DE3442828A1 - Circuit arrangement for measuring the delay time of ultrasound waves - Google Patents
Circuit arrangement for measuring the delay time of ultrasound wavesInfo
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Abstract
Description
Kawasaki VPA 83 P 8 5 7 1 DEKawasaki VPA 83 P 8 5 7 1 DE
-3--3-
Fuji Electric Co., Ltd.. Unser ZeichenFuji Electric Co., Ltd .. Our mark
Schaltungsanordnung zum Messen der Laufzeit von Ultraschallwellen Circuit arrangement for measuring the transit time of ultrasonic waves
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen der Laufzeit von Ultraschallwellen mit einem Zähler, der die Ausgangsimpulse eines Oszillators bis zu einem Zählerendstand zählt, mit einer Zeitdifferenz-Meßeinrichtung, die die Zeitdifferenz zwischen der Laufzeit von Ultraschallwellen durch ein Medium und der Zählzeit, die der Zähler bis zum Erreichen des Zählerendstandes benötigt, bestimmt sowie mit einer Abtasteinrichtung für diese Zeitdifferenz, wobei die Frequenz des Oszillators so geregelt wird, daß die abgetastete Zeitdifferenz einen vorgegebenen Wert annimmt und wobei die Laufzeit aus der Ausgangsfrequenz des Oszillators bestimmt wird.The invention relates to a circuit arrangement for measuring the transit time of ultrasonic waves with a counter, which counts the output pulses of an oscillator up to the end of the counter, with a time difference measuring device that measures the time difference between the running time of ultrasonic waves through a medium and the counting time that the counter takes until it reaches the end of the counter required, determined as well as with a sampling device for this time difference, the frequency of the oscillator is regulated so that the sampled time difference assumes a predetermined value and the transit time is determined from the output frequency of the oscillator.
Eine derartige Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Laufzeit von Ultraschallwellen nach dem time-lockedloop-System wird im "Fuji-Technical-Report" (Band 48, Nr. 2, Seiten 29 bis 38) aus dem Jahre 1975 beschrieben.Such a circuit arrangement for determining the Transit time of ultrasonic waves according to the time-locked loop system is described in the "Fuji Technical Report" (Volume 48, No. 2, Pages 29 to 38) from 1975.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des in dieser Literaturstelle beschriebenen Prinzips einer Meßschaltung zur Erfassung der Laufzeit einer Ultraschallwelle nach dem time-locked-loop-Verfahren. In dieser Figur ist 1 eine Empfängerschaltung, 2 ein Zähler, 3 eine Zeitdifferenz- Meßschaltung, 4 ein Oszillator, dessen Frequenz spannungsgesteuert ist (VCO), 5 ein Synchronsignal-Geber, 6 eine Sendeschaltung und 8a und 8b Ultraschall-Wandler.1 shows a block diagram to explain the principle of a described in this literature reference Measuring circuit for recording the transit time of an ultrasonic wave according to the time-locked-loop method. In this Figure is 1 a receiver circuit, 2 a counter, 3 a time difference measuring circuit, 4 an oscillator, whose frequency is voltage-controlled (VCO), 5 a synchronizing signal transmitter, 6 a transmission circuit and 8a and 8b ultrasonic transducer.
Sid 2 Ste / 20.11.1984Sid 2 Ste / 11/20/1984
__2 _ VPA 83 P 8 5 7 \ DE__2 _ VPA 83 P 8 5 7 \ EN
Diese Schaltung arbeitet wie folgt: Der als Sender arbeitende Ultraschallwandler 8a, der von der Sendeschaltung 6 angesteuert wird, sendet Ultraschallwellen in DurchfluQrichtung in ein Meßmedium. Der als Empfänger betriebene Ultraschallwandler 8b empfängt die Ultraschallwellen und sendet ein Empfangssignal an die Empfangsschaltung 1. Dabei erzeugt der Synchronsignalgenerator 5 einen Startimpuls synchron mit den Ausgangsimpulsen des Oszillators 4 und startet die genannte Sendeschaltung 6 gleichzeitig mit dem Zähler 2.This circuit works as follows: The ultrasonic transducer 8a, which works as a transmitter, that of the transmitter circuit 6 is controlled, sends ultrasonic waves in the flow direction in a measuring medium. The one as recipient operated ultrasonic transducer 8b receives the ultrasonic waves and sends a received signal to the receiving circuit 1. The synchronizing signal generator 5 generates a start pulse in synchronism with the output pulses of the oscillator 4 and the said transmission circuit 6 starts simultaneously with the counter 2.
Der Zähler 2 zählt die vom Oszillator mit einer Frequenz f abgegebenen Impulse bis N und führt bei Erreichen des Zählerendstandes ein Signal zur Zeitdifferenz-Meßschaltung 3. N ist eine entsprechend gewählte ganze Zahl.The counter 2 counts the pulses emitted by the oscillator with a frequency f up to N and leads when the Counter end reading a signal to the time difference measuring circuit 3. N is a correspondingly selected integer.
Der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 wird über die Empfangsschaltung 1 die Zeit t zugeführt, die die Ultraschallwelle benötigt hat, um vom sendenden Ultraschallwandler 8a durch das Meßmedium zum empfangenden Ultraschallwandler 8b zu gelangen. Ferner wird der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 die Zeit N/f zugeführt, die der Zähler 2 braucht, um die Impulse mit der Frequenz f bis N zu zählen. Die Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 vergleicht also die Laufzeit t der Ultraschallwellen mit der Zeit N/f zum Hochzählen der Impulse und regelt die Frequenz des Oszillators 4 so, daß die Zeitdifferenz (t-N/f) einen vorgegebenen Wert, z.B. "0" annimmt. Die so erhaltene Frequenz wird mit fl bezeichnet, so daß man die ReIation t=N/fl erhält, die auch umgeformt werden kann in fl=N/t. Damit kann man also aus der Ausgangsfrequenz f des Oszillators 4 einen Wert erhalten, der N-mal so groß ist, wie der inverse Wert l/t der Laufzeit der Ultraschallwelle.The time difference measuring circuit 3 is via the receiving circuit 1 the time t is supplied that the ultrasonic wave needed to get from the transmitting ultrasonic transducer 8a to pass through the measuring medium to the receiving ultrasonic transducer 8b. Furthermore, the time difference measuring circuit 3 the time N / f is supplied, which the counter 2 needs to generate the pulses with the frequency f to N. counting. The time difference measuring circuit 3 thus compares the transit time t of the ultrasonic waves with the time N / f for counting up the pulses and regulates the frequency of the oscillator 4 so that the time difference (t-N / f) a assumes a specified value, e.g. "0". The frequency obtained in this way is denoted by fl, so that the relation t = N / fl, which can also be transformed into fl = N / t. This means that from the output frequency f of the oscillator 4 receive a value which is N times as large as the inverse value of the l / t of the transit time Ultrasonic wave.
_ ^ . VPA 83 P 8 5 7 1 DE_ ^. VPA 83 P 8 5 7 1 DE
Wenn man umgekehrt den Ultraschallwandler 8b im Sendebetrieb verwendet, während der Ultraschallwandler 8a als Empfänger benutzt wird, läuft der Ultraschallimpuls in entgegengesetzter Richtung durch das Meßmedium und am Ausgang des Oszillators 4 erhält man eine weitere Frequenz f2 ebenfalls in der oben beschriebenen Weise.If, conversely, the ultrasonic transducer 8b is in the transmission mode is used while the ultrasonic transducer 8a is used as a receiver, the ultrasonic pulse travels in the opposite direction through the medium to be measured and at the output of the oscillator 4, another is obtained Frequency f2 also in the manner described above.
Das Prinzip der Ultraschall-Durchflußmessung nach dem time-locked-loop-System basiert auf dem Verfahren, daß man den Betrag des Durchflusses bezüglich der Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwelle in einem Meßmedium aufgrund von zwei Ausgangsfrequenzen des Oszillators 4 erhält.The principle of ultrasonic flow measurement according to the time-locked-loop system is based on the method that one is the amount of flow in relation to the direction of propagation of the ultrasonic wave in a measuring medium due to two output frequencies of the oscillator 4 is obtained.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm für eine Ultraschall-Durchflußmeßeinrichtung nach dem time-locked-loop-System mit einer Meßschaltung zur Bestimmung der Laufzeit der Ultraschallwellen.Fig. 2 shows a block diagram for an ultrasonic flow meter according to the time-locked-loop system with a measuring circuit to determine the running time of the Ultrasonic waves.
Fig. 2a zeigt ein schematisches Schaltbild der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 nach Fig. 2.2a shows a schematic circuit diagram of the time difference measuring circuit 3 according to FIG. 2.
In diesen Figuren sind die mit Fig. 1 übereinstimmenden Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Darüber hinaus ist 7 eine Steuerschaltung, SIa und SIb sind jeweils Kontakte, S2a, S2b, S4a, S4b sind jeweils Umschaltkontakte und S3 ist ein Synchron-Startkontakt.In these figures, the elements that correspond to FIG. 1 are provided with the same reference symbols. About that in addition, 7 is a control circuit, SIa and SIb are respectively Contacts, S2a, S2b, S4a, S4b are each changeover contacts and S3 is a synchronous start contact.
Die Steuerschaltung 7 kann zum Beispiel aus vier hintereinander geschalteten Flip-Flops zusammengesetzt sein. Der Steuerimpuls A steht am Q-Ausgang des ersten Flip-Flops an, das Steuersignal B am Q-Ausgang des zweiten Flip-Flops, das Steuersignal C am Q-Augang des dritten Flip-Flops und das Steuersignal D am Q-Ausgang des letzten Flip-Flops.The control circuit 7 can, for example, consist of four in a row switched flip-flops. The control pulse A is at the Q output of the first flip-flop on, the control signal B at the Q output of the second flip-flop, the control signal C at the Q output of the third Flip-flops and the control signal D at the Q output of the last flip-flop.
- χ - VPA 83 P 8 5 7 1 DE- χ - VPA 83 P 8 5 7 1 DE
Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm der Signale in den Schaltungen nach den Figuren 2 und 2a. Die Funktion der Schaltung wird im folgenden anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert. In Fig. 2 werden die Umschalter S4a, S4b und S2 in die mit durchgezogenen Linien dargestellten Positionen gebracht, wenn der Steuerimpuls D "low" ist und in die mit gestrichelter Linie dargestellte Position, wenn der Steuerimpuls D "high" ist. Wenn zum Zeitpunkt ti die Steuerimpulse A bis D alle "low" sind, löst der Synchronsignalgenerator 5 einen Sendeimpuls a der Sendeschaltung 6 aus und schließt den Startkontakt S3.FIG. 3 shows a timing diagram of the signals in the circuits according to FIGS. 2 and 2a. The function of the The circuit is explained in more detail below with reference to FIGS. In Fig. 2, the changeover switches S4a, S4b and S2 brought into the positions shown with solid lines when the control pulse D is "low" is and in the position shown with a dashed line when the control pulse D is "high". If at the time ti the control pulses A to D are all "low", the synchronizing signal generator 5 triggers a transmission pulse a the Transmission circuit 6 and closes the start contact S3.
Dadurch wird eine Ultraschallwelle von dem als Sender wirkenden Ultraschallwandler 8a ausgesendet und von dem als Empfänger wirkenden Ultraschallwandler 8b empfangen. Die Empfangsschaltung 1 generiert zum Zeitpunkt t2 ein Empfangssignal b, das der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 zugeführt wird. Gleichzeitig zählt der Zähler 2 die Ausgangsimpulse des Oszillators 4 bis N hoch. Sobald der Zähler-Endstand erreicht ist, wird das Endstandssignal c, das mit dem vorhergehenden Steuersignal auf "high" gesetzt wurde, auf "low" gesetzt und der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 wird ein Signal für das Erreichen des Zähler-Endstandes zugeführt.As a result, an ultrasonic wave is emitted by the ultrasonic transducer 8a acting as a transmitter and by the receiving ultrasonic transducer 8b acting as a receiver. The receiving circuit 1 generates a at time t2 Received signal b which is fed to the time difference measuring circuit 3. At the same time, counter 2 counts the output pulses of the oscillator 4 to N high. As soon as the end of the counter is reached, the end signal c, which was set to "high" with the previous control signal is set to "low" and the time difference measuring circuit A signal for reaching the end of the counter is fed to 3.
Im folgenden wird anhand der Fig. 2a die Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 erläutert. Ein Nand-Gatter wechselt sein Ausgangssignal bei Empfang des Signals b zum Zeitpunkt t2 auf "low" und schaltet damit den Transistor Tr aus.The time difference measuring circuit is described below with reference to FIG. 2a 3 explained. A NAND gate changes its output signal when it receives the signal b at the point in time t2 to "low" and thus switches off the transistor Tr.
Daher fließt ein Strom I einer geregelten Stromquelle, der bisher durch den Transistor Tr floß, nunmehr über eine Diode Di in den Kondensator CO. Damit steigt die Spannung am Kondensator CO allmählich an. Sobald zum Zeitpunkt t3 das Signal c für das Erreichen des Zähler-Therefore, a current I from a regulated current source, which previously flowed through the transistor Tr, now overflows a diode Di in the capacitor CO. This gradually increases the voltage across the capacitor CO. As soon as the Time t3 the signal c for reaching the counter
VPA 83 P 8 5 7 1 DEVPA 83 P 8 5 7 1 DE
Endstandes von "low" auf "high" wechselt, wechselt das Ausgangssignal des Nand-Gatters auf "high", so daß der Transistor Tr eingeschaltet wird. Damit fließt der Strom I durch den Transistor Tr, die Aufladung des Kondensators CO wird unterdrückt und ein Ausgangssignal d erzeugt. Wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert, entspricht die Amplitude AR dieses Ausgangssignals der Zeitdifferenz t-N/f zwischen der Laufzeit t der Ultraschallwelle und der Zeit N/f, die der Zähler zum Hochzählen benötigt.When the final reading changes from "low" to "high", the output signal of the NAND gate changes to "high" so that the Transistor Tr is turned on. The current I thus flows through the transistor Tr, which charges the capacitor CO is suppressed and an output signal d is generated. As already explained with reference to FIG. 1, corresponds the amplitude AR of this output signal of the time difference t-N / f between the transit time t of the ultrasonic wave and the time N / f that the counter needs to count up.
In der Abtastperiode t4 sind die Steuerimpulse A und D "low" und die Steuerimpulse B und C "high". Der Abtastkontakt SIa wird geschlossen und die Frequenz fl des Oszillators 4a wird so geregelt, daß die Amplitude & R des Ausgangssignals der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 Null wird.In the sampling period t4, the control pulses are A and D "low" and the control pulses B and C "high". The sensing contact SIa is closed and the frequency fl des Oscillator 4a is controlled so that the amplitude & R of the output signal of the time difference measuring circuit 3 Becomes zero.
Sobald der Steuerimpuls D auf "high" geht, werden die Umschalter S4a, S4b und S2 von der mit durchgezogener Linie dargestellten Position in die mit unterbrochener Linie dargestellte Position gebracht. Zum Zeitpunkt t5, wenn der Steuerimpuls D von "high" auf "low" wechselt, wird der Sendeimpuls a vom Synchronsignalgenerator 5 ausgesendet und der Startkontakt S3 sowie der Schalter SW in Fig. 2a schließen sofort, so daß der Kondensator CO entladen wird.As soon as the control pulse D goes to "high", the toggle switches S4a, S4b and S2 are pulled through Position shown in the line brought into the position shown with a broken line. At time t5, when the control pulse D changes from "high" to "low", the transmission pulse a from the synchronizing signal generator 5 sent out and the start contact S3 and the switch SW in Fig. 2a close immediately, so that the capacitor CO is discharged.
Danach arbeitet der bisher als Empfänger wirkende Ultraschallwandler 8b als Sender, während der bisher als Sender wirkende Ultraschallwandler 8b dann als Empfänger arbeitet, wobei dann die Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwelle umgekehrt wird. Auf dieselbe Weise schließt während der nächsten Abtastperiode t5 der Abtastkontakt SIb und die Frequenz f2 des Oszillators 4b wird so ge-Then the ultrasonic transducer, which previously acted as a receiver, works 8b as a transmitter, while the ultrasonic transducer 8b, which previously acted as a transmitter, then acts as a receiver works, in which case the direction of propagation of the ultrasonic wave is reversed. Closes in the same way during the next sampling period t5 the sampling contact SIb and the frequency f2 of the oscillator 4b is
-* - VPA 83 P 8 5 7 1 DE - * - VPA 83 P 8 5 7 1 DE
regelt, daß die Amplitude der Zeitdifferenz Null wird. Auf diese Weise kann eine Frequenzdifferenz Λΐ zwischen den Oszillatorfrequenzen fl, f2 der Oszillatoren 4a, 4b mit dem Frequenzdifferenz-Meßkreis 9 ermittelt werden. Damit kann auch die Durchflußgeschwindigkeit V aufgrund der Differenz Af zweier Frequenzen mit einem nicht dargestellten Schaltkreis gemäß einer bekannten Gleichung ermittelt werden:regulates that the amplitude of the time difference is zero. In this way, a frequency difference Λΐ between the oscillator frequencies f1, f2 of the oscillators 4a, 4b can be determined with the frequency difference measuring circuit 9. This means that the flow rate V can also be determined on the basis of the difference Af of two frequencies with a circuit (not shown) according to a known equation:
V = N χ L χV = N χ L χ
Hierbei ist N eine Konstante.Here N is a constant.
Bisher wurde das Grundprinzip einer bekannten Durchflußmeßeinrichtung
mit einer Meßschaltung für die Laufzeit einer Ultraschallwelle beschrieben. Dabei ist es nachteilig,
daß die Abtastperioden t4, t5 zu bestimmten, festgelegten Zeitpunkten gewählt werden, die durch eine
Kombination der logischen Werte der Steuersignale A bis D festgelegt sind. Ein Fehler in dem gemessenen Durchflußwert
kann dadurch entstehen, daß er nicht direkt in Beziehung zum Ausgangssignal der Empfangsschaltung 1 und
dem vom Zähler 2 abgegebenen Signal für den Zählerendstand steht.
25So far, the basic principle of a known flow measuring device with a measuring circuit for the transit time of an ultrasonic wave has been described. It is disadvantageous here that the sampling periods t4, t5 are selected at specific, fixed times which are fixed by a combination of the logical values of the control signals A to D. An error in the measured flow value can arise because it is not directly related to the output signal of the receiving circuit 1 and the signal emitted by the counter 2 for the end of the counter.
25th
Dieser Nachteil wird im folgenden anhand der Fig. 4 näher erläutert.This disadvantage is explained in more detail below with reference to FIG.
In Fig. 4 ist <£. das Ausgangssignal der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 während der ersten Messung und β das Ausgangssignal der Zeitdifferenzmeßschaltung während der zweiten Messung.In Fig. 4, <£. the output signal of the time difference measuring circuit 3 during the first measurement and β the output signal of the time difference measuring circuit during the second measurement.
Das Ausgangssignal der Zeitdifferenzmeßschaltung 3 (also der Spannungsverlauf am Kondensator CO in Fig. 2a) mußThe output signal of the time difference measuring circuit 3 (i.e. the voltage curve across the capacitor CO in Fig. 2a) must
- -s - VPA 83 P 8 5 7 1 DE- -s - VPA 83 P 8 5 7 1 DE
im Idealfall den maximalen Pegel M halten. Tatsächlich wird jedoch dieser Pegel im Laufe der Zeit durch einen Leckstrom der Diode Di nach Fig. 2a und aus anderen Gründen abnehmen. Fig. 4 zeigt zum besseren Verständnis eine vergrößerte Abnahme dieses Pegels.ideally hold the maximum level M. In fact, however, this level is increased over time by a Leakage current of the diode Di according to FIG. 2a and for other reasons decrease. Fig. 4 shows a for better understanding increased decrease in this level.
Obwohl in der Praxis die ersten und die zweiten maximalen Werte der Zeitdifferenzen unterschiedlich sind, werden diese im folgenden zum besseren Verständnis als gleich angenommen. Die Zeitpunkte, wo der Verlauf der ersten Ausgangsspannung der ZeitdifferenzmeQschaltung oCseinem Maximalwert M und der Verlauf der zweiten Ausgangsspannung ö seinen Maximalwert M erreichen, weisen bezüglich des Abtastzeitpunktes t mit einem festen Zeitpunkt einen Unterschied auf. Daher wird der Verlauf der ersten Ausgangsspannung ds. bei einem Wert abgetastet, der gegenüber dem maximalen Wert M um Δ L2 abgesenkt ist. Die zweite Ausgangsspannung β wird bei einem Wert abgetastet, der von dem Maximalwert M um ^L, abgesenkt ist.Although the first and second maximum values of the time differences are different in practice, these are assumed to be the same in the following for a better understanding. The time point where the curve of the first output voltage of the ZeitdifferenzmeQschaltung oCseinem maximum value M and the curve of the second output voltage ö its maximum value M reach point with respect to t with a fixed time to a difference of the sampling instant. Therefore, the course of the first output voltage ds. sampled at a value which is lower than the maximum value M by Δ L 2. The second output voltage β is sampled at a value which has decreased from the maximum value M by ^ L.
Wie man aus Fig. 4 erkennt, ist Λ L-, = Δ L2. Der Verlauf der Ausgangsspannungen <X, und β sollte eigentlich beim selben maximalen Wert M abgetastet werden, er wird jedoch tatsächlich bei verschiedenen Werten (M-AL2) und (M- £ L,) abgetastet, so daß dieser Unterschied einen Fehler in der Frequenzmessung hervorruft.As can be seen from FIG. 4, Λ L-, = Δ L 2 . The course of the output voltages <X, and β should actually be sampled at the same maximum value M, but it is actually sampled at different values (M-AL 2 ) and (M-£ L,), so that this difference represents an error in the Frequency measurement causes.
Mit der vorliegenden Erfindung soll das erläuterte Problem gelöst werden, so daß es Aufgabe der Erfindung ist, eine Schaltung zur Bestimmung der Laufzeit von Ultraschallwellen anzugeben, die den Meßfehler eliminiert, der dadurch entsteht, daß der Abtastzeitpunkt für die Ausgangsspannung der Zeitdifferenzmeßschaltung im Steuerdiagramm ein fester Zeitpunkt ist.The present invention seeks to solve the problem discussed be solved, so that it is the object of the invention to provide a circuit for determining the transit time of ultrasonic waves specify which eliminates the measurement error that arises from the fact that the sampling time for the Output voltage of the time difference measuring circuit in the control diagram is a fixed point in time.
-JSi- VPA 83 P 85 71 DE -JSi- VPA 83 P 85 71 DE
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zeitpunkt der Abtastung in Relation zum Zeitpunkt des Erreichens des Zählerendstands des Zählers gewählt wird. Eine alternative Lösung besteht darin, daß der Zeitpunkt der Abtastung in Relation zum Ende der Laufzeit der Ultraschallwellen gewählt wird. Einfache Schaltungen ergeben sich dadurch, daß im Falle der erstgenannten Lösung die Abtasteinrichtung vom Zähler über eine Verzögerungsschaltung angesteuert wird bzw. im Fall der zweitgenannten Lösung die Abtastrichtung von der Empfangsschaltung über eine Verzögerungsschaltung angesteuert wird.This object is achieved according to the invention in that the point in time of the scanning is in relation to the point in time of reaching the end of the counter is selected. An alternative solution is that the The time of scanning is selected in relation to the end of the transit time of the ultrasonic waves. Simple circuits result from the fact that in the case of the first-mentioned solution, the scanning device from the counter a delay circuit is controlled or, in the case of the second solution mentioned, the scanning direction of the receiving circuit is controlled via a delay circuit.
Das Prinzip der Erfindung liegt also darin, daß der Abtastzeitpunkt der Ausgangsschaltung der Zeitdifferenz-Meßeinrichtung in Relation zu dem Zeitpunkt bestimmt wird, wo die Ausgangsspannung der Zeitdifferenzmeßeinrichtung ihren Maximalwert erreicht. Im Gegensatz dazu ist beim Stand der Technik der Abtastzeitpunkt durch eine feste Steuerphase festgelegt, nämlich zu einem Zeitpunkt, der bezüglich der Steuersignale bestimmt ist, wobei sich dieser bezüglich des Maximums der Ausgangsspannung der Zeitdifferenz-Meßschaltung (gem. der Diagramme oC und Q> nach Fig. 4) ändert. 25The principle of the invention is that the sampling time of the output circuit of the time difference measuring device is determined in relation to the time when the output voltage of the time difference measuring device reaches its maximum value. In contrast to this, in the prior art, the sampling time is determined by a fixed control phase, namely at a time that is determined with respect to the control signals, this time being adjusted with respect to the maximum of the output voltage of the time difference measuring circuit (according to the diagrams oC and Q> Fig. 4) changes. 25th
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 5 bis 8 näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to FIGS.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich im wesentlichen durch folgende Punkte von der bekannten Anordnung. Es ist nämlich zusätzlich eine Schaltung 10 zur Bestimmung des Abtastzeitpunktes vorgesehen. Diese Schaltung 10 schließt die Abtastkontakte SIa bzw. SIb nach einem bestimmten Zeitablauf Δ Ts (wobei dieseFig. 5 shows a block diagram of a first embodiment of the invention. This embodiment is different differs from the known arrangement essentially through the following points. Namely, it is also a circuit 10 provided for determining the sampling time. This circuit 10 closes the sensing contacts SIa or SIb after a certain lapse of time Δ Ts (where this
- y - VPA 83 P 8 5 7 1 DE- y - VPA 83 P 8 5 7 1 DE
auch O sein kann) nach Auftreten des Signals c für den Zählerendstand, das vom Zähler 2 abgegeben wird, (d.h. also, nach dem Zeitpunkt t-, nach Fig. 3).can also be O) after the occurrence of the signal c for the final counter reading, which is output by the counter 2, (ie after the time t-, according to FIG. 3).
Wie Fig. 5a zeigt, enthält die Schaltung IO zur Festlegung des Abschaltzeitpunkts z.B. eine Verzögerungsschaltung 11 für eine Verzögerungszeit T , die das Signal c für das Erreichen des Zählerendstandes des Zählers 2 empfängt und nach einer konstanten Zeit T (die auch auf 0 gesetzt werden kann) ein Ausgangssignal erzeugt. Ferner enthält die Schaltung 10 einen monostabilen Multivibrator (MMV), der das Ausgangssignal Δ Tg der Verzögerungsschaltung 11 empfängt und einen Abtastimpuls erzeugt, der eine vorgegebene Zeitdauer hat. Das Ausgangssignal dieses monostabilen Multivibrators 12, d.h. ein Ausgangssignal e des Schaltkreises 10 zur Erzeugung einer Abtastzeit wird dann Eingängen der UND-Gatter Al, A2 zugeführt. Jeweils den anderen Eingängen der UND-Gatter Al, A2 wird das invertierte Signal Ö des Abtastimpulses D und der Abtastimpuls D selbst zugeführt. Das invertierte Signal D wird beispielsweise durch Invertierung des Abtastimpulses D mit einem Inverter erzeugt oder kann am Ausgang Q des Flip-Flops der letzten Stufe des Steuersignalgenerators 7 erhalten werden.As FIG. 5a shows, the circuit IO for determining the switch-off time contains, for example, a delay circuit 11 for a delay time T, which receives the signal c for reaching the end of the counter 2 and after a constant time T (which can also be set to 0 ) generates an output signal. The circuit 10 also contains a monostable multivibrator (MMV) which receives the output signal Δ T g of the delay circuit 11 and generates a sampling pulse which has a predetermined duration. The output signal of this monostable multivibrator 12, ie an output signal e of the circuit 10 for generating a sampling time, is then fed to the inputs of the AND gates A1, A2. The inverted signal Ö of the sampling pulse D and the sampling pulse D itself are fed to the other inputs of the AND gates A1, A2. The inverted signal D is generated, for example, by inverting the sampling pulse D with an inverter, or it can be obtained at the output Q of the flip-flop of the last stage of the control signal generator 7.
Die Abtastkontakte SIa, SIb werden daher durch den Abtastimpuls D und sein invertiertes Signal ö ausgewählt und die Zeitdauer, während der die ausgewählten Abtastkontakte SIa, SIb eingeschaltet sind, werden durch das Ausgangssignal e der Schaltung 10 zur Erzeugung eines Abtastimpulses festgelegt. Fig. 6 zeigt die Relation zwischen dem Ausgangssignal der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 und der Abtastzeit gemäß der vorliegenden Erfindung. Aus Fig. 6 erkennt man, daß bei Anwendung der Erfindung der Zeitpunkt t cC als AbtastzeitpunktThe scanning contacts SIa, SIb are therefore due to the scanning pulse D and its inverted signal ö selected and the period of time during which the selected Scanning contacts SIa, SIb are switched on, are through set the output signal e of the circuit 10 for generating a sampling pulse. Fig. 6 shows the relation between the output of the time difference measuring circuit 3 and the sampling time according to the present invention Invention. From Fig. 6 it can be seen that when using the invention, the time t cC as the sampling time
- *e - VPA 83 P 8 5 7 1 DE- * e - VPA 83 P 8 5 7 1 DE
gewählt wird. Dieser Zeitpunkt t oc liegt eine konstante Zeitspanne ΔΤ nach der Zeit, wo das erste Ausgangssignal cA. der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 den Maximalwert M erreicht. Die durch den monostabilen Multivibrator 12 bestimmte Periode wird als Abtastperiode verwendet. Ebenso wird der Zeitpunkt t β als Abtastzeitpunkt verwendet. Der Zeitpunkt tß liegt eine konstante Zeitspanne & T nach dem Zeitpunkt, wo das zweite Ausgangssignal der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 seinen maximalen Wert M erreicht. Dabei wird wieder die durch den monostabilen Multivibrator 12 vorgegebene Zeitdauer als Abtastperiode verwendet. Dementsprechend wird der Abfall -Δ L2 des Ausgangssignals cC vom Maximalwert M gleich dem Abfall Λ L^ des Ausgangssignals (b von seinem Maximalwert M. Daraus ergibt sich, daß somit kein Meßfehler entsteht.is chosen. This point in time t oc lies a constant period of time ΔΤ after the time when the first output signal cA. the time difference measuring circuit 3 reaches the maximum value M. The period determined by the monostable multivibrator 12 is used as the sampling period. The time t β is also used as the sampling time. The point in time tβ is a constant time span & T after the point in time when the second output signal of the time difference measuring circuit 3 reaches its maximum value M. The time period specified by the monostable multivibrator 12 is again used as the sampling period. Correspondingly, the drop -Δ L 2 of the output signal cC from the maximum value M is equal to the drop Λ L ^ of the output signal (b from its maximum value M. It follows that no measurement error occurs.
Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch daß dem Zähler 2 ein Verzögerungsschaltkreis nachgeschaltet ist und daß das Ausgangssignal (f) dieses Verzögerungsschaltkreises 13 dem Schaltkreis 10 zur Erzeugung einer Abtastzeit zugeführt wird. Dieser Verzögerungsschaltkreis 13 verzögert das Ausgangssignal des Zählers2, nämlich das Signal c für die Erreichung des Zählerendstandes, um eine vorgegebene Zeitspanne ^L Fig. 7 shows a block diagram of a second embodiment of the invention. This second embodiment differs from the first embodiment in that the counter 2 is followed by a delay circuit and that the output signal (f) of this delay circuit 13 is fed to the circuit 10 for generating a sampling time. This delay circuit 13 delays the output signal of the counter 2, namely the signal c for reaching the end of the counter, by a predetermined period of time ^ L
Der Gedanke, dem Zähler 2 einen Verzögerungsschaltkreis 13 nachzuschalten, ist auch aus dem bereits eingangs genannten "Fuji-Technical-Report" (Band 48, No. 2, Seiten 29 bis 38) bekannt. In diesem Fall beträgt jedoch die Verzögerungszeit T' des Verzögerungs-Schaltkreises 11, der den Schaltkreis zur Festlegung der Abtastzeitspanne bildet, Δ T' = T + t? .The idea of adding a delay circuit 13 downstream of the counter 2 is also known from the "Fuji Technical Report" (Volume 48, No. 2, pages 29 to 38) mentioned above. In this case, however, the delay time T 'of the delay circuit 11, which forms the circuit for determining the sampling period, is Δ T' = T + t? .
5 55 5
-n- VPA 83 P 8 5 7 1 OE-n- VPA 83 P 8 5 7 1 OE
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß das Ausgangssignal b der Empfangsschaltung der Schaltung 10 zur Bestimmung der Abtastphase zugeführt wird. In diesem Fall wird die Verzögerungszeit Δ T'1 der Verzogerungsschaltung 10, die die Schaltung zur Festlegung der Abtastzeit bildet, so festgelegt, daß sie nicht kürzer wird als eine Zeitdifferenz, die von der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 festgelegt ist durch Vorwahl aufgrund von Erfahrungswerten.8 shows a block diagram of a third embodiment of the invention. This third embodiment differs from the first embodiment in that the output signal b is fed to the receiving circuit of the circuit 10 for determining the sampling phase. In this case, the delay time Δ T ' 1 of the delay circuit 10, which forms the circuit for determining the sampling time, is determined so that it does not become shorter than a time difference determined by the time difference measuring circuit 3 by preselection based on empirical values.
Wenn beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Verzögerungzeit Δ T Null wird, kann die in Fig. 5 A dargestellte Verzögerungsschaltung 11 weggelassen werden.If, in the embodiment of FIG. 5, the delay time .DELTA.T becomes zero, that shown in FIG. 5A can be used Delay circuit 11 can be omitted.
Zusammenfassend ist also festzustellen, daß mit der vorliegenden Erfindung ein Meßfehler eliminiert werden kann, der dadurch entsteht, daß in einer Meßschaltung für die Laufzeit einer Ultraschallwelle die Abtastzeit der Ausgangsspannung der Zeitdifferenz-Meßschaltung zu einem festgelegten Zeitpunkt erfolgt.In summary, it can be stated that the present invention eliminates a measurement error can, which arises from the fact that the sampling time in a measuring circuit for the transit time of an ultrasonic wave the output voltage of the time difference measuring circuit takes place at a specified time.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen: 25Brief description of the drawings: 25
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Prinzips einer Meßschaltung zur Bestimmung der
Laufzeit einer Ultraschallwelle nach dem TLL-Prinzip.
301 shows a block diagram to explain the principle of a measuring circuit for determining the transit time of an ultrasonic wave according to the TLL principle.
30th
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ultraschall-Durchflußmeßeinrichtung nach dem TLL-Prinzip mit einer bekannten Schaltung zur Bestimmung der Laufzeit einer Ultraschallwelle.Fig. 2 shows a block diagram of an ultrasonic flow meter according to the TLL principle with a known circuit for determining the transit time of an ultrasonic wave.
- VPA 83 P 8 5 7 1 DE - VPA 83 P 8 5 7 1 DE
Fig. 2a zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der Zeitdifferenz-MeGschaltung 3 nach Fig. 2.FIG. 2a shows a detailed block diagram of the time difference measuring circuit 3 according to FIG. 2.
Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm der Signale nach Fig. 5FIG. 3 shows a timing diagram of the signals according to FIG. 5
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung der Zeitdifferenz-Meßschaltung 3 zur Erklärung des Nachteils des Standes der Technik.Fig. 4 shows the course of the output voltage of the time difference measuring circuit 3 to explain the disadvantage of the prior art.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 5 shows a block diagram with a first embodiment the invention.
Fig. 5a zeigt ein Blockdiagramm mit einem Beispiel fürFig. 5a shows a block diagram with an example of
den Aufbau einer solchen Anordnung. 15the structure of such an arrangement. 15th
Fig. 6 zeigt die Relation zwischen den Ausgangssignalen der Zeitdifferenz-Meßschaltung und den Abtastzeitpunkten gemäß der Erfindung.Fig. 6 shows the relation between the output signals of the time difference measuring circuit and the sampling times according to the invention.
Fig. 7 und 8 zeigen Blockdiagramme einer zweiten bzw. dritten Ausführungsform der Erfindung.Figures 7 and 8 show block diagrams of second and third embodiments of the invention, respectively.
A Patentansprüche
FigurenA claims
characters
-£β - VPA 83 P 85 7 \ OE - £ β - VPA 83 P 85 7 \ OE
Liste der Bezugszeichen:List of reference symbols:
1 Empfangsschaltung1 receive circuit
2 Zähler2 counters
3 Zeitdifferenz-Meßschaltung3 time difference measuring circuit
4 Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO)4 voltage controlled oscillator (VCO)
5 Synchronsignalgenerator5 sync signal generator
6 Sendeschaltung6 transmission circuit
7 Steuerschaltung7 control circuit
8a, 8b Ultraschall-Wandler8a, 8b ultrasonic transducers
9 Frequenzdifferenz-Meßschaltung9 Frequency difference measuring circuit
10 Schaltung zur Festlegung der Abtastzeit10 Circuit for defining the sampling time
11 Verzögerungsschaltung11 delay circuit
12 monostabiler Multivibrator Al, A2 UND -Schaltkreise12 monostable multivibrator Al, A2 AND circuits
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Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58185802A JPS5986605A (en) | 1982-10-04 | 1983-10-04 | Manufacture of polymer having aromatic ring in main chain |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3442828A1 true DE3442828A1 (en) | 1985-06-13 |
Family
ID=16177139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19843442828 Granted DE3442828A1 (en) | 1983-10-04 | 1984-11-23 | Circuit arrangement for measuring the delay time of ultrasound waves |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3442828A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108700441A (en) * | 2016-03-31 | 2018-10-23 | 丹佛斯有限公司 | Method for sampling ultrasonic signal and the system for sampling ultrasonic signal |
-
1984
- 1984-11-23 DE DE19843442828 patent/DE3442828A1/en active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MASARU, K. et al.: Fuji Ultrasonic Flowmeter. In: Fuji Technical Report 48 (1975), Nr. 2, S. 29-38 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108700441A (en) * | 2016-03-31 | 2018-10-23 | 丹佛斯有限公司 | Method for sampling ultrasonic signal and the system for sampling ultrasonic signal |
| CN108700441B (en) * | 2016-03-31 | 2020-02-11 | 丹佛斯有限公司 | Method for sampling ultrasound signals and system for sampling ultrasound signals |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: FUCHS, F., DR.-ING., PAT.-ANW., 8036 HERRSCHING |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |