(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】2023-09-04
(45)【発行日】2023-09-12
(54)【発明の名称】超音波流量計および流量計測方法
(51)【国際特許分類】
G01F 1/66 20220101AFI20230905BHJP
【ＦＩ】
G01F1/66 101
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019185914
(22)【出願日】2019-10-09
(65)【公開番号】P2021060343
(43)【公開日】2021-04-15
【審査請求日】2022-09-22
(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】小貝 和史
(72)【発明者】
【氏名】栗林 英毅
【審査官】羽飼 知佳
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－２２４６８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０６９５２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０６３９７４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｆ １／６６－１／６６７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
計測ユニットと、演算ユニットとを備え、
前記計測ユニットは、
測定対象の流体が流れるように構成された配管と、
この配管の上流と下流に配置された１対のトランスデューサと、
一方の前記トランスデューサから超音波を送信させるように構成された送信部と、
上流側の前記トランスデューサから超音波を送信して下流側の前記トランスデューサで受信する順方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻、および下流側の前記トランスデューサから超音波を送信して上流側の前記トランスデューサで受信する逆方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻を、計測回毎および順逆の方向毎に格納する時刻配列を記憶するように構成された記憶部と、
前記ゼロクロス時刻を計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測して、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された前記時刻配列の特定の格納位置から順に格納するように構成された時間計測部と、
ゼロクロス時刻間の時刻差が最小になるシフト量を求めるシフト処理を順逆の方向毎に行うように構成されたシフト処理部と、
前記ゼロクロス時刻のうち、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を前記演算ユニットに送信するように構成された第１の通信部とを備え、
前記演算ユニットは、
前記計測ユニットから送信されたゼロクロス時刻の情報とを受信するように構成された第２の通信部と、
受信した情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から前記流体の流量を算出するように構成された流量算出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記載の超音波流量計において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値と前記シフト処理の情報とを計測回毎および順逆の方向毎に前記演算ユニットに送信し、
前記演算ユニットの前記流量算出部は、受信した情報の中から前記シフト処理の情報に基づいて、流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に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２記載の超音波流量計において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、送信処理の対象の計測回の時刻配列に格納されたゼロクロス時刻のうち、順逆の方向が同一で計測回が異なる少なくとも１回分の時刻配列の同一の格納位置に値が格納されているゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とする超音波流量計。
【請求項4】
請求項２または３記載の超音波流量計において、前記演算ユニットの前記流量算出部は、前記シフト処理によって欠けが生じたゼロクロス時刻を前記シフト処理の情報に基づいて特定し、特定したゼロクロス時刻の時間軸上の位置と対応する位置のゼロクロス時刻を、順逆の方向が同一で計測回が異なる複数の計測回分のゼロクロス時刻から除いた結果を、前記流量計算に使用する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5】
請求項１記載の超音波流量計において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を複数の計測回分纏めて順逆の方向毎に前記演算ユニットに送信し、
前記演算ユニットの前記流量算出部は、受信した順方向のゼロクロス時刻の値をそのまま流量計算に使用する順方向のゼロクロス時刻の値とし、受信した逆方向のゼロクロス時刻の値をそのまま流量計算に使用する逆方向のゼロクロス時刻の値とすることを特徴とする超音波流量計。
【請求項6】
請求項５記載の超音波流量計において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、送信処理の対象の複数の計測回分の時刻配列に格納されたゼロクロス時刻のうち、順逆の方向が同一で計測回が異なる全ての時刻配列の同一の格納位置に値が格納されているゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とする超音波流量計。
【請求項7】
請求項５記載の超音波流量計において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を特定する際、送信処理の対象の複数の計測回について前記シフト処理で適用した個々のシフト量の適用回数をそれぞれ計数し、得られた適用回数の大小判定の結果に基づいて、予め設定されている基準格納位置に格納されている複数の計測回分のゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とする超音波流量計。
【請求項8】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波流量計において、前記シフト処理の情報は、シフト量またはシフト処理後のゼロクロス時刻が格納された時刻配列の先頭位置の情報であることを特徴とする超音波流量計。
【請求項9】
計測ユニットと、演算ユニットとを備え、
前記計測ユニットは、
測定対象の流体が流れるように構成された配管と、
この配管の上流と下流に配置された１対のトランスデューサと、
一方の前記トランスデューサから超音波を送信させるように構成された送信部と、
上流側の前記トランスデューサから超音波を送信して下流側の前記トランスデューサで受信する順方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻、および下流側の前記トランスデューサから超音波を送信して上流側の前記トランスデューサで受信する逆方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻を、計測回毎および順逆の方向毎に格納する時刻配列を記憶するように構成された記憶部と、
前記ゼロクロス時刻を計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測して、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された前記時刻配列の特定の格納位置から順に格納するように構成された時間計測部と、
ゼロクロス時刻間の時刻差が最小になるシフト量を求めるシフト処理を順逆の方向毎に行うように構成されたシフト処理部と、
前記演算ユニットとの通信を行うように構成された第１の通信部とを備え、
前記演算ユニットは、
前記シフト処理の情報を前記第１の通信部を介して読み出し、読み出したシフト処理の情報に基づいて、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を前記記憶部から前記第１の通信部を介して読み出すように構成された第２の通信部と、
前記第２の通信部によって読み出された情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から前記流体の流量を算出するように構成された流量算出部とを備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項10】
計測ユニットが、測定対象の流体が流れる配管の上流側のトランスデューサから超音波を送信して前記配管の下流側のトランスデューサで受信する順方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻と、下流側の前記トランスデューサから超音波を送信して上流側の前記トランスデューサで受信する逆方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻とを、計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測する第１のステップと、前記計測ユニットが、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された時刻配列の特定の格納位置から順に格納する第２のステップと、
前記計測ユニットが、ゼロクロス時刻間の時刻差が最小になるシフト量を求めるシフト処理を順逆の方向毎に行う第３のステップと、
前記計測ユニットが、前記ゼロクロス時刻のうち、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を演算ユニットに送信する第４のステップと、
前記演算ユニットが、前記計測ユニットから送信されたゼロクロス時刻の情報を受信する第５のステップと、
前記演算ユニットが、受信した情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から前記流体の流量を算出する第６のステップとを含むことを特徴とする流量計測方法。
【請求項11】
計測ユニットが、測定対象の流体が流れる配管の上流側のトランスデューサから超音波を送信して前記配管の下流側のトランスデューサで受信する順方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻と、下流側の前記トランスデューサから超音波を送信して上流側の前記トランスデューサで受信する逆方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻とを、計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測する第１のステップと、前記計測ユニットが、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された時刻配列の特定の格納位置から順に格納する第２のステップと、
前記計測ユニットが、ゼロクロス時刻間の時刻差が最小になるシフト量を求めるシフト処理を順逆の方向毎に行う第３のステップと、
演算ユニットが、前記シフト処理の情報を前記計測ユニットから読み出す第４のステップと、
前記演算ユニットが、読み出したシフト処理の情報に基づいて、シフト処理後のゼロクロス時刻のうち、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を前記計測ユニットから読み出す第５のステップと、
前記演算ユニットが、読み出した情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から前記流体の流量を算出する第６のステップとを含むことを特徴とする流量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【0002】
超音波を用いて流量を計測する超音波流量計が知られている（特許文献１参照）。超音波流量計は、図２３（Ａ）または図２３（Ｂ）に示すように、測定対象の気体が流れる配管１０に対し１対のトランスデューサ（超音波圧電素子）１１，１２を配置する。上流側のトランスデューサ１１を例えば５００ｋＨｚの共振周波数で駆動し、トランスデューサ１１から超音波を送信させる。
【0003】
超音波が配管１０内の気体中を伝搬して下流側のトランスデューサ１２を励起する。このトランスデューサ１２の出力を増幅することで受信信号が得られる。超音波の送信タイミングから受信信号の到達タイミングの時間計測を行うことで、超音波の伝搬時間を計測できる。同様に、下流側のトランスデューサ１２から超音波を送信し、上流側のトランスデューサ１１で受信して、超音波の伝播時間を計測する。
【0004】
トランスデューサ１１からトランスデューサ１２までの順方向（気体が流れる方向）の超音波の伝搬時間とトランスデューサ１２からトランスデューサ１１までの逆方向の超音波の伝搬時間とを比較することで、伝搬時間差が求められる。気体の流量がゼロの場合、原理的には伝搬時間差がゼロになるが、気体が流れている場合、流量に応じて伝搬時間差が生じる。したがって、伝搬時間差から気体の流量を算出することができる。
【0005】
超音波の伝搬時間を検出するためには、超音波受信信号がゼロ電圧（０Ｖ）と交差するゼロクロス点の時刻を検出する必要がある。ゼロクロスの検出に用いるオペアンプなどのアナログ回路、および時間計測回路（ＴＤＣ：Time-to-Digital Converter）などのデジタル回路が搭載されたＩＣ（Integrated Circuit）と、伝搬時間から流量を算出する処理などの汎用の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）とは、プロセスの違いやＣＰＵに汎用マイコンを用いる、などの理由で別のチップになる場合が多い。ＩＣとＣＰＵとが別のチップになる場合、ＩＣとＣＰＵ間で通信が発生することになる（特許文献２参照）。
【0006】
特許文献１に開示された技術では、順方向と逆方向の伝搬時間を１セットとし、複数セットを纏めてＩＣからＣＰＵに送信することで、計測データ以外の通信フォーマット上必要な情報の送信を削減している。
【0007】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、計測データ（複数セットの伝搬時間）自体が通信の大半を占めており、ＩＣとＣＰＵ間の通信のために電力を消費してしまう、という課題があった。
【0008】
超音波流量計の適用分野の１つであるガスメータにおいては、１０年間電池で動作することが必要とされており、低消費電力であることが求められる。超音波流量計において、毎秒や数秒毎に計測する必要のある流量計測は消費電力の多くを占めており、消費電力の更なる削減が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特許第５４６７３２８号公報
【文献】特許第４２７１９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、送信データ量の更なる削減を実現し、消費電力を削減することが可能な超音波流量計および流量計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の超音波流量計は、計測ユニットと、演算ユニットとを備え、前記計測ユニットは、測定対象の流体が流れるように構成された配管と、この配管の上流と下流に配置された１対のトランスデューサと、一方の前記トランスデューサから超音波を送信させるように構成された送信部と、上流側の前記トランスデューサから超音波を送信して下流側の前記トランスデューサで受信する順方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻、および下流側の前記トランスデューサから超音波を送信して上流側の前記トランスデューサで受信する逆方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻を、計測回毎および順逆の方向毎に格納する時刻配列を記憶するように構成された記憶部と、前記ゼロクロス時刻を計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測して、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された前記時刻配列の特定の格納位置から順に格納するように構成された時間計測部と、ゼロクロス時刻間の時刻差が最小になるシフト量を求めるシフト処理を順逆の方向毎に行うように構成されたシフト処理部と、前記ゼロクロス時刻のうち、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を前記演算ユニットに送信するように構成された第１の通信部とを備え、前記演算ユニットは、前記計測ユニットから送信されたゼロクロス時刻の情報とを受信するように構成された第２の通信部と、受信した情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から前記流体の流量を算出するように構成された流量算出部とを備えることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第１、第２の実施例）において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値と前記シフト処理の情報とを計測回毎および順逆の方向毎に前記演算ユニットに送信し、前記演算ユニットの前記流量算出部は、受信した情報の中から前記シフト処理の情報に基づいて、流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得することを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第１、第２の実施例）において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、送信処理の対象の計測回の時刻配列に格納されたゼロクロス時刻のうち、順逆の方向が同一で計測回が異なる少なくとも１回分の時刻配列の同一の格納位置に値が格納されているゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第１、第２の実施例）において、前記演算ユニットの前記流量算出部は、前記シフト処理によって欠けが生じたゼロクロス時刻を前記シフト処理の情報に基づいて特定し、特定したゼロクロス時刻の時間軸上の位置と対応する位置のゼロクロス時刻を、順逆の方向が同一で計測回が異なる複数の計測回分のゼロクロス時刻から除いた結果を、前記流量計算に使用するゼロクロス時刻とすることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第１、第２の実施例）において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、送信処理の対象の計測回の時刻配列に格納されたゼロクロス時刻のうち、順逆の方向が同一で計測回が異なる少なくとも１回分の時刻配列の同一の格納位置に値が格納されているゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第１、第２の実施例）において、前記演算ユニットの前記流量算出部は、前記シフト処理によって欠けが生じたゼロクロス時刻を前記シフト処理の情報に基づいて特定し、特定したゼロクロス時刻の時間軸上の位置と対応する位置のゼロクロス時刻を、順逆の方向が同一で計測回が異なる複数の計測回分のゼロクロス時刻から除いた結果を、前記流量計算に使用するゼロクロス時刻とすることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第３の実施例）において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値と前記シフト処理の情報とを、複数の計測回分纏めて順逆の方向毎に前記演算ユニットに送信し、前記演算ユニットの前記流量算出部は、受信した順方向のゼロクロス時刻の値をそのまま流量計算に使用する順方向のゼロクロス時刻の値とし、受信した逆方向のゼロクロス時刻の値をそのまま流量計算に使用する逆方向のゼロクロス時刻の値とすることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第３の実施例）において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、送信処理の対象の複数の計測回分の時刻配列に格納されたゼロクロス時刻のうち、順逆の方向が同一で計測回が異なる全ての時刻配列の同一の格納位置に値が格納されているゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第３の実施例）において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を特定する際、送信処理の対象の複数の計測回について前記シフト処理で適用した個々のシフト量の適用回数をそれぞれ計数し、得られた適用回数の大小判定の結果に基づいて、予め設定されている基準格納位置に格納されている複数の計測回分のゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第１～第３の実施例）において、前記シフト処理の情報は、シフト量またはシフト処理後のゼロクロス時刻が格納された時刻配列の先頭位置の情報である。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第３の実施例）において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、送信処理の対象の複数の計測回分の時刻配列に格納されたゼロクロス時刻のうち、順逆の方向が同一で計測回が異なる全ての時刻配列の同一の格納位置に値が格納されているゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第３の実施例）において、前記計測ユニットの前記第１の通信部は、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を特定する際、送信処理の対象の複数の計測回について前記シフト処理で適用した個々のシフト量の適用回数をそれぞれ計数し、得られた適用回数の大小判定の結果に基づいて、予め設定されている基準格納位置に格納されている複数の計測回分のゼロクロス時刻を、前記流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とすることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例（第１～第３の実施例）において、前記シフト処理の情報は、シフト量またはシフト処理後のゼロクロス時刻が格納された時刻配列の先頭位置の情報である。
【0014】
また、本発明の本発明の超音波流量計（第５、第６の実施例）は、計測ユニットと、演算ユニットとを備え、前記計測ユニットは、測定対象の流体が流れるように構成された配管と、この配管の上流と下流に配置された１対のトランスデューサと、一方の前記トランスデューサから超音波を送信させるように構成された送信部と、上流側の前記トランスデューサから超音波を送信して下流側の前記トランスデューサで受信する順方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻、および下流側の前記トランスデューサから超音波を送信して上流側の前記トランスデューサで受信する逆方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻を、計測回毎および順逆の方向毎に格納する時刻配列を記憶するように構成された記憶部と、前記ゼロクロス時刻を計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測して、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された前記時刻配列の特定の格納位置から順に格納するように構成された時間計測部と、ゼロクロス時刻間の時刻差が最小になるシフト量を求めるシフト処理を順逆の方向毎に行うように構成されたシフト処理部と、前記演算ユニットとの通信を行うように構成された第１の通信部とを備え、前記演算ユニットは、前記シフト処理の情報を前記第１の通信部を介して読み出し、読み出したシフト処理の情報に基づいて、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を前記記憶部から前記第１の通信部を介して読み出すように構成された第２の通信部と、前記第２の通信部によって読み出された情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から前記流体の流量を算出するように構成された流量算出部とを備えることを特徴とするものである。
【0015】
また、本発明の流量計測方法は、計測ユニットが、測定対象の流体が流れる配管の上流側のトランスデューサから超音波を送信して前記配管の下流側のトランスデューサで受信する順方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻と、下流側の前記トランスデューサから超音波を送信して上流側の前記トランスデューサで受信する逆方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻とを、計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測する第１のステップと、前記計測ユニットが、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された時刻配列の特定の格納位置から順に格納する第２のステップと、前記計測ユニットが、ゼロクロス時刻間の時刻差が最小になるシフト量を求めるシフト処理を順逆の方向毎に行う第３のステップと、前記計測ユニットが、前記ゼロクロス時刻のうち、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を演算ユニットに送信する第４のステップと、前記演算ユニットが、前記計測ユニットから送信されたゼロクロス時刻の情報を受信する第５のステップと、前記演算ユニットが、受信した情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から前記流体の流量を算出する第６のステップとを含むことを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明の流量計測方法は、計測ユニットが、測定対象の流体が流れる配管の上流側のトランスデューサから超音波を送信して前記配管の下流側のトランスデューサで受信する順方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻と、下流側の前記トランスデューサから超音波を送信して上流側の前記トランスデューサで受信する逆方向の計測回のときの超音波受信信号のゼロクロス時刻とを、計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測する第１のステップと、前記計測ユニットが、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された時刻配列の特定の格納位置から順に格納する第２のステップと、前記計測ユニットが、ゼロクロス時刻間の時刻差が最小になるシフト量を求めるシフト処理を順逆の方向毎に行う第３のステップと、演算ユニットが、前記シフト処理の情報を前記計測ユニットから読み出す第４のステップと、前記演算ユニットが、読み出したシフト処理の情報に基づいて、シフト処理後のゼロクロス時刻のうち、前記流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を前記計測ユニットから読み出す第５のステップと、前記演算ユニットが、読み出した情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から前記流体の流量を算出する第６のステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、計測ユニットに配管と１対のトランスデューサと送信部と記憶部と時間計測部とシフト処理部と第１の通信部とを設け、シフト処理後のゼロクロス時刻のうち、流体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値を演算ユニットに送信するようにしたことにより、全てのゼロクロス時刻を演算ユニットに送信する場合と比較して、送信データ量を削減することができ、この送信データ量の削減分だけ超音波流量計の消費電力を削減することが可能となる。また、本発明では、シフト処理により、各ゼロクロス時刻のずれを補正することができ、各時刻配列の同一の格納位置に、それぞれ同一のゼロクロス点に対応するゼロクロス時刻を格納することができる。したがって、本発明によれば、演算ユニット側で順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて伝搬時間差を精度良く算出することが可能となり、流量計測誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。超音波流量計は、計測ユニット１と、演算ユニット２とから構成される。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。超音波流量計は、計測ユニット１と、演算ユニット２とから構成される。
【0020】
計測ユニット１は、測定対象の気体（流体）が流れる配管１０と、配管１０の上流と下流に配置された１対のトランスデューサ（超音波圧電素子）１１，１２と、一方のトランスデューサから超音波を送信させる送信部１３と、他方のトランスデューサで受信された超音波受信信号を増幅する受信部１４と、トランスデューサ１１，１２と送信部１３と受信部１４との接続を切り替える切替部１５と、超音波受信信号が閾値電圧を超えた時点以降のゼロクロス時刻を、計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測する時間計測部１６と、ゼロクロス時刻を記憶する記憶部１７と、記憶部１７のゼロクロス時刻の格納位置をシフトするシフト処理を順逆の方向毎に行うシフト処理部１８と、シフト処理後のゼロクロス時刻のうち、気体の流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻の値とシフト処理の情報とを演算ユニット２に送信する通信部１９とを備えている。
【0021】
演算ユニット２は、計測ユニット１から送信されたゼロクロス時刻とシフト処理の情報とを受信する通信部２０と、受信した情報の中から流量計算に使用するゼロクロス時刻の値を順逆の方向毎に取得し、取得した順方向のゼロクロス時刻と逆方向のゼロクロス時刻とに基づいて順方向と逆方向の超音波の伝搬時間差を算出して、この伝搬時間差から気体の流量を算出する流量算出部２１と、流量の値を上位装置へ送信する流量出力部２２とを備えている。
【0022】
本実施例では、１対のトランスデューサ１１，１２を、互いに向かい合うように配管１０の上流と下流に配置している。なお、図２３（Ｂ）に示したように、１対のトランスデューサ１１，１２を、配管１０の円形断面の円周上の位置が同じで、かつ気体の流れる方向の位置が異なる箇所に配置してもよい。この場合には、超音波の送受信の伝播経路は、配管１０の内壁で反射させたＶ字型の伝播路となる。
【0023】
計測ユニット１の送信部１３と受信部１４と切替部１５と時間計測部１６と記憶部１７とシフト処理部１８と通信部１９とは、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＩＣに搭載される。
演算ユニット２の通信部２０と流量算出部２１と流量出力部２２とは、例えばマイクロコンピュータによって実現される。
演算ユニット２の通信部２０と流量算出部２１と流量出力部２２とは、例えばマイクロコンピュータによって実現される。
【0024】
上流側のトランスデューサ１１から超音波を送信して、下流側のトランスデューサ１２で受信する順方向のとき、切替部１５は、送信部１３とトランスデューサ１１とを接続し、トランスデューサ１２と受信部１４とを接続する。このとき、送信部１３は、トランスデューサ１１に対して駆動用の送信パルスを供給する。これにより、トランスデューサ１１は、送信部１３からの送信パルスに応じて、配管１０内を流れる気体に対して斜め方向に超音波を送信する。トランスデューサ１２は、トランスデューサ１１から送出された超音波を受信する。受信部１４は、トランスデューサ１２の出力信号を増幅して超音波受信信号Ｖｉｎを出力する。
【0025】
反対に、下流側のトランスデューサ１２から超音波を送信して、上流側のトランスデューサ１１で受信する逆方向のとき、切替部１５は、送信部１３とトランスデューサ１２とを接続し、トランスデューサ１１と受信部１４とを接続する。このとき、送信部１３は、トランスデューサ１２に対して駆動用の送信パルスを供給する。これにより、トランスデューサ１２は、送信部１３からの送信パルスに応じて、配管１０内を流れる気体に対して斜め方向に超音波を送信する。トランスデューサ１１は、トランスデューサ１２から送出された超音波を受信する。受信部１４は、トランスデューサ１１の出力信号を増幅して超音波受信信号Ｖｉｎを出力する。
【0026】
計測ユニット１の時間計測部１６は、受信部１４によって増幅された超音波受信信号Ｖｉｎ（電圧信号）が予め設定された閾値電圧Ｖｓを超えた時点以降に、ゼロ電圧（０Ｖ）と交差するゼロクロス時刻を、計測回毎および順逆の方向毎にそれぞれ複数計測して、計測した複数のゼロクロス時刻を、対応する計測回および対応する方向のために用意された記憶部１７の時刻配列に格納する。
【0027】
［発明の原理］
次に、図２を参照して、本発明の原理について説明する。図２は、超音波受信信号とゼロクロス点との関係を示す信号波形図である。
受信部１４によって増幅された超音波受信信号Ｖｉｎ（電圧信号）は、図２に示すように、振幅が時間軸に沿って増減する複数の正弦波交流パルスからなる。
次に、図２を参照して、本発明の原理について説明する。図２は、超音波受信信号とゼロクロス点との関係を示す信号波形図である。
受信部１４によって増幅された超音波受信信号Ｖｉｎ（電圧信号）は、図２に示すように、振幅が時間軸に沿って増減する複数の正弦波交流パルスからなる。
【0028】
複数のゼロクロス点のうちから計算に使用する可能性があるゼロクロス点を抽出するため、計測ユニット１は、超音波受信信号Ｖｉｎが予め設定された閾値電圧Ｖｓを超えたトリガー点を検出することにより、このトリガー点以降のＨ個のゼロクロス点を検出して、ゼロクロス時刻を計測する。
【0029】
複数の計測回において、多くの場合、正しいタイミングすなわち目標パルスでトリガー点が検出されるものの、超音波受信信号Ｖｉｎに対するノイズ成分の重畳などによる超音波受信信号Ｖｉｎの振幅変化が発生した場合、トリガー点が１超音波周期分だけ前後にずれて検出される場合がある。
【0030】
図２の例では、超音波受信信号Ｖｉｎ＃１が時刻Ｔｓ１で閾値電圧Ｖｓを超えているため、時刻Ｔｓ１でゼロクロス点の検出が開始され、ゼロクロス点Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６，Ｚ７が検出され、ゼロクロス点Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６，Ｚ７に対応するゼロクロス時刻Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７が記憶部１７の時刻配列Ｄ＃１に格納される。
【0031】
一方、ノイズ成分の重畳などの影響で超音波受信信号の振幅が増大し、図２に示すように、超音波受信信号Ｖｉｎ＃２は、時刻Ｔｓ１よりも前の時刻Ｔｓ２で閾値電圧Ｖｓを超えてしまうため、超音波受信信号Ｖｉｎ＃１の場合よりも１超音波周期分だけ早めにゼロクロス点が検出されることになる。すなわち、時刻Ｔｓ２でゼロクロス点の検出が開始され、ゼロクロス点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５が検出され、ゼロクロス点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５に対応するゼロクロス時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５が記憶部１７の時刻配列Ｄ＃２に格納される。
【0032】
したがって、図２の例では、超音波受信信号Ｖｉｎ＃１の場合に時刻Ｔｓ１以降に検出した最初のゼロクロス点と、超音波受信信号Ｖｉｎ＃２の場合に時刻Ｔｓ２以降に検出した先頭から３番目のゼロクロス点の検出時刻は、ゼロクロス点Ｚ３の時刻Ｔ３とほぼ等しくなる。また、超音波受信信号Ｖｉｎ＃１の場合に時刻Ｔｓ１以降に検出した先頭から３番目のゼロクロス点と、超音波受信信号Ｖｉｎ＃２の場合に時刻Ｔｓ２以降に検出した先頭から５番目のゼロクロス点の検出時刻は、ゼロクロス点Ｚ５の時刻Ｔ５とほぼ等しくなる。
【0033】
一方、ゼロクロス点に関する時間間隔と変動とには一定の関係が見られる。図３は、ゼロクロス点に関する時間間隔と変動を示す説明図であり、各ゼロクロス点の検出時刻をＶｉｎ＃ｉ（ｉは１～Ｘの整数）ごとに時間軸上にプロットしたものである。
【0034】
個々のゼロクロス点の検出時刻を観察すると、図３に示すように、ゼロクロス点の検出時刻は、超音波受信信号Ｖｉｎのノイズや脈動などの影響で変動するものの、その変動幅は限定的であり、実際の計測では真値に対して±４００ｎｓｅｃ程度であった。一方、超音波受信信号Ｖｉｎのパルス幅は、トランスデューサ１１，１２から送出される超音波の周波数ｆｕに依存してほぼ一定である。例えば超音波の周波数ｆｕが５００ｋＨｚの場合、超音波の半波長は１０００ｎｓｅｃであり、ゼロクロス点の時間間隔もほぼ同じ１０００ｎｓｅｃである。
【0035】
このため、短い時間間隔で複数回の計測を行い、隣接する２回計測の間（例えば、Ｖｉｎ＃１とＶｉｎ＃２）、ゼロクロス点の検出時刻が、ゼロクロス点の時間間隔１０００ｎｓｅｃを超えて変動することは、まずありえないことが分かった。また、超音波受信信号Ｖｉｎがマイナスからゼロを通過するプラスゼロクロス点同士の時間間隔や、超音波受信信号Ｖｉｎがプラスからゼロを通過するマイナスゼロクロス点同士の時間間隔は、ほぼ２０００ｎｓｅｃである。
【0036】
本発明は、このようなゼロクロス点の時間間隔と変動との関係に着目し、超音波が繰り返し送受信される複数の計測回ｉ（ｉ＝１～Ｘの整数）のそれぞれにおいて、超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉがＶｓを超えた後に検出した複数のゼロクロス点のゼロクロス時刻を時刻配列Ｄ＃ｉに格納し、同一格納位置におけるゼロクロス時刻間の時刻差が最小となるよう、各時刻配列Ｄ＃ｉにおけるゼロクロス時刻の格納位置をシフトするシフト処理を行うようにしたものである。そして、シフト処理後の時刻配列から、流量計算に使用するゼロクロス時刻を抽出し、これらゼロクロス時刻を基に伝搬時間差Δｔを算出して、流量Ｑを算出するようにしたものである。
【0037】
次に、図４、図５を参照して、本実施例の計測ユニット１の動作について説明する。図４は計測ユニット１のトランスデューサ１１，１２と送信部１３と受信部１４と切替部１５と時間計測部１６と記憶部１７の動作を説明するフローチャートである。図５は計測ユニット１のシフト処理部１８と通信部１９の動作を説明するフローチャートである。
【0038】
本実施例では、超音波を順逆両方向で送受信する計測をＸ（Ｘは２以上の整数）回実施するものとする。また、１回の超音波の送受信について、Ｈ＝８個のゼロクロス時刻を計測するものとする。
【0039】
最初に、計測ユニット１の時間計測部１６は、計測回数ｉ（ｉは１～Ｘの整数）を１に初期化する（図４ステップＳ１００）。
計測ユニット１のトランスデューサ１１または１２は、送信部１３からの送信パルスに応じて、配管１０内を流れる気体に対して超音波を送信する（図４ステップＳ１０１）。上記のとおり、順方向の場合はトランスデューサ１１から超音波を送信し、逆方向の場合はトランスデューサ１２から超音波を送信する。本実施例では、順方向から計測を開始するものとする。
計測ユニット１のトランスデューサ１１または１２は、送信部１３からの送信パルスに応じて、配管１０内を流れる気体に対して超音波を送信する（図４ステップＳ１０１）。上記のとおり、順方向の場合はトランスデューサ１１から超音波を送信し、逆方向の場合はトランスデューサ１２から超音波を送信する。本実施例では、順方向から計測を開始するものとする。
【0040】
計測ユニット１の受信部１４は、トランスデューサ１１または１２の出力信号を増幅して、超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉを出力する（図４ステップＳ１０２）。順方向の場合は、トランスデューサ１２がトランスデューサ１１から送出された超音波を受信して、受信部１４がトランスデューサ１２の出力信号を増幅する。逆方向の場合は、トランスデューサ１１がトランスデューサ１２から送出された超音波を受信して、受信部１４がトランスデューサ１１の出力信号を増幅する。
【0041】
計測ユニット１の時間計測部１６は、超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉを予め設定された閾値電圧Ｖｓと比較する（図４ステップＳ１０３）。
時間計測部１６は、Ｖｉｎ＃ｉ≦Ｖｓ、すなわち超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉが閾値電圧Ｖｓ以下の場合、ゼロクロス時刻の検出を開始しない。時間計測部１６は、Ｖｉｎ＃ｉ＞Ｖｓ、すなわち超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉが閾値電圧Ｖｓを超えた場合、ゼロクロス時刻の検出を開始する。
時間計測部１６は、Ｖｉｎ＃ｉ≦Ｖｓ、すなわち超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉが閾値電圧Ｖｓ以下の場合、ゼロクロス時刻の検出を開始しない。時間計測部１６は、Ｖｉｎ＃ｉ＞Ｖｓ、すなわち超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉが閾値電圧Ｖｓを超えた場合、ゼロクロス時刻の検出を開始する。
【0042】
時間計測部１６は、超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉが閾値電圧Ｖｓを超えた場合、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋを予め設定されているＫ（例えばＫ＝３）番目に初期化する（図４ステップＳ１０４）。そして、時間計測部１６は、超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉのゼロクロス点かどうか確認する（図４ステップＳ１０５）。
【0043】
時間計測部１６は、超音波受信信号Ｖｉｎ＃ｉのゼロクロス点を検出したＶｉｎ＃ｉの時刻をゼロクロス時刻Ｔｚとし（図４ステップＳ１０６）、ゼロクロス時刻Ｔｚの値を記憶部１７の時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋに格納する（図４ステップＳ１０７）。
【0044】
ゼロクロス時刻Ｔｚの格納後、時間計測部１６は、格納位置ｋを１増やし（図４ステップＳ１０８）、格納位置ｋ＝Ｋ＋Ｈに達したかどうか、すなわちＨ個のゼロクロス時刻Ｔｚを計測し終えたかどうかを判定する（図４ステップＳ１０９）。時間計測部１６は、Ｈ個のゼロクロス時刻Ｔｚを計測し終えていない場合、ステップＳ１０５に戻る。
こうして、時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋを更新しながら、Ｈ個のゼロクロス時刻Ｔｚを順番に計測し、格納位置ｋに格納する。
こうして、時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋを更新しながら、Ｈ個のゼロクロス時刻Ｔｚを順番に計測し、格納位置ｋに格納する。
【0045】
Ｈ個のゼロクロス時刻Ｔｚの計測が終了した場合、１方向の計測終了となる。順逆両方向の計測が終了していない場合（図４ステップＳ１１０においてＮＯ）、切替部１５は、方向の切り替えを行う（図４ステップＳ１１１）。例えば順方向についてＨ個のゼロクロス時刻Ｔｚの計測が終了して、逆方向の計測が終了していない場合、切替部１５は、逆方向への切り替えを行う。上記のとおり、逆方向の場合、切替部１５は、送信部１３とトランスデューサ１２とを接続し、トランスデューサ１１と受信部１４とを接続する。
【0046】
こうして、逆方向についてステップＳ１０１～Ｓ１０９の処理が上記と同様に行われる。なお、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃ｉは、順方向と逆方向で別個に設けられている。
逆方向についてＨ個のゼロクロス時刻Ｔｚの計測が終了すると、順逆両方向の計測終了となるので、時間計測部１６は、計測回数ｉを１増やす（図４ステップＳ１１２）。
逆方向についてＨ個のゼロクロス時刻Ｔｚの計測が終了すると、順逆両方向の計測終了となるので、時間計測部１６は、計測回数ｉを１増やす（図４ステップＳ１１２）。
【0047】
計測回数ｉがＸを超えておらず、順逆両方向Ｘ回の計測が終了していない場合（図４ステップＳ１１３においてＮＯ）、切替部１５は、方向の切り替えを行う（ステップＳ１１１）。ここでは、切替部１５は、順方向への切り替えを行う。上記のとおり、順方向の場合、切替部１５は、送信部１３とトランスデューサ１１とを接続し、トランスデューサ１２と受信部１４とを接続する。
【0048】
こうして、順逆両方向についての計測が繰り返し実行される。計測回数ｉがＸを超えたとき（ステップＳ１１３においてＹＥＳ）、順逆両方向Ｘ回の計測終了となる。
【0049】
一方、シフト処理部１８は、順方向または逆方向のどちらかについてＨ個のゼロクロス時刻Ｔｚを計測し終えたとき（図４ステップＳ１０９、図５ステップＳ２００においてＹＥＳ）、Ｈ個のゼロクロス時刻Ｔｚを計測し終えた方向についてシフト処理を実施する（図５ステップＳ２０１）。具体的には、シフト処理部１８は、時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋが同一で、かつ計測回が異なるゼロクロス時刻間の時刻差が最小となるように、個々の時刻配列Ｄ＃ｉにおけるゼロクロス時刻の格納位置をシフトする。
【0050】
図６（Ａ）～図６（Ｅ）を参照して、シフト処理部１８と通信部１９の動作について説明する。なお、シフト処理と送信処理とは、順逆の方向毎に実施されるが、ここでは順方向または逆方向の１方向についてのみ説明する。
【0051】
本実施例では、Ｈ＝８個のゼロクロス時刻ＴｚをＸ＝３回計測する例で説明する。初回（ｉ＝１）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝、２回目（ｉ＝２）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは｛１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１｝、最後の３回目（ｉ＝３）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝であったとする。これにより、初回の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃１に図６（Ａ）のように格納される。
【0052】
図６の例では、時刻配列Ｄ＃ｉ（ｉ＝１～３）の格納位置ｋに格納されるゼロクロス時刻Ｔｚは、格納位置ｋの前後に少なくとも２個ずつオフセットが設けられている。これらオフセットは、格納位置ｋ＝Ｋ（本実施例ではＫ＝３）から格納を開始したゼロクロス時刻Ｔｚを、損失することなく前後にシフトさせるためである。これにより、少なくとも格納位置は全部で１２個となる。
シフト処理部１８は、時刻配列Ｄ＃１に格納された初回のゼロクロス時刻Ｔｚについてはシフト無しとする（シフト量Ｓｆは０）。
シフト処理部１８は、時刻配列Ｄ＃１に格納された初回のゼロクロス時刻Ｔｚについてはシフト無しとする（シフト量Ｓｆは０）。
【0053】
次に、通信部１９は、シフト処理後の記憶部１７の時刻配列Ｄ＃１に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値と、シフト処理部１８におけるシフト量Ｓｆの情報とを演算ユニット２に送信する（図５ステップＳ２０２）。通信部１９は、初回の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚについては、送信処理の対象の時刻配列Ｄ＃１に格納された全てのゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚとして送信する。上記のとおり、初回のシフト量Ｓｆは０である。
【0054】
次に、２回目（ｉ＝２）のゼロクロス時刻Ｔｚの計測が終了したとき（ステップＳ１０９、ステップＳ２００においてＹＥＳ）、２回目の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃２に図６（Ｂ）のように格納される。
【0055】
シフト処理部１８は、時刻配列Ｄ＃２に格納された２回目のゼロクロス時刻Ｔｚと時刻配列Ｄ＃１に格納された初回のゼロクロス時刻Ｔｚとを同一の格納位置ｋ毎に比較し、同一の格納位置ｋのゼロクロス時刻Ｔｚ間の差が最小となるように、２回目のゼロクロス時刻Ｔｚの格納位置ｋをシフトする（ステップＳ２０１）。具体的には、シフト処理部１８は、時刻配列Ｄ＃２の各ゼロクロス時刻Ｔｚを、図６（Ｃ）に示すように。左側に２つ分シフトさせるようにすればよい（左２シフト）。
【0056】
通信部１９は、シフト処理後の記憶部１７の時刻配列Ｄ＃２に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値と、シフト処理部１８におけるシフト量Ｓｆの情報とを演算ユニット２に送信する（ステップＳ２０２）。通信部１９は、時刻配列Ｄ＃２に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、送信済みの他の時刻配列Ｄ＃１の同一の格納位置ｋに値が格納されているゼロクロス時刻Ｔｚのみを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値とする。
【0057】
図６（Ｃ）の例では、時刻配列Ｄ＃２に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１｝のうち、他の時刻配列Ｄ＃１の同一の格納位置ｋに値が格納されているゼロクロス時刻Ｔｚは、｛１６，１７，１８，１９，２０，２１｝である。したがって、通信部１９は、ゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１６，１７，１８，１９，２０，２１｝を演算ユニット２に送信する。時刻配列Ｄ＃２の先頭の２つのゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１４，１５｝は、流量計算では使用されないものとされる。上記のとおり、２回目のシフト量Ｓｆは左２である。
【0058】
次に、３回目（ｉ＝３）のゼロクロス時刻Ｔｚの計測が終了したとき（ステップＳ１０９、ステップＳ２００においてＹＥＳ）、３回目の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃３に図６（Ｄ）のように格納される。
【0059】
シフト処理部１８は、時刻配列Ｄ＃３に格納された３回目のゼロクロス時刻Ｔｚと時刻配列Ｄ＃１に格納された初回のゼロクロス時刻Ｔｚとを同一の格納位置ｋ毎に比較し、同一の格納位置ｋのゼロクロス時刻Ｔｚ間の差が最小となるように、３回目のゼロクロス時刻Ｔｚの格納位置ｋをシフトする（ステップＳ２０１）。図６（Ｄ）の例では、同一の格納位置ｋのゼロクロス時刻Ｔｚ間の差が既に最小となっているので、シフト処理部１８はシフト無しとする。すなわち、図６（Ｅ）に示すようにシフト量Ｓｆは０である。
【0060】
通信部１９は、シフト処理後の記憶部１７の時刻配列Ｄ＃３に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値と、シフト処理部１８におけるシフト量Ｓｆの情報とを演算ユニット２に送信する（ステップＳ２０２）。通信部１９は、時刻配列Ｄ＃３に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、送信済みの他の時刻配列Ｄ＃１，Ｄ＃２のうち少なくとも１つの同一の格納位置ｋに値が格納されているゼロクロス時刻Ｔｚのみを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値とする。
【0061】
図６（Ｅ）の例では、時刻配列Ｄ＃３に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝のうち、他の時刻配列Ｄ＃１，Ｄ＃２の何れか１つの同一の格納位置ｋに値が格納されているゼロクロス時刻Ｔｚは、｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝である。したがって、通信部１９は、ゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝を演算ユニット２に送信する。上記のとおり、３回目のシフト量Ｓｆは０である。
【0062】
以上のように、通信部１９は、送信処理の対象の計測回の時刻配列に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚのうち、順逆の方向が同一で計測回が異なる送信済みの少なくとも１回分の時刻配列の同一の格納位置ｋに値が格納されているゼロクロス時刻を、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値とする。
こうして、シフト処理部１８と通信部１９の処理が終了する。シフト処理部１８と通信部１９とは、図５、図６で説明した処理を計測回毎および順逆の方向毎に実施すればよい。
こうして、シフト処理部１８と通信部１９の処理が終了する。シフト処理部１８と通信部１９とは、図５、図６で説明した処理を計測回毎および順逆の方向毎に実施すればよい。
【0063】
【0064】
演算ユニット２の流量算出部２１は、順逆両方向についてＸ回分の情報を受信したかどうかを判定する（図７ステップＳ３０１）。流量算出部２１は、順逆両方向についてＸ回分の情報を受信し終えた場合（ステップＳ３０１においてＹＥＳ）、受信した情報の中からシフト量Ｓｆの情報に基づいて、流量計算に使用するゼロクロス時刻Ｔｚの値を順逆の方向毎に取得する（図７ステップＳ３０２）。
【0065】
例えば図６（Ａ）～図６（Ｅ）の例では、初回の計測においてゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝とシフト量Ｓｆ｛０｝の情報が計測ユニット１から送信される。２回目の計測においては、ゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１６，１７，１８，１９，２０，２１｝とシフト量Ｓｆ｛左２｝の情報が計測ユニット１から送信される。３回目の計測においては、ゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝とシフト量Ｓｆ｛０｝の情報が計測ユニット１から送信される。
【0066】
流量算出部２１は、シフト処理によって欠けが生じたゼロクロス時刻Ｔｚをシフト処理の情報（シフト量Ｓｆ）に基づいて特定し、特定したゼロクロス時刻Ｔｚの時間軸上の位置と対応する位置のゼロクロス時刻Ｔｚを、順逆の方向が同一で計測回が異なるＸ回分のゼロクロス時刻Ｔｚから除いた結果を、流量計算に使用するゼロクロス時刻Ｔｚとする。
【0067】
ここで、時間軸上の位置が対応する位置にあるゼロクロス時刻Ｔｚとは、例えば図２の異なる計測回の超音波受信信号Ｖｉｎ＃１，Ｖｉｎ＃２において、横軸上の位置がほぼ同じ位置にあるゼロクロス時刻Ｔｚのことを言う。図６（Ｅ）の例で言えば、時刻配列Ｄ＃ｉの格納位置ｋが同一で、かつ計測回が異なるゼロクロス時刻Ｔｚに相当する。
【0068】
例えば図６（Ｅ）の例の場合、２回目の計測のシフト量Ｓｆ｛左２｝の情報により、２回目の計測のゼロクロス時刻Ｔｚは、後端（図６（Ｅ）の右端）の２つの時刻が欠けていることが分かる。したがって、流量算出部２１は、後端の２つの値を全ての計測回から除いたゼロクロス時刻Ｔｚ、図６（Ｅ）の例で言えば格納位置ｋ＝３～８の位置のゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用するゼロクロス時刻Ｔｚとする。
流量算出部２１は、以上のようなステップＳ３０２の処理を順逆の方向毎に行えばよい。
流量算出部２１は、以上のようなステップＳ３０２の処理を順逆の方向毎に行えばよい。
【0069】
なお、本実施例と反対に、例えば２回目の計測時に時刻配列Ｄ＃２の各ゼロクロス時刻Ｔｚを右側に２つ分シフトさせた場合には、格納位置ｋ＝５～１０の位置のゼロクロス時刻Ｔｚが、流量計算に使用するゼロクロス時刻Ｔｚとなることは言うまでもない。
【0070】
そして、流量算出部２１は、ステップＳ３０２で取得した順方向のゼロクロス時刻Ｔｚの平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１を算出し、トランスデューサ１１から超音波を送信した時刻からゼロクロス時刻Ｔｚの平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１までの時間を順方向の超音波の伝搬時間ｔ１とする。同様に、流量算出部２１は、ステップＳ３０２で取得した逆方向のゼロクロス時刻Ｔｚの平均値Ｔｚ＿ａｖｅ２を算出し、トランスデューサ１２から超音波を送信した時刻からゼロクロス時刻Ｔｚの平均値Ｔｚ＿ａｖｅ２までの時間を逆方向の超音波の伝搬時間ｔ２とする。そして、流量算出部２１は、伝搬時間ｔ１と伝搬時間ｔ２との差を伝搬時間差Δｔとして算出する（図７ステップＳ３０３）。
【0071】
トランスデューサ１１から超音波を送信した時刻は、例えば順方向の計測のときに流量算出部２１から通信部２０を通じて計測ユニット１の送信部１３に送信開始信号を送信した時刻とすればよい。送信開始信号を受信した送信部１３は、トランスデューサ１１に対して駆動用の送信パルスを供給する。同様に、トランスデューサ１２から超音波を送信した時刻は、例えば逆方向の計測のときに流量算出部２１から通信部２０を通じて計測ユニット１の送信部１３に送信開始信号を送信した時刻とすればよい。送信開始信号を受信した送信部１３は、トランスデューサ１２に対して駆動用の送信パルスを供給する。
【0072】
なお、平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１，Ｔｚ＿ａｖｅ２を算出する際に、流量の脈動の影響を低減するため、平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１，Ｔｚ＿ａｖｅ２に対してＮ次のＦＩＲフィルタ（Ｎは２以上の整数）を用いてデジタルフィルタ処理を実施してもよい。具体的には、流量算出部２１は、平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１［ｉ］を算出したときに、所定のＮ＋１個の係数ｋ［ｊ］（ｊは０～Ｎの整数）と、Ｎ＋１個の直近の平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１［ｉ－ｊ］とを用いて、以下の式により、平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１［ｉ］に対してデジタルフィルタ処理を実施する。
【0073】
【数1】
【0074】
式（１）のＴｚ＿ａｖｅ１*［ｉ］はフィルタ処理後の平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１［ｉ］である。平均値Ｔｚ＿ａｖｅ２についても同様にデジタルフィルタ処理を実施することができる。そして、流量算出部２１は、フィルタ処理後の平均値Ｔｚ＿ａｖｅ１から上記のように順方向の超音波の伝搬時間ｔ１を算出し、フィルタ処理後の平均値Ｔｚ＿ａｖｅ２から逆方向の超音波の伝搬時間ｔ２を算出すればよい。
【0075】
流量算出部２１は、伝搬時間差Δｔから流量Ｑを算出する（図７ステップＳ３０４）。流量Ｑを求める演算手法については、一般的な超音波流量計で用いられている公知の計算式を用いればよく、詳細な説明は省略する。
【0076】
演算ユニット２の流量出力部２２は、通信ネットワークを介して上位装置（不図示）と接続され、定期的あるいは上位装置からの出力指示に応じて、流量算出部２１が算出した流量Ｑの値を上位装置へ送信する（図７ステップＳ３０５）。
【0077】
上記のように、１回の計測あたりＨ＝８個のゼロクロス時刻Ｔｚを計測し、ゼロクロス時刻Ｔｚが１つあたり３２ｂｉｔであったとすると、Ｘ＝３回の計測を行ったときに全てのゼロクロス時刻Ｔｚを演算ユニット２に送信する場合、一方向あたり３×８×３２＝７６８ｂｉｔを送信する必要がある。
【0078】
一方、本実施例では、２回目の計測時における２つのゼロクロス時刻Ｔｚを送信しないので、一方向あたり３２×２＝６４ｂｉｔの送信を削減できる。また、シフト量Ｓｆは、発明の原理の説明から明らかなように、｛左２シフト、０、右２シフト｝の何れかになるので、２ｂｉｔで表現できる。つまり、シフト量Ｓｆは、一方向あたり２×３＝６ｂｉｔで送信できる。
【0079】
したがって、本実施例では、一方向あたり７１０ｂｉｔを送信すればよく、一方向あたり（３２×２－２×３）＝５８ｂｉｔの送信を削減できるので、この送信データ量の削減分だけ超音波流量計の消費電力を削減することが可能となる。
【0080】
なお、本実施例の動作では説明していないが、順逆両方向Ｘ回の計測が終了し、情報の送信が全て終了した後に、時間計測部１６は、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃ｉの全格納位置の値を削除する（空白にする）。この時間計測部１６の動作は以降の実施例においても同じである。
【0081】
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、計測ユニット１からシフト量Ｓｆの情報を演算ユニット２に送信しているが、シフト量Ｓｆでなく、シフト処理後のゼロクロス時刻Ｔｚが格納された各時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報を演算ユニット２に送信するようにしてもよい。本実施例においても、超音波流量計の構成は第１の実施例と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、計測ユニット１からシフト量Ｓｆの情報を演算ユニット２に送信しているが、シフト量Ｓｆでなく、シフト処理後のゼロクロス時刻Ｔｚが格納された各時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報を演算ユニット２に送信するようにしてもよい。本実施例においても、超音波流量計の構成は第１の実施例と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
【0082】
計測ユニット１のトランスデューサ１１，１２と送信部１３と受信部１４と切替部１５と時間計測部１６と記憶部１７の動作は、第１の実施例で説明したとおりである。
【0083】
図８は本実施例の計測ユニット１のシフト処理部１８と通信部１９の動作を説明するフローチャートである。シフト処理部１８の動作は第１の実施例と同じである。
図９（Ａ）～図９（Ｅ）は、それぞれ第１の実施例の図６（Ａ）～図６（Ｅ）に対応している。第１の実施例で説明したとおり、初回の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚについてはシフト無しとするので、初回の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚが格納された時刻配列Ｄ＃１の先頭位置Ｌは３である（図９（Ａ））。
図９（Ａ）～図９（Ｅ）は、それぞれ第１の実施例の図６（Ａ）～図６（Ｅ）に対応している。第１の実施例で説明したとおり、初回の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚについてはシフト無しとするので、初回の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚが格納された時刻配列Ｄ＃１の先頭位置Ｌは３である（図９（Ａ））。
【0084】
計測ユニット１の通信部１９は、時刻配列Ｄ＃１に格納された全てのゼロクロス時刻Ｔｚの値と、時刻配列Ｄ＃１の先頭位置Ｌの情報とを演算ユニット２に送信する（図８ステップＳ２０２ａ）。
【0085】
２回目の計測では、シフト処理部１８は時刻配列Ｄ＃２の各ゼロクロス時刻Ｔｚを左側に２つ分シフトさせたので、２回目の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚが格納された時刻配列Ｄ＃２の先頭位置は１である（図９（Ｃ））。
【0086】
通信部１９は、シフト処理後の記憶部１７の時刻配列Ｄ＃２に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１６，１７，１８，１９，２０，２１｝の値と、時刻配列Ｄ＃２の先頭位置Ｌの情報とを演算ユニット２に送信する（ステップＳ２０２ａ）。
【0087】
３回目の計測では、シフト処理部１８はシフト無しとしたので、３回目の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚが格納された時刻配列Ｄ＃３の先頭位置は３である（図９（Ｅ））。
【0088】
通信部１９は、シフト処理後の記憶部１７の時刻配列Ｄ＃３に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚ＝｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝の値と、時刻配列Ｄ＃３の先頭位置Ｌの情報とを演算ユニット２に送信する（ステップＳ２０２ａ）。
第１の実施例と同様に、シフト処理部１８と通信部１９とは、図８、図９で説明した処理を計測回毎および順逆の方向毎に実施すればよい。
第１の実施例と同様に、シフト処理部１８と通信部１９とは、図８、図９で説明した処理を計測回毎および順逆の方向毎に実施すればよい。
【0089】
図１０は本実施例の演算ユニット２の動作を説明するフローチャートである。演算ユニット２の通信部２０は、計測ユニット１から送信されたゼロクロス時刻Ｔｚと時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報を受信する（図１０ステップＳ３００ａ）。
【0090】
演算ユニット２の流量算出部２１は、順逆両方向についてＸ回分の情報を受信し終えた場合（図１０ステップＳ３０１においてＹＥＳ）、受信した情報の中から時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報に基づいて、流量計算に使用するゼロクロス時刻Ｔｚの値を順逆の方向毎に取得する（図１０ステップＳ３０２ａ）。
【0091】
第１の実施例と同様に、流量算出部２１は、シフト処理によって欠けが生じたゼロクロス時刻Ｔｚをシフト処理の情報（時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌ）に基づいて特定し、特定したゼロクロス時刻Ｔｚの時間軸上の位置と対応する位置のゼロクロス時刻Ｔｚを、順逆の方向が同一で計測回が異なるＸ回分のゼロクロス時刻Ｔｚから除いた結果を、流量計算に使用するゼロクロス時刻Ｔｚとすればよい。
【0092】
例えば図９（Ｅ）の例の場合、シフト無しの場合の時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌは３であるが、時刻配列Ｄ＃２の先頭位置Ｌ＝１の情報により、２回目の計測のゼロクロス時刻Ｔｚは、後端の２つの時刻が欠けていることが分かる。したがって、流量算出部２１は、第１の実施例と同様に、後端の２つの値を全ての計測回から除いたゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用するゼロクロス時刻Ｔｚとする。
流量算出部２１は、以上のようなステップＳ３０２ａの処理を順逆の方向毎に行えばよい。
流量算出部２１は、以上のようなステップＳ３０２ａの処理を順逆の方向毎に行えばよい。
【0093】
流量算出部２１のステップＳ３０３，Ｓ３０４の動作および流量出力部２２の動作（ステップＳ３０５）は、第１の実施例で説明したとおりである。
本実施例では、第１の実施例と同様に、２回目の計測時における２つのゼロクロス時刻Ｔｚを送信しない。また、時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌは、発明の原理の説明から明らかなように、｛１，３，５｝の何れかになるので、２ｂｉｔで表現できる。したがって、本実施例では、第１の実施例と同様に送信データ量を削減することができ、超音波流量計の消費電力を削減することが可能となる。
本実施例では、第１の実施例と同様に、２回目の計測時における２つのゼロクロス時刻Ｔｚを送信しない。また、時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌは、発明の原理の説明から明らかなように、｛１，３，５｝の何れかになるので、２ｂｉｔで表現できる。したがって、本実施例では、第１の実施例と同様に送信データ量を削減することができ、超音波流量計の消費電力を削減することが可能となる。
【0094】
［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。第１、第２の実施例では、計測の度にゼロクロス時刻Ｔｚと、シフト量Ｓｆまたは時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報とを計測ユニット１から演算ユニット２に送信しているが、順逆両方向Ｘ回の計測が終了した後に送信するようにしてもよい。本実施例においても、超音波流量計の構成は第１の実施例と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
次に、本発明の第３の実施例について説明する。第１、第２の実施例では、計測の度にゼロクロス時刻Ｔｚと、シフト量Ｓｆまたは時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報とを計測ユニット１から演算ユニット２に送信しているが、順逆両方向Ｘ回の計測が終了した後に送信するようにしてもよい。本実施例においても、超音波流量計の構成は第１の実施例と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
【0095】
計測ユニット１のトランスデューサ１１，１２と送信部１３と受信部１４と切替部１５と時間計測部１６と記憶部１７の動作は、第１の実施例で説明したとおりである。
【0096】
図１１は本実施例の計測ユニット１のシフト処理部１８と通信部１９の動作を説明するフローチャートである。シフト処理部１８の動作は第１の実施例と同じである。
本実施例の計測ユニット１の通信部１９は、シフト処理部１８におけるシフト処理終了後、順逆両方向Ｘ回の計測が終了したかどうかを判定する（図１１ステップＳ２０３）。ステップＳ１１３で説明したとおり、計測回数ｉがＸを超えておらず、順逆両方向Ｘ回の計測が終了していない場合、ステップＳ２００に戻る。
本実施例の計測ユニット１の通信部１９は、シフト処理部１８におけるシフト処理終了後、順逆両方向Ｘ回の計測が終了したかどうかを判定する（図１１ステップＳ２０３）。ステップＳ１１３で説明したとおり、計測回数ｉがＸを超えておらず、順逆両方向Ｘ回の計測が終了していない場合、ステップＳ２００に戻る。
【0097】
通信部１９は、計測回数ｉがＸを超え、順逆両方向Ｘ回の計測が終了した場合（ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃ｉに格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値と、順逆両方向Ｘ回分のシフト量Ｓｆの情報とを演算ユニット２に送信する（図１１ステップＳ２０４）。
【0098】
本実施例では、通信部１９は、送信処理の対象のＸ回分の時刻配列Ｄ＃ｉに格納されたゼロクロス時刻Ｔｚのうち、順逆の方向が同一で計測回が異なる全ての時刻配列の同一の格納位置ｋに値が格納されているゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値とすればよい。
【0099】
例えば図６（Ｅ）の例の場合、２回目の計測のゼロクロス時刻Ｔｚは、後端（図６（Ｅ）の右端）の２つの時刻が欠けている。したがって、通信部１９は、後端の２つのゼロクロス時刻を全ての計測回から除いたゼロクロス時刻Ｔｚ、図６（Ｅ）の例で言えば格納位置ｋ＝３～８の位置のゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚとする。通信部１９は、以上のように流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚを、順逆の方向毎に抽出すればよい。
【0100】
また、通信部１９は、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値を特定する際、送信処理の対象のＸ回についてシフト処理で適用した個々のシフト量の適用回数をそれぞれ計数し、得られた適用回数の大小判定の結果に基づいて、予め設定されている基準格納位置に格納されているＸ回分のゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値としてもよい。
【0101】
例えば図６（Ｅ）の例の場合、送信処理の対象のＸ＝３回についてシフト処理で適用した個々のシフト量の適用回数は、シフト量Ｓｆ｛０｝が２回、シフト量Ｓｆ｛左２｝が１回である。シフト量Ｓｆ｛０｝を除く適用回数の最多はシフト量Ｓｆ｛左２｝である。
通信部１９は、シフト量Ｓｆ｛０｝を除く適用回数が最も多いシフト量Ｓｆ｛左２｝に対応する基準格納位置ｋ＝３～８に格納されているＸ＝３回分のゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値とする。シフト量Ｓｆ｛０｝を除く適用回数が最も多いシフト量がＳｆ｛右２｝である場合、シフト量Ｓｆ｛右２｝に対応する基準格納位置はｋ＝５～１０である。また、左２シフト、右２シフトが発生せず、シフト量Ｓｆ｛０｝の適用回数の最多である場合、シフト量Ｓｆ｛０｝に対応する基準格納位置はｋ＝３～１０である。通信部１９は、以上のように流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚを、順逆の方向毎に抽出すればよい。
通信部１９は、シフト量Ｓｆ｛０｝を除く適用回数が最も多いシフト量Ｓｆ｛左２｝に対応する基準格納位置ｋ＝３～８に格納されているＸ＝３回分のゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値とする。シフト量Ｓｆ｛０｝を除く適用回数が最も多いシフト量がＳｆ｛右２｝である場合、シフト量Ｓｆ｛右２｝に対応する基準格納位置はｋ＝５～１０である。また、左２シフト、右２シフトが発生せず、シフト量Ｓｆ｛０｝の適用回数の最多である場合、シフト量Ｓｆ｛０｝に対応する基準格納位置はｋ＝３～１０である。通信部１９は、以上のように流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚを、順逆の方向毎に抽出すればよい。
【0102】
図１２は本実施例の演算ユニット２の動作を説明するフローチャートである。演算ユニット２の通信部２０は、計測ユニット１から送信されたゼロクロス時刻Ｔｚとシフト量Ｓｆの情報を受信する（図１２ステップＳ３００ｂ）。
【0103】
演算ユニット２の流量算出部２１は、受信した情報のうち、順方向のゼロクロス時刻Ｔｚと逆方向のゼロクロス時刻Ｔｚとをそのまま流量計算に使用するゼロクロス時刻Ｔｚの値として取得する（図１２ステップＳ３０２ｂ）。
【0104】
流量算出部２１のステップＳ３０３，Ｓ３０４の動作および流量出力部２２の動作（ステップＳ３０５）は、第１の実施例で説明したとおりである。
本実施例では、全ての計測回で計測したゼロクロス時刻Ｔｚを基に、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚを順逆の方向毎に抽出した上で計測ユニット１から演算ユニット２に送信しているので、第１の実施例と比較して送信データ量を更に削減することができ、超音波流量計の消費電力を更に削減することが可能となる。例えば図６（Ｅ）の例では、一方向あたりの送信データ量は５８２ｂｉｔとなる。
本実施例では、全ての計測回で計測したゼロクロス時刻Ｔｚを基に、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚを順逆の方向毎に抽出した上で計測ユニット１から演算ユニット２に送信しているので、第１の実施例と比較して送信データ量を更に削減することができ、超音波流量計の消費電力を更に削減することが可能となる。例えば図６（Ｅ）の例では、一方向あたりの送信データ量は５８２ｂｉｔとなる。
【0105】
なお、本実施例では、シフト処理の情報として、第１の実施例と同様にシフト量Ｓｆの情報を計測ユニット１から演算ユニット２に送信しているが、第２の実施例と同様に時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報を送信するようにしてもよい。
【0106】
［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例について説明する。第３の実施例では、Ｘ回の計測中に、時刻配列Ｄ＃ｉのゼロクロス時刻Ｔｚを左側に２つ分シフトさせる左２シフトと、ゼロクロス時刻Ｔｚを右側に２つ分シフトさせる右２シフトとが発生してしまうと、格納位置ｋ＝５～８の位置のゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚとしてしまう。通常の状態では、Ｘ回の計測中に左２シフトと右２シフトが両方共発生することはないが、ノイズなどの影響により左２シフトと右２シフトが両方共発生する場合があり得る。
次に、本発明の第４の実施例について説明する。第３の実施例では、Ｘ回の計測中に、時刻配列Ｄ＃ｉのゼロクロス時刻Ｔｚを左側に２つ分シフトさせる左２シフトと、ゼロクロス時刻Ｔｚを右側に２つ分シフトさせる右２シフトとが発生してしまうと、格納位置ｋ＝５～８の位置のゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚとしてしまう。通常の状態では、Ｘ回の計測中に左２シフトと右２シフトが両方共発生することはないが、ノイズなどの影響により左２シフトと右２シフトが両方共発生する場合があり得る。
【0107】
そこで、本実施例では、Ｘ回の計測中に左２シフトと右２シフトが両方共発生した場合の補間処理について説明する。図１３は本実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
本実施例の計測ユニット１は、トランスデューサ１１，１２と、送信部１３と、受信部１４と、切替部１５と、時間計測部１６と、記憶部１７と、シフト処理部１８と、通信部１９と、補間処理部３１とを備えている。
本実施例の計測ユニット１は、トランスデューサ１１，１２と、送信部１３と、受信部１４と、切替部１５と、時間計測部１６と、記憶部１７と、シフト処理部１８と、通信部１９と、補間処理部３１とを備えている。
【0108】
計測ユニット１のトランスデューサ１１，１２と送信部１３と受信部１４と切替部１５と時間計測部１６と記憶部１７の動作は、第１の実施例で説明したとおりである。
【0109】
図６（Ａ）、図１４、図１５（Ａ）～図１５（Ｅ）、図１６を参照して、本実施例の計測ユニット１のシフト処理部１８と補間処理部３１と通信部１９の動作について説明する。シフト処理と補間処理と送信処理とは、順逆の方向毎に実施されるが、ここでは順方向または逆方向の１方向についてのみ説明する。
【0110】
本実施例では、第１の実施例と同様にＨ＝８個のゼロクロス時刻ＴｚをＸ＝３回計測する例で説明する。初回（ｉ＝１）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは｛１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３｝、２回目（ｉ＝２）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは｛１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５｝、最後の３回目（ｉ＝３）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは｛１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１｝であったとする。これにより、初回の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃１に図６（Ａ）のように格納される。
【0111】
シフト処理部１８の動作（図１４ステップＳ２０１）は、第１の実施例と同じである。補間処理部３１は、時刻配列Ｄ＃１の格納位置ｋ＝３～１０のゼロクロス時刻Ｔｚの値に欠けが生じている場合、欠けているゼロクロス時刻Ｔｚを補う補間処理を行う（図１４ステップＳ２０５）。補間処理部３１は、シフト処理後の記憶部１７の時刻配列Ｄ＃１の格納位置ｋ＝３～１０の値に欠けが生じていないので、補間の必要無しとする。
【0112】
次に、２回目（ｉ＝２）のゼロクロス時刻Ｔｚの計測が終了したとき（ステップＳ１０９、ステップＳ２００においてＹＥＳ）、２回目の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃２に図１５（Ａ）のように格納される。
【0113】
第１の実施例で説明した動作により、２回目の計測では、シフト処理部１８は、時刻配列Ｄ＃２の各ゼロクロス時刻Ｔｚを、図１５（Ｂ）に示すように、右側に２つ分シフトさせる（ステップＳ２０１）。
【0114】
補間処理部３１は、時刻配列Ｄ＃２の格納位置ｋ＝３～１０のゼロクロス時刻Ｔｚのうち、格納位置ｋ＝３，４の値に欠けが生じているので、欠けているゼロクロス時刻Ｔｚを補う補間処理を行う（ステップＳ２０５）。具体的には、補間処理部３１は、直前の計測回の時刻配列Ｄ＃１の格納位置ｋ＝３，４に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚ＝１６，１７を、それぞれ時刻配列Ｄ＃２の格納位置ｋ＝３，４に格納する（図１５（Ｃ））。すなわち、時刻配列Ｄ＃２の欠けが生じている格納位置ｋの値を、直前の計測回の時刻配列Ｄ＃１の同一の格納位置ｋから取得する。
【0115】
次に、３回目（ｉ＝３）のゼロクロス時刻Ｔｚの計測が終了したとき（ステップＳ１０９、ステップＳ２００においてＹＥＳ）、３回目の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃３に図１５（Ｄ）のように格納される。
【0116】
第１の実施例で説明した動作により、３回目の計測では、シフト処理部１８は、時刻配列Ｄ＃３の各ゼロクロス時刻Ｔｚを、図１５（Ｅ）に示すように、左側に２つ分シフトさせる（ステップＳ２０１）。
【0117】
補間処理部３１は、時刻配列Ｄ＃３の格納位置ｋ＝３～１０のゼロクロス時刻Ｔｚのうち、格納位置ｋ＝９，１０の値に欠けが生じているので、欠けているゼロクロス時刻Ｔｚを補う補間処理を行う（ステップＳ２０５）。具体的には、補間処理部３１は、直前の計測回の時刻配列Ｄ＃２の格納位置ｋ＝９，１０に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚ＝２２，２３を、それぞれ時刻配列Ｄ＃３の格納位置ｋ＝９，１０に格納する（図１６）。すなわち、時刻配列Ｄ＃３の欠けが生じている格納位置ｋの値を、直前の計測回の時刻配列Ｄ＃２の同一の格納位置ｋから取得する。
【0118】
通信部１９は、計測回数ｉがＸを超え、順逆両方向Ｘ回の計測が終了した場合（図１４ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃ｉに格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値と、順逆両方向Ｘ回分のシフト量Ｓｆの情報とを演算ユニット２に送信する（図１４ステップＳ２０４）。
【0119】
本実施例では、第３の実施例で説明した動作により、送信処理の対象のＸ回分の時刻配列Ｄ＃ｉに格納されたゼロクロス時刻Ｔｚのうち、格納位置ｋ＝３～１０に格納されているゼロクロス時刻Ｔｚが、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値となる。
演算ユニット２の構成および動作は、第３の実施例と同じである。
演算ユニット２の構成および動作は、第３の実施例と同じである。
【0120】
こうして、本実施例では、ゼロクロス時刻Ｔｚの補間処理を実施することにより、Ｘ回の計測中に左２シフトと右２シフトが両方共発生した場合でも、計測誤差を抑えることができる。
【0121】
本実施例では、シフト処理の情報として、第１の実施例と同様にシフト量Ｓｆの情報を計測ユニット１から演算ユニット２に送信しているが、第２の実施例と同様に時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報を送信するようにしてもよい。
【0122】
［第５の実施例］
第１～第４の実施例では、計測ユニット１から演算ユニット２にデータを送信するようにしているが、演算ユニット２から計測ユニット１の記憶部に格納されたゼロクロス時刻のデータを読み出すことも可能である。図１７は本実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
第１～第４の実施例では、計測ユニット１から演算ユニット２にデータを送信するようにしているが、演算ユニット２から計測ユニット１の記憶部に格納されたゼロクロス時刻のデータを読み出すことも可能である。図１７は本実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【0123】
本実施例の計測ユニット１は、トランスデューサ１１，１２と、送信部１３と、受信部１４と、切替部１５と、時間計測部１６と、記憶部１７と、シフト処理部１８と、通信部１９ａとを備えている。
本実施例の演算ユニット２は、通信部２０ａと、流量算出部２１と、流量出力部２２とを備えている。
本実施例の演算ユニット２は、通信部２０ａと、流量算出部２１と、流量出力部２２とを備えている。
【0124】
計測ユニット１のトランスデューサ１１，１２と送信部１３と受信部１４と切替部１５と時間計測部１６と記憶部１７の動作は、第１の実施例で説明したとおりである。
図１８は計測ユニット１のシフト処理部１８と通信部１９ａの動作を説明するフローチャート、図１９は演算ユニット２の動作を説明するフローチャートである。
図１８は計測ユニット１のシフト処理部１８と通信部１９ａの動作を説明するフローチャート、図１９は演算ユニット２の動作を説明するフローチャートである。
【0125】
シフト処理部１８の動作（図１８ステップＳ２０１）は、第１の実施例と同じである。通信部１９ａは、順方向または逆方向のどちらかについてＨ個のゼロクロス時刻Ｔｚを計測し終え、Ｈ個のゼロクロス時刻Ｔｚを計測し終えた方向についてシフト処理が完了した後に、演算ユニット２に対して完了通知を行う（図１８ステップＳ２０６）。
【0126】
演算ユニット２の通信部２０ａは、計測ユニット１からの完了通知を受信すると（図１９ステップＳ３０６においてＹＥＳ）、計測とシフト処理とが完了した方向および計測回のシフト処理の情報の既知のアドレス情報を計測ユニット１に送信し、このアドレス情報で特定される計測ユニット１の記憶部１７の領域からシフト処理の情報（シフト量Ｓｆ）を通信部１９ａを介して読み出す（図１９ステップＳ３０７）。こうして、計測とシフト処理とが完了した方向および計測回のシフト量Ｓｆの情報を読み出すことができる。
【0127】
次に、通信部２０ａは、読み出したシフト量Ｓｆの情報に基づいて、計測ユニット１の記憶部１７の時刻配列Ｄ＃１に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値を計測ユニット１から読み出す（図１９ステップＳ３０８）。
図６（Ａ）～図６（Ｅ）を参照して、ステップＳ３０８の通信部２０ａの動作について説明する。ステップＳ３０８の処理は、順逆の方向毎および計測回毎に実施されるが、ここでは順方向または逆方向の１方向についてのみ説明する。
図６（Ａ）～図６（Ｅ）を参照して、ステップＳ３０８の通信部２０ａの動作について説明する。ステップＳ３０８の処理は、順逆の方向毎および計測回毎に実施されるが、ここでは順方向または逆方向の１方向についてのみ説明する。
【0128】
通信部２０ａは、初回（ｉ＝１）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚについては、時刻配列Ｄ＃１に格納された全てのゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚとする（図６（Ａ））。そこで、通信部２０ａは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃１の格納位置ｋ＝３～１０の既知のアドレス情報を計測ユニット１に送信し、時刻配列Ｄ＃１の格納位置ｋ＝３～１０からゼロクロス時刻Ｔｚを読み出す。
【0129】
続いて、通信部２０ａは、２回目（ｉ＝２）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚについては、時刻配列Ｄ＃２に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、格納位置ｋ＝３～８に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚとする（図６（Ｃ））。通信部２０ａは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃２の格納位置ｋ＝３～８の既知のアドレス情報を計測ユニット１に送信し、時刻配列Ｄ＃２の格納位置ｋ＝３～８からゼロクロス時刻Ｔｚを読み出す。
【0130】
次に、通信部２０ａは、３回目（ｉ＝３）の計測で得られたゼロクロス時刻Ｔｚについては、時刻配列Ｄ＃３に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、格納位置ｋ＝３～１０に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚとする（図６（Ｅ））。通信部２０ａは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃３の格納位置ｋ＝３～１０の既知のアドレス情報を計測ユニット１に送信し、時刻配列Ｄ＃３の格納位置ｋ＝３～１０からゼロクロス時刻Ｔｚを読み出す。
【0131】
以上の説明から明らかなように、本実施例において流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚを特定する手法は、第１の実施例における通信部１９における特定手法と同じである。
通信部２０ａは、ステップＳ３０７，Ｓ３０８の処理を計測回毎および順逆の方向毎に実施すればよい。
通信部２０ａは、ステップＳ３０７，Ｓ３０８の処理を計測回毎および順逆の方向毎に実施すればよい。
【0132】
演算ユニット２の流量算出部２１は、順逆両方向についてＸ回分の情報を読み出したかどうかを判定する（図１９ステップＳ３０９）。ステップＳ３０２～ステップＳ３０５の処理は第１の実施例で説明したとおりである。
こうして、本実施例では、演算ユニット２から計測ユニット１の記憶部１７に格納されたゼロクロス時刻のデータを読み出す場合において第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
こうして、本実施例では、演算ユニット２から計測ユニット１の記憶部１７に格納されたゼロクロス時刻のデータを読み出す場合において第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【0133】
本実施例では、シフト処理の情報として、第１の実施例と同様にシフト量Ｓｆの情報を用いているが、第２の実施例と同様に時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報を用いてもよい。
【0134】
［第６の実施例］
第５の実施例では、計測の度に演算ユニット２がゼロクロス時刻Ｔｚを計測ユニット１から読み出しているが、順逆両方向Ｘ回の計測が終了した後に読み出すようにしてもよい。本実施例においても、超音波流量計の構成は第５の実施例と同様であるので、図１７の符号を用いて説明する。
第５の実施例では、計測の度に演算ユニット２がゼロクロス時刻Ｔｚを計測ユニット１から読み出しているが、順逆両方向Ｘ回の計測が終了した後に読み出すようにしてもよい。本実施例においても、超音波流量計の構成は第５の実施例と同様であるので、図１７の符号を用いて説明する。
【0135】
計測ユニット１のトランスデューサ１１，１２と送信部１３と受信部１４と切替部１５と時間計測部１６と記憶部１７の動作は、第１の実施例で説明したとおりである。
図２０は計測ユニット１のシフト処理部１８と通信部１９ａの動作を説明するフローチャート、図２１は演算ユニット２の動作を説明するフローチャートである。
図２０は計測ユニット１のシフト処理部１８と通信部１９ａの動作を説明するフローチャート、図２１は演算ユニット２の動作を説明するフローチャートである。
【0136】
シフト処理部１８の動作（図２０ステップＳ２０１）は、第１の実施例と同じである。通信部１９ａは、計測回数ｉがＸを超え、順逆両方向Ｘ回の計測が終了した場合（図２０ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、演算ユニット２に対して完了通知を行う（図２０ステップＳ２０７）。
【0137】
演算ユニット２の通信部２０ａは、計測ユニット１からの完了通知を受信すると（図２１ステップＳ３１０においてＹＥＳ）、順逆両方向Ｘ回分のシフト処理の情報の既知のアドレス情報を計測ユニット１に送信し、このアドレス情報で特定される計測ユニット１の記憶部１７の領域からシフト処理の情報（シフト量Ｓｆ）を通信部１９ａを介して読み出す（図２１ステップＳ３１１）。こうして、順逆両方向Ｘ回分のシフト量Ｓｆの情報を読み出すことができる。
【0138】
次に、通信部２０ａは、読み出したシフト量Ｓｆの情報に基づいて、計測ユニット１の記憶部１７の時刻配列Ｄ＃ｉに格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚの値を計測ユニット１から読み出す（図２１ステップＳ３１２）。
【0139】
具体的には、通信部２０ａは、時刻配列Ｄ＃ｉに格納されたゼロクロス時刻Ｔｚの値のうち、格納位置ｋ＝３～８に格納されたゼロクロス時刻Ｔｚを、流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚとする（図６（Ｅ））。通信部２０ａは、記憶部１７の時刻配列Ｄ＃１～Ｄ＃３の格納位置ｋ＝３～８の既知のアドレス情報を計測ユニット１に送信し、時刻配列Ｄ＃１～Ｄ＃３の格納位置ｋ＝３～８からゼロクロス時刻Ｔｚを読み出す。
【0140】
以上の説明から明らかなように、本実施例において流量計算に使用される可能性があるゼロクロス時刻Ｔｚを特定する手法は、第３の実施例における通信部１９における特定手法と同じである。
通信部２０ａは、ステップＳ３１２の処理を順逆の方向毎に実施すればよい。
通信部２０ａは、ステップＳ３１２の処理を順逆の方向毎に実施すればよい。
【0141】
ステップＳ３０２ｂ、ステップＳ３０３～ステップＳ３０５の処理は第３の実施例で説明したとおりである。
こうして、本実施例では、演算ユニット２から計測ユニット１の記憶部１７に格納されたゼロクロス時刻のデータを読み出す場合において第３の実施例と同様の効果を得ることができる。
こうして、本実施例では、演算ユニット２から計測ユニット１の記憶部１７に格納されたゼロクロス時刻のデータを読み出す場合において第３の実施例と同様の効果を得ることができる。
【0142】
本実施例では、シフト処理の情報として、第１の実施例と同様にシフト量Ｓｆの情報を用いているが、第２の実施例と同様に時刻配列Ｄ＃ｉの先頭位置Ｌの情報を用いてもよい。
また、本実施例に第４の実施例で説明した補間処理を適用してもよい。
また、本実施例に第４の実施例で説明した補間処理を適用してもよい。
【0143】
第１～第６の実施例で説明した演算ユニット２は、ＣＰＵ、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図２２に示す。
【0144】
コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）２０２とを備えている。Ｉ／Ｆ２０２には、通信部２０，２０ａのうちハードウェア部の構成等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の流量計測方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。ＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って第１～第６の実施例で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【0145】
本発明は、超音波流量計に適用することができる。
【符号の説明】
【0146】
１…計測ユニット、２…演算ユニット、１０…配管、１１，１２…トランスデューサ、１３…送信部、１４…受信部、１５…切替部、１６…時間計測部、１７…記憶部、１８…シフト処理部、１９，１９ａ，２０，２０ａ…通信部、２１…流量算出部、２２…流量出力部、３１…補間処理部。
【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】