JP2000329748A - Ultrasonic sensor control circuit and ultrasonic densitometer using the same - Google Patents

Ultrasonic sensor control circuit and ultrasonic densitometer using the same

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JP2000329748A
JP2000329748A JP11159773A JP15977399A JP2000329748A JP 2000329748 A JP2000329748 A JP 2000329748A JP 11159773 A JP11159773 A JP 11159773A JP 15977399 A JP15977399 A JP 15977399A JP 2000329748 A JP2000329748 A JP 2000329748A
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signal
unit
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ultrasonic
control circuit
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Masahiro Kondo
誠宏 近藤
Takao Nagasawa
隆男 長澤
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SANETEC KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic sensor control circuit and to detect the sludge of a liquid having a wide usable temperature range and low in concentration. SOLUTION: An ultrasonic sensor part wherein a transmitter 1 for transmitting ultrasonic waves and a receiver 2 receiving ultrasonic waves are arranged in opposed relationship, an oscillation part forming a high frequency signal to be applied to the transmitter 1, a feedback control part inputting the output signal outputted from the receiver 2 and feeding back an AC voltage signal for driving the oscillation part to form an AC voltage signal having constant amplitude and a rectifying part for rectifying the output signal from the receiver 2 are provided.

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】この発明は、超音波センサ制
御回路に関し、特に、液体の濃度の測定,汚水処理及び
浄水処理場における汚泥濃度の管理・測定に使用される
超音波式の界面計及び濃度計の超音波センサ制御回路に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic sensor control circuit, and more particularly to an ultrasonic interferometer used for measuring the concentration of liquid, treating and treating sludge in a sewage treatment plant, and the like. The present invention relates to an ultrasonic sensor control circuit for a densitometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、環境問題が大きく取り上げられる
ようになり、上水道における汚染はもちろんのこと河
川、海洋の汚濁による環境生態系の影響が懸念されてい
る。このような上水道,河川等の汚濁の程度を計測し把
握するために、従来からいろいろな計測原理を応用した
界面計、濃度計が製作されているが、主として光式と超
音波式のものが、その用途に応じて利用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, environmental problems have been widely taken up, and there is a concern that the pollution of rivers and oceans as well as the effects of environmental ecosystems due to pollution of rivers and oceans will occur. In order to measure and grasp the degree of pollution of such waterworks and rivers, interface meters and densitometers that have applied various measurement principles have been manufactured, but optical and ultrasonic types are mainly used. , Depending on the application.

【0003】このうち光式のものは、発光ダイオード
(LED)とフォトトランジスタをそれぞれ投光器,受
光器として使用し、それらの間を透過する光の減衰率に
よって汚濁の度合いを検知するものである。しかしこの
光方式では、汚濁した液体による投光、受光面に汚れが
生じることにより、光の透過率が実際の液体の汚濁の度
合いと対応しないことがある。
[0003] Among them, the optical type uses a light emitting diode (LED) and a phototransistor as a light emitter and a light receiver, respectively, and detects the degree of contamination by the attenuation rate of light passing between them. However, in this optical system, the light transmittance may not correspond to the actual degree of contamination of the liquid due to contamination of the light projecting and light receiving surfaces by the contaminated liquid.

【0004】この対策のため、一定時間ごとに投光器・
受光器の表面に水流を噴射して洗浄するなど、定期的な
メンテナンスが必要である。また発光ダイオードの特性
は温度の変化に対して大きく変化するので計測精度の点
で問題がある。また基本的には汚濁物、液体の色等によ
って光の透過の度合いが異なるため、濃度に対する誤差
も大きい。
As a countermeasure for this, a light transmitter
Periodic maintenance is required, such as cleaning by spraying a water stream on the surface of the light receiver. In addition, since the characteristics of the light emitting diode greatly change with a change in temperature, there is a problem in measurement accuracy. Basically, the degree of light transmission varies depending on the color of the contaminant, the liquid, and the like, so that there is a large error in the concentration.

【0005】一方、超音波式のものでは、光式と異な
り、液体中の超音波の減衰率を計測するため、汚濁物,
液体の色等の影響は受けない。また、超音波の発信・受
信面は常に超音波による微振動が加えられているため汚
れが付着しにくく、洗浄するメンテナンスが不要であ
る。しかし、低濃度の汚泥を検知する場合には、超音波
の周波数を高くし、光式のものよりも発信・受信センサ
間の距離を大きくとって濃度の差に対する出力の差を大
きくしなければ、低濃度の汚泥を検知できない。
On the other hand, the ultrasonic type differs from the optical type in that the attenuation rate of the ultrasonic wave in the liquid is measured.
It is not affected by the color of the liquid. Further, since the transmitting and receiving surfaces of the ultrasonic waves are constantly subjected to micro-vibration by the ultrasonic waves, dirt hardly adheres thereto, and maintenance for cleaning is unnecessary. However, when detecting low-concentration sludge, it is necessary to increase the frequency of the ultrasonic wave, increase the distance between the transmitting and receiving sensors compared to the optical type, and increase the output difference with respect to the concentration difference. , Cannot detect low concentration sludge.

【0006】図6に、従来の超音波式の界面計に用いら
れる超音波センサ制御回路の概略構成図を示す。符号1
は超音波の発信器、符号2は超音波の受信器、符号4’
はトランジスタを用いた交流増幅器、符号20は発振回
路、符号13’はダイオード整流器、符号15は比較器
である。発信器1と受信器2とは一定間隔をあけて固定
配置され、計測する汚泥等の中に投入される。
FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of an ultrasonic sensor control circuit used in a conventional ultrasonic interface meter. Sign 1
Is an ultrasonic transmitter, 2 is an ultrasonic receiver, 4 '
Is an AC amplifier using a transistor, 20 is an oscillation circuit, 13 'is a diode rectifier, and 15 is a comparator. The transmitter 1 and the receiver 2 are fixedly arranged at a fixed interval, and are put into sludge or the like to be measured.

【0007】発振回路20の共振周波数を発信器1及び
受信器2の共振周波数と一致させ、発信器1から受信器
2へ向かって超音波を発信させる。超音波は汚泥の中を
進行し、汚泥中の混入物などのために減衰して受信器2
に受信される。発振回路20から出力された交流信号の
一部は、検出信号として整流器13’へ出力され、直流
信号に整流される。整流された直流信号は、比較器15
によって所定のしきい値と比較され、汚泥のレベルの判
定結果を出力する。
[0007] The resonance frequency of the oscillation circuit 20 is made to match the resonance frequency of the transmitter 1 and the receiver 2, and an ultrasonic wave is transmitted from the transmitter 1 to the receiver 2. The ultrasonic wave travels through the sludge and is attenuated due to contaminants in the sludge.
Is received. Part of the AC signal output from the oscillation circuit 20 is output to the rectifier 13 'as a detection signal, and is rectified into a DC signal. The rectified DC signal is supplied to the comparator 15
And outputs a judgment result of the sludge level.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図6のような
超音波センサ制御回路では、次のような問題点があっ
た。高周波用トランジスタの交流増幅器の温度ドリフト
のため、整流器13’に出力される検出信号は温度変化
に対応して変化し、安定した検出をすることができな
い。より低濃度の判別をするには、より高周波の超音波
を用いる必要がある。特に、水と0.5%程度以下の低
濃度の汚泥を判別する場合には、超音波の周波数が高い
発振条件となるように設定しなければならない。
However, the ultrasonic sensor control circuit as shown in FIG. 6 has the following problems. Due to the temperature drift of the AC amplifier of the high-frequency transistor, the detection signal output to the rectifier 13 'changes according to the temperature change, and stable detection cannot be performed. To determine a lower concentration, it is necessary to use higher frequency ultrasonic waves. In particular, when discriminating between water and low-concentration sludge of about 0.5% or less, it is necessary to set the frequency of the ultrasonic waves so as to satisfy high oscillation conditions.

【0009】また、汚泥の濃度測定などでは一般にこの
超音波センサ制御回路は屋外に設置されるが、発振出力
が温度変化によって変化するため、一年を通して正常な
動作を保証するのは困難である。所定の温度範囲で、水
と汚泥との濃度差を検出信号によって正確に判別するた
めには、図6の制御回路の温度変化による測定値のずれ
を、水と汚泥との濃度差に対応する検出信号の差よりも
極力小さく抑える必要がある。
In the measurement of sludge concentration, the ultrasonic sensor control circuit is generally installed outdoors. However, it is difficult to guarantee normal operation throughout the year because the oscillation output changes with temperature changes. . In order to accurately determine the concentration difference between water and sludge in the predetermined temperature range by the detection signal, the deviation of the measured value due to the temperature change of the control circuit in FIG. 6 corresponds to the difference in concentration between water and sludge. It is necessary to keep the difference between the detection signals as small as possible.

【0010】超音波センサ制御回路において、トランジ
スタ増幅回路を用いた交流増幅器4’、インダクタとコ
ンデンサを組合せた発振回路20、さらにセラミックの
圧電体を振動板に貼り合わせた発信器1及び受信器2を
用いれば、ある程度温度変化の影響を受けないものとす
ることができるが、被測定物である汚泥水の濃度が薄い
ものを検出する場合には、やはり温度変化は無視できず
所望の測定温度範囲において十分な測定精度を保証する
ことは困難である。逆に、十分な測定精度を保証できる
被測定物の温度範囲は非常に狭いものとなり、低濃度の
汚泥測定で要求される仕様には対応できない。
In the ultrasonic sensor control circuit, an AC amplifier 4 'using a transistor amplifier circuit, an oscillation circuit 20 combining an inductor and a capacitor, and a transmitter 1 and a receiver 2 each having a ceramic piezoelectric body bonded to a diaphragm. Can be made to be somewhat unaffected by temperature changes.However, when detecting an object having a low concentration of sludge water, the temperature change cannot be ignored and the desired measurement temperature It is difficult to guarantee sufficient measurement accuracy in the range. Conversely, the temperature range of the measured object, which can guarantee sufficient measurement accuracy, is very narrow, and cannot meet the specifications required for low-concentration sludge measurement.

【0011】また、汚泥の濃度を超音波で検知する場
合、超音波の減衰率が汚泥の濃度に対応するが、汚泥中
の固形物が超音波を遮蔽する度合によって超音波の減衰
率は時々刻々変化する。汚泥は、一般的に液体と固形物
との混合物であるので、場所によって部分的にばらつ
き、液体と固形物との混合の割合はあらゆる場所で一様
であることはまれであり、同じ場所でも時間的に汚泥の
濃度にはばらつきが出る。すなわち、ある場所で一時的
な濃度を測定しても、その測定値が汚泥全体の濃度を反
映しているとは言えない場合が多い。また、設定された
しきい値前後で、汚泥の濃度がばらつく場合には、濃度
計の出力をもとに各種制御を行う機器は不安定な動作を
繰り返すことになり安定した動作ができない。
When detecting the concentration of sludge by ultrasonic waves, the attenuation rate of ultrasonic waves corresponds to the concentration of sludge. However, the attenuation rate of ultrasonic waves sometimes depends on the degree to which solids in the sludge shield the ultrasonic waves. It changes every moment. Sludge is generally a mixture of liquid and solid matter, so it partially varies from place to place, and the mixing ratio of liquid and solid matter is rarely uniform everywhere, even in the same place. The concentration of sludge varies over time. That is, even if a temporary concentration is measured at a certain place, the measured value often cannot be said to reflect the concentration of the entire sludge. In addition, when the concentration of sludge varies around the set threshold value, a device that performs various controls based on the output of the densitometer repeats unstable operations and cannot perform stable operations.

【0012】そこで、この発明は、このような事情を考
慮してなされたものであり、温度変化の影響をほとんど
受けず、できるだけ広い温度範囲で低濃度の汚泥検出が
可能な超音波センサ制御回路を提供することを課題とす
る。また、測定された汚泥濃度に対応する信号をいわゆ
るデジタル処理することにより、安定した汚泥濃度検出
が可能な超音波式濃度計を提供することを課題とする。
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and is hardly influenced by a temperature change, and is capable of detecting low-concentration sludge in a temperature range as wide as possible. The task is to provide Another object of the present invention is to provide an ultrasonic densitometer capable of performing stable detection of sludge concentration by subjecting a signal corresponding to the measured sludge concentration to digital processing.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明は、超音波を発
信する発信器及び超音波を受信する受信器とを対向配置
させた超音波センサ部と、発信器に与える高周波信号を
生成する発振部と、受信器から出力された出力信号を入
力とし、発振部を駆動するための交流電圧信号をフィー
ドバックして一定の振幅を持つ交流電圧信号を生成する
フィードバック制御部と、前記受信器から出力された出
力信号を整流する整流部とを備えたことを特徴とする超
音波センサ制御回路を提供するものである。これによ
り、温度変化に依存せずに、より安定化した超音波の発
信が可能となり、さらに、汚泥検出が可能な温度範囲を
広げると共に、低濃度の汚泥検出が可能となる。また、
この発明は、前記超音波センサ制御回路を備えてなる超
音波式濃度計を提供するものである。
According to the present invention, there is provided an ultrasonic sensor unit in which a transmitter for transmitting an ultrasonic wave and a receiver for receiving the ultrasonic wave are arranged opposite to each other, and an oscillator for generating a high-frequency signal applied to the transmitter. And a feedback control unit that receives an output signal output from the receiver as input, generates an AC voltage signal having a constant amplitude by feeding back an AC voltage signal for driving the oscillation unit, and an output from the receiver. And a rectifying unit for rectifying the output signal. This makes it possible to transmit a more stable ultrasonic wave without depending on the temperature change, and further to widen the temperature range in which sludge can be detected, and to detect low-concentration sludge. Also,
The present invention provides an ultrasonic densitometer including the ultrasonic sensor control circuit.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】この発明において、超音波センサ
部を構成する発信器と受信器とは、少なくとも振動板と
圧電素子を備えるものであり、同一構成とすることがで
きる。発信器と受信器とは一定距離をおいて対向配置さ
れるが、互いの振動板が対向するように構成される。圧
電素子は、PZTなどのセラミック板が用いられる。ま
た振動板は、Cu,ステンレス等の金属板であるが、圧
電素子は振動板に高周波振動を伝えるため、振動板に密
着するように貼りつけられる。測定時には対向配置され
た1対の振動板の空間部分には、測定対象となる液体が
満たされる。すなわち、超音波センサ部は、測定対象と
なる液体の中に投入され、発信器から出力される超音波
は、測定対象の中を通過して受信器に入力される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a transmitter and a receiver constituting an ultrasonic sensor section have at least a diaphragm and a piezoelectric element, and may have the same configuration. The transmitter and the receiver are opposed to each other with a certain distance therebetween, but the diaphragms are configured to face each other. As the piezoelectric element, a ceramic plate such as PZT is used. The diaphragm is a metal plate such as Cu, stainless steel, etc., and the piezoelectric element is adhered to the diaphragm in close contact with the diaphragm in order to transmit high-frequency vibration to the diaphragm. At the time of measurement, a space to be measured is filled in a space portion of the pair of diaphragms arranged opposite to each other. That is, the ultrasonic sensor unit is put into the liquid to be measured, and the ultrasonic wave output from the transmitter passes through the object to be measured and is input to the receiver.

【0015】発振部はたとえばインダクタ及びコンデン
サからなるLC発振回路を用いることができるが、この
他に水晶発振器等を用いることもできる。また、前記フ
ィードバック制御部は、フィードバックされた交流電圧
信号を整流して直流電圧を検出する検出部と、検出され
た直流電圧と前記受信部から出力された出力信号とを乗
算することによって、一定の振幅を持つ交流電圧信号を
生成するゲイン制御部とから構成される。
As the oscillating section, for example, an LC oscillating circuit including an inductor and a capacitor can be used. In addition, a crystal oscillator or the like can be used. The feedback control unit may rectify the fed-back AC voltage signal to detect a DC voltage, and multiply the detected DC voltage by an output signal output from the receiving unit to provide a constant value. And a gain control unit that generates an AC voltage signal having an amplitude of

【0016】ここで、前記整流部及び検出部は通常用い
られているような整流器を用いればよいが、温度変化の
影響を少なくするために、2個のNPN型トランジスタ
を備え、このNPN型トランジスタのベースが同一電位
となるように構成することが好ましい。さらに、回路構
成の簡素化の点で、前記ゲイン制御部には、AGC演算
回路を用いることが好ましい。
Here, the rectifying unit and the detecting unit may use rectifiers that are usually used. To reduce the influence of temperature change, two rectifying transistors are provided. Are preferably configured so that the bases thereof have the same potential. Further, in terms of simplification of the circuit configuration, it is preferable to use an AGC operation circuit for the gain control unit.

【0017】以下、図面に示す実施の形態に基づいてこ
の発明を詳述する。なお、これによってこの発明が限定
されるものではない。図1に、この発明の超音波センサ
制御回路を含む汚泥界面計の一実施例の構成図を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings. Note that the present invention is not limited to this. FIG. 1 shows a configuration diagram of one embodiment of a sludge interface meter including an ultrasonic sensor control circuit of the present invention.

【0018】ここで、図6の従来の構成に対して、主と
してAGC演算回路3,直流増幅器11,交流増幅器1
2,レベル検出用整流器10を備える点が異なる。ま
た、整流器13へ入力される検出信号は、受信器2の出
力を交流増幅器12を介して増幅させた信号であり、交
流増幅器4に入力される信号は、受信器2の出力をAG
C演算回路3を介して安定化させた信号である点で異な
る。さらに、この発明は、AGC演算回路3の出力端子
であるOポートから出力される信号の振幅が温度変化に
よらず一定となる点が特徴である。このような構成を備
えることにより、整流器13から出力される信号を用い
てより広い温度範囲で汚泥検出をすることが可能とな
る。
Here, the AGC arithmetic circuit 3, the DC amplifier 11, and the AC amplifier 1 are different from the conventional configuration of FIG.
2. The difference is that a rectifier 10 for level detection is provided. The detection signal input to the rectifier 13 is a signal obtained by amplifying the output of the receiver 2 via the AC amplifier 12, and the signal input to the AC amplifier 4 is obtained by changing the output of the receiver 2 to AG.
The difference is that the signal is stabilized via the C operation circuit 3. Further, the present invention is characterized in that the amplitude of the signal output from the O port, which is the output terminal of the AGC operation circuit 3, is constant regardless of the temperature change. By providing such a configuration, it is possible to detect sludge in a wider temperature range using the signal output from the rectifier 13.

【0019】図1において、超音波の発信器1,超音波
の受信器2,比較器15は従来と同様のものを備えれば
よい。また、図1の抵抗器5,インダクタ6,コンデン
サ7及びバッファ8は、発信回路20を構成する。バッ
ファ8は、振幅調整のために設けられるものである。
In FIG. 1, an ultrasonic transmitter 1, an ultrasonic receiver 2, and a comparator 15 may be the same as those in the conventional art. The resistor 5, the inductor 6, the capacitor 7 and the buffer 8 of FIG. The buffer 8 is provided for amplitude adjustment.

【0020】インダクタ6とコンデンサ7とはいわゆる
共振回路を構成するが、この共振回路の共振周波数と超
音波センサである発信器1と受信器2の共振周波数とが
一致するように、予め調整される。ただし、回路部品等
のばらつきにより製造当初から完全に一致させることは
困難であるため、インダクタ6またはコンデンサ7の少
なくとも一方は、微調整できるように構成することが好
ましい。たとえば、コンデンサ7は、回転式のバリコン
あるいはロータリスイッチといくつかのコンデンサ群と
の組合せによって構成してもよい。
The inductor 6 and the capacitor 7 constitute a so-called resonance circuit. The resonance frequency of the resonance circuit is adjusted in advance so that the resonance frequencies of the transmitter 1 and the receiver 2, which are ultrasonic sensors, match. You. However, it is difficult to completely match them from the beginning of manufacture due to variations in circuit components and the like. Therefore, it is preferable that at least one of the inductor 6 and the capacitor 7 is configured to be finely adjusted. For example, the capacitor 7 may be configured by a combination of a rotary variable condenser or a rotary switch and some capacitor groups.

【0021】切替スイッチ9は、共振回路の共振周波数
の調整のために設けられるものであり、共振周波数の調
整時には切替スイッチ9は接点Aの方に接続して使用さ
れるが、通常の界面計として動作させる場合には接点B
の方に接続して使用される。
The changeover switch 9 is provided for adjusting the resonance frequency of the resonance circuit. When adjusting the resonance frequency, the changeover switch 9 is connected to the contact A and used. When operating as
Used to connect to.

【0022】また、符号14は、整流器13の出力信号
のモニタ端子であり、符号16は、汚泥の検出レベルを
設定するしきい値設定用抵抗器であり、符号17はリレ
ーであって、比較器15で判断した汚泥の結果を外部の
表示装置等へ報知するためのものである。
Reference numeral 14 denotes a monitor terminal for the output signal of the rectifier 13, reference numeral 16 denotes a threshold setting resistor for setting the detection level of sludge, and reference numeral 17 denotes a relay. This is for notifying the result of the sludge determined by the vessel 15 to an external display device or the like.

【0023】図1において、整流器13の出力信号13
b、すなわちモニタ端子14から出力される信号を
“P”とし、しきい値設定用抵抗器16によって設定さ
れたしきい値信号を“P0”とする。このとき、P>P0
のときの比較器15の出力信号によってリレー17はO
Nとなり、P≦P0のときの比較器15の出力信号によ
ってリレー17はOFFとなるよう動作する。すなわち
0を境界として、リレーの出力信号(ON/OFF)
によって液体の汚泥の程度の界面の判定ができる。
In FIG. 1, the output signal 13 of the rectifier 13
b, that is, the signal output from the monitor terminal 14 is “P”, and the threshold signal set by the threshold setting resistor 16 is “P 0 ”. At this time, P> P 0
The relay 17 is turned on by the output signal of the comparator 15 at the time of
N, and the relay 17 operates so as to be turned off by the output signal of the comparator 15 when P ≦ P 0 . That is, the output signal of the relay (ON / OFF) with P 0 as the boundary
Thereby, the interface of the degree of the liquid sludge can be determined.

【0024】リレー17の出力信号をLEDに与えれ
ば、LEDの点灯,消灯により、予め設定された汚泥濃
度の程度よりも、測定対象の液体の汚泥濃度が小さいか
大きいかの判定ができる。また、リレー17の出力信号
によって赤と緑の2つのLEDの切り替え点灯をさせて
も同様の判定ができる。さらに、リレー17の出力信号
を排水ポンプの駆動回路に接続することにより、測定対
象の汚泥の程度によって排水ポンプの駆動・停止の制御
ができる。また、モニタ端子14から出力される直流の
出力電圧値をデジタル表示回路等に与えることにより、
その出力電圧値に比例した汚泥の濃度の数値を表示する
ことができる。
If the output signal of the relay 17 is given to the LED, it is possible to determine whether the sludge concentration of the liquid to be measured is lower or higher than the preset sludge concentration by turning on and off the LED. The same determination can be made even when the two LEDs of red and green are switched on and off according to the output signal of the relay 17. Furthermore, by connecting the output signal of the relay 17 to the drive circuit of the drainage pump, the drive / stop of the drainage pump can be controlled depending on the degree of sludge to be measured. Further, by giving a DC output voltage value output from the monitor terminal 14 to a digital display circuit or the like,
A numerical value of the sludge concentration proportional to the output voltage value can be displayed.

【0025】図2に、この発明の超音波の発信器1及び
受信器2の断面図を示す。ここで、符号21は超音波3
0を発信又は受信する振動板であり、符号22は電気信
号を振動に変換して振動板21へ伝える圧電素子,符号
24はアース側リード線,符号25は正極側リード線,
符号23はケース,符号26は吸音ダンパである。圧電
素子22はPZTなどのセラミック板の両面に電極を形
成し、所定の共振周波数の振動が起こるように分極処理
を施したものであり、振動板21に密着して接着配置さ
れる。
FIG. 2 is a sectional view of an ultrasonic transmitter 1 and a receiver 2 of the present invention. Here, reference numeral 21 denotes the ultrasonic wave 3
Reference numeral 22 denotes a piezoelectric element that transmits or receives 0, a piezoelectric element 22 converts an electric signal into vibration and transmits the vibration to the vibration plate 21, a reference numeral 24 denotes a ground lead, a reference 25 denotes a positive lead,
Reference numeral 23 denotes a case, and reference numeral 26 denotes a sound absorbing damper. The piezoelectric element 22 is formed by forming electrodes on both sides of a ceramic plate such as PZT, and is subjected to a polarization process so that vibration at a predetermined resonance frequency occurs.

【0026】このような構成の発信器1及び受信器2
は、一定の間隔をあけて、振動板21の中心軸が一致す
るように、振動板21どうしを対向させて組立てられ
る。1対の振動板21の面と面との間隔は、たとえば2
00mm程度とし、測定時には、この発信器1と受信器
2との空間内に被測定物である汚水等の液体が満たされ
ることになる。
The transmitter 1 and the receiver 2 having the above configuration
The diaphragms 21 are assembled such that the diaphragms 21 face each other at regular intervals so that the central axes of the diaphragms 21 coincide. The distance between the surfaces of the pair of diaphragms 21 is, for example, 2
At the time of measurement, the space between the transmitter 1 and the receiver 2 is filled with a liquid to be measured, such as sewage.

【0027】図3に、この発明の超音波センサ制御回路
に用いるAGC演算回路3の概略構成のブロック図を示
す。ここで、AGC演算回路3は、特殊なものではな
く、一般に情報機器分野で利用されている高周波対応の
ものを用いればよい。Iポートは受信器2から出力され
た信号を入力する端子であり、GAINポートは直流増
幅器11からの直流電圧を入力する端子であり、FBポ
ートはOポートから出力された出力信号を比例減衰した
信号を入力する端子である。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the AGC operation circuit 3 used in the ultrasonic sensor control circuit according to the present invention. Here, the AGC operation circuit 3 is not a special one, but may be a high-frequency one generally used in the field of information equipment. The I port is a terminal for inputting a signal output from the receiver 2, the GAIN port is a terminal for inputting a DC voltage from the DC amplifier 11, and the FB port is a proportionally attenuated output signal output from the O port. Terminal for inputting signals.

【0028】AGC演算回路3の内部では、Iポートに
入力された受信器2の出力信号(交流)と、GAINポ
ートに入力された一定電圧である直流電圧信号とを乗算
し、さらに、これとFBポートに入力された比例減衰信
号(交流)とを合算する。そして、この結果を増幅した
ものをOポートから出力する。このOポートから出力さ
れる出力信号は、温度変化の影響を受けない一定の振幅
を持つ交流電圧となる。
In the AGC operation circuit 3, an output signal (AC) of the receiver 2 input to the I port is multiplied by a DC voltage signal which is a constant voltage input to the GAIN port. A proportional attenuation signal (alternating current) input to the FB port is added. Then, the result of the amplification is output from the O port. The output signal output from the O port is an AC voltage having a constant amplitude that is not affected by a temperature change.

【0029】この一定の振幅を持つ交流電圧信号は交流
増幅器4に与えられて増幅された後、発振回路20を駆
動するので、発振回路20では、ほとんど温度変化の影
響を受けない安定した発振を行うことができる。この結
果、安定した発振により、温度変化の影響をほとんど受
けていない安定した超音波30が発信器1から発信され
るので、受信器2で受信され整流器13を通して得られ
る出力信号13bについて温度特性の改善ができる。す
なわちより広い温度範囲で汚泥の測定値の変化が小さく
なり、低濃度の汚泥検出が可能となる。
The AC voltage signal having a constant amplitude is supplied to the AC amplifier 4 and amplified, and then drives the oscillation circuit 20. Therefore, the oscillation circuit 20 performs stable oscillation which is hardly affected by a temperature change. It can be carried out. As a result, stable ultrasonic waves 30 which are hardly affected by a temperature change are transmitted from the transmitter 1 by stable oscillation, so that the output signal 13b received by the receiver 2 and obtained through the rectifier 13 has a temperature characteristic. Can be improved. That is, the change in the measured value of the sludge is small in a wider temperature range, and low-concentration sludge can be detected.

【0030】図4に、この発明の図1に示した整流器1
3の一実施例の回路図を示す。ここで、符号13aは、
図1の整流器13の入力信号に相当し、符号13bは、
図1の整流器13から出力される出力信号に相当する。
また、R1からR4は抵抗器、Tr1,Tr2はトランジス
タ、C1は平滑コンデンサである。ここで、2つのトラ
ンジスタTr1 ,Tr2 は、同一特性のNPNトランジ
スタを用いるものとする。
FIG. 4 shows the rectifier 1 shown in FIG. 1 of the present invention.
3 shows a circuit diagram of one embodiment. Here, reference numeral 13a is
The signal 13b corresponds to the input signal of the rectifier 13 in FIG.
This corresponds to the output signal output from the rectifier 13 in FIG.
Further, R 4 R 1 to resistors, Tr 1, Tr 2 are transistors, C1 is a smoothing capacitor. Here, it is assumed that two transistors Tr 1 and Tr 2 use NPN transistors having the same characteristics.

【0031】図4において、この2つのNPN型のトラ
ンジスタTr1,Tr2のベースを同一電位となるように
接続する。このように接続することにより、出力信号1
3bは、温度変化に対して電圧変動の小さな信号とする
ことができる。なお、整流器の具体的な回路構成は図4
に限定するものではなく、単純なダイオードのほか、他
の整流回路を用いてもよい。
In FIG. 4, the bases of these two NPN transistors Tr 1 and Tr 2 are connected so as to have the same potential. By connecting in this way, the output signal 1
3b can be a signal with a small voltage fluctuation with respect to a temperature change. The specific circuit configuration of the rectifier is shown in FIG.
However, the present invention is not limited to this, and other rectifier circuits may be used in addition to simple diodes.

【0032】また、図1のレベル検出用整流器10につ
いても同様に、図4の回路を用いることができる。レベ
ル検出用整流器10は、交流増幅器4から出力された交
流電圧信号を半波整流し、そのレベル検出をするもので
あり、前記した検出部に相当する。
Also, the circuit of FIG. 4 can be used for the level detection rectifier 10 of FIG. The level detection rectifier 10 performs half-wave rectification on the AC voltage signal output from the AC amplifier 4 and detects the level thereof, and corresponds to the above-described detection unit.

【0033】次に、図1に示した超音波センサ制御回路
の動作を説明する。まず、切替スイッチ9を接点A側に
接続し、インダクタ6とコンデンサ7による共振周波数
と発信器1及び受信器2の共振周波数(たとえば3.8
MHz)との整合をとり、最大効率の共振周波数を設定
するように調整を行う。具体的には、発信器1の出力波
形を観察しながらコンデンサ7の容量を調節し、この出
力波形の振幅が最大となるときにコンデンサ7の容量を
最適容量として固定する。この後、切替スイッチ9を接
点B側に接続する。
Next, the operation of the ultrasonic sensor control circuit shown in FIG. 1 will be described. First, the changeover switch 9 is connected to the contact A side, and the resonance frequency of the inductor 6 and the capacitor 7 and the resonance frequency of the transmitter 1 and the receiver 2 (for example, 3.8
MHz) and adjust so as to set the resonance frequency of the maximum efficiency. Specifically, the capacity of the capacitor 7 is adjusted while observing the output waveform of the transmitter 1, and when the amplitude of the output waveform becomes maximum, the capacity of the capacitor 7 is fixed as the optimum capacity. Thereafter, the changeover switch 9 is connected to the contact B side.

【0034】発振回路20が発振状態となったときに
は、発信器1の圧電素子22が共振し、これと密着して
配置された発信器1の振動板21も同時に振動し、振動
板の表面から超音波30が出力される。上記のような共
振周波数の調整を行った後、発信器1及び受信器2から
なる超音波センサ部を被測定物である汚泥等の中へ投入
する。
When the oscillating circuit 20 is in an oscillating state, the piezoelectric element 22 of the oscillator 1 resonates, and the diaphragm 21 of the oscillator 1 disposed in close contact therewith also vibrates at the same time. An ultrasonic wave 30 is output. After the adjustment of the resonance frequency as described above, the ultrasonic sensor unit including the transmitter 1 and the receiver 2 is put into sludge or the like, which is an object to be measured.

【0035】発振回路20が発振状態にあるとき、振動
板21の振動によって励起された超音波30は、水中を
伝わって受信器2に到達する。受信器2では、この超音
波30によって振動板21が振動させられ、振動板21
に密着した圧電素子22が同時に振動し、発信電圧を発
生する。この発信電圧は交流信号であり、AGC演算回
路3のIポートと、交流増幅器12に入力される。
When the oscillating circuit 20 is in an oscillating state, the ultrasonic waves 30 excited by the vibration of the diaphragm 21 reach the receiver 2 through the water. In the receiver 2, the vibration plate 21 is vibrated by the ultrasonic waves 30, and the vibration plate 21
The piezoelectric element 22 in close contact with vibrates at the same time to generate a transmission voltage. This transmitted voltage is an AC signal, and is input to the I port of the AGC operation circuit 3 and the AC amplifier 12.

【0036】ここでAGC演算回路3のIポートに入力
された信号は、前記したようにFBポートやGAINポ
ートに入力されるフィードバック信号と演算処理され、
AGC演算回路3のOポートから一定の振幅を持つ交流
電圧信号として出力される。
Here, the signal input to the I port of the AGC operation circuit 3 is arithmetically processed with the feedback signal input to the FB port and the GAIN port as described above.
The signal is output from the O port of the AGC operation circuit 3 as an AC voltage signal having a constant amplitude.

【0037】このOポートから出力された交流電圧信号
は、抵抗18及び19による一定の減衰比で減衰された
信号としてFBポートに入力され、同時に交流増幅器4
で増幅されて発振回路20へ与えられる。この交流増幅
器4で増幅された交流電圧信号は、バッファ8を経由し
て発信器1の駆動信号として用いられるが、また、レベ
ル検出用整流器10によって半波整流され、レベル検出
される。そして、レベル検出された直流信号が、直流増
幅器11に入力されると、所定の電圧V0との差が増幅
され、AGC演算回路3のGAINポートにフィードバ
ックされる。
The AC voltage signal output from the O port is input to the FB port as a signal attenuated at a constant attenuation ratio by the resistors 18 and 19, and at the same time, the AC amplifier 4
And is supplied to the oscillation circuit 20. The AC voltage signal amplified by the AC amplifier 4 is used as a drive signal of the transmitter 1 via the buffer 8, and is subjected to half-wave rectification by the rectifier 10 for level detection to detect the level. Then, when the level-detected DC signal is input to the DC amplifier 11, the difference from a predetermined voltage V 0 is amplified and fed back to the GAIN port of the AGC operation circuit 3.

【0038】一方、受信器2から出力された交流信号の
うち交流増幅器12に入力されたものは、交流増幅器で
増幅された後、整流器13でレベル検出、すなわち整流
される。この整流後の直流信号13bすなわち直流の出
力電圧値Pがモニタ端子14から出力される信号であ
る。その後、比較器15によって、出力電圧値Pと、抵
抗器16によって設定されたしきい値電圧P0とが比較
され、その比較出力によって、リレー17が開閉され
る。また、直流信号13bは、発信器1と受信器2との
間の液体の汚泥によって減衰した超音波の減衰量に比例
するので、モニタ端子14から出力される信号を計測す
ることにより、液体の濃度を外部に取り出し、表示等す
ることができる。
On the other hand, among the AC signals output from the receiver 2, those input to the AC amplifier 12 are amplified by the AC amplifier and then detected in level by the rectifier 13, ie, rectified. The rectified DC signal 13b, that is, the DC output voltage value P is a signal output from the monitor terminal 14. Thereafter, the output voltage value P is compared with the threshold voltage P 0 set by the resistor 16 by the comparator 15, and the relay 17 is opened and closed by the comparison output. Further, since the DC signal 13b is proportional to the amount of attenuation of the ultrasonic wave attenuated by the sludge of the liquid between the transmitter 1 and the receiver 2, by measuring the signal output from the monitor terminal 14, the liquid signal of the liquid is measured. The concentration can be taken out and displayed.

【0039】図5に、モニタ端子14の出力電圧値Pと
温度tとの関係グラフを示す。一般に、出力電圧値P
は、温度依存性を持ち、温度が低いほど低く、温度が高
いほど高い値を示す。また、汚泥のない水のグラフを図
のG1とすると、汚泥がある場合は検出信号は減衰する
ため、測定対象となる汚泥のある水のグラフは図のG2
のように、G1の下方に位置する。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the output voltage value P of the monitor terminal 14 and the temperature t. Generally, the output voltage value P
Has a temperature dependency, and shows a lower value as the temperature is lower, and a higher value as the temperature is higher. If the graph of water without sludge is G1 in the figure, the detection signal is attenuated if there is sludge, and the graph of water with sludge to be measured is G2 in the figure.
Is located below G1.

【0040】今、汚泥の検出レベルとなる出力電圧値の
しきい値をP0とする。このとき、ある温度t0におい
て、測定された出力電圧値P1がP1<P0であるとする
と、この測定対象は汚泥濃度が大きいと判定できる。ま
た、同じ温度t0において、測定された出力電圧値P2
2>P0であれば、この測定対象は汚泥濃度が小さいと
判定できる。
Assume that the threshold value of the output voltage value at which the sludge is detected is P 0 . In this case, at a certain temperature t 0, the measured output voltage value P 1 is assumed to be P 1 <P 0, the measurement target can be determined to a large sludge concentration. If the measured output voltage value P 2 is P 2 > P 0 at the same temperature t 0 , it can be determined that the measurement target has a low sludge concentration.

【0041】ところで、汚泥のない水のグラフG1にお
いて、出力電圧値がP0となる温度をt1,測定対象のグ
ラフG2において出力電圧値がP0となる温度をt2とす
るとこの超音波センサ制御回路の判別可能な温度範囲は
温度t1からt2であると定義できる。これは、実際の温
度がt1よりも低い場合には汚泥のない水と測定対象と
の濃度差を識別できなくなり、温度がt2よりも高い場
合も同様に濃度差を識別できなくなるからである。
[0041] Incidentally, in the graph G1 of no sludge water, the ultrasonic output voltage value temperature t 1 comprised between P 0, the output voltage value in the graph of the measurement object G2 is the temperature t 2 which is a P 0 distinguishable temperature range of the sensor control circuit can be defined as a t 2 from the temperature t 1. In this, if the actual temperature is lower than t 1 will not be able to identify the density difference between the measured and no sludge water, because the temperature can not be identified similarly density difference be higher than t 2 is there.

【0042】理想的にはモニタ端子14の出力電圧値は
温度に依存せず、図5のグラフの傾きがゼロで水平な直
線となるのが望ましいが、図1の超音波センサ制御回路
の構成要素(整流器,増幅器,発信器,受信器等)はあ
る程度温度依存性があるため、現実には、図5に示すよ
うな傾きを持ったグラフとなる。ここで、1℃当たりの
出力電圧値Pの変化の割合を考えると、できるだけこの
割合が小さいほどグラフの傾きが小さく、広い温度範囲
での汚泥の検出が可能であると言える。
Ideally, the output voltage value of the monitor terminal 14 does not depend on the temperature, and it is desirable that the slope of the graph of FIG. 5 is a horizontal straight line with zero slope. However, the configuration of the ultrasonic sensor control circuit of FIG. Elements (rectifiers, amplifiers, transmitters, receivers, and the like) have a certain degree of temperature dependence, and therefore, in reality, a graph having a slope as shown in FIG. 5 is obtained. Here, considering the rate of change of the output voltage value P per 1 ° C., it can be said that the smaller this rate is, the smaller the slope of the graph is, and the more sludge can be detected in a wide temperature range.

【0043】いま、発信器1と受信器2との間の距離を
250mm,発信器1の共振周波数を3.8MHz,測
定対象を汚泥濃度0%の水とした場合、従来の図6の回
路を用いると、出力電圧値Pの変化の割合は、温度−1
5℃から60℃の範囲において、0.588〔%/℃〕
であったのに対し、この発明の図1の回路を用いた場合
の出力電圧値Pの変化の割合は、温度−15℃から60
℃の範囲において0.134〔%/℃〕であった。この
結果より、この発明の超音波センサ制御回路では、温度
変化に対する出力電圧値Pの変化の割合が小さいので、
低濃度の汚泥であってもより広い温度範囲で検出が可能
となることがわかる。
Now, when the distance between the transmitter 1 and the receiver 2 is 250 mm, the resonance frequency of the transmitter 1 is 3.8 MHz, and the measuring object is water having a sludge concentration of 0%, the conventional circuit shown in FIG. Is used, the rate of change of the output voltage value P becomes
0.588 [% / ° C] in the range of 5 ° C to 60 ° C
On the other hand, when the circuit of FIG. 1 of the present invention is used, the rate of change of the output voltage value P is
It was 0.134 [% / ° C] in the range of ° C. From this result, in the ultrasonic sensor control circuit of the present invention, the rate of change of the output voltage value P with respect to the temperature change is small.
It can be seen that even a low concentration of sludge can be detected in a wider temperature range.

【0044】また、実際に汚泥濃度が0%の水と、汚泥
濃度0.3%の水との判別をした場合、従来の図6の回
路では温度が−10℃から60℃の範囲で両者の判別が
不可能であったのに対し、この発明の図1の超音波セン
サ制御回路を用いたものでは、温度−15℃から60℃
の範囲で両者の判別が可能であった。すなわち、この発
明の超音波センサ制御回路を用いることにより、測定可
能な温度範囲は、5℃以上改善することができた。さら
に、低濃度の汚泥水についても実験を行ったところ、温
度範囲−15℃から60℃において汚泥濃度0.2%の
水と0%の水との判別が可能であった。
Further, when it is actually determined that water having a sludge concentration of 0% and water having a sludge concentration of 0.3% are used, the conventional circuit shown in FIG. However, in the case of using the ultrasonic sensor control circuit of FIG. 1 according to the present invention, the temperature was in the range of −15 ° C. to 60 ° C.
It was possible to discriminate both in the range of. That is, by using the ultrasonic sensor control circuit of the present invention, the measurable temperature range could be improved by 5 ° C. or more. Furthermore, when an experiment was conducted also on low-concentration sludge water, it was possible to discriminate between water having a sludge concentration of 0.2% and water having a sludge concentration of 0% in a temperature range of -15 ° C to 60 ° C.

【0045】次に、整流器13から出力される出力信号
13bをデジタル処理して、この発明の超音波センサ制
御回路を汚泥の濃度管理または制御に利用する実施例を
示す。ここでは、図1に示した構成の比較器15の代わ
りに、デジタル処理を行う演算装置等を設ける。
Next, an embodiment in which the output signal 13b output from the rectifier 13 is digitally processed and the ultrasonic sensor control circuit of the present invention is used for sludge concentration management or control will be described. Here, instead of the comparator 15 having the configuration shown in FIG. 1, an arithmetic unit or the like for performing digital processing is provided.

【0046】すなわち、この発明の超音波式濃度計にお
いて、超音波センサ制御回路の整流部によって整流され
た信号を所定時間間隔で取り込み、所定の演算を行う演
算部と、その演算結果を出力する出力部とをさらに備え
る。また、前記演算部は、取り込んだ信号の平均値、最
小値、最大値及び中央値を求め、所定の濃度情報を求め
る。さらに、前記所定の時間間隔及び濃度判定基準値を
含む設定情報を入力する入力部を備え、前記演算部が、
取り込んだ信号の平均値と前記入力された濃度判定基準
値とを比較し、その比較結果に対応した濃度情報を求め
て出力部に与える。また、前記出力部は、前記濃度情報
を表示する表示部、濃度情報に対応した直流電圧あるい
は直流電流を生成する信号生成部、または外部機器の動
作を切り換える切換部とを備えてもよい。
That is, in the ultrasonic type densitometer of the present invention, a signal rectified by the rectifying unit of the ultrasonic sensor control circuit is taken in at predetermined time intervals, a calculating unit for performing a predetermined calculation, and a result of the calculation is output. And an output unit. Further, the arithmetic unit obtains an average value, a minimum value, a maximum value, and a median value of the captured signals, and obtains predetermined density information. Further, an input unit for inputting setting information including the predetermined time interval and a density determination reference value, the arithmetic unit includes:
The average value of the fetched signal is compared with the input density determination reference value, and density information corresponding to the comparison result is obtained and provided to an output unit. The output unit may include a display unit that displays the density information, a signal generation unit that generates a DC voltage or a DC current corresponding to the density information, or a switching unit that switches an operation of an external device.

【0047】図7に、この発明の超音波センサ制御回路
に、演算装置をはじめとする周辺機器を接続した構成図
の一実施例を示す。図7の演算装置51は、CPUを中
心として、RAM,ROM,I/Oインタフェース,A
/D変換器,タイマー等からなり、整流器13から出力
されたアナログ情報である出力信号13bをデジタル処
理して、予め、ROM等に記憶された制御プログラムに
基づいて、濃度情報を演算するものである。メモリ53
は、演算装置51が演算した結果、入力装置52によっ
て入力された設定情報、制御プログラム等を記憶するR
AM、ハードディスク、ROM等によって構成される。
FIG. 7 shows an embodiment of a configuration diagram in which a peripheral device such as an arithmetic unit is connected to the ultrasonic sensor control circuit of the present invention. The arithmetic unit 51 of FIG. 7 includes a CPU, a RAM, a ROM, an I / O interface, an A
A digital signal processing unit, which includes an analog signal output from the rectifier 13, digitally processes the output signal 13b, and calculates density information based on a control program stored in a ROM or the like in advance. is there. Memory 53
Is an R which stores the setting information, control program and the like input by the input device 52 as a result of the calculation by the calculation device 51.
It is composed of an AM, a hard disk, a ROM and the like.

【0048】入力装置52は、キーボード、スイッチ、
マウス等からなり、整流器13からの出力信号13bを
演算装置51に取り込む時間間隔(サンプリング時
間)、濃度判定基準値、測定する濃度の最高濃度値と最
低濃度値、その他の演算あるいは表示等に必要な各種設
定情報を入力するものである。ここで、濃度判定基準値
とは、汚泥の有無を判断する基準となるべき数値をい
う。たとえば、濃度判断基準値として0.3(%)とい
う値が設定された場合、演算装置は、所定の演算をした
結果が0.2という値であった場合には汚泥なしと判断
し、0.5という値であった場合には汚泥有りと判断す
る。
The input device 52 includes a keyboard, a switch,
A time interval (sampling time) for capturing the output signal 13b from the rectifier 13 into the arithmetic unit 51, a density determination reference value, the highest density value and the lowest density value of the density to be measured, and other necessary operations or display. The user inputs various setting information. Here, the concentration determination reference value refers to a numerical value to be a reference for determining the presence or absence of sludge. For example, when a value of 0.3 (%) is set as the density determination reference value, the arithmetic unit determines that there is no sludge when the result of the predetermined calculation is a value of 0.2. If the value is 0.5, it is determined that sludge is present.

【0049】図7の表示装置55、リレー54及び信号
生成装置56は、演算結果を種々の形態で出力する出力
部59を構成する。表示装置55は、LED,CRT,
LCD(液晶表示)など、必要な濃度情報を視覚的に表
示するものである。たとえば、各種設定情報、演算装置
51による比較結果、取り込まれた信号の最小値、最大
値、平均値あるいは中央値などが表示される。リレー5
4は、これに接続される外部機器の切り換えを行ういわ
ゆる切換手段であり、たとえば、注水ポンプ、排水ポン
プ、あるいは排水用の電磁バルブなどの外部機器を、駆
動・開閉するためのものである。
The display device 55, the relay 54, and the signal generating device 56 shown in FIG. 7 constitute an output section 59 for outputting the calculation result in various forms. The display device 55 includes an LED, a CRT,
This is for visually displaying necessary density information such as an LCD (liquid crystal display). For example, various setting information, a comparison result by the arithmetic unit 51, a minimum value, a maximum value, an average value, a median value, and the like of the taken-in signals are displayed. Relay 5
Reference numeral 4 denotes a so-called switching means for switching an external device connected thereto, for example, for driving / opening / closing an external device such as a water injection pump, a drainage pump, or a drainage electromagnetic valve.

【0050】信号生成装置56は、この発明の超音波セ
ンサ制御回路が設置される場所とは遠くはなれた監視セ
ンターの遠隔操作盤や各種アクチュエータへ、演算装置
51によって演算された濃度情報等に対応する信号を生
成するものである。ここで生成される信号としては、直
流電圧信号57、直流電流信号58、その他遠隔操作盤
との通信に用いられるデジタル信号等がある。
The signal generating device 56 corresponds to the concentration information and the like calculated by the calculating device 51 to a remote control panel or various actuators of a monitoring center far from the place where the ultrasonic sensor control circuit of the present invention is installed. To generate a signal. The signals generated here include a DC voltage signal 57, a DC current signal 58, and other digital signals used for communication with the remote control panel.

【0051】たとえば、直流電圧信号57は、1Vから
5Vの信号として出力され、直流電流信号58は4mA
から20mAの信号として出力され、プログラマブルコ
ントローラ(シーケンサ)等の制御機器に送られる。プ
ログラマブルコントローラは、直流電圧信号57または
直流電流信号58を利用して、プログラマブルコントロ
ーラのアナログ出力部からインバータ機器またはサーボ
ドライバを制御する信号を出力し、サーボモータ等を動
作させる。なお、出力部59は、これに限るものではな
く、印刷装置や音声による報知装置を設けてもよい。
For example, DC voltage signal 57 is output as a signal of 1 V to 5 V, and DC current signal 58 is 4 mA.
Is output as a signal of 20 mA and sent to a control device such as a programmable controller (sequencer). The programmable controller uses the DC voltage signal 57 or the DC current signal 58 to output a signal for controlling the inverter device or the servo driver from the analog output unit of the programmable controller, and operates the servo motor and the like. The output unit 59 is not limited to this, and may be provided with a printing device or a sound notification device.

【0052】演算装置51は、主として、次のような処
理を行う。 1)アナログ情報である出力信号13bを、所定のサン
プリング時間間隔でA/D変換して取り込み、デジタル
情報としてメモリ53へ記憶する。 2)入力装置52から入力された設定情報を、メモリ5
3へ記憶する。 3)所定の設定時間分のメモリ53に記憶された複数の
デジタル情報を用いて、その最小値、最大値、平均値及
び中央値を求める。 4)前記平均値を濃度情報(測定濃度値)に変換し、こ
の濃度情報と設定された濃度判断基準値とを比較し、そ
の比較結果をメモリ53に記憶する。 5)前記比較結果を表示装置55に表示する。 6)前記比較結果に対応する濃度情報を表示装置55に
表示し、その濃度情報に基づく信号(電圧57、電流5
8)を生成するよう、信号生成部56に指示を与える。 7)前記比較結果に基づき、リレー54に対して、切り
換え信号を与える。
The arithmetic unit 51 mainly performs the following processing. 1) The output signal 13b, which is analog information, is A / D converted at a predetermined sampling time interval, is captured, and is stored as digital information in the memory 53. 2) The setting information input from the input device 52 is stored in the memory 5
Store it in 3. 3) A minimum value, a maximum value, an average value, and a median value are obtained by using a plurality of pieces of digital information stored in the memory 53 for a predetermined set time. 4) The average value is converted into density information (measured density value), the density information is compared with a set density determination reference value, and the comparison result is stored in the memory 53. 5) The comparison result is displayed on the display device 55. 6) The density information corresponding to the comparison result is displayed on the display device 55, and a signal (voltage 57, current 5
An instruction is given to the signal generation unit 56 to generate 8). 7) A switching signal is given to the relay 54 based on the comparison result.

【0053】また、汚泥の濃度の演算、外部機器の制御
を行う場合には、具体的には、たとえば次のような処理
が行われる。ただし、これに限定されるものではない。
入力装置52から、測定する汚泥の濃度の範囲を最大値
0.5(%)、最小値0(%)、濃度判断基準値を0.
3(%)、整流器13からの出力信号13bの取り込み
間隔(サンプリング時間)を1秒、測定時間を10秒と
して設定入力する。演算装置51は、この設定情報に基
づいて、1秒間隔で10個の出力信号13bを取り込
み、その平均値を算出する。さらに、この平均値に対応
する測定濃度値を求め、設定された濃度判断基準値と比
較する。
Further, when calculating the sludge concentration and controlling the external equipment, specifically, for example, the following processing is performed. However, it is not limited to this.
From the input device 52, the range of the concentration of the sludge to be measured is set to a maximum value of 0.5 (%), a minimum value of 0 (%), and a concentration judgment reference value of 0.
3 (%), the capture interval (sampling time) of the output signal 13b from the rectifier 13 is 1 second, and the measurement time is 10 seconds. The arithmetic unit 51 fetches ten output signals 13b at one-second intervals based on the setting information, and calculates an average value thereof. Further, a measured density value corresponding to the average value is obtained and compared with the set density determination reference value.

【0054】この比較の結果、測定濃度値が0.2%と
なり、濃度判断基準値0.3%よりも小さい場合は、汚
泥は生じていないと判断できるため、リレーは駆動せ
ず、汚泥は生じていない旨の表示あるいは、現在の測定
濃度値を表示装置55に表示し、信号生成装置56に所
定の出力電圧57を生成させる。
As a result of this comparison, when the measured density value is 0.2%, which is smaller than the density determination reference value of 0.3%, it can be determined that no sludge is generated. An indication that no occurrence has occurred or the current measured density value is displayed on the display device 55, and the signal generation device 56 is caused to generate a predetermined output voltage 57.

【0055】一方、測定濃度値が0.4%となり、濃度
判断基準値0.3%よりも大きい場合は、汚泥が生じて
いると判断されるため、リレー54を切り換え、信号生
成装置56から所定の出力電流58を生成させ、汚泥が
生じている旨の表示あるいは現在の測定濃度値を表示装
置55に表示する。ここで、リレー54を切り換えるこ
とによって、このリレー54に接続された外部機器の1
つである排水ポンプが駆動されて、汚泥を減少させるよ
うな処理が行われる。
On the other hand, when the measured density value is 0.4% and is higher than the density determination reference value 0.3%, it is determined that sludge is generated. A predetermined output current 58 is generated, and an indication that sludge is generated or a current measured concentration value is displayed on the display device 55. Here, by switching the relay 54, one of the external devices connected to the relay 54 is switched.
One of the drain pumps is driven to perform a process for reducing sludge.

【0056】このように、整流器13から出力された出
力信号13bを演算装置に取り込んで、演算、表示、信
号生成、切り換え等の一連の処理を行えば、濃度検知の
性能の向上、濃度判定及び外部機器の制御の自動化、容
易化が可能となり、超音波式濃度計の機能を向上させる
ことができる。
As described above, by taking the output signal 13b output from the rectifier 13 into the arithmetic unit and performing a series of processing such as calculation, display, signal generation, switching, etc., it is possible to improve the performance of density detection, the density determination, and the like. This makes it possible to automate and facilitate the control of external devices and improve the function of the ultrasonic densitometer.

【0057】[0057]

【発明の効果】この発明によれば、受信器から出力され
た出力信号をAGC演算回路に入力しているので、温度
変化に影響されずに安定した超音波を発信できる。した
がって、受信器から出力された出力信号を整流する整流
部から温度変化の少ない検出信号を出力することができ
るので、測定可能な温度範囲を広げることができ、さら
に、低濃度の汚泥を検出することができる。
According to the present invention, since the output signal output from the receiver is input to the AGC operation circuit, a stable ultrasonic wave can be transmitted without being affected by a temperature change. Therefore, since a detection signal with a small temperature change can be output from the rectification unit that rectifies the output signal output from the receiver, the measurable temperature range can be expanded, and further, low-concentration sludge is detected. be able to.

【0058】また、この発明の超音波式濃度計は、いわ
ゆるデジタル処理を行う演算部及び出力部を設け、整流
器から出力された出力信号を所定の時間間隔で取り込ん
で、平均値等の所定の演算を行った結果を出力するよう
にしているので、測定のばらつきによる不都合を抑え、
安定した汚泥検出が可能である。
Further, the ultrasonic densitometer of the present invention is provided with an arithmetic unit and an output unit for performing so-called digital processing, and takes in an output signal output from the rectifier at a predetermined time interval to obtain a predetermined value such as an average value. Since the result of the calculation is output, the inconvenience due to the dispersion of the measurement is suppressed.
Stable sludge detection is possible.

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

【図1】この発明の超音波センサ制御回路の一実施例の
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment of an ultrasonic sensor control circuit of the present invention.

【図2】この発明の超音波の発信器及び受信器の断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view of an ultrasonic transmitter and a receiver according to the present invention.

【図3】この発明の超音波センサ制御回路に用いるAG
C演算回路の概略構成のブロック図である。
FIG. 3 is an AG used in the ultrasonic sensor control circuit of the present invention.
It is a block diagram of a schematic structure of a C operation circuit.

【図4】この発明の図1に示した整流器の一実施例の回
路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of one embodiment of the rectifier shown in FIG. 1 of the present invention.

【図5】この発明において、モニタ端子の出力電圧値と
温度との関係グラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an output voltage value of a monitor terminal and a temperature in the present invention.

【図6】従来の超音波センサ制御回路の概略構成図であ
る。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a conventional ultrasonic sensor control circuit.

【図7】この発明の超音波センサ制御回路に周辺機器を
接続した構成図の一実施例である。
FIG. 7 is an embodiment of a configuration diagram in which peripheral devices are connected to the ultrasonic sensor control circuit of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発信器 2 受信器 3 AGC演算回路 4 交流増幅器 5 抵抗器 6 インダクタ 7 コンデンサ 8 バッファ 9 切替スイッチ 10 レベル検出用整流器 11 直流増幅器 12 交流増幅器 13 整流器 14 モニタ端子 15 比較器 16 しきい値設定用抵抗器 17 リレー 18 抵抗器 19 抵抗器 20 発振回路 21 振動板 22 圧電素子 23 ケース 24 アース側リード線 25 正極側リード線 26 吸音ダンパ 30 超音波 REFERENCE SIGNS LIST 1 transmitter 2 receiver 3 AGC operation circuit 4 AC amplifier 5 resistor 6 inductor 7 capacitor 8 buffer 9 changeover switch 10 rectifier for level detection 11 DC amplifier 12 AC amplifier 13 rectifier 14 monitor terminal 15 comparator 16 threshold setting Resistor 17 Relay 18 Resistor 19 Resistor 20 Oscillation circuit 21 Vibration plate 22 Piezoelectric element 23 Case 24 Ground lead 25 Positive lead 26 Sound absorption damper 30 Ultrasonic wave

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波を発信する発信器及び超音波を受
信する受信器とを対向配置させた超音波センサ部と、発
信器に与える高周波信号を生成する発振部と、受信器か
ら出力された出力信号を入力とし、発振部を駆動するた
めの交流電圧信号をフィードバックして一定の振幅を持
つ交流電圧信号を生成するフィードバック制御部と、前
記受信器から出力された出力信号を整流する整流部とを
備えたことを特徴とする超音波センサ制御回路。
1. An ultrasonic sensor unit in which a transmitter for transmitting an ultrasonic wave and a receiver for receiving an ultrasonic wave are arranged opposite to each other, an oscillating unit for generating a high-frequency signal to be applied to the transmitter, and an output signal from the receiver. A feedback control unit that receives the output signal as input, generates an AC voltage signal having a constant amplitude by feeding back an AC voltage signal for driving the oscillation unit, and a rectifier that rectifies the output signal output from the receiver. An ultrasonic sensor control circuit, comprising:
【請求項2】 前記フィードバック制御部が、フィード
バックされた交流電圧信号を整流して直流電圧を検出す
る検出部と、検出された直流電圧と前記受信部から出力
された出力信号とを乗算することによって、一定の振幅
を持つ交流電圧信号を生成するゲイン制御部とから構成
されることを特徴とする請求項1記載の超音波センサ制
御回路。
2. The method according to claim 1, wherein the feedback control unit rectifies a fed-back AC voltage signal to detect a DC voltage, and multiplies the detected DC voltage by an output signal output from the receiving unit. 2. The ultrasonic sensor control circuit according to claim 1, further comprising: a gain controller configured to generate an AC voltage signal having a constant amplitude.
【請求項3】 前記整流部が、2個のNPN型トランジ
スタを備え、このNPN型トランジスタのベースが同一
電位となるように構成されたことを特徴とする請求項1
記載の超音波センサ制御回路。
3. The rectifier according to claim 1, wherein the rectifier includes two NPN transistors, and the bases of the NPN transistors have the same potential.
The described ultrasonic sensor control circuit.
【請求項4】 前記検出部が、2個のNPN型トランジ
スタを備え、このNPN型トランジスタのベースが同一
電位となるように構成されたことを特徴とする請求項2
記載の超音波センサ制御回路。
4. The device according to claim 2, wherein the detection unit includes two NPN transistors, and the bases of the NPN transistors have the same potential.
The described ultrasonic sensor control circuit.
【請求項5】 前記ゲイン制御部が、AGC演算回路で
あることを特徴とする請求項1,2,3または4のいず
れかに記載した超音波センサ制御回路。
5. The ultrasonic sensor control circuit according to claim 1, wherein said gain control section is an AGC operation circuit.
【請求項6】 前記請求項1ないし5のいずれかに記載
した超音波センサ制御回路を備えてなる超音波式濃度
計。
6. An ultrasonic densitometer comprising the ultrasonic sensor control circuit according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記超音波センサ制御回路の整流部によ
って整流された信号を所定時間間隔で取り込み、所定の
演算を行う演算部と、その演算結果を出力する出力部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項6記載の超音波
式濃度計。
7. The ultrasonic sensor control circuit according to claim 1, further comprising: a calculation unit that takes in the signal rectified by the rectification unit at a predetermined time interval and performs a predetermined calculation; and an output unit that outputs the calculation result. 7. The ultrasonic densitometer according to claim 6, wherein:
【請求項8】 前記演算部が、取り込んだ信号の平均
値、最小値、最大値及び中央値を求め、所定の濃度情報
を求めることを特徴とする請求項7記載の超音波式濃度
計。
8. The ultrasonic densitometer according to claim 7, wherein said arithmetic unit obtains an average value, a minimum value, a maximum value, and a median value of the fetched signal to obtain predetermined density information.
【請求項9】 前記所定の時間間隔及び濃度判定基準値
を含む設定情報を入力する入力部をさらに備え、前記演
算部が、取り込んだ信号の平均値と前記入力された濃度
判定基準値とを比較し、その比較結果に対応した濃度情
報を求めて出力部に与えることを特徴とする請求項8記
載の超音波式濃度計。
9. An input unit for inputting setting information including the predetermined time interval and a density determination reference value, wherein the arithmetic unit calculates an average value of the captured signal and the input density determination reference value. 9. The ultrasonic densitometer according to claim 8, wherein the comparison is performed, and density information corresponding to the comparison result is obtained and provided to an output unit.
【請求項10】 前記出力部が、前記濃度情報を表示す
る表示部、濃度情報に対応した直流電圧あるいは直流電
流を生成する信号生成部、または外部機器の動作を切り
換える切換部とを備えたことを特徴とする請求項9記載
の超音波式濃度計。
10. The output unit includes a display unit that displays the density information, a signal generation unit that generates a DC voltage or a DC current corresponding to the density information, or a switching unit that switches an operation of an external device. The ultrasonic densitometer according to claim 9, wherein:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1336821A2 (en) * 2002-02-13 2003-08-20 Siemens-Elema AB Ultrasound mass flow meter
WO2013108413A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 本多電子株式会社 Ultrasonic concentration meter for measuring sludge concentration, and sludge treatment system

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