JP2803192B2 - Ultrasonic measuring device - Google Patents

Ultrasonic measuring device

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JP2803192B2
JP2803192B2 JP1183935A JP18393589A JP2803192B2 JP 2803192 B2 JP2803192 B2 JP 2803192B2 JP 1183935 A JP1183935 A JP 1183935A JP 18393589 A JP18393589 A JP 18393589A JP 2803192 B2 JP2803192 B2 JP 2803192B2
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博 大和田
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、所定の周期で印加されたトリガパルスによ
り超音波発振回路から超音波送受波器を介して測定対象
物にバースト波を放射し、この測定対象物で反射される
反射波を受信して、トリガパルスの送出から反射波を受
信するまでの時間差から測定対象物までの距離を計測す
る超音波測定装置に係り、特にノイズ波と正規の反射波
とを有効に区別出来るように改良した超音波測定装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention radiates a burst wave from a ultrasonic oscillation circuit to an object to be measured via an ultrasonic transducer by a trigger pulse applied at a predetermined cycle. The present invention relates to an ultrasonic measurement device that receives a reflected wave reflected by an object to be measured, and measures a distance to the object to be measured from a time difference between the transmission of a trigger pulse and the reception of the reflected wave. The present invention relates to an improved ultrasonic measuring device capable of effectively distinguishing a regular reflected wave.

<従来の技術> この種の超音波測定装置として、特開昭57−100362
(特願昭55−177553)が開示されている。
<Prior Art> Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-100362 discloses this type of ultrasonic measuring apparatus.
(Japanese Patent Application No. 55-177553).

この技術は、受信された超音波信号を増幅する増幅器
の出力レベルを基準レベルと比較器で比較し、この比較
器の出力に基づいて増幅器の出力レベルが基準レベルよ
り大きくなる時間を計測し、この計測結果に基づいて受
信すべき正規の超音波信号を検出するようにしたもので
ある。
This technique compares the output level of an amplifier that amplifies a received ultrasonic signal with a reference level and a comparator, and measures a time when the output level of the amplifier becomes larger than the reference level based on the output of the comparator. A normal ultrasonic signal to be received is detected based on the measurement result.

<発明が解決しようとする課題> しかしながら、この様な超音波測定装置では次に説明
するような問題がある。第6図に示す波形図を参照して
説明する。
<Problems to be Solved by the Invention> However, such an ultrasonic measuring apparatus has the following problems. This will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG.

第6図は横軸に時間t、縦軸に増幅器の増幅出力Vo1
をとって示してある。
FIG. 6 shows the time t on the horizontal axis and the amplified output V o1 of the amplifier on the vertical axis.
Is shown.

Vthは基準レベルであり、これをオーバした波形部分
は、この波形では正規の反射波A、スパイクノイズB1
B2、およびノイズCなどがある。反射波Aが基準レベル
を切る時間幅はta、スパイクノイズB1、B2およびノイズ
Cの時間幅はそれぞれtb1、tb2、tcである。そして、こ
れ等の波形はta≪(tb1、tb2)、tctaの関係となって
いる。
V th is a reference level, and the waveform portion exceeding this is a regular reflected wave A, a spike noise B 1 ,
B 2 and noise C. The time width during which the reflected wave A crosses the reference level is t a , and the time widths of the spike noises B 1 , B 2 and noise C are t b1 , t b2 , and t c , respectively. These waveforms have a relationship of t a ≪ (t b1 , t b2 ) and t c t a .

このように正規の反射波Aの時間幅taに対してスパイ
クノイズB1、B2の時間幅tb1、tb2が極めて小さいときに
は、これ等のスパイク状のパルスノイズの除去は可能で
あるが、基準レベルVthより大となる時間が正規の反射
波Aと近似したノイズ波、例えばノイズCの如き波形の
ものは除去できないという問題があった。
When spike noise B 1, B 2 of the time width t b1, t b2 is extremely small for the time width t a of the thus normalized reflected waves A, removal is possible spike pulse noise such as this However, there is a problem that a noise wave whose time when it becomes larger than the reference level Vth approximates the normal reflected wave A, for example, a waveform having a waveform such as noise C cannot be removed.

<課題を解決するための手段> 本発明は、以上のような課題を解決するために、所定
の周期で印加されたトリガパルスにより超音波発振回路
から超音波送受波器を介して測定対象物にバースト波を
放射しこの測定対象物で反射される反射波を受信してト
リガパルスの送出から反射波を受信するまでの時間差か
ら測定対象物までの距離を計測する超音波測定装置にお
いて、反射波を所定の大きさに増幅する増幅手段と、こ
の増幅手段の出力電圧とあらかじめ設定した基準レベル
を持つ基準電圧とを比較してこの基準レベルを越えたと
きに比較信号を出力する比較手段と、この比較信号を用
いて基準レベルを越えた部分の出力電圧の波形を矩形波
で近似し、その矩形波の面積を演算し、この矩形波の面
積が最大の出力電圧の波形部分を測定対象物までの正規
の反射波として検出し超音波送受波器から測定対象物ま
での距離を算出する面積演算手段 を備えたことを特徴とする。
<Means for Solving the Problems> In order to solve the problems as described above, the present invention provides a method for measuring an object to be measured from an ultrasonic oscillation circuit via an ultrasonic transducer using a trigger pulse applied at a predetermined cycle. In an ultrasonic measurement device that radiates a burst wave and receives a reflected wave reflected by the measurement object and measures a distance to the measurement object from a time difference from transmission of a trigger pulse to reception of the reflected wave, Amplifying means for amplifying a wave to a predetermined magnitude; comparing means for comparing an output voltage of the amplifying means with a reference voltage having a preset reference level, and outputting a comparison signal when the reference level is exceeded. Using this comparison signal, the waveform of the output voltage at the portion exceeding the reference level is approximated by a rectangular wave, the area of the rectangular wave is calculated, and the waveform portion of the output voltage having the largest rectangular wave is measured. Stuff And an area calculating means for calculating a distance from the ultrasonic transducer to the object to be measured by detecting the reflected wave as a regular reflected wave.

<作 用> 増幅手段で測定対象物から反射した反射波を所定の大
きさに増幅し、増幅した出力電圧とあらかじめ設定した
基準レベルを持つ基準電圧とを比較手段で比較し、この
基準レベルを越えた部分の出力電圧の波形の面積を面積
演算手段で演算し、この面積が最大の出力電圧の波形部
分を測定対象物までの正規の反射波として検出する。
<Operation> The amplifying means amplifies the reflected wave reflected from the object to be measured to a predetermined magnitude, compares the amplified output voltage with a reference voltage having a preset reference level, and compares the reference level with this reference level. The area of the output voltage waveform at the portion exceeding the area is calculated by the area calculating means, and the waveform portion of the output voltage having the maximum area is detected as a regular reflected wave to the object to be measured.

<実施例> 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
第1図は本発明の1実施例の構成を示すブロック図であ
る。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.

10は演算回路であり、ここから所定の周期でトリガパ
ルスTPが超音波発振回路11に出力される。超音波発振回
路11はこのトリガパルスTPに同期して切換回路12を介し
て超音波送受波器13にバースト波Vbを印加し、超音波送
受波器13を駆動する。
An arithmetic circuit 10 outputs a trigger pulse TP to the ultrasonic oscillation circuit 11 at a predetermined cycle. Ultrasonic oscillation circuit 11 is a burst wave V b is applied through the switching circuit 12 in synchronism with the trigger pulse T P to the ultrasonic transducer 13 to drive the ultrasonic transducer 13.

超音波送受波器13から放射された超音波パルスは、液
面などの測定対象14で反射され、再び超音波送受波器13
に受信され、切換回路12を介して受信信号VRとして増幅
器16に入力される。増幅器16ではこの受信信号VRを検出
可能な大きさに増幅して増幅出力V01として出力する。
The ultrasonic pulse radiated from the ultrasonic transducer 13 is reflected by the measurement target 14 such as a liquid surface, and is again returned to the ultrasonic transducer 13.
Is received, it is input to the amplifier 16 as a reception signal V R through the switching circuit 12. In the amplifier 16 is output as an amplified output V 01 amplifies the received signal V R to a detectable size.

増幅器16の増幅出力Vo1は演算回路10に出力されると
共に、入力の一端に抵抗17を介して基準電源から入力さ
れた基準レベルVthを持つ基準電圧Erが印加された比較
器18の他方の入力端に入力される。
The amplified output Vo1 of the amplifier 16 is output to the arithmetic circuit 10 and the comparator 18 to which a reference voltage Er having a reference level Vth input from a reference power supply via a resistor 17 is applied to one end of the input. It is input to the other input terminal.

比較器18は増幅出力Vo1がこの基準レベルVthを越えた
か否かの判断をして比較出力VCを演算回路10に出力す
る。
Comparator 18 amplifies the output V o1 outputs a comparison output V C to the decision whether or not exceeded the reference level V th to the arithmetic circuit 10.

演算回路10はトリガパルスTPの送出から正規の反射波
と見られる増幅出力Vo1を受信するまでの時間を演算
し、これから超音波送受波器13から測定対象14までの距
離を算出して、出力回路19に出力する。
Calculation circuit 10 calculates the time until receiving the amplified output V o1 seen the regular reflected waves from the delivery of the trigger pulse T P, now calculates the distance from the ultrasonic transducer 13 to the measurement target 14 , To the output circuit 19.

出力回路19はこの距離データを設定スパンに対応する
距離信号Vlに換算して出力端子20に出力する。
The output circuit 19 outputs to the output terminal 20 in terms of the distance signal V l corresponding to the distance data in the set span.

次に、以上のように構成された実施例の動作について
第2図に示す波形図を参照して説明する。
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG.

第2図は超音波パルスを送出(t=0)してから時間
tの経過にしたがって発生する増幅出力Vo1の変化を示
している。
FIG. 2 shows a change in the amplified output Vo1 generated as time t elapses after the transmission of the ultrasonic pulse (t = 0).

D1、D2、およびD3は、例えばスパイクノイズ、E1、E2
は疑似反射波、Aは正規の反射波を示している。A1、〜
A5はそれぞれ正規の反射波Aに含まれる各波素である。
これ等の増幅出力Vo1は比較器18で基準レベルVthを越え
たか否か判断され、Vthを越えている場合に|Vo1−Er|の
値を積算して、この上の部分の波形の面積Sd1、Se1、S
d2、Se2、(Sa1〜Sa5)、Sd3をそれぞれ演算回路10で演
算し、これ等のうちの最大の面積を有する増幅出力V01
(この場合は反射波A)を正規の反射波とみなし、基準
レベルVthと交差する時間Zまでの時間tlから超音波送
受波器13と測定対象14までの距離として演算し、この距
離データを出力回路19において設定スパンに対応する距
離信号Vlに換算して出力端子20に出力する。
D 1 , D 2 , and D 3 are, for example, spike noise, E 1 , E 2
Represents a pseudo reflected wave, and A represents a regular reflected wave. A 1 , ~
A 5 represents a respective wave element respectively contained in the regular reflected wave A.
Amplified output V o1, such this will be determined whether exceeds the reference level V th at the comparator 18, if it exceeds the V th | V o1 -E r | by accumulating the values, the upper part of this Waveform area S d1 , S e1 , S
d2 , S e2 , (S a1 to S a5 ), and S d3 are each calculated by the arithmetic circuit 10, and the amplified output V 01 having the largest area among them is calculated.
(Reflected wave A in this case) is regarded as a regular reflected wave, and is calculated as the distance between the ultrasonic transducer 13 and the measuring object 14 from the time t 1 up to the time Z intersecting the reference level V th, and this distance is calculated. data in terms of the distance signal V l corresponding to the set span in the output circuit 19 is output to the output terminal 20.

第3図は本発明の第2の実施例の構成を示すブロック
図である。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention.

この実施例は第1図に示す実施例に対して増幅器16の
後段に包絡線検出回路21を設けた点が異なる。増幅器16
のスパイクノイズD1、D2、D3、疑似反射波E1、E2、およ
び正規の反射波Aよりなる増幅出力Vo1を包絡線検出回
路21に入力しここで波形のエンベロープを検出してスパ
イクノイズD1′、D2′、D3′、疑似反射波E1′、E2′、
および正規の反射波A′として第4図に示す形として増
幅出力Vo2を出力する。
This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that an envelope detection circuit 21 is provided at a stage subsequent to the amplifier 16. Amplifier 16
Spike noise D 1, D 2, D 3 , pseudo reflected wave E 1, E 2, and an amplified output V o1 consisting reflected waves A regular input to the envelope detection circuit 21 detects the envelope here waveform And spike noises D 1 ′, D 2 ′, D 3 ′, pseudo reflected waves E 1 ′, E 2 ′,
Then, an amplified output Vo2 is output as a regular reflected wave A 'in the form shown in FIG.

比較器18でこの増幅出力Vo2と基準電圧Erとを比較し
て基準レベルVthを越えたか否かが判断され、その比較
出力VC′を演算回路10に出力して第1図に示す場合と同
様にVthを越えている場合に|Vo2−Er|の値を積算して各
波形のVthを越えた波形部分の面積を演算するようにし
たものである。この演算結果は出力回路19を介して出力
端20に距離信号Vl′として出力する。
Comparator 18 whether exceeds the reference level V th by comparing the amplified output V o2 and the reference voltage E r is determined, in FIG. 1 and outputs the comparison output V C 'to the arithmetic circuit 10 As in the case shown, when V th exceeds V th , the value of | V o2 −E r | is integrated to calculate the area of the waveform portion exceeding V th of each waveform. This calculation result is output to the output terminal 20 via the output circuit 19 as a distance signal V l '.

しかしながら、増幅出力Vo2の各波形の正確な面積Σ|
Vo1−Er|、Σ|Vo2−Er|を求めるのには複雑な回路構
成、あるいは大きなメモリ容量を必要とする。
However, the exact area of each waveform of the amplified output V o2 Σ |
To obtain V o1 −E r | and Σ | V o2 −E r | requires a complicated circuit configuration or a large memory capacity.

そこで、第5図に示す波形図を用いてこの点の改良さ
れた演算について説明する。
Therefore, an improved calculation of this point will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG.

増幅出力Vo1(又はVo2)を比較器18で基準電圧Erと比
較し、その比較出力VC(又はVC′)に基づき演算回路10
によりこの値を越えた部分の極大値を求め、それぞれ矩
形波で近似したスパイクノイズDR1、DR2、DR3、疑似反
射波ER1、ER2、および正規の反射波ARの矩形部の面積を
求め、これ等のうちで最大の面積を持つ波形部分を正規
の反射波とみなし、これまでの時間tlを求める演算を実
行する。
The amplified output V o1 (or V o2 ) is compared with the reference voltage Er by the comparator 18 and based on the comparison output V C (or V C ′), the arithmetic circuit 10
The maximum value of the portion exceeding this value is obtained, and the spike noises D R1 , D R2 , D R3 , the pseudo reflection waves E R1 , E R2 , and the square part of the regular reflection wave A R approximated by a square wave, respectively. An area is obtained, and a waveform portion having the largest area among them is regarded as a normal reflected wave, and an operation for obtaining the time tl up to this is executed.

この様な演算を採用するとノイズ波はいくつもの反射
波の重なりとなって観測される確率が多いのでエンベロ
ープが広がり矩形に近くなり、正規の反射波とノイズの
反射波の検出面積比は実際より大きくなり確実な判別が
可能になる。
When such a calculation is adopted, the noise wave is likely to be observed as a superposition of several reflected waves, so the envelope expands and becomes close to a rectangle, and the detection area ratio between the regular reflected wave and the noise reflected wave is larger than the actual area. It becomes larger and reliable determination becomes possible.

<発明の効果> 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明に
よれば、増幅手段で測定対象物から反射した反射波を所
定の大きさに増幅し、増幅した出力電圧とあらかじめ設
定した基準レベルを持つ基準電圧とを比較手段で比較
し、この基準レベルを越えた部分の出力電圧の波形の面
積を面積演算手段で演算し、この面積が最大の出力電圧
の波形部分を測定対象物までの正規の反射波として検出
するようにしたので、受信振幅は大きいが電気的なスパ
イクノイズ、継続時間は長く観測されることがあり得る
振幅は反射波より小さな音響ノイズの双方を同時に除去
することができる。
<Effects of the Invention> As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, the reflected wave reflected from the object to be measured is amplified to a predetermined magnitude by the amplifying means, and the amplified output voltage is set in advance. The comparison means compares the reference voltage having the reference level obtained by the comparison means, calculates the area of the output voltage waveform exceeding the reference level by the area calculation means, and measures the waveform portion of the output voltage having the largest area to be measured. Since it is detected as a normal reflected wave to the object, both the received amplitude is large but the electrical spike noise, and the acoustic noise that is likely to be observed for a long duration is smaller than the reflected wave. can do.

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

第1図は本発明の1実施例の構成を示すブロック図、第
2図は第1図に示す実施例の動作を説明する波形図、第
3図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図、第
4図は第3図に示す実施例の動作を説明する波形図、第
5図は第1図又は第3図に示す実施例において演算方式
を変更したときの動作を説明する波形図、第6図は従来
の超音波測定装置の問題点を説明する波形図である。 10……演算回路、11……超音波発振回路、12……切換回
路、13……超音波送受波器、14……測定対象、18……比
較器、19……出力回路、21……包絡線検出回路。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 3 is the configuration of another embodiment of the present invention. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram for explaining the operation when the operation method is changed in the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. FIG. 6 is a waveform diagram for explaining a problem of the conventional ultrasonic measuring device. 10 arithmetic circuit, 11 ultrasonic oscillation circuit, 12 switching circuit, 13 ultrasonic transducer, 14 measuring object, 18 comparator, 19 output circuit, 21 Envelope detection circuit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定の周期で印加されたトリガパルスによ
り超音波発振回路から超音波送受波器を介して測定対象
物にバースト波を放射しこの測定対象物で反射される反
射波を受信して前記トリガパルスの送出から前記反射波
を受信するまでの時間差から前記測定対象物までの距離
を計測する超音波測定装置において、 前記反射波を所定の大きさに増幅する増幅手段と、この
増幅手段の出力電圧とあらかじめ設定した基準レベルを
持つ基準電圧とを比較してこの基準レベルを越えたとき
に比較信号を出力する比較手段と、 この比較信号を用いて前記基準レベルを越えた部分の前
記出力電圧の波形を矩形波で近似し、その矩形波の面積
を演算し、この矩形波の面積が最大の前記出力電圧の波
形部分を前記測定対象物までの正規の反射波として検出
し前記超音波送受波器から測定対象物までの距離を算出
する面積演算手段 を具備したことを特徴とする超音波測定装置。
1. An ultrasonic oscillation circuit emits a burst wave to an object to be measured via an ultrasonic transducer by a trigger pulse applied at a predetermined cycle, and receives a reflected wave reflected by the object to be measured. An ultrasonic measuring apparatus for measuring a distance to the object from a time difference between the transmission of the trigger pulse and the reception of the reflected wave, wherein amplifying means for amplifying the reflected wave to a predetermined size; Comparing means for comparing the output voltage of the means with a reference voltage having a preset reference level and outputting a comparison signal when the reference level is exceeded; and The waveform of the output voltage is approximated by a rectangular wave, the area of the rectangular wave is calculated, and the waveform portion of the output voltage having the maximum area of the rectangular wave is detected as a regular reflected wave to the object to be measured. Ultrasonic measuring apparatus is characterized by comprising the area calculation means for calculating the distance from the ultrasonic transducer to the measurement object.
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