JP7134830B2 - 超音波流量計、流量計測方法、および流量演算装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波流量計において、超音波信号の受信波を示す検出電圧の振幅が閾値を上回った後のゼロクロス時刻から求めた超音波信号の伝搬時間に基づいて、流量を計測する流量計測技術に関する。

一般に、超音波流量計では、流体の流れを横切るように２つのトランスデューサを対向配置し、順逆方向のそれぞれで超音波信号を送受信して、繰り返し計測がすべて終わった後に、トランスデューサ間における超音波伝搬時間を計算し、順逆方向における超音波伝搬時間の伝搬時間差に基づいて流体の流量を計算している。

超音波伝搬時間を検出するための一方法として、超音波信号の受信波を示す検出電圧（ＡＣ電圧）がゼロ電圧（０Ｖ）と交差するゼロクロス時刻に基づいて超音波伝搬時間を検出する、いわゆるゼロクロス法が用いられている。
このゼロクロス法では、伝搬時間を求める際、受信波に含まれる複数のパルスのうち、常に同じパルスと対応するゼロクロス点を使用する必要がある。

受信波にノイズ成分が重畳して波形歪みが生じた場合、ゼロクロス点の時間位置が前側または後側に１超音波周期分ずれる場合がある。このようなゼロクロス点のずれが生じた場合、これに応じて超音波伝搬時間が変化するため、流量計測誤差の要因となる。
従来、このようなゼロクロス点のずれに対応する技術として、超音波伝搬時間の変化量が超音波周期と等しい場合には誤検出と見なして、当該変化量の値に基づいてゼロクロス点のずれ方向を判別して補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。

特開２０１４－２２４６８５号公報

しかしながら、このような従来技術では、ゼロクロス点の平均時刻に対して超音波周期長を足し引きすることにより、ゼロクロス点の時間位置を補正しているが、超音波周期は流体温度などの影響で変化するとともに、各波の周期は完全に一致するものではない。このため、ゼロクロス点の時間位置を正しく補正することができず、精度よく超音波信号の伝搬時間を検出することができないという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、超音波信号の受信波を示す検出電圧から精度よく超音波信号の伝搬時間を検出することができる流量計測技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる超音波流量計は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程ごとに得られた前記超音波信号の順・逆方向における伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、前記計測工程ごとに、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、前記検出電圧が前記閾値電圧を超えた後、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回検出し、検出した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納するゼロクロス検出部と、前記時刻配列間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うシフト処理部と、前記シフト処理の処理結果に基づいて前記格納位置のうちから前記伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、前記シフト処理後の各時刻配列の前記目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算部とを備えている。

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記シフト処理部が、前記時刻配列のうち同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻の時刻差が最小となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするようにしたものである。

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記シフト処理部が、前記時刻配列のうち前記シフト処理が処理済みの時刻配列のゼロクロス時刻から、整合対象となる整合格納位置におけるゼロクロス時刻を予測し、得られた予測ゼロクロス時刻と前記整合格納位置におけるゼロクロス時刻との時刻差が最小となるよう、前記シフト処理が未処理の前記時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするようにしたものである。

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記流量計算部が、前記目標格納位置を特定する際、前記シフト処理後の前記時刻配列のうち、前記ゼロクロス時刻が最初に格納されている先頭格納位置が同一である時刻配列数をそれぞれ計数し、得られた時刻配列数が最も大きい前記シフト処理後の時刻配列における、予め設定されている基準格納位置を前記目標格納位置として特定するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記流量計算部が、前記目標格納位置を特定する際、前記シフト処理で適用した個々のシフトパターンに関する適用頻度をそれぞれ計算し、得られた使用頻度が最も高いシフトパターンが適用された前記シフト処理後の時刻配列における、予め設定されている基準格納位置を前記目標格納位置として特定するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記流量計算部が、前記目標格納位置を特定する際、前記シフト処理後の前記時刻配列のうち、前記ゼロクロス時刻が最初に格納されている先頭格納位置が同一である時刻配列数をそれぞれ計数し、これら時刻配列数のうち隣接する２つの先頭格納位置に関する時刻配列数の和を計算し、得られた時刻配列数の和が最も大きい前記シフト処理後の２つの時刻配列のいずれか一方における、予め設定されている基準格納位置を前記目標格納位置として特定するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記流量計算部が、前記目標格納位置を特定する際、前記シフト処理で適用した個々のシフトパターンに関する適用頻度をそれぞれ計算し、これら適用頻度のうち先頭格納位置が隣接する２つのシフトパターンに関する適用頻度の和を計算し、得られた適用頻度の和が最も大きい前記シフト処理後の２つの時刻配列のいずれか一方における、予め設定されている基準格納位置を前記目標格納位置として特定するようにしたものである。

また、本発明にかかる流量計測方法は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程ごとに得られた前記超音波信号の順・逆方向における伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計で用いられる流量計測方法であって、ゼロクロス検出部は、前記計測工程ごとに、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、前記検出電圧が前記閾値電圧を超えた後、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回検出し、検出した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納するゼロクロス検出ステップと、シフト処理部が、前記時刻配列間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うシフト処理ステップと、流量計算部が、前記シフト処理の処理結果に基づいて前記格納位置のうちから前記伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、前記シフト処理後の各時刻配列の前記目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計測ステップとを備えている。

また、本発明にかかる流量演算装置は、超音波流量計で用いられて、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程ごとに得られた前記超音波信号の順・逆方向における伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、前記計測工程ごとに、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、前記検出電圧が前記閾値電圧を超えた後、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回検出し、検出した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納するゼロクロス検出部と、前記時刻配列間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うシフト処理部と、前記シフト処理の処理結果に基づいて前記格納位置のうちから前記伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、前記シフト処理後の各時刻配列の前記目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算部とを備えている。

本発明によれば、シフト処理後の時刻配列に格納されている各ゼロクロス時刻のずれが補正されて、各時刻配列の同一格納位置に、それぞれ同一のゼロクロス点に対応するゼロクロス時刻が格納されていることになる。したがって、各時刻配列のうち、目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻を特定すれば、これらは同一のゼロクロス点のゼロクロス時刻であることになる。このため、結果として、超音波信号の受信波を示す検出電圧から精度よく超音波信号の伝搬時間を求めることが可能となる。

超音波流量計の構成を示すブロック図である。 検出電圧とゼロクロス点との関係を示す信号波形図である。 ゼロクロス点に関する時間間隔と変動を示す説明図である。 流量計測処理を示すフローチャートである。 シフト処理Ａの例を示す説明図である。 シフト処理Ｂの例を示す説明図である。 目標格納位置特定処理Ａの例を示す説明図である。 目標格納位置特定処理Ｂの例を示す説明図である。 目標格納位置特定処理Ｃの例を示す説明図である。 目標格納位置特定処理Ｄの例を示す説明図である。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［超音波流量計］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計１について説明する。図１は、超音波流量計の構成を示すブロック図である。

この超音波流量計１は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を順逆両方向で送受信する計測工程をＸ（Ｘは２以上の整数）回実施し、これら計測工程ごと得られた、流体の流れ沿った順方向に送信した超音波信号の伝搬時間と、流れとは逆方向に送信した超音波信号の伝搬時間とに基づいて、流体の流量を計測する超音波流量計である。

図１に示すように、超音波流量計１は、計測対象となる流体が流れる円筒形状の測定管Ｐと、測定管Ｐの外周面のうち流体が流れる方向に対して上流側と下流側にそれぞれ取り付けられた一対のトランスデューサＴＤ１，ＴＤ２と、これらＴＤ１，ＴＤ２で検出された超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の受信波を信号処理して流量を計算出力する流量演算装置１０とから構成されている。

ＴＤ１（ＴＤ２）は、配線Ｗを介して接続された流量演算装置１０からの送信指示信号に応じて、測定管Ｐ内に向けて超音波信号Ｕ１を送信する。ＴＤ２（ＴＤ１）は、測定管Ｐ内を流れる流体を通過した、ＴＤ１（ＴＤ２）からの超音波信号Ｕ１（Ｕ２）を受信し、その受信結果を示す検出信号を、配線Ｗを介して流量演算装置１０へ出力する。

この際、Ｕ１，Ｕ２の伝搬時間ｔ１，ｔ２は、流体の流れから受ける影響が異なるため、流体の流量Ｑに応じた分だけｔ１，ｔ２の差、すなわち伝搬時間差Δｔが生じる。超音波流量計は、このΔｔに基づいて流量Ｑを導出するようにしたものである。なお、本実施の形態にかかる流量演算装置１０で用いる、ΔｔからＱを求める演算手法については、一般的な超音波流量計で用いられている公知の計算式を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。

［発明の原理］
次に、図２を参照して、本発明の原理について説明する。図２は、検出電圧とゼロクロス点との関係を示す信号波形図である。
トランスデューサＴＤ１，ＴＤ２から流量演算装置１０へ入力される検出信号を示す検出電圧Ｖｉｎは、図２に示すように、振幅が時間軸に沿って増減する複数の正弦波交流パルスからなる。
流量演算装置１０は、前述したゼロクロス法と同様に、Ｖｉｎがゼロ電圧Ｖｚ（０Ｖ）と交差する複数のゼロクロス点のうちから目標ゼロクロス点を検出して、その目標ゼロクロス点の時刻をＶｉｎと対応する超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の受信時刻として特定し、得られた受信時刻によりＵ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）さらには伝搬時間差Δｔを計算して、流量Ｑを導出する。

複数のゼロクロス点のうちから目標ゼロクロス点を特定する際、流量演算装置１０は、Ｖｉｎが予め設定した閾値電圧Ｖｓを超えたトリガー点を検出することにより、Ｖｉｎに含まれる複数の正側（負側）パルスのうち、先頭からＭ（Ｍは２以上の整数）個目のパルスを目標パルスとして特定し、このトリガー点以降に検出されたＨ（Ｈは３以上の整数）個のゼロクロス点のうち先頭からＮ１，Ｎ２（Ｎ１，Ｎ２は１～Ｈの整数）個目を目標ゼロクロス点として特定している。

各計測工程において、多くの場合、正しいタイミングすなわち目標パルスでトリガー点が検出されるものの、Ｖｉｎに対するノイズ成分の重畳などによるＶｉｎの振幅変化が発生した場合、トリガー点が１超音周期分だけ前後にずれて検出される場合がある。
図２では、Ｍ＝３，Ｈ＝５，Ｎ１＝２，Ｎ２＝３の場合が例として示されており、Ｖｉｎの先頭から３（Ｍ＝３）波目すなわちパルスＰ３以降の５（Ｈ＝５）のゼロクロス点Ｚ３～Ｚ７のうち、先頭から２，３（Ｎ１＝２，Ｎ２＝３）個目のゼロクロス点Ｚ４，Ｚ５を目標ゼロクロス点として特定する例が示されている。

この場合、ＶｉｎとＶｓを比較してパルスＰ３を検出するためには、１つ前のパルスＰ２の振幅がＶｓを超えず、Ｐ３で初めてＶｓを超えるよう、Ｖｓの電圧値が経験的に設定されている。このため、図２に示すように、ＶｉｎがＶｉｎ＃１である場合、Ｐ３のＶｉｎ＃１が時刻Ｔｓ１にＶｓを超えているため、トリガー点が目標パルスで正しく検出される。これにより、Ｔｓ１にゼロクロス点の検出が開始され、結果としてＴｓ１から２つ目，３つ目に検出されたゼロクロス点Ｚ４，Ｚ５が目標ゼロクロス点として検出される。

一方、ノイズ成分の重畳などの影響でＶｉｎの振幅が増大し、図２に示すように、ＶｉｎがＶｉｎ＃２のように変化した場合、Ｐ３の手前のＰ２のＶｉｎ＃２が時刻Ｔｓ２にＶｓを超えてしまうことになり、トリガー点が目標パルスより１超音周期分だけ早めに検出されることになる。この場合には、Ｔｓ１より手前のＴｓ２にゼロクロス点の検出が開始され、結果としてＴｓ２から２つ目，３つ目に検出されたゼロクロス点Ｚ２，Ｚ３が目標ゼロクロス点として検出されることになる。

このため、各ゼロクロス点のゼロクロス時刻を計測工程ｉに対応する時刻配列Ｄ＃ｉに格納した場合、Ｖｉｎ＃１がＶｓを超えた時刻Ｔｓ１以降に検出されたゼロクロス点Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６，Ｚ７に対応するゼロクロス時刻Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７が、時刻配列Ｄ＃１に対して格納されることになる。また、Ｖｉｎ＃２がＶｓを超えた時刻Ｔｓ２以降に検出されたゼロクロス点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５に対応するゼロクロス時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５が、時刻配列Ｄ＃２に対して格納されることになる。

したがって、図２の例では、Ｖｉｎ＃１の場合にＴｓ１以降に検出した最初のゼロクロス点と、Ｖｉｎ＃２の場合にＴｓ２以降に検出した先頭から３番目のゼロクロス点の検出時刻は、Ｚ３の時刻Ｔ３とほぼ等しくなる。また、Ｖｉｎ＃１の場合にＴｓ１以降に検出した先頭から３番目のゼロクロス点と、Ｖｉｎ＃２の場合にＴｓ２以降に検出した先頭から５番目のゼロクロス点の検出時刻は、Ｚ５の時刻Ｔ５とほぼ等しくなる。

一方、ゼロクロス点に関する時間間隔と変動とには一定の関係が見られる。図３は、ゼロクロス点に関する時間間隔と変動を示す説明図であり、各ゼロクロス点の検出時刻をＶｉｎ＃ｉ（ｉは１～Ｘの整数）ごとに時間軸上にプロットしたものである。

個々のゼロクロス点の検出時刻を観察すると、図３に示すように、ゼロクロス点の検出時刻は、Ｖｉｎのノイズや脈動などの影響で変動するものの、その変動幅は限定的であり、実際の計測では真値に対して±４００ｎｓｅｃ程度であった。一方、Ｖｉｎのパルス幅は超音波信号Ｕ１，Ｕ２の信号周波数ｆｕに依存してほぼ一定であり、例えば、ｆｕ＝５００ｋＨｚの場合、Ｕ１，Ｕ２の半波長は１０００ｎｓｅｃであり、ゼロクロス点の時間間隔もほぼ同じ１０００ｎｓｅｃである。

このため、短い時間間隔で複数回の計測を行い、隣接する２回計測の間（例えば、Ｖｉｎ＃１とＶｉｎ＃２）、ゼロクロス点の検出時刻が、ゼロクロス点の時間間隔１０００ｎｓｅｃを超えて変動することは、まずありえないことが分かった。また、電圧がマイナスからゼロに通過するプラスゼロクロス点同士や、電圧がプラスからゼロに通過するマイナスゼロクロス点同士の時間間隔は、ほぼ２０００ｎｓｅｃである。

本発明は、このようなゼロクロス点の時間間隔と変動との関係に着目し、超音波信号Ｕ１，Ｕ２が繰り返し送受信される計測工程ｉ（ｉ＝１～Ｘの整数）において、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが入力されるごとに、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓを超えた後に検出した複数のゼロクロス点のゼロクロス時刻を時刻配列Ｄ＃ｉに格納し、同一格納位置におけるゼロクロス時刻間の時刻差が最小となるよう、各時刻配列Ｄ＃ｉにおけるゼロクロス時刻の格納位置をシフトするシフト処理を行うようにしたものである。そして、シフト処理後の時刻配列から、予め設定されている目標格納位置に格納されているゼロクロス時刻を抽出し、これらゼロクロス時刻を統計処理して得られた受信時刻に基づき、Ｕ１，Ｕ２の伝搬時間ｔ１，ｔ２を計算するようにしたものである。

［流量演算装置］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、流量演算装置１０は、主な機能部として、入出力Ｉ／Ｆ部１１、記憶部１２、計測制御部１３、ゼロクロス検出部１４、シフト処理部１５、流量計算部１６、および流量出力部１７を備えている。これら機能部のうち、計測制御部１３、ゼロクロス検出部１４、シフト処理部１５、流量計算部１６、および流量出力部１７は、ＣＰＵとプログラムが協働することにより実現される。

入出力Ｉ／Ｆ部１１は、配線Ｗを介してトランスデューサＴＤ１，ＴＤ２と接続されて、ＴＤ１，ＴＤ２との間で計測に用いる各種信号をやり取りする機能を有している。
記憶部１２は、半導体メモリやハードディスクなどの記憶装置からなり、流量演算装置１０での流量計測動作に用いる各種処理データやプログラムを記憶する機能を有している。

計測制御部１３は、予め設定されている周期的な計測タイミングの到来、あるいはオペレータや上位装置（図示ぜず）からの任意のタイミングにおける指示に応じて、入出力Ｉ／Ｆ部１１からＴＤ１，ＴＤ２に対して送信指示信号を出力することにより、ＴＤ１，ＴＤ２間で計測対象となる流体を介して超音波信号Ｕ１，Ｕ２を両方向で交互に送受信する計測工程を、Ｘ（Ｘは２以上の整数）回繰り返し実施する機能を有している。

ゼロクロス検出部１４は、計測工程ｉ（ｉは１～Ｘの整数）ごとに、超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の受信波を示す検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと予め設定した閾値電圧Ｖｓとを比較する機能と、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓを超えた後、Ｖｉがゼロ電圧Ｖｚ（０Ｖ）とゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回検出する機能と、検出した複数のゼロクロス時刻を計測工程ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉのうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納し、記憶部１２に保存する機能とを有している。

シフト処理部１５は、記憶部１２に保存されている時刻配列Ｄ＃ｉを参照し、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列Ｄ＃ｉにおけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行う機能を有している。

流量計算部１６は、シフト処理部１５でのシフト処理の処理結果に基づいて、格納位置のうちから伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、シフト処理後の各時刻配列の目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻を、対応するＶｉｎ＃ｉの受信時刻ｔｒとして特定する機能と、受信時刻ｔｒを用いて計算したＵ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）に基づいて、流体の流量Ｑを計算し、記憶部１２に保存する機能とを有している。

流量出力部１７は、通信ネットワークＮＷを介して上位装置（図示せず）と接続し、定期的あるいは上位装置からの出力指示に応じて、記憶部１２から流量Ｑを取得して上位装置へ出力する機能とを有している。

［本実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置１０の動作について説明する。図４は、流量計測処理を示すフローチャートである。
流量演算装置１０のゼロクロス検出部１４、シフト処理部１５、および流量計算部１６は、計測制御部１３による計測工程ごとに、図４の流量計測処理を実行する。

ここでは、一連の計測工程で検出される検出電圧Ｖｉｎの数を、超音波信号の順方向と逆方向のそれぞれでＸ個とし、検出したＶｉｎの先頭から３個目（Ｍ＝３）のパルスＰ３を検出し、Ｐ３以降の５個（Ｈ＝５）のゼロクロス点を検出し、そのうち先頭から２，３（Ｎ１＝２，Ｎ２＝３）番目を目標ゼロクロス点として選択する場合について、そのいずれか一方向を例として説明する。なお、Ｖｓは、先頭から２個目のパルスＰ２の振幅より高くＰ３の振幅より低い電圧値が経験的に設定されているものとする。

まず、ゼロクロス検出部１４は、計測工程ｉ（ｉ＝１～Ｘの整数）において入出力Ｉ／Ｆ部１１でＡ／Ｄ変換された検出電圧Ｖｉｎ＃ｉを新たに取得し（ステップＳ１００）、Ｖｉｎ＃ｉと閾値電圧Ｖｓとを比較する（ステップＳ１０１）。ここで、Ｖｉｎ＃ｉ≦Ｖｓの場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ゼロクロスの検出を開始せず、ステップＳ１００へ戻る。
一方、Ｖｉｎ＃ｉ＞Ｖｓとなり、トリガー点を検出した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ゼロクロス検出部１４は、ゼロクロス点の検出を開始する。

まず、ゼロクロス検出部１４は、時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋを予め設定されているＫ（Ｋ＝Ｈ－２）番目に初期化した後（ステップＳ１１０）、入出力Ｉ／Ｆ部１１でＡ／Ｄ変換された検出電圧Ｖｉｎ＃ｉを新たに取得し（ステップＳ１１１）、Ｖｉｎ＃ｉの極性変化の有無によりゼロクロス点かどうか確認する（ステップＳ１１２）。ここで、Ｖｉｎ＃ｉの極性変化がなくゼロクロス点でない場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）、ステップＳ１１１へ戻る。

一方、Ｖｉｎ＃ｉの極性変化があり、ゼロクロス点を検出した場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、ゼロクロス点を検出したＶｉｎ＃ｉの時刻をゼロクロス時刻Ｔｚとして取得し（ステップＳ１１３）、時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋにＴｚを格納する（ステップＳ１１４）。
この後、ゼロクロス検出部１４は、格納位置ｋをインクリメントして（ｋ＝ｋ＋１）、ｋとＫ＋Ｍとを比較することにより、ゼロクロス検出の完了を確認し（ステップＳ１１５）、ｋ≦Ｋ＋Ｍであり、ゼロクロス検出が未完了の場合（ステップＳ１１５：ＮＯ）、ステップＳ１１１に戻る。

一方、ｋ＞Ｋ＋Ｍであり、Ｍ個のゼロクロス点の検出が完了した場合（ステップＳ１１５：ＹＥＳ）、ゼロクロス検出部１４は、計測工程番号ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）した後、Ｘと比較することにより、計測工程の完了を確認し（ステップＳ１１６）、ｉ≦Ｘであり、計測工程が未完了の場合（ステップＳ１１６：ＮＯ）、ステップＳ１００に戻る。

一方、ｉ＞Ｘであり、計測工程がすべて完了した場合（ステップＳ１１６：ＹＥＳ）、シフト処理部１５は、記憶部１２に保存されているＸ個の時刻配列Ｄ＃ｉを参照し、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻間の時刻差が最小となるよう、これら時刻配列Ｄ＃ｉにおけるゼロクロス時刻の格納位置をシフトするシフト処理を実行する（ステップＳ１２０）。

この後、流量計算部１６は、シフト処理後の時刻配列Ｄ＃ｉごとに、予め設定されている目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻を、対応するＶｉｎ＃ｉの受信時刻ｔｒとして特定し、受信時刻ｔｒを用いて計算したＵ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）に基づいて、流体の流量Ｑを計算し、得られたＱを記憶部１２に保存し（ステップＳ１３０）、一連の流量計測処理を終了する。

［シフト処理］
次に、図４のステップＳ１２０で実行されるシフト処理部１５のシフト処理について説明する。シフト処理の具体例については、以下に示す手法Ａ，Ｂの２通りがある。ここでは、前述した図２の目標ゼロクロス点と同様に、Ｖｉｎの先頭から３（Ｍ＝３）個目のパルスを検出し、それ以降に検出された５（Ｈ＝５）個のゼロクロス点のうち先頭から２，３（Ｎ１＝２，Ｎ２＝３）個目を目標ゼロクロス点として検出する場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、Ｍ，Ｈ，Ｎとして異なる数を用いてもよい。また、伝搬時間の計算に用いる目標ゼロクロス時刻が2つ（Ｎ１，Ｎ２）の場合を例として説明するが、少なくとも１つ以上の目標ゼロクロス時刻が特定されていればいい。

［シフト処理Ａ］
まず、図５を参照して、シフト処理部１５におけるシフト処理Ａについて説明する。図５は、シフト処理Ａの例を示す説明図である。
シフト処理Ａは、時刻配列Ｄ＃ｉのうち同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻の時刻差が最小となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトする手法である。

時刻配列Ｄ＃ｉは、ゼロクロス検出部１４により、各計測工程ｉで検出された検出電圧Ｖｉｎ＃ｉごとに、記憶部１２に保存される。図５では、Ｖｉｎ＃ｉごとに検出するゼロクロス点の数を５個（Ｈ＝５）とした例が示されており、これらゼロクロス点の各ゼロクロス時刻は、検出時の格納位置の前後に少なくとも２個（Ｈ－３）ずつオフセットが設けられている。これらオフセットは、検出時に格納位置Ｋ（Ｋ＝Ｈ－２）から格納したゼロクロス時刻を、損失することなく前後にシフトさせるためである。これにより、少なくとも格納位置は全部で９個となる。

まず、シフト処理部１５は、予め設定されている整合対象となる整合格納位置、ここでは時刻配列の先頭から５番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃１［５］＝「１８００００」（ｎｓｅｃ）を整合ゼロクロス時刻として選択する。この際、整合格納位置については、予め設計値として設定されている目標格納位置でよいが、これに限定されるものではなく、経験的に格納頻度の高い格納位置を選択し整合格納位置として設定しておいてもよい。

次に、シフト処理部１５は、Ｄ＃１以外の他のＤ＃ｊ（ｊ＝２～Ｘの整数）ごとに、各ゼロクロス時刻と整合ゼロクロス時刻との時刻差を求め、時刻差が最も小さいゼロクロス時刻が整合格納位置となるよう、Ｄ＃ｊの各ゼロクロス時刻の格納位置をシフトする。

図５に示すように、例えば、Ｄ＃２の場合、整合ゼロクロス時刻Ｄ＃１［５］とＤ＃２の７番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃２［７］＝「１８００２２」との時刻差「２２」が、例えばＤ＃２［５］＝「１６００３１」との時刻差「１９９６９」などと比較して最も小さい。このため、Ｄ＃２［７］が整合格納位置となるよう、Ｄ＃２の各ゼロクロス時刻は、紙面に向かって「左側に２つ分シフトさせる」（左シフトｘ２）というシフトパターンが適用されることになる。次のＤ＃３の場合、Ｄ＃１［５］とＤ＃３の５番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃３［５］＝「１８００１１」との時刻差「１１」が最も小さいため、Ｄ＃３の各ゼロクロス時刻は、「シフトさせない」（シフトなし）というシフトパターンが適用されることになる。

また、Ｄ＃５の場合、Ｄ＃１［５］とＤ＃５の３番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃５［３］＝「１８０００５」との時刻差「５」が最も小さいい。このため、Ｄ＃５［３］が整合格納位置となるよう、Ｄ＃５の各ゼロクロス時刻は、紙面に向かって「右側に２つ分シフトさせる」（右シフトｘ２）というシフトパターンが適用されることになる。

これにより、各Ｄ＃ｉの同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となる。したがって、流量計算部１６で、これらシフト処理後の各Ｄ＃ｉの目標ゼロクロス時刻が特定されて、超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）さらには伝搬時間差Δｔが求められ、流体の流量Ｑが計算されることになる。

なお、以上の説明では、最初の計測工程１のＤ＃１における整合ゼロクロス時刻と、Ｄ＃１以外の他のＤ＃ｊにおける各ゼロクロス時刻との時刻差に基づいて、Ｄ＃ｊのシフトパターンを決定する場合を例として説明したが、時刻差についてこれに限定されるものではない。例えば、Ｄ＃ｉにおける整合ゼロクロス時刻と、Ｄ＃ｉの次の計測工程ｊ（ｊ＝ｉ＋１）と隣接するＤ＃ｊの各ゼロクロス時刻との時刻差に基づいて、Ｄ＃ｊのシフトパターンを決定するものとし、ｉ＝１から順に繰り返し実行してもよい。

［シフト処理Ｂ］
次に、図６を参照して、シフト処理部１５におけるシフト処理Ｂについて説明する。図６は、シフト処理Ｂの例を示す説明図である。
シフト処理Ｂは、時刻配列Ｄ＃ｉのうちシフト処理が処理済みの時刻配列のゼロクロス時刻から、整合対象となる整合格納位置におけるゼロクロス時刻を予測し、得られた予測ゼロクロス時刻と整合格納位置におけるゼロクロス時刻との時刻差が最小となるよう、シフト処理が未処理の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトする手法である。

図６の例では、Ｄ＃１，Ｄ＃２，Ｄ＃３のシフト処理が完了しており、次のＤ＃４のシフト処理を行う場合が示されている。予測ゼロクロス時刻を計算するにあたり、少なくとも１つ以上の、シフト処理が処理済みの時刻配列のゼロクロス時刻が必要となる。ここでは、Ｄ＃１については無条件でシフト処理が処理済みであると見なして、Ｄ＃２，Ｄ＃３のシフト処理を実行したものとする。

まず、シフト処理部１５は、シフト処理が完了しているＤ＃１，Ｄ＃２，Ｄ＃３のうち、予め設定されている整合格納位置、ここでは時刻配列の先頭から５番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃１［５］＝「１８００００」（ｎｓｅｃ），Ｄ＃２＝「１８００２２」，Ｄ＃２＝「１８００１１」を統計処理、例えば平均処理を行うことにより、予測ゼロクロス時刻「１８００１１」を計算する。この際、閾値電圧Ｖｓなどの設計値に基づいて予め設定しておけばよい。

次に、Ｄ＃４の各ゼロクロス時刻と予測ゼロクロス時刻との時刻差を求め、時刻差が最も小さいゼロクロス時刻が目標格納位置となるよう、Ｄ＃４の各ゼロクロス時刻の格納位置をシフトする。

図６に示すように、Ｄ＃４の場合、予測ゼロクロス時刻「１８００１１」とＤ＃４の３番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃４［３］＝「１８０００５」との時刻差「６」が、Ｄ＃４の他のゼロクロス時刻との時刻差と比較して最も小さい。このため、Ｄ＃４［３］が整合格納位置となるよう、Ｄ＃４の各ゼロクロス時刻は、紙面に向かって「左側に２つ分シフトさせる」（右シフトｘ２）というシフトパターンが適用されることになる。

このようにして、各Ｄ＃ｉが順にシフト処理されて、各Ｄ＃ｉの同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となる。したがって、流量計算部１６で、これらシフト処理後の各Ｄ＃ｉの目標ゼロクロス時刻が特定されて、超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）さらには伝搬時間差Δｔが求められ、流体の流量Ｑが計算されることになる。

［目標格納位置特定処理］
次に、図４のステップＳ１３０で実行される流量計算部１６の目標格納位置特定処理について説明する。目標格納位置特定処理の具体例については、以下に示す手法Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４通りがある。ここでは、前述した図２の目標ゼロクロス点と同様に、Ｖｉｎの先頭から３（Ｍ＝３）個目のパルスを検出し、それ以降に検出された５（Ｈ＝５）個のゼロクロス点のうち先頭から２、３（Ｎ1＝２、N2=３）個目を目標ゼロクロス点として検出する場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、Ｍ，Ｈ，Ｎとして異なる数を用いてもよい。なお、伝搬時間の計算に用いる目標ゼロクロス時刻が２つの場合（N1、N2）を例として説明するが、少なくとも１つ以上の目標ゼロクロス時刻が特定されていればいい。

［目標格納位置特定処理Ａ］
まず、図７を参照して、流量計算部１６における目標格納位置特定処理Ａについて説明する。図７は、目標格納位置特定処理Ａの例を示す説明図である。
目標格納位置特定処理Ａは、シフト処理後の時刻配列のうち、ゼロクロス時刻が最初に格納されている先頭格納位置が同一である時刻配列数をそれぞれ計数し、得られた時刻配列数が最も大きいシフト処理後の時刻配列における、予め設定されている基準格納位置を目標格納位置として特定する手法である。

ここでは、Ｘ回の計測工程において、多くの場合、正しいタイミングすなわち目標パルスでトリガー点が検出されるものの、Ｖｉｎに対するノイズ成分の重畳などによるＶｉｎの振幅変化が発生した場合、トリガー点が１超音周期分だけ前後にずれて検出される場合があると仮定する。

図７では、Ｖｉｎ＃ｉごとに検出するゼロクロス点の数を５個（Ｈ＝５）とした例が示されており、前述と同様、格納位置は全部で９個である。図７のうち、Ｄ＃１は、格納位置ｋ＝３を先頭にゼロクロス時刻が格納されており、Ｄ＃２は、格納位置ｋ＝１を先頭にゼロクロス時刻が格納されている。また、Ｄ＃３は、格納位置ｋ＝３を先頭にゼロクロス時刻が格納されており、Ｄ＃４は、格納位置ｋ＝５を先頭にゼロクロス時刻が格納されている。また、Ｄ＃５は、格納位置ｋ＝５を先頭にゼロクロス時刻が格納されており、Ｄ＃６は、格納位置ｋ＝３を先頭にゼロクロス時刻が格納されている。

まず、流量計算部１６は、各時刻配列Ｄ＃ｉについて、ゼロクロス時刻が最初に格納されている先頭格納位置が同一である時刻配列数Ｎｔｏｐをそれぞれ計数する。これにより、ｋ＝１の時刻配列数であるＮｔｏｐ［１］として１が得られ、以下同様に、Ｎｔｏｐ［３］＝３，Ｎｔｏｐ［５］＝２，Ｎｔｏｐ［７］＝０，Ｎｔｏｐ［９］＝０が得られる。

次に、流量計算部１６は、得られた時刻配列数が最も大きい時刻配列Ｄ＃ｉを選択する。図７の例では、Ｎｔｏｐ［３］＝３が最大値であり、Ｎｔｏｐ［３］に相当する時刻配列Ｄ＃１（Ｄ＃３，Ｄ＃６）を選択する。この後、流量計算部１６は、選択したＤ＃１の先頭格納位置ｋ０＝３と、予め設定されている基準格納位置ｋｓ＝＋（１，２）とから、目標格納位置ｋｔを特定する。ｋ０＝３に正しいタイミングすなわち目標パルスでトリガー点を検出する時、検出された5個のゼロクロス点の先頭ゼロクロス点に対応するゼロクロス時刻が格納されている。

この際、基準格納位置ｋｓは、先頭格納位置ｋ０から目標格納位置ｋｔまでのオフセット位置であり、ｋｓ＝＋（１，２）は、ｋ０から１つ後ろと２つ後ろがｋｔであることを示している。したがって、ｋｔ＝ｋ０＋ｋｓであり、図７の例では、ｋｓ＝（４，５）となり、結果として目標格納位置ｋｔは、各時刻配列Ｄ＃ｉの先頭から４番目と５番目であると特定される。これにより、時刻配列Ｄ＃ｉの先頭から４番目と５番目の２つの目標ゼロクロス時刻が、伝搬時間の計算に用いられることになる。

［目標格納位置特定処理Ｂ］
次に、図８を参照して、流量計算部１６における目標格納位置特定処理Ｂについて説明する。図８は、目標格納位置特定処理Ｂの例を示す説明図である。
目標格納位置特定処理Ｂは、シフト処理で適用した個々のシフトパターンに関する適用頻度をそれぞれ計算し、得られた使用頻度が最も高いシフトパターンが適用されたシフト処理後の時刻配列における、予め設定されている基準格納位置を目標格納位置として特定する手法である。

ここでは、Ｘ回の計測工程において、多くの場合、正しいタイミングすなわち目標パルスでトリガー点が検出されるものの、Ｖｉｎに対するノイズ成分の重畳などによるＶｉｎの振幅変化が発生した場合、トリガー点が１超音周期分だけ前後にずれて検出される場合があると仮定する。

図８に示されているＤ＃１～Ｄ＃６の６つの時刻配列は、図７と同様であるが、各Ｄ＃ｉのシフト処理をシフトパターンで表現すると、Ｄ＃１，Ｄ＃３，Ｄ＃５は「シフトなし」、Ｄ＃２は「左シフトｘ２」、Ｄ＃４，Ｄ＃５は「右シフトｘ２」となる。
まず、流量計算部１６は、各時刻配列Ｄ＃ｉについて、シフトパターンが同一である時刻配列数Ｎｓｐをそれぞれ計数する。これにより、「左シフトｘ４」の時刻配列数であるＮｓｐ［左シフトｘ４］として０が得られ、以下同様に、Ｎｓｐ［左シフトｘ２］＝１，Ｎｓｐ［シフトなし」＝３，Ｎｓｐ［右シフトｘ２］＝２，Ｎｔｏｐ［右シフトｘ４］＝０が得られる。

次に、流量計算部１６は、得られた時刻配列数が最も大きい時刻配列Ｄ＃ｉを選択する。図８の例では、Ｎｓｐ「シフトなし」＝３が最大値であり、Ｎｓｐ「シフトなし」に相当する時刻配列Ｄ＃１（Ｄ＃３，Ｄ＃６）を選択する。この後、流量計算部１６は、選択したＤ＃１の先頭格納位置ｋ０＝３と、予め設定されている基準格納位置ｋｓ＝＋（１，２）とから、目標格納位置ｋｔを特定する。図８の例では、結果として目標格納位置ｋｔは、各時刻配列Ｄ＃ｉの先頭から４番目と５番目であると特定される。これにより、時刻配列Ｄ＃ｉの先頭から４番目と５番目の２つの目標ゼロクロス時刻が、伝搬時間の計算に用いられることになる。

［目標格納位置特定処理Ｃ］
次に、図９を参照して、流量計算部１６における目標格納位置特定処理Ｃについて説明する。図９は、目標格納位置特定処理Ｃの例を示す説明図である。
目標格納位置特定処理Ｃは、シフト処理後の時刻配列のうち、ゼロクロス時刻が最初に格納されている先頭格納位置が同一である時刻配列数をそれぞれ計数し、これら時刻配列数のうち隣接する２つの先頭格納位置に関する時刻配列数の和を計算し、得られた時刻配列数の和が最も大きいシフト処理後の２つの時刻配列のいずれか一方における、予め設定されている基準格納位置を目標格納位置として特定する手法である。

ここでは、Ｘ回の計測工程において、トリガー点が正しいタイミングで検出される場合と、正しいタイミングより１超音波周期分だけ遅れてに検出される場合とが多く発生し、正しいタイミングより１超音波周期分だけ早めに検出される場合がほとんど発生しないと仮定する。なお、トリガー点が正しいタイミングで検出される場合と、正しいタイミングより１超音波周期分だけ早めに検出される場合とが多く発生し、正しいタイミングより１超音波周期分だけ遅れて検出される場合がほとんど発生しない場合にも対応可能である。

図９に示されているＤ＃１～Ｄ＃６の６つの時刻配列は、図７と同様であるものとし、前述した目標格納位置特定処理Ａと同様にして、時刻配列数としてＮｔｏｐ［１］＝１，Ｎｔｏｐ［３］＝３，Ｎｔｏｐ［５］＝２，Ｎｔｏｐ［７］＝０，Ｎｔｏｐ［９］＝０が得られたものとする。
次に、流量計算部１６は、これら時刻配列数のうち隣接する２つの先頭格納位置に関する時刻配列数の和を計算する。これにより、例えば格納位置１，３に関する時刻配列数の和Ｎｒｔｏｐは、Ｎｒｔｏｐ［１，３］＝Ｎｔｏｐ［１］＋Ｎｔｏｐ［３］＝４と計算される。同様に、Ｎｒｔｏｐ［３，５］＝５，Ｎｒｔｏｐ［５，７］＝２，Ｎｒｔｏｐ［７，９］＝０と計算される。

続いて、流量計算部１６は、得られた時刻配列数の和Ｎｒｔｏｐが最も大きい時刻配列Ｄ＃ｉを選択する。図９の例では、Ｎｒｔｏｐ［３，５］＝５が最大値であり、Ｎｒｔｏｐ［３，５］に相当する時刻配列Ｄ＃１（Ｄ＃３，Ｄ＃６）を選択する。この後、流量計算部１６は、選択したＤ＃１の先頭格納位置ｋ０＝３と、予め設定されている基準格納位置ｋｓ＝＋（１，２）とから、目標格納位置ｋｔを特定する。図９の例では、結果として目標格納位置ｋｔは、各時刻配列Ｄ＃ｉの先頭から４番目と５番目であると特定される。これにより、時刻配列Ｄ＃ｉの先頭から４番目と５番目の２つの目標ゼロクロス時刻が、伝搬時間の計算に用いられることになる。

［目標格納位置特定処理Ｄ］
次に、図１０を参照して、流量計算部１６における目標格納位置特定処理Ｄについて説明する。図１０は、目標格納位置特定処理Ｄの例を示す説明図である。
目標格納位置特定処理Ｄは、シフト処理で適用した個々のシフトパターンに関する適用頻度をそれぞれ計算し、これら適用頻度のうち先頭格納位置が隣接する２つのシフトパターンに関する適用頻度の和を計算し、得られた適用頻度の和が最も大きいシフト処理後の２つの時刻配列のいずれか一方における、予め設定されている基準格納位置を目標格納位置として特定する手法である。

ここでは、Ｘ回の計測工程において、トリガー点が正しいタイミングで検出される場合と、正しいタイミングより１超音波周期分だけ遅れてに検出される場合とが多く発生し、正しいタイミングより１超音波周期分だけ早めに検出される場合がほとんど発生しないと仮定する。なお、トリガー点が正しいタイミングで検出される場合と、正しいタイミングより１超音波周期分だけ早めに検出される場合とが多く発生し、正しいタイミングより１超音波周期分だけ遅れて検出される場合がほとんど発生しない場合にも対応可能である。

図１０に示されているＤ＃１～Ｄ＃６の６つの時刻配列は、図８と同様であるものとし、前述した目標格納位置特定処理Ａと同様にして、時刻配列数としてＮｓｐ［左シフトｘ４］＝０，Ｎｓｐ［左シフトｘ２］＝１，Ｎｓｐ［シフトなし］＝３，Ｎｓｐ［右シフトｘ２］＝２，Ｎｓｐ［右シフトｘ４］＝０が得られたものとする。
次に、流量計算部１６は、これら時刻配列数のうち隣接する２つの先頭格納位置に関する時刻配列数の和を計算する。これにより、例えば格納位置１，３に関する時刻配列数の和Ｎｒｓｐは、Ｎｒｓｐ［左シフトｘ４，左シフトｘ２］＝Ｎｓｐ［左シフトｘ４］＋Ｎｓｐ［左シフトｘ２］＝０＋１＝１と計算される。同様に、Ｎｒｓｐ［左シフトｘ２，シフトなし］＝４，Ｎｒｓｐ［シフトなし，右シフトｘ２］＝５，Ｎｒｓｐ［右シフトｘ２，右シフトｘ４］＝２と計算される。

続いて、流量計算部１６は、得られた時刻配列数の和Ｎｒｓｐが最も大きい時刻配列Ｄ＃ｉを選択する。図９の例では、Ｎｒｓｐ［シフトなし，右シフトｘ２］＝５が最大値であり、Ｎｒｓｐ［シフトなし，右シフトｘ２］に相当する時刻配列Ｄ＃１（Ｄ＃３，Ｄ＃６）を選択する。この後、流量計算部１６は、選択したＤ＃１の先頭格納位置ｋ０＝３と、予め設定されている基準格納位置ｋｓ＝＋（１，２）とから、目標格納位置ｋｔを特定する。図１０の例では、結果として目標格納位置ｋｔは、各時刻配列Ｄ＃ｉの先頭から４番目と５番目であると特定される。これにより、時刻配列Ｄ＃ｉの先頭から４番目と５番目の２つの目標ゼロクロス時刻が、伝搬時間の計算に用いられることになる。

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、ゼロクロス検出部１４が、計測工程ｉごとに超音波信号Ｕ１，Ｕ２の受信波を示す検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと予め設定した閾値電圧Ｖｓとを比較し、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓを超えた後、Ｖｉｎ＃ｉがゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回検出し、これらゼロクロス時刻を計測工程ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉのうち特定の格納位置から順に格納し、シフト処理部１５が、Ｄ＃ｉ間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々のＤ＃ｉにおけるゼロクロス時刻の格納位置をシフトするシフト処理を行うようにしたものである。

これにより、シフト処理後の時刻配列Ｄ＃ｉに格納されている各ゼロクロス時刻のずれが補正されて、各Ｄ＃ｉの同一格納位置に、それぞれの受信波における同一ゼロクロス点とゼロクロス時刻が格納されることになる。したがって、伝搬時間を求める際、時刻配列Ｄ＃ｉのうち、特定の目標格納位置からゼロクロス時刻を取得するだけで、各受信波の同一パルスにおけるゼロクロス点のゼロクロス時刻を用いることができる。このため、結果として、超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の受信波を示す検出電圧Ｖｉｎから精度よく超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の伝搬時間を求めることが可能となる。

また、本実施の形態において、流量計算部１６が、シフト処理部１５でのシフト処理の処理結果に基づいて格納位置のうちから伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、シフト処理後の各時刻配列の目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から、伝搬時間を求めるようにしてもよい。
これにより、受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻のみを用いて伝搬時間差Δｔを求めることができ、結果として流量Ｑの計測精度を高めることができる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１…超音波流量計、１０…流量演算装置、１１…入出力Ｉ／Ｆ部、１２…記憶部、１３…計測制御部、１４…ゼロクロス検出部、１５…シフト処理部、１６…流量計算部、１７…流量出力部、Ｂ…内部バス、Ｐ…測定管、ＴＤ１，ＴＤ２…トランスデューサ、Ｗ…配線、ＮＷ…通信ネットワーク。

Claims (9)

1. 一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程ごとに得られた前記超音波信号の順・逆方向における伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、
   前記計測工程ごとに、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、前記検出電圧が前記閾値電圧を超えた後、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回検出し、検出した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納するゼロクロス検出部と、
   前記時刻配列間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うシフト処理部と、
   前記シフト処理の処理結果に基づいて前記格納位置のうちから前記伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、前記シフト処理後の各時刻配列の前記目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算部と
   を備えることを特徴とする超音波流量計。
2. 請求項１に記載の超音波流量計において、
   前記シフト処理部は、前記時刻配列のうち同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻の時刻差が最小となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトすることを特徴とする超音波流量計。
3. 請求項１に記載の超音波流量計において、
   前記シフト処理部は、前記時刻配列のうち前記シフト処理が処理済みの時刻配列のゼロクロス時刻から、整合対象となる整合格納位置におけるゼロクロス時刻を予測し、得られた予測ゼロクロス時刻と前記整合格納位置におけるゼロクロス時刻との時刻差が最小となるよう、前記シフト処理が未処理の前記時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトすることを特徴とする超音波流量計。
4. 請求項１～請求項３のいずれかに記載の超音波流量計において、
   前記流量計算部は、前記目標格納位置を特定する際、前記シフト処理後の前記時刻配列のうち、前記ゼロクロス時刻が最初に格納されている先頭格納位置が同一である時刻配列数をそれぞれ計数し、得られた時刻配列数が最も大きい前記シフト処理後の時刻配列における、予め設定されている基準格納位置を前記目標格納位置として特定することを特徴とする超音波流量計。
5. 請求項１～請求項３のいずれかに記載の超音波流量計において、
   前記流量計算部は、前記目標格納位置を特定する際、前記シフト処理で適用した個々のシフトパターンに関する適用頻度をそれぞれ計算し、得られた使用頻度が最も高いシフトパターンが適用された前記シフト処理後の時刻配列における、予め設定されている基準格納位置を前記目標格納位置として特定することを特徴とする超音波流量計。
6. 請求項１～請求項３のいずれかに記載の超音波流量計において、
   前記流量計算部は、前記目標格納位置を特定する際、前記シフト処理後の前記時刻配列のうち、前記ゼロクロス時刻が最初に格納されている先頭格納位置が同一である時刻配列数をそれぞれ計数し、これら時刻配列数のうち隣接する２つの先頭格納位置に関する時刻配列数の和を計算し、得られた時刻配列数の和が最も大きい前記シフト処理後の２つの時刻配列のいずれか一方における、予め設定されている基準格納位置を前記目標格納位置として特定することを特徴とする超音波流量計。
7. 請求項１～請求項３のいずれかに記載の超音波流量計において、
   前記流量計算部は、前記目標格納位置を特定する際、前記シフト処理で適用した個々のシフトパターンに関する適用頻度をそれぞれ計算し、これら適用頻度のうち先頭格納位置が隣接する２つのシフトパターンに関する適用頻度の和を計算し、得られた適用頻度の和が最も大きい前記シフト処理後の２つの時刻配列のいずれか一方における、予め設定されている基準格納位置を前記目標格納位置として特定することを特徴とする超音波流量計。
8. 一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程ごとに得られた前記超音波信号の順・逆方向における伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計で用いられる流量計測方法であって、
   ゼロクロス検出部が、前記計測工程ごとに、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、前記検出電圧が前記閾値電圧を超えた後、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回検出し、検出した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納するゼロクロス検出ステップと、
   シフト処理部が、前記時刻配列間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うシフト処理ステップと、
   流量計算部が、前記シフト処理の処理結果に基づいて前記格納位置のうちから前記伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、前記シフト処理後の各時刻配列の前記目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計測ステップと
   を備えることを特徴とする流量計測方法。
9. 超音波流量計で用いられて、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程ごとに得られた前記超音波信号の順・逆方向における伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、
   前記計測工程ごとに、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、前記検出電圧が前記閾値電圧を超えた後、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回検出し、検出した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納するゼロクロス検出部と、
   前記時刻配列間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うシフト処理部と、
   前記シフト処理の処理結果に基づいて前記格納位置のうちから前記伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、前記シフト処理後の各時刻配列の前記目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計算部と
   を備えることを特徴とする流量演算装置。

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