JP7174574B2 - Ultrasonic flowmeter and determination method of zero-crossing time in ultrasonic flowmeter - Google Patents

Ultrasonic flowmeter and determination method of zero-crossing time in ultrasonic flowmeter Download PDF

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Description

本発明は、超音波を用いて流体の流量を計測する超音波流量計およびその超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid using ultrasonic waves and a method for determining zero-crossing time in the ultrasonic flowmeter.

従来より、流体の流量を計測する流量計として、超音波を用いて流体の流量を計測する超音波流量計が用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid using ultrasonic waves has been used as a flowmeter that measures the flow rate of the fluid.

この超音波流量計では、図25にその模式図を示すように、測定対象の流体が流れる配管1の上流側の外周面に第1の超音波送受信器(上流側トランスデューサ)2を配置し、下流側の外周面に第2の超音波送受信器(下流側トランスデューサ)3を配置し、第1の超音波送受信器2と第2の超音波送受信器3との間で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、これら計測工程毎に得られた両方向における超音波信号の伝播時間差に基づいて流体の流速vを測定し、この測定した流速vと配管1の断面積Sとから流体の流量Qを求めるようにする(例えば、特許文献1参照)。 In this ultrasonic flowmeter, as shown in the schematic diagram of FIG. 25, a first ultrasonic transmitter/receiver (upstream transducer) 2 is arranged on the outer peripheral surface of the upstream side of the pipe 1 through which the fluid to be measured flows, A second ultrasonic transmitter/receiver (downstream transducer) 3 is arranged on the outer circumferential surface on the downstream side, and ultrasonic waves are transmitted between the first ultrasonic transmitter/receiver 2 and the second ultrasonic transmitter/receiver 3 via fluid. A measurement process for transmitting and receiving signals in both directions is performed multiple times, and the flow velocity v of the fluid is measured based on the propagation time difference of the ultrasonic signals in both directions obtained for each measurement process. The flow rate Q of the fluid is obtained from the cross-sectional area S (see Patent Document 1, for example).

図25において、θは配管1の軸と超音波信号の伝播方向とのなす角である。第1の超音波送受信器2から発射されて第2の超音波送受信器3で受信される超音波信号(上流側から下流側へと伝播する超音波信号(順方向に伝播する超音波信号))の伝播時間t1(順方向伝播時間)は、下記(1)式のように表される。
t1=L/(c+vcosθ) ・・・・(1)
ここで、Lは超音波信号の伝播距離〔m〕、cは流体中の音速〔m/s〕である。超音波は流体の流れに乗って伝播するため、流れが速いほど短い時間で伝播する。
In FIG. 25, θ is the angle between the axis of the pipe 1 and the propagation direction of the ultrasonic signal. Ultrasonic signals emitted from the first ultrasonic transmitter/receiver 2 and received by the second ultrasonic transmitter/receiver 3 (ultrasonic signals propagating from the upstream side to the downstream side (forward propagating ultrasonic signals) ) is represented by the following equation (1).
t1=L/(c+vcos θ) (1)
Here, L is the propagation distance [m] of the ultrasonic signal, and c is the speed of sound in the fluid [m/s]. Since ultrasonic waves propagate along with the flow of fluid, the faster the flow, the shorter the propagation time.

同様に、第2の超音波送受信器3から発射されて第1の超音波送受信器2で受信される超音波信号(下流側から上流側へと伝播する超音波信号(逆方向に伝播する超音波信号))の伝播時間t2(逆方向伝播時間)は、下記(2)式のように表される。
t2=L/(c-vcosθ) ・・・・(2)
超音波は流体の流れに逆らって伝播するため、流れが速いほど長い時間をかけて伝播する。
Similarly, ultrasonic signals emitted from the second ultrasonic transmitter/receiver 3 and received by the first ultrasonic transmitter/receiver 2 (ultrasonic signals propagating from the downstream side to the upstream side (ultrasonic signals propagating in the opposite direction) The propagation time t2 (reverse propagation time) of the sound wave signal)) is represented by the following equation (2).
t2=L/(c-vcosθ) (2)
Ultrasonic waves propagate against the flow of fluid, so the faster the flow, the longer it takes to propagate.

順方向伝播時間および逆方向伝播時間の逆数は以下のようになる。
1/t1=(c+vcosθ)/L ・・・・(3)
1/t2=(c-vcosθ)/L ・・・・(4)
The inverses of the forward and backward propagation times are:
1/t1=(c+vcos θ)/L (3)
1/t2=(c−vcos θ)/L (4)

順方向伝播時間の逆数と逆方向伝播時間の逆数との和は以下のようになる。
1/t1+1/t2=2c/L=2/t0 ・・・・(5)
(5)式を変形すると、音速cを求める式が得られる。
c=(L/2)・(1/t1+1/t2)=L/t0 ・・・・(6)
The sum of the reciprocal of the forward propagation time and the reciprocal of the backward propagation time is:
1/t1+1/t2=2c/L=2/t0 (5)
By transforming the equation (5), an equation for obtaining the speed of sound c is obtained.
c=(L/2)(1/t1+1/t2)=L/t0 (6)

同様に、順方向伝播時間の逆数と逆方向伝播時間の逆数との差は以下のようになる。
1/t1-1/t2=2vcosθ/L ・・・・(7)
(7)式を変形すると、流速vを求める式が得られる。
v=(L/2cosθ)・(1/t1-1/t2) ・・・・(8)
Similarly, the difference between the inverse of the forward propagation time and the inverse of the backward propagation time is:
1/t1-1/t2=2v cos θ/L (7)
By modifying the equation (7), an equation for obtaining the flow velocity v is obtained.
v=(L/2 cos θ)·(1/t1−1/t2) (8)

流速が求められると、断面積Sをかけて体積流量を求めたり、さらに密度をかけて質量流量を求めたりすることができる。 Once the flow velocity is determined, it can be multiplied by the cross-sectional area S to determine the volumetric flow rate, or further multiplied by the density to determine the mass flow rate.

伝播時間そのものを精度良く求めることが難しくても、伝播時間差(順方向伝播時間と逆方向伝播時間との差)は、ゼロクロス時刻の差として精度良く求めることが可能である。ゼロクロス時刻については後述する。このような場合、以下の計算に従って流速vを求める。 Even if it is difficult to accurately obtain the propagation time itself, the propagation time difference (the difference between the forward propagation time and the backward propagation time) can be obtained with high accuracy as the difference between the zero-crossing times. The zero-crossing time will be described later. In such a case, the flow velocity v is obtained according to the following calculation.

上記(1)式および(2)式より、
Δt=t2-t1=L/(c-vcosθ)-L/(c+vcosθ)=2vLcosθ/(c2-v2cos2θ)≒2vLcosθ/c2 ・・・・(9)
したがって、
v≒(c2/2Lcosθ)・(t2-t1)=(c2/2Lcosθ)・Δt ・・・・(10)
となる(伝播時間差法)。
From the above formulas (1) and (2),
Δt=t2−t1=L/(c−vcos θ)−L/(c+vcos θ)=2 vL cos θ/(c 2 −v 2 cos 2 θ)≈2 vL cos θ/c 2 (9)
therefore,
v≈(c 2 /2Lcos θ)·(t2−t1)=(c 2 /2Lcos θ)·Δt (10)
(propagation time difference method).

また、流速0の時の伝播時間をt0とすると、上記の(1)式もしくは(2)式から、
t0=L/c ・・・・(11)
となるので、
t1=L/(c+vcosθ)=L/c・(1/(1+vcosθ/c))≒L/c・(1-vcosθ/c)=L/c-vLcosθ/c2=t0-Δt/2 ・・・・(12)
t2=L/(c-vcosθ)=L/c・(1/(1-vcosθ/c))≒L/c・(1+vcosθ/c)=L/c+vLcosθ/c2=t0+Δt/2 ・・・・(13)
と書ける。
Also, if the propagation time when the flow velocity is 0 is t0, from the above equation (1) or (2),
t0=L/c (11)
so that
t1=L/(c+vcos θ)=L/c·(1/(1+vcos θ/c))≈L/c·(1−vcos θ/c)=L/c−vLcos θ/c 2 =t0−Δt/2 . (12)
t2=L/(c−vcos θ)=L/c·(1/(1−vcos θ/c))≈L/c·(1+vcos θ/c)=L/c+vLcos θ/c 2 =t0+Δt/2 (13)
can be written as

上記の式(12),(13)より、
t0≒(t1+t2)/2 ・・・・(14)
となる。
上記の式(11),(14)より、
t1+t2≒2L/c ・・・・(15)
と書ける。
From the above formulas (12) and (13),
t0≈(t1+t2)/2 (14)
becomes.
From the above formulas (11) and (14),
t1+t2≈2L/c (15)
can be written as

図26(a)に、第2の超音波送受信器3から出力される受信信号(順方向の受信信号)の波形図(模式図)を示し、図26(b)に、第1の超音波送受信器2から出力される受信信号(逆方向の受信信号)の波形図(模式図)を示す。図27(a),(b)に、図26(a),(b)に示した受信信号の横軸(時間軸)を拡大した図を示す。図28に、順方向の受信信号と逆方向の受信信号を重ね合わせた波形図(模式図)を示す。図29に、図28に示した受信信号の横軸(時間軸)を拡大した図を示す。 FIG. 26(a) shows a waveform diagram (schematic diagram) of the reception signal (forward reception signal) output from the second ultrasonic transmitter/receiver 3, and FIG. 26(b) shows the waveform of the first ultrasonic wave. FIG. 2 shows a waveform diagram (schematic diagram) of a reception signal (reverse reception signal) output from the transmitter/receiver 2. FIG. FIGS. 27(a) and 27(b) show enlarged views of the horizontal axis (time axis) of the received signal shown in FIGS. 26(a) and 26(b). FIG. 28 shows a waveform diagram (schematic diagram) in which the forward received signal and the backward received signal are superimposed. FIG. 29 shows an enlarged view of the horizontal axis (time axis) of the received signal shown in FIG.

図25において、第1の超音波送受信器2と第2の超音波送受信器3は、交互に一定時間パルス駆動される。これにより、第1の超音波送受信器2から発射されたパルス状の超音波信号(順方向の送信信号)が流体を介して第2の超音波送受信器3で受信され、第2の超音波送受信器3から発射されたパルス状の超音波信号(逆方向の送信信号)が流体を介して第1の超音波送受信器2で受信される。 In FIG. 25, the first ultrasonic transmitter/receiver 2 and the second ultrasonic transmitter/receiver 3 are alternately pulse-driven for a certain period of time. As a result, the pulsed ultrasonic signal (forward transmission signal) emitted from the first ultrasonic transmitter/receiver 2 is received by the second ultrasonic transmitter/receiver 3 via the fluid, and the second ultrasonic wave A pulsed ultrasonic signal (reverse transmission signal) emitted from the transmitter/receiver 3 is received by the first ultrasonic transmitter/receiver 2 via the fluid.

図30(a)に、超音波送受信器2,3から出力される送信信号を示し、図30(b)に、超音波送受信器2,3から出力される受信信号を示す。なお、図30(a)において、横軸は縮小して示している。また、図30(a)において、tuは送信信号の周期を示している。 30(a) shows transmission signals output from the ultrasonic transmitter/receivers 2 and 3, and FIG. 30(b) shows reception signals output from the ultrasonic transmitter/receivers 2 and 3. FIG. In addition, in FIG. 30(a), the horizontal axis is reduced. Also, in FIG. 30(a), tu indicates the period of the transmission signal.

パルス状の超音波信号を発射した後、最初のパルス状の超音波信号の受信タイミングtrでは、受信信号がまだ小さいため、ノイズなどの存在により現実には計測できない。そこで、受信タイミングtrから少し時間を経て、受信信号がある程度大きくなったところで、予め定められた閾値電圧(基準電圧)Vsを超えた次のゼロクロスするタイミングを目的とするゼロクロス時刻Zとし、このゼロクロス時刻Zを使って超音波信号の送信開始タイミングtsから受信タイミングtrまでの伝播時間t(=t1 or t2)を算出するということがよく行われている。 After the pulse-like ultrasonic signal is emitted, the received signal is still small at the reception timing tr of the first pulse-like ultrasonic signal. Therefore, after a short time from the reception timing tr, when the received signal becomes large to some extent, the timing of the next zero crossing exceeding a predetermined threshold voltage (reference voltage) Vs is set as the target zero crossing time Z, and this zero crossing Time Z is often used to calculate the propagation time t (=t1 or t2) from the transmission start timing ts of the ultrasonic signal to the reception timing tr.

ゼロクロス時刻Zは、受信タイミングtrに対して所定の時間dly遅れて存在すると考えられる。したがって、ゼロクロス時刻Zから所定の時間dlyを差し引くことにより、伝播時間tが求められる。
t=Z-dly ・・・・(16)
The zero-crossing time Z is considered to exist after a predetermined time dly with respect to the reception timing tr. Therefore, by subtracting the predetermined time dly from the zero-crossing time Z, the propagation time t is obtained.
t=Z-dly (16)

なお、所定の時間dlyは、本来あるべき伝播時間(伝播経路長を音速で割って算出)と目的とするゼロクロス時刻Zとの差として、あらかじめ計算しておく。 The predetermined time dly is calculated in advance as the difference between the ideal propagation time (calculated by dividing the propagation path length by the speed of sound) and the target zero-crossing time Z. FIG.

特許第5228462号公報Japanese Patent No. 5228462

しかしながら、このような超音波流量計では、流量の変動などにより受信信号の振幅に変化が生じることがあり、意図しないタイミングで受信信号が閾値電圧Vsを超えてしまったり、意図したタイミングで超えなかったりすることがある。 However, in such an ultrasonic flowmeter, the amplitude of the received signal may change due to fluctuations in the flow rate, etc., and the received signal may exceed the threshold voltage Vs at unintended timing, or may not exceed the threshold voltage Vs at intended timing. sometimes

これにより、超音波の1つもしくは複数周期ずれたゼロクロス時刻を目的とするゼロクロス時刻Zであると誤って判断してしまうことがある。誤ったゼロクロス時刻を用いると、超音波の周期(tu)の整数倍だけ誤った伝播時間が算出されることになる。 As a result, it may be erroneously determined that the zero-cross time Z is the target zero-cross time shifted by one or more periods of the ultrasonic waves. Using an erroneous zero-crossing time will result in a calculated propagation time that is erroneous by an integer multiple of the ultrasound period (tu).

例えば、図30において、受信信号の振幅に変化が生じ、目的とするゼロクロス時刻Zに対し、1周期前のゼロクロス時刻Z’が目的のゼロクロス時刻Zと誤判断されたり、1周期後のゼロクロス時刻Z”が目的のゼロクロス時刻Zと誤判断されたりすることがある。 For example, in FIG. 30, a change occurs in the amplitude of the received signal, and the zero-cross time Z′ one cycle before the target zero-cross time Z may be erroneously determined as the target zero-cross time Z, or the zero-cross time one cycle after Z″ may be erroneously determined to be the desired zero-crossing time Z.

この場合、正しいゼロクロス時刻Zから求めた伝播時間tは、t=Z-dlyとなるのに対し、誤ったゼロクロス時刻Z’から求めた伝播時間tは、t=Z’-dly=Z-tu-dly=t-tu≠tとなる。また、誤ったゼロクロス時刻Z”から求めた伝播時間tは、t=Z”-dly=Z+tu-dly=t+tu≠tとなる。 In this case, the propagation time t obtained from the correct zero-crossing time Z is t=Z-dly, whereas the propagation time t obtained from the erroneous zero-crossing time Z' is t=Z'-dly=Z-tu −dly=t−tu≠t. Also, the propagation time t obtained from the erroneous zero-crossing time Z″ is t=Z″−dly=Z+tu−dly=t+tu≠t.

このように、従来の超音波流量計では、受信信号の振幅が変化すると、誤ったゼロクロス時刻が目的のゼロクロス時刻として選択され、正しくない伝播時間が算出されることによって、誤った流量として計測されてしまうことがあった。 In this way, in conventional ultrasonic flowmeters, when the amplitude of the received signal changes, an incorrect zero-crossing time is selected as the desired zero-crossing time, and an incorrect propagation time is calculated, resulting in an incorrect flow rate. There was a time when I was lost.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、順方向/逆方向ともに、常に正しいゼロクロス時刻を選択して、正しい伝播時間を算出することが可能な超音波流量計および超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法を提供することにある。 The present invention was made to solve such problems, and its object is to always select the correct zero-crossing time in both the forward and reverse directions, and to calculate the correct propagation time. The object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter and a method for determining the zero-crossing time in the ultrasonic flowmeter.

このような目的を達成するために本発明は、測定対象の流体が流れる配管(1)と、この配管の上流側に配置された第1の超音波送受信器(2)と、配管の下流側に配置された第2の超音波送受信器(3)とを備え、第1の超音波送受信器と第2の超音波送受信器との間で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、これら計測工程毎に得られた両方向における超音波信号の伝播時間差に基づいて、流体の流量を計測するように構成された超音波流量計(100)において、第1の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第2の超音波送受信器から出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補として取得するように構成された順方向ゼロクロス時刻候補取得部(41)と、第2の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第1の超音波送受信器から出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補として取得するように構成された逆方向ゼロクロス時刻候補取得部(42)と、順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差を今回の伝播時間差の候補として求めるように構成された伝播時間差候補算出部(43)と、順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和を今回の伝播時間和の候補として求めるように構成された伝播時間和候補算出部(44)と、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値との差を前回の伝播時間差として求めるように構成された前回の伝播時間差算出部(45)と、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値との和を前回の伝播時間和として求めるように構成された前回の伝播時間和算出部(46)と、伝播時間差候補算出部によって求められた今回の伝播時間差の候補の全てについて、前回の伝播時間差算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分を求めるように構成された伝播時間差変化分算出部(47)と、伝播時間和候補算出部によって求められた今回の伝播時間和の候補の全てについて、前回の伝播時間和算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分を求めるように構成された伝播時間和変化分算出部(48)と、伝播時間差変化分算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分と伝播時間和変化分算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分とに基づいて、順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロクロス時刻を確定するように構成されたゼロクロス時刻確定部(49)とを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention comprises a pipe (1) through which a fluid to be measured flows, a first ultrasonic transmitter/receiver (2) arranged upstream of this pipe, and a pipe downstream of the pipe. a second ultrasonic transmitter/receiver (3) positioned in the In an ultrasonic flowmeter (100) configured to perform a plurality of steps and measure the flow rate of a fluid based on the propagation time difference of ultrasonic signals in both directions obtained for each measurement step, a first The received signal output from the second ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the ultrasonic transmitter/receiver is taken in as a forward received signal, and the forward received signal exceeds a preset threshold voltage. After that, a plurality of timings at which the forward received signal zero-crosses are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current forward zero-crossing time. A candidate acquisition unit (41) acquires a received signal output from a first ultrasonic transmitter/receiver that has received an ultrasonic signal from a second ultrasonic transmitter/receiver as a reverse received signal, and receives this reverse direction reception. After the signal exceeds a preset threshold voltage, multiple zero-crossing timings of the received signal in the reverse direction are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is used as a candidate for the current reverse-direction zero-crossing time. a backward zero-crossing time candidate acquisition unit (42) configured to acquire, the current forward zero-crossing time candidate acquired by the forward zero-crossing time candidate acquisition unit, and For all combinations with the current reverse zero-cross time candidate, the difference between the current forward zero-cross time candidate and the current reverse zero-cross time candidate is obtained as the current propagation time difference candidate. The configured propagation time difference candidate calculation unit (43), the current forward zero-crossing time candidate acquired by the forward zero-crossing time candidate acquisition unit, and the current reverse zero-crossing time candidate acquired by the backward zero-crossing time candidate acquisition unit Propagation time configured to obtain the sum of the current forward zero-crossing time candidate and the current reverse zero-crossing time candidate as the current propagation time sum candidate for all combinations of zero-crossing time candidates A sum candidate calculator (44) and a forward zero-crossing time A previous propagation time difference calculating unit (45) configured to obtain a difference between a previous fixed value and a previous fixed value of the backward zero crossing time as the previous propagation time difference, and a previous fixed of the forward zero crossing time. A previous propagation time sum calculation unit (46) configured to obtain the sum of the value and the previous fixed value of the zero crossing time in the opposite direction as the previous propagation time sum, and the current propagation time difference candidate calculation unit (46) configured to obtain a propagation time difference change calculation unit (47) configured to calculate a change from the previous propagation time difference calculated by the previous propagation time difference calculation unit for all of the propagation time difference candidates; a propagation time sum change calculation unit configured to calculate a change from the previous propagation time sum calculated by the previous propagation time sum calculation unit for all candidates for the current propagation time sum calculated by the unit (48), and based on the change from the previous propagation time difference obtained by the propagation time difference change calculation unit and the change from the previous propagation time sum obtained by the propagation time sum change calculation unit, The current forward zero-crossing time is selected from among the current forward zero-crossing time candidate acquired by the direction zero-crossing time candidate acquisition unit and the current backward zero-crossing time candidate acquired by the backward zero-crossing time candidate acquisition unit. and a zero-crossing time determination unit (49) configured to determine the time and the current reverse zero-crossing time.

また、本発明は、測定対象の流体が流れる配管(1)と、この配管の上流側に配置された第1の超音波送受信器(2)と、配管の下流側に配置された第2の超音波送受信器(3)とを備え、第1の超音波送受信器と第2の超音波送受信器との間で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、これら計測工程毎に得られた両方向における超音波信号の伝播時間差に基づいて、流体の流量を計測するように構成された超音波流量計(100)におけるゼロクロス時刻の確定方法であって、第1の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第2の超音波送受信器から出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補として取得する順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップ(S101)と、第2の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第1の超音波送受信器から出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補として取得する逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップ(S102)と、順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差を今回の伝播時間差の候補として求める伝播時間差候補算出ステップ(S103)と、順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和を今回の伝播時間和の候補として求める伝播時間和候補算出ステップ(S104)と、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値との差を前回の伝播時間差として求める前回の伝播時間差算出ステップ(S105)と、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値との和を前回の伝播時間和として求める前回の伝播時間和算出ステップ(S106)と、伝播時間差候補算出ステップによって求められた今回の伝播時間差の候補の全てについて、前回の伝播時間差算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分を求める伝播時間差変化分算出ステップ(S107)と、伝播時間和候補算出ステップによって求められた今回の伝播時間和の候補の全てについて、前回の伝播時間和算出ステップによって求められた前回の伝播時間和からの変化分を求める伝播時間和変化分算出ステップ(S108)と、伝播時間差変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分と伝播時間和変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間和からの変化分とに基づいて、順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロクロス時刻を確定するゼロクロス時刻確定ステップ(S109~S112)とを備えることを特徴とする。 Further, the present invention comprises a pipe (1) through which a fluid to be measured flows, a first ultrasonic transmitter/receiver (2) arranged upstream of the pipe, and a second ultrasonic transmitter/receiver (2) arranged downstream of the pipe. an ultrasonic transmitter/receiver (3), performing a plurality of measurement steps of transmitting/receiving ultrasonic signals in both directions through a fluid between the first ultrasonic transmitter/receiver and the second ultrasonic transmitter/receiver; A method for determining a zero-crossing time in an ultrasonic flowmeter (100) configured to measure the flow rate of a fluid based on the propagation time difference of ultrasonic signals in both directions obtained for each of these measurement steps, comprising: The received signal output from the second ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the second ultrasonic transmitter/receiver is taken as a forward received signal, and the forward received signal exceeds a preset threshold voltage A forward zero-crossing time candidate acquisition step ( S101), the received signal output from the first ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the second ultrasonic transmitter/receiver is captured as a reverse received signal, and this reverse received signal is set in advance. After exceeding the set threshold voltage, a plurality of zero-crossing timings of the received signal in the reverse direction are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current reverse-direction zero-crossing time. A zero-crossing time candidate obtaining step (S102), the current forward zero-crossing time candidate obtained by the forward zero-crossing time candidate obtaining step, and the current reverse zero-crossing time candidate obtained by the backward zero-crossing time candidate obtaining step. a propagation time difference candidate calculation step (S103) for obtaining, as a candidate for the current propagation time difference, the difference between the current forward zero-crossing time candidate and the current backward zero-crossing time candidate for all combinations with candidates; For all combinations of the current forward zero-crossing time candidate acquired by the direction zero-crossing time candidate acquisition step and the current backward zero-crossing time candidate acquired by the backward zero-crossing time candidate acquisition step, the current order A propagation time sum candidate calculation step (S104) for obtaining the sum of a direction zero-crossing time candidate and a current reverse zero-crossing time candidate as a current propagation time sum candidate; a previous propagation time difference calculating step (S105) of obtaining the difference between the previous fixed value of the zero crossing time in the forward direction and the previous fixed value of the zero crossing time in the reverse direction as the previous propagation time difference; All of the current propagation time difference candidates obtained by the previous propagation time sum calculation step (S106), in which the sum of the zero-crossing time in the opposite direction and the previous fixed value is obtained as the previous propagation time sum, and the propagation time difference candidate calculation step. , a propagation time difference change calculation step (S107) for obtaining a change from the previous propagation time difference obtained by the previous propagation time difference calculation step, and a current propagation time sum candidate obtained by the propagation time sum candidate calculation step For all of the above, a propagation time sum change calculation step (S108) for obtaining a change from the previous propagation time sum obtained by the previous propagation time sum calculation step, and a propagation time difference change calculation step obtained by the previous propagation time difference change calculation step Current forward zero-crossing time obtained by the forward zero-crossing time candidate obtaining step based on the change from the propagation time difference and the change from the previous propagation time sum obtained by the propagation time sum change calculating step The zero-cross time determination step ( S109 to S112).

本発明では、第1の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第2の超音波送受信器(3)から出力される順方向の受信信号と閾値電圧(Vs)とを比較し、この順方向の受信信号が閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするゼロクロス時刻(Z1)を複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補(Z1ij)として取得する。また、第2の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第1の超音波送受信器(2)から出力される逆方向の受信信号と閾値電圧(Vs)とを比較し、この逆方向の受信信号が閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするゼロクロス時刻(Z2)を複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補(Z2ik)として抽出する。 In the present invention, the forward received signal output from the second ultrasonic transmitter/receiver (3) that has received the ultrasonic signal from the first ultrasonic transmitter/receiver is compared with the threshold voltage (Vs). After the forward received signal exceeds the threshold voltage, the zero crossing time (Z1) at which the forward received signal crosses zero is detected a plurality of times, and each of the detected zero crossing times is used as a candidate for the current forward zero crossing time. (Z1ij). In addition, the reverse received signal output from the first ultrasonic transmitter/receiver (2) that received the ultrasonic signal from the second ultrasonic transmitter/receiver is compared with the threshold voltage (Vs), and the reverse direction after the received signal exceeds the threshold voltage, the zero-crossing times (Z2) at which the reverse received signal crosses zero are detected multiple times, and each of the detected zero-crossing times is used as a candidate for the current reverse-direction zero-crossing time (Z2ik ).

そして、取得した今回の順方向のゼロクロス時刻の候補(Z1ij)と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補(Z2ik)との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差(Z2ik-Z1ij)を今回の伝播時間差の候補(αijk)として求める。また、取得した今回の順方向のゼロクロス時刻の候補(Z1ij)と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補(Z2ik)との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和(Z1ij+Z2ik)を今回の伝播時間和の候補(βijk)として求める。 Then, for all combinations of the current forward zero-crossing time candidate (Z1ij) and the current reverse zero-crossing time candidate (Z2ik), the current forward zero-crossing time candidate and the current reverse zero-crossing time candidate The difference (Z2ik-Z1ij) from the candidate for the zero-crossing time of , is obtained as the candidate (αijk) for the current propagation time difference. For all combinations of the current forward zero-crossing time candidate (Z1ij) and the current reverse zero-crossing time candidate (Z2ik), the current forward zero-crossing time candidate and the current reverse zero-crossing time candidate The sum (Z1ij+Z2ik) with the candidate for the zero-crossing time is obtained as the candidate (βijk) for the current sum of propagation times.

そして、前回の順方向のゼロクロス時刻の確定値(Z1i-1)と前回の逆方向のゼロクロス時刻の確定値(Z2i-1)との差(Z2i-1-Z1i-1)を前回の伝播時間差(αi-1)とし、今回の伝播時間差の候補(αijk)の全てについて、前回の伝播時間差(αi-1)からの変化分(Δαijk)を求める。また、前回の順方向のゼロクロス時刻の確定値(Z1i-1)と前回の逆方向のゼロクロス時刻の確定値(Z2i-1)との和(Z1i-1+Z2i-1)を前回の伝播時間和(βi-1)とし、今回の伝播時間和の候補(βijk)の全てについて、前回の伝播時間和(βi-1)からの変化分(Δβijk)を求める。 Then, the difference (Z2i-1-Z1i-1) between the previous fixed value of the zero-crossing time in the forward direction (Z1i-1) and the previous fixed value of the zero-crossing time in the reverse direction (Z2i-1) is the previous propagation time difference. (αi−1), and for all the current propagation time difference candidates (αijk), the amount of change (Δαijk) from the previous propagation time difference (αi−1) is calculated. In addition, the sum (Z1i-1+Z2i-1) of the previous fixed value of the zero-crossing time in the forward direction (Z1i-1) and the previous fixed value of the zero-crossing time in the previous direction (Z2i-1) is the sum of the previous propagation times ( βi−1), and for all the current propagation time sum candidates (βijk), the amount of change (Δβijk) from the previous propagation time sum (βi−1) is obtained.

そして、この求めた前回の伝播時間差からの変化分(Δαijk)と前回の伝播時間和からの変化分(Δβijk)とに基づいて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補(Z1ij)および今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補(Z2ik)の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻(Z1i)および今回の逆方向のゼロクロス時刻(Z2i)を確定する。例えば、前回の伝播時間差からの変化分(Δαijk)と前回の伝播時間和からの変化分(Δβijk)が最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻(Z1i)および逆方向のゼロクロス時刻(Z2i)として確定する。 Based on the change (Δαijk) from the previous propagation time difference and the change (Δβijk) from the previous propagation time sum, the current forward zero-crossing time candidate (Z1ij) and the current reverse zero-crossing time candidate (Z1ij) are determined. The current forward zero-crossing time (Z1i) and the current backward zero-crossing time (Z2i) are determined from among the direction zero-crossing time candidates (Z2ik). For example, the combination of the smallest change (Δαijk) from the previous propagation time difference and the smallest change (Δβijk) from the previous propagation time sum is determined as the current forward zero-crossing time (Z1i) and the reverse zero-crossing time (Z2i). ).

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。 In the above description, as an example, constituent elements on the drawings corresponding to constituent elements of the invention are indicated by parenthesized reference numerals.

以上説明したように、本発明によれば、前回の順方向のゼロクロス時刻の確定値と前回の逆方向のゼロクロス時刻の確定値との差を前回の伝播時間差とし、今回の伝播時間差の候補の全てについて前回の伝播時間差からの変化分を求め、前回の順方向のゼロクロス時刻の確定値と前回の逆方向のゼロクロス時刻の確定値との和を前回の伝播時間和とし、今回の伝播時間和の候補の全てについて前回の伝播時間和からの変化分を求め、この求めた前回の伝播時間差からの変化分と前回の伝播時間和からの変化分とに基づいて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロクロス時刻を確定するようにしたので、例えば、前回の伝播時間差からの変化分と前回の伝播時間和からの変化分が最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻および逆方向のゼロクロス時刻として確定するようにして、順方向/逆方向ともに、常に正しいゼロクロス時刻を選択して、正しい伝播時間を算出することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the difference between the previous fixed value of the zero-cross time in the forward direction and the previous fixed value of the zero-cross time in the reverse direction is used as the previous propagation time difference, and candidates for the current propagation time difference are determined. Calculate the amount of change from the previous propagation time difference for all, the sum of the previous fixed value of the forward zero crossing time and the previous fixed value of the backward zero crossing time is the sum of the previous propagation time, and the current propagation time sum. Based on the change from the previous propagation time difference and the previous propagation time sum, the current forward zero crossing time is calculated for all of the candidates. and the current reverse zero-crossing time candidates, the current forward zero-crossing time and the current reverse zero-crossing time are determined. The correct zero-crossing time is always selected for both the forward and reverse directions by determining the combination with the smallest change from the previous propagation time sum as the current forward zero-crossing time and reverse zero-crossing time. , it is possible to calculate the correct propagation time.

図1は、今回(i番目)の順方向の伝播時間の候補t1ijおよびゼロクロス時刻の候補Z1ijを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a current (i-th) forward propagation time candidate t1ij and a zero-crossing time candidate Z1ij. 図2は、今回(i番目)の逆方向の伝播時間の候補t2ikおよびゼロクロス時刻の候補Z2iKを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the current (i-th) backward propagation time candidate t2ik and the zero-crossing time candidate Z2iK. 図3は、前回(i-1番目)の順方向のゼロクロス時刻の確定値Z1i-1および伝播時間の確定値t1i-1を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the previous (i−1) forward zero-crossing time definite value Z1i-1 and the propagation time definite value t1i-1. 図4は、前回(i-1番目)の逆方向のゼロクロス時刻の確定値Z2i-1および伝播時間の確定値t2i-1を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the previous (i−1) backward zero-crossing time definite value Z2i-1 and the propagation time definite value t2i-1. 図5は、本発明の実施の形態に係る超音波流量計の要部を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a main part of an ultrasonic flowmeter according to an embodiment of the invention. 図6は、この超音波流量計における流量演算装置のハードウェア構成の概略を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an outline of the hardware configuration of the flow rate computing device in this ultrasonic flowmeter. 図7は、この超音波流量計における流量演算装置のCPUが実行する処理動作の第1例(実施の形態1)を説明するためのフローチャートである。FIG. 7 is a flow chart for explaining a first example (embodiment 1) of the processing operation executed by the CPU of the flow rate computing device in this ultrasonic flowmeter. 図8は、図7に続くフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart following FIG. 図9は、ゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1およびZ2i-1を例示する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating previous fixed values Z1i-1 and Z2i-1 of the zero-crossing time. 図10は、前回の伝播時間差αi-1および伝播時間和βi-1を例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the previous propagation time difference αi-1 and the propagation time sum βi-1. 図11は、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijを例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating candidates Z1ij for the current forward zero-crossing time. 図12は、今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikを例示する図である。FIG. 12 is a diagram exemplifying the current reverse zero-cross time candidate Z2ik. 図13は、今回の伝播時間差の候補αijkを例示する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating candidates αijk for the current propagation time difference. 図14は、今回の伝播時間和の候補βijkを例示する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating candidates βijk for the current propagation time sum. 図15は、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkを例示する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating the variation Δαijk from the previous propagation time difference. 図16は、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkを例示する図である。FIG. 16 is a diagram illustrating the change Δβijk from the previous propagation time sum. 図17は、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iの確定値を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing determined values of the current forward zero-crossing time Z1i and backward zero-crossing time Z2i. 図18は、流量演算装置のCPUが実行する処理動作の第2例(実施の形態2)を説明するためのフローチャートである。FIG. 18 is a flow chart for explaining a second example (embodiment 2) of the processing operation executed by the CPU of the flow computing device. 図19は、図18に続くフローチャートである。FIG. 19 is a flowchart following FIG. 図20は、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkについてk-jが同じものの平均値を求めた例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of obtaining the average value of the variation Δαijk from the previous propagation time difference with the same kj. 図21は、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkについてj+kが同じものの平均値を求めた例を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing an example of obtaining an average value of changes Δβ ijk from the previous sum of propagation times with the same j+k. 図22は、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iの確定値を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing determined values of the current forward zero-crossing time Z1i and backward zero-crossing time Z2i. 図23は、流量演算装置の要部の機能ブロック図である。FIG. 23 is a functional block diagram of the essential parts of the flow rate computing device. 図24は、半周期毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として検出するようにした例を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing an example in which the zero-crossing timing is detected as the zero-crossing time every half cycle. 図25は、超音波流量計の概略を示す図である。FIG. 25 is a schematic diagram of an ultrasonic flowmeter. 図26は、超音波送受信器から出力される順方向および逆方向の受信信号の波形図(模式図)である。FIG. 26 is a waveform diagram (schematic diagram) of forward and backward received signals output from the ultrasonic transmitter/receiver. 図27は、図26に示した受信信号の横軸(時間軸)を拡大した図である。FIG. 27 is an enlarged view of the horizontal axis (time axis) of the received signal shown in FIG. 図28は、順方向の受信信号と逆方向の受信信号を重ね合わせた波形図(模式図)である。FIG. 28 is a waveform diagram (schematic diagram) in which a forward received signal and a backward received signal are superimposed. 図29は、図28に示した受信信号の横軸(時間軸)を拡大した図である。FIG. 29 is an enlarged diagram of the horizontal axis (time axis) of the received signal shown in FIG. 図30は、超音波送受信器から出力される送信信号および受信信号を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing transmission signals and reception signals output from an ultrasonic transmitter/receiver.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、実施の形態の説明に入る前に、本発明の原理について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the principle of the present invention will be described before describing the embodiments.

〔発明の原理〕
流体の成分、温度、流速は、それぞれ急激には変化しないと仮定することができる場合がある。例えば、流量計測部の前に配管があったり、バッファタンクがあったりすることで、流体の成分や温度や流速の変化は緩和され、計測間隔が十分短ければ、これらの物理量は緩やかに変化するとみなすことができる。また、流体中の音速も、流体の成分や温度、圧力などの関数とみなすことができるため、音速も計測間隔に対して急激には変化しないとみなすことができる。
[Principle of Invention]
It may sometimes be assumed that the fluid composition, temperature, and flow velocity each do not change abruptly. For example, if there is a pipe or a buffer tank in front of the flow rate measurement unit, changes in the composition, temperature, and flow velocity of the fluid will be mitigated, and if the measurement interval is sufficiently short, these physical quantities will change slowly. can be regarded as In addition, since the speed of sound in the fluid can also be regarded as a function of the components, temperature, pressure, etc. of the fluid, it can be regarded that the speed of sound does not change abruptly with respect to the measurement interval.

この「流体の音速(c)や流速(v)は急には変化しない」という仮定を使うことで、以下のようにして適切なゼロクロス時刻を選択することができる。 By using this assumption that "the sonic velocity (c) and flow velocity (v) of the fluid do not change abruptly", it is possible to select an appropriate zero-crossing time as follows.

前記の(15)式より、音速(c)が急には変化しないということから、伝播時間の和が急には変化しないとすることができる。
前記の(9)式より、音速(c)や流速(v)が急には変化しないということは、伝播時間の差が急には変化しないとすることができる。
したがって、「音速(c)や流速(v)が急には変化しない」ということは、伝播時間の差と和が急には変化しないとすることができる。
Since the speed of sound (c) does not change abruptly from the above equation (15), it can be assumed that the sum of the propagation times does not abruptly change.
From the above equation (9), the fact that the speed of sound (c) and the flow velocity (v) do not change abruptly means that the difference in propagation time does not change abruptly.
Therefore, "the speed of sound (c) and the flow velocity (v) do not change suddenly" means that the difference and the sum of the propagation times do not change suddenly.

順方向と逆方向の伝播時間をそれぞれt1、t2とする。伝播時間t1,t2は流量(流速)や温度(音速)の変化などにより時々刻々と変化する。伝播時間t1,t2は離散的に計測しているものとし、i番目に計測された伝播時間t1,t2をそれぞれt1i,t2iとする。また、順方向と逆方向のゼロクロス時刻をそれぞれZ1,Z2とし、i番目に取得されたゼロクロス時刻Z1,Z2をZ1i,Z2iとする。 Let the forward and backward propagation times be t1 and t2, respectively. The propagation times t1 and t2 change from moment to moment due to changes in flow rate (flow velocity) and temperature (sound velocity). The propagation times t1 and t2 are measured discretely, and the i-th measured propagation times t1 and t2 are t1i and t2i, respectively. Further, let Z1 and Z2 be the zero-cross times in the forward direction and Z2, respectively, and let Z1i and Z2i be the i-th acquired zero-cross times Z1 and Z2.

i番目に計測された伝播時間t1i,t2iには、計測されたゼロクロス時刻Z1i,Z2iに応じてそれぞれ複数の候補がある。また、ゼロクロス時刻Z1i,Z2iには、目的とするゼロクロス時刻Z1i,Z2iに対して、1周期の整数倍を加減算した複数の候補がある。 The i-th measured propagation times t1i and t2i have a plurality of candidates according to the measured zero-crossing times Z1i and Z2i. Further, for the zero-crossing times Z1i and Z2i, there are a plurality of candidates obtained by adding/subtracting integral multiples of one cycle to/from the target zero-crossing times Z1i and Z2i.

ここで、伝播時間t1iの候補をt1ijとし、ゼロクロス時刻Z1iの候補をZ1ijとする(図1参照)。また、伝播時間t2iの候補をt2ikとし、ゼロクロス時刻Z2iの候補をZ2ikとする(図2参照)。また、目的とするゼロクロス時刻Z1i,Z2iをZ1it,Z2itとする。なお、j,kは候補を示す番号であり、この例では、jはj≧0の整数とし、kはk≧0の整数とする。 Let t1ij be the candidate for the propagation time t1i, and Z1ij be the candidate for the zero-crossing time Z1i (see FIG. 1). Let t2ik be the candidate for the propagation time t2i, and Z2ik be the candidate for the zero-crossing time Z2i (see FIG. 2). Also, the target zero-crossing times Z1i and Z2i are assumed to be Z1it and Z2it. Note that j and k are numbers indicating candidates, and in this example, j is an integer of j≧0, and k is an integer of k≧0.

この場合、t1ij,t2ikは、
t1ij=Z1ij-dly
t2ik=Z2ik-dly
と表すことができる。
In this case, t1ij and t2ik are
t1ij=Z1ij-dly
t2ik = Z2ik - dly
It can be expressed as.

また、Z1ij,Z2ikは、
Z1ij=Z1it+tuj
Z2ij=Z2it+tuk
と表すことができる。
Also, Z1ij and Z2ik are
Z1ij=Z1it+tuj
Z2ij = Z2it + tuk
It can be expressed as.

i番目(今回)の伝播時間差t2i-t1iの候補をαijkとした場合、
αijk=t2ik-t1ij=Z2ik-Z1ij=Z2it-Z1it+(k-j)tu
とまとめることができる。
When αijk is a candidate for the i-th (current) propagation time difference t2i-t1i,
αijk=t2ik-t1ij=Z2ik-Z1ij=Z2it-Z1it+(kj)tu
can be summarized as

また、i-1番目(前回)の順方向の伝播時間の確定値をt1i-1とし(図3参照)、逆方向の伝播時間の確定値をt2i-1とし(図4参照)、伝播時間差t2i-1-t1i-1をαi-1とした場合、
αi-1=t2i-1-t1i-1=Z2i-1-Z1i-1
と表される。
Let t1i-1 be the definite value of the i-1-th (previous) forward propagation time (see FIG. 3), t2i-1 be the definite value of the backward propagation time (see FIG. 4), and the propagation time difference When t2i-1-t1i-1 is αi-1,
αi-1 = t2i-1 - t1i-1 = Z2i-1 - Z1i-1
is represented.

ここで、今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前回の伝播時間差αi-1からの変化分をΔαijk(Δαijk=αijk-αi-1)として求め、この前回の伝播時間差からの変化分Δαijkが最小となるようなjとkの組み合わせを求め、この組み合わせから求められるk-j=dを第1の条件とする。この段階で、k-j=dとなるjとkの組み合わせは複数の候補がある。 Here, for all candidates αijk of the current propagation time difference, the change from the previous propagation time difference αi-1 is obtained as Δαijk (Δαijk = αijk - αi-1), and the change Δαijk from the previous propagation time difference is the minimum A combination of j and k that satisfies is obtained, and k−j=d obtained from this combination is set as the first condition. At this stage, there are multiple candidates for the combination of j and k that satisfies k−j=d.

同様に、i番目(今回)の伝播時間和t1i+t2iの候補をβijkとした場合、
βijk=t1ij+t2ik=Z1ij+Z2ik-2dly=Z1it+Z2it-2dly+(j+k)tu
とまとめることができる。
Similarly, when a candidate for the i-th (current) propagation time sum t1i + t2i is βijk,
βijk=t1ij+t2ik=Z1ij+Z2ik-2dly=Z1it+Z2it-2dly+(j+k)tu
can be summarized as

また、i-1番目(前回)の順方向の伝播時間の確定値をt1i-1とし(図3参照)、逆方向の伝播時間の確定値をt2i-1とし(図4参照)、伝播時間差t1i-1+t2i-1をβi-1とした場合、
βi-1=t1i-1+t2i-1=Z1i-1+Z2i-1-2dly
と表される。
Let t1i-1 be the definite value of the i-1-th (previous) forward propagation time (see FIG. 3), t2i-1 be the definite value of the backward propagation time (see FIG. 4), and the propagation time difference When t1i-1 + t2i-1 is βi-1,
βi-1=t1i-1+t2i-1=Z1i-1+Z2i-1-2dly
is represented.

ここで、今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前回の伝播時間和βi-1からの変化分をΔβijk(Δβijk=βijk-βi-1)として求め、この前回の伝播時間差からの変化分Δβijkが最小となるようなjとkの組み合わせを求め、この組み合わせから求められるj+k=aを第2の条件とする。この段階で、j+k=aとなるjとkの組み合わせは複数の候補がある。 Here, for all candidates βijk of the current propagation time sum, the variation from the previous propagation time sum βi-1 is obtained as Δβijk (Δβijk = βijk - βi-1), and the variation from the previous propagation time difference Δβijk A combination of j and k that minimizes is determined, and j+k=a determined from this combination is used as the second condition. At this stage, there are multiple candidates for the combination of j and k that satisfies j+k=a.

そして、「k-j=d(第1の条件)」と「j+k=a(第2の条件)」の両方の条件を満たすjとkを求める。この場合、dとaが定まると、j=(a-d)/2、k=(a+d)/2により、jとkが一意的に定まる。 Then, j and k that satisfy both conditions of "kj=d (first condition)" and "j+k=a (second condition)" are obtained. In this case, when d and a are determined, j and k are uniquely determined by j=(ad)/2 and k=(a+d)/2.

そして、この求められたjとkとで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定する。 Then, the forward zero-crossing time candidate Z1ij and the backward zero-crossing time Z2ik indicated by the obtained j and k are determined as the current forward zero-crossing time Z1i and the backward zero-crossing time Z2i.

このようにすることによって、順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikの中から、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkと前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが最も小さい組み合わせが、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定されるものとなる。これにより、順方向/逆方向ともに、常に正しいゼロクロス時刻Z1i,Z2iを選択して、正しい伝播時間t1,t2を算出することが可能となる。 By doing so, the variation Δαijk from the previous propagation time difference and the variation Δβijk from the previous propagation time sum are the most among the forward zero-crossing time candidate Z1ij and the backward zero-crossing time candidate Z2ik. A small combination is determined as the current forward zero-crossing time Z1i and backward zero-crossing time Z2i. This makes it possible to always select correct zero-crossing times Z1i and Z2i in both forward and reverse directions and to calculate correct propagation times t1 and t2.

なお、本発明を実現するにあたっては、目的とするゼロクロス時刻の直前の波高に対して閾値電圧vsを十分低くしておき、受信信号の振幅の変動があっても目的とするゼロクロス時刻は確実に検出することができるようにする。 In order to realize the present invention, the threshold voltage vs is sufficiently low with respect to the wave height immediately before the target zero-crossing time, so that the target zero-crossing time can be reliably achieved even if there is a fluctuation in the amplitude of the received signal. make it detectable.

この場合、閾値電圧vsが低いことから目的とするゼロクロス時刻よりも早いタイミングのゼロクロス時刻も検出してしまうことがあるため、これを除外するために上述したような方法で目的とするゼロクロス時刻を確定するようにする。 In this case, since the threshold voltage vs is low, a zero-cross time that is earlier than the target zero-cross time may also be detected. make sure it is fixed.

〔実施の形態〕
図5に、本発明の実施の形態に係る超音波流量計100の要部を示す。同図において、図25と同一符号は図25を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。
[Embodiment]
FIG. 5 shows a main part of an ultrasonic flowmeter 100 according to an embodiment of the invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 25 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 25, and the description thereof will be omitted.

この超音波流量計100において、第1の超音波送受信器(上流側トランスデューサ)2および第2の超音波送受信器(下流側トランスデューサ)3に対しては、「第1の超音波送受信器2と第2の超音波送受信器3との間で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、これら計測工程毎に得られた両方向における超音波信号の伝播時間差に基づいて流体の流速vを測定し、この測定した流速vと配管1の断面積Sとから流体の流量Qを求める流量演算装置4」が設けられている。 In this ultrasonic flowmeter 100, for the first ultrasonic transmitter/receiver (upstream transducer) 2 and the second ultrasonic transmitter/receiver (downstream transducer) 3, "first ultrasonic transmitter/receiver 2 and A measurement step of transmitting and receiving ultrasonic signals in both directions through fluid between the second ultrasonic transmitter/receiver 3 is performed a plurality of times, and based on the propagation time difference of the ultrasonic signals in both directions obtained for each measurement step A flow rate calculation device 4 is provided which measures the flow velocity v of the fluid using the flow velocity v and obtains the flow rate Q of the fluid from the measured flow velocity v and the cross-sectional area S of the pipe 1 .

流量演算装置4は、図6に示すように、中央演算処理装置(CPU)4-1と、ランダムアクセスメモリ(RAM)4-2と、読み出し専用メモリ(ROM)4-3と、ハードディスクなどの記憶装置4-4と、入出力用のインタフェース4-5,4-6と、これらを接続する母線4-7とを備えている。 As shown in FIG. 6, the flow calculation device 4 includes a central processing unit (CPU) 4-1, a random access memory (RAM) 4-2, a read-only memory (ROM) 4-3, and a hard disk. It comprises a storage device 4-4, input/output interfaces 4-5 and 4-6, and a bus line 4-7 connecting them.

この流量演算装置4には、本実施の形態特有のプログラムとして、流量演算プログラムがインストールされている。この流量演算プログラムは、例えばCD-ROMなどの記録媒体に記録された状態で提供され、この記録媒体から読み出されて記憶装置4-4に記録され、使用可能な状態として流量演算装置4にインストールされている。 A flow rate calculation program is installed in the flow rate calculation device 4 as a program specific to the present embodiment. This flow rate calculation program is provided in a state recorded on a recording medium such as a CD-ROM. installed.

この流量演算装置4において、CPU4-1は、インタフェース4-5を介する入力情報を処理することで、RAM4-2やROM4-3、記憶装置4-4にアクセスしながら、流量演算装置4にインストールされている流量演算プログラムに従って動作する。以下、この流量演算プログラムに従ってCPU4-1が実行する処理動作の第1例(実施の形態1)について、図7および図8に分割して示すフローチャートを参照しながら説明する。 In this flow rate calculation device 4, the CPU 4-1 processes the input information via the interface 4-5, and accesses the RAM 4-2, ROM 4-3, and storage device 4-4 while installing the It operates according to the flow rate calculation program. A first example (embodiment 1) of the processing operation executed by the CPU 4-1 according to this flow rate calculation program will be described below with reference to the flow charts divided into FIGS. 7 and 8. FIG.

〔実施の形態1〕
CPU4-1は、インタフェース4-5を介し、第2の超音波送受信器3から出力される受信信号(図1参照)を今回の順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧Vsを超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijとして取得する(ステップS101)。この取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijは記憶装置4-4に格納される。
[Embodiment 1]
The CPU 4-1 takes in the reception signal (see FIG. 1) output from the second ultrasonic transmitter/receiver 3 via the interface 4-5 as the current forward reception signal, and this forward reception signal is After exceeding the set threshold voltage Vs, the timing at which the forward received signal zero-crosses is detected a plurality of times as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is used as a candidate Z1ij for the current forward zero-crossing time. acquire (step S101). The acquired candidate Z1ij for the current forward zero-crossing time is stored in the storage device 4-4.

なお、この例では、順方向の受信信号がプラス側からマイナス側へ移行するタイミング(ゼロ電位と交差するタイミング)をゼロクロスするタイミングとして、ゼロクロス時刻を検出するようにしている。すなわち、順方向の受信信号が閾値電圧Vsを超えた後、この順方向の受信信号が1周期(tu)毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijとして取得するようにしている。 In this example, the zero-crossing time is detected as the zero-crossing timing at which the forward received signal shifts from the plus side to the minus side (the timing at which it crosses the zero potential). That is, after the forward received signal exceeds the threshold voltage Vs, a plurality of timings at which the forward received signal crosses zero every one cycle (tu) are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is detected this time. is acquired as a candidate Z1ij for the forward zero-crossing time.

次に、CPU4-1は、インタフェース4-5を介し、第1の超音波送受信器2から出力される受信信号(図2参照)を今回の逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧Vsを超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとして取得する(ステップS102)。この取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikは記憶装置4-4に格納される。 Next, the CPU 4-1 takes in the reception signal (see FIG. 2) output from the first ultrasonic transmitter/receiver 2 via the interface 4-5 as the current reception signal in the opposite direction, and After the signal exceeds a preset threshold voltage Vs, the timing at which the reverse received signal zero-crosses is detected a plurality of times as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is used as the current reverse zero-crossing time. It is acquired as a candidate Z2ik (step S102). The acquired candidate Z2ik for the current reverse zero-crossing time is stored in the storage device 4-4.

なお、この例では、逆方向の受信信号がプラス側からマイナス側へ移行するタイミング(ゼロ電位と交差するタイミング)をゼロクロスするタイミングとして、ゼロクロス時刻を検出するようにしている。すなわち、逆方向の受信信号が閾値電圧Vsを超えた後、この逆方向の受信信号が1周期(tu)毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとして取得するようにしている。 In this example, the zero-crossing time is detected as the zero-crossing timing at which the reverse received signal shifts from the plus side to the minus side (the timing at which it crosses the zero potential). That is, after the reverse received signal exceeds the threshold voltage Vs, a plurality of timings at which the reverse received signal crosses zero every one cycle (tu) are detected as zero crossing times, and each of the detected zero crossing times is detected this time. is obtained as a candidate Z2ik for the zero-crossing time in the opposite direction.

次に、CPU4-1は、ステップS101で取得した今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijとステップS102で取得した今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの差「Z2ik-Z1ij」を今回の伝播時間差の候補αijkとして求める(ステップS103)。 Next, the CPU 4-1 determines the current forward zero-cross time candidate Z1ij obtained in step S101 and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik obtained in step S102. The difference "Z2ik-Z1ij" between the current zero-crossing time candidate Z1ij and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik is obtained as the current propagation time difference candidate αijk (step S103).

また、CPU4-1は、ステップS101で取得した今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijとステップS102で取得した今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの和「Z1ij+Z2ik」を今回の伝播時間和の候補βijkとして求める(ステップS104)。 Further, the CPU 4-1 determines the current forward zero-cross time candidate Z1ij acquired in step S101 and the current backward zero-cross time candidate Z2ik acquired in step S102. The sum "Z1ij+Z2ik" of the zero-crossing time candidate Z1ij and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik is obtained as the current propagation time sum candidate βijk (step S104).

また、CPU4-1は、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z2i-1との差「Z2i-1-Z1i-1」を前回の伝播時間差αi-1として求め(ステップS105)、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z2i-1との和「Z1i-1+Z1i-1」を前回の伝播時間和βi-1として求める(ステップS106)。 In addition, the CPU 4-1 propagates the difference "Z2i-1-Z1i-1" between the previous fixed value Z1i-1 of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i-1 of the backward zero-crossing time. The time difference αi-1 is obtained (step S105), and the sum "Z1i-1+Z1i-1" of the previous fixed value Z1i-1 of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i-1 of the reverse zero-crossing time is obtained. is obtained as the propagation time sum βi-1 (step S106).

そして、CPU4-1は、ステップS103で求めた今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて、ステップS105で求めた前回の伝播時間差αi-1からの変化分Δαijk(Δαijk=αijk-αi-1)を求める(ステップS107)。 Then, the CPU 4-1 calculates the change Δαijk (Δαijk=αijk−αi-1) from the previous propagation time difference αi-1 obtained in step S105 for all the current propagation time difference candidates αijk obtained in step S103. (step S107).

また、CPU4-1は、ステップS104で求めた今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて、ステップS106で求めた前回の伝播時間和βi-1からの変化分Δβijk(Δβijk=βijk-βi-1)を求める(ステップS108)。 Further, the CPU 4-1 determines the change Δβijk (Δβijk=βijk−βi-1 ) is obtained (step S108).

そして、CPU4-1は、ステップS107で求めた前回の伝播時間差からの変化分Δαijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせを求め、このjとkの組み合わせから求められるk-j=dを第1の条件として求める(ステップS109)。また、ステップS108で求めた前回の伝播時間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせを求め、このjとkの組み合わせから求められるj+k=aを第2の条件として求める(ステップS110)。 Then, the CPU 4-1 finds the combination of j and k that minimizes the absolute value of the variation Δαijk from the previous propagation time difference found in step S107, and k−j=d calculated from this combination of j and k. is obtained as a first condition (step S109). Also, the combination of j and k that minimizes the absolute value of the change Δβijk from the previous propagation time sum obtained in step S108 is obtained, and j+k=a obtained from this combination of j and k is used as the second condition. (step S110).

そして、CPU4-1は、「k-j=d(第1の条件)」と「j+k=a(第2の条件)」の両方の条件を満たすjとkを求める(ステップS111)。すなわち、k-j=dとj+k=aとを連立させて解き、j=(a-d)/2、k=(a+d)/2としてjとkを求める。 Then, the CPU 4-1 obtains j and k that satisfy both conditions of "kj=d (first condition)" and "j+k=a (second condition)" (step S111). That is, k−j=d and j+k=a are simultaneously solved to obtain j and k as j=(ad)/2 and k=(a+d)/2.

そして、CPU4-1は、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ijの中から、ステップS111で求めたjとkとで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定する(ステップS112)。 Then, the CPU 4-1 selects the forward zero-cross time candidates Z1ij and Z2ij for the current forward zero-cross time and Z2ij, respectively, for the forward zero-cross time indicated by j and k obtained in step S111. The candidate Z1ij and backward zero-crossing time Z2ik are determined as the current forward zero-crossing time Z1i and backward zero-crossing time Z2i (step S112).

〔実施の形態1の具体例〕
次に、実施の形態1の具体例について説明する。なお、この実施の形態1の具体例において、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1は「229.17μs」、逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z2i-1は「229.91μs」であったとする(図9参照)。
[Specific example of Embodiment 1]
Next, a specific example of Embodiment 1 will be described. In the specific example of the first embodiment, the previous fixed value Z1i-1 of the forward zero-crossing time is "229.17 µs", and the previous fixed value Z2i-1 of the backward zero-crossing time is "229.91 µs". ” (see FIG. 9).

この場合、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z2i-1との差(前回の伝播時間差)αi-1は、Z2i-1-Z1i-1=074〔μs〕として求められ、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z2i-1との和(前回の伝播時間和)βi-1は、Z1i-1+Z2i-1=459.08〔μs〕として求められる(図10参照)。 In this case, the difference (previous propagation time difference) αi-1 between the previous fixed value Z1i-1 of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i-1 of the backward zero-crossing time is Z2i-1-Z1i- 1=074 [μs], the sum of the previous fixed value Z1i-1 of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i-1 of the backward zero-crossing time (previous propagation time sum) βi-1 is obtained as Z1i-1+Z2i-1=459.08 [.mu.s] (see FIG. 10).

また、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijとして、Z1i0が「225.37μs」、Z1i1が「227.28μs」、Z1i2が「229.23μs」として取得され(図11参照)、今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとして、Z2i0が「228.00μs」、Z2i1が「229.93μs」、Z2i2が「231.82μs」として取得されたものとする(図12参照)。 In addition, Z1i0 is acquired as "225.37 μs", Z1i1 as "227.28 μs", and Z1i2 as "229.23 μs" as candidate Z1ij for the current forward zero-crossing time (see FIG. 11). Z2i0 is "228.00 μs", Z2i1 is "229.93 μs", and Z2i2 is "231.82 μs" as zero-crossing time candidates Z2ik (see FIG. 12).

この場合、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの差「Z2ik-Z1ij」を今回の伝播時間差の候補αijkとして求めると、今回の伝播時間差の候補αijkは図13に示すようになる。 In this case, for all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z1ij If the difference "Z2ik-Z1ij" with the candidate Z2ik is obtained as the current propagation time difference candidate αijk, the current propagation time difference candidate αijk is as shown in FIG.

また、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの和「Z1ij+Z2ik」を今回の伝播時間和の候補βijkとして求めると、今回の伝播時間和の候補βijkは図14に示すようになる。 For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate When the sum "Z1ij+Z2ik" with Z2ik is obtained as the current propagation time sum candidate βijk, the current propagation time sum candidate βijk is as shown in FIG.

そして、今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて、前回の伝播時間差αi-1からの変化分Δαijkを「αijk-αi-1」として求めると、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkは図15に示すようになる。また、今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて、前回の伝播時間和βi-1からの変化分Δβijkを「βijk-βi-1」として求めると、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkは図16に示すようになる。 Then, for all the current propagation time difference candidates αijk, if the variation Δαijk from the previous propagation time difference αi-1 is obtained as “αijk−αi-1”, the variation Δαijk from the previous propagation time difference is shown in FIG. as shown. Also, for all candidates βijk of the current propagation time sum, if the change Δβijk from the previous propagation time sum βi-1 is obtained as "βijk - βi-1", the change Δβijk from the previous propagation time sum is It comes to show in FIG.

図15において、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせは、j=1,k=0である(図中斜線で示したセル)。このjとkの組み合わせからk-j=dを第1の条件として求める。この場合、j=1,k=0の組み合わせからd=-1が得られ、k-j=-1が第1の条件とされる。なお、d=-1となるjとkの組み合わせは、k=1,j=2もあり(図中網線で示すセル)、このjとkの組み合わせも候補となる。 In FIG. 15, the combination of j and k that minimizes the absolute value of the change .DELTA..alpha.ijk from the previous propagation time difference is j=1 and k=0 (hatched cells in the figure). From the combination of j and k, kj=d is obtained as the first condition. In this case, d=-1 is obtained from the combination of j=1 and k=0, and kj=-1 is the first condition. Note that combinations of j and k with d=-1 include k=1 and j=2 (cells indicated by hatched lines in the figure), and this combination of j and k is also a candidate.

図16において、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせは、j=1,k=2である(図中斜線で示したセル)。このjとkの組み合わせからj+k=aを第2の条件として求める。この場合、j=1,k=2の組み合わせから、a=3が得られ、j+k=3が第2の条件とされる。なお、a=3となるjとkの組み合わせは、k=1,j=2もあり(図中網線で示すセル)、このjとkの組み合わせも候補となる。 In FIG. 16, the combination of j and k that minimizes the absolute value of the change .DELTA..beta.ijk from the previous sum of propagation times is j=1 and k=2 (hatched cells in the figure). From the combination of j and k, j+k=a is obtained as the second condition. In this case, a=3 is obtained from the combination of j=1 and k=2, and j+k=3 is the second condition. There are also combinations of j and k where a=3, k=1 and j=2 (cells indicated by hatched lines in the figure), and this combination of j and k is also a candidate.

この実施の形態1の具体例において、ゼロクロス時刻の差と和の変化分がそれぞれ小さいとして求めた2つの条件は、「k-j=-1」(第1の条件)、「j+k=3」(第2の条件)となるので、両方の条件を満たすj,kとして、すなわち前回の伝播時間差からの変化分Δαijkと前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが最も小さい組み合わせとして、j=2,k=1が求められる。 In the specific example of the first embodiment, the two conditions obtained assuming that the difference in the zero-crossing times and the change in the sum are small are "k−j=−1" (first condition) and "j+k=3". (Second condition), j=2 as a combination of j and k that satisfy both conditions, that is, the combination that has the smallest change Δαijk from the previous propagation time difference and the smallest change Δβijk from the previous propagation time sum. , k=1.

これにより、その求められたj=2とk=1とで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Z1i2および逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2i1が、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定される(図17参照)。 As a result, the forward zero-crossing time candidate Z1i2 and the backward zero-crossing time candidate Z2i1 indicated by j=2 and k=1 thus obtained are converted to the current forward zero-crossing time Z1i and the backward zero-crossing time Z1i. It is determined as time Z2i (see FIG. 17).

〔実施の形態2〕
次に、流量演算プログラムに従ってCPU4-1が実行する処理動作の第2例(実施の形態2)について、図18および図19に分割して示すフローチャートを参照しながら説明する。
[Embodiment 2]
Next, a second example (embodiment 2) of the processing operation executed by the CPU 4-1 according to the flow rate calculation program will be described with reference to the flow charts divided into FIGS. 18 and 19. FIG.

図18および図19に分割して示したフローチャートにおいて、ステップS201~S208の処理は、図7および図8に分割して示したフローチャートにおけるステップS101~S108の処理と同じであるので、その説明は省略する。なお、この実施の形態2では、ゼロクロス時刻の差と和の変化分について、平均を用いて一次元化して、最小値を算出するものとする。 18 and 19, the processing of steps S201 to S208 is the same as the processing of steps S101 to S108 in the flowchart divided into FIGS. omitted. It should be noted that in the second embodiment, the minimum value is calculated by one-dimensionalizing the difference of the zero-crossing times and the change in the sum using the average.

実施の形態2において、CPU4-1は、ステップS207で求めた前回の伝播時間差からの変化分Δαijkについて、k-jが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるk-j=dを第1の条件として求める(ステップS209)。また、ステップS208で求めた前回の伝播時間和からの変化分Δβijkについて、j+kが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるj+k=dを第2の条件として求める(ステップS210)。 In the second embodiment, the CPU 4-1 obtains the average value of the variation Δαijk from the previous propagation time difference obtained in step S207 for the same k−j, and determines the k− Obtain j=d as the first condition (step S209). Further, regarding the variation Δβijk from the previous propagation time sum obtained in step S208, the average value of the same j+k is obtained, and the absolute value of the average value j+k=d is obtained as the second condition (step S210).

そして、CPU4-1は、「k-j=d(第1の条件)」と「j+k=a(第2の条件)」の両方の条件を満たすjとkを求める(ステップS211)。すなわち、k-j=dとj+k=aとを連立させて解き、j=(a-d)/2、k=(a+d)/2としてjとkを求める。 Then, the CPU 4-1 obtains j and k that satisfy both conditions of "kj=d (first condition)" and "j+k=a (second condition)" (step S211). That is, k−j=d and j+k=a are simultaneously solved to obtain j and k as j=(ad)/2 and k=(a+d)/2.

そして、CPU4-1は、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ijの中から、ステップS211で求めたjとkとで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定する(ステップS212)。 Then, the CPU 4-1 selects the forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ij from the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ij, respectively. The candidate Z1ij and backward zero-crossing time Z2ik are determined as the current forward zero-crossing time Z1i and backward zero-crossing time Z2i (step S212).

〔実施の形態2の具体例〕
次に、実施の形態2の具体例について説明する。なお、実施の形態2の具体例においても、実施の形態1と同様にして、ステップS207において、図15に示すような前回の伝播時間差からの変化分Δαijkが求められ、ステップS208において、図16に示すような前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが求められるものとする。
[Specific example of Embodiment 2]
Next, a specific example of the second embodiment will be described. Also in the specific example of the second embodiment, in the same way as in the first embodiment, in step S207, the variation Δαijk from the previous propagation time difference as shown in FIG. 15 is obtained, and in step S208, It is assumed that a change Δβijk from the previous sum of propagation times as shown in (1) is obtained.

実施の形態1では、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせを求め、このiとkとの組み合わせからk-j=dを第1の条件として求めるようにした。これに対して、実施の形態2では、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkについて、k-jが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるk-j=dを第1の条件として求めるようにする(図20参照)。図20に示した例では、平均値の絶対値が最小となるのは、k-j=-1の場合である。したがって、k-j=-1が第1の条件とされる。 In Embodiment 1, the combination of j and k that minimizes the absolute value of the change Δαijk from the previous propagation time difference is obtained, and from this combination of i and k, k−j=d is obtained as the first condition. I made it On the other hand, in the second embodiment, the average value of the variation Δαijk from the previous propagation time difference is calculated for the same k−j, and the absolute value of the average value k−j=d is the smallest. 1 condition (see FIG. 20). In the example shown in FIG. 20, the absolute value of the average value is minimum when kj=-1. Therefore, kj=-1 is taken as the first condition.

また、実施の形態1では、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせを求め、このiとkとの組み合わせからj+k=aを第2の条件として求めるようにした。これに対して、実施の形態2では、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkについて、j+kが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるj+k=aを第2の条件として求めるようにする(図21参照)。図21に示した例では、平均値の絶対値が最小となるのは、j+k=3の場合である。したがって、j+k=3が第2の条件とされる。 Further, in Embodiment 1, the combination of j and k that minimizes the absolute value of the change Δβijk from the previous propagation time sum is obtained, and from this combination of i and k, j+k=a is set as the second condition. I asked for it. On the other hand, in the second embodiment, the average value of the change Δβijk from the previous propagation time sum is calculated for the same j+k, and the absolute value of the average value j+k=a is the second condition. (See FIG. 21). In the example shown in FIG. 21, the absolute value of the average value is minimum when j+k=3. Therefore, j+k=3 is the second condition.

この実施の形態2の具体例において、ゼロクロス時刻の差と和の変化分がそれぞれ小さいとして求めた2つの条件は、k-j=-1(第1の条件)、j+k=3(第2の条件)となるので、両方の条件を満たすj,kとして、すなわち前回の伝播時間差からの変化分Δαijkと前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが最も小さい組み合わせとして、j=2,k=1が求められる。 In the specific example of the second embodiment, the two conditions obtained assuming that the difference in the zero-crossing times and the change in the sum are small are k−j=−1 (first condition) and j+k=3 (second condition). condition), j=2 and k=1 as j and k satisfying both conditions, that is, as a combination where the change Δαijk from the previous propagation time difference and the change Δβijk from the previous propagation time sum are the smallest. is required.

これにより、その求められたj=2とk=1とで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Z1i2および逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2i1が、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定される(図22参照)。 As a result, the forward zero-crossing time candidate Z1i2 and the backward zero-crossing time candidate Z2i1 indicated by j=2 and k=1 thus obtained are converted to the current forward zero-crossing time Z1i and the backward zero-crossing time Z1i. It is determined as time Z2i (see FIG. 22).

図23に、超音波流量計100における流量演算装置4の要部の機能ブロック図を示す。この流量演算装置4は、CPU4-1の処理機能として、順方向ゼロクロス時刻候補取得部41と、逆方向ゼロクロス時刻候補取得部42と、伝播時間差候補算出部43と、伝播時間和候補算出部44と、前回の伝播時間差算出部45と、前回の伝播時間和算出部46と、伝播時間差変化分算出部47と、伝播時間和変化分算出部48と、ゼロクロス時刻確定部49とを備えている FIG. 23 shows a functional block diagram of the main part of the flow rate computing device 4 in the ultrasonic flowmeter 100. As shown in FIG. The flow rate calculation device 4 includes, as the processing functions of the CPU 4-1, a forward zero-crossing time candidate acquisition unit 41, a backward zero-crossing time candidate acquisition unit 42, a propagation time difference candidate calculation unit 43, and a propagation time sum candidate calculation unit 44. , a previous propagation time difference calculator 45, a previous propagation time sum calculator 46, a propagation time difference change calculator 47, a propagation time sum change calculator 48, and a zero crossing time determination unit 49.

この流量演算装置4において、順方向ゼロクロス時刻候補取得部41は、第1の超音波送受信器2からの超音波信号を受信した第2の超音波送受信器3から出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が閾値電圧Vsを超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミング(この例では、順方向の受信信号が1周期毎にゼロクロスするタイミング)をゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijとして取得する。 In this flow rate calculation device 4, the forward zero-crossing time candidate acquisition unit 41 receives the ultrasonic signal from the first ultrasonic transmitter/receiver 2 and outputs the received signal output from the second ultrasonic transmitter/receiver 3 in the forward direction. After this forward received signal exceeds the threshold voltage Vs, the timing at which this forward received signal crosses zero (in this example, the timing at which the forward received signal crosses zero every cycle) are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate Z1ij for the current forward zero-crossing time.

逆方向ゼロクロス時刻候補取得部42は、第2の超音波送受信器3からの超音波信号を受信した第1の超音波送受信器2から出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が閾値電圧Vsを超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミング(この例では、逆方向の受信信号が1周期毎にゼロクロスするタイミング)をゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとして取得する。 The backward zero-crossing time candidate acquiring unit 42 acquires the received signal output from the first ultrasonic transmitter/receiver 2 that has received the ultrasonic signal from the second ultrasonic transmitter/receiver 3 as a backward received signal, and obtains this After the reverse received signal exceeds the threshold voltage Vs, a plurality of timings at which the reverse received signal crosses zero (in this example, the timing at which the reverse received signal crosses zero every cycle) are detected as zero crossing times. , each of the detected zero-crossing times is obtained as a candidate Z2ik for the current reverse zero-crossing time.

伝播時間差候補算出部43は、順方向ゼロクロス時刻候補取得部41によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと逆方向ゼロクロス時刻候補取得部42によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの差「Z2ik-Z1ij」を今回の伝播時間差の候補αijkとして求める。 The propagation time difference candidate calculation unit 43 calculates the current forward zero-cross time candidate Z1ij acquired by the forward zero-cross time candidate acquisition unit 41 and the current reverse zero-cross time acquired by the backward zero-cross time candidate acquisition unit 42. For all combinations with candidates Z2ik of , the difference "Z2ik-Z1ij" between the current forward zero-crossing time candidate Z1ij and the current backward zero-crossing time candidate Z2ik is obtained as the current propagation time difference candidate αijk.

伝播時間和候補算出部44は、順方向ゼロクロス時刻候補取得部41によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと逆方向ゼロクロス時刻候補取得部42によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの和「Z1ij+Z2ik」を今回の伝播時間和の候補βijkとして求める。 The propagation time sum candidate calculation unit 44 calculates the current forward zero-crossing time candidate Z1ij acquired by the forward zero-crossing time candidate acquiring unit 41 and the current reverse zero-crossing time candidate Z1ij acquired by the backward zero-crossing time candidate acquiring unit 42. For all combinations with time candidates Z2ik, the sum of the current forward zero-crossing time candidate Z1ij and the current backward zero-crossing time candidate Z2ik, "Z1ij+Z2ik", is obtained as the current propagation time sum candidate βijk.

前回の伝播時間差算出部45は、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z2i-1との差を前回の伝播時間差αi-1として求め、前回の伝播時間和算出部46は、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z2i-1との和を前回の伝播時間和βi-1として求める。 The previous propagation time difference calculator 45 obtains the difference between the previous fixed value Z1i-1 of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i-1 of the backward zero-crossing time as the previous propagation time difference αi-1, The previous propagation time sum calculation unit 46 sets the sum of the previous fixed value Z1i-1 of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i-1 of the backward zero-crossing time as the previous propagation time sum βi-1. Ask.

伝播時間差変化分算出部47は、伝播時間差候補算出部43によって求められた今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて、前回の伝播時間差算出部45によって求められた前回の伝播時間差αi-1からの変化分Δαijk(Δαijk=αijk-αi-1)を求め、伝播時間和変化分算出部48は、伝播時間和候補算出部44によって求められた今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて、前回の伝播時間和算出部46によって求められた前回の伝播時間和βi-1からの変化分Δβijk(Δβijk=βijk-βi-1)を求める。 The propagation time difference change calculation unit 47 calculates all of the current propagation time difference candidates αijk obtained by the propagation time difference candidate calculation unit 43 from the previous propagation time difference αi-1 obtained by the previous propagation time difference calculation unit 45. A change amount Δαijk (Δαijk=αijk−αi−1) is obtained, and the propagation time sum change calculation unit 48 calculates all of the current propagation time sum candidates βijk obtained by the propagation time sum candidate calculation unit 44 from the previous A change Δβijk (Δβijk=βijk−βi-1) from the previous propagation time sum βi-1 obtained by the propagation time sum calculator 46 is obtained.

ゼロクロス時刻確定部49は、伝播時間差変化分算出部に47よって求められた前回の伝播時間差からの変化分Δαijkと伝播時間和変化分算出部48によって求められた前回の伝播時間和からの変化分Δβijkとに基づいて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikの中から、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻Z2iを確定する。 The zero-crossing time determination unit 49 supplies the change Δαijk from the previous propagation time difference obtained by the propagation time difference change calculation unit 47 to the propagation time difference change calculation unit 47 and the change from the previous propagation time sum obtained by the propagation time sum change calculation unit 48 . Determine the current forward zero-crossing time Z1i and the current reverse zero-crossing time Z2i from the current forward zero-crossing time candidate Z1ij and the current backward zero-crossing time candidate Z2ik based on Δβijk. do.

この場合、ゼロクロス時刻確定部49は、上述した実施の形態1や実施の形態2のようにして、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikの中から、前回の伝播時間差からの変化分Δαijと前回の伝播時間和からの変化分Δβijが最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定する。この確定されたゼロクロス時刻Z1i,Z2iは、次回の伝播時間差の計測に際し、ゼロクロス時刻の前回の確定値Z1i-1,Z2i-1として用いられる。 In this case, the zero-crossing time determination unit 49 selects the current forward zero-crossing time candidate Z1ij and the current backward zero-crossing time candidate Z2ik as in the first and second embodiments described above. , the combination of the smallest change Δαij from the previous propagation time difference and the smallest change Δβij from the previous total propagation time is determined as the current forward zero-crossing time Z1i and the current backward zero-crossing time Z2i. The determined zero-cross times Z1i and Z2i are used as the previous determined values Z1i-1 and Z2i-1 of the zero-cross times when measuring the next propagation time difference.

なお、上述した実施の形態では、順方向ゼロクロス時刻候補取得部41や逆方向ゼロクロス時刻候補取得部42において、順方向の受信信号や逆方向の受信信号が1周期(tu)毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として検出するようにしたが、半周期(tu/2)毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として検出するようにしてもよい(図24参照)。 In the above-described embodiment, in the forward zero-crossing time candidate acquiring unit 41 and the backward zero-crossing time candidate acquiring unit 42, the timing at which the forward received signal and the backward received signal zero-cross each cycle (tu) is detected as the zero-crossing time, it is also possible to detect the zero-crossing timing every half cycle (tu/2) as the zero-crossing time (see FIG. 24).

半周期毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として検出するようにしても、上述した実施の形態と同様にして、順方向/逆方向ともに、常に正しいゼロクロス時刻Z1i,Z2iを選択して、正しい伝播時間t1,t2を算出することが可能となる。 Even if the zero-crossing timing is detected every half cycle as the zero-crossing time, the correct zero-crossing times Z1i and Z2i are always selected in both the forward and reverse directions in the same manner as in the above-described embodiment, and the correct propagation time is obtained. It becomes possible to calculate t1 and t2.

また、ゼロクロス時刻確定部49において、確定した今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iとこのゼロクロス時刻Z1iに連なる複数の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijとの平均を求め、この平均を今回の順方向の伝播時間t1の算出に際して用いる順方向のゼロクロス時刻とし、確定した今回の逆方向のゼロクロス時刻Z2iとこのゼロクロス時刻Z2iに連なる複数の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの平均を求め、この平均を今回の逆方向の伝播時間t2の算出に際して用いる逆方向のゼロクロス時刻とするようにしてもよい。このようにすることにより、特許文献1と同様にして、計測される伝播時間のばらつきを小さくすることができるようになる。 Further, in the zero-crossing time determining unit 49, the average of the current determined forward zero-crossing time Z1i and a plurality of forward zero-crossing time candidates Z1ij contiguous to this zero-crossing time Z1i is obtained, and this average is used as the current forward zero-crossing time Z1i. The forward zero-crossing time used for calculation of the propagation time t1 is determined as the current reverse zero-crossing time Z2i and the average of a plurality of backward zero-crossing time candidates Z2ik following this zero-crossing time Z2i is calculated. The backward zero-crossing time used for calculating the current backward propagation time t2 may be used. By doing so, it is possible to reduce variations in the measured propagation time in the same manner as in Patent Document 1.

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の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、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
[Expansion of Embodiment]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention.

1…配管、2…第1の超音波送受信器(上流側トランスデューサ)、3…第2の超音波送受信器(下流側トランスデューサ)、4…流量演算装置、4-1…中央演算処理装置(CPU)、4-2…ランダムアクセスメモリ(RAM)、4-3…専用メモリ(ROM)、4-4…記憶装置、4-5,4-6…インタフェース、4-7…母線、41…順方向ゼロクロス時刻候補取得部、42…逆方向ゼロクロス時刻候補取得部、43…伝播時間差候補算出部、44…伝播時間和候補算出部、45…前回の伝播時間差算出部、46…前回の伝播時間和算出部、47…伝播時間差変化分算出部、48…伝播時間和変化分算出部、49…ゼロクロス時刻確定部、100…超音波流量計。 1... Piping, 2... First ultrasonic transmitter/receiver (upstream transducer), 3... Second ultrasonic transmitter/receiver (downstream transducer), 4... Flow calculation device, 4-1... Central processing unit (CPU ), 4-2... random access memory (RAM), 4-3... dedicated memory (ROM), 4-4... storage device, 4-5, 4-6... interface, 4-7... bus line, 41... forward direction Zero-crossing time candidate acquisition unit 42 Reverse zero-crossing time candidate acquisition unit 43 Propagation time difference candidate calculation unit 44 Propagation time sum candidate calculation unit 45 Previous propagation time difference calculation unit 46 Previous propagation time sum calculation Part 47... Propagation time difference change calculation part 48... Propagation time sum change calculation part 49... Zero cross time determination part 100... Ultrasonic flow meter.

Claims (11)

測定対象の流体が流れる配管と、この配管の上流側に配置された第1の超音波送受信器
と、前記配管の下流側に配置された第2の超音波送受信器とを備え、前記第1の超音波送
受信器と前記第2の超音波送受信器との間で前記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、これら計測工程毎に得られた前記両方向における前記超
音波信号の伝播時間差に基づいて、前記流体の流量を計測するように構成された超音波流
量計において、
前記第1の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第2の超音波送受信器から
出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングを
ゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方
向のゼロクロス時刻の候補として取得するように構成された順方向ゼロクロス時刻候補取
得部と、
前記第2の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第1の超音波送受信器から
出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングを
ゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方
向のゼロクロス時刻の候補として取得するように構成された逆方向ゼロクロス時刻候補取
得部と、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時
刻の候補と前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロ
クロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差を今回の伝播時間差の候補として求めるよ
うに構成された伝播時間差候補算出部と、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時
刻の候補と前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロ
クロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和を今回の伝播時間和の候補として求めるよ
うに構成された伝播時間和候補算出部と、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と前記逆方向のゼロクロス時刻の前回の確
定値との差を前回の伝播時間差として求めるように構成された前回の伝播時間差算出部と

前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と前記逆方向のゼロクロス時刻の前回の確
定値との和を前回の伝播時間和として求めるように構成された前回の伝播時間和算出部と

前記伝播時間差候補算出部によって求められた今回の伝播時間差の候補の全てについて
、前記前回の伝播時間差算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分を求め
るように構成された伝播時間差変化分算出部と、
前記伝播時間和候補算出部によって求められた今回の伝播時間和の候補の全てについて
、前記前回の伝播時間和算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分を求め
るように構成された伝播時間和変化分算出部と、
前記伝播時間差変化分算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分と前記
伝播時間和変化分算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分とに基づいて
、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時
刻の候補および前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向の
ゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼ
ロクロス時刻を確定するように構成されたゼロクロス時刻確定部と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
a pipe through which a fluid to be measured flows; a first ultrasonic transmitter/receiver arranged upstream of the pipe; and a second ultrasonic transmitter/receiver arranged downstream of the pipe; The measurement step of transmitting and receiving ultrasonic signals in both directions through the fluid between the ultrasonic transmitter and receiver of and the second ultrasonic transmitter and receiver is performed a plurality of times, and in the two directions obtained for each of these measurement steps In an ultrasonic flowmeter configured to measure the flow rate of the fluid based on the propagation time difference of the ultrasonic signal,
A received signal output from the second ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the first ultrasonic transmitter/receiver is taken as a forward received signal, and the forward received signal is set in advance. After exceeding the current threshold voltage, multiple timings at which the forward received signal crosses zero are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current forward zero-crossing time. a forward zero-crossing time candidate acquiring unit;
A received signal outputted from the first ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the second ultrasonic transmitter/receiver is taken as a reverse received signal, and the reverse received signal is set in advance. After exceeding the current threshold voltage, a plurality of timings at which the reverse received signal crosses zero are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current reverse-direction zero-crossing time. a backward zero-crossing time candidate acquiring unit;
For all combinations of the current forward zero-crossing time candidate acquired by the forward zero-crossing time candidate acquiring unit and the current backward zero-crossing time candidate acquired by the backward zero-crossing time candidate acquiring unit, a propagation time difference candidate calculation unit configured to obtain a difference between a current forward zero-crossing time candidate and a current backward zero-crossing time candidate as a current propagation time difference candidate;
For all combinations of the current forward zero-crossing time candidate acquired by the forward zero-crossing time candidate acquiring unit and the current backward zero-crossing time candidate acquired by the backward zero-crossing time candidate acquiring unit, a propagation time sum candidate calculation unit configured to obtain the sum of the current forward zero-crossing time candidate and the current backward zero-crossing time candidate as a current propagation time sum candidate;
a previous propagation time difference calculating unit configured to obtain, as a previous propagation time difference, a difference between a previous fixed value of the forward zero-crossing time and a previous fixed value of the backward zero-crossing time;
a previous propagation time sum calculation unit configured to calculate a sum of a previous fixed value of the forward zero-crossing time and a previous fixed value of the backward zero-crossing time as a previous propagation time sum;
A propagation time difference change configured to obtain a change from a previous propagation time difference obtained by the previous propagation time difference calculation unit for all current propagation time difference candidates obtained by the propagation time difference candidate calculation unit. a calculation unit;
For all the current propagation time sum candidates obtained by the propagation time sum candidate calculation unit, a change from the previous propagation time sum obtained by the previous propagation time sum calculation unit is calculated. a propagation time sum variation calculator;
The forward zero-crossing is performed based on the change from the previous propagation time difference calculated by the propagation time difference change calculator and the change from the previous propagation time sum calculated by the propagation time sum change calculator. The current forward zero-crossing time is selected from among the current forward zero-crossing time candidate acquired by the time candidate acquiring unit and the current backward zero-crossing time candidate acquired by the backward zero-crossing time candidate acquiring unit. and a zero-cross time determination unit configured to determine the current reverse zero-cross time.
請求項1に記載された超音波流量計において、
前記ゼロクロス時刻確定部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および前記今回の逆方向のゼロクロス時刻の
候補の中から、前記前回の伝播時間差からの変化分と前記前回の伝播時間和からの変化分
が最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロク
ロス時刻として確定する
ことを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The zero-crossing time determination unit
A combination having the smallest change from the previous propagation time difference and the smallest change from the previous propagation time sum is selected from the current forward zero-crossing time candidate and the current backward zero-crossing time candidate. , as the current forward zero-cross time and the current reverse zero-cross time.
請求項1に記載された超音波流量計において、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
iを今回を示す番号、jを候補を示す番号として、前記今回の順方向のゼロクロス時刻
の候補をZ1ijとして抽出し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
iを今回を示す番号、kを候補を示す番号として、前記逆方向のゼロクロス時刻の候補
をZ2ikとして抽出し、
前記伝播時間差候補算出部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1
ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの差を今回の伝播時間差の候補αijk
として求め、
前記伝播時間和候補算出部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Z2ikの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ij
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの和を今回の伝播時間和の候補βijkと
して求め、
前記前回の伝播時間差算出部は、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Z2iとの差を前回の伝播時間差αi-1として求め、
前記前回の伝播時間和算出部は、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Z2iとの和を前回の伝播時間和βi-1として求め、
前記伝播時間差変化分算出部は、
前記今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前記前回の伝播時間差αi-1からの変
化分をΔαijkとして求め、
前記伝播時間和変化分算出部は、
前記今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前記前回の伝播時間和βi-1からの変
化分をΔβijkとして求め、
前記ゼロクロス時刻確定部は、
前記伝播時間差変化分算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分Δαij
kの絶対値が最小となるjとkの組み合わせを求め、この組み合わせから求められるk-
j=dを第1の条件とし、前記伝播時間和変化分算出部によって求められた前回の伝播時
間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせを求め、この組み合
わせから求められるj+k=aを第2の条件とし、この第1の条件と第2の条件の両方の
条件を満たすjとkを求め、この求められたjとkとで示される前記順方向のゼロクロス
時刻の候補Z1ijおよび前記逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikを、今回の順方向のゼ
ロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定する
ことを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The forward zero-crossing time candidate acquisition unit includes:
With i being the number indicating the current time and j being the number indicating the candidate, the current forward zero-crossing time candidate is extracted as Z1ij,
The backward zero-crossing time candidate acquisition unit,
With i being the number indicating the current time and k being the number indicating the candidate, the candidate for the zero crossing time in the reverse direction is extracted as Z2ik,
The propagation time difference candidate calculation unit,
For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1
The difference between ij and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik is defined as the current propagation time difference candidate αijk
as
The propagation time sum candidate calculation unit,
For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1ij
and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik as the current propagation time sum candidate βijk,
The previous propagation time difference calculator,
Obtaining a difference between the previous fixed value Z1i of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i of the backward zero-crossing time as a previous propagation time difference αi-1,
The previous propagation time sum calculation unit,
obtaining the sum of the previous fixed value Z1i of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i of the backward zero-crossing time as the previous propagation time sum βi-1;
The propagation time difference variation calculator,
Obtaining as Δαijk the amount of change from the previous propagation time difference αi-1 for all of the current propagation time difference candidates αijk,
The propagation time sum change calculation unit,
Obtaining as Δβijk the amount of change from the previous propagation time sum βi−1 for all of the current propagation time sum candidates βijk ,
The zero-crossing time determination unit
A change Δαij from the previous propagation time difference obtained by the propagation time difference change calculator
Find the combination of j and k that minimizes the absolute value of k, and k-
With j=d as the first condition, the combination of j and k that minimizes the absolute value of the change Δβijk from the previous sum of propagation times obtained by the sum of propagation time changes calculated by the sum of propagation time change calculation section is determined, and from this combination Using the obtained j+k=a as a second condition, obtaining j and k that satisfy both the first condition and the second condition, and obtaining the forward zero crossing indicated by the obtained j and k An ultrasonic flowmeter characterized in that the time candidate Z1ij and the backward zero-cross time candidate Z2ik are determined as the current forward zero-cross time Z1i and the backward zero-cross time Z2i.
請求項1に記載された超音波流量計において、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
iを今回を示す番号、jを候補を示す番号として、前記今回の順方向のゼロクロス時刻
の候補をZ1ijとして抽出し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
iを今回を示す番号、kを候補を示す番号として、前記逆方向のゼロクロス時刻の候補
をZ2ikとして抽出し、
前記伝播時間差候補算出部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1
ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの差を今回の伝播時間差の候補αijk
として求め、
前記伝播時間和候補算出部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Z2ikの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ij
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの和を今回の伝播時間和の候補βijkと
して求め、
前記前回の伝播時間差算出部は、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Z2iとの差を前回の伝播時間差αi-1として求め、
前記前回の伝播時間和算出部は、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Z2iとの和を前回の伝播時間和βi-1として求め、
前記伝播時間差変化分算出部は、
前記今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前記前回の伝播時間差αi-1からの変
化分をΔαijkとして求め、
前記伝播時間和変化分算出部は、
前記今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前記前回の伝播時間和βi-1からの変
化分をΔβijkとして求め、
前記ゼロクロス時刻確定部は、
前記伝播時間差変化分算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分Δαij
kについてk-jが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるk-jを
dとし、前記伝播時間和変化分算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分
Δβijkについてj+kが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるj
+kをaとし、k-j=d、j+k=aの両方の条件を満たすjとkを求め、この求めら
れたjとkとで示される前記順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび前記逆方向のゼ
ロクロス時刻の候補Z2ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロ
クロス時刻Z2iとして確定する
ことを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The forward zero-crossing time candidate acquisition unit includes:
With i being the number indicating the current time and j being the number indicating the candidate, the current forward zero-crossing time candidate is extracted as Z1ij,
The backward zero-crossing time candidate acquisition unit,
With i being the number indicating the current time and k being the number indicating the candidate, the candidate for the zero crossing time in the reverse direction is extracted as Z2ik,
The propagation time difference candidate calculation unit,
For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1
The difference between ij and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik is defined as the current propagation time difference candidate αijk
as
The propagation time sum candidate calculation unit,
For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1ij
and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik as the current propagation time sum candidate βijk,
The previous propagation time difference calculator,
Obtaining a difference between the previous fixed value Z1i of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i of the backward zero-crossing time as a previous propagation time difference αi-1,
The previous propagation time sum calculation unit,
obtaining the sum of the previous fixed value Z1i of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i of the backward zero-crossing time as the previous propagation time sum βi-1;
The propagation time difference variation calculator,
Obtaining as Δαijk the amount of change from the previous propagation time difference αi-1 for all of the current propagation time difference candidates αijk,
The propagation time sum change calculation unit,
Obtaining as Δβijk the amount of change from the previous propagation time sum βi−1 for all of the current propagation time sum candidates βijk ,
The zero-crossing time determination unit
A change Δαij from the previous propagation time difference obtained by the propagation time difference change calculator
For k, find the average value of the same kj, let d be the kj with the smallest absolute value of the average value, and the change from the previous propagation time sum calculated by the propagation time sum change calculation unit Calculate the average value of the same j + k for the minute Δβijk, and the absolute value of the average value is the minimum j
Letting +k be a, find j and k that satisfy both the conditions of k−j=d and j+k=a, and find the forward zero-crossing time candidate Z1ij and the backward zero-crossing time candidate Z1ij indicated by the found j and k. , the candidate zero-crossing times Z2ik are determined as the current forward-direction zero-crossing time Z1i and the current backward-direction zero-crossing time Z2i.
請求項1~4の何れか1項に記載された超音波流量計において、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
前記第1の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第2の超音波送受信器から
出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号が1周期毎にゼロクロスするタ
イミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを
今回の順方向のゼロクロス時刻の候補として取得し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
前記第2の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第1の超音波送受信器から
出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号が1周期毎にゼロクロスするタ
イミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを
今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補として取得する
ことを特徴とする超音波流量計。
In the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 4,
The forward zero-crossing time candidate acquisition unit includes:
A received signal output from the second ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the first ultrasonic transmitter/receiver is taken as a forward received signal, and the forward received signal is set in advance. A plurality of timings at which the forward received signal crosses zero every cycle after exceeding the threshold voltage, are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current forward zero-crossing time. ,
The backward zero-crossing time candidate acquisition unit,
A received signal outputted from the first ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the second ultrasonic transmitter/receiver is taken as a reverse received signal, and the reverse received signal is set in advance. A plurality of zero-crossing times are detected as zero-crossing times for each cycle of the received signal in the reverse direction after exceeding the threshold voltage, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current reverse-direction zero-crossing time. An ultrasonic flowmeter characterized by:
請求項1~4の何れか1項に記載された超音波流量計において、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
前記第1の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第2の超音波送受信器から
出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号が半周期毎にゼロクロスするタ
イミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを
今回の順方向のゼロクロス時刻の候補として取得し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
前記第2の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第1の超音波送受信器から
出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号が半周期毎にゼロクロスするタ
イミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを
今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補として取得する
ことを特徴とする超音波流量計。
In the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 4,
The forward zero-crossing time candidate acquisition unit includes:
A received signal output from the second ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the first ultrasonic transmitter/receiver is taken as a forward received signal, and the forward received signal is set in advance. A plurality of zero-crossing times are detected at every half cycle after the forward received signal exceeds the threshold voltage, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current forward zero-crossing time. ,
The backward zero-crossing time candidate acquisition unit,
A received signal outputted from the first ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the second ultrasonic transmitter/receiver is taken as a reverse received signal, and the reverse received signal is set in advance. A plurality of timings at which the reverse received signal crosses zero every half cycle after exceeding the threshold voltage, are detected as zero-crossing times, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current reverse-direction zero-crossing time. An ultrasonic flowmeter characterized by:
請求項1~6の何れか1項に記載された超音波流量計において、
前記ゼロクロス時刻確定部は、
前記確定した今回の順方向のゼロクロス時刻とこのゼロクロス時刻に連なる複数の順方
向のゼロクロス時刻の候補との平均を求め、この平均を今回の順方向の伝播時間の算出に
際して用いる順方向のゼロクロス時刻とし、
前記確定した今回の逆方向のゼロクロス時刻とこのゼロクロス時刻に連なる複数の逆方
向のゼロクロス時刻の候補との平均を求め、この平均を今回の逆方向の伝播時間の算出に
際して用いる逆方向のゼロクロス時刻とする
ことを特徴とする超音波流量計。
In the ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 6,
The zero-crossing time determination unit
Obtaining the average of the determined current forward zero-crossing time and a plurality of candidates for forward zero-crossing times that are continuous with this zero-crossing time, and using this average for calculating the current forward propagation time. year,
Obtaining the average of the fixed current reverse zero-cross time and a plurality of candidates for the reverse zero-cross time successive to this zero-cross time, and using this mean when calculating the current reverse propagation time. An ultrasonic flowmeter characterized by:
測定対象の流体が流れる配管と、この配管の上流側に配置された第1の超音波送受信器
と、前記配管の下流側に配置された第2の超音波送受信器とを備え、前記第1の超音波送
受信器と前記第2の超音波送受信器との間で前記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、これら計測工程毎に得られた前記両方向における前記超
音波信号の伝播時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計におけるゼロ
クロス時刻の確定方法であって、
前記第1の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第2の超音波送受信器から
出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングを
ゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方
向のゼロクロス時刻の候補として取得する順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップと、
前記第2の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第1の超音波送受信器から
出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングを
ゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方
向のゼロクロス時刻の候補として取得する逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップと、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロク
ロス時刻の候補と前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の
逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロ
ス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差を今回の伝播時間差の候補と
して求める伝播時間差候補算出ステップと、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロク
ロス時刻の候補と前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の
逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロ
ス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和を今回の伝播時間和の候補と
して求める伝播時間和候補算出ステップと、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と前記逆方向のゼロクロス時刻の前回の確
定値との差を前回の伝播時間差として求める前回の伝播時間差算出ステップと、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と前記逆方向のゼロクロス時刻の前回の確
定値との和を前回の伝播時間和として求める前回の伝播時間和算出ステップと、
前記伝播時間差候補算出ステップによって求められた今回の伝播時間差の候補の全てに
ついて、前記前回の伝播時間差算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの
変化分を求める伝播時間差変化分算出ステップと、
前記伝播時間和候補算出ステップによって求められた今回の伝播時間和の候補の全てに
ついて、前記前回の伝播時間和算出ステップによって求められた前回の伝播時間和からの
変化分を求める伝播時間和変化分算出ステップと、
前記伝播時間差変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分
と前記伝播時間和変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間和からの変化分
とに基づいて、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順
方向のゼロクロス時刻の候補および前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって
取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時
刻および今回の逆方向のゼロクロス時刻を確定するゼロクロス時刻確定ステップと
を備えることを特徴とする超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法。
a pipe through which a fluid to be measured flows; a first ultrasonic transmitter/receiver arranged upstream of the pipe; and a second ultrasonic transmitter/receiver arranged downstream of the pipe; The measurement step of transmitting and receiving ultrasonic signals in both directions through the fluid between the ultrasonic transmitter and receiver of and the second ultrasonic transmitter and receiver is performed a plurality of times, and in the two directions obtained for each of these measurement steps A method for determining a zero crossing time in an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of the fluid based on the propagation time difference of the ultrasonic signal,
A received signal output from the second ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the first ultrasonic transmitter/receiver is taken as a forward received signal, and the forward received signal is set in advance. A plurality of zero-crossing times are detected as the zero-crossing times of the forward received signal after exceeding the current threshold voltage, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current forward zero-crossing time. a candidate acquisition step;
A received signal outputted from the first ultrasonic transmitter/receiver that received the ultrasonic signal from the second ultrasonic transmitter/receiver is taken as a reverse received signal, and the reverse received signal is set in advance. After exceeding the current threshold voltage, multiple zero-crossing times are detected as the zero-crossing times of the received signal in the reverse direction, and each of the detected zero-crossing times is acquired as a candidate for the current reverse zero-crossing time. a candidate acquisition step;
For all combinations of the current forward zero-crossing time candidates acquired by the forward zero-crossing time candidate acquiring step and the current backward zero-crossing time candidates acquired by the backward zero-crossing time candidate acquiring step, a propagation time difference candidate calculation step of obtaining a difference between a current forward zero-crossing time candidate and a current backward zero-crossing time candidate as a current propagation time difference candidate;
For all combinations of the current forward zero-crossing time candidates acquired by the forward zero-crossing time candidate acquiring step and the current backward zero-crossing time candidates acquired by the backward zero-crossing time candidate acquiring step, a propagation time sum candidate calculation step of obtaining, as a current propagation time sum candidate, the sum of the current forward zero-crossing time candidate and the current reverse zero-crossing time candidate;
a previous propagation time difference calculating step of obtaining, as a previous propagation time difference, a difference between a previous fixed value of the forward zero-crossing time and a previous fixed value of the backward zero-crossing time;
a previous propagation time sum calculating step of obtaining a sum of a previous fixed value of the forward zero-crossing time and a previous fixed value of the backward zero-crossing time as a previous propagation time sum;
a propagation time difference variation calculation step of obtaining a variation from the previous propagation time difference obtained by the previous propagation time difference calculation step for all current propagation time difference candidates obtained by the propagation time difference candidate calculation step;
A change in propagation time sum obtained by obtaining a change from the previous sum of propagation times obtained by the previous sum of propagation times calculating step for all candidates of the current sum of propagation times obtained by the sum of propagation times calculating step. a calculation step;
The forward zero-crossing is performed based on the change from the previous propagation time difference obtained by the propagation time difference change calculation step and the change from the previous propagation time sum obtained by the propagation time sum change calculation step. The current forward zero-crossing time is selected from the current forward zero-crossing time candidate acquired by the time candidate acquiring step and the current backward zero-crossing time candidate acquired by the backward zero-crossing time candidate acquiring step. and a zero-cross time determination step of determining the current reverse zero-cross time.
請求項8に記載された超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法において、
前記ゼロクロス時刻確定ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および前記今回の逆方向のゼロクロス時刻の
候補の中から、前記前回の伝播時間差からの変化分と前記前回の伝播時間和からの変化分
が最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロク
ロス時刻として確定する
ことを特徴とする超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法。
In the method for determining the zero crossing time in the ultrasonic flowmeter according to claim 8,
The zero-crossing time determination step includes:
A combination having the smallest change from the previous propagation time difference and the smallest change from the previous propagation time sum is selected from the current forward zero-crossing time candidate and the current backward zero-crossing time candidate. , a current forward zero-crossing time and a current reverse zero-crossing time.
請求項8に記載された超音波流量計ゼロクロス時刻の確定方法において、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップは、
iを今回を示す番号、jを候補を示す番号として、前記今回の順方向のゼロクロス時刻
の候補をZ1ijとして抽出し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップは、
iを今回を示す番号、kを候補を示す番号として、前記逆方向のゼロクロス時刻の候補
をZ2ikとして抽出し、
前記伝播時間差候補算出ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1
ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの差を今回の伝播時間差の候補αijk
として求め、
前記伝播時間和候補算出ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Z2ikの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ij
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの和を今回の伝播時間和の候補βijkと
して求め、
前記前回の伝播時間差算出ステップは、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Z2iとの差を前回の伝播時間差αi-1として求め、
前記前回の伝播時間和算出ステップは、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Z2iとの和を前回の伝播時間和βi-1として求め、
前記伝播時間差変化分算出ステップは、
前記今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前記前回の伝播時間差αi-1からの変
化分をΔαijkとして求め、
前記伝播時間和変化分算出ステップは、
前記今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前記前回の伝播時間和βi-1からの変
化分をΔβijkとして求め、
前記ゼロクロス時刻確定ステップは、
前記伝播時間差変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分
Δαijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせを求め、この組み合わせから求められ
るk-j=dを第1の条件とし、前記伝播時間和変化分算出ステップによって求められた
前回の伝播時間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるjとkの組み合わせを求め
、この組み合わせから求められるj+k=aを第2の条件とし、この第1の条件と第2の
条件の両方の条件を満たすjとkを求め、この求められたjとkとで示される前記順方向
のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび前記逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikを、今回
の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定する
ことを特徴とする超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法。
In the method for determining the ultrasonic flowmeter zero-crossing time according to claim 8,
The forward zero-crossing time candidate obtaining step includes:
With i being the number indicating the current time and j being the number indicating the candidate, the current forward zero-crossing time candidate is extracted as Z1ij,
The backward zero-crossing time candidate obtaining step includes:
With i being the number indicating the current time and k being the number indicating the candidate, the candidate for the zero crossing time in the reverse direction is extracted as Z2ik,
The propagation time difference candidate calculation step includes:
For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1
The difference between ij and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik is defined as the current propagation time difference candidate αijk
as
The propagation time sum candidate calculation step includes:
For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1ij
and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik as the current propagation time sum candidate βijk,
The previous propagation time difference calculation step includes:
Obtaining a difference between the previous fixed value Z1i of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i of the backward zero-crossing time as a previous propagation time difference αi-1,
The previous propagation time sum calculation step includes:
obtaining the sum of the previous fixed value Z1i of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i of the backward zero-crossing time as the previous propagation time sum βi-1;
The propagation time difference variation calculation step includes:
Obtaining as Δαijk the amount of change from the previous propagation time difference αi-1 for all of the current propagation time difference candidates αijk,
The propagation time sum change calculation step includes:
Obtaining as Δβijk the amount of change from the previous propagation time sum βi−1 for all of the current propagation time sum candidates βijk ,
The zero-crossing time determination step includes:
A combination of j and k that minimizes the absolute value of the variation Δαijk from the previous propagation time difference obtained by the propagation time difference variation calculation step is obtained, and k−j=d obtained from this combination is set as the first condition. Then, the combination of j and k that minimizes the absolute value of the change Δβijk from the previous propagation time sum obtained by the propagation time sum change calculation step is obtained, and j+k=a obtained from this combination is the second and find j and k that satisfy both the first condition and the second condition. A method for determining a zero-crossing time in an ultrasonic flowmeter, characterized in that the zero-crossing time candidate Z2ik of the current time is determined as a current forward zero-crossing time Z1i and a current backward zero-crossing time Z2i.
請求項8に記載された超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法において、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップは、
iを今回を示す番号、jを候補を示す番号として、前記今回の順方向のゼロクロス時刻
の候補をZ1ijとして抽出し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップは、
iを今回を示す番号、kを候補を示す番号として、前記逆方向のゼロクロス時刻の候補
をZ2ikとして抽出し、
前記伝播時間差候補算出ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Z2ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1
ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの差を今回の伝播時間差の候補αijk
として求め、
前記伝播時間和候補算出ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Z2ikの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ij
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikとの和を今回の伝播時間和の候補βijkと
して求め、
前記前回の伝播時間差算出ステップは、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Z2iとの差を前回の伝播時間差αi-1として求め、
前記前回の伝播時間和算出ステップは、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Z1iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Z2iとの和を前回の伝播時間和βi-1として求め、
前記伝播時間差変化分算出ステップは、
前記今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前記前回の伝播時間差αi-1からの変
化分をΔαijkとして求め、
前記伝播時間和変化分算出ステップは、
前記今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前記前回の伝播時間和βi-1からの変
化分をΔβijkとして求め、
前記ゼロクロス時刻確定ステップは、
前記伝播時間差変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分
Δαijkについてk-jが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるk
-jをdとし、前記伝播時間和変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間和
からの変化分Δβijkについてj+kが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が
最小となるj+kをaとし、k-j=d、j+k=aの両方の条件を満たすjとkを求め
、この求められたjとkとで示される前記順方向のゼロクロス時刻の候補Z1ijおよび前
記逆方向のゼロクロス時刻の候補Z2ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Z1iおよび
逆方向のゼロクロス時刻Z2iとして確定する
ことを特徴とする超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法。
In the method for determining the zero crossing time in the ultrasonic flowmeter according to claim 8,
The forward zero-crossing time candidate obtaining step includes:
With i being the number indicating the current time and j being the number indicating the candidate, the current forward zero-crossing time candidate is extracted as Z1ij,
The backward zero-crossing time candidate obtaining step includes:
With i being the number indicating the current time and k being the number indicating the candidate, the candidate for the zero crossing time in the reverse direction is extracted as Z2ik,
The propagation time difference candidate calculation step includes:
For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1
The difference between ij and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik is defined as the current propagation time difference candidate αijk
as
The propagation time sum candidate calculation step includes:
For all combinations of the current forward zero-cross time candidate Z1ij and the current reverse zero-cross time candidate Z2ik, the current forward zero-cross time candidate Z1ij
and the current reverse zero-crossing time candidate Z2ik as the current propagation time sum candidate βijk,
The previous propagation time difference calculation step includes:
Obtaining a difference between the previous fixed value Z1i of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i of the backward zero-crossing time as a previous propagation time difference αi-1,
The previous propagation time sum calculation step includes:
obtaining the sum of the previous fixed value Z1i of the forward zero-crossing time and the previous fixed value Z2i of the backward zero-crossing time as the previous propagation time sum βi-1;
The propagation time difference variation calculation step includes:
Obtaining as Δαijk the amount of change from the previous propagation time difference αi-1 for all of the current propagation time difference candidates αijk,
The propagation time sum change calculation step includes:
Obtaining as Δβijk the amount of change from the previous propagation time sum βi−1 for all of the current propagation time sum candidates βijk ,
The zero-crossing time determination step includes:
For the variation Δαijk from the previous propagation time difference obtained by the propagation time difference variation calculation step, the average value of the same k−j is obtained, and the absolute value of the average value is the minimum k
Let -j be d, find the average value of the change Δβ ijk from the previous propagation time sum obtained by the propagation time sum change calculating step for the same j+k, and determine the j+k that minimizes the absolute value of the average value. a, find j and k that satisfy both the conditions of k−j=d and j+k=a, and find the forward zero-crossing time candidate Z1ij and the backward zero-crossing time indicated by the found j and k A method for determining a zero-crossing time in an ultrasonic flowmeter, comprising determining a candidate time Z2ik as a current forward zero-crossing time Z1i and a current backward zero-crossing time Z2i.
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