JPH11118551A - 超音波伝搬時間の測定方法とこれを用いた超音波流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波の伝搬時間の計測精度を高めて超音波
流量計としての精度を向上する。 【解決手段】 一対の超音波送受信器３、４を対向して
配設している。一方の超音波送受信器３を駆動した時刻
を起点とし、他方の超音波送受信器４の表面で前記超音
波を受信した時刻を終点として超音波伝搬時間を計測す
る。この構成により、純粋に超音波が超音波送受信器
３、４間を伝搬している時間のみを計測することができ
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、一対の超音波送受
信器を用いて超音波の伝搬時間を計測する。

【０００２】超音波伝搬時間の計測方法及びこれを用い
た超音波流量計測装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来の超音波流量計に用いられている超
音波伝搬時間の測定方法は、一対の超音波送受信器を対
向して配置し、一方の超音波送受信器をバ−スト信号で
駆動し、超音波を送信し、他方の超音波送受信器で受信
し測定していた。図１０に、送信側の超音波送受信器の
駆動波形１と、受信側の超音波送受信器で受信した受信
波形２を示す。図１０は、横軸に時間を、縦軸に電圧を
示す。図中のＴ0は駆動信号１の開始時点を、Ｔ1は駆動
開始後、第３波終了時点を示す。Ｒ0は受信開始時点
を、Ｒ1は受信開始後、第３波終了時点を示す。このよ
うに、駆動信号の第ｍ（ｍ＝３）波目のゼロクロス点Ｔ
1を起点とし、他方の超音波送受信器で受信した電気信
号の第ｍ（ｍ＝３）波目を終点Ｒ1として、前記起点Ｔ1
と前記終点Ｒ1との間の時間Ｔpを超音波伝搬時間として
計測し、この伝搬時間を用いて流体の流速を計測し、流
量を演算していた（特平開９−３３３０８号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波伝搬時間の測定方法では、起点においては送
信側の超音波送受信器の特性で決まる第ｍ波目を、また
終点においては受信側の超音波送受信器の特性で決まる
第ｍ波目を用いていた。従って、Ｔ0とＴ1との間の時間
およびＲ0とＲ1との間の時間とが、全く同じであれば、
それぞれが相殺され、誤差とはならないが、一般に、２
つの超音波送受信器を用いた場合、それぞれの特性が全
く同じであるとは考えられないため、あるいは、周囲温
度の変化などによっても、それぞれの特性が全く同じよ
うに変化するとも考えられないため、送信側の超音波駆
動開始後の第ｍ波目までの時間、Ｔ0とＴ1との間の時間
と、受信側の超音波受信後の第ｍ波目までの時間、Ｒ0
とＲ1との間の時間、とは一致しないため、伝搬時間計
測に誤差として含まれる結果となっていた。従って、こ
の伝搬時間を用いて計測する流体の流速、流体の流量な
どに誤差として含まれ、超音波流量計の精度が良くなか
った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波伝搬時間
測定方法は上記課題を解決するため、一対の超音波送受
信器を対向して備え、一方の超音波送受信器を駆動した
時刻を起点とし、他方の超音波送受信器の表面で前記超
音波を受信した時刻を終点とし、起点と終点との間の時
間を超音波伝搬時間として測定する。この時間測定方法
により、計測された超音波伝搬時間の中に、超音波が音
響整合層などの送受信器内部を伝搬する時間を含まない
で、純粋に流体中を伝搬する時間として計測されるた
め、超音波の伝搬時間に誤差が入らないので、時間計測
の精度が大幅に向上する。

【０００６】また、この時間計測方法を用いて超音波流
量計測装置を構成するので、流体の流速あるいは流体の
流量計測において、精度が大幅に向上する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に超音波伝播時間の測定方
法は、一対の超音波送受信器を対向して備え、一方の超
音波送受信器を駆動した時刻を起点とし、他方の超音波
送受信器の表面で前記超音波を受信した時刻を終点とし
て、超音波伝搬時間を計測する。

【０００８】このようにして超音波伝播時間を計測する
ことにより、計測された超音波伝搬時間には純粋に超音
波が流体中を伝播する時間のみが含まれることになる。
従って、計測された超音波伝播時間の中に、超音波が音
響整合層などの送受信器内部を伝搬する時間などの誤差
を含まないため、超音波伝搬時間の計測精度が向上す
る。

【０００９】また、本発明の超音波伝播時間の測定方法
は、一対の超音波送受信器を圧電性材料と音響整合層と
から構成し、受信された電気的受信波形の（３／４）周
期以前を、終点として超音波伝搬時間を計測する。この
ため、計測された超音波伝搬時間の中に、超音波が送受
信器内部を伝搬する時間を含まないので、計測時間の精
度が向上する。

【００１０】また、本発明の超音波伝播時間の測定方法
は、受信された電気的受信波形の最初の極大振幅を示し
た時の（１／２）周期を基準として、順次計測された波
形を（１／２）周期づつ前へ、周期を推測し、超音波伝
搬時間の終点を推定する測定方法であるので、多少の雑
音が有っても、確実に終点を推定することができる。

【００１１】また、本発明の超音波伝搬時間測定方法
は、受信された電気的受信波形の最初の極大振幅を示し
た時の（１／２）周期から、計測された波形の（１／
２）周期が、順次前に等比級数的に並んでいるとして、
超音波伝搬時間の終点を推定する測定方法であるので、
多少の雑音が有っても、確実に終点を推定することがで
きる。

【００１２】また、本発明の超音波伝搬時間測定方法
は、受信された電気的受信波形の最初の極大振幅を示し
た時の（１／２）周期から、計測された波形の（１／
２）周期が、順次前に等差級数的に並んでいるとして、
超音波伝搬時間の終点を推定する測定方法なので、多少
の雑音が有っても、確実に終点を推定することができ
る。

【００１３】また、本発明の超音波伝搬時間測定方法
は、受信された電気的受信波形の最初の極大振幅を示し
た時の（１／２）周期から、計測された波形の（１／
２）周期が、順次前に等周期で並んでいるとして、超音
波伝搬時間の終点を推定するので、多少の雑音が有って
も、確実に終点を推定することができる。

【００１４】また、本発明の超音波伝搬時間測定方法
は、受信された電気的受信波形の最初の極大振幅から、
順次振幅の包絡線をたどり超音波伝搬時間の終点を推定
する測定方法なので、多少の雑音が有っても、確実に終
点を推定することができる。

【００１５】また、本発明の超音波伝搬時間測定方法
は、受信側の超音波送受信器の反共振周波数で、送信側
の送受信器を駆動する超音波伝搬時間の測定方法である
ので、受信波形が等周期的に並び、このため、超音波伝
搬時間の終点を容易に推定することができる。

【００１６】また、本発明の超音波伝搬時間測定方法
は、１から数周期の駆動信号で受信側の超音波送受信器
を駆動し、残響振動から残響振動周期を検出し、反共振
周波数とする超音波伝搬時間の測定方法であるので、反
共振周波数を簡単に検出することができ、ＦＦＴなどの
複雑な回路構成が不要となる。

【００１７】また、また、本発明の超音波流量計測装置
は、流路の上流と下流とに一対の超音波送受信器を対向
して設け、前記一対の超音波送受信器の、上流側から下
流側へ、下流側から上流側への超音波伝搬時間を計測す
るのに前記で説明した本発明による超音波伝搬時間計測
方法を用い、その伝搬時間差から流路を流れる流体の流
速あるいは流量を演算するので、高精度な流量計測装置
が実現できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。

【００１９】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
おける超音波伝播時間計測のブロック図を示す。３およ
び４は超音波の送受信に用いる対向して設置された一対
の超音波送受信器を示す。超音波送受信器３、４は、用
いる超音波の約（１／２）波長厚さの圧電セラミック５
と、用いる超音波波長の約（１／４）波長厚さの音響整
合６とから構成した。７は送信部を、８は受信部を、９
は制御部を示す。このような構成において、超音波の伝
搬時間を、送信側超音波送受信器３を駆動した時刻を起
点とし、この駆動信号により送出された超音波が、受信
側超音波送受信器４の音響整合層６の表面に到達した時
刻を終点として計測する。上述のように、超音波伝搬時
間の中に、超音波が送信側の超音波送受信器３の内部を
伝搬し、超音波が音響整合層６の表面から送出されるま
での時間と、送出された超音波が受信側超音波送受信器
４の音響整合層６の表面に到達してから受信部で信号と
して受信されるまでの時間とを含まない構成としている
ので、超音波伝搬時間を正確に評価することができる。
すなわち、送信側、受信側の超音波送受信器が全く同じ
特性でなくても、正確に評価できる。また、温度変化な
どで送信側、受信側の超音波送受信器の特性が変化して
も、正確に評価できる。

【００２０】図２に、圧電セラミック５と音響整合６と
から構成される送信側の超音波送受信器３と受信側の超
音波送受信器４の拡大図を示す。１０、１１は送信側の
圧電セラミック５の表面に形成された電極１２、１３に
接続されたリ−ド線を、１４、１５は受信側の圧電セラ
ミック５の表面に形成された電極１４、１５に接続され
たリ−ド線を示す。図中のｄXは、超音波送受信器３、
４間の距離を示す。

【００２１】図３（ａ）に、距離ｄXを非常に小さくし
た状態で、送信側から受信側に超音波を伝搬させたとき
の波形を示す。同図において、１８は送信部７から送信
側の超音波送受信器３に印加したバ−スト駆動信号を、
１９は受信部８で受信した受信側の超音波送受信器４か
らの受信波形を示す。図の横軸は時間を、縦軸は電圧を
示し、Ｔ0、Ｒ0は、それぞれ駆動信号の電気的な開始時
刻、受信信号の電気的な到着時刻を示す。この時刻差、
Ｒ0−Ｔ0を、図２に示したｄXをパラメ−タとして計測
した結果、ｄX＝０（密着状態）での伝搬時間として、
超音波の周期に換算、約（３／４）周期が得られた。こ
の伝搬時間（Ｒ0−Ｔ0）、約（３／４）周期相当は、駆
動信号が送信側の超音波送受信器３の電極１２、１３に
印加され、超音波が発生し、この発生した超音波が送信
側の音響整合層を伝搬し、受信側の音響整合層を伝搬し
て、超音波送受信器４の圧電セラミック５に到達する。
この伝搬した超音波が電極１６、１７に電圧を発生さ
せ、受信波形として観測されるまでの時間を示す。

【００２２】従って、この伝搬時間（Ｒ0−Ｔ0）［（３
／４）周期相当］は純粋に、送信側の超音波送受信器３
で発生した超音波が、超音波送受信器３の表面から送信
されるまでの時間と、受信側の超音波送受信器４の表面
で受信した超音波が、受信波形として観測されるまでの
までの時間と考えることができる。このため、超音波が
受信側の超音波送受信器４で受信された受信波形の（３
／４）周期以前の時刻を終点と考えることができる。

【００２３】以上のことを、図３（ｂ）を用いて説明す
る。図３（ｂ）において、図３（ａ）と異なるところは
超音波送受信器３、４との間がある程度離れてるところ
である。１８は送信側の送受信器に加えられた送信用の
バースト駆動信号を、１９は受信側の送受信器で受信さ
れた受信信号を示す。Ｔ0は駆動信号の開始時刻を、Ｒ0
は受信寝具の到着時刻を示し、ｄＴは受信時刻Ｒ0の直
前（３／４）周期時間を示す。この例の場合、超音波の
伝搬時間Ｔｐは、Ｔｐ＝［Ｒ0−Ｔ0−（３／４）周期］
となる。例えば、超音波の伝搬速度Ｖを演算する場合に
は、超音波送受信器３、４間の距離をＸとすると、Ｖ＝
Ｘ／Ｔｐとなる。

【００２４】従って、駆動信号が印加した時刻を起点と
して計測し、受信信号が観測される直前、（３／４）周
期を終点として超音波の伝搬時間を計測すると、計測さ
れた超音波伝搬時間のなかに、超音波が発生してから超
音波送受信器の中を伝搬し、表面まで達する時間、およ
び超音波を表面で受信してから、その超音波が超音波送
受信器の中を伝搬し計測されるまでの時間が含まれない
ことになる。このため、送信側および受信側の超音波送
受信器の特性が異なっていても、あるいは温度変化など
で、それらの特性が変動した場合にでも、正確に超音波
の伝搬時間を計測することができる。

【００２５】（実施例２）図４の〜図７を用いて、超音
波伝搬時間の終点を求める方法を以下に説明する。同図
は受信側の超音波送受信器４で受信した受信波形１９
（図３参照）の拡大図を示し、横軸に時間を、縦軸に電
圧を示す。図中のＲ0は観測された受信波形の始点を示
し、またＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5、Ｐ6は、受信波形の
各ゼロクロス間の（１／２）周期を示す。この受信波形
の場合、Ｐ5は最初に観測された振幅が極大値を示した
部分の（１／２）周期を示す。図６、７にこのようにし
て得られた（１／２）周期の計測結果を示す。図６、７
は、横軸に（１／２）周期を単位とする波数番号を示
し、縦軸に（１／２）周期の大きさを示している。Ｐ1
にデ−タが無いのは、通常の場合、最初の（１／２）周
期が、受信波形の始点（Ｒ0）近傍が雑音の中に埋も
れ、明確に計測できないためである。○印は、各（１／
２）周期がほぼ等間隔に並んだ場合の結果を示し、不明
確なＰ1を破線２０のように、等間隔に並んでいるとし
て受信波形の始まりＲ0を推定し、さらには、超音波伝
搬時間の終点、受信波形の始点（Ｒ0）の（３／４）周
期以前も簡単に推定することができる。このように各
（１／２）周期が破線２０のようにほぼ等間隔に並ぶの
は、送信側の超音波送受信器の駆動周波数が、受信側の
超音波送受信器の反共振周波数に、約±２％以内に一致
した場合に観測される。このように、受信側の超音波送
受信器の反共振周波数で、送信側の超音波送受信器を駆
動すると、送信さえる超音波は、前記反共振周波数を持
つことになり、この周波数の超音波を受信側の超音波送
受信器が受信すると、反共振周波数で振動することにな
り、振動数、すなわち周期の揃った振動が発生すること
になる。従って、この場合には前記で説明した周期が揃
い、終点推定の誤差が小さくなり、計測精度が向上す
る。

【００２６】また、送信側の超音波送受信器の駆動周波
数が、受信側の超音波送受信器の反共振周波数よりも３
〜７％ほど大きい場合には、△印で示したように観測さ
れ、２点鎖線２１で示すように等差級数的に並ぶ。この
場合にも、等差級数的に、受信波形の始まりＲ0を推定
し、その延長線上にあるＲ0の前（３／８）周期である
終点を推定することができる。また、送信側の超音波送
受信器の駆動周波数が、受信側の超音波送受信器の反共
振周波数よりも３〜７％ほど小さい場合には、□印で示
したように観測され、１点鎖線２２で示すように等差級
数的に並ぶ。この場合にも、等差級数的に、受信波形の
始まりＲ0を推定し、その延長線上にあるＲ0の前（３／
４）周期である終点を推定することができる。

【００２７】さらにまた、図７の□、実線２３に示すよ
うに、送信側の超音波送受信器の駆動周波数が、受信側
の超音波送受信器の反共振周波数よりも８〜１２％ほど
ずれている場合には、実線２３で示すように等比級数的
に並ぶ。この場合にも、等比級数的に、受信波形の始ま
りＲ0を推定し、その延長線上にあるＲ0の前（３／４）
周期である終点を推定することができる。以上説明した
ように、送信側の超音波送受信器の駆動周波数が、受信
側の超音波送受信器の反共振周波数との一致度合いによ
り、観測される受信波形の（１／２）周期が、等周期的
に並んだり、等差級数的に並んだり、あるいは等比級数
的に並んだりする。このため、受信波形の最初に観測さ
れる極大振幅時の（１／２）周期から順次前へ、（１／
２）周期をそれぞれの大きさを計測し、その並び方を推
定することにより、受信波形の始まりＲ0および伝搬時
間の終点を簡単に推定することができる。このように超
音波伝搬時間の終点を簡単に推定することができるた
め、この方法で超音波伝搬時間を計測すれば、超音波伝
搬時間の中に、超音波が送信側あるいは受信側の超音波
送受信器の中を伝搬する時間を含まないことになり、正
確に超音波伝搬時間を計測することができる。

【００２８】（実施例３）図８を用いて、前記とは異な
る超音波伝搬時間の終点を求める方法を以下に説明す
る。同図は送信側の超音波送受信器４で受信した受信波
形１９（図３参照）の拡大図を示し、横軸に時間を、縦
軸に電圧を示す。図中のＲ0は観測された受信波形の始
点を示す。点線２４は、受信波形の振幅の極大値を結ん
だ包絡線を示し、基準線２５とこの包絡線２４との交点
２６を電気的受信開始点とする。

【００２９】一般に、この交点２６と、観測された受信
波形の始点Ｒ0とは一致しない。従って、この交点２６
の前、（３／４）周期を超音波伝搬時間の終点として推
定する。なお、包絡線は、各振幅の極大値を用い、最小
二乗法や二次曲線近似などで簡単に求めることができ
る。

【００３０】（実施例４）図９（ａ）、（ｂ）を用い
て、受信側の超音波送受信器４の反共振周波数計測方法
について説明する。図９は、横軸に時間を、縦軸に電圧
を示す。２７は、受信側の超音波送受信器４を駆動する
単一矩形波からなる駆動波形を示し、超音波送受信に用
いる周波数の２倍以上の周波数とした。２８は前記単一
矩形波の駆動信号２４により励振された受信側の超音波
送受信器４に発生した自己共振振動の残響振動波形を示
す。通常の場合、この自己共振振動の周波数が反共振周
波数と一致するといわれている。この残響波形２８か
ら、前記で説明したように振幅のある程度大きい部分を
用い、各ゼロクロス間の（１／２）周期を計測し、その
平均値を自己共振振動の周波数、すなわち反共振周波数
とした。

【００３１】この場合、おおむねインピ−ダンスメ−タ
などの計測器で測定する周波数と、ほぼ±１％程度で一
致した。このように、送信側の超音波送受信器３に駆動
信号を送信する前に、受信側の超音波送受信器４に、用
いる周波数の２倍以上の単一矩形波からなる駆動信号を
印加し、その残響振動から自己共振振動の周波数を予め
求めることにより、受信側の超音波送受信器４の反共振
周波数を簡単に検知できる。この反共振周波数からなる
駆動信号を送信側の超音波送受信器３に印加すると、送
信側の超音波送受信器３は受信側の超音波送受信器４の
反共振周波数で駆動したことになり、前記で説明したよ
うに受信側の超音波送受信器４で受信される波形の各ゼ
ロクロス間の（１／２）周期は、ほぼ等間隔で並ぶの
で、超音波伝搬時間の終点を推定しやすくなり、精度も
向上する。

【００３２】なお、反共振周波数を計測するための駆動
波は、前記実施例では単一としたが、数パルス以内であ
れば、精度よく計測することができる。なお、駆動の単
一矩形波を常にモニタし、かつ、発生する残響振動の大
きさをモニタすることにより、例えば、駆動の一定時間
後の残響振動の振幅および周期をモニタすることによ
り、受信側の超音波送受信器の動特性をモニタできるこ
とになり、超音波送受信器の正常、異常を判断すること
も可能となる。

【００３３】（実施例５）図１０を用いて、前記で説明
した超音波伝搬時間を用いて構成した超音波流量計２９
を示す。図１０（ａ）は、超音波流量計の断面図を示
し、図１０（ｂ）は側面図を示す。一対の超音波送受信
器３０、３１が矩形流路３２を挟んで、対向して設置さ
れる。流体は矢印３３および一点鎖線３４の方向になが
れる。超音波送受信器間を伝搬する超音波の伝搬方向は
破線３５で示す。図示しているように超音波の伝搬方向
と流体の流れる方向とは角度θで交叉する。なお、図中
のＷ、Ｈは矩形流路の幅と高さとを示す。このような構
成の超音波流量計２９において、例えば、超音波送受信
器３０、３１間の距離をＬ、超音波の伝搬速度をＣ、流
体の流速をＶとすると、上流側の超音波送受信器３０を
送信側として超音波を送信し、下流側の超音波送受信器
３１を受信側として超音波を受信すると、その伝搬時間
Ｔu-dは、 Ｔu-d=Ｌ／［Ｃ＋Ｖ×COS（θ）］ となり、これより ［Ｃ＋Ｖ×COS（θ）］＝Ｌ／Ｔu-d (1) となる。

【００３４】また、前記とは逆に、下流側の超音波送受
信器３１を送信側として超音波を送信し、上流側の超音
波送受信器３０を受信側として超音波を受信すると、そ
の伝搬時間Ｔd-uは、 Ｔd-u=Ｌ／［Ｃ−Ｖ×COS（θ）］ となり、これより ［Ｃ−Ｖ×COS（θ）］＝Ｌ／Ｔd-u (2) となる。従って、（１）−（２）を求めると、 ２×Ｖ×COS（θ）＝（Ｌ／Ｔu-d）−（Ｌ／Ｔd-u）、 Ｖ＝［（Ｌ／Ｔu-d）−（Ｌ／Ｔd-u）］／［２×COS（θ）］ (3) が得られる。

【００３５】これより、２つの超音波の伝搬時間Ｔu-
d、Ｔd-uを計測することにより、流体の流速Ｖが計測で
きる。この流速Ｖが得られると、流体の流量Ｑは、 Ｑ＝（Ｗ＊Ｈ）×Ｖ として演算できる。

【００３６】なお、（Ｗ＊Ｈ）は、矩形流路３２の断面
積を示している。この結果より、超音波の流量Ｑを求め
るのに、超音波伝搬時間Ｔu-d、Ｔd-u以外は、すなわ
ち、Ｌ、Ｗ、Ｈ、θなどは予め解っている値であり、ほ
とんど変化しない。このため、超音波伝搬時間Ｔu-d、
Ｔd-uを正確に計測できれば、できるほど矩形流路３２
を流れる流体の流量Ｑを正確に演算することができる。
本発明に基づく超音波伝搬時間計測方法を用いると、正
確に流速を計測することができ、さらに流量をも正確に
演算でき、高精度な超音波流量計を実現できる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
超音波伝搬時間の測定方法及びこれを用いた超音波流量
計測装置によれば次の効果が得られる。

【００３８】（１）一方の超音波送受信器の表面から超
音波が送信された時刻を起点とし、他方の超音波送受信
器の表面で前記超音波を受信した時刻を終点として、超
音波伝搬時間を計測するので、計測された超音波伝播時
間には純粋に超音波が流体中を伝播する時間のみが含ま
れることになり、超音波が音響整合層などの送受信器内
部を伝搬する時間などを含まないので、計測時間の精度
が向上する。

【００３９】（２）超音波送受信器を圧電性材料と音響
整合層とから構成し、受信された電気的受信波形の（３
／４）周期以前を、終点として超音波伝搬時間を計測す
るので、計測された超音波伝搬時間の中に、超音波が送
受信器内部を伝搬する時間を含まないので、計測時間の
精度が向上する。

【００４０】（３）受信された電気的受信波形の最初の
極大振幅を示した時の（１／２）周期を基準として、順
次計測された波形を（１／２）周期づつ前へ、周期を推
測して、超音波伝搬時間の終点を推定するので、受信波
形に多少の雑音が有っても、確実に終点を推定すること
ができる。

【００４１】（４）受信された電気的受信波形の最初の
極大振幅を示した時の（１／２）周期から、計測された
波形の（１／２）周期が、順次前に等比級数的に並んで
いるとして、超音波伝搬時間の終点を推定するので、受
信波形に多少の雑音が有っても、確実に終点を推定する
ことができる。

【００４２】（５）受信された電気的受信波形の最初の
極大振幅を示した時の（１／２）周期から、計測された
波形の（１／２）周期が、順次前に等差級数的に並んで
いるとして、超音波伝搬時間の終点を推定するので、受
信波形に多少の雑音が有っても、確実に終点を推定する
ことができる。

【００４３】（６）受信された電気的受信波形の最初の
極大振幅を示した時の（１／２）周期から、計測された
波形の（１／２）周期が、順次前に等周期で並んでいる
として、超音波伝搬時間の終点を推定するので、受信波
形に多少の雑音が有っても、確実に終点を推定すること
ができる。

【００４４】（７）受信された電気的受信波形の最初の
極大振幅から、順次振幅の包絡線をたどり超音波伝搬時
間の終点を推定するので、受信波形に多少の雑音が有っ
ても、確実に終点を推定することができる。

【００４５】（８）受信側の超音波送受信器の反共振周
波数で、送信側の送受信器を駆動するので、受信波形の
周期が安定しているので、超音波伝搬時間の終点を容易
に推定することができる。

【００４６】（９）単一の矩形波からなる駆動信号で受
信側の超音波送受信器を駆動し、残響振動から残響振動
周期を検出し、反共振周波数とするので、反共振周波数
を簡単に検出するのことができる。

【００４７】（１０）流路の上流と下流とに一対の超音
波送受信器を対向して設け超音波流量計を構成し、上流
側から下流側へ、下流側から上流側への伝搬時間を、上
述の超音波伝搬時間計測方法を用いて計測するので、高
精度な流量計測装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における超音波伝搬時間の測
定方法のブロック図

【図２】同測定方法における超音波送受信器の拡大図

【図３】（ａ）同測定方法における超音波送受信の波形
図（密着している場合）（ｂ）同測定方法における超音
波送受信の波形図（離れている場合）

【図４】本発明の実施例２における超音波伝搬時間の測
定方法の受信波形の拡大図

【図５】同測定方法における波数と周期との特性図

【図６】同測定方法における別の波数と周期との特性図

【図７】同測定方法の受信波形の拡大図

【図８】本発明の実施例３における超音波伝搬時間の測
定方法の残響振動波形図

【図９】（ａ）本発明の実施例４、５における超音波流
量計測装置の正面図 （ｂ）同装置の側面図

【図１０】従来の超音波伝搬時間の測定法方を説明する
図

【符号の説明】

３ 送信側の超音波送受信器 ４ 受信側の超音波送受信器 ５ 圧電セラミック ６ 音響整合層 １８ 駆動波形 １９ 受信波形 ２４ 包絡線 ２５ 基準線 ２６ 交点 ２７ 駆動用単一パルス ２８ 残響振動波形 ２９ 流量計 ３０ 上流側の超音波送受信器 ３１ 下流側の超音波送受信器 ３２ 流路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の超音波送受信器を対向して備え、一
   方の超音波送受信器から超音波を送信した時刻を起点と
   し、他方の超音波送受信器の表面で前記超音波を受信し
   た時刻を終点とする超音波伝搬時間の測定方法。
2. 【請求項２】一対の超音波送受信器を圧電性材料と音響
   整合層とから構成し、受信された電気的受信波形の（３
   ／４）周期以前を、終点とする請求項１記載の超音波伝
   搬時間の測定方法。
3. 【請求項３】受信された電気的受信波形の最初の極大振
   幅を示した時の（１／２）周期から、順次計測された波
   形を（１／２）周期づつ前へ、周期を推測し前記終点を
   推定する請求項２記載の超音波伝搬時間の測定方法。
4. 【請求項４】受信された電気的受信波形の最初の極大振
   幅を示した時の（１／２）周期から、計測された波形の
   （１／２）周期が、順次前に等比級数的に並んでいると
   して、前記終点を推定する請求項３記載の超音波伝搬時
   間の測定方法。
5. 【請求項５】受信された電気的受信波形の最初の極大振
   幅を示した時の（１／２）周期から、計測された波形の
   （１／２）周期が、順次前に等差級数的に並んでいると
   して、前記終点を推定する請求項３記載の超音波伝搬時
   間の測定方法。
6. 【請求項６】受信された電気的受信波形の最初の極大振
   幅を示した時の（１／２）周期から、計測された波形の
   （１／２）周期が、順次前に等周期で並んでいるとし
   て、前記終点を推定する請求項３記載の超音波伝搬時間
   測定方法。
7. 【請求項７】受信された電気的受信波形の最初の極大振
   幅から、順次振幅の包絡線をたどり前記終点を推定する
   請求項３記載の超音波伝搬時間の測定方法。
8. 【請求項８】受信側の超音波送受信器の反共振周波数
   で、送信側の送受信器を駆動する請求項１記載の超音波
   伝搬時間の測定方法。
9. 【請求項９】１から数周期の駆動信号で受信側の超音波
   送受信器を駆動し、残響振動から残響振動周期を検出
   し、反共振周波数とする請求項８記載の超音波伝搬時間
   の測定方法。
10. 【請求項１０】流路の上流と下流とに一対の超音波送受
    信器を対向して設け、前記一対の超音波送受信器の、上
    流側から下流側へ、下流側から上流側への伝搬時間を請
    求項１記載の方法で計測し、その伝搬時間の差から流路
    を流れる流体の流量を演算する超音波流量計測装置。