特許7174574超音波流量計および超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法
(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】
(24)【登録日】2022-11-09
(45)【発行日】2022-11-17
(54)【発明の名称】超音波流量計および超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法
(51)【国際特許分類】
G01F 1/66 20220101AFI20221110BHJP
G01F 1/00 20220101ALI20221110BHJP
【ＦＩ】
G01F1/66 Z
G01F1/66 101
G01F1/00 F
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2018165742
(22)【出願日】2018-09-05
(65)【公開番号】P2020038144
(43)【公開日】2020-03-12
【審査請求日】2021-07-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 宏
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－２２４６８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－９２４６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／００１０７５６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００６－２４２６５８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｆ １／００－ ９／０２
Ｇ０１Ｐ ５／００－ ５／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象の流体が流れる配管と、この配管の上流側に配置された第１の超音波送受信器と、前記配管の下流側に配置された第２の超音波送受信器とを備え、前記第１の超音波送
受信器と前記第２の超音波送受信器との間で前記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両方向における前記超
音波信号の伝播時間差に基づいて、前記流体の流量を計測するように構成された超音波流
量計において、
前記第１の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第２の超音波送受信器から
出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングを
ゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方
向のゼロクロス時刻の候補として取得するように構成された順方向ゼロクロス時刻候補取
得部と、
前記第２の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第１の超音波送受信器から
出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングを
ゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方
向のゼロクロス時刻の候補として取得するように構成された逆方向ゼロクロス時刻候補取
得部と、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時
刻の候補と前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロ
クロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差を今回の伝播時間差の候補として求めるよ
うに構成された伝播時間差候補算出部と、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時
刻の候補と前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロ
クロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和を今回の伝播時間和の候補として求めるよ
うに構成された伝播時間和候補算出部と、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と前記逆方向のゼロクロス時刻の前回の確
定値との差を前回の伝播時間差として求めるように構成された前回の伝播時間差算出部と
、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と前記逆方向のゼロクロス時刻の前回の確
定値との和を前回の伝播時間和として求めるように構成された前回の伝播時間和算出部と
、
前記伝播時間差候補算出部によって求められた今回の伝播時間差の候補の全てについて
、前記前回の伝播時間差算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分を求め
るように構成された伝播時間差変化分算出部と、
前記伝播時間和候補算出部によって求められた今回の伝播時間和の候補の全てについて
、前記前回の伝播時間和算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分を求め
るように構成された伝播時間和変化分算出部と、
前記伝播時間差変化分算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分と前記
伝播時間和変化分算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分とに基づいて
、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時
刻の候補および前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向の
ゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼ
ロクロス時刻を確定するように構成されたゼロクロス時刻確定部と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項2】
請求項１に記載された超音波流量計において、前記ゼロクロス時刻確定部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および前記今回の逆方向のゼロクロス時刻の
候補の中から、前記前回の伝播時間差からの変化分と前記前回の伝播時間和からの変化分
が最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロク
ロス時刻として確定する
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項3】
請求項１に記載された超音波流量計において、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
ｉを今回を示す番号、ｊを候補を示す番号として、前記今回の順方向のゼロクロス時刻
の候補をＺ１ijとして抽出し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
ｉを今回を示す番号、ｋを候補を示す番号として、前記逆方向のゼロクロス時刻の候補
をＺ２ikとして抽出し、
前記伝播時間差候補算出部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１
ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの差を今回の伝播時間差の候補αijk
として求め、
前記伝播時間和候補算出部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Ｚ２ikの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ij
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの和を今回の伝播時間和の候補βijkと
して求め、
前記前回の伝播時間差算出部は、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Ｚ２iとの差を前回の伝播時間差αi-1として求め、
前記前回の伝播時間和算出部は、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Ｚ２iとの和を前回の伝播時間和βi-1として求め、
前記伝播時間差変化分算出部は、
前記今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前記前回の伝播時間差αi-1からの変
化分をΔαijkとして求め、
前記伝播時間和変化分算出部は、
前記今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前記前回の伝播時間和βi-1からの変
化分をΔβijkとして求め、
前記ゼロクロス時刻確定部は、
前記伝播時間差変化分算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分Δαij
kの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせを求め、この組み合わせから求められるｋ－
ｊ＝ｄを第１の条件とし、前記伝播時間和変化分算出部によって求められた前回の伝播時
間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせを求め、この組み合
わせから求められるｊ＋ｋ＝ａを第２の条件とし、この第１の条件と第２の条件の両方の
条件を満たすｊとｋを求め、この求められたｊとｋとで示される前記順方向のゼロクロス
時刻の候補Ｚ１ijおよび前記逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikを、今回の順方向のゼ
ロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定する
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項4】
請求項１に記載された超音波流量計において、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
ｉを今回を示す番号、ｊを候補を示す番号として、前記今回の順方向のゼロクロス時刻
の候補をＺ１ijとして抽出し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
ｉを今回を示す番号、ｋを候補を示す番号として、前記逆方向のゼロクロス時刻の候補
をＺ２ikとして抽出し、
前記伝播時間差候補算出部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１
ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの差を今回の伝播時間差の候補αijk
として求め、
前記伝播時間和候補算出部は、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Ｚ２ikの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ij
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの和を今回の伝播時間和の候補βijkと
して求め、
前記前回の伝播時間差算出部は、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Ｚ２iとの差を前回の伝播時間差αi-1として求め、
前記前回の伝播時間和算出部は、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Ｚ２iとの和を前回の伝播時間和βi-1として求め、
前記伝播時間差変化分算出部は、
前記今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前記前回の伝播時間差αi-1からの変
化分をΔαijkとして求め、
前記伝播時間和変化分算出部は、
前記今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前記前回の伝播時間和βi-1からの変
化分をΔβijkとして求め、
前記ゼロクロス時刻確定部は、
前記伝播時間差変化分算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分Δαij
kについてｋ－ｊが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるｋ－ｊを
ｄとし、前記伝播時間和変化分算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分
Δβijkについてｊ＋ｋが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるｊ
＋ｋをａとし、ｋ－ｊ＝ｄ、ｊ＋ｋ＝ａの両方の条件を満たすｊとｋを求め、この求めら
れたｊとｋとで示される前記順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび前記逆方向のゼ
ロクロス時刻の候補Ｚ２ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロ
クロス時刻Ｚ２iとして確定する
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項5】
請求項１～４の何れか１項に記載された超音波流量計において、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
前記第１の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第２の超音波送受信器から
出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号が１周期毎にゼロクロスするタ
イミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを
今回の順方向のゼロクロス時刻の候補として取得し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
前記第２の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第１の超音波送受信器から
出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号が１周期毎にゼロクロスするタ
イミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを
今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補として取得する
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項6】
請求項１～４の何れか１項に記載された超音波流量計において、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
前記第１の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第２の超音波送受信器から
出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号が半周期毎にゼロクロスするタ
イミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを
今回の順方向のゼロクロス時刻の候補として取得し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得部は、
前記第２の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第１の超音波送受信器から
出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号が半周期毎にゼロクロスするタ
イミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを
今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補として取得する
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項7】
請求項１～６の何れか１項に記載された超音波流量計において、前記ゼロクロス時刻確定部は、
前記確定した今回の順方向のゼロクロス時刻とこのゼロクロス時刻に連なる複数の順方
向のゼロクロス時刻の候補との平均を求め、この平均を今回の順方向の伝播時間の算出に
際して用いる順方向のゼロクロス時刻とし、
前記確定した今回の逆方向のゼロクロス時刻とこのゼロクロス時刻に連なる複数の逆方
向のゼロクロス時刻の候補との平均を求め、この平均を今回の逆方向の伝播時間の算出に
際して用いる逆方向のゼロクロス時刻とする
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項8】
測定対象の流体が流れる配管と、この配管の上流側に配置された第１の超音波送受信器と、前記配管の下流側に配置された第２の超音波送受信器とを備え、前記第１の超音波送
受信器と前記第２の超音波送受信器との間で前記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両方向における前記超
音波信号の伝播時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計におけるゼロ
クロス時刻の確定方法であって、
前記第１の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第２の超音波送受信器から
出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングを
ゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方
向のゼロクロス時刻の候補として取得する順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップと、
前記第２の超音波送受信器からの超音波信号を受信した前記第１の超音波送受信器から
出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設
定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングを
ゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方
向のゼロクロス時刻の候補として取得する逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップと、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロク
ロス時刻の候補と前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の
逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロ
ス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差を今回の伝播時間差の候補と
して求める伝播時間差候補算出ステップと、
前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロク
ロス時刻の候補と前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の
逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロ
ス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和を今回の伝播時間和の候補と
して求める伝播時間和候補算出ステップと、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と前記逆方向のゼロクロス時刻の前回の確
定値との差を前回の伝播時間差として求める前回の伝播時間差算出ステップと、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と前記逆方向のゼロクロス時刻の前回の確
定値との和を前回の伝播時間和として求める前回の伝播時間和算出ステップと、
前記伝播時間差候補算出ステップによって求められた今回の伝播時間差の候補の全てに
ついて、前記前回の伝播時間差算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの
変化分を求める伝播時間差変化分算出ステップと、
前記伝播時間和候補算出ステップによって求められた今回の伝播時間和の候補の全てに
ついて、前記前回の伝播時間和算出ステップによって求められた前回の伝播時間和からの
変化分を求める伝播時間和変化分算出ステップと、
前記伝播時間差変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分
と前記伝播時間和変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間和からの変化分
とに基づいて、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順
方向のゼロクロス時刻の候補および前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって
取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時
刻および今回の逆方向のゼロクロス時刻を確定するゼロクロス時刻確定ステップと
を備えることを特徴とする超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法。
【請求項9】
請求項８に記載された超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法において、前記ゼロクロス時刻確定ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および前記今回の逆方向のゼロクロス時刻の
候補の中から、前記前回の伝播時間差からの変化分と前記前回の伝播時間和からの変化分
が最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロク
ロス時刻として確定する
ことを特徴とする超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法。
【請求項10】
請求項８に記載された超音波流量計ゼロクロス時刻の確定方法において、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップは、
ｉを今回を示す番号、ｊを候補を示す番号として、前記今回の順方向のゼロクロス時刻
の候補をＺ１ijとして抽出し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップは、
ｉを今回を示す番号、ｋを候補を示す番号として、前記逆方向のゼロクロス時刻の候補
をＺ２ikとして抽出し、
前記伝播時間差候補算出ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１
ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの差を今回の伝播時間差の候補αijk
として求め、
前記伝播時間和候補算出ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Ｚ２ikの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ij
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの和を今回の伝播時間和の候補βijkと
して求め、
前記前回の伝播時間差算出ステップは、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Ｚ２iとの差を前回の伝播時間差αi-1として求め、
前記前回の伝播時間和算出ステップは、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Ｚ２iとの和を前回の伝播時間和βi-1として求め、
前記伝播時間差変化分算出ステップは、
前記今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前記前回の伝播時間差αi-1からの変
化分をΔαijkとして求め、
前記伝播時間和変化分算出ステップは、
前記今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前記前回の伝播時間和βi-1からの変
化分をΔβijkとして求め、
前記ゼロクロス時刻確定ステップは、
前記伝播時間差変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分
Δαijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせを求め、この組み合わせから求められ
るｋ－ｊ＝ｄを第１の条件とし、前記伝播時間和変化分算出ステップによって求められた
前回の伝播時間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせを求め
、この組み合わせから求められるｊ＋ｋ＝ａを第２の条件とし、この第１の条件と第２の
条件の両方の条件を満たすｊとｋを求め、この求められたｊとｋとで示される前記順方向
のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび前記逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikを、今回
の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定する
ことを特徴とする超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法。
【請求項11】
請求項８に記載された超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法において、前記順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップは、
ｉを今回を示す番号、ｊを候補を示す番号として、前記今回の順方向のゼロクロス時刻
の候補をＺ１ijとして抽出し、
前記逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップは、
ｉを今回を示す番号、ｋを候補を示す番号として、前記逆方向のゼロクロス時刻の候補
をＺ２ikとして抽出し、
前記伝播時間差候補算出ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１
ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの差を今回の伝播時間差の候補αijk
として求め、
前記伝播時間和候補算出ステップは、
前記今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと前記今回の逆方向のゼロクロス時刻
の候補Ｚ２ikの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ij
と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの和を今回の伝播時間和の候補βijkと
して求め、
前記前回の伝播時間差算出ステップは、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Ｚ２iとの差を前回の伝播時間差αi-1として求め、
前記前回の伝播時間和算出ステップは、
前記順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１iと前記逆方向のゼロクロス時刻の前
回の確定値Ｚ２iとの和を前回の伝播時間和βi-1として求め、
前記伝播時間差変化分算出ステップは、
前記今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前記前回の伝播時間差αi-1からの変
化分をΔαijkとして求め、
前記伝播時間和変化分算出ステップは、
前記今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前記前回の伝播時間和βi-1からの変
化分をΔβijkとして求め、
前記ゼロクロス時刻確定ステップは、
前記伝播時間差変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分
Δαijkについてｋ－ｊが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるｋ
－ｊをｄとし、前記伝播時間和変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間和
からの変化分Δβijkについてｊ＋ｋが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が
最小となるｊ＋ｋをａとし、ｋ－ｊ＝ｄ、ｊ＋ｋ＝ａの両方の条件を満たすｊとｋを求め
、この求められたｊとｋとで示される前記順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび前
記逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび
逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定する
ことを特徴とする超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波を用いて流体の流量を計測する超音波流量計およびその超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、流体の流量を計測する流量計として、超音波を用いて流体の流量を計測する超音波流量計が用いられている。
【0003】
この超音波流量計では、図２５にその模式図を示すように、測定対象の流体が流れる配管１の上流側の外周面に第１の超音波送受信器（上流側トランスデューサ）２を配置し、下流側の外周面に第２の超音波送受信器（下流側トランスデューサ）３を配置し、第１の超音波送受信器２と第２の超音波送受信器３との間で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両方向における超音波信号の伝播時間差に基づいて流体の流速ｖを測定し、この測定した流速ｖと配管１の断面積Ｓとから流体の流量Ｑを求めるようにする（例えば、特許文献１参照）。
【0004】
図２５において、θは配管１の軸と超音波信号の伝播方向とのなす角である。第１の超音波送受信器２から発射されて第２の超音波送受信器３で受信される超音波信号（上流側から下流側へと伝播する超音波信号（順方向に伝播する超音波信号））の伝播時間ｔ１（順方向伝播時間）は、下記（１）式のように表される。
ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ） ・・・・（１）
ここで、Ｌは超音波信号の伝播距離〔ｍ〕、ｃは流体中の音速〔ｍ／ｓ〕である。超音波は流体の流れに乗って伝播するため、流れが速いほど短い時間で伝播する。
ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ） ・・・・（１）
ここで、Ｌは超音波信号の伝播距離〔ｍ〕、ｃは流体中の音速〔ｍ／ｓ〕である。超音波は流体の流れに乗って伝播するため、流れが速いほど短い時間で伝播する。
【0005】
同様に、第２の超音波送受信器３から発射されて第１の超音波送受信器２で受信される超音波信号（下流側から上流側へと伝播する超音波信号（逆方向に伝播する超音波信号））の伝播時間ｔ２（逆方向伝播時間）は、下記（２）式のように表される。
ｔ２＝Ｌ／（ｃ－ｖｃｏｓθ） ・・・・（２）
超音波は流体の流れに逆らって伝播するため、流れが速いほど長い時間をかけて伝播する。
ｔ２＝Ｌ／（ｃ－ｖｃｏｓθ） ・・・・（２）
超音波は流体の流れに逆らって伝播するため、流れが速いほど長い時間をかけて伝播する。
【0006】
順方向伝播時間および逆方向伝播時間の逆数は以下のようになる。
１／ｔ１＝（ｃ＋ｖｃｏｓθ）／Ｌ ・・・・（３）
１／ｔ２＝（ｃ－ｖｃｏｓθ）／Ｌ ・・・・（４）
１／ｔ１＝（ｃ＋ｖｃｏｓθ）／Ｌ ・・・・（３）
１／ｔ２＝（ｃ－ｖｃｏｓθ）／Ｌ ・・・・（４）
【0007】
順方向伝播時間の逆数と逆方向伝播時間の逆数との和は以下のようになる。
１／ｔ１＋１／ｔ２＝２ｃ／Ｌ＝２／ｔ０ ・・・・（５）
（５）式を変形すると、音速ｃを求める式が得られる。
ｃ＝（Ｌ／２）・（１／ｔ１＋１／ｔ２）＝Ｌ／ｔ０ ・・・・（６）
１／ｔ１＋１／ｔ２＝２ｃ／Ｌ＝２／ｔ０ ・・・・（５）
（５）式を変形すると、音速ｃを求める式が得られる。
ｃ＝（Ｌ／２）・（１／ｔ１＋１／ｔ２）＝Ｌ／ｔ０ ・・・・（６）
【0008】
同様に、順方向伝播時間の逆数と逆方向伝播時間の逆数との差は以下のようになる。
１／ｔ１－１／ｔ２＝２ｖｃｏｓθ／Ｌ ・・・・（７）
（７）式を変形すると、流速ｖを求める式が得られる。
ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／ｔ１－１／ｔ２） ・・・・（８）
１／ｔ１－１／ｔ２＝２ｖｃｏｓθ／Ｌ ・・・・（７）
（７）式を変形すると、流速ｖを求める式が得られる。
ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／ｔ１－１／ｔ２） ・・・・（８）
【0009】
流速が求められると、断面積Ｓをかけて体積流量を求めたり、さらに密度をかけて質量流量を求めたりすることができる。
【0010】
伝播時間そのものを精度良く求めることが難しくても、伝播時間差（順方向伝播時間と逆方向伝播時間との差）は、ゼロクロス時刻の差として精度良く求めることが可能である。ゼロクロス時刻については後述する。このような場合、以下の計算に従って流速ｖを求める。
【0011】
上記（１）式および（２）式より、
Δｔ＝ｔ２－ｔ１＝Ｌ／（ｃ－ｖｃｏｓθ）－Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ）＝２ｖＬｃｏｓθ／（ｃ2－ｖ2ｃｏｓ2θ）≒２ｖＬｃｏｓθ／ｃ2 ・・・・（９）
したがって、
ｖ≒（ｃ2／２Ｌｃｏｓθ）・（ｔ２－ｔ１）＝（ｃ2／２Ｌｃｏｓθ）・Δｔ ・・・・（１０）
となる（伝播時間差法）。
Δｔ＝ｔ２－ｔ１＝Ｌ／（ｃ－ｖｃｏｓθ）－Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ）＝２ｖＬｃｏｓθ／（ｃ2－ｖ2ｃｏｓ2θ）≒２ｖＬｃｏｓθ／ｃ2 ・・・・（９）
したがって、
ｖ≒（ｃ2／２Ｌｃｏｓθ）・（ｔ２－ｔ１）＝（ｃ2／２Ｌｃｏｓθ）・Δｔ ・・・・（１０）
となる（伝播時間差法）。
【0012】
また、流速０の時の伝播時間をｔ０とすると、上記の（１）式もしくは（２）式から、
ｔ０＝Ｌ／ｃ ・・・・（１１）
となるので、
ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ）＝Ｌ／ｃ・（１／（１＋ｖｃｏｓθ／ｃ））≒Ｌ／ｃ・（１－ｖｃｏｓθ／ｃ）＝Ｌ／ｃ－ｖＬｃｏｓθ／ｃ2＝ｔ０－Δｔ／２ ・・・・（１２）
ｔ２＝Ｌ／（ｃ－ｖｃｏｓθ）＝Ｌ／ｃ・（１／（１－ｖｃｏｓθ／ｃ））≒Ｌ／ｃ・（１＋ｖｃｏｓθ／ｃ）＝Ｌ／ｃ＋ｖＬｃｏｓθ／ｃ2＝ｔ０＋Δｔ／２ ・・・・（１３）
と書ける。
ｔ０＝Ｌ／ｃ ・・・・（１１）
となるので、
ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ）＝Ｌ／ｃ・（１／（１＋ｖｃｏｓθ／ｃ））≒Ｌ／ｃ・（１－ｖｃｏｓθ／ｃ）＝Ｌ／ｃ－ｖＬｃｏｓθ／ｃ2＝ｔ０－Δｔ／２ ・・・・（１２）
ｔ２＝Ｌ／（ｃ－ｖｃｏｓθ）＝Ｌ／ｃ・（１／（１－ｖｃｏｓθ／ｃ））≒Ｌ／ｃ・（１＋ｖｃｏｓθ／ｃ）＝Ｌ／ｃ＋ｖＬｃｏｓθ／ｃ2＝ｔ０＋Δｔ／２ ・・・・（１３）
と書ける。
【0013】
上記の式（１２），（１３）より、
ｔ０≒（ｔ１＋ｔ２）／２ ・・・・（１４）
となる。
上記の式（１１），（１４）より、
ｔ１＋ｔ２≒２Ｌ／ｃ ・・・・（１５）
と書ける。
ｔ０≒（ｔ１＋ｔ２）／２ ・・・・（１４）
となる。
上記の式（１１），（１４）より、
ｔ１＋ｔ２≒２Ｌ／ｃ ・・・・（１５）
と書ける。
【0014】
図２６（ａ）に、第２の超音波送受信器３から出力される受信信号（順方向の受信信号）の波形図（模式図）を示し、図２６（ｂ）に、第１の超音波送受信器２から出力される受信信号（逆方向の受信信号）の波形図（模式図）を示す。図２７（ａ），（ｂ）に、図２６（ａ），（ｂ）に示した受信信号の横軸（時間軸）を拡大した図を示す。図２８に、順方向の受信信号と逆方向の受信信号を重ね合わせた波形図（模式図）を示す。図２９に、図２８に示した受信信号の横軸（時間軸）を拡大した図を示す。
【0015】
図２５において、第１の超音波送受信器２と第２の超音波送受信器３は、交互に一定時間パルス駆動される。これにより、第１の超音波送受信器２から発射されたパルス状の超音波信号（順方向の送信信号）が流体を介して第２の超音波送受信器３で受信され、第２の超音波送受信器３から発射されたパルス状の超音波信号（逆方向の送信信号）が流体を介して第１の超音波送受信器２で受信される。
【0016】
図３０（ａ）に、超音波送受信器２，３から出力される送信信号を示し、図３０（ｂ）に、超音波送受信器２，３から出力される受信信号を示す。なお、図３０（ａ）において、横軸は縮小して示している。また、図３０（ａ）において、ｔｕは送信信号の周期を示している。
【0017】
パルス状の超音波信号を発射した後、最初のパルス状の超音波信号の受信タイミングｔｒでは、受信信号がまだ小さいため、ノイズなどの存在により現実には計測できない。そこで、受信タイミングｔｒから少し時間を経て、受信信号がある程度大きくなったところで、予め定められた閾値電圧（基準電圧）Ｖｓを超えた次のゼロクロスするタイミングを目的とするゼロクロス時刻Ｚとし、このゼロクロス時刻Ｚを使って超音波信号の送信開始タイミングｔｓから受信タイミングｔｒまでの伝播時間ｔ（＝ｔ１ ｏｒ ｔ２）を算出するということがよく行われている。
【0018】
ゼロクロス時刻Ｚは、受信タイミングｔｒに対して所定の時間ｄｌｙ遅れて存在すると考えられる。したがって、ゼロクロス時刻Ｚから所定の時間ｄｌｙを差し引くことにより、伝播時間ｔが求められる。
ｔ＝Ｚ－ｄｌｙ ・・・・（１６）
ｔ＝Ｚ－ｄｌｙ ・・・・（１６）
【0019】
なお、所定の時間ｄｌｙは、本来あるべき伝播時間（伝播経路長を音速で割って算出）と目的とするゼロクロス時刻Ｚとの差として、あらかじめ計算しておく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0020】
【文献】特許第５２２８４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
しかしながら、このような超音波流量計では、流量の変動などにより受信信号の振幅に変化が生じることがあり、意図しないタイミングで受信信号が閾値電圧Ｖｓを超えてしまったり、意図したタイミングで超えなかったりすることがある。
【0022】
これにより、超音波の１つもしくは複数周期ずれたゼロクロス時刻を目的とするゼロクロス時刻Ｚであると誤って判断してしまうことがある。誤ったゼロクロス時刻を用いると、超音波の周期（ｔｕ）の整数倍だけ誤った伝播時間が算出されることになる。
【0023】
例えば、図３０において、受信信号の振幅に変化が生じ、目的とするゼロクロス時刻Ｚに対し、１周期前のゼロクロス時刻Ｚ’が目的のゼロクロス時刻Ｚと誤判断されたり、１周期後のゼロクロス時刻Ｚ”が目的のゼロクロス時刻Ｚと誤判断されたりすることがある。
【0024】
この場合、正しいゼロクロス時刻Ｚから求めた伝播時間ｔは、ｔ＝Ｚ－ｄｌｙとなるのに対し、誤ったゼロクロス時刻Ｚ’から求めた伝播時間ｔは、ｔ＝Ｚ’－ｄｌｙ＝Ｚ－ｔｕ－ｄｌｙ＝ｔ－ｔｕ≠ｔとなる。また、誤ったゼロクロス時刻Ｚ”から求めた伝播時間ｔは、ｔ＝Ｚ”－ｄｌｙ＝Ｚ＋ｔｕ－ｄｌｙ＝ｔ＋ｔｕ≠ｔとなる。
【0025】
このように、従来の超音波流量計では、受信信号の振幅が変化すると、誤ったゼロクロス時刻が目的のゼロクロス時刻として選択され、正しくない伝播時間が算出されることによって、誤った流量として計測されてしまうことがあった。
【0026】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、順方向／逆方向ともに、常に正しいゼロクロス時刻を選択して、正しい伝播時間を算出することが可能な超音波流量計および超音波流量計におけるゼロクロス時刻の確定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0027】
このような目的を達成するために本発明は、測定対象の流体が流れる配管（１）と、この配管の上流側に配置された第１の超音波送受信器（２）と、配管の下流側に配置された第２の超音波送受信器（３）とを備え、第１の超音波送受信器と第２の超音波送受信器との間で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両方向における超音波信号の伝播時間差に基づいて、流体の流量を計測するように構成された超音波流量計（１００）において、第１の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第２の超音波送受信器から出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補として取得するように構成された順方向ゼロクロス時刻候補取得部（４１）と、第２の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第１の超音波送受信器から出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補として取得するように構成された逆方向ゼロクロス時刻候補取得部（４２）と、順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差を今回の伝播時間差の候補として求めるように構成された伝播時間差候補算出部（４３）と、順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和を今回の伝播時間和の候補として求めるように構成された伝播時間和候補算出部（４４）と、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値との差を前回の伝播時間差として求めるように構成された前回の伝播時間差算出部（４５）と、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値との和を前回の伝播時間和として求めるように構成された前回の伝播時間和算出部（４６）と、伝播時間差候補算出部によって求められた今回の伝播時間差の候補の全てについて、前回の伝播時間差算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分を求めるように構成された伝播時間差変化分算出部（４７）と、伝播時間和候補算出部によって求められた今回の伝播時間和の候補の全てについて、前回の伝播時間和算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分を求めるように構成された伝播時間和変化分算出部（４８）と、伝播時間差変化分算出部によって求められた前回の伝播時間差からの変化分と伝播時間和変化分算出部によって求められた前回の伝播時間和からの変化分とに基づいて、順方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および逆方向ゼロクロス時刻候補取得部によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロクロス時刻を確定するように構成されたゼロクロス時刻確定部（４９）とを備えることを特徴とする。
【0028】
また、本発明は、測定対象の流体が流れる配管（１）と、この配管の上流側に配置された第１の超音波送受信器（２）と、配管の下流側に配置された第２の超音波送受信器（３）とを備え、第１の超音波送受信器と第２の超音波送受信器との間で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両方向における超音波信号の伝播時間差に基づいて、流体の流量を計測するように構成された超音波流量計（１００）におけるゼロクロス時刻の確定方法であって、第１の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第２の超音波送受信器から出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補として取得する順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップ（Ｓ１０１）と、第２の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第１の超音波送受信器から出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補として取得する逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップ（Ｓ１０２）と、順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差を今回の伝播時間差の候補として求める伝播時間差候補算出ステップ（Ｓ１０３）と、順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和を今回の伝播時間和の候補として求める伝播時間和候補算出ステップ（Ｓ１０４）と、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値との差を前回の伝播時間差として求める前回の伝播時間差算出ステップ（Ｓ１０５）と、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値との和を前回の伝播時間和として求める前回の伝播時間和算出ステップ（Ｓ１０６）と、伝播時間差候補算出ステップによって求められた今回の伝播時間差の候補の全てについて、前回の伝播時間差算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分を求める伝播時間差変化分算出ステップ（Ｓ１０７）と、伝播時間和候補算出ステップによって求められた今回の伝播時間和の候補の全てについて、前回の伝播時間和算出ステップによって求められた前回の伝播時間和からの変化分を求める伝播時間和変化分算出ステップ（Ｓ１０８）と、伝播時間差変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間差からの変化分と伝播時間和変化分算出ステップによって求められた前回の伝播時間和からの変化分とに基づいて、順方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および逆方向ゼロクロス時刻候補取得ステップによって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロクロス時刻を確定するゼロクロス時刻確定ステップ（Ｓ１０９～Ｓ１１２）とを備えることを特徴とする。
【0029】
本発明では、第１の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第２の超音波送受信器（３）から出力される順方向の受信信号と閾値電圧（Ｖｓ）とを比較し、この順方向の受信信号が閾値電圧を超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするゼロクロス時刻（Ｚ１）を複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補（Ｚ１ij）として取得する。また、第２の超音波送受信器からの超音波信号を受信した第１の超音波送受信器（２）から出力される逆方向の受信信号と閾値電圧（Ｖｓ）とを比較し、この逆方向の受信信号が閾値電圧を超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするゼロクロス時刻（Ｚ２）を複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補（Ｚ２ik）として抽出する。
【0030】
そして、取得した今回の順方向のゼロクロス時刻の候補（Ｚ１ij）と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補（Ｚ２ik）との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との差（Ｚ２ik－Ｚ１ij）を今回の伝播時間差の候補（αijk）として求める。また、取得した今回の順方向のゼロクロス時刻の候補（Ｚ１ij）と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補（Ｚ２ik）との全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補と今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補との和（Ｚ１ij＋Ｚ２ik）を今回の伝播時間和の候補（βijk）として求める。
【0031】
そして、前回の順方向のゼロクロス時刻の確定値（Ｚ１i-1）と前回の逆方向のゼロクロス時刻の確定値（Ｚ２i-1）との差（Ｚ２i-1－Ｚ１i-1）を前回の伝播時間差（αi-1）とし、今回の伝播時間差の候補（αijk）の全てについて、前回の伝播時間差（αi-1）からの変化分（Δαijk）を求める。また、前回の順方向のゼロクロス時刻の確定値（Ｚ１i-1）と前回の逆方向のゼロクロス時刻の確定値（Ｚ２i-1）との和（Ｚ１i-1＋Ｚ２i-1）を前回の伝播時間和（βi-1）とし、今回の伝播時間和の候補（βijk）の全てについて、前回の伝播時間和（βi-1）からの変化分（Δβijk）を求める。
【0032】
そして、この求めた前回の伝播時間差からの変化分（Δαijk）と前回の伝播時間和からの変化分（Δβijk）とに基づいて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補（Ｚ１ij）および今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補（Ｚ２ik）の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻（Ｚ１i）および今回の逆方向のゼロクロス時刻（Ｚ２i）を確定する。例えば、前回の伝播時間差からの変化分（Δαijk）と前回の伝播時間和からの変化分（Δβijk）が最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻（Ｚ１i）および逆方向のゼロクロス時刻（Ｚ２i）として確定する。
【0033】
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。
【発明の効果】
【0034】
以上説明したように、本発明によれば、前回の順方向のゼロクロス時刻の確定値と前回の逆方向のゼロクロス時刻の確定値との差を前回の伝播時間差とし、今回の伝播時間差の候補の全てについて前回の伝播時間差からの変化分を求め、前回の順方向のゼロクロス時刻の確定値と前回の逆方向のゼロクロス時刻の確定値との和を前回の伝播時間和とし、今回の伝播時間和の候補の全てについて前回の伝播時間和からの変化分を求め、この求めた前回の伝播時間差からの変化分と前回の伝播時間和からの変化分とに基づいて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補および今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補の中から、今回の順方向のゼロクロス時刻および今回の逆方向のゼロクロス時刻を確定するようにしたので、例えば、前回の伝播時間差からの変化分と前回の伝播時間和からの変化分が最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻および逆方向のゼロクロス時刻として確定するようにして、順方向／逆方向ともに、常に正しいゼロクロス時刻を選択して、正しい伝播時間を算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、実施の形態の説明に入る前に、本発明の原理について説明する。
【0037】
〔発明の原理〕
流体の成分、温度、流速は、それぞれ急激には変化しないと仮定することができる場合がある。例えば、流量計測部の前に配管があったり、バッファタンクがあったりすることで、流体の成分や温度や流速の変化は緩和され、計測間隔が十分短ければ、これらの物理量は緩やかに変化するとみなすことができる。また、流体中の音速も、流体の成分や温度、圧力などの関数とみなすことができるため、音速も計測間隔に対して急激には変化しないとみなすことができる。
流体の成分、温度、流速は、それぞれ急激には変化しないと仮定することができる場合がある。例えば、流量計測部の前に配管があったり、バッファタンクがあったりすることで、流体の成分や温度や流速の変化は緩和され、計測間隔が十分短ければ、これらの物理量は緩やかに変化するとみなすことができる。また、流体中の音速も、流体の成分や温度、圧力などの関数とみなすことができるため、音速も計測間隔に対して急激には変化しないとみなすことができる。
【0038】
この「流体の音速（ｃ）や流速（ｖ）は急には変化しない」という仮定を使うことで、以下のようにして適切なゼロクロス時刻を選択することができる。
【0039】
前記の（１５）式より、音速（ｃ）が急には変化しないということから、伝播時間の和が急には変化しないとすることができる。
前記の（９）式より、音速（ｃ）や流速（ｖ）が急には変化しないということは、伝播時間の差が急には変化しないとすることができる。
したがって、「音速（ｃ）や流速（ｖ）が急には変化しない」ということは、伝播時間の差と和が急には変化しないとすることができる。
前記の（９）式より、音速（ｃ）や流速（ｖ）が急には変化しないということは、伝播時間の差が急には変化しないとすることができる。
したがって、「音速（ｃ）や流速（ｖ）が急には変化しない」ということは、伝播時間の差と和が急には変化しないとすることができる。
【0040】
順方向と逆方向の伝播時間をそれぞれｔ１、ｔ２とする。伝播時間ｔ１，ｔ２は流量（流速）や温度（音速）の変化などにより時々刻々と変化する。伝播時間ｔ１，ｔ２は離散的に計測しているものとし、ｉ番目に計測された伝播時間ｔ１，ｔ２をそれぞれｔ１i，ｔ２iとする。また、順方向と逆方向のゼロクロス時刻をそれぞれＺ１，Ｚ２とし、ｉ番目に取得されたゼロクロス時刻Ｚ１，Ｚ２をＺ１i，Ｚ２iとする。
【0041】
ｉ番目に計測された伝播時間ｔ１i，ｔ２iには、計測されたゼロクロス時刻Ｚ１i，Ｚ２iに応じてそれぞれ複数の候補がある。また、ゼロクロス時刻Ｚ１i，Ｚ２iには、目的とするゼロクロス時刻Ｚ１i，Ｚ２iに対して、１周期の整数倍を加減算した複数の候補がある。
【0042】
ここで、伝播時間ｔ１iの候補をｔ１ijとし、ゼロクロス時刻Ｚ１iの候補をＺ１ijとする（図１参照）。また、伝播時間ｔ２iの候補をｔ２ikとし、ゼロクロス時刻Ｚ２iの候補をＺ２ikとする（図２参照）。また、目的とするゼロクロス時刻Ｚ１i，Ｚ２iをＺ１it，Ｚ２itとする。なお、ｊ，ｋは候補を示す番号であり、この例では、ｊはｊ≧０の整数とし、ｋはｋ≧０の整数とする。
【0043】
この場合、ｔ１ij，ｔ２ikは、
ｔ１ij＝Ｚ１ij－ｄｌｙ
ｔ２ik＝Ｚ２ik－ｄｌｙ
と表すことができる。
ｔ１ij＝Ｚ１ij－ｄｌｙ
ｔ２ik＝Ｚ２ik－ｄｌｙ
と表すことができる。
【0044】
また、Ｚ１ij，Ｚ２ikは、
Ｚ１ij＝Ｚ１it＋ｔｕｊ
Ｚ２ij＝Ｚ２it＋ｔｕｋ
と表すことができる。
Ｚ１ij＝Ｚ１it＋ｔｕｊ
Ｚ２ij＝Ｚ２it＋ｔｕｋ
と表すことができる。
【0045】
ｉ番目（今回）の伝播時間差ｔ２i－ｔ１iの候補をαijkとした場合、
αijk＝ｔ２ik－ｔ１ij＝Ｚ２ik－Ｚ１ij＝Ｚ２it－Ｚ１it＋（ｋ－ｊ）ｔｕ
とまとめることができる。
αijk＝ｔ２ik－ｔ１ij＝Ｚ２ik－Ｚ１ij＝Ｚ２it－Ｚ１it＋（ｋ－ｊ）ｔｕ
とまとめることができる。
【0046】
また、ｉ－１番目（前回）の順方向の伝播時間の確定値をｔ１i-1とし（図３参照）、逆方向の伝播時間の確定値をｔ２i-1とし（図４参照）、伝播時間差ｔ２i-1－ｔ１i-1をαi-1とした場合、
αi-1＝ｔ２i-1－ｔ１i-1＝Ｚ２i-1－Ｚ１i-1
と表される。
αi-1＝ｔ２i-1－ｔ１i-1＝Ｚ２i-1－Ｚ１i-1
と表される。
【0047】
ここで、今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて前回の伝播時間差αi-1からの変化分をΔαijk（Δαijk＝αijk－αi-1）として求め、この前回の伝播時間差からの変化分Δαijkが最小となるようなｊとｋの組み合わせを求め、この組み合わせから求められるｋ－ｊ＝ｄを第１の条件とする。この段階で、ｋ－ｊ＝ｄとなるｊとｋの組み合わせは複数の候補がある。
【0048】
同様に、ｉ番目（今回）の伝播時間和ｔ１i＋ｔ２iの候補をβijkとした場合、
βijk＝ｔ１ij＋ｔ２ik＝Ｚ１ij＋Ｚ２ik－２ｄｌｙ＝Ｚ１it＋Ｚ２it－２ｄｌｙ＋（ｊ＋ｋ）ｔｕ
とまとめることができる。
βijk＝ｔ１ij＋ｔ２ik＝Ｚ１ij＋Ｚ２ik－２ｄｌｙ＝Ｚ１it＋Ｚ２it－２ｄｌｙ＋（ｊ＋ｋ）ｔｕ
とまとめることができる。
【0049】
また、ｉ－１番目（前回）の順方向の伝播時間の確定値をｔ１i-1とし（図３参照）、逆方向の伝播時間の確定値をｔ２i-1とし（図４参照）、伝播時間差ｔ１i-1＋ｔ２i-1をβi-1とした場合、
βi-1＝ｔ１i-1＋ｔ２i-1＝Ｚ１i-1＋Ｚ２i-1－２ｄｌｙ
と表される。
βi-1＝ｔ１i-1＋ｔ２i-1＝Ｚ１i-1＋Ｚ２i-1－２ｄｌｙ
と表される。
【0050】
ここで、今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて前回の伝播時間和βi-1からの変化分をΔβijk（Δβijk＝βijk－βi-1）として求め、この前回の伝播時間差からの変化分Δβijkが最小となるようなｊとｋの組み合わせを求め、この組み合わせから求められるｊ＋ｋ＝ａを第２の条件とする。この段階で、ｊ＋ｋ＝ａとなるｊとｋの組み合わせは複数の候補がある。
【0051】
そして、「ｋ－ｊ＝ｄ（第１の条件）」と「ｊ＋ｋ＝ａ（第２の条件）」の両方の条件を満たすｊとｋを求める。この場合、ｄとａが定まると、ｊ＝（ａ－ｄ）／２、ｋ＝（ａ＋ｄ）／２により、ｊとｋが一意的に定まる。
【0052】
そして、この求められたｊとｋとで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定する。
【0053】
このようにすることによって、順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikの中から、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkと前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが最も小さい組み合わせが、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定されるものとなる。これにより、順方向／逆方向ともに、常に正しいゼロクロス時刻Ｚ１i，Ｚ２iを選択して、正しい伝播時間ｔ１，ｔ２を算出することが可能となる。
【0054】
なお、本発明を実現するにあたっては、目的とするゼロクロス時刻の直前の波高に対して閾値電圧ｖｓを十分低くしておき、受信信号の振幅の変動があっても目的とするゼロクロス時刻は確実に検出することができるようにする。
【0055】
この場合、閾値電圧ｖｓが低いことから目的とするゼロクロス時刻よりも早いタイミングのゼロクロス時刻も検出してしまうことがあるため、これを除外するために上述したような方法で目的とするゼロクロス時刻を確定するようにする。
【0056】
【0057】
この超音波流量計１００において、第１の超音波送受信器（上流側トランスデューサ）２および第２の超音波送受信器（下流側トランスデューサ）３に対しては、「第１の超音波送受信器２と第２の超音波送受信器３との間で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両方向における超音波信号の伝播時間差に基づいて流体の流速ｖを測定し、この測定した流速ｖと配管１の断面積Ｓとから流体の流量Ｑを求める流量演算装置４」が設けられている。
【0058】
流量演算装置４は、図６に示すように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４－１と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４－２と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）４－３と、ハードディスクなどの記憶装置４－４と、入出力用のインタフェース４－５，４－６と、これらを接続する母線４－７とを備えている。
【0059】
この流量演算装置４には、本実施の形態特有のプログラムとして、流量演算プログラムがインストールされている。この流量演算プログラムは、例えばＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体に記録された状態で提供され、この記録媒体から読み出されて記憶装置４－４に記録され、使用可能な状態として流量演算装置４にインストールされている。
【0060】
この流量演算装置４において、ＣＰＵ４－１は、インタフェース４－５を介する入力情報を処理することで、ＲＡＭ４－２やＲＯＭ４－３、記憶装置４－４にアクセスしながら、流量演算装置４にインストールされている流量演算プログラムに従って動作する。以下、この流量演算プログラムに従ってＣＰＵ４－１が実行する処理動作の第１例（実施の形態１）について、図７および図８に分割して示すフローチャートを参照しながら説明する。
【0061】
〔実施の形態１〕
ＣＰＵ４－１は、インタフェース４－５を介し、第２の超音波送受信器３から出力される受信信号（図１参照）を今回の順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧Ｖｓを超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijとして取得する（ステップＳ１０１）。この取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijは記憶装置４－４に格納される。
ＣＰＵ４－１は、インタフェース４－５を介し、第２の超音波送受信器３から出力される受信信号（図１参照）を今回の順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧Ｖｓを超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijとして取得する（ステップＳ１０１）。この取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijは記憶装置４－４に格納される。
【0062】
なお、この例では、順方向の受信信号がプラス側からマイナス側へ移行するタイミング（ゼロ電位と交差するタイミング）をゼロクロスするタイミングとして、ゼロクロス時刻を検出するようにしている。すなわち、順方向の受信信号が閾値電圧Ｖｓを超えた後、この順方向の受信信号が１周期（ｔｕ）毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijとして取得するようにしている。
【0063】
次に、ＣＰＵ４－１は、インタフェース４－５を介し、第１の超音波送受信器２から出力される受信信号（図２参照）を今回の逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が予め設定されている閾値電圧Ｖｓを超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数回検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとして取得する（ステップＳ１０２）。この取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikは記憶装置４－４に格納される。
【0064】
なお、この例では、逆方向の受信信号がプラス側からマイナス側へ移行するタイミング（ゼロ電位と交差するタイミング）をゼロクロスするタイミングとして、ゼロクロス時刻を検出するようにしている。すなわち、逆方向の受信信号が閾値電圧Ｖｓを超えた後、この逆方向の受信信号が１周期（ｔｕ）毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとして取得するようにしている。
【0065】
次に、ＣＰＵ４－１は、ステップＳ１０１で取得した今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijとステップＳ１０２で取得した今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの差「Ｚ２ik－Ｚ１ij」を今回の伝播時間差の候補αijkとして求める（ステップＳ１０３）。
【0066】
また、ＣＰＵ４－１は、ステップＳ１０１で取得した今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijとステップＳ１０２で取得した今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの和「Ｚ１ij＋Ｚ２ik」を今回の伝播時間和の候補βijkとして求める（ステップＳ１０４）。
【0067】
また、ＣＰＵ４－１は、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ２i-1との差「Ｚ２i-1－Ｚ１i-1」を前回の伝播時間差αi-1として求め（ステップＳ１０５）、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ２i-1との和「Ｚ１i-1＋Ｚ１i-1」を前回の伝播時間和βi-1として求める（ステップＳ１０６）。
【0068】
そして、ＣＰＵ４－１は、ステップＳ１０３で求めた今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて、ステップＳ１０５で求めた前回の伝播時間差αi-1からの変化分Δαijk（Δαijk＝αijk－αi-1）を求める（ステップＳ１０７）。
【0069】
また、ＣＰＵ４－１は、ステップＳ１０４で求めた今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて、ステップＳ１０６で求めた前回の伝播時間和βi-1からの変化分Δβijk（Δβijk＝βijk－βi-1）を求める（ステップＳ１０８）。
【0070】
そして、ＣＰＵ４－１は、ステップＳ１０７で求めた前回の伝播時間差からの変化分Δαijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせを求め、このｊとｋの組み合わせから求められるｋ－ｊ＝ｄを第１の条件として求める（ステップＳ１０９）。また、ステップＳ１０８で求めた前回の伝播時間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせを求め、このｊとｋの組み合わせから求められるｊ＋ｋ＝ａを第２の条件として求める（ステップＳ１１０）。
【0071】
そして、ＣＰＵ４－１は、「ｋ－ｊ＝ｄ（第１の条件）」と「ｊ＋ｋ＝ａ（第２の条件）」の両方の条件を満たすｊとｋを求める（ステップＳ１１１）。すなわち、ｋ－ｊ＝ｄとｊ＋ｋ＝ａとを連立させて解き、ｊ＝（ａ－ｄ）／２、ｋ＝（ａ＋ｄ）／２としてｊとｋを求める。
【0072】
そして、ＣＰＵ４－１は、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ijの中から、ステップＳ１１１で求めたｊとｋとで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定する（ステップＳ１１２）。
【0073】
〔実施の形態１の具体例〕
次に、実施の形態１の具体例について説明する。なお、この実施の形態１の具体例において、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1は「２２９．１７μｓ」、逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ２i-1は「２２９．９１μｓ」であったとする（図９参照）。
次に、実施の形態１の具体例について説明する。なお、この実施の形態１の具体例において、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1は「２２９．１７μｓ」、逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ２i-1は「２２９．９１μｓ」であったとする（図９参照）。
【0074】
この場合、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ２i-1との差（前回の伝播時間差）αi-1は、Ｚ２i-1－Ｚ１i-1＝０７４〔μｓ〕として求められ、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ２i-1との和（前回の伝播時間和）βi-1は、Ｚ１i-1＋Ｚ２i-1＝４５９．０８〔μｓ〕として求められる（図１０参照）。
【0075】
また、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijとして、Ｚ１i0が「２２５．３７μｓ」、Ｚ１i1が「２２７．２８μｓ」、Ｚ１i2が「２２９．２３μｓ」として取得され（図１１参照）、今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとして、Ｚ２i0が「２２８．００μｓ」、Ｚ２i1が「２２９．９３μｓ」、Ｚ２i2が「２３１．８２μｓ」として取得されたものとする（図１２参照）。
【0076】
この場合、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの差「Ｚ２ik－Ｚ１ij」を今回の伝播時間差の候補αijkとして求めると、今回の伝播時間差の候補αijkは図１３に示すようになる。
【0077】
また、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの和「Ｚ１ij＋Ｚ２ik」を今回の伝播時間和の候補βijkとして求めると、今回の伝播時間和の候補βijkは図１４に示すようになる。
【0078】
そして、今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて、前回の伝播時間差αi-1からの変化分Δαijkを「αijk－αi-1」として求めると、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkは図１５に示すようになる。また、今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて、前回の伝播時間和βi-1からの変化分Δβijkを「βijk－βi-1」として求めると、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkは図１６に示すようになる。
【0079】
図１５において、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせは、ｊ＝１，ｋ＝０である（図中斜線で示したセル）。このｊとｋの組み合わせからｋ－ｊ＝ｄを第１の条件として求める。この場合、ｊ＝１，ｋ＝０の組み合わせからｄ＝－１が得られ、ｋ－ｊ＝－１が第１の条件とされる。なお、ｄ＝－１となるｊとｋの組み合わせは、ｋ＝１，ｊ＝２もあり（図中網線で示すセル）、このｊとｋの組み合わせも候補となる。
【0080】
図１６において、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせは、ｊ＝１，ｋ＝２である（図中斜線で示したセル）。このｊとｋの組み合わせからｊ＋ｋ＝ａを第２の条件として求める。この場合、ｊ＝１，ｋ＝２の組み合わせから、ａ＝３が得られ、ｊ＋ｋ＝３が第２の条件とされる。なお、ａ＝３となるｊとｋの組み合わせは、ｋ＝１，ｊ＝２もあり（図中網線で示すセル）、このｊとｋの組み合わせも候補となる。
【0081】
この実施の形態１の具体例において、ゼロクロス時刻の差と和の変化分がそれぞれ小さいとして求めた２つの条件は、「ｋ－ｊ＝－１」（第１の条件）、「ｊ＋ｋ＝３」（第２の条件）となるので、両方の条件を満たすｊ，ｋとして、すなわち前回の伝播時間差からの変化分Δαijkと前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが最も小さい組み合わせとして、ｊ＝２，ｋ＝１が求められる。
【0082】
これにより、その求められたｊ＝２とｋ＝１とで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１i2および逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２i１が、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定される（図１７参照）。
【0083】
【0084】
図１８および図１９に分割して示したフローチャートにおいて、ステップＳ２０１～Ｓ２０８の処理は、図７および図８に分割して示したフローチャートにおけるステップＳ１０１～Ｓ１０８の処理と同じであるので、その説明は省略する。なお、この実施の形態２では、ゼロクロス時刻の差と和の変化分について、平均を用いて一次元化して、最小値を算出するものとする。
【0085】
実施の形態２において、ＣＰＵ４－１は、ステップＳ２０７で求めた前回の伝播時間差からの変化分Δαijkについて、ｋ－ｊが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるｋ－ｊ＝ｄを第１の条件として求める（ステップＳ２０９）。また、ステップＳ２０８で求めた前回の伝播時間和からの変化分Δβijkについて、ｊ＋ｋが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるｊ＋ｋ＝ｄを第２の条件として求める（ステップＳ２１０）。
【0086】
そして、ＣＰＵ４－１は、「ｋ－ｊ＝ｄ（第１の条件）」と「ｊ＋ｋ＝ａ（第２の条件）」の両方の条件を満たすｊとｋを求める（ステップＳ２１１）。すなわち、ｋ－ｊ＝ｄとｊ＋ｋ＝ａとを連立させて解き、ｊ＝（ａ－ｄ）／２、ｋ＝（ａ＋ｄ）／２としてｊとｋを求める。
【0087】
そして、ＣＰＵ４－１は、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ijの中から、ステップＳ２１１で求めたｊとｋとで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２ikを、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定する（ステップＳ２１２）。
【0088】
〔実施の形態２の具体例〕
次に、実施の形態２の具体例について説明する。なお、実施の形態２の具体例においても、実施の形態１と同様にして、ステップＳ２０７において、図１５に示すような前回の伝播時間差からの変化分Δαijkが求められ、ステップＳ２０８において、図１６に示すような前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが求められるものとする。
次に、実施の形態２の具体例について説明する。なお、実施の形態２の具体例においても、実施の形態１と同様にして、ステップＳ２０７において、図１５に示すような前回の伝播時間差からの変化分Δαijkが求められ、ステップＳ２０８において、図１６に示すような前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが求められるものとする。
【0089】
実施の形態１では、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせを求め、このｉとｋとの組み合わせからｋ－ｊ＝ｄを第１の条件として求めるようにした。これに対して、実施の形態２では、前回の伝播時間差からの変化分Δαijkについて、ｋ－ｊが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるｋ－ｊ＝ｄを第１の条件として求めるようにする（図２０参照）。図２０に示した例では、平均値の絶対値が最小となるのは、ｋ－ｊ＝－１の場合である。したがって、ｋ－ｊ＝－１が第１の条件とされる。
【0090】
また、実施の形態１では、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkの絶対値が最小となるｊとｋの組み合わせを求め、このｉとｋとの組み合わせからｊ＋ｋ＝ａを第２の条件として求めるようにした。これに対して、実施の形態２では、前回の伝播時間和からの変化分Δβijkについて、ｊ＋ｋが同じものの平均値を求め、その平均値の絶対値が最小となるｊ＋ｋ＝ａを第２の条件として求めるようにする（図２１参照）。図２１に示した例では、平均値の絶対値が最小となるのは、ｊ＋ｋ＝３の場合である。したがって、ｊ＋ｋ＝３が第２の条件とされる。
【0091】
この実施の形態２の具体例において、ゼロクロス時刻の差と和の変化分がそれぞれ小さいとして求めた２つの条件は、ｋ－ｊ＝－１（第１の条件）、ｊ＋ｋ＝３（第２の条件）となるので、両方の条件を満たすｊ，ｋとして、すなわち前回の伝播時間差からの変化分Δαijkと前回の伝播時間和からの変化分Δβijkが最も小さい組み合わせとして、ｊ＝２，ｋ＝１が求められる。
【0092】
これにより、その求められたｊ＝２とｋ＝１とで示される順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１i2および逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２i１が、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定される（図２２参照）。
【0093】
図２３に、超音波流量計１００における流量演算装置４の要部の機能ブロック図を示す。この流量演算装置４は、ＣＰＵ４－１の処理機能として、順方向ゼロクロス時刻候補取得部４１と、逆方向ゼロクロス時刻候補取得部４２と、伝播時間差候補算出部４３と、伝播時間和候補算出部４４と、前回の伝播時間差算出部４５と、前回の伝播時間和算出部４６と、伝播時間差変化分算出部４７と、伝播時間和変化分算出部４８と、ゼロクロス時刻確定部４９とを備えている
【0094】
この流量演算装置４において、順方向ゼロクロス時刻候補取得部４１は、第１の超音波送受信器２からの超音波信号を受信した第２の超音波送受信器３から出力される受信信号を順方向の受信信号として取り込み、この順方向の受信信号が閾値電圧Ｖｓを超えた後、この順方向の受信信号がゼロクロスするタイミング（この例では、順方向の受信信号が１周期毎にゼロクロスするタイミング）をゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijとして取得する。
【0095】
逆方向ゼロクロス時刻候補取得部４２は、第２の超音波送受信器３からの超音波信号を受信した第１の超音波送受信器２から出力される受信信号を逆方向の受信信号として取り込み、この逆方向の受信信号が閾値電圧Ｖｓを超えた後、この逆方向の受信信号がゼロクロスするタイミング（この例では、逆方向の受信信号が１周期毎にゼロクロスするタイミング）をゼロクロス時刻として複数検出し、この検出したゼロクロス時刻のそれぞれを今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとして取得する。
【0096】
伝播時間差候補算出部４３は、順方向ゼロクロス時刻候補取得部４１によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと逆方向ゼロクロス時刻候補取得部４２によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの差「Ｚ２ik－Ｚ１ij」を今回の伝播時間差の候補αijkとして求める。
【0097】
伝播時間和候補算出部４４は、順方向ゼロクロス時刻候補取得部４１によって取得された今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと逆方向ゼロクロス時刻候補取得部４２によって取得された今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの全ての組み合わせについて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijと今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの和「Ｚ１ij＋Ｚ２ik」を今回の伝播時間和の候補βijkとして求める。
【0098】
前回の伝播時間差算出部４５は、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ２i-1との差を前回の伝播時間差αi-1として求め、前回の伝播時間和算出部４６は、順方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1と逆方向のゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ２i-1との和を前回の伝播時間和βi-1として求める。
【0099】
伝播時間差変化分算出部４７は、伝播時間差候補算出部４３によって求められた今回の伝播時間差の候補αijkの全てについて、前回の伝播時間差算出部４５によって求められた前回の伝播時間差αi-1からの変化分Δαijk（Δαijk＝αijk－αi-1）を求め、伝播時間和変化分算出部４８は、伝播時間和候補算出部４４によって求められた今回の伝播時間和の候補βijkの全てについて、前回の伝播時間和算出部４６によって求められた前回の伝播時間和βi-1からの変化分Δβijk（Δβijk＝βijk－βi-1）を求める。
【0100】
ゼロクロス時刻確定部４９は、伝播時間差変化分算出部に４７よって求められた前回の伝播時間差からの変化分Δαijkと伝播時間和変化分算出部４８によって求められた前回の伝播時間和からの変化分Δβijkとに基づいて、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikの中から、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iを確定する。
【0101】
この場合、ゼロクロス時刻確定部４９は、上述した実施の形態１や実施の形態２のようにして、今回の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikの中から、前回の伝播時間差からの変化分Δαijと前回の伝播時間和からの変化分Δβijが最も小さい組み合わせを、今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iおよび今回の逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとして確定する。この確定されたゼロクロス時刻Ｚ１i，Ｚ２iは、次回の伝播時間差の計測に際し、ゼロクロス時刻の前回の確定値Ｚ１i-1，Ｚ２i-1として用いられる。
【0102】
なお、上述した実施の形態では、順方向ゼロクロス時刻候補取得部４１や逆方向ゼロクロス時刻候補取得部４２において、順方向の受信信号や逆方向の受信信号が１周期（ｔｕ）毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として検出するようにしたが、半周期（ｔｕ／２）毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として検出するようにしてもよい（図２４参照）。
【0103】
半周期毎にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻として検出するようにしても、上述した実施の形態と同様にして、順方向／逆方向ともに、常に正しいゼロクロス時刻Ｚ１i，Ｚ２iを選択して、正しい伝播時間ｔ１，ｔ２を算出することが可能となる。
【0104】
また、ゼロクロス時刻確定部４９において、確定した今回の順方向のゼロクロス時刻Ｚ１iとこのゼロクロス時刻Ｚ１iに連なる複数の順方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ１ijとの平均を求め、この平均を今回の順方向の伝播時間ｔ１の算出に際して用いる順方向のゼロクロス時刻とし、確定した今回の逆方向のゼロクロス時刻Ｚ２iとこのゼロクロス時刻Ｚ２iに連なる複数の逆方向のゼロクロス時刻の候補Ｚ２ikとの平均を求め、この平均を今回の逆方向の伝播時間ｔ２の算出に際して用いる逆方向のゼロクロス時刻とするようにしてもよい。このようにすることにより、特許文献１と同様にして、計測される伝播時間のばらつきを小さくすることができるようになる。
【0105】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【0106】
１…配管、２…第１の超音波送受信器（上流側トランスデューサ）、３…第２の超音波送受信器（下流側トランスデューサ）、４…流量演算装置、４－１…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、４－２…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、４－３…専用メモリ（ＲＯＭ）、４－４…記憶装置、４－５，４－６…インタフェース、４－７…母線、４１…順方向ゼロクロス時刻候補取得部、４２…逆方向ゼロクロス時刻候補取得部、４３…伝播時間差候補算出部、４４…伝播時間和候補算出部、４５…前回の伝播時間差算出部、４６…前回の伝播時間和算出部、４７…伝播時間差変化分算出部、４８…伝播時間和変化分算出部、４９…ゼロクロス時刻確定部、１００…超音波流量計。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】