JP2004069531A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量計測装置にノイズが印加された場合、ノイズ発生頻度を記憶または認識できない。
【解決手段】基準比較手段で受信側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較し、大小関係が反転してから受信信号の任意のポイントとの時間差を時差確認手段で確認し、時間差が予め設定された超音波振動子の駆動周波数から求まる時間差でなければノイズと認識し、その印加回数を所定期間計数するものである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波を利用してガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、図８に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の流れる流路１に設置した超音波振動子２と、第１超音波振動子２、第２超音波振動子３の送受信を切り換える切換手段４と、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３を駆動する送信手段５と、受信側の超音波振動子で受信した信号を増幅する増幅手段６と、増幅手段６で増幅された受信信号と基準電圧とを比較する基準比較手段７とで構成されている。
【０００３】
さらに、図９に示すように基準電圧比較手段７で基準電圧と比較し大小関係が反転した後の増幅信号の最初のゼロクロス点ａで繰り返し手段９へ出力信号Ｄを出力する判定手段８と、この判定手段８からの信号をカウントし予め設定された回数だけカウントすると共に判定手段８からの信号を制御手段１２へ出力する繰り返し手段９と、繰り返し手段９で予め設定された回数をカウントした時間を計時する計時手段１０と、計時手段１０の計時した時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量を算出する流量算出手段１１と、流量算出手段１１から算出された流量出力、繰り返し手段９からの信号を受け送信手段５の動作を制御する制御手段とから構成されている。
【０００４】
この装置は制御手段１２により送信手段５を動作させ超音波振動子２で発信された超音波信号が、流れの中を伝搬し第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅後、基準電圧比較手段７と判定手段８で信号処理され、繰り返し手段９を通り制御手段１２に入力される。
【０００５】
この動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行い、この間の時間を計時手段１０により測定する。そして、第１超音波振動子２と第２超音波振動子３とを切換手段４により切り替えて、同様な動作を行い、被測定流体の上流から下流（この方向を正流とする。）と下流から上流（この方向を逆流とする。）のそれぞれの伝搬時間を測定し、（式１）より流量Ｑを求めていた（超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、上流から下流へのｎ回分の測定時間をｔ１、下流から上流へのｎ回分の測定時間をｔ２、被測定流体の流速をｖ、流路の断面積をＳ、センサ角度をφ、流量をＱとする。
【０００６】
Ｑ＝Ｓ・ｖ＝Ｓ・Ｌ／２・ｃｏｓφ（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））…（式１）
（実際には、式１に流量に応じた係数を乗じて流量を算出する。）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の流量計測装置は図９に示すように超音波振動子の受信信号が到達前にノイズ信号Ｂが印可されると、基準電圧を超えた最初のゼロクロス点ｂで判定手段８により誤った出力信号Ｃが繰り返し手段９へ出力されるので計時手段１０で計時する時間が本来の超音波信号の伝搬時間と異なり、誤った流量値を流量算出手段１１で算出してしまう。そこで基準比較手段で受信側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較し、大小関係が反転してから受信信号の任意のポイントとの時間差を時差確認手段で確認し、その時差が予め設定された超音波振動子の駆動周波数から求まる時間差であれば判定手段で超音波信号の到達ポイントと判定するようにする。しかしながら、時間差が超音波振動子の駆動周波数から求まる時間差でない場合には無視してしまい、ノイズがどれくらいの頻度で入っているか検出できなかった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ノイズがどの程度印加されているか状態を記憶する流量計測装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は基準比較手段で受信側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較し、大小関係が反転してから受信信号の任意のポイントとの時間差を時差確認手段で確認し、その時差が予め設定された超音波振動子の駆動周波数から求まる時間差であれば判定手段で超音波信号の到達ポイントと判定するようにし、その時間差が予め設定された超音波振動子の駆動周波数から求まる時間差でなければノイズと認識し、その回数を所定期間計数するものである。
【００１０】
これによってノイズの印加状態を記憶し、どれくらいノイズが印加されているかを判断でき、ノイズによる流量計測への影響を把握できる流量計測装置となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項２に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送信受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較する基準比較手段と、受信側の振動子の受信信号の２以上の複数の点の時間差を検知する信号幅検知手段と、前期信号幅検知手段で所定の時間差外の受信信号の数を所定期間計数する所定信号幅計数手段と、前記所定信号幅計数手段の動作を制御するタイマーと、前記信号幅検知手段出力と前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイントを判定する判定手段とを備えた流量計測装置とすることにより、信号幅検知手段で計測する増幅手段の出力信号の任意の２点間（例えば２ゼロクロス点もしくは２変曲点間）の時間が、超音波振動子の駆動周波数から一意的に求まる予め設定された時間差と近い値である場合の増幅手段出力信号のゼロクロス点を判定手段が超音波の到達ポイントと判定し、超音波振動子の駆動周波数から一意的に求まる予め設定された時間差と近い値でない場合にはノイズと判断し、ノイズの印加された回数を計数することで、ノイズ発生頻度を把握できる流量計測装置とすることが出来る。
【００１２】
請求項３記載の発明は、所定信号幅計数手段で所定期間内に所定数以上受信信号を計数した場合、液晶に表示を行う請求項１記載の流量計測装置とすることで、ノイズ印加発生頻度を把握でき、また液晶で報知をする流量計測装置とすることが出来る。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、所定信号幅計数手段で所定期間内に所定数以上受信信号を計数した場合、ＬＥＤに表示を行う請求項１記載の流量計測装置とすることで、ノイズ印加発生頻度を把握でき、またＬＥＤで報知をし、暗いところでも報知を認識できる流量計測装置とすることが出来る。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、所定信号幅計数手段で所定期間内に所定数以上受信信号を計数した場合、通信で報知をする請求項１記載の流量計測装置とすることで、通信センター等でノイズ発生状況を把握できる流量計測装置とすることが出来る。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、所定信号幅計数手段で所定期間内に所定数以上受信信号を計数した場合、信号幅検知手段の時間差を検知する数を増加する請求項１記載の流量計測装置とすることで、ノイズの発生度合いにあわせてノイズ除去を強化する流量計測装置とすることが出来る。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例における流量計測装置のブロック図を示すものである。図２は本発明の第１の実施例の流量計測装置の動作説明図である。
【００１８】
図１において、流路１の途中に超音波を送信する第１超音波振動子２と受信する第２超音波振動子３が流れ方向に角度φで配置されている。５は第１超音波振動子２への送信手段であり、４は第１超音波振動子２、第２超音波振動子３の送受信を切り換える切換手段、６は受信側の超音波振動子で受信した信号を増幅する増幅手段、７は前記増幅手段６で増幅された信号と基準電圧とを比較する基準比較手段、１４は受信側の振動子の受信信号の符号が正から負に変わる負のゼロクロス点から、負から正に変わる正のゼロクロス点迄の時間を検知する信号幅検知手段であり、１５は前記信号幅検知手段１４で検知した時間が所定時間外であれば計数を行う所定信号幅計数手段であり、１６は前記所定信号幅計数手段１５の動作を制御するタイマーであり、８は前記信号幅検知手段１４の出力と前記増幅手段６で増幅された信号とから超音波の到達ポイントを判定する判定手段、９は判定手段８の信号をカウントし予め設定された回数だけカウントすると共に判定手段８からの信号を制御手段１２へ出力する繰り返し手段である。１０は繰り返し手段９で予め設定された回数をカウントした時間を計時する計時手段であり、１１は第１計時手段１０の計時した時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量を算出する流量算出手段である。
【００１９】
１２は流量算出手段１１、繰り返し手段９からの信号を受け送信手段５、増幅手段６の動作を制御する制御手段である。
【００２０】
以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２１】
制御手段１２は流量計測を開始すると送信手段５を動作させ超音波振動子２より超音波信号を送信する。第１超音波振動子２より送信された超音波信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅され、信号幅検知手段１４、基準比較手段７、判定手段８へ出力される。信号幅検知手段１４は基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較し、その大小関係が反転した時点（図２におけるタイミングｃ）より増幅手段６出力の符号が正から負、負から正と変わる正負の両方のゼロクロス点間の時間を検知する。
【００２２】
図２において信号幅ａは信号幅検知手段１４が増幅手段６の出力より検知したノイズ信号Ａの正負のゼロクロス点間の幅、信号幅ｂは受信信号Ｂの正負のゼロクロス点間の幅を示している。図２に示すように正規の受信信号であった場合の信号幅検知手段１４が検知する信号幅は駆動周波数の半波長であり、ノイズ信号である場合は通常、駆動周波数の半波長に比べ短くなる。判定手段８は信号幅検知手段１４の出力が駆動周波数の半波長である場合の次の負のゼロクロス点ｚを超音波の到達ポイントと判定し、繰り返し手段９に出力する。所定信号幅計数手段１５は信号幅検知手段１４の出力が駆動周波数の半波長より短い場合計数を行う。
【００２３】
以上のように、本実施例においては受信信号の正負のゼロクロス点間の幅を検知し、その幅が駆動周波数の半波長である場合に正規の受信信号、それ以外はノイズ信号とし、ノイズ印加回数を一定期間記憶することで、たとえば１日の内でどの時間帯にノイズが多く発生するか、またはどの季節にノイズが多く発生するか、またどの地域に多くノイズが発生するかを知ることができる流量計測装置とすることが出来る。
【００２４】
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例の流量計測装置のブロック図である。
【００２５】
図３において１７は所定信号幅計数手段１５で所定期間中に所定以上の計数をした場合表示を行うＬＣＤである。その他の構成要素については実施例１と同様なので省略する。以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２６】
所定信号幅計数手段１５はタイマー１６で設定された期間中、信号幅検知手段１４で受信信号の正負のゼロクロス点間の幅を検知し、その幅が駆動周波数の半波長である場合に正規の受信信号、それ以外はノイズ信号とし、ノイズ印加の数を計数し、ノイズ印加数が所定値を超える場合はＬＣＤ１７に表示を行う。
【００２７】
この表示によりノイズの発生頻度を把握できる流量計測装置とすることが出来る。
【００２８】
（実施例３）
図４は本発明の第３の実施例の流量計測装置のブロック図である。
【００２９】
図４において１８は所定信号幅計数手段１５で所定期間中に所定以上の計数をした場合表示を行うＬＥＤである。その他の構成要素については実施例１と同様なので省略する。以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３０】
所定信号幅計数手段１５はタイマー１６で設定された期間中、信号幅検知手段１４で受信信号の正負のゼロクロス点間の幅を検知し、その幅が駆動周波数の半波長である場合に正規の受信信号、それ以外はノイズ信号とし、ノイズ印加の数を計数し、ノイズ印加数が所定値を超える場合はＬＥＤ１７に表示を行う。この場合、ＬＥＤ表示にすることにより暗い場所でも容易に認識することができる。
【００３１】
この表示によりノイズの発生頻度を把握できる流量計測装置とすることが出来る。
【００３２】
（実施例４）
図５は本発明の第４の実施例の流量計測装置のブロック図である。
【００３３】
図５において１９は所定信号幅計数手段１５で所定期間中に所定以上の計数をした場合、通信センター等に通信で報知をする通信回路である。その他の構成要素については実施例１と同様なので省略する。以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
所定信号幅計数手段１５はタイマー１６で設定された期間中、信号幅検知手段１４で受信信号の正負のゼロクロス点間の幅を検知し、その幅が駆動周波数の半波長である場合に正規の受信信号、それ以外はノイズ信号とし、ノイズ印加の数を計数し、ノイズ印加数が所定値を超える場合は通信により通信センター等に放置する。この報知によりノイズの発生頻度を把握できる流量計測装置とすることが出来る。
【００３５】
（実施例５）
図６は本発明の第５の実施例の流量計測装置のブロック図である。
【００３６】
図６において２０は所定信号幅計数手段１５で所定期間中に所定以上の計数をした場合、受信側の振動子の受信信号の２以上の複数の点の時間差を検知する信号幅検知手段１４の時間差検知数を増加する時間差検知数増加手段である。その他の構成要素については実施例１と同様なので省略する。以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３７】
所定信号幅計数手段１５はタイマー１６で設定された期間中、信号幅検知手段１４で受信信号の正負のゼロクロス点間の幅を検知し、その幅が駆動周波数の半波長である場合に正規の受信信号、それ以外はノイズ信号とし、ノイズ印加の数を計数し、ノイズ印加数が所定値を超える場合は、信号幅検知手段１４で受信信号の正負のゼロクロス点間の幅を検知するが、図７に示すように信号幅ｂを検知した後、時間差検知回数を増加し、さらに信号幅ｃを検知する。時間差検知回数を増加することで、よりノイズに強い流量計測装置とすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る流量計測装置は負のゼロクロス点を正規の音波の到達ポイントと判定することにより、ノイズ信号を区別でき、ノイズの発生頻度を記憶出来る効果がある。請求項２、３、４に係る流量計測装置はさらにノイズ発生頻度に応じて報知することができる。請求項５に係る流量計測装置はノイズ発生頻度に応じて、時間差を検知する回数を増加させることでノイズ耐性を強化することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における流量計測装置のブロック図
【図２】本発明の実施例１における流量計測装置の動作説明図
【図３】本発明の実施例２における流量計測装置のブロック図
【図４】本発明の実施例３における流量計測装置のブロック図
【図５】本発明の実施例４における流量計測装置のブロック図
【図６】本発明の実施例５における流量計測装置のブロック図
【図７】本発明の実施例５における流量計測装置の動作説明図
【図８】従来の流量計測装置のブロック図
【図９】従来の流量計測装置の動作説明図
【符号の説明】
１　流路
２　第１超音波振動子
３　第２超音波振動子
４　切換手段
５　送信手段
６　増幅手段
７　基準比較手段
８　判定手段
９　繰り返し手段
１０　計時手段
１１　流量算出手段
１２　制御手段
１４　信号幅検知手段
１５　所定信号幅計数手段
１６　時間差検知数増加手段

Claims (6)

1. 流体管路に設けられ超音波信号を送信受信する少なくとも１対の振動子と、受信側の振動子の受信信号の２以上の複数の点の時間差を検知する信号幅検知手段と、前期信号幅検知手段で所定の時間差外の受信信号の数を所定期間計数する所定信号幅計数手段と、前記所定信号幅計数手段の動作を制御するタイマーと、前記信号幅検知手段出力と前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイントを判定する判定手段とを備えた流量計測装置。
2. 流体管路に設けられ超音波信号を送信受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較する基準比較手段と、受信側の振動子の受信信号の２以上の複数の点の時間差を検知する信号幅検知手段と、前期信号幅検知手段で所定の時間差外の受信信号の数を所定期間計数する所定信号幅計数手段と、前記所定信号幅計数手段の動作を制御するタイマーと、前記信号幅検知手段出力と前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイントを判定する判定手段とを備えた流量計測装置。
3. 所定信号幅計数手段で所定期間内に所定数以上受信信号を計数した場合、液晶に表示を行う請求項１または２記載の流量計測装置。
4. 所定信号幅計数手段で所定期間内に所定数以上受信信号を計数した場合、ＬＥＤに表示を行う請求項１または２記載の流量計測装置。
5. 所定信号幅計数手段で所定期間内に所定数以上受信信号を計数した場合、通信で報知をする請求項１または２記載の流量計測装置。
6. 所定信号幅計数手段で所定期間内に所定数以上受信信号を計数した場合、信号幅検知手段の時間差を検知する数を増加する請求項１または２記載の流量計測装置。

Images