JP2004245585A - Ultrasonic flowmeter and flow rate measuring method by ultrasonic wave - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic flowmeter for preventing interference in reception signals and performing precise measurement, and to provide a method for measuring a flow rate. <P>SOLUTION: The ultrasonic flowmeter 101 comprises first and second ultrasonic vibrators 1, 2 that transmit/receive ultrasonic waves and are arranged to form a propagation path of ultrasonic waves in a fluid channel; a transmission part 3 and a reception section 6 for driving the first and second ultrasonic vibrators 1, 2 for receiving ultrasonic waves so that ultrasonic waves can be transmitted and received bidirectionally between the first and the second ultrasonic vibrators 1, 2; and attenuation parts 14, 15 for readily attenuating vibration in the ultrasonic vibrator used for reception in the first and second ultrasonic vibrators 1, 2, thus detecting a bidirectional propagation time difference in ultrasonic waves propagated between propagation paths for measuring the flow rate of fluid. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【００１４】
これらの式から流速Ｖは以下の式で表される。
【００１５】
【数２】

【００１６】
流体の流速Ｖが求まれば、流路１４の断面積と流速Ｖとの積から流量Ｑが求まる。
【００１７】
【非特許文献１】
日本電気計測器工業会規格、ＪＥＭＩＳ ５０３２「超音波による流量測定法」（社）日本電気計測工業会、１９８７年
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の超音波流量計では、シングアラウンド法によって複数の超音波を所定の時間を経て伝播させ、その伝播時間の合計を計測する。図２３は、たとえば、超音波振動子１から送信された第１および第２の超音波を超音波振動子２によって受信したときの受信信号の波形を示している。第１および第２の超音波は、所定の間隔をおいて超音波振動子１から送信される。このため、図２３に示すように、第１の超音波による受信波形３７と第２の超音波による受信波形３８とは分離して観測される。しかし、第１の超音波を受信することによって生じる超音波振動子２の振動が完全に減衰する前に、第２の超音波の受信が始まるため、受信波形３７の振動が受信波３８に影響し、受信波３８の波形が変化してしまう。このため、波形の変形によって受信波３８の正しいクロスポイントを検知することができなくなり、計測誤差が生じてしまう。
【００１９】
したがって、従来の超音波流量計を用いてガスメータを作製した場合、計測したガス流量に多く誤差が含まれる可能性がある。また、単に計測に誤差が生じるだけではなく、ガスメータにガス漏れ検知機能を付加した場合には、その検知機能の信頼性を低下させる可能性もある。
【００２０】
上述の超音波流量計では、超音波振動子１から超音波を送信して超音波振動子２で受信する場合の伝播時間と超音波振動子２から超音波を送信して超音波振動子１で受信する場合の伝播時間との差から流量を求める。このため、２つの超音波振動子の特性が等しく、流体の流速以外の影響がこれら２つの伝播時間に対して同様に寄与するのであれば、上述の波形の変化を伝播時間の差をとることにより相殺される。
【００２１】
しかし、実際の超音波流量計において、特性の全く等しい２つの超音波振動子を用いるのは非常に困難である。また、超音波振動子１から超音波を送信して超音波振動子２で受信する場合と超音波振動子２から超音波を送信して超音波振動子１で受信する場合とで流体中を伝播する超音波が受ける影響を等しくすることは困難である。
【００２２】
また、流体を伝播する超音波の音速は、流体の温度に依存し、温度が高くなるほど超音波は速く伝播する。このため、流体の温度が高くなるにつれて、２つ受信波の波形が重なる程度も大きくなり、計測誤差も温度が高くなるにつれて大きくなる。たとえば、上述の超音波流量計を用いてガスの流量を計測する場合、３０〜４０℃では、２つの受信波形の重なりにより、計測値に２リットル程度の誤差が生じることもある。
【００２３】
このような問題を解決するために、超音波の送信間隔を十分に長くして、超音波を受信したときに波形が重ならないようにすることが考えられる。しかし、この場合、超音波の送信間隔が長くなることにより、流量を計測する全体の時間が長くなってしまう。このことは、１回の流量計測に時間がかかると問題だけではなく、計測時間が長くなることにより、１回の流量計測で消費する電力が大きくなるという問題を引き起こす。特に、可燃性あるいは引火性ガスを計測するための流量計では、安全性を考慮して流量計の電源である電池を交換できないようにしている場合があり、交換不可能な電池の消耗が早くなり、流量計の寿命が短くなるという問題にもつながる。
【００２４】
本発明は、このような従来の問題を解決し、精度の高い測定を行うことが可能な超音波流量計および流量の計測方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波流量計は、超音波を送受信し、流体の流路中に前記超音波の伝播経路を形成するように配置される第１および第２の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子および第２の超音波振動子との間で双方向に超音波が送受信されるよう、前記第１の超音波振動子および第２の超音波振動子を駆動し、超音波を受信する送信部および受信部と、前記第１超音波振動子および第２の超音波振動子のうち、受信に用いる超音波振動子の振動を減衰させる減衰部とを備え、前記伝播経路間を伝播する超音波の双方向の伝播時間差を検知することにより流体の流量を計測する。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記減衰部は、前記超音波を受信中、前記受信部を含む受信側の入力抵抗を受信開始時における初期値から変化させる。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、超音波流量計は、前記受信部に接続され、受信部から出力される受信信号を検知して、検知信号を生成する検知部をさらに含み、前記減衰部は、前記検知部が前記受信信号を検知した後、前記受信側の入力抵抗を検知前に比べて増大させる。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記減衰部は、抵抗および切り替え部を含み、前記切り替え部を切り換えることによって、前記受信に用いる超音波振動子と前記受信部とを、前記抵抗を介して接続するか、前記抵抗を介さずに接続するかを選択する。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記減衰部は、前記受信に用いる超音波振動子と前記受信部との間に並列に接続される抵抗および抵抗よりも低い抵抗値を有するスイッチを含む。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記減衰部は、可変抵抗器および可変抵抗器を制御するための制御部を含む。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記切り替え部、前記スイッチまたは前記制御部は、前記検知信号に基づいて、前記受信側の入力抵抗が増大するよう動作する。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、超音波流量計は、前記検知信号を受け取り、所定の遅延時間が経過した後に信号を出力する遅延部と、遅延部の出力信号をカウントし、カウント値が所定の値以下であるときに、送信部に駆動信号を生成させるためのトリガ信号を生成する繰り返し部とをさらに備え、前記切り替え部、前記スイッチまたは前記制御部は、前記トリガ信号に基づいて、前記受信側の入力抵抗を前記初期値に設定するように動作する請。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記受信部および前記減衰部は、所定の時間内において、時間の経過とともに増幅度が初期値から増大する音波減衰量自動補正受信部を構成している。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、超音波流量計は、前記検知信号を受け取り、所定の遅延時間が経過した後に信号を出力する遅延部と、遅延部の出力信号をカウントし、カウント値が所定の値以下であるときに、送信部に駆動信号を生成させるためのトリガ信号を生成する繰り返し部とを備え、前記トリガ信号に基づいて、前記音波減衰量自動補正受信部の増幅度を前記初期値に設定する。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、超音波流量計は、前記受信信号の所定の部分における周期を推定し、前記推定した周期に基づいて前記遅延時間を決定する遅延時間決定部をさらに備える。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、超音波流量計は、シングアラウンド法により、前記超音波の送受信を前記第１超音波振動子および第２の超音波振動子との間でそれぞれ複数回行う。
また、本発明のガスメータは、ガスが流れる流路に設けられた上記いずれかの超音波流量計と、前記流路を流れるガスを遮断する遮断弁と、前記超音波流量計および遮断弁を制御する制御装置とを備える。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記制御装置は、前記超音波流量計の減衰部を所定の場合にのみ動作するよう制御する。
【００３８】
また、本発明の超音波による流量計測方法は、流体の流路中に超音波の伝播経路を形成するように配置される第１および第２の超音波振動子との間で双方向に超音波を送受信し、伝播経路間を伝播する超音波の双方向の伝播時間差を検知することにより流体の流量を計測し、前記第１超音波振動子および第２の超音波振動子のうち、受信に用いる超音波振動子の振動を減衰させるステップを包含する。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記減衰ステップは、前記超音波を受信中、前記超音波を受信するための受信部を含む受信側の入力抵抗を、受信開始時における初期値から変化させる。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、流量計測方法は、前記受信部に接続され、受信部から出力される受信信号を検知して、検知信号を生成するステップをさらに包含し、前記減衰ステップは、前記検知信号生成ステップにおいて前記受信信号を検知した後、前記受信側の入力抵抗を検知前に比べて増大させる。
【００４１】
ある好ましい実施形態において、前記減衰ステップは、前記超音波を受信中、第１の抵抗を介して前記受信部と前記受信に用いられる超音波振動子との間を接続した状態から、第１の抵抗よりも高い第２の抵抗を介して前記受信部と前記受信に用いられる超音波振動子との間を接続した状態に切り換える。
【００４２】
ある好ましい実施形態において、前記減衰ステップは、前記受信部と前記受信に用いられる超音波振動子との間の抵抗を連続的に変化させる。
【００４３】
ある好ましい実施形態において、流量計測方法は、前記減衰ステップを前記検知信号に基づいて行う。
【００４４】
ある好ましい実施形態において、流量計測方法は、前記検知信号を受け取り、所定の遅延時間が経過した後にトリガ信号を生成するステップをさらに包含し、前記減衰ステップは、前記トリガ信号に基づいて、前記受信側の入力抵抗を前記初期値に設定する。
【００４５】
ある好ましい実施形態において、前記減衰ステップは、所定の時間内において、時間の経過とともに増幅度が初期値から増大する音波減衰量自動補正受信部により実行される。
【００４６】
ある好ましい実施形態において、流量計測方法は、前記検知信号を受け取り、所定の遅延時間が経過した後にトリガ信号を生成するステップをさらに包含し、前記減衰ステップは、前記トリガ信号に基づいて、前記音波減衰量自動補正受信部の増幅度を前記初期値に設定する。
【００４７】
ある好ましい実施形態において、流量計測方法は、前記受信した超音波の信号の所定の部分における周期を推定し、前記推定した周期に基づいて前記遅延時間を決定するステップをさらに包含する。
【００４８】
また、本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記いずれかの超音波による流量計測方法に規定した各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録している。
【００４９】
【発明の実施の形態】
流体の流路中に超音波を伝播させ、伝播経路間を伝播する超音波の双方向の伝播時間差を検知することにより流体の流量を計測する場合、超音波の伝播時間を知ることができればよく、受信した超音波全体の波形は必要ではない。たとえば、ゼロクロス検知法を用いる場合、受信した超音波による受信信号の波形のうち、所定の位置が検知できればよい。したがって、受信信号の波形から伝播時間を求めるための所定の位置を検知した後、超音波振動子の振動を積極的に減衰させることによって、前に受信した超音波の振動が次に受信する超音波の振動に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
【００５０】
このため、本発明では、受信に用いる超音波振動子の振動を早く減衰させるための減衰部を採用する。超音波振動子の振動を減衰させるために、物理的に振動子の振動に制限を加えることも考えられるが、本発明では、超音波振動子を電気的に高い負荷に接続することよって振動を早く減衰させる。より具体的には、超音波を受信中に、超音波振動子が接続される受信側入力抵抗を増大させる。
【００５１】
受信信号を正確に検知するためには受信側入力抵抗は小さいほうが好ましいので、受信信号の波形から伝播時間を求めるための所定の位置を検知するまで、つまり、受信信号を検知するまでは、少なくとも所定の抵抗値以下にしておくことが好ましい。具体的には、超音波振動子のインピーダンスが２００Ω程度である場合、受信側の入力抵抗は５０Ωより小さいことが好ましく、２０Ω以下であることがより好ましい。所定の抵抗値以下であれば受信信号の先頭から伝播時間を求めるための所定の位置までの間、受信側入力抵抗は一定であってもよいし、変化していてもよい。
【００５２】
また、超音波振動子の振動を早く減衰させるためには、受信側の入力抵抗は、超音波振動子のインピーダンスに対して十分大きい値であることが好ましい。
【００５３】
より好ましくは、受信信号の先頭から伝播時間を求めるための所定の位置までの間、受信側入力抵抗は一定の低い値を保ち、検知後、受信側入力抵抗を増大させる。
【００５４】
このようにすることによって、受信信号を検知後、超音波振動子を早く減衰させることができ、計測誤差を小さくすることができる。以下本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００５５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明による超音波流量計の第１の実施形態を示すブロック図である。超音波流量計１０１は、流体の流路１２中に超音波の伝搬経路を形成するように配置される第１の超音波振動子１および第２の超音波振動子２と、送信部３と、受信部６とを備えている。
【００５６】
第１の超音波振動子１および第２の超音波振動子２は、それぞれが送信器および受信器として機能する。第１の超音波振動子１から送信された超音波は第２の超音波振動子２により受信され、第２の超音波振動子２から送信された超音波は第１の超音波振動子１により受信する。これら双方向の伝搬路は、流路１２を流れる流体の流れる方向に対して角度θをなしている。角度θの大きさは、１０〜４０度の範囲内から選択される。
【００５７】
第１の超音波振動子１および第２の超音波振動子２としては、厚み振動モード、横すべり振動モード、縦振動モード等の振動モードにより、おおよそ２０ｋＨｚ以上の周波数で駆動され、超音波流量計として従来から使用される種々の超音波振動子を用いることができる。測定すべき流体の状態や種類、また予測される流速に応じて最適な周波数が適宜選択される。本実施形態では、例えば厚み振動モードで振動し、２００ｋＨｚの共振周波数をもつ超音波振動子が用いられる。
【００５８】
第１の超音波振動子１は、第１の切り替え部１０を介して送信部３または第２の切り替え部１４の一方と選択的に接続される。この時、第２の超音波振動子２は、第１の切り替え部１０によって、第１の超音波振動子１が接続されなかった第２の切り替え部１４または送信部３の他方と接続される。
【００５９】
また、第２の切り替え部１４は、第１の切り替え部１０と受信部６とをダンピング抵抗１５を介して接続するか、ダンピング抵抗１５を介さずに接続するかを選択する。言い換えれば、第１の切り替え部１０と受信部６との間を第１の抵抗を介して接続するか、第１の抵抗より高い第２の抵抗を介して接続するかを選択する。第１の切り替え部１０および第２の切り替え部１４は、トグルスイッチのような機械的なものであってもよいし、電子部品等により構成されるものであってもよい。初期状態では第２の切り替え部１４は、第１の切り替え部１０と受信部６とをダンピング抵抗１５を介さずに接続している。
【００６０】
第２の切り替え部１４を切り換えることによって、受信部６と第１の切り替え部１０との間の抵抗値が変化する。つまり、第１の切り替え部１０から受信部６を見たとき、第２の切り替え部１４を切り換えることによって、受信部６を含む受信側の入力抵抗が変化する。第２の切り替え部１４およびダンピング抵抗１５は、受信に用いる超音波振動子の振動を早く減衰させるための減衰部として働く。
【００６１】
受信部６の入力抵抗はたとえば５Ωから２０Ωの範囲の値である。また、ダンピング抵抗１５の抵抗値は、たとえば、１ｋΩから１０ｋΩである。これらの値は、用いる超音波振動子の共振抵抗に依存し、例示した値は、第２の超音波振動子１および第２の超音波振動子のインピーダンスが２００Ω程度であるときの値である。
【００６２】
第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２に到達した超音波は電気信号に変換され、受信信号が受信部６によって増幅される。第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２に到達した超音波による電気信号が十分大きい場合には必ずしも受信部６は受信信号を増幅しなくてもよい。
【００６３】
受信部６によって増幅された受信信号は、ゼロクロス検知部７とピークホールド部１３とへ送られる。ピークホールド部１３は、受信信号１８のピーク値を保持しその値をピークホールド信号として出力を生成する。レベル検知部５は、ピークホールド信号が所定のレベルに達したことを検知し、ゼロクロス指令信号を生成する。ゼロクロス検知部７は、ゼロクロス指令信号が生成された直後におけるゼロクロスポイントを検知し、ゼロクロス検知信号を遅延部４へ出力する。このゼロクロスポイントを受信信号の伝播時間とし、この時点で受信信号を検知したとする。ゼロクロス検知信号はピークホールド部１３にも入力される。ピークホールド部１３は、ゼロクロス検知信号に基づいてピークホールド信号をリセットする。
【００６４】
遅延部４は、ゼロクロス検知信号に基づいて、所定の時間遅らせたタイミングで出力信号を生成する。繰り返し部８は、遅延部４の出力信号をカウントし、所定回数以下であれば遅延部４の出力信号をトリガ信号として送信部３へ出力する。送信部３は、トリガ信号に基づいて、第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２を駆動する。
【００６５】
ゼロクロス検知信号およびトリガ信号は第２の切り替え部１４にも入力される。第２の切り替え部１４は、ゼロクロス検知信号に基づいて、第１の切り替え部１０がダンピング抵抗１５を介して受信部６に接続されるよう切り換える。また、トリガ信号に基づいて、第１の切り替え部１０がダンピング抵抗１５を介さずに受信部６に接続されるよう切り換える。
【００６６】
計時部９は、所定の回数だけ、シングアラウンドを繰り返すのに要した時間を計測し、測定結果を流量算出部１１へ送る。
【００６７】
流量算出部１１は、計時部９から出力されるシングアラウンドを繰り返すのに要した時間に関するデータ、遅延時間およびシングアラウンド回数から、流速および流量を求める。
【００６８】
本実施形態において、上述の各構成要素は、電子部品等を用いたハードウエアにより構成することもソフトウエアにより構成することもできる。流量算出手段１１は、マイコン等によって実現される。このマイコンは、各構成要素の制御も行う。
【００６９】
次に、第２の切り替え部１４およびダンピング抵抗１５を含む減衰部の動作を説明する。図２の上部は、受信部６から出力される受信信号の波形を示しており、図２の下部は、受信部６を含む受信側の入力抵抗の変化を示している。
【００７０】
上述したように、初期状態において第２の切り替え部１４は、第１の切り替え部１０と受信部６とをダンピング抵抗を介さずに接続している。この時、受信側の入力抵抗はＲ１になっている。Ｒ１は受信部６の入力インピーダンスおよび第２の切り替え部１４における抵抗などからなる。
【００７１】
第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から超音波を送信し、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１で受信した場合、受信信号は第１の切り替え部１０および第２の切り替え部１４を介して受信部６に入力され増幅される。ゼロクロス検知部７は、受信部６から出力される受信信号３７を受け取って、ゼロクロス指令信号が生成された直後におけるゼロクロスポイントＡ１を検知し、ゼロクロス検知信号を生成する。これにより受信信号３７が検知される。
【００７２】
図２に示すように、第２の切り替え部１４は、ゼロクロス検知信号を受け取り、第１の切り替え部１０がダンピング抵抗１５を介して受信部６に接続されるよう切り換える。これにより、受信側の入力抵抗はＲ２に増大する。言い換えれば、抵抗Ｒ１を介して受信部６と受信に用いられる超音波振動子との間を接続した状態から、抵抗Ｒ２を介して受信部６と前記受信に用いられる超音波振動子との間を接続した状態に切り換える。Ｒ２はＲ１よりもダンピング抵抗１５の抵抗値分大きくなっている。以降、受信側の入力抵抗が高くなったまま、受信信号３７を受信する。このため、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１に到達する超音波がなくなると、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１の振動は早く減衰する。図２に示すように、受信信号３７の尾の部分の振動は速く減衰し、領域５０において振幅は実質的に無視しうるほど小さくなる。
【００７３】
次の超音波を第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から送信するためのトリガ信号が繰り返し部８から出力されると、第２の切り替え部１４は、トリガ信号を受け取り、第１の切り替え部１０がダンピング抵抗１５を介さずに受信部６に接続されるよう切り換える。このため時間Ｂ１において、受信側の入力抵抗は初期値であるＲ１に低下する。
【００７４】
トリガ信号に基づいて、第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から次の超音波が送信され、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１で受信する。受信信号は第１の切り替え部１０および第２の切り替え部１４を介して受信部６に入力され増幅される。ゼロクロス検知部７は、受信部６から出力される受信信号３８を受け取って、ゼロクロス指令信号が生成された直後におけるゼロクロスポイントＡ２を検知し、ゼロクロス検知信号を生成する。これにより受信信号３７が検知される。
【００７５】
第２の切り替え部１４は、ゼロクロス検知信号を受け取り、再び、第１の切り替え部１０がダンピング抵抗１５を介して受信部６に接続されるよう切り換える。これにより、受信側の入力抵抗はＲ２に増大する。
【００７６】
このように、各超音波を受信する間に受信側の入力抵抗が増大する。特に、ゼロクロスポイントにおいて受信信号を検知した後、受信側の入力抵抗が検知前に比べて増大する。これにより、受信に用いられる第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２の振動を早く減衰させることができる。
【００７７】
次に、超音波流量計１０１を用いて流体の流量を計測する手順を説明する。以下に説明する手順はマイコン等のコンピュータにより、各構成要素を順次制御することによって行われ、その手順をコンピュータに実行させるためのプラグラムが、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク、磁気記録媒体などの情報記録媒体に保存されている。
【００７８】
まず、図１に示すように、第１の切り替え手段１０を用いて、送信部３を第１の超音波振動子１へ接続し、第２の切り替え部１４を第２の超音波振動子２へ接続する。
【００７９】
図３に示すように、トリガ信号３９を送信部３に入力し、駆動信号を生成させ、第１の超音波振動子１から超音波を発生させる。流路１２を伝搬した超音波は、第２の超音波振動子２によって受信され、受信信号が第２の切り替え部１４を介して、または、第２の切り替え部１４およびダンピング抵抗１５を介して受信部６へ送られ、受信信号１８として増幅される。
【００８０】
ピークホールド部１３、およびレベル検知部５によって、受信信号１８が所定のレベルを超えた直後のゼロクロスポイントがゼロクロス検知部７で検知される。遅延部４は、ゼロクロス検知部７から出力されるゼロクロス検知信号に基づいて、所定の遅延時間４０を経た後に、送信部３へトリガ信号３９’を出力する。これにより、シングアラウンドの１ループを構成する。所定の回数（例えば５０〜１０００回）、シングアラウンドを繰り返した後、計時部９は、ループを繰り返すのに要した全時間４１を計測し、測定結果を流量算出部１１へ送る。流量算出部において、全時間４１をシングアラウンド回数で除し、その値から遅延時間４０を引いた値が、式（１）に示すｔ１となる。
【００８１】
上述したように各超音波を受信信号１８として受信する際、ゼロクロス検知信号およびトリガ信号に基づいて第２の切り替え部１４が動作し、各超音波を受信する間に受信側の入力抵抗が増大する。このため第２の超音波振動子２の振動は早く減衰し、次の超音波を受信する際、直前の超音波による振動が残存して悪影響を与えることがない。
【００８２】
次に、切り替え手段１０を用いて、送信部３を第２の超音波振動子２へ接続し、第２の切り替え部１４を第１の超音波振動子１へ接続する。そして上述の手順と同様の手順により、第２の超音波振動子２から超音波を発生させ、第１の超音波振動子１で超音波を受信する。所定の回数、シングアラウンドを繰り返した後、計時部９では、ループを繰り返すのに要した全時間４１を計測し、測定結果を流量算出部１１へ送る。流量算出部において、全時間４１をシングアラウンド回数で除し、その値から遅延時間４０を引いた値が、式（１）に示すｔ２となる。
【００８３】
式（２）に、ｔ１およびｔ２の値と角度θを代入することによって、流体の流速Ｖが求まる。さらに流路１２の断面積をＳとすれば、流量ＱはＶ×Ｓによって求めることができる。この流量Ｑは、単位時間あたりに流量が移動する量であり、流量Ｑを積分することによって流体の量を求めることができる。
【００８４】
このように、本実施形態によれば、各超音波を受信する間に、第２の切り替え部１４およびダンピング抵抗１５によって受信側の入力抵抗が増大する。特に、ゼロクロスポイントにおいて受信信号を検知した後、受信側の入力抵抗が検知前に比べて増大する。これにより、受信に用いられる第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２の振動を早く減衰させることができる。したがって、次の受信波形との干渉を抑制することができる。また、特に、ゼロクロスポイントにおいて受信信号を検知した後、受信側の入力抵抗を検知前に比べて増大させる場合、検知時の受信側の入力抵抗を小さい値にすることができる。このため、受信時の感度および精度を高くし、かつ、超音波振動子の減衰を早くすることができる。また、遅延時間を長く設定しなくても、連続する受信信号間の干渉を避けることができるため、計測時間を短くすることができ、消費電力も低減することができる。
【００８５】
なお、本実施形態では、第２の切り替え部１４は、繰り返し部８から出力されるトリガ信号に基づいて、ダンピング抵抗１５を介さずに第１の切り替え部１０と受信部６とを接続するよう切り換えを行う。しかし、この切り替えは他のタイミングに基づいて行ってもよい。たとえば、第２の切り替え部１４自体が、ゼロクロス検知信号に基づいて、所定の時間を計測し、所定の時間経過後にダンピング抵抗１５を介さずに第１の切り替え部１０と受信部６とを接続するよう切り換えを行ってもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、常に、各超音波を受信する際、受信側の入力抵抗を増大させていた。しかし、受信した波形の重なりが問題とならない場合には、受信側の入力抵抗を変化させないように超音波流量計１０１を動作させてもよい。たとえば、第２の切り替え部１４に切り替え動作を行うかどうかの指令を受ける端子１４ａを設け、端子１４ａから動作の指令信号を受けているときのみ第２の切り替え部１４が切り替え動作を行うようにしてもよい。この場合、動作の指令信号を受けていないとき、あるいは非動作の指令信号を受けているときには、第２の切り替え部１４は第１の切り替え部１０と受信部６との間をダンピング抵抗１５を介さないように接続した状態を保っている。
【００８７】
（第２の実施形態）
図４は、本発明による超音波流量計の第２の実施形態を示すブロック図である。図４において、第１の実施形態の超音波流量計１０１と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。図４に示す超音波流量計１０２は、第１の切り替え部１０と受信部６との間に並列に接続されているダンピング抵抗１５およびスイッチ部１６を備えている点で第１の実施形態の超音波流量計１０１と異なっている。
【００８８】
スイッチ部１６は、ゼロクロス検知部７から出力されるゼロクロス信号を受け取り、ゼロクロス信号に基づいて、ＯＦＦ状態となる。つまり、第１の切り替え部１０と受信部６との間はダンピング抵抗１５によってのみ接続される。また、スイッチ部１６は、繰り返し部８から出力されるトリガ信号を受け取り、トリガ信号に基づいて、ＯＮ状態となる。このとき、スイッチ部１６は第１の切り替え部１０と受信部６とを低抵抗で接続する。スイッチ部１６のＯＮ抵抗は少なくともダンピング抵抗１５よりも小さくなっており、好ましくはスイッチ部１６のＯＮ抵抗は２０Ω以下である。
【００８９】
ダンピング抵抗１５およびスイッチ部１６は第１の実施形態と同様、減衰部として機能する。初期状態においてスイッチ部１６はＯＮ状態にある。このため、第１の切り替え部１０と受信部６とはダンピング抵抗１５およびスイッチ部１６によって電気的に接続される。ＯＮ状態のスイッチ部１６は低抵抗であるので、受信部６を含む受信側の入力抵抗は小さい。
【００９０】
第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から超音波を送信し、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１で受信した場合、受信信号は第１の切り替え部１０およびスイッチ部１６を介して受信部６に入力され増幅される。受信部６から出力される受信信号は、ゼロクロス検知部７においてゼロクロス検知され、ゼロクロス検知信号を生成する。これにより受信信号３７が検知される。
【００９１】
スイッチ部１６は、ゼロクロス検知信号を受け取り、ＯＦＦ状態をとる。このため、第１の切り替え部１０がダンピング抵抗１５のみを介して受信部６に接続される。これにより、受信側の入力抵抗は増大する。言い換えれば、ダンピング抵抗１５とスイッチ部１６との合成抵抗による低抵抗を介して受信部６と受信に用いられる超音波振動子との間を接続した状態から、ダンピング抵抗１５のみによる高抵抗を介して受信部６と前記受信に用いられる超音波振動子との間を接続した状態に切り換える。以降、受信側の入力抵抗が高くなったまま、受信を続ける。このため、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１に到達する超音波がなくなると、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１の振動は早く減衰する。
【００９２】
次の超音波を第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から送信するためのトリガ信号が繰り返し部８から出力されると、スイッチ部１６は、トリガ信号を受け取り、ＯＮ状態をとなる。これにより、再び受信側の入力抵抗は小さくなる。
【００９３】
このように、本実施形態によれば、各超音波を受信する間に、ダンピング抵抗１５およびスイッチ部１６によって受信側の入力抵抗が増大する。特に、ゼロクロスポイントにおいて受信信号を検知した後、受信側の入力抵抗が検知前に比べて増大する。これにより、受信に用いられる第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２の振動を早く減衰させ、次の受信波形との干渉を抑制することができる。
【００９４】
また、特に、ゼロクロスポイントにおいて受信信号を検知した後、受信側の入力抵抗を検知前に比べて増大させる場合、検知時の受信側の入力抵抗を小さい値にすることができる。このため、受信時の感度および精度を高くし、かつ、超音波振動子の減衰を早くすることができる。また、遅延時間を長く設定しなくても、連続する受信信号間の干渉を避けることができるため、計測時間を短くすることができ、消費電力も低減することができる。
【００９５】
なお、第１の実施形態において説明したように、スイッチ部１６にスイッチング動作を行うかどうかの指令を受ける端子１６ａを設け、端子１６ａから動作の指令信号を受けているときのみ、スイッチ部１６が動作するようにしてもよい。この場合、動作の指令信号を受けていないとき、あるいは非動作の指令信号を受けているときには、スイッチ部１６はＯＮ状態を保っている。
【００９６】
（第３の実施形態）
図５は、本発明による超音波流量計の第３の実施形態を示すブロック図である。図５において、第１の実施形態の超音波流量計１０１と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。図５に示す超音波流量計１０３は、可変ダンピング抵抗２１および可変コントロール部２２を備えている点で第１の実施形態の超音波流量計１０１と異なっている。
【００９７】
可変ダンピング抵抗２１は、第１の切り替え部１０と受信部６との間に接続されており、可変コントロール部２２の制御によって抵抗値が変化する。可変コントロール部２２は、ゼロクロス検知部７から出力されるゼロクロス信号に基づいて、可変ダンピング抵抗２１の抵抗値を増大させる。また、繰り返し部８から出力されるトリガ信号に基づいて、可変ダンピング抵抗２１の抵抗値を初期値に戻す。
【００９８】
図６は、可変ダンピング抵抗２１の抵抗値の変化を示している。図６に示すように、可変ダンピング抵抗２１は、初期状態において抵抗値Ｒ１を有している。ゼロクロス検知部７からの出力であるゼロクロス信号を可変コントロール部２２が受け取るまでは、可変ダンピング抵抗２１の抵抗値は変化せず、初期値Ｒ１を保っている。
【００９９】
ゼロクロス検知信号を可変コントロール部２２が受け取ると、可変ダンピング抵抗２１の抵抗値を増加させ始める。図６に示すように可変コントロール部２２がトリガ信号を受け取るとき、可変ダンピング抵抗２１の抵抗値はＲ２に達している。トリガ信号を可変コントロール部２２が受け取ると、可変コントロール部２２は可変ダンピング抵抗２１の抵抗値が初期値であるＲ１に低下するよう、可変コントロール部２２を制御する。
【０１００】
このように、可変コントロール部２２はゼロクロス検知信号およびトリガ信号に基づいて、可変ダンピング抵抗２１の制御を繰り返す。可変ダンピング抵抗２１の抵抗値の時間に対する変化の仕方は、超音波振動子の振動の状態に応じて設定することができる。たとえば経過時間に対して比例するよう抵抗値を増加させてもよいし、指数関数的に増加させてもよい。抵抗値Ｒ１は小さいほうが好ましく、たとえば５Ωから２０Ωである。また、抵抗値Ｒ２は、たとえば、１ｋΩから１０ｋΩである。
【０１０１】
可変ダンピング抵抗２１は第１の切り替え部１０と受信部６との間に接続されているので、可変ダンピング抵抗２１が上述のように変化することによって受信側の入力抵抗が変化し、可変ダンピング抵抗２１および可変コントロール部２２は第１の実施形態と同様、減衰部として機能する。
【０１０２】
初期状態において可変ダンピング抵抗２１は初期値Ｒ１をとっているため、受信部６を含む受信側の入力抵抗は小さい。第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から超音波を送信し、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１で受信した場合、受信信号は第１の切り替え部１０および可変ダンピング抵抗２１を介して受信部６に入力され増幅される。受信部６から出力される受信信号は、ゼロクロス検知部７においてゼロクロス検知され、ゼロクロス検知信号を生成する。これにより受信信号３７が検知される。
【０１０３】
可変コントロール部２２は、ゼロクロス検知信号を受け取り、抵抗値が徐々に増大するように可変ダンピング抵抗を制御する。このため、受信側の入力抵抗は徐々に増大する。第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１に到達する超音波がなくなるとき、受信側の入力抵抗の値は大きくなっているので第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１の振動は早く減衰する。
【０１０４】
次の超音波を第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から送信するためのトリガ信号が繰り返し部８から出力されると、可変コントロール部２２は、トリガ信号を受け取り、可変ダンピング抵抗２１の抵抗値を初期値に戻す。これにより、再び受信側の入力抵抗は小さくなる。
【０１０５】
このように、本実施形態によれば、各超音波を受信する間に、可変ダンピング抵抗２１および可変コントロール部２２によって受信側の入力抵抗が増大する。特に、ゼロクロスポイントにおいて受信信号を検知した後、受信側の入力抵抗が検知前に比べて増大する。これにより、受信に用いられる第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２の振動を早く減衰させ、次の受信波形との干渉を抑制することができる。
【０１０６】
また、ゼロクロスポイントにおいて受信信号を検知した後、受信側の入力抵抗を検知前に比べて増大させる場合、検知時の受信側の入力抵抗を小さい値にすることができる。このため、受信時の感度および精度を高くし、かつ、超音波振動子の減衰を早くすることができる。遅延時間を長く設定しなくても、連続する受信信号間の干渉を避けることができるため、計測時間を短くすることができ、消費電力も低減することができる。本実施形態の場合、可変ダンピング抵抗２１の抵抗値を連続的に変化させるので、スイッチの切り替えなどによるノイズが発生しにくく、誤動作を引き起こす可能性が少ないという効果も得られる。
【０１０７】
なお、第１の実施形態において説明したように、可変コントロール部２２に可変ダンピング抵抗を制御するかどうかの指令を受ける端子２２ａを設けてもよい。そして、端子２２ａから動作の指令信号を受けているときのみ、可変コントロール部２２抵抗を制御するようにしてもよい。この場合、動作の指令信号を受けていないとき、あるいは非動作の指令信号を受けているときには、可変ダンピング抵抗２１は低抵抗を保つ。
【０１０８】
また、本実施形態ではゼロクロス検知信号およびトリガ信号に基づいて可変ダンピング抵抗２１の制御を行っているが、トリガ信号のみに基づいて、可変ダンピング抵抗２１を制御してもよい。たとえば、トリガ信号に基づいて、可変コントロール部２２は可変ダンピング抵抗２１の値を初期値である低抵抗値に設定する。その後、所定の時間までは可変ダンピング抵抗２１が初期値を維持するよう制御する。あるいは所定の時間までは抵抗値がゆっくり増加するように制御する。これにより、ゼロクロス検知を行う際の可変ダンピング抵抗２１の抵抗値を小さくし、受信側の入力抵抗を小さくすることによって、感度および精度のよいゼロクロス検知を行うことができる。所定時間が経過したら上述のように可変ダンピング抵抗２１を増加させる。これによって、受信側の入力抵抗を高くして超音波振動子の振動を早く減衰させることができる。
【０１０９】
（第４の実施形態）
図７は、本発明による超音波流量計の第４の実施形態を示すブロック図である。図７において、第１の実施形態の超音波流量計１０１と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。図７に示す超音波流量計１０４は、受信信号を増幅するための増幅部として音波減衰量自動補正（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｔｉｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能を備えた受信部２６（以下ＳＴＣ受信部と略す）を備えている点で第１の実施形態の超音波流量計１０１と異なっている。
【０１１０】
ＳＴＣ受信部２６は、超音波振動装置などに一般的に用いられる。超音波診断において、測定対象物の内部において反射する超音波は、表面近傍において反射する超音波に比べて、反射する地点までの距離が長くなる。このため、表面で反射する超音波に比べて、伝播時間が長く、遅れて受信される。また、振幅の減衰が大きい。このため、ＳＴＣ受信部２６は、所定の周期で時間の経過とともに増幅の利得が大きくなるように信号を増幅する。このとき、利得が大きくなるにつれて入力抵抗は高くなる。
【０１１１】
ＳＴＣ受信部２６は、第１の切り替え部１０とゼロクロス検知部７との間に接続される。したがって、ＳＴＣ受信部２６の出力はゼロクロス検知部７へ入力される。
【０１１２】
また、超音波流量計１０４は、固定遅延部２８を備えており、繰り返し部８の出力であるトリガ信号を受け取って、所定の時間経過後に信号を出力する。この出力信号は、ＳＴＣ受信部２６へ入力される。
【０１１３】
図８は、ＳＴＣ受信部２６の利得の変化を示している。図８に示すように、初期状態において、ＳＴＣ受信部２６はＧ１の利得で入力信号を増幅する。そして時間の経過に伴って利得は大きくなってゆく。利得の時間に対する変化の仕方は、超音波振動子の振動の状態に応じて設定することができる。たとえば経過時間に対して比例するよう抵抗値を増加させてもよいし、指数関数的に増加させてもよい。
【０１１４】
繰り返し部８からトリガ信号出力され、さらに固定遅延部２８に設定された所定の時間の後、固定遅延部２８から信号が出力され、ＳＴＣ受信部２６はその出力信号を受け取る。そして、このときの利得Ｇ２を急激に減少させて初期値であるＧ１に設定する。固定遅延部２８から信号が出力されるタイミングは、第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２が超音波を送信し、送信された各超音波が第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１に到達して受信する直前になるよう設定される。
【０１１５】
上述したように、ＳＴＣ受信部２６の利得は入力抵抗に対応、または比例しており、利得が小さい時には入力抵抗も小さく、利得が大きくなるにつれて入力抵抗も大きくなる。ＳＴＣ受信部２６の利得を大きくすることによって、入力抵抗を高くし、超音波振動子の振動を早く減衰させることができる。たとえば利得Ｇ１のとき受信側の入力抵抗は５Ωから２０Ωの範囲にあり、利得Ｇ２の時に受信側の入力抵抗は１ｋΩから２ｋΩの範囲にあるよう、ＳＴＣ受信部２６は設定されている。
【０１１６】
なお、利得が大きいほど、受信信号の振幅も大きく増幅される。このため、受信した超音波の末尾部分における小さな振幅部分ほど大きな増幅率で増幅される。
しかし、これは超音波振動子の振動を早く減衰させるという目的と矛盾するものではない。なぜなら、振幅が大きくなるのはＳＴＣ受信部２６から出力される受信信号であり、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１の振動を助長するわけではないからである。第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１自体は、ＳＴＣ受信部２６の利得の増大に伴って入力抵抗が増大することにより、その振動が早く減衰する。また、ＳＴＣ受信部２６から出力される受信信号において、末尾部分ほど大きな増幅率で振幅が増幅されているが、ゼロクロス検知によって検知するのは受信信号の初めの部分であり、ゼロクロス検知後、受信信号の波形は計測に利用されない。このため、受信信号の位置によってその振幅の増幅のされ方が異なっていても問題が生じることはない。
【０１１７】
超音波流量計１０４を用いて流量を計測する場合、初期状態においてＳＴＣ受信部２６の利得はＧ１であり入力抵抗は小さくなっている。第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から超音波を送信し、第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１で受信した場合、受信信号は第１の切り替え部１０を介してＳＴＣ受信部２６に入力され増幅される。受信部６から出力される受信信号は、ゼロクロス検知部７においてゼロクロス検知され、ゼロクロス検知信号を生成する。これにより受信信号３７が検知される。
【０１１８】
ＳＴＣ受信部２６の利得は時間の経過とともに増大し、入力抵抗も増大する。第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１に到達する超音波がなくなるとき、受信側の入力抵抗の値は大きくなっているので第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１の振動は早く減衰する。
【０１１９】
次の超音波を第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２から送信するためのトリガ信号が繰り返し部８から出力されると、所定の時間経過後に固定遅延部２８から信号が出力され、ＳＴＣ受信部２６の利得が初期値に戻る。これにより、再び受信側の入力抵抗は小さくなる。
【０１２０】
このように、本実施形態によれば、各超音波を受信する間に、ＳＴＣ受信部２６の入力抵抗が増大する。これにより、受信に用いられる第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２の振動を早く減衰させ、次の受信波形との干渉を抑制することができる。また、特に本実施形態の場合、入力抵抗が連続的に変化するので、スイッチの切り替えなどによるノイズが発生しにくく、誤動作を引き起こす可能性が少ない。また、遅延時間を長く設定しなくても、連続する受信信号間の干渉を避けることができるため、計測時間を短くすることができ、消費電力も低減することができる。
【０１２１】
なお、第１の実施形態において説明したように、ＳＴＣ受信部２６に利得の変化させるかどうかの指令を受ける端子２６ａを設けてもよい。そして、端子２６ａから動作の指令信号を受けているときのみ、利得を変化させてもよい。この場合、動作の指令信号を受けていないとき、あるいは非動作の指令信号を受けているときには、ＳＴＣ受信部２６は初期値であるＧ１の利得を保つ。
【０１２２】
（第５の実施形態）
図９は、本発明による超音波流量計の第５の実施形態を示すブロック図である。図９において、第４の実施形態の超音波流量計１０４と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。図９に示す超音波流量計１０５は、遅延時間を変化させるために、波形整形部２９、周波数−電圧変換部（以下、Ｆ／Ｖコンバータと呼ぶ）３０、固定遅延３１、および遅延時間決定部２６を備えている点で第４の実施形態の超音波流量計１０４と異なっている。
【０１２３】
波形整形部２９は、ＳＴＣ受信部２６から増幅された受信信号を受け取り、受信信号を２値化する。Ｆ／Ｖコンバータ３０は、２値化された受信信号を受け取って、その周波数に基づいて電圧を発生する。また、トリガ信号から所定の時間経過した後に出力される信号を固定遅延部２８から受け取る。そして、固定遅延部２８から出力信号を受け取ったとき以降の電圧を遅延時間決定部２６へ出力する。固定遅延部２８の出力信号は、受信信号の尾部であって次の受信信号の波形と重なる部分を受信するタイミングで生成される。このため、Ｆ／Ｖコンバータ３０が出力する電圧は、次の受信信号の波形と重なる部分の周波数に比例しており、この電圧に基づいて、受信信号の尾部であって次の受信信号の波形と重なる部分の周期を推定することができる。
【０１２４】
遅延時間決定部２６は、この周期を求め、周期を複数に分割した単位時間を計算する。そして、シングアラウンド１回ごとにこの単位時間の長さ分ずつ長くなった付加遅延時間を発生させ、遅延部４へ出力する。遅延部４は、通常の設定における固定した遅延時間と、遅延時間決定部２６から受け取る付加遅延時間とを加え、これらの合計の時間を用いて、トリガ信号を生成する。
【０１２５】
繰り返し部８は、各シングアラウンドにおける付加遅延時間を合計した値が、受信信号の尾部であって次の受信信号の波形と重なる部分の周期の整数倍となるように全シングアラウンド回数を設定する。
【０１２６】
第４の実施形態において説明したように、ＳＴＣ受信部２６は、時間の経過とともにその利得を増大させる。このため、受信信号における減衰した尾部の振幅が大きくなり、尾部の周期を推定あるいは計測することが可能となる。受信信号の尾部と次の受信信号との重なりあるいは干渉によって生じるゼロクロス検知の計測誤差は、尾部の周期に依存する。したがって、上述したように付加遅延時間を生成してシングアラウンド方による計測を行えば、ゼロクロス検知の計測誤差がキャンセルしあう。このため、受信信号の尾部と次の受信信号との重なりによって生じる誤差を排除した計測を行うことができる。
【０１２７】
固定遅延部３１は、上述の固定遅延部２８の出力を受け取って、所定の時間経過した後にＳＴＣ受信部２６へ信号を出力する。固定遅延部３１から信号が出力されるタイミングは、第１の超音波振動子１または第２の超音波振動子２が超音波を送信し、送信された各超音波が第２の超音波振動子２または第１の超音波振動子１に到達して受信する直前になるよう設定される。
【０１２８】
このように本実施形態によれば、第４の実施形態で説明した効果に加えて、受信信号の尾部と次の受信信号との重なりによって生じる誤差を排除することができる。したがって、精度の高い計測が可能となる。
【０１２９】
なお、本実施形態では、Ｆ／Ｖコンバータ３０を用いたが、Ｆ／Ｖコンバータ３０の替わりＡ／Ｄコンバータを用い、波形データから自己回帰モデルによるスペクトルの推定を行い、周期を計測することも可能である。また、フーリエ変換を用いて計測を行ってもよい。さらに、ＳＴＣ受信部２６の利得の変化あるいは入力抵抗の変化は固定されているので、Ａ／Ｄコンバータを用いて得られる波形データから、振幅の減衰の仕方を評価することにより、第１の超音波振動子１および第２の超音波振動子２の劣化の程度を評価してもよい。
【０１３０】
（第６の実施形態）
以下、本発明の超音波流量計を備えたガスメータを説明する。
【０１３１】
図１０は、配管７０内を流れるガスの流量を計測するためのガスメータ１０６のブロック図を示している。配管７０内を流れるガスは、天然ガスやプロパンガスなど一般家庭で用いられるもののほか、水素や酸素等、その他の気体であってもよい。
【０１３２】
ガスメータ１０６は、配管７０内を流れるガスの流量を計測するための超音波流量計７１と、緊急時に配管７０を流れるガスを遮断する遮断弁７２と、超音波流量計７１および遮断弁７２を制御するマイコンなどの制御装置７３と、超音波流量計１０６を用いて計測した流量や流量の積算値およびその他の情報を表示する表示部７４とを備える。また、温度計７５を備えていてもよい。超音波流量計７１には、第１から第５の実施形態の超音波流量計を用いることができる。
【０１３３】
超音波流量計７１によって計測される流量に関するデータは、マイコン７３で処理されて表示部７４に表示される。また、マイコン７３は、計測する流量に異常がないかを監視する。例えば、突然、大流量のガスが流れ始めた場合には、ガス漏れが生じていると判断して、遮断弁７２を動作させ、ガスの供給を停止する。
【０１３４】
また、第１から第５の実施形態において説明したように、超音波流量計７１において、超音波振動子が超音波を受信する間に、受信側の入力抵抗が増大する。このため、受信信号と次の受信信号との干渉を抑制することができる。また、特に、ゼロクロスポイントにおいて受信信号を検知した後、受信側の入力抵抗を検知前に比べて増大させる場合、検知時の受信側の入力抵抗を小さい値にすることができる。このため、受信時の感度および精度を高くし、かつ、超音波振動子の減衰を早くして、ガスメータの計測誤差を低減することができる。
【０１３５】
受信側の入力抵抗を可変にする動作は、流量の計測ごとに常に行うようにしてもよいが、上記各実施形態で説明したように、この動作を行わせるための指令を受ける端子を設け、マイコン７３が指令を出したときのみ、受信側の入力抵抗を変化させてもよい。
【０１３６】
たとえば、マイコン７３が計測した流量に関するデータを監視し、超音波振動子の劣化等により計測した流量に誤差が生じていると判断した場合にのみ、受信側の入力抵抗を変化させてもよい。あるいは、温度計７５によってガスメータ１０６の設置された環境温度を監視し、環境温度が所定の値以上になった場合に、受信信号と次の受信信号との干渉による影響が大きいと判断して、受信側の入力抵抗を変化させてもよい。また、あるいは、ガスメータ１０６の初期設定として、受信信号と次の受信信号との干渉が生じないよう、遅延時間を十分長く設定しておき、超音波流量計７１の電池の起電力をモニターする。そして、電池の起電力が所定の値以下になった場合には、電池の消費を低減するために、遅延時間を短くするとともに、受信信号と次の受信信号との干渉による影響を抑制するために受信側の入力抵抗を変化させてもよい。
【０１３７】
なお、上記各実施形態では、シングアラウンド法により流量を計測する流量計を説明したが、本発明は、たとえば、双方向に一回、超音波を伝播させ、その伝播時間差から流量を求める流量計にも適用することが可能である。そのような流量計に本発明を適用した場合、振動子の減衰を早く収束させることによって、計測時間を短くすることが可能となり、繰り返し計測する場合に、計測間隔を短くできるという効果が得られる。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波を受信する間に、受信側の入力抵抗を増大させることによって、受信に用いられる超音波振動子の振動を早く減衰させることができる。したがって、次の受信波形との干渉を抑制することができる。また、検知時の受信側の入力抵抗を小さい値にすることによって受信時の感度および精度を高くすることができる。したがって、精度の高い計測が可能な超音波流量計を実現することができる。また、遅延時間を長く設定しなくても、連続する受信信号間の干渉を避けることができるため、計測時間を短くすることができ、消費電力も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波流量計の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波流量計における受信側入力抵抗の変化を示す図である。
【図３】シングアラウンド法による測定を説明する図である。
【図４】本発明による超音波流量計の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明による超音波流量計の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図６】図５に示す超音波流量計における受信側入力抵抗の変化を示す図である。
【図７】本発明による超音波流量計の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図８】図７に示す超音波流量計の受信部における利得の変化を示す図である。
【図９】本発明による超音波流量計の第５の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】本発明によるガスメータの実施形態を示すブロック図である。
【図１１】従来の超音波流量計を示すブロック図である。
【図１２】受信波のゼロクロス検知方法を説明する図である。
【図１３】連続する受信波の渉を説明する図である。
【符号の説明】
１ 第１の超音波振動子
２ 第２の超音波振動子
３ 送信部
４ 遅延部
５ レベル検知部
６ 受信部
７ ゼロクロス検知部
８ 繰り返し部
９ 計時部
１０ 第１の切り替え部
１１ 流量算出部
１３ ピークホールド部
１４ 第２の切り替え部
１５ ダンピング抵抗
１６ スイッチ部
２１ 可変ダンピング抵抗
２２ 可変コントロール部
２６遅延時間決定部
２８、３１ 固定遅延部
２９ 波形整形部
３０ Ｆ／Ｖコンバータ
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ 超音波流量計[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate of a fluid using ultrasonic waves and a flow rate measuring method using ultrasonic waves. The invention also relates to a gas meter.
[0002]
[Prior art]
An ultrasonic flowmeter has features such as a simple structure, few mechanically movable parts, a wide measurable flow rate range, and no pressure loss due to the flowmeter. Also, recent advances in electronics technology have made it possible to improve the measurement accuracy of ultrasonic flowmeters. For this reason, studies using an ultrasonic flowmeter have been made in various fields that require measurement of the flow rate of a gas or liquid, such as a gas meter.
[0003]
Hereinafter, the structure and measurement principle of the conventional ultrasonic flowmeter will be described. FIG. 21 is a block diagram showing an example of a conventional ultrasonic flowmeter. The ultrasonic flow meter shown in FIG. 21 is disclosed, for example, in Non-Patent Document 1. As shown in FIG. 21, the ultrasonic transducers 1 and 2 are arranged so as to sandwich the flow path 12 through which the fluid flows. The ultrasonic transducers 1 and 2 function as a transmitter and a receiver, respectively. Specifically, when the ultrasonic transducer 1 is used as a transmitter, the ultrasonic transducer 2 is used as a receiver, and when the ultrasonic transducer 2 is used as a transmitter, the ultrasonic transducer 1 is used as a receiver. Used as As shown in FIG. 21, the ultrasonic wave propagation path formed between the ultrasonic transducers 1 and 2 is inclined by an angle θ with respect to the direction in which the fluid flows.
[0004]
When an ultrasonic wave is propagated from the ultrasonic oscillator 1 to the ultrasonic oscillator 2, the speed of the ultrasonic wave increases because the ultrasonic wave travels in the forward direction with respect to the flow of the fluid. On the other hand, when the ultrasonic wave is propagated from the ultrasonic vibrator 2 to the ultrasonic vibrator 1, the velocity of the ultrasonic wave is reduced because the ultrasonic wave travels in a direction opposite to the fluid flow. Therefore, the velocity of the fluid is determined from the difference between the time when the ultrasonic wave propagates from the ultrasonic vibrator 1 to the ultrasonic vibrator 2 and the time when the ultrasonic wave propagates from the ultrasonic vibrator 2 to the ultrasonic vibrator 1. Can be. Further, the flow rate can be obtained from the product of the cross-sectional area of the flow path 12 and the flow velocity.
[0005]
As a specific method for obtaining the flow rate of the fluid according to the above-described principle, a measurement method using the sing-around method will be specifically described.
[0006]
As shown in FIG. 21, the ultrasonic flowmeter includes a transmitting unit 3 and a receiving unit 6, and the ultrasonic vibrator 1 is selectively connected to one of the transmitting unit 3 and the receiving unit 6 by the switching unit 10. At this time, the ultrasonic transducer 2 is connected to the other of the transmitting unit 3 or the receiving unit 6 to which the ultrasonic transducer 1 is not connected.
[0007]
When the transmission unit 3 and the ultrasonic transducer 1 are connected, the transmission unit 3 drives the ultrasonic transducer 1, and the generated ultrasonic waves reach the ultrasonic transducer 2 across the flow of the fluid. The ultrasonic wave received by the ultrasonic transducer 2 is converted into an electric signal, and the received signal is amplified by the receiving unit 6. The level of the received signal is detected by the level detector 5.
[0008]
FIG. 22 shows an example of zero-cross detection in a conventional ultrasonic flowmeter. The peak hold unit 13 generates a peak hold signal 19 from the received signal 18. The level detector 5 detects that the peak hold signal 19 has reached a predetermined level 36, and generates a detection signal 37. The zero-cross detection unit 7 detects a zero-cross point immediately after the generation of the detection signal 37, and generates a zero-cross detection signal 38. The zero cross point is a point where the amplitude of the received signal changes from positive to negative or from negative to positive. This zero cross point is defined as the time when the ultrasonic wave arrives in the ultrasonic transducer 2. Based on the zero-cross detection signal 38, the delay unit 4 generates a trigger signal at a timing delayed by a predetermined time, and the repetition unit 8 determines whether to repeat the trigger signal. The time from generation of the zero-cross detection signal 38 to generation of the trigger signal is called a delay time.
[0009]
The transmitting unit 3 drives the ultrasonic transducer 1 based on the trigger signal to generate the next ultrasonic wave. Repetition of the ultrasonic transmission-reception-amplification / delay-transmission loop in this manner is called a sing-around, and the number of loops is called a sing-around number.
[0010]
The timer 9 measures the time required to repeat the loop a predetermined number of times, and sends the measurement result to the flow rate calculator 11. Next, the switching unit 10 is switched, and measurement is similarly performed using the ultrasonic transducer 2 as a transmitter and the ultrasonic transducer 1 as a receiver.
[0011]
The value obtained by subtracting the value obtained by multiplying the delay time and the number of sing-arounds from the time measured by the above-described method, and dividing the value by the number of sing-arounds is the ultrasonic wave propagation time.
[0012]
The propagation time when the ultrasonic transducer 1 is on the transmission side is t1, and the propagation time when the ultrasonic transducer 2 is on the transmission side is t2. Further, as shown in FIG. 21, the distance between the ultrasonic vibrator 1 and the ultrasonic vibrator 2 is L, and the flow velocity of the fluid and the sound velocity of the ultrasonic wave are V and C, respectively. At this time, t1 and t2 are represented by the following equations.
[0013]
(Equation 1)

[0014]
From these equations, the flow velocity V is represented by the following equation.
[0015]
(Equation 2)

[0016]
If the flow velocity V of the fluid is determined, the flow rate Q is determined from the product of the cross-sectional area of the flow path 14 and the flow velocity V.
[0017]
[Non-patent document 1]
JIS 5032 "Ultrasonic flow rate measurement method", Japan Institute of Electrical Measurement Instruments Association, 1987
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described ultrasonic flow meter, a plurality of ultrasonic waves are propagated through a predetermined time by a sing-around method, and the total of the propagation times is measured. FIG. 23 shows, for example, a waveform of a received signal when the first and second ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transducer 1 are received by the ultrasonic transducer 2. The first and second ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transducer 1 at predetermined intervals. For this reason, as shown in FIG. 23, the reception waveform 37 by the first ultrasonic wave and the reception waveform 38 by the second ultrasonic wave are separately observed. However, since the reception of the second ultrasonic wave starts before the vibration of the ultrasonic transducer 2 caused by receiving the first ultrasonic wave is completely attenuated, the vibration of the reception waveform 37 affects the reception wave 38. However, the waveform of the received wave 38 changes. For this reason, a correct cross point of the received wave 38 cannot be detected due to the deformation of the waveform, and a measurement error occurs.
[0019]
Therefore, when a gas meter is manufactured using a conventional ultrasonic flowmeter, the measured gas flow rate may include many errors. Further, not only an error occurs in the measurement, but also when the gas leak detection function is added to the gas meter, the reliability of the detection function may be reduced.
[0020]
In the above-described ultrasonic flowmeter, the propagation time when transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic vibrator 1 and receiving the ultrasonic waves by the ultrasonic vibrator 2 and the ultrasonic vibrator 1 transmitting the ultrasonic waves from the ultrasonic vibrator 2 The flow rate is determined from the difference from the propagation time when receiving at the time. Therefore, if the characteristics of the two ultrasonic transducers are equal and the effects other than the flow velocity of the fluid also contribute to these two propagation times, the change in the waveform described above should be taken as the difference between the propagation times. Offset by
[0021]
However, it is very difficult to use two ultrasonic transducers having exactly the same characteristics in an actual ultrasonic flowmeter. In addition, when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic oscillator 1 and received by the ultrasonic oscillator 2, and when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic oscillator 2 and received by the ultrasonic oscillator 1, the fluid flows through the fluid. It is difficult to equalize the effects of propagating ultrasound.
[0022]
The sound speed of the ultrasonic wave propagating through the fluid depends on the temperature of the fluid, and the higher the temperature, the faster the ultrasonic wave propagates. For this reason, as the temperature of the fluid increases, the degree of overlap between the waveforms of the two received waves also increases, and the measurement error also increases as the temperature increases. For example, when measuring the gas flow rate using the above-described ultrasonic flow meter, an error of about 2 liters may occur in the measured value at 30 to 40 ° C. due to the overlap of two received waveforms.
[0023]
In order to solve such a problem, it is conceivable to make the transmission interval of the ultrasonic wave sufficiently long so that the waveforms do not overlap when the ultrasonic wave is received. However, in this case, the total time for measuring the flow rate becomes longer due to the longer transmission interval of the ultrasonic waves. This causes not only a problem if one flow measurement takes time, but also a problem that the power consumed in one flow measurement increases due to a long measurement time. In particular, in the case of a flow meter for measuring flammable or flammable gas, the battery that is the power supply of the flow meter may not be replaced in consideration of safety. This leads to a problem that the life of the flow meter is shortened.
[0024]
An object of the present invention is to solve such a conventional problem and to provide an ultrasonic flowmeter and a flow rate measuring method capable of performing highly accurate measurement.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The ultrasonic flowmeter of the present invention transmits and receives ultrasonic waves, and includes a first and a second ultrasonic vibrators arranged to form a propagation path of the ultrasonic waves in a flow path of a fluid; Driving the first ultrasonic vibrator and the second ultrasonic vibrator so that ultrasonic waves are bidirectionally transmitted and received between the ultrasonic vibrator and the second ultrasonic vibrator; A transmitting unit and a receiving unit that receive the signal, and an attenuation unit that attenuates the vibration of the ultrasonic transducer used for reception among the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer. The flow rate of the fluid is measured by detecting the difference in the transit time of the ultrasonic waves propagating through the fluid.
[0026]
In a preferred embodiment, the attenuation unit changes the input resistance of the reception side including the reception unit from an initial value at the start of reception during reception of the ultrasonic wave.
[0027]
In a preferred embodiment, the ultrasonic flowmeter further includes a detection unit connected to the reception unit, for detecting a reception signal output from the reception unit, and generating a detection signal, wherein the attenuation unit includes the detection unit. After the unit detects the reception signal, the input resistance of the reception side is increased as compared with before the detection.
[0028]
In a preferred embodiment, the attenuation section includes a resistor and a switching section, and by switching the switching section, the ultrasonic transducer used for the reception and the reception section are connected via the resistor, Select whether to connect without the resistor.
[0029]
In a preferred embodiment, the attenuation unit includes a resistor connected in parallel between the ultrasonic transducer used for reception and the reception unit, and a switch having a lower resistance value than the resistance.
[0030]
In a preferred embodiment, the attenuation section includes a variable resistor and a control section for controlling the variable resistor.
[0031]
In a preferred embodiment, the switching unit, the switch, or the control unit operates based on the detection signal such that input resistance on the reception side increases.
[0032]
In a preferred embodiment, the ultrasonic flow meter receives the detection signal, outputs a signal after a predetermined delay time has elapsed, and counts an output signal of the delay unit, and the count value is equal to or less than a predetermined value. And a repetition unit that generates a trigger signal for causing the transmission unit to generate a drive signal, the switching unit, the switch or the control unit, based on the trigger signal, the reception side, A device that operates to set the input resistance to the initial value.
[0033]
In a preferred embodiment, the receiving section and the attenuating section constitute a sound wave attenuation automatic correction receiving section in which an amplification degree increases from an initial value as time passes within a predetermined time.
[0034]
In a preferred embodiment, the ultrasonic flow meter receives the detection signal, outputs a signal after a predetermined delay time has elapsed, and counts an output signal of the delay unit, and the count value is equal to or less than a predetermined value. A repetition unit that generates a trigger signal for causing the transmission unit to generate a drive signal, and based on the trigger signal, sets the amplification of the sound wave attenuation automatic correction reception unit to the initial value. I do.
[0035]
In a preferred embodiment, the ultrasonic flowmeter further includes a delay time determining unit that estimates a cycle in a predetermined portion of the received signal and determines the delay time based on the estimated cycle.
[0036]
In a preferred embodiment, the ultrasonic flowmeter transmits and receives the ultrasonic waves to and from the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer a plurality of times by a sing-around method.
Further, the gas meter of the present invention controls any one of the above ultrasonic flow meters provided in the flow path of the gas, a shutoff valve for shutting off the gas flowing through the flow path, and the ultrasonic flowmeter and the shutoff valve. And a control device.
[0037]
In a preferred embodiment, the control device controls the attenuation section of the ultrasonic flowmeter to operate only in a predetermined case.
[0038]
Further, the flow rate measuring method using ultrasonic waves according to the present invention is characterized in that the ultrasonic flow rate measuring method is bidirectionally superposed between the first and second ultrasonic vibrators disposed so as to form an ultrasonic wave propagation path in a fluid flow path. It transmits and receives sound waves and measures the flow rate of the fluid by detecting the bidirectional propagation time difference of the ultrasonic waves propagating between the propagation paths, and receives the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer. Attenuating the vibration of the ultrasonic transducer used for the above.
[0039]
In a preferred embodiment, the attenuation step changes an input resistance of a receiving side including a receiving unit for receiving the ultrasonic wave from an initial value at the start of the reception while receiving the ultrasonic wave.
[0040]
In a preferred embodiment, the flow rate measuring method further includes a step of detecting a reception signal output from the reception unit connected to the reception unit and generating a detection signal, and the step of attenuating includes detecting the detection signal. After detecting the reception signal in the generation step, the input resistance of the reception side is increased as compared to before the detection.
[0041]
In a preferred embodiment, during the reception of the ultrasonic wave, the attenuation step may include a step of connecting the reception unit and the ultrasonic transducer used for the reception via a first resistor to a first state. The state is switched to a state of connection between the receiving unit and the ultrasonic transducer used for the reception via a second resistor higher than the resistance.
[0042]
In a preferred embodiment, the attenuation step changes a resistance between the receiving unit and the ultrasonic transducer used for the reception continuously.
[0043]
In a preferred embodiment, the flow measurement method performs the attenuation step based on the detection signal.
[0044]
In a preferred embodiment, the flow rate measuring method further includes a step of receiving the detection signal and generating a trigger signal after a predetermined delay time has elapsed, and the step of attenuating includes the step of: receiving the detection signal based on the trigger signal. Side input resistance is set to the initial value.
[0045]
In a preferred embodiment, the attenuation step is performed by a sound wave attenuation automatic correction receiving unit in which an amplification degree increases from an initial value over time within a predetermined time.
[0046]
In a preferred embodiment, the flow rate measuring method further includes a step of receiving the detection signal and generating a trigger signal after a predetermined delay time has elapsed, and the step of attenuating the sound wave based on the trigger signal. The amplification degree of the automatic attenuation correction receiving unit is set to the initial value.
[0047]
In a preferred embodiment, the flow rate measuring method further includes a step of estimating a cycle in a predetermined portion of the received ultrasonic signal and determining the delay time based on the estimated cycle.
[0048]
Further, the computer-readable recording medium of the present invention records a program for causing a computer to execute each step defined in any of the above-described ultrasonic flow rate measurement methods.
[0049]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
When measuring the flow rate of a fluid by propagating ultrasonic waves in the fluid flow path and detecting the bidirectional propagation time difference of the ultrasonic waves propagating between the propagation paths, it is only necessary to know the ultrasonic propagation time. However, the entire received ultrasound waveform is not required. For example, when the zero-cross detection method is used, it is sufficient that a predetermined position can be detected in the waveform of the received signal by the received ultrasonic wave. Therefore, after detecting a predetermined position for calculating the propagation time from the waveform of the received signal, the vibration of the ultrasonic transducer is positively attenuated, so that the vibration of the ultrasonic wave received previously becomes smaller than the ultrasonic wave received next. It is possible to suppress adverse effects on the vibration of the sound wave.
[0050]
For this reason, the present invention employs an attenuation unit for quickly attenuating the vibration of the ultrasonic transducer used for reception. Although it is conceivable to physically limit the vibration of the vibrator in order to attenuate the vibration of the ultrasonic vibrator, in the present invention, the vibration is reduced by connecting the ultrasonic vibrator to an electrically high load. Decay quickly. More specifically, the receiving side input resistance to which the ultrasonic transducer is connected is increased while receiving the ultrasonic wave.
[0051]
In order to accurately detect a received signal, it is preferable that the input resistance on the receiving side is small. Therefore, at least until a predetermined position for calculating a propagation time is detected from a waveform of the received signal, that is, until a received signal is detected. It is preferable to keep the resistance value below a predetermined value. Specifically, when the impedance of the ultrasonic transducer is about 200Ω, the input resistance on the receiving side is preferably smaller than 50Ω, more preferably 20Ω or less. If the resistance value is equal to or less than a predetermined resistance value, the reception-side input resistance may be constant or may change from the beginning of the received signal to a predetermined position for obtaining the propagation time.
[0052]
Further, in order to quickly attenuate the vibration of the ultrasonic vibrator, it is preferable that the input resistance on the receiving side has a sufficiently large value with respect to the impedance of the ultrasonic vibrator.
[0053]
More preferably, the reception-side input resistance keeps a constant low value from the beginning of the received signal to a predetermined position for obtaining the propagation time, and after detection, increases the reception-side input resistance.
[0054]
By doing so, the ultrasonic transducer can be rapidly attenuated after the reception signal is detected, and the measurement error can be reduced. Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
[0055]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an ultrasonic flowmeter according to the present invention. The ultrasonic flow meter 101 includes a first ultrasonic vibrator 1 and a second ultrasonic vibrator 2, which are arranged so as to form an ultrasonic wave propagation path in a fluid flow path 12, and a transmitting unit 3. , A receiving unit 6.
[0056]
The first ultrasonic transducer 1 and the second ultrasonic transducer 2 function as a transmitter and a receiver, respectively. The ultrasonic wave transmitted from the first ultrasonic vibrator 1 is received by the second ultrasonic vibrator 2, and the ultrasonic wave transmitted from the second ultrasonic vibrator 2 is the first ultrasonic vibrator 1 To receive. These bidirectional propagation paths make an angle θ with respect to the direction in which the fluid flowing through the flow path 12 flows. The magnitude of the angle θ is selected from the range of 10 to 40 degrees.
[0057]
The first ultrasonic vibrator 1 and the second ultrasonic vibrator 2 are driven at a frequency of about 20 kHz or more in a vibration mode such as a thickness vibration mode, a side-slip vibration mode, and a vertical vibration mode. Various ultrasonic transducers conventionally used can be used. The optimum frequency is appropriately selected according to the state and type of the fluid to be measured and the predicted flow velocity. In the present embodiment, for example, an ultrasonic vibrator that vibrates in the thickness vibration mode and has a resonance frequency of 200 kHz is used.
[0058]
The first ultrasonic transducer 1 is selectively connected to one of the transmission unit 3 and the second switching unit 14 via the first switching unit 10. At this time, the second ultrasonic vibrator 2 is connected by the first switching unit 10 to the other of the second switching unit 14 or the transmitting unit 3 to which the first ultrasonic vibrator 1 was not connected. .
[0059]
The second switching unit 14 selects whether to connect the first switching unit 10 and the receiving unit 6 via the damping resistor 15 or to connect without connecting the damping resistor 15. In other words, whether to connect between the first switching unit 10 and the receiving unit 6 via the first resistor or to connect via the second resistor higher than the first resistor is selected. The first switching unit 10 and the second switching unit 14 may be mechanical such as a toggle switch, or may be configured by electronic components or the like. In the initial state, the second switching unit 14 connects the first switching unit 10 and the receiving unit 6 without using the damping resistor 15.
[0060]
By switching the second switching unit 14, the resistance value between the receiving unit 6 and the first switching unit 10 changes. That is, when the receiving unit 6 is viewed from the first switching unit 10, by switching the second switching unit 14, the input resistance of the receiving side including the receiving unit 6 changes. The second switching unit 14 and the damping resistor 15 function as an attenuation unit for quickly attenuating the vibration of the ultrasonic transducer used for reception.
[0061]
The input resistance of the receiving unit 6 is, for example, a value in a range of 5Ω to 20Ω. The resistance value of the damping resistor 15 is, for example, 1 kΩ to 10 kΩ. These values depend on the resonance resistance of the ultrasonic vibrator to be used, and the exemplified values are values when the impedances of the second ultrasonic vibrator 1 and the second ultrasonic vibrator are about 200Ω. .
[0062]
The ultrasonic wave that has reached the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 is converted into an electric signal, and the received signal is amplified by the receiving unit 6. When the electric signal by the ultrasonic wave that has reached the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 is sufficiently large, the receiving unit 6 does not necessarily need to amplify the received signal.
[0063]
The received signal amplified by the receiving unit 6 is sent to the zero-cross detecting unit 7 and the peak hold unit 13. The peak hold unit 13 holds a peak value of the received signal 18 and generates an output using the value as a peak hold signal. The level detector 5 detects that the peak hold signal has reached a predetermined level, and generates a zero-cross command signal. The zero-cross detection unit 7 detects a zero-cross point immediately after the zero-cross command signal is generated, and outputs a zero-cross detection signal to the delay unit 4. The zero cross point is defined as the propagation time of the received signal, and it is assumed that the received signal is detected at this time. The zero cross detection signal is also input to the peak hold unit 13. The peak hold unit 13 resets the peak hold signal based on the zero cross detection signal.
[0064]
The delay unit 4 generates an output signal at a timing delayed by a predetermined time based on the zero cross detection signal. The repetition unit 8 counts the output signal of the delay unit 4 and outputs the output signal of the delay unit 4 to the transmission unit 3 as a trigger signal if the count is equal to or less than a predetermined number. The transmitting unit 3 drives the first ultrasonic transducer 1 or the second ultrasonic transducer 2 based on the trigger signal.
[0065]
The zero-cross detection signal and the trigger signal are also input to the second switching unit 14. The second switching unit 14 switches based on the zero-cross detection signal so that the first switching unit 10 is connected to the receiving unit 6 via the damping resistor 15. Further, based on the trigger signal, the first switching unit 10 switches so as to be connected to the receiving unit 6 without passing through the damping resistor 15.
[0066]
The timer 9 measures the time required to repeat the sing-around a predetermined number of times, and sends the measurement result to the flow rate calculator 11.
[0067]
The flow rate calculation unit 11 obtains the flow rate and the flow rate from the data relating to the time required to repeat the sing-around output from the timer unit 9, the delay time, and the number of sing-arounds.
[0068]
In the present embodiment, each of the above-described components can be configured by hardware using electronic components or the like, or can be configured by software. The flow rate calculating means 11 is realized by a microcomputer or the like. This microcomputer also controls each component.
[0069]
Next, the operation of the damping unit including the second switching unit 14 and the damping resistor 15 will be described. The upper part of FIG. 2 shows a waveform of a received signal output from the receiving unit 6, and the lower part of FIG. 2 shows a change in input resistance of the receiving side including the receiving unit 6.
[0070]
As described above, in the initial state, the second switching unit 14 connects the first switching unit 10 and the receiving unit 6 without using a damping resistor. At this time, the input resistance on the receiving side is R1. R1 includes the input impedance of the receiving unit 6, the resistance of the second switching unit 14, and the like.
[0071]
When an ultrasonic wave is transmitted from the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 and received by the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1, the received signal is The signal is input to the receiving unit 6 via the first switching unit 10 and the second switching unit 14 and amplified. The zero-cross detection unit 7 receives the reception signal 37 output from the reception unit 6, detects the zero-cross point A1 immediately after the generation of the zero-cross command signal, and generates a zero-cross detection signal. Thereby, the reception signal 37 is detected.
[0072]
As shown in FIG. 2, the second switching unit 14 receives the zero-cross detection signal, and switches so that the first switching unit 10 is connected to the receiving unit 6 via the damping resistor 15. As a result, the input resistance on the receiving side increases to R2. In other words, from the state in which the receiving unit 6 is connected to the ultrasonic transducer used for reception via the resistor R1, the state between the receiving unit 6 and the ultrasonic transducer used for reception is connected via the resistor R2. Switch to the connected state. R2 is larger than R1 by the resistance value of the damping resistor 15. Thereafter, the reception signal 37 is received with the input resistance on the reception side kept high. Therefore, when no ultrasonic wave reaches the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1, the vibration of the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1 is accelerated. Decay. As shown in FIG. 2, the vibration of the tail portion of the received signal 37 attenuates quickly, and the amplitude in the region 50 becomes substantially negligible.
[0073]
When a trigger signal for transmitting the next ultrasonic wave from the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 is output from the repeating unit 8, the second switching unit 14 outputs the trigger signal. Upon receipt, the first switching unit 10 switches so as to be connected to the receiving unit 6 without passing through the damping resistor 15. Therefore, at time B1, the input resistance on the receiving side decreases to R1, which is the initial value.
[0074]
The next ultrasonic wave is transmitted from the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 based on the trigger signal, and is transmitted by the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1. Receive. The received signal is input to the receiving unit 6 via the first switching unit 10 and the second switching unit 14 and amplified. The zero-cross detection unit 7 receives the reception signal 38 output from the reception unit 6, detects a zero-cross point A2 immediately after the generation of the zero-cross command signal, and generates a zero-cross detection signal. Thereby, the reception signal 37 is detected.
[0075]
The second switching unit 14 receives the zero-cross detection signal, and switches again so that the first switching unit 10 is connected to the receiving unit 6 via the damping resistor 15. As a result, the input resistance on the receiving side increases to R2.
[0076]
Thus, the input resistance of the receiving side increases while receiving each ultrasonic wave. In particular, after the reception signal is detected at the zero cross point, the input resistance on the reception side increases as compared to before the detection. Thereby, the vibration of the first ultrasonic transducer 1 or the second ultrasonic transducer 2 used for reception can be attenuated quickly.
[0077]
Next, a procedure for measuring the flow rate of the fluid using the ultrasonic flowmeter 101 will be described. The procedure described below is performed by sequentially controlling each component by a computer such as a microcomputer, and a program for causing the computer to execute the procedure includes an information recording medium such as a ROM, a RAM, a hard disk, and a magnetic recording medium. Is stored in
[0078]
First, as shown in FIG. 1, the transmitting unit 3 is connected to the first ultrasonic vibrator 1 using the first switching unit 10, and the second switching unit 14 is connected to the second ultrasonic vibrator 2. Connect to
[0079]
As shown in FIG. 3, a trigger signal 39 is input to the transmission unit 3 to generate a drive signal, and an ultrasonic wave is generated from the first ultrasonic transducer 1. The ultrasonic wave that has propagated through the flow path 12 is received by the second ultrasonic vibrator 2, and the received signal is transmitted via the second switching unit 14 or via the second switching unit 14 and the damping resistor 15. The signal is sent to the receiving unit 6 and amplified as a received signal 18.
[0080]
The zero-crossing point immediately after the reception signal 18 exceeds a predetermined level is detected by the zero-crossing detection unit 7 by the peak hold unit 13 and the level detection unit 5. The delay unit 4 outputs a trigger signal 39 ′ to the transmission unit 3 after a predetermined delay time 40 has elapsed based on the zero-cross detection signal output from the zero-cross detection unit 7. As a result, one sing-around loop is formed. After repeating the sing-around a predetermined number of times (for example, 50 to 1000 times), the timer 9 measures the total time 41 required to repeat the loop, and sends the measurement result to the flow rate calculator 11. In the flow rate calculation unit, the total time 41 is divided by the number of sing-arounds, and a value obtained by subtracting the delay time 40 from the result is t1 shown in Expression (1).
[0081]
As described above, when each ultrasonic wave is received as the reception signal 18, the second switching unit 14 operates based on the zero-cross detection signal and the trigger signal, and the input resistance on the receiving side increases while each ultrasonic wave is received. I do. For this reason, the vibration of the second ultrasonic vibrator 2 is attenuated quickly, and when receiving the next ultrasonic wave, the vibration by the immediately preceding ultrasonic wave does not remain and exert no adverse effect.
[0082]
Next, using the switching means 10, the transmitting unit 3 is connected to the second ultrasonic transducer 2, and the second switching unit 14 is connected to the first ultrasonic transducer 1. Then, the ultrasonic waves are generated from the second ultrasonic vibrator 2 and the ultrasonic waves are received by the first ultrasonic vibrator 1 by the same procedure as the above-described procedure. After repeating the sing-around a predetermined number of times, the timer 9 measures the total time 41 required to repeat the loop, and sends the measurement result to the flow calculator 11. In the flow rate calculation unit, the total time 41 is divided by the number of sing-arounds, and a value obtained by subtracting the delay time 40 from the result is t2 shown in the equation (1).
[0083]
By substituting the values of t1 and t2 and the angle θ into equation (2), the flow velocity V of the fluid is obtained. Further, assuming that the sectional area of the flow channel 12 is S, the flow rate Q can be obtained by V × S. The flow rate Q is an amount by which the flow rate moves per unit time, and the amount of the fluid can be obtained by integrating the flow rate Q.
[0084]
As described above, according to the present embodiment, while each ultrasonic wave is received, the input resistance on the receiving side is increased by the second switching unit 14 and the damping resistor 15. In particular, after the reception signal is detected at the zero cross point, the input resistance on the reception side increases as compared to before the detection. Thereby, the vibration of the first ultrasonic transducer 1 or the second ultrasonic transducer 2 used for reception can be attenuated quickly. Therefore, interference with the next received waveform can be suppressed. In particular, when the input resistance on the receiving side is increased after the detection of the received signal at the zero crossing point as compared with before the detection, the input resistance on the receiving side at the time of detection can be reduced. Therefore, the sensitivity and accuracy at the time of reception can be increased, and the attenuation of the ultrasonic transducer can be accelerated. Further, even if the delay time is not set long, interference between successive reception signals can be avoided, so that the measurement time can be shortened and power consumption can be reduced.
[0085]
In the present embodiment, the second switching unit 14 connects the first switching unit 10 and the receiving unit 6 without passing through the damping resistor 15 based on the trigger signal output from the repetition unit 8. Perform switching. However, this switching may be performed based on another timing. For example, the second switching unit 14 itself measures a predetermined time based on the zero-cross detection signal, and connects the first switching unit 10 and the receiving unit 6 without passing through the damping resistor 15 after a predetermined time has elapsed. May be switched.
[0086]
In the present embodiment, the input resistance of the receiving side is always increased when each ultrasonic wave is received. However, when the overlapping of the received waveforms does not matter, the ultrasonic flowmeter 101 may be operated so as not to change the input resistance on the receiving side. For example, the second switching unit 14 is provided with a terminal 14a for receiving a command as to whether or not to perform a switching operation, and the second switching unit 14 performs the switching operation only when receiving an operation command signal from the terminal 14a. You may. In this case, when the operation command signal is not received or the non-operation command signal is received, the second switching unit 14 connects the damping resistor 15 between the first switching unit 10 and the receiving unit 6. The connection is maintained without any intervention.
[0087]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the ultrasonic flowmeter according to the present invention. In FIG. 4, the same components as those of the ultrasonic flowmeter 101 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The ultrasonic flow meter 102 shown in FIG. 4 has a damping resistor 15 and a switch unit 16 connected in parallel between the first switching unit 10 and the receiving unit 6 and is similar to that of the first embodiment. It is different from the ultrasonic flow meter 101.
[0088]
The switch unit 16 receives the zero-cross signal output from the zero-cross detection unit 7, and is turned off based on the zero-cross signal. That is, the first switching unit 10 and the receiving unit 6 are connected only by the damping resistor 15. Further, the switch unit 16 receives the trigger signal output from the repetition unit 8, and is turned on based on the trigger signal. At this time, the switch unit 16 connects the first switching unit 10 and the receiving unit 6 with low resistance. The ON resistance of the switch section 16 is at least smaller than the damping resistance 15, and the ON resistance of the switch section 16 is preferably 20Ω or less.
[0089]
The damping resistor 15 and the switch unit 16 function as an attenuation unit as in the first embodiment. In the initial state, the switch section 16 is in the ON state. Therefore, the first switching unit 10 and the receiving unit 6 are electrically connected by the damping resistor 15 and the switch unit 16. Since the switch unit 16 in the ON state has low resistance, the input resistance of the receiving side including the receiving unit 6 is small.
[0090]
When an ultrasonic wave is transmitted from the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 and received by the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1, the received signal is The signal is input to the receiving unit 6 via the switching unit 10 and the switching unit 16 and amplified. The received signal output from the receiver 6 is subjected to zero-cross detection in the zero-cross detector 7 to generate a zero-cross detection signal. Thereby, the reception signal 37 is detected.
[0091]
The switch unit 16 receives the zero-cross detection signal and turns off. Therefore, the first switching unit 10 is connected to the receiving unit 6 only through the damping resistor 15. Thereby, the input resistance on the receiving side increases. In other words, the state in which the receiving unit 6 and the ultrasonic transducer used for reception are connected via the low resistance due to the combined resistance of the damping resistor 15 and the switch unit 16 is changed to the state via the high resistance only by the damping resistor 15. To switch the connection between the receiving unit 6 and the ultrasonic transducer used for the reception. Thereafter, reception is continued while the input resistance on the receiving side is high. Therefore, when no ultrasonic wave reaches the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1, the vibration of the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1 is accelerated. Decay.
[0092]
When a trigger signal for transmitting the next ultrasonic wave from the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 is output from the repeating unit 8, the switch unit 16 receives the trigger signal and turns on. State. As a result, the input resistance on the receiving side decreases again.
[0093]
As described above, according to the present embodiment, the input resistance on the receiving side is increased by the damping resistor 15 and the switch unit 16 during reception of each ultrasonic wave. In particular, after the reception signal is detected at the zero cross point, the input resistance on the reception side increases as compared to before the detection. Thereby, the vibration of the first ultrasonic transducer 1 or the second ultrasonic transducer 2 used for reception can be rapidly attenuated, and interference with the next received waveform can be suppressed.
[0094]
In particular, when the input resistance on the receiving side is increased after the detection of the received signal at the zero crossing point as compared with before the detection, the input resistance on the receiving side at the time of detection can be reduced. Therefore, the sensitivity and accuracy at the time of reception can be increased, and the attenuation of the ultrasonic transducer can be accelerated. Further, even if the delay time is not set long, interference between successive reception signals can be avoided, so that the measurement time can be shortened and power consumption can be reduced.
[0095]
As described in the first embodiment, the switch unit 16 is provided with the terminal 16a for receiving an instruction as to whether or not to perform a switching operation, and the switch unit 16 operates only when receiving an operation command signal from the terminal 16a. You may make it operate. In this case, when the operation command signal is not received or the non-operation command signal is received, the switch unit 16 is kept ON.
[0096]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the ultrasonic flowmeter according to the present invention. In FIG. 5, the same components as those of the ultrasonic flowmeter 101 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The ultrasonic flow meter 103 shown in FIG. 5 is different from the ultrasonic flow meter 101 of the first embodiment in that the ultrasonic flow meter 103 includes a variable damping resistor 21 and a variable control unit 22.
[0097]
The variable damping resistor 21 is connected between the first switching unit 10 and the receiving unit 6, and the resistance value changes under the control of the variable control unit 22. The variable control unit 22 increases the resistance value of the variable damping resistor 21 based on the zero cross signal output from the zero cross detection unit 7. Further, based on the trigger signal output from the repetition unit 8, the resistance value of the variable damping resistor 21 is returned to the initial value.
[0098]
FIG. 6 shows a change in the resistance value of the variable damping resistor 21. As shown in FIG. 6, the variable damping resistor 21 has a resistance value R1 in an initial state. Until the variable control unit 22 receives the zero-cross signal output from the zero-cross detection unit 7, the resistance value of the variable damping resistor 21 does not change and keeps the initial value R1.
[0099]
When the variable control unit 22 receives the zero cross detection signal, the variable control unit 22 starts increasing the resistance value of the variable damping resistor 21. As shown in FIG. 6, when the variable control unit 22 receives a trigger signal, the resistance value of the variable damping resistor 21 has reached R2. When the variable control unit 22 receives the trigger signal, the variable control unit 22 controls the variable control unit 22 so that the resistance value of the variable damping resistor 21 decreases to the initial value R1.
[0100]
As described above, the variable control section 22 repeats the control of the variable damping resistor 21 based on the zero-cross detection signal and the trigger signal. The manner in which the resistance value of the variable damping resistor 21 changes with time can be set according to the state of vibration of the ultrasonic transducer. For example, the resistance value may be increased in proportion to the elapsed time, or may be increased exponentially. The smaller the resistance value R1, the better, for example, 5Ω to 20Ω. Further, resistance value R2 is, for example, 1 kΩ to 10 kΩ.
[0101]
Since the variable damping resistor 21 is connected between the first switching unit 10 and the receiving unit 6, the input resistance on the receiving side changes as the variable damping resistor 21 changes as described above, and the variable damping resistor 21 changes. The variable control unit 21 and the variable control unit 22 function as an attenuation unit as in the first embodiment.
[0102]
Since the variable damping resistor 21 has the initial value R1 in the initial state, the input resistance of the receiving side including the receiving unit 6 is small. When an ultrasonic wave is transmitted from the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 and received by the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1, the received signal is The signal is input to the receiving unit 6 via the switching unit 10 and the variable damping resistor 21 and amplified. The received signal output from the receiver 6 is subjected to zero-cross detection in the zero-cross detector 7 to generate a zero-cross detection signal. Thereby, the reception signal 37 is detected.
[0103]
The variable control unit 22 receives the zero cross detection signal and controls the variable damping resistance so that the resistance value gradually increases. For this reason, the input resistance on the receiving side gradually increases. When no ultrasonic wave reaches the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1, the value of the input resistance on the receiving side is large, so the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1 The vibration of the ultrasonic vibrator 1 attenuates quickly.
[0104]
When a trigger signal for transmitting the next ultrasonic wave from the first ultrasonic oscillator 1 or the second ultrasonic oscillator 2 is output from the repeating unit 8, the variable control unit 22 receives the trigger signal, The resistance value of the variable damping resistor 21 is returned to the initial value. As a result, the input resistance on the receiving side decreases again.
[0105]
As described above, according to the present embodiment, the input resistance on the receiving side is increased by the variable damping resistor 21 and the variable control unit 22 while each ultrasonic wave is received. In particular, after the reception signal is detected at the zero cross point, the input resistance on the reception side increases as compared to before the detection. Thereby, the vibration of the first ultrasonic transducer 1 or the second ultrasonic transducer 2 used for reception can be rapidly attenuated, and interference with the next received waveform can be suppressed.
[0106]
Further, when the input resistance of the receiving side is increased after the detection of the received signal at the zero crossing point as compared with before the detection, the input resistance of the receiving side at the time of the detection can be reduced. Therefore, the sensitivity and accuracy at the time of reception can be increased, and the attenuation of the ultrasonic transducer can be accelerated. Even if the delay time is not set long, interference between successive reception signals can be avoided, so that the measurement time can be shortened and power consumption can be reduced. In the case of the present embodiment, since the resistance value of the variable damping resistor 21 is continuously changed, it is possible to obtain an effect that noise due to switching of a switch is hardly generated and a malfunction is less likely to occur.
[0107]
As described in the first embodiment, the variable control section 22 may be provided with a terminal 22a for receiving an instruction as to whether to control the variable damping resistance. The resistance of the variable control unit 22 may be controlled only when an operation command signal is received from the terminal 22a. In this case, when an operation command signal is not received or a non-operation command signal is received, the variable damping resistor 21 maintains a low resistance.
[0108]
In this embodiment, the variable damping resistor 21 is controlled based on the zero-cross detection signal and the trigger signal. However, the variable damping resistor 21 may be controlled based only on the trigger signal. For example, based on the trigger signal, the variable control unit 22 sets the value of the variable damping resistor 21 to a low resistance value which is an initial value. Thereafter, control is performed so that the variable damping resistor 21 maintains the initial value until a predetermined time. Alternatively, control is performed so that the resistance value slowly increases until a predetermined time. Thereby, the resistance value of the variable damping resistor 21 at the time of performing the zero-cross detection is reduced, and the input resistance on the receiving side is reduced, so that the zero-cross detection with high sensitivity and high accuracy can be performed. After a predetermined time has elapsed, the variable damping resistor 21 is increased as described above. As a result, the input resistance on the receiving side can be increased, and the vibration of the ultrasonic transducer can be attenuated quickly.
[0109]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a fourth embodiment of the ultrasonic flowmeter according to the present invention. 7, the same components as those of the ultrasonic flowmeter 101 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The ultrasonic flowmeter 104 shown in FIG. 7 includes a receiving unit 26 (hereinafter, abbreviated as STC receiving unit) having an automatic sonic attenuation control function as an amplifying unit for amplifying a received signal. This is different from the ultrasonic flow meter 101 of the first embodiment in the point.
[0110]
The STC receiving unit 26 is generally used for an ultrasonic vibration device or the like. In the ultrasonic diagnosis, the distance of the ultrasonic wave reflected inside the object to be measured becomes longer than that of the ultrasonic wave reflected near the surface. Therefore, the propagation time is longer than that of the ultrasonic wave reflected on the surface, and the ultrasonic wave is received later. Further, the attenuation of the amplitude is large. For this reason, the STC receiving unit 26 amplifies the signal such that the gain of the amplification increases with the elapse of time in a predetermined cycle. At this time, the input resistance increases as the gain increases.
[0111]
The STC receiving unit 26 is connected between the first switching unit 10 and the zero-cross detecting unit 7. Therefore, the output of the STC receiver 26 is input to the zero-cross detector 7.
[0112]
Further, the ultrasonic flowmeter 104 includes a fixed delay unit 28, receives a trigger signal output from the repetition unit 8, and outputs a signal after a predetermined time has elapsed. This output signal is input to the STC receiving unit 26.
[0113]
FIG. 8 shows a change in gain of the STC receiving unit 26. As shown in FIG. 8, in the initial state, the STC receiver 26 amplifies an input signal with a gain of G1. The gain increases with the passage of time. The manner in which the gain changes over time can be set according to the state of vibration of the ultrasonic transducer. For example, the resistance value may be increased in proportion to the elapsed time, or may be increased exponentially.
[0114]
The trigger signal is output from the repeating unit 8, and after a predetermined time set in the fixed delay unit 28, a signal is output from the fixed delay unit 28, and the STC receiving unit 26 receives the output signal. Then, the gain G2 at this time is sharply reduced and set to the initial value G1. The timing at which a signal is output from the fixed delay unit 28 is such that the first ultrasonic transducer 1 or the second ultrasonic transducer 2 transmits an ultrasonic wave, and each transmitted ultrasonic wave is a second ultrasonic vibration. The setting is made such that it is just before reaching the transducer 2 or the first ultrasonic transducer 1 and receiving.
[0115]
As described above, the gain of the STC receiving unit 26 corresponds to or is proportional to the input resistance. When the gain is small, the input resistance is small, and as the gain increases, the input resistance increases. By increasing the gain of the STC receiver 26, the input resistance can be increased, and the vibration of the ultrasonic transducer can be attenuated quickly. For example, the STC receiving section 26 is set so that the input resistance on the receiving side is in the range of 5Ω to 20Ω when the gain is G1, and the input resistance on the receiving side is in the range from 1kΩ to 2kΩ when the gain is G2.
[0116]
Note that the larger the gain, the larger the amplitude of the received signal is amplified. For this reason, a smaller amplitude portion at the end of the received ultrasonic wave is amplified at a higher amplification factor.
However, this is not inconsistent with the purpose of rapidly damping the vibration of the ultrasonic transducer. The reason for this is that the amplitude increases in the received signal output from the STC receiving unit 26 and does not promote the vibration of the second ultrasonic transducer 2 or the first ultrasonic transducer 1. The vibration of the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1 itself is attenuated quickly due to an increase in input resistance with an increase in the gain of the STC receiving unit 26. In the received signal output from the STC receiving unit 26, the amplitude is amplified with a larger amplification factor toward the end, but the first part of the received signal is detected by zero-cross detection. The signal waveform is not used for measurement. Therefore, no problem occurs even if the amplitude of the received signal is different depending on the position of the received signal.
[0117]
When measuring the flow rate using the ultrasonic flowmeter 104, the gain of the STC receiving unit 26 is G1 in the initial state, and the input resistance is small. When an ultrasonic wave is transmitted from the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 and received by the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1, the received signal is The signal is input to the STC receiving unit 26 via the switching unit 10 and amplified. The received signal output from the receiver 6 is subjected to zero-cross detection in the zero-cross detector 7 to generate a zero-cross detection signal. Thereby, the reception signal 37 is detected.
[0118]
The gain of the STC receiver 26 increases with time, and the input resistance also increases. When no ultrasonic wave reaches the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1, the value of the input resistance on the receiving side is large, so the second ultrasonic vibrator 2 or the first ultrasonic vibrator 1 The vibration of the ultrasonic vibrator 1 attenuates quickly.
[0119]
When a trigger signal for transmitting the next ultrasonic wave from the first ultrasonic vibrator 1 or the second ultrasonic vibrator 2 is output from the repetition unit 8, the signal is output from the fixed delay unit 28 after a predetermined time has elapsed. Is output, and the gain of the STC receiving unit 26 returns to the initial value. As a result, the input resistance on the receiving side decreases again.
[0120]
As described above, according to the present embodiment, the input resistance of the STC receiving unit 26 increases while receiving each ultrasonic wave. Thereby, the vibration of the first ultrasonic transducer 1 or the second ultrasonic transducer 2 used for reception can be rapidly attenuated, and interference with the next received waveform can be suppressed. In particular, in the case of the present embodiment, since the input resistance continuously changes, noise due to switching of the switch is unlikely to occur, and the possibility of causing a malfunction is small. Further, even if the delay time is not set long, interference between successive reception signals can be avoided, so that the measurement time can be shortened and power consumption can be reduced.
[0121]
Note that, as described in the first embodiment, the STC receiving unit 26 may be provided with a terminal 26a for receiving an instruction as to whether to change the gain. Then, the gain may be changed only when the operation command signal is received from the terminal 26a. In this case, when an operation command signal is not received or a non-operation command signal is received, the STC receiving unit 26 maintains the gain of G1, which is the initial value.
[0122]
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing a fifth embodiment of the ultrasonic flowmeter according to the present invention. 9, the same components as those of the ultrasonic flow meter 104 according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals. The ultrasonic flow meter 105 illustrated in FIG. 9 includes a waveform shaping unit 29, a frequency-voltage conversion unit (hereinafter, referred to as an F / V converter) 30, a fixed delay 31, and a delay time determination unit in order to change the delay time. 26 is different from the ultrasonic flowmeter 104 of the fourth embodiment in that the ultrasonic flowmeter 104 is provided.
[0123]
The waveform shaping section 29 receives the amplified received signal from the STC receiving section 26 and binarizes the received signal. The F / V converter 30 receives the binarized reception signal and generates a voltage based on the frequency. Further, a signal output after a predetermined time has elapsed from the trigger signal is received from the fixed delay unit 28. Then, a voltage after the output signal is received from the fixed delay unit 28 is output to the delay time determination unit 26. The output signal of the fixed delay unit 28 is generated at a timing of receiving a portion which is the tail of the received signal and overlaps the waveform of the next received signal. For this reason, the voltage output from the F / V converter 30 is proportional to the frequency of the portion overlapping the waveform of the next received signal, and based on this voltage, the tail of the received signal and the waveform of the next received signal Can be estimated.
[0124]
The delay time determination unit 26 obtains this cycle, and calculates a unit time obtained by dividing the cycle into a plurality. Then, an additional delay time that is longer by the length of the unit time is generated for each sing-around, and is output to the delay unit 4. The delay unit 4 adds the fixed delay time in the normal setting and the additional delay time received from the delay time determination unit 26, and generates a trigger signal by using the total time.
[0125]
The repetition unit 8 sets the total number of times of sing-around such that the sum of the additional delay times in each sing-around becomes an integral multiple of the period of the tail portion of the received signal and overlapping with the waveform of the next received signal. .
[0126]
As described in the fourth embodiment, the STC receiving unit 26 increases its gain over time. Therefore, the amplitude of the attenuated tail in the received signal increases, and the period of the tail can be estimated or measured. The measurement error of the zero-cross detection caused by the overlap or interference between the tail of the received signal and the next received signal depends on the cycle of the tail. Therefore, if an additional delay time is generated as described above and measurement is performed by the sing-around method, measurement errors in zero-cross detection cancel each other. For this reason, it is possible to perform the measurement excluding the error caused by the overlap between the tail of the received signal and the next received signal.
[0127]
The fixed delay unit 31 receives the output of the fixed delay unit 28 and outputs a signal to the STC receiving unit 26 after a predetermined time has elapsed. The timing at which a signal is output from the fixed delay unit 31 is such that the first ultrasonic transducer 1 or the second ultrasonic transducer 2 transmits an ultrasonic wave, and each transmitted ultrasonic wave is a second ultrasonic vibration. The setting is made such that it is just before reaching the transducer 2 or the first ultrasonic transducer 1 and receiving.
[0128]
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the fourth embodiment, it is possible to eliminate an error caused by the overlap between the tail of a received signal and the next received signal. Therefore, highly accurate measurement is possible.
[0129]
Although the F / V converter 30 is used in the present embodiment, an A / D converter may be used instead of the F / V converter 30 to estimate the spectrum from the waveform data using an autoregressive model and measure the period. It is possible. Alternatively, the measurement may be performed using Fourier transform. Further, since the change in the gain or the change in the input resistance of the STC receiving unit 26 is fixed, the first attenuation is evaluated by evaluating the amplitude attenuation method from the waveform data obtained by using the A / D converter. The degree of deterioration of the ultrasonic transducer 1 and the second ultrasonic transducer 2 may be evaluated.
[0130]
(Sixth embodiment)
Hereinafter, a gas meter provided with the ultrasonic flowmeter of the present invention will be described.
[0131]
FIG. 10 is a block diagram of the gas meter 106 for measuring the flow rate of the gas flowing in the pipe 70. The gas flowing in the pipe 70 may be other gases such as hydrogen and oxygen, other than those used in ordinary households such as natural gas and propane gas.
[0132]
The gas meter 106 controls the ultrasonic flow meter 71 for measuring the flow rate of the gas flowing in the pipe 70, the shutoff valve 72 for shutting off the gas flowing in the pipe 70 in an emergency, and controls the ultrasonic flowmeter 71 and the shutoff valve 72. A control unit 73 such as a microcomputer that performs the measurement is provided with a display unit 74 that displays the flow rate measured using the ultrasonic flow meter 106, the integrated value of the flow rate, and other information. Further, a thermometer 75 may be provided. As the ultrasonic flow meter 71, the ultrasonic flow meters of the first to fifth embodiments can be used.
[0133]
Data relating to the flow rate measured by the ultrasonic flow meter 71 is processed by the microcomputer 73 and displayed on the display unit 74. The microcomputer 73 monitors whether there is any abnormality in the measured flow rate. For example, when a large amount of gas suddenly starts flowing, it is determined that gas leakage has occurred, and the shutoff valve 72 is operated to stop gas supply.
[0134]
Further, as described in the first to fifth embodiments, in the ultrasonic flow meter 71, the input resistance on the receiving side increases while the ultrasonic vibrator receives ultrasonic waves. Therefore, interference between the received signal and the next received signal can be suppressed. In particular, when the input resistance on the receiving side is increased after the detection of the received signal at the zero crossing point as compared with before the detection, the input resistance on the receiving side at the time of detection can be reduced. For this reason, the sensitivity and accuracy at the time of reception can be increased, and the attenuation of the ultrasonic vibrator can be accelerated, and the measurement error of the gas meter can be reduced.
[0135]
The operation of varying the input resistance on the receiving side may be performed every time the flow rate is measured, but as described in each of the above embodiments, a terminal for receiving a command for performing this operation is provided, The input resistance on the receiving side may be changed only when the microcomputer 73 issues a command.
[0136]
For example, the microcomputer 73 may monitor data relating to the flow rate measured, and may change the input resistance on the receiving side only when it is determined that there is an error in the flow rate measured due to deterioration of the ultrasonic vibrator or the like. Alternatively, the environmental temperature at which the gas meter 106 is installed is monitored by the thermometer 75, and when the environmental temperature is equal to or higher than a predetermined value, it is determined that the influence of the interference between the received signal and the next received signal is large, The input resistance on the receiving side may be changed. Alternatively, as an initial setting of the gas meter 106, the delay time is set long enough so that interference between the received signal and the next received signal does not occur, and the electromotive force of the battery of the ultrasonic flowmeter 71 is monitored. Then, when the electromotive force of the battery becomes equal to or less than a predetermined value, the delay time is shortened to reduce the battery consumption, and the effect of interference between the received signal and the next received signal is suppressed. Alternatively, the input resistance on the receiving side may be changed.
[0137]
In each of the embodiments described above, the flow meter that measures the flow rate by the sing-around method has been described. It is also possible to apply to. When the present invention is applied to such a flowmeter, the measurement time can be shortened by quickly converging the attenuation of the vibrator, and the effect that the measurement interval can be shortened in the case of repeated measurement can be obtained. .
[0138]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration of the ultrasonic vibrator used for reception can be attenuated quickly by increasing the input resistance on the receiving side while receiving the ultrasonic wave. Therefore, interference with the next received waveform can be suppressed. In addition, sensitivity and accuracy at the time of reception can be increased by setting the input resistance of the reception side at the time of detection to a small value. Therefore, it is possible to realize an ultrasonic flowmeter capable of performing highly accurate measurement. Further, even if the delay time is not set long, interference between successive reception signals can be avoided, so that the measurement time can be shortened and power consumption can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an ultrasonic flowmeter according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a change in input resistance on the receiving side in the ultrasonic flowmeter shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating measurement by a sing-around method.
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the ultrasonic flowmeter according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the ultrasonic flowmeter according to the present invention.
6 is a diagram showing a change in input resistance on the receiving side in the ultrasonic flowmeter shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a block diagram showing a fourth embodiment of the ultrasonic flowmeter according to the present invention.
8 is a diagram showing a change in gain in a receiving unit of the ultrasonic flow meter shown in FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a fifth embodiment of the ultrasonic flowmeter according to the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment of a gas meter according to the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a conventional ultrasonic flowmeter.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method of detecting a zero cross of a received wave.
FIG. 13 is a diagram for explaining successive reception waves.
[Explanation of symbols]
1 First ultrasonic transducer
2 Second ultrasonic transducer
3 Transmission section
4 Delay unit
5 Level detector
6 Receiver
7 Zero cross detector
8 Repeat part
9 Timing section
10 First switching unit
11 Flow rate calculation unit
13 Peak hold section
14 Second switching unit
15 Damping resistance
16 Switch section
21 Variable damping resistance
22 Variable control section
26 delay time determination unit
28, 31 Fixed delay unit
29 Waveform shaping unit
30 F / V converter
101, 102, 103, 104, 105 Ultrasonic flow meter

Claims (25)

First and second ultrasonic transducers that transmit and receive ultrasonic waves and are arranged to form a propagation path of the ultrasonic waves in a fluid flow path;
Driving the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer so that ultrasonic waves are transmitted and received bidirectionally between the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer; A transmitting unit and a receiving unit that receive ultrasonic waves,
An attenuation unit that attenuates the vibration of the ultrasonic transducer used for reception among the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer;
An ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate of a fluid by detecting a bidirectional propagation time difference between ultrasonic waves propagating between the propagation paths. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the attenuating unit changes an input resistance of a receiving side including the receiving unit from an initial value at the time of starting reception while receiving the ultrasonic wave. The reception unit further includes a detection unit connected to the reception unit and configured to detect a reception signal output from the reception unit and generate a detection signal, wherein the attenuation unit detects the reception signal after the detection unit detects the reception signal. The ultrasonic flowmeter according to claim 2, wherein the input resistance on the side is increased as compared with before the detection. The attenuation unit includes a resistor and a switching unit, and by switching the switching unit, connects the ultrasonic transducer used for the reception and the reception unit via the resistor or without the resistor. The ultrasonic flowmeter according to claim 3, wherein a connection is selected. The ultrasonic flowmeter according to claim 3, wherein the attenuation unit includes a resistor connected in parallel between the ultrasonic transducer used for the reception and the reception unit and a switch having a resistance lower than the resistance. The ultrasonic flowmeter according to claim 3, wherein the attenuation unit includes a variable resistor and a control unit for controlling the variable resistor. The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 4 to 6, wherein the switching unit, the switch, or the control unit operates to increase the input resistance on the receiving side based on the detection signal. A delay unit that receives the detection signal and outputs a signal after a predetermined delay time has elapsed, counts an output signal of the delay unit, and generates a drive signal in the transmission unit when the count value is equal to or less than a predetermined value. A repetition unit that generates a trigger signal for causing
The ultrasonic flow rate according to any one of claims 4 to 6, wherein the switching unit, the switch, or the control unit operates to set the input resistance on the reception side to the initial value based on the trigger signal. Total. The ultrasonic flowmeter according to claim 3, wherein the receiving unit and the attenuation unit constitute a sound wave attenuation automatic correction receiving unit in which an amplification degree increases from an initial value over time within a predetermined time. A delay unit that receives the detection signal and outputs a signal after a predetermined delay time has elapsed, counts an output signal of the delay unit, and generates a drive signal in the transmission unit when the count value is equal to or less than a predetermined value. The ultrasonic flowmeter according to claim 9, further comprising: a repetition unit configured to generate a trigger signal for causing the sound wave attenuation automatic correction receiving unit to set an amplification degree to the initial value based on the trigger signal. The ultrasonic flowmeter according to claim 10, further comprising: a delay time determining unit that estimates a cycle in a predetermined portion of the received signal and determines the delay time based on the estimated cycle. The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 11, wherein the transmission and reception of the ultrasonic waves are performed a plurality of times between the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer by a sing-around method. The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 12, wherein the ultrasonic flowmeter is provided in a flow path through which gas flows.
A shutoff valve for shutting off gas flowing through the flow path,
A control device for controlling the ultrasonic flowmeter and the shut-off valve,
Gas meter equipped with. 14. The gas meter according to claim 13, wherein the control device controls the attenuation section of the ultrasonic flowmeter to operate only in a predetermined case. Ultrasonic waves transmitted and received in both directions between first and second ultrasonic transducers arranged to form an ultrasonic wave propagation path in a fluid flow path, and propagated between the propagation paths A flow measurement method using ultrasonic waves, which measures a flow rate of a fluid by detecting a difference in propagation time between the two directions.
A flow rate measuring method using ultrasonic waves, comprising a step of attenuating a vibration of an ultrasonic vibrator used for reception among the first ultrasonic vibrator and the second ultrasonic vibrator. The flow rate by the ultrasonic wave according to claim 15, wherein the attenuation step changes an input resistance of a receiving side including a receiving unit for receiving the ultrasonic wave during reception of the ultrasonic wave from an initial value at the start of reception. Measurement method. Connected to the receiving unit, detecting the received signal output from the receiving unit, further includes a step of generating a detection signal, the attenuation step, after detecting the received signal in the detection signal generation step, The method according to claim 16, wherein the input resistance on the receiving side is increased compared to before the detection. The attenuation step may include, during reception of the ultrasonic wave, a state in which a connection is made between the receiving unit and the ultrasonic transducer used for the reception via a first resistance, and a second resistance higher than the first resistance. The flow rate measuring method using ultrasonic waves according to claim 17, wherein the state is switched to a state in which the receiving section is connected to the ultrasonic vibrator used for the reception via the resistor. The method according to claim 17, wherein the attenuating step continuously changes a resistance between the receiving unit and an ultrasonic transducer used for the reception. 20. The flow measurement method according to claim 18, wherein the attenuation step is performed based on the detection signal. Receiving the detection signal and generating a trigger signal after a predetermined delay time has elapsed, wherein the attenuation step sets the input resistance of the receiving side to the initial value based on the trigger signal. A flow rate measurement method using ultrasonic waves according to claim 17. 18. The method according to claim 17, wherein the attenuation step is performed by a sound attenuation automatic correction receiving unit whose amplification increases from an initial value over time within a predetermined time. Receiving the detection signal and generating a trigger signal after a lapse of a predetermined delay time, the attenuation step includes, based on the trigger signal, the amplification degree of the sound wave attenuation automatic correction receiving unit; 23. The method for measuring a flow rate by ultrasonic waves according to claim 22, wherein the flow rate is set to an initial value. The method according to claim 23, further comprising: estimating a cycle of a predetermined portion of the received ultrasonic signal, and determining the delay time based on the estimated cycle. A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the steps specified in the flow rate measurement method using ultrasonic waves according to any one of claims 15 to 24.

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