流測量裝置制造方法
【專利摘要】流體流檢測裝置具有：時間差計時單元(13)，其對從發(fā)送開始起直到接收后的接收波達到超過基準(zhǔn)電壓后的零交叉點為止的時間進行計時；以及基準(zhǔn)設(shè)定單元(14)，其使該基準(zhǔn)電壓從最小向最大變化，根據(jù)當(dāng)時的時間差計時單元(13)計時得到的時間差大幅變化的多個拐點來識別接收波的各波的峰值電壓，并根據(jù)峰值電壓之比將基準(zhǔn)電壓自動地設(shè)定為特定的兩個波的峰值電壓間的任意的點，其中，在重新設(shè)定基準(zhǔn)時，僅使基準(zhǔn)電壓從兩個波的峰值電壓附近開始變化來重新識別峰值電壓。
【專利說明】流測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用超聲波測量燃?xì)?、水等的流體流的流體流測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 以往的這種流體流測量裝置一般如圖11所示那樣（例如，參照專利文獻1)。
[0003] 該裝置具備：設(shè)置于流體流動的流路31的第一超聲波振子32和第二超聲波振子 33 ;切換單元34,其對第一超聲波振子32和第二超聲波振子33的發(fā)送和接收進行切換；發(fā) 送單元35,其對第一超聲波振子32和第二超聲波振子33進行驅(qū)動；放大單元36,其將由接 收側(cè)的超聲波振子接收并通過了切換單元34的信號放大至規(guī)定的振幅；以及基準(zhǔn)比較單 元37,其將通過放大單元36放大后的接收信號的電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較。
[0004] 另外，如圖12所示，基準(zhǔn)比較單元37將基準(zhǔn)電壓與放大后的接收信號A進行比 較，輸出從大小關(guān)系反轉(zhuǎn)的定時c至之后的首個零交叉點a的輸出信號C，判斷單元38在零 交叉點a向重復(fù)單元39輸出輸出信號D。
[0005] 重復(fù)單元39對來自該判斷單元38的信號進行計數(shù)，計數(shù)預(yù)先設(shè)定的次數(shù)，并且將 來自判斷單元38的信號輸出至控制單元42。計時單元40對由重復(fù)單元39計數(shù)預(yù)先設(shè)定 的次數(shù)的時間進行計時，流量計算單元41根據(jù)計時單元40計時得到的時間來計算流量。
[0006] 而且，控制單元42構(gòu)成為接受由流量計算單元41計算出的流量的輸出以及來自 重復(fù)單元39的信號，并對發(fā)送單元35的動作進行控制。
[0007] 在該結(jié)構(gòu)中，通過控制單元42使發(fā)送單元35進行動作并通過超聲波振子32發(fā)送 的超聲波信號在流體中傳播并被第二超聲波振子33接收，通過放大單元36放大后，在基準(zhǔn) 比較單元37和判斷單元38中進行信號處理，通過重復(fù)單元39被輸入至控制單元42。將該 動作重復(fù)進行預(yù)先設(shè)定的η次，由計時單元40測定該期間的時間。
[0008] 然后，由切換單元34對第一超聲波振子32和第二超聲波振子33切換發(fā)送和接 收后進行同樣的動作，測定被測流體自上游向下游（將該方向設(shè)為順流）和自下游向上游 (將該方向設(shè)為逆流）各自的傳播時間，求出被測流體的流速，通過式1求出流量Q。
[0009] 在此，當(dāng)將超聲波振子間的流動方向的有效距離設(shè)為L、將自上游向下游的η次的 測定時間設(shè)為tl、將自下游向上游的η次的測定時間設(shè)為t2、將被測流體的流速設(shè)為V、將 流路的截面積設(shè)為S、將超聲波振子間的超聲波的傳播路徑與被測流體流所形成的角度設(shè) 為9時，被測流體的流量Q用下式表示。
[0010] Q = S*v = S· L/2 · cos Φ ((n/tl) - (n/t2)) · · ·(式 1)
[0011] 實際上，將式1再乘以與流量相應(yīng)的系數(shù)來計算流量。
[0012] 另外，關(guān)于放大單元36的增益，調(diào)整增益使得由接收側(cè)的超聲波振子接收到的信 號成為固定振幅，并進行調(diào)整使得接收信號的峰值電壓值落入規(guī)定的電壓范圍。
[0013] 另外，像這樣的流體流測量裝置以電池作為電源，因此要求低功耗，且關(guān)于以往的 這種流體流測量裝置，考慮再次設(shè)定基準(zhǔn)電壓（例如，參照專利文獻2)。
[0014] 專利文獻1 :日本特開2003-106882號公報
[0015] 專利文獻2 :日本特許第4572546號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 發(fā)明要解決的問題
[0017] 本發(fā)明的目的在于提供一種迅速且高精度地進行基準(zhǔn)電壓的設(shè)定并保持最佳的 基準(zhǔn)電壓且還支持燃?xì)忸愋偷牡凸牡牧黧w流測量裝置。
[0018] 用于解決問題的方案
[0019] 本發(fā)明的流體流測量裝置具備：第一振子和第二振子，該第一振子和第二振子設(shè) 置于流體管路，對超聲波信號進行發(fā)送和接收；發(fā)送單元，其對上述第一振子、上述第二振 子進行驅(qū)動；切換單元，其對上述第一振子、上述第二振子的發(fā)送和接收進行切換；放大單 元，其將上述第一振子、上述第二振子的接收信號放大；計時單元，其對上述超聲波信號的 重復(fù)發(fā)送和接收時的傳播時間的累積時間進行計時；計算單元，其根據(jù)上述計時單元計時 得到的時間來計算流速和/或流量；基準(zhǔn)比較單元，其將從上述放大單元輸出的接收信號 的電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較，在其大小關(guān)系反轉(zhuǎn)的時間點輸出信號；判斷單元，其在接收到 從上述基準(zhǔn)比較單元輸出的信號后，在判斷出從上述放大單元輸出的接收信號的電壓從正 變?yōu)樨?fù)的首個負(fù)零交叉點的時間點輸出信號；時間差計時單元，其對從上述發(fā)送單元輸出 信號起直到上述判斷單元輸出信號為止的時間差進行計時；基準(zhǔn)設(shè)定單元，其將使上述基 準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的最小電壓變化至最大電壓時的使上述時間差計時單元計時得到的時 間差急劇變化的多個值識別為峰值電壓，并且在多個上述峰值電壓中的任意的第一峰值電 壓的值與第二峰值電壓的值之比為規(guī)定值的情況下，將上述第一峰值電壓與上述第二峰值 電壓的規(guī)定的比的值設(shè)定為上述基準(zhǔn)電壓；時間差存儲單元，其在設(shè)定了上述基準(zhǔn)電壓時 存儲上述時間差計時單元計時得到的時間差；峰值存儲單元，其存儲上述基準(zhǔn)設(shè)定單元的 任意的第一峰值電壓的值和第二峰值電壓的值；以及基準(zhǔn)重設(shè)單元，其將使上述基準(zhǔn)電壓 從設(shè)定范圍的第一峰值電壓的值附近變化至第二峰值電壓的值附近時的使上述時間差計 時單元計時得到的時間差急劇變化的值重新識別為第一峰值電壓和第二峰值電壓，將上述 第一峰值電壓與上述第二峰值電壓的規(guī)定的比的值設(shè)定為上述基準(zhǔn)電壓，其中，如果在設(shè) 定上述基準(zhǔn)電壓后上述時間差計時單元計時得到的值與上述時間差存儲單元所存儲的值 之差為規(guī)定值以上，則使上述基準(zhǔn)設(shè)定單元再次設(shè)定上述基準(zhǔn)電壓。
[0020] 本發(fā)明也能夠作為流體流測量方法等來實施。
[0021] 發(fā)明的效果
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種迅速且高精度地進行基準(zhǔn)電壓的設(shè)定并保持最佳的基 準(zhǔn)電壓且還支持燃?xì)忸愋偷牡凸牡牧黧w流測量裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是實施方式1中的流體流測量裝置的框圖。
[0024] 圖2是說明該裝置的動作的圖。
[0025] 圖3是表示該裝置的初始設(shè)定時的增益調(diào)整方法的流程圖。
[0026] 圖4是表示該裝置的更新時的增益調(diào)整方法的流程圖。
[0027] 圖5是說明改變基準(zhǔn)電壓來檢測接收波的各波的峰值電壓的方法的圖。
[0028] 圖6是說明接收波的各波的峰值電壓之比的圖。
[0029] 圖7是將該裝置的初始設(shè)定時與更新時的增益調(diào)整的電壓設(shè)定范圍進行比較的 圖。
[0030] 圖8是實施方式2中的流體流測量裝置的框圖。
[0031] 圖9是表示該裝置的更新時的增益調(diào)整方法的流程圖。
[0032] 圖10是實施方式3中的流體流測量裝置的框圖。
[0033] 圖11是以往的流體流測量裝置的框圖。
[0034] 圖12是以往的流體流測量裝置的動作說明圖。
[0035] 圖13是以往的流體流測量裝置的放大單元的動作說明圖。

【具體實施方式】
[0036] 本發(fā)明的發(fā)明人們?yōu)榱颂峁┮环N迅速且高精度地進行基準(zhǔn)電壓的設(shè)定并保持最 佳的基準(zhǔn)電壓且還支持燃?xì)忸愋偷牡凸牡牧黧w流測量裝置而潛心地進行了研宄。其結(jié)果 得到以下的發(fā)現(xiàn)。
[0037] 首先，在專利文獻1的結(jié)構(gòu)中，假定采用如下的方式。
[0038] 圖13是表示放大后的接收信號與各設(shè)定電壓之間的關(guān)系的圖。在此，在重復(fù)進行 重復(fù)單元39所設(shè)定的次數(shù)的測量的過程中，事先對如圖13的用虛線表示的接收信號b所 示那樣接收信號的峰值電壓低于規(guī)定的電壓范圍的下限的次數(shù)以及同樣如圖13的用虛線 表示的接收信號c所示那樣超過規(guī)定的電壓范圍的上限的次數(shù)進行計數(shù)，按照其大小關(guān)系 調(diào)整下一次流量測量時的增益。
[0039] 例如，如果低于下限的次數(shù)多則提高增益，使得如圖13的用實線表示的接收信號 a那樣進入電壓范圍的上限與下限之內(nèi)。
[0040] 另外，與由放大單元36放大后的接收信號的電壓進行比較的基準(zhǔn)比較單元37的 基準(zhǔn)電壓用于確定由判斷單元38檢測的零交叉點的位置，以圖13為例，將基準(zhǔn)電壓設(shè)定為 接收信號的第二波與第三波的峰值電壓的中點的電壓以由判斷單元38檢測出接收信號的 第三波的零交叉點a。由此即使由于某些原因而接收信號的第二波的峰值電壓上升和/或 第三波的峰值電壓減少，也能夠針對雙方取余量而能夠由判斷單元38穩(wěn)定地檢測出第三 波的零交叉點a。
[0041] 作為在基準(zhǔn)比較單元37中與被放大為規(guī)定的振幅水平的接收信號進行比較的基 準(zhǔn)電壓的電壓設(shè)定方法，以往的流體流測量裝置多數(shù)使用了利用固定電阻器和半固定電阻 器來通過電阻分壓進行設(shè)定的方法。然而，在該方法中，在監(jiān)視基準(zhǔn)電壓的同時手動調(diào)節(jié)半 固定電阻器以產(chǎn)生規(guī)定的電壓，因此基準(zhǔn)電壓設(shè)定耗費時間，還有可能產(chǎn)生調(diào)整錯誤。
[0042] 并且，還存在由于調(diào)整后的經(jīng)年變化、受到機械振動、熱沖擊等而調(diào)整位置發(fā)生變 化的情況。而且，存在當(dāng)由于溫度變化、流量的變化和/或超聲波振子的經(jīng)年變化等而其靈 敏度發(fā)生變化時需要再次重新設(shè)定基準(zhǔn)電壓這樣的課題。
[0043] 并且，以往的流體流測量裝置是在測量過程中進行基準(zhǔn)電壓的調(diào)整，因此調(diào)整的 定時、頻率對測量的影響大。另外，在調(diào)整時一邊改變電壓一邊進行調(diào)整，因此處理多且頻 繁地進行處理使電池的消耗加快。
[0044] 另外，根據(jù)燃?xì)忸愋偷牟煌匦圆煌妷旱淖儎硬煌?，因此還存在調(diào)整次數(shù)變 多的燃?xì)忸愋汀?br> [0045] 為了解決所述課題，本發(fā)明的流體流測量裝置是使基準(zhǔn)設(shè)定單元的基準(zhǔn)電壓從預(yù) 先存儲的第一峰值電壓和第二峰值電壓的附近開始變化并重新識別峰值電壓位置，根據(jù)該 峰值電壓設(shè)定基準(zhǔn)電壓。
[0046] 另外，通過根據(jù)測量時間改變峰值間的比，能夠設(shè)定依照與燃?xì)忸愋偷奶匦韵鄳?yīng) 的比的基準(zhǔn)電壓值，通過按燃?xì)忸愋驮O(shè)定最佳的基準(zhǔn)電壓，能夠減少重新調(diào)整的次數(shù)。
[0047] 由此，基準(zhǔn)設(shè)定單元設(shè)定的基準(zhǔn)電壓根據(jù)超聲波信號的接收波而被設(shè)定在與相鄰 的兩個特定的接收波對應(yīng)的兩個峰值電壓之間。能夠形成為如下一種流體流測量裝置：無 需借助人手而迅速地進行設(shè)定為使時間差計時單元計時得到的時間差最佳的基準(zhǔn)電壓的 設(shè)定動作，并且將基準(zhǔn)電壓持續(xù)地保持最佳。
[0048] 第一發(fā)明是一種流體流測量裝置，具備：第一振子和第二振子，該第一振子和第二 振子設(shè)置于流體管路，對超聲波信號進行發(fā)送和接收；發(fā)送單元，其對上述第一振子、上述 第二振子進行驅(qū)動；切換單元，其對上述第一振子、上述第二振子的發(fā)送和接收進行切換； 放大單元，其將上述第一振子、上述第二振子的接收信號放大；計時單元，其對上述超聲波 信號的重復(fù)發(fā)送和接收時的傳播時間的累積時間進行計時；計算單元，其根據(jù)上述計時單 元計時得到的時間來計算流速和/或流量；基準(zhǔn)比較單元，其將從上述放大單元輸出的接 收信號的電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較，在其大小關(guān)系反轉(zhuǎn)的時間點輸出信號；判斷單元，其在 接收到從上述基準(zhǔn)比較單元輸出的信號后，在判斷出從上述放大單元輸出的接收信號的電 壓從正變?yōu)樨?fù)的首個負(fù)零交叉點的時間點輸出信號；時間差計時單元，其對從上述發(fā)送單 元輸出信號起直到上述判斷單元輸出信號為止的時間差進行計時；基準(zhǔn)設(shè)定單元，其將使 上述基準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的最小電壓變化至最大電壓時的使上述時間差計時單元計時得 到的時間差急劇變化的多個值識別為峰值電壓，并且在多個上述峰值電壓中的任意的第一 峰值電壓的值與第二峰值電壓的值之比為規(guī)定值的情況下，將上述第一峰值電壓與上述第 二峰值電壓的規(guī)定的比的值設(shè)定為上述基準(zhǔn)電壓；時間差存儲單元，其在設(shè)定了上述基準(zhǔn) 電壓時存儲上述時間差計時單元計時得到的時間差；峰值存儲單元，其存儲上述基準(zhǔn)設(shè)定 單元的任意的第一峰值電壓的值和第二峰值電壓的值；以及基準(zhǔn)重設(shè)單元，其將使上述基 準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的第一峰值電壓的值附近變化至第二峰值電壓的值附近時的使上述時 間差計時單元計時得到的時間差急劇變化的值重新識別為第一峰值電壓和第二峰值電壓， 將上述第一峰值電壓與上述第二峰值電壓的規(guī)定的比的值設(shè)定為上述基準(zhǔn)電壓，其中，如 果在設(shè)定上述基準(zhǔn)電壓后上述時間差計時單元計時得到的值與上述時間差存儲單元所存 儲的值之差為規(guī)定值以上，則使上述基準(zhǔn)設(shè)定單元再次設(shè)定上述基準(zhǔn)電壓。通過所述結(jié)構(gòu) 能夠形成為迅速且高精度地進行基準(zhǔn)電壓的設(shè)定并能夠針對超聲波的接收信號的變動設(shè) 定為最穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓的流體流測量裝置。
[0049] 第二發(fā)明為，特別是在第一發(fā)明中，還具備電壓比判斷單元，該電壓比判斷單元根 據(jù)上述時間差存儲單元的時間差來決定基準(zhǔn)設(shè)定單元的上述第一峰值電壓與上述第二峰 值電壓的比值的關(guān)系。在所述結(jié)構(gòu)中，通過根據(jù)時間差存儲單元的時間差來變更比值，能夠 設(shè)定與流體的特性對應(yīng)的比，能夠進行更穩(wěn)定的測量。
[0050] 第三發(fā)明為，特別是在第一發(fā)明或第二發(fā)明中，還具備測量溫度的溫度測量單元， 在由上述溫度測量單元測量出的溫度的變動為某固定程度以上的情況下，進行上述基準(zhǔn)電 壓的調(diào)整動作。在所述結(jié)構(gòu)中，通過還根據(jù)取決于溫度的特性變化進行調(diào)整，能夠設(shè)定穩(wěn)定 的基準(zhǔn)電壓。
[0051] 第四發(fā)明為，特別是在第一?第三發(fā)明中的任一個發(fā)明中，在調(diào)整上述放大單元 的放大率后上述基準(zhǔn)設(shè)定單元進行上述基準(zhǔn)電壓的變更。通過所述結(jié)構(gòu)能夠形成為如下 一種流體流測量裝置：基準(zhǔn)重設(shè)單元將基準(zhǔn)電壓的設(shè)定范圍限定在特定的波的峰值電壓之 間，該特定的波的峰值電壓是調(diào)整了流體流測量裝置主體的放大率時將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在接 收波的特定的波之間時的特定的波的峰值電壓，由此即使由于流量測量中的超聲波的接收 信號的變動而基準(zhǔn)電壓與峰值電壓的大小關(guān)系被破壞，也由于在調(diào)整放大率后重新設(shè)定基 準(zhǔn)電壓而能夠保持最佳的基準(zhǔn)電壓。
[0052] 第五發(fā)明為，特別是在第一?第四發(fā)明中的任一個發(fā)明中，還具備時間差存儲單 元，該時間差存儲單元根據(jù)計時單元的累積時間求出上述時間差存儲單元的存儲值。在所 述結(jié)構(gòu)中，通過對計時時間求平均能夠進行精度更高的流體判斷。
[0053] 下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施的方式。此外，本發(fā)明不限定于該實施方式。
[0054] (實施方式1)
[0055] 圖1表示實施方式1中的流體流測量裝置的框圖。圖2和圖5是該實施方式的流 體流測量裝置的動作說明圖，圖3和圖4是其流程圖。
[0056] 在圖1中，在流路1的中途將發(fā)送超聲波的第一超聲波振子2(第一振子）和接收 超聲波的第二超聲波振子3 (第二振子）配置成超聲波的傳播路徑相對于流動方向形成角 度9。
[0057] 流路1例如能夠設(shè)為流路截面為矩形狀的流路。流體不被特別地限定，例如能夠 設(shè)為燃料氣體等氣體。
[0058] 從發(fā)送單元5輸出的驅(qū)動信號被輸出到通過切換單元4選擇為發(fā)送側(cè)的第一超聲 波振子2或第二超聲波振子3。另外，將由通過切換單元4選擇為接收側(cè)的第一超聲波振 子2或第二超聲波振子3接收到的信號通過放大單元6以遵照來自控制單元12的指示的 增益進行放大，由基準(zhǔn)比較單元7將放大后的信號與基準(zhǔn)電壓進行比較并輸出信號。
[0059] 切換單元4、發(fā)送單元5、放大單元6、基準(zhǔn)比較單元7以及控制單元12例如能夠由 邏輯IC構(gòu)成。
[0060] 由判斷單元8根據(jù)基準(zhǔn)比較單元7的輸出和由放大單元6放大后的接收信號來判 斷超聲波的到達時期，重復(fù)單元9對判斷單元8的信號進行計數(shù)并以預(yù)先設(shè)定的次數(shù)向控 制單元12重復(fù)輸出信號。計時單元10對由重復(fù)單元9計數(shù)出預(yù)先設(shè)定的次數(shù)的時間進行 計時，流量計算單元（計算單元）11根據(jù)計時單元10計時得到的時間檢測流體的流速，再 考慮管路的大小、流的狀態(tài)來計算流量。
[0061] 判斷單元8、重復(fù)單元9、計時單元10以及流量計算單元（計算單元）11例如能夠 由邏輯IC構(gòu)成。
[0062] 另外，控制單元12接收來自流量計算單元11和重復(fù)單元9的信號并控制發(fā)送單 元5和放大單元6的動作。時間差計時單元13對發(fā)送單元5的輸出與判斷單元8的輸出 的時間差進行計時，基準(zhǔn)設(shè)定單元14設(shè)定基準(zhǔn)比較單元7的基準(zhǔn)電壓且按照規(guī)定的電壓比 設(shè)定接收信號的第三波與第四波的峰值電壓的中間電壓。時間差存儲單元15存儲基準(zhǔn)設(shè) 定單元14設(shè)定了基準(zhǔn)電壓后的時間差計時單元13計時得到的時間差。
[0063] 時間差計時單元13、基準(zhǔn)設(shè)定單元14以及時間差存儲單元15例如能夠由邏輯IC 構(gòu)成。
[0064] 峰值存儲單元16存儲基準(zhǔn)設(shè)定單元14中使用過的接收信號的第二波和第三波的 峰值電壓，基準(zhǔn)重設(shè)單元17在時間差存儲單元15中的時間差為規(guī)定程度以上的情況下再 次設(shè)定基準(zhǔn)電壓。
[0065] 峰值存儲單元16例如能夠由邏輯IC構(gòu)成。
[0066] 基準(zhǔn)重設(shè)單元17例如能夠由邏輯IC構(gòu)成。
[0067] 下面，關(guān)于如以上那樣構(gòu)成的流體流測量裝置，說明其動作、作用。
[0068] 首先，控制單元12通過未圖示的用于模式切換的輸入來在制造工序時以制造工 序?qū)Ｓ玫哪Ｊ介_始如下動作。
[0069] 在接通電源后，控制單元12設(shè)定臨時的基準(zhǔn)電壓以用于增益調(diào)整（圖3的步驟 1)。增益調(diào)整如圖2所示那樣例如是以使作為接收波的最大振幅的第五波的峰值電壓成為 規(guī)定的電壓值的方式調(diào)整并設(shè)定增益，此時的基準(zhǔn)電壓只要高于第一波的峰值電壓并低于 第五波的峰值電壓，則可以是任何值的電壓。
[0070] 另外，在增益調(diào)整中，基準(zhǔn)電壓是固定的。這是為了防止由于變更基準(zhǔn)電壓而基準(zhǔn) 電壓變?yōu)榈谖宀ǖ姆逯惦妷阂陨匣蛘咦優(yōu)榈谝徊ǖ姆逯惦妷阂韵露鶞?zhǔn)比較單元7和判 斷單元8變得不正確地進行動作。
[0071] 流體流測量裝置的增益調(diào)整本身能夠設(shè)為與以往的例子相同，因此在本實施方式 中省略其說明。
[0072] 首先，在調(diào)整增益以使由接收側(cè)的第二超聲波振子3接收到的信號成為固定振幅 之后（步驟2)，基準(zhǔn)設(shè)定單元14將基準(zhǔn)電壓設(shè)定為設(shè)定范圍的最小電壓（步驟3)。
[0073] 在設(shè)定為最低的基準(zhǔn)電壓之后，控制單元12將重復(fù)單元9的重復(fù)次數(shù)設(shè)定為1 次，使發(fā)送單元5進行動作來通過第一超聲波振子2發(fā)送超聲波信號（步驟4)。
[0074] 通過第一超聲波振子2發(fā)送的超聲波信號在流路1的流中傳播，被第二超聲波振 子3接收，通過放大單元6放大后輸出至基準(zhǔn)比較單元7和判斷單元8。
[0075] 圖2表示放大后的接收信號，如圖2所示，時間差計時單元13當(dāng)接收到作為計時 開始定時的來自發(fā)送單元5的輸出信號E時，開始計時（步驟5)，基準(zhǔn)比較單元7將放大單 元6的輸出（接收信號A)與基準(zhǔn)電壓進行比較（圖3的步驟6)，在其大小關(guān)系反轉(zhuǎn)的時刻 (定時c)將輸出信號C輸出至?xí)r間差計時單元13和判斷單元8。
[0076] 判斷單元8將定時c以后的放大單元6輸出的符號從正變?yōu)樨?fù)的首個負(fù)的零交叉 點a判斷為超聲波的到達點（步驟7)，并將輸出信號D輸出至重復(fù)單元9和時間差計時單 元13〇
[0077] 時間差計時單元13當(dāng)接收到該判斷單元8的輸出信號D時結(jié)束計時（步驟8)，將 計時得到的時間差Td(即，從超聲波的發(fā)送開始直到零交叉點c為止的時間）輸出至基準(zhǔn) 設(shè)定單元14。
[0078] 基準(zhǔn)設(shè)定單元14使基準(zhǔn)電壓增加基準(zhǔn)電壓的可變范圍的1個控制單位的量（例 如2mV)(步驟9)。
[0079] 由于對重復(fù)單元9設(shè)定的重復(fù)次數(shù)是1次，因此從重復(fù)單元9對控制單元12輸入 表示重復(fù)動作已結(jié)束這種意思的信號，控制單元12再次使發(fā)送單元5進行動作，通過第一 超聲波振子2發(fā)送超聲波信號。
[0080] 然后，重復(fù)到目前為止的動作直到基準(zhǔn)設(shè)定單元14將基準(zhǔn)電壓設(shè)定為基準(zhǔn)電壓 的設(shè)定范圍的最大電壓為止。
[0081] 當(dāng)基準(zhǔn)設(shè)定單元14的直到設(shè)定為基準(zhǔn)電壓的最大電壓的設(shè)定結(jié)束時，在基準(zhǔn)設(shè) 定單元14使基準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的最小電壓變化至最大電壓的期間，存在多個時間差計 時單元13計時得到的時間差大幅變化的拐點。
[0082] 使用圖5和圖6說明存在多個該拐點的情形。圖5是表示基準(zhǔn)設(shè)定單元14使基 準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的最小電壓變化至最大電壓時的基準(zhǔn)電壓和從來自基準(zhǔn)比較單元7的 輸出信號C的輸出時間點（S卩，定時c)至零交叉點a的時間（以后記為時間A)的圖。
[0083] 關(guān)于時間A，在基準(zhǔn)電壓處于峰值電壓附近（圖6中的各個峰值pl、p2、p3、· · ·） 的情況下，時間最小（與Pl、p2、p3、· · ·對應(yīng)地分別設(shè)為Tpl、Tp2、Tp3、· · ·），其值為 超聲波的周期的大約1/4 (在驅(qū)動頻率是500ΚΗζ的情況下，為500ns)。
[0084] 此后使基準(zhǔn)電壓增加，當(dāng)超過各波的峰值電壓時，該時間A急劇變大，如圖5所示 那樣表現(xiàn)為時間A的拐點（時間A最小的Tpl、Tp2、Tp3、· · ·）。而且，該時間A如圖5 所示那樣在拐點處變化了 1. 3倍以上。
[0085] 例如在基準(zhǔn)電壓處于第二波的峰值ρ2附近（但未超過ρ2)的情況至超過了第二 波的峰值電壓Ρ2的情況下，拐點為Τρ2。這意味著形成時間差的拐點的基準(zhǔn)電壓為接收信 號的各波的峰值電壓附近的電壓。
[0086] 通過實驗確認(rèn)了這些峰值電壓之比不取決于流路和傳感器而為大致固定的值。例 如圖6所示那樣是第一波的峰值電壓pi與第二波的峰值電壓ρ2之比p2/pl ~ 2. 5、第二波 的峰值電壓Ρ2與第三波的峰值電壓ρ3之比ρ3/ρ2?1. 8以及第三波的峰值電壓ρ3與第 四波的峰值電壓ρ4之比ρ4/ρ3 ~ 1. 3這樣的情況。
[0087] 這樣，由于各波的峰值電壓之比示出固定的值，因此能夠識別接收波的各波。也就 是說，某峰值電壓與前一個（基準(zhǔn)電壓低的方向的前一個）峰值電壓之比為2.5倍左右的 峰值電壓是第二波的峰值電壓，某峰值電壓與前一個（基準(zhǔn)電壓低的方向的前一個）峰值 電壓之比為1. 8倍左右的峰值電壓是第三波的峰值電壓。
[0088] 基準(zhǔn)設(shè)定單元14如以上那樣確認(rèn)峰值電壓之比，根據(jù)該峰值電壓比來識別接收 波的特定的波（第二波和第三波）的峰值電壓，將基準(zhǔn)電壓設(shè)定為以該特定的波（第二波、 第三波）的峰值電壓的規(guī)定比求出的Vref (圖3的步驟11)。
[0089] 然后，時間差存儲單元15存儲將基準(zhǔn)電壓設(shè)定為該特定的波（第二波、第三波） 的峰值電壓的規(guī)定比的Vref之后由時間差計時單元13計時得到的時間差，另外，基準(zhǔn)設(shè)定 單元存儲第二波的峰值電壓和第三波的峰值電壓（基準(zhǔn)電壓的設(shè)定范圍）（步驟12)，從而 結(jié)束制造工序?qū)Ｓ玫哪Ｊ健?br> [0090] 通過存儲第二波的峰值電壓和第三波的峰值電壓，來存儲能夠檢測用于檢測制造 工序時的超聲波信號的到達時間的點（例如圖2中的第三波的負(fù)的零交叉點a)的基準(zhǔn)電 壓的可設(shè)定范圍。
[0091] 將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在第二波的峰值電壓與第三波的峰值電壓之間的意圖如下所述。 即，如果在峰值電壓的寬度最寬的基準(zhǔn)電壓范圍（在圖6中為第二波的峰值電壓至第三波 的峰值電壓的范圍）內(nèi)設(shè)定基準(zhǔn)電壓，則設(shè)定在接收信號的各波的峰值電壓差最大的部 分。例如，在圖5中如果將基準(zhǔn)電壓設(shè)定為第二波、第三波的峰值電壓的規(guī)定比的VrefJJ 能夠在第二波和第三波的峰值電壓與基準(zhǔn)電壓之間取大的余量。在此，第二波、第三波的峰 值電壓的規(guī)定比用（Vref-P2) : (P3-Vref)表示，例如對Vref進行設(shè)定以使該比為55:45。 因此，對于接收信號的電壓變動，判斷單元8能夠最穩(wěn)定地檢測超聲波的接收信號的到達 時間。另外，也能夠以第三波和第四波的峰值進行測量，在該情況下，雖然范圍窄，但零交叉 點a處的傾斜變得陡峭，因此能夠進行更高精度的測量。
[0092] 而且，當(dāng)在制造工序中設(shè)定基準(zhǔn)電壓后在流體流測量裝置的設(shè)置現(xiàn)場通過未圖示 的用于模式切換的輸入而控制單元12切換為普通模式之后接通電源時，流體流測量裝置 如下面那樣開始進行動作。
[0093] 首先，在調(diào)整增益以使由接收側(cè)的超聲波振子接收到的信號成為固定振幅之后 (如果已經(jīng)通過流量測量進行了調(diào)整，則可以省略該動作）（圖4的步驟21)，在測量中的時 間差計時單元13的值超過規(guī)定的時間的情況下、或時間差計時單元13計時得到的值與時 間差存儲單元15所存儲的值的差為規(guī)定值以上的情況下，通過圖4說明開始進行基準(zhǔn)重設(shè) 動作之后的基準(zhǔn)重設(shè)單元17的動作。
[0094] 當(dāng)開始進行動作時，基準(zhǔn)重設(shè)單元17設(shè)定為所存儲的第二波峰值附近的電壓，控 制單元12使發(fā)送單元5進行動作來通過第一超聲波振子2發(fā)送超聲波信號（步驟22)，利 用使時間差計時單元13計時得到的時間差突然變大的電壓來更新第二波的峰值電壓（步 驟23、24)。同樣地從第三波的峰值電壓附近開始設(shè)定電壓并更新第三波的峰值電壓（步驟 25、26、27)。
[0095] 圖7圖示了基準(zhǔn)電壓更新時的電壓測量的范圍，可知與在制造工序中進行的初始 時的從電壓測量的最小電壓至最大電壓的范圍相比，在設(shè)置時進行更新的更新時的電壓測 量的范圍非常小。
[0096] 根據(jù)所得到的第二波-第三波的峰值電壓再次求出規(guī)定比的電壓來設(shè)定基準(zhǔn)電 壓，并更新時間差存儲單元的時間（步驟28)。此后，轉(zhuǎn)移至流速測量和流量運算的處理。
[0097] 也就是說，如果被測流體、結(jié)構(gòu)部件的特性等條件與在制造時在時間差存儲單元 15中進行存儲時沒有變化，則增益調(diào)整后的接收波與基準(zhǔn)電壓的關(guān)系沒有變化，從而存儲 在時間差存儲單元15中的時間差與測量時的時間差相同。但是，在由于某些原因而兩個時 間差相差規(guī)定值以上的情況下，重新進行基準(zhǔn)電壓的設(shè)定。
[0098] 如上所述，在重新設(shè)定基準(zhǔn)時，僅使基準(zhǔn)電壓從第三波和第四波的峰值電壓附近 開始變化來重新識別峰值電壓，由此能夠縮短調(diào)整時間，能夠在流量測量過程中不使流量 測量中斷而在短時間內(nèi)進行基準(zhǔn)電壓的重設(shè)。
[0099] 即，本實施方式的流體流測量裝置具有基準(zhǔn)設(shè)定單元，該基準(zhǔn)設(shè)定單元使基準(zhǔn)電 壓從最小向最大變化，根據(jù)當(dāng)時的時間差計時單元計時得到的時間差大幅變化的多個拐點 來識別接收波的各波的峰值電壓，根據(jù)峰值電壓的比將基準(zhǔn)電壓自動地設(shè)定為特定的兩個 波的峰值電壓間的任意點，其中，在重新設(shè)定基準(zhǔn)時，僅使基準(zhǔn)電壓從這兩個波的峰值電壓 附近開始變化來重新識別峰值電壓，由此能夠縮短調(diào)整時間，能夠在流量測量過程中不使 流量測量中斷而在短時間內(nèi)進行基準(zhǔn)電壓的重設(shè)。
[0100] 因而，能夠形成如下一種流體流測量裝置：能夠不借助人手而迅速地進行基準(zhǔn)電 壓的設(shè)定，并且在設(shè)定后進行流量測量時也能夠在測量空閑時在短時間內(nèi)且省電地將基準(zhǔn) 電壓保持為最佳的電壓。
[0101] (實施方式2)
[0102] 接著，使用圖8、圖9說明第二實施方式。
[0103] 圖8是該實施方式的框圖，圖9是基準(zhǔn)重設(shè)時的流程圖。
[0104] 與實施方式1的不同點在于，具備電壓比判斷單元18,該電壓比判斷單元18在圖 9中根據(jù)由時間差計時單元13測量出的時間差，利用預(yù)先設(shè)定或存儲的表對基準(zhǔn)重設(shè)單元 17設(shè)定規(guī)定比（步驟32)。
[0105] 電壓比判斷單元18例如能夠由邏輯IC構(gòu)成。
[0106] 該電壓比判斷單元18例如對基準(zhǔn)重設(shè)單元17進行如下設(shè)定：如果由時間差計時 單元13測量出的時間為200 μ s以上，則將峰值電壓間的50%的電壓設(shè)定為基準(zhǔn)電壓，如果 小于200 μ，則將峰值電壓間的75%的電壓設(shè)定為基準(zhǔn)電壓等。
[0107] (實施方式3)
[0108] 接著，使用圖10說明第三實施方式。
[0109] 本實施方式與實施方式1、實施方式2的不同點在于具有溫度測量單元19。
[0110] 對于時間差，使用將計時單元10的累積時間除以重復(fù)次數(shù)得到的平均值并存儲 到時間差存儲單元15中。另外，能夠?qū)⒃撈骄凳褂糜陔妷罕扰袛鄦卧?8中。
[0111] 另外，能夠由控制單元利用溫度測量單元19定期地測量溫度，在為規(guī)定溫度差以 上時指示基準(zhǔn)重設(shè)單元17進行重新判斷動作。
[0112] 溫度測量單元19例如能夠由邏輯IC構(gòu)成。
[0113] 如上所述，在本實施方式中，能夠形成如下一種流體流測量裝置：能夠不借助人手 而迅速地進行基準(zhǔn)電壓的設(shè)定，并且在設(shè)定后也能夠在流量測量時將基準(zhǔn)電壓保持為最佳 的電壓。并且，能夠事先存儲峰值電壓，在峰值電壓附近更新峰值電壓，因此能夠縮短時間， 并能夠在流量測量中的空閑時更新基準(zhǔn)電壓，從而作為系統(tǒng)能夠高精度地進行測量。
[0114] 另外，通過形成保存有用于執(zhí)行本實施方式的流體流測量裝置的動作的程序的記 錄介質(zhì)，還能夠靈活地應(yīng)對控制單元12、基準(zhǔn)設(shè)定單元14所使用的規(guī)定比率及重復(fù)單元9 所使用的重復(fù)次數(shù)等設(shè)定值的變更、超聲波振子的變更以及經(jīng)年變化等。
[0115] 根據(jù)上述說明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的很多改進、其它的實施方式是 顯而易見的。因而，上述說明應(yīng)被解釋為僅是例示，是為了向本領(lǐng)域技術(shù)人員教導(dǎo)執(zhí)行本發(fā) 明的優(yōu)選方式而提供的。能夠不脫離本發(fā)明的精神地實質(zhì)地變更其構(gòu)造和/或功能的詳細(xì) 內(nèi)容。
[0116] 產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0117] 如上所述，本發(fā)明所涉及的流體流測量裝置能夠迅速且高精度地進行基準(zhǔn)電壓的 設(shè)定，因此能夠應(yīng)用于燃?xì)?、水等流體的流速、流量等的測量。
[0118] 附圖標(biāo)記說明
[0119] 1 :流路；2 :第一超聲波振子（第一振子）；3 :第二超聲波振子（第二振子）；4 :切 換單元；5 :發(fā)送單元；6 :放大單元；7 :基準(zhǔn)比較單元；8 :判斷單元；9 :重復(fù)單元；10 :計時 單元；11 :流量計算單元（計算單元）；12 :控制單元；13 :時間差計時單元；14 :基準(zhǔn)設(shè)定單 元；15 :時間差存儲單元；16 :峰值存儲單元；17 :基準(zhǔn)重設(shè)單元；18 :電壓比判斷單元；19 : 溫度測量單元。
【權(quán)利要求】
1. 一種流體流測量裝置，具備： 第一振子和第二振子，該第一振子和第二振子設(shè)置于流體管路，對超聲波信號進行發(fā) 送和接收； 發(fā)送單元，其對上述第一振子、上述第二振子進行驅(qū)動； 切換單元，其對上述第一振子、上述第二振子的發(fā)送和接收進行切換； 放大單元，其將上述第一振子、上述第二振子的接收信號放大； 計時單元，其對上述超聲波信號的重復(fù)發(fā)送和接收時的傳播時間的累積時間進行計 時； 計算單元，其根據(jù)上述計時單元計時得到的時間來計算流速和/或流量； 基準(zhǔn)比較單元，其將從上述放大單元輸出的接收信號的電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較，在 其大小關(guān)系反轉(zhuǎn)的時間點輸出信號； 判斷單元，其在接收到從上述基準(zhǔn)比較單元輸出的信號后，在判斷出從上述放大單元 輸出的接收信號的電壓從正變?yōu)樨?fù)的首個負(fù)零交叉點的時間點輸出信號； 時間差計時單元，其對從上述發(fā)送單元輸出信號起直到上述判斷單元輸出信號為止的 時間差進行計時； 基準(zhǔn)設(shè)定單元，其將使上述基準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的最小電壓變化至最大電壓時的使上 述時間差計時單元計時得到的時間差急劇變化的多個值識別為峰值電壓，并且在多個上述 峰值電壓中的任意的第一峰值電壓的值與第二峰值電壓的值之比為規(guī)定值的情況下，將上 述第一峰值電壓與上述第二峰值電壓的規(guī)定的比的值設(shè)定為上述基準(zhǔn)電壓； 時間差存儲單元，其在設(shè)定了上述基準(zhǔn)電壓時存儲上述時間差計時單元計時得到的時 間差； 峰值存儲單元，其存儲上述基準(zhǔn)設(shè)定單元的任意的第一峰值電壓的值和第二峰值電壓 的值；以及 基準(zhǔn)重設(shè)單元，其將使上述基準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的第一峰值電壓的值附近變化至第二 峰值電壓的值附近時的使上述時間差計時單元計時得到的時間差急劇變化的值重新識別 為第一峰值電壓和第二峰值電壓，將上述第一峰值電壓與上述第二峰值電壓的規(guī)定的比的 值設(shè)定為上述基準(zhǔn)電壓， 其中，如果在設(shè)定上述基準(zhǔn)電壓后上述時間差計時單元計時得到的值與上述時間差存 儲單元所存儲的值之差為規(guī)定值以上，則使上述基準(zhǔn)設(shè)定單元再次設(shè)定上述基準(zhǔn)電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流測量裝置，其特征在于， 還具備電壓比判斷單元，該電壓比判斷單元根據(jù)上述時間差存儲單元的時間差來決定 基準(zhǔn)設(shè)定單元的上述第一峰值電壓與上述第二峰值電壓的比值的關(guān)系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體流測量裝置，其特征在于， 還具備測量溫度的溫度測量單元，在由上述溫度測量單元測量出的溫度的變動為某固 定程度以上的情況下，進行上述基準(zhǔn)電壓的調(diào)整動作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項所述的流體流測量裝置，其特征在于， 在調(diào)整上述放大單元的放大率后上述基準(zhǔn)設(shè)定單元進行上述基準(zhǔn)電壓的變更。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任一項所述的流體流測量裝置，其特征在于， 還具備時間差存儲單元，該時間差存儲單元根據(jù)計時單元的累積時間求出上述時間差 存儲單元的存儲值。
【文檔編號】G01F1/66GK104428637SQ201380034439
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】木場康雄, 竹村晃一, 渡邊葵, 藤井裕史 申請人:松下知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會社