WO2021084985A1 - 伝搬時間測定装置 - Google Patents

Abstract

送信信号と受信信号のあいだの相互相関解析により音響信号の伝搬時間を求める装置において、　１）前記送信信号の自己相関関数における最大ピークに対する他のピークの高さの比が０．８以下であり、且つ、　２）前記送信信号の持続長が前記送信信号の最短周期の５倍以上であるか、又は、前記送信信号の持続長が前記送信信号の自己相関関数の最大ピークの半値半幅の２０倍以上である、 という条件を満たすように、前記送信信号を生成する。

Description

伝搬時間測定装置

　本発明は、音響信号の伝搬時間を測定する技術に関する。

　配管の外側に取り付けたセンサによって配管内部を伝搬する音響信号の伝搬時間を測定し、その伝搬時間に基づき、配管内を流れる流体の流速や流量を非破壊で計測可能な装置が実用化されている。この種の装置は、音響信号として超音波を用いることが一般的であり、「超音波流量計」あるいは「超音波式流量計」などと呼ばれる。

　例えば特許文献１には、配管の上流側及び下流側に配置された一対の超音波振動子を用いて、流体の流れの正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波との伝搬時間差に基づいて流体の流量を求める装置が開示されている。特許文献１の装置では、上流側の超音波振動子の受信信号と下流側の超音波振動子の受信信号の相互相関を計算することにより、伝搬時間差を計算している。また、特許文献２には、上流側の受信信号と下流側の受信信号の相互相関から相関ピークを求める際に、ヒルベルト変換を利用することが開示されている。

特開２００８－３０４２８１号公報 特開２００２－２４３５１４号公報

　従来は、測定用の信号としてパルス信号やバースト信号が用いられることが一般的であった。しかし、これらの信号はノイズの影響を受けやすく、相互相関解析の精度に限界がある。それゆえ、従来の超音波流量計は、微少流量の測定などの、高い精度が要求される用途には利用することができなかった。

　本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ノイズに対するロバスト性が高く、且つ、伝搬時間の高精度な測定が可能な技術を提供することにある。

　本開示に係る伝搬時間測定装置は、流体を流す配管に対し互いに異なる位置に配置される複数の振動子であって、電気信号としての送信信号を音響信号に変換する第１振動子と、前記第１振動子から送信されて前記配管内の流体を伝搬した前記音響信号を受信し電気信号としての受信信号に変換する第２振動子とを少なくとも含む、複数の振動子と、測定に用いる前記送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号と前記受信信号のあいだの相互相関解析により、前記第１振動子から前記第２振動子までの前記音響信号の伝搬時間を求める信号処理部と、を備える。ここで、前記送信信号生成部は、
　１）前記送信信号の自己相関関数における最大ピークに対する他のピークの高さの比が０．８以下であり、且つ、
　２）前記送信信号の持続長が前記送信信号の最短周期の５倍以上であるか、又は、前記送信信号の持続長が前記送信信号の自己相関関数の最大ピークの半値半幅の２０倍以上である、
という条件を満たすように、前記送信信号を生成するとよい。

　条件１を満たす送信信号を用いることによって、送信信号と受信信号の相互相関関数において、最大ピークとそれ以外のピークの差が十分に大きくなる。それゆえ、仮にノイズ等の影響で受信信号の波形が多少崩れたとしても、最大ピークとそれ以外のピークの差（すなわち、最大ピークの識別性・明瞭性）が維持される。また条件２を満たす持続長の送信信号を用いることによって、送信信号と受信信号のあいだの相互相関解析に用いることができる情報量が増えるため、相互相関関数の誤差を低減する効果が期待できる。すなわち、条件１と条件２を満たす送信信号を用いれば、誤差が少なく、且つ、最大ピークの識別性・明瞭性が高い、相互相関関数を得ることができる。したがって、相互相関関数における最大ピークの位置、すなわち、音響信号の伝搬時間を精度よく求めることが可能となる。

　前記送信信号生成部は、さらに、
　３）前記送信信号の持続長が前記送信信号の最短周期の１０倍以上であるか、又は、前記送信信号の持続長が前記送信信号の自己相関関数の最大ピークの半値半幅の４０倍以上である、
という条件を満たすように、前記送信信号を生成してもよい。この条件３は、条件２をさらに厳しくした条件である。したがって、条件３を満たす持続長の送信信号を用いることにより、相互相関関数の誤差を一層低減することができ、音響信号の伝搬時間の測定精度を一層向上することができる。

　前記送信信号生成部は、さらに、
　４）前記送信信号の持続長が、前記第１振動子から前記第２振動子までの音響信号の伝搬時間として想定される最小の伝搬時間よりも短い、
という条件を満たすように、前記送信信号を生成してもよい。条件４を満たすように送信信号の持続長の上限を設定することにより、送信信号の送信期間と受信信号の受信期間の重なりを避けることができるため、クロストークにより送信信号が受信信号の経路に混入したとしても、混入した送信信号が信号解析に影響することを防止することができる。

　上述した条件１～条件４を満たす送信信号はさまざまなものが考えられる。例えば、前記送信信号は、周波数変調された信号を含んでもよい。また、前記送信信号は、ランダムパルスにより構成される信号を含んでもよい。また、前記送信信号は、異なる周波数の複数の信号が合成された信号を含んでもよい。また、前記送信信号は、所定の時間区分ごとに周波数が変化する信号を含んでもよい。

　前記信号処理部は、前記第１振動子からの送信及び前記第２振動子による受信を複数回行うことによって得られた複数の受信信号を用いて相互相関解析を行ってもよい。複数の受信信号を用いることにより、ノイズを低減し、相互相関解析の精度を向上することができる。

　前記信号処理部は、前記複数の受信信号からノイズが低減された受信信号を生成し、前記送信信号と前記ノイズが低減された受信信号とのあいだの相互相関解析を行ってもよい。複数の受信信号を用いて受信信号のノイズを低減した後、相互相関関数を計算する、という手順を採ることにより、演算負荷の大きい相互相関関数の演算回数を少なく抑えることができ、高速な処理を実現できる。

　前記第１振動子と前記第２振動子は、前記配管を挟んで対向するように配置されてもよい。また、前記第１振動子と前記第２振動子は、前記配管の長手方向の異なる位置に配置されてもよい。

　前記第２振動子に前記送信信号が入力され、前記第２振動子から送信された音響信号を受信した前記第１振動子から前記受信信号が出力されるように切り替えを行う切り替え部をさらに備え、前記信号処理部は、前記第２振動子に入力した前記送信信号と前記第１振動子から出力された前記受信信号のあいだの相互相関解析により、前記第２振動子から前記第１振動子までの前記音響信号の伝搬時間を求めてもよい。この構成によれば、同一の伝搬経路について、上流側から下流側に音響信号が伝搬するときの伝搬時間と、下流側から上流側に音響信号が伝搬するときの伝搬時間とを、精度よく求めることができる。

　前記信号処理部は、前記第１振動子から前記第２振動子までの前記音響信号の伝搬時間と、前記第２振動子から前記第１振動子までの前記音響信号の伝搬時間との差に基づいて、前記配管内の流体の流速及び／又は流量を求めてもよい。これにより、配管内の流体の情報を高精度に測定することができる。

　本発明は、上記構成の少なくとも一部を有する伝搬時間測定装置として捉えてもよいし、流速測定装置、流量測定装置、流量計、流量センサなどとして捉えてもよいし、送信信号を生成する送信信号生成装置、送信回路などとして捉えてもよい。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む伝搬時間測定方法、流速測定方法、流量測定方法、送信信号生成方法として捉えてもよく、または、かかる方法を実現するためのプログラムやそのプログラムを非一時的に記録した記録媒体として捉えることもできる。なお、上記構成および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

　本発明によれば、ノイズに対するロバスト性が高く、且つ、伝搬時間の高精度な測定が可能な技術を提供することができる。

図１は、伝搬時間測定装置の構成を模式的に示す図である。 図２Ａは、送信信号の自己相関関数の一例を示す図であり、図２Ｂは、送信信号の一例を示す図である。 図３は、配管への振動子の設置例を示す断面図である。 図４Ａは、周波数変調された信号の例を示す図であり、図４Ｂは、図４Ａの送信信号の自己相関関数を示す図である。 図５Ａは、周波数変調された信号の例を示す図であり、図５Ｂは、図５Ａの送信信号の自己相関関数を示す図である。 図６Ａは、比較例の周波数変調信号を示す図であり、図６Ｂは、図６Ａの周波数変調信号の自己相関関数を示す図である。 図７Ａは、ランダムパルスにより構成される送信信号の例を示す図であり、図７Ｂは、図７Ａの送信信号の自己相関関数を示す図である。 図８Ａは、異なる周波数の複数の信号が合成された送信信号の例を示す図であり、図８Ｂは、図８Ａの送信信号の自己相関関数を示す図である。 図９Ａは、所定の時間区分ごとに周波数が変化する送信信号の例を示す図であり、図９Ｂは、図９Ａの送信信号の自己相関関数を示す図である。 図１０は、第１実施形態における伝搬時間測定装置の測定動作の流れを示すフローチャートである。 図１１Ａは送信信号の例を示す図であり、図１１Ｂは図１１Ａの送信信号に基づく音響信号の例を示す図であり、図１１Ｃは受信信号の例を示す図であり、図１１Ｄは相互相関関数の一例を示す図である。 図１２Ａは相互相関関数の最大ピークの近傍を拡大した図であり、図１２Ｂはヒルベルト変換の例を示す図である。 図１３は、第２実施形態における伝搬時間測定装置の測定動作の流れを示すフローチャートである。 図１４は、第３実施形態における送信信号の自動設定処理の流れを示すフローチャートである。 図１５Ａ及び図１５Ｂは、振動子の変形例を示す図である。

　＜適用例＞
　図１を参照して、伝搬時間測定装置の適用例を説明する。

　伝搬時間測定装置１は、２個以上の振動子１０１を備え、いずれかの振動子（例えば１０１ａ）から送信した音響信号を他の振動子（例えば１０１ｂ）で受信し、２つの振動子のあいだの経路を音響信号が伝搬するのに要した時間（伝搬時間）を測定する。各振動子１０１は配管１２０に対し互いに異なる位置に配置されているため、２つの振動子１０１のあいだを伝搬する音響信号は配管１２０の内部を通過する（横切る）。そのため、音響信号の伝搬時間は、一定ではなく、配管１２０内を流れる流体１２１の状態（例えば、流速、流量、気泡や異物の存在など）の影響を受けて変化する。したがって、伝搬時間測定装置１で測定した伝搬時間を利用することにより、配管１２０内の流体１２１の状態を非破壊で計測することができる。

　なお、流体１２１は、音響信号を伝搬可能な物質であればよく、液体であっても、気体であってもよい。音響信号は、典型的には超音波であるが、可聴域の音波を含んでいてもよい。

　伝搬時間測定装置１は、伝搬時間の計算に相互相関解析を利用する。例えば、送信側の振動子１０１に与える駆動用の電気信号を「送信信号」、受信側の振動子１０１から出力される電気信号を「受信信号」と呼ぶとき、伝搬時間測定装置１は、送信信号と受信信号のあいだの相互相関関数を計算し、相互相関関数の最大ピーク位置に基づいて、送信信号に対する受信信号のラグ（時間遅れ）を求める。このラグが送信側の振動子１０１から受信側の振動子１０１までの音響信号の伝搬時間に相当する。

　送信信号の信号波形が受信信号においても十分に保存されている場合には、相互相関関数に明瞭なピークが現れるので、２つの信号のあいだのラグ（つまり伝搬時間）を精度良く求めることができる。しかしながら、現実の場面では、配管１２０及び流体１２１を伝搬する際に音響信号が減衰するとともに様々な要因のノイズが乗ってくるため、受信信号の波形が崩れる。そのため、相互相関関数のピークが不明瞭となり、ピーク位置の推定精度が低下したり、場合によっては、正解のピーク以外のピークを誤って選択してしまう可能性もある。従来の超音波流量計のように送信信号としてパルス信号やバースト信号を用いた場合は、このような減衰やノイズの影響を受けやすい。昨今、微少流量の流体を計測可能な装置のニーズが高まっており、これを実現するには、例えばナノ秒オーダーからピコ秒オーダーの精度で伝搬時間を測定可能な性能が必要となる。

　そこで、伝搬時間測定装置１は、音響信号の減衰やノイズに対し高いロバスト性をもつように設計された送信信号を測定に利用する。具体的には、伝搬時間測定装置１は、送信信号の波形及び持続長が以下の条件１、２を満たすように、送信信号を生成するとよい。

　条件１）送信信号の自己相関関数における最大ピークに対する他のピークの高さの比が０．８以下である。

　条件２）送信信号の持続長が送信信号の最短周期の５倍以上であるか、又は、送信信号の持続長が送信信号の自己相関関数の最大ピークの半値半幅の２０倍以上である。

　送信信号自体の周期性が高い場合、送信信号と受信信号の相互相関関数において、送信信号の波形の周期に対応する間隔で繰り返しピークが現れる。受信信号において信号波形がきれいに保存されているほど最大ピークとそれ以外のピークの区別は容易であるが、前述のように、減衰やノイズの影響で受信信号の波形が崩れると、送信信号の周期性が高い場合には相互相関関数の最大ピークを誤認識する可能性が高まる。条件１は、送信信号自体の周期性が高すぎないことを担保するための条件といえる。

　図２Ａに送信信号の自己相関関数の一例を示す。横軸は時間（時間シフト量）であり、縦軸は最大ピークの高さが１となるように規格化された自己相関の値である。送信信号の自己相関関数は、送信信号とそれ自身を時間シフトした信号とのあいだの相関であり、時間シフト量が０の場合に（２つの信号が完全に重なるため）最大ピークが現れ、送信信号の波形が周期性を有する場合にはその周期に対応する位置にもピークが現れる。条件１を満たす場合、つまり、最大ピークに対するそれ以外のピークの高さの比が０．８以下である場合は、送信信号の波形の周期性が十分低いといえる。このような場合は、送信信号と受信信号のあいだの相互相関関数においても、最大ピークとそれ以外のピークの差が十分に大きくなり、減衰やノイズの影響で受信信号の波形が崩れたとしても最大ピークの誤認識を生じにくい。

　条件２は、相互相関関数の誤差を抑えるために必要な信号持続長の条件である。図２Ｂに送信信号の一例を示す。横軸は時間であり、縦軸は振幅である。図２Ｂに示すように、「送信信号の持続長」は送信信号全体の時間長さである。また「送信信号の最短周期」は、送信信号が周波数変調された信号である場合に観念できる概念であり、送信信号に含まれる最大の周波数の逆数に相当する周期である。「自己相関関数の最大ピークの半値半幅」は、図２Ａに示すように、自己相関関数の最大ピーク（時間シフト量が０のところに現れるピーク）の高さが半分となる時間シフト量である。最短周期が観念できない送信信号の場合は条件２のうち後者の条件を用いればよく、最短周期が観念できる送信信号の場合は前者の条件と後者の条件のいずれを用いてもよい。

　持続長が短い信号は、相互相関解析に用いることができる情報量が少ない。それゆえ、受信信号に含まれるノイズの影響を受けやすく、相互相関関数の誤差が増大する。これがピーク位置の推定精度の低下や、最大ピークの誤認識を生ずる一因となる。これに対し、少なくとも条件２を満たす持続長の信号を用いることで、相互相関関数の誤差を低減する効果が期待でき、ピーク位置の正確な推定が可能となる。

　なお、信号の持続長が長いほど高い誤差低減効果が期待できるので、条件２の代わりに、より厳しい条件３を設定してもよい。

　条件３）送信信号の持続長が送信信号の最短周期の１０倍以上であるか、又は、送信信号の持続長が送信信号の自己相関関数の最大ピークの半値半幅の４０倍以上である。

　条件１、２又は条件１、３に加え、さらに次の条件４を追加してもよい。条件４は信号の持続長の上限を規定する条件である。

　条件４）送信信号の持続長が、送信側の振動子から受信側の振動子までの音響信号の伝搬時間として想定される最小の伝搬時間よりも短い。

　音響信号の伝搬時間は、音響信号が流体の流れる方向に沿って伝搬する場合と流体の流れとは反対の方向に伝搬する場合とで変わる。また、伝搬経路、媒質、流体の流速などによっても伝搬時間は変化する。例えば、配管及び各振動子のサイズと相対位置、伝搬する媒質の特性、流体の流速、伝搬角度、伝搬方向（上流から下流か、下流から上流か）などがわかれば、音響信号の伝搬時間がとり得る範囲をあらかじめ想定することができる。仮に、伝搬時間の最小値がＴｍｉｎ、最大値がＴｍａｘと想定された場合には、送信信号の持続長がＴｍｉｎよりも短くなるように設定すればよい。

　音響信号は伝搬中に減衰するため、受信信号のレベルは送信信号のレベルに対し極めて小さい。それゆえ、もし送信信号の送信期間と受信信号の受信期間が少しでも重なっていると、回路上の浮遊容量を介して送信信号が受信信号に回り込み、受信信号のノイズを増加させる可能性がある。この点、条件４を満たすように送信信号の持続長の上限を設定することにより、送信期間と受信期間の重なりを避けることができるため、送信信号が受信信号の経路に混入したとしても、混入した送信信号が信号解析に影響することを防止することができる。なお、信号の回り込みを防ぐための対策が別途とられている場合、あるいは、信号の回り込みによるノイズが無視できる場合などには、条件４（すなわち、持続長の上限）を満たさなくても構わない。

　＜第１実施形態＞
　（装置構成）
　図１及び図３を参照して、伝搬時間測定装置１の具体的な構成を説明する。図１は、伝搬時間測定装置１の構成を模式的に示すブロック図であり、図３は、配管への振動子の設置例を示す断面図である。本実施形態の伝搬時間測定装置１は、配管１２０内を流れる流体１２１の流速及び流量を非破壊で計測するための装置であり、超音波流量計又は超音波流量センサとも称される。

　伝搬時間測定装置１は、装置本体１００と複数の振動子１０１とを有する。装置本体１００と各振動子１０１のあいだはケーブルで接続されている。本実施形態では、配管１２０の長手方向の上流側に配置される第１振動子１０１ａと、第１振動子１０１ａよりも下流側に配置される第２振動子１０１ｂの２つの振動子１０１が設けられている（以下、２つの振動子を区別する必要がある場合は「第１振動子１０１ａ」、「第２振動子１０１ｂ」と表記し、両者に共通する説明の場合は単に「振動子１０１」という表記を用いる。）。なお、振動子１０１の数は２つに限られず、３つ以上の振動子１０１が設けられていてもよい。

　振動子１０１は、電気信号と音響信号を相互に変換するデバイスであり、トランスデューサとも呼ばれる。振動子１０１としては、例えばピエゾ効果によって電圧と力を相互に変換する圧電素子などを用いることができる。図３に示すように、各振動子１０１は樹脂で構成されたクランプ３０中に埋設されている。クランプ３０で配管１２０を挟み込むと、２つの振動子１０１ａ、１０１ｂが配管１２０を挟んで対向し、且つ、２つの振動子１０１ａ、１０１ｂを結ぶ直線が配管１２０の軸線に対し所定の角度θをなすように、各振動子１０１ａ、１０１ｂが設置される。このようなクランプ構造を採用することで、既設の配管１２０に対し簡単に（しかも配管１２０に改修を加えることなく）振動子１０１を適切な位置に取り付けることができる。なお、クランプ３０と配管１２０のあいだを密着させ、且つ、音響インピーダンスの整合をはかるために、クランプ３０と配管１２０のあいだにグリスやジェルなどが塗布されるとよい。角度θは音響信号の伝搬角度と呼ばれる。伝搬角度θは任意であるが、後述する伝搬時間差法を利用する場合には０度＜θ＜９０度、好ましくは２０度＜θ＜６０度の範囲に設定されるとよい。

　装置本体１００は、主たる構成として、制御回路１０２、Ｄ／Ａ変換器１０３、Ａ／Ｄ変換器１０４、切り替え器１０５、出力器１０６を有する。制御回路１０２は、伝搬時間測定装置１の各部の制御、信号処理、演算処理などを行う回路である。Ｄ／Ａ変換器１０３は、制御回路１０２から入力された送信信号（デジタルデータ）を基に、Ｄ／Ａ変換及び信号増幅を行い、所定の電圧の送信信号（アナログ信号）を振動子１０１へ出力する回路である。Ａ／Ｄ変換器１０４は、振動子１０１から入力された受信信号（アナログ信号）を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換し、受信信号（デジタルデータ）を制御回路１０２へ出力する回路である。切り替え器１０５は、Ｄ／Ａ変換器１０３及びＡ／Ｄ変換器１０４と第１振動子１０１ａ及び第２振動子１０１ｂとの接続関係を切り替えるスイッチである。Ｄ／Ａ変換器１０３に接続された振動子１０１が送信側となり、Ａ／Ｄ変換器１０４に接続された振動子１０１が受信側となる。出力器１０６は、制御回路１０２による信号処理や演算処理の結果などの情報を出力するデバイスであり、例えば表示器などである。なお、装置本体１００に、ユーザが操作するための入力部（例えば、ボタン、タッチパネルなど）を設けたり、外部装置（例えば、外部のコンピュータやサーバなど）に情報を送信する通信回路（例えばＷｉＦｉモジュールなど）を設けてもよい。

　図１に示すように、制御回路１０２は、送信信号生成部１１０、信号処理部１１１、記憶部１１２を有する。送信信号生成部１１０は、測定に用いる送信信号のデータを生成しＤ／Ａ変換器１０３に出力する機能を有する。信号処理部１１１は、送信信号と受信信号に基づき音響信号の伝搬時間を計算し、さらに伝搬時間から流体の流速及び／又は流量を計算する機能を有する。記憶部１１２は、送信信号の波形を定義する波形データを記憶している。記憶部１１２は、複数種類の波形データを記憶することができ、送信信号生成部１１０は記憶部１１２から適切な波形データを選択し、送信信号のデータを生成する。

　制御回路１０２は、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＡＭ、不揮発性の記憶装置（例えばＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなど）、Ｉ／Ｏなどを有するコンピュータにより構成してもよい。この場合、ＣＰＵが、記憶装置に格納されたプログラムをＲＡＭに展開し、当該プログラムを実行することによって、送信信号生成部１１０及び信号処理部１１１の機能が提供される。コンピュータの形態は問わない。例えば、パーソナルコンピュータでもよいし、組み込み用のコンピュータでもよいし、スマートフォンやタブレット端末などでもよい。あるいは、制御回路１０２が提供する機能の全部又は一部をＡＳＩＣやＦＰＧＡのような回路で構成してもよい。あるいは、分散コンピューティングやクラウドコンピューティングの技術を利用し、制御回路１０２が他のコンピュータと協働して後述する処理を行ってもよい。

　配管１２０の材質、サイズ、形状は問わない。例えば、金属配管や樹脂配管を用いてもよい。また配管１２０のサイズは、ＪＩＳやＡＮＳＩで定められた規格サイズのものでもよいし、独自のサイズのものでもよい。本実施形態の方法は、微少流量の測定を高精度に行うことができるという利点を有するため、１／８インチ管（外径：３．１８ｍｍ、内径：１．５９ｍｍ）、１／４インチ管（外径：６．３５ｍｍ、内径：３．９７ｍｍ）、１／２インチ管（外径：１２．７０ｍｍ、内径：９．５３ｍｍ）などの小型の配管の測定に特に好ましく適用できる。また、直線状の配管に限らず、屈曲部を有する配管や曲線状の配管などでもよく、配管の断面形状も任意である。

　（測定に用いる送信信号）
　本実施形態の伝搬時間測定装置１は、前述した条件１と条件２、又は、条件１と条件３を満たすように設計された送信信号を測定に用いる。以下、これらの条件を満たす送信信号の一例を挙げる。

　図４Ａは、周波数変調された信号の例である。横軸は時間、縦軸は振幅（最大振幅が１となるように規格化された振幅）である。図４Ａの送信信号は、持続長が１マイクロ秒であり、時間とともに周波数が１ＭＨｚから５ＭＨｚまで線形に増加する。図４Ｂは、図４Ａの送信信号の自己相関関数を示している。横軸は時間、縦軸は自己相関関数の値（シフト量がゼロのときの最大ピーク値が１となるように規格された値）である。図４Ｂをみると、自己相関関数における２番目のピークの値は約０．２であり、図４Ａの送信信号が条件１を満たしていることがわかる。また、図４Ａの送信信号の最短周期は０．２マイクロ秒（５ＭＨｚに対応する波長）であり、信号持続長はその５倍であるため、図４Ａの送信信号は条件２も満たしている。

　図４Ａの送信信号の効果を検証するために、テフロン（登録商標）製の１／８インチ管に対し、角度θが４５度となるように２つの振動子１０１ａ、１０１ｂを設置した系を仮定し、図４Ａの送信信号を第１振動子１０１ａに入力した場合に第２振動子１０１ｂで受信される受信信号をシミュレーションにより求め、送信信号と受信信号のあいだの相互相関関数を計算した。その結果、受信信号の減衰やノイズの条件を変えてもピーク位置の推定精度の低下や最大ピークの誤認識が発生せず、伝搬時間を精度良く求められることが確認できた。なお、上記のシミュレーションにおいて、２つの振動子のあいだの音響信号の伝搬時間は約３マイクロ秒であり、送信信号の持続長（１マイクロ秒）は条件４も満たしている。

　図５Ａは、周波数変調された信号の他の例である。横軸は時間、縦軸は振幅（最大振幅が１となるように規格化された振幅）である。図５Ａの送信信号は、持続長が１マイクロ秒であり、時間とともに周波数が３．５ＭＨｚから５ＭＨｚまで線形に増加する。図５Ｂは、図５Ａの送信信号の自己相関関数を示している。横軸は時間、縦軸は自己相関関数の値（シフト量がゼロのときの最大ピーク値が１となるように規格された値）である。図５Ｂをみると、自己相関関数における２番目のピークの値は約０．７５であり、図５Ａの送信信号が条件１を満たしていることがわかる。また、図５Ａの送信信号の最短周期は０．２マイクロ秒（５ＭＨｚに対応する波長）であり、信号持続長はその５倍であるため、図５Ａの送信信号は条件２も満たしている。

　図５Ａの送信信号に対しても上記と同様のシミュレーションを行ったところ、受信信号の減衰やノイズの条件を変えてもピーク位置の推定精度の低下や最大ピークの誤認識が発生せず、伝搬時間を精度良く求められることが確認できた。なおこのシミュレーションの場合、図５Ａの送信信号は条件４も満たしている。

　図６Ａは、比較例としての周波数変調信号である。図６Ａの信号は、持続長が１マイクロ秒であり、時間とともに周波数が４ＭＨｚから５ＭＨｚまで線形に増加する。図６Ｂは、図６Ａの送信信号の自己相関関数を示している。図６Ｂをみると、自己相関関数における２番目のピークの値が０．８を超えており、図６Ａの送信信号が条件１を満たさないことがわかる。図６Ａの送信信号に対して上記と同様のシミュレーションを行ったところ、受信信号の減衰やノイズの条件によって、ピーク位置の推定精度の低下や最大ピークの誤認識が発生する可能性があることが確認できた。

　なお、図４Ａ及び図５Ａでは、時間とともに周波数が線形に増加する信号の例を示したが、周波数変調のやり方はこれに限られない。例えば、時間とともに周波数が減少する信号でもよいし、時間とともに周波数が非線形に（例えば指数関数的に）増加又は減少する信号でもよい。

　図７Ａは、ランダムパルスにより構成される送信信号の例である。横軸は時間、縦軸は振幅（最大振幅が１となるように規格化された振幅）である。図７Ａの送信信号は、持続長が６．２マイクロ秒であり、ランダムな幅をもつ複数のパルスの組み合わせにより構成される。図７Ｂは、図７Ａの送信信号の自己相関関数を示している。横軸は時間、縦軸は自己相関関数の値（シフト量がゼロのときの最大ピーク値が１となるように規格された値）である。図７Ｂをみると、自己相関関数における２番目のピークの値は約０．２５であり、図７Ａの送信信号が条件１を満たしていることがわかる。また、図７Ａの送信信号の自己相関関数の最大ピークは急峻であり、信号持続長が最大ピークの半値半幅の２０倍以上であることは明らかであるため、図７Ａの送信信号は条件２も満たしている。

　図７Ａの送信信号に対しても上記と同様のシミュレーションを行ったところ、受信信号の減衰やノイズの条件を変えてもピーク位置の推定精度の低下や最大ピークの誤認識が発生せず、伝搬時間を精度良く求められることが確認できた。

　図８Ａは、異なる周波数の複数の信号が合成された送信信号の例であり、１ＭＨｚの信号成分と５ＭＨｚの信号成分を重ね合わせた例を示している。横軸は時間、縦軸は振幅（最大振幅が１となるように規格化された振幅）である。図８Ａの送信信号の持続長は２マイクロ秒である。図８Ｂは、図８Ａの送信信号の自己相関関数を示している。横軸は時間、縦軸は自己相関関数の値（シフト量がゼロのときの最大ピーク値が１となるように規格された値）である。図８Ｂをみると、自己相関関数における２番目のピークの値は約０．７であり、図８Ａの送信信号が条件１を満たしていることがわかる。また、図８Ａの送信信号の最短周期は０．２マイクロ秒（５ＭＨｚに対応する波長）であり、信号持続長はその１０倍であるため、図８Ａの送信信号は条件３も満たしている。

　図８Ａの送信信号に対しても上記と同様のシミュレーションを行ったところ、受信信号の減衰やノイズの条件を変えてもピーク位置の推定精度の低下や最大ピークの誤認識が発生せず、伝搬時間を精度良く求められることが確認できた。なお、このシミュレーションの場合、図８Ａの送信信号は条件４も満たしている。

　図９Ａは、所定の時間区分ごとに周波数が変化する送信信号の例である。横軸は時間、縦軸は振幅（最大振幅が１となるように規格化された振幅）である。この例では、２マイクロ秒ごとに１ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１ＭＨｚ、３ＭＨｚ、１ＭＨｚの順に周波数が変化している。送信信号の持続長は１０マイクロ秒である。図９Ｂは、図９Ａの送信信号の自己相関関数を示している。横軸は時間、縦軸は自己相関関数の値（シフト量がゼロのときの最大ピーク値が１となるように規格された値）である。図９Ｂをみると、自己相関関数における２番目のピークの値は約０．５であり、図９Ａの送信信号が条件１を満たしていることがわかる。また、図９Ａの送信信号の最短周期は０．２マイクロ秒（５ＭＨｚに対応する波長）であり、信号持続長はその５０倍であるため、図９Ａの送信信号は条件３も満たしている。

　図９Ａの送信信号に対しても上記と同様のシミュレーションを行ったところ、受信信号の減衰やノイズの条件を変えてもピーク位置の推定精度の低下や最大ピークの誤認識が発生せず、伝搬時間を精度良く求められることが確認できた。

　（測定動作）
　図１０のフローチャートに沿って、伝搬時間測定装置１の測定動作の流れを説明する。

　ステップＳ１００において、制御回路１０２の送信信号生成部１１０は、記憶部１１２から送信信号の波形データを読み込む。送信信号の波形データは、送信信号の波形を定義するデータであり、その形式は問わない。例えば、図４Ａ及び図５Ａに示す送信信号であれば、信号持続長、周波数掃引の範囲（開始周波数と終了周波数）、振幅などのパラメータで定義でき、図７Ａに示す送信信号であれば、信号持続長、送信信号を構成する各パルスの幅、振幅などのパラメータで定義でき、図８Ａに示す送信信号であれば、信号持続長、各信号成分の周波数、振幅などのパラメータで定義でき、図９Ａに示す送信信号であれば、信号持続長、各時間区分の長さと周波数、振幅などのパラメータで定義できる。波形データの他の形式として、信号波形を関数で定義したものや、信号波形上の複数の点の振幅値を定義したものなどを用いてもよい。

　ステップＳ１０１において、制御回路１０２は、切り替え器１０５を制御し、第１振動子１０１ａにＤ／Ａ変換器１０３を接続し、第２振動子１０１ｂにＡ／Ｄ変換器１０４を接続する。これにより、第１振動子１０１ａが送信側となり、第２振動子１０１ｂが受信側となる。

　ステップＳ１０２において、送信信号生成部１１０は、ステップＳ１００で読み込んだ波形データを基に送信信号を生成し、Ｄ／Ａ変換器１０３に出力する。また、この送信信号は、後段の相互相関解析に利用するため、ＲＡＭ（ワークメモリ）に一時的に格納される。

　ステップＳ１０３において、Ｄ／Ａ変換器１０３にてＤ／Ａ変換及び増幅された送信信号が第１振動子１０１ａに入力され、第１振動子１０１ａから送信信号に基づく音響信号が送信される。図１１Ａは送信信号の例（周波数変調信号）であり、図１１Ｂは図１１Ａの送信信号に基づく音響信号の例である。ここで、送信信号の振幅が一定であるにもかかわらず、音響信号において振幅が一定とならないのは、振動子の周波数特性に因るものである。音響信号は、クランプ３０、配管１２０、及び流体１２１を経由して、第２振動子１０１ｂへと到達する。

　ステップＳ１０４において、第２振動子１０１ｂは受信した音響信号を受信信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器１０４へ出力する。図１１Ｃは受信信号の例である。伝搬の過程で音響信号が減衰するため、受信信号の振幅（電圧）は送信信号に比べて１／１００～１／１０００程度のオーダーとなる。例えば、図１１Ａの送信信号の振幅は約３０Ｖであるのに対し、図１１Ｃの受信信号の振幅は約１０ｍＶである。また、図１１Ｃに示すように、受信信号には様々なノイズが乗っている。Ａ／Ｄ変換器１０４でＡ／Ｄ変換された受信信号は、制御回路１０２に取り込まれ、ＲＡＭ（ワークメモリ）に一時的に格納される。

　ステップＳ１０５において、信号処理部１１１は、ＲＡＭから送信信号と受信信号を読み込み、２つの信号のあいだの相互相関関数を計算する。図１１Ｄは相互相関関数の一例であり、最大ピークの近傍のみ拡大して示している。送信信号と受信信号のあいだのラグに相当するところに明瞭なピークが現れている。なお、相互相関関数については公知の技術であるため、ここでは詳しい説明を割愛する。

　ステップＳ１０６において、信号処理部１１１は、相互相関関数における最大ピークの頂点の位置を求める。この位置が、第１振動子１０１ａから第２振動子１０１ｂまでの音響信号の伝搬時間に相当する。デジタル信号処理の制約上、ステップＳ１０５で計算される相互相関関数は離散的なデータで構成される。そのため、図１２Ａに示すように、相互相関関数のデータが得られている点（黒丸で示す点）と、ピークの頂点の位置とが一致するとは限らない。したがって、信号処理部１１１は、相互相関関数の離散的なデータから最大ピークの形状を近似的に求めた上で、最大ピークの頂点の位置を推定するとよい。例えば、図１２Ｂに示すように、信号処理部１１１は、相互相関関数における最大ピーク近傍のデータをヒルベルト変換によって位相のデータに変換し、変換後のデータを直線近似して、その近似直線のゼロクロス点（位相がゼロになる位置）を最大ピークの頂点の位置とみなしてもよい。あるいは、信号処理部１１１は、相互相関関数の最大ピーク近傍のデータを多項式近似により補間することによって、最大ピークの形状を推定し、その頂点の位置を求めてもよい。このような処理によって、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期よりも高い分解能で、相互相関が最大となる位置、すなわち音響信号の伝搬時間を正確に求めることができる。

　ステップＳ１０７において、制御回路１０２は、切り替え器１０５を制御し、第２振動子１０１ｂにＤ／Ａ変換器１０３を接続し、第１振動子１０１ａにＡ／Ｄ変換器１０４を接続する。すなわち、送信側と受信側の振動子が入れ替えられる。以降のステップＳ１０８～Ｓ１１２の処理は、ステップＳ１０２～Ｓ１０６の処理と同様である（ただし、「第１振動子１０１ａ」は「第２振動子１０１ｂ」と読み替え、「第２振動子１０１ｂ」は「第１振動子１０１ａ」と読み替える。）。

　以上の処理によって、第１振動子１０１ａから第２振動子１０１ｂまでの音響信号の伝搬時間Ｔａｂと、第２振動子１０１ｂから第１振動子１０１ａまでの音響信号の伝搬時間Ｔｂａが得られる。配管１２０内の流体１２１が流れている場合、伝搬時間ＴａｂとＴｂａのあいだに流体１２１の流速に応じた時間差が生じる。したがって、伝搬時間ＴａｂとＴｂａを利用して、流体１２１の流速及び流量を計算することができる。

　ステップＳ１１３において、信号処理部１１１は、下記式により流体１２１の流速Ｖを求める。

　ここで、Ｖは流体の流速、Ｌは配管内部における伝搬経路長、θは伝搬角度、Ｔａｂは上流側の振動子から下流側の振動子までの伝搬時間、Ｔｂａは下流側の振動子から上流側の振動子までの伝搬時間、Ｔｏは流体以外の部分の伝搬時間である。なお、流体以外の部分の伝搬時間Ｔｏは、例えば、クランプ３０及び配管１２０の部分を音響信号が伝搬している時間であり、配管１２０の仕様（内径、外径、材質など）がわかれば実験又はシミュレーションにより予め求めておくことができる。

　ステップＳ１１４において、信号処理部１１１は、下記式により流体の流量Ｑを求める。

　ここで、Ｑは流体の流量、Ｖは流体の流速、Ａは配管内部の断面積である。断面積Ａは既知であるものとする。

　ステップＳ１１５において、信号処理部１１１は、処理結果（例えば、伝搬時間、流速、流量など）を出力器１０６に出力する。

　（本実施形態の利点）
　以上述べた本実施形態の構成によれば、測定用の信号として、条件１と条件２、又は条件１と条件３を満たす送信信号を用いるので、誤差が少なく、且つ、最大ピークの識別性・明瞭性が高い、相互相関関数を得ることができる。したがって、相互相関関数における最大ピークの位置、すなわち、音響信号の伝搬時間を精度よく求めることが可能となる。よって、微少流量の測定など、高い精度が要求される場面への適用も可能である。

　＜第２実施形態＞
　本発明の第２実施形態では、同一の伝搬経路に対し音響信号の送信及び受信を複数回実施し、得られた複数回分の受信信号を用いて相互相関解析を行うことにより、測定精度の向上を図る。基本構成は第１実施形態と同様であるため、以下では、第１実施形態と異なる構成部分を中心に説明する。

　図１３は、第２実施形態に係る伝搬時間測定装置１の測定動作の流れを示すフローチャートである。第１実施形態のフローチャート（図１０）と同じ処理については同一のステップ番号が付されている。

　ステップＳ１００～Ｓ１０４の処理は第１実施形態と同じである。そして、ステップＳ１３０において、受信信号の取得回数がカウントされ、取得回数がＮ回になるまで、ステップＳ１０２～Ｓ１０４の処理が繰り返される。Ｎは任意に設定可能であり、本実施形態では例えば３～５００回程度に設定される。このような処理により、Ｎ回分の受信信号がＲＡＭに蓄積される。

　ステップＳ１３１において、信号処理部１１１は、Ｎ回分の受信信号を用いて、ノイズを低減した受信信号を生成する。信号処理部１１１は、例えば、Ｎ回分の受信信号の平均を求めてもよいし、単純にＮ回分の受信信号を足し合わせた信号を生成してもよい。いずれの場合も受信信号のＳＮ比を向上することができる。

　ステップＳ１３２において、信号処理部１１１は、送信信号とノイズ低減後の受信信号とのあいだの相互相関関数を計算する。ノイズ低減後の受信信号を用いること以外は、第１実施形態のステップＳ１０５の処理と同じである。そして、ステップＳ１０６において、信号処理部１１１は、第１振動子１０１ａから第２振動子１０１ｂまでの伝搬時間を求める。

　その後、送信側と受信側の振動子を入れ替えて、同様の処理を行う。なお、ステップＳ１０７以降の処理については、送信側と受信側の振動子が異なる以外は、上述した処理と同じであるため、説明を割愛する。

　以上述べた本実施形態によれば、Ｎ回分の受信信号を相互相関解析に用いるので、第１実施形態よりもさらに高精度な測定が可能となる。また、本実施形態では、Ｎ回分の受信信号を平均又は足し合わせて受信信号のノイズを低減した後、相互相関関数を計算する、という手順を採用しているが、逆に、Ｎ回分の受信信号のそれぞれについて相互相関関数を計算した後、Ｎ回分の相互相関関数を平均又は足し合わせて、相互相関関数のノイズを低減してもよい。ただし、相互相関関数の演算負荷は非常に大きいため、相互相関関数の演算回数の少ない前者の手順の方が有利である。また、本実施形態では、受信信号のみを平均化したが、送信信号も平均化してもよい。送信信号も平均化することで送信信号のノイズが低減されるため、結果として、相互相関関数のノイズを一層低減することができる。

　＜第３実施形態＞
　本発明の第３実施形態に係る伝搬時間測定装置１は、振動子対の配置（位置関係）に応じて適切な送信信号波形を自動で設定する機能を有する。基本構成は上記実施形態と同様であるため、以下では、上記実施形態と異なる構成部分を中心に説明する。

　図１４は、第３実施形態における送信信号の自動設定処理の流れを示すフローチャートである。例えば、伝搬時間測定装置１のクランプ３０を配管１２０に取り付けた後、所定のボタンを押下するなどして自動設定機能を起動すると、制御回路１０２が図１４の処理を開始する。

　ステップＳ１４０において、制御回路１０２はクランプ３０の開度を検出する。クランプ３０の開度とは、一対のクランプ片のあいだの間隔又は角度であり、例えば、距離センサやポテンショメータなどのセンサによって検出すればよい。ステップＳ１４１において、制御回路１０２は、クランプ３０の開度に基づいて２つの振動子１０１ａ、１０１ｂの相対的な位置関係を計算し、２つの振動子１０１ａ、１０１ｂのあいだの伝搬距離に基づいて音響信号の伝搬時間を推定する。このとき、伝搬時間に影響を与える他のパラメータ（配管１２０の肉厚や材質、流体１２１の流速・流量など）については、予め設定された値を用いてもよいし、ユーザが与えてもよい。ステップＳ１４２において、制御回路１０２は、伝搬時間の推定値に基づいて、送信信号の持続長の上限を決定する。このとき、伝搬時間の推定値よりも短くなるように、持続長の上限を定めるとよい。そして、ステップＳ１４３において、制御回路１０２は、記憶部１１２に登録されている複数の波形データのなかから、最適な持続長の波形データを選択する。例えば、信号の持続長がステップＳ１４２で定めた上限以下の波形データのうちで最も持続長の長いものを、測定に用いる波形データとして選択してもよい。これにより、条件４を満たす送信信号のなかで可及的に持続長の長いものを測定に用いることができるため、測定精度の向上を図ることができる。

　なお、本実施形態では、クランプ３０の開度から２つの振動子のあいだの距離を求めたが、他の方法により距離や伝搬時間を求めてもよい。例えば、クランプ３０を配管１２０に取り付けた後、テスト用の信号を一方の振動子から送信することで伝搬時間を計測してもよい。あるいは、配管サイズ、流体の種類、流速などのパラメータをユーザに設定させ、その設定されたパラメータから距離や伝搬時間を推定してもよい。

　＜その他＞
　上記実施形態は、本発明の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態の装置では、音響信号の伝搬時間を測定した後、その伝搬時間の測定値を利用して流体の流速及び流量を計算したが、流速及び流量の計算は必須ではない。伝搬時間測定装置は、単に伝搬時間を測定する処理を行うだけでもよい。その場合は、図１０又は図１３のフローにおけるステップＳ１００～Ｓ１０６の処理を実行するだけでもよい。また、単に伝搬時間を測定するだけであれば、伝搬角度θは９０度でもよい。また、上記実施形態では、配管を挟み込むように取り付け可能なクランプオン型の装置を例示したが、配管組み込み型の装置構成を採用してもよい。また、振動子の数は３つ以上でもよく、上流側から下流側への音響信号の伝搬に用いる振動子対と、下流側から上流側への音響信号の伝搬に用いる振動子対を分けてもよい。

　また、図１５Ａに示すように、第１振動子１０１ａを、異なる周波数特性をもつ複数の振動子１０１ｃ、１０１ｄから構成するとともに、第２振動子１０１ｂも同様に、異なる周波数特性をもつ複数の振動子１０１ｃ、１０１ｄから構成してもよい。例えば、１ＭＨｚ付近に共振周波数を有する振動子１０１ｃと５ＭＨｚ付近に共振周波数を有する振動子１０１ｄとを並べて配置することにより、どちらの周波数成分についても電気信号と音響信号のあいだの変換効率を高めることができる。このような構成の振動子は、例えば、図８Ａに例示したような、異なる周波数の信号が合成された送信信号を用いる場合や、図４Ａや図５Ａに例示したような、周波数変調された送信信号を用いる場合に好適である。なお、図１５Ａの例では２つの振動子１０１ｃ、１０１ｄを組み合わせたが、３つ以上の振動子を組み合わせてもよい。また複数の振動子１０１ｃ、１０１ｄは配管１２０の軸方向に並べてもよいし、径方向に並べてもよい。

　＜付記１＞
　（１）　流体（１２１）を流す配管（１２０）に対し互いに異なる位置に配置される複数の振動子（１０１ａ、１０１ｂ）であって、電気信号としての送信信号を音響信号に変換する第１振動子（１０１ａ）と、前記第１振動子（１０１ａ）から送信されて前記配管（１２０）内の流体（１２１）を伝搬した前記音響信号を受信し電気信号としての受信信号に変換する第２振動子（１０１ｂ）とを少なくとも含む、複数の振動子（１０１ａ、１０１ｂ）と、
　測定に用いる前記送信信号を生成する送信信号生成部（１１０）と、
　前記送信信号と前記受信信号のあいだの相互相関解析により、前記第１振動子（１０１ａ）から前記第２振動子（１０１ｂ）までの前記音響信号の伝搬時間を求める信号処理部（１１１）と、を備え、
　前記送信信号生成部（１１０）は、
　１）前記送信信号の自己相関関数における最大ピークに対する他のピークの高さの比が０．８以下であり、且つ、
　２）前記送信信号の持続長が前記送信信号の最短周期の５倍以上であるか、又は、前記送信信号の持続長が前記送信信号の自己相関関数の最大ピークの半値半幅の２０倍以上である、
という条件を満たすように、前記送信信号を生成する
ことを特徴とする伝搬時間測定装置（１）。

１：伝搬時間測定装置
１０１：振動子
１０１ａ：第１振動子
１０１ｂ：第２振動子
１０２：制御回路
１１０：送信信号生成部
１１１：信号処理部
１２０：配管
１２１：流体

Claims (14)

1. 　流体を流す配管に対し互いに異なる位置に配置される複数の振動子であって、電気信号としての送信信号を音響信号に変換する第１振動子と、前記第１振動子から送信されて前記配管内の流体を伝搬した前記音響信号を受信し電気信号としての受信信号に変換する第２振動子とを少なくとも含む、複数の振動子と、
   　測定に用いる前記送信信号を生成する送信信号生成部と、
   　前記送信信号と前記受信信号のあいだの相互相関解析により、前記第１振動子から前記第２振動子までの前記音響信号の伝搬時間を求める信号処理部と、を備え、
   　前記送信信号生成部は、
   　１）前記送信信号の自己相関関数における最大ピークに対する他のピークの高さの比が０．８以下であり、且つ、
   　２）前記送信信号の持続長が前記送信信号の最短周期の５倍以上であるか、又は、前記送信信号の持続長が前記送信信号の自己相関関数の最大ピークの半値半幅の２０倍以上である、
   という条件を満たすように、前記送信信号を生成する
   ことを特徴とする伝搬時間測定装置。
2. 　前記送信信号生成部は、さらに、
   　３）前記送信信号の持続長が前記送信信号の最短周期の１０倍以上であるか、又は、前記送信信号の持続長が前記送信信号の自己相関関数の最大ピークの半値半幅の４０倍以上である、
   という条件を満たすように、前記送信信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝搬時間測定装置。
3. 　前記送信信号生成部は、さらに、
   　４）前記送信信号の持続長が、前記第１振動子から前記第２振動子までの音響信号の伝搬時間として想定される最小の伝搬時間よりも短い、
   という条件を満たすように、前記送信信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の伝搬時間測定装置。
4. 　前記送信信号は、周波数変調された信号を含む
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。
5. 　前記送信信号は、ランダムパルスにより構成される信号を含む
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。
6. 　前記送信信号は、異なる周波数の複数の信号が合成された信号を含む
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。
7. 　前記送信信号は、所定の時間区分ごとに周波数が変化する信号を含む
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。
8. 　前記信号処理部は、前記第１振動子からの送信及び前記第２振動子による受信を複数回行うことによって得られた複数の受信信号を用いて相互相関解析を行う
   ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。
9. 　前記信号処理部は、前記複数の受信信号からノイズが低減された受信信号を生成し、前記送信信号と前記ノイズが低減された受信信号とのあいだの相互相関解析を行う
   ことを特徴とする請求項８に記載の伝搬時間測定装置。
10. 　前記第１振動子と前記第２振動子は、前記配管を挟んで対向するように配置される
    ことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。
11. 　前記第１振動子と前記第２振動子は、前記配管の長手方向の異なる位置に配置される
    ことを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。
12. 　前記第２振動子に前記送信信号が入力され、前記第２振動子から送信された音響信号を受信した前記第１振動子から前記受信信号が出力されるように切り替えを行う切り替え部をさらに備え、
    　前記信号処理部は、前記第２振動子に入力した前記送信信号と前記第１振動子から出力された前記受信信号のあいだの相互相関解析により、前記第２振動子から前記第１振動子までの前記音響信号の伝搬時間を求める
    ことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。
13. 　前記信号処理部は、前記第１振動子から前記第２振動子までの前記音響信号の伝搬時間と、前記第２振動子から前記第１振動子までの前記音響信号の伝搬時間との差に基づいて、前記配管内の流体の流速及び／又は流量を求める
    ことを特徴とする請求項１２に記載の伝搬時間測定装置。
14. 　前記第１振動子及び前記第２振動子は、それぞれ、異なる周波数特性をもつ複数の振動子を組み合わせて構成されている
    ことを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の伝搬時間測定装置。

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