CN103226033A - 超声波流量计 - Google Patents

Abstract

提供一种不容易受到噪声影响的超声波流量计。具备：至少一对超声波发送接收器(2)、(3)；切换部(4)，其切换上述超声波发送接收器的发送接收方向；周期监视部(8)，其在检测出规定周期范围外的波时，输出周期异常信号；以及接收判断部(9)，其在被输入上述周期异常信号时判断为接收点检测失败，根据从输入周期异常信号的时间点起的波的峰值，从最初开始进行接收点的检测，如果检测成功则输出接收信号，其中，在各个方向上各进行多次超声波的发送，根据各个方向的上述接收点检测成功的超声波的传播时间的平均值来求出被测量流体的流速或/和流量。

Description

超声波流量计

技术领域

本发明涉及一种超声波流量计。

背景技术

已知以下一种超声波流量计：在流过被测量流体的流路的上游侧和下游侧设置一对超声波发送接收器(以下，还称为发送接收器)，根据在该超声波发送接收器之间超声波从上游侧向下游侧传播的时间以及超声波从下游侧向上游侧传播的时间来测量被测量流体的流量。

关于该超声波的频率，根据所使用的发送接收器不同而使用特定的频率。因此，当接近该频率的超声波从超声波流量计的外部进入时，成为声噪声，导致产生以下问题：通过发送接收器无法正确地接收超声波。

已知当存在产生大的压力损失这样的节流时产生声噪声。因此，以往，需要远离声噪声源来设置超声波流量计，在不能确保距声噪声的距离的情况下，还存在无法进行设置的情况，成为超声波流量计的弱点。

以往，实行如下方法：通过在流路内设置过滤器等，来在机械上防止声噪声通过(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2004-69528号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上述以往技术那样，当在流路内设置过滤器等时，阻碍流动，因此存在压力损失变大这种问题。

因此，本发明的目的在于提供一种压力损失小且不容易受到声噪声的影响的超声波流量计。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，第一发明是一种超声波流量计，通过在流过被测量流体的流路的上游侧与下游侧间隔规定距离而设置的至少一对超声波发送接收器来进行超声波的发送接收，根据超声波从上游侧的超声波发送接收器到下游侧的超声波发送接收器的传播时间以及超声波从下游侧的超声波发送接收器到上游侧的超声波发送接收器的传播时间，来求出被测量流体的流速或/和流量，该超声波流量计的特征在于，具备：切换部，其切换上述超声波发送接收器的发送接收方向；周期监视部，其在检测到规定的周期范围外的波时，输出周期异常信号；以及接收判断部，其在被输入上述周期异常信号时判断为接收点检测失败，根据从输入周期异常信号的时间点起的波的峰值，从最初开始进行接收点的检测，如果检测成功则输出接收信号，其中，在各个方向上各进行多次超声波的发送，根据各个方向的上述接收点检测成功的超声波传播时间的平均值，来求出被测量流体的流速或/和流量。

第二发明的特征在于，在第一发明所记载的超声波流量计中，上述接收判断部从开始检测上述接收点起监视波的峰值，在存在峰值相对于其前一个波的峰值为规定倍以上的波时，将该波的零交叉点检测为接收点，在判断为接收点检测失败时，从该时间点起从最初开始进行接收点的检测。

第三发明的特征在于，在第二发明所记载的超声波流量计中，上述接收判断部具有以使电压呈指数函数排列的方式决定的多个基准电压电平，在从开始检测接收点起某一个波从其前一个波未超过的基准电压电平中的小的基准电压电平起一口气超过了规定数的基准电压电平时，判断为该波为其前一个波的规定倍以上，至少在超过了从多个基准电压电平中的大的基准电压电平起的第上述规定数的基准电压电平的波没有从其前一个波未超过的基准电压电平中的小的基准电压电平起一口气超过规定数的基准电压电平时，判断为接收点检测失败。

第四发明的特征在于，在第一至第三发明中的任一项所记载的超声波流量计中，上述接收判断部在检测上述接收点后还将规定数的波的周期处于规定的周期范围内设为接收点检测成功的条件。

发明的效果

在检测到规定的周期范围外的波时输出周期异常信号，当输入该周期异常信号时判断为接收点检测失败，根据从输入了周期异常信号的时间点起的波的峰值，从最初开始进行接收点的检测，由此能够防止将声噪声错误识别为信号波，能够高精度地测量被测量流体的流量等，能够在阀、调速器等声噪声的产生源附近设置超声波流量计。

另外，不设置过滤器等而通过对接收信号进行电处理来进行声噪声与信号波的识别，因此与以往技术相比能够抑制压力损失。

第二发明除了波的频率以外，还包含是否为前一个波的规定倍以上的峰值，来设为接收点检测成功条件，因此能够更进一步防止将声噪声错误识别为信号波，能够高精度地测量被测量流体的流量等。

附图说明

图1是本发明的实施例1中的超声波流量计的框图。

图2是接收波的一例。

图3是用于说明本发明的实施例2中的接收方法的图。

图4是本发明的实施例3中的接收判断部的框图。

附图标记说明

1：超声波流量计；2、3：超声波发送接收器；5：控制部；8：周期监视部；9、11：接收判断部；Th1~6：基准电压电平。

具体实施方式

基于附图示出的实施例来说明本发明的具体实施方式。

[实施例1]

图1是表示本实施例1的超声波流量计1的整体结构的框图。如图1所示，该超声波流量计1具有：流路(未图示)、一对超声波发送接收器(以下，还称为发送接收器)2、3、切换部4、控制部5、发送部6、放大部7、周期监视部8、接收判断部9以及到达时间累加部10，其中，作为被测量流体的燃气等气体、自来水等液体流过上述流路。

上述超声波流量计1具有被测量流体流过的未图示的流路，在该流路的上游侧和下游侧，间隔固定的距离相对置地设置有一对超声波发送接收器2、3。

关于该两个发送接收器2和3，能够通过切换部4相互切换为在将任一方作为发送侧时将另一方作为接收侧来使用。

当从控制部5向发送部6发送发送指令信号时，发送部6响应该发送指令信号而将驱动信号经由切换部4发送至发送侧的发送接收器2(3)。另外，控制部5向发送部6发送发送指令信号，并且还向到达时间累加部10发送该发送指令信号。

上述切换部4响应来自控制部5的方向切换信号，在沿顺方向(从上游侧到下游侧)发送接收超声波的情况下，当从控制部5向发送部6发送发送指令信号时，将来自发送部6的驱动信号发送给上游侧的发送接收器2，并且将来自下游侧的发送接收器3的信号发送给放大部7。另外，在沿逆方向(从下游侧到上游侧)发送接收超声波的情况下，当从控制部5向发送部6发送发送指令信号时，将来自发送部6的驱动信号发送给下游侧的发送接收器3，并且将来自上游侧的发送接收器2的信号发送给放大部7。

上述发送侧的发送接收器2(3)通过经由切换部4发送过来的驱动信号来进行驱动而产生超声波，向接收侧的发送接收器3(2)发送该超声波。接收侧的发送接收器3(2)接收所发送的超声波，转换为电信号而作为接收信号经由切换部4发送给放大部7。

上述放大部7以规定的放大率对从接收侧的发送接收器3(2)经由切换部4发送过来的接收信号进行放大。放大后的该接收信号被发送给周期监视部8和接收判断部9。

周期监视部8监视接收信号中的前一次的零交叉点到本次的零交叉点的时间是否处于规定的时间范围(规定的周期范围)，在该时间不处于规定的时间范围的(时间范围外的)情况下，将周期异常信号输出到接收判断部9。上述规定的时间范围是指以从发送接收器2(3)发送的超声波的半波长的时间为中心、具有规定的时宽的时间范围。该规定的时间范围能够根据超声波流量计1的设置状况等来进行调节。

当对发送部6发送发送指令信号而开始检测接收点时，接收判断部9根据放大后的接收信号的峰值来检测接收点。在本实施例中，设置基准电压电平，将首次超过该基准电压电平的波的零交叉点设为接收点。但是，当输入来自周期监视部8的周期异常信号时，判断为检测出的接收点错误而废弃该接收点，从输入周期异常信号的时刻起再次开始接收点的检测。

在接收判断部9中，如果接收点检测成功，则将接收信号发送给到达时间累加部10。

该到达时间累加部10对从发送指令信号到接收点为止的时间进行测量来存储到达时间。此外，到从控制部5向发送部6发送下一个发送指令信号为止的期间内或者从控制部5发送发送指令信号之后的规定时间内没有接收信号被输入到达时间累加部10的情况下，在本次的超声波的发送中没能检测到接收点，作为接收点检测失败而不存储到达时间。

控制部5对切换部4发送方向切换信号，切换发送接收器2(3)之间的超声波的发送方向，分别进行规定次数的沿顺方向和逆方向的到达时间的测量。在本实施例中，每侧各进行64次、合计进行128次测量。此外，顺方向和逆方向的测量可以逐次地互相切换并进行，也可以在进行规定次数的顺方向或者逆方向的测量之后互相切换来进行，直到总测量次数达到规定的次数为止。在进行该规定次数的测量之后，控制部5从到达时间累加部10读出接收点检测成功的顺方向和逆方向的各自的到达时间，根据其各自的平均值来运算被测量流体的流速和/或流量。

作为根据顺方向和逆方向的各自的到达时间来运算各自的平均值的方法，能够使用任意的方法，例如使具有如下功能：将接收信号输入到达时间累加部10，或从周期监视部8对到达时间累加部10输入作为表示超声波接收成功或者失败的信号的周期异常信号，来针对顺方向、逆方向分别进行接收点检测成功时的到达时间的相加运算；以及对接收点检测成功的次数进行计数，控制部5在固定时间之后，从到达时间累加部10读取顺方向和逆方向各自的到达时间累加值和接收检测成功次数，运算各自的平均值。

接着，根据图2示出的接收波的一例来说明接收点的检测方法。

该图2示出声噪声成分小的时刻的信号波。在比该信号波靠前的声噪声中，在A、B、C点处超过了基准电压电平，但是从前一零交叉点到各点的后一零交叉点为止的时间不处于规定的时间范围，因此从周期监视部8输出周期异常信号。因此，判断为接收点检测失败而废弃，再次从输入了各周期异常信号的时间点起，从最初起执行接收点的检测。另一方面，在输出最后的异常周期信号之后，信号波中的D点首次超过基准电压电平，该波的周期处于规定的周期范围，因此不从周期监视部8输出周期异常信号，检测为接收点。

这样，如果接收时声噪声小，则即使在其它时间段声噪声大也能够检测接收点，在本实施例中，如果在各64次的超声波的发送中有几次接收点的检测成功，则能够运算流速和/或流量。例如，如果能够在64次发送中即使一次检测出声噪声小的信号波，则也能够根据该信号波来运算流量等。

并且，已知被测量流体的流量越大则声噪声越大，产生阻碍超声波的发送接收这种水平的声噪声的情况可以说是被测量流体的流量大的情况。在该情况下，沿顺方向和逆方向的到达时间差变大，即使是一次测量结果也能够得到足够的分辨率。

另外，不检测声噪声大的那一次的信号波，仅采用声噪声小的信号波来计算被测量流体的流速和/或流量，由此能够高精度地测量流速和/或流量，在调速器、阀等声噪声的产生源附近、声噪声大的场所也能够设置超声波流量计1。

另外，在本申请进行电处理，不需要如上述以往技术那样设置过滤器等，因此能够使压力损失低于上述以往技术。

此外，在上述实施例1中，将由放大器7放大后的接收信号输入周期监视部8和接收判断部9，在周期监视部8和接收判断部9中分别与零电平进行比较来监视接收信号的周期或者进行接收点的检测等，但是也可以在周期监视部8或者接收判断部9的任一方中进行放大后的接收信号与零电平的比较，将其结果提供给另一方。

另外，也可以使放大部7、周期监视部8以及接收判断部9仅在从控制部5发送发送指令信号起经过结合考虑声速的最大值和超声波发送接收器2、3之间的距离而决定的规定时间后到接收点检测或者超时为止的期间进行动作，由此抑制消耗电流。

此外，在上述实施例中，在流路的上游侧和下游侧设置一对超声波发送接收器2、3，但是超声波发送接收器在上游侧和下游侧至少存在一对即可，也可以设置两对等多对。

[实施例2]

实施例2的接收判断部与上述实施例1不同，除此以外与上述实施例1相同。

如图3所示，实施例2的接收判断部具有多个基准电压电平，以指数函数设定该多个基准电压电平的电压，根据信号波的波形来任意地设定该电压的数量和值。在某一个波从其前一个波未超过的基准电压电平中的小的基准电压电平起一口气超过了规定数的基准电压电平的情况下，该接收判断部不使用峰值保持电路、AD转换电路就能够判断该波的峰值为前一个波的峰值的规定倍以上。另外，在超过了从多个基准电压电平中的大的基准电压电平起的第规定个电平的波没有从其前一个波未超过的基准电压电平中的小的基准电压电平起一口气超过规定数的基准电压电平的情况下，即使进一步持续检测，也由于不残留规定数的基准电压电平而判断为接收波的检测失败。

在本实施例2中，作为基准电压电平，设置了Th1、Th2(=1.6×Th1)、Th3(=1.6×Th2=2.56×Th1)、Th4(=1.6×Th3=4.10×Th1)、Th5(=1.6×Th4=6.55×Th1)、Th6(=1.6×Th5=10.49×Th1)这六个阶段。

首先，在作为电压最下位的三个基准电压电平的Th1、Th2、Th3处等待。当接收信号中的某一个波超过这三个基准电压电平中的几个时，在接收下一个波时，在除了其前一个波超过的基准电压电平内在最下位的三个基准电压电平处等待。此外，当输入周期异常信号时，将等待的基准电压电平变更为作为最初阶段的最下位的三个基准电压电平Th1、Th2、Th3。

根据图3说明接收点的检测方法。

在接收第一波时，在Th1、Th2、Th3这三个基准电压电平处等待，当第一波超过Th1时，在接收第三波时，在Th2、Th3、Th4这三个基准电压电平处等待。而且，可知第三波一口气超过全部的这三个基准电压电平，第三波相对于作为其前一个波的第一波具有1.6×1.6=2.56倍以上的大小。这样，可知在某一个波超过全部的三个电平的情况下，为前一个波的2.56倍以上。本实施例的超声波流量计1中的信号波的特征在于，具有如图3所示那样的波形，第三波的大小为第一波的大小的大约四倍，第五波的大小为第三波的大小的1.2~1.3倍，在某一个波为前一个波的两倍以上，即某一个波从前一个波未超过的基准电压电平中的小的基准电压电平起一口气超过三个基准电压电平的情况下，该波为第三波的可能性大，将这种波的零交叉点设为接收点。

此外，在超过了第四电平的Th4的波没有一口气超过三个电平的情况下，未被超过的基准电压电平不是三个以上，无法判断下一个波是否为当前波的两倍以上，因此作为接收失败而切换为初始的Th1、Th2、Th3这三个基准电压电平。

另外，在最初的波一口气超过电压最下位的基准电压电平Th1、Th2、Th3这三个的情况下，这作为周期偶然与信号波一致的声噪声而视为接受失败。一定是在前一个波超过基准电压电平的几个、某一个波一口气超过三个基准电压电平的情况下判断为信号波(第三波)，由此能够进一步防止将声噪声错误判断为信号波。

此外，关于该第三波，与上述实施例1相同地，仅在通过周期监视部8而该波的周期处于规定的时间范围的情况下检测为接收点。

在本实施例2中也起到与上述实施例1相同的效果。

并且，在本实施例2中，声噪声也存在成为与信号波相同频率的瞬间，即使波的周期处于规定范围内，也有可能是声噪声，但是除了波的周期以外，还将某一个波的峰值相对于前一个波为规定倍数以上设为接收点的检测条件，由此能够进一步防止将声噪声错误判断为信号波。

此外，也可以使用峰值保持电路、AD转换电路等，在某一个波的峰值相对于前一个波为规定倍数以上且没有输入周期异常信号的情况下，将该波的零交叉点判断为接收点。

[实施例3]

实施例3的接收判断部与上述实施例1、2不同，除此以外与上述实施例1、2相同。

本实施例的接收判断部11具有图4示出的结构。由放大部7放大后的接收信号被输入零比较部12和基准电压电平比较部13。零比较部12在接收信号成为零电平时输出零交叉信号。

与上述实施例2相同地，在基准电压电平比较部13中具有多个基准电压电平，通过与上述实施例2的接收点的检测相同的方法来检测第三波，当检测到第三波时，第三波检测信号被输出到接收点检测部14。此外，在从零比较部12输入零交叉信号的时刻进行基准电压电平比较部中的基准电压电平的切换。

接收点检测部14将第三波检测信号后的零交叉信号的输入定时作为接收点，对波数计数部15和到达时间累加部10输出接收信号。

对波数计数部15输入上述零交叉信号来对输入接收信号后的检测后的波数进行计数。另外，从周期监视部8对波数计数部15输入异常周期信号(未图示)，来在输入接收信号之后也判断规定数的波的周期是否处于规定的周期范围。在规定数的波的周期处于规定的周期范围的情况下，设为接收点检测成功，并且在不处于规定的周期范围的情况下，设为接收点检测失败，对到达时间累加部10输出波数判断信号，在到达时间累加部10中，在接收点检测成功的情况下，进行到达时间的相加、增加接收点检测成功数的计数，另一方面，在接收点检测失败的情况下，不进行到达时间的相加、不进行接收点检测成功数的计数。此外，也可以在接收点的检测之前和之后变更上述规定的周期范围的幅度，例如，与接收点检测之前相比，将接收点检测之后的规定的周期范围的幅度设得窄。

另外，当异常周期信号被输入基准电压电平比较部13(未图示)时，基准电压电平返回到初始状态。当异常周期信号被输入接收点检测部14时，从该时刻起再次开始进行接收点的检测。当异常周期信号被输入波数计数部15时，计数值复位。

Claims (4)

1.一种超声波流量计，通过在流过被测量流体的流路的上游侧与下游侧间隔规定距离而设置的至少一对超声波发送接收器来进行超声波的发送接收，根据超声波从上游侧的超声波发送接收器到下游侧的超声波发送接收器的传播时间以及超声波从下游侧的超声波发送接收器到上游侧的超声波发送接收器的传播时间，来求出被测量流体的流速或/和流量，该超声波流量计的特征在于，具备：

切换部，其切换上述超声波发送接收器的发送接收方向；

周期监视部，其在检测到规定的周期范围外的波时，输出周期异常信号；以及

接收判断部，其在被输入上述周期异常信号时判断为接收点检测失败，根据从输入周期异常信号的时间点起的波的峰值，从最初开始进行接收点的检测，如果检测成功则输出接收信号，

其中，在各个方向上各进行多次超声波的发送，根据各个方向的上述接收点检测成功的超声波传播时间的平均值，来求出被测量流体的流速或/和流量。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，

上述接收判断部从开始检测上述接收点起监视波的峰值，在存在峰值相对于其前一个波的峰值为规定倍以上的波时，将该波的零交叉点检测为接收点，在判断为接收点检测失败时，从该时间点起从最初开始进行接收点的检测。

3.根据权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于，

上述接收判断部具有以使电压呈指数函数排列的方式决定的多个基准电压电平，在从开始检测接收点起某一个波从其前一个波未超过的基准电压电平中的小的基准电压电平起一口气超过了规定数的基准电压电平时，判断为该波为其前一个波的规定倍以上，

至少在超过了从多个基准电压电平中的大的基准电压电平起的第上述规定数的基准电压电平的波没有从其前一个波未超过的基准电压电平中的小的基准电压电平起一口气超过规定数的基准电压电平时，判断为接收点检测失败。

4.根据权利要求1~3中的任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

上述接收判断部在检测上述接收点后还将规定数的波的周期处于规定的周期范围内设为接收点检测成功的条件。

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