JP2024041085A - 送受信回路 - Google Patents

Abstract

【課題】送受信センサの受信時のゲインを維持しつつ、送信時の印加電圧を従来よりも大きくできる送受信回路を提供する。
【解決手段】送受信回路は、非反転入力端子が信号発生器の電圧信号出力端子に接続された増幅器と、一端が増幅器の出力端子に接続され、他端が増幅器の反転入力端子に接続された帰還抵抗と、一端が増幅器の反転入力端子及び帰還抵抗の他端に接続された入力抵抗と、一端が帰還抵抗の一端に接続され、他端が帰還抵抗の他端に接続されたスイッチと、スイッチの制御回路と、一端が入力抵抗の他端に接続され、他端が信号ジェネレータからの電圧信号出力に基づく送信波の送信及び受信が可能な第１の送受信センサの一端に接続される第２のスイッチと、一端が入力抵抗の他端に接続され、他端が信号発生器からの電圧信号出力に基づく送信波の送信及び受信が可能な第２の送受信センサの一端に接続される第３のスイッチと、を備えた。
【選択図】図１

Description

本開示は、電圧信号の送受信を行う送受信回路に関する。

上記のような送受信回路は、例えば超音波流量計に用いられる。超音波流量計に用いられる送受信回路では、超音波センサに対する電圧信号の送信時及び受信時にかかわらず、測定対象の流体が流れる領域の上流側及び下流側において、超音波センサに対する回路のインピーダンスが等しいことが、正確な流量計測のために求められている。これらのインピーダンスが等しければ、たとえ上流側と下流側の超音波センサの特性が異なっていても、流量計測系は相反性の条件を満たし、測定対象の流体が静止しているときの、上流から下流（順方向）に向かう超音波の伝播時間と、下流から上流（逆方向）に向かう超音波の伝播時間とが等しい値として計測される。

これに関連して、例えば特許文献１には、超音波センサに対する電圧信号の送信時及び受信時にかかわらず、測定対象の流体が流れる領域の上流側及び下流側において、超音波センサに対する回路のインピーダンスが等しい（すべてＺ１になる）送受信回路が開示されている。

特開２００５－５３２５３１号公報

特許文献１に開示されている送受信回路には、１つの増幅器が含まれているが、この増幅器は固有のゲインを有し、超音波センサ（送受信センサ）に対する電圧信号の送信時及び受信時においてゲインが同一となる。一方、送受信回路に含まれる増幅器では、電圧信号の受信時は可能な限りゲインを高くするのが設計上有利となるが、電圧信号の送信時にもゲインが高いと、当該増幅器の出力電圧範囲との関係で、超音波センサに加えられる電圧に制約がかかってしまう。このため、特許文献１に開示されている送受信回路では、超音波センサ（送受信センサ）の受信時におけるゲインを考慮すると、超音波センサ（送受信センサ）の送信時に十分大きな電圧を当該超音波センサに加えることができないという課題があった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、送受信センサの受信時におけるゲインを維持しつつ、送信時に当該送受信センサに印加する電圧を従来よりも大きくすることが可能な送受信回路を提供することを目的としている。

本開示に係る送受信回路は、非反転入力端子が電圧信号を出力する信号ジェネレータの出力端子に接続される増幅器と、一端が増幅器の出力端子に接続され、他端が増幅器の反転入力端子に接続された帰還抵抗と、一端が増幅器の反転入力端子及び帰還抵抗の他端に接続された入力抵抗と、一端が帰還抵抗の一端に接続され、他端が帰還抵抗の他端に接続された第１のスイッチと、第１のスイッチの開閉を制御する制御回路と、一端が入力抵抗の他端に接続され、他端が信号ジェネレータから出力された電圧信号に基づく送信波の送信及び送信波の受信が可能な第１の送受信センサの一端に接続される第２のスイッチと、一端が入力抵抗の他端に接続され、他端が信号ジェネレータから出力された電圧信号に基づく送信波の送信及び送信波の受信が可能な第２の送受信センサの一端に接続される第３のスイッチと、を備えたことを特徴とする。

本開示によれば、上記のように構成したので、送受信センサの受信時におけるゲインを維持しつつ、送信時に当該送受信センサに印加する電圧を従来よりも大きくすることが可能となる。

実施の形態１に係る送受信回路１の構成例を示す図である。 比較例に係る送受信回路１００の構成例を示す図である。 実施の形態１に係る送受信回路１における駆動信号Ｋの送信タイミング、及び各スイッチ（スイッチＳ１、Ｓ２、及びＳｇ）の開閉のタイミングの一例を示すシーケンス図である。 実施の形態１に係る送受信回路１の他の構成例を示す図である。 実施の形態２に係る送受信回路１の構成例を示す図である。 実施の形態２に係る送受信回路１における駆動信号Ｋの送信タイミング、及び各スイッチ（スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓｇ、Ｓ１Ｓ、及びＳ２Ｓ）の開閉のタイミングの一例を示すシーケンス図である。 実施の形態３に係る送受信回路１の構成例を示す図である。 実施の形態３に係る送受信回路１における駆動信号Ｋの送信タイミング、及び各スイッチ（スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓｇ、及びＳｆ）の開閉のタイミングの一例を示すシーケンス図である。 実施の形態４に係る送受信回路１の構成例を示す図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、実施の形態４における超音波センサＴＲ１～ＴＲ４の設置例を示す図である。 実施の形態５に係る送受信回路１の構成例を示す図である。 実施の形態１～実施の形態５を組み合わせた送受信回路１の構成例を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る送受信回路１の構成例を示す図である。
送受信回路１は、電圧信号の送受信を行う。ここでは、一例として、送受信回路１が超音波流量計に用いられる場合を例に説明する。この場合、送受信回路１には、図１に示すように、送受信センサとしての超音波センサＴＲ１及びＴＲ２が接続される。

送受信回路１は、図１に示すように、増幅器Ｕ１、入力抵抗Ｚ１、帰還抵抗Ｚ２、及びスイッチ（第１のスイッチ）Ｓｇを備えている。また、送受信回路１は、不図示の制御回路を備えている。

増幅器Ｕ１は、非反転入力端子（＋）、反転入力端子（－）、及び出力端子を備える。増幅器Ｕ１は、非反転入力端子（＋）が、電圧信号を出力する信号ジェネレータＦ１の出力端子に接続されている。また、増幅器Ｕ１は、出力端子が、接続点ａにおいて、帰還抵抗Ｚ２の一方の端部、及びスイッチＳｇの一方の端部と接続されている。また、増幅器Ｕ１は、反転入力端子（－）が、接続点ｂにおいて、入力抵抗Ｚ１の一方の端部、帰還抵抗Ｚ２の他方の端部、及びスイッチＳｇの他方の端部と接続されている。

信号ジェネレータＦ１は、入力端子及び出力端子を備える。信号ジェネレータＦ１は、入力端子がグランドに接地され、出力端子が増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）に接続されている。

信号ジェネレータＦ１は、上述の制御回路から、駆動を指示する旨の信号（以下、「駆動信号」ともいう。）Ｋを受信すると、当該駆動信号Ｋに応じて電圧信号を生成し、出力端子から出力する。この電圧信号は、超音波センサＴＲ１及びＴＲ２が流量の計測対象に対して送信する超音波を生成するための信号である。

帰還抵抗Ｚ２は、一方の端部が接続点ａにおいて、増幅器Ｕ１の出力端子、及びスイッチＳｇの一方の端部と接続されている。また、帰還抵抗Ｚ２は、他方の端部が接続点ｂにおいて、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）、入力抵抗Ｚ１の一方の端部、及びスイッチＳｇの他方の端部と接続されている。なお、以下では、説明を分かり易くするため、帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスをＺ２とする。

スイッチＳｇは、一方の端部が接続点ａにおいて、増幅器Ｕ１の出力端子、及び帰還抵抗Ｚ２の一方の端部と接続されている。また、スイッチＳｇは、他方の端部が接続点ｂにおいて、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）、入力抵抗Ｚ１の一方の端部、及び帰還抵抗Ｚ２の他方の端部と接続されている。つまり、スイッチＳｇは、帰還抵抗Ｚ２に対して並列に接続されている。

入力抵抗Ｚ１は、一方の端部が接続点ｂにおいて、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）、帰還抵抗Ｚ２の他方の端部、及びスイッチＳｇの他方の端部と接続されている。また、入力抵抗Ｚ１は、他方の端部が接続点ｃにおいて、スイッチＳ１の一方の端部、及びスイッチＳ２の一方の端部と接続されている。なお、以下では、説明を分かり易くするため、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスをＺ１とする。

スイッチＳ１（第２のスイッチ）は、一方の端部が接続点ｃにおいて、入力抵抗Ｚ１の他方の端部、及びスイッチＳ２の一方の端部と接続され、他方の端部が超音波センサＴＲ１の一方の端部と接続されている。

スイッチＳ２（第３のスイッチ）は、一方の端部が接続点ｃにおいて、入力抵抗Ｚ１の他方の端部、及びスイッチＳ１の一方の端部と接続され、他方の端部が超音波センサＴＲ２の一方の端部と接続されている。

超音波センサＴＲ１（第１の送受信センサ）は、一方の端部がスイッチＳ１の他方の端部と接続されている。超音波センサＴＲ１は、例えば、信号ジェネレータＦ１の出力端子から出力された電圧信号に基づく超音波（送信波）の送信、及び超音波（送信波）の受信が可能なセンサである。

超音波センサＴＲ２（第２の送受信センサ）は、一方の端部がスイッチＳ２の他方の端部と接続されている。超音波センサＴＲ２は、例えば、信号ジェネレータＦ１の出力端子から出力された電圧信号に基づく超音波（送信波）の送信、及び超音波（送信波）の受信が可能なセンサである。

制御回路は、スイッチＳｇ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２の開閉を制御する。具体的には、制御回路は、スイッチＳｇ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２に対して、閉じる旨を指示するオン信号、及び開く旨を指示するオフ信号を送信する。上記各スイッチは、制御回路からオン信号を受信すると閉じ、オフ信号を受信すると開く。

次に、図１に示す実施の形態１に係る送受信回路１の動作例及び効果について説明する。

なお、ここでは、説明を分かり易くするため、はじめに図２を参照しながら比較例（従来例）に係る送受信回路１００の動作例を説明し、次に実施の形態１に係る送受信回路１の動作例及び効果について説明する。

図２は、比較例に係る送受信回路１００の構成例を示す図である。比較例に係る送受信回路１００は、図１に示す実施の形態１に係る送受信回路１に対し、スイッチＳｇが省略されている点のみが異なり、その他の構成については実施の形態１に係る送受信回路１と同様である。

＜送信時＞
まず、第１の送受信方向において、比較例に係る送受信回路１００が電圧信号を送信する場合を説明する。第１の送受信方向では、超音波センサＴＲ１から超音波が送信され、超音波センサＴＲ１から送信された超音波が超音波センサＴＲ２で受信される。この場合、送受信回路１００では、まず制御回路が信号ジェネレータＦ１に対して駆動信号Ｋを送信する。信号ジェネレータＦ１は、制御回路から駆動信号Ｋを受信すると、当該駆動信号Ｋに応じて所定の電圧信号を生成し、出力する。

また、このとき制御回路は、スイッチＳ１に対してオン信号を送信し、スイッチＳ２に対してオフ信号を送信する。これにより、スイッチＳ１は閉じ、スイッチＳ２は開かれる。

増幅器Ｕ１では、信号ジェネレータＦ１から出力された電圧信号により、所定の電圧が非反転入力端子（＋）に印加される。ここで、増幅器Ｕ１が正常な動作範囲で動作している場合、増幅器Ｕ１では、バーチャルショートにより、非反転入力端子（＋）に印加される電圧と反転入力端子（－）に印加される電圧とが等しくなる。したがって、増幅器Ｕ１では、信号ジェネレータＦ１が出力する電圧信号による電圧と同じ電圧が反転入力端子（－）に生じる。そして、反転入力端子（－）に生じた電圧は、入力抵抗Ｚ１を経て超音波センサＴＲ１に印加される。

超音波センサＴＲ１は、電圧が印加されると、当該印加された電圧に応じた強度の超音波を生成し、生成した超音波を流量の計測対象に対して送信する。

ここで、増幅器Ｕ１が正常に動作するための条件の一つとして、増幅器Ｕ１の出力端子に生じる出力電圧（図２の符号Ｏ１）が、当該増幅器Ｕ１のデータシートに示された出力電圧範囲に収まっていることが挙げられる。送受信回路１００が電圧信号を送信する際、増幅器Ｕ１は、信号ジェネレータＦ１の出力端子から出力された電圧信号を入力とする非反転増幅器として動作する。よって、超音波センサＴＲ１のインピーダンスをＺＴＲ１とすると、増幅器Ｕ１のゲインＧは、以下の式（１）で表される。
Ｇ＝１＋（Ｚ２/（Ｚ１＋ＺＴＲ１）） （１）

ここで、例えば増幅器Ｕ１の出力電圧範囲が－Ｖｏ～＋Ｖｏであった場合、増幅器Ｕ１が正常に動作するためには、信号ジェネレータＦ１が出力する電圧信号による電圧は－Ｖｏ／Ｇ～＋Ｖｏ／Ｇである必要がある。

例えば、増幅器Ｕ１の出力電圧範囲が－１０～＋１０［Ｖ］であり、増幅器Ｕ１のゲインＧが１０であった場合、信号ジェネレータＦ１が出力する電圧信号による電圧は－１～＋１［Ｖ］である必要がある。仮に、信号ジェネレータＦ１が出力する電圧信号による電圧が、この－１～＋１［Ｖ］の範囲を逸脱すると、増幅器Ｕ１では出力が飽和してしまうことからバーチャルショートが働かなくなり、増幅器Ｕ１が正常に動作しなくなる。

一方で、信号ジェネレータＦ１が出力する電圧信号による電圧は、超音波センサＴＲ１を駆動する駆動電圧でもあるので、通常は高い方が望ましい。例えば、増幅器Ｕ１のゲインＧを２にすれば、信号ジェネレータＦ１が出力する電圧信号による電圧は－５～＋５［Ｖ］の範囲まで広げることができ、ゲインＧが１０の場合より望ましいことになる。式（１）によれば、非反転増幅器として動作する増幅器Ｕ１のゲインＧの最小値は１であり、このとき、信号ジェネレータＦ１が電圧信号により発生してもよい電圧は－１０～＋１０［Ｖ］の範囲まで広がる。そして、この場合における＋１０［Ｖ］が、信号ジェネレータＦ１が電圧信号により発生してもよい最大駆動電圧となる。ここで、増幅器Ｕ１のゲインＧを１にするためには、式（１）において、帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２を０にすればよい。

＜受信時＞
次に、第１の送受信方向において、比較例に係る送受信回路１００が電圧信号を受信する場合を説明する。

まず、制御回路は、信号ジェネレータＦ１に対する駆動信号Ｋの送信を停止するとともに、スイッチＳ１に対してオフ信号を送信し、スイッチＳ２に対してオン信号を送信する。これにより、スイッチＳ１は開かれ、スイッチＳ２は閉じられる。

超音波センサＴＲ２は、超音波を受信すると、当該受信した超音波をその強度に応じた電圧信号に変換する。超音波センサＴＲ２により変換された電圧信号は、スイッチＳ２及び入力抵抗Ｚ１を経て増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）に入力される。このとき、増幅器Ｕ１は反転増幅器として動作する。この場合、反転増幅器として動作する増幅器Ｕ１のゲインＧは、以下の式（２）により表される。
Ｇ＝－Ｚ２／Ｚ１ （２）

増幅器Ｕ１は、反転入力端子（－）に入力された電圧信号による電圧を、上記式（２）で表されるゲインＧに従って増幅し、増幅後の電圧を出力電圧Ｏ１として出力する。この出力電圧Ｏ１は、通常は高い方が望ましい。つまり、送受信回路１００が電圧信号を受信する際には、増幅器Ｕ１のゲインＧは大きい方が望ましい。

ここで、電圧信号の送信時におけるゲインＧを示す式（１）と、電圧信号の受信時におけるゲインＧを示す式（２）とを考慮すると、受信時には大きいゲインＧを得る一方、送信時にはゲインＧを１とするためには、受信時には入力抵抗Ｚ１のインピーダンスＺ１と帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２とを合わせてゲインＧを計算したうえで、送信時には帰還抵抗Ｚ２をショート（短絡）させ、帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２を０とすればよい。しかしながら、図２に示す比較例に係る送受信回路１００では、上記のようなゲインＧを得ることは困難である。

なお、第２の送受信方向では、制御回路がスイッチＳ１及びスイッチＳ２の開閉を上記と反対にすることにより、第１の送受信方向とは逆に、超音波センサＴＲ２から超音波が送信され、超音波センサＴＲ２から送信された超音波が超音波センサＴＲ１で受信される。第２の送受信方向においても、比較例に係る送受信回路１００では、上記のようなゲインＧを得ることは困難である。

これに対し、図１に示す実施の形態１に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の送信時には、制御回路が信号ジェネレータＦ１に対して駆動信号Ｋを送信するとともに、スイッチＳ１及びスイッチＳｇに対してオン信号を送信し、スイッチＳ２に対してオフ信号を送信する。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の送信時には、スイッチＳ１及びスイッチＳｇは閉じ、スイッチＳ２は開かれる。

スイッチＳｇが閉じられることにより、実施の形態１に係る送受信回路１では、帰還抵抗Ｚ２の両端がショート（短絡）され、帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２が０となり、これにより、増幅器Ｕ１のゲインＧが１となる。

一方、実施の形態１に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の受信時には、制御回路が信号ジェネレータＦ１に対する駆動信号Ｋの送信を停止するとともに、スイッチＳ１及びスイッチＳｇに対してオフ信号を送信し、スイッチＳ２に対してオン信号を送信する。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１では、電圧信号の受信時には、スイッチＳ１及びスイッチＳｇは開かれ、スイッチＳ２は閉じられる。

スイッチＳｇが開かれることにより、実施の形態１に係る送受信回路１では、電圧信号の受信時には帰還抵抗Ｚ２の両端がショート（短絡）される前の状態に戻る。したがって、電圧信号の受信時には、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスＺ１と、帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２とを含む上記式（２）により、増幅器Ｕ１のゲインＧが算出される。このように、実施の形態１に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の受信時には、上記式（２）により算出されるゲインＧを得る一方、第１の送受信方向における電圧信号の送信時にはゲインＧを最小値の１とすることができる。

なお、第２の送受信方向では、制御回路がスイッチＳ１及びスイッチＳ２の開閉を上記と反対にすることにより、第１の送受信方向とは逆に、超音波センサＴＲ２から超音波が送信され、超音波センサＴＲ２から送信された超音波が超音波センサＴＲ１で受信される。実施の形態１に係る送受信回路１では、第２の送受信方向においても、上記のようなゲインＧを得ることができる。

図３は、実施の形態１に係る送受信回路１における駆動信号Ｋの送信タイミング、及び各スイッチ（スイッチＳ１、Ｓ２、及びＳｇ）の開閉のタイミングの一例を示すシーケンス図である。図３において、「ＯＮ」はスイッチが閉じていることを示し、「ＯＦＦ」はスイッチが開いていることを示している。図３の例では、例えば時刻ｔ１でスイッチＳｇが開かれ、時刻ｔ１より後の時刻ｔ２でスイッチＳ１が開かれ、スイッチＳ２が閉じられる。また、図３の例では、例えば時刻ｔ３でスイッチＳｇが閉じられ、時刻ｔ３より後の時刻ｔ５でスイッチＳ１が閉じられ、スイッチＳ２が開かれる。

言い換えれば、制御回路は、第１の送受信方向では、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｇ及びスイッチＳ１を閉じるとともに、スイッチＳ２を開き、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｇ及びスイッチＳ１を開くとともに、スイッチＳ２を閉じるように制御する。また、制御回路は、第２の送受信方向では、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｇ及びスイッチＳ２を閉じるとともに、スイッチＳ１を開き、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｇ及びスイッチＳ２を開くとともに、スイッチＳ１を閉じるように制御する。

以上のように、実施の形態１に係る送受信回路１では、第１の送受信方向及び第２の送受信方向の双方において、電圧信号の送信時と受信時とで帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２を可変とすることができ、電圧信号の受信時には従来例と同程度の増幅器Ｕ１のゲインを確保したまま、電圧信号の送信時には従来例よりも増幅器Ｕ１のゲインを下げることが可能となる。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１では、電圧信号の送信時に従来例よりも大きな駆動電圧を超音波センサＴＲ１に印加することができる。

なお、実施の形態１に係る送受信回路１において、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスＺ１は、超音波センサＴＲ１及びＴＲ２側から見た増幅器Ｕ１の送受信インピーダンスとなるが、この送受信インピーダンスとしては、通常は駆動周波数における超音波センサＴＲ１及びＴＲ２のインピーダンスに近い値を用いる。これは、電圧信号の送受信を通した超音波流量計としての効率（感度）を高めるためである。ただし、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスＺ１はこの限りではなく、原理的には任意の値を用いることが可能である。

また、上記の説明では、送受信回路１が帰還抵抗Ｚ２に対して並列に接続されたスイッチＳｇを備えた例について説明した。しかしながら、送受信回路１は、例えば図４に示すように、スイッチＳｇに対して付加抵抗Ｚｇが直列に接続され、当該スイッチＳｇ及び付加抵抗Ｚｇが帰還抵抗Ｚ２に対して並列に接続されていてもよい。

なお、上記の構成において、付加抵抗ＺｇのインピーダンスをＺｇとするとき、付加抵抗ＺｇのインピーダンスＺｇは任意の値でよい。また、この場合においても、駆動信号Ｋの送信タイミング、及び各スイッチ（スイッチＳ１、Ｓ２、及びＳｇ）の開閉タイミングを示すシーケンス図は図３と同様である。

図４に示す送受信回路１では、図１に示す送受信回路１と同様に、第１の送受信方向における電圧信号の送信時には、制御回路が信号ジェネレータＦ１に対して駆動信号Ｋを送信するとともに、スイッチＳ１及びスイッチＳｇに対してオン信号を送信し、スイッチＳ２に対してオフ信号を送信する。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１では、電圧信号の送信時には、スイッチＳ１及びスイッチＳｇは閉じ、スイッチＳ２は開かれる。

スイッチＳｇが閉じられることにより、図４に示す送受信回路１では、帰還抵抗Ｚ２に対して付加抵抗Ｚｇが並列に接続された状態となる。このとき、当該並列接続部分の合成抵抗は、帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２よりも小さくなる。その結果、図４に示す送受信回路１では、上記式（１）で表される電圧信号の送信時における増幅器Ｕ１のゲインＧが、付加抵抗Ｚｇが接続されていない場合（図２に示した従来例）の電圧信号の送信時におけるゲインＧよりも小さくなる。

一方、第１の送受信方向における電圧信号の受信時には、制御回路が信号ジェネレータＦ１に対する駆動信号Ｋの送信を停止するとともに、スイッチＳ１及びスイッチＳｇに対してオフ信号を送信し、スイッチＳ２に対してオン信号を送信する。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１では、電圧信号の受信時には、スイッチＳ１及びスイッチＳｇは開かれ、スイッチＳ２は閉じられる。

スイッチＳｇが開かれることにより、図４に示す送受信回路１では、電圧信号の受信時には帰還抵抗Ｚ２の両端がショート（短絡）される前の状態に戻る。したがって、電圧信号の受信時には、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスＺ１と、帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２とを含む上記式（２）により、増幅器Ｕ１のゲインＧが算出される。このように、図４に示す送受信回路１では、電圧信号の受信時には、上記式（２）により算出されるゲインＧを得る一方、電圧信号の送信時にはゲインＧを従来よりも小さくすることができる。なお、図４に示す送受信回路１では、第２の送受信方向においても、上記と同様のゲインＧを得ることができる。

このように、実施の形態１に係る送受信回路１は、図４に示すように、帰還抵抗Ｚ２に対して並列に接続されたスイッチＳｇに対し、付加抵抗Ｚｇが直列に接続されていてもよい。この場合でも、実施の形態１に係る送受信回路１では、第１の送受信方向及び第２の送受信方向の双方において、電圧信号の送信時と受信時とで帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２を可変とすることができ、電圧信号の受信時には従来例と同程度の増幅器Ｕ１のゲインを確保したまま、電圧信号の送信時には従来例よりも増幅器Ｕ１のゲインを下げることが可能となる。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１では、電圧信号の送信時に従来例よりも大きな駆動電圧を超音波センサＴＲ１に印加することができる。

なお、上記の説明では、送受信回路１が超音波流量計に用いられる場合を例に説明したが、送受信回路１の用途はこれに限られない。例えば、送受信回路１が送受信を行う電圧信号により駆動されるセンサを用いた計測機器であれば、送受信回路１を適用することができる。その場合、送受信回路１には、超音波センサＴＲ１及びＴＲ２以外のセンサが接続される。

以上のように、この実施の形態１によれば、送受信回路１は、非反転入力端子（＋）が電圧信号を出力する信号ジェネレータＦ１の出力端子に接続される増幅器Ｕ１と、一方の端部が増幅器Ｕ１の出力端子に接続され、他方の端部が増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）に接続された帰還抵抗Ｚ２と、一方の端部が増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）及び帰還抵抗Ｚ２の他方の端部に接続された入力抵抗Ｚ１と、一方の端部が帰還抵抗Ｚ２の一方の端部に接続され、他方の端部が帰還抵抗Ｚ２の他方の端部に接続されたスイッチＳｇと、スイッチＳｇの開閉を制御する制御回路と、一端が入力抵抗Ｚ１の他端に接続され、他端が信号ジェネレータＦ１から出力された電圧信号に基づく超音波（送信波）の送信及び超音波（送信波）の受信が可能な第１の超音波センサＴＲ１（第１の送受信センサ）の一端に接続されるスイッチＳ１と、一端が入力抵抗Ｚ１の他端に接続され、他端が信号ジェネレータＦ１から出力された電圧信号に基づく超音波（送信波）の送信及び超音波（送信波）の受信が可能な第２の超音波センサＴＲ２（第２の送受信センサ）の一端に接続されるスイッチＳ３と、を備えた。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１は、送受信センサの受信時におけるゲインを維持しつつ、送信時に当該送受信センサに印加する電圧を従来よりも大きくすることが可能となる。

また、制御回路は、第１の送受信方向では、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｇ及びスイッチＳ１を閉じるとともに、スイッチＳ２を開き、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｇ及びスイッチＳ１を開くとともに、スイッチＳ２を閉じるように制御し、第２の送受信方向では、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｇ及びスイッチＳ２を閉じるとともに、スイッチＳ１を開き、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｇ及びスイッチＳ２を開くとともに、スイッチＳ１を閉じるように制御する。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１は、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、帰還抵抗Ｚ２の両端がショート（短絡）され、増幅器Ｕ１のゲインＧが１となる。よって、第１の送受信方向及び第２の送受信方向の双方において、送受信センサの受信時におけるゲインを維持しつつ、送信時に当該送受信センサに印加する電圧を従来よりも大きくすることが可能となる。

また、実施の形態１によれば、送受信回路１は、スイッチＳｇに対して直列に接続された付加抵抗Ｚｇを備えた。これにより、実施の形態１に係る送受信回路１は、送受信センサの受信時におけるゲインを維持しつつ、送信時に当該送受信センサに印加する電圧を従来よりも大きくすることが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、帰還抵抗Ｚ２に対して並列に接続されたスイッチＳｇを備え、当該スイッチＳｇにより帰還抵抗Ｚ２の両端をショートすることができるように構成された送受信回路１について説明した。実施の形態２では、超音波センサＴＲ１及びＴＲ２のそれぞれに対して並列に接続されたスイッチＳ１Ｓ及びＳ２Ｓを備え、当該スイッチＳ１Ｓ及びＳ２Ｓにより超音波センサＴＲ１及びＴＲ２のそれぞれの両端をショートすることができるように構成された送受信回路１について説明する。

図１に示した実施の形態１に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の送信時には、上述のように、送信側の超音波センサＴＲ１に接続されたスイッチＳ１を閉じて、受信側の超音波センサＴＲ２に接続されたスイッチＳ２を開くことにより、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）に生じた電圧を送信側の超音波センサＴＲ１に対して印加する。

このとき、送受信回路１では、例えばスイッチＳ２に存在する寄生容量により、スイッチＳ２が開いた状態でも、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）に生じた電圧がわずかにスイッチＳ２を通過して（いわゆるクロストーク）、受信側の超音波センサＴＲ２に伝播し、この電圧に起因して受信側の超音波センサＴＲ２が振動する場合がある。そして、この振動は、受信側の超音波センサＴＲ２が超音波の受信を開始する際まで残る場合があり、その場合に、超音波センサＴＲ２の動作に悪影響を及ぼす場合がある。そして、この現象は、第２の送受信方向においても同様に発生し得る。

そこで、実施の形態２に係る送受信回路１では、第１の送受信方向及び第２の送受信方向における電圧信号の送信時において、受信側となる超音波センサに並列に接続されたスイッチを閉じ、受信側となる超音波センサの両端をショートさせることにより、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）に生じた電圧に起因する超音波センサの意図せぬ振動を抑制する。

図５は実施の形態２に係る送受信回路の構成例を示す図である。実施の形態２に係る送受信回路は、実施の形態１に係る送受信回路に対し、スイッチＳ１Ｓ及びＳ２Ｓが追加されている。実施の形態２に係る送受信回路のその他の構成については、実施の形態１に係る送受信回路と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。

スイッチＳ１Ｓ（第４のスイッチ）は、図５に示すように、一方の端部が超音波センサＴＲ１の一方の端部に接続され、他方の端部が超音波センサＴＲ１の他方の端部に接続される。

スイッチＳ２Ｓ（第５のスイッチ）は、図５に示すように、一方の端部が超音波センサＴＲ２の一方の端部に接続され、他方の端部が超音波センサＴＲ２の他方の端部に接続される。

次に、図５に示す実施の形態２に係る送受信回路１の動作例及び効果について説明する。

＜送信時＞
実施の形態２に係る送受信回路１では、第１の送受信方向において電圧信号を送信する際、制御回路が信号ジェネレータＦ１に対して駆動信号Ｋを送信する。信号ジェネレータＦ１は、制御回路から駆動信号Ｋを受信すると、当該駆動信号Ｋに応じて所定の電圧信号を生成し、出力する。

また、このとき制御回路は、スイッチＳ１、スイッチＳｇ、及びスイッチＳ２Ｓに対してオン信号を送信し、スイッチＳ２及びスイッチＳ１Ｓに対してオフ信号を送信する。これにより、実施の形態２に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の送信時には、スイッチＳ１、スイッチＳｇ、及びスイッチＳ２Ｓは閉じ、スイッチＳ２及びスイッチＳ１Ｓは開かれる。

電圧信号の送信時にスイッチＳ２Ｓが閉じられることにより、実施の形態２に係る送受信回路１では、受信側となる超音波センサＴＲ２の両端がショートされる。これにより、実施の形態２に係る送受信回路１では、スイッチＳ２が開いた状態において、当該スイッチＳ２に存在する寄生容量により、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）に生じた電圧がわずかにスイッチＳ２を通過した場合でも、この電圧が受信側の超音波センサＴＲ２に印加されなくなる。したがって、実施の形態２に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の送信時に受信側の超音波センサＴＲ２が振動してしまうことを抑制できる。

＜受信時＞
一方、第１の送受信方向における電圧信号の受信時には、制御回路が信号ジェネレータＦ１に対する駆動信号Ｋの送信を停止するとともに、スイッチＳ１、スイッチＳｇ、及びスイッチＳ２Ｓに対してオフ信号を送信し、スイッチＳ２に対してオン信号を送信する。これにより、実施の形態２に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の受信時には、スイッチＳ１、スイッチＳｇ、及びスイッチＳ２Ｓは開かれ、スイッチＳ２及びスイッチＳ１Ｓは閉じられる。

電圧信号の受信時にスイッチＳ２Ｓが開かれることにより、実施の形態２に係る送受信回路１では、電圧信号の受信時には超音波センサＴＲ２の両端がショートする前の状態に戻る。したがって、実施の形態２に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の受信時には、実施の形態１に係る送受信回路１と同様に、超音波センサＴＲ２が超音波を受信し、当該受信した超音波をその強度に応じた電圧信号に変換する。超音波センサＴＲ２により変換された電圧信号は、スイッチＳ２及び入力抵抗Ｚ１を経て増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）に入力される。そして、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスＺ１と、帰還抵抗Ｚ２のインピーダンスＺ２とを含む上記式（２）により、増幅器Ｕ１のゲインＧが算出される。

図６は、実施の形態２に係る送受信回路１における駆動信号Ｋの送信タイミング、及び各スイッチ（スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓｇ、Ｓ１Ｓ、及びＳ２Ｓ）の開閉のタイミングを示すシーケンス図である。図６において、「ＯＮ」はスイッチが閉じていることを示し、「ＯＦＦ」はスイッチが開いていることを示している。なお、上記の説明では、第１の送受信方向における電圧信号の受信時に制御回路がスイッチＳ１Ｓを閉じるように制御する例を説明したが、制御回路はスイッチＳ１Ｓを開いたままの状態に維持してもよい。

また、上記の説明では、第１の送受信方向について説明したが、第２の送受信方向についても同様である。つまり、送信側の超音波センサが超音波センサＴＲ２であり、受信側の超音波センサが超音波センサＴＲ１となった場合は、電圧信号の送信時において、制御回路が受信側の超音波センサＴＲ１の両端をショートするスイッチＳ１Ｓを閉じるように制御すればよい。

すなわち、制御回路は、第１の送受信方向では、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｇ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２Ｓを閉じるとともに、スイッチＳ２及びスイッチＳ１Ｓを開き、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｇ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２Ｓを開くとともに、少なくともスイッチＳ２を閉じるように制御し、第２の送受信方向では、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｇ、スイッチＳ２、及びスイッチＳ１Ｓを閉じるとともに、スイッチＳ１及びスイッチＳ２Ｓを開き、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｇ、スイッチＳ２、及びスイッチＳ１Ｓを開くとともに、少なくともスイッチＳ１を閉じるように制御する。

以上のように、実施の形態２によれば、送受信回路１は、一端が第１の超音波センサＴＲ１の一端に接続され、他端が第１の超音波センサＴＲ１の他端に接続されたスイッチＳ１Ｓと、一端が第２の超音波センサＴＲ２の一端に接続され、他端が第２の超音波センサＴＲ２の他端に接続されたスイッチＳ２Ｓと、を備え、制御回路は、第１の送受信方向では、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｇ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２Ｓを閉じるとともに、スイッチＳ２及びスイッチＳ１Ｓを開き、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｇ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２Ｓを開くとともに、少なくともスイッチＳ２を閉じるように制御し、第２の送受信方向では、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｇ、スイッチＳ２、及びスイッチＳ１Ｓを閉じるとともに、スイッチＳ１及びスイッチＳ２Ｓを開き、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｇ、スイッチＳ２、及びスイッチＳ１Ｓを開くとともに、少なくともスイッチＳ１を閉じるように制御する。これにより、実施の形態２に係る送受信回路１は、実施の形態１に係る送受信回路１と同様の効果を奏することができるほか、第１の送受信方向及び第２の送受信方向の双方における電圧信号の送信時において、受信側の超音波センサが振動してしまうことを抑制できる。

実施の形態３．
実施の形態１では、帰還抵抗Ｚ２に対して並列に接続されたスイッチＳｇを備え、当該スイッチＳｇにより帰還抵抗Ｚ２の両端をショートすることができるように構成された送受信回路１について説明した。実施の形態３では、信号ジェネレータＦ１と増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）との間に設けられたスイッチＳｆを備え、当該スイッチＳｆにより信号ジェネレータＦ１と増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）との接続状態を切り替えることができるように構成された送受信回路について説明する。

図１に示した実施の形態１に係る送受信回路１では、第１の送受信方向及び第２の送受信方向における電圧信号の受信時には、上述のように、制御回路は信号ジェネレータＦ１に対する駆動信号Ｋの送信を停止し、これに伴い、信号ジェネレータＦ１は電圧信号の出力を停止する。

このとき、増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）を信号ジェネレータＦ１の出力端子に接続したままにすると、信号ジェネレータＦ１の出力端子から出力されるノイズが増幅器Ｕ１に入力され、当該入力されたノイズが増幅器Ｕ１で増幅され、増幅されたノイズが出力電圧Ｏ１に重畳されて出力されてしまう場合がある。

そこで、実施の形態３に係る送受信回路１では、電圧信号の受信時にはスイッチＳｆを切り替え、増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）を信号ジェネレータＦ１の出力端子から切り離す。これにより、電圧信号の受信時に信号ジェネレータＦ１の出力端子から出力されるノイズが増幅器Ｕ１へ入力されることを抑制する。

図７は実施の形態３に係る送受信回路１の構成例を示す図である。実施の形態３に係る送受信回路１は、実施の形態１に係る送受信回路１に対し、スイッチＳｆが追加されている。実施の形態３に係る送受信回路１のその他の構成については、実施の形態１に係る送受信回路１と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。

スイッチＳｆ（第６のスイッチ）は、図７に示すように、一方の端部が増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）に接続されている。また、スイッチＳｆは、他方の端部側に、第１の端子及び第２の端子を備えている。スイッチＳｆは、第１の端子が信号ジェネレータＦ１の出力端子に接続され、第２の端子がグランドに接地されている。このスイッチＳｆは、一方の端部を他方の端部側の第１の端子又は第２の端子に接続することにより、信号ジェネレータＦ１の出力端子と増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）との間の接続状態を切り替える。なお、以下の説明では、他方の端部側の第１の端子を「第１の他端」ともいい、他方の端部側の第２の端子を「第２の他端」ともいう。

なお、ここでは、スイッチＳｆは、他方の端部側に、第１の端子及び第２の端子を備えている例を説明するが、第２の端子は必須の構成ではなく、省略されていてもよい。その場合、スイッチＳｆは、増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）に接続された一方の端部と、信号ジェネレータＦ１に接続された第１の端子との間の接続状態を、スイッチＳｆの開閉により切り替えるものとなる。

次に、図７に示す実施の形態３に係る送受信回路１の動作例及び効果について説明する。

＜送信時＞
実施の形態３に係る送受信回路１では、第１の送受信方向において電圧信号を送信する際、制御回路が信号ジェネレータＦ１に対して駆動信号Ｋを送信する。信号ジェネレータＦ１は、制御回路から駆動信号Ｋを受信すると、当該駆動信号Ｋに応じて所定の電圧信号を生成し、出力する。

また、このとき制御回路は、スイッチＳ１、及びスイッチＳｇに対してオン信号を送信し、スイッチＳ２に対してオフ信号を送信する。また、制御回路は、スイッチＳｆの一方の端部を第１の他端に接続させる旨の信号をスイッチＳｆに送信する。これにより、実施の形態３に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の送信時には、増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）が信号ジェネレータＦ１の出力端子に接続されるとともに、スイッチＳ１及びスイッチＳｇは閉じられ、スイッチＳ２は開かれる。その後の動作については、実施の形態１に係る送受信回路１と同様である。

＜受信時＞
一方、第１の送受信方向における電圧信号の受信時には、制御回路が信号ジェネレータＦ１に対する駆動信号Ｋの送信を停止するとともに、スイッチＳ１、及びスイッチＳｇに対してオフ信号を送信し、スイッチＳ２に対してオン信号を送信する。また、制御回路は、スイッチＳｆの一方の端部を第２の他端に接続させる旨の信号をスイッチＳｆに送信する。これにより、実施の形態３に係る送受信回路１では、第１の送受信方向における電圧信号の受信時には、増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）は信号ジェネレータＦ１の出力端子から切り離されて、グランドに接続されるとともに、スイッチＳ１及びスイッチＳｇが開かれ、スイッチＳ２は閉じられる。その後の動作については、実施の形態１に係る送受信回路１と同様である。なお、上記の説明では、第１の送受信方向における動作例及び効果について説明したが、第２の送受信方向における動作例及び効果についても第１の送受信方向と同様である。

このように、実施の形態３に係る送受信回路１では、制御回路がスイッチＳｆを制御することにより、電圧信号の受信時に増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）を信号ジェネレータＦ１の出力端子から切り離すことができる。これにより、実施の形態３に係る送受信回路１では、電圧信号の受信時に信号ジェネレータＦ１の出力端子から出力されるノイズが増幅器Ｕ１に入力されてしまうことを抑制でき、増幅器Ｕ１から出力される出力電圧Ｏ１に重畳されるノイズを低減することができる。

図８は、実施の形態３に係る送受信回路１における駆動信号Ｋの送信タイミング、及び各スイッチ（スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓｇ、及びＳｆ）の開閉のタイミングを示すシーケンス図である。図８において、「ＯＮ」はスイッチが閉じていることを示し、「ＯＦＦ」はスイッチが開いていることを示している。なお、スイッチＳｆについては、一方の端部を第１の他端（信号ジェネレータＦ１側）に接続する場合を「ＯＮ」と表示し、一方の端部を第２の他端（グランド側）に接続する場合を「ＯＦＦ」と表示している。

また、上記の説明では、実施の形態１に係る送受信回路１に対し、スイッチＳｆが追加された構成について説明した。しかしながら、スイッチＳｆはこれに限らず、実施の形態２に係る送受信回路１に対して追加されてもよい。

以上のように、実施の形態３によれば、送受信回路１は、一端が増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）に接続され、第１の他端が信号ジェネレータＦ１の出力端子に接続され、第２の他端がグランドに接続されたスイッチＳｆを備え、制御回路は、第１の送受信方向及び第２の送受信方向において、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力する前に、スイッチＳｆの一端と第１の他端とが接続されるようにスイッチＳｆを制御し、信号ジェネレータＦ１が電圧信号を出力した後に、スイッチＳｆの一端と第２の他端とが接続されるようにスイッチＳｆを制御する。これにより、実施の形態３に係る送受信回路１は、実施の形態１に係る送受信回路１と同様の効果を奏することができるほか、電圧信号の受信時に信号ジェネレータＦ１の出力端子から出力されるノイズが増幅器Ｕ１に入力されてしまうことを抑制でき、増幅器Ｕ１から出力される出力電圧Ｏ１に重畳されるノイズを低減することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、多測線による流量計測を行う超音波流量計に適用可能な送受信回路について説明する。

図９は実施の形態４に係る送受信回路１の構成例を示す図である。実施の形態４に係る送受信回路１は、実施の形態１に係る送受信回路１に対し、スイッチＳ３及びＳ４が追加されている。実施の形態４に係る送受信回路１のその他の構成については、実施の形態１に係る送受信回路１と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。

スイッチＳ３は、一方の端部が接続点ｄにおいて、入力抵抗Ｚ１の他方の端部、スイッチＳ１の一方の端部、スイッチＳ２の一方の端部、及びスイッチＳ４の一方の端部と接続され、他方の端部が超音波センサＴＲ３と接続されている。スイッチＳ３は、スイッチＳ１と同等の機能を有する。

スイッチＳ４は、一方の端部が接続点ｅにおいて、入力抵抗Ｚ１の他方の端部、スイッチＳ１の一方の端部、スイッチＳ２の一方の端部、及びスイッチＳ３の一方の端部と接続され、他方の端部が超音波センサＴＲ４と接続されている。スイッチＳ４は、スイッチＳ２と同等の機能を有する。

超音波センサＴＲ３及び超音波センサＴＲ４は、例えば超音波センサＴＲ１及び超音波センサＴＲ２と同等の機能を有する、超音波を送受信可能なセンサである。

超音波流量計では、多測線により、複数の経路の流量を計測する場合がある。この場合、超音波流量計では、例えば超音波センサＴＲ１と超音波センサＴＲ２との組により第１の測線が構成され、超音波センサＴＲ３と超音波センサＴＲ４との組により第２の測線が構成される。各測線は、それぞれ１つの経路の流量を計測する。よって、測線が複数あれば、超音波流量計は複数の経路の流量計測が可能となる。

上記の例では、超音波センサＴＲ１～ＴＲ４は、例えば計測対象が流れる配管（パイプ）の外周面に対し、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように設置される。図１０Ａは、計測対象が流れる配管（パイプ）を軸線方向から見た状態を示す図であり、図１０Ｂは、計測対象が流れる配管（パイプ）を軸線方向に直交する方向（例えば図１０Ａの右側方）から見た状態を示す図である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、例えば送信側の超音波センサＴＲ１と受信側の超音波センサＴＲ２とは、互いに対向するように、かつ配管の延在方向における位置が互いにずれるように設置される。同様に、例えば送信側の超音波センサＴＲ３と受信側の超音波センサＴＲ４とは、互いに対向するように、かつ配管の延在方向における位置が互いにずれるように設置される。また、このとき各超音波センサは、送信側のセンサと受信側のセンサとを結ぶ経路が直交するように設置される。

このように、実施の形態４に係る送受信回路１は、スイッチＳ１及びスイッチＳ２により構成されるスイッチ対と、スイッチＳ３及びスイッチＳ４により構成されるスイッチ対とを備えている。また、これらのスイッチ対は同等の機能を有することから、実施の形態４に係る送受信回路１は、スイッチＳ１及びスイッチＳ２により構成されるスイッチ対を複数（ここでは２組）備えているといえる。これにより、実施の形態４に係る送受信回路１は、多測線による流量計測を行う超音波流量計に適用することができる。

また、この場合、実施の形態４に係る送受信回路１では、制御回路により、流量の計測を行う測線として第１の測線が選択され、当該選択された第１の測線での計測が完了すると、第２の測線が選択される。このように、実施の形態４に係る送受信回路１では、計測を行う測線を切り替えることにより、同じ増幅器Ｕ１を用いながら複数の経路の流量計測が可能となる。

なお、制御回路により測線が１つ選択された後の送受信回路１の動作例については、実施の形態１に係る送受信回路１と同様である。なお、実施の形態４において、第２の測線が選択された場合は、実施の形態１で説明したスイッチＳ１をスイッチＳ３に、スイッチＳ２をスイッチＳ４に、それぞれ読み替えればよい。

また、上記の説明では、送受信回路１が、スイッチＳ１及びスイッチＳ２により構成されるスイッチ対を２組備えた例、すなわち超音波流量計の測線が２つである例を説明した。しかしながら、送受信回路１はこれに限らず、上記のスイッチ対を３組以上備えていてもよい。

また、上記の説明では、測線が２つの場合において、超音波センサＴＲ１と超音波センサＴＲ２との組で第１の測線を構成し、超音波センサＴＲ３と超音波センサＴＲ４との組で第２の測線を構成した例を説明した。しかしながら、超音波センサの組はこれに限らず、例えば超音波センサＴＲ１と超音波センサＴＲ３との組で第１の測線を構成し、超音波センサＴＲ２と超音波センサＴＲ４との組で第２の測線を構成してもよい。

以上のように、実施の形態４によれば、送受信回路１は、スイッチＳ１及びスイッチＳ２により構成されるスイッチ対を複数備えた。これにより、実施の形態４に係る送受信回路１は、実施の形態１に係る送受信回路１と同様の効果を奏することができるほか、多測線による流量計測を行う超音波流量計に適用可能となる。

実施の形態５．
実施の形態５では、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスを可変とすることができるように構成された送受信回路について説明する。

図１に示した実施の形態１に係る送受信回路１は、上述のように、インピーダンスがＺ１である入力抵抗Ｚ１を備える。ここで、電圧信号の伝送効率を良好なものとするためには、電圧信号の伝送経路において、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスＺ１と、超音波センサＴＲ１及びＴＲ２側のインピーダンスとが一致（略一致を含む）していることが求められる。

例えば、送受信回路１に対して、特定の超音波センサ、例えば入力抵抗Ｚ１のインピーダンスＺ１と一致するインピーダンスを有する超音波センサを接続する場合は、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスを特段変更する必要はない。一方で、例えば送受信回路１を汎用の送受信回路（パルサーレシーバー）として使う場合などには、電圧信号の伝送効率を考慮し、接続する超音波センサのインピーダンスに合わせて入力抵抗Ｚ１のインピーダンスを変更することが求められる場合がある。

そこで、実施の形態５に係る送受信回路１では、互いに異なるインピーダンスを有する複数の抵抗Ｚ１－１、Ｚ１－２を備えるとともに、入力抵抗Ｚ１として、当該複数の抵抗のうちのいずれか１つの抵抗の一端を、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）及び帰還抵抗Ｚ２の他端に接続させるスイッチＳｚを備えることにより、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスを可変とする。

図１１は実施の形態５に係る送受信回路１の構成例を示す図である。実施の形態５に係る送受信回路１は、実施の形態１に係る送受信回路１に対し、入力抵抗Ｚ１が抵抗Ｚ１－１及び抵抗Ｚ１－２に変更され、スイッチＳｚが追加されている。実施の形態５に係る送受信回路１のその他の構成については、実施の形態１に係る送受信回路１と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。

スイッチＳｚ（第７のスイッチ）は、図１１に示すように、一方の端部側に、第１の端子及び第２の端子を備えている。スイッチＳｚは、第１の端子が抵抗Ｚ１－１の他方の端部に接続され、第２の端子が抵抗Ｚ１－２の他方の端部に接続されている。また、スイッチＳｚは、他方の端部が、スイッチＳ１の一方の端部、及びスイッチＳ２の一方の端部と接続されている。このスイッチＳｚは、他方の端部を一方の端部側の第１の端子又は第２の端子に接続することにより、入力抵抗Ｚ１として、抵抗Ｚ１－１及び抵抗Ｚ１－２のうちのいずれかの抵抗の一端を、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）及び帰還抵抗Ｚ２の他端に接続させる。

抵抗Ｚ１－１は、一方の端部が接続点ｆにおいて、抵抗Ｚ１－２の一方の端部、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）、帰還抵抗Ｚ２の一方の端部、及びスイッチＳｇの一方の端部と接続されている。また、抵抗Ｚ１－１は、他方の端部がスイッチＳｚの一方の端部側の第１の端子と接続されている。なお、第１の入力抵抗Ｚ１－１のインピーダンスはＺ１－１であるとする。

第２の入力抵抗Ｚ１－２は、一方の端部が接続点ｆにおいて、第１の入力抵抗Ｚ１－１の一方の端部、増幅器Ｕ１の反転入力端子（－）、帰還抵抗Ｚ２の一方の端部、及びスイッチＳｇの一方の端部と接続されている。また、第２の入力抵抗Ｚ１－２は、他方の端部がスイッチＳｚの一方の端部側の第２の端子と接続されている。つまり、第２の入力抵抗Ｚ１－２は、第１の入力抵抗Ｚ１－１と並列に接続されている。なお、第２の入力抵抗Ｚ１－２のインピーダンスはＺ１－２であり、Ｚ１－１とは異なる値であるものとする。

実施の形態５に係る送受信回路１では、制御回路により、並列に接続された抵抗Ｚ１－１及び抵抗Ｚ１－２のうちのいずれか一方が選択され、当該選択に応じてスイッチＳｚの接続状態が切り替えられる。例えば、制御回路により、抵抗Ｚ１－１が選択された場合、制御回路は、スイッチＳｚに対し、一方の端部側の第１の端子と他方の端部とを接続させる旨の信号を送信する。この場合、入力抵抗のインピーダンスはＺ１－１となる。

一方、制御回路により、第２の入力抵抗Ｚ１－２が選択された場合、制御回路は、スイッチＳｚに対し、一方の端部側の第２の端子と他方の端部とを接続させる旨の信号を送信する。この場合、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスはＺ１－２となる。このように、実施の形態５に係る送受信回路１では、当該送受信回路１に接続する超音波センサのインピーダンスに合わせて入力抵抗のインピーダンスを可変とすることができる。

なお、上記の説明では、２つの抵抗（抵抗Ｚ１－１及び抵抗Ｚ１－２）のうちのいずれかを選択できるように構成された例を説明したが、選択可能な抵抗の数は２つに限らず、例えば３つ以上としてもよい。また、３つ以上の抵抗を用いる場合において、当該各抵抗は、直接接続及び並列接続といった接続態様を適宜組み合わせた態様で、送受信回路１に配置されていてもよい。

また、上記の説明では、スイッチＳｚを抵抗Ｚ１－１及びＺ１－２とスイッチＳ２との間に設けた例を説明した。しかしながら、スイッチＳｚはこれに限らず、例えば接続点ｆの位置に設けてもよい。また、スイッチＳｚは、抵抗Ｚ１－１及びＺ１－２とスイッチＳ２との間と、接続点ｆの位置との双方に設けてもよい。

以上のように、実施の形態５によれば、送受信回路１は、互いに異なるインピーダンスを有し、並列に接続された複数の抵抗Ｚ１－１、Ｚ１－２と、複数の抵抗Ｚ１－１、Ｚ１－２のうちのいずれか１つを入力抵抗Ｚ１として接続させるスイッチＳｚと、を備えた。これにより、実施の形態５に係る送受信回路１は、実施の形態１に係る送受信回路１と同様の効果を奏することができるほか、入力抵抗Ｚ１のインピーダンスを可変とすることができる。

なお、本開示はその開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

例えば、図１２は、実施の形態１～実施の形態５で説明した送受信回路を組み合わせた場合の構成例を示す図である。この場合、当該送受信回路では、実施の形態１～実施の形態５で説明した各効果を１つの回路で実現することができる。

なお、図１２は、実施の形態１～実施の形態５で説明した送受信回路を組み合わせた場合の構成例であるが、実施の形態１～実施の形態５で説明した送受信回路は、必ずしもすべての回路構成を組み合わせる必要はなく、いずれか２つ以上の回路構成を選択的に組み合わせ可能であることは言うまでもない。

１ 送受信回路
１００ 送受信回路
ａ～ｆ 接続点
Ｆ１ 信号ジェネレータ
Ｇ ゲイン
Ｋ 駆動信号
Ｏ１ 出力電圧
Ｓ１ スイッチ（第２のスイッチ）
Ｓ２ スイッチ（第３のスイッチ）
Ｓ３ スイッチ
Ｓ４ スイッチ
Ｓ１Ｓ スイッチ（第４のスイッチ）
Ｓ２Ｓ スイッチ（第５のスイッチ）
Ｓｆ スイッチ（第６のスイッチ）
Ｓｇ スイッチ（第１のスイッチ）
Ｓｚ スイッチ（第７のスイッチ）
ＴＲ１ 超音波センサ（第１の送受信センサ）
ＴＲ２ 超音波センサ（第２の送受信センサ）
ＴＲ３ 超音波センサ
ＴＲ４ 超音波センサ
Ｕ１ 増幅器
Ｚ１ 入力抵抗
Ｚ１－１ 抵抗
Ｚ１－２ 抵抗
Ｚ２ 帰還抵抗
Ｚｇ 付加抵抗

Claims (7)

1. 非反転入力端子が電圧信号を出力する信号ジェネレータの出力端子に接続される増幅器と、
   一端が前記増幅器の出力端子に接続され、他端が前記増幅器の反転入力端子に接続された帰還抵抗と、
   一端が前記増幅器の反転入力端子及び前記帰還抵抗の他端に接続された入力抵抗と、
   一端が前記帰還抵抗の一端に接続され、他端が前記帰還抵抗の他端に接続された第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチの開閉を制御する制御回路と、
   一端が前記入力抵抗の他端に接続され、他端が前記信号ジェネレータから出力された電圧信号に基づく送信波の送信及び送信波の受信が可能な第１の送受信センサの一端に接続される第２のスイッチと、
   一端が前記入力抵抗の他端に接続され、他端が前記信号ジェネレータから出力された電圧信号に基づく送信波の送信及び送信波の受信が可能な第２の送受信センサの一端に接続される第３のスイッチと、
   を備えた送受信回路。
2. 前記制御回路は、
   第１の送受信方向では、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力する前に、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを閉じるとともに、前記第３のスイッチを開き、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力した後に、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを開くとともに、前記第３のスイッチを閉じるように制御し、
   第２の送受信方向では、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力する前に、前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチを閉じるとともに、前記第２のスイッチを開き、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力した後に、前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチを開くとともに、前記第２のスイッチを閉じるように制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の送受信回路。
3. 前記第１のスイッチに対して直列に接続された付加抵抗を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送受信回路。
4. 一端が前記第１の送受信センサの一端に接続され、他端が前記第１の送受信センサの他端に接続された第４のスイッチと、
   一端が前記第２の送受信センサの一端に接続され、他端が前記第２の送受信センサの他端に接続された第５のスイッチと、
   を備え、
   前記制御回路は、
   第１の送受信方向では、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力する前に、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、及び前記第５のスイッチを閉じるとともに、前記第３のスイッチ及び前記第４のスイッチを開き、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力した後に、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、及び前記第５のスイッチを開くとともに、少なくとも前記第３のスイッチを閉じるように制御し、
   第２の送受信方向では、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力する前に、前記第１のスイッチ、前記第３のスイッチ、及び前記第４のスイッチを閉じるとともに、前記第２のスイッチ及び前記第５のスイッチを開き、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力した後に、前記第１のスイッチ、前記第３のスイッチ、及び前記第４のスイッチを開くとともに、少なくとも前記第２のスイッチを閉じるように制御する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送受信回路。
5. 一端が前記増幅器の非反転入力端子に接続され、第１の他端が前記信号ジェネレータの出力端子に接続され、第２の他端がグランドに接続された第６のスイッチを備え、
   前記制御回路は、
   第１の送受信方向及び第２の送受信方向において、
   前記信号ジェネレータが電圧信号を出力する前に、前記第６のスイッチの一端と第１の他端とが接続されるように前記第６のスイッチを制御し、前記信号ジェネレータが電圧信号を出力した後に、前記第６のスイッチの一端と第２の他端とが接続されるように前記第６のスイッチを制御する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送受信回路。
6. 前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチにより構成されるスイッチ対を複数備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送受信回路。
7. 互いに異なるインピーダンスを有し、並列に接続された複数の抵抗と、
   前記複数の抵抗のうちのいずれか１つを前記入力抵抗として接続させる第７のスイッチと、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送受信回路。

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