JP2001165764A - 超音波の伝搬時間測定方法 - Google Patents
超音波の伝搬時間測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波の伝搬時間を精度良く測定することが
できると共に、測定時間および消費電力を低減すること
ができる超音波伝搬時間測定方法の提供を目的とする。 【解決手段】 送波受波器2、3を所定位置に配置し、
前記送受波器2、3の超音波振動子に駆動パルスKを連
続的に印可して超音波を連続的に発生送信するととも
に、送信された超音波を前記送受波器3、2の超音波振
動子で受信して、該受波器3、2の超音波振動子から連
続的に出力される受信波Wのゼロクロスに対応してゼロ
クロスパルスZを連続的に出力する。そして、受信波W
が出力され始めてから一定時間経過後の駆動パルス分周
波Dの立上がり時から、該駆動パルス分周波Dに対応す
るゼロクロスパルス分周波dの立上がり−時までの時間
を測定することによって超音波の伝搬時間を求める。
できると共に、測定時間および消費電力を低減すること
ができる超音波伝搬時間測定方法の提供を目的とする。 【解決手段】 送波受波器2、3を所定位置に配置し、
前記送受波器2、3の超音波振動子に駆動パルスKを連
続的に印可して超音波を連続的に発生送信するととも
に、送信された超音波を前記送受波器3、2の超音波振
動子で受信して、該受波器3、2の超音波振動子から連
続的に出力される受信波Wのゼロクロスに対応してゼロ
クロスパルスZを連続的に出力する。そして、受信波W
が出力され始めてから一定時間経過後の駆動パルス分周
波Dの立上がり時から、該駆動パルス分周波Dに対応す
るゼロクロスパルス分周波dの立上がり−時までの時間
を測定することによって超音波の伝搬時間を求める。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、流量計、距離測
定装置、スピードメータ、レーダーなどにおいて所期す
る計測項目を求めるために利用する超音波の伝搬時間測
定方法に関する。
定装置、スピードメータ、レーダーなどにおいて所期す
る計測項目を求めるために利用する超音波の伝搬時間測
定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、流量計、距離測定装置、スピード
メータ、レーダーなどにおいて超音波の伝搬時間を測定
して所期する計測項目を求めるものが知られている。
メータ、レーダーなどにおいて超音波の伝搬時間を測定
して所期する計測項目を求めるものが知られている。
【0003】例えば、流量計において超音波の伝搬時間
を測定して流体の流量を求める方法を、図5にて説明す
ると次のとおりである。図5において、(1)は内部を
ガス等の流体が流れる管路である。この管路(1)内に
は、流れ方向の上流側及び下流側に、所定距離を隔てて
送受波器(2)(3)が配置されている。
を測定して流体の流量を求める方法を、図5にて説明す
ると次のとおりである。図5において、(1)は内部を
ガス等の流体が流れる管路である。この管路(1)内に
は、流れ方向の上流側及び下流側に、所定距離を隔てて
送受波器(2)(3)が配置されている。
【0004】上述の各送受波器(2)(3)は、送波器
と受波器を兼ねるもので超音波振動子を備えており、こ
の超音波振動子が駆動パルス発生回路(4)からの駆動
パルス(K)により駆動されて振動し、超音波を発生送
信する一方、送信されてきた超音波を受信し、その超音
波振動子(3)(2)が振動したときの受信波(W)が
受信増幅回路(5)から出力されるものとなされてい
る。
と受波器を兼ねるもので超音波振動子を備えており、こ
の超音波振動子が駆動パルス発生回路(4)からの駆動
パルス(K)により駆動されて振動し、超音波を発生送
信する一方、送信されてきた超音波を受信し、その超音
波振動子(3)(2)が振動したときの受信波(W)が
受信増幅回路(5)から出力されるものとなされてい
る。
【0005】そして、上流側の送受波器(2)から流れ
に対して順方向に送信された超音波が下流側の送受波器
(3)で受波されるまでの伝搬時間τと、下流側の送受
波器(3)から流れに対して逆方向に送信された超音波
が上流側の送受波器(2)で受信されるまでの伝搬時間
τ’との差は、流速に関係することから、この伝搬時間
の差を求めることにより流体の流速を測定し、さらに該
流速に基づいて流量を求めるものとなされている。な
お、図5において、(6)は各送受波器(2)(3)と
駆動パルス発生回路(4)及び受信増幅回路(5)の接
続を切替える切替回路であり、まず駆動パルス発生回路
(4)と上流側の送受波器(2)、下流側の送受波器
(3)と受信増幅回路(5)を接続して、上流側から下
流側への伝搬時間τを測定したのち、該切替回路(6)
の作動により駆動パルス発生回路(4)と下流側の送受
波器(3)、上流側の送受波器(2)と受信増幅回路
(5)とが接続されるように切替えて、下流側から上流
側への伝搬時間τ’を測定するものとなされている。
に対して順方向に送信された超音波が下流側の送受波器
(3)で受波されるまでの伝搬時間τと、下流側の送受
波器(3)から流れに対して逆方向に送信された超音波
が上流側の送受波器(2)で受信されるまでの伝搬時間
τ’との差は、流速に関係することから、この伝搬時間
の差を求めることにより流体の流速を測定し、さらに該
流速に基づいて流量を求めるものとなされている。な
お、図5において、(6)は各送受波器(2)(3)と
駆動パルス発生回路(4)及び受信増幅回路(5)の接
続を切替える切替回路であり、まず駆動パルス発生回路
(4)と上流側の送受波器(2)、下流側の送受波器
(3)と受信増幅回路(5)を接続して、上流側から下
流側への伝搬時間τを測定したのち、該切替回路(6)
の作動により駆動パルス発生回路(4)と下流側の送受
波器(3)、上流側の送受波器(2)と受信増幅回路
(5)とが接続されるように切替えて、下流側から上流
側への伝搬時間τ’を測定するものとなされている。
【0006】ここで超音波の伝搬時間τを測定する方法
を具体的に説明すると、図6に示すように、駆動パルス
発生回路(4)から駆動パルス(K)が出力され、該駆
動パルス(K)が送受波器(2)の超音波振動子に印加
される時刻(I)に同期して、別途設けられたクロック
回路からクロック波(L)を一定周期Tで連続的に出力
する。その後、前記送受波器(2)から送信された超音
波が対向する送受波器(3)に受信されると、受信増幅
回路(5)から受信波(W)が出力されるので、該受信
波(W)が最初にゼロクロスする時刻(II)を超音波が
受信された時刻とみなして、その時刻(II)までにクロ
ック回路から出力されたクロック波(L)の波数をカウ
ントすることにより超音波の伝搬時間τを測定してい
た。
を具体的に説明すると、図6に示すように、駆動パルス
発生回路(4)から駆動パルス(K)が出力され、該駆
動パルス(K)が送受波器(2)の超音波振動子に印加
される時刻(I)に同期して、別途設けられたクロック
回路からクロック波(L)を一定周期Tで連続的に出力
する。その後、前記送受波器(2)から送信された超音
波が対向する送受波器(3)に受信されると、受信増幅
回路(5)から受信波(W)が出力されるので、該受信
波(W)が最初にゼロクロスする時刻(II)を超音波が
受信された時刻とみなして、その時刻(II)までにクロ
ック回路から出力されたクロック波(L)の波数をカウ
ントすることにより超音波の伝搬時間τを測定してい
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような超音波の伝搬時間測定方法では、以下のような問
題が生じていた。すなわち、超音波の受信時刻の特定は
受信波(W)の最初の段階の波を用いるが、受信波
(W)の最初の段階の波は不安定で、流体の流速や温度
により時間方向のぶれが生じるために、超音波の受信時
刻の特定を正確に行うことできない場合が多く、超音波
の伝搬時間を精度良く測定することができないという問
題があった。また、超音波の伝搬時間を複数回測定する
場合には、前回の送受信による送受波器(2)(3)の
超音波振動子の振動がおさまってから次の測定を開始し
なければならないために、超音波の伝搬時間を測定する
のに要する時間が長くなる上に、消費電力が大きくなる
という問題もあった。
ような超音波の伝搬時間測定方法では、以下のような問
題が生じていた。すなわち、超音波の受信時刻の特定は
受信波(W)の最初の段階の波を用いるが、受信波
(W)の最初の段階の波は不安定で、流体の流速や温度
により時間方向のぶれが生じるために、超音波の受信時
刻の特定を正確に行うことできない場合が多く、超音波
の伝搬時間を精度良く測定することができないという問
題があった。また、超音波の伝搬時間を複数回測定する
場合には、前回の送受信による送受波器(2)(3)の
超音波振動子の振動がおさまってから次の測定を開始し
なければならないために、超音波の伝搬時間を測定する
のに要する時間が長くなる上に、消費電力が大きくなる
という問題もあった。
【0008】この発明は、このような技術的背景に鑑み
てなされたものであって、超音波の伝搬時間を精度良く
測定することができると共に、測定時間および消費電力
を低減することができる超音波の伝搬時間測定方法の提
供を目的とする。
てなされたものであって、超音波の伝搬時間を精度良く
測定することができると共に、測定時間および消費電力
を低減することができる超音波の伝搬時間測定方法の提
供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、送波器および受波器を所定位置に配置
し、前記送波器の超音波振動子に駆動パルスを印可して
超音波を発生送信するとともに、送信された超音波を前
記受波器の超音波振動子で受信して受信波を出力し、超
音波が送信されてから受信されるまでの伝搬時間を測定
する超音波の伝搬時間測定方法であって、前記駆動パル
スを連続的に印加して超音波を連続的に発生送信すると
ともに、前記受波器の超音波振動子から連続的に出力さ
れる受信波のゼロクロスに対応してゼロクロスパルスを
連続的に出力し、前記受信波が出力され始めてから一定
時間経過後の駆動パルスの出力時から、該駆動パルスに
対応するゼロクロスパルスの出力時までの時間を1回な
いし複数回測定することによって超音波の伝搬時間を求
めることを特徴とする。
に、この発明は、送波器および受波器を所定位置に配置
し、前記送波器の超音波振動子に駆動パルスを印可して
超音波を発生送信するとともに、送信された超音波を前
記受波器の超音波振動子で受信して受信波を出力し、超
音波が送信されてから受信されるまでの伝搬時間を測定
する超音波の伝搬時間測定方法であって、前記駆動パル
スを連続的に印加して超音波を連続的に発生送信すると
ともに、前記受波器の超音波振動子から連続的に出力さ
れる受信波のゼロクロスに対応してゼロクロスパルスを
連続的に出力し、前記受信波が出力され始めてから一定
時間経過後の駆動パルスの出力時から、該駆動パルスに
対応するゼロクロスパルスの出力時までの時間を1回な
いし複数回測定することによって超音波の伝搬時間を求
めることを特徴とする。
【0010】これによれば、超音波の伝搬時間の測定
は、受信波が出力され始めてから一定時間後の安定した
部分を用いて行われるので、流体の流速や温度の変化に
影響されることなく、超音波の伝搬時間を精度良く測定
することができる。また、超音波の伝搬時間を連続的に
複数回測定する場合、連続的に出力されている一連の駆
動パルスおよび受信波において、前回の超音波伝搬時間
の測定に続けてそのまま次の伝搬時間の測定を行えばよ
いので、測定時間や消費電力を低減することができる。
は、受信波が出力され始めてから一定時間後の安定した
部分を用いて行われるので、流体の流速や温度の変化に
影響されることなく、超音波の伝搬時間を精度良く測定
することができる。また、超音波の伝搬時間を連続的に
複数回測定する場合、連続的に出力されている一連の駆
動パルスおよび受信波において、前回の超音波伝搬時間
の測定に続けてそのまま次の伝搬時間の測定を行えばよ
いので、測定時間や消費電力を低減することができる。
【0011】また、前記駆動パルスとゼロクロスパルス
をそれぞれ分周することによって、一定周期の駆動パル
ス分周波とゼロクロス分周波をそれぞれ連続して出力
し、前記受信波が出力され始めてから一定時間経過後の
駆動パルスの分周波の出力時から、該駆動パルスの分周
波に対応するゼロクロスパルスの分周波の出力時までの
時間を1回ないし複数回測定することによって超音波の
伝搬時間を求める場合、超音波伝搬時間の測定に駆動パ
ルスとゼロクロスパルスの分周波を用いるので、超音波
の送信時及び受信時の特定が容易となり、超音波の伝搬
時間をより精度良く求めることができる。
をそれぞれ分周することによって、一定周期の駆動パル
ス分周波とゼロクロス分周波をそれぞれ連続して出力
し、前記受信波が出力され始めてから一定時間経過後の
駆動パルスの分周波の出力時から、該駆動パルスの分周
波に対応するゼロクロスパルスの分周波の出力時までの
時間を1回ないし複数回測定することによって超音波の
伝搬時間を求める場合、超音波伝搬時間の測定に駆動パ
ルスとゼロクロスパルスの分周波を用いるので、超音波
の送信時及び受信時の特定が容易となり、超音波の伝搬
時間をより精度良く求めることができる。
【0012】また、超音波の伝搬時間測定の基準に用い
るゼロクロスパルスの出力時の駆動パルスとゼロクロス
パルスのAND時間を測定し、前記駆動パルスの半周期
から前記AND時間を減算することにより端数時間を求
める場合、クロック波だけでは求めることができない端
数時間を求めることができ、超音波の伝搬時間をより精
度良く求めることができる。なお、前記AND時間と
は、超音波の伝搬時間測定の基準に用いるゼロクロスパ
ルスの立上がり時から、その直後の駆動パルスの立下が
り時までの時間をいう。また、端数時間とは、超音波の
伝搬時間測定の基準に用いるゼロクロスパルスの立上が
り直前の駆動パルスの立上がり時から、該ゼロクロスパ
ルスの立上がり時までの時間をいう。
るゼロクロスパルスの出力時の駆動パルスとゼロクロス
パルスのAND時間を測定し、前記駆動パルスの半周期
から前記AND時間を減算することにより端数時間を求
める場合、クロック波だけでは求めることができない端
数時間を求めることができ、超音波の伝搬時間をより精
度良く求めることができる。なお、前記AND時間と
は、超音波の伝搬時間測定の基準に用いるゼロクロスパ
ルスの立上がり時から、その直後の駆動パルスの立下が
り時までの時間をいう。また、端数時間とは、超音波の
伝搬時間測定の基準に用いるゼロクロスパルスの立上が
り直前の駆動パルスの立上がり時から、該ゼロクロスパ
ルスの立上がり時までの時間をいう。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、この発明を流量計に適用し
た実施形態について、図1および図2を参照しつつ詳述
する。
た実施形態について、図1および図2を参照しつつ詳述
する。
【0014】図1において、(1)は管路、(2)
(3)は流れ方向の上流側及び下流側に所定距離を隔て
て配置された送受波器、(4)は周期Tの駆動パルスを
発生する駆動パルス発生回路、(5)は送受波器(2)
(3)で超音波を受信したときに受信波(W)を出力す
る受信増幅回路、(6)は各送受波器(2)(3)と駆
動パルス発生回路(4)及び受信増幅回路(5)の接続
を切り替える切替回路であり、これらは図5に示したも
のと同じである。
(3)は流れ方向の上流側及び下流側に所定距離を隔て
て配置された送受波器、(4)は周期Tの駆動パルスを
発生する駆動パルス発生回路、(5)は送受波器(2)
(3)で超音波を受信したときに受信波(W)を出力す
る受信増幅回路、(6)は各送受波器(2)(3)と駆
動パルス発生回路(4)及び受信増幅回路(5)の接続
を切り替える切替回路であり、これらは図5に示したも
のと同じである。
【0015】この実施形態では、流量計の送信側におい
て、クロック回路(7)と駆動パルス分周回路(8)と
が並列に設けられている。
て、クロック回路(7)と駆動パルス分周回路(8)と
が並列に設けられている。
【0016】前記クロック回路(7)は、図2に示すよ
うに駆動パルス発生回路(4)から出力される駆動パル
ス(K)が送受波器(2)(3)の超音波振動子に印加
される時刻(I)と同期して、駆動パルス(K)の周期
より短い周期T0(この実施形態ではT0=T/2)のク
ロック波(L)を出力するものである。
うに駆動パルス発生回路(4)から出力される駆動パル
ス(K)が送受波器(2)(3)の超音波振動子に印加
される時刻(I)と同期して、駆動パルス(K)の周期
より短い周期T0(この実施形態ではT0=T/2)のク
ロック波(L)を出力するものである。
【0017】前記駆動パルス分周回路(8)は、駆動パ
ルス発生回路(4)から出力される駆動パルス(K)の
周波数を正数分の一にする分周を行うもので、この実施
形態では、駆動パルスの周波数を1/8にする分周を行
うことにより、駆動パルス(K)が8波出力されるごと
に1波の駆動パルス分周波(A)(B)・・・を出力す
るものとなされている。
ルス発生回路(4)から出力される駆動パルス(K)の
周波数を正数分の一にする分周を行うもので、この実施
形態では、駆動パルスの周波数を1/8にする分周を行
うことにより、駆動パルス(K)が8波出力されるごと
に1波の駆動パルス分周波(A)(B)・・・を出力す
るものとなされている。
【0018】一方、流量計の受信側において、受信増幅
回路(5)の出力側にはゼロクロスパルス発生回路
(9)とゼロクロスパルス分周回路(10)が直列に設
けられている。
回路(5)の出力側にはゼロクロスパルス発生回路
(9)とゼロクロスパルス分周回路(10)が直列に設
けられている。
【0019】前記ゼロクロスパルス発生回路(9)は、
前記受信増幅回路(5)から出力される受信波(W)の
立上がりゼロクロス時と同期して立上がり、かつ該受信
波(W)の立下がりゼロクロス時と同期して立ち下が
る、受信波(W)と同周期のゼロクロスパルス(Z)を
出力する回路である。そして、これら各ゼロクロスパル
ス(Z)は、前記駆動パルス発生回路(4)から出力さ
れる各駆動パルス(K)に1対1に対応するものとなさ
れている。
前記受信増幅回路(5)から出力される受信波(W)の
立上がりゼロクロス時と同期して立上がり、かつ該受信
波(W)の立下がりゼロクロス時と同期して立ち下が
る、受信波(W)と同周期のゼロクロスパルス(Z)を
出力する回路である。そして、これら各ゼロクロスパル
ス(Z)は、前記駆動パルス発生回路(4)から出力さ
れる各駆動パルス(K)に1対1に対応するものとなさ
れている。
【0020】前記ゼロクロスパルス分周回路(10)
は、上述の駆動パルス分周回路(8)と同様に、ゼロク
ロスパルス発生回路(9)から出力されるゼロクロスパ
ルス(Z)の周波数を正数分の一にする分周を行うもの
で、この実施形態では、ゼロクロスパルス(Z)の周波
数を1/8にする分周を行うことにより、ゼロクロスパ
ルス(Z)が8波出力されるごとに1波のゼロクロスパ
ルス分周波(a)(b)・・・を出力するものとなされ
ている。そして、これら各ゼロクロスパルス分周波
(a)(b)・・・は、前記駆動パルス分周回路(8)
から出力される駆動パルス分周波(A)(B)・・・に
1対1に対応するものとなされている。
は、上述の駆動パルス分周回路(8)と同様に、ゼロク
ロスパルス発生回路(9)から出力されるゼロクロスパ
ルス(Z)の周波数を正数分の一にする分周を行うもの
で、この実施形態では、ゼロクロスパルス(Z)の周波
数を1/8にする分周を行うことにより、ゼロクロスパ
ルス(Z)が8波出力されるごとに1波のゼロクロスパ
ルス分周波(a)(b)・・・を出力するものとなされ
ている。そして、これら各ゼロクロスパルス分周波
(a)(b)・・・は、前記駆動パルス分周回路(8)
から出力される駆動パルス分周波(A)(B)・・・に
1対1に対応するものとなされている。
【0021】そして、前記クロック回路(7)、駆動パ
ルス分周回路(8)及びゼロクロスパルス分周回路(1
0)の出力側にはマイコン(11)が設けられている。
このマイコン(11)は、駆動パルス分周波(D)とそ
れに対応するゼロクロス分周波dに着目して、駆動パル
ス分周波(D)の立上がり時からゼロクロス分周波
(d)が立上がり時までの時間、すなわち駆動パルス分
周波Dの立上がり時の駆動パルス(K)による超音波の
伝搬時間τを求めるべく、以下の3段階の演算を実行す
る。
ルス分周回路(8)及びゼロクロスパルス分周回路(1
0)の出力側にはマイコン(11)が設けられている。
このマイコン(11)は、駆動パルス分周波(D)とそ
れに対応するゼロクロス分周波dに着目して、駆動パル
ス分周波(D)の立上がり時からゼロクロス分周波
(d)が立上がり時までの時間、すなわち駆動パルス分
周波Dの立上がり時の駆動パルス(K)による超音波の
伝搬時間τを求めるべく、以下の3段階の演算を実行す
る。
【0022】まず、第1段階として、マイコン(11)
は、駆動パルス分周波(D)の立上がり時から次の駆動
パルス分周波(E)の立上がり時までのオフセット時間
を8Tとして求める。このようにオフセット時間を8T
とするのは、駆動パルス分周波が駆動パルス(K)の8
波ごとに立ち上がるもので、周期が8Tとあらかじめわ
かっているからである。
は、駆動パルス分周波(D)の立上がり時から次の駆動
パルス分周波(E)の立上がり時までのオフセット時間
を8Tとして求める。このようにオフセット時間を8T
とするのは、駆動パルス分周波が駆動パルス(K)の8
波ごとに立ち上がるもので、周期が8Tとあらかじめわ
かっているからである。
【0023】第2段階として、マイコン(11)は、駆
動パルス分周波(E)の立上がり時とその後のゼロクロ
スパルス分周波(d)の立上がり時をそれぞれ検出し、
それら駆動パルス分周波(E)の立上がり時からゼロク
ロスパルス分周波dの立上がり時までのゲート時間t
を、そのゲート時間t内に前記クロック回路(7)から
出力されたクロック波(L)の波数をカウントすること
によって求める。
動パルス分周波(E)の立上がり時とその後のゼロクロ
スパルス分周波(d)の立上がり時をそれぞれ検出し、
それら駆動パルス分周波(E)の立上がり時からゼロク
ロスパルス分周波dの立上がり時までのゲート時間t
を、そのゲート時間t内に前記クロック回路(7)から
出力されたクロック波(L)の波数をカウントすること
によって求める。
【0024】そして、第3段階として、マイコン(1
1)は、上述のオフセット時間8Tとゲート時間tを加
算することにより、駆動パルス分周波(D)の立上がり
時の駆動パルス(K)による超音波の伝搬時間τを求め
る次に、図1に示した流量計を用いた超音波伝搬時間の
測定方法を説明すると、図2に示すように、駆動パルス
発生回路(4)から一定周期Tの駆動パルス(K)を連
続的に駆動し、上流側の送受波器(2)から超音波を連
続的に送信すると共に、それと同期してクロック回路
(7)から一定周期T0のクロック波(L)を出力し、
また駆動パルス(K)が8波出力されるごとに駆動パル
ス分周回路(8)から駆動パルス分周波(A)(B)・
・・を連続的に出力する。
1)は、上述のオフセット時間8Tとゲート時間tを加
算することにより、駆動パルス分周波(D)の立上がり
時の駆動パルス(K)による超音波の伝搬時間τを求め
る次に、図1に示した流量計を用いた超音波伝搬時間の
測定方法を説明すると、図2に示すように、駆動パルス
発生回路(4)から一定周期Tの駆動パルス(K)を連
続的に駆動し、上流側の送受波器(2)から超音波を連
続的に送信すると共に、それと同期してクロック回路
(7)から一定周期T0のクロック波(L)を出力し、
また駆動パルス(K)が8波出力されるごとに駆動パル
ス分周回路(8)から駆動パルス分周波(A)(B)・
・・を連続的に出力する。
【0025】その後、送信された超音波が下流側の送受
波器(3)に受信されると、受信増幅回路(5)からは
駆動パルス(K)と同周期の受信波(W)が出力される
ので、前記ゼロクロスパルス発生回路(9)から受信波
(W)と同周期のゼロクロスパルス(Z)を出力し、ま
た該ゼロクロスパルス(Z)が8波出力されるごとにゼ
ロクロスパルス分周回路(9)からゼロクロスパルス分
周波(a)(b)・・・を連続的に出力する。
波器(3)に受信されると、受信増幅回路(5)からは
駆動パルス(K)と同周期の受信波(W)が出力される
ので、前記ゼロクロスパルス発生回路(9)から受信波
(W)と同周期のゼロクロスパルス(Z)を出力し、ま
た該ゼロクロスパルス(Z)が8波出力されるごとにゼ
ロクロスパルス分周回路(9)からゼロクロスパルス分
周波(a)(b)・・・を連続的に出力する。
【0026】しかして、マイコン(11)において、駆
動パルス分周波(D)の立上がり時からゼロクロス分周
波(d)が立上がり時までの時間、すなわち駆動パルス
分周波(D)の立上がり時の駆動パルス(K)による超
音波の伝搬時間τを求めために以下の3段階の演算を実
行する。
動パルス分周波(D)の立上がり時からゼロクロス分周
波(d)が立上がり時までの時間、すなわち駆動パルス
分周波(D)の立上がり時の駆動パルス(K)による超
音波の伝搬時間τを求めために以下の3段階の演算を実
行する。
【0027】まず、マイコン(11)は、第1段階とし
て、駆動パルス分周波(D)の立上がり時から次の駆動
パルス分周波(E)の立上がり時までのオフセット時間
を8Tとして求める。次に、第2段階として、駆動パル
ス分周波(E)の立上がり時とその後のゼロクロスパル
ス分周波(d)の立上がり時をそれぞれ検出し、それら
駆動パルス分周波(E)の立上がり時からゼロクロスパ
ルス分周波(d)の立上がり時までのゲート時間tを、
そのゲート時間t内に前記クロック回路(7)から出力
されたクロック波(L)の波数をカウントすることによ
って求める。そして、第3段階として、前記オフセット
時間8Tと 、駆動パルス分周波(E)の立上がり時か
らゼロクロスパルス分周波(d)の立上がり時までのゲ
ート時間tとを加算することによって、駆動分周波
(D)の立上がり時の駆動パルス(K)による超音波の
伝搬時間τを求める。このように、超音波の伝搬時間の
測定は、受信波(W)の出力され始めてから一定時間後
の安定した部分を用いることによって行われるので、流
体の流速や温度の変化に影響されることなく、超音波の
伝搬時間を精度良く測定することができる。
て、駆動パルス分周波(D)の立上がり時から次の駆動
パルス分周波(E)の立上がり時までのオフセット時間
を8Tとして求める。次に、第2段階として、駆動パル
ス分周波(E)の立上がり時とその後のゼロクロスパル
ス分周波(d)の立上がり時をそれぞれ検出し、それら
駆動パルス分周波(E)の立上がり時からゼロクロスパ
ルス分周波(d)の立上がり時までのゲート時間tを、
そのゲート時間t内に前記クロック回路(7)から出力
されたクロック波(L)の波数をカウントすることによ
って求める。そして、第3段階として、前記オフセット
時間8Tと 、駆動パルス分周波(E)の立上がり時か
らゼロクロスパルス分周波(d)の立上がり時までのゲ
ート時間tとを加算することによって、駆動分周波
(D)の立上がり時の駆動パルス(K)による超音波の
伝搬時間τを求める。このように、超音波の伝搬時間の
測定は、受信波(W)の出力され始めてから一定時間後
の安定した部分を用いることによって行われるので、流
体の流速や温度の変化に影響されることなく、超音波の
伝搬時間を精度良く測定することができる。
【0028】次に、切替回路(6)により送受波器
(3)を送信側に、送受波器(2)を受信側に接続を切
り替え、上述と同様にして駆動分周波(D)の立上がり
時の駆動パルス(K)による超音波の伝搬時間τ’を求
める。すると、2つの伝搬時間は流体の流速に応じて変
化する伝搬時間差(τ−τ’)を生じているから、これ
に基づいて流体の流速を求め、さらに必要に応じて流量
を求める。
(3)を送信側に、送受波器(2)を受信側に接続を切
り替え、上述と同様にして駆動分周波(D)の立上がり
時の駆動パルス(K)による超音波の伝搬時間τ’を求
める。すると、2つの伝搬時間は流体の流速に応じて変
化する伝搬時間差(τ−τ’)を生じているから、これ
に基づいて流体の流速を求め、さらに必要に応じて流量
を求める。
【0029】なお、以上の実施形態では、超音波の伝搬
時間を駆動パルス分周波(D)を基準に測定するものと
したが、これに限られず、受信波(W)が安定している
部分であれば、その他の駆動パルス分周波を基準に超音
波の伝搬時間を測定してもよい。
時間を駆動パルス分周波(D)を基準に測定するものと
したが、これに限られず、受信波(W)が安定している
部分であれば、その他の駆動パルス分周波を基準に超音
波の伝搬時間を測定してもよい。
【0030】また、超音波の伝搬時間を駆動パルス分周
波(D)を基準に1回だけ測定するものとしたが、その
後のゼロクロス分周波(E)(F)・・・においても同
様に超音波の伝搬時間を続けて測定していき、それらの
平均値を超音波の伝搬時間としてもよい。このように、
超音波の伝搬時間を複数回測定する場合、連続的に出力
されている一連の駆動パルス(K)および受信波(W)
において、前回の超音波伝搬時間の測定に続けてそのま
ま次の伝搬時間の測定を行えばよいので、測定時間や消
費電力を低減することができる。
波(D)を基準に1回だけ測定するものとしたが、その
後のゼロクロス分周波(E)(F)・・・においても同
様に超音波の伝搬時間を続けて測定していき、それらの
平均値を超音波の伝搬時間としてもよい。このように、
超音波の伝搬時間を複数回測定する場合、連続的に出力
されている一連の駆動パルス(K)および受信波(W)
において、前回の超音波伝搬時間の測定に続けてそのま
ま次の伝搬時間の測定を行えばよいので、測定時間や消
費電力を低減することができる。
【0031】また、駆動パルス分周回路またはゼロクロ
スパルス分周回路において、駆動パルス(K)またはゼ
ロクロスパルス(Z)の周波数を1/8にする分周を行
うものとしたが、1/8に限らずその他の整数分の一に
する分周を行うものとしてもよい。
スパルス分周回路において、駆動パルス(K)またはゼ
ロクロスパルス(Z)の周波数を1/8にする分周を行
うものとしたが、1/8に限らずその他の整数分の一に
する分周を行うものとしてもよい。
【0032】また、超音波の伝搬時間を駆動パルス分周
波(K)およびゼロクロスパルス(Z)の分周波を用い
て測定するものとしたが、駆動パルス(K)およびゼロ
クロスパルス(Z)の分周を行わずに、前記受信波
(W)が出力され始めてから一定時間経過後の駆動パル
ス(K)の立上がり時から、該駆動パルス(K)に対応
するゼロクロスパルス(Z)の立上がり時までの時間を
測定することによって超音波の伝搬時間を求めるものと
してもよい。ただ、超音波伝搬時間の測定に駆動パルス
(K)とゼロクロスパルス(Z)の分周波を用いると、
超音波の送信時及び受信時の特定が容易となり、超音波
の伝搬時間をより精度良く求めることができる。
波(K)およびゼロクロスパルス(Z)の分周波を用い
て測定するものとしたが、駆動パルス(K)およびゼロ
クロスパルス(Z)の分周を行わずに、前記受信波
(W)が出力され始めてから一定時間経過後の駆動パル
ス(K)の立上がり時から、該駆動パルス(K)に対応
するゼロクロスパルス(Z)の立上がり時までの時間を
測定することによって超音波の伝搬時間を求めるものと
してもよい。ただ、超音波伝搬時間の測定に駆動パルス
(K)とゼロクロスパルス(Z)の分周波を用いると、
超音波の送信時及び受信時の特定が容易となり、超音波
の伝搬時間をより精度良く求めることができる。
【0033】また、上述のように超音波の伝搬時間τを
クロック波(L)により求める場合、図3に示すよう
に、クロック波(L)だけでは求めることができない端
数時間thが生じることがあるので、超音波を伝搬時間
をより精度良く求めるために前記波数時間thを三角波
を利用して求めてもよい。すなわち、前記ゼロクロスパ
ルス(Zd)の立上がり時(ゼロクロスパルス分周波
(d)の立上がり時)と同期して別途周期T0、波高値
V0の三角波(P)を出力し、前記ゼロクロス分周波
(d)の立上がり直後のクロック波(L)立上がり時に
おける三角波の電圧値Vを測定し、前記三角波(P)の
比例直線部における電圧値および時間の比例関係から、 時間th’=(V×T0)/V0 ・・・[1] を求め、さらに、 端数時間th=T0−t・・・[2] を求め、該端数時間thを上述の方法により求めた超音
波の伝搬時間τに加算すれば、超音波の伝搬時間をより
精度良く求めることができる。
クロック波(L)により求める場合、図3に示すよう
に、クロック波(L)だけでは求めることができない端
数時間thが生じることがあるので、超音波を伝搬時間
をより精度良く求めるために前記波数時間thを三角波
を利用して求めてもよい。すなわち、前記ゼロクロスパ
ルス(Zd)の立上がり時(ゼロクロスパルス分周波
(d)の立上がり時)と同期して別途周期T0、波高値
V0の三角波(P)を出力し、前記ゼロクロス分周波
(d)の立上がり直後のクロック波(L)立上がり時に
おける三角波の電圧値Vを測定し、前記三角波(P)の
比例直線部における電圧値および時間の比例関係から、 時間th’=(V×T0)/V0 ・・・[1] を求め、さらに、 端数時間th=T0−t・・・[2] を求め、該端数時間thを上述の方法により求めた超音
波の伝搬時間τに加算すれば、超音波の伝搬時間をより
精度良く求めることができる。
【0034】また、図4に示すように、前記端数時間T
hを求めるために、受信時に立ち上がるゼロクロスパル
ス(Zd)とその直後に立ち下がる駆動パルス(K)の
AND時間を用いてもよい。すなわち、前記ゼロクロス
パルス(Zd)の立上がり時からその直後の駆動パルス
(K)の立ち下がり時までのAND時間th’をAND
回路を利用して特定し、該AND時間th’を三角波を
利用するなどして求める。そして、 端数時間th=駆動パルス(K)の半周期T/2−AND時間th’・・・[1] を求め、該端数時間thを上述の方法により求めた超音
波の伝搬時間τに加算すれば、超音波の伝搬時間をより
精度良く求めることができる。
hを求めるために、受信時に立ち上がるゼロクロスパル
ス(Zd)とその直後に立ち下がる駆動パルス(K)の
AND時間を用いてもよい。すなわち、前記ゼロクロス
パルス(Zd)の立上がり時からその直後の駆動パルス
(K)の立ち下がり時までのAND時間th’をAND
回路を利用して特定し、該AND時間th’を三角波を
利用するなどして求める。そして、 端数時間th=駆動パルス(K)の半周期T/2−AND時間th’・・・[1] を求め、該端数時間thを上述の方法により求めた超音
波の伝搬時間τに加算すれば、超音波の伝搬時間をより
精度良く求めることができる。
【0035】また、この発明を超音波の伝搬時間を利用
する流量計に適用したが、超音波の伝搬時間を利用する
距離測定装置、スピードメータ、レーダー等その他の計
測装置に適用してもよい。
する流量計に適用したが、超音波の伝搬時間を利用する
距離測定装置、スピードメータ、レーダー等その他の計
測装置に適用してもよい。
【0036】
【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、超音波の
伝搬時間の測定は、受信波の出力され始めてから一定時
間後の安定した部分を用いて行われるので、流体の流速
や温度の変化に影響されることなく、超音波の伝搬時間
を精度良く測定することができる。また、超音波の伝搬
時間を連続的に複数回測定する場合、連続的に出力され
ている一連の駆動パルスおよび受信波において、前回の
超音波伝搬時間の測定に続けてそのまま次の伝搬時間の
測定を行えばよいので、測定時間や消費電力を低減する
ことができる。
伝搬時間の測定は、受信波の出力され始めてから一定時
間後の安定した部分を用いて行われるので、流体の流速
や温度の変化に影響されることなく、超音波の伝搬時間
を精度良く測定することができる。また、超音波の伝搬
時間を連続的に複数回測定する場合、連続的に出力され
ている一連の駆動パルスおよび受信波において、前回の
超音波伝搬時間の測定に続けてそのまま次の伝搬時間の
測定を行えばよいので、測定時間や消費電力を低減する
ことができる。
【0037】請求項2に係る発明によれば、超音波伝搬
時間の測定に駆動パルスとゼロクロスパルスの分周波を
用いるので、超音波の送信時及び受信時の特定が容易と
なり、超音波の伝搬時間をより精度良く求めることがで
きる。
時間の測定に駆動パルスとゼロクロスパルスの分周波を
用いるので、超音波の送信時及び受信時の特定が容易と
なり、超音波の伝搬時間をより精度良く求めることがで
きる。
【0038】また、請求項3に係る発明によれば、クロ
ック波だけでは求めることができない端数時間を求める
ことができ、超音波の伝搬時間をより精度良く求めるこ
とができる。
ック波だけでは求めることができない端数時間を求める
ことができ、超音波の伝搬時間をより精度良く求めるこ
とができる。
【図1】この発明を実施するための流量計の一例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図2】クロック波、駆動パルス、駆動パルス分周波、
受信波、ゼロクロスパルスおよびゼロクロスパルス分周
波の相対関係図である。
受信波、ゼロクロスパルスおよびゼロクロスパルス分周
波の相対関係図である。
【図3】端数時間を求める場合のクロック波、三角波、
ゼロクロスパルスの相対関係図である。
ゼロクロスパルスの相対関係図である。
【図4】AND時間を利用して端数時間を求める場合の
駆動パルスおよびゼロクロスパルスの相対関係図であ
る。
駆動パルスおよびゼロクロスパルスの相対関係図であ
る。
【図5】従来の流量計を示すブロック図である。
【図6】図5の流量計に係るクロック波、駆動パルスお
よび受信波の相対関係図である。
よび受信波の相対関係図である。
1・・・管路 2、3・・・送受波器(超音波振動子)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 英司 大阪市東成区東小橋2丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 江下 和雄 大阪市東成区東小橋2丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 Fターム(参考) 2F035 DA23 2G064 AB05 AB16 AB23 BD02 CC27 CC46
Claims (3)
- 【請求項1】 送波器および受波器を所定位置に配置
し、前記送波器の超音波振動子に駆動パルスを印可して
超音波を発生送信するとともに、送信された超音波を前
記受波器の超音波振動子で受信して受信波を出力し、超
音波が送信されてから受信されるまでの伝搬時間を測定
する超音波の伝搬時間測定方法であって、 前記駆動パルスを連続的に印加して超音波を連続的に発
生送信するとともに、前記受波器の超音波振動子から連
続的に出力される受信波のゼロクロスに対応してゼロク
ロスパルスを連続的に出力し、 前記受信波が出力され始めてから一定時間経過後の駆動
パルスの出力時から、該駆動パルスに対応するゼロクロ
スパルスの出力時までの時間を1回ないし複数回測定す
ることによって超音波の伝搬時間を求めることを特徴と
する超音波の伝搬時間測定方法。 - 【請求項2】 前記駆動パルスとゼロクロスパルスをそ
れぞれ分周することによって、一定周期の駆動パルス分
周波とゼロクロス分周波をそれぞれ連続して出力し、 前記受信波が出力され始めてから一定時間経過後の駆動
パルスの分周波の出力時から、該駆動パルスの分周波に
対応するゼロクロスパルスの分周波の出力時までの時間
を1回ないし複数回測定することによって超音波の伝搬
時間を求める請求項1に記載の超音波の伝搬時間測定方
法。 - 【請求項3】 超音波の伝搬時間測定の基準に用いるゼ
ロクロスパルスの出力時の駆動パルスとゼロクロスパル
スのAND時間を測定し、前記駆動パルスの半周期から
前記AND時間を減算することにより端数時間を求める
請求項1または請求項2に記載の超音波の伝搬時間測定
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35015599A JP2001165764A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 超音波の伝搬時間測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35015599A JP2001165764A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 超音波の伝搬時間測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001165764A true JP2001165764A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18408606
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35015599A Pending JP2001165764A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 超音波の伝搬時間測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001165764A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100519481B1 (ko) * | 2003-05-17 | 2005-10-06 | (주)씨엠엔텍 | 음속측정장치 및 이를 이용한 초음파 유량계에서의지연시간 측정방법 및 유체내 초음파 진동자간 거리측정방법 |
JP2007232659A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Ricoh Elemex Corp | 超音波流量計 |
-
1999
- 1999-12-09 JP JP35015599A patent/JP2001165764A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100519481B1 (ko) * | 2003-05-17 | 2005-10-06 | (주)씨엠엔텍 | 음속측정장치 및 이를 이용한 초음파 유량계에서의지연시간 측정방법 및 유체내 초음파 진동자간 거리측정방법 |
JP2007232659A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Ricoh Elemex Corp | 超音波流量計 |
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