JP5817992B2 - 流量計、流量計の制御プログラム、および流量計の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、流量計、流量計の制御プログラム、および流量計の制御方法等に関する。

例えば電子式水道メーターなどの流量計において、測定対象の流体が流れることで変化する磁気を磁気センサーで検出するものがある。このとき、正確な計測のためには、外部からの磁気の影響を低減させる必要がある。特許文献１は、磁気シールド壁といった外装で覆うことにより外部からの磁気の影響を低減させる手法を開示する。また、特許文献２は、一定以上の強さをもつ外部からの磁気を検出する専用のセンサーを備えることで、外部からの磁気の影響による誤動作を防止する手法を開示する。

特開２００３−２４３８７４号公報 特開平５−３１２５０２号公報

しかし、特許文献１の手法では流量計が大型化、重量化してしまうという欠点がある。また、外部からの磁気の影響があった場合に、そのことを知ることができないという問題がある。特許文献２の手法では、大型化、重量化を抑えながら、外部からの磁気の影響の有無を知ることが可能であるが、専用のセンサーが必要なためコストが増大してしまう。また、当該センサーが外部からの磁気だけを検出するように設計する必要があるため、基板設計上の制約が大きくなるという問題が生じる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、大型化、重量化させることなく、コストや基板設計上の制約を増大させずに、外部からの磁気の影響の有無を知ることが可能な流量計等を提供することができる。

（１）本発明は、被測定流体の流量に応じて回転する回転体を備えた流量計であって、前記回転体に設けられた磁性体の回転による磁気の変化を検出し、前記磁気の変化に応じた磁気検出信号を生成する磁気センサーと、前記磁気検出信号に基づいて、前記流量計の外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態であるか否かを判断する周期検出制御部と、を含み、前記周期検出制御部は、前記回転体が１回転する期間に含まれる、前記磁気検出信号の２つの周期的変化の周期である第１の周期と第２の周期とを検出し、前記第１の周期と前記第２の周期とを比較して、所定の値よりも乖離している場合に前記異常状態であると判断する。

本発明によれば、回転体が１回転する期間に磁気センサーからの磁気検出信号の２つの周期的変化の周期である第１の周期と第２の周期とを検出し、これらを比較することで、流量計の外部からの磁気の影響の有無を知ることができる。

一般に、流量計で使用される磁気センサーでは、１８０度反対方向の磁気（向きだけが正反対の磁気）に対しては出力が同じになる。よって、回転体が１回転する期間に２つの周期的変化が生じる。このとき、外部からの磁気の影響が無ければ、等角速度の回転体の回転に従って磁気が変化する。よって、第１の周期と第２の周期のそれぞれの周期は等しくなる。しかし、外部からの磁気の影響があると、磁気センサーが検出する磁気の変化が回転体の回転と連動しなくなるので、第１の周期と第２の周期は異なってくる。

本発明の流量計の周期検出制御部は、第１の周期と前記第２の周期とを比較して、所定の値よりも乖離している場合には、正確な流量の計測ができない異常状態であると判断する。所定の値は、例えば測定誤差やノイズで生じるこれらの周期の差に基づいて異常状態であると判断しないように選択されてもよい。例えば、第１の周期と第２の周期とが等しい場合を基準として、５％以上の違いが生じたときに異常状態であると判断してもよい。

このとき、本発明の流量計を外装で覆う必要はないため、大型化、重量化させることない。また、外部からの磁気を検出する専用の磁気センサーを設ける必要はないので、コストや基板設計上の制約を増大させない。そして、外部からの磁気の影響の有無を、第１の周期と前記第２の周期とを比較することで、容易に知ることが可能である。

（２）この流量計において、前記周期検出制御部は、所定の間隔で前記磁気検出信号を取得するデータ取得部と、前記データ取得部が取得した前記磁気検出信号に基づいて前記第１の周期と前記第２の周期とを検出する周期検出部と、前記データ取得部と前記周期検出部とを制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記周期検出部が検出した前記第１の周期と前記第２の周期に基づいて前記異常状態を判断し、前記異常状態であると判断した場合に、前記所定の間隔が短くなるように制御してもよい。

本発明によれば、流量計の周期検出制御部は、磁気検出信号を取得するデータ取得部、第１の周期と第２の周期とを検出する周期検出部、データ取得部と周期検出部とを制御する制御部とを含む。そして、制御部は、正確な流量の計測ができない異常状態であると判断した場合に、データ取得部における磁気検出信号を取得する所定の間隔が短くなるように制御する。このとき、データ取得部はより短い間隔で磁気検出信号をサンプリングすることができる。そのため、外部からの磁気の影響により生じた短い周期の信号（高周波の信号）を受け取る場合でも、データ取得部は正確な周期検出が可能なサンプリングを行うことができる。また、制御部は、より短い間隔でサンプリングされた磁気検出信号のデータに基づく第１の周期、第２の周期を比較することで、本当に異常状態であるかを再確認することができる。

（３）この流量計において、前記データ取得部は、アナログ信号である前記磁気検出信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバーターを含み、前記制御部は、前記異常状態であると判断した場合に、前記周期検出部に前記ＡＤコンバーターからのデジタル信号に基づいて再度前記第１の周期と前記第２の周期とを検出させてもよい。

（４）この流量計において、前記周期検出部は、前記周期検出部に前記ＡＤコンバーターからのデジタル信号に基づいて再度前記第１の周期と前記第２の周期とを検出する場合に、前記デジタル信号の極値に基づいて検出してもよい。

（５）この流量計において、前記制御部は、前記第１の周期における極値と前記第２の周期における極値とを比較し、所定の値よりも乖離している場合に前記異常状態であると判断してもよい。

これらの発明によれば、制御部は異常状態であると判断した場合に、周期検出部が含むＡＤコンバーターからのデジタル信号に基づいて再度前記第１の周期と前記第２の周期を検出させてもよい。このとき、制御部はより慎重に異常状態であるか否かの判断を行うことができる。

周期検出部は、ＡＤコンバーターからのデジタル信号の極値に基づいて第１の周期と第２の周期とを検出してもよい。つまり、極大値から極小値までの変化に基づいて周期を検出することで、確認的に第１の周期と第２の周期とを検出してもよい。

また、制御部は、第１の周期における極値と第２の周期における極値とを比較し、所定の値よりも乖離しているか否かで異常状態であるか否かを判断できる。このときの極値は、例えば極大値、極小値の一方であってもよい。例えば、第２の周期における極大値が第１の周期における極大値と比べて所定の値よりも乖離している場合に、波形乱れが生じており異常状態であると判断してもよい。極値にも基づいて判断するので、制御部はより慎重な異常状態の判断が可能になる。

（６）この流量計において、前記データ取得部は、前記磁気検出信号のサンプリングを行うコンパレーターを含み、前記制御部は、前記異常状態であると判断した場合に、前記コンパレーターの応答速度を速めるように制御してもよい。

（７）この流量計において、前記データ取得部は、前記磁気検出信号のサンプリングを行うヒステリシスコンパレーターを含み、前記制御部は、前記異常状態であると判断した場合に、前記ヒステリシスコンパレーターのヒステリシスを調整してもよい。

これらの発明によれば、制御部は異常状態を検出したときに、慎重な判断のために確認処理を行うが、このときコンパレーターの応答速度を速めることで、高周波の磁気検出信号であっても正確な周期検出が可能なサンプリングができるようにしてもよい。また、前記データ取得部はヒステリシスコンパレーターを含んでいてもよい。そして、制御部は、異常状態を検出したときにヒステリシスを調整してもよい。例えばヒステリシスを大きくとるように調整し、ノイズの影響による誤動作でないことを確認できるようにしてもよい。

（８）この流量計において、前記磁気センサーは複数であり、前記周期検出制御部は、前記磁気センサーの各々からの前記磁気検出信号に基づいて、前記第１の周期と前記第２の周期とを検出し、全ての磁気センサーからの前記磁気検出信号について、前記第１の周期と前記第２の周期とが所定の値よりも乖離している場合に前記異常状態であると判断してもよい。

本発明によれば、周期検出制御部は、複数の磁気センサーの各々からの磁気検出信号に基づいて、第１の周期と第２の周期とを検出する。そして、全ての磁気センサーについての第１の周期と第２の周期とが所定の値よりも乖離している場合に異常状態であると判断する。このとき、複数の磁気センサーからの信号に基づいて、より慎重な異常状態の判断を行うことができる。

（９）本発明は、被測定流体の流量に応じて回転する回転体に設けられた磁性体の回転による磁気の変化を検出し、前記磁気の変化に応じた磁気検出信号を生成する磁気センサーを含む流量計の制御プログラムであって、前記磁気検出信号を取得し、前記回転体が１回転する期間に含まれる、前記磁気検出信号の２つの周期的変化の周期である第１の周期と第２の周期とを検出し、前記第１の周期と前記第２の周期とを比較して、所定の値よりも乖離している場合に、前記流量計の外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態であると判断する周期検出制御部として、コンピューターを機能させる。

（１０）本発明は、被測定流体の流量に応じて回転する回転体に設けられた磁性体の回転による磁気の変化を検出し、前記磁気の変化に応じた磁気検出信号を生成する磁気センサーを含む流量計の制御方法であって、前記磁気検出信号を取得するステップと、前記回転体が１回転する期間に含まれる、前記磁気検出信号の２つの周期的変化の周期である第１の周期と第２の周期とを検出するステップと、前記第１の周期と前記第２の周期とを比較して、所定の値よりも乖離している場合に、前記流量計の外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態であると判断するステップと、を含む。

これらの発明によれば、回転体が１回転する期間に磁気センサーからの磁気検出信号の２つの周期的変化である第１の周期と第２の周期とを検出し、これらを比較することで、流量計の外部からの磁気の影響の有無を容易に知ることができる流量計の制御プログラム、流量計の制御方法を実現できる。

このとき、流量計の制御プログラム、流量計の制御方法を実行する流量計は、外装で覆われる必要はなく大型化、重量化することはない。また、流量計の制御プログラム、流量計の制御方法を実行する流量計に、外部からの磁気を検出する専用の磁気センサーを設ける必要はないので、コストや基板設計上の制約を増大させる問題も生じない。

第１実施形態の流量計のブロック図。 図２（Ａ）は流量計が設置される流路の上面図。図２（Ｂ）はその部分断面図。 図３（Ａ）〜図３（Ｂ）は磁気センサーを説明する図。 周期検出部が取得する信号を説明する図。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は外部からの磁気の影響を説明する図。 図６（Ａ）〜図６（Ｂ）は外部からの磁気の影響がない場合の磁気検出信号の２つの周期的変化を説明する図。 図７（Ａ）〜図７（Ｂ）は外部からの磁気の影響がある場合の磁気検出信号の２つの周期的変化を説明する図。 図８（Ａ）〜図８（Ｂ）は短い間隔でのサンプリングの例を示す図。 図９（Ａ）〜図９（Ｃ）はＡＤコンバーターを用いた場合の周期検出について説明する図。 フローチャート。 変形例の流量計のブロック図。

１．第１実施形態
第１実施形態の流量計について図１〜図１０を参照して説明する。ここで、流量計とは流量を測定する装置であって特定の装置に限るものではないが回転検出機能を備えているものとする。回転検出機能とは、流れによって回転する回転体の回転数等を測定する機能であり、以下では流量計が回転検出機能を実行するときの動作を回転検出動作という。

１．１．流量計の構成
図１は本実施形態の流量計１の構成を示す図である。流量計１は、磁気検出回路７０Ａ、７０Ｂと周期検出制御部２を含む。ここで、磁気検出回路７０Ａ、７０Ｂは、本発明の磁気センサーに対応し、回転体（図外）に設けられた磁性体の回転による磁気の変化を検出し、磁気の変化に応じた磁気検出信号２０７Ａ＋、２０７Ａ−、２０７Ｂ＋、２０７Ｂ−を生成する。ここで、磁気検出信号２０７Ａ＋、２０７Ａ−は磁気検出回路７０Ａの出力信号であり、磁気検出信号２０７Ｂ＋、２０７Ｂ−は磁気検出回路７０Ｂの出力信号である。なお、本実施形態の流量計１は、２つの磁気検出回路７０Ａ、７０Ｂを含むが、１つだけ含んでいても、３つ以上含んでいてもよい。

周期検出制御部２は、回転体が１回転する期間に含まれる、磁気検出信号の２つの周期的変化の周期である第１の周期と第２の周期とを検出し、第１の周期と第２の周期とを比較する。第１の周期と第２の周期については後述する。

周期検出制御部２は、所定の間隔で磁気検出信号２０７Ａ＋、２０７Ａ−、２０７Ｂ＋、２０７Ｂ−を取得するデータ取得部２０と、データ取得部が取得した磁気検出信号に基づいて第１の周期と第２の周期とを検出する周期検出部２２と、データ取得部２０と周期検出部２２とを制御する制御部２４と、を含む。

データ取得部２０は、磁気検出信号２０７Ａ＋、２０７Ａ−を差動入力信号として受け取るコンパレーター７２ＡとＡＤコンバーター（ＡＤＣ７４Ａ）を含む。また、データ取得部２０は、磁気検出信号２０７Ｂ＋、２０７Ｂ−を差動入力信号として受け取るコンパレーター７２ＢとＡＤコンバーター（ＡＤＣ７４Ｂ）を含む。コンパレーター７２Ａ、７２ＢおよびＡＤＣ７４Ａ、７４Ｂは、磁気検出信号２０７Ａ＋、２０７Ａ−、２０７Ｂ＋、２０７Ｂ−をサンプリングする所定の間隔を、制御部２４からの制御信号２０２に基づいて決定する。また、コンパレーター７２Ａ、７２ＢおよびＡＤＣ７４Ａ、７４Ｂのイネーブル、ディスエーブルも制御信号２０２により制御される。なお、コンパレーター７２Ａ、７２ＢおよびＡＤＣ７４Ａ、７４Ｂは、それぞれ独立に制御されてもよい。

周期検出部２２は、データ取得部２０からの信号２００Ａ、２００Ｂを受け取り、第１の周期と第２の周期とを検出する。信号２００Ａ、２００Ｂは、それぞれ、コンパレーター７２Ａ、７２Ｂの出力信号である。これらをまとめて信号２００とする。ここで、周期検出部２２は、制御信号２０１に基づいて、ＡＤＣ７４Ａ、７４Ｂからのデジタル信号２０４Ａ、２０４Ｂを受け取り第１の周期と第２の周期とを検出してもよい。

制御部２４は、周期検出部２２が検出した第１の周期と第２の周期に関する情報である周期情報信号２１１を受け取る。そして、第１の周期と第２の周期とを比較して、所定の値よりも乖離している場合に、流量計の外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態であると判断してもよい。このとき、判断が正しいかを検証するために、再度第１の周期と第２の周期を検出するように、データ取得部２０や周期検出部２２を動作させてもよい。

１．２．回転検出動作
流量計の回転検出動作について、図２（Ａ）〜図４を参照して説明する。図２（Ａ）は流量計が設置される流路の上面図であり、図２（Ｂ）はその部分断面図を表す。なお、図２（Ａ）では磁気センサーの図示は省略している。

流量計では、測定したい量（被測定量）を回転数に置き換えて、その回転数を例えば磁気センサーで検出して電気信号を出力する。電気信号は例えばＭＣＵで処理されて被測定量が得られる。被測定量とは、例えば水等の液体の流量であってもよいし、圧力、温度、照度等であってもよい。以下では、液体の流量を測定する流量計であるとして説明する。例えば液体は水であり、このとき水道メーターに適用可能である。

図２（Ａ）では、液体の流路１０４に羽根車１００（回転体に対応）が設置されている。液体が矢印Ｘ１の方向に流れる場合、羽根車１００は矢印Ｘ２のように時計回りに回転する。回転数を測定することで液体の流量がわかる。ここで、羽根車１００の軸には磁石１０２が取り付けられており、羽根車１００が回転することで磁気が変化する。

図２（Ｂ）は図２（Ａ）の液体の流路１０４の断面図である。羽根車１００の近くに、磁気センサー１０６が基板１０８に取り付けられて設置されている。このとき、磁気センサー１０６は羽根車１００とは非接触である。磁気センサー１０６は、羽根車１００が回転すると磁石１０２によって変化する磁気を検出する。ここで、磁気センサー１０６は、図１の磁気検出回路７０Ａ、７０Ｂに対応する。そして、検出結果に基づいて電気信号を出力し、例えば基板１０８に取り付けられたＭＣＵ（図外）がその信号を受け取って回転数を計算する。

ここで、羽根車１００が時計回りに回転することを正回転、反時計回りに回転することを逆回転とよぶ。逆回転は、液体が矢印Ｘ１とは逆の方向に流れることを示している。磁気センサー１０６は逆回転を検出できてもよい。このとき、ＭＣＵは逆回転を示す電気信号を受け取って回転数、液体の流量を調整してもよい。

図３（Ａ）は、図２（Ｂ）の磁気センサー１０６が磁気を検出する様子を示すものである。以下では、磁気センサー１０６を具体化し、磁気検出回路７０Ａ、７０Ｂとして表す。なお、図１と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。まず、磁気検出回路７０Ａは、磁気により電気抵抗が変化する磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４で構成されるホイートストンブリッジ型の回路である。

例えば、図３（Ａ）では磁気抵抗素子Ｒ２とＲ３とを横切るように磁気が発生しているとする（図３（Ａ）の磁気Ｈ_０）。このとき、例えば磁気抵抗素子Ｒ２とＲ３の抵抗値は“ｒ”から“ｒ＋Δｒ”へと変化するが、磁気抵抗素子Ｒ１とＲ４の抵抗値は“ｒ”のまま変化しない。その結果、信号２０７Ａ＋の電位は上昇し、信号２０７Ａ−の電位は低下するので、コンパレーター７２Ａから出力される信号２００Ａはハイレベル（以下“１”とする）になる。逆に、磁気抵抗素子Ｒ１とＲ４とを横切るように磁気が発生した場合には、信号２００Ａはローレベル（以下“０”とする）になる。

ここで、羽根車１００が回転すると磁石１０２によって発生する磁気も回転する。つまり、図３（Ａ）のθが時間とともに変化する。例えば、信号２００Ａは図４の上側の波形図のようにθの値に応じて変化する。磁気センサー１０６は、磁気検出回路７０Ａによって、磁気の回転に応じた信号２００Ａを出力できる。

ただし、磁気検出回路７０Ａは磁気の向きが１８０°反転しても同じように検出を行う。つまり、磁気検出回路７０Ａは磁気の向きまでは区別できない。そのため、１つの磁気検出回路７０Ａだけでは、正回転と逆回転の区別がつかない。従って、磁気センサー１０６は複数の磁気検出回路を含むことが好ましい。

図３（Ｂ）は、磁気検出回路７０Ａと４５°の狭角をもって設置される磁気検出回路７０Ｂを表す。磁気検出回路７０Ｂの磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８は図３（Ａ）の磁気検出回路７０Ａと同じようにホイートストンブリッジを構成する。

磁気検出回路７０Ｂは磁気検出回路７０Ａと同じ磁気を検出するが、コンパレーター７２Ｂから出力される信号２００Ｂは信号２００Ａと位相が異なる。４５°の狭角によって、図４の下側の波形図のように、信号２００Ａとは位相がずれた信号２００Ｂが出力されることになる。

そのため、信号２００Ａと信号２００Ｂとを組み合わせることで、正回転と逆回転の区別が可能になる。例えば信号２００Ａを１ビット目、信号２００Ｂを２ビット目とする２ビットの信号２００を考える。このとき、正回転であれば図４のように１、０、２、３、１、０、２、３、…の順番で信号２００が変化する。逆回転であれば３、２、０、１、３、２、０、１、…の順番で信号２００が変化する。

以上は、図１における磁気検出回路７０Ａ、７０Ｂとデータ取得部２０の動作に対応する。ここで、図１の周期検出部２２は、例えば流体が正回転で一定量流れているときに、磁気検出信号の周期的変化の周期を容易に測定することができる。つまり、信号２００が「１、０、２、３」と変化する時間をカウンター等で計ることで、周期検出部２２は磁気検出信号の周期的変化の周期を測定できることになる。以下では、この周期と外部からの磁気の影響との関係について詳しく説明する。

１．３．外部からの磁気による影響の検出
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は外部からの磁気の影響を説明する図である。図５（Ａ）は、羽根車（回転体に対応）の軸に取り付けられた磁石１０２（図２（Ａ）参照）によって生じる磁気Ｈ_０に対する、外部からの磁気Ｈｅの影響を表す図である。磁気Ｈ_０が流量計の外部からの磁気Ｈｅの影響を受けたとき、磁気センサーはこれらを合成した磁気Ｈを検出することになる。

図５（Ｂ）は、磁気Ｈｅがゼロのときの磁気Ｈ_０の変化を示している。一番左端のベクトルである磁気Ｈ_０を１番目として右側に向かって順に２番目、３番目…のように表現する。このとき、３番目の磁気Ｈ_０は羽根車が１８０度回転したときの状態を表す。そして、５番目の磁気Ｈ_０は羽根車が３６０度回転したときの状態である。以下磁気Ｈ_０の変化は繰り返しとなる。

図５（Ｃ）は、非ゼロの外部からの磁気Ｈｅが存在するとき磁気Ｈの変化を示している。このとき、磁気Ｈの並びは、図５（Ｂ）に対応している。このとき、例えば３番目の磁気Ｈと４番目の磁気Ｈを比較すると、向きが正反対になっており急激な変化が生じている。つまり、外部からの磁気Ｈｅの影響を受けた場合、磁気センサーが検出する磁気の変化は図５（Ｂ）のように一定ではない。その結果、磁気検出信号や前記の信号２００の変化にも乱れが生じることになる。

図６（Ａ）〜図７（Ｂ）を参照して、このような磁気検出信号の変化の乱れについて説明する。まず、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）は外部からの磁気Ｈｅの影響がない場合の磁気検出信号の２つの周期的変化を説明する図である。

このとき、図６（Ａ）のように磁気検出信号の変化は振幅Ａ０の正弦波で表すことができ、周期性に乱れはない。よって、回転体が１回転する期間２Ｔ_０の間において、磁気検出信号は２つの周期的変化を含み、それぞれの周期Ｔ_００（最初の周期的変化の周期である「第１の周期」に対応）とＴ_０１（続く周期的変化の周期である「第２の周期」に対応）とは等しい。なお、周期Ｔ_００、Ｔ_０１は周期検出部２２が信号２００に基づいて検出するが、図６（Ｂ）のように信号２００も定期的に変化している。

なお、図６（Ａ）で図示されている磁気検出信号は、図１に示した２０７Ａ＋、２０７Ｂ＋、２０７Ａ−、２０７Ｂ−に基づいて得られる、磁気の変化を表す便宜的な信号であり、図１の特定の信号に対応するものではない。しかし、具体的には、２０７Ａ＋と２０７Ａ−の差分信号と、２０７Ｂ＋と２０７Ｂ−の差分信号の組み合わせにより得られる。以下、図７（Ａ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）についても同様である。

一方、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）は外部からの磁気Ｈｅの影響がある場合の磁気検出信号の２つの周期的変化を説明する図である。このとき、図７（Ａ）のように回転体が１回転する期間２Ｔ_１の間において、磁気検出信号が２つの周期的変化を含むことは図６（Ａ）と同じである。しかし、それぞれの周期Ｔ_１０（第１の周期に対応）とＴ_１１（第２の周期に対応）とは大きく異なっている。また、磁気検出信号の振幅についても、第１の周期をもつ周期的変化ではＡ_１（＞Ａ_０）であり、第２の周期をもつ周期的変化ではＡ_２（＜Ａ_０）である。なお、期間２Ｔ_１と図６（Ａ）の期間２Ｔ_０とは等しい。このとき、周期検出部２２（図１参照）は、図７（Ｂ）のように信号２００の変化から容易に周期Ｔ_１０とＴ_１１とを検出して、周期情報信号を出力することができる。周期情報信号は、少なくとも第１の周期と第２の周期についての情報を含む信号である。

以上のように、外部からの磁気Ｈｅの影響は、前記の第１の周期と第２の周期とに表れる。そこで、制御部２４（図１参照）は周期情報信号に基づいて、第１の周期と第２の周期の差分を求めて、所定の値（例えば閾値Ｔ_ＴＨ）以上に差がある場合には、外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態と判断することができる。

ここで、閾値Ｔ_ＴＨは測定誤差やノイズで生じるこれらの第１の周期と第２の周期の差に基づいて異常状態であると誤って判断しないように選択されてもよい。制御部２４（図１参照）は、例えば閾値Ｔ_ＴＨを外部からの磁気の影響がない場合（図６（Ｂ）参照）の第１の周期Ｔ_００（＝第２の周期Ｔ_０１）の５％程度に設定してもよい。図１の制御部２４は、周期検出部２２からの周期情報信号２１１に基づいて、第１の周期と第２の周期とを比較して閾値Ｔ_ＴＨよりも乖離している場合に異常状態であると判断してもよい。図７の例では、制御部は第１の周期Ｔ_１０と第２の周期Ｔ_１１から、｜Ｔ_１０−Ｔ_１１｜＞Ｔ_ＴＨとの結果を得て、外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態であると判断する。

以上のように、制御部は、周期情報信号に基づいて得られる第１の周期と第２の周期とを比較することで、容易に流量計の外部からの磁気の影響の有無を知ることができる。なお、このとき流量計を外装で覆う必要はないため、流量計の大型化、重量化の問題は生じない。また、流量を測定するための磁気検出回路からの信号に基づいて判断を行い、外部からの磁気を検出する専用の磁気センサーを設ける必要はない。そのため、流量計のコスト増大といった問題は生じない。そして、外部からの磁気を検出する専用の磁気センサーを設置することで基板設計上の制約が生じるという問題も発生しない。

制御部は、異常状態であると判断した場合には、例えば警告を行って、流量の測定（すなわち、回転検出動作）を中止してもよい。警告とは、例えば警告ランプの点灯、警告メッセージの表示、警告音の発生等である。ただし、このような警告の実施や、流量の測定の中止には慎重な判断が求められる。そのため、制御部は異常状態であると判断した場合に、本当に異常状態であるかを再検証する再検証制御処理を行うことが好ましい。以下に、再検証制御処理について説明する。

１．４．再検証制御処理
制御部２４（図１参照）は、異常状態であると判断した場合に再検証制御処理を行って、より慎重に異常状態であるか否かの判断を行う。例えば、コンパレーター７２Ａ、７２Ｂ（図１参照）がヒステリシス調整機能付コンパレーター（以下、ヒステリシスコンパレーターとする）である場合、制御部は、制御信号２０２（図１参照）によってヒステリシスを調整してもよい。具体例としては、制御部は異常状態を検出したときにヒステリシスを大きくとるように調整し、ノイズの影響による誤動作でないことを確認できるようにしてもよい。このとき、第１の周期と第２の周期とを比較する手法は、最初に異常状態であると判断した場合と同じである。

なお、ヒステリシスコンパレーターでない場合でも、コンパレーターの応答速度を速めるように制御してもよい。例えば、制御部がコンパレーターのイネーブル／ディスエーブルを制御している場合には、イネーブルになる頻度、間隔を多くしてもよい。また、コンパレーターのバイアス電流を増加させるように制御を行い、応答速度を速めてもよい。

また、制御部は、データ取得部が磁気検出信号を取得する間隔（以下、サンプリング間隔）を短くすることで、磁気検出信号が高周波信号を含む場合にも正確に第１の周期と第２の周期とを求めることが可能になる。図８（Ａ）は、最初に異常状態であると判断した場合のサンプリング間隔ｔ_０を表す。このとき、磁気検出信号は、外部からの磁気の影響により生じた短い周期の信号（高周波の信号、Ｔ_１１）を含む。そのため、磁気検出信号の周期的変化を正確に把握するためには、よりサンプリング間隔を短くした方がよい。

図８（Ｂ）は、制御部が再検証制御処理の１つとして、サンプリング間隔を短くした場合の例を表す。このとき、サンプリング間隔ｔ_１は図８（Ａ）のサンプリング間隔ｔ_０よりも短く、磁気検出信号の周期的変化を正確に把握することが可能になる。従って、制御部は、サンプリング間隔を短くした後で第１の周期と第２の周期とを比較することで、異常状態であるか否かをより慎重に判断することができる。

ここで、これまでの第１の周期と第２の周期の検出は、コンパレーターを用いて行っていた。つまり、コンパレーターの出力値の変化から、磁気検出信号のゼロクロス点の間隔を把握していた。このことは、より消費電力が少なく、回路規模の小さいコンパレーターで容易に第１の周期と第２の周期を求められるという利点があった。しかし、例えばＡＤコンバーターを併用して第１の周期と第２の周期の検出できるならば、より慎重な判断を行うことが可能になる。このような再検証制御処理について、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を参照して説明する。

なお、ここでは重複説明を避けるために、図１のＡＤＣ７４Ａ、７４ＢのうちＡＤＣ７４Ａについてのみ説明するが、制御部はＡＤＣ７４Ｂについても同様の動作を実行させる。このとき、制御部は、全ての磁気センサー（この例では、図１の磁気検出回路７０Ａ、７０Ｂ）についての第１の周期と第２の周期とを独立に比較してもよい。そして、全ての磁気センサーの第１の周期と第２の周期との差の絶対値が所定の値（この例では、閾値Ｔ_ＴＨ）よりも大きい場合に異常状態であると判断してもよい。このとき、複数の磁気センサーからの信号に基づいて、より慎重な異常状態の判断を行うことができる。

図９（Ａ）は、例えば図８（Ａ）に対応する、外部からの磁気の影響がある場合の磁気検出信号を表す。このとき、磁気検出信号の振幅は、第１の周期をもつ周期的変化ではａ_１であり、第２の周期をもつ周期的変化ではａ_２であるとする。このとき、図１のコンパレーター７２Ａの出力である信号２００Ａは、図９（Ｂ）のように変化する。図９（Ｂ）のように、このとき磁気検出信号のゼロクロス点に対応する“０”から“１”（又はその逆）の遷移を検出して、第１の周期Ｔ_３と第２の周期Ｔ_４を検出することができる。しかし、このような第１の周期、第２の周期の求め方は、再検証制御処理に特有のものではない。

そこで、図９（Ｃ）のように、再検証制御処理ではＡＤＣ７４Ａの出力を用いてもよい。このとき、異なる手法で第１の周期、第２の周期を求めるため、より慎重な異常状態の判断が可能になるからである。なお、図９（Ｃ）のＤ（ａ_１）は図９（Ａ）のａ_１をデジタル信号に変換した場合のレベルを表す。Ｄ（ａ_２）、Ｄ（−ａ_１）、Ｄ（−ａ_２）についても同様である。このとき、周期検出部は、ＡＤＣ７４Ａの出力であるデジタル信号から極値（極大値、極小値）を求めて第１の周期、第２の周期を得てもよい。つまり、デジタル信号の微分値を求めて、符号が変化するときに極値をとるとして、図９（Ｃ）のように、第１の周期の半分（Ｔ_５／２）、第２の周期の半分（Ｔ_６／２）を求めてもよい。そして、制御部はこれらを周期情報信号として受け取り、ＡＤＣ７４Ａを用いて得られた第１の周期と第２の周期とを用いて比較し、異常状態であるか否かを再確認してもよい。また、制御部は、振幅の値（図９（Ｃ）のＡ_５とＡ_６）についても取得し、振幅の値が一定でない場合に異常状態であると確認することも可能である。例えば制御部は、周期情報信号２１１として第１の周期、第２の周期における極値の情報（図９（Ｃ）の例では、振幅の値Ａ_５、Ａ_６）も取得する。そして、これらの値が所定の値よりも乖離している場合に異常状態であると確認する。ここでの所定の値は、例えば固定値でもよいし、異常がない場合に取得された極値に基づいて定められてもよい。

なお、ＡＤＣ７４Ａが使用されるのは再検証制御処理の場合だけである。従って、制御部は再検証制御処理が行われない場合には、ＡＤＣ７４Ａをディスエーブル状態にして、消費電力を増大させないことが好ましい。

このように、再検証制御処理を行うことによって、制御部は異常状態であるか否かについて慎重な判断を行うことが可能になる。

１．５．フローチャート
本実施形態の周期検出制御部（データ取得部、周期検出部、制御部）は、図１０のフローチャートに従った制御を行う。例えば、周期検出制御部の全体又は一部がＭＣＵで構成される場合には、このフローチャートに従ったプログラムを用いて処理を行ってもよい。

まず、データ取得部が磁気検出信号を取得する（Ｓ２）。取得とは例えば所定のサンプリング間隔でサンプリングすることであってもよい。そして、周期検出部が第１の周期と第２の周期を検出する（Ｓ４）。例えば図６（Ｂ）、図７（Ｂ）の信号２００の周期的な変化についてカウンター等を用いて計ってもよい。そして、制御部は、第１の周期と第２の周期が所定の値よりも乖離しているかを判断する（Ｓ６）。所定の値とは、例えば前記の閾値Ｔ_ＴＨである。第１の周期と第２の周期が所定の値よりも乖離している場合には（Ｓ６：ｙｅｓ）、異常状態に対応する制御（例えば、再検証制御処理）を実行する。その後、および第１の周期と第２の周期が所定の値より乖離していなかった場合（Ｓ６：ｎｏ）には、ステップＳ２に戻る。

このフローチャートに従った流量計の制御方法によって、流量計の外部からの磁気の影響の有無を容易に知ることができる。このとき、外装で覆われた流量計を要求するものではなく、流量計の大型化、重量化の問題は生じない。また、外部からの磁気を検出する専用の磁気センサーを設けることを要求するものではない。そのため、流量計のコスト増大、基板設計上の制約が生じるという問題も発生しない。

２．変形例
本実施形態の変形例について図１１を用いて説明する。なお、図１〜図１０と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。図１の周期検出制御部２は、ロジック回路で構成されていてもよいし、アナログ回路で構成されていてもよいが、本変形例ではプログラマブルなＭＣＵ２Ａであるとする。つまり、本変形例ではＭＣＵ２Ａを含み、ＭＣＵ２Ａによって第１実施形態の周期検出制御部２（図１参照）の機能が実現される。

変形例の流量計１Ａは、ＭＣＵ２Ａをプログラムによって前記のデータ取得部、周期検出部、制御部として機能させる。そして、流量計１Ａはプログラムや中間データを記憶する記憶部２６を含む。記憶部２６は、ＲＡＭやＲＯＭを１つ又は複数含んでいてもよい。なお、記憶部２６に含まれるメモリーは特定の種類に限られるものでもない。

３．その他
これらの例示に限らず、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。

また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１，１Ａ…流量計、２…周期検出制御部、２Ａ…ＭＣＵ、２０…データ取得部、２２…周期検出部、２４…制御部、２６…記憶部、７０Ａ，７０Ｂ…磁気検出回路、７２Ａ，７２Ｂ…コンパレーター、７４Ａ，７４Ｂ…ＡＤＣ、１００…羽根車、１０２…磁石、１０４…流路、１０６…磁気センサー、１０８…基板、２００，２００Ａ，２００Ｂ…信号、２０１，２０２…制御信号、２０４Ａ，２０４Ｂ…デジタル信号、２０７Ａ＋，２０７Ａ−，２０７Ｂ＋，２０７Ｂ−…磁気検出信号、２１１…周期情報信号

Claims (10)

1. 被測定流体の流量に応じて回転する回転体を備えた流量計であって、
   前記回転体に設けられた磁性体の回転による磁気の変化を検出し、前記磁気の変化に応じた磁気検出信号を生成する磁気センサーと、
   前記磁気検出信号に基づいて、前記流量計の外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態であるか否かを判断する周期検出制御部と、を含み、
   前記周期検出制御部は、
   前記回転体が１回転する期間に含まれる、前記磁気検出信号の２つの周期的変化の周期である第１の周期と第２の周期とを検出し、
   前記第１の周期と前記第２の周期とを比較して、所定の値よりも乖離している場合に前記異常状態であると判断する流量計。
2. 請求項１に記載の流量計において、
   前記周期検出制御部は、
   所定の間隔で前記磁気検出信号を取得するデータ取得部と、
   前記データ取得部が取得した前記磁気検出信号に基づいて前記第１の周期と前記第２の周期とを検出する周期検出部と、
   前記データ取得部と前記周期検出部とを制御する制御部と、を含み、
   前記制御部は、
   前記周期検出部が検出した前記第１の周期と前記第２の周期に基づいて前記異常状態を判断し、
   前記異常状態であると判断した場合に、前記所定の間隔が短くなるように制御する流量計。
3. 請求項２に記載の流量計において、
   前記データ取得部は、
   アナログ信号である前記磁気検出信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバーターを含み、
   前記制御部は、
   前記異常状態であると判断した場合に、前記周期検出部に前記ＡＤコンバーターからのデジタル信号に基づいて再度前記第１の周期と前記第２の周期とを検出させる流量計。
4. 請求項３に記載の流量計において、
   前記周期検出部は、
   前記ＡＤコンバーターからのデジタル信号に基づいて再度前記第１の周期と前記第２の周期とを検出する場合に、前記デジタル信号の極値に基づいて検出する流量計。
5. 請求項４に記載の流量計において、
   前記制御部は、
   前記第１の周期における極値と前記第２の周期における極値とを比較し、所定の値よりも乖離している場合に前記異常状態であると判断する流量計。
6. 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の流量計において、
   前記データ取得部は、
   前記磁気検出信号のサンプリングを行うコンパレーターを含み、
   前記制御部は、
   前記異常状態であると判断した場合に、前記コンパレーターの応答速度を速めるように制御する流量計。
7. 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の流量計において、
   前記データ取得部は、
   前記磁気検出信号のサンプリングを行うヒステリシスコンパレーターを含み、
   前記制御部は、
   前記異常状態であると判断した場合に、前記ヒステリシスコンパレーターのヒステリシスを調整する流量計。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流量計において、
   前記磁気センサーは複数であり、
   前記周期検出制御部は、
   前記磁気センサーの各々からの前記磁気検出信号に基づいて、前記第１の周期と前記第２の周期とを検出し、
   全ての磁気センサーからの前記磁気検出信号について、前記第１の周期と前記第２の周期とが所定の値よりも乖離している場合に前記異常状態であると判断する流量計。
9. 被測定流体の流量に応じて回転する回転体に設けられた磁性体の回転による磁気の変化を検出し、前記磁気の変化に応じた磁気検出信号を生成する磁気センサーを含む流量計の制御プログラムであって、
   前記磁気検出信号を取得し、
   前記回転体が１回転する期間に含まれる、前記磁気検出信号の２つの周期的変化の周期である第１の周期と第２の周期とを検出し、
   前記第１の周期と前記第２の周期とを比較して、所定の値よりも乖離している場合に、前記流量計の外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態であると判断する周期検出制御部として、コンピューターを機能させる、流量計の制御プログラム。
10. 被測定流体の流量に応じて回転する回転体に設けられた磁性体の回転による磁気の変化を検出し、前記磁気の変化に応じた磁気検出信号を生成する磁気センサーを含む流量計の制御方法であって、
    前記磁気検出信号を取得するステップと、
    前記回転体が１回転する期間に含まれる、前記磁気検出信号の２つの周期的変化の周期である第１の周期と第２の周期とを検出するステップと、
    前記第１の周期と前記第２の周期とを比較して、所定の値よりも乖離している場合に、前記流量計の外部からの磁気の影響により正確な流量の計測ができない異常状態であると判断するステップと、を含む流量計の制御方法。