JP2019082335A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な伝搬時間を計測可能な超音波流量計の提供。【解決手段】本発明の超音波流量計１は、一対の超音波センサＳ１，Ｓ２と、当該超音波センサＳ１が受信した受信波を取込み当該受信波に対応する包絡波を得るための実数、虚数、基準周期パルスをそれぞれ出力する直交検波処理部３０と、前記包絡波のの測定点を決定する波高値・到達時刻検出処理部４０と、前記包絡波の測定点および前記基準周期パルスに基づいて受信波に対応する受信波の伝搬時間を演算する伝搬時間計測処理部５０とを備える。前記伝搬時間計測処理部５０は、ゼロクロス検出部４５により求められた包絡波の測定点に対応する基準周期パルスおよびバースト波の開始点に相当する基準クロック信号に基づいてバースト波の発信完了から受信波の受信までに要した伝搬時間を求める。【選択図】図２

Description

本発明は、配管内を流れる流体の流速を計測するものであり、特に前記流体中を通過させた超音波の伝搬時間の差に基づいて当該流体の瞬時流量を算出する超音波流量計に関する。

従来の超音波流量計は、特許文献１に示されるように、流体を流す配管に取り付けられ所定周期の超音波を送受信可能な一対の超音波センサと、この超音波センサにより受信された受信波の伝搬時間を計測するための基準になる基準クロック信号および当該基準クロック信号に対して９０度だけ位相をシフトさせた異相クロック信号を発する発振器と、前記超音波センサに受信された受信波を並列に分岐して出力し分岐された一方の受信波に前記基準クロック信号を乗じて実数を出力する第１の乗算器およびローパスフィルタと、他方の受信波に前記異相クロック信号を乗じて虚数を出力する第２のローパスフィルタと、これら第１、第２の乗算器およびローパスフィルタから出力される前記実数および前記虚数に基づき前記受信波の包絡波を求めて前記受信波に係る伝搬時間を評価する評価ユニットとを備えて成る。

前記評価ユニットは、前記実数の二乗と前記虚数の二乗との和から求めた振幅および前記基準クロック信号に基づいて前記包絡波を求めるよう構成され、求めた前記包絡波の重心位置を基準に前記受信波に係る伝搬時間を評価可能に構成されている。

このように構成された従来の超音波流量計は、一方の超音波センサから発信され他方の超音波センサに受信された第１の受信波に係る第１の伝搬時間と、他方の超音波センサから発信され一方の超音波センサに受信された第２の受信波に係る第２の伝搬時間との差を演算して、この伝搬時間の差に基づき流体の流速や瞬時流量を計測処理している。つまり、従来の超音波流量計は、前記受信波または包絡波の振幅に依存しない包絡波の重心位置に基づいて前記伝搬時間を演算できるという特徴がある。

特許第4904289号

しかしながら、従来の超音波流量計は、求める前記包絡波の重心位置を、全ての受信波が超音波センサに到達し終えるまでのデータ（受信波の振幅および基準クロック信号に相当）を収集し、この収集した膨大な数のデータを演算し続け求めている。したがって、従来の超音波流量計は、この演算処理に係る負担が大きいという問題があった。

本発明に係る超音波流量計は、所定周期のバースト波を発信するとともにこのバースト波から変化した受信波を受信する一対の超音波センサと、前記受信波の伝搬時間を求めるための基準クロック信号を外部出力する基準クロック発信部と、前記受信波および前記基準クロック信号を取込み当該受信波に対応する包絡波を得るための実数、虚数、基準周期パルスをそれぞれ出力する直交検波処理部と、前記直交検波処理部および前記基準クロック発信部に接続され前記実数および虚数に基づいて前記包絡波の波高値を都度演算するとともに当該波高値に対応する前記基準周期パルスから包絡波の測定点を決定する波高値・到達時刻検出処理部と、この波高値・到達時刻検出処理部によって得られた包絡波の測定点および前記基準周期パルスに基づいて前記受信波に対応する受信波の伝搬時間を演算する伝搬時間計測処理部とを備えて成り、前記直交検波処理部は、前記バースト波と同じ位相に設定された基準位相信号および当該基準位相信号に対して９０度異なる位相に設定された異相信号をそれぞれ出力する位相信号発生器と、前記受信波に相当する信号を並列出力するとともにこの並列出力された信号に前記基準位相信号を付与して実数を算出する実数算出部と、残る並列出力された信号に前記異相信号を付与して虚数を算出する虚数算出部と、前記基準位相信号または前記異相信号の何れかを前記バースト波に対する基準周期パルスとして出力する基準周期パルス出力部とを備え、前記波高値・到達時刻検出処理部は、前記実数算出部、虚数算出部、基準周期パルス出力部から出力される前記実数、虚数、基準周期パルスを記憶するメモリ部と、前記実数および虚数に基づいて前記包絡波における波高値を都度演算する波高値演算部と、この波高値演算部で求めた複数の前記波高値から１つの受信波に対応する最大波高値を予め設定された波高値設定値で除しこの除した値を予め設定された閾値設定値に乗じて閾値を求める閾値演算部と、前記メモリ部に記憶した実数、虚数、基準周期パルスに基づき別途演算された包絡波の再演算波高値および前記閾値を比較し前記再演算波高値が当該閾値を超えれば予備トリガ信号を発する閾値超越判定部と、この閾値超越判定部から発せられた予備トリガ信号を取込むとともに前記メモリ部から前記閾値を超えた時点の前記メモリ部へ記憶された前記実数、虚数、基準周期パルスを順次読出し包絡波の測定点を決定して当該測定点に対応する実数および虚数を出力するゼロクロス検出部とを備え、前記伝搬時間計測処理部は、前記ゼロクロス検出部から出力された実数および虚数に基づいて前記受信波の位相遅れに相当する伝搬時間を求めることを特徴とする。なお、前記波高値・到達時刻検出処理部は、前記波高値演算部により求めた前記包絡波の最大波高値に基づき次回得る包絡波も同等の波高値となるように補正処理するゲイン処理部に接続されて成り、前記波高値検出部は、前記実数の二乗と虚数の二乗との和に予め設定された比例係数を乗じて前記包絡波の波高値を演算処理して成り、前記ゲイン処理部は、前記直交検波処理部へ入力される直前の受信波を前回の受信波と同等の最大波高値となるよう補正処理して成ることが好ましい。

以上説明したように本発明に係る超音波流量計は、包絡波の伝搬時間の測定基準となる前記測定点を決定した上で、当該包絡波の波高値および位相位置をメモリ部に保存されたデータに基づいて演算できるので、当該包絡波の伝搬時間を正確に測定できるという利点がある。また、このように、本発明に係る超音波流量計は、包絡波の波高値全てを演算することなく、前記閾値に到達した後のデータを演算して伝搬時間を求めるので、従来に比べて演算処理回数を低減することができ、当該演算処理に係る負荷を低減できるという利点もある。

さらに、本発明に係る超音波流量計は、実数の二乗と虚数の二乗の和に予め選択された比例係数を乗じ包絡波の振幅を都度算出する波高値演算部および当該波高値演算部で求めた最大波高値に基づいて次回測定する包絡波の最大振幅を同等になるよう調整するゲインを記憶するゲイン処理部を備えるので、方向性を同じにする受信波のレベルを揃えた上で伝搬時間を正確に測定できるという利点もある。

本発明に係る超音波流量計の全体図であり、（ａ）は一方の超音波センサから発信されたバースト波が流体の流れ方向に沿って伝搬される状態を示し、（ｂ）は他方の超音波センサから発信されたバースト波が流体の流れ方向に逆らって伝搬される状態を示す。 本発明に係る超音波流量計のブロック図である。 本発明に係る直交検波処理部のブロック図である。 本発明に係る波高値・到達時刻検出処理部のブロック図である。

本発明に係る超音波流量計１は、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２に示すように、所定周期のバースト波を発信するとともにこのバースト波から変化した受信波を受信する一対の超音波センサＳ１，Ｓ２と、前記バースト波を生成するための信号を発生するとともに前記受信波を収集して当該受信波の伝搬時間を計測する超音波処理ユニット１０とを備えて成る。

前記超音波センサＳ１，Ｓ２は、流体を流すための配管９０の外周に取り付けられており、それぞれが配管９０の長さ方向へ離れる位置に取り付けられている。また、超音波センサＳ１，Ｓ２は、何れも前記バースト波を発信または前記受信波を受信可能に構成されており、前記超音波処理ユニット１０の指令を受けてバースト波の発信と受信波の受信を切り替えられるよう構成されている。

前記超音波処理ユニット１０は、普遍的な時間に相当する信号を常時発信する基準クロック発信部２０と、この基準クロック発信部２０から発せされた信号に基づき超音波センサＳ１（Ｓ２）へ前記バースト波を発するよう指令するバースト波発生器２１と、このバースト波発生器２１に接続され前記超音波センサＳ１，Ｓ２の送受信を切り替える送受信経路切替制御部２２と、この送受信経路切替制御部２２を通過した前記受信波を通過させる受信波通過部２３と、この受信波通過部２３を通過した前記受信波を取り入れ予め設定された増幅率に基づきアナログ信号を出力するゲイン処理部２５と、このゲイン処理部２５から出力された前記アナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄコンバータ２６と、このＡ／Ｄコンバータ２６および前記基準クロック発信部２０に接続された直交検波処理部３０と、この直交検波処理部３０および前記基準クロック発信部２０に接続され前記受信波に相当する包絡波の波高値の演算と当該包絡波の測定点を決定する波高値・到達時刻検出処理部４０と、この波高値・到達時刻検出処理部４０に接続され前記受信波の伝搬時間を計測する伝搬時間計測処理部５０とを備える。

前記基準クロック発信部２０は、これに接続された各ユニットを動作させるための基準クロック信号を発信するよう構成されており、基準クロック信号は、前記受信波の伝搬時間を求めるために紐付けされた後記基準周期パルスの生成の基となる最も短い時間間隔でＯＮとＯＦＦとに順次切り替わる連続的に発せられるパルス信号である。

前記バースト波発生器２１は、基準クロック発信部２０から発せられる前記基準クロック信号を整数Ｎだけ分周した所定周期のパルス信号を出力して成り、この所定周期のパルス信号を前記超音波センサＳ１またはＳ２の何れかへ発信して成る。

前記送受信経路切替部２２は、超音波センサＳ１，Ｓ２の送信または受信を切り替える回路であり、一方の超音波センサＳ１が受信可能な時には他方の超音波センサＳ２が送信可能な状態になっており、これら双方の超音波センサＳ１，Ｓ２に接続される経路を切り替えるよう構成されている。

前記直交検波処理部３０は、図３に示すように、前記受信波および前記基準クロック信号を取込み当該受信波に対応する包絡波を得るための実数、虚数、基準周期パルスをそれぞれ出力するよう構成されている。また、この直交検波処理部３０は、バースト波と同じ位相になるように設定された基準位相信号および当該基準位相信号に対して９０度異なる位相になるよう設定された異相信号をそれぞれ出力する位相信号発生器３１と、前記受信波に相当する信号を並列出力するとともにこの並列出力された信号に前記基準位相信号を付与して実数３３ａを算出する実数算出部３２ａと、残る並列出力された信号に前記異相信号を付与して虚数３３ｂを算出する虚数算出部３２ｂと、前記基準位相信号または前記異相信号の何れかを前記バースト波に対する基準周期パルス３３ｃとして出力する基準周期パルス出力部３２ｃとを備えて成る。

前記位相信号発生器３１は、基準クロック発信部２０の基準クロック信号を基準位相信号へ変換して出力する基準位相信号発生器３１ａと、前記基準クロック信号を前記基準位相信号の位相と９０度異なる異相信号へ変換して出力する異相信号発生器３１ｂとを備える。

前記実数算出部３２ａは、基準位相信号発生器３１ａおよびＡ／Ｄコンバータ２６に接続されており、Ａ／Ｄコンバータ２６から出力されるデジタル信号および前記基準位相信号に基づいて演算した結果である実数３３ａを出力するよう構成されている。

前記虚数算出部３２ｂは、異相信号発生器３１ｂおよびＡ／Ｄコンバータ２６に接続されており、Ａ／Ｄコンバータ２６から出力されるデジタル信号および異相信号に基づいて演算した結果である虚数３３ｂを出力するよう構成されている。

前記基準周期パルス出力部３２ｃは、位相信号発生器３１に接続されており、実数算出部３２ａまたは虚数算出部３２ｂの何れか一方の信号を取り込むとともにこの取り込んだ基準位相信号または異相信号に同期した信号を前記基準周期パルス３３ｃとして出力するよう構成される。つまり、前記基準周期パルスは、前述のバースト波発生器２１と同様に前記基準クロック信号を整数Ｎだけ分周した信号となっている。

前記波高値・到達時刻検出処理部４０は、図４に示すように、前記直交検波処理部３０および基準クロック発信部２０に接続され実数３３ａおよび虚数３３ｂに基づいて前記包絡波の波高値を都度演算するとともに当該波高値に対応する基準周期パルス３３ｃから包絡波の測定点を決定するよう構成される。

また、この波高値・到達時刻検出処理部４０は、実数算出部３２ａ、虚数算出部３２ｂ、基準周期パルス出力部３２ｃから出力される各情報を順次記憶するメモリ部４１と、前記実数３３ａおよび前記虚数３３ｂに基づいて前記包絡波における波高値を都度演算する波高値演算部４２と、この波高値演算部４２で求めた複数の前記波高値から１つの受信波に対応する最大波高値を取り込み当該最大波高値に基づき閾値を演算する閾値演算部４３と、前記メモリ部４１に記憶された情報から包絡波の振幅を都度再演算するとともに前記閾値演算部４３により求められた閾値を比較して予備トリガ信号を出力可能な閾値超越判定部４４と、この閾値超越判定部４４から発せられた予備トリガ信号を取込むとともに前記包絡波の伝搬時間の測定点を決定するゼロクロス検出部４５とを備えて成る。

前記メモリ部４１は、前記バースト波の発信完了時点から前記実数３３ａ、虚数３３ｂ、基準周期パルス３３ｃの数値を同じアドレス番号に記憶し、これを前記基準クロック信号のＯＮ、ＯＦＦの度に繰り返す。

前記波高値演算部４２は、前記実数の二乗と虚数の二乗との和に予め設定された比例係数を乗じて前記包絡波の波高値を演算処理して成り、ここで求めた前記包絡波の最大波高値を前記ゲイン処理部２５および閾値演算部４３へそれぞれ出力して成る。

前記閾値演算部４３は、波高値演算部４２から出力された最大波高値を予め設定した波高値設定値で除し、この除した値を同じく予め設定した閾値設定値に乗じた閾値を演算するよう構成されており、求めた閾値を前記閾値超越判定部４４へ入力して成る。

前記閾値超越判定部４４は、リアルタイムで求められた前記閾値と前記メモリ部４１に記憶された実数、虚数を読み出して別途演算された包絡波の波高値とを比較しており、演算された当該波高値が前記閾値を超えれると予備トリガ信号を発するよう構成されている。この予備トリガ信号は、前記ゼロクロス検出部４５へ入力される。

前記ゼロクロス検出部４５は、前記予備トリガ信号を入力されることで当該予備トリガ信号を発せられるきっかけとなった実数、虚数に対応するアドレス番号からこれ以降のメモリ部４１に記憶した各情報（実数、虚数、基準周期パルス）をアドレス番号順に取り込む。また、ゼロクロス検出部４５は、予め設定されているカウント数に基づいて前述の順に取込んだ基準周期パルスのＯＮ（１）・ＯＦＦ（０）の立ち上がり回数（以下、立ち上がり個数という）をアドレス番号順にカウントしている。さらに、ゼロクロス検出部４５は、前記立ち上がり個数が予め設定したカウント数に到達した時点のアドレス番号とこのアドレス番号に対応する実数および虚数を前記伝搬時間計測処理部５０へ出力して成る。

前記ゲイン処理部２５は、前記波高値・到達時刻検出処理部４０から出力される前記包絡波の最大波高値をゲイン値として一時的に記憶するゲイン記憶部２５ａと、このゲイン記憶部２５ａに記憶されたゲイン値を読み出して前記増幅率を登録しこの増幅率に基づき前記受信波通過部２３を通過した受信波の振幅を調整するゲインアンプ２５ｂとを備えて成る。このゲインアンプ２５ｂを通過して調整されたアナログ信号は、前記Ａ／Ｄコンバータ２６によってデジタル信号へ変わり前記直交検波処理部３０へ入力される。このように構成されたゲイン処理部２５は、前記直交検波処理部３０へ入力される直前の受信波を前回の受信波と同等の最大波高値となるよう補正処理することを可能とする。

前記伝搬時間計測処理部５０は、ゼロクロス検出部４５から出力された前記虚数３３ｂおよび前記実数３３ａに基づいて前記バースト波に対する受信波の位相遅れ分を加味した伝搬時間を演算するように構成されている。

具体的に前記伝搬時間は、前記バースト波の発信完了から包絡波の測定点に到達する直前までの時間と、この測定点に到達する直前から前記測定点に到達するまでの時間とに分けられこれら２つの時間が加算され求められている。

前述の前者の時間は、前記バースト波の発信完了時点から前記包絡波の測定点に到達する直前の基準周期パルスの立ち上がり回数および前記基準クロック信号のＯＮから次のＯＮまでに要する時間（以下、基準クロック信号の単位時間という）に基づいて演算され、大まかな伝搬時間となっている。一方、後者の時間は、一例として前記整数Ｎに前記基準クロック信号の単位時間を乗じ、この値を２πで除し、さらにこの除した値をａｔａｎ２（虚数，実数）に乗じて求められており、細かな伝搬時間となっている。これらそれぞれ求められた大まかな伝搬時間と細かな伝搬時間との和が最終的に伝搬時間計測処理部５０で演算される位相遅れ分を加味した伝搬時間として演算される。よって、図１（ａ）または図１（ｂ）に示すような配管９０内へ伝搬されるバースト波の発信完了を基準にして、さらにこの発信完了から他方の超音波センサＳ２（Ｓ１）に当該受信波が到達したことを検知して、一方向の超音波の伝搬時間を求めることが可能となる。

このように構成された超音波流量計１は、前記配管９０内を流れる流体（図示せず）の流速を計測するものである。まず、図１（ａ）に示すように、超音波センサＳ１から前記バースト波が発信され配管９０内を反射し受信波へ変化した第１の信号を超音波センサＳ２により受信して、前記流体の流れ方向に沿って伝搬した第１の伝搬時間を計測する。この後、前記送受信経路切替制御部２２が作動してバースト波を発信する超音波センサＳ１，Ｓ２の切り替えが行われる。これにより、図１（ｂ）に示すように、超音波センサＳ２から前記バースト波が発信され配管９０内を反射し受信波へ変化した第２の信号を超音波センサＳ１により受信して、前記流体の流れ方向とは逆方向へ伝搬した第２の伝搬時間を計測する。また、これら前記第１の伝搬時間と前記第２の伝搬時間との差が求められ、この得られた差に基づいて流体の瞬時流量が都度計測される。

以下、図１（ｂ）および図２ないし図４を用いて前記超音波処理ユニット１０の内部処理について説明する。前記基準クロック発信部２０が前記基準クロック信号を前記バースト波発生器２１、直交検波処理部３０、波高値・到達時刻検出処理部４０へ発信する。これを受けて前記バースト波発生器２１は、前記基準クロック信号を所定周期分だけ前記送受信経路切替制御部２２を介して前記超音波センサＳ２へ出力するとともに残りの周期分は超音波センサＳ２へ出力されないようマスク処理する。

これにより、例えば１０周期分の基準クロック信号が前記超音波センサＳ２へ入力されてバースト波が配管９０内の流体を介し減衰される。この減衰された受信波は、やがて他方の超音波センサＳ１によって受信され、前記送受信切替制御部２２、受信波通過部２３を順に通過して前記ゲイン処理部２５へ入力される。

このゲイン処理部２５へ入力される受信波は、前述したように減衰された所謂アナログ信号であるが、このゲイン処理部２５を通過することでこのアナログ信号の振幅が高くなるよう増幅される。この増幅されたアナログ信号は、前記Ａ／Ｄコンバータ２６へ入力されて当該Ａ／Ｄコンバータ２６から出力されることでデジタル信号へ変換され、当該デジタル信号が前記直交検波処理部３０へ入力される。

この直交検波処理部３０へ入力されたデジタル信号は、前記実数算出部３２ａおよび前記虚数算出部３２ｂへそれぞれ入力される。

これと同様に、直交検波処理部３０へ入力される基準クロック信号は、位相信号発生器３１から出力される際、前記基準位相信号および前記異相信号に変換されこれら変換された基準位相信号は実数算出部３２ａへ入力される一方、前記異相信号は虚数算出部３２ｂへ入力される。

また、前記基準位相信号発生器３１ａから出力された前記基準位相信号または前記異相信号の何れか１つは、前記基準周期パルス出力部３２ｃを通過して前記基準周期パルス３３ｃとして前記波高値・到達時刻検出力処理部４０へ入力される。

さらに、前記実数算出部３２ａは、前記デジタル信号および前記基準位相信号に基づき前記実数３３ａを波高値・到達時刻検出処理部４０へ入力する。これと同様に前記虚数算出部３２ｂは、前記デジタル信号および前記異相信号に基づき前記虚数３３ｂを波高値・到達時刻検出処理部４０入力する。このように直交検波処理部３０は、前記受信波に対応する実数３３ａおよび虚数３３ｂ、受信波の位相の基準となる基準周期パルス３３ｃを連続的に出力している。

次に、前記波高値・到達時刻検出処理部４０は、上述の実数３３ａ、虚数３３ｂ、基準周期パルス３３ｃおよび前記基準クロック発信部２０から入力される基準クロック信号を前記メモリ部４１へ順次記憶する。また、前記実数３３ａ、虚数３３ｂについては、前記メモリ部４１の他に前記波高値演算部４２へも随時入力されている。

前記波高値演算部４２は、これに入力された実数３３ａ、虚数３３ｂおよび予め設定された比例係数を用いて前記受信波に相当する包絡波の波高値を演算処理する。ここで波高値を求めるための式は、実数３３ａの二乗と虚数３３ｂの二乗の和に前記比例係数を乗じるというものである。また、波高値演算部４２は、この包絡波の波高値を随時演算するとともに１つの伝搬時間を測定するために必要な１つの包絡波の最大波高値を判断してこの最大波高値を前記閾値演算部４３と、前記ゲイン処理部２５とへそれぞれ出力する。

前記最大波高値が入力された閾値演算部４３は、この最大波高値を前記波高値設定値で除し、この除した値を前記閾値設定値に乗じた値（以下、閾値という）を求め、当該閾値を前記閾値超越判定部４４へ入力する。

これを受けて前記閾値超越判定部４４は、前記メモリ部４１に一端記憶した実数、虚数に基づいて包絡波の振幅を随時演算するとともに、演算した振幅および前記閾値を比較する。また、前記振幅が閾値を超えれば、カウントスタート信号を前記ゼロクロス検出部４５へ入力する。

このカウントスタート信号を受信したゼロクロス検出部４５は、前記閾値を超えた時点の実数および虚数を前記メモリ部４１から読み出すとともに、これら実数および虚数のアドレス番号から順次次のアドレス番号に記憶された前記実数、虚数、基準周期パルスを読み出す。さらに、ゼロクロス検出部４５は、当該基準周期パルスの立ち上がり回数をカウントしてこのカウント回数が予め設定されている回数に到達した時点のアドレス番号に記憶されている実数、虚数を前記伝搬時間計測処理部５０へ出力する。

この伝搬時間計測処理部５０は、前記虚数３３ｂおよび前記実数３３ａから位相遅れに相当する時間と、上述のバースト波の発信完了から包絡波の測定点の直前までの時間との和を演算し、前記超音波センサＳ２がバースト波を発信完了してから、前記超音波センサＳ１が受信波を受信した前記包絡波の測定点までの伝搬時間を算出する。なお、この超音波センサＳ２から超音波センサＳ１への伝搬に要した伝搬時間が上述した第２の伝搬時間に相当する。

以上説明したように本発明に係る超音波流量計１は、包絡波の伝搬時間の測定基準となる前記測定点を決定した上で、当該包絡波の波高値および位相位置をメモリ部に保存されたデータに基づいて演算できるので、当該包絡波の伝搬時間を正確に測定できるという利点がある。また、このように、本発明に係る超音波流量計１は、包絡波の波高値全てを演算することなく、前記閾値に到達した後のデータを演算して伝搬時間を求めるので、従来に比べて演算処理回数を低減することができ、当該演算処理に係る負荷を低減できるという利点もある。しかも、本発明に係る超音波流量計１は、実数の二乗と虚数の二乗の和に予め選択された比例係数を乗じ包絡波の振幅を都度算出する波高値演算部４２および当該波高値演算部４２で求めた最大波高値に基づいて次回測定する包絡波の最大振幅を同等になるよう調整するゲインを記憶、設定するゲイン処理部２５を備えるので、方向性を同じにする受信波のレベルを揃えた上で第１および第２の伝搬時間を何れも正確に測定できるという利点もある。

１ … 超音波流量計
１０ … 超音波処理ユニット
２０ … 基準クロック発信部
２１ … バースト波発生器
２２ … 送受信経路切替制御部
２３ … 受信波通過部
２５ … ゲイン処理部
２６ … Ａ／Ｄコンバータ
３０ … 直交検波処理部
３１ … 位相信号発生器
３１ａ… 基準位相信号発生器
３１ｂ… 異相信号発生器
３２ａ… 実数算出部
３２ｂ… 虚数算出部
３２ｃ… 基準周期パルス出力部
３３ａ… 実数
３３ｂ… 虚数
３３ｃ… 基準周期パルス
４０ … 波高値・到達時刻検出処理部
４１ … メモリ部
４２ … 波高値演算部
４３ … 閾値演算部
４４ … 閾値超越判定部
４５ … ゼロクロス検出部
５０ … 伝搬時間計測処理部
９０ … 配管
Ｓ１，Ｓ２ … 超音波センサ

Claims (2)

1. 所定周期のバースト波を発信するとともにこのバースト波から変化した受信波を受信する一対の超音波センサと、
   前記受信波の伝搬時間を求めるための基準クロック信号を外部出力する基準クロック発信部と、
   前記受信波および前記基準クロック信号を取込み当該受信波に対応する包絡波を得るための実数、虚数、基準周期パルスをそれぞれ出力する直交検波処理部と、
   前記直交検波処理部および前記基準クロック発信部に接続され前記実数および虚数に基づいて前記包絡波の波高値を都度演算するとともに当該波高値に対応する前記基準周期パルスから包絡波の測定点を決定する波高値・到達時刻検出処理部と、
   この波高値・到達時刻検出処理部によって得られた包絡波の測定点および前記基準周期パルスに基づいて前記受信波に対応する受信波の伝搬時間を演算する伝搬時間計測処理部とを備えて成り、
   前記直交検波処理部は、前記バースト波と同じ位相に設定された基準位相信号および当該基準位相信号に対して９０度異なる位相に設定された異相信号をそれぞれ出力する位相信号発生器と、前記受信波に相当する信号を並列出力するとともにこの並列出力された信号に前記基準位相信号を付与して実数を算出する実数算出部と、残る並列出力された信号に前記異相信号を付与して虚数を算出する虚数算出部と、前記基準位相信号または前記異相信号の何れかを前記バースト波に対する基準周期パルスとして出力する基準周期パルス出力部とを備え、
   前記波高値・到達時刻検出処理部は、前記実数算出部、虚数算出部、基準周期パルス出力部から出力される前記実数、虚数、基準周期パルスを記憶するメモリ部と、前記実数および虚数に基づいて前記包絡波における波高値を都度演算する波高値演算部と、この波高値演算部で求めた複数の前記波高値から１つの受信波に対応する最大波高値を予め設定された波高値設定値で除しこの除した値を予め設定された閾値設定値に乗じて閾値を求める閾値演算部と、前記メモリ部に記憶した実数、虚数、基準周期パルスに基づき別途演算された包絡波の再演算波高値および前記閾値を比較し前記再演算波高値が当該閾値を超えれば予備トリガ信号を発する閾値超越判定部と、この閾値超越判定部から発せられた予備トリガ信号を取込むとともに前記メモリ部から前記閾値を超えた時点の前記メモリ部へ記憶された前記実数、虚数、基準周期パルスを順次読出し包絡波の測定点を決定して当該測定点に対応する実数および虚数を出力するゼロクロス検出部とを備え、
   前記伝搬時間計測処理部は、前記ゼロクロス検出部から出力された実数および虚数に基づいて前記受信波の位相遅れに相当する伝搬時間を求めることを特徴とする超音波流量計。
2. 前記波高値・到達時刻検出処理部は、前記波高値演算部により求めた前記包絡波の最大波高値に基づき次回得る包絡波も同等の波高値となるように補正処理するゲイン処理部に接続されて成り、
   前記波高値検出部は、前記実数の二乗と虚数の二乗との和に予め設定された比例係数を乗じて前記包絡波の波高値を演算処理して成り、
   前記ゲイン処理部は、前記直交検波処理部へ入力される直前の受信波を前回の受信波と同等の最大波高値となるよう補正処理して成ることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。

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