JP2020063972A - Ultrasonic flowmeter, flow rate measuring method, flow rate calculating device - Google Patents

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JP2020063972A JP2018195653A JP2018195653A JP2020063972A JP 2020063972 A JP2020063972 A JP 2020063972A JP 2018195653 A JP2018195653 A JP 2018195653A JP 2018195653 A JP2018195653 A JP 2018195653A JP 2020063972 A JP2020063972 A JP 2020063972A
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太輔 小原
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太輔 小原
園 夏
Yuan Xia
園 夏
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Taichiro Kato
太一郎 加藤
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Abstract

To conduct flow rate measurement and threshold voltage adjustment in parallel, without interrupting the flow rate measurement.SOLUTION: A threshold voltage adjusting unit 17 calculates a degree R of a detection voltage Vin#i, at which a beginning zero-cross point detected first after a trigger point is a zero-cross point positioned at a target zero-cross point or one cycle before the target zero-cross point, that is, corresponds to a preset tracking zero-cross point, among detection voltages Vin#i, on the basis of a time arrangement D#i obtained by a zero-cross detector 14, and adjusts a threshold voltage Vs on the basis of a comparison result between the obtained degree R and a preset threshold Rth.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波流量計において、トランスデューサからの検出信号を示す検出電圧が閾値電圧と交差したトリガー点以降のゼロクロス点を検出し、これらゼロクロス点の時刻から求めた超音波信号の伝搬時間差に基づいて、流量を計測する流量計測技術に関する。   The present invention, in the ultrasonic flowmeter, detects the zero crossing point after the trigger point where the detection voltage indicating the detection signal from the transducer crosses the threshold voltage, and determines the propagation time difference of the ultrasonic signal obtained from the time of these zero crossing points. The present invention relates to a flow rate measurement technique for measuring the flow rate based on

一般に、超音波流量計では、流体の流れを横切るように2つのトランスデューサを対向配置し、順逆方向のそれぞれで超音波信号を送受信して、トランスデューサー間における超音波伝搬時間を検出し、順逆方向における超音波伝搬時間の伝搬時間差に基づいて流体の流量を計算している。   Generally, in an ultrasonic flow meter, two transducers are arranged so as to face each other so as to cross a fluid flow, and ultrasonic signals are transmitted and received in forward and reverse directions to detect ultrasonic wave propagation time between the transducers and to detect forward and backward directions. The flow rate of the fluid is calculated based on the propagation time difference of the ultrasonic propagation time in.

超音波伝搬時間を検出するための一方法として、受信した超音波信号を示す検出信号の検出電圧(AC電圧)がゼロ電圧(0V)と交差するゼロクロス点のゼロクロス時刻に基づいて超音波伝搬時間を検出する、いわゆるゼロクロス法が用いられている。ゼロクロス点は検出電圧の中に多数ある。以下では、検出電圧が、予め設定した閾値電圧と交差した(超えたまたは達した)トリガー点を基準として、トリガー点と交差するたびごとに、それ以降に最初にゼロ電圧と交差する点を有効ゼロクロス点と呼ぶこととする。また、有効ゼロクロス点以降において、検出電圧がトリガー点と交差する前にゼロ電圧と交差しても、その点は有効ゼロクロスにはあたらないこととする。   As one method for detecting the ultrasonic wave propagation time, the ultrasonic wave propagation time is determined based on the zero-cross time at the zero-cross point at which the detection voltage (AC voltage) of the detection signal indicating the received ultrasonic signal crosses the zero voltage (0V). The so-called zero-cross method is used to detect the. There are many zero-cross points in the detection voltage. In the following, each time the detected voltage crosses (exceeds or reaches) the preset threshold voltage as a reference, each time the detected voltage crosses the trigger point, the point that first crosses the zero voltage after that is valid. We will call it the zero-cross point. Further, after the effective zero-cross point, even if the detected voltage crosses the zero voltage before crossing the trigger point, that point does not correspond to the effective zero-cross point.

このゼロクロス法では、検出電圧のうち同一時間位置にある目標ゼロクロス点を検出するため、超音波信号を送信してから最初の有効ゼロクロス点を目標ゼロクロス点として特定している。
しかし、流体の温度や流量、流体組成、さらには超音波素子の経年劣化などの要因で、検出電圧の振幅は変化するため、適切な閾値電圧を設定することは難しいという問題があった。
従来、このような検出電圧の振幅変化に対応する技術として、検出電圧の各周期(超音波周期)のピーク電圧を検出した検出結果に基づいて閾値電圧を調整する技術が提案されている(例えば、特許文献1−2など参照)。
In this zero-cross method, in order to detect the target zero-cross point at the same time position in the detected voltage, the first effective zero-cross point after transmitting the ultrasonic signal is specified as the target zero-cross point.
However, since the amplitude of the detected voltage changes due to factors such as the temperature and flow rate of the fluid, the fluid composition, and the deterioration of the ultrasonic element over time, it is difficult to set an appropriate threshold voltage.
Conventionally, as a technique for coping with such an amplitude change of the detected voltage, there has been proposed a technique for adjusting the threshold voltage based on the detection result of detecting the peak voltage of each period (ultrasonic wave period) of the detected voltage (for example, , Patent Document 1-2 etc.).

特許第3766728号公報Japanese Patent No. 3766728 特許第5884014号公報Japanese Patent No. 5884014

しかしながら、このような従来技術では、閾値電圧を調整するために流量計測を中断しなければならないという問題点があった。
また、流量計測をする合間に閾値電圧を徐々に変えながらゼロクロス時刻を計測する必要があるため、連続して流量計測を行うことができなくなったり、追加の計測により消費電流を増やしてしまったりしていた。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、流量計測を中断することなく、流量計測と閾値電圧調整とを並行して正確に行える流量計測技術を提供することを目的としている。
However, such a conventional technique has a problem that the flow rate measurement must be interrupted in order to adjust the threshold voltage.
Also, since it is necessary to measure the zero-cross time while gradually changing the threshold voltage between flow rate measurements, it becomes impossible to continuously perform flow rate measurement, or additional current consumption increases the current consumption. Was there.
The present invention is intended to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a flow rate measurement technique that can accurately perform flow rate measurement and threshold voltage adjustment in parallel without interrupting flow rate measurement.

このような目的を達成するために、本発明にかかる超音波流量計は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程をN(Nは2以上の整数)回実施し、これら計測工程により検出した前記超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Vin#i(iは1〜Nの整数)と予め設定されている閾値電圧Vsとを比較し、前記検出電圧Vin#iが前記閾値電圧Vsと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Vin#iが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Vin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納するゼロクロス検出部と、前記時刻配列D#iから予め設定されている複数の目標ゼロクロス点に関する目標ゼロクロス時刻をそれぞれ抽出し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算部と、前記検出電圧Vin#iのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Vin#iの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Vsを調整する閾値電圧調整部とを備えている。   In order to achieve such an object, the ultrasonic flowmeter according to the present invention has N (N is 2 or more) measurement steps for transmitting and receiving ultrasonic signals in both directions via a fluid to be measured between a pair of transducers. Is an ultrasonic flow meter that measures the flow rate of the fluid based on the propagation time difference of the ultrasonic signal detected by these measurement steps, and is output from the transducer that receives the ultrasonic signal. The detected voltage Vin # i (i is an integer of 1 to N) and a preset threshold voltage Vs are compared, and the detection voltage Vin # i is detected after a trigger point where the detected voltage Vin # i intersects the threshold voltage Vs. The zero-cross point at which the voltage Vin # i first crosses the zero voltage is detected, and the zero-cross time of the zero-cross point is sequentially stored in the time array D # i corresponding to the detected voltage Vin # i. A target zero-crossing time for each of a plurality of preset target zero-crossing points is extracted from the rocross detecting unit and the time array D # i, and the flow rate of the fluid is calculated based on the propagation time difference obtained from these target zero-crossing times. Of the flow rate calculation unit to measure and the detection voltage Vin # i, the first zero-cross point detected first corresponds to a follow-up zero-cross point located before the target zero-cross point by a predetermined period. And a threshold voltage adjusting unit that calculates the degree of Vin # i and adjusts the threshold voltage Vs based on a comparison result of the degree and a preset threshold value.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記閾値電圧調整部が、前記度合を計算する際、前記検出電圧Vin#iのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記目標ゼロクロス点の1周期前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合を計算するようにしたものである。   Further, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, when the threshold voltage adjusting unit calculates the degree, the leading zero-cross point in the detection voltage Vin # i is the target zero-cross point. The degree corresponding to the follow-up zero-cross point located one cycle before is calculated.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記ゼロクロス検出部が、前記ゼロクロス点を検出する際、絶対値が前記閾値電圧Vsと等しい正の第1の閾値電圧Vs+、および、絶対値が前記閾値電圧Vsと等しい負の第2の閾値電圧Vs−を、前記検出電圧Vin#iと比較し、前記検出電圧Vin#iが前記第1の閾値電圧Vs+と交差した正側トリガー点、または、前記検出電圧Vin#iが前記第2の閾値電圧Vs−と交差した負側トリガー点のうち、最初に検出されたいずれか一方のトリガー点以降に前記ゼロクロス点を検出し、前記閾値電圧調整部は、前記度合として、前記検出電圧Vin#iのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記負側トリガー点以前に位置する第1の追従ゼロクロス点に相当する第1の度合、または、前記検出電圧Vin#iのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記負側トリガー点以降に位置する第2の追従ゼロクロス点に相当する第2の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算するようにしたものである。   Further, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, when the zero-cross detector detects the zero-cross point, a positive first threshold voltage Vs + whose absolute value is equal to the threshold voltage Vs, and , A negative second threshold voltage Vs− whose absolute value is equal to the threshold voltage Vs is compared with the detection voltage Vin # i, and the detection voltage Vin # i crosses the first threshold voltage Vs + on the positive side. Of the trigger points or the negative side trigger points where the detection voltage Vin # i crosses the second threshold voltage Vs-, the zero cross point is detected after one of the first detected trigger points, As the degree, the threshold voltage adjusting unit has a first degree in which the leading zero-cross point of the detection voltage Vin # i corresponds to a first follow-up zero-cross point located before the negative trigger point. Calculates at least one or both of a second degree of the detected voltage Vin # i in which the leading zero-cross point corresponds to a second follow-up zero-cross point located after the negative-side trigger point. It was done like this.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記ゼロクロス検出部が、前記ゼロクロス点を検出する際、前記閾値電圧Vsを含む互いに異なる複数の閾値電圧Vs’のそれぞれを前記検出電圧Vin#iと比較し、前記検出電圧Vin#iが当該閾値電圧Vs’と最初に交差したトリガー点以降にそれぞれの前記ゼロクロス点を検出し、前記閾値電圧調整部は、前記度合として、前記検出電圧Vin#iのうち、前記複数の閾値電圧Vs’に関する先頭ゼロクロス点が、前記目標ゼロクロス点の1周期前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合を計算するようにしたものである。   Further, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, when the zero-cross detector detects the zero-cross point, each of the plurality of different threshold voltages Vs ′ including the threshold voltage Vs is detected. Compared with the voltage Vin # i, the detection voltage Vin # i detects each of the zero crossing points after the trigger point at which the detection voltage Vin # i first intersects with the threshold voltage Vs ′, and the threshold voltage adjusting unit, as the degree, In the detected voltage Vin # i, the degree to which the leading zero-cross point related to the plurality of threshold voltages Vs ′ corresponds to the following zero-cross point located one cycle before the target zero-cross point is calculated.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記ゼロクロス検出部が、前記検出電圧Vin#iごとに前記閾値電圧を切り替えて前記検出電圧Vin#iと比較するようにしたものである。   In addition, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the zero-cross detection unit switches the threshold voltage for each detection voltage Vin # i and compares the threshold voltage with the detection voltage Vin # i. Is.

また、本発明にかかる流量計測方法は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程をN(Nは2以上の整数)回実施し、これら計測工程により検出した前記超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計で用いられる流量計測方法であって、ゼロクロス検出部が、前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Vin#i(iは1〜Nの整数)と予め設定されている閾値電圧Vsとを比較し、前記検出電圧Vin#iが前記閾値電圧Vsと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Vin#iが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Vin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納するゼロクロス検出ステップと、流量計算部が、前記時刻配列D#iから予め設定されている複数の目標ゼロクロス点に関する目標ゼロクロス時刻をそれぞれ抽出し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算ステップと、閾値電圧調整部が、前記検出電圧Vin#iのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Vin#iの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Vsを調整する閾値電圧調整ステップとを備えている。   Further, in the flow rate measuring method according to the present invention, a measurement process of transmitting and receiving an ultrasonic signal in both directions via a fluid to be measured between a pair of transducers is performed N times (N is an integer of 2 or more), and these measurements are performed. Based on the propagation time difference of the ultrasonic signal detected by the process, a flow rate measuring method used in an ultrasonic flow meter for measuring the flow rate of the fluid, wherein the zero-cross detection unit, from the transducer that received the ultrasonic signal. The output detection voltage Vin # i (i is an integer from 1 to N) is compared with a preset threshold voltage Vs, and after the trigger point where the detection voltage Vin # i intersects the threshold voltage Vs, The zero crossing point at which the detection voltage Vin # i first crosses the zero voltage is detected, and the zero crossing time of the zero crossing point corresponds to the detection voltage Vin # i. The zero-crossing detection step of sequentially storing in i and the flow rate calculation unit respectively extract target zero-crossing times regarding a plurality of preset target zero-crossing points from the time array D # i, and the propagation obtained from these target zero-crossing times. A flow rate calculating step of measuring the flow rate of the fluid based on the time difference, and a threshold voltage adjusting unit causes the first zero cross point detected first in the detection voltage Vin # i to be the target for a predetermined cycle. A threshold voltage for calculating the degree of the detected voltage Vin # i, which corresponds to the following zero cross point located before the zero cross point, and for adjusting the threshold voltage Vs based on the comparison result of the degree and a preset threshold value. And an adjusting step.

また、本発明にかかる流量演算装置は、超音波流量計で用いられて、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程をN(Nは2以上の整数)回実施し、これら計測工程により検出した前記超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Vin#i(iは1〜Nの整数)と予め設定されている閾値電圧Vsとを比較し、前記検出電圧Vin#iが前記閾値電圧Vsと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Vin#iが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Vin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納するゼロクロス検出部と、前記時刻配列D#iから予め設定されている複数の目標ゼロクロス点に関する目標ゼロクロス時刻をそれぞれ抽出し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算部と、前記検出電圧Vin#iのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Vin#iの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Vsを調整する閾値電圧調整部とを備えている。   Further, the flow rate calculation device according to the present invention is used in an ultrasonic flow meter, and has N (N is 2 or more) measurement steps for transmitting and receiving an ultrasonic signal in both directions via a fluid to be measured between a pair of transducers. Is a flow rate calculation device that measures the flow rate of the fluid based on the propagation time difference of the ultrasonic signal detected by these measurement steps, and is output from the transducer that receives the ultrasonic signal. The detected voltage Vin # i (i is an integer of 1 to N) is compared with a preset threshold voltage Vs, and the detected voltage Vin # i is detected after the trigger point where the detected voltage Vin # i intersects the threshold voltage Vs. Vin # i first detects a zero-cross point at which the zero-voltage crosses zero voltage, and the zero-cross times at the zero-cross points are sequentially stored in a time array D # i corresponding to the detected voltage Vin # i. A target zero-crossing time for each of a plurality of preset target zero-crossing points is extracted from the rocross detecting unit and the time array D # i, and the flow rate of the fluid is calculated based on the propagation time difference obtained from these target zero-crossing times. Of the flow rate calculation unit to measure and the detection voltage Vin # i, the first zero-cross point detected first corresponds to a follow-up zero-cross point located before the target zero-cross point by a predetermined period. And a threshold voltage adjusting unit that calculates the degree of Vin # i and adjusts the threshold voltage Vs based on a comparison result of the degree and a preset threshold value.

本発明によれば、閾値電圧を調整する指標となる度合が、計測工程により繰り返し検出した複数の検出電圧に基づいて計算されるため、流量計測を中断することなく、流量計測と閾値電圧調整とを並行して正確に行うことが可能となる。
このため、結果として、精度の高い流量計測を実現することが可能となる。さらには、閾値電圧を算出するためだけの追加計測が不要となるため、流量計全体としての消費電力を低減することが可能となる。
According to the present invention, the degree serving as an index for adjusting the threshold voltage is calculated based on a plurality of detection voltages repeatedly detected in the measurement process, so that the flow rate measurement and the threshold voltage adjustment can be performed without interrupting the flow rate measurement. It is possible to accurately perform in parallel.
Therefore, as a result, highly accurate flow rate measurement can be realized. Furthermore, since it is not necessary to perform additional measurement just for calculating the threshold voltage, it is possible to reduce the power consumption of the flow meter as a whole.

超音波流量計の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an ultrasonic flowmeter. 検出電圧とゼロクロス点との関係(片側閾値)を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the relationship (one side threshold value) of a detection voltage and a zero cross point. 先頭ゼロクロス時刻を示すヒストグラムである。It is a histogram showing the leading zero-cross time. 第1の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a threshold voltage adjustment process according to the first embodiment. 先頭ゼロクロス判定動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a leading zero-cross determination operation. 閾値電圧と調整範囲との関係を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the relationship between a threshold voltage and an adjustment range. 第2の実施の形態にかかる検出電圧と正負トリガー点との関係を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the relationship between the detected voltage and the positive / negative trigger point concerning 2nd Embodiment. 第2の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing a threshold voltage adjustment process according to the second embodiment. 検出電圧とゼロクロス点との関係(両側閾値)を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the relationship (two-sided threshold value) between a detected voltage and a zero cross point. 第2の実施の形態にかかる計測例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement example concerning 2nd Embodiment. 第2の実施の形態にかかる計測例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement example concerning 2nd Embodiment. 第2の実施の形態にかかる計測例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement example concerning 2nd Embodiment. 第3の実施の形態にかかる検出電圧と正負トリガー点との関係を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the relationship between the detection voltage and positive / negative trigger point concerning 3rd Embodiment. 第3の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows the threshold voltage adjustment processing concerning a 3rd embodiment. 第3の実施の形態にかかる計測例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement example concerning 3rd Embodiment.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる超音波流量計1について説明する。図1は、超音波流量計の構成を示すブロック図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, with reference to FIG. 1, an ultrasonic flowmeter 1 according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic flow meter.

この超音波流量計1は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を順逆両方向で送受信する計測工程をN(Nは2以上の整数)回実施し、これら計測工程ごと得られた両方向における超音波信号の伝搬時間差に基づいて、流体の流量を計測する。   This ultrasonic flow meter 1 performs N (N is an integer of 2 or more) measurement steps for transmitting and receiving ultrasonic signals in both forward and reverse directions through a fluid to be measured between a pair of transducers, and each of these measurement steps is performed. The flow rate of the fluid is measured based on the obtained propagation time difference of the ultrasonic signal in both directions.

図1に示すように、超音波流量計1は、計測対象となる流体が流れる円筒形状の測定管Cと、測定管Cの外周面のうち流体が流れる方向に対して上流側と下流側にそれぞれ取り付けられた一対のトランスデューサTD1,TD2と、これらTD1,TD2で検出された検出電圧を信号処理して流量を計算出力する流量演算装置10とから構成されている。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic flowmeter 1 includes a cylindrical measuring pipe C through which a fluid to be measured flows, and an outer peripheral surface of the measuring pipe C on an upstream side and a downstream side with respect to a fluid flowing direction. It is composed of a pair of attached transducers TD1 and TD2, and a flow rate calculation device 10 for processing the detection voltage detected by these TD1 and TD2 and calculating and outputting the flow rate.

TD1(TD2)は、配線Wを介して接続された流量演算装置10からの超音波駆動信号SSに応じて、測定管C内に向けて超音波信号U1を送信する。TD2(TD1)は、測定管C内を流れる流体を通過した、TD1(TD2)からの超音波信号U1(U2)を受信し、その受信結果を示す検出信号を、配線Wを介して流量演算装置10へ出力する。   The TD1 (TD2) transmits the ultrasonic signal U1 toward the inside of the measuring tube C in response to the ultrasonic drive signal SS from the flow rate calculation device 10 connected via the wiring W. The TD2 (TD1) receives the ultrasonic signal U1 (U2) from the TD1 (TD2) that has passed through the fluid flowing in the measuring tube C, and calculates the flow rate of the detection signal indicating the reception result via the wiring W. Output to the device 10.

この際、U1,U2との間でやり取りされる超音波信号の伝搬時間t1,t2は、流体の流れから受ける影響が異なるため、流体の流量Qに応じた分だけt1とt2の間に差、すなわち伝搬時間差Δtが生じる。超音波流量計は、このΔtに基づいて流量Qを導出するようにしたものである。なお、本実施の形態にかかる流量演算装置10で用いる、ΔtからQを求める演算手法については、一般的な超音波流量計で用いられている公知の計算式を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。   At this time, since the propagation times t1 and t2 of the ultrasonic signals exchanged with U1 and U2 are differently affected by the flow of the fluid, the propagation times t1 and t2 are different between t1 and t2 by an amount corresponding to the flow rate Q of the fluid. That is, a propagation time difference Δt occurs. The ultrasonic flow meter is configured to derive the flow rate Q based on this Δt. Note that the calculation method for obtaining Q from Δt used in the flow rate calculation device 10 according to the present embodiment may use a known calculation formula used in a general ultrasonic flowmeter. Detailed description is omitted.

[本発明の原理]
次に、図2および図3を参照して、本発明の原理について説明する。図2は、検出電圧とゼロクロス点との関係(片側閾値)を示す信号波形図である。図3は、先頭ゼロクロス時刻を示すヒストグラムである。なお、図2は、U1もしくはU2のいずれか1つの超音波信号を受信した際の検出電圧を表している。U1とU2に対応する検出電圧は振幅や伝搬時間が異なる。
[Principle of the present invention]
Next, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a signal waveform diagram showing the relationship (one-sided threshold value) between the detected voltage and the zero-cross point. FIG. 3 is a histogram showing the leading zero-cross time. It should be noted that FIG. 2 shows the detected voltage when either one of the ultrasonic signals U1 or U2 is received. The detection voltages corresponding to U1 and U2 have different amplitudes and propagation times.

トランスデューサTD1,TD2から流量演算装置10へ入力される検出信号を示す検出電圧Vinは、図2に示すように、振幅が時間経過に従って増減する複数の正弦波様信号からなる。前述のように超音波信号U1,U2に対応する検出電圧の振幅は異なり、超音波信号U1,U2に対応して検出電圧に対する閾値電圧を別々に調整するため、一般に超音波信号U1,U2に対応する検出電圧の閾値電圧は異なる。   As shown in FIG. 2, the detection voltage Vin indicating the detection signal input from the transducers TD1 and TD2 to the flow rate calculation device 10 is composed of a plurality of sinusoidal signals whose amplitude increases and decreases with time. As described above, the amplitudes of the detection voltages corresponding to the ultrasonic signals U1 and U2 are different, and the threshold voltages for the detection voltages are adjusted separately corresponding to the ultrasonic signals U1 and U2. The threshold voltages of the corresponding detection voltages are different.

流量演算装置10は、Vinが予め設定した閾値電圧Vsと交差した(超えたまたは達した)トリガー点を検出した後に初めてゼロ電圧Vz(0V)と交差する複数のゼロクロス点のうちから目標ゼロクロス点を検出して、その目標ゼロクロス点のゼロクロス時刻からVinと対応する超音波信号U1,U2の受信時刻として特定し、得られた受信時刻によりU1,U2の伝搬時間t1,t2さらには伝搬時間差Δtを計算して、流量Qを導出する。   The flow rate calculation device 10 selects a target zero-cross point from a plurality of zero-cross points that cross the zero voltage Vz (0V) only after detecting a trigger point at which Vin has crossed (exceeded or reached) the preset threshold voltage Vs. Is detected and specified as the reception time of the ultrasonic signals U1 and U2 corresponding to Vin from the zero-cross time of the target zero-cross point, and the propagation times t1 and t2 of U1 and U2 and the propagation time difference Δt are obtained from the obtained reception times. Is calculated to derive the flow rate Q.

Vinは測定するごとに振幅が変化する。図2では平均的な振幅の検出電圧をVin#0、小さい振幅の検出電圧をVin#1、大きい振幅の検出電圧をVin#2として示している。後述する閾値電圧の調整手段によりVin#0の先頭からNm個目の波を目標波として特定し、この目標波の1つ前の波のピーク電圧と閾値電圧とが同じ値になるように閾値電圧調節部17により調整がなされている。この目標波の1つ前の波を追従波と呼ぶ。追従波に対応する有効ゼロクロス点を追従ゼロクロス点と呼ぶ。同様に目標波に対応する有効ゼロクロス点を目標ゼロクロス点と呼ぶ。この目標ゼロクロス点以降に検出されたゼロクロス点を計測ゼロクロス点として特定している。   The amplitude of Vin changes every time it is measured. In FIG. 2, the average detected voltage of amplitude is Vin # 0, the detected voltage of small amplitude is Vin # 1, and the detected voltage of large amplitude is Vin # 2. The Nmth wave from the beginning of Vin # 0 is specified as the target wave by the threshold voltage adjusting means described later, and the threshold value is set so that the peak voltage of the wave immediately before the target wave and the threshold voltage become the same value. Adjustment is made by the voltage adjusting unit 17. The wave immediately before the target wave is called a follow-up wave. The effective zero-cross point corresponding to the following wave is called the following zero-cross point. Similarly, the effective zero-cross point corresponding to the target wave is called the target zero-cross point. Zero-cross points detected after this target zero-cross point are specified as measured zero-cross points.

なお、本実施の形態では、検出電圧Vinが、予め設定した閾値電圧Vsと交差した(超えたまたは達した)トリガー点を基準として、トリガー点と交差するたびごとに、それ以降に最初にゼロ電圧と交差する点を有効ゼロクロス点と呼ぶこととする。例えば、閾値電圧Vsが正側電圧である場合、トリガー点以降に最初にゼロ電圧と立下がりで交差した点が有効ゼロクロス点となる。また、閾値電圧Vsが負側電圧である場合、トリガー点以降に最初にゼロ電圧と立上がりで交差した点が有効ゼロクロス点となる。なお、有効ゼロクロス点以降において、検出電圧がトリガー点と交差する前にゼロ電圧と交差しても、その点は有効ゼロクロスにはあたらないこととする。   It should be noted that in the present embodiment, the detection voltage Vin is based on the trigger point that intersects (exceeds or reaches) the preset threshold voltage Vs, and every time the detection voltage Vin crosses the trigger point, it is first zero. The point that intersects the voltage is called the effective zero-cross point. For example, when the threshold voltage Vs is the positive side voltage, the point at which the zero voltage first crosses after the trigger point at the falling edge becomes the effective zero-cross point. When the threshold voltage Vs is a negative voltage, the effective zero-cross point is the first crossing point of zero voltage after the trigger point. Note that, after the effective zero cross point, even if the detected voltage crosses the zero voltage before crossing the trigger point, that point does not correspond to the effective zero cross.

図2では、Nm=2の場合が例として示されている。前述のように、閾値電圧Vsを、平均的な振幅の検出電圧Vin#0おける、先行波のピーク電圧とほぼ等しい値に設定した場合、検出電圧Vinの振幅が小さくなったり(Vin#1)、検出電圧Vinの振幅が大きくなったり(Vin#2)することで、先頭ゼロクロスが追従ゼロクロス(Z1)となったり目標ゼロクロス(Z2)となったりする。   In FIG. 2, the case where Nm = 2 is shown as an example. As described above, when the threshold voltage Vs is set to a value almost equal to the peak voltage of the preceding wave in the detection voltage Vin # 0 having an average amplitude, the amplitude of the detection voltage Vin becomes small (Vin # 1). As the amplitude of the detection voltage Vin increases (Vin # 2), the leading zero cross becomes the following zero cross (Z1) or the target zero cross (Z2).

この際、検出電圧Vinに対して閾値電圧Vsが適切に設定されていれば、先頭ゼロクロスは、時刻T1の追従ゼロクロスZ1か時刻T2の目標ゼロクロスZ2のいずれかとなる。これにより、図3に示すように、時刻T1,T2において、両者の先頭ゼロクロスが検出される度数N(T1),N(T2)はほぼ等しくなり、両者の確率はほぼ50%となる。また、これら度合はVsに対するVinの強度変動に応じて変化する。   At this time, if the threshold voltage Vs is appropriately set with respect to the detection voltage Vin, the leading zero cross is either the following zero cross Z1 at time T1 or the target zero cross Z2 at time T2. As a result, as shown in FIG. 3, at times T1 and T2, the frequencies N (T1) and N (T2) at which the leading zero crosses of both are detected become substantially equal, and the probabilities of both become approximately 50%. Further, these degrees change according to the intensity fluctuation of Vin with respect to Vs.

本実施の形態は、先頭ゼロクロス点が追従ゼロクロスになったり目標ゼロクロスになったりすることを使い、追従ゼロクロスが先頭ゼロクロスとなる度合に基づいて、Vinの強度変動に追従するようVsを調整するようにしたものである。ここでは、追従波は目標波の1周期前としたが、それに限ったことではなく、あらかじめ定めた周期分だけ前としてもよい。なお、周期とは、検出電圧Vinを示す波の周期であり、超音波周期に相当する。   The present embodiment uses the fact that the leading zero-cross point becomes the following zero-cross or the target zero-cross, and based on the degree to which the following zero-cross becomes the leading zero-cross, Vs is adjusted so as to follow the intensity fluctuation of Vin. It is the one. Here, the follow-up wave is one cycle before the target wave, but the follow-up wave is not limited to this and may be before a predetermined cycle. The cycle is a cycle of a wave indicating the detection voltage Vin, and corresponds to an ultrasonic cycle.

また、目標波で最初のトリガー点が発生した場合、時刻配列D#iの先頭には目標ゼロクロス点の時刻が格納されるのに対して、追従波で最初のトリガー点が発生した場合には、目標ゼロクロス点以前に位置する追従ゼロクロス点を示す時刻がD#iの先頭に格納されることになる。
図2に示すように、VinがVin#1である場合、目標波であるP3のVin#1が時刻Ts1にて初めてVsを超えているため、Ts1以降に検出されたゼロクロス点Z2,Z3,Z4に対応するゼロクロス時刻T2,T3,T4が、時刻配列D#1に対して格納されることになる。これにより、最初のトリガー点以降に最初に検出されたゼロクロス点、すなわちD#1の先頭に格納されている先頭ゼロクロス点Z2が、目標ゼロクロス点に相当することになる。
When the first trigger point occurs in the target wave, the time of the target zero-cross point is stored at the beginning of the time array D # i, while when the first trigger point occurs in the following wave. , The time indicating the follow-up zero-cross point located before the target zero-cross point is stored at the head of D # i.
As shown in FIG. 2, when Vin is Vin # 1, Vin # 1 of the target wave P3 exceeds Vs for the first time at time Ts1, and therefore zero-cross points Z2, Z3 detected after Ts1. The zero-cross times T2, T3, T4 corresponding to Z4 will be stored in the time array D # 1. As a result, the zero-cross point first detected after the first trigger point, that is, the leading zero-cross point Z2 stored at the beginning of D # 1 corresponds to the target zero-cross point.

一方、ノイズ成分の重畳などの影響でVinの信号強度が増大し、図2に示すように、VinがVin#2のように変化した場合、P3の手前の追従波であるP2のVin#2が時刻Ts2にVsを超える。このため、Ts1より手前のTs2以降に検出されたゼロクロス点Z1,Z2,Z3,Z4に対応するゼロクロス時刻T1,T2,T3,T4が、時刻配列D#2に対して格納されることになる。これにより、最初のトリガー点以降に最初に検出されたゼロクロス点、すなわちD#2の先頭に格納されている先頭ゼロクロス点Z1が、追従ゼロクロス点に相当することになる。   On the other hand, when the Vin signal strength increases due to the influence of the superposition of noise components, etc., and Vin changes to Vin # 2 as shown in FIG. 2, Vin # 2 of P2, which is the following wave before P3, is detected. Exceeds Vs at time Ts2. Therefore, the zero-cross times T1, T2, T3, T4 corresponding to the zero-cross points Z1, Z2, Z3, Z4 detected after Ts2 before Ts1 are stored in the time array D # 2. . As a result, the zero-cross point first detected after the first trigger point, that is, the leading zero-cross point Z1 stored at the beginning of D # 2 corresponds to the following zero-cross point.

本実施の形態は、このような追従波または目標波でのトリガー点の発生状況と、D#iの先頭ゼロクロス点に対応するゼロクロス点の位置との関連性に着目し、D#iのうち、トリガー点以降に最初に検出された先頭ゼロクロス点が、追従ゼロクロス点に相当する度合Rを計算し、得られた度合Rと予め設定されている閾値(度合閾値)との比較結果に基づいて閾値電圧Vsを調整するようにしたものである。   The present embodiment focuses on the relationship between the occurrence state of the trigger point in such a tracking wave or the target wave and the position of the zero-cross point corresponding to the leading zero-cross point of D # i. The first zero-cross point detected after the trigger point calculates the degree R corresponding to the following zero-cross point, and based on the result of comparison between the obtained degree R and a preset threshold value (degree threshold value). The threshold voltage Vs is adjusted.

[流量演算装置]
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置10の構成について説明する。
図1に示すように、流量演算装置10は、主な機能部として、入出力I/F部11、記憶部12、計測制御部13、ゼロクロス検出部14、流量計算部15、流量出力部16、および閾値電圧調整部17を備えており、これら機能部は、内部バスBを介してデータやり取り可能に接続されている。これら機能部のうち、計測制御部13、ゼロクロス検出部14、流量計算部15、流量出力部16、および閾値電圧調整部17は、CPUとプログラムが協働することにより実現される。
[Flow rate calculator]
Next, the configuration of the flow rate calculation device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the flow rate calculation device 10 has an input / output I / F unit 11, a storage unit 12, a measurement control unit 13, a zero-cross detection unit 14, a flow rate calculation unit 15, and a flow rate output unit 16 as main functional units. , And a threshold voltage adjusting unit 17, and these functional units are connected via an internal bus B so that data can be exchanged. Of these functional units, the measurement control unit 13, the zero-cross detection unit 14, the flow rate calculation unit 15, the flow rate output unit 16, and the threshold voltage adjustment unit 17 are realized by the cooperation of the CPU and the program.

入出力I/F部11は、配線Wを介してトランスデューサTD1,TD2と接続されて、TD1,TD2との間で計測に用いる各種信号をやり取りする機能を有している。
記憶部12は、半導体メモリやハードディスクなどの記憶装置からなり、流量演算装置10での流量計測動作に用いる各種処理データやプログラムを記憶する機能を有している。
The input / output I / F unit 11 is connected to the transducers TD1 and TD2 via the wiring W and has a function of exchanging various signals used for measurement with the TD1 and TD2.
The storage unit 12 is composed of a storage device such as a semiconductor memory or a hard disk, and has a function of storing various processing data and programs used for the flow rate measurement operation in the flow rate calculation device 10.

計測制御部13は、予め設定されている周期的な計測タイミングの到来、あるいはオペレータや上位装置(図示せず)からの任意のタイミングにおける指示に応じて、入出力I/F部11からTD1,TD2に対して超音波駆動信号を出力することにより、TD1,TD2間で計測対象となる流体を介して超音波信号U1,U2を両方向で交互に送受信する計測工程を、N回繰り返し実施する機能を有している。   The measurement control unit 13 causes the input / output I / F unit 11 to change the TD1, from the input / output I / F unit 11 in response to arrival of a preset periodic measurement timing or an instruction from an operator or a host device (not shown) at an arbitrary timing. A function of repeatedly performing N times the measurement process of alternately transmitting and receiving the ultrasonic signals U1 and U2 in both directions via the fluid to be measured between TD1 and TD2 by outputting the ultrasonic drive signal to TD2. have.

ゼロクロス検出部14は、計測工程ごとに、超音波信号U1(U2)を受信したTD2(TD1)から出力される検出信号を示す検出電圧Vin#i(iは1〜Nの整数)と予め設定した閾値電圧Vsとを比較する機能と、Vin#iがVsと交差した(超えたまたは達した)トリガー点以降において、Viがゼロ電圧Vz(0V)とゼロクロスするゼロクロス点を検出し、これらゼロクロス点のゼロクロス時刻を検出電圧Vin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納し、記憶部12に保存する機能とを有している。   The zero-cross detector 14 presets a detection voltage Vin # i (i is an integer of 1 to N) indicating a detection signal output from TD2 (TD1) that has received the ultrasonic signal U1 (U2), for each measurement process. After the trigger point where Vin # i crosses (exceeds or reaches) Vs, a zero cross point at which Vi crosses zero voltage Vz (0V) is detected and these zero crosses are performed. It has a function of sequentially storing the zero-cross times of the points in the time array D # i corresponding to the detection voltage Vin # i, and saving it in the storage unit 12.

流量計算部15は、時刻配列D#iから予め設定されている複数の目標ゼロクロス点に関する目標ゼロクロス時刻をそれぞれ抽出する機能と、これら目標ゼロクロス時刻から求めたU1,U2に関する伝搬時間t1,t2さらには伝搬時間差Δtに基づいて、流体の流量Qを計算し、記憶部12に保存する機能とを有している。   The flow rate calculation unit 15 extracts a target zero-cross time for a plurality of preset target zero-cross points from the time array D # i, and the propagation times t1, t2 for U1 and U2 obtained from these target zero-cross times. Has a function of calculating the flow rate Q of the fluid based on the propagation time difference Δt and saving it in the storage unit 12.

流量出力部16は、通信ネットワークNWを介して上位装置(図示せず)と接続し、定期的あるいは上位装置からの出力指示に応じて、記憶部12から流量Qを取得して上位装置へ出力する機能とを有している。   The flow rate output unit 16 is connected to a host device (not shown) via the communication network NW, acquires the flow rate Q from the storage unit 12 and outputs it to the host device periodically or according to an output instruction from the host device. It has the function to do.

閾値電圧調整部17は、時刻配列D#iに格納されているゼロクロス時刻に基づいて、検出電圧Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Vin#iの度合Rを計算する機能と、得られた度合Rと予め設定されている閾値(度合閾値)Rth(Rth1,Rth2)との比較結果に基づいて閾値電圧Vsを調整する機能とを有している。   The threshold voltage adjusting unit 17 determines, based on the zero-cross times stored in the time array D # i, the degree of the detected voltage Vin # i at which the leading zero-cross point in the detected voltage Vin # i corresponds to the following zero-cross point. It has a function of calculating R and a function of adjusting the threshold voltage Vs based on the comparison result of the obtained degree R and a preset threshold value (degree threshold value) Rth (Rth1, Rth2).

この際、閾値Rthについては、50%に限定されるものではなく、度合Rを計算したゼロクロス点の位置や個数、超音波流量計1や適用される計測環境に応じて、適切な値を設定すればよい。なお、閾値電圧Vsは、例えば、標準的な信号強度の検出電圧Vinおける、先頭からNf個目の追従波のピーク電圧とほぼ等しい値に設定されているものとする。   At this time, the threshold value Rth is not limited to 50%, and an appropriate value is set according to the position and number of zero-cross points for which the degree R is calculated, the ultrasonic flow meter 1 and the measurement environment to be applied. do it. It is assumed that the threshold voltage Vs is set to a value approximately equal to the peak voltage of the Nf-th following wave from the head in the detection voltage Vin of standard signal strength.

本実施の形態では、目標ゼロクロス点の1周期前に位置するゼロクロス点を追従ゼロクロス点として予め設定しておき、閾値電圧調整部17において、度合Rを計算する際、検出電圧Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が追従ゼロクロス点に相当する度合Rを計算する場合について説明する。   In the present embodiment, a zero-cross point located one cycle before the target zero-cross point is set in advance as a follow-up zero-cross point, and when the degree R is calculated in the threshold voltage adjusting unit 17, of the detected voltage Vin # i A case where the degree R in which the leading zero-cross point corresponds to the following zero-cross point is calculated will be described.

[第1の実施の形態の動作]
次に、図4を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置10の動作について説明する。図4は、第1の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。
流量演算装置10のゼロクロス検出部14および閾値電圧調整部17は、計測制御部13による計測工程ごとに、図4の閾値電圧調整処理を実行する。
[Operation of First Embodiment]
Next, the operation of the flow rate calculation device 10 according to the present exemplary embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the threshold voltage adjustment processing according to the first embodiment.
The zero-cross detection unit 14 and the threshold voltage adjustment unit 17 of the flow rate calculation device 10 execute the threshold voltage adjustment process of FIG. 4 for each measurement process by the measurement control unit 13.

まず、ゼロクロス検出部14は、トランスデューサTD1(TD2)から出力されて、入出力I/F部11に入力された検出電圧Vin#i(i=1〜Nの整数)ごとに、Vin#iと閾値電圧Vsとを比較し、Vin#iがVsと交差したトリガー点を検出する(ステップS101)。
続いて、ゼロクロス検出部14は、トリガー点が検出されるたびにVin#iが最初にゼロ電圧とゼロクロスするセロクロス点を最大でNz個まで検出し(ステップS101)、これらゼロクロス点のゼロクロス時刻をVin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納する(ステップS102)。
First, the zero-cross detector 14 outputs Vin # i for each detection voltage Vin # i (i = 1 to N) output from the transducer TD1 (TD2) and input to the input / output I / F unit 11. The threshold voltage Vs is compared, and the trigger point at which Vin # i intersects Vs is detected (step S101).
Subsequently, the zero-cross detection unit 14 detects up to Nz cello-cross points at which Vin # i first zero-crosses the zero voltage each time the trigger point is detected (step S101), and determines the zero-cross times of these zero-cross points. The data are sequentially stored in the time array D # i corresponding to Vin # i (step S102).

このようにして、N個のVin#iに関するD#iがそれぞれ得られた後、閾値電圧調整部17は、これらD#iに格納されている各ゼロクロス点のゼロクロス時刻に基づいて、先頭の先頭ゼロクロス点が、追従ゼロクロス点、すなわち目標ゼロクロス点の1周期前のゼロクロス点に相当するD#iの割合である度合Rを計算する(ステップS103)。   In this way, after the D # i for each of the N Vin # i is obtained, the threshold voltage adjusting unit 17 determines the leading zero-cross time based on the zero-cross time of each zero-cross point stored in these D # i. A degree R is calculated in which the leading zero-cross point is the following zero-cross point, that is, the ratio of D # i corresponding to the zero-cross point one cycle before the target zero-cross point (step S103).

次に、閾値電圧調整部17は、Rが予め設定されている閾値Rth2より大きいかどうか確認し(ステップS104)、RがRth2より大きい場合(ステップS104:YES)、Vsを予め設定されている調整幅αだけ高い値に調整する(ステップS105)。ここでは、αを固定値として扱ったが、αをVsに対して比例する値としてもよい。また、設定されている閾値Rth1(Rth1≦Rth2)を用いて、αをR−Rth1の絶対値、もしくはR−Rth2の絶対値に比例する値としてもよい。もしくは、αをVsに対して比例し、なおかつ、R−Rth1の絶対値もしくはR−Rth2の絶対値に比例する値としてもよい。   Next, the threshold voltage adjusting unit 17 confirms whether R is larger than a preset threshold Rth2 (step S104), and when R is larger than Rth2 (step S104: YES), Vs is preset. The value is adjusted to a value higher by the adjustment width α (step S105). Here, α is treated as a fixed value, but α may be a value proportional to Vs. Further, using the set threshold value Rth1 (Rth1 ≦ Rth2), α may be set to an absolute value of R-Rth1 or a value proportional to the absolute value of R-Rth2. Alternatively, α may be a value proportional to Vs and also proportional to the absolute value of R-Rth1 or the absolute value of R-Rth2.

一方、RがRth2以下の場合(ステップS104:NO)、閾値電圧調整部17は、Rが設定されている閾値Rth1より小さいかどうか確認し(ステップS106)、RがRth1より小さい場合(ステップS106:YES)、Vsを予め設定されている調整幅αだけ低い値に調整する(ステップS107)。なお、RがRth1以上である場合(ステップS106:NO)、Vsの調整は行わない。Rth1とRth2とはRth1≦Rth2の関係にあり、Rth1=Rth2として不感帯をなくすこともできれば、Rth1<Rth2として不感帯を持たせることもできる。   On the other hand, when R is equal to or less than Rth2 (step S104: NO), the threshold voltage adjusting unit 17 confirms whether R is smaller than the set threshold Rth1 (step S106), and when R is smaller than Rth1 (step S106). : YES), Vs is adjusted to a value lower by the preset adjustment width α (step S107). If R is Rth1 or more (step S106: NO), Vs is not adjusted. Rth1 and Rth2 have a relationship of Rth1 ≦ Rth2, and the dead zone can be eliminated by setting Rth1 = Rth2, or the dead zone can be set by Rth1 <Rth2.

この後、閾値電圧調整部17は、Vsが予め設定されている調整範囲Vajの範囲外かどうか確認し(ステップS108)、VsがVajの範囲外である場合(ステップS108:YES)、Vsを予め設定されている初期値に初期化し(ステップS109)、一連の閾値電圧調整処理を終了する。また、VsがVajの範囲内である場合(ステップS108:NO)、Vsを初期化することなく、一連の閾値電圧調整処理を終了する。   After that, the threshold voltage adjusting unit 17 confirms whether Vs is outside the preset adjustment range Vaj (step S108), and when Vs is outside the range Vaj (step S108: YES), sets Vs to Vs. Initialization is performed to a preset initial value (step S109), and a series of threshold voltage adjustment processing ends. If Vs is within the range of Vaj (step S108: NO), the series of threshold voltage adjustment processing is terminated without initializing Vs.

[先頭ゼロクロス判定動作]
次に、図5を参照して、閾値電圧調整部17による先頭ゼロクロス判定動作について説明する。図5は、先頭ゼロクロス判定動作を示す説明図である。
閾値電圧調整部17は、図4のステップS103において、度合Rを計算する際、時刻配列D#iごとに、それぞれのD#iの先頭に格納されている先頭ゼロクロス時刻と対応する先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点または追従ゼロクロス点のいずれに相当するのか判定するため、先頭ゼロクロス判定動作を行う。
[Start zero-crossing judgment operation]
Next, the leading zero-cross determination operation by the threshold voltage adjusting unit 17 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the leading zero-cross determination operation.
When calculating the degree R in step S103 of FIG. 4, the threshold voltage adjusting unit 17 has a leading zero-cross point corresponding to the leading zero-cross time stored at the beginning of each D # i for each time array D # i. , A leading zero-cross determination operation is performed in order to determine whether it corresponds to the target zero-cross point or the following zero-cross point.

前述したように、Vin#iの強度変化に応じて、追従波の高さは変化する。Vsは追従波の平均的な高さとなるように調整されているため、Vin#iが大きくなると追従波の高さはVsを超え、先頭ゼロクロス点は追従ゼロクロス点となり、先頭ゼロクロス時刻は追従ゼロクロス時刻となる。逆に、Vin#iが小さくなると追従波の高さはVsを下回り、先頭ゼロクロス点は目標ゼロクロス点となり、先頭ゼロクロス時刻は目標ゼロクロス時刻となる。   As described above, the height of the following wave changes according to the change in the intensity of Vin # i. Since Vs is adjusted to be the average height of the following wave, when Vin # i becomes large, the height of the following wave exceeds Vs, the leading zero-cross point becomes the following zero-cross point, and the leading zero-cross time follows the following zero-cross point. It's time. On the contrary, when Vin # i becomes smaller, the height of the following wave becomes lower than Vs, the leading zero-cross point becomes the target zero-cross point, and the leading zero-cross time becomes the target zero-cross time.

本実施の形態は、このような先頭ゼロクロス時刻の分布特性に着目し、J(Jは2以上の整数)個の時刻区間Sj(jは1〜Jの整数)を、D#iの先頭ゼロクロス時刻が並ぶ時間軸上に配置して、これらSjごとに先頭ゼロクロス時刻の検出頻度njを計数する。わずかな例外を除き先頭ゼロクロス時刻は追従ゼロクロス時刻が含まれる時間区間か目標ゼロクロス時刻が含まれる時間区間に含まれているため、隣接する時間区間での検出頻度の和を求めると追従ゼロクロス時刻が含まれる時間区間と目標ゼロクロス時刻が含まれる時間区間とで作られる隣接時間区間での検出頻度の和が最大となる。この隣接時間区間の内、早い時間の時間区間が追従ゼロクロス時刻の含まれる時間区間であり、遅い時間の時間区間が目標ゼロクロス時刻の含まれる時間区間である。Sjの時間長は、例えば超音波周期に相当する時間長を用いればよい。一般的には、ゼロクロス時刻の計測ばらつきは、超音波周期よりも小さいため、隣接するゼロクロス点の時刻と十分区別できる。なお、Sjの時間位置については、先頭ゼロクロス時刻の分布が時間区間の中央に位置するようにシフトさせればよい。   In the present embodiment, paying attention to such a distribution characteristic of the leading zero-cross time, J (J is an integer of 2 or more) time sections Sj (j is an integer of 1 to J) are designated as the leading zero-cross of D # i. The detection frequency nj of the leading zero-cross time is counted for each Sj by arranging them on the time axis where the times are lined up. With a few exceptions, the leading zero-cross time is included in the time interval that includes the following zero-cross time or the time interval that includes the target zero-cross time. The maximum sum of the detection frequencies in the adjacent time intervals formed by the included time interval and the time interval including the target zero-cross time is the maximum. Among the adjacent time sections, an earlier time section is a time section including the follow-up zero-cross time, and a later time section is a time section including the target zero-cross time. As the time length of Sj, for example, a time length corresponding to the ultrasonic cycle may be used. In general, the measurement variation of the zero-cross time is smaller than the ultrasonic cycle, so that it can be sufficiently distinguished from the time of the adjacent zero-cross points. The time position of Sj may be shifted so that the leading zero-cross time distribution is located at the center of the time section.

これにより、追従ゼロクロス時刻に該当する時刻区間での検出頻度をnjの総和すなわちNで除算すれば、度合Rが求められることになる。   Thus, the degree R is obtained by dividing the detection frequency in the time section corresponding to the follow-up zero-cross time by the sum of nj, that is, N.

図5の例では、S1,S2,S3,S4からなる4つの時刻区間(j=4)を設けて、先頭ゼロクロス時刻の検出頻度n1,n2,n3,n4を計数した例が示されている。ここでは、32個のVin#i(N=32)に関する先頭ゼロクロス時刻に関する、S1,S2,S3,S4の検出頻度がそれぞれ0回,8回,24回,0回となっている。   The example of FIG. 5 shows an example in which four time intervals (j = 4) including S1, S2, S3, and S4 are provided, and the detection frequencies n1, n2, n3, and n4 of the leading zero-cross time are counted. . Here, the detection frequencies of S1, S2, S3, and S4 regarding the leading zero-cross times for 32 Vin # i (N = 32) are 0 times, 8 times, 24 times, and 0 times, respectively.

これら時刻区間Sjのうち隣接する2時間区間での検出頻度の和を計算すると、時間区間S2とS3での検出頻度の和n2+n3が最大の値を示しており、図2で示した目標ゼロクロス点の設定例によれば、S2が追従ゼロクロス点Z2に、S3が目標ゼロクロス点Z3に、それぞれ対応する。このため、S2(=8)が追従ゼロクロス点の検出頻度となり、これを検出総数N(=32)で除算することにより、R=0.25(=25%)が得られる。   When the sum of the detection frequencies in the adjacent two time sections among these time sections Sj is calculated, the sum n2 + n3 of the detection frequencies in the time sections S2 and S3 shows the maximum value, and the target zero-cross point shown in FIG. According to the setting example of S2, S2 corresponds to the following zero-cross point Z2, and S3 corresponds to the target zero-cross point Z3. Therefore, S2 (= 8) is the detection frequency of the following zero-cross points, and R = 0.25 (= 25%) is obtained by dividing this by the total number N (= 32) of detections.

[閾値電圧初期化動作]
次に、図6を参照して、閾値電圧調整部17による閾値電圧の初期化動作について説明する。図6は、閾値電圧と調整範囲との関係を示す信号波形図である。
閾値電圧調整部17は、図4のステップS109において、閾値電圧Vsを初期化する際、検出電圧Vin#iの最大ピーク電圧Vmaxに基づき新たな調整範囲Vajを特定し、その調整範囲Vaj内の任意の値をVsの新たな初期値として設定する。
[Threshold voltage initialization operation]
Next, the threshold voltage initialization operation by the threshold voltage adjusting unit 17 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a signal waveform diagram showing the relationship between the threshold voltage and the adjustment range.
In step S109 of FIG. 4, when the threshold voltage Vs is initialized, the threshold voltage adjusting unit 17 specifies a new adjustment range Vaj based on the maximum peak voltage Vmax of the detection voltage Vin # i, and within the adjustment range Vaj. An arbitrary value is set as a new initial value of Vs.

図6に示すように、調整範囲Vajは、調整下限電圧VajLおよび調整上限電圧VajHからなり、計測開始時のVs、すなわちVsの初期値は、VajLとVajHの間の任意の値と等しいものとする。
Vsを繰り返し調整する場合、検出電圧Vin#iの強度変化が継続すると、VajLを下回ったり、VajHを上回ったりすることになり、Vsが調整範囲Vajから外れてしまう可能性がある。
このため、例えば一連の計測工程で入力された1つもしくは複数個の検出電圧Vin#iから最大ピーク電圧Vmaxを検出しておき、予め設定されている下限係数k1および上限係数k2に基づいて新たなVajL(=k1×Vmax),VajH(=k2×Vmax)を計算し、VajLおよびVajHを更新する。
As shown in FIG. 6, the adjustment range Vaj is composed of an adjustment lower limit voltage VajL and an adjustment upper limit voltage VajH, and Vs at the start of measurement, that is, the initial value of Vs is equal to an arbitrary value between VajL and VajH. To do.
When Vs is repeatedly adjusted, if the intensity of the detected voltage Vin # i continues to change, it may fall below VajL or exceed VajH, and Vs may fall outside the adjustment range Vaj.
Therefore, for example, the maximum peak voltage Vmax is detected from one or a plurality of detection voltages Vin # i input in a series of measurement steps, and the maximum peak voltage Vmax is newly calculated based on the preset lower limit coefficient k1 and upper limit coefficient k2. VajL (= k1 × Vmax) and VajH (= k2 × Vmax) are calculated, and VajL and VajH are updated.

また、何らかの理由で、図4のステップS109において、VsがVajLを下回ったり、VajHを上回ったりして、調整範囲Vaj外となってしまった場合、VsをVajLとVajHの間の任意の値で初期化する。なお、Vsの初期値として簡単のためにVajLとVajHの間の任意の値としたが、VajLとVajHをあらかじめ定めた方法で内分することによって求めた値を初期値として使ってもよい。   Further, for some reason, in step S109 of FIG. 4, when Vs is lower than VajL or higher than VajH and is out of the adjustment range Vaj, Vs is an arbitrary value between VajL and VajH. initialize. Although the initial value of Vs is set to an arbitrary value between VajL and VajH for simplicity, a value obtained by internally dividing VajL and VajH by a predetermined method may be used as the initial value.

[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、閾値電圧調整部17が、ゼロクロス検出部14で得られた時刻配列D#iに基づいて、検出電圧Vin#iのうち、最初のトリガー点以降に最初に検出された先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点の1周期前に位置するゼロクロス点、すなわち予め設定されている追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Vin#iの度合Rを計算し、得られた度合Rと予め設定されている閾値Rthとの比較結果に基づいて閾値電圧Vsを調整するようにしたものである。
[Effects of First Embodiment]
As described above, in the present embodiment, the threshold voltage adjusting unit 17 first detects the detection voltage Vin # i after the first trigger point based on the time array D # i obtained by the zero-cross detection unit 14. The detected leading zero-cross point corresponds to a zero-cross point positioned one cycle before the target zero-cross point, that is, a follow-up zero-cross point set in advance, the degree R of the detected voltage Vin # i is calculated, and the obtained degree is calculated. The threshold voltage Vs is adjusted based on the result of comparison between R and a preset threshold Rth.

より具体的には、度合Rを計算する際、目標ゼロクロス点の1周期前に位置するゼロクロス点を追従ゼロクロス点として予め設定しておき、閾値電圧調整部17において、度合Rを計算する際、Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、これら追従ゼロクロス点に相当する度合Rを計算するようにしたものである。   More specifically, when calculating the degree R, a zero-cross point located one cycle before the target zero-cross point is preset as a follow-up zero-cross point, and when the degree R is calculated in the threshold voltage adjusting unit 17, In Vin # i, the leading zero-cross point is for calculating the degree R corresponding to these following zero-cross points.

これにより、Vsを調整する指標となる度合Rが、計測工程により繰り返し検出したN個のVin#iに基づいて計算されるため、Vin#iの強度変化による度合Rへの影響が平均化され、安定した閾値電圧調整を実現することができる。また、目標ゼロクロス点以降のゼロクロス点を使用することで伝搬時間を算出することができるため、流量計測と閾値電圧調整を並行して行うことが可能となる。   As a result, the degree R, which serves as an index for adjusting Vs, is calculated based on the N Vin # i that are repeatedly detected in the measurement process, and the influence of the intensity change of Vin # i on the degree R is averaged. Therefore, stable threshold voltage adjustment can be realized. Further, since the propagation time can be calculated by using the zero-cross points after the target zero-cross point, the flow rate measurement and the threshold voltage adjustment can be performed in parallel.

このように閾値電圧を精度よく追従させることができるため、結果として、精度の高い流量計測を実現することが可能となる。さらには、Vin#iのSN比が小さくても正しい伝搬時間差が得られるため、Vin#iに対する増幅ゲインの低減や計測回数の削減を行うことができ、流量計測に要する消費電力を低減することが可能となる。   In this way, the threshold voltage can be made to follow accurately, and as a result, highly accurate flow rate measurement can be realized. Furthermore, since a correct propagation time difference can be obtained even if the SN ratio of Vin # i is small, it is possible to reduce the amplification gain for Vin # i and the number of measurements, and to reduce the power consumption required for flow rate measurement. Is possible.

また、本実施の形態において、閾値電圧調整部17が、調整後の閾値電圧Vsが予め設定されている係数に基づき算出される調整範囲Vajから外れた場合、検出電圧Vin#iの最大ピーク電圧Vmaxに対して、予め設定されている下限係数k1および上限係数k2をそれぞれ乗算することにより、調整範囲Vajに関する新たな調整下限値VajLおよび調整上限値VajHをそれぞれ特定し、これら調整下限値VajLおよび調整上限値VajHの間の任意の値で閾値電圧Vsを初期化するようにしてもよい。これにより、調整後の閾値電圧Vsが予め設定されている調整範囲Vajから外れた場合でも、VsおよびVajを適正に補正することができ、安定した閾値電圧調整を維持することが可能となる。ここでVsはVajLとVajHの間の任意の値であるとしたが、VajLとVajHとをあらかじめ定めた比率で内分する点としてもよい。   Further, in the present embodiment, when the threshold voltage adjusting unit 17 is out of the adjustment range Vaj calculated based on the preset coefficient, the adjusted threshold voltage Vs is the maximum peak voltage of the detection voltage Vin # i. By multiplying Vmax by a preset lower limit coefficient k1 and preset upper limit coefficient k2, respectively, new adjustment lower limit value VajL and adjustment upper limit value VajH regarding the adjustment range Vaj are specified, and these adjustment lower limit values VajL and The threshold voltage Vs may be initialized to any value between the adjustment upper limit value VajH. As a result, even if the adjusted threshold voltage Vs deviates from the preset adjustment range Vaj, Vs and Vaj can be properly corrected, and stable threshold voltage adjustment can be maintained. Here, Vs is an arbitrary value between VajL and VajH, but it may be a point that internally divides VajL and VajH at a predetermined ratio.

[第2の実施の形態]
次に、図7を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる超音波流量計1および流量演算装置10について説明する。図7は、第2の実施の形態にかかる検出電圧と正負トリガー点との関係を示す信号波形図である。
本実施の形態では、図7に示すように、トリガー点の検出に用いる閾値電圧として、図2のVsに相当する正の第1の閾値電圧Vs+と、Vs+とは逆極性で、絶対値VsがVs+と等しい負の第2の閾値電圧Vs−とを用いる場合について説明する。
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 7, an ultrasonic flow meter 1 and a flow rate calculation device 10 according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a signal waveform diagram showing the relationship between the detected voltage and the positive / negative trigger points according to the second embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, as the threshold voltage used for detecting the trigger point, the positive first threshold voltage Vs + corresponding to Vs in FIG. 2 is opposite in polarity to Vs + and the absolute value Vs. The case where a negative second threshold voltage Vs− equal to Vs + is used will be described.

また、図7では、図2と同様に、Nm個目の正側波を目標波PCとし、Nf個目の正側波を追従波PAとし、PAとPCの間に位置する負側波をPB(−PB)とする。
また、Vin#0は、標準強度を有するVinを示し、Vin#1は、標準強度より信号強度が小さいVinを示し、Vin#2は、標準強度より信号強度が大きいVinを示している。なお、Vin#0,Vin#1,Vin#2のいずれの場合においても、PA,PB,PCのピーク電圧は、先頭側から順に単調増加しているものとする。
Further, in FIG. 7, as in FIG. 2, the Nm-th positive side wave is the target wave PC, the Nf-th positive side wave is the follower wave PA, and the negative side wave located between PA and PC is Let PB (-PB).
Further, Vin # 0 indicates Vin having a standard intensity, Vin # 1 indicates Vin having a signal intensity lower than the standard intensity, and Vin # 2 indicates Vin having a signal intensity higher than the standard intensity. In any of Vin # 0, Vin # 1, Vin # 2, the peak voltages of PA, PB, and PC are assumed to monotonically increase in order from the head side.

VinとしてVin#1が入力された場合、第1のトリガー点X+はPCで検出される。また、VinとしてVin#2が入力された場合、X+はPAで検出される。VinがVin#1とVin#2の間の振幅で入力された場合、Vin#0に相当する振幅より小さければX+はPCで検出され、Vin#0に相当する振幅より大きければX+はPAで検出される。Vinの振幅がVin#1とVin#2の間でVin#0を中心として対称に分布していた場合、X+はPAで検出される確率とPCで検出される確率とは50%ずつとなる。   When Vin # 1 is input as Vin, the first trigger point X + is detected by the PC. When Vin # 2 is input as Vin, X + is detected by PA. If Vin is input with an amplitude between Vin # 1 and Vin # 2, X + is detected by the PC if it is smaller than the amplitude corresponding to Vin # 0, and X + is PA if it is larger than the amplitude corresponding to Vin # 0. To be detected. When the amplitude of Vin is symmetrically distributed between Vin # 1 and Vin # 2 with Vin # 0 as the center, the probability of X + being detected by PA and the probability of being detected by PC are 50% each. .

また、Vin#1が入力された場合におけるPBのピーク電圧よりVs−が高いものとした場合、Vin#0,Vin#1,Vin#2のいずれの場合においても、PBでは必ず第2のトリガー点X−が検出されることになる。したがって、Vinの強度変化に応じて、X−に対するX+の時間位置が変化することになる。   If Vs- is higher than the peak voltage of PB when Vin # 1 is input, the second trigger is always issued in PB in any of Vin # 0, Vin # 1 and Vin # 2. The point X- will be detected. Therefore, the time position of X + with respect to X- changes according to the intensity change of Vin.

また、受信信号の振幅は徐々に増大するので、|PBピーク電圧|>|PAピーク電圧|であるため、Vs=|PAピーク電圧|として、プラスとマイナスに同じ絶対値のVs+とVs−を設定しておくと、Vinの強度が変動している状態で複数回計測を実施した場合に、Vs>|PAピーク電圧|となる場合とVs<|PAピーク電圧|となる場合があるが、その場合でもVs<|PBピーク電圧|は安定して成立する。仮に、信号強度が大きく低下し、すべての計測でVs>|PAピーク電圧|となってしまっても、Vs<|PBピーク電圧|の状態は維持できていれば、追従対象ピークを見失うことがない。安定して記録されるZBを基準にして、その前後関係からZAとZCを区別していると考えることができる。   Further, since the amplitude of the received signal gradually increases, | PB peak voltage |> | PA peak voltage |, so that Vs = | PA peak voltage | If set, Vs> | PA peak voltage | may be satisfied and Vs <| PA peak voltage | may be satisfied when the measurement is performed a plurality of times with the intensity of Vin varying. Even in that case, Vs <| PB peak voltage | is stably established. Even if the signal strength is greatly reduced and Vs> | PA peak voltage | in all measurements, if the state of Vs <| PB peak voltage | is maintained, the peak to be tracked may be lost. Absent. It can be considered that ZA and ZC are distinguished from each other based on the context of ZB recorded stably.

本実施の形態は、このようなVinの強度とトリガー点の発生状況との関係に着目し、正負のトリガー点X+,X−が一定の時間位置となる発生状況を示す度合Rを計算し、このRに基づいてVinの強度変動に追従するようVsを調整するようにしたものである。   In the present embodiment, focusing on the relationship between the intensity of Vin and the occurrence status of the trigger point, the degree R indicating the occurrence status in which the positive and negative trigger points X + and X- are at constant time positions is calculated, Based on this R, Vs is adjusted so as to follow the intensity fluctuation of Vin.

また、ゼロクロス検出部14で、VinをVs+だけでなくVs−と比較することによりトリガー点を検出し、トリガー点以降のゼロクロス点の時刻を時刻配列D#iに格納することもできる。これにより、トリガー点X+,X−の両方が検出されるため、X+が先に検出された場合、D#iの先頭の先頭ゼロクロス点の時刻はPAに対応するゼロクロス点ZAの時刻を示すことになる。一方、X−が先に検出された場合、先頭ゼロクロス点の時刻はPCに対応するゼロクロス点ZBの時刻を示すことになる。   Further, the zero-cross detection unit 14 can detect the trigger point by comparing Vin not only with Vs + but also with Vs-, and store the time of the zero-cross point after the trigger point in the time array D # i. As a result, both the trigger points X + and X- are detected. Therefore, when X + is detected first, the time of the leading zero-cross point at the beginning of D # i indicates the time of the zero-cross point ZA corresponding to PA. become. On the other hand, when X- is detected first, the time of the leading zero-cross point indicates the time of the zero-cross point ZB corresponding to the PC.

本実施の形態は、このようなトリガー点X+,X−と先頭ゼロクロス点の時刻との連動性に着目し、度合Rとして、Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点X−以前に位置する第1の追従ゼロクロス点ZAに相当する第1の度合、または、検出電圧Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点X−以降に位置する第2の追従ゼロクロス点ZBに相当する第2の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算するようにしたものである。   In the present embodiment, attention is paid to the interlocking property between such trigger points X +, X- and the time of the leading zero-cross point, and as the degree R, the leading zero-cross point of Vin # i is the negative trigger point X-. A first degree corresponding to the first follow-up zero-cross point ZA located before, or the leading zero-cross point of the detected voltage Vin # i is the second follow-up zero-cross point located after the negative side trigger point X-. At least one or both of the second degrees corresponding to ZB are calculated.

すなわち、本実施の形態において、ゼロクロス検出部14は、ゼロクロス点を検出する際、絶対値が閾値電圧Vsと等しい正の第1の閾値電圧Vs+、および、絶対値が閾値電圧Vsと等しい負の第2の閾値電圧Vs−を、検出電圧Vin#iと比較する機能と、検出電圧Vin#iが第1の閾値電圧Vs+と交差した正側トリガー点、または、検出電圧Vin#iが第2の閾値電圧Vs−と交差した負側トリガー点のうち、最初に検出されたいずれか一方のトリガー点以降にゼロクロス点を検出する機能とを有している。   That is, in the present embodiment, when detecting the zero-cross point, the zero-cross detection unit 14 has a positive first threshold voltage Vs + whose absolute value is equal to the threshold voltage Vs and a negative first threshold voltage Vs + whose absolute value is equal to the threshold voltage Vs. The function of comparing the second threshold voltage Vs− with the detection voltage Vin # i, the positive side trigger point where the detection voltage Vin # i intersects the first threshold voltage Vs +, or the detection voltage Vin # i is the second It has a function of detecting a zero-cross point after one of the first detected trigger points among the negative side trigger points that intersect with the threshold voltage Vs− of.

また、閾値電圧調整部17は、度合Rとして、検出電圧Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点以前に位置する第1の追従ゼロクロス点に相当する第1の度合、または、検出電圧Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点以降に位置する第2のゼロクロス点に相当する第2の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算する機能を有している。   Further, the threshold voltage adjusting unit 17 sets the degree R to a first degree in which the leading zero-cross point of the detected voltage Vin # i corresponds to the first follow-up zero-cross point located before the negative side trigger point, or Of the detected voltage Vin # i, the leading zero-cross point has a function of calculating at least one or both of the second degrees corresponding to the second zero-cross points located after the negative side trigger point. .

本実施の形態にかかる超音波流量計1のうち、流量演算装置10以外の構成と、流量演算装置10のうち、ゼロクロス検出部14および閾値電圧調整部17以外の構成とは、第1の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。   The configuration of the ultrasonic flowmeter 1 according to the present embodiment other than the flow rate calculation device 10 and the configuration of the flow rate calculation device 10 other than the zero-cross detection unit 14 and the threshold voltage adjustment unit 17 are the first embodiment. Since it is the same as that of No. 2, the description thereof is omitted here.

[第2の実施の形態の動作]
次に、図8を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置10の動作について説明する。図8は、第2の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。
流量演算装置10の閾値電圧調整部17は、計測制御部13による計測工程ごとに、図8の閾値電圧調整処理を実行する。
[Operation of the Second Embodiment]
Next, the operation of the flow rate calculation device 10 according to the present exemplary embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the threshold voltage adjustment processing according to the second embodiment.
The threshold voltage adjustment unit 17 of the flow rate calculation device 10 executes the threshold voltage adjustment processing of FIG. 8 for each measurement process by the measurement control unit 13.

なお、第1の閾値電圧Vs+には、標準強度を有する検出電圧VinNが入力された場合に、追従波PAでVinNがVs+と交差して正側トリガー点X+が検出される確率が50%となる値が設定されており、閾値電圧Vs−には、Vs+と逆極性で絶対値が等しい値が、閾値電圧調整部17により初期値として設定されているものとする。また、追従ゼロクロス点としてPA,PB,PCに対応するZA,ZB,ZCが設定されているものとする。   When the detection voltage VinN having the standard intensity is input to the first threshold voltage Vs +, the probability that VinN crosses Vs + in the tracking wave PA and the positive side trigger point X + is detected is 50%. It is assumed that the threshold voltage Vs− is set as an initial value, and the threshold voltage Vs− is set to a value having the opposite polarity and the same absolute value as the initial value by the threshold voltage adjusting unit 17. It is also assumed that ZA, ZB, and ZC corresponding to PA, PB, and PC are set as follow-up zero-cross points.

まず、閾値電圧調整部17は、トランスデューサTD1(TD2)から出力されて、入出力I/F部11に入力された検出電圧Vin#iごとに、Vin#iと閾値電圧Vs+,Vs−とを比較し、Vin#iがVs+,Vs−と交差したトリガー点X+,X−をN回検出する(ステップS200)。
続いて、ゼロクロス検出部14は、検出したX+,X−以降で最初にVin#iがゼロ電圧とゼロクロスするセロクロス点をNz個検出し(ステップS201)、これらゼロクロス点のゼロクロス時刻をVin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納する(ステップS202)。
First, the threshold voltage adjusting unit 17 outputs Vin # i and threshold voltages Vs + and Vs− for each detection voltage Vin # i output from the transducer TD1 (TD2) and input to the input / output I / F unit 11. By comparison, trigger points X + and X− at which Vin # i intersects Vs + and Vs− are detected N times (step S200).
Subsequently, the zero-cross detection unit 14 first detects Nz cello-cross points at which Vin # i zero-crosses the zero voltage after the detected X +, X− (step S201), and the zero-cross times of these zero-cross points are Vin # i. Are sequentially stored in the time array D # i corresponding to (step S202).

このようにして、N個のVin#iに関するD#iがそれぞれ得られた後、閾値電圧調整部17は、これらD#iに格納されている各ゼロクロス点のゼロクロス時刻に基づいて、先頭ゼロクロス点が、予め設定されている追従ゼロクロス点ZA,ZB,ZCのいずれかに相当するD#iの割合を度合RA,RB,RCとして計算する(ステップS203)。なお、先頭ゼロクロス点とZA,ZB,ZCとの対応関係を特定するための先頭ゼロクロス判定動作については、例えば前述した図5に示す方法を利用すればよい。   In this way, after the D # i for each of the N Vin # i is obtained, the threshold voltage adjusting unit 17 determines the leading zero-cross point based on the zero-cross time of each zero-cross point stored in these D # i. The ratio of D # i corresponding to one of the following zero crossing points ZA, ZB, and ZC set in advance is calculated as the degrees RA, RB, and RC (step S203). For the leading zero-cross determination operation for identifying the correspondence between the leading zero-cross point and ZA, ZB, ZC, for example, the method shown in FIG. 5 described above may be used.

次に、閾値電圧調整部17は、RAが予め設定されている閾値Rthより大きいかどうか確認し(ステップS204)、RAがRthより大きい場合(ステップS204:YES)、Vsを予め設定されている調整幅αだけ低い値に調整し(ステップS205)、一連の閾値電圧調整処理を終了する。   Next, the threshold voltage adjusting unit 17 confirms whether RA is larger than a preset threshold Rth (step S204), and when RA is larger than Rth (step S204: YES), Vs is preset. The value is adjusted to a value lower by the adjustment width α (step S205), and the series of threshold voltage adjustment processing ends.

一方、RAがRth以下の場合(ステップS204:NO)、閾値電圧調整部17は、RCがRthより大きいかどうか確認し(ステップS206)、RCがRthより大きい場合(ステップS206:YES)、Vsを予め設定されている調整幅αだけ低い値に調整し(ステップS207)、一連の閾値電圧調整処理を終了する。なお、後述の図11の例では、ステップS206において、RCに代えてRBとRthとを比較することになる。   On the other hand, when RA is equal to or lower than Rth (step S204: NO), the threshold voltage adjusting unit 17 checks whether RC is larger than Rth (step S206), and when RC is larger than Rth (step S206: YES), Vs Is adjusted to a value lower by a preset adjustment width α (step S207), and a series of threshold voltage adjustment processing ends. In the example of FIG. 11 described later, in step S206, RB and Rth are compared instead of RC.

また、RA,RCがRthと等しい場合(ステップS206:NO)、Vsの調整は行わず、一連の閾値電圧調整処理を終了する。
なお、ステップS205,S207の後、図4のステップS106,S107と同様にして、閾値電圧調整部17は、Vs+,Vs−の再調整を実行するようにしてもよい。
If RA and RC are equal to Rth (step S206: NO), Vs is not adjusted and the series of threshold voltage adjustment processing ends.
Note that after steps S205 and S207, the threshold voltage adjustment unit 17 may perform readjustment of Vs + and Vs− similarly to steps S106 and S107 of FIG.

図9は、検出電圧とゼロクロス点との関係(両側閾値)を示す信号波形図である。前述した図2には、正側の閾値電圧Vsのみを用い、トリガー点を検出した後に初めてゼロ電圧Vz(0V)と交差する複数のゼロクロス点のうちから目標ゼロクロス点を検出する場合が例として示されている。これに対して、図9には、正側の閾値電圧Vs+と,負側の閾値電圧Vs−をVin#iごとに同時に用いた場合が示されている。   FIG. 9 is a signal waveform diagram showing the relationship (two-sided threshold value) between the detected voltage and the zero-cross point. In the above-described FIG. 2, as an example, only the positive threshold voltage Vs is used and the target zero-cross point is detected from a plurality of zero-cross points that intersect the zero voltage Vz (0V) only after the trigger point is detected. It is shown. On the other hand, FIG. 9 shows a case where the positive threshold voltage Vs + and the negative threshold voltage Vs− are used simultaneously for each Vin # i.

Vinが小さい振幅の検出電圧Vin#1である場合、目標波であるPCのVin#1が時刻Ts1にて初めてVs+を超えているため、Ts1以降に検出されたゼロクロス点Z3,Z4,Z5,Z6,Z7に対応するゼロクロス時刻T3,T4,T5,T6,T7が、時刻配列D#1に対して格納されることになる。これにより、最初のトリガー点以降に最初に検出されたゼロクロス点、すなわちD#1の先頭に格納されている先頭ゼロクロス点は、目標ゼロクロス点に相当することになる。   When Vin is the detection voltage Vin # 1 with a small amplitude, Vin # 1 of the target wave PC exceeds Vs + for the first time at time Ts1, and therefore zero-cross points Z3, Z4, Z5 detected after Ts1. Zero-cross times T3, T4, T5, T6, T7 corresponding to Z6, Z7 will be stored in the time array D # 1. As a result, the zero-cross point first detected after the first trigger point, that is, the leading zero-cross point stored at the beginning of D # 1 corresponds to the target zero-cross point.

一方、ノイズ成分の重畳などの影響でVinの信号強度が増大し、VinがVin#2のように変化した場合、PCの手前の追従波であるPAのVin#2が時刻Ts2にVsを超える。このため、Ts1より手前のTs2以降に検出されたゼロクロス点Z1,Z2,Z3,Z4,Z5,Z6,Z7,Z8に対応するゼロクロス時刻T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8が、時刻配列D#2に対して格納されることになる。これにより、最初のトリガー点以降に最初に検出されたゼロクロス点、すなわちD#2の先頭に格納されている先頭ゼロクロス点Z1が、追従ゼロクロス点に相当することになる。   On the other hand, when Vin signal strength increases due to the influence of superposition of noise components and Vin changes to Vin # 2, Vin # 2 of PA, which is the following wave in front of PC, exceeds Vs at time Ts2. . Therefore, the zero-cross times T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 corresponding to the zero-cross points Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7, Z8 detected after Ts2 before Ts1. Will be stored in the time array D # 2. As a result, the zero-cross point first detected after the first trigger point, that is, the leading zero-cross point Z1 stored at the beginning of D # 2 corresponds to the following zero-cross point.

なお、図9の例では、最初の閾値電圧を正側のVs+とし、最初のゼロクロスを立上がりで検出しているが、これに限定されるものではない。最初の閾値電圧を負側のVs−とし、最初のゼロクロスを立下がりで検出してもよい。   In the example of FIG. 9, the first threshold voltage is set to Vs + on the positive side and the first zero cross is detected at the rising edge, but the present invention is not limited to this. The initial threshold voltage may be Vs− on the negative side, and the first zero cross may be detected at the falling edge.

図10は、第2の実施の形態にかかる計測例を示す説明図であり、Vs+,Vs−をVin#iごとに同時に用いた計測例が示されている。計測例1では、X+が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZAが32回判定され、ZCが0回判定されている。また、X−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZBが32回判定されている。全部で32回計測したとすると、RA,RB,RCはそれぞれ100%,100%,0%となる。したがって、Rth=50%とするとRA>Rthであることから、Vsがαだけ高い電圧に調整されることになる。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing a measurement example according to the second embodiment, and shows a measurement example in which Vs + and Vs− are simultaneously used for each Vin # i. In measurement example 1, ZA is determined 32 times and ZC is determined 0 times as the follow-up zero-cross point when X + is detected. Further, ZB is determined 32 times as the following zero-cross point when X- is detected. If the measurement is performed 32 times in total, RA, RB, and RC are 100%, 100%, and 0%, respectively. Therefore, when Rth = 50%, RA> Rth, and thus Vs is adjusted to a voltage higher by α.

また、計測例2では、X+が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZAが0回判定され、ZCが32回判定されている。また、X−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZBが32回判定されている。全部で32回計測したとすると、RA,RB,RCはそれぞれ0%,100%,100%となる。したがって、Rth=50%とするとRC>Rthであることから、Vsがαだけ低い電圧に調整されることになる。また、この場合、例えば逸脱判定用の閾値として予め設定しておいたRdev=95%と比較して、RCがRdevより高いので、追従波のピーク電圧がVsから逸脱しかけていると判定することもできる。   Further, in measurement example 2, ZA is determined 0 times and ZC is determined 32 times as the follow-up zero-cross point when X + is detected. Further, ZB is determined 32 times as the following zero-cross point when X- is detected. If the measurement is performed 32 times in total, RA, RB, and RC are 0%, 100%, and 100%, respectively. Therefore, when Rth = 50%, since RC> Rth, Vs is adjusted to a voltage lower by α. Further, in this case, since RC is higher than Rdev compared with, for example, Rdev = 95% preset as a threshold value for deviation determination, it is determined that the peak voltage of the following wave is about to deviate from Vs. You can also

図11は、第2の実施の形態にかかる他の計測例を示す説明図であり、Vs+,Vs−をVin#iごとに同時に用いた計測例が示されている。通常時は、先頭ゼロクロスは、プラス側ピークによるZAまたはマイナス側ピークによるZBから記録される。計測例1は、VsがPAの頂点の電圧と近い値に設定できている場合に相当し、X+が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZAが19回判定され、ZCが0回判定されている。また、X−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZBが13回判定されている。ZAが先頭ゼロクロスにならなかった13回では、ZBが先頭ゼロクロスになる。全部で32回計測したとすると、RA,RB,RCはそれぞれ59%,41%,0%となる。したがって、Rth=50%とするとRA>Rthであることから、Vsがαだけ高い電圧に調整されることになる。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing another measurement example according to the second embodiment, and shows a measurement example in which Vs + and Vs− are simultaneously used for each Vin # i. Normally, the leading zero cross is recorded from ZA due to the plus side peak or ZB due to the minus side peak. Measurement example 1 corresponds to the case where Vs can be set to a value close to the voltage at the apex of PA, and ZA is determined 19 times and ZC is determined 0 times as the follow-up zero cross point when X + is detected. ing. Further, ZB is determined 13 times as the follow-up zero-cross point when X- is detected. In 13 times when ZA did not become the leading zero cross, ZB becomes the leading zero cross. If the measurement is performed 32 times in total, RA, RB, and RC are 59%, 41%, and 0%, respectively. Therefore, when Rth = 50%, RA> Rth, and thus Vs is adjusted to a voltage higher by α.

また、計測例2は、信号強度が大きく低下し、すべての計測でVs>|PAピーク電圧|になった場合に相当し、X+が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZAが0回判定され、ZCが0回判定されている。また、X−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZBが32回判定されている。全部で32回計測したとすると、RA,RB,RCはそれぞれ0%,100%,0%となる。したがって、Rth=50%とするとRA<Rth,RC<Rthであることから、X+検出頻度とX−検出頻度が等しい状態になるようにVsを調節する。例えば、RA>RBならVsを上げ、RA<RBならVsを下げる。   In addition, measurement example 2 corresponds to the case where the signal strength is significantly reduced and Vs> | PA peak voltage | in all measurements, and ZA is determined 0 times as the follow-up zero-cross point when X + is detected. Therefore, ZC is judged 0 times. Further, ZB is determined 32 times as the following zero-cross point when X- is detected. If the measurement is performed 32 times in total, RA, RB, and RC are 0%, 100%, and 0%, respectively. Therefore, when Rth = 50%, RA <Rth and RC <Rth. Therefore, Vs is adjusted so that the X + detection frequency and the X− detection frequency are equal. For example, if RA> RB, Vs is increased, and if RA <RB, Vs is decreased.

図12は、第2の実施の形態にかかる他の計測例を示す説明図であり、Vs+,Vs−をVin#iごとに交互に切り替えた計測例が示されている。計測例1では、X+が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZAが10回判定され、ZCが6回判定されている。また、X−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZBが16回判定されている。全部で16回計測したとすると、RA,RB,RCはそれぞれ63%,100%,38%となる。したがって、Rth=50%とするとRA>Rthであることから、Vsがαだけ高い電圧に調整されることになる。   FIG. 12 is an explanatory diagram showing another measurement example according to the second embodiment, and shows a measurement example in which Vs + and Vs− are alternately switched for each Vin # i. In measurement example 1, ZA is determined 10 times and ZC is determined 6 times as the follow-up zero-cross point when X + is detected. In addition, ZB is determined 16 times as the following zero-cross point when X- is detected. RA, RB, and RC are 63%, 100%, and 38%, respectively, if the measurement is performed 16 times in total. Therefore, when Rth = 50%, RA> Rth, and thus Vs is adjusted to a voltage higher by α.

また、計測例2では、X+が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZAが0回判定され、ZCが16回判定されている。また、X−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ZBが16回判定されている。全部で16回計測したとすると、RA,RB,RCはそれぞれ0%,100%,100%となる。したがって、Rth=50%とするとRC>Rthであることから、Vsがαだけ低い電圧に調整されることになる。また、この場合、例えば逸脱判定用の閾値として予め設定しておいたRdev=95%と比較して、RCがRdevより高いので、追従波のピーク電圧がVsから逸脱しかけていると判定することもできる。   In measurement example 2, ZA is determined 0 times and ZC is determined 16 times as the follow-up zero-cross point when X + is detected. In addition, ZB is determined 16 times as the following zero-cross point when X- is detected. If it is measured 16 times in total, RA, RB, and RC are 0%, 100%, and 100%, respectively. Therefore, when Rth = 50%, since RC> Rth, Vs is adjusted to a voltage lower by α. Further, in this case, since RC is higher than Rdev compared with, for example, Rdev = 95% preset as a threshold value for deviation determination, it is determined that the peak voltage of the following wave is about to deviate from Vs. You can also

[第2の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、ゼロクロス検出部14が、ゼロクロス点を検出する際、絶対値が閾値電圧Vsと等しい正の第1の閾値電圧Vs+、および、絶対値が閾値電圧Vsと等しい負の第2の閾値電圧Vs−を、検出電圧Vin#iと比較して、検出電圧Vin#iが第1の閾値電圧Vs+と交差した正側トリガー点、または、検出電圧Vin#iが第2の閾値電圧Vs−と交差した負側トリガー点のうち、最初に検出されたいずれか一方のトリガー点以降にゼロクロス点を検出するようにしたものである。
[Effects of Second Embodiment]
As described above, in the present embodiment, when the zero-cross detection unit 14 detects a zero-cross point, the positive first threshold voltage Vs + whose absolute value is equal to the threshold voltage Vs, and the absolute value is equal to the threshold voltage Vs. The negative second threshold voltage Vs− is compared with the detection voltage Vin # i, and the positive side trigger point where the detection voltage Vin # i crosses the first threshold voltage Vs + or the detection voltage Vin # i Among the negative-side trigger points that intersect the threshold voltage Vs− of 2, the zero-cross point is detected after one of the first detected trigger points.

また、閾値電圧調整部17が、度合Rとして、検出電圧Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点以前に位置する第1の追従ゼロクロス点に相当する第1の度合、または、検出電圧Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点以降に位置する第2のゼロクロス点に相当する第2の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算するようにしたものである。   Further, the threshold voltage adjusting unit 17 sets the degree R to the first degree in which the leading zero-cross point of the detected voltage Vin # i corresponds to the first follow-up zero-cross point located before the negative side trigger point, or Of the detected voltage Vin # i, the leading zero-cross point is such that at least one or both of the second degrees corresponding to the second zero-cross points located after the negative side trigger point are calculated. .

これにより、Vsを調整する指標となる度合Rが、計測工程により繰り返し検出したN個のVin#iに基づいて計算されるため、Vin#iの強度変化による度合Rへの影響が平均化され、安定した閾値電圧調整を実現することができる。したがって、閾値電圧調整中において検出電圧Vin#iの強度変化がないことを前提とする必要はなくなり、実際の流量計測動作中であっても閾値電圧調整を正確に行うことが可能となる。また、本手法は追従波の振幅に応じてVsを調整するため、Vin全体の最大振幅などを基準にVsを設定する方式に比べると、センサの経時変化や流体および環境の変化などの要因で超音波受信波の形状そのものが変化した場合にも適切なVsを設定して計測を続けることができる。
このため、結果として、精度の高い流量計測を実現することが可能となる。さらには、Vin#iのSN比が小さくても正しい伝搬時間差が得られるため、Vin#iに対する増幅ゲインの低減や計測回数の削減を行うことができ、流量計測に要する消費電力を低減することが可能となる。
As a result, the degree R, which serves as an index for adjusting Vs, is calculated based on the N Vin # i that are repeatedly detected in the measurement process, and the influence of the intensity change of Vin # i on the degree R is averaged. Therefore, stable threshold voltage adjustment can be realized. Therefore, it is not necessary to assume that the intensity of the detection voltage Vin # i does not change during the threshold voltage adjustment, and the threshold voltage adjustment can be accurately performed even during the actual flow rate measuring operation. In addition, since this method adjusts Vs according to the amplitude of the following wave, compared with the method of setting Vs based on the maximum amplitude of Vin as a reference, due to factors such as aging of the sensor and changes in fluid and environment. Even when the shape of the ultrasonic wave received changes itself, it is possible to set an appropriate Vs and continue the measurement.
Therefore, as a result, highly accurate flow rate measurement can be realized. Furthermore, since a correct propagation time difference can be obtained even if the SN ratio of Vin # i is small, it is possible to reduce the amplification gain for Vin # i and the number of measurements, and to reduce the power consumption required for flow rate measurement. Is possible.

また、一般には、1レベルの閾値電圧Vsを用いた場合、検出電圧VinがVsと交差したことしか把握できないため、検出電圧Vinの強度変化が急激に起こった際に、Vsが追従波の頂点から大きく外れ、追従波を見失う場合がある。このような特殊な状態では、Vsを調整する指標となる度合いRは1に近い値を示し、Vsが本来予定している追従波の頂点よりも下にあるのか、上にあるのかが判別できない可能性がある。   Further, in general, when the threshold voltage Vs of one level is used, it can be grasped only that the detection voltage Vin intersects with Vs. Therefore, when the intensity change of the detection voltage Vin suddenly occurs, Vs is the peak of the following wave. May deviate significantly from and lose track of the tracking wave. In such a special state, the degree R, which is an index for adjusting Vs, shows a value close to 1, and it is not possible to determine whether Vs is below or above the originally planned apex of the following wave. there is a possibility.

本実施の形態によれば、複数の閾値電圧Vs+,Vs−を用いて複数回の計測を行い、トリガー点X+,X−を基準にして追従波のピーク電圧にVs+,Vs−を追従させているため、仮に検出電圧Vinの急激な強度変化により、Vs+が追従波のプラス側頂点から大きく外れた場合も、トリガ出力X−に基づいて把握できるZBを基準として、その前後に位置するZA,ZCが先頭ゼロクロスになる度合いRAあるいはRCを比較することにより、常時、追従波のピーク電圧にVsを追従させることができる。
このため、Vs+,Vs−と予め設定されている適切範囲との比較結果に基づいて、流量計測状態の診断や異常計測判別を行うことが可能となる。また、校正などのメンテナンス頻度を低減でき、作業負担を軽減することができる。
According to the present embodiment, a plurality of measurements are performed using a plurality of threshold voltages Vs + and Vs−, and Vs + and Vs− are made to follow the peak voltage of the following wave with reference to trigger points X + and X−. Therefore, even if Vs + largely deviates from the plus-side apex of the following wave due to a sudden change in the detected voltage Vin, ZA located before and after the ZB that can be grasped based on the trigger output X− is used as a reference. By comparing the degree RA or RC at which ZC becomes the leading zero cross, Vs can be always made to follow the peak voltage of the following wave.
For this reason, it is possible to diagnose the flow rate measurement state and determine the abnormality measurement based on the comparison result of Vs +, Vs- and the preset appropriate range. Further, the frequency of maintenance such as calibration can be reduced, and the work load can be reduced.

また、本実施の形態において、度合Rが予め設定されている許容範囲Rpと交差した場合、予め設定されている探索範囲に基づいて第1の閾値電圧Vs+および第2の閾値電圧Vs−を変化させ、度合Rが50%となるよう、第1の閾値電圧Vs+および第2の閾値電圧Vs−を再調整するようにしてもよい。また、探索範囲については、前述したVinの最大ピーク電圧Vmaxを基準にして決定してもよい。これにより、Vs+,Vs−がVinに対して大きくずれてしまった場合でも、閾値電圧調整を継続することができる。   Further, in the present embodiment, when the degree R intersects with the preset allowable range Rp, the first threshold voltage Vs + and the second threshold voltage Vs− are changed based on the preset search range. Then, the first threshold voltage Vs + and the second threshold voltage Vs− may be readjusted so that the degree R becomes 50%. Further, the search range may be determined based on the maximum peak voltage Vmax of Vin described above. As a result, the threshold voltage adjustment can be continued even if Vs + and Vs− deviate significantly from Vin.

また、本実施の形態において、検出電圧Vin#iごとに、Vin#iと閾値電圧Vs+,Vs−とを比較する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、Vin#iごとに、Vs+とVs−を交互に切り替えてVin#iと比較し、トリガー点X+,X−をN/2回ずつ検出するようにしてもよい。これにより、X+,X−の検出に要する処理負担を軽減できる。   Further, in the present embodiment, the case where Vin # i is compared with the threshold voltages Vs + and Vs− for each detection voltage Vin # i has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, Vs + and Vs− may be alternately switched for each Vin # i and compared with Vin # i, and the trigger points X + and X− may be detected N / 2 times each. As a result, the processing load required to detect X + and X- can be reduced.

また、本実施の形態において、Vinの信号強度が急激に大きく変化し、例えば信号強度が下がって、X+がPAで50%程度の確率で検出されていたのが、その後、X+がPCで50%程度の確率で検出されるようになった場合、度合Rのみではトリガー点のずれ方向に関する区別がつかない。このような場合には、計測対象となる流体の温度変化、順逆のゼロクロスタイミング、伝搬時間差などの情報に基づいて、トリガー点のずれ方向に関する区別を行うようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, the signal strength of Vin changes drastically and greatly, for example, the signal strength decreases, and X + is detected with PA with a probability of about 50%. When it is detected with a probability of about%, it is impossible to distinguish the shift direction of the trigger point only by the degree R. In such a case, the shift direction of the trigger point may be distinguished based on information such as the temperature change of the fluid to be measured, the forward and reverse zero-cross timing, and the propagation time difference.

[第3の実施の形態]
次に、図13を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかる超音波流量計1および流量演算装置10について説明する。図13は、第3の実施の形態にかかる検出電圧とトリガー点との関係を示す信号波形図である。
本実施の形態では、図13に示すように、トリガー点の検出に用いる閾値電圧として、図2のVsを含む互いに異なる複数の閾値電圧Vs’を用いる場合について説明する。ここでは、Vsに加えて、Vsより差分電圧ΔVsだけ低い下側閾値電圧VsLと、Vsより差分電圧ΔVsだけ高い上側閾値電圧VsHからなる、3つのVs’を用いるものとする。
[Third Embodiment]
Next, with reference to FIG. 13, an ultrasonic flow meter 1 and a flow rate calculation device 10 according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a signal waveform diagram showing the relationship between the detected voltage and the trigger point according to the third embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, a case will be described in which a plurality of mutually different threshold voltages Vs ′ including Vs of FIG. 2 are used as the threshold voltage used for detecting the trigger point. Here, in addition to Vs, it is assumed that three Vs', which are a lower threshold voltage VsL that is lower than Vs by a difference voltage ΔVs and an upper threshold voltage VsH that is higher than Vs by a difference voltage ΔVs, are used.

また、図13では、図7と同様に、Nm個目の正側波を目標波PCとし、Nf個目の正側波を追従波PAとし、PCの次の正側波をPEとする。
また、VinNは、標準強度を有するVinを示し、VinLは、標準強度より信号強度が小さいVinを示し、VinHは、標準強度より信号強度が大きいVinを示している。なお、VinN,VinL,VinHのいずれの場合においても、PA,PC,PEのピーク電圧は、先頭側から順に単調増加しているものとする。
Further, in FIG. 13, as in FIG. 7, the Nm-th positive side wave is the target wave PC, the Nf-th positive side wave is the follower wave PA, and the next positive side wave of the PC is PE.
Further, VinN indicates Vin having standard intensity, VinL indicates Vin whose signal intensity is smaller than standard intensity, and VinH indicates Vin whose signal intensity is higher than standard intensity. In any of VinN, VinL, and VinH, it is assumed that the peak voltages of PA, PC, and PE monotonically increase from the head side.

図13に示すように、VinをVs,VsL,VsHと比較した場合、Vinの強度変化に応じて、トリガー点が検出される時間位置が変化するだけでなく、検出される閾値電圧も変化する。
例えば、標準強度のVinNが入力された場合におけるPAのピーク電圧をVsとして設定した場合、VinNは、PAにおいてVsLおよびVsと交差するがVsHとは交差しておらず、PCにおいて初めてVsHと交差する。また、VinLは、PAにおいてVsLと交差しVsおよびVsHとは交差しておらず、PCで初めてVsと交差しPEで初めてVsHと交差している。また、VinHは、PAにおいて、VsL,Vs,VsHのすべてと交差している。
As shown in FIG. 13, when Vin is compared with Vs, VsL, and VsH, not only the time position at which the trigger point is detected changes but also the detected threshold voltage changes according to the intensity change of Vin. .
For example, when the peak voltage of PA is set as Vs when VinN of standard intensity is input, VinN intersects VsL and Vs in PA, but does not intersect VsH, and does not intersect VsH in PC for the first time. To do. Further, VinL intersects VsL in PA and does not intersect Vs and VsH, and intersects Vs for the first time in PC and VsH in PE for the first time. Further, VinH intersects all of VsL, Vs, and VsH in PA.

本実施の形態は、このような複数の閾値電圧Vs’を用いた場合における、Vinの強度変化に応じたトリガー点の微妙な変化に着目し、PA,PC,PEに対応するゼロクロス点として追従ゼロクロス点ZA,ZC,ZEを設定しておき、VinがこれらVsL,Vs,VsHと交差するトリガー点XA,XC,XEをそれぞれ検出し、これらトリガー点XA,XC,XE以降に最初に検出した先頭ゼロクロス点が、これらZA,ZC,ZEに相当する度合RA,RC,REを計算するようにしたものである。   In the present embodiment, attention is paid to a subtle change in the trigger point according to the change in Vin intensity when a plurality of such threshold voltages Vs ′ are used, and the follow-up is performed as a zero-cross point corresponding to PA, PC, PE. Zero cross points ZA, ZC, ZE are set, Vin detects trigger points XA, XC, XE at which these intersect VsL, Vs, VsH, respectively, and these are first detected after these trigger points XA, XC, XE. The leading zero-cross point is for calculating the degrees RA, RC and RE corresponding to these ZA, ZC and ZE.

すなわち、本実施の形態において、ゼロクロス検出部14は、ゼロクロス点を検出する際、閾値電圧Vsを含む互いに異なる複数の閾値電圧VsL,Vs,VsH(Vs’)ごとに、検出電圧Vin#iが当該閾値電圧VsL,Vs,VsHと最初に交差したトリガー点以降にそれぞれのゼロクロス点を検出する機能を有している。
また、閾値電圧調整部17は、度合Rとして、検出電圧Vin#iのうち、個々の閾値電圧VsL,Vs,VsHの先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点または目標ゼロクロス点以前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合Rを計算する機能を有している。
That is, in the present embodiment, when detecting the zero-cross point, the zero-cross detection unit 14 outputs the detection voltage Vin # i for each of a plurality of mutually different threshold voltages VsL, Vs, VsH (Vs ′) including the threshold voltage Vs. It has a function of detecting each zero-cross point after the trigger point that first crosses the threshold voltage VsL, Vs, VsH.
Further, the threshold voltage adjusting unit 17 sets, as the degree R, the leading zero-cross point of each of the threshold voltages VsL, Vs, and VsH in the detected voltage Vin # i to the target zero-cross point or the following zero-cross point located before the target zero-cross point. It has a function of calculating a degree R corresponding to.

本実施の形態にかかる超音波流量計1のうち、流量演算装置10以外の構成と、流量演算装置10のうち、ゼロクロス検出部14および閾値電圧調整部17以外の構成とは、第1の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。   The configuration of the ultrasonic flowmeter 1 according to the present embodiment other than the flow rate calculation device 10 and the configuration of the flow rate calculation device 10 other than the zero-cross detection unit 14 and the threshold voltage adjustment unit 17 are the first embodiment. Since it is the same as that of No. 2, the description thereof is omitted here.

[第3の実施の形態の動作]
次に、図14を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置10の動作について説明する。図14は、第3の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。
流量演算装置10の閾値電圧調整部17は、計測制御部13による計測工程ごとに、図14の閾値電圧調整処理を実行する。
[Operation of Third Embodiment]
Next, the operation of the flow rate calculation device 10 according to the present exemplary embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart showing the threshold voltage adjustment processing according to the third embodiment.
The threshold voltage adjustment unit 17 of the flow rate calculation device 10 executes the threshold voltage adjustment process of FIG. 14 for each measurement process by the measurement control unit 13.

なお、閾値電圧Vsには、標準強度を有する検出電圧VinNが入力された場合に、追従波PAでVinNがVsと交差してトリガー点XAが検出される確率が50%となる電圧が設定されており、Vsより差分電圧ΔVsだけ低い下側閾値電圧VsLと、Vsより差分電圧ΔVsだけ高い上側閾値電圧VsHとが、閾値電圧調整部17により設定されているものとする。また、追従ゼロクロス点としてPA,PC,PEに対応するZA,ZC,ZEが設定されているものとする。   It should be noted that the threshold voltage Vs is set to a voltage at which there is a 50% probability that VinN crosses Vs in the tracking wave PA and the trigger point XA is detected when the detection voltage VinN having a standard intensity is input. Therefore, it is assumed that the lower threshold voltage VsL that is lower than Vs by the difference voltage ΔVs and the upper threshold voltage VsH that is higher than Vs by the difference voltage ΔVs are set by the threshold voltage adjusting unit 17. It is also assumed that ZA, ZC, and ZE corresponding to PA, PC, and PE are set as follow-up zero-cross points.

まず、閾値電圧調整部17は、トランスデューサTD1(TD2)から出力されて、入出力I/F部11でA/D変換された検出電圧Vin#i(i=1〜Nの整数)ごとに、Vin#iと閾値電圧Vs’すなわちVs,VsL,VsHとを比較し、Vin#iがVs,VsL,VsHと交差したトリガー点XA,XC,XEをN回検出する(ステップS300)。
続いて、ゼロクロス検出部14は、検出したXA,XC,XE以降にVin#iがゼロ値とゼロクロスするセロクロス点をNz個検出し(ステップS301)、これらゼロクロス点のゼロクロス時刻をVin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納する(ステップS302)。
First, the threshold voltage adjusting unit 17 outputs, from the transducer TD1 (TD2), A / D-converted detection voltage Vin # i (integer of i = 1 to N) by the input / output I / F unit 11, Vin # i is compared with the threshold voltage Vs', that is, Vs, VsL, VsH, and trigger points XA, XC, XE at which Vin # i intersects Vs, VsL, VsH are detected N times (step S300).
Subsequently, the zero-cross detection unit 14 detects Nz cello-cross points at which Vin # i zero-crosses the zero value after the detected XA, XC, and XE (step S301), and sets the zero-cross times of these zero-cross points to Vin # i. The data are sequentially stored in the corresponding time array D # i (step S302).

このようにして、N個のVin#iに関するD#iがそれぞれ得られた後、閾値電圧調整部17は、これらD#iに格納されている各ゼロクロス点のゼロクロス時刻に基づいて、先頭の先頭ゼロクロス点が、予め設定されている追従ゼロクロス点ZA,ZC,ZEのいずれかに相当するD#iの割合を度合RA,RC,REとして計算する(ステップS303)。なお、先頭ゼロクロス点とRA,RC,REとの対応関係を特定するための先頭ゼロクロス判定動作については、例えば前述した図5に示す方法を利用すればよい。   In this way, after the D # i for each of the N Vin # i is obtained, the threshold voltage adjusting unit 17 determines the leading zero-cross time based on the zero-cross time of each zero-cross point stored in these D # i. The ratio of D # i in which the leading zero-cross point corresponds to one of the preset following zero-cross points ZA, ZC, and ZE is calculated as the degrees RA, RC, and RE (step S303). For the leading zero-cross determination operation for identifying the correspondence between the leading zero-cross point and RA, RC, RE, for example, the method shown in FIG. 5 described above may be used.

次に、閾値電圧調整部17は、RCが予め設定されている許容範囲Rth2より高いかどうか確認し(ステップS304)、RCがRth2より高い場合(ステップS304:YES)、Vs,VsL,VsHを予め設定されている調整幅αだけそれぞれ高い値に調整し(ステップS305)、一連の閾値電圧調整処理を終了する。なお、Rth1,Rth2は、第1の実施の形態と同様である。   Next, the threshold voltage adjusting unit 17 checks whether RC is higher than a preset allowable range Rth2 (step S304), and if RC is higher than Rth2 (step S304: YES), sets Vs, VsL, and VsH. The value is adjusted to a higher value by the preset adjustment width α (step S305), and the series of threshold voltage adjustment processing ends. Note that Rth1 and Rth2 are the same as those in the first embodiment.

一方、RCがRth以下の場合(ステップS304:NO)、閾値電圧調整部17は、RCがRth1より低いかどうか確認し(ステップS306)、RCがRth1より低い場合(ステップS306:YES)、Vs,VsL,VsHを予め設定されている調整幅αだけそれぞれ高い値に調整し(ステップS307)、一連の閾値電圧調整処理を終了する。なお、RCがRth1以上、かつ、Rth2以下であれば(ステップS306:NO)、Vs,VsL,VsHの調整は行わず、一連の閾値電圧調整処理を終了する。
なお、ステップS305,S307の後、図4のステップS106,S107と同様にして、閾値電圧調整部17は、Vs,VsL,VsHの再調整を実行するようにしてもよい。
On the other hand, when RC is equal to or lower than Rth (step S304: NO), the threshold voltage adjusting unit 17 confirms whether RC is lower than Rth1 (step S306), and when RC is lower than Rth1 (step S306: YES), Vs , VsL, VsH are adjusted to high values by a preset adjustment width α (step S307), and a series of threshold voltage adjustment processing ends. If RC is Rth1 or more and Rth2 or less (step S306: NO), Vs, VsL, and VsH are not adjusted, and a series of threshold voltage adjustment processing ends.
After steps S305 and S307, the threshold voltage adjustment unit 17 may perform readjustment of Vs, VsL, and VsH in the same manner as steps S106 and S107 of FIG.

図15は、第3の実施の形態にかかる計測例を示す説明図であり、Vs,VsL,VsHをVin#iごとに交互に切り替えた計測例が示されている。Vs,VsL,VsHで11回、10回、10回計測し、全部で31回計測したものとする。また、許容範囲としてRth1=50−5%、Rth2=50+5%が設定されているものとする。   FIG. 15 is an explanatory diagram showing a measurement example according to the third embodiment, and shows a measurement example in which Vs, VsL, and VsH are alternately switched for each Vin # i. It is assumed that Vs, VsL, and VsH are measured 11 times, 10 times, 10 times, and 31 times in total. Further, it is assumed that Rth1 = 50-5% and Rth2 = 50 + 5% are set as allowable ranges.

計測例1では、Vsで検出された際の追従ゼロクロス点として、ZCが5回判定され、ZAが6回判定されている。また、VsLで検出された際の追従ゼロクロス点としてZAが10回判定され、VsHで検出された際の追従ゼロクロス点としてZCが10回判定されている。これにより、ZA,ZCの合計頻度は、16回,15回となるため、RA,RCはそれぞれ52%,48%となる。したがって、RAは許容範囲内であることから、Vs,VsL,VsHの調整は行われないことになる。   In measurement example 1, ZC is determined 5 times and ZA is determined 6 times as the follow-up zero-cross point when detected at Vs. Further, ZA is determined 10 times as the follow-up zero-cross point when detected by VsL, and ZC is determined 10 times as the follow-up zero-cross point when detected by VsH. As a result, the total frequency of ZA and ZC is 16 times and 15 times, so that RA and RC are 52% and 48%, respectively. Therefore, since RA is within the allowable range, Vs, VsL, and VsH are not adjusted.

また、計測例2では、Vsで検出された際の追従ゼロクロス点として、ZAが11回判定され、VsLで検出された際の追従ゼロクロス点としてZAが10回判定されている。また、VsHで検出された際の追従ゼロクロス点として、ZCが10回判定されている。これにより、ZA,ZCの合計頻度は、21回,10回となるため、RA,RCはそれぞれ68%,32%となる。したがって、RAはRth2より高いことから、Vs,VsL,VsHのそれぞれがαだけ高い値に調整されることになる。   In the measurement example 2, ZA is determined 11 times as the follow-up zero-cross point when detected by Vs, and ZA is determined 10 times as the follow-up zero-cross point when detected by VsL. Further, ZC is determined 10 times as the follow-up zero-cross point when detected at VsH. As a result, the total frequency of ZA and ZC is 21 times and 10 times, so that RA and RC are 68% and 32%, respectively. Therefore, since RA is higher than Rth2, each of Vs, VsL, and VsH is adjusted to a value higher by α.

また、計測例3では、Vsで検出された際の追従ゼロクロス点として、ZCが11回判定され、VsHで検出された際の追従ゼロクロス点としてZCが10回判定されている。また、VsLで検出された際の追従ゼロクロス点として、ZAが5回判定されている。これにより、ZA,ZCの合計頻度は、10回,21回となるため、RA,RCはそれぞれ32%,68%となる。したがって、RAはRth1より低いことから、Vs,VsL,VsHのそれぞれがαだけ低い値に調整されることになる。   In measurement example 3, ZC is determined 11 times as the follow-up zero-cross point when detected at Vs, and ZC is determined 10 times as the follow-up zero-cross point when detected at VsH. Further, ZA is determined five times as the follow-up zero-cross point when detected by VsL. As a result, the total frequency of ZA and ZC is 10 times and 21 times, so that RA and RC are 32% and 68%, respectively. Therefore, since RA is lower than Rth1, each of Vs, VsL, and VsH is adjusted to a value lower by α.

[第3の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、ゼロクロス検出部14が、閾値電圧Vsを含む互いに異なる複数の閾値電圧Vs’のそれぞれを検出電圧Vin#iと比較し、検出電圧Vin#iがこれら閾値電圧Vs’のうちのいずれかと最初に交差したトリガー点以降にゼロクロス点を検出し、閾値電圧調整部17が、度合Rとして、検出電圧Vin#iのうち、先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点または目標ゼロクロス点以前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合Rを計算するようにしたものである。
[Effects of Third Embodiment]
As described above, in the present embodiment, the zero-cross detection unit 14 compares each of a plurality of mutually different threshold voltages Vs ′ including the threshold voltage Vs with the detection voltage Vin # i, and the detection voltage Vin # i indicates the threshold voltage. The zero-cross point is detected after the trigger point that first intersects with any one of Vs ′, and the threshold voltage adjusting unit 17 sets the degree R to the leading zero-cross point of the detected voltage Vin # i, which is the target zero-cross point or the target. The degree R corresponding to the following zero-cross point located before the zero-cross point is calculated.

これにより、Vsを調整する指標となる度合Rが、計測工程により繰り返し検出したN個のVin#iに基づいて計算されるため、Vin#iの強度変化による度合Rへの影響が平均化され、安定した閾値電圧調整を実現することができる。したがって、閾値電圧調整中において検出電圧Vin#iの強度変化がないことを前提とする必要はなくなり、実際の流量計測動作中であっても閾値電圧調整を正確に行うことが可能となる。
このため、結果として、精度の高い流量計測を実現することが可能となる。さらには、Vin#iのSN比が小さくても正しい伝搬時間差が得られるため、Vin#iに対する増幅ゲインの低減や計測回数の削減を行うことができ、流量計測に要する消費電力を低減することが可能となる。
As a result, the degree R, which serves as an index for adjusting Vs, is calculated based on the N Vin # i that are repeatedly detected in the measurement process, and the influence of the intensity change of Vin # i on the degree R is averaged. Therefore, stable threshold voltage adjustment can be realized. Therefore, it is not necessary to assume that the intensity of the detection voltage Vin # i does not change during the threshold voltage adjustment, and the threshold voltage adjustment can be accurately performed even during the actual flow rate measuring operation.
Therefore, as a result, highly accurate flow rate measurement can be realized. Furthermore, since a correct propagation time difference can be obtained even if the SN ratio of Vin # i is small, it is possible to reduce the amplification gain for Vin # i and the number of measurements, and to reduce the power consumption required for flow rate measurement. Is possible.

また、一般には、1レベルの閾値電圧Vsを用いた場合、検出電圧VinがVsと交差したことしか把握できないため、強度変化の程度によっては、追従波を見失う場合がある。本実施の形態によれば、複数の閾値電圧Vs’を用いて複数回の計測を行い、トリガー点XA,XC,XEを基準にして追従波のピーク電圧にVs,VsL,VsHを追従させている。   Further, in general, when the threshold voltage Vs of one level is used, it can be grasped only that the detection voltage Vin intersects with Vs. Therefore, the following wave may be lost depending on the degree of intensity change. According to this embodiment, a plurality of measurements are performed using a plurality of threshold voltages Vs ′, and Vs, VsL, and VsH are made to follow the peak voltage of the following wave with reference to the trigger points XA, XC, and XE. There is.

したがって、Vinの信号強度の変化を度合RA,RCに反映させることができる。このため、追従波のピーク電圧がVsと一致しなくなっても、追従波のピーク電圧がVsLからVsHまでの範囲内であれば度合RA,RCを求めることができ、引き続き閾値電圧調整動作を行うことが可能となる。
また、常時、Vsから追従波のピーク電圧を把握できる。このため、Vs’と予め設定されている適切範囲との比較結果に基づいて、流量計測状態の診断や異常計測判別を行うことが可能となる。また、校正などのメンテナンス頻度を低減でき、作業負担を軽減することができる。
Therefore, the change in Vin signal strength can be reflected in the degrees RA and RC. Therefore, even if the peak voltage of the tracking wave does not match Vs, if the peak voltage of the tracking wave is within the range from VsL to VsH, the degrees RA and RC can be obtained, and the threshold voltage adjusting operation is continuously performed. It becomes possible.
Further, the peak voltage of the following wave can be always grasped from Vs. For this reason, it is possible to diagnose the flow rate measurement state and make an abnormal measurement determination based on the comparison result of Vs ′ and a preset appropriate range. Further, the frequency of maintenance such as calibration can be reduced, and the work load can be reduced.

また、本実施の形態において、VsLを適用して計測するときは、1周期早めにトリガー点が検出されることを見越して、検出されたトリガー点から1超音波周期分の時間だけ遅延させたタイミングから、ゼロクロス点を検出するようにしてもよい。これにより、VsLを適用した場合とVsHを適用した場合で、互いに近しいタイミングでゼロクロス時刻を取得できる確率が高くなるため、複数計測で得たゼロクロス時間の平均値などの計算に要する処理負担を軽減できる。   In addition, in the present embodiment, when measuring by applying VsL, it is delayed by a time corresponding to one ultrasonic cycle from the detected trigger point in anticipation that the trigger point is detected one cycle earlier. The zero-cross point may be detected from the timing. This increases the probability that the zero-cross time can be acquired at timings close to each other in the case where VsL is applied and the case where VsH is applied, reducing the processing load required for calculation of the average value of zero-cross times obtained by multiple measurements. it can.

また、本実施の形態において、閾値電圧Vs’は3つの限定されるものではなく、2つまたは4つ以上の異なる閾値電圧を用いてもよい。
また、Vs調整の指標となる許容範囲Rpは50%が中心でなくてもよく、度合Rを計算したゼロクロス点の位置や個数、超音波流量計1や適用される計測環境に応じて、任意の値を設定すればよい。
また、Vs間の差分電圧ΔVsは、Vinの状態に応じて変更してもよい。例えば、隣接波間におけるピーク電圧の関係に応じて変更してもよく、Vinのブレが大きい場合はΔVsを大きくして間隔を広くとるようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the threshold voltage Vs ′ is not limited to three, and two or four or more different threshold voltages may be used.
Further, the allowable range Rp serving as an index for Vs adjustment does not have to be centered at 50%, and may be set arbitrarily depending on the position and number of zero-cross points for which the degree R is calculated, the ultrasonic flow meter 1, and the measurement environment to be applied. You can set the value of.
Further, the difference voltage ΔVs between Vs may be changed according to the state of Vin. For example, it may be changed according to the relationship of the peak voltage between adjacent waves, and when the fluctuation of Vin is large, ΔVs may be increased to make the interval wider.

[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Expansion of Embodiment]
Although the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, the present invention is not limited to the above exemplary embodiments. Various modifications that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, the respective embodiments can be implemented in any combination as long as there is no contradiction.

1…超音波流量計、10…流量演算装置、11…入出力I/F部、12…記憶部、13…計測制御部、14…ゼロクロス検出部、15…流量計算部、16…流量出力部、17…閾値電圧調整部、B…内部バス、C…測定管、TD1,TD2…トランスデューサ、W…配線、NW…通信ネットワーク。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic flowmeter, 10 ... Flow rate calculation device, 11 ... Input / output I / F section, 12 ... Storage section, 13 ... Measurement control section, 14 ... Zero cross detection section, 15 ... Flow rate calculation section, 16 ... Flow rate output section , 17 ... Threshold voltage adjusting unit, B ... Internal bus, C ... Measuring tube, TD1, TD2 ... Transducer, W ... Wiring, NW ... Communication network.

Claims (7)

一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程をN(Nは2以上の整数)回実施し、これら計測工程により検出した前記超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、
前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Vin#i(iは1〜Nの整数)と予め設定されている閾値電圧Vsとを比較し、前記検出電圧Vin#iが前記閾値電圧Vsと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Vin#iが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Vin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納するゼロクロス検出部と、
前記時刻配列D#iから予め設定されている複数の目標ゼロクロス点に関する目標ゼロクロス時刻をそれぞれ抽出し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算部と、
前記検出電圧Vin#iのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Vin#iの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Vsを調整する閾値電圧調整部と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
A measurement step of transmitting and receiving ultrasonic signals in both directions via a fluid to be measured between a pair of transducers is performed N times (N is an integer of 2 or more) times, and the propagation time difference of the ultrasonic signals detected by these measurement steps is performed. An ultrasonic flow meter for measuring the flow rate of the fluid based on
The detection voltage Vin # i (i is an integer of 1 to N) output from the transducer that receives the ultrasonic signal is compared with a preset threshold voltage Vs, and the detection voltage Vin # i is the threshold voltage. After the trigger point crossing Vs, the zero crossing point at which the detection voltage Vin # i first crosses the zero voltage is detected, and the zero crossing time of the zero crossing point is the time array D # i corresponding to the detection voltage Vin # i. A zero-cross detector that sequentially stores in
A flow rate calculation unit that extracts target zero-cross times relating to a plurality of preset target zero-cross points from the time array D # i and measures the flow rate of the fluid based on the propagation time difference obtained from these target zero-cross times. When,
Of the detected voltage Vin # i, the degree of the detected voltage Vin # i is calculated, in which the first zero-cross point detected first corresponds to a follow-up zero-cross point located before the target zero-cross point by a predetermined period. And a threshold voltage adjusting unit that adjusts the threshold voltage Vs based on a comparison result between the degree and a preset threshold value.
請求項1に記載の超音波流量計において、
前記閾値電圧調整部は、前記度合を計算する際、前記検出電圧Vin#iのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記目標ゼロクロス点の1周期前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合を計算することを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1,
When calculating the degree, the threshold voltage adjusting unit calculates a degree of the detected voltage Vin # i in which the leading zero-cross point corresponds to a follow-up zero-cross point located one cycle before the target zero-cross point. An ultrasonic flow meter characterized in that.
請求項1に記載の超音波流量計において、
前記ゼロクロス検出部は、前記ゼロクロス点を検出する際、絶対値が前記閾値電圧Vsと等しい正の第1の閾値電圧Vs+、および、絶対値が前記閾値電圧Vsと等しい負の第2の閾値電圧Vs−を、前記検出電圧Vin#iと比較し、前記検出電圧Vin#iが前記第1の閾値電圧Vs+と交差した正側トリガー点、または、前記検出電圧Vin#iが前記第2の閾値電圧Vs−と交差した負側トリガー点のうち、最初に検出されたいずれか一方のトリガー点以降に前記ゼロクロス点を検出し、
前記閾値電圧調整部は、前記度合として、前記検出電圧Vin#iのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記負側トリガー点以前に位置する第1の追従ゼロクロス点に相当する第1の度合、または、前記検出電圧Vin#iのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記負側トリガー点以降に位置する第2の追従ゼロクロス点に相当する第2の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算する
ことを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1,
When detecting the zero-cross point, the zero-cross detector detects a positive first threshold voltage Vs + whose absolute value is equal to the threshold voltage Vs, and a negative second threshold voltage whose absolute value is equal to the threshold voltage Vs. Vs− is compared with the detection voltage Vin # i, and the detection voltage Vin # i crosses the first threshold voltage Vs +, or a positive trigger point, or the detection voltage Vin # i is the second threshold voltage. Of the negative side trigger points that intersect with the voltage Vs-, the zero-cross point is detected after one of the first detected trigger points,
As the degree, the threshold voltage adjusting unit has a first degree in which the leading zero-cross point of the detected voltage Vin # i corresponds to a first follow-up zero-cross point located before the negative trigger point, or Calculating at least one or both of a second degree of the detected voltage Vin # i in which the leading zero-cross point corresponds to a second follow-up zero-cross point located after the negative trigger point. Ultrasonic flow meter characterized by.
請求項1に記載の超音波流量計において、
前記ゼロクロス検出部は、前記ゼロクロス点を検出する際、前記閾値電圧Vsを含む互いに異なる複数の閾値電圧Vs’のそれぞれを前記検出電圧Vin#iと比較し、前記検出電圧Vin#iが当該閾値電圧Vs’と最初に交差したトリガー点以降にそれぞれの前記ゼロクロス点を検出し、
前記閾値電圧調整部は、前記度合として、前記検出電圧Vin#iのうち、前記複数の閾値電圧Vs’に関する先頭ゼロクロス点が、前記目標ゼロクロス点の1周期前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合を計算する
ことを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1,
When detecting the zero-cross point, the zero-cross detector compares each of a plurality of different threshold voltages Vs ′ including the threshold voltage Vs with the detection voltage Vin # i, and the detection voltage Vin # i is the threshold value. Each of the zero-cross points is detected after the trigger point at which the voltage Vs ′ first crosses,
The threshold voltage adjusting unit corresponds, as the degree, to a follow-up zero cross point located one cycle before the target zero cross point, in the detected voltage Vin # i, where the leading zero cross point related to the plurality of threshold voltages Vs ′. An ultrasonic flow meter characterized by calculating a degree.
請求項3または請求項4に記載の超音波流量計において、
前記ゼロクロス検出部は、前記検出電圧Vin#iごとに前記閾値電圧を切り替えて前記検出電圧Vin#iと比較することを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 3 or 4,
The ultrasonic flow meter, wherein the zero-cross detection unit switches the threshold voltage for each detection voltage Vin # i and compares the threshold voltage with the detection voltage Vin # i.
一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程をN(Nは2以上の整数)回実施し、これら計測工程により検出した前記超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計で用いられる流量計測方法であって、
ゼロクロス検出部が、前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Vin#i(iは1〜Nの整数)と予め設定されている閾値電圧Vsとを比較し、前記検出電圧Vin#iが前記閾値電圧Vsと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Vin#iが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Vin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納するゼロクロス検出ステップと、
流量計算部が、前記時刻配列D#iから予め設定されている複数の目標ゼロクロス点に関する目標ゼロクロス時刻をそれぞれ抽出し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算ステップと、
閾値電圧調整部が、前記検出電圧Vin#iのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Vin#iの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Vsを調整する閾値電圧調整ステップと
を備えることを特徴とする流量計測方法。
A measurement step of transmitting and receiving ultrasonic signals in both directions via a fluid to be measured between a pair of transducers is performed N times (N is an integer of 2 or more) times, and the propagation time difference of the ultrasonic signals detected by these measurement steps is performed. Based on, a flow rate measuring method used in an ultrasonic flow meter for measuring the flow rate of the fluid,
The zero-cross detector compares the detection voltage Vin # i (i is an integer of 1 to N) output from the transducer that receives the ultrasonic signal with a preset threshold voltage Vs, and detects the detection voltage Vin #. After the trigger point at which i crosses the threshold voltage Vs, the zero cross point at which the detection voltage Vin # i first crosses the zero voltage is detected, and the zero cross time of the zero cross point corresponds to the detection voltage Vin # i. A zero-crossing detection step of sequentially storing in the time array D # i,
The flow rate calculation unit respectively extracts target zero-cross times relating to a plurality of preset target zero-cross points from the time array D # i, and based on the propagation time difference obtained from these target zero-cross times, calculates the flow rate of the fluid. Flow rate calculation step to measure,
The threshold voltage adjusting unit detects the detected voltage Vin # i, in which the first zero-cross point detected first in the detected voltage Vin # i corresponds to a follow-up zero-cross point located before the target zero-cross point by a predetermined period. And a threshold voltage adjusting step of adjusting the threshold voltage Vs on the basis of a comparison result between the degree and a preset threshold value.
超音波流量計で用いられて、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程をN(Nは2以上の整数)回実施し、これら計測工程により検出した前記超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、
前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Vin#i(iは1〜Nの整数)と予め設定されている閾値電圧Vsとを比較し、前記検出電圧Vin#iが前記閾値電圧Vsと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Vin#iが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Vin#iと対応する時刻配列D#iに順次格納するゼロクロス検出部と、
前記時刻配列D#iから予め設定されている複数の目標ゼロクロス点に関する目標ゼロクロス時刻をそれぞれ抽出し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算部と、
前記検出電圧Vin#iのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Vin#iの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Vsを調整する閾値電圧調整部と
を備えることを特徴とする流量演算装置。
Used in an ultrasonic flow meter, N (N is an integer of 2 or more) measurement steps are performed for transmitting and receiving ultrasonic signals in both directions via a fluid to be measured between a pair of transducers. Based on the propagation time difference of the detected ultrasonic signal, a flow rate calculating device for measuring the flow rate of the fluid,
The detection voltage Vin # i (i is an integer of 1 to N) output from the transducer that receives the ultrasonic signal is compared with a preset threshold voltage Vs, and the detection voltage Vin # i is the threshold voltage. After the trigger point crossing Vs, the zero crossing point where the detection voltage Vin # i first crosses the zero voltage is detected, and the zero crossing time of the zero crossing point is the time array D # i corresponding to the detection voltage Vin # i. A zero-cross detector that sequentially stores in
A flow rate calculation unit that extracts target zero-cross times for a plurality of preset target zero-cross points from the time array D # i and measures the flow rate of the fluid based on the propagation time difference obtained from these target zero-cross times. When,
In the detected voltage Vin # i, the degree of the detected voltage Vin # i, in which the first zero-cross point detected first corresponds to the following zero-cross point located before the target zero-cross point by a predetermined period, is calculated. And a threshold voltage adjusting unit that adjusts the threshold voltage Vs based on a comparison result between the degree and a preset threshold value.
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