特許 7184596 超音波流量計および超音波流量計におけるピーク高さ情報取得方法

(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】2022-11-28

(45)【発行日】2022-12-06

(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ピーク高さ情報取得方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20220101AFI20221129BHJP

   G01F 1/00 20220101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

G01F1/66 Z

G01F1/66 101

G01F1/00 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018203539

(22)【出願日】2018-10-30

(65)【公開番号】P2020071079

(43)【公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-09-24

(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

(72)【発明者】

【氏名】小原 太輔

(72)【発明者】

【氏名】夏 園

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１８７５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００６１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００５５１７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ １／００

Ｇ０１Ｆ １／６６

(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、
前記超音波信号の受信波形を計測するように構成された受信波形計測部と、
前記受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形の所定番目の波の予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲を設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測部による前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得するように構成されたピーク高さ情報取得部と、を備え、
前記ピーク高さ情報取得部は、
前記受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における前記ピーク高さ情報の取得の対象となる波のうち、最小の振幅の波の予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲を設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測部による前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記最小の振幅の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得し、
この取得したピーク高さ情報から予測される次の波の振幅値を含む所定幅の探索範囲を前記受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測部による前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記次の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得する
ことを特徴とする超音波流量計。

【請求項2】

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、
前記超音波信号の受信波形を計測するように構成された受信波形計測部と、
前記受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形の所定番目の波の予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲を設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測部による前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得するように構成されたピーク高さ情報取得部と、を備え、
前記ピーク高さ情報取得部は、
前記受信波形計測部によって計測された前記受信波形の振幅の代表値を求め、この振幅の代表値から予測される前記受信波形における所定番目の波の振幅値を含む所定幅の探索範囲を前記受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測部による前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得し、
この取得したピーク高さ情報から予測される次の波の振幅値を含む所定幅の探索範囲を前記受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測部による前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記次の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得する
ことを特徴とする超音波流量計。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された超音波流量計において、
前記ピーク高さ情報取得部は、
前記受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、このタイミングを過ぎた
後の次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し、この検出したゼロクロス時刻に基づいて前記ピーク高さ情報を取得する
ことを特徴とする超音波流量計。

【請求項4】

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ピーク高さ情報取得方法であって、
前記超音波信号の受信波形を計測する受信波形計測ステップと、
前記受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における所定番目の波の予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲を設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測ステップによる前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得するピーク高さ情報取得ステップと、を備え、
前記ピーク高さ情報取得ステップは、
前記受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における前記ピーク高さ情報の取得の対象となる波のうち、最小の振幅の波の予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲を設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測ステップによる前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記最小の振幅の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得し、
この取得したピーク高さ情報から予測される次の波の振幅値を含む所定幅の探索範囲を前記受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測ステップによる前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記次の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得する
ことを特徴とする超音波流量計におけるピーク高さ情報取得方法。

【請求項5】

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ピーク高さ情報取得方法であって、
前記超音波信号の受信波形を計測する受信波形計測ステップと、
前記受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における所定番目の波の予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲を設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測ステップによる前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得するピーク高さ情報取得ステップと、を備え、
前記ピーク高さ情報取得ステップは、
前記受信波形計測ステップによって計測された前記受信波形の振幅の代表値を求め、この振幅の代表値から予測される前記受信波形における所定番目の波の振幅値を含む所定幅の探索範囲を前記受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測ステップによる前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得し、
この取得したピーク高さ情報から予測される次の波の振幅値を含む所定幅の探索範囲を前記受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら前記受信波形計測ステップによる前記受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて前記次の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得する
ことを特徴とする超音波流量計におけるピーク高さ情報取得方法。

【請求項6】

請求項４又は５に記載された超音波流量計におけるピーク高さ情報取得方法において、
前記ピーク高さ情報取得ステップは、前記受信波形が前記閾値と最初に交叉するタイミングを求め、このタイミングを過ぎた後の次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し、この検出したゼロクロス時刻に基づいて前記ピーク高さ情報を取得する
ことを特徴とする超音波流量計におけるピーク高さ情報取得方法。

【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ピーク高さ情報取得方法に関する。

【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１２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１２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。

【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。

【0006】

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 ・・・・（３）
したがって、
ｖ≒（ｃ²／２Ｌｃｏｓθ）・（ｔ２－ｔ１）＝（ｃ²／２Ｌｃｏｓθ）・Δｔ ・・・・（４）
となる。
この流速ｖと配管１の断面積Ｓとから流体の流量Ｑを求めることができる。

【0007】

図１３（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。

【0008】

図１２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。

【0009】

図１４（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１４（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１４（ａ）において、横軸は縮小して示している。また、図１４（ａ）において、ｔｕは送信信号の周期を示している。

【0010】

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を超えた後の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。

【0011】

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 ・・・・（５）

【0012】

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。

【0013】

また、図１４に示した例では、受信信号の信号値の変化を示す波形（受信波形）における３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３を目標ピークとし、この目標ピークと受信波形における２番目の波Ｓ２の振幅値（目標前ピーク）Ｐ２との間に伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを定めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【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】

【0015】

しかしながら、このような超音波流量計では、強度に個体差がある目標ピークに対して、適切なレベルの閾値電圧Ｖｓを設定することに手間がかかるという問題があった。

【0016】

すなわち、実際の受信波形は、流体や素子の個体差等の影響を受け、信号強度に偏りが生じるために、モデル波形と完全には一致せず、それぞれ異なる。そのため、受信波形を実測しないと、目標ピークの位置が分からず、それに応じた正しい閾値電圧Ｖｓを設定することができない。手作業で、目標ピークを把握し、閾値電圧Ｖｓを設定するのは煩雑で手間がかかる。

【0017】

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、効率的に目標ピークを把握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ピーク高さ情報取得方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

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、超音波信号の受信波形を計測するように構成された受信波形計測部（４１）と、受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における所定番目の波（Ｓ）の予測される振幅値（Ｐ）を含む所定幅の探索範囲（Ｗ）を設定し、この探索範囲内で閾値（Ｖｔｈ）を変えながら受信波形計測部による受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得するように構成されたピーク高さ情報取得部（４２）を備えることを特徴とする。

【0019】

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）におけるピーク高さ情報取得方法であって、超音波信号の受信波形を計測する受信波形計測ステップ（ステップＳ１０３）と、受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における所定番目の波（Ｓ）の予測される振幅値（Ｐ）を含む所定幅の探索範囲（Ｗ）を設定し、この探索範囲内で閾値（Ｖｔｈ）を変えながら受信波形計測ステップによる受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得するピーク高さ情報取得ステップ（Ｓ１０１～Ｓ１０８）を備えることを特徴とする。

【0020】

本発明では、受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における所定番目の波の予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲を設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得する。

【0021】

すなわち、本発明では、受信波形の振幅方向の全範囲ではなく、受信波形の振幅方向に部分的に設定される所定幅の探索範囲内だけで、閾値を変えながら受信波形の計測を繰り返し実行させ、受信波形が計測される毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得する。

【0022】

これにより、受信波形の振幅方向の全範囲を探索範囲とするような方法と比べ、閾値を変える範囲（閾値を設定する範囲）を狭くし、閾値を変える回数（設定する閾値の数）を少なくして、また受信波形の計測回数を少なくして、効率的に目標ピークを把握することが可能となる。

【0023】

本発明では、例えば、受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形におけるピーク高さ情報の取得の対象となる波のうち、最小の振幅の波（Ｓ１）の予測される振幅値（Ｐ１）を含む所定幅の探索範囲（Ｗ１）を設定し、この探索範囲内で閾値（Ｖｔｈ）を変えながら受信波形計測部による受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて最小の振幅の波（Ｓ１）の振幅値（Ｐ１）の実値をピーク高さ情報として取得し、この取得したピーク高さ情報から予測される次の波（Ｓ２）の振幅値（Ｐ２）を含む所定幅の探索範囲（Ｗ２）を受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値（Ｖｔｈ）を変えながら受信波形計測部による受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて次の波（Ｓ２）の振幅値（Ｐ１）の実値をピーク高さ情報として取得するようにする。

【0024】

これにより、同様にして、以降の波（Ｓ）についても振幅値（Ｐ）の実値をピーク高さ情報として取得するようにして、目標とする波（Ｓ３）の振幅値（目標ピーク）を把握し、この把握した目標ピークと目標とする波の前の波（Ｓ２）の振幅値（目標前ピーク）との間に、最適な伝播時間計測用の閾値電圧（Ｖｓ）を設定するようにすることが可能となる。

【0025】

また、本発明では、例えば、受信波形計測部によって計測された受信波形の振幅の代表値（例えば、Ｐｍａｘ）を求め、この振幅の代表値から予測される受信波形における所定番目の波（Ｓ２）の振幅値（Ｐ２）を含む所定幅の探索範囲（Ｗ２）を受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値（Ｖｔｈ）を変えながら受信波形計測部による受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて所定番目の波（Ｓ２）の振幅値（Ｐ２）の実値をピーク高さ情報として取得し、この取得したピーク高さ情報から予測される次の波（Ｓ３）の振幅値（Ｐ３）を含む所定幅の探索範囲（Ｗ３）を受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲内で閾値（Ｖｔｈ）を変えながら受信波形計測部による受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて次の波（Ｓ３）の振幅値（Ｐ３）の実値をピーク高さ情報として取得するようにする。

【0026】

これにより、例えば、所定番目の波（Ｓ２）を目標とする波の前の波、次の波（Ｓ３）を目標とする波とするようにして、目標とする波（Ｓ３）の振幅値（目標ピーク）を把握し、目標ピークと目標とする波の前の波（Ｓ２）の振幅値（目標前ピーク）との間に、最適な伝播時間計測用の閾値電圧（Ｖｓ）を設定するようにすることが可能となる。

【0027】

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】

【0028】

以上説明したように、本発明によれば、受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における所定番目の波の予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲を設定し、この探索範囲内で閾値を変えながら受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値と最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて所定番目の波の振幅値の実値をピーク高さ情報として取得するようにしたので、受信波形の振幅方向の全範囲を探索範囲とするような方法と比べ、閾値を設定する範囲を狭くし、設定する閾値の数を少なくして、また受信波形の計測回数を少なくして、効率的に目標ピークを把握することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】図１は、本発明の第１例の原理を説明する図である。

【図2】図２は、本発明の第２例の原理を説明する図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る超音波流量計の要部を示す図である。

【図4】図４は、この超音波流量計における流量演算装置のハードウェア構成の概略を示す図である。

【図5】図５は、この超音波流量計における流量演算装置のＣＰＵが実行する処理動作の第１例（実施の形態１）を説明するためのフローチャートである。

【図6】図６は、図５に続くフローチャートである。

【図7】図７は、この超音波流量計における流量演算装置のＣＰＵが実行する処理動作の第２例（実施の形態２）を説明するためのフローチャートである。

【図8】図８は、図７に続くフローチャートである。

【図9】図９は、この超音波流量計における流量演算装置の要部の機能ブロック図である。

【図10】図１０は、実施の形態１の超音波流量計の流量演算装置におけるピーク高さ情報取得部の要部の機能ブロック図である。

【図11】図１１は、実施の形態２の超音波流量計の流量演算装置におけるピーク高さ情報取得部の要部の機能ブロック図である。

【図12】図１２は、超音波流量計の概略を示す図である。

【図13】図１３は、超音波送受信器から出力される順方向および逆方向の受信信号の波形図（模式図）である。

【図14】図１４は、超音波送受信器から出力される送信信号および受信信号を示す図である。

【図15】図１５は、本発明の前段となる技術を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

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、図１５を用いて本発明の前段となる技術について説明する。

【0031】

〔本発明の前段となる技術〕
超音波流量計では、図１２を用いて説明したように、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量Ｑを求める。この場合、複数回実施される計測工程毎に、順方向／逆方向ともに、図１５に示すような受信波形が計測される。

【0032】

本発明の前段となる技術では、この超音波流量計において、受信波形の振幅方向の全範囲（図１５に示した例では、プラス側の振幅方向の全範囲）を探索範囲とし、受信波形の計測を閾値Ｖｔｈを変えながら繰り返し、受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて受信波形における波Ｓの振幅値Ｐを求めるようにする。

【0033】

この場合、受信波形が計測される毎に閾値Ｖｔｈを少しずつ大きくして行き、受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、このタイミングを過ぎた後の次にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻Ｚとして検出し、ゼロクロス時刻Ｚが大きくシフトした点の閾値Ｖｔｈを受信波形における波Ｓの振幅値Ｐとして取得する。

【0034】

図１５に示した例では、最初にゼロクロス時刻Ｚが大きくシフトした点の閾値Ｖｔｈが最初の波Ｓ１の振幅値Ｐ１として取得され、次にゼロクロス時刻Ｚが大きくシフトした点の閾値Ｖｔｈが２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２として取得される。同様にして、次にゼロクロス時刻Ｚが大きくシフトした点の閾値Ｖｔｈが３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３として取得され、次にゼロクロス時刻Ｚが大きくシフトした点の閾値Ｖｔｈが４番目の波Ｓ４の振幅値Ｐ４として取得される。

【0035】

このようにして、受信波形における波Ｓ１～Ｓ４の振幅値Ｐ１～Ｐ４を取得した後、この取得した波Ｓ１～Ｓ４の振幅値Ｐ１～Ｐ４から伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを定める。この例では、受信波形における３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３を目標ピークとし、受信波形における２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ３を目標前ピークとし、目標ピークＰ３と目標前ピークＰ２との間に最適な伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを定める。

【0036】

〔本発明の前段となる技術の問題〕
しかしながら、この技術では、受信波形の振幅方向の全範囲を探索範囲としているので、閾値Ｖｔｈを設定する範囲が広く、設定する閾値Ｖｔｈの数が多くなり、また受信波形の計測回数も多く必要とする。このため、目標ピークを把握するまでに時間がかかり、電力の消費量も増大する。

【0037】

〔本発明の原理〕
次に、本発明の原理について説明する。本発明では、受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における所定番目の波Ｓの予測される振幅値を含む所定幅の探索範囲Ｗを設定し、この探索範囲Ｗ内で閾値Ｖｔｈを変えながら受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて所定番目の波Ｓの振幅値Ｐの実値をピーク高さ情報として取得するようにする。

【0038】

すなわち、本発明では、受信波形の振幅方向の全範囲ではなく、受信波形の振幅方向に部分的に設定される探索範囲Ｗ内だけで閾値Ｖｔｈを変えながら、受信波形の計測を繰り返し実行させ、受信波形が計測される毎にその受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて所定番目の波Ｓの振幅値Ｐの実値をピーク高さ情報として取得する。

【0039】

これにより、受信波形の振幅方向の全範囲を探索範囲とするような方法と比べ、閾値Ｖｔｈを変える範囲（閾値を設定する範囲）を狭くし、閾値Ｖｔｈを変える回数（設定する閾値Ｖｔｈの数）を少なくして、また受信波形の計測回数を少なくして、効率的に目標ピークを把握することができるようになり、簡単かつ短時間に、しかも低消費電力で、伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを設定することが可能となる。また、受信信号の実際の形状を確認し、超音波流量計の個別の特性差に合わせた閾値電圧Ｖｓを設定することで、正しい伝播時間の計測を行うことが可能となり、正確な流量が得られる超音波流量計を実現することができるようになる。

【0040】

〔本発明の第１例〕
本発明では、例えば第１例として、図１に示すように、受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における最初の波（１番目の波：ピーク高さ情報の取得の対象となる波のうち、最小の振幅の波）Ｓ１の予測される振幅値Ｐ１含む所定幅の探索範囲Ｗ１を設定し、この探索範囲Ｗ１内で閾値Ｖｔｈを変えながら受信波形の計測を繰り返し実行させ、受信波形が計測される毎にその受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて最初の波Ｓ１の振幅値Ｐ１の実値をピーク高さ情報として取得する。

【0041】

そして、この取得したピーク高さ情報（振幅値Ｐ１の実値）から予測される次の波（２番目の波）Ｓ２の振幅値Ｐ２を含む所定幅の探索範囲Ｗ２を受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲Ｗ２内で閾値Ｖｔｈを変えながら受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて次の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値をピーク高さ情報として取得する。

【0042】

これにより、同様にして、以降の波Ｓ（Ｓ３，Ｓ４）についても振幅値Ｐ（Ｐ３，Ｐ４）の実値をピーク高さ情報として取得するようにして、３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３の実値を目標とする波の振幅値（目標ピーク）、２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値を目標とする波の前の波の振幅値（目標前ピーク）とし、目標ピーク（振幅値Ｐ３の実値）と目標前ピーク（振幅値Ｐ２の実値）との間に、最適な伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを設定することが可能となる。

【0043】

〔本発明の第２例〕
本発明では、例えば第２例として、図２に示すように、受信波形の振幅の代表値として最大振幅Ｐｍａｘ（この例では、Ｐ４＝Ｐｍａｘ）を求め、この最大振幅Ｐｍａｘから予測される受信波形における２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２を含む所定幅の探索範囲Ｗ２を受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲Ｗ２内で閾値Ｖｔｈを変えながら受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値をピーク高さ情報として取得する。

【0044】

そして、この取得したピーク高さ情報（振幅値Ｐ２の実値）から予測される次の波（３番目の波）Ｓ３の振幅値Ｐ３を含む所定幅の探索範囲Ｗ３を受信波形の振幅方向に部分的に設定し、この探索範囲Ｗ３内で閾値Ｖｔｈを変えながら受信波形の計測を繰り返し実行させ、この受信波形の計測が行われる毎にその受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、この求めたタイミングに基づいて３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３の実値をピーク高さ情報として取得する。

【0045】

これにより、３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３の実値を目標とする波の振幅値（目標ピーク）、２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値を目標とする波の前の波の振幅値（目標前ピーク）とするようにして、目標ピーク（振幅値Ｐ３の実値）と目標前ピーク（振幅値Ｐ２の実値）との間に、最適な伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを設定することが可能となる。

【0046】

本発明では、受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングに基づいて、所定番目の波Ｓの振幅値Ｐの実値をピーク高さ情報として取得する。この場合、受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、このタイミングを過ぎた後の次にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻Ｚとして検出し、このゼロクロス時刻Ｚが大きくシフトした点の閾値Ｖｔｈを波Ｓの振幅値Ｐとして取得するようにしてもよいし、受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求め、このタイミングが大きくシフトした点の閾値Ｖｔｈを波Ｓの振幅値Ｐとして取得するようにしてもよい。

【0047】

また、本発明において、探索範囲Ｗ内でのピーク高さ情報の探索法としては、極値、境界探索の一般的な手法である「２分探索法」や「三分探索法」や「黄金分割法」などを用いることが可能である。

【0048】

最もシンプルな「２分探索法」では、探索範囲Ｗの両端と、その中央の合計３つの値に閾値Ｖｔｈを設定して、閾値Ｖｔｈと受信波形が交叉するタイミングを比較し、分割された２つの領域のどちらにピークがあるか否かを判断し、ピークがある側の領域に対して同様の動作を充分な精度になるまで繰り返し行うことで、ピーク頂点の電圧を明らかにする。

【0049】

また、本発明では、受信波形の振幅方向に部分的に探索範囲Ｗを設定するが、受信波形の振幅方向はプラス側であっても、マイナス側であってもよい。また、プラス側とマイナス側の両方の振幅方向であっても構わない。すなわち、ピーク高さ情報の取得は、プラス側の波の振幅値であってもよく、マイナス側の波の振幅値であってもよく、プラス側／マイナス側両方の波の振幅値であってもよい。

【0050】

また、本発明では、受信波形の振幅方向に部分的に探索範囲Ｗを設定して、所定番目の波Ｓの振幅値Ｐの実値をピーク高さ情報として取得するが、この取得したピーク高さ情報は必ずしも伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓの設定に利用しなくてもよく、他のパラメータの設定などに利用してもよい。

【0051】

〔実施の形態〕
図３に、本発明の実施の形態に係る超音波流量計１００の要部を示す。同図において、図１２と同一符号は図１２を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。

【0052】

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。

【0053】

流量演算装置４は、図４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。

【0054】

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、閾値電圧設定プログラムがインストールされている。この閾値電圧設定プログラムは、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。

【0055】

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閾値電圧設定プログラムに従って動作する。以下、この閾値電圧設定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５および図６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。

【0056】

〔実施の形態１〕
ＣＰＵ４－１は、先ず、受信波形（図１参照）の振幅方向に部分的に、その受信波形における最初の波（１番目の波）Ｓ１の予測される振幅値Ｐ１を含む所定幅の探索範囲Ｗ１を設定する（ステップＳ１０１）。

【0057】

そして、ＣＰＵ４－１は、この探索範囲Ｗ１内に振幅値Ｐ１の予測値よりも低い値として閾値Ｖｔｈを設定し（ステップＳ１０２）、この設定した閾値Ｖｔｈと比較しながら、受信波形の計測を行う（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。

【0058】

この受信波形の計測において、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えた場合、すなわち受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉した場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、ＣＰＵ４－１は、その後の次にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻Ｚとして検出する（ステップＳ１０５）。

【0059】

ＣＰＵ４－１は、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚが前回検出されたゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化していなければ（ステップＳ１０６のＮＯ）、閾値Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ＋αとして（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０２～Ｓ１０６の処理を繰り返す。探索範囲Ｗ１内での最初の閾値Ｖｔｈとの比較に際しては、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚと前回検出されたゼロクロス時刻Ｚとは同じとし（ステップＳ１０６のＮＯ）、ステップＳ１０７を経て、ステップＳ１０２に戻る。

【0060】

ＣＰＵ４－１は、ステップＳ１０２～Ｓ１０６の処理の繰り返し中、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚが前回検出されたゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化したことを確認すると（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、その時の閾値Ｖｔｈを最初の波Ｓ１の振幅値Ｐ１の実値とする（ステップＳ１０８）。

【0061】

そして、ＣＰＵ４－１は、Ｎ＝１とし（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０８で得た最初の波Ｓ１の振幅値Ｐ１から予測される次の波（２番目の波）Ｓ２の振幅値Ｐ２を含む所定幅の探索範囲Ｗ２を、受信波形の振幅方向に部分的に設定する（ステップＳ１１０）。

【0062】

そして、ＣＰＵ４－１は、この探索範囲Ｗ２内に閾値Ｖｔｈを振幅値Ｐ２の予測値よりも低い値として設定し（ステップＳ１１１）、この設定した閾値Ｖｔｈと比較しながら、受信波形の計測を行う（ステップＳ１１２，Ｓ１１３）。

【0063】

この受信波形の計測において、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えた場合、すなわち受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉した場合（ステップＳ１１３のＹＥＳ）、ＣＰＵ４－１は、その後の次にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻Ｚとして検出する（ステップＳ１１４）。

【0064】

ＣＰＵ４－１は、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚが前回検出されたゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化していなければ（ステップＳ１１５のＮＯ）、閾値Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ＋αとして（ステップＳ１１６）、ステップＳ１１１～Ｓ１１５の処理を繰り返す。探索範囲Ｗ２内での最初の閾値Ｖｔｈとの比較に際しては、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚと前回検出されたゼロクロス時刻Ｚとは同じとし（ステップＳ１１５のＮＯ）、ステップＳ１１６を経て、ステップＳ１１１に戻る。

【0065】

ＣＰＵ４－１は、ステップＳ１１１～Ｓ１１５の処理の繰り返し中、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚが前回検出されたゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化したことを確認すると（ステップＳ１１５のＹＥＳ）、その時の閾値Ｖｔｈを２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値とする（ステップＳ１１７）。

【0066】

そして、ＣＰＵ４－１は、Ｎ＝Ｎ＋１とし（ステップＳ１１８）、ステップＳ１１９でＮ＝４となったことが確認されるまで、ステップＳ１１０～Ｓ１１８の処理を繰り返す。すなわち、次の波（３番目の波）Ｓ３、その次の波（４番目の波）Ｓ４に対し、振幅値Ｐ２，Ｐ３の実値から予測される振幅値Ｐ３，Ｐ４を含む所定幅の探索範囲Ｗ３，Ｗ４を設定し、この探索範囲Ｗ３，Ｗ４内で閾値Ｖｔｈを変えながら、受信波形を計測する毎に、その受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉するタイミングを求めてゼロクロス時刻Ｚを検出し、この検出したゼロクロス時刻Ｚに基づいて３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３の実値、４番目の波Ｓ４の振幅値Ｐ４の実値を求める。

【0067】

そして、ＣＰＵ４－１は、Ｎ＝４となったことを確認すると（ステップＳ１１９のＹＥＳ）、振幅値Ｐ３の実値を目標ピークとし、振幅値Ｐ２の実値を目標前ピークとし（ステップＳ１２０）、目標ピーク（振幅値Ｐ３の実値）と目標前ピーク（振幅値Ｐ２の実値）との間に、最適な伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを設定する（ステップＳ１２１）。

【0068】

〔実施の形態２〕
次に、閾値電圧設定プログラムに従ってＣＰＵ４－１が実行する処理動作の第２例（実施の形態２）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。

【0069】

ＣＰＵ４－１は、先ず、受信波形（図２参照）を計測し（ステップＳ２０１）、この計測した受信波形の最大振幅Ｐｍａｘを求める（ステップＳ２０２）。そして、この最大振幅Ｐｍａｘから予測される受信波形における２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２を含む所定幅の探索範囲Ｗ２を受信波形の振幅方向に部分的に設定する（ステップＳ２０３）。

【0070】

そして、ＣＰＵ４－１は、この探索範囲Ｗ２内に閾値Ｖｔｈを振幅値Ｐ２の予測値よりも低い値として設定し（ステップＳ２０４）、この設定した閾値Ｖｔｈと比較しながら、受信波形の計測を行う（ステップＳ２０５，Ｓ２０６）。

【0071】

この受信波形の計測において、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えた場合、すなわち受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉した場合（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、ＣＰＵ４－１は、その後の次にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻Ｚとして検出する（ステップＳ２０７）。

【0072】

ＣＰＵ４－１は、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚが前回検出されたゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化していなければ（ステップＳ２０８のＮＯ）、閾値Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ＋αとして（ステップＳ２０９）、ステップＳ２０４～Ｓ２０８の処理を繰り返す。探索範囲Ｗ２内での最初の閾値Ｖｔｈとの比較に際しては、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚと前回検出されたゼロクロス時刻Ｚとは同じとし（ステップＳ２０８のＮＯ）、ステップＳ２０９を経て、ステップＳ２０４に戻る。

【0073】

ＣＰＵ４－１は、ステップＳ２０４～Ｓ２０８の処理の繰り返し中、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚが前回検出されたゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化したことを確認すると（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、その時の閾値Ｖｔｈを２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値とする（ステップＳ２１０）。

【0074】

そして、ＣＰＵ４－１は、ステップＳ２１０で得た２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２から予測される次の波（３番目の波）Ｓ３の振幅値Ｐ３を含む所定幅の探索範囲Ｗ３を、受信波形の振幅方向に部分的に設定する（ステップＳ２１１）。

【0075】

そして、ＣＰＵ４－１は、この探索範囲Ｗ３内に閾値Ｖｔｈを振幅値Ｐ３の予測値よりも低い値として設定し（ステップＳ２１２）、この設定した閾値Ｖｔｈと比較しながら、受信波形の計測を行う（ステップＳ２１３，Ｓ２１４）。

【0076】

この受信波形の計測において、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えた場合、すなわち受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉した場合（ステップＳ２１４のＹＥＳ）、ＣＰＵ４－１は、その後の次にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻Ｚとして検出する（ステップＳ２１５）。

【0077】

ＣＰＵ４－１は、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚが前回検出されたゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化していなければ（ステップＳ２１６のＮＯ）、閾値Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ＋αとして（ステップＳ２１７）、ステップＳ２１２～Ｓ２１６の処理を繰り返す。探索範囲Ｗ３内での最初の閾値Ｖｔｈとの比較に際しては、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚと前回検出されたゼロクロス時刻Ｚとは同じとし（ステップＳ２１６のＮＯ）、ステップＳ２１７を経て、ステップＳ２１２に戻る。

【0078】

ＣＰＵ４－１は、ステップＳ２１２～Ｓ２１６の処理の繰り返し中、今回検出されたゼロクロス時刻Ｚが前回検出されたゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化したことを確認すると（ステップＳ２１６のＹＥＳ）、その時の閾値Ｖｔｈを３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３の実値とする（ステップＳ２１８）。

【0079】

そして、ＣＰＵ４－１は、振幅値Ｐ３の実値を目標ピークとし、振幅値Ｐ２の実値を目標前ピークとし（ステップＳ２１９）、目標ピーク（振幅値Ｐ３の実値）と目標前ピーク（振幅値Ｐ２の実値）との間に、最適な伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを設定する（ステップＳ２２０）。

【0080】

図９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、受信波形計測部４１と、ピーク高さ情報取得部４２と、伝播時間計測用閾値電圧決定部４３とを備えている。なお、この受信波形計測部４１、ピーク高さ情報取得部４２、伝播時間計測用閾値電圧決定部４３は、順方向／逆方向の受信信号のそれぞれに対して設けられている。

【0081】

この流量演算装置４において、受信波形計測部４１は、超音波信号の受信波形を計測し、ピーク高さ情報取得部４２は、受信波形計測部４１によって計測された受信波形における少なくとも２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値と３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３の実値をピーク高さ情報として検出し、伝播時間計測用閾値電圧決定部４３は、ピーク高さ情報取得部４２によって取得されたピーク高さ情報に基づいて最適な伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓを決定する。

【0082】

図１０に、実施の形態１におけるピーク高さ情報取得部４２（４２Ａ）の要部の機能ブロック図を示す。このピーク高さ情報取得部４２Ａは、探索範囲設定部４２Ａ_１と、閾値設定部４２Ａ_２と、閾値比較部４２Ａ_３と、ゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４と、前回のゼロクロス時刻記憶部４２Ａ_５と、ゼロクロス時刻比較部４２Ａ_６と、振幅値実値決定部４２Ａ_７とを備えている。

【0083】

このピーク高さ情報取得部４２Ａにおいて、探索範囲設定部４２Ａ_１は、受信波形の振幅方向に部分的に、その受信波形における最初の波（１番目の波）Ｓ１の予測される振幅値Ｐ１を含む所定幅の探索範囲Ｗ１を設定し、その設定した探索範囲Ｗ１を閾値設定部４２Ａ_２に送る。

【0084】

閾値設定部４２Ａ_２は、探索範囲設定部４２Ａ_１からの探索範囲Ｗ１内に振幅値Ｐ１の予測値よりも低い値として閾値Ｖｔｈを定め、閾値比較部４２Ａ_３へ設定する。閾値比較部４２Ａ_３は、閾値Ｖｔｈが設定されると、受信波形計測部４１に受信波形の計測を開始させるとともに、計測される受信波形（刻々と変化する受信波形）と閾値Ｖｔｈとの比較を行う。

【0085】

閾値比較部４２Ａ_３は、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えると、すなわち受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉すると、その旨をゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４へ知らせる。ゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４は、閾値比較部４２Ａ_３からの知らせを受けて、この知らせを受けた後の次にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻Ｚとして検出する。

【0086】

このゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４で検出されたゼロクロス時刻Ｚは、今回のゼロクロス時刻Ｚとしてゼロクロス時刻比較部４２Ａ_６へ送られ、前回のゼロクロス時刻記憶部４２Ａ_５に記憶されている前回のゼロクロス時刻Ｚと比較される。

【0087】

なお、ゼロクロス時刻記憶部４２Ａ_５には、探索範囲設定部４２Ａ_１における探索範囲の設定が行われた時に限り、ゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４で検出された今回のゼロクロス時刻Ｚが前回のゼロクロス時刻Ｚとして記憶される。その後は、ゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４で検出された１回前のゼロクロス時刻Ｚが前回のゼロクロス時刻Ｚとして記憶される。

【0088】

ゼロクロス時刻比較部４２Ａ_６は、ゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４で検出された今回のゼロクロス時刻Ｚとゼロクロス時刻記憶部４２Ａ_５に記憶されている前回のゼロクロス時刻Ｚとを比較し、今回のゼロクロス時刻Ｚが前回のゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化していない場合（変化小）、閾値設定部４２Ａ_２からの閾値比較部４２Ａ_３への閾値ＶｔｈをＶｔｈ＝Ｖｔｈ＋αに変更する。

【0089】

閾値比較部４２Ａ_３は、閾値Ｖｔｈが変更されると、受信波形計測部４１に受信波形の計測を開始させるとともに、計測される受信波形（刻々と変化する受信波形）と変更後の閾値Ｖｔｈとの比較を行う。そして、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えると、その旨をゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４へ知らせる。これにより、ゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４でのゼロクロス時刻Ｚの検出、ゼロクロス時刻比較部４２Ａ_６でのゼロクロス時刻Ｚの比較、閾値設定部４２Ａ_２での閾値Ｖｔｈの変更が繰り返される。

【0090】

ゼロクロス時刻比較部４２Ａ_６は、今回のゼロクロス時刻Ｚが前回のゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化（変化大）すると、その旨を振幅値実値決定部４２Ａ_７へ知らせる。振幅値実値決定部４２Ａ_７は、ゼロクロス時刻比較部４２Ａ_６からの「変化大」の知らせを受けて、その時の閾値設定部４２Ａ_２における閾値Ｖｔｈを最初の波Ｓ１の振幅値Ｐ１の実値として決定する。

【0091】

この振幅値実値決定部４２Ａ_７で決定された最初の波Ｓ１の振幅値Ｐ１の実値は探索範囲設定部４２Ａ_１へ送られる。探索範囲設定部４２Ａ_１は、受信波形の振幅方向に部分的に、最初の波Ｓ１の振幅値Ｐ１の実値から予測される次の波（２番目の波）Ｓ２の振幅値Ｐ２を含む所定幅の探索範囲Ｗ２を設定し、その設定した探索範囲Ｗ２を閾値設定部４２Ａ_２に送る。

【0092】

閾値設定部４２Ａ_２は、探索範囲設定部４２Ａ_１からの探索範囲Ｗ２内に振幅値Ｐ２の予測値よりも低い値として閾値Ｖｔｈを定め、閾値比較部４２Ａ_３へ設定する。閾値比較部４２Ａ_３は、閾値Ｖｔｈが設定されると、受信波形計測部４１に受信波形の計測を開始させるとともに、計測される受信波形（刻々と変化する受信波形）と閾値Ｖｔｈとの比較を行う。

【0093】

その後、探索範囲Ｗ１と同様にして、ゼロクロス時刻検出部４２Ａ_４でのゼロクロス時刻Ｚの検出、ゼロクロス時刻比較部４２Ａ_６でのゼロクロス時刻Ｚの比較、閾値設定部４２Ａ_２での閾値Ｖｔｈの変更が繰り返され、振幅値実値決定部４２Ａ_７において２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値が決定される。

【0094】

以下、同様にして、探索範囲設定部４２Ａ_１での探索範囲Ｗ３，Ｗ４の設定が行われ、その探索範囲Ｗ３，Ｗ４内で閾値Ｖｔｈを変えながら、ゼロクロス時刻Ｚの検出が繰り返され、振幅値実値決定部４２Ａ_７での３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３の実値、４番目の波Ｓ４の振幅値Ｐ４の実値が決定される。

【0095】

図１１に、実施の形態２におけるピーク高さ情報取得部４２（４２Ｂ）の要部の機能ブロック図を示す。このピーク高さ情報取得部４２Ｂは、探索範囲設定部４２Ｂ_１と、閾値設定部４２Ｂ_２と、閾値比較部４２Ｂ_３と、ゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４と、前回のゼロクロス時刻記憶部４２Ｂ_５と、ゼロクロス時刻比較部４２Ｂ_６と、振幅値実値決定部４２Ｂ_７と、最大振幅取得部４２Ｂ_８とを備えている。

【0096】

このピーク高さ情報取得部４２Ｂにおいて、最大振幅取得部４２Ｂ_８は、受信波形計測部４１に受信波形の計測を行わせ、これによって計測された受信波形の最大振幅Ｐｍａｘを求める。この最大振幅取得部４２Ｂ_８によって求められた受信波形の最大振幅Ｐｍａｘは探索範囲設定部４２Ｂ_１へ送られる。

【0097】

探索範囲設定部４２Ｂ_１は、最大振幅取得部４２Ｂ_８からの最大振幅Ｐｍａｘから受信波形における２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２を予測し、この予測される受信波形における２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２を含む所定幅の探索範囲Ｗ２を受信波形の振幅方向に部分的に設定し、その設定した探索範囲Ｗ２を閾値設定部４２Ｂ_２に送る。

【0098】

閾値設定部４２Ｂ_２は、探索範囲設定部４２Ｂ_１からの探索範囲Ｗ２内に振幅値Ｐ２の予測値よりも低い値として閾値Ｖｔｈを定め、閾値比較部４２Ｂ_３へ設定する。閾値比較部４２Ｂ_３は、閾値Ｖｔｈが設定されると、受信波形計測部４１に受信波形の計測を開始させるとともに、計測される受信波形（刻々と変化する受信波形）と閾値Ｖｔｈとの比較を行う。

【0099】

閾値比較部４２Ｂ_３は、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えると、すなわち受信波形が閾値Ｖｔｈと最初に交叉すると、その旨をゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４へ知らせる。ゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４は、閾値比較部４２Ｂ_３からの知らせを受けて、この知らせを受けた後の次にゼロクロスするタイミングをゼロクロス時刻Ｚとして検出する。

【0100】

このゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４で検出されたゼロクロス時刻Ｚは、今回のゼロクロス時刻Ｚとしてゼロクロス時刻比較部４２Ｂ_６へ送られ、前回のゼロクロス時刻記憶部４２Ｂ_５に記憶されている前回のゼロクロス時刻Ｚと比較される。

【0101】

なお、ゼロクロス時刻記憶部４２Ｂ_５には、探索範囲設定部４２Ｂ_１における探索範囲の設定が行われた時に限り、ゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４で検出された今回のゼロクロス時刻Ｚが前回のゼロクロス時刻Ｚとして記憶される。その後は、ゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４で検出された１回前のゼロクロス時刻Ｚが前回のゼロクロス時刻Ｚとして記憶される。

【0102】

ゼロクロス時刻比較部４２Ｂ_６は、ゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４で検出された今回のゼロクロス時刻Ｚとゼロクロス時刻記憶部４２Ｂ_５に記憶されている前回のゼロクロス時刻Ｚとを比較し、今回のゼロクロス時刻Ｚが前回のゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化していない場合（変化小）、閾値設定部４２Ｂ_２からの閾値比較部４２Ｂ_３への閾値ＶｔｈをＶｔｈ＝Ｖｔｈ＋αに変更する。

【0103】

閾値比較部４２Ｂ_３は、閾値Ｖｔｈが変更されると、受信波形計測部４１に受信波形の計測を開始させるとともに、計測される受信波形（刻々と変化する受信波形）と変更後の閾値Ｖｔｈとの比較を行う。そして、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えると、その旨をゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４へ知らせる。これにより、ゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４でのゼロクロス時刻Ｚの検出、ゼロクロス時刻比較部４２Ｂ_６でのゼロクロス時刻Ｚの比較、閾値設定部４２Ｂ_２での閾値Ｖｔｈの変更が繰り返される。

【0104】

ゼロクロス時刻比較部４２Ｂ_６は、今回のゼロクロス時刻Ｚが前回のゼロクロス時刻Ｚに対して大きく変化（変化大）すると、その旨を振幅値実値決定部４２Ｂ_７へ送る。振幅値実値決定部４２Ｂ_７は、ゼロクロス時刻比較部４２Ｂ_６からの「変化大」の知らせを受けて、その時の閾値設定部４２Ｂ_２における閾値Ｖｔｈを２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値として決定する。

【0105】

この振幅値実値決定部４２Ｂ_７で決定された２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値は探索範囲設定部４２Ｂ_１へ送られる。探索範囲設定部４２Ｂ_１は、受信波形の振幅方向に部分的に、２番目の波Ｓ２の振幅値Ｐ２の実値から予測される次の波（３番目の波）Ｓ３の振幅値Ｐ３を含む所定幅の探索範囲Ｗ３を設定し、その設定した探索範囲Ｗ３を閾値設定部４２Ｂ_２に送る。

【0106】

閾値設定部４２Ｂ_２は、探索範囲設定部４２Ｂ_１からの探索範囲Ｗ３内に振幅値Ｐ３の予測値よりも低い値として閾値Ｖｔｈを定め、閾値比較部４２Ｂ_３へ設定する。閾値比較部４２Ｂ_３は、閾値Ｖｔｈが設定されると、受信波形計測部４１に受信波形の計測を開始させるとともに、計測される受信波形（刻々と変化する受信波形）と閾値Ｖｔｈとの比較を行う。

【0107】

その後、探索範囲Ｗ２と同様にして、ゼロクロス時刻検出部４２Ｂ_４でのゼロクロス時刻Ｚの検出、ゼロクロス時刻比較部４２Ｂ_６でのゼロクロス時刻Ｚの比較、閾値設定部４２Ｂ_２での閾値Ｖｔｈの変更が繰り返され、振幅値実値決定部４２Ｂ_７において３番目の波Ｓ３の振幅値Ｐ３の実値が決定される。

【0108】

なお、図１や図２に示した例では、探索範囲Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の幅を同じとしているが、必ずしも同じ幅である必要はなく、受信波形の振幅方向にその幅を徐々に狭めて行くようにしたりしてもよい。また、探索範囲Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は出荷検査時などの受信波形の形状に合わせて事前に記憶した値を使用してもよい。また、受信波形の振幅の代表値を計測し、これに受信波形の形状を変化させる要因である、温度計測情報や音速の影響を加味して、探索範囲を決定するようにしてもよい。

【0109】

また、上述したピーク高さ情報を取得しての伝播時間計測用の閾値電圧Ｖｓの設定は、超音波流量計１００の工場出荷時に行わせるようにしてもよく、現場への設置後の通常の流量計測の間の空き時間に行わせるようにしてもよい。

【0110】

また、通常の流量計測中に、受信波の中の伝播時間計測の基準となるピークを追従対象ピークとして認識し、追従対象ピークの高さを流量計測中に把握できる超音波流量計の場合、追従対象ピークの高さに基づき、追従対象ピークに隣接するピーク（追従対象ピークの直前のピークと直後のピーク）に対して探索範囲を設定し、追従対象ピークに隣接するピークの高さを把握するようにしてもよい。これにより、通常の流量計測中などに、短時間で受信波形の形状を把握でき、実際の隣接ピーク高さに合わせて閾値の値などを調整することで、メンテナンスの手間を低減し、作業の手間を削減することが可能となる。

【0111】

また、±閾値との組み合わせで計測する場合に、通常の流量計測で、プラス側のピークの高さが把握できていたら、それに応じて隣接するマイナス側のピーク探索範囲を設定し、隣接するマイナス側ピークの高さを把握するようにしてもよい。

【0112】

また、通常の流量計測の間の空き時間に、現在追従しているピーク（追従対象ピーク）の高さを基に隣接するピークの探索範囲を設定し、ピーク探索動作によるピーク高さを確認することで、追従対象ピークとそれに隣接するピークの高さを把握するようにしてもよい。この探索動作中に、流量や温度や伝播時間の急激な変化がない場合、正しいピーク把握ができたと判定し、以降の伝播時間計測用の閾値電圧の設定などに情報を利用する（定期的な自動キャリブレーション）。

【0113】

また、流量の計測中に、追従対象ピークの高さが、直前までの計測で分かっていて、位置を見失ったような場合、ピーク高さと受信波形の最大振幅から、追従対象ピークの探索範囲を設定し、追従対象ピークを探索するようにしてもよい。

【0114】

また、受信波形の強度にバラツキがある場合、閾値Ｖｔｈ超えの発生頻度を用いて、ある閾値でのスコアを、受信波形が閾値Ｖｔｈを超えたか超えていないかという２値ではなく、例えば同じ閾値Ｖｔｈで１０回計測し、そのうち何回閾値交叉タイミングがシフトしたかという連続値としてのスコアを求め、山登り法などを用いて探索するようにしてもよい。

【0115】

〔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。

【符号の説明】

【0116】

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…受信波形計測部、４２（４２Ａ，４２Ｂ）…ピーク高さ情報取得部、４２Ａ…ピーク高さ情報取得部、４２Ａ_１，４２Ｂ_１…探索範囲設定部、４２Ａ_２，４２Ｂ_２…閾値設定部、４２Ａ_３，４２Ｂ_３…閾値比較部、４２Ａ_４，４２Ｂ_４…ゼロクロス時刻検出部、４２Ａ_５，４２Ｂ_５…ゼロクロス時刻記憶部、４２Ａ_６，４２Ｂ_６…ゼロクロス時刻比較部、４２Ａ_７，４２Ｂ_７…振幅値実値決定部、４２Ｂ_８…最大振幅取得部、４３…伝播時間計測用閾値電圧決定部、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】