JP3596528B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して流量を計測する流量計測装置及びこの装置を機能させるためのプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流量計測装置としては、図９に示されるように、１ａ及び１ｂは振動子でともに流体管路３に含まれる。送信部４が振動子１ａを駆動し、超音波が流体管路３を伝播する。超音波信号は振動子１ｂを介して受信部５で受信される。受信部５では、受信した超音波信号を所定のレベルまで増幅する。計測手段６では、送信部４が超音波を送信してから、受信部５が信号を出力するまでの時間すなわち伝搬時間を計測し、流量を演算する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、受信信号を所定のレベルまで増幅するときに、増幅のゲインを決めるための信号のピーク値と比較する基準電圧の電源を継続してオンしているため、受信信号がきていない時のような不必要な時でも電力を消費していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、消費電力を小さくし、より少ない電池容量で長時間動作（例えば１０年）を可能とした流量計測装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記送信手段が信号を送信し、前記受信手段がその信号を受信する前に前記ゲイン設定手段の通電をオンとするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記送信手段が信号を送信し、前記受信手段がその信号を受信する前に前記ゲイン設定手段の通電をオンとするものであり、この構成によれば、ゲイン設定手段への通電を制御し、必要な時のみに、ゲイン制御手段への通電をオンするので省エネ効果が得られる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記送信手段から信号が送信されてから前記受信手段がその信号を受信するまでの時間より短い時間を計時する第１の計時手段と、この第１の計時手段の計時終了時から少なくとも前記受信手段が前記信号を受信した後までの時間を計時する第２の計時手段を有し、前記通電制御手段は前記第２の計時手段の計時中に前記ゲイン設定手段の通電をオンとするようにしたものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記アンプの出力が第１の基準電圧以上となった時点から少なくとも前記受信手段が前記信号を受信した後までの時間を計時する第３の計時手段を有し、前記通電制御手段は前記第３の計時手段の計時中に前記ゲイン設定手段の通電をオンとするようにしたものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、繰り返し手段の繰り返し回数が所定値以下では、前記ゲイン設定手段の通電をオンとし、繰り返し回数が所定値以上ではオフとするようにしたものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の通電制御手段は、前記第２の計時手段の計時中に前記第１の基準電圧の電源をオンとするようにしたものである。
【００１１】
【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。
【００１２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における流量計測装置のブロック図を示すものである。図１において、流体管路１０の途中に超音波を送受信する振動子１１ａ及び振動子１１ｂが流体の流れ方向に配置されている。１３は送信手段で、振動子１１ａあるいは振動子１１ｂへ超音波を出力する。１５は受信手段で、振動子１１ａあるいは振動子１２ｂとともに超音波信号を受信する。１６はアンプで、受信手段１５の信号を所定のレベルに増幅する。１７はゲイン設定手段で、アンプ１６の増幅率を設定する。２１はＥＮＶ比較手段で、アンプ１６からの信号を、内蔵する第１の基準電圧３１と比較する。２２はゼロクロス検知手段で、ＥＮＶ比較手段２１においてアンプ１６の出力が第１の基準電圧３１以上と判断した時点から、アンプ１６の信号の次のゼロクロス時点を検出する。２３は繰り返し手段で、ゼロクロス検知手段２２がアンプ１６のゼロクロス点を検出すると繰り返し信号をトリガ手段１４に送る。
【００１３】
また２４は遅延手段で、トリガ手段１４から信号があると、所定の遅延時間を設定する。送信手段１３は、トリガ手段１４から信号があり、遅延手段２４の遅延時間計時の終了信号を受けてから、切換手段１２を介して振動子１１ａあるいは振動子１１ｂを駆動する。１９は第１の計時手段で、送信手段１３が振動子１１ａあるいは振動子１１ｂを駆動してから一定の時間を計時する。２０は第２の計時手段で、第１の計時手段１９が計時終了から、所定の時間を計時すると同時に、通電制御手段１８に信号を出力する。通電制御手段１８は第２の計時手段２０の計時中はゲイン設定手段１７の電源をオンする。２６は計数手段で、スタート手段２５から測定開始信号が出力されると基準クロック２７の出力を計時する。２８は流量演算手段で、計数手段２６の計数値と遅延手段２４の遅延時間により流量演算を行う。
【００１４】
次に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、作用について説明する。図２は本発明の実施例１における流量計測装置の動作を示すフローチャート、図３は初期時のゲイン設定の流れを示すフローチャート、図４は受信波形のピーク値と第２の基準電圧２９、第３の基準電圧３０の関係を示す図、図５は第１の計時手段１９及び第２の計時手段２０の動作タイミングを示すものである。
【００１５】
まず、流量計測の前にゲイン設定手段１７のゲイン設定値の初期値を設定する。振動子１１ａあるいは振動子１１ｂは、被測定気体の種類や温度によっても感度は異なる。このため、常に同じレベルの受信信号になるように、ゲイン設定手段１７により、アンプ１６のゲインを調整する必要がある。図３において、まず、振動子１１ａを送信側に、振動子１１ｂを受信側に切換手段１２により設定する（図３ステップ１）。最初にゲイン設定手段１７のゲイン設定値はアンプ１６のゲインが最大になるように設定される（ステップ２）。
【００１６】
この状態で、送信手段１３は振動子１１ａを駆動する。振動子１１ａより発射された超音波信号は、所定の伝搬時間後に振動子１１ｂに到達し、受信手段１５により受信される。アンプ１６では、ゲイン設定手段１７により設定されたゲインにより、受信手段１５の信号出力を増幅する（ステップ３〜４）。
【００１７】
ゲイン設定手段１７は、第２の基準電圧２９及び第３の基準電圧３０を内蔵している。ゲイン設定手段１７では、第２の基準電圧２９と第３の基準電圧３０とアンプ１６の出力を比較する。図４に第２の基準電圧２９及び第３の基準電圧３０とアンプ１６の出力の関係を示す。最初は、ゲイン設定手段１７の設定値は最大値になっているので、図４の（ｃ）に示すように、アンプ１６の出力のピーク値は第２の基準電圧２９を越えている。アンプ１６のピーク値と第２の基準電圧２９を比較し、アンプ１６のピーク値の方が大きい場合はゲイン設定手段１７のゲイン設定値を１つ小さくする（ステップ５〜６）。
【００１８】
また、アンプ１６のピーク値の方が第３の基準電圧３０より小さい場合はゲイン設定手段１７のゲイン設定値を１つ大きくする（ステップ７〜８）。
【００１９】
これらを繰り返して、図４の（ａ）に示すように、アンプ１６の出力のピーク値が第２の基準電圧２９と第３の基準電圧３０の間になった場合が、ゲイン設定手段１７のゲイン設定が適正に行われている。これは、初期状態でのゲイン設定であり、この後は、流量計測しながら、振動子１１ａ及び振動子１１ｂの感度変化に対応するために、ゲイン設定を行う。
【００２０】
まず、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを送信に、振動子１１ｂを受信にする。すなわち、振動子１１ａを送信手段１３に接続し、振動子１１ｂを受信手段１５に接続することになり、流体の流れの方向に対して、上流側から下流側に超音波が伝搬されることになる（図２のステップ１１）。
【００２１】
次に、計数手段２６及び繰り返し手段２３を初期化する。そして、計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める（ステップ１２）。
【００２２】
また、繰り返し手段２３はトリガ手段１４を動作させる。遅延手段２４はトリガ手段１４のトリガ信号によって、遅延時間の計数を開始する。送信手段１３は、トリガ手段１４からの信号があり、遅延手段２４の計時終了時に所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に超音波を発射させる。同時に、第１の計時手段１９の計時を開始する（ステップ１３−１５）。
【００２３】
この第１の計時手段１９の計時時間は、流体管路１０における超音波信号の伝搬時間より短い値とする。例えば、流体管路１０中の気体が空気とし、その温度が２５℃とすると、空気の音速は約３４６m/sとなる。振動子１１ａから振動子１１ｂまでの直線距離を例えば６０mmとすると、伝搬時間は距離を音速で割った値すなわち約１７３μsとなる。第１の計時手段１９の計時時間は１７３μsより短い値とする（例えば１６５μs）。
【００２４】
要は、受信手段１５が信号を受信する前に計時が終了する値とする。第１の計時手段１９が計時終了になると、第２の計時手段２０の計時を開始する。通電制御手段１８は、第２の計時手段２０が計時中はゲイン設定手段１７の通電をオンし、同時に第１の基準電圧３１の電源をオンする。ゲイン設定手段１７は、少なくとも受信手段１５からアンプ１６に出力がされているとき、すなわち第２の計時手段２０の計時中は通電され、アンプ１６のピーク値と第２の基準電圧２９及び第３の基準電圧３０を比較できればよく、それ以外は通電をオフし、電力消費を押さえる（ステップ１６〜１９）。
【００２５】
これらのタイミングを図５（ａ）に示す。アンプ１６にて所定に値に増幅された信号は、ＥＮＶ比較手段２１に出力される。ＥＮＶ比較手段２１では内蔵する第１の基準電圧３１とアンプ１６の出力を比較し、アンプ１６の出力がＥＮＶ比較手段２１に内蔵する第１の基準電圧３１以上となった時点から、次のゼロクロス点をゼロクロス検知手段２２が検出する。この点を振動子１１ａが発射した超音波の受信点とする。そして、ゼロクロス検知手段２２は繰り返し手段２３に信号を出力する（ステップ１９）。
【００２６】
繰り返し手段２３は再びトリガ手段１４を動作させ、同時に遅延手段２４を動作させる。第２の計時手段２０は、遅延手段２４動作中に計時を終了するので、その時点で、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７と第１の基準電圧３１の電源をオフする。トリガ手段１４から信号を受けた遅延手段２４は、所定の遅延時間を計時し、遅延時間計時終了でトリガ手段１４は送信手段１３を動作させ、所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に再び超音波信号を発射させる。以降、繰り返し手段２３の繰り返し回数が設定値に達するまで、送信〜受信〜遅延を繰り返す（ステップ２０〜２２）。
【００２７】
繰り返し手段２３の計数が終了すると、計数手段２６の計時を停止する。流量演算手段２８は計数手段２６の値を読み込む。計数手段２６の計数値をＴ、遅延手段２４の設定値をＴｄとすると、上流側から下流側すなわち、振動子１１ａから振動子１１ｂに伝搬するのに要する時間Ｔ１は、繰り返し手段２３の繰り返し回数をＮとすると、Ｔ１＝（Ｔ−Ｔｄ×Ｎ）／Ｎとなる。この値を流量演算手段２８に記憶する（ステップ２３）。
【００２８】
次に、再び、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３及び計数手段２６の値を初期値にする。次に計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める。同時に、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを受信側に、振動子１１ｂを送信側に設定する。すなわち、振動子１１ａを受信手段１５に接続し、振動子１１ｂを送信手段１３に接続し、流体の流れの方向に対して、下流側から上流側に超音波が伝搬されることになる（ステップ２５）。
【００２９】
以降は、上流から下流に超音波を伝搬させる場合と同様であるので、説明を割愛する。繰り返しが終了し、下流側から上流側すなわち、第２の振動子１２から第１の振動子１１に伝搬するのに要する時間はＴ２となる。両方向の計測が終了すれば（ステップ２４）流量演算を行うが、このとき、流体管路１０に矢印の方向に流れがあれば下流から上流への超音波の伝搬時間は遅れるのでＴ１＜Ｔ２となる。Ｔ１とＴ２の逆数差を流量演算手段２８で求め、さらに流体管路１０の断面積や流れの状態などを考慮して流量値を演算する（ステップ２６）。
【００３０】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２における流量計測装置のブロック図を示すものである。また、同一の手段には同一の番号を付与するものとし、本発明の実施例１と重複するものはその説明を省略する。図において、３２は第３の計時手段で、ＥＮＶ比較手段２１が内蔵する第１の基準電圧３１とアンプ１６の出力を比較し、アンプ１６の出力が大きいことを検出した時点で計時を開始する。また、通電制御手段１８は第３の計時手段３２が計時中はゲイン設定手段１７の通電をオンし、それ以外はオフする。
【００３１】
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、作用について説明する。初期にゲイン設定手段１７のゲインを決定する動作は実施例１と同様であるのでここでは割愛する。まず、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを送信側に、振動子１１ｂを受信側にする。すなわち、振動子１１ａを送信手段１３に接続し、振動子１１ｂを受信手段１５に接続することになり、流体の流れの方向に対して、上流側から下流側に超音波が伝搬されることになる。
【００３２】
次に、計数手段２６及び繰り返し手段２３を初期化する。そして、計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める。また、繰り返し手段２３はトリガ手段１４を動作させる。遅延手段２４はトリガ手段１４のトリガ信号によって、遅延時間の計数を開始する。送信手段１３は、トリガ手段１４からの信号があり、遅延手段２４の計時終了時に所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に超音波を発射させる。
【００３３】
また所定の伝搬時間後（例えば、流体管路１０の気体が空気とし、気体の温度が２５℃とすると、空気の音速は約３４６m/sとなる。振動子１１ａから振動子１１ｂまでの距離を例えば６０mmとすると、伝搬時間は距離を音速で割った値すなわち約１７３μsとなる。）に振動子１１ｂに超音波信号が到達し、切換手段１２を介して、受信手段１５で受信する、そして、アンプ１６では、ゲイン設定手段１７で設定されたゲインで増幅される。信号は、ＥＮＶ比較手段２１に出力される。ＥＮＶ比較手段２１では内蔵する第１の基準電圧３１と比較し、アンプ１６の出力が第１の基準電圧３１以上となった時点から、次のゼロクロス点をゼロクロス検知手段２２が検出する。この点を振動子１１ａが発射した超音波の受信点とする。そして、ゼロクロス検知手段２２は繰り返し手段２３に信号を出力する。同時に、第３の計時手段３２の計時を開始するとともに、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７の通電をオンする。図５の（ｂ）に第３の計時手段３２の計時と通電制御手段１８の動作タイミングを示す。
【００３４】
繰り返し手段２３は再びトリガ手段１４を動作させ、同時に遅延手段２４を動作させる。第３の計時手段３２は、遅延手段２４動作中に計時を終了するので、その時点で、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７の電源をオフする。トリガ手段１４から信号を受けた遅延手段２４は、所定の遅延時間を計時し、遅延時間計時終了でトリガ手段１４は送信手段１３を動作させ、所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に再び超音波信号を発射させる。以降、繰り返し手段２３の繰り返し回数が設定値に達するまで、送信〜受信〜遅延を繰り返す。
【００３５】
繰り返し手段２３の計数が終了すると、計数手段２６の計時を停止する。流量演算手段２８は計数手段２６の値を読み込むが、以下、下流側から上流側への超音波発射の動作及び流量演算の動作も実施例と同様であるので、説明を割愛する。
【００３６】
（実施例３）
図７は本発明の実施例３における流量計測装置のブロック図を示すものである。また、同一の手段には同一の番号を付与するものとし、本発明の実施例１と重複するものはその説明を省略する。図において、３４はハイカウンタで、アンプ１６の出力のピーク値とゲイン設定手段１７に内蔵する第２の基準電圧２９とを比較し、アンプ１６の出力のピーク値が第２の基準電圧２９以上となった場合に＋１する。３５はローカウンタで、アンプ１６の出力のピーク値とゲイン設定手段１７に内蔵する第３の基準電圧３０とを比較し、アンプ１６の出力のピーク値が第３の基準電圧３０以下となった場合に＋１する。１８は通電制御手段で、繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定値以下（例えば１５回）ではゲイン設定手段１７の電源をオンし、所定値より大きければ通電をオフする。
【００３７】
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、作用について説明する。図８は本発明の実施例３における流量計測装置の動作を示すフローチャートを示す。まず、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを送信側に、振動子１１ｂを受信側にする。すなわち、振動子１１ａを送信手段１３に接続し、振動子１１ｂを受信手段１５に接続することになり、流れの方向に対して、上流側から下流側に超音波が伝搬されることになる（図８のステップ３１）。
【００３８】
次に、計数手段２６及び繰り返し手段２３を初期化する。そして、計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める。また、ローカウンタ３３及びハイカウンタ３４を初期化する（ステップ３２〜３３）。
【００３９】
また、繰り返し手段２３はトリガ手段１４を動作させる。遅延手段２４はトリガ手段１４のトリガ信号によって、遅延時間の計数を開始する。送信手段１３は、トリガ手段１４からの信号があり、遅延手段２４の計時終了時に所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に超音波を発射させる（ステップ３４−３６）。
【００４０】
所定の伝搬時間後（例えば、流体管路１０の気体が空気とし、気体の温度が２５℃とすると、空気の音速は約３４６m/sとなる。振動子１１ａから振動子１１ｂまでの距離を例えば６０mmとすると、伝搬時間は距離を音速で割った値すなわち約１７３μsとなる）に振動子１１ｂに送信信号が到達し、切換手段１２を介して、受信手段１５で受信する、そして、アンプ１６では、ゲイン設定手段１７で設定されたゲインで増幅される。所定のレベルに増幅された信号は、ＥＮＶ比較手段２１に出力される。
【００４１】
ＥＮＶ比較手段２１では内蔵する第１の基準電圧３１と比較し、アンプ１６の出力が第１の基準電圧３１以上となった時点で繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定値以下（例えば１５以下）であれば、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７の通電をオンする。また、繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定値より大きければ、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７の通電のオフを継続する。繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定回数（例えば１５回）では、アンプ１６のピーク値の検出は十分にできており、ローカウンタ３３及びハイカウンタ３４の計数値がゼロであるということは、ゲイン設定手段１７のゲイン設定値は適正で、アンプ１６の出力は適正（図４の（ａ）の状態）となっている。
【００４２】
ローカウンタ３３あるいはハイカウンタ３４の計数値がゼロでないということは、後述するが、アンプ１６の出力が適正なレベルに増幅されていないことであり、図４の（ｂ）か（ｃ）の状態になっている（ステップ３７−４１）。
【００４３】
そして、次のゼロクロス点をゼロクロス検知手段２２が検出する。この点を振動子１１ａが発射した超音波の受信点とする。アンプ１６の出力のピーク値とゲイン設定手段１７に内蔵する第２の基準電圧２９とを比較し、アンプ１６の出力のピーク値が第２の基準電圧２９以上となった場合にハイカウンタ３４を＋１する。この場合は、図４の（ｃ）の場合である。また、アンプ１６の出力のピーク値とゲイン設定手段１７に内蔵する第３の基準電圧３０とを比較し、アンプ１６の出力のピーク値が第３の基準電圧３０以下となった場合にはローカウンタ３３を＋１する。これは、図４の（ｂ）の場合である。これらは、例えば、流体管路１０中の気体の温度が変化して、振動子１１ａあるいは振動子１１ｂの感度が変化した場合などである。ただし、通電制御手段１８がゲイン設定手段１７の電源をオフしている間、すなわち、繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定値より大きい場合は、ローカウンタ３３及びハイカウンタ３４の動作は停止している。そして、ゼロクロス検知手段２２は繰り返し手段２３に信号を出力する（ステップ４２−４６）。
【００４４】
繰り返し手段２３は繰り返し回数を＋１し、再びトリガ手段１４を動作させ、同時に遅延手段２４を動作させる。前述したように、第２の計時手段２０は、遅延手段２４動作中に計時を終了するので、その時点で、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７と第１の基準電圧３１の電源をオフする。トリガ手段１４から信号を受けた遅延手段２４は、所定の遅延時間を計時し、遅延時間計時終了でトリガ手段１４は送信手段１３を動作させ、所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に再び超音波信号を発射させる。以降、繰り返し手段２３の繰り返し回数が設定値に達するまで、送信〜受信〜遅延を繰り返す（ステップ４７、４８）。繰り返し手段２３の計数が終了すると、計数手段２６の計時を停止する。流量演算手段２８は計数手段２６の値を読み込む。計数手段２６の計数値をＴ、遅延手段２４の設定値をＴｄとすると、上流側から下流側すなわち、振動子１１ａから振動子１１ｂに伝搬するのに要する時間Ｔ１は、繰り返し手段２３の繰り返し回数をＮとすると、Ｔ１＝（Ｔ−Ｔｄ×Ｎ）／Ｎとなる。この値を流量演算手段２８に記憶する（ステップ４９）。
【００４５】
次に、再び、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３及び計数手段２６の値を初期値にする。次に計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める。同時に、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを受信側に、振動子１１ｂを送信側に設定する。すなわち、振動子１１ａを受信手段１５に接続し、振動子１１ｂを送信手段１３に接続し、流れの方向に対して、下流側から上流側に超音波が伝搬されることになる。以降は、上流から下流に超音波を伝搬させる場合と同様であるので、説明を割愛する。
【００４６】
繰り返しが終了し、下流側から上流側すなわち、第２の振動子１２から第１の振動子１１に伝搬するのに要する時間はＴ２となる。両方向の計測が終了すれば（ステップ５２）流量演算を行うが、このとき、流体管路１０に流れがあれば下流から上流への超音波の伝搬時間は遅れるのでＴ１＞Ｔ２となる。Ｔ１とＴ２の逆数差を流量演算手段２８で求め、さらに流体管路１０の断面積や流れの状態などを考慮して流量値を演算する。計数されたローカウンタ３３及びハイカウンタ３４は次の流量測定時に使用し、例えば、ローカウンタ３３が計数されていると、アンプ１６の出力は図４の（ｂ）の状態になっており、アンプ１６の出力を大きくするためにゲイン設定手段１７のゲイン設定値を＋１し、ハイカウンタ３４が計数されておれば、アンプ１６の出力は図４の（ｃ）の状態になっており、アンプ１６の出力を小さくするためにゲイン設定手段１７のゲイン設定値を−１する。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、ゲイン設定手段への通電を制御し、必要な時にのみに、ゲイン制御手段への通電をオンするもので、消費電力を小さくし、より少ない電池容量で長時間動作（例えば１０年）を可能とした流量計測装置を提供することができる。
【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構成を示すブロック図
【図２】同装置の動作を示すフローチャート
【図３】同装置のゲイン設定の動作を示すフローチャート
【図４】（ａ）同装置の受信波形を示す図
（ｂ）同装置の他の受信波形を示す図
（ｃ）同装置のさらに他の受信波形を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施例１及び２における流量計測装置のゲイン設定手段の動作タイミングチャート
（ｂ）同設定手段の他の動作タイミングチャート
【図６】本発明の実施例２における流量計測装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施例３における流量計測装置の構成を示すブロック図
【図８】同装置の動作を示すフローチャート
【図９】従来の流量計測装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０ 流体管路
１１ａ 振動子
１１ｂ 振動子
１３ 送信手段
１５ 受信手段
１６ アンプ
１７ ゲイン設定手段
１８ 通電制御手段
１９ 第１の計時手段
２０ 第２の計時手段
２３ 繰り返し手段
２８ 流量演算手段
３１ 第１の基準電圧
３２ 第３の計時手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して流量を計測する流量計測装置及びこの装置を機能させるためのプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流量計測装置としては、図９に示されるように、１ａ及び１ｂは振動子でともに流体管路３に含まれる。送信部４が振動子１ａを駆動し、超音波が流体管路３を伝播する。超音波信号は振動子１ｂを介して受信部５で受信される。受信部５では、受信した超音波信号を所定のレベルまで増幅する。計測手段６では、送信部４が超音波を送信してから、受信部５が信号を出力するまでの時間すなわち伝搬時間を計測し、流量を演算する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、受信信号を所定のレベルまで増幅するときに、増幅のゲインを決めるための信号のピーク値と比較する基準電圧の電源を継続してオンしているため、受信信号がきていない時のような不必要な時でも電力を消費していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、消費電力を小さくし、より少ない電池容量で長時間動作（例えば１０年）を可能とした流量計測装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記送信手段が信号を送信し、前記受信手段がその信号を受信する前に前記ゲイン設定手段の通電をオンとするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記送信手段が信号を送信し、前記受信手段がその信号を受信する前に前記ゲイン設定手段の通電をオンとするものであり、この構成によれば、ゲイン設定手段への通電を制御し、必要な時のみに、ゲイン制御手段への通電をオンするので省エネ効果が得られる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記送信手段から信号が送信されてから前記受信手段がその信号を受信するまでの時間より短い時間を計時する第１の計時手段と、この第１の計時手段の計時終了時から少なくとも前記受信手段が前記信号を受信した後までの時間を計時する第２の計時手段を有し、前記通電制御手段は前記第２の計時手段の計時中に前記ゲイン設定手段の通電をオンとするようにしたものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記アンプの出力が第１の基準電圧以上となった時点から少なくとも前記受信手段が前記信号を受信した後までの時間を計時する第３の計時手段を有し、前記通電制御手段は前記第３の計時手段の計時中に前記ゲイン設定手段の通電をオンとするようにしたものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、繰り返し手段の繰り返し回数が所定値以下では、前記ゲイン設定手段の通電をオンとし、繰り返し回数が所定値以上ではオフとするようにしたものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の通電制御手段は、前記第２の計時手段の計時中に前記第１の基準電圧の電源をオンとするようにしたものである。
【００１１】
【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。
【００１２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における流量計測装置のブロック図を示すものである。図１において、流体管路１０の途中に超音波を送受信する振動子１１ａ及び振動子１１ｂが流体の流れ方向に配置されている。１３は送信手段で、振動子１１ａあるいは振動子１１ｂへ超音波を出力する。１５は受信手段で、振動子１１ａあるいは振動子１２ｂとともに超音波信号を受信する。１６はアンプで、受信手段１５の信号を所定のレベルに増幅する。１７はゲイン設定手段で、アンプ１６の増幅率を設定する。２１はＥＮＶ比較手段で、アンプ１６からの信号を、内蔵する第１の基準電圧３１と比較する。２２はゼロクロス検知手段で、ＥＮＶ比較手段２１においてアンプ１６の出力が第１の基準電圧３１以上と判断した時点から、アンプ１６の信号の次のゼロクロス時点を検出する。２３は繰り返し手段で、ゼロクロス検知手段２２がアンプ１６のゼロクロス点を検出すると繰り返し信号をトリガ手段１４に送る。
【００１３】
また２４は遅延手段で、トリガ手段１４から信号があると、所定の遅延時間を設定する。送信手段１３は、トリガ手段１４から信号があり、遅延手段２４の遅延時間計時の終了信号を受けてから、切換手段１２を介して振動子１１ａあるいは振動子１１ｂを駆動する。１９は第１の計時手段で、送信手段１３が振動子１１ａあるいは振動子１１ｂを駆動してから一定の時間を計時する。２０は第２の計時手段で、第１の計時手段１９が計時終了から、所定の時間を計時すると同時に、通電制御手段１８に信号を出力する。通電制御手段１８は第２の計時手段２０の計時中はゲイン設定手段１７の電源をオンする。２６は計数手段で、スタート手段２５から測定開始信号が出力されると基準クロック２７の出力を計時する。２８は流量演算手段で、計数手段２６の計数値と遅延手段２４の遅延時間により流量演算を行う。
【００１４】
次に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、作用について説明する。図２は本発明の実施例１における流量計測装置の動作を示すフローチャート、図３は初期時のゲイン設定の流れを示すフローチャート、図４は受信波形のピーク値と第２の基準電圧２９、第３の基準電圧３０の関係を示す図、図５は第１の計時手段１９及び第２の計時手段２０の動作タイミングを示すものである。
【００１５】
まず、流量計測の前にゲイン設定手段１７のゲイン設定値の初期値を設定する。振動子１１ａあるいは振動子１１ｂは、被測定気体の種類や温度によっても感度は異なる。このため、常に同じレベルの受信信号になるように、ゲイン設定手段１７により、アンプ１６のゲインを調整する必要がある。図３において、まず、振動子１１ａを送信側に、振動子１１ｂを受信側に切換手段１２により設定する（図３ステップ１）。最初にゲイン設定手段１７のゲイン設定値はアンプ１６のゲインが最大になるように設定される（ステップ２）。
【００１６】
この状態で、送信手段１３は振動子１１ａを駆動する。振動子１１ａより発射された超音波信号は、所定の伝搬時間後に振動子１１ｂに到達し、受信手段１５により受信される。アンプ１６では、ゲイン設定手段１７により設定されたゲインにより、受信手段１５の信号出力を増幅する（ステップ３〜４）。
【００１７】
ゲイン設定手段１７は、第２の基準電圧２９及び第３の基準電圧３０を内蔵している。ゲイン設定手段１７では、第２の基準電圧２９と第３の基準電圧３０とアンプ１６の出力を比較する。図４に第２の基準電圧２９及び第３の基準電圧３０とアンプ１６の出力の関係を示す。最初は、ゲイン設定手段１７の設定値は最大値になっているので、図４の（ｃ）に示すように、アンプ１６の出力のピーク値は第２の基準電圧２９を越えている。アンプ１６のピーク値と第２の基準電圧２９を比較し、アンプ１６のピーク値の方が大きい場合はゲイン設定手段１７のゲイン設定値を１つ小さくする（ステップ５〜６）。
【００１８】
また、アンプ１６のピーク値の方が第３の基準電圧３０より小さい場合はゲイン設定手段１７のゲイン設定値を１つ大きくする（ステップ７〜８）。
【００１９】
これらを繰り返して、図４の（ａ）に示すように、アンプ１６の出力のピーク値が第２の基準電圧２９と第３の基準電圧３０の間になった場合が、ゲイン設定手段１７のゲイン設定が適正に行われている。これは、初期状態でのゲイン設定であり、この後は、流量計測しながら、振動子１１ａ及び振動子１１ｂの感度変化に対応するために、ゲイン設定を行う。
【００２０】
まず、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを送信に、振動子１１ｂを受信にする。すなわち、振動子１１ａを送信手段１３に接続し、振動子１１ｂを受信手段１５に接続することになり、流体の流れの方向に対して、上流側から下流側に超音波が伝搬されることになる（図２のステップ１１）。
【００２１】
次に、計数手段２６及び繰り返し手段２３を初期化する。そして、計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める（ステップ１２）。
【００２２】
また、繰り返し手段２３はトリガ手段１４を動作させる。遅延手段２４はトリガ手段１４のトリガ信号によって、遅延時間の計数を開始する。送信手段１３は、トリガ手段１４からの信号があり、遅延手段２４の計時終了時に所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に超音波を発射させる。同時に、第１の計時手段１９の計時を開始する（ステップ１３−１５）。
【００２３】
この第１の計時手段１９の計時時間は、流体管路１０における超音波信号の伝搬時間より短い値とする。例えば、流体管路１０中の気体が空気とし、その温度が２５℃とすると、空気の音速は約３４６m/sとなる。振動子１１ａから振動子１１ｂまでの直線距離を例えば６０mmとすると、伝搬時間は距離を音速で割った値すなわち約１７３μsとなる。第１の計時手段１９の計時時間は１７３μsより短い値とする（例えば１６５μs）。
【００２４】
要は、受信手段１５が信号を受信する前に計時が終了する値とする。第１の計時手段１９が計時終了になると、第２の計時手段２０の計時を開始する。通電制御手段１８は、第２の計時手段２０が計時中はゲイン設定手段１７の通電をオンし、同時に第１の基準電圧３１の電源をオンする。ゲイン設定手段１７は、少なくとも受信手段１５からアンプ１６に出力がされているとき、すなわち第２の計時手段２０の計時中は通電され、アンプ１６のピーク値と第２の基準電圧２９及び第３の基準電圧３０を比較できればよく、それ以外は通電をオフし、電力消費を押さえる（ステップ１６〜１９）。
【００２５】
これらのタイミングを図５（ａ）に示す。アンプ１６にて所定に値に増幅された信号は、ＥＮＶ比較手段２１に出力される。ＥＮＶ比較手段２１では内蔵する第１の基準電圧３１とアンプ１６の出力を比較し、アンプ１６の出力がＥＮＶ比較手段２１に内蔵する第１の基準電圧３１以上となった時点から、次のゼロクロス点をゼロクロス検知手段２２が検出する。この点を振動子１１ａが発射した超音波の受信点とする。そして、ゼロクロス検知手段２２は繰り返し手段２３に信号を出力する（ステップ１９）。
【００２６】
繰り返し手段２３は再びトリガ手段１４を動作させ、同時に遅延手段２４を動作させる。第２の計時手段２０は、遅延手段２４動作中に計時を終了するので、その時点で、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７と第１の基準電圧３１の電源をオフする。トリガ手段１４から信号を受けた遅延手段２４は、所定の遅延時間を計時し、遅延時間計時終了でトリガ手段１４は送信手段１３を動作させ、所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に再び超音波信号を発射させる。以降、繰り返し手段２３の繰り返し回数が設定値に達するまで、送信〜受信〜遅延を繰り返す（ステップ２０〜２２）。
【００２７】
繰り返し手段２３の計数が終了すると、計数手段２６の計時を停止する。流量演算手段２８は計数手段２６の値を読み込む。計数手段２６の計数値をＴ、遅延手段２４の設定値をＴｄとすると、上流側から下流側すなわち、振動子１１ａから振動子１１ｂに伝搬するのに要する時間Ｔ１は、繰り返し手段２３の繰り返し回数をＮとすると、Ｔ１＝（Ｔ−Ｔｄ×Ｎ）／Ｎとなる。この値を流量演算手段２８に記憶する（ステップ２３）。
【００２８】
次に、再び、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３及び計数手段２６の値を初期値にする。次に計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める。同時に、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを受信側に、振動子１１ｂを送信側に設定する。すなわち、振動子１１ａを受信手段１５に接続し、振動子１１ｂを送信手段１３に接続し、流体の流れの方向に対して、下流側から上流側に超音波が伝搬されることになる（ステップ２５）。
【００２９】
以降は、上流から下流に超音波を伝搬させる場合と同様であるので、説明を割愛する。繰り返しが終了し、下流側から上流側すなわち、第２の振動子１２から第１の振動子１１に伝搬するのに要する時間はＴ２となる。両方向の計測が終了すれば（ステップ２４）流量演算を行うが、このとき、流体管路１０に矢印の方向に流れがあれば下流から上流への超音波の伝搬時間は遅れるのでＴ１＜Ｔ２となる。Ｔ１とＴ２の逆数差を流量演算手段２８で求め、さらに流体管路１０の断面積や流れの状態などを考慮して流量値を演算する（ステップ２６）。
【００３０】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２における流量計測装置のブロック図を示すものである。また、同一の手段には同一の番号を付与するものとし、本発明の実施例１と重複するものはその説明を省略する。図において、３２は第３の計時手段で、ＥＮＶ比較手段２１が内蔵する第１の基準電圧３１とアンプ１６の出力を比較し、アンプ１６の出力が大きいことを検出した時点で計時を開始する。また、通電制御手段１８は第３の計時手段３２が計時中はゲイン設定手段１７の通電をオンし、それ以外はオフする。
【００３１】
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、作用について説明する。初期にゲイン設定手段１７のゲインを決定する動作は実施例１と同様であるのでここでは割愛する。まず、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを送信側に、振動子１１ｂを受信側にする。すなわち、振動子１１ａを送信手段１３に接続し、振動子１１ｂを受信手段１５に接続することになり、流体の流れの方向に対して、上流側から下流側に超音波が伝搬されることになる。
【００３２】
次に、計数手段２６及び繰り返し手段２３を初期化する。そして、計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める。また、繰り返し手段２３はトリガ手段１４を動作させる。遅延手段２４はトリガ手段１４のトリガ信号によって、遅延時間の計数を開始する。送信手段１３は、トリガ手段１４からの信号があり、遅延手段２４の計時終了時に所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に超音波を発射させる。
【００３３】
また所定の伝搬時間後（例えば、流体管路１０の気体が空気とし、気体の温度が２５℃とすると、空気の音速は約３４６m/sとなる。振動子１１ａから振動子１１ｂまでの距離を例えば６０mmとすると、伝搬時間は距離を音速で割った値すなわち約１７３μsとなる。）に振動子１１ｂに超音波信号が到達し、切換手段１２を介して、受信手段１５で受信する、そして、アンプ１６では、ゲイン設定手段１７で設定されたゲインで増幅される。信号は、ＥＮＶ比較手段２１に出力される。ＥＮＶ比較手段２１では内蔵する第１の基準電圧３１と比較し、アンプ１６の出力が第１の基準電圧３１以上となった時点から、次のゼロクロス点をゼロクロス検知手段２２が検出する。この点を振動子１１ａが発射した超音波の受信点とする。そして、ゼロクロス検知手段２２は繰り返し手段２３に信号を出力する。同時に、第３の計時手段３２の計時を開始するとともに、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７の通電をオンする。図５の（ｂ）に第３の計時手段３２の計時と通電制御手段１８の動作タイミングを示す。
【００３４】
繰り返し手段２３は再びトリガ手段１４を動作させ、同時に遅延手段２４を動作させる。第３の計時手段３２は、遅延手段２４動作中に計時を終了するので、その時点で、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７の電源をオフする。トリガ手段１４から信号を受けた遅延手段２４は、所定の遅延時間を計時し、遅延時間計時終了でトリガ手段１４は送信手段１３を動作させ、所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に再び超音波信号を発射させる。以降、繰り返し手段２３の繰り返し回数が設定値に達するまで、送信〜受信〜遅延を繰り返す。
【００３５】
繰り返し手段２３の計数が終了すると、計数手段２６の計時を停止する。流量演算手段２８は計数手段２６の値を読み込むが、以下、下流側から上流側への超音波発射の動作及び流量演算の動作も実施例と同様であるので、説明を割愛する。
【００３６】
（実施例３）
図７は本発明の実施例３における流量計測装置のブロック図を示すものである。また、同一の手段には同一の番号を付与するものとし、本発明の実施例１と重複するものはその説明を省略する。図において、３４はハイカウンタで、アンプ１６の出力のピーク値とゲイン設定手段１７に内蔵する第２の基準電圧２９とを比較し、アンプ１６の出力のピーク値が第２の基準電圧２９以上となった場合に＋１する。３５はローカウンタで、アンプ１６の出力のピーク値とゲイン設定手段１７に内蔵する第３の基準電圧３０とを比較し、アンプ１６の出力のピーク値が第３の基準電圧３０以下となった場合に＋１する。１８は通電制御手段で、繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定値以下（例えば１５回）ではゲイン設定手段１７の電源をオンし、所定値より大きければ通電をオフする。
【００３７】
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、作用について説明する。図８は本発明の実施例３における流量計測装置の動作を示すフローチャートを示す。まず、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを送信側に、振動子１１ｂを受信側にする。すなわち、振動子１１ａを送信手段１３に接続し、振動子１１ｂを受信手段１５に接続することになり、流れの方向に対して、上流側から下流側に超音波が伝搬されることになる（図８のステップ３１）。
【００３８】
次に、計数手段２６及び繰り返し手段２３を初期化する。そして、計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める。また、ローカウンタ３３及びハイカウンタ３４を初期化する（ステップ３２〜３３）。
【００３９】
また、繰り返し手段２３はトリガ手段１４を動作させる。遅延手段２４はトリガ手段１４のトリガ信号によって、遅延時間の計数を開始する。送信手段１３は、トリガ手段１４からの信号があり、遅延手段２４の計時終了時に所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に超音波を発射させる（ステップ３４−３６）。
【００４０】
所定の伝搬時間後（例えば、流体管路１０の気体が空気とし、気体の温度が２５℃とすると、空気の音速は約３４６m/sとなる。振動子１１ａから振動子１１ｂまでの距離を例えば６０mmとすると、伝搬時間は距離を音速で割った値すなわち約１７３μsとなる）に振動子１１ｂに送信信号が到達し、切換手段１２を介して、受信手段１５で受信する、そして、アンプ１６では、ゲイン設定手段１７で設定されたゲインで増幅される。所定のレベルに増幅された信号は、ＥＮＶ比較手段２１に出力される。
【００４１】
ＥＮＶ比較手段２１では内蔵する第１の基準電圧３１と比較し、アンプ１６の出力が第１の基準電圧３１以上となった時点で繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定値以下（例えば１５以下）であれば、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７の通電をオンする。また、繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定値より大きければ、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７の通電のオフを継続する。繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定回数（例えば１５回）では、アンプ１６のピーク値の検出は十分にできており、ローカウンタ３３及びハイカウンタ３４の計数値がゼロであるということは、ゲイン設定手段１７のゲイン設定値は適正で、アンプ１６の出力は適正（図４の（ａ）の状態）となっている。
【００４２】
ローカウンタ３３あるいはハイカウンタ３４の計数値がゼロでないということは、後述するが、アンプ１６の出力が適正なレベルに増幅されていないことであり、図４の（ｂ）か（ｃ）の状態になっている（ステップ３７−４１）。
【００４３】
そして、次のゼロクロス点をゼロクロス検知手段２２が検出する。この点を振動子１１ａが発射した超音波の受信点とする。アンプ１６の出力のピーク値とゲイン設定手段１７に内蔵する第２の基準電圧２９とを比較し、アンプ１６の出力のピーク値が第２の基準電圧２９以上となった場合にハイカウンタ３４を＋１する。この場合は、図４の（ｃ）の場合である。また、アンプ１６の出力のピーク値とゲイン設定手段１７に内蔵する第３の基準電圧３０とを比較し、アンプ１６の出力のピーク値が第３の基準電圧３０以下となった場合にはローカウンタ３３を＋１する。これは、図４の（ｂ）の場合である。これらは、例えば、流体管路１０中の気体の温度が変化して、振動子１１ａあるいは振動子１１ｂの感度が変化した場合などである。ただし、通電制御手段１８がゲイン設定手段１７の電源をオフしている間、すなわち、繰り返し手段２３の繰り返し回数が所定値より大きい場合は、ローカウンタ３３及びハイカウンタ３４の動作は停止している。そして、ゼロクロス検知手段２２は繰り返し手段２３に信号を出力する（ステップ４２−４６）。
【００４４】
繰り返し手段２３は繰り返し回数を＋１し、再びトリガ手段１４を動作させ、同時に遅延手段２４を動作させる。前述したように、第２の計時手段２０は、遅延手段２４動作中に計時を終了するので、その時点で、通電制御手段１８はゲイン設定手段１７と第１の基準電圧３１の電源をオフする。トリガ手段１４から信号を受けた遅延手段２４は、所定の遅延時間を計時し、遅延時間計時終了でトリガ手段１４は送信手段１３を動作させ、所定の周波数で振動子１１ａを駆動し、流体管路１０内に再び超音波信号を発射させる。以降、繰り返し手段２３の繰り返し回数が設定値に達するまで、送信〜受信〜遅延を繰り返す（ステップ４７、４８）。繰り返し手段２３の計数が終了すると、計数手段２６の計時を停止する。流量演算手段２８は計数手段２６の値を読み込む。計数手段２６の計数値をＴ、遅延手段２４の設定値をＴｄとすると、上流側から下流側すなわち、振動子１１ａから振動子１１ｂに伝搬するのに要する時間Ｔ１は、繰り返し手段２３の繰り返し回数をＮとすると、Ｔ１＝（Ｔ−Ｔｄ×Ｎ）／Ｎとなる。この値を流量演算手段２８に記憶する（ステップ４９）。
【００４５】
次に、再び、スタート手段２５が計測を開始させると、繰り返し手段２３及び計数手段２６の値を初期値にする。次に計数手段２６は基準クロック２７の出力パルスの計数を始める。同時に、繰り返し手段２３は切換手段１２を動作させて、振動子１１ａを受信側に、振動子１１ｂを送信側に設定する。すなわち、振動子１１ａを受信手段１５に接続し、振動子１１ｂを送信手段１３に接続し、流れの方向に対して、下流側から上流側に超音波が伝搬されることになる。以降は、上流から下流に超音波を伝搬させる場合と同様であるので、説明を割愛する。
【００４６】
繰り返しが終了し、下流側から上流側すなわち、第２の振動子１２から第１の振動子１１に伝搬するのに要する時間はＴ２となる。両方向の計測が終了すれば（ステップ５２）流量演算を行うが、このとき、流体管路１０に流れがあれば下流から上流への超音波の伝搬時間は遅れるのでＴ１＞Ｔ２となる。Ｔ１とＴ２の逆数差を流量演算手段２８で求め、さらに流体管路１０の断面積や流れの状態などを考慮して流量値を演算する。計数されたローカウンタ３３及びハイカウンタ３４は次の流量測定時に使用し、例えば、ローカウンタ３３が計数されていると、アンプ１６の出力は図４の（ｂ）の状態になっており、アンプ１６の出力を大きくするためにゲイン設定手段１７のゲイン設定値を＋１し、ハイカウンタ３４が計数されておれば、アンプ１６の出力は図４の（ｃ）の状態になっており、アンプ１６の出力を小さくするためにゲイン設定手段１７のゲイン設定値を−１する。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、ゲイン設定手段への通電を制御し、必要な時にのみに、ゲイン制御手段への通電をオンするもので、消費電力を小さくし、より少ない電池容量で長時間動作（例えば１０年）を可能とした流量計測装置を提供することができる。
【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構成を示すブロック図
【図２】同装置の動作を示すフローチャート
【図３】同装置のゲイン設定の動作を示すフローチャート
【図４】（ａ）同装置の受信波形を示す図
（ｂ）同装置の他の受信波形を示す図
（ｃ）同装置のさらに他の受信波形を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施例１及び２における流量計測装置のゲイン設定手段の動作タイミングチャート
（ｂ）同設定手段の他の動作タイミングチャート
【図６】本発明の実施例２における流量計測装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施例３における流量計測装置の構成を示すブロック図
【図８】同装置の動作を示すフローチャート
【図９】従来の流量計測装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０ 流体管路
１１ａ 振動子
１１ｂ 振動子
１３ 送信手段
１５ 受信手段
１６ アンプ
１７ ゲイン設定手段
１８ 通電制御手段
１９ 第１の計時手段
２０ 第２の計時手段
２３ 繰り返し手段
２８ 流量演算手段
３１ 第１の基準電圧
３２ 第３の計時手段
Claims (5)
- 流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記送信手段が信号を送信し、前記受信手段がその信号を受信する前に前記ゲイン設定手段の通電をオンとする流量計測装置。
- 流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記送信手段から信号が送信されてから前記受信手段がその信号を受信するまでの時間より短い時間を計時する第１の計時手段と、この第１の計時手段の計時終了時から少なくとも前記受信手段が前記信号を受信した後までの時間を計時する第２の計時手段を有し、前記通電制御手段は前記第２の計時手段の計時中に前記ゲイン設定手段の通電をオンとする流量計測装置。
- 流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記アンプの出力が第１の基準電圧以上となった時点から少なくとも前記受信手段が前記信号を受信した後までの時間を計時する第３の計時手段を有し、前記通電制御手段は前記第３の計時手段の計時中に前記ゲイン設定手段の通電をオンとする流量計測装置。
- 流体管路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子から受信する受信手段と、前記振動子の送受信を切換える切換手段と、前記受信手段に入力された信号を増幅するアンプと、送信〜受信を繰り返し行う繰り返し手段と、前記アンプのゲインを設定するゲイン設定手段と、このゲイン設定手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、繰り返し手段の繰り返し回数が所定値以下では、前記ゲイン設定手段の通電をオンとし、繰り返し回数が所定値以上ではオフとする流量計測装置。
- 通電制御手段は、第２の計時手段の計時中に第１の基準電圧の電源をオンとする請求項２記載の流量計測装置。
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