超音波流量計
【課題】 従来より精度良くノイズの有無を検知することができる超音波流量計を提供することである。
【解決手段】本発明の超音波流量計１１は、超音波送波器２１（２２）から出力された超音波を超音波受波器２２（２１）に到達したと判断したとき受信波検知信号を出力する受信波検知部３と、ノイズ検知レベルを発生するノイズ検知レベル発生部４１と受信波がノイズ検知レベルを超えたときノイズレベル超え信号を出力するレベル超え比較部４２とをもつレベル超え検知部４と、ノイズレベル超え信号を出力した時を始点又は終点としてノイズ検知用時間を求めるノイズ検知用時間演算部６と、ノイズ検知用時間が正常な範囲をはずれているときにノイズ発生信号を出力するノイズ判定部５と、を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明の超音波流量計１１は、超音波送波器２１（２２）から出力された超音波を超音波受波器２２（２１）に到達したと判断したとき受信波検知信号を出力する受信波検知部３と、ノイズ検知レベルを発生するノイズ検知レベル発生部４１と受信波がノイズ検知レベルを超えたときノイズレベル超え信号を出力するレベル超え比較部４２とをもつレベル超え検知部４と、ノイズレベル超え信号を出力した時を始点又は終点としてノイズ検知用時間を求めるノイズ検知用時間演算部６と、ノイズ検知用時間が正常な範囲をはずれているときにノイズ発生信号を出力するノイズ判定部５と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計に関し、特にノイズを検知可能な超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計は、流体が通過する流れの上流と下流とに間隔をあけて１組の超音波送受信波器を配置し、流体の流れと同じ順方向の超音波の伝播時間と、流体の流れと逆の逆方向の超音波の伝播時間とから流速を求め、この流速に流路断面積を乗じて流量を求めている。
【０００３】
ところで、超音波流量計はオイルミストなどの汚物が付着した場合、受信波が減衰することや、超音波流量計に由来するノイズ（以下、「筐体ノイズ」と称する。）が発生することが知られている。また、超音波流量計の上流あるいは下流の近傍に、減圧弁や半開バルブなどの絞り機構が設置された場合、流量を計測するために配管内に発生させた超音波とは異なる超音波（以下、「配管ノイズ」と称する。）が発生し、受信波にノイズとして重畳することが知られている。
【０００４】
超音波流量計は、ノイズが受信波に重畳した場合や受信波が減衰した場合であっても、受信波が検知できれば、流量を求めることができる。しかし、時間的に一致する位置にノイズが発生すると、受信波にノイズが重畳し、ノイズが重畳した受信波に基づいて流量を求めることになり、ノイズの程度によっては誤差が生じるおそれがある。また、受信波が検知できないほどのノイズが重畳し、受信波が減衰・増幅しすぎた場合は、超音波の伝播時間を計測できない（以下、「測定不能状態」という）。
【０００５】
特許文献１には、あらかじめ設定された正常計測時における超音波の伝播時間と、実際に測定された伝播時間とを比較し、所定の大きさ以上の差があった場合、誤測定と判定する超音波流量計が開示されている。特許文献２には、受信波を検知するサンプリング期間以外に受信波を検知した場合に、ノイズが発生していると判定する流量計測装置が開示されている。特許文献３には、受信波を検知するために増幅した増幅率を記憶し、記憶した増幅率を解析することで、異常がいつ発生し始めたかを絞り込める装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１８３１９５号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８８３１号公報
【特許文献３】特開２００５−２５７４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に開示されるような装置では、ノイズが発生しても検知できない場合が考えられる。また、ノイズが検知されたり計測不能状態になったりしても、装置が設置された状態では装置の内部をすぐには確認できず、ノイズの原因が筐体あるいは配管のノイズに係るのか、係らないのか、又は減衰しているのかが分からないため、早急な対処ができない。
【０００８】
特許文献３に開示されている装置では、ある一定の期間経過後にノイズが発生していたのかどうかを判断するものであるため、ノイズ発生時にはノイズの発生を判断できない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、従来のノイズ検知より精度が良くノイズの有無を検知することができる超音波流量計を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための請求項１に係る発明の構成上の特徴は、流体が通過する通路の上流と下流とに対向配置された１組の超音波送受波器を配置し、それらの間の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計であって、
前記超音波送波器から出力された前記超音波を前記超音波受波器が受け取る受信波が前記超音波受波器に到達したと判断したとき、受信波検知信号を出力する受信波検知部と、
ノイズ検知レベルを発生するノイズ検知レベル発生部と前記受信波が前記ノイズ検知レベルを超えたときノイズレベル超え信号を出力するレベル超え比較部とをもつレベル越え検知部と、
前記ノイズレベル超え信号を出力した時を始点又は終点として、ノイズ検知用時間を求めるノイズ検知用時間演算部と、
前記ノイズ検知用時間が正常な範囲をはずれているときに、ノイズ発生信号を出力するノイズ判定部と、
を有することである。
【００１１】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記超音波の出力を複数回行う場合に、
前記ノイズ判定部が出力する前記ノイズ発生信号は、一つ前の測定で得られた前記ノイズ検知用時間の値であるノイズ種類判定時間と前記ノイズ検知用時間の値とが同じ場合に筐体ノイズを表す信号とし、
それ以外の場合に配管ノイズを表す信号とすることである。
【００１２】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記ノイズ検知用時間は、前記ノイズレベル超え信号を出力した時から前記受信波検知信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、設定値よりも前記ノイズ検知用時間が長い場合であり、
前記設定値は、前記超音波送波器から出力された前記超音波が前記超音波受波器で検知され始めた時から前記受信波検知信号が出力された時までの時間であると想定される時間以上で設定されることである。
【００１３】
ここで、超音波受波器で検知され始めた時及び受信波検知信号が出力された時とは、使用する受信波の検知方法によって異なる。
【００１４】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記ノイズ検知用時間は、前記ノイズレベル超え信号を出力した時から前記受信波検知信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、前記ノイズ検知用時間が受信波の一周期の長さ以下又は二周期の長さ以上の場合であることである。
【００１５】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１〜４の何れか１項において、前記ノイズ検知用時間は、前記超音波送波器が前記超音波を出力した時から前記ノイズレベル超え信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、設定値よりも前記ノイズ検知用時間が短い場合であり、
前記設定値は、前記超音波送波器から前記超音波が出力された時から前記超音波受波器で検知され始めた時であると想定される時間以内で設定されることである。
【００１６】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１〜５の何れか１項において、前記受信波の振幅の大きさに応じて前記受信波の実増幅率を適正に調整可能な増幅部と、
前記流体の温度を計測し、計測温度を出力する温度計測手段と、
前記流体の圧力を計測し、計測圧力を出力する圧力計測手段と、
前記ノイズ判定部は、前記流体の種類、前記計測温度、及び、前記計測圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率と前記実増幅率との差異が所定以上の場合、又は前記実増幅率から推測される前記流体の推測温度及び推測圧力と前記計測温度及び前記計測圧力との差異が所定値以上の場合にはノイズ発生信号を出力することである。
【００１７】
その他に、上記課題を解決するための請求項７に係る発明の構成上の特徴は、流体が通過する通路の上流と下流とに対向配置された１組の超音波送受波器を配置し、前記受信波の振幅の大きさに応じて前記受信波の実増幅率を適正に調整可能な増幅部をもち、前記超音波送受波器間の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計であって、
前記超音波送波器から出力された前記超音波を前記超音波受波器が受け取る受信波が前記超音波受波器に到達したと判断したとき、受信波検知信号を出力する受信波検知部と、
前記流体の温度を計測し、計測温度を出力する温度計測手段と、
前記流体の圧力を計測し、計測圧力を出力する圧力計測手段と、
前記流体の種類、前記計測温度、及び、前記計測圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率と前記実増幅率との差異が所定以上の場合、又は前記実増幅率から推測される前記流体の推測温度及び推測圧力と、前記計測温度及び前記計測圧力との差異が所定値以上の場合にはノイズ発生信号を出力するノイズ判定部と、
を有することである。
【００１８】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項６又は７において、前記理論増幅率は、前記流体の種類、前記流体の温度、及び、前記流体の圧力の組み合わせ毎にデータベースに記憶されており、
前記データベースは、前記超音波が出力される毎に、前記温度測定手段から前記流体の温度と前記圧力計測手段から前記流体の圧力とを受信し、記憶されている組み合わせの前記理論増幅率を出力することである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明においては、ノイズ検知レベル発生部がノイズ検知レベルを発生し、受信波がノイズ検知レベルを超えたとき、レベル超え比較部がノイズレベル超え信号を出力する。そして、ノイズ判定部が、ノイズレベル超え信号を出力した時間に基づき求められるノイズ検知用時間が、正常な範囲をはずれているときに、ノイズ発生信号を出力する。
【００２０】
受信波は、その大きさが流体の種類、圧力、温度によって変化するものの、波の形状（各波同士の相対関係。図４参照。）は変わらないという特徴を有していること、流体があらかじめ分かっている場合であれば圧力や温度との組み合わせで受信波が検知される時間的範囲を導き出せることから正常な範囲を設定することができる。なお、超音波の到達時間を算出するための受信波検知信号を検知する方法は、どのような方法でも良い。また、本願において「信号を出力する」とは、電気信号や光信号など信号を検出できるものであればよい。電気信号を例とすると、低い電圧から高い電圧への変化、高い電圧から低い電圧の変化、出力されていたものが出力されなくなる等、それらの変化はステップ状でもパルス状でも緩やかな変化であっても検知することができるものであれば、「信号を出力する」とする。請求項１に係る発明によれば、ノイズ検知レベル値や正常な範囲の設定を適正に行うことで、従来検知できなかったノイズを精度良く検知することができる。
【００２１】
請求項２に係る発明においては、ノイズ判定部が、ノイズ検知用時間とノイズ種類判定時間とを比較することで、発生しているノイズが筐体に係る筐体ノイズなのか配管に係る配管ノイズであるか判別することができる。ここで、筐体ノイズとは、超音波流量計に由来するノイズであり、配管ノイズとは超音波流量計に由来しないノイズであり、ノイズ種類判定時間は前回のノイズ検知用時間の値である。超音波流量計に由来する配管ノイズは、超音波送波器から出力された超音波が筐体（超音波流量計）を伝播することで生じるノイズであり、通常は発生しないように設計されているか発生しても除外できるように設計されている。しかし、汚れの付着などでそのバランスが崩れるとノイズが発生する。筐体ノイズは、何よりも早く筐体内を伝播し、一度発生したらほぼ毎回同じ時間で伝播する。そこで、超音波の出力を複数回行い流量を測定することを前提として、前の測定で得られたノイズ検知時間の値をノイズ種類判定時間として記憶しておくことで、次に検知されたノイズと１つ前に発生したノイズの発生時間とを比較することで、ノイズの種類を特定することができる。よって、ノイズ発生信号は、ノイズ検知用時間とノイズ種類判定時間とが等しい場合は筐体ノイズを表す信号とし、それ以外は配管ノイズを表す信号とする。なお、等しいとは必ずしも等号ではなく、いくらかの幅を持たせることができる。請求項２に係る発明によれば、発生しているノイズの種類や原因を特定することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明においては、ノイズ検知用時間がノイズレベル超え信号を出力した時から受信波検知信号を出力した時までの時間である。受信波はその大きさが流体の種類、圧力、温度によって変化するものの、波の形状（各波同士の相対関係。図４参照。）が変わらないという特徴を有していることから、超音波が検知され始める時から受信波検知信号が出力されるまでの時間が想定できる。そこで、正常な範囲をその想定される時間以上に設定することで、ノイズが発生している場合は、超音波が検知され始めるときよりも早くノイズレベル超え信号を出力するため、ノイズ検知用時間は設定される時間より長くなる。よって、ノイズ判定部は、ノイズ検知用時間が設定される時間よりも長い場合は、ノイズが発生していると判定する。なお、正常な範囲は、あらかじめ設定したり、受信波を正常に検知できた時の正常な測定値に基づき設定したりすることができる。請求項３に係る発明によれば、流体の種類を考慮することなく、受信波の波形の特性を用いることで、超音波流量計で使用される流体が不明な場合でもノイズを検知することができる。
【００２３】
請求項４に係る発明においては、受信波の周期に基づいて正常な範囲を設定する。上記したように受信波の形状が変わらないという特徴を有していることから、受信波の大きさが分かれば受信波の一周期の長さを求めることができる。そこで、ノイズ検知用時間が、受信波の一周期の長さ以下又は二周期の長さ以上の場合に、正常な範囲をはずれていると判断する。請求項４に係る発明によれば、流体の種類を考慮することなく、受信波の波形の特性を用いることで、超音波流量計で使用される流体が不明な場合でもノイズを検知することができる。
【００２４】
請求項５に係る発明においては、ノイズ検知用時間が超音波を出力した時からノイズレベル超え信号を受信した時までの時間である。超音波が検知され始める時間は、流体の種類及び流量を測定する環境から得られる状態（流体の温度や圧力）に基づき導き出すことができる。そこで、正常な範囲を検知され始める時間よりも短い時間、つまり検知され始めると想定される時間以内で設定することで、ノイズが発生している場合は、超音波が検知され始めるときよりも早くノイズレベル超え信号を出力するため、ノイズ検知用時間は設定される時間より短くなる。よって、ノイズ判定部は、ノイズ検知用時間が設定される時間よりも短い場合は、ノイズが発生していると判定する。請求項４に係る発明によれば、超音波流量計で使用される流体が既知の場合にノイズを検知することができる。
【００２５】
請求項６に係る発明においては、ノイズ判定部が、流体の種類、温度、圧力とから決定する適正な理論増幅率と、増幅部が受信波を実際に調整した実増幅率と、を比較することで、ノイズの発生の有無を判定する。又は、実増幅率から推測される流体の温度及び圧力と計測手段により得られた温度及び圧力とを比較することで、ノイズの発生の有無を判定する。ここで、適正な理論増幅率とは、所定の振幅となるように調節するための率である。実増幅率が理論増幅率とあまりに大きく異なる、あるいは実際に増幅した実増幅率から推測される流体の温度及び圧力が実際に計測した温度及び圧力と大きくことなるということは、受信波になんらかのノイズが重畳されているか受信波が減衰する原因があると言える。理論増幅率の算出、実増幅率から流体の温度及び圧力の推測をおこなうためには、使用する流体があらかじめ分かっていることが望ましい。よって、請求項５に係る発明によれば、ノイズが時間的に同じ位置で重畳して受信波の大きさが見かけ上大きくなったとき、又は汚れなどにより受信波が減衰したときのような場合に、ノイズ検知用時間に基づいてノイズの発生を検知することができない場合でも、ノイズの検知をすることができる。
【００２６】
請求項７に係る発明においては、ノイズ判定部が、流体の種類、温度、圧力とから決定する正確な理論増幅率と、増幅部が受信波を実際に調整した実増幅率と、を比較することで、ノイズの発生の有無を判定する。又は、実増幅率から推測される流体の温度及び圧力と計測手段により得られた温度及び圧力とを比較することで、ノイズの発生の有無を判定する。実増幅率が理論増幅率とあまりに大きく異なる、あるいは実際に増幅した実増幅率から推測される流体の温度及び圧力が実際に計測した温度及び圧力と大きくことなるということは、受信波になんらかのノイズが重畳されているか受信波が減衰する原因があると言える。理論増幅率の算出、実増幅率から流体の温度及び圧力の推測をおこなうためには、使用する流体があらかじめ分かっていることが望ましい。よって、ノイズが時間的に同じ位置で重畳して受信波の大きさが見かけ上大きくなったとき、又は汚れなどにより受信波が減衰したときのような場合に、ノイズ検知用時間に基づいてノイズの発生を検知することができない場合でも、ノイズの検知をすることができる。
【００２７】
請求項８に係る発明においては、理論増幅率を流体の種類、温度、圧力の組み合わせ毎にデータベースに記憶することができる。データベースは、使用流体、測定された温度
及び圧力の組み合わせの理論増幅率をノイズ判定部に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態１の超音波流量計１１の構成図を示すブロック図である。
【図２】本実施形態１の超音波流量計１１で用いられる受信波検知部３及びレベル超え検知部４の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態１の超音波流量計１１が受信波を検知する方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本実施形態１の超音波流量計１１が受信する受信波の一例を示す波形図である。
【図５】本実施形態１の超音波流量計１１がノイズの発生を検知する流れの一例を示したフローチャートである。
【図６】本実施形態１の超音波流量計１１がノイズを検知する一例を示すタイミングチャートである。
【図７】本実施形態１の超音波流量計１１がノイズを検知する一例を示すタイミングチャートである。
【図８】本実施形態２の超音波流量計がノイズの発生を検知する流れの一例を示したフローチャートである。
【図９】本実施形態２の超音波流量計がノイズを検知する一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本実施形態２の超音波流量計がノイズを検知する一例を示すタイミングチャートである。
【図１１】本実施形態３の超音波流量計１３の構成図を示すブロック図である。
【図１２】本実施形態３の超音波流量計１３がノイズの発生を検知する流れの一例を示したフローチャートである。
【図１３】本実施形態３の超音波流量計１３がノイズを検知する一例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の代表的な実施形態を図１〜図１３を参照して説明する。本発明の超音波流量計は、気体又は液体が流れるパイプライン（図示せず）の途中に取り付けられている。
【００３０】
（実施形態１）
本実施形態１の超音波流量計１１は、図１に示されるように、超音波送受波器２１，２２と、受信波検知部３と、レベル超え検知部４と、ノイズ判定部５と、ノイズ確認カウンタ（ノイズ検知用時間演算部）６とを有する。超音波流量計１１は、更に、コントロール部２３と、切替スイッチＳ１，Ｓ２と、送受器駆動部２４と、カウンタ２５と、増幅部２６と、基準クロック発生部２７と、ノイズ発生通知手段２８とを有する。
【００３１】
超音波送受波器２１，２２は、一対の超音波振動子で構成され、被計測流体の流れるパイプライン内の上流と下流とに対向配置され、どちらかの一方が上流側、他方が下流側に位置する。超音波送受波器２１，２２は、送信側としても受信側としても作動でき、切替スイッチＳ１，Ｓ２を介して送受器動部２４か受信波検知部３（増幅部２６を介して）かに接続され、流体中を上流から下流及び下流から上流へと超音波の送受を行う。超音波送受波器２１，２２は、切替スイッチＳ１とＳ２が図１に示される状態のときは、超音波送受波器２１は送受器駆動部２４に接続されて送波器として作動し、超音波送受波器２２は（増幅部２６を介して）受信波検知部３に接続されて受波器として作動する。
【００３２】
受信波検知部３は、例えば送波器２１が出力した超音波を受波器２２が検知すると受信波検知信号を出力する。受信波信号を出力する（受信波の検知）方法は、後述する。
【００３３】
コントロール部２３は、一定時間間隔で超音波送受波器２１，２２の送受の切り替えを行い、切り替え毎にその後、スタート信号を出力する。送受の切り替えは、コントロール部２３からの送受切替信号で切替スイッチＳ１，Ｓ２を切り替えることで行われる。コントロール部２３は、受信波検知部３からの受信波検知信号が入力されると、後述するカウンタ２５が測定した測定時間を読み取り、直前に行った反対向きでの測定時間とを用いて、超音波送受波器間の流速を算出し、算出した流速とパイプの断面積などから流量を求められる。
【００３４】
送受器駆動部２４は、コントロール部２３が出力したスタート信号を受け取ると送信側の超音波送受波器２１（２２）を駆動する。
【００３５】
カウンタ２５は、スタート信号から受信波検知信号までの時間を測定する。その測定した時間は、コントロール部２３が読み取る。当該実施形態では、スタート信号で測定時間がリセットされてから、時間を測定する。カウンタ２５は、基準クロック発生部２７からのクロックをカウントすることで時間を計測する。
【００３６】
受信波検知部３は、図２に示されるように、基準レベル発生部３１と、レベル選択部３２と、比較部３３と、ゼロクロス検知部３４とを有する。
【００３７】
基準レベル発生部３１は、異なる電圧の複数の基準レベル、例えば５つの基準レベルＶｔｈｊ１〜Ｖｔｈｊ５を出力して、レベル選択部３２へ入力する。５つの基準レベルＶｔｈｊ１〜Ｖｔｈｊ５は、例えば指数関数的に並ぶように電圧が定められる（図３参照）。レベル選択部３２は、基準レベル発生部３１が出力した複数の基準レベルの内、小さい方の所定数、この実施例では３個の基準レベルＶｔｈｊ１〜Ｖｔｈｊ３を選択して比較部３３へ出力する。レベル選択部３２は送信側となった超音波送受波器の送信毎（発信毎）に小さい方から所定数、例えば３個の基準レベルを選択して比較部３３へ出力する。受信波は、受波器２２（２１）で受信され、増幅部２６で増幅された後、受信波検知部３の比較部３３とゼロクロス検知部３４とに入力される。そして、受信波は、選択された基準レベルＶｔｈｊ１〜Ｖｔｈｊ３と比較部３３で順次比較される。
【００３８】
増幅後の受信波（波形）と基準レベルとが図３に示されるとき、第２波が点ａ１で最小の基準レベルＶｔｈｊ１を越えるが、２つの基準レベルＶｔｈｊ２とＶｔｈｊ３は越えない。比較部１２は、Ｖｔｈｊ１を超えたが２つのＶｔｈｊ２とＶｔｈｊ３を超えていない波を点ａ１で検知したことをゼロクロス検知部３４に出力し、ゼロクロス検知部３４は第２波のゼロクロス点ｃ１を検知すると、ゼロクロス点ｃ１をゼロクロス検知信号としてレベル選択部３２へ出力する。比較部３３は、点ａ１をレベル選択部３２へ出力する。次に、第２波が越えた基準レベルＶｔｈｊ１に代えて、今まで選択されていなかった基準レベルＶｔｈｊ４〜Ｖｔｈｊ５のうち最小の基準レベルがレベル選択部３２によって選択されて、比較部３２へ出力される。
【００３９】
比較部３３には、次の波が入力される前に、Ｖｔｈｊ１を除いた残りの基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ５の中から小さい方の所定数（この場合３個） の基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ４が入力され、次の波を待ち受ける。そして、次にくる波のいずれかが基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ４を一気に超えると、比較部３３はその波を検知したことをゼロクロス検知部３４へ出力する。ゼロクロス検知部３４は、その波が次にゼロクロスする点ｃ２を検知し、その波のゼロクロス点であるとして、受信波検知信号を出力する。
【００４０】
レベル超え検知部４は、図２に示されるように、ノイズ検知レベル発生部４１と、レベル超え比較部４２とを有する。ノイズ検知レベル発生部４１は、受信波検知部３の基準レベル発生部３１が出力する基準レベルのうち最小レベルより小さいノイズ検知レベルＶｔｈｋを発生する。レベル超え比較部４２は、受信波がノイズ検知レベルを超えたときノイズレベル超え信号を出力する。
【００４１】
図１に戻って、ノイズ確認カウンタ６は、レベル超え検知部４からのノイズレベル超え信号を受信すると、ノイズレベル超え信号が出力されてから受信波検知信号が出力されるまでのノイズ検知用時間（Ｔ１）を演算する。Ｔ１を演算するにあたり、ノイズレベル超え信号の出力時及び受信波検知信号の出力時は、コントロール部２３が出力したスタート信号を受け取るとリセットされ、基準クロック発生部２７からのクロックをカウントすることで時間を計測する。そして、ノイズ確認カウンタ６は、演算したＴ１を後述するノイズ判定部５に出力する。
【００４２】
ノイズ判定部５は、ノイズ確認カウンタ６から入力されたＴ１と、時間範囲（Ｔｘ）とを比較して、ノイズが発生している場合はノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。Ｔｘは、図４に示されるように、受信波形の１周期をＴ０とした場合、１×Ｔ０＜Ｔｘ＜２×Ｔ０とすることができる。つまり、Ｔｘは受信波の１周期から２周期に相当する大きさで設定される値であり、受信波検知信号が検知される正常な範囲である。受信波形の１周期は、振幅が常に同じになるように増幅率を設定したり、受信波の大きさが分かれば、算出することができる。
【００４３】
ノイズ判定部５では、図５に示されるように、ノイズ確認カウンタ６から入力されたＴ１がＴｘ以下であるか判定する。Ｔ１がＴｘ以下の場合は、ノイズが発生していないため、正常と判定後、Ｔ１をノイズ種類判定時間Ｔ１０と記録する。Ｔ１０は、前回のＴ１の値である。Ｔ１がＴｘより大きい場合は、ノイズが発生しており、更にＴ１がＴ１０と等しいか等しくないかを判定する。Ｔ１がＴ１０と等しい場合、ノイズは筐体に係るノイズであるとして、ノイズ発生信号を出力する。Ｔ１がＴ１０と等しくない場合は、ノイズは配管に係るノイズであるとして、ノイズ発生信号を出力する。なお、Ｔ１とＴ１０との比較における等しいは、いくらかの幅を持たせることができる。また、Ｔ１とＴｘの比較において、下限を設定しても良い。
【００４４】
筐体あるいは配管どちらかのノイズであるとノイズ発生信号を受信したノイズ発生通知手段２８は、文字表示、音、あるいは点滅などによりノイズの種類も含めてノイズの発生を管理者に通知したり、監視装置に通知・記録したりする。ノイズの種類の区別は、表示される文字、音の発生の仕方や音の種類、ランプの点滅の仕方等により、通知可能である。
【００４５】
ノイズ判定部５は、正常又はノイズが発生していると判断した後、判定終了信号をコントロール部２３に出力する。判定終了信号を受け取ったコントロール部２３は、流量測定の動作の完了を確認後、新たなスタート信号を発信する。
【００４６】
次に、本実施形態１の超音波流量計１１が、ノイズを検出する例を図６及び図７を用いて説明する。図６及び図７では、図の左から右に向かって時間の経過を示す。図６及び図７において、受信波は、第１波と記載されている以降の振幅の波形である。よって、図６及び図７に図示されている受信波より前に発生している振幅がノイズである。図６のノイズは基準レベルのＶｔｈｊ１より小さい振幅であり、図７のノイズは基準のレベルＶｔｈｊ１より大きい振幅である。
【００４７】
本実施形態１の超音波流量計１１では、図６のノイズが基準レベルＶｔｈｊ１より更に小さいノイズ検知レベルを点ｎ１で超えるため、レベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力する。受信波検知部３では、受信波の第２波が点ａ１で基準レベルＶｔｈｊ１を超えた、更に、第４波が基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ４を一気に超えた後のゼロクロス点ｃ２で受信波検知信号を出力する。ノイズ確認カウンタ６では、点ｎ１から受信波検知信号が出力された点ｃ２までのノイズ検知用時間Ｔ１を演算する。図６において、Ｔ１は明らかにＴｘ以下である。そのため、ノイズ判定部５は、ノイズが発生しているとして、ノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。ここで、Ｔ１がノイズ種類判定時間Ｔ１０（前回のＴ１）と等しければノイズは筐体に係るノイズであり、Ｔ１がＴ１０と等しくなければ配管に係るノイズであるとするノイズ発生信号を出力する。
【００４８】
本実施形態１の超音波流量計１１では、図７のノイズが基準レベルＶｔｈｊ１より更に小さいノイズ検知レベルを点ｎ２で超えるため、レベル超え検知部４がノイズレベル超え信号が出力する。受信波検知部３では、ノイズ検知レベルを超えたのとは違う波が基準レベルＶｔｈｊ１を超えたのち、受信波の第４波が基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ４を一気に超え、ゼロクロス点ｃ３で受信波検知信号を出力する。ノイズ確認カウンタ６では、点ｎ２から受信波検知信号が出力された点ｃ３までのノイズ検知用時間Ｔ１を演算する。図７において、Ｔ１は明らかにＴｘの範囲を超えている。そのため、ノイズ判定部５は、ノイズが発生しているとして、ノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。ここで、Ｔ１がＴ１０と等しければノイズは筐体に係るノイズであり、Ｔ１がＴ１０と等しくなければ配管に係るノイズであると出力する。
【００４９】
図６に示されるノイズは、従来技術によると、ノイズが発生している状態にもかかわらず検知することができない。そして、ノイズが図７に示されるほど大きくなった時、初めてノイズが発生していることが検知されることとなる。また、図７に示されるようなノイズが発生している状態は、異常数値の流量値から検知できたとしても、筐体に係るノイズなのか配管に係るノイズなのかは検出できない。
【００５０】
本実施形態１の超音波流量計１１によれば、使用される流体が未知であっても受信波の波形（各波同士の相対関係）が変わらないという特性を用いることで、従来よりも精度良く、ノイズの有無を検知することができる。特に、本実施形態１において、ノイズ検知レベルが、受信波を検知するための基準レベルに基づき設定しており、ノイズを効果的に検知することができる。
【００５１】
また、ノイズが筐体に係るノイズであるのか配管に係るノイズであるのかの判別もすることができるため、超音波流量計１１自体の設置を取り外すことなく、ノイズの原因を知ることができる。つまり、計測不能状態の回避ができるだけでなく、装置を取り外すことなく交換部品や超音波流量計自体の調達を手配するなど、早急な対応が可能である。
【００５２】
（実施形態２）
本実施形態２の超音波流量計は、実施形態１の超音波流量計１１と基本的に同様の構成及び作用効果を有する。本実施形態２の超音波流量計は、ノイズ検知用時間及び時間範囲が実施形態１の超音波流量計１１と異なる。以下では、異なる構成及び作用効果を中心に説明する。
【００５３】
ノイズ確認カウンタ６は、レベル超え検知部４からのノイズレベル超え信号を受信すると、コントロール部２３よりスタート信号が出力されてからレベル超え検知部４よりノイズレベル超え信号が出力されるまでのノイズ検知用時間Ｔ２を計測する。そして、Ｔ２をノイズ判定部５に出力する。
【００５４】
ノイズ判定部５は、ノイズ確認カウンタ６から入力されたＴ２と、時間範囲Ｔｓとを比較する。時間範囲Ｔｓは、スタート信号が出力され送波器２１（２２）から超音波が出力された時から、受信波が受波器２２（２１）で検知され始めると想定される時間以内からそれ以降である。受信波が受波器２２（２１）で検知され始めると想定される時間は、超音波流量計の使用環境での最大温度・最大流速からあらかじめ算出できる使用流体の音速のうち、最大音速と超音波流量計の超音波送受波器２１，２２の距離とから算出することができる。よって、Ｔｓは最短時間よりわずかに早い時間からそれ以降の時間である。つまり、Ｔｓは、超音波送受波器２１，２２の間を、コントロール部２３のスタート信号の出力時から、ノイズがないとした場合の超音波が伝播する最短時間より早い時間に設定している。よって、超音波の伝播される最短時間より早い時間より更に早い時間で受信波が検知された場合は、ノイズが発生していることになる。
【００５５】
ノイズ判定部５では、図８に示されるように、ノイズ確認カウンタ６から入力されたＴ２とＴｓとを比較する。Ｔ２がＴｓの範囲内、つまりＴ２がＴｓより大きい場合は、ノイズが発生していないため、正常と判定。その後、Ｔ２をノイズ種類判定時間Ｔ２０と記録する。Ｔ２０は、前回のＴ２の値である。Ｔ２がＴｓより短い時間、つまりＴ２がＴｓ以下の場合は、ノイズが発生しており、更にＴ２がＴ２０と等しいか等しくないかを判定する。Ｔ２がＴ２０と等しい場合、ノイズは筐体に係るノイズであるとして、ノイズ発生信号を出力する。Ｔ２がＴ２０と等しくない場合は、ノイズは配管に係るノイズであるとして、ノイズ発生信号を出力する。なお、Ｔ２とＴ２０との比較における等しいは、いくらかの幅を持たせることができる。
【００５６】
ノイズ通知手段２８は、実施形態１と同様に、ノイズ発生信号が入力されると、ノイズの発生を何らかの手段により通知する。
【００５７】
実施形態２の超音波流量計が、ノイズを検出する例を図９及び図１０を用いて説明する。図９及び図１０では、図は左から右に向かって時間の経過を示す。図９及び図１０において、受信波は、第１波と記載されている以降の振幅の波形である。よって、図９及び図１０に図示されている受信波より前に発生している振幅がノイズである。図９のノイズは基準レベルのＶｔｈｊ１より小さい振幅であり、図１０のノイズは基準レベルのＶｔｈｊ１より大きい振幅である。
【００５８】
実施形態２の超音波流量計では、図９のノイズがノイズ検知レベルを点ｎ３で超えるため、レベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力する。ノイズ確認カウンタ６では、コントロール部２３がスタート信号を出力してからレベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力するまでのノイズ検知用時間Ｔ２を計測し、Ｔ２をノイズ判定部５へ出力する。図９において、Ｔ２は明らかにＴｓより小さい。よって、ノイズ判定部５は、Ｔ２がＴ２０と等しいか等しくないかを判定後、ノイズが筐体に係るノイズ又は配管に係るノイズであるノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。
【００５９】
次に、図１０に示されるような場合、実施形態２の超音波流量計では、ノイズがノイズ検知レベルを点ｎ４で超え、レベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力する。ノイズ確認カウンタ６では、コントロール部２３がスタート信号を出力してからレベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力するまでのノイズ検知用時間Ｔ２を計測し、Ｔ２をノイズ判定部５へ出力する。図９において、Ｔ２は明らかにＴｓより小さい。よって、ノイズ判定部５は、Ｔ２がＴ２０と等しいか等しくないか判定後、ノイズが筐体に係るノイズ又は配管に係るノイズであるかノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。
【００６０】
本実施形態２の超音波流量計によれば、使用される流体が既知の場合に、流量を測定する環境から得られる状態に基づき、従来よりも精度良くノイズの有無を検知することができる。また、ノイズが筐体に係るノイズであるのか配管に係るノイズであるのかの判別もすることができる。つまり、計測不能状態の回避ができる上、設置を取り外すことなく、交換部品や超音波流量計自体の調達を手配するなど、早急な対応が可能である。
【００６１】
（実施形態３）
本実施形態３の超音波流量計１３は、図１１に示されるように、超音波送受波器２１，２２と、増幅部２６、受信波検知部３と、圧力計測手段７１、温度計測手段７２、データベース７３と、ノイズ判定部７とを有する。超音波流量計１１は、更に、コントロール部２３と、切替スイッチＳ１，Ｓ２と、送受器駆動部２４と、カウンタ２５と、基準クロック発生部２７と、ノイズ発生通知手段２８とを有する。本実施形態３の超音波流量計１３は、実施形態１の超音波流量計１１及び実施形態２の超音波流量計が有するレベル超え検知部４、ノイズ確認カウンタ６を有していないが、同じ構成要素は基本的に同じ作用をする。以下、異なる部分を中心に説明する。
【００６２】
圧力計測手段７１は、使用している流体の圧力値を計測する。温度計測手段７２は、使用している流体の温度値を計測する。データベース７３は、使用する流体の種類毎の圧力値と温度値の組み合わせによって決定される複数の増幅率を記憶している。データベース７３は、例えば、表１に示されるように、温度が２０℃における大気圧での増幅率を１としたときに、温度・圧力条件で決定される増幅率である。そして、データベース７３は、コントロール部２３がスタート信号を出力する毎に圧力計測手段７１と温度計測手段７２とで計測された圧力値、温度値を受け取り、使用流体の種類、圧力値、及び温度値に一致する理論増幅率をノイズ判定部７へ出力する。
【００６３】
【表１】
【００６４】
ノイズ判定部７は、受信波検知部３からの受信波検知信号、増幅部２６から実増幅率、データベース７３から理論増幅率を受け取り、ノイズの発生の有無を判定する。具体的には、図１２に示されるように、ノイズ判定部７は、まず実増幅率を受け取り、受信波信号を受け取ったかどうか判定する。受信波信号を受け取っていない場合は、実増幅率の変更の指令をコントロール部２３に出力する。実増幅率の変更の指令が入力されたコントロール部２３は、スタート信号を再度出力する。
【００６５】
ノイズ判定部７が受信波信号を受け取っている場合は、理論増幅率を受け取り、実増幅率と理論増幅率とを比較する。実増幅率と理論増幅率とが等しい場合はノイズが発生しておらず、何も出力しないあるいはノイズが発生していないことをコントロール部２３に出力する。実増幅率と理論増幅率とが等しくない場合は、ノイズ発生通知手段２８にノイズ発生信号を出力する。ノイズ発生通知手段２８は、文字、音、点滅などによりノイズの発生を通知する。なお、実増幅率と理論増幅率との比較は、実増幅率と理論増幅率との差の絶対値にいくらかの幅ｘがある（｜実増幅率−理論増幅率｜≦ｘ）。
【００６６】
本実施形態３の超音波流量計１３が、ノイズを検出する例を図１３を用いて説明する。図１３に示されている破線で区切られている各波形が受信波を表している。図中の実増幅率及び理論増幅率として記載されているＡ，Ｂ，Ｃ，及びＤは、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係にある値とする。超音波流量計１３の使用環境における圧力値と温度値との組み合わせからデータベース７３が出力する理論増幅率がＡの場合の状態が状態１、理論増幅率がＢの状態が状態２とする。
【００６７】
まず、図中一番左の受信波は、超音波流量計１３の使用環境が状態１で理論増幅率がＡ、ノイズ判定部７は受信波検知信号を受け取る。増幅部２６は、受信波を実増幅率としてＡで増幅していることから、ノイズは発生していないと判定される。次の受信波は、使用環境が状態２で理論増幅率がＢ、ノイズ判定部７は受信波検知信号を受け取っていない。増幅部２６は、受信波を実増幅率としてＡで増幅していることから、実増幅率の変更指令が出力される。３つめの受信波は、使用環境が状態２で理論増幅率がＢ、ノイズ判定部７は受信波検知信号を受け取っていないため、実増幅率の変更指令が出力される。４つめの受信波は、使用環境が状態２で理論増幅率がＢ、ノイズ判定部７は受信波検知信号を受け取っていないため、実増幅率の変更指令が出力される。５つめの受信波は、４つめの受信波をＢの実増幅率で増幅したのをＣの実増幅率で増幅している。そのため、ノイズ判定部７は受信波信号を受け取ることができるが、理論増幅率がＢであるため、実増幅率と異なる増幅率となり、ノイズが発生していると出力される。そして、実増幅率を使用流体や使用環境により想定される最大増幅率Ｄとしても受信波検知信号が検知されない場合は、計測不能状態となる。なお、計測不能状態の判定は、従来技術で対応することができるため、本明細書での記載は省略する。
【００６８】
超音波流量計は、超音波送受波器にオイルミストなどの汚物が付着し、付着量が増大したり、経年劣化により受信波が小さくなったり、受信検知ができなくなる。しかし、３つめの受信波は、実増幅率が大きすぎたことによって、受信波の検知ができない。つまり、実増幅率を小さく調整する場合は、ノイズにより受信波が減衰しているわけではないため、実増幅率の調整をどちらにするかを判定することで、温度や圧力の変化による増幅率の徴税不足であることを検知することもできる。
【００６９】
本実施形態３の超音波流量計１３によれば、ノイズ検知用時間に基づいてノイズの発生を検知することができない場合でも、超音波送受波器への汚物付着により受信波が減衰していることを検知することができる。
【００７０】
本実施形態３の超音波流量計１３は、理論増幅率と実増幅率とを比較することでノイズの有無を判定しているが、実増幅率から推測される流体の温度及び圧力と計測手段により得られた温度及び圧力とを比較することでノイズの有無を判定する構成とすることもできる。
【００７１】
（実施形態４）
実施形態４の超音波流量計は、実施形態１の超音波流量計１１と実施形態３の超音波流量計１３とを組み合わせたものである。実施形態１の超音波流量計１１と実施形態３の超音波流量計１３とを組み合わせることで、発生しているノイズが筐体ノイズ、配管ノイズ、又は超音波送受波器への汚物付着によることが原因であるかを知ることができる。
【００７２】
（実施形態５）
実施形態５の超音波流量計は、実施形態２の超音波流量計と実施形態３の超音波流量計１３とを組み合わせたものである。実施形態２の超音波流量計と実施敬体の超音波流量計１３とを組み合わせることで、発生しているノイズが筐体ノイズ、配管ノイズ、又は超音波送受波器への汚物付着によることが原因であるかを知ることができる。
【００７３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態１の超音波流量計１１と実施形態２の超音波流量計とを組み合わせた超音波流量計も考えられる。その場合、使用される流体は既知であることが望ましく、ノイズの判定を２種類で用いるため、どちらか一方でノイズ発生と判定された場合をノイズが発生しているとすることもできるし、両方がノイズ発生と判定された倍をノイズが発生しているとすることもできる。
【符号の説明】
【００７４】
１１，１３：超音波流量計、
２１，２２：超音波送受波器、 ２３：コントロール部、
２４：送受波駆動部、 ２５：カウンタ、
２６：増幅部、 ２７：基準クロック発生部、
２８：ノイズ発生通知手段、
３：受信波検知部、 ３１：基準レベル発生部、
３２：レベル選択部、 ３３：比較部、
３４：ゼロクロス検知部、
４：レベル超え検知部、 ４１：ノイズ検知レベル発生部、
４２：レベル超え比較部、
５：ノイズ判定部、
６：ノイズ確認カウンタ（ノイズ検知用時間演算部）、
７１：圧力計測手段、 ７２：温度計測手段、
７３：データベース、
Ｓ１，Ｓ２：切替スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計に関し、特にノイズを検知可能な超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計は、流体が通過する流れの上流と下流とに間隔をあけて１組の超音波送受信波器を配置し、流体の流れと同じ順方向の超音波の伝播時間と、流体の流れと逆の逆方向の超音波の伝播時間とから流速を求め、この流速に流路断面積を乗じて流量を求めている。
【０００３】
ところで、超音波流量計はオイルミストなどの汚物が付着した場合、受信波が減衰することや、超音波流量計に由来するノイズ（以下、「筐体ノイズ」と称する。）が発生することが知られている。また、超音波流量計の上流あるいは下流の近傍に、減圧弁や半開バルブなどの絞り機構が設置された場合、流量を計測するために配管内に発生させた超音波とは異なる超音波（以下、「配管ノイズ」と称する。）が発生し、受信波にノイズとして重畳することが知られている。
【０００４】
超音波流量計は、ノイズが受信波に重畳した場合や受信波が減衰した場合であっても、受信波が検知できれば、流量を求めることができる。しかし、時間的に一致する位置にノイズが発生すると、受信波にノイズが重畳し、ノイズが重畳した受信波に基づいて流量を求めることになり、ノイズの程度によっては誤差が生じるおそれがある。また、受信波が検知できないほどのノイズが重畳し、受信波が減衰・増幅しすぎた場合は、超音波の伝播時間を計測できない（以下、「測定不能状態」という）。
【０００５】
特許文献１には、あらかじめ設定された正常計測時における超音波の伝播時間と、実際に測定された伝播時間とを比較し、所定の大きさ以上の差があった場合、誤測定と判定する超音波流量計が開示されている。特許文献２には、受信波を検知するサンプリング期間以外に受信波を検知した場合に、ノイズが発生していると判定する流量計測装置が開示されている。特許文献３には、受信波を検知するために増幅した増幅率を記憶し、記憶した増幅率を解析することで、異常がいつ発生し始めたかを絞り込める装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１８３１９５号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８８３１号公報
【特許文献３】特開２００５−２５７４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に開示されるような装置では、ノイズが発生しても検知できない場合が考えられる。また、ノイズが検知されたり計測不能状態になったりしても、装置が設置された状態では装置の内部をすぐには確認できず、ノイズの原因が筐体あるいは配管のノイズに係るのか、係らないのか、又は減衰しているのかが分からないため、早急な対処ができない。
【０００８】
特許文献３に開示されている装置では、ある一定の期間経過後にノイズが発生していたのかどうかを判断するものであるため、ノイズ発生時にはノイズの発生を判断できない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、従来のノイズ検知より精度が良くノイズの有無を検知することができる超音波流量計を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための請求項１に係る発明の構成上の特徴は、流体が通過する通路の上流と下流とに対向配置された１組の超音波送受波器を配置し、それらの間の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計であって、
前記超音波送波器から出力された前記超音波を前記超音波受波器が受け取る受信波が前記超音波受波器に到達したと判断したとき、受信波検知信号を出力する受信波検知部と、
ノイズ検知レベルを発生するノイズ検知レベル発生部と前記受信波が前記ノイズ検知レベルを超えたときノイズレベル超え信号を出力するレベル超え比較部とをもつレベル越え検知部と、
前記ノイズレベル超え信号を出力した時を始点又は終点として、ノイズ検知用時間を求めるノイズ検知用時間演算部と、
前記ノイズ検知用時間が正常な範囲をはずれているときに、ノイズ発生信号を出力するノイズ判定部と、
を有することである。
【００１１】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記超音波の出力を複数回行う場合に、
前記ノイズ判定部が出力する前記ノイズ発生信号は、一つ前の測定で得られた前記ノイズ検知用時間の値であるノイズ種類判定時間と前記ノイズ検知用時間の値とが同じ場合に筐体ノイズを表す信号とし、
それ以外の場合に配管ノイズを表す信号とすることである。
【００１２】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記ノイズ検知用時間は、前記ノイズレベル超え信号を出力した時から前記受信波検知信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、設定値よりも前記ノイズ検知用時間が長い場合であり、
前記設定値は、前記超音波送波器から出力された前記超音波が前記超音波受波器で検知され始めた時から前記受信波検知信号が出力された時までの時間であると想定される時間以上で設定されることである。
【００１３】
ここで、超音波受波器で検知され始めた時及び受信波検知信号が出力された時とは、使用する受信波の検知方法によって異なる。
【００１４】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記ノイズ検知用時間は、前記ノイズレベル超え信号を出力した時から前記受信波検知信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、前記ノイズ検知用時間が受信波の一周期の長さ以下又は二周期の長さ以上の場合であることである。
【００１５】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１〜４の何れか１項において、前記ノイズ検知用時間は、前記超音波送波器が前記超音波を出力した時から前記ノイズレベル超え信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、設定値よりも前記ノイズ検知用時間が短い場合であり、
前記設定値は、前記超音波送波器から前記超音波が出力された時から前記超音波受波器で検知され始めた時であると想定される時間以内で設定されることである。
【００１６】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１〜５の何れか１項において、前記受信波の振幅の大きさに応じて前記受信波の実増幅率を適正に調整可能な増幅部と、
前記流体の温度を計測し、計測温度を出力する温度計測手段と、
前記流体の圧力を計測し、計測圧力を出力する圧力計測手段と、
前記ノイズ判定部は、前記流体の種類、前記計測温度、及び、前記計測圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率と前記実増幅率との差異が所定以上の場合、又は前記実増幅率から推測される前記流体の推測温度及び推測圧力と前記計測温度及び前記計測圧力との差異が所定値以上の場合にはノイズ発生信号を出力することである。
【００１７】
その他に、上記課題を解決するための請求項７に係る発明の構成上の特徴は、流体が通過する通路の上流と下流とに対向配置された１組の超音波送受波器を配置し、前記受信波の振幅の大きさに応じて前記受信波の実増幅率を適正に調整可能な増幅部をもち、前記超音波送受波器間の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計であって、
前記超音波送波器から出力された前記超音波を前記超音波受波器が受け取る受信波が前記超音波受波器に到達したと判断したとき、受信波検知信号を出力する受信波検知部と、
前記流体の温度を計測し、計測温度を出力する温度計測手段と、
前記流体の圧力を計測し、計測圧力を出力する圧力計測手段と、
前記流体の種類、前記計測温度、及び、前記計測圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率と前記実増幅率との差異が所定以上の場合、又は前記実増幅率から推測される前記流体の推測温度及び推測圧力と、前記計測温度及び前記計測圧力との差異が所定値以上の場合にはノイズ発生信号を出力するノイズ判定部と、
を有することである。
【００１８】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項６又は７において、前記理論増幅率は、前記流体の種類、前記流体の温度、及び、前記流体の圧力の組み合わせ毎にデータベースに記憶されており、
前記データベースは、前記超音波が出力される毎に、前記温度測定手段から前記流体の温度と前記圧力計測手段から前記流体の圧力とを受信し、記憶されている組み合わせの前記理論増幅率を出力することである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明においては、ノイズ検知レベル発生部がノイズ検知レベルを発生し、受信波がノイズ検知レベルを超えたとき、レベル超え比較部がノイズレベル超え信号を出力する。そして、ノイズ判定部が、ノイズレベル超え信号を出力した時間に基づき求められるノイズ検知用時間が、正常な範囲をはずれているときに、ノイズ発生信号を出力する。
【００２０】
受信波は、その大きさが流体の種類、圧力、温度によって変化するものの、波の形状（各波同士の相対関係。図４参照。）は変わらないという特徴を有していること、流体があらかじめ分かっている場合であれば圧力や温度との組み合わせで受信波が検知される時間的範囲を導き出せることから正常な範囲を設定することができる。なお、超音波の到達時間を算出するための受信波検知信号を検知する方法は、どのような方法でも良い。また、本願において「信号を出力する」とは、電気信号や光信号など信号を検出できるものであればよい。電気信号を例とすると、低い電圧から高い電圧への変化、高い電圧から低い電圧の変化、出力されていたものが出力されなくなる等、それらの変化はステップ状でもパルス状でも緩やかな変化であっても検知することができるものであれば、「信号を出力する」とする。請求項１に係る発明によれば、ノイズ検知レベル値や正常な範囲の設定を適正に行うことで、従来検知できなかったノイズを精度良く検知することができる。
【００２１】
請求項２に係る発明においては、ノイズ判定部が、ノイズ検知用時間とノイズ種類判定時間とを比較することで、発生しているノイズが筐体に係る筐体ノイズなのか配管に係る配管ノイズであるか判別することができる。ここで、筐体ノイズとは、超音波流量計に由来するノイズであり、配管ノイズとは超音波流量計に由来しないノイズであり、ノイズ種類判定時間は前回のノイズ検知用時間の値である。超音波流量計に由来する配管ノイズは、超音波送波器から出力された超音波が筐体（超音波流量計）を伝播することで生じるノイズであり、通常は発生しないように設計されているか発生しても除外できるように設計されている。しかし、汚れの付着などでそのバランスが崩れるとノイズが発生する。筐体ノイズは、何よりも早く筐体内を伝播し、一度発生したらほぼ毎回同じ時間で伝播する。そこで、超音波の出力を複数回行い流量を測定することを前提として、前の測定で得られたノイズ検知時間の値をノイズ種類判定時間として記憶しておくことで、次に検知されたノイズと１つ前に発生したノイズの発生時間とを比較することで、ノイズの種類を特定することができる。よって、ノイズ発生信号は、ノイズ検知用時間とノイズ種類判定時間とが等しい場合は筐体ノイズを表す信号とし、それ以外は配管ノイズを表す信号とする。なお、等しいとは必ずしも等号ではなく、いくらかの幅を持たせることができる。請求項２に係る発明によれば、発生しているノイズの種類や原因を特定することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明においては、ノイズ検知用時間がノイズレベル超え信号を出力した時から受信波検知信号を出力した時までの時間である。受信波はその大きさが流体の種類、圧力、温度によって変化するものの、波の形状（各波同士の相対関係。図４参照。）が変わらないという特徴を有していることから、超音波が検知され始める時から受信波検知信号が出力されるまでの時間が想定できる。そこで、正常な範囲をその想定される時間以上に設定することで、ノイズが発生している場合は、超音波が検知され始めるときよりも早くノイズレベル超え信号を出力するため、ノイズ検知用時間は設定される時間より長くなる。よって、ノイズ判定部は、ノイズ検知用時間が設定される時間よりも長い場合は、ノイズが発生していると判定する。なお、正常な範囲は、あらかじめ設定したり、受信波を正常に検知できた時の正常な測定値に基づき設定したりすることができる。請求項３に係る発明によれば、流体の種類を考慮することなく、受信波の波形の特性を用いることで、超音波流量計で使用される流体が不明な場合でもノイズを検知することができる。
【００２３】
請求項４に係る発明においては、受信波の周期に基づいて正常な範囲を設定する。上記したように受信波の形状が変わらないという特徴を有していることから、受信波の大きさが分かれば受信波の一周期の長さを求めることができる。そこで、ノイズ検知用時間が、受信波の一周期の長さ以下又は二周期の長さ以上の場合に、正常な範囲をはずれていると判断する。請求項４に係る発明によれば、流体の種類を考慮することなく、受信波の波形の特性を用いることで、超音波流量計で使用される流体が不明な場合でもノイズを検知することができる。
【００２４】
請求項５に係る発明においては、ノイズ検知用時間が超音波を出力した時からノイズレベル超え信号を受信した時までの時間である。超音波が検知され始める時間は、流体の種類及び流量を測定する環境から得られる状態（流体の温度や圧力）に基づき導き出すことができる。そこで、正常な範囲を検知され始める時間よりも短い時間、つまり検知され始めると想定される時間以内で設定することで、ノイズが発生している場合は、超音波が検知され始めるときよりも早くノイズレベル超え信号を出力するため、ノイズ検知用時間は設定される時間より短くなる。よって、ノイズ判定部は、ノイズ検知用時間が設定される時間よりも短い場合は、ノイズが発生していると判定する。請求項４に係る発明によれば、超音波流量計で使用される流体が既知の場合にノイズを検知することができる。
【００２５】
請求項６に係る発明においては、ノイズ判定部が、流体の種類、温度、圧力とから決定する適正な理論増幅率と、増幅部が受信波を実際に調整した実増幅率と、を比較することで、ノイズの発生の有無を判定する。又は、実増幅率から推測される流体の温度及び圧力と計測手段により得られた温度及び圧力とを比較することで、ノイズの発生の有無を判定する。ここで、適正な理論増幅率とは、所定の振幅となるように調節するための率である。実増幅率が理論増幅率とあまりに大きく異なる、あるいは実際に増幅した実増幅率から推測される流体の温度及び圧力が実際に計測した温度及び圧力と大きくことなるということは、受信波になんらかのノイズが重畳されているか受信波が減衰する原因があると言える。理論増幅率の算出、実増幅率から流体の温度及び圧力の推測をおこなうためには、使用する流体があらかじめ分かっていることが望ましい。よって、請求項５に係る発明によれば、ノイズが時間的に同じ位置で重畳して受信波の大きさが見かけ上大きくなったとき、又は汚れなどにより受信波が減衰したときのような場合に、ノイズ検知用時間に基づいてノイズの発生を検知することができない場合でも、ノイズの検知をすることができる。
【００２６】
請求項７に係る発明においては、ノイズ判定部が、流体の種類、温度、圧力とから決定する正確な理論増幅率と、増幅部が受信波を実際に調整した実増幅率と、を比較することで、ノイズの発生の有無を判定する。又は、実増幅率から推測される流体の温度及び圧力と計測手段により得られた温度及び圧力とを比較することで、ノイズの発生の有無を判定する。実増幅率が理論増幅率とあまりに大きく異なる、あるいは実際に増幅した実増幅率から推測される流体の温度及び圧力が実際に計測した温度及び圧力と大きくことなるということは、受信波になんらかのノイズが重畳されているか受信波が減衰する原因があると言える。理論増幅率の算出、実増幅率から流体の温度及び圧力の推測をおこなうためには、使用する流体があらかじめ分かっていることが望ましい。よって、ノイズが時間的に同じ位置で重畳して受信波の大きさが見かけ上大きくなったとき、又は汚れなどにより受信波が減衰したときのような場合に、ノイズ検知用時間に基づいてノイズの発生を検知することができない場合でも、ノイズの検知をすることができる。
【００２７】
請求項８に係る発明においては、理論増幅率を流体の種類、温度、圧力の組み合わせ毎にデータベースに記憶することができる。データベースは、使用流体、測定された温度
及び圧力の組み合わせの理論増幅率をノイズ判定部に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態１の超音波流量計１１の構成図を示すブロック図である。
【図２】本実施形態１の超音波流量計１１で用いられる受信波検知部３及びレベル超え検知部４の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態１の超音波流量計１１が受信波を検知する方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本実施形態１の超音波流量計１１が受信する受信波の一例を示す波形図である。
【図５】本実施形態１の超音波流量計１１がノイズの発生を検知する流れの一例を示したフローチャートである。
【図６】本実施形態１の超音波流量計１１がノイズを検知する一例を示すタイミングチャートである。
【図７】本実施形態１の超音波流量計１１がノイズを検知する一例を示すタイミングチャートである。
【図８】本実施形態２の超音波流量計がノイズの発生を検知する流れの一例を示したフローチャートである。
【図９】本実施形態２の超音波流量計がノイズを検知する一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本実施形態２の超音波流量計がノイズを検知する一例を示すタイミングチャートである。
【図１１】本実施形態３の超音波流量計１３の構成図を示すブロック図である。
【図１２】本実施形態３の超音波流量計１３がノイズの発生を検知する流れの一例を示したフローチャートである。
【図１３】本実施形態３の超音波流量計１３がノイズを検知する一例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の代表的な実施形態を図１〜図１３を参照して説明する。本発明の超音波流量計は、気体又は液体が流れるパイプライン（図示せず）の途中に取り付けられている。
【００３０】
（実施形態１）
本実施形態１の超音波流量計１１は、図１に示されるように、超音波送受波器２１，２２と、受信波検知部３と、レベル超え検知部４と、ノイズ判定部５と、ノイズ確認カウンタ（ノイズ検知用時間演算部）６とを有する。超音波流量計１１は、更に、コントロール部２３と、切替スイッチＳ１，Ｓ２と、送受器駆動部２４と、カウンタ２５と、増幅部２６と、基準クロック発生部２７と、ノイズ発生通知手段２８とを有する。
【００３１】
超音波送受波器２１，２２は、一対の超音波振動子で構成され、被計測流体の流れるパイプライン内の上流と下流とに対向配置され、どちらかの一方が上流側、他方が下流側に位置する。超音波送受波器２１，２２は、送信側としても受信側としても作動でき、切替スイッチＳ１，Ｓ２を介して送受器動部２４か受信波検知部３（増幅部２６を介して）かに接続され、流体中を上流から下流及び下流から上流へと超音波の送受を行う。超音波送受波器２１，２２は、切替スイッチＳ１とＳ２が図１に示される状態のときは、超音波送受波器２１は送受器駆動部２４に接続されて送波器として作動し、超音波送受波器２２は（増幅部２６を介して）受信波検知部３に接続されて受波器として作動する。
【００３２】
受信波検知部３は、例えば送波器２１が出力した超音波を受波器２２が検知すると受信波検知信号を出力する。受信波信号を出力する（受信波の検知）方法は、後述する。
【００３３】
コントロール部２３は、一定時間間隔で超音波送受波器２１，２２の送受の切り替えを行い、切り替え毎にその後、スタート信号を出力する。送受の切り替えは、コントロール部２３からの送受切替信号で切替スイッチＳ１，Ｓ２を切り替えることで行われる。コントロール部２３は、受信波検知部３からの受信波検知信号が入力されると、後述するカウンタ２５が測定した測定時間を読み取り、直前に行った反対向きでの測定時間とを用いて、超音波送受波器間の流速を算出し、算出した流速とパイプの断面積などから流量を求められる。
【００３４】
送受器駆動部２４は、コントロール部２３が出力したスタート信号を受け取ると送信側の超音波送受波器２１（２２）を駆動する。
【００３５】
カウンタ２５は、スタート信号から受信波検知信号までの時間を測定する。その測定した時間は、コントロール部２３が読み取る。当該実施形態では、スタート信号で測定時間がリセットされてから、時間を測定する。カウンタ２５は、基準クロック発生部２７からのクロックをカウントすることで時間を計測する。
【００３６】
受信波検知部３は、図２に示されるように、基準レベル発生部３１と、レベル選択部３２と、比較部３３と、ゼロクロス検知部３４とを有する。
【００３７】
基準レベル発生部３１は、異なる電圧の複数の基準レベル、例えば５つの基準レベルＶｔｈｊ１〜Ｖｔｈｊ５を出力して、レベル選択部３２へ入力する。５つの基準レベルＶｔｈｊ１〜Ｖｔｈｊ５は、例えば指数関数的に並ぶように電圧が定められる（図３参照）。レベル選択部３２は、基準レベル発生部３１が出力した複数の基準レベルの内、小さい方の所定数、この実施例では３個の基準レベルＶｔｈｊ１〜Ｖｔｈｊ３を選択して比較部３３へ出力する。レベル選択部３２は送信側となった超音波送受波器の送信毎（発信毎）に小さい方から所定数、例えば３個の基準レベルを選択して比較部３３へ出力する。受信波は、受波器２２（２１）で受信され、増幅部２６で増幅された後、受信波検知部３の比較部３３とゼロクロス検知部３４とに入力される。そして、受信波は、選択された基準レベルＶｔｈｊ１〜Ｖｔｈｊ３と比較部３３で順次比較される。
【００３８】
増幅後の受信波（波形）と基準レベルとが図３に示されるとき、第２波が点ａ１で最小の基準レベルＶｔｈｊ１を越えるが、２つの基準レベルＶｔｈｊ２とＶｔｈｊ３は越えない。比較部１２は、Ｖｔｈｊ１を超えたが２つのＶｔｈｊ２とＶｔｈｊ３を超えていない波を点ａ１で検知したことをゼロクロス検知部３４に出力し、ゼロクロス検知部３４は第２波のゼロクロス点ｃ１を検知すると、ゼロクロス点ｃ１をゼロクロス検知信号としてレベル選択部３２へ出力する。比較部３３は、点ａ１をレベル選択部３２へ出力する。次に、第２波が越えた基準レベルＶｔｈｊ１に代えて、今まで選択されていなかった基準レベルＶｔｈｊ４〜Ｖｔｈｊ５のうち最小の基準レベルがレベル選択部３２によって選択されて、比較部３２へ出力される。
【００３９】
比較部３３には、次の波が入力される前に、Ｖｔｈｊ１を除いた残りの基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ５の中から小さい方の所定数（この場合３個） の基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ４が入力され、次の波を待ち受ける。そして、次にくる波のいずれかが基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ４を一気に超えると、比較部３３はその波を検知したことをゼロクロス検知部３４へ出力する。ゼロクロス検知部３４は、その波が次にゼロクロスする点ｃ２を検知し、その波のゼロクロス点であるとして、受信波検知信号を出力する。
【００４０】
レベル超え検知部４は、図２に示されるように、ノイズ検知レベル発生部４１と、レベル超え比較部４２とを有する。ノイズ検知レベル発生部４１は、受信波検知部３の基準レベル発生部３１が出力する基準レベルのうち最小レベルより小さいノイズ検知レベルＶｔｈｋを発生する。レベル超え比較部４２は、受信波がノイズ検知レベルを超えたときノイズレベル超え信号を出力する。
【００４１】
図１に戻って、ノイズ確認カウンタ６は、レベル超え検知部４からのノイズレベル超え信号を受信すると、ノイズレベル超え信号が出力されてから受信波検知信号が出力されるまでのノイズ検知用時間（Ｔ１）を演算する。Ｔ１を演算するにあたり、ノイズレベル超え信号の出力時及び受信波検知信号の出力時は、コントロール部２３が出力したスタート信号を受け取るとリセットされ、基準クロック発生部２７からのクロックをカウントすることで時間を計測する。そして、ノイズ確認カウンタ６は、演算したＴ１を後述するノイズ判定部５に出力する。
【００４２】
ノイズ判定部５は、ノイズ確認カウンタ６から入力されたＴ１と、時間範囲（Ｔｘ）とを比較して、ノイズが発生している場合はノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。Ｔｘは、図４に示されるように、受信波形の１周期をＴ０とした場合、１×Ｔ０＜Ｔｘ＜２×Ｔ０とすることができる。つまり、Ｔｘは受信波の１周期から２周期に相当する大きさで設定される値であり、受信波検知信号が検知される正常な範囲である。受信波形の１周期は、振幅が常に同じになるように増幅率を設定したり、受信波の大きさが分かれば、算出することができる。
【００４３】
ノイズ判定部５では、図５に示されるように、ノイズ確認カウンタ６から入力されたＴ１がＴｘ以下であるか判定する。Ｔ１がＴｘ以下の場合は、ノイズが発生していないため、正常と判定後、Ｔ１をノイズ種類判定時間Ｔ１０と記録する。Ｔ１０は、前回のＴ１の値である。Ｔ１がＴｘより大きい場合は、ノイズが発生しており、更にＴ１がＴ１０と等しいか等しくないかを判定する。Ｔ１がＴ１０と等しい場合、ノイズは筐体に係るノイズであるとして、ノイズ発生信号を出力する。Ｔ１がＴ１０と等しくない場合は、ノイズは配管に係るノイズであるとして、ノイズ発生信号を出力する。なお、Ｔ１とＴ１０との比較における等しいは、いくらかの幅を持たせることができる。また、Ｔ１とＴｘの比較において、下限を設定しても良い。
【００４４】
筐体あるいは配管どちらかのノイズであるとノイズ発生信号を受信したノイズ発生通知手段２８は、文字表示、音、あるいは点滅などによりノイズの種類も含めてノイズの発生を管理者に通知したり、監視装置に通知・記録したりする。ノイズの種類の区別は、表示される文字、音の発生の仕方や音の種類、ランプの点滅の仕方等により、通知可能である。
【００４５】
ノイズ判定部５は、正常又はノイズが発生していると判断した後、判定終了信号をコントロール部２３に出力する。判定終了信号を受け取ったコントロール部２３は、流量測定の動作の完了を確認後、新たなスタート信号を発信する。
【００４６】
次に、本実施形態１の超音波流量計１１が、ノイズを検出する例を図６及び図７を用いて説明する。図６及び図７では、図の左から右に向かって時間の経過を示す。図６及び図７において、受信波は、第１波と記載されている以降の振幅の波形である。よって、図６及び図７に図示されている受信波より前に発生している振幅がノイズである。図６のノイズは基準レベルのＶｔｈｊ１より小さい振幅であり、図７のノイズは基準のレベルＶｔｈｊ１より大きい振幅である。
【００４７】
本実施形態１の超音波流量計１１では、図６のノイズが基準レベルＶｔｈｊ１より更に小さいノイズ検知レベルを点ｎ１で超えるため、レベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力する。受信波検知部３では、受信波の第２波が点ａ１で基準レベルＶｔｈｊ１を超えた、更に、第４波が基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ４を一気に超えた後のゼロクロス点ｃ２で受信波検知信号を出力する。ノイズ確認カウンタ６では、点ｎ１から受信波検知信号が出力された点ｃ２までのノイズ検知用時間Ｔ１を演算する。図６において、Ｔ１は明らかにＴｘ以下である。そのため、ノイズ判定部５は、ノイズが発生しているとして、ノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。ここで、Ｔ１がノイズ種類判定時間Ｔ１０（前回のＴ１）と等しければノイズは筐体に係るノイズであり、Ｔ１がＴ１０と等しくなければ配管に係るノイズであるとするノイズ発生信号を出力する。
【００４８】
本実施形態１の超音波流量計１１では、図７のノイズが基準レベルＶｔｈｊ１より更に小さいノイズ検知レベルを点ｎ２で超えるため、レベル超え検知部４がノイズレベル超え信号が出力する。受信波検知部３では、ノイズ検知レベルを超えたのとは違う波が基準レベルＶｔｈｊ１を超えたのち、受信波の第４波が基準レベルＶｔｈｊ２〜Ｖｔｈｊ４を一気に超え、ゼロクロス点ｃ３で受信波検知信号を出力する。ノイズ確認カウンタ６では、点ｎ２から受信波検知信号が出力された点ｃ３までのノイズ検知用時間Ｔ１を演算する。図７において、Ｔ１は明らかにＴｘの範囲を超えている。そのため、ノイズ判定部５は、ノイズが発生しているとして、ノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。ここで、Ｔ１がＴ１０と等しければノイズは筐体に係るノイズであり、Ｔ１がＴ１０と等しくなければ配管に係るノイズであると出力する。
【００４９】
図６に示されるノイズは、従来技術によると、ノイズが発生している状態にもかかわらず検知することができない。そして、ノイズが図７に示されるほど大きくなった時、初めてノイズが発生していることが検知されることとなる。また、図７に示されるようなノイズが発生している状態は、異常数値の流量値から検知できたとしても、筐体に係るノイズなのか配管に係るノイズなのかは検出できない。
【００５０】
本実施形態１の超音波流量計１１によれば、使用される流体が未知であっても受信波の波形（各波同士の相対関係）が変わらないという特性を用いることで、従来よりも精度良く、ノイズの有無を検知することができる。特に、本実施形態１において、ノイズ検知レベルが、受信波を検知するための基準レベルに基づき設定しており、ノイズを効果的に検知することができる。
【００５１】
また、ノイズが筐体に係るノイズであるのか配管に係るノイズであるのかの判別もすることができるため、超音波流量計１１自体の設置を取り外すことなく、ノイズの原因を知ることができる。つまり、計測不能状態の回避ができるだけでなく、装置を取り外すことなく交換部品や超音波流量計自体の調達を手配するなど、早急な対応が可能である。
【００５２】
（実施形態２）
本実施形態２の超音波流量計は、実施形態１の超音波流量計１１と基本的に同様の構成及び作用効果を有する。本実施形態２の超音波流量計は、ノイズ検知用時間及び時間範囲が実施形態１の超音波流量計１１と異なる。以下では、異なる構成及び作用効果を中心に説明する。
【００５３】
ノイズ確認カウンタ６は、レベル超え検知部４からのノイズレベル超え信号を受信すると、コントロール部２３よりスタート信号が出力されてからレベル超え検知部４よりノイズレベル超え信号が出力されるまでのノイズ検知用時間Ｔ２を計測する。そして、Ｔ２をノイズ判定部５に出力する。
【００５４】
ノイズ判定部５は、ノイズ確認カウンタ６から入力されたＴ２と、時間範囲Ｔｓとを比較する。時間範囲Ｔｓは、スタート信号が出力され送波器２１（２２）から超音波が出力された時から、受信波が受波器２２（２１）で検知され始めると想定される時間以内からそれ以降である。受信波が受波器２２（２１）で検知され始めると想定される時間は、超音波流量計の使用環境での最大温度・最大流速からあらかじめ算出できる使用流体の音速のうち、最大音速と超音波流量計の超音波送受波器２１，２２の距離とから算出することができる。よって、Ｔｓは最短時間よりわずかに早い時間からそれ以降の時間である。つまり、Ｔｓは、超音波送受波器２１，２２の間を、コントロール部２３のスタート信号の出力時から、ノイズがないとした場合の超音波が伝播する最短時間より早い時間に設定している。よって、超音波の伝播される最短時間より早い時間より更に早い時間で受信波が検知された場合は、ノイズが発生していることになる。
【００５５】
ノイズ判定部５では、図８に示されるように、ノイズ確認カウンタ６から入力されたＴ２とＴｓとを比較する。Ｔ２がＴｓの範囲内、つまりＴ２がＴｓより大きい場合は、ノイズが発生していないため、正常と判定。その後、Ｔ２をノイズ種類判定時間Ｔ２０と記録する。Ｔ２０は、前回のＴ２の値である。Ｔ２がＴｓより短い時間、つまりＴ２がＴｓ以下の場合は、ノイズが発生しており、更にＴ２がＴ２０と等しいか等しくないかを判定する。Ｔ２がＴ２０と等しい場合、ノイズは筐体に係るノイズであるとして、ノイズ発生信号を出力する。Ｔ２がＴ２０と等しくない場合は、ノイズは配管に係るノイズであるとして、ノイズ発生信号を出力する。なお、Ｔ２とＴ２０との比較における等しいは、いくらかの幅を持たせることができる。
【００５６】
ノイズ通知手段２８は、実施形態１と同様に、ノイズ発生信号が入力されると、ノイズの発生を何らかの手段により通知する。
【００５７】
実施形態２の超音波流量計が、ノイズを検出する例を図９及び図１０を用いて説明する。図９及び図１０では、図は左から右に向かって時間の経過を示す。図９及び図１０において、受信波は、第１波と記載されている以降の振幅の波形である。よって、図９及び図１０に図示されている受信波より前に発生している振幅がノイズである。図９のノイズは基準レベルのＶｔｈｊ１より小さい振幅であり、図１０のノイズは基準レベルのＶｔｈｊ１より大きい振幅である。
【００５８】
実施形態２の超音波流量計では、図９のノイズがノイズ検知レベルを点ｎ３で超えるため、レベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力する。ノイズ確認カウンタ６では、コントロール部２３がスタート信号を出力してからレベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力するまでのノイズ検知用時間Ｔ２を計測し、Ｔ２をノイズ判定部５へ出力する。図９において、Ｔ２は明らかにＴｓより小さい。よって、ノイズ判定部５は、Ｔ２がＴ２０と等しいか等しくないかを判定後、ノイズが筐体に係るノイズ又は配管に係るノイズであるノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。
【００５９】
次に、図１０に示されるような場合、実施形態２の超音波流量計では、ノイズがノイズ検知レベルを点ｎ４で超え、レベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力する。ノイズ確認カウンタ６では、コントロール部２３がスタート信号を出力してからレベル超え検知部４がノイズレベル超え信号を出力するまでのノイズ検知用時間Ｔ２を計測し、Ｔ２をノイズ判定部５へ出力する。図９において、Ｔ２は明らかにＴｓより小さい。よって、ノイズ判定部５は、Ｔ２がＴ２０と等しいか等しくないか判定後、ノイズが筐体に係るノイズ又は配管に係るノイズであるかノイズ発生信号をノイズ発生通知手段２８に出力する。
【００６０】
本実施形態２の超音波流量計によれば、使用される流体が既知の場合に、流量を測定する環境から得られる状態に基づき、従来よりも精度良くノイズの有無を検知することができる。また、ノイズが筐体に係るノイズであるのか配管に係るノイズであるのかの判別もすることができる。つまり、計測不能状態の回避ができる上、設置を取り外すことなく、交換部品や超音波流量計自体の調達を手配するなど、早急な対応が可能である。
【００６１】
（実施形態３）
本実施形態３の超音波流量計１３は、図１１に示されるように、超音波送受波器２１，２２と、増幅部２６、受信波検知部３と、圧力計測手段７１、温度計測手段７２、データベース７３と、ノイズ判定部７とを有する。超音波流量計１１は、更に、コントロール部２３と、切替スイッチＳ１，Ｓ２と、送受器駆動部２４と、カウンタ２５と、基準クロック発生部２７と、ノイズ発生通知手段２８とを有する。本実施形態３の超音波流量計１３は、実施形態１の超音波流量計１１及び実施形態２の超音波流量計が有するレベル超え検知部４、ノイズ確認カウンタ６を有していないが、同じ構成要素は基本的に同じ作用をする。以下、異なる部分を中心に説明する。
【００６２】
圧力計測手段７１は、使用している流体の圧力値を計測する。温度計測手段７２は、使用している流体の温度値を計測する。データベース７３は、使用する流体の種類毎の圧力値と温度値の組み合わせによって決定される複数の増幅率を記憶している。データベース７３は、例えば、表１に示されるように、温度が２０℃における大気圧での増幅率を１としたときに、温度・圧力条件で決定される増幅率である。そして、データベース７３は、コントロール部２３がスタート信号を出力する毎に圧力計測手段７１と温度計測手段７２とで計測された圧力値、温度値を受け取り、使用流体の種類、圧力値、及び温度値に一致する理論増幅率をノイズ判定部７へ出力する。
【００６３】
【表１】
【００６４】
ノイズ判定部７は、受信波検知部３からの受信波検知信号、増幅部２６から実増幅率、データベース７３から理論増幅率を受け取り、ノイズの発生の有無を判定する。具体的には、図１２に示されるように、ノイズ判定部７は、まず実増幅率を受け取り、受信波信号を受け取ったかどうか判定する。受信波信号を受け取っていない場合は、実増幅率の変更の指令をコントロール部２３に出力する。実増幅率の変更の指令が入力されたコントロール部２３は、スタート信号を再度出力する。
【００６５】
ノイズ判定部７が受信波信号を受け取っている場合は、理論増幅率を受け取り、実増幅率と理論増幅率とを比較する。実増幅率と理論増幅率とが等しい場合はノイズが発生しておらず、何も出力しないあるいはノイズが発生していないことをコントロール部２３に出力する。実増幅率と理論増幅率とが等しくない場合は、ノイズ発生通知手段２８にノイズ発生信号を出力する。ノイズ発生通知手段２８は、文字、音、点滅などによりノイズの発生を通知する。なお、実増幅率と理論増幅率との比較は、実増幅率と理論増幅率との差の絶対値にいくらかの幅ｘがある（｜実増幅率−理論増幅率｜≦ｘ）。
【００６６】
本実施形態３の超音波流量計１３が、ノイズを検出する例を図１３を用いて説明する。図１３に示されている破線で区切られている各波形が受信波を表している。図中の実増幅率及び理論増幅率として記載されているＡ，Ｂ，Ｃ，及びＤは、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係にある値とする。超音波流量計１３の使用環境における圧力値と温度値との組み合わせからデータベース７３が出力する理論増幅率がＡの場合の状態が状態１、理論増幅率がＢの状態が状態２とする。
【００６７】
まず、図中一番左の受信波は、超音波流量計１３の使用環境が状態１で理論増幅率がＡ、ノイズ判定部７は受信波検知信号を受け取る。増幅部２６は、受信波を実増幅率としてＡで増幅していることから、ノイズは発生していないと判定される。次の受信波は、使用環境が状態２で理論増幅率がＢ、ノイズ判定部７は受信波検知信号を受け取っていない。増幅部２６は、受信波を実増幅率としてＡで増幅していることから、実増幅率の変更指令が出力される。３つめの受信波は、使用環境が状態２で理論増幅率がＢ、ノイズ判定部７は受信波検知信号を受け取っていないため、実増幅率の変更指令が出力される。４つめの受信波は、使用環境が状態２で理論増幅率がＢ、ノイズ判定部７は受信波検知信号を受け取っていないため、実増幅率の変更指令が出力される。５つめの受信波は、４つめの受信波をＢの実増幅率で増幅したのをＣの実増幅率で増幅している。そのため、ノイズ判定部７は受信波信号を受け取ることができるが、理論増幅率がＢであるため、実増幅率と異なる増幅率となり、ノイズが発生していると出力される。そして、実増幅率を使用流体や使用環境により想定される最大増幅率Ｄとしても受信波検知信号が検知されない場合は、計測不能状態となる。なお、計測不能状態の判定は、従来技術で対応することができるため、本明細書での記載は省略する。
【００６８】
超音波流量計は、超音波送受波器にオイルミストなどの汚物が付着し、付着量が増大したり、経年劣化により受信波が小さくなったり、受信検知ができなくなる。しかし、３つめの受信波は、実増幅率が大きすぎたことによって、受信波の検知ができない。つまり、実増幅率を小さく調整する場合は、ノイズにより受信波が減衰しているわけではないため、実増幅率の調整をどちらにするかを判定することで、温度や圧力の変化による増幅率の徴税不足であることを検知することもできる。
【００６９】
本実施形態３の超音波流量計１３によれば、ノイズ検知用時間に基づいてノイズの発生を検知することができない場合でも、超音波送受波器への汚物付着により受信波が減衰していることを検知することができる。
【００７０】
本実施形態３の超音波流量計１３は、理論増幅率と実増幅率とを比較することでノイズの有無を判定しているが、実増幅率から推測される流体の温度及び圧力と計測手段により得られた温度及び圧力とを比較することでノイズの有無を判定する構成とすることもできる。
【００７１】
（実施形態４）
実施形態４の超音波流量計は、実施形態１の超音波流量計１１と実施形態３の超音波流量計１３とを組み合わせたものである。実施形態１の超音波流量計１１と実施形態３の超音波流量計１３とを組み合わせることで、発生しているノイズが筐体ノイズ、配管ノイズ、又は超音波送受波器への汚物付着によることが原因であるかを知ることができる。
【００７２】
（実施形態５）
実施形態５の超音波流量計は、実施形態２の超音波流量計と実施形態３の超音波流量計１３とを組み合わせたものである。実施形態２の超音波流量計と実施敬体の超音波流量計１３とを組み合わせることで、発生しているノイズが筐体ノイズ、配管ノイズ、又は超音波送受波器への汚物付着によることが原因であるかを知ることができる。
【００７３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態１の超音波流量計１１と実施形態２の超音波流量計とを組み合わせた超音波流量計も考えられる。その場合、使用される流体は既知であることが望ましく、ノイズの判定を２種類で用いるため、どちらか一方でノイズ発生と判定された場合をノイズが発生しているとすることもできるし、両方がノイズ発生と判定された倍をノイズが発生しているとすることもできる。
【符号の説明】
【００７４】
１１，１３：超音波流量計、
２１，２２：超音波送受波器、 ２３：コントロール部、
２４：送受波駆動部、 ２５：カウンタ、
２６：増幅部、 ２７：基準クロック発生部、
２８：ノイズ発生通知手段、
３：受信波検知部、 ３１：基準レベル発生部、
３２：レベル選択部、 ３３：比較部、
３４：ゼロクロス検知部、
４：レベル超え検知部、 ４１：ノイズ検知レベル発生部、
４２：レベル超え比較部、
５：ノイズ判定部、
６：ノイズ確認カウンタ（ノイズ検知用時間演算部）、
７１：圧力計測手段、 ７２：温度計測手段、
７３：データベース、
Ｓ１，Ｓ２：切替スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過する通路の上流と下流とに対向配置された１組の超音波送受波器を配置し、それらの間の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計であって、
前記超音波送波器から出力された前記超音波を前記超音波受波器が受け取る受信波が前記超音波受波器に到達したと判断したとき、受信波検知信号を出力する受信波検知部と、
ノイズ検知レベルを発生するノイズ検知レベル発生部と前記受信波が前記ノイズ検知レベルを超えたときノイズレベル超え信号を出力するレベル超え比較部とをもつレベル越え検知部と、
前記ノイズレベル超え信号を出力した時を始点又は終点として、ノイズ検知用時間を求めるノイズ検知用時間演算部と、
前記ノイズ検知用時間が正常な範囲をはずれているときに、ノイズ発生信号を出力するノイズ判定部と、
を有することを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記超音波の出力を複数回行う場合に、
前記ノイズ判定部が出力する前記ノイズ発生信号は、一つ前の測定で得られた前記ノイズ検知用時間の値であるノイズ種類判定時間と前記ノイズ検知用時間の値とが同じ場合に筐体ノイズを表す信号とし、
それ以外の場合に配管ノイズを表す信号とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記ノイズ検知用時間は、前記ノイズレベル超え信号を出力した時から前記受信波検知信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、設定値よりも前記ノイズ検知用時間が長い場合であり、
前記設定値は、前記超音波送波器から出力された前記超音波が前記超音波受波器で検知され始めた時から前記受信波検知信号が出力された時までの時間であると想定される時間以上で設定される請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記ノイズ検知用時間は、前記ノイズレベル超え信号を出力した時から前記受信波検知信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、前記ノイズ検知用時間が受信波の一周期の長さ以下又は二周期の長さ以上の場合である請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記ノイズ検知用時間は、前記超音波送波器が前記超音波を出力した時から前記ノイズレベル超え信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、設定値よりも前記ノイズ検知用時間が短い場合であり、
前記設定値は、前記超音波送波器から前記超音波が出力された時から前記超音波受波器で検知され始めた時であると想定される時間以内で設定される請求項１〜４の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記受信波の振幅の大きさに応じて前記受信波の実増幅率を適正に調整可能な増幅部と、
前記流体の温度を計測し、計測温度を出力する温度計測手段と、
前記流体の圧力を計測し、計測圧力を出力する圧力計測手段と、
前記ノイズ判定部は、前記流体の種類、前記計測温度、及び、前記計測圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率と前記実増幅率との差異が所定以上の場合、又は前記実増幅率から推測される前記流体の推測温度及び推測圧力と前記計測温度及び前記計測圧力との差異が所定値以上の場合にはノイズ発生信号を出力する請求項１〜５の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項７】
流体が通過する通路の上流と下流とに対向配置された１組の超音波送受波器を配置し、前記受信波の振幅の大きさに応じて前記受信波の実増幅率を適正に調整可能な増幅部をもち、前記超音波送受波器間の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計であって、
前記超音波送波器から出力された前記超音波を前記超音波受波器が受け取る受信波が前記超音波受波器に到達したと判断したとき、受信波検知信号を出力する受信波検知部と、
前記流体の温度を計測し、計測温度を出力する温度計測手段と、
前記流体の圧力を計測し、計測圧力を出力する圧力計測手段と、
前記流体の種類、前記計測温度、及び、前記計測圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率と前記実増幅率との差異が所定以上の場合、又は前記実増幅率から推測される前記流体の推測温度及び推測圧力と、前記計測温度及び前記計測圧力との差異が所定値以上の場合にはノイズ発生信号を出力するノイズ判定部と、
を有することを特徴とする超音波流量計。
【請求項８】
前記理論増幅率は、前記流体の種類、前記流体の温度、及び、前記流体の圧力の組み合わせ毎にデータベースに記憶されており、
前記データベースは、前記超音波が出力される毎に、前記温度測定手段から前記流体の温度と前記圧力計測手段から前記流体の圧力とを受信し、記憶されている組み合わせの前記理論増幅率を前記ノイズ判定部に出力する請求項６又は７に記載の超音波流量計。
【請求項１】
流体が通過する通路の上流と下流とに対向配置された１組の超音波送受波器を配置し、それらの間の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計であって、
前記超音波送波器から出力された前記超音波を前記超音波受波器が受け取る受信波が前記超音波受波器に到達したと判断したとき、受信波検知信号を出力する受信波検知部と、
ノイズ検知レベルを発生するノイズ検知レベル発生部と前記受信波が前記ノイズ検知レベルを超えたときノイズレベル超え信号を出力するレベル超え比較部とをもつレベル越え検知部と、
前記ノイズレベル超え信号を出力した時を始点又は終点として、ノイズ検知用時間を求めるノイズ検知用時間演算部と、
前記ノイズ検知用時間が正常な範囲をはずれているときに、ノイズ発生信号を出力するノイズ判定部と、
を有することを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記超音波の出力を複数回行う場合に、
前記ノイズ判定部が出力する前記ノイズ発生信号は、一つ前の測定で得られた前記ノイズ検知用時間の値であるノイズ種類判定時間と前記ノイズ検知用時間の値とが同じ場合に筐体ノイズを表す信号とし、
それ以外の場合に配管ノイズを表す信号とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記ノイズ検知用時間は、前記ノイズレベル超え信号を出力した時から前記受信波検知信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、設定値よりも前記ノイズ検知用時間が長い場合であり、
前記設定値は、前記超音波送波器から出力された前記超音波が前記超音波受波器で検知され始めた時から前記受信波検知信号が出力された時までの時間であると想定される時間以上で設定される請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記ノイズ検知用時間は、前記ノイズレベル超え信号を出力した時から前記受信波検知信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、前記ノイズ検知用時間が受信波の一周期の長さ以下又は二周期の長さ以上の場合である請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記ノイズ検知用時間は、前記超音波送波器が前記超音波を出力した時から前記ノイズレベル超え信号を出力した時までの時間であり、
前記正常な範囲をはずれていると判断されるのは、設定値よりも前記ノイズ検知用時間が短い場合であり、
前記設定値は、前記超音波送波器から前記超音波が出力された時から前記超音波受波器で検知され始めた時であると想定される時間以内で設定される請求項１〜４の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記受信波の振幅の大きさに応じて前記受信波の実増幅率を適正に調整可能な増幅部と、
前記流体の温度を計測し、計測温度を出力する温度計測手段と、
前記流体の圧力を計測し、計測圧力を出力する圧力計測手段と、
前記ノイズ判定部は、前記流体の種類、前記計測温度、及び、前記計測圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率と前記実増幅率との差異が所定以上の場合、又は前記実増幅率から推測される前記流体の推測温度及び推測圧力と前記計測温度及び前記計測圧力との差異が所定値以上の場合にはノイズ発生信号を出力する請求項１〜５の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項７】
流体が通過する通路の上流と下流とに対向配置された１組の超音波送受波器を配置し、前記受信波の振幅の大きさに応じて前記受信波の実増幅率を適正に調整可能な増幅部をもち、前記超音波送受波器間の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計であって、
前記超音波送波器から出力された前記超音波を前記超音波受波器が受け取る受信波が前記超音波受波器に到達したと判断したとき、受信波検知信号を出力する受信波検知部と、
前記流体の温度を計測し、計測温度を出力する温度計測手段と、
前記流体の圧力を計測し、計測圧力を出力する圧力計測手段と、
前記流体の種類、前記計測温度、及び、前記計測圧力の組み合わせにより決定される適正な理論増幅率と前記実増幅率との差異が所定以上の場合、又は前記実増幅率から推測される前記流体の推測温度及び推測圧力と、前記計測温度及び前記計測圧力との差異が所定値以上の場合にはノイズ発生信号を出力するノイズ判定部と、
を有することを特徴とする超音波流量計。
【請求項８】
前記理論増幅率は、前記流体の種類、前記流体の温度、及び、前記流体の圧力の組み合わせ毎にデータベースに記憶されており、
前記データベースは、前記超音波が出力される毎に、前記温度測定手段から前記流体の温度と前記圧力計測手段から前記流体の圧力とを受信し、記憶されている組み合わせの前記理論増幅率を前記ノイズ判定部に出力する請求項６又は７に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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１５９３７９（Ｐ２０１２−１５９３７９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８５１（Ｐ２０１１−１８８５１）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【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８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【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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