JPH11326561A - 時間測定方法及び超音波流速測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波の伝播時間等の測定時間を精度良く求
めることができる時間測定方法の提供と、その時間測定
方法を用いて流体の流速を精度良く測定する超音波流速
測定方法の提供を目的とする。 【解決手段】 超音波受信時と同期して三角波Ｐを出力
し、その直後のクロック波Ｗａが一定時間内に到来する
と、再度、前記送波器から超音波を発生送信し、その送
信と同期してクロック波Ｗを別途出力すると共に、該ク
ロック波Ｗを半周期ずらして反転させる。そして、前記
超音波受信時と同期して三角波Ｐを出力し、その直後の
反転クロック波Ｗａ´の立上がりにおいて、前記三角波
Ｐの電位差Ｖを測定する。次に、前記三角波Ｐの斜辺部
を表す比例直線式に代入した値にクロック波Ｗの半周期
に相当する時間を加算ないし減算することにより、反転
前の最終クロック波Ｗｆの立上がりから超音波受信まで
の端数時間ｔを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、測定時間を精度
良く求める時間測定方法と、その時間測定方法を用いた
超音波流速測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスその他の流体の流量を求めるに際
し、まず流体の流速を連続的ないし定期的に測定し、こ
れに基いて流量を演算することが行われている。このよ
うな流体の流速測定方法の一つとして、超音波を利用し
た方法が知られている。

【０００３】かかる超音波流速測定方法の原理を、図２
及び図７にて説明すると次のとおりである。

【０００４】図７において、（１）は内部を矢印方向に
ガス等の流体が流れる管路である。この管路（１）内に
は、流れ方向の上流側及び下流側に、所定距離を隔てて
送受波器（２）（３）が配置されている。前記の各送受
波器（２）（３）は送波器と受波器を兼ねるもので、振
動子からなる超音波発信兼受信素子（図示略）を備えて
おり、この超音波発信兼受信素子がパルス発生回路
（４）からの駆動パルスにより駆動されて振動し、超音
波を発生送信する一方、送信されてきた超音波を受信し
て超音波発信兼受信素子が振動したときの受信波が受信
回路（５）から電気信号として出力されるものとなされ
ている。

【０００５】そして、図２（ａ）（ｃ）に示すように、
超音波の発信と同期して別途クロック回路からクロック
波（Ｗ）を出力し、超音波の発信時（Ａ）から受信時
（Ｃ）までに出力されたクロック波（Ｗ）の波数をカウ
ントすることによって、超音波の発信時（Ａ）から受信
前の最終クロック波（Ｗｆ）の立ち上がり時（Ｂ）まで
の時間Ｔを求める。図２（ａ）（ｃ）では、周期Ｔ0 の
クロック波（Ｌ）が３波出力されているので、前記時間
Ｔは３Ｔ0 と求められる。

【０００６】また、前記超音波受信前の最終クロック波
（Ｗｆ）の立上がり時（Ａ）から該超音波受信時（Ｃ）
までの端数時間ｔを求めるために、本願に先だって出願
された特願平８−３３３４０７号に示される三角波
（Ｐ）を利用した方法を用いる。即ち、図２（ｄ）に示
すように、超音波受信時（Ｃ）と同期して三角波（Ｐ）
を別途出力し、該三角波（Ｐ）の出力直後のクロック波
（Ｗａ）の立上がり時（Ｄ）における電位差Ｖと、三角
波（Ｐ）の比例直線部における電位差および時間の比例
関係とから、前記超音波受信前の最終クロック波（Ｗ
ｆ）の立上がり時（Ｂ）から該超音波受信時（Ｃ）まで
の端数時間ｔを求める。

【０００７】このようにして求められた上流側送受波器
（２）から流れに対して順方向に送信された超音波が下
流側送受波器（３）で受波されるまでの伝搬時間と、下
流側送受波器（３）から流れに対して逆方向に送信され
た超音波が上流側送受波器（２）で受波されるまでの伝
搬時間との差は、流速に関係することから、この伝搬時
間差を求めることにより流体の流速を測定するものとな
されている。なお、図７において、（６）は各送受波器
（２）（３）とパルス発生回路（４）及び受信回路
（５）の接続を切替える切替回路であり、まずパルス発
生回路（４）と上流側の送受波器（２）、下流側の送受
波器（３）と受信回路（５）を接続して、上流側から下
流側への伝搬時間をクロック波を利用して求めたのち、
該切替回路（６）の作動によりパルス発生回路（４）と
下流側の送受波器（３）、上流側の送受波器（２）と受
信回路（５）とが接続されるように切替えて、下流側か
ら上流側への伝搬時間を同じくクロック波を利用して求
めるものとなされている。

【０００８】ところが、前記三角波（Ｐ）は一般にその
立上がり時から一定時間ノイズが発生し、その時間にお
ける三角波（Ｐ）の斜辺部は比例直線とならず細かいの
こぎり波状となる。そのため、電位差測定タイミングに
用いるクロック波（Ｗ）が前記ノイズ発生時間内に立上
がると、測定される電位差に誤差が生じ、端数時間さら
には伝播時間を精度よく求めることができないという難
点がある。

【０００９】そこで、本願に先だって出願された特願平
１０−１７３０３号には、電位差測定タイミングに用い
るクロック波（Ｗ）が前記ノイズ発生時間経過後に立上
がった場合には、その電位差測定タイミングをずらす方
法が提案されている。即ち、図８（ａ）に示すように、
電位差測定タイミングに用いるクロック波（Ｗａ）が三
角波（Ｐ）の立上がり時から一定時間（図８（ａ）の斜
線部）経過後に立上がった場合は、上述と同様に前記電
位差測定用タイミングにおける三角波（Ｐ）の電位差Ｖ
を該三角波（Ｐ）の斜辺部を表す比例直線式に代入する
ことにより、前記超音波受信前の最終クロック波（Ｗ
ｆ）の立上がり時Ｂから超音波受信時Ｃまでの端数時間
ｔを求める。一方、電位差測定タイミングに用いるクロ
ック波（Ｗａ）が前記ノイズ発生時間（図８（ｂ）の斜
線部）内に立上がった場合には、次のクロック波（Ｗ
ｂ）の立上がり時Ｅ´における三角波（Ｐ）の電位差Ｖ
を該三角波（Ｐ）の斜辺部を表す比例直線式に代入して
求めた値と，クロック波（Ｗ）の周期Ｔ0 とを加算する
ことにより前記端数時間ｔを求める方法が提案されてい
る。

【００１０】この方法によれば、クロック波（Ｗ）の電
位差測定タイミングがノイズ発生時間に到来した場合で
あっても、一定条件の下では前記端数時間ｔを精度よく
求めることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、三角波
出力後すぐにクロック波（Ｗａ）が立上がると、次のク
ロック波（Ｗｂ）は図８のＸ軸近辺の負領域に立上がる
ことになるので、そのクロック波（Ｗｂ）は少しのゆれ
でＸ軸近辺の正領域に立上がってしまうことがある。そ
のために、実際の端数時間ｔはクロック波（Ｗｂ）の立
上がり時Ｅ´の電位差Ｖを三角波（Ｐ）の比例直線式に
代入した値Ｙにクロック波（Ｗ）の一周期時間Ｔ0 を加
算された値となるはずが、クロック波（Ｗｂ）がＸ軸の
正の領域に立上がってしまうので、測定される端数時間
ｔはクロック波（Ｗｂ）の立上がり時Ｅ´の電位差Ｖを
三角波の比例直線式に代入した値Ｙそのものとなり、端
数時間ｔにクロック波（Ｗ）の一周期Ｔ0 時間分の誤差
が生じてしまう。

【００１２】また、Ｘ軸近辺の正領域にクロック波（Ｗ
ａ）が立上がる場合、上述と同様にクロック波（Ｗａ）
は少しのゆれでＸ軸近辺の負領域に立上がってしまうこ
とがある。そのために、実際の端数時間ｔは、クロック
波（Ｗａ）の立上がり時Ｅの電位差Ｖを三角波（Ｐ）の
比例直線式に代入した値Ｙそのもであるはずが、クロッ
ク波（Ｗａ）がＸ軸の負領域に立上がってしまうので、
測定される端数時間ｔは、クロック波（Ｗａ）の立上が
り時Ｅの電位差Ｖを三角波（Ｐ）の比例直線式に代入し
た値にクロック波の一周期を加算された値（Ｔ0 ＋Ｙ）
となり、この場合も端数時間ｔにクロック波の一周期Ｔ
0 時間分の誤差が生じてしまう。

【００１３】従って、電位差測定用タイミングであるク
ロック波（Ｗａ）ないし（Ｗｂ）がＸ軸近辺で立上がっ
た場合、実際の端数時間と測定によって求められた端数
時間との間にクロック波の一周期分の誤差が生じ、それ
に伴って伝播時間もクロック波の一周期分という大きな
時間誤差が生じるという欠点があった。そして、このよ
うな欠点は、超音波の伝播時間だけでなく、そのほかの
測定時間を求めるときにも共通して生じるものであっ
た。

【００１４】この発明はこのような技術的背景に鑑みて
なされたものであって、超音波の伝播時間等の測定時間
を精度良く求めることができる時間測定方法の提供と、
その時間測定方法を用いて流体の流速を精度良く測定す
る超音波流速測定方法の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明にかかる超音波流速測定方法は、測定時間
τの開始時刻Ａと同期してクロック波（Ｗ）を出力し、
測定時間τの終了時刻Ｃまでに出力されたクロック波
（Ｗ）の波数をカウントすることによって測定時間τを
求める時間測定方法において、測定時間τの終了時刻Ｃ
と同期して三角波（Ｐ）を出力し、その直後のクロック
波（Ｗａ）の立上りまたは立下がりにより決定される電
位差測定用タイミングＥが所定時間（ＣＤ）（ＦＨ）内
に到来した場合、再度、測定時間τの開始時刻Ａと同期
してクロック波（Ｗ）を出力し、該クロック波（Ｗ）を
半周期ずらして反転させ、測定時間τの終了時刻Ｃと同
期して三角波（Ｐ）を出力し、その直後のクロック波
（Ｗａ’）の立上りまたは立下がりにより決定される電
位差測定用タイミングＥ’において、前記三角波（Ｐ）
の電位差Ｖを測定し、該電位差Ｖを前記三角波（Ｐ）の
斜辺部を表す比例直線式に代入した値Ｙにクロック波
（Ｗ）の半周期に相当する時間Ｔ0／２を加算ないし減
算することにより、測定時間τの終了時刻Ｃ前の最終ク
ロック波（Ｗｆ）の立上り時または立下がり時Ｂから前
記終了時刻Ｃまでの端数時間ｔを求め、出力されたクロ
ック（Ｗ）の波数をカウントすることにより求めた、測
定時間τの開始時刻Ａから最終クロック波（Ｗｆ）の立
上り時または立下がり時Ｂまでの時間Ｔと、前記端数時
間ｔとを加算することによって測定時間τを求めること
を特徴とするものである。

【００１６】この方法によれば、クロック波（Ｗ）の立
上がりまたは立下がりによって決定される電位差測定タ
イミングが、測定誤差が生じやすい所定時間内に到来し
た場合には、さらにクロック波（Ｗ）を半周期ずらし反
転させて三角波（Ｐ）の電位差を測定するので、常に三
角波（Ｐ）の安定した中間部を利用して前記端数時間ｔ
を求めることができ、測定時間τを精度よく求めること
が可能となる。

【００１７】また、計測流体の上流側と下流側にそれぞ
れ送波器及び受波器を配置し、前記各送波器の超音波発
信素子に駆動パルスを印加して相互に超音波を発生送信
する時刻を前記開始時刻Ａとし、かつ送信された超音波
を相互に受信する時刻を前記終了時刻Ｃとすることによ
って、超音波の送信時刻から受信時刻までの伝播時間を
測定時間τとして求め、各伝播時間の差に基づいて流体
の流速を測定する場合、超音波の伝播時間を精度良く求
めることができるので、各伝播時間の差に基づいて流体
の流速を精度良く測定することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１はこの発明を実施するための
超音波流速測定装置を示すものである。図１において、
（１）は管路、（２）（３）は流れ方向の上流側及び下
流側に所定距離を隔てて配置された送受波器、（４）は
駆動パルスを発生するパルス発生回路、（５）は送受波
器（２）（３）で超音波を受信したときに受信信号を出
力する受信回路、（６）は各送受波器（２）（３）とパ
ルス発生回路（４）及び受信回路（５）の接続を切替え
る切替回路であり、これらは図７に示したものと同じで
ある。

【００１９】この実施形態では、送信側において、クロ
ック回路（７）が設けられており、このクロック回路
（７）は、図２（ｂ）に示すように、送受波器（２）
（３）から超音波が送信される時刻（Ａ）と同期して、
周期Ｔ0 のクロック波（Ｗ）を出力するものである。

【００２０】そして、クロック回路（７）の一方の出力
側にはカウンタ（９）が設けられている。このカウンタ
（９）は、クロック回路（７）からクロック波（Ｗ）が
出力され始めた時刻（Ａ）から、前記超音波を送受波器
（２）（３）で受信して受信回路（５）から受信信号が
出力される時刻（Ｃ）までの時間内、即ち超音波の伝搬
時間（τ）内において、クロック回路（７）から出力さ
れたクロック波（Ｗ）の波数をカウントするものであ
る。

【００２１】そして、このカウンタ（９）でカウントさ
れたクロック波（Ｗ）の波数は、カウンタ（９）の出力
側に設けられているマイコン（Ｉ）の演算回路（１０）
に送信される。この演算回路（１０）は、そのクロック
波（Ｗ）の波数に基づいて、クロック回路（７）からク
ロック波が出力され始めた時刻（Ａ）から前記受信信号
出力直前の最終クロック波（Ｗｆ）が出力される時刻
（Ｂ）までの時間Ｔを計算し、加算回路（１４）に出力
するもので、具体的には以下の演算を実行する。

【００２２】 （時間Ｔ）＝（クロック波（Ｗ）の周期Ｔ0 ） ×（カウントされたクロック波（Ｗ）の波数）・・・［１］ 一方、受信側において、受信回路（５）の出力側には三
角波発生回路（８）が設けられている。この三角波発生
回路（８）は、図２（ｄ）に示すように、受信回路
（５）から受信信号を受信するのに同期して、立上がり
が急峻で立ち下がりが穏やかな三角波（Ｐ）を出力する
もので、この三角波（Ｐ）は立上がってから基準電圧値
Ｅ0 に達する間での時間（ＣＧ）はクロック波（Ｗ）の
周期と同様にＴ0 に設定されている。この三角波発生回
路（８）の出力値は回路内のコンデンサの電位差を示す
ものであり、コンデンサの充電時ないし放電時はコンデ
ンサの電位差と時間とが比例関係をなすことから、三角
波の立下がり部は比例直線の一部となされているが、立
ち下がり始めてから一定時間はノイズが発生して細かい
のこぎり状となっている。

【００２３】また、三角波発生回路（８）の出力側には
ホールド回路（１１）が設けられている。このホールド
回路（１１）は、三角波発生回路（８）の出力信号とク
ロック回路（７）の立上がり信号が入力されたＡＮＤ回
路（１５）からホールド信号を受信すると、三角波
（Ｐ）の電位差Ｖを保持するものである。そして、この
ホールド回路（１１）によって保持された電位差Ｖは、
図示略のＡ／Ｄ変換回路によってデジタル変換された
後、マイコン（Ｉ）の演算回路（１２）に送信される。

【００２４】この演算回路（１２）は、ホールド回路
（１１）から送信された電位差Ｖを以下の比例直線式
［２］のＸ値に代入することによりＹ値を計算し、該Ｙ
値を比較回路（１３）に送信するものである。

【００２５】 Ｙ＝ａＸ−ｂ（ａ＝９／８、ｂ＝５１１）・・・［２］ Ｘ：代入する電位差Ｖ この比例直線式［２］は、便宜上、図６に示すように電
圧軸に平行かつ点Ｇを通る軸をＸ軸とし、時間軸をＹ軸
とした場合の式であり、この補正式の係数ａ，ｂは三角
波（Ｐ）の形状を決定するものである。この実施形態で
は係数ａ，ｂの値式比例直線式［２］のかっこ内に数値
に設定してあるが、これら値に限定されるものでなく、
この三角波（Ｐ）と異なる形状を有する三角波を用いて
端数時間を求めたい場合にはそれにあわせて係数ａ、ｂ
の値を設定するとよい。特に比例直線式［２］によるＹ
値の計算はマイコンによって行われるので、係数ａの値
はａ＝３／２、５／４、９／８、１７／１６等とシフト
処理しやすい値にするのが好ましい。

【００２６】比較回路（１３）は、前記Ｙ値がＵ2 ＜Ｙ
＜（Ｔ0 −Ｕ1 ）を満たす場合、すなわちクロック波
（Ｗａ）が安全時間ＤＦ間に立上がる場合には、そのＹ
値を端数時間ｔとして、そのまま出力側に設けられた加
算回路（１４）に送信するものである。また、前記Ｙ値
が、Ｙ≧（Ｔ0 −Ｕ1 ）またはＹ≦Ｕ2 を満たす場合、
すなわちクロック波（Ｗａ）が禁止時間ＣＤ間または禁
止時間ＦＨ間に立上がる場合には、図１に示すように回
路切替スイッチ（２０）（２１）を実線から破線方向に
切り換えて、再び超音波を発信・受信して、クロック反
転回路（１６）及び演算回路（１７）等によって新たに
Ｙ値を算出する。

【００２７】このクロック反転回路（１８）は、クロッ
ク回路（７）から出力されるクロック波（Ｗ）を半周期
ずらして反転させるもので、反転回路（１８）からは図
２（ｃ）に示すようなクロック波（Ｗ´）が出力され
る。そのため、図４または図５に示すように、三角波
（Ｐ）出力直後のクロック波（Ｗａ´）の立上がり時刻
Ｅ´は、反転する前の前記クロック波（Ｗａ）の立下が
り時刻に等しくなり、クロック波（Ｗａ´）は必ず安全
時間ＤＦ間に立上がることになる。そして、ホールド回
路（１１）は、上述と同様にクロック波（Ｗａ´）の立
上がり時刻Ｅ´における三角波の電位差Ｖを保持して、
図示略のＡ／Ｄ変換回路（１２）によってデジタル変換
を行った後、その電位差Ｖを切り換えられた演算回路
（１７）に送信する。

【００２８】この演算回路（１７）は、新たに送信され
てきた電位差Ｖに基づいて上式［２］によって新たにＹ
値を算出すると共に、そのＹ値を下式［３］又は［４］
に代入してＹ´値を算出するものである。

【００２９】＜元のクロック波（Ｗａ）が禁止時間ＣＤ
間に立上がった場合（図４）＞ Ｙ´＝Ｙ＋Ｔ0 ／２・・・［３］ ＜元のクロック波（Ｗａ）が禁止時間ＦＨ間に立上がっ
た場合（図５）＞ Ｙ´＝Ｙ−Ｔ0 ／２・・・［４］ このように、元のクロック波（Ｗａ）が禁止時間ＣＤ間
に立上がった場合のおいて、新たに算出したＹ値にクロ
ック波の半周期Ｔ0 ／２を加算するのは、図４に示すよ
うにクロック波（Ｗ）が反転したために、クロック波
（Ｗａ´）の立上がり時刻Ｅ´は元のクロック波（Ｗ
ａ）の立上がり時刻Ｅよりクロック波の半周期Ｔ0 ／２
だけ遅れており、新たに算出したＹ値は元のＹ値より半
周期Ｔ0 ／２分だけ小さい値となるからである。また、
元のクロック波（Ｗａ）が禁止時間ＦＨ間に立上がった
場合のおいて、新たに算出したＹ値にクロック波の半周
期Ｔ0 ／２を減算するのは、図５に示すようにクロック
（Ｗ）が反転したために、クロック波（Ｗａ´）の立上
がり時刻Ｅ´は元のクロック波（Ｗａ）の立上がりより
時刻Ｅよりクロック波の半周期Ｔ0 ／２だけ早く、新た
に算出したＹ値は元のＹ値より半周期Ｔ0 ／２分だけ大
きい値となるからである。こうして上式［３］または
［４］によって求められたＹ´値は、元のクロック波
（Ｗ）の最終クロック波（Ｗｆ）の立上がりから超音波
受信までの端数時間ｔを表すことになる。

【００３０】そして、演算回路（１０）、比較回路（１
３）及び演算回路（１７）の出力側には加算回路（１
４）が設けられている。この加算回路（１４）は、演算
回路（１０）によって求められた超音波の発信時刻Ａか
ら最終クロック波（Ｗｆ）の立上がり時刻Ｂまでの時間
Ｔと、前記演算回路（１２）または演算回路（１７）に
よって求められた端数時間ｔたるＹ値またはＹ´値とを
加算することにより、超音波の伝播時間τを求めるもの
である。

【００３１】次に、図１に示した装置を用いた超音波測
定方法を説明すると、まず、回路切替スイッチ（２０）
（２１）を図１の実線位置に設定しておいて、パルス発
生回路（４）から駆動パルスを駆動し上流側の送受波器
（２）から超音波を送信すると共に、それと同期してク
ロック回路（７）からクロック波（Ｗ）を出力する。

【００３２】その後、その送信された超音波が下流側の
送受波器（３）で受信されると、受信回路（５）からは
受信信号が出力される。このとき、クロック回路（７）
からは図２（ｂ）に示すようなクロック波（Ｗ）が出力
されているから、カウンタ（９）によって、クロック波
（Ｗ）が出力され始めた時刻（Ａ）から受信信号が出力
される時刻（Ｂ）までのクロック波（Ｗ）の波数をカウ
ントする。

【００３３】そして、演算回路（１０）によって、この
クロック波（Ｗ）の波数に基づいて、クロック波（Ｗ）
が出力され始めた時刻（Ａ）から最終クロック波（Ｗ
ｆ）が出力される時刻（Ｂ）までの時間Ｔを計算する。
この実施形態では、クロック波（Ｗ）が出力され始めた
時刻（Ａ）から受信信号が出力される時刻（Ｃ）まで
に、クロック回路（７）から出力されたクロック波
（Ｗ）の波数は３個であるから、その波数が演算回路
（１０）に入力されると演算回路（１０）では式［１］
の演算が実行され、前記時間Ｔは３Ｔ0 と出力される。
なお、最終クロック波（Ｗｆ）はその途中において超音
波が受信されているので、クロック波（Ｗ）の個数とし
て数えられない。

【００３４】一方、送受波器（３）が超音波を受信し、
受信回路（５）から受信信号が出力される時刻（Ｃ）と
同期して、三角波発生回路（８）から図２（ｄ）に示す
ような三角波（Ｐ）を出力する。この三角波（Ｐ）はそ
の立上がり時（Ｃ）から一定時間はノイズが発生し比例
直線部が細かいのこぎり状となっている。

【００３５】その後、クロック波（Ｗａ）が立上がる
と、ホールド回路（１１）はＡＮＤ回路（１５）からホ
ールド信号を受信するので、そのクロック波（Ｗａ）の
立上がり時刻Ｅにおいて三角波（Ｐ）の電位差Ｖを保持
し、図示略のＡ／Ｄ変換回路によってデジタル変換した
後、その電位差Ｖを演算回路（１２）に送信する。

【００３６】この演算回路（１２）では、前記電位差Ｖ
を上式［２］のＸ値に代入することによりＹ値を算出
し、そのＹ値を比較回路（１３）に送信する。

【００３７】そして、このＹ値が送信された比較回路
（１７）は、図３に示すように前記Ｙ値がＵ2 ＜Ｙ＜
（Ｔ0 −Ｕ1 ）を満たす場合、すなわちクロック波（Ｗ
ａ）が安全時間ＤＦ間に立上がった場合には、そのＹ値
を端数時間ｔとして出力側に設けられた加算回路（１
４）にそのまま送信する。また、前記Ｙ値が、図４
（ａ）または図５（ａ）に示すように、Ｙ≧（Ｔ0 −Ｕ
1 ）またはＹ≦Ｕ2 を満たす場合、すなわちクロック波
（Ｗａ）が禁止時間時間ＣＤ間またはＦＨ間に立上がっ
た場合には、前記Ｙ値を出力側に設けられた加算回路
（１４）に送信せずに、図１の回路切替スイッチ（２
０）（２１）を実線から破線位置に切り換えて、再び超
音波を発信・受信して新たにＹ値を算出する。

【００３８】即ち、図１に示すように回路切替スイッチ
（２０）（２１）を実線から破線位置に切り換えておい
て、再び超音波を発信すると共に、その発信と同期して
クロック回路（７）からクロック波（Ｗ）を出力する。
このクロック波（Ｗ）はクロック反転回路（１８）に入
力され半周期ずれて反転し、クロック反転回路（１８）
からは図２（ｃ）に示すようなクロック波（Ｗ´）が出
力される。

【００３９】そして、図２（ｄ）に示すように、前記超
音波が送受波器（３）に受信されるのと同期して三角波
発生回路（８）から三角波（Ｐ）を出力する。

【００４０】その後、反転したクロック波（Ｗ´）の三
角波出力直後のクロック波（Ｗａ´）は、図４（ｂ）ま
たは図５（ｂ）に示すように、元のクロック波（Ｗａ）
より半周期Ｔ0 ／２ずれて立上がる。従って、ホールド
回路（１１）によって、そのクロック波（Ｗａ´）の立
上がり時刻Ｅ´における電位差Ｖを保持し、図示略のＡ
／Ｄ変換回路によってデジタル変換した後、切り替えた
演算回路（１７）に送信する。

【００４１】そして、演算回路（１７）では、図４
（ａ）に示すように元のクロック波（Ｗａ）が禁止時間
ＣＤ間に立上がっていた場合には、上式［２］［３］に
よって端数時間ｔたるＹ´値を算出し、加算回路（１
４）に送信する。また、図５（ａ）に示すように元のク
ロック波（Ｗａ）が禁止時間ＦＨ間に立上がっていた場
合には、上式［２］［４］によって端数時間ｔたるＹ´
値を算出し、上述と同様に加算回路（１４）に送信す
る。

【００４２】こうして加算回路（１４）には、演算回路
（１０）により求められた超音波の発信時刻Ａから最終
クロック波（Ｗｆ）の立上がり時刻Ｂまでの時間Ｔと、
演算回路（１４）または演算回路（１９）によって求め
られた端数時間ｔたるＹ値またはＹ´値とが入力される
ので、これら時間ＴとＹ値またはＹ´値と加算すること
により超音波の伝播時間τを求める。

【００４３】次に、切替回路（６）により、送受波器
（３）を送信側に、送受波器（２）を受信側に接続を切
替え、上述と同様にして受信信号の出力時に測定された
三角波の出力値Ｖ´に基づいて端数時間ｔ´を求めると
共に、逆方向の超音波の伝搬時間τ´を求める。する
と、２つの伝搬時間は流体流速に応じて変化する伝搬時
間差（τ´−τ）を生じているから、これに基づいて流
体流速を求め、さらに必要に応じて流量を求める。

【００４４】この方法によれば、電位差測定タイミング
であるクロック波（Ｗａ）が禁止時間ＣＤまたは禁止時
間ＧＨに立上がった場合には、さらにクロック波（Ｗ）
を半周期ずらし反転させて三角波（Ｐ）の電位差Ｖを測
定するので、常に三角波（Ｐ）の安定した中間部を利用
して前記端数時間ｔを求めることができ、超音波の伝播
時間τを精度よく求めることができる。

【００４５】なお、この実施形態では、禁止時間を三角
波の立上がり部及びすそ部に設定したが、いずれか一方
のみに設定してもよいし、その禁止時間の大きさも任意
に設定してよい。ただ、禁止時間を三角波の立上がり部
に設定した場合には、三角波のノイズ発生時間における
電位差測定を防止するために、ノイズ発生時間より長く
設定するのが好ましい。

【００４６】また、クロック波（Ｗａ）が禁止時間ＣＤ
等に立ち上がった場合に再度出力するクロック波（Ｗ）
を、全領域にわたって半周期ずらして反転させたが、三
角波（Ｐ）の電位差Ｖを測定するのに直接用いるクロッ
ク波のみを半周期ずらして反転させるものとしてもよ
い。

【００４７】また、この時間測定方法は、超音波の伝播
時間だけでなく、そのほかの測定時間を求める場合にも
適用することができる。

【００４８】

【発明の効果】この発明は、測定時間τの終了時刻Ｃと
同期して三角波（Ｐ）を出力し、その直後のクロック波
（Ｗａ）の立上りまたは立下がりにより決定される電位
差測定用タイミングＥが所定時間（ＣＤ）（ＦＨ）内に
到来した場合、再度、測定時間τの開始時刻Ａと同期し
てクロック波（Ｗ）を出力し、該クロック波（Ｗ）を半
周期ずらして反転させ、測定時間τの終了時刻Ｃと同期
して三角波（Ｐ）を出力し、その直後のクロック波（Ｗ
ａ’）の立上りまたは立下がりにより決定される電位差
測定用タイミングＥ’において、前記三角波（Ｐ）の電
位差Ｖを測定し、該電位差Ｖを前記三角波（Ｐ）の斜辺
部を表す比例直線式に代入した値Ｙにクロック波（Ｗ）
の半周期に相当する時間Ｔ0／２を加算ないし減算する
ことにより、測定時間τの終了時刻Ｃ前の最終クロック
波（Ｗｆ）の立上り時または立下がり時Ｂから前記終了
時刻Ｃまでの端数時間ｔを求め、出力されたクロック
（Ｗ）の波数をカウントすることにより求めた測定時間
τの開始時刻Ａから最終クロック波（Ｗｆ）の立上り時
または立下がり時Ｂまでの時間Ｔと、前記端数時間ｔと
を加算することによって測定時間τを求めること特徴と
するので、常に三角波の安定した中間部を利用して前記
端数時間を求めることができ、測定時間を精度よく求め
ることが可能となる。

【００４９】また、計測流体の上流側と下流側にそれぞ
れ送波器及び受波器を配置し、前記各送波器の超音波発
信素子に駆動パルスを印加して相互に超音波を発生送信
する時刻を前記開始時刻Ａとし、かつ送信された超音波
を相互に受信する時刻を前記終了時刻Ｃとすることによ
って、超音波の送信時刻から受信時刻までの伝播時間を
測定時間τとして求め、各伝播時間の差に基づいて流体
の流速を測定する場合、超音波の伝播時間を精度良く求
めることができるので、各伝播時間の差に基づいて流体
の流速を精度良く測定することができ、ひいては高精度
な流量測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するための超音波流速測定装置
を示すブロック図である。

【図２】図１の三角波発生回路から出力される三角波
と、クロック回路またはクロック反転回路から出力され
るクロック波の相対関係図である。

【図３】三角波出力直後のクロック波の立上がりが、三
角波の安全時間ＤＦに到来した状態を示す図である。

【図４】（ａ） 三角波出力直後のクロック波の立上が
りが、三角波の禁止時間ＣＤに到来した状態を示す図で
ある。 （ｂ） 前記クロック波を反転させて、三角波出力直後
のクロック波の立上がりを三角波の安全時間ＤＦに到来
させた状態を示す図である。

【図５】（ａ） 三角波出力直後のクロック波の立上が
りが、三角波の禁止時間ＦＨに到来した状態を示す図で
ある。 （ｂ） 前記クロック波を反転させて、三角波出力直後
のクロック波の立上がりを三角波の安全時間ＦＨに到来
させた状態を示す図である。

【図６】三角波を座標変換した図である。

【図７】従来の超音波流速測定方法を実施するための超
音波流速測定装置の一例を示すブロック図である。

【図８】従来の超音波流速測定方法を実施する際の電位
差測定用タイミングを示す図である。

【符号の説明】

１・・・管路 ２、３・・・送受波器 １５・・・ＡＮＤ回路 ２０、２１・・・回路切替スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 明夫 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 中村 英司 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 保田 哲也 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定時間τの開始時刻Ａと同期してクロ
   ック波（Ｗ）を出力し、測定時間τの終了時刻Ｃまでに
   出力されたクロック波（Ｗ）の波数をカウントすること
   によって測定時間τを求める時間測定方法において、 測定時間τの終了時刻Ｃと同期して三角波（Ｐ）を出力
   し、その直後のクロック波（Ｗａ）の立上りまたは立下
   がりにより決定される電位差測定用タイミングＥが所定
   時間（ＣＤ）（ＦＨ）内に到来した場合、 再度、測定時間τの開始時刻Ａと同期してクロック波
   （Ｗ）を出力し、該クロック波（Ｗ）を半周期ずらして
   反転させ、 測定時間τの終了時刻Ｃと同期して三角波（Ｐ）を出力
   し、その直後のクロック波（Ｗａ’）の立上りまたは立
   下がりにより決定される電位差測定用タイミングＥ’に
   おいて、前記三角波（Ｐ）の電位差Ｖを測定し、 該電位差Ｖを前記三角波（Ｐ）の斜辺部を表す比例直線
   式に代入した値Ｙにクロック波（Ｗ）の半周期に相当す
   る時間Ｔ0／２を加算ないし減算することにより、測定
   時間τの終了時刻Ｃ前の最終クロック波（Ｗｆ）の立上
   り時または立下がり時Ｂから前記終了時刻Ｃまでの端数
   時間ｔを求め、 出力されたクロック（Ｗ）の波数をカウントすることに
   より求めた、測定時間τの開始時刻Ａから最終クロック
   波（Ｗｆ）の立上り時または立下がり時Ｂまでの時間Ｔ
   と、前記端数時間ｔとを加算することによって測定時間
   τを求めることを特徴とする時間測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の時間測定方法を用いた
   超音波流速測定方法であって、 計測流体の上流側と下流側にそれぞれ送波器及び受波器
   を配置し、前記各送波器の超音波発信素子に駆動パルス
   を印加して相互に超音波を発生送信する時刻を前記開始
   時刻Ａとし、かつ送信された超音波を相互に受信する時
   刻を前記終了時刻Ｃとすることによって、超音波の送信
   時刻から受信時刻までの伝播時間を測定時間τとして求
   め、各伝播時間の差に基づいて流体の流速を測定する超
   音波流速測定方法。