JP2017125727A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】流量精度の健全性を簡単な構成で判定する。【解決手段】超音波流量計は、測定対象の流体２が流れる配管１と、配管１の上流と下流に配置された１対の超音波センサ３，４と、超音波センサ３から送出され超音波センサ４で受信された第１の超音波受信信号の最大値と超音波センサ４から送出され超音波センサ３で受信された第２の超音波受信信号の最大値との差の絶対値を算出する強度差算出部９０と、第１の超音波受信信号と第２の超音波受信信号の伝搬時間差と、強度差算出部９０が算出した強度差の絶対値との乗算値を算出する乗算値算出部９１と、乗算値算出部９１が算出した乗算値が所定の許容強度差より大きい場合に、警報を出力する比較部９２とを備える。【選択図】 図１１

Description

本発明は、超音波流量計に係り、特に流量精度の健全性を判定する技術に関するものである。

超音波を用いて流量を計測する超音波流量計が知られている。超音波流量計における計測方法は大きく分けてゼロクロス法と相関法の２方式に分かれる。図１５は超音波流量計の計測原理を説明する断面図である。配管１を流れる流体２の流速をＶ、配管１に設けられた超音波センサ３と超音波センサ４間の伝搬距離をＬ、超音波センサ３と超音波センサ４とを結ぶ線分が管軸５と成す角をθ、音速をＣとすると、超音波センサ３から超音波センサ４までの順方向（流体２が流れる方向）の超音波の伝搬時間ｔ₁、超音波センサ４から超音波センサ３までの逆方向の超音波の伝搬時間ｔ₂は次式のように表すことができる。
ｔ₁＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） ・・・（１）
ｔ₂＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） ・・・（２）

ゼロクロス法では、超音波センサ３と超音波センサ４のそれぞれから超音波信号を送出して伝搬時間ｔ₁，ｔ₂を計測し、流体２の流速Ｖと流量Ｑを以下のように算出する（特許文献１参照）。
Ｖ＝（ｔ₁−ｔ₂）Ｌ／（２ｔ₁ｔ₂） ・・・（３）
Ｑ＝ＳＶ／ｋ ・・・（４）

式（４）におけるＳは配管１の断面積、ｋは所定の流量補正係数である。伝搬時間ｔ₁は、超音波センサ３から超音波信号を送出したときから、超音波センサ４で受信した図１６（Ａ）のような超音波受信信号Ｓ_u→dの最初の受信パルスが立ち上がるまでの時間である。同様に、伝搬時間ｔ₂は、超音波センサ４から超音波信号を送出したときから、超音波センサ３で受信した図１６（Ａ）のような超音波受信信号Ｓ_d→uの最初の受信パルスが立ち上がるまでの時間である。実際には、最初の受信パルスの立ち上がり時間の検出が困難なため、受信波形とｘ軸（時間軸）との交点であるゼロクロス点から伝搬時間ｔ₁，ｔ₂を算出している。

一方、相関法では、順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差Δｔを計測し、流体２の流速Ｖと流量Ｑを以下のように算出する（特許文献２参照）。
Ｖ≒Ｃ²Δｔ／（２Ｌｃｏｓθ） ・・・（５）
Ｑ＝ＳＶ／ｋ≒ＳＣ²Δｔ／（２ｋＬｃｏｓθ） ・・・（６）

伝搬時間差Δｔは、受信波形から直接求める。具体的には、超音波センサ４で受信した図１６（Ｂ）のような超音波受信信号Ｓ_u→dと超音波センサ３で受信した図１６（Ｂ）のような超音波受信信号Ｓ_d→uのそれぞれをサンプリングして、超音波受信信号Ｓ_u→dの波形データと超音波受信信号Ｓ_d→uの波形データとの相互相関演算を行い、相関関数から伝搬時間差Δｔを求める。

ところで、超音波流量計では、配管に汚物等が付着した場合に超音波受信信号が減衰することや、超音波流量計が動作することによりその動作に由来するノイズが増加することが知られている。意図しないノイズが計測される超音波受信信号に重畳すると、流量誤差が発生する可能性があり、また最悪の場合には計測不可の状態になる可能性もある。そのためノイズを検出することは、正しい計測をする上で非常に重要である。

そこで、計測に悪影響があるノイズを検出できる超音波流量計が提案されている（特許文献３参照）。特許文献３に開示された超音波流量計は、受信波形の特徴値を検出することで受信波形の健全性を判断している。

特許第５３４６８７０号公報 特開２０１３−０８８３２２号公報 特許第５６４９４７６号公報

しかしながら、特許文献３に開示された超音波流量計では、超音波受信信号を増幅する増幅部の実増幅率と、流体の種類、流体の温度、および流体の圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率とを比較して、理論増幅率と実増幅率との差異が所定以上の場合に、ノイズが発生していると判定するが、流体の温度と圧力を取得しなければならないため、超音波流量計の構成が複雑になってしまうという問題点があった。また、流体の種類と流体の温度と流体の圧力の様々な組み合わせについて対応する理論増幅率を登録したデータベースを予め作成しておく必要があり、データベースの作成に手間がかかるという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、流量精度の健全性を簡単な構成で判定することができる超音波流量計を提供することを目的とする。

本発明の超音波流量計は、測定対象の流体が流れる配管と、この配管の上流と下流に配置された１対の超音波センサと、上流側の前記超音波センサから送出され下流側の前記超音波センサで受信された第１の超音波受信信号の最大値と下流側の前記超音波センサから送出され上流側の前記超音波センサで受信された第２の超音波受信信号の最大値との差の絶対値、または前記第１の超音波受信信号の最小値と前記第２の超音波受信信号の最小値との差の絶対値を算出する強度差算出手段と、前記第１の超音波受信信号と前記第２の超音波受信信号の伝搬時間差と、前記強度差算出手段が算出した強度差の絶対値との乗算値を算出する乗算値算出手段と、この乗算値算出手段が算出した乗算値が所定の許容強度差より大きい場合に、警報を出力する比較手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の超音波流量計は、測定対象の流体が流れる配管と、この配管の上流と下流に配置された１対の超音波センサと、上流側の前記超音波センサから送出され下流側の前記超音波センサで受信された第１の超音波受信信号の振幅と下流側の前記超音波センサから送出され上流側の前記超音波センサで受信された第２の超音波受信信号の振幅との差の絶対値を算出する振幅差算出手段と、前記第１の超音波受信信号と前記第２の超音波受信信号の伝搬時間差と、前記振幅差算出手段が算出した振幅差の絶対値との乗算値を算出する乗算値算出手段と、この乗算値算出手段が算出した乗算値が所定の許容振幅差より大きい場合に、警報を出力する比較手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例において、前記乗算値算出手段は、前記第１の超音波受信信号および前記第２の超音波受信信号の波形データ相互の相関関数から前記伝播時間差を求めることを特徴とするものである。

本発明によれば、強度差算出手段と、乗算値算出手段と、比較手段とを設けることにより、超音波流量計の流量精度の健全性を簡単な構成で判定することができる。

また、本発明では、振幅差算出手段と、乗算値算出手段と、比較手段とを設けることにより、超音波流量計の流量精度の健全性を簡単な構成で判定することができる。

超音波受信信号にノイズが重畳していない状態を説明する断面図である。 ノイズが重畳していない場合の超音波受信信号の波形例を示す図である。 流体の流れがないときに超音波受信信号とノイズとが重畳する様子を説明する図である。 流体の流れがあるときに超音波受信信号とノイズとが重畳する様子を説明する図である。 流量誤差計算のための超音波受信信号とノイズの波形例を示す図である。 ノイズが混入した超音波受信信号の波形を計算した結果を示す図である。 図６の波形の一部を拡大した図である。 図６の波形の一部を拡大した図である。 ノイズの位相と、流量誤差および超音波受信信号の強度差との関係を計算した結果を示す図である。 ノイズの位相と、流量誤差および超音波受信信号の強度差との関係を計算した結果を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計における流量精度の健全性判定処理を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る超音波流量計における流量精度の健全性判定処理を説明するフローチャートである。 超音波流量計の計測原理を説明する断面図である。 ゼロクロス法の伝搬時間の求め方を説明する図、および相関法の伝搬時間差の求め方を説明する図である。

［発明の原理］
発明者は、超音波流量計で計測される上流→下流、下流→上流の超音波受信信号の強度の差に着目した。これにより、特許文献３に開示された超音波流量計よりも簡単に、計測に悪影響があるノイズについて検出可能になる。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本発明の原理を説明する図であり、超音波受信信号にノイズが重畳していない状態を説明する断面図である。図１（Ａ）は配管１の横断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の配管１の縦断面図である。

本発明では、１対の超音波センサ３，４を、配管１の円形断面の円周上の位置が同じで、かつ流体２の流れる方向の位置が異なる箇所に配置する構成とするため、超音波の送受信の伝播経路は図１に示すように配管１の内壁で反射させたＶ字型の伝播路となる。すなわち、上流側の超音波センサ３は、流体２を介して対向する側の配管１の内壁に向けて超音波信号を送信すると同時に、下流側の超音波センサ４は、流体２を介して対向する側の配管１の内壁に向けて超音波信号を送信する。超音波センサ３が超音波信号を送出する方向と配管１の内壁との成す角、および超音波センサ４が超音波信号を送出する方向と配管１の内壁との成す角は、いずれもθである。

超音波センサ３から送出され超音波センサ４で受信する超音波受信信号Ｓ_u→dと超音波センサ４から送出され超音波センサ３で受信する超音波受信信号Ｓ_d→uとは、流体２の流速Ｖに比例した位相差（時間差）を持って出力される（時間軸との受信波形との交点であるゼロクロス点も時間差を持つ）。

例えば流速Ｖが０［ｍ／ｓ］の場合、超音波受信信号Ｓ_u→dと超音波受信信号Ｓ_d→uとの時間差は０［ｎｓ］で、位相差も０［ｒａｄ］である（図２（Ａ））。流速Ｖが０．３［ｍ／ｓ］の場合、時間差は１５［ｎｓ］で、位相差は０．１２［ｒａｄ］である（図２（Ｂ））。流速Ｖが３［ｍ／ｓ］の場合、時間差は１５０［ｎｓ］で、位相差は１．２２［ｒａｄ］である（図２（Ｃ））。流速Ｖが６［ｍ／ｓ］の場合、時間差は３００［ｎｓ］で、位相差は２．４５［ｒａｄ］である（図２（Ｄ））。

一方、超音波を送受信する際に、正規の経路とは違う場所から意図しない同周波数のノイズ（例えば配管１を伝わるノイズ）が混入することがある。このようなノイズが混入すると、超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uとノイズとを重ね合わせた波形が観測される。図３（Ａ）は流体の流れがないときに超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに対して位相０°のノイズＮが重畳する様子を説明する図、図３（Ｂ）は同じく流体の流れがないときに超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに対して位相１８０°のノイズＮが重畳する様子を説明する図である。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）の例では、ノイズＮの位相は水温等の影響を受けず（いつも同じ場所に出現する）、またノイズＮは超音波の周波数（例１．３ＭＨｚ）と同程度の周波数と仮定している。なお、本発明では、流体の流れがないときの超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uの位相を基準（０°）とし、この位相に対してノイズＮの位相を規定している。

超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uにノイズＮが重畳すると、超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uの強度が変化するが、上記のとおり流速Ｖが０［ｍ／ｓ］の状態では超音波受信信号Ｓ_u→dと超音波受信信号Ｓ_d→uの時間差は０［ｎｓ］なので、超音波受信信号Ｓ_u→dの強度と超音波受信信号Ｓ_d→uの強度が同様に変化し、強度に差は生じない。すなわち、相関法で算出される伝搬時間差Δｔは０であり、ゼロクロス法で算出される伝搬時間ｔ₁とｔ₂は等しくなり、流量誤差は生じない。

しかし、流体の流れがあるときには、超音波受信信号Ｓ_u→dと超音波受信信号Ｓ_d→uには図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示したようにずれ（時間差）が生じる。図４（Ａ）は流体の流れがあるときに超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに対して位相０°のノイズＮが重畳する様子を説明する図、図４（Ｂ）は同じく流体の流れがあるときに超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに対して位相１８０°のノイズＮが重畳する様子を説明する図である。上記と同様に、図４（Ａ）、図４（Ｂ）の例では、ノイズＮの位相は水温等の影響を受けず、ノイズＮは超音波の周波数（例１．３ＭＨｚ）と同程度の周波数と仮定している。

流体の流れがあると、超音波センサ３から超音波センサ４（上流→下流）への超音波受信信号Ｓ_u→dと超音波センサ４から超音波センサ３（下流→上流）への超音波受信信号Ｓ_d→uの到達位置が変化するので、超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに対してノイズＮが異なる位相で加算される。このため、超音波受信信号Ｓ_u→dの振幅Ｙ_u→dと超音波受信信号Ｓ_d→uの振幅Ｙ_d→uが異なる変化を示し、信号強度に差が生じる。すなわち、相関法で算出される伝搬時間差Δｔとゼロクロス法で算出される伝搬時間ｔ₁，ｔ₂に誤差が生じる。

次に、超音波受信信号とノイズの位相差による流量誤差を計算する。ここでは、図５（Ａ）に示すような周波数１．３ＭＨｚの超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに、図５（Ｂ）に示すような同周波数のノイズＮ（位相は０°〜３５９°）を足し合わせると、信号強度差と流量誤差とがどうなるのかについて計算した。具体的には、ノイズＮによる超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uのゼロクロス点の変化について計算した。なお、図５（Ｂ）のＮ₀，Ｎ₉₀，Ｎ₁₈₀，Ｎ₂₇₀は超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに対してそれぞれ位相が０°，９０°，１８０°，２７０°ずれたノイズＮの波形を示している。

ノイズＮが混入しない場合の超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uは、ノイズＮが混入しないときの超音波信号の振幅をＡ_S、超音波信号の周波数をｆ［Ｈｚ］、角速度をω［ｒａｄ／ｓ］、順方向と逆方向の超音波信号の伝搬時間差をΔｔ［ｎｓ］とすると、式（７）、式（８）のように表すことができる。周知のとおり、角速度ωは２πｆと等しい。
Ｓ_u→d＝Ａ_Sｓｉｎωｔ ・・・（７）
Ｓ_d→u＝Ａ_Sｓｉｎ（ωｔ＋Δｔ） ・・・（８）

また、ノイズＮが混入した場合の超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uは、ノイズＮの振幅をＡ_N、ノイズＮの位相差をφ［°］とすると、式（９）、式（１０）のように表すことができる。
Ｓ_u→d＝Ａ_Sｓｉｎωｔ＋Ａ_Nｓｉｎ（ωｔ＋φ） ・・・（９）
Ｓ_d→u＝Ａ_Sｓｉｎ（ω（ｔ＋Δｔ））＋Ａ_Nｓｉｎ（ωｔ＋φ） ・・・（１０）

図６はノイズＮが混入した超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uの波形を式（９）、式（１０）を基に計算した結果を示す図、図７は図６の６０の部分を拡大した図、図８は図６の６１の部分を拡大した図である。図７〜図８において、Ｓ_u→d0，Ｓ_u→d90，Ｓ_u→d180，Ｓ_u→d270はそれぞれ超音波受信信号Ｓ_u→dに位相０°，９０°，１８０°，２７０°のノイズＮが混入したときの波形を示し、Ｓ_d→u0，Ｓ_d→u90，Ｓ_d→u180，Ｓ_d→u270はそれぞれ超音波受信信号Ｓ_d→uに位相０°，９０°，１８０°，２７０°のノイズＮが混入したときの波形を示している。

図７〜図８によれば、超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに位相差がついたノイズＮが加わると、超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uのずれが大きくなり、超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uの強度に大きな差が生じることが分かる。上記のとおり、強度差が生じることで誤差が発生する。

図９、図１０に、ノイズＮの位相と、流量誤差および超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uの強度差との関係を計算した結果を示す。ここでは、ノイズＮが混入する場合としない場合の流量Ｑを相関法を用いて計算して流量誤差を求めている。図９は伝搬時間差Δｔが８０［ｎｓ］で、ノイズＮが混入しないときの信号強度の最大値が２５０００、ノイズＮの強度の最大値が５００の場合の結果を示し、図１０は伝搬時間差Δｔが４０［ｎｓ］で、ノイズＮが混入しないときの信号強度の最大値が２５０００、ノイズＮの強度の最大値が５００の場合の結果を示しており、図中の１００は流量誤差、１０１は強度差を示している。

図９、図１０に示した計算結果から、ノイズＮの大きさと、超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uの強度差Ｖ’はほぼ比例関係にあり、また強度差Ｖ’と流量誤差もほぼ比例関係にあることが分かる。さらに、伝搬時間差Δｔおよび強度差Ｖ’と流量誤差Ｅも次式のような比例関係にある。
Ｅ［％］∝Δｔ×｜Ｖ’｜ ・・・（１１）

なお、超音波受信信号Ｓ_u→dの強度の最大値をＹ_Maxu→d、超音波受信信号Ｓ_d→uの強度の最大値をＹ_Maxd→uとすれば、これら最大値の差である強度差Ｖ’の絶対値は式（１２）のようになる。
｜Ｖ’｜＝｜Ｙ_Maxu→d−Ｙ_Maxd→u｜ ・・・（１２）

なお、超音波受信信号Ｓ_u→dの強度の最小値をＹ_MINu→d、超音波受信信号Ｓ_d→uの強度の最小値をＹ_MINd→uとすれば、これら最小値の差である強度差Ｖ’の絶対値は式（１３）のようになる。
｜Ｖ’｜＝｜Ｙ_MINu→d−Ｙ_MINd→u｜ ・・・（１３）

式（１１）によれば、超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uの強度差Ｖ’を観察することで流量誤差Ｅが推定できることが分かる。したがって、流量誤差Ｅがノイズの影響で大きいと疑われるときは、警報を発して超音波流量計の健全性を保つことが可能となる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。本実施の形態の超音波流量計は、測定対象の流体２（水等の液体）が流れる配管１と、配管１に取り付けられた超音波センサ３，４と、送信部６と、受信部７と、流量測定部８と、判定部９と、出力部１０とを備えている。判定部９は、強度差算出部９０と、乗算値算出部９１と、比較部９２とから構成される。

超音波センサ３，４の配置と超音波信号の伝搬経路については図１（Ａ）、図１（Ｂ）で説明したとおりである。送信部６は、超音波センサ３，４に対して駆動用の送信パルスを供給する。これにより、超音波センサ３，４は、送信部６からの送信パルスに応じて、配管１内を流れる流体２に対して斜め方向に超音波信号を送信する。

超音波センサ４は、超音波センサ３から送出された超音波信号の反射信号を受信し、超音波センサ３は、超音波センサ４から送出された超音波信号の反射信号を受信する。
受信部７は、それぞれ超音波センサ３，４で得られた超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uに対して増幅等の処理を行う。

流量測定部８は、受信部７から出力された超音波受信信号Ｓ_u→d，Ｓ_d→uを基に、流体２の流速Ｖおよび流量Ｑを算出する。流速Ｖおよび流量Ｑの算出方法としては、ゼロクロス法（例えば特許文献１参照）、相関法（例えば特許文献２参照）があるが、周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。

図１２は本実施の形態の超音波流量計における流量精度の健全性判定処理を説明するフローチャートである。
判定部９の強度差算出部９０は、受信部７から出力された超音波受信信号Ｓ_u→dの最大値Ｙ_Maxu→dを取得すると共に（図１２ステップＳ１）、受信部７から出力された超音波受信信号Ｓ_d→uの最大値Ｙ_Maxd→uを取得し（図１２ステップＳ２）、強度差Ｖ’の絶対値｜Ｖ’｜を式（１２）により算出する（図１２ステップＳ３）。

判定部９の乗算値算出部９１は、強度差算出部９０が算出した強度差Ｖ’の絶対値｜Ｖ’｜と伝搬時間差Δｔとの乗算値Δｔ×｜Ｖ’｜を算出する（図１２ステップＳ４）。伝搬時間差Δｔは、超音波受信信号Ｓ_u→dと超音波受信信号Ｓ_d→uのそれぞれをサンプリングして、サンプリングした超音波受信信号Ｓ_u→dの波形データと超音波受信信号Ｓ_d→uの波形データとの相互相関演算を行い、相関関数から伝搬時間差Δｔを算出すればよい。このような伝搬時間差Δｔの求め方は特許文献２に開示されている。

判定部９の比較部９２は、乗算値算出部９１が算出した乗算値Δｔ×｜Ｖ’｜と所定の許容強度差Ｖａとを比較する（図１２ステップＳ５）。比較部９２は、乗算値Δｔ×｜Ｖ’｜が許容強度差Ｖａより大きい場合、流量精度が健全でないことを示す警報信号を出力する（図１２ステップＳ６）。許容強度差Ｖａは、Ｓ／Ｎ（signal-to-noise）比や、流量の許容精度を考慮して予め設定しておけばよい。

出力部１０は、流量測定部８の算出結果と、判定部９の判定結果とを出力する。流量測定部８の算出結果の出力方法としては、例えば出力部１０による表示などがあり、また算出結果の情報を外部に送信するようにしてもよい。同様に、比較部９２の判定結果の出力方法としては、出力部１０による表示や、警報を知らせるランプの点滅あるいは音声出力などがあり、判定結果の情報を外部に送信するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態では、超音波流量計の流量精度の健全性を簡単な構成で判定することができる。特許文献３に開示された超音波流量計では、流体の温度と圧力を取得しなければならない。これに対して、本実施の形態では、順方向と逆方向の超音波受信信号の強度差を利用することにより、流体の温度と圧力を取得しなくても、流量精度の健全性を判定することができる。流体の温度と圧力で超音波受信信号の大きさが変わっても、流量誤差に与える影響は、超音波受信信号の大きさとノイズの大きさの比率によって決まる。

また、特許文献３に開示された超音波流量計では、流体の種類と流体の温度と流体の圧力の様々な組み合わせについて対応する理論増幅率を登録したデータベースを予め作成しておく必要があるが、本実施の形態では、許容強度差Ｖａを予め設定しておくだけでよく、データベースを不要にすることができる。また、本実施の形態では、強度差Ｖ’を計測することで、超音波センサ３，４の劣化または気泡等の計測異常を検知することができる。

なお、上記の例では、強度差Ｖ’を超音波受信信号の最大値から求めているが、最小値から求めるようにしてもよい。すなわち、強度差算出部９０は、受信部７から出力された超音波受信信号Ｓ_u→dの最小値Ｙ_MINu→dを取得すると共に、受信部７から出力された超音波受信信号Ｓ_d→uの最小値Ｙ_MINd→uを取得し、強度差Ｖ’の絶対値｜Ｖ’｜を式（１３）により算出するようにしてもよい。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１３は本発明の第２の実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図であり、図１１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の超音波流量計は、配管１と、超音波センサ３，４と、送信部６と、受信部７と、流量測定部８と、判定部９ａと、出力部１０とを備えている。判定部９ａは、比較部９２と、振幅差算出部９３と、乗算値算出部９４とから構成される。

超音波センサ３，４と送信部６と受信部７と流量測定部８の動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。
図１４は本実施の形態の超音波流量計における流量精度の健全性判定処理を説明するフローチャートである。判定部９ａの振幅差算出部９３は、受信部７から出力された超音波受信信号Ｓ_u→dの振幅Ｙ_u→dを取得すると共に（図１４ステップＳ１０）、受信部７から出力された超音波受信信号Ｓ_d→uの振幅Ｙ_d→uを取得し（図１４ステップＳ１１）、振幅差Ｙ’の絶対値｜Ｙ’｜を算出する（図１４ステップＳ１２）。
｜Ｙ’｜＝｜Ｙ_u→d−Ｙ_d→u｜ ・・・（１４）

判定部９ａの乗算値算出部９４は、振幅差算出部９３が算出した振幅差Ｙ’の絶対値｜Ｙ’｜と伝搬時間差Δｔとの乗算値Δｔ×｜Ｙ’｜を算出する（図１４ステップＳ１３）。伝搬時間差Δｔの求め方は上記のとおりである。

判定部９ａの比較部９２は、乗算値算出部９４が算出した乗算値Δｔ×｜Ｙ’｜と所定の許容振幅差Ｙａとを比較する（図１４ステップＳ１４）。比較部９２は、乗算値Δｔ×｜Ｙ’｜が許容振幅差Ｙａより大きい場合、流量精度が健全でないことを示す警報信号を出力する（図１４ステップＳ１５）。許容振幅差Ｙａは、Ｓ／Ｎ比や、流量の許容精度を考慮して予め設定しておけばよい。

出力部１０は、第１の実施の形態と同様に、流量測定部８の算出結果と、判定部９ａの判定結果とを出力する。
こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

第１、第２の実施の形態で説明した超音波流量計のうち少なくとも流量測定部８と判定部９，９ａとは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、超音波流量計に適用することができる。

１…配管、２…流体、３，４…超音波センサ、６…送信部、７…受信部、８…流量測定部、９，９ａ…判定部、１０…出力部、９０…強度差算出部、９１，９４…乗算値算出部、９２…比較部、９３…振幅差算出部。

Claims (3)

1. 測定対象の流体が流れる配管と、
   この配管の上流と下流に配置された１対の超音波センサと、
   上流側の前記超音波センサから送出され下流側の前記超音波センサで受信された第１の超音波受信信号の最大値と下流側の前記超音波センサから送出され上流側の前記超音波センサで受信された第２の超音波受信信号の最大値との差の絶対値、または前記第１の超音波受信信号の最小値と前記第２の超音波受信信号の最小値との差の絶対値を算出する強度差算出手段と、
   前記第１の超音波受信信号と前記第２の超音波受信信号の伝搬時間差と、前記強度差算出手段が算出した強度差の絶対値との乗算値を算出する乗算値算出手段と、
   この乗算値算出手段が算出した乗算値が所定の許容強度差より大きい場合に、警報を出力する比較手段とを備えることを特徴とする超音波流量計。
2. 測定対象の流体が流れる配管と、
   この配管の上流と下流に配置された１対の超音波センサと、
   上流側の前記超音波センサから送出され下流側の前記超音波センサで受信された第１の超音波受信信号の振幅と下流側の前記超音波センサから送出され上流側の前記超音波センサで受信された第２の超音波受信信号の振幅との差の絶対値を算出する振幅差算出手段と、
   前記第１の超音波受信信号と前記第２の超音波受信信号の伝搬時間差と、前記振幅差算出手段が算出した振幅差の絶対値との乗算値を算出する乗算値算出手段と、
   この乗算値算出手段が算出した乗算値が所定の許容振幅差より大きい場合に、警報を出力する比較手段とを備えることを特徴とする超音波流量計。
3. 請求項１または２記載の超音波流量計において、
   前記乗算値算出手段は、前記第１の超音波受信信号および前記第２の超音波受信信号の波形データ相互の相関関数から前記伝播時間差を求めることを特徴とする超音波流量計。