JP2005337840A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波到達時間測定の分解能をあげて流量計の精度を向上する。消費電流を増加させないで計測精度を上げ、電池寿命を伸ばす．
【解決手段】到達時間の測定毎に、超音波送信の遅延時間を変える。１回目は、基準クロックのエッジからτだけ遅延させて送信を開始し、複数回の送受信を繰り返して最後受信までの到達時間を測る。２回以降、順に遅延を２τ、３τ、・・・と増加させる。遅延時間の終了時点が基準クロックの次のエッジより後になったら、遅延時間をτに戻す。図２では、１１回目に測定時に遅延時間をτに戻している。こうして、遅延を何回かの測定に当って均等に散らばるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は超音波流量計の改良に関する。

流路の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、流れと同じ方向（順方向）の超音波の到達時間と、流れと逆方向の超音波の到達時間とを測定し、両到達時間に基づいて流量を演算する周知の超音波流量計では、流量計としての計測制度を確保するためには、到達時間を高い分解能で計測する必要がある。到達時間計測の分解能を高くするには、時間計測に使用するいわゆる基準クロックの周波数を上げることが考えられるが、クロック周波数を高くすると、流量計の消費電流が増大するため、電池を電源とする電池駆動の超音波流量計では実用化の障害となる。

そこで、受信側の送受波器で超音波を受信すると送信側の送受波器から再度超音波を送信（発信）することを複数回連続して繰り返すことで到達時間計測の実質的な分解能を高めるシングアラウンド方式の超音波流量計も周知である。この方式では同一方向の送受信を例えば１００回繰り返して、到達時間の１００倍（の総到達時間）をまとめて測定することで分解能を実質的に１００倍に高められる。ところが、送受信の繰り返し回数が多くなり、やはり消費電流が増大するので、電池駆動の超音波流量計の実用化の障害となる。

上述のように、単に基準クロックの周波数を高くするとか、送受信の繰り返し回数を多くするだけに頼らないで、計測精度を上げる超音波流量計が提案されている。これらを、次の第１と第２の従来技術として説明する。

〔第１の従来技術〕（特許文献１参照）
到達時間計測用の基準クロックとは違う周波数で、かつ基準クロック周波数の整数倍ではない周波数の第２のクロック例えば時計用クロックにより送信タイミングを基準クロックに対して毎回ずらす方式である。時計用クロックに同期させて基準クロックの発振をＯＮして、その時点から時計用クロックの一定クロック数後に超音波の送信（発信）を行う。そして毎回の送信毎に前記一定クロック数を変更する（１ずつ増やす）ことで、送信タイミングを基準クロックに対して毎回位相的にずらす。こうして基準クロックを計数して得る到達時間の複数の値の平均から高い分解能で到達時間を求める。こうすることで、基準クロックの周期よりも小さい時間分解能が得られるとしている。

この従来技術では、送信（発信）のタイミングが、基準クロックに対し位相的に偏り無く均一に散らばるようになれば、基準クロックによる複数の到達時間測定値の平均値が正しい値に近づき、誤差の小さい流量測定が出来るはずであるが、送信タイミングを位相的に均一にずらすことが難しい。それは２つのクロックの周期差（厳密には基準クロック周期の整数倍と時計用クロック周期との差）によりずれる位相が、基準クロックのわずかの偏差や温度特性等で異なり、前記一定クロック数の増分（どこまで増やすか）とのマッチングが崩れるためである。特に、基準クロックは低消費電力化の観点から、発振開始から周波数が安定するまでの時間を短くするために、水晶発振器等の高精度のクロック発振器を使用しないことがあって、温度変化等による周波数変化によって前記周期差が変動し、送信タイミングを基準クロック位相の１周期に満遍なく散らばせるという条件が崩れやすい。満遍なく散らばせる条件が崩れると、複数回の到達時間のみ計測値の平均が正しい真値に近づかなくなり、真値との違い（誤差）が大きくなる。従って、期待する程計測精度（分解能）が向上しないという問題点があった。

〔第２の従来技術〕（特許文献２参照）
この従来技術も、第１の従来技術と同様に、超音波の到達時間の平均レベルで目標の（期待する）高い分解能を得ることを狙ったものということができる。送受信を複数回続けて繰り返すことによる計測を１計測セットとし、この計測セットで順方向の計測を行い、次に逆方向の計測セットを行う。このようにして、何回かの計測セットを行い、順方向の到達時間と逆方向の到達時間の各総和に基づいて流量を演算するが、計測セットの開始から終了までの間の任意の位置に遅延時間を入れている。遅延時間は計測セット毎に変化させるようにしている。例えば、基準クロックの１周期の１／１０を１単位とし、毎回、その０倍（遅延なし）から、次は１倍、次は２倍と、少しずつ遅延時間を増加させ、９倍の次は再び０倍に戻るようにする。こうして、１０計測セットの測定で、基準クロック周期の１／１０の分解能での到達時間測定が可能となるとしている。実際には到達時間毎に流量に換算し、流量レベルでの平均化を行っている。

平均値が正しい到達時間となるためには、遅延時間の前記１単位即ち基本の遅延時間が基準クロック周期の１／ｎなら、そのｎ倍まで遅延時間を大きくしたところでやめる（元の１倍に戻す）必要がある（正しくは０倍から開始して（ｎ−１）倍まで、または１倍から開始してｎ倍までとし、実際は順番は関係なく各倍数が均一にならよい）。ｎを１１とし、基本の遅延時間をτとしたときの、動作を図１に従って説明する。

図１で基準クロックのカウントエッジは、基準クロックを計数するカウンタによる基準クロックのカウントエッジを意味する。また、１回目〜１２回目は、それぞれ１回目の計測セット〜１２回目の計測セットのことである。１回目では遅延時間は０（即ち遅延なし）で、最初のカウントエッジの時点で第１発信（第１の送信）が行われ、最終受信の時点で、複数回の送受信の連続する繰り返しが終了している。なお図１は、遅延時間が０のときの第１発信から最終受信までの到達時間が基準クロックの周期（クロック数）で１．３の場合であるが、実際はこのような事例はない。図１では、遅延時間は基準クロック１周期の１／１１を１単位（τ）とし、毎回、その０倍から、１倍、２倍、・・・と順に増加させ、１０倍の次は再び０倍に戻すようにして、１１回の測定（計測セット）で、基準クロック周期の１／１１の分解能で到達時間の測定が可能となる構成を狙ったものであるが、基本の遅れ時間τが何らかの事情（例えば温度変化等によって）基準クロック周期の１／１０となり、予定していた１／１１より大きくなってしまった場合を示してしる。１回目の基準クロックのカウント値は１であり、１回目〜７回目は何れもカウンタ値が１となる。８回目〜１１回目はカウンタ値が何れも２となる。そして１２回目で遅延時間が０に戻る。従って、１回目から１１回目までの到達時間の平均値は、１回目から１１回目までのカウント値の平均値となり、次式のように約１．４となり、真
（１×７＋２×４）／１１＝１．３６≒１．４
値の１．３から離れた値となっている。

この第２の従来技術では、測定の分解能を向上させるには、基本の遅延時間τを小さく定めることが必要で、遅延手段として、遅延素子を用いるが、素子の遅延時間は温度変化の影響を受けて変化するため、期待する程計測精度（分解能）が向上しないという問題点があった。基本の遅延時間τと、何倍まで遅延時間を大きくするかのマッチングが温度変化等によって崩れてしまうからである。
特開２００２−５７０６号公報（〔００１３〕、図２） 特開２００３−２３２６６４号公報（〔００１９〕〜〔００２２〕）

上述のように、第１の従来技術では、温度変化などによって、クロック周波数がわずかに変化すると、送信タイミングを基準クロックの位相１周期に満遍なく散らばせるという条件が崩れ、結果的に複数の計測値の平均値が正しい値から外れて、計測精度（分解能）が期待する程向上しないという問題点があった。

また第２の従来技術では、温度変化による遅延素子の遅延時間の変化があると、前記のように、基本の遅延時間と、何倍まで遅延時間を大きくするのかのマッチングが崩れて、結果的に正しい計測値が得られず、計測精度（分解能）が期待する程向上しないという問題点があった。

そこで、本発明は、前記従来技術の問題点を解消し、超音波到達時間測定の実質的な分解能を高め、流量計測の高精度化を達成できる超音波流量計を提供することを目的とする。

本発明は、基準クロックのカウントエッジから遅延時間をおいて最初の送信を行い、送信毎の順次遅延時間を一定時間ずつ長くし、送信（発信）タイミングが基準クロックの次のカウントエッジより後になったら遅延時間を最初の送信時の遅延時間に戻すことを最も主要な特徴とする。
請求項１に発明は、流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流速さらには流量を求める超音波流量計において、
最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定時間の整数倍となるようにし、
前記一定時間の１倍から始め、毎回片方の測定毎に倍数を１つずつ増やすようにして、
送信タイミングが、基準クロックの次のカウントエッジより後になったら、次回の測定遅延時間を前記一定時間の１倍に戻すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。

この発明の作用を図２に従って説明する。図２は、到達時間すなわち第１発信（送信）から最終受信までが基準クロックのクロック数で１．３の場合であるが実際はこのような事例はない。発明の動作を理解し易いようにしたものである。隣り合うカウントエッジ間の間隔（時間）が基準クロックの１周期で、この１周期より小さい一定時間をτで示す。１回目の測定時の遅延時間はτ×１、次の２回目の測定ではτ×２と遅延時間を順に増加させてゆき、１０回目では遅延時間がτ×１０となり、この遅延時間終了時、つまり測定の開始時である最初の発信（送信時）が、遅延を開始したカウントエッジ（図２の一番左のカウントエッジ）の次のカウントエッジ（図２の３つのカウントエッジのうち中央のカウントエッジ）の後になっている。よって、その次の（１１回目）の測定では遅延時間が基本の一定時間τに戻される。この動作を繰り返すことで、図２のように、測定の開始即ち最初の発信（送信）から最後の受信（最終受信）までの間の基準クロックのカウントエッジを計数して得られるカウント値、即ち到達時間は、図２の右端に示すように、１回目〜６回目は１、７回目〜９回目は２、１０回目は１となり、１０回の平均値は（１×７＋２×３）／１０＝１．３となり到達時間を正確に計測している。こうして到達時間の真値に近い値（図２の例では真値と同じ測定値）を得ている。図２では、一定時間τの１０倍まで遅延時間を大きくしたところで、送信（発信）タイミングが基準クロックの次のカウントエッジより後になっているので、次の１１回目の測定では、遅延時間を元の値τ×１ｑまで戻しているが、仮に一定時間τが９割程度の時間に変わったとすると、次のカウントエッジを越える１１倍の遅延時間まで増加させることになり、１１回目の測定開始（図２の第１発信）時点が基準クロックの１周期間に亘り均等に配置されることになり、到達時間の計測値（カウント値）の平均が真値に近くなる。

図２では、遅延時間を基本の一定時間τの１倍から始め、測定毎に順に２倍、３倍、・・・１０倍と増やし、最初の送信（発信）が基準クロックの次のカウントエッジを越えたら（次のカウントエッジ）の後になったら）、その次の１１回目の測定で１倍のτに戻すことを繰り返すようにしたが、基本の一定時間τの０倍から開始しても、一定時間を基準クロックの１周期より大幅に小さく設定することで、上記のように１倍のτ×１から開始した場合と同様の効果が期得できる。

また、測定の開始が次のカウントエッジを越えたら、次回から遅延時間を順に小さくする方法も考えられる。一定時間の整数倍の倍数を測定毎に１つずつ小さくしてゆき、１倍になったら、次回からまた１倍から倍数を順に１つずつ増やす方向とし、このような倍数の増加、減少を繰り返すようにしても、同等の結果が得られる。

請求項２の発明は、流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流速さらには流量を求める超音波流量計において、
最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定時間の整数倍となるようにし、
前記一定時間の１倍から始め、毎回片方の測定毎に倍数を１つずつ増やすようにして、
遅延時間が、基準クロックの１周期の一定整数倍を超えたら、次回の測定は遅延時間を前記一定時間の１倍に戻すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。

請求項３の発明は、流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流速さらには流量を求める超音波流量計において、
最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定の基本時間の積み重ねるである整数倍となるようにして、
前記カウントエッジより、遅延を開始し前記基本時間を積み重ねる形で遅延を行い、
遅延時間が、基準クロックの一定整数倍を超えたら測定を開始して、
毎回片方の測定毎に、前記基準クロックの一定整数倍を超えた時の、基本時間の整数倍の倍数を１つずつ増やすようにして、
遅延時間が、基準クロックの前記一定整数倍より大きな所定の一定整数倍を超えたら、次回の測定は、再び遅延時間が基準クロックの前記一定整数倍を超えたら開始するようにしたことを特徴とする超音波流量計である。

図３は請求項３の発明の動作を説明する図である。τは基準クロックの１周期より短い一定の基本時間、ｍは整数を示す。基準クロックに同期させて遅延時間をスタートさせるわけだが、基本時間を周期とする発振で遅延を実現し、この発振周期をカウントすることで遅延時間を決めるような場合には、その発振の立ち上がり時（起動時）の基本時間と、安定期の基本時間が異なる場合がある。すると何回かの測定開始時点を、基準クロックの１周期に位相的に均等に割り振ることができなくなり、結果的にカウントエッジのカウント値の平均値が到達時間の真値に近い値とならないことが起こる。本発明では、安定期のみの遅延を使用することができるため、測定開始時点を基準クロックの１周期に位相的に割り振るのに、より正確な均等化が可能となる。

何回かの測定値の平均値が真値に近い正確な値となるため、基準クロックの周波数をそれ程高くする必要がなく、またシングアラウンドの繰り返し送受信回数をそれ程多くする必要がない。従って、消費電流を増加させないで計測精度の向上ができ、電池駆動の超音波流量計の実用化に寄与する。

また、基準クロックに対して、到達時間の測定開始時点（第１送信時点）の位相が測定毎に異なるため、基準クロックと同期したノイズとも位相が毎回異なることになり、そのノイズの影響を平均化して悪影響を小さくできる。従って、到達時間測定のＳ／Ｎがに向上し、この面からも結果的に流量計測精度が向上する。

毎回の遅延による測定開始時点の、基準クロックに対する位相のずれ分（即ち前記一定時間）が、基準クロックの１周期のちょうど整数分の１となるとは限らない。その場合は、その偏り分が測定誤差となるが、請求項２の発明では基準クロックの１周期ではなく複数周期に亘り、測定開始時点の位相ずらしを行なうので、より均等化が実現でき、そのぶん到達時間測定の誤差を小さくでき、流量測定精度がさらに向上する。

請求項３の発明では、遅延時間を決める発振器の起動時における発振周期の変動を避けて、安定してからの発振器の信号を活用できるので、より均等化ができ、さらに正確な流量計測ができる。

超音波の到達時間を測計するための基準クロックの周波数を殊更高い周波数にするとか、シングアラウンド方式での繰り返し送受信回数を殊更多くして、消費電流の増大を招くことを避け、基準クロックに対する測定開始時点の位相を順にずらして何回かの測定を行うことによって測定誤差を小さくし、流量計測精度をあげることを実現した。

次に図４〜図９に従って実施例１を説明する。図４は、この発明の実施例１の構成を示すブロック図である。送受波器１と２は図５に示すように流管３の流体中に、上流と下流に距離Ｌを離して対向配置された超音波振動子で送信にも受信にも使用できる。両送受波器は流体中を上流から下流の順方向、及び下流から上流への逆方向とに超音波の送受信を行う。図２でＶは流体の流速を示す。

送受波器１と２は切替スイッチ３と４の状態に応じて、各役割が決る。切替スイッチ３，４が図示の状態のとき、送受波器１は送信側として、送信波器２は受信側として働く。受信波検知部５は受信側の送信波器例えば２が接続され、受信波を検知すると受信波検知信号を出力する。受信波検知部５は図７に示すように主に増幅器６と比較器７，８で構成されていて、受信側の送受波器例えば送受波器２からの受信信号を先ず増幅する。増幅後の受信波を図６に示す。なお図６は、送信用の駆動信号も合せて示している。駆動信号のあと、符号ｔで示す伝搬時間後に受信波が送波器例えば２に受信され、その第３波のゼロクロス点Ｃで受信波検知信号を出力する。

受信波検知部５は、受信信号も増幅後、その信号が比較器７と８に入力されていて、基準電圧Ｖ_ＴＨとの比較で第３波を検知した直後のゼロクロス点Ｃをゼロレベルとの比較で検知し受信波検知信号として出力するようにしている。なお、これらの比較器７と８の出力は、それぞれゲート９，１０を介して次段のゲート１１に送られるようになっていて、それらのゲート９，１０及び１１は、受信波が到達する直前に開くようになっている。こうすることで、これらのゲートが閉じている間の不測ノイズを受信波と誤認して検知しても、ゲートが閉じているため次段に送られないようにしている。こうして、突発的なノイズによる誤動作を防ぎ、精度の高い測定が可能となる。また、ゲートを開くタイミングは、送受波器間の距離Ｌと、流速範囲、温度範囲を加味して、できる限り真の受信波を検知した信号のみを通すように決められている。

再び図４で、コントロール部１２は、一定時間間隔で切替スイッチ３，４を切替える送受切替信号を送出して、送信と受信、即ち送受の切替えを行った後、基準クロック発生部１３の基準クロックのカウントエッジ（カウンタ１４がカウントするエッジ）と同じタイミングでスタート信号を遅延部１５に出力する。

遅延部１５はコントロール部１２からのスタート信号を受けると、一定の遅延時間後に駆動信号を出力する。コントロール部１５は図８のブロック図で示す構成となっている。前記コントロール部１２からのスタート信号は、遅延素子部１６と測定回数カウンタ１７に入力される。測定回数カウンタは、スタート信号を計数することで測定回数をカウントし、そのカウント値をセレクト信号（選択信号）としてデータセレクタ１８に送出する。データセレクタ１８は、測定回数カウンタ１７からのセレクト信号に応じて、遅延素子部１６の出力信号（遅延信号）を選択して駆動信号として出力する。基準クロックと駆動信号は遅延時間の上限を検知する遅延上限検知手段１９に入力され、該検知手段１９が遅延時間の上限を検知してリセット信号を出力すると、測定回数カウンタ１７のカウント値がリセットされるように構成されている。

遅延素子部１６は、図９に示すように、遅延時間が等しい複数の遅延素子２１，２２，２３，・・・２９，３０がカスケードに接続され、何個の遅延素子を通すかで、遅延時間を基本の遅延時間（一定時間）の整数倍となるようにし、しかもこの整数を、測定回数カウンタ１７のカウント値である前記セレクト信号で選択するようにしている。そして、２回の測定毎（順方向と逆方向の各１回の合計２回の測定毎）に順に整数倍の倍数を１，２，３・・・と１つずつ増やすように構成されていて、第１駆動信号出力がコントロール部１２からのスタート信号後の最初の基準クロックのカウントエッジより後になったら、２回後（次の次）の測定時は前記遅延素子を通す数を１つに戻すようにしている。このように、測定２回毎に遅延素子を通す数を１つずつ増やすのは、送信方向の順方向と逆方向の１セット毎に遅延時間を増やす、即ち各方向毎に毎回遅延時間を１つ（一定時間）ずつ増やすためである。

図４の送波器駆動部３１は、遅延１５からの駆動信号を受けると、送信側の送受波器例えば送受波器１を駆動する。

カウンタ１４は、駆動信号から受信波検知信号までの時間を測定する。測定した時間（基準クロックのカウント値）はコントロール部１２が読み取る。この実施例ではスタート信号でカウンタ１４のカウンタ値がゼロクリアされ、カウントを開始するように構成されている。

コントロール部１２は一定時間間隔で送信切替信号を反転させることにより切替えスイッチ３，４の切替えをすることで、２つの送受波器１と２の送信と受信の役割の切替えを行う。

各切替え後、切替えによるノイズ等の過渡的な現象が収まる時間をおいて、スタート信号を出力する。そして、受信波検知信号が入力されると、カウンタ１４が測定した到達時間（カウント値）を読取り、直前に行った反対向きでの測定値とを用いて、両測定値に基づいてその間の流速・流量を演算する。

この実施例によれば、各方向毎の到達時間の測定、特に測定開始の時期である起動信号の時期が、測定開始毎に、遅延素子１個の遅延時間ずつずれるため、各方向毎の測定が基準クロックに対し毎回位相的に最適にずれることになる。そのため、平均した値が各方向毎に到達時間の真値に近くなり、その値を使って演算する流速や流量も真値に近いものとなり、誤差の小さい精度の高い測定が可能となる。

図１０は他の実施例の全体構成を示すブロック図である。この実施例２は、より分解能（精度）を高めるために、送受信を所定回数連続して繰り返し、所定回数分の到達時間をまとめて測定する方式に適用した例である。

以下、主として、実施例１と異なる部分について説明する。送波器駆動部３１Ａは遅延部１５から駆動信号を受けると、送信側の送受波器例えば送受波器１を先ず駆動し、その後は受信波検知部５から受信波検知信号を受ける度に駆動する。ただし、第１のカウンタ１４Ａから第ｎ受信波駆動信号を受けると、それ以後は新たにコントロール部１２Ａからのスタート信号に基づく駆動信号を受けるまでは駆動を停止する。本実施例では無意味なｎ＋１回目の駆動を行ってしまうようになっているが、受信側で無視するので問題はない。

本実施例においても、受信波検知部５は、主に増幅器と比較器で構成されていて受信側の送受波器からの信号を増幅した後、その信号を比較器に入力し、基準電圧Ｖ_ＴＨと比較して第３波と検知した直後のゼロクロス点をゼロレベルとの比較で検知し受信波検知信号として出力するようにしている。

これらの比較器の出力は、それぞれゲートを介して次段に送られるようになっていて、そのゲートは受信波が到達する直前に“開”になるようになっている。こうすることで、比較器が受信波以外のノイズを誤って検知し、正常でない信号を出力しても次段に送られないようになっている。

本実施例では２回目以降の受信では、前記のゲートの“開”のタイミングは直前の到達時間より求めるようになっていて、直前の到達時間を記憶し、その回の送信からの時間が記憶した時間より所定の時間を減じた値になったら“開”となるようになっている。

こうすることで、受信波が到達する直前でゲートを“開”にすることが可能で、ノイズを効果的に遮断し、本来の受信波だけを捉えることが可能である。

この“開”のタイミングは、過去何回かの到達時間の平均値を加味して決めることも可能である。

カウンタ１４Ａは受信波検知部５からの受信波検知信号の数をカウントし、ｎ番目の受信波検知信号を受けると第ｎ受信波検知信号として出力する。このカウンタ１４Ａはコントロール部１２Ａからのスタート信号でリセットされるようになっている。

カウンタ１４Ｂは、駆動信号から第ｎ受信波検知信号までの時間、すなわち、ｎ回の連続した繰り返し送受信の最初の送信から最後の受信までの総到達時間をまとめて測定する。その測定値（カウント値）はコントロール部１２Ａが読み取れる。この実施例ではスタート信号でカウント値がゼロクリアされ、カウントを開始するように構成されている。

コントロール部１２Ａは、第ｎ受信波は検知信号が入力されると、カウンタ１４Ｂの測定値（カウント値）を読取り、直前に行った反対向きでの測定値とを用いて、その間の流速・流量を演算する。本実施例では、一方向の測定毎にｎ回の連続した繰り返し送受信を行い、ｎ回分の到達時間をまとめて測定し、これに基づいて流速・流量を演算するので、実施例１と比較して、より高分解能（高精度）の測定が可能となる。

また、この実施例２でも、実施例１と同様に、遅延時間は、駆動信号出力がコントロール部からのスタート信号後の最初の基準クロックのカウントエッジ入力時より後になったら、２回後（次の次）の測定時には遅延素子を通す数を１つに戻すようにしている。

本実施例は、全体の構成は、実施例２の図１０のブロック図と同じで、一部の作用だけが異なる。即ち、実施例２では、上述のように、遅延時間は駆動信号出力がコントロール部からの「スタート信号後の最初の基準クロック」のカウントエッジ入力時より後になったら、２回後（次の次）の測定時は前記遅延素子を通す数を１つに戻すようにしたが、この実施例３では「スタート信号後の最初の基準クロック」ではなく「スタート信号後の５回目の基準クロック」のカウントエッジとしていて、基準クロックに対し、さらに位相的に均等に第１送信のタイミングが散らばることになり、到達時間の平均値がより真値に近い値となる。この実施例３は請求項２の発明に対応する。

本実施例は請求項３の発明に対応する。全体の構成は図４と同じで遅延部の構成のみが異なる。遅延部１５の構成のブロック図を図１１に示す。

遅延時間は、スタート信号が入力されると発振を開始する発振器３３から出力されるクロックをカウンタ３４で計数（カウント）する方法で、発振器３３のクロック周期の整数倍に設定できる。発振器３３の出力クロックはカウンタ３４に入力されていて、スタート信号が遅延部１５の発振器３３に入力されると発振器３３が発振を開始して、その出力クロックがカウンタ３４で計数される。カウンタ３４の出力であるカウント値は、プリセットカウンタとして作動する測定回数カウンタ３５の出力と一致検知部３６で比較され、カウンタ３４の出力であるカウント値と測定回数カウンタ３５の出力とが一致すると、一致検知部３６の出力である一致信号がゲートコントロール部３７へ入力される。ゲートコントロール部３７に入力される一致信号は、通常は一致信号がそのままゲート部３８へ開信号として入力されていて、開信号が“開”となったとき１回だけ発振器３３の出力をゲート部３８が駆動信号として通過させるようになっている。またスタート信号は測定数カウンタ３５のカウント入力になっていて、スタート信号が入力される毎に、つまり測定毎に１カウントずつカウントアップする。よって、遅延時間の終了タイミングで駆動信号の出力タイミングとなる一致信号の出力タイミングは発振器３３の出力クロックの１周期ずつ毎回遅くなるようになっている。

ただし、基点においては、スタート信号が入力されると発振機３３が発振を開始しその出力クロックをカウンター３４がカウント（計数）する。本実施例では、基準クロックが１クロック入力されると、ゲートコントロール部３７は開信号を出力すると同時にその時のカウンタ３４の出力（カウント値）を測定回数カウンタ３５にプリセットして記憶するようになっている。

その次の測定では、スタート信号の入力により発振器３３及びカウンタ３４が動作を開始すると共に、測定回数カウンタ３５が１カウントアップし、よって一致信号は発振器３３からの出力クロック数で１クロック分長い時間が経ったところで出力される。つまり、ゲートコントロール部３７からゲート部３８への開信号もスタート信号から１クロック分時間が後の時点で出力されることになる。以降、測定回毎に、スタート信号から駆動信号までの時間、つまり遅延時間が長くなる。

ゲートコントロール部３７では。さらに駆動信号と基準クロックを比較していて、スタート信号後の（本実施例では）４パルス目の基準クロックの方が駆動信号より早く入力されたときに次の測定では基点に戻るようになっている。

こうして、遅延時間を基準クロックの１倍から４倍の長さに均等にばらつかせることができる。すなわち、送信タイミングを基準クロックに対し均等にばらつかせることができるので、到達時間の平均値が真の値に近づく。本実施例では、順逆の測定を区別せずにとにかく測定毎に遅延時間が長くなるようにしたが、順方向と、逆方向の測定はペアで測定されるのでこの方法でも効果は同じである。測定回数カウンタ３５の前段に１／２の分周器を置くなどの方向で、前実施例のように順方向と逆方向の測定をペアとして１ペア毎に遅延時間を長くする方法も可能である。

本発明はガスメータ等の流量計に適用可能である。

従来技術の動作を説明する図。 本発明の請求項１の動作を説明する図。 本発明の請求項３の動作を説明する図。 本発明の実施例１のブロック図。 流管での送受波量の配置を示す図。 駆動信号と受信波の波形を示す図。 図４の受信波検知部のブロック図。 図４の遅延部のブロック図。 図８の遅延素子部のブロック図。 本発明の実施例２のブロック図。 本発明の実施例３のブロック図。

符号の説明

１，２ 送受波器
３ 流管
１３ 基準クロック発生部
１５ 遅延部
１４，１４Ａ，１４Ｂ カウンタ
τ 一定時間（基本の遅延時間）

Claims (3)

1. 流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流速さらには流量を求める超音波流量計において、
   最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
   基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
   前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定時間の整数倍となるようにし、
   前記一定時間の１倍から始め、毎回片方の測定毎に倍数を１つずつ増やすようにして、
   送信タイミングが、基準クロックの次のカウントエッジより後になったら、次回の測定は遅延時間を前記一定時間の１倍に戻すようにしたことを特徴とする超音波流量計。
2. 流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流速さらには流量を求める超音波流量計において、
   最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
   基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
   前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定時間の整数倍となるようにし、
   前記一定時間の１倍から始め、毎回片方の測定毎に倍数を１つずつ増やすようにして、
   遅延時間が、基準クロックの１周期の一定整数倍を超えたら、次回の測定は遅延時間を前記一定時間の１倍に戻すようにしたことを特徴とする超音波流量計。
3. 流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流速さらには流量を求める超音波流量計において、
   最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
   基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
   前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定の基本時間の積み重ねるである整数倍となるようにして、
   前記カウントエッジより、遅延を開始し前記基本時間を積み重ねる形で遅延を行い、
   遅延時間が、基準クロックの一定整数倍を超えたら測定を開始して、
   毎回片方の測定毎に、前記基準クロックの一定整数倍を超えた時の、基本時間の整数倍の倍数を１つずつ増やすようにして、
   遅延時間が、基準クロックの前記一定整数倍より大きな所定の一定整数倍を超えたら、次回の測定は、再び遅延時間が基準クロックの前記一定整数倍を超えたら開始するようにしたことを特徴とする超音波流量計。

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