JP3624642B2 - 流体計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に気体または液体の、超音波流速計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波流速計は、図２０に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の流れる測定経路１に設置した超音波振動子２と、超音波振動子２を駆動する送信回路３と、送信回路３にスタート信号を出力し、また超音波の伝播時間を測定するタイマ４から測定データを受け取る制御部５と、超音波振動子２から送信した超音波を受ける超音波振動子６と、超音波振動子６の出力を制御部５の出力に応じた増幅率で増幅するゲインコントロールアンプ７と、ゲインコントロールアンプ７の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときにタイマ４を停止させるタイミング判定回路８と、ゲインコントロールアンプ７の出力レベルを検知し制御部に出力するレベル検知回路９を有していた。
【０００３】
そして、上記超音波流速計は、制御部５からスタート信号を受けた送信回路３が超音波振動子２を一定時間パルス駆動を行うと同時にタイマ４は制御部５からの信号によってに時間計測始める。パルス駆動された超音波振動子２からは超音波が送信される。超音波振動子２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し超音波振動子６で受信される。超音波振動子６の受信出力は、ゲインコントロールアンプ７において制御部５が設定した増幅率によって増幅される。そしてゲインコントロールアンプ７の出力を受けたタイミング判定回路８で超音波の受信を判定しタイマ４を停止させる。そして制御部５ではタイマ４から得た時間情報ｔから（式１）によって流速を求める（タイマ４から得た測定時間をｔ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００４】
ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ・・・・・・（式１）
受信信号は、図２１に示す受信信号の包絡線は図２２に示すように緩やかに立ち上がる波形となっており、超音波振動子の温度特性や、流速によって受信信号のレベルが変化する。その場合タイミング判定回路８の動作が安定せず、測定精度が悪くなる。そこで、ゲインコントロールアンプ７の出力を受けているレベル検知回路９は入力信号のピークレベルを監視しており、ピーク値が小さいあるいは大きい場合に制御部５へ出力を行う。制御部５はゲインコントロールアンプ７の増幅率をレベル検知回路からの信号に対応しゲインコントロールアンプの出力がほぼ一定となるように設定する。そして次の受信信号はゲインコントロールアンプ７で目標の信号レベルへと増幅され、タイミング判定回路８に与えられる。このようにタイミング判定回路８へ与える信号のピークをほぼ一定とすることによって、受信時間の判定を行うタイミングを安定化していた。
【０００５】
また、制御部５からゲインコントロールアンプ７への増幅率の制御はデジタルで行い一定間隔であった。そして図２に示すように増幅率の変化は制御部５から出力の変化に対して等差的な変化となってた。
【０００６】
また、他の測定方法として受信判定回路８の判定結果をタイマ４ではなく、送信回路３に返し、再度送信を行う場合もあった。このようなシングアラウンド動作を決められた回数行う時間を測定し、その測定時間を元に（式２）の計算によって流速を求める方法もあった（シングアラウンドの回数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ，音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００７】
ｖ＝Ｌ／（ｔｓ／ｎ）−ｃ・・・・・（式２）
この方法によれば（式１）の方法に比べ精度よく測定することができる。
【０００８】
また、超音波振動子２と超音波振動子６とを切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖを求める方法もある（上流から下流への測定時間時間をｔ１、下流から上流への測定時間時間をｔ２とする）。
【０００９】
ｖ＝Ｌ／２（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））・・・・（式３）
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の構成では、ゲインコントロールアンプ７の増幅率の変化が等差的に変化するため、単位あたりの増幅率の差が、受信信号における割合では増幅率が大きいときは増幅率の変化はわずかであるが、増幅率の小さいところでは、増幅率の変化は大きくなる。たとえば、増幅率１０と増幅率１１の変化率は１０％であるが、増幅率５と増幅率６の場合では２０％も変化してしまう。
【００１１】
この場合ゲインコントロールアンプ７の出力電圧を許容範囲内にあわせるには、増幅率の変化率を許容範囲内に設定する必要がある。たとえば、出力電圧の許容値が±１０％であれば、増幅率の最大変化率を２０％以下としなければならず、できるだけ増幅率の変化幅を大きく取った場合であっても増幅率の変化は小さい方からＡ、１．２Ａ、１．４Ａ、１．６Ａ・・・・とする必要がある。
【００１２】
この設定では、制御部からの信号の単位あたりの変化に対する増幅率の変化が許容範囲に比べて小さいところが必ず発生し、このような低い変化付近の設定となる入力信号が入ってきた場合は、数個所の増幅率の設定で出力が許容範囲内に入るようになる。つまり設定範囲が重なり、変化範囲が小さく限定されてしまうため、より大きな増幅率の変化範囲を確保するためには回路構成を大きくし制御部の出力数を増やす必要があった。しかしそれでは回路が複雑になり、消費電力も増えるため、電池などを電源とし長時間動作しなければならない機器では最適な方法ではなかった。そこで、設定範囲が重なり合わないようにし、効率よく増幅率を変えるようにする必要があった。
【００１３】
また、受信信号の振幅が許容範囲ぎりぎりの値であった場合頻繁にゲインコントロール動作が発生し、消費電力の低減、安定測定のためにも、必要最低限のゲイン切り換え動作とする必要があった。
【００１４】
また、長期連続使用する流速計などの場合回路の低消費電力化のためにも、できるだけ簡単なレベル検知回路を実現するという課題があった。
【００１５】
また、低消費電力化のために制御部の電源を非測定時に切るようにしており、毎回ゲインコントロールをやり直す必要があった。この問題を解決するために前回測定時のゲイン設定を低消費電力で保存する必要があった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
ゲインコントロールアンプの増幅率が制御部からの単位信号変化に対して同じ変化率で変化するようにしている。
【００１７】
これによって増幅率の大きい時と小さいときの増幅の変化率が一定であり、ゲインコントロールアンプのゲインの変化幅を広くすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（１）被測定流体中に配置され超音波を送受信する２つの超音波振動子と、一方の超音波振動子を駆動する送信回路と、他方の超音波振動子で受信した受信信号を設定された増幅率で増幅するゲインコントロールアンプと、前記ゲインコントロールアンプの出力から受信タイミングの判定を行うタイミング判定回路と、前記ゲインコントロールアンプの出力の振幅の大きさに対応した信号出力を行うレベル検知回路と、前記レベル検知回路の出力を受け前記ゲインコントロールアンプに制御信号を送信し前記増幅率を制御する制御部と、超音波の伝播時間を測定するタイマと、前記タイマから得たデータをもとに流速および／または流量を演算によって求める演算部を有し、前記制御信号は前記レベル検知回路の出力に対し設定された単位で値が変化し、前記増幅率は、前記制御信号に対し常数が１より大きい指数関数的に変化することにより前記制御信号の単位値に対して同じ変化率で変化するようになっている。このため増幅率の大きい時と小さいときの増幅率の変化率が一定となり、ゲインコントロールアンプの増幅率の変化幅を広くすることができる。
【００１９】
（２）また制御部は、前記レベル検知回路の出力が所定範囲でない場合、前記タイミング判定回路の判定レベルを変化させるようになっており、前記レベル検知回路で検知したレベルが目標値よりもわずかに大きいあるいは小さく、前記ゲインコントロールアンプの増幅率の変更を必要とするほどでない場合、前記タイミング判定回路は前記制御部からの信号によって判定レベルをわずかに大きくあるいは小さく変更するので、前記ゲインコントロールアンプの増幅率をわずかに大きくあるいは小さくした場合と同じ効果が得られる。このため、増幅率を設定している抵抗の精度から決まる分解能よりも大きい分解能を得ることができる。そして、同じ増幅率の変化幅で大きな増幅率変更範囲を得ることができる。
【００２０】
（３）また送信回路に出力調整回路を設け、レベル検知回路の出力を受けた制御部によって受信出力がほぼ一定となるように前記送信回路の送信出力とゲインコントロールアンプのゲインをコントロールする。制御部は受信信号のレベルが変動した場合、前記ゲインコントロールアンプの増幅率によって補正を行うが、前記ゲインコントロールアンプので補正できる範囲以外の信号が入ってきた場合、前記送信回路の出力を増減させて前記ゲインコントロールアンプの出力をほぼ一定にコントロールする。
【００２１】
このため、前記ゲインコントロールアンプのゲイン設定用抵抗の相対精度によって決まる分解能以上の分解能と受信信号を一定レベルに安定化可能な範囲を大きく取ることができると同時に、前記送信出力をコントロールしているので、Ｓ／Ｎを大きく取ることが必要な場合、つまり測定精度を高く取りたいときなど、送信出力を最大とし、ゲインコントロールアンプの増幅率を最適な値とすることによって対応することができる。
【００２２】
（４）レベル検出回路の出力が頻繁に大小交互に変化している場合、ハンチングが発生していると判断し、増幅率が変わらない範囲で前記レベル検出回路の検出レベルをわずかに大きくあるいは小さくし、同様に前記タイミング判定回路の判定レベルも同様に変化させるように制御する。このため、前記レベル検出回路の検出レベルとゲ前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピーク値は離れるため、ハンチングは収まる。そして、前記タイミング判定回路はタイミング判定レベルも同時に変化させているので、レベル変更前と同じタイミングで判定を行うことができる。ハンチングによって増幅率が頻繁に変わることによって起こる回路動作の不安定要因、たとえば電源電圧や基準電圧の変動であるとか、消費電流の増大、測定時間の増大などを防ぐことができる。
【００２３】
（５）レベル検知回路が２つの比較器からなり、前記２つの比較器のうち第１の比較器の基準電圧をＶ１、第２の比較器の基準電圧をＶ２とし、Ｖ１＞Ｖ２の関係とする。ゲインコントロールアンプの出力ピークがＶ１以上になった場合前記第１の比較器が反転しこの信号を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく設定する。また、前記ゲインコントロールアンプの出力がＶ２より小さくなった場合前記第２の比較器は受信信号があっても反転しないのでこの場合前記制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を大きく再設定する。その結果前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピークはＶ１〜Ｖ２の間となるように制御される。この方法によると簡単な構成で、設定電圧の範囲に前記ゲインコントロールアンプの出力信号を調節することがき、設定電圧の範囲に入っていれば、頻繁に増幅率を制御する必要がないため消費電力を少なくすることができる。
【００２４】
（６）レべル検知回路が、比較器と、前記比較器の出力が反転している時間を測定する第２のタイマからなり、制御部は前記第２のタイマによる測定時間が一定となるようにゲインコントロールアンプの増幅率を制御する、ここで、レベル検知回路の入力信号はサイン波であるので、一定レベルを超える時間は振幅が大きいほど長くなるという一定の関係がある。たとえば、前記ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が大きくなると、前記第２のタイマの測定時間は長くなり、この情報を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく再設定する。ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプの出力電圧のピークは一定に保たれる。この方法ではゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値をリニアに検出することが出来るので、より細かい増幅率の制御を行う事が出来る。
【００２５】
（７）レベル検知回路が、第１の比較器と、入力信号の中心値に比較基準信号をもつ第２の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマを有し、ゲインコントロールアンプの出力信号のピークが大きくなると、前記第１の比較器が反転するタイミングが早くなる。また前記第２の比較基準電圧は入力信号の中心点であるので、前記第２の比較器の反転するタイミングは変わらない。よって、前記第２のタイマの測定時間は長くなる。制御部では前記第２タイマの測定時間が長くなると、前記ゲインコントロールアンプの増幅率を前記第２のタイマの測定時間が設定値となるまで小さくする。ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプの出力電圧はほぼ一定に保たれる。そのため、簡単な構成で安定した測定が可能となり、精度の高い流速測定をおこなうことができる。
【００２６】
（８）レベル検知回路が、それぞれＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３、Ｖ１−Ｖ２≒Ｖ２−Ｖ３の関係となる基準電圧を持つ第１、第２、第３の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマと、前記第２の比較器が反転してから前記第３の比較器が反転するまでの時間を測定する第３のタイマを有する。そして、前記第１、前記第２の比較器が受信波の同じ山で反転した場合前記第２のタイマの測定時間は、そうでない時と比較して短い。同様に前記第３のタイマの測定時間から前記第２の比較器と前記第３の比較器が反転するタイミングが、受信波の同じ山かそうでないかを制御部は時間をあらかじめ入力した設定値と比較し検知する事が出来る。この結果によって、前記第２、第３のタイマの計測時間が時間が設定時間以下となるようにゲインコントロールアンプの増幅率を制御することによって、ゲインコントロールアンプの出力電圧のピークをほぼ一定とする事ができるので、安定した精度の良い測定ができる。
【００２７】
（９）制御部からゲインコントロールアンプへの信号線の途中にカウンタを設け、前記制御部から前記ゲインコントロールを行う場合、前記カウンタのカウントをＵＰあるいはＤＯＷＮさせることによってゲインコントロールを行う。そしてカウンタ経の電源供給は常に行われているので、データは制御部の電源が切れても失われることはなく毎回ゲイン設定をやり直す必要はない。また前記ゲインコントロールアンプの制御線が何本必要であっても、前記カウンタのビット数を増やすだけで対応でき、前記制御部から前記カウンタへゲインコントロールのための信号線の数は１本となるので、構造を簡略化できる。
【００２８】
【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。なお図面中で同一符号を付しているものは同一の構成要素として説明する。
【００２９】
（実施例１）
図１は実施例１のブロック図である。また図２はゲインコントロールアンプの制御入力と増幅率を示した図である。
【００３０】
被測定流体中に配置され超音波を送信あるいは受信する二つの超音波振動子１０、１１、と、一方の超音波振動子１０を駆動する送信回路１２と、前記超音波振動子から送信された超音波を受ける他方の超音波振動子１１と、超音波振動子１１から受けた受信信号を設定された増幅率で増幅するゲインコントロールアンプ１３と、ゲインコントロールアンプ１３の出力を受け受信タイミングの判定を行うタイミング判定回路１４と、ゲインコントロールアンプ１３の出力を受け振幅の大きさに対応した信号出力を行うレベル検知回路１５と、超音波の送信開始からタイミング判定回路１４の出力が発生するまでの時間を測定するタイマ１６と、送信回路１２に送信開始信号を送り、なおかつレベル検知回路１５の出力を受けゲインコントロールアンプ１３の増幅率を制御する制御部１７と、さらにタイマ１６から得たデータをもとに流速を演算によって求める演算部１８を有した構成となっている。
【００３１】
ゲインコントロールアンプ１３の出力を受けたレベル検知回路１５は、入力信号のピークレベルがあらかじめ設定された範囲から外れた場合制御部１７にエラー信号を出力する。たとえば入力信号が大きい場合、制御部１７はゲインコントロールアンプ１３のゲインを下げ信号のピークが設定範囲に入るようにする。ここでゲインコントロールアンプ１３のゲイン変化は制御信号に対して指数的に変化するようにしてある。図２はゲインの変化の様子を示す。この図のように制御部１７からの単位信号変化に対して同じ変化率で変化するようになっている。このため増幅率の大きい時であっても小さいときの増幅率の変化率と同じで変化率が一定となり、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率の変化を入力信号に対して比例させた場合に比べゲインの変化率を広くとることができる。
【００３２】
（実施例２）
図３及び図４は実施例２を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００３３】
制御部１７がレベル検知回路１５の出力に応じて、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率とタイミング判定回路１４の判定レベルを制御するようになっている。
【００３４】
制御部１７はレベル検知回路１５で検知したレベルが目標値よりも大きいあるいは小さい場合、ゲインコントロールアンプ１３のゲインを変化させ受信信号レベルを目標範囲の値に調節する。しかし図４Ａ，Ｂ，Ｃに示すように信号レベルが目標範囲に対してわずかに大きいあるいは小さい場合、タイミング判定回路１４は制御部１７からの信号によって判定レベル（Ｖｔｈ）をａ、ｂ、ｃのようにわずかに大あるいは小のへ変更させるので、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率をわずかに大きくあるいは小さくした場合と同じ効果が得られる。このため、増幅率を設定している抵抗の精度で決まる分解能よりも大きい分解能を得ることができる。そして、同じ増幅率の変化幅で大きな増幅率変更範囲を得ることができる。また、ゲインコントロールアンプ１３のゲインを補正した場合では、ゲインコントロールアンプ１３の入出力の特性が変化しているので、ゼロ点補正を行わなければならないが、判定レベルを変化させた場合ではその必要はないので、ゼロ点補正を頻繁に行う必要がなく、測定の安定化と消費電力の低減を行うことができる。
【００３５】
（実施例３）
図５及び図６は実施例３を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。送信回路１２に出力調整回路１９を設け、レベル検知回路１５の出力を受けた制御部１７によって受信出力がほぼ一定となるように送信出力とゲインコントロールアンプ１３のゲインを制御する。
【００３６】
図６に示すように制御部１７は受信信号のレベルが変動した場合、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率によって補正を行うが、ゲインコントロールアンプ１３で補正できる範囲以外の信号が入ってきた場合、送信回路１２の出力強、弱と変化させてゲインコントロールアンプ１３の出力がほぼ一定となるように制御する。
【００３７】
このため、ゲインコントロールアンプ１３のゲイン設定の精度によって決まる分解能以上の分解能と受信信号を一定レベルに安定化可能な範囲を大きく取ることができると同時に、送信出力をコントロールしているので、Ｓ／Ｎを大きく取ることが必要な場合、つまり測定精度を高く取りたい場合は、送信出力を最大とし、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率を適当な値とすることによって対応することができる。また、ゲインコントロールアンプ１３のゲインを補正した場合では、ゲインコントロールアンプ１３の入出力の特性が変化しているので、ゼロ点補正を行わなければならないが、送信出力を変化させた場合ではその必要はないので、ゼロ点補正を頻繁に行う必要がなく、測定の安定化と消費電力の低減を行うことができる。
【００３８】
（実施例４）
図７、図８は実施例４を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００３９】
図７に示すようにレベル検出回路１５の出力を監視しハンチングを検出するハンチング検知回路２１を有した構成としている。
【００４０】
図８に示すようにレベル検出回路１５の出力が頻繁に大小交互に変化している場合、ハンチング検知回路はハンチングが発生していると判断し、増幅率が変化しない範囲までレベル検出回路１５の検出レベル範囲ΔＶｐをわずかに大きくあるいは小さくし、同様にタイミング判定回路１４の判定レベルＶｔｈも同様に大小変化させるように制御する。このため、レベル検出回路１５の検出レベルとゲインコントロールアンプ１３の出力信号のピーク値は離れた値となるため、ハンチングは収まる。そして、タイミング判定回路１４はタイミング判定レベルも同時に変化させているので、レベル変更前と同じタイミングで判定を行うことができる。よって、ハンチングによって増幅率が頻繁に変わることによって起こる回路動作の不安定要因、たとえば電源電圧や基準電圧の変動であるとか、消費電流の増大、測定時間の増大などを防ぐことができる。
【００４１】
（実施例５）
図１及び図９は実施例５を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００４２】
レベル検知回路が２つの比較器によって構成されており、２つの比較器のうち第１の比較器２２の基準電圧をＶＨ、第２の比較器２３の基準電圧をＶＬとし、ＶＨ＞ＶＬの関係とする。ゲインコントロールアンプの出力ピークがＶＨ以上になった場合前記第１の比較器が反転しこの信号を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく設定する。また、前記ゲインコントロールアンプの出力がＶＬより小さくなった場合前記第２の比較器は受信信号があっても反転しないのでこの場合前記制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を大きく再設定する。その結果前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピークはＶＨ〜ＶＬの間となるように制御される。この方法によると簡単な構成で、設定電圧の範囲に前記ゲインコントロールアンプの出力信号を調節することがき、設定電圧の範囲に入っていれば、頻繁に増幅率を制御する必要がないため消費電力を少なくすることができる。
【００４３】
（実施例６）
図１及び図１０、図１１、図１２は実施例６を示する図であり、実施例５と異なる部分のみ説明する。
【００４４】
レべル検知回路１５が、ゲインコントロールアンプ１３の出力電圧と比較電圧Ｖ１とを比較し出力する比較器２４と、比較器２４の出力が反転している時間を測定する第２のタイマ２５からなり、制御部１７は第２のタイマ２５による測定時間が一定の時間範囲となるようにゲインコントロールアンプ１３の増幅率を制御する。
【００４５】
図１１はレベル検知回路１５の入力信号と各部設定電圧の関係を示した図である。ここでＶｐはゲインコントロールアンプ出力電圧のピーク電圧、ΔＶはＶｐの目標電圧レベルの幅である。
【００４６】
ここでレベル検知回路１５の入力信号はサイン波であるのでＶｐが大きいほど比較電圧Ｖ１を超える時間は長くなるという一定の関係がある。図１２にＶｐと第２のタイマで計測する時間ｔとの関係を示す。たとえば、Ｖｐが大きくなると、第２のタイマ２５の測定時間は長くなり、Ｖｐが小さくなると短くなる。図１２から、ＶｐをΔＶの幅の中にあわせるには、第２のタイマ２５の計測時間がｔ１〜ｔ２の間にあればよいことがわかる。そこで、第２のタイマ２５の測定時間を受けた制御部１７はその時間が、ｔ１より短ければゲインコントロールアンプ１３の増幅率を大きくし、ｔ２より長ければゲインコントロールアンプ１３の増幅率を小さくする。その結果ＶｐはΔＶの中に入るように制御される。
【００４７】
この方法によれば、ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値を簡単な構成でリニアに検出することが出来、かつｔ１、ｔ２の設定はソフト的に容易に変更することができるので、測定条件に合わせより細かい出力信号の制御を行う事が出来る。
【００４８】
（実施例７）
図１及び図１３、図１４は実施例７を示する図であり、実施例５と異なる部分のみ説明する。
【００４９】
図１３はレベル検地回路１５の詳細なブロック図である。レベル検知回路１５は、ゲインコントロールアンプ１３の出力電圧と比較電圧Ｖ１とを比較する第１の比較器２６と、ゲインコントロールアンプ１３の出力電圧と入力信号の平均電圧Ｖ０とを比較する第２の比較器２７と、前記第１の比較器２６が反転してから前記第２の比較器２７が反転するまでの時間を測定する第２のタイマ２８を有する。
【００５０】
図１４にゲインコントロールアンプ１３の出力信号と各比較器の出力信号の関係を示す。実線で示す波形がゲインコントロールアンプの出力目標とするレベルの信号を表し、破線で示す波形が目標のレベルより大きくなった場合の信号を表している。図１３からもわかるように、目標とする信号レベルの時と比較しゲインコントロールアンプ１３の出力信号レベルが大きい場合、第１の比較器が反転するタイミングが早くなる。そのため、第２のタイマ２８で計測する時間がｔ１からｔ２に変化する。この測定結果を受け取った制御部１７では徐々にゲインコントロールアンプ１３の増幅率を小さくするように制御を行うので、ｔ２は徐々に短くなる。そしてｔ１と等しくなった時に制御部１７はゲインコントロールアンプ１３の制御を停止する。また、ゲインコントロールアンプの信号レベルが小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプ１３の信号レベルは一定に保たれる。
【００５１】
この方法によれば、ゲインコントロールアンプ１３の出力の最大値でなくても出力信号のレベルを合わせることができる。たとえば図１３のように立ち上がり途中の波形のピークを目標値にあわせることができるので、遅れてきた信号（反射波など）との干渉を避けることができるため正確な測定を行うことができる。
【００５２】
（実施例８）
図１及び図１５、図１６、図１７、図１８は実施例８を示する図であり、実施例５と異なる部分のみ説明する。
【００５３】
図１５に示すようにレベル検知回路１５が、それぞれＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３、Ｖ１−Ｖ２≒Ｖ２−Ｖ３という関係の比較電圧を持つ第１、第２、第３の比較器２９、３０、３１と、第１の比較器２９が反転してから第２の比較器３０が反転するまでの時間ｔ１を測定し制御部に出力する第２のタイマ３２と、第２の比較器３０が反転してから第３の比較器３１が反転するまでの時間ｔ２を測定し制御部に出力する第３のタイマ３３を有する。
【００５４】
図１６、図１７、図１８にゲインコントロールアンプ１３の出力信号と各比較電圧レベルと出力信号を示す。図１６に示すように、第１の比較器２９、第２の比較器３０、第３の比較器３１が受信波の同じ周期の山で反転した場合第２のタイマ３２と前期第３のタイマ３３の測定時間ｔ１、ｔ２はおおよそｔａという短い時間となる。この場合ゲインコントロールアンプ１３の増幅率は変えない。また図１７に示すようにゲインコントロールアンプ１３の出力信号の振幅が小さくなり第１の比較器２９が１つあとの周期の山で反転した場合、ｔ１≒ｔｂ、ｔ２≒ｔａとなり、この情報を受け取った制御部１７はゲインコントロールアンプ１３の増幅率をｔ１、ｔ２≒ｔａとなるまで大きくする。反対にゲインコントロールアンプ１３の出力が大きくなった場合の信号の関係を図１８に示す。このようにｔ１≒ｔａ、ｔ２≒ｔｂとなり、制御部は図１７の場合と反対の動作を行いゲインコントロールアンプ１３の出力は一定のレベルに保たれる。
【００５５】
この方法によれば、ゲインコントロールアンプ１３の出力の最大値でなくても出力信号のレベルを合わせることができる。たとえば図１６のように立ち上がり途中の波形のピークを目標値にあわせることができるので、遅れてきた信号（反射波など）との干渉を避けることができるため正確な測定を行うことができる。さらに、タイマの分解能が実施例８の方法に比べ粗いものでよいので、より容易に構成することができる。また、比較器３０がタイミング判定回路を兼ねる構成とすることによって、確実に目的のタイミングで受信検知を行うことができるので、正確な流速測定を行うことができる。
【００５６】
（実施例９）
図１及び図１９は実施例９を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００５７】
ゲインコントロールアンプ１３はデジタル信号によって増幅率を変化させるものであり、制御部１７からゲインコントロールアンプ１３への信号線の途中にＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ３４を設け、制御部１７からＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ３４へパルス信号を出力しゲインコントロールを行う。
【００５８】
この場合ＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ３４のカウントをＵＰあるいはＤＯＷＮさせることによってゲインコントロールを行うので、ゲインコントロールアンプ１３の制御線が何本必要であっても、ＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ１３のビット数を増やすだけで対応でき、制御部１７からＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ１３への増幅率制御のためのの信号線の数は２本でよいので構造を簡略化できる。さらにまた、電源の供給を絞って低消費電力化を行う場合においても、ＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ１３にのみ内部情報が保持できる最低限の電力さえ供給すればよく、直前の増幅率情報をメモリーに欠き込む必要がないので、簡単な構成で、低消費電力化を行うことができる。
【００５９】
以上説明したように本発明の実施例における超音波流速計によれば次の効果を奏する。
【００６０】
（１）制御信号は前記レベル検知回路の出力に対し設定された単位で値が変化し、前記増幅率は、前記制御信号に対し常数が１より大きい指数関数的に変化することにより前記制御信号の単位値に対して同じ変化率で変化するようになっている。このため増幅率の大きい時と小さいときの増幅率の変化率が一定となり、より幅広い範囲の受信信号に対して安定に受信検知をすることができ、安定した流速の測定が可能である。
【００６１】
（２）また制御部は、前記レベル検知回路の出力が所定範囲でない場合、前記タイミング判定回路の判定レベルを変化させる。よって、前記タイミング判定回路は前記制御部からの信号によって判定レベルをわずかに大きくあるいは小さく変更するので、前記ゲインコントロールアンプの増幅率をわずかに大きくあるいは小さくした場合と同じ効果が得られる。このため、増幅率を設定している抵抗の精度から決まる分解能よりも大きい分解能を得る。したがって同じ増幅率の変化幅で大きな増幅率変更範囲を得、より広い範囲の流速の測定が可能である。
【００６２】
（３）送信回路に出力調整回路を設け、レベル検知回路の出力を受けた制御部によって受信出力がほぼ一定となるように送信出力とゲインコントロールアンプのゲインをコントロールする。制御部は受信信号のレベルが変動した場合、前記ゲインコントロールアンプの増幅率によって補正を行うが、前記ゲインコントロールアンプので補正できる範囲以外の信号が入ってきた場合、前記送信回路の出力を増減させて前記ゲインコントロールアンプの出力をほぼ一定にコントロールする。
【００６３】
このため、前記ゲインコントロールアンプのゲイン設定用抵抗の相対精度によって決まる分解能以上の分解能と受信信号を一定レベルに安定化可能な範囲を大きく取ることができると同時に、前記送信出力をコントロールしているので、Ｓ／Ｎを大きく取ることが必要な場合、つまり測定精度を高く取りたいときなど、送信出力を最大とし、ゲインコントロールアンプの増幅率を最適な値とすることで対応するので、広い範囲の流速の測定を精度よく行うことができる。
【００６４】
（４）増幅率が変わらない範囲で前記レベル検出回路の検出レベルをわずかに大きくあるいは小さくし、同様に前記タイミング判定回路の判定レベルも同様に変化させるように制御する。このため、前記レベル検出回路の検出レベルとゲ前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピーク値は離れるため、ハンチングは収まる。そして、前記タイミング判定回路はタイミング判定レベルも同時に変化させているので、レベル変更前と同じタイミングで判定を行うことができる。ハンチングによって増幅率が頻繁に変わることによって起こる回路動作の不安定要因、たとえば電源電圧や基準電圧の変動であるとか、消費電流の増大、測定時間の増大などを防ぐことができる。
【００６５】
（５）またレベル検知回路が２つの比較器からなり、前記２つの比較器のうち第１の比較器の基準電圧をＶ１、第２の比較器の基準電圧をＶ２とし、Ｖ１＞Ｖ２の関係とする。ゲインコントロールアンプの出力ピークがＶ１以上になった場合前記第１の比較器が反転しこの信号を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく設定する。また、前記ゲインコントロールアンプの出力がＶ２より小さくなった場合前記第２の比較器は受信信号があっても反転しないのでこの場合前記制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を大きく再設定する。その結果前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピークはＶ１〜Ｖ２の間となるように制御される。この方法によると簡単な構成で、設定電圧の範囲に前記ゲインコントロールアンプの出力信号を調節することがき、設定電圧の範囲に入っていれば、頻繁に増幅率を制御する必要がないため消費電力を少なくすることができる。
【００６６】
（６）またレべル検知回路が、比較器と、前記比較器の出力が反転している時間を測定する第２のタイマからなり、制御部は前記第２のタイマによる測定時間が一定となるようにゲインコントロールアンプの増幅率を制御する、ここで、レベル検知回路の入力信号はサイン波であるので、一定レベルを超える時間は振幅が大きいほど長くなるという一定の関係がある。たとえば、前記ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が大きくなると、前記第２のタイマの測定時間は長くなり、この情報を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく再設定する。ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプの出力電圧のピークは一定に保たれる。この方法ではゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値をリニアに検出することが出来るので、より細かい増幅率の制御を行う事が出来、精度の良い測定を行うことができる。
【００６７】
（７）レベル検知回路が、第１の比較器と、入力信号の中心値に比較基準信号をもつ第２の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマを有し、ゲインコントロールアンプの出力信号のピークが大きくなると、前記第１の比較器が反転するタイミングが早くなる。また前記第２の比較基準電圧は入力信号の中心点であるので、前記第２の比較器の反転するタイミングは変わらない。よって、前記第２のタイマの測定時間は長くなる。制御部では前記第２タイマの測定時間が長くなると、前記ゲインコントロールアンプの増幅率を前記第２のタイマの測定時間が設定値となるまで小さくする。ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプの出力電圧はほぼ一定に保たれる。そのため簡単な構成で安定した流量計を実現できる。
【００６８】
（８）レベル検知回路が、それぞれＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３、Ｖ１−Ｖ２≒Ｖ２−Ｖ３の関係となる基準電圧を持つ第１、第２、第３の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマと、前記第２の比較器が反転してから前記第３の比較器が反転するまでの時間を測定する第３のタイマを有する。そして、前記第１、前記第２の比較器が受信波の同じ山で反転した場合前記第２のタイマの測定時間は、そうでない時と比較して短い。同様に前記第３のタイマの測定時間から前記第２の比較器と前記第３の比較器が反転するタイミングが、受信波の同じ山かそうでないかを制御部は時間をあらかじめ入力した設定値と比較し検知する事が出来る。この結果によって、前記第２、第３のタイマの計測時間が時間が設定時間以下となるようにゲインコントロールアンプの増幅率を制御することによって、ゲインコントロールアンプの出力電圧のピークをほぼ一定とする事が出来、安定した流量計を簡単な構成で実現できる。
【００６９】
（９）また制御部からゲインコントロールアンプへの信号線の途中にＵＰ・ＤＯＷＮを設け、前記制御部から前記ゲインコントロールを行う。そして、前記カウンタの電源は常に通電されているので、制御部の電源が切れてもゲイン設定のデータは失われることがなく、制御部の電源を切るごとに毎回ゲイン調節をする必要がない。また、前記カウンタのカウントを変化させることによってゲインコントロールを行うので、前記ゲインコントロールアンプの制御線が何本必要であっても、前記カウンタのビット数を増やすだけで対応でき、前記制御部から前記カウンタへゲインコントロールのためのの信号線の数は１本となるので、構造を簡略化できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波流速計によれば、制御信号は前記レベル検知回路の出力に対し設定された単位で値が変化し、前記増幅率は、前記制御信号に対し常数が１より大きい指数関数的に変化することにより前記制御信号の単位値に対して同じ変化率で変化するようになっている。このため増幅率の大きい時と小さいときの増幅率の変化率が一定となり、より幅広い範囲の受信信号に対して安定に受信検知をすることができ、安定した流速の測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の超音波流速計全体のブロック図
【図２】同流速計のゲインコントロールアンプの特性を示す図
【図３】本発明の実施例２の超音波流速計全体のブロック図
【図４】同流速計のタイミング判定レベルと信号を示す図
【図５】本発明の実施例３の超音波流速計全体のブロック図
【図６】同流速計のゲイン設定とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図７】本発明の実施例４の超音波流速計全体のブロック図
【図８】同流速計の各部信号レベルとゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図９】本発明の実施例５の超音波流速計のレベル検地回路の図
【図１０】本発明の実施例６の超音波流速計のレベル検地回路の図
【図１１】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１２】同流速計のゲインコントロールアンプの出力信号と測定時間の関係を示す図
【図１３】本発明の実施例７の超音波流速計全体のブロック図
【図１４】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１５】本発明の実施例８の超音波流速計全体のブロック図
【図１６】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１７】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１８】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１９】本発明の実施例９の超音波流速計全体のブロック図
【図２０】従来の超音波流速計の全体のブロック図
【図２１】同流速計の受信信号とその包絡線を示す図
【図２２】同流速計のゲインコントロールアンプの出力信号とタイミング判定レベルを示す図
【符号の説明】
１０、１１ ２つの超音波振動子
１２ 送信回路
１３ ゲインコントロールアンプ
１４ タイミング判定回路
１５ レベル検知回路
１６ タイマ
１７ 制御部
１８ 演算部
１９ 出力調整回路
２０ 増幅率調節機構
２１ ハンチング検知回路
２２ 第１の比較器
２３ 第２の比較器
２４ 比較器
２５ 第２のタイマ
２６ 第１の比較器
２７ 第２の比較器
２８ 第２のタイマ
２９ 第１の比較器
３０ 第２の比較器
３１ 第３の比較器
３２ 第２のタイマ
３３ 第３のタイマ
３４ アップダウンカウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に気体または液体の、超音波流速計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波流速計は、図２０に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の流れる測定経路１に設置した超音波振動子２と、超音波振動子２を駆動する送信回路３と、送信回路３にスタート信号を出力し、また超音波の伝播時間を測定するタイマ４から測定データを受け取る制御部５と、超音波振動子２から送信した超音波を受ける超音波振動子６と、超音波振動子６の出力を制御部５の出力に応じた増幅率で増幅するゲインコントロールアンプ７と、ゲインコントロールアンプ７の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときにタイマ４を停止させるタイミング判定回路８と、ゲインコントロールアンプ７の出力レベルを検知し制御部に出力するレベル検知回路９を有していた。
【０００３】
そして、上記超音波流速計は、制御部５からスタート信号を受けた送信回路３が超音波振動子２を一定時間パルス駆動を行うと同時にタイマ４は制御部５からの信号によってに時間計測始める。パルス駆動された超音波振動子２からは超音波が送信される。超音波振動子２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し超音波振動子６で受信される。超音波振動子６の受信出力は、ゲインコントロールアンプ７において制御部５が設定した増幅率によって増幅される。そしてゲインコントロールアンプ７の出力を受けたタイミング判定回路８で超音波の受信を判定しタイマ４を停止させる。そして制御部５ではタイマ４から得た時間情報ｔから（式１）によって流速を求める（タイマ４から得た測定時間をｔ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００４】
ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ・・・・・・（式１）
受信信号は、図２１に示す受信信号の包絡線は図２２に示すように緩やかに立ち上がる波形となっており、超音波振動子の温度特性や、流速によって受信信号のレベルが変化する。その場合タイミング判定回路８の動作が安定せず、測定精度が悪くなる。そこで、ゲインコントロールアンプ７の出力を受けているレベル検知回路９は入力信号のピークレベルを監視しており、ピーク値が小さいあるいは大きい場合に制御部５へ出力を行う。制御部５はゲインコントロールアンプ７の増幅率をレベル検知回路からの信号に対応しゲインコントロールアンプの出力がほぼ一定となるように設定する。そして次の受信信号はゲインコントロールアンプ７で目標の信号レベルへと増幅され、タイミング判定回路８に与えられる。このようにタイミング判定回路８へ与える信号のピークをほぼ一定とすることによって、受信時間の判定を行うタイミングを安定化していた。
【０００５】
また、制御部５からゲインコントロールアンプ７への増幅率の制御はデジタルで行い一定間隔であった。そして図２に示すように増幅率の変化は制御部５から出力の変化に対して等差的な変化となってた。
【０００６】
また、他の測定方法として受信判定回路８の判定結果をタイマ４ではなく、送信回路３に返し、再度送信を行う場合もあった。このようなシングアラウンド動作を決められた回数行う時間を測定し、その測定時間を元に（式２）の計算によって流速を求める方法もあった（シングアラウンドの回数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ，音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００７】
ｖ＝Ｌ／（ｔｓ／ｎ）−ｃ・・・・・（式２）
この方法によれば（式１）の方法に比べ精度よく測定することができる。
【０００８】
また、超音波振動子２と超音波振動子６とを切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖを求める方法もある（上流から下流への測定時間時間をｔ１、下流から上流への測定時間時間をｔ２とする）。
【０００９】
ｖ＝Ｌ／２（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））・・・・（式３）
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の構成では、ゲインコントロールアンプ７の増幅率の変化が等差的に変化するため、単位あたりの増幅率の差が、受信信号における割合では増幅率が大きいときは増幅率の変化はわずかであるが、増幅率の小さいところでは、増幅率の変化は大きくなる。たとえば、増幅率１０と増幅率１１の変化率は１０％であるが、増幅率５と増幅率６の場合では２０％も変化してしまう。
【００１１】
この場合ゲインコントロールアンプ７の出力電圧を許容範囲内にあわせるには、増幅率の変化率を許容範囲内に設定する必要がある。たとえば、出力電圧の許容値が±１０％であれば、増幅率の最大変化率を２０％以下としなければならず、できるだけ増幅率の変化幅を大きく取った場合であっても増幅率の変化は小さい方からＡ、１．２Ａ、１．４Ａ、１．６Ａ・・・・とする必要がある。
【００１２】
この設定では、制御部からの信号の単位あたりの変化に対する増幅率の変化が許容範囲に比べて小さいところが必ず発生し、このような低い変化付近の設定となる入力信号が入ってきた場合は、数個所の増幅率の設定で出力が許容範囲内に入るようになる。つまり設定範囲が重なり、変化範囲が小さく限定されてしまうため、より大きな増幅率の変化範囲を確保するためには回路構成を大きくし制御部の出力数を増やす必要があった。しかしそれでは回路が複雑になり、消費電力も増えるため、電池などを電源とし長時間動作しなければならない機器では最適な方法ではなかった。そこで、設定範囲が重なり合わないようにし、効率よく増幅率を変えるようにする必要があった。
【００１３】
また、受信信号の振幅が許容範囲ぎりぎりの値であった場合頻繁にゲインコントロール動作が発生し、消費電力の低減、安定測定のためにも、必要最低限のゲイン切り換え動作とする必要があった。
【００１４】
また、長期連続使用する流速計などの場合回路の低消費電力化のためにも、できるだけ簡単なレベル検知回路を実現するという課題があった。
【００１５】
また、低消費電力化のために制御部の電源を非測定時に切るようにしており、毎回ゲインコントロールをやり直す必要があった。この問題を解決するために前回測定時のゲイン設定を低消費電力で保存する必要があった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
ゲインコントロールアンプの増幅率が制御部からの単位信号変化に対して同じ変化率で変化するようにしている。
【００１７】
これによって増幅率の大きい時と小さいときの増幅の変化率が一定であり、ゲインコントロールアンプのゲインの変化幅を広くすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（１）被測定流体中に配置され超音波を送受信する２つの超音波振動子と、一方の超音波振動子を駆動する送信回路と、他方の超音波振動子で受信した受信信号を設定された増幅率で増幅するゲインコントロールアンプと、前記ゲインコントロールアンプの出力から受信タイミングの判定を行うタイミング判定回路と、前記ゲインコントロールアンプの出力の振幅の大きさに対応した信号出力を行うレベル検知回路と、前記レベル検知回路の出力を受け前記ゲインコントロールアンプに制御信号を送信し前記増幅率を制御する制御部と、超音波の伝播時間を測定するタイマと、前記タイマから得たデータをもとに流速および／または流量を演算によって求める演算部を有し、前記制御信号は前記レベル検知回路の出力に対し設定された単位で値が変化し、前記増幅率は、前記制御信号に対し常数が１より大きい指数関数的に変化することにより前記制御信号の単位値に対して同じ変化率で変化するようになっている。このため増幅率の大きい時と小さいときの増幅率の変化率が一定となり、ゲインコントロールアンプの増幅率の変化幅を広くすることができる。
【００１９】
（２）また制御部は、前記レベル検知回路の出力が所定範囲でない場合、前記タイミング判定回路の判定レベルを変化させるようになっており、前記レベル検知回路で検知したレベルが目標値よりもわずかに大きいあるいは小さく、前記ゲインコントロールアンプの増幅率の変更を必要とするほどでない場合、前記タイミング判定回路は前記制御部からの信号によって判定レベルをわずかに大きくあるいは小さく変更するので、前記ゲインコントロールアンプの増幅率をわずかに大きくあるいは小さくした場合と同じ効果が得られる。このため、増幅率を設定している抵抗の精度から決まる分解能よりも大きい分解能を得ることができる。そして、同じ増幅率の変化幅で大きな増幅率変更範囲を得ることができる。
【００２０】
（３）また送信回路に出力調整回路を設け、レベル検知回路の出力を受けた制御部によって受信出力がほぼ一定となるように前記送信回路の送信出力とゲインコントロールアンプのゲインをコントロールする。制御部は受信信号のレベルが変動した場合、前記ゲインコントロールアンプの増幅率によって補正を行うが、前記ゲインコントロールアンプので補正できる範囲以外の信号が入ってきた場合、前記送信回路の出力を増減させて前記ゲインコントロールアンプの出力をほぼ一定にコントロールする。
【００２１】
このため、前記ゲインコントロールアンプのゲイン設定用抵抗の相対精度によって決まる分解能以上の分解能と受信信号を一定レベルに安定化可能な範囲を大きく取ることができると同時に、前記送信出力をコントロールしているので、Ｓ／Ｎを大きく取ることが必要な場合、つまり測定精度を高く取りたいときなど、送信出力を最大とし、ゲインコントロールアンプの増幅率を最適な値とすることによって対応することができる。
【００２２】
（４）レベル検出回路の出力が頻繁に大小交互に変化している場合、ハンチングが発生していると判断し、増幅率が変わらない範囲で前記レベル検出回路の検出レベルをわずかに大きくあるいは小さくし、同様に前記タイミング判定回路の判定レベルも同様に変化させるように制御する。このため、前記レベル検出回路の検出レベルとゲ前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピーク値は離れるため、ハンチングは収まる。そして、前記タイミング判定回路はタイミング判定レベルも同時に変化させているので、レベル変更前と同じタイミングで判定を行うことができる。ハンチングによって増幅率が頻繁に変わることによって起こる回路動作の不安定要因、たとえば電源電圧や基準電圧の変動であるとか、消費電流の増大、測定時間の増大などを防ぐことができる。
【００２３】
（５）レベル検知回路が２つの比較器からなり、前記２つの比較器のうち第１の比較器の基準電圧をＶ１、第２の比較器の基準電圧をＶ２とし、Ｖ１＞Ｖ２の関係とする。ゲインコントロールアンプの出力ピークがＶ１以上になった場合前記第１の比較器が反転しこの信号を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく設定する。また、前記ゲインコントロールアンプの出力がＶ２より小さくなった場合前記第２の比較器は受信信号があっても反転しないのでこの場合前記制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を大きく再設定する。その結果前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピークはＶ１〜Ｖ２の間となるように制御される。この方法によると簡単な構成で、設定電圧の範囲に前記ゲインコントロールアンプの出力信号を調節することがき、設定電圧の範囲に入っていれば、頻繁に増幅率を制御する必要がないため消費電力を少なくすることができる。
【００２４】
（６）レべル検知回路が、比較器と、前記比較器の出力が反転している時間を測定する第２のタイマからなり、制御部は前記第２のタイマによる測定時間が一定となるようにゲインコントロールアンプの増幅率を制御する、ここで、レベル検知回路の入力信号はサイン波であるので、一定レベルを超える時間は振幅が大きいほど長くなるという一定の関係がある。たとえば、前記ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が大きくなると、前記第２のタイマの測定時間は長くなり、この情報を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく再設定する。ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプの出力電圧のピークは一定に保たれる。この方法ではゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値をリニアに検出することが出来るので、より細かい増幅率の制御を行う事が出来る。
【００２５】
（７）レベル検知回路が、第１の比較器と、入力信号の中心値に比較基準信号をもつ第２の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマを有し、ゲインコントロールアンプの出力信号のピークが大きくなると、前記第１の比較器が反転するタイミングが早くなる。また前記第２の比較基準電圧は入力信号の中心点であるので、前記第２の比較器の反転するタイミングは変わらない。よって、前記第２のタイマの測定時間は長くなる。制御部では前記第２タイマの測定時間が長くなると、前記ゲインコントロールアンプの増幅率を前記第２のタイマの測定時間が設定値となるまで小さくする。ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプの出力電圧はほぼ一定に保たれる。そのため、簡単な構成で安定した測定が可能となり、精度の高い流速測定をおこなうことができる。
【００２６】
（８）レベル検知回路が、それぞれＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３、Ｖ１−Ｖ２≒Ｖ２−Ｖ３の関係となる基準電圧を持つ第１、第２、第３の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマと、前記第２の比較器が反転してから前記第３の比較器が反転するまでの時間を測定する第３のタイマを有する。そして、前記第１、前記第２の比較器が受信波の同じ山で反転した場合前記第２のタイマの測定時間は、そうでない時と比較して短い。同様に前記第３のタイマの測定時間から前記第２の比較器と前記第３の比較器が反転するタイミングが、受信波の同じ山かそうでないかを制御部は時間をあらかじめ入力した設定値と比較し検知する事が出来る。この結果によって、前記第２、第３のタイマの計測時間が時間が設定時間以下となるようにゲインコントロールアンプの増幅率を制御することによって、ゲインコントロールアンプの出力電圧のピークをほぼ一定とする事ができるので、安定した精度の良い測定ができる。
【００２７】
（９）制御部からゲインコントロールアンプへの信号線の途中にカウンタを設け、前記制御部から前記ゲインコントロールを行う場合、前記カウンタのカウントをＵＰあるいはＤＯＷＮさせることによってゲインコントロールを行う。そしてカウンタ経の電源供給は常に行われているので、データは制御部の電源が切れても失われることはなく毎回ゲイン設定をやり直す必要はない。また前記ゲインコントロールアンプの制御線が何本必要であっても、前記カウンタのビット数を増やすだけで対応でき、前記制御部から前記カウンタへゲインコントロールのための信号線の数は１本となるので、構造を簡略化できる。
【００２８】
【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。なお図面中で同一符号を付しているものは同一の構成要素として説明する。
【００２９】
（実施例１）
図１は実施例１のブロック図である。また図２はゲインコントロールアンプの制御入力と増幅率を示した図である。
【００３０】
被測定流体中に配置され超音波を送信あるいは受信する二つの超音波振動子１０、１１、と、一方の超音波振動子１０を駆動する送信回路１２と、前記超音波振動子から送信された超音波を受ける他方の超音波振動子１１と、超音波振動子１１から受けた受信信号を設定された増幅率で増幅するゲインコントロールアンプ１３と、ゲインコントロールアンプ１３の出力を受け受信タイミングの判定を行うタイミング判定回路１４と、ゲインコントロールアンプ１３の出力を受け振幅の大きさに対応した信号出力を行うレベル検知回路１５と、超音波の送信開始からタイミング判定回路１４の出力が発生するまでの時間を測定するタイマ１６と、送信回路１２に送信開始信号を送り、なおかつレベル検知回路１５の出力を受けゲインコントロールアンプ１３の増幅率を制御する制御部１７と、さらにタイマ１６から得たデータをもとに流速を演算によって求める演算部１８を有した構成となっている。
【００３１】
ゲインコントロールアンプ１３の出力を受けたレベル検知回路１５は、入力信号のピークレベルがあらかじめ設定された範囲から外れた場合制御部１７にエラー信号を出力する。たとえば入力信号が大きい場合、制御部１７はゲインコントロールアンプ１３のゲインを下げ信号のピークが設定範囲に入るようにする。ここでゲインコントロールアンプ１３のゲイン変化は制御信号に対して指数的に変化するようにしてある。図２はゲインの変化の様子を示す。この図のように制御部１７からの単位信号変化に対して同じ変化率で変化するようになっている。このため増幅率の大きい時であっても小さいときの増幅率の変化率と同じで変化率が一定となり、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率の変化を入力信号に対して比例させた場合に比べゲインの変化率を広くとることができる。
【００３２】
（実施例２）
図３及び図４は実施例２を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００３３】
制御部１７がレベル検知回路１５の出力に応じて、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率とタイミング判定回路１４の判定レベルを制御するようになっている。
【００３４】
制御部１７はレベル検知回路１５で検知したレベルが目標値よりも大きいあるいは小さい場合、ゲインコントロールアンプ１３のゲインを変化させ受信信号レベルを目標範囲の値に調節する。しかし図４Ａ，Ｂ，Ｃに示すように信号レベルが目標範囲に対してわずかに大きいあるいは小さい場合、タイミング判定回路１４は制御部１７からの信号によって判定レベル（Ｖｔｈ）をａ、ｂ、ｃのようにわずかに大あるいは小のへ変更させるので、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率をわずかに大きくあるいは小さくした場合と同じ効果が得られる。このため、増幅率を設定している抵抗の精度で決まる分解能よりも大きい分解能を得ることができる。そして、同じ増幅率の変化幅で大きな増幅率変更範囲を得ることができる。また、ゲインコントロールアンプ１３のゲインを補正した場合では、ゲインコントロールアンプ１３の入出力の特性が変化しているので、ゼロ点補正を行わなければならないが、判定レベルを変化させた場合ではその必要はないので、ゼロ点補正を頻繁に行う必要がなく、測定の安定化と消費電力の低減を行うことができる。
【００３５】
（実施例３）
図５及び図６は実施例３を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。送信回路１２に出力調整回路１９を設け、レベル検知回路１５の出力を受けた制御部１７によって受信出力がほぼ一定となるように送信出力とゲインコントロールアンプ１３のゲインを制御する。
【００３６】
図６に示すように制御部１７は受信信号のレベルが変動した場合、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率によって補正を行うが、ゲインコントロールアンプ１３で補正できる範囲以外の信号が入ってきた場合、送信回路１２の出力強、弱と変化させてゲインコントロールアンプ１３の出力がほぼ一定となるように制御する。
【００３７】
このため、ゲインコントロールアンプ１３のゲイン設定の精度によって決まる分解能以上の分解能と受信信号を一定レベルに安定化可能な範囲を大きく取ることができると同時に、送信出力をコントロールしているので、Ｓ／Ｎを大きく取ることが必要な場合、つまり測定精度を高く取りたい場合は、送信出力を最大とし、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率を適当な値とすることによって対応することができる。また、ゲインコントロールアンプ１３のゲインを補正した場合では、ゲインコントロールアンプ１３の入出力の特性が変化しているので、ゼロ点補正を行わなければならないが、送信出力を変化させた場合ではその必要はないので、ゼロ点補正を頻繁に行う必要がなく、測定の安定化と消費電力の低減を行うことができる。
【００３８】
（実施例４）
図７、図８は実施例４を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００３９】
図７に示すようにレベル検出回路１５の出力を監視しハンチングを検出するハンチング検知回路２１を有した構成としている。
【００４０】
図８に示すようにレベル検出回路１５の出力が頻繁に大小交互に変化している場合、ハンチング検知回路はハンチングが発生していると判断し、増幅率が変化しない範囲までレベル検出回路１５の検出レベル範囲ΔＶｐをわずかに大きくあるいは小さくし、同様にタイミング判定回路１４の判定レベルＶｔｈも同様に大小変化させるように制御する。このため、レベル検出回路１５の検出レベルとゲインコントロールアンプ１３の出力信号のピーク値は離れた値となるため、ハンチングは収まる。そして、タイミング判定回路１４はタイミング判定レベルも同時に変化させているので、レベル変更前と同じタイミングで判定を行うことができる。よって、ハンチングによって増幅率が頻繁に変わることによって起こる回路動作の不安定要因、たとえば電源電圧や基準電圧の変動であるとか、消費電流の増大、測定時間の増大などを防ぐことができる。
【００４１】
（実施例５）
図１及び図９は実施例５を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００４２】
レベル検知回路が２つの比較器によって構成されており、２つの比較器のうち第１の比較器２２の基準電圧をＶＨ、第２の比較器２３の基準電圧をＶＬとし、ＶＨ＞ＶＬの関係とする。ゲインコントロールアンプの出力ピークがＶＨ以上になった場合前記第１の比較器が反転しこの信号を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく設定する。また、前記ゲインコントロールアンプの出力がＶＬより小さくなった場合前記第２の比較器は受信信号があっても反転しないのでこの場合前記制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を大きく再設定する。その結果前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピークはＶＨ〜ＶＬの間となるように制御される。この方法によると簡単な構成で、設定電圧の範囲に前記ゲインコントロールアンプの出力信号を調節することがき、設定電圧の範囲に入っていれば、頻繁に増幅率を制御する必要がないため消費電力を少なくすることができる。
【００４３】
（実施例６）
図１及び図１０、図１１、図１２は実施例６を示する図であり、実施例５と異なる部分のみ説明する。
【００４４】
レべル検知回路１５が、ゲインコントロールアンプ１３の出力電圧と比較電圧Ｖ１とを比較し出力する比較器２４と、比較器２４の出力が反転している時間を測定する第２のタイマ２５からなり、制御部１７は第２のタイマ２５による測定時間が一定の時間範囲となるようにゲインコントロールアンプ１３の増幅率を制御する。
【００４５】
図１１はレベル検知回路１５の入力信号と各部設定電圧の関係を示した図である。ここでＶｐはゲインコントロールアンプ出力電圧のピーク電圧、ΔＶはＶｐの目標電圧レベルの幅である。
【００４６】
ここでレベル検知回路１５の入力信号はサイン波であるのでＶｐが大きいほど比較電圧Ｖ１を超える時間は長くなるという一定の関係がある。図１２にＶｐと第２のタイマで計測する時間ｔとの関係を示す。たとえば、Ｖｐが大きくなると、第２のタイマ２５の測定時間は長くなり、Ｖｐが小さくなると短くなる。図１２から、ＶｐをΔＶの幅の中にあわせるには、第２のタイマ２５の計測時間がｔ１〜ｔ２の間にあればよいことがわかる。そこで、第２のタイマ２５の測定時間を受けた制御部１７はその時間が、ｔ１より短ければゲインコントロールアンプ１３の増幅率を大きくし、ｔ２より長ければゲインコントロールアンプ１３の増幅率を小さくする。その結果ＶｐはΔＶの中に入るように制御される。
【００４７】
この方法によれば、ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値を簡単な構成でリニアに検出することが出来、かつｔ１、ｔ２の設定はソフト的に容易に変更することができるので、測定条件に合わせより細かい出力信号の制御を行う事が出来る。
【００４８】
（実施例７）
図１及び図１３、図１４は実施例７を示する図であり、実施例５と異なる部分のみ説明する。
【００４９】
図１３はレベル検地回路１５の詳細なブロック図である。レベル検知回路１５は、ゲインコントロールアンプ１３の出力電圧と比較電圧Ｖ１とを比較する第１の比較器２６と、ゲインコントロールアンプ１３の出力電圧と入力信号の平均電圧Ｖ０とを比較する第２の比較器２７と、前記第１の比較器２６が反転してから前記第２の比較器２７が反転するまでの時間を測定する第２のタイマ２８を有する。
【００５０】
図１４にゲインコントロールアンプ１３の出力信号と各比較器の出力信号の関係を示す。実線で示す波形がゲインコントロールアンプの出力目標とするレベルの信号を表し、破線で示す波形が目標のレベルより大きくなった場合の信号を表している。図１３からもわかるように、目標とする信号レベルの時と比較しゲインコントロールアンプ１３の出力信号レベルが大きい場合、第１の比較器が反転するタイミングが早くなる。そのため、第２のタイマ２８で計測する時間がｔ１からｔ２に変化する。この測定結果を受け取った制御部１７では徐々にゲインコントロールアンプ１３の増幅率を小さくするように制御を行うので、ｔ２は徐々に短くなる。そしてｔ１と等しくなった時に制御部１７はゲインコントロールアンプ１３の制御を停止する。また、ゲインコントロールアンプの信号レベルが小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプ１３の信号レベルは一定に保たれる。
【００５１】
この方法によれば、ゲインコントロールアンプ１３の出力の最大値でなくても出力信号のレベルを合わせることができる。たとえば図１３のように立ち上がり途中の波形のピークを目標値にあわせることができるので、遅れてきた信号（反射波など）との干渉を避けることができるため正確な測定を行うことができる。
【００５２】
（実施例８）
図１及び図１５、図１６、図１７、図１８は実施例８を示する図であり、実施例５と異なる部分のみ説明する。
【００５３】
図１５に示すようにレベル検知回路１５が、それぞれＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３、Ｖ１−Ｖ２≒Ｖ２−Ｖ３という関係の比較電圧を持つ第１、第２、第３の比較器２９、３０、３１と、第１の比較器２９が反転してから第２の比較器３０が反転するまでの時間ｔ１を測定し制御部に出力する第２のタイマ３２と、第２の比較器３０が反転してから第３の比較器３１が反転するまでの時間ｔ２を測定し制御部に出力する第３のタイマ３３を有する。
【００５４】
図１６、図１７、図１８にゲインコントロールアンプ１３の出力信号と各比較電圧レベルと出力信号を示す。図１６に示すように、第１の比較器２９、第２の比較器３０、第３の比較器３１が受信波の同じ周期の山で反転した場合第２のタイマ３２と前期第３のタイマ３３の測定時間ｔ１、ｔ２はおおよそｔａという短い時間となる。この場合ゲインコントロールアンプ１３の増幅率は変えない。また図１７に示すようにゲインコントロールアンプ１３の出力信号の振幅が小さくなり第１の比較器２９が１つあとの周期の山で反転した場合、ｔ１≒ｔｂ、ｔ２≒ｔａとなり、この情報を受け取った制御部１７はゲインコントロールアンプ１３の増幅率をｔ１、ｔ２≒ｔａとなるまで大きくする。反対にゲインコントロールアンプ１３の出力が大きくなった場合の信号の関係を図１８に示す。このようにｔ１≒ｔａ、ｔ２≒ｔｂとなり、制御部は図１７の場合と反対の動作を行いゲインコントロールアンプ１３の出力は一定のレベルに保たれる。
【００５５】
この方法によれば、ゲインコントロールアンプ１３の出力の最大値でなくても出力信号のレベルを合わせることができる。たとえば図１６のように立ち上がり途中の波形のピークを目標値にあわせることができるので、遅れてきた信号（反射波など）との干渉を避けることができるため正確な測定を行うことができる。さらに、タイマの分解能が実施例８の方法に比べ粗いものでよいので、より容易に構成することができる。また、比較器３０がタイミング判定回路を兼ねる構成とすることによって、確実に目的のタイミングで受信検知を行うことができるので、正確な流速測定を行うことができる。
【００５６】
（実施例９）
図１及び図１９は実施例９を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００５７】
ゲインコントロールアンプ１３はデジタル信号によって増幅率を変化させるものであり、制御部１７からゲインコントロールアンプ１３への信号線の途中にＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ３４を設け、制御部１７からＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ３４へパルス信号を出力しゲインコントロールを行う。
【００５８】
この場合ＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ３４のカウントをＵＰあるいはＤＯＷＮさせることによってゲインコントロールを行うので、ゲインコントロールアンプ１３の制御線が何本必要であっても、ＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ１３のビット数を増やすだけで対応でき、制御部１７からＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ１３への増幅率制御のためのの信号線の数は２本でよいので構造を簡略化できる。さらにまた、電源の供給を絞って低消費電力化を行う場合においても、ＵＰ・ＤＯＷＮカウンタ１３にのみ内部情報が保持できる最低限の電力さえ供給すればよく、直前の増幅率情報をメモリーに欠き込む必要がないので、簡単な構成で、低消費電力化を行うことができる。
【００５９】
以上説明したように本発明の実施例における超音波流速計によれば次の効果を奏する。
【００６０】
（１）制御信号は前記レベル検知回路の出力に対し設定された単位で値が変化し、前記増幅率は、前記制御信号に対し常数が１より大きい指数関数的に変化することにより前記制御信号の単位値に対して同じ変化率で変化するようになっている。このため増幅率の大きい時と小さいときの増幅率の変化率が一定となり、より幅広い範囲の受信信号に対して安定に受信検知をすることができ、安定した流速の測定が可能である。
【００６１】
（２）また制御部は、前記レベル検知回路の出力が所定範囲でない場合、前記タイミング判定回路の判定レベルを変化させる。よって、前記タイミング判定回路は前記制御部からの信号によって判定レベルをわずかに大きくあるいは小さく変更するので、前記ゲインコントロールアンプの増幅率をわずかに大きくあるいは小さくした場合と同じ効果が得られる。このため、増幅率を設定している抵抗の精度から決まる分解能よりも大きい分解能を得る。したがって同じ増幅率の変化幅で大きな増幅率変更範囲を得、より広い範囲の流速の測定が可能である。
【００６２】
（３）送信回路に出力調整回路を設け、レベル検知回路の出力を受けた制御部によって受信出力がほぼ一定となるように送信出力とゲインコントロールアンプのゲインをコントロールする。制御部は受信信号のレベルが変動した場合、前記ゲインコントロールアンプの増幅率によって補正を行うが、前記ゲインコントロールアンプので補正できる範囲以外の信号が入ってきた場合、前記送信回路の出力を増減させて前記ゲインコントロールアンプの出力をほぼ一定にコントロールする。
【００６３】
このため、前記ゲインコントロールアンプのゲイン設定用抵抗の相対精度によって決まる分解能以上の分解能と受信信号を一定レベルに安定化可能な範囲を大きく取ることができると同時に、前記送信出力をコントロールしているので、Ｓ／Ｎを大きく取ることが必要な場合、つまり測定精度を高く取りたいときなど、送信出力を最大とし、ゲインコントロールアンプの増幅率を最適な値とすることで対応するので、広い範囲の流速の測定を精度よく行うことができる。
【００６４】
（４）増幅率が変わらない範囲で前記レベル検出回路の検出レベルをわずかに大きくあるいは小さくし、同様に前記タイミング判定回路の判定レベルも同様に変化させるように制御する。このため、前記レベル検出回路の検出レベルとゲ前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピーク値は離れるため、ハンチングは収まる。そして、前記タイミング判定回路はタイミング判定レベルも同時に変化させているので、レベル変更前と同じタイミングで判定を行うことができる。ハンチングによって増幅率が頻繁に変わることによって起こる回路動作の不安定要因、たとえば電源電圧や基準電圧の変動であるとか、消費電流の増大、測定時間の増大などを防ぐことができる。
【００６５】
（５）またレベル検知回路が２つの比較器からなり、前記２つの比較器のうち第１の比較器の基準電圧をＶ１、第２の比較器の基準電圧をＶ２とし、Ｖ１＞Ｖ２の関係とする。ゲインコントロールアンプの出力ピークがＶ１以上になった場合前記第１の比較器が反転しこの信号を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく設定する。また、前記ゲインコントロールアンプの出力がＶ２より小さくなった場合前記第２の比較器は受信信号があっても反転しないのでこの場合前記制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を大きく再設定する。その結果前記ゲインコントロールアンプの出力信号のピークはＶ１〜Ｖ２の間となるように制御される。この方法によると簡単な構成で、設定電圧の範囲に前記ゲインコントロールアンプの出力信号を調節することがき、設定電圧の範囲に入っていれば、頻繁に増幅率を制御する必要がないため消費電力を少なくすることができる。
【００６６】
（６）またレべル検知回路が、比較器と、前記比較器の出力が反転している時間を測定する第２のタイマからなり、制御部は前記第２のタイマによる測定時間が一定となるようにゲインコントロールアンプの増幅率を制御する、ここで、レベル検知回路の入力信号はサイン波であるので、一定レベルを超える時間は振幅が大きいほど長くなるという一定の関係がある。たとえば、前記ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が大きくなると、前記第２のタイマの測定時間は長くなり、この情報を受けた制御部は前記ゲインコントロールアンプの増幅率を小さく再設定する。ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプの出力電圧のピークは一定に保たれる。この方法ではゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値をリニアに検出することが出来るので、より細かい増幅率の制御を行う事が出来、精度の良い測定を行うことができる。
【００６７】
（７）レベル検知回路が、第１の比較器と、入力信号の中心値に比較基準信号をもつ第２の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマを有し、ゲインコントロールアンプの出力信号のピークが大きくなると、前記第１の比較器が反転するタイミングが早くなる。また前記第２の比較基準電圧は入力信号の中心点であるので、前記第２の比較器の反転するタイミングは変わらない。よって、前記第２のタイマの測定時間は長くなる。制御部では前記第２タイマの測定時間が長くなると、前記ゲインコントロールアンプの増幅率を前記第２のタイマの測定時間が設定値となるまで小さくする。ゲインコントロールアンプの出力電圧のピーク値が小さくなった場合ではこの反対の動作を行い、その結果前記ゲインコントロールアンプの出力電圧はほぼ一定に保たれる。そのため簡単な構成で安定した流量計を実現できる。
【００６８】
（８）レベル検知回路が、それぞれＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３、Ｖ１−Ｖ２≒Ｖ２−Ｖ３の関係となる基準電圧を持つ第１、第２、第３の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマと、前記第２の比較器が反転してから前記第３の比較器が反転するまでの時間を測定する第３のタイマを有する。そして、前記第１、前記第２の比較器が受信波の同じ山で反転した場合前記第２のタイマの測定時間は、そうでない時と比較して短い。同様に前記第３のタイマの測定時間から前記第２の比較器と前記第３の比較器が反転するタイミングが、受信波の同じ山かそうでないかを制御部は時間をあらかじめ入力した設定値と比較し検知する事が出来る。この結果によって、前記第２、第３のタイマの計測時間が時間が設定時間以下となるようにゲインコントロールアンプの増幅率を制御することによって、ゲインコントロールアンプの出力電圧のピークをほぼ一定とする事が出来、安定した流量計を簡単な構成で実現できる。
【００６９】
（９）また制御部からゲインコントロールアンプへの信号線の途中にＵＰ・ＤＯＷＮを設け、前記制御部から前記ゲインコントロールを行う。そして、前記カウンタの電源は常に通電されているので、制御部の電源が切れてもゲイン設定のデータは失われることがなく、制御部の電源を切るごとに毎回ゲイン調節をする必要がない。また、前記カウンタのカウントを変化させることによってゲインコントロールを行うので、前記ゲインコントロールアンプの制御線が何本必要であっても、前記カウンタのビット数を増やすだけで対応でき、前記制御部から前記カウンタへゲインコントロールのためのの信号線の数は１本となるので、構造を簡略化できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波流速計によれば、制御信号は前記レベル検知回路の出力に対し設定された単位で値が変化し、前記増幅率は、前記制御信号に対し常数が１より大きい指数関数的に変化することにより前記制御信号の単位値に対して同じ変化率で変化するようになっている。このため増幅率の大きい時と小さいときの増幅率の変化率が一定となり、より幅広い範囲の受信信号に対して安定に受信検知をすることができ、安定した流速の測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の超音波流速計全体のブロック図
【図２】同流速計のゲインコントロールアンプの特性を示す図
【図３】本発明の実施例２の超音波流速計全体のブロック図
【図４】同流速計のタイミング判定レベルと信号を示す図
【図５】本発明の実施例３の超音波流速計全体のブロック図
【図６】同流速計のゲイン設定とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図７】本発明の実施例４の超音波流速計全体のブロック図
【図８】同流速計の各部信号レベルとゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図９】本発明の実施例５の超音波流速計のレベル検地回路の図
【図１０】本発明の実施例６の超音波流速計のレベル検地回路の図
【図１１】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１２】同流速計のゲインコントロールアンプの出力信号と測定時間の関係を示す図
【図１３】本発明の実施例７の超音波流速計全体のブロック図
【図１４】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１５】本発明の実施例８の超音波流速計全体のブロック図
【図１６】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１７】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１８】同流速計の各部信号とゲインコントロールアンプの出力信号を示す図
【図１９】本発明の実施例９の超音波流速計全体のブロック図
【図２０】従来の超音波流速計の全体のブロック図
【図２１】同流速計の受信信号とその包絡線を示す図
【図２２】同流速計のゲインコントロールアンプの出力信号とタイミング判定レベルを示す図
【符号の説明】
１０、１１ ２つの超音波振動子
１２ 送信回路
１３ ゲインコントロールアンプ
１４ タイミング判定回路
１５ レベル検知回路
１６ タイマ
１７ 制御部
１８ 演算部
１９ 出力調整回路
２０ 増幅率調節機構
２１ ハンチング検知回路
２２ 第１の比較器
２３ 第２の比較器
２４ 比較器
２５ 第２のタイマ
２６ 第１の比較器
２７ 第２の比較器
２８ 第２のタイマ
２９ 第１の比較器
３０ 第２の比較器
３１ 第３の比較器
３２ 第２のタイマ
３３ 第３のタイマ
３４ アップダウンカウンタ
Claims (9)
- 被測定流体中に配置され超音波を送受信する２つの超音波振動子と、一方の超音波振動子を駆動する送信回路と、他方の超音波振動子で受信した受信信号を設定された増幅率で増幅するゲインコントロールアンプと、前記ゲインコントロールアンプの出力から受信タイミングの判定を行うタイミング判定回路と、前記ゲインコントロールアンプの出力の振幅の大きさに対応した信号出力を行うレベル検知回路と、前記レベル検知回路の出力を受け前記ゲインコントロールアンプに制御信号を送信し前記増幅率を制御する制御部と、超音波の伝播時間を測定するタイマと、前記タイマから得たデータをもとに流速および／または流量を演算によって求める演算部を有し、前記制御信号は前記レベル検知回路の出力に対し設定された単位で値が変化し、前記増幅率は、前記制御信号に対し常数が１より大きい指数関数的に変化することにより前記制御信号の単位値に対して同じ変化率で変化する流体計測装置。
- 制御部は、前記レベル検知回路の出力が所定範囲でない場合、前記タイミング判定回路の判定レベルを変化させる請求項１記載の流体計測装置。
- 前記送信回路に出力調整回路を設け、前記レベル検知回路の出力を受けた前記制御部によって前記送信回路の送信出力をコントロールする請求項１記載の流体計測装置。
- レベル検知回路の出力を監視しハンチングを検出するハンチング検知回路を設け、前記ハンチング検知回路の出力によってタイミング判定回路の判定レベルをコントロールする請求項１〜３のいずれか１項記載の流体計測装置。
- レベル検知回路が２つの比較器からなる請求項１〜３のいずれか１項記載の流体計測装置。
- レべル検知回路は、前記ゲインコントロールアンプの出力と一定の電圧を比較する比較器と、前記比較器の出力が反転している時間を測定する第２のタイマを備え、前記制御部は前記第２のタイマの測定時間が一定の時間範囲となるように前記ゲインコントロールアンプの増幅率を制御する請求項１〜３のいずれか１項記載の流体計測装置。
- レベル検知回路は、前記ゲインコントロールアンプの出力電圧と一体の電圧を比較する第１の比較器と、前記ゲインコントロールアンプの出力電圧と入力信号の平均電圧を比較する前記第２の比較器と、前記第１の比較器が反転してから前記第２の比較器が反転するまでの時間を測定する第２のタイマを備え、前記制御部は前記第２のタイマの測定時間が一定の時間範囲となるように前記ゲインコントロールアンプの増幅率を制御する請求項１〜３のいずれか１項記載の流体計測装置。
- レベル検知回路は、前記ゲインコントロールアンプの出力電圧とそれぞれ異なる値の基準電圧を比較する複数の比較器と、前記複数の比較器が反転する時間を測定するそれぞれのタイマを備え、前記それぞれのタイマの測定時間によって前記ゲインコントロールアンプの増幅率を変化する請求項１〜３のいずれか１項記載の流体計測装置。
- 前記制御部からゲインコントロールアンプへの信号線の途中にカウンタを設けた請求項１〜３のいずれか１項記載の流体計測装置。
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