JP7343356B2 - 超音波流量計および流量計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波流量計および流量計測方法に関する。

一般に、超音波流量計では、流体の流れを横切るように２つの超音波送受信器を向かい合わせて配置し、順逆方向のそれぞれで超音波信号を送受信して、２つの超音波送受信器の間における超音波伝搬時間を測定し、順逆方向における超音波伝搬時間の差に基づいて流体の流量を求めている。超音波伝搬時間の測定には、受信した超音波信号を示す信号の電圧（ＡＣ電圧）がゼロ電圧（０Ｖ）と交差するゼロクロス点のゼロクロス時刻に基づいて超音波伝搬時間を求める、いわゆるゼロクロス法が用いられている（特許文献１）。

このゼロクロス法では、伝搬時間を求める際、受信波に含まれる複数のパルスのうち、常に同じパルスと対応するゼロクロス点を使用する必要がある。一般的なゼロクロス法では、受信した超音波信号を示す信号の電圧（計測電圧）のうち同一ピークに対応する目標ゼロクロス点を検出するため、受信した超音波信号が所定の電圧レベルを超えた点を基準にして、これ以後のゼロクロス点に対して記録を開始するなどして、常に同じパルスに対応したゼロクロス点を使って伝搬時間計算を行うようにしている。

ここで、受信波にノイズ成分が重畳して波形歪みが生じた場合、超音波信号が所定の電圧レベルを超えて記録が開始されるゼロクロス点の時間位置が前側または後側に１超音波周期分ずれる場合がある。このようなゼロクロス点のずれが生じた場合、これに応じて超音波伝搬時間が変化するため、流量計測誤差の要因となる。このようなゼロクロス点のずれに対応するために、隣り合う時刻配列の間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、時刻配列の各々におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行う技術が提案されている。

上述したシフト処理では、例えば、複数回の伝搬時間測定の結果に対して、図１０Ａ，図１０Ｂに示すように、行単位で列位置をシフトさせ、同一ゼロクロス点に相当するゼロクロス情報を同じ列に並べてつなげなおしている。

図１０Ａ、図１０Ｂでは、計測電圧Ｖｉｎ＃ｉ毎に計測するゼロクロス点の数を５個（Ｈ＝５）とした例が示され、これらゼロクロス点の各ゼロクロス時刻は、検出時の格納位置の前後に少なくとも２個（Ｈ－３）ずつオフセットが設けられている。これらオフセットは、検出時に格納位置Ｋ（Ｋ＝Ｈ－２）から格納したゼロクロス時刻を、損失することなく前後にシフトさせるためである。これにより、少なくとも格納位置は全部で９個となる。

まず、予め設定されている整合対象となる整合格納位置、ここでは時刻配列の先頭から５番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃１［５］＝「１８００００」（ｎｓｅｃ）を整合ゼロクロス時刻として選択する。

次に、Ｄ＃１以外の他のＤ＃ｊ（ｊ＝２～Ｘの整数）毎に、各ゼロクロス時刻と整合ゼロクロス時刻との時刻差を求め、時刻差が最も小さいゼロクロス時刻が整合格納位置となるよう、Ｄ＃ｊの各ゼロクロス時刻の格納位置をシフトする。

図１０Ａに示すように、例えば、Ｄ＃２の場合、整合ゼロクロス時刻Ｄ＃１［５］とＤ＃２の７番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃２［７］＝「１８００２２」との時刻差「２２」が、例えばＤ＃２［５］＝「１６００３１」との時刻差「１９９６９」などと比較して最も小さい。このため、Ｄ＃２［７］が整合格納位置となるよう、Ｄ＃２の各ゼロクロス時刻は、図１０Ａの紙面に向かって、左側に２つ分シフトさせる（左シフト×２）。

次のＤ＃３の場合、Ｄ＃１［５］とＤ＃３の５番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃３［５］＝「１８００１１」との時刻差「１１」が最も小さいため、Ｄ＃３の各ゼロクロス時刻は、シフトさせない（シフトなし）。

また、Ｄ＃５の場合、Ｄ＃１［５］とＤ＃５の３番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃５［３］＝「１８０００５」との時刻差「５」が最も小さい。このため、Ｄ＃５［３］が整合格納位置となるよう、Ｄ＃５の各ゼロクロス時刻は、図１０Ａの紙面に向かって右側に２つ分シフトさせる（右シフト×２）。

以上のシフト処理により、図１０Ｂに示すように、各Ｄ＃ｉの同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となる。

特開２０１１－１８００７６号公報

ところで、流量計測中に発生したノイズなどにより、一部のゼロクロス点の情報が適切に取得できない場合が発生する。この場合、前述したようなシフト処理において、図の紙面左右方向にシフトさせるべきデータ（ゼロクロス時刻）が存在せず、シフト処理が実施できない場合が発生する。また、上述したように、データの一部が欠損していると、各列の数値からゼロクロス点の代表値（ランダムな揺らぎを除去するなどして抽出した代表値）を求める工程で、決められたデータ数を前提としたデジタルフィルタ処理が適用できなくなり、また、計算に使用できる列が制限される場合がある。

欠損が生じた場合、欠損が生じた測定時刻のデータが使用できないため、この時刻のデータを破棄し、再計測することになるが、この場合、再計測により流量データの出力に遅れが生じ、また、再計測をするために電力が増大するなどの問題が発生することになる。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、一部のゼロクロス点の情報が取得できない場合であっても、再計測をすることなく、所定の精度が保たれた計測ができるようにすることを目的とする。

本発明に係る超音波流量計は、一対の超音波送受信器の間で、配管中を流れる計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程により計測した超音波信号の順・逆方向における伝搬時間の差に基づいて、流体の流量を計測する超音波流量計であって、計測工程毎に、超音波信号の受信波を示す計測電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、計測電圧が閾値電圧を超えた後、計測電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回計測し、計測した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納するように構成された計測部と、隣り合う時刻配列の間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、時刻配列の各々におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うように構成されたシフト処理部と、計測部が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出するように構成された欠損検出部と、欠損検出部が検出した欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、欠損箇所のゼロクロス時刻とするように構成された補間部と、格納位置のうちから伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、各時刻配列の目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた伝搬時間に基づいて、流体の流量を計測するように構成された流量計算部とを備える。

上記超音波流量計一構成例において、欠損検出部が検出した欠損の箇所が、計測工程毎に、設定されている上限値を超えて連続している異常か否かを判定するように構成された判定部と、判定部が異常と判定すると、異常処理をするように構成された異常処理部とをさらに備える。

上記超音波流量計一構成例において、計測部が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の数に対する、補間部が補間した数の割合を求めるように構成された算出部と、算出部が算出した割合が設定されている上限値を超えたか否かを判定するように構成された判定部と、判定部が異常と判定すると、異常処理をするように構成された異常処理部とをさらに備える。

上記超音波流量計一構成例において、異常処理部は、流体の流量の計測の停止、または流体の流量の再計算のいずれかの処理を行う。

上記超音波流量計一構成例において、異常処理部は、判定部が異常と判定したときの、計測部により格納されている複数のゼロクロス時刻を、計算対象外とする。

本発明に係る流量計測方法は、一対の超音波送受信器の間で、配管中を流れる計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程毎に得られた超音波信号の順・逆方向における伝搬時間の差に基づいて、流体の流量を計測する流量計測方法であって、計測工程毎に、超音波信号の受信波を示す計測電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、計測電圧が閾値電圧を超えた後、計測電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回計測し、計測した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納する計測ステップと、時刻配列間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うシフト処理ステップと、計測ステップで格納された時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出するように構成された欠損検出ステップと、欠損検出ステップで検出された欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、欠損箇所のゼロクロス時刻とするように構成された補間ステップと、格納位置のうちから伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、各時刻配列の目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた伝搬時間に基づいて、流体の流量を計測する流量計測ステップとを備える。

上記流量計測方法の一構成例において、欠損検出ステップで検出された欠損の箇所が、設定されている上限値を超えて、計測工程毎に連続している異常か否かを判定するように構成された判定ステップと、判定ステップで異常と判定されると、異常処理をする異常処理ステップとをさらに備える。

上記流量計測方法の一構成例において、計測ステップで格納された時刻配列の中のゼロクロス時刻の数に対する、補間ステップで補間された数の割合を求めるように構成された算出ステップと、算出ステップで算出された割合が設定されている上限値を超えたか否かを判定するように構成された判定ステップと、判定ステップが異常と判定すると、異常処理をする異常処理ステップとをさらに備える。

上記流量計測方法の一構成例において、異常処理ステップは、流体の流量の計測の停止、または流体の流量の再計算のいずれかの処理を行う。

上記流量計測方法の一構成例において、異常処理ステップは、判定ステップで異常と判定されたときの、計測ステップで格納された複数のゼロクロス時刻を、計算対象外とする。

以上説明したように、本発明によれば、時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損の箇所の、直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、欠損箇所のゼロクロス時刻とするので、一部のゼロクロス点の情報が取得できない場合であっても、再計測をすることなく、所定の精度が保たれた計測ができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波流量計の構成を示す構成図である。 図２Ａは、検出電圧とゼロクロス点との関係を示す信号波形図である。 図２Ｂは、ゼロクロス点に関する時間間隔と変動を示す説明図である。 図３Ａは、シフト処理部１０８のシフト処理の一例を説明するための説明図である。 図３Ｂは、シフト処理部１０８のシフト処理の一例を説明するための説明図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る流量計測方法を説明するためのフローチャート。 図５は、本発明の実施の形態２に係る超音波流量計の構成を示す構成図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る流量計測方法を説明するためのフローチャート。 図７は、本発明の実施の形態３に係る超音波流量計の構成を示す構成図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係る流量計測方法を説明するためのフローチャート。 図９は、本発明の実施の形態に係る超音波流量計の流量演算装置のハードウエア構成を示す構成図である。 図１０Ａは、複数回の伝搬時間測定の結果に対するシフト処理を説明するための説明図である。 図１０Ｂは、複数回の伝搬時間測定の結果に対するシフト処理を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る超音波流量計について説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る超音波流量計について図１を参照して説明する。この超音波流量計は、一対の超音波送受信器１０１，超音波送受信器１０２の間で、配管１０３中を流れる計測対象となる流体１０４を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程をＮ（Ｎは２以上の整数）回実施し、これら計測工程により計測した超音波信号の伝搬時間の差に基づいて、流量演算装置１００において、流体１０４の流量を計測する。

超音波送受信器１０１は、配線を介して接続された流量演算装置１００からの超音波駆動信号に応じて、配管１０３内に向けて超音波信号Ｕ１を送信する。同様に、超音波送受信器１０２は、配線を介して接続された流量演算装置１００からの超音波駆動信号に応じて、配管１０３内に向けて超音波信号Ｕ２を送信する。超音波送受信器１０２（超音波送受信器１０１）は、配管１０３内を流れる流体を通過した、超音波送受信器１０１（超音波送受信器１０２）からの超音波信号Ｕ１（Ｕ２）を受信し、その受信結果を示す測定信号を、配線を介して流量演算装置１００へ出力する。

この際、超音波送受信器１０１，１０２との間でやり取りされる超音波信号Ｕ１，Ｕ２の伝搬時間ｔ１，ｔ２は、流体１０４の流れから受ける影響が異なるため、流体１０４の流量Ｑに応じた分だけ伝搬時間ｔ１と伝搬時間ｔ２の間に差、すなわち伝搬時間差Δｔが生じる。超音波流量計は、このΔｔに基づいて流量Ｑを導出する。なお、本実施の形態に係る流量演算装置１００で用いる、伝搬時間差Δｔから流量Ｑを求める演算方法については、一般的な超音波流量計で用いられている公知の計算式を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。

流量演算装置１００は、計測部１０５、欠損検出部１０６、補間部１０７、シフト処理部１０８、流量計算部１０９、出力部１１０、制御部１１２、入出力Ｉ／Ｆ部１１３、および記憶部１１４を備える。

計測部１０５は、計測工程毎に、超音波信号の受信波を示す計測電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、計測電圧が閾値電圧を超えた後、計測電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回計測し、計測した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納する。

欠損検出部１０６は、計測部１０５が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出する。例えば、欠損検出部１０６は、計測部１０５が格納してシフト処理部がシフト処理を行った時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出する。補間部１０７は、欠損検出部１０６が検出した欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、欠損箇所のゼロクロス時刻とする。補間部１０７は、例えば、時刻配列の中で、欠損箇所と同じ列の隣接する行の間の値を線形内挿して補間データとする。また、同一列の前の行の値から外装して補間することもできる。また、同一列の前の行の値と同じ値を補間データとすることもできる。

また、欠損箇所と同じ行の近傍の列のデータが存在する場合、補間部１０７は、同一行で存在しているデータ（単独あるいは複数の平均）から、受信波の周期に応じた時間を引いた（足した）値を求め、補間データとすることもできる。また、同じ列の前後の間の値を線形内挿して、補間データを求めることもできる。また、直前の値から外装して補間データを求めることもできる。また、直前の値と同じ値を補間データとすることもできる。

計測されるゼロクロス点の間隔は、受信される超音波の周期で決まる。このため、近傍のゼロクロス点から、相当する周期を加えることで、欠損したゼロクロス点の時刻を推定でき、データ欠損の補間に利用することができる。

シフト処理部１０８は、隣り合う時刻配列の間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、時刻配列の各々におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行う。

流量計算部１０９は、格納位置のうちから伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、各時刻配列の目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた伝搬時間に基づいて、流体の流量を計測する。例えば、流量計算部１０９は、シフト処理部１０８によるシフト処理の処理結果、および補間部１０７による補間処理の処理結果に基づいて、格納位置のうちから伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、シフト処理および補間処理の後の各時刻配列の目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた伝搬時間に基づいて、流体の流量を計測する。

出力部１１０は、通信ネットワーク１２１を介して上位装置（図示せず）と接続し、定期的あるいは上位装置からの出力指示に応じて、記憶部１１４から流量Ｑを取得して上位装置へ出力する。

入出力Ｉ／Ｆ部１１３は、配線を介して超音波送受信器１０１，超音波送受信器１０２と接続されて、超音波送受信器１０１，超音波送受信器１０２との間で計測に用いる各種信号をやり取りする。記憶部１１４は、半導体メモリやハードディスクなどの記憶装置からなり、流量演算装置１００での流量計測動作に用いる各種処理データやプログラムを記憶する。

制御部１１２は、予め設定されている周期的な計測タイミングの到来、あるいはオペレータや上位装置（図示せず）からの任意のタイミングにおける指示に応じて、入出力Ｉ／Ｆ部１１３から、超音波送受信器１０１，超音波送受信器１０２に対して超音波駆動信号を出力し、超音波送受信器１０１，超音波送受信器１０２間で計測対象となる流体１０４を介して超音波信号Ｕ１，Ｕ２を両方向で交互に送受信する計測工程を繰り返し実施する。

次に、図２Ａを参照して、シフト処理の原理について説明する。超音波送受信器１０１，１０２から流量演算装置１００へ入力される計測信号を示す計測電圧Ｖｉｎは、図２Ａに示すように、振幅が時間軸に沿って増減する複数の正弦波交流パルスからなる。

流量演算装置１００は、前述したゼロクロス法と同様に、Ｖｉｎがゼロ電圧Ｖｚ（０Ｖ）と交差する複数のゼロクロス点のうちから目標ゼロクロス点が検出される時刻を計測して、計測した目標ゼロクロス点の時刻を、Ｖｉｎと対応する超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の受信時刻として特定し、得られた受信時刻によりＵ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）、さらには伝搬時間差Δｔを計算して、流量Ｑを導出する。

複数のゼロクロス点のうちから目標ゼロクロス点を特定する際、流量演算装置１００は、Ｖｉｎが予め設定した閾値電圧Ｖｓを超えたトリガー点を計測することにより、Ｖｉｎに含まれる複数の正側（負側）パルスのうち、先頭からＭ（Ｍは２以上の整数）個目のパルスを目標パルスとして特定する。また流量演算装置１００は、特定したトリガー点以降に計測されたＨ（Ｈは３以上の整数）個のゼロクロス点のうち、先頭からＮ１，Ｎ２（Ｎ１，Ｎ２は１～Ｈの整数）個目を目標ゼロクロス点として特定している。

各計測工程において、多くの場合、正しいタイミング、すなわち目標パルスでトリガー点が計測される。しかしながら、Ｖｉｎに対するノイズ成分の重畳などによるＶｉｎの振幅変化が発生した場合、トリガー点が１超音波周期分だけ前後にずれて計測される場合がある。図２Ａでは、Ｍ＝３，Ｈ＝５，Ｎ１＝２，Ｎ２＝３の場合が例として示されている。図２Ａには、Ｖｉｎの先頭から３（Ｍ＝３）波目すなわちパルスＰ３以降の５（Ｈ＝５）のゼロクロス点Ｚ３～Ｚ７のうち、先頭から２，３（Ｎ１＝２，Ｎ２＝３）個目のゼロクロス点Ｚ４，Ｚ５を目標ゼロクロス点として特定する例が示されている。

この場合、ＶｉｎとＶｓを比較してパルスＰ３でトリガー点を計測するために、１つ前のパルスＰ２の振幅がＶｓを超えず、Ｐ３で初めてＶｓを超えるよう、Ｖｓの電圧値が経験的に設定されている。このため、図２Ａに示すように、ＶｉｎがＶｉｎ＃１である場合、Ｐ３のＶｉｎ＃１が時刻Ｔｓ１にＶｓを超えているため、トリガー点が目標パルスで正しく計測される。これにより、Ｔｓ１にゼロクロス点の計測が開始され、結果としてＴｓ１から２つ目，３つ目に計測されたゼロクロス点Ｚ４，Ｚ５が目標ゼロクロス点として計測される。

一方、ノイズ成分の重畳などの影響でＶｉｎの振幅が増大し、図２Ａに示すように、ＶｉｎがＶｉｎ＃２のように変化した場合、Ｐ３の手前のＰ２のＶｉｎ＃２が時刻Ｔｓ２にＶｓを超えてしまうことになり、トリガー点が目標パルスより１超音波周期分だけ早めに計測されることになる。この場合には、Ｔｓ１より手前のＴｓ２にゼロクロス点の計測が開始され、結果としてＴｓ２から２つ目，３つ目に計測されたゼロクロス点Ｚ２，Ｚ３が目標ゼロクロス点として計測されることになる。

このため、各ゼロクロス点のゼロクロス時刻を計測工程ｉに対応する時刻配列Ｄ＃ｉに格納した場合、Ｖｉｎ＃１がＶｓを超えた時刻Ｔｓ１以降に計測されたゼロクロス点Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６，Ｚ７に対応するゼロクロス時刻Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７が、時刻配列Ｄ＃１に対して格納されることになる。また、Ｖｉｎ＃２がＶｓを超えた時刻Ｔｓ２以降に計測されたゼロクロス点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５に対応するゼロクロス時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５が、時刻配列Ｄ＃２に対して格納されることになる。

したがって、図２Ａの例では、Ｖｉｎ＃１の場合にＴｓ１以降に計測した最初のゼロクロス点、および、Ｖｉｎ＃２の場合にＴｓ２以降に計測した先頭から３番目のゼロクロス点の計測時刻は、Ｚ３の時刻Ｔ３とほぼ等しくなる。また、Ｖｉｎ＃１の場合にＴｓ１以降に計測した先頭から３番目のゼロクロス点、および、Ｖｉｎ＃２の場合にＴｓ２以降に計測した先頭から５番目のゼロクロス点の計測時刻は、Ｚ５の時刻Ｔ５とほぼ等しくなる。

一方、ゼロクロス点に関する時間間隔と変動とには、一定の関係が見られる。図２Ｂは、ゼロクロス点に関する時間間隔と変動を示す説明図である。図２Ｂは、各ゼロクロス点の計測時刻が、Ｖｉｎ＃ｉ（ｉは１～Ｘの整数）毎に時間軸上にプロットされている。

個々のゼロクロス点の計測時刻を観察すると、図２Ｂに示すように、ゼロクロス点の計測時刻は、Ｖｉｎのノイズや脈動などの影響で変動するが、この変動幅は限定的であり、実際の計測では真値に対して±４００ｎｓｅｃ程度であることが判明している。一方、Ｖｉｎのパルス幅は、超音波信号Ｕ１，Ｕ２の信号周波数ｆｕに依存してほぼ一定である。例えば、Ｖｉｎのパルス幅は、ｆｕ＝５００ｋＨｚの場合、Ｕ１，Ｕ２の半波長は１０００ｎｓｅｃであり、ゼロクロス点の時間間隔もほぼ同じ１０００ｎｓｅｃである。

このため、短い時間間隔で複数回の計測を繰り返し行った場合、超音波信号Ｕ１, Ｕ２の伝搬時間は連続的に変化するため、隣接する２回計測の間（例えば、Ｖｉｎ＃１とＶｉｎ＃２）に着目すると、同一パルスに対応するゼロクロス点の計測時刻が、ゼロクロス点の時間間隔１０００ｎｓｅｃを超えて変動することは、まずありえないことが分かった。また、電圧がマイナスからゼロに通過するプラスゼロクロス点同士や、電圧がプラスからゼロに通過するマイナスゼロクロス点同士の時間間隔は、ほぼ２０００ｎｓｅｃである。

シフト処理部１０８は、上述したようなゼロクロス点の時間間隔と変動との関係に着目し、超音波信号Ｕ１，Ｕ２が繰り返し送受信される計測工程ｉ（ｉ＝１～Ｘの整数）において、計測電圧Ｖｉｎ＃ｉが入力される毎に、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓを超えた後に計測した複数のゼロクロス点のゼロクロス時刻を時刻配列Ｄ＃ｉに格納し、同一格納位置におけるゼロクロス時刻間の時刻差が最小となるよう、各時刻配列Ｄ＃ｉにおけるゼロクロス時刻の格納位置をシフトするシフト処理を行う。また、シフト処理部１０８は、シフト処理後の時刻配列から、予め設定されている目標格納位置に格納されているゼロクロス時刻を抽出し、これらゼロクロス時刻を統計処理して得られた受信時刻に基づき、Ｕ１，Ｕ２の伝搬時間ｔ１，ｔ２を計算する。

次に、シフト処理部１０８のシフト処理の一例について、図３Ａ，図３Ｂを参照して説明する。ここでは、前述した図２Ａの目標ゼロクロス点と同様に、Ｖｉｎの先頭から３（Ｍ＝３）個目のパルスを計測し、それ以降に計測された５（Ｈ＝５）個のゼロクロス点のうち先頭から２，３（Ｎ１＝２，Ｎ２＝３）個目を目標ゼロクロス点として計測する場合を例として説明する。なお、これに限定されるものではなく、Ｍ，Ｈ，Ｎとして異なる数を用いることもできる。また、伝搬時間の計算に用いる目標ゼロクロス時刻が２つ（Ｎ１，Ｎ２）の場合を例として説明するが、少なくとも１つ以上の目標ゼロクロス時刻が特定されていればいい。

シフト処理は、時刻配列Ｄ＃ｉのうち同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻の時刻差が最小となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトする。時刻配列Ｄ＃ｉは、計測部１０５により、各計測工程ｉで計測された計測電圧Ｖｉｎ＃ｉ毎に、記憶部１２に保存される。この例では、Ｖｉｎ＃ｉ毎に計測するゼロクロス点の数を５個（Ｈ＝５）とした例が示されており、これらゼロクロス点の各ゼロクロス時刻は、計測時の格納位置の前後に少なくとも２個（Ｈ－３）ずつオフセットが設けられている。これらオフセットは、計測時に格納位置Ｋ（Ｋ＝Ｈ－２）から格納したゼロクロス時刻を、損失することなく前後にシフトさせるためである。これにより、少なくとも格納位置は全部で９個となる。

まず、シフト処理部１０８は、予め設定されている整合対象となる整合格納位置、ここでは時刻配列の先頭から５番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃１［５］＝「１８００００」（ｎｓｅｃ）を整合ゼロクロス時刻として選択する。この際、整合格納位置については、予め設計値として設定されている目標格納位置とすることができる。また、経験的に格納頻度の高い格納位置を選択し整合格納位置として設定しておくこともできる。

次に、シフト処理部１０８は、Ｄ＃１以外の他のＤ＃ｊ（ｊ＝２～Ｘの整数）毎に、各ゼロクロス時刻と整合ゼロクロス時刻との時刻差を求め、時刻差が最も小さいゼロクロス時刻が整合格納位置となるよう、Ｄ＃ｊの各ゼロクロス時刻の格納位置をシフトする。

例えば、Ｄ＃２の場合、整合ゼロクロス時刻Ｄ＃１［５］とＤ＃２の７番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃２［７］＝「１８００２２」との時刻差「２２」が、例えばＤ＃２［５］＝「１６００３１」との時刻差「１９９６９」などと比較して最も小さい。このため、Ｄ＃２［７］が整合格納位置となるよう、Ｄ＃２の各ゼロクロス時刻は、紙面に向かって「左側に２つ分シフトさせる」（左シフト×２）というシフトパターンが適用されることになる。次のＤ＃３の場合、Ｄ＃１［５］とＤ＃３の５番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃３［５］＝「１８００１１」との時刻差「１１」が最も小さいため、Ｄ＃３の各ゼロクロス時刻は、「シフトさせない」（シフトなし）というシフトパターンが適用されることになる。

また、Ｄ＃５の場合、Ｄ＃１［５］とＤ＃５の３番目の格納位置にあるゼロクロス時刻Ｄ＃５［３］＝「１８０００５」との時刻差「５」が最も小さいい。このため、Ｄ＃５［３］が整合格納位置となるよう、Ｄ＃５の各ゼロクロス時刻は、紙面に向かって「右側に２つ分シフトさせる」（右シフト×２）というシフトパターンが適用されることになる。

これにより、各Ｄ＃ｉの同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となる。したがって、流量計算部１０９で、これらシフト処理後の各Ｄ＃ｉの目標ゼロクロス時刻が特定されて、超音波信号Ｕ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）さらには伝搬時間差Δｔが求められ、流体の流量Ｑが計算されることになる。

なお、以上の説明では、最初の計測工程１のＤ＃１における整合ゼロクロス時刻と、Ｄ＃１以外の他のＤ＃ｊにおける各ゼロクロス時刻との時刻差に基づいて、Ｄ＃ｊのシフトパターンを決定する場合を例として説明した。時刻差についてこれに限定されるものではない。例えば、Ｄ＃ｉにおける整合ゼロクロス時刻と、Ｄ＃ｉの次の計測工程ｊ（ｊ＝ｉ＋１）と隣接するＤ＃ｊの各ゼロクロス時刻との時刻差に基づいて、Ｄ＃ｊのシフトパターンを決定するものとし、ｉ＝１から順に繰り返し実行することもできる。

ここで、シフトさせるべきデータ（ゼロクロス時刻）が存在しない（データの一部が欠損している）場合、シフト処理を実施した後に、特定の格納位置にデータが存在しない時刻配列が発生する。このデータの欠損を欠損検出部１０６で検出し、補間部１０７で、欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて補間データを求めて、欠損箇所のゼロクロス時刻とする。数ｍｓｅｃの間隔で複数回繰り返して伝搬時間が計測されるので、同一のパルスに由来するゼロクロス点が記録される時間は、連続的に変化する傾向が強いことが判明している。これを利用して、欠損したデータを補うことで、誤差が少ない補間ができる。

この結果、流量計算部１０９は、データの欠損のない状態で、シフト処理の後の各時刻配列の目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた伝搬時間に基づいて、流体の流量を計測することができる。

次に、図４を参照して、実施の形態１に係る流量演算装置１００の動作について説明する。流量演算装置１００の計測部１０５、欠損検出部１０６、補間部１０７、シフト処理部１０８、および流量計算部１０９は、制御部１１２による計測工程毎に、図４の流量計測処理を実行する。

ここでは、一連の計測工程で計測される計測電圧Ｖｉｎの数を、超音波信号の順方向と逆方向のそれぞれでＸ個とし、計測したＶｉｎの先頭から３個目（Ｍ＝３）のパルスＰ３を計測し、Ｐ３以降の５個（Ｈ＝５）のゼロクロス点を計測し、そのうち先頭から２，３（Ｎ１＝２，Ｎ２＝３）番目を目標ゼロクロス点として選択する場合について、そのいずれか一方向を例として説明する。なお、Ｖｓは、先頭から２個目のパルスＰ２の振幅より高くＰ３の振幅より低い電圧値が経験的に設定されているものとする。

まず、ステップＳ１０１で、計測部１０５が、計測工程ｉ（ｉ＝１～Ｘの整数）において入出力Ｉ／Ｆ部１１３でＡ／Ｄ変換された計測電圧Ｖｉｎ＃ｉを新たに取得し、ステップＳ１０２で、Ｖｉｎ＃ｉと閾値電圧Ｖｓとを比較する。ここで、Ｖｉｎ＃ｉ≦Ｖｓの場合（ステップＳ１０２のｎｏ）、ゼロクロスの計測を開始せず、ステップＳ１０１へ戻る。一方、Ｖｉｎ＃ｉ＞Ｖｓとなり、トリガー点を計測した場合（ステップＳ１０２のｙｅｓ）、計測部１０５は、ゼロクロス点の計測を開始する。

次に、ステップＳ１０３で、計測部１０５が、時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋを予め設定されているＫ（Ｋ＝Ｈ－２）番目に初期化した後、ステップＳ１０４で、入出力Ｉ／Ｆ部１１でＡ／Ｄ変換された計測電圧Ｖｉｎ＃ｉを新たに取得し、ステップＳ１０５で、Ｖｉｎ＃ｉの極性変化の有無によりゼロクロス点かどうか確認する。ここで、Ｖｉｎ＃ｉの極性変化がなくゼロクロス点でない場合（ステップＳ１０５のｎｏ）、ステップＳ１０４へ戻る。

一方、Ｖｉｎ＃ｉの極性変化があり、ゼロクロス点を計測した場合（ステップＳ１０５のｙｅｓ）、ステップＳ１０６で、ゼロクロス点を計測したＶｉｎ＃ｉの時刻をゼロクロス時刻Ｔｚとして取得し、ステップＳ１０７で、時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋにＴｚを格納する。

この後、ステップＳ１０８で、計測部１０５は、格納位置ｋをインクリメントして（ｋ＝ｋ＋１）、ｋとＫ＋Ｍとを比較することにより、ゼロクロス計測の完了を確認する。ｋ≦Ｋ＋Ｍであり、ゼロクロス計測が未完了の場合（ステップＳ１０８のｎｏ）、ステップＳ１０４に戻る。

一方、ｋ＞Ｋ＋Ｍであり、Ｍ個のゼロクロス点の計測が完了した場合（ステップＳ１０８のｙｅｓ）、ステップＳ１０９で、計測部１０５は、計測工程番号ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）した後、Ｘと比較することにより、計測工程の完了を確認する。ｉ≦Ｘであり、計測工程が未完了の場合（ステップＳ１０９のｎｏ）、ステップＳ１０１に戻る。以上のように、順方向の超音波信号Ｕ１に対してＭ×Ｘ個のゼロクロス時刻を計測し、Ｕ２に対しても同様にＭ×Ｘ個のゼロクロス時刻を計測する。以降の処理はＵ１のゼロクロス時刻、Ｕ２のゼロクロス時刻それぞれに対しておこなう。

一方、ｉ＞Ｘであり、計測工程がすべて完了した場合（ステップＳ１０９のｙｅｓ）、ステップＳ１１１で、シフト処理部１０８が、記憶部１１４に保存されているＸ個の時刻配列Ｄ＃ｉを参照し、隣接する格納位置Ｋに格納されたゼロクロス時刻が、正しく取得できているか否か（異常値であるか否か）を判定する。例えば、超音波の周期性に基づくことで、上述した判定をすることができる。

よく知られてるように、超音波受信波によるゼロクロス時刻が正しく取得されていれば、隣接するゼロクロス時刻が取得される周期は、超音波の周波数によってきまり、ほぼ一定である。例えば、５００ｋＨｚの受信波の場合、１０００ｎｓｅｃ前後となる。従って、前後のゼロクロス時刻との差が超音波周波数から想定される値と大きく異なっている場合、ゼロクロス時刻が正しく取得されていないものと判定することができる。

正しく取得されていないと判定した場合（ステップＳ１１１のｙｅｓ）、ステップＳ１１２で、異常値処理をする。例えば、異常値処理として、正しく取得されていないと判断されたゼロクロス時刻を、異常値として欠損の状態とする。また、異常値処理として、正しく取得されていないと判断されたゼロクロス時刻を、同一時刻配列の中の前後のゼロクロス時刻と、超音波周波数とから想定される値（ゼロクロス時刻）に変更することもできる。
上述した異常値処理をした後、または、異常値が無いと判定した場合（ステップＳ１１１のｎｏ）は異常値処理をせずに、ステップＳ１１３で、シフト処理部１０８が、記憶部１１４に保存されているＸ個の時刻配列Ｄ＃ｉを参照し、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻間の時刻差が最小となるよう、これら時刻配列Ｄ＃ｉにおけるゼロクロス時刻の格納位置をシフトするシフト処理を実行する（シフト処理ステップ）。

次に、ステップＳ１１４で、欠損検出部１０６が、計測部１０５が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出する（欠損検出ステップ）。次に、ステップＳ１１５で、欠損が検出されたか否かを判定する。欠損が検出された場合（ステップＳ１１５のｙｅｓ）、ステップＳ１１６で、補間部１０７が、欠損検出部１０６が検出した欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、欠損箇所のゼロクロス時刻とする（補間ステップ）。

一方、欠損が検出されない場合（ステップＳ１１５のｎｏ）、ステップＳ１１７で、流量計算部１０９は、時刻配列Ｄ＃ｉ毎に、予め設定されている目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻を、対応するＶｉｎ＃ｉの受信時刻ｔｒとして特定し、受信時刻ｔｒを用いて計算したＵ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）に基づいて、流体の流量Ｑを計算し（流量計測ステップ）、得られた流量Ｑを記憶部１１４に保存し、一連の流量計測処理を終了する。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る超音波流量計について、図５を参照して説明する。以下、実施の形態２に係る超音波流量計の流量演算装置１００ａについて、説明する。他の構成は、前述した実施の形態１と同様である。

流量演算装置１００ａは、計測部１０５、欠損検出部１０６、補間部１０７、シフト処理部１０８、流量計算部１０９、出力部１１０、判定部１１１、異常処理部１１５、制御部１１２、入出力Ｉ／Ｆ部１１３、および記憶部１１４を備える。

判定部１１１は、欠損検出部が検出した欠損の箇所が、設定されている上限値を超えて、計測工程毎に連続している異常か否かを判定する。異常処理部１１５は、判定部１１１が異常と判定すると、異常処理をする。異常処理部１１５は、異常処理として、流量演算装置１００ａにおける流体の流量の計測を停止する。また、異常処理部１１５は、異常処理として、流量演算装置１００ａの計測部１０５、欠損検出部１０６、補間部１０７、シフト処理部１０８、流量計算部１０９などに、流体の流量の再計算の処理を実施させる。また、異常処理部１１５は、判定部１１１が異常と判定したときの、計測部１０５により格納されている複数のゼロクロス時刻を、計算対象外とすることもできる。

次に、図６を参照して、実施の形態２に係る流量演算装置１００ａの動作について説明する。まず、ステップＳ１１０で、計測部１０５が、計測工程毎に、超音波信号の受信波を示す計測電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、計測電圧が閾値電圧を超えた後、計測電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回計測し、計測した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納する（計測ステップ）。ステップＳ１１０は、前述した実施の形態１のステップＳ１０１～ステップＳ１０９と同様である。

次に、前述した実施の形態１と同様に、ステップＳ１１１～Ｓ１１３により、シフト処理を実施する。次に、ステップＳ１１４で、欠損検出部１０６が、計測部１０５が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出する（欠損検出ステップ）。次に、ステップＳ１１５で、欠損が検出されたか否かを判定する。欠損が検出された場合（ステップＳ１１５のｙｅｓ）、以下のステップＳ１２１に移行する。一方、欠損が検出されない場合（ステップＳ１１５のｎｏ）、後述するステップＳ１１７に移行する。

ステップＳ１２１では、判定部１１１が、欠損検出部１０６が検出した欠損の箇所が、設定されている上限値を超えて、計測工程毎に連続している異常か否かを判定する（判定ステップ）。欠損検出部１０６が検出した欠損の箇所が、設定されている上限値を超えて計測工程毎に連続している場合、このＸ組の時刻配列は流量計算に必要な精度を担保できていないと判断することができ、異常と判定することができる。

検出された欠損の箇所が、上限値を超えて連続している場合（ステップＳ１２１のｙｅｓ）、ステップＳ１２２で、異常処理部１１５が、異常処理として流体の流量の計測を停止する（異常処理ステップ）。次いで、ステップＳ１２３で、異常処理部１１５が、超音波流量計の計測に異常が発生している旨を、作業者あるいは上位装置に通知し、終了する。なお、ステップＳ１２１で、判定部１１１が、欠損検出部１０６が検出した欠損の箇所が、設定されている上限値を超えて、計測工程毎に連続していると判定した場合、ステップＳ１１０に戻り、再度計測を実施することもできる。この場合、異常と判定されたきの、計測部１０５により格納されている複数のゼロクロス時刻を、計算対象外とすることもできる。また、この場合、閾値などの設定値を更新させることもできる。

一方、検出された欠損の箇所が、上限値を超えて連続していない場合（ステップＳ１２１のｎｏ）、ステップＳ１１６で、補間部１０７が、欠損検出部１０６が検出した欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、欠損箇所のゼロクロス時刻とする。

最後に、ステップＳ１１７で、流量計算部１０９は、時刻配列Ｄ＃ｉ毎に、予め設定されている目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻を、対応するＶｉｎ＃ｉの受信時刻ｔｒとして特定し、受信時刻ｔｒを用いて計算したＵ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）に基づいて、流体の流量Ｑを計算し、得られた流量Ｑを記憶部１１４に保存し、一連の流量計測処理を終了する。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に係る超音波流量計について、図７を参照して説明する。以下、実施の形態３に係る超音波流量計の流量演算装置１００ｂについて、説明する。他の構成は、前述した実施の形態１と同様である。

流量演算装置１００ｂは、計測部１０５、欠損検出部１０６、補間部１０７、シフト処理部１０８、流量計算部１０９、出力部１１０、判定部１１１ａ、算出部１１６、異常処理部１１５、制御部１１２、入出力Ｉ／Ｆ部１１３、および記憶部１１４を備える。

算出部１１６は、計測部１０５が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の数に対する、補間部が補間した数の割合を求める。算出部１１６は、例えば、計測部１０５が格納した時刻配列の中で、代表値算出に使用する予定の総データ数（Ｄ＃１～＃ｎまでの行数×複数ゼロクロス列数）に対する、補間データ発生数の割合を補間率として算出する。判定部１１１ａは、算出部１１６が算出した割合が、設定されている上限値を超えたか否かを判定する。異常処理部１１５は、判定部１１１ａが異常と判定すると、流体の流量の計測を停止する。

割合（補間率）が、所定の割合を超えている場合は、流量の計測結果の精度が保証できないものすることができる。この場合、として、補間によるデータ利用を中止する。また、計測データ全体に対して異常フラグを立てる。例えば、すべて正常にデータが取得できた場合にその数が３０で、補間が必要なデータが８あったら、補間率は８／３０＝０．２７であり、この値の大小で、補間して全体を使用するか、そのデータ全体を異常な計測として破棄するかを決定する。

次に、図８を参照して、実施の形態３に係る流量演算装置１００ｂの動作について説明する。まず、ステップＳ１１０で、計測部１０５が、計測工程毎に、超音波信号の受信波を示す計測電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、計測電圧が閾値電圧を超えた後、計測電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回計測し、計測した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納する（計測ステップ）。ステップＳ１１０は、前述した実施の形態１のステップＳ１０１～ステップＳ１０９と同様である。

次に、前述した実施の形態１，２と同様に、ステップＳ１１１～Ｓ１１３により、シフト処理を実施する。次いで、ステップＳ１１４で、欠損検出部１０６が、計測部１０５が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出する（欠損検出ステップ）。次に、ステップＳ１１５で、欠損が検出されたか否かを判定する。欠損が検出された場合（ステップＳ１１５のｙｅｓ）、ステップＳ１１６で、補間部１０７が、欠損検出部１０６が検出した欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、欠損箇所のゼロクロス時刻とする。一方、欠損が検出されない場合（ステップＳ１１５のｎｏ）、後述するステップＳ１１７に移行する。

次に、ステップＳ１１６に続き、ステップＳ１３１で、算出部１１６が、計測部１０５が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の数に対する、補間された数の割合を求める（算出ステップ）。次に、ステップＳ１３２で、判定部１１１ａが、算出部１１６が算出した割合が、設定されている上限値を超えたか否かを判定する（判定ステップ）。算出部１１６が算出した割合が、設定されている上限値を超えている場合、このＸ組の時刻配列は流量計算に必要な精度を担保できていないと判断することができ、異常と判定することができる。

算出された割合が、設定されている上限値を超えた場合（ステップＳ１３２のｙｅｓ）、ステップＳ１２２で、異常処理部１１５が、異常処理として流体の流量の計測を停止する（異常処理ステップ）。次いで、ステップＳ１２３で、異常処理部１１５が、超音波流量計の計測に異常が発生している旨を、作業者に通知し、終了する。なお、ステップＳ１３２で、判定部１１１ａが、算出部１１６が算出した割合が、設定されている上限値を超えていると判定した場合、ステップＳ１１０に戻り、再度計測を実施することもできる。この場合、異常と判定されたきの、計測部１０５により格納されている複数のゼロクロス時刻を、計算対象外とすることもできる。また、この場合、閾値などの設定値を更新させることもできる。

一方、算出された割合が、上限値を超えていない場合（ステップＳ１３２のｎｏ）、また、欠損が検出されない場合（ステップＳ１１３のｎｏ）、ステップＳ１１７で、流量計算部１０９は、シフト処理後の時刻配列Ｄ＃ｉ毎に、予め設定されている目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻を、対応するＶｉｎ＃ｉの受信時刻ｔｒとして特定し、受信時刻ｔｒを用いて計算したＵ１（Ｕ２）の伝搬時間ｔ１（ｔ２）に基づいて、流体の流量Ｑを計算し、得られた流量Ｑを記憶部１１４に保存し、一連の流量計測処理を終了する。

なお、上述した実施の形態に係る超音波流量計の流量演算装置は、図９に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）３０１と主記憶装置３０２と外部記憶装置３０３とネットワーク接続装置３０４となどを備えたコンピュータ機器とし、主記憶装置３０２に展開されたプログラムによりＣＰＵ３０１が動作する（プログラムを実行する）ことで、上述した各機能（流量計測方法）が実現されるようにすることもできる。上記プログラムは、上述した実施の形態で示した流量計測方法をコンピュータが実行するためのプログラムである。ネットワーク接続装置３０４は、ネットワーク３０５に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。

以上に説明したように、本発明によれば、時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損の箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、欠損箇所のゼロクロス時刻とするので、一部のゼロクロス点の情報が取得できない場合であっても、再計測をすることなく、所定の精度が保たれた計測ができるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１００…流量演算装置、１０１，１０２…超音波送受信器、１０３…配管、１０４…流体、１０５…計測部、１０６…欠損検出部、１０７…補間部、１０８…シフト処理部、１０９…流量計算部、１１０…出力部、１１２…制御部、１１３…入出力Ｉ／Ｆ部、１１４…記憶部、１２１…通信ネットワーク。

Claims (10)

1. 一対の超音波送受信器の間で、配管中を流れる計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程により計測した前記超音波信号の順・逆方向における伝搬時間の差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、
   前記計測工程毎に、前記超音波信号の受信波を示す計測電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、前記計測電圧が前記閾値電圧を超えた後、前記計測電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回計測し、計測した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納するように構成された計測部と、
   隣り合う時刻配列の間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、時刻配列の各々におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うように構成されたシフト処理部と、
   前記計測部が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出するように構成された欠損検出部と、
   前記欠損検出部が検出した欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、前記欠損箇所のゼロクロス時刻とするように構成された補間部と、
   前記格納位置のうちから前記伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、各時刻配列の前記目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測するように構成された流量計算部と
   を備える超音波流量計。
2. 請求項１記載の超音波流量計において、
   前記欠損検出部が検出した欠損の箇所が、前記計測工程毎に、設定されている上限値を超えて連続している異常か否かを判定するように構成された判定部と、
   前記判定部が異常と判定すると、異常処理をするように構成された異常処理部と
   をさらに備えることを特徴とする超音波流量計。
3. 請求項１記載の超音波流量計において、
   前記計測部が格納した時刻配列の中のゼロクロス時刻の数に対する、前記補間部が補間した数の割合を求めるように構成された算出部と、
   前記算出部が算出した割合が設定されている上限値を超えたか否かを判定するように構成された判定部と、
   前記判定部が異常と判定すると、異常処理をするように構成された異常処理部と
   をさらに備えることを特徴とする超音波流量計。
4. 請求項２または３記載の超音波流量計において、
   前記異常処理部は、前記流体の流量の計測の停止、または前記流体の流量の再計算のいずれかの処理を行うことを特徴とする超音波流量計。
5. 請求項２または３記載の超音波流量計において、
   前記異常処理部は、前記判定部が異常と判定したときの、前記計測部により格納されている複数のゼロクロス時刻を、計算対象外とすることを特徴とする超音波流量計。
6. 一対の超音波送受信器の間で、配管中を流れる計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信する計測工程を複数回実施し、これら計測工程毎に得られた前記超音波信号の順・逆方向における伝搬時間の差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計測方法であって、
   前記計測工程毎に、前記超音波信号の受信波を示す計測電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、前記計測電圧が前記閾値電圧を超えた後、前記計測電圧がゼロクロスするゼロクロス時刻を複数回計測し、計測した複数のゼロクロス時刻を当該計測工程と対応する時刻配列のうち、予め設定されている特定の格納位置から順に格納する計測ステップと、
   隣り合う時刻配列間において、同一格納位置に格納されているゼロクロス時刻が、それぞれの受信波の同一パルスと対応するゼロクロス時刻となるよう、個々の時刻配列におけるゼロクロス時刻の格納位置をそれぞれシフトするシフト処理を行うシフト処理ステップと、
   前記計測ステップで格納された時刻配列の中のゼロクロス時刻の欠損を検出するように構成された欠損検出ステップと、
   前記欠損検出ステップで検出された欠損箇所の直前および直後の時刻配列の格納位置に格納されているゼロクロス時刻を用いて求めた補間データを、前記欠損箇所のゼロクロス時刻とするように構成された補間ステップと、
   前記格納位置のうちから前記伝搬時間の計算に用いる目標格納位置を特定し、各時刻配列の前記目標格納位置に格納されている目標ゼロクロス時刻から求めた前記伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量計測ステップと
   を備える流量計測方法。
7. 請求項６記載の流量計測方法において、
   前記欠損検出ステップで検出された欠損の箇所が、設定されている上限値を超えて、前記計測工程毎に連続している異常か否かを判定するように構成された判定ステップと、
   前記判定ステップで異常と判定されると、異常処理をする異常処理ステップと
   をさらに備えることを特徴とする流量計測方法。
8. 請求項７記載の流量計測方法において、
   前記計測ステップで格納された時刻配列の中のゼロクロス時刻の数に対する、前記補間ステップで補間された数の割合を求めるように構成された算出ステップと、
   前記算出ステップで算出された割合が設定されている上限値を超えたか否かを判定するように構成された判定ステップと、
   前記判定ステップが異常と判定すると、異常処理をする異常処理ステップと
   をさらに備えることを特徴とする流量計測方法。
9. 請求項７または８記載の流量計測方法において、
   前記異常処理ステップは、前記流体の流量の計測の停止、または前記流体の流量の再計算のいずれかの処理を行うことを特徴とする流量計測方法。
10. 請求項７または８記載の流量計測方法において、
    前記異常処理ステップは、前記判定ステップで異常と判定されたときの、前記計測ステップで格納された複数のゼロクロス時刻を、計算対象外とすることを特徴とする流量計測方法。

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