JP3616324B2 - 伝播時間差方式による超音波流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は伝播時間差方式（以下、時間差方式と称す）による超音波流量計の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の時間差方式による超音波流量計の構成を示し、以下その概要を説明する。
同図において符号１は直管１ａの両端に垂直な流体入口１ｂと同出口１ｃを有する流路用管体、２ａ及び２ｂは直管１ａの両端に設けた１対の超音波振動子を示す。
【０００３】
３は切替器であり、励振パルス電圧源４と受信信号の増幅器５とを上記振動子２ａまたは２ｂへ交互に切り替えて接続するが、その切替信号についてはここでは触れない。
６はコンパレータ、７はその参照電圧源であり、コンパレータ６は前記増幅器５にて増幅された受信波形が参照電圧を超えた時刻（受信時刻）を検出する。
【０００４】
８はデータ処理装置であり、前記コンパレータ６からの出力を受けて振動子励振時刻から受信時刻までの時間、すなわち一方の超音波振動子から発せられた超音波が流体を伝播して他方の超音波振動子に至るまでの時間である超音波伝播時間を算出し、次の演算により流量信号を出力する。
【０００５】
前記切替器３を操作して、超音波が流体の流れに逆らう場合の伝播時間Ｔｕと、流れと同じ向きの場合の伝播時間Ｔｄを測定すれば、それらの差から下記のように流速Ｖが、さらにこれに管断面積Ｓを乗じて流量Ｑが求められることはよく知られているので詳細には述べない。
ただしＣは音速、Ｌは振動子間距離であり、かつＣは（Ｔｕ＋Ｔｄ）より求められる。
Ｔｕ−Ｔｄ＝２ＬＶ／Ｃ２
∴Ｖ＝（Ｔｕ―Ｔｄ）Ｃ２ ／２Ｌ
Ｑ＝ＳＶ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の時間差方式には次のような技術的問題が生じる。
超音波流量計では外部からの電気的パルスノイズの多い環境で使用されると受信波形にノイズが重畳するが、コンパレータでは信号とノイズの識別が困難であり、 測定した伝播時間に揺らぎが伴うのは避けられず、流量レンジが低いときにはこの影響が大きくなる。
【０００７】
また流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれる場合には受信信号の振幅が減衰し、ときに測定が不安定になる。
【０００８】
これを図７により説明すれば、実線は正常時の受信波形、破線は気泡や固形粉末等の夾雑物による減衰を受けた波形を示し、一点鎖線はコンパレータの参照電圧Ｖｃを示す。このような減衰を受けたときには、測定対象となる波形が変わってしまい、伝播時間測定値は図中のＴａになったり、あるいはＴｂとなったりして安定した測定はできない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さを計測し、超音波が流体の流れに逆らって伝播される場合と流れと同じ向きに伝播される場合における対象ピークの高さを比較して、これら対象ピークの高さの差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項２に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、また、前記ディジタル信号プロセッサは、伝播時間の測定対象とされる前記ゼロクロス点の前後に連なるピークの高さの比を計測し、このピークの高さの比と流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれない場合における同様のピークの高さの比との差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項３に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項４に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、電圧値データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴としている。
【００１３】
本発明の請求項５に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中の最高値を取るピークを対象ピークとし、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる複数のゼロクロス点を、これらのゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力することを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項６に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項５に記載のディジタル信号プロセッサが、前記対象ピークの高さを計測して流体中に含まれる気泡や固形粉末等の夾雑物による受信信号の減衰量を演算により推定し、この減衰量が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
本発明の請求項７に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項５に記載のディジタル信号プロセッサが、前記対象ピークの高さを計測し、超音波が流体の流れに逆らって伝播される場合と流れと同じ向きに伝播される場合における対象ピークの高さを比較して、これら対象ピークの高さの差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
【００１５】
本発明の請求項８に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項５に記載のディジタル信号プロセッサが、伝播時間の測定対象とされる前記ゼロクロス点の前後に連なるピークの高さの比を計測し、このピークの高さの比と流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれない場合における同様のピークの高さの比との差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
本発明の請求項９に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項５に記載のディジタル信号プロセッサが、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴としている。
【００１６】
本発明の請求項１０に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項１乃至５に記載のディジタル信号プロセッサが、複数個の前記電圧値−時刻対データを最小自乗法により処理し、回帰直線を算出してゼロクロス点の伝播時間を推定することを特徴としている。
【００１７】
【実施例】
図１に示す具体例に基づいて本発明に係る第１の時間差方式の構成を説明する。
なお、同図において符号１〜５は図６に示した従来のものと同じ構成であるので、説明は省略する。
【００１８】
本発明の流量計におけるデータ処理装置８は、数１０ＭＳ／ｓ程度のサンプリング・レートと、１０〜１２ビット程度の分解能を有するアナログ・ディジタル変換器（以下、ＡＤＣと称す）９と、高速ディジタル信号プロセッサ（以下、ＤＳＰと称す）１０を備え、増幅器５により増幅された受信波形をこのデータ処理装置８で処理して流量信号を出力する点を特徴としている。
【００１９】
まず、受信側の超音波振動子２ａまたは２ｂから切替器３および増幅器５を経てデータ処理装置８へ送られた受信信号（アナログ信号）は、ＡＤＣ９によってサンプリングされ、電圧値−時刻対のデジタルデータに変換される。
【００２０】
ＡＤＣ９による上記サンプリングにおいては、メモリ量が過大なるのを避けるため、適切に時刻設定されたサンプリングウインドウＳＷ内においてデータを取得する。
サンプリングの結果、図２の波形グラフに●印で示すようなデータが得られる（煩雑さを避けるためにピークＰ１ 付近のみにつき、個数も減らして示す）。
なお、同波形グラフ上の○印はピークに連なるゼロクロス点を示す。
【００２１】
本発明におけるＤＳＰ１０はサンプリングウインドウＳＷが開いてからの特定順位、例えば最初のピークを対象ピークとして選び、すなわち時刻データに基づいて対象ピークを選び、このピークＰ１ に連なるゼロクロス点ｑ１ またはこのゼロクロス点ｑ１ およびピークＰ１ に隣接するピークＰ２ に連なるゼロクロス点ｑ１ 、ｑ２ 、ｑ３ 等の時刻を、これら各ゼロクロス点の前後時刻に分布する所定個数のサンプリングデータを演算処理して推定する。
【００２２】
ゼロクロス点が複数の場合にはこれらの時刻値の平均を算出し、超音波の発信時刻からゼロクロス点の平均時刻までの時間をもって超音波伝播時間ＴｕまたはＴｄとする。
実際には切替器３を操作して超音波の向きを変え、伝播時間Ｔｕ、Ｔｄを測定し、従来方式と同様にこれら伝播時間Ｔｕ、Ｔｄ、音速Ｃおよび振動子間距離Ｌから流量値を演算する。
【００２３】
次に、本発明に係る第２の時間差方式について説明する。
第２の時間差方式においては、超音波流量計の構成は第１の方式ものと同じであるが、対象ピークの選択方法を異にし、予め指定した特定ピークの高さ（電圧値Ｖ１ 、図３に二点鎖線で示す）を超えるピークを対象ピークとする点、すなわち電圧値データに基づいて対象ピークを選択することに特徴がある。
【００２４】
すなわち、ＤＳＰ１０はＡＤＣ９から得られるデータを精査して電圧値がある基準電圧値Ｖ１ を超えるピーク内特定順位の、例えば最初のピークＰ１ を対象ピークに選び、このピークＰ１ または隣接するピークＰ２ に連なる１個または複数個のゼロクロス点ｑ１ 、ｑ２ 、ｑ３ につき第１の方式と同様にデータ処理を行って流量信号を得る。
【００２５】
なお、上述した第２の時間差方式を第１の時間差方式と比較すると、流体中の音速が既知で一定と見なせるときにはサンプリングウィンドウＳＷを適正な波形位置に設定することが容易なので、時刻データに基づいて対象ピークを選択する第１の方式を適用することができるが、音速が不明または変動するときにはサンプリングウィンドウを適正な波形位置に設定することができないので、電圧値データに基づいて対象ピークを選択する第２の方式を適用することになる。
【００２６】
次に、本発明に係る第３の時間差方式について説明する。
上述の本発明第１および第２の時間差方式においては、対象ピークをサンプリングウィンドウＳＷ内の最初のピークあるいは基準電圧値Ｖ１ を超えるピークとしたが、観察によれば対象ピークの選び方に拘らず、気泡（あるいは固形粉末等の夾雑物）による振幅の減衰量は気泡の量のみに影響を受け、気泡を含む流体中を伝播する受信波形の振幅の包路線の形は相似的である。
したがって、この事実に着目して対象ピークを受信波中で最高値を取るピークＰｍａｘ とすると、特に気泡の混入による影響を受けにくい流量計を実現するのに好適である。
【００２７】
【実施態様１】
図４に減衰がない場合の受信波形を実線で、気泡の影響により激しく減衰した場合の受信波形を破線で示し、また、データ処理の対象とするゼロクロス点を○印で示す。
同図４において、Ｐｍａｘ は流体中に気泡が含まれない場合、Ｐ’ｍａｘは気泡による減衰がある場合のピーク値を示す。
【００２８】
減衰が著しい場合、すなわちＰ’ｍａｘ／Ｐｍａｘ が例えば０．１よりも小である場合にはＳ／Ｎ比が不良であると判断することができ、このような場合においてはゼロクロス点における伝播時間データを算出しても精度の高い流量信号を得ることはできない。
【００２９】
したがって、上述のようにピークの比Ｐ’ｍａｘ／Ｐｍａｘ が所定の値（例えば上述のように０．１）よりも小である場合には、ゼロクロス点の算出を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力するいわゆる出力ホールドを行なう。
【００３０】
このように出力ホールドを行なうと、流体中に気泡が含まれていても流量信号の出力値が乱れることがなくなり、したがって流量信号出力を監視する警報器を設けてある場合には、この警報器が気泡の流入によって誤作動するようなことが防止される。
【００３１】
【実施態様２】
本実施態様２は、流体中に気泡が混入した場合における対象ゼロクロス点を観測した結果、気泡が超音波の伝播経路中にある場合には気泡の量によって若干超音波の伝播時間が変化することに着目したものである。
流体中の気泡による伝播時間の変化量は、伝播時間全体と比較すれば充分に小ではあるが、この変化量は流速の測定範囲最大値に換算するとかなり大であって無視することはできない。
【００３２】
しかし、振幅減衰量が一定である間、すなわち超音波の伝播経路中に同じ気泡が存在している間に伝播時間差の計測を終了すれば測定誤差を小とすることができる。
【００３３】
したがって、本発明の第１および第３の時間差方式において、ＤＳＰ１０は対象ピーク（例えば図４中の対象ピークＰｍａｘ ）のピーク高さを計測し、超音波が流体の流れに逆らって伝播する場合（Ｔｕ測定時）のピーク高さと、超音波が流体の流れと同じ向きに伝播する場合（Ｔｄ測定時）のピーク高さを比較し、これらピーク高さの差が予め設定した値よりも小であれば気泡に起因する測定誤差が無視できるものと判断し、本発明の第１あるいは第３の時間差方式によって流量信号を出力する。
【００３４】
一方、前記ピーク高さの差が予め設定した値よりも大である場合には、気泡に起因する測定誤差が大であると判断してゼロクロス点の算出を中止し、前述した実施態様１と同様に、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力する出力ホールドを行なう。
【００３５】
【実施態様３】
一般に超音波の継続時間は数μ秒であるのに対し、気泡が超音波伝播経路を通過するのに要する時間は数１００ｍ秒なので、超音波信号の継続時間中に気泡による減衰量が急変する確率は低いが、減衰量が急変するとゼロクロス点が移動して誤差の原因となる。
【００３６】
本実施態様においては、ＤＳＰ１０がゼロクロス点の前後に連なる正負のピーク（例えば図４における正のピークＰ’ｍａｘと負のピークＰ”ｍａｘ）の高さを計測し、これらピークの高さの比と流体中に気泡が含まれていない場合における同様のピークの高さの比とを比較し、これらの比の差が所定の値よりも小であれば気泡に起因する測定誤差が無視できるものと判断し、本発明の第１あるいは第３の時間差方式によって流量信号を出力する。
【００３７】
一方、前記ピーク高さの比の差が予め設定した値よりも大である場合には、気泡に起因する測定誤差が大である確率が高いので、ゼロクロス点の算出を中止し、前述した実施態様１、２と同様に、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力する出力ホールドを行なう。
【００３８】
【実施態様４】
本実施様態４において、ＤＳＰは減衰がないときには対象ピークの前後に例えば６個（ｑ１ 〜ｑ６ ）のゼロクロス点を選び、振幅が減少した場合には、振幅に応じて４個（ｑ１ 〜ｑ４ ）、２個（ｑ１ 、ｑ２ ）と点数を減少させるよう構成する。
点数の減少により測定値の揺らぎは増加するが、従来方式において生じる測定対象となる波形が変わって測定値が不安定になるという現象は防止できる。
【００３９】
【実施態様５】
上述した本発明の第１乃至第３の時間差方式による超音波流量計において、複数個のデータからゼロクロス点の時刻を推定するのには最小自乗法を適用して最も適合すると見られる回帰直線を算出し、この回帰直線が時間軸（図２〜４における波形グラフの横軸）をよぎる値すなわちゼロクロス点を求めればよい。
【００４０】
従来方式においてはコンパレータにより受信時刻を検出しているのでノイズの影響が避けられないことは前述の通りであるが、本実施様態２によれば少なくとも数個のデータからノイズの影響を少なくした結果が得られ、さらに複数個のゼロクロス点のデータの平均化により、揺らぎは減少する。
【００４１】
【実施態様６】
本発明の超音波流量計における検出部の構成としては、図１に示すように流路用管体１の直管１ａの両端に超音波振動子２ａ、２ｂを設ける構成のほかに、例えば図５に示すように超音波振動子１１ａ、１１ｂを、直管よりなる流路用管体１２の外周に設けるいわゆるクランプオン形とする場合もあり、図１の構成と同様に適用できて良好な結果が得られる。
【００４２】
なお、図５においては超音波振動子１１ａ、１１ｂを流路用管体１２の同側（図５では上側）に設けてあるが、流路用管体に対して対向する側に設ける場合もある。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように、本発明に係る超音波流量計によれば、受信波形の対象ピークに連なる複数のゼロクロス点を推定して超音波の伝播時間を演算処理するので、従来の単一ゼロクロス点の検出による測定では避けられなかった外部からの電気的パルスノイズの影響による伝播時間の揺らぎを格段に小ならしめることができ、流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれていて受信信号が減衰している場合であっても安定した測定値を得ることができる。
【００４４】
また、請求項１、２および請求項６乃至８の超音波流量計においては、流体中に含まれる気泡等の夾雑物に起因する流量測定値の誤差が大である場合には出力ホールドされるので、流量出力を監視する警報器を設けてある場合であっても流量値の誤差にともなう警報器の誤作動を防止できるという実用上の大なるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る時間差方式による超音波流量計の構成図。
【図２】本発明に係る第１の時間差方式を説明するための受信信号の波形図。
【図３】本発明に係る第２の時間差方式を説明するための受信信号の波形図。
【図４】減衰を伴う場合の受信信号の波形図。
【図５】本発明における検出部の他の様態を示す一部破断正面図。
【図６】従来の時間差方式超音波流量計の構成図。
【図７】従来の時間差方式による受信信号の波形図。
【符号の説明】
１ 流路用管体
２ａ、２ｂ 超音波振動子
３ 切替器
４ 励振電圧源
５ 増幅器
８ データ処理装置
９ ＡＤＣ
１０ 高速ＤＳＰ
１１ａ、１１ｂ 超音波振動子
１２ 流路用管体
【発明の属する技術分野】
本発明は伝播時間差方式（以下、時間差方式と称す）による超音波流量計の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の時間差方式による超音波流量計の構成を示し、以下その概要を説明する。
同図において符号１は直管１ａの両端に垂直な流体入口１ｂと同出口１ｃを有する流路用管体、２ａ及び２ｂは直管１ａの両端に設けた１対の超音波振動子を示す。
【０００３】
３は切替器であり、励振パルス電圧源４と受信信号の増幅器５とを上記振動子２ａまたは２ｂへ交互に切り替えて接続するが、その切替信号についてはここでは触れない。
６はコンパレータ、７はその参照電圧源であり、コンパレータ６は前記増幅器５にて増幅された受信波形が参照電圧を超えた時刻（受信時刻）を検出する。
【０００４】
８はデータ処理装置であり、前記コンパレータ６からの出力を受けて振動子励振時刻から受信時刻までの時間、すなわち一方の超音波振動子から発せられた超音波が流体を伝播して他方の超音波振動子に至るまでの時間である超音波伝播時間を算出し、次の演算により流量信号を出力する。
【０００５】
前記切替器３を操作して、超音波が流体の流れに逆らう場合の伝播時間Ｔｕと、流れと同じ向きの場合の伝播時間Ｔｄを測定すれば、それらの差から下記のように流速Ｖが、さらにこれに管断面積Ｓを乗じて流量Ｑが求められることはよく知られているので詳細には述べない。
ただしＣは音速、Ｌは振動子間距離であり、かつＣは（Ｔｕ＋Ｔｄ）より求められる。
Ｔｕ−Ｔｄ＝２ＬＶ／Ｃ２
∴Ｖ＝（Ｔｕ―Ｔｄ）Ｃ２ ／２Ｌ
Ｑ＝ＳＶ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の時間差方式には次のような技術的問題が生じる。
超音波流量計では外部からの電気的パルスノイズの多い環境で使用されると受信波形にノイズが重畳するが、コンパレータでは信号とノイズの識別が困難であり、 測定した伝播時間に揺らぎが伴うのは避けられず、流量レンジが低いときにはこの影響が大きくなる。
【０００７】
また流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれる場合には受信信号の振幅が減衰し、ときに測定が不安定になる。
【０００８】
これを図７により説明すれば、実線は正常時の受信波形、破線は気泡や固形粉末等の夾雑物による減衰を受けた波形を示し、一点鎖線はコンパレータの参照電圧Ｖｃを示す。このような減衰を受けたときには、測定対象となる波形が変わってしまい、伝播時間測定値は図中のＴａになったり、あるいはＴｂとなったりして安定した測定はできない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さを計測し、超音波が流体の流れに逆らって伝播される場合と流れと同じ向きに伝播される場合における対象ピークの高さを比較して、これら対象ピークの高さの差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項２に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、また、前記ディジタル信号プロセッサは、伝播時間の測定対象とされる前記ゼロクロス点の前後に連なるピークの高さの比を計測し、このピークの高さの比と流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれない場合における同様のピークの高さの比との差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項３に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項４に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、電圧値データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴としている。
【００１３】
本発明の請求項５に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中の最高値を取るピークを対象ピークとし、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる複数のゼロクロス点を、これらのゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力することを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項６に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項５に記載のディジタル信号プロセッサが、前記対象ピークの高さを計測して流体中に含まれる気泡や固形粉末等の夾雑物による受信信号の減衰量を演算により推定し、この減衰量が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
本発明の請求項７に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項５に記載のディジタル信号プロセッサが、前記対象ピークの高さを計測し、超音波が流体の流れに逆らって伝播される場合と流れと同じ向きに伝播される場合における対象ピークの高さを比較して、これら対象ピークの高さの差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
【００１５】
本発明の請求項８に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項５に記載のディジタル信号プロセッサが、伝播時間の測定対象とされる前記ゼロクロス点の前後に連なるピークの高さの比を計測し、このピークの高さの比と流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれない場合における同様のピークの高さの比との差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴としている。
本発明の請求項９に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項５に記載のディジタル信号プロセッサが、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴としている。
【００１６】
本発明の請求項１０に係る伝播時間差方式による超音波流量計は、請求項１乃至５に記載のディジタル信号プロセッサが、複数個の前記電圧値−時刻対データを最小自乗法により処理し、回帰直線を算出してゼロクロス点の伝播時間を推定することを特徴としている。
【００１７】
【実施例】
図１に示す具体例に基づいて本発明に係る第１の時間差方式の構成を説明する。
なお、同図において符号１〜５は図６に示した従来のものと同じ構成であるので、説明は省略する。
【００１８】
本発明の流量計におけるデータ処理装置８は、数１０ＭＳ／ｓ程度のサンプリング・レートと、１０〜１２ビット程度の分解能を有するアナログ・ディジタル変換器（以下、ＡＤＣと称す）９と、高速ディジタル信号プロセッサ（以下、ＤＳＰと称す）１０を備え、増幅器５により増幅された受信波形をこのデータ処理装置８で処理して流量信号を出力する点を特徴としている。
【００１９】
まず、受信側の超音波振動子２ａまたは２ｂから切替器３および増幅器５を経てデータ処理装置８へ送られた受信信号（アナログ信号）は、ＡＤＣ９によってサンプリングされ、電圧値−時刻対のデジタルデータに変換される。
【００２０】
ＡＤＣ９による上記サンプリングにおいては、メモリ量が過大なるのを避けるため、適切に時刻設定されたサンプリングウインドウＳＷ内においてデータを取得する。
サンプリングの結果、図２の波形グラフに●印で示すようなデータが得られる（煩雑さを避けるためにピークＰ１ 付近のみにつき、個数も減らして示す）。
なお、同波形グラフ上の○印はピークに連なるゼロクロス点を示す。
【００２１】
本発明におけるＤＳＰ１０はサンプリングウインドウＳＷが開いてからの特定順位、例えば最初のピークを対象ピークとして選び、すなわち時刻データに基づいて対象ピークを選び、このピークＰ１ に連なるゼロクロス点ｑ１ またはこのゼロクロス点ｑ１ およびピークＰ１ に隣接するピークＰ２ に連なるゼロクロス点ｑ１ 、ｑ２ 、ｑ３ 等の時刻を、これら各ゼロクロス点の前後時刻に分布する所定個数のサンプリングデータを演算処理して推定する。
【００２２】
ゼロクロス点が複数の場合にはこれらの時刻値の平均を算出し、超音波の発信時刻からゼロクロス点の平均時刻までの時間をもって超音波伝播時間ＴｕまたはＴｄとする。
実際には切替器３を操作して超音波の向きを変え、伝播時間Ｔｕ、Ｔｄを測定し、従来方式と同様にこれら伝播時間Ｔｕ、Ｔｄ、音速Ｃおよび振動子間距離Ｌから流量値を演算する。
【００２３】
次に、本発明に係る第２の時間差方式について説明する。
第２の時間差方式においては、超音波流量計の構成は第１の方式ものと同じであるが、対象ピークの選択方法を異にし、予め指定した特定ピークの高さ（電圧値Ｖ１ 、図３に二点鎖線で示す）を超えるピークを対象ピークとする点、すなわち電圧値データに基づいて対象ピークを選択することに特徴がある。
【００２４】
すなわち、ＤＳＰ１０はＡＤＣ９から得られるデータを精査して電圧値がある基準電圧値Ｖ１ を超えるピーク内特定順位の、例えば最初のピークＰ１ を対象ピークに選び、このピークＰ１ または隣接するピークＰ２ に連なる１個または複数個のゼロクロス点ｑ１ 、ｑ２ 、ｑ３ につき第１の方式と同様にデータ処理を行って流量信号を得る。
【００２５】
なお、上述した第２の時間差方式を第１の時間差方式と比較すると、流体中の音速が既知で一定と見なせるときにはサンプリングウィンドウＳＷを適正な波形位置に設定することが容易なので、時刻データに基づいて対象ピークを選択する第１の方式を適用することができるが、音速が不明または変動するときにはサンプリングウィンドウを適正な波形位置に設定することができないので、電圧値データに基づいて対象ピークを選択する第２の方式を適用することになる。
【００２６】
次に、本発明に係る第３の時間差方式について説明する。
上述の本発明第１および第２の時間差方式においては、対象ピークをサンプリングウィンドウＳＷ内の最初のピークあるいは基準電圧値Ｖ１ を超えるピークとしたが、観察によれば対象ピークの選び方に拘らず、気泡（あるいは固形粉末等の夾雑物）による振幅の減衰量は気泡の量のみに影響を受け、気泡を含む流体中を伝播する受信波形の振幅の包路線の形は相似的である。
したがって、この事実に着目して対象ピークを受信波中で最高値を取るピークＰｍａｘ とすると、特に気泡の混入による影響を受けにくい流量計を実現するのに好適である。
【００２７】
【実施態様１】
図４に減衰がない場合の受信波形を実線で、気泡の影響により激しく減衰した場合の受信波形を破線で示し、また、データ処理の対象とするゼロクロス点を○印で示す。
同図４において、Ｐｍａｘ は流体中に気泡が含まれない場合、Ｐ’ｍａｘは気泡による減衰がある場合のピーク値を示す。
【００２８】
減衰が著しい場合、すなわちＰ’ｍａｘ／Ｐｍａｘ が例えば０．１よりも小である場合にはＳ／Ｎ比が不良であると判断することができ、このような場合においてはゼロクロス点における伝播時間データを算出しても精度の高い流量信号を得ることはできない。
【００２９】
したがって、上述のようにピークの比Ｐ’ｍａｘ／Ｐｍａｘ が所定の値（例えば上述のように０．１）よりも小である場合には、ゼロクロス点の算出を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力するいわゆる出力ホールドを行なう。
【００３０】
このように出力ホールドを行なうと、流体中に気泡が含まれていても流量信号の出力値が乱れることがなくなり、したがって流量信号出力を監視する警報器を設けてある場合には、この警報器が気泡の流入によって誤作動するようなことが防止される。
【００３１】
【実施態様２】
本実施態様２は、流体中に気泡が混入した場合における対象ゼロクロス点を観測した結果、気泡が超音波の伝播経路中にある場合には気泡の量によって若干超音波の伝播時間が変化することに着目したものである。
流体中の気泡による伝播時間の変化量は、伝播時間全体と比較すれば充分に小ではあるが、この変化量は流速の測定範囲最大値に換算するとかなり大であって無視することはできない。
【００３２】
しかし、振幅減衰量が一定である間、すなわち超音波の伝播経路中に同じ気泡が存在している間に伝播時間差の計測を終了すれば測定誤差を小とすることができる。
【００３３】
したがって、本発明の第１および第３の時間差方式において、ＤＳＰ１０は対象ピーク（例えば図４中の対象ピークＰｍａｘ ）のピーク高さを計測し、超音波が流体の流れに逆らって伝播する場合（Ｔｕ測定時）のピーク高さと、超音波が流体の流れと同じ向きに伝播する場合（Ｔｄ測定時）のピーク高さを比較し、これらピーク高さの差が予め設定した値よりも小であれば気泡に起因する測定誤差が無視できるものと判断し、本発明の第１あるいは第３の時間差方式によって流量信号を出力する。
【００３４】
一方、前記ピーク高さの差が予め設定した値よりも大である場合には、気泡に起因する測定誤差が大であると判断してゼロクロス点の算出を中止し、前述した実施態様１と同様に、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力する出力ホールドを行なう。
【００３５】
【実施態様３】
一般に超音波の継続時間は数μ秒であるのに対し、気泡が超音波伝播経路を通過するのに要する時間は数１００ｍ秒なので、超音波信号の継続時間中に気泡による減衰量が急変する確率は低いが、減衰量が急変するとゼロクロス点が移動して誤差の原因となる。
【００３６】
本実施態様においては、ＤＳＰ１０がゼロクロス点の前後に連なる正負のピーク（例えば図４における正のピークＰ’ｍａｘと負のピークＰ”ｍａｘ）の高さを計測し、これらピークの高さの比と流体中に気泡が含まれていない場合における同様のピークの高さの比とを比較し、これらの比の差が所定の値よりも小であれば気泡に起因する測定誤差が無視できるものと判断し、本発明の第１あるいは第３の時間差方式によって流量信号を出力する。
【００３７】
一方、前記ピーク高さの比の差が予め設定した値よりも大である場合には、気泡に起因する測定誤差が大である確率が高いので、ゼロクロス点の算出を中止し、前述した実施態様１、２と同様に、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力する出力ホールドを行なう。
【００３８】
【実施態様４】
本実施様態４において、ＤＳＰは減衰がないときには対象ピークの前後に例えば６個（ｑ１ 〜ｑ６ ）のゼロクロス点を選び、振幅が減少した場合には、振幅に応じて４個（ｑ１ 〜ｑ４ ）、２個（ｑ１ 、ｑ２ ）と点数を減少させるよう構成する。
点数の減少により測定値の揺らぎは増加するが、従来方式において生じる測定対象となる波形が変わって測定値が不安定になるという現象は防止できる。
【００３９】
【実施態様５】
上述した本発明の第１乃至第３の時間差方式による超音波流量計において、複数個のデータからゼロクロス点の時刻を推定するのには最小自乗法を適用して最も適合すると見られる回帰直線を算出し、この回帰直線が時間軸（図２〜４における波形グラフの横軸）をよぎる値すなわちゼロクロス点を求めればよい。
【００４０】
従来方式においてはコンパレータにより受信時刻を検出しているのでノイズの影響が避けられないことは前述の通りであるが、本実施様態２によれば少なくとも数個のデータからノイズの影響を少なくした結果が得られ、さらに複数個のゼロクロス点のデータの平均化により、揺らぎは減少する。
【００４１】
【実施態様６】
本発明の超音波流量計における検出部の構成としては、図１に示すように流路用管体１の直管１ａの両端に超音波振動子２ａ、２ｂを設ける構成のほかに、例えば図５に示すように超音波振動子１１ａ、１１ｂを、直管よりなる流路用管体１２の外周に設けるいわゆるクランプオン形とする場合もあり、図１の構成と同様に適用できて良好な結果が得られる。
【００４２】
なお、図５においては超音波振動子１１ａ、１１ｂを流路用管体１２の同側（図５では上側）に設けてあるが、流路用管体に対して対向する側に設ける場合もある。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように、本発明に係る超音波流量計によれば、受信波形の対象ピークに連なる複数のゼロクロス点を推定して超音波の伝播時間を演算処理するので、従来の単一ゼロクロス点の検出による測定では避けられなかった外部からの電気的パルスノイズの影響による伝播時間の揺らぎを格段に小ならしめることができ、流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれていて受信信号が減衰している場合であっても安定した測定値を得ることができる。
【００４４】
また、請求項１、２および請求項６乃至８の超音波流量計においては、流体中に含まれる気泡等の夾雑物に起因する流量測定値の誤差が大である場合には出力ホールドされるので、流量出力を監視する警報器を設けてある場合であっても流量値の誤差にともなう警報器の誤作動を防止できるという実用上の大なるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る時間差方式による超音波流量計の構成図。
【図２】本発明に係る第１の時間差方式を説明するための受信信号の波形図。
【図３】本発明に係る第２の時間差方式を説明するための受信信号の波形図。
【図４】減衰を伴う場合の受信信号の波形図。
【図５】本発明における検出部の他の様態を示す一部破断正面図。
【図６】従来の時間差方式超音波流量計の構成図。
【図７】従来の時間差方式による受信信号の波形図。
【符号の説明】
１ 流路用管体
２ａ、２ｂ 超音波振動子
３ 切替器
４ 励振電圧源
５ 増幅器
８ データ処理装置
９ ＡＤＣ
１０ 高速ＤＳＰ
１１ａ、１１ｂ 超音波振動子
１２ 流路用管体
Claims (10)
- (a) 流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、
(b) 前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、
(c) 前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、
(d) 前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、
(e) また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さを計測し、超音波が流体の流れに逆らって伝播される場合と流れと同じ向きに伝播される場合における対象ピークの高さを比較して、これら対象ピークの高さの差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。 - (a) 流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、
(b) 前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、
(c) 前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、
(d) 前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、
(e) また、前記ディジタル信号プロセッサは、伝播時間の測定対象とされる前記ゼロクロス点の前後に連なるピークの高さの比を計測し、このピークの高さの比と流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれない場合における同様のピークの高さの比との差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。 - (a) 流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、
(b) 前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、
(c) 前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、
(d) 前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、時刻データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、
(e) また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。 - (a) 流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、
(b) 前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、
(c) 前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、
(d) 前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中において、電圧値データに基づいて対象ピークを選び、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる少なくとも１個のゼロクロス点を、このゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、１個のゼロクロス点の伝播時間または複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力し、
(e) また、前記ディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。 - (a) 流路用管体の流体の流れ方向上流側と下流側における流路用管体の外側にそれぞれ取り付けた１対の超音波振動子と、これら１対の超音波振動子の送信、受信を交互に切り替える切替器と、流体内を伝播する超音波により受信側の超音波振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、増幅された受信信号を処理して流量信号を出力するデータ処理装置を備え、
(b) 前記データ処理装置はアナログ・ディジタル変換器とディジタル信号プロセッサを備え、
(c) 前記アナログ・ディジタル変換器は、前記増幅器により増幅した受信信号の増幅波形を複数の電圧値−時刻対データに変換し、
(d) 前記ディジタル信号プロセッサは、上記電圧値−時刻対データの波形中の最高値を取るピークを対象ピークとし、この対象ピークまたはこの対象ピークに隣接するピークの前後に連なる複数のゼロクロス点を、これらのゼロクロス点の前後時刻に分布する複数個の上記電圧値−時刻対データから演算により推定し、複数のゼロクロス点の平均の伝播時間を求めて流量信号を出力することを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。 - 請求項５に記載のディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さを計測して流体中に含まれる気泡や固形粉末等の夾雑物による受信信号の減衰量を演算により推定し、この減衰量が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。
- 請求項５に記載のディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さを計測し、超音波が流体の流れに逆らって伝播される場合と流れと同じ向きに伝播される場合における対象ピークの高さを比較して、これら対象ピークの高さの差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。
- 請求項５に記載のディジタル信号プロセッサは、伝播時間の測定対象とされる前記ゼロクロス点の前後に連なるピークの高さの比を計測し、このピークの高さの比と流体中に気泡や固形粉末等の夾雑物が含まれない場合における同様のピークの高さの比との差が予め設定した値よりも大である場合にはゼロクロス点を推定する演算を中止し、繰り返し行なわれる伝播時間測定のうちの前回の伝播時間測定において求めた伝播時間測定値あるいは流量出力値を援用して流量信号を出力することを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。
- 請求項５に記載のディジタル信号プロセッサは、前記対象ピークの高さの変化に応じ、伝播時間の平均値を算出するための基準となるゼロクロス点の個数を変更するようなしたことを特徴とする伝播時間差方式による超音波流量計。
- 請求項１乃至５に記載のディジタル信号プロセッサは、複数個の前記電圧値−時刻対データを最小自乗法により処理し、回帰直線を算出してゼロクロス点の伝播時間を推定することを特徴とする伝播時間差方式超音波流量計。
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