JP2006017568A - Ultrasonic flowmeter and receiving circuit - Google Patents
Ultrasonic flowmeter and receiving circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006017568A JP2006017568A JP2004195177A JP2004195177A JP2006017568A JP 2006017568 A JP2006017568 A JP 2006017568A JP 2004195177 A JP2004195177 A JP 2004195177A JP 2004195177 A JP2004195177 A JP 2004195177A JP 2006017568 A JP2006017568 A JP 2006017568A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- reception
- pseudo
- transmission
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
- G01F1/668—Compensating or correcting for variations in velocity of sound
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
- G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
- G01F15/022—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature using electrical means
- G01F15/024—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature using electrical means involving digital counting
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
本発明は、超音波流量計および受信回路に関し、詳しくは超音波を利用して流体の流速や流量を計測する超音波流量計およびその受信回路に関する。具体的には、ガスメータ,水道メータ,ガス流量計等の分野で、流体の流量の管理および制御に使用される超音波流量計およびその受信回路に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter and a receiving circuit, and more particularly to an ultrasonic flowmeter that measures the flow velocity and flow rate of a fluid using ultrasonic waves and a receiving circuit thereof. Specifically, the present invention relates to an ultrasonic flow meter used for management and control of a fluid flow rate in a field such as a gas meter, a water meter, and a gas flow meter, and a receiving circuit thereof.
従来、都市ガス,LPG,水などの流体の流量を計測する流量計として、超音波を利用して流速および流量を計測する超音波流量計が知られている。その際の計測原理として、一般には「伝搬時間差法」が用いられる。これは、流路の流体流れ方向上手側および下手側に一対の超音波送受信素子を設け、超音波の送受信を交互に切り替えて、流れ方向上手側の超音波送受信素子(送信側振動子)から流れ方向下手側の超音波送受信素子(受信側振動子)に到達するまでの時間(順方向伝搬時間)と、流れ方向下手側の超音波送受信素子(送信側振動子)から流れ方向上手側の超音波送受信素子(受信側振動子)に到達するまでの時間(逆方向伝搬時間)とを計測して、両伝搬時間の差から流路を流れる流体の平均流速および平均流速に流路断面積を乗算することで流量を求める方法である。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a flow meter that measures the flow rate of a fluid such as city gas, LPG, or water, an ultrasonic flow meter that measures flow velocity and flow rate using ultrasonic waves is known. As a measurement principle at that time, the “propagation time difference method” is generally used. This is because a pair of ultrasonic transmission / reception elements are provided on the upper and lower sides of the fluid flow direction of the flow path, and the ultrasonic transmission / reception elements (transmission-side transducers) on the upper side in the flow direction are switched alternately. The time required to reach the ultrasonic transmission / reception element (reception-side transducer) on the lower side in the flow direction (forward propagation time) and the ultrasonic transmission / reception element (transmission-side transducer) on the lower side in the flow direction. Measure the time (reverse propagation time) to reach the ultrasonic transmitter / receiver element (reception-side transducer) and calculate the average flow velocity and average flow velocity of the fluid flowing through the flow path from the difference between the two propagation times. The flow rate is obtained by multiplying
図8は、従来の超音波流量計で用いられている受信回路の一例を示す回路図である。この受信回路は、オペアンプU1を主体とする第1の反転増幅器と、オペアンプU2を主体とする第2の反転増幅器とが直列に接続されて構成されている。オペアンプU1の反転入力端子は、抵抗R1およびコンデンサC1を通じて一端が接地された超音波送受信素子USM1の他端に接続されているとともに、抵抗R2を通じてオペアンプU1の出力端子OUTに接続されている。超音波送受信素子USM1には、抵抗R3が並列に接続されている。また、オペアンプU1の非反転入力端子は、抵抗R4を通じて接地されている。オペアンプU1の出力端子OUTは、抵抗R5を通じてオペアンプU2の反転入力端子に接続されており、オペアンプU2の反転入力端子は抵抗R6を通じてオペアンプU2の出力端子OUTに接続されている。オペアンプU2の非反転入力端子は、抵抗R7を通じて接地されている。オペアンプU2の出力端子OUTからは、超音波受信信号VOUTが出力される。なお、図8中、符号VDDは電源電圧、VSSはマイナス電源電圧を示す。 FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a receiving circuit used in a conventional ultrasonic flowmeter. This receiving circuit is configured by connecting a first inverting amplifier mainly composed of an operational amplifier U1 and a second inverting amplifier mainly composed of an operational amplifier U2. The inverting input terminal of the operational amplifier U1 is connected to the other end of the ultrasonic transmitting / receiving element USM1 whose one end is grounded through the resistor R1 and the capacitor C1, and is connected to the output terminal OUT of the operational amplifier U1 through the resistor R2. A resistor R3 is connected in parallel to the ultrasonic transmitting / receiving element USM1. The non-inverting input terminal of the operational amplifier U1 is grounded through the resistor R4. The output terminal OUT of the operational amplifier U1 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier U2 through the resistor R5, and the inverting input terminal of the operational amplifier U2 is connected to the output terminal OUT of the operational amplifier U2 through the resistor R6. The non-inverting input terminal of the operational amplifier U2 is grounded through the resistor R7. The ultrasonic reception signal VOUT is output from the output terminal OUT of the operational amplifier U2. In FIG. 8, reference sign VDD indicates a power supply voltage, and VSS indicates a negative power supply voltage.
このような従来の受信回路では、超音波送受信素子USM1で超音波が受信されると、超音波は機械−電気変換されて超音波変換信号VINとしてコンデンサC1および抵抗R1を通じてオペアンプU1の非反転入力端子に印加される。オペアンプU1は、抵抗R1,R2で決まる増幅率で超音波変換信号VINを増幅し、増幅信号をさらにオペアンプU2が抵抗R5,R6で決まる増幅率で増幅して、超音波受信信号VOUTとして出力する。 In such a conventional receiving circuit, when the ultrasonic wave is received by the ultrasonic wave transmitting / receiving element USM1, the ultrasonic wave is mechanical-electrically converted to an ultrasonic conversion signal VIN as a non-inverting input of the operational amplifier U1 through the capacitor C1 and the resistor R1. Applied to the terminal. The operational amplifier U1 amplifies the ultrasonic conversion signal VIN at an amplification factor determined by the resistors R1 and R2, and further amplifies the amplified signal at an amplification factor determined by the resistors R5 and R6 and outputs the amplified signal as an ultrasonic reception signal VOUT. .
ところで、従来の超音波流量計では、電池駆動の超音波流量計を可能にするために、消費電流の大きい増幅・比較回路からなる受信回路の電源を、超音波受信信号を検出する直前にオンし、超音波受信信号を検出したならばオフするようにしていた(例えば、特許文献1参照)。 By the way, in the conventional ultrasonic flowmeter, in order to enable a battery-driven ultrasonic flowmeter, the power supply of the receiving circuit consisting of an amplification / comparison circuit with large current consumption is turned on immediately before detecting the ultrasonic reception signal. If an ultrasonic reception signal is detected, the signal is turned off (see, for example, Patent Document 1).
また、従来の他の超音波流量計では、電池消費を抑止するために、超音波送受信素子を駆動後、受信回路の電源をオンし、超音波受信信号が検出できても、できなくても、一定時間後にオフするようにしていた(例えば、特許文献2参照)。
ところで、従来の超音波流量計では、図8に示すような受信回路を使用した場合、図9に示すように、超音波受信信号VOUTとして、受信側の超音波送受信素子USM1からの超音波変換信号VINの他に、送信側の超音波送受信素子(図示せず)の駆動直後に発生する電気的なノイズおよびインパルス的なノイズ(以下、駆動直後ノイズと総称する)が検出されるという問題点があった。 By the way, in the conventional ultrasonic flowmeter, when a receiving circuit as shown in FIG. 8 is used, as shown in FIG. 9, ultrasonic conversion from the ultrasonic transmitting / receiving element USM1 on the receiving side is performed as an ultrasonic receiving signal VOUT. In addition to the signal VIN, electrical noise and impulse noise (hereinafter collectively referred to as noise immediately after driving) generated immediately after driving a transmitting-side ultrasonic transmitting / receiving element (not shown) are detected. was there.
受信側の超音波送受信素子USM1からの超音波変換信号VINに重畳される駆動直後ノイズのノイズ源は、送信回路を通して送信側の超音波送受信素子に流れ込む電流であり、このような負荷がかかることにより送信回路の電源電圧が変動し、その影響が受信回路の電源にも回り込んでいた。超音波流量計では、伝搬する超音波が距離や流体により減衰するので、受信回路の増幅率は60dB以上確保する必要があり、受信回路の増幅率が大きいために、その電源電圧の変動が超音波受信信号VOUTにダイレクトに表れていた。 The noise source of the noise immediately after driving that is superimposed on the ultrasonic conversion signal VIN from the ultrasonic transmission / reception element USM1 on the reception side is a current flowing into the ultrasonic transmission / reception element on the transmission side through the transmission circuit, and this load is applied. As a result, the power supply voltage of the transmission circuit fluctuated, and the influence of the fluctuation also spread to the power supply of the reception circuit. In the ultrasonic flowmeter, since the propagating ultrasonic wave is attenuated by the distance and the fluid, it is necessary to secure an amplification factor of the receiving circuit of 60 dB or more. Since the amplification factor of the receiving circuit is large, the fluctuation of the power supply voltage is excessive. It appeared directly in the sound wave reception signal VOUT.
ここで、送信側の超音波送受信素子を駆動して、流路内に超音波が送信されてから、流路内に送信された超音波を受信側の超音波送受信素子USM1で受信するまでの状況をさらに詳しく説明する。 Here, after the ultrasonic transmission / reception element on the transmission side is driven and the ultrasonic wave is transmitted in the flow path, the ultrasonic wave transmitted in the flow path is received by the ultrasonic transmission / reception element USM1 on the reception side. Explain the situation in more detail.
送信側の超音波送受信素子に駆動パルスが印加されると、それに応じて送信側の超音波送受信素子は振動を開始し、流路内に超音波が送信される。この時、超音波の送信により、送信側の超音波送受信素子に電流が流れるが、この電流値は、非動作時より大きな電流値となる。この超音波放射時の消費電流により、一時的に、回路全体の電源電圧が降下すると、送信回路ばかりでなく受信回路の電源電圧も降下する。受信回路の電圧降下の影響により、受信回路は超音波を受信していないにも拘わらず、あたかも超音波を受信したかような駆動直後ノイズを出力する。 When a drive pulse is applied to the transmission-side ultrasonic transmission / reception element, the transmission-side ultrasonic transmission / reception element starts to vibrate accordingly, and ultrasonic waves are transmitted into the flow path. At this time, due to the transmission of ultrasonic waves, a current flows through the ultrasonic transmission / reception element on the transmission side, but this current value is larger than that during non-operation. When the power supply voltage of the entire circuit temporarily drops due to the current consumption during the ultrasonic radiation, not only the transmission circuit but also the power supply voltage of the reception circuit drops. Due to the voltage drop of the receiving circuit, the receiving circuit outputs noise immediately after driving as if the ultrasonic wave was received, even though the ultrasonic wave was not received.
流路内に送信された超音波が受信側の超音波送受信素子USM1で受信されて変換された超音波変換信号VINと、送信側の超音波送受信素子を駆動して超音波を送信したことによって発生した駆動直後ノイズとを比較して、駆動直後ノイズが十分に小さくなって、十二分に減衰すれば、流量計測時に特に問題はない。しかし、例えば、超音波流量計において、流量1L/hを計測するような高精度な計測が要求される場合、超音波変換信号VINと駆動直後ノイズとのS/N比を十分に確保して、駆動直後ノイズに対して影響を受けない受信回路にすることが望ましい。 The ultrasonic wave transmitted into the flow path is received and converted by the ultrasonic transmitting / receiving element USM1 on the receiving side, and the ultrasonic wave is transmitted by driving the ultrasonic transmitting / receiving element on the transmitting side. If the noise immediately after driving is sufficiently reduced and sufficiently attenuated by comparing with the generated noise immediately after driving, there is no particular problem when measuring the flow rate. However, for example, in an ultrasonic flowmeter, when high-precision measurement is required to measure a flow rate of 1 L / h, a sufficient S / N ratio between the ultrasonic conversion signal VIN and noise immediately after driving is ensured. It is desirable to use a receiving circuit that is not affected by noise immediately after driving.
このような駆動直後ノイズの対策として、従来は、電源に大きな容量のコンデンサを追加して電源電圧の変動を抑制する方法があった。しかし、この方法は、電源電圧の変動を抑制することは可能であるが、そのレベルは、数mVの安定性を確保するものではなく、わずかながら電源電圧が変動するので、受信回路はやはり影響を受けるという問題点があった。 As a countermeasure against such noise immediately after driving, there has conventionally been a method of suppressing fluctuations in power supply voltage by adding a capacitor having a large capacity to the power supply. However, this method can suppress fluctuations in the power supply voltage, but the level does not ensure stability of several mV, and the power supply voltage fluctuates slightly, so that the receiving circuit is still affected. There was a problem of receiving.
また、駆動直後ノイズを受信しないために、超音波が受信されない区間は受信回路の電源をオフにしておくようにマスク時間を設ける方法があった。しかし、この方法は、単に受信時において駆動直後ノイズを誤検出しないようにしているだけであって、駆動直後ノイズをキャンセルしているわけではないという問題点があった。また、この時、発生した駆動直後ノイズは、しばらくの間、あたかも受信側の超音波送受信素子が振動して、その後の残響成分で振動しているかのような出力を示すという問題点があった。 In addition, in order not to receive noise immediately after driving, there is a method of providing a mask time so that the power of the receiving circuit is turned off in a section where no ultrasonic wave is received. However, this method has a problem that noise immediately after driving is not erroneously detected at the time of reception, and noise is not canceled immediately after driving. In addition, at this time, the generated noise immediately after driving has a problem that the ultrasonic transmission / reception element on the receiving side vibrates for a while and the output appears as if it vibrates with the reverberation component thereafter. .
なお、先に挙げた特許文献1および特許文献2に記載された従来の技術においても、超音波が受信されない区間は受信回路の電源をオフにしておくようにしていたが、その目的は、省電力動作のために受信回路の電源をオフしておくようにしているだけであって、本発明の目的である駆動直後ノイズなどをキャンセルする、あるいは低減するという目的とは異なるものである。 In the conventional techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the power of the receiving circuit is kept off in the section where the ultrasonic waves are not received. The power supply of the receiving circuit is merely turned off for power operation, which is different from the purpose of canceling or reducing noise immediately after driving, which is the object of the present invention.
本発明の課題は、流路内に送信された超音波を検出する時、超音波を送信することによって発生した駆動直後ノイズ(電気的なノイズやインパルス的なノイズ)をキャンセルできるようにした超音波流量計を提供することにある。 An object of the present invention is to detect noise immediately after driving (electrical noise or impulse noise) generated by transmitting ultrasonic waves when detecting ultrasonic waves transmitted into a flow path. To provide a sonic flow meter.
また、本発明の他の課題は、超音波を送信することによって発生した駆動直後ノイズ(電気的なノイズやインパルス的なノイズ)をキャンセルできるようにした受信回路を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a receiving circuit capable of canceling noise immediately after driving (electrical noise or impulse noise) generated by transmitting ultrasonic waves.
請求項1記載の超音波流量計は、流体を通過させる流路内の流体の流れ方向上手側および下手側に取り付けられた一対の超音波送受信素子と、前記一対の超音波送受信素子の一方を駆動して超音波を送信させる送信回路と、超音波を直接受信しない擬似超音波素子と、前記一対の超音波送受信素子の他方で受信した超音波の超音波変換信号と、前記擬似超音波素子で発生した擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号として出力する受信回路とを有する構成である。請求項1記載の超音波流量計によれば、受信側の超音波送受信素子からの超音波変換信号と、擬似的に設けられた擬似超音波素子からの擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号とするため、超音波流量計の回路系上に重畳される駆動直後ノイズをキャンセルすることが可能となり、耐ノイズ性が向上し、低ノイズで高精度な流量計測が実現できる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 1 includes a pair of ultrasonic transmission / reception elements attached to the upper and lower sides of the flow direction of the fluid in the flow path through which the fluid passes, and one of the pair of ultrasonic transmission / reception elements. A transmission circuit that drives and transmits ultrasonic waves, a pseudo ultrasonic element that does not directly receive ultrasonic waves, an ultrasonic conversion signal of ultrasonic waves received by the other of the pair of ultrasonic transmission / reception elements, and the pseudo ultrasonic element And a reception circuit that outputs a differential output from the pseudo ultrasonic wave conversion signal generated in step 1 as an ultrasonic reception signal. According to the ultrasonic flowmeter of claim 1, the differential output between the ultrasonic conversion signal from the ultrasonic transmission / reception element on the receiving side and the pseudo ultrasonic conversion signal from the pseudo ultrasonic element provided in a pseudo manner. Because it is an ultrasonic reception signal, it is possible to cancel noise immediately after driving superimposed on the circuit system of the ultrasonic flowmeter, improve noise resistance, and realize high-precision flow measurement with low noise. .
請求項2記載の超音波流量計は、流体を通過させる流路内の流体の流れ方向上手側および下手側に取り付けられた一対の超音波送受信素子と、前記一対の超音波送受信素子の一方を送信側、他方を受信側として切り替える順/逆切替手段と、前記送信側の超音波送受信素子を駆動して超音波を送信させる送信回路と、超音波を直接受信しない擬似超音波素子と、前記受信側の超音波送受信素子で受信した超音波の超音波変換信号と、前記擬似超音波素子で発生した擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号として出力する受信回路とを有することを特徴とする。請求項2記載の超音波流量計によれば、順/逆切替手段を設けたことにより、流れ方向上手側および下手側に取り付けられた一対の超音波送受信素子に対して、1つの擬似超音波素子を備えるだけですむようになるので、超音波流量計の構成部品がシンプルになって安価に製造でき、かつ、高精度な流量計測を行なうことができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 2 includes a pair of ultrasonic transmission / reception elements attached to the upper and lower sides of the flow direction of the fluid in the flow path through which the fluid passes, and one of the pair of ultrasonic transmission / reception elements. Forward / reverse switching means for switching the transmitting side as the receiving side, a transmitting circuit for driving the transmitting side ultrasonic transmitting / receiving element to transmit ultrasonic waves, a pseudo ultrasonic element not directly receiving ultrasonic waves, A receiving circuit that outputs a differential output between the ultrasonic conversion signal of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transmitting / receiving element on the receiving side and the pseudo ultrasonic wave conversion signal generated by the pseudo ultrasonic element as an ultrasonic wave reception signal; It is characterized by that. According to the ultrasonic flowmeter of claim 2, by providing the forward / reverse switching means, one pseudo ultrasonic wave is applied to a pair of ultrasonic transmission / reception elements attached on the upper and lower sides in the flow direction. Since only an element is required, the components of the ultrasonic flowmeter can be simplified and manufactured at low cost, and highly accurate flow measurement can be performed.
請求項3記載の超音波流量計は、請求項1または請求項2に記載の超音波流量計において、前記擬似超音波素子が、超音波の送信および受信が可能な超音波送受信素子でなることを特徴とする。請求項3記載の超音波流量計によれば、擬似超音波素子が、流路内の超音波を送信および受信可能な超音波送受信素子と同じ特性となるため、超音波送受信素子が持つ電気的特性と一致させる必要がなくなり、送信側の超音波送受信素子が持つ固有の特性によって生じる駆動直後ノイズを簡単にキャンセルすることができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 3 is the ultrasonic flowmeter according to claim 1 or 2, wherein the pseudo ultrasonic element is an ultrasonic transmission / reception element capable of transmitting and receiving ultrasonic waves. It is characterized by. According to the ultrasonic flowmeter of the third aspect, since the pseudo ultrasonic element has the same characteristics as the ultrasonic transmission / reception element capable of transmitting and receiving the ultrasonic wave in the flow path, the electrical characteristics of the ultrasonic transmission / reception element are included. It is not necessary to match the characteristics, and noise immediately after driving caused by unique characteristics of the transmitting-side ultrasonic transmitting / receiving element can be easily canceled.
請求項4記載の超音波流量計は、請求項1または請求項2記載の超音波流量計において、前記擬似超音波素子が、超音波送受信素子などの圧電体以外の受動素子で構成され、かつ前記一対の超音波送受信素子と電気的特性を同一にしたことを特徴とする。請求項4記載の超音波流量計によれば、擬似超音波素子を、一対の超音波送受信素子に対して電気的特性を同一にし、超音波送受信素子などの圧電素子以外の受動素子のみで構成するようにしたので、超音波流量計を安価に製造できるという利点がある。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項5記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の超音波流量計において、前記擬似超音波素子が、前記一対の超音波送受信素子と温度特性が同一であることを特徴とする。請求項5記載の超音波流量計によれば、擬似超音波素子の温度特性を一対の超音波送受信素子の温度特性と同一にすることにより、環境温度変化に対する影響もなくなり、高精度な流量計測が可能となる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項6記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の超音波流量計において、前記受信回路が、前記一対の超音波送受信素子の一方からの超音波変換信号を任意の増幅率で増幅する超音波変換信号増幅回路と、前記擬似超音波素子からの擬似超音波変換信号を任意の増幅率で増幅する擬似超音波変換信号増幅回路とを備え、前記超音波変換信号増幅回路の増幅信号および前記擬似超音波変換信号増幅回路の増幅信号の差動出力を超音波受信信号として出力することを特徴とする。請求項6記載の超音波流量計によれば、超音波変換信号増幅回路が受信側の超音波送受信素子からの超音波変換信号を任意の増幅率で増幅し、擬似超音波変換信号増幅回路が擬似超音波素子からの擬似超音波変換信号を任意の増幅率で増幅して、超音波変換信号の増幅信号と擬似超音波変換信号の増幅信号との差動出力を超音波受信信号とするので、超音波変換信号増幅回路および擬似超音波変換信号増幅回路がバッファの役割をするために超音波変換信号および擬似超音波変換信号が安定したものとなり、超音波受信信号が駆動直後ノイズに対して影響を受けにくくなるために高精度の流量計測が可能となる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項7記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の超音波流量計において、前記送信回路の電源と前記受信回路の電源とを別々にしたことを特徴とする。請求項7記載の超音波流量計によれば、送信回路の電源と受信回路の電源とを別々にすることにより、受信回路の電源が、超音波送受信素子を駆動することによって送信回路の電源に発生する電源電圧降下などの影響を受けにくくなるため、より高精度な流量計測が可能となる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項8記載の受信回路は、超音波送受信素子で受信した超音波の超音波変換信号と、超音波を直接受信しない擬似超音波素子で発生した擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号として出力することを特徴とする。請求項8記載の受信回路によれば、超音波送受信素子からの超音波変換信号と擬似超音波素子からの擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号とすることにより、超音波変換信号に含まれる駆動直後ノイズと、擬似超音波変換信号に含まれる駆動直後ノイズとがキャンセルされて、超音波受信信号に駆動直後ノイズが出力されなくなる。 The reception circuit according to claim 8 is configured to receive a differential output between an ultrasonic conversion signal of an ultrasonic wave received by an ultrasonic transmission / reception element and a pseudo ultrasonic conversion signal generated by a pseudo ultrasonic element that does not directly receive the ultrasonic wave. It is output as a sound wave reception signal. According to the receiving circuit of the eighth aspect, the differential output between the ultrasonic conversion signal from the ultrasonic transmission / reception element and the pseudo ultrasonic conversion signal from the pseudo ultrasonic element is used as the ultrasonic reception signal. The noise immediately after driving included in the conversion signal and the noise immediately after driving included in the pseudo ultrasonic wave conversion signal are canceled, and the noise immediately after driving is not output to the ultrasonic wave reception signal.
請求項9記載の受信回路は、請求項8に記載の受信回路において、前記超音波送受信素子からの超音波変換信号を任意の増幅率で増幅する超音波変換信号増幅回路と、前記擬似超音波素子からの擬似超音波変換信号を任意の増幅率で増幅する擬似超音波変換信号増幅回路とを備え、前記超音波変換信号増幅回路の増幅信号および前記擬似超音波変換信号増幅回路の増幅信号の差動出力を超音波受信信号として出力することを特徴とする。請求項9記載の受信回路によれば、超音波変換信号増幅回路が受信側の超音波送受信素子からの超音波変換信号を任意の増幅率で増幅し、擬似超音波変換信号増幅回路が擬似超音波素子からの擬似超音波変換信号を任意の増幅率で増幅して、超音波変換信号の増幅信号と擬似超音波変換信号の増幅信号との差動出力を超音波受信信号とするので、超音波変換信号増幅回路および擬似超音波変換信号増幅回路がバッファの役割をするために超音波変換信号および擬似超音波変換信号が安定したものとなり、超音波受信信号が駆動直後ノイズに対して影響を受けにくくなるために高精度の流量計測が可能となる。
A receiving circuit according to
超音波を直接受信しない擬似超音波素子を擬似的に設け、流路内に送信された超音波を流れ方向上手側または下手側に取り付けられた超音波送受信素子で変換された超音波変換信号と、擬似超音波素子で発生した擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号とすることにより、流路内に送信された超音波を検出する時、超音波を送信することにより発生した駆動直後ノイズ(電気的なノイズやインパルス的なノイズ)をキャンセルした。 A pseudo ultrasonic element that does not directly receive ultrasonic waves is provided in a pseudo manner, and an ultrasonic wave conversion signal converted by an ultrasonic wave transmitting / receiving element attached to the upper side or lower side of the flow direction of the ultrasonic wave transmitted in the flow path and Generated by transmitting the ultrasonic wave when detecting the ultrasonic wave transmitted in the flow path by making the differential output with the pseudo ultrasonic wave conversion signal generated by the pseudo ultrasonic element as an ultrasonic reception signal Canceled noise immediately after driving (electrical noise or impulse noise).
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る受信回路を示す回路図である。本実施例1に係る受信回路は、オペアンプU1を主体とする差動増幅器11と、オペアンプU2を主体とする反転増幅器12とが直列に接続されて構成されている。オペアンプU1の反転入力端子は、抵抗R1およびコンデンサC1を通じて一端が接地された超音波送受信素子USM1の他端に接続されているとともに、抵抗R2を通じてオペアンプU1の出力端子OUTに接続されている。超音波送受信素子USM1には、抵抗R5が並列に接続されている。また、オペアンプU1の非反転入力端子は、抵抗R3およびコンデンサC2を通じて一端が接地された擬似超音波素子USMXの他端に接続されているとともに、抵抗R4を通じて接地されている。擬似超音波素子USMXには、抵抗R6が並列に接続されている。オペアンプU1の出力端子OUTは、抵抗R7を通じてオペアンプU2の反転入力端子に接続されており、オペアンプU2の反転入力端子は抵抗R8を通じてオペアンプU2の出力端子OUTに接続されている。オペアンプU2の非反転入力端子は、抵抗R9を通じて接地されている。オペアンプU2の出力端子OUTからは、超音波受信信号VOUTが出力される。なお、図1中、符号VDDは電源電圧、VSSはマイナス電源電圧を示す。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a receiving circuit according to Embodiment 1 of the present invention. The receiving circuit according to the first embodiment is configured by connecting a
擬似超音波素子USMXは、超音波を直接受信しない素子ではあるが、超音波送受信素子USM1と電気的特性が同一であることが望ましい。このため、擬似超音波素子USMXは、超音波の送信および受信が可能な超音波送受信素子で形成することができる。このようにすれば、擬似超音波素子USMXは、超音波送受信素子USM1とほぼ同じ素子特性を持ち、超音波送受信素子USM1からの超音波変換信号VINと擬似超音波素子USMXからの擬似超音波変換信号VPとの差動出力を超音波受信信号VOUTとすることにより、超音波送受信素子USM1の特性と擬似超音波素子USMXの特性とが相殺されることになる。このため、超音波送受信素子USM1と擬似超音波素子USMXとの電気的特性,温度特性等を合わせる手間を省くことができる。 The pseudo ultrasonic element USMX is an element that does not directly receive an ultrasonic wave, but desirably has the same electrical characteristics as the ultrasonic transmission / reception element USM1. For this reason, the pseudo ultrasonic element USMX can be formed of an ultrasonic transmission / reception element capable of transmitting and receiving ultrasonic waves. In this way, the pseudo ultrasonic element USMX has substantially the same element characteristics as the ultrasonic transmission / reception element USM1, and the ultrasonic conversion signal VIN from the ultrasonic transmission / reception element USM1 and the pseudo ultrasonic conversion from the pseudo ultrasonic element USMX. By using the differential output with the signal VP as the ultrasonic reception signal VOUT, the characteristic of the ultrasonic transmission / reception element USM1 and the characteristic of the pseudo ultrasonic element USMX are offset. For this reason, it is possible to save the trouble of matching the electrical characteristics, temperature characteristics, and the like of the ultrasonic transmitting / receiving element USM1 and the pseudo ultrasonic element USMX.
また、擬似超音波素子USMXは、図2に示すように、超音波送受信素子などの圧電体以外の受動素子で形成するようにしてもよい。すなわち、擬似超音波素子USMXを、抵抗RaとコンデンサCa,Cb,コイルLaの直列回路との並列回路などの受動素子からなる等化回路により構成し、超音波送受信素子USM1の電気的特性と同一の電気的特性を有するように形成することができる。なお、電気的特性とは、インピーダンス,静電容量などである。このように構成すれば、超音波送受信素子USM1からの超音波変換信号VINと擬似超音波素子USMXからの擬似超音波変換信号VPとの差動出力を超音波受信信号VOUTとすることにより、擬似超音波素子USMXと超音波送受信素子USM1との静特性や動特性の依存性がキャンセルされることになる。 Further, as shown in FIG. 2, the pseudo ultrasonic element USMX may be formed of a passive element other than a piezoelectric body such as an ultrasonic transmission / reception element. That is, the pseudo ultrasonic element USMX is configured by an equalization circuit including a passive element such as a parallel circuit of a resistor Ra, capacitors Ca, Cb, and a coil La, and has the same electrical characteristics as the ultrasonic transmission / reception element USM1. It can be formed to have the following electrical characteristics. Note that the electrical characteristics include impedance, capacitance, and the like. With this configuration, the differential output between the ultrasonic conversion signal VIN from the ultrasonic transmission / reception element USM1 and the pseudo ultrasonic conversion signal VP from the pseudo ultrasonic element USMX is used as the ultrasonic reception signal VOUT. The dependence of the static characteristics and the dynamic characteristics of the ultrasonic element USMX and the ultrasonic transmitting / receiving element USM1 is cancelled.
さらに、擬似超音波素子USMXは、超音波送受信素子USM1と温度特性が同一であることが望ましい。すなわち、擬似超音波素子USMXは、図2に示すように、抵抗RaとコンデンサCa,Cb,コイルLaの直列回路との並列回路などの受動素子からなる等化回路により構成した上で、その温度特性をさらに超音波送受信素子USM1の温度特性と一致させる。このようにすれば、超音波送受信素子USM1からの超音波変換信号VINと擬似超音波素子USMXからの擬似超音波変換信号VPとの差動出力を超音波受信信号VOUTとすることにより、超音波送受信素子USM1の温度依存性がキャンセルされることになる。 Furthermore, it is desirable that the pseudo ultrasonic element USMX has the same temperature characteristics as the ultrasonic transmission / reception element USM1. That is, as shown in FIG. 2, the pseudo ultrasonic element USMX is configured by an equalization circuit including a passive element such as a parallel circuit of a resistor Ra and a series circuit of capacitors Ca, Cb, and a coil La, and the temperature thereof The characteristics are further matched with the temperature characteristics of the ultrasonic transmitting / receiving element USM1. According to this configuration, the differential output between the ultrasonic conversion signal VIN from the ultrasonic transmission / reception element USM1 and the pseudo ultrasonic conversion signal VP from the pseudo ultrasonic element USMX is used as the ultrasonic reception signal VOUT. The temperature dependence of the transmitting / receiving element USM1 is cancelled.
このように構成された実施例1に係る受信回路では、超音波送受信素子USM1で超音波が受信されると、超音波は機械−電気変換されて超音波変換信号VINとしてコンデンサC1および抵抗R1を通じてオペアンプU1の非反転入力端子に印加される。また、擬似超音波素子USMXに駆動直後ノイズが発生すると、駆動直後ノイズは擬似超音波変換信号VPとしてコンデンサC2および抵抗R3を通じてオペアンプU1の非反転入力端子に印加される。オペアンプU1は、非反転入力端子に印加され超音波変換信号VINと、反転入力端子に印加された擬似超音波変換信号VPとを入力し、抵抗R1,R2で決まる増幅率で増幅して増幅信号を出力し、増幅信号をさらにオペアンプU2が抵抗R7,R8で決まる増幅率で増幅して、超音波受信信号VOUTとして出力する。 In the receiving circuit according to the first embodiment configured as described above, when an ultrasonic wave is received by the ultrasonic wave transmitting / receiving element USM1, the ultrasonic wave is mechanical-electrically converted and converted into an ultrasonic conversion signal VIN through the capacitor C1 and the resistor R1. Applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier U1. Further, when noise immediately after driving occurs in the pseudo ultrasonic element USMX, the noise immediately after driving is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier U1 through the capacitor C2 and the resistor R3 as the pseudo ultrasonic conversion signal VP. The operational amplifier U1 receives the ultrasonic conversion signal VIN applied to the non-inverting input terminal and the pseudo ultrasonic conversion signal VP applied to the inverting input terminal, and amplifies the amplified signal by an amplification factor determined by the resistors R1 and R2. The operational amplifier U2 further amplifies the amplified signal at an amplification factor determined by the resistors R7 and R8, and outputs it as an ultrasonic reception signal VOUT.
実施例1に係る受信回路では、超音波送受信素子USM1からの超音波変換信号VINと擬似超音波素子USMXからの擬似超音波変換信号VPとの差動出力を超音波受信信号VOUTとすることにより、図3に示すように、超音波変換信号VINに含まれる駆動直後ノイズと、擬似超音波変換信号VPに含まれる駆動直後ノイズとがキャンセルされて、超音波受信信号VOUTに駆動直後ノイズが出力されなくなる、あるいは駆動直後ノイズが抑制されるという効果が得られる。 In the receiving circuit according to the first embodiment, the differential output between the ultrasonic conversion signal VIN from the ultrasonic transmission / reception element USM1 and the pseudo ultrasonic conversion signal VP from the pseudo ultrasonic element USMX is used as the ultrasonic reception signal VOUT. 3, the noise immediately after driving included in the ultrasonic conversion signal VIN and the noise immediately after driving included in the pseudo ultrasonic wave conversion signal VP are canceled, and the noise immediately after driving is output to the ultrasonic wave reception signal VOUT. It is possible to obtain an effect that noise is suppressed or noise immediately after driving is suppressed.
図4は、本発明の実施例2に係る受信回路の構成を示す回路図である。本実施例2に係る受信回路は、図1に示した実施例1に係る受信回路に対して、超音波送受信素子USM1での機械−電気変換出力を増幅する超音波変換信号増幅回路13と、擬似超音波素子USMXの出力のみを増幅する擬似超音波変換信号増幅回路14とを設け、両回路の増幅信号の差動出力を超音波受信信号VOUTとするようにしたものである。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of a receiving circuit according to the second embodiment of the present invention. The receiving circuit according to the second embodiment includes an ultrasonic conversion
このように構成された実施例2に係る受信回路では、超音波変換信号増幅回路13により超音波送受信素子USM1の出力を増幅して超音波変換信号VINとするとともに、擬似超音波変換信号増幅回路14により擬似超音波素子USMXの出力を増幅して擬似超音波変換信号VPとして、それらの差動出力を超音波受信信号VOUTとするようにしたので、十分に大きな値の超音波受信信号VOUTが得られる。
In the receiving circuit according to the second embodiment configured as described above, the ultrasonic conversion
図5は、本発明の実施例3に係る超音波流量計1の構成を示す回路ブロック図である。本実施例3に係る超音波流量計1は、一般住宅用ガスメータ等として用いられるものを一例としており、一対の超音波送受信素子2a,2bと、流量測定用の流路3と、順/逆切替手段4と、送信回路5と、受信回路6と、擬似超音波素子7と、ゼロクロスポイント検出手段8と、時間計測手段9とから、その主要部が構成されている。
FIG. 5 is a circuit block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter 1 according to the third embodiment of the present invention. The ultrasonic flow meter 1 according to the third embodiment is an example used for a general residential gas meter or the like, and includes a pair of ultrasonic transmission /
一対の超音波送受信素子2a,2bは、超音波の送信および受信が可能な超音波送受信素子で形成されている。
The pair of ultrasonic transmission /
流路3には、ガス等の計測流体が流れ方向である左から右に流通(平均流速V)している。流路3の壁側には、流れ方向上手側に超音波送受信素子2aが取り付けられ、流れ方向下手側に超音波送受信素子2bが取り付けられている。なお、超音波送受信素子2aと超音波送受信素子2bとの取り付け角(流路3の軸心線と超音波送受信素子2aおよび2bの振動面に対する垂直線とのなす角をいう)をθとする。
In the flow path 3, a measurement fluid such as gas circulates (average velocity V) from left to right in the flow direction. On the wall side of the flow path 3, an ultrasonic transmission /
流路3は、少なくとも超音波送受信素子2a−超音波送受信素子2b間において、流れ方向に沿って軸断面の形状および断面積が同一に形成されている。計測流体がガスの場合、流路3の軸断面形状は壁面により閉鎖された空間を形成するものであればよく、例えば、円形状,楕円形状,正方形形状,矩形状などのいずれを採用してもよい。
The flow path 3 has the same axial cross-sectional shape and cross-sectional area along the flow direction at least between the ultrasonic transmission /
順/逆切替手段4は、例えば、流路3内の流れ方向が左から右であるとして、流れに沿う方向(順方向)に超音波を送信するときには、流れ方向上手側の超音波送受信素子2aを送信側とするために、送信回路5と超音波送受信素子2aとを接続するとともに、流れ方向下手側の超音波送受信素子2bを受信側にするために、受信回路6と超音波送受信素子2bとを接続する。一方、流れに逆らう方向(逆方向)に超音波を送信するときには、流れ方向下手側の超音波送受信素子2bを送信側とするために、送信回路5と超音波送受信素子2bとを接続するとともに、流れ方向上手側の超音波送受信素子2aを受信側にするために、受信回路6と超音波送受信素子2aとを接続する。
For example, the forward / reverse switching means 4 assumes that the flow direction in the flow path 3 is from left to right, and transmits ultrasonic waves in the direction along the flow (forward direction). In order to make 2a the transmitting side, the transmitting
送信回路5は、超音波の駆動パルスを送信側の超音波送受信素子2aまたは2bに印加することにより、超音波を流路3内に送信(放射)させる。
The
受信回路6は、差動増幅器11と、増幅回路12と、順/逆切替スイッチ15とを含んで構成されている。
The receiving
図6は、実施例3に係る超音波流量計1における受信回路6をより詳細に示す回路図である。本実施例3に係る受信回路6は、オペアンプU1を主体とする差動増幅器11と、オペアンプU2を主体とする反転増幅器(増幅回路)12と、超音波送受信素子2a,2bの出力を選択的に差動増幅器11に接続する順/逆切替スイッチ15とを含んで構成されている。オペアンプU1の反転入力端子は、抵抗R1,コンデンサC1および順/逆切替スイッチ15を通じて一端を接地された超音波送受信素子2a,2bに接続されているとともに、抵抗R2を通じてオペアンプU1の出力端子OUTに接続されている。超音波送受信素子2a,2bには、順/逆切替スイッチ15を介して、一端が接地された抵抗R5が並列に接続されている。また、オペアンプU1の非反転入力端子は、抵抗R3およびコンデンサC2を通じて一端を接地された擬似超音波素子7に接続されているとともに抵抗R4を通じて接地されている。擬似超音波素子7には、抵抗R6が並列に接続されている。オペアンプU1の出力端子OUTは、抵抗R7を通じてオペアンプU2の非反転入力端子に接続されており、オペアンプU2の反転入力端子は抵抗R8を通じてオペアンプU2の出力端子OUTに接続されている。オペアンプU2の非反転入力端子は、抵抗R9を通じて接地されている。オペアンプU2の出力端子OUTからは、差動出力である超音波受信信号VOUTが出力される。なお、図6中、符号VDDは電源電圧、VSSはマイナス電源電圧を示す。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the receiving
図5に戻って、増幅回路12は、超音波受信信号VOUTをゼロクロスポイント検出手段8に出力する。
Returning to FIG. 5, the
ゼロクロスポイント検出手段8は、増幅回路12からの超音波受信信号VOUTを入力し、例えば、受信した超音波の第3波のゼロクロスポイントを検出し、ゼロクロスポイント検出信号を時間計測手段9に出力する。
The zero cross point detection means 8 receives the ultrasonic reception signal VOUT from the
時間計測手段9は、送信回路5から送信開始信号を入力して超音波伝搬時間の計測を開始し、ゼロクロスポイント検出手段8からゼロクロスポイント検出信号を入力して超音波の伝搬時間の計測を終了する。以下、流れ方向上手側の超音波送受信素子2aより流路3内に超音波が送信されてから、流れ方向下手側の超音波送受信素子2bで超音波を受信するまでの時間を順方向伝搬時間Tudとする。また、流れ方向下手側の超音波送受信素子2bより流路3内に超音波が送信されてから、流れ方向上手側の超音波送受信素子2aで超音波を受信するまでの時間を逆方向伝搬時間Tduとする。
The time measuring means 9 inputs the transmission start signal from the
次に、このように構成された実施例3に係る超音波流量計1の動作について説明する。 Next, the operation of the ultrasonic flowmeter 1 according to the third embodiment configured as described above will be described.
まず、順/逆切替手段4は、送受切替信号を送信回路5および受信回路6に出力する。いま、流れ方向上手側の超音波送受信素子2aを送信側とし、流れ方向下手側の超音波送受信素子2bを受信側とする送受切替信号が出力されたものとする。
First, the forward / reverse switching means 4 outputs a transmission / reception switching signal to the
送信回路5は、送受切替信号を受信すると、所定数の駆動パルスを送信側の超音波送受信素子2aに印加する。すると、送信側の超音波送受信素子2aは、駆動パルスによって駆動され、駆動パルス数の超音波を流路3内に送信する。これと同時に、送信回路5は、送信開始信号を時間計測手段9に出力する。
When receiving the transmission / reception switching signal, the
時間計測手段9は、送信回路5からの送信開始信号を受けることにより、超音波の伝搬時間(順方向伝搬時間)Tudの計測を開始する。
The time measuring means 9 starts measuring the ultrasonic wave propagation time (forward propagation time) Tud by receiving the transmission start signal from the
送信側の超音波送受信素子2aから送信された超音波は、流路3の内壁で一旦反射された後に、受信側の超音波送受信素子2bに到達する。
The ultrasonic wave transmitted from the transmission-side ultrasonic transmission /
受信側の超音波送受信素子2bは、受信した超音波を機械−電気変換し、超音波変換信号VINを受信回路6に入力する。
The ultrasonic transmission /
受信回路6では、超音波送受信素子2bからの超音波変換信号VINが順/逆切替スイッチ15を介して差動増幅器11の反転入力端子に入力され、擬似超音波素子7からの擬似超音波変換信号VPが差動増幅器11の非反転入力端子に入力されて、差動増幅器11の出力端子に差動出力が出力される。このとき、超音波変換信号VINには駆動直後ノイズおよび超音波変換信号VINが含まれ、擬似超音波変換信号VPには駆動直後ノイズのみが含まれるので、駆動直後ノイズがキャンセルされ、超音波変換信号VINのみが出力されることになる。次に、増幅回路12は、差動増幅器11からの差動出力を入力すると、任意の増幅率で増幅し、超音波受信信号VOUTをゼロクロスポイント検出手段8に出力する。
In the
続いて、ゼロクロスポイント検出手段8は、増幅回路12からの超音波受信信号VOUTを入力すると、例えば、先に受信した超音波の第3波のゼロクロスポイントを検出し、ゼロクロスポイント検出信号を時間計測手段9に出力する。
Subsequently, when the ultrasonic reception signal VOUT from the
次に、時間計測手段9は、ゼロクロスポイント検出手段8からゼロクロスポイント検出信号を入力すると、送信側の超音波送受信素子2aより流路3内に超音波が送信されてから、受信側の超音波送受信素子2bで超音波を受信するまでの順方向伝搬時間Tudの計測を終了する。
Next, when the time crossing means 9 receives the zero cross point detection signal from the zero cross point detecting means 8, the ultrasonic wave is transmitted from the transmitting side ultrasonic transmitting / receiving
流体の流れに逆らう逆方向伝搬時間Tduの計測は、流体の流れに沿う順方向伝搬時間Tudの計測とは逆の動作をさせればよい。このとき、順/逆切替手段4は、流れ方向下手側の超音波送受信素子2bを送信側とし、流れ方向上手側の超音波送受信素子2aを受信側とする送受切替信号を送信回路5および受信回路6に出力する。流れ方向下手側の超音波送受信素子2bから超音波を送信し、流れ方向上手側の超音波送受信素子2aで超音波を検出するまでの逆方向伝搬時間Tduを計測する。
The measurement of the backward propagation time Tdu against the fluid flow may be performed in the opposite manner to the measurement of the forward propagation time Tud along the fluid flow. At this time, the forward / reverse switching means 4 transmits and receives a transmission / reception switching signal with the ultrasonic transmission /
詳しくは、送信回路5は、所定数の駆動パルスを送信側の超音波送受信素子2bに印加する。すると、送信側の超音波送受信素子2bは、駆動パルスによって駆動され、駆動パルス数の超音波を流路3内に送信する。
Specifically, the
流路3内には、流体の平均流速Vが発生しているとすると、送信側の超音波送受信素子2bから送信された超音波を受信側の超音波送受信素子2aで受信する間での時間を、逆方向伝搬時間Tduとする。
Assuming that the average flow velocity V of the fluid is generated in the flow path 3, the time between reception of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting-side ultrasonic transmitting / receiving
順方向伝搬時間Tudおよび逆方向伝搬時間Tduが求められると、超音波流量計1は、流路3の断面積をS、超音波送受信素子距離間をL、超音波送受信素子2aと超音波送受信素子2bとの取り付け角をθとすると、流速v(m/s)を、数1で求める。
When the forward propagation time Tud and the backward propagation time Tdu are obtained, the ultrasonic flowmeter 1 uses the cross-sectional area of the flow path 3 as S, the distance between the ultrasonic transmission / reception element distances, and the ultrasonic transmission /
また、超音波流量計1は、流量Q(m3/h)を、数2で求める。 Moreover, the ultrasonic flowmeter 1 calculates | requires flow volume Q (m < 3 > / h) by Formula 2. FIG.
本実施例3に係る超音波流量計1によれば、超音波送受信素子2aまたは超音波送受信素子2bからの超音波変換信号VINと擬似超音波素子7からの擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号VOUTとすることにより、回路上に発生する駆動直後ノイズが常にキャンセルされ、図3に示したような安定した超音波受信信号VOUTが得られる。この結果、駆動直後ノイズ、およびそれ以降のノイズや残響成分が著しく低減される。
According to the ultrasonic flowmeter 1 according to the third embodiment, the differential between the ultrasonic conversion signal VIN from the ultrasonic transmission /
また、順/逆切替手段4により流れ方向上手側の超音波送受信素子2aを受信側とした場合でも、流れ方向下手側の超音波送受信素子2bを受信側とした場合でも、受信回路6内では、擬似超音波素子7からの擬似超音波変換信号VPを入力とするようにしたので、超音波送受信素子2aおよび超音波送受信素子2bのそれぞれに対して擬似超音波素子7を設けなくても、1つの擬似超音波素子7で高精度な流量計測が実現可能となる。
Even if the ultrasonic transmission /
なお、送信回路5と受信回路6との電源を別々にするとよい。そうすることで、超音波の送信時の送信回路5の電源電圧変動が受信回路6に影響を与えにくくなるので、低ノイズの受信回路6となり、その出力である超音波受信信号VOUTがより安定したものとなる。
Note that the power supplies of the
図7は、本発明の実施例4に係る受信回路の構成を示す回路図である。本実施例4に係る受信回路は、図6に示した実施例3に係る受信回路6に対して、超音波送受信素子2aまたは超音波送受信素子2bでの機械−電気変換出力を増幅する超音波変換信号増幅回路13と、擬似超音波素子7の出力のみを増幅する擬似超音波変換信号増幅回路14とを設け、両回路の増幅信号の差動出力を超音波受信信号VOUTとするようにしたものである。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a receiving circuit according to
このように構成された実施例4に係る受信回路では、超音波変換信号増幅回路13により超音波送受信素子2aまたは超音波送受信素子2bの出力を増幅して超音波変換信号VINとするとともに、擬似超音波変換信号増幅回路14により擬似超音波素子7の出力を増幅して擬似超音波変換信号VPとして、それらの差動出力を超音波受信信号VOUTとするようにしたので、十分に大きな値の超音波受信信号VOUTが得られる。
In the receiving circuit according to the fourth embodiment configured as described above, the ultrasonic conversion
なお、本実施例4に係る受信回路においても、図6に示した実施例3に係る受信回路6と同様に、送信回路5の電源と、超音波変換信号増幅回路13,擬似超音波変換信号増幅回路14などを含む受信回路6の電源とを別々にするとよい。そうすることで、送信時の送信回路5の電源電圧変動が受信回路6に影響を与えなくなるので、低ノイズの受信回路となり、その出力である超音波受信信号VOUTが安定したものとなる。
In the receiving circuit according to the fourth embodiment, similarly to the receiving
ところで、図5に示した実施例3に係る超音波流量計1として、超音波送受信素子2aと超音波送受信素子2bとを流路3の内壁を挟んで対向するように配置した例(一対の超音波送受信素子2a,2bをV字型に配置した例)を示したが、本発明の適用がこのような配置の超音波流量計1に限定されるわけでない。例えば、一対の超音波送受信素子を直接対向するように配置した超音波流量計においても、本発明が同様に適用できることはいうまでもない。
By the way, as the ultrasonic flowmeter 1 according to the third embodiment shown in FIG. 5, an example in which the ultrasonic transmission /
以上、本発明の実施例を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, these are only illustrations to the last, and this invention is not limited to these, Based on the knowledge of those skilled in the art, unless it deviates from the meaning of a Claim Various changes are possible.
1 超音波流量計
2a,2b 超音波送受信素子
3 流路
4 順/逆切替手段
5 送信回路
6 受信回路
7 擬似超音波素子
8 ゼロクロスポイント検出手段
9 時間計測手段
11 差動増幅器
12 増幅回路(反転増幅器)
13 超音波変換信号増幅回路
14 擬似超音波変換信号増幅回路
15 順/逆切替スイッチ
USM1,USM2 超音波送受信素子
USMX 擬似超音波素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
13 Ultrasonic conversion
Claims (9)
前記一対の超音波送受信素子の一方を駆動して超音波を送信させる送信回路と、
超音波を直接受信しない擬似超音波素子と、
前記一対の超音波送受信素子の他方で受信した超音波の超音波変換信号と、前記擬似超音波素子で発生した擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号として出力する受信回路と
を有することを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transmitting / receiving elements attached to the upper and lower sides of the flow direction of the fluid in the flow path through which the fluid passes;
A transmission circuit for driving one of the pair of ultrasonic transmission / reception elements to transmit ultrasonic waves;
A pseudo ultrasonic element that does not receive ultrasonic waves directly;
A receiving circuit that outputs, as an ultrasonic reception signal, a differential output between the ultrasonic conversion signal of the ultrasonic wave received by the other of the pair of ultrasonic transmission / reception elements and the pseudo ultrasonic conversion signal generated by the pseudo ultrasonic element; An ultrasonic flowmeter characterized by comprising:
前記一対の超音波送受信素子の一方を送信側、他方を受信側として切り替える順/逆切替手段と、
前記送信側の超音波送受信素子を駆動して超音波を送信させる送信回路と、
超音波を直接受信しない擬似超音波素子と、
前記受信側の超音波送受信素子で受信した超音波の超音波変換信号と、前記擬似超音波素子で発生した擬似超音波変換信号との差動出力を超音波受信信号として出力する受信回路と
を有することを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transmitting / receiving elements attached to the upper and lower sides of the flow direction of the fluid in the flow path through which the fluid passes;
Forward / reverse switching means for switching one of the pair of ultrasonic transmitting / receiving elements as a transmission side and the other as a reception side;
A transmission circuit for driving the transmission-side ultrasonic transmission / reception element to transmit ultrasonic waves;
A pseudo ultrasonic element that does not receive ultrasonic waves directly;
A receiving circuit that outputs, as an ultrasonic reception signal, a differential output between the ultrasonic conversion signal of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transmission / reception element on the receiving side and the pseudo ultrasonic conversion signal generated by the pseudo ultrasonic element; An ultrasonic flowmeter characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004195177A JP2006017568A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Ultrasonic flowmeter and receiving circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004195177A JP2006017568A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Ultrasonic flowmeter and receiving circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006017568A true JP2006017568A (en) | 2006-01-19 |
Family
ID=35792000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004195177A Pending JP2006017568A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Ultrasonic flowmeter and receiving circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006017568A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010501874A (en) * | 2006-09-05 | 2010-01-21 | コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Circuit device for operating the sound wave transducer arranged at the end of the measurement section in both directions |
WO2011134470A3 (en) * | 2010-04-28 | 2012-08-16 | Miitors Aps | Ultrasonic flow meter |
JP2012173025A (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | Ultrasonic flowmeter and fluid pressure reduction apparatus |
JP5190825B2 (en) * | 2006-11-13 | 2013-04-24 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | Image reconstruction apparatus, image reconstruction method, image reconstruction program, and CT apparatus |
JP2013242806A (en) * | 2012-05-22 | 2013-12-05 | Kyocera Corp | Electronic apparatus |
JP2016206127A (en) * | 2015-04-28 | 2016-12-08 | 横河電機株式会社 | Ultrasonic flowmeter |
US10209791B2 (en) | 2012-05-22 | 2019-02-19 | Kyocera Corporation | Electronic device and panel device |
JPWO2019069751A1 (en) * | 2017-10-06 | 2020-11-26 | 株式会社瑞光 | Composite sheet manufacturing equipment and manufacturing method |
CN117168583A (en) * | 2023-10-31 | 2023-12-05 | 成都千嘉科技股份有限公司 | Zero-crossing detection method and detection device for gas meter |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62270138A (en) * | 1986-05-20 | 1987-11-24 | 富士通株式会社 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
JP2002365116A (en) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gas meter controller |
JP2003075221A (en) * | 2001-09-06 | 2003-03-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic flowmeter |
-
2004
- 2004-07-01 JP JP2004195177A patent/JP2006017568A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62270138A (en) * | 1986-05-20 | 1987-11-24 | 富士通株式会社 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
JP2002365116A (en) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gas meter controller |
JP2003075221A (en) * | 2001-09-06 | 2003-03-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic flowmeter |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010501874A (en) * | 2006-09-05 | 2010-01-21 | コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Circuit device for operating the sound wave transducer arranged at the end of the measurement section in both directions |
JP5190825B2 (en) * | 2006-11-13 | 2013-04-24 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | Image reconstruction apparatus, image reconstruction method, image reconstruction program, and CT apparatus |
US10605646B2 (en) | 2010-04-28 | 2020-03-31 | Apator Miitors Aps | Ultrasonic flow meter with subsampling of ultrasonic transducer signals |
US9383239B2 (en) | 2010-04-28 | 2016-07-05 | Apator Miitors Aps | Ultrasonic flow meter with subsampling of ultrasonic transducer signals |
EP3421946A1 (en) * | 2010-04-28 | 2019-01-02 | Apator Miitors ApS | Ultrasonic flow meter |
WO2011134470A3 (en) * | 2010-04-28 | 2012-08-16 | Miitors Aps | Ultrasonic flow meter |
US11243109B2 (en) | 2010-04-28 | 2022-02-08 | Apator Miitors Aps | Ultrasonic flow meter with subsampling of ultrasonic transducer signals |
EP4296630A3 (en) * | 2010-04-28 | 2024-04-03 | Apator Miitors ApS | Ultrasonic flow meter |
JP2012173025A (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | Ultrasonic flowmeter and fluid pressure reduction apparatus |
JP2013242806A (en) * | 2012-05-22 | 2013-12-05 | Kyocera Corp | Electronic apparatus |
US10209791B2 (en) | 2012-05-22 | 2019-02-19 | Kyocera Corporation | Electronic device and panel device |
JP2016206127A (en) * | 2015-04-28 | 2016-12-08 | 横河電機株式会社 | Ultrasonic flowmeter |
JPWO2019069751A1 (en) * | 2017-10-06 | 2020-11-26 | 株式会社瑞光 | Composite sheet manufacturing equipment and manufacturing method |
CN117168583A (en) * | 2023-10-31 | 2023-12-05 | 成都千嘉科技股份有限公司 | Zero-crossing detection method and detection device for gas meter |
CN117168583B (en) * | 2023-10-31 | 2024-01-23 | 成都千嘉科技股份有限公司 | Zero-crossing detection method and detection device for gas meter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7290455B2 (en) | Driver configuration for an ultrasonic flow meter | |
CN103874908A (en) | Ultrasonic flow meter | |
JP2006017568A (en) | Ultrasonic flowmeter and receiving circuit | |
JP2007187506A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JP5016047B2 (en) | Circuit device for operating the sound wave transducer arranged at the end of the measurement section in both directions | |
US6457371B1 (en) | Ultrasonic flow sensor with error detection and compensation | |
CN106483526B (en) | Non-blind area ultrasonic ranging probe and ranging method | |
US6370963B1 (en) | Ultrasonic transit time flow sensor and method | |
JP2018138891A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
CN112964319A (en) | Multi-frequency array ultrasonic flowmeter | |
WO2014006881A1 (en) | Flow quantity measuring apparatus | |
JP4760115B2 (en) | Fluid flow measuring device | |
JP2003014515A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JP2008164329A (en) | Ultrasound flowmeter | |
JP4797515B2 (en) | Ultrasonic flow measuring device | |
JP3624743B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
JPH032819Y2 (en) | ||
JP5345006B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
JPH03233395A (en) | Sound wavepropagation time measuring method | |
JP2007064988A (en) | Flowmeter | |
JP4934362B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
JP2007155574A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JP2005172518A (en) | Circuit for arrival time detection of ultrasonic waves in ultrasonic sensor, and ultrasonic flowmeter using the same | |
JP2007064988A5 (en) | ||
JP2000329597A5 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070628 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100318 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100324 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100712 |