JP2000146674A - Ultrasonic level meter - Google Patents

Ultrasonic level meter

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JP2000146674A
JP2000146674A JP10326439A JP32643998A JP2000146674A JP 2000146674 A JP2000146674 A JP 2000146674A JP 10326439 A JP10326439 A JP 10326439A JP 32643998 A JP32643998 A JP 32643998A JP 2000146674 A JP2000146674 A JP 2000146674A
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栄二 林
Akira Kataoka
明 片岡
Yoshinori Ishii
義則 石井
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Yokogawa Electric Corp
Yokogawa Denshikiki Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make measurable the level at high sensitivity by the multi-phase synchronous integration of a signal of echo wave, the AD conversion of obtained signal components, the moving addition, the moving difference operation, the addition and the level calculation. SOLUTION: A synchronous integrator circuit 13 extracts signal components X, Y of an echo wave according to signals of the same period as that of an ultrasonic wave emitted from a transducer 3, integrates them and extracts signal components cleared from noise signals, moving adders 172, 173 moving-add the two integrated signals X, Y respectively and remove harmonics to shape the waveform, moving subtractors 174, 175 output signals of squared difference operation values from them respectively, an adder 176 adds the two signals X, Y subjected to the moving subtraction and the square operation to provide a waveform with a peak, and a level detector 177 detects the level from the peak of this waveform.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、反射面に向けて送
信器から超音波を発信し、反射面で反射された超音波を
受信器で受信し、送信器が超音波を発信してから受信器
が反射波を受信するまでに要した時間をもとに反射面の
レベルを検出する超音波レベル計に関し、更に詳しく
は、前記受信器が反射波を受信するまでに要した時間を
もとに反射面のレベルを検出する演算方式を改善するこ
とによって、S/N比が低いエコー波においても正しく
信号成分を検出することが可能となった超音波レベル計
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for transmitting ultrasonic waves from a transmitter toward a reflecting surface, receiving the ultrasonic waves reflected by the reflecting surface with a receiver, and transmitting the ultrasonic waves from the transmitter. An ultrasonic level meter that detects the level of a reflecting surface based on the time required for a receiver to receive a reflected wave, and more specifically, the time required for the receiver to receive a reflected wave. More specifically, the present invention relates to an ultrasonic level meter that can correctly detect a signal component even in an echo wave having a low S / N ratio by improving a calculation method for detecting a level of a reflection surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、従来の超音波レベル計の一例を
示す図である。同図において、従来の超音波レベル計は
超音波送受信器3から短時間(0.1〜0.2秒間)、
超音波を発信し、そのエコー波を同一の超音波送受信器
3で受信することにより、超音波が発信されてから、タ
ンク2に入った検出対象1の反射面4で反射し再び超音
波送受信器3に返ってくるまでの時間を測定し距離換算
することにより超音波送受信器3から反射面4までの距
離(以下レベルという。)を測定している。
2. Description of the Related Art FIG. 8 shows an example of a conventional ultrasonic level meter. In the figure, the conventional ultrasonic level meter receives a short time (0.1 to 0.2 seconds) from the ultrasonic transceiver 3.
By transmitting an ultrasonic wave and receiving the echo wave with the same ultrasonic transmitter / receiver 3, the ultrasonic wave is transmitted and then reflected by the reflection surface 4 of the detection target 1 which has entered the tank 2 and transmitted again. The distance from the ultrasonic transmitter / receiver 3 to the reflection surface 4 (hereinafter referred to as a level) is measured by measuring the time required to return to the device 3 and converting the distance.

【0003】図8において、超音波送受信器3は反射面
4に対して超音波を発信し、反射面4で反射されたエコ
ー波を受信する。超音波送受信器3は受信したエコー波
の信号(以下エコー信号という。)を出力する。
In FIG. 8, an ultrasonic transmitter / receiver 3 transmits an ultrasonic wave to a reflection surface 4 and receives an echo wave reflected by the reflection surface 4. The ultrasonic transceiver 3 outputs a received echo wave signal (hereinafter referred to as an echo signal).

【0004】前記エコー信号は、アンプ5によって増幅
され、全波整流回路6に入力される。ここで全波整流さ
れたエコー信号は、A/D変換器7によってデジタル値
に変換され演算器8に入力される。
[0004] The echo signal is amplified by an amplifier 5 and input to a full-wave rectifier circuit 6. Here, the echo signal subjected to full-wave rectification is converted into a digital value by the A / D converter 7 and input to the calculator 8.

【0005】演算器8は、前記エコー信号によって、送
受信器3が超音波を発信してからエコー波を受信するま
でに要した時間をもとにレベルを検出する。
The calculator 8 detects the level based on the echo signal based on the time required for the transceiver 3 to transmit an ultrasonic wave and to receive an echo wave.

【0006】図9は超音波とエコー波の波形図である。
同図に示すように、送受信器3は超音波P1を発生して
から時間T1が経過した後に送受信器3がエコー波P2
を受信する。時間T1は送受信器3と反射面4の距離に
比例している。送受信器3のの設置位置が既知であれ
ば、時間T1から反射面4のレベルを検出できる。
FIG. 9 is a waveform diagram of an ultrasonic wave and an echo wave.
As shown in the figure, the transmitter / receiver 3 generates the ultrasonic wave P1 and after the time T1 has elapsed, the transmitter / receiver 3
To receive. The time T1 is proportional to the distance between the transceiver 3 and the reflection surface 4. If the installation position of the transceiver 3 is known, the level of the reflection surface 4 can be detected from the time T1.

【0007】図10はアンプ5を通過した後のエコー信
号の波形例を示した図である。同図に示すように、エコ
ー信号には信号成分S1とノイズ成分S2とが含まれて
いる。同図は説明の都合上、信号成分S1とノイズ成分
S2を分離して示しているが、実際に観測される波形は
信号成分にノイズ成分が重畳された波形である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a waveform of an echo signal after passing through the amplifier 5. As shown in the figure, the echo signal contains a signal component S1 and a noise component S2. Although the figure shows the signal component S1 and the noise component S2 separately for the sake of explanation, the waveform actually observed is a waveform in which the noise component is superimposed on the signal component.

【0008】図11は全波整流回路6を通過した後の全
波整流信号の一例を示した図である。同図において信号
S3は信号成分S1を全波整流した信号であり、信号S
4はノイズ成分S2を全波整流した信号である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a full-wave rectified signal after passing through the full-wave rectifier circuit 6. In the figure, a signal S3 is a signal obtained by full-wave rectifying the signal component S1,
4 is a signal obtained by full-wave rectification of the noise component S2.

【0009】演算器8は、エコー信号が到来する度に全
波整流信号を加算していき、コンパレータで加算信号の
中から信号成分を判別し、成分信号が現れる時をもとに
検出対象のレベルを算出する。
The arithmetic unit 8 adds the full-wave rectified signal each time the echo signal arrives, determines the signal component from the added signal by the comparator, and detects the signal component based on the time when the component signal appears. Calculate the level.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図8の
従来例では、信号成分とノイズ成分の両方が全波整流さ
れるため、エコー信号の加算とともにノイズ成分も加算
されていく。従って、エコー信号のノイズ成分に比べて
信号成分が十分に微弱な場合、次々と加算されていくノ
イズ成分の影響によって、レベルの測定結果に誤差を生
じやすいといった問題点があった。
However, in the conventional example of FIG. 8, since both the signal component and the noise component are full-wave rectified, the noise component is added together with the addition of the echo signal. Therefore, when the signal component is sufficiently weaker than the noise component of the echo signal, there is a problem that an error is likely to occur in the level measurement result due to the effect of the noise component added one after another.

【0011】本発明は上述した問題点を解決するために
成されたものであり、エコー信号のノイズ成分に比べて
信号成分が十分に微弱なときでも、ノイズ成分の中から
信号成分を正しく検出できる超音波レベル計を実現する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and correctly detects a signal component from a noise component even when the signal component is sufficiently weaker than the noise component of the echo signal. It aims to realize an ultrasonic level meter that can be used.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために請求項1に記載の発明では、超音波レベル計に
おいて、前記超音波の周期と同じ周期の信号を用いて前
記エコー波の信号から複数の信号成分を抽出し、この信
号成分を積分することによって前記複数の信号成分の積
分信号を出力する多相同期積分回路と、この複数の積分
信号をそれぞれアナログ/デジタル変換するA/D変換
器と、前記A/D変換器の出力をそれぞれ移動加算する
移動加算器と、前記移動加算器の出力にそれぞれ一定の
データ幅で移動差分演算を施すと共にこの演算値を2乗
した信号を出力する移動差分演算器と、前記移動差分演
算器の出力を加算する加算器と、この加算器の出力波形
から前記反射面のレベルを算出するレベル算出器を具備
したことを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic level meter, wherein a signal having the same cycle as that of the ultrasonic wave is used in the ultrasonic level meter. A polyphase synchronous integration circuit that extracts a plurality of signal components from a signal and outputs an integration signal of the plurality of signal components by integrating the signal components; and an A / D converter that performs analog / digital conversion of each of the plurality of integration signals A D converter, a moving adder for moving and adding the output of the A / D converter, and a signal obtained by performing a moving difference operation on the output of the moving adder with a constant data width and squaring this operation value. And a level difference calculator for calculating the level of the reflection surface from an output waveform of the adder. Is shall.

【0013】このことにより、超音波レベル計は、多相
同期積分回路から得られる複数の成分信号を利用して高
感度で高精度なレベル測定を実現することが可能とな
る。
Thus, the ultrasonic level meter can realize highly sensitive and accurate level measurement using a plurality of component signals obtained from the polyphase synchronous integration circuit.

【0014】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記多相同期演算器は、前記超音波
と同じ周期の信号を用いて前記エコー波の周期の中で半
周期の期間にわたって信号を取り出し、残りの半周期の
期間にわたってエコー波の反転信号を取り出し、取り出
した信号を加算することによって前記エコー波から、9
0度位相の異なるX成分信号とY成分信号を抽出し、前
記X成分信号と前記Y成分信号をそれぞれ積分する第1
及び第2の積分回路によって前記エコー波の2相同期積
分信号を出力する2相同期積分回路を用いたことを特徴
とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the multi-phase synchronous arithmetic unit uses a signal having the same cycle as the ultrasonic wave to generate a half cycle of the echo wave. , The inverted signal of the echo wave is extracted over the remaining half period, and the extracted signals are added to obtain an inverted signal of 9% from the echo wave.
A first method of extracting an X component signal and a Y component signal having phases different by 0 degrees and integrating the X component signal and the Y component signal, respectively.
And a two-phase synchronous integration circuit for outputting a two-phase synchronous integration signal of the echo wave by a second integration circuit.

【0015】このことによって、超音波レベル計は、簡
単な構造の2相同期積分回路を用いて構成することが可
能となる。
Thus, the ultrasonic level meter can be configured using a two-phase synchronous integration circuit having a simple structure.

【0016】請求項3に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記第2の移動加算器は、5データ
区間で移動加算値U(n)を求めることを特徴とするも
のである。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the second moving adder obtains a moving addition value U (n) in five data sections. is there.

【0017】このことにより、超音波レベル計は、信号
波形から高調波成分を除去するフィルタリングを行うこ
とが可能となる。
This makes it possible for the ultrasonic level meter to perform filtering for removing harmonic components from the signal waveform.

【0018】請求項4に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記移動差分演算器は、前記移動加
算器から出力されるデータ番号nのデジタルデータ値U
(n)と、これより5データ前のデジタルデータ値U
(n−5)との差分演算値D(n)を求め、これを2乗
した値を出力するように構成されたことを特徴とするも
のである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the moving difference calculator calculates a digital data value U of a data number n output from the moving adder.
(N) and the digital data value U that is five data earlier than this
A difference operation value D (n) from (n-5) is obtained, and a value obtained by squaring this value is output.

【0019】このことにより、超音波レベル計は、前記
多相同期積分回路から出力される積分波形のピーク値を
容易に得ることが可能となる。
Thus, the ultrasonic level meter can easily obtain the peak value of the integrated waveform output from the polyphase synchronous integration circuit.

【0020】請求項5に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記レベル算出器は、前記加算器か
ら出力される出力波形のピーク値を求め、このピーク値
に対応するデータ位置から時間を戻す方向に順にデータ
を検索し、前記ピーク値の1/4の大きさを最初に下回
るデータDs(n)を検出することによって、超音波を
発信した時点から前記データDs(n)が到達するまで
の時間を求め、この時間からレベルを検出するように構
成されたことを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the level calculator determines a peak value of an output waveform output from the adder, and determines a data position corresponding to the peak value. The data Ds (n) is searched from the time when the ultrasonic wave is transmitted by sequentially searching the data in the direction of returning the time from the data, and detecting the data Ds (n) which is smaller than 1/4 of the peak value first. , The time until the arrival of the target is reached, and the level is detected from this time.

【0021】このことにより、超音波レベル計は、ピー
ク値に近い大きさのデータが多数存在する波形におい
て、前記データDs(n)の到達点を検出する場合にお
いても、その再現性が維持される。この理由について
は、後述する。
Thus, the ultrasonic level meter maintains its reproducibility even when detecting the arrival point of the data Ds (n) in a waveform in which a large number of data having a size close to the peak value exists. You. The reason will be described later.

【0022】請求項6に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記レベル算出器は、前記加算信号
のピーク値の1/4の大きさに対応するデータDs
(n)から10データ前までのデータD(n)を検索
し、 D(n)>Ds(n) を満足するデータがあった場合、検出された前記反射面
のレベル値を測定異常として破棄するように構成された
ことを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the level calculator calculates the data Ds corresponding to 1 / of the peak value of the addition signal.
Data D (n) from (n) to 10 data before is searched, and if there is data satisfying D (n)> Ds (n), the detected level value of the reflecting surface is discarded as a measurement abnormality. It is characterized by having been constituted so that.

【0023】このことにより、超音波レベル計は、異常
測定値を破棄することが可能となる。
As a result, the ultrasonic level meter can discard abnormal measurement values.

【0024】請求項7に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記多相同期演算器は、前記超音波
の周期と同じ周期の信号を用いて前記エコー波の信号か
ら120度ずつ位相の異なる3個の信号成分を抽出し、
これらの信号成分をそれぞれ積分することによって3個
の信号成分の積分信号を出力する3相同期積分回路を用
いたことを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the multi-phase synchronization calculator uses a signal having the same cycle as that of the ultrasonic wave to generate a signal of 120 degrees from the echo wave signal. Extract three signal components with different phases by
A three-phase synchronous integration circuit that integrates these signal components to output an integrated signal of three signal components is used.

【0025】このことにより、超音波レベル計は、2相
同期積分回路を用いた場合に比べ、更にその精度を向上
させることが可能となる。
Thus, the accuracy of the ultrasonic level meter can be further improved as compared with the case where the two-phase synchronous integration circuit is used.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係る超音波レベル計の構成図
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic level meter according to the present invention.

【0027】図1において、従来例で説明した図8と同
様のものは同一の符号を付し、その説明を省略する。同
図において超音波送受信器3から発生されたエコー信号
はプリアンプ10に入力され、増幅された後、D/A変
換器11に入力される。
In FIG. 1, the same components as those in FIG. 8 described in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 2, an echo signal generated from the ultrasonic transceiver 3 is input to a preamplifier 10, amplified, and then input to a D / A converter 11.

【0028】D/A変換器11は、プリアンプ10から
入力されたエコー波にTVG(Time Variab
le Gain)処理を施すために備えられたものであ
る。
The D / A converter 11 converts the echo wave input from the preamplifier 10 into a TVG (Time Variab) signal.
le Gain) processing.

【0029】TVG処理とは、送受信器3が超音波を発
信してから時間の経過とともにゲインを上げていく処理
である。すなわち、送受信器3が超音波を発信してから
エコー信号が返ってくるまでの時間が長いときは、検出
対象までの距離が長い場合であり、エコー信号の減衰量
が大きくなることが予想されるため、受信時のゲインを
上げて受信し、超音波の反射距離に関わらず、一定のレ
ベルでエコー波を受信しようとするものである。このT
VG処理のゲインは制御手段178から与えられる。
The TVG process is a process of increasing the gain with the passage of time after the transmitter / receiver 3 transmits an ultrasonic wave. That is, when the time from transmission of the ultrasonic wave by the transmitter / receiver 3 to the return of the echo signal is long, it is a case where the distance to the detection target is long, and the attenuation of the echo signal is expected to increase. Therefore, it is intended to increase the gain at the time of reception and receive the echo wave at a constant level regardless of the reflection distance of the ultrasonic wave. This T
The gain of the VG process is given from the control unit 178.

【0030】D/A変換器11によってTVG処理を施
されたエコー信号は、中間アンプ12によって増幅さ
れ、その出力は、同期積分回路13に入力される。
The echo signal that has been subjected to TVG processing by the D / A converter 11 is amplified by the intermediate amplifier 12, and its output is input to the synchronous integration circuit 13.

【0031】同期積分回路13を構成するスイッチSW
1からSW4はエコー信号を取り出すために設けられた
スイッチである。反転回路131はスイッチSW2とS
W4の前段に設けられ、エコー信号を反転する反転回路
である。スイッチSW1から取り出した信号とスイッチ
SW2から取り出された信号は加算される。この加算信
号をX成分信号とする。
Switch SW constituting synchronous integration circuit 13
Switches 1 to SW4 are provided for extracting an echo signal. The inverting circuit 131 includes the switches SW2 and S
This is an inverting circuit that is provided before W4 and inverts the echo signal. The signal extracted from the switch SW1 and the signal extracted from the switch SW2 are added. This added signal is defined as an X component signal.

【0032】また、スイッチSW3から取り出した信号
とスイッチSW4から取り出した信号は加算される。こ
の加算信号をY成分信号とする。
The signal extracted from the switch SW3 and the signal extracted from the switch SW4 are added. This added signal is defined as a Y component signal.

【0033】積分回路132は前記X成分信号を積分
し、その積分信号を出力する。また、積分回路133は
前記Y成分信号を積分し、その積分信号を出力する。
The integration circuit 132 integrates the X component signal and outputs the integrated signal. Further, the integration circuit 133 integrates the Y component signal and outputs the integrated signal.

【0034】駆動信号発生回路14は、前記スイッチS
W1からSW4を駆動するための駆動信号を発生する駆
動信号発生回路である。これらの駆動信号の周期は、送
受信器3が発生する超音波の周期と同周期である。
The drive signal generation circuit 14 is provided with the switch S
This is a drive signal generation circuit that generates a drive signal for driving W1 to SW4. The cycle of these drive signals is the same as the cycle of the ultrasonic wave generated by the transceiver 3.

【0035】駆動信号発生回路14を構成するフリップ
フロップ141と142は、Q出力とQ−出力(Qの反
転をQ−と表す。以下反転について同様に表す。)、及
びP出力とP−出力を発生する。
The flip-flops 141 and 142 constituting the drive signal generating circuit 14 have a Q output and a Q-output (inversion of Q is represented by Q-; hereinafter, the inversion is similarly represented), and a P output and P-output. Occurs.

【0036】駆動信号発生回路14は、前記Q出力によ
ってスイッチSW1を駆動し、前記Q出力に対して18
0度位相のずれたQ−出力によってスイッチSW2を駆
動する。また、前記Q出力に対して90度位相のずれた
P出力によってスイッチSW3を駆動し、前記P出力に
対して180度位相のずれたP−出力によってスイッチ
SW4を駆動する。
The drive signal generation circuit 14 drives the switch SW1 with the Q output, and outputs 18 to the Q output.
The switch SW2 is driven by the Q-output which is out of phase by 0 degrees. Further, the switch SW3 is driven by the P output having a phase shift of 90 degrees with respect to the Q output, and the switch SW4 is driven with the P output having a phase shift of 180 degrees with respect to the P output.

【0037】A/D変換器15と16は、前記積分回路
132の出力と前記積分回路133の出力をそれぞれア
ナログ・デジタル変換し、演算部17に出力する。
The A / D converters 15 and 16 convert the output of the integration circuit 132 and the output of the integration circuit 133 from analog to digital, respectively, and output the result to the arithmetic unit 17.

【0038】演算部17を構成する記憶手段171は、
前記A/D変換器15と16によってデジタル値に変換
された積分信号を一時記憶する記憶手段である。
The storage means 171 constituting the operation unit 17 includes:
This is storage means for temporarily storing the integrated signal converted into a digital value by the A / D converters 15 and 16.

【0039】移動加算器172は、記憶手段171に記
憶された前記X成分信号の積算値を下記(1)式によっ
て5データ区間で移動加算値U(n)xを求めるもので
ある。 U(n)x=d(n−2)x+d(n−1)x+d(n)x+d(n+1)x+ d(n+2)x (1) 但し、d(n)xは、前記A/D変換器15から出力さ
れるデータ番号nのデジタルデータである。
The moving adder 172 obtains a moving added value U (n) x of the integrated value of the X component signal stored in the storage means 171 in five data sections by the following equation (1). U (n) x = d (n-2) x + d (n-1) x + d (n) x + d (n + 1) x + d (n + 2) x (1) where d (n) x is the A / D converter 15 is the digital data of the data number n output.

【0040】移動加算器173は、記憶手段171に記
憶された前記Y成分信号の積算値を下記(2)式によっ
て5データ区間で移動加算値U(n)yを求めるもので
ある。 U(n)y=d(n−2)y+d(n−1)y+d(n)y+d(n+1)y+ d(n+2)y (2) 但し、d(n)yは、前記A/D変換器16から出力さ
れるデータ番号nのデジタルデータである。
The moving adder 173 calculates the moving added value U (n) y of the integrated value of the Y component signal stored in the storage means 171 in five data sections by the following equation (2). U (n) y = d (n-2) y + d (n-1) y + d (n) y + d (n + 1) y + d (n + 2) y (2) where d (n) y is the A / D converter 16 is digital data of a data number n output from the MPU 16.

【0041】移動減算器174は、下記(3)式によっ
て前記移動加算器172から出力されるデータ番号nの
デジタルデータ値U(n)xと、これより5データ前の
デジタルデータ値U(n−5)xとの差分演算値D
(n)xを求め、これを2乗した値を出力するものであ
る。 {D(n)x}2={U(n)x−U(n−5)x}2 (3)
The moving subtractor 174 calculates the digital data value U (n) x of the data number n output from the moving adder 172 by the following equation (3) and the digital data value U (n) five data before this. -5) Difference calculation value D from x
(N) x is obtained, and a value obtained by squaring this is output. {D (n) x} 2 = {U (n) x-U (n-5) x} 2 (3)

【0042】移動減算器175は、下記(4)式によっ
て前記移動加算器173から出力されるデータ番号nの
デジタルデータ値U(n)yと、これより5データ前の
デジタルデータ値U(n−5)yとの差分演算値D
(n)yを求め、これを2乗した値を出力するものであ
る。 {D(n)y}2={U(n)y−U(n−5)y}2 (4)
The moving subtracter 175 calculates the digital data value U (n) y of the data number n output from the moving adder 173 according to the following equation (4) and the digital data value U (n) five data before this. -5) Difference calculation value D from y
(N) Obtain y and output a value obtained by squaring this. {D (n) y} 2 = {U (n) y−U (n−5) y} 2 (4)

【0043】加算器176は、前記移動減算器174と
移動減算器175の出力を加算する。
The adder 176 adds the outputs of the moving subtractor 174 and the moving subtractor 175.

【0044】レベル検出器177は、前記加算器176
の出力波形からエコー波の到達時間を検出し、反射面4
のレベルを算出する。
The level detector 177 is provided with the adder 176.
The arrival time of the echo wave is detected from the output waveform of
Is calculated.

【0045】ここで、図2から図6に示した各部の信号
波形図を用いて図1の実施例の動作を説明する。
Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to signal waveform diagrams of respective parts shown in FIGS.

【0046】図2は、中間アンプ12を通過した後のエ
コー信号の波形例を示した図であり、図3は積分回路1
32と133に入力されるX成分信号とY成分信号の波
形例を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the waveform of the echo signal after passing through the intermediate amplifier 12, and FIG.
FIG. 3 is a diagram showing waveform examples of an X component signal and a Y component signal input to 32 and 133.

【0047】図2において、T0はエコー信号の中の信
号成分の周期であり、これは送受信器3が発生する超音
波の周期に等しい。
In FIG. 2, T0 is the period of the signal component in the echo signal, which is equal to the period of the ultrasonic wave generated by the transceiver 3.

【0048】前記フリップフロップ141と142が発
生するP出力とQ出力の関係は、前述のとおりQ出力に
対してP出力は位相が90度ずれた2相の同期信号にな
っている。
The relationship between the P output and the Q output generated by the flip-flops 141 and 142 is that the P output is a two-phase synchronization signal whose phase is shifted by 90 degrees with respect to the Q output as described above.

【0049】このような関係において、時刻tでQ出力
によりスイッチSW1がオンになったとする。これによ
って期間A1にわたってスイッチSW1からエコー信号
が取り出される。スイッチSW2エコー信号が反転回路
131で反転してから与えられる。Q−出力はQ出力よ
りもT0/2だけ遅れたタイミングでオンになる。これ
によって、期間A2にわたってスイッチSW2からエコ
ー信号の反転信号が取り出される。期間A1と期間A2
の長さはそれぞれT0/2である。
In such a relationship, it is assumed that the switch SW1 is turned on by the Q output at time t. As a result, an echo signal is extracted from the switch SW1 over the period A1. The switch SW2 echo signal is applied after being inverted by the inversion circuit 131. The Q-output is turned on at a timing delayed by T0 / 2 from the Q output. Thus, an inverted signal of the echo signal is extracted from the switch SW2 over the period A2. Period A1 and period A2
Are each T0 / 2.

【0050】以下、同様にしてスイッチSW1とSW2
が半周期(T0/2)毎に交互にオンになる。スイッチ
SW1から取り出された信号とスイッチSW2から取り
出された反転信号は加算される。図3(a)はこの結果
加算されたX成分信号である。
Hereinafter, similarly, the switches SW1 and SW2
Are alternately turned on every half cycle (T0 / 2). The signal extracted from the switch SW1 and the inverted signal extracted from the switch SW2 are added. FIG. 3A shows the X component signal added as a result.

【0051】P出力はQ出力からT0/4だけ遅れたタ
イミングでオンになる。これにより期間A3にわたって
スイッチSW3からエコー信号が取り出される。スイッ
チSW4には、エコー信号が反転回路131で反転して
から与えられる。P−出力はP出力よりもT0/2だけ
遅れたタイミングでオンになる。これによって、期間A
4にわたってスイッチSW4からエコー信号の反転信号
が取り出される。期間A3と期間A4の長さはそれぞれ
T0/2である。
The P output is turned on at a timing delayed by T0 / 4 from the Q output. As a result, an echo signal is extracted from the switch SW3 over the period A3. The switch SW4 is supplied after the echo signal is inverted by the inverting circuit 131. The P- output is turned on at a timing delayed by T0 / 2 from the P output. Thus, the period A
An inverted signal of the echo signal is extracted from the switch SW4 over four times. The lengths of the periods A3 and A4 are each T0 / 2.

【0052】以下、同様にしてスイッチSW3とSW4
が半周期(T0/2)毎に交互にオンになる。スイッチ
SW3から取り出された信号とスイッチSW4から取り
出された反転信号は加算される。図3(b)はこの結果
加算されたY成分信号である。
Hereinafter, similarly, the switches SW3 and SW4
Are alternately turned on every half cycle (T0 / 2). The signal extracted from the switch SW3 and the inverted signal extracted from the switch SW4 are added. FIG. 3B shows the Y component signal added as a result.

【0053】このようにして送受信器3が発信する超音
波の周期と同周期で、位相が90度ずつずれた4つの駆
動信号を用いてスイッチSW1からSW4を駆動するこ
とによりエコー信号から2つの信号成分を抽出してい
る。これらの信号は、図3より明らかなようにX成分信
号はエコー波S1のSIN成分信号であり、Y成分信号
はエコー波S1のCOS成分信号である。
By driving the switches SW1 to SW4 using the four drive signals having the same period as the period of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter / receiver 3 and having a phase shift of 90 degrees, two echo signals are obtained from the echo signals. Signal components are extracted. As is apparent from FIG. 3, the X component signal is the SIN component signal of the echo wave S1, and the Y component signal is the COS component signal of the echo wave S1.

【0054】図4(a)は、図3(a)に示したX成分
信号を積分回路132によって積分した波形でり、図4
(b)は、図3(b)に示したY成分信号を積分回路1
33によって積分した波形である。
FIG. 4A shows a waveform obtained by integrating the X component signal shown in FIG.
FIG. 3 (b) shows the integration of the Y component signal shown in FIG.
33 is a waveform integrated by 33.

【0055】図2に示したエコー波S1(または図3
(a)に示したX成分信号)に重畳するノイズ信号S2
は、一般的に正負の領域をランダムに持っている。従っ
て図3(a)に示したX成分信号を積分器132によっ
て積分することにより、ノイズ信号の正負の領域が互い
に相殺されるため、積分出力信号からこれらノイズ信号
を除去することが可能である。
The echo wave S1 shown in FIG.
The noise signal S2 superimposed on the (X component signal shown in (a))
Generally have positive and negative regions at random. Therefore, by integrating the X component signal shown in FIG. 3A by the integrator 132, the positive and negative regions of the noise signal are canceled each other, and it is possible to remove these noise signals from the integrated output signal. .

【0056】このようにして、同期積分回路13は送受
信器3が発信する超音波に周期と同周期の信号によって
エコー波から前記X、Yの成分信号を抽出し、これを積
分することにより、ノイズ信号を除去した信号成分を取
り出すことが可能である。
As described above, the synchronous integration circuit 13 extracts the X and Y component signals from the echo wave by using a signal having the same cycle as that of the ultrasonic wave transmitted from the transceiver 3, and integrates the extracted signals. It is possible to extract a signal component from which the noise signal has been removed.

【0057】上記の動作によって取り出されたX、Y2
つの積分信号は、移動加算器172と173によって前
記(1)式と(2)式に従い、それぞれ移動加算処理が
施される。これは、デジタルデータとして一時保存され
た前記X、Y2つの積分信号から高調波成分を除去し滑
らかに波形整形するためのフィルタリングを行う目的で
備えられたデジタルフィルタである。図5(a)はX成
分信号の積分信号を移動加算した波形の一例であり、図
5(b)はY成分信号の積分信号を移動加算した波形の
一例である。
X, Y2 extracted by the above operation
The two integrated signals are subjected to moving addition processing by moving adders 172 and 173 according to the above equations (1) and (2). This is a digital filter provided for the purpose of removing harmonic components from the two integrated signals X and Y temporarily stored as digital data and performing filtering for smooth waveform shaping. FIG. 5A shows an example of a waveform obtained by moving and adding the integrated signal of the X component signal, and FIG. 5B shows an example of a waveform obtained by moving and adding the integrated signal of the Y component signal.

【0058】次に、移動加算器172と173によって
それぞれ移動加算処理が施されたX、Y2つの移動加算
信号は、移動減算器174と175によって前記(3)
式と(4)式に従い、それぞれ差分演算値を2乗した信
号が出力される。図6(a)はX成分信号の移動加算に
前記(3)式による演算処理を施した波形の一例であ
り、図6(b)はY成分信号の移動加算に前記(4)式
による演算処理を施した波形の一例である。
Next, the X and Y two moving addition signals subjected to the moving addition processing by the moving adders 172 and 173 are converted by the moving subtracters 174 and 175 into the above (3).
According to the equation and the equation (4), a signal obtained by squaring the difference operation value is output. FIG. 6A shows an example of a waveform obtained by performing the arithmetic processing according to the formula (3) on the moving addition of the X component signal, and FIG. It is an example of the processed waveform.

【0059】次に加算器176は、移動減算器174と
175によってそれぞれ移動減算処理と2乗処理が施さ
れたX、Y2つの信号を加算する。これによって図6
(c)に示すようなピークを有する波形が得られる。レ
ベル算出器177は前記波形のピークからレベルを検出
する。
Next, the adder 176 adds the two signals X and Y that have been subjected to the movement subtraction processing and the squaring processing by the movement subtracters 174 and 175, respectively. As a result, FIG.
A waveform having a peak as shown in (c) is obtained. The level calculator 177 detects a level from the peak of the waveform.

【0060】ここで、前記レベル算出器177が行うレ
ベル検出の方法について、図7を用いて詳しく説明す
る。同図は、上記に述べた方法によって2乗加算した合
成波の一例である。
Here, the method of level detection performed by the level calculator 177 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 11 is an example of a composite wave obtained by square addition according to the method described above.

【0061】まず、レベル算出器177は、前記合成波
S3の全区間におけるピーク値Dpを求める。
First, the level calculator 177 obtains the peak value Dp in the entire section of the composite wave S3.

【0062】次に、レベル算出器177は、前記ピーク
値Dpの1/4の大きさを求め、これをスレッシュホー
ルド電圧Vthとして記憶する。 Vth=1/4Dp (5) 次に、レベル算出器177は、前記ピーク値Dpのデー
タから時間を戻す方向(図7中Kの方向である。)にデ
ータを検索し、前記スレッシュホールド電圧Vthを下
回るデータを探す。この時、最初にスレッシュホールド
電圧Vthを下回ったデータをエコー波の到達点Ds
(n)とし、超音波を発信した時点から前記エコー波の
到達点Ds(n)までの時間を求め、この時間からレベ
ルを検出する。
Next, the level calculator 177 obtains the magnitude of 1/4 of the peak value Dp, and stores this as a threshold voltage Vth. Vth = 1 / Dp (5) Next, the level calculator 177 searches for data in the direction of returning time from the data of the peak value Dp (the direction of K in FIG. 7), and the threshold voltage Vth Look for data below. At this time, the data that first falls below the threshold voltage Vth is determined by the arrival point Ds of the echo wave.
(N), the time from when the ultrasonic wave is transmitted to the arrival point Ds (n) of the echo wave is obtained, and the level is detected from this time.

【0063】つまりレベル算出器177は、上記に説明
したように、前記ピーク値Dpの1/4の大きさを持つ
スレッシュホールド電圧Vthに対応するデータからレ
ベルを検出することにより、再現性の高いレベル測定を
実現している。その理由は以下のとおりである。
That is, as described above, the level calculator 177 detects the level from the data corresponding to the threshold voltage Vth having a magnitude of 1/4 of the peak value Dp, thereby achieving high reproducibility. Level measurement is realized. The reason is as follows.

【0064】レベル算出器177が図7に示した波形に
おいて、もし、ピーク値Dpに対応するデータの到達点
Sdp1に基づいてレベル測定を行うように構成されて
いた場合、1回目に測定したときは、ピーク値をDp1
のデータとしエコー波の到達点をSdp1の点としてレ
ベルを検出するが、2回目に測定したときはエコー波の
状態によっては、ピーク値をDp2のデータとして検出
する可能性がある。
In the case where the level calculator 177 is configured to measure the level based on the arrival point Sdp1 of the data corresponding to the peak value Dp in the waveform shown in FIG. Represents the peak value as Dp1
And the level is detected with the arrival point of the echo wave as the point of Sdp1. However, when the second measurement is performed, the peak value may be detected as the data of Dp2 depending on the state of the echo wave.

【0065】この場合、レベルの検出値は、1回目に測
定を行った時と、2回目に測定を行った時とでそれぞれ
異なった値となるため、再現性が得られない。ところ
が、本発明の方法によってレベルを検出する場合、ピー
ク値がDp1として検出された場合においても、Dp2
として検出された場合においてもほぼ同一のデータがエ
コー波の到達点Ds(n)として認識される。従って、
本発明の方法によってレベルを検出することによって、
繰り返し測定を行った場合においても、ピーク値として
検出されるデータの違いに関わらず同一のレベルを検出
することが可能である。
In this case, the level detection value differs between the first measurement and the second measurement, so that reproducibility cannot be obtained. However, when the level is detected by the method of the present invention, even when the peak value is detected as Dp1, Dp2
, The same data is recognized as the arrival point Ds (n) of the echo wave. Therefore,
By detecting the level by the method of the present invention,
Even when the measurement is repeated, the same level can be detected regardless of the difference in the data detected as the peak value.

【0066】また、この時レベル算出器177は、前記
エコー波の到達点Ds(n)から時間を戻す方向に10
データ前までのデータD(n)を検索し、これらのうち
ひとつでも、 D(n)>Ds(n) を満足するデータがあった場合、検出された前記反射面
のレベルを測定異常として破棄するように構成されてい
る。
At this time, the level calculator 177 outputs 10 times in the direction of returning time from the arrival point Ds (n) of the echo wave.
The data D (n) up to the data is searched, and if any one of them satisfies D (n)> Ds (n), the detected level of the reflecting surface is discarded as a measurement abnormality. It is configured to be.

【0067】つまり、本発明による超音波レベル計は、
超音波が距離によって任意位相で入ってくるエコー信号
からSIN成分であるX成分信号と、COS成分である
Y成分信号を抽出し、それらの信号からノイズ信号を除
去した積分信号を移動差分演算して得られたピーク値を
有する波形を2乗加算して得られたピーク波形からレベ
ルを求めることにより、エコー信号のノイズ成分に比べ
て信号成分が十分に微弱なときでも、ノイズ成分の中か
ら信号成分を正しく検出することが可能となった。
That is, the ultrasonic level meter according to the present invention
The X component signal, which is a SIN component, and the Y component signal, which is a COS component, are extracted from an echo signal in which an ultrasonic wave enters at an arbitrary phase depending on the distance, and a moving difference operation is performed on an integrated signal obtained by removing a noise signal from those signals. By obtaining the level from the peak waveform obtained by squaring the waveform having the peak value obtained by the above, even when the signal component is sufficiently weaker than the noise component of the echo signal, Signal components can be detected correctly.

【0068】一般的に前記エコー波は、前記送受信器3
から反射面4までの空間に存在する風や温度分布の変
化、塵や埃などの影響によって時々刻々と位相が変化し
ながら前記送受信器3に返ってくる。また、実際の超音
波は、図13に示すように初期立ち上がり部W1と残留
部W2を有する複雑な波形である。これらもエコー波の
位相を時々刻々と変化させる大きな要因である。従っ
て、前記エコー波から抽出された前記X成分信号とY成
分信号は、前記送受信器3から反射面4までの距離Lx
によってその大きさが一定ではない。
Generally, the echo wave is transmitted and received by the transceiver 3
It returns to the transmitter / receiver 3 while its phase changes every moment due to the influence of the wind and the temperature distribution existing in the space from the to the reflecting surface 4 and the influence of dust and dirt. The actual ultrasonic wave has a complicated waveform having an initial rising portion W1 and a residual portion W2 as shown in FIG. These are also major factors that change the phase of the echo wave momentarily. Therefore, the X component signal and the Y component signal extracted from the echo wave are equal to the distance Lx from the transceiver 3 to the reflection surface 4.
Due to its size is not constant.

【0069】図12は、超音波P1とエコー波P2の関
係を図示したものである。もし、距離Lxが一定であり
前記送受信器3から反射面4までの空間に全くゆらぎが
ないとすると、前記エコー波P2の波形eiは、超音波
の波長をλ、前記エコー波の振幅をAとすると、 ei=Asinθ (6) で表される。ここでθは、 θ=(Lx/λ―N)×2π (rad) である。但し、Nは、超音波P1が発信されてからエコ
ー波P2が受信されるまでの振幅数の整数部分である。
FIG. 12 illustrates the relationship between the ultrasonic wave P1 and the echo wave P2. If the distance Lx is constant and the space from the transmitter / receiver 3 to the reflection surface 4 has no fluctuation, the waveform ei of the echo wave P2 has the wavelength of the ultrasonic wave as λ and the amplitude of the echo wave as A. Then, ei = Asin θ (6) Here, θ is θ = (Lx / λ−N) × 2π (rad). Here, N is an integer part of the amplitude number from the transmission of the ultrasonic wave P1 to the reception of the echo wave P2.

【0070】従って前記(6)式のエコー波を前記同期
積分回路13によって積分した場合のX成分の出力信号
eixとY成分の出力信号eiyは、 eix=∫Asinθ・dt (7) eiy=∫Acosθ・dt (8) となり、それぞれの有効成分が積分出力として現れる。
Therefore, the output signal eix of the X component and the output signal eiy of the Y component when the echo wave of the above equation (6) is integrated by the synchronous integration circuit 13 are as follows: eix = {A sin θ · dt (7) eiy =} Acos θ · dt (8), and each effective component appears as an integrated output.

【0071】この場合、位相θが一定であれば、時間t
に関してそれぞれの積分値を2乗和開平すれば振幅Aに
比例した積分値が得られる。即ち、 ∫Adt=√{(∫Asinθ・dt)2+(∫Acosθ・dt)2} (9) となる。
In this case, if the phase θ is constant, the time t
By square-rooting the respective integral values with respect to, an integral value proportional to the amplitude A can be obtained. That is, {Adt = {({Asin θ · dt) 2 ) + ({Acos θ · dt) 2 } (9)

【0072】しかし実際には、上記に説明した理由によ
るエコー波のゆらぎによって位相θは、時々刻々と変化
する。これを前記(9)式によってそのまま演算する
と、その演算結果に前記位相θの変化によって発生する
誤差を生じてしまう。
However, in practice, the phase θ changes every moment due to the fluctuation of the echo wave for the reason described above. If this is directly calculated by the above equation (9), an error occurs due to the change in the phase θ in the calculation result.

【0073】そこで、本発明の超音波レベル計では、図
13において、超音波の発信時間T2に比べて充分に短
い時間T3であればエコー波の位相θは一定であるとみ
なし、前記短い時間T3の時間幅で前記エコー波から抽
出したX、Yの信号成分に前述した移動加算処理と移動
減算処理を施し、更に2乗加算することによって図7に
示したピークを有する波形を求めるように構成されてい
る。また、本来であれば、前記(9)式のように2乗加
算した信号を開平処理することが望ましいが、本発明の
超音波レベル計では、演算部17の処理を高速化するた
め、前記ピークを有する波形を開平処理するかわりにピ
ーク値の1/4の大きさのデータを基点としてレベルを
検出している。これによって時々刻々と変化するエコー
波の位相の影響を除去することが可能となり、従来方式
を圧倒する高精度でレベルを検出することが可能となっ
た。
Therefore, in the ultrasonic level meter of the present invention, in FIG. 13, if the time T3 is sufficiently shorter than the transmission time T2 of the ultrasonic wave, the phase θ of the echo wave is considered to be constant, The X and Y signal components extracted from the echo wave in the time width of T3 are subjected to the above-described moving addition processing and moving subtraction processing, and further squared to obtain a waveform having a peak shown in FIG. It is configured. In addition, although it is originally desirable to perform the square root processing on the square-added signal as in the above equation (9), in the ultrasonic level meter of the present invention, in order to speed up the processing of the arithmetic unit 17, Instead of performing a square root process on a waveform having a peak, the level is detected based on data having a size of 1/4 of the peak value. This makes it possible to remove the influence of the phase of the echo wave, which changes every moment, and makes it possible to detect the level with high precision that is overwhelming the conventional method.

【0074】本発明の超音波レベル計では、発信周波数
が40kHz(1周期は25μsecである。)の超音
波を0.1から0.2secで発信し、エコー波の7周
期の期間(175μsecである。)を位相θが一定で
あるとみなしている。また、前記A/D変換器15と1
6のサンプリング周期は34.5μsecである。従っ
て前記エコー波の7周期の期間にサンプリングされるデ
ータ数は5個である。このため、上述した移動加算器1
72と173及び移動減算器174と175では5個の
データ幅を用いて移動演算処理を行うように構成されて
いる。
In the ultrasonic level meter of the present invention, an ultrasonic wave having a transmission frequency of 40 kHz (one cycle is 25 μsec.) Is transmitted for 0.1 to 0.2 sec., And a period of seven cycles of the echo wave (175 μsec. Is regarded as having a constant phase θ. Further, the A / D converters 15 and 1
The sampling period of No. 6 is 34.5 μsec. Therefore, the number of data sampled during the period of seven cycles of the echo wave is five. Therefore, the above-described moving adder 1
The 72 and 173 and the shift subtracters 174 and 175 are configured to perform shift operation processing using five data widths.

【0075】また、上記2相同期積分回路のかわりに3
相同期積分回路を用いて本発明の超音波レベル計を構成
した場合は、より精度の高い超音波レベル計を実現する
ことが可能である。
Also, instead of the two-phase synchronous integration circuit, three
When the ultrasonic level meter of the present invention is configured using the phase-synchronous integration circuit, it is possible to realize an ultrasonic level meter with higher accuracy.

【0076】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。
The foregoing description merely illustrates certain preferred embodiments for purposes of explanation and illustration of the invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many more modifications without departing from the spirit thereof.
This includes deformation.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項1に記載
の発明では、超音波レベル計において、前記超音波の周
期と同じ周期の信号を用いて前記エコー波の信号から複
数の信号成分を抽出し、この信号成分を積分することに
よって前記複数の信号成分の積分信号を出力する多相同
期積分回路と、この複数の積分信号をそれぞれアナログ
/デジタル変換するA/D変換器と、前記A/D変換器
の出力をそれぞれ移動加算する移動加算器と、前記移動
加算器の出力にそれぞれ一定のデータ幅で移動差分演算
を施すと共にこの演算値を2乗した信号を出力する移動
差分演算器と、前記移動差分演算器の出力を加算する加
算器と、この加算器の出力波形から前記反射面のレベル
を算出するレベル算出器を具備したことにより、同期積
分の長所である大幅なS/N比を得ながら、任意位相で
戻ってくるエコー波に対して位相情報を含めた処理を行
うことが可能となり、多くのノイズ信号を含むエコー波
に対して正確なエコー到達時間を測定することが可能と
なる。また、本発明の超音波レベル計は、前述した信号
処理をすべて汎用的な部品を用いて実現したため、低コ
ストでありながら、従来方式を圧倒する高精度でレベル
を検出することが可能となった。
As is apparent from the above description,
According to the present invention, the following effects can be obtained. According to the first aspect of the present invention, in the ultrasonic level meter, a plurality of signal components are extracted from the echo wave signal using a signal having the same period as the period of the ultrasonic wave, and the signal components are integrated. A polyphase synchronous integration circuit for outputting integrated signals of the plurality of signal components, an A / D converter for analog-to-digital conversion of each of the plurality of integrated signals, and moving and adding outputs of the A / D converter, respectively A moving adder, a moving difference calculator for performing a moving difference calculation on the output of the moving adder with a constant data width, and outputting a signal obtained by squaring the calculated value; and adding the outputs of the moving difference calculator. And a level calculator for calculating the level of the reflection surface from the output waveform of the adder, so that the signal can be returned at an arbitrary phase while obtaining a large S / N ratio which is an advantage of synchronous integration. Come process it is possible to perform, including the phase information to the echo waves, it is possible to measure the precise echo arrival time against echo wave including a lot of noise signals. Also, the ultrasonic level meter of the present invention realizes the above-described signal processing using all general-purpose components, so that it is possible to detect the level with high accuracy that is overwhelming the conventional method at a low cost. Was.

【0078】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記多相同期演算器は、前記超音波
と同じ周期の信号を用いて前記エコー波のの周期の中で
半周期の期間にわたって信号を取り出し、残りの半周期
の期間にわたってエコー波の反転信号を取り出し、取り
出した信号を加算することによって前記エコー波から、
90度位相の異なるX成分信号とY成分信号を抽出し、
前記X成分信号と前記Y成分信号をそれぞれ積分する第
1及び第2の積分回路によって前記エコー波の2相同期
積分信号を出力する2相同期積分回路を用いたことによ
って、簡単な構造の2相同期積分回路を用いて上記の特
徴を備えた超音波レベル計を低コストで提供することが
可能となる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the multi-phase synchronous calculator uses a signal having the same cycle as that of the ultrasonic wave and performs a half of the cycle of the echo wave. Extracting the signal over the period of the cycle, extracting the inverted signal of the echo wave over the remaining half period, and adding the extracted signals from the echo wave,
Extract the X-component signal and the Y-component signal that are 90 degrees out of phase,
By using a two-phase synchronous integration circuit that outputs a two-phase synchronous integration signal of the echo wave using first and second integration circuits that respectively integrate the X-component signal and the Y-component signal, a simple structure 2 It is possible to provide an ultrasonic level meter having the above features at low cost by using a phase-synchronous integration circuit.

【0079】請求項3に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記移動加算器は、5データ区間で
移動加算値U(n)を求めることにより、信号波形に影
響を与えることなく容易にフィルタリングを行うことが
可能となる。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the moving adder determines a moving addition value U (n) in five data sections, thereby affecting a signal waveform. Filtering can be performed easily without any additional processing.

【0080】請求項4に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記移動差分演算器は、前記移動加
算器から出力されるデータ番号nのデジタルデータ値U
(n)と、これより5データ前のデジタルデータ値U
(n−5)との差分演算値D(n)xを求め、これを2
乗した値を出力するように構成されたことにより、前記
多相同期積分回路から出力される積分波形のピーク値を
容易に得ることが可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the moving difference calculator includes a digital data value U of a data number n output from the moving adder.
(N) and the digital data value U that is five data earlier than this
A difference operation value D (n) x from (n−5) is obtained, and this is calculated as 2
By being configured to output the raised value, the peak value of the integrated waveform output from the polyphase synchronous integration circuit can be easily obtained.

【0081】請求項5に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記レベル算出器は、前記加算器か
ら出力される出力波形のピーク値を求め、このピーク値
に対応するデータ位置から時間を戻す方向に順にデータ
を検索し、前記ピーク値の1/4の大きさを最初に下回
るデータDs(n)を検出することによって、超音波を
発信した時点から前記データDs(n)が到達するまで
の時間を求め、この時間からレベルを検出するように構
成されたことにより、図7に示した波形のようにピーク
値に近い大きさのデータが多数存在する波形において、
前記データDs(n)の到達点を検出する場合において
も、その再現性が維持することが可能となる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the level calculator determines a peak value of an output waveform output from the adder, and determines a data position corresponding to the peak value. The data Ds (n) is searched from the time when the ultrasonic wave is transmitted by sequentially searching the data in the direction of returning the time from the data, and detecting the data Ds (n) which is smaller than 1/4 of the peak value first. Is obtained, and the level is detected from this time. Thus, in a waveform in which a large amount of data having a size close to the peak value exists as in the waveform shown in FIG.
Even when the arrival point of the data Ds (n) is detected, the reproducibility can be maintained.

【0082】請求項6に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記レベル算出器は、前記加算信号
のピーク値の1/4の大きさに対応するデータDs
(n)から10データ前までのデータD(n)を検索
し、 D(n)>Ds(n) を満足するデータがあった場合、検出された前記反射面
のレベル値を測定異常として破棄するように構成された
ことにより、異常測定値を除去することが可能となる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the level calculator calculates the data Ds corresponding to 1 / of the peak value of the addition signal.
Data D (n) from (n) to 10 data before is searched, and if there is data satisfying D (n)> Ds (n), the detected level value of the reflecting surface is discarded as a measurement abnormality. With such a configuration, it is possible to remove the abnormal measurement value.

【0083】請求項7に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記多相同期演算器は、前記超音波
の周期と同じ周期の信号を用いて前記エコー波の信号か
ら120度ずつ位相の異なる3個の信号成分を抽出し、
これらの信号成分をそれぞれ積分することによって3個
の信号成分の積分信号を出力する3相同期積分回路を用
いたことにより、2相同期積分回路を用いた場合に比
べ、更にその精度を向上させることが可能となる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the multi-phase synchronous calculator uses a signal having the same cycle as that of the ultrasonic wave to generate a signal of 120 degrees from the echo wave signal. Extract three signal components with different phases by
By using a three-phase synchronous integration circuit that outputs an integrated signal of three signal components by integrating each of these signal components, the accuracy is further improved as compared with the case where a two-phase synchronous integration circuit is used. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る超音波レベル計の一実施例を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of an ultrasonic level meter according to the present invention.

【図2】本発明の動作説明図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the present invention.

【図3】本発明の動作説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the present invention.

【図4】本発明の動作説明図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the present invention.

【図5】本発明の動作説明図である。FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the present invention.

【図6】本発明の動作説明図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the present invention.

【図7】従来の超音波レベル計の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a conventional ultrasonic level meter.

【図8】図8の超音波レベル計の動作説明図である。FIG. 8 is an operation explanatory diagram of the ultrasonic level meter of FIG. 8;

【図9】図8の超音波レベル計の動作説明図である。FIG. 9 is an operation explanatory diagram of the ultrasonic level meter of FIG. 8;

【図10】図8の超音波レベル計の動作説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram of the ultrasonic level meter of FIG. 8;

【図11】図8の超音波レベル計の動作説明図である。FIG. 11 is an operation explanatory diagram of the ultrasonic level meter of FIG. 8;

【図12】本発明の動作説明図である。FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of the present invention.

【図13】本発明の動作説明図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the operation of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 検出対象 2 タンク 3 送受信器 4 反射面 10 プリアンプ 11 D/A変換器 12 中間アンプ 13 同期積分回路 14 駆動信号発生回路 15、16 A/D変換器 17 演算器 131 反転回路 132、133 積分回路 SW1、SW2、SW3、SW4 スイッチ 141,142 フリップフロップ 171 記憶手段 172,173 移動加算器 174,175 移動減算器 176 加算器 177 レベル算出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Detection target 2 Tank 3 Transceiver 4 Reflection surface 10 Preamplifier 11 D / A converter 12 Intermediate amplifier 13 Synchronous integration circuit 14 Drive signal generation circuit 15, 16 A / D converter 17 Operation unit 131 Inversion circuit 132, 133 Integration circuit SW1, SW2, SW3, SW4 Switch 141, 142 Flip-flop 171 Storage means 172, 173 Moving adder 174, 175 Moving subtractor 176 Adder 177 Level calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 義則 栃木県足利市久松町85番 横河ウェザック 株式会社内 Fターム(参考) 2F014 FB01 GA01  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Yoshinori Ishii No. 85 Hisamatsu-cho, Ashikaga-shi, Tochigi Yokogawa Wezac F-term (reference) 2F014 FB01 GA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レベル検出対象の反射面に向けて送受信器
から超音波を発信し、反射面で反射された超音波を前記
送受信器で受信し、前記送受信器が超音波を発信してか
らエコー波を受信するまでに要した時間をもとに前記反
射面のレベルを検出する超音波レベル計において、前記
超音波の周期と同じ周期の信号を用いて前記エコー波の
信号から複数の信号成分を抽出し、この信号成分を積分
することによって前記複数の信号成分の積分信号を出力
する多相同期積分回路と、この複数の積分信号をそれぞ
れアナログ/デジタル変換するA/D変換器と、前記A
/D変換器の出力をそれぞれ移動加算する移動加算器
と、前記移動加算器の出力にそれぞれ一定のデータ幅で
移動差分演算を施すと共にこの演算値を2乗した信号を
出力する移動差分演算器と、前記移動差分演算器の出力
を加算する加算器と、この加算器の出力波形から前記反
射面のレベルを算出するレベル算出器を具備したことを
特徴とする超音波レベル計。
1. An ultrasonic wave is transmitted from a transceiver toward a reflection surface of a level detection target, and the ultrasonic wave reflected by the reflection surface is received by the transceiver, and after the transceiver transmits the ultrasonic wave, In an ultrasonic level meter that detects the level of the reflection surface based on the time required to receive an echo wave, a plurality of signals are obtained from the echo wave signal using a signal having the same cycle as the cycle of the ultrasonic wave. A polyphase synchronous integration circuit that extracts components and integrates the signal components to output integrated signals of the plurality of signal components; an A / D converter that performs analog / digital conversion of each of the plurality of integrated signals; Said A
A moving adder that moves and adds the outputs of the / D converters; a moving difference calculator that performs a moving difference calculation on the outputs of the moving adders with a fixed data width and outputs a signal obtained by squaring the calculated value; And an adder for adding the output of the moving difference calculator, and a level calculator for calculating the level of the reflecting surface from the output waveform of the adder.
【請求項2】前記多相同期演算器は、前記超音波と同じ
周期の信号を用いて前記エコー波の周期の中で半周期の
期間にわたって信号を取り出し、残りの半周期の期間に
わたってエコー波の反転信号を取り出し、取り出した信
号を加算することによって前記エコー波から、90度位
相の異なるX成分信号とY成分信号を抽出し、前記X成
分信号と前記Y成分信号をそれぞれ積分する第1及び第
2の積分回路によって前記エコー波の2相同期積分信号
を出力する2相同期積分回路を用いたことを特徴とする
請求項1に記載の超音波レベル計。
2. The multi-phase synchronization arithmetic unit extracts a signal using a signal having the same cycle as that of the ultrasonic wave over a half cycle of the echo wave, and extracts the echo wave over the remaining half cycle. A first component that extracts an X component signal and a Y component signal having phases different from each other by 90 degrees from the echo wave by extracting the inverted signals of the above, and integrating the X component signal and the Y component signal, respectively. 2. The ultrasonic level meter according to claim 1, wherein a two-phase synchronous integration circuit that outputs a two-phase synchronous integration signal of the echo wave by a second integration circuit is used.
【請求項3】前記移動加算器は、下記の式により5デー
タ区間で移動加算値U(n)を求めることを特徴とする
請求項1に記載の超音波レベル計。 U(n)=d(n−2)+d(n−1)+d(n)+d
(n+1)+d(n+2) 但し、d(n)は、前記A/D変換器から出力されるデ
ータ番号nのデジタルデータである。
3. The ultrasonic level meter according to claim 1, wherein said moving adder obtains a moving addition value U (n) in five data sections by the following equation. U (n) = d (n-2) + d (n-1) + d (n) + d
(N + 1) + d (n + 2) where d (n) is digital data of data number n output from the A / D converter.
【請求項4】前記移動差分演算器は、下記の式により、
前記移動加算器から出力されるデータ番号nのデジタル
データ値U(n)と、これより5データ前のデジタルデ
ータ値U(n−5)との差分演算値D(n)を求め、こ
れを2乗した値を出力するように構成されたことを特徴
とする請求項1に記載の超音波レベル計。 {D(n)}2={U(n)−U(n−5)}2
4. The moving difference calculator according to the following equation:
A difference operation value D (n) between the digital data value U (n) of the data number n output from the moving adder and the digital data value U (n-5) five data before this is calculated, and this is calculated. The ultrasonic level meter according to claim 1, wherein the ultrasonic level meter is configured to output a squared value. {D (n)} 2 = {U (n) -U (n-5)} 2
【請求項5】前記レベル算出器は、前記加算器から出力
される出力波形のピーク値を求め、このピーク値に対応
するデータ位置から時間を戻す方向に順にデータを検索
し、前記ピーク値の1/4の大きさを最初に下回るデー
タDs(n)を検出することによって、超音波を発信し
た時点から前記データDs(n)が到達するまでの時間
を求め、この時間からレベルを検出するように構成され
たことを特徴とする請求項1に記載の超音波レベル計。
5. The level calculator calculates a peak value of an output waveform output from the adder, searches data sequentially in a direction of returning time from a data position corresponding to the peak value, and searches for the peak value. By detecting data Ds (n) that is smaller than 1/4 first, the time from when the ultrasonic wave is transmitted to when the data Ds (n) arrives is obtained, and the level is detected from this time. The ultrasonic level meter according to claim 1, wherein the ultrasonic level meter is configured as follows.
【請求項6】前記レベル算出器は、前記加算信号のピー
ク値の1/4の大きさに対応するデータDs(n)から
10データ前までのデータD(n)を検索し、 D(n)>Ds(n) を満足するデータがあった場合、検出された前記反射面
のレベル値を測定異常として破棄するように構成された
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波レベル計。
6. The level calculator searches for data D (n) 10 data before the data Ds (n) corresponding to a quarter of the peak value of the addition signal, and obtains D (n). 2. The ultrasonic level meter according to claim 1, wherein when there is data satisfying the following condition:> Ds (n), the detected level value of the reflecting surface is discarded as a measurement abnormality. .
【請求項7】前記多相同期演算器は、前記超音波の周期
と同じ周期の信号を用いて前記エコー波の信号から12
0度ずつ位相の異なる3個の信号成分を抽出し、これら
の信号成分をそれぞれ積分することによって3個の信号
成分の積分信号を出力する3相同期演算器を用いたこと
を特徴とする請求項1に記載の超音波レベル計。
7. The multi-phase synchronization arithmetic unit according to claim 1, wherein the multi-phase synchronous operation unit uses the signal having the same cycle as the cycle of the ultrasonic wave to calculate 12
3. A three-phase synchronous arithmetic unit which extracts three signal components having phases different by 0 degrees and outputs an integrated signal of three signal components by integrating these signal components, respectively. Item 7. The ultrasonic level meter according to Item 1.
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