JP3473592B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波を利用してガ
スなどの流量を計測する流量計測装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の流量計測装置は、図１５
に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の
流れる流路１に設置した超音波振動子２と、第１超音波
振動子２、第２超音波振動子３の送受信を切り換える切
換手段４と、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子
３を駆動する送信手段５と、受信側の超音波振動子で受
信した信号を増幅する増幅手段６と、増幅手段６で増幅
された受信信号と基準電圧とを比較する基準比較手段７
と、図１６に示すように基準電圧比較手段７で基準電圧
と比較し大小関係が反転した後の増幅信号の最初のゼロ
クロス点ａで繰り返し手段９へ出力信号Ｄを出力する判
定手段８と、この判定手段８からの信号をカウントし予
め設定された回数だけカウントすると共に判定手段８か
らの信号を制御手段１２へ出力する繰り返し手段９と、
繰り返し手段９で予め設定された回数をカウントした時
間を計時する計時手段１０と、計時手段１０の計時した
時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量
を算出する流量算出手段１１と、流量算出手段１１から
算出された流量出力、繰り返し手段９からの信号を受け
送信手段５、遅延手段１４の動作を制御する制御手段と
から構成されている。

【０００３】この装置は制御手段１２により送信手段５
を動作させ超音波振動子２で発信された超音波信号が、
流れの中を伝搬し第２超音波振動子３で受信され、増幅
手段６で増幅後、基準電圧比較手段７と判定手段８で信
号処理され、繰り返し手段９を通り制御手段１２に入力
される。この動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行
い、この間の時間を計時手段１０により測定する。

【０００４】そして、第１超音波振動子２と第２超音波
振動子３とを切換手段４により切り替えて、同様な動作
を行い、被測定流体の上流から下流（この方向を正流と
する）と下流から上流（この方向を逆流とする）のそれ
ぞれの伝搬時間を測定し、（式１）より流量Ｑを求めて
いた（超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、上流
から下流へのｎ回分の測定時間をｔ１、下流から上流へ
のｎ回分の測定時間をｔ２、被測定流体の流速をｖ、流
路の断面積をＳ、センサ角度をφ、流量をＱとする）。

【０００５】 Ｑ＝Ｓ・ｖ＝Ｓ・Ｌ／２・ｃｏｓφ（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））…（式１） （実際には、式１に流量に応じた係数を乗じて流量を算
出する）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の流量計測装置は図１６に示すように超音波振動子の受
信信号が到達前にノイズ信号Ｂが印可されると、基準電
圧を超えた最初のゼロクロス点ｂで判定手段８により誤
った出力信号Ｃが繰り返し手段９へ出力されるので計時
手段１０で計時する時間が本来の超音波信号の伝搬時間
と異なり、誤った流量値を流量算出手段１１で算出して
しまう。このようにノイズにより流量の誤計測を行うと
いう課題を有していた。本発明は、前記従来の課題を解
決するもので、ノイズによる流量の計測への影響を受け
にくい流量計測装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の流量計測装置は基準比較手段で受信
側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較し、大小関係
が反転してから受信信号の任意のポイントとの時間差を
時差確認手段で確認し、その時差が予め設定された超音
波振動子の駆動周波数から求まる時間差であれば判定手
段で超音波信号の到達ポイントと判定するようにしたも
のである。

【０００８】これによって増幅手段６の出力信号の基準
電圧を超えてから信号の任意のポイント迄の時間がわか
り、そしてこれにより信号の周波数を判定でき、正規の
受信信号であるかノイズであるかの認識が可能となるの
で、ノイズによる流量計測への影響を受けにくい流量計
測装置となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の流量計
測装置は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する
第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送
信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手段
と、前記振動子間の相互の超音波伝搬を繰り返し行う繰
り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を
算出する流量算出手段と、前記受信側振動子の受信信号
と基準電圧とを比較し前記受信信号と基準電圧との大小
関係が反転した時点を通知する基準比較手段と、前記反
転した時点から受信信号の任意のポイント迄の時間を計
時し、計時した時間と前記第１振動子又は第２振動子の
駆動周波数から一意的に求まる予め設定された時間差と
を比較し、比較結果を出力する時差確認手段と、記時差
確認手段の動作回数を所定回数に規制する動作規制手段
と、前記時差確認手段の出力と前記受信信号とに基づい
て超音波の到達ポイントを判定する判定手段と、を備え
ている。これにより、時差確認手段で計測される基準比
較手段の基準電圧より増幅手段の出力信号が大きくなっ
てから増幅手段の出力信号のゼロクロスポイント迄の時
間が、超音波振動子の駆動周波数から一意的に求まる予
め設定された時間差と近い値であった場合の増幅手段の
出力信号のゼロクロス点で、判定手段が超音波の到達ポ
イントとを判定するので、前記時間差が極端に短い等の
ノイズ信号は判定から除去でき、ノイズによる誤計測を
防止する流量計測装置とすることが出来る。

【００１０】また、増幅手段の出力信号が基準電圧を越
えるたびに動作する時差確認手段の動作回数を動作規制
手段により規制することで、時差確認手段により計測さ
れた時間差が予め設定された時間差と異なり、判定手段
で増幅手段の出力信号のゼロクロスポイントを無視する
状態が連続する場合に一定の制限をもたせ、その時点で
強制的に超音波の到達ポイントとするもので、上記のよ
うにノイズによって判定手段で増幅手段の出力信号のゼ
ロクロスポイントを無視される計測不能状態から抜ける
ようにし、ノイズの影響を抑えた流量計測装置とするこ
とが出来る。

【００１１】請求項２に記載の流量計測装置では、前記
予め設定された時間を、前記第１振動子又は第２振動子
の駆動周波数の半波長の６０％〜８０％として前記反転
した時点から受信信号の任意のポイント迄の時間とを比
較する。一般にノイズはこの時間よりも短くなるので、
このように時間を定めることでノイズをより確実に除去
することができる。

【００１２】請求項３に記載の流量計測装置は、流体管
路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第
２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振
動子の送受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の
相互の超音波伝搬を繰り返し行う繰り返し手段と、超音
波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量算出手
段と、前記受信側振動子の受信信号と基準電圧とを比較
し前記受信信号と基準電圧との大小関係が反転した時点
を通知する基準比較手段と、前記反転した時点より受信
信号の任意の２以上の複数の点の時間差を検知する信号
幅検知手段と、前記信号幅検知手段の出力と前記受信信
号とに基づいて超音波の到達ポイントを判定する判定手
段とを備えている。これにより、信号幅検知手段で計測
する増幅手段の出力信号の任意の２点間（例えば２ゼロ
クロス点もしくは２変曲点間）の時間が、超音波振動子
の駆動周波数から一意的に求まる予め設定された時間差
と近い値である場合の増幅手段出力信号のゼロクロス点
を判定手段が超音波の到達ポイントと判定するので、超
音波の受信信号の信号幅とは異なるノイズ信号は除去で
き、ノイズによる誤計測を防止する流量計測装置とする
ことが出来る。

【００１３】請求項４に記載の流量計測装置は、流体管
路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第
２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振
動子の送受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の
相互の超音波伝搬を繰り返し行う繰り返し手段と、超音
波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量算出手
段と、前記受信側振動子の受信信号と基準電圧とを比較
し前記受信信号と基準電圧との大小関係が反転した時点
を通知する基準比較手段と、前記反転した時点から受信
信号の任意のポイント迄の時間を計時し、計時した時間
と前記第１振動子又は第２振動子の駆動周波数から一意
的に求まる予め設定された時間差とを比較し、比較結果
を出力する時差確認手段と、前記反転した時点より受信
信号の任意の２以上の複数の点の時間差を検知する信号
幅検知手段と、前記受信側振動子の受信信号の任意のポ
イントから計時を行い、第一の所定時間経過から第二の
所定時間経過までの間ゲート信号を出力するゲート手段
と、前記時差確認手段の出力と前記信号幅検知手段の出
力と前記ゲート手段と前記振動子の受信信号とから超音
波の到達ポイントを判定する判定手段とを備えている。
これにより、増幅手段の出力信号が基準比較手段により
比較される基準電圧より大きくなってから増幅手段の出
力信号のゼロクロスポイント迄の時間を時差確認手段に
より計測し、超音波振動子の駆動周波数から一意的に求
まる予め設定された時間差と近い値か否かを判定手段に
出力する。また、増幅手段の出力信号の任意の２点間
（例えば２ゼロクロス点間）の時間を信号幅検知手段が
計測し、超音波振動子の駆動周波数から一意的に求まる
予め設定された時間と近い値か否かを判定手段に出力す
る。さらにゲート手段により増幅手段の出力信号のゼロ
クロス点から計時を行い、超音波振動子の駆動周波数か
ら一意的に求まり次のゼロクロス到達点を包含するよう
に予め設定された時間で、ゲート信号を出力する。

【００１４】そして判定手段では前記時差確認手段、信
号幅検知手段、ゲート手段からの出力差と増幅手段の出
力信号より、時差確認手段で計測された時差が、超音波
振動子の駆動周波数から一意的に求まる予め設定された
時間差と近い値であった場合でかつ、信号幅検知手段で
計測した時間が、超音波振動子の駆動周波数から一意的
に求まる予め設定された時間差と近い値である場合でか
つ、ゲート手段によるゲート信号を出力中の増幅手段の
出力信号ゼロクロス点を正規の超音波到達ポイントと判
定するので、上記３つの条件に合わない信号幅の短い、
単発信号、または周期がバラバラである等のノイズ信号
は除去でき、ノイズの影響を受けにくい流量計測装置と
することが出来る。

【００１５】請求項５に記載の流量計測装置は、流体管
路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第
２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振
動子の送受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の
相互の超音波伝搬を繰り返し行う繰り返し手段と、超音
波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量算出手
段と、前記受信側振動子の受信信号と基準電圧とを比較
し前記受信信号と基準電圧との大小関係が反転した時点
を通知する基準比較手段と、前記基準比較手段の出力を
受け計時を行い、第一の所定時間経過から第二の所定時
間経過までの間ゲート信号を出力するゲート手段と、前
記受信側振動子の受信信号の２以上の複数の点の時間差
を検知する信号幅検知手段と、前記信号幅検知手段と前
記ゲート手段と前記振動子の受信信号とから超音波の到
達ポイントを判定する判定手段とを備えている。これに
より、増幅手段の出力信号の任意の２点間（例えば２ゼ
ロクロス点間）の時間を信号幅検知手段が計測し、超音
波振動子の駆動周波数から一意的に求まる予め設定され
た時間と近い値か否かを判定手段に出力する。さらにゲ
ート手段により増幅手段の出力信号のゼロクロス点から
計時を行い、超音波振動子の駆動周波数から一意的に求
まり次のゼロクロス到達点を包含するように予め設定さ
れた時間で、ゲート信号を出力する。

【００１６】そして判定手段では前記信号幅検知手段、
ゲート手段からの出力と増幅手段の出力信号より、信号
幅検知手段で計測した時間が、超音波振動子の駆動周波
数から一意的に求まる予め設定された時間差と近い値で
ある場合でかつ、ゲート手段によるゲート信号を出力中
の増幅手段の出力信号ゼロクロス点を正規の超音波到達
ポイントと判定するので、上記２つの条件に合わない短
い信号幅、単発信号等のノイズ信号は除去でき、ノイズ
の影響を受けにくい流量計測装置とすることが出来る。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。

【００１８】（実施例１） 図１は本発明の実施例１におけるの流量計測装置のブロ
ック図を示すものである。図２は本発明の実施例１の流
量計測装置の動作説明図である。図１において、流路１
の途中に超音波を送信する第１超音波振動子２と受信す
る第２超音波振動子３が流れ方向に角度φで配置されて
いる。５は第１超音波振動子２への送信手段であり、４
は第１超音波振動子２、第２超音波振動子３の送受信を
切り換える切換手段、６は受信側の超音波振動子で受信
した信号を増幅する増幅手段、７は前記増幅手段６で増
幅された信号と基準電圧とを比較する基準比較手段、１
３は前記基準比較手段７の出力と前記増幅手段６で増幅
された信号のゼロクロス点との時間差を確認する時差確
認手段、８は前記時差確認手段１３の出力と前記増幅手
段６で増幅された信号とから超音波の到達ポイントを判
定する判定手段、９は判定手段８の信号をカウントし予
め設定された回数だけカウントすると共に判定手段８か
らの信号を制御手段１２へ出力する繰り返し手段であ
る。１０は繰り返し手段９で予め設定された回数をカウ
ントした時間を計時する計時手段であり、１１は第１計
時手段１０の計時した時間に応じて管路の大きさや流れ
の状態を考慮して流量を算出する流量算出手段である。
また、１２は流量算出手段１１、繰り返し手段９からの
信号を受け送信手段５、増幅手段６の動作を制御する制
御手段である。

【００１９】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用を説明する。まず制御手段１
２は流量計測を開始すると送信手段５を動作させ超音波
振動子２より超音波信号を送信する。第１超音波振動子
２より送信された超音波信号は流路１の流れの中を伝搬
し、第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で制御
手段１２からの指示による所定の倍率で増幅され、基準
比較手段７、時差確認手段１３、判定手段８へ出力され
る。基準比較手段７は増幅手段６出力と基準電圧とを比
較し、図２に示すようにその大小関係が反転した時点
（タイミングｃ）を時差確認手段１３に通知する。時差
確認手段１３ではタイミングｃから増幅手段６出力の符
号が正から負に変わる負のゼロクロス点ａ迄の時間を計
時し、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３の駆
動周波数の半波の波長と比較する。

【００２０】この時差確認手段１３が計時する時間は図
２に示すように正規の受信信号であれば、半波長の６０
〜８０％（例えば駆動周波数が５００ＫＨｚ、波長２μ
ｓであれば６００ｎｓ〜８００ｎｓ）の時間になり、ノ
イズ信号では一般に図２のようにこの時間より短くな
る。時差確認手段１３は計時した時間が駆動周波数の半
波長の６０〜８０％であるかの比較結果を判定手段８に
出力し、判定手段８は時差確認手段１３が正規の受信信
号と判定したときの増幅手段６の出力信号の負のゼロク
ロス点ａを超音波の到達ポイントと判定し、出力信号Ｄ
を繰り返し手段９に出力する。この判定手段８の出力信
号Ｄは繰り返し手段９でカウントされた後、制御手段１
２に入力される。制御手段１２は送信手段５を再度動作
させ超音波振動子２より超音波信号を送信すると共に第
２計時手段１３ａに計時開始信号を再度出力し、この一
連の動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行い、この間
の時間を計時手段１０により測定する。

【００２１】そして、第１超音波振動子２と第２超音波
振動子３とを切換手段４により切り替えて、同様な動作
を行い、被測定流体の上流から下流と下流から上流のそ
れぞれの伝搬時間を測定し、これらの時間差より流量算
出手段１１で流路の大きさや流れの状態を考慮して流量
値を求める。以上のように動作することにより時差確認
手段１３で増幅手段６出力が基準電圧を越えてから最初
の負のゼロクロス点迄の時間と駆動周波数の半波長を比
較し半波長の６０〜８０％であれば正規の受信信号、そ
れ以外はノイズ信号とすることで判定手段８によりノイ
ズ信号を無視でき、ノイズの影響を受けにくい流量計測
装置とすることが出来る。

【００２２】（実施例２） 図３は本発明の実施例２の流量計測装置のブロック図で
ある。図４は本発明の実施例２の流量計測装置の動作説
明図であり、信号幅検知手段１４の検知する信号幅の様
子を示したものである。図３において、１４は受信側の
振動子の受信信号の符号が正から負の変わる負のゼロク
ロス点から、負から正に変わる正のゼロクロス点迄の時
間を検知する信号幅検知手段であり、判定手段８は増幅
手段６の出力と信号幅検知手段１４の出力より超音波の
到達ポイントを判定する。他の構成要素は実施例１と同
じであるので説明は省略する。以上のように構成された
流量計測装置について、以下その動作、作用を説明す
る。

【００２３】制御手段１２は流量計測を開始すると送信
手段５を動作させ超音波振動子２より超音波信号を送信
する。第１超音波振動子２より送信された超音波信号は
流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信
され、増幅手段６で増幅され、信号幅検知手段１４、基
準比較手段７、判定手段８へ出力される。信号幅検知手
段１４は基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧と
を比較し、その大小関係が反転した時点（図４における
タイミングｃ）より増幅手段６出力の符号が正から負、
負から正と変わる正負の両方のゼロクロス点間の時間を
検知する。図４において信号幅ａは信号幅検知手段１４
が増幅手段６の出力より検知したノイズ信号Ａの正負の
ゼロクロス点間の幅、信号幅ｂは受信信号Ｂの正負のゼ
ロクロス点間の幅を示している。

【００２４】図４に示すように正規の受信信号であった
場合の信号幅検知手段１４が検知する信号幅は駆動周波
数の半波長であり、ノイズ信号である場合は通常、駆動
周波数の半波長に比べ短くなる。判定手段８は信号幅検
知手段１４の出力が駆動周波数の半波長である場合の次
の負のゼロクロス点ｚを超音波の到達ポイントと判定
し、繰り返し手段９に出力する。

【００２５】以上のように、本実施例においては受信信
号の正負のゼロクロス点間の幅を検知し、その幅が駆動
周波数の半波長である場合に正規の受信信号、それ以外
はノイズ信号とすることで判定手段８によりノイズ信号
を無視でき、ノイズの影響を受けにくい流量計測装置と
することが出来る。

【００２６】（実施例３） 図５は本発明の実施例３の流量計測装置のブロック図で
ある。図６は本発明の実施例３の流量計測装置の動作説
明図であり、受信信号とノイズ信号が重畳したときの判
定手段８の動作を説明したものである。図５において１
５は時差確認手段１３の動作回数を所定の回数までに規
制する動作規制手段であり、動作規制手段１５を設けた
点が実施例１の構成と異なるところである。

【００２７】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段１２は
流量計測を開始すると送信手段５を動作させ超音波振動
子２より超音波信号を送信する。第１超音波振動子２よ
り送信された超音波信号は流路１の流れの中を伝搬し、
第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅さ
れ、基準比較手段７、時差確認手段１３、判定手段８へ
出力される。基準比較手段７は増幅手段６出力と基準電
圧とを比較し、実施例１と同様にその大小関係が反転し
た時点を時差確認手段１３に通知する。時差確認手段１
３ではこの時点から増幅手段６出力の負のゼロクロス点
ａ迄の時間を計時し、第１超音波振動子２の駆動周波数
の半波長の６０〜８０％の時間と比較する。

【００２８】ここで図６に示すように受信信号にノイズ
信号が重畳し、かつこの状態が継続した場合、そのノイ
ズ重畳期間では増幅手段６出力は図のような信号とな
る。この状態では基準比較手段７で比較される基準電圧
を増幅手段６出力が越えてから、次の負のゼロクロス点
までの時間は非常に短く、時差確認手段１３ではこの時
間が駆動周波数の半波長の６０〜８０％の時間とは異な
るのでノイズと判定する。

【００２９】また時差確認手段１３はこの増幅手段６出
力が基準電圧を越えてから次の負のゼロクロス点までの
時間計測を、基準比較手段７からの通知がある度に繰り
返し行うので、このようなノイズ重畳期間では時差確認
手段１３の計時する時間が駆動周波数の半波長の６０〜
８０％の時間とは異なるので常にノイズと判定し、図６
に示すようにノイズ重畳期間が終わった後では、増幅手
段６出力が基準電圧より小さいので、時差確認手段１３
で時間を計時することが出来ず、判定手段８でも超音波
の到達ポイントを判定することが出来ない。

【００３０】その結果、流量算出手段１１で流量を算出
することが不可能となる。そこで時差確認手段１３が増
幅手段６出力が基準電圧を越えてから次の負のゼロクロ
ス点までの時間の計測動作を、動作規制手段１５がカウ
ントして設定された回数（例えば１０回）までで抑え
る。

【００３１】そして、時差確認手段１３は計時動作を予
め設定された回数分行った場合に判定手段８に正規の受
信信号と通知し、増幅手段６出力信号の次の負のゼロク
ロス点ａで強制的に超音波の到達ポイントと判定させ
る。判定手段８は増幅手段６の出力信号の負のゼロクロ
ス点ａを超音波の到達ポイントと判定すると出力信号Ｄ
を繰り返し手段９に出力する。この判定手段８の出力信
号は繰り返し手段９でカウントされた後、制御手段１２
に入力される。制御手段１２は送信手段５を再度動作さ
せ超音波振動子２より超音波信号を送信すると共に第２
計時手段１３ａに計時開始信号を再度出力し、この一連
の動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行い、この間の
時間を計時手段１０により測定する。

【００３２】そして、第１超音波振動子２と第２超音波
振動子３とを切換手段４により切り替えて、同様な動作
を行い、被測定流体の上流から下流と下流から上流のそ
れぞれの伝搬時間を測定し、これらの時間差より流量算
出手段１１で流路の大きさや流れの状態を考慮して流量
値を求める。以上のように動作することにより超音波の
受信信号にノイズ信号が重畳し、その状態が継続して、
時差確認手段１３の計時する時間が常にノイズと判定さ
れ、流量計測の続行が不能となるような場合でも、動作
規制手段１５により所定の回数に時差確認手段１３の計
時動作を抑えることで判定手段８に強制的に超音波の到
達ポイントを判定させることで流量計測の継続を可能に
し、ノイズの影響を受けにくい流量計測装置とすること
が出来る。

【００３３】（実施例４） 図７は本発明の実施例４の流量計測装置のブロック図で
ある。図８は本発明の実施例４の流量計測装置の動作説
明図である。図７において１６は増幅手段６の出力信号
の符号が正から負に変わる負のゼロクロス点の２つ目か
ら計時を行い、第一の所定時間経過から第二の所定時間
経過までの間、ゲート信号を出力するゲート手段で、他
の構成要素は実施例１と同じであるので説明は省略す
る。

【００３４】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段１２よ
り流量計測が開始され、第１超音波振動子２より送信さ
れた超音波信号が流路１の流れの中を伝搬し、第２超音
波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅され、ゲート
手段１６、判定手段８へ出力される。

【００３５】ゲート手段１６は図８に示すように増幅手
段６の出力信号の符号が正から負に変わる負のゼロクロ
ス点の２つめ（ゼロクロス点ｚ２）から計時を行い、予
め設定された第一の所定時間（例えば超音波振動子の駆
動周波数の波長の９０％）の経過から第二の所定時間
（例えば駆動周波数の波長の１１０％）の経過までの
間、ゲート信号Ｄを出力する。判定手段８はゲート手段
１６のゲート信号Ｄ期間中の増幅手段６の出力信号の負
のゼロクロス点ｚ２を超音波の到達ポイントと判定し、
それ以外のゼロクロス点は超音波の到達ポイントとは判
定しない。

【００３６】ノイズ信号の場合は図８のノイズ信号Ａの
ように単発であったり、超音波の駆動周波数よりも高周
波数で持続時間も短いのが一般的で、ゲート手段１６に
よるゲート信号期間中にはゼロクロス点が発生しない。

【００３７】以上のように、本実施例においては負のゼ
ロクロス点から駆動周波数の波長の９０〜１１０％に設
定されたゲート信号の出力期間中の負のゼロクロス点を
正規の音波の到達ポイントと判定することにより、ノイ
ズによる誤判定を防止できノイズの影響を受けにくい流
量計測装置とすることが出来る。

【００３８】尚、本実施例では負のゼロクロス点からゲ
ート信号発生の計時を開始し、負のゼロクロス点で音波
の到達ポイントと判定するとしたが、これに限定される
ものではなく増幅手段６の出力信号の任意のポイントか
らゲート信号の計時を開始し、任意のポイントで音波の
到達ポイントと判定するとしても同様な効果を有するも
のである。

【００３９】（実施例５） 図９は本発明の実施例５の流量計測装置のブロック図で
ある。図１０は本発明の実施例５の流量計測装置の動作
説明図である。図９において判定手段８は増幅手段６、
ゲート手段１６、信号幅検知手段１４、時差確認手段１
３からの信号により超音波の到達ポイントを判定するよ
うにしたものである。以上のように構成された流量計測
装置について、以下その動作、作用を説明する。制御手
段１２より流量計測が開始され、第１超音波振動子２よ
り送信された超音波信号が流路１の流れの中を伝搬し、
第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅さ
れ、ゲート手段１６、判定手段８、信号幅検知手段１
４、時差確認手段１３、基準比較手段７へ出力される。
基準比較手段７は増幅手段７出力と基準電圧とを比較
し、図１０に示すようにその大小関係が反転した時点
（タイミングｃ）を時差確認手段１３、信号幅検知手段
１４、ゲート手段１６に通知する。

【００４０】時差確認手段１３ではタイミングｃから増
幅手段６出力の符号が正から負に変わる負のゼロクロス
点ａ迄の時間を計時し、第１超音波振動子２及び第２超
音波振動子３の駆動周波数の半波の波長と比較する。こ
の時差確認手段１３が計時する時間は図１０に示すよう
に正規の受信信号であれば、半波長の６０〜８０％（例
えば駆動周波数が５００ＫＨｚ、波長２μｓであれば６
００ｎｓ〜８００ｎｓ）の時間になり、ノイズ信号では
一般にこの時間より短くなる。時差確認手段１３は計時
した時間が駆動周波数の半波長の６０〜８０％であるか
の比較結果を判定手段８に出力する。

【００４１】また、信号幅検知手段１４は基準比較手段
７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較し、その大小関
係が反転したタイミングｃより増幅手段６出力の符号が
正から負、負から正と変わる正負の両方のゼロクロス点
間の時間を検知する。図１０において信号幅ａは信号幅
検知手段１４が増幅手段６の出力より検知したノイズ信
号Ａの正負のゼロクロス点間の幅、信号幅ｂは受信信号
Ｂの正負のゼロクロス点間の幅を示している。図１０に
示すように受信信号であった場合の信号幅検知手段１４
が検知する信号幅は駆動周波数の半波長であり、ノイズ
信号である場合は通常、駆動周波数の半波長に比べ短く
なる。

【００４２】さらにゲート手段１６は図１０に示すよう
に基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較
し、その大小関係が反転したタイミングｃより次の増幅
手段６の出力信号の符号が正から負に変わる負のゼロク
ロス点ａから計時を行い、予め設定された第一の所定時
間（例えば超音波振動子の駆動周波数の波長の９０％）
の経過から第二の所定時間（例えば駆動周波数の波長の
１１０％）の経過までの間、ゲート信号Ｄを出力する。
判定手段８は時差確認手段１３が正規の受信信号と判定
し、かつ信号幅検知手段１４の出力が駆動周波数の半波
長である場合で、さらに、ゲート手段１６のゲート信号
Ｄ期間中の増幅手段６の出力信号の負のゼロクロス点ｚ
を超音波の到達ポイントと判定し、それ以外のゼロクロ
ス点は超音波の到達ポイントとは判定しない。

【００４３】ノイズ信号の場合は図１０のノイズ信号Ａ
のように単発であったり、ゼロクロス点間の信号幅ａが
超音波の駆動周波数の半波長とは異なったり、また超音
波の駆動周波数よりも高周波数で持続時間も短いのが一
般的で、ゲート手段１６によるゲート信号期間中にはゼ
ロクロス点が発生しない。

【００４４】以上のように、本実施例においては増幅手
段６出力が基準電圧を越えてから最初の負のゼロクロス
点迄の時間が駆動周波数の半波長の６０〜８０％であ
り、正負のゼロクロス点間の幅が駆動周波数の半波長で
あり、負のゼロクロス点から駆動周波数の波長の９０〜
１１０％に設定されたゲート信号の出力期間中の負のゼ
ロクロス点であることのすべての条件を満たした場合に
正規の音波の到達ポイントと判定することにより、ノイ
ズによる誤判定を防止できノイズの影響を受けにくい流
量計測装置とすることが出来る。

【００４５】（実施例６） 図１１は本発明の実施例６の流量計測装置のブロック図
である。図１２は本発明の実施例６の流量計測装置の動
作説明図である。図１１において判定手段８は増幅手段
６、ゲート手段１６からの信号により超音波の到達ポイ
ントを判定するようにしたものである。以上のように構
成された流量計測装置について、以下その動作、作用を
説明する。

【００４６】制御手段１２より流量計測が開始され、第
１超音波振動子２より送信された超音波信号が流路１の
流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信され、増
幅手段６で増幅され、判定手段８、基準比較手段７へ出
力される。基準比較手段７は増幅手段６出力と基準電圧
とを比較し、図１２に示すようにその大小関係が反転し
た時点（タイミングｃ）をゲート手段１６に通知する。

【００４７】さらにゲート手段１６は図１０に示すよう
に基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較
し、その大小関係が反転したタイミングｃより計時を行
い、予め設定された第一の所定時間（例えば超音波振動
子の駆動周波数の半波長の５０％）の経過から第二の所
定時間（例えば駆動周波数の半波長）の経過までの間、
ゲート信号Ｄを出力する。判定手段８はゲート手段１６
のゲート信号Ｄ期間中の増幅手段６の出力信号の負のゼ
ロクロス点ｚを超音波の到達ポイントと判定し、それ以
外のゼロクロス点は超音波の到達ポイントとは判定しな
い。ノイズ信号の場合は図１２のノイズ信号Ａのように
超音波の駆動周波数よりも高周波数で持続時間も短いの
が一般的で、ゲート手段１６によるゲート信号期間中に
はゼロクロス点が発生しない。

【００４８】以上のように、本実施例においては増幅手
段６出力が基準電圧を越えてから周波数の半波長の５０
〜１００％に設定されたゲート信号の出力期間中の負の
ゼロクロス点である場合に正規の音波の到達ポイントと
判定することにより、ノイズによる誤判定を防止できノ
イズの影響を受けにくい流量計測装置とすることが出来
る。

【００４９】（実施例７） 図１３は本発明の実施例７の流量計測装置のブロック図
である。図１４は本発明の実施例７の流量計測装置の動
作説明図である。図１３において判定手段８は増幅手段
６、ゲート手段１６、信号幅検知手段１４からの信号に
より超音波の到達ポイントを判定するようにしたもので
ある。以上のように構成された流量計測装置について、
以下その動作、作用を説明する。制御手段１２より流量
計測が開始され、第１超音波振動子２より送信された超
音波信号が流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動
子３で受信され、増幅手段６で増幅され、判定手段８、
信号幅検知手段１４、基準比較手段７へ出力される。

【００５０】基準比較手段７は増幅手段６出力と基準電
圧とを比較し、図１４に示すようにその大小関係が反転
した時点（タイミングｃ）をゲート手段１６に通知す
る。また、信号幅検知手段１４は増幅手段６出力の符号
が正から負、負から正と変わる正負の両方のゼロクロス
点間の時間を検知する。図１４において信号幅ｂは受信
信号Ｂの正負のゼロクロス点間の幅を示している。図１
４に示すように受信信号であった場合の信号幅検知手段
１４が検知する信号幅は駆動周波数の半波長であり、ノ
イズ信号である場合は通常、駆動周波数の半波長に比べ
短くなる。

【００５１】さらにゲート手段１６は図１４に示すよう
に基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較
し、その大小関係が反転したタイミングｃから計時を行
い、予め設定された第一の所定時間（例えば超音波振動
子の駆動周波数の半波長の５０％）の経過から第二の所
定時間（例えば駆動周波数の半波長）の経過までの間、
ゲート信号Ｄを出力する。判定手段８は信号幅検知手段
１４の出力が駆動周波数の半波長である場合で、かつ、
ゲート手段１６のゲート信号Ｄ期間中の増幅手段６の出
力信号の負のゼロクロス点ｚを超音波の到達ポイントと
判定し、それ以外のゼロクロス点は超音波の到達ポイン
トとは判定しない。

【００５２】ノイズ信号の場合は図１０のノイズ信号Ａ
のようにゼロクロス点間の信号幅ａが超音波の駆動周波
数の半波長とは異なったり、また超音波の駆動周波数よ
りも高周波数で持続時間も短いのが一般的で、ゲート手
段１６によるゲート信号期間中にはゼロクロス点が発生
しない。

【００５３】以上のように、本実施例においては正負の
ゼロクロス点間の幅が駆動周波数の半波長であり、増幅
手段６出力が基準電圧を越えてから周波数の半波長の５
０〜１００％に設定されたゲート信号の出力期間中の負
のゼロクロス点を正規の音波の到達ポイントと判定する
ことにより、ノイズによる誤判定を防止できノイズの影
響を受けにくい流量計測装置とすることが出来る。

【００５４】以上本発明の実施例の効果を総括的に述べ
ると次の通りである。

【００５５】本発明の実施例における流量計測装置は、
時差確認手段１３で増幅手段６出力が基準電圧を越えて
から最初の負のゼロクロス点迄の時間と駆動周波数の半
波長から求まる時間と比較することで判定手段８により
ノイズ信号を無視でき、ノイズの影響を受けにくく出来
る効果がある。

【００５６】また、超音波の受信信号にノイズ信号が重
畳して、かつその状態が継続して流量計測の続行が不能
となるような場合でも、動作規制手段１５により所定の
回数に時差確認手段１３の計時動作を抑えて判定手段８
に強制的に超音波の到達ポイントを判定させることで流
量計測の継続を可能にできるという効果がある。

【００５７】また、予め設定された時間を、前記第１振
動子又は第２振動子の駆動周波数の半波長の６０％〜８
０％として前記反転した時点から受信信号の任意のポイ
ント迄の時間とを比較することで、一般にノイズはこの
時間よりも短くなるので、ノイズをより確実に除去する
ことができる。

【００５８】また、受信信号の正負のゼロクロス点間の
幅を検知し、その幅が駆動周波数の半波長と比較するこ
とでノイズ信号を無視でき、ノイズの影響を受けにくく
出来る効果がある。

【００５９】また、増幅手段６出力が基準電圧を越えて
から最初の負のゼロクロス点迄の時間が駆動周波数の半
波長の６０〜８０％であり、正負のゼロクロス点間の幅
が駆動周波数の半波長であり、負のゼロクロス点から駆
動周波数の波長の９０〜１１０％に設定されたゲート信
号の出力期間中の負のゼロクロス点であることのすべて
の条件を満たした場合に正規の音波の到達ポイントと判
定することにより、より正確にノイズ信号を区別、無視
でき、ノイズの影響を受けにくく出来る効果がある。

【００６０】また、正負のゼロクロス点間の幅が駆動周
波数の半波長であり、増幅手段６出力が基準電圧を越え
てから周波数の半波長の５０〜１００％に設定されたゲ
ート信号の出力期間中の負のゼロクロス点を正規の音波
の到達ポイントと判定することにより、ノイズ信号を区
別、無視でき、ノイズの影響を受けにくく出来る効果が
ある。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の流量計測装
置は、時差確認手段で増幅手段出力が基準電圧を越えて
から最初の負のゼロクロス点迄の時間と駆動周波数の半
波長から求まる時間と比較することで判定手段によりノ
イズ信号を無視でき、ノイズの影響を受けにくく出来る
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における流量計測装置のブロ
ック図

【図２】同装置の動作を説明する図

【図３】本発明の実施例２における流量計測装置のブロ
ック図

【図４】同装置の動作を説明する図

【図５】本発明の実施例３における流量計測装置のブロ
ック図

【図６】同装置の動作を説明する図

【図７】本発明の実施例４における流量計測装置のブロ
ック図

【図８】同装置の動作を説明する図

【図９】本発明の実施例５における流量計測装置のブロ
ック図

【図１０】同装置の動作を説明する図

【図１１】本発明の実施例６における流量計測装置のブ
ロック図

【図１２】同装置の動作を説明する図

【図１３】本発明の実施例７における流量計測装置のブ
ロック図

【図１４】同装置の動作を説明する図

【図１５】従来の流量計測装置のブロック図

【図１６】同装置の動作を説明する図

【符号の説明】

１ 流路 ２ 第１超音波振動子 ３ 第２超音波振動子 ４ 切換手段 ５ 送信手段 ６ 増幅手段 ７ 基準比較手段 ８ 判定手段 ９ 繰り返し手段 １０ 計時手段 １１ 流量算出手段 １２ 制御手段 １３ 時差確認手段 １４ 信号幅検知手段 １６ ゲート手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−243421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−18788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−41783（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/00 - 9/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝搬を繰り返し行う
   繰り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量
   を算出する流量算出手段と、前記受信側振動子の受信信
   号と基準電圧とを比較し前記受信信号と基準電圧との大
   小関係が反転した時点を通知する基準比較手段と、前記
   反転した時点から受信信号の任意のポイント迄の時間を
   計時し、計時した時間と前記第１振動子又は第２振動子
   の駆動周波数から一意的に求まる予め設定された時間差
   とを比較し、比較結果を出力する時差確認手段と、前記
   時差確認手段の動作回数を所定回数に規制する動作規制
   手段と、前記時差確認手段の出力と前記受信信号とに基
   づいて超音波の到達ポイントを判定する判定手段と、を
   備えた流量計測装置。
2. 【請求項２】 前記予め設定された時間は、前記第１振
   動子又は第２振動子の駆動周波数の半波長の６０％〜８
   ０％である請求項１に記載の流量計測装置。
3. 【請求項３】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝搬を繰り返し行う
   繰り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量
   を算出する流量算出手段と、前記受信側振動子の受信信
   号と基準電圧とを比較し前記受信信号と基準電圧との大
   小関係が反転した時点を通知する基準比較手段と、前記
   反転した時点より受信信号の任意の２以上の複数の点の
   時間差を検知する信号幅検知手段と、前記信号幅検知手
   段の出力と前記受信信号とに基づいて超音波の到達ポイ
   ントを判定する判定手段とを備えた流量計測装置。
4. 【請求項４】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝搬を繰り返し行う
   繰り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量
   を算出する流量算出手段と、前記受信側振動子の受信信
   号と基準電圧とを比較し前記受信信号と基準電圧との大
   小関係が反転した時点を通知する基準比較手段と、前記
   反転した時点から受信信号の任意のポイント迄の時間を
   計時し、計時した時間と前記第１振動子又は第２振動子
   の駆動周波数から一意的に求まる予め設定された時間差
   とを比較し、比較結果を出力する時差確認手段と、前記
   反転した時点より受信信号の任意の２以上の複数の点の
   時間差を検知する信号幅検知手段と、前記受信側振動子
   の受信信号の任意のポイントから計時を行い、第一の所
   定時間経過から第二の所定時間経過までの間ゲート信号
   を出力するゲート手段と、前記時差確認手段の出力と前
   記信号幅検知手段の出力と前記ゲート手段と前記振動子
   の受信信号とから超音波の到達ポイントを判定する判定
   手段とを備えた流量計測装置。
5. 【請求項５】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝搬を繰り返し行う
   繰り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量
   を算出する流量算出手段と、前記受信側振動子の受信信
   号と基準電圧とを比較し前記受信信号と基準電圧との大
   小関係が反転した時点を通知する基準比較手段と、前記
   基準比較手段の出力を受け計時を行い、第一の所定時間
   経過から第二の所定時間経過までの間ゲート信号を出力
   するゲート手段と、前記受信側振動子の受信信号の２以
   上の複数の点の時間差を検知する信号幅検知手段と、前
   記信号幅検知手段と前記ゲート手段と前記振動子の受信
   信号とから超音波の到達ポイントを判定する判定手段と
   を備えた流量計測装置。