JP7026820B2 - 流速検出回路および関連するチップ及び流速計 - Google Patents

Description

この出願は、決定回路に関し、特に流速検出回路および関連するチップおよび流量計に関する。

超音波流量計は、一般に流量計として使用されている。流量計は、流体の流速を検出する際に広く適用される。他のタイプの流量計と比べて、超音波流量計は、圧力損失、最低検出可能流量、および設置コスト等の面で大きな利点を有する。しかしながら、その電力消費は、依然として低減する必要があり、さらなる改良と改革が必要である。

この出願の目的の１つは、上述した問題を解決するために、決定回路、特に、流速検出回路および関連するチップおよび流量計を開示することである。この出願の１つの実施形態は、流速検出回路を開示することであり、この回路は、流速検出回路外部にある第１のトランスデューサと第２のトランスデューサに結合され、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間の距離は、ゼロより大きく、そして、流速を有する流体が、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサを介して順に流れる。流速検出回路は、第１のトランスデューサに結合され、フロント信号とメイン信号を第１のトランスデューサに供給するように構成された送信機を含み、第１のトランスデューサは、フロント信号とメイン信号を第２のトランスデューサへの変換された信号に変換し、第２のトランスデューサは、変換された信号を、受信機への受信フロント信号と受信メイン信号に変換し、および第２のトランスデューサに結合された受信機を含み、受信機は、フロント信号を受信後にメイン信号処理回路をイネーブルにするように構成されたフロント信号処理回路と、イネーブルにされた後に、受信メイン信号に基づいて流速を決定するように構成されたメイン信号処理回路を含む。

この出願の一実施形態は、上述した流速検出回路を含むチップを開示する。この出願の一実施形態は、上述したチップを含む流量計を開示する。この出願で開示された流速検出回路は、受信機と送信機を含み、トランスデューサペアと共に使用される。動作中、トランスデューサペアの一方は、信号受信機として機能し、他方は、信号送信機として機能する。

流速検出回路は、トランスデューサが（信号受信機として）信号を受信する時点を決定することができる。従って、受信機をイネーブルにする開始時点を調節することができるので、開始時点は、前記時点と同じである。それゆえ、受信機は、常にイネーブルにしておく必要はなく、流速を決定するときに、流速検出回路の電力消費を低減することができる。

この開示の一実施形態に従う、流量計に適用された流速検出回路を示す概略図である。 時間領域における、図１に示す流速検出回路の電圧波形を示す概略図である。 この開示の他の実施形態に従う、流速検出回路を示すブロック図である。 時間領域における、図３に示す流速検出回路の電圧波形を示す概略図である。 時間領域におけるこの出願の他の実施形態に従う流速検出回路の電圧波形を示す概略図である。

以下の記述において、デバイスが、立ち上がりでトリガされる（すなわち、アクティブハイ）のデバイスであるとき、デバイスは、信号をロジックハイレベルにさせるための信号をアサートすることにより、アクティブになることを意味する。反対に、デバイスは、信号をロジックロウレベルにさせるための信号を非アサートすることにより、非アクティブ化されることを意味する。しかしながら、デバイスが立下りエッジトリガ（すなわち、アクティブロウ）デバイスであるとき、デバイスは、信号をロジックロウレベルにさせる信号を非アサートすることにより、アクティブになることを意味し、デバイスは、信号をロジックハイレベルにさせる信号をアサートすることにより非アクティブ化されることを意味する。

一般に、流量計は、流体の流速を検出するために使用される。流量計は、少なくとも送信機、受信機およびトランスデューサペアを含む。動作中、トランスデューサペアの一方が、信号受信機として機能し、他方が、信号送信機として機能する。受信機は、流速を測定するためにイネーブルになる。

流速を正確に測定するために、受信機により受信される信号は完全であることを確認する必要がある。言い換えれば、信号は切り捨てられない。この目的を達成するために、１つのアプローチは、送信機が信号を送信するとき、受信機をイネーブルにすることを開始することである。しかしながら、このアプローチは、電力消費を低減するという意図された目的に相反する。他のアプローチは、回路を設計する際に前もって、信号送信時間の最大値と最小値を推定することである。つぎに、信号が送信機に送信される、すべての可能性のある時点が、最大値と最小値に基づいて推定される。受信機がイネーブルにされる期間は、すべての可能性のある時点に基づいて設計されるので、受信機は、すべての環境下で完全な信号を受信することができる。これについて、図１および図２に示す比較実施形態において以下に詳述する。このインプリメンテーションは、すべての可能な時点を考慮するので、期間が延長すると、流量計の電力消費は、非効率になる。逆に、期間が延長されない場合、電力消費は、より効率的になる。

この出願の流速検出回路は、送信機により送信された信号が、受信機に到達した時点を推測し、それゆえ、すべての可能な時点を考察する必要はない。このように、受信機をイネーブルにする期間を延長する必要はなく、この結果、流速検出回路の電力消費は、より効率的となる。これについて、図３および図４の示す実施形態において詳述する。

図１は、この開示の一実施形態に従う流量計に適用される流速検出回路１０を示す概略図である。図１を参照すると、流速検出回路１０は、流速検出回路１０の外部の第１のトランスデューサと第２のトランスデューサに結合される。トランスデューサは、１つの形態のエネルギを、他の形態に変換することが出来るコンポーネントである。エネルギの形態は、電気エネルギ、機械エネルギ、電磁エネルギ、光エネルギ、化学エネルギ、音響エネルギ、熱エネルギ等を含むことができる。しかしながら、この出願は、特に限定されず、トランスデューサは、エネルギを変換することができる、任意のコンポーネントを含むことができる。

第１のトランスデューサ１５１と第２のトランスデューサ１５２は、パイプライン１５４内に配置され、第１のトランスデューサ１５１の送信方向は、第２のトランスデューサ１５２に面し、第２のトランスデューサ１５２の送信方向は、第１のトランスデューサ１５１に面する。第１のトランスデューサ１５１と第２のトランスデューサ１５２との間の距離Ｌは、ゼロより大きい。流速Ｖを有する流体（例えば、液体またはガス）は、第１のトランスデューサ１５１および第２のトランスデューサ１５２を介してパイプライン１１６の延在方向Ｅに流れる。

流速検出回路１０は、第１の送信機ＴＸ１、第１の受信機ＲＸ１、第２の送信機ＴＸ２、および第２の受信機ＲＸ２を含む。第１の送信機ＴＸ１と第１の受信機ＲＸ１は、第１のトランスデューサ１５１に結合され、第２の送信機ＴＸ２と第２の受信機ＲＸ２は、第２のトランスデューサ１５２に結合される。

流速Ｖを推定している動作中、第１の信号送信経路において、第１の送信機ＴＸ１は、第１の送信信号Ｓｅｌを第１のトランスデューサ１５１に送信し、第１のトランスデューサ１５１は、第１の送信信号Ｓｅｌを変換された信号に変換し、次に変換された信号を第２のトランスデューサ１５２に送信する。第２のトランスデューサ１５２が変換された信号をもう一度変換した後、第２の受信機ＲＸ２は、第２のトランスデューサ１５２から第２の受信信号Ｓｒ２を受信する。第２の信号送信経路において、第２の送信機ＴＸ２は、第２の信号送信経路の開始点として機能し、第２の受信機ＲＸ１は、第２の信号送信回路の終了点として機能し、この信号送信手続は、第１の信号送信経路の信号送信手続と同様であり、それゆえ、詳細な記述はここでは、省略する。

流速検出回路１０と第１のトランスデューサ１５１または第２のトランスデューサ１５２との間には、送信遅延があることに留意する必要がある。送信遅延により生じた遅延時間は、回路設計の段階で決定することができ、流速Ｖを推定するのに使用することができる。しかしながら、この出願の以下の記述では、遅延時間は、説明を容易にするために考慮しない。それゆえ、第１の送信機ＴＸ１の送信時点は、第１のトランスデューサ１５１の送信時点とみなされる。第２のトランスデューサ１５２の受信時点は、第２の受信機ＲＸ２の受信時点とみなされる。第２の送信機ＴＸ２の送信時点は、第２のトランスデューサ１５２の送信時点とみなされ、第１のトランスデューサ１５１の受信時点は、第１の受信機ＲＸ１の受信時点とみなされる。

流速検出回路１０の動作原理は、図２に示す実施形態において述べる。さらに、図２では、簡単のために、第１の信号送信経路に関連する流速検出回路１０の動作原理のみを述べる。

図２は、時間領域における図１の流速検出回路１０の電圧波形を示す概略図である。上述したように、図２では、第１の信号送信経路のみを述べているので、第１のトランスデューサ１５１は、信号送信機であり、第２のトランスデューサ１５２は、信号受信機である。従って、説明を容易にするために、第１のトランスデューサ（ＴＸ）と第２のトランスデューサ（ＲＸ）が図２に示されている。

図２を参照すると、波形２００、２０２、２０４、２０６および２０８が示されている。波形２００は、第１のトランスデューサ１５１により送信された信号の電圧波形を表し、信号はメイン信号Ｓｍを含む。波形２０２、２０４、２０６は、種々の既知の動作環境下で、第２のトランスデューサ１５２により受信された信号の電圧波形を表し、波形２０２、２０４、２０６の各々の信号は、メイン信号Ｓｍに対応する受信メイン信号Ｓｍｒを含み、受信メイン信号Ｓｍｒの期間は、ｔ_ＲＸであり、波形２０２、２０４、２０６の各々の受信メイン信号Ｓｍｒとメイン信号Ｓｍとの間の遅延時間は異なる。波形２０８は、第２の受信機ＲＸ２をイネーブルにするように構成された信号の電圧波形を表し、第２の受信機ＲＸ２は、信号が高電圧（ロジックハイレベル）を有するときイネーブルにされる。

波形２０２を参照すると、この動作環境下では、流速Ｖはゼロであり、温度はＴ１であり、温度Ｔ１は、例えば、流量計の動作レンジの最高温度である。流速Ｖはゼロであるので、流体中の信号の信号送信時間は、流速Ｖのために増加も減少もしない。さらに、信号送信時間は、信号の送信媒体として機能する流体の温度と正の相関がある（positively correlate with）。温度Ｔ１は最高温度なので、温度Ｔ１のために信号送信時間は、増大しない。この動作環境は、標準動作環境と見なされ、標準動作環境下における第１のトランスデューサ１５１と第２のトランスデューサ１５２の間の信号送信時間は、また、波形２００のメイン信号Ｓｍと波形２０２の受信メイン信号Ｓｍｒとの間の時間差であり、この時間差は、基準時間差ｔ_ＤＮとみなすことが出来る。さらに、受信メイン信号Ｓｍｒは、時点ｔｄで第２の受信機ＲＸ２に到達する。第２の受信機ＲＸ２が受信メイン信号Ｓｍｒを受信可能にするために、波形２０８を参照すると、第２の受信機ＲＸ２をイネーブルにするためのイネーブル号の立ち上がりエッジは、時点ｔｄで現れる。基準時間差ｔ_ＤＮと時点ｔｄは、回路設計の段階で推定することができる。

波形２０４を参照すると、流速Ｖは、最大値（ＶＭＡＸと図示されている）であり、温度はＴ１である。流速ＶＭＡＸを有する流体中の信号の信号送信時間は、ゼロの流速Ｖを有する流体の信号送信時間よりも短い。波形２０２と２０４との比較によりわかるように、波形２０４の受信メイン信号Ｓｍｒは、波形２０２のメイン信号Ｓｍよりも早く、第２のトランスデューサ１５２に到達する。すなわち、第１の時間差Δｔ_ｄｎだけ時点ｔｄよりも早い。この動作環境下での信号送信時間は、最短信号送信時間とみなすことができる。第２の受信機ＲＸ２が受信メイン信号Ｓｍｒを受信可能にするために、第２の受信機ＲＸ２をイネーブルにするためのイネーブル信号の立ち上がりエッジは、時点（ｔ_ｄ－Δｔ_ｄｎ）に現れる。第１の時間差Δｔｄｎは、回路設計の段階で推定することができる。

波形２０６を参照すると、この動作環境下では、流速Ｖはゼロであり、温度は、温度Ｔ１より低いＴ２である。温度Ｔ２は、温度Ｔ１より低いので、温度Ｔ２での信号の信号送信時間は、温度Ｔ１での信号送信時間よりも長い。波形２０２と２０６を比較することによりわかるように、波形２０６の受信メイン信号Ｓｍｒは、波形２０２のメイン信号Ｓｍよりも、遅く第２のトランスデューサ１５２に到達する。すなわち、第２の時間差Δｔ_ｄｎ＿Ｔだけ時点ｔ_ｄよりも遅い。この動作環境下では、信号送信時間は、最長信号送信時間とみなすことができる。第２の受信機ＲＸ２が受信メイン信号Ｓｍｒを受信可能にするために、波形２０８を参照すると、第２の受信機ＲＸ２をイネーブルにするためのイネーブル信号の立ち上がりエッジは、時点（ｔｄ＋Δｔ_ｄｎ＿Ｔ）に現れる。第２の時間差Δｔ_ｄｎ＿Ｔは、回路設計の段階で推定することができる。

動作環境が２つの変数、すなわち、温度と流速のみを含むとき、波形２０４と２０６は、それぞれもっとも早い極限状況と最も遅い極限状況を示す。標準動作環境下では、第２の受信機ＲＸ２をイネーブルにする信号の期間は、受信メイン信号Ｓｍｒの期間、ｔ_ＲＸと同じように構成される。このように、第２の受信機ＲＸ２は、完全な受信メイン信号Ｓｍｒを受信することができる。しかしながら、実際の動作環境は、波形２０４の動作環境と同じである可能性があると考えると、第２の受信機ＲＸ２が余分な期間、すなわち、第１の時間差Δｔ_ｄｎをイネーブルにして、第２の受信機ＲＸ２が、完全な受信メイン信号Ｓｍｒを受信可能にすることを確実にする。同様に、実際の動作環境が波形２０６の動作環境と同じである可能性があることを考慮して、第２の受信機ＲＸ２は、追加の期間、すなわち、第２の時間差Δｔ_ｄｎ＿Ｔに対してイネーブルにし、第２の受信機ＲＸ２が完全な受信メイン信号Ｓｍｒを受信可能にすることを確実にする。

一般に、第２の受信機ＲＸ２が、完全な受信メイン信号Ｓｍｒを受信することを確実にするために、第２の受信機ＲＸ２がイネーブルにする合計期間は、ｔ_ＲＸの期間、すなわち、第１の時間差Δｔ_ｄｎと第２の時間差Δｔ_ｄｎ＿Ｔの合計である。合計期間は、メイン信号Ｓｍの期間より長い。合計期間を有する信号を用いて第２の受信機ＲＸ２をイネーブルにすると、第２の受信機ＲＸ２はイネーブルにされているが、メイン信号Ｓｍは第２の受信機ＲＸ２に到達していないことが起こり得る。それゆえ、電力消費は非効率である。

図３は、この出願の実施形態に従う他の流速検出回路３０を図示する概略図である。図３を参照すると、流速検出回路３０は、図１に示す流速検出回路１０と同様であるが、流速検出回路３０は、第１の送信機ＴＸ１１、第１の受信機ＲＸ１１、第２の送信機ＴＸ２２、第２の受信機ＲＸ２２を含む点が異なる。第１の送信機ＴＸ１１と第１の受信機ＲＸ１１は、第１のトランスデューサ１５１に結合され、第２の送信機ＴＸ２２と第２の受信機ＲＸ２２は、第２のトランスデューサ１５２に結合される。

流速Ｖを検出すると、第１の送信機ＴＸ１１は、第１の送信信号Ｓｅ１１を第１の信号送信経路の第１のトランスデューサ１５１に送信する。第１の送信信号Ｓｅ１１はフロント信号とメイン信号を含む。第１のトランスデューサ１５１は、第１の送信信号Ｓｅ１１を変換された信号に変換し、次に、その変換された信号を第２のトランスデューサ１５２に送信する。第２のトランスデューサ１５２が変換された信号を第２の受信信号Ｓｒ２２に変換した後、第２の受信機ＲＸ２２は、第２のトランスデューサ１５２から第２の受信信号Ｓｒ２２を受信する。第２の受信信号Ｓｒ２２は、受信フロント信号と受信メイン信号を含む。第２の信号送信経路において、第２の送信機ＴＸ２２は、第２の信号送信経路の開始点として機能し、第２の受信機ＲＸ１１は、第２の信号送信経路の終了点として機能し、この信号送信手続は、第２の信号送信経路の信号送信手続と同様であり、それゆえ、詳細な記述はここでは省略する。

図１および図２に示す実施形態に関連して上述したのと同じ理由により、図３および図４の実施形態では、送信遅延により生じた遅延は、流速検出回路３０と第１のトランスデューサ１５１または第２のトランスデューサ１５２との間に生じるが、説明を容易にするために考慮しない。

第２の受信機ＲＸ２２は、フロント信号検出回路３２とメイン信号処理回路３４を含む。メイン信号処理回路３４は、図１に示す第２の受信機ＲＸ２と同じ機能を有すると考えることができる。それゆえ、第２の受信機ＲＸ２２は、図１に示す第２の受信機ＲＸ２と追加のフロント信号検出回路３２の組み合わせとして考察することができる。

フロント信号検出回路３２は、フロント信号を受信した後で、メイン信号処理回路３４をイネーブルにするように構成される。すなわち、メイン信号処理回路３４をイネーブルにするための開始時点は、図１の実施形態において説明した最短信号送信時間と最長信号送信時間の代わりに、フロント信号検出回路３２により決定される。詳細は、図４に関する実施形態を参照。それゆえ、メイン信号処理回路３４をイネーブルにする期間は、第１の時間差Δｔ_ｄｎと第２の時間差Δｔ_ｄｎ＿Ｔを含む必要はない。すなわち、メイン信号処理回路３４をイネーブルにする期間は、第２の受信機ＲＸ２をイネーブルにする合計期間（合計期間は、期間ｔ_ＲＸ、第１の時間差Δｔ_ｄｎおよび第２の時間差Δｔ_ｄｎ＿Ｔの合計である）より短い。それゆえ、流速検出回路３０の電力消費は、図１の流速検出回路１０の電力消費よりもさらに効率がよい。

イネーブルにされた後、メイン信号処理回路３４は、受信メイン信号に基づいて流速Ｖを決定する。いくつかの実施形態において、メイン信号処理回路３４は、アナログフロントエンド回路、アナログ－デジタル変換器および決定回路を含む。アナログフロントエンド回路は、メイン信号を受信し、それに応じて、アナログ信号をアナログ－デジタル変換回路に出力するように構成される。アナログ－デジタル変換回路は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、次にデジタル信号を決定回路に出力する。決定回路は、デジタル信号に基づいて流速Ｖを決定する。

フロント信号検出回路３２の機能ブロックは、さらに以下に説明される。この開示は、フロント検出回路３２を、以下に述べる機能ブロックのインプリメンテーションに限定しないことに留意する必要がある。この実施形態において、フロント信号検出回路３２は、検出器３００と制御ユニット３０２を含む。

検出器３００は、第２のトランスデューサ１５２に結合され、受信フロント信号を検出し、検出結果に基づいて出力信号Ｓｄを制御ユニット３０２に出力するように構成される。この実施形態では、検出器３００はパルス検出器である。しかしながら、この開示はそれに限定されない。他の実施形態において、検出器３００は、検出すべき信号の種類に応じて、対応する検出器を備えることができる。いくつかの実施形態において、検出器３００は比較機を含む。比較機は、受信フロント信号が、受信フロント信号と基準信号を比較することにより検出されるかどうかを判断する。

制御ユニット３０２は、検出器３００とメイン信号処理回路３４との間に結合され、イネーブル信号ＥＮと検出器３００に出力するように構成されるので、イネーブル信号ＥＮがアサートされると、検出器３００がイネーブルになる。さらに、制御ユニット３０２は、検出器３００の出力信号Ｓｄを受信し、イネーブル信号ＥＮＭとメイン信号処理回路３４に出力する。特に、制御ユニット３０２は、出力信号Ｓｄに反映された検出結果に基づいて、イネーブル信号ＥＮＭをアサートする時点を決定する。いくつかの実施形態において、制御ユニット３０２は、組合せロジックを含む。検出器３００と制御ユニット３０２の動作メカニズムは、図４において詳細に説明される。

図４は、時間領域における、図３に示す流速検出回路の関連電圧波形を図示する概略図である。図４を参照すると、波形４００、４０２、４０４、４０６、４０８が示されている。波形４００は、第１の送信機ＴＸ１１により送信された第１の送信信号Ｓｅ１１の電圧波形を表す、第１の送信信号Ｓｅ１１は、メイン信号Ｓｍａｉｎとフロント信号Ｓ_ｐｒｅを含み、メイン信号Ｓｍａｉｎは期間Ｎｍａｉｎを有し、フロント信号Ｓ_ｐｒｅは、期間Ｎ_ｐｒｅを有する。特に、第１の送信機ＴＸ１１が、第１の時点ｔ１でフロント信号Ｓ_ｐｒｅを送信した後で、少なくとも期間Ｔ_ｇａｐを有する減衰期間を経て、メイン信号Ｓｍａｉｎをもう一度送信する。遅延時間は、フロント信号Ｓ_ｐｒｅが減衰すると、減衰したフロント信号Ｓ_ｐｒｅの追加の振動部分が、メイン信号Ｓｍａｉｎに影響を与えないようにすることを目的としている。この実施形態において、メイン信号Ｓｍａｉｎとフロント信号Ｓ_ｐｒｅは、両方ともパルス信号であり、パルス信号は、少なくとも１つのパルスを含む。しかしながら、この開示はそれに限定されない。他の実施形態において、メイン信号Ｓｍａｉｎとフロント信号Ｓ_ｐｒｅは、任意の他の適切な種類の信号であり得る。

波形４０２は、第２の受信機ＲＸ２２により受信した、第２の受信信号Ｓｒ２２の電圧波形を表す。第２の受信信号Ｓｒ２２は、受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’と受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’を含む。波形４０２からわかるように、受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’は減衰し、減衰した受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’は、追加の振動部分を有する。減衰した受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’の追加の振動部分は、減衰時間があるので受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’に影響を与えない。

図２に示す波形２０２に関連して説明したのと同じ理由により、回路設計の段階で、流速の信号の信号送信時間、および受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’と受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’が標準動作環境の下で第２の受信機ＲＸ２２に到着するそれぞれの標準時点を決定することが可能であることに留意する必要がある。説明を容易にするために、標準動作環境下では、図４の信号送信時間と図２の信号送信時間は、イネーブル信号ＥＮが高電圧レベルにあるときイネーブルになる。

波形４０４は、複数制御ユニット３０２により出力されるイネーブル信号ＥＮの電圧波形を表し、検出器３００は、イネーブル信号ＥＮが高電圧レベルにあるとき、イネーブルになる。波形４０６は、検出器３００により出力された出力信号Ｓｄの電圧波形を表す。波形４０８は、制御ユニット３０２により出力されたイネーブル信号ＥＮＭの電圧波形を表し、メイン信号回路３４は、イネーブル信号ＥＮＭが高電圧レベルにあるとき、イネーブルになる。

動作期間中、波形４００を参照すると、第１の送信機ＴＸ１１は、第１の信号Ｓ_ｐｒｅは、第１の時点ｔ１で供給し、次に減衰時間の後、メイン信号Ｓｍａｉｎを第１のトランスデューサ１５１に時点ｔｍａｉｎで送信する。第１のトランスデューサ１５１と第２のトランスデューサ１５２との間の送信の後、波形４０２を参照すると、第２のトランスデューサ１５２は、受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’と受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’を出力する。受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’の期間と、受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’の期間は、ｔ_ＲＸであり、これは、回路設計の段階で決定することができる。波形４０４を参照すると、制御ユニット３０２により出力されたイネーブル信号ＥＮの立ち上がりエッジは、第１の時点ｔ１から始まるＴｓ／ｂの期間を有するスタンバイ時間（standby time）の後に現れる。言い換えれば、検出器３００は、第１の時点ｔ１でイネーブルになるというよりは、むしろ、第１の時点ｔ１から始まるＴｓ／ｂの期間を有するスタンバイ時間を経た後に、検出器３００がイネーブルになる。このようにして、フロント信号検出回路３２の電力消費の効率は、さらに改良することができる。しかしながら、この開示は、それに限定されない。他の実施形態において、イネーブル検出器３００は、第１の時点ｔ１からイネーブルを開始することもできる。

つぎに、検出器３００は、第２の時点ｔ２で受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’を検出する。特に、検出器３００が第２の受信信号Ｓｒ２２の第１のパルスを検出する時点は、第２の時点ｔ２である。それゆえ、波形４０６を参照すると、検出器３００により出力された出力信号Ｓｄは、第２の時点ｔ２で変化し始める。

制御ユニット３０２は、出力信号Ｓｄに基づいて第２の時点ｔ２で受信フロンと信号Ｓ_ｐｒｅ’が第２の受信機ＲＸ２２に到達すると推定する。制御ユニット３０２は、第１の時点ｔ１および第２の時点ｔ２に基づいて時間調整値を決定し、つぎに、時間調整値に基づいて、メイン信号処理回路３４をイネーブルにする。特に、制御ユニット３０２は、第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間の推定された時間差Ｔｔｏｆを推定する。推定された時間差Ｔｔｏｆは、流速Ｖを推定するための動作期間における流体内の信号の信号送信時間である。推定された時間差Ｔｔｏｆは、メイン信号Ｓｍａｉｎよりもフロント信号Ｓ_ｐｒｅを推定することにより取得されるけれども、流速Ｖを推定する動作期間において、フロント信号Ｓ_ｐｒｅとメイン信号Ｓｍａｉｎの流体内の信号の信号送信時間は同じであることに留意する必要がある。制御ユニット３０２は、推定された時間差Ｔ_ｔｏｆと基準時間差ｔ_ＤＮによって時間調節値を決定する。特に、推定された時間差Ｔ_ｔｏｆと基準時間差ｔ_ＤＮとの間の差分は、流速Ｖを推定するための動作中における信号送信時間と、標準動作環境下での信号送信時間との間の差分を示す。それゆえ、この差分は、受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’が流速Ｖを推定する動作期間中に第２の受信機ＲＸ２２に到達する時点が、標準動作環境下で受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’の標準到着時点よりも早い、または遅い時間量を表す。それゆえ、差分は、時間調節値とみなされる。つぎに、制御ユニット３０２は、標準到着時点と時間調節値に基づいて流速Ｖを推定する動作期間中に、受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’が第２の受信機ＲＸ２２に到達する時点を推定することができる。つぎに、制御ユニット３０２は、メイン信号処理回路３４をイネーブルにする開始時点を調節するので、開始点ｔは、信号が第２の受信機ＲＸ２２に到達する推定時点と同じである。言い換えれば、波形２０８を参照すると、制御ユニット３０２は、信号が第２の受信機ＲＸ２２に到達する推定された時点で、イネーブル信号ＥＮＭを立ち上がりエッジに立ち上げる。

受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’が第２の受信機ＲＸ２２に到達する時点は、オンラインで推定することができるので、メイン信号処理回路３４をイネーブルにする期間は、第１の時間差Δｔ_ｄｎおよび第２の時間差Δｔ_ｄｎ＿Ｔをさらに考慮することなく、基準メイン信号Ｓｍａｉｎ’の期間ｔ_ＲＸとして固定することができる。すなわち、メイン信号処理回路３４をイネーブルにする期間は、受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’の期間ｔ_ＲＸと同じである。それゆえ、メイン信号処理回路３４をイネーブルにする期間は、図１に示す第２の受信機ＲＸ２がイネーブルにされる合計期間（期間ｔ_ＲＸ、第１の時間差Δｔ_ｄｎおよび第２の時間差Δｔ_ｄｎ＿Ｔの合計）よりも短い。

第２の受信機ＲＸ２２は、図１に示す第２の受信機ＲＸ２と比べて、さらに、フロント信号検出回路３２を含む。しかしながら、メイン信号処理回路３４をイネーブルにする期間は短いので、そのような短い期間による電力消費の減少は、フロント信号検出回路３２からの電力消費よりも大きい。さらに、フロント信号検出回路３２は、流速を決定するために使用されないので、フロント信号検出回路３２の回路構造は、相対的にシンプルであり、それゆえ、フロント信号検出回路３２により消費する電力消費は、無視することができる。それゆえ、図３に示す流速検出回路３０の電力消費は、図１に示す流速検出回路１０の電力消費よりも低い。

波形４０４に戻ると、スタンバイ時間Ｔｓ／ｂの設計は、上述した最短送信時間と上述した最長信号送信時間も考慮することに留意する必要がある。一般に、流体の物理パラメータが第１の値であるとき、第１のトランスデューサ１５１から第２のトランスデューサ１５２へ流体が流れるには、第１のフロー時間を必要とする。流体の物理パラメータが第２の値であるとき、第１のトランスデューサ１５１から第２のトランスデューサ１５２へ流体が流れるには、第２のフロー時間が必要である。第１のフロー時間は、上述した最短信号送信時間であり、第２のフロー時間は、上述した最長信号送信時間である。いくつかの実施形態において、物理パラメータは、流体の流速Ｖまたは流体の温度を含む。いくつかの実施形態において、物理パラメータは、流体の温度または流体の速度Ｖ組み合わせを含む。

さらに、検出器３００により検出されるパルスがパルス信号のパルスの第１のパルスであることを確実にするために、スタンバイ時間Ｔｓ／ｂは、流体が第１のトランスデューサ１５１から第２のトランスデューサ１５２へ流れるのに必要な最短時間（すなわち、上述した最短送信時間）より短くなるように設計される。言い換えれば、検出器３００は、常にイネーブル状態に維持されない。それゆえ、この開示の図３に示す流速検出回路３０の電力消費は、効率的である。しかしながら、この開示はこれに限定されない。他の実施形態において、検出器３００は、常にイネーブルに維持することができる。上述したように、フロント信号検出回路３２の電力消費は、無視することができ、これは、検出器３００のフロント信号検出回路３２は、流速を決定する代わりに信号を検出するためだけに使用されるからである。それゆえ、検出器３００の回路構造は、相対的にシンプルであり、より低い電力消費を有する。たとえ、検出器３００が常にイネーブルに維持されても、図３に示す流速検回路３０の電力消費は、依然として、図１に示す流速検出回路の電力消費よりも低い。さらに、電力消費をさらに減少させるために、制御ユニット３０２がメイン信号処理回路３４をイネーブルにするとき、制御ユニット３０２は、フロント信号検出回路３２をディスエーブルにする。いくつかの実施形態において、検出器３００が受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’のパルスの第１のパルスを検出し、制御ユニット３０２を制御してメイン信号処理回路３４をイネーブルにした後で、制御ユニットは、検出器３００をディスエーブルにすることができる。あるいは、いくつかの実施形態において、受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’のすべてのパルスを検出することが意図される。それゆえ、制御ユニットはさらに、検出器３００をイネーブルにするための期間の終点をさらに決定する。特に、制御ユニット３０２は、流体が第１のトランスデューサ１５１から第２のトランスデューサ１５２に流れるのに必要な最長時間（すなわち、上述した最長送信時間）に基づいて検出器３００をイネーブルにする期間の終点を決定する。

図５は、他の実施形態に従う時間領域における流速検出回路の電圧波形を図示する概略図である。図５を参照すると、図５の電圧波形図は、図４の電圧波形図と類似しているが、図５の電圧波形図は、波形５００を含む。波形５００を参照すると、第１の送信機ＴＸ１１はシーケンシャルにフロント信号Ｓ_ｐｒｅと反転フロント信号Ｓｂｐｒｅを送信し、次に、減衰時間の後、メイン信号Ｓｍａｉｎを送信する。フロント信号Ｓ_ｐｒｅと反転フロント信号は、反対の位相を有する。追加の反転フロント信号Ｓｂｐｒｅは、フロント信号Ｓ_ｐｒｅの追加の振動部分を消去するのに役立つ。フロント信号Ｓ_ｐｒｅの追加の振動部分を消去することは、メイン信号Ｓｍａｉｎに与える影響を低減するのに役立つ。すなわち、プリアンブル信号として機能する受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’の値がゼロになるのに必要な時間を低減することができる。このようにして、減衰時間の期間は、さらに低減されるので、第１の送信機ＴＸ１１の動作時間は低減される。この結果、流速検出回路３０の電力消費を、さらに低減することができる。

逆に、いくつかの実施形態において、第１の送信機ＴＸ１１がフロント信号Ｓ_ｐｒｅを送信した後に、メイン信号Ｓｍａｉｎを迅速に送信する。第１のトランスデューサ１５１（または第２のトランスデューサ１５２）の品質ファクタが非常に高ければ、プリアンブル信号として機能する受信フロント信号Ｓ_ｐｒｅ’が、受信メイン信号Ｓｍａｉｎ’が影響を受けない程度まで、減衰するのにもっと時間がかかる。そのようなネガティブな状況を回避するあめに、期間Ｔ_ｇａｐを増大させ、それにより追加の電力消費を生じさせる。いくつかの実施形態において、チップは、流速検出回路３０を含み、例えば、チップは、異なるプロセスを用いてインプリメントされた半導体チップであり得る。

Claims (15)

1. 流速検出回路外部の第１のトランスデューサと第２のトランスデューサに結合され、前記第１のトランスデューサと前記第２のトランスデューサとの間の距離は、ゼロより大きく、流速を有する流体が、前記第１のトランスデューサと前記第２のトランスデューサをシーケンシャルに流れる、流速検出回路において、前記流速検出回路は、
   前記第１のトランスデューサと結合され、フロント信号とメイン信号を前記第１のトランスデューサに供給するように構成され、前記第１のトランスデューサは、前記フロント信号と前記メイン信号を前記第２のトランスデューサへの変換された信号に変換し、前記第２のトランスデューサは、前記変換された信号を、受信機への受信フロント信号と受信メイン信号に変換する、送信機と、
   前記第２のトランスデューサに結合された受信機と、を備え、前記受信機は、
   前記受信フロント信号を受信した後で、メイン信号処理回路をイネーブルにするように構成されたフロント信号検出回路と、
   イネーブルにされた後に、前記受信メイン信号に基づいて、前記流速を決定するように構成されたメイン信号処理回路と、
   を備えた、流速検出回路。
2. 前記送信機は、第１の時点で、前記フロント信号を共有し、前記フロント信号検出回路は、
   前記第２のトランスデューサと結合された検出器であって、前記検出器は、第２の時点で前記受信フロント信号を検出する検出器と、
   前記検出器と前記メイン信号処理回路に結合され、前記第１の時点と前記第２の時点に基づいて時間調整を決定し、前記時間調整の値に基づいて前記メイン信号処理回路をイネーブルにするように構成された制御ユニットと、を備える、請求項１に記載の流速検出回路。
3. 前記制御ユニットは、前記時間調整の値に基づいて前記メイン信号処理回路をイネーブルにする開始時点を調整する請求項２に記載の流速検出回路。
4. 前記制御ユニットはさらに、前記第１の時点と前記第２の時点との間の推定された時間差をさらに推定し、前記推定された時間差と基準時間差に従って前記時間調整の値を決定する、請求項３に記載の流速検出回路。
5. 前記フロント信号はパルス信号であり、前記パルス信号は、少なくとも１つのパルスを含み、前記検出器は、パルス検出器であり、前記パルス検出器が前記パルス信号の第１のパルスを検出する時点は、前記第２の時点である、請求項２に記載の流速検出回路。
6. 前記検出器は、前記第１の時点からスタンバイ時間が経過するまで、イネーブルにならない、請求項２に記載の流速検出回路。
7. 前記流速の物理パラメータは、第１の値であり、前記流体が、前記第１のトランスデューサから前記第２のトランスデューサに流れるのに第１のフロー時間を要し、前記流体の前記物理パラメータが第２の値であるとき、前記流体が、前記第１のトランスデューサから前記第２のトランスデューサに流れるのに第２のフロー時間を要し、前記第２の値は、前記第１の値と異なり、前記第１のフロー時間は、前記第２のフロー時間より短く、前記スタンバイ時間は、前記第１のフロー時間より短い、請求項６に記載の流速検出回路。
8. 前記制御ユニットは、前記第２のフロー時間に基づいて前記検出器をイネーブルにする終了時点を決定する、請求項７に記載の流速検出回路。
9. 前記制御ユニットが前記メイン信号処理回路をイネーブルにすると、前記制御ユニットは、前記検出器をディスエーブルにする、請求項２に記載の流速検出回路。
10. 前記送信機が前記フロント信号を送信した後に、前記メイン信号は、少なくともある長さの時間の減衰時間が経過したとき送信される、請求項１に記載の流速検出回路。
11. 前記送信機は、前記フロント信号と反転フロント信号をシーケンシャルに送信し、次に、前記減衰時間が経過した後に、前記メイン信号を送信する、請求項１０に記載の流速検出回路。
12. 前記フロント信号と前記反転フロント信号は、反対の位相を有する、請求項１１に記載の流速検出回路。
13. 前記検出器が動作すると、前記検出器は、第１の電力消費を有し、前記メイン信号処理回路が動作すると、前記メイン信号処理回路は、第２の電力消費を有する時、前記第２の電力消費は、前記第１の電力消費より大きい、請求項２に記載の流速検出回路。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の流速検出回路を備えた、チップ。
15. 請求項１４のチップと、
    前記第１のトランスデューサと、
    前記第２のトランスデューサと、
    を備えた、流量計。

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