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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6973423
(24)【登録日】2021年11月8日
(45)【発行日】2021年11月24日
(54)【発明の名称】流量測定装置
(51)【国際特許分類】
G01F 1/66 20060101AFI20211111BHJP
G01P 5/24 20060101ALI20211111BHJP
【ＦＩ】
G01F1/66 101
G01P5/24 B
G01F1/66 103
G01P5/24 A
【請求項の数】4
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2019-18701(P2019-18701)
(22)【出願日】2019年2月5日
(65)【公開番号】特開2020-125987(P2020-125987A)
(43)【公開日】2020年8月20日
【審査請求日】2020年12月14日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
(74)【代理人】
【識別番号】100091524
【弁理士】
【氏名又は名称】和田 充夫
(74)【代理人】
【識別番号】100172236
【弁理士】
【氏名又は名称】岩木 宣憲
(72)【発明者】
【氏名】石田 ゆい
(72)【発明者】
【氏名】吉武 直毅
(72)【発明者】
【氏名】鶴亀 宜崇
【審査官】
岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−１７９９４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２１６８７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／００００３３１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００５−３７２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−３０２４１６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｆ １／６６
Ｇ０１Ｐ ５／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
配管の長手方向で互いに異なる位置にそれぞれ設けられた少なくとも２個のトランスデューサであって、電気信号を超音波信号に変換し、もしくは、超音波信号を電気信号に変換する第１及び第２のトランスデューサを備え、前記第１及び第２のトランスデューサのうちの少なくとも一方から他方に、超音波信号を送信信号として送信して受信信号を受信し、前記受信信号と、所定の基準波信号との間の相関係数に基づいて所定の目的信号を分離した後、前記目的信号に基づいて前記配管の内部における流体の流量を測定する流量測定装置において、
前記超音波信号よりも広い帯域を有する超音波信号、もしくは異なる複数の周波数範囲をそれぞれ有する複数の超音波信号を送信信号として用いて送信する送信手段と、
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率と異なることを利用して、前記受信信号から前記流体を通過した目的信号を分離し、分離した目的信号に基づいて流量を測定する受信手段とを備えることを特徴とする流量測定装置。
前記超音波信号よりも広い帯域を有する超音波信号、もしくは異なる複数の周波数範囲をそれぞれ有する複数の超音波信号を送信信号として用いて送信する送信手段と、
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率と異なることを利用して、前記受信信号から前記流体を通過した目的信号を分離し、分離した目的信号に基づいて流量を測定する受信手段とを備えることを特徴とする流量測定装置。
【請求項2】
前記送信信号は、第１の帯域と、前記第１の帯域よりも高い第２の帯域とを有し、
前記基準波信号は、前記送信信号の第２の帯域が前記第１の帯域に比較して減衰するように設定されることを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
前記基準波信号は、前記送信信号の第２の帯域が前記第１の帯域に比較して減衰するように設定されることを特徴とする請求項１記載の流量測定装置。
【請求項3】
前記送信信号は、第１の帯域と、前記第１の帯域よりも高い第２の帯域とを有し、
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率に実質的に同一であって、前記受信手段が前記目的信号を分離できないときは、前記送信信号が、前記送信信号の第２の帯域よりも高い第３の帯域を有するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量測定装置。
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率に実質的に同一であって、前記受信手段が前記目的信号を分離できないときは、前記送信信号が、前記送信信号の第２の帯域よりも高い第３の帯域を有するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量測定装置。
【請求項4】
前記送信信号は、第１の帯域と、前記第１の帯域よりも高い第２の帯域とを有し、
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率よりも所定のしきい値以上大きい場合であって、前記受信手段が前記目的信号を分離できないときは、前記送信信号が、前記送信信号の第１の帯域よりも低い第４の帯域を有するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量測定装置。
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率よりも所定のしきい値以上大きい場合であって、前記受信手段が前記目的信号を分離できないときは、前記送信信号が、前記送信信号の第１の帯域よりも低い第４の帯域を有するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、所定の断面積を有する配管の内部における流体の流量を測定する流量測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献１は、以下の構成を有する測定精度を向上した超音波流量計を開示する。当該超音波流量計は、超音波信号を送信する送信器と、送信器を駆動する駆動回路と、送信器から送信され流体を伝搬した超音波信号を受信する受信器と、受信器の出力を受け超音波信号を検知する受信検知回路と、超音波信号の伝搬時間を測定するタイマと、タイマの出力より流量を演算によって求める演算部と、駆動回路の駆動周波数を変更する駆動周波数変更部とを備えている。これによって駆動周波数変更部は送信器の駆動周波数を時間的に変更し送信を行うので、残響や反射波が受信信号に与える影響が一定でなくなり分散平均化するため、測定誤差の偏りをなくすことができる。
【0003】
また、例えば特許文献２では、反射波の受信感度を高めて測定の精度向上を行うことができる超音波流量計を開示する。当該超音波流量計は、所定周波数の超音波パルスを超音波トランスデューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて、被測定流体の流量を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００９−０８５９７２号公報
【特許文献2】国際公開第２００５／０６４２８９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１の超音波流量計では、送信器の駆動周波数を時間的に変更し送信を行う。残響や反射波が受信信号に与える影響が一定でなくなり分散平均化するため、測定誤差の偏りをなくすことができるが、測定のたびに周波数を切り替えて、確率的に誤差を減らす手法であるため、多数の測定回数が必要で計測時間が増大するという問題点があった。
【0006】
また、特許文献２では、超音波振動子を、配管への入射角度が等しくなるように２個配管に設置し、それぞれの測定信号の差分によりノイズを除去する。２個の超音波センサが必要であり、２個の超音波センサを用いることで信号の伝播方法がそれぞれで異なり、ノイズ成分のみを除去するのが難しいという問題点があった。
【0007】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して簡単な測定方法でかつ測定時間を短縮できる流量測定装置を提供することにある。
【0008】
また、本発明の別の目的は、ノイズがあるときであっても、従来技術に比較して高い精度で流量を測定することができる流量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様に係る流量測定装置は、配管の長手方向で互いに異なる位置にそれぞれ設けられた少なくとも２個のトランスデューサであって、電気信号を超音波信号に変換し、もしくは、超音波信号を電気信号に変換する第１及び第２のトランスデューサを備え、前記第１及び第２のトランスデューサのうちの少なくとも一方から他方に、超音波信号を送信信号として送信して受信信号を受信し、前記受信信号と、所定の基準波信号との間の相関係数に基づいて所定の目的信号を分離した後、前記目的信号に基づいて前記配管の内部における流体の流量を測定する流量測定装置において、前記超音波信号よりも広い帯域を有する超音波信号、もしくは異なる複数の周波数範囲をそれぞれ有する複数の超音波信号を送信信号として用いて送信する送信手段と、
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率と異なることを利用して、前記受信信号から前記流体を通過した目的信号を分離し、分離した目的信号に基づいて流量を測定する受信手段とを備えることを特徴とする。
【0010】
また、前記流量測定装置において、前記送信信号は、第１の帯域と、前記第１の帯域よりも高い第２の帯域とを有し、
前記基準波信号は、前記送信信号の第２の帯域が前記第１の帯域に比較して減衰するように設定されることを特徴とする。
【0011】
さらに、前記流量測定装置において、前記送信信号は、第１の帯域と、前記第１の帯域よりも高い第２の帯域とを有し、
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率に実質的に同一であって、前記受信手段が前記目的信号を分離できないときは、前記送信信号が、前記送信信号の第２の帯域よりも高い第３の帯域を有するように構成されることを特徴とする。
【0012】
またさらに、前記流量測定装置において、前記送信信号は、第１の帯域と、前記第１の帯域よりも高い第２の帯域とを有し、
前記流体中での超音波信号の所定の周波数帯域における減衰率が前記配管中での超音波信号の前記周波数帯域における減衰率よりも所定のしきい値以上大きい場合であって、前記受信手段が前記目的信号を分離できないときは、前記送信信号が、前記送信信号の第１の帯域よりも低い第４の帯域を有するように構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
従って、本発明によれば、従来技術に比較して簡単な測定方法でかつ測定時間を短縮できる。また、ノイズがあるときであっても、従来技術に比較して高い精度で流量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】実施形態に係る流量測定装置５０の構成例を示すブロック図である。
【図3E】従来例における問題点を示す相関係数の波形図である。
【図4A】実施形態において用いる送信信号である広帯域の超音波を含む送信信号Ｔａの一例を示す波形図である。
【図4B】実施形態において用いる送信信号である、異なる周波数範囲を有する複数の広帯域の超音波を含む送信信号Ｔｂの一例を示す波形図である。
【図5A】実施形態において目的信号の分離方法を示す、送信信号Ｔ１の一例を示す波形図である。
【図5B】実施形態において目的信号の分離方法を示す、配管中の受信信号Ｒ１の一例を示す波形図である。
【図5C】実施形態において目的信号の分離方法を示す、流体中の受信信号Ｒ２の一例を示す波形図である。
【図6A】実施形態において目的信号の分離方法を示す、送信信号Ｔ１１の一例を示す波形図である。
【図6B】実施形態において目的信号の分離方法を示す、受信信号Ｒ１１の一例を示す波形図である。
【図6C】実施形態において目的信号の分離方法を示す、受信信号Ｒ１２の一例を示す波形図である。
【図7A】実施形態において目的信号の分離方法を示す、一般的な相関基準波である送信信号Ｔ２１の一例を示す波形図である。
【図7B】実施形態において目的信号の分離方法を示す、高周波が減衰した波形を含む相関基準である送信信号Ｔ２２の一例を示す波形図である。
【図8A】変形例においてノイズがあるときの送信信号の第１の変更方法を示す、変更前の受信信号Ｒ２１の一例を示す波形図である。
【図8B】変形例においてノイズがあるときの送信信号の第１の変更方法を示す、変更後の受信信号Ｒ２２の一例を示す波形図である。
【図9A】変形例においてノイズがあるときの送信信号の第２の変更方法を示す、変更前の受信信号Ｒ３１の一例を示す波形図である。
【図9B】変形例においてノイズがあるときの送信信号の第２の変更方法を示す、変更後の受信信号Ｒ３２の一例を示す波形図である。
【図10】変形例に係る流量測定装置５０の一部の構成例を示すブロック図である。
【図11】変形例に係る流量測定装置５０の一部の構成例を示すブロック図である。
【図12A】送信信号発生器２が出力する送信信号の一例を示す波形図である。
【図12C】トランスデューサ１ａ，１ｂの周波数特性の一例を示すスペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明にかかる実施形態及び変形例について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。
【0016】
実施形態．図１は実施形態に係る流量測定装置５０の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る流量測定装置５０は、所定の断面積を有する配管１０の内部における流体１１の流量を測定する。流体１１は、液体であってもよく、気体であってもよい。図１では、配管１０が、直径２Ｒを有する円形の断面形状を有する場合を示すが、それに限定されず、配管１０は他の任意の断面形状を有してもよい。
【0017】
図１において、流量測定装置５０は、配管１０における流体１１の流れ方向１００（配管１０の長手方向）で互いに異なる位置にそれぞれ設けられたトランスデューサ１ａ，１ｂを含む超音波センサ１を備える。各トランスデューサ１ａ，１ｂは、電気信号を超音波信号に変換し、もしくは、超音波信号を電気信号に変換する。トランスデューサ１ａはスイッチＳＷ１の端子ａを介して送信信号発生器２に接続されるとともに、スイッチＳＷ１の端子ｂを介して受信信号検出器３に接続される。また、トランスデューサ１ｂはスイッチＳＷ２の端子ａを介して送信信号発生器２に接続されるとともに、スイッチＳＷ２の端子ｂを介して受信信号検出器３に接続される。トランスデューサ１ａ，１ｂは、方向１００で互いに距離Ｌを有するように、かつ、トランスデューサ１ａ，１ｂの検出面の中央部を結ぶ直線が配管１０の内面１０ａに対して角度θを有するように、配管１０にそれぞれ設けられる。
【0018】
流量測定装置５０は、超音波センサ１と、送信信号発生器２と、受信信号検出器３と、信号分析器４と、信号分離器５と、制御回路２０と、操作部２１と、表示部２２とを備える。ここで、操作部２１及び表示部２２は制御回路２０に接続され、制御回路２０は、操作部２１を用いた操作に基づいて、図２の超音波流量測定処理を実行し、処理結果を表示部２２に表示する。
【0019】
流量測定装置５０は、送信信号発生器２からトランスデューサ１ａを介してトランスデューサ１ｂに対して、また、送信信号発生器２からトランスデューサ１ｂを介してトランスデューサ１ａに対して、配管１０の内部における流体１１を介し、所定の周波数及び所定の時間長を有する送信信号を送信して受信する。信号分析器４は、受信された受信信号を信号相関法を用いて分析し、分析結果の相関係数を計算して信号分離器５に出力する。信号分離器５は入力される相関係数に基づいて、検出された受信信号から、後述する所定の信号分離方法を用いて目的信号を分離して制御回路２０に出力する。
【0021】
図２のステップＳ１において、スイッチＳＷ１を端子ａ側に切り替え、スイッチＳＷ２を端子ｂ側に切り替える。そして、送信信号発生器２を用いて送信信号を発生して超音波センサ１のトランスデューサ１ａから送信信号を配管１０内に送信し、超音波センサ１のトランスデューサ１ｂにより受信した受信信号を、受信信号検出器３により検出する。次いで、ステップＳ２において、スイッチＳＷ１を端子ｂ側に切り替え、スイッチＳＷ２を端子ａ側に切り替える。そして、送信信号発生器２を用いて送信信号を発生して超音波センサ１のトランスデューサ１ｂから送信信号を配管１０内に送信し、超音波センサ１のトランスデューサ１ａにより受信した受信信号を、受信信号検出器３により検出する。ステップＳ３において、信号分析器４は、送信信号ｆ（ｘ）と、信号分析器４が検出した受信信号ｇ（ｘ）を離散時間ｍ＝１，…，Ｍでそれぞれサンプリングし、離散化された信号ｆ（ｍ）及びｇ（ｍ）を得る。信号ｆ（ｍ），ｇ（ｍ−ｎ）を、信号相関法を用いて分析し、分析結果の相関係数を計算する。この場合、時刻ｎにおける相関係数Ｒ（ｎ）は例えば次式で計算される。
【0022】
【数1】
【0023】
相関係数Ｒ（ｎ）がピーク値になるときの時刻ｎは、測定信号を受信した瞬間を示す。
【0024】
次いで、ステップＳ４において計算された相関係数に基づいて、検出された受信信号から目的信号を分離する。
【0025】
ステップＳ５では、目的信号を分離できたか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ７に進む一方、ＮＯのときはステップＳ６に進む。ステップＳ６では、送信信号発生器２を制御して、詳細後述するように送信信号を変更し、ステップＳ１に戻り、上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ７では、分離した目的信号に基づいて伝播時間を計算する。伝播時間の計算方法は以下の通りである。
【0026】
流体１１の速度をｖとし、音速をｃとするとき、トランスデューサ１ａからトランスデューサ１ｂへの超音波の送信信号の伝搬時間Ｔａは、次式で表される。
【0027】
Ｔａ＝Ｌ／（ｃ＋ｖ・ｃｏｓθ）
【0028】
また、トランスデューサ１ｂからトランスデューサ１ａへの超音波の送信信号の伝搬時間Ｔｂは次式で表される。
【0029】
Ｔｂ＝Ｌ／（ｃ−ｖ・ｃｏｓθ）
【0030】
従って、流体１１の速度ｖは次式で表される。
【0031】
【数2】
【0032】
流体１１の流量Ｑは、配管１０の断面積と、流体１１の速度ｖとの積で表される。従って、図１の例では、流体１１の流量Ｑは次式で表される。
【0033】
Ｑ＝πｒ２ｖ
【0034】
図２に戻り、ステップＳ８では、計算された伝播時間に基づいて流量を計算して表示部２２に表示し、ステップＳ１に戻る。
【0035】
図２では、測定信号の伝搬時間に基づいて流体１１の流量を計算する場合について説明したが、代替として、測定信号に生じたドップラーシフトに基づいて流体１１の流量を計算してもよい。送信された測定信号の周波数をｆａとし、受信された測定信号の周波数をｆｂとする。周波数ｆｂは次式で表される。
【0036】
ｆｂ＝ｆａ×（ｃ＋ｖ・ｃｏｓθ）／（ｃ−ｖ・ｃｏｓθ）
【0037】
流体１１の速度ｖは次式で表される。
【0038】
ｖ＝ｃ／（２ｃｏｓθ）・（ｆｂ−ｆａ）／ｆｂ
【0039】
従って、図１の例では、流体１１の流量Ｑは、Ｑ＝πｒ２ｖで表される。この場合、トランスデューサ１ａ，１ｂ間で測定信号を一方向のみに送信してもよい。測定信号が複数の周波数を含む場合であっても、上述したものと実質的に同様の方法で、流体１１の流量を計算することができる。
【0040】
図３Ａは図１の流量測定装置から送信される送信信号の一例を示す波形図であり、図３Ｂは図１の流量測定装置により受信される受信信号の一例を示す波形図である。また、図３Ｃは図１の流量測定装置により計算される相関係数（信号１０１）の一例を示す波形図であり、図３Ｄは図３Ｃの信号部分１０２の拡大図である。さらに、図３Ｅは従来例における問題点を示す相関係数の波形図である。
【0041】
例えば周波数変調を行った広帯域超音波信号（図３Ａ）を送信信号として送信した場合、受信された受信信号（図３Ｂ）を、基準波形である送信信号との間で信号相関法により上記の相関係数（図３Ｃ及び図３Ｄ）を計算し、目的信号の到達時間を算出する。なお、受信信号を基準波形としてもよい。ここで、超音波送信信号は配管１０内を伝搬するが、超音波送信→配管→流体→配管→超音波受信だけではなく、超音波送信→配管→超音波受信の経路などもあり得るため、図３Ｅに示すように、目的信号１０３のほかに目的外信号１０４も受信してしまう。そのため、相関処理を施したときに、目的外信号１０４の相関ピークが立つことがある。本実施形態では、この問題点を解決するために、信号分析器４により目的信号の分離を行うことを特徴としている。
【0042】
図４Ａは実施形態において用いる送信信号である広帯域の超音波を含む送信信号Ｔａの一例を示す波形図であり、図４Ｂは実施形態において用いる送信信号である、異なる周波数範囲を有する複数の広帯域の超音波を含む送信信号Ｔｂの一例を示す波形図である。
【0043】
本実施形態では、広帯域の超音波信号（図４Ａ）もしくは異なる周波数範囲を有する複数の超音波信号（図４Ｂ）を用いて、流体１１を通過した受信信号から目的信号を特定することで、流量精度を高精度にすることを特徴とする。
【0044】
ところで、液体などの流体中の超音波の減衰係数αは公知の通り次式で表される。
【0045】
【数3】
【0046】
ここで、ｆは周波数であり、Ｋは体積粘性率であり、ηはずり粘性率である。上記式から明らかなように、減衰係数αはｆ２に比例する。
【0047】
本実施形態では、配管１０中と流体１１中で超音波の減衰特性が異なること、すなわち、伝搬物質毎に周波数の減衰率が異なることを利用し、所定の目的信号を分離する。例えば、流体１１中での高周波成分が減衰することを利用する。具体的には、信号分離法として相関係数での判定もしくはＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）にて高周波成分と低周波成分との割合にて判定する。すなわち、配管１０中と流体１１中で超音波の減衰特性が異なることを利用し、目的信号に特徴が現出することを利用する。
【0048】
図５Ａは実施形態において目的信号の分離方法を示す、送信信号Ｔ１の一例を示す波形図である。また、図５Ｂは実施形態において目的信号の分離方法を示す、鋼管などの配管１０中の受信信号Ｒ１の一例を示す波形図であり、図５Ｃは実施形態において目的信号の分離方法を示す、液体などの流体１１中の受信信号Ｒ２の一例を示す波形図である。図５Ａに示す送信信号を送信したときに、鋼管などの配管１０と、流体１１とで受信信号Ｒ１，Ｒ２の周波数特性に違いが現出する。従って、図５Ｃのように、流体１１中を通過した受信信号Ｒ２が目的信号であるので、例えば図５Ｃのごとく減衰特性を有する受信信号Ｒ２を検出できれば、図２のステップＳ５において目的信号を分離できたと判断する。
【0049】
以上の実施形態においては、ＦＦＴを用いて受信信号の信号分離を行っているが、本発明はこれに限られず、ＳＴＦＴ（Short-Time Fourier Transformation）もしくは、以下の図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明するバンドパスフィルタなどの周波数フォルタを用いて信号分離を行ってもよい。
【0050】
図６Ａは実施形態において目的信号の分離方法を示す、送信信号Ｔ１１の一例を示す波形図である。また、図６Ｂは実施形態において目的信号の分離方法を示す、受信信号Ｒ１１の一例を示す波形図であり、図６Ｃは実施形態において目的信号の分離方法を示す、受信信号Ｒ１２の一例を示す波形図である。この分離方法では、例えば互いに離隔した通過帯域幅Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３をそれぞれ有する３個のバンドパスフィルタを用いて、各通過帯域幅Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３での強度又は信号電力を検出することで、上記の減衰特性を有する受信信号Ｒ２を検出してもよい。この分離方法によれば、ＦＦＴなどを用いる方法に比較して計算時間を短縮できる。
【0051】
図７Ａは実施形態において目的信号の分離方法を示す、一般的な相関基準波である送信信号Ｔ２１の一例を示す波形図である。また、図７Ｂは実施形態において目的信号の分離方法を示す、高周波が減衰した波形を含む相関基準である送信信号Ｔ２２の一例を示す波形図である。
【0052】
通常、送信信号と相関をとると、液体などの流体１１を通った目的の受信信号は高周波側強度が小さくなるため、配管１０だけを通った目的外信号よりも相関値が低くなる。従って、図７Ｂに示すように、高周波域が減衰した波形信号（所定の第１の帯域よりも高い第２の帯域が減衰した波形信号をいう）を基準波信号とすることで、液体などの流体１１を通過した目的信号が基準波信号と類似し、相関係数が図７Ａの通常の基準波信号を用いる場合に比較して高くなる。これにより、信号分離方法の精度を図７Ａの通常の基準波信号を用いる場合に比較して高くすることができる。
【0053】
次いで、ノイズがあるときの送信信号の変更方法（変形例）について以下に説明する。
【0054】
図８Ａは変形例においてノイズがあるときの送信信号の第１の変更方法を示す、変更前の受信信号Ｒ２１の一例を示す波形図であり、図８Ｂは変形例においてノイズがあるときの送信信号の第１の変更方法を示す、変更後の受信信号Ｒ２２の一例を示す波形図である。図９Ａは変形例においてノイズがあるときの送信信号の第２の変更方法を示す、変更前の受信信号Ｒ３１の一例を示す波形図であり、図９Ｂは変形例においてノイズがあるときの送信信号の第２の変更方法を示す、変更後の受信信号Ｒ３２の一例を示す波形図である。
【0055】
ノイズがある場合で、ノイズを分離できない場合（配管のみを通ってきた信号と目的信号（液体などの流体１１を通ってきた信号）の周波数が異ならない場合）は、図２のステップＳ５において信号分離できないと判定し、送信周波数の帯域を変更することを特徴としている。ここで、以下のように条件を分ける
【0056】
（１）目的信号が減衰しない場合（図８Ａの２０１；すなわち、低域の減衰率と高域の減衰率が実質的に同一である場合）、次回の送信において送信信号を高周波側に変更することで、受信信号を高周波側に延在させた信号とする（図８Ｂの２０２）。もしくは送信信号の周波数帯域を高周波側にシフトさせた信号としてもよい。この場合、例えば送信信号が第１の帯域と、前記第１の帯域よりも高い第２の帯域とを有するとき、前記送信信号が、前記送信信号の第２の帯域よりも高い第３の帯域を有するように構成される。
【0057】
（２）目的信号が減衰しすぎる場合（図９Ａの２１１；すなわち、高域の減衰率が所定のしきい値以上減衰する場合）、次回の送信において送信信号を低周波側に変更する。すなわち、送信信号の周波数帯域を低周波側にシフトしてもよいし、送信信号の周波数帯域を低周波側に延在させてもよい（２１２）。この場合、例えば送信信号が第１の帯域と、前記第１の帯域よりも高い第２の帯域とを有するとき、前記送信信号が、前記送信信号の第１の帯域よりも低い第４の帯域を有するように構成される。
【0058】
以上説明したように、本実施形態に係る流量測定装置によれば、従来技術に比較して簡単な測定方法でかつ測定時間を短縮できる。また、変形例に係る流量測定装置によれば、ノイズがあるときであっても、従来技術に比較して高い精度で流量を測定することができる。
【0059】
以上の実施形態において配管１０がテフロン（登録商標）であり、流体１１が気体であってもよい。なお、本実施形態では、配管１０における所定の超音波周波数における減衰率と、流体１１における当該超音波周波数における減衰率との差（相違すること）を利用して、受信信号から流体１１を通過した目的信号を分離し、分離した目的信号に基づいて流量を測定することを特徴としている。
【0060】
以上の実施形態では、いわゆるＺ法と呼ばれる透過法を用いて、流量を測定しているが、本発明はこれに限らず、下記のＶ法と呼ばれる公知の反射法（図１０）、もしくはＸ法と呼ばれる公知の透過法を用いて、流量を測定してもよい。
【0061】
（Ａ）Ｖ法と呼ばれる反射法：図１０に示すように、トランスデューサ１ａが送信した超音波信号が配管１０の内面で反射された後、トランスデューサ１ｂで受信し、もしくは、トランスデューサ１ｂが送信した超音波信号が配管１０の内面で反射された後、トランスデューサ１ａで受信して、流量を測定してもよい。ここで、トランスデューサ１ａ，１ｂは、互いに配管１０の長手方向のみ移動させた位置に設けられる。
【0062】
（Ｂ）Ｘ法と呼ばれる透過法：図１１に示すように、トランスデューサ１ａが送信した超音波信号が流体１１を介して、トランスデューサ１ｂで受信し、もしくは、トランスデューサ１ｃが送信した超音波信号が流体１１を介して、トランスデューサ１ｄで受信して、流量を測定してもよい。ここで、トランスデューサ１ａ，１ｃは、互いに配管１０の長手方向のみ移動させた位置に設けられる。超音波センサ１Ａはトランスデューサ１ｂ，１ｄを含み、トランスデューサ１ｂ，１ｄは、互いに配管１０の長手方向のみ移動させた位置に設けられる。なお、トランスデューサ１ａ，１ｄは互いに配管１０及び流体１１を挟んで対向する長手方向の所定の第１の位置に設けられ、トランスデューサ１ｂ，１ｃは互いに配管１０及び流体１１を挟んで対向する長手方向の所定の第２の位置（前記第１の位置と異なる）に設けられる。
【0064】
図１２Ａは送信信号発生器２が出力する送信信号の一例を示す波形図であり、図１２Ｂは図１２Ａの送信信号を送信したときに、トランスデューサ１ａが出力する送信信号の一例を示す波形図である。図１２Ｃはトランスデューサ１ａ，１ｂの周波数特性の一例を示すスペクトル図である。
【0065】
トランスデューサ１ａ，１ｂの周波数特性（超音波素子の１種である圧電素子を用いて構成するため、所定の共振周波数を有するため）に依存して、送信信号発生器２からの信号波形と、トランスデューサ１ａ，１ｂから送信される信号波形は異なります。また、受信信号でも同様に異なります。ここで、送信信号の信号波形を１回毎に測定することは、精度向上にはつながりますが、処理回路の負荷が上がるという問題点がある。そこで、当該基準波信号の信号波形を決めてしまい処理負荷を減らすことも考えられます。基準波信号の信号波形として以下のように決定してもよい。（１）送信信号を１回毎にモニタリングして基準波信号とする。
（２）送信信号を複数回モニタして平均化したものを基準波信号とする。
（３）送信信号発生器２からの信号波形を基準波信号とする。
（４）上記（３）の基準波信号を、トランスデューサ時１ａ，１ｂの周波数特性を考慮して修正ものを基準波信号とする。
（５）理想状態で受信信号の信号波形を測定しておき、基準波信号とする。
【0066】
なお、上記（４）の場合においては、例えば、送信信号発生器２からの送信信号に対して、図１２Ｃの周波数特性を掛け合わせたものを基準波信号としてもよい。もしくは、送信信号発生器２からの送信信号に対して、共振周波数付近の強度を上げる、などの変化を加えることで基準波としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0067】
以上詳述したように、本発明によれば、従来技術に比較して簡単な測定方法でかつ測定時間を短縮できる。また、ノイズがあるときであっても、従来技術に比較して高い精度で流量を測定することができる。
【符号の説明】
【0068】
１，１Ａ 超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ トランスデューサ
２ 送信信号発生器
３ 受信信号検出器
４ 信号分析器
５ 信号分離器
１０ 配管
１０ａ 配管内面
１１ 流体
１２ 流体の流れ方向
２０ 制御回路
２１ 操作部
２２ 表示部
５０ 流量測定装置
Ｔ１〜Ｔ４２ 送信信号
Ｒ１〜Ｒ３２ 受信信号
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ