JP2011180076A - Device for determining zero-cross time, and ultrasonic flowmeter equipped with the device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for determining zero-cross time which can measure the zero-cross time accurately and appropriately, even when the amplitude of an input signal varies or when the input signal is affected by noise. <P>SOLUTION: The device for determining zero-cross time includes a maximum absolute value update determining part 100, which can determine that a maximum absolute value is updated, when a positive or negative absolute value in the input signal 210 is larger than the positive or negative maximum absolute value in the past, a maximum absolute value time determining part 400, which can output a maximum absolute value time signal 350 indicating the maximum absolute value time at which the positive or negative absolute value in the input signal 210 becomes maximum, based on the result of determination, a temporary zero-cross time latch part 410 which latches the temporary zero-cross time of the input signal 210; and a zero-cross time determining part 170 which determines the zero cross time, based on the maximum absolute value time signal 350 and the temporary zero-cross time. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明の一態様は、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号のゼロクロス時間を判定可能なゼロクロス時間判定装置である。   One embodiment of the present invention is a zero-crossing time determination device that can determine the zero-crossing time of an input signal that periodically changes and whose absolute value of amplitude changes.

流量計のひとつとして、超音波が媒体中を伝搬中に発生する伝搬時間差を利用した超音波流量計がある。超音波流量計には、図9に示すように、流路に超音波送受信機10及び11を配置し、超音波を上流から送信して下流で受信した受信信号12の伝搬時間と、超音波を下流から送信して上流で受信した受信信号13の伝搬時間とに基づいて、流路を流れる気体や液体などの媒体の流速を計測するものがある。   As one of the flow meters, there is an ultrasonic flow meter that utilizes a propagation time difference that occurs when ultrasonic waves propagate through a medium. In the ultrasonic flowmeter, as shown in FIG. 9, ultrasonic transmitters / receivers 10 and 11 are arranged in the flow path, the propagation time of the received signal 12 transmitted from the upstream and received downstream, and the ultrasonic wave Is transmitted from the downstream and the flow velocity of the medium such as gas or liquid flowing in the flow path is measured based on the propagation time of the reception signal 13 received upstream.

この伝搬時間の計測には、数nsまたはサブnsの分解能が要求されることがあるが、超音波流量計で用いられる超音波は、数十kHz〜数MHz程度の周波数である。この周波数を用いた場合、1周期の1/10000以上などの高精度の分解能を要する。一方、超音波の振幅は流路を流れる媒体の流速や流体の状態によって影響を受ける。よって、超音波の到達を、受信信号に対してしきい値を設定することで判断する方法を用いた場合、受信信号の振幅が変化したときに計測される到達時間が変化してしまう。すなわち、図10に示すように、通常の振幅を有する受信信号S1がしきい値th1に達した時間がT1であるのに対して、振幅が小さくなった受信信号S2がしきい値th1に達した時間はT2となってしまう。   The measurement of the propagation time may require a resolution of several ns or sub ns, but the ultrasonic wave used in the ultrasonic flowmeter has a frequency of about several tens of kHz to several MHz. When this frequency is used, a highly accurate resolution such as 1/10000 or more of one cycle is required. On the other hand, the amplitude of the ultrasonic wave is affected by the flow velocity of the medium flowing through the flow path and the fluid state. Therefore, when the method of determining the arrival of the ultrasonic wave by setting a threshold value for the received signal is used, the arrival time measured when the amplitude of the received signal changes. That is, as shown in FIG. 10, the time when the reception signal S1 having the normal amplitude reaches the threshold value th1 is T1, whereas the reception signal S2 having the reduced amplitude reaches the threshold value th1. The time spent is T2.

そこで、受信信号の振幅の変化に影響されない測定方法として、ゼロクロス法がある。ゼロクロス法では、受信信号が正から負に、または負から正に変化するタイミングであるゼロクロス点における時間を計測する方法である。図10に示すように、受信信号S1及びS2のいずれにおいてもゼロクロス点の時間T3は変化しない。このように、ゼロクロス法によれば受信信号の振幅が変化してもゼロクロス点における時間が変化しない。   Therefore, there is a zero cross method as a measurement method that is not affected by the change in the amplitude of the received signal. The zero cross method is a method of measuring the time at the zero cross point, which is the timing at which the received signal changes from positive to negative or from negative to positive. As shown in FIG. 10, the time T3 at the zero cross point does not change in any of the received signals S1 and S2. Thus, according to the zero cross method, the time at the zero cross point does not change even if the amplitude of the received signal changes.

ただし、超音波信号には複数のゼロクロス点が含まれるため、伝搬時間差を計測する基礎となる適切なゼロクロス点を確実に選択することが重要である。例えば、所定のしきい値を設けて超音波信号が該しきい値を超えた次のタイミングで観測されるゼロクロス点を選択する方法を適用することがあった。   However, since the ultrasonic signal includes a plurality of zero cross points, it is important to surely select an appropriate zero cross point as a basis for measuring the propagation time difference. For example, there is a case in which a predetermined threshold value is provided and a method of selecting a zero cross point observed at the next timing when the ultrasonic signal exceeds the threshold value may be applied.

しかし、この方法では流路を流れる媒体の流量の大小や超音波デバイス特性の経時変化などにより超音波信号の振幅が変化することを考慮しておらず、意図したタイミングのゼロクロス点を選択できない場合があった。例えば、図11に示すようにしきい値th2を設けた場合、通常の振幅を有する受信信号S1ではp1をゼロクロス点と判断するのに対して、振幅が小さくなった受信信号S2ではp2をゼロクロス点と判断してしまう。これに対して、例えば受信した超音波信号のピークホールド信号の微分を波形整形してパルスにし、N番目のパルスの次のゼロクロス点を選択する従来技術などがあった(特許文献1)。   However, this method does not take into account that the amplitude of the ultrasonic signal changes due to changes in the flow rate of the medium flowing through the flow path or changes in the ultrasonic device characteristics over time, and the zero cross point at the intended timing cannot be selected. was there. For example, when the threshold value th2 is provided as shown in FIG. 11, p1 is determined to be the zero cross point in the received signal S1 having a normal amplitude, whereas p2 is set to the zero cross point in the received signal S2 having a small amplitude. It will be judged. On the other hand, for example, there has been a conventional technique in which the differential of the peak hold signal of the received ultrasonic signal is shaped into a pulse and the next zero cross point of the Nth pulse is selected (Patent Document 1).

再公表特許WO2004/048902号公報Republished patent WO2004 / 048902

しかし、上記特許文献1に記載の従来技術においても、波形整形には所定のしきい値を用いており、入力信号の振幅が変化すると、適切なゼロクロス点を検出できないことがあった。   However, even in the conventional technique described in Patent Document 1, a predetermined threshold value is used for waveform shaping, and if the amplitude of the input signal changes, an appropriate zero cross point may not be detected.

そこで、本発明の一形態では、上記課題を解決可能な超音波流量計を提供することを目的のひとつとする。また、本発明の一形態では測定対象媒体の流量などを精度良く適切に計測することなどをも目的のひとつとする。   Therefore, an object of one embodiment of the present invention is to provide an ultrasonic flow meter that can solve the above-described problems. Another object of one embodiment of the present invention is to accurately and appropriately measure the flow rate of a measurement target medium.

かかる課題を解決するために、本発明の一態様としてのゼロクロス時間判定装置は、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における正または負の絶対値が過去における前記正または負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記正または負の絶対値が最大になる最大絶対値時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、前記入力信号が所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時及び大きい状態から小さい状態へと変化した時の少なくとも一方を仮ゼロクロス時間として周期的にラッチするよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、を備える。   In order to solve such a problem, a zero-crossing time determination device according to an aspect of the present invention provides a positive or negative absolute value in an input signal that changes periodically and whose absolute value of amplitude changes. A maximum absolute value update determination unit configured to be able to determine that the maximum absolute value has been updated when the maximum absolute value is greater than the maximum absolute value of the input signal, based on a determination result in the maximum absolute value update determination unit A maximum absolute value time determination unit configured to be able to output a maximum absolute value time signal indicating a maximum absolute value time at which the positive or negative absolute value is maximized, and a state in which the input signal is smaller than a predetermined value and larger A temporary zero-crossing time loop that is configured to periodically latch at least one of a change from a large state to a small state as a temporary zero-crossing time. Comprising a switch unit, and a zero-crossing time determining unit determines the zero crossing time on the basis of the maximum absolute value time signal and the provisional zero-cross time.

かかる構成のゼロクロス時間判定装置によれば、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号において、確実に意図したタイミングにおけるゼロクロス点を選択することが可能となる。これにより例えば超音波の伝搬時間差を正確に計測することが可能となり、測定対象媒体の流量などを適切に計測することが可能となる。   According to the zero cross time determination apparatus having such a configuration, it is possible to reliably select a zero cross point at an intended timing in an input signal that changes periodically and whose absolute value of amplitude changes. As a result, for example, it is possible to accurately measure the ultrasonic propagation time difference, and to appropriately measure the flow rate of the measurement target medium.

また、該装置の構成として用いている最大絶対値更新判定部はアナログ回路で構成することが可能である。この場合、入力信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理を行う構成と比較して、簡易な構成にすることができる。   In addition, the maximum absolute value update determination unit used as the configuration of the apparatus can be configured with an analog circuit. In this case, the configuration can be simplified compared to a configuration in which an input signal is converted into a digital signal and digital signal processing is performed.

また、前記仮ゼロクロス時間ラッチ部は、所定の周波数を有するクロック信号の変化をカウントするカウンタ部と、前記入力信号が前記所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時及び大きい状態から小さい状態へと変化した時の少なくとも一方において、前記カウンタ部の出力信号をラッチして前記仮ゼロクロス時間を出力するよう構成されたカウンタラッチと、を備える構成にすることができる。   The temporary zero-crossing time latch unit includes a counter unit that counts a change in a clock signal having a predetermined frequency, and when the input signal changes from a state smaller than the predetermined value to a larger state and smaller from the larger state. A counter latch configured to latch the output signal of the counter unit and output the provisional zero-crossing time at least when the state is changed to a state.

また、本発明の一態様としてのゼロクロス時間判定装置は、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における正の絶対値が過去における前記正の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記正の絶対値が最大になる時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、前記入力信号が所定の値より大きい状態から小さい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として出力するよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、を備える構成としてもよい。   The zero-crossing time determination device according to one aspect of the present invention is such that when a positive absolute value in an input signal that periodically changes and an amplitude absolute value changes is greater than the positive maximum absolute value in the past. A maximum absolute value update determination unit configured to be able to determine that the maximum absolute value has been updated, and a time at which the positive absolute value in the input signal is maximized based on a determination result in the maximum absolute value update determination unit A maximum absolute value time determination unit configured to be able to output a maximum absolute value time signal indicating the output, and a time when the input signal changes from a state larger than a predetermined value to a small state is output as a temporary zero cross time A provisional zero cross time latch unit, and a zero cross time determination unit that determines a zero cross time based on the maximum absolute value time signal and the provisional zero cross time. It may be.

または、本発明の一態様としてのゼロクロス時間判定装置は、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における負の絶対値が過去における前記負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記負の絶対値が最大になる時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、前記入力信号が所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として出力するよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、を備える構成としてもよい。   Alternatively, the zero-crossing time determination device according to one aspect of the present invention is such that the negative absolute value in the input signal that periodically changes and the absolute value of the amplitude changes is larger than the negative maximum absolute value in the past. A maximum absolute value update determination unit configured to be able to determine that the maximum absolute value has been updated, and a time at which the negative absolute value in the input signal is maximized based on a determination result in the maximum absolute value update determination unit And a maximum absolute value time determination unit configured to be able to output a maximum absolute value time signal indicating that a time when the input signal changes from a state smaller than a predetermined value to a larger state is output as a temporary zero cross time. A provisional zero-crossing time latch unit, and a zero-crossing time determination unit that determines a zero-crossing time based on the maximum absolute value time signal and the provisional zero-crossing time. It may be formed.

また、前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時にラッチされていた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定することが好ましい。   The zero cross time determination unit preferably determines that the temporary zero cross time latched when the maximum absolute value time signal is output is a zero cross time.

入力信号において最大絶対値が更新されたタイミングの直後のゼロクロス点は、入力信号の振幅が最大となった状態におけるゼロクロス点であるため、入力信号の振幅が小さい状態におけるゼロクロス点と比較して、ノイズ等による影響を受けづらい。   Since the zero cross point immediately after the timing when the maximum absolute value is updated in the input signal is the zero cross point in the state where the amplitude of the input signal is maximum, compared with the zero cross point in the state where the amplitude of the input signal is small, Difficult to be affected by noise.

上記構成にすれば、入力信号において最大絶対値が更新されたタイミングの直後のゼロクロス点における、ゼロクロス時間を計測することが可能となる。よって、ノイズ等の影響を受けない、より正確なゼロクロス時間を計測することが可能となる。ひいては、高い精度で伝搬時間差を計測することができる。   According to the above configuration, it is possible to measure the zero cross time at the zero cross point immediately after the timing when the maximum absolute value is updated in the input signal. Therefore, it is possible to measure a more accurate zero cross time that is not affected by noise or the like. As a result, the propagation time difference can be measured with high accuracy.

また、前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時間より所定の時間前にラッチされていた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する構成としてもよい。   The zero cross time determination unit may determine that the temporary zero cross time latched a predetermined time before the time when the maximum absolute value time signal is output is the zero cross time.

また、前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時間より所定の時間後にラッチされた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する構成としてもよい。   The zero cross time determination unit may determine that the temporary zero cross time latched after a predetermined time from the time when the maximum absolute value time signal is output is the zero cross time.

上記の構成にすると、任意のタイミングのゼロクロス点におけるゼロクロス時間を計測することが可能となる。例えば、最大絶対値時間信号が出力された時間より前の時間に、入力信号の振幅が最大となることが予め予測されている場合に、この入力信号が最大となった状態におけるゼロクロス点におけるゼロクロス時間を計測することが可能である。   With the above configuration, it is possible to measure the zero cross time at the zero cross point at an arbitrary timing. For example, when it is predicted in advance that the amplitude of the input signal is maximized before the time when the maximum absolute value time signal is output, the zero crossing point at the zero crossing point in the state where the input signal is maximized It is possible to measure time.

また、前記最大絶対値時間判定部は、前記最大絶対値更新判定部において前記最大絶対値が更新されたと判定された時から所定の期間に前記最大絶対値がさらに更新されないときに前記最大絶対値時間信号を出力するよう構成されてもよい。   Further, the maximum absolute value time determination unit is configured such that when the maximum absolute value is not further updated in a predetermined period from when the maximum absolute value update determination unit determines that the maximum absolute value has been updated, the maximum absolute value is determined. It may be configured to output a time signal.

ここで、前記最大絶対値時間判定部において用いられる前記所定の期間は、前記入力信号の1周期乃至1.25周期の間の期間から任意に選択されることが好ましい。   Here, it is preferable that the predetermined period used in the maximum absolute value time determination unit is arbitrarily selected from periods between one cycle and 1.25 cycles of the input signal.

これによれば、入力信号において最大絶対値が更新されたタイミングの直後のゼロクロス点におけるゼロクロス時間を、タイミング良く確実に計測することが可能となる。   According to this, the zero cross time at the zero cross point immediately after the timing when the maximum absolute value is updated in the input signal can be reliably measured with good timing.

また、本発明は、上記いずれかのゼロクロス時間判定装置を備えた超音波流量計を含む。これによれば、精度良く流量を計測可能な超音波流量計を提供することができる。   Moreover, this invention includes the ultrasonic flowmeter provided with one of the said zero crossing time determination apparatuses. According to this, the ultrasonic flowmeter which can measure a flow volume with sufficient accuracy can be provided.

本発明の一形態によれば、例えば、超音波の伝搬時間差を計測する基礎となる、入力信号における意図したタイミングのゼロクロス点を確実に選択することが可能となり、精度の高いゼロクロス時間判定装置を提供することができる。   According to one aspect of the present invention, for example, it is possible to reliably select a zero-cross point at an intended timing in an input signal, which is a basis for measuring a propagation time difference of an ultrasonic wave, and a highly accurate zero-cross time determination device is provided. Can be provided.

ゼロクロス時間判定装置の第1の構成例を示す図。The figure which shows the 1st structural example of a zero crossing time determination apparatus. 最大絶対値更新判定部の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the largest absolute value update determination part. ゼロクロス時間判定装置の動作時の波形図。The wave form diagram at the time of operation | movement of a zero crossing time determination apparatus. ゼロクロス時間判定装置の第2の構成例を示す図。The figure which shows the 2nd structural example of a zero crossing time determination apparatus. ゼロクロス時間判定装置の第3の構成例を示す図。The figure which shows the 3rd structural example of a zero crossing time determination apparatus. ゼロクロス時間判定装置の第3の構成例の動作時の波形図。The wave form diagram at the time of operation | movement of the 3rd structural example of a zero crossing time determination apparatus. ゼロクロス時間判定装置の第4の構成例を示す図。The figure which shows the 4th structural example of a zero crossing time determination apparatus. ゼロクロス時間判定装置の第4の構成例の動作時の波形図。The wave form diagram at the time of operation | movement of the 4th structural example of a zero crossing time determination apparatus. 超音波流量計の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of an ultrasonic flowmeter. 超音波流量計の従来の動作を示す第1の波形図。The 1st waveform diagram which shows the conventional operation | movement of an ultrasonic flowmeter. 超音波流量計の従来の動作を示す第2の波形図。The 2nd waveform diagram which shows the conventional operation | movement of an ultrasonic flowmeter.

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
1.定義
2.実施形態1
(1)ゼロクロス時間判定装置の第1の構成例
(2)ゼロクロス時間判定装置の動作
(3)まとめ
3.実施形態2
4.実施形態3
5.実施形態4
6.補足
An embodiment according to the present invention will be specifically described according to the following configuration with reference to the drawings. However, the embodiment described below is merely an example of the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the description may be abbreviate | omitted.
1. Definition 2. Embodiment 1
(1) First configuration example of zero-cross time determination device (2) Operation of zero-cross time determination device (3) Summary Embodiment 2
4). Embodiment 3
5. Embodiment 4
6). Supplement

<1.定義>
まず、本明細書における用語を以下のとおり定義する。
「ゼロクロス点」:入力信号の波形が所定の電位と交差する点を指す。なお、所定の電圧は零電位であることが多いがこれに限らず、所定の電位は任意に決定可能である。
「Hi」及び「Lo」:二値化された信号における二値をそれぞれ「Hi」及び「Lo」と呼ぶ。「Hi」は二値化された信号が高い電位を示す状態を指し、「Lo」は二値化された信号が低い電位を示す状態を指す。
<1. Definition>
First, terms used in this specification are defined as follows.
“Zero cross point”: A point at which the waveform of the input signal crosses a predetermined potential. The predetermined voltage is often a zero potential, but is not limited to this, and the predetermined potential can be arbitrarily determined.
“Hi” and “Lo”: Binary values in the binarized signal are referred to as “Hi” and “Lo”, respectively. “Hi” indicates a state in which the binarized signal indicates a high potential, and “Lo” indicates a state in which the binarized signal indicates a low potential.

<2.実施形態1>
本発明の一実施形態は、超音波流量計などの流量計であって、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する信号を入力信号とする流量計に用いられるゼロクロス時間判定装置である。このゼロクロス時間判定装置は、既に説明したように、図9に示す流量計における超音波送受信機10及び11の構成の一部として用いることが可能である。以下、図1乃至図3を参照しながら実施形態1について説明する。
<2. Embodiment 1>
One embodiment of the present invention is a zero cross time determination device used in a flow meter such as an ultrasonic flow meter, which uses a signal that periodically changes and whose amplitude has an absolute value change as an input signal. . As already described, this zero-crossing time determination device can be used as a part of the configuration of the ultrasonic transceivers 10 and 11 in the flow meter shown in FIG. Hereinafter, Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

<(1)ゼロクロス時間判定装置の第1の構成例>
図1は、ゼロクロス時間判定装置の第1の構成例を示す図である。図1に示すように、本実施形態1のゼロクロス時間判定装置は、最大絶対値更新判定部100、最大絶対値時間判定部400、仮ゼロクロス時間ラッチ部410、及び出力ラッチ170を備えて構成される。
<(1) First Configuration Example of Zero Cross Time Determination Device>
FIG. 1 is a diagram illustrating a first configuration example of a zero-crossing time determination device. As shown in FIG. 1, the zero-cross time determination device according to the first embodiment includes a maximum absolute value update determination unit 100, a maximum absolute value time determination unit 400, a provisional zero-cross time latch unit 410, and an output latch 170. The

(最大絶対値更新判定部100)
最大絶対値更新判定部100は、入力信号210及びリセット信号200を入力し、最大絶対値更新信号320及び最大絶対値信号310を出力可能に構成される。
(Maximum absolute value update determination unit 100)
The maximum absolute value update determination unit 100 is configured to receive the input signal 210 and the reset signal 200 and to output the maximum absolute value update signal 320 and the maximum absolute value signal 310.

図2は、最大絶対値更新判定部100の具体的な構成例を示す図である。図2に示すように、最大絶対値更新判定部100は、コンパレータ500、電流源510、スイッチ520、ダイオード530、キャパシタ540、ディスチャージャー550、及びインピーダンス変換器560を含んで構成される。   FIG. 2 is a diagram illustrating a specific configuration example of the maximum absolute value update determination unit 100. As shown in FIG. 2, the maximum absolute value update determination unit 100 includes a comparator 500, a current source 510, a switch 520, a diode 530, a capacitor 540, a discharger 550, and an impedance converter 560.

コンパレータ500は、入力信号210と最大絶対値信号310との振幅を比較し、入力信号210の振幅の方が大きい場合にはHiを、入力信号210の振幅の方が小さい場合にはLoを、最大絶対値更新信号320として出力する。スイッチ520は、コンパレータ500から入力された信号がHiであった場合にはオン状態となり、Loであった場合にはオフ状態となる。スイッチ520がオン状態のときは、電流源510から流入する電流がダイオード530を介してキャパシタ540に充電され、インピーダンス変換器560を介して最大絶対値信号310を更新する。また、リセット信号200によって回路のリセットが指示されると、ディスチャージャー550はキャパシタ540に充電された電荷を放電する。   The comparator 500 compares the amplitudes of the input signal 210 and the maximum absolute value signal 310, and when the amplitude of the input signal 210 is larger, Hi, and when the amplitude of the input signal 210 is smaller, Lo. The maximum absolute value update signal 320 is output. The switch 520 is turned on when the signal input from the comparator 500 is Hi, and is turned off when the signal is Lo. When the switch 520 is in the ON state, the current flowing from the current source 510 is charged to the capacitor 540 via the diode 530 and the maximum absolute value signal 310 is updated via the impedance converter 560. When the reset signal 200 instructs to reset the circuit, the discharger 550 discharges the electric charge charged in the capacitor 540.

なお、本実施形態1においては入力信号210の正の最大値を基準として動作しているが、これは負の最大絶対値である最小値を基準として動作してもよい。つまり、最大絶対値信号310及び最大絶対値更新信号320は、場合によってそれぞれ最大値信号及び最大値更新信号、または最小値信号及び最小値更新信号と呼ぶこともできる。以下についても同様に、「最大絶対値○○」は、場合によって「最大○○」または「最小○○」と呼ぶことができる。   In the first embodiment, the operation is performed based on the maximum positive value of the input signal 210, but this may be performed based on the minimum value that is a negative maximum absolute value. In other words, the maximum absolute value signal 310 and the maximum absolute value update signal 320 can also be referred to as a maximum value signal and a maximum value update signal, or a minimum value signal and a minimum value update signal, respectively. Similarly, the “maximum absolute value XX” can be called “maximum XX” or “minimum XX” in some cases.

すなわち、最大絶対値更新判定部100は、入力信号210が過去における正の最大絶対値よりも大きい場合に、最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成されているものである。   That is, the maximum absolute value update determination unit 100 is configured to be able to determine that the maximum absolute value has been updated when the input signal 210 is larger than the positive maximum absolute value in the past.

(最大絶対値時間判定部400)
最大絶対値時間判定部400は、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ110及びリセットセットフリップフロップ120を含んで構成される。
(Maximum absolute value time determination unit 400)
The maximum absolute value time determination unit 400 includes a retriggerable one-shot multivibrator 110 and a reset set flip-flop 120.

リトリガブルワンショットマルチバイブレータ110は、最初に検知した最大絶対値更新信号320の立ち下がり時に、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号340をLoからHiへと変化するよう構成されている。また、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ110は、検知した最大絶対値更新信号320の立ち下がりから所定の期間に最大絶対値更新信号320の立ち上がりが検知されない時に、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号340をHiからLoへと変化するよう構成されている。   The retriggerable one-shot multivibrator 110 is configured to change the retriggerable one-shot multivibrator output signal 340 from Lo to Hi when the maximum absolute value update signal 320 detected first falls. The retriggerable one-shot multivibrator 110 outputs a retriggerable one-shot multivibrator output signal 340 when the rising edge of the maximum absolute value update signal 320 is not detected within a predetermined period from the falling edge of the detected maximum absolute value update signal 320. It is configured to change from Hi to Lo.

リセットセットフリップフロップ120は、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号340の立ち下がりを検知した時に、出力信号である出力ラッチタイミング信号350をLoからHiへと変化するよう構成されている。また、リセットセットフリップフロップ120は、リセット信号240によってリセット可能に構成されている。   The reset set flip-flop 120 is configured to change the output latch timing signal 350, which is an output signal, from Lo to Hi when detecting the fall of the retriggerable one-shot multivibrator output signal 340. The reset set flip-flop 120 is configured to be reset by a reset signal 240.

すなわち、最大絶対値時間判定部400は、最大絶対値更新判定部100における判定結果に基づいて入力信号210における正の絶対値が最大になる最大絶対値時間を示す出力ラッチタイミング信号350を出力可能に構成されているものである。より具体的には、最大絶対値時間判定部400は、最大絶対値更新判定部100において正の最大絶対値が更新されたと判定された時から所定の期間(T)に正の最大絶対値がさらに更新されないときに、出力ラッチタイミング信号350を出力するよう構成されている。なお、出力ラッチタイミング信号350は、最大絶対値時間信号とも呼び、後に説明するように負の絶対値が最大になる時間を出力する構成にしてもよい。   That is, the maximum absolute value time determination unit 400 can output the output latch timing signal 350 indicating the maximum absolute value time at which the positive absolute value in the input signal 210 becomes maximum based on the determination result in the maximum absolute value update determination unit 100. It is configured. More specifically, the maximum absolute value time determination unit 400 determines that the maximum positive absolute value is obtained in a predetermined period (T) from when the maximum absolute value update determination unit 100 determines that the positive maximum absolute value has been updated. Further, when not updated, the output latch timing signal 350 is output. The output latch timing signal 350 is also called a maximum absolute value time signal, and may be configured to output a time when the negative absolute value becomes maximum as will be described later.

(仮ゼロクロス時間ラッチ部410)
仮ゼロクロス時間ラッチ部410は、コンパレータ130、カウンタ140、クロック生成部150、及びカウンタラッチ160を含んで構成される。
(Temporary zero cross time latch unit 410)
The provisional zero cross time latch unit 410 includes a comparator 130, a counter 140, a clock generation unit 150, and a counter latch 160.

コンパレータ130は、入力信号210と零電位とを比較し、入力信号210が零電位より高ければHi、低ければLoを二値化信号330として出力するよう構成されている。   The comparator 130 is configured to compare the input signal 210 with a zero potential, and output Hi as a binarized signal 330 if the input signal 210 is higher than the zero potential, and Lo if it is lower.

クロック生成部150は、所定の周波数を有するクロック信号をカウンタ140に供給する。   The clock generation unit 150 supplies a clock signal having a predetermined frequency to the counter 140.

カウンタ140は、スタート・ストップ信号220の指示によってクロック信号を連続的にカウントアップし、カウント信号を出力するよう構成されている。また、カウンタ140はリセット信号230によってリセット可能に構成されている。   The counter 140 is configured to continuously count up the clock signal according to the instruction of the start / stop signal 220 and output the count signal. The counter 140 is configured to be reset by a reset signal 230.

カウンタラッチ160は、二値化信号330の立ち下がりでカウント信号をラッチし、仮ゼロクロス時間信号360として出力するよう構成される。ここで、カウンタ140がクロック信号を連続的にカウントアップした信号であるカウント信号は時間情報を示すものであり、二値化信号330の立ち下がりは入力信号210が正から負へと変化するゼロクロス点を示す。よって、仮ゼロクロス時間信号360は、入力信号210が正から負へと変化するゼロクロス点における時間を示す信号であるということができる。   The counter latch 160 is configured to latch the count signal at the falling edge of the binarized signal 330 and output it as a temporary zero cross time signal 360. Here, the count signal, which is a signal obtained by continuously counting up the clock signal by the counter 140, indicates time information, and the falling edge of the binarized signal 330 is a zero cross in which the input signal 210 changes from positive to negative. Indicates a point. Therefore, it can be said that the temporary zero cross time signal 360 is a signal indicating the time at the zero cross point at which the input signal 210 changes from positive to negative.

すなわち、仮ゼロクロス時間ラッチ部410は、入力信号210が所定の値より大きい状態から小さい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として周期的にラッチし、仮ゼロクロス時間信号360として出力するよう構成されているものである。   That is, the provisional zero cross time latch unit 410 is configured to periodically latch the time when the input signal 210 changes from a state larger than a predetermined value to a small state as a provisional zero cross time and output the provisional zero cross time signal 360. It is what.

(出力ラッチ170)
出力ラッチ170は、仮ゼロクロス時間信号360を出力ラッチタイミング信号350の立ち上がりでラッチし、ラッチした仮ゼロクロス時間信号360をゼロクロス時間信号250として出力するよう構成される。
(Output latch 170)
The output latch 170 is configured to latch the temporary zero cross time signal 360 at the rising edge of the output latch timing signal 350 and output the latched temporary zero cross time signal 360 as the zero cross time signal 250.

ただし、出力ラッチ170において仮ゼロクロス時間信号360をラッチするタイミングは必要に応じて変更することができる。すなわち、出力ラッチ170は、仮ゼロクロス時間信号360を出力ラッチタイミング信号350に基づいて決定される任意のタイミングでラッチして、ゼロクロス時間信号250として出力してもよい。   However, the timing for latching the temporary zero cross time signal 360 in the output latch 170 can be changed as necessary. In other words, the output latch 170 may latch the provisional zero cross time signal 360 at an arbitrary timing determined based on the output latch timing signal 350 and output it as the zero cross time signal 250.

<(2)ゼロクロス時間判定装置の動作例>
図3は、上記ゼロクロス時間判定装置の動作中における各信号の波形図である。各信号は、既に説明したとおり、ゼロクロス時間判定装置の各構成要素から出力される。
<(2) Example of Operation of Zero Cross Time Determination Device>
FIG. 3 is a waveform diagram of each signal during the operation of the zero-crossing time determination device. Each signal is output from each component of the zero cross time determination device as described above.

最大絶対値信号310は、その時までの入力信号210の最大値を示す。最大絶対値更新信号320は、最大絶対値信号310が更新されたことを示し、直前の最大絶対値信号310より入力信号210が大きいときにHiとなる。二値化信号330は、入力信号210を零電位で二値化した信号である。リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号340は、最大絶対値更新信号320に基づいて生成され、出力ラッチタイミング信号350の生成に用いられる。出力ラッチタイミング信号350は、仮ゼロクロス信号360をラッチしてゼロクロス時間信号250を決定する際に用いられる。仮ゼロクロス信号360は、入力信号210が正から負へと変化した時間を示し、カウント信号(図示せず)及び二値化信号330に基づいて生成される。以下、特徴的な信号についてより具体的に説明する。   The maximum absolute value signal 310 indicates the maximum value of the input signal 210 up to that time. The maximum absolute value update signal 320 indicates that the maximum absolute value signal 310 has been updated, and becomes Hi when the input signal 210 is larger than the immediately preceding maximum absolute value signal 310. The binarized signal 330 is a signal obtained by binarizing the input signal 210 with a zero potential. The retriggerable one-shot multivibrator output signal 340 is generated based on the maximum absolute value update signal 320 and is used to generate the output latch timing signal 350. The output latch timing signal 350 is used when the temporary zero cross signal 360 is latched to determine the zero cross time signal 250. The provisional zero-cross signal 360 indicates the time when the input signal 210 changes from positive to negative, and is generated based on the count signal (not shown) and the binarized signal 330. Hereinafter, characteristic signals will be described more specifically.

リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号340は、最初に検知された最大絶対値更新信号320の立ち下がり時(T10)にLoからHiへと変化し、検知された最大絶対値更新信号320の立ち下がりから所定の期間(T)に最大絶対値更新信号320の立ち上がりが検知されない時(T20)に、HiからLoへと変化する。ここで、本実施形態では検知された最大絶対値更新信号320の立ち下がりから、入力信号210の周期の1〜1.25倍の期間に最大絶対値更新信号320の立ち上がりが検知されない時に、HiからLoへと変化する。この所定の期間(T)が仮に入力信号210の1周期よりも短いと、実際には後に最大絶対値が更新され、最大絶対値更新信号320が変化するにもかかわらず意図したゼロクロス点を検知できない場合がある。また、この所定の期間(T)が仮に入力信号210の1.25周期よりも長いと、仮ゼロクロス時間信号360が次の値に変化してしまった後に仮ゼロクロス時間信号360をラッチするようになる。すなわち、入力信号210の振幅が最大となった直後のゼロクロス点Zの時間ではなく、その次のゼロクロス点の時間を計測するようになる。よって、最大絶対値時間判定部400において用いられる所定の期間(T)は、入力信号210の周期の1〜1.25倍の間の期間から任意に選択されるように設計することが好ましい。   The retriggerable one-shot multivibrator output signal 340 changes from Lo to Hi at the fall of the first detected maximum absolute value update signal 320 (T10), and the detected fall of the maximum absolute value update signal 320 When the rising edge of the maximum absolute value update signal 320 is not detected during a predetermined period (T) from T to T, the level changes from Hi to Lo. Here, in this embodiment, when the rising edge of the maximum absolute value update signal 320 is not detected in a period of 1 to 1.25 times the cycle of the input signal 210 from the falling edge of the detected maximum absolute value update signal 320, Hi. Changes from Lo to Lo. If this predetermined period (T) is shorter than one cycle of the input signal 210, the maximum absolute value is actually updated later, and the intended zero-cross point is detected even though the maximum absolute value update signal 320 changes. There are cases where it is not possible. If the predetermined period (T) is longer than the 1.25 period of the input signal 210, the temporary zero cross time signal 360 is latched after the temporary zero cross time signal 360 has changed to the next value. Become. That is, not the time of the zero cross point Z immediately after the amplitude of the input signal 210 becomes maximum, but the time of the next zero cross point is measured. Therefore, it is preferable that the predetermined period (T) used in the maximum absolute value time determination unit 400 is designed to be arbitrarily selected from a period between 1 and 1.25 times the period of the input signal 210.

仮ゼロクロス時間信号360は、カウンタから出力されるカウント信号を、二値化信号330の立ち下がりでラッチした信号である。前述のとおり、カウント信号は時間情報を示す信号であり、二値化信号330の立ち下がりは入力信号210が正から負へと変化したゼロクロス点を示す信号であるので、仮ゼロクロス時間信号360は入力信号210が正から負へと変化するゼロクロス点における時間を示す信号である。図3に示すように、仮ゼロクロス時間信号360は二値化信号330の立ち下がりに同期して、Nn-5、Nn-4、Nn-3、Nn-2、Nn-1、Nn、Nn+1と変化する。 The provisional zero cross time signal 360 is a signal obtained by latching the count signal output from the counter at the falling edge of the binarized signal 330. As described above, the count signal is a signal indicating time information, and the falling edge of the binarized signal 330 is a signal indicating a zero cross point at which the input signal 210 has changed from positive to negative. Therefore, the provisional zero cross time signal 360 is This is a signal indicating the time at the zero crossing point at which the input signal 210 changes from positive to negative. As shown in FIG. 3, the temporary zero cross time signal 360 is synchronized with the falling edge of the binarized signal 330, N n−5 , N n−4 , N n−3 , N n−2 , N n−1. , N n and N n + 1 .

出力ラッチタイミング信号350は、前述のとおり、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号340の立ち下がりに同期して、LoからHiへと変化する(T20)。   As described above, the output latch timing signal 350 changes from Lo to Hi in synchronization with the fall of the retriggerable one-shot multivibrator output signal 340 (T20).

ゼロクロス時間信号250は、出力ラッチタイミング信号350の立ち上がりのタイミング(T20)で仮ゼロクロス時間信号360をラッチした信号である。図3に示すように、本実施形態ではNnとなる。すなわち、ゼロクロス時間信号250は、入力信号210の振幅が最大となった次のゼロクロス点に対応するゼロクロス時間として、Nnを示していることがわかる。 The zero cross time signal 250 is a signal obtained by latching the temporary zero cross time signal 360 at the rising timing (T20) of the output latch timing signal 350. As shown in FIG. 3, the N n in the present embodiment. That is, it can be seen that the zero cross time signal 250 indicates N n as the zero cross time corresponding to the next zero cross point at which the amplitude of the input signal 210 is maximized.

<(3)まとめ>
以上のように、本実施形態におけるゼロクロス時間判定装置によれば、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号210において、入力信号210の振幅の変化などに影響されることなく、確実に意図したタイミングにおけるゼロクロス点を選択することが可能となる。これにより、ゼロクロス時間判定装置を含む超音波の伝搬時間差を正確に計測することが可能となり、測定対象媒体の流量などを適切に計測することが可能となる。特に本実施形態の構成によれば、入力信号210の振幅が最大となった直後のゼロクロス点における時間としてゼロクロス時間信号250を出力することが可能である。
<(3) Summary>
As described above, according to the zero-crossing time determination apparatus in the present embodiment, the input signal 210 that periodically changes and the absolute value of the amplitude changes without being affected by the change in the amplitude of the input signal 210, etc. It becomes possible to select the zero cross point at the intended timing with certainty. Thereby, it is possible to accurately measure the propagation time difference of the ultrasonic wave including the zero cross time determination device, and to appropriately measure the flow rate of the measurement target medium. In particular, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to output the zero cross time signal 250 as the time at the zero cross point immediately after the amplitude of the input signal 210 becomes maximum.

なお、本実施形態では入力信号210の振幅が正の最大値を示した次のゼロクロス点における時間を計測しているが、これに限るものではなく、本実施形態から当業者に理解される範囲の発明は本願に含まれる。例えば、入力信号210の振幅が負の最小値を示した次のゼロクロス点における時間を計測する構成も考えられる。また、入力信号210の振幅が最大となったN個前後のゼロクロス点における時間を計測する構成も考えられる。   In the present embodiment, the time at the next zero cross point at which the amplitude of the input signal 210 has shown a positive maximum value is measured. However, the present invention is not limited to this, and is understood by those skilled in the art from this embodiment. This invention is included in the present application. For example, a configuration in which the time at the next zero cross point at which the amplitude of the input signal 210 shows a negative minimum value can be considered. A configuration is also conceivable in which time is measured at about N zero cross points at which the amplitude of the input signal 210 is maximum.

また、入力信号210の振幅が最大値を示す時間より所定の時間前後における仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定すれば、任意のタイミングでゼロクロス点におけるゼロクロス時間を計測することが可能となる。   Further, if the provisional zero cross time before and after a predetermined time from the time when the amplitude of the input signal 210 shows the maximum value is determined as the zero cross time, the zero cross time at the zero cross point can be measured at an arbitrary timing.

ただし、入力信号210の振幅が最大となったタイミングの直後のゼロクロス点は、信号の変化量(信号の微分値)が大きいため入力信号210の振幅が小さいタイミングにおけるゼロクロス点と比較して、相対的にノイズの影響を受けづらい。つまり、本実施形態の構成によれば、入力信号210の振幅が最大となったタイミングの直後のゼロクロス点を用いてゼロクロス時間を計測しているので、ノイズ等の影響を受けない、より正確なゼロクロス時間を計測することが可能となる。ひいては、高い精度で伝搬時間差を計測することができる。   However, the zero cross point immediately after the timing when the amplitude of the input signal 210 becomes maximum has a large amount of change in the signal (differential value of the signal), and therefore, compared with the zero cross point at the timing when the amplitude of the input signal 210 is small. It is hard to be affected by noise. That is, according to the configuration of the present embodiment, the zero cross time is measured using the zero cross point immediately after the timing when the amplitude of the input signal 210 becomes maximum, so that it is more accurate and not affected by noise or the like. It becomes possible to measure the zero crossing time. As a result, the propagation time difference can be measured with high accuracy.

また、本実施形態では最大絶対値時間判定部400における出力ラッチタイミング信号350の生成に用いられる所定の期間を、入力信号210の周期の1〜1.25倍の間の期間から任意に選択されるように設計している。これによれば、入力信号210において最大絶対値が更新されたタイミングの直後のゼロクロス点におけるゼロクロス時間を、タイミング良く確実に計測することが可能となるため好ましい。   In the present embodiment, the predetermined period used to generate the output latch timing signal 350 in the maximum absolute value time determination unit 400 is arbitrarily selected from a period between 1 and 1.25 times the cycle of the input signal 210. It is designed to be This is preferable because the zero cross time at the zero cross point immediately after the timing when the maximum absolute value is updated in the input signal 210 can be reliably measured with good timing.

<3.実施形態2>
次に、図4を参照しながら実施形態2について説明する。実施形態1と比較して、実施形態2では入力信号210がゼロクロス時間判定装置に入力された直後に反転器180をさらに備えている点で異なる、その他の構成は実施形態1と同様である。
<3. Second Embodiment>
Next, Embodiment 2 will be described with reference to FIG. Compared with the first embodiment, the second embodiment is the same as the first embodiment except that the second embodiment further includes an inverter 180 immediately after the input signal 210 is input to the zero-crossing time determination device.

反転器180は、入力信号210の極性を反転可能に構成される。ここで、反転器180は信号増幅機能を有していてもよい。   The inverter 180 is configured to be able to invert the polarity of the input signal 210. Here, the inverter 180 may have a signal amplification function.

このように反転器180を備えたゼロクロス時間判定装置では、最大絶対値更新判定部100及びコンパレータ130に入力される反転入力信号211は、入力信号210に対して極性が逆になっている。このため、本実施形態2のゼロクロス時間判定装置においては、入力信号210の最大値の代わりに最小値を基準として動作し、入力信号210が正から負へと変化するゼロクロス点の代わりに入力信号210が負から正へと変化するゼロクロス点を基準に動作する。   As described above, in the zero cross time determination apparatus including the inverter 180, the polarity of the inverted input signal 211 input to the maximum absolute value update determination unit 100 and the comparator 130 is opposite to that of the input signal 210. For this reason, in the zero-crossing time determination device of the second embodiment, the input signal 210 operates based on the minimum value instead of the maximum value, and the input signal 210 instead of the zero-cross point where the input signal 210 changes from positive to negative. 210 operates based on the zero cross point at which the value changes from negative to positive.

本実施形態2のゼロクロス時間判定装置によれば、入力信号210の振幅が最小となった次のゼロクロス点における時間として、ゼロクロス時間信号251を出力することが可能となる。   According to the zero cross time determination apparatus of the second embodiment, it is possible to output the zero cross time signal 251 as the time at the next zero cross point where the amplitude of the input signal 210 is minimized.

<4.実施形態3>
次に、図5及び図6を参照しながら実施形態3について説明する。実施形態1と比較して、実施形態3では最大絶対値時間判定部400と出力ラッチ170との間にD−FF(D−フリップフロップ)180を備える構成となっている点で異なるが、その他の構成は実施形態1と同様である。
<4. Embodiment 3>
Next, Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. Compared to the first embodiment, the third embodiment is different in that the D-FF (D-flip flop) 180 is provided between the maximum absolute value time determination unit 400 and the output latch 170. The configuration is the same as that of the first embodiment.

D−FF190は、出力ラッチタイミング信号350を入力として二値化信号330の立ち上がりで動作し、遅延出力ラッチタイミング信号380を出力ラッチ170へ出力するよう構成される。つまり、D−FF190は、出力ラッチタイミング信号350を、次の二値化信号330の立ち上がりのタイミングまで遅延させる機能を有する。   The D-FF 190 is configured to operate at the rising edge of the binarized signal 330 with the output latch timing signal 350 as an input, and to output the delayed output latch timing signal 380 to the output latch 170. That is, the D-FF 190 has a function of delaying the output latch timing signal 350 until the next rising timing of the binarized signal 330.

出力ラッチ170は、仮ゼロクロス時間信号360を遅延出力ラッチタイミング信号380の立ち上がりでラッチし、ラッチした仮ゼロクロス時間信号360をゼロクロス時間信号252として出力するよう構成される。   The output latch 170 is configured to latch the temporary zero cross time signal 360 at the rising edge of the delayed output latch timing signal 380 and output the latched temporary zero cross time signal 360 as the zero cross time signal 252.

図6は、本実施形態3のゼロクロス時間判定装置の動作時の各部の波形を示す図である。図6に示すように、D−FF190から出力される遅延出力ラッチタイミング信号380は、出力ラッチタイミング信号350が次の二値化信号330の立ち上がりのタイミングまで遅延させられた信号である。また、出力ラッチ170では遅延出力ラッチタイミング信号380の立ち上がり時に仮ゼロクロス時間信号360をラッチするので、入力信号210が最大となったタイミングの直後のゼロクロス点Zではなく、その次に入力信号210が負から正へと変化するゼロクロス点における時間を、ゼロクロス時間信号252として出力する。   FIG. 6 is a diagram illustrating waveforms of respective units during operation of the zero-crossing time determination device according to the third embodiment. As shown in FIG. 6, the delayed output latch timing signal 380 output from the D-FF 190 is a signal obtained by delaying the output latch timing signal 350 until the next rising timing of the binarized signal 330. Further, since the output latch 170 latches the provisional zero cross time signal 360 at the rising edge of the delayed output latch timing signal 380, the input signal 210 is not the zero cross point Z immediately after the timing when the input signal 210 becomes maximum, but the input signal 210 is next. The time at the zero cross point that changes from negative to positive is output as a zero cross time signal 252.

また、本実施形態3ではD−FF190を1つだけ配置したが、D−FF190を複数直列に配置してもよい。D−FF190を複数直列に配置すると、遅延出力ラッチタイミング信号380を所望の期間だけ遅延させることができる。   In the third embodiment, only one D-FF 190 is disposed, but a plurality of D-FFs 190 may be disposed in series. When a plurality of D-FFs 190 are arranged in series, the delay output latch timing signal 380 can be delayed by a desired period.

このように最大絶対値時間判定部400と出力ラッチ170との間にD−FF190を配置すれば、入力信号210の振幅が最大値を示す時間より所定の時間後におけるゼロクロス点におけるゼロクロス時間を計測することが可能となる。   When the D-FF 190 is arranged between the maximum absolute value time determination unit 400 and the output latch 170 in this way, the zero cross time at the zero cross point after a predetermined time from the time when the amplitude of the input signal 210 shows the maximum value is measured. It becomes possible to do.

<5.実施形態4>
次に、図7及び図8を参照しながら実施形態4について説明する。実施形態1と比較して、実施形態4ではカウンタラッチ160と出力ラッチ170との間に遅延ラッチ191を備える構成となっている点で異なる。
<5. Embodiment 4>
Next, Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. Compared to the first embodiment, the fourth embodiment is different in that a delay latch 191 is provided between the counter latch 160 and the output latch 170.

遅延ラッチ191は、仮ゼロクロス時間信号360を入力として二値化信号330の立ち下がりで動作し、遅延仮ゼロクロス時間信号390を出力ラッチ170へ出力するよう構成される。つまり、遅延ラッチ191は、仮ゼロクロス時間信号360を、次の二値化信号330の立ち下がりのタイミングまで遅延させる機能を有する。その結果、仮ゼロクロス時間信号360と遅延仮ゼロクロス時間信号390とを比較すると、出力される値が1つずつ遅れるようになる。出力ラッチ170は、遅延仮ゼロクロス時間信号390を出力ラッチタイミング信号350の立ち上がりでラッチし、ラッチした遅延仮ゼロクロス時間信号390をゼロクロス時間信号253として出力するよう構成される。   The delay latch 191 is configured to operate at the falling edge of the binarized signal 330 with the provisional zero cross time signal 360 as an input, and to output the delay provisional zero cross time signal 390 to the output latch 170. In other words, the delay latch 191 has a function of delaying the provisional zero cross time signal 360 until the next falling timing of the binarized signal 330. As a result, when the temporary zero cross time signal 360 and the delayed temporary zero cross time signal 390 are compared, the output values are delayed one by one. The output latch 170 is configured to latch the delayed temporary zero cross time signal 390 at the rising edge of the output latch timing signal 350 and output the latched delayed temporary zero cross time signal 390 as the zero cross time signal 253.

図8は、本実施形態4のゼロクロス時間判定装置の動作時の各部の波形を示す図である。図8に示すように、遅延ラッチ191から出力される遅延仮ゼロクロス時間信号390は、仮ゼロクロス時間信号360と比較して、出力される値が1つずつ遅れていることが分かる。また、出力ラッチ170では出力ラッチタイミング信号350の立ち上がり時に遅延仮ゼロクロス時間信号390をラッチするので、入力信号210が最大となったタイミングの直後のゼロクロス点Zではなく、その前に入力信号210が負から正へと変化するゼロクロス点における時間を、ゼロクロス時間信号253として出力する。   FIG. 8 is a diagram illustrating waveforms of respective units during operation of the zero-crossing time determination device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 8, it can be seen that the delayed temporary zero cross time signal 390 output from the delay latch 191 is delayed by one as compared with the temporary zero cross time signal 360. Further, since the output latch 170 latches the delayed temporary zero cross time signal 390 when the output latch timing signal 350 rises, the input signal 210 is not before the zero cross point Z immediately after the timing when the input signal 210 becomes maximum, but before that. The time at the zero cross point that changes from negative to positive is output as a zero cross time signal 253.

また、本実施形態4では遅延ラッチ191を1つだけ配置したが、遅延ラッチ191を複数直列に配置してもよい。遅延ラッチ191を複数直列に配置すると、遅延仮ゼロクロス時間信号390を所望の期間だけ遅延させることができる。   In the fourth embodiment, only one delay latch 191 is arranged, but a plurality of delay latches 191 may be arranged in series. When a plurality of delay latches 191 are arranged in series, the delayed temporary zero cross time signal 390 can be delayed by a desired period.

このようにカウンタラッチ160と出力ラッチ170との間に遅延ラッチ191を配置すれば、入力信号210の振幅が最大値を示す時間より所定の時間前におけるゼロクロス点における時間を計測することが可能となる。   If the delay latch 191 is arranged between the counter latch 160 and the output latch 170 in this way, it is possible to measure the time at the zero cross point a predetermined time before the time when the amplitude of the input signal 210 shows the maximum value. Become.

<6.補足>
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明はこれらの構成例に限るものではなく、これらの構成例から当業者が考え得る様々な形態をも含むものである。
<6. Supplement>
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to these configuration examples, and includes various modes that can be considered by those skilled in the art from these configuration examples.

例えば、最大絶対値更新判定部100、最大絶対値時間判定部400、及び仮ゼロクロス時間ラッチ部410の構成は実施形態で説明した構成に限定されるものではなく、当業者によって考え得る他の構成をも当然に含むものである。また、各構成の動作タイミングについても適宜変更することが可能である。   For example, the configurations of the maximum absolute value update determination unit 100, the maximum absolute value time determination unit 400, and the provisional zero cross time latch unit 410 are not limited to the configurations described in the embodiments, and other configurations that can be considered by those skilled in the art. Of course. In addition, the operation timing of each component can be changed as appropriate.

また、本発明のゼロクロス時間判定装置は超音波流量計などの流量計に適用可能であり、本発明はかかる流量計を含む。かかる流量計によれば、流量計に配置された超音波送受信機において伝搬時間差を正確に計測することが可能となり、測定対象媒体の流速などを適切に精度良く計測することなどが可能となる。   Moreover, the zero-crossing time determination device of the present invention can be applied to a flow meter such as an ultrasonic flow meter, and the present invention includes such a flow meter. According to such a flow meter, it is possible to accurately measure the propagation time difference in the ultrasonic transceiver arranged in the flow meter, and to measure the flow velocity of the measurement target medium appropriately and accurately.

本発明のゼロクロス時間判定装置は、超音波流量計に代表される流量計などに適用可能である。また、流量計と同様の入力信号に基づいてゼロクロス時間を計測する電子機器にも適用可能である。   The zero cross time determination apparatus of the present invention can be applied to a flow meter represented by an ultrasonic flow meter. Moreover, it is applicable also to the electronic device which measures zero crossing time based on the input signal similar to a flowmeter.

10・11……超音波送受信機
12・13……受信信号
100……最大絶対値更新判定部
110……リトリガブルワンショットマルチバイブレータ
120……リセットセットフリップフロップ
130……コンパレータ
140……カウンタ
150……クロック生成部
160……カウンタラッチ
170……出力ラッチ(ゼロクロス時間判定部)
180……反転器
190……D−FF(D−フリップフロップ)
191……遅延ラッチ
200……リセット信号
210……入力信号
211……反転入力信号
220……スタート・ストップ信号
230・240……リセット信号
250・251・252・253……ゼロクロス時間信号
310……最大絶対値信号
320……最大絶対値更新信号
330……二値化信号
340……リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号
350……出力ラッチタイミング信号(最大絶対値時間信号)
360……仮ゼロクロス時間信号
380……遅延出力ラッチタイミング信号
390……遅延仮ゼロクロス時間信号
400……最大絶対値時間判定部
410……仮ゼロクロス時間ラッチ部
500……コンパレータ
510……電流源
520……スイッチ
530……ダイオード
540……キャパシタ
550……ディスチャージャー
560……インピーダンス変換器
10 · 11 ··· Ultrasonic transceiver 12 · 13 ··· Received signal 100 ··· Maximum absolute value update determination unit 110 ··· Retriggerable one-shot multivibrator 120 ··· Reset set flip-flop 130 ··· Comparator 140 ··· Counter 150 ...... Clock generation unit 160 ...... Counter latch 170 ...... Output latch (zero cross time determination unit)
180 …… Inverter 190 …… D-FF (D-flip-flop)
191 ... Delay latch 200 ... Reset signal 210 ... Input signal 211 ... Inverted input signal 220 ... Start / stop signal 230/240 ... Reset signal 250/251/252/253 ... Zero cross time signal 310 ... Maximum absolute value signal 320 ... Maximum absolute value update signal 330 ... Binarization signal 340 ... Retriggerable one-shot multivibrator output signal 350 ... Output latch timing signal (maximum absolute value time signal)
360... Temporary zero cross time signal 380... Delayed output latch timing signal 390... Delayed temporary zero cross time signal 400... Maximum absolute time determination unit 410. ... Switch 530 ... Diode 540 ... Capacitor 550 ... Discharger 560 ... Impedance converter

Claims (10)

周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における正または負の絶対値が過去における前記正または負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、
前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記正または負の絶対値が最大になる最大絶対値時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、
前記入力信号が所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時及び大きい状態から小さい状態へと変化した時の少なくとも一方を仮ゼロクロス時間として周期的にラッチするよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、
前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、
を備えたゼロクロス時間判定装置。
It is possible to determine that the maximum absolute value has been updated when the positive or negative absolute value in the input signal that changes periodically and the absolute value of the amplitude changes is larger than the positive or negative maximum absolute value in the past. A maximum absolute value update determination unit configured in
Maximum absolute value time configured to be able to output a maximum absolute value time signal indicating a maximum absolute value time at which the positive or negative absolute value in the input signal is maximized based on a determination result in the maximum absolute value update determination unit A determination unit;
Temporary zero cross time latch configured to periodically latch at least one of when the input signal changes from a smaller state to a larger state and when the input signal changes from a larger state to a smaller state as a provisional zero cross time And
A zero cross time determination unit that determines a zero cross time based on the maximum absolute value time signal and the provisional zero cross time;
A zero-crossing time determination device.
前記仮ゼロクロス時間ラッチ部は、
所定の周波数を有するクロック信号の変化をカウントするカウンタ部と、
前記入力信号が前記所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時及び大きい状態から小さい状態へと変化した時の少なくとも一方において、前記カウンタ部の出力信号をラッチして前記仮ゼロクロス時間を出力するよう構成されたカウンタラッチと、を備える
請求項1に記載のゼロクロス時間判定装置。
The provisional zero cross time latch unit is
A counter unit for counting a change in a clock signal having a predetermined frequency;
At least one of when the input signal changes from a state smaller than the predetermined value to a larger state and when the input signal changes from a larger state to a smaller state, the output signal of the counter unit is latched and the provisional zero cross time is set. The zero cross time determination device according to claim 1, further comprising: a counter latch configured to output.
周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における正の絶対値が過去における前記正の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、
前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記正の絶対値が最大になる時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、
前記入力信号が所定の値より大きい状態から小さい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として出力するよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、
前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、
を備えたゼロクロス時間判定装置。
It is configured to be able to determine that the maximum absolute value has been updated when the positive absolute value in the input signal that periodically changes and the absolute value of the amplitude changes is greater than the positive maximum absolute value in the past. A maximum absolute value update determination unit;
A maximum absolute value time determination unit configured to output a maximum absolute value time signal indicating a time at which the positive absolute value in the input signal is maximized based on a determination result in the maximum absolute value update determination unit;
A temporary zero-crossing time latch unit configured to output as a temporary zero-crossing time when the input signal changes from a state larger than a predetermined value to a small state;
A zero cross time determination unit that determines a zero cross time based on the maximum absolute value time signal and the provisional zero cross time;
A zero-crossing time determination device.
周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における負の絶対値が過去における前記負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、
前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記負の絶対値が最大になる時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、
前記入力信号が所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として出力するよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、
前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、
を備えたゼロクロス時間判定装置。
It is configured to be able to determine that the maximum absolute value has been updated when the negative absolute value in the input signal that periodically changes and the absolute value of the amplitude changes is larger than the negative maximum absolute value in the past. A maximum absolute value update determination unit;
A maximum absolute value time determination unit configured to output a maximum absolute value time signal indicating a time at which the negative absolute value in the input signal is maximized based on a determination result in the maximum absolute value update determination unit;
A provisional zero-crossing time latch unit configured to output as a provisional zero-crossing time when the input signal changes from a state smaller than a predetermined value to a larger state;
A zero cross time determination unit that determines a zero cross time based on the maximum absolute value time signal and the provisional zero cross time;
A zero-crossing time determination device.
前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時にラッチされていた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のゼロクロス時間判定装置。
The zero-crossing time determination unit determines that the temporary zero-crossing time latched when the maximum absolute value time signal is output is a zero-crossing time.
The zero cross time determination apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時より所定の時間前にラッチされていた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のゼロクロス時間判定装置。
The zero cross time determination unit determines that the temporary zero cross time latched a predetermined time before the time when the maximum absolute value time signal is output is a zero cross time,
The zero cross time determination apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時より所定の時間後にラッチされた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のゼロクロス時間判定装置。
The zero cross time determination unit determines that the temporary zero cross time latched after a predetermined time from the time when the maximum absolute value time signal is output is a zero cross time,
The zero cross time determination apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記最大絶対値時間判定部は、前記最大絶対値更新判定部において前記最大絶対値が更新されたと判定された時から所定の期間に前記最大絶対値がさらに更新されないときに前記最大絶対値時間信号を出力するよう構成されている
請求項1乃至7のいずれか1項に記載のゼロクロス時間判定装置。
The maximum absolute value time determination unit is configured to output the maximum absolute value time signal when the maximum absolute value is not further updated in a predetermined period from when the maximum absolute value update determination unit determines that the maximum absolute value has been updated. The zero cross time determination apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the zero cross time determination apparatus is configured to output.
前記最大絶対値時間判定部において用いられる前記所定の期間は、前記入力信号の1周期乃至1.25周期の間の期間から任意に選択される
請求項8に記載のゼロクロス時間判定装置。
The zero cross time determination device according to claim 8, wherein the predetermined period used in the maximum absolute value time determination unit is arbitrarily selected from a period between one cycle and 1.25 periods of the input signal.
請求項1乃至9のいずれか1項に記載のゼロクロス時間判定装置を備えた超音波流量計。   The ultrasonic flowmeter provided with the zero crossing time determination apparatus of any one of Claims 1 thru | or 9.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60187815A (en) * 1984-03-07 1985-09-25 Toshiba Corp Measuring apparatus of flow rate
JPS6394184A (en) * 1986-10-07 1988-04-25 Sankyo Boeki Kk Ultrasonic wave displacement detecting device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60187815A (en) * 1984-03-07 1985-09-25 Toshiba Corp Measuring apparatus of flow rate
JPS6394184A (en) * 1986-10-07 1988-04-25 Sankyo Boeki Kk Ultrasonic wave displacement detecting device

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