JP4825367B2 - Ultrasonic flow meter - Google Patents

Ultrasonic flow meter Download PDF

Info

Publication number
JP4825367B2
JP4825367B2 JP2001175738A JP2001175738A JP4825367B2 JP 4825367 B2 JP4825367 B2 JP 4825367B2 JP 2001175738 A JP2001175738 A JP 2001175738A JP 2001175738 A JP2001175738 A JP 2001175738A JP 4825367 B2 JP4825367 B2 JP 4825367B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transmission
positive
time
wave
reception
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001175738A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002365111A5 (en
JP2002365111A (en
Inventor
徳行 鍋島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aichi Tokei Denki Co Ltd
Original Assignee
Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aichi Tokei Denki Co Ltd filed Critical Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority to JP2001175738A priority Critical patent/JP4825367B2/en
Publication of JP2002365111A publication Critical patent/JP2002365111A/en
Publication of JP2002365111A5 publication Critical patent/JP2002365111A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4825367B2 publication Critical patent/JP4825367B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】
図15に示すように、流体中に距離Lを離して流管3の上流と下流に配置した1組の超音波送受波器の一方の送受波器1から他方の送受波器2へ超音波を送信したときの順方向伝播時間と、送受波器2から送受波器1へ超音波を送信したときの逆方向伝播時間とから流体の流速Vを求め、流量を演算している。
【0003】
上述の測定原理において、超音波が受信側の送受波器に到達する時期、つまり到達時点を特定する受信検知の方法として、特定波のゼロクロス点を検知するようにしたものがある。図16は発信のタイミングを示す発信駆動信号と受信波を示している。実際の受信波は非常に小さく、先ず増幅される。同図の受信波は増幅後の波形を示している。
【0004】
aが到達時点で、徐々に振幅が大きくなる。その後最大振幅となり徐々に小さくなる。ところが到達時点aはノイズに隠れて検知できない。そこで、次のような方法が行われている。
【0005】
ノイズより十分大きな基準電圧レベル(単に基準レベルともいう)としてのしきい値VTHを決め、このレベルに最初に達した波、例えば同図の第3波がb点でしきい値に達した後ゼロレベルを通るゼロクロスポイントcを検知して受信検知とする方法である。
【0006】
しきい値VTHは常に何番目かのある特定の波(例えば第3波)のゼロクロスポイントを検知するように定めてあり、実際の伝播時間tは、a点からc点までの時間τを予め求めて記憶しておき、測定した時間t+τに相当する値から時間τを減算することにより求めている。
【0007】
受信検知のときに特定番目の波(即ち前記特定波)と判断する方法としては、前述のように一定の基準レベルを最初に越えた波が特定番目の波であるとする方法の他に、2つの基準レベルを用意し、そのうちの低い方の基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波が一気にもう1つの基準レベルも越えたときに、その波が特定番目の波であると判断する方法も公知である(特開平10−332452号公報、特開2000−283812号公報)。
【0008】
送信から受信までの順方向伝播時間や逆方向伝播時間を求めるのに、単純に測定した到達時間t+τから時間τを減ずるのではなく、伝播時間計測の精度を向上するために、受信すると同時に次の送信を同じ方向に行うことを複数回(n−1回)繰り返すことにより、一方向、例えば順方向の送受信をn回連続して繰り返して、最初(第1回目)の順方向送信から最後(第n回目)の受信までの時間、つまり到達時間のn倍をまとめて測定し、次に他方向、例えば逆方向への送受信を同様にしてn回連続して繰り返して、最初の逆方向送信から最後の受信までの時間、つまり到達時間のn倍をまとめて測定し、これらの各方向の複数回の送受信で得た測定値からnτを減じ、各方向の伝播時間を計算して流速更に流量を求める超音波流量計も公知である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際の受信波は前記図16に示すような綺麗な波形ではなくて、図1のようになっている。超音波パルスのある送信(発信)に対する受信波は、送信時点から主に送受波器間の距離と音速で決まる時間経過後に急に大きく立ち上がる形で大きく現れ、それが徐々に小さくなる。最初の大きい部分が丸く囲んで符号Aを付けた本来の信号部で、その後に続く徐々に振幅が小さくなる部分は、丸く囲んで符号Bを付けた残響(尾引ともいう)である。そして、送信時点から、送信時点と信号部Aまでの時間間隔の約3倍の時間が経過したところには、受信側送受波器で反射した超音波が発信側の送受波器で再び反射して再度受信側送受波器に届いた小さな受信波が現れる。この小さな受信波は丸く囲んで符号Cを付けた部分で1.5往復波と呼ぶことにする。
【0010】
以上は送信を1回だけ行った場合である。到達時間測定の精度を向上させるために、受信とともに次の送信を行うことを複数回繰り返し、到達時間の複数倍をまとめて測定する場合には、これらがノイズとなり(残響ノイズ、1.5往復ノイズと呼ぶことにする)測定に影響を及ぼす。
【0011】
つまり、残響ノイズは十分に小さくなりきっていないため、次の受信(ゼロクロスポイント)に、1.5往復ノイズは次の次の受信(ゼロクロスポイント)に悪影響を及ぼす。特に送受波器間の距離Lの小さい小型の流量計では、これらのノイズが信号(受信波)に比べて無視できないため、大きな障害となっていた。
【0012】
図2は、狙った特定番目の波のゼロクロスポイント付近を拡大したものである。受信波はノイズに比べて大きいため、図のように表すことができる。ノイズが乗った実際の受信波では、ゼロクロスポイントが真の時点(ゼロクロスポイント)からずれて誤差を発生する。この図ではノイズをプラス側にしたが当然マイナス側もあり得る。
【0013】
前述のように送受信を連続して繰り返す場合、第1回目の受信時は残響ノイズも1.5往復ノイズもないため、真の受信波そのものが受信でき、ゼロクロスポイントも真のゼロクロスポイントが検知できる。しかし、2回目の受信以降からは残響ノイズ、更に3回目の受信以降は1.5往復ノイズも真の受信波と一緒に受信することになる。しかもこれらのノイズは送信と同期しているため、真の受信波とも同期することになり、いつも真の受信波に対して同じ位相関係で現れる。
【0014】
図2では、この2つのノイズを合わせてノイズとして表した。結局、このノイズにより送受波器には真の受信波+ノイズが受信されることになり、ゼロクロスポイントは真のゼロクロスポイントよりずれることになる。この誤差は、特に微少流量において大きな流量誤差になり、超音波流量計の精度向上に対する大きな障害となっていた。仮にノイズの極性が図2の場合と比べて逆である(即ち、位相角が180度異なる)と、図3のようになって、ゼロクロスポイントの誤差も図2の誤差の極性を逆にした値となる。
【0015】
再び図1で説明する。これは、ある1回の送信に対する受信波を模式的に表し、送信に同期しないノイズは省いたものである。この信号部A,残響B及び1.5往復波Cの形状は、温度等が変化しない短時間の間は毎回ほとんど同じ形で現れ、更に送信の駆動を電圧、パルス幅を変えずに極性のみを逆にすると、信号部Aだけでなく残響B、1.5往復波Cも180℃異なる位相角(波高値等は同じで極性のみ逆)となることが実験等で確認されている。
【0016】
そこで、本発明は残響や1.5往復波に起因するノイズによる前記の障害を解消できる超音波流量計を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
図2,3の真の受信波のみ極性を逆にすると、狙った特定番目の波はマイナス側に現れ、図4,5のようになり、誤差の絶対値は同じで極性のみ逆になる。このような現象を活用してノイズによる誤差を相殺するようにしたのが本発明である。
【0018】
仮に狙った波がプラス側に現れるように送信側の送受波器を駆動する場合を正の駆動とし、狙った波がマイナス側に現れるように送信側の送受波器を駆動する場合を負の駆動としたとき、以下のことが言える。
【0019】
正の駆動による受信点に与える正の駆動による残響ノイズの影響(誤差)を+α(図2)とすると、正の駆動による受信点に与える負の駆動による残響ノイズの影響は−α(図3)、負の駆動による受信点に与える正の駆動による残響ノイズの影響は−α(図4)、負の駆動による受信点に与える負の駆動による残響ノイズの影響は+α(図5)となる。
【0020】
また、正の駆動による受信点に与える正の駆動による1.5往復ノイズの影響(誤差)を+β(図2)とすると、正の駆動による受信点に与える負の駆動による1.5往復ノイズの影響は−β(図3)、負の駆動による受信点に与える正の駆動による1.5往復ノイズの影響は−β(図4)、負の駆動による受信点に与える負の駆動による1.5往復ノイズの影響は+β(図5)となる。
【0021】
まず、残響ノイズの影響だけを考える。残響ノイズは次の受信に影響を与える。仮に正の駆動が連続して繰り返されている場合、正の駆動の受信は、1つ前の正の駆動の残響ノイズの影響を受け、毎回+αの誤差となる。正の駆動が連続している中で1回負の駆動を行うと、その負の駆動の受信は1つ前の正の駆動の残響ノイズの影響を受け−αの誤差となり、更に前記負の駆動の次の正の駆動による受信は、負の駆動の残響ノイズの影響で−αの誤差となる。つまり、1回負の駆動を混ぜることで、その受信時とその次の受信時の2回が−α誤差になる。したがって、4回の内1回負の駆動とすれば4つの誤差のうち2回が+α、もう2回が−αとなり相殺される。
【0022】
1.5往復ノイズについても同様で、この場合は次の次の受信に影響を与える。正の駆動が連続して繰り返されている場合、正の駆動の受信は、2つ前の正の駆動の1.5往復ノイズの影響を受け、毎回+βの誤差となる。正の駆動が連続している中で1回負の駆動を行うと、その負の駆動の受信は2つ前の正の駆動の残響ノイズの影響を受け−βの誤差となり、更に前記負の駆動の次の正の駆動による受信は前記負の駆動の1つ前の正の駆動の1.5往復ノイズの影響で+βの誤差となるが、その次の正の駆動による受信が前記負の駆動の1.5ノイズの影響を受けて−βの誤差となる。つまり、1回負の駆動を混ぜる(挟む)ことで、その受信時とその次の次の受信時の2回が−β誤差になる。したがって、4回の内1回負の駆動とすれば1.5往復ノイズによる誤差も4回の内2回が+α、もう2回が−αとなり相殺される。
【0023】
このように2回の+βと2回の−βで相殺するようにするには、負の駆動の前の2回の駆動は正の駆動であり、負の駆動に続く2回の駆動も正の駆動にする必要がある。
【0024】
図6は、上記〔0021〕〜〔0023〕の関係を示す図である。
【0025】
従って、一定回数の繰り返して行う送信の1/4を逆の極性の送信とし、この逆の極性の送信後は少なくとも2回の逆の極性でない送信を行うことで、残響ノイズと1.5往復ノイズの両者の悪影響を最小にできる。
【0026】
なお、上述で、正の駆動、負の駆動の正・負は、実際の駆動の極性を示すものではなく、極性のみを逆にした図7(a)(b)にそれぞれ示す2つの駆動パターンの一方を正とし、他方を負と表現したものである。図7の駆動パターンは、送信側の送受波器(超音波振動子)に印加する駆動パルスの波形(パターン)で、仮に同図(a)の駆動パターンを「正の駆動」と呼ぶことにすれば、同図(b)の駆動パターンは「負の駆動」ということになる。残響ノイズの影響による誤差αと、1.5往復ノイズの影響による誤差βも、正・負両方があり得る。
【0027】
そこで、前記目的を達成するために、請求項1の発明は、送信側としても受信側としても働く超音波送受波器を少なくとも1対設け、流体の流れの中を上流から下流の順方向及び下流から上流の逆方向に超音波の送受信を行い、その各方向の到達時間より量を求める超音波流量計で、かつ、各方向毎に先ず一方の送受波器を送信側として送信し、他方の受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると再び送信側送受波器を駆動して送信し、これを複数の一定回数繰り返すように構成し、各方向毎に第1回目の送信から一定回数目の受信までの時間測定し、その結果から到達時間を求める超音波流量計において、
前記受信波検知部は、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波が次にゼロクロスする点を到達ポイントとし、
送信の駆動パターンの極性のみ逆にできるようにすると共に、前記基準レベルの極性のみ逆にした逆基準レベルを用意し、
送信の駆動パターンの極性を逆にしたときは、その送信に対応する受信は、前記逆基準レベルを最初に逆方向に越えた波が次にゼロクロスする点を到達ポイントとし、
前記第1回目の送信の駆動パターンを正とし、その逆の極性を負とした場合に、前記第1回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しで送信を行うようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【0028】
この発明では、受信波検知部に、極性のみ異なる電圧が同じの2つの基準レベル(基準電圧)を用意して、狙った特定の波が現れる正又は負の側の基準レベルを使うことで、駆動の極性(即ち駆動パターンの極性)に対応して特定番目の波を捉えられる。図8は、実線が正側に基準レベルを配した時の基準レベルと受信波の関係、点線が負側に基準レベルを配したときの基準レベルと受信波の関係を示す。
【0029】
通常、単純なゼロレベルとの比較だけでは到達時点は特定できない。まず、狙った波を捉える必要がある。そのため、請求項1の発明では基準レベルをプラス側、マイナス側両方に用意した。
【0030】
また、請求項2の発明は、送信側としても受信側としても働く超音波送受波器を少なくとも1対設け、流体の流れの中を上流から下流の順方向及び下流から上流の逆方向に超音波の送受信を行い、その各方向の到達時間より量を求める超音波流量計で、かつ、各方向毎に先ず一方の送受波器を送信側として送信し、他方の受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると再び送信側送受波器を駆動して送信し、これを複数の一定回数繰り返すように構成し、各方向毎に第1回目の送信から一定回数目の受信までの時間測定し、その結果から到達時間を求める超音波流量計において、
前記受信波検知部は、1回目の受信を受ける第1回目の受信は1つの送信による一群の受信波のうち特定番目と判断した波がゼロクロスする点を到達ポイントとし、
第2回目以降の受信は前回の送信から到達ポイントまでの時間から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを到達ポイントとするようにし、
送信は駆動パターンの極性のみを逆にできるようになっていて、
前記第1回目の送信の駆動パターンを正とし、その逆の極性を負とした場合に、前記第1回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しで送信を行うようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【0032】
この請求項の発明では、第1回目の受信で狙った波を捉えられれば(捉える方法として、ある基準レベルの電圧を最初に越えた波とするのがよく行われている)、第2回目の受信以降は直前の送受信での到達時間より、受信時点を予想し、その予想点に最も近いゼロクロスポイントを受信点、即ち到達ポイントとしている。具体的には、第2回目以降の受信は前回の送信から到達ポイントまでの時間(即ち到達時間)から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを到達ポイントとするようにした。
【0033】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を図面の実施例に従って説明する。
【0034】
〔実施例1〕
図9は実施例1の全体構成である。受信波検知部について図に詳しく示して説明する
送受波器1,2は超音波振動子で、送信にも受信にも使用できる。両送受波器は流体中を上流から下流への順方向又は下流から上流への逆方向に超音波の送受を行う。
【0035】
受信波検知部4は受信側の送受波器、例えば2が接続され受信波を検知すると受信波検知信号を出力する。送波器駆動部5はコントロール部6より第1送信指令信号を受けると送信側の送受波器、例えば1をまず駆動し、その後は受信波検知部4より受信波検知信号を受ける度に駆動する。但し、第1のカウンタ7より第n受信波検知信号を受けると、それ以後は新たに第1送信指令信号を受けるまでは駆動を停止する。本実施例では無意味なn+1回目の駆動を行ってしまうようになっているが、受信側で無視するので問題はない。
【0036】
第1のカウンタ7は受信波検知部4からの受信波検知信号をカウントし、n回目の受信波検知信号(第n受信波検知信号)を出力する。このカウンタ7はコントロール部6よりの第1送信指令信号でリセットされるようになっている。第2のカウンタ8は第1送信指令信号から第n受信波検知信号までの時間n(t1 +τ)を測定する。その時間(カウント値)はコントロール部6が読み取る。実施例では第1送信指令信号でカウント値がゼロクリアされ、カウントを開始するように構成されている。
【0037】
コントロール部6は一定間隔で送受切替信号を反転させて切替スイッチ9,10を切り替えることにより2つの送受波器1,2の役割の切り替えを行う。
各切り替え後、毎回切り替えによるノイズ等がおさまる時間をおいて、第1送信指令信号を出力する。そして、第n受信波検知信号が入力されると、カウンタ8の測定値(カウント値)、例えばn(t2 +τ)を読み取り、直前に行った反対向きでの測定値とを用いて、その間の流速更に流量を演算する。
【0038】
また、受信波検知部4からは、更に逆極性駆動指示信号が送波器駆動部へ出力されていて、この信号が"High"のときは送波器駆動部は通常とは逆の駆動パターンで送信駆動を行うようになっている。
【0039】
実施例においては、第3波がプラス側に現れる駆動を通常の駆動パターンとし、第3波のゼロクロスポイントを受信点(到達ポイント)としている。したがって、逆極性駆動信号が"High"のときの送信の受信点(到達ポイント)は、マイナス側に現れる第3波のゼロクロスポイントとなる。
【0040】
図10は、前記送波器駆動部5の一部と送信側の送受波器、例えば1を示す図である。逆極性駆動信号により2つのスイッチS1,S2が切り替わるようにできていて、逆極性駆動信号を"High"にすることで送受波器、例えば1に加えられる駆動パルスのパターン、即ち駆動パターンを逆の極性にすることができる。スイッチS1,S2が図示の状態では、ライン11に供給されている正の駆動パターンの駆動パルスが送受波器1に印加され、逆極性駆動信号が"Low"になると、スイッチS1,S2が図示の状態から切り替わって、送受波器1には反転した駆動パルス、即ち負の駆動パターンの駆動パルスが印加されることになる。
【0041】
図11は受信波検知部の電気回路図で、切替スイッチ10を介して受信側の送受波器、例えば2から入力される信号Vinは図示されてない増幅部11で増幅されて、増幅後の受信波が比較器12の+入力と比較器13の、−入力及びゼロクロス検知用比較器14の−入力とゼロクロス検知用比較器15の+入力とに入力される。
【0042】
カウンタ16はQ0,Q1,Q2,Q3の出力を持ち順に"High"となるものである。そのあたりのタイミングを、第1送信指令信号、受信波検知信号と共に図12に示した。第1送信指令信号は測定をやっていない時は"High"で、立ち下がりが第1送信タイミングとみなされる。該カウンタ16は第1送信指令信号が"Low"となりリセット解除されると、受信波検知信号が遅延回路17で遅延された信号をカウント開始する。この遅延時間は、受信波検知信号が出力されるのと同時に送波器駆動部が行う送信駆動の時間より少し大きく設定されていて、受信と同時に行う送信が終了してからカウントアップするようになっている。ここで、Q1出力が逆極性駆動指示信号として送波器駆動部へ出力されている。また、図11に示すようにQ2出力がスイッチS3,S4の切り替え信号になっていて、Q2出力が"Low"のときはプラス側の基準レベル350mVを初めて越えた波のゼロクロスポイント、"High"のときはマイナス側の基準レベル−350mVを初めて越えた波のゼロクロスポイントを選択するように構成されている。
【0043】
したがって、Q1出力が"High"で送信側の送受波器を逆極性の駆動パルスで駆動し、その受信波が届く時点ではカウンタ16のカウントが進み、Q2出力が"High"となり逆極性駆動に対応した受信を行うようになっている。
【0044】
これにより、第1回目の送信を正とすると、送信の極性は第1回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しになり、繰り返しの一定回数の発信の1/4の回数を、2つの駆動パターンの一方の発信とし、このパターンでの発信後は少なくとも2回のもう一方のパターンの発信を行うようにでき、目的を実現する。
【0045】
なお、18はRSFF、19は立上り検知回路である。また、カウンタ16のQ0出力とQ3出力は使用していない。
【0046】
〔実施例2〕
実施例2は、前記実施例1と比較して受信波検知部4のみが異なるので、全体の構成を示す図は前記図9、図10で代え、ここでは図13の電気回路に従って説明する。
【0047】
図13は実施例2の受信波検知部の主要部である。350mVの基準レベルを用意し、最初にこの電圧に達した波が狙った波になるように図示されてない増幅器の増幅度が調整されている。また、第1送信指令信号がコントロール部6より入力されていて、この信号は測定をやっていないときは"High"であり、"Low"への立下がり点で第1回目の送信がされるものである。この信号は、RSFF20、カウンタ21及びカウンタ23のリセット信号となっている。よって、第1送信指令信号が"Low"となったときはRSFF20の出力Qは"Low"であり、スイッチS3は350mVの基準レベル、スイッチS4は比較器24の出力を選択している。また、カウンタ16は実施例1(図11)のカウンタ16と同機能のもので、同様に測定開始時においては、出力Q2が"Low"であるため、スイッチS5は"High"から"Low"へのゼロクロスを検知する比較器25の出力を選択している。
【0048】
また、遅延回路17の遅延についても図11と同等で、図12のタイミングが同様に適用できる。
受信波のある波が、基準レベルの350mVに達するとRSFF18AのQ出力は一旦"Low"となり、比較器25でゼロクロスを検知すると再び"High"となり、その立ち上がりを立上がり検知回路19で検知したものが受信波検知信号として出力される。
【0049】
また、同時にこの信号はRSFF20の入力Sに入力されていて、ここでRSFF20の出力はQは"High"となり、スイッチS3が切り替わりゼロレベルを選択し、比較器24は"Low"から"High"のゼロクロス検知に機能が切り替わる。また、スイッチS4も切り替わり、比較器26のA=B出力を選択、この信号は(前回の到達時間−Δt)時間、今回の発信から時間経過したとき"High"になり、そのときRSFF18AのQ出力は"Low"、そして、スイッチS5で選択された比較器25がゼロクロスを検知したとき"High"となる。
【0050】
受信波検知信号は記憶器27のラッチ信号、カウンタ23のリセット信号になっていて、受信ポイントにおいてカウンタ23の値を記憶すると共に次の瞬間該カウンタ23をリセットするように構成されている。なお、Δtは超音波の1/2周期分のクロック数に定めてある。
【0051】
カウンタ23は、超音波の到達時間をカウントするものであり、記憶器27のラッチ入力(即ち前記受信波検知信号)で、この瞬間のカウンタ値(到達時間)を記憶器27に記憶する。到達時間を記憶器27が記憶すると、カウンタ23がリセットされて、次の到達時間の測定に移るようになっている。
【0052】
減算器28は記憶器27で記憶されたカウンタ23のカウント値、即ち前回の到達時間がC入力として入力されていて、もう一方に超音波の1/2周期の時間に相当するクロック数の数値Δtが入力されている。そして、C−Δt、即ち前回の到達時間から一定値Δtを引いた値がデジタル比較器26のB入力に入力されている。
【0053】
また、カウンタ23の出力がA入力としてデジタル比較器26に入力されていて、そのA,B入力が等しくなるとA=B出力が"High"となる。カウンタ23のカウントが進んでC−Δtと等しくなると、A=B出力が"High"となり、RSFF18Aの出力Qは"Low"となり次のゼロクロスを待つ状態となる。
【0054】
前述のように、カウンタ16は受信波検知信号を遅延させた信号をカウントし、Q0,Q1,Q2,Q3,Q0,Q1,…と順に"High"となる。Q1は逆極性駆動指示信号として送波器駆動部に出力されていて、はたらきは実施例1と同じである。Q2がスイッチS5の切り替え信号になっていて、Q2がQ1に続いて"High"になることで逆極性駆動パターンによる受信波の逆向きのゼロクロスを捉えるようになっている。
【0055】
これにより、第1回目の送信を正とすると、送信の極性は第1回目の送信から順に、正、正、負、正の繰り返しになり、繰り返しの一定回数の発信の1/4の回数を、2種の駆動パターンの一方の送信とし、このパターンでの送信後は少なくとも2回のもう一方の駆動パターンによる送信を行うようにでき、こうして目的を実現できる。
【0056】
〔実施例3〕
図14は実施例3の受信波検知部の主要部である。流量計全体の構成は実施例1と2と同様に図9にブロック図のようであるので、説明を省略する。図14で、前記図13と同じ機能を果たす要素は、同じ符号を付してその説明を省略する。比較器24Bと立ち上がりと立ち下がりの両エッジを検出して信号を出力する両エッジ検知器30とを組み合わせることで、"High"から"Low"と、"Low"から"High"の両方のゼロクロスを検知するようにして、RSFF18AのS入力に入力している。こうして、駆動パターンの極性に関係なく正しい受信ポイントを検知できるため、回路構成が簡単である。なお、この実施例ではΔt′を超音波の1/4周期に相当する時間分のクロック数として、実施例2のΔtと区別した。
【0057】
〔実施例4〕
図14において、カウンタ16のQ1,Q2,Q3出力のORをとり、このORを逆極性駆動指示信号とする
【0058】
なお、上記各実施例で、超音波の伝播方向の一方について行う連続した繰り返しの送受信回数が4の倍数でないときは、一方の駆動パターンと他方の駆動パターンの数(回数)の比を1:3にはできないが、この値(比)に近くすることでノイズの影響による誤差を最小にでき、このようなものも本発明の範囲に含まれる。
【0059】
【発明の効果】
本発明の超音波流量計は上述のように構成されているので、残響や1.5往復波による超音波の伝播時間(又は到達時間)の、測定誤差を相殺又はほぼ相殺して最小にすることができるため、流量計の精度を高くできる。
【0060】
また、請求項2発明では、ゼロクロスのみで到達ポイントを特定できるため、片側だけで特定番目の波を捉えられるようにすればよく、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波流量計の受信波形を説明する図。
【図2】本発明のゼロクロスポイントの誤差を説明する図。
【図3】本発明のゼロクロスポイントの誤差を説明する図。
【図4】本発明のゼロクロスポイントの誤差を説明する図。
【図5】本発明のゼロクロスポイントの誤差を説明する図。
【図6】本発明の受信波を説明する図。
【図7】本発明の駆動パルスの図で、(a)と(b)は異なる駆動パターンを示す。
【図8】本発明の受信波と受信ポイントを説明する図。
【図9】本発明の実施例の全体構成のブロック図。
【図10】本発明の実施例における駆動パターンの切り替えをする電気回路図。
【図11】本発明の実施例1の受信波検知部の要部電気回路図。
【図12】本発明の実施例1のタイミングチャート。
【図13】本発明の実施例2の受信波検知部の要部電気回路部。
【図14】本発明の実施例3の受信波検知部の要部電気回路部。
【図15】超音波流量計の原理を説明する略図。
【図16】従来技術におけるゼロクロスポイントの検知方法を説明する図。
【符号の説明】
1,2 超音波送受波器
4 受信波検知部
5 送波器駆動部
A 信号部
B 残響
C 1.5往復波
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic flow meter.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 15, ultrasonic waves are transmitted from one transducer 1 to the other transducer 2 of a set of ultrasonic transducers that are disposed upstream and downstream of the flow tube 3 at a distance L in the fluid. The flow velocity V of the fluid is calculated by calculating the flow velocity V of the fluid from the forward propagation time when transmitting the ultrasonic wave and the backward propagation time when transmitting the ultrasonic wave from the transducer 2 to the transducer 1.
[0003]
In the above-described measurement principle, there is a method of detecting a zero-cross point of a specific wave as a reception detection method for specifying the time when the ultrasonic wave reaches the transmitter / receiver on the receiving side, that is, the arrival time. FIG. 16 shows a transmission drive signal and a reception wave indicating the timing of transmission. The actual received wave is very small and is first amplified. The received wave in the figure shows the waveform after amplification.
[0004]
When a reaches, the amplitude gradually increases. After that, it becomes maximum amplitude and gradually decreases. However, the arrival point a is hidden behind noise and cannot be detected. Therefore, the following method is performed.
[0005]
A threshold voltage V TH is determined as a reference voltage level (also referred to simply as a reference level) sufficiently larger than noise, and the first wave reaching this level, for example, the third wave in FIG. This is a method of detecting reception by detecting a zero cross point c that passes through the rear zero level.
[0006]
The threshold value V TH is determined so as to always detect the zero cross point of some specific wave (for example, the third wave), and the actual propagation time t is the time τ from point a to point c. Obtained in advance and stored, and obtained by subtracting the time τ from the value corresponding to the measured time t + τ.
[0007]
As a method for determining the specific wave at the time of reception detection (that is, the specific wave), in addition to the method in which the wave that first exceeds a certain reference level is the specific wave as described above, Two reference levels are prepared, and when the first wave that exceeds the first reference level immediately exceeds the other reference level, it is determined that the wave is the specific wave. Methods are also known (Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-332452 and 2000-283812).
[0008]
In order to obtain the forward propagation time and the backward propagation time from transmission to reception, instead of simply subtracting the time τ from the measured arrival time t + τ, in order to improve the accuracy of the propagation time measurement, By repeating the transmission in the same direction a plurality of times (n-1 times), transmission / reception in one direction, for example, the forward direction is repeated continuously n times, and the first (first) forward transmission to the last The time until the (n-th) reception, i.e., n times the arrival time, is measured collectively, and then transmission and reception in the other direction, for example, the reverse direction is repeated n times in a similar manner to obtain the first reverse direction. The time from transmission to the last reception, that is, n times the arrival time is measured together, nτ is subtracted from the measured values obtained by multiple transmissions in each direction, the propagation time in each direction is calculated, and the flow velocity In addition, an ultrasonic flow meter for determining flow rate is also public It is.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the actual received wave is not as clean as shown in FIG. 16, but as shown in FIG. A reception wave for transmission (transmission) with an ultrasonic pulse appears greatly in a form that suddenly rises after a lapse of time determined mainly by the distance between the transmitter and the receiver and the speed of sound from the time of transmission, and gradually decreases. The first large portion is the original signal portion circled and labeled A, and the subsequent portion of gradually decreasing amplitude is the reverberation circled and labeled B (also called tailing). Then, when about three times the time interval from the transmission time point to the signal point A has elapsed from the transmission time point, the ultrasonic wave reflected by the reception-side transducer is reflected again by the transmission-side transducer. Then, a small received wave appears again at the receiving transducer. This small received wave is called a 1.5 round-trip wave in the part circled and marked with the symbol C.
[0010]
The above is a case where transmission is performed only once. In order to improve the accuracy of arrival time measurement, repeat the next transmission with reception several times, and when measuring multiple times of arrival time collectively, these become noise (reverberation noise, 1.5 round trips) Affects the measurement).
[0011]
That is, since the reverberation noise is not sufficiently small, 1.5 round-trip noise has an adverse effect on the next reception (zero cross point). In particular, in a small flowmeter with a small distance L between the transducers, these noises cannot be ignored as compared with signals (received waves), which is a major obstacle.
[0012]
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the zero cross point of the targeted specific wave. Since the received wave is larger than the noise, it can be represented as shown in the figure. In the actual received wave with noise, the zero cross point shifts from the true time point (zero cross point) and an error occurs. In this figure, noise is on the plus side, but of course there can be a minus side.
[0013]
When transmission / reception is repeated continuously as described above, since there is neither reverberation noise nor 1.5 round-trip noise at the time of the first reception, the true received wave itself can be received, and the true zero cross point can be detected. . However, after the second reception, reverberation noise and 1.5 round-trip noise after the third reception are received together with the true received wave. Moreover, since these noises are synchronized with the transmission, they are also synchronized with the true received wave, and always appear in the same phase relationship with the true received wave.
[0014]
In FIG. 2, these two noises are combined and represented as noise. Eventually, a true received wave + noise is received by the transmitter / receiver due to this noise, and the zero cross point deviates from the true zero cross point. This error is a large flow error especially at a minute flow rate, and has been a major obstacle to improving the accuracy of the ultrasonic flowmeter. If the noise polarity is opposite to that of FIG. 2 (that is, the phase angle is 180 degrees different), the error of the zero cross point also reverses the error polarity of FIG. 2 as shown in FIG. Value.
[0015]
The description will be continued with reference to FIG. This schematically represents a received wave for one transmission, and noise that is not synchronized with the transmission is omitted. The shapes of the signal part A, the reverberation B and the 1.5 reciprocating wave C appear almost the same every time for a short time when the temperature or the like does not change, and further, only the polarity of the transmission drive without changing the voltage and pulse width. Inversely, it has been confirmed through experiments and the like that not only the signal portion A but also the reverberation B and the 1.5 reciprocating wave C have different phase angles of 180 ° C. (the peak values are the same and only the polarity is reversed).
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter that can eliminate the above-described obstacles due to reverberation and noise caused by 1.5 reciprocating waves.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
If the polarity of only the true received wave in FIGS. 2 and 3 is reversed, the targeted specific wave appears on the minus side, as shown in FIGS. 4 and 5, and the absolute value of the error is the same and only the polarity is reversed. In the present invention, such a phenomenon is utilized to cancel an error due to noise.
[0018]
If the transmitter on the transmitting side is driven so that the aimed wave appears on the positive side, the drive is positive, and if the transmitter on the transmitting side is driven so that the targeted wave appears on the negative side, it is negative. The following can be said when driving.
[0019]
If the influence (error) of the reverberation noise by the positive drive on the reception point by the positive drive is + α (FIG. 2), the influence of the reverberation noise by the negative drive on the reception point by the positive drive is −α (FIG. 3). ), The influence of reverberation noise due to positive driving on the reception point due to negative driving is −α (FIG. 4), and the influence of reverberation noise due to negative driving upon the reception point due to negative driving is + α (FIG. 5). .
[0020]
Further, if the influence (error) of 1.5 reciprocating noise due to positive driving given to the receiving point due to positive driving is + β (FIG. 2), 1.5 reciprocating noise due to negative driving given to the receiving point due to positive driving. The influence of -β (FIG. 3) is 1.5, and the influence of 1.5 round-trip noise due to the positive drive on the reception point by negative drive is -β (FIG. 4), 1 by the negative drive given to the reception point by negative drive. The effect of .5 round trip noise is + β (FIG. 5).
[0021]
First, consider only the effects of reverberant noise. Reverberation noise affects the next reception. If the positive drive is repeated continuously, reception of the positive drive is affected by the reverberation noise of the previous positive drive, resulting in an error of + α every time. If negative driving is performed once while positive driving continues, reception of the negative driving is affected by the reverberation noise of the previous positive driving and becomes an error of -α, and the negative driving is further performed. Reception by the positive drive next to the drive becomes an error of −α due to the influence of reverberation noise of the negative drive. That is, by mixing negative driving once, -α error is generated twice at the time of reception and the next time of reception. Therefore, if the negative driving is performed once out of the four times, two of the four errors are offset by + α and the other two are canceled by −α.
[0022]
The same applies to 1.5 round-trip noise, and this affects the next reception. When the positive drive is continuously repeated, reception of the positive drive is affected by 1.5 round-trip noise of the previous positive drive, resulting in an error of + β every time. If negative driving is performed once while positive driving continues, reception of the negative driving is affected by the reverberation noise of the previous positive driving, resulting in an error of -β. The reception by the positive drive next to the drive causes an error of + β due to the influence of 1.5 round-trip noise of the positive drive immediately before the negative drive, but the reception by the next positive drive is the negative drive. Under the influence of 1.5 noise of driving, an error of -β is obtained. In other words, by mixing (pinch) negative driving once, two times of reception and the next reception become −β error. Therefore, if negative driving is performed once out of four times, an error due to 1.5 round-trip noise is canceled out by two of four times being + α and the other two being −α.
[0023]
In this way, in order to cancel by two times of + β and two times of −β, the two times of driving before the negative driving are positive driving, and the two drivings following the negative driving are also positive. It is necessary to drive.
[0024]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship of the above [0021] to [0023].
[0025]
Therefore, 1/4 of the transmission that is repeated a certain number of times is set as transmission with the opposite polarity, and after transmission with the opposite polarity, transmission with non-reverse polarity is performed at least twice, thereby reverberating noise and 1.5 reciprocations. The adverse effects of both noises can be minimized.
[0026]
In the above description, positive driving and negative driving positive / negative do not indicate the actual driving polarity, but two driving patterns shown in FIGS. 7A and 7B in which only the polarity is reversed. One of these is expressed as positive and the other is expressed as negative. The drive pattern in FIG. 7 is a waveform (pattern) of a drive pulse applied to the transmitter / receiver (ultrasonic transducer) on the transmission side. The drive pattern in FIG. 7A is called “positive drive”. In this case, the driving pattern in FIG. 5B is “negative driving”. The error α due to the effect of reverberation noise and the error β due to the effect of 1.5 round-trip noise can be both positive and negative.
[0027]
Therefore, in order to achieve the above object, the invention of claim 1 is provided with at least one pair of ultrasonic transducers that act both as a transmission side and a reception side, and in the forward and downstream directions in the fluid flow from upstream to downstream. in the opposite direction from the downstream of the upstream to transmit and receive ultrasonic waves, an ultrasonic flow meter obtains the flow rate from the arrival time of the respective direction and transmit a first one of the transducer in each direction as a sender, When the received wave detector that receives the signal of the other receiving-side transmitter / receiver detects the received wave, the transmitting-side transmitter / receiver is driven again and transmitted, and this is repeated a plurality of times, and each direction in the ultrasonic flowmeter of the time from the transmission of the first to receive a certain number of eyes it is measured to determine the arrival time from the results for each,
The received wave detection unit has a point at which a wave that first exceeds a certain reference level first crosses zero as a reaching point,
Only the polarity of the drive pattern of transmission can be reversed, and a reverse reference level in which only the polarity of the reference level is reversed is prepared,
When the polarity of the transmission drive pattern is reversed, the reception corresponding to the transmission is the arrival point at which the wave that first crossed the reverse reference level in the reverse direction then crosses zero,
When the driving pattern of the first transmission is positive and the opposite polarity is negative, the transmission is performed by repeating positive, positive, negative, and positive from the first transmission. It is the ultrasonic flowmeter which is characterized.
[0028]
In the present invention, by preparing two reference levels (reference voltages) having the same voltage but different polarities in the received wave detection unit, by using the reference level on the positive or negative side where the targeted specific wave appears, A specific wave can be captured corresponding to the polarity of the drive (ie, the polarity of the drive pattern). FIG. 8 shows the relationship between the reference level and the received wave when the solid line has the reference level on the positive side, and the relationship between the reference level and the received wave when the dotted line has the reference level on the negative side.
[0029]
Usually, the point of arrival cannot be specified only by comparison with a simple zero level. First, it is necessary to capture the targeted wave. Therefore, in the invention of claim 1, the reference level is prepared on both the plus side and the minus side.
[0030]
Further, the invention of claim 2 is provided with at least one pair of ultrasonic transducers that act both as a transmitting side and a receiving side, and in the fluid flow, it is superfluous from upstream to downstream in the forward direction and from downstream to upstream in the reverse direction. send and receive sound waves in the ultrasonic flow meter obtains the flow rate from the arrival time of the respective direction and transmit a first one of the transducer in each direction as a sender, the other of the receiving transducer When the received wave detector that receives the signal detects the received wave, the transmitter side transmitter / receiver is driven and transmitted again, and this is repeated a plurality of times, and from the first transmission for each direction. measuring the time until the reception of a certain number of eyes, in the ultrasonic flow meter for determining the arrival time from the result,
The reception wave detection unit, the first receiving receiving a first round of reception is the arrival point to point wave is determined that the specific-th among the group of the received wave due to one transmission zero-crosses,
For the second and subsequent receptions, the first zero cross point after the time when a certain amount of time has been subtracted from the time from the previous transmission to the arrival point has elapsed since that time transmission is made the arrival point,
Transmission can only reverse the polarity of the drive pattern,
When the driving pattern of the first transmission is positive and the opposite polarity is negative, the transmission is performed by repeating positive, positive, negative, and positive from the first transmission. It is the ultrasonic flowmeter which is characterized.
[0032]
In the second aspect of the invention, if the wave targeted by the first reception can be captured (as a capturing method, it is often performed that the wave first exceeds a voltage of a certain reference level), the second After the second reception, the reception time is predicted from the arrival time in the previous transmission / reception, and the zero cross point closest to the prediction point is set as the reception point, that is, the arrival point. Specifically, the second and subsequent receptions arrive at the first zero cross point after the time obtained by subtracting a certain time from the time from the previous transmission to the arrival point (that is, the arrival time) has elapsed since that transmission. I tried to make it a point.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to examples of the drawings.
[0034]
[Example 1]
FIG. 9 shows the overall configuration of the first embodiment. The received wave detection unit will be described in detail with reference to the drawings .
The transducers 1 and 2 are ultrasonic transducers that can be used for both transmission and reception. Both transducers transmit and receive ultrasonic waves in the fluid in the forward direction from upstream to downstream or in the reverse direction from downstream to upstream.
[0035]
The reception wave detection unit 4 outputs a reception wave detection signal when a reception-side transducer, for example, 2 is connected and a reception wave is detected. When receiving the first transmission command signal from the control unit 6, the transmitter driving unit 5 first drives the transmitting-side transmitter / receiver, for example, 1, and then drives whenever a received wave detection signal is received from the received wave detection unit 4. To do. However, when the nth received wave detection signal is received from the first counter 7, the drive is stopped thereafter until the first transmission command signal is newly received. In this embodiment, meaningless (n + 1) th driving is performed, but there is no problem because it is ignored on the receiving side.
[0036]
The first counter 7 counts the received wave detection signal from the received wave detection unit 4 and outputs the nth received wave detection signal (nth received wave detection signal). The counter 7 is reset by a first transmission command signal from the control unit 6. The second counter 8 measures a time n (t 1 + τ) from the first transmission command signal to the nth received wave detection signal. The control unit 6 reads the time (count value). In the embodiment, the count value is cleared to zero by the first transmission command signal, and the count is started.
[0037]
The control unit 6 switches the roles of the two transducers 1 and 2 by inverting the transmission / reception switching signal at regular intervals and switching the switches 9 and 10.
After each switching, the first transmission command signal is output after a time when noise or the like due to the switching is stopped each time. When the n-th received wave detection signal is input, the measurement value (count value) of the counter 8, for example, n (t 2 + τ) is read, and the measurement value in the opposite direction performed immediately before is used. The flow rate is further calculated.
[0038]
In addition, a reverse polarity drive instruction signal is further output from the received wave detection unit 4 to the transmitter drive unit, and when this signal is “High”, the transmitter drive unit has a reverse drive pattern. The transmission drive is performed at
[0039]
In the embodiment, the drive in which the third wave appears on the plus side is a normal drive pattern, and the zero cross point of the third wave is a reception point (arrival point). Therefore, the transmission reception point (arrival point) when the reverse polarity drive signal is “High” is the zero cross point of the third wave appearing on the minus side.
[0040]
FIG. 10 is a diagram showing a part of the transmitter driver 5 and a transmitter / receiver, for example, 1 on the transmitting side. The two switches S1 and S2 are switched by the reverse polarity drive signal. By setting the reverse polarity drive signal to “High”, the pattern of the drive pulse applied to the transducer, for example, 1 is reversed. The polarity can be In the state where the switches S1 and S2 are shown, when the drive pulse of the positive drive pattern supplied to the line 11 is applied to the transducer 1 and the reverse polarity drive signal becomes “Low”, the switches S1 and S2 are shown. In this state, an inverted driving pulse, that is, a driving pulse having a negative driving pattern is applied to the transducer 1.
[0041]
FIG. 11 is an electric circuit diagram of the received wave detection unit. A signal Vin input from a receiving side transmitter / receiver, for example, 2 via the changeover switch 10 is amplified by an amplifying unit 11 (not shown), and is amplified. The received wave is inputted to the + input of the comparator 12, the − input of the − input and zero cross detection comparator 14 of the comparator 13, and the + input of the comparator 15 of zero cross detection.
[0042]
The counter 16 has outputs of Q0, Q1, Q2, and Q3 and sequentially becomes “High”. The timing around this is shown in FIG. 12 together with the first transmission command signal and the received wave detection signal. The first transmission command signal is “High” when measurement is not being performed, and the fall is regarded as the first transmission timing. When the first transmission command signal becomes “Low” and the reset is released, the counter 16 starts counting the signal obtained by delaying the reception wave detection signal by the delay circuit 17. This delay time is set to be slightly longer than the transmission drive time performed by the transmitter driver at the same time that the reception wave detection signal is output, and is counted up after transmission performed simultaneously with reception is completed. It has become. Here, the Q1 output is output to the transmitter driver as a reverse polarity drive instruction signal. Further, as shown in FIG. 11, when the Q2 output is a switching signal of the switches S3 and S4 and the Q2 output is "Low", the zero cross point of the wave exceeding the reference level 350 mV for the first time, "High" In this case, the zero cross point of the wave exceeding the negative reference level of −350 mV for the first time is selected.
[0043]
Therefore, when the Q1 output is “High”, the transmitter / receiver is driven with a drive pulse of reverse polarity, and when the received wave arrives, the counter 16 counts up, and the Q2 output becomes “High” to drive reverse polarity. Corresponding reception is performed.
[0044]
Thus, if the first transmission is positive, the polarity of transmission will be positive, positive, negative, positive repetition from the first transmission, and the number of quarters of a fixed number of transmissions will be One of the two driving patterns is transmitted, and after the transmission in this pattern, the other pattern is transmitted at least twice, and the object is realized.
[0045]
Reference numeral 18 is an RSFF, and 19 is a rising edge detection circuit. Further, the Q0 output and Q3 output of the counter 16 are not used.
[0046]
[Example 2]
This second embodiment, since only the Example 1 reception wave detection unit 4 in comparison with different, is a diagram illustrating the overall configuration instead in FIG. 9, FIG. 10, described in accordance with the electrical circuit of Figure 13 is here To do.
[0047]
FIG. 13 illustrates a main part of the received wave detection unit according to the second embodiment. A reference level of 350 mV is prepared, and the amplification degree of an amplifier (not shown) is adjusted so that the wave that first reaches this voltage becomes the target wave. Further, when the first transmission command signal is input from the control unit 6 and this signal is not measured, it is “High”, and the first transmission is performed at the falling point to “Low”. Is. This signal is a reset signal for the RSFF 20, the counter 21, and the counter 23. Therefore, when the first transmission command signal becomes “Low”, the output Q of the RSFF 20 is “Low”, the switch S3 selects the reference level of 350 mV, and the switch S4 selects the output of the comparator 24. The counter 16 has the same function as the counter 16 of the first embodiment (FIG. 11). Similarly, when the measurement is started, the output Q2 is “Low”, so that the switch S5 is changed from “High” to “Low”. The output of the comparator 25 for detecting the zero cross to is selected.
[0048]
Further, the delay of the delay circuit 17 is the same as that in FIG. 11, and the timing in FIG. 12 can be similarly applied.
When a wave with a received wave reaches the reference level of 350 mV, the Q output of RSFF 18A once becomes “Low”, and when the zero cross is detected by the comparator 25, it again becomes “High”. Is output as a received wave detection signal.
[0049]
At the same time, this signal is inputted to the input S of the RSFF 20, where the output of the RSFF 20 is Q "High", the switch S3 switches to select the zero level, and the comparator 24 changes from "Low" to "High". The function switches to zero cross detection. Further, the switch S4 is also switched, and the A = B output of the comparator 26 is selected, and this signal becomes “High” when the time has elapsed from the previous transmission (previous arrival time−Δt) time, and at that time, the Q of the RSFF 18A The output is “Low”, and becomes “High” when the comparator 25 selected by the switch S5 detects zero crossing.
[0050]
The reception wave detection signal is a latch signal of the storage device 27 and a reset signal of the counter 23, and is configured to store the value of the counter 23 at the reception point and reset the counter 23 at the next moment. Note that Δt is set to the number of clocks corresponding to ½ period of the ultrasonic wave.
[0051]
The counter 23 counts the arrival time of the ultrasonic wave, and stores the counter value (arrival time) at this moment in the storage device 27 by the latch input (that is, the received wave detection signal) of the storage device 27. When the storage device 27 stores the arrival time, the counter 23 is reset, and the next arrival time is measured.
[0052]
The subtracter 28 receives the count value of the counter 23 stored in the memory 27, that is, the previous arrival time is input as C input, and the other is a numerical value of the number of clocks corresponding to the time of 1/2 cycle of the ultrasonic wave. Δt is input. C−Δt, that is, a value obtained by subtracting a constant value Δt from the previous arrival time is input to the B input of the digital comparator 26.
[0053]
Further, if the output of the counter 23 is input to the digital comparator 26 as the A input, and the A and B inputs are equal, the A = B output becomes “High”. When the count of the counter 23 advances and becomes equal to C−Δt, the output A = B becomes “High”, the output Q of the RSFF 18A becomes “Low”, and the next zero cross is awaited.
[0054]
As described above, the counter 16 counts a signal obtained by delaying the reception wave detection signal, and becomes “High” in order of Q0, Q1, Q2, Q3, Q0, Q1,. Q1 is output to the transmitter drive unit as a reverse polarity drive instruction signal, and the function is the same as in the first embodiment. Q2 is a switching signal for the switch S5, and when Q2 becomes “High” following Q1, a reverse zero cross of the received wave by the reverse polarity drive pattern is captured.
[0055]
As a result, if the first transmission is positive, the transmission polarity becomes positive, positive, negative, and positive in order from the first transmission. It is possible to transmit one of the two types of drive patterns and perform transmission using the other drive pattern at least twice after transmission using this pattern, and thus the object can be realized.
[0056]
Example 3
FIG. 14 illustrates a main part of the received wave detection unit according to the third embodiment. The overall configuration of the flow meter is the same as in the first and second embodiments as shown in the block diagram of FIG. In FIG. 14, elements having the same functions as those in FIG. Combining the comparator 24B with both edge detectors 30 that detect both rising and falling edges and output signals, zero crossings from both “High” to “Low” and “Low” to “High”. Is input to the S input of RSFF 18A. Thus, a correct reception point can be detected regardless of the polarity of the drive pattern, and the circuit configuration is simple. In this embodiment, Δt ′ is distinguished from Δt in the second embodiment, with Δt ′ being the number of clocks corresponding to a quarter period of the ultrasonic wave.
[0057]
Example 4
In FIG. 14, the output of Q1, Q2 and Q3 of the counter 16 is ORed, and this OR is used as a reverse polarity drive instruction signal .
[0058]
In each of the above embodiments, when the number of continuous repeated transmissions and receptions performed in one of the ultrasonic propagation directions is not a multiple of 4, the ratio of the number (number of times) of one drive pattern to the other drive pattern is 1: Although it cannot be 3, the error due to the influence of noise can be minimized by approaching this value (ratio), and such a value is also included in the scope of the present invention.
[0059]
【The invention's effect】
Since the ultrasonic flowmeter of the present invention is configured as described above, the measurement error of the propagation time (or arrival time) of ultrasonic waves due to reverberation and 1.5 reciprocating waves is canceled or almost canceled to minimize. Therefore, the accuracy of the flow meter can be increased.
[0060]
Further, in the invention of claim 2, since the arrival point can be specified only by the zero cross, it is only necessary to catch the specific wave only on one side, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a received waveform of an ultrasonic flowmeter.
FIG. 2 is a diagram illustrating an error of a zero cross point according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an error of a zero cross point according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an error of a zero cross point according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining an error of a zero cross point according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a received wave according to the present invention.
FIGS. 7A and 7B are diagrams of drive pulses according to the present invention, and FIGS. 7A and 7B show different drive patterns.
FIG. 8 is a diagram illustrating received waves and reception points according to the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of the overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an electric circuit diagram for switching drive patterns in the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an electrical circuit diagram of a main part of a received wave detection unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a timing chart according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an electric circuit part of a main part of a received wave detection unit according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a main circuit section of a received wave detector according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating the principle of an ultrasonic flow meter.
FIG. 16 is a diagram for explaining a zero cross point detection method in the prior art.
[Explanation of symbols]
1, 2 Ultrasonic transducer 4 Received wave detection unit 5 Transmitter drive unit A Signal unit B Reverberation C 1.5 reciprocating wave

Claims (2)

送信側としても受信側としても働く超音波送受波器を少なくとも1対設け、流体の流れの中を上流から下流の順方向及び下流から上流の逆方向に超音波の送受信を行い、その各方向の到達時間より量を求める超音波流量計で、かつ、各方向毎に先ず一方の送受波器を送信側として送信し、他方の受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると再び送信側送受波器を駆動して送信し、これを複数の一定回数繰り返すように構成し、各方向毎に第1回目の送信から一定回数目の受信までの時間測定し、その結果から到達時間を求める超音波流量計において、
前記受信波検知部は、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波が次にゼロクロスする点を到達ポイントとし、
送信の駆動パターンの極性のみ逆にできるようにすると共に、前記基準レベルの極性のみ逆にした逆基準レベルを用意し、
送信の駆動パターンの極性を逆にしたときは、その送信に対応する受信は、前記逆基準レベルを最初に逆方向に越えた波が次にゼロクロスする点を到達ポイントとし、
前記第1回目の送信の駆動パターンを正とし、その逆の極性を負とした場合に、前記第1回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しで送信を行うようにしたことを特徴とする超音波流量計。
Provide at least one pair of ultrasonic transducers that act as both transmitter and receiver, and transmit and receive ultrasonic waves in the fluid flow from upstream to downstream in the forward direction and from downstream to upstream in the reverse direction. in the determining the flow amount from the arrival time ultrasonic flow meter, and transmits a first one of the transducer in each direction as a sender, the received wave detection section that receives the signal of the other receiving-side transducer There transmitted to drive again sender transducer When detecting reception wave, which was configured to repeat a plurality of predetermined number of times, the time from transmission of the first round for each direction to receive a certain number of eyes In an ultrasonic flowmeter that measures and calculates the arrival time from the result,
The received wave detection unit has a point at which a wave that first exceeds a certain reference level first crosses zero as a reaching point,
Only the polarity of the drive pattern of transmission can be reversed, and a reverse reference level in which only the polarity of the reference level is reversed is prepared,
When the polarity of the transmission drive pattern is reversed, the reception corresponding to the transmission is the arrival point at which the wave that first crossed the reverse reference level in the reverse direction then crosses zero,
When the driving pattern of the first transmission is positive and the opposite polarity is negative, the transmission is performed by repeating positive, positive, negative, and positive from the first transmission. The characteristic ultrasonic flowmeter.
送信側としても受信側としても働く超音波送受波器を少なくとも1対設け、流体の流れの中を上流から下流の順方向及び下流から上流の逆方向に超音波の送受信を行い、その各方向の到達時間より量を求める超音波流量計で、かつ、各方向毎に先ず一方の送受波器を送信側として送信し、他方の受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると再び送信側送受波器を駆動して送信し、これを複数の一定回数繰り返すように構成し、各方向毎に第1回目の送信から一定回数目の受信までの時間測定し、その結果から到達時間を求める超音波流量計において、
前記受信波検知部は、1回目の受信を受ける第1回目の受信は1つの送信による一群の受信波のうち特定番目と判断した波がゼロクロスする点を到達ポイントとし、
第2回目以降の受信は前回の送信から到達ポイントまでの時間から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを到達ポイントとするようにし、
送信は駆動パターンの極性のみを逆にできるようになっていて、
前記第1回目の送信の駆動パターンを正とし、その逆の極性を負とした場合に、前記第1回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しで送信を行うようにしたことを特徴とする超音波流量計。
Provide at least one pair of ultrasonic transducers that act as both transmitter and receiver, and transmit and receive ultrasonic waves in the fluid flow from upstream to downstream in the forward direction and from downstream to upstream in the reverse direction. in the determining the flow amount from the arrival time ultrasonic flow meter, and transmits a first one of the transducer in each direction as a sender, the received wave detection section that receives the signal of the other receiving-side transducer There transmitted to drive again sender transducer When detecting reception wave, which was configured to repeat a plurality of predetermined number of times, the time from transmission of the first round for each direction to receive a certain number of eyes In an ultrasonic flowmeter that measures and calculates the arrival time from the result,
The reception wave detection unit, the first receiving receiving a first round of reception is the arrival point to point wave is determined that the specific-th among the group of the received wave due to one transmission zero-crosses,
For the second and subsequent receptions, the first zero cross point after the time when a certain amount of time has been subtracted from the time from the previous transmission to the arrival point has elapsed since that time transmission is made the arrival point,
Transmission can only reverse the polarity of the drive pattern,
When the driving pattern of the first transmission is positive and the opposite polarity is negative, the transmission is performed by repeating positive, positive, negative, and positive from the first transmission. The characteristic ultrasonic flowmeter.
JP2001175738A 2001-06-11 2001-06-11 Ultrasonic flow meter Expired - Fee Related JP4825367B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001175738A JP4825367B2 (en) 2001-06-11 2001-06-11 Ultrasonic flow meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001175738A JP4825367B2 (en) 2001-06-11 2001-06-11 Ultrasonic flow meter

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2002365111A JP2002365111A (en) 2002-12-18
JP2002365111A5 JP2002365111A5 (en) 2008-07-31
JP4825367B2 true JP4825367B2 (en) 2011-11-30

Family

ID=19016816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001175738A Expired - Fee Related JP4825367B2 (en) 2001-06-11 2001-06-11 Ultrasonic flow meter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4825367B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7111533B2 (en) * 2018-07-12 2022-08-02 アズビル株式会社 Zero point detector
US11137494B2 (en) 2018-12-03 2021-10-05 TE Connectivity Services Gmbh Distance-detection system for determining a time-of-flight measurement and having a reduced dead zone

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4140095B2 (en) * 1998-10-12 2008-08-27 松下電器産業株式会社 Ultrasonic current meter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002365111A (en) 2002-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3023569B2 (en) Method and apparatus for digitally measuring acoustic burst transit time in a fluid medium
JP4020455B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP4825367B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP4760115B2 (en) Fluid flow measuring device
JP4835068B2 (en) Fluid flow measuring device
JP3958834B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP3781485B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP4746203B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP4323612B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP4960554B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP2006317187A (en) Ultrasonic flowmeter
JP2002365109A (en) Ultrasonic flowmeter
JP3883093B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP3906107B2 (en) Ultrasonic flow meter
JPH10142019A (en) Ultrasonic flowmeter
JP5078198B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP3422100B2 (en) Flow measurement device
JP4133237B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP4671481B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP3958886B2 (en) Ultrasonic flow meter
JPH0148994B2 (en)
JPH1090029A (en) Ultrasonic wave flowmeter
JP2001289681A (en) Ultrasonic flowmeter
JP4476022B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP3468235B2 (en) Flow measurement device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080609

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080613

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110610

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110621

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110805

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110830

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110912

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4825367

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140916

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees