JPH053526B2 - - Google Patents

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JPH053526B2
JPH053526B2 JP59127603A JP12760384A JPH053526B2 JP H053526 B2 JPH053526 B2 JP H053526B2 JP 59127603 A JP59127603 A JP 59127603A JP 12760384 A JP12760384 A JP 12760384A JP H053526 B2 JPH053526 B2 JP H053526B2
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JP
Japan
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waveform
time
wave
signal
reception detection
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JP59127603A
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English (en)
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JPS618621A (ja
Inventor
Yukio Nakagawa
Gunji Oogawara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPS618621A publication Critical patent/JPS618621A/ja
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、複数の波からなる一連の超音波を
電気信号に変換して受信するための受波検出装
置、特に、超音波を順、逆方向に発射した際の超
音波伝搬時間の差から被測定流体の流速または流
量を測定する、いわゆる超音波式流速流量計に使
用して好適な受波検出装置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
第4図はこのような超音波伝搬時間検出装置の
従来例を示すブロツク図、第5図は超音波の受信
波形例を示す波形図である。第4図において、2
4は電圧制御形発振器であり、制御電圧の大きさ
によつてその周波数が変化する。20はこの発振
器24の1つの出力信号と同期した出力を叛発振
する同期パルス発生回路である。3はパルス発生
回路20の出力信号にもとづいて、送信トランス
ジユーサ11を駆動する送信回路である。この送
信トランスジユーサ11から発信された超音波
は、測定媒体中を伝搬して受信トランスジユーサ
12にて受信される。この受信トランスジユーサ
12は音響信号を電気信号に変換する。トランス
ジユーサ11,12は筺体15,16にそれぞれ
取り付けられており、この両筺体15,16はこ
の装置が超音波流量計に使用される場合には管路
の管壁であり、また、超音波レベル計に使用され
る場合には容器等の器壁である。lは測定体にお
ける超音波の伝搬距離、tはその伝搬時間であ
る。受信トランスジユーサ12の出力信号は受信
回路4に導かれ、この受信回路4にて超音波パル
スが受信トランスジユーサ12に到着したことが
検出される。受信回路4からは、その検出にもと
づいてトリガ信号Zが発信され、時間差検出回路
23を制御する。
一方、21は発振器24の発振出力を計数する
カウンタで、同期パルス発生回路20の出力信号
にもとづいて計数動作を開始し、その計数値が予
め設定された数Nに達すると計数動作終了信号を
発信する。22はカウンタ21の出力信号を或る
一定の時時間だけ遅延させる遅延要素で、その出
力信号Vは時間差検出回路23に導かれる。な
お、この遅延要素22の遅延時間τdは、超音波が
筐体15,16中を伝搬するのに要する時間、お
よび電気信号が送信回路3と受信回路4とを流れ
るのに要する時間差の合計値をτとすると、この
時間τに略等しくなるように設定される。時間差
検出回路23は、例えば特開昭51−101569号公報
により公知である。この時間差検出回路23の出
力信号δにもとづき、この信号δが零になるよう
に、すなわち伝搬時間tとカウンタ21の計数時
間が等しくなるように、発振器24の制御電圧が
変えられ、その発振周波数が変化させられる。こ
の発振周波数がカウンタ25によつて計数され伝
搬時間tとして表示される。
その動作を概略的に説明する。
いま、発振器24の発振周波数をfとすれば、
カウンタ21がこの発振周波数fをN個計数する
に要する計数時間はN/fである。この時間が測定
媒体中の超音波伝搬時間tと一致するようにフイ
ードバツクループが形成されているから、系が安
定した時点では、N/f=t、すなわち、f=N/t
となり、伝搬時間の逆数1/tのN倍の周波数を取
り出すことができる。なお、第4図は送信、受信
トランスジユーサを専用のものとして例えば順方
向の伝送についてのみ示したものであるが流速流
量計を構成する場合には、例えばこれらトランス
ジユーサは互いに送受信が可能で、或るモードで
は一方が送信子で他方が受信子となり、また、他
のモードではこの送受信の関係が互いに逆になる
ように切換制御され、これにより双方向の伝送が
可能となるようにされているので、逆方向に伝送
した場合の発振周波数についても上記と同様にし
て得られ、これら各周波数の差または伝搬時間の
差を求めると、これらの差が流速または流量と所
定の関係を有することから、流速または流量を計
測するものである。
ところで、このように受信される超音波の受信
波形は、例えば第5図に示されるように1パルス
ではなく第1、2、3波等の複数パルスの群波形
として受信されるとともに、その波形パターンが
測定対象の温度、濃度または異物の混入等によつ
て変動するため受信波の検出が困難で、時間検出
に誤差を生じる要因ともなつている。
〔発明の目的〕
この発明にかかる事情のもとになされたもの
で、受信波形が変動した場合でも常にこれを安定
かつ高精度に検出することが可能な受波検出装置
を提供することを目的とする。
〔発明の要点〕
3つの受信検出部と、2つの波形判断部と、こ
の波形判断部からの出力にもとづいて受信検出部
における受信のために設定電圧を加減する電圧設
定部とを設けて時間検出の対象となる波を選定す
ることにより、この波形以外の波形によつて時間
検出を行なつてしまうことによる、いわゆるトリ
ガミスを防止し、安定でしかも正確な時間計測を
可能ならしめるものである。
〔発明の実施例〕
第1図はこの発明の実施例を示す構成図、第1
A図は第1図の主要部を示す要部回路図、第2図
は第1A図の各部波形を示すタイムチヤート、第
3図は設定値の更新操作を説明するためのフロー
チヤートである。第1図において、5は受信検出
部、6は波形判断部、7はマイクロコンピユータ
の如きデイジタル処理装置(CPU)からなる電
圧設定部、8は電圧設定部7からのデイジタル量
に応じたアナログ電圧を発生する電圧発生回路、
9は受波検出回路である。
受信検出部5および波形判断部6は第1A図に
詳しく示されるように、第1、第2、第3受信検
出器51,52,53および第1、第2波形判断
部61,62から構成されている。さらに例えば
第1受信検出部51は、コンパレータ511とナ
ンドゲート512〜514からなるフリツプフロ
ツプ回路とから構成され、これは第2、第3受信
検出部52,53についても同様である。また、
例えば第1波形判断部61は、ラツチ回路611
と抵抗612およびコンデンサ613からなる遅
延回路とから構成され、これは第2波形判断部6
2についても同様である。
以下、第1A図の動作について第2図を参照し
て説明する。
いま、第1A図に示されるコンパレータ51
1,521,531の設定電圧をA+α,A,A
−αとし、これらのコンパレータでSなる超音波
信号を受信するものとする。このときの信号波S
と各設定電圧A+α,A,A−αとの関係が第2
図イの如くであるとすると、コンパレータ51
1,521,531は信号波Sが各設定値を越え
たときその出力が反転し、これが各フリツプフロ
ツプ(512〜514……532〜534)にて
ラツチされる。なお、各フリツプフロツプは、超
音波を発射してから所定の時間後に与えられるリ
セツト信号Rによつて前もつてリセツトされる。
したがつて、第2図イ場合には、各受信検出部5
1,52,53からは、それぞれ同図ロ,ハ,ニ
の如き出力H,M,Lが得られることになる。ラ
ツチ回路611はこの信号Hをラツチするが、そ
のタイミングは信号Mを抵抗612、コンデンサ
613からなる遅延回路にて所定の時間τaだけ遅
らせた信号によつて行なわれる。この遅延時間τa
は、一連の超音波信号の第1波、第2波、第3波
……を互いに別個の波として捉えることができる
ように選ばれ、ここでは例えば超音波信号の波長
の約1/4に相当する時間に選定されている。つま
り、ラツチ回路611は信号Mから所定時間τa
け遅れた時点で信号Hが存在するか否かを見るも
のであり、これによつて受信検出部51と52に
て受信される信号波形が同一位置の波であるか否
かを判別し、同じ波のときは例えば論理“1”、
異なるときは論理“0”の信号をそれぞれ出力す
るものである。同様に、ラツチ回路621は信号
Lから所定時間τaだけ遅れた時点で信号Mが存在
するか否かを識別し、その結果に応じて“1”ま
または“0”の信号を出力する。この例では、第
2図イの信号波形Sと設定電圧A+α,A,A−
αとの関係または同図ロ,ハ,ニに示される号
H,M,Lの関係からも明らかなように、検出部
51と52とでは第3波、第2波の如く互いに異
なる波を見ているのに対し、検出部52と53と
では同じ波(第2波)を見ていることから、ラツ
チ611,621の出力はそれぞれ同図ホ,ヘの
如く“0”、“1”となることがわかる。
以上はラツチ回路611,621の出力D1,
D2が“0”、“1”となる場合であつたが、信号
波Sとコンパレータの設定値A+α,A,A−α
との関係によつては、出力D1,D2が“1”、
“0”、“0”、“0”または“1”、“1”となる場
合がそれぞれ存在することが容易に推測される。
したがつて、第1図の電圧設定部7では、これら
の各出力にもとづいて以下の如く設定値の変更操
作を行なう。なお、設定レベルAおよび変化幅α
については予め初期設定しておくものとする。
第3図は参照する。まず、第1、第2波形判断
部61,62からの各出力値D1,D2を取り込
む(参照)。次いで、入力値D1,D2を判断
し(参照)、“1”、“1”ならば変化幅αを1だ
け大きくする(参照)。また、入力値の判断結
果が“1”、“0”の場合は(参照)、レベルA
を1だけ大きくし(参照)、“0”、“1”の場合
は(参照)、レベルAを1だけ小さくする(
参照)。入力値の判断結果が上記いずれの場合で
もないとき、つまりD1=“0”、D2=“0”のと
きは、変化幅αは1だけ小さくする(参照)。
こうして更新された第3図の如き結果が、新たな
電圧設定値として第1図の電圧発生回路8を介し
て各受信検出部51,52,53へ与えられる。
かかる操作は入力波Sが与えられる毎に繰り返
し行なわれるので、A+αなる設定値は第2の受
信検出部52にて検出される着目波形(第2図の
第2波参照)のピーク値(第2図のP1点参照)
近傍に、また、A−αなる設定値はこの着目波形
の1波前の波形のピーク値(第2図のP0点参照)
近傍にそれぞれ設定され、これによつてAなる設
定値はこれらの中間位置に設定されることとな
る。このようにして、着目する波形位置を選択す
ることにより、誤検出(トリガミス)が防止さ
れ、超音波伝搬時間の計測を正確に行なうことが
可能となる。
また、第1図の受波検出回路9は、送信回路3
を介して出力される超音波送信信号と、第2受信
検出部52から得られる受波検出信号Mとを入力
とし、超音波が発射されてから所定時間以内に受
波検出信号が得られないときは、超音波は発射さ
れなかつたものとみなして、電圧設定部7の動作
をホールドするものである。なお、検出部52を
介して得られる信号Mにもとづいて周知の時間計
測が行なわれることは云う迄もない。
〔発明の効果〕
この発明によれば、3つの受信検出部、2つの
波形判別部およびこの波形判断部からの出力にも
とづいて受信検出部の設定電圧を調整する電圧設
定部を設けることにより、最適なレベルを設定し
て着目すべき波形を選定することができるのでト
リガミスが防止され、したがつて受信波形の変動
に関係なく常に安定かつ高精度の計測が可能にな
る利点がもたらされるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す構成図、第1
A図は第1図の主要部を示す要部回路図、第2図
は第1A図の各部波形を示すタイムチヤート、第
3図は設定値の更新操作を説明するためのフロー
チヤート、第4図は超音波伝搬時間検出装置の従
来例を示すブロツク図、第5図は超音波の受信波
形例を示す波形図である。 符号説明 11…送信トランスジユーサ、12
…受信トランスジユーサ、3…送信回路、4…受
信回路、5,51,52,53…受信検出部、
6,61,62…波形判断部、7…電圧設定部
(CPU)、8…電圧発生回路、9…受波検出回路、
15,16…筺体、20…同期パルス発生回路、
21,25…カウンタ、22…遅延要素、23…
時間差検出回路、24…電圧制御発振器
(VCO)、511〜531…コンパレータ、51
2〜514,522〜524,532〜534…
フリツプフロツプ、、611,621…ラツチ回
路、612,622…抵抗、613,623…コ
ンデンサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 複数の波からなる一連の超音波を電気信号に
    変換して受信、検出するための受波検出装置であ
    つて、第1、第2および第3の設定電圧を個々に
    有し受信波が該各設定電圧を越えたとき第1、第
    2および第3の受信検出信号をそれぞれ出力する
    第1、第2および第3の受信検出部と、該第2、
    第3の受信検出信号を所定時間遅らせたタイミン
    グでそれぞれ第1、第2の受信検出信号をラツチ
    することにより第1と第2および第2と第3の各
    受信検出部にて検出される波が同じ位置のもので
    あるか否かを判別する第1、第2の波形判別部
    と、前記一連の超音波信号を受信する毎に出力さ
    れる該第1、第2波形判別部出力にもとづいて前
    記各設定電圧を増減する電圧設定部とを備え、該
    電圧設定部からの出力にもとづいて前記各設定電
    圧を逐次更新することにより時間検出の対象とな
    る波形を選定することを特徴とする受波検出装
    置。
JP59127603A 1984-06-22 1984-06-22 受波検出装置 Granted JPS618621A (ja)

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