JP2000121402A - 超音波流速計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流速の測定精度を向上する。 【解決手段】 一方の超音波センサ１２を駆動する駆動
回路１４を動作させるトリガ信号と駆動回路１４へ駆動
開始位相を180°変化させる位相制御信号とを出力する
制御部１５と、他方の超音波センサ１３の受信信号を位
相制御信号に応じた変化方向でかつ所定の電位のとき受
信タイミングを決定するタイミング検知回路１６とを備
え、演算部１８によって異なる駆動開始位相で測定した
複数のタイマ１７の値から流速をもとめている。これに
よって受信信号の波形変動や振幅変動に影響されずに正
確な流量計測ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体の超音
波流速計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波流速計は、図８に示すよう
なものが一般的であった。この装置は流体の流れる測定
経路１に設置した超音波センサ２と、超音波センサ２を
駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出
力する制御部４と、超音波の伝播時間を測定するタイマ
５と、タイマ５から測定データを受け取る演算部６と、
超音波センサ２から送信した超音波を受ける超音波セン
サ７と、超音波センサ７の出力を利得制御回路８の出力
に応じた増幅率で増幅する可変利得アンプ９と、可変利
得アンプ９の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転
したときにタイマ５を停止させるタイミング検知回路１
０と、可変利得アンプ９の出力レベルを検知し利得制御
回路８に出力するレベル検知回路１１とを有していた。

【０００３】そして、上記超音波流速計は、制御部４か
らスタート信号を受けた駆動回路３が超音波センサ２を
一定時間パルス駆動を行うと同時にタイマ５は制御部４
からの信号によってに時間計測始める。パルス駆動され
た超音波センサ２からは超音波が送信される。超音波セ
ンサ２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し超音
波センサ６で受信される。超音波センサ７の受信出力
は、可変利得アンプ９において制御部４が設定した増幅
率によって増幅される。そして可変利得アンプ９の出力
を受けたタイミング検知回路１０で超音波の受信を判定
しタイマ５を停止させる。そして制御部４ではタイマ５
から得た時間情報ｔから（式１）によって流速を求め
る。

【０００４】（タイマ５から得た測定時間をｔ、超音波
センサ間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定
流体の流速をｖとする。） ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ ・・・（式１） タイミング検知回路１０はコンパレータによって基準電
圧と受信信号を比較するようになっていた。

【０００５】受信信号は、緩やかに立ち上がる波形とな
っており、超音波センサの温度特性や、流速によって受
信信号のレベルは変化する。その前記基準電圧と受信信
号のレベルが適正でないとタイミング検知回路１０の動
作は安定せず測定精度が悪くなる。そこで、可変利得ア
ンプ９の出力を受けているレベル検知回路１１は入力信
号のピークレベルを監視しており、ピーク値が小さいあ
るいは大きい場合に利得制御部８へ出力を行う。利得制
御部８は可変利得アンプ９の増幅率をレベル検知回路１
１からの信号に対応し可変利得アンプ９の出力がほぼ一
定となるように設定する。そして次の受信信号は可変利
得アンプ９で目標の信号レベルへと増幅され、タイミン
グ検知回路１０に与えられる。このようにタイミング検
知回路１０へ与える信号のピークをほぼ一定とすること
によって、受信時間の判定を行うタイミングを安定化し
ていた。

【０００６】また、他の測定方法としてタイミング検知
回路１０の判定結果をタイマ５ではなく、遅延回路で一
定時間遅延させた後に駆動回路３に返し、再度送信を行
う場合もあった。このような繰り返し動作を決められた
回数行い時間を測定し、その測定時間を元に（式２）の
計算によって流速を求める方法もあった。

【０００７】（遅延回路の遅延時間をＴｄ、繰り返しの
回数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波センサ間の流れ方向
の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとす
る。） ｖ＝Ｌ／（ｔｓ／ｎ−Ｔｄ）−ｃ ・・・（式２） この方法によれば（式１）の方法に比べ精度よく測定す
ることができる。

【０００８】また、超音波センサ２と超音波センサ７と
を切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流
へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖ
を求める方法もある。（上流から下流への測定時間時間
をｔ１、下流から上流への測定時間時間をｔ２とする） ｖ＝Ｌ／２（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））・・・（式３） この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測
定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定
に広く利用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の超
音波流速計では、波形や振幅が変化した場合、タイミン
グ検知しているタイミングがずれるため正確な流量計測
を行うことができず、波形や受信信号の振幅、さらには
タイミング検知回路の信号入力部のオフセットなどの影
響を受けない高精度流速計を実現するという課題があっ
た。

【００１０】また測定流速が早くなると超音波の伝播経
路に渦などの乱れが発生し、受信信号が短い時間で大き
く変動するようになる。その結果可変利得アンプの増幅
率を適正な増幅率に設定できず常に変動するようにな
る。このため大流量での正確な測定が困難であり、早い
流速を精度よく測定するという課題があった。

【００１１】また、遅延回路の遅延時間の精度は測定精
度にそのまま影響を与えるので、高精度の遅延時間をも
つ遅延回路の実現が課題であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、駆動回路へ駆動開始位相を１８０°変化さ
せる位相制御信号とを出力する制御部と、他方の前記超
音波センサの受信信号を前記位相制御信号に応じた変化
方向でかつ所定の電位のとき受信タイミングを決定する
タイミング検知回路と、異なる駆動開始位相で測定した
複数の前記タイマの値から前記一対の超音波センサ間の
流速を演算によってもとめる演算部とを備え、位相制御
信号がＬＯのときは、駆動回路が一方の超音波センサを
駆動開始位相０°で駆動しタイミング検知回路はt超音
波受信信号の位相が０°の時の立ち上がりでタイミング
検知する。次に位相制御信号がＨＩのときに前記駆動回
路が前記一方の超音波センサを駆動開始位相を１８０°
で駆動し、受信タイミング検知回路は超音波受信信号の
位相が１８０°の時の立ち下がりでタイミングを検知す
る。

【００１３】２つの受信タイミングの中心は、受信波形
振幅の真の中心（位相０°か１８０°）となるので、振
幅や波形が変化しても変わらない。そこで本装置では位
相制御信号を変え偶数回の測定をし、その測定結果を平
均化することによって、振幅や波形の変化に影響されな
い正確な流速を求めることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係る超音波流
速計は被測定流体中に配置され超音波を送受信する一対
の超音波センサと、一方の前記超音波センサを駆動する
駆動回路と、前記駆動回路を動作させるトリガ信号と前
記駆動回路へ駆動開始位相を１８０°変化させる位相制
御信号とを出力する制御部と、他方の前記超音波センサ
の受信信号を前記位相制御信号に応じた変化方向でかつ
所定の電位のとき受信タイミングを決定するタイミング
検知回路と、少なくとも前記駆動回路による前記超音波
センサの駆動から前記タイミング検知回路が受信タイミ
ングを決定するまでの超音波の伝搬時間を測定するタイ
マと、異なる駆動開始位相で測定した複数の前記タイマ
の値から前記一対の超音波センサ間の流速を演算によっ
てもとめる演算部とを有するものである。

【００１５】そして制御部は駆動回路へ位相制御信号と
トリガ信号を出力する。トリガ信号をうけた駆動回路は
位相制御信号に応じた駆動開始位相で一方の超音波セン
サを駆動し超音波を送信する。この超音波を他方の超音
波センサで受信し、タイミング検知回路に受信信号を出
力する。タイミング検知回路では位相制御信号に応じた
受信信号の変化で受信検知を行う。トリガ信号の発生と
同時に時間計測を開始したタイマは受信検知と同時に停
止し、超音波の伝播時間を計測する。前記タイマの時間
から前記演算部は（式１）より流速を求める。

【００１６】たとえば位相制御信号がＬＯのとき、駆動
回路が一方の超音波センサを駆動開始位相０°で駆動開
始しタイミング検知回路は超音波受信信号の位相が０°
の時の立ち上がりでタイミング検知する。次に位相制御
信号がＨＩのときに前記駆動回路が前記一方の超音波セ
ンサを駆動開始位相を１８０°で駆動開始し、受信タイ
ミング検知回路は超音波受信信号の位相が０°の時の立
ち下がりでタイミングを検知する。

【００１７】図２に示すように２つの受信タイミングの
中心は、受信波形振幅の真の中心（位相０°か１８０
°）となるので、振幅や波形が変化しても変わらない。
そこで本装置では位相制御信号を変え２回の測定をし、
その測定結果を平均することによって、振幅や波形の変
化に影響されない正確な受信タイミングの検知をおこな
い、正確に測定する事ができる。

【００１８】本発明の請求項２に係る超音波流速計は被
測定流体中に配置され超音波を送受信する一対の超音波
センサと、一方の前記超音波センサを駆動する駆動回路
と、前記駆動回路を動作させるトリガ信号を出力する制
御部と、他方の前記超音波センサの受信信号を前記位相
制御信号に応じた変化方向でかつ所定の電位のとき受信
タイミングを決定するタイミング検知回路と、前記タイ
ミング検知回路の出力を前記駆動回路のトリガ信号とし
て前記駆動回路へ出力しかつその回数を計測し所定の回
数で動作を停止する繰り返し回路と、前記駆動回路へ駆
動開始位相を180°変化させる位相制御信号を前記繰り
返し回路の計測する繰り返し回数に応じて変え出力する
位相制御回路と、少なくとも前記駆動回路による前記超
音波センサの駆動から前記繰り返し回路の動作停止まで
の超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマの
値から前記一対の超音波センサ間の流速を演算によって
もとめる演算部とを有するものである。

【００１９】そして、前記タイミング検知回路の出力を
前記駆動回路に出力し再度前記超音波センサを駆動する
ことにより、超音波の伝搬を前記繰り返し回路にあらか
じめ設定した回数行い、その合計の時間を前記タイマで
測定する構成となっている。この複数回超音波を伝播さ
せる中で、前記繰り返し回路がその繰り返し回数に応じ
て位相制御信号を前記駆動回路と前記タイミング検知回
路へ出力する。前記駆動回路は位相制御信号によって駆
動位相を変更し送信し、タイミング検知回路も位相制御
信号に対応した受信タイミングを検知する。このため２
回の測定を行ない演算によって平均化する必要がなく、
正確な流速を求めることができる。

【００２０】本発明の請求項３に係る超音波流速計は被
測定流体中に配置され超音波を送受信する一対の超音波
センサと、一方の超音波センサを駆動する駆動回路と、
他方の超音波センサで受信した受信信号を設定された増
幅率で増幅する可変利得アンプと、前記可変利得アンプ
の出力から受信タイミングを判定するタイミング検知回
路と、前記可変利得アンプの出力に対応した信号を出力
するレベル検知回路と、前記レベル検知回路の出力を受
け前記可変利得アンプの出力をほぼ一定に制御する利得
制御部と、超音波の伝播時間を測定するタイマと、前記
タイマから得たデータをもとに流速を演算によって求め
る演算部とを備え、前記演算部によって求めた流速が所
定の流速以上になったときに、前記利得制御回路が前記
可変利得アンプの増幅率を所定の増幅率に固定する。

【００２１】そして、流速が早くなると前記可変利得ア
ンプの増幅率を所定の増幅率に固定するので、流れの変
化による乱れや渦によって、増幅率が変化することがな
く安定した測定を行うことができる。このため、流速計
測を安定して精度良く行うことができる。

【００２２】本発明の請求項４に係る超音波流速計は被
測定流体中に配置され超音波を送受信する一対の超音波
センサと、一方の超音波センサを駆動する駆動回路と、
他方の超音波センサで受信した受信信号を設定された増
幅率で増幅する可変利得アンプと、前記可変利得アンプ
の出力から受信タイミングを判定するタイミング検知回
路と、超音波の伝播時間を測定するタイマと、前記タイ
マから得たデータをもとに流速を演算によって求める演
算部とを有するものである。

【００２３】そして、前記利得制御部が前記演算部で求
めた流速に応じて前記可変利得回路の増幅率を制御する
ので、早い流速で生じる渦などによる受信信号の低下
や、超音波の干渉によって起こる受信信号の変動を確実
に補正し正確な流速測定を行うことができる。

【００２４】本発明の請求項５に係る超音波流速計は被
測定流体中に配置され超音波を送受信する一対の超音波
センサと、一方の超音波センサを駆動する駆動回路と、
他方の超音波センサで受信した受信信号を設定された増
幅率で増幅する可変利得アンプと、前記可変利得アンプ
の出力から受信タイミングを判定するタイミング検知回
路と、超音波の伝播時間を測定するタイマと、前記タイ
マから得たデータをもとに流速を演算によって求める演
算部と、前記可変利得アンプの出力に対応した信号を出
力するレベル検知回路と、前記レベル検知回路の出力を
受け前記可変利得アンプの出力をほぼ一定に制御する利
得制御部とを有するものである。

【００２５】そして前記レベル検知回路の出力変動が所
定の値以上になったときに、前記利得制御部が前記演算
部によって求めた流速に応じて前記可変利得回路の増幅
率を制御するので、流速の変動によって発生する渦や、
大流量で生じる渦などによる受信信号の低下や、超音波
の干渉によって起こる受信信号の変動を確実に補正し正
確な流速測定を行うことができる。

【００２６】本発明の請求項６に係る超音波流速計は前
記利得制御部が前記レベル検知回路出力の最大値と最小
値より平均値を求め増幅率を制御するので、流速が早い
場合に伝播経路に発生する渦などによって受信信号が安
定しないときでも、適正な受信感度に前記可変利得アン
プの増幅率を設定するので、流速が早い場合でも安定し
た測定を精度良く測定できる。

【００２７】本発明の請求項７に係る超音波流速計は
被測定流体中に配置され超音波を送受信する一対の超音
波センサと、一方の前記超音波センサを駆動する駆動回
路と、前記駆動回路を動作させるトリガ信号を出力する
制御部と、他方の前記超音波センサ出力を受け受信タイ
ミングを決定するタイミング検知回路と、前記タイミン
グ検知回路の出力を所定の遅延時間遅れて前記駆動回路
のトリガ信号として出力する遅延回路と、超音波の送受
信そして遅延回路で遅延時間の後に再度超音波の送受信
を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を
停止する繰り返し回路と、少なくとも前記駆動回路によ
る前記超音波センサの駆動から前記繰り返し回路の動作
停止までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記
タイマの値から前記一対の超音波センサ間の流速を演算
によってもとめる演算部とを有するものである。

【００２８】そして前記遅延回路を測定の直前に所定時
間動作させ、前記遅延回路の動作初期の不安定な動作を
事前に行い、計測時の動作を安定にすることができるの
で、安定した時間測定ができ、正確な流速測定を行うこ
とができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００３０】（実施例１）図１は本発明の実施例１の超
音波流速計のブロック図である。また図２は受信信号の
受信タイミングをあらわす図である。

【００３１】図１において、本発明の超音波流速計は流
路１と、被測定流体中に配置され超音波を送受信する一
対の超音波センサ１２、１３と、超音波センサ２を駆動
する駆動回路１４と、駆動回路１４を動作させるトリガ
信号と駆動回路１４の駆動開始位相を１８０°変化させ
る位相制御信号とを出力する制御部１５と、他方の超音
波センサである超音波センサ１３の受信信号を前記位相
制御信号に応じ立ち上がりあるいは立ち下がりでなおか
つ所定の電位のとき受信タイミングを決定するタイミン
グ検知回路１６と、少なくとも駆動回路１４による超音
波センサ１２の駆動からタイミング検知回路１６が受信
タイミングを決定するまでの超音波の伝搬時間を測定す
るタイマ１７と、異なる駆動開始位相で測定した複数の
タイマ１７の値から超音波センサ間の流速を演算によっ
てもとめる演算部１８とを有するものである。

【００３２】そして制御部１５は駆動回路１４へ位相制
御信号とトリガ信号を出力する。トリガ信号をうけた駆
動回路１４は位相制御信号に応じた駆動開始位相で超音
波センサ１２を駆動し超音波を送信する。この超音波を
超音波センサ１３で受信し、タイミング検知回路１６に
受信信号を出力する。タイミング検知回路１６では位相
制御信号に応じ立ち上がりあるいは立ち下がりで受信検
知を行う。トリガ信号の発生と同時に時間計測を開始し
たタイマ１７は受信検知と同時に停止し、超音波の伝播
時間を計測する。タイマ１７の時間から演算部１８は
（式１）より流速を求める。

【００３３】たとえば位相制御信号がＬＯのとき、駆動
回路１４が超音波センサ１２を駆動開始位相０°で駆動
開始しタイミング検知回路１６は超音波受信信号の位相
が０°の時の立ち上がりでタイミング検知する。次に位
相制御信号がＨＩのときに前記駆動回路１４が超音波セ
ンサ１２を駆動開始位相を１８０°で駆動開始し、受信
タイミング検知回路１６は超音波受信信号の位相が０°
の時の立ち下がりでタイミングを検知する。

【００３４】図２に示すように２つの受信タイミングの
中心は、受信波形振幅の真の中心（位相０°か１８０
°）となるので、振幅や波形が変化しても変わらない。
そこで本装置では位相制御信号を変え２回の測定をし、
その測定結果を平均することによって、振幅や波形の変
化あるいはタイミング検知回路のもつオフセットに影響
されない正確な受信タイミングの検知をおこない、正確
な測定を行う事ができる。

【００３５】（実施例２）図３は本発明の実施例２の超
音波流速計のブロック図である。

【００３６】図３において、本発明の超音波流速計流路
１と、被測定流体中に配置され超音波を送受信する超音
波センサ１２、１３と、超音波センサ１２を駆動する駆
動回路１４と、駆動回路１４を動作させるトリガ信号を
出力する制御部１５と、超音波センサ１３の受信信号を
前記位相制御信号に応じた変化方向でかつ所定の電位の
とき受信タイミングを決定するタイミング検知回路１６
と、タイミング検知回路１６の出力を駆動回路１４のト
リガ信号として駆動回路１４へ出力しかつその回数を計
測し所定の回数で動作を停止する繰り返し回路１９と、
駆動回路１４へ駆動開始位相を180°変化させる位相制
御信号を前記繰り返し回路１９の計測する繰り返し回数
に応じて変え出力する位相制御回路２０と、少なくとも
駆動回路１４による超音波センサの駆動から前記繰り返
し回路の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定するタ
イマ１７と、前記タイマ１７の値から超音波センサ間の
流速を演算によってもとめる演算部１８とを有するもの
である。

【００３７】そして、タイミング検知回路１６の出力を
駆動回路１４に出力し再度前記超音波センサ１２を駆動
することにより、超音波の伝搬を前記繰り返し回路１９
にあらかじめ設定した回数行い、その合計の時間をタイ
マ１７で測定する構成となっている。この複数回超音波
を伝播させる中で、位相制御回路２０が繰り返し回数に
応じて位相制御信号を駆動回路１４とタイミング検知回
路１６へ出力する。駆動回路１４は位相制御信号によっ
て駆動位相を変更し送信し、タイミング検知回路１６も
位相制御信号に対応した受信タイミングを検知する。こ
のため２回の測定を行ない演算によって平均化する必要
がなく、正確な流速を求めることができる。、 （実施例３）図４は本発明の実施例３の超音波流速計の
ブロック図である。

【００３８】図４において、本発明の超音波流速計は流
路１と、被測定流体中に配置され超音波を送受信するの
超音波センサ１２、１３と、超音波センサ１２を駆動す
る駆動回路１４と、超音波センサ１３で受信した受信信
号を設定された増幅率で増幅する可変利得アンプ２１
と、可変利得アンプ２１の出力から受信タイミングを判
定するタイミング検知回路１６と、可変利得アンプ２１
の出力に対応した信号を出力するレベル検知回路２２
と、レベル検知回路２２の出力を受け可変利得アンプ２
１の出力をほぼ一定に制御する利得制御回路２３と、超
音波の伝播時間を測定するタイマ１７と、タイマ１７か
ら得たデータをもとに流速を演算によって求める演算部
１８とを備え、演算部１８によって求めた流速が所定の
流速以上になったときに、利得制御回路２３が可変利得
アンプ２１の増幅率を所定の増幅率に固定する。

【００３９】そして、流速が早くなると可変利得アンプ
２１の増幅率を所定の増幅率に固定するので、流れの変
化による乱れや渦による受信信号のふらつきによって増
幅率が変化することがなく安定した測定を行うことがで
きる。このため、早い流速の計測を安定して精度良く行
うことができる。

【００４０】（実施例４）図５は本発明の実施例４の超
音波流速計のブロック図である。

【００４１】図５において、本発明の超音波流速計は流
路１と、被測定流体中に配置されたの超音波センサ１
２、１３と、超音波センサ１２を駆動する駆動回路１４
と、超音波センサ１３で受信した受信信号を設定された
増幅率で増幅する可変利得アンプ２１と、可変利得アン
プ２１の出力から受信タイミングを判定するタイミング
検知回路１６と、超音波の伝播時間を測定するタイマ１
７と、タイマから得たデータをもとに流速を演算によっ
て求める演算部１８と、可変利得アンプ２１の出力に対
応した信号を出力するレベル検知回路２２と、レベル検
知回路２２の出力を受け可変利得アンプ２１の出力をほ
ぼ一定に制御する利得制御回路２３とを有するものであ
る。

【００４２】そして利得制御回路２３が前記演算部で求
めた流速に応じて可変利得回路２１の増幅率を制御する
ので、早い流速で生じる渦などによる受信信号の低下
や、超音波の干渉によって起こる受信信号の変動を確実
に補正し正確な流速測定を行うことができる。

【００４３】（実施例５）図６は本発明の実施例５の超
音波流速計のブロック図である。

【００４４】図６において、本発明の超音波流速計は流
路１と、被測定流体中に配置され超音波を送受信する超
音波センサ１２、１３と、超音波センサ１２を駆動する
駆動回路１４と、超音波センサ１３で受信した受信信号
を設定された増幅率で増幅する可変利得アンプ２１と、
可変利得アンプ２１の出力から受信タイミングを判定す
るタイミング検知回路１６と、超音波の伝播時間を測定
するタイマ１７と、タイマ１７から得たデータをもとに
流速を演算によって求める演算部１８と、可変利得アン
プ２１の出力に対応した信号を出力するレベル検知回路
２２と、レベル検知回路２２の出力を受け可変利得アン
プ２１の出力をほぼ一定に制御する利得制御回路２３と
を有するものである。

【００４５】そしてレベル検知回路２２の出力変動が所
定の値以上になったときに、利得制御回路２３が演算部
１８によって求めた流速に応じて可変利得アンプ２１の
増幅率を制御するので、流速の変動によって発生する渦
や、大流量で生じる渦などによる受信信号の低下や、超
音波の干渉によって起こる受信信号の変動を確実に補正
し正確な流速測定を行うことができる。

【００４６】また、利得制御回路が前記レベル検知回路
出力の最大値と最小値から平均値を求め増幅率を制御す
るので、流速が早い場合に伝播経路に発生する渦などに
よって受信信号が安定しないときでも、適正な受信感度
に前記可変利得アンプの増幅率を設定するので、流速が
早い場合でも安定した測定を精度良く測定できる。

【００４７】（実施例６）図７は本発明の実施例６の超
音波流速計のブロック図である。

【００４８】図７において、本発明の超音波流速計は流
路１と、被測定流体中に配置され超音波を送受信する超
音波センサ１２、１３と、前記超音波センサ１２を駆動
する駆動回路１４と、駆動回路１４を動作させるトリガ
信号を出力する制御部１５と、超音波センサ１３の受信
信号を受け受信タイミングを決定するタイミング検知回
路１６と、タイミング検知回路１６の出力を所定の遅延
時間遅れて駆動回路１４のトリガ信号として出力する遅
延回路２４と、超音波の送受信そして遅延回路２４で遅
延時間の後に再度超音波の送受信を繰り返すという動作
回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰り返し回路
１９と、少なくとも駆動回路１４による超音波センサ１
２の駆動開始から前記繰り返し回路１９の動作停止まで
の超音波の伝搬時間を測定するタイマ１７と、前記タイ
マ１７の値から前記一対の超音波センサ間の流速を演算
によってもとめる演算部１８とを有するものである。

【００４９】そして遅延回路２４を測定の直前に所定時
間動作させ、遅延回路２４の動作初期の不安定な動作を
事前に行い、計測時の動作を安定にすることができるの
で、安定した時間測定ができ、正確な流速測定を行うこ
とができる。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかのように本発明の
請求項１に係る超音波流速計は測定誤差が真値に対して
正と負に発生し、その測定結果を平均することによって
誤差をキャンセルし真値を求めているので、振幅や波形
の変化に影響されない正確な受信タイミングの検知を行
い、正確な測定を行うことができる。

【００５１】また、請求項２に係る超音波流速計は繰り
返し回路がその繰り返し回数に応じて位相制御信号を前
記駆動回路と前記タイミング検知回路へ出力し、駆動回
路は位相制御信号によって駆動位相を変更し送信し、タ
イミング検知回路も位相制御信号に対応した受信タイミ
ングを検知するので２回の測定を行ない演算によって平
均化する必要がなく、正確な流速を求めることができる
という効果がある。

【００５２】また、請求項４に係る超音波流速計は利得
制御部が演算部で求めた流速に応じて前記可変利得回路
の増幅率を制御するので、早い流速で生じる渦などによ
る受信信号の低下や、超音波の干渉によって起こる受信
信号の変動を確実に補正し正確な流速測定を行うことが
できるという効果がある。

【００５３】また、請求項５に係る超音波流速計はレベ
ル検知回路の出力変動が所定の値以上になったときに、
演算部によって求めた流速に応じて前記可変利得回路の
増幅率を制御するので、流速の変動によって発生する渦
や、大流量で生じる渦などによる受信信号の低下や、超
音波の干渉によって起こる受信信号の変動を確実に補正
し正確な流速測定を行うことができるという効果があ
る。

【００５４】また、請求項６に係る超音波流速計は利得
制御部が前記レベル検知回路出力の最大値と最小値より
平均値を求め増幅率を制御するので、流速が早い場合に
伝播経路に発生する渦などによって受信信号が安定しな
いときでも、適正な受信感度に前記可変利得アンプの増
幅率を設定するので、流速が早い場合でも安定した測定
を精度良く測定できるという効果がある。

【００５５】また、請求項７に係る超音波流速計は遅延
回路を測定の直前に所定時間動作させ、前記遅延回路の
動作初期の不安定な動作を事前に行い、計測時の動作を
安定にすることができるので、安定した時間測定がで
き、正確な流速測定を行うことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における超音波流速計の全体
のブロック図

【図２】同流速計における受信信号の受信タイミングを
あらわす図

【図３】本発明の実施例２における超音波流速計の全体
のブロック図

【図４】本発明の実施例３における超音波流速計の全体
のブロック図

【図５】本発明の実施例４における超音波流速計の全体
のブロック図

【図６】本発明の実施例５における超音波流速計の全体
のブロック図

【図７】本発明の実施例６における超音波流速計の全体
のブロック図

【図８】従来の超音波流速計の全体のブロック図

【符号の説明】

１２ 超音波センサ １３ 超音波センサ １４ 駆動回路 １５ 制御部 １６ タイミング検知回路 １７ タイマ １８ 演算部 １９ 繰り返し回路 ２０ 位相制御回路 ２１ 可変利得アンプ ２２ レベル検知回路 ２３ 利得制御回路 ２４ 遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 明久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F035 DA22 DA24

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
   る一対の超音波センサと、一方の前記超音波センサを駆
   動する駆動回路と、前記駆動回路を動作させるトリガ信
   号と前記駆動回路へ駆動開始位相を１８０°変化させる
   位相制御信号とを出力する制御部と、他方の前記超音波
   センサの受信信号を前記位相制御信号に応じた変化方向
   でかつ所定の電位のとき受信タイミングを決定するタイ
   ミング検知回路と、少なくとも前記駆動回路による前記
   超音波センサの駆動から前記タイミング検知回路が受信
   タイミングを決定するまでの超音波の伝搬時間を測定す
   るタイマと、異なる駆動開始位相で測定した複数の前記
   タイマの値から前記一対の超音波センサ間の流速を演算
   によってもとめる演算部とを備えた超音波流速計。
2. 【請求項２】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
   る一対の超音波センサと、一方の前記超音波センサを駆
   動する駆動回路と、前記駆動回路を動作させるトリガ信
   号を出力する制御部と、他方の前記超音波センサの受信
   信号を前記位相制御信号に応じた変化方向でかつ所定の
   電位のとき受信タイミングを決定するタイミング検知回
   路と、前記タイミング検知回路の出力を前記駆動回路の
   トリガ信号として前記駆動回路へ出力しかつその回数を
   計測し所定の回数で動作を停止する繰り返し回路と、前
   記駆動回路へ駆動開始位相を１８０°変化させる位相制
   御信号を前記繰り返し回路の計測する繰り返し回数に応
   じて変え出力する位相制御回路と、少なくとも前記駆動
   回路による前記超音波センサの駆動から前記繰り返し回
   路の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定するタイマ
   と、前記タイマの値から前記一対の超音波センサ間の流
   速を演算によってもとめる演算部とを備えた超音波流速
   計。
3. 【請求項３】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
   る一対の超音波センサと、一方の超音波センサを駆動す
   る駆動回路と、他方の超音波センサで受信した受信信号
   を設定された増幅率で増幅する可変利得アンプと、前記
   可変利得アンプの出力から受信タイミングを判定するタ
   イミング検知回路と、前記可変利得アンプの出力に対応
   した信号を出力するレベル検知回路と、前記レベル検知
   回路の出力を受け前記可変利得アンプの出力をほぼ一定
   に制御する利得制御部と、超音波の伝播時間を測定する
   タイマと、前記タイマから得たデータをもとに流速を演
   算によって求める演算部とを備え、前記演算部によって
   求めた流速が所定の流速以上になったときに、前記利得
   制御部が前記可変利得アンプの増幅率を所定の増幅率に
   固定する超音波流速計。
4. 【請求項４】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
   る一対の超音波センサと、一方の超音波センサを駆動す
   る駆動回路と、他方の超音波センサで受信した受信信号
   を設定された増幅率で増幅する可変利得アンプと、前記
   可変利得アンプの出力から受信タイミングを判定するタ
   イミング検知回路と、超音波の伝播時間を測定するタイ
   マと、前記タイマから得たデータをもとに流速を演算に
   よって求める演算部と、前記演算部によって求めた流速
   に応じて前記可変利得回路の増幅率を制御する利得制御
   部とを備えた超音波流速計。
5. 【請求項５】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
   る一対の超音波センサと、一方の超音波センサを駆動す
   る駆動回路と、他方の超音波センサで受信した受信信号
   を設定された増幅率で増幅する可変利得アンプと、前記
   可変利得アンプの出力から受信タイミングを判定するタ
   イミング検知回路と、超音波の伝播時間を測定するタイ
   マと、前記タイマから得たデータをもとに流速を演算に
   よって求める演算部と、前記可変利得アンプの出力に対
   応した信号を出力するレベル検知回路と、前記レベル検
   知回路の出力を受け前記可変利得アンプの出力をほぼ一
   定に制御する利得制御部とを備え、前記レベル検知回路
   の出力変動が所定の値以上になったときに、前記利得制
   御部が前記演算部によって求めた流速に応じて前記可変
   利得回路の増幅率を制御する超音波流速計。
6. 【請求項６】利得制御部がレベル検知回路出力の最大値
   と最小値より平均値を求め増幅率を制御する請求項５記
   載の超音波流量計。
7. 【請求項７】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
   る一対の超音波センサと、一方の前記超音波センサを駆
   動する駆動回路と、前記駆動回路を動作させるトリガ信
   号を出力する制御部と、他方の前記超音波センサ出力を
   受け受信タイミングを決定するタイミング検知回路と、
   前記タイミング検知回路の出力を所定の遅延時間遅れて
   前記駆動回路のトリガ信号として出力する遅延回路と、
   超音波の送受信そして遅延回路で遅延時間の後に再度超
   音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の
   回数で動作を停止する繰り返し回路と、少なくとも前記
   駆動回路による前記超音波センサの駆動から前記繰り返
   し回路の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定するタ
   イマと、前記タイマの値から前記一対の超音波センサ間
   の流速を演算によってもとめる演算部とを備え、前記遅
   延回路を測定の直前に所定時間動作させる超音波流速
   計。