特表 2022-516484 超音波トランスデューサのダイナミック温度較正

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-28

(54)【発明の名称】超音波トランスデューサのダイナミック温度較正

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20220101AFI20220218BHJP

【ＦＩ】

G01F1/66 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021537944

(86)(22)【出願日】2019-12-17

(85)【翻訳文提出日】2021-08-20

(86)【国際出願番号】 US2019066715

(87)【国際公開番号】W WO2020139612

(87)【国際公開日】2020-07-02

(31)【優先権主張番号】16/232,138

(32)【優先日】2018-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】230129078

【弁護士】

【氏名又は名称】佐藤 仁

(71)【出願人】

【識別番号】390020248

【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社

(72)【発明者】

【氏名】アナンド ダバック

(72)【発明者】

【氏名】スリナス ラマスワミ

(72)【発明者】

【氏名】ルイス フェルナンド レイノソ コヴァルビアス

【テーマコード（参考）】

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F035DA10

2F035DA14

2F035DA19

(57)【要約】

コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス（１０６）が機械命令を格納し、機械命令は、一つ又は複数の中央処理装置（ＣＰＵ）コア（１０２）によって実行されるとき、一つ又は複数のＣＰＵコアに、第１の超音波トランスデューサ（９５）及び第２の超音波トランスデューサ（９８）を使用させて、現在の測定周波数を用いて流体の流れを測定させ、温度較正プロセスを実施させる。温度較正プロセスは第１の超音波トランスデューサに対する複数の電気信号の順次生成を含み、生成された電気信号は各々異なる周波数を有する。各周波数に対し、温度較正プロセスは第２の超音波トランスデューサからの信号の振幅の測定を含む。第２の超音波トランスデューサからの信号の測定振幅に基づいて、温度較正プロセスは新しい測定周波数の判定を含む。第１及び第２の超音波トランスデューサ（９５、９８）は新しい測定周波数を用いて流体の流れを測定するために用いられる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械命令を格納するコンピュータ読み取り可能ストレージデバイスであって、一つ又はそれ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）コアによって実行されるとき、前記一つ又はそれ以上のＣＰＵコアに、
現在の励起周波数を用いて流体の流れを測定するため、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを用いること、
温度較正プロセスを実行すること、及び
新しい励起周波数を用いて流体の流れを測定するために前記第１及び第２の超音波トランスデューサを用いること、
をさせ、
前記温度較正プロセスを実行することが、
前記第１の超音波トランスデューサに対する、各々異なるそれぞれの周波数を有する複数の電気信号を逐次生成することと、
各それぞれの周波数について、前記第２の超音波トランスデューサからの信号の振幅を測定することと、
前記第２の超音波トランスデューサからの信号の前記測定された振幅に基づいて、前記新しい励起周波数を判定することと、
を含む、
コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス。

【請求項2】

請求項１に記載のコンピュータ読み取り可能ストレージデバイスであって、前記一つ又は複数のＣＰＵコアによって実行されるとき、前記機械命令が、前記一つ又は複数のＣＰＵコアに、前記測定された振幅の中からピーク測定振幅を示す周波数を選択することを介して前記新しい励起周波数を判定させる、コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス。

【請求項3】

請求項１に記載のコンピュータ読み取り可能ストレージデバイスであって、前記一つ又は複数のＣＰＵコアによって実行されるとき、前記機械命令が、前記一つ又は複数のＣＰＵコアに、
前記測定された振幅の中からのピーク振幅に対応する第１の周波数を判定することと、
前記ピーク振幅に基づいて、前記第１の周波数より小さい第２の周波数を判定することと、
前記ピーク振幅に基づいて、前記第１の周波数より大きい第３の周波数を判定することと、
前記第２及び第３の周波数に基づいて前記新しい励起周波数を判定することと、
によって、前記新しい励起周波数を判定させる、
コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス。

【請求項4】

請求項３に記載のコンピュータ読み取り可能ストレージデバイスであって、前記一つ又は複数のＣＰＵコアによって実行されるとき、前記機械命令が、前記一つ又は複数のＣＰＵコアに、前記新しい励起周波数を前記第２及び第３の周波数の平均として判定させる、コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス。

【請求項5】

請求項３に記載のコンピュータ読み取り可能ストレージデバイスであって、前記一つ又は複数のＣＰＵコアによって実行されるとき、前記機械命令が、前記一つ又は複数のＣＰＵコアに、前記新しい励起周波数を前記第２及び第３の周波数の中央値（メジアン）として判定させる、コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス。

【請求項6】

請求項３に記載のコンピュータ読み取り可能ストレージデバイスであって、前記一つ又は複数のＣＰＵコアによって実行されるとき、前記機械命令が、前記一つ又は複数のＣＰＵコアに、一つ又は複数のレジスタの構成を介して前記複数の電気信号の各々を、
前記電気信号を生成するための複数のパルスを示す第１の値、
各パルスが第１の電圧レベルにある間の第１の時間期間を示す第２の値、及び
各パルスが第２の電圧レベルにある間の第２の時間期間を示す第３の値、
を含むように生成させる、
コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス。

【請求項7】

請求項１に記載のコンピュータ読み取り可能ストレージデバイスであって、前記一つ又は複数のＣＰＵコアによって実行されるとき、前記機械命令が、前記一つ又は複数のＣＰＵコアに、Ｍ分毎に１回、前記温度較正プロセスを実施させ、Ｍが少なくとも５である、コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス。

【請求項8】

マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）であって、
一つ又はそれ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）コアを含み、
前記一つ又はそれ以上のＣＰＵコアが、
現在の励起周波数を用いて流体の流れを測定するために第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを用い、
前記第１の超音波トランスデューサについて、異なるそれぞれの周波数を各々有する複数の電気信号を順次生成し、
各それぞれの周波数について、前記第２の超音波トランスデューサからの信号の振幅を測定し、
前記第２の超音波トランスデューサからの前記信号の測定された振幅に基づいて、新しい測定周波数を判定し、
前記新しい励起周波数を用いて流体の流れを測定するために前記第１及び第２の超音波トランスデューサを使用するためである、
ＭＣＵ。

【請求項9】

請求項８に記載のＭＣＵであって、前記一つ又はそれ以上のＣＰＵコアが、前記測定された振幅の中からピーク測定振幅を示す周波数の選択を介して前記新しい励起周波数を判定する、ＭＣＵ。

【請求項10】

請求項８に記載のＭＣＵであって、前記一つ又はそれ以上のＣＰＵコアが、
前記測定された振幅の中からのピーク振幅に対応する第１の周波数を判定すること、
前記ピーク振幅に基づいて、前記第１の周波数より小さい第２の周波数を判定すること、及び
前記ピーク振幅に基づいて、前記第１の周波数より大きい第３の周波数を判定すること、及び
前記第２及び第３の周波数に基づいて前記新しい励起周波数を判定すること、
によって、前記新しい測定周波数を判定する、
ＭＣＵ。

【請求項11】

請求項１０に記載のＭＣＵであって、前記一つ又はそれ以上のＣＰＵコアが、前記新しい励起周波数を判定するために、前記第２及び第３の周波数を合わせて平均する、ＭＣＵ。

【請求項12】

請求項１０に記載のＭＣＵであって、前記一つ又はそれ以上のＣＰＵコアが、前記第２及び第３の周波数の中央値（メジアン）として新しい励起周波数を判定する、ＭＣＵ。

【請求項13】

請求項１０に記載のＭＣＵであって、前記一つ又はそれ以上のＣＰＵコアが、
前記電気信号を生成するための複数のパルスを示す第１の値、
各パルスが第１の電圧レベルにある間の第１の時間期間を示す第２の値、及び
各パルスが第２の電圧レベルにある間の第２の時間期間を示す第３の値、
を含むよう、一つ又はそれ以上のレジスタの構成を介して前記複数の電気信号の各々を生成する、
ＭＣＵ。

【請求項14】

請求項８に記載のＭＣＵであって、
前記複数の電気信号を生成するために前記一つ又は複数のＣＰＵコアによってプログラム可能である、プログラマブルパルス生成器、及び
前記第２の超音波トランスデューサからの前記信号をデジタル値に変換するためのアナログデジタルコンバータ、
をさらに含む、ＭＣＵ。

【請求項15】

請求項８に記載のＭＣＵであって、前記複数の電気信号の順次生成、前記振幅の測定、及び前記新しい励起周波数えの判定が、温度ベースの較正プロセスを含み、前記一つ又はそれ以上のＣＰＵコアが、前記温度ベースの較正プロセスを繰り返し自動的に実施する、ＭＣＵ。

【請求項16】

方法であって、
現在の励起周波数を用いて流体の流れを測定するために第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを用いること、
前記第１の超音波トランスデューサについて複数の電気信号を順次生成することであって、各生成された電気信号がそれぞれ異なる周波数を有すること、
各それぞれの周波数について、前記第２の超音波トランスデューサからの信号の振幅を測定すること、
前記第２の超音波トランスデューサからの前記信号の前記測定された振幅に基づいて、新しい励起周波数を判定すること、
前記新しい励起周波数を用いて流体の流れを測定するための前記第１及び第２の超音波トランスデューサを用いること、
を含む、方法。

【請求項17】

請求項１６に記載の方法であって、前記新しい励起周波数を判定することが、前記測定された振幅の中からピーク測定振幅を示す周波数を選択することを含む、方法。

【請求項18】

請求項１６に記載の方法であって、前記新しい測定周波数を判定することが、
前記測定された振幅の中からピーク振幅に対応する第１の周波数を判定すること、
前記ピーク振幅に基づいて、前記第１の周波数よりも小さい第２の周波数を判定すること、
前記ピーク振幅に基づいて、前記第１の周波数よりも大きい第３の周波数を判定すること、
前記第２及び第３の周波数に基づいて、新しい励起周波数を判定すること、
を含む、方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、前記新しい励起周波数を判定することが、前記第２及び第３の周波数を平均することを含む、方法。

【請求項20】

請求項１８に記載の方法であって、前記新しい励起周波数を判定することが、前記第２及び第３の周波数の中央値（メジアン）を計算することを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

流量計は、管を通る流体の流れを測定するために用いられる。流量計の中には、２つの超音波トランスデューサ間の流体の流れの下流方向で超音波信号が流体の流れに注入される超音波トランスデューサを用いるものがあり、絶対タイムオブフライト（ＴＯＦ）が下流方向で判定される。別の超音波信号が上流方向で注入され、その方向のトランスデューサ間の絶対ＴＯＦも判定される。上流と下流方向間のＴＯＦの違いは、流体の流れの速度を計算するために、管の断面面積、流量の知見とともに用いることができる。

【発明の概要】

【0002】

コンピュータ読み取り可能ストレージデバイスは機械命令を格納し、機械命令は、一つ又は複数の中央処理装置（ＣＰＵ）コアによって実行されると、一つ又は複数のＣＰＵコアに、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを使用させて、現在の測定周波数を用いて流体の流れを測定させ、温度較正プロセスを実施させる。温度較正プロセスは、第１の超音波トランスデューサについて複数の電気信号を順次生成することを含み、生成された電気信号はそれぞれ異なる周波数を有する。各周波数について、温度較正プロセスは、第２の超音波トランスデューサからの信号の振幅の測定を含む。温度較正プロセスは、第２の超音波トランスデューサからの信号の測定振幅に基づいた、新しい測定周波数の判定を含む。第１及び第２の超音波トランスデューサは、新しい測定周波数を用いて流体の流れを測定するために用いられる。

【0003】

種々の例の詳細な説明のため、ここで、添付の図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】一例に従った流量計を図示する。

【0005】

【図2】超音波トランスデューサの周波数応答が少なくとも部分的に温度依存性であることを図示する。

【0006】

【図3】温度ベースの較正プロセスの間に実施される周波数掃引を図示する。

【0007】

【図4】温度ベースの較正プロセスの間に用いられるパルス列を図示する。

【0008】

【図5】温度ベースの較正プロセスを実施するために使用可能な超音波トランスデューサ回路の例を示す。

【0009】

【図6】温度ベースの較正プロセスのための方法の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

流量計に用いられる少なくとも一部の超音波トランスデューサでは、トランスデューサの感度は周波数によって変化する。例えば、最大トランスデューサ感度は、特定の周波数であり得る。また、トランスデューサの感度は、温度と共に変化し得る。すなわち、トランスデューサの最大感度に対応する周波数は、流量計が監視している流量の流体の温度によって変化し得る。

【0011】

記載される例は、温度ベースの較正プロセスを実施する流量計のための回路（例えば、集積回路（ＩＣ））に関する。流量計は複数の超音波トランスデューサを含む。温度ベースの較正プロセスは、或る範囲の周波数を通してトランスデューサの１つを、より低い周波数からより高い周波数まで掃引すること（すなわち、或る範囲の励起周波数をトランスデューサに提供すること）、流量計内の別のトランスデューサからの信号の振幅を監視すること、及び周波数範囲内の最大感度に対応する周波数を判定することを含む。次いで、流量計は、流体の流量を測定する際に進む較正プロセスから判定される周波数を励起周波数として使用するように構成される。温度ベースの較正プロセスは、時間の経過と共に繰り返され得、それによって、温度の変化に応答してその励起周波数を動的に調整することができる。このように、温度ベースの較正プロセスは動的に行われる。すなわち、流量計は管内の流体の流れの流量測定をするために用いられている。

【0012】

図１は、流量計１００の例を示す。例示の流量計１００は、一つ又は複数の中央処理装置（ＣＰＵ）コア１０２、超音波トランスデューサ（ＵＳＴ）回路１０４、ストレージ１０６、及びディスプレイ１０８を含む。ここで用いられる「ＣＰＵコア」（単数）とは、単一のＣＰＵコア又は複数のＣＰＵコアを指す。一実装において、流量計１００は、一般的な半導体基板上の集積回路として製造されるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を含む。流量計１００はまた、超音波トランスデューサ９５及び９８を含んでいるか、又はそれに結合しており、これらは、矢印９９の方向に流体が流れる管９０に結合されて示されている。超音波信号リフレクタ９２及び９３の対が、この例では管９０内に含まれる。ＵＳＴ回路１０４は、トランスデューサ９５又は９８のいずれかに電気信号を提供し、他方のトランスデューサから生じる信号を監視することができる。例えば、トランスデューサ９５は、ＵＳＴ回路１０４からの電気信号を、管９０内の流体の流れに注入される超音波信号に変換することができる。超音波信号は矢印９６（下流方向）によって示されるように、リフレクタ９２、次いでリフレクタ９３で反射する。次いで、超音波信号は、トランスデューサ９８によって受け取られ、再び電気信号に変換され、ＵＳＴ回路１０４に供給される。あるいは、ＵＳＴ回路１０４は、トランスデューサ９８を送信トランスデューサとして使用し、トランスデューサ９５を受信トランスデューサとして用いることによって、超音波信号を矢印９７の方向（上流方向）で流体を介して通すことができる。いくつかの実装では、管９０はリフレクタ９２及び９３を含む。

【0013】

ＵＳＴ回路１０４は、超音波信号があるトランスデューサから別のトランスデューサへ流体の流れを介して通るのに要する時間を測定する。トランスデューサ９５、９８に対して流体の流れがない状態では、流体内の超音波信号の速度は、管９０内の流体のタイプの関数である。時間は距離／速度であり、したがって、超音波信号が下流方向（すなわち、トランスデューサ９５から流体を通ってトランスデューサ９８まで）で通過するのに必要な時間はＬ／（ｃ＋ｖ）であり、ここで、Ｌはトランスデューサ９５からリフレクタ９２へ、リフレクタ９３へ、及びトランスデューサ９８へのあわせた距離であり、既知の値であり、ｃは監視されている流体に対する超音波の速度であり、ｖは方向９９の流体の流れの速度である。上流方向（すなわち、トランスデューサ９８からトランスデューサ９５）では、超音波信号がトランスデューサ９８からトランスデューサ９５に通過するのに必要な時間はＬ／（ｃ－ｖ）である。時間値の差はＤＴであり、流体の速度は、

であり、ここで、Ｔ１はトランスデューサ９５からトランスデューサ９８までの測定時間であり、Ｔ２はトランスデューサ９８からトランスデューサ９５までの測定時間である。したがって、ＵＳＴ回路１０４を用いてＴ１及びＴ２を測定することによって、流体の流れの速度を計算することができる。管９０の断面積も既知であり、トランスデューサ９５と９８との間の管の内部の容積は、計算して事前に知ることができる。管が流体で満たされていると仮定すると、流体流量は計算された速度に基づいて判定され得る。

【0014】

ストレージ１０６は、揮発性又は不揮発性メモリ（非一時的コンピュータ読み取り可能ストレージデバイス）を含み、ファームウェア（機械命令）１１１を含む。ファームウェア１１１は、一つ又は複数のＣＰＵコア１０２によって実行可能である。ファームウェア１１１の実行時、ＣＰＵコア１０２はＵＳＴ回路１０４と相互作用して、（ａ）管９０内の流体の流量を判定し、（ｂ）管９０内の流体の現在の温度が与えられた場合の流量を測定するために使用する励起周波数を判定するための温度較正プロセスを実施する。いくつかの実装では、温度較正プロセスは、周期的に（例えば、５分毎、１０分毎など）、及び、流量判定の間に（流量評価と干渉しないように）実実施される。ディスプレイ１０８は、流量、状態等を表示するためにＣＰＵコア１０２によって用いられ得る。

【0015】

図２は、超音波トランスデューサに対する２つの例示の周波数応答曲線２０２及び２０４を示す。各曲線２０２、２０４は、周波数の或る範囲にわたる超音波信号の受領に応答して、トランスデューサによって生成される電気信号の振幅を表す。トランスデューサが受信する超音波信号の振幅は、各周波数で同じである。トランスデューサは、受信した超音波信号に基づいて電気的出力信号を生成する。各曲線２０２、２０４は、トランスデューサからの電気的出力信号の振幅が周波数によって変化することを示している。振幅応答は、曲線２０２では周波数Ｆｍ１で最大であり、曲線２０４では周波数Ｆｍ２で最大であり、周波数応答曲線２０２は、トランスデューサが動作する１つの温度についての超音波トランスデューサの周波数応答を表し、振幅応答２０４は、別の周波数での同じトランスデューサの周波数応答を表す。見てのとおり、ピーク振幅（最大感度）は温度の関数である。本明細書に記載される温度較正プロセスは、所与の流体温度に対するピーク振幅を判定し、流量を判定するために対応する周波数を使用する。

【0016】

再び図１を参照すると、ＵＳＴ回路１０４は、一つ又は複数のレジスタを含むレジスタセット１１０を含む。少なくとも幾つかのレジスタは、ＣＰＵコア１０２によって構成可能及び／又は読み出し可能である。一実装において、ＣＰＵコア１０２は、ＵＳＴ回路１０４がトランスデューサ９５、９８のうちの１つに対して生成すべき周波数を示す一つ又は複数の値を用いてレジスタセット１１０をプログラムする。温度較正プロセスの間、ＣＰＵコア１０２は、第１の周波数から第２の周波数への周波数の範囲を通して順に行う。第１の周波数は第２の周波数よりも低くてもよく、又はその逆であってもよい。すなわち、周波数掃引は、より低い周波数からより高い周波数へ、又はより高い周波数からより低い周波数へとし得る。周波数の範囲は、管９０内の流体の現在の温度が提供されたときの最大トランスデューサ感度に対応するであろう励起周波数を含むのに充分に広くなければならない。一例では、第１の周波数は１６０ＫＨｚであり、第２の周波数は２６０ＫＨｚである。

【0017】

各周波数について、ＣＰＵコア１０２は、レジスタセット１１０に或る値を構成する。ＵＳＴ回路１０４は、その値を用いて、ＣＰＵコア１０２によってプログラムされた値に対応する周波数を有する電気信号を生成する。一例では、ＵＳＴ回路は、パルス列の或る特定された数のパルスとして、かつ特定の周波数で、電気信号を生成する。ＣＰＵコア１０２は、ＵＳＴ回路１０４が生成する周波数及びパルスの数（例えば、１０パルス）を符号化する値をレジスタセット１１０にプログラムする。

【0018】

次いで、ＵＳＴ回路１０４はトランスデューサ９５、９８のうちの１つに対して所望の電気信号を生成し、それによって超音波信号を生成する。どちらのトランスデューサが励起トランスデューサとして用いられるかは問題ではない。ＵＳＴ回路１０４は、他方のトランスデューサから信号を受け取り、その信号の振幅に比例する値を判定する。次に、ＵＳＴ回路１０４は、判定された振幅を、例えば、ストレージ１０６に格納する。次に、ＣＰＵコア１０２は、種々の値をレジスタセット１１０にプログラムして、ＵＳＴ回路１０４に異なる周波数で励起電気信号を発生させる。得られたトランスデューサ振幅は、その励起周波数を示す値とともにストレージ１０６に格納される。このプロセスは、第２の周波数に達するまで繰り返される。隣り合う周波数ステップ間の分離は、応用例固有である。一例では、１６０ＫＨｚから２６０ＫＨｚまでの周波数が１ＫＨｚステップで較正プロセスの間に用いられる。

【0019】

図３は、較正プロセスが行われたときの管９０内の流体の温度について、第１の周波数ＦＩと第２の周波数Ｆ２との間の励起周波数について求めた振幅３０２の一例を示す。周波数Ｆｍは、一般に、最大振幅３０５に対応する周波数を指定する。Ｆ１は、最大振幅での周波数についての最低予測値よりも低く設定されるべきであり、Ｆ２は、周波数掃引が管９０内に存在し得る任意の流体温度についての最大振幅での周波数を確実に含むように、最大振幅での周波数についての最高予測値よりも大きく設定されるべきである。

【0020】

図１におけるＣＰＵコア１０２は、ストレージ１０６から振幅値を読み戻し（すべての振幅値が取得され、格納された後、又は各振幅値が格納された後のいずれか）、ピーク振幅（すなわち最大感度）に対応する励起周波数を判定する。一実装において、ＣＰＵコア１０２が、ストレージ１０６に格納された振幅値の中から最大振幅値を判定し、次に、その値に関連する周波数を、前に進む流量を判定する際に使用する励起周波数として選択する。

【0021】

他の実装において、ＣＰＵコア１０２が、周波数掃引の間に判定された振幅３０２の中から最大振幅を識別する。ＣＰＵコア１０２は、各振幅をデシベル（ｄＢ）に変換し、例えば、１０×ｌｏｇ（振幅）とし、最大のｄＢ値からＸｄＢを減算する。一例では、ＸｄＢは１ｄＢである。次に、ＣＰＵコア１０２は、最大のｄＢ値よりもＸ小さいｄＢ値に対応する２つの周波数を判定する。図３は、これらの周波数をＦ＿下側及びＦ＿上側として図示している。ＣＰＵコア１０２は、Ｆ＿下側及びＦ＿上側に基づいて、流量測定に使用する励起周波数を判定する。例えば、ＣＰＵコア１０２は、Ｆ＿下側とＦ＿上側を合わせて平均することができる。別の例において、ＣＰＵコア１０２は、Ｆ＿下側及びＦ＿上側の中央値（メジアン）を励起周波数として計算する。

【0022】

上述したように、ＵＳＴ回路１０４は、特定の周波数でのパルス列の複数のパルスとしてトランスデューサ９５、９８に提供されるべき電気信号を生成する。図４は、パルス列４００の例を示す。パルス列４００はＮ個のパルス４０２を含み、ここで、Ｎは一つ又はそれ以上である。一例では、Ｎは１０である。パルス列の各サイクルは、時間値ＴＵ及びＴＬによって特徴付けられる。ここで、ＴＵはパルスがより高い電圧レベルにある時間であり、ＴＬはパルスがより低い電圧値にある時間である。各サイクルの周期は、ＴＵ+ＴＬであり、周波数の逆数である。このように、所望の周波数がＴＵとＴＬとの合計を判定する。ＴＵとＴＬとは等しくすることができるが、等しくする必要はない。ＴＵとＴＬが等しい場合、得られるパルス列は５０％のデューティサイクルを有するが、ＴＵがＴＬより大きい場合はデューティサイクルは５０％よりも大きく、ＴＵがＴＬよりも小さい場合は５０％よりも小さくなり得る。一例において、ＣＰＵコア１０２は、ターゲットのパルス列を定義するために３つの値で回路１０４をプログラムする。３つの値は、ＴＵ、ＴＬ、及び、パルス列のパルス４０２の数を含む。

【0023】

図５は、ＣＰＵコア１０２、ストレージ１０６、及び超音波トランスデューサ９６及び９８に結合されたＵＳＴ１０４の例示の実装を示す。図５の例におけるＵＳＴ回路１０４は、プログラマブルパルス生成器（ＰＰＧ）５１０、ドライバ５２０、マルチプレクサ５３０及び５３５、プログラマブル利得増幅器（ＰＧＡ）５４０、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）５５０、発振器（ＯＳＣ）５６０、及び位相ロックループ（ＰＬＬ）５７０を含む。ＣＰＵコア１０２は、所望のパルス列を規定する値を、ＰＰＧ５１０に含まれているか又はＰＰＧ５１０にアクセス可能なレジセット１１０にプログラムする。発振器５６０が、外部共振器５６２から受け取った信号に基づいて、クロック５６５を生成する。外部共振器は、水晶共振器又はセラミック共振器を含み得る。発振器５６０からのクロック５６５は、ＰＬＬ５７０への基準クロックとして提供され、ＰＰＧ５１０へのクロック５７５を生成する。幾つかの例において、ＰＬＬ５７０によって生成されるクロック５７５は、クロック５６５に位相ロックされるが、クロック５６５よりも高い周波数を有する。例えば、クロック５６５の周波数は８ＭＨｚであり得、クロック５７５の周波数は６８～８０ＭＨｚの範囲であり得る。

【0024】

ＰＰＧ５１０は、クロック５７５を用いてパルス列を生成する。パルス列のパルスの数及びパルス列の周波数は、ＣＰＵコア１０２によってレジスタセット１１０に書き込まれた値（例えば、ＴＵ、ＴＬ、及びパルスの数）によって指示される。得られたパルス列は、トランスデューサ９５、９８のうちの１つを駆動するためにパルス列を条件付けするドライバ５２０に供給される。ドライバ５２０によって実施される条件は、電圧レベルシフト、増幅等を含み得る。

【0025】

本明細書に記載される温度較正プロセスに関して、トランスデューサの１つは超音波信号を生成するために用いられ、他方のトランスデューサが超音波信号受信トランスデューサとして機能する。マルチプレクサ５３０は、ドライバ５２０からパルス列を受信するために、トランスデューサ９５、９８のうちの１つを選択するように、制御信号ＣＴＬ１によって構成される。この例におけるＰＰＧ５１０はＣＴＬ１を生成する。また、ＰＰＧ５１０は、制御信号ＣＴＬ２をアサートして、受信トランスデューサによって生成された電気信号をＰＧＡ５４０に供給するようにマルチプレクサ５３５を構成する。温度較正プロセスを実施するために、例えば、ＰＰＧ５１０は、ＣＴＬ１をアサートしてドライバ５２０をトランスデューサ９５に電気的に結合し、それによって超音波信号５０２を生成し、また、ＣＴＬ２をアサートしてトランスデューサ９８をＰＧＡ５４０に電気的に結合する。

【0026】

検知トランスデューサからの信号は、マルチプレクサ５３５を介してＰＧＡ５４０に供給され、そこで信号が増幅される。次いで、増幅されたアナログ信号はＡＤＣ５５０に供給され、ＡＤＣ５５０は、増幅されたアナログ信号をデジタル表現に変換する。一実装において、ＡＤＣ５５０がシグマデルタ変調器（例えば、３次シグマデルタ変調器）を含む。得られたデジタル値は、超音波トランスデューサによって受け取られた信号の振幅を示すものであり、例えば、ストレージ１０６に格納される。そして、ＣＰＵコア１０２は、デジタル値をストレージ１０６から読み出すことができる。上述したように、複数の励起周波数が用いられ、得られたデジタル値はストレージ１０６に格納される。ＣＰＵコア１０２は、得られたデジタル値に基づいて、使用する励起周波数を判定する。

【0027】

温度較正プロセスの以前の実行によって生成された励起周波数を用いて流量を判定するために、ＣＰＵコア１０２は、ＰＧＡ５４０に供給されるべき他のトランスデューサの信号と共にまず一つのトランスデューサに供給されるパルス列を生成するようにＰＰＧ５１０を構成する。ＣＰＵコア１０２は、或る値をレジスタセット１１０に書き込んで、どのトランスデューサを用いて超音波信号を生成し、どのトランスデューサを超音波信号受信トランスデューサとして使用するかを指定することができる（例えば、超音波信号を生成するためにトランスデューサ９５を用い、トランスデューサ９８からの電気信号がＰＧＡ５４０に供給される）。ＡＤ変換器５５０からの得られたデジタル値は、ストレージ１０６に格納される。次いで、ＣＰＵ１０２は、トランスデューサ９５及び９８の役割を逆にするために（例えば、超音波信号を生成するためにトランスデューサ９８を用い、トランスデューサ９５からの電気信号がＰＧＡ５４０に供給される）、レジスタセット１１０に値を書き込むことができる。ＰＬＬ出力から導出されたタイマーを用いて、ＰＰＧ５１０の開始時間とＡＤＣサンプリングの開始とを制御するシーケンサを駆動し得る。これら２つの事象間の差は、上流及び下流タイムオブフライト両方に対する静止オフセットを表す。ＡＤＣ５５０によってデジタル化された信号を用いて、複数の多様な方法のいずれかを用いて、ＴＯＦを計算することができる。一例において、信号の包絡線が計算され、包絡線が所定の閾値と交差するときの時間が判定される。閾値は、信号の最大振幅に基づいて計算され得る。閾値を交差する信号の振幅を用いて信号の存在を判定される。

【0028】

図６は、温度較正プロセスの例を説明する方法を示す。温度較正プロセスは、ＣＰＵ１０２がファームウェア１１１を実行し、ＵＳＣ回路１０４と相互作用することによって制御される。温度較正プロセスは、参照番号６０１によって示されるように、動作６０４～６１６を含む。動作６０２は、励起周波数の現在の値を用いて流量測定することを含む。現在の励起周波数は、温度較正プロセスの事前性能に従って判定されていてもよい。流量速度（したがって流量）を判定するためのＵＳＴ回路１０４の使用は、上記で説明されている。

【0029】

６０４において、温度較正プロセスは、周波数掃引の一部として、初期周波数を選択することを含む。いくつかの実装において、初期周波数は、最大トランスデューサ振幅について予想される最低周波数よりも低い値を有する。他の実装において、初期周波数は、最大トランスデューサ振幅について予想される最高周波数よりも高い値を有する。初期周波数は、ファームウェア１１１を介して、選択されるか又は他の方式でＣＰＵコア１０２にプログラムされる。

【0030】

６０６において、温度較正プロセスは、超音波トランスデューサ９５、９８のうちの１つについて、選択された周波数で電気信号を生成することを含む。場合によっては、この動作は、ＣＰＵコア１０２が、選択された周波数についてＴ１及びＴ２の値、ならびにパルスの回数を判定し、対応する値をＵＳＴ回路１０４内のレジスタセット１１０に書き込むことを含む。次いで、ＰＰＧ５１０は、マルチプレクサ５３０（ＰＰＧ５１０からのＣＴＬ１によって制御される）を介してトランスデューサの１つ（例えば、トランスデューサ９５）に提供されるプログラマブルパルス列を生成する。

【0031】

６０８において、他方のトランスデューサ（例えば、トランスデューサ９８）によって生成された電気信号の振幅が測定される。この動作は、検出された信号をＰＧＡ５４０によって増幅し、増幅された信号をＡＤＣ５５０によってデジタル表現に変換することによって実施され得る。得られたデジタル値はストレージ１０６に格納される（６１０）。

【0032】

温度較正プロセスは、周波数掃引を実装し、したがって、６１２において、ＣＰＵ１０２が、別の周波数が周波数掃引に用いられるべきままであるか否かを判断する。一例では、周波数掃引は、１６０ＫＨｚと２６０ＫＨｚとの間の１ＫＨｚ刻みの周波数を含む。こういった周波数は、幾つかの例において昇順又は降順で用いられるが、他の例において昇順又は降順以外の順で用いられてもよい。別の周波数が用いられるべきままである場合、掃引における次の周波数が６１４で選択され、プロセスは動作６０６で反復する。周波数掃引の範囲内の全ての周波数が振幅値を生成するために用いられると、６１６において、温度較正プロセスは、振幅のデジタル値表現に基づいて将来の流量測定のために用いる新しい周波数を判定する。使用する励起周波数を判定する方法の例は、上記で提供されている。新たに判定された励起周波数は、次にＣＰＵ１０２がＵＳＴ回路１０４を用いて流量速度（速度）を判定する６２０で用いられる。

【0033】

或る場合において、温度較正プロセス６０１は、連続する流量測定値のすべての対の間で実施される。他の場合において、温度較正プロセス６０１は連続した流量測定値の対の間で実施されるが、必ずしも連続した流量測定値のすべての対の間で行われるわけではない。例えば、流量測定は１分間隔で実施され得るが、温度較正プロセスは、５分間隔又は１０分（又は他の）間隔で実施される。場合によっては、温度較正プロセスは、少なくとも５分間隔である間隔で行われる。

【0034】

本明細書において、「結合する」という語は、間接的又は直接的な有線又は無線接続のいずれかを意味する。したがって、第１のデバイスが第２のデバイスに結合する場合、その接続は直接的接続を介するものであり得、又は他のデバイス及び接続を介した間接的接続を介するものであり得る。「に基づく」という記載は、「少なくともに部分的に～に基づく」ことを意味する。したがって、ＸがＹに基づく場合、Ｘは、Ｙ及び任意の数の他の要因の関数とし得る。

【0035】

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】