JPH10253413A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

Ultrasonic flowmeter

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Publication number
JPH10253413A
JPH10253413A JP9051495A JP5149597A JPH10253413A JP H10253413 A JPH10253413 A JP H10253413A JP 9051495 A JP9051495 A JP 9051495A JP 5149597 A JP5149597 A JP 5149597A JP H10253413 A JPH10253413 A JP H10253413A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wave
ultrasonic
transmitter
time
transmitting side
Prior art date
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Pending
Application number
JP9051495A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Nabeshima
徳行 鍋島
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.)
Aichi Tokei Denki Co Ltd
Original Assignee
Aichi Tokei Denki Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Aichi Tokei Denki Co Ltd filed Critical Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority to JP9051495A priority Critical patent/JPH10253413A/en
Publication of JPH10253413A publication Critical patent/JPH10253413A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize an ultrasonic flowmeter, enhance its accuracy, and widen the range of flow rates to be measured. SOLUTION: A transceiver (1 or 2) on the transmitting side is driven by the algebraic sum E-F of the output voltage E of an OR circuit 8 and the output voltage F of an OR circuit 9. When T is a fixed period, drive is carried out for the first (T/2)×4 period of the driving voltage of E-F at (b) to excite the transceiver. In the following (T/2)×4 period, drive is carried out to excite the transceiver. In the following (T/2)×2 period, a voltage of the opposite phase is applied for braking. Reverberation is thereby eliminated.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波流量計の改
良に関する。
The present invention relates to an improvement of an ultrasonic flow meter.

【0002】[0002]

【従来の技術】流れに対して順方向と逆方向の超音波の
伝播時間を測定し、この伝播時間から流速を算出して流
量を求めたり、さらに積算流量を求めたりする超音波流
量計が周知である。
2. Description of the Related Art An ultrasonic flowmeter which measures the propagation time of ultrasonic waves in the forward and reverse directions with respect to a flow, calculates the flow velocity from this propagation time to determine the flow rate, and further calculates the integrated flow rate. It is well known.

【0003】図5で、静止流体中の音速をC,流体の流
れの速さをVとすると、音波の伝播方向が流れ方向と同
じ順方向のとき伝播速度はC+Vとなり、流れに逆らっ
た逆方向のときはC−Vとなる。
In FIG. 5, if the sound velocity in a stationary fluid is C and the velocity of the fluid flow is V, the propagation velocity is C + V when the propagation direction of the sound wave is the same as the flow direction, and the velocity is opposite to the flow. In the case of the direction, it becomes CV.

【0004】従って、距離Lを隔てて1対の超音波送受
波器1,2を流管3の上流と下流に離して配設し、一方
の送受波器1から順方向に超音波パルスを発信したと
き、他方の送受波器2に超音波パルスが到達するに要す
る到達時間をt1 、送受波器2から逆方向に超音波パル
スを発信したときに送受波器1に超音波パルスが到達す
るに要する到達時間をt2 とすれば、 t1 =L/(C+V) ・・・(1) t2 =L/(C−V) ・・・(2) となる。
Accordingly, a pair of ultrasonic transducers 1 and 2 are disposed at a distance L from each other upstream and downstream of the flow tube 3, and an ultrasonic pulse is transmitted from one transducer 1 in the forward direction. When transmitting, the arrival time required for the ultrasonic pulse to reach the other transducer 2 is t 1 , and when the ultrasonic pulse is transmitted from the transducer 2 in the reverse direction, the ultrasonic pulse is transmitted to the transducer 1. Assuming that the arrival time required for arrival is t 2 , t 1 = L / (C + V) (1) t 2 = L / (C−V) (2)

【0005】流速Vは上記(1)(2)式から、 V=L{(1/t1 )−(1/t2 )}/2 ・・・(3) として求めていた。The flow velocity V is determined from the above equations (1) and (2) as V = L {(1 / t 1 ) − (1 / t 2 )} / 2 (3)

【0006】そして、伝播時間計測の精度を上げるため
に、送信から受信までの1回の到達時間t1 ,t2 を測
る代わりに、受信と同時に次の送信を同方向に複数回
(n回)繰り返すことにより、到達時間(伝播時間)t
1 ,t2 をn回ずつ連続させ、最初(第1回目)の送信
から最後(第n回目)の受信までの時間nt1 ,nt2
を測定していた。
In order to improve the accuracy of propagation time measurement, instead of measuring one arrival time t 1 , t 2 from transmission to reception, the next transmission is performed a plurality of times (n times) in the same direction at the same time as reception. ) By repeating, arrival time (propagation time) t
1 and t 2 are repeated n times, and the time nt 1 and nt 2 from the first (first) transmission to the last (n-th) reception
Was measured.

【0007】超音波パルスの到達時間は、図6に示すよ
うに、送信側の送受波器を励振する発信駆動信号Pか
ら、受信波の先頭aまでの時間tであるが、受信波は次
第に振幅が成長し最大振幅を経過したあと減衰するの
で、ノイズの影響を受ける先頭aを正確に検知すること
はできない。また流体の流れによって波形が変動するこ
ともある。
The arrival time of the ultrasonic pulse is, as shown in FIG. 6, a time t from the transmission drive signal P for exciting the transmitter / receiver on the transmission side to the head a of the received wave. Since the amplitude grows and attenuates after the maximum amplitude elapses, the head a affected by noise cannot be accurately detected. Also, the waveform may fluctuate due to the flow of the fluid.

【0008】そこで、周知の受信波検知部で受信の基準
としてのしきい値VTHを定め、このレベルに最初に達し
た波がゼロレベルを通るゼロクロスポイントCを検知し
て測定した時間からτを引くことにより、到達時間tを
求めていた。
Therefore, a well-known received wave detection unit determines a threshold value V TH as a reference for reception, and detects a zero cross point C at which a wave that first reaches this level passes through a zero level to obtain τ from a time measured. , The arrival time t was determined.

【0009】しきい値VTHは常に何番目かのある特定の
波(図6では第3波)のゼロクロスポイントを検知でき
るように定めており、実際の到達時点aは、τを予め求
めて記憶しておき、ゼロクロスポイントCの点の時間か
らτを差し引いて求める。
The threshold value V TH is set so that the zero cross point of a certain specific wave (third wave in FIG. 6) can be always detected. It is stored, and it is obtained by subtracting τ from the time at the zero cross point C.

【0010】図6の例では、符号bで示す点で受信波の
第3波が最初にしきい値VTHに達しており、符号Cで示
す点は第3波のゼロクロスポイントになる。仮にねらっ
た特定の波(例えば第3波)ではなく、その直前或いは
直後の波のゼロクロスポイントを間違って検知すると、
到達時間は超音波の1周期分違った値となり、大きな測
定誤差の原因になる。
In the example of FIG. 6, the third wave of the received wave first reaches the threshold value V TH at the point indicated by the symbol b, and the point indicated by the symbol C is the zero cross point of the third wave. If the zero-cross point of the wave immediately before or immediately after the specific wave (eg, the third wave) is incorrectly detected,
The arrival time differs by one period of the ultrasonic wave, and causes a large measurement error.

【0011】特に、到達時間の測定精度を上げるために
送受を同一方向で複数回(n回)連続して繰り返すよう
にした超音波流量計では、到達時間のn倍をまとめて測
定するので、n回の受信すべてが確実にねらった波をと
らえたものではないと誤差になる。n回のうち1回でも
ねらった波を外せば誤差となるため、正確な測定ができ
る確率が低くなる虞れがある。
Particularly, in an ultrasonic flowmeter in which transmission and reception are repeated a plurality of times (n times) continuously in the same direction in order to improve the measurement accuracy of the arrival time, n times of the arrival time are collectively measured. If all the n receptions do not reliably capture the aimed wave, an error will occur. An error will occur if a wave targeted at any one of n times is removed, and the probability that accurate measurement can be performed may be reduced.

【0012】この誤差要因を小さくするには超音波パル
スの信号を十分大きくする必要がある。ノイズより十分
信号が大きくなれば波形変動に対する余裕が大きくなる
からである。
In order to reduce this error factor, it is necessary to sufficiently increase the ultrasonic pulse signal. This is because if the signal is sufficiently larger than the noise, the margin for the waveform fluctuation becomes large.

【0013】受信信号を大きくするには、送信側の送受
波器の発振駆動電力を大きくするしかないため、できる
だけ大きく駆動することが行われている。ところが、超
音波を受信すると同時に次の発信を行う方法で送受をn
回連続させntをまとめて測定する超音波流量計では
(特に小型の流量計では)大きな駆動を行っても効果が
少ない問題がある。
The only way to increase the reception signal is to increase the oscillation drive power of the transmitter / receiver on the transmission side. However, transmission and reception are performed by a method of transmitting the next at the same time as receiving the ultrasonic wave.
In an ultrasonic flowmeter that measures nt in a continuous manner and collectively measures nt (especially in a small flowmeter), there is a problem that even if a large drive is performed, the effect is small.

【0014】それは残響の問題である。管壁等で仕切ら
れた空間に超音波を発射するのでどうしても残響があ
り、残響が消えないうちに次の受信波が到達すると残響
はノイズとなる。
That is the problem of reverberation. Since ultrasonic waves are emitted to a space partitioned by a tube wall or the like, there is inevitably reverberation, and if the next received wave arrives before the reverberation disappears, the reverberation becomes noise.

【0015】対策として残響が十分に小さくなってから
次の発信をすることが考えられるが原理的には発信間隔
は距離Lと伝播速度Cで決まってしまうため長くはでき
ない。特に小型のメータは距離Lが小さく発信間隔も短
くなる。
As a countermeasure, it is conceivable that the next transmission is performed after the reverberation becomes sufficiently small. However, in principle, the transmission interval is determined by the distance L and the propagation speed C and cannot be long. In particular, a small meter has a small distance L and a short transmission interval.

【0016】ノイズに対し受信信号を十分に大きくする
ために、発信パワーを大きくしても残響もそのパワーに
比例して大きくなるため残響が残響以外のノイズより大
きくなった時点でそれ以上にパワーを大きくしてもS/
N比の改善はみられなくなる。
In order to sufficiently increase the received signal with respect to noise, even if the transmission power is increased, the reverberation also increases in proportion to the power. Therefore, when the reverberation becomes larger than the noise other than the reverberation, the power is further increased. S / E
No improvement in N ratio is observed.

【0017】超音波流量計の精度を確保するには常にあ
る特定の波を捉えることが不可欠であるが上述のように
S/N比に限界があるため精度維持が難しかった。ま
た、発信に大きなパワーを使えないことによる別の問題
として超音波の発信方向によるτの差がある。
In order to ensure the accuracy of the ultrasonic flowmeter, it is indispensable to always catch a specific wave, but it is difficult to maintain the accuracy because the S / N ratio is limited as described above. Another problem due to the inability to use large power for transmission is the difference in τ depending on the transmission direction of ultrasonic waves.

【0018】前述のように、到達時間測定はtとτをま
とめて測定し(実際はそのn倍を測定)、あとからτを
引いてtを求めている。よって、精度の良い流量計を実
現するにはこのτが問題になる。特に、順方向時のτと
逆方向時のτを同一値として記憶していた場合、実際の
この値からのズレの差はゼロ点の移動となり微少流量域
では大きな誤差となる。
As described above, in the arrival time measurement, t and τ are measured together (actually, n times the measurement), and τ is subtracted later to obtain t. Therefore, τ is a problem in realizing an accurate flowmeter. In particular, when τ in the forward direction and τ in the reverse direction are stored as the same value, the difference between the actual value and the actual value is the movement of the zero point, which causes a large error in the minute flow rate range.

【0019】τを決めているのは発信側の発信周波数で
ある。この発信周波数をいかに正しくつかむか、あるい
はいかにコントロールするかに微少流量域における精度
がかかっている。
What determines τ is the transmitting frequency of the transmitting side. The accuracy in the micro flow rate range depends on how to correctly control or control this transmission frequency.

【0020】ところが、本方式のように受信波の立上り
を検知する方式では送信側送受波器の超音波素子を一瞬
だけ発信させるだけで良いため1発の矩形パルス(ある
いはそれに準ずる周期をもたないパルス)で駆動するこ
とが多かった。この場合、発信の周波数をコントロール
はできなくなり、それを決めるのは送信側の超音波素子
の固有振動数となる。
However, in the method of detecting the rising of the received wave as in the present method, it is only necessary to transmit the ultrasonic element of the transmitter / receiver for a moment, so that one rectangular pulse (or a period equivalent thereto) is required. (No pulse). In this case, the transmission frequency cannot be controlled, and it is determined by the natural frequency of the transmitting ultrasonic element.

【0021】この固有振動数は素子毎に少しづつ異な
り、また温度等によって変化しその変化のしかたも個々
により異なるためτを常に正しく把握することは難し
い。そのため、発信の周波数をある程度コントロールす
るため一定周期の矩形パルス数個で発信側素子を振動さ
せることが考えられるが、周波数をある程度コントロー
ルするには大きなパワーを素子に加える必要がある。
Since the natural frequency slightly varies from element to element, and varies depending on the temperature and the like, and the manner of the change varies from individual to individual, it is difficult to always correctly grasp τ. For this reason, it is conceivable to vibrate the transmitting side element with several rectangular pulses having a constant period in order to control the transmitting frequency to some extent. However, to control the frequency to some extent, it is necessary to apply a large power to the element.

【0022】ところが、前述の理由により発信に大きな
パワーを使えないため周波数をコントロールすることは
難しく、よって、微少流量域まで精度の良い流量計の実
現は難しかった。
However, it is difficult to control the frequency because a large power cannot be used for transmission for the above-mentioned reason, and thus it has been difficult to realize a flowmeter with high accuracy even in a minute flow rate range.

【0023】そこで本発明のねらいは、大流量域から微
少流量域まで精度のよい小型の超音波流量計を実現する
ことである。
Accordingly, an object of the present invention is to realize a small and accurate ultrasonic flowmeter from a large flow rate range to a minute flow rate range.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、送信側にも受信側にもはたらく
少なくとも1対の超音波送受波器を設け、流体の流れの
中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行
い、その各向きの到達時間より流速さらに流量を求める
超音波流量計であって、まず送信側の送受波器を発信さ
せ、送信側送受波器からの信号を入力とする受信波検知
部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側の送
受波器を発信させるようにし、これを一定回数(n回)
繰り返すよう構成し、最初の送信から一定回数目(n回
目)の受信までの時間つまり到達時間のn倍をまとめて
測定し、その結果から到達時間を求めるようにしたもの
で、前記受信波検知部は、増幅部と比較部より構成さ
れ、送信側送受波器からの信号は、まず増幅されその
後、基準電圧レベル(VTH)と比較されるようになって
いて、最初に基準電圧レベルを越えた波が次にゼロレベ
ルを通る点を、受信波を検知した点とするようになって
いて、前記基準電圧レベルは、常に何番目かの決められ
た波が最初に越えるように設定されていて、前記送信側
の送受波器を、一定周期を持つ波形で数回駆動した後、
その後の振動を強制的に止めるよう制動することを特徴
とする超音波流量計である。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, at least one pair of ultrasonic transducers, which work on both a transmitting side and a receiving side, are provided, and the flow of the fluid is controlled. An ultrasonic flowmeter that transmits and receives ultrasonic waves from upstream to downstream and from downstream to upstream, and obtains the flow velocity and the flow rate from the arrival time in each direction.First, the transmitter on the transmission side is transmitted, and the transmission and reception on the transmission side is performed. When the received wave detection unit which receives a signal from the wave detector detects a received wave, the transmitting / receiving wave transmitter on the transmitting side is transmitted again at the same time.
The time from the first transmission to the reception of the fixed number of times (the n-th time), that is, n times of the arrival time, is collectively measured, and the arrival time is obtained from the result. The unit comprises an amplifying unit and a comparing unit. The signal from the transmitter / receiver is amplified first and then compared with a reference voltage level (V TH ). The point at which the crossed wave passes through the next zero level is set as the point at which the received wave is detected, and the reference voltage level is set so that some predetermined wave always crosses first. And after driving the transmitter / receiver on the transmitting side several times with a waveform having a fixed period,
An ultrasonic flowmeter characterized in that braking is performed so as to forcibly stop subsequent vibration.

【0025】この発明の超音波流量計は受信波の立ち上
がりを捉えるもので、比較的先頭部の第3波とか第4波
とか第5波等のゼロクロスポイントを受信検知点とする
ことが好ましい。したがって、それ以降の波については
大きさ等がどうあろうと受信検知に影響はない。
The ultrasonic flowmeter according to the present invention captures the rise of the received wave, and it is preferable that the zero cross point of the third wave, the fourth wave, the fifth wave, or the like at the relatively front end is set as the reception detection point. Therefore, there is no effect on the reception detection regardless of the size of the subsequent waves.

【0026】ところが、残響は受信波のピーク値が大き
いほど大きいといえる。駆動波形も電圧が掛かっていな
い通常の状態から最初に加えられる電圧波形を第1駆
動、その次につづく逆電圧波形を第2駆動というように
以降の駆動についても言うことにする(図3参照)。
However, it can be said that reverberation increases as the peak value of the received wave increases. As for the drive waveform, the voltage waveform applied first from the normal state in which no voltage is applied is referred to as the first drive, and the subsequent reverse voltage waveform is referred to as the second drive in the subsequent drive (see FIG. 3). ).

【0027】例えば、受信波の第3波を捉える場合につ
いて考えると、駆動波形の情報が伝わる速さは全て音速
で同じと考えれば、受信波の第3波までに影響を与える
のは駆動波形の第3駆動までである。第3波のゼロクロ
スポイントまで影響を与えるものとすれば第4駆動まで
である。よって、第4駆動終了後の駆動波形がどのよう
な形になっていても受信検知ポイントに影響はない。
For example, considering the case of capturing the third wave of the received wave, if it is assumed that the speed at which the information of the drive waveform is transmitted is the same as the sound speed, the drive waveform that affects the third wave of the received wave is the same. Up to the third drive. It is up to the fourth drive to affect the zero-cross point of the third wave. Therefore, the shape of the drive waveform after the end of the fourth drive does not affect the reception detection point.

【0028】本案は第4駆動終了後の波形を工夫するこ
とにより受信波のピーク値がそれほど大きくならないよ
うにし、ひいては残響を比較的小さくするものである。
従来技術では、受信波形は第1波は小さく第2波、第3
波とだんだんと大きくなり、図7のように先頭より数波
あるいは十数波のところでピークとなる。これは駆動が
第1駆動のみの単発の駆動でも同様である。このことは
発信側素子は1回の駆動で1回振動するのでなく何回か
連続して振動していて、ある程度連続して超音波を発し
ていて、ピークを作っているのは駆動が終了した後の連
続した振動であることを示している。
In the present invention, the peak value of the received wave is not so increased by devising the waveform after the end of the fourth driving, and the reverberation is relatively reduced.
In the prior art, the reception waveform is such that the first wave is smaller than the second wave,
The wave gradually becomes larger, and peaks at several waves or tens of waves from the head as shown in FIG. This is the same even when the drive is a single drive of only the first drive. This means that the transmitter element does not vibrate once with one drive, but vibrates several times continuously, emits ultrasonic waves continuously to some extent, and makes a peak when the drive ends. This indicates that the vibration is continuous after the vibration.

【0029】よって、この駆動終了後の受信波検知点に
影響を与えない余分な振動を強制的に止めるあるいは小
さくすれば受信波のピークは小さくなり、残響も小さく
なる。
Therefore, if the excessive vibration that does not affect the reception wave detection point after the driving is forcibly stopped or reduced, the peak of the reception wave is reduced and the reverberation is also reduced.

【0030】そして、受信波の振幅は受信検知までは急
激に大きくなりそれ以降はそれほど大きくならず、よっ
てピークは比較的小さく、残響を受けない受信を実現す
ることができ、大流量域から微少流量域までねらった波
を確実に捉えることができ、よって誤差の少ない流量計
を実現できる。
The amplitude of the received wave increases sharply until the reception is detected, and thereafter does not increase so much. Therefore, the peak is relatively small, and the reception without reverberation can be realized. The wave aimed at the flow rate region can be reliably captured, and thus a flow meter with less error can be realized.

【0031】また、第1駆動、あるいは第1駆動と第2
駆動だけでは周期を決める要素が無いため発信の周波数
をコントロールすることはできないが、第1駆動から第
4駆動まで行えば、そこには周期の要素が含まれるため
ある程度発信の周波数のコントロールが可能となる(図
3参照)。
The first drive or the first drive and the second drive
It is not possible to control the frequency of transmission by driving alone because there is no element that determines the period. However, if the first drive to the fourth drive are performed, the frequency of transmission can be controlled to some extent because it includes the element of period. (See FIG. 3).

【0032】発信の周波数がコントロールできると言う
ことは受信の周期をコントロールできるということでτ
をコントロールできると言うことである。こうして順方
向と逆方向のτを同一にできれば微少流量域での精度の
良い測定が可能である。
The fact that the frequency of transmission can be controlled means that the period of reception can be controlled.
Is to be able to control Thus, if τ in the forward direction and the reverse direction can be made the same, accurate measurement in a minute flow rate region is possible.

【0033】従来、このような効果をねらうために周期
を持った駆動波形である程度パワーを発信素子に加えた
場合、前述のような残響があり、受信とともに次の発信
を行う方法でtをn個連続させntをまとめて測定しt
の測定分解能をあげる方法は不可能であった。
Conventionally, when a certain amount of power is applied to a transmitting element with a driving waveform having a period in order to aim for such an effect, there is reverberation as described above. Nt is continuously measured and nt is collectively measured.
It was not possible to increase the resolution of the measurement.

【0034】この発明により前記余分な振動を止めるか
小さくすれば受信検知点に影響を与えることなく残響を
小さくできるため、上記のことが可能となる。請求項2
の発明は、請求項1の超音波流量計において、送信側の
送受波器を、一定周期を持つ波形で数回駆動した後、そ
の駆動と逆位相の電圧を短時間加えて強制的に振動を止
めることを特徴とするものである。
According to the present invention, if the extra vibration is stopped or reduced, the reverberation can be reduced without affecting the reception detection point. Claim 2
According to the invention, in the ultrasonic flowmeter according to the first aspect, the transmitter / receiver on the transmission side is driven several times with a waveform having a fixed period, and then a voltage having a phase opposite to that of the drive is applied for a short time to forcibly vibrate. It is characterized by stopping.

【0035】そして請求項3の発明は、請求項1又は2
記載の超音波流量計において、前記数回の駆動の数を前
記何番目かの決められた波の何番目に相当する数に1足
した数としたことを特徴とするものである。
The third aspect of the present invention provides the first or second aspect.
In the ultrasonic flowmeter described above, the number of the several times of driving is set to a number obtained by adding one to the number corresponding to the number of the predetermined wave.

【0036】この発明では、送受側の送受波器の駆動数
を、受信波のゼロクロスポイントを決めるのに最強のも
のとし、かつそれ以後の不要な自由振動を速やかに減衰
させられるようにした。例えば第m波を捉える場合第m
波のゼロクロスポイントを決めるのは第m+1駆動まで
と考えて良い。よって、それ以降の駆動は残響を大きく
するだけで害しかない。
In the present invention, the number of drives of the transmitter / receiver on the transmitting / receiving side is set to be the strongest for determining the zero cross point of the received wave, and unnecessary free vibration thereafter can be rapidly attenuated. For example, when capturing the m-th wave
The determination of the zero cross point of the wave may be considered up to the (m + 1) th drive. Therefore, the drive after that is only harmful because the reverberation is increased.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施の形態
を先ず図1〜図3の第1実施例に基づいて説明する。
本実施例では、流体の流れの中を流れと同方向あるいは
斜め方向に超音波の送受をする1対の超音波送受波器
と、受信側の送受波器が接続され受信波を検知すると受
信波検知信号を出力する受信波検知部と、測定オン・オ
フ信号がオフ側からオン側になる毎に、送信側の送受波
器を駆動し、その後は受信波検知信号毎に駆動し、第n
受信波検知信号が入力されるか、測定オン・オフ信号が
オフ側になると駆動を停止する送波器駆動部と、受信波
検知部よりの受信波検知信号が入力されていて、測定オ
ン・オフ信号がオン側になる毎に零から計数を開始し、
n番目の受信波検知信号を検知して第n受信波検知信号
を出力する第1のカウンタと、測定オン・オフ信号がオ
ン側になってから第n受信波検知信号までの時間(n
(t1 +τ)及び(t2 +τ)を測定する第2のカウン
タと、一定のタイミングで送受の切り替えをして超音波
の向きを変え、その都度測定オン・オフ信号をオフ側か
らオン側にし、第n受信波信号を受けると第2のカウン
タの測定値を読み取り、流速、流量等の演算を行うコン
トロール部とを有する超音波流量計において、送波器駆
動部の要部を図1(a)のように構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to a first embodiment shown in FIGS.
In this embodiment, a pair of ultrasonic transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves in the same or oblique direction in the flow of the fluid, and a transducer on the receiving side are connected and receive when a received wave is detected. A reception wave detection unit that outputs a wave detection signal, and drives the transmitter / receiver on the transmission side every time the measurement on / off signal changes from the off side to the on side, and thereafter drives the reception wave detection signal for each, n
The transmitter driver that stops driving when the received wave detection signal is input or the measurement on / off signal is turned off, and the received wave detection signal from the received wave detector is Counting starts from zero each time the OFF signal turns on,
a first counter for detecting the nth received wave detection signal and outputting the nth received wave detection signal, and a time (n) from when the measurement ON / OFF signal is turned on to the nth received wave detection signal
A second counter for measuring (t 1 + τ) and (t 2 + τ), and switching between transmission and reception at a fixed timing to change the direction of the ultrasonic wave, and each time the measurement ON / OFF signal is changed from the OFF side to the ON side In the ultrasonic flowmeter having a control unit for reading the measured value of the second counter when receiving the n-th received wave signal and calculating the flow velocity, flow rate, and the like, the main part of the transmitter drive unit is shown in FIG. It is configured as shown in FIG.

【0038】すなわち、送波器駆動部10は、主に4つ
のワンショット回路4,5,6,7と2つのOR回路
8,9とを図1(a)のように接続して構成してある。
ワンショット回路4はトリガ信号で定められた時間幅の
パルスを出力する。トリガ信号が図2に示すように測定
オン・オフ信号がオフ側からオン側になった時と受信波
検知信号が入力されたときにワンショット回路4のトリ
ガとして入力されるように構成されている。第n受信波
検知信号が入力された後はトリガ信号は入力されない。
That is, the transmitter driving section 10 is mainly constructed by connecting four one-shot circuits 4, 5, 6, 7 and two OR circuits 8, 9 as shown in FIG. It is.
One-shot circuit 4 outputs a pulse having a time width determined by the trigger signal. As shown in FIG. 2, the trigger signal is configured to be input as a trigger of the one-shot circuit 4 when the measurement ON / OFF signal changes from the OFF side to the ON side and when the received wave detection signal is input. I have. No trigger signal is input after the nth received wave detection signal is input.

【0039】ワンショット回路5,6,7,はそれぞれ
ワンショット回路4,5,6の出力パルスの立上りをト
リガとして定められた時間幅のパルスを出力するように
構成されている。
Each of the one-shot circuits 5, 6, 7 is configured to output a pulse having a predetermined time width triggered by the rise of the output pulse from each of the one-shot circuits 4, 5, and 6.

【0040】なお、本例では、n番目の受信波検知信号
とともに、必要のないトリガ信号が入力されるようにな
っている(図2)が、n−1回目を検知するようにして
不必要なトリガが入力されないようにすることもでき
る。
In this example, an unnecessary trigger signal is input together with the n-th received wave detection signal (FIG. 2). It is also possible to prevent a trigger from being input.

【0041】ワンショット回路4,6の出力A,CはO
Rされて送信側の送受波器1又は2の一端に、ワンショ
ット回路5,7の出力B,DはORされて送信側の送受
波器1又は2の他端に印加される。
The outputs A and C of the one-shot circuits 4 and 6 are O
The signal R is output to one end of the transmitter / receiver 1 or 2 on the transmission side, and the outputs B and D of the one-shot circuits 5 and 7 are ORed and applied to the other end of the transmitter / receiver 1 or 2 on the transmission side.

【0042】3つのワンショット回路4,5,6の出力
パルス幅は同一のT/2に設定されていて、もう1つの
ワンショット回路7の出力パルス幅はT/2より大きな
Τに定めてある。
The output pulse widths of the three one-shot circuits 4, 5, 6 are set to the same T / 2, and the output pulse width of the other one-shot circuit 7 is set to Τ which is larger than T / 2. is there.

【0043】従って、送信側の送受波器1又は2にかか
る駆動電圧E−F図1(b)に示すようになる。ワンシ
ョット回路7が決めるマイナス側の駆動の前半はワンシ
ョット回路4〜6が決める駆動の続きでいわば第4駆動
(図3参照)を構成しているが、後半は第1〜第4駆動
電圧とは逆位相となり送信送受波器の振動を強制的に制
動して止める方向に作用する。
Accordingly, the driving voltage EF applied to the transmitter / receiver 1 or 2 on the transmitting side is as shown in FIG. 1 (b). The first half of the drive on the minus side determined by the one-shot circuit 7 constitutes the fourth drive (see FIG. 3) following the drive determined by the one-shot circuits 4 to 6, while the second half includes the first to fourth drive voltages. And acts in the direction to forcibly stop and stop the vibration of the transmitting / receiving transducer.

【0044】図4(a)(b)は5個のワンショット回
路4,5,6,7,11とOR回路8,9とで送波器駆
動回路10を構成した第2実施例で、図1(a)(b)
の実施例と同様に第3波のゼロクロスポイントを検知す
る流量計に好適なものである。
FIGS. 4A and 4B show a second embodiment in which a transmitter driving circuit 10 is composed of five one-shot circuits 4, 5, 6, 7, 11 and OR circuits 8, 9. FIG. 1 (a) (b)
It is suitable for a flow meter for detecting the zero-cross point of the third wave as in the embodiment of FIG.

【0045】送信側送受波器1又は2にかかる駆動電圧
は同図(b)のF−Gに示す電圧となり、初めの4つの
駆動(T/2)×4で励振し、それに続く(T/2)×
2の間で強制的に制動をかけるものである。
The drive voltage applied to the transmitter / receiver 1 or 2 becomes the voltage indicated by FG in FIG. 4B, which is excited by the first four drives (T / 2) × 4, and is subsequently driven (T / 2) ×
Forcibly braking between the two.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明の超音波流量計は上述のように構
成されているので、大きなパワーで発信できるため、受
信波の振幅に余裕ができ、受信波の変動に強くなり、確
実に第m波をとらえることができる。
Since the ultrasonic flow meter of the present invention is constructed as described above, it can transmit with a large power, so that the amplitude of the received wave can be margined, and the fluctuation of the received wave can be increased. m waves can be captured.

【0047】また、大きなパワーのため、発振の周波数
をコントロールでき、τをコントロールできるため、順
方向と逆方向でのτを揃えられる。従って到達時間を精
度よく計測でき、小型で精度の良い、かつ測定流量範囲
の広い超音波流量計が実現できる。
Also, since the power is large, the frequency of oscillation can be controlled, and τ can be controlled, so that τ can be equalized in the forward and reverse directions. Therefore, the arrival time can be measured with high accuracy, and a small, high-accuracy ultrasonic flowmeter having a wide measurement flow range can be realized.

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

【図1】(a)は本発明の第1実施例の送波器駆動回路
の要部のブロック図、(b)はその電圧波形を示す線図
である。
FIG. 1A is a block diagram of a main part of a transmitter driving circuit according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a voltage waveform thereof.

【図2】本発明の第1実施例のタイミング図である。FIG. 2 is a timing chart of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例の駆動電圧波形の図であ
る。
FIG. 3 is a diagram of a driving voltage waveform according to the first embodiment of the present invention.

【図4】(a)は本発明の第2実施例の送波器駆動回路
の要部のブロック図、(b)はその電圧波形を示す線図
である。
FIG. 4A is a block diagram of a main part of a transmitter driving circuit according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a diagram showing a voltage waveform thereof.

【図5】超音波流量計の原理を説明する略図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the principle of an ultrasonic flowmeter.

【図6】超音波流量計の受信波の検知点を説明する図で
ある。
FIG. 6 is a diagram illustrating detection points of a reception wave of the ultrasonic flowmeter.

【図7】従来技術の受信波の波形を示す線図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a waveform of a received wave according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 超音波送受波器 C ゼロクロスポイント(受信波検知点) Τ 一定周期 VTH 基準電圧レベル(しきい値)1, 2 Ultrasonic transducer C Zero cross point (Received wave detection point) Τ Constant period V TH reference voltage level (threshold)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 送信側にも受信側にもはたらく少なくと
も1対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流
から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その
各向きの到達時間より流速さらに流量を求める超音波流
量計であって、 まず送信側の送受波器を発信させ、送信側送受波器から
の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知する
と、それと同時に再び送信側の送受波器を発信させるよ
うにし、これを一定回数(n回)繰り返すよう構成し、
最初の送信から一定回数目(n回目)の受信までの時間
つまり到達時間のn倍をまとめて測定し、その結果から
到達時間を求めるようにしたもので、 前記受信波検知部は、増幅部と比較部より構成され、送
信側送受波器からの信号は、まず増幅されその後、基準
電圧レベル(VTH)と比較されるようになっていて、最
初に基準電圧レベルを越えた波が次にゼロレベルを通る
点を、受信波を検知した点とするようになっていて、 前記基準電圧レベルは、常に何番目かの決められた波が
最初に越えるように設定されていて、 前記送信側の送受波器を、一定周期を持つ波形で数回駆
動した後、その後の振動を強制的に止めるよう制動する
ことを特徴とする超音波流量計。
At least one pair of ultrasonic transducers that work on both a transmitting side and a receiving side are provided to transmit and receive ultrasonic waves in a fluid flow from upstream to downstream and from downstream to upstream. An ultrasonic flowmeter that determines the flow velocity and the flow rate from the arrival time of the ultrasonic wave.First, the transmitter on the transmitting side is transmitted, and the received wave detector that receives the signal from the transmitter on the transmitting side detects the received wave. At the same time, the transmitter / receiver on the transmitting side is transmitted again, and this is repeated a certain number of times (n times).
The time from the first transmission to the reception of a certain number of times (the n-th time), that is, n times of the arrival time, is collectively measured, and the arrival time is obtained from the result. The reception wave detection unit is an amplification unit. The signal from the transmitter / receiver is amplified first and then compared with the reference voltage level (V TH ). The point passing through the zero level is set as the point at which the received wave is detected, and the reference voltage level is always set so that some predetermined wave is first passed, and the transmission An ultrasonic flowmeter characterized in that, after driving a transducer on the side several times with a waveform having a fixed period, braking is performed so as to forcibly stop subsequent vibration.
【請求項2】 送信側の送受波器を、一定周期を持つ波
形で数回駆動した後、その駆動と逆位相の電圧を短時間
加えて強制的に振動を止めることを特徴とする請求項1
記載の超音波流量計。
2. The method according to claim 1, wherein the transmitter / receiver on the transmitting side is driven several times with a waveform having a fixed period, and then a voltage having a phase opposite to that of the driving is applied for a short time to forcibly stop the vibration. 1
An ultrasonic flowmeter as described.
【請求項3】 前記数回の駆動の数を前記何番目かの決
められた波の何番目に相当する数に1足した数としたこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の超音波流量計。
3. The ultrasonic wave according to claim 1, wherein the number of times of driving is set to a number obtained by adding one to the number corresponding to the number of the predetermined wave. Flowmeter.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013142574A (en) * 2012-01-10 2013-07-22 Yokogawa Electric Corp Ultrasonic flowmeter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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