JPH0810151B2 - 超音波流速測定装置 - Google Patents
超音波流速測定装置Info
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- JPH0810151B2 JPH0810151B2 JP62257251A JP25725187A JPH0810151B2 JP H0810151 B2 JPH0810151 B2 JP H0810151B2 JP 62257251 A JP62257251 A JP 62257251A JP 25725187 A JP25725187 A JP 25725187A JP H0810151 B2 JPH0810151 B2 JP H0810151B2
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- ultrasonic wave
- ultrasonic
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- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波を利用して流体の流速を測定する超音
波流速測定装置に関する。
波流速測定装置に関する。
［従来の技術］ 従来から流体中に超音波を送波して、流体を伝搬する
超音波を受波し、超音波の伝搬時間を測定することによ
り、流体の流速を側定する超音波流速測定装置が知られ
ている。このような超音波流速測定装置においては、流
体中を伝搬する超音波を超音波受波器で受波して、電圧
信号に変換し、この電圧信号を増幅器で所定のレベルま
で増幅した後、予め設定した基準電圧（以下、トリガレ
ベルという）と比較し、超音波に対応する電圧信号がト
リガレベルを越えた時点又は超音波に対応する電圧信号
がトリガレベルを越えた直後のゼロクロス点（電圧信号
がOVをよぎる点）をもって超音波の到達時点としてい
た。
超音波を受波し、超音波の伝搬時間を測定することによ
り、流体の流速を側定する超音波流速測定装置が知られ
ている。このような超音波流速測定装置においては、流
体中を伝搬する超音波を超音波受波器で受波して、電圧
信号に変換し、この電圧信号を増幅器で所定のレベルま
で増幅した後、予め設定した基準電圧（以下、トリガレ
ベルという）と比較し、超音波に対応する電圧信号がト
リガレベルを越えた時点又は超音波に対応する電圧信号
がトリガレベルを越えた直後のゼロクロス点（電圧信号
がOVをよぎる点）をもって超音波の到達時点としてい
た。
しかしながら、流体中を伝搬する超音波は流体の成
分、流体の温度、流体中の挟雑物等によりその減衰量が
異なり、又、温度分布その他の流体の不均一性により伝
搬経路上で反射、屈折等が行なわれるので、超音波受波
器で受波した受信波レベルは著しく変動する。特に、流
体が気体である場合には、液体に比べて大きく影響を受
ける。
分、流体の温度、流体中の挟雑物等によりその減衰量が
異なり、又、温度分布その他の流体の不均一性により伝
搬経路上で反射、屈折等が行なわれるので、超音波受波
器で受波した受信波レベルは著しく変動する。特に、流
体が気体である場合には、液体に比べて大きく影響を受
ける。
第５図は受信波レベルが変動する情況を説明する図で
ある。第５図において、Ａは超音波送波器から送波した
超音波信号（以下、送信波という）Ｂは超音波受波器で
受波した超音波信号（以下、受信波という）、Ｃは受信
波がトリガレベルVthをよぎった後に、最初のゼロクロ
ス点をよぎったときに出力されるゼロクロスパルスであ
る。なお受信波Ｂは時間軸を拡大して示してある。第５
図に示すように、受信波B1に対応するゼロクロスパルス
はC1であるが、受信波B2に対応するゼロクロスパルスは
C2になり、伝搬時間はt2からt3に変動したように測定さ
れる。
ある。第５図において、Ａは超音波送波器から送波した
超音波信号（以下、送信波という）Ｂは超音波受波器で
受波した超音波信号（以下、受信波という）、Ｃは受信
波がトリガレベルVthをよぎった後に、最初のゼロクロ
ス点をよぎったときに出力されるゼロクロスパルスであ
る。なお受信波Ｂは時間軸を拡大して示してある。第５
図に示すように、受信波B1に対応するゼロクロスパルス
はC1であるが、受信波B2に対応するゼロクロスパルスは
C2になり、伝搬時間はt2からt3に変動したように測定さ
れる。
［発明が解決しようとする問題点］ ところで、受信波を安定して捉えるため、従来から受
信波の増幅回路にAGC（自動利得制御）を施し、受信波
レベルを一定にして、トリガレベルと比較する手段が用
いられていた。
信波の増幅回路にAGC（自動利得制御）を施し、受信波
レベルを一定にして、トリガレベルと比較する手段が用
いられていた。
しかし、受信波（又は受信波に対応する電圧信号）の
増幅回路に施されるAGCは、AGCが施される以前の受信波
レベルによって決定されるものである。従って、受信波
の増幅回路にAGCを施しても、これから受波する受信レ
ベルを予測するものではないので、受信波レベルの変動
が遅い場合には効果があるが、受信波レベルの変動が激
しい（受信波レベルの変動が速い）場合には何等の効果
がないばかりか、かえって逆効果を招く恐れすらあっ
た。（少なくとも送信波を送波する間隔だけ時間があい
ているので、この間に受信波レベルが変動してしまう場
合がある。）従って、超音波の伝搬流体の温度むら、ゆ
らぎ等があると受信波レベルが変動するので、側定値に
大きなアパレ内至誤差を生じることになる。
増幅回路に施されるAGCは、AGCが施される以前の受信波
レベルによって決定されるものである。従って、受信波
の増幅回路にAGCを施しても、これから受波する受信レ
ベルを予測するものではないので、受信波レベルの変動
が遅い場合には効果があるが、受信波レベルの変動が激
しい（受信波レベルの変動が速い）場合には何等の効果
がないばかりか、かえって逆効果を招く恐れすらあっ
た。（少なくとも送信波を送波する間隔だけ時間があい
ているので、この間に受信波レベルが変動してしまう場
合がある。）従って、超音波の伝搬流体の温度むら、ゆ
らぎ等があると受信波レベルが変動するので、側定値に
大きなアパレ内至誤差を生じることになる。
本発明は係る問題点を解決するためになされたもので
あり、受信波レベルが変動しても安定かつ高い測定精度
で、流体の流速を測定できる超音波流速測定装置を提供
することを目的とするものである。
あり、受信波レベルが変動しても安定かつ高い測定精度
で、流体の流速を測定できる超音波流速測定装置を提供
することを目的とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る超音波流速測定装置は、第１の発明とし
て、超音波が流体中の第１の地点から第２の地点及び第
２の地点から第１の地点に伝搬するように切り換わると
ともに、第１の地点に到達した超音波に対応する受信信
号及び第２の地点に到達した超音波に対応する受信信号
を順次選択出力する切換手段と、受信信号の振幅に比例
する基準信号を出力する基準信号出力手段と、少なくと
も基準信号が出力されるまでの時間だけ、受信信号を遅
延させた遅延受信信号を出力する遅延手段と、遅延受信
信号が基準信号より大きくなったときに、受波信号を出
力する比較手段とを備えている。
て、超音波が流体中の第１の地点から第２の地点及び第
２の地点から第１の地点に伝搬するように切り換わると
ともに、第１の地点に到達した超音波に対応する受信信
号及び第２の地点に到達した超音波に対応する受信信号
を順次選択出力する切換手段と、受信信号の振幅に比例
する基準信号を出力する基準信号出力手段と、少なくと
も基準信号が出力されるまでの時間だけ、受信信号を遅
延させた遅延受信信号を出力する遅延手段と、遅延受信
信号が基準信号より大きくなったときに、受波信号を出
力する比較手段とを備えている。
又、第２の発明として、第１の超音波及び第１の超音
波と略同一波形の第２の超音波を短い間隔で流体中に出
力する超音波出力手段と、第１の超音波及び第２の超音
波が、第１の地点から第２の地点及び第２の地点から第
１の地点にそれぞれ伝搬されるように切り換わるととも
に、第１の地点に到達した第１の超音波及び第２の超音
波に対応する第１の受信信号並びに第２の地点に到達し
た第１の超音波及び第２の超音波に対応する第２の受信
信号を順次選択出力する切換手段と、第１の受信信号の
信幅に比例する基準信号を出力する基準信号出力手段
と、第２の受信信号が基準信号より大きくなったとき
に、受波信号を出力する比較手段とを備えている。
波と略同一波形の第２の超音波を短い間隔で流体中に出
力する超音波出力手段と、第１の超音波及び第２の超音
波が、第１の地点から第２の地点及び第２の地点から第
１の地点にそれぞれ伝搬されるように切り換わるととも
に、第１の地点に到達した第１の超音波及び第２の超音
波に対応する第１の受信信号並びに第２の地点に到達し
た第１の超音波及び第２の超音波に対応する第２の受信
信号を順次選択出力する切換手段と、第１の受信信号の
信幅に比例する基準信号を出力する基準信号出力手段
と、第２の受信信号が基準信号より大きくなったとき
に、受波信号を出力する比較手段とを備えている。
［作用］ 第１の発明においては、切換手段が第１の地点から第
２の地点及び第２の地点から第１の地点に超音波が伝搬
するように切り換わり、第１の地点及び第２の地点に到
達した超音波に対応する受信信号を順次選択出力し、基
準信号出力手段が受信信号の振幅に比例する大きさの基
準信号を出力し、遅延手段が受信信号を遅延させた遅延
受信信号を出力し、比較手段が遅延受信信号が基準信号
より大きくなったときに、受波信号を出力する。
２の地点及び第２の地点から第１の地点に超音波が伝搬
するように切り換わり、第１の地点及び第２の地点に到
達した超音波に対応する受信信号を順次選択出力し、基
準信号出力手段が受信信号の振幅に比例する大きさの基
準信号を出力し、遅延手段が受信信号を遅延させた遅延
受信信号を出力し、比較手段が遅延受信信号が基準信号
より大きくなったときに、受波信号を出力する。
又、第２の発明においては、超音波出力手段が第１の
超音波及び第２の超音波を短い間隔出力し、切換手段が
第１の地点から第２の地点及び第２の地点から第１の地
点に第１の超音波及び第２の超音波がそれぞれ伝搬され
るように切り換わり、第１の地点に到達した第１の超音
波及び第２の超音波に対応する第１の受信信号並びに第
２の地点に到達した第１の超音波及び第２の超音波に対
応する第２の受信信号を順次選択出力し、基準信号出力
手段が第１の受信信号の振幅に比例する大きさの基準信
号を出力し、比較手段が第２の受信信号が基準信号より
大きくなったときに、受波信号を出力する。
超音波及び第２の超音波を短い間隔出力し、切換手段が
第１の地点から第２の地点及び第２の地点から第１の地
点に第１の超音波及び第２の超音波がそれぞれ伝搬され
るように切り換わり、第１の地点に到達した第１の超音
波及び第２の超音波に対応する第１の受信信号並びに第
２の地点に到達した第１の超音波及び第２の超音波に対
応する第２の受信信号を順次選択出力し、基準信号出力
手段が第１の受信信号の振幅に比例する大きさの基準信
号を出力し、比較手段が第２の受信信号が基準信号より
大きくなったときに、受波信号を出力する。
［実施例］ 第１図は本発明の一実施例に係る超音波流速測定装置
の回路ブロック図である。第１図において、１は所定周
波数のクロックパルスCPを出力するクロックパルス発生
回路、２はクロックパルス発生回路１のクロックパルス
CPを適当に分周し、この装置の動作に必要なタイミング
パルスＴを出力するタイミングパルス発生回路、３はタ
イミングパルス発生回路２から出力される送信指令信号
Ａにより、送信信号Ｂを出力する送信回路、４は矢印ｖ
方向に流体が流れている流管、５、６は流管４に距離ｌ
を隔てて配置された超音波送受波器、７は送信信号Ｂに
対応する送信波が超音波送受波器５から６方向（以下、
順方向という）及び超音波送受波器６から５方向（以
下、逆方向という）に伝搬されるように切り換わる送受
切換回路、８は超音波受波器５又は６が受波した受信信
号に対応する電圧信号Ｄを出力する受信回路、９は超音
波受波器５又は６が受波した受信信号に対応する電圧信
号C1を出力する受信回路、10は電圧信号Ｄの最大値Dmax
を検出し、保持するピークホールド回路、11は電圧信号
Ｄの最大値Dmaxに一定係数Ｋを乗じた大きさの電圧信号
Ｅ（Ｅ＝Ｋ・Dmax）を出力する係数器、12は電圧信号C1
を所定時間だけ遅延させて電圧信号C2を出力する遅延回
路、13は電圧信号C2を基準電圧Ｅと比較し、電圧信号C2
が基準電圧Ｅより大きいときはハイレベル『１』の比較
信号を出力する電圧比較器、14は電圧信号C2を通常0Vに
設定されている基準電圧VRと比較し、電圧信号C2が基準
電圧VRをよぎったときハイレベル『１』の比較信号を出
力する電圧比較器、15は電圧比較器13からハイレベル
『１』の比較信号が出力されると、電圧信号Ｄの略１周
期に相当する幅のパルス信号Ｆを出力するモノステーブ
ルマルチバイブレータ、16は電圧比較器14からハイレベ
ル『１』の比較信号が出力されると、所定のパルス幅の
ゼロクロスパルスを出力するモノステーブルマルチバイ
ブレータ、17はモノステーブルマルチバイブレータ15及
び16の出力がともに『１』のときにゼロクロスパルスＧ
を出力するアンドゲート、18はセット端子Ｓに送信指令
信号Ａが、リセット端子ＲにゼロクロスパルスＧが入力
され、出力端子Ｑからハイレベル『１』又はローレベル
『０』の信号Ｈを出力するフリップフロップ、19はフリ
ップフロップ16の出力信号Ｈがハイレベル『１』の間だ
け、クロックパルスCPを出力するアンドゲート、20はフ
リップフロップ18の出力信号Ｈがハイレベル『１』であ
る時間に対応するクロックパルスCPのパルス数をカウン
トするカウンタ、21はカウンタ20の計数値に基づいて流
速を算出する信号処理回路、22は算出した流速を表示す
る表示器である。
の回路ブロック図である。第１図において、１は所定周
波数のクロックパルスCPを出力するクロックパルス発生
回路、２はクロックパルス発生回路１のクロックパルス
CPを適当に分周し、この装置の動作に必要なタイミング
パルスＴを出力するタイミングパルス発生回路、３はタ
イミングパルス発生回路２から出力される送信指令信号
Ａにより、送信信号Ｂを出力する送信回路、４は矢印ｖ
方向に流体が流れている流管、５、６は流管４に距離ｌ
を隔てて配置された超音波送受波器、７は送信信号Ｂに
対応する送信波が超音波送受波器５から６方向（以下、
順方向という）及び超音波送受波器６から５方向（以
下、逆方向という）に伝搬されるように切り換わる送受
切換回路、８は超音波受波器５又は６が受波した受信信
号に対応する電圧信号Ｄを出力する受信回路、９は超音
波受波器５又は６が受波した受信信号に対応する電圧信
号C1を出力する受信回路、10は電圧信号Ｄの最大値Dmax
を検出し、保持するピークホールド回路、11は電圧信号
Ｄの最大値Dmaxに一定係数Ｋを乗じた大きさの電圧信号
Ｅ（Ｅ＝Ｋ・Dmax）を出力する係数器、12は電圧信号C1
を所定時間だけ遅延させて電圧信号C2を出力する遅延回
路、13は電圧信号C2を基準電圧Ｅと比較し、電圧信号C2
が基準電圧Ｅより大きいときはハイレベル『１』の比較
信号を出力する電圧比較器、14は電圧信号C2を通常0Vに
設定されている基準電圧VRと比較し、電圧信号C2が基準
電圧VRをよぎったときハイレベル『１』の比較信号を出
力する電圧比較器、15は電圧比較器13からハイレベル
『１』の比較信号が出力されると、電圧信号Ｄの略１周
期に相当する幅のパルス信号Ｆを出力するモノステーブ
ルマルチバイブレータ、16は電圧比較器14からハイレベ
ル『１』の比較信号が出力されると、所定のパルス幅の
ゼロクロスパルスを出力するモノステーブルマルチバイ
ブレータ、17はモノステーブルマルチバイブレータ15及
び16の出力がともに『１』のときにゼロクロスパルスＧ
を出力するアンドゲート、18はセット端子Ｓに送信指令
信号Ａが、リセット端子ＲにゼロクロスパルスＧが入力
され、出力端子Ｑからハイレベル『１』又はローレベル
『０』の信号Ｈを出力するフリップフロップ、19はフリ
ップフロップ16の出力信号Ｈがハイレベル『１』の間だ
け、クロックパルスCPを出力するアンドゲート、20はフ
リップフロップ18の出力信号Ｈがハイレベル『１』であ
る時間に対応するクロックパルスCPのパルス数をカウン
トするカウンタ、21はカウンタ20の計数値に基づいて流
速を算出する信号処理回路、22は算出した流速を表示す
る表示器である。
上記のように構成した超音波流速測定装置の動作を第
２図に示したタイミングチャートに基いて説明する。第
２図において記号ＡからＨで示した波形は第１図に示し
た回路の要部における出力波形を示す。
２図に示したタイミングチャートに基いて説明する。第
２図において記号ＡからＨで示した波形は第１図に示し
た回路の要部における出力波形を示す。
送信回路３はタイミングパルス発生回路２から送信指
令信号Ａが出力されると（第２図（ａ）参照）、送信信
号Ｂを出力する（第２図（ｂ）参照）又、送信指令信号
Ａの出力により、ピークホールド回路10はリセットされ
る。さらに、フリップフロップ18が送信指令信号Ａの出
力によりセットされて、ハイレベル『１』の信号Ｈを出
力するのでカウンタ20はクロックパルス発生回路１が出
力するクロックパルスCPのパルス数を計数し始める（第
２図（ｉ）参照）。
令信号Ａが出力されると（第２図（ａ）参照）、送信信
号Ｂを出力する（第２図（ｂ）参照）又、送信指令信号
Ａの出力により、ピークホールド回路10はリセットされ
る。さらに、フリップフロップ18が送信指令信号Ａの出
力によりセットされて、ハイレベル『１』の信号Ｈを出
力するのでカウンタ20はクロックパルス発生回路１が出
力するクロックパルスCPのパルス数を計数し始める（第
２図（ｉ）参照）。
送受切換回路７は送信指令信号Ａが出力されるのに対
応して、タイミングパルス発生回路２の制御により送信
回路３から出力される送信信号Ｂを超音波送受波器５に
出力する。超音波送受波器５は送信信号Ｂを超音波信号
に変換して、送信波として流体中に送波する。超音波送
受波器６は超音波送受波器５から送波された送信波を受
波して、電圧信号に変換する。
応して、タイミングパルス発生回路２の制御により送信
回路３から出力される送信信号Ｂを超音波送受波器５に
出力する。超音波送受波器５は送信信号Ｂを超音波信号
に変換して、送信波として流体中に送波する。超音波送
受波器６は超音波送受波器５から送波された送信波を受
波して、電圧信号に変換する。
受信増幅回路８及び９は超音波送受波器６から送受切
換回路７を介して出力される電圧信号をそれぞれ増幅
し、受信信号に対応する大きさの電圧信号Ｄ及びC1をピ
ークホールド回路10及び遅延回路12にそれぞれ出力する
（第２図（ｄ）、（ｃ）参照）、ピークホールド回路10
は電圧信号Ｄのピーク値を保持する。係数器11はピーク
ホールド回路10が保持する電圧信号Ｄの最大値Dmaxに一
定係数Ｋを乗じた大きさの電圧信号Ｅ（Ｅ＝Ｋ・Dmax）
を出力する（第２図（ｆ）参照）。又、遅延回路12は電
圧信号C1を所定の遅延時間tdだけ遅延させた電圧信号C2
を出力する。
換回路７を介して出力される電圧信号をそれぞれ増幅
し、受信信号に対応する大きさの電圧信号Ｄ及びC1をピ
ークホールド回路10及び遅延回路12にそれぞれ出力する
（第２図（ｄ）、（ｃ）参照）、ピークホールド回路10
は電圧信号Ｄのピーク値を保持する。係数器11はピーク
ホールド回路10が保持する電圧信号Ｄの最大値Dmaxに一
定係数Ｋを乗じた大きさの電圧信号Ｅ（Ｅ＝Ｋ・Dmax）
を出力する（第２図（ｆ）参照）。又、遅延回路12は電
圧信号C1を所定の遅延時間tdだけ遅延させた電圧信号C2
を出力する。
電圧比較器13は電圧信号C2をトリガレベルとしての電
圧信号Ｅと比較しており、電圧信号C2が電圧信号Ｅより
大きくなると、ハイレベル『１』の比較信号を出力す
る。モノステーブルマルチバイブレータ15は電圧比較器
13がハイレベル『１』の比較信号を出力すると、電圧信
号C2の略１周期に相当する幅のパルス信号Ｆを出力する
（第２図（ｇ）参照）。
圧信号Ｅと比較しており、電圧信号C2が電圧信号Ｅより
大きくなると、ハイレベル『１』の比較信号を出力す
る。モノステーブルマルチバイブレータ15は電圧比較器
13がハイレベル『１』の比較信号を出力すると、電圧信
号C2の略１周期に相当する幅のパルス信号Ｆを出力する
（第２図（ｇ）参照）。
ところで、電圧信号C2は常に電圧信号Ｄの最大値Dmax
に係数Ｋを乗じた大きさである電圧信号Ｅよりも遅延時
間tdだけ遅れている。又、電圧信号Ｄ及びC2はもともと
同じ伝搬経路を伝搬してきたものであるので、流体の温
度ムラ、その他の外乱により生じる変動は時間差がある
だけで等しいものである。
に係数Ｋを乗じた大きさである電圧信号Ｅよりも遅延時
間tdだけ遅れている。又、電圧信号Ｄ及びC2はもともと
同じ伝搬経路を伝搬してきたものであるので、流体の温
度ムラ、その他の外乱により生じる変動は時間差がある
だけで等しいものである。
従って、電圧信号Ｅは電圧信号C2の変動に相応して変
動することになる。例えば、電圧信号Ｄの最大値Dmaxを
電圧信号C2の1/2の大きさになるように係数器11の係数
Ｋを設定すると（電圧信号Ｅ＝Dmax/2）、電圧信号C2が
どのように変動しても、電圧比較器13は電圧信号C2が電
圧信号Ｄの最大値Dmaxの1/2を越えた時点でハイレベル
『１』の比較信号を出力する。換言すると、電圧比較器
13は電圧信号C2が０から次第に増加していき、例えば電
圧信号C2の第３番目の山で電圧信号Ｅを越えると、電圧
信号C2及びＤが相似的に変化する限りにおいては、電圧
信号C2及びＤの振幅がどのように変化しても、電圧信号
C2の第３番目の山でハイレベル『１』の比較信号を出力
することになる。
動することになる。例えば、電圧信号Ｄの最大値Dmaxを
電圧信号C2の1/2の大きさになるように係数器11の係数
Ｋを設定すると（電圧信号Ｅ＝Dmax/2）、電圧信号C2が
どのように変動しても、電圧比較器13は電圧信号C2が電
圧信号Ｄの最大値Dmaxの1/2を越えた時点でハイレベル
『１』の比較信号を出力する。換言すると、電圧比較器
13は電圧信号C2が０から次第に増加していき、例えば電
圧信号C2の第３番目の山で電圧信号Ｅを越えると、電圧
信号C2及びＤが相似的に変化する限りにおいては、電圧
信号C2及びＤの振幅がどのように変化しても、電圧信号
C2の第３番目の山でハイレベル『１』の比較信号を出力
することになる。
一方、電圧比較器14は電圧信号C2が基準電圧VRをよぎ
った時点（本実施例では正値から負値によぎった時点）
に、電圧信号C2に対応する受信信号を受波した旨を示す
ハイレベル『１』の比較信号を出力する。モノステーブ
ルマルチバイブレータ16は電圧比較器14がハイレベル
『１』の比較信号を出力すると、電圧信号C2の略1/2周
期以下に相当するパルス幅のゼロクロスパルスを出力す
る（第２図（ｈ）参照）。
った時点（本実施例では正値から負値によぎった時点）
に、電圧信号C2に対応する受信信号を受波した旨を示す
ハイレベル『１』の比較信号を出力する。モノステーブ
ルマルチバイブレータ16は電圧比較器14がハイレベル
『１』の比較信号を出力すると、電圧信号C2の略1/2周
期以下に相当するパルス幅のゼロクロスパルスを出力す
る（第２図（ｈ）参照）。
アンドゲート17はモノステーブルマルチバイブレータ
15及び16の出力の論理積をとり、電圧信号C2の振幅の大
きさに拘らず、電圧信号C2の特定の山（例えば、電圧信
号C2の第３番目の山）の直後のゼロクロス点に対応する
ゼロクロスパルスＧを出力する。
15及び16の出力の論理積をとり、電圧信号C2の振幅の大
きさに拘らず、電圧信号C2の特定の山（例えば、電圧信
号C2の第３番目の山）の直後のゼロクロス点に対応する
ゼロクロスパルスＧを出力する。
送信指令信号Ａの出力によりセットされたフリップフ
ロップ18は、ゼロクロスパルスＧによりリセットされ
る。なお、電圧比較器14は電圧信号C2がゼロクロス点を
よぎる度毎にゼロクロスパルスを出力するが、電圧信号
C2が電圧信号Ｅを越えない限り、電圧比較器13がハイレ
ベル『１』の比較信号を出力しないので、フリップフロ
ップ18はリセットされない。カウンタ20はフリップフロ
ップ18のリセットにより、クロックパルスCPのパルス数
の計数を停止する（第２図（ｉ）参照）。従って、カウ
ンタ20は順方向の超音波の伝搬時間に相当する時間t1、
遅延時間td及びトリガ遅延時間tZとの和の時間だけ、ク
ロックパルスCPのパルス数を計数することになる。トリ
ガ遅延時間tZは一定に保てるので、遅延時間tdが既知で
あれば、計数値に基づいて順方向における超音波の伝搬
時間T1（＝t1（順方向））を計時できることになる。以
上のようにして超音波の順方向の伝搬時間の計時を終了
すると、今度は逆方向の伝搬時間の計時を行なう。即
ち、送受切換回路７を切り換えて、超音波送受波器６か
ら５に超音波を伝搬させ、この伝搬時間T2（＝t1（逆方
向））を計時するのである。
ロップ18は、ゼロクロスパルスＧによりリセットされ
る。なお、電圧比較器14は電圧信号C2がゼロクロス点を
よぎる度毎にゼロクロスパルスを出力するが、電圧信号
C2が電圧信号Ｅを越えない限り、電圧比較器13がハイレ
ベル『１』の比較信号を出力しないので、フリップフロ
ップ18はリセットされない。カウンタ20はフリップフロ
ップ18のリセットにより、クロックパルスCPのパルス数
の計数を停止する（第２図（ｉ）参照）。従って、カウ
ンタ20は順方向の超音波の伝搬時間に相当する時間t1、
遅延時間td及びトリガ遅延時間tZとの和の時間だけ、ク
ロックパルスCPのパルス数を計数することになる。トリ
ガ遅延時間tZは一定に保てるので、遅延時間tdが既知で
あれば、計数値に基づいて順方向における超音波の伝搬
時間T1（＝t1（順方向））を計時できることになる。以
上のようにして超音波の順方向の伝搬時間の計時を終了
すると、今度は逆方向の伝搬時間の計時を行なう。即
ち、送受切換回路７を切り換えて、超音波送受波器６か
ら５に超音波を伝搬させ、この伝搬時間T2（＝t1（逆方
向））を計時するのである。
信号処理回路21はカウンタ20が計時した超音波の順方
向の伝搬時間T1及び逆方向の伝搬時間T2に基づいて、流
体の流速ｖを算出する。本実施例では、順方向及び逆方
向の伝搬時間に基づく流速ｖの基本的な算出方法につい
て説明する。即ち、超音波送受波器５と６との距離を
ｌ、超音波送受波器５と６とを結ぶ線分と流体の流速方
向とのなす角をθ、流体中の音速をｃとすると、順方向
の伝搬時間T1及び逆方向の伝搬時間T2は、 T1＝／（ｃ＋v cos θ） T2＝／（ｃ−v cos θ） となる。伝搬時間T1及びT2に対して、 f1＝1/2 T1 f2＝1/2 T2 なる関係の周波数f1及びf2の差の周波数ｆは ｆ＝f1−f2＝（v/l）cos θ となる。距離及び角度θは既知であるので、周波数ｆ
から流速ｖは容易に算出される。
向の伝搬時間T1及び逆方向の伝搬時間T2に基づいて、流
体の流速ｖを算出する。本実施例では、順方向及び逆方
向の伝搬時間に基づく流速ｖの基本的な算出方法につい
て説明する。即ち、超音波送受波器５と６との距離を
ｌ、超音波送受波器５と６とを結ぶ線分と流体の流速方
向とのなす角をθ、流体中の音速をｃとすると、順方向
の伝搬時間T1及び逆方向の伝搬時間T2は、 T1＝／（ｃ＋v cos θ） T2＝／（ｃ−v cos θ） となる。伝搬時間T1及びT2に対して、 f1＝1/2 T1 f2＝1/2 T2 なる関係の周波数f1及びf2の差の周波数ｆは ｆ＝f1−f2＝（v/l）cos θ となる。距離及び角度θは既知であるので、周波数ｆ
から流速ｖは容易に算出される。
表示器22は信号処理回路21が算出した流速ｖを表示す
る。
る。
第３図は本発明の一実施例に係る超音波流速測定装置
の他の実施例の回路ブロック図である。なお、第３図に
おいて、第１図と同様な機能を果たす部分については同
一の符号を付し、その説明は省略する。又、第３図にお
いて、23はオアゲート24はタイミングパルス発生回路２
から続けて出力される送信指令信号A1、A2により、所定
時間遅延した所定幅のパルス信号DG及びCGを受信回路８
及び９に出力する受信ゲート発生回路である。なお、送
信指令信号A1とパルス信号DG及び送信指令信号A2とパル
ス信号CGとの間隔は流管４の径から予め計算で算出して
おく。
の他の実施例の回路ブロック図である。なお、第３図に
おいて、第１図と同様な機能を果たす部分については同
一の符号を付し、その説明は省略する。又、第３図にお
いて、23はオアゲート24はタイミングパルス発生回路２
から続けて出力される送信指令信号A1、A2により、所定
時間遅延した所定幅のパルス信号DG及びCGを受信回路８
及び９に出力する受信ゲート発生回路である。なお、送
信指令信号A1とパルス信号DG及び送信指令信号A2とパル
ス信号CGとの間隔は流管４の径から予め計算で算出して
おく。
ところで、第１図に示した実施例では遅延回路12によ
って、電圧信号C1を所定の遅延時間tdだけ遅延させた。
しかし、気体用超音波流速測定装置の場合、遅延時間td
が数十〜100μｓ、遅延時間tdの安定性が0.1μｓ以上の
ものが必要とされる。このような遅延素子は大形で、高
価なものになってしまう。そこで、本実施例では遅延回
路12を使用せずに、伝搬時間を測定できるようにした。
って、電圧信号C1を所定の遅延時間tdだけ遅延させた。
しかし、気体用超音波流速測定装置の場合、遅延時間td
が数十〜100μｓ、遅延時間tdの安定性が0.1μｓ以上の
ものが必要とされる。このような遅延素子は大形で、高
価なものになってしまう。そこで、本実施例では遅延回
路12を使用せずに、伝搬時間を測定できるようにした。
以下、上記構成の超音波流速測定装置の動作を第４図
に示したタイミングチャートに基いて説明する。
に示したタイミングチャートに基いて説明する。
送信回路３は上記実施例において送信指令信号Ａが出
力される間隔に比べて、非常に短い間隔でタイミングパ
ルス発生回路２から送信指令信号A1及びA2が出力される
と（第４図（ａ）参照）送信指令信号A1及びA2に対応す
る送信信号B1、B2を出力する（第４図（ｂ）参照）。
又、送信指令信号A1（及びA2）の出力により、ピークホ
ールド回路10はリセットされる。さらに、フリップフロ
ップ18が送信指令信号A2の出力によりセットされて、ハ
イレベル『１』の信号Ｈを出力するので、カウンタ20は
クロックパルス発生回路１が出力するクロックパルスCP
のパルス数を計数し始める（第４図（ｊ）参照）。
力される間隔に比べて、非常に短い間隔でタイミングパ
ルス発生回路２から送信指令信号A1及びA2が出力される
と（第４図（ａ）参照）送信指令信号A1及びA2に対応す
る送信信号B1、B2を出力する（第４図（ｂ）参照）。
又、送信指令信号A1（及びA2）の出力により、ピークホ
ールド回路10はリセットされる。さらに、フリップフロ
ップ18が送信指令信号A2の出力によりセットされて、ハ
イレベル『１』の信号Ｈを出力するので、カウンタ20は
クロックパルス発生回路１が出力するクロックパルスCP
のパルス数を計数し始める（第４図（ｊ）参照）。
送受切換回路７は送信指令信号A1及びA2が出力される
のに対応して、送信信号B1及びB2を超音波送受波器５に
出力する。超音波送受波器５は送信信号B1及びB2を超音
波信号に変換して、送信波として流体中に送波する。超
音波送受波器６は超音波送受波器５から送波された送信
波を受波して、電圧信号に変換する。
のに対応して、送信信号B1及びB2を超音波送受波器５に
出力する。超音波送受波器５は送信信号B1及びB2を超音
波信号に変換して、送信波として流体中に送波する。超
音波送受波器６は超音波送受波器５から送波された送信
波を受波して、電圧信号に変換する。
超音波送受波器６が送信波を受波するタイミングにあ
わせて、受信ゲート発生回路24が受信増幅回路８にパル
ス信号DGを出力すると（第４図（ｃ）参照）、受信増幅
回路８は超音波送受波器６から送受切換回路７を介して
出力される電圧信号を増幅し、受信信号に対応する大き
さの電圧信号Ｄをピークホールド回路10に出力する（第
４図（ｄ）参照）。ピークホールド回路10は電圧信号Ｄ
のピーク値を保持する。さらに、係数器11はピークホー
ルド回路10が保持する電圧信号Ｄの最大値Dmaxに一定係
数Ｋを乗じた大きさの電圧信号Ｅを出力する（第４図
（ｅ）参照）。
わせて、受信ゲート発生回路24が受信増幅回路８にパル
ス信号DGを出力すると（第４図（ｃ）参照）、受信増幅
回路８は超音波送受波器６から送受切換回路７を介して
出力される電圧信号を増幅し、受信信号に対応する大き
さの電圧信号Ｄをピークホールド回路10に出力する（第
４図（ｄ）参照）。ピークホールド回路10は電圧信号Ｄ
のピーク値を保持する。さらに、係数器11はピークホー
ルド回路10が保持する電圧信号Ｄの最大値Dmaxに一定係
数Ｋを乗じた大きさの電圧信号Ｅを出力する（第４図
（ｅ）参照）。
又、超音波送受波器６が送信波を受波するタイミング
にあわせて、受信ゲート発生回路24が受信増幅回路９に
パルス信号CGを出力すると（第４図（ｆ）参照）、受信
増幅回路９は超音波送受波器６から出力される電圧信号
を増幅し、電圧信号Ｃを電圧比較器13及び14に出力する
（第４図（ｇ）参照）。電圧比較器13は電圧信号Ｃをト
リガレベルとしての電圧信号Ｅと比較しており、電圧信
号Ｃが電圧信号Ｅより大きくなると、ハイレベル『１』
の比較信号を出力する。モノステーブルマルチバイブレ
ータ15は電圧比較器13がハイレベル『１』の比較信号を
出力すると、電圧信号Ｃの略１周期に相当する幅のパル
ス信号Ｆを出力する（第４図（ｈ）参照）。
にあわせて、受信ゲート発生回路24が受信増幅回路９に
パルス信号CGを出力すると（第４図（ｆ）参照）、受信
増幅回路９は超音波送受波器６から出力される電圧信号
を増幅し、電圧信号Ｃを電圧比較器13及び14に出力する
（第４図（ｇ）参照）。電圧比較器13は電圧信号Ｃをト
リガレベルとしての電圧信号Ｅと比較しており、電圧信
号Ｃが電圧信号Ｅより大きくなると、ハイレベル『１』
の比較信号を出力する。モノステーブルマルチバイブレ
ータ15は電圧比較器13がハイレベル『１』の比較信号を
出力すると、電圧信号Ｃの略１周期に相当する幅のパル
ス信号Ｆを出力する（第４図（ｈ）参照）。
一方、電圧比較器14は電圧信号Ｃが基準電圧VRをよぎ
った時点に、電圧信号Ｃに対応する受信信号を受波した
旨を示すハイレベル『１』の比較信号を出力する。モノ
ステーブルマルチバイブレータ16は電圧比較器14はハイ
レベル『１』の比較信号を出力すると、電圧信号Ｃの略
1/2周期以下に相当するパルス幅のゼロクロスパルスを
出力する（第４図（ｉ）参照）。
った時点に、電圧信号Ｃに対応する受信信号を受波した
旨を示すハイレベル『１』の比較信号を出力する。モノ
ステーブルマルチバイブレータ16は電圧比較器14はハイ
レベル『１』の比較信号を出力すると、電圧信号Ｃの略
1/2周期以下に相当するパルス幅のゼロクロスパルスを
出力する（第４図（ｉ）参照）。
アンドゲート17はモノステーブルマルチバイブレータ
15及び16の出力の論理積をとり、電圧信号Ｃの振幅の大
きさに拘らず、電圧信号Ｃの特定の山の直後のゼロクロ
ス点に対応するゼロクロスパルスを出力する。
15及び16の出力の論理積をとり、電圧信号Ｃの振幅の大
きさに拘らず、電圧信号Ｃの特定の山の直後のゼロクロ
ス点に対応するゼロクロスパルスを出力する。
送信指令信号A2の出力によりセットされたフリップフ
ロップ18は、ゼロクロスパルスＧによりリセットされ
る。カウンタ20はフリップフロップ18のリセットによ
り、クロックパルスCPのパルス数の計数を停止し、順方
向における超音波の伝搬時間T1を計時を終了する（第４
図（ｊ）参照）。同様にして、逆方向の伝搬時間T2を計
時する。
ロップ18は、ゼロクロスパルスＧによりリセットされ
る。カウンタ20はフリップフロップ18のリセットによ
り、クロックパルスCPのパルス数の計数を停止し、順方
向における超音波の伝搬時間T1を計時を終了する（第４
図（ｊ）参照）。同様にして、逆方向の伝搬時間T2を計
時する。
信号処理回路21はカウンタ20が計時した超音波の順方
向の伝搬時間T1及び逆方向の伝搬時間T2に基づいて、流
体の流速ｖを算出する。表示器22は信号処理回路21が算
出した流速ｖを表示する。
向の伝搬時間T1及び逆方向の伝搬時間T2に基づいて、流
体の流速ｖを算出する。表示器22は信号処理回路21が算
出した流速ｖを表示する。
このように、本実施例では伝搬時間を直接的に測定す
るので、この処理過程に誤差が入らないことになる。
るので、この処理過程に誤差が入らないことになる。
［発明の効果］ 以上説明したように、第１の発明においては、切換手
段が第１の地点から第２の地点及び第２の地点から第１
の地点に超音波が伝搬するように切り換わるとともに、
第１の地点及び第２の地点に到達した超音波に対応する
受信信号を順次選択出力し、基準信号出力手段が受信信
号の振幅に比例する大きさの基準信号を出力するととも
に、遅延手段により基準信号が出力される時間、受信信
号を遅延させた遅延受信信号を出力し、受信信号とトリ
ガレベルである基準信号との相対的関係を常に一定に保
った上で、比較手段により遅延受信信号と基準信号とを
比較して、受信信号の到達を検出しており、 又、第２の発明においては、超音波出力手段が第１の
超音波及び第１の超音波とほぼ同じ波形の第２の超音波
を短い間隔で出力し、切換手段が第１の地点から第２の
地点及び第２の地点から第１の地点に第１の超音波及び
第２の超音波が伝搬されるように切り換わるとともに、
第１の地点に到達した第１の超音波及び第２の超音波に
対応する第１の受信信号及び第２の地点に到達した第１
の超音波及び第２の超音波に対応する第２の受信信号を
順次選択出力し、基準信号出力手段が第１の受信信号の
振幅に比例する大きさの基準信号を出力するとともに、
比較手段により第２の受信信号と基準信号とを比較し
て、受信信号の到達を検出するので、いずれの場合であ
っても受信信号の振幅の変動の影響を受けずに、安定か
つ正確に流速を測定できる超音波流速測定装置を得るこ
とができる。
段が第１の地点から第２の地点及び第２の地点から第１
の地点に超音波が伝搬するように切り換わるとともに、
第１の地点及び第２の地点に到達した超音波に対応する
受信信号を順次選択出力し、基準信号出力手段が受信信
号の振幅に比例する大きさの基準信号を出力するととも
に、遅延手段により基準信号が出力される時間、受信信
号を遅延させた遅延受信信号を出力し、受信信号とトリ
ガレベルである基準信号との相対的関係を常に一定に保
った上で、比較手段により遅延受信信号と基準信号とを
比較して、受信信号の到達を検出しており、 又、第２の発明においては、超音波出力手段が第１の
超音波及び第１の超音波とほぼ同じ波形の第２の超音波
を短い間隔で出力し、切換手段が第１の地点から第２の
地点及び第２の地点から第１の地点に第１の超音波及び
第２の超音波が伝搬されるように切り換わるとともに、
第１の地点に到達した第１の超音波及び第２の超音波に
対応する第１の受信信号及び第２の地点に到達した第１
の超音波及び第２の超音波に対応する第２の受信信号を
順次選択出力し、基準信号出力手段が第１の受信信号の
振幅に比例する大きさの基準信号を出力するとともに、
比較手段により第２の受信信号と基準信号とを比較し
て、受信信号の到達を検出するので、いずれの場合であ
っても受信信号の振幅の変動の影響を受けずに、安定か
つ正確に流速を測定できる超音波流速測定装置を得るこ
とができる。
第１図は本発明の一実施例に係る超音波流速測定装置の
回路ブロック図、第２図は上記ブロック図の各部の波形
を示す波形図、第３図は本発明の一実施例に係る超音波
流速測定装置の他の実施例の回路ブロック図、第４図は
上記ブロック図の各部の波形を示す波形図、第５図は流
体中を伝搬する超音波のレベルが変動する状況の説明図
である。 １……クロックパルス発生回路、２……タイミングパル
ス発生回路、３……送信回路、４……流管、5,6……超
音波送受波器、７……送受切換回路、8,9……受信回
路、10……ピークホールド回路、11……係数器、12……
遅延回路、13,14……電圧比較器、15,16……モノステー
ブルマルチバイブレータ、17,19……アンドゲート、18
……フリップフロップ、20……カウンタ、21……信号処
理回路、22……表示器、23……オアゲート、24……受信
ゲート発生回路。
回路ブロック図、第２図は上記ブロック図の各部の波形
を示す波形図、第３図は本発明の一実施例に係る超音波
流速測定装置の他の実施例の回路ブロック図、第４図は
上記ブロック図の各部の波形を示す波形図、第５図は流
体中を伝搬する超音波のレベルが変動する状況の説明図
である。 １……クロックパルス発生回路、２……タイミングパル
ス発生回路、３……送信回路、４……流管、5,6……超
音波送受波器、７……送受切換回路、8,9……受信回
路、10……ピークホールド回路、11……係数器、12……
遅延回路、13,14……電圧比較器、15,16……モノステー
ブルマルチバイブレータ、17,19……アンドゲート、18
……フリップフロップ、20……カウンタ、21……信号処
理回路、22……表示器、23……オアゲート、24……受信
ゲート発生回路。
Claims (6)
- 【請求項１】所定距離だけ離れた流体中の第１の地点か
ら第２の地点まで伝搬する超音波の伝播時間及び該第２
の地点から該第１の地点まで伝搬する超音波の伝搬時間
に基づいて、該流体の流速を測定する超音波流速測定装
置において、 前記超音波が前記第１の地点から前記第２の地点及び該
第２の地点から該第１の地点に伝搬するように切り換わ
るとともに、該第１の地点に到達した超音波に対応する
受信信号及び該第２の地点に到達した超音波に対応する
受信信号を順次選択出力する切換手段と、 前記受信信号の振幅に比例する基準信号を出力する基準
信号出力手段と、 少なくとも前記基準信号が出力されるまでの時間だけ、
前記受信信号を遅延させた遅延受信信号を出力する遅延
手段と、 前記遅延受信信号が前記基準信号より大きくなったとき
に、受波信号を出力する比較手段と、を備えたことを特
徴とする超音波流速測定装置。 - 【請求項２】基準信号は、前記受信信号の最大値に所定
の係数を乗じた大きさである特許請求の範囲第１項記載
の超音波流速測定装置。 - 【請求項３】比較手段は、前記受信信号が前記基準信号
より大きくなった後に、該受信信号がゼロクロス点をよ
ぎったときに、前記受波信号を出力する特許請求の範囲
第１項又は第２項記載の超音波流速測定装置。 - 【請求項４】所定距離だけ離れた流体中の第１の地点か
ら第２の地点まで伝搬する超音波の伝搬時間及び該第２
の地点から該第１の地点まで伝搬する超音波の伝搬時間
に基づいて、該流体の流速を測定する超音波流速測定装
置において、 第１の超音波及び該第１の超音波と略同一波形の第２の
超音波を短い間隔で前記流体中に出力する超音波出力手
段と、 前記第１の超音波及び前記第２の超音波が、前記第１の
地点から前記第２の地点及び該第２の地点から該第１の
地点に伝搬されるように切り換わるとともに、該第１の
地点に到達した前記第１の超音波及び前記第２の超音波
に対応する第１の受信信号及び該第２の地点に到達した
該第１の超音波及び該第２の超音波に対応する第２の受
信信号を順次選択出力する切換手段と、 前記第１の受信信号の振幅に比例する基準信号を出力す
る基準信号出力手段と、 前記第２の受信信号が前記基準信号より大きくなったと
きに、受信信号を出力する比較手段と、を備えたことを
特徴とする超音波流速測定装置。 - 【請求項５】基準信号は、前記受信信号の最大値に所定
の係数を乗じた大きさである特許請求の範囲第４項記載
の超音波流速測定装置。 - 【請求項６】比較手段は、前記受信信号が前記基準信号
より大きくなった後に、該受信信号がゼロクロス点をよ
ぎったときに、前記受波信号を出力する特許請求の範囲
第４項又は第５項記載の超音波流速測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62257251A JPH0810151B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 超音波流速測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62257251A JPH0810151B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 超音波流速測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100414A JPH01100414A (ja) | 1989-04-18 |
| JPH0810151B2 true JPH0810151B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=17303790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62257251A Expired - Lifetime JPH0810151B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 超音波流速測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810151B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003090770A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-03-28 | Babcock Hitachi Kk | 音波式ガス温度計測装置と方法 |
| DE102004014674A1 (de) * | 2004-03-25 | 2005-10-13 | Robert Bosch Gmbh | Nulldurchgangsdetektion eines Ultraschallsignals mit variablem Schwellenwert |
| JP2006275814A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 超音波流量計 |
| JP5097293B2 (ja) * | 2011-10-03 | 2012-12-12 | 大阪瓦斯株式会社 | 超音波式メータ装置 |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62257251A patent/JPH0810151B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01100414A (ja) | 1989-04-18 |
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