超音波流量計及び流体減圧装置
【課題】ノイズ発生源を有した管路に対する配置の自由度を高めることが可能な超音波流量計及び流体減圧装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の超音波流量計１０は、流体が流れる管路９０の軸方向と交差した方向で対向するように１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂを配置すると共に、管路９０の中心軸Ｊ１に対して受波側の計測用超音波センサ２０Ａと軸対称となる位置にノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａを設け、受波側の計測用超音波センサ２０Ａが計測用超音波を受波している期間中にノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａが超音波を受波して出力する受波信号を、受波側の計測用超音波センサ２０Ａが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を受波側の計測用超音波センサ２０Ａの受波信号からキャンセルする差動増幅回路５１を備えた。
【解決手段】本発明の超音波流量計１０は、流体が流れる管路９０の軸方向と交差した方向で対向するように１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂを配置すると共に、管路９０の中心軸Ｊ１に対して受波側の計測用超音波センサ２０Ａと軸対称となる位置にノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａを設け、受波側の計測用超音波センサ２０Ａが計測用超音波を受波している期間中にノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａが超音波を受波して出力する受波信号を、受波側の計測用超音波センサ２０Ａが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を受波側の計測用超音波センサ２０Ａの受波信号からキャンセルする差動増幅回路５１を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計及び流体減圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の超音波流量計としては、管路の軸方向と斜めに交差する方向で対向するように配置された１対の計測用超音波センサ間で計測用超音波を送受波して流体の流量を計測するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】松山 裕著、「実用流量測定」、第１版、財団法人省エネルギーセンター、１９９９年６月１５日、ｐ．７８，７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超音波成分を含んだノイズ（以下、「超音波ノイズ」という）の発生源を有する管路に、上述した従来の超音波流量計を設置する場合には、流体を伝搬した超音波ノイズが計測用超音波に重畳することを回避するために、超音波流量計をノイズ発生源から十分に離して配置する必要があり、配置の自由度が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ノイズ発生源を有した管路に対する配置の自由度を高めることが可能な超音波流量計及び流体減圧装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる管路の軸方向と交差した方向で対向するように１対の計測用超音波センサを配置し、それら１対の計測用超音波センサの間で計測用超音波を送受波して流体の流量を計測する超音波流量計において、管路の中心軸に対して受波側の計測用超音波センサと軸対称となる位置にノイズキャンセル用超音波センサを設け、受波側の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中にノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、受波側の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を受波側の計測用超音波センサの受波信号からキャンセルするノイズキャンセル処理部を備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、受波側の計測用超音波センサとノイズキャンセル用超音波センサとを同一仕様にしたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる管路の軸方向と交差した方向で対向するように第１と第２の計測用超音波センサを設けて、それら第１と第２の計測用超音波センサの間で計測用超音波を送受波し、流体の流れに沿った順方向における伝搬時間と、流体の流れに逆らった逆方向における伝搬時間との差に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計において、管路の中心軸に対して第１の計測用超音波センサと軸対称となる位置に第１のノイズキャンセル用超音波センサを設けると共に、管路の中心軸に対して第２の計測用超音波センサと軸対称となる位置に第２のノイズキャンセル用超音波センサを設け、第１の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中に第１のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、第１の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を第１の計測用超音波センサの受波信号からキャンセルすると共に、第２の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中に第２のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、第２の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を第２の計測用超音波センサの受波信号からキャンセルするノイズキャンセル処理部を備えたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明に係る流体減圧装置は、請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の超音波流量計と、超音波流量計に直列接続されて管路を流れる流体を減圧して送出する減圧手段とを備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１０】
［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、ノイズキャンセル用超音波センサは、管路の軸方向と斜めに交差した方向で対向するように配置された１対の計測用超音波センサのうち、管路の中心軸に対して受波側の計測用超音波センサと軸対称な位置に配置されているので、ノイズキャンセル用超音波センサが、１対の計測用超音波センサ間で送受波される計測用超音波を直接受波することを防止することができる。
【００１１】
また、管路の内面で反射した計測用超音波の反射波が、ノイズキャンセル用超音波センサにて受波されたとしても、その受波タイミングは、受波側の計測用超音波センサが送波側の計測用超音波センサから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。
【００１２】
つまり、受波側の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中にノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号は、受波側の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分である。従って、受波側の計測用超音波センサの受波信号から、計測用超音波の成分をキャンセルすることなく、超音波ノイズの成分をキャンセルすることができる。
【００１３】
これにより、超音波流量計をノイズ発生源に対して従来よりも近づけて配置することが可能となり、ノイズ発生源を有した管路に対する超音波流量計の配置の自由度を高めることが可能になる。
【００１４】
［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、ノイズキャンセル用超音波センサと受波側の計測用超音波センサとを同一仕様にしたので、これらセンサで同一の超音波ノイズのみを受波したときの出力（受波信号）のばらつきを抑えることができる。よって、受波側の計測用超音波センサの受波信号から、超音波ノイズの成分を容易にキャンセルすることができる。
【００１５】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、第１と第２の計測用超音波センサは、管路の軸方向と斜めに交差した方向で対向するように配置され、第１の計測用超音波センサと軸対称な位置に第１のノイズキャンセル用超音波センサが配置されると共に、第２の計測用超音波センサと軸対称な位置に第２のノイズキャンセル用超音波センサが配置されているので、それら第１及び第２のノイズキャンセル用超音波センサが、第１と第２の計測用超音波センサ間で送受波される計測用超音波を直接受波することを防止することができる。
【００１６】
また、管路の内面で反射した計測用超音波の反射波が、受波側となった第１の計測用超音波センサに対して軸対称な位置に配置された第１のノイズキャンセル用超音波センサにて受波されたとしても、その受波タイミングは、受波側の第１の計測用超音波センサが送波側の第２の計測用超音波センサから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。
【００１７】
同様に、管路の内面で反射した計測用超音波の反射波が、受波側となった第２の計測用超音波センサに対して軸対称な位置に配置された第２のノイズキャンセル用超音波センサにて受波されたとしても、その受波タイミングは、受波側の第２の計測用超音波センサが送波側の第１の計測用超音波センサから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。
【００１８】
つまり、第１の計測用超音波センサが受波器となった場合に、その第１の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中に第１のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号は、第１の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分である。また、第２の計測用超音波センサが受波器となった場合に、その第２の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中に第２のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号は、第２の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分である。従って、第１と第２の計測用超音波センサの何れが受波側になったとしても、その受波側の計測用超音波センサの受波信号から、計測用超音波の成分をキャンセルすることなく、超音波ノイズの成分をキャンセルすることができる。
【００１９】
これにより、超音波流量計をノイズ発生源に対して従来よりも近づけて配置することが可能となり、ノイズ発生源を有した管路に対する超音波流量計の配置の自由度を高めることが可能になる。
【００２０】
［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、超音波流量計を請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の構成としたことで、受波側の計測用超音波センサの受波信号から、減圧手段によって発生する超音波ノイズをキャンセルすることが可能となり、超音波流量計と減圧手段とを従来よりも接近させて配置したコンパクトな流体減圧装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波流量計が接続された管路の概念図
【図２】超音波流量計の側断面図
【図３】制御処理部のブロック図
【図４】受波回路の回路図
【図５】（Ａ）計測用超音波と超音波ノイズとが重畳した波形、（Ｂ）超音波ノイズの波形、（Ｃ）計測用超音波の波形
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。図１における符号９０は、流体（ガス又は液体）を供給するための管路であり、その管路９０内を、図示しない供給源から供給された流体が流れている。管路９０の途中には、供給源から供給された流体を所定の二次圧に減圧して送出する公知な減圧手段８０（例えば、減圧弁、ガバナ等）が備えられ、その減圧手段８０の下流側に本発明に係る超音波流量計１０が接続されている。ここで、減圧手段８０は超音波ノイズを発生する「ノイズ発生源」であり、その超音波ノイズは、管路９０内の流体を伝搬媒体とした疎密波（縦波）となって管路９０内を上流側及び下流側に直進する。なお、バルブやオリフィス等の絞り部やブロワも、超音波ノイズを発生する「ノイズ発生源」となり得る。
【００２３】
図２に示すように超音波流量計１０は計測管１１を有し、この計測管１１が管路９０の途中に接続されて管路９０の一部を構成している。本実施形態では、計測管１１を含む管路９０の内部流路が断面円形となっているが、内部流路が断面矩形であってもよい。
【００２４】
計測管１１には、その軸方向と斜めに交差した方向で対向するように同一仕様（具体的には、形状、構造、材質、特性が同一）の１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂが配設されている。以下、計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂを区別する場合は、適宜、上流側に配置された方を「上流側」又は「第１」の計測用超音波センサ２０Ａといい、下流側に配置された方を「下流側」又は「第２」の計測用超音波センサ２０Ｂという。
【００２５】
計測管１１には、計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂを固定するための１対のセンサ固定部１２，１２が形成されている。センサ固定部１２，１２は、計測管１１の軸方向の両端位置でかつ、周方向において互いに１８０度離れた２位置に設けられており、例えば、計測管１１の内壁面を陥没させて形成されている。なお、計測管１１の管壁を軸方向に対して斜めに貫通した貫通孔をセンサ固定部１２，１２としてもよい。
【００２６】
計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂは、それぞれセンサ固定部１２，１２に嵌合固定されており、これら１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの間で、計測用超音波が送受波される。１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの間における計測用超音波の伝搬経路Ｌ１と管路９０（計測管１１）の中心軸Ｊ１は所定角度θ１で斜めに交差しており、計測用超音波は、計測管１１の内壁面で反射することなく直接、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される。そして、流体の流れに沿った順方向における計測用超音波の伝搬時間と、流れに逆らった逆方向における計測用超音波の伝搬時間との差に基づいて、計測管１１を通過する流体の流量が計測可能となっている。
【００２７】
ところで、計測管１１には、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂとは別に、１対のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂが備えられている。このうち第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、管路９０（計測管１１）の中心軸Ｊ１に対して第１の計測用超音波センサ２０Ａと軸対称な位置に配置され、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、管路９０（計測管１１）の中心軸Ｊ１に対して第２の計測用超音波センサ２０Ｂと軸対称な位置に配置されている。
【００２８】
計測管１１に対するノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂの固定構造は、計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの固定構造と同じである。即ち、ノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂは、計測管１１の内壁面を陥没させた１対のセンサ固定部１３，１３に嵌合固定されて、管路９０の軸方向と斜めに交差した方向で対向するように（詳細には、ノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂを結ぶ線分と計測管１１の中心軸Ｊ１とが所定角度θ１で斜めに交差するように）配置されている。
【００２９】
上記のような配置としたことで、中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置関係にある第１の計測用超音波センサ２０Ａと第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、ノイズ発生源である減圧手段８０からの距離が等しくなり、第２計測用超音波センサ２０Ｂと第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、減圧手段８０からの距離が等しくなる。また、１対のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂは、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される計測用超音波の指向性の範囲から完全に外れるので、計測用超音波を直接受波することを防止することができる。
【００３０】
中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置関係にある第１の計測用超音波センサ２０Ａと第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａとは同一仕様（具体的には、形状、構造、材質、特性が同一）であり、第２の計測用超音波センサ２０Ｂと第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂとは同一仕様となっている。ここで、上記したように１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂは同一仕様であるので、本実施形態では、計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂとノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂの４つ全てが同一仕様となっている。
【００３１】
図３には、超音波流量計１０における制御処理部４０（図１参照）の詳細が示されている。同図を参照しつつ、本実施形態の超音波流量計１０の動作について説明する。
【００３２】
コントロール部４１は、送受切替スイッチ４２，４３を制御して、まずは図３に示すように、上流側の計測用超音波センサ２０Ａを送波回路４４に接続しかつ、下流側の計測用超音波センサ２０Ｂを受波回路５０に接続した状態にしてから、送波回路４４及びクロックカウンタ４５に送波指令信号ａを出力する。すると、送波回路４４が上流側の計測用超音波センサ２０Ａを駆動し、計測用超音波が上流側の計測用超音波センサ２０Ａから下流側の計測用超音波センサ２０Ｂに向けて発信されると同時に、クロックカウンタ４５が基準クロック発生部４７から入力したクロックパルスｂに基づいて時間計測を開始する。
【００３３】
上流側の計測用超音波センサ２０Ａから発信された計測用超音波は、管路９０を斜めに横切って下流側の計測用超音波センサ２０Ｂにて直接受波される。計測用超音波センサ２０Ｂにて受波された超音波は電気信号に変換されて受波回路５０に入力し、受波回路５０は受波信号ｃを受信波検知部４６に出力する。受信波検知部４６は、受波信号ｃを検知（詳細には、受波信号ｃにおける特定番目の波、例えば第３波のゼロクロスポイントを検知）すると受信波検知信号ｄをクロックカウンタ４５に出力する。受信波検知信号ｄの入力によってクロックカウンタ４５はカウントを停止して、そのカウント値（即ち、超音波の伝搬時間）をコントロール部４１に出力し、０リセットされる。
【００３４】
コントロール部４１にカウント値が入力すると、送波回路４４は、上流側の計測用超音波センサ２０Ａを駆動停止し、次にコントロール部４１から出力される送波指令信号ａの待ち状態になる。また、この間にコントロール部４１が送受切替スイッチ４２，４３を駆動し、送波回路４４を下流側の計測用超音波センサ２０Ｂに接続し、受波回路５０を上流側の計測用超音波センサ２０Ａに接続する。
【００３５】
その後、コントロール部４１は、送波回路４４に送波指令信号ａを出力する。これにより、今度は、計測用超音波の送波方向を逆向きにして上記と同様の処理が行われる。そして、コントロール部４１において、流体の流れに対する順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ４５のカウント値の逆数差（伝搬時間の逆数差）が求められ、これに基づいて計測管１１を流れる流体の流速が算出される。また、この流速に、計測管１１の断面積を乗じて流量が算出される。
【００３６】
ところで本実施形態では、１対のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂがコントロール部４１の制御によって選択的に受波回路５０に接続される。例えば、下流側の第２の計測用超音波センサ２０Ｂから上流側の第１の計測用超音波センサ２０Ａに向けて超音波を送波するとき、コントロール部４１は、センサ切替スイッチ４８を駆動して、第１の計測用超音波センサ２０Ａと中心軸Ｊ１に対して軸対称の位置にある第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａを受波回路５０に接続する。このとき、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは受波回路５０から切り離される。そして、受波回路５０に接続された第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、第１（受波側）の計測用超音波センサ２０Ａが計測用超音波を受波している期間中、超音波を受波する。
【００３７】
このとき、第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される計測用超音波を直接受波することはない。仮に、計測管１１の内壁面で反射した計測用超音波の反射波が、第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａにて受波されたとしても、その受波タイミングは、第１（受波側）の計測用超音波センサ２０Ａが第２（送波側）の計測用超音波センサ２０Ｂから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。つまり、第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、第１（受波側）の計測用超音波センサ２０Ａが計測用超音波と共に受波する超音波ノイズを選択的に受波することになる。
【００３８】
上流側の第１の計測用超音波センサ２０Ａから下流側の第２の計測用超音波センサ２０Ｂに向けて超音波を送波する場合もこれと同様である。即ち、第２の計測用超音波センサ２０Ｂが受波回路５０に接続されると、その第２（受波側）の計測用超音波センサ２０Ｂと軸対称の位置関係にある第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂも受波回路５０に接続される。このとき、第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、受波回路５０から切り離される。そして、受波回路５０に接続された第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、第２（受波側）の計測用超音波センサ２０Ｂが計測用超音波を受波している期間中、超音波を受波する。
【００３９】
また、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される計測用超音波を、直接受波することはない。仮に、計測管１１の内壁面で反射した計測用超音波の反射波が、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂにて受波されたとしても、その受波タイミングは、第２（受波側）の計測用超音波センサ２０Ｂが第１（送波側）の計測用超音波センサ２０Ａから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。つまり、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、第２（受波側）の計測用超音波センサ２０Ｂが計測用超音波と共に受波する超音波ノイズを選択的に受波することになる。
【００４０】
図４には受波回路５０が詳細に示されている。受波回路５０は、差動増幅回路５１と反転増幅回路５２とから構成され、差動増幅回路５１の出力端子が、反転増幅回路５２の反転入力端子に接続されている。差動増幅回路５１の反転入力端子には、計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）が超音波を受波して出力する受波信号（以下、「計測用受波信号」という）が入力し、差動増幅回路５１の非反転入力端子には、ノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）が超音波を受波して出力する受波信号（以下、「ノイズ受波信号」という）が入力する。
【００４１】
ここで、差動増幅回路５１の反転入力端子に入力する計測用受波信号（図５（Ａ）参照）は、送波側の計測用超音波センサ２０Ｂ（２０Ａ）が発信した計測用超音波（図５（Ｃ）参照）の成分と、減圧手段８０で発生した超音波ノイズ（図５（Ｂ）参照）の成分とが重畳した信号となる。これに対し、差動増幅回路５１の非反転入力端子に入力するノイズ受波信号は、受波側の計測用超音波センサ２０Ｂ（２０Ａ）が計測用超音波を受波している期間中に、ノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂ（３０Ａ）が超音波ノイズ（図５（Ｂ）参照）を選択的に受波して出力した信号なので、差動増幅回路５１は、計測用超音波の成分と超音波ノイズの成分とを含む計測用受波信号から、超音波ノイズの成分だけをキャンセルして出力する。そして、ノイズキャンセルされた信号は、反転増幅回路５２にて所定のゲインで増幅された後、受波信号ｃとして受信波検知部４６に出力される（図３参照）。なお、差動増幅回路５１は、本発明の「ノイズキャンセル処理部」に相当する。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、第１と第２の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂは、管路９０の軸方向と斜めに交差した方向で対向するように配置されており、管路９０の中心軸Ｊ１に対して第１の計測用超音波センサ２０Ａと軸対称な位置に第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａが配置され、中心軸Ｊ１に対して第２の計測用超音波センサ２０Ｂと軸対称な位置に第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂが配置されているので、それら第１と第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂが、第１と第２の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される計測用超音波を直接受波することを防止することができる。
【００４３】
仮に、管路９０の内面で反射した計測用超音波の反射波が、受波側の計測超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）と軸対称な位置に配置されたノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）にて受波されたとしても、その受波タイミングは、受波側の計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）が送波側の計測用超音波センサ２０Ｂ（２０Ａ）から直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。
【００４４】
つまり、受波側の計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）が計測用超音波を受波している期間中に、その計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）と軸対称な位置に配置されたノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）が超音波を受波して出力する受波信号は、受波側の計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）が計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分である。従って、受波側の計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）の受波信号から、計測用超音波の成分をキャンセルすることなく、超音波ノイズの成分をキャンセルすることができる。
【００４５】
これにより、超音波流量計１０をノイズ発生源（減圧手段８０）に対して従来よりも近づけて配置することが可能となり、ノイズ発生源を有した管路９０に対する超音波流量計１０の配置の自由度を高めることが可能になる。
【００４６】
また、中心軸Ｊ１に対して軸対称の位置に配置された第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａと第１の計測用超音波センサ２０Ａとを同一仕様とし、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂと第２の計測用超音波センサ２０Ｂとを同一仕様としたので、中心軸Ｊ１に対して軸対称の位置に配置された計測用超音波センサとノイズキャンセル用超音波センサとで同一の超音波ノイズのみを受波したときの出力（受波信号）のばらつきを抑えることができる。よって、受波側の計測用超音波センサの受波信号から、超音波ノイズの成分を容易にキャンセルすることができる。
【００４７】
さらに、減圧手段８０（例えば、ガバナ）と超音波流量計とを直列接続して、例えば、超音波流量計により計測された流速に基づいて減圧手段８０を駆動制御するようにした流体減圧装置を製造する場合に、本実施形態の超音波流量計１０を採用すれば、超音波流量計１０と減圧手段８０とを従来よりも接近させて配置したコンパクトな流体減圧装置を提供することが可能となる。
【００４８】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４９】
（１）上記実施形態では、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの間で計測用超音波を相互に送受波して流量を計測するように構成されていたが、高精度な流量計測が要求されない場合には、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの一方を送波専用、他方を受波専用にして、一方向でのみ計測用超音波を送受波して流量を計測するようにしてもよい。この場合には、受波専用の計測用超音波センサと中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置にのみノイズキャンセル用超音波センサを配置すればよい。
【００５０】
（２）上記実施形態において、超音波流量計１０はノイズ発生源（減圧手段８０）の下流側に配置されていたが、ノイズ発生源の上流側に配置した場合でも上記実施形態と同等の効果を奏する。
【００５１】
（３）上記実施形態では、管路９０の中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置に配置された計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）とノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）とを同一仕様としていたが、これら同一仕様のセンサ間の個体差を原因とする出力（受波信号）のばらつきを補正するための補正手段を設けてもよい。
【００５２】
（４）さらに、上記補正手段により、センサの仕様の差異を原因とする出力（受波信号）のばらつきを補正可能とした場合は、管路９０の中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置に配置された計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）とノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）の仕様の一部が異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 超音波流量計
１１ 計測管
２０Ａ 第１の計測用超音波センサ
２０Ｂ 第２の計測用超音波センサ
３０Ａ 第１のノイズキャンセル用超音波センサ
３０Ｂ 第２のノイズキャンセル用超音波センサ
５０ 受波回路
５１ 差動増幅回路（ノイズキャンセル処理部）
８０ 減圧手段
９０ 管路
Ｊ１ 管路の中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計及び流体減圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の超音波流量計としては、管路の軸方向と斜めに交差する方向で対向するように配置された１対の計測用超音波センサ間で計測用超音波を送受波して流体の流量を計測するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】松山 裕著、「実用流量測定」、第１版、財団法人省エネルギーセンター、１９９９年６月１５日、ｐ．７８，７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超音波成分を含んだノイズ（以下、「超音波ノイズ」という）の発生源を有する管路に、上述した従来の超音波流量計を設置する場合には、流体を伝搬した超音波ノイズが計測用超音波に重畳することを回避するために、超音波流量計をノイズ発生源から十分に離して配置する必要があり、配置の自由度が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ノイズ発生源を有した管路に対する配置の自由度を高めることが可能な超音波流量計及び流体減圧装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる管路の軸方向と交差した方向で対向するように１対の計測用超音波センサを配置し、それら１対の計測用超音波センサの間で計測用超音波を送受波して流体の流量を計測する超音波流量計において、管路の中心軸に対して受波側の計測用超音波センサと軸対称となる位置にノイズキャンセル用超音波センサを設け、受波側の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中にノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、受波側の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を受波側の計測用超音波センサの受波信号からキャンセルするノイズキャンセル処理部を備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、受波側の計測用超音波センサとノイズキャンセル用超音波センサとを同一仕様にしたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる管路の軸方向と交差した方向で対向するように第１と第２の計測用超音波センサを設けて、それら第１と第２の計測用超音波センサの間で計測用超音波を送受波し、流体の流れに沿った順方向における伝搬時間と、流体の流れに逆らった逆方向における伝搬時間との差に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計において、管路の中心軸に対して第１の計測用超音波センサと軸対称となる位置に第１のノイズキャンセル用超音波センサを設けると共に、管路の中心軸に対して第２の計測用超音波センサと軸対称となる位置に第２のノイズキャンセル用超音波センサを設け、第１の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中に第１のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、第１の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を第１の計測用超音波センサの受波信号からキャンセルすると共に、第２の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中に第２のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、第２の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を第２の計測用超音波センサの受波信号からキャンセルするノイズキャンセル処理部を備えたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明に係る流体減圧装置は、請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の超音波流量計と、超音波流量計に直列接続されて管路を流れる流体を減圧して送出する減圧手段とを備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１０】
［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、ノイズキャンセル用超音波センサは、管路の軸方向と斜めに交差した方向で対向するように配置された１対の計測用超音波センサのうち、管路の中心軸に対して受波側の計測用超音波センサと軸対称な位置に配置されているので、ノイズキャンセル用超音波センサが、１対の計測用超音波センサ間で送受波される計測用超音波を直接受波することを防止することができる。
【００１１】
また、管路の内面で反射した計測用超音波の反射波が、ノイズキャンセル用超音波センサにて受波されたとしても、その受波タイミングは、受波側の計測用超音波センサが送波側の計測用超音波センサから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。
【００１２】
つまり、受波側の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中にノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号は、受波側の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分である。従って、受波側の計測用超音波センサの受波信号から、計測用超音波の成分をキャンセルすることなく、超音波ノイズの成分をキャンセルすることができる。
【００１３】
これにより、超音波流量計をノイズ発生源に対して従来よりも近づけて配置することが可能となり、ノイズ発生源を有した管路に対する超音波流量計の配置の自由度を高めることが可能になる。
【００１４】
［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、ノイズキャンセル用超音波センサと受波側の計測用超音波センサとを同一仕様にしたので、これらセンサで同一の超音波ノイズのみを受波したときの出力（受波信号）のばらつきを抑えることができる。よって、受波側の計測用超音波センサの受波信号から、超音波ノイズの成分を容易にキャンセルすることができる。
【００１５】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、第１と第２の計測用超音波センサは、管路の軸方向と斜めに交差した方向で対向するように配置され、第１の計測用超音波センサと軸対称な位置に第１のノイズキャンセル用超音波センサが配置されると共に、第２の計測用超音波センサと軸対称な位置に第２のノイズキャンセル用超音波センサが配置されているので、それら第１及び第２のノイズキャンセル用超音波センサが、第１と第２の計測用超音波センサ間で送受波される計測用超音波を直接受波することを防止することができる。
【００１６】
また、管路の内面で反射した計測用超音波の反射波が、受波側となった第１の計測用超音波センサに対して軸対称な位置に配置された第１のノイズキャンセル用超音波センサにて受波されたとしても、その受波タイミングは、受波側の第１の計測用超音波センサが送波側の第２の計測用超音波センサから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。
【００１７】
同様に、管路の内面で反射した計測用超音波の反射波が、受波側となった第２の計測用超音波センサに対して軸対称な位置に配置された第２のノイズキャンセル用超音波センサにて受波されたとしても、その受波タイミングは、受波側の第２の計測用超音波センサが送波側の第１の計測用超音波センサから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。
【００１８】
つまり、第１の計測用超音波センサが受波器となった場合に、その第１の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中に第１のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号は、第１の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分である。また、第２の計測用超音波センサが受波器となった場合に、その第２の計測用超音波センサが計測用超音波を受波している期間中に第２のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号は、第２の計測用超音波センサが計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分である。従って、第１と第２の計測用超音波センサの何れが受波側になったとしても、その受波側の計測用超音波センサの受波信号から、計測用超音波の成分をキャンセルすることなく、超音波ノイズの成分をキャンセルすることができる。
【００１９】
これにより、超音波流量計をノイズ発生源に対して従来よりも近づけて配置することが可能となり、ノイズ発生源を有した管路に対する超音波流量計の配置の自由度を高めることが可能になる。
【００２０】
［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、超音波流量計を請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の構成としたことで、受波側の計測用超音波センサの受波信号から、減圧手段によって発生する超音波ノイズをキャンセルすることが可能となり、超音波流量計と減圧手段とを従来よりも接近させて配置したコンパクトな流体減圧装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波流量計が接続された管路の概念図
【図２】超音波流量計の側断面図
【図３】制御処理部のブロック図
【図４】受波回路の回路図
【図５】（Ａ）計測用超音波と超音波ノイズとが重畳した波形、（Ｂ）超音波ノイズの波形、（Ｃ）計測用超音波の波形
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。図１における符号９０は、流体（ガス又は液体）を供給するための管路であり、その管路９０内を、図示しない供給源から供給された流体が流れている。管路９０の途中には、供給源から供給された流体を所定の二次圧に減圧して送出する公知な減圧手段８０（例えば、減圧弁、ガバナ等）が備えられ、その減圧手段８０の下流側に本発明に係る超音波流量計１０が接続されている。ここで、減圧手段８０は超音波ノイズを発生する「ノイズ発生源」であり、その超音波ノイズは、管路９０内の流体を伝搬媒体とした疎密波（縦波）となって管路９０内を上流側及び下流側に直進する。なお、バルブやオリフィス等の絞り部やブロワも、超音波ノイズを発生する「ノイズ発生源」となり得る。
【００２３】
図２に示すように超音波流量計１０は計測管１１を有し、この計測管１１が管路９０の途中に接続されて管路９０の一部を構成している。本実施形態では、計測管１１を含む管路９０の内部流路が断面円形となっているが、内部流路が断面矩形であってもよい。
【００２４】
計測管１１には、その軸方向と斜めに交差した方向で対向するように同一仕様（具体的には、形状、構造、材質、特性が同一）の１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂが配設されている。以下、計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂを区別する場合は、適宜、上流側に配置された方を「上流側」又は「第１」の計測用超音波センサ２０Ａといい、下流側に配置された方を「下流側」又は「第２」の計測用超音波センサ２０Ｂという。
【００２５】
計測管１１には、計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂを固定するための１対のセンサ固定部１２，１２が形成されている。センサ固定部１２，１２は、計測管１１の軸方向の両端位置でかつ、周方向において互いに１８０度離れた２位置に設けられており、例えば、計測管１１の内壁面を陥没させて形成されている。なお、計測管１１の管壁を軸方向に対して斜めに貫通した貫通孔をセンサ固定部１２，１２としてもよい。
【００２６】
計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂは、それぞれセンサ固定部１２，１２に嵌合固定されており、これら１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの間で、計測用超音波が送受波される。１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの間における計測用超音波の伝搬経路Ｌ１と管路９０（計測管１１）の中心軸Ｊ１は所定角度θ１で斜めに交差しており、計測用超音波は、計測管１１の内壁面で反射することなく直接、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される。そして、流体の流れに沿った順方向における計測用超音波の伝搬時間と、流れに逆らった逆方向における計測用超音波の伝搬時間との差に基づいて、計測管１１を通過する流体の流量が計測可能となっている。
【００２７】
ところで、計測管１１には、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂとは別に、１対のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂが備えられている。このうち第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、管路９０（計測管１１）の中心軸Ｊ１に対して第１の計測用超音波センサ２０Ａと軸対称な位置に配置され、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、管路９０（計測管１１）の中心軸Ｊ１に対して第２の計測用超音波センサ２０Ｂと軸対称な位置に配置されている。
【００２８】
計測管１１に対するノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂの固定構造は、計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの固定構造と同じである。即ち、ノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂは、計測管１１の内壁面を陥没させた１対のセンサ固定部１３，１３に嵌合固定されて、管路９０の軸方向と斜めに交差した方向で対向するように（詳細には、ノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂを結ぶ線分と計測管１１の中心軸Ｊ１とが所定角度θ１で斜めに交差するように）配置されている。
【００２９】
上記のような配置としたことで、中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置関係にある第１の計測用超音波センサ２０Ａと第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、ノイズ発生源である減圧手段８０からの距離が等しくなり、第２計測用超音波センサ２０Ｂと第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、減圧手段８０からの距離が等しくなる。また、１対のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂは、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される計測用超音波の指向性の範囲から完全に外れるので、計測用超音波を直接受波することを防止することができる。
【００３０】
中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置関係にある第１の計測用超音波センサ２０Ａと第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａとは同一仕様（具体的には、形状、構造、材質、特性が同一）であり、第２の計測用超音波センサ２０Ｂと第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂとは同一仕様となっている。ここで、上記したように１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂは同一仕様であるので、本実施形態では、計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂとノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂの４つ全てが同一仕様となっている。
【００３１】
図３には、超音波流量計１０における制御処理部４０（図１参照）の詳細が示されている。同図を参照しつつ、本実施形態の超音波流量計１０の動作について説明する。
【００３２】
コントロール部４１は、送受切替スイッチ４２，４３を制御して、まずは図３に示すように、上流側の計測用超音波センサ２０Ａを送波回路４４に接続しかつ、下流側の計測用超音波センサ２０Ｂを受波回路５０に接続した状態にしてから、送波回路４４及びクロックカウンタ４５に送波指令信号ａを出力する。すると、送波回路４４が上流側の計測用超音波センサ２０Ａを駆動し、計測用超音波が上流側の計測用超音波センサ２０Ａから下流側の計測用超音波センサ２０Ｂに向けて発信されると同時に、クロックカウンタ４５が基準クロック発生部４７から入力したクロックパルスｂに基づいて時間計測を開始する。
【００３３】
上流側の計測用超音波センサ２０Ａから発信された計測用超音波は、管路９０を斜めに横切って下流側の計測用超音波センサ２０Ｂにて直接受波される。計測用超音波センサ２０Ｂにて受波された超音波は電気信号に変換されて受波回路５０に入力し、受波回路５０は受波信号ｃを受信波検知部４６に出力する。受信波検知部４６は、受波信号ｃを検知（詳細には、受波信号ｃにおける特定番目の波、例えば第３波のゼロクロスポイントを検知）すると受信波検知信号ｄをクロックカウンタ４５に出力する。受信波検知信号ｄの入力によってクロックカウンタ４５はカウントを停止して、そのカウント値（即ち、超音波の伝搬時間）をコントロール部４１に出力し、０リセットされる。
【００３４】
コントロール部４１にカウント値が入力すると、送波回路４４は、上流側の計測用超音波センサ２０Ａを駆動停止し、次にコントロール部４１から出力される送波指令信号ａの待ち状態になる。また、この間にコントロール部４１が送受切替スイッチ４２，４３を駆動し、送波回路４４を下流側の計測用超音波センサ２０Ｂに接続し、受波回路５０を上流側の計測用超音波センサ２０Ａに接続する。
【００３５】
その後、コントロール部４１は、送波回路４４に送波指令信号ａを出力する。これにより、今度は、計測用超音波の送波方向を逆向きにして上記と同様の処理が行われる。そして、コントロール部４１において、流体の流れに対する順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ４５のカウント値の逆数差（伝搬時間の逆数差）が求められ、これに基づいて計測管１１を流れる流体の流速が算出される。また、この流速に、計測管１１の断面積を乗じて流量が算出される。
【００３６】
ところで本実施形態では、１対のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂがコントロール部４１の制御によって選択的に受波回路５０に接続される。例えば、下流側の第２の計測用超音波センサ２０Ｂから上流側の第１の計測用超音波センサ２０Ａに向けて超音波を送波するとき、コントロール部４１は、センサ切替スイッチ４８を駆動して、第１の計測用超音波センサ２０Ａと中心軸Ｊ１に対して軸対称の位置にある第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａを受波回路５０に接続する。このとき、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは受波回路５０から切り離される。そして、受波回路５０に接続された第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、第１（受波側）の計測用超音波センサ２０Ａが計測用超音波を受波している期間中、超音波を受波する。
【００３７】
このとき、第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される計測用超音波を直接受波することはない。仮に、計測管１１の内壁面で反射した計測用超音波の反射波が、第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａにて受波されたとしても、その受波タイミングは、第１（受波側）の計測用超音波センサ２０Ａが第２（送波側）の計測用超音波センサ２０Ｂから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。つまり、第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、第１（受波側）の計測用超音波センサ２０Ａが計測用超音波と共に受波する超音波ノイズを選択的に受波することになる。
【００３８】
上流側の第１の計測用超音波センサ２０Ａから下流側の第２の計測用超音波センサ２０Ｂに向けて超音波を送波する場合もこれと同様である。即ち、第２の計測用超音波センサ２０Ｂが受波回路５０に接続されると、その第２（受波側）の計測用超音波センサ２０Ｂと軸対称の位置関係にある第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂも受波回路５０に接続される。このとき、第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａは、受波回路５０から切り離される。そして、受波回路５０に接続された第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、第２（受波側）の計測用超音波センサ２０Ｂが計測用超音波を受波している期間中、超音波を受波する。
【００３９】
また、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される計測用超音波を、直接受波することはない。仮に、計測管１１の内壁面で反射した計測用超音波の反射波が、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂにて受波されたとしても、その受波タイミングは、第２（受波側）の計測用超音波センサ２０Ｂが第１（送波側）の計測用超音波センサ２０Ａから直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。つまり、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂは、第２（受波側）の計測用超音波センサ２０Ｂが計測用超音波と共に受波する超音波ノイズを選択的に受波することになる。
【００４０】
図４には受波回路５０が詳細に示されている。受波回路５０は、差動増幅回路５１と反転増幅回路５２とから構成され、差動増幅回路５１の出力端子が、反転増幅回路５２の反転入力端子に接続されている。差動増幅回路５１の反転入力端子には、計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）が超音波を受波して出力する受波信号（以下、「計測用受波信号」という）が入力し、差動増幅回路５１の非反転入力端子には、ノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）が超音波を受波して出力する受波信号（以下、「ノイズ受波信号」という）が入力する。
【００４１】
ここで、差動増幅回路５１の反転入力端子に入力する計測用受波信号（図５（Ａ）参照）は、送波側の計測用超音波センサ２０Ｂ（２０Ａ）が発信した計測用超音波（図５（Ｃ）参照）の成分と、減圧手段８０で発生した超音波ノイズ（図５（Ｂ）参照）の成分とが重畳した信号となる。これに対し、差動増幅回路５１の非反転入力端子に入力するノイズ受波信号は、受波側の計測用超音波センサ２０Ｂ（２０Ａ）が計測用超音波を受波している期間中に、ノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂ（３０Ａ）が超音波ノイズ（図５（Ｂ）参照）を選択的に受波して出力した信号なので、差動増幅回路５１は、計測用超音波の成分と超音波ノイズの成分とを含む計測用受波信号から、超音波ノイズの成分だけをキャンセルして出力する。そして、ノイズキャンセルされた信号は、反転増幅回路５２にて所定のゲインで増幅された後、受波信号ｃとして受信波検知部４６に出力される（図３参照）。なお、差動増幅回路５１は、本発明の「ノイズキャンセル処理部」に相当する。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、第１と第２の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂは、管路９０の軸方向と斜めに交差した方向で対向するように配置されており、管路９０の中心軸Ｊ１に対して第１の計測用超音波センサ２０Ａと軸対称な位置に第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａが配置され、中心軸Ｊ１に対して第２の計測用超音波センサ２０Ｂと軸対称な位置に第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂが配置されているので、それら第１と第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ，３０Ｂが、第１と第２の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂ間で送受波される計測用超音波を直接受波することを防止することができる。
【００４３】
仮に、管路９０の内面で反射した計測用超音波の反射波が、受波側の計測超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）と軸対称な位置に配置されたノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）にて受波されたとしても、その受波タイミングは、受波側の計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）が送波側の計測用超音波センサ２０Ｂ（２０Ａ）から直接、計測用超音波を受波している期間よりも遅くなる。
【００４４】
つまり、受波側の計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）が計測用超音波を受波している期間中に、その計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）と軸対称な位置に配置されたノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）が超音波を受波して出力する受波信号は、受波側の計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）が計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分である。従って、受波側の計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）の受波信号から、計測用超音波の成分をキャンセルすることなく、超音波ノイズの成分をキャンセルすることができる。
【００４５】
これにより、超音波流量計１０をノイズ発生源（減圧手段８０）に対して従来よりも近づけて配置することが可能となり、ノイズ発生源を有した管路９０に対する超音波流量計１０の配置の自由度を高めることが可能になる。
【００４６】
また、中心軸Ｊ１に対して軸対称の位置に配置された第１のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａと第１の計測用超音波センサ２０Ａとを同一仕様とし、第２のノイズキャンセル用超音波センサ３０Ｂと第２の計測用超音波センサ２０Ｂとを同一仕様としたので、中心軸Ｊ１に対して軸対称の位置に配置された計測用超音波センサとノイズキャンセル用超音波センサとで同一の超音波ノイズのみを受波したときの出力（受波信号）のばらつきを抑えることができる。よって、受波側の計測用超音波センサの受波信号から、超音波ノイズの成分を容易にキャンセルすることができる。
【００４７】
さらに、減圧手段８０（例えば、ガバナ）と超音波流量計とを直列接続して、例えば、超音波流量計により計測された流速に基づいて減圧手段８０を駆動制御するようにした流体減圧装置を製造する場合に、本実施形態の超音波流量計１０を採用すれば、超音波流量計１０と減圧手段８０とを従来よりも接近させて配置したコンパクトな流体減圧装置を提供することが可能となる。
【００４８】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４９】
（１）上記実施形態では、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの間で計測用超音波を相互に送受波して流量を計測するように構成されていたが、高精度な流量計測が要求されない場合には、１対の計測用超音波センサ２０Ａ，２０Ｂの一方を送波専用、他方を受波専用にして、一方向でのみ計測用超音波を送受波して流量を計測するようにしてもよい。この場合には、受波専用の計測用超音波センサと中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置にのみノイズキャンセル用超音波センサを配置すればよい。
【００５０】
（２）上記実施形態において、超音波流量計１０はノイズ発生源（減圧手段８０）の下流側に配置されていたが、ノイズ発生源の上流側に配置した場合でも上記実施形態と同等の効果を奏する。
【００５１】
（３）上記実施形態では、管路９０の中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置に配置された計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）とノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）とを同一仕様としていたが、これら同一仕様のセンサ間の個体差を原因とする出力（受波信号）のばらつきを補正するための補正手段を設けてもよい。
【００５２】
（４）さらに、上記補正手段により、センサの仕様の差異を原因とする出力（受波信号）のばらつきを補正可能とした場合は、管路９０の中心軸Ｊ１に対して軸対称な位置に配置された計測用超音波センサ２０Ａ（２０Ｂ）とノイズキャンセル用超音波センサ３０Ａ（３０Ｂ）の仕様の一部が異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 超音波流量計
１１ 計測管
２０Ａ 第１の計測用超音波センサ
２０Ｂ 第２の計測用超音波センサ
３０Ａ 第１のノイズキャンセル用超音波センサ
３０Ｂ 第２のノイズキャンセル用超音波センサ
５０ 受波回路
５１ 差動増幅回路（ノイズキャンセル処理部）
８０ 減圧手段
９０ 管路
Ｊ１ 管路の中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる管路の軸方向と交差した方向で対向するように１対の計測用超音波センサを配置し、それら１対の計測用超音波センサの間で計測用超音波を送受波して前記流体の流量を計測する超音波流量計において、
前記管路の中心軸に対して受波側の前記計測用超音波センサと軸対称となる位置にノイズキャンセル用超音波センサを設け、
前記受波側の計測用超音波センサが前記計測用超音波を受波している期間中に前記ノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、前記受波側の計測用超音波センサが前記計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を前記受波側の計測用超音波センサの前記受波信号からキャンセルするノイズキャンセル処理部を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記受波側の計測用超音波センサと前記ノイズキャンセル用超音波センサとを同一仕様にしたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
流体が流れる管路の軸方向と交差した方向で対向するように第１と第２の計測用超音波センサを設けて、それら第１と第２の計測用超音波センサの間で計測用超音波を送受波し、前記流体の流れに沿った順方向における伝搬時間と、前記流体の流れに逆らった逆方向における伝搬時間との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いて、
前記管路の中心軸に対して前記第１の計測用超音波センサと軸対称となる位置に第１のノイズキャンセル用超音波センサを設けると共に、前記管路の中心軸に対して前記第２の計測用超音波センサと軸対称となる位置に第２のノイズキャンセル用超音波センサを設け、
前記第１の計測用超音波センサが前記計測用超音波を受波している期間中に前記第１のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、前記第１の計測用超音波センサが前記計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を前記第１の計測用超音波センサの前記受波信号からキャンセルすると共に、前記第２の計測用超音波センサが前記計測用超音波を受波している期間中に前記第２のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、前記第２の計測用超音波センサが前記計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を前記第２の計測用超音波センサの前記受波信号からキャンセルするノイズキャンセル処理部を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の超音波流量計と、
前記超音波流量計に直列接続されて前記管路を流れる流体を減圧して送出する減圧手段とを備えたことを特徴とする流体減圧装置。
【請求項１】
流体が流れる管路の軸方向と交差した方向で対向するように１対の計測用超音波センサを配置し、それら１対の計測用超音波センサの間で計測用超音波を送受波して前記流体の流量を計測する超音波流量計において、
前記管路の中心軸に対して受波側の前記計測用超音波センサと軸対称となる位置にノイズキャンセル用超音波センサを設け、
前記受波側の計測用超音波センサが前記計測用超音波を受波している期間中に前記ノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、前記受波側の計測用超音波センサが前記計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を前記受波側の計測用超音波センサの前記受波信号からキャンセルするノイズキャンセル処理部を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記受波側の計測用超音波センサと前記ノイズキャンセル用超音波センサとを同一仕様にしたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
流体が流れる管路の軸方向と交差した方向で対向するように第１と第２の計測用超音波センサを設けて、それら第１と第２の計測用超音波センサの間で計測用超音波を送受波し、前記流体の流れに沿った順方向における伝搬時間と、前記流体の流れに逆らった逆方向における伝搬時間との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いて、
前記管路の中心軸に対して前記第１の計測用超音波センサと軸対称となる位置に第１のノイズキャンセル用超音波センサを設けると共に、前記管路の中心軸に対して前記第２の計測用超音波センサと軸対称となる位置に第２のノイズキャンセル用超音波センサを設け、
前記第１の計測用超音波センサが前記計測用超音波を受波している期間中に前記第１のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、前記第１の計測用超音波センサが前記計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を前記第１の計測用超音波センサの前記受波信号からキャンセルすると共に、前記第２の計測用超音波センサが前記計測用超音波を受波している期間中に前記第２のノイズキャンセル用超音波センサが超音波を受波して出力する受波信号を、前記第２の計測用超音波センサが前記計測用超音波と共に超音波ノイズを受波して出力する受波信号中のノイズ成分として取得し、そのノイズ成分を前記第２の計測用超音波センサの前記受波信号からキャンセルするノイズキャンセル処理部を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の超音波流量計と、
前記超音波流量計に直列接続されて前記管路を流れる流体を減圧して送出する減圧手段とを備えたことを特徴とする流体減圧装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１７３０２５（Ｐ２０１２−１７３０２５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２８５６（Ｐ２０１１−３２８５６）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【Ｆターム（参考）】
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