JP3068674B2 - Ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer

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JP3068674B2
JP3068674B2 JP3211655A JP21165591A JP3068674B2 JP 3068674 B2 JP3068674 B2 JP 3068674B2 JP 3211655 A JP3211655 A JP 3211655A JP 21165591 A JP21165591 A JP 21165591A JP 3068674 B2 JP3068674 B2 JP 3068674B2
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物に超音波を伝
搬させてその伝搬時間などを測定する超音波送受波装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic wave transmitting and receiving apparatus for transmitting an ultrasonic wave to an object to be measured and measuring the propagation time and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、超音波式距離計や超音波式流量
計などの超音波式の計測器は、超音波送波器から所定周
波数の超音波を出力し、その反射波或いは透過波を捕捉
して電気信号に変換し、この捕捉された受信情報に基づ
いてその伝搬時間などを算定するように構成されてい
る。図13に、この種の超音波の計測器の1つである超
音波送受波装置の従来例を示す。
2. Description of the Related Art Generally, an ultrasonic measuring instrument such as an ultrasonic distance meter or an ultrasonic flow meter outputs an ultrasonic wave of a predetermined frequency from an ultrasonic transmitter and reflects a reflected wave or a transmitted wave. It is configured to capture and convert it into an electrical signal, and calculate the propagation time and the like based on the captured reception information. FIG. 13 shows a conventional example of an ultrasonic wave transmitting / receiving apparatus which is one of such ultrasonic measuring instruments.

【0003】この図13に示す従来例は、予め内蔵され
ているタイマによって所定のタイミング毎にパルス波を
発生し出力するパルス発振回路101と、このパルス発
振回路101によって駆動される超音波送波器102
と、この超音波送波器102から出力される超音波を被
測定物Sを介して受信する超音波受波器103とを備え
ている。この超音波受波器103で受信された超音波信
号は、電気信号に変換されたのち増幅器104で増幅さ
れて伝搬時間算定手段106に送られる。そして、この
伝搬時間算定手段106では、増幅器104からの受信
信号とパルス発振回路101のタイマからのタイミング
パルスとから伝搬時間が算定されるようになっている。
In the conventional example shown in FIG. 13, a pulse oscillation circuit 101 for generating and outputting a pulse wave at predetermined timing by a timer built in advance, and an ultrasonic wave transmission driven by the pulse oscillation circuit 101 Vessel 102
And an ultrasonic wave receiver 103 that receives an ultrasonic wave output from the ultrasonic wave transmitter 102 via the device under test S. The ultrasonic signal received by the ultrasonic receiver 103 is converted into an electric signal, amplified by the amplifier 104, and sent to the propagation time calculating means 106. The propagation time calculating means 106 calculates the propagation time from the received signal from the amplifier 104 and the timing pulse from the timer of the pulse oscillation circuit 101.

【0004】図14に、前述した伝搬時間算定手段10
6の具体例を示す。この伝搬時間算定手段106は、パ
ルス発振回路101のタイマからのタイミングパルスに
よりトリガされて一定の周期の方形波パルスである書き
込みパルス及び読み出しパルスを発生するタイミング制
御回路110と、増幅器104からの受信信号を波形デ
ータとして入力しディジタル値に変換し出力するA/D
変換回路111と、このA/D変換回路111から出力
される波形データを所定のアドレスに対して書き込みパ
ルスで格納すると共に読み出しパルスで読み出して出力
する波形記憶部112と、この波形記憶部112から出
力される波形データより伝搬時間を検出し出力する伝搬
時間算定出力部113とを備えている。
FIG. 14 shows the above-mentioned propagation time calculating means 10.
6 shows a specific example. The propagation time estimating means 106 includes a timing control circuit 110 which is triggered by a timing pulse from a timer of the pulse oscillating circuit 101 to generate a write pulse and a read pulse which are square wave pulses of a fixed period, A / D that inputs a signal as waveform data, converts it into a digital value, and outputs it
A conversion circuit 111, a waveform storage unit 112 that stores the waveform data output from the A / D conversion circuit 111 at a predetermined address as a write pulse and reads and outputs the read data as a read pulse, and And a propagation time calculation output unit 113 for detecting and outputting the propagation time from the output waveform data.

【0005】伝搬時間算定出力部113は、波形記憶部
112から出力される波形データより受信信号のゼロク
ロス点を検出すると共に、そのゼロクロス点に対応した
アドレスを出力するゼロクロス点アドレス検出部114
と、このゼロクロス点アドレス検出部114から出力さ
れるアドレスに基づいて伝搬時間を算定する伝搬時間演
算部117とを備えている。
A propagation time calculation output section 113 detects a zero cross point of the received signal from the waveform data output from the waveform storage section 112 and outputs a zero cross point address detection section 114 for outputting an address corresponding to the zero cross point.
And a propagation time calculator 117 for calculating a propagation time based on the address output from the zero-cross point address detector 114.

【0006】そして、この図14に示す従来例では、ま
ず、タイミング制御回路110には図13に示すパルス
発振回路101からの出力パルスが、タイミングパルス
として入力される。このタイミングパルスによりトリガ
されて一定の周期の方形波パルスが、書き込みパルスと
してタイミング制御回路110から出力される。一方、
A/D変換回路111は、送られて来る波形データが書
き込みパルスに応じてサンプリングされディジタルに変
換されて、波形記憶部112に出力される。波形記憶部
112に出力されたディジタル値は、波形記憶部112
では書き込みパルスに応じて低いアドレスから順次格納
される。
In the conventional example shown in FIG. 14, first, an output pulse from the pulse oscillation circuit 101 shown in FIG. 13 is input to the timing control circuit 110 as a timing pulse. A square wave pulse having a constant period triggered by the timing pulse is output from the timing control circuit 110 as a write pulse. on the other hand,
The A / D conversion circuit 111 samples the transmitted waveform data according to the write pulse, converts the data into digital data, and outputs the digital data to the waveform storage unit 112. The digital value output to the waveform storage unit 112 is
In, data is sequentially stored from a lower address according to a write pulse.

【0007】必要なすべてのディジタル値が格納される
と、タイミング制御回路110から読み出しパルスが出
力されるようになっている。この読み出しパルスによ
り、波形記憶部112に格納されたディジタル値は、書
き込まれた順序と同じ順序で読み出され、ゼロクロス点
アドレス検出部114に送られる。図15に、書き込み
及び読み出しのタイミングチャートを示す。
When all the necessary digital values are stored, the timing control circuit 110 outputs a read pulse. With this read pulse, the digital values stored in the waveform storage unit 112 are read out in the same order in which they were written, and sent to the zero-crossing point address detection unit 114. FIG. 15 shows a timing chart of writing and reading.

【0008】ゼロクロス点アドレス検出部114では、
予め決められたスレショルドレベルThに基づいて波形
データの内の所定レベルの波形を検出し、その検出時点
よりあとに出力されたディジタル値の中で最初に極性が
正から負へ変わるディジタル値を検出し、これをゼロク
ロス点(受信超音波の受信タイミングを示す情報)とし
て出力する。
In the zero-crossing point address detecting section 114,
A predetermined level waveform is detected from the waveform data based on a predetermined threshold level Th, and a digital value whose polarity changes from positive to negative is detected first among digital values output after the detection. Then, this is output as a zero-cross point (information indicating the reception timing of the received ultrasonic wave).

【0009】そして、これを受けた伝搬時間演算部11
7では、ゼロクロス点アドレス検出回路部114で特定
されたゼロクロス点(受信超音波の受信のタイミングを
示す情報)に基づいて受信超音波の伝搬時間が算定され
るようになっている。図15に、タイミングパルス
O ,受信超音波信号A,B,C,スレショルドレベル
Thなどの関係を示す。この図15において、時間tO
を検出しているのは、真の受信信号の立ち上がり時間t
sの部分の受信信号がノズルに埋もれていて、正確な受
信信号立ち上がりを検出するのが困難であることから、
検出の確実な第1のゼロクロス点tO をもって受信時間
としている。また、必要に応じて第2、第3のゼロクロ
ス点を検出し、これに基づいてtsとtO の誤差、即ち
「ts−tO 」で補正し、受信信号立ち上がり時間ts
を求めることにより、被測定物S内の超音波伝搬時間の
測定がなされる場合もある。
Then, the propagation time calculation unit 11 receiving this signal
In No. 7, the propagation time of the received ultrasonic wave is calculated based on the zero cross point (information indicating the reception timing of the received ultrasonic wave) specified by the zero cross point address detection circuit unit 114. FIG. 15 shows the relationship among the timing pulse Po , the received ultrasonic signals A, B, C, the threshold level Th, and the like. In FIG. 15, the time t O
Is detected because of the rise time t of the true received signal.
Since the received signal of the s portion is buried in the nozzle, and it is difficult to detect the rising of the received signal accurately,
The reception time is defined as the first zero-cross point t O where detection is reliable. Also, if necessary, the second and third zero-cross points are detected, and based on this, the error between ts and t O , that is, “ts−t O ”, is corrected, and the received signal rise time ts
, The ultrasonic propagation time in the object S may be measured.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来例にあっては、受信信号の受信レベルの変動がある
と、同じ被測定物であっても、前述した時間tO が誤っ
て検出されてしまうという問題点がある。図15の上か
ら3番目の波形Bに示すように、受信信号の受信レベル
が低下した場合は、時間tO は遅れた時間を検出するこ
とになる。また、同図(図15)の上から4番目の波形
Cに示すように受信信号の受信レベルが増加した場合
は、時間tO は早まった時間を検出することになる。こ
のように、時間tO がずれて検出されるので、被測定物
S内の超音波伝搬時間に測定誤差を生じてしまうという
不都合があった。
However, in such a conventional example, if the reception level of the received signal fluctuates, the time t O described above is erroneously detected even for the same DUT. There is a problem that it is. As shown in the third waveform B from the top in FIG. 15, when the reception level of the reception signal decreases, the time t O detects a delayed time. When the reception level of the reception signal increases as shown in the fourth waveform C from the top in FIG. 15 (FIG. 15), the time t O detects an earlier time. As described above, since the detection is performed with the time t O shifted, there is a disadvantage that a measurement error occurs in the ultrasonic propagation time in the object S.

【0011】[0011]

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに受信信号の変動があっても、超音波伝
搬時間に測定誤差を生じることのない超音波送受波装置
を提供することを、その目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ultrasonic wave transmitting / receiving apparatus which solves the disadvantages of the conventional example and which does not cause a measurement error in the ultrasonic wave propagation time even if the received signal fluctuates. Is its purpose.

【0012】[0012]

【発明が解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明では、超音波送波器および超音波受波器を有
し、超音波送波器の出力タイミングに基づいて超音波受
波器で受信される超音波の伝搬時間を算定する伝搬時間
算定手段を備えている。この伝搬時間算定手段は、超音
波受波器で受信される超音波の波形信号を所定のタイミ
ングで順次記憶する波形記憶部と、この波形記憶部から
出力される波形データに基づいてゼロクロス点を検出す
るゼロクロス位置検出部と、このゼロクロス位置検出部
の出力および前記超音波送波器の出力タイミングとに基
づいて受信超音波の伝搬時間を算定する伝搬時間演算部
とを備えている。そして、ゼロクロス位置検出部が、受
信された波形データのゼロクロス点を,前回測定され特
定された波形データのゼロクロス点に基づいて検出する
ゼロクロス点追尾機能を備えている、等の構成をとって
いる。これによって、前述した目的を達成しようとする
ものである。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an ultrasonic wave transmitter and an ultrasonic wave receiver, and an ultrasonic wave receiver is provided based on an output timing of the ultrasonic wave transmitter. And a propagation time calculating means for calculating a propagation time of the ultrasonic wave received by the detector. The propagation time calculating means includes a waveform storage unit that sequentially stores the waveform signals of the ultrasonic waves received by the ultrasonic receiver at a predetermined timing, and a zero cross point based on the waveform data output from the waveform storage unit. It has a zero-cross position detecting section for detecting, and a propagation time calculating section for calculating the propagation time of the received ultrasonic wave based on the output of the zero-cross position detecting section and the output timing of the ultrasonic transmitter. The zero-crossing position detecting unit has a zero-crossing point tracking function for detecting the zero-crossing point of the received waveform data based on the zero-crossing point of the previously measured and specified waveform data. . This aims to achieve the above-mentioned object.

【0013】[0013]

【作用】本発明では、前回の波形データのゼロクロス点
に基づいてゼロクロス点を決定するので、複数の測定を
行う際に急激な伝搬時間の変動がない限り有効に追尾を
行うことができる。このため、受信信号のレベルの変動
がある場合にもゼロクロス点が変わることはない。ま
た、定期的な割り込み処理等で基準波形データとの相関
を求めることによりゼロクロス点の見直しを行なう等の
手法を付加することにより、例えば異なったゼロクロス
点の追尾を確実に防止できる。
According to the present invention, since the zero-cross point is determined based on the zero-cross point of the previous waveform data, tracking can be performed effectively without a sudden change in propagation time when performing a plurality of measurements. Therefore, even when the level of the received signal fluctuates, the zero-cross point does not change. Also, by adding a method of reconsidering the zero-cross point by obtaining a correlation with the reference waveform data by periodic interrupt processing or the like, for example, tracking of a different zero-cross point can be reliably prevented.

【0014】[0014]

【発明の実施例】以下、本発明の第1実施例を図1ない
し図5に基づいて説明する。ここで、前述した従来例と
同一の物については同一の符号を用いることとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same reference numerals are used for the same components as those in the conventional example described above.

【0015】まず図2に示すように、この実施例は、パ
ルス発振回路101と、このパルス発振回路101によ
って駆動される超音波送波器102と、この超音波送波
器102から出力される超音波を被測定物Sを介して受
信する超音波受波器103とを備えている。この超音波
受波器103で受信された超音波信号は、電気信号に変
換されたのち増幅器104で増幅されて伝搬時間算定手
段10に送られる。そして、この伝搬時間算定手段10
では、増幅器104からの受信信号とパルス発振回路1
01からのタイミングパルスとから、受信超音波の伝搬
時間が算定されるようになっている。
First, as shown in FIG. 2, in this embodiment, a pulse oscillation circuit 101, an ultrasonic transmitter 102 driven by the pulse oscillation circuit 101, and an output from the ultrasonic transmitter 102 An ultrasonic wave receiver 103 for receiving ultrasonic waves via the device under test S; The ultrasonic signal received by the ultrasonic receiver 103 is converted into an electric signal, then amplified by the amplifier 104, and sent to the propagation time calculating means 10. Then, the propagation time calculating means 10
Now, the reception signal from the amplifier 104 and the pulse oscillation circuit 1
The propagation time of the received ultrasonic wave is calculated from the timing pulse from 01.

【0016】図1に、伝搬時間算定手段10の具体例を
示す。この図2に示す伝搬時間算定手段10は、前述し
た従来例の場合と同一に機能するタイミング制御回路1
10とA/D変換回路111とを備えている。そして、
A/D変換回路111から出力される波形データを、所
定のアドレスに対して書き込みパルスで格納すると共に
読み出しパルスで読み出し出力する波形記憶部11と、
この波形記憶部11から出力される波形データよりトリ
ガ波のゼロクロス点を検出するゼロクロス位置検出部1
2と、ゼロクロス位置検出部12と波形記憶部11から
出力される波形データより伝搬時間を算定し出力する伝
搬時間演算部13とを備えた構成となっている。
FIG. 1 shows a specific example of the propagation time calculating means 10. The propagation time estimating means 10 shown in FIG.
10 and an A / D conversion circuit 111. And
A waveform storage unit 11 for storing the waveform data output from the A / D conversion circuit 111 at a predetermined address with a write pulse and reading and outputting the read data with a read pulse;
A zero-cross position detecting unit 1 for detecting a zero-cross point of a trigger wave from the waveform data output from the waveform storage unit 11.
2, and a propagation time calculation unit 13 that calculates and outputs a propagation time from the waveform data output from the zero cross position detection unit 12 and the waveform storage unit 11.

【0017】本実施例では、ゼロクロス位置検出部12
が、さらに初期ゼロクロス検出部121と、ゼロクロス
追尾部122を含んでいる。
In this embodiment, the zero-cross position detecting unit 12
However, it further includes an initial zero-cross detecting unit 121 and a zero-cross tracking unit 122.

【0018】初期ゼロクロス検出部121は、基準とな
るトリガ波のゼロクロス点アドレスを検出するもので、
通常測定の準備段階に実行される。このゼロクロス点の
求め方法としては既知の方法で予め求めたものを採用す
ることができる。一方、例えば、受信波の波形データか
ら隣接する波同士の振幅比を求め、この振幅比が最大と
なる波との関係に基づいてゼロクロス点アドレスを検出
しても良い。この方法によると、受信信号から真の到達
に即した測定が可能となる。また、他の方法として、複
数の波形データの平均をとり、この平均した波形データ
において、一定のスレショルドレベルを越える波形の後
にゼロクロスするアドレスを、基準とすべきゼロクロス
アドレスとすることもできる。
The initial zero-cross detector 121 detects a zero-cross point address of a trigger wave serving as a reference.
It is usually performed in the preparation stage of measurement. As a method for obtaining the zero-cross point, a method previously obtained by a known method can be adopted. On the other hand, for example, the amplitude ratio between adjacent waves may be obtained from the waveform data of the received wave, and the zero-cross point address may be detected based on the relationship with the wave having the maximum amplitude ratio. According to this method, it is possible to perform measurement based on the true arrival from the received signal. As another method, an average of a plurality of waveform data may be averaged, and in the averaged waveform data, an address that crosses zero after a waveform exceeding a certain threshold level may be used as a reference zero-cross address.

【0019】次に、ゼロクロス追尾部122の詳細構造
をマイクロコンピュータによって信号処理した場合につ
いて説明する。従って、図3に示したアルゴリズム及び
図4に示したゼロクロス点付近拡大波形図によって説明
する。
Next, a case where the detailed structure of the zero-cross tracking unit 122 is signal-processed by a microcomputer will be described. Therefore, the algorithm will be described with reference to the algorithm shown in FIG. 3 and the enlarged waveform diagram near the zero cross point shown in FIG.

【0020】まず、今回受信された波形データにおい
て、前回の波形データにおけるトリガ波の基準ゼロクロ
ス点のアドレスzp-1 と同じアドレスの波形Wz,p-1
求める(S1−1)。各回の受信において多少の変動が
あるため、前回のゼロクロス点のアドレスにおけるデー
タ値が必ずしも0になっているとは限らない。従って、
このずれを見てゼロクロス点がどちらにずれたかを判断
する(S1−2)。
First, in the waveform data received this time, a waveform W z, p-1 having the same address as the address z p-1 of the reference zero cross point of the trigger wave in the previous waveform data is obtained (S1-1). Since there is some variation in each reception, the data value at the address of the previous zero-cross point is not always 0. Therefore,
It is determined which of the zero cross points has shifted by seeing this shift (S1-2).

【0021】即ち、波形データWZ,p-1 が0以上の場合
は、図4に示すようにゼロクロス点が後方にずれたもの
と判断して、アドレスzp-1 から後方に向かって波形デ
ータの符号が+から−へ変わるアドレスを求め、このア
ドレスzp を新たなトリガ波の基準ゼロクロス点とする
(S1−3)。一方、波形データWz,p-1 が0より小さ
い場合は、図5に示すようにゼロクロス点が前方にずれ
たものと判断して、アドレスzp-1 から前方に向かって
波形データの符号が−から+へ変わるアドレスを求め、
このアドレスzp を新たなトリガ波の基準ゼロクロス点
とする(S1−4)。このように、前回のゼロクロス点
のアドレスに基づいて今回のゼロクロスを決定していく
ので、急激な伝搬時間の変動がない限りゼロクロス点の
追尾を行うことができ、受信レベルの変動がある場合に
もゼロクロス点は変動することがない。
[0021] That is, when the waveform data W Z, p-1 is 0 or more, it is judged that the zero crossing point as shown in FIG. 4 is shifted backward, the waveform toward the address z p-1 to the rear code data from + - seeking address change to be the address z p and the reference zero-cross point of the new trigger wave (S1-3). On the other hand, if the waveform data W z, p-1 is less than 0, determines the zero-crossing point as shown in FIG. 5 as shifted forward, the waveform data forward from the address z p-1 code Find the address where-changes from-to +,
The address z p and the reference zero-cross point of the new trigger wave (S1-4). In this way, since the current zero-cross point is determined based on the address of the previous zero-cross point, tracking of the zero-cross point can be performed as long as there is no sudden change in the propagation time. Also, the zero cross point does not change.

【0022】次に、本発明の第2実施例を図6ないし図
12に基づいて説明する。ここで、前述した第1実施例
と同一の構成物については同一の符号を用いることとす
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same reference numerals are used for the same components as those in the first embodiment described above.

【0023】図6において、符号20は、伝搬時間算定
手段の他の具体例を示す。この図6に於ける伝搬時間算
定手段20は、新たに見直し部14を含んだ構成となっ
ている。この見直し部14は、図7に示すように、基準
波形パターン演算記憶部140及び平均波形パターン演
算記憶部141と、この基準波形パターン演算記憶部1
40及び平均波形パターン演算記憶部141の各出力信
号を入力し所定の演算を行う相関演算部142と、この
相関演算部142の出力を補正するゼロクロス補正部1
43とを備えている。
In FIG. 6, reference numeral 20 indicates another specific example of the propagation time calculating means. The propagation time calculating means 20 in FIG. 6 has a configuration including a new reviewing unit 14. As shown in FIG. 7, the review unit 14 includes a reference waveform pattern calculation storage unit 140 and an average waveform pattern calculation storage unit 141, and the reference waveform pattern calculation storage unit 1
A correlation calculation unit 142 that receives the output signals of the average waveform pattern calculation storage unit 141 and performs a predetermined calculation, and a zero-cross correction unit 1 that corrects the output of the correlation calculation unit 142.
43.

【0024】平均波形パターン記憶部141は、測定段
階で波形の平均パターンを記憶するものである。このア
ルゴリズムを図10に示す。ゼロクロス追尾部122に
よって求められたトリガ波のゼロクロス点を基準とし
て、本実施例では、前方4波のゼロクロス点を以下の式
で求める(S4−2)。
The average waveform pattern storage section 141 stores the average pattern of the waveform at the measurement stage. This algorithm is shown in FIG. In the present embodiment, the zero cross points of the four forward waves are obtained by the following equation based on the zero cross points of the trigger wave obtained by the zero cross tracking unit 122 (S4-2).

【0025】Zj (i )=Zt,i W・(4−j);
〔ただし、j=0,・・・,3〕なお、ここで、Wは基
準波形パターン記憶部140に記憶されている波形デー
タの平均波長である。また、4つのゼロクロス点は、生
の波形データから符号が変わるアドレスを検出して求め
ることも可能であるが、ここでは処理時間の短縮のため
に波長を用いて近似式により求めている。さらに、各ゼ
ロクロス点の1/4波長前の点(予想+ピーク点)と3
/4波長前の点(予想−ピーク点)のデータ差、即ちス
パンを、以下の式から求める(S4−3)。
Z j (i) = Z t, i− W · (4-j);
[Where j = 0,..., 3] Here, W is the average wavelength of the waveform data stored in the reference waveform pattern storage unit 140. Further, the four zero-cross points can be obtained by detecting an address whose sign changes from the raw waveform data. However, in this case, the four zero-cross points are obtained by an approximate expression using a wavelength to shorten the processing time. Furthermore, a point (expected + peak point) 1 / wavelength before each zero cross point and 3
The data difference between the point / 4 wavelength before (predicted-peak point), that is, the span, is obtained from the following equation (S4-3).

【0026】 Sj (i)=Wzj-1w/4 (i)ーWZj-3w/4 (i)S j (i) = W zj-1w / 4 (i) −W Zj-3w / 4 (i)

【0027】ここでも上述したのと同様の近似により、
ゼロクロス点の1/4波長前が+のピーク点、3/4波
長前が−のピーク点であると近似して処理時間を短縮し
ている。実際のピーク値を求めることももちろん可能で
ある。尚、ここでスパンは+のピーク点と−のピーク点
の差をとることにより、波形データに重畳されるオフセ
ット値や低周波ノイズ等の影響をキャンセルすることが
できる。
Here also, by the same approximation as described above,
The processing time is shortened by approximating that a 1 / wavelength before the zero cross point is a + peak point and a 、 3 wavelength before is a − peak point. Obtaining the actual peak value is of course also possible. Here, by taking the difference between the peak point of + and the peak point of-, the span can cancel the influence of the offset value and low frequency noise superimposed on the waveform data.

【0028】このステップ「S4−2」から「S4−
4」までをn個の受信された波形データについて繰り返
して、各4波のスパンを積算する(S4−4)。
From this step "S4-2" to "S4-
The steps up to "4" are repeated for the n pieces of received waveform data, and the span of each of the four waves is integrated (S4-4).

【0029】 Aj (i )=Aj (i −1)+Sj (i );〔ただし、j=0,・・・3〕 次に、各4波のスパンの積算値から平均スパンを求める
(S4−6)。
A j (i) = A j (i−1) + S j (i); [where j = 0,... 3] Next, an average span is determined from the integrated value of the span of each of the four waves. (S4-6).

【0030】 Sj の平均値=Aj (n)/ n ;〔ただし、j=0,・・・3〕Average value of S j = A j (n) / n; [where j = 0,... 3]

【0031】基準波形パターン記憶部140は、測定の
準備段階で基準波形のパターン情報を記憶して置くもの
である。その基準波形パターンの取り方は、上記の平均
波形の求め方と同様の方法により測定前の安定した状態
で波形の平均スパンRjと平均波長wを求めてそのデー
タを記憶するものである。
The reference waveform pattern storage section 140 stores reference waveform pattern information in a preparation stage for measurement. The method of obtaining the reference waveform pattern is to obtain the average span Rj and the average wavelength w of the waveform in a stable state before the measurement and store the data in a stable state before the measurement by the same method as the above-described method of obtaining the average waveform.

【0032】ここで、平均波長を求めるアルゴリズムの
一例を図8において説明する。まず、図8でi番目(i
=1,・・・n)に受信された波形データにおいて、符
号が+の最大値を検出し、そのアドレス「max
(i)」を求める(S2−2)。そのアドレス「max
(i)」から前アドレスに向かって波形データの値の符
号が−から+へ変わる点(ゼロクロス点)のアドレス各
「zeroj(i)(j=0・・・)」と波形の各ピー
ク値「Pj (i)」を求める(S2−4)。このステッ
プ「S2−4」をピーク値「Pj (i)」がスレショル
ドレベルPThより小さくなるまで続けると共に(S2−
5)、ピーク値がスレショルドレベルPThより大きい波
の個数Cを求める(S2−6)。そして、i番目の波形
データの波長Lを、
Here, an example of an algorithm for obtaining the average wavelength will be described with reference to FIG. First, the ith (i
= 1,... N), the maximum value of the sign + is detected, and the address “max” is detected.
(I) "(S2-2). The address "max
(I) "zero j (i) (j = 0...)" And each peak of the waveform at the point where the sign of the value of the waveform data changes from-to + from the previous address (zero cross point) The value “P j (i)” is obtained (S2-4). This step "S2-4" with continued until the peak value "Pj (i)" is less than the threshold level P Th (S2-
5) The number C of waves whose peak value is larger than the threshold level P Th is obtained (S2-6). Then, the wavelength L of the i-th waveform data is

【0033】L(i)=〔zeroO (i)−zero
C (i)〕/C;の式により求める(S2−7)。この
ステップ「S2−2」から「S2−7」までをn個の受
信された波形データについて繰り返して、各波長L
(i)を求め(S2−1、S2−8)。
L (i) = [zero O (i) -zero
C (i)] / C; (S2-7). Steps “S2-2” to “S2-7” are repeated for n pieces of received waveform data, and each wavelength L
(I) is obtained (S2-1, S2-8).

【0034】また、平均の波長wは、 w=(1/n)
・ΣL(i) ;の式により求める(S2−9)。
The average wavelength w is: w = (1 / n)
ΣL (i); is obtained by the equation (S2-9).

【0035】相関演算部142は、基準波形パターン記
憶部140からの予め記憶された基準波形のパターン情
報と、平均波形パターン記憶部141からの記憶された
現在の波形パターン情報の相関演算を行う。そして、ゼ
ロクロス補正部143は、相関演算部142の演算結果
に基づいてトリガ波のゼロクロス点の補正を行うもので
ある。
The correlation calculation section 142 performs a correlation calculation between the reference waveform pattern information stored in advance from the reference waveform pattern storage section 140 and the current waveform pattern information stored from the average waveform pattern storage section 141. Then, the zero-cross correction unit 143 corrects the zero-cross point of the trigger wave based on the calculation result of the correlation calculation unit 142.

【0036】この相関演算部142と、ゼロクロス補正
部143のアルゴリズムを図12に示す。この図12に
おいて、まず、平均波形パターンと基準波形パターンと
の相関演算を以下の式に基づいて行い、その偏差を求め
る。
FIG. 12 shows the algorithm of the correlation operation section 142 and the zero-cross correction section 143. In FIG. 12, first, a correlation operation between the average waveform pattern and the reference waveform pattern is performed based on the following equation, and the deviation is obtained.

【0037】Dk =(1/4)・Σ(Rk+j −Sjの平
均値)2 ;このDk を、k=−1,0,1,の場合に
ついて求め、その最小値を求める(S5−5)。
D k = (1/4) Σ (average value of R k + j −S j ) 2 ; This D k is obtained for k = −1, 0, 1 and its minimum value is It is determined (S5-5).

【0038】そして、偏差D-1が最小の場合には現在追
尾しているトリガ波がずれているものと判断して、トリ
ガ波を1波前にずらし、トリガ波のゼロクス点を;「Z
p =Zp −W」とする(S5−7)。一方、偏差D-1
最小値でない場合には現在追尾している方向とは反対の
方向にトリガ波がずれているものと判断して、トリガ波
を1波後にずらし、トリガ波のゼロクロス点を;「Zp
=Zp +w」とする(5−9)。また、DO が最小値の
場合には現在追尾しているトリガ波が正しいものと判断
して、トリガ波をそのままにする。
When the deviation D -1 is the smallest, it is determined that the trigger wave currently being tracked is shifted, the trigger wave is shifted one wave before, and the zero-cross point of the trigger wave is set to "Z
p = Z p -W "and to (S5-7). On the other hand, if the deviation D -1 is not the minimum value, it is determined that the trigger wave is shifted in the direction opposite to the direction currently being tracked, and the trigger wave is shifted one wave later, and the zero cross point of the trigger wave is shifted. ; “Z p
= And Z p + w "(5-9). When D O is the minimum value, it is determined that the trigger wave currently being tracked is correct, and the trigger wave is left as it is.

【0039】以上によって構成される見直し部14を一
定間隔毎に起動することにより、現在追尾しているトリ
ガ波の見直し動作を行う。そして、このアルゴリズムに
よれば、基準波形パターンと平均波形パターンの相関を
左右1波ずつずらしてその偏差が最も最小値となるとき
を波形が一致したものと判断する。
By starting the review unit 14 configured as described above at regular intervals, a review operation of the trigger wave currently being tracked is performed. According to this algorithm, the correlation between the reference waveform pattern and the average waveform pattern is shifted by one wave on the left and right sides, and when the deviation becomes the minimum value, it is determined that the waveforms match.

【0040】このように、見直し部14を設けることに
より、ゼロクロス点追尾部122によって間違ったトリ
ガ波のゼロクロス点を追尾してしまうことを防止でき
る。ここで、上記実施例のゼロクロス点は主にデータの
符号が+から−に変わる点としているが符号が−から+
に変わる点としも同様である。その他の構成および作用
効果は、前述した第1実施例と同一となっている。
As described above, by providing the review unit 14, it is possible to prevent the zero-cross point tracking unit 122 from tracking the wrong zero-cross point of the trigger wave. Here, the zero cross point in the above embodiment is mainly a point where the sign of the data changes from + to-, but the sign changes from-to +.
The same applies to the point that changes to. The other configuration and operation and effect are the same as those of the first embodiment.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、前回の波形データのゼロクロス点
に基づいてゼロクロス点を決定するゼロクロス位置検出
部を設けたので、複数の測定を行う際に急激な伝搬時間
の変動がない限りトリガ波のゼロクロス点を正確に検出
することができ、従って受信信号のレベルの変動がある
場合にもゼロクロス点が変わることはない。また、定期
的な割り込み処理等で基準波形データとの相関を求める
ことによりゼロクロス点の見直しを行うと、異なったゼ
ロクロス点にかかる追尾を有効に防止することができ、
伝搬時間測定の誤差を少なくすることができるという従
来にない優れた超音波送受波装置を提供することができ
る。
Since the present invention is constructed and functions as described above, according to the present invention, since a zero cross position detecting section for determining a zero cross point based on the zero cross point of the previous waveform data is provided, a plurality of measurements can be performed. As long as there is no sudden change in the propagation time, the zero-cross point of the trigger wave can be accurately detected. Therefore, even when the level of the received signal changes, the zero-cross point does not change. Also, if the zero-cross point is reviewed by calculating the correlation with the reference waveform data by periodic interrupt processing or the like, tracking related to a different zero-cross point can be effectively prevented.
It is possible to provide an unprecedented excellent ultrasonic wave transmitting / receiving apparatus capable of reducing the error of the propagation time measurement.

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

【図1】本発明の第1実施例の主要部を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のブロック図を組み込んだ装置全体の構成
を示すブロック図
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the entire apparatus incorporating the block diagram of FIG. 1;

【図3】図1におけるゼロクロス追尾部のアルゴリズム
を示すフローチャート
FIG. 3 is a flowchart showing an algorithm of a zero-cross tracking unit in FIG. 1;

【図4】図3の一方の動作方向の物理的意味を示す説明
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a physical meaning of one operation direction in FIG. 3;

【図5】図3の他方の動作方向の物理的意味を示す説明
5 is an explanatory diagram showing the physical meaning of the other operation direction in FIG.

【図6】本発明の第2実施例における伝播時間算定手段
の他の例を示すブロック図
FIG. 6 is a block diagram showing another example of the propagation time calculating means in the second embodiment of the present invention.

【図7】図6のブロック図中における見直し部の具体例
を示すブロック図
FIG. 7 is a block diagram showing a specific example of a review unit in the block diagram of FIG. 6;

【図8】図7内の基準波形パターン演算記憶部の動作を
示すフローチャート
8 is a flowchart showing the operation of a reference waveform pattern calculation storage unit in FIG. 7;

【図9】図7内のi番目の波の意味を示す説明図FIG. 9 is an explanatory diagram showing the meaning of the i-th wave in FIG. 7;

【図10】図7内における平均波形パターン演算記憶部
の動作を示すフローチャート
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the average waveform pattern calculation storage unit in FIG. 7;

【図11】図7における相関演算部及びゼロクロス補正
部の動作を示すフローチャート
11 is a flowchart showing the operation of the correlation calculation unit and the zero-cross correction unit in FIG.

【図12】図7の動作時における見直し操作を示す説明
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a review operation during the operation of FIG. 7;

【図13乃至図14】従来例を示すブロック図13 and 14 are block diagrams showing a conventional example.

【図15】図14の動作を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing the operation of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20 伝搬時間算定手段 11 波形記憶部 12 ゼロクロス位置検出部 13 伝搬時間演算部 14 見直し部 102 超音波送波器 103 超音波受波器 110 タイミング制御回路 10, 20 Propagation time calculation means 11 Waveform storage unit 12 Zero cross position detection unit 13 Propagation time calculation unit 14 Review unit 102 Ultrasonic wave transmitter 103 Ultrasonic wave receiver 110 Timing control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01H 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 超音波送波器および超音波受波器を有
し、前記超音波送波器の出力タイミングに基づいて前記
超音波受波器で受信される超音波の伝搬時間を算定する
伝搬時間算定手段を備え、この伝搬時間算定手段が、前
記超音波受波器で受信される超音波の波形信号を所定の
タイミングで順次記憶する波形記憶部と、この波形記憶
部から出力される波形データに基づいてゼロクロス点を
検出するゼロクロス位置検出部と、このゼロクロス位置
検出部の出力および前記超音波送波器の出力タイミング
とに基づいて受信超音波の伝搬時間を算定する伝搬時間
演算部とを有する超音波送受波装置において、前記ゼロ
クロス位置検出部が、受信された波形データのゼロクロ
ス点を,前回測定され特定された波形データのゼロクロ
ス点に基づいて検出するゼロクロス点追尾機能を備えて
いることを特徴とする超音波送受波装置。
An ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver are provided, and a propagation time of an ultrasonic wave received by the ultrasonic receiver is calculated based on an output timing of the ultrasonic transmitter. A propagation time calculating means, the propagation time calculating means sequentially storing, at a predetermined timing, a waveform signal of the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiver; and a waveform storage section for outputting the waveform signal. A zero-cross position detection unit that detects a zero-cross point based on waveform data; and a propagation time calculation unit that calculates a propagation time of a received ultrasonic wave based on an output of the zero-cross position detection unit and an output timing of the ultrasonic wave transmitter. In the ultrasonic wave transmitting and receiving apparatus having the above, the zero-cross position detecting unit detects the zero-cross point of the received waveform data based on the zero-cross point of the previously measured and specified waveform data. An ultrasonic transmission / reception device having a zero-cross point tracking function.
【請求項2】 前記ゼロクロス位置検出部は、前回のゼ
ロクロス点に対応する時刻の波形データを読み取ると共
に、その波形データが正のときはその時刻より後の時刻
で波形データが零となる時刻をゼロクロス点とし,その
波形データが負のときはその時刻より前の時刻で波形デ
ータが零となる時刻をゼロクロス点とすること,によっ
てゼロクロス点を検出するゼロクロス点追尾機能を備え
ていることを特徴とする請求項1記載の超音波送受波装
置。
2. The zero-cross position detecting section reads the waveform data at the time corresponding to the previous zero-cross point and, when the waveform data is positive, determines the time at which the waveform data becomes zero at a time after the time. It has a zero-cross point tracking function that detects the zero-cross point by setting the zero-cross point as the zero-cross point, and setting the time when the waveform data becomes zero before the time when the waveform data is negative. The ultrasonic wave transmitting / receiving device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記伝搬時間算定手段は、さらに基準波
形データとの相関を求めることによりゼロクロス点の見
直しを行うゼロクロス点見直し補正機能を備えているこ
とを特徴とする請求項1または2記載の超音波受波装
置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein said propagation time calculating means further comprises a zero-cross point review correction function for reviewing a zero-cross point by obtaining a correlation with reference waveform data. Ultrasonic wave receiver.
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