流体の流れ計測装置
【課題】環境変化に伴って、受信波形が変化しても、高い計測分解能を維持する流体の流れ計測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】送信手段６から出力される交流信号によって第１振動子２から超音波信号が送信され、第２振動子３で受信された後、波形検出手段８によってその受信波のゼロクロス点が予め定められた数だけ検出される。計時手段９は、基準クロックに基づいて送信開始から各ゼロクロス点までの経過時間を計測しているが、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が異なるように周波数設定手段１３が、基準クロック周波数を設定しているので、環境変化などによって受信波形が変化した場合であっても、位相関係を適切に保つことができる。
【解決手段】送信手段６から出力される交流信号によって第１振動子２から超音波信号が送信され、第２振動子３で受信された後、波形検出手段８によってその受信波のゼロクロス点が予め定められた数だけ検出される。計時手段９は、基準クロックに基づいて送信開始から各ゼロクロス点までの経過時間を計測しているが、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が異なるように周波数設定手段１３が、基準クロック周波数を設定しているので、環境変化などによって受信波形が変化した場合であっても、位相関係を適切に保つことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波信号の伝搬時間を計測することにより流速を検出し、流体の流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流体の流れ計測装置においては、例えば、特許文献１に示すようなものが提案されている。
【０００３】
図７において、流体管路３１の一部に超音波振動子３２と振動子３３とを流れの方向に相対して設け、スタート回路３４で計時手段３５の計時を開始すると同時に、送信回路３６でバースト信号を送出し、振動子３２から流れ方向に超音波を発生させ、この超音波を振動子３３で受信し、増幅回路３７と比較手段３８で検出すると計時手段３５の計時を停止し、時間演算手段３９で計時手段３５の計時結果に演算処理を施して、伝搬時間を求めている。また、定められた計測回数を完了すると、切換手段４０で振動子を切換え、振動子３３から流れに逆らって超音波を発生させ、流れ方向に超音波を発生させた時と同様の手順で伝搬時間を求めている。
【０００４】
図７において、音速をＣ、流速をｖ、ふたつの振動子間の距離をＬ、超音波の伝搬方向と流れの方向とがなす角度をθとし、管路の上流側に配置された振動子３２から超音波を送信し、下流側に配置された振動子３３にで受信した場合の伝搬時間をｔ１、逆方向の伝搬時間をｔ２とした場合ｔ１およびｔ２は次式で求めることができる。
【０００５】
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ） （式１）
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ） （式２）
（式１）および（式２）を変形し、（式３）で流速ｖが求まる。
【０００６】
ｖ＝Ｌ・（１／ｔ１−１／ｔ２）／２ｃｏｓθ （式３）
（式３）で求めた値に流体管路の断面積を掛ければ流体の流量を求めることができる。
【０００７】
図８は流れ計測装置の信号特性図である。図８には、増幅回路３７で増幅された後の超音波受信波形、比較手段３８の出力波形、計時手段３５が備えている基準クロック（図示せず）の波形である。比較手段３８は、交流信号の基準電圧（ゼロ点）と、受信信号との比較結果を”１”、”０“の２値に変換して出力する構成となっている。比較手段３８の出力が”１”から”０“、または”０”から”１”に変化する点が受信信号が基準電圧（ゼロ点）を通過する点（ゼロクロス点）である。計時手段３５は送信回路３６の送信開始からゼロクロス点ＡおよびＢまでの経過時間ｔａおよびｔｂを基準クロックに基づいて計時し、時間演算手段３９ではふたつの値の平均値を伝搬時間として求めている。つまり比較手段３８で検出された各ゼロクロス点の検出時間の平均値を求めて（式１）および（式２）で示した伝搬時間を求めている。
【０００８】
以上のように構成された流体の流れ計測装置における時間分解能について説明する。例えば、図８に示すようにふたつのゼロクロス点Ａ、Ｂを検出するケースを考える。何らかの要因（温度変化や流量変化など）によって、超音波の伝搬時間が変化した場合には、点Ａと点Ｂは同じ時間間隔を保ったまま、時間軸上を相対的に前後に移動することとなる。図８で示した、ゼロクロス点ＡとＢにおける基準クロックの位相差は１８０度であるため、伝搬時間が１／２クロック分だけ変化する毎に、ゼロクロス点ＡとＢの計測結果が交互に１クロック分だけ変化することになる。よって、基準クロックの半分の時間分解能を得
ることができる。
【０００９】
ゼロクロス点の数を増やした場合も同様に、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が異なるように設定しておけば、基準クロックの周期よりも高い時間分解能を得ることができる。したがって、基準クロック周波数と受信信号周波数の関係を予め調整しておくことによって、基準クロックの周波数を低く抑えながら高い分解能の計測結果を得ることができるため、低消費電力かつ高精度の流れ検出装置の提供が可能となるのである。
【特許文献１】特開平１０−３０９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の構成では、基準クロックと受信波形の位相関係を制御方法の詳細が開示されていない。仮に位相関係を最適に設定できたとしても、環境条件によって超音波波形の周波数が変化した場合においては、開示されている構成では、両者の位相関係を環境条件に合わせて適切に設定することが困難であった。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、環境変化に関わらず、常に高い分解能の計測性能を備えた流体の流れ計測装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流体の流れ計測装置は、第１振動子に交流信号を出力する送信手段と、第２振動子で受信された超音波信号によって連続して複数回発生するゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する波形検出手段と、基準クロックに基づいて第１振動子の送信から波形検出手段で検出されたゼロクロス点までの経過時間を計測する計時手段と、発振器の基準クロック周波数を設定する周波数設定手段とを備え、周波数設定手段が、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が異なるように基準クロック周波数を設定するようにしている。
【００１３】
上記発明によれば、受信波形が変化した場合であっても、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の流体の流れ計測装置は、環境変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、高い計測分解能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送信する第１振動子と、前記超音波信号を受信する第２振動子と、前記第１振動子に交流信号を出力する送信手段と、前記第２振動子で受信された超音波信号によって連続して複数回発生するゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する波形検出手段と、一定周波数の基準クロックを発生する発振器と、前記基準クロックに基づいて前記第１振動子の送信から前記波形検出手段で検出されたゼロクロス点までの経過時間を計測する計時手段と、前記計時手段の計測結果を基に超音波信号の伝搬時間を求める時間演算手段と、各ゼロクロス点の発生時間間隔を求める時間差演算手段と、前記発振器の基準クロック周波数を設定する周波数設定手段とを備え、
前記周波数設定手段は、前記時間差演算手段の出力が所定の条件を満たすように基準クロック周波数を設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
第２の発明は、周波数設定手段は、各ゼロクロス点における前記基準クロックの位相関係が異なるように基準クロック周波数を設定することを特徴とするものである。
【００１７】
そして、第１、第２の発明によれば、受信波形が変化した場合であっても、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００１８】
第３の発明は、時間差演算手段に代えて波形検出手段で検出された相異なるふたつのゼロクロス点における基準クロックの位相差を求める位相差検出手段を備え、周波数設定手段は前記位相差検出手段の検出した位相差が目標値に一致するように発振器の基準クロック周波数を設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
そして、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係の微調整が可能となるものである。
【００２０】
第４の発明は、周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差の目標値として３６０度をゼロクロス検出回数で除した値に定めて、発振器の基準クロック周波数を設定することを特徴とするものである。
【００２１】
第５の発明は、周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差と位相差目標値の偏差が所定値未満になるまで設定動作を繰り返して基準クロック周波数の調整を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００２２】
そして、第４、第５の発明によれば、常に高い計測分解能を維持することができるとともに、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係の微調整が可能となるものである。
【００２３】
第６の発明は、周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差と位相差目標値の偏差が所定値より大きい場合には、時間演算手段の出力を無効とするようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
そして、計測値の信頼性を高めることができる。
【００２５】
第７の発明は、ゼロクロス点で動作を開始し基準クロックの立上り点で動作を停止する第２発信器と、前記第２発信器のカウント数を計数する第２計時手段を備え、位相差検出手段は、前記第２計時手段で計数するカウント数に基づいて波形検出手段で検出された相異なるふたつのゼロクロス点における基準クロックの位相差を求めるようにしたことを特徴とするものである。
【００２６】
そして、常に高い計測分解能を維持することができるとともに、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係の微調整が可能となるものである。
【００２７】
第８の発明は、流体温度を検出する温度検出手段と、流体温度、発振器の基準クロック周波数、位相差検出手段の検出した位相差の三者の関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて位相差目標値に対する基準クロック周波数を選択する学習手段を備え、周波数設定手段が、学習手段で選択された値を基準クロック周波数に設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００２８】
そして、流体温度の変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００２９】
第９の発明は、温度検出手段が、時間演算手段の出力結果を用いて流体温度を演算する演算回路によって構成されていることを特徴とするものである。
【００３０】
そして、特別な装置を付加することなく安価な構成で温度変化に対応することができ、流体温度の変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００３１】
第１０の発明は、時間演算手段の計測結果を用いて流体流量を演算する流量演算手段と、流体流量、発振器の基準クロック周波数、位相差検出手段の検出した位相差の三者の関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて位相差目標値に対する基準クロック周波数を選択する学習手段を備え、周波数設定手段が、学習手段で選択された値を基準クロック周波数に設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００３２】
そして、流量の変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における流体の流れ検出装置のブロック図である。
【００３４】
図１において、流体管路１の途中に超音波を送信する第１振動子２が流れの上流側に配置され、第１振動子２から送信された超音波を受信する第２振動子３が流れの下流側に配置されている。第１振動子２と第２振動子３は送受信の役割を反転する切換手段４を介して後段の処理ブロックに繋がれている。つまり、この切換手段４の作用により第１振動子２を送信側、第２振動子３を受信側とすることが可能である。
【００３５】
トリガ手段５は計測開始を指示するトリガ信号を出力し、この信号と同期して送信手段６から交流信号が出力される。送信手段６の出力信号は切換手段４を介して第１振動子２へ出力され、第１振動子２から超音波信号が出力される。第１振動子２から送信され第２振動子３で受信された超音波信号は、切換手段４を介して増幅回路７で増幅された後、波形検出手段８に出力される。
【００３６】
波形検出手段８では、交流信号である超音波信号と、そのゼロ点との大小比較を行い、大小関係の逆転する点をゼロクロス点と判断し、そのゼロクロス点を予め定められた数だけ検出した後、動作を停止する。そして、トリガ手段５の出力と同時に計時手段９が発振器１０から供給される基準クロックに基づいて計測開始からゼロクロス点までの経過時間を計測する。
【００３７】
また、計時手段９の計測結果は時間演算手段１１と時間差演算手段１２に出力され、時間演算手段１１では超音波信号の伝搬時間が、時間差演算手段１２では各ゼロクロス点の発生時間間隔が求められる。そして、時間差演算手段１２の出力が所定の条件を満たすように周波数設定手段１３が、発振器１０が出力する基準クロック周波数を設定する。
【００３８】
図２は、本実施の形態における流体の流れ検出装置の信号特性図である。例えば、図２に示すような受信波形を計時手段９および時間差演算手段１２で計測した場合を考える。なお、計時手段９は発振器１０から出力される基準クロックに基づいて動作するタイマカウンタとする。ゼロクロス点Ａの計測値がＣａであったとすると、ゼロクロス点Ｂ、Ｃ、Ｄの計測値Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄは次のような値となる。
【００３９】
Ｃｂ＝Ｃａ＋４ （式４）
Ｃｃ＝Ｃａ＋８ （式５）
Ｃｄ＝Ｃａ＋１２ （式６）
これらの値は時間差演算手段１２に出力され、各ゼロクロス点間の間隔が求められる。Ａ〜Ｂ、Ｂ〜Ｃ、Ｃ〜Ｄの間隔をそれぞれ、Ｃａｂ、Ｃｂｃ、Ｃｃｄとすると、各値は次
のように求められる。
【００４０】
Ｃａｂ＝Ｃｂｃ＝Ｃｃｄ＝４ （式７）
（式７）はゼロクロス時間間隔が基準クロックの整数倍（４倍）であることを示しており、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が等しいことを示している。よって、この関係が崩れるように、すなわち、３つの値全てが等しくはならないように、周波数設定手段１３が基準クロック周波数を設定する。
【００４１】
周波数設定手段１３は例えば、ＣＲ発振回路などによって構成されるものであって、抵抗値を変化させることによって容易に信号周波数を調整することが可能である。周波数設定手段１３は時間差演算手段１２の計測結果を参照しながら信号周波数を徐々に変化させて最適な周波数を選択する。周波数が最適化された後、基準クロック周波数は固定される。
【００４２】
以上のように、周波数設定手段１３が、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が異なるように基準クロック周波数を設定しているので、受信波形が変化した場合であっても、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における流れ計測装置のブロック図である。図３において、主要部は図１と同一であるため詳細な説明は省略し異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
図３において、第２計時手段１５は第２発振器１６から発生される第２クロックに基づいて、基準クロックとゼロクロス点の発生時間差を求めている。計時手段９および第２計時手段１５の計測結果は時間演算手段１１と位相差検出手段１４に出力され、時間演算手段１１では超音波信号の伝搬時間が、位相差検出手段１４では隣接するゼロクロス点間における基準クロックの位相差が求められる。周波数設定手段１３は位相差検出手段１４の出力に応じて発振器１０が出力する基準クロック周波数を設定している。
【００４５】
図４は、実施の形態２における流体の流れ検出装置の信号特性図である。ゼロクロス点Ａにおいて第２発振器１６と第２時手段１５が動作を開始し、次の基準クロックの立上り点Ａ’までの時間差Ｔａａ’を計測する。次のゼロクロス点Ｂにおいても第２発振器１６と計時手段１５が動作を開始し、次の基準クロックの立上り点Ｂ’までの時間差Ｔｂｂ’を計測する。Ｔａａ’およびＴｂｂ’はゼロクロス点ＡおよびＢにおける基準クロックの位相を示す値であるのは明らかである。ここで、第２計時手段１５によって計測されたゼロクロス点Ａから次の基準クロック立ち上がり点Ａ’までのカウント数をＣｘ、ゼロクロス点Ｂから次の基準クロック立ち上がり点までのカウント数をＣｙ、第２クロックの周期をＴ２とすると、Ｔａａ’およびＴｂｂ’は（式８）および（式９）で表せる。
【００４６】
Ｔａａ’＝Ｃｘ×Ｔ２ （式８）
Ｔｂｂ’＝Ｃｙ×Ｔ２ （式９）
基準クロックの周期をＴ１として、位相差検出手段１４は、（式１０）を用いて、ふたつのゼロクロス点間の位相差Δθを求める。
【００４７】
Δθ＝（Ｔａａ’−Ｔｂｂ’）／Ｔ１×３６０° （式１０）
周波数設定手段１３は（式１０）の値が目標値に一致するように発振器１０の基準クロック周波数を設定する。例えば、波形検出手段８によるゼロクロス検出回数が４回の時には、（式１０）の値を９０°に定める。その場合、時間軸上でＴ１／４だけ異なるふたつの受信波形を比較した場合、４つのゼロクロス点のうちの少なくともひとつが異なる値を
示すため、時間演算手段１１で求める伝搬時間が異なった値となる。以下同様に、Ｔ１／４だけ波形が時間軸上を変化する毎に、時間演算手段１１で求める伝搬時間が異なった値となるので、基準クロックの１／４の時間分解能を得ることができたと言える。
【００４８】
周波数設定手段１３は位相差Δθが目標値の９０°から所定値以上外れている場合には、発振器１０の基準クロック周波数を変更して超音波を送信し、再度、位相差検出手段１４で位相差Δθを取得する。そして、目標値とΔθの偏差が所定値未満となるまで設定動作を繰り返しながら、基準クロック周波数の調整を行なう。
【００４９】
以上のように、位相差検出手段１４で位相差を取得することにより、検出した位相差が目標値に一致するように発振器１０の基準クロック周波数を設定できるようになるため、基準クロック周波数の微調整が可能となるばかりでなく、ゼロクロス点の検出回数に応じて、最適な位相差が得られる基準クロック周波数の設定が可能となり、常に高い計測分解能を得ることができる。
【００５０】
また、調整動作中、すなわち、Δθの偏差が大の時には、時間演算手段１１で求めた伝搬時間は無効とすれば計測信頼性を高めることが可能である。
【００５１】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における流れ計測装置のブロック図である。図５において、主要部は図１および図３と同一であるため詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
図５において温度検出手段１７は時間演算手段１１の出力を用いて流体温度を求めている。記憶手段１８は、基準クロック周波数調整時に取得した流体温度と、発振器１０の基準クロック周波数、位相差検出手段１４で取得した隣接するゼロクロス間における基準クロックの位相差の三者の関係を記憶しており、学習手段１９は記憶手段１８の内容を参照して、流体温度の変化に応じて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を求めている。
【００５３】
まず、温度検出手段１６の測定原理について説明する。（式１）、（式２）において、流速ｖは、一般に音速Ｃよりも遥かに小さな値を取るので、次のように変形できる。
【００５４】
ｔ１＝（Ｌ／Ｃ）（１＋Ｖｃｏｓθ／Ｃ）−１≒（Ｌ／Ｃ）（１−Ｖｃｏｓθ／Ｃ）
（式１１）
ｔ２＝（Ｌ／Ｃ）（１−Ｖｃｏｓθ／Ｃ）−１≒（Ｌ／Ｃ）（１＋Ｖｃｏｓθ／Ｃ）
（式１２）
（式１１）および（式１２）より、
Ｃ＝２Ｌ／（ｔ１＋ｔ２） （式１３）
また、流体温度Ｔと音速Ｃは、一般的には、（式１４）の近似式で示すような比例関係で表すことができる。
【００５５】
Ｃ＝α・Ｔ＋β （式１４）
ただし、ここで、α、βは定数項である。よって、（式１３）および（式１４）を用いて式を変形することにより、（式１５）が成り立つ。
【００５６】
Ｔ＝α−１・｛２Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）−β｝ （式１５）
したがって、往復の伝搬時間を知ることで、特別な構成の温度検出手段を備えることなく、流体温度の検出が可能となるのである。
【００５７】
記憶手段１８の記憶形式は温度Ｔに対する基準クロック周波数と位相差の関係を数式で表したものや、テーブル形式で記憶したものなどが考えられる。
【００５８】
学習手段１９は温度検出手段１７の検出温度に相当する最適な基準クロック周波数を記憶手段１８の情報を元に選択して、選択した周波数を周波数設定手段１３へ伝える。
【００５９】
以上の動作によって、流体の温度変化に伴う振動子の振動周波数の変化を踏まえて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を即座に求めることが可能となり、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００６０】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における流れ計測装置のブロック図である。図６において、主要部は図１と同一であるため詳細な説明は省略し異なる部分についてのみ説明する。
【００６１】
図６において流量演算手段２０は時間演算手段１１の出力を用いて流体流量を求めている。記憶手段１８は、基準クロック周波数調整時に取得した流体流量と、発振器１０の基準クロック周波数、位相差検出手段１４で取得した隣接するゼロクロス間における基準クロックの位相差の三者の関係を記憶しており、学習手段２０は記憶手段１９の内容を参照して、流体流量の変化に応じて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を求めている。
【００６２】
記憶手段１８の記憶形式は流体流量に対する送信周波数と位相差の関係を数式で表したものや、テーブル形式で記憶したものなどが考えられる。
【００６３】
学習手段１９は温度検出手段１７の検出温度に相当する最適な基準クロック周波数を記憶手段１８の情報を元に選択して、選択した周波数を周波数設定手段１３へ伝える。
【００６４】
以上の動作によって、流体の流量変化に伴う振動子の振動周波数の変化を踏まえて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を即座に求めることが可能となり、調製時間を短縮することが可能となる。
【００６５】
以上の動作によって、流体の温度変化に伴う振動子の振動周波数の変化を踏まえて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を即座に求めることが可能となり、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。特に、電池駆動によって１０年間連続使用される家庭用ガスメータのように低い消費電量を維持しながら高い計測分解能を必要とする場合に特に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の流体の流れ計測装置は、環境変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、高い計測分解能を維持することができるので、気体のみならず、液体の流れ計測にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１における流れ計測装置のブロック図
【図２】同装置の信号特性図
【図３】本発明の実施の形態２における流れ計測装置のブロック図
【図４】同装置の信号特性図
【図５】本発明の実施の形態３における流れ計測装置のブロック図
【図６】本発明の実施の形態４における流れ計測装置のブロック図
【図７】従来の流れ計測装置のブロック図
【図８】同装置の信号特性図
【符号の説明】
【００６８】
１ 流体管路
２ 第１振動子
３ 第２振動子
６ 送信手段
８ 波形検出手段
９ 計時手段
１０ 発振器
１１ 時間演算手段
１２ 時間差演算手段
１３ 周波数設定手段
１４ 位相差検出手段
１７ 温度検出手段
１８ 記憶手段
１９ 学習手段
２０ 流量演算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波信号の伝搬時間を計測することにより流速を検出し、流体の流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流体の流れ計測装置においては、例えば、特許文献１に示すようなものが提案されている。
【０００３】
図７において、流体管路３１の一部に超音波振動子３２と振動子３３とを流れの方向に相対して設け、スタート回路３４で計時手段３５の計時を開始すると同時に、送信回路３６でバースト信号を送出し、振動子３２から流れ方向に超音波を発生させ、この超音波を振動子３３で受信し、増幅回路３７と比較手段３８で検出すると計時手段３５の計時を停止し、時間演算手段３９で計時手段３５の計時結果に演算処理を施して、伝搬時間を求めている。また、定められた計測回数を完了すると、切換手段４０で振動子を切換え、振動子３３から流れに逆らって超音波を発生させ、流れ方向に超音波を発生させた時と同様の手順で伝搬時間を求めている。
【０００４】
図７において、音速をＣ、流速をｖ、ふたつの振動子間の距離をＬ、超音波の伝搬方向と流れの方向とがなす角度をθとし、管路の上流側に配置された振動子３２から超音波を送信し、下流側に配置された振動子３３にで受信した場合の伝搬時間をｔ１、逆方向の伝搬時間をｔ２とした場合ｔ１およびｔ２は次式で求めることができる。
【０００５】
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ） （式１）
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ） （式２）
（式１）および（式２）を変形し、（式３）で流速ｖが求まる。
【０００６】
ｖ＝Ｌ・（１／ｔ１−１／ｔ２）／２ｃｏｓθ （式３）
（式３）で求めた値に流体管路の断面積を掛ければ流体の流量を求めることができる。
【０００７】
図８は流れ計測装置の信号特性図である。図８には、増幅回路３７で増幅された後の超音波受信波形、比較手段３８の出力波形、計時手段３５が備えている基準クロック（図示せず）の波形である。比較手段３８は、交流信号の基準電圧（ゼロ点）と、受信信号との比較結果を”１”、”０“の２値に変換して出力する構成となっている。比較手段３８の出力が”１”から”０“、または”０”から”１”に変化する点が受信信号が基準電圧（ゼロ点）を通過する点（ゼロクロス点）である。計時手段３５は送信回路３６の送信開始からゼロクロス点ＡおよびＢまでの経過時間ｔａおよびｔｂを基準クロックに基づいて計時し、時間演算手段３９ではふたつの値の平均値を伝搬時間として求めている。つまり比較手段３８で検出された各ゼロクロス点の検出時間の平均値を求めて（式１）および（式２）で示した伝搬時間を求めている。
【０００８】
以上のように構成された流体の流れ計測装置における時間分解能について説明する。例えば、図８に示すようにふたつのゼロクロス点Ａ、Ｂを検出するケースを考える。何らかの要因（温度変化や流量変化など）によって、超音波の伝搬時間が変化した場合には、点Ａと点Ｂは同じ時間間隔を保ったまま、時間軸上を相対的に前後に移動することとなる。図８で示した、ゼロクロス点ＡとＢにおける基準クロックの位相差は１８０度であるため、伝搬時間が１／２クロック分だけ変化する毎に、ゼロクロス点ＡとＢの計測結果が交互に１クロック分だけ変化することになる。よって、基準クロックの半分の時間分解能を得
ることができる。
【０００９】
ゼロクロス点の数を増やした場合も同様に、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が異なるように設定しておけば、基準クロックの周期よりも高い時間分解能を得ることができる。したがって、基準クロック周波数と受信信号周波数の関係を予め調整しておくことによって、基準クロックの周波数を低く抑えながら高い分解能の計測結果を得ることができるため、低消費電力かつ高精度の流れ検出装置の提供が可能となるのである。
【特許文献１】特開平１０−３０９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の構成では、基準クロックと受信波形の位相関係を制御方法の詳細が開示されていない。仮に位相関係を最適に設定できたとしても、環境条件によって超音波波形の周波数が変化した場合においては、開示されている構成では、両者の位相関係を環境条件に合わせて適切に設定することが困難であった。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、環境変化に関わらず、常に高い分解能の計測性能を備えた流体の流れ計測装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流体の流れ計測装置は、第１振動子に交流信号を出力する送信手段と、第２振動子で受信された超音波信号によって連続して複数回発生するゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する波形検出手段と、基準クロックに基づいて第１振動子の送信から波形検出手段で検出されたゼロクロス点までの経過時間を計測する計時手段と、発振器の基準クロック周波数を設定する周波数設定手段とを備え、周波数設定手段が、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が異なるように基準クロック周波数を設定するようにしている。
【００１３】
上記発明によれば、受信波形が変化した場合であっても、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の流体の流れ計測装置は、環境変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、高い計測分解能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送信する第１振動子と、前記超音波信号を受信する第２振動子と、前記第１振動子に交流信号を出力する送信手段と、前記第２振動子で受信された超音波信号によって連続して複数回発生するゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する波形検出手段と、一定周波数の基準クロックを発生する発振器と、前記基準クロックに基づいて前記第１振動子の送信から前記波形検出手段で検出されたゼロクロス点までの経過時間を計測する計時手段と、前記計時手段の計測結果を基に超音波信号の伝搬時間を求める時間演算手段と、各ゼロクロス点の発生時間間隔を求める時間差演算手段と、前記発振器の基準クロック周波数を設定する周波数設定手段とを備え、
前記周波数設定手段は、前記時間差演算手段の出力が所定の条件を満たすように基準クロック周波数を設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
第２の発明は、周波数設定手段は、各ゼロクロス点における前記基準クロックの位相関係が異なるように基準クロック周波数を設定することを特徴とするものである。
【００１７】
そして、第１、第２の発明によれば、受信波形が変化した場合であっても、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００１８】
第３の発明は、時間差演算手段に代えて波形検出手段で検出された相異なるふたつのゼロクロス点における基準クロックの位相差を求める位相差検出手段を備え、周波数設定手段は前記位相差検出手段の検出した位相差が目標値に一致するように発振器の基準クロック周波数を設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
そして、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係の微調整が可能となるものである。
【００２０】
第４の発明は、周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差の目標値として３６０度をゼロクロス検出回数で除した値に定めて、発振器の基準クロック周波数を設定することを特徴とするものである。
【００２１】
第５の発明は、周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差と位相差目標値の偏差が所定値未満になるまで設定動作を繰り返して基準クロック周波数の調整を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００２２】
そして、第４、第５の発明によれば、常に高い計測分解能を維持することができるとともに、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係の微調整が可能となるものである。
【００２３】
第６の発明は、周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差と位相差目標値の偏差が所定値より大きい場合には、時間演算手段の出力を無効とするようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
そして、計測値の信頼性を高めることができる。
【００２５】
第７の発明は、ゼロクロス点で動作を開始し基準クロックの立上り点で動作を停止する第２発信器と、前記第２発信器のカウント数を計数する第２計時手段を備え、位相差検出手段は、前記第２計時手段で計数するカウント数に基づいて波形検出手段で検出された相異なるふたつのゼロクロス点における基準クロックの位相差を求めるようにしたことを特徴とするものである。
【００２６】
そして、常に高い計測分解能を維持することができるとともに、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係の微調整が可能となるものである。
【００２７】
第８の発明は、流体温度を検出する温度検出手段と、流体温度、発振器の基準クロック周波数、位相差検出手段の検出した位相差の三者の関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて位相差目標値に対する基準クロック周波数を選択する学習手段を備え、周波数設定手段が、学習手段で選択された値を基準クロック周波数に設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００２８】
そして、流体温度の変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００２９】
第９の発明は、温度検出手段が、時間演算手段の出力結果を用いて流体温度を演算する演算回路によって構成されていることを特徴とするものである。
【００３０】
そして、特別な装置を付加することなく安価な構成で温度変化に対応することができ、流体温度の変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００３１】
第１０の発明は、時間演算手段の計測結果を用いて流体流量を演算する流量演算手段と、流体流量、発振器の基準クロック周波数、位相差検出手段の検出した位相差の三者の関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて位相差目標値に対する基準クロック周波数を選択する学習手段を備え、周波数設定手段が、学習手段で選択された値を基準クロック周波数に設定するようにしたことを特徴とするものである。
【００３２】
そして、流量の変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における流体の流れ検出装置のブロック図である。
【００３４】
図１において、流体管路１の途中に超音波を送信する第１振動子２が流れの上流側に配置され、第１振動子２から送信された超音波を受信する第２振動子３が流れの下流側に配置されている。第１振動子２と第２振動子３は送受信の役割を反転する切換手段４を介して後段の処理ブロックに繋がれている。つまり、この切換手段４の作用により第１振動子２を送信側、第２振動子３を受信側とすることが可能である。
【００３５】
トリガ手段５は計測開始を指示するトリガ信号を出力し、この信号と同期して送信手段６から交流信号が出力される。送信手段６の出力信号は切換手段４を介して第１振動子２へ出力され、第１振動子２から超音波信号が出力される。第１振動子２から送信され第２振動子３で受信された超音波信号は、切換手段４を介して増幅回路７で増幅された後、波形検出手段８に出力される。
【００３６】
波形検出手段８では、交流信号である超音波信号と、そのゼロ点との大小比較を行い、大小関係の逆転する点をゼロクロス点と判断し、そのゼロクロス点を予め定められた数だけ検出した後、動作を停止する。そして、トリガ手段５の出力と同時に計時手段９が発振器１０から供給される基準クロックに基づいて計測開始からゼロクロス点までの経過時間を計測する。
【００３７】
また、計時手段９の計測結果は時間演算手段１１と時間差演算手段１２に出力され、時間演算手段１１では超音波信号の伝搬時間が、時間差演算手段１２では各ゼロクロス点の発生時間間隔が求められる。そして、時間差演算手段１２の出力が所定の条件を満たすように周波数設定手段１３が、発振器１０が出力する基準クロック周波数を設定する。
【００３８】
図２は、本実施の形態における流体の流れ検出装置の信号特性図である。例えば、図２に示すような受信波形を計時手段９および時間差演算手段１２で計測した場合を考える。なお、計時手段９は発振器１０から出力される基準クロックに基づいて動作するタイマカウンタとする。ゼロクロス点Ａの計測値がＣａであったとすると、ゼロクロス点Ｂ、Ｃ、Ｄの計測値Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄは次のような値となる。
【００３９】
Ｃｂ＝Ｃａ＋４ （式４）
Ｃｃ＝Ｃａ＋８ （式５）
Ｃｄ＝Ｃａ＋１２ （式６）
これらの値は時間差演算手段１２に出力され、各ゼロクロス点間の間隔が求められる。Ａ〜Ｂ、Ｂ〜Ｃ、Ｃ〜Ｄの間隔をそれぞれ、Ｃａｂ、Ｃｂｃ、Ｃｃｄとすると、各値は次
のように求められる。
【００４０】
Ｃａｂ＝Ｃｂｃ＝Ｃｃｄ＝４ （式７）
（式７）はゼロクロス時間間隔が基準クロックの整数倍（４倍）であることを示しており、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が等しいことを示している。よって、この関係が崩れるように、すなわち、３つの値全てが等しくはならないように、周波数設定手段１３が基準クロック周波数を設定する。
【００４１】
周波数設定手段１３は例えば、ＣＲ発振回路などによって構成されるものであって、抵抗値を変化させることによって容易に信号周波数を調整することが可能である。周波数設定手段１３は時間差演算手段１２の計測結果を参照しながら信号周波数を徐々に変化させて最適な周波数を選択する。周波数が最適化された後、基準クロック周波数は固定される。
【００４２】
以上のように、周波数設定手段１３が、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係が異なるように基準クロック周波数を設定しているので、受信波形が変化した場合であっても、各ゼロクロス点における基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における流れ計測装置のブロック図である。図３において、主要部は図１と同一であるため詳細な説明は省略し異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
図３において、第２計時手段１５は第２発振器１６から発生される第２クロックに基づいて、基準クロックとゼロクロス点の発生時間差を求めている。計時手段９および第２計時手段１５の計測結果は時間演算手段１１と位相差検出手段１４に出力され、時間演算手段１１では超音波信号の伝搬時間が、位相差検出手段１４では隣接するゼロクロス点間における基準クロックの位相差が求められる。周波数設定手段１３は位相差検出手段１４の出力に応じて発振器１０が出力する基準クロック周波数を設定している。
【００４５】
図４は、実施の形態２における流体の流れ検出装置の信号特性図である。ゼロクロス点Ａにおいて第２発振器１６と第２時手段１５が動作を開始し、次の基準クロックの立上り点Ａ’までの時間差Ｔａａ’を計測する。次のゼロクロス点Ｂにおいても第２発振器１６と計時手段１５が動作を開始し、次の基準クロックの立上り点Ｂ’までの時間差Ｔｂｂ’を計測する。Ｔａａ’およびＴｂｂ’はゼロクロス点ＡおよびＢにおける基準クロックの位相を示す値であるのは明らかである。ここで、第２計時手段１５によって計測されたゼロクロス点Ａから次の基準クロック立ち上がり点Ａ’までのカウント数をＣｘ、ゼロクロス点Ｂから次の基準クロック立ち上がり点までのカウント数をＣｙ、第２クロックの周期をＴ２とすると、Ｔａａ’およびＴｂｂ’は（式８）および（式９）で表せる。
【００４６】
Ｔａａ’＝Ｃｘ×Ｔ２ （式８）
Ｔｂｂ’＝Ｃｙ×Ｔ２ （式９）
基準クロックの周期をＴ１として、位相差検出手段１４は、（式１０）を用いて、ふたつのゼロクロス点間の位相差Δθを求める。
【００４７】
Δθ＝（Ｔａａ’−Ｔｂｂ’）／Ｔ１×３６０° （式１０）
周波数設定手段１３は（式１０）の値が目標値に一致するように発振器１０の基準クロック周波数を設定する。例えば、波形検出手段８によるゼロクロス検出回数が４回の時には、（式１０）の値を９０°に定める。その場合、時間軸上でＴ１／４だけ異なるふたつの受信波形を比較した場合、４つのゼロクロス点のうちの少なくともひとつが異なる値を
示すため、時間演算手段１１で求める伝搬時間が異なった値となる。以下同様に、Ｔ１／４だけ波形が時間軸上を変化する毎に、時間演算手段１１で求める伝搬時間が異なった値となるので、基準クロックの１／４の時間分解能を得ることができたと言える。
【００４８】
周波数設定手段１３は位相差Δθが目標値の９０°から所定値以上外れている場合には、発振器１０の基準クロック周波数を変更して超音波を送信し、再度、位相差検出手段１４で位相差Δθを取得する。そして、目標値とΔθの偏差が所定値未満となるまで設定動作を繰り返しながら、基準クロック周波数の調整を行なう。
【００４９】
以上のように、位相差検出手段１４で位相差を取得することにより、検出した位相差が目標値に一致するように発振器１０の基準クロック周波数を設定できるようになるため、基準クロック周波数の微調整が可能となるばかりでなく、ゼロクロス点の検出回数に応じて、最適な位相差が得られる基準クロック周波数の設定が可能となり、常に高い計測分解能を得ることができる。
【００５０】
また、調整動作中、すなわち、Δθの偏差が大の時には、時間演算手段１１で求めた伝搬時間は無効とすれば計測信頼性を高めることが可能である。
【００５１】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における流れ計測装置のブロック図である。図５において、主要部は図１および図３と同一であるため詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
図５において温度検出手段１７は時間演算手段１１の出力を用いて流体温度を求めている。記憶手段１８は、基準クロック周波数調整時に取得した流体温度と、発振器１０の基準クロック周波数、位相差検出手段１４で取得した隣接するゼロクロス間における基準クロックの位相差の三者の関係を記憶しており、学習手段１９は記憶手段１８の内容を参照して、流体温度の変化に応じて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を求めている。
【００５３】
まず、温度検出手段１６の測定原理について説明する。（式１）、（式２）において、流速ｖは、一般に音速Ｃよりも遥かに小さな値を取るので、次のように変形できる。
【００５４】
ｔ１＝（Ｌ／Ｃ）（１＋Ｖｃｏｓθ／Ｃ）−１≒（Ｌ／Ｃ）（１−Ｖｃｏｓθ／Ｃ）
（式１１）
ｔ２＝（Ｌ／Ｃ）（１−Ｖｃｏｓθ／Ｃ）−１≒（Ｌ／Ｃ）（１＋Ｖｃｏｓθ／Ｃ）
（式１２）
（式１１）および（式１２）より、
Ｃ＝２Ｌ／（ｔ１＋ｔ２） （式１３）
また、流体温度Ｔと音速Ｃは、一般的には、（式１４）の近似式で示すような比例関係で表すことができる。
【００５５】
Ｃ＝α・Ｔ＋β （式１４）
ただし、ここで、α、βは定数項である。よって、（式１３）および（式１４）を用いて式を変形することにより、（式１５）が成り立つ。
【００５６】
Ｔ＝α−１・｛２Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）−β｝ （式１５）
したがって、往復の伝搬時間を知ることで、特別な構成の温度検出手段を備えることなく、流体温度の検出が可能となるのである。
【００５７】
記憶手段１８の記憶形式は温度Ｔに対する基準クロック周波数と位相差の関係を数式で表したものや、テーブル形式で記憶したものなどが考えられる。
【００５８】
学習手段１９は温度検出手段１７の検出温度に相当する最適な基準クロック周波数を記憶手段１８の情報を元に選択して、選択した周波数を周波数設定手段１３へ伝える。
【００５９】
以上の動作によって、流体の温度変化に伴う振動子の振動周波数の変化を踏まえて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を即座に求めることが可能となり、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。
【００６０】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における流れ計測装置のブロック図である。図６において、主要部は図１と同一であるため詳細な説明は省略し異なる部分についてのみ説明する。
【００６１】
図６において流量演算手段２０は時間演算手段１１の出力を用いて流体流量を求めている。記憶手段１８は、基準クロック周波数調整時に取得した流体流量と、発振器１０の基準クロック周波数、位相差検出手段１４で取得した隣接するゼロクロス間における基準クロックの位相差の三者の関係を記憶しており、学習手段２０は記憶手段１９の内容を参照して、流体流量の変化に応じて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を求めている。
【００６２】
記憶手段１８の記憶形式は流体流量に対する送信周波数と位相差の関係を数式で表したものや、テーブル形式で記憶したものなどが考えられる。
【００６３】
学習手段１９は温度検出手段１７の検出温度に相当する最適な基準クロック周波数を記憶手段１８の情報を元に選択して、選択した周波数を周波数設定手段１３へ伝える。
【００６４】
以上の動作によって、流体の流量変化に伴う振動子の振動周波数の変化を踏まえて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を即座に求めることが可能となり、調製時間を短縮することが可能となる。
【００６５】
以上の動作によって、流体の温度変化に伴う振動子の振動周波数の変化を踏まえて、目標の位相差を得るための基準クロック周波数を即座に求めることが可能となり、受信波形が変化した場合であっても、常に、受信波形と基準クロックの位相関係を適切に保つことができる。特に、電池駆動によって１０年間連続使用される家庭用ガスメータのように低い消費電量を維持しながら高い計測分解能を必要とする場合に特に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の流体の流れ計測装置は、環境変化に伴って、受信波形が変化した場合であっても、高い計測分解能を維持することができるので、気体のみならず、液体の流れ計測にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１における流れ計測装置のブロック図
【図２】同装置の信号特性図
【図３】本発明の実施の形態２における流れ計測装置のブロック図
【図４】同装置の信号特性図
【図５】本発明の実施の形態３における流れ計測装置のブロック図
【図６】本発明の実施の形態４における流れ計測装置のブロック図
【図７】従来の流れ計測装置のブロック図
【図８】同装置の信号特性図
【符号の説明】
【００６８】
１ 流体管路
２ 第１振動子
３ 第２振動子
６ 送信手段
８ 波形検出手段
９ 計時手段
１０ 発振器
１１ 時間演算手段
１２ 時間差演算手段
１３ 周波数設定手段
１４ 位相差検出手段
１７ 温度検出手段
１８ 記憶手段
１９ 学習手段
２０ 流量演算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体管路に設けられ超音波信号を送信する第１振動子と、前記超音波信号を受信する第２振動子と、前記第１振動子に交流信号を出力する送信手段と、前記第２振動子で受信された超音波信号によって連続して複数回発生するゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する波形検出手段と、一定周波数の基準クロックを発生する発振器と、前記基準クロックに基づいて前記第１振動子の送信から前記波形検出手段で検出されたゼロクロス点までの経過時間を計測する計時手段と、前記計時手段の計測結果を基に超音波信号の伝搬時間を求める時間演算手段と、各ゼロクロス点の発生時間間隔を求める時間差演算手段と、前記発振器の基準クロック周波数を設定する周波数設定手段とを備え、
前記周波数設定手段は、前記時間差演算手段の出力が所定の条件を満たすように基準クロック周波数を設定することを特徴とする流体の流れ計測装置。
【請求項２】
周波数設定手段は、各ゼロクロス点における前記基準クロックの位相関係が異なるように基準クロック周波数を設定することを特徴とする請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項３】
時間差演算手段に代えて波形検出手段で検出された相異なるふたつのゼロクロス点における基準クロックの位相差を求める位相差検出手段を備え、
周波数設定手段は前記位相差検出手段の検出した位相差が目標値に一致するように発振器の基準クロック周波数を設定する請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項４】
周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差の目標値として３６０度をゼロクロス検出回数で除した値に定めて、発振器の基準クロック周波数を設定することを特徴とする請求項３記載の流体の流れ計測装置。
【請求項５】
周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差と位相差目標値の偏差が所定値未満になるまで設定動作を繰り返して基準クロック周波数の調整を行うようにした請求項項３または４記載の流体の流れ計測装置。
【請求項６】
周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差と位相差目標値の偏差が所定値より大きい場合には、時間演算手段の出力を無効とする請求項３または４記載の流体の流れ計測装置。
【請求項７】
ゼロクロス点で動作を開始し基準クロックの立上り点で動作を停止する第２発信器と、前記第２発信器のカウント数を計数する第２計時手段を備え、
位相差検出手段は、前記第２計時手段で計数するカウント数に基づいて波形検出手段で検出された相異なるふたつのゼロクロス点における基準クロックの位相差を求めるようにした請求項３〜６のいずれか１項記載の流体の流れ計測装置。
【請求項８】
流体温度を検出する温度検出手段と、流体温度、発振器の基準クロック周波数、位相差検出手段の検出した位相差の三者の関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて位相差目標値に対する基準クロック周波数を選択する学習手段を備え、
周波数設定手段は、学習手段で選択された値を基準クロック周波数に設定する請求項３〜７のいずれか１項記載の流体の流れ計測装置。
【請求項９】
温度検出手段は、時間演算手段の出力結果を用いて流体温度を演算する演算回路によって構成される請求項８記載の流体の流れ計測装置。
【請求項１０】
時間演算手段の計測結果を用いて流体流量を演算する流量演算手段と、流体流量、発振器の基準クロック周波数、位相差検出手段の検出した位相差の三者の関係を記憶する記憶手
段と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて位相差目標値に対する基準クロック周波数を選択する学習手段を備え、
周波数設定手段は、学習手段で選択された値を基準クロック周波数に設定する請求項３〜７のいずれか１項記載の流体の流れ計測装置。
【請求項１】
流体管路に設けられ超音波信号を送信する第１振動子と、前記超音波信号を受信する第２振動子と、前記第１振動子に交流信号を出力する送信手段と、前記第２振動子で受信された超音波信号によって連続して複数回発生するゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する波形検出手段と、一定周波数の基準クロックを発生する発振器と、前記基準クロックに基づいて前記第１振動子の送信から前記波形検出手段で検出されたゼロクロス点までの経過時間を計測する計時手段と、前記計時手段の計測結果を基に超音波信号の伝搬時間を求める時間演算手段と、各ゼロクロス点の発生時間間隔を求める時間差演算手段と、前記発振器の基準クロック周波数を設定する周波数設定手段とを備え、
前記周波数設定手段は、前記時間差演算手段の出力が所定の条件を満たすように基準クロック周波数を設定することを特徴とする流体の流れ計測装置。
【請求項２】
周波数設定手段は、各ゼロクロス点における前記基準クロックの位相関係が異なるように基準クロック周波数を設定することを特徴とする請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項３】
時間差演算手段に代えて波形検出手段で検出された相異なるふたつのゼロクロス点における基準クロックの位相差を求める位相差検出手段を備え、
周波数設定手段は前記位相差検出手段の検出した位相差が目標値に一致するように発振器の基準クロック周波数を設定する請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項４】
周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差の目標値として３６０度をゼロクロス検出回数で除した値に定めて、発振器の基準クロック周波数を設定することを特徴とする請求項３記載の流体の流れ計測装置。
【請求項５】
周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差と位相差目標値の偏差が所定値未満になるまで設定動作を繰り返して基準クロック周波数の調整を行うようにした請求項項３または４記載の流体の流れ計測装置。
【請求項６】
周波数設定手段は、位相差検出手段の検出した位相差と位相差目標値の偏差が所定値より大きい場合には、時間演算手段の出力を無効とする請求項３または４記載の流体の流れ計測装置。
【請求項７】
ゼロクロス点で動作を開始し基準クロックの立上り点で動作を停止する第２発信器と、前記第２発信器のカウント数を計数する第２計時手段を備え、
位相差検出手段は、前記第２計時手段で計数するカウント数に基づいて波形検出手段で検出された相異なるふたつのゼロクロス点における基準クロックの位相差を求めるようにした請求項３〜６のいずれか１項記載の流体の流れ計測装置。
【請求項８】
流体温度を検出する温度検出手段と、流体温度、発振器の基準クロック周波数、位相差検出手段の検出した位相差の三者の関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて位相差目標値に対する基準クロック周波数を選択する学習手段を備え、
周波数設定手段は、学習手段で選択された値を基準クロック周波数に設定する請求項３〜７のいずれか１項記載の流体の流れ計測装置。
【請求項９】
温度検出手段は、時間演算手段の出力結果を用いて流体温度を演算する演算回路によって構成される請求項８記載の流体の流れ計測装置。
【請求項１０】
時間演算手段の計測結果を用いて流体流量を演算する流量演算手段と、流体流量、発振器の基準クロック周波数、位相差検出手段の検出した位相差の三者の関係を記憶する記憶手
段と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて位相差目標値に対する基準クロック周波数を選択する学習手段を備え、
周波数設定手段は、学習手段で選択された値を基準クロック周波数に設定する請求項３〜７のいずれか１項記載の流体の流れ計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１７５６６８（Ｐ２００８−１７５６６８Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８８００（Ｐ２００７−８８００）
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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