JP3381760B2 - 超音波渦流量計 - Google Patents

超音波渦流量計

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JP3381760B2 JP12548297A JP12548297A JP3381760B2 JP 3381760 B2 JP3381760 B2 JP 3381760B2 JP 12548297 A JP12548297 A JP 12548297A JP 12548297 A JP12548297 A JP 12548297A JP 3381760 B2 JP3381760 B2 JP 3381760B2
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正巳 和田
哲男 安藤
高志 川野
雅則 本道
弘英 筒井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カルマン渦により
伝播時間の変更を受けた超音波信号を用いて流路に流れ
る測定流体の流量を算定する渦流量計に係り、特に、受
信した超音波信号を簡単な構成でかつ安定してパルス化
することができるように改良した超音波渦流量計に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の超音波渦流量計の構成を示
す構成図である。この場合は、バースト波としての超音
波を渦に放射して得られる伝播時間の変更を検出するこ
とにより測定流体の流量を算定する超音波渦流量計の構
成を示している。図4は図3に示す構成の動作を説明す
る波形図である。以下、図4に示す波形図を適宜に引用
しながら説明する。
【0003】基準クロック回路10は基準クロックCL
1を駆動回路24とタイミング回路25にそれぞれ出力
する。タイミング回路25は駆動回路24にバースト波
を送出するタイミング信号TG1を出力する。
【0004】また、タイミング回路25は超音波信号を
サンプリングするサンプリング信号SP1、及び超音波信
号をサンプルホールドするタイミング信号SP2などを送
出する。
【0005】駆動回路24は基準クロックCL1を1/
2に分周したクロックCL2(図4(A))を作ると共
にタイミング信号TG1で駆動信号DS2(図4(A))
のバースト波の繰り返し周期t1を制御するバースト波
状の駆動信号DS2を超音波送信器12に印加する。
【0006】このバースト波の繰り返し周期t1は渦信
号を復元する必要から渦生成周期より短く設定されてお
り、またクロックCL2は参照波信号を作る関係から基
準クロックCL1を1/2に分周した周波数としてい
る。
【0007】超音波送信器12の圧電素子はバースト波
状の駆動信号DS2の印加により電圧/歪変換を生じ、
測定管路13の内部に満たされている測定流体中に超音
波を送出する。
【0008】この超音波は渦発生体14で発生されたカ
ルマン渦で位相変調されて超音波受信器15で受信さ
れ、さらに超音波信号SU3(図4(B))として増幅器
16に出力され、ここで可変抵抗器などによるゲイン調
整値GVでゲイン調整されてパルス化回路26に出力さ
れる。
【0009】なお、図4(B)に示す超音波信号SU3
は、カルマン渦を捉えたメインの波形の他に測定管路1
3で多重反射された波形或いは残響波などが重畳された
波形として現れている。
【0010】ゲイン調整された超音波信号SU3は可変抵
抗器等を用いて所定の閾値Sh(図4(B))が設定さ
れたパルス化回路26で、この閾値Shを基準としてパ
ルス化され、超音波信号SU4(図4(C))としてサン
プリング回路27に出力される。
【0011】サンプリング回路27には、タイミング回
路25からバースト波の送出に対して所定の遅れを伴っ
てサンプリング信号SP1(図4(D))が繰り返して与
えられており、このサンプリング信号SP1により、その
都度、超音波信号SU4(図4(C))がサンプリングさ
れて位相検出回路28に出力される。
【0012】一方、参照波回路29には、基準クロック
回路10から基準クロックCL1が印加され、バースト
波の送出に対して所定の遅れを伴って参照波回路29か
ら参照波信号SR2が位相検出回路28に出力されてい
る。
【0013】そこで、位相検出回路28は、この参照波
信号SR2をベースとしてサンプリング回路27から出力
された超音波信号SU5(図4(E))を位相検波して、
サンプルホールド回路30に出力する。
【0014】サンプルホールド回路30は、タイミング
回路25から送出されるサンプリング信号SP2により位
相検出回路28の出力をサンプリングして平滑した後1
サンプリング周期の間づつホールドして階段状の波形と
して渦信号を再現してフイルタ31に出力する。
【0015】フイルタ31はシュミットトリガ回路21
にフイルタ信号を送出し、シュミットトリガ回路21
は、フイルタ31の出力端に得られるカルマン渦を再現
した渦波形を所定の閾値を基準としてパルス状の波形と
して出力端23に出力する。
【0016】なお、図3に示すようにバースト波を用い
て渦を復元する場合は、連続波を用いて渦を復元する場
合に対して、超音波の送出・受信が間欠的となるので、
超音波送信器12から測定流体に超音波を送出する際
に、金属性の測定管路13を経由して超音波受信器15
に到達するノイズを分離除去できるメリットを有してい
る。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような超音波渦流量計は、受信した超音波信号SU3を増
幅器16で適正なレベルになるように調節したり、パル
ス化回路26で閾値Shを適正に設定するに当たって
は、例えば可変抵抗器、或いはスイッチなど可動部を有
する素子を用いるので、安定性に欠ける欠点を有する。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、カルマン渦により伝播時間
の変更を受けた超音波信号を用いて流路に流れる測定流
体の流量を算定する超音波渦流量計において、まず、一
定レベルに増幅された先の超音波信号が一端に入力され
他端にはトリガレベルが入力されたパルス化回路で先の
超音波信号をパルス化する。
【0019】さらに、トリガレベル生成回路がマイクロ
プロセッサの複数の出力ポートの内の所定ポートに接続
されたウエイト抵抗に先の所定ポートから印加される選
択された論理レベルに対応して先の超音波信号のトリガ
レベルを生成する。そして、先のパルス化回路、サンプ
リング回路、位相検出器、サンプルホールド回路、フイ
ルタを経由し、その後シュミットトリガ回路の出力を用
いて先の流量を算定するものである。
【0020】さらに、調整抵抗により先のウエイト抵抗
で合成される合成電圧の変化範囲を変更することにより
分解能を向上させ、また先の調整抵抗に並列にコンデン
サを接続してマイクロプロセッサから生じるノイズ電圧
を除去する。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態の1
例を示すブロック図である。なお、図3に示す従来の超
音波渦流量計と同一の機能を有する部分には同一の符号
を付して適宜にその説明を省略する。
【0022】駆動回路24からバースト波をカルマン渦
に送出してこのカルマン渦により変調された超音波信号
U3を一定のゲインに設定された増幅器16、つまりG
Vを固定した増幅器16で受信し、これを所定の閾値の
設定されたパルス回路26でパルス化して超音波信号S
U4としてサンプリング回路27に送出する。
【0023】以後、位相検出回路28、サンプルホール
ド回路30、フイルタ31、シュミットトリガ回路21
を経て渦信号を再現する点については図3に示す構成と
ほぼ同様である。
【0024】このシュミットトリガ回路21の出力端に
得られた渦信号は、マイクロコンピュータ32で流量演
算が実行され、その演算結果は出力端33に流量信号と
して出力される。
【0025】一方、マイクロコンピュータ32の出力ポ
ート32aには、図示しないキーボードなどによりマイ
クロコンピュータ32に適正なトリガレベルである閾値
h2としてパルス化回路26に設定された論理レベルが
出力されている。
【0026】この論理レベルはトリガレベル生成回路3
4に出力され、ここでアナログの閾値Sh2を生成して、
例えばコンパレータなどで形成されるパルス化回路26
の基準のトリガレベルとして設定される。
【0027】図2はトリガレベル生成回路34の具体的
な回路構成を示している。出力ポート32aの出力端Q
1、Q2、…Qnにはハイレベル“H”、ローレベル
“L”の2値のビット信号として出力されており、具体
的には例えば“H”のときは3V、“L”のときは0V
などの値となっている。
【0028】これらの出力端Q1、Q2、…Qnに現れる
論理レベルは、R1、R2(=2R1)、…、Rn(=nR
1)としてウエイト付けされたウエイト抵抗を介して合
成されて閾値Sh2としてパルス化回路26の基準入力端
側に出力されている。
【0029】さらに、これらのウエイト抵抗R1、R2
…、Rnの合成点Cは、バイアス電圧VBと共通電位点C
OMとの間に直列に接続された調整抵抗RHとRLの接続
点に接続されている。
【0030】これらの調整抵抗RHとRLは、合成点Cと
共通電位点COMとの間に発生する閾値Sh2のレベルの
全体を圧縮して分解能を向上させ、またその可変範囲の
中心点を調節する。
【0031】また、調整抵抗RLにはコンデンサCNが並
列に接続されているが、このコンデンサCNはマイクロ
コンピュータ32から出力されるコンピュータノイズに
よりパルス化回路26の動作が不安定になるを避けるた
めに挿入された安定化用のコンデンサである。
【0032】以上の構成において、最適なトリガレベル
である閾値Sh2を設定するためには、工場出荷時に、固
定ゲインの増幅器16の入力端に試験用の所定の試験信
号を入力し、パルス化回路26の出力端に発生するパル
ス波形を観測して、最適なパルス波形になるように、出
力端Q1、Q2、…Qnに現れる論理レベルの組み合わせ
を変更することによって実行される。
【0033】
【発明の効果】以上、実施の形態と共に具体的に説明し
たように第1請求項に記載された発明によれば、可動部
を持たずにかつ簡単な回路構成でトリガレベルを設定す
ることができるので、安定性が良くコスト低減に寄与す
るメリットがある。
【0034】また、第2請求項に記載された発明によれ
ば分解能の向上も容易に実現することができ、さらに第
3請求項に記載された発明によればコンピュータノイズ
による影響も低減して安定にパルスを生成することがで
きるメリットを有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施形態を示すブロック図である。
【図2】図1に示す実施形態の要部構成を示す要部構成
図である。
【図3】従来の超音波渦流量計の構成を示すブロック図
である。
【図4】図3に示す超音波渦流量計の動作を説明する波
形図である。
【符号の説明】
10 基準クロック回路 12 超音波送信器 13 測定管路 14 渦発生体 15 超音波受信器 16 増幅器 24 駆動回路 25 タイミング回路 26 パルス化回路 27 サンプリング回路 28 位相検出回路 30 サンプルホールド回路 32 マイクロコンピュータ 32a 出力ポート 34 トリガレベル生成回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筒井 弘英 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−255916(JP,A) 特開 平8−247811(JP,A) 特開 平4−16714(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/00 - 9/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カルマン渦により伝播時間の変更を受けた
    超音波信号を用いて流路に流れる測定流体の流量を算定
    する超音波渦流量計において、一定レベルに増幅された
    前記超音波信号が一端に入力され他端にはトリガレベル
    が入力され前記超音波信号をパルス化するパルス化回路
    と、マイクロプロセッサの複数の出力ポートの内の所定
    ポートに接続されたウエイト抵抗に前記所定ポートから
    印加される選択された論理レベルに対応して前記トリガ
    レベルを生成するトリガレベル生成回路とを具備し、前
    記パルス化回路の出力を用いて前記流量を算定する超音
    波渦流量計。
  2. 【請求項2】前記ウエイト抵抗で合成する合成電圧の変
    化範囲を変更することにより分解能を向上させる調整抵
    抗を具備することを特徴とする請求項1記載の超音波渦
    流量計。
  3. 【請求項3】前記調整抵抗に並列に接続されマイクロプ
    ロセッサから生じるノイズ電圧を低減するコンデンサを
    具備することを特徴とする請求項2記載の超音波渦流量
    計。
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