JP2006003310A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波を利用してガス等の流体の流量を計測する超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid such as a gas using ultrasonic waves.
従来、ガスや水といった流体の流量を、超音波を用いて計測する超音波流量計が知られている。図20は従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である。 Conventionally, an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid such as gas or water using ultrasonic waves is known. FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a conventional ultrasonic flowmeter.
この超音波流量計は、流量計管路1の内部に配置された第1超音波振動子2及び第2超音波振動子3、切替部4、駆動部5、増幅部6、ゼロクロス検出部7、カウンタ80、演算部9、制御部10並びに基準クロック発振回路11から構成されている。
This ultrasonic flow meter includes a first
第1超音波振動子2は、駆動部5から切替部4を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第1超音波振動子2で発生された超音波は、第2超音波振動子3で受信され、受信信号は、切替部4を介して増幅部6に送られる。
The first
同様に、第2超音波振動子3は、駆動部5から切替部4を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第2超音波振動子3で発生された超音波は、第1超音波振動子2で受信され、受信信号は、切替部4を介して増幅部6に送られる。
Similarly, the second
切替部4は、第1超音波振動子2及び第2超音波振動子3の何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、切替部4は、制御部10からの指示に応答して、駆動部5からの駆動信号を第1超音波振動子2に送るか第2超音波振動子3に送るかを切り替えると共に、前者の場合は、第2超音波振動子3からの受信信号を増幅部6に送り、後者の場合は、第1超音波振動子2からの受信信号を増幅部6に送るように切り替える。
The
駆動部5は、制御部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部4を介して、送信側の超音波振動子となる第1超音波振動子2又は第2超音波振動子3に送る。駆動信号は、基準クロック発振回路11で発生される基準クロックに同期して生成される。
The
増幅部6は、受信側の超音波振動子となる第1超音波振動子2又は第2超音波振動子3から切替部4を経由して送られてくる受信信号を増幅する。この増幅部6で増幅された受信信号は、ゼロクロス検出部7に送られる。
The amplifying
ゼロクロス検出部7は、増幅部6から送られてくる受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出する。このゼロクロス検出部7で検出された特定番目のゼロクロス点を表す受信ポイント信号は、制御部10に送られる。
The zero-
カウンタ80は、基準クロック発振回路11からの基準クロックに同期してカウントアップする。このカウンタ8は、制御部10からのスタート(START)信号に応じてカウントアップを開始し、ストップ(STOP)信号に応じてカウントアップを停止する。これにより、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子に到達するまでの伝搬時間が計測される。このカウンタ80でカウントされた伝搬時間は、演算部9に送られる。
The
演算部9は、制御部10からの指示に応答して、カウンタ80から超音波の伝搬時間を読み出し、この読み出した伝搬時間に基づいて流量及び流速を計算する。
In response to the instruction from the
制御部10は、超音波流量計の全体を制御する。例えば、上述したように、切替部4に対する切替の指示、駆動部5に対する駆動信号生成の指示、カウンタ80のカウントアップ動作の開始及び停止の指示、演算部9に対する演算開始の指示等を行う。
The
基準クロック発生回路11は、この超音波流量計で使用される基準クロックを生成する。この基準クロック発生回路11で発生された基準クロックは、図示は省略するが、駆動部5、カウンタ80及び制御部10に送られる。
The reference
次に、このように構成される従来の超音波流量計の動作を説明する。まず、制御部10は、第1超音波振動子2を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部4に送ると共に、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。同時に、制御部10は、カウンタ80にスタート信号を送ってカウントアップを開始させる。
Next, the operation of the conventional ultrasonic flowmeter configured as described above will be described. First, the
駆動部5は、制御部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部4を介して第1超音波振動子2に送る。これにより、第1超音波振動子2が振動し、流量計管路1内の流体の流れ方向に超音波を発生する。第1超音波振動子2で発生された超音波は第2超音波振動子3で受信される。
The
第2超音波振動子3は、第1超音波振動子2から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部4を介して増幅部6に送る。増幅部6は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部7に送る。ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点(例えば3番目のゼロクロス点)を検出し、その旨を表す受信ポイント信号を生成して制御部10に送る。
The second
制御部10は、ゼロクロス検出部7から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。制御部10は、ゼロクロス検出部7から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、カウンタ80にストップ信号を送ってカウントアップ動作を停止させる。これにより、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間がカウンタ80に残されて測定が終了する。
When receiving the reception point signal from the zero
次に、制御部10は、第2超音波振動子3を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部4に送ると共に、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。更に、制御部10は、カウンタ8にスタート信号を送ってカウントアップを開始させる。
Next, the
駆動部5は、制御部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部4を介して第2超音波振動子3に送る。これにより、第2超音波振動子3が振動し、流量計管路1内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第2超音波振動子3で発生された超音波は第1超音波振動子2で受信される。
The
第1超音波振動子2は、第2超音波振動子3から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部4を介して増幅部6に送る。増幅部6は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部7に送る。ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定のゼロクロス点(例えば3番目のゼロクロス点)を検出し、その旨を表す受信ポイント信号を生成して制御部10に送る。
The first
制御部10は、ゼロクロス検出部7から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。制御部10は、ゼロクロス検出部7から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、カウンタ80にストップ信号を送ってカウントアップ動作を停止させる。これにより、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間がカウンタ80に残されて測定が終了する。
When receiving the reception point signal from the zero
次に、制御部10は、演算部9に演算開始を指示する。演算部9は、制御部10からの指示に応答して、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路1の内部を流れる流量を算出する。
Next, the
なお、関連する技術として、特許文献1は、低消費電力で計測を行う流量計測装置を開示している。この流量計測装置は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第1振動子及び第2振動子と、振動子の送受信の切換手段と、振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し開始時に低周波発振器の信号をカウントする第1計時手段とが設けられている。さらに第1計時手段の設定時間後に高周波発振器の信号をカウントを開始し繰り返し終了時に停止する第2計時手段と、第1計時手段と第2計時手段から総時間を算出し、それぞれの総時間の差から流量を求める流量演算手段とが設けられている。これによって、必要なときのみ高周波数のカウントを行うので、高い分解能の計測値を低消費電力で行うことができる。
As a related technique,
また、特許文献2は、超音波の伝搬時間を計測する基準クロックの周波数をそれ程高くしないで伝搬時間の計測制度をあげるとともに、電池駆動を実現できる超音波流量計を開示している。この超音波流量計は、送信パルスから受信波の第3波のゼロクロスポイントaまでの伝搬時間を補間法で精度よく求める。ゼロクロスポイントaの直前の基準クロックnの時点、即ちb点での受信波のレベル−V1を求める。aの直後の基準クロックn+1の時点、即ち、c点での受信波のレベルV2を求める。nと−V1及びn+1とV2を用い、b点とc点を直線補間して、ゼロクロスポイントaまでの伝搬遅延時間tをマイコンで演算して算出する。算出した伝搬時間に基づいて流速や流量を求める。
上述した従来の超音波流量計においては、計測中はクロックとカウンタが常時作動しており、計測精度を上げるためには基準クロックを高速にするか、計測の繰り返し回数を増やす必要がある。従って、計測精度を上げようとすると消費電力が大きくなるという問題がある。 In the above-described conventional ultrasonic flowmeter, the clock and the counter are always operating during measurement, and in order to increase the measurement accuracy, it is necessary to increase the reference clock speed or increase the number of measurement repetitions. Therefore, there is a problem that the power consumption increases when the measurement accuracy is increased.
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その目的は、低消費電力で高精度な計測値を得ることができる超音波流量計を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter capable of obtaining a highly accurate measurement value with low power consumption.
上記課題を達成するために、第1の発明は、流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、駆動部で駆動された送信側の超音波振動子において発生された超音波を受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間をゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、計時部で計測された伝搬時間に基づいて流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、計時部は、送信側の超音波振動子が駆動されることにより基準クロックのカウントを開始し、ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、各々が基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期より長くなるように直列に接続されており、ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、遅延部の各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号保持部とを備え、演算部は、カウンタの内容を信号保持部に記録された時系列データで補正することにより伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて流路における流量を計測することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a pair of ultrasonic waves that are arranged on the upstream side and the downstream side of a flow path and are used as an ultrasonic transducer on a transmission side and an ultrasonic transducer on a reception side. A transducer, a reference clock generation circuit that generates a reference clock, a drive unit that drives a transmission-side ultrasonic transducer, and an ultrasonic wave generated by a transmission-side ultrasonic transducer driven by the drive unit A zero-cross detection unit that detects a zero-cross point of a reception signal generated by receiving with the ultrasonic transducer on the side, and outputs it as a reception point signal, an ultrasonic transducer on the transmission side, and an ultrasonic transducer on the reception side, A time measuring unit that measures the propagation time of ultrasonic waves based on the reception point signal output from the zero cross detection unit, and an arithmetic unit that calculates the flow rate in the flow path based on the propagation time measured by the time measuring unit Ultrasonic flow with A counter that stops counting when a reception point signal is output from a zero-cross detection unit, and a time counting unit starts counting a reference clock by driving an ultrasonic transducer on a transmission side; Delay elements each having a delay time smaller than and equal to the reference clock period are connected in series so that the total delay time is longer than the reference clock period, and the reception point signal output from the zero cross detection unit is input. A delay unit, a signal holding unit that records a signal output from each delay element of the delay unit in synchronization with the reference clock, and holds time-series data in the vicinity of the change in the reception point signal, The propagation time is calculated by correcting the contents of the counter with the time-series data recorded in the signal holding unit, and the flow path is calculated based on the calculated time. Characterized by measuring that flow.
また、第2の発明は、流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、駆動部で駆動された送信側の超音波振動子において発生された超音波を受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が出力されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定する測定部と、測定部で測定された受信信号の大きさに基づき測定期間における受信信号の重心を計算する重心計算部と、重心計算部で計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求める演算部とを備えたことを特徴とする。 Further, the second invention is a pair of ultrasonic transducers disposed on the upstream side and downstream side of the flow path and used as an ultrasonic transducer on the transmission side and an ultrasonic transducer on the reception side, and a reference clock A reference clock transmission circuit that generates a signal, a drive unit that drives the ultrasonic transducer on the transmission side, and an ultrasonic transducer on the reception side that receives ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer on the transmission side that is driven by the drive unit The zero cross point of the received signal generated by receiving at the zero cross point is detected and output as a reception point signal, and from the reception point signal output from the zero cross detection unit until the next reception point signal is output During the measurement period, the measurement unit that measures the magnitude of the received signal at the boundary of each reference clock, and the center of gravity of the received signal in the measurement period are calculated based on the magnitude of the received signal measured by the measurement unit. And the center of gravity calculation unit, characterized in that an arithmetic unit for obtaining the ultrasonic propagation time on the basis of the position of the center of gravity calculated by the centroid calculating portion.
第1の発明によれば、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子で受信されて受信ポイント信号が発生されるまでの間の基準クロックをカウンタで計数し、受信ポイント信号が発生された後は、受信ポイント信号が基準クロックより小さい遅延時間を有する遅延素子を複数直列に並べた遅延部により受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを取得し、このデータを元に受信ポイント信号が変化した時刻を求め、カウンタの内容を補正する補正することにより、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を測定するように構成したので、基準クロックより細かい時間分解能で伝搬時間を測定することができる。また、信号記録部に記録された時系列データに対してノイズ補正をかけることで、受信ポイント信号にノイズが乗っても正確な信号位置を検出することができる。従って、基準クロックの周波数を上げることなく伝搬時間の時間分解能を向上させることができる。また、基準クロックの周波数を上げる必要がないので、消費電力を低く抑えることができる。 According to the first invention, the reference clock from when the ultrasonic wave generated from the ultrasonic transducer on the transmission side is received by the ultrasonic transducer on the reception side until the reception point signal is generated is counted by the counter. Then, after the reception point signal is generated, obtain time series data near the reception point signal changed by a delay unit in which a plurality of delay elements having delay times smaller than the reference clock are arranged in series, Based on this data, the time at which the reception point signal changes is obtained, and the propagation time of the ultrasonic wave between the ultrasonic transducer on the transmission side and the ultrasonic transducer on the reception side is corrected by correcting the contents of the counter. Therefore, the propagation time can be measured with a finer time resolution than the reference clock. Further, by applying noise correction to the time series data recorded in the signal recording unit, it is possible to detect an accurate signal position even if noise is added to the reception point signal. Therefore, the time resolution of the propagation time can be improved without increasing the frequency of the reference clock. In addition, since it is not necessary to increase the frequency of the reference clock, power consumption can be kept low.
また、第2の発明によれば、受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が信号されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定し、測定された受信信号の大きさに基づき前記測定期間における受信信号の重心を計算し、計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求めるように構成したので、クロック周波数を上げることなく、時間分解能を向上させることができる。また、測定部としてA/Dコンバータを用いた場合、A/Dコンバータは受信信号の半周期だけ動作させればよいので、計測全体からみれば消費電力を小さく抑えることができる。 Further, according to the second invention, during the measurement period from when the reception point signal is output until the next reception point signal is signaled, the magnitude of the reception signal at the boundary of each reference clock is measured and measured. Since the centroid of the received signal in the measurement period is calculated based on the magnitude of the received signal and the ultrasonic wave propagation time is obtained based on the calculated position of the centroid, the time is increased without increasing the clock frequency. The resolution can be improved. In addition, when an A / D converter is used as the measurement unit, the A / D converter only needs to be operated for a half period of the received signal, so that power consumption can be kept small from the whole measurement.
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、従来の超音波流量計と同一又は相当する構成部分には従来と同一の符号を付して説明する。また、以下で説明する各実施例において、同一又は相当する構成部分には同一の符号を付して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding components as those of the conventional ultrasonic flowmeter are denoted by the same reference numerals as those of the conventional ultrasonic flowmeter. Moreover, in each Example demonstrated below, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same or corresponding component.
図1は本発明の実施例1に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。この超音波流量計は、流量計管路1の内部に配置された第1超音波振動子2及び第2超音波振動子3、切替部4、駆動部5、増幅部6、ゼロクロス検出部7、計時部8、演算部9、制御部10並びに基準クロック発振回路11から構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention. This ultrasonic flow meter includes a first
第1超音波振動子2は、駆動部5から切替部4を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第1超音波振動子2で発生された超音波は、第2超音波振動子3で受信され、受信信号は、切替部4を介して増幅部6に送られる。
The first
同様に、第2超音波振動子3は、駆動部5から切替部4を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第2超音波振動子3で発生された超音波は、第1超音波振動子2で受信され、受信信号は、切替部4を介して増幅部6に送られる。
Similarly, the second
切替部4は、第1超音波振動子2及び第2超音波振動子3の何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、切替部4は、制御部10からの指示に応答して、駆動部5からの駆動信号を第1超音波振動子2に送るか第2超音波振動子3に送るかを切り替えると共に、前者の場合は、第2超音波振動子3からの受信信号を増幅部6に送り、後者の場合は、第1超音波振動子2からの受信信号を増幅部6に送るように切り替える。
The
駆動部5は、制御部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部4を介して、送信側の超音波振動子となる第1超音波振動子2又は第2超音波振動子3に送る。駆動信号は、基準クロック発振回路11で発生される基準クロックに同期して生成される。従って、第1超音波振動子2及び第2超音波振動子3は、基準クロックに同期して駆動されることになる。
The
増幅部6は、受信側の超音波振動子となる第1超音波振動子2又は第2超音波振動子3から切替部4を経由して送られてくる受信信号を増幅する。この増幅部6で増幅された受信信号は、ゼロクロス検出部7に送られる。
The amplifying
ゼロクロス検出部7は、増幅部6から送られてくる受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出する。このゼロクロス検出部7で検出された特定番目のゼロクロス点を表す受信ポイント信号は、計時部8及び制御部10に送られる。
The zero-
計時部8は、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子に到達するまでの伝搬時間を計測する。この計時部8の詳細は後述する。この計時部8で計測された伝搬時間は、演算部9に送られる。
The time measuring unit 8 measures the propagation time until the ultrasonic wave generated from the transmission-side ultrasonic transducer reaches the reception-side ultrasonic transducer. Details of the time measuring unit 8 will be described later. The propagation time measured by the time measuring unit 8 is sent to the
演算部9は、制御部10からの指示に応答して、計時部8から超音波の伝搬時間を読み出し、この読み出した伝搬時間に基づいて流量及び流速を計算する。
In response to the instruction from the
制御部10は、超音波流量計の全体を制御する。例えば、上述したように、切替部4に対する切替の指示、駆動部5に対する駆動信号生成の指示、計時部8の動作の開始及び停止許可の指示、演算部9に対する演算開始の指示等を行う。
The
基準クロック発生回路11は、この超音波流量計で使用される基準クロックを生成する。この基準クロック発生回路11で発生された基準クロックは、図示は省略するが、駆動部5、計時部8及び制御部10に送られる。
The reference
次に、計時部8の詳細を説明する。図2は計時部8の構成を示すブロック図である。計時部8は、遅延部13、データレジスタ14、カウンタ15及びエンコーダ16から構成されている。
Next, details of the time measuring unit 8 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the time measuring unit 8. The timer unit 8 includes a
遅延部13は、n−1個(nは2以上の正の整数)の遅延素子DL1〜DLn−1が直列に接続されて構成されている。遅延素子DL1〜DLn−1の各々は、基準クロックの周期の1/nの遅延時間を有する。従って、全遅延素子DL1〜DLn−1による総遅延時間が基準クロックに等しくなっている。また、初段の遅延素子DL1には、ゼロクロス検出部7からの受信ポイント信号が入力される。
The
初段の遅延素子DL1の入力信号(受信ポイント信号に等しい)及び各遅延素子DL1〜DLn−1の出力信号は、データD0〜Dn−1としてデータレジスタ14に送られる。 The input signal (equal to the reception point signal) of the first-stage delay element DL1 and the output signals of the delay elements DL1 to DLn-1 are sent to the data register 14 as data D0 to Dn-1.
データレジスタ14は、n個のDタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータD0〜Dn−1を記憶する。このデータレジスタ14の初段のフリップフロップの出力Q0は、ストップ信号(以下、「STOP信号」という)としてカウンタ15に送られる。また、2段目以降のフリップフロップの出力Q1〜Qn−1はエンコーダ16に送られる。
The data register 14 includes n D-type flip-flops, and stores data D0 to Dn-1 in synchronization with the reference clock. The output Q0 of the first flip-flop of the data register 14 is sent to the
カウンタ15は、制御部10からのスタート信号(以下、「START信号」という)により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部10からストップ許可信号(以下、「STOP許可信号」という)が供給されており且つデータレジスタ14からSTOP信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ15の内容は、上位データとして演算部9に送られる。
The counter 15 starts a count-up operation in synchronization with the reference clock in response to a start signal (hereinafter referred to as “START signal”) from the
エンコーダ16は、本発明の信号記録部に対応し、データレジスタ14の出力Q1〜Qn−1をエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、エンコーダ16は、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ16の出力は、下位データとして演算部9に送られる。
The
次に、本発明の実施例1に係る超音波流量計の動作を、図3に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
まず、制御部10は、第1超音波振動子2を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部4に送ると共に、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。また、制御部10は、カウンタ15にSTART信号を送る。これにより、カウンタ15は、基準クロックが入力される毎にカウントアップが行われる状態になる。更に、制御部10は、STOP許可信号をディセイブルにする。これにより、STOP許可信号がイネーブルにされるまで、データレジスタ14からカウンタ15にSTOP信号が送られてきても、カウンタ15のカウントアップ動作は停止しない。
First, the
駆動部5は、制御部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部4を介して第1超音波振動子2に送る。これにより、第1超音波振動子2が振動し、流量計管路1内の流体の流れ方向に超音波を発生する。この第1超音波振動子2で発生された超音波は第2超音波振動子3で受信される。
The
第2超音波振動子3は、第1超音波振動子2から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部4を介して増幅部6に送る。増幅部6は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部7に送る。ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点(例えば3番目のゼロクロス点)を検出すると、その旨を表す受信ポイント信号を計時部8及び制御部10に送る。
The second
計時部8は、受信ポイント信号に応じてSTOP信号を生成するが、STOP許可信号がディセイブルにされているため、カウンタ15のカウントアップ動作は停止されない。また、受信ポイント信号が遅延部13を通過することによりエンコーダ16から何らかの値が出力されるが、この値は使用されない。
The timer unit 8 generates a STOP signal according to the reception point signal, but the count-up operation of the
一方、制御部10は、ゼロクロス検出部7から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。従って、この繰り返しの間は、カウンタ15の内容のカウントアップのみが行われる。
On the other hand, when receiving the reception point signal from the zero-
制御部10は、ゼロクロス検出部7から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、ストップ許可信号をイネーブルにする。そして、再度、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。駆動部5は、上述したように、制御部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部4を介して第1超音波振動子2に送る。これにより、第1超音波振動子2が振動し、流量計管路1内の流体の流れ方向に超音波を発生する。この第1超音波振動子2で発生された超音波は第2超音波振動子3で受信される。
When the
第2超音波振動子3は、第1超音波振動子2から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部4を介して増幅部6に送る。増幅部6は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部7に送る。ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図3(A)の基準クロック周期CK1に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図3(B)に示すように、基準クロック周期CK1の終わりでカウンタ15の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ15の内容は、カウント値N−2からカウント値N−1に変化する。
The second
一方、ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図3(A)の基準クロック周期CK2に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部8及び制御部10に送る。計時部8では、ゼロクロス検出部7からの受信ポイント信号が遅延部13に入力される。遅延部13は、図3(C)〜図3(F)に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータD1、D2、…、Di、Di+1、…を出力する。図3に示した例では、データD1〜Di(iは正の整数でi≦nである)が基準クロック周期CK2内で変化し、データDi+1以降が次の基準クロック周期CK3内で変化する状態を示している。
On the other hand, when the zero-
基準クロック周期CK3になると、図3(B)に示すように、カウンタ15の内容がカウント値N−1からカウント値Nに変化すると共に、その先頭で、遅延部13から出力されるデータD0〜Dn−1がデータレジスタ14に取り込まれる。これにより、データレジスタ14の初段のフリップフロップの出力Q0がSTOP信号としてカウンタ15に供給される。この時点では、STOP許可信号がイネーブルであるため、STOP信号に応じてカウンタ15のカウントアップ動作は停止される。従って、図3(B)に示すように、基準クロック周期CK3以降は、カウンタ15はカウント値Nを維持し続ける。
When the reference clock cycle CK3 is reached, the contents of the
また、基準クロック周期CK3では、データレジスタ14の2段目以降のフリップフロップの出力Q1〜Qn−1がエンコーダ16に送られる。エンコーダ16は、図4に示すように、入力されるデータQ1〜Qn−1に対して0〜n−1の値を出力する。換言すれば、エンコーダ16は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図3に示した例では、データD1〜Diが基準クロック周期CK2の期間内で変化している(遅延素子を通過した)ので、図3(G)に示すように、エンコーダ16は、下位データとして「i」を出力する。このエンコーダ16から出力される「i」は、演算部9に送られる。
Further, in the reference clock cycle CK <b> 3, outputs Q <b> 1 to Qn−1 of the second and subsequent flip-flops of the data register 14 are sent to the
演算部9は、下記式(1)に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Tpを算出し、内部に保持する。
The
伝搬時間Tp={N−(i/n)}×T…(1)
ここで、Tは基準クロック周期である。
Propagation time Tp = {N− (i / n)} × T (1)
Here, T is a reference clock period.
次に、制御部10は、第2超音波振動子3を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部4に送ると共に、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。また、制御部10は、カウンタ15にSTART信号を送る。これにより、カウンタ15は、再び、基準クロックが入力される毎にカウントアップが行われる状態になる。更に、制御部10は、STOP許可信号をディセイブルにする。これにより、STOP許可信号がイネーブルにされるまで、データレジスタ14からカウンタ15にSTOP信号が送られてきても、カウンタ15のカウントアップ動作は停止しない。
Next, the
駆動部5は、制御部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部4を介して第2超音波振動子3に送る。これにより、第2超音波振動子3が振動し、流量計管路1内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第2超音波振動子3で発生された超音波は第1超音波振動子2で受信される。
The
第1超音波振動子2は、第2超音波振動子3から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部4を介して増幅部6に送る。増幅部6は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部7に送る。ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点(例えば3番目のゼロクロス点)を検出すると、その旨を表す受信ポイント信号を計時部8及び制御部10に送る。
The first
計時部8は、受信ポイント信号に応じてSTOP信号を生成するが、STOP許可信号がディセイブルにされているため、カウンタ15のカウントアップ動作は停止されない。また、受信ポイント信号が遅延部13を通過することによりエンコーダ16から何らかの値が出力されるが、この値は使用されない。
The timer unit 8 generates a STOP signal according to the reception point signal, but the count-up operation of the
一方、制御部10は、ゼロクロス検出部7から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。従って、この繰り返しの間は、カウンタ15の内容のカウントアップのみが行われる。
On the other hand, when receiving the reception point signal from the zero-
制御部10は、ゼロクロス検出部7から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、ストップ許可信号をイネーブルにする。そして、再度、駆動部5に駆動信号の生成を指示する。駆動部5は、上述したように、制御部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部4を介して第2超音波振動子3に送る。これにより、第2超音波振動子3が振動し、流量計管路1内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第2超音波振動子3で発生された超音波は第1超音波振動子2で受信される。
When the
第1超音波振動子2は、第2超音波振動子3から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部4を介して増幅部6に送る。増幅部6は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部7に送る。以下、上述した流体の流れ方向の超音波の伝搬時間を算出する手順と同じ手順で、流体の流れと逆方向の超音波の伝搬時間が算出される。
The first
次に、演算部9は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路1の内部を流れる流量を算出する。
Next, the
以上説明したように、実施例1に係る超音波流量計によれば、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子で受信されて受信ポイント信号が発生されるまでの間の基準クロックをカウンタ15で計数し、受信ポイント信号が発生された後は、該受信ポイント信号が基準クロックより小さい遅延時間を有する遅延素子を複数直列に並べた遅延部13により受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを取得し、このデータを元に受信ポイント信号が変化した時刻を求め、カウンタ15の内容をエンコーダ16の出力で補正することにより、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を計測するように構成したので、基準クロックより細かい時間分解能で伝搬時間を測定することができる。従って、基準クロックの周波数を上げることなく、伝搬時間の時間分解能を向上させることができる。また、基準クロックの周波数を上げる必要がないので、消費電力を低く抑えることができる。
As described above, according to the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, the ultrasonic wave generated from the ultrasonic transducer on the transmission side is received by the ultrasonic transducer on the reception side, and the reception point signal is generated. Until the reception point signal is generated, the reception point signal is received by the
本発明の実施例2に係る超音波流量計は、伝搬時間を算出する毎に、1基準クロック周期の期間中に受信ポイント信号が何段の遅延素子を通ったかを測定し、遅延素子が有する遅延時間の変動を補正することを特徴とする。 The ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention measures how many delay elements the reception point signal has passed during one reference clock period every time the propagation time is calculated, and the delay element has It is characterized by correcting the fluctuation of the delay time.
図5は本発明の実施例2に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図1に示した実施例1の構成と同じであるのでその説明を省略する。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the timekeeping section of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention. The configuration other than the timekeeping portion of the ultrasonic flowmeter is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG.
本発明の実施例2に係る超音波流量計の計時部8aは、遅延部13a、データレジスタ14a、カウンタ15、エンコーダ16、データレジスタ17及び引算部18から構成されている。データレジスタ17は、本発明の記憶部に対応する。
The
遅延部13aは、2m個(mは2以上の正の整数)の遅延素子DL1〜DL2mが直列に接続されて構成されている。遅延素子DL1〜DL2mの各々は、基準クロックの周期の1/m以上の遅延時間を有する。従って、全遅延素子DL1〜DL2mによる総遅延時間は基準クロックの2倍以上になっている。また、初段の遅延素子DL1には、ゼロクロス検出部7からの受信ポイント信号が入力される。
The
初段の遅延素子DL1の入力信号(受信ポイント信号に等しい)及び各遅延素子DL1〜DL2mの出力信号は、データD0〜D2mとしてデータレジスタ14aに送られる。
The input signal (equal to the reception point signal) of the first delay element DL1 and the output signals of the delay elements DL1 to DL2m are sent to the
データレジスタ14aは、2m+1個のDタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータD0〜D2mを記憶する。このデータレジスタ14aの初段のフリップフロップの出力Q0は、STOP信号としてカウンタ15に送られる。また、2段目以降のフリップフロップの出力Q1〜Q2mはエンコーダ16に送られる。
The
カウンタ15は、制御部10からのSTART信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部10からSTOP許可信号が供給されており且つデータレジスタ14aからSTOP信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ15の内容は、上位データとして演算部9に送られる。
The counter 15 starts a count-up operation in synchronization with the reference clock in response to a START signal from the
エンコーダ16は、データレジスタ14aの出力Q1〜Q2mをエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ16の出力は、データレジスタ17及び引算部18に送られる。
The
データレジスタ17は、複数(エンコーダ16から出力される値を記憶可能な数)のDタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してエンコーダ16の出力を記憶する。このデータレジスタ17の出力は、引算部18に送られると共に、下位データとして演算部9に送られる。
The data register 17 is composed of a plurality of D-type flip-flops (the number that can store the value output from the encoder 16), and stores the output of the
引算部18は、エンコーダ16の出力からデータレジスタ17の出力を減算し、補正データとして演算部9に送る。補正データは、1基準クロック周期の間に受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を表している。
The
次に、本発明の実施例2に係る超音波流量計の動作を、図6に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
制御部10が、ゼロクロス検出部7から所定回数目の受信ポイント信号を受け取って第1超音波振動子2を駆動し、この駆動により第2超音波振動子3で生成された受信信号を増幅してゼロクロス検出部7に送るまでの動作は、上述した実施例1に係る超音波流量計の動作と同じである。
The
ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図6(A)の基準クロック周期CK1に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図6(B)に示すように、基準クロック周期CK1の終わりでカウンタ15の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ15の内容は、カウント値N−2からカウント値N−1に変化する。
When the zero-
一方、ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図6(A)の基準クロック周期CK2に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部8a及び制御部10に送る。計時部8aでは、ゼロクロス検出部7からの受信ポイント信号が遅延部13aに入力される。遅延部13aは、図6(C)〜図6(H)に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータD1、D2、…、Di、Di+1、…、Di+n、Di+n+1、…(i及びnは正の整数でi、n≦mである)を出力する。図6に示した例では、データD1〜Diが基準クロック周期CK2内で変化し、データDi+1〜Di+nが次の基準クロック周期CK3内で変化し、データDi+n+1以降が更に次の基準クロック周期CK4内で変化する状態を示している。
On the other hand, when the zero-
基準クロック周期CK3になると、図6(B)に示すように、カウンタ15の内容がカウント値N−1からカウント値Nに変化すると共に、その先頭で、遅延部13aから出力されるデータD0〜D2mがデータレジスタ14aに取り込まれる。これにより、データレジスタ14aの初段のフリップフロップの出力Q0がSTOP信号としてカウンタ15に供給される。この時点では、STOP許可信号がイネーブルであるため、STOP信号に応じてカウンタ15のカウントアップ動作は停止される。従って、図6(B)に示すように、基準クロック周期CK3以降は、カウンタ15はカウント値Nを維持し続ける。
At the reference clock cycle CK3, as shown in FIG. 6B, the contents of the
また、次の基準クロック周期CK3では、データレジスタ14aの2段目以降のフリップフロップの出力Q1〜Q2mがエンコーダ16に送られる。エンコーダ16は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図6に示した例では、データD1〜Diが基準クロック周期CK2の期間内で変化している(遅延素子を通過した)ので、図6(K)に示すように、エンコーダ16は、「i」を出力する。このエンコーダ16から出力される「i」は、データレジスタ17及び引算部18に送られる。
In the next reference clock cycle CK3, outputs Q1 to Q2m of the second and subsequent flip-flops of the
更に、次の基準クロック周期CK4の先頭では、図6(J)に示すように、エンコーダ16の出力「i」がデータレジスタ14aに取り込まれる。また、基準クロック周期CK4では、データレジスタ14aの2段目以降のフリップフロップの出力Q1〜Q2mがエンコーダ16に送られる。エンコーダ16は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図6に示した例では、データD1〜Di+nが基準クロック周期CK2及びCK3の期間内で更に変化している(遅延素子を通過した)ので、図6(K)に示すように、エンコーダ16は、「j」(jは正の整数でi<j)を出力する。このエンコーダ16から出力される「j」は、データレジスタ17及び引算部18に送られる。
Further, at the beginning of the next reference clock cycle CK4, as shown in FIG. 6J, the output “i” of the
引算部18は、エンコーダ16の出力である「j」からデータレジスタ17の出力である「i」を減算する。今、「n=j−i」とすると、nは1基準クロック周期CK3で受信ポイント信号が通過し遅延素子の段数を表しており、上述した実施例1におけるnに等しい。この引算部18で得られた「n=j−i」は、補正データとして演算部9に送られる。演算部9は、上述した式(1)に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Tpを算出し、内部に保持する。
The
次に、上述した実施例1と同様の手順で、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間Tpを算出する。その後、演算部9は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路1の内部を流れる流量を算出する。
Next, the ultrasonic propagation time Tp in the direction opposite to the fluid flow is calculated in the same procedure as in the first embodiment. Thereafter, the
以上説明したように、実施例2に係る超音波流量計によれば、伝搬時間を算出する都度、1基準クロック周期の期間中に受信ポイント信号が通過する遅延素子の段数が算出されるので、遅延部13aを構成する遅延素子の遅延時間が温度や電源電圧等の変動によって変動しても正確な伝搬時間を求めることができる。
As described above, according to the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment, each time the propagation time is calculated, the number of stages of the delay elements through which the reception point signal passes during the period of one reference clock cycle is calculated. Even if the delay time of the delay elements constituting the
本発明の実施例3に係る超音波流量計は、遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて遅延部の入力側へフィードバックさせることにより受信ポイント信号が遅延部を2回通るようにして、遅延素子の数を減らしたことを特徴とする。 The ultrasonic flowmeter according to the third embodiment of the present invention reverses the signal output from the delay element at the final stage of the delay unit and feeds it back to the input side of the delay unit, so that the reception point signal passes through the delay unit twice. It is characterized in that the number of delay elements is reduced so as to pass.
図7は本発明の実施例3に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図1に示した実施例1の構成と同じであるので説明を省略する。 FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the timekeeping section of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment of the present invention. The configuration other than the timing unit of the ultrasonic flowmeter is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG.
本発明の実施例3に係る超音波流量計の計時部8bは、遅延部13、データレジスタ14、カウンタ15、エンコーダ16、データレジスタ17、引算部18及びフィードバック部19から構成されている。データレジスタ17は、本発明の記憶部に対応する。
The timekeeping unit 8b of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment of the present invention includes a
遅延部13は、m個(mは2以上の正の整数)の遅延素子DL1〜DLmが直列に接続されて構成されている。遅延素子DL1〜DLmの各々は、基準クロックの周期の1/mより大きい遅延時間を有する。従って、全遅延素子DL1〜DLmによる総遅延時間は基準クロックより大きくなっている。また、初段の遅延素子DL1には、フィードバック部19の出力が入力される。
The
初段の遅延素子DL1の入力信号及び遅延素子DL1〜DLm−1の出力信号は、データD0〜Dm−1としてデータレジスタ14に送られる。また、最終段の遅延素子DLmの出力信号は、データDmとしフィードバック部19に送られる。
The input signal of the first-stage delay element DL1 and the output signals of the delay elements DL1 to DLm-1 are sent to the data register 14 as data D0 to Dm-1. The output signal of the delay element DLm at the final stage is sent to the
データレジスタ14は、m個のDタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータD0〜Dm−1を記憶する。このデータレジスタ14の初段のフリップフロップの出力Q0は、STOP信号としてカウンタ15に送られる。また、2段目からm段目のフリップフロップの出力Q1〜Qm−1はエンコーダ16に送られる。
The data register 14 includes m D-type flip-flops, and stores data D0 to Dm-1 in synchronization with the reference clock. The output Q0 of the first flip-flop of the data register 14 is sent to the
カウンタ15は、制御部10からのSTART信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部10からSTOP許可信号が供給されており且つデータレジスタ14からSTOP信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ14の内容は、上位データとして演算部9に送られる。
The counter 15 starts a count-up operation in synchronization with the reference clock in response to a START signal from the
エンコーダ16は、データレジスタ14の出力Q1〜Q2mをエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ16の出力は、データレジスタ17及び引算部18に送られる。データレジスタ17及び引算部18の構成は、実施例2のそれらと同じである。
The
フィードバック部19は、インバータ19a及びANDゲート19bから構成されている。インバータ19aは、遅延部13の最終段の遅延素子DLmからの信号Dmを反転してANDゲート19bの一方の入力端子に送る。ANDゲート19bの他方の入力端子には、ゼロクロス検出部7からの受信ポイント信号が入力される。ANDゲート19bは、受信ポイント信号と遅延部13の最終段の遅延素子DLmからの信号Dmを反転した信号との論理積をとり、遅延部13の初段の遅延素子DL1に送る。
The
次に、本発明の実施例3に係る超音波流量計の動作を、図8に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
制御部10が、ゼロクロス検出部7から所定回数目の受信ポイント信号を受け取って第1超音波振動子2を駆動し、この駆動により第2超音波振動子3で生成された受信信号を増幅してゼロクロス検出部7に送るまでの動作は、上述した実施例1に係る超音波流量計の動作と同じである。
The
ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図8(A)の基準クロック周期CK1に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図8(B)に示すように、基準クロック周期CK1の終わりでカウンタ15の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ15の内容は、カウント値N−2からカウント値N−1に変化する。
When the zero-
一方、ゼロクロス検出部7は、増幅部6から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図8(A)の基準クロック周期CK2に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部8b及び制御部10に送る。計時部8bでは、ゼロクロス検出部7からの受信ポイント信号がフィードバック部19に入力される。フィードバック部19は、遅延部13の最終段の遅延素子DLmからの信号Dmが出力されていない状態では、受信ポイント信号を通過させて遅延部13に送る。
On the other hand, when the zero-
遅延部13は、図8(C)〜図8(H)に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータD1、D2、…、Di+n−m、Di+1+n−m、…、Di、Di+1、…(i及びnは正の整数でi、n≦mである)を出力する。図8に示した例では、データD1〜Diが基準クロック周期CK2内で変化し、データDi+1が次の基準クロック周期CK3内で「0」から「1」に変化する状態を示している。
As shown in FIGS. 8 (C) to 8 (H), the
基準クロック周期CK3になると、図8(B)に示すように、カウンタ15の内容がカウント値N−1からカウント値Nに変化すると共に、その先頭で、遅延部13から出力されるデータD0〜Dm−1がデータレジスタ14に取り込まれる。これにより、データレジスタ14の初段のフリップフロップの出力Q0がSTOP信号としてカウンタ15に供給される。この時点では、STOP許可信号がイネーブルであるため、STOP信号に応じてカウンタ15のカウントアップ動作は停止される。従って、図8(B)に示すように、基準クロック周期CK3以降は、カウンタ15はカウント値Nを維持し続ける。
At the reference clock cycle CK3, as shown in FIG. 8B, the contents of the
また、次の基準クロック周期CK3では、データレジスタ14の2段目以降のフリップフロップの出力Q1〜Qm−1がエンコーダ16に送られる。エンコーダ16は、図9に示すように、入力されるデータQ1〜Qm−1に対して0〜i+mの値を出力する。換言すれば、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図8に示した例では、データD1〜Diが基準クロック周期CK2の期間内で「0」から「1」に変化している(遅延素子を通過した)ので、図8(K)に示すように、エンコーダ16は、データQ1〜Qm−1の中の「1」の数に対応する「i」を出力する。このエンコーダ16から出力される「i」は、データレジスタ17及び引算部18に送られる。
In the next reference
また、受信ポイント信号が遅延部13を通過して最終段の遅延素子DLmから信号Dmが出力されると、フィードバック部19において受信ポイント信号の通過が阻止される。従って、以後は、図8(C)〜図8(H)に示すように、「1」から「0」に変化する受信ポイント信号を順次遅延させたデータD1、D2、…、Di+n−m、Di+1+n−m、…、Di、Di+1、…を出力する。
When the reception point signal passes through the
更に、次の基準クロック周期CK4の先頭では、図8(J)に示すように、エンコーダ16の出力「i」がデータレジスタ14に取り込まれる。また、基準クロック周期CK4では、データレジスタ14の2段目以降のフリップフロップの出力Q1〜Qm−1がエンコーダ16に送られる。エンコーダ16は、エンコーダ16は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図8に示した例では、データD1〜Di+n−1が基準クロック周期CK3の期間内で「1」から「0」に変化している(遅延素子を通過した)ので、図8(K)に示すように、エンコーダ16は、「j」(jは正の整数でi<j)を出力する。このエンコーダ16から出力される「j」は、データレジスタ17及び引算部18に送られる。
Furthermore, at the beginning of the next reference clock cycle CK4, the output “i” of the
引算部18は、エンコーダ16の出力である「j」からデータレジスタ17の出力である「i」を減算する。今、「n=j−i」とすると、nは1基準クロック周期CK3で受信ポイント信号が通過し遅延素子の段数を表しており、上述した実施例1におけるnに等しい。この引算部18で得られた「n=j−i」は、補正データとして演算部9に送られる。演算部9は、上述した式(1)に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Tpを算出し、内部に保持する。
The
次に、上述した実施例1と同様の手順で、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間Tpを算出する。その後、演算部9は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路1の内部を流れる流量を算出する。
Next, the ultrasonic propagation time Tp in the direction opposite to the fluid flow is calculated in the same procedure as in the first embodiment. Thereafter, the
以上説明したように、実施例3に係る超音波流量計によれば、上述した実施例2によって奏される効果に加え、遅延部13を通過した受信ポイント信号をフィードバック部19で反転させて再び遅延部13を通過させ、初回は受信ポイント信号が「0」から「1」に変化した数に基づいて、2回目は受信ポイント信号が「1」から「0」に変化した数に基づいて受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を求めるようにしたので、遅延部13を構成する遅延素子の数をほぼ半数にすることができる。
As described above, according to the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment, in addition to the effect achieved by the second embodiment described above, the reception point signal that has passed through the
本発明の実施例4に係る超音波流量計は、受信ポイント信号及び遅延部からフィードバックされた信号が遅延部を何回通ったかをカウントすることで、遅延部を構成する遅延素子の数を減らすことを特徴とする。 The ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention reduces the number of delay elements constituting the delay unit by counting how many times the reception point signal and the signal fed back from the delay unit have passed through the delay unit. It is characterized by that.
図10は本発明の実施例4に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図1に示した実施例1の構成と同じであるので説明を省略する。 FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the timekeeping section of the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention. The configuration other than the timing unit of the ultrasonic flowmeter is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG.
本発明の実施例3に係る超音波流量計の計時部8cは、遅延部13c、データレジスタ14c、カウンタ15、エンコーダ16、データレジスタ17、引算部18、フィードバック部19、カウンタ20及びデータレジスタ21から構成されている。データレジスタ17は、本発明の第2記憶部に対応し、データレジスタ21は、本発明の第1記憶部に対応する。
The
遅延部13cは、4個の遅延素子DL1〜DL4が直列に接続されて構成されている。遅延素子DL1〜DL4の各々は、基準クロックの周期より短い任意の遅延時間を有する。従って、初段の遅延素子DL1には、フィードバック部19の出力が入力される。
The delay unit 13c is configured by connecting four delay elements DL1 to DL4 in series. Each of the delay elements DL1 to DL4 has an arbitrary delay time shorter than the period of the reference clock. Therefore, the output of the
初段の遅延素子DL1の入力信号及び遅延素子DL1〜DL3の出力信号は、データD0〜D3としてデータレジスタ14cに送られる。また、最終段の遅延素子DL4の出力信号は、フィードバック部19及びカウンタ20に送られる。
The input signal of the first-stage delay element DL1 and the output signals of the delay elements DL1 to DL3 are sent to the
データレジスタ14cは、4個のDタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータD0〜D3を記憶する。このデータレジスタ14cの初段のフリップフロップの出力Q0は、STOP信号としてカウンタ15に送られる。また、2段目から4段目のフリップフロップの出力Q1〜Q3はエンコーダ16に送られる。
The
カウンタ15は、制御部10からのSTART信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部10からSTOP許可信号が供給されており且つデータレジスタ14cからSTOP信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ14cの内容は、上位データとして演算部9に送られる。
The counter 15 starts a count-up operation in synchronization with the reference clock in response to a START signal from the
カウンタ20は、遅延部13cの最終段の遅延素子DL4から出力される信号の変化をカウントする。従って、このカウンタ20の内容は、受信ポイント信号が遅延素子を4段通過する毎にカウントアップされる。このカウンタ20の出力は、データレジスタ21に送られる。
The counter 20 counts changes in the signal output from the delay element DL4 at the final stage of the delay unit 13c. Therefore, the content of the
データレジスタ21は、カウンタ20から送られてくるカウント値を基準クロックに同期して記憶する。従って、このデータレジスタ21は、複数(カウンタ20から出力される値を記憶可能な数)のDタイプのフリップフロップから構成されている。このデータレジスタ21の内容は、エンコーダ16に送られる。
The data register 21 stores the count value sent from the
エンコーダ16は、データレジスタ14cの出力Q0〜Q3及びデータレジスタ21の出力をエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ16の出力は、データレジスタ17及び引算部18に送られる。データレジスタ17、引算部18の構成は実施例2のそれらと同じである。
The
フィードバック部19は、インバータ19a及びANDゲート19bから構成されている。インバータ19aは、遅延部13の最終段の遅延素子DL4からの信号を反転してANDゲート19bの一方の入力端子に送る。ANDゲート19bの他方の入力端子には、ゼロクロス検出部7からの受信ポイント信号が入力される。ANDゲート19bは、受信ポイント信号と遅延部13cの最終段の遅延素子DL4からの信号を反転した信号との論理積をとり、遅延部13cの初段の遅延素子DL1に送る。
The
次に、本発明の実施例4に係る超音波流量計の動作は、カウンタ20で受信ポイント信号が遅延素子を通過した段数をカウントすることにより得られたカウント値とデータレジスタ14cからのデータD0〜D4とをエンコードして受信ポイント信号が遅延素子を通過した段数を求める点を除けば、実施例3に係る超音波流量計の動作と同じである。
Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention is as follows. The counter 20 counts the number of stages where the reception point signal has passed through the delay element and the data D0 from the
以上説明したように、この実施例4に係る超音波流量計によれば、上述した実施例3によって奏される効果に加え、遅延部13cを構成する遅延素子の数を実施例3に比べて更に少なくすることができる。なお、実施例4では、遅延素子の数を「4」とした例を説明したが、遅延素子の数は「4」に限定されず、任意である。 As described above, according to the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment, in addition to the effects achieved by the third embodiment described above, the number of delay elements constituting the delay unit 13c is larger than that of the third embodiment. Further, it can be reduced. In the fourth embodiment, the example in which the number of delay elements is “4” has been described. However, the number of delay elements is not limited to “4” and is arbitrary.
本発明の実施例5に係る超音波流量計は、ゼロクロス点から次のゼロクロス点までの期間中、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを求め、求められた受信信号の大きさから、この期間における受信信号の重心位置を求め、重心位置を元に超音波の伝搬時間を求めることを特徴とする。 The ultrasonic flowmeter according to the fifth embodiment of the present invention determines the magnitude of the received signal at the boundary of each reference clock during the period from the zero cross point to the next zero cross point, and from the obtained received signal magnitude, The center of gravity position of the received signal is obtained during this period, and the propagation time of the ultrasonic wave is obtained based on the center of gravity position.
図11は本発明の実施例5に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。この超音波流量計は、流量計管路1の内部に配置された第1超音波振動子2及び第2超音波振動子3、切替部4、駆動部5、増幅部6、ゼロクロス検出部7、計時部8、演算部9、制御部10、基準クロック発振回路11並びにA/Dコンバータ12から構成されている。A/Dコンバータ12は、本発明の測定部に対応する。
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the fifth embodiment of the present invention. This ultrasonic flow meter includes a first
この超音波流量計は、図1に示した構成にA/Dコンバータ12が追加され、演算部9の中に重心計算部22が設けられ、更に計時部8は、従来と同様のカウンタから構成されている点を除けば、実施例1に係る超音波流量計の構成と同じである。
In this ultrasonic flow meter, an A /
A/Dコンバータ12は、ゼロクロス検出部7が受信信号がゼロクロス点を検出してから、次のゼロクロス点を検出するまでの間、波形信号を取り込んでデジタル信号に変換し、演算部9に送る。この様子を図12に示す。
The A /
演算部9内の重心計算部22は、図12に示すように、データ列の中央をゼロ番としてデータに番号を振り、測定時刻をT(−M)〜T(M)、電圧データをV(−M)〜V(M)とすると、重心を次の式で求める。
以上により、ΔVを小さくすることで時間分解能をあげることができることを理解できる。即ち、クロック周波数を上げることなく、時間分解能を向上させることができる。また、A/Dコンバータ12は受信信号の半周期だけ動作させればよいので、計測全体からみれば消費電力を小さく抑えることができる。
From the above, it can be understood that the time resolution can be increased by reducing ΔV. That is, the time resolution can be improved without increasing the clock frequency. Further, since the A /
本発明の実施例6に係る超音波流量計は、各遅延素子からの信号にノイズがあっても該ノイズを除去して立ち上がり時刻を精度良く推定した受信ポイント信号を得ることを特徴とする。 The ultrasonic flowmeter according to the sixth embodiment of the present invention is characterized in that even if there is noise in the signal from each delay element, the noise is removed and a reception point signal is obtained by accurately estimating the rise time.
図13は本発明の実施例6に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部のエンコーダ16a以外の構成は、図2に示した実施例1の構成と同じであるので説明を省略する。
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the timekeeping section of the ultrasonic flowmeter according to the sixth embodiment of the present invention. The configuration other than the
本発明の実施例6に係る超音波流量計の計時部8dは、遅延部13、データレジスタ14、カウンタ15、エンコーダ16aから構成されている。エンコーダ16aは、本発明の信号記録部に対応し、図17に示すように、データレジスタ14からの時系列データQ0〜Qn−1をパラレルでクロックに同期して入力して記録し、記録された時系列データQ1〜Qn−1をシリアルに出力するシフトレジスタ161と、シフトレジスタ161からシリアルに送られてくる時系列データが「1」の時のみカウントするカウンタ162とから構成されている。即ち、エンコーダ16aは、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。
The
図14は本発明の実施例6に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図3に示すタイミングチャートと略同様であるのでその説明は省略する。図15は本発明の実施例6に係る超音波流量計の受信ポイント信号の時系列データを示す図である。図15(a)(b)では、図14に示すX点の直前の1クロック分のデータを表しおり、図15(a)では、1クロック内の信号の切り替わる部分にノイズがない場合の例を示しており、図15(b)では、1クロック内の信号の切り替わる部分にノイズがある場合の例を示している。 FIG. 14 is a timing chart for explaining the operation of the ultrasonic flowmeter according to the sixth embodiment of the present invention, which is substantially the same as the timing chart shown in FIG. FIG. 15 is a diagram showing time-series data of reception point signals of the ultrasonic flowmeter according to the sixth embodiment of the present invention. FIGS. 15A and 15B show data for one clock immediately before the point X shown in FIG. 14, and FIG. 15A shows an example in which there is no noise at the signal switching portion within one clock. FIG. 15B shows an example in which there is noise in a portion where a signal is switched within one clock.
実施例6のエンコーダ16aを用いた場合、図15(a)に示す例では、エンコーダ16aにおいて、シフトレジスタ161は、入力される時系列データQ1〜Qn−1をパラレル入力して記録する。ここで、時系列データQ1からQiまでの各々の値は「1」であり、時系列データQi+1からQn−1までの各々の値は「0」である。カウンタ162は、シフトレジスタ161からシリアルに送られてくる時系列データQ1〜Qn−1が「1」の時にカウントするので、カウント値が「i」となる。エンコーダ16aとしては、図16に示すような入出力関係を持つ。即ち、カウント値「i」により、信号の立ち上がりが時系列データQ0からi番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。
When the
また、図15(b)に示すように、信号の切り替わる部分にノイズがある場合の例では、時系列データQ1からQi−2までの各々の値は「1」、時系列データQi−1は「0」、時系列データQiは「1」、時系列データQi+1は「0」、時系列データQi+2は「1」、時系列データQi+3からQn−1までの各々の値は「0」である。カウンタ162は、シフトレジスタ161からシリアルに送られてくる時系列データQ1〜Qn−1が「1」の時にカウントするので、カウント値が「i」となる。即ち、ノイズ成分は平均化されて、図15(a)に示すものと同じように、カウント値「i」により、信号の立ち上がりが時系列データQ0からi番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。
Further, as shown in FIG. 15B, in the example where there is noise in the signal switching portion, each value from the time series data Q1 to Qi-2 is “1”, and the time series data Qi-1 is “0”, time series data Qi is “1”, time series data Qi + 1 is “0”, time series data Qi + 2 is “1”, and each value from time series data Qi + 3 to Qn−1 is “0”. . The
このように、図15(b)に示すように、信号の信号の切り替わる部分にノイズがある場合でも、エンコーダ16aにノイズ平均処理を付加することにより立ち上がり時刻を精度良く推定することができる。
In this way, as shown in FIG. 15B, even when there is noise in the signal switching portion, the rise time can be accurately estimated by adding the noise averaging process to the
本発明の実施例7に係る超音波流量計は、ノイズのためにカウンタのSTOP信号が実際の信号立ち上がりより早く出力されてしまうことがあっても、STOP信号が出力された後の時系列データも取得することができ、正しい立ち上がり時刻を推定することができることを特徴とする。 In the ultrasonic flowmeter according to the seventh embodiment of the present invention, even if the STOP signal of the counter is output earlier than the actual signal rise due to noise, the time series data after the STOP signal is output And a correct rise time can be estimated.
図18は本発明の実施例7に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。本発明の実施例7に係る超音波流量計の計時部8eは、遅延部13d、データレジスタ14d、カウンタ15、エンコーダ16aから構成されている。
FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the timekeeping section of the ultrasonic flowmeter according to the seventh embodiment of the present invention. The
遅延部13dは、m個の遅延素子DL−1〜DL−mとn個の遅延素子DL0〜DLn−1とが直列に接続されて構成されている。全遅延素子DL−m〜DLn−1による総遅延時間は基準クロック以上で基準クロックの2倍以下になっている。また、初段の遅延素子DL−mには、ゼロクロス検出部7からの受信ポイント信号が入力される。
The delay unit 13d is configured by connecting m delay elements DL-1 to DL-m and n delay elements DL0 to DLn-1 in series. The total delay time by all the delay elements DL-m to DLn-1 is not less than the reference clock and not more than twice the reference clock. In addition, the reception point signal from the zero
各遅延素子DL−m〜Dn−1の出力信号は、データータレジスタ14dに送られる。データレジスタ14dは、m+n+1個のDタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータD−m〜Dn−1を記憶する。このデータレジスタ14dの途中段のフリップフロップの出力Q0は、STOP信号としてカウンタ15に送られる。また、フリップフロップの出力Q−m〜Qn−1はエンコーダ16aに送られる。
Output signals of the delay elements DL-m to Dn-1 are sent to the
エンコーダ16aは、図17に示す構成と同一構成であり、データレジスタ14dの出力Q−m〜Qn−1を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。
The
次に、本発明の実施例7に係る超音波流量計の動作を、図19を参照しながら説明する。まず、図19に示すように、1クロックから次のクロックにかけて、ノイズがまたがる場合には、実施例6の構成であると、データQ0でSTOP信号が出力されてカウンタが停止してしまう。即ち、データQ0の時刻を立ち上がり時刻と判断してしまうため、正確に信号の立ち上がり時刻が求められない。 Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 19, in the case where noise extends from one clock to the next clock, in the configuration of the sixth embodiment, a STOP signal is output with data Q0 and the counter stops. That is, since the time of the data Q0 is determined as the rise time, the rise time of the signal cannot be obtained accurately.
実施例7では、m個の遅延素子DL−1〜DL−mとn個の遅延素子DL0〜DLn−1とを設け、カウンタのSTOP信号を遅延素子の途中段から出力するので、エンコーダ16aでは、シフトレジスタ161は、1クロックから次のクロックに跨った時系列データQ−m〜Q0〜Qn−1を入力して記録する。そして、カウンタ162が1クロックから次のクロックに跨った時系列データQ−m〜Q0〜Qn−1の内の「1」のみをカウントする。
In the seventh embodiment, m delay elements DL-1 to DL-m and n delay elements DL0 to DLn-1 are provided, and the STOP signal of the counter is output from an intermediate stage of the delay elements. The
図19に示す例では、時系列データQ−mからQ−4までの各々の値は「1」、時系列データQ−3は「0」、時系列データQ−2は「1」、時系列データQ−1は「0」、時系列データQ0は「1」、時系列データQ1からQn−1までの各々の値は「0」である。カウント値は「m−1」となるので、データQ−2の時刻が信号の立ち上がり時刻となる。即ち、ノイズ成分は平均化されて、信号の立ち上がりが時系列データQ−mからm−1番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。 In the example shown in FIG. 19, each value from time series data Qm to Q-4 is “1”, time series data Q-3 is “0”, time series data Q-2 is “1”, time The series data Q-1 is “0”, the time series data Q0 is “1”, and the values from the time series data Q1 to Qn−1 are “0”. Since the count value is “m−1”, the time of the data Q−2 is the signal rise time. That is, the noise components are averaged, and it can be output as a digital value that the rising edge of the signal is in the m-1st data from the time series data Qm.
このように、カウンタ15のSTOP信号を遅延素子の途中段から出力するようにすると、ノイズのためにカウンタ15のSTOP信号が実際の信号立ち上がりより早く出力されてしまうことがあっても、STOP信号が出力された後の時系列データも取得することができ、正しい立ち上がり時刻を推定することができる。
As described above, when the STOP signal of the
なお、上述した実施例1〜4、実施例6〜7では、駆動部5は、基準クロックに同期して送信側の超音波振動子を駆動することにより超音波を発生させるように構成したが、基準クロックと非同期に送信側の超音波振動子を駆動して超音波を発生させるように構成することもできる。
In the first to fourth embodiments and the sixth to seventh embodiments described above, the
本発明の超音波流量計は、ガスメータ、水道メータ等のメータに適用可能である。 The ultrasonic flowmeter of the present invention is applicable to meters such as gas meters and water meters.
1 流量計管路
2 第1超音波振動子
3 第2超音波振動子
4 切替部4
5 駆動部
6 増幅部
7 ゼロクロス検出部
8 計時部
9 演算部
10 制御部
11 クロック発振回路
12 コンバータ
13 遅延部
14、17、21 データレジスタ
15、20、80 カウンタ
16 エンコーダ
18 引算部
19 フィードバック部
19a インバータ
19b ANDゲート
22 重心計算部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (8)
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記送信側の超音波振動子と前記受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、
前記計時部で計測された伝搬時間に基づいて前記流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、
前記計時部は、
前記送信側の超音波振動子が駆動されることにより前記基準クロックのカウントを開始し、前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、
各々が前記基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期より長くなるように直列に接続されており、前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号記録部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データで補正することにより前記伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて前記流路における流量を計測することを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transducers disposed on the upstream side and the downstream side of the flow path and used as an ultrasonic transducer on the transmission side and an ultrasonic transducer on the reception side;
A reference clock generation circuit for generating a reference clock; and
A drive unit for driving the ultrasonic transducer on the transmission side;
A reception point signal is detected by detecting a zero cross point of a reception signal generated by receiving the ultrasonic wave generated by the transmission-side ultrasonic transducer driven by the driving unit by the reception-side ultrasonic transducer. A zero-cross detector that outputs as
A time measuring unit that measures the propagation time of ultrasonic waves between the ultrasonic transducer on the transmission side and the ultrasonic transducer on the reception side based on the reception point signal output from the zero cross detection unit;
An ultrasonic flowmeter comprising a calculation unit that calculates a flow rate in the flow path based on a propagation time measured by the time measuring unit,
The timekeeping section is
A counter that starts counting the reference clock by driving the ultrasonic transducer on the transmission side, and stops counting by outputting a reception point signal from the zero-cross detection unit;
Delay elements each having a delay time smaller than and equal to the period of the reference clock are connected in series so that the total delay time becomes longer than the reference clock period, and the reception point signal output from the zero cross detector is An input delay part;
A signal recording unit that records a signal output from each delay element of the delay unit in synchronization with the reference clock, and holds time-series data in the vicinity of a change in the reception point signal; and
The computing unit is
The ultrasonic wave characterized in that the propagation time is calculated by correcting the contents of the counter with the time series data recorded in the signal recording unit, and the flow rate in the flow path is measured based on the calculated time. Flowmeter.
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データと前記遅延素子の数とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。 The computing unit is
2. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the propagation time is calculated by correcting the contents of the counter with time-series data recorded in the signal recording unit and the number of the delay elements.
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記記憶部の出力を引き算する引算部とを備え、
前記遅延部は、
総遅延時間が前記基準クロックの周期の2倍以上になる数の遅延素子から成り、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。 The timekeeping section is
A storage unit for storing time-series data recorded in the signal recording unit in synchronization with the reference clock;
A subtraction unit that subtracts the output of the storage unit from the time-series data recorded in the signal recording unit,
The delay unit is
A total number of delay elements having a total delay time that is twice or more the period of the reference clock;
The computing unit is
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the propagation time is calculated by correcting the contents of the counter with the output of the storage unit and the output of the subtraction unit.
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記記憶部の出力を引き算する引算部と、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて初段の遅延素子にフィードバックするフィードバック部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。 The timekeeping section is
A storage unit for storing time-series data recorded in the signal recording unit in synchronization with the reference clock;
A subtraction unit that subtracts the output of the storage unit from the time-series data recorded in the signal recording unit;
A feedback unit that inverts the signal output from the final delay element of the delay unit and feeds back to the first delay element;
The computing unit is
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the propagation time is calculated by correcting the contents of the counter with the output of the storage unit and the output of the subtraction unit.
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記送信側の超音波振動子と前記受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、
前記計時部で計測された伝搬時間に基づいて前記流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、
前記計時部は、
前記送信側の超音波振動子が駆動されることにより前記基準クロックのカウントを開始し、前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、
各々が前記基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期以下になるように直列に接続されており、前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号記録部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データで補正することにより前記伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて前記流路における流量を計測し、
前記計時部は、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて初段の遅延素子にフィードバックするフィードバック部と、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号をカウントすることにより得られたカウント値を前記基準クロックに同期して記憶する第1記憶部と、
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する第2記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記第2記憶部の出力を引き算する引算部とを備え、
前記信号記録部は、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号及び前記第1記憶部に記憶されたデータを前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持し、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記第2記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transducers disposed on the upstream side and the downstream side of the flow path and used as an ultrasonic transducer on the transmission side and an ultrasonic transducer on the reception side;
A reference clock generation circuit for generating a reference clock; and
A drive unit for driving the ultrasonic transducer on the transmission side;
A reception point signal is detected by detecting a zero cross point of a reception signal generated by receiving the ultrasonic wave generated by the transmission-side ultrasonic transducer driven by the driving unit by the reception-side ultrasonic transducer. A zero-cross detector that outputs as
A time measuring unit that measures the propagation time of ultrasonic waves between the ultrasonic transducer on the transmission side and the ultrasonic transducer on the reception side based on the reception point signal output from the zero cross detection unit;
An ultrasonic flowmeter comprising a calculation unit that calculates a flow rate in the flow path based on a propagation time measured by the time measuring unit,
The timekeeping section is
A counter that starts counting the reference clock by driving the ultrasonic transducer on the transmission side, and stops counting when a reception point signal is output from the zero-cross detection unit;
Delay elements each having a delay time smaller than and equal to the period of the reference clock are connected in series so that the total delay time is equal to or less than the reference clock period, and the reception point signal output from the zero-cross detection unit is An input delay part;
A signal recording unit that records a signal output from each delay element of the delay unit in synchronization with the reference clock, and holds time-series data in the vicinity of a change in the reception point signal;
The computing unit is
The propagation time is calculated by correcting the content of the counter with time series data recorded in the signal recording unit, and the flow rate in the flow path is measured based on the calculated time.
The timekeeping section is
A feedback unit that inverts a signal output from the last-stage delay element of the delay unit and feeds back to the first-stage delay element;
A first storage unit that stores a count value obtained by counting a signal output from a delay element at a final stage of the delay unit in synchronization with the reference clock;
A second storage unit that stores time-series data recorded in the signal recording unit in synchronization with the reference clock;
A subtraction unit that subtracts the output of the second storage unit from the time-series data recorded in the signal recording unit,
The signal recording unit is
The signal output from each delay element of the delay unit and the data stored in the first storage unit are recorded in synchronization with the reference clock, and the time-series data in the vicinity where the reception point signal has changed are retained,
The computing unit is
The ultrasonic flowmeter, wherein the propagation time is calculated by correcting the contents of the counter with the output of the second storage unit and the output of the subtraction unit.
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が出力されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定する測定部と、
前記測定部で測定された受信信号の大きさに基づき前記測定期間における受信信号の重心を計算する重心計算部と、
前記重心計算部で計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求める演算部と、
を備えたことを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transducers disposed on the upstream side and the downstream side of the flow path and used as an ultrasonic transducer on the transmission side and an ultrasonic transducer on the reception side;
A reference clock generation circuit for generating a reference clock; and
A drive unit for driving the ultrasonic transducer on the transmission side;
A reception point signal is detected by detecting a zero cross point of a reception signal generated by receiving the ultrasonic wave generated by the transmission-side ultrasonic transducer driven by the driving unit by the reception-side ultrasonic transducer. A zero-cross detector that outputs as
A measurement unit that measures the magnitude of the reception signal at the boundary of each reference clock during a measurement period from when the reception point signal is output from the zero cross detection unit to when the next reception point signal is output;
A centroid calculating unit that calculates the centroid of the received signal in the measurement period based on the size of the received signal measured by the measuring unit;
A calculation unit for obtaining the propagation time of the ultrasonic wave based on the position of the center of gravity calculated by the center of gravity calculation unit;
An ultrasonic flowmeter comprising:
前記各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、記録された信号をシリアルに出力するレジスタと、
前記レジスタからの信号が1の時のみカウントする第2カウンタと、
を有することを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。 The signal recording unit is
A register that records a signal output from each delay element in synchronization with the reference clock, and outputs the recorded signal serially;
A second counter that counts only when the signal from the register is 1,
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein:
総遅延時間が前記基準クロックの周期の2倍以下になる数の遅延素子から成り、
前記カウンタは、前記複数の遅延素子の内の途中段の遅延素子から停止信号を入力した時にカウントを停止することを特徴とする請求項7記載の超音波流量計。
The delay unit is
It is composed of a number of delay elements whose total delay time is not more than twice the period of the reference clock,
The ultrasonic flowmeter according to claim 7, wherein the counter stops counting when a stop signal is input from a delay element in the middle of the plurality of delay elements.
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