JP2006038709A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波流量計に関し、詳しくは超音波を利用して都市ガス,LPG,水などの流体の流速や流量を計測する超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow meter, and more particularly to an ultrasonic flow meter that measures the flow velocity and flow rate of a fluid such as city gas, LPG, and water using ultrasonic waves.
従来の超音波流量計の一例として、フェーズロックドループ(PLL)を用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の超音波流量計における計測原理は、流路の流体流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、PLLにより一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められた波の数(以下、ロック波数という)となるように制御し、流れ方向上手側の超音波トランスジューサ(以下、順方向超音波トランスジューサという)から流れ方向下手側の超音波トランスジューサ(以下、逆方向超音波トランスジューサという)に向けて超音波を発射したときの送信波周波数(以下、順方向送信波周波数という)と、逆方向超音波トランスジューサから順方向超音波トランスジューサに向けて超音波を発射したときの送信波周波数(以下、逆方向送信波周波数という)とを計測し、計測された順方向送信波周波数および逆方向送信波周波数を基に流路を流れる流体の平均流速を求め、さらに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。 As an example of a conventional ultrasonic flowmeter, one using a phase-locked loop (PLL) is known (see, for example, Patent Document 1). The measurement principle in this type of ultrasonic flowmeter is that a pair of ultrasonic transducers is provided on the upper side and lower side in the fluid flow direction of the flow path, and ultrasonic waves are predetermined between the pair of ultrasonic transducers by the PLL. The number of waves (hereinafter referred to as the lock wave number) is controlled so that the ultrasonic transducer on the upper side in the flow direction (hereinafter referred to as the forward ultrasonic transducer) and the ultrasonic transducer on the lower side in the flow direction (hereinafter referred to as the super Transmission wave frequency (hereinafter referred to as the forward transmission wave frequency) when the ultrasonic wave is emitted toward the ultrasonic transducer) and when the ultrasonic wave is emitted from the reverse ultrasonic transducer toward the forward ultrasonic transducer. Measure the transmission wave frequency (hereinafter referred to as the reverse transmission wave frequency) and measure the measured forward transmission frequency. Determine the average flow velocity of the fluid flowing through the flow path based on the fine reverse transmission wave frequencies, a method of obtaining the flow rate by multiplying the flow path cross-sectional area more average flow velocity.
いま、図2に示すように、ロック波数をN、順方向送信波周波数をfj、逆方向送信波周波数をfg、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間の距離(以下、伝搬長という)をL、流体の流速をVとすると、順方向超音波トランスジューサ2aから逆方向超音波トランスジューサ2bに超音波を伝搬させたときの計測(以下、順方向計測という)で、下式(1)が得られ、逆方向超音波トランスジューサ2bから順方向超音波トランスジューサ2aに超音波を伝搬させたときの計測(以下、逆方向計測という)で、下式(2)が得られる。
Now, as shown in FIG. 2, the lock wave number is N, the forward transmission wave frequency is f j , the reverse transmission wave frequency is f g , and the distance between the forward
L/(C+V)=N/fj → Lfj/N=C+V ・・・(1)
L/(C−V)=N/fg → Lfg/N=C−V ・・・(2)
L / (C + V) = N / f j → Lf j / N = C + V ··· (1)
L / (C−V) = N / f g → Lf g / N = C−V (2)
式(1)−式(2)から下式(3)が得られ、式(1)+式(2)から下式(4)が得られる。 The following formula (3) is obtained from the formula (1) -the formula (2), and the following formula (4) is obtained from the formula (1) + the formula (2).
V=(L/2N)×(fj−fg) ・・・(3)
C=(L/2N)×(fj+fg) ・・・(4)
V = (L / 2N) × (f j −f g ) (3)
C = (L / 2N) × (f j + f g ) (4)
そして、流量Qが、流路の断面積S、補正係数Hを用いて、下式(5)で求められる。 Then, the flow rate Q is obtained by the following equation (5) using the cross-sectional area S of the flow path and the correction coefficient H.
Q=V・S・H ・・・(5) Q = V · S · H (5)
さらに、式(4)によって求められた音速Cから、流体が空気である場合、簡易式C=331.68+0.61τにより、温度τが求まるので、温度τに対する補正が可能となる。 Furthermore, when the fluid is air from the sound velocity C obtained by the equation (4), the temperature τ can be obtained by the simple equation C = 331.68 + 0.61τ, and therefore the correction for the temperature τ is possible.
さて、従来の超音波流量計では、正確な超音波伝搬時間を計測するために、例えば図8に示すように、送信側の超音波トランスジューサから駆動パルス数(図8(a)の送信区間の例では3)の送信波パルス群(図8(a)参照)を発射し、媒体を伝搬して受信波パルス群として受信側の超音波トランスジューサに到達すると、受信側の超音波トランスジューサにおける受信波パルス群の機械−電気変換によって得られる受信波変換信号(図8(b)参照)に対して、予め設定したマスク時間だけ待機した後にマスク解除信号(図8(c)参照)をオンし、所定のパルス数(通常は駆動パルス数以上)の受信波変換信号(図8(b)参照)だけを2値化して2値化後受信波変換信号(図8(d)参照)を得、この2値化後受信波変換信号(図8(d)参照)と送信波クロック(図8(a)参照)との位相比較出力信号(図8(e)参照)を得ていた。そして、受信側の超音波トランスジューサの超音波による機械的な振動の立ち上がりに要する経過時間を待って、位相比較出力信号(図8(e)参照)がなくなるポイントで送信波パルス群のクロックの周波数(送信波周波数)をロックしていた。 In the conventional ultrasonic flowmeter, in order to measure an accurate ultrasonic propagation time, for example, as shown in FIG. 8, the number of drive pulses (in the transmission interval of FIG. 8A) from the ultrasonic transducer on the transmission side is measured. In the example, when the transmission wave pulse group 3) (see FIG. 8A) is fired, propagates through the medium and reaches the reception-side ultrasonic transducer as a reception wave pulse group, the reception wave in the reception-side ultrasonic transducer is received. With respect to the received wave conversion signal (see FIG. 8B) obtained by the mechanical-electrical conversion of the pulse group, the mask release signal (see FIG. 8C) is turned on after waiting for a preset mask time, Only a received wave conversion signal (see FIG. 8B) having a predetermined number of pulses (usually more than the number of drive pulses) is binarized to obtain a binarized received wave conversion signal (see FIG. 8D), This binarized received wave converted signal (Fig. See (d)) and the transmission wave clock phase comparison output signal of the (see FIG. 8 (a) refer) was obtained (FIG. 8 (e) refer). Then, after waiting for the elapsed time required for the mechanical vibration to rise due to the ultrasonic wave of the ultrasonic transducer on the receiving side, the frequency of the clock of the transmission wave pulse group at the point where the phase comparison output signal (see FIG. 8E) disappears. (Transmission wave frequency) was locked.
また、予め設定したマスク時間だけ待機した後にマスク解除信号をオンして所定のパルス数の受信波変換信号だけを位相比較の対象とする代わりに、送信側の超音波トランスジューサから超音波を送信し、順次ゲート時間を更新しながら、受信側の超音波トランスジューサのゼロクロスポイントを検知し、正確な超音波伝搬時間を計測するようにした超音波流量計が知られている(特許文献2参照)。 Instead of turning on the mask release signal after waiting for a preset mask time and using only the received wave conversion signal of a predetermined number of pulses as a phase comparison target, an ultrasonic wave is transmitted from the transmitting ultrasonic transducer. An ultrasonic flowmeter is known in which the zero cross point of the ultrasonic transducer on the reception side is detected while the gate time is sequentially updated to accurately measure the ultrasonic propagation time (see Patent Document 2).
さらに、1回目の超音波伝搬時間を計測し、超音波の半周期よりも少し短い時間αを定め、2回目以降は送信時点から(前回の超音波伝搬時間−α)だけ経過した後の最初のゼロクロスポイントまでの超音波伝搬時間を計測することを複数回繰り返すことにより、正確な超音波伝搬時間を計測するようにした超音波流量計も知られている(特許文献3参照)。
ところで、図8に示すような制御を行なう従来の超音波流量計では、受信側の超音波トランスジューサの超音波による機械的な振動の立ち上がりに要する経過時間を待って、位相比較出力信号がなくなるポイントで送信波パルス群のクロックの送信波周波数をロックしていたので、受信側の超音波トランスジューサの振動が反共振周波数に近づくまでの経過時間だけ待たなければ送信波周波数のロックができず、送信波周波数の迅速な制御を行なうことができないという問題点があった。また、1回の超音波の送信で少なくとも数回の位相比較を行なう必要があり、仮に1回の超音波の送信で5回の位相比較を行なうとした場合、1秒間に3000回の送信を行なうと、5×3000=15000回となり、位相比較回数が非常に多く、低消費電力化の妨げになるという問題点があった。 By the way, in the conventional ultrasonic flowmeter that performs control as shown in FIG. 8, the phase comparison output signal disappears after waiting for the elapsed time required for the mechanical vibration to rise due to the ultrasonic wave of the ultrasonic transducer on the receiving side. Because the transmission wave frequency of the clock of the transmission wave pulse group was locked at, the transmission wave frequency cannot be locked unless the elapsed time until the vibration of the ultrasonic transducer on the receiving side approaches the anti-resonance frequency cannot be locked. There was a problem that the wave frequency could not be quickly controlled. Further, it is necessary to perform phase comparison at least several times with one transmission of ultrasonic waves. If five phase comparisons are performed with one transmission of ultrasonic waves, 3000 transmissions are performed per second. When this is done, 5 × 3000 = 15000 times, and the number of phase comparisons is very large, which hinders low power consumption.
また、特許文献2に記載された従来の超音波流量計では、送信側の超音波トランスジューサから超音波を送信し、順次ゲート時間を更新しながら受信側の超音波トランスジューサのゼロクロスポイントを検知していたので、正確なゼロクロスポイントを求めるまでに数回の超音波伝搬を行なう必要があり、余分な超音波伝搬を複数回繰り返すことによる無駄が生じるという問題点があった。特に、前回の計測時間から演算して新たなゲート時間を設定しており、演算処理が複雑化し、回路制御が難しかった。
In addition, in the conventional ultrasonic flowmeter described in
さらに、特許文献3に記載された従来の超音波流量計では、第1回目の超音波伝搬時間を用いて、第2回目以降は、第1回目の超音波伝搬時間よりαだけ減じた時間をマスク時間として設定して、時間計測を繰り返す必要があったので、特許文献2記載の超音波流量計と同様に、演算処理が複雑化し、回路制御が難しいという問題点があった。
Furthermore, in the conventional ultrasonic flowmeter described in
本発明は、受信初期時における受信側の超音波トランスジューサの振動がほぼ送信波周波数で検出できない反共振周波数から外れていても、事前に分かっている受信側の超音波トランスジューサにおける受信波パルス毎の受信波周波数の追従性に基づいて、送信波周波数の迅速な制御を行なうことができるようにした超音波流量計を提供することを目的とする。 Even if the vibration of the ultrasonic transducer on the reception side at the initial stage of reception deviates from the anti-resonance frequency that cannot be detected at the transmission wave frequency, the reception-side ultrasonic transducer for each received wave pulse in the reception-side ultrasonic transducer is known in advance. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic flowmeter capable of quickly controlling the transmission wave frequency based on the follow-up property of the reception wave frequency.
請求項1記載の超音波流量計は、流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように送信波周波数を制御し、該送信波周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、送信側の超音波トランスジューサからの送信波パルス群の発射タイミングに基づいて、受信側の超音波トランスジューサにおいて受信波パルス群の特定の1パルスだけを用いて前記送信波周波数を制御することを特徴とする。請求項1記載の超音波流量計によれば、受信波パルス群の特定の1パルスだけを用いて送信波パルス群のクロックと位相比較することにより、送信波周波数の制御を迅速に行なうことができ、かつ、低消費電力化が期待できる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項2記載の超音波流量計は、請求項1に記載の超音波流量計において、前記受信波パルス群の特定の1パルスを前記送信波パルス群のクロックの1周期で2値化する2値化手段と、前記2値化手段により2値化された前記受信波パルス群の特定の1パルスと前記送信波パルス群のクロックとの位相比較を行なって前記送信波パルス群のクロックの周波数を制御するフェーズロックドループとを備え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、受信波パルス群の特定の1パルスを送信波パルス群のクロックの1周期で2値化して、2値化された特定の1パルスと送信波パルス群のクロックとの位相比較を行なって送信波周波数を制御することにより、送信波周波数の制御に受信波パルス群の特定の1パルスのみを使うことができ、送信波周波数の制御を迅速に行なうことができる。
The ultrasonic flowmeter according to
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、前記送信波パルス群のクロックをカウントするロック波数カウンタと、前記受信波パルス群の特定の1パルスを取り出すマスク解除時間を、前記ロック波数カウンタが予め定めた任意のカウント値までカウントした後の、前記送信波パルス群のクロックの1周期とする受信手段とを備え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、受信波パルス群の特定の1パルスを取り出すマスク解除時間を、ロック波数カウンタがロック波数までカウントした後の、送信波パルス群のクロックの1周期としたことにより、特定の1パルスを容易に取り出すことができる。また、送信波周波数のクロックを予め定めた任意のロック波数までカウントアップするだけなので、前回の計測時間などの演算を行なう必要がなく、演算処理および回路制御が容易になる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項4記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項3に記載の超音波流量計において、前記受信手段により受信された前記受信波パルス群の特定の1パルス分の受信波変換信号を、受信側の超音波トランスジューサの受信周波数−変換電圧特性に基づいて前記受信波パルス群の周波数に応じた増幅率で増幅する増幅手段を備えることを特徴とする。請求項4記載の超音波流量計によれば、受信波パルス群の特定の1パルスの周波数に合わせて増幅手段の増幅率を調整するようにしたことにより、受信側の超音波トランスジューサの振動が反共振周波数となる経過時間を待つ必要がなくなり、送信波周波数の制御を迅速に行なうことができる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項5記載の超音波流量計は、流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように送信波パルス群のクロックの周波数を制御し、該周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、送信側の超音波トランスジューサから発射される送信波パルス群のクロックをカウントするロック波数カウンタと、前記ロック波数カウンタのカウント値が予め定めた任意のカウント値になったときに前記受信波パルス群の特定の1パルス分の時間だけ、受信側の超音波トランスジューサからの受信波変換信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された前記受信波パルス群の特定の1パルス分の受信波変換信号を、前記受信側の超音波トランスジューサの受信周波数−変換電圧特性に基づいて前記受信波パルス群の周波数に応じた増幅率で増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された前記受信波パルス群の特定の1パルス分の受信波変換信号を前記送信波パルス群のクロックの周期で2値化する2値化手段と、前記2値化手段により2値化された2値化後受信波変換信号の位相を前記送信波パルス群のクロックの位相と比較して両位相が一致するように前記送信波パルス群のクロックの周波数を制御するフェーズロックドループとを有す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、フェーズロックドループを用いて2値化後受信波変換信号の位相を送信波パルス群のクロックの位相と比較して両位相が一致するように送信波周波数を制御することにより、送信波周波数の制御を容易かつ迅速に行なうことができ、かつ、低消費電力化が期待できる。
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に記載の超音波流量計において、前記受信波パルス群の特定の1パルスが、前記受信波パルス群の先頭パルスであ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、受信波パルス群の特定の1パルスが受信波パルス群の先頭パルスであるので、送信波周波数の制御を最短時間で行なうことができる。
The ultrasonic flowmeter according to
受信側の超音波トランスジューサで受信する受信波パルス群の特定の1パルスだけを用いて送信波パルス群のクロックと位相比較することにより、送信波周波数の制御を迅速に行なえるようにした。 By using only one specific pulse of the received wave pulse group received by the ultrasonic transducer on the receiving side and comparing the phase with the clock of the transmitted wave pulse group, the transmission wave frequency can be controlled quickly.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1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1に係る超音波流量計1は、流路3と、流路3内の流れ方向上手側に設置された超音波トランスジューサ(順方向超音波トランスジューサ)2aと、流路3内の流れ方向下手側に設置された超音波トランスジューサ(逆方向超音波トランスジューサ)2bと、送信手段4と、増幅手段6および2値化手段7からなる受信手段5と、順方向VCO(Voltage Controlled Oscillator)8,順方向LPF(low Pass Filter)9および順方向PD(Phase Detector)10からなる順方向PLL(Phase-Locked loop)と、逆方向VCO11,逆方向LPF12および逆方向PD13からなる逆方向PLLと、順方向カウンタ14,逆方向カウンタ15,ロック波数カウンタ16および送信制御部17からなる制御部18と、位相比較出力幅計測手段19と、順方向計測と逆方向計測とを切り替えるスイッチSW1,SW2,SW3,SW4,SW5およびSW6とから構成されている。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of an
順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bは、圧電素子,振動板,電極等を用いて構成された超音波トランスジューサであり、機械的共振尖鋭度を表すQ値が低い。順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの送受信の切り替えは、アナログスイッチ等で構成されるスイッチSW1,SW2,SW3,SW4,SW5およびSW6によって行なわれる。
The forward
流路3は、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bが、流れ方向に互いに対向するように配置され、軸断面の形状および断面積が流れ方向において同一に形成されている。計測流体がガスの場合、流路3の軸断面形状は壁部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,正方形状,矩形状等のいずれを採用してもよい。
In the
送信手段4は、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bに送信波パルス群を発射させるための駆動パルスを発生する駆動電圧回路等から構成される。
The transmission means 4 includes a drive voltage circuit for generating a drive pulse for causing the forward
受信手段5は、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの受信波変換電圧(受信波変換信号)を検出するための電圧検出回路等からなる増幅手段6と、受信波パルス群の特定の1パルスを送信波クロック(送信波パルス群のクロック)の周期で2値化する2値化手段7とを含んで構成されている。
The receiving means 5 includes an amplifying means 6 including a voltage detection circuit for detecting a reception wave conversion voltage (reception wave conversion signal) of the forward
順方向VCO8は、入力された電圧信号に応じた順方向送信波周波数fjの順方向クロックCLKjを出力する電圧制御発信器であり、入力端子を順方向LPF9の出力端子に接続され、出力端子を順方向PD10の一方の入力端子に接続されている。順方向VCO8は、順方向LPF9からの電圧信号を入力し、受信波変換信号と順方向クロックCLKjとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように順方向クロックCLKjの送信波周波数fjを変更し、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間の波数が予め決められたロック波数Nとなるように位相調整を行う。
The forward direction VCO 8 is a voltage control oscillator that outputs a forward direction clock CLK j having a forward direction transmission wave frequency f j corresponding to an input voltage signal, and has an input terminal connected to an output terminal of the
順方向LPF9は、位相比較出力信号(図4(e)参照)を入力し、該位相比較出力信号(図4(e)参照)を平均化して出力するフィルタであり、入力端子を順方向PD10の出力端子に接続され、出力端子を順方向VCO8の入力端子に接続されている。
The
順方向PD10は、2つの入力信号の位相を比較して、その位相差に比例した信号を出力するものであり、一方の入力端子をスイッチSW3の一方の接点端子に、他方の入力端子を順方向VCO8の出力端子に接続され、出力端子を順方向LPF9の入力端子に接続されている。順方向PD10は、順方向クロックCLKj(図4(a)参照)と2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)との位相を比較して、その位相差に比例した位相比較出力信号(図4(e)参照)を出力する。
The
逆方向VCO11は、入力された電圧信号に応じた逆方向送信波周波数fgの逆方向クロックCLKgを出力する電圧制御発信器であり、入力端子を逆方向LPF12の出力端子に接続され、出力端子を逆方向PD13の一方の入力端子に接続されている。逆方向VCO11は、逆方向LPF12からの電圧信号を入力し、受信波変換信号と逆方向クロックCLKgとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように逆方向クロックCLKgの送信波周波数fgを変更し、逆方向超音波トランスジューサ2b,順方向超音波トランスジューサ2a間の波数が予め決められたロック波数Nとなるように位相調整を行う。
The
逆方向LPF12は、位相比較出力信号(図4(e)参照)を入力し、該位相比較出力信号(図4(e)参照)を平均化して出力するフィルタであり、入力端子を逆方向PD13の出力端子に接続され、出力端子を逆方向VCO11の入力端子に接続されている。
The
逆方向PD13は、2つの入力信号の位相を比較して、その位相差に比例した信号を出力するものであり、一方の入力端子をスイッチSW3の一方の接点端子に、他方の入力端子を逆方向VCO11の出力端子に接続され、出力端子を逆方向LPF12の入力端子に接続されている。逆方向PD13は、逆方向クロックCLKg(図4(a)参照)と2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)との位相を比較して、その位相差に比例した位相比較出力信号(図4(e)参照)を出力する。
The
順方向カウンタ14は、順方向VCO8の出力端子に接続されており、順方向クロックCLKj(図4(a)参照)をカウントする役目をする。
The
逆方向カウンタ15は、逆方向VCO11の出力端子に接続されており、逆方向クロックCLKg(図4(a)参照)をカウントする役目をする。
The
ロック波数カウンタ16は、入力端子をスイッチSW6の切り替え端子に接続され、出力端子を受信手段5の制御端子に接続されており、受信波パルス群の特定の1パルスだけを入力するために、順方向クロックCLKjまたは逆方向クロックCLKg(図4(a)参照)をロック波数Nずつカウントするごとに、受信波パルス群のマスク解除信号(図4(c)参照)を一定期間分だけオンにする。
The lock
送信制御部17は、一方の入力端子が順方向VCO8の出力端子に、他方の入力端子が逆方向VCO11の出力端子に接続され、出力端子が送信手段4に接続されており、送信手段4による駆動パルスの出力を制御する。
The
位相比較出力幅計測手段19は、位相比較出力信号(図4(e)参照)の幅を計測する手段であり、入力端子がスイッチSW4の切り替え端子に接続され、出力端子がスイッチSW5の切り替え端子に接続されている。位相比較出力幅計測手段19は、順方向PD10から出力された位相比較出力信号(図4(e)参照)をスイッチSW4を経由して入力し位相比較出力幅を計測し、位相比較出力幅の大,中,小をスイッチSW5を経由して順方向LPF9に出力する。
The phase comparison output width measuring means 19 is a means for measuring the width of the phase comparison output signal (see FIG. 4E), the input terminal is connected to the switching terminal of the switch SW4, and the output terminal is the switching terminal of the switch SW5. It is connected to the. The phase comparison output width measuring means 19 inputs the phase comparison output signal (see FIG. 4E) output from the
スイッチSW1は、切り替え端子を送信手段4に接続され、一方の接点端子を順方向超音波トランスジューサ2aに、他方の接点端子を逆方向超音波トランスジューサ2bに接続されている。スイッチSW1は、順方向計測時に送信手段4を順方向トランスジューサ2aに接続し、逆方向計測時に送信手段4を逆方向トランスジューサ2bに接続する。
The switch SW1 has a switching terminal connected to the transmission means 4, one contact terminal connected to the forward
スイッチSW2は、切り替え端子を受信手段5の増幅手段6に接続され、一方の接点端子を順方向超音波トランスジューサ2aに、他方の接点端子を逆方向超音波トランスジューサ2bに接続されている。スイッチSW2は、順方向計測時に受信手段5を逆方向トランスジューサ2bに接続し、逆方向計測時に受信手段5を順方向トランスジューサ2aに接続する。
The switch SW2 has a switching terminal connected to the amplifying means 6 of the receiving means 5, one contact terminal connected to the forward
スイッチSW3は、切り替え端子を受信手段5の2値化手段7に接続され、一方の接点端子を順方向PD10の他方の入力端子に、他方の接点端子を逆方向PD13の他方の入力端子に接続されている。スイッチSW3は、順方向計測時に2値化手段7を順方向PD10に接続し、逆方向計測時に2値化手段7を逆方向PD13に接続する。 The switch SW3 has a switching terminal connected to the binarizing means 7 of the receiving means 5, one contact terminal connected to the other input terminal of the forward direction PD10, and the other contact terminal connected to the other input terminal of the reverse direction PD13. Has been. The switch SW3 connects the binarizing means 7 to the forward direction PD10 when measuring the forward direction, and connects the binarizing means 7 to the reverse direction PD13 when measuring the reverse direction.
スイッチSW4は、切り替え端子を位相比較出力幅計測手段19の入力端子に、一方の接点端子を順方向PD10の出力端子に、他方の接点端子を逆方向PD13の出力端子に接続されている。スイッチSW4は、順方向計測時に順方向PD10を位相比較出力幅計測手段19に接続し、逆方向計測時に逆方向PD13を位相比較出力幅計測手段19に接続する。
The switch SW4 has a switching terminal connected to the input terminal of the phase comparison output width measuring means 19, one contact terminal connected to the output terminal of the forward direction PD10, and the other contact terminal connected to the output terminal of the reverse direction PD13. The switch SW4 connects the forward direction PD10 to the phase comparison output
スイッチSW5は、切り替え端子を位相比較出力幅計測手段19の出力端子に、一方の接点端子を順方向LPF9の制御端子に、他方の接点端子を逆方向LPF12の制御端子に接続されている。スイッチSW5は、順方向計測時に位相比較出力幅計測手段19を順方向LPF9に接続し、逆方向計測時に位相比較出力幅計測手段19を逆方向LPF12に接続する。
The switch SW5 has a switching terminal connected to the output terminal of the phase comparison output width measuring means 19, one contact terminal connected to the control terminal of the
スイッチSW6は、切り替え端子をロック波数カウンタ16の入力端子に、一方の接点端子を順方向VCO8の出力端子に、他方の接点端子を逆方向VCO11の出力端子に接続されている。スイッチSW6は、順方向計測時に順方向VCO8をロック波数カウンタ16に接続し、逆方向計測時に逆方向VCO11をロック波数カウンタ16に接続する。
The switch SW6 has a switching terminal connected to the input terminal of the lock
図3は、順方向LPF9および逆方向LPF12をさらに詳細に示す図である。順方向LPF9および逆方向LPF12は、時定数が小さなLPF111と、時定数が中くらいのLPF112と、時定数が大きなLPF113とが、スイッチSW11とスイッチSW12とに挟まれて並列に選択的に接続されている。スイッチSW11およびスイッチSW12は、位相比較出力幅計測手段19からの位相比較出力幅の大,中,小に応じて、LPF111,LPF112,LPF113のいずれか1つを選択的に接続する。位相の同期を数回の位相比較で、かつ高速で行うためには、高速なPLLを必要とする。このため、位相比較出力幅が大きければ、時定数が小さなLPF111を接続し、位相比較出力幅が中くらいならば、時定数が中くらいのLPF112を接続し、位相比較出力幅が小さければ、時定数が大きなLPF113を接続して、位相同期する時間を早める。これにより、回路が動作する回数および時間が短くなるので、超音波流量計の省電流化が見込める。
FIG. 3 is a diagram showing the
図4は、本実施例1に係る超音波流量計1における送信波パルス群(クロック)と受信波パルス群の第1パルスp1とで位相比較をした場合のタイミングチャートである。
FIG. 4 is a timing chart when the phase comparison is performed between the transmission wave pulse group (clock) and the first pulse p 1 of the reception wave pulse group in the
図5は、本実施例1に係る超音波流量計1における受信波パルス群の第1パルスp1ないし第5パルスp5を説明する拡大図である。
FIG. 5 is an enlarged view for explaining the first pulse p 1 to the fifth pulse p 5 of the received wave pulse group in the
図6は、送信波パルス群の送信波周波数finに対する、受信波パルス群の第1パルスp1の受信波周波数f1,第2パルスp2の受信波周波数f2,第3パルスp3の受信波周波数f3の追従性を説明する図である。位相比較出力幅計測手段19で順方向PD10および逆方向PD13の位相比較出力信号(図4(e)参照)の出力幅、すなわち、送信波周波数finと受信波周波数foutとの位相差を検出し、その検出した位相差がゼロとなるような送信波周波数finを求める。そのため、送信波周波数finに対する受信波周波数foutの追従性は、図6の如く予め分かっている。詳しくは、超音波トランスジューサへ入力する強制振動周波数である送信波周波数finと、超音波トランスジューサ固有振動によるパルス応答性との関係より、超音波トランスジューサの共振周波数f0は、f0からのずれ量に応じて、受信時の受信周波数のずれも大きくなり、共振周波数f0からのずれ量が小さくなるほどずれも小さくなる。この受信周波数のずれは、超音波トランスジューサ固有振動によるパルス応答性と、構造体、振動モードからくるダンパー効果による減衰特性が大きく関与している。超音波トランスジューサから超音波を送受信する際には、外部からの強制振動による周波数(今の場合:fin)の影響は、受信初期時の先頭の立ち上がりパルスの方が超音波トランスジューサ固有の振動モード特性に支配されるため、強制振動周波数(fin)に応じた周波数値とは一致せず、固有振動周波数の影響が大となる。受信パルスが第1パルスp1、第2パルスp2、第3パルスp3へ後方に移行するに従い、超音波トランスジューサ固有振動の影響により、強制振動が徐々に現れてくる。しかし、この場合、強制振動の影響が後方へ移行すればするほど、受信周波数精度は、理想値に近づくが、図6のように、受信特性に再現性があることを利用し、効率良く、受信初期時の先頭の立ち上がりパルスのみで位相同期を行なう。なお、送信波周波数finに対して受信波周波数f1,受信波周波数f2,受信波周波数f3はリニアに変化しているが、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間の振動の機械的な立ち上がりに時間を要するので、理想線が示す送信波周波数finそのものではない。
FIG. 6 shows the relationship between the reception wave frequency f 1 of the first pulse p 1 of the reception wave pulse group, the reception wave frequency f 2 of the second pulse p 2 , and the third pulse p 3 with respect to the transmission wave frequency fin of the transmission wave pulse group. is a diagram illustrating the following capability of the received wave frequency f 3. The phase comparison output width measuring means 19 detects the output widths of the phase comparison output signals (see FIG. 4E) in the forward direction PD10 and the reverse direction PD13, that is, the phase difference between the transmission wave frequency fin and the reception wave frequency fout. Then, a transmission wave frequency fin is obtained such that the detected phase difference becomes zero. Therefore, the followability of the reception wave frequency fout with respect to the transmission wave frequency fin is known in advance as shown in FIG. Specifically, the resonance frequency f0 of the ultrasonic transducer depends on the amount of deviation from f0 based on the relationship between the transmission wave frequency fin, which is a forced vibration frequency input to the ultrasonic transducer, and the pulse response due to the natural vibration of the ultrasonic transducer. Therefore, the deviation of the reception frequency at the time of reception increases, and the deviation decreases as the deviation from the resonance frequency f0 decreases. This shift in the reception frequency is largely related to the pulse response due to the natural vibration of the ultrasonic transducer and the damping characteristic due to the damper effect coming from the structure and vibration mode. When transmitting and receiving ultrasonic waves from an ultrasonic transducer, the influence of the frequency (in this case: fin) due to forced vibration from the outside is that the leading rising pulse at the beginning of reception has vibration mode characteristics unique to the ultrasonic transducer. Therefore, the frequency value does not coincide with the forced vibration frequency (fin), and the influence of the natural vibration frequency becomes large. As the received pulse moves backward to the first pulse p 1 , second pulse p 2 , and third pulse p 3 , forced vibration gradually appears due to the influence of the ultrasonic transducer natural vibration. However, in this case, the more the influence of forced vibration shifts backward, the closer the reception frequency accuracy is to the ideal value, but using the fact that the reception characteristics are reproducible as shown in FIG. Phase synchronization is performed only with the leading rising pulse at the beginning of reception. The reception wave frequency f 1 , reception wave frequency f 2 , and reception wave frequency f 3 change linearly with respect to the transmission wave frequency fin, but between the forward
図7は、送信波周波数finに対する順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの受信ピーク出力電圧Vpp(faは反共振周波数)を示す図である。この図からも分かるように、受信ピーク出力電圧Vppは、反共振周波数faをピークとする特性をもっているので、送信波周波数fin
の反共振周波数faからのずれに応じて受信ピーク出力電圧Vppを増幅手段6により増幅して用いるようにする。このようにすれば、受信側の超音波トランスジューサの超音波による機械的な振動の立ち上がりに要する経過時間を待つことなしに、受信波パルス群のいずれの1パルスを用いても、位相を一致させることができる。
FIG. 7 is a diagram showing the reception peak output voltage Vpp (fa is an anti-resonance frequency) of the forward
The reception peak output voltage Vpp is amplified by the amplifying means 6 in accordance with the deviation from the anti-resonance frequency fa. In this way, the phase can be matched using any one pulse of the received wave pulse group without waiting for the elapsed time required for the mechanical vibration to rise due to the ultrasonic wave of the ultrasonic transducer on the receiving side. be able to.
次に、このように構成された実施例1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
実施例1に係る超音波流量計1では、まず順方向計測を行なって、次に逆方向計測を行なう。
In the
(1) 順方向計測 (1) Forward measurement
まず、全てのスイッチSW1,SW2,SW3,SW4,SW5およびSW6が順方向計測側に切り替えられる。 First, all the switches SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 and SW6 are switched to the forward direction measurement side.
次に、制御部18では、送信制御部17が、送信手段4により、送信波パルス群を発射させるための駆動パルス群を順方向超音波トランスジューサ2aに印加する。また、制御部18は、送信波パルス群を発射させると同時に、順方向カウンタ14に順方向VCO8からの順方向クロックCLKjのカウントを開始する。このように、制御部18は、順方向カウンタ14に順方向計測を行なわせるために、駆動パルス群の発射タイミング(例えば、駆動パルス群の印加と順方向クロックCLKjとの同期をとる)を図っている。さらに、制御部18は、ロック波数カウンタ16に順方向VCO8からの順方向クロックCLKjをスイッチSW6を経由して入力してカウントを開始する。
Next, in the
順方向超音波トランスジューサ2aから発射された送信波パルス群が媒体を伝搬して、受信波パルス群として逆方向超音波トランスジューサ2bに到達すると、受信波パルス群は、逆方向超音波トランスジューサ2bで機械−電気変換されて、受信波変換信号(図4(b)参照)としてスイッチSW2を経由して受信手段5に入力される。ただし、ロック波数カウンタ16のカウント値がロック波数Nになる前には、ロック波数カウンタ16からのマスク解除信号(図4(c)参照)がオフとなっており、受信波変換信号(図4(b)参照)は受信手段5でマスクされている。
When the transmission wave pulse group emitted from the forward
ロック波数カウンタ16のカウント値がロック波数Nになると、受信手段5では、順方向クロックCLKjの一定期間分の時間だけマスク解除信号(図4(c)参照)がオンとなって、受信波変換信号(図4(b)参照)の第1パルスp1だけが入力される。
When the count value of the lock
このため、増幅手段6は、受信波変換信号(図4(b)参照)の第1パルスp1だけを増幅する。このときの増幅手段6の増幅率は、図7に示すように、送信波周波数finに対する受信ピーク出力電圧Vppが低い程、大きくなるように設定される。換言すれば、受信ピーク出力電圧Vppが平準化されるように増幅される。 Therefore, amplifier means 6 amplifies only the first pulse p 1 of the received wave converted signal (see Figure 4 (b)). As shown in FIG. 7, the amplification factor of the amplification means 6 at this time is set so as to increase as the reception peak output voltage Vpp with respect to the transmission wave frequency fin is lower. In other words, the reception peak output voltage Vpp is amplified so as to be leveled.
続いて、2値化手段7は、増幅手段6により増幅された受信波変換信号(図4(b)参照)の第1パルスp1を順方向クロックCLKjの周期で2値化して2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)として出力する。 Subsequently, the binarizing means 7 binarizes the first pulse p 1 of the received wave converted signal (see FIG. 4B) amplified by the amplifying means 6 at the period of the forward clock CLK j. And then output as a received wave converted signal (see FIG. 4D).
順方向PD10は、受信手段5からスイッチSW3を経由して入力した第1パルスp1の2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)と、順方向VCO8からの順方向クロックCLKjとを位相比較して、位相差に相当する位相比較出力信号(図4(e)参照)を出力する。
The
位相比較出力幅計測手段19は、順方向PD10から出力された位相比較出力信号(図4(e)参照)をスイッチSW4を経由して入力し位相比較出力幅を計測して、位相比較出力幅の大,中,小をスイッチSW5を経由して順方向LPF9に出力する。
The phase comparison output width measuring means 19 inputs the phase comparison output signal (see FIG. 4E) output from the
順方向LPF9は、位相比較出力幅計測手段19からスイッチSW5を経由して位相比較出力幅の大,中,小を入力すると、位相比較出力幅の大,中,小に応じて順方向PLLのループ特性を変更する。詳しくは、図3に例示するように、位相比較出力幅が小さければ、時定数が大きなLPF113が接続されるようにスイッチSW11およびSW12を切り替え、位相比較出力幅が中くらいならば、時定数が中くらいのLPF112が接続されるようにスイッチSW11およびSW12を切り替え、位相比較出力幅が大きければ、時定数が小さなLPF111が接続されるようにスイッチSW11およびスイッチSW12を切り替える。
The
順方向VCO8は、順方向LPF9からの電圧信号を入力し、順方向PD10で2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)と順方向クロックCLKjとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように順方向クロックCLKjの順方向送信波周波数fjを変更し、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間の波数が予め決められたロック波数Nとなるように位相調整を行う。換言すれば、順方向VCO8は、順方向PD10によって2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)と比較した位相ズレ分を位相調整するために必要な順方向送信波周波数fjに調整された順方向クロックCLKjを出力する。
The forward direction VCO 8 receives the voltage signal from the
(2) 逆方向計測 (2) Reverse direction measurement
順方向計測が完了すると、全てのスイッチSW1,SW2,SW3,SW4,SW5およびSW6が逆方向計測側に切り替えられる。 When the forward direction measurement is completed, all the switches SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 and SW6 are switched to the reverse direction measurement side.
次に、制御部18では、送信制御部17が、送信手段4により、送信波パルス群を発射させるための駆動パルス群を逆方向超音波トランスジューサ2bに印加する。また、制御部18は、送信波パルス群を発射させると同時に、逆方向カウンタ15に逆方向VCO11からの逆方向クロックCLKgのカウントを開始する。このように、制御部18は、逆方向カウンタ15に逆方向計測を行なわせるために、駆動パルス群の発射タイミング(例えば、駆動パルス群の印加と逆方向クロックCLKgとの同期をとる)を図っている。さらに、制御部18は、ロック波数カウンタ16に逆方向VCO11からの逆方向クロックCLKgをスイッチSW6を経由して入力しカウントを開始する。
Next, in the
逆方向超音波トランスジューサ2bから発射された送信波パルス群が媒体を伝搬して、受信波パルス群として順方向超音波トランスジューサ2aに到達すると、受信波パルス群は順方向超音波トランスジューサ2aで機械−電気変換されて、受信波変換信号(図4(b)参照)としてスイッチSW2を経由して受信手段5に入力される。ただし、ロック波数カウンタ16のカウント値がロック波数Nになる前には、ロック波数カウンタ16からのマスク解除信号(図4(c)参照)がオフとなっており、受信波変換信号(図4(b)参照)は受信手段5でマスクされている。
When the transmitted wave pulse group emitted from the backward
ロック波数カウンタ16のカウント値がロック波数Nになると、受信手段5では、逆方向クロックCLKgの一定期間分の時間だけマスク解除信号(図4(c)参照)がオンとなって、受信波変換信号(図4(b)参照)の第1パルスp1だけが入力される。
When the count value of the
このため、増幅手段6は、受信波変換信号(図4(b)参照)の第1パルスp1だけを増幅する。このときの増幅手段6の増幅率は、図7に示すように、送信波周波数finに対する受信ピーク出力電圧Vppが低い程、大きくなるように設定される。換言すれば、受信ピーク出力電圧Vppが平準化されるように増幅される。 Therefore, amplifier means 6 amplifies only the first pulse p 1 of the received wave converted signal (see Figure 4 (b)). As shown in FIG. 7, the amplification factor of the amplification means 6 at this time is set so as to increase as the reception peak output voltage Vpp with respect to the transmission wave frequency fin is lower. In other words, the reception peak output voltage Vpp is amplified so as to be leveled.
続いて、2値化手段7は、増幅手段6により増幅された受信波変換信号(図4(b)参照)の第1パルスp1を逆方向クロックCLKgの周期で2値化して2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)として出力する。 Subsequently, the binarizing means 7 binarizes the first pulse p 1 of the received wave converted signal (see FIG. 4B) amplified by the amplifying means 6 at the cycle of the backward clock CLK g. And then output as a received wave converted signal (see FIG. 4D).
逆方向PD13は、受信手段5からスイッチSW3を経由して入力した第1パルスp1の2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)と、逆方向VCO11からの逆方向クロックCLKgとを位相比較して、位相差に相当する位相比較出力信号(図4(e)参照)を出力する。
The reverse direction PD 13 receives the binarized received wave converted signal (see FIG. 4D) of the first pulse p 1 input from the receiving means 5 via the
位相比較出力幅計測手段19は、逆方向PD13から出力された位相比較出力信号(図4(e)参照)をスイッチSW4を経由して入力し位相比較出力幅を計測し、位相比較出力幅の大,中,小をスイッチSW5を経由して逆方向LPF12に出力する。
The phase comparison output width measuring means 19 inputs the phase comparison output signal (see FIG. 4E) output from the
逆方向LPF12は、位相比較出力幅計測手段19からスイッチSW5を経由して位相比較出力幅の大,中,小を入力すると、位相比較出力幅の大,中,小に応じて逆方向PLLのループ特性を変更する。詳しくは、図3に例示するように、位相比較出力幅が小さければ、時定数が大きなLPF113が接続されるようにスイッチSW11およびSW12を切り替え、位相比較出力幅が中くらいならば、時定数が中くらいのLPF112が接続されるようにスイッチSW11およびSW12を切り替え、位相比較出力幅が大きければ、時定数が小さなLPF111が接続されるようにスイッチSW11およびスイッチSW12を切り替える。
When the
逆方向VCO11は、逆方向LPF12からの電圧信号を入力し、逆方向PD13で2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)と逆方向クロックCLKgとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように逆方向クロックCLKgの逆方向送信波周波数fgを変更し、逆方向超音波トランスジューサ2b,順方向超音波トランスジューサ2a間の波数が予め決められたロック波数Nとなるように位相調整を行う。換言すれば、逆方向VCO11は、逆方向PD13によって2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)と比較した位相ズレ分を位相調整するために必要な逆方向送信波周波数fgに調整された逆方向クロックCLKgを出力する。
The
この後、制御部18は、ある一定時間、例えば1秒間において、順方向計測によってカウントされた順方向カウンタ14のカウント値、すなわち順方向送信波周波数fjと、逆方向計測によってカウントされた逆方向カウンタ15のカウント値、すなわち逆方向送信波周波数fgとを求める。そして、制御部18は、既述した式(4)に基づいて流速Vを算出し、流速Vに流路3の断面積Sを乗じたり、温度・圧力や計測流体や求まった流速Vに応じた補正係数Hを乗じたりして、流量Qを求める。
Thereafter, the
ところで、上記実施例1の説明では、受信波変換信号(図4(b)参照)の第1パルスp1についてだけマスク解除信号(図4(c)参照)をオンにして2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)を生成するようにしたが、ロック波数カウンタ16でマスク解除信号をオンするカウント値を変更し、マスク解除信号(図4(c)参照)をオンにする時間を変更することにより、受信波変換信号(図4(b)参照)の第2パルスp2(図5参照)以降の任意のパルスから、2値化後受信波変換信号(図4(d)参照)を生成するようにしてもよい。これは、急激な流量変化や温度変化を想定すると、ロック波数カウンタ16のカウント値が(N−1)や(N−2)で、受信波が受信側の超音波トランスジューサに到達する可能性があるからである。このようにした場合、受信側の超音波トランスジューサの振動が反共振周波数faにより近づいた時点でのパルスであるので、より安定した2値化後受信波変換信号を得ることができる一方、それだけ経過時間を要するので、送信波周波数の制御に時間がかかるようになることは否めない。
Incidentally, in the description of the first embodiment, the received wave converted signal (see FIG. 4 (b)) the first pulse p by the first mask release signal (see FIG. 4 (c) refer) turned on to binarization after receiving the The wave conversion signal (see FIG. 4D) is generated, but the count value for turning on the mask release signal is changed by the lock
また、本実施例1では、まず順方向計測を行なって、次に逆方向計測を行なうようにしたが、計測の順番は逆であってもよい。 In the first embodiment, the forward direction measurement is first performed and then the backward direction measurement is performed. However, the measurement order may be reversed.
さらに、本実施例1では、送信側の超音波トランスジューサに矩形波の駆動パルス群を印加するように説明したが、サイン波で駆動させたり、ステップ駆動にしたり、バースト駆動させたりしてもよい。また、予め決められた受信ポイント(例:ゼロクロスポイント)までの時間を求め、これを伝搬時間計測用の順方向クロックCLKjまたは逆方向クロックCLKgと併用することも考え得る。 Further, in the first embodiment, the explanation has been made so that the rectangular-wave drive pulse group is applied to the ultrasonic transducer on the transmission side, but it may be driven by a sine wave, step drive, or burst drive. . It is also conceivable that the time to a predetermined reception point (eg, zero cross point) is obtained and used together with the forward clock CLK j or the backward clock CLK g for measuring the propagation time.
以上、本発明の実施例を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれ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, this is only an illustration, this invention is not limited to this, 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 順方向超音波トランスジューサ(超音波トランスジューサ)
2b 逆方向超音波トランスジューサ(超音波トランスジューサ)
3 流路
4 送信手段
5 受信手段
6 増幅手段
7 2値化手段
8 順方向VCO
9 順方向LPF
10 順方向PD
11 逆方向VCO
12 逆方向LPF
13 逆方向PD
14 順方向カウンタ
15 逆方向カウンタ
16 ロック波数カウンタ
17 送信制御部
18 制御部
19 位相比較出力幅計測手段
111〜113 LPF
SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW11,S12 スイッチ
1
2b Reversed Ultrasonic Transducer (Ultrasonic Transducer)
3 Flow
9 Forward LPF
10 Forward PD
11 Reverse VCO
12 Reverse LPF
13 Reverse direction PD
14 Forward counter 15
SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, SW11, S12 switch
Claims (6)
送信側の超音波トランスジューサからの送信波パルス群の発射タイミングに基づいて、受信側の超音波トランスジューサにおいて受信波パルス群の特定の1パルスだけを用いて前記送信波パルス群のクロックの周波数を制御することを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transducers is provided on the upper side and the lower side in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and the transmission wave pulse is set so that the ultrasonic wave has a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers. In an ultrasonic flowmeter that controls the frequency of a group clock and obtains the flow velocity and flow rate based on the frequency,
Based on the emission timing of the transmission wave pulse group from the transmission-side ultrasonic transducer, the reception-side ultrasonic transducer controls the frequency of the transmission wave pulse group clock using only one specific pulse of the reception wave pulse group. An ultrasonic flowmeter characterized by:
送信側の超音波トランスジューサから発射される送信波パルス群のクロックをカウントするロック波数カウンタと、
前記ロック波数カウンタのカウント値が予め定めた任意のカウント値になったときに前記受信波パルス群の特定の1パルス分の時間だけ、受信側の超音波トランスジューサからの受信波変換信号を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記受信波パルス群の特定の1パルス分の受信波変換信号を、前記受信側の超音波トランスジューサの受信周波数−変換電圧特性に基づいて前記受信波パルス群の周波数に応じた増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段により増幅された前記受信波パルス群の特定の1パルス分の受信波変換信号を前記送信波パルス群のクロックの周期で2値化する2値化手段と、
前記2値化手段により2値化された2値化後受信波変換信号の位相を前記送信波パルス群のクロックの位相と比較して両位相が一致するように前記送信波パルス群のクロックの周波数を制御するフェーズロックドループと
を有することを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transducers is provided on the upper side and the lower side in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and the transmission wave pulse is set so that the ultrasonic wave has a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers. In an ultrasonic flowmeter that controls the frequency of a group clock and obtains the flow velocity and flow rate based on the frequency,
A lock wave number counter that counts a clock of a transmission wave pulse group emitted from an ultrasonic transducer on the transmission side;
When the count value of the lock wave number counter reaches a predetermined arbitrary count value, the received wave conversion signal from the ultrasonic transducer on the receiving side is received for a time corresponding to one specific pulse of the received wave pulse group. Receiving means;
A received wave converted signal for one specific pulse of the received wave pulse group received by the receiving means is converted to a frequency of the received wave pulse group based on a received frequency-converted voltage characteristic of the ultrasonic transducer on the receiving side. Amplifying means for amplifying at a corresponding amplification rate;
Binarization means for binarizing a received wave converted signal for one specific pulse of the received wave pulse group amplified by the amplifying means at a clock cycle of the transmitted wave pulse group;
The phase of the received wave conversion signal after binarization binarized by the binarization means is compared with the phase of the clock of the transmission wave pulse group so that both phases coincide with each other. An ultrasonic flowmeter comprising a phase-locked loop for controlling a frequency.
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