JP3906107B2 - 超音波流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体中の超音波の伝播方向を、上流から下流（順方向）と下流から上流（逆方向）の両方について測定して流速を算出し、さらに流量を求める超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定原理の一例として、図８に示すように、流体中に距離Ｌを離して流管３の上流と下流に配置した１組の超音波送受波器の一方の送受波器１から他方の送受波器２への順方向伝播時間ｔ1 は、静止流体中の超音波の音速をＣ、流体の流れの速さをＶとすると、
ｔ1 ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）
となる。
【０００３】
また、送受波器２から送受波器１への逆方向伝播時間ｔ2 は、
ｔ2 ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）
となる。
【０００４】
伝播時間ｔ1 とｔ2 とから流速Ｖを、
Ｖ＝（Ｌ／２）｛（１／ｔ1 ）−（１／ｔ2 ）｝
として求め、更に流速Ｖに流路断面積を乗じて流量を演算していた。
【０００５】
上述の測定原理において、超音波が受信側の送受波器に到達する時期、つまり到達ポイントを特定する受信検知の方法として、特定波のゼロクロス点を検知するようにしたものがある。
【０００６】
図９は発信のタイミングを示す発信駆動信号と受信波を示している。実際の受信波は非常に小さく、先ず増幅される。同図の受信波は増幅後の波形を示している。
【０００７】
ａが到達点で、徐々に振幅が大きくなる。その後最大振幅となり徐々に小さくなる。
【０００８】
ところが到達点ａはノイズに隠れて検知できない。そこで、次のような方法が行われている。
【０００９】
ノイズより十分大きな基準電圧レベルとしてのしきい値ＶTHを決め、このレベルに最初に達した波、例えば同図の第３波がｂ点でしきい値に達した後ゼロレベルを通るゼロクロスポイントｃを検知して受信検知とする方法である。
【００１０】
しきい値ＶTHは常に何番目かのある特定の波（例えば第３波）を狙って捉え、その波のゼロクロスポイントを検知するように定めてあり、実際の到達時間ｔは、ａ点からｃ点までの時間τを予め求めて記憶しておき、測定した時間ｔ＋τに相当する値から時間τを減算することにより求めている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
超音波流量計では、長期間の使用で超音波送受波器自体の性能が劣化したり、超音波送受波器に塵埃等の異物が付着したりして、送受波器の出力（信号）が徐々に低下する。すると、図９で説明した受信波が小さくなり、狙った波（例えば第３波）を捉えられずに間違って別の波を捉えてしまい、波の取り間違いをすることがある。その結果、正しい流速・流量を得られないとか、極端な場合には測定そのものができなくなるとかの問題点が生じる。
【００１２】
そこで、超音波送受波器の出力低下を検知して、前記問題点が生じるより前に、アラーム（警報）を出すことで、前記問題点の発生を未然に防止することが望まれている。ところが、超音波送受波器の出力低下を検知するためには、通常、受信波のピーク値をホールドし、ホールドしたピーク値をＡ／Ｄ変換する必要があるため、消費電流が大きくなり、電池電源で作動する超音波流量計の実用化に支障となるという問題点があった。
【００１３】
本発明はこれらの問題点を解消できる超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
受信側の超音波送受波器の信号を入力とする受信波検知部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを到達ポイントとするもので、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１５】
請求項２の発明は、送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側の送受波器を発信させるようにし、これを一定回数繰り返すよう構成し、最初の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求めるようにしたもので、
前記受信波検知部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを受信波検知部ポイントとするもので、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１６】
請求項３の発明は、送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側の送受波器を発信させるようにし、これを一定回数繰り返すよう構成し、最初の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求めるようにしたもので、
前記受信波検知部は、一方が他方の一定倍の電圧である関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、第１回目の受信は、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを受信波検知ポイントとし、
第２回目以降の受信は、前回の送信から受信検知までの時間から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを受信検知ポイントを到達ポイントとするとともに、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１，２又は３の超音波流量計において、最も低い電圧のペアの代りに一定以下の電圧のペアとしたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの超音波流量計において、流速又は流量が一定以下の時のみアラームを有効としたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態をいくつかの実施例に従って説明するが、その前に、図９で説明した受信波の性質について解説的に述べる。
【００２０】
受信波はその先頭から第１波、第２波、第３波、第４波、第５波、第６波、第７波と次第にそのピークが大きくなる。このピークの電圧の大きくなる度合いは最初ほど大きくだんだん小さくなる傾向がある。つまり、ピークの大きさを比較すると、第１波側（即ち正の側）なら、第３波／第１波が最大で第５波／第３波、第７波／第３波と段々小さくなる。第２波側（負の側）なら第４波／第２波が最大で第６波／第４波、第８波／第６波と小さくなる。
【００２１】
なお、第３波／第１波と表現した比率は厳密には第３波のピーク値と第１波のピーク値との比率である（第３波のピーク値／第１波のピーク値）を簡略化して表現したもので、他の比率についても同様に簡略化した表現で示している。
【００２２】
上記各比率は流体の圧力等で全体の振幅が変化してもほとんど変化しないことが実験等で確認されている。そして、特に第３波／第１波および第４波／第２波は他の比率に比べ十分大きいため区別が容易である。
【００２３】
〔実施例１〕
請求項２の発明に対応する実施例１を図１〜図４に従って説明する。
【００２４】
図１は全体のブロック図、図２は図１の受信波検知部の主要部電気回路図、図３は受信波検知部に用意した基準電圧レベルと受信波形を示す図、図４は受信波検知部のタイミング図である。
【００２５】
送受波器１と２はそれぞれ超音波振動子で構成されていて、送信にも受信にも使用できる。
【００２６】
両送受波器は流体中を上流から下流及び下流から上流への超音波の送受を行う。受信波検知部４は受信側の送受波器、例えば２が接続され受信波を検知すると受信波検知信号を出力する。送波器駆動部５はコントロール部６より第１送信指令信号を受けると送信側の送受波器をまず駆動し、その後は受信波検知部４より受信波検知信号を受ける度に駆動する。ただし第１のカウンタ７より第ｎ受信波検知信号を受けると、それ以後は新たに第１送信指令信号を受けるまでは駆動を停止する。
【００２７】
本実施例では無意味なｎ＋１回目の駆動を行ってしまうようになっているが、受信側で無視するので問題はない。
【００２８】
カウンタ７は受信検知部４からの受信波検知信号をカウントしｎ番目の受信波検知信号を出力する。このカウンタ７はコントロール部６よりの第１送信指令信号でリセットされるようになっている。
【００２９】
第２のカウンタ８は第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間を測定する。その時間（カウント値）はコントロール部６が読み取る。この例では第１送信指令信号でカウント値がゼロクリアされ、カウントを開始するように構成されている。
【００３０】
コントロール部６は一定間隔で送受切替信号を反転させて２つの送受波器１，２の役割の切り替えを行う。そして、各切り替え後、毎回切り替えによるノイズ等がおさまる時間をおいて、第１送信指令信号を出力する。そして、第ｎ受信波検知信号を入力すると、カウンタ８の測定値（カウント値）を読み取り、直前に行った逆向きでの測定値とを用いて、その間の流速と流量を演算する。
【００３１】
図２は、受信波検知部４の、接続された送受波器からの信号を増幅後の構成である。各比較部１１〜１８にはペアとなる２つの基準電圧レベル、即ち図３の基準電圧レベルＶTH１〜ＶTH１２までの電圧よりペアになる２電圧が選ばれて入力されている。
【００３２】
ＶTH１〜ＶTH１２であらわす１３種類の異なる電圧の基準電圧レベルは、受信波検知部４の図示されてない基準電圧発生回路で用意され、図３に示すように、ＶTH１＝１００ｍＶ、ＶTH２＝１２６ｍＶ、ＶTH３＝１５９ｍＶ、ＶTH４＝２００ｍＶ、Ｖ TH ５＝２５１ｍＶ、ＶTH６＝３１６ｍＶ、ＶTH７＝３９８ｍＶ、ＶTH８＝５００ｍＶ、ＶTH９＝６２９ｍＶ、ＶTH１０＝７９１ｍＶ、ＶTH１１＝９９４ｍＶ、ＶTH１２＝１２５０ｍＶに設定されている。そして、これらの基準電圧レベルは、指数関数的に下から順に１．２６倍に大きくなるようにＶTH１からＶTH１２まで決めてある。
【００３３】
こうすることで、ＶTH１に対し４つ上のレベルのＶTH５は２．５倍の大きさとなり、ＶTH１とＶTH５とで第１のペアを構成する。同様にＶTH２に対して４つ上のレベルのＶTH６は２．５倍の大きさとなり、ＶTH２とＶTH６とで第２のペアを構成する。同様にＶTH３とその２．５倍のＶTH７とが第３のペアを、ＶTH４とその２．５倍のＶTH８とが第４のペアを、ＶTH５とＶTH９とが第５のペアを、ＶTH６とその２．５倍のＶTH１０とが第６のペアを、ＶTH７とその２．５倍のＶTH１１とが第７のペアを、ＶTH８とその２．５倍のＶTH１２とが第８のペアを構成する。
【００３４】
図３には、振幅大と小の２つの場合の（増幅後の）受信波形を第１波から第５波まで重ねて図示している。それぞれの場合で、第３波は第１波の３倍、第５波は第３波の２倍の大きさである。振幅大は超音波送受波器の出力が正常の場合、即ち通常時の受信波で、この通常の状態で第１波のピーク値が基準電圧レベルＶTH１より大きく、かつＶTH５より小さくなるように、受信波検知部４の図示されてない増幅器のゲインが調整してある。従って、通常時の受信波の第１波が、第１のペアを構成する２つの基準電圧レベルＶTH１とＶTH５とを同時に一気越えすることはなく、第３波はＶTH４を始めて越え、そしてそのまま一気にＶTH８まで越えている。即ち、前記第４のペアを始めて越えている。従って、この波のピーク値は前の波のピーク値の２．５倍以上あるということがわかる。よって、その時点でこれが第３波であると検知でき、そのゼロクロス点を到達ポイントとすることができる。
【００３５】
受信波検知部４の比較部１１〜１８は、図２の四角で囲まれた構成で、２つのコンパレータ１１ａ，１１ｂと、ＯＲゲート１１ｃと、カウンタ１１ｄとアンドゲート１１ｅとで構成されている。なお、比較部１２〜１８は内部の回路構成は図示しなくて省略してあるが、比較部１１の回路構成と同じである。
【００３６】
通常時の振幅大の受信波の第３波を比較部１１〜１８のどれかが捉えたときのタイミングを図４に示す。比較部のどれかが正常な受信波の第３波を捉えてＯＲゲート１９の出力が"High"になると、ＲＳＦＦ２０の出力Ｑは一旦"Low"になり、Ｓ入力であるゼロクロス検知用比較器２１の出力が受信波のゼロクロス点を検知して"High"となるとともに出力Ｑは再び"High"になる。なお、図４でＶAとＶBは１組のペアを構成する基準電圧レベルで、例えば図３のＶTH４とＶTH８に対応する。
【００３７】
ＲＳＦＦ２０の出力Ｑの立上りエッジを検知した信号が受信波検知信号となり、図２に示すように比較部１１〜１８のＲ入力に入力され、かつ図１に示すように送波器駆動部５と第１のカウンタ７に入力されている。
【００３８】
ＶB のみ越える波が先にあった場合、比較部のカウンタ１１ｄの値が“２”となり、つまりＱ１が“Ｌｏｗ”となり、次の波がＶAを越えても出力信号はでない（“Ｈｉｇｈ”とならない）。１つの波が最初にＶBを越えてそのままＶAも一気に越えた時出力されるように構成されている。
【００３９】
各比較部が異なる基準電圧レベルで動作するため、圧力変動等で受信波の振幅が多少変動しても８個の比較部のうちどれかが第３波を捉えるようになっている。また、比較部のカウンタは前述のように受信波検知信号でリセットされ次の受信に備えるようになっている。なお、このようにして狙った波を捉えてそのゼロクロス点を到達ポイントとする技術は、本願の発明者が先に特願平９−１３８１３６号で提案しており、この提案は特開平１０−３３２４５２号公報で公知である。
【００４０】
この実施例１では、更に、最も低い電圧ＶTH１とＶTH５のペアである第１のペアが入力されている比較部１１の（アンドゲート１１ｅの）出力はＲＳＦＦ２０ＡのＳ入力に入力されていて、比較部１１の出力があったことを記憶するようになっている。受信側の超音波送受波器の出力信号が何らかの原因で小さくなって、受信波が図３の振幅小の波形のようになると、その第３波がＶTH１とＶTH５とからなる第１のペアを一気に越える。従って、このときも第３波を捉えてそのゼロクロス点を検知することはできる。そして、このとき、振幅小の受信波の第３波が最も低い電圧のペアである第１のペアを一気越えするので、これによる比較部１１の出力があったことをＲＳＦＦ２０Ａが記憶し、ＲＳＦＦ２０Ａはセットされた状態になり、受信波低下のアラームを出す。
【００４１】
なお、ＲＳＦＦ２０ＡのＲ入力には、コントロール部６からの第１送信指令信号が入力され、この第１送信指令信号でＲＳＦＦ２０Ａがリセットされるようになっている。
【００４２】
コントロール部６は第ｎ受信波検知信号が入力されると、第２のカウンタ８のカウント値を読み取った後、ＲＳＦＦ２０Ａの出力をチェックし、ＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力が一定回数連続して"High"となったときに受信波低下のアラームを出すようにすることもできる。
【００４３】
〔実施例２〕
請求項３の発明に対応する実施例２を図５〜図７に従って説明する。全体の構成は実施例１の場合の図４と同じである。
【００４４】
受信波検知部４の構成の主要部を図５に示す。図２の場合と同様に接続された送受波器からの受信波を増幅後の構成である。
【００４５】
各比較部１１〜１８は図２の場合と同様である。どれかの比較部が第３波を捉えるとＯＲゲート１９の出力が“Ｈｉｇｈ”となる。
【００４６】
コントロール部からの第１送信指令信号が入力されると、ＲＳＦＦ２２はリセットされてそのＱ出力は“Ｌｏｗ”となり、スイッチＳＷはＯＲゲート１９の出力を選択する。
【００４７】
前述のように、比較部１１〜１８のどれかが第３波を捉えてＯＲゲート１９の出力が“Ｈｉｇｈ”となると、この出力信号はスイッチＳＷを介してＲＳＦＦ２３のＲ入力に入力されてＲＳＦＦ２３の出力Ｑが“Ｌｏｗ”となる。
【００４８】
さらに受信波がゼロクロスしたところでゼロクロス検知用比較器２１より出力される信号がＲＳＦＦ２３のＳ入力に入力され出力Ｑは“Ｈｉｇｈ”となり、立上りエッジ検知され受信波検知信号として出力される。この信号はＲＳＦＦ２２のＳ入力ともなっていてＲＳＦＦ２２の出力Ｑは“Ｈｉｇｈ”となって、スイッチＳＷは図示の状態から切り替わり、ＲＳＦＦ２３のＲ入力へデジタル比較器２４のＡ＝Ｂ出力が入力されるようになる。
【００４９】
また前記受信波検知信号は記憶器２５のラッチ入力となっていて、この瞬間のカウンタ２７のカウント値ｔ１１（即ち、図６に示す１回目の到達時間）を記憶する。さらに、受信検知信号はＯＲゲート２６を介してカウンタ２７をリセットするよう構成されていて（ラッチ後リセットする）、到達時間ｔ１１を記憶器２５が記憶するとカウンタ２７をリセットして次の到達時間ｔ１２の測定に移るようになっている。
【００５０】
減算器２８は記憶器２５で記憶した値（カウント値）がＣ入力として入力されていて、もう一方にαが入力されている。そして、減算器２８からＣ−α、即ち（ｔ１１−α）がデジタル比較部２４のＢ入力に出力されている。αは超音波の１周期より短い一定時間で、超音波の半周期程度の時間に定めると良い。
【００５１】
またカウンタ２７の出力がＡ入力としてデジタル比較部２４に入力されていて、そのＡＢの入力が等しくなると、Ａ＝Ｂ出力が“Ｈｉｇｈ”となる。
【００５２】
カウント２７のカウントが進み、ｔ１１−αと等しくなると、Ａ＝Ｂ出力が“Ｈｉｇｈ”となりＲＳＦＦ２３の出力Ｑは“Ｌｏｗ”となり次のゼロクロスを待つ状態になる。そして実際にゼロクロスするとき、ゼロクロス検知用比較器２１の出力によりＲＳＦＦ２３の出力Ｑが“Ｈｉｇｈ”となり再び受信波検知信号が出力される。
【００５３】
ここで、図６に示す２回目の到達時間ｔ１２が記憶器２５にラッチ・記憶される。以下は同様である（図７参照）。
【００５４】
この実施例ではαは超音波の約半周期分の時間とした。
【００５５】
発信器２９はこの半周期分を検知できる周波数でよく、また精度もそれほど要求されない。また、前記第２のカウンタ８用の基準クロックあるいはその分周したものも使用可能である。
【００５６】
また、ＲＳＦＦ２２の出力Ｑは比較部ＯＦＦ信号として使われていて、８つの比較部１１〜１８は、ＲＳＦＦ２２の出力Ｑが“Ｈｉｇｈ”となりスイッチＳＷが図示の状態から切り替わり非選択状態になると電源供給が止められ機能を停止して電力消費を押さえるよう構成されている。
【００５７】
この実施例２も実施例１と同様に、流速を求めるための超音波の伝播時間の計測精度を向上するために、受信と同時に次の送信を行うことを複数回（ｎ回）繰り返すことにより、伝播時間ｔをｎ回連続させ、最初（第１回目）の送信から最後（第ｎ回目）の受信までの時間ｎｔを測定するようにしている。
【００５８】
前述のように、１回の送受の到達時間ｔはきわめて短い時間である。したがって、連続した送受の到達時間の差はほとんどないと考えられる。よって、第１の送信からその受信までの時間がｔ１１であった場合、第２の受信波が到達するのは第１の受信とともに行われる第２の送信後、およそｔ１１たったところである。したがって、その点に最も近いゼロクロスポイントを受信検知点とする。
【００５９】
第３の送受に関しても同様で、第２の送受の到達時間ｔ１２を用いて第３の受信点を予想する。
【００６０】
この実施例では、第２の受信以降はゼロレベルとの比較のみで複数の基準レベルとの比較は行わない。よって、基準レベルとの比較部を機能させる必要がないためさらに低消費電力化が可能である。
【００６１】
なお、この実施例２では、受信波の振幅が小さくなったときに図５のＲＳＦＦ２０Ａからアラームを出力して警告するが、この点は前記実施例１と類似している。
【００６２】
〔実施例３〕
前記実施例１と２では、図３に示す振幅小の受信波が、最低の電圧ＶTH１とＶTH５のペアを始めて一気に越えることを第１の比較部１１が検出すると、超音波送受波器の出力信号が低下したとしてアラームを出すように構成したが、最低の電圧のペアである前記第１のペアの代りに、第２のペアと第３のペアを使って、送受波器の出力低下を判定してもよい。要するに、複数組の基準電圧レベルのペアのうち、一定以下の電圧レベルのペアを用いて判定すれば良い。実施例１と２のように第１のペアであるＶTH１とＶTH５の代りに、第２のペアであるＶTH２とＶTH６を使って判定すれば、安全を見て（余裕を見て）アラームを出すことになる。なお、本実施例は請求項４に対応するものである。
【００６３】
〔実施例４〕
この実施例は、請求項５に対応し、コントロール部６で求めた流速又は流量が一定以下の時のみ、ＲＳＦＦ２０Ａからのアラームを有効とするようにしたものである。流速・流量が大きくなると、受信波の大きさが不安定で変動が大きくなるが、小さい流速・流量、例えば流速・流量ゼロ付近では受信波の振幅が安定しているため、より確実なアラーム出力が可能となる。
【００６４】
コントロール部６は、前記第ｎ受信波検知信号を受けて第２のカウンタ８のカウント値を読み取った後、図２又は図５のＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力をチェックし、Ｑ出力が"High"ならアラーム有効とすることで実現できる。なお、前記実施例１の場合のように、ＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力が連続して一定回数"High"となったときにアラーム有効とするようにしてもよい。
【００６５】
また、図２や図５で、ＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力は次の測定の第１送信指令信号でリセットされるまでは保持されるので、流速又は流量が一定以下であることを確認してからＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力をチェックするようにしてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので、超音波送受波器の出力が徐々に低下しても、具体的に不具合が発生する前にアラームを出して警告することができるため、狙った波の取り間違いをするおそれがなくなり、流量計としての計測の信頼性が向上する。また、ピーク値ホールド回路やＡ／Ｄ変換器が必要ないため、超音波流量計の低消費電流化ができ、電池駆動の流量計の実現に役立つ。また、流速又は流量の測定毎に受信波の大きさを監視して確実なアラーム検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の全体のブロック図。
【図２】図１のブロック図の受信波検知部の電気回路の主要部。
【図３】図２の受信波検知部の基準電圧レベルとしてのしきい値ＶTHと受信波の波形との関係を示す線図。
【図４】図２の受信波検知部のタイミング図。
【図５】本発明の実施例２の受信波検知部の電気回路の主要部。
【図６】本発明の実施例２の送信駆動信号と受信波のタイミング図。
【図７】図６のタイミング図の一部を拡大した詳細図。
【図８】超音波流量計の原理を説明する略図。
【図９】従来の超音波流量計の受信波検知部の動作を説明する電気信号波形を示す線図。
【符号の説明】
１，２ 超音波送受波器
３ 流管
４ 受信波検知部
５ 送波器駆動部
６ コントロール部
７ 第１のカウンタ
８ 第２のカウンタ
ｃ 受信波検知ポイント
ＶTH１〜ＶTH１２ 基準電圧レベル
ｔ１１，ｔ１２，…ｔ１ｎ 到達時間
α 超音波の半周期程度の一定時間
ｎ 送受信の連続繰り返しの一定回数
【発明の属する技術分野】
本発明は流体中の超音波の伝播方向を、上流から下流（順方向）と下流から上流（逆方向）の両方について測定して流速を算出し、さらに流量を求める超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定原理の一例として、図８に示すように、流体中に距離Ｌを離して流管３の上流と下流に配置した１組の超音波送受波器の一方の送受波器１から他方の送受波器２への順方向伝播時間ｔ1 は、静止流体中の超音波の音速をＣ、流体の流れの速さをＶとすると、
ｔ1 ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）
となる。
【０００３】
また、送受波器２から送受波器１への逆方向伝播時間ｔ2 は、
ｔ2 ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）
となる。
【０００４】
伝播時間ｔ1 とｔ2 とから流速Ｖを、
Ｖ＝（Ｌ／２）｛（１／ｔ1 ）−（１／ｔ2 ）｝
として求め、更に流速Ｖに流路断面積を乗じて流量を演算していた。
【０００５】
上述の測定原理において、超音波が受信側の送受波器に到達する時期、つまり到達ポイントを特定する受信検知の方法として、特定波のゼロクロス点を検知するようにしたものがある。
【０００６】
図９は発信のタイミングを示す発信駆動信号と受信波を示している。実際の受信波は非常に小さく、先ず増幅される。同図の受信波は増幅後の波形を示している。
【０００７】
ａが到達点で、徐々に振幅が大きくなる。その後最大振幅となり徐々に小さくなる。
【０００８】
ところが到達点ａはノイズに隠れて検知できない。そこで、次のような方法が行われている。
【０００９】
ノイズより十分大きな基準電圧レベルとしてのしきい値ＶTHを決め、このレベルに最初に達した波、例えば同図の第３波がｂ点でしきい値に達した後ゼロレベルを通るゼロクロスポイントｃを検知して受信検知とする方法である。
【００１０】
しきい値ＶTHは常に何番目かのある特定の波（例えば第３波）を狙って捉え、その波のゼロクロスポイントを検知するように定めてあり、実際の到達時間ｔは、ａ点からｃ点までの時間τを予め求めて記憶しておき、測定した時間ｔ＋τに相当する値から時間τを減算することにより求めている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
超音波流量計では、長期間の使用で超音波送受波器自体の性能が劣化したり、超音波送受波器に塵埃等の異物が付着したりして、送受波器の出力（信号）が徐々に低下する。すると、図９で説明した受信波が小さくなり、狙った波（例えば第３波）を捉えられずに間違って別の波を捉えてしまい、波の取り間違いをすることがある。その結果、正しい流速・流量を得られないとか、極端な場合には測定そのものができなくなるとかの問題点が生じる。
【００１２】
そこで、超音波送受波器の出力低下を検知して、前記問題点が生じるより前に、アラーム（警報）を出すことで、前記問題点の発生を未然に防止することが望まれている。ところが、超音波送受波器の出力低下を検知するためには、通常、受信波のピーク値をホールドし、ホールドしたピーク値をＡ／Ｄ変換する必要があるため、消費電流が大きくなり、電池電源で作動する超音波流量計の実用化に支障となるという問題点があった。
【００１３】
本発明はこれらの問題点を解消できる超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
受信側の超音波送受波器の信号を入力とする受信波検知部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを到達ポイントとするもので、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１５】
請求項２の発明は、送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側の送受波器を発信させるようにし、これを一定回数繰り返すよう構成し、最初の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求めるようにしたもので、
前記受信波検知部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを受信波検知部ポイントとするもので、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１６】
請求項３の発明は、送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側の送受波器を発信させるようにし、これを一定回数繰り返すよう構成し、最初の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求めるようにしたもので、
前記受信波検知部は、一方が他方の一定倍の電圧である関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、第１回目の受信は、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを受信波検知ポイントとし、
第２回目以降の受信は、前回の送信から受信検知までの時間から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを受信検知ポイントを到達ポイントとするとともに、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１，２又は３の超音波流量計において、最も低い電圧のペアの代りに一定以下の電圧のペアとしたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの超音波流量計において、流速又は流量が一定以下の時のみアラームを有効としたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態をいくつかの実施例に従って説明するが、その前に、図９で説明した受信波の性質について解説的に述べる。
【００２０】
受信波はその先頭から第１波、第２波、第３波、第４波、第５波、第６波、第７波と次第にそのピークが大きくなる。このピークの電圧の大きくなる度合いは最初ほど大きくだんだん小さくなる傾向がある。つまり、ピークの大きさを比較すると、第１波側（即ち正の側）なら、第３波／第１波が最大で第５波／第３波、第７波／第３波と段々小さくなる。第２波側（負の側）なら第４波／第２波が最大で第６波／第４波、第８波／第６波と小さくなる。
【００２１】
なお、第３波／第１波と表現した比率は厳密には第３波のピーク値と第１波のピーク値との比率である（第３波のピーク値／第１波のピーク値）を簡略化して表現したもので、他の比率についても同様に簡略化した表現で示している。
【００２２】
上記各比率は流体の圧力等で全体の振幅が変化してもほとんど変化しないことが実験等で確認されている。そして、特に第３波／第１波および第４波／第２波は他の比率に比べ十分大きいため区別が容易である。
【００２３】
〔実施例１〕
請求項２の発明に対応する実施例１を図１〜図４に従って説明する。
【００２４】
図１は全体のブロック図、図２は図１の受信波検知部の主要部電気回路図、図３は受信波検知部に用意した基準電圧レベルと受信波形を示す図、図４は受信波検知部のタイミング図である。
【００２５】
送受波器１と２はそれぞれ超音波振動子で構成されていて、送信にも受信にも使用できる。
【００２６】
両送受波器は流体中を上流から下流及び下流から上流への超音波の送受を行う。受信波検知部４は受信側の送受波器、例えば２が接続され受信波を検知すると受信波検知信号を出力する。送波器駆動部５はコントロール部６より第１送信指令信号を受けると送信側の送受波器をまず駆動し、その後は受信波検知部４より受信波検知信号を受ける度に駆動する。ただし第１のカウンタ７より第ｎ受信波検知信号を受けると、それ以後は新たに第１送信指令信号を受けるまでは駆動を停止する。
【００２７】
本実施例では無意味なｎ＋１回目の駆動を行ってしまうようになっているが、受信側で無視するので問題はない。
【００２８】
カウンタ７は受信検知部４からの受信波検知信号をカウントしｎ番目の受信波検知信号を出力する。このカウンタ７はコントロール部６よりの第１送信指令信号でリセットされるようになっている。
【００２９】
第２のカウンタ８は第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間を測定する。その時間（カウント値）はコントロール部６が読み取る。この例では第１送信指令信号でカウント値がゼロクリアされ、カウントを開始するように構成されている。
【００３０】
コントロール部６は一定間隔で送受切替信号を反転させて２つの送受波器１，２の役割の切り替えを行う。そして、各切り替え後、毎回切り替えによるノイズ等がおさまる時間をおいて、第１送信指令信号を出力する。そして、第ｎ受信波検知信号を入力すると、カウンタ８の測定値（カウント値）を読み取り、直前に行った逆向きでの測定値とを用いて、その間の流速と流量を演算する。
【００３１】
図２は、受信波検知部４の、接続された送受波器からの信号を増幅後の構成である。各比較部１１〜１８にはペアとなる２つの基準電圧レベル、即ち図３の基準電圧レベルＶTH１〜ＶTH１２までの電圧よりペアになる２電圧が選ばれて入力されている。
【００３２】
ＶTH１〜ＶTH１２であらわす１３種類の異なる電圧の基準電圧レベルは、受信波検知部４の図示されてない基準電圧発生回路で用意され、図３に示すように、ＶTH１＝１００ｍＶ、ＶTH２＝１２６ｍＶ、ＶTH３＝１５９ｍＶ、ＶTH４＝２００ｍＶ、Ｖ TH ５＝２５１ｍＶ、ＶTH６＝３１６ｍＶ、ＶTH７＝３９８ｍＶ、ＶTH８＝５００ｍＶ、ＶTH９＝６２９ｍＶ、ＶTH１０＝７９１ｍＶ、ＶTH１１＝９９４ｍＶ、ＶTH１２＝１２５０ｍＶに設定されている。そして、これらの基準電圧レベルは、指数関数的に下から順に１．２６倍に大きくなるようにＶTH１からＶTH１２まで決めてある。
【００３３】
こうすることで、ＶTH１に対し４つ上のレベルのＶTH５は２．５倍の大きさとなり、ＶTH１とＶTH５とで第１のペアを構成する。同様にＶTH２に対して４つ上のレベルのＶTH６は２．５倍の大きさとなり、ＶTH２とＶTH６とで第２のペアを構成する。同様にＶTH３とその２．５倍のＶTH７とが第３のペアを、ＶTH４とその２．５倍のＶTH８とが第４のペアを、ＶTH５とＶTH９とが第５のペアを、ＶTH６とその２．５倍のＶTH１０とが第６のペアを、ＶTH７とその２．５倍のＶTH１１とが第７のペアを、ＶTH８とその２．５倍のＶTH１２とが第８のペアを構成する。
【００３４】
図３には、振幅大と小の２つの場合の（増幅後の）受信波形を第１波から第５波まで重ねて図示している。それぞれの場合で、第３波は第１波の３倍、第５波は第３波の２倍の大きさである。振幅大は超音波送受波器の出力が正常の場合、即ち通常時の受信波で、この通常の状態で第１波のピーク値が基準電圧レベルＶTH１より大きく、かつＶTH５より小さくなるように、受信波検知部４の図示されてない増幅器のゲインが調整してある。従って、通常時の受信波の第１波が、第１のペアを構成する２つの基準電圧レベルＶTH１とＶTH５とを同時に一気越えすることはなく、第３波はＶTH４を始めて越え、そしてそのまま一気にＶTH８まで越えている。即ち、前記第４のペアを始めて越えている。従って、この波のピーク値は前の波のピーク値の２．５倍以上あるということがわかる。よって、その時点でこれが第３波であると検知でき、そのゼロクロス点を到達ポイントとすることができる。
【００３５】
受信波検知部４の比較部１１〜１８は、図２の四角で囲まれた構成で、２つのコンパレータ１１ａ，１１ｂと、ＯＲゲート１１ｃと、カウンタ１１ｄとアンドゲート１１ｅとで構成されている。なお、比較部１２〜１８は内部の回路構成は図示しなくて省略してあるが、比較部１１の回路構成と同じである。
【００３６】
通常時の振幅大の受信波の第３波を比較部１１〜１８のどれかが捉えたときのタイミングを図４に示す。比較部のどれかが正常な受信波の第３波を捉えてＯＲゲート１９の出力が"High"になると、ＲＳＦＦ２０の出力Ｑは一旦"Low"になり、Ｓ入力であるゼロクロス検知用比較器２１の出力が受信波のゼロクロス点を検知して"High"となるとともに出力Ｑは再び"High"になる。なお、図４でＶAとＶBは１組のペアを構成する基準電圧レベルで、例えば図３のＶTH４とＶTH８に対応する。
【００３７】
ＲＳＦＦ２０の出力Ｑの立上りエッジを検知した信号が受信波検知信号となり、図２に示すように比較部１１〜１８のＲ入力に入力され、かつ図１に示すように送波器駆動部５と第１のカウンタ７に入力されている。
【００３８】
ＶB のみ越える波が先にあった場合、比較部のカウンタ１１ｄの値が“２”となり、つまりＱ１が“Ｌｏｗ”となり、次の波がＶAを越えても出力信号はでない（“Ｈｉｇｈ”とならない）。１つの波が最初にＶBを越えてそのままＶAも一気に越えた時出力されるように構成されている。
【００３９】
各比較部が異なる基準電圧レベルで動作するため、圧力変動等で受信波の振幅が多少変動しても８個の比較部のうちどれかが第３波を捉えるようになっている。また、比較部のカウンタは前述のように受信波検知信号でリセットされ次の受信に備えるようになっている。なお、このようにして狙った波を捉えてそのゼロクロス点を到達ポイントとする技術は、本願の発明者が先に特願平９−１３８１３６号で提案しており、この提案は特開平１０−３３２４５２号公報で公知である。
【００４０】
この実施例１では、更に、最も低い電圧ＶTH１とＶTH５のペアである第１のペアが入力されている比較部１１の（アンドゲート１１ｅの）出力はＲＳＦＦ２０ＡのＳ入力に入力されていて、比較部１１の出力があったことを記憶するようになっている。受信側の超音波送受波器の出力信号が何らかの原因で小さくなって、受信波が図３の振幅小の波形のようになると、その第３波がＶTH１とＶTH５とからなる第１のペアを一気に越える。従って、このときも第３波を捉えてそのゼロクロス点を検知することはできる。そして、このとき、振幅小の受信波の第３波が最も低い電圧のペアである第１のペアを一気越えするので、これによる比較部１１の出力があったことをＲＳＦＦ２０Ａが記憶し、ＲＳＦＦ２０Ａはセットされた状態になり、受信波低下のアラームを出す。
【００４１】
なお、ＲＳＦＦ２０ＡのＲ入力には、コントロール部６からの第１送信指令信号が入力され、この第１送信指令信号でＲＳＦＦ２０Ａがリセットされるようになっている。
【００４２】
コントロール部６は第ｎ受信波検知信号が入力されると、第２のカウンタ８のカウント値を読み取った後、ＲＳＦＦ２０Ａの出力をチェックし、ＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力が一定回数連続して"High"となったときに受信波低下のアラームを出すようにすることもできる。
【００４３】
〔実施例２〕
請求項３の発明に対応する実施例２を図５〜図７に従って説明する。全体の構成は実施例１の場合の図４と同じである。
【００４４】
受信波検知部４の構成の主要部を図５に示す。図２の場合と同様に接続された送受波器からの受信波を増幅後の構成である。
【００４５】
各比較部１１〜１８は図２の場合と同様である。どれかの比較部が第３波を捉えるとＯＲゲート１９の出力が“Ｈｉｇｈ”となる。
【００４６】
コントロール部からの第１送信指令信号が入力されると、ＲＳＦＦ２２はリセットされてそのＱ出力は“Ｌｏｗ”となり、スイッチＳＷはＯＲゲート１９の出力を選択する。
【００４７】
前述のように、比較部１１〜１８のどれかが第３波を捉えてＯＲゲート１９の出力が“Ｈｉｇｈ”となると、この出力信号はスイッチＳＷを介してＲＳＦＦ２３のＲ入力に入力されてＲＳＦＦ２３の出力Ｑが“Ｌｏｗ”となる。
【００４８】
さらに受信波がゼロクロスしたところでゼロクロス検知用比較器２１より出力される信号がＲＳＦＦ２３のＳ入力に入力され出力Ｑは“Ｈｉｇｈ”となり、立上りエッジ検知され受信波検知信号として出力される。この信号はＲＳＦＦ２２のＳ入力ともなっていてＲＳＦＦ２２の出力Ｑは“Ｈｉｇｈ”となって、スイッチＳＷは図示の状態から切り替わり、ＲＳＦＦ２３のＲ入力へデジタル比較器２４のＡ＝Ｂ出力が入力されるようになる。
【００４９】
また前記受信波検知信号は記憶器２５のラッチ入力となっていて、この瞬間のカウンタ２７のカウント値ｔ１１（即ち、図６に示す１回目の到達時間）を記憶する。さらに、受信検知信号はＯＲゲート２６を介してカウンタ２７をリセットするよう構成されていて（ラッチ後リセットする）、到達時間ｔ１１を記憶器２５が記憶するとカウンタ２７をリセットして次の到達時間ｔ１２の測定に移るようになっている。
【００５０】
減算器２８は記憶器２５で記憶した値（カウント値）がＣ入力として入力されていて、もう一方にαが入力されている。そして、減算器２８からＣ−α、即ち（ｔ１１−α）がデジタル比較部２４のＢ入力に出力されている。αは超音波の１周期より短い一定時間で、超音波の半周期程度の時間に定めると良い。
【００５１】
またカウンタ２７の出力がＡ入力としてデジタル比較部２４に入力されていて、そのＡＢの入力が等しくなると、Ａ＝Ｂ出力が“Ｈｉｇｈ”となる。
【００５２】
カウント２７のカウントが進み、ｔ１１−αと等しくなると、Ａ＝Ｂ出力が“Ｈｉｇｈ”となりＲＳＦＦ２３の出力Ｑは“Ｌｏｗ”となり次のゼロクロスを待つ状態になる。そして実際にゼロクロスするとき、ゼロクロス検知用比較器２１の出力によりＲＳＦＦ２３の出力Ｑが“Ｈｉｇｈ”となり再び受信波検知信号が出力される。
【００５３】
ここで、図６に示す２回目の到達時間ｔ１２が記憶器２５にラッチ・記憶される。以下は同様である（図７参照）。
【００５４】
この実施例ではαは超音波の約半周期分の時間とした。
【００５５】
発信器２９はこの半周期分を検知できる周波数でよく、また精度もそれほど要求されない。また、前記第２のカウンタ８用の基準クロックあるいはその分周したものも使用可能である。
【００５６】
また、ＲＳＦＦ２２の出力Ｑは比較部ＯＦＦ信号として使われていて、８つの比較部１１〜１８は、ＲＳＦＦ２２の出力Ｑが“Ｈｉｇｈ”となりスイッチＳＷが図示の状態から切り替わり非選択状態になると電源供給が止められ機能を停止して電力消費を押さえるよう構成されている。
【００５７】
この実施例２も実施例１と同様に、流速を求めるための超音波の伝播時間の計測精度を向上するために、受信と同時に次の送信を行うことを複数回（ｎ回）繰り返すことにより、伝播時間ｔをｎ回連続させ、最初（第１回目）の送信から最後（第ｎ回目）の受信までの時間ｎｔを測定するようにしている。
【００５８】
前述のように、１回の送受の到達時間ｔはきわめて短い時間である。したがって、連続した送受の到達時間の差はほとんどないと考えられる。よって、第１の送信からその受信までの時間がｔ１１であった場合、第２の受信波が到達するのは第１の受信とともに行われる第２の送信後、およそｔ１１たったところである。したがって、その点に最も近いゼロクロスポイントを受信検知点とする。
【００５９】
第３の送受に関しても同様で、第２の送受の到達時間ｔ１２を用いて第３の受信点を予想する。
【００６０】
この実施例では、第２の受信以降はゼロレベルとの比較のみで複数の基準レベルとの比較は行わない。よって、基準レベルとの比較部を機能させる必要がないためさらに低消費電力化が可能である。
【００６１】
なお、この実施例２では、受信波の振幅が小さくなったときに図５のＲＳＦＦ２０Ａからアラームを出力して警告するが、この点は前記実施例１と類似している。
【００６２】
〔実施例３〕
前記実施例１と２では、図３に示す振幅小の受信波が、最低の電圧ＶTH１とＶTH５のペアを始めて一気に越えることを第１の比較部１１が検出すると、超音波送受波器の出力信号が低下したとしてアラームを出すように構成したが、最低の電圧のペアである前記第１のペアの代りに、第２のペアと第３のペアを使って、送受波器の出力低下を判定してもよい。要するに、複数組の基準電圧レベルのペアのうち、一定以下の電圧レベルのペアを用いて判定すれば良い。実施例１と２のように第１のペアであるＶTH１とＶTH５の代りに、第２のペアであるＶTH２とＶTH６を使って判定すれば、安全を見て（余裕を見て）アラームを出すことになる。なお、本実施例は請求項４に対応するものである。
【００６３】
〔実施例４〕
この実施例は、請求項５に対応し、コントロール部６で求めた流速又は流量が一定以下の時のみ、ＲＳＦＦ２０Ａからのアラームを有効とするようにしたものである。流速・流量が大きくなると、受信波の大きさが不安定で変動が大きくなるが、小さい流速・流量、例えば流速・流量ゼロ付近では受信波の振幅が安定しているため、より確実なアラーム出力が可能となる。
【００６４】
コントロール部６は、前記第ｎ受信波検知信号を受けて第２のカウンタ８のカウント値を読み取った後、図２又は図５のＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力をチェックし、Ｑ出力が"High"ならアラーム有効とすることで実現できる。なお、前記実施例１の場合のように、ＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力が連続して一定回数"High"となったときにアラーム有効とするようにしてもよい。
【００６５】
また、図２や図５で、ＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力は次の測定の第１送信指令信号でリセットされるまでは保持されるので、流速又は流量が一定以下であることを確認してからＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力をチェックするようにしてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので、超音波送受波器の出力が徐々に低下しても、具体的に不具合が発生する前にアラームを出して警告することができるため、狙った波の取り間違いをするおそれがなくなり、流量計としての計測の信頼性が向上する。また、ピーク値ホールド回路やＡ／Ｄ変換器が必要ないため、超音波流量計の低消費電流化ができ、電池駆動の流量計の実現に役立つ。また、流速又は流量の測定毎に受信波の大きさを監視して確実なアラーム検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の全体のブロック図。
【図２】図１のブロック図の受信波検知部の電気回路の主要部。
【図３】図２の受信波検知部の基準電圧レベルとしてのしきい値ＶTHと受信波の波形との関係を示す線図。
【図４】図２の受信波検知部のタイミング図。
【図５】本発明の実施例２の受信波検知部の電気回路の主要部。
【図６】本発明の実施例２の送信駆動信号と受信波のタイミング図。
【図７】図６のタイミング図の一部を拡大した詳細図。
【図８】超音波流量計の原理を説明する略図。
【図９】従来の超音波流量計の受信波検知部の動作を説明する電気信号波形を示す線図。
【符号の説明】
１，２ 超音波送受波器
３ 流管
４ 受信波検知部
５ 送波器駆動部
６ コントロール部
７ 第１のカウンタ
８ 第２のカウンタ
ｃ 受信波検知ポイント
ＶTH１〜ＶTH１２ 基準電圧レベル
ｔ１１，ｔ１２，…ｔ１ｎ 到達時間
α 超音波の半周期程度の一定時間
ｎ 送受信の連続繰り返しの一定回数
Claims (5)
- 送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
受信側の超音波送受波器の信号を入力とする受信波検知部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを到達ポイントとするもので、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計。 - 送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側の送受波器を発信させるようにし、これを一定回数繰り返すよう構成し、最初の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求めるようにしたもので、
前記受信波検知部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを受信波検知部ポイントとするもので、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計。 - 送信側にも受信側にもはたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流量を求める超音波流量計であって、
まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側の送受波器を発信させるようにし、これを一定回数繰り返すよう構成し、最初の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求めるようにしたもので、
前記受信波検知部は、一方が他方の一定倍の電圧である関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、第１回目の受信は、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイントを受信波検知ポイントとし、
第２回目以降の受信は、前回の送信から受信検知までの時間から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを受信検知ポイントを到達ポイントとするとともに、前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを特徴とする超音波流量計。 - 最も低い電圧のペアの代りに一定以下の電圧のペアとしたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の超音波流量計。
- 流速又は流量が一定以下の時のみアラームを有効としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波流量計。
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