專利名稱：超聲波流量計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲波流量計。
背景技術：
已知以下一種超聲波流量計:在流過被測量流體的流路的上游側和下游側設置一對超聲波發(fā)送接收器(以下，還稱為發(fā)送接收器)，根據(jù)在該超聲波發(fā)送接收器之間超聲波從上游側向下游側傳播的時間以及超聲波從下游側向上游側傳播的時間來測量被測量流體的流量。關于該超聲波的頻率，根據(jù)所使用的發(fā)送接收器不同而使用特定的頻率。因此，當接近該頻率的超聲波從超聲波流量計的外部進入時，成為聲噪聲，導致產生以下問題:通過發(fā)送接收器無法正確地接收超聲波。已知當存在產生大的壓力損失這樣的節(jié)流時產生聲噪聲。因此，以往，需要遠離聲噪聲源來設置超聲波流量計，在不能確保距聲噪聲的距離的情況下，還存在無法進行設置的情況，成為超聲波流量計的弱點。以往，實行如下方法:通過在流路內設置過濾器等，來在機械上防止聲噪聲通過(例如，參照專利文獻I)。專利文獻1:日本特開2004-69528號公報

發(fā)明內容
_7] 發(fā)明要解決的問題如上述以往 技術那樣，當在流路內設置過濾器等時，阻礙流動，因此存在壓力損失變大這種問題。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種壓力損失小且不容易受到聲噪聲的影響的超聲波流量計。用于解決問題的方案為了解決上述問題，第一發(fā)明是一種超聲波流量計，通過在流過被測量流體的流路的上游側與下游側間隔規(guī)定距離而設置的至少一對超聲波發(fā)送接收器來進行超聲波的發(fā)送接收，根據(jù)超聲波從上游側的超聲波發(fā)送接收器到下游側的超聲波發(fā)送接收器的傳播時間以及超聲波從下游側的超聲波發(fā)送接收器到上游側的超聲波發(fā)送接收器的傳播時間，來求出被測量流體的流速或/和流量，該超聲波流量計的特征在于，具備:切換部，其切換上述超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收方向；周期監(jiān)視部，其在檢測到規(guī)定的周期范圍外的波時，輸出周期異常信號；以及接收判斷部，其在被輸入上述周期異常信號時判斷為接收點檢測失敗，根據(jù)從輸入周期異常信號的時間點起的波的峰值，從最初開始進行接收點的檢測，如果檢測成功則輸出接收信號，其中，在各個方向上各進行多次超聲波的發(fā)送，根據(jù)各個方向的上述接收點檢測成功的超聲波傳播時間的平均值，來求出被測量流體的流速或/和流量。
第二發(fā)明的特征在于，在第一發(fā)明所記載的超聲波流量計中，上述接收判斷部從開始檢測上述接收點起監(jiān)視波的峰值，在存在峰值相對于其前一個波的峰值為規(guī)定倍以上的波時，將該波的零交叉點檢測為接收點，在判斷為接收點檢測失敗時，從該時間點起從最初開始進行接收點的檢測。第三發(fā)明的特征在于，在第二發(fā)明所記載的超聲波流量計中，上述接收判斷部具有以使電壓呈指數(shù)函數(shù)排列的方式決定的多個基準電壓電平，在從開始檢測接收點起某一個波從其前一個波未超過的基準電壓電平中的小的基準電壓電平起一口氣超過了規(guī)定數(shù)的基準電壓電平時，判斷為該波為其前一個波的規(guī)定倍以上，至少在超過了從多個基準電壓電平中的大的基準電壓電平起的第上述規(guī)定數(shù)的基準電壓電平的波沒有從其前一個波未超過的基準電壓電平中的小的基準電壓電平起一口氣超過規(guī)定數(shù)的基準電壓電平時，判斷為接收點檢測失敗。第四發(fā)明的特征在于，在第一至第三發(fā)明中的任一項所記載的超聲波流量計中，上述接收判斷部在檢測上述接收點后還將規(guī)定數(shù)的波的周期處于規(guī)定的周期范圍內設為接收點檢測成功的條件。發(fā)明的效果在檢測到規(guī)定的周期 范圍外的波時輸出周期異常信號，當輸入該周期異常信號時判斷為接收點檢測失敗，根據(jù)從輸入了周期異常信號的時間點起的波的峰值，從最初開始進行接收點的檢測，由此能夠防止將聲噪聲錯誤識別為信號波，能夠高精度地測量被測量流體的流量等，能夠在閥、調速器等聲噪聲的產生源附近設置超聲波流量計。另外，不設置過濾器等而通過對接收信號進行電處理來進行聲噪聲與信號波的識另IJ，因此與以往技術相比能夠抑制壓力損失。第二發(fā)明除了波的頻率以外，還包含是否為前一個波的規(guī)定倍以上的峰值，來設為接收點檢測成功條件，因此能夠更進一步防止將聲噪聲錯誤識別為信號波，能夠高精度地測量被測量流體的流量等。


圖1是本發(fā)明的實施例1中的超聲波流量計的框圖。圖2是接收波的一例。圖3是用于說明本發(fā)明的實施例2中的接收方法的圖。圖4是本發(fā)明的實施例3中的接收判斷部的框圖。附圖標記說明1:超聲波流量計；2、3:超聲波發(fā)送接收器；5:控制部；8:周期監(jiān)視部；9、11:接收判斷部；Thl 6:基準電壓電平。
具體實施例方式基于附圖示出的實施例來說明本發(fā)明的具體實施方式
。[實施例1]圖1是表示本實施例1的超聲波流量計I的整體結構的框圖。如圖1所示，該超聲波流量計I具有:流路(未圖示)、一對超聲波發(fā)送接收器(以下，還稱為發(fā)送接收器)2、3、切換部4、控制部5、發(fā)送部6、放大部7、周期監(jiān)視部8、接收判斷部9以及到達時間累加部10，其中，作為被測量流體的燃氣等氣體、自來水等液體流過上述流路。上述超聲波流量計I具有被測量流體流過的未圖示的流路，在該流路的上游側和下游側，間隔固定的距離相對置地設置有一對超聲波發(fā)送接收器2、3。關于該兩個發(fā)送接收器2和3，能夠通過切換部4相互切換為在將任一方作為發(fā)送側時將另一方作為接收側來使用。當從控制部5向發(fā)送部6發(fā)送發(fā)送指令信號時，發(fā)送部6響應該發(fā)送指令信號而將驅動信號經由切換部4發(fā)送至發(fā)送側的發(fā)送接收器2(3)。另外，控制部5向發(fā)送部6發(fā)送發(fā)送指令信號，并且還向到達時間累加部10發(fā)送該發(fā)送指令信號。上述切換部4響應來自控制部5的方向切換信號，在沿順方向(從上游側到下游偵D發(fā)送接收超聲波的情況下，當從控制部5向發(fā)送部6發(fā)送發(fā)送指令信號時，將來自發(fā)送部6的驅動信號發(fā)送給上游側的發(fā)送接收器2，并且將來自下游側的發(fā)送接收器3的信號發(fā)送給放大部7。另外，在沿逆方向(從下游側到上游側)發(fā)送接收超聲波的情況下，當從控制部5向發(fā)送部6發(fā)送發(fā)送指令信號時，將來自發(fā)送部6的驅動信號發(fā)送給下游側的發(fā)送接收器3，并且將來自上游側的發(fā)送接收器2的信號發(fā)送給放大部7。上述發(fā)送側的發(fā)送接收器2(3)通過經由切換部4發(fā)送過來的驅動信號來進行驅動而產生超聲波，向接收側的發(fā)送接收器3(2)發(fā)送該超聲波。接收側的發(fā)送接收器3(2)接收所發(fā)送的超聲波，轉換為電信號而作為接收信號經由切換部4發(fā)送給放大部7。上述放大部7以規(guī)定的放大率對從接收側的發(fā)送接收器3(2)經由切換部4發(fā)送過來的接收信號進行放大。放大后的該接收信號被發(fā)送給周期監(jiān)視部8和接收判斷部9。周期監(jiān)視部8監(jiān) 視接收信號中的前一次的零交叉點到本次的零交叉點的時間是否處于規(guī)定的時間范圍(規(guī)定的周期范圍)，在該時間不處于規(guī)定的時間范圍的(時間范圍外的)情況下，將周期異常信號輸出到接收判斷部9。上述規(guī)定的時間范圍是指以從發(fā)送接收器2 (3)發(fā)送的超聲波的半波長的時間為中心、具有規(guī)定的時寬的時間范圍。該規(guī)定的時間范圍能夠根據(jù)超聲波流量計I的設置狀況等來進行調節(jié)。當對發(fā)送部6發(fā)送發(fā)送指令信號而開始檢測接收點時，接收判斷部9根據(jù)放大后的接收信號的峰值來檢測接收點。在本實施例中，設置基準電壓電平，將首次超過該基準電壓電平的波的零交叉點設為接收點。但是，當輸入來自周期監(jiān)視部8的周期異常信號時，判斷為檢測出的接收點錯誤而廢棄該接收點，從輸入周期異常信號的時刻起再次開始接收點的檢測。在接收判斷部9中，如果接收點檢測成功，則將接收信號發(fā)送給到達時間累加部10。該到達時間累加部10對從發(fā)送指令信號到接收點為止的時間進行測量來存儲到達時間。此外，到從控制部5向發(fā)送部6發(fā)送下一個發(fā)送指令信號為止的期間內或者從控制部5發(fā)送發(fā)送指令信號之后的規(guī)定時間內沒有接收信號被輸入到達時間累加部10的情況下，在本次的超聲波的發(fā)送中沒能檢測到接收點，作為接收點檢測失敗而不存儲到達時間。控制部5對切換部4發(fā)送方向切換信號，切換發(fā)送接收器2 (3)之間的超聲波的發(fā)送方向，分別進行規(guī)定次數(shù)的沿順方向和逆方向的到達時間的測量。在本實施例中，每側各進行64次、合計進行128次測量。此外，順方向和逆方向的測量可以逐次地互相切換并進行，也可以在進行規(guī)定次數(shù)的順方向或者逆方向的測量之后互相切換來進行，直到總測量次數(shù)達到規(guī)定的次數(shù)為止。在進行該規(guī)定次數(shù)的測量之后，控制部5從到達時間累加部10讀出接收點檢測成功的順方向和逆方向的各自的到達時間，根據(jù)其各自的平均值來運算被測量流體的流速和/或流量。作為根據(jù)順方向和逆方向的各自的到達時間來運算各自的平均值的方法，能夠使用任意的方法，例如使具有如下功能:將接收信號輸入到達時間累加部10，或從周期監(jiān)視部8對到達時間累加部10輸入作為表示超聲波接收成功或者失敗的信號的周期異常信號，來針對順方向、逆方向分別進行接收點檢測成功時的到達時間的相加運算；以及對接收點檢測成功的次數(shù)進行計數(shù)，控制部5在固定時間之后，從到達時間累加部10讀取順方向和逆方向各自的到達時間累加值和接收檢測成功次數(shù)，運算各自的平均值。接著，根據(jù)圖2示出的接收波的一例來說明接收點的檢測方法。該圖2不出聲噪聲成分小的時刻的信號波。在比該信號波靠前的聲噪聲中,在A、B、C點處超過了基準電壓電平，但是從前一零交叉點到各點的后一零交叉點為止的時間不處于規(guī)定的時間范圍，因此從周期監(jiān)視部8輸出周期異常信號。因此，判斷為接收點檢測失敗而廢棄，再次從輸入了各周期異常信號的時間點起，從最初起執(zhí)行接收點的檢測。另一方面，在輸出最后的異常周期信號之后，信號波中的D點首次超過基準電壓電平，該波的周期處于規(guī)定的周期范圍，因此不從周期監(jiān)視部8輸出周期異常信號，檢測為接收點。這樣，如果接收時聲噪聲小，則即使在其它時間段聲噪聲大也能夠檢測接收點，在本實施例中，如果在各64次的超聲波的發(fā)送中有幾次接收點的檢測成功，則能夠運算流速和/或流量。例如，如果能夠在64次發(fā)送中即使一次檢測出聲噪聲小的信號波，則也能夠根據(jù)該信號波來運算流量等。并且，已知被測量流體的流量越大則聲噪聲越大，產生阻礙超聲波的發(fā)送接收這種水平的聲噪聲的情況可以說是被測量流體的流量大的情況。在該情況下，沿順方向和逆方向的到達時間差變大，即使是一次測量結果也能夠得到足夠的分辨率。

另外，不檢測聲噪聲大的那一次的信號波，僅采用聲噪聲小的信號波來計算被測量流體的流速和/或流量，由此能夠高精度地測量流速和/或流量，在調速器、閥等聲噪聲的產生源附近、聲噪聲大的場所也能夠設置超聲波流量計I。另外，在本申請進行電處理，不需要如上述以往技術那樣設置過濾器等，因此能夠使壓力損失低于上述以往技術。此外，在上述實施例1中，將由放大器7放大后的接收信號輸入周期監(jiān)視部8和接收判斷部9，在周期監(jiān)視部8和接收判斷部9中分別與零電平進行比較來監(jiān)視接收信號的周期或者進行接收點的檢測等，但是也可以在周期監(jiān)視部8或者接收判斷部9的任一方中進行放大后的接收信號與零電平的比較，將其結果提供給另一方。另外，也可以使放大部7、周期監(jiān)視部8以及接收判斷部9僅在從控制部5發(fā)送發(fā)送指令信號起經過結合考慮聲速的最大值和超聲波發(fā)送接收器2、3之間的距離而決定的規(guī)定時間后到接收點檢測或者超時為止的期間進行動作，由此抑制消耗電流。此外，在上述實施例中，在流路的上游側和下游側設置一對超聲波發(fā)送接收器2、3，但是超聲波發(fā)送接收器在上游側和下游側至少存在一對即可，也可以設置兩對等多對。[實施例2]
實施例2的接收判斷部與上述實施例1不同，除此以外與上述實施例1相同。如圖3所示，實施例2的接收判斷部具有多個基準電壓電平，以指數(shù)函數(shù)設定該多個基準電壓電平的電壓，根據(jù)信號波的波形來任意地設定該電壓的數(shù)量和值。在某一個波從其前一個波未超過的基準電壓電平中的小的基準電壓電平起一口氣超過了規(guī)定數(shù)的基準電壓電平的情況下，該接收判斷部不使用峰值保持電路、AD轉換電路就能夠判斷該波的峰值為前一個波的峰值的規(guī)定倍以上。另外，在超過了從多個基準電壓電平中的大的基準電壓電平起的第規(guī)定個電平的波沒有從其前一個波未超過的基準電壓電平中的小的基準電壓電平起一口氣超過規(guī)定數(shù)的基準電壓電平的情況下，即使進一步持續(xù)檢測，也由于不殘留規(guī)定數(shù)的基準電壓電平而判斷為接收波的檢測失敗。在本實施例2中，作為基準電壓電平，設置了 Thl、Th2(=1.6XThl)、Th3 (=1.6 X Th2=2.56X Thl)、Th4 (=1.6X Th3=4.1OX Thl)、Th5 (=1.6 XTh4=6.55 XThl)、Th6 (=1.6XTh5=10.49 X Thl)這六個階段。首先，在作為電壓最下位的三個基準電壓電平的Thl、Th2、Th3處等待。當接收信號中的某一個波超過這三個基準電壓電平中的幾個時，在接收下一個波時，在除了其前一個波超過的基準電壓電平內在最下位的三個基準電壓電平處等待。此外，當輸入周期異常信號時，將等待的基準電壓電平變更為作為最初階段的最下位的三個基準電壓電平Thl、Th2、Th3。根據(jù)圖3說明接收點的檢測方法。在接收第一波時，在Thl、Th2、Th3這三個基準電壓電平處等待，當?shù)谝徊ǔ^Thl時，在接收第三波時，在Th2、Th3、Th4這三個基準電壓電平處等待。而且，可知第三波一口氣超過全部的這三個基準電壓電平，第三波相對于作為其前一個波的第一波具有1.6X1.6=2.56倍以上的大小。這樣，可知在某一個波超過全部的三個電平的情況下，為前一個波的2.56倍以上。本實施例的超聲波流量計I中的信號波的特征在于，具有如圖3所示那樣的波形，第三波的 大小為第一波的大小的大約四倍，第五波的大小為第三波的大小的1.2^1.3倍，在某一個波為前一個波的兩倍以上，即某一個波從前一個波未超過的基準電壓電平中的小的基準電壓電平起一口氣超過三個基準電壓電平的情況下，該波為第三波的可能性大，將這種波的零交叉點設為接收點。此外，在超過了第四電平的Th4的波沒有一口氣超過三個電平的情況下，未被超過的基準電壓電平不是三個以上，無法判斷下一個波是否為當前波的兩倍以上，因此作為接收失敗而切換為初始的Thl、Th2、Th3這三個基準電壓電平。另外，在最初的波一口氣超過電壓最下位的基準電壓電平Thl、Th2、Th3這三個的情況下，這作為周期偶然與信號波一致的聲噪聲而視為接受失敗。一定是在前一個波超過基準電壓電平的幾個、某一個波一口氣超過三個基準電壓電平的情況下判斷為信號波(第三波)，由此能夠進一步防止將聲噪聲錯誤判斷為信號波。此外，關于該第三波，與上述實施例1相同地，僅在通過周期監(jiān)視部8而該波的周期處于規(guī)定的時間范圍的情況下檢測為接收點。在本實施例2中也起到與上述實施例1相同的效果。并且，在本實施例2中，聲噪聲也存在成為與信號波相同頻率的瞬間，即使波的周期處于規(guī)定范圍內，也有可能是聲噪聲，但是除了波的周期以外，還將某一個波的峰值相對于前一個波為規(guī)定倍數(shù)以上設為接收點的檢測條件，由此能夠進一步防止將聲噪聲錯誤判斷為信號波。此外，也可以使用峰值保持電路、AD轉換電路等，在某一個波的峰值相對于前一個波為規(guī)定倍數(shù)以上且沒有輸入周期異常信號的情況下，將該波的零交叉點判斷為接收點。[實施例3]實施例3的接收判斷部與上述實施例1、2不同，除此以外與上述實施例1、2相同。本實施例的接收判斷部11具有圖4示出的結構。由放大部7放大后的接收信號被輸入零比較部12和基準電壓電平比較部13。零比較部12在接收信號成為零電平時輸出
零交叉信號。與上述實施例2相同地，在基準電壓電平比較部13中具有多個基準電壓電平，通過與上述實施例2的接收點的檢測相同的方法來檢測第三波，當檢測到第三波時，第三波檢測信號被輸出到接收點檢測部14。此外，在從零比較部12輸入零交叉信號的時刻進行基準電壓電平比較部中的基準電壓電平的切換。接收點檢測部14將第三波檢測信號后的零交叉信號的輸入定時作為接收點，對波數(shù)計數(shù)部15和到達時間累加部10輸出接收信號。對波數(shù)計數(shù)部15輸入上述零交叉信號來對輸入接收信號后的檢測后的波數(shù)進行計數(shù)。另外，從周期監(jiān)視部8對波數(shù)計數(shù)部15輸入異常周期信號(未圖示)，來在輸入接收信號之后也判斷規(guī)定數(shù)的波的周期是否處于規(guī)定的周期范圍。在規(guī)定數(shù)的波的周期處于規(guī)定的周期范圍的情況下，設為接收點檢測成功，并且在不處于規(guī)定的周期范圍的情況下，設為接收點檢測失敗，對到達時間累加部10輸出波數(shù)判斷信號，在到達時間累加部10中，在接收點檢測成功的情況下，進行到達時間的相加、增加接收點檢測成功數(shù)的計數(shù)，另一方面，在接收點檢測失敗的情況下，不進行到達時間的相加、不進行接收點檢測成功數(shù)的計數(shù)。此外，也可以在接收點的檢測之前和之后變更上述規(guī)定的周期范圍的幅度，例如，與接收點檢測之前相比，將接收點檢測之后的規(guī)定的周期范圍的幅度設得窄。另外，當 異常周期信號被輸入基準電壓電平比較部13 (未圖示)時，基準電壓電平返回到初始狀態(tài)。當異常周期信號被輸入接收點檢測部14時，從該時刻起再次開始進行接收點的檢測。當異常周期信號被輸入波數(shù)計數(shù)部15時，計數(shù)值復位。
權利要求
1.一種超聲波流量計，通過在流過被測量流體的流路的上游側與下游側間隔規(guī)定距離而設置的至少一對超聲波發(fā)送接收器來進行超聲波的發(fā)送接收，根據(jù)超聲波從上游側的超聲波發(fā)送接收器到下游側的超聲波發(fā)送接收器的傳播時間以及超聲波從下游側的超聲波發(fā)送接收器到上游側的超聲波發(fā)送接收器的傳播時間，來求出被測量流體的流速或/和流量，該超聲波流量計的特征在于，具備: 切換部，其切換上述超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收方向； 周期監(jiān)視部，其在檢測到規(guī)定的周期范圍外的波時，輸出周期異常信號；以及 接收判斷部，其在被輸入上述周期異常信號時判斷為接收點檢測失敗，根據(jù)從輸入周期異常信號的時間點起的波的峰值，從最初開始進行接收點的檢測，如果檢測成功則輸出接收信號， 其中，在各個方向上各進行多次超聲波的發(fā)送，根據(jù)各個方向的上述接收點檢測成功的超聲波傳播時間的平均值，來求出被測量流體的流速或/和流量。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲波流量計，其特征在于， 上述接收判斷部從開始檢測上述接收點起監(jiān)視波的峰值，在存在峰值相對于其前一個波的峰值為規(guī)定倍以上的波時，將該波的零交叉點檢測為接收點，在判斷為接收點檢測失敗時，從該時間點起從最初開始進行接收點的檢測。
3.根據(jù)權利要求2所述的超聲波流量計，其特征在于， 上述接收判斷部具有以使電壓呈指數(shù)函數(shù)排列的方式決定的多個基準電壓電平，在從開始檢測接收點起某一個波從其前一個波未超過的基準電壓電平中的小的基準電壓電平起一口氣超過了規(guī)定數(shù)的基準電壓電平時，判斷為該波為其前一個波的規(guī)定倍以上， 至少在超過了從多個基準電壓電平中的大的基準電壓電平起的第上述規(guī)定數(shù)的基準電壓電平的波沒有從其前一個波未超過的基準電壓電平中的小的基準電壓電平起一口氣超過規(guī)定數(shù)的基準電壓電平時，判斷為接收點檢測失敗。
4.根據(jù)權利要求Γ3中的任一項所述的超聲波流量計，其特征在于， 上述接收判斷部在檢測上述接收點后 還將規(guī)定數(shù)的波的周期處于規(guī)定的周期范圍內設為接收點檢測成功的條件。
全文摘要
提供一種不容易受到噪聲影響的超聲波流量計。具備至少一對超聲波發(fā)送接收器(2)、(3)；切換部(4)，其切換上述超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收方向；周期監(jiān)視部(8)，其在檢測出規(guī)定周期范圍外的波時，輸出周期異常信號；以及接收判斷部(9)，其在被輸入上述周期異常信號時判斷為接收點檢測失敗，根據(jù)從輸入周期異常信號的時間點起的波的峰值，從最初開始進行接收點的檢測，如果檢測成功則輸出接收信號，其中，在各個方向上各進行多次超聲波的發(fā)送，根據(jù)各個方向的上述接收點檢測成功的超聲波的傳播時間的平均值來求出被測量流體的流速或/和流量。
文檔編號G01F1/66GK103226033SQ20131002458
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權日2012年1月27日
發(fā)明者鍋島德行 申請人:愛知時計電機株式會社