超音波流量計
【課題】低消費電力で高精度な計測値を得ることができる超音波流量計を提供する。
【解決手段】超音波を発生させる駆動部５と、超音波の受信信号のゼロクロス点を受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部７と、一対の超音波振動子２，３間の超音波の伝搬時間を計測する計時部８と、計測された伝搬時間に基づいて流路における流量を算出する演算部９とを備え、計時部８は、超音波の送信により基準クロックのカウントを開始し、受信ポイント信号の出力により停止するカウンタ１５と、受信ポイント信号が入力される遅延部１３と、遅延部の各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持するエンコーダ１６とを備え、演算部９は、カウンタの内容をエンコーダに記録された時系列データで補正して伝搬時間を算出し、これに基づいて流路における流量を計測する。
【解決手段】超音波を発生させる駆動部５と、超音波の受信信号のゼロクロス点を受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部７と、一対の超音波振動子２，３間の超音波の伝搬時間を計測する計時部８と、計測された伝搬時間に基づいて流路における流量を算出する演算部９とを備え、計時部８は、超音波の送信により基準クロックのカウントを開始し、受信ポイント信号の出力により停止するカウンタ１５と、受信ポイント信号が入力される遅延部１３と、遅延部の各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持するエンコーダ１６とを備え、演算部９は、カウンタの内容をエンコーダに記録された時系列データで補正して伝搬時間を算出し、これに基づいて流路における流量を計測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用してガス等の流体の流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスや水といった流体の流量を、超音波を用いて計測する超音波流量計が知られている。図２０は従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【０００３】
この超音波流量計は、流量計管路１の内部に配置された第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３、切替部４、駆動部５、増幅部６、ゼロクロス検出部７、カウンタ８０、演算部９、制御部１０並びに基準クロック発振回路１１から構成されている。
【０００４】
第１超音波振動子２は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第１超音波振動子２で発生された超音波は、第２超音波振動子３で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
【０００５】
同様に、第２超音波振動子３は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第２超音波振動子３で発生された超音波は、第１超音波振動子２で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
【０００６】
切替部４は、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３の何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、切替部４は、制御部１０からの指示に応答して、駆動部５からの駆動信号を第１超音波振動子２に送るか第２超音波振動子３に送るかを切り替えると共に、前者の場合は、第２超音波振動子３からの受信信号を増幅部６に送り、後者の場合は、第１超音波振動子２からの受信信号を増幅部６に送るように切り替える。
【０００７】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して、送信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３に送る。駆動信号は、基準クロック発振回路１１で発生される基準クロックに同期して生成される。
【０００８】
増幅部６は、受信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３から切替部４を経由して送られてくる受信信号を増幅する。この増幅部６で増幅された受信信号は、ゼロクロス検出部７に送られる。
【０００９】
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から送られてくる受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出する。このゼロクロス検出部７で検出された特定番目のゼロクロス点を表す受信ポイント信号は、制御部１０に送られる。
【００１０】
カウンタ８０は、基準クロック発振回路１１からの基準クロックに同期してカウントアップする。このカウンタ８は、制御部１０からのスタート（ＳＴＡＲＴ）信号に応じてカウントアップを開始し、ストップ（ＳＴＯＰ）信号に応じてカウントアップを停止する。これにより、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子に到達するまでの伝搬時間が計測される。このカウンタ８０でカウントされた伝搬時間は、演算部９に送られる。
【００１１】
演算部９は、制御部１０からの指示に応答して、カウンタ８０から超音波の伝搬時間を読み出し、この読み出した伝搬時間に基づいて流量及び流速を計算する。
【００１２】
制御部１０は、超音波流量計の全体を制御する。例えば、上述したように、切替部４に対する切替の指示、駆動部５に対する駆動信号生成の指示、カウンタ８０のカウントアップ動作の開始及び停止の指示、演算部９に対する演算開始の指示等を行う。
【００１３】
基準クロック発生回路１１は、この超音波流量計で使用される基準クロックを生成する。この基準クロック発生回路１１で発生された基準クロックは、図示は省略するが、駆動部５、カウンタ８０及び制御部１０に送られる。
【００１４】
次に、このように構成される従来の超音波流量計の動作を説明する。まず、制御部１０は、第１超音波振動子２を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部４に送ると共に、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。同時に、制御部１０は、カウンタ８０にスタート信号を送ってカウントアップを開始させる。
【００１５】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第１超音波振動子２に送る。これにより、第１超音波振動子２が振動し、流量計管路１内の流体の流れ方向に超音波を発生する。第１超音波振動子２で発生された超音波は第２超音波振動子３で受信される。
【００１６】
第２超音波振動子３は、第１超音波振動子２から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点（例えば３番目のゼロクロス点）を検出し、その旨を表す受信ポイント信号を生成して制御部１０に送る。
【００１７】
制御部１０は、ゼロクロス検出部７から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。制御部１０は、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、カウンタ８０にストップ信号を送ってカウントアップ動作を停止させる。これにより、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間がカウンタ８０に残されて測定が終了する。
【００１８】
次に、制御部１０は、第２超音波振動子３を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部４に送ると共に、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。更に、制御部１０は、カウンタ８にスタート信号を送ってカウントアップを開始させる。
【００１９】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第２超音波振動子３に送る。これにより、第２超音波振動子３が振動し、流量計管路１内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第２超音波振動子３で発生された超音波は第１超音波振動子２で受信される。
【００２０】
第１超音波振動子２は、第２超音波振動子３から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定のゼロクロス点（例えば３番目のゼロクロス点）を検出し、その旨を表す受信ポイント信号を生成して制御部１０に送る。
【００２１】
制御部１０は、ゼロクロス検出部７から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。制御部１０は、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、カウンタ８０にストップ信号を送ってカウントアップ動作を停止させる。これにより、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間がカウンタ８０に残されて測定が終了する。
【００２２】
次に、制御部１０は、演算部９に演算開始を指示する。演算部９は、制御部１０からの指示に応答して、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路１の内部を流れる流量を算出する。
【００２３】
なお、関連する技術として、特許文献１は、低消費電力で計測を行う流量計測装置を開示している。この流量計測装置は、流体管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、振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し開始時に低周波発振器の信号をカウントする第１計時手段とが設けられている。さらに第１計時手段の設定時間後に高周波発振器の信号をカウントを開始し繰り返し終了時に停止する第２計時手段と、第１計時手段と第２計時手段から総時間を算出し、それぞれの総時間の差から流量を求める流量演算手段とが設けられている。これによって、必要なときのみ高周波数のカウントを行うので、高い分解能の計測値を低消費電力で行うことができる。
【００２４】
また、特許文献２は、超音波の伝搬時間を計測する基準クロックの周波数をそれ程高くしないで伝搬時間の計測制度をあげるとともに、電池駆動を実現できる超音波流量計を開示している。この超音波流量計は、送信パルスから受信波の第３波のゼロクロスポイントａまでの伝搬時間を補間法で精度よく求める。ゼロクロスポイントａの直前の基準クロックｎの時点、即ちｂ点での受信波のレベル−Ｖ１を求める。ａの直後の基準クロックｎ＋１の時点、即ち、ｃ点での受信波のレベルＶ２を求める。ｎと−Ｖ１及びｎ＋１とＶ２を用い、ｂ点とｃ点を直線補間して、ゼロクロスポイントａまでの伝搬遅延時間ｔをマイコンで演算して算出する。算出した伝搬時間に基づいて流速や流量を求める。
【特許文献１】特開平９−３０４１３９号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上述した従来の超音波流量計においては、計測中はクロックとカウンタが常時作動しており、計測精度を上げるためには基準クロックを高速にするか、計測の繰り返し回数を増やす必要がある。従って、計測精度を上げようとすると消費電力が大きくなるという問題がある。
【００２６】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その目的は、低消費電力で高精度な計測値を得ることができる超音波流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を達成するために、第１の発明は、流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、駆動部で駆動された送信側の超音波振動子において発生された超音波を受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間をゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、計時部で計測された伝搬時間に基づいて流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、計時部は、送信側の超音波振動子が駆動されることにより基準クロックのカウントを開始し、ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、各々が基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期より長くなるように直列に接続されており、ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、遅延部の各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号保持部とを備え、演算部は、カウンタの内容を信号保持部に記録された時系列データで補正することにより伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて流路における流量を計測することを特徴とする。
【００２８】
また、第２の発明は、流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、駆動部で駆動された送信側の超音波振動子において発生された超音波を受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が出力されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定する測定部と、測定部で測定された受信信号の大きさに基づき測定期間における受信信号の重心を計算する重心計算部と、重心計算部で計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求める演算部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
第１の発明によれば、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子で受信されて受信ポイント信号が発生されるまでの間の基準クロックをカウンタで計数し、受信ポイント信号が発生された後は、受信ポイント信号が基準クロックより小さい遅延時間を有する遅延素子を複数直列に並べた遅延部により受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを取得し、このデータを元に受信ポイント信号が変化した時刻を求め、カウンタの内容を補正する補正することにより、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を測定するように構成したので、基準クロックより細かい時間分解能で伝搬時間を測定することができる。また、信号記録部に記録された時系列データに対してノイズ補正をかけることで、受信ポイント信号にノイズが乗っても正確な信号位置を検出することができる。従って、基準クロックの周波数を上げることなく伝搬時間の時間分解能を向上させることができる。また、基準クロックの周波数を上げる必要がないので、消費電力を低く抑えることができる。
【００３０】
また、第２の発明によれば、受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が信号されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定し、測定された受信信号の大きさに基づき前記測定期間における受信信号の重心を計算し、計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求めるように構成したので、クロック周波数を上げることなく、時間分解能を向上させることができる。また、測定部としてＡ／Ｄコンバータを用いた場合、Ａ／Ｄコンバータは受信信号の半周期だけ動作させればよいので、計測全体からみれば消費電力を小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、従来の超音波流量計と同一又は相当する構成部分には従来と同一の符号を付して説明する。また、以下で説明する各実施例において、同一又は相当する構成部分には同一の符号を付して説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は本発明の実施例１に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。この超音波流量計は、流量計管路１の内部に配置された第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３、切替部４、駆動部５、増幅部６、ゼロクロス検出部７、計時部８、演算部９、制御部１０並びに基準クロック発振回路１１から構成されている。
【００３３】
第１超音波振動子２は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第１超音波振動子２で発生された超音波は、第２超音波振動子３で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
【００３４】
同様に、第２超音波振動子３は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第２超音波振動子３で発生された超音波は、第１超音波振動子２で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
【００３５】
切替部４は、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３の何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、切替部４は、制御部１０からの指示に応答して、駆動部５からの駆動信号を第１超音波振動子２に送るか第２超音波振動子３に送るかを切り替えると共に、前者の場合は、第２超音波振動子３からの受信信号を増幅部６に送り、後者の場合は、第１超音波振動子２からの受信信号を増幅部６に送るように切り替える。
【００３６】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して、送信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３に送る。駆動信号は、基準クロック発振回路１１で発生される基準クロックに同期して生成される。従って、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３は、基準クロックに同期して駆動されることになる。
【００３７】
増幅部６は、受信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３から切替部４を経由して送られてくる受信信号を増幅する。この増幅部６で増幅された受信信号は、ゼロクロス検出部７に送られる。
【００３８】
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から送られてくる受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出する。このゼロクロス検出部７で検出された特定番目のゼロクロス点を表す受信ポイント信号は、計時部８及び制御部１０に送られる。
【００３９】
計時部８は、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子に到達するまでの伝搬時間を計測する。この計時部８の詳細は後述する。この計時部８で計測された伝搬時間は、演算部９に送られる。
【００４０】
演算部９は、制御部１０からの指示に応答して、計時部８から超音波の伝搬時間を読み出し、この読み出した伝搬時間に基づいて流量及び流速を計算する。
【００４１】
制御部１０は、超音波流量計の全体を制御する。例えば、上述したように、切替部４に対する切替の指示、駆動部５に対する駆動信号生成の指示、計時部８の動作の開始及び停止許可の指示、演算部９に対する演算開始の指示等を行う。
【００４２】
基準クロック発生回路１１は、この超音波流量計で使用される基準クロックを生成する。この基準クロック発生回路１１で発生された基準クロックは、図示は省略するが、駆動部５、計時部８及び制御部１０に送られる。
【００４３】
次に、計時部８の詳細を説明する。図２は計時部８の構成を示すブロック図である。計時部８は、遅延部１３、データレジスタ１４、カウンタ１５及びエンコーダ１６から構成されている。
【００４４】
遅延部１３は、ｎ−１個（ｎは２以上の正の整数）の遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｎ−１が直列に接続されて構成されている。遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｎ−１の各々は、基準クロックの周期の１／ｎの遅延時間を有する。従って、全遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｎ−１による総遅延時間が基準クロックに等しくなっている。また、初段の遅延素子ＤＬ１には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。
【００４５】
初段の遅延素子ＤＬ１の入力信号（受信ポイント信号に等しい）及び各遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｎ−１の出力信号は、データＤ０〜Ｄｎ−１としてデータレジスタ１４に送られる。
【００４６】
データレジスタ１４は、ｎ個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ０〜Ｄｎ−１を記憶する。このデータレジスタ１４の初段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ストップ信号（以下、「ＳＴＯＰ信号」という）としてカウンタ１５に送られる。また、２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｎ−１はエンコーダ１６に送られる。
【００４７】
カウンタ１５は、制御部１０からのスタート信号（以下、「ＳＴＡＲＴ信号」という）により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からストップ許可信号（以下、「ＳＴＯＰ許可信号」という）が供給されており且つデータレジスタ１４からＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ１５の内容は、上位データとして演算部９に送られる。
【００４８】
エンコーダ１６は、本発明の信号記録部に対応し、データレジスタ１４の出力Ｑ１〜Ｑｎ−１をエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、エンコーダ１６は、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ１６の出力は、下位データとして演算部９に送られる。
【００４９】
次に、本発明の実施例１に係る超音波流量計の動作を、図３に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００５０】
まず、制御部１０は、第１超音波振動子２を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部４に送ると共に、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。また、制御部１０は、カウンタ１５にＳＴＡＲＴ信号を送る。これにより、カウンタ１５は、基準クロックが入力される毎にカウントアップが行われる状態になる。更に、制御部１０は、ＳＴＯＰ許可信号をディセイブルにする。これにより、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルにされるまで、データレジスタ１４からカウンタ１５にＳＴＯＰ信号が送られてきても、カウンタ１５のカウントアップ動作は停止しない。
【００５１】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第１超音波振動子２に送る。これにより、第１超音波振動子２が振動し、流量計管路１内の流体の流れ方向に超音波を発生する。この第１超音波振動子２で発生された超音波は第２超音波振動子３で受信される。
【００５２】
第２超音波振動子３は、第１超音波振動子２から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点（例えば３番目のゼロクロス点）を検出すると、その旨を表す受信ポイント信号を計時部８及び制御部１０に送る。
【００５３】
計時部８は、受信ポイント信号に応じてＳＴＯＰ信号を生成するが、ＳＴＯＰ許可信号がディセイブルにされているため、カウンタ１５のカウントアップ動作は停止されない。また、受信ポイント信号が遅延部１３を通過することによりエンコーダ１６から何らかの値が出力されるが、この値は使用されない。
【００５４】
一方、制御部１０は、ゼロクロス検出部７から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。従って、この繰り返しの間は、カウンタ１５の内容のカウントアップのみが行われる。
【００５５】
制御部１０は、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、ストップ許可信号をイネーブルにする。そして、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。駆動部５は、上述したように、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第１超音波振動子２に送る。これにより、第１超音波振動子２が振動し、流量計管路１内の流体の流れ方向に超音波を発生する。この第１超音波振動子２で発生された超音波は第２超音波振動子３で受信される。
【００５６】
第２超音波振動子３は、第１超音波振動子２から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図３（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ１に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図３（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ１の終わりでカウンタ１５の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ１５の内容は、カウント値Ｎ−２からカウント値Ｎ−１に変化する。
【００５７】
一方、ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図３（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ２に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部８及び制御部１０に送る。計時部８では、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が遅延部１３に入力される。遅延部１３は、図３（Ｃ）〜図３（Ｆ）に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ、Ｄｉ＋１、…を出力する。図３に示した例では、データＤ１〜Ｄｉ（ｉは正の整数でｉ≦ｎである）が基準クロック周期ＣＫ２内で変化し、データＤｉ＋１以降が次の基準クロック周期ＣＫ３内で変化する状態を示している。
【００５８】
基準クロック周期ＣＫ３になると、図３（Ｂ）に示すように、カウンタ１５の内容がカウント値Ｎ−１からカウント値Ｎに変化すると共に、その先頭で、遅延部１３から出力されるデータＤ０〜Ｄｎ−１がデータレジスタ１４に取り込まれる。これにより、データレジスタ１４の初段のフリップフロップの出力Ｑ０がＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に供給される。この時点では、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルであるため、ＳＴＯＰ信号に応じてカウンタ１５のカウントアップ動作は停止される。従って、図３（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ３以降は、カウンタ１５はカウント値Ｎを維持し続ける。
【００５９】
また、基準クロック周期ＣＫ３では、データレジスタ１４の２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｎ−１がエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、図４に示すように、入力されるデータＱ１〜Ｑｎ−１に対して０〜ｎ−１の値を出力する。換言すれば、エンコーダ１６は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図３に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２の期間内で変化している（遅延素子を通過した）ので、図３（Ｇ）に示すように、エンコーダ１６は、下位データとして「ｉ」を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｉ」は、演算部９に送られる。
【００６０】
演算部９は、下記式（１）に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出し、内部に保持する。
【００６１】
伝搬時間Ｔｐ＝｛Ｎ−（ｉ／ｎ）｝×Ｔ…（１）
ここで、Ｔは基準クロック周期である。
【００６２】
次に、制御部１０は、第２超音波振動子３を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部４に送ると共に、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。また、制御部１０は、カウンタ１５にＳＴＡＲＴ信号を送る。これにより、カウンタ１５は、再び、基準クロックが入力される毎にカウントアップが行われる状態になる。更に、制御部１０は、ＳＴＯＰ許可信号をディセイブルにする。これにより、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルにされるまで、データレジスタ１４からカウンタ１５にＳＴＯＰ信号が送られてきても、カウンタ１５のカウントアップ動作は停止しない。
【００６３】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第２超音波振動子３に送る。これにより、第２超音波振動子３が振動し、流量計管路１内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第２超音波振動子３で発生された超音波は第１超音波振動子２で受信される。
【００６４】
第１超音波振動子２は、第２超音波振動子３から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点（例えば３番目のゼロクロス点）を検出すると、その旨を表す受信ポイント信号を計時部８及び制御部１０に送る。
【００６５】
計時部８は、受信ポイント信号に応じてＳＴＯＰ信号を生成するが、ＳＴＯＰ許可信号がディセイブルにされているため、カウンタ１５のカウントアップ動作は停止されない。また、受信ポイント信号が遅延部１３を通過することによりエンコーダ１６から何らかの値が出力されるが、この値は使用されない。
【００６６】
一方、制御部１０は、ゼロクロス検出部７から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。従って、この繰り返しの間は、カウンタ１５の内容のカウントアップのみが行われる。
【００６７】
制御部１０は、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、ストップ許可信号をイネーブルにする。そして、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。駆動部５は、上述したように、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第２超音波振動子３に送る。これにより、第２超音波振動子３が振動し、流量計管路１内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第２超音波振動子３で発生された超音波は第１超音波振動子２で受信される。
【００６８】
第１超音波振動子２は、第２超音波振動子３から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。以下、上述した流体の流れ方向の超音波の伝搬時間を算出する手順と同じ手順で、流体の流れと逆方向の超音波の伝搬時間が算出される。
【００６９】
次に、演算部９は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路１の内部を流れる流量を算出する。
【００７０】
以上説明したように、実施例１に係る超音波流量計によれば、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子で受信されて受信ポイント信号が発生されるまでの間の基準クロックをカウンタ１５で計数し、受信ポイント信号が発生された後は、該受信ポイント信号が基準クロックより小さい遅延時間を有する遅延素子を複数直列に並べた遅延部１３により受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを取得し、このデータを元に受信ポイント信号が変化した時刻を求め、カウンタ１５の内容をエンコーダ１６の出力で補正することにより、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を計測するように構成したので、基準クロックより細かい時間分解能で伝搬時間を測定することができる。従って、基準クロックの周波数を上げることなく、伝搬時間の時間分解能を向上させることができる。また、基準クロックの周波数を上げる必要がないので、消費電力を低く抑えることができる。
【実施例２】
【００７１】
本発明の実施例２に係る超音波流量計は、伝搬時間を算出する毎に、１基準クロック周期の期間中に受信ポイント信号が何段の遅延素子を通ったかを測定し、遅延素子が有する遅延時間の変動を補正することを特徴とする。
【００７２】
図５は本発明の実施例２に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図１に示した実施例１の構成と同じであるのでその説明を省略する。
【００７３】
本発明の実施例２に係る超音波流量計の計時部８ａは、遅延部１３ａ、データレジスタ１４ａ、カウンタ１５、エンコーダ１６、データレジスタ１７及び引算部１８から構成されている。データレジスタ１７は、本発明の記憶部に対応する。
【００７４】
遅延部１３ａは、２ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ２ｍが直列に接続されて構成されている。遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ２ｍの各々は、基準クロックの周期の１／ｍ以上の遅延時間を有する。従って、全遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ２ｍによる総遅延時間は基準クロックの２倍以上になっている。また、初段の遅延素子ＤＬ１には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。
【００７５】
初段の遅延素子ＤＬ１の入力信号（受信ポイント信号に等しい）及び各遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ２ｍの出力信号は、データＤ０〜Ｄ２ｍとしてデータレジスタ１４ａに送られる。
【００７６】
データレジスタ１４ａは、２ｍ＋１個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ０〜Ｄ２ｍを記憶する。このデータレジスタ１４ａの初段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に送られる。また、２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑ２ｍはエンコーダ１６に送られる。
【００７７】
カウンタ１５は、制御部１０からのＳＴＡＲＴ信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からＳＴＯＰ許可信号が供給されており且つデータレジスタ１４ａからＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ１５の内容は、上位データとして演算部９に送られる。
【００７８】
エンコーダ１６は、データレジスタ１４ａの出力Ｑ１〜Ｑ２ｍをエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ１６の出力は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【００７９】
データレジスタ１７は、複数（エンコーダ１６から出力される値を記憶可能な数）のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してエンコーダ１６の出力を記憶する。このデータレジスタ１７の出力は、引算部１８に送られると共に、下位データとして演算部９に送られる。
【００８０】
引算部１８は、エンコーダ１６の出力からデータレジスタ１７の出力を減算し、補正データとして演算部９に送る。補正データは、１基準クロック周期の間に受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を表している。
【００８１】
次に、本発明の実施例２に係る超音波流量計の動作を、図６に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００８２】
制御部１０が、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取って第１超音波振動子２を駆動し、この駆動により第２超音波振動子３で生成された受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送るまでの動作は、上述した実施例１に係る超音波流量計の動作と同じである。
【００８３】
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図６（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ１に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図６（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ１の終わりでカウンタ１５の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ１５の内容は、カウント値Ｎ−２からカウント値Ｎ−１に変化する。
【００８４】
一方、ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図６（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ２に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部８ａ及び制御部１０に送る。計時部８ａでは、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が遅延部１３ａに入力される。遅延部１３ａは、図６（Ｃ）〜図６（Ｈ）に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ、Ｄｉ＋１、…、Ｄｉ＋ｎ、Ｄｉ＋ｎ＋１、…（ｉ及びｎは正の整数でｉ、ｎ≦ｍである）を出力する。図６に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２内で変化し、データＤｉ＋１〜Ｄｉ＋ｎが次の基準クロック周期ＣＫ３内で変化し、データＤｉ＋ｎ＋１以降が更に次の基準クロック周期ＣＫ４内で変化する状態を示している。
【００８５】
基準クロック周期ＣＫ３になると、図６（Ｂ）に示すように、カウンタ１５の内容がカウント値Ｎ−１からカウント値Ｎに変化すると共に、その先頭で、遅延部１３ａから出力されるデータＤ０〜Ｄ２ｍがデータレジスタ１４ａに取り込まれる。これにより、データレジスタ１４ａの初段のフリップフロップの出力Ｑ０がＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に供給される。この時点では、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルであるため、ＳＴＯＰ信号に応じてカウンタ１５のカウントアップ動作は停止される。従って、図６（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ３以降は、カウンタ１５はカウント値Ｎを維持し続ける。
【００８６】
また、次の基準クロック周期ＣＫ３では、データレジスタ１４ａの２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑ２ｍがエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図６に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２の期間内で変化している（遅延素子を通過した）ので、図６（Ｋ）に示すように、エンコーダ１６は、「ｉ」を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｉ」は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【００８７】
更に、次の基準クロック周期ＣＫ４の先頭では、図６（Ｊ）に示すように、エンコーダ１６の出力「ｉ」がデータレジスタ１４ａに取り込まれる。また、基準クロック周期ＣＫ４では、データレジスタ１４ａの２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑ２ｍがエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図６に示した例では、データＤ１〜Ｄｉ＋ｎが基準クロック周期ＣＫ２及びＣＫ３の期間内で更に変化している（遅延素子を通過した）ので、図６（Ｋ）に示すように、エンコーダ１６は、「ｊ」（ｊは正の整数でｉ＜ｊ）を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｊ」は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【００８８】
引算部１８は、エンコーダ１６の出力である「ｊ」からデータレジスタ１７の出力である「ｉ」を減算する。今、「ｎ＝ｊ−ｉ」とすると、ｎは１基準クロック周期ＣＫ３で受信ポイント信号が通過し遅延素子の段数を表しており、上述した実施例１におけるｎに等しい。この引算部１８で得られた「ｎ＝ｊ−ｉ」は、補正データとして演算部９に送られる。演算部９は、上述した式（１）に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出し、内部に保持する。
【００８９】
次に、上述した実施例１と同様の手順で、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出する。その後、演算部９は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路１の内部を流れる流量を算出する。
【００９０】
以上説明したように、実施例２に係る超音波流量計によれば、伝搬時間を算出する都度、１基準クロック周期の期間中に受信ポイント信号が通過する遅延素子の段数が算出されるので、遅延部１３ａを構成する遅延素子の遅延時間が温度や電源電圧等の変動によって変動しても正確な伝搬時間を求めることができる。
【実施例３】
【００９１】
本発明の実施例３に係る超音波流量計は、遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて遅延部の入力側へフィードバックさせることにより受信ポイント信号が遅延部を２回通るようにして、遅延素子の数を減らしたことを特徴とする。
【００９２】
図７は本発明の実施例３に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図１に示した実施例１の構成と同じであるので説明を省略する。
【００９３】
本発明の実施例３に係る超音波流量計の計時部８ｂは、遅延部１３、データレジスタ１４、カウンタ１５、エンコーダ１６、データレジスタ１７、引算部１８及びフィードバック部１９から構成されている。データレジスタ１７は、本発明の記憶部に対応する。
【００９４】
遅延部１３は、ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｍが直列に接続されて構成されている。遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｍの各々は、基準クロックの周期の１／ｍより大きい遅延時間を有する。従って、全遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｍによる総遅延時間は基準クロックより大きくなっている。また、初段の遅延素子ＤＬ１には、フィードバック部１９の出力が入力される。
【００９５】
初段の遅延素子ＤＬ１の入力信号及び遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｍ−１の出力信号は、データＤ０〜Ｄｍ−１としてデータレジスタ１４に送られる。また、最終段の遅延素子ＤＬｍの出力信号は、データＤｍとしフィードバック部１９に送られる。
【００９６】
データレジスタ１４は、ｍ個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ０〜Ｄｍ−１を記憶する。このデータレジスタ１４の初段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に送られる。また、２段目からｍ段目のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｍ−１はエンコーダ１６に送られる。
【００９７】
カウンタ１５は、制御部１０からのＳＴＡＲＴ信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からＳＴＯＰ許可信号が供給されており且つデータレジスタ１４からＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ１４の内容は、上位データとして演算部９に送られる。
【００９８】
エンコーダ１６は、データレジスタ１４の出力Ｑ１〜Ｑ２ｍをエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ１６の出力は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。データレジスタ１７及び引算部１８の構成は、実施例２のそれらと同じである。
【００９９】
フィードバック部１９は、インバータ１９ａ及びＡＮＤゲート１９ｂから構成されている。インバータ１９ａは、遅延部１３の最終段の遅延素子ＤＬｍからの信号Ｄｍを反転してＡＮＤゲート１９ｂの一方の入力端子に送る。ＡＮＤゲート１９ｂの他方の入力端子には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。ＡＮＤゲート１９ｂは、受信ポイント信号と遅延部１３の最終段の遅延素子ＤＬｍからの信号Ｄｍを反転した信号との論理積をとり、遅延部１３の初段の遅延素子ＤＬ１に送る。
【０１００】
次に、本発明の実施例３に係る超音波流量計の動作を、図８に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【０１０１】
制御部１０が、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取って第１超音波振動子２を駆動し、この駆動により第２超音波振動子３で生成された受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送るまでの動作は、上述した実施例１に係る超音波流量計の動作と同じである。
【０１０２】
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図８（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ１に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図８（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ１の終わりでカウンタ１５の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ１５の内容は、カウント値Ｎ−２からカウント値Ｎ−１に変化する。
【０１０３】
一方、ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図８（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ２に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部８ｂ及び制御部１０に送る。計時部８ｂでは、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号がフィードバック部１９に入力される。フィードバック部１９は、遅延部１３の最終段の遅延素子ＤＬｍからの信号Ｄｍが出力されていない状態では、受信ポイント信号を通過させて遅延部１３に送る。
【０１０４】
遅延部１３は、図８（Ｃ）〜図８（Ｈ）に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ＋ｎ−ｍ、Ｄｉ＋１＋ｎ−ｍ、…、Ｄｉ、Ｄｉ＋１、…（ｉ及びｎは正の整数でｉ、ｎ≦ｍである）を出力する。図８に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２内で変化し、データＤｉ＋１が次の基準クロック周期ＣＫ３内で「０」から「１」に変化する状態を示している。
【０１０５】
基準クロック周期ＣＫ３になると、図８（Ｂ）に示すように、カウンタ１５の内容がカウント値Ｎ−１からカウント値Ｎに変化すると共に、その先頭で、遅延部１３から出力されるデータＤ０〜Ｄｍ−１がデータレジスタ１４に取り込まれる。これにより、データレジスタ１４の初段のフリップフロップの出力Ｑ０がＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に供給される。この時点では、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルであるため、ＳＴＯＰ信号に応じてカウンタ１５のカウントアップ動作は停止される。従って、図８（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ３以降は、カウンタ１５はカウント値Ｎを維持し続ける。
【０１０６】
また、次の基準クロック周期ＣＫ３では、データレジスタ１４の２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｍ−１がエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、図９に示すように、入力されるデータＱ１〜Ｑｍ−１に対して０〜ｉ＋ｍの値を出力する。換言すれば、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図８に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２の期間内で「０」から「１」に変化している（遅延素子を通過した）ので、図８（Ｋ）に示すように、エンコーダ１６は、データＱ１〜Ｑｍ−１の中の「１」の数に対応する「ｉ」を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｉ」は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【０１０７】
また、受信ポイント信号が遅延部１３を通過して最終段の遅延素子ＤＬｍから信号Ｄｍが出力されると、フィードバック部１９において受信ポイント信号の通過が阻止される。従って、以後は、図８（Ｃ）〜図８（Ｈ）に示すように、「１」から「０」に変化する受信ポイント信号を順次遅延させたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ＋ｎ−ｍ、Ｄｉ＋１＋ｎ−ｍ、…、Ｄｉ、Ｄｉ＋１、…を出力する。
【０１０８】
更に、次の基準クロック周期ＣＫ４の先頭では、図８（Ｊ）に示すように、エンコーダ１６の出力「ｉ」がデータレジスタ１４に取り込まれる。また、基準クロック周期ＣＫ４では、データレジスタ１４の２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｍ−１がエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、エンコーダ１６は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図８に示した例では、データＤ１〜Ｄｉ＋ｎ−１が基準クロック周期ＣＫ３の期間内で「１」から「０」に変化している（遅延素子を通過した）ので、図８（Ｋ）に示すように、エンコーダ１６は、「ｊ」（ｊは正の整数でｉ＜ｊ）を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｊ」は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【０１０９】
引算部１８は、エンコーダ１６の出力である「ｊ」からデータレジスタ１７の出力である「ｉ」を減算する。今、「ｎ＝ｊ−ｉ」とすると、ｎは１基準クロック周期ＣＫ３で受信ポイント信号が通過し遅延素子の段数を表しており、上述した実施例１におけるｎに等しい。この引算部１８で得られた「ｎ＝ｊ−ｉ」は、補正データとして演算部９に送られる。演算部９は、上述した式（１）に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出し、内部に保持する。
【０１１０】
次に、上述した実施例１と同様の手順で、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出する。その後、演算部９は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路１の内部を流れる流量を算出する。
【０１１１】
以上説明したように、実施例３に係る超音波流量計によれば、上述した実施例２によって奏される効果に加え、遅延部１３を通過した受信ポイント信号をフィードバック部１９で反転させて再び遅延部１３を通過させ、初回は受信ポイント信号が「０」から「１」に変化した数に基づいて、２回目は受信ポイント信号が「１」から「０」に変化した数に基づいて受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を求めるようにしたので、遅延部１３を構成する遅延素子の数をほぼ半数にすることができる。
【実施例４】
【０１１２】
本発明の実施例４に係る超音波流量計は、受信ポイント信号及び遅延部からフィードバックされた信号が遅延部を何回通ったかをカウントすることで、遅延部を構成する遅延素子の数を減らすことを特徴とする。
【０１１３】
図１０は本発明の実施例４に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図１に示した実施例１の構成と同じであるので説明を省略する。
【０１１４】
本発明の実施例３に係る超音波流量計の計時部８ｃは、遅延部１３ｃ、データレジスタ１４ｃ、カウンタ１５、エンコーダ１６、データレジスタ１７、引算部１８、フィードバック部１９、カウンタ２０及びデータレジスタ２１から構成されている。データレジスタ１７は、本発明の第２記憶部に対応し、データレジスタ２１は、本発明の第１記憶部に対応する。
【０１１５】
遅延部１３ｃは、４個の遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ４が直列に接続されて構成されている。遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ４の各々は、基準クロックの周期より短い任意の遅延時間を有する。従って、初段の遅延素子ＤＬ１には、フィードバック部１９の出力が入力される。
【０１１６】
初段の遅延素子ＤＬ１の入力信号及び遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ３の出力信号は、データＤ０〜Ｄ３としてデータレジスタ１４ｃに送られる。また、最終段の遅延素子ＤＬ４の出力信号は、フィードバック部１９及びカウンタ２０に送られる。
【０１１７】
データレジスタ１４ｃは、４個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ０〜Ｄ３を記憶する。このデータレジスタ１４ｃの初段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に送られる。また、２段目から４段目のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑ３はエンコーダ１６に送られる。
【０１１８】
カウンタ１５は、制御部１０からのＳＴＡＲＴ信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からＳＴＯＰ許可信号が供給されており且つデータレジスタ１４ｃからＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ１４ｃの内容は、上位データとして演算部９に送られる。
【０１１９】
カウンタ２０は、遅延部１３ｃの最終段の遅延素子ＤＬ４から出力される信号の変化をカウントする。従って、このカウンタ２０の内容は、受信ポイント信号が遅延素子を４段通過する毎にカウントアップされる。このカウンタ２０の出力は、データレジスタ２１に送られる。
【０１２０】
データレジスタ２１は、カウンタ２０から送られてくるカウント値を基準クロックに同期して記憶する。従って、このデータレジスタ２１は、複数（カウンタ２０から出力される値を記憶可能な数）のＤタイプのフリップフロップから構成されている。このデータレジスタ２１の内容は、エンコーダ１６に送られる。
【０１２１】
エンコーダ１６は、データレジスタ１４ｃの出力Ｑ０〜Ｑ３及びデータレジスタ２１の出力をエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ１６の出力は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。データレジスタ１７、引算部１８の構成は実施例２のそれらと同じである。
【０１２２】
フィードバック部１９は、インバータ１９ａ及びＡＮＤゲート１９ｂから構成されている。インバータ１９ａは、遅延部１３の最終段の遅延素子ＤＬ４からの信号を反転してＡＮＤゲート１９ｂの一方の入力端子に送る。ＡＮＤゲート１９ｂの他方の入力端子には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。ＡＮＤゲート１９ｂは、受信ポイント信号と遅延部１３ｃの最終段の遅延素子ＤＬ４からの信号を反転した信号との論理積をとり、遅延部１３ｃの初段の遅延素子ＤＬ１に送る。
【０１２３】
次に、本発明の実施例４に係る超音波流量計の動作は、カウンタ２０で受信ポイント信号が遅延素子を通過した段数をカウントすることにより得られたカウント値とデータレジスタ１４ｃからのデータＤ０〜Ｄ４とをエンコードして受信ポイント信号が遅延素子を通過した段数を求める点を除けば、実施例３に係る超音波流量計の動作と同じである。
【０１２４】
以上説明したように、この実施例４に係る超音波流量計によれば、上述した実施例３によって奏される効果に加え、遅延部１３ｃを構成する遅延素子の数を実施例３に比べて更に少なくすることができる。なお、実施例４では、遅延素子の数を「４」とした例を説明したが、遅延素子の数は「４」に限定されず、任意である。
【実施例５】
【０１２５】
本発明の実施例５に係る超音波流量計は、ゼロクロス点から次のゼロクロス点までの期間中、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを求め、求められた受信信号の大きさから、この期間における受信信号の重心位置を求め、重心位置を元に超音波の伝搬時間を求めることを特徴とする。
【０１２６】
図１１は本発明の実施例５に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。この超音波流量計は、流量計管路１の内部に配置された第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３、切替部４、駆動部５、増幅部６、ゼロクロス検出部７、計時部８、演算部９、制御部１０、基準クロック発振回路１１並びにＡ／Ｄコンバータ１２から構成されている。Ａ／Ｄコンバータ１２は、本発明の測定部に対応する。
【０１２７】
この超音波流量計は、図１に示した構成にＡ／Ｄコンバータ１２が追加され、演算部９の中に重心計算部２２が設けられ、更に計時部８は、従来と同様のカウンタから構成されている点を除けば、実施例１に係る超音波流量計の構成と同じである。
【０１２８】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、ゼロクロス検出部７が受信信号がゼロクロス点を検出してから、次のゼロクロス点を検出するまでの間、波形信号を取り込んでデジタル信号に変換し、演算部９に送る。この様子を図１２に示す。
【０１２９】
演算部９内の重心計算部２２は、図１２に示すように、データ列の中央をゼロ番としてデータに番号を振り、測定時刻をＴ（−Ｍ）〜Ｔ（Ｍ）、電圧データをV（−Ｍ）〜Ｖ（Ｍ）とすると、重心を次の式で求める。
【数１】
【０１３０】
以上により、ΔＶを小さくすることで時間分解能をあげることができることを理解できる。即ち、クロック周波数を上げることなく、時間分解能を向上させることができる。また、Ａ／Ｄコンバータ１２は受信信号の半周期だけ動作させればよいので、計測全体からみれば消費電力を小さく抑えることができる。
【実施例６】
【０１３１】
本発明の実施例６に係る超音波流量計は、各遅延素子からの信号にノイズがあっても該ノイズを除去して立ち上がり時刻を精度良く推定した受信ポイント信号を得ることを特徴とする。
【０１３２】
図１３は本発明の実施例６に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部のエンコーダ１６ａ以外の構成は、図２に示した実施例１の構成と同じであるので説明を省略する。
【０１３３】
本発明の実施例６に係る超音波流量計の計時部８ｄは、遅延部１３、データレジスタ１４、カウンタ１５、エンコーダ１６ａから構成されている。エンコーダ１６ａは、本発明の信号記録部に対応し、図１７に示すように、データレジスタ１４からの時系列データＱ０〜Ｑｎ−１をパラレルでクロックに同期して入力して記録し、記録された時系列データＱ１〜Ｑｎ−１をシリアルに出力するシフトレジスタ１６１と、シフトレジスタ１６１からシリアルに送られてくる時系列データが「１」の時のみカウントするカウンタ１６２とから構成されている。即ち、エンコーダ１６ａは、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。
【０１３４】
図１４は本発明の実施例６に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図３に示すタイミングチャートと略同様であるのでその説明は省略する。図１５は本発明の実施例６に係る超音波流量計の受信ポイント信号の時系列データを示す図である。図１５（ａ）（ｂ）では、図１４に示すＸ点の直前の１クロック分のデータを表しおり、図１５（ａ）では、１クロック内の信号の切り替わる部分にノイズがない場合の例を示しており、図１５（ｂ）では、１クロック内の信号の切り替わる部分にノイズがある場合の例を示している。
【０１３５】
実施例６のエンコーダ１６ａを用いた場合、図１５（ａ）に示す例では、エンコーダ１６ａにおいて、シフトレジスタ１６１は、入力される時系列データＱ１〜Ｑｎ−１をパラレル入力して記録する。ここで、時系列データＱ１からＱｉまでの各々の値は「１」であり、時系列データＱｉ＋１からＱｎ−１までの各々の値は「０」である。カウンタ１６２は、シフトレジスタ１６１からシリアルに送られてくる時系列データＱ１〜Ｑｎ−１が「１」の時にカウントするので、カウント値が「ｉ」となる。エンコーダ１６ａとしては、図１６に示すような入出力関係を持つ。即ち、カウント値「ｉ」により、信号の立ち上がりが時系列データＱ０からｉ番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。
【０１３６】
また、図１５（ｂ）に示すように、信号の切り替わる部分にノイズがある場合の例では、時系列データＱ１からＱｉ−２までの各々の値は「１」、時系列データＱｉ−１は「０」、時系列データＱｉは「１」、時系列データＱｉ＋１は「０」、時系列データＱｉ＋２は「１」、時系列データＱｉ＋３からＱｎ−１までの各々の値は「０」である。カウンタ１６２は、シフトレジスタ１６１からシリアルに送られてくる時系列データＱ１〜Ｑｎ−１が「１」の時にカウントするので、カウント値が「ｉ」となる。即ち、ノイズ成分は平均化されて、図１５（ａ）に示すものと同じように、カウント値「ｉ」により、信号の立ち上がりが時系列データＱ０からｉ番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。
【０１３７】
このように、図１５（ｂ）に示すように、信号の信号の切り替わる部分にノイズがある場合でも、エンコーダ１６ａにノイズ平均処理を付加することにより立ち上がり時刻を精度良く推定することができる。
【実施例７】
【０１３８】
本発明の実施例７に係る超音波流量計は、ノイズのためにカウンタのＳＴＯＰ信号が実際の信号立ち上がりより早く出力されてしまうことがあっても、ＳＴＯＰ信号が出力された後の時系列データも取得することができ、正しい立ち上がり時刻を推定することができることを特徴とする。
【０１３９】
図１８は本発明の実施例７に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。本発明の実施例７に係る超音波流量計の計時部８ｅは、遅延部１３ｄ、データレジスタ１４ｄ、カウンタ１５、エンコーダ１６ａから構成されている。
【０１４０】
遅延部１３ｄは、ｍ個の遅延素子ＤＬ−１〜ＤＬ−ｍとｎ個の遅延素子ＤＬ０〜ＤＬｎ−１とが直列に接続されて構成されている。全遅延素子ＤＬ−ｍ〜ＤＬｎ−１による総遅延時間は基準クロック以上で基準クロックの２倍以下になっている。また、初段の遅延素子ＤＬ−ｍには、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。
【０１４１】
各遅延素子ＤＬ−ｍ〜Ｄｎ−１の出力信号は、データータレジスタ１４ｄに送られる。データレジスタ１４ｄは、ｍ＋ｎ＋１個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ−ｍ〜Ｄｎ−１を記憶する。このデータレジスタ１４ｄの途中段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に送られる。また、フリップフロップの出力Ｑ−ｍ〜Ｑｎ−１はエンコーダ１６ａに送られる。
【０１４２】
エンコーダ１６ａは、図１７に示す構成と同一構成であり、データレジスタ１４ｄの出力Ｑ−ｍ〜Ｑｎ−１を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。
【０１４３】
次に、本発明の実施例７に係る超音波流量計の動作を、図１９を参照しながら説明する。まず、図１９に示すように、１クロックから次のクロックにかけて、ノイズがまたがる場合には、実施例６の構成であると、データＱ０でＳＴＯＰ信号が出力されてカウンタが停止してしまう。即ち、データＱ０の時刻を立ち上がり時刻と判断してしまうため、正確に信号の立ち上がり時刻が求められない。
【０１４４】
実施例７では、ｍ個の遅延素子ＤＬ−１〜ＤＬ−ｍとｎ個の遅延素子ＤＬ０〜ＤＬｎ−１とを設け、カウンタのＳＴＯＰ信号を遅延素子の途中段から出力するので、エンコーダ１６ａでは、シフトレジスタ１６１は、１クロックから次のクロックに跨った時系列データＱ−ｍ〜Ｑ０〜Ｑｎ−１を入力して記録する。そして、カウンタ１６２が１クロックから次のクロックに跨った時系列データＱ−ｍ〜Ｑ０〜Ｑｎ−１の内の「１」のみをカウントする。
【０１４５】
図１９に示す例では、時系列データＱ−ｍからＱ−４までの各々の値は「１」、時系列データＱ−３は「０」、時系列データＱ−２は「１」、時系列データＱ−１は「０」、時系列データＱ０は「１」、時系列データＱ１からＱｎ−１までの各々の値は「０」である。カウント値は「ｍ−１」となるので、データＱ−２の時刻が信号の立ち上がり時刻となる。即ち、ノイズ成分は平均化されて、信号の立ち上がりが時系列データＱ−ｍからｍ−１番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。
【０１４６】
このように、カウンタ１５のＳＴＯＰ信号を遅延素子の途中段から出力するようにすると、ノイズのためにカウンタ１５のＳＴＯＰ信号が実際の信号立ち上がりより早く出力されてしまうことがあっても、ＳＴＯＰ信号が出力された後の時系列データも取得することができ、正しい立ち上がり時刻を推定することができる。
【０１４７】
なお、上述した実施例１〜４、実施例６〜７では、駆動部５は、基準クロックに同期して送信側の超音波振動子を駆動することにより超音波を発生させるように構成したが、基準クロックと非同期に送信側の超音波振動子を駆動して超音波を発生させるように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明の超音波流量計は、ガスメータ、水道メータ等のメータに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係る超音波流量計のエンコーダの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例２に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例２に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施例３に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例３に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施例３に係る超音波流量計のエンコーダの動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例４に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施例５に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施例５に係る超音波流量計の動作を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例６に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施例６に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】本発明の実施例６に係る超音波流量計の受信ポイント信号の時系列データを示す図である。
【図１６】本発明の実施例６に係る超音波流量計のエンコーダの動作を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施例６に係る超音波流量計のエンコーダの詳細な構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施例７に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施例７に係る超音波流量計の受信ポイント信号の時系列データを示す図である。
【図２０】従来の超音波流量計を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１ 流量計管路
２ 第１超音波振動子
３ 第２超音波振動子
４ 切替部４
５ 駆動部
６ 増幅部
７ ゼロクロス検出部
８ 計時部
９ 演算部
１０ 制御部
１１ クロック発振回路
１２ コンバータ
１３ 遅延部
１４、１７、２１ データレジスタ
１５、２０、８０ カウンタ
１６ エンコーダ
１８ 引算部
１９ フィードバック部
１９ａ インバータ
１９ｂ ＡＮＤゲート
２２ 重心計算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用してガス等の流体の流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスや水といった流体の流量を、超音波を用いて計測する超音波流量計が知られている。図２０は従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【０００３】
この超音波流量計は、流量計管路１の内部に配置された第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３、切替部４、駆動部５、増幅部６、ゼロクロス検出部７、カウンタ８０、演算部９、制御部１０並びに基準クロック発振回路１１から構成されている。
【０００４】
第１超音波振動子２は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第１超音波振動子２で発生された超音波は、第２超音波振動子３で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
【０００５】
同様に、第２超音波振動子３は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第２超音波振動子３で発生された超音波は、第１超音波振動子２で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
【０００６】
切替部４は、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３の何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、切替部４は、制御部１０からの指示に応答して、駆動部５からの駆動信号を第１超音波振動子２に送るか第２超音波振動子３に送るかを切り替えると共に、前者の場合は、第２超音波振動子３からの受信信号を増幅部６に送り、後者の場合は、第１超音波振動子２からの受信信号を増幅部６に送るように切り替える。
【０００７】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して、送信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３に送る。駆動信号は、基準クロック発振回路１１で発生される基準クロックに同期して生成される。
【０００８】
増幅部６は、受信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３から切替部４を経由して送られてくる受信信号を増幅する。この増幅部６で増幅された受信信号は、ゼロクロス検出部７に送られる。
【０００９】
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から送られてくる受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出する。このゼロクロス検出部７で検出された特定番目のゼロクロス点を表す受信ポイント信号は、制御部１０に送られる。
【００１０】
カウンタ８０は、基準クロック発振回路１１からの基準クロックに同期してカウントアップする。このカウンタ８は、制御部１０からのスタート（ＳＴＡＲＴ）信号に応じてカウントアップを開始し、ストップ（ＳＴＯＰ）信号に応じてカウントアップを停止する。これにより、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子に到達するまでの伝搬時間が計測される。このカウンタ８０でカウントされた伝搬時間は、演算部９に送られる。
【００１１】
演算部９は、制御部１０からの指示に応答して、カウンタ８０から超音波の伝搬時間を読み出し、この読み出した伝搬時間に基づいて流量及び流速を計算する。
【００１２】
制御部１０は、超音波流量計の全体を制御する。例えば、上述したように、切替部４に対する切替の指示、駆動部５に対する駆動信号生成の指示、カウンタ８０のカウントアップ動作の開始及び停止の指示、演算部９に対する演算開始の指示等を行う。
【００１３】
基準クロック発生回路１１は、この超音波流量計で使用される基準クロックを生成する。この基準クロック発生回路１１で発生された基準クロックは、図示は省略するが、駆動部５、カウンタ８０及び制御部１０に送られる。
【００１４】
次に、このように構成される従来の超音波流量計の動作を説明する。まず、制御部１０は、第１超音波振動子２を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部４に送ると共に、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。同時に、制御部１０は、カウンタ８０にスタート信号を送ってカウントアップを開始させる。
【００１５】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第１超音波振動子２に送る。これにより、第１超音波振動子２が振動し、流量計管路１内の流体の流れ方向に超音波を発生する。第１超音波振動子２で発生された超音波は第２超音波振動子３で受信される。
【００１６】
第２超音波振動子３は、第１超音波振動子２から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点（例えば３番目のゼロクロス点）を検出し、その旨を表す受信ポイント信号を生成して制御部１０に送る。
【００１７】
制御部１０は、ゼロクロス検出部７から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。制御部１０は、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、カウンタ８０にストップ信号を送ってカウントアップ動作を停止させる。これにより、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間がカウンタ８０に残されて測定が終了する。
【００１８】
次に、制御部１０は、第２超音波振動子３を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部４に送ると共に、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。更に、制御部１０は、カウンタ８にスタート信号を送ってカウントアップを開始させる。
【００１９】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第２超音波振動子３に送る。これにより、第２超音波振動子３が振動し、流量計管路１内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第２超音波振動子３で発生された超音波は第１超音波振動子２で受信される。
【００２０】
第１超音波振動子２は、第２超音波振動子３から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定のゼロクロス点（例えば３番目のゼロクロス点）を検出し、その旨を表す受信ポイント信号を生成して制御部１０に送る。
【００２１】
制御部１０は、ゼロクロス検出部７から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。制御部１０は、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、カウンタ８０にストップ信号を送ってカウントアップ動作を停止させる。これにより、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間がカウンタ８０に残されて測定が終了する。
【００２２】
次に、制御部１０は、演算部９に演算開始を指示する。演算部９は、制御部１０からの指示に応答して、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路１の内部を流れる流量を算出する。
【００２３】
なお、関連する技術として、特許文献１は、低消費電力で計測を行う流量計測装置を開示している。この流量計測装置は、流体管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、振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し開始時に低周波発振器の信号をカウントする第１計時手段とが設けられている。さらに第１計時手段の設定時間後に高周波発振器の信号をカウントを開始し繰り返し終了時に停止する第２計時手段と、第１計時手段と第２計時手段から総時間を算出し、それぞれの総時間の差から流量を求める流量演算手段とが設けられている。これによって、必要なときのみ高周波数のカウントを行うので、高い分解能の計測値を低消費電力で行うことができる。
【００２４】
また、特許文献２は、超音波の伝搬時間を計測する基準クロックの周波数をそれ程高くしないで伝搬時間の計測制度をあげるとともに、電池駆動を実現できる超音波流量計を開示している。この超音波流量計は、送信パルスから受信波の第３波のゼロクロスポイントａまでの伝搬時間を補間法で精度よく求める。ゼロクロスポイントａの直前の基準クロックｎの時点、即ちｂ点での受信波のレベル−Ｖ１を求める。ａの直後の基準クロックｎ＋１の時点、即ち、ｃ点での受信波のレベルＶ２を求める。ｎと−Ｖ１及びｎ＋１とＶ２を用い、ｂ点とｃ点を直線補間して、ゼロクロスポイントａまでの伝搬遅延時間ｔをマイコンで演算して算出する。算出した伝搬時間に基づいて流速や流量を求める。
【特許文献１】特開平９−３０４１３９号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上述した従来の超音波流量計においては、計測中はクロックとカウンタが常時作動しており、計測精度を上げるためには基準クロックを高速にするか、計測の繰り返し回数を増やす必要がある。従って、計測精度を上げようとすると消費電力が大きくなるという問題がある。
【００２６】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その目的は、低消費電力で高精度な計測値を得ることができる超音波流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を達成するために、第１の発明は、流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、駆動部で駆動された送信側の超音波振動子において発生された超音波を受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間をゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、計時部で計測された伝搬時間に基づいて流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、計時部は、送信側の超音波振動子が駆動されることにより基準クロックのカウントを開始し、ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、各々が基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期より長くなるように直列に接続されており、ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、遅延部の各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号保持部とを備え、演算部は、カウンタの内容を信号保持部に記録された時系列データで補正することにより伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて流路における流量を計測することを特徴とする。
【００２８】
また、第２の発明は、流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、駆動部で駆動された送信側の超音波振動子において発生された超音波を受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が出力されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定する測定部と、測定部で測定された受信信号の大きさに基づき測定期間における受信信号の重心を計算する重心計算部と、重心計算部で計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求める演算部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
第１の発明によれば、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子で受信されて受信ポイント信号が発生されるまでの間の基準クロックをカウンタで計数し、受信ポイント信号が発生された後は、受信ポイント信号が基準クロックより小さい遅延時間を有する遅延素子を複数直列に並べた遅延部により受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを取得し、このデータを元に受信ポイント信号が変化した時刻を求め、カウンタの内容を補正する補正することにより、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を測定するように構成したので、基準クロックより細かい時間分解能で伝搬時間を測定することができる。また、信号記録部に記録された時系列データに対してノイズ補正をかけることで、受信ポイント信号にノイズが乗っても正確な信号位置を検出することができる。従って、基準クロックの周波数を上げることなく伝搬時間の時間分解能を向上させることができる。また、基準クロックの周波数を上げる必要がないので、消費電力を低く抑えることができる。
【００３０】
また、第２の発明によれば、受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が信号されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定し、測定された受信信号の大きさに基づき前記測定期間における受信信号の重心を計算し、計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求めるように構成したので、クロック周波数を上げることなく、時間分解能を向上させることができる。また、測定部としてＡ／Ｄコンバータを用いた場合、Ａ／Ｄコンバータは受信信号の半周期だけ動作させればよいので、計測全体からみれば消費電力を小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、従来の超音波流量計と同一又は相当する構成部分には従来と同一の符号を付して説明する。また、以下で説明する各実施例において、同一又は相当する構成部分には同一の符号を付して説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は本発明の実施例１に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。この超音波流量計は、流量計管路１の内部に配置された第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３、切替部４、駆動部５、増幅部６、ゼロクロス検出部７、計時部８、演算部９、制御部１０並びに基準クロック発振回路１１から構成されている。
【００３３】
第１超音波振動子２は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第１超音波振動子２で発生された超音波は、第２超音波振動子３で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
【００３４】
同様に、第２超音波振動子３は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第２超音波振動子３で発生された超音波は、第１超音波振動子２で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
【００３５】
切替部４は、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３の何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、切替部４は、制御部１０からの指示に応答して、駆動部５からの駆動信号を第１超音波振動子２に送るか第２超音波振動子３に送るかを切り替えると共に、前者の場合は、第２超音波振動子３からの受信信号を増幅部６に送り、後者の場合は、第１超音波振動子２からの受信信号を増幅部６に送るように切り替える。
【００３６】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して、送信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３に送る。駆動信号は、基準クロック発振回路１１で発生される基準クロックに同期して生成される。従って、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３は、基準クロックに同期して駆動されることになる。
【００３７】
増幅部６は、受信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３から切替部４を経由して送られてくる受信信号を増幅する。この増幅部６で増幅された受信信号は、ゼロクロス検出部７に送られる。
【００３８】
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から送られてくる受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出する。このゼロクロス検出部７で検出された特定番目のゼロクロス点を表す受信ポイント信号は、計時部８及び制御部１０に送られる。
【００３９】
計時部８は、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子に到達するまでの伝搬時間を計測する。この計時部８の詳細は後述する。この計時部８で計測された伝搬時間は、演算部９に送られる。
【００４０】
演算部９は、制御部１０からの指示に応答して、計時部８から超音波の伝搬時間を読み出し、この読み出した伝搬時間に基づいて流量及び流速を計算する。
【００４１】
制御部１０は、超音波流量計の全体を制御する。例えば、上述したように、切替部４に対する切替の指示、駆動部５に対する駆動信号生成の指示、計時部８の動作の開始及び停止許可の指示、演算部９に対する演算開始の指示等を行う。
【００４２】
基準クロック発生回路１１は、この超音波流量計で使用される基準クロックを生成する。この基準クロック発生回路１１で発生された基準クロックは、図示は省略するが、駆動部５、計時部８及び制御部１０に送られる。
【００４３】
次に、計時部８の詳細を説明する。図２は計時部８の構成を示すブロック図である。計時部８は、遅延部１３、データレジスタ１４、カウンタ１５及びエンコーダ１６から構成されている。
【００４４】
遅延部１３は、ｎ−１個（ｎは２以上の正の整数）の遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｎ−１が直列に接続されて構成されている。遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｎ−１の各々は、基準クロックの周期の１／ｎの遅延時間を有する。従って、全遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｎ−１による総遅延時間が基準クロックに等しくなっている。また、初段の遅延素子ＤＬ１には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。
【００４５】
初段の遅延素子ＤＬ１の入力信号（受信ポイント信号に等しい）及び各遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｎ−１の出力信号は、データＤ０〜Ｄｎ−１としてデータレジスタ１４に送られる。
【００４６】
データレジスタ１４は、ｎ個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ０〜Ｄｎ−１を記憶する。このデータレジスタ１４の初段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ストップ信号（以下、「ＳＴＯＰ信号」という）としてカウンタ１５に送られる。また、２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｎ−１はエンコーダ１６に送られる。
【００４７】
カウンタ１５は、制御部１０からのスタート信号（以下、「ＳＴＡＲＴ信号」という）により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からストップ許可信号（以下、「ＳＴＯＰ許可信号」という）が供給されており且つデータレジスタ１４からＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ１５の内容は、上位データとして演算部９に送られる。
【００４８】
エンコーダ１６は、本発明の信号記録部に対応し、データレジスタ１４の出力Ｑ１〜Ｑｎ−１をエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、エンコーダ１６は、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ１６の出力は、下位データとして演算部９に送られる。
【００４９】
次に、本発明の実施例１に係る超音波流量計の動作を、図３に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００５０】
まず、制御部１０は、第１超音波振動子２を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部４に送ると共に、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。また、制御部１０は、カウンタ１５にＳＴＡＲＴ信号を送る。これにより、カウンタ１５は、基準クロックが入力される毎にカウントアップが行われる状態になる。更に、制御部１０は、ＳＴＯＰ許可信号をディセイブルにする。これにより、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルにされるまで、データレジスタ１４からカウンタ１５にＳＴＯＰ信号が送られてきても、カウンタ１５のカウントアップ動作は停止しない。
【００５１】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第１超音波振動子２に送る。これにより、第１超音波振動子２が振動し、流量計管路１内の流体の流れ方向に超音波を発生する。この第１超音波振動子２で発生された超音波は第２超音波振動子３で受信される。
【００５２】
第２超音波振動子３は、第１超音波振動子２から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点（例えば３番目のゼロクロス点）を検出すると、その旨を表す受信ポイント信号を計時部８及び制御部１０に送る。
【００５３】
計時部８は、受信ポイント信号に応じてＳＴＯＰ信号を生成するが、ＳＴＯＰ許可信号がディセイブルにされているため、カウンタ１５のカウントアップ動作は停止されない。また、受信ポイント信号が遅延部１３を通過することによりエンコーダ１６から何らかの値が出力されるが、この値は使用されない。
【００５４】
一方、制御部１０は、ゼロクロス検出部７から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。従って、この繰り返しの間は、カウンタ１５の内容のカウントアップのみが行われる。
【００５５】
制御部１０は、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、ストップ許可信号をイネーブルにする。そして、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。駆動部５は、上述したように、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第１超音波振動子２に送る。これにより、第１超音波振動子２が振動し、流量計管路１内の流体の流れ方向に超音波を発生する。この第１超音波振動子２で発生された超音波は第２超音波振動子３で受信される。
【００５６】
第２超音波振動子３は、第１超音波振動子２から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図３（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ１に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図３（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ１の終わりでカウンタ１５の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ１５の内容は、カウント値Ｎ−２からカウント値Ｎ−１に変化する。
【００５７】
一方、ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図３（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ２に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部８及び制御部１０に送る。計時部８では、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が遅延部１３に入力される。遅延部１３は、図３（Ｃ）〜図３（Ｆ）に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ、Ｄｉ＋１、…を出力する。図３に示した例では、データＤ１〜Ｄｉ（ｉは正の整数でｉ≦ｎである）が基準クロック周期ＣＫ２内で変化し、データＤｉ＋１以降が次の基準クロック周期ＣＫ３内で変化する状態を示している。
【００５８】
基準クロック周期ＣＫ３になると、図３（Ｂ）に示すように、カウンタ１５の内容がカウント値Ｎ−１からカウント値Ｎに変化すると共に、その先頭で、遅延部１３から出力されるデータＤ０〜Ｄｎ−１がデータレジスタ１４に取り込まれる。これにより、データレジスタ１４の初段のフリップフロップの出力Ｑ０がＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に供給される。この時点では、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルであるため、ＳＴＯＰ信号に応じてカウンタ１５のカウントアップ動作は停止される。従って、図３（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ３以降は、カウンタ１５はカウント値Ｎを維持し続ける。
【００５９】
また、基準クロック周期ＣＫ３では、データレジスタ１４の２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｎ−１がエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、図４に示すように、入力されるデータＱ１〜Ｑｎ−１に対して０〜ｎ−１の値を出力する。換言すれば、エンコーダ１６は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図３に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２の期間内で変化している（遅延素子を通過した）ので、図３（Ｇ）に示すように、エンコーダ１６は、下位データとして「ｉ」を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｉ」は、演算部９に送られる。
【００６０】
演算部９は、下記式（１）に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出し、内部に保持する。
【００６１】
伝搬時間Ｔｐ＝｛Ｎ−（ｉ／ｎ）｝×Ｔ…（１）
ここで、Ｔは基準クロック周期である。
【００６２】
次に、制御部１０は、第２超音波振動子３を送信側の超音波振動子として設定するための指示を切替部４に送ると共に、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。また、制御部１０は、カウンタ１５にＳＴＡＲＴ信号を送る。これにより、カウンタ１５は、再び、基準クロックが入力される毎にカウントアップが行われる状態になる。更に、制御部１０は、ＳＴＯＰ許可信号をディセイブルにする。これにより、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルにされるまで、データレジスタ１４からカウンタ１５にＳＴＯＰ信号が送られてきても、カウンタ１５のカウントアップ動作は停止しない。
【００６３】
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第２超音波振動子３に送る。これにより、第２超音波振動子３が振動し、流量計管路１内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第２超音波振動子３で発生された超音波は第１超音波振動子２で受信される。
【００６４】
第１超音波振動子２は、第２超音波振動子３から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点（例えば３番目のゼロクロス点）を検出すると、その旨を表す受信ポイント信号を計時部８及び制御部１０に送る。
【００６５】
計時部８は、受信ポイント信号に応じてＳＴＯＰ信号を生成するが、ＳＴＯＰ許可信号がディセイブルにされているため、カウンタ１５のカウントアップ動作は停止されない。また、受信ポイント信号が遅延部１３を通過することによりエンコーダ１６から何らかの値が出力されるが、この値は使用されない。
【００６６】
一方、制御部１０は、ゼロクロス検出部７から受信ポイント信号を受け取ると、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。以上の動作が所定回数繰り返される。従って、この繰り返しの間は、カウンタ１５の内容のカウントアップのみが行われる。
【００６７】
制御部１０は、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取ると、ストップ許可信号をイネーブルにする。そして、再度、駆動部５に駆動信号の生成を指示する。駆動部５は、上述したように、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して第２超音波振動子３に送る。これにより、第２超音波振動子３が振動し、流量計管路１内の流体の流れと逆方向に超音波を発生する。この第２超音波振動子３で発生された超音波は第１超音波振動子２で受信される。
【００６８】
第１超音波振動子２は、第２超音波振動子３から受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、切替部４を介して増幅部６に送る。増幅部６は、受け取った受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送る。以下、上述した流体の流れ方向の超音波の伝搬時間を算出する手順と同じ手順で、流体の流れと逆方向の超音波の伝搬時間が算出される。
【００６９】
次に、演算部９は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路１の内部を流れる流量を算出する。
【００７０】
以上説明したように、実施例１に係る超音波流量計によれば、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子で受信されて受信ポイント信号が発生されるまでの間の基準クロックをカウンタ１５で計数し、受信ポイント信号が発生された後は、該受信ポイント信号が基準クロックより小さい遅延時間を有する遅延素子を複数直列に並べた遅延部１３により受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを取得し、このデータを元に受信ポイント信号が変化した時刻を求め、カウンタ１５の内容をエンコーダ１６の出力で補正することにより、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を計測するように構成したので、基準クロックより細かい時間分解能で伝搬時間を測定することができる。従って、基準クロックの周波数を上げることなく、伝搬時間の時間分解能を向上させることができる。また、基準クロックの周波数を上げる必要がないので、消費電力を低く抑えることができる。
【実施例２】
【００７１】
本発明の実施例２に係る超音波流量計は、伝搬時間を算出する毎に、１基準クロック周期の期間中に受信ポイント信号が何段の遅延素子を通ったかを測定し、遅延素子が有する遅延時間の変動を補正することを特徴とする。
【００７２】
図５は本発明の実施例２に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図１に示した実施例１の構成と同じであるのでその説明を省略する。
【００７３】
本発明の実施例２に係る超音波流量計の計時部８ａは、遅延部１３ａ、データレジスタ１４ａ、カウンタ１５、エンコーダ１６、データレジスタ１７及び引算部１８から構成されている。データレジスタ１７は、本発明の記憶部に対応する。
【００７４】
遅延部１３ａは、２ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ２ｍが直列に接続されて構成されている。遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ２ｍの各々は、基準クロックの周期の１／ｍ以上の遅延時間を有する。従って、全遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ２ｍによる総遅延時間は基準クロックの２倍以上になっている。また、初段の遅延素子ＤＬ１には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。
【００７５】
初段の遅延素子ＤＬ１の入力信号（受信ポイント信号に等しい）及び各遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ２ｍの出力信号は、データＤ０〜Ｄ２ｍとしてデータレジスタ１４ａに送られる。
【００７６】
データレジスタ１４ａは、２ｍ＋１個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ０〜Ｄ２ｍを記憶する。このデータレジスタ１４ａの初段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に送られる。また、２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑ２ｍはエンコーダ１６に送られる。
【００７７】
カウンタ１５は、制御部１０からのＳＴＡＲＴ信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からＳＴＯＰ許可信号が供給されており且つデータレジスタ１４ａからＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ１５の内容は、上位データとして演算部９に送られる。
【００７８】
エンコーダ１６は、データレジスタ１４ａの出力Ｑ１〜Ｑ２ｍをエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ１６の出力は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【００７９】
データレジスタ１７は、複数（エンコーダ１６から出力される値を記憶可能な数）のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してエンコーダ１６の出力を記憶する。このデータレジスタ１７の出力は、引算部１８に送られると共に、下位データとして演算部９に送られる。
【００８０】
引算部１８は、エンコーダ１６の出力からデータレジスタ１７の出力を減算し、補正データとして演算部９に送る。補正データは、１基準クロック周期の間に受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を表している。
【００８１】
次に、本発明の実施例２に係る超音波流量計の動作を、図６に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００８２】
制御部１０が、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取って第１超音波振動子２を駆動し、この駆動により第２超音波振動子３で生成された受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送るまでの動作は、上述した実施例１に係る超音波流量計の動作と同じである。
【００８３】
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図６（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ１に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図６（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ１の終わりでカウンタ１５の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ１５の内容は、カウント値Ｎ−２からカウント値Ｎ−１に変化する。
【００８４】
一方、ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図６（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ２に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部８ａ及び制御部１０に送る。計時部８ａでは、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が遅延部１３ａに入力される。遅延部１３ａは、図６（Ｃ）〜図６（Ｈ）に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ、Ｄｉ＋１、…、Ｄｉ＋ｎ、Ｄｉ＋ｎ＋１、…（ｉ及びｎは正の整数でｉ、ｎ≦ｍである）を出力する。図６に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２内で変化し、データＤｉ＋１〜Ｄｉ＋ｎが次の基準クロック周期ＣＫ３内で変化し、データＤｉ＋ｎ＋１以降が更に次の基準クロック周期ＣＫ４内で変化する状態を示している。
【００８５】
基準クロック周期ＣＫ３になると、図６（Ｂ）に示すように、カウンタ１５の内容がカウント値Ｎ−１からカウント値Ｎに変化すると共に、その先頭で、遅延部１３ａから出力されるデータＤ０〜Ｄ２ｍがデータレジスタ１４ａに取り込まれる。これにより、データレジスタ１４ａの初段のフリップフロップの出力Ｑ０がＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に供給される。この時点では、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルであるため、ＳＴＯＰ信号に応じてカウンタ１５のカウントアップ動作は停止される。従って、図６（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ３以降は、カウンタ１５はカウント値Ｎを維持し続ける。
【００８６】
また、次の基準クロック周期ＣＫ３では、データレジスタ１４ａの２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑ２ｍがエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図６に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２の期間内で変化している（遅延素子を通過した）ので、図６（Ｋ）に示すように、エンコーダ１６は、「ｉ」を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｉ」は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【００８７】
更に、次の基準クロック周期ＣＫ４の先頭では、図６（Ｊ）に示すように、エンコーダ１６の出力「ｉ」がデータレジスタ１４ａに取り込まれる。また、基準クロック周期ＣＫ４では、データレジスタ１４ａの２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑ２ｍがエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図６に示した例では、データＤ１〜Ｄｉ＋ｎが基準クロック周期ＣＫ２及びＣＫ３の期間内で更に変化している（遅延素子を通過した）ので、図６（Ｋ）に示すように、エンコーダ１６は、「ｊ」（ｊは正の整数でｉ＜ｊ）を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｊ」は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【００８８】
引算部１８は、エンコーダ１６の出力である「ｊ」からデータレジスタ１７の出力である「ｉ」を減算する。今、「ｎ＝ｊ−ｉ」とすると、ｎは１基準クロック周期ＣＫ３で受信ポイント信号が通過し遅延素子の段数を表しており、上述した実施例１におけるｎに等しい。この引算部１８で得られた「ｎ＝ｊ−ｉ」は、補正データとして演算部９に送られる。演算部９は、上述した式（１）に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出し、内部に保持する。
【００８９】
次に、上述した実施例１と同様の手順で、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出する。その後、演算部９は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路１の内部を流れる流量を算出する。
【００９０】
以上説明したように、実施例２に係る超音波流量計によれば、伝搬時間を算出する都度、１基準クロック周期の期間中に受信ポイント信号が通過する遅延素子の段数が算出されるので、遅延部１３ａを構成する遅延素子の遅延時間が温度や電源電圧等の変動によって変動しても正確な伝搬時間を求めることができる。
【実施例３】
【００９１】
本発明の実施例３に係る超音波流量計は、遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて遅延部の入力側へフィードバックさせることにより受信ポイント信号が遅延部を２回通るようにして、遅延素子の数を減らしたことを特徴とする。
【００９２】
図７は本発明の実施例３に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図１に示した実施例１の構成と同じであるので説明を省略する。
【００９３】
本発明の実施例３に係る超音波流量計の計時部８ｂは、遅延部１３、データレジスタ１４、カウンタ１５、エンコーダ１６、データレジスタ１７、引算部１８及びフィードバック部１９から構成されている。データレジスタ１７は、本発明の記憶部に対応する。
【００９４】
遅延部１３は、ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｍが直列に接続されて構成されている。遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｍの各々は、基準クロックの周期の１／ｍより大きい遅延時間を有する。従って、全遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｍによる総遅延時間は基準クロックより大きくなっている。また、初段の遅延素子ＤＬ１には、フィードバック部１９の出力が入力される。
【００９５】
初段の遅延素子ＤＬ１の入力信号及び遅延素子ＤＬ１〜ＤＬｍ−１の出力信号は、データＤ０〜Ｄｍ−１としてデータレジスタ１４に送られる。また、最終段の遅延素子ＤＬｍの出力信号は、データＤｍとしフィードバック部１９に送られる。
【００９６】
データレジスタ１４は、ｍ個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ０〜Ｄｍ−１を記憶する。このデータレジスタ１４の初段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に送られる。また、２段目からｍ段目のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｍ−１はエンコーダ１６に送られる。
【００９７】
カウンタ１５は、制御部１０からのＳＴＡＲＴ信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からＳＴＯＰ許可信号が供給されており且つデータレジスタ１４からＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ１４の内容は、上位データとして演算部９に送られる。
【００９８】
エンコーダ１６は、データレジスタ１４の出力Ｑ１〜Ｑ２ｍをエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ１６の出力は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。データレジスタ１７及び引算部１８の構成は、実施例２のそれらと同じである。
【００９９】
フィードバック部１９は、インバータ１９ａ及びＡＮＤゲート１９ｂから構成されている。インバータ１９ａは、遅延部１３の最終段の遅延素子ＤＬｍからの信号Ｄｍを反転してＡＮＤゲート１９ｂの一方の入力端子に送る。ＡＮＤゲート１９ｂの他方の入力端子には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。ＡＮＤゲート１９ｂは、受信ポイント信号と遅延部１３の最終段の遅延素子ＤＬｍからの信号Ｄｍを反転した信号との論理積をとり、遅延部１３の初段の遅延素子ＤＬ１に送る。
【０１００】
次に、本発明の実施例３に係る超音波流量計の動作を、図８に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【０１０１】
制御部１０が、ゼロクロス検出部７から所定回数目の受信ポイント信号を受け取って第１超音波振動子２を駆動し、この駆動により第２超音波振動子３で生成された受信信号を増幅してゼロクロス検出部７に送るまでの動作は、上述した実施例１に係る超音波流量計の動作と同じである。
【０１０２】
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出しない場合は、図８（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ１に示すように、受信ポイント信号を生成しない。この場合、図８（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ１の終わりでカウンタ１５の内容が基準クロックに同期してカウントアップされる。これにより、カウンタ１５の内容は、カウント値Ｎ−２からカウント値Ｎ−１に変化する。
【０１０３】
一方、ゼロクロス検出部７は、増幅部６から受け取った受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出した場合は、図８（Ａ）の基準クロック周期ＣＫ２に示すように、受信ポイント信号を生成し、計時部８ｂ及び制御部１０に送る。計時部８ｂでは、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号がフィードバック部１９に入力される。フィードバック部１９は、遅延部１３の最終段の遅延素子ＤＬｍからの信号Ｄｍが出力されていない状態では、受信ポイント信号を通過させて遅延部１３に送る。
【０１０４】
遅延部１３は、図８（Ｃ）〜図８（Ｈ）に示すように、受信ポイント信号を順次遅延させたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ＋ｎ−ｍ、Ｄｉ＋１＋ｎ−ｍ、…、Ｄｉ、Ｄｉ＋１、…（ｉ及びｎは正の整数でｉ、ｎ≦ｍである）を出力する。図８に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２内で変化し、データＤｉ＋１が次の基準クロック周期ＣＫ３内で「０」から「１」に変化する状態を示している。
【０１０５】
基準クロック周期ＣＫ３になると、図８（Ｂ）に示すように、カウンタ１５の内容がカウント値Ｎ−１からカウント値Ｎに変化すると共に、その先頭で、遅延部１３から出力されるデータＤ０〜Ｄｍ−１がデータレジスタ１４に取り込まれる。これにより、データレジスタ１４の初段のフリップフロップの出力Ｑ０がＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に供給される。この時点では、ＳＴＯＰ許可信号がイネーブルであるため、ＳＴＯＰ信号に応じてカウンタ１５のカウントアップ動作は停止される。従って、図８（Ｂ）に示すように、基準クロック周期ＣＫ３以降は、カウンタ１５はカウント値Ｎを維持し続ける。
【０１０６】
また、次の基準クロック周期ＣＫ３では、データレジスタ１４の２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｍ−１がエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、図９に示すように、入力されるデータＱ１〜Ｑｍ−１に対して０〜ｉ＋ｍの値を出力する。換言すれば、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図８に示した例では、データＤ１〜Ｄｉが基準クロック周期ＣＫ２の期間内で「０」から「１」に変化している（遅延素子を通過した）ので、図８（Ｋ）に示すように、エンコーダ１６は、データＱ１〜Ｑｍ−１の中の「１」の数に対応する「ｉ」を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｉ」は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【０１０７】
また、受信ポイント信号が遅延部１３を通過して最終段の遅延素子ＤＬｍから信号Ｄｍが出力されると、フィードバック部１９において受信ポイント信号の通過が阻止される。従って、以後は、図８（Ｃ）〜図８（Ｈ）に示すように、「１」から「０」に変化する受信ポイント信号を順次遅延させたデータＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ＋ｎ−ｍ、Ｄｉ＋１＋ｎ−ｍ、…、Ｄｉ、Ｄｉ＋１、…を出力する。
【０１０８】
更に、次の基準クロック周期ＣＫ４の先頭では、図８（Ｊ）に示すように、エンコーダ１６の出力「ｉ」がデータレジスタ１４に取り込まれる。また、基準クロック周期ＣＫ４では、データレジスタ１４の２段目以降のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑｍ−１がエンコーダ１６に送られる。エンコーダ１６は、エンコーダ１６は、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。図８に示した例では、データＤ１〜Ｄｉ＋ｎ−１が基準クロック周期ＣＫ３の期間内で「１」から「０」に変化している（遅延素子を通過した）ので、図８（Ｋ）に示すように、エンコーダ１６は、「ｊ」（ｊは正の整数でｉ＜ｊ）を出力する。このエンコーダ１６から出力される「ｊ」は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。
【０１０９】
引算部１８は、エンコーダ１６の出力である「ｊ」からデータレジスタ１７の出力である「ｉ」を減算する。今、「ｎ＝ｊ−ｉ」とすると、ｎは１基準クロック周期ＣＫ３で受信ポイント信号が通過し遅延素子の段数を表しており、上述した実施例１におけるｎに等しい。この引算部１８で得られた「ｎ＝ｊ−ｉ」は、補正データとして演算部９に送られる。演算部９は、上述した式（１）に従って、流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出し、内部に保持する。
【０１１０】
次に、上述した実施例１と同様の手順で、流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間Ｔｐを算出する。その後、演算部９は、上記のようにして得られた流体の流れ方向に対する超音波の伝搬時間と流体の流れと逆方向に対する超音波の伝搬時間とに基づいて、所定のアルゴリズムを用いて、流量計管路１の内部を流れる流量を算出する。
【０１１１】
以上説明したように、実施例３に係る超音波流量計によれば、上述した実施例２によって奏される効果に加え、遅延部１３を通過した受信ポイント信号をフィードバック部１９で反転させて再び遅延部１３を通過させ、初回は受信ポイント信号が「０」から「１」に変化した数に基づいて、２回目は受信ポイント信号が「１」から「０」に変化した数に基づいて受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を求めるようにしたので、遅延部１３を構成する遅延素子の数をほぼ半数にすることができる。
【実施例４】
【０１１２】
本発明の実施例４に係る超音波流量計は、受信ポイント信号及び遅延部からフィードバックされた信号が遅延部を何回通ったかをカウントすることで、遅延部を構成する遅延素子の数を減らすことを特徴とする。
【０１１３】
図１０は本発明の実施例４に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部以外の構成は、図１に示した実施例１の構成と同じであるので説明を省略する。
【０１１４】
本発明の実施例３に係る超音波流量計の計時部８ｃは、遅延部１３ｃ、データレジスタ１４ｃ、カウンタ１５、エンコーダ１６、データレジスタ１７、引算部１８、フィードバック部１９、カウンタ２０及びデータレジスタ２１から構成されている。データレジスタ１７は、本発明の第２記憶部に対応し、データレジスタ２１は、本発明の第１記憶部に対応する。
【０１１５】
遅延部１３ｃは、４個の遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ４が直列に接続されて構成されている。遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ４の各々は、基準クロックの周期より短い任意の遅延時間を有する。従って、初段の遅延素子ＤＬ１には、フィードバック部１９の出力が入力される。
【０１１６】
初段の遅延素子ＤＬ１の入力信号及び遅延素子ＤＬ１〜ＤＬ３の出力信号は、データＤ０〜Ｄ３としてデータレジスタ１４ｃに送られる。また、最終段の遅延素子ＤＬ４の出力信号は、フィードバック部１９及びカウンタ２０に送られる。
【０１１７】
データレジスタ１４ｃは、４個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ０〜Ｄ３を記憶する。このデータレジスタ１４ｃの初段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に送られる。また、２段目から４段目のフリップフロップの出力Ｑ１〜Ｑ３はエンコーダ１６に送られる。
【０１１８】
カウンタ１５は、制御部１０からのＳＴＡＲＴ信号により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からＳＴＯＰ許可信号が供給されており且つデータレジスタ１４ｃからＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタ１４ｃの内容は、上位データとして演算部９に送られる。
【０１１９】
カウンタ２０は、遅延部１３ｃの最終段の遅延素子ＤＬ４から出力される信号の変化をカウントする。従って、このカウンタ２０の内容は、受信ポイント信号が遅延素子を４段通過する毎にカウントアップされる。このカウンタ２０の出力は、データレジスタ２１に送られる。
【０１２０】
データレジスタ２１は、カウンタ２０から送られてくるカウント値を基準クロックに同期して記憶する。従って、このデータレジスタ２１は、複数（カウンタ２０から出力される値を記憶可能な数）のＤタイプのフリップフロップから構成されている。このデータレジスタ２１の内容は、エンコーダ１６に送られる。
【０１２１】
エンコーダ１６は、データレジスタ１４ｃの出力Ｑ０〜Ｑ３及びデータレジスタ２１の出力をエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダ１６の出力は、データレジスタ１７及び引算部１８に送られる。データレジスタ１７、引算部１８の構成は実施例２のそれらと同じである。
【０１２２】
フィードバック部１９は、インバータ１９ａ及びＡＮＤゲート１９ｂから構成されている。インバータ１９ａは、遅延部１３の最終段の遅延素子ＤＬ４からの信号を反転してＡＮＤゲート１９ｂの一方の入力端子に送る。ＡＮＤゲート１９ｂの他方の入力端子には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。ＡＮＤゲート１９ｂは、受信ポイント信号と遅延部１３ｃの最終段の遅延素子ＤＬ４からの信号を反転した信号との論理積をとり、遅延部１３ｃの初段の遅延素子ＤＬ１に送る。
【０１２３】
次に、本発明の実施例４に係る超音波流量計の動作は、カウンタ２０で受信ポイント信号が遅延素子を通過した段数をカウントすることにより得られたカウント値とデータレジスタ１４ｃからのデータＤ０〜Ｄ４とをエンコードして受信ポイント信号が遅延素子を通過した段数を求める点を除けば、実施例３に係る超音波流量計の動作と同じである。
【０１２４】
以上説明したように、この実施例４に係る超音波流量計によれば、上述した実施例３によって奏される効果に加え、遅延部１３ｃを構成する遅延素子の数を実施例３に比べて更に少なくすることができる。なお、実施例４では、遅延素子の数を「４」とした例を説明したが、遅延素子の数は「４」に限定されず、任意である。
【実施例５】
【０１２５】
本発明の実施例５に係る超音波流量計は、ゼロクロス点から次のゼロクロス点までの期間中、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを求め、求められた受信信号の大きさから、この期間における受信信号の重心位置を求め、重心位置を元に超音波の伝搬時間を求めることを特徴とする。
【０１２６】
図１１は本発明の実施例５に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。この超音波流量計は、流量計管路１の内部に配置された第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３、切替部４、駆動部５、増幅部６、ゼロクロス検出部７、計時部８、演算部９、制御部１０、基準クロック発振回路１１並びにＡ／Ｄコンバータ１２から構成されている。Ａ／Ｄコンバータ１２は、本発明の測定部に対応する。
【０１２７】
この超音波流量計は、図１に示した構成にＡ／Ｄコンバータ１２が追加され、演算部９の中に重心計算部２２が設けられ、更に計時部８は、従来と同様のカウンタから構成されている点を除けば、実施例１に係る超音波流量計の構成と同じである。
【０１２８】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、ゼロクロス検出部７が受信信号がゼロクロス点を検出してから、次のゼロクロス点を検出するまでの間、波形信号を取り込んでデジタル信号に変換し、演算部９に送る。この様子を図１２に示す。
【０１２９】
演算部９内の重心計算部２２は、図１２に示すように、データ列の中央をゼロ番としてデータに番号を振り、測定時刻をＴ（−Ｍ）〜Ｔ（Ｍ）、電圧データをV（−Ｍ）〜Ｖ（Ｍ）とすると、重心を次の式で求める。
【数１】
【０１３０】
以上により、ΔＶを小さくすることで時間分解能をあげることができることを理解できる。即ち、クロック周波数を上げることなく、時間分解能を向上させることができる。また、Ａ／Ｄコンバータ１２は受信信号の半周期だけ動作させればよいので、計測全体からみれば消費電力を小さく抑えることができる。
【実施例６】
【０１３１】
本発明の実施例６に係る超音波流量計は、各遅延素子からの信号にノイズがあっても該ノイズを除去して立ち上がり時刻を精度良く推定した受信ポイント信号を得ることを特徴とする。
【０１３２】
図１３は本発明の実施例６に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。なお、超音波流量計の計時部のエンコーダ１６ａ以外の構成は、図２に示した実施例１の構成と同じであるので説明を省略する。
【０１３３】
本発明の実施例６に係る超音波流量計の計時部８ｄは、遅延部１３、データレジスタ１４、カウンタ１５、エンコーダ１６ａから構成されている。エンコーダ１６ａは、本発明の信号記録部に対応し、図１７に示すように、データレジスタ１４からの時系列データＱ０〜Ｑｎ−１をパラレルでクロックに同期して入力して記録し、記録された時系列データＱ１〜Ｑｎ−１をシリアルに出力するシフトレジスタ１６１と、シフトレジスタ１６１からシリアルに送られてくる時系列データが「１」の時のみカウントするカウンタ１６２とから構成されている。即ち、エンコーダ１６ａは、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。
【０１３４】
図１４は本発明の実施例６に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図３に示すタイミングチャートと略同様であるのでその説明は省略する。図１５は本発明の実施例６に係る超音波流量計の受信ポイント信号の時系列データを示す図である。図１５（ａ）（ｂ）では、図１４に示すＸ点の直前の１クロック分のデータを表しおり、図１５（ａ）では、１クロック内の信号の切り替わる部分にノイズがない場合の例を示しており、図１５（ｂ）では、１クロック内の信号の切り替わる部分にノイズがある場合の例を示している。
【０１３５】
実施例６のエンコーダ１６ａを用いた場合、図１５（ａ）に示す例では、エンコーダ１６ａにおいて、シフトレジスタ１６１は、入力される時系列データＱ１〜Ｑｎ−１をパラレル入力して記録する。ここで、時系列データＱ１からＱｉまでの各々の値は「１」であり、時系列データＱｉ＋１からＱｎ−１までの各々の値は「０」である。カウンタ１６２は、シフトレジスタ１６１からシリアルに送られてくる時系列データＱ１〜Ｑｎ−１が「１」の時にカウントするので、カウント値が「ｉ」となる。エンコーダ１６ａとしては、図１６に示すような入出力関係を持つ。即ち、カウント値「ｉ」により、信号の立ち上がりが時系列データＱ０からｉ番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。
【０１３６】
また、図１５（ｂ）に示すように、信号の切り替わる部分にノイズがある場合の例では、時系列データＱ１からＱｉ−２までの各々の値は「１」、時系列データＱｉ−１は「０」、時系列データＱｉは「１」、時系列データＱｉ＋１は「０」、時系列データＱｉ＋２は「１」、時系列データＱｉ＋３からＱｎ−１までの各々の値は「０」である。カウンタ１６２は、シフトレジスタ１６１からシリアルに送られてくる時系列データＱ１〜Ｑｎ−１が「１」の時にカウントするので、カウント値が「ｉ」となる。即ち、ノイズ成分は平均化されて、図１５（ａ）に示すものと同じように、カウント値「ｉ」により、信号の立ち上がりが時系列データＱ０からｉ番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。
【０１３７】
このように、図１５（ｂ）に示すように、信号の信号の切り替わる部分にノイズがある場合でも、エンコーダ１６ａにノイズ平均処理を付加することにより立ち上がり時刻を精度良く推定することができる。
【実施例７】
【０１３８】
本発明の実施例７に係る超音波流量計は、ノイズのためにカウンタのＳＴＯＰ信号が実際の信号立ち上がりより早く出力されてしまうことがあっても、ＳＴＯＰ信号が出力された後の時系列データも取得することができ、正しい立ち上がり時刻を推定することができることを特徴とする。
【０１３９】
図１８は本発明の実施例７に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。本発明の実施例７に係る超音波流量計の計時部８ｅは、遅延部１３ｄ、データレジスタ１４ｄ、カウンタ１５、エンコーダ１６ａから構成されている。
【０１４０】
遅延部１３ｄは、ｍ個の遅延素子ＤＬ−１〜ＤＬ−ｍとｎ個の遅延素子ＤＬ０〜ＤＬｎ−１とが直列に接続されて構成されている。全遅延素子ＤＬ−ｍ〜ＤＬｎ−１による総遅延時間は基準クロック以上で基準クロックの２倍以下になっている。また、初段の遅延素子ＤＬ−ｍには、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。
【０１４１】
各遅延素子ＤＬ−ｍ〜Ｄｎ−１の出力信号は、データータレジスタ１４ｄに送られる。データレジスタ１４ｄは、ｍ＋ｎ＋１個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータＤ−ｍ〜Ｄｎ−１を記憶する。このデータレジスタ１４ｄの途中段のフリップフロップの出力Ｑ０は、ＳＴＯＰ信号としてカウンタ１５に送られる。また、フリップフロップの出力Ｑ−ｍ〜Ｑｎ−１はエンコーダ１６ａに送られる。
【０１４２】
エンコーダ１６ａは、図１７に示す構成と同一構成であり、データレジスタ１４ｄの出力Ｑ−ｍ〜Ｑｎ−１を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。
【０１４３】
次に、本発明の実施例７に係る超音波流量計の動作を、図１９を参照しながら説明する。まず、図１９に示すように、１クロックから次のクロックにかけて、ノイズがまたがる場合には、実施例６の構成であると、データＱ０でＳＴＯＰ信号が出力されてカウンタが停止してしまう。即ち、データＱ０の時刻を立ち上がり時刻と判断してしまうため、正確に信号の立ち上がり時刻が求められない。
【０１４４】
実施例７では、ｍ個の遅延素子ＤＬ−１〜ＤＬ−ｍとｎ個の遅延素子ＤＬ０〜ＤＬｎ−１とを設け、カウンタのＳＴＯＰ信号を遅延素子の途中段から出力するので、エンコーダ１６ａでは、シフトレジスタ１６１は、１クロックから次のクロックに跨った時系列データＱ−ｍ〜Ｑ０〜Ｑｎ−１を入力して記録する。そして、カウンタ１６２が１クロックから次のクロックに跨った時系列データＱ−ｍ〜Ｑ０〜Ｑｎ−１の内の「１」のみをカウントする。
【０１４５】
図１９に示す例では、時系列データＱ−ｍからＱ−４までの各々の値は「１」、時系列データＱ−３は「０」、時系列データＱ−２は「１」、時系列データＱ−１は「０」、時系列データＱ０は「１」、時系列データＱ１からＱｎ−１までの各々の値は「０」である。カウント値は「ｍ−１」となるので、データＱ−２の時刻が信号の立ち上がり時刻となる。即ち、ノイズ成分は平均化されて、信号の立ち上がりが時系列データＱ−ｍからｍ−１番目のデータにあることをディジタル値として出力することができる。
【０１４６】
このように、カウンタ１５のＳＴＯＰ信号を遅延素子の途中段から出力するようにすると、ノイズのためにカウンタ１５のＳＴＯＰ信号が実際の信号立ち上がりより早く出力されてしまうことがあっても、ＳＴＯＰ信号が出力された後の時系列データも取得することができ、正しい立ち上がり時刻を推定することができる。
【０１４７】
なお、上述した実施例１〜４、実施例６〜７では、駆動部５は、基準クロックに同期して送信側の超音波振動子を駆動することにより超音波を発生させるように構成したが、基準クロックと非同期に送信側の超音波振動子を駆動して超音波を発生させるように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明の超音波流量計は、ガスメータ、水道メータ等のメータに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係る超音波流量計のエンコーダの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例２に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例２に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施例３に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例３に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施例３に係る超音波流量計のエンコーダの動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例４に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施例５に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施例５に係る超音波流量計の動作を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例６に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施例６に係る超音波流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】本発明の実施例６に係る超音波流量計の受信ポイント信号の時系列データを示す図である。
【図１６】本発明の実施例６に係る超音波流量計のエンコーダの動作を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施例６に係る超音波流量計のエンコーダの詳細な構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施例７に係る超音波流量計の計時部の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施例７に係る超音波流量計の受信ポイント信号の時系列データを示す図である。
【図２０】従来の超音波流量計を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１ 流量計管路
２ 第１超音波振動子
３ 第２超音波振動子
４ 切替部４
５ 駆動部
６ 増幅部
７ ゼロクロス検出部
８ 計時部
９ 演算部
１０ 制御部
１１ クロック発振回路
１２ コンバータ
１３ 遅延部
１４、１７、２１ データレジスタ
１５、２０、８０ カウンタ
１６ エンコーダ
１８ 引算部
１９ フィードバック部
１９ａ インバータ
１９ｂ ＡＮＤゲート
２２ 重心計算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記送信側の超音波振動子と前記受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、
前記計時部で計測された伝搬時間に基づいて前記流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、
前記計時部は、
前記送信側の超音波振動子が駆動されることにより前記基準クロックのカウントを開始し、前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、
各々が前記基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期より長くなるように直列に接続されており、前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号記録部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データで補正することにより前記伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて前記流路における流量を計測することを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データと前記遅延素子の数とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記計時部は、
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記記憶部の出力を引き算する引算部とを備え、
前記遅延部は、
総遅延時間が前記基準クロックの周期の２倍以上になる数の遅延素子から成り、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記計時部は、
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記記憶部の出力を引き算する引算部と、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて初段の遅延素子にフィードバックするフィードバック部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項５】
流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記送信側の超音波振動子と前記受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、
前記計時部で計測された伝搬時間に基づいて前記流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、
前記計時部は、
前記送信側の超音波振動子が駆動されることにより前記基準クロックのカウントを開始し、前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、
各々が前記基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期以下になるように直列に接続されており、前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号記録部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データで補正することにより前記伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて前記流路における流量を計測し、
前記計時部は、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて初段の遅延素子にフィードバックするフィードバック部と、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号をカウントすることにより得られたカウント値を前記基準クロックに同期して記憶する第１記憶部と、
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する第２記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記第２記憶部の出力を引き算する引算部とを備え、
前記信号記録部は、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号及び前記第１記憶部に記憶されたデータを前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持し、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記第２記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする超音波流量計。
【請求項６】
流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が出力されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定する測定部と、
前記測定部で測定された受信信号の大きさに基づき前記測定期間における受信信号の重心を計算する重心計算部と、
前記重心計算部で計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求める演算部と、
を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項７】
前記信号記録部は、
前記各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、記録された信号をシリアルに出力するレジスタと、
前記レジスタからの信号が１の時のみカウントする第２カウンタと、
を有することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記遅延部は、
総遅延時間が前記基準クロックの周期の２倍以下になる数の遅延素子から成り、
前記カウンタは、前記複数の遅延素子の内の途中段の遅延素子から停止信号を入力した時にカウントを停止することを特徴とする請求項７記載の超音波流量計。
【請求項１】
流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記送信側の超音波振動子と前記受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、
前記計時部で計測された伝搬時間に基づいて前記流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、
前記計時部は、
前記送信側の超音波振動子が駆動されることにより前記基準クロックのカウントを開始し、前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、
各々が前記基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期より長くなるように直列に接続されており、前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号記録部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データで補正することにより前記伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて前記流路における流量を計測することを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データと前記遅延素子の数とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記計時部は、
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記記憶部の出力を引き算する引算部とを備え、
前記遅延部は、
総遅延時間が前記基準クロックの周期の２倍以上になる数の遅延素子から成り、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記計時部は、
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記記憶部の出力を引き算する引算部と、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて初段の遅延素子にフィードバックするフィードバック部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項５】
流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記送信側の超音波振動子と前記受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号に基づいて計測する計時部と、
前記計時部で計測された伝搬時間に基づいて前記流路における流量を算出する演算部とを備えた超音波流量計であって、
前記計時部は、
前記送信側の超音波振動子が駆動されることにより前記基準クロックのカウントを開始し、前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されることによりカウントを停止するカウンタと、
各々が前記基準クロックの周期より小さく且つ等しい遅延時間を有する遅延素子が、総遅延時間が基準クロック周期以下になるように直列に接続されており、前記ゼロクロス検出部から出力される受信ポイント信号が入力される遅延部と、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する信号記録部とを備え、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記信号記録部に記録された時系列データで補正することにより前記伝搬時間を算出し、算出された時間に基づいて前記流路における流量を計測し、
前記計時部は、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号を反転させて初段の遅延素子にフィードバックするフィードバック部と、
前記遅延部の最終段の遅延素子から出力される信号をカウントすることにより得られたカウント値を前記基準クロックに同期して記憶する第１記憶部と、
前記基準クロックに同期して前記信号記録部に記録された時系列データを記憶する第２記憶部と、
前記信号記録部に記録された時系列データから前記第２記憶部の出力を引き算する引算部とを備え、
前記信号記録部は、
前記遅延部の各遅延素子から出力される信号及び前記第１記憶部に記憶されたデータを前記基準クロックに同期して記録し、前記受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持し、
前記演算部は、
前記カウンタの内容を前記第２記憶部の出力と前記引算部の出力とで補正することにより前記伝搬時間を算出することを特徴とする超音波流量計。
【請求項６】
流路の上流側と下流側とに配置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される一対の超音波振動子と、
基準クロックを発生する基準クロック発信回路と、
前記送信側の超音波振動子を駆動する駆動部と、
前記駆動部で駆動された前記送信側の超音波振動子において発生された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信することにより生成された受信信号のゼロクロス点を検出し、受信ポイント信号として出力するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロス検出部から受信ポイント信号が出力されてから次の受信ポイント信号が出力されるまでの測定期間の間、各基準クロックの境界における受信信号の大きさを測定する測定部と、
前記測定部で測定された受信信号の大きさに基づき前記測定期間における受信信号の重心を計算する重心計算部と、
前記重心計算部で計算された重心の位置に基づき超音波の伝搬時間を求める演算部と、
を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項７】
前記信号記録部は、
前記各遅延素子から出力される信号を前記基準クロックに同期して記録し、記録された信号をシリアルに出力するレジスタと、
前記レジスタからの信号が１の時のみカウントする第２カウンタと、
を有することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記遅延部は、
総遅延時間が前記基準クロックの周期の２倍以下になる数の遅延素子から成り、
前記カウンタは、前記複数の遅延素子の内の途中段の遅延素子から停止信号を入力した時にカウントを停止することを特徴とする請求項７記載の超音波流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−３３１０（Ｐ２００６−３３１０Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８２７７０（Ｐ２００４−１８２７７０）
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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