特許 7561243 センサ信号処理装置

(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】2024-09-25

(45)【発行日】2024-10-03

(54)【発明の名称】センサ信号処理装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/667 20220101AFI20240926BHJP

【ＦＩ】

G01F1/667 C

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023117311

(22)【出願日】2023-07-19

(62)【分割の表示】P 2022064907の分割

【原出願日】2017-08-10

(65)【公開番号】P2023126559

(43)【公開日】2023-09-07

【審査請求日】2023-07-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 功

【審査官】羽飼 知佳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１４５２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３６５１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５７０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１４２０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２５０９３９（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】

信号を送受信可能な第１センサと、前記第１センサよりも流体の流れの下流側に配置されて信号を送受信可能な第２センサと、からそれぞれ出力されるセンサ信号を処理するセンサ信号処理装置であって、
前記センサ信号に基づく信号を一方の入力端に入力されるコンパレータと、
前記コンパレータの他方の入力端にゼロクロス閾値電圧設定用の参照電圧を印加するか否かを切替える第１スイッチと、
前記他方の入力端にエンベロープ閾値電圧設定用のエンベロープ参照電圧を印加するか否かを切替える第２スイッチと、
前記他方の入力端にエラー検出閾値電圧設定用のエラー検出参照電圧を印加するか否かを切替える第３スイッチと、
前記コンパレータの出力に基づいて前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第３スイッチの切替制御を行う制御部と、
を備え、
前記エンベロープ閾値電圧を生成する第１分圧回路と、
前記エラー検出閾値電圧を生成する第２分圧回路と、を更に備え、
前記第１分圧回路は、分圧用の第１抵抗と、前記第１抵抗に直列に接続される第１スイッチと、を有し、
前記第２分圧回路は、分圧用の第２抵抗と、前記第２抵抗に直列に接続される第２スイッチと、を有し、
前記コンパレータの電源電圧であるアナログ信号により、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのオンオフが切り替えられる、センサ信号処理装置。

【請求項2】

前記センサ信号を増幅する増幅器を更に備え、
前記制御部は、前記エラー検出参照電圧を２つのレベルで切替え可能であり、
前記制御部は、前記他方の入力端に前記エラー検出参照電圧が印加された状態での前記コンパレータの出力に応じて、前記増幅器のゲインを調整する、請求項１に記載のセンサ信号処理装置。

【請求項3】

前記制御部は、抵抗の両端間をバイパスするか否かを切替えることで分圧比を変更することにより、前記エラー検出参照電圧を切替える、請求項２に記載のセンサ信号処理装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記一方の入力端に入力される信号が前記ゼロクロス閾値電圧と交わる複数のタイミングに基づき、前記第１センサと前記第２センサとの間の伝搬時間を算出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサ信号処理装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記一方の入力端に入力される信号が前記エンベロープ閾値電圧以上となったときに、前記他方の入力端に前記ゼロクロス閾値電圧を印加させ、
前記一方の入力端に入力される信号が前記ゼロクロス閾値電圧以上となったときに、前記他方の入力端に前記エラー検出閾値電圧を印加させ、
その後に前記他方の入力端に前記ゼロクロス閾値電圧を印加させる、請求項４に記載のセンサ信号処理装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記一方の入力端に入力される信号が一定時間経過する前に前記エンベロープ閾値電圧以上とならない場合は、前記切替制御を行う処理を中断する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のセンサ信号処理装置。

【請求項7】

前記第１センサおよび前記第２センサを駆動するＨブリッジ回路と、
前記Ｈブリッジ回路を介して出力される前記センサ信号を電流／電圧変換する変換器と、を更に備え、
前記変換器の出力が前記一方の入力端に入力される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のセンサ信号処理装置。

【請求項8】

前記第１センサおよび前記第２センサは、超音波センサである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のセンサ信号処理装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のセンサ信号処理装置と、前記第１センサと、前記第２センサと、を備えるセンサシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ信号処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超音波を用いて流体の流量を測定する装置が種々提案されており、その一例は特許文献１に開示される。

【0003】

特許文献１の超音波流量計は、流体の流れる上流側に配置される第１超音波センサと、下流側に配置される第２超音波センサと備える。第１超音波センサから送信された超音波が第２超音波センサに受信されるまでの時間と、第２超音波センサから送信された超音波が第１超音波センサに受信されるまでの時間とに基づき、流体の流量が測定される。

【0004】

第１超音波センサおよび第２超音波センサは、それぞれくさびを備える。くさびは、超音波送受信器が設けられ、流体の流れる配管の外周面に設置される。くさびは、超音波送受信器から送信された超音波を所望の角度で流体に入射させる。

【0005】

また、くさびには、切欠きが設けられる。これにより、くさびに入射した配管伝搬波は、切欠きに阻害されて超音波送受信器に到達しにくくなるので、超音波送受信器に到達する配管伝搬波のエネルギーを流体伝搬波のエネルギーに対して小さくして、ＳＮ比を向上させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１４－１５７０７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述のように、特許文献１によれば、流体の流量を正確に測定できるとされている。しかしながら、特許文献１には、超音波センサから出力されるセンサ信号を処理するセンサ信号処理装置についての流量を正確に測定するための構成は開示されていない。

【0008】

上記状況に鑑み、本発明は、精度良く流体の流量を測定することを可能とし、小型化および低コスト化を図れるセンサ信号処理装置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】

【0009】

上記目的を達成するために本発明の一態様は、信号を送受信可能な第１センサと、前記第１センサよりも流体の流れの下流側に配置されて信号を送受信可能な第２センサと、からそれぞれ出力されるセンサ信号を処理するセンサ信号処理装置であって、
前記センサ信号に基づく信号を一方の入力端に入力されるコンパレータと、
前記コンパレータの他方の入力端にゼロクロス閾値電圧設定用の参照電圧を印加するか否かを切替える第１スイッチと、
前記他方の入力端にエンベロープ閾値電圧設定用のエンベロープ参照電圧を印加するか否かを切替える第２スイッチと、
前記他方の入力端にエラー検出閾値電圧設定用のエラー検出参照電圧を印加するか否かを切替える第３スイッチと、
前記コンパレータの出力に基づいて前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第３スイッチの切替制御を行う制御部と、
を備え、
前記エンベロープ閾値電圧を生成する第１分圧回路と、
前記エラー検出閾値電圧を生成する第２分圧回路と、を更に備え、
前記第１分圧回路は、分圧用の第１抵抗と、前記第１抵抗に直列に接続される第１スイッチと、を有し、
前記第２分圧回路は、分圧用の第２抵抗と、前記第２抵抗に直列に接続される第２スイッチと、を有し、
前記コンパレータの電源電圧であるアナログ信号により、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのオンオフが切り替えられる構成としている（第１の構成）。

【0010】

また、上記第１の構成において、前記センサ信号を増幅する増幅器を更に備え、
前記制御部は、前記エラー検出参照電圧を２つのレベルで切替え可能であり、
前記制御部は、前記他方の入力端に前記エラー検出参照電圧が印加された状態での前記コンパレータの出力に応じて、前記増幅器のゲインを調整する構成としてもよい（第２の構成）。

【0011】

また、上記第２の構成において、前記制御部は、抵抗の両端間をバイパスするか否かを切替えることで分圧比を変更することにより、前記エラー検出参照電圧を切替える構成としてもよい（第３の構成）。

【0012】

また、上記第１から第３のいずれかの構成において、前記制御部は、前記一方の入力端に入力される信号が前記ゼロクロス閾値電圧と交わる複数のタイミングに基づき、前記第１センサと前記第２センサとの間の伝搬時間を算出する構成としてもよい（第４の構成）。

【0013】

また、上記第４の構成において、前記制御部は、前記一方の入力端に入力される信号が前記エンベロープ閾値電圧以上となったときに、前記他方の入力端に前記ゼロクロス閾値電圧を印加させ、
前記一方の入力端に入力される信号が前記ゼロクロス閾値電圧以上となったときに、前記他方の入力端に前記エラー検出閾値電圧を印加させ、
その後に前記他方の入力端に前記ゼロクロス閾値電圧を印加させる構成としてもよい（第５の構成）。

【0014】

また、上記第１から第５のいずれかの構成において、前記制御部は、前記一方の入力端に入力される信号が一定時間経過する前に前記エンベロープ閾値電圧以上とならない場合は、前記切替制御を行う処理を中断する構成としてもよい（第６の構成）。

【0015】

また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記第１センサおよび前記第２センサを駆動するＨブリッジ回路と、
前記Ｈブリッジ回路を介して出力される前記センサ信号を電流／電圧変換する変換器と、を更に備え、
前記変換器の出力が前記一方の入力端に入力される構成としてもよい（第７の構成）。

【0016】

また、上記第１から第７のいずれかの構成において、前記第１センサおよび前記第２センサは、超音波センサである構成としてもよい（第８の構成）。

【0017】

また、本発明の一態様は、上記第１から第８のいずれかの構成のセンサ信号処理装置と、前記第１センサと、前記第２センサと、を備えるセンサシステムである（第９の構成）。

【発明の効果】

【0018】

本発明のセンサ信号処理装置によると、精度良く流体の流量を測定することを可能とし、小型化および低コスト化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る超音波センサシステムの構成を示す概略図である。

【図2】本発明に係るセンサ信号処理装置の一構成例を示す図である。

【図3】Ｈブリッジ回路の具体的な構成例を示す図である。

【図4】センサ信号処理装置による流量測定処理を示すフローチャートである。

【図5】受信処理において具体的に行われる処理工程の一部を示すフローチャートである。

【図6】受信処理において具体的に行われる処理工程の一部を示すフローチャートである。

【図7】受信処理において具体的に行われる処理工程の一部を示すフローチャートである。

【図8】流量測定値の決定処理に関するフローチャートである。

【図9】バースト波と超音波信号の一例を示すタイミングチャートである。

【図10】比較例に係るセンサ信号処理装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0021】

＜１．超音波センサシステムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波センサシステムの構成を示す概略図である。図１に示す超音波センサシステム５００は、超音波を用いて配管Ｐ１内を軸線方向Ｄ１に沿って流れる流体の流量を測定するシステムである。超音波センサシステム５００は、第１超音波センサ１０１（第１センサ）と、第２超音波センサ１０２（第２センサ）と、センサ信号処理装置２００と、マイクロコンピュータ３００と、を備える。なお、超音波センサシステム５００は、例えば、都市ガス等の消費量を計測するガスメータに用いることができるが、その他の用途に用いてもよい。

【0022】

センサ信号処理装置２００は、第１超音波センサ１０１および第２超音波センサ１０２それぞれから出力されるセンサ信号を処理する半導体集積回路である。センサ信号処理装置２００は、マイクロコンピュータ３００に接続されており、センサ信号の処理結果をマイクロコンピュータ３００に出力する。

【0023】

第１超音波センサ１０１と第２超音波センサ１０２は、配管Ｐ１に設置される。第１超音波センサ１０１の設置位置と第２超音波センサ１０２の設置位置とは、配管Ｐ１の軸線方向Ｄ１において互いにずれている。具体的には、第１超音波センサ１０１は、配管Ｐ１における軸線方向Ｄ１に沿った流体の流れの上流側に配置され、第２超音波センサ１０２は、上記流れの下流側に配置される。

【0024】

センサ信号処理装置２００は、配管Ｐ１内を流れる流体の流量を時間Ｔ１と時間Ｔ２との差分に基づいて測定する。時間Ｔ１は、第１超音波センサ１０１から送信された超音波が第２超音波センサ１０２で受信されるまでの時間である。時間Ｔ２は、第２超音波センサ１０２から送信された超音波が第１超音波センサ１０１で受信されるまでの時間である。

【0025】

＜２．センサ信号処理装置の構成＞
図２は、センサ信号処理装置２００の一構成例を示す図である。センサ信号処理装置２００は、Ｈブリッジ回路１と、Ｉ／Ｖアンプ（電流／電圧変換増幅器）２と、第１ＰＧＡ（プログラマブルゲインアンプ）３と、第２ＰＧＡ４と、コンパレータ５と、ロジック部６（制御部）と、スイッチ制御回路７と、電子ボリューム８と、スイッチＳＷ１～ＳＷ３と、スイッチＳ１～Ｓ３と、を主に有する。コンパレータ５は、ヒステリシスコンパレータである。

【0026】

Ｈブリッジ回路１は、第１超音波センサ１０１と第２超音波センサ１０２に接続される。ここで、Ｈブリッジ回路１の具体的な構成例を図３に示す。図３に示すように、Ｈブリッジ回路１は、Ｈブリッジを構成するスイッチＱ１～Ｑ４と、Ｈブリッジを構成するスイッチＱ５～Ｑ８と、スイッチ１１～１４と、を有する。

【0027】

ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ１のソースと、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ２のソースには、所定の電源電圧ＳＷＲＥＧ１が印加される。スイッチＱ１のドレインと、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ３のドレインとが接続される。スイッチＱ２のドレインと、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ４のドレインとが接続される。スイッチＱ３のソースと、スイッチＱ４のソースには、グランド電位が印加される。スイッチＱ１とＱ３との接続ノードには、第１超音波センサ１０１の一端が接続される。スイッチＱ２とＱ４との接続ノードには、第１超音波センサ１０１の他端が接続される。スイッチ１１とスイッチ１２は、それぞれ第１超音波センサ１０１の各端とＩ／Ｖアンプ２の各入力端との間の経路に配置される。

【0028】

ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ５のソースと、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ６のソースには、所定の電源電圧ＳＷＲＥＧ２が印加される。スイッチＱ５のドレインと、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ７のドレインとが接続される。スイッチＱ６のドレインと、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ８のドレインとが接続される。スイッチＱ７のソースと、スイッチＱ８のソースには、グランド電位が印加される。スイッチＱ５とＱ７との接続ノードには、第２超音波センサ１０２の一端が接続される。スイッチＱ６とＱ８との接続ノードには、第２超音波センサ１０２の他端が接続される。スイッチ１３とスイッチ１４は、それぞれ第２超音波センサ１０２の各端とＩ／Ｖアンプ２の各入力端との間の経路に配置される。

【0029】

各スイッチＱ１～Ｑ４のオンオフは、ロジック部６によって制御される。具体的には、スイッチＱ１とＱ４がオンの場合、スイッチＱ２とＱ３はオフとされ、スイッチＱ１とＱ４がオフの場合、スイッチＱ２とＱ３はオンとされる。これにより、第１超音波センサ１０１にパルス状のバースト波を駆動用に入力させることができる。第１超音波センサ１０１が駆動されるときは、スイッチ１１と１２はオフとされる。スイッチ１１と１２のオンオフは、ロジック部６によって制御される。第１超音波センサ１０１が駆動されるとき、スイッチ１３と１４はオンとされる。スイッチ１３と１４のオンオフは、ロジック部６によって制御される。

【0030】

これにより、駆動される第１超音波センサ１０１から配管Ｐ１内へ出力された超音波は、流体を通って第２超音波センサ１０２により受信され、第２超音波センサ１０２から出力される超音波信号（センサ信号）としての電流信号をスイッチ１３、１４を介してＩ／Ｖアンプ２に入力させることができる。このようにして、上流側の第１超音波センサ１０１から下流側の第２超音波センサ１０２への超音波の送信が行われる。

【0031】

一方、各スイッチＱ５～Ｑ８のオンオフは、ロジック部６によって制御される。具体的には、スイッチＱ５とＱ８がオンの場合、スイッチＱ６とＱ７はオフとされ、スイッチＱ５とＱ８がオフの場合、スイッチＱ６とＱ７はオンとされる。これにより、第２超音波センサ１０２にパルス状のバースト波を駆動用に入力させることができる。第２超音波センサ１０２が駆動されるときは、スイッチ１３と１４はオフとされ、スイッチ１１と１２はオンとされる。

【0032】

これにより、駆動される第２超音波センサ１０２から配管Ｐ１内へ出力された超音波は、流体を通って第１超音波センサ１０１により受信され、第１超音波センサ１０１から出力される超音波信号（センサ信号）としての電流信号をスイッチ１１、１２を介してＩ／Ｖアンプ２に入力させることができる。このようにして、下流側の第２超音波センサ１０２から上流側の第１超音波センサ１０１への超音波の送信が行われる。

【0033】

Ｉ／Ｖアンプ２は、Ｈブリッジ回路１から入力される電流信号を電圧信号に変換してコンデンサＣ１１、１２を介して第１ＰＧＡ３へ出力する。Ｉ／Ｖアンプ２は、電源電圧Ｖｃｃにより駆動される。コンデンサＣ１１、Ｃ１２は、直流カット用のコンデンサである。

【0034】

第１ＰＧＡ３は、Ｉ／Ｖアンプ２から入力される電圧信号をゲイン設定信号ＧＳにより
設定されるゲインにて増幅して、コンデンサＣ２１、Ｃ２２を介して第２ＰＧＡ４へ出力する。第１ＰＧＡ３は、電源電圧Ｖｃｃにより駆動される。コンデンサＣ２１、Ｃ２２は、直流カット用のコンデンサである。ゲイン設定信号ＧＳは、ロジック部６により設定される。

【0035】

第２ＰＧＡ４は、第１ＰＧＡ３から入力される電圧信号をゲイン設定信号ＧＳにより設定されるゲインにて増幅して後段側へ出力する。第２ＰＧＡ４は、電源電圧Ｖｃｃにより駆動される。例えば、第１ＰＧＡ３は、３ビットによりゲイン設定され、第２ＰＧＡ４は、５ビットによりゲイン設定される。すなわち、第１ＰＧＡ３は、第２ＰＧＡ４よりも前段において増幅の粗調整を行う。

【0036】

第２ＰＧＡ４の出力端は、コンデンサＣ３を介して抵抗Ｒ１の一端とコンパレータ５の反転入力端子（－）との接続ノードに接続される。コンデンサＣ３は、直流カット用のコンデンサである。抵抗Ｒ１の他端には、所定の参照電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、抵抗２の一端には参照電圧Ｖｒｅｆが印加され、他端はスイッチＳＷ１を介してコンパレータ４の非反転入力端子（＋）に接続される。参照電圧Ｖｒｅｆは、第２ＰＧＡ４から出力される超音波信号の基準レベルを設定するために用いられる。コンパレータ５における超音波信号を用いたゼロクロス検知において、直流ノイズを回避するため、コンパレータ５の両入力端に同じ直流電圧（参照電圧Ｖｒｅｆ）を印加する。印加する直流電圧をゼロクロス閾値電圧と呼んでも良い。

【0037】

また、抵抗Ｒ３の一端には所定の電源電圧ＶＲＥＧが印加される。抵抗Ｒ３の他端は電子ボリューム８に接続される。電子ボリューム８には、抵抗Ｒ４の一端が接続される。抵抗Ｒ４の他端は、スイッチＳ１を介してグランド電位の印加端に接続される。スイッチＳ１は、アナログ信号ＡＮＧによりオンオフを切替えられる。

【0038】

スイッチＳ１がオンのとき、電子ボリューム８は、設定信号ＤＰＭに応じて抵抗値が変化し、電源電圧ＶＲＥＧを抵抗Ｒ３、Ｒ４を用いて分圧する分圧比を調整し、分圧後の電圧をエンベロープ参照電圧ＥＮＶＲＥＦとして電子ボリューム８と抵抗Ｒ４との接続ノードに発生させる。設定信号ＤＰＭは、ロジック部６により設定される。エンベロープ参照電圧ＥＮＶＲＥＦは、上記接続ノードに接続されるモニタ端子Ｍ１によりモニタ可能である。電子ボリューム８、抵抗Ｒ３、Ｒ４、およびスイッチＳ１から第１分割回路が構成される。

【0039】

上記接続ノードは、スイッチＳＷ２を介してコンパレータ５の非反転入力端子に接続される。これにより、スイッチＷ２をオンとすることにより、エンベロープ参照電圧ＥＮＶＲＥＦをコンパレータ５に入力させることができ、コンパレータ５において超音波信号とエンベロープ閾値電圧とが比較される。

【0040】

また、抵抗Ｒ５の一端には、電源電圧ＶＲＥＧが印加される。抵抗Ｒ５の他端は、抵抗Ｒ６の一端に接続される。抵抗Ｒ６の他端は、抵抗Ｒ７の一端に接続される。抵抗Ｒ７の他端は、スイッチＳ２を介してグランド電位の印加端に接続される。抵抗Ｒ７の両端にはスイッチＳ３が接続される。スイッチＳ３は、切替信号ＥＲＣＮＴに応じてオンオフされる。切替信号ＥＲＣＮＴは、ロジック部６により設定される。スイッチＳ２は、アナログ信号ＡＮＧによりオンオフを切替えられる。

【0041】

スイッチＳ２がオンであるとき、スイッチＳ３のオンオフに応じて抵抗Ｒ７のバイパスがされるか否かが切替えられることにより、電源電圧ＶＲＥＧを抵抗Ｒ５、Ｒ６を用いて分圧する分圧比が調整され、分圧後の電圧がエラー検出参照電圧ＥＲＲＥＦとして抵抗Ｒ５とＲ６との接続ノードに発生する。上記接続ノードは、スイッチＳＷ３を介してコンパレータ５の非反転入力端子に接続される。これにより、スイッチＷ３をオンとすることにより、エラー検出参照電圧ＥＲＲＥＦをコンパレータ５に入力させることができ、コンパレータ５において超音波信号とエラー検出閾値電圧とが比較される。抵抗Ｒ５～Ｒ７、スイッチＳ２、およびスイッチＳ３から第２分圧回路が構成される。

【0042】

アナログ信号ＡＮＧは、先述のようにスイッチＳ１およびＳ２のオンオフを制御する信号であるとともに、コンパレータ５の電源電圧ともなる。具体的には、アナログ信号ＡＮＧがスイッチＳ１およびＳ２をそれぞれオンとするレベルである場合に、アナログ信号ＡＮＧは、コンパレータ５に電源電圧として供給される。アナログ信号ＡＮＧは、スイッチＳ１およびＳ２をそれぞれオフする場合は、コンパレータ５に電源電圧は供給しない。アナログ信号ＡＮＧは、ロジック部６により設定される。

【0043】

これにより、センサ信号処理装置２００によりセンサ信号の受信処理を行わない場合に、アナログ信号ＡＮＧによってスイッチＳ１およびＳ２をオフとするとともに、コンパレータ５に電源電圧を供給しないので、不要な電力消費を低減することができる。従って、超音波センサシステム５００がバッテリ（不図示）によって動作する場合に、バッテリの電力消費を抑制することができ、長時間使用を可能とする。

【0044】

スイッチ制御回路７は、ロジック部６からの指令に応じて、スイッチＳＷ１～ＳＷ３のオンオフをそれぞれ制御する。これにより、コンパレータ５において超音波信号と比較する閾値電圧を切替えることができる。コンパレータ５から出力される比較結果である比較信号ＣＭＰは、ロジック部６に入力される。ロジック部６は、比較信号ＣＭＰに基づいてスイッチＳＷ１～ＳＷ３の切替えを行う。なお、スイッチＳＷ１～ＳＷ３の切替えタイミングについては、後に詳述する。

【0045】

＜３．センサ信号処理について＞
次に、センサ信号処理装置２００によるセンサ信号処理について、図４～図８の各種フローチャートを用いて説明する。図４は、センサ信号処理装置２００による流量測定処理を示すフローチャートである。

【0046】

図４のフローチャートが開始されると、まずステップＳ１でセンサ処理装置２００は上流側送信処理を行う。ここで、ロジック部６は、Ｈブリッジ回路１におけるスイッチＱ１～Ｑ４から構成されるＨブリッジ（図３）を駆動することで、第１超音波センサ１０１を駆動するためのバースト波を発生させる。これにより、上流側の第１超音波センサ１０１から配管Ｐ１内へ向けて超音波が出力される。ここで、図９には、発生するバースト波ＢＳＷの一例を示す。

【0047】

なお、このとき、ロジック部６は、アナログ信号ＡＮＧによりスイッチＳ１およびＳ２をオフとし、コンパレータ５への電源電圧の供給は停止させる。

【0048】

ステップＳ１の後、ステップＳ２に進み、センサ信号処理装置２００は、下流側受信処理を行う。ここでは、上流側の第１超音波センサ１０１から送信された超音波が下流側の第２超音波センサ１０２により受信され、第２超音波センサ１０２から出力されるセンサ信号（超音波信号）が処理される。第２超音波センサ１０２から出力される超音波信号は、Ｈブリッジ回路１においてオンとされたスイッチ１３、１４（図３）を介してＩ／Ｖアンプ２に入力され、Ｉ／Ｖアンプ２で電流／電圧変換され、第１ＰＧＡ３および第２ＰＧＡ４により増幅され、参照電圧ＶＲＥＦによりレベル調整されてコンパレータ５の反転入力端子に入力される。

【0049】

なお、下流側受信処理において、ロジック部６は、アナログ信号ＡＮＧによりスイッチ
Ｓ１およびＳ２をオンとするとともに、コンパレータ５への電源電圧の供給を行わせる。

【0050】

ここで、受信処理において具体的に行われる処理工程を図５～図８のフローチャートを用いて説明する。図５のフローチャートが開始されると、まずステップＳ２１で、ロジック部６は、スイッチ制御回路７に指令し、スイッチＳＷ２をオン、スイッチＳＷ１、ＳＷ３はオフとさせ、エンベロープ参照電圧ＥＮＶＲＥＦをコンパレータ５の非反転入力端子に入力させる。これにより、コンパレータ５において超音波信号と比較する閾値電圧がエンベロープ閾値電圧に設定される。

【0051】

ここで、図９には、バースト波ＢＳＷが発生してから時間が経過して、コンパレータ５の反転入力端子に発生する超音波信号ＵＳＷの一例を波形で示す。また、ステップＳ２１で、図９においては、エンベロープ閾値電圧ＥＶ＿Ｖｔｈが設定される。

【0052】

ステップＳ２１の後、ステップＳ２２で、ロジック部６は、コンパレータ５から出力される比較信号ＣＭＰに基づいて超音波信号がエンベロープ閾値電圧以上となったかを判定する。超音波信号がエンベロープ閾値電圧以上となっておらず（ステップＳ２２のＮ）、一定時間が経過していない場合は（ステップＳ２３のＮ）、ステップＳ２２に戻る。なお、上記一定時間とは、ステップＳ２１からの経過時間である。

【0053】

一定時間が経過する前に比較信号ＣＭＰのレベルがＨｉｇｈからＬｏｗに切替わった場合、ロジック部６は、超音波信号がエンベロープ閾値電圧以上となったと判定し（ステップＳ２２のＹ）、ステップＳ２５に進む。これにより、エンベロープ閾値電圧に達しない間のコンパレータ５の反転入力端子に入力される信号はノイズであるとして無視し、エンベロープ閾値電圧以上となった時点で上記信号は超音波信号であるとして扱うことができる。図９の例では、タイミングｔ１において、超音波信号ＵＳＷがエンベロープ閾値電圧ＥＶ＿Ｖｔｈ以上となっている。

【0054】

なお、一定時間が経過しても超音波信号がエンベロープ閾値電圧以上とならなかった場合は（ステップＳ２３のＹ）、ステップＳ２４でロジック部６はタイムアウトとして下流側受信処理（ステップＳ２）を中断し、実施回数は増加せず、ステップＳ３には進まず、ステップＳ１に戻る。

【0055】

ステップＳ２５に進むと、ロジック部６は、スイッチ制御回路７に指令し、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２、ＳＷ３はオフとさせる。これにより、参照電圧ＶＲＥＦがコンパレータ５の非反転入力端子に入力される。すなわち、コンパレータ５における比較に用いる閾値電圧がゼロクロス閾値電圧に切替えられる。図９の例では、ゼロクロス閾値電圧ＺＥＲＯ＿Ｖｔｈが設定される。例えば、ゼロクロス閾値電圧ＺＥＲＯ＿Ｖｔｈ（Ｖｒｅｆ）は、１．１Ｖに設定される。

【0056】

そして、ステップＳ２６で、ロジック部６は、コンパレータ５から出力される比較信号ＣＭＰに基づいて超音波信号がゼロクロス閾値電圧以下となったかを判定する。超音波信号がエンベロープ閾値電圧以下となっていない場合は（ステップＳ２６のＮ）、ステップＳ２６に戻る。超音波信号がゼロクロス閾値電圧以下となった場合は（ステップＳ２６のＹ）、ステップＳ２７に進む。図９の例では、タイミングｔ２において、超音波信号ＵＳＷがゼロクロス閾値電圧ＺＥＲＯ＿Ｖｔｈ以下となっている。

【0057】

なお、ここで、上流側送信処理(ステップＳ１)においてバースト波を発生開始したタイミングからロジック部６は、カウントを開始しており、超音波信号がエンベロープ閾値電圧以上となったタイミング（ステップＳ２２のＹ、図９のｔ１）までカウントを行う。このカウントでは、粗いカウントを行う。そして、上記タイミングから、ロジック部６は、細かいカウントを開始し、超音波信号がゼロクロス閾値電圧以下となったタイミング（ステップＳ２６のＹ、図９のｔ２）までのカウント値と、上記粗いカウントでのカウント値とに基づき、バースト波発生から上記タイミングまでの経過時間を保持する。すなわち、図９の例では、バースト波ＢＳＷが発生したタイミングｔ０からタイミングｔ２までの経過時間（第１経過時間）が保持される。

【0058】

ステップＳ２７に進むと、ロジック部６は、比較信号ＣＭＰに基づいて超音波信号がゼロクロス閾値電圧以上となったかを判定する。超音波信号がエンベロープ閾値電圧以上となっていない場合は（ステップＳ２７のＮ）、ステップＳ２７に戻る。超音波信号がゼロクロス閾値電圧以上となった場合は（ステップＳ２７のＹ）、ステップＳ２８（図６）に進む。図９の例では、タイミングｔ３において、超音波信号ＵＳＷがゼロクロス閾値電圧ＺＥＲＯ＿Ｖｔｈ以上となっている。ゼロクロス検知用の閾値は、図９のタイミングｔ１以降からタイミングｔ３まで維持される。

【0059】

なお、ロジック部６は、上記細かいカウントを開始してからの超音波信号がゼロクロス閾値電圧以上となったタイミングまでのカウント値と、上記粗いカウントでのカウント値とに基づき、バースト波発生から上記タイミングまでの経過時間を保持する。すなわち、図９の例では、タイミングｔ０からタイミングｔ３までの経過時間（第２経過時間）が保持される。

【0060】

ステップＳ２８に進むと、ロジック部６は、スイッチ制御回路７に指令し、スイッチＳＷ３をオン、スイッチＳＷ１、ＳＷ２はオフとさせる。これにより、エラー検出参照電圧ＥＲＲＥＦがコンパレータ５の非反転入力端子に入力される。すなわち、コンパレータ５における比較に用いる閾値電圧がエラー検出閾値電圧に切替えられる。ここで、切替信号ＥＲＣＮＴによりエラー検出参照電圧ＥＲＲＥＦのレベルを切替えることで、閾値電圧はエラー検出第１閾値電圧、またはエラー検出第２閾値電圧を設定することができる。エラー検出第２閾値電圧は、エラー検出第１閾値電圧よりも高いレベルである。

【0061】

図９の例では、エラー検出第１閾値電圧ＥＲ＿Ｌ＿Ｖｔｈと、エラー検出第２閾値電圧ＥＲ＿Ｈ＿Ｖｔｈが示され、ここではエラー検出第１閾値電圧ＥＲ＿Ｌ＿Ｖｔｈが閾値電圧として設定されている。

【0062】

閾値電圧としてエラー検出第１閾値電圧が設定された場合は、ステップＳ２９で、ロジック部６は、比較信号ＣＭＰに基づいて超音波信号がエラー検出第１閾値電圧以上となったかを判定する。そうでない場合は（ステップＳ２９のＮ）、ステップＳ３０に進み、一定時間が経過していない場合は（ステップＳ３０のＮ）、ステップＳ２９に戻る。なお、上記一定時間は、ステップＳ２８からの経過時間である。

【0063】

一定時間が経過する前に超音波信号がエラー検出第１閾値電圧以上となった場合は（ステップＳ２９のＹ）、ステップＳ３５に進む。なお、図９の例では、タイミングｔ４において、超音波信号ＵＳＷがエラー検出第１閾値電圧ＥＲ＿Ｌ＿Ｖｔｈ以上となっている。一方、エラー検出第１閾値電圧以上となる前に一定時間が経過した場合（ステップＳ３０のＹ）、ステップＳ３１に進み、ロジック部６は、次回の下流側受信処理（ステップＳ２）で設定信号ＧＳにより設定する第１ＰＧＡ３および第２ＰＧＡ４によるゲインを増加させる。ステップＳ２９のＹの場合は、ゲインは維持される。

【0064】

一方、閾値電圧としてエラー検出第２閾値電圧が設定された場合は、ステップＳ３２で、ロジック部６は、比較信号ＣＭＰに基づいて超音波信号がエラー検出第２閾値電圧以上となったかを判定する。そうでない場合は（ステップＳ３２のＮ）、ステップＳ３３に進み、一定時間が経過していない場合は（ステップＳ３３のＮ）、ステップＳ３２に戻る。
なお、上記一定時間は、ステップＳ２８からの経過時間である。

【0065】

一定時間が経過する前に超音波信号がエラー検出第２閾値電圧以上となった場合は（ステップＳ３２のＹ）、ステップＳ３４に進み、ロジック部６は、次回の下流側受信処理（ステップＳ２）で設定信号ＧＳにより設定する第１ＰＧＡ３および第２ＰＧＡ４によるゲインを減少させる。一方、エラー検出第２閾値電圧以上となる前に一定時間が経過した場合（ステップＳ３３のＹ）、ステップＳ３５に進む。この場合、ゲインは維持される。

【0066】

なお、ステップＳ２８では、前回の下流側受信処理においてステップＳ３１に進んだ場合は、エラー検出第１閾値電圧が設定され、前回の下流側受信処理においてステップＳ２９のＹであった場合は、エラー検出第２閾値電圧が設定され、前回の下流側受信処理においてステップＳ３３のＹであった場合は、エラー検出第１閾値電圧が設定され、前回の下流側受信処理においてステップＳ３４に進んだ場合は、エラー検出第２閾値電圧が設定される。

【0067】

このようなステップＳ２８～Ｓ３４の処理が下流側受信処理（ステップＳ２）が繰り返されるごとに行われることにより、超音波信号はエラー検出第１閾値電圧とエラー検出第２閾値電圧との間のレベルに制御される。

【0068】

なお、上記では、エラー検出について、エラー検出第１閾値電圧ＥＲ＿Ｌ＿Ｖｔｈと、エラー検出第２閾値電圧ＥＲ＿Ｈ＿Ｖｔｈのいずれか一方を用いた判定としているが、両方の閾値を用いた判定としてもよい。すなわち、ステップＳ２８から一定時間以内に超音波信号がエラー検出第１閾値電圧ＥＲ＿Ｌ＿Ｖｔｈ以上となるかを判定する。もし、エラー検出第１閾値電圧ＥＲ＿Ｌ＿Ｖｔｈ以上となった場合、エラー検出の閾値電圧をエラー検出第２閾値電圧ＥＲ＿Ｈ＿Ｖｔｈに切替え、エラー検出第２閾値電圧ＥＲ＿Ｈ＿Ｖｔｈへの切替えタイミングからの一定時間以内、またはステップＳ２８からの一定時間以内に、超音波信号がエラー検出第２閾値電圧ＥＲ＿Ｈ＿Ｖｔｈ以上となるかを判定する。もし、エラー検出第２閾値電圧ＥＲ＿Ｈ＿Ｖｔｈ以上とならない場合に、そのままステップＳ３５に進む。また、一定時間以内に超音波信号がエラー検出第１閾値電圧ＥＲ＿Ｌ＿Ｖｔｈ以上とならない場合は、ゲインを増加し、一定時間以内に超音波信号がエラー検出第２閾値電圧ＥＲ＿Ｈ＿Ｖｔｈ以上となった場合は、ゲインを減少する。

【0069】

なお、ステップ３１またはステップＳ３４に進んだ場合は、超音波信号のレベルが適切でなくエラーが発生したとして、ロジック部６はその旨を記憶する。ステップＳ３１またはステップＳ３４に進んだ場合も、ステップＳ３５に進む。

【0070】

コンパレータ５の閾値電圧としてエラー検出閾値電圧は、ステップＳ２８（図９のｔ３）から、設定される一定時間以内で維持される。その時間では、スイッチＳＷ３がオン、スイッチＳＷ１とＳＷ２がオフされる。

【0071】

ステップＳ３５に進むと、ロジック部６は、スイッチ制御回路７に指令し、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２、ＳＷ３はオフとさせる。これにより、参照電圧ＶＲＥＦがコンパレータ５の反転入力端子と非反転入力端子の両方に入力される。すなわち、コンパレータ５における比較に用いる閾値電圧がゼロクロス閾値電圧に切替えられる。図９の例では、ゼロクロス閾値電圧ＺＥＲＯ＿Ｖｔｈが設定される。

【0072】

そして、ステップＳ３６（図７）に進み、ロジック部６は、比較信号ＣＭＰに基づいて超音波信号がゼロクロス閾値電圧以下となったかを判定する。超音波信号がエンベロープ閾値電圧以下となっていない場合は（ステップＳ３６のＮ）、ステップＳ３６に戻る。超音波信号がゼロクロス閾値電圧以下となった場合は（ステップＳ３６のＹ）、ステップＳ３７に進む。図９の例では、タイミングｔ５において、超音波信号ＵＳＷがゼロクロス閾値電圧ＺＥＲＯ＿Ｖｔｈ以下となっている。

【0073】

なお、ロジック部６は、上述した細かいカウントを開始してからの超音波信号がゼロクロス閾値電圧以下となったタイミングまでのカウント値と、上述した粗いカウントでのカウント値とに基づき、バースト波発生から上記タイミングまでの経過時間を保持する。すなわち、図９の例では、タイミングｔ０からタイミングｔ５までの経過時間（第３経過時間）が保持される。

【0074】

ステップＳ３７に進むと、ロジック部６は、比較信号ＣＭＰに基づいて超音波信号がゼロクロス閾値電圧以上となったかを判定する。超音波信号がエンベロープ閾値電圧以上となっていない場合は（ステップＳ３７のＮ）、ステップＳ３７に戻る。超音波信号がゼロクロス閾値電圧以上となった場合は（ステップＳ３７のＹ）、ステップＳ３８に進む。図９の例では、タイミングｔ６において、超音波信号ＵＳＷがゼロクロス閾値電圧ＺＥＲＯ＿Ｖｔｈ以上となっている。

【0075】

なお、ロジック部６は、上述した細かいカウントを開始してからの超音波信号がゼロクロス閾値電圧以上となったタイミングまでのカウント値と、上述した粗いカウントでのカウント値とに基づき、バースト波発生から上記タイミングまでの経過時間を保持する。すなわち、図９の例では、タイミングｔ０からタイミングｔ６までの経過時間（第４経過時間）が保持される。

【0076】

ステップＳ３８では、ロジック部６は、保持された４つの経過時間（第１経過時間～第４経過時間）の平均値を、上流側から下流側への超音波の伝搬時間として算出する。図９の例であれば、バースト波ＢＳＷが発生するタイミングｔ０から各タイミングｔ２、ｔ３、ｔ５、ｔ６までのそれぞれの経過時間の平均値である伝搬時間Ｔｐが算出される。

【0077】

ステップＳ３８で下流側受信処理（ステップＳ２）は完了する（エンド）。その後、図４に示すように、ステップＳ３の下流側送信処理に進む。ここで、ロジック部６は、Ｈブリッジ回路１におけるスイッチＱ５～Ｑ８から構成されるＨブリッジ（図３）を駆動することで、第２超音波センサ１０２を駆動するためのバースト波を発生させる。これにより、下流側の第２超音波センサ１０２から配管Ｐ１内へ向けて超音波が出力される。

【0078】

なお、このとき、ロジック部６は、アナログ信号ＡＮＧによりスイッチＳ１およびＳ２をオフとし、コンパレータ５への電源電圧の供給は停止させる。

【0079】

ステップＳ３の後、ステップＳ４に進み、センサ信号処理装置２００は、上流側受信処理を行う。ここでは、下流側の第２超音波センサ１０２から送信された超音波が上流側の第１超音波センサ１０１により受信され、第１超音波センサ１０１から出力されるセンサ信号（超音波信号）が処理される。第１超音波センサ１０１から出力される超音波信号は、Ｈブリッジ回路１においてオンとされたスイッチ１１、１２（図３）を介してＩ／Ｖアンプ２に入力され、Ｉ／Ｖアンプ２で電流／電圧変換され、第１ＰＧＡ３および第２ＰＧＡ４により増幅され、参照電圧ＶＲＥＦによりレベル調整されてコンパレータ５の反転入力端子に入力される。

【0080】

なお、上流側受信処理において、ロジック部６は、アナログ信号ＡＮＧによりスイッチＳ１およびＳ２をオンとするとともに、コンパレータ５への電源電圧の供給を行わせる。

【0081】

上流側受信処理において具体的に行われる処理工程は、先述した図５～図７のフローチャートに示した処理工程と同様である。すなわち、ロジック部６は、スイッチ制御回路７に指令して、スイッチＳＷ１～ＳＷ３の切替制御を行うことで、コンパレータ５における比較に用いる閾値電圧を切替える。なお、図５においてステップＳ２４に進むタイムアウトとなった場合は、処理を中断し、実施回数は増加せず、ステップＳ５には進まず、ステップＳ１に戻る。

【0082】

このとき、ステップＳ２８～ステップＳ３４（図６）の処理が上流側受信処理が行われるごとに行われるので、上流側受信処理において超音波信号はエラー検出第１閾値電圧とエラー検出第２閾値電圧との間のレベルに制御される。すなわち、超音波は伝搬時間に依って減衰度が変化するが、下流側受信処理および上流側受信処理において流体の流速に依らず、超音波信号のレベルが同程度となるよう制御される。超音波のレベルが同程度でない場合、超音波信号がエンベロープ閾値電圧以上となるタイミングがずれて、経過時間を取得するゼロクロスのタイミングがずれるので、下流側受信処理および上流側受信処理でそれぞれ算出される伝搬時間は、差分をとるのに不適切なものとなる可能性がある。従って、超音波信号のレベルが同程度となるよう制御することで、流体の流量の測定精度を向上させることができる。

【0083】

ステップＳ４の上流側受信処理の後、ステップＳ５に進み、ロジック部６は、下流側受信処理（ステップＳ２）および上流側受信処理（ステップＳ４）のそれぞれにおいて算出された伝搬時間の差分値を算出する。ここで、下流側受信処理と上流側受信処理の少なくともいずれかにおいてエラーが発生した場合は、ロジック部６は、エラー発生の旨も併せて上記差分値に対応させて記憶する。また、下流側受信処理と上流側受信処理の少なくともいずれかにおいて、ステップＳ２４（図５）のタイムアウトとなっている場合は、上記差分値は算出されないで、エラー発生の旨が記憶される。

【0084】

次に、ステップＳ６に進み、ロジック部６は、ステップＳ１～ステップＳ５の処理を所定回数実施したかを判定する。所定回数は、例えば６４回とする。もし、所定回数実施していない場合は（ステップＳ６のＮ）、ステップＳ１に戻る。

【0085】

そして、所定回数実施した場合は（ステップＳ６のＹ）、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、具体的には図８に示すフローチャートの処理工程が行われる。まずステップＳ４１で、ロジック部６は、所定回数実施することでエラー発生がなく得られた伝搬時間の差分値（ステップＳ５）の個数は、所定の閾値以上であるかを判定する。この閾値は、例えば、上記所定回数の半分としてもよい（すなわち所定回数が６４回の場合、閾値は３２個など）。

【0086】

もし、閾値の個数以上、正常な差分値が得られた場合は（ステップＳ４１のＹ）、ロジック部６は、所定回数実施により得られた全ての差分値の平均値を算出し、算出された平均値に基づいて流体の流量を算出する。算出された流量が今回の流量測定値として決定される。一方、正常な差分値は閾値の個数に達しない場合（ステップＳ４１のＮ）、差分値に基づいて流量を算出すると精度が良好でない可能性があるので、ロジック部６は、流量の算出は行わずに、前回の流量測定値を今回の流量測定値として決定する。

【0087】

このようにステップＳ７で流量測定値が決定されると、ステップＳ８に進み、ロジック部６は、ステップＳ１～Ｓ５を実施した回数をリセットし、ステップＳ１に戻る。

【0088】

このように、本実施形態に係るセンサ信号処理装置２００によれば、下流側受信処理および上流側受信処理において、コンパレータ５において超音波信号と比較する閾値電圧を、ノイズ除去のためのエンベロープ閾値電圧、レベル調整のためのエラー検出閾値電圧、およびゼロクロス閾値電圧で切替えるので、上流側と下流側との間の各伝搬時間の差分値を精度良く算出することが可能となり、流体の流量を精度良く測定することが可能となる
。

【0089】

なお、先述した実施形態では、超音波信号がゼロクロス閾値電圧と交わる４点のタイミング（図９であればｔ２、ｔ３、ｔ５、ｔ６）での各経過時間の平均値を算出して伝搬時間としたが、これに限ることはない。例えば、図９であれば、タイミングｔ２、ｔ３、ｔ５、ｔ６のうちいずれか２点のみでの各経過時間の平均値を算出してもよいし、いずれか１点のみでの経過時間を伝搬時間としてもよい。

【0090】

また、エンベロープ閾値電圧は固定値であってもよいが、次のようにロジック部６により調整可能としてもよい。下流側受信処理または上流側受信処理を行うたびにエンベロープ閾値電圧を上昇させて変更する。このとき、前回に算出された伝搬時間から今回算出された伝搬時間への変化量が閾値以上となった場合に、今回のエンベロープ閾値電圧の設定値（第１設定値）を記憶する。エンベロープ閾値電圧を上昇させると、エンベロープ閾値電圧が超音波信号のゼロクロスレベルから上側に突出する或る波形の頂点を超えたときに、上記或る波形の時間的に隣り合う波形においてエンベロープ閾値電圧以上となるので、４点のゼロクロス閾値電圧と交わるタイミングがずれ、算出される伝搬時間が大きく変化する。すなわち、上記第１設定値は、上記或る波形の頂点に相当する。

【0091】

第１設定値を記憶後、更にエンベロープ閾値電圧を上昇させて変更し、前回に算出された伝搬時間から今回算出された伝搬時間への変化量が再び閾値以上となった場合に、今回のエンベロープ閾値電圧の設定値（第２設定値）を記憶する。この第２設定値は、上記或る波形の時間的に隣り合う波形の頂点に相当する。そして、第１設定値と第２設定値との間の中点をエンベロープ閾値電圧として決定する。なお、エンベロープ閾値電圧の変更は、電子ボリューム８を設定信号ＤＰＭにより制御することで行える。

【0092】

このようにエンベロープ閾値電圧を調整することにより、エンベロープ閾値電圧以上となる超音波信号の波形が時間的にずれることを抑制し、算出される伝搬時間に悪影響を及ぼすことを抑制できる。

【0093】

＜４．比較例との比較＞
ここで、図１０は、本実施形態との比較を行うための比較例に係るセンサ信号処理装置２０１の構成を示す図である。本実施形態に係るセンサ信号処理装置２００（図２）と比較した、センサ信号処理装置２０１の構成上の相違点は、コンパレータとして第１コンパレータ５１、第２コンパレータ５２、および第３コンパレータ５３を備えることである。

【0094】

第１コンパレータ５１～第３コンパレータ５３のそれぞれの反転入力端子には、それぞれ第２ＰＧＡ４の出力端が接続される。すなわち、各反転入力端子には、超音波信号が入力される。そして、第１コンパレータ５１の非反転入力端子には、参照電圧Ｖｒｅｆが入力され、第２コンパレータ５２の非反転入力端子には、エンベロープ参照電圧ＥＮＶＲＥＦが入力され、第３コンパレータ５３の非反転入力端子には、エラー検出参照電圧ＥＲＲＥＦが入力される。

【0095】

ロジック部６１には、第１コンパレータ５１から出力される比較信号ＺＥＣＭＰ、第２コンパレータ５２から出力される比較信号ＥＮＶＣＭＰ、第３コンパレータ５３から出力される比較信号ＥＲＣＭＰがそれぞれ入力される。

【0096】

このような比較例に係るセンサ信号処理装置２０１の構成によれば、先述した図５～図７で示した処理工程において、ステップＳ２１、Ｓ２５、Ｓ２８、Ｓ３５でコンパレータの閾値電圧を切替える代わりに、各比較信号ＺＥＣＭＰ、ＥＮＶＣＭＰ、ＥＲＣＭＰをロジック部６１が参照することで、本実施形態と同様の処理を行うことができる。

【0097】

しかしながら、比較例に係るセンサ信号処理装置２０１では３つのコンパレータを用いるため、１つのコンパレータ５を用いた本実施形態のほうがセンサ信号処理装置の回路面積を縮小することができ、コストも削減することができる。

【0098】

また、比較例に係るセンサ信号処理装置２０１では、３つのコンパレータの各遅延が相対的にずれないように整合をとる必要があり、コンパレータ回路自身が大型化する問題がある。これに対し、本実施形態であれば、コンパレータは１つであるので遅延の相対的なバラツキを考慮した設計が不要となり、コンパレータ回路自身を小型化できる他、製造プロセスの選択範囲も広がる。なお、本実施形態のコンパレータに遅延があっても、流量は伝搬時間の差分に基づき算出されるので、遅延分は相殺される。

【0099】

＜５．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。例えば、センサシステムとしては、超音波以外の振動信号を送受信可能なセンサを用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0100】

本発明は、例えば、超音波センサシステムに利用することができる。

【符号の説明】

【0101】

１０１ 第１超音波センサ
１０２ 第２超音波センサ
２００ センサ信号処理装置
３００ マイクロコンピュータ
１ Ｈブリッジ回路
２ Ｉ／Ｖアンプ
３ 第１ＰＧＡ
４ 第２ＰＧＡ
５ コンパレータ
６ ロジック部
７ スイッチ制御回路
８ 電子ボリューム
Ｐ１ 配管
ＳＷ１～ＳＷ３ スイッチ
Ｒ１～Ｒ７ 抵抗
Ｓ１～Ｓ３ スイッチ
Ｍ１ モニタ端子
Ｑ１～Ｑ８ スイッチ
１１～１４ スイッチ
５１ 第１コンパレータ
５２ 第２コンパレータ
５３ 第３コンパレータ
６１ ロジック部
２０１ センサ信号処理装置
５００ 超音波センサシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】