JP2006038708A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

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JP2006038708A
JP2006038708A JP2004220672A JP2004220672A JP2006038708A JP 2006038708 A JP2006038708 A JP 2006038708A JP 2004220672 A JP2004220672 A JP 2004220672A JP 2004220672 A JP2004220672 A JP 2004220672A JP 2006038708 A JP2006038708 A JP 2006038708A
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JP2004220672A
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Inventor
Yoshihiro Sekine
良浩 関根
Shinji Hirano
真司 平野
Yukio Kodama
幸生 小玉
Seiichi Furusawa
誠一 古沢
Kenichi Muranishi
賢一 村西
Kenji Kamiya
賢治 神谷
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Ricoh Elemex Corp
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Ricoh Elemex Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out an intermittent ultrasonic pulse drive operation for an ultrasonic transducer on a transmission side, in order to reduce its power consumption without lowering accuracy in flow rate measurements. <P>SOLUTION: An intermittent drive control section 111 outputs a forward direction clock selecting signal CS<SB>j</SB>and a reverse direction clock selecting signal CS<SB>g</SB>each having a several clock duration such that an intermittent period is interposed between them, when measuring a forward direction transmission frequency and a reverse direction transmission frequency. A transmission frequency switching section 9 applies a forward direction clock CLK<SB>j</SB>and a reverse direction clock CLK<SB>g</SB>which are selected from the forward direction clock selecting signal CS<SB>j</SB>and the reverse direction clock selecting signal CS<SB>g</SB>, to the ultrasonic transducer on the transmission side, as a transmission wave pulse group into which the intermittent period is interposed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波流量計に関し、詳しくは超音波を利用して都市ガス,LPG,水などの流体の流速や流量を計測する超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow meter, and more particularly to an ultrasonic flow meter that measures the flow velocity and flow rate of a fluid such as city gas, LPG, and water using ultrasonic waves.

従来の超音波流量計の一例として、フェーズロックドループ(PLL)を用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の超音波流量計における計測原理は、流路の流体流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、PLLにより一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められた波の数(以下、ロック波数という)となるように制御し、流れ方向上手側の超音波トランスジューサ(以下、順方向超音波トランスジューサという)から流れ方向下手側の超音波トランスジューサ(以下、逆方向超音波トランスジューサという)に向けて超音波を発射したときの送信周波数(以下、順方向送信周波数という)と、逆方向超音波トランスジューサから順方向超音波トランスジューサに向けて超音波を発射したときの送信周波数(以下、逆方向送信周波数という)とを計測し、計測された順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流路を流れる流体の平均流速を求め、さらに平均流速に流路断面積を乗算することで流量を求める方法である。 As an example of a conventional ultrasonic flowmeter, one using a phase-locked loop (PLL) is known (see, for example, Patent Document 1). The measurement principle in this type of ultrasonic flowmeter is that a pair of ultrasonic transducers is provided on the upper side and lower side in the fluid flow direction of the flow path, and ultrasonic waves are predetermined between the pair of ultrasonic transducers by the PLL. The number of waves (hereinafter referred to as the lock wave number) is controlled so that the ultrasonic transducer on the upper side in the flow direction (hereinafter referred to as the forward ultrasonic transducer) and the ultrasonic transducer on the lower side in the flow direction (hereinafter referred to as the super Transmission frequency (hereinafter referred to as forward transmission frequency) when emitting ultrasonic waves toward the ultrasonic transducer) and transmission frequency when ultrasonic waves are emitted from the reverse ultrasonic transducer toward the forward ultrasonic transducer (Hereinafter referred to as reverse transmission frequency) and the measured forward transmission frequency and reverse direction Determine the average flow velocity of the fluid flowing through the flow path based on signal frequency, a method of obtaining the flow rate by multiplying the flow path cross-sectional area more average flow velocity.

いま、図2に示すように、ロック波数をN、順方向送信周波数をf、逆方向送信周波数をf、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間の距離(以下、伝搬長という)をL、流体の流速をVとすると、順方向超音波トランスジューサ2aから逆方向超音波トランスジューサ2bに超音波を伝搬させたときの計測(以下、順方向計測という)で、下式(1)が得られ、逆方向超音波トランスジューサ2bから順方向超音波トランスジューサ2aに超音波を伝搬させたときの計測(以下、逆方向計測という)で、下式(2)が得られる。 Now, as shown in FIG. 2, the lock wave number is N, the forward transmission frequency is f j , the reverse transmission frequency is f g , and the distance between the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b (hereinafter referred to as propagation). L is the length) and V is the flow velocity of the fluid. The measurement when the ultrasonic wave is propagated from the forward ultrasonic transducer 2a to the reverse ultrasonic transducer 2b (hereinafter referred to as forward measurement) 1) is obtained, and the following expression (2) is obtained by measurement when ultrasonic waves are propagated from the backward ultrasonic transducer 2b to the forward ultrasonic transducer 2a (hereinafter referred to as reverse direction measurement).

L/(C+V)=N/f → Lf/N=C+V ・・・(1)
L/(C−V)=N/f → Lf/N=C−V ・・・(2)
L / (C + V) = N / f j → Lf j / N = C + V ··· (1)
L / (C−V) = N / f g → Lf g / N = C−V (2)

式(1)−式(2)から下式(3)が得られ、式(1)+式(2)から下式(4)が得られる。 The following formula (3) is obtained from the formula (1) -the formula (2), and the following formula (4) is obtained from the formula (1) + the formula (2).

V=(L/2N)×(f−f) ・・・(3)
C=(L/2N)×(f+f) ・・・(4)
V = (L / 2N) × (f j −f g ) (3)
C = (L / 2N) × (f j + f g ) (4)

そして、流量Qが、流路の断面積S、計測時間間隔(以下、インターバル時間という)Δ等を考慮した補正係数Hを用いて、下式(5)で求められる。 Then, the flow rate Q is obtained by the following equation (5) using a correction coefficient H that takes into account the cross-sectional area S of the flow path, the measurement time interval (hereinafter referred to as interval time) Δ, and the like.

Q=V・S・H ・・・(5) Q = V · S · H (5)

また、前回までの積算流量ΣQを用いれば、積算流量ΣQは、ΣQ=ΣQ+Qで求められる。 Further, if the integrated flow ΣQ 0 up to the previous time is used, the integrated flow ΣQ 1 can be obtained by ΣQ 1 = ΣQ 0 + Q.

さらに、式(4)によって求められた音速Cから、簡易式C=331.68+0.61τにより、温度τが求まるので、温度τに対する補正が可能となる。
特公平3−39246号公報
Furthermore, since the temperature τ is obtained from the sound velocity C obtained by the equation (4) by the simple equation C = 331.68 + 0.61τ, the temperature τ can be corrected.
Japanese Patent Publication No. 3-39246

ところで、従来の超音波流量計では、順方向超音波トランスジューサ2aから逆方向超音波トランスジューサ2bへの超音波の伝搬時間(以下、順方向伝搬時間という)Tの計測中および逆方向超音波トランスジューサ2bから順方向超音波トランスジューサ2aへの超音波の伝搬時間(以下、逆方向伝搬時間という)Tの計測中には、一対の超音波トランスジューサ2a,2b間で超音波パルスを連続的に送信し続けていた。すなわち、送信側の超音波トランスジューサに対して駆動パルスを連続的に印加していた。このため、送信側の超音波トランスジューサは、超音波パルスを発射し続けなければならず、これにより多くの電力を消費するという問題点があった。電池等の限られた電源で長時間動作しなければならない超音波流量計にとっては、電力消費をできる限り抑えるために、送信側の超音波トランスジューサに印加される駆動パルスの数(駆動パルス数)Mを抑えることが望ましかった。 By the way, in the conventional ultrasonic flowmeter, during the measurement of the ultrasonic propagation time T j from the forward ultrasonic transducer 2a to the reverse ultrasonic transducer 2b (hereinafter referred to as the forward propagation time) T j and the reverse ultrasonic transducer. forward ultrasound transducer 2a ultrasound propagation time to the 2b (hereinafter, backward propagation time hereinafter) during the measurement of the T g, the pair of ultrasonic transducers 2a, continuously transmits an ultrasonic pulse between 2b I kept doing it. That is, the driving pulse is continuously applied to the ultrasonic transducer on the transmission side. For this reason, the ultrasonic transducer on the transmission side has to continue to emit ultrasonic pulses, which causes a problem of consuming a lot of power. For ultrasonic flowmeters that must operate for a long time with a limited power source such as a battery, the number of drive pulses (number of drive pulses) applied to the ultrasonic transducer on the transmission side to minimize power consumption It was desirable to suppress M.

また、従来の超音波流量計において、しばしば問題となるのが流量Qの計測精度であるが、流量Qの計測精度を向上させるためには、計測回数を多くする必要がある。しかし、計測回数を多くすると、計測時間がその分長くなり、消費電力が増大するという問題点があった。したがって、何年間も電池交換無しで作動することが要求されるような超音波流量計では、計測回数を増やして計測精度を高めることは難しかった。 In the conventional ultrasonic flowmeter, the measurement accuracy of the flow rate Q often becomes a problem, but in order to improve the measurement accuracy of the flow rate Q, it is necessary to increase the number of times of measurement. However, when the number of times of measurement is increased, there is a problem that the measurement time becomes longer and power consumption increases. Therefore, it has been difficult to increase the measurement accuracy by increasing the number of measurements in an ultrasonic flowmeter that is required to operate without battery replacement for many years.

本発明は、上記課題に鑑み、送信側の超音波トランスジューサからの超音波パルスの発射を間欠動作とすることにより、消費電力の増大を抑制しつつも、優れた流量の計測精度が得られるようにした超音波流量計を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention makes it possible to obtain excellent flow rate measurement accuracy while suppressing an increase in power consumption by intermittently emitting ultrasonic pulses from the ultrasonic transducer on the transmission side. An object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

請求項1記載の超音波流量計は、流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、順方向送信周波数および逆方向送信周波数の計測時に数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する間欠駆動制御部と、前記間欠駆動制御部からのクロック選択信号により選択されたクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部とを設けて、1回の送信周波数の計測における前記送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことを特徴とする。請求項1記載の超音波流量計によれば、1回の送信周波数の計測における送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことにより、消費電力が大きい超音波トランスジューサの駆動の回数が減り、その分、超音波流量計の低消費電力化を実現することができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 1 is provided with a pair of ultrasonic transducers on the upper side in the flow direction and the lower side in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and ultrasonic waves are predetermined between the pair of ultrasonic transducers. In an ultrasonic flowmeter that controls the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency so as to achieve the specified lock wave number, and obtains the flow velocity and flow rate based on the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at that time, the forward transmission frequency In addition, the intermittent drive control unit that outputs a clock selection signal for several clocks with an intermittent time when measuring the reverse transmission frequency, and the clock selected by the clock selection signal from the intermittent drive control unit with an intermittent time A transmission frequency changeover switch unit to be applied to the ultrasonic transducer on the transmission side as a transmission wave pulse group, Characterized in that the intermittent operation by the transmission wave pulse group sandwiching the intermittent time the driving of the ultrasonic transducers of the transmitting side in. According to the ultrasonic flowmeter of the first aspect, the drive of the ultrasonic transducer on the transmission side in one transmission frequency measurement is an intermittent operation by the transmission wave pulse group with the intermittent time interposed therebetween. The number of times of driving the large ultrasonic transducer is reduced, and the power consumption of the ultrasonic flowmeter can be reduced accordingly.

請求項2記載の超音波流量計は、請求項1記載の超音波流量計において、前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタを設けたことを特徴とする。請求項2記載の超音波流量計によれば、間欠時間の間もクロックをカウントし続けることにより、間欠時間の間も流速を推定し続けることが可能になり、低消費電力でも高精度な流量の計測を実現することができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 2 is the ultrasonic flowmeter according to claim 1, further comprising a counter that continues to count the clock during the intermittent time. According to the ultrasonic flowmeter according to claim 2, by continuously counting the clock during the intermittent time, it becomes possible to continue to estimate the flow velocity during the intermittent time, and the flow rate is highly accurate even with low power consumption. Measurement can be realized.

請求項3記載の超音波流量計は、請求項1または請求項2に記載の超音波流量計において、送信周波数の計測間のインターバル時間を制御するインターバル制御部を設けたことを特徴とする。請求項3記載の超音波流量計によれば、インターバル制御部を設けて、送信周波数の計測間のインターバル時間を制御できるようにしたので、高流量時にインターバル時間を短くし、低流量時にインターバル時間を長くすることができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 3 is the ultrasonic flowmeter according to claim 1 or 2, further comprising an interval control unit for controlling an interval time between transmission frequency measurements. According to the ultrasonic flowmeter of claim 3, since the interval control unit is provided so as to control the interval time between transmission frequency measurements, the interval time is shortened at a high flow rate and the interval time at a low flow rate. Can be lengthened.

請求項4記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の超音波流量計において、前記インターバル制御部が、計測された流量に応じて前記インターバル時間を制御することを特徴とする。請求項4記載の超音波流量計によれば、流量に応じてインターバル時間を制御することにより、低流量時にインターバル時間を長くして、単位時間当たりの駆動パルス数を減少させ、低消費電力化を実現することができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 4 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 3, wherein the interval control unit controls the interval time according to the measured flow rate. It is characterized by. According to the ultrasonic flowmeter of claim 4, by controlling the interval time according to the flow rate, the interval time is lengthened at a low flow rate, the number of drive pulses per unit time is reduced, and the power consumption is reduced. Can be realized.

請求項5記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の超音波流量計において、計測された流量に応じて前記間欠時間を可変に制御する流量判定部を設けたことを特徴とする。請求項5記載の超音波流量計によれば、流量に応じて間欠時間を制御することにより、低流量時に間欠時間を長くして、単位時間当たりの駆動パルス数を減少させ、低消費電力化を実現することができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 5 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 3, further comprising a flow rate determination unit that variably controls the intermittent time according to the measured flow rate. It is characterized by that. According to the ultrasonic flowmeter of claim 5, by controlling the intermittent time according to the flow rate, the intermittent time is lengthened at a low flow rate, the number of drive pulses per unit time is reduced, and the power consumption is reduced. Can be realized.

請求項6記載の超音波流量計は、請求項5記載の超音波流量計において、前記流量判定部が、送信周波数の計測によって求められた音速に基づいて温度を計算し、該温度に対して流量補正を行うことを特徴とする。請求項6記載の超音波流量計によれば、送信周波数の計測によって求められた音速に基づいて温度を計算することにより、温度計を配置することなしに、少ない部品数で、低消費電力でも流量の計測精度を向上させることができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 6 is the ultrasonic flowmeter according to claim 5, wherein the flow rate determination unit calculates a temperature based on a sound velocity obtained by measuring a transmission frequency, It is characterized by performing flow rate correction. According to the ultrasonic flowmeter of the sixth aspect, by calculating the temperature based on the speed of sound obtained by measuring the transmission frequency, it is possible to reduce the number of components and low power consumption without arranging the thermometer. The measurement accuracy of the flow rate can be improved.

請求項7記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の超音波流量計において、前記一対の超音波トランスジューサが、機械的共振尖鋭度を表すQ値が低くかつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性であることを特徴とする。請求項7記載の超音波流量計によれば、機械的共振尖鋭度を表すQ値が低く、かつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性である超音波トランスジューサを用いることにより、駆動パルス数が少なくても受信ポイントが安定するため、超音波流量計の計測精度の向上ならびに低消費電力化を実現することができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 7 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 6, wherein the pair of ultrasonic transducers has a low Q value representing mechanical resonance sharpness and It is characterized by frequency impedance characteristics close to low spurious single resonance characteristics. According to the ultrasonic flowmeter of claim 7, by using an ultrasonic transducer having a frequency impedance characteristic close to a single resonance characteristic having a low Q value representing a mechanical resonance sharpness and a low spurious characteristic, a drive pulse is obtained. Since the reception points are stable even if the number is small, it is possible to improve the measurement accuracy of the ultrasonic flowmeter and reduce power consumption.

請求項8記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の超音波流量計において、前記クロックの送信周波数に応じて、前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部を設けたことを特徴とする。請求項8記載の超音波流量計によれば、クロックの送信周波数に応じて送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御するようにしたことにより、クロックの送信周波数が変化しても、流量の計測精度を保つことができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 8 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 7, wherein the transmission is applied to the ultrasonic transducer on the transmission side according to the transmission frequency of the clock. A drive pulse number control unit that variably controls the number of drive pulses of the wave pulse group is provided. According to the ultrasonic flowmeter of claim 8, since the number of drive pulses of the transmission wave pulse group is variably controlled according to the transmission frequency of the clock, even if the transmission frequency of the clock changes, the flow rate Measurement accuracy can be maintained.

請求項9記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の超音波流量計において、前記クロックの送信周波数に応じて、前記受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部を設けたことを特徴とする。請求項9記載の超音波流量計によれば、順方向送信周波数または逆方向送信周波数に応じて受信ポイントを変更することにより、低消費電力での超音波トランスジューサの駆動に準じた計測精度の向上を図ることができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 9 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 8, wherein the ultrasonic flowmeter is measured by the ultrasonic transducer on the receiving side according to the transmission frequency of the clock. A reception point management unit for changing the reception point of the reception wave pulse group is provided. According to the ultrasonic flowmeter of claim 9, the measurement accuracy is improved in accordance with the driving of the ultrasonic transducer with low power consumption by changing the reception point according to the forward transmission frequency or the reverse transmission frequency. Can be achieved.

請求項10記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の超音波流量計において、計測流体に応じてロック波数を変更することを特徴とする。請求項10記載の超音波流量計によれば、伝搬時間計測や外部スイッチによって流体の種別(例えば、ガス種)を判別し、同じ周波数領域を使用してロック波数を変更・管理することができるので、計測精度が向上すると同時に、流体の種別毎に使用する超音波トランスジューサを設ける必要がなくなる。 An ultrasonic flowmeter according to a tenth aspect is the ultrasonic flowmeter according to any one of the first to ninth aspects, wherein the lock wave number is changed according to a measurement fluid. According to the ultrasonic flowmeter of the tenth aspect, the type of fluid (for example, gas type) can be determined by propagation time measurement or an external switch, and the lock wave number can be changed and managed using the same frequency region. Therefore, the measurement accuracy is improved, and at the same time, it is not necessary to provide an ultrasonic transducer for each type of fluid.

請求項11記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の超音波流量計において、前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックにマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部を設け、前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間での超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御する受信計測管理部を設けたことを特徴とする。請求項11記載の超音波流量計によれば、大きくずれた位相を粗い制御ステップで位相合わせをすることができるので、急激な流量変化に対してでも素早く波数ロックができるため、低消費電力化につながる。また、マーカパルスを付けることで位相回り管理を行なうので、高精度かつ広範囲の流量計測が可能になる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 11 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 10, wherein marker pulse synthesis is performed in which marker pulses are mixed in a clock selected by the transmission frequency changeover switch unit. The marker pulse is propagated in a cycle corresponding to a predetermined lock wave number, and the wave number of the ultrasonic wave between the pair of ultrasonic transducers is set to a predetermined lock wave number based on the marker pulse. A reception measurement management unit for coarsely controlling the frequency of the clock is provided. According to the ultrasonic flowmeter of the eleventh aspect, since the phase greatly deviated can be phase-matched by a rough control step, the wave number can be quickly locked even for a sudden change in flow rate, so that low power consumption is achieved. Leads to. In addition, since the phase rotation management is performed by attaching the marker pulse, it is possible to measure the flow rate over a wide range with high accuracy.

請求項12記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の超音波流量計において、前記受信計測管理部が、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御することを特徴とする。請求項12記載の超音波流量計によれば、粗調制御によって荒く合わせた位相をさらに精度良く細かい制御ステップで合わせる微調制御を行なうので、高精度の流量計測を行なうことができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 12 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 11, wherein the reception measurement management unit eliminates the phase shift in the coarse control. The frequency of the clock is finely controlled between the pair of ultrasonic transducers so that the wave number of the ultrasonic wave becomes a predetermined lock wave number. According to the ultrasonic flowmeter of the twelfth aspect, since the fine adjustment control for adjusting the phase roughly adjusted by the coarse adjustment control by the fine control step with higher accuracy is performed, the flow measurement with high accuracy can be performed.

請求項13記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の超音波流量計において、前記一対の超音波トランスジューサで順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを切り替えて計測するときに、前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を記憶して、次回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を、記憶した前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数から開始することを特徴とする。請求項13記載の超音波流量計によれば、消費電流を多く消費するVCOを計測していない間は停止するため、計測していない方向での計測動作の停止前にその時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を記憶する。順方向計測および逆方向計測を開始するときに低消費電力で記憶されている順方向送信周波数および逆方向送信周波数から計測することにより、順方向送信周波数および逆方向送信周波数の調整を素早く行なえ、低消費電力となる。なお、VCOへ入力する電圧値を記憶しておくことも考えられる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 13 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 12, wherein the pair of ultrasonic transducers switches between a forward propagation time and a backward propagation time. When measuring, the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at the previous measurement are memorized, and the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at the next measurement are memorized and the forward transmission at the previous measurement stored. It starts with a frequency and a reverse transmission frequency. According to the ultrasonic flowmeter of claim 13, since the VCO that consumes a large amount of current consumption is stopped during measurement, the forward transmission frequency at that time is stopped before the measurement operation is stopped in the direction in which measurement is not performed. And stores the reverse transmission frequency. By measuring from the forward transmission frequency and reverse transmission frequency stored at low power consumption when starting forward measurement and reverse measurement, the forward transmission frequency and reverse transmission frequency can be adjusted quickly, Low power consumption. It is also conceivable to store the voltage value input to the VCO.

請求項14記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の超音波流量計において、送信波パルス群による受信波パルス群の直接波が到達してからその三次反射波が出現するまでの時間帯に、次の送信波パルス群による次の受信波パルス群を受信するようにしたことを特徴とする。請求項14記載の超音波流量計によれば、三次反射波が出現するまでの時間帯を受信後の受信ポイントとすることにより、送信周波数の計測から三次反射波が予め除去され、流量の計測精度を向上させることができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 14 is the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 13, wherein the third-order reflection of the ultrasonic flowmeter after the direct wave of the reception wave pulse group by the transmission wave pulse group arrives. In the time period until a wave appears, the next received wave pulse group by the next transmitted wave pulse group is received. According to the ultrasonic flowmeter of claim 14, by setting the time zone until the tertiary reflected wave appears as a reception point after reception, the tertiary reflected wave is removed in advance from the measurement of the transmission frequency, and the flow rate is measured. Accuracy can be improved.

請求項15記載の超音波流量計は、流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、送信側の超音波トランスジューサを駆動するクロックと受信側の超音波トランスジューサにより変換された受信波変換信号との位相を比較し、位相が一致する送信周波数のクロックを出力するフェイズロックドループと、前記フェイズロックドループからのクロックのカウント値がロック波数になる際に位相比較タイミング信号を出力するロック波数クロック管理部と、前記ロック波数クロック管理部からの位相比較タイミング信号に応じて数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する送受信制御部と、前記送受信制御部からのクロック選択信号に基づいて数クロック分のクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部と、前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタと、計測された流量に応じて順方向送信周波数の計測と逆方向送信周波数の計測との間のインターバル時間を制御するインターバル制御部と、計測された流量に応じて間欠時間を可変に制御する流量判定部と、前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、送信側の送信側超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部と、前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部と、前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックに前記送受信制御部からのマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部と、前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御し、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御する受信計測管理部とを有することを特徴とする。請求項15記載の超音波流量計によれば、送信周波数の計測における送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことにより、消費電力が大きい超音波トランスジューサの駆動の回数が減り、その分、超音波流量計の低消費電力化を実現することができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 15 is provided with a pair of ultrasonic transducers on the upper side in the flow direction and the lower side in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and ultrasonic waves are predetermined between the pair of ultrasonic transducers. In the ultrasonic flowmeter that controls the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency so as to obtain the lock wave number, and obtains the flow velocity and flow rate based on the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at that time, The phase of the clock that drives the sonic transducer and the phase of the received wave converted signal converted by the ultrasonic transducer on the receiving side is compared, and a phase-locked loop that outputs a clock with a transmission frequency that matches the phase is output from the phase-locked loop. Lock wave number clock that outputs phase comparison timing signal when clock count value becomes lock wave number A clock management unit, a transmission / reception control unit that outputs a clock selection signal for several clocks with an intermittent time according to a phase comparison timing signal from the lock wave number clock management unit, and a clock selection signal from the transmission / reception control unit A transmission frequency changeover switch unit that applies the clock for several clocks to the ultrasonic transducer on the transmission side as a transmission wave pulse group with an intermittent time, and a counter that continues to count the clock during the intermittent time; An interval control unit that controls the interval time between the measurement of the forward transmission frequency and the measurement of the reverse transmission frequency according to the measured flow rate, and the flow rate determination that variably controls the intermittent time according to the measured flow rate And the transmission-side ultrasonic transducer on the transmission side according to the transmission frequency of the clock from the phase-locked loop A drive pulse number control unit that variably controls the number of drive pulses of a transmission wave pulse group to be applied to the sensor, and reception that is measured by an ultrasonic transducer on the reception side according to the transmission frequency of the clock from the phase locked loop A reception point management unit that changes a reception point of a wave pulse group, a marker pulse synthesis unit that mixes a marker pulse from the transmission / reception control unit with a clock selected by the transmission frequency changeover switch unit, and a predetermined marker pulse. The frequency of the clock is coarsely controlled so that the wave number of the ultrasonic wave becomes a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers based on the marker pulse by propagating at a period corresponding to the lock wave number determined. Then, after eliminating the phase shift in the coarse adjustment control, the ultrasonic wave is predetermined between the pair of ultrasonic transducers. And a reception measurement management unit that finely controls the frequency of the clock so as to obtain a lock wave number. According to the ultrasonic flowmeter of claim 15, an ultrasonic wave with high power consumption can be obtained by driving the ultrasonic transducer on the transmission side in the measurement of the transmission frequency to an intermittent operation using a transmission wave pulse group with an intermittent time in between. The number of times the transducer is driven is reduced, and accordingly, the power consumption of the ultrasonic flowmeter can be reduced.

一対の超音波トランスジューサ間で送受信する超音波パルス群を間欠時間を挟んだ超音波パルス群に分けて、送信側の超音波トランスジューサの超音波パルス駆動を間欠動作とすることにより、流量の計測精度を低下させることなしに、消費電力を低減することができるようにした。 Flow rate measurement accuracy is achieved by dividing the ultrasonic pulse group transmitted and received between a pair of ultrasonic transducers into an ultrasonic pulse group with intermittent time in between, and intermittently operating the ultrasonic pulse drive of the ultrasonic transducer on the transmitting side. The power consumption can be reduced without reducing the power consumption.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

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回路ブロック図である。本実施例1に係る超音波流量計は、流路1と、流路1内の流れ方向上手側に設置された超音波トランスジューサ(順方向超音波トランスジューサ)2aと、流路1内の流れ方向下手側に設置された超音波トランスジューサ(逆方向超音波トランスジューサ)2bと、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bに接続された送受切替部3と、送受切替部3が接続された位相比較切替スイッチSWaと、同じく送受切替部3が接続された位相比較切替スイッチSWbと、位相比較切替スイッチSWaおよび後述する電圧制御発信器(VCO)6aが入力端子に接続され、制御端子に後述するマイクロコンピュータ11が接続された位相比較部4aと、位相比較切替スイッチSWbおよび後述する電圧制御発信器(VCO)6bが入力端子に接続され、制御端子に後述するマイクロコンピュータ11が接続された位相比較部4bと、位相比較部4aの出力端子が接続されたローパスフィルタ(LPF)5aと、位相比較部4bの出力端子が接続されたローパスフィルタ(LPF)5bと、LPF5aが接続された電圧制御発信器(VCO)6aと、LPF5bが接続された電圧制御発信器(VCO)6bと、VCO6aが接続されたカウンタ(以下、順方向カウンタという)7aと、VCO6bが接続されたカウンタ(以下、逆方向カウンタという)7bと、VCO6aが接続されたロック波数クロック管理部8aと、VCO6bが接続されたロック波数クロック管理部8bと、VCO6aおよびVCO6bならびにマイクロコンピュータ11が接続された送信周波数切替スイッチ部9と、送信周波数切替スイッチ部9およびマイクロコンピュータ11が接続されたマーカパルス合成部10と、送信制御部としてのマイクロコンピュータ11とから、その主要部が構成されている。 FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention. The ultrasonic flowmeter according to the first embodiment includes a flow path 1, an ultrasonic transducer (a forward ultrasonic transducer) 2 a installed on the upper side in the flow direction in the flow path 1, and a flow direction in the flow path 1. The ultrasonic transducer (reverse ultrasonic transducer) 2b installed on the lower side, the transmission / reception switching unit 3 connected to the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b, and the transmission / reception switching unit 3 were connected. The phase comparison changeover switch SWa, the phase comparison changeover switch SWb to which the transmission / reception changeover unit 3 is connected, the phase comparison changeover switch SWa and a voltage control oscillator (VCO) 6a described later are connected to the input terminal, and the control terminal will be described later. Phase comparator 4a to which microcomputer 11 is connected, phase comparison changeover switch SWb, and voltage control oscillator to be described later VCO) 6b is connected to the input terminal, a phase comparison unit 4b having a control terminal connected to a microcomputer 11 described later, a low-pass filter (LPF) 5a to which the output terminal of the phase comparison unit 4a is connected, and a phase comparison unit The low-pass filter (LPF) 5b to which the output terminal 4b is connected, the voltage control oscillator (VCO) 6a to which the LPF 5a is connected, the voltage control oscillator (VCO) 6b to which the LPF 5b is connected, and the VCO 6a are connected. Counter (hereinafter referred to as forward counter) 7a, counter (hereinafter referred to as reverse counter) 7b to which VCO 6b is connected, lock wave number clock management unit 8a to which VCO 6a is connected, and lock wave number to which VCO 6b is connected. The clock management unit 8b is connected to the VCO 6a and VCO 6b and the microcomputer 11. And a transmission frequency switching unit 9, a marker pulse synthesis unit 10 to the transmission frequency switching unit 9 and the microcomputer 11 is connected, a microcomputer 11 serving as a transmission control unit, a main part is configured.

流路1は、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間において流れ方向軸線が直線状であり、軸断面の形状および断面積が流れ方向において同一に形成されている。計測流体がガスの場合、流路1の軸断面形状は壁部により閉鎖された空間を形成するものであればよく、例えば、円形状,楕円形状,正方形状,矩形状等のいずれを採用してもよい。 In the flow path 1, the flow direction axis is linear between the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b, and the shape and cross-sectional area of the axial cross section are the same in the flow direction. When the measurement fluid is a gas, the axial cross-sectional shape of the flow path 1 may be any shape that forms a space closed by a wall, and for example, any one of a circular shape, an elliptical shape, a square shape, a rectangular shape, etc. is adopted. May be.

順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bは、圧電素子,振動板,電極等を用いて構成された超音波トランスジューサであり、機械的共振尖鋭度を表すQ値が低く、かつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性である。順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの送受信の切り替えは、アナログスイッチ等で構成される送受切替部3によって行なわれる。 The forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b are ultrasonic transducers configured using piezoelectric elements, diaphragms, electrodes, etc., and have a low Q value representing mechanical resonance sharpness and low spurious. This is a frequency impedance characteristic close to a single resonance characteristic. Transmission / reception switching of the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b is performed by a transmission / reception switching unit 3 constituted by an analog switch or the like.

送受切替部3は、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bから超音波パルス群を発射させるための駆動電圧回路等から構成される送信手段(図示せず)と、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの受信波変換信号を検出するための電圧検出回路等から構成される受信手段(図示せず)とを含んで構成されており、マイクロコンピュータ11からの送受切替信号SRのオン/オフ(ハイレベル/ロウレベル)に応じて順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの送受信の切替を制御する。例えば、順方向超音波トランスジューサ2aから逆方向超音波トランスジューサ2bに向けて送信波パルス群TPを送信する順方向計測の場合には、順方向超音波トランスジューサ2aが送信側(発射元)となるので、送受切替部3は、送信手段と順方向超音波トランスジューサ2aとを接続し、受信手段と逆方向超音波トランスジューサ2bとを接続する。一方、逆方向超音波トランスジューサ2bから順方向超音波トランスジューサ2aに向けて送信波パルス群TPを送信する逆方向計測の場合には、逆方向超音波トランスジューサ2bが送信側(発射元)となるので、送受切替部3は、送信手段と逆方向超音波トランスジューサ2bとを接続し、受信手段と順方向超音波トランスジューサ2aとを接続する。 The transmission / reception switching unit 3 includes transmission means (not shown) including a driving voltage circuit for emitting an ultrasonic pulse group from the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b, and forward ultrasonic waves. Receiving means (not shown) including a voltage detection circuit for detecting the received wave conversion signal of the transducer 2a and the reverse direction ultrasonic transducer 2b, and switching between transmission and reception from the microcomputer 11 Switching between transmission / reception of the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b is controlled according to ON / OFF (high level / low level) of the signal SR. For example, in the case of forward measurement in which the transmission wave pulse group TP j is transmitted from the forward ultrasonic transducer 2a toward the reverse ultrasonic transducer 2b, the forward ultrasonic transducer 2a becomes the transmission side (source). Therefore, the transmission / reception switching unit 3 connects the transmission unit and the forward ultrasonic transducer 2a, and connects the reception unit and the reverse ultrasonic transducer 2b. On the other hand, when the backward ultrasonic transducer 2b reverse measurement for transmitting a transmission wave pulse group TP g toward the forward ultrasound transducer 2a is reverse ultrasound transducer 2b is the transmission side (firing source) Therefore, the transmission / reception switching unit 3 connects the transmission unit and the backward ultrasonic transducer 2b, and connects the reception unit and the forward ultrasonic transducer 2a.

位相比較切替スイッチSWaは、マイクロコンピュータ11からのスイッチ切替信号SCに応じて、送受切替部3からの受信波変換信号を出力するか、VCO6aからの順方向クロックCLKを出力するかを切り替える。 The phase comparison switch SWa switches between outputting a received wave conversion signal from the transmission / reception switching unit 3 and outputting a forward clock CLK j from the VCO 6a in accordance with a switch switching signal SC j from the microcomputer 11. .

位相比較切替スイッチSWbは、マイクロコンピュータ11からのスイッチ切替信号SCに応じて、送受切替部3からの受信波変換信号を出力するか、VCO6bからの逆方向クロックCLKを出力するかを切り替える。 Phase comparison selector switch SWb, in accordance with the switching signal SC g from the microcomputer 11, or outputs the received wave conversion signals from the reception switching unit 3 switches whether to output the reverse clock CLK g from VCO6b .

位相比較部4a,LPF5a,およびVCO6aは、いわゆるフェイズロックドループ(PLL)を構成している。 The phase comparator 4a, LPF 5a, and VCO 6a constitute a so-called phase locked loop (PLL).

位相比較部4aは、位相比較切替スイッチSWaからの受信波変換信号または順方向クロックCLKと、VCO6aからの順方向クロックCLKとを比較して、位相差に相当する位相差電圧信号を出力する。なお、マイクロコンピュータ11から入力されている順方向位相セット信号PSは、粗調用のマーカパルスMPを位相比較するのか、微調用の受信波変換信号を位相比較するのかを位相比較部4aに知らせる信号である。 Phase comparing unit 4a outputs a reception wave converted signal or a forward clock CLK j from the phase comparator selector switch SWa, by comparing the forward clock CLK j from VCO6a, the phase difference voltage signal corresponding to the phase difference To do. The forward phase set signal PS j input from the microcomputer 11 informs the phase comparison unit 4a whether to perform phase comparison of the coarse adjustment marker pulse MP or to perform phase comparison of the fine adjustment received wave conversion signal. Signal.

LPF5aは、位相比較部4aからの位相差電圧信号を入力し、該位相差電圧信号を平均化して出力する。LPF5aは、PLLのループ特性を決定する役目をする。 The LPF 5a receives the phase difference voltage signal from the phase comparison unit 4a, averages the phase difference voltage signal, and outputs it. The LPF 5a serves to determine the loop characteristics of the PLL.

VCO6aは、LPF5aからの電圧信号を入力し、位相比較部4aで受信波変換信号と順方向クロックCLKとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように順方向クロックCLKの順方向送信周波数fを変更し、予め決められたロック波数Nとなるように位相調整を行う。詳しくは、VCO6aは、図4(a)に示すように、位相比較部4aによって受信波変換信号と比較した位相ズレ分を位相調整するために必要な順方向送信周波数fに調整された順方向クロックCLKをロック波数クロック管理部8aに出力する。 The VCO 6a receives the voltage signal from the LPF 5a, and if there is a phase shift between the received wave conversion signal and the forward clock CLK j in the phase comparator 4a, the forward clock CLK so that the phase shift becomes zero. change the forward transmission frequency f j of the j, adjust the phase such that the predetermined lock wavenumber N. Specifically, as shown in FIG. 4 (a), the VCO 6a has the order adjusted to the forward transmission frequency f j necessary for adjusting the phase of the phase shift compared with the received wave converted signal by the phase comparison unit 4a. The direction clock CLK j is output to the lock wave number clock management unit 8a.

位相比較部4b,LPF5b,およびVCO6bも、いわゆるフェイズロックドループ(PLL)を構成している。 The phase comparison unit 4b, the LPF 5b, and the VCO 6b also constitute a so-called phase locked loop (PLL).

位相比較部4bは、位相比較切替スイッチSWbからの受信波変換信号または逆方向クロックCLKと、VCO6bからの逆方向クロックCLKとを比較して、位相差に相当する位相差電圧信号を出力する。なお、マイクロコンピュータ11から入力されている順方向位相セット信号PSは、粗調用のマーカパルスMPを位相比較するのか、微調用の受信波変換信号を位相比較するのかを位相比較部4bに知らせる信号である。 Phase comparator 4b is output and received wave converted signal or a reverse clock CLK g from the phase comparator selector switch SWb, by comparing the reverse clock CLK g from VCO6b, the phase difference voltage signal corresponding to the phase difference To do. Incidentally, the forward phase set signal PS g being input from the microcomputer 11 informs whether the marker pulse MP for rough tuning for phase comparison, whether to phase comparing the received wave conversion signal for fine adjustment to the phase comparator 4b Signal.

LPF5bは、位相比較部4bからの位相差電圧信号を入力し、該位相差電圧信号を平均化して出力する。LPF5bは、PLLのループ特性を決定する役目をする。 The LPF 5b receives the phase difference voltage signal from the phase comparison unit 4b, averages the phase difference voltage signal, and outputs it. The LPF 5b serves to determine the loop characteristics of the PLL.

VCO6bは、LPF5bからの電圧信号を入力し、位相比較部4bで受信波変換信号と逆方向クロックCLKとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように逆方向クロックCLKの逆方向送信周波数fを変更し、予め決められたロック波数Nとなるように位相調整を行う。詳しくは、VCO6bは、位相比較部4bによって受信波変換信号と比較した位相ズレ分を位相調整するために必要な逆方向送信周波数fに調整された逆方向クロックCLKをロック波数クロック管理部8bに出力する。 The VCO 6b receives the voltage signal from the LPF 5b, and if there is a phase shift between the received wave conversion signal and the reverse clock CLK g in the phase comparator 4b, the reverse clock CLK so that the phase shift becomes zero. change the reverse transmission frequency f g of g, adjust the phase such that the predetermined lock wavenumber N. For more information, VCO6b is reverse clock CLK g lock wavenumber clock management unit that is adjusted in the reverse transmission frequency f g required for the phase shift amount to the phase adjustment as compared to the received wave converted signal by the phase comparator 4b Output to 8b.

順方向カウンタ7aは、順方向送信周波数fの順方向クロックCLKをカウントする(計測していない間にも流速Vを推定する)。詳しくは、順方向カウンタ7aは、送受切替信号SRのオフに同期してカウント値を順方向用カウント値Kとしてマイクロコンピュータ11に取り込まれ、しかる後にゼロクリアされて順方向クロックCLKのカウントを再開する。 The forward counter 7a counts the forward clock CLK j having the forward transmission frequency f j (estimates the flow velocity V even while not measuring). Specifically, the forward counter 7a takes in the count value as the forward count value K j in synchronization with the turn-off of the transmission / reception switching signal SR, and is then cleared to zero to count the forward clock CLK j . Resume.

逆方向カウンタ7bは、逆方向送信周波数fの逆方向クロックCLKをカウントする(計測していない間にも流速Vを推定する)。詳しくは、逆方向カウンタ7bは、送受切替信号SRのオンに同期してカウント値を逆方向用カウント値Kとしてマイクロコンピュータ11に取り込まれ、しかる後にゼロクリアされて逆方向クロックCLKのカウントを再開する。 Reverse counter 7b is (estimates the flow velocity V also while not measured) to reverse transmission counts the reverse clock CLK g of a frequency f g. Specifically, reverse counter 7b is synchronized with the ON transmission and reception switch signal SR is taken into the microcomputer 11, the count value as an inverted count value K g, the count of the reverse clock CLK g is cleared to zero thereafter Resume.

ロック波数クロック管理部8aは、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間の空間にロックする波数(ロック波数)をN個にするための管理(ロック波数Nのカウント、順方向位相比較タイミング信号CTのトリガ等)を行う。ロック波数クロック管理部8aは、VCO6aからの順方向クロックCLKをカウントしていてカウント値がロック波数Nになる数個前(図4(b)では(N−2)個目)から位相比較部4aに受信波変換信号とVCO6aからの順方向クロックCLKとの位相比較タイミングを知らせる順方向位相比較タイミング信号CT(図4(b)参照)をマイクロコンピュータ11に送信する。さらに、ロック波数クロック管理部8aは、次の位相調整のためにVCO6aで変更された順方向送信周波数fで数クロック分の順方向クロックCLKを送信する。なお、流体の種別(例えば、ガス種)を判別して、伝搬時間計測や外部スイッチによって同じ周波数領域を使用してロック波数Nを変更・管理するようにしてもよい。 The lock wave number clock management unit 8a performs management (the count of the lock wave number N, the forward phase) for setting the wave number (lock wave number) to be locked in the space between the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b to N. The comparison timing signal CT j is triggered). The lock wave number clock management unit 8a counts the forward clock CLK j from the VCO 6a and compares the phase from several times before the count value becomes the lock wave number N ((N-2) in FIG. 4B). A forward phase comparison timing signal CT j (see FIG. 4B) for notifying the unit 4a of the phase comparison timing between the received wave conversion signal and the forward clock CLK j from the VCO 6a is transmitted to the microcomputer 11. Furthermore, the lock wave number clock management unit 8a transmits forward clocks CLK j corresponding to several clocks at the forward transmission frequency f j changed by the VCO 6a for the next phase adjustment. Note that the type of fluid (for example, gas type) may be determined, and the lock wave number N may be changed and managed using the same frequency region by measuring propagation time or using an external switch.

ロック波数クロック管理部8bは、逆方向超音波トランスジューサ2b,順方向超音波トランスジューサ2a間の空間にロックする波数(ロック波数)をN個にするための管理(ロック波数Nのカウント、逆方向位相比較タイミング信号CTのトリガ等)を行う。ロック波数クロック管理部8bは、VCO6bからの逆方向クロックCLKをカウントしていてカウント値がロック波数Nになる数個前から位相比較部4bに受信波変換信号とVCO6bからの逆方向クロックCLKとの位相比較タイミングを知らせる逆方向位相比較タイミング信号CTをマイクロコンピュータ11に送信する。さらに、ロック波数クロック管理部8bは、次の位相調整のためにVCO6bで変更された逆方向送信周波数fで数クロック分の逆方向クロックCLKを送信する。なお、流体の種別(例えば、ガス種)を判別して、伝搬時間計測や外部スイッチによって同じ周波数領域を使用してロック波数Nを変更・管理するようにしてもよい。 The lock wave number clock management unit 8b performs management (counting of the lock wave number N, reverse phase) for setting the wave number (lock wave number) to be locked in the space between the backward ultrasonic transducer 2b and the forward ultrasonic transducer 2a. performing trigger, etc.) comparing timing signal CT g. Lock wavenumber clock management unit 8b is reverse clock CLK from the reverse clock CLK g received wave converted signal count value has been counted from several before the lock wavenumber N to the phase comparison unit 4b and VCO6b from VCO6b transmit reverse phase comparison timing signal CT g informing the phase comparison timing with the g to the microcomputer 11. Further, the lock wave number clock management unit 8b transmits reverse clocks CLK g corresponding to several clocks at the reverse transmission frequency f g changed by the VCO 6b for the next phase adjustment. Note that the type of fluid (for example, gas type) may be determined, and the lock wave number N may be changed and managed using the same frequency region by measuring propagation time or using an external switch.

送信周波数切替スイッチ部9は、順方向クロックCLK(図3(a)参照)を順方向クロック選択信号CS(図3(b)参照)によって選択した信号を送信波パルス群TP(図4(g)参照)としてマーカパルス合成部10に出力する。また、送信周波数切替スイッチ部9は、逆方向クロックCLK(図3(d)参照)を逆方向クロック選択信号CS(図3(e)参照)によって選択した信号を送信波パルス群TP(図4(g)参照)としてマーカパルス合成部10に出力する。 The transmission frequency changeover switch unit 9 selects a signal selected from the forward clock CLK j (see FIG. 3A) by the forward clock selection signal CS j (see FIG. 3B) as a transmission wave pulse group TP (see FIG. 4). (See (g)) to the marker pulse synthesizer 10. Further, the transmission frequency changeover switch unit 9 selects a signal selected from the backward clock CLK g (see FIG. 3D) by the backward clock selection signal CS g (see FIG. 3E) as the transmission wave pulse group TP ( As shown in FIG. 4G, the data is output to the marker pulse synthesizing unit 10.

マーカパルス合成部10は、送信波パルス群TP(図4(g)参照)がマーカパルスMP(図4(e)参照)を含むように印加電圧を合成する。詳しくは、マーカパルス合成部10は、送信波パルス群TP(図4(g)参照)のタイミングで、しかもマーカパルスMP(図4(e)参照)がオンされている間はマーカパルスMPを含む送信波パルス群TP(図4(h)参照)として高い電圧を送受切替部3に出力する。 The marker pulse synthesizing unit 10 synthesizes the applied voltage so that the transmission wave pulse group TP (see FIG. 4G) includes the marker pulse MP (see FIG. 4E). Specifically, the marker pulse synthesizing unit 10 outputs the marker pulse MP at the timing of the transmission wave pulse group TP (see FIG. 4G) and while the marker pulse MP (see FIG. 4E) is on. A high voltage is output to the transmission / reception switching unit 3 as the included transmission wave pulse group TP (see FIG. 4H).

マイクロコンピュータ11は、間欠駆動制御部111と、インターバル制御部112と、流量判定部113と、受信計測管理部114と、駆動パルス数制御部115と、受信ポイント管理部116とを含んで構成されている。 The microcomputer 11 includes an intermittent drive control unit 111, an interval control unit 112, a flow rate determination unit 113, a reception measurement management unit 114, a drive pulse number control unit 115, and a reception point management unit 116. ing.

マイクロコンピュータ11は、送信周波数切替スイッチ部9から出力させる送信波パルス群TPのパルス数(駆動パルス数)Mを制御するための順方向クロック選択信号CS(図3(b)参照)および逆方向クロック選択信号CS(図3(e)参照)を送信周波数切替スイッチ部9に出力する。なお、図4(d)では、逆方向クロック選択信号CSがオフであるから、VCO6aからの順方向クロックCLKを選択している状態である。 The microcomputer 11 controls the forward clock selection signal CS j (see FIG. 3B) and the reverse for controlling the number of pulses (number of drive pulses) M of the transmission wave pulse group TP output from the transmission frequency changeover switch unit 9. The direction clock selection signal CS g (see FIG. 3E) is output to the transmission frequency changeover switch unit 9. Incidentally, a condition in FIG. 4 (d), the because backward clock selection signal CS g is off, selects the forward clock CLK j from VCO6a.

また、マイクロコンピュータ11は、ロック波数クロック管理部8aからの順方向位相比較タイミング信号CTおよびロック波数クロック管理部8bからの逆方向位相比較タイミング信号CTを基に、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの駆動時に送信波パルス群TP(図4(g)参照)に重畳されるマーカパルスMP(図4(e)参照)をマーカパルス合成部10に出力する。 The microcomputer 11, based on reverse phase comparison timing signal CT g from the forward phase comparison timing signal CT j and lock wavenumber clock management unit 8b from the lock wavenumber clock management unit 8a, the forward ultrasound transducer 2a And marker pulse MP (refer FIG.4 (e)) superimposed on the transmission wave pulse group TP (refer FIG.4 (g)) at the time of the drive of the reverse direction ultrasonic transducer 2b is output to the marker pulse synthetic | combination part 10. FIG.

さらに、マイクロコンピュータ11は、順方向スイッチ切替信号SC(図4(f)参照)を位相比較切替スイッチSWaに出力するとともに、逆方向スイッチ切替信号SCを位相比較切替スイッチSWbに出力する。順方向スイッチ切替信号SCは、位相比較部4aがVCO6aからの順方向クロックCLKと受信波変換信号とを比較するのか、順方向クロックCLK同士を比較するのかを切り替える。順方向スイッチ切替信号SCの制御によって、VCO6aからの順方向クロックCLKと受信波変換信号との位相比較をしている間(間欠送信しているため)は、その位相ズレ分を調整するように順方向送信周波数fの順方向クロックCLKが出力され、VCO6aからの順方向クロックCLK同士を比較している間は直前の調整された順方向送信周波数fでVCO6aはロックされた状態となる。また、逆方向スイッチ切替信号SCは、位相比較部4bがVCO6bからの逆方向クロックCLKと受信波変換信号とを比較するのか、逆方向スイッチ切替信号SC同士を比較するのかを切り替える。逆方向スイッチ切替信号SCの制御によって、VCO6bからの逆方向クロックCLKと受信波変換信号との位相比較をしている間(間欠送信しているため)は、その位相ズレ分を調整するように逆方向送信周波数fの逆方向クロックCLKが出力され、VCO6bからの逆方向クロックCLK同士を比較している間は直前の調整された逆方向送信周波数fでVCO6bはロックされた状態となる。 Further, the microcomputer 11 outputs the forward switching signal SC j (see FIG. 4 (f)) to the phase selector switch SWa, and outputs the backward switching signal SC g to the phase selector switch SWb. The forward switch switching signal SC j switches whether the phase comparator 4a compares the forward clock CLK j from the VCO 6a with the received wave conversion signal or the forward clock CLK j . During the phase comparison between the forward clock CLK j from the VCO 6a and the received wave conversion signal (because intermittent transmission is performed), the phase shift is adjusted by controlling the forward switch switching signal SC j. Thus, the forward clock CLK j having the forward transmission frequency f j is output, and the VCO 6a is locked at the adjusted forward transmission frequency f j immediately before the forward clock CLK j from the VCO 6a is compared. It becomes a state. Further, backward switching signal SC g, the phase comparator portion 4b or to compare the backward clock CLK g and the received wave conversion signal from VCO6b, switches whether to compare the backward switching signal SC g together. The control of the reverse switching signal SC g, (because of the intermittent transmission) while the reverse clock CLK g has a phase comparison between the received wave conversion signal from VCO6b adjusts the phase shift amount Thus, the reverse clock CLK g having the reverse transmission frequency f g is output, and the VCO 6 b is locked at the adjusted reverse transmission frequency f g immediately before the reverse clock CLK g from the VCO 6 b is compared. It becomes a state.

間欠駆動制御部111は、求められた流量Qに応じて順方向間欠時間δおよび逆方向間欠時間δを可変に制御する。すなわち、流量Qが低流量であった場合には、順方向間欠時間δおよび逆方向間欠時間δを長くする。 The intermittent drive control unit 111 variably controls the forward intermittent time δ j and the reverse intermittent time δ g according to the obtained flow rate Q. That is, when the flow rate Q is low, the forward intermittent time δ j and the reverse intermittent time δ g are lengthened.

インターバル制御部112は、求められた流量Qに応じてインターバル時間Δを可変に制御する。すなわち、求められた流量Qが低流量であった場合には、インターバル時間Δを長くする。なお、インターバル時間Δは、順方向伝搬時間Tまたは逆方向伝搬時間Tと残響時間との和である待機時間W(図3(h)参照)以上、具体的には反射ノイズの影響を低減するために順方向伝搬時間Tまたは逆方向伝搬時間Tのおおよそ3倍以上に設定することが望ましい。 The interval control unit 112 variably controls the interval time Δ according to the obtained flow rate Q. That is, when the obtained flow rate Q is a low flow rate, the interval time Δ is lengthened. The interval time Δ is equal to or longer than the standby time W (see FIG. 3 (h)), which is the sum of the forward propagation time T j or the backward propagation time T g and the reverberation time. In order to reduce it, it is desirable to set it to approximately three times or more of the forward propagation time T j or the backward propagation time T g .

流量判定部113は、計測された順方向送信周波数fおよび逆方向送信周波数fに基づいて流量Qを求め、該流量Qに応じて順方向間欠時間δおよび逆方向間欠時間δを可変に制御する。また、流量判定部113は、順方向超音波トランスジューサ2aから送信波パルス群TPを逆方向超音波トランスジューサ2bに送信して行なう順方向計測,および逆方向超音波トランスジューサ2bから送信波パルス群TPを順方向超音波トランスジューサ2aに送信して行なう逆方向計測によって求められた音速Cに基づいて温度τを求め、該温度τに対して流量Qの補正を行う。 The flow rate determination unit 113 obtains the flow rate Q based on the measured forward transmission frequency f j and reverse transmission frequency f g , and determines the forward intermittent time δ j and the reverse intermittent time δ g according to the flow rate Q. Variable control. In addition, the flow rate determination unit 113 transmits the transmission wave pulse group TP j from the forward ultrasonic transducer 2a to the reverse ultrasonic transducer 2b, and performs the forward direction measurement and the transmission wave pulse group TP from the reverse ultrasonic transducer 2b. The temperature τ is obtained based on the sound velocity C obtained by the backward measurement performed by transmitting g to the forward ultrasonic transducer 2a, and the flow rate Q is corrected with respect to the temperature τ.

受信計測管理部114は、マーカパルスMPを予め決められたロック波数Nに応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスMPを基に順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2b間で超音波の波数が予め決められたロック波数Nになるように順方向クロックCLKの順方向送信周波数fおよび逆方向クロックCLKの逆方向送信周波数fを粗調制御することを指示する順方向位相セット信号PSおよび逆方向位相セット信号PSを位相比較部4bおよび位相比較部4aに出力する。また、受信計測管理部114は、粗調制御で位相回りをなくした後に、微調制御によって順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間で超音波の波数が予め決められたロック波数Nになるように順方向クロックCLKの順方向送信周波数fおよび逆方向クロックCLKの逆方向送信周波数fを微調制御することを指示する順方向位相セット信号PSおよび逆方向位相セット信号PSを位相比較部4bおよび位相比較部4aに出力する。 The reception measurement management unit 114 propagates the marker pulse MP in a cycle corresponding to a predetermined lock wave number N, and performs super-operation between the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b based on the marker pulse MP. order to instruct to coarse controlling reverse transmission frequency f g of the forward clock CLK forward transmit frequency of the j f j and the reverse clock CLK g as the wave number of the acoustic wave becomes a predetermined lock wavenumber N The direction phase set signal PS j and the reverse direction phase set signal PS g are output to the phase comparison unit 4b and the phase comparison unit 4a. Further, the reception measurement management unit 114 eliminates the phase shift by the coarse adjustment control, and then the lock wave number N in which the ultrasonic wave number is determined in advance between the forward ultrasonic transducer 2a and the reverse ultrasonic transducer 2b by the fine adjustment control. become way forward clock CLK j forward transmit frequency f j and the reverse clock CLK g forward phase set signal PS j and reverse phase set signal reverse transmission frequency f g instructing to control fine adjustment of the PS g is output to the phase comparison unit 4b and the phase comparison unit 4a.

駆動パルス数制御部115は、順方向クロックCLKの順方向送信周波数fおよび逆方向クロックCLKの逆方向送信周波数fに応じて、受信側の送信側超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群TPの駆動パルス数Mを可変に制御する。 The driving pulse number control unit 115, the transmission wave in accordance with the uplink transmission frequency f g of the forward clock CLK forward transmit frequency of the j f j and the reverse clock CLK g, is applied to the transmitting-side ultrasonic transducer of the receiving side The number M of drive pulses of the pulse group TP is variably controlled.

受信ポイント管理部116は、順方向クロックCLKの順方向送信周波数fおよび逆方向クロックCLKの逆方向送信周波数fに応じて、受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群RPの受信ポイントを変更する。 Receiving point management unit 116, in accordance with the uplink transmission frequency f g of the forward clock forward transmit frequency of the CLK j f j and the reverse clock CLK g, received wave pulse group to measure the reception side ultrasonic truss juicer Change the RP reception point.

図3は、本発明の実施例1に係る超音波流量計における順方向間欠時間δおよび逆方向間欠時間δを設けた場合(間欠モード)のタイミングチャートを示す。この場合、逆方向超音波トランスジューサ2bで受信した受信波パルス群RPj1,RPj2と順方向クロックCLKとの位相ズレを無くすように制御が働き、順方向超音波トランスジューサ2aで受信した受信波パルス群RPg1,RPg2と逆方向クロックCLKとの位相ズレを無くすように制御が働く。 FIG. 3 shows a timing chart when the forward intermittent time δ j and the reverse intermittent time δ g are provided in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention (intermittent mode). In this case, the control works so as to eliminate the phase shift between the received wave pulse groups RP j1 and RP j2 received by the backward ultrasonic transducer 2b and the forward clock CLK j, and the received wave received by the forward ultrasonic transducer 2a. Control is performed so as to eliminate the phase shift between the pulse groups RP g1 and RP g2 and the backward clock CLK g .

次に、このように構成された実施例1に係る超音波流量計の動作について、図5ないし図7のフロー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 configured as described above will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

(1−1) 順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1の送信動作(図5の送信フローチャート参照) (1-1) Transmission operation of first transmission wave pulse group TP j1 in forward measurement (see the transmission flowchart of FIG. 5)

まず、マイクロコンピュータ11は、インターバル制御部112により、前回の逆方向計測の終了時刻からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて、順方向計測を開始する時刻(順方向計測開始時刻)になったか否かを判断する(ステップS101)。詳しくは、インターバル制御部112は、2回目の逆方向クロック選択信号CS(図3(e)参照)の出力完了(立ち下がり)からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて順方向計測開始時刻を判断する。 First, the microcomputer 11 causes the interval control unit 112 to start forward measurement based on whether or not the interval time Δ has elapsed since the end time of the previous backward measurement (forward measurement start time). It is determined whether or not (step S101). Specifically, the interval control unit 112 measures the forward direction based on whether or not the interval time Δ has elapsed since the completion (falling) of the output of the second reverse clock selection signal CS g (see FIG. 3E). Determine the start time.

順方向計測開始時刻になったのであれば(ステップS101でイエス)、マイクロコンピュータ11は、いまから行なう計測が、順方向計測であるか、逆方向計測であるかを判断する(ステップS102)。 If the forward measurement start time has come (YES in step S101), the microcomputer 11 determines whether the measurement to be performed from now is forward measurement or reverse measurement (step S102).

いま、順方向計測であるので(ステップS102でイエス)、マイクロコンピュータ11は、送受切替信号SR(図3(g)参照)をオフにして順方向計測モードとするように送受切替部3に指示する(ステップS103)。すると、送受切替部3は、送受切替信号SRがオフであることに基づいて、送信手段と順方向超音波トランスジューサ2aとを接続し、受信手段と逆方向超音波トランスジューサ2bとを接続する。すなわち、送受切替部3は、順方向超音波トランスジューサ2aを送信側に設定し、逆方向超音波トランスジューサ2bを受信側に設定する。 Since the forward measurement is now performed (Yes in step S102), the microcomputer 11 instructs the transmission / reception switching unit 3 to turn off the transmission / reception switching signal SR (see FIG. 3G) to enter the forward measurement mode. (Step S103). Then, the transmission / reception switching unit 3 connects the transmission unit and the forward ultrasonic transducer 2a, and connects the reception unit and the reverse ultrasonic transducer 2b based on the fact that the transmission / reception switching signal SR is OFF. That is, the transmission / reception switching unit 3 sets the forward ultrasonic transducer 2a to the transmission side and sets the reverse ultrasonic transducer 2b to the reception side.

続いて、マイクロコンピュータ11は、送信周波数切替スイッチ部9に出力する順方向クロック選択信号CS(図3(b)参照)がオンであるかどうかに基づいて、順方向クロックCLK(図3(a)参照)を1回目の送信波パルス群TPj1として順方向超音波トランスジューサ2aに印加する時間(駆動時間)か否かを判定する(ステップS105)。 Subsequently, the microcomputer 11 determines whether or not the forward clock CLK j (FIG. 3) based on whether or not the forward clock selection signal CS j (see FIG. 3B) output to the transmission frequency changeover switch unit 9 is ON. It is determined whether or not it is time (drive time) to apply (see (a)) as the first transmission wave pulse group TP j1 to the forward ultrasonic transducer 2a (step S105).

順方向クロック選択信号CSがオフであれば(ステップS105でノー)、マイクロコンピュータ11は、順方向クロックCLKを順方向超音波トランスジューサ2aへ印加しない未計測モードに設定する(ステップS106)。 If the forward clock selection signal CS j is off (No in step S105), the microcomputer 11 sets the non-measurement mode in which the forward clock CLK j is not applied to the forward ultrasonic transducer 2a (step S106).

順方向クロック選択信号CSがオンであれば(ステップS105でイエス)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングか否かを判定する(ステップS107)。 If the forward clock selection signal CS j is on (Yes in Step S105), the microcomputer 11 determines whether or not it is the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control by the reception measurement management unit 114 (Step S107). ).

粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングならば(ステップS107でイエス)、マイクロコンピュータ11は、マーカパルス合成部10により、マーカパルスMP(図4(e)参照)と、駆動パルス数Mの送信波パルス群TPj1の先頭パルス(図4(g)参照)とを重畳して、図4(h)に示すように、マーカパルスMPを含む送信波パルス(印加電圧)を合成させ、送受切替部3を介して順方向超音波トランスジューサ2aに印加する(ステップS108)。 If it is the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control (Yes in step S107), the microcomputer 11 transmits the marker pulse MP (see FIG. 4E) and the drive pulse number M by the marker pulse synthesizing unit 10. The head pulse (see FIG. 4G) of the wave pulse group TP j1 is superimposed to synthesize a transmission wave pulse (applied voltage) including the marker pulse MP as shown in FIG. The forward ultrasonic transducer 2a is applied via the unit 3 (step S108).

一方、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングでないならば(ステップS107でノー)、マイクロコンピュータ11は、マーカパルス合成部10により、送信波パルスを送受切替部3を介して順方向超音波トランスジューサ2aに印加する(ステップS109)。 On the other hand, if it is not the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control (No in step S107), the microcomputer 11 causes the marker pulse synthesizing unit 10 to transmit the transmission wave pulse via the transmission / reception switching unit 3 to the forward ultrasonic transducer. Apply to 2a (step S109).

次に、マイクロコンピュータ11は、駆動パルス数制御部115により、順方向超音波トランスジューサ2aに印加した送信波パルスの数が駆動パルス数Mになったかどうかを判定し(ステップS110)、駆動パルス数Mになっていなければ、ステップS107に制御を戻し、ステップS107〜S110を繰り返す。 Next, the microcomputer 11 determines whether or not the number of transmission wave pulses applied to the forward ultrasonic transducer 2a has reached the number M of drive pulses by the drive pulse number control unit 115 (step S110). If it is not M, control is returned to step S107, and steps S107 to S110 are repeated.

そして、ステップS110で送信波パルスの数が駆動パルス数Mになると、マイクロコンピュータ11は、順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1の送信動作を終了する。 When the number of transmission wave pulses reaches the drive pulse number M in step S110, the microcomputer 11 ends the transmission operation of the first transmission wave pulse group TP j1 in the forward measurement.

このようにして、順方向超音波トランスジューサ2aは、駆動パルス数Mの1回目の送信波パルス群TPj1を逆方向超音波トランスジューサ2bに向けて送信する。 In this manner, the forward ultrasonic transducer 2a transmits the first transmission wave pulse group TP j1 having the number M of drive pulses toward the reverse ultrasonic transducer 2b.

(1−2) 順方向計測での1回目の受信波パルス群RPj1の受信動作(図6の受信フローチャート参照)。 (1-2) Reception operation of the first received wave pulse group RP j1 in forward measurement (see the reception flowchart in FIG. 6).

マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、順方向超音波トランスジューサ2aから1回目の送信波パルス群TPj1が発射された後に伝搬長Lの距離を伝搬されて1回目の受信波パルス群RPj1として逆方向超音波トランスジューサ2bで受信されるべき時刻(順方向計測開始時刻)になったか否かを判定する(ステップS201)。 The microcomputer 11 propagates the distance of the propagation length L after the first transmission wave pulse group TP j1 is emitted from the forward ultrasonic transducer 2a by the reception measurement management unit 114, and receives the first reception wave pulse group RP. It is determined whether or not the time (forward measurement start time) to be received by the backward ultrasonic transducer 2b as j1 has come (step S201).

順方向計測開始時刻なっていなければ(1回目の受信波パルス群RPj1が逆方向超音波トランスジューサ2bにいまだ到達しない時刻であるならば)、マイクロコンピュータ11は、未計測モードの設定とする(ステップS202)。 If the forward measurement start time is not reached (if it is time when the first received wave pulse group RP j1 has not yet reached the backward ultrasonic transducer 2b), the microcomputer 11 sets the non-measurement mode ( Step S202).

順方向計測開始時刻なっていれば(1回目の受信波パルス群RPj1が逆方向超音波トランスジューサ2bにすでに到達する時刻になっていれば)、マイクロコンピュータ11は、粗調制御のためのマーカパルス待ち時間なのか否かを判断する(ステップS203)。 If the forward measurement start time is reached (if it is time when the first received wave pulse group RP j1 has already arrived at the backward ultrasonic transducer 2b), the microcomputer 11 uses a marker for coarse adjustment control. It is determined whether it is a pulse waiting time (step S203).

マーカパルス待ち時間であるならば(ステップS203でイエス)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、逆方向位相セット信号PS(図3(j)参照)をオンにすることにより、マーカパルス待ち用に位相比較部4bの制御を行い、逆方向スイッチ切替信号SCをオンにすることにより、位相比較部4bをマーカパルス受信用およびマーカパルス位相調整用にして粗調制御(位相調整)をさせる(ステップS204)。マーカパルスMPを含む受信波パルス群RPj1(粗調波)で位相調整を行うことで、急峻な流量Qの変化による位相ズレをより早く(大きな位相補正を行うため)、位相回りによる位相ズレの補正が可能となる。 If it is the marker pulse waiting time (Yes in step S203), the microcomputer 11 turns on the reverse phase set signal PS g (see FIG. 3 (j)) by the reception measurement management unit 114 so that the marker 11 and controls the phase comparator 4b for pulse waiting, by turning on the reverse switching signal SC g, coarse adjustment control by the phase comparator 4b for adjusting marker pulse receiving and marker pulse (phase adjustment (Step S204). By adjusting the phase with the received wave pulse group RP j1 (coarse harmonic wave) including the marker pulse MP, the phase shift due to the steep change in the flow rate Q becomes faster (to perform large phase correction), and the phase shift due to the phase shift Can be corrected.

既に粗調制御が終っていて微調制御での計測の段階であるならば(ステップS203でノー)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、受信波パルス群RPj1待ち用に位相比較部4bの制御を行い、既に、粗調制御が終っていて、微調制御での計測の段階なので、微調制御(位相調整)をさせる(ステップS205)。 If the coarse adjustment control has already been completed and the measurement is in the fine adjustment control (NO in step S203), the microcomputer 11 causes the reception measurement management unit 114 to wait for the received wave pulse group RP j1 to wait for the phase comparison unit. The control 4b is performed, and since the coarse adjustment control has already been completed and the measurement is performed in the fine adjustment control, the fine adjustment control (phase adjustment) is performed (step S205).

次に、マイクロコンピュータ11は、急峻な流量Qの変化による位相ズレが起こったか否かを判定して(ステップS206)、位相ズレが大きいならば、次回は粗調制御での計測をするように準備し(ステップS207)、位相ズレが少ないならば、次回は微調制御での計測をするように準備する(ステップS208)。 Next, the microcomputer 11 determines whether or not a phase shift due to a steep change in the flow rate Q has occurred (step S206). If the phase shift is large, the next time, the coarse adjustment control is used for measurement. Preparation is made (step S207), and if the phase shift is small, the next time preparation is made to perform measurement by fine control (step S208).

続いて、マイクロコンピュータ11は、順方向送信周波数fに応じた受信波パルス群RPj1の受信ポイントとするように位相比較部4bを制御する(ステップS209)(順方向送信周波数fに合わせた受信ポイントとするため、位相比較部4bの準備をする)。 Subsequently, the microcomputer 11 controls the phase comparison unit 4b so as to be a reception point of the received wave pulse group RP j1 corresponding to the forward transmission frequency f j (step S209) (according to the forward transmission frequency f j ). The phase comparison unit 4b is prepared in order to obtain a reception point).

(1−3) 順方向計測での2回目の送信波パルス群TPj2の送信動作(図5の送信フローチャート参照) (1-3) Transmission operation of the second transmission wave pulse group TP j2 in forward measurement (see the transmission flowchart of FIG. 5)

順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1の送信動作後、マイクロコンピュータ11は、間欠駆動制御部111により、1回目の送信波パルス群TPj1の末尾パルスの立ち下がりから順方向間欠時間δをカウントし、順方向間欠時間δの経過後に、図5の送信フローチャート(ステップS101〜S110)を再度繰り返すことにより、順方向計測での2回目の送信波パルス群TPj2の送信動作を行なう。 After the transmission operation of the first transmission wave pulse group TP j1 in the forward direction measurement, the microcomputer 11 causes the intermittent drive control unit 111 to intermittently forward from the trailing edge of the first transmission wave pulse group TP j1. The time δ j is counted, and the transmission flowchart (steps S101 to S110) of FIG. 5 is repeated again after the elapse of the forward intermittent time δ j , thereby transmitting the second transmission wave pulse group TP j2 in the forward measurement. Perform the action.

順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1の送信動作および2回目の送信波パルス群TPj2の送信動作により、1回の順方向計測では、図3(b)に示すように、駆動パルス数M(ここでは3)の送信波パルス群TPj1,TPj2が順方向間欠時間δを挟んで送信されることになる。 As shown in FIG. 3B, in the first forward measurement by the transmission operation of the first transmission wave pulse group TP j1 and the transmission operation of the second transmission wave pulse group TP j2 in the forward measurement, Transmission wave pulse groups TP j1 and TP j2 having the number M of drive pulses (here, 3) are transmitted across the forward intermittent time δ j .

(1−4) 順方向計測での2回目の受信波パルス群RPj2の受信動作(図6の受信フローチャート参照) (1-4) Reception operation of second received wave pulse group RP j2 in forward measurement (refer to the reception flowchart in FIG. 6)

順方向計測での2回目の送信波パルス群TPj2の送信動作後、マイクロコンピュータ11は、図6の受信フローチャート(ステップS201〜S209)を再度繰り返すことにより、順方向計測での2回目の受信波パルス群RPj2の受信動作を行なう。 After the transmission operation of the second transmission wave pulse group TP j2 in the forward direction measurement, the microcomputer 11 repeats the reception flowchart (steps S201 to S209) in FIG. 6 to receive the second reception in the forward direction measurement. The receiving operation of the wave pulse group RP j2 is performed.

順方向計測での1回目の受信波パルス群RPj1の受信動作および2回目の受信波パルス群RPj2の受信動作により、1回の順方向計測では、図3(f)に示すように、受信波パルス群RPj1,RPj2が順方向間欠時間δを挟んで受信されることになる。 As shown in FIG. 3 (f), in the first forward measurement by the reception operation of the first received wave pulse group RP j1 and the second received wave pulse group RP j2 in the forward measurement, The received wave pulse groups RP j1 and RP j2 are received with the forward intermittent time δ j interposed therebetween.

(2−1) 逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1の送信動作(図5の送信フローチャート参照) (2-1) Transmission operation of the first transmission wave pulse group TP g1 in the reverse direction measurement (see the transmission flowchart in FIG. 5)

まず、マイクロコンピュータ11は、インターバル制御部112により、前回の順方向計測の終了時刻からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて、逆方向計測を開始する時刻(逆方向計測開始時刻)になったか否かを判断する(ステップS101)。詳しくは、インターバル制御部112は、2回目の順方向クロック選択信号CS(図4(b)参照)の出力完了(立ち下がり)からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて逆方向計測開始時刻を判断する。 First, the microcomputer 11 uses the interval control unit 112 to start reverse measurement based on whether or not the interval time Δ has elapsed from the end time of the previous forward measurement (reverse measurement start time). It is determined whether or not (step S101). Specifically, the interval control unit 112 performs backward measurement based on whether or not the interval time Δ has elapsed since the completion (falling) of the second forward clock selection signal CS j (see FIG. 4B). Determine the start time.

逆方向計測開始時刻になったのであれば(ステップS101でイエス)、マイクロコンピュータ11は、いまから行なうのが、順方向計測であるか、逆方向計測であるかを判断する(ステップS102)。 If the reverse measurement start time has come (Yes in step S101), the microcomputer 11 determines whether the measurement to be performed from now on is forward measurement or reverse measurement (step S102).

いま、逆方向計測であるので(ステップS102でノー)、マイクロコンピュータ11は、送受切替信号SR(図3(g)参照)をオンにして逆方向計測モードとするように送受切替部3に指示する(ステップS104)。すると、送受切替部3は、送受切替信号SRがオンであることに基づいて、送信手段と逆方向超音波トランスジューサ2bとを接続し、受信手段と順方向超音波トランスジューサ2aとを接続する。すなわち、送受切替部3は、逆方向超音波トランスジューサ2bを送信側に設定し、順方向超音波トランスジューサ2aを受信側に設定する。 Since the measurement is in the reverse direction (No in step S102), the microcomputer 11 instructs the transmission / reception switching unit 3 to turn on the transmission / reception switching signal SR (see FIG. 3 (g)) to enter the reverse direction measurement mode. (Step S104). Then, the transmission / reception switching unit 3 connects the transmission unit and the backward ultrasonic transducer 2b, and connects the reception unit and the forward ultrasonic transducer 2a based on the fact that the transmission / reception switching signal SR is ON. That is, the transmission / reception switching unit 3 sets the backward ultrasonic transducer 2b to the transmission side and sets the forward ultrasonic transducer 2a to the reception side.

続いて、マイクロコンピュータ11は、送信周波数切替スイッチ部9に出力する逆方向クロック選択信号CS(図3(e)参照)がオンであるかどうかに基づいて、逆方向クロックCLK(図3(d)参照)を1回目の送信波パルス群TPg1として逆方向超音波トランスジューサ2bに印加する時間(駆動時間)か否かを判定する(ステップS105)。 Subsequently, the microcomputer 11 determines whether the backward clock CLK g (FIG. 3) is based on whether the backward clock selection signal CS g (see FIG. 3E) output to the transmission frequency changeover switch unit 9 is ON. It is determined whether it is time (drive time) to apply (see (d)) as the first transmission wave pulse group TP g1 to the backward ultrasonic transducer 2b (step S105).

逆方向クロック選択信号CSがオフであれば(ステップS105でノー)、マイクロコンピュータ11は、逆方向クロックCLKを逆方向超音波トランスジューサ2bへ印加しない未計測モードに設定する(ステップS106)。 If reverse clock selection signal CS g is OFF (NO at step S105), the microcomputer 11 sets the non-measurement mode without applying a reverse clock CLK g to reverse ultrasonic transducer 2b (step S106).

逆方向クロック選択信号CSがオンであれば(ステップS105でイエス)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングか否かを判定する(ステップS107)。 If reverse clock selection signal CS g is on (YES in step S105), the microcomputer 11, the reception measurement management unit 114 determines whether the marker pulse transmission timing for the coarse control (step S107 ).

粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングならば(ステップS107でイエス)、マイクロコンピュータ11は、マーカパルス合成部10により、マーカパルスMP(図4(e)参照)と、駆動パルス数Mの送信波パルス群TPg1(図4(g)参照)の先頭パルスとを重畳して、図4(h)に示すように、マーカパルスMPを含む送信波パルスを合成させ、送受切替部3を介して逆方向超音波トランスジューサ2bに印加する(ステップS108)。 If it is the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control (Yes in step S107), the microcomputer 11 transmits the marker pulse MP (see FIG. 4E) and the drive pulse number M by the marker pulse synthesizing unit 10. The head pulse of the wave pulse group TP g1 (see FIG. 4G ) is superimposed to synthesize a transmission wave pulse including the marker pulse MP as shown in FIG. And applied to the reverse ultrasonic transducer 2b (step S108).

一方、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングでないならば(ステップS107でノー)、マイクロコンピュータ11は、マーカパルス合成部10により、送信波パルスを送受切替部3を介して逆方向超音波トランスジューサ2bに印加する(ステップS109)。 On the other hand, if it is not the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control (No in step S107), the microcomputer 11 causes the marker pulse synthesizing unit 10 to transmit the transmission wave pulse via the transmission / reception switching unit 3 to the reverse ultrasonic transducer. 2b (step S109).

次に、マイクロコンピュータ11は、駆動パルス数制御部115により、逆方向超音波トランスジューサ2bに印加した送信波パルスの数が駆動パルス数Mになったかどうかを判定し(ステップS110)、駆動パルス数Mになっていなければ、ステップS107に制御を戻して、ステップS107〜S110を繰り返す。 Next, the microcomputer 11 determines whether or not the number of transmission wave pulses applied to the backward ultrasonic transducer 2b has reached the driving pulse number M by the driving pulse number control unit 115 (step S110). If it is not M, the control is returned to step S107, and steps S107 to S110 are repeated.

そして、ステップS110で送信波パルスの数が駆動パルス数Mになると、マイクロコンピュータ11は、逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1の送信動作を終了する。 When the number of transmission wave pulses reaches the number of drive pulses M in step S110, the microcomputer 11 ends the transmission operation of the first transmission wave pulse group TPg1 in the reverse direction measurement.

このようにして、逆方向超音波トランスジューサ2bは、駆動パルス数Mの1回目の送信波パルス群TPg1を順方向超音波トランスジューサ2aに向けて送信する。 In this manner, the backward ultrasonic transducer 2b transmits the first transmission wave pulse group TPg1 having the number M of drive pulses toward the forward ultrasonic transducer 2a.

(2−2) 逆方向計測での1回目の受信波パルス群RPg1の受信動作(図6の受信フローチャート参照)。 (2-2) Reception operation of the first received wave pulse group RPg1 in the reverse direction measurement (see the reception flowchart in FIG. 6).

マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、逆方向超音波トランスジューサ2bから1回目の送信波パルス群TPg1が発射された後に伝搬長Lの距離を伝搬されて1回目の受信波パルス群RPg1として順方向超音波トランスジューサ2aで受信されるべき時刻(逆方向計測開始時刻)になったか否かを判定する(ステップS201)。 The microcomputer 11 propagates the distance of the propagation length L after the first transmission wave pulse group TPg1 is emitted from the backward ultrasonic transducer 2b by the reception measurement management unit 114, and the first reception wave pulse group RP. It is determined whether or not the time (reverse direction measurement start time) to be received by the forward ultrasonic transducer 2a has come as g1 (step S201).

逆方向計測開始時刻なっていなければ(1回目の受信波パルス群RPg1が順方向超音波トランスジューサ2aにいまだ到達しない時刻であるならば)、マイクロコンピュータ11は、未計測モードの設定とする(ステップS202)。 If the reverse measurement start time is not reached (if the first received wave pulse group RPg1 has not yet reached the forward ultrasonic transducer 2a), the microcomputer 11 sets the non-measurement mode ( Step S202).

逆方向計測開始時刻なっていれば(1回目の受信波パルス群RPg1が順方向超音波トランスジューサ2aにすでに到達する時刻になっていれば)、マイクロコンピュータ11は、粗調制御のためのマーカパルス待ち時間なのか否かを判断する(ステップS203)。 If it is the reverse measurement start time (if it is time when the first received wave pulse group RPg1 has already reached the forward ultrasonic transducer 2a), the microcomputer 11 will use a marker for coarse adjustment control. It is determined whether it is a pulse waiting time (step S203).

マーカパルス待ち時間であるならば(ステップS203でイエス)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、順方向位相セット信号PS(図3(i)参照)をオンにすることにより、マーカパルス待ち用に位相比較部4aの制御を行い、順方向スイッチ切替信号SCをオンにすることにより、位相比較部4aをマーカパルス受信用およびマーカパルス位相調整用にして粗調制御(位相調整)をさせる(ステップS204)。マーカパルスMPを含む受信波パルス群RPg1(粗調波)で位相調整を行うことで、急峻な流量Qの変化による位相ズレをより早く(大きな位相補正を行うため)、位相回りによる位相ズレの補正が可能となる。 If it is the marker pulse waiting time (Yes in step S203), the microcomputer 11 turns on the forward phase set signal PS j (see FIG. 3 (i)) by the reception measurement management unit 114, thereby setting the marker The phase comparison unit 4a is controlled for waiting for a pulse, and the forward switch switching signal SCj is turned on, so that the phase comparison unit 4a is used for receiving a marker pulse and for adjusting a marker pulse phase. (Step S204). By adjusting the phase with the received wave pulse group RP g1 (coarse harmonic wave) including the marker pulse MP, the phase shift due to the steep change in the flow rate Q becomes faster (to perform large phase correction), and the phase shift due to the phase shift. Can be corrected.

既に粗調制御が終っていて微調制御での計測の段階であるならば(ステップS203でノー)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、受信波パルス群RPg1待ち用に位相比較部4aの制御を行い、既に、粗調制御が終っていて、微調制御での計測の段階なので、微調制御(位相調整)をさせる(ステップS205)。 If the coarse adjustment control has already been completed and the measurement is being performed in the fine adjustment control (NO in step S203), the microcomputer 11 causes the reception measurement management unit 114 to wait for the received wave pulse group RP g1 to wait for the phase comparison unit. The control of 4a is performed, and since the coarse adjustment control has already been completed and the measurement is performed in the fine adjustment control, the fine adjustment control (phase adjustment) is performed (step S205).

次に、マイクロコンピュータ11は、急峻な流量Qの変化による位相ズレが起こったか否かを判定して(ステップS206)、位相ズレが大きいならば、次回は粗調制御での計測をするように準備し(ステップS207)、位相ズレが少ないならば、次回は微調制御での計測をするように準備する(ステップS208)。 Next, the microcomputer 11 determines whether or not a phase shift due to a steep change in the flow rate Q has occurred (step S206). If the phase shift is large, the next time, the coarse adjustment control is used for measurement. Preparation is made (step S207), and if the phase shift is small, preparation is made to perform measurement by fine adjustment next time (step S208).

続いて、マイクロコンピュータ11は、逆方向送信周波数fに応じた受信波パルス群RPg1の受信ポイントとするように位相比較部4aを制御する(ステップS209)(逆方向送信周波数fに合わせた受信ポイントとするため、位相比較部4aの準備をする)。 Subsequently, the microcomputer 11 controls the phase comparator 4a so as to receive point of the received wave pulse group RP g1 corresponding to reverse transmission frequency f g (step S209) (combined in reverse transmission frequency f g The phase comparison unit 4a is prepared in order to obtain a reception point).

(2−3) 逆方向計測での2回目の送信波パルス群TPg2の送信動作(図5の送信フローチャート参照)。 (2-3) Transmission operation of the second transmission wave pulse group TP g2 in the reverse direction measurement (see the transmission flowchart in FIG. 5).

逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1の送信動作後、マイクロコンピュータ11は、間欠駆動制御部111により、1回目の送信波パルス群TPg1の末尾パルスの立ち下がりから逆方向間欠時間δをカウントし、逆方向間欠時間δの経過後に、図5の送信フローチャート(ステップS101〜S110)を再度繰り返すことにより、逆方向計測での2回目の送信波パルス群TPg2の送信動作を行なう。 After the transmission operation of the first transmission wave pulse group TP g1 in the reverse direction measurement, the microcomputer 11 causes the intermittent drive control unit 111 to perform reverse intermittent operation from the trailing edge of the first transmission wave pulse group TP g1. By counting the time δ g and repeating the reverse intermittent time δ g , the transmission flowchart (steps S101 to S110) in FIG. 5 is repeated again, thereby transmitting the second transmission wave pulse group TP g2 in the reverse direction measurement. Perform the action.

逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1の送信動作および2回目の送信波パルス群TPg2の送信動作により、1回の逆方向計測では、図3(f)に示すように、駆動パルス数M(ここでは3)の送信波パルス群TPg1,TPg2が順方向間欠時間δを挟んで送信されることになる。 The first transmitting operation and the second transmission operation of the transmission wave pulse group TP g2 of the transmitted wave pulse group TP g1 on the reverse measurement, the reverse measurement once, as shown in FIG. 3 (f), Transmission wave pulse groups TP g1 and TP g2 having the number M of drive pulses (here, 3) are transmitted across the forward intermittent time δ j .

(2−4) 逆方向計測での2回目の受信波パルス群RPg2の受信動作(図6の受信フローチャート参照)。 (2-4) Reception operation of the second received wave pulse group RP g2 in the reverse direction measurement (see the reception flowchart in FIG. 6).

逆方向計測での2回目の送信波パルス群TPg2の送信動作後、マイクロコンピュータ11は、図6の受信フローチャート(ステップS201〜S209)を再度繰り返すことにより、逆方向計測での2回目の受信波パルス群RPg2の受信動作を行なう。 After the transmission operation of the second transmission wave pulse group TP g2 in the backward direction measurement, the microcomputer 11 repeats the reception flowchart (steps S201 to S209) in FIG. 6 to receive the second time in the backward direction measurement. The receiving operation of the wave pulse group RPg2 is performed.

逆方向計測での1回目の受信波パルス群RPg1の受信動作および2回目の受信波パルス群RPg2の受信動作により、1回の逆方向計測では、図3(c)に示すように、受信波パルス群RPg1,RPg2が順方向間欠時間δを挟んで受信されることになる。 As shown in FIG. 3C, in the first backward measurement, the reception operation of the first received wave pulse group RP g1 and the second received wave pulse group RP g2 in the reverse direction measurement. The received wave pulse groups RP g1 and RP g2 are received with the forward intermittent time δ j interposed therebetween.

(3) 流量Qの算出(図7の流量算出フローチャート参照) (3) Calculation of the flow rate Q (refer to the flow rate calculation flowchart of FIG. 7)

マイクロコンピュータ11は、順方向計測を開始してから、逆方向計測を終了し、次の順方向計測を開始するまでの時間(順方向計測時間間隔U+逆方向計測時間間隔U(図3(g)参照))とその間にカウントされた順方向カウンタ7aのカウント値Kとにより、順方向送信周波数fを求める(ステップS301)。すなわち、f=K/(U+U)を求める。 The microcomputer 11 starts the forward measurement, ends the backward measurement, and starts the next forward measurement (forward measurement time interval U j + reverse measurement time interval U g (FIG. 3 (g))) and the count value K j of the forward counter 7a counted in the meantime, the forward transmission frequency f j is obtained (step S301). That is, f j = K j / (U j + U g ) is obtained.

また、マイクロコンピュータ11は、順方向計測を開始してから、逆方向計測を終了し、次の順方向計測を開始するまでの時間(順方向計測時間間隔U+逆方向計測時間間隔U(図3(g)参照))とその間にカウントされた逆方向カウンタ7bのカウント値Kとにより、逆方向送信周波数fを求める(ステップS301)。すなわち、f=K/(U+U)を求める。 Further, the microcomputer 11 starts the forward measurement, ends the backward measurement, and starts the next forward measurement (forward measurement time interval U j + reverse measurement time interval U g the count value K g (FIG. 3 (g) refer)) and counted during inverse direction counter 7b, obtaining the reverse transmission frequency f g (step S301). That is, f g = K g / (U j + U g ) is obtained.

次に、マイクロコンピュータ11は、流量判定部113により、既述した式(4)である下式に基づいて流速Vを算出する(ステップS302)。 Next, the microcomputer 11 uses the flow rate determination unit 113 to calculate the flow velocity V based on the following equation (4) (step S302).

V=(L/2N)×(f−fV = (L / 2N) × (f j −f g )

続いて、マイクロコンピュータ11は、流量判定部113により、流速Vに管路断面積Sを乗じたり、計測単位時間を乗じたり、温度・圧力や計測流体や求まった流速Vに応じた補正係数Hを乗じたりして、流量Qを求める(ステップS303)。加えて、マイクロコンピュータ11は、流量判定部113により、以前までに積算した積算流量ΣQに今計測した流量Qを加算して、全体の合計流量ΣQ=ΣQ+Qとする。 Subsequently, the microcomputer 11 causes the flow rate determination unit 113 to multiply the flow velocity V by the pipe cross-sectional area S, multiply the measurement unit time, or correct the correction coefficient H according to the temperature / pressure, the measurement fluid, and the obtained flow velocity V. To obtain the flow rate Q (step S303). In addition, the microcomputer 11 adds the flow rate Q just measured to the integrated flow rate ΣQ 0 accumulated so far by the flow rate determination unit 113 to obtain the total flow rate ΣQ 1 = ΣQ 0 + Q.

そして、マイクロコンピュータ11は、間欠駆動制御部111により、いま計測した流量Qに応じて、例えば、低流量であったならば、順方向間欠時間δおよび逆方向間欠時間δを長くして、低消費電力にする(ステップS304)。さらに、低流量が一定時間継続したならば、マイクロコンピュータ11は、順方向間欠時間δおよび逆方向間欠時間δのみならず、インターバル制御部112により、インターバル時間Δをも長くすることによって順方向計測時間間隔U(図3(g)参照)および逆方向計測時間間隔U(図3(g)参照)を長くして、さらに低消費にする。また、マイクロコンピュータ11は、順方向間欠時間δおよび逆方向間欠時間δならびにインターバル時間Δを数段階に分けて順方向計測時間間隔U(図3(g)参照)および逆方向計測時間間隔U(図3(g)参照)を制御することで、さらに低消費電力化を図ることも考えられる。 Then, the microcomputer 11 causes the intermittent drive control unit 111 to increase the forward intermittent time δ j and the reverse intermittent time δ g according to the flow rate Q just measured, for example, if the flow rate is low. The power consumption is reduced (step S304). Furthermore, if the low flow rate continues for a certain period of time, the microcomputer 11 increases the interval time Δ by the interval control unit 112 by increasing not only the forward intermittent time δ j and the reverse intermittent time δ g. The direction measurement time interval U j (see FIG. 3G ) and the reverse direction measurement time interval U g (see FIG. 3G) are lengthened to further reduce consumption. Further, the microcomputer 11 divides the forward intermittent time δ j, the reverse intermittent time δ g, and the interval time Δ into several stages, and measures the forward measurement time interval U j (see FIG. 3G ) and the reverse measurement time. It may be possible to further reduce power consumption by controlling the interval U g (see FIG. 3G).

なお、上記実施例1に係る超音波流量計では、まず順方向計測を行なって、次に逆方向計測を行なうようにしているが、計測の順番は逆であってもよい。 In the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, the forward direction measurement is first performed and then the backward direction measurement is performed. However, the measurement order may be reversed.

また、実施例1に係る超音波流量計では、送信波パルス群TPとして矩形波を印加しているが、サイン波で駆動させたり、ステップ駆動にしたり、バースト駆動させたりしてもよい。 Further, in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, a rectangular wave is applied as the transmission wave pulse group TP, but it may be driven by a sine wave, step driving, or burst driving.

さらに、実施例1に係る超音波流量計では、順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1および2回目の送信波パルス群TPj2、ならびに逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1および2回目の送信波パルス群TPg2を発射するようにしたが、順方向計測および逆方向計測での送信波パルス群TPの発射回数は2回に限られるわけではなく、1回または3回以上であってもよい。 Furthermore, in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, the first transmission wave pulse group TP j1 and the second transmission wave pulse group TP j2 in the forward direction measurement, and the first transmission wave pulse in the backward direction measurement. The group TP g1 and the second transmission wave pulse group TP g2 are fired. However, the number of firings of the transmission wave pulse group TP in the forward direction measurement and the backward direction measurement is not limited to two times. Or three or more times may be sufficient.

以上、本発明の実施例を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this is only an illustration, this invention is not limited to this, Based on the knowledge of those skilled in the art, unless it deviates from the meaning of a claim Various changes are possible.

本発明の実施例1に係る超音波流量計の構成を示す回路ブロック図。1 is a circuit block diagram showing a configuration of an ultrasonic flow meter according to Embodiment 1 of the present invention. 本実施例1に係る超音波流量計における流速の測定原理を説明する図。FIG. 3 is a diagram for explaining a principle of measuring a flow velocity in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment. 本実施例1に係る超音波流量計における流量計測手順を示すタイミングチャート。3 is a timing chart showing a flow rate measurement procedure in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment. 本実施例1に係る超音波流量計における流量計測手順を示すタイミングチャート。3 is a timing chart showing a flow rate measurement procedure in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment. 実施例1に係る超音波流量計における送信動作を表すフローチャート。3 is a flowchart illustrating a transmission operation in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment. 実施例1に係る超音波流量計における受信動作を表すフローチャート。3 is a flowchart illustrating a reception operation in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment. 実施例1に係る超音波流量計における流量算出動作を表すフローチャート。3 is a flowchart illustrating a flow rate calculation operation in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 流路
2a 順方向超音波トランスジューサ(超音波トランスジューサ)
2b 逆方向超音波トランスジューサ(超音波トランスジューサ)
3 送受切替部
4a,4b 位相比較部
5a,5b ローパスフィルタ(LPF)
6a,6b 電圧制御発信器(VCO)
7a 順方向カウンタ
7b 逆方向カウンタ
8a,8b ロック波数クロック管理部
9 送信周波数切替スイッチ部
10 マーカパルス合成部
11 マイクロコンピュータ(送信制御部)
111 間欠駆動制御部
112 インターバル制御部
113 流量補正部
114 受信計測管理部
115 駆動パルス数制御部
116 受信ポイント管理部
1 Channel 2a Forward Ultrasonic Transducer (Ultrasonic Transducer)
2b Reversed Ultrasonic Transducer (Ultrasonic Transducer)
3 Transmission / reception switching unit 4a, 4b Phase comparison unit 5a, 5b Low pass filter (LPF)
6a, 6b Voltage controlled oscillator (VCO)
7a Forward counter 7b Reverse counter 8a, 8b Lock wave number clock management unit 9 Transmission frequency changeover switch unit 10 Marker pulse synthesis unit 11 Microcomputer (transmission control unit)
111 Intermittent drive control unit 112 Interval control unit 113 Flow rate correction unit 114 Reception measurement management unit 115 Drive pulse number control unit 116 Reception point management unit

Claims (15)

流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、
順方向送信周波数および逆方向送信周波数の計測時に数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する間欠駆動制御部と、
前記間欠駆動制御部からのクロック選択信号により選択されたクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部とを設けて、
送信周波数の計測における前記送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことを特徴とする超音波流量計。
A pair of ultrasonic transducers is provided on the upper and lower sides in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and forward transmission is performed so that the ultrasonic wave has a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers. In the ultrasonic flowmeter that controls the frequency and the reverse transmission frequency, and obtains the flow velocity and the flow rate based on the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at that time,
An intermittent drive control unit that outputs a clock selection signal for several clocks with an intermittent time when measuring the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency;
A transmission frequency changeover switch unit that applies the clock selected by the clock selection signal from the intermittent drive control unit to the ultrasonic transducer on the transmission side as a transmission wave pulse group with an intermittent time;
An ultrasonic flowmeter characterized in that driving of the ultrasonic transducer on the transmission side in transmission frequency measurement is an intermittent operation by a group of transmission wave pulses sandwiching an intermittent time.
前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタを設けたことを特徴とする請求項1に記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 1, further comprising a counter that continues to count the clock during the intermittent time. 送信周波数の計測間のインターバル時間を制御するインターバル制御部を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 1, further comprising an interval control unit that controls an interval time between measurement of transmission frequencies. 前記インターバル制御部が、計測された流量に応じて前記インターバル時間を制御することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the interval control unit controls the interval time in accordance with the measured flow rate. 計測された流量に応じて前記間欠時間を可変に制御する流量判定部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 4, further comprising a flow rate determination unit that variably controls the intermittent time according to the measured flow rate. 前記流量判定部が、送信周波数の計測によって求められた音速に基づいて温度を計算し、該温度に対して流量補正を行うことを特徴とする請求項5に記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 5, wherein the flow rate determination unit calculates a temperature based on a sound speed obtained by measuring a transmission frequency, and performs flow rate correction on the temperature. 前記一対の超音波トランスジューサが、機械的共振尖鋭度を表すQ値が低くかつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の超音波流量計。 7. The pair of ultrasonic transducers according to any one of claims 1 to 6, wherein the pair of ultrasonic transducers has a frequency impedance characteristic close to a single resonance characteristic having a low Q value representing mechanical resonance sharpness and low spurious. The described ultrasonic flowmeter. 前記クロックの送信周波数に応じて、前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の超音波流量計。 2. A drive pulse number control unit for variably controlling the number of drive pulses of a transmission wave pulse group applied to the ultrasonic transducer on the transmission side according to the transmission frequency of the clock. Item 8. The ultrasonic flowmeter according to any one of Items 7. 前記クロックの送信周波数に応じて、前記受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の超音波流量計。 9. The reception point management unit for changing a reception point of a reception wave pulse group measured by the ultrasonic transducer on the reception side according to a transmission frequency of the clock. The ultrasonic flowmeter according to any one of the above. 計測流体に応じてロック波数を変更することを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 9, wherein the lock wave number is changed according to a measurement fluid. 前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックにマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部を設け、前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間での超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御する受信計測管理部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の超音波流量計。 A marker pulse synthesizing unit that mixes a marker pulse with a clock selected by the transmission frequency changeover switch unit is provided, and the marker pulse is propagated in a cycle according to a predetermined lock wave number, and the marker pulse is used as the basis of the marker pulse. The reception measurement management unit for coarsely controlling the frequency of the clock so that the wave number of the ultrasonic wave between the pair of ultrasonic transducers becomes a predetermined lock wave number is provided. The ultrasonic flowmeter according to any one of 10 above. 前記受信計測管理部が、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を微調制御することを特徴とする請求項11に記載の超音波流量計。 The reception measurement management unit finely controls the frequency of the clock so that the wave number of the ultrasonic wave becomes a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers after eliminating the phase shift in the coarse adjustment control. The ultrasonic flowmeter according to claim 11. 前記一対の超音波トランスジューサで順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを切り替えて計測するときに、前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を記憶して、次回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を、記憶した前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数から開始することを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の超音波流量計。 When switching between the forward propagation time and the backward propagation time with the pair of ultrasonic transducers, the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at the previous measurement are stored, and the order at the next measurement is stored. The ultrasonic flow rate according to any one of claims 1 to 12, wherein the directional transmission frequency and the reverse transmission frequency are started from the stored forward transmission frequency and reverse transmission frequency at the previous measurement. Total. 送信波パルス群による受信波パルス群の直接波が到達してからその三次反射波が出現するまでの時間帯に、次の送信波パルス群による次の受信波パルス群を受信するようにしたことを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の超音波流量計。 The next received wave pulse group by the next transmitted wave pulse group is received in the time zone from when the direct wave of the received wave pulse group by the transmitted wave pulse group arrives until the third reflected wave appears. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein: 流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、
送信側の超音波トランスジューサを駆動するクロックと受信側の超音波トランスジューサにより変換された受信波変換信号との位相を比較し、位相が一致する送信周波数のクロックを出力するフェイズロックドループと、
前記フェイズロックドループからのクロックのカウント値がロック波数になる際に位相比較タイミング信号を出力するロック波数クロック管理部と、
前記ロック波数クロック管理部からの位相比較タイミング信号に応じて数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する送受信制御部と、
前記送受信制御部からのクロック選択信号に基づいて数クロック分のクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部と、
前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタと、
計測された流量に応じて順方向送信周波数の計測と逆方向送信周波数の計測との間のインターバル時間を制御するインターバル制御部と、
計測された流量に応じて間欠時間を可変に制御する流量判定部と、
前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部と、
前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、前記受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部と、
前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックに前記送受信制御部からのマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部と、
前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御し、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御する受信計測管理部と
を有することを特徴とする超音波流量計。
A pair of ultrasonic transducers is provided on the upper and lower sides in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and forward transmission is performed so that the ultrasonic wave has a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers. In the ultrasonic flowmeter that controls the frequency and the reverse transmission frequency, and obtains the flow velocity and the flow rate based on the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at that time,
A phase-locked loop that compares the phase of the clock that drives the ultrasonic transducer on the transmitting side and the received wave converted signal converted by the ultrasonic transducer on the receiving side, and outputs a clock with a transmission frequency that matches the phase, and
A lock wave number clock management unit that outputs a phase comparison timing signal when the count value of the clock from the phase locked loop becomes a lock wave number;
A transmission / reception control unit that outputs a clock selection signal for several clocks with an intermittent time according to the phase comparison timing signal from the lock wave number clock management unit,
A transmission frequency changeover switch unit that applies a clock of several clocks to the ultrasonic transducer on the transmission side as a transmission wave pulse group with an intermittent time based on a clock selection signal from the transmission / reception control unit;
A counter that continues to count the clock during the intermittent time;
An interval control unit for controlling an interval time between measurement of the forward transmission frequency and measurement of the reverse transmission frequency according to the measured flow rate;
A flow rate determination unit that variably controls the intermittent time according to the measured flow rate,
A drive pulse number control unit that variably controls the drive pulse number of the transmission wave pulse group to be applied to the ultrasonic transducer on the transmission side according to the transmission frequency of the clock from the phase-locked loop;
A reception point management unit that changes a reception point of a reception wave pulse group measured by the ultrasonic transducer on the reception side according to the transmission frequency of the clock from the phase-locked loop;
A marker pulse synthesizing unit that mixes a marker pulse from the transmission / reception control unit in the clock selected by the transmission frequency changeover switch unit;
The marker pulse is propagated at a period corresponding to a predetermined lock wave number, and the clock frequency is set so that the ultrasonic wave number becomes a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers based on the marker pulse. Receive measurement that finely controls the frequency of the clock and finely controls the frequency of the clock so that the ultrasonic wave has a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers after the phase adjustment is eliminated by the coarse control. An ultrasonic flowmeter comprising a management unit.
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