JPH1030947A - 超音波計測装置およびこれを含む流れ計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低消費電力で計測を行う。 【解決手段】 超音波信号を送受信する振動子１４と、
振動子１４の交流受信信号を複数周期にわたってしきい
値と比較する比較手段１９と、振動子１４の送信から比
較手段１４による検出ごとの複数の伝搬時間を計測する
計時手段２１と、計時手段２１の計測値の平均値より伝
搬時間を算出する時間演算手段２２とを備えたものであ
る。これによって１回の超音波の送受信によって何度も
比較手段で比較を行なった計測値が得られるので、その
平均値を求めることによって高精度な伝搬時間の測定値
が短時間で得られ、低消費電力で計測を行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
ガスなどの流量を計測する超音波計測装置およびこれを
含む流れ計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の超音波計測装置は、図１
８に示すように、流体管路１の一部に超音波振動子２と
３を流れの方向に相対して設け、スタート手段４で計時
手段５の計時を開始するとともに、トリガ手段６から送
信手段７でバースト信号送出し、振動子１から流れ方向
に超音波を発生させ、この超音波を振動子２で受信し、
増幅手段８と比較手段９で検出すると繰り返し手段１０
を介して遅延手段１１で遅延時間を設けて再び振動子１
から超音波を発生させ、この繰り返しを所定回数行った
ときに計時手段を停止させ時間を計測する。また逆に切
換手段１２で振動子を切り換え、振動子２から流れに逆
らって超音波を発生し振動子１で受信させ、この繰り返
し時間をカウンタで計測し、このカウンタの差から時間
を求め流量演算手段１３で流量を演算していた。また計
時手段５は、一定の周波数の発振器の信号をカウンタで
計測し時間を求めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波計測装置では、流量精度を高めるために何度も繰
り返して測定を行い、その累積時間により伝搬時間を求
め流量を算出していた。よって流量の計測のために長い
測定時間が必要になり消費電力量が増大していた。この
ため低消費電力で高精度な計測値を得ることが課題にな
っていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、超音波信号を送受信する振動子と、前記振
動子の交流受信信号を複数周期にわたってしきい値と比
較する比較手段と、前記振動子の送信から前記比較手段
による検出ごとの複数の伝搬時間を計測する計時手段
と、前記計時手段の計測値の平均値より伝搬時間を算出
する時間演算手段とを備え、超音波信号の伝搬時間を測
定するものである。上記発明によれば、低消費電力であ
りながら高精度の流量値を得ることができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、超音波信号を送受信す
る振動子と、前記振動子の交流受信信号を複数周期にわ
たってしきい値と比較する比較手段と、前記振動子の送
信から前記比較手段による検出ごとの複数の伝搬時間を
計測する計時手段と、前記計時手段の計測値の平均値よ
り伝搬時間を算出する時間演算手段とを備えたものであ
る。そして１回の超音波の送受信によって何度も比較手
段で比較を行うので、その平均値によって高精度な伝搬
時間の測定値が短時間で得られ、低消費電力で計測を行
うことができる。

【０００６】また、時間演算手段は、複数の計時手段の
計測値を記憶する記憶手段を有し、前記計時手段の計測
値から算出された周期と平均周期から算出された値との
差が所定値以上であるとき、その計時手段の計測値をを
除外して新たな平均値を算出するものである。そして、
異常な計測値を未然に排除して平均値を求めるので、よ
り高精度の伝搬時間が得ることができる。

【０００７】また、時間演算手段は、計時手段の計測値
を記憶する記憶手段を有し、前記計時手段の計測値と平
均値から算出された値との差が所定値以上の計測値が少
なくとも全計測個数の２０％以上であるとき、その計時
手段の計測値を無効とするものである。そして、何らか
の異常が発生して計測値のかなりの割合が不適切な値を
示したときには、その計測値をすべて無効にするので、
大きな誤差を未然に防止できる。

【０００８】また、時間演算手段は、計時手段の計測値
を記憶する記憶手段を有し、前記計時手段の計測値から
算出される周期とあらかじめ設定されている基準周期と
を比較し、その値の差が所定値以上であるとき、その計
時手段の計測値を無効とするものである。そして、異常
が発生して計測値全体が不適切な値を示したとき、その
計測値をすべて無効にするので、大きな誤差を未然に防
止できる。

【０００９】また、記憶手段は、比較手段の信号と同期
して計時手段の値を記憶するラッチ回路と、ラッチ後に
前記ラッチ回路の値を読み込むマイコンから構成される
ので、平均値を求めることや異常な計測値を排除できる
ので、高精度な伝搬時間を算出することができる。ま
た、記憶手段は、比較手段の信号と同期して計時手段の
値を次々と記憶する複数のラッチ回路から構成されるも
のである。そしてラッチ回路によってすべての計測値を
ハードウェアに記憶しているので、低速のマイコンで信
号処理できるのでより低消費電力化が可能である。

【００１０】また、比較手段より得られる計時手段の計
測個数のうち任意の個数で平均値を算出するものであ
る。そして超音波の受信信号が受信直後に周期が変動す
るような振動子の特性であっても、安定している周期の
箇所のみ選んで演算を行うことにより、いろいろな振動
子に対応して高精度な計測を行うことができる。

【００１１】また、送信信号としてバースト信号を用
い、比較手段より得られる計時手段の計測個数よりも送
信バースト信号の波数を大きくするものである。そし
て、振動子の特性により送信周期と受信周期とが異なる
場合にも受信の周期の影響を弱めることができ、高精度
な測定を行うことができる。

【００１２】また、計時手段の計測個数が設定値より小
さいときその計測値を無効とするものである。そして、
異常な計測によって所定の計測が行われなかったことを
未然に判別して計測値を破棄するので、異常な誤差を未
然に防止できる。

【００１３】また、比較手段は、交流受信信号の立ち上
がり時と立ち下がり時をそれぞれ検出するものである。
そして、１周期に２回の比較手段の計測を行うことによ
り、平均化の精度が向上し、より高精度な伝搬時間の計
測が可能になる。

【００１４】また、比較手段は、立ち上がり時と立ち下
がり時とで同一の伝達遅延時間の比較素子からなるもの
である。そして、立ち上がりと立ち下がりで比較手段で
の誤差が少なくなるので、高精度な伝搬時間の測定が行
える。

【００１５】また、送信周波数と受信周波数との差が５
％以内の振動子で構成されたものである。そして、振動
子の送信と受信の周波数の差が小さいので、受信直後の
超音波信号の周期が安定しており、バラツキの少ない伝
搬時間の計測が可能である。

【００１６】また、計時手段は、発振器とカウンタで構
成され、受信信号は前記発振器の周期の整数倍より所定
時間外れた周期に設定されたものである。そして、比較
手段の信号入力時の発振器の位相を少しずらすことによ
り、発振器の周波数を高めることなく高い分解能の時間
計測値を得ることができ、発振器の低周波数化とカウン
タの桁数の低減により消費電力化が可能になる。

【００１７】また、所定時間は、クロック周期の値を比
較手段より得られる計時手段の計測個数で除した値とし
たものである。そして、超音波信号の周期とあわせてカ
ウンタ用発振器の周期を適切にすることにより、比較手
段の信号入力する度に発振器の位相が少しずつずれて、
発振器の周波数の分解能が計測個数倍に高まることにな
り、発振器の低周波数化とカウンタの桁数の低減により
消費電力化が可能になる。

【００１８】また、比較手段の周期を計測する計時手段
と、振動子の送信から比較手段の任意の検出時点までの
伝搬時間を計測する第２計時手段とを備えたものであ
る。そして、概略の伝搬時間を第２計時手段で求め、短
時間の高分解能の時間計測を計時手段で行うので、計時
手段のカウンタ、記憶手段のラッチの桁数が小さくな
り、低消費電力化と低コスト化が同時に達成される。

【００１９】また、第２計時手段は、計時手段より低周
波の発振器であるものである。そして、第２計時手段の
発振器の低消費電力化が可能になるものである。

【００２０】また、超音波信号を送受信する振動子と、
前記振動子の交流受信信号をしきい値と複数周期にわた
って比較する比較手段と、前記比較手段の最初の信号に
より再び送信する繰り返し手段と、繰り返し開始から終
了までの伝搬時間を計測する計時手段と、繰り返し終了
時に比較手段の検出ごとに得られた複数の前記計時手段
の計測値の平均値より伝搬時間を算出する時間演算手段
とを備えたものである。そして、超音波の繰り返しと比
較手段の複数回の時間計測を併用することにより、きわ
めて高精度の伝搬時間精度を得ることができる。

【００２１】また、繰り返し回数を２回とすることで、
振動子間での超音波の反射の影響を受けずに伝搬時間の
計測ができるので、反射防止のための遅延時間を設ける
必要が無く、遅延時間の誤差が発生せず、かつ部品点数
を少なくすることができる。

【００２２】また、流路に設けられ超音波信号を送受信
する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子の送受信
の切換手段と、前記振動子の交流受信信号をしきい値と
複数周期にわたって比較する比較手段と、前記振動子の
送信から前記比較手段による検出ごとの複数の伝搬時間
を計測する計時手段と、前記計時手段の計測値の平均値
より伝搬時間を算出する時間演算手段と、前記時間演算
手段の値に基づいて流速及び流量を算出する流れ演算手
段を備えたものである。そして、１回当たりの超音波伝
搬時間の計測精度を高めることで、微小な流量であって
も短時間で計測が行えるので低消費電力か化がはから
れ、ガスメータ計量メータのような屋外に設置される器
具であっても、電池によって１０年以上の長期にわたっ
て電池交換なしに連続運転ができる。

【００２３】以下、本発明の実施例について図面を用い
て説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施例１の超音波計測装置
を距離計に応用したブロック図である。また図２は超音
波受信信号と比較信号の波形図である。

【００２４】図１において、検出物体１４のに超音波を
送信するし反射信号を受信する振動子１５と、この振動
子１５の送受信を切り換える切換手段１６がある。１７
はスタート回路１８の信号を受けて振動子１５にバース
ト信号を送る送信回路、１９は振動子１５からの受信信
号を増幅する増幅回路２０の信号をしきい値と比較して
信号を出力する比較手段であり、この比較手段２０の信
号が入力されたときの時間を測定する計時手段２１の値
によって時間演算手段２２で時間を算出し、距離を求め
る。スタート回路１８でスターと信号を送出すると、送
信回路１７でバースと信号を切換手段１６を介して振動
子１５に送信し、振動子１５から超音波信号が検出物体
１４に向けて送信される。スタート回路１８はこのとき
同時に計時手段２１のタイマをリセットする。この超音
波信号は検出物体から反射して音速で振動子１５に伝わ
り受信される。このとき事前に切換手段１６は振動子１
５から増幅回路側に切り換えられており、増幅された超
音波信号は切換手段１９でしきい値で比較され図２に示
すような比較信号を出力する。この比較信号が計時手段
２１に入力される度に計時手段２１はその時点の時間を
計測し、図２に示した例ではｔ０からｔ７までの８回の
時間を計測し、この平均値を時間演算手段２２で演算
し、伝搬時間として出力し、そのときの温度や検出した
信号の波数から信号が到着した時間の補正などを行って
距離を算出する。

【００２５】しきい値は受信波信号の中間の値に設定し
てあり、波形のレベルが変動しても時間の検出の誤差を
少なくしている。比較信号の出力の開始は、受信信号が
あるレベルを超えてから行ったり、あるいはその崩落線
を別の比較手段で検出しそのレベルを検出した後に行
う。

【００２６】（実施例２）図３は本発明の実施例２の超
音波計測装置のブロック図である。実施例１と異なると
ころは、計時手段２１の値を記憶する記憶手段２３を有
し、比較手段１９の各信号の周期と平均周期を算出し、
各周期と平均周期との差が設定された値と比べ大きいも
のは異常値として破棄し、残った正常値の計測値のみを
改めて平均して伝搬時間を算出するものである。

【００２７】またその異常な計測値が全体の計測個数の
２０％以上であるときには全計測値を無効にするもので
ある。

【００２８】また、振動子１５の受信の周期は設計時に
求められているか、あるいはあらかじめ測定されて既知
の値であり、その固有の周期に比べ大きく異なった周期
を計測値として得た場合にもその計測値を無効とする。

【００２９】（実施例３）図４は本発明の実施例３の超
音波計測装置のブロック図であり、実施例１と異なると
ころは、計時手段２１の計測値の記憶手段２３として、
ラッチ回路２４とマイコン２５（Ｉ／Ｏインターフェー
ス２５ａを含む）を使用したことにある。この場合時間
演算手段２２はマイコン２５に含ませることができる。
ラッチ回路２４は比較手段１９からの信号が入力される
度に計時手段２１の信号をラッチし、同時にマイコン２
５にラッチ回路２４のデータを読むようにさせる。

【００３０】（実施例４）図５は本発明の実施例４の流
量計測装置のブロック図であり、実施例３と異なるとこ
ろは、ラッチ回路が２４ａから２４ｄまでの複数個（図
の場合４個）有しており、比較手段１９で入力される度
に計時手段２１の計測値をすべてラッチする。図２の信
号では８個のラッチが必要である。このようにラッチさ
れたデータは次のデータが入力されるまで変化しないか
らマイコン２５は緊急にそのデータを読む必要はない。

【００３１】（実施例５）図６は本発明の実施例５の信
号波形を示したもので、比較手段２１の入力信号の任意
の入力を選んで平均化するもので、後述するように送信
信号と受信信号が若干異なることから、振動子によって
は受信を開始したときには周期が不安定になることがあ
るので、あらかじめ安定な周期の位置を例えばｔ０、ｔ
２、ｔ４、ｔ６のように求めておき、その周期のデータ
のみ計測値を選定して平均値を求める。

【００３２】（実施例６）図７は本発明の実施例６の超
音波計測装置のブロック図であり、実施例１と異なると
ころは、送信回路１７のバースト送信の波数をバースト
可変手段２６で可変にしたものである。このバースト波
数は図８に示すように比較手段１９で計時される計測値
の個数より多くすると最後まで強制的に駆動するので、
時間的に遅れて到着する受信波（例えばｔ４以降の受信
波）の波形でもその周期は安定している。

【００３３】（実施例７）図９は本発明の実施例７の超
音波計測装置のブロック図であり、実施例１と異なると
ころは、比較手段１９の個数をカウンタ２７で計数し、
設定手段２８であらかじめ設定した数に達しない場合に
は、すなわち計測異常として計測値を無効にするもので
ある。

【００３４】（実施例８）図１０は本発明の実施例８の
超音波計測装置の振動子の信号波形図であり、実施例１
と異なるところは、比較波形の立ち上がりと立ち下がり
と両方で時間を計時するもので、ｔ０とｔ０'のように
実施例１に比べ２倍のデータ量得ることができる。この
とき比較手段１９の比較素子は図１１に示すように信号
がしきい値を越えてから動作するまでの時間（動作遅延
時間）を立ち上がり時（ｔｕ）と立ち下がり時（ｔｄ）
とをほぼ同一に作動する。

【００３５】（実施例９）図１２は本発明の実施例９の
振動子の特性図であり、実施例１と異なるところは、振
動子１５を共振型（図のＡ）から非共振（図のＢ）にし
た点にある。一般に振動子は送信周波数と受信周波数と
が異なり、受信開始のときには、送信周波数と受信周波
数との間で不安定なものとなり、共振型は周波数の差が
ｆａと大きいので変動が大きくなり、非共振型は周波数
の差がｆｂと小さいので安定である。ｆｂは中心周波数
に対して５％以内が好ましい。

【００３６】また共振型の特性であっても、図１２の
Ａ’のような共振点から離れた周波数で送信すると周波
数の安定した受信波が得られる。

【００３７】（実施例１０）図１３は本発明の実施例１
０の超音波計測装置のブロック図であり、実施例１と異
なるところは、計時手段２１として発振器２１ａとカウ
ンタ２１ｂを使用した点にある。このとき発振器２１ａ
の周波数は比較手段１９の出力との位相の関係が、図１
４に示すように比較出力の入力の度に少しずつ異なると
発振器２１ａが低周波数であっても高い分解能を得るこ
とができる。

【００３８】（実施例１１）図１５は本発明の実施例１
１の超音波計測装置のブロック図であり、実施例１と異
なるところは、発振器２９ａとカウンタ２９ｂからなる
第２計時手段２９によって概略の伝搬時間を求める点に
ある。第２計時手段２９によって概略の時間が求まって
いると計時手段２１は比較的短い時間ののみ計測すれば
よいので、カウンタ２１ｂとラッチ２４ａから２４ｄは
桁数の小さいものを使うことができる。発振器２９ａは
概略時間を求めるだけであるので低周波数のものが使用
できる。

【００３９】（実施例１２）図１６は本発明の実施例１
２の超音波計測装置のブロック図であり、実施例１と異
なるところは、超音波送信から受信までを何回か繰り返
す繰り返し手段３０有している点にある。この繰り返し
手段３０は比較手段１９の信号を受けると再度送信し、
何度も繰り返し時間精度を上げることができる。何度も
繰り返すと３回目に反射波の影響を受けるので送信時に
遅延時間を設ける必要がある。繰り返し２回では反射波
の影響がない。

【００４０】（実施例１３）図１７は本発明の実施例１
３の流れ計測装置のブロック図であり、実施例１と異な
るところは、流路の流量を測定する点にある。そのため
振動子を流れの上流側１５ａと下流側１５ｂに対抗して
設け、その振動子の送受信の切換を行ってそれぞれの伝
搬時間の差を算出して流速を求める。計時手段２１以外
は従来例と同一であるので詳しい説明は省略する。計時
手段２１はいくつかの計測値の平均を算出し、時間演算
手段２２で求められた値から流れ演算手段３１で流速や
流量を求める。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
流量計測装置によれば次の効果が得られる。

【００４２】（１）本発明は、超音波信号を送受信する
振動子と、振動子の交流受信信号を複数周期にわたって
しきい値と比較する比較手段と、振動子の送信から前記
比較手段による検出ごとの複数の伝搬時間を計測する計
時手段と、計時手段の計測値の平均値より伝搬時間を算
出する時間演算手段とを備えたので、高精度な伝搬時間
の測定値が短時間で得られ、低消費電力で計測を行うこ
とができる。

【００４３】（２）時間演算手段は、複数の計時手段の
計測値を記憶する記憶手段を有し、計時手段の計測値か
ら算出された周期と平均周期から算出された値との差が
所定値以上であるとき、その計時手段の計測値をを除外
して新たな平均値を算出するので、より高精度の伝搬時
間が得ることができる。

【００４４】（３）時間演算手段は、計時手段の計測値
を記憶する記憶手段を有し、計時手段の計測値と平均値
から算出された値との差が所定値以上の計測値が少なく
とも全計測個数の２０％以上であるとき、その計時手段
の計測値を無効とするので、大きな誤差を未然に防止で
きる信頼性が高い。

【００４５】（４）時間演算手段は、計時手段の計測値
を記憶する記憶手段を有し、計時手段の計測値から算出
される周期とあらかじめ設定されている基準周期とを比
較し、その値の差が所定値以上であるとき、その計時手
段の計測値を無効とするので、大きな誤差を未然に防止
でき信頼性が高い。

【００４６】（５）記憶手段は、比較手段の信号と同期
して計時手段の値を記憶するラッチ回路と、ラッチ後に
ラッチ回路の値を読み込むマイコンから構成されるの
で、平均値を求めることや異常な計測値を排除できるの
で、高精度な伝搬時間を算出することができる。

【００４７】（６）記憶手段は、比較手段の信号と同期
して計時手段の値を次々と記憶する複数のラッチ回路か
ら構成されるので、低速のマイコンで信号処理できるの
でより低消費電力化が可能である。

【００４８】（７）比較手段より得られる計時手段の計
測個数のうち任意の個数で平均値を算出するので、いろ
いろな振動子に対応して高精度な計測を行うことができ
る。

【００４９】（８）送信信号としてバースト信号を用
い、比較手段より得られる計時手段の計測個数よりも送
信バースト信号の波数を大きくするので、振動子の特性
により送信周期と受信周期とが異なる場合にも受信の周
期の影響を弱めることができ、高精度な測定を行うこと
ができる。

【００５０】（９）計時手段の計測個数が設定値より小
さいときその計測値を無効とするので、異常な計測によ
って所定の計測が行われなかったことを未然に判別して
計測値を破棄し、異常な誤差を未然に防止できる。

【００５１】（１０）比較手段は、交流受信信号の立ち
上がり時と立ち下がり時をそれぞれ検出するので、１周
期に２回の比較手段の計測を行うことにより、平均化の
精度が向上し、より高精度な伝搬時間の計測が可能にな
る。

【００５２】（１１）比較手段は、立ち上がり時と立ち
下がり時とで同一の伝達遅延時間の比較素子からなるの
で、立ち上がりと立ち下がりで比較手段での誤差が少な
くなり、高精度な伝搬時間の測定が行える。

【００５３】（１２）送信周波数と受信周波数との差が
５％以内の振動子で構成されたので、受信直後の超音波
信号の周期が安定しており、バラツキの少ない伝搬時間
の計測が可能である。

【００５４】（１３）計時手段は、発振器とカウンタで
構成され、受信信号は前記発振器の周期の整数倍より所
定時間外れた周期に設定されたの、発振器の低周波数化
とカウンタの桁数の低減により消費電力化が可能にな
る。

【００５５】（１４）所定時間は、クロック周期の値を
比較手段より得られる計時手段の計測個数で除した値と
したので、発振器の周波数の分解能が計測個数倍に高ま
ることになり、発振器の低周波数化とカウンタの桁数の
低減により消費電力化が可能になる。

【００５６】（１５）比較手段の周期を計測する計時手
段と、振動子の送信から比較手段の任意の検出時点まで
の伝搬時間を計測する第２計時手段とを備えたので、計
時手段のカウンタ、記憶手段のラッチの桁数が小さくな
り、低消費電力化と低コスト化が同時に達成される。

【００５７】（１６）第２計時手段は、計時手段より低
周波の発振器であるので、第２計時手段の発振器の低消
費電力化が可能になるものである。

【００５８】（１７）超音波信号を送受信する振動子
と、振動子の交流受信信号をしきい値と複数周期にわた
って比較する比較手段と、比較手段の最初の信号により
再び送信する繰り返し手段と、繰り返し開始から終了ま
での伝搬時間を計測する計時手段と、繰り返し終了時に
比較手段の検出ごとに得られた複数の計時手段の計測値
の平均値より伝搬時間を算出する時間演算手段とを備え
たので、超音波の繰り返しと比較手段の複数回の時間計
測を併用することにより、きわめて高精度の伝搬時間精
度を得ることができる。

【００５９】（１８）繰り返し回数を２回とすること
で、振動子間での超音波の反射の影響を受けずに伝搬時
間の計測ができるので、反射防止のための遅延時間を設
ける必要が無く、遅延時間の誤差が発生せず、かつ部品
点数を少なくすることができる。

【００６０】（１９）流路に設けられ超音波信号を送受
信する第１振動子及び第２振動子と、振動子の送受信の
切換手段と、振動子の交流受信信号をしきい値と複数周
期にわたって比較する比較手段と、振動子の送信から比
較手段による検出ごとの複数の伝搬時間を計測する計時
手段と、計時手段の計測値の平均値より伝搬時間を算出
する時間演算手段と、時間演算手段の値に基づいて流速
及び流量を算出する流れ演算手段を備えたので、微小な
流量であっても短時間で計測が行えるので低消費電力化
がはかられ、電池によって１０年以上の長期にわたって
電池交換なしに連続運転ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の超音波計測装置のブロック
図

【図２】同装置の信号波形図

【図３】本発明の実施例２の超音波計測装置のブロック
図

【図４】本発明の実施例３の超音波計測装置の要部詳細
を示すブロック図

【図５】本発明の実施例４の超音波計測装置の要部詳細
を示すブロック図

【図６】本発明の実施例５の超音波計測装置の信号波形
図

【図７】本発明の実施例６の超音波計測装置のブロック
図

【図８】同装置の信号波形図

【図９】本発明の実施例７の超音波計測装置のブロック
図

【図１０】本発明の実施例８の超音波計測装置の信号波
形図

【図１１】同装置の比較手段の特性図

【図１２】本発明の実施例９の超音波計測装置の振動子
の特性図

【図１３】本発明の実施例１０の超音波計測装置の要部
詳細を示すブロック図

【図１４】同装置の信号波形図

【図１５】本発明の実施例１１の超音波計測装置の要部
詳細を示すブロック図

【図１６】本発明の実施例１２の超音波計測装置のブロ
ック図

【図１７】本発明の実施例１３の流れ計測装置のブロッ
ク図

【図１８】従来の超音波計測装置のブロック図

【符号の説明】

１５ 振動子 １５ａ 第１振動子 １５ｂ 第２振動子 １６ 切換手段 １７ 送信手段 １９ 比較手段 ２１、２９ 計時手段 ２１ａ、２９ａ 発振器 ２１ｂ、２９ｂ カウンタ ２２ 時間演算手段 ２３ 記憶手段 ２４ ラッチ回路 ２５ マイコン ３０ 繰り返し手段 ３１ 流れ演算手段

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波信号を送受信する振動子と、前記振
   動子の交流受信信号を複数周期にわたってしきい値と比
   較する比較手段と、前記振動子の送信から前記比較手段
   による検出ごとの複数の伝搬時間を計測する計時手段
   と、前記計時手段の計測値の平均値より伝搬時間を算出
   する時間演算手段とを備えた超音波計測装置。
2. 【請求項２】時間演算手段は、複数の計時手段の計測値
   を記憶する記憶手段を有し、前記計時手段の計測値から
   算出された周期と平均周期から算出された値との差が所
   定値以上であるとき、その計時手段の計測値を除外して
   新たな平均値を算出する請求項１記載の超音波計測装
   置。
3. 【請求項３】時間演算手段は、計時手段の計測値を記憶
   する記憶手段を有し、前記計時手段の計測値と平均値か
   ら算出された値との差が所定値以上の計測値が少なくと
   も全計測個数の２０％以上であるとき、その計時手段の
   計測値を無効とする請求項１記載の超音波計測装置。
4. 【請求項４】時間演算手段は、計時手段の計測値を記憶
   する記憶手段を有し、前記計時手段の計測値から算出さ
   れる周期とあらかじめ設定されている基準周期とを比較
   し、その値の差が所定値以上であるとき、その計時手段
   の計測値を無効とする請求項１記載の超音波計測装置。
5. 【請求項５】記憶手段は、比較手段の信号と同期して計
   時手段の値を記憶するラッチ回路と、ラッチ後に前記ラ
   ッチ回路の値を読み込むマイコンから構成される請求項
   ２、３または４記載の超音波計測装置。
6. 【請求項６】記憶手段は、比較手段の信号と同期して計
   時手段の値を次々と記憶する複数のラッチ回路から構成
   される請求項２、３または４記載の超音波計測装置。
7. 【請求項７】比較手段より得られる計時手段の計測個数
   のうち任意の個数で平均値を算出する請求項１記載の超
   音波計測装置。
8. 【請求項８】送信信号としてバースト信号を用い、比較
   手段より得られる計時手段の計測個数よりも送信バース
   ト信号の波数を大きくする請求項１記載の超音波計測装
   置。
9. 【請求項９】計時手段の計測個数が設定値より小さいと
   きその計測値を無効とする請求項１記載の超音波計測装
   置。
10. 【請求項１０】比較手段は、交流受信信号の立ち上がり
    時と立ち下がり時をそれぞれ検出する請求項１記載の超
    音波計測装置。
11. 【請求項１１】比較手段は、立ち上がり時と立ち下がり
    時とで同一の伝達遅延時間の比較素子からなる請求項１
    ０記載の超音波計測装置。
12. 【請求項１２】送信周波数と受信周波数との差が５％以
    内の振動子で構成された請求項１記載の超音波計測装
    置。
13. 【請求項１３】計時手段は、発振器とカウンタで構成さ
    れ、受信信号は前記発振器の周期の整数倍より所定時間
    外れた周期に設定された請求項１記載の超音波計測装
    置。
14. 【請求項１４】所定時間は、発振器周期の値を比較手段
    より得られる計時手段の計測個数で除した値である請求
    項１３記載の超音波計測装置。
15. 【請求項１５】比較手段の周期を計測する計時手段と、
    振動子の送信から比較手段の任意の検出時点までの伝搬
    時間を計測する第２計時手段とを備えた請求項１記載の
    超音波計測装置。
16. 【請求項１６】第２計時手段は、計時手段より低周波の
    発振器である請求項１５記載の超音波計測装置。
17. 【請求項１７】超音波信号を送受信する振動子と、前記
    振動子の交流受信信号をしきい値と複数周期にわたって
    比較する比較手段と、前記比較手段の最初の信号により
    再び送信する繰り返し手段と、繰り返し開始から終了ま
    での伝搬時間を計測する計時手段と、繰り返し終了時に
    比較手段の検出ごとに得られた複数の前記計時手段の計
    測値の平均値より伝搬時間を算出する時間演算手段とを
    備えた超音波計測装置。
18. 【請求項１８】繰り返し回数を２回とする請求項１７記
    載の超音波計測装置。
19. 【請求項１９】流路に設けられ超音波信号を送受信する
    第１振動子及び第２振動子と、前記振動子の送受信の切
    換手段と、前記振動子の交流受信信号をしきい値と複数
    周期にわたって比較する比較手段と、前記振動子の送信
    から前記比較手段による検出ごとの複数の伝搬時間を計
    測する計時手段と、前記計時手段の計測値の平均値より
    伝搬時間を算出する時間演算手段と、前記時間演算手段
    の値に基づいて流速及び流量を算出する流れ演算手段を
    備えた流れ計測装置。