JPH11326031A - 音波による伝搬時間の測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音波の減衰の有無にかかわらず、音波の測定
対象中の伝搬時間を簡単な構成にて高精度で測定し得る
伝搬時間の測定装置及び測定方法を提供する。 【解決手段】 超音波振動子１０は、互いに近接する各
周波数にて超音波を時を異にして測定対象を通して反射
板Ｓに向け送信しこれら各超音波が反射板により測定対
象を通し反射されたとき当該各反射超音波を受信してそ
れぞれ受信信号を発生する。２値化回路８０ａは、増幅
回路７０を通し各受信信号を受けてそれぞれ２値化出力
として発生する。超音波の送信からその受信信号に対す
る２値化出力の初期部までのマスク時間の経過後の各２
値化出力のレベル変化時期が位相としてそれぞれ位相算
出回路８０ｂにより算出される。これら位相の差及び各
周波数に基づき測定対象中の音波の伝搬時間がマイクロ
コンピュータ２０により算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可聴音波や超音波
等の音波の測定対象中における伝搬時間の測定装置及び
測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、超音波を用いた伝搬時間
の測定装置においては、特公平７−２６８６５号公報に
て示すような超音波干渉法を利用した測定装置がある。
この測定装置によれば、試料がバッファーロッドを介し
超音波振動子に対向して配置されている。そして、発振
回路制御器によりゲート増幅器のパルス幅を狭くした状
態で、このゲート増幅器のバースト信号により超音波振
動子から送信された超音波が試料により反射される。

【０００３】これに伴い、包絡線検波器が当該反射超音
波に対する超音波振動子の受信信号に基づき包絡線検波
信号を生ずると、波高検出時間設定器が、波高検出器を
通して包絡線検波信号を読み取り、超音波によるバッフ
ァーロッドの一往復時間ｔ0及び超音波による試料の一
往復時間２Ｌ／ｖを測定する。なお、Ｌは試料の厚さで
あり、ｖは超音波の試料中の速度である。

【０００４】次に、発振回路制御器が、波高検出時間設
定器の測定出力に基づきゲート増幅器にパルス幅を制御
する信号を送り、波高検出器が、波高検出時間設定器の
設定時間〔ｔ0 ＋｛Ｘ−（１／２）（２Ｌ／ｖ）｝に
て、包絡線検波信号の波高の最大値及び最小値の間隔を
測定する。なお。Ｘは整数を表す。従って、この最大値
及び最小値の間隔を用いれば、試料中の超音波の伝搬時
間を算出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記測定装置
は、その構成上、ゲート増幅器にパルス幅を制御する信
号を出力することで超音波の周波数を変化させるにあた
り、シンセサイザ、包絡線検出器や波高検出器、波高検
出時間設定器等の多くの回路素子を必要とする。従っ
て、測定装置としての回路構成が非常に複雑になるとい
う不具合がある。

【０００６】また、伝搬時間の測定にあたり、複数の反
射超音波の存在が必要であるため、測定対象が超音波を
大きく減衰させる物理的性質を有する場合には、伝搬時
間の算出精度が低下する。そこで、本発明は、このよう
なことに対処するため、音波の減衰の有無にかかわら
ず、この音波の測定対象中の伝搬時間を簡単な構成にて
高精度で測定し得る伝搬時間の測定装置及び測定方法を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、請求項１、２に記載の発明によれば、互いに近接す
る二つの周波数の各音波をそれぞれ時を異にして測定対
象を通して反射体に向け送信しこれら各音波が反射体に
より測定対象を通して反射されたとき当該各反射音波を
それぞれ受信し受信出力として発生し、少なくとも各受
信出力の初期部をそれぞれマスクし、これら各マスクの
状態の終了後における各受信出力の所定レベルへの変化
時期の間の位相の差及び各周波数に基づき測定対象中の
音波の伝搬時間を求める。

【０００８】このように、互いに近接する二つの周波数
の各音波に対する各受信出力の所定レベルへの変化時期
の間の位相の差を利用して測定対象中の音波の伝搬時間
を求めるので、測定対象中において音波が減衰しても、
これに影響されることなく、伝搬時間の高精度の測定が
可能となる。この場合、少なくとも各受信出力の初期部
をそれぞれマスクするので、送信音波が受信反射音波の
初期部と重なっても、これに影響されることなく、伝搬
時間の高精度の測定が可能となる。

【０００９】また、伝搬時間の測定は、マスクの状態の
終了後における各受信出力の所定レベルへの変化時期の
間の位相の差及び各周波数を用いて行うので、この種の
伝搬時間の測定方法の構成が簡単となる。ここで、請求
項２に記載の発明のように、各受信出力の初期部をそれ
ぞれマスクする状態が、各受信出力に対応する各音波の
送信から開始されれば、この送信から各受信出力の初期
部に至る時間の間の各種の外乱の影響を受けることな
く、伝搬時間の測定を高精度でなし得る。

【００１０】また、請求項３、４に記載の発明によれ
ば、互いに近接する第１及び第２の周波数にて第１及び
第２のバースト信号をそれぞれ時を異にして発生し、第
１及び第２のバースト信号に基づき第１及び第２の周波
数にて音波を測定対象を通して反射体に向け送信してこ
れら各音波が反射体により測定対象を通し反射されたと
き当該各反射音波を受信しそれぞれ第１及び第２の受信
出力として発生し、各音波の送信からその反射音波に対
する受信出力の初期部までの各マスク時間の間マスクし
た状態にて、各マスク時間の経過後の第１及び第２の受
信出力の所定レベルへの低下時期をそれぞれ第１及び第
２の位相として算出し、これら第１及び第２の位相の差
及び第１及び第２の周波数に基づき測定対象中の前記音
波の伝搬時間を求める。

【００１１】このように、互いに近接する第１及び第２
の周波数の各音波に対する第１及び第２の受信出力の所
定レベルへの変化時期の間の位相の差を利用して測定対
象中の音波の伝搬時間を求めるので、測定対象中におい
て音波が減衰しても、これに影響されることなく、伝搬
時間の高精度の測定が可能となる。この場合、各音波の
送信からその反射音波に対する受信出力の初期部までの
各マスク時間の間マスクするので、送信音波が受信反射
音波の初期部と重なったり、マスク時間の間に外乱が発
生しても、これらに影響されることなく、伝搬時間の高
精度の測定が可能となる。

【００１２】また、伝搬時間の測定は、マスク時間の経
過後の第１及び第２の受信出力の所定レベルへの変化時
期に対応する第１及び第２の位相の差及び第１及び第２
の周波数を用いて行うので、この種の伝搬時間の測定方
法の構成が簡単となる。ここで、請求項４に記載の発明
のように、マスク時間を、各音波の送信からその反射音
波に対する受信出力の発生時期までの時間により補正す
るので、マスク時間が定まっていなくても適正に是正さ
れる。

【００１３】これにより、請求項３に記載の発明と同様
の作用効果を達成できる。また、請求項５、７に記載の
発明によれば、互いに近接する第１及び第２の周波数に
て第１及び第２のバースト信号をそれぞれ時を異にして
発生するバースト信号発生手段（３０、５０、６０、１
１０、１３０）と、第１及び第２のバースト信号に基づ
き第１及び第２の周波数にて音波を測定対象を通して反
射体に向け送信してこれら各音波が反射体により測定対
象を通し反射されたとき当該各反射音波を受信してそれ
ぞれ第１及び第２の受信出力を発生する音波送受信手段
（１０）と、第１及び第２の受信出力をそれぞれ２値化
して第１及び第２の２値化出力を発生する２値化出力手
段（７０、８０ａ）と、音波送受信手段の音波の送信か
らその受信出力に対する２値化出力の初期部までのマス
ク時間の間マスクするマスク手段（１００）と、マスク
時間の経過後の第１或いは第２の２値化出力のレベル変
化時期を第１或いは第２の位相として算出する位相算出
手段（８０ｂ）と、第１及び第２の位相の差及び第１及
び第２の周波数に基づき測定対象中の音波の伝搬時間を
算出する伝搬時間算出手段（１５０、１６０、１６１、
１６２、１７０）とを備える音波による伝搬時間の測定
装置が提供される。

【００１４】これにより、請求項３に記載の発明の作用
効果を達成し得るような音波による伝搬時間の測定装置
を提供できる。また、請求項６、７に記載の発明によれ
ば、第１周波数にてバースト信号を発生するバースト信
号発生手段（３０、５０、６０、１１０、１１０Ｂ、１
３０Ｂ、１３０Ｃ）と、バースト信号に基づき第１周波
数にて音波を測定対象を通して反射体に向け送信してこ
の音波が反射体により測定対象を通し反射されたとき当
該反射音波を受信して受信出力を発生する音波送受信手
段（１０）と、受信出力に基づき時を異にして第１周波
数及びこれに近接する第２周波数の各受信成分を第１及
び第２の受信成分として形成する受信成分形成手段（９
０）と、第１及び第２の受信成分をそれぞれ２値化して
第１及び第２の２値化出力を発生する２値化出力手段
（７０、８０ａ）と、音波送受信手段の音波の送信から
その受信出力に対する２値化出力の初期部までのマスク
時間の間マスクするマスク手段（１００）と、マスク時
間の経過後の第１或いは第２の２値化出力のレベル変化
時期を第１或いは第２の位相として算出する位相算出手
段（８０ｂ）と、第１及び第２の位相の差及び第１及び
第２の周波数に基づき測定対象中の音波の伝搬時間を算
出する伝搬時間算出手段（１５０、１６０、１６１、１
６２、１７０）とを備える音波による伝搬時間の測定装
置が提供される。

【００１５】このように、バースト信号発生手段では第
１周波数にてバースト信号を発生するようにしておき、
受信成分形成手段でもって、受信出力に基づき時を異に
して第１周波数及びこれに近接する第２周波数の各受信
成分を第１及び第２の受信成分として形成するようにし
ても、請求項５に記載の発明と同様の作用効果を達成で
きる。

【００１６】ここで、請求項７に記載の発明によれば、
伝搬時間算出手段は、第１及び第２の位相の差に応じて
前記第１及び第２の周波数に基づき前記測定対象中の前
記音波の波数を算出する波数算出手段（１６０、１６
１、１６２）を備えて、上記算出波数、第１及び第２周
波数の一方及びこの一方の周波数に対応する第１及び第
２の位相の一方に基づき測定対象中の音波の伝搬時間を
算出する。

【００１７】これにより、請求項５、６に記載の発明の
作用効果をより一層向上できる。また、請求項８、９に
記載の発明のように、周波数の音波を測定対象を通して
反射体に向け送信しこの音波が反射体により測定対象を
通して反射されたとき当該反射音波を受信し受信出力と
して発生し、この受信出力に基づき時を異にして周波数
及びこれに近接する周波数の各受信成分を形成し、請求
項１に記載の受信出力に代えて、これら各受信成分に基
づき請求項１に記載の発明と同様に音波の伝搬時間を求
めるようにしても、請求項１、２に記載の発明と同様の
作用効果を達成できる。

【００１８】また、請求項１０、１１に記載の発明のよ
うに、所定の周波数にてバースト信号を発生し、このバ
ースト信号に基づき周波数にて音波を測定対象を通して
反射体に向け送信してこの音波が反射体により測定対象
を通し反射されたとき当該反射音波を受信し受信出力と
して発生し、この受信出力に基づき時を異にして前記周
波数及びこれに近接する周波数の各受信成分を形成し、
請求項３に記載の受信出力に代えて、当該各受信成分に
基づき請求項３に記載の発明と同様に音波の伝搬時間を
求めるようにしても、請求項３、４に記載の発明と同様
の作用効果を達成できる。

【００１９】また、請求項１２に記載の発明において
は、各マスクの状態が各受信出力の安定状態にて終了す
るか否かを各受信出力の位相の差及び各周波数に応じて
判定し、各マスクの状態が終了しないと判定されたとき
各マスクの状態が各受信出力の安定状態にて終了するよ
うに各マスクの終了時期を各受信出力の位相の差及び各
周波数に応じて補正する。

【００２０】このように、各マスクの状態が各受信出力
の安定状態にて終了するように各マスクの状態の終了時
期が補正される。よって、各マスクの状態は各受信出力
の安定状態にて確実に終了する。よって、測定対象物に
対応する各マスクの終了時期が不明であっても、上記請
求項１及び２に記載の発明に比べて、より一層高精度に
て伝搬時間のの測定をし得る。

【００２１】また、請求項１３に記載の発明において
は、各マスク時間が第１及び第２の受信出力の各安定状
態にて終了するか否かを第１及び第２の位相の差及び第
１及び第２の周波数に応じて判定し、各マスク時間が終
了しないと判定されたとき各マスク時間が第１及び第２
の受信出力の各安定状態にて終了するように各マスク時
間の終了時期を第１及び第２の各位相の差及び各周波数
に応じて補正する。

【００２２】このように、各マスク時間が第１及び第２
の受信出力の安定状態にて終了するように各マスク時間
の終了時期が補正される。よって、各マスク時間は第１
及び第２の受信出力の各安定状態にて確実に終了する。
よって、測定対象物に対応する各マスク時間が不明であ
っても、上記請求項３に記載の発明に比べて、より一層
高精度にて伝搬時間の測定をし得る。

【００２３】また、請求項１４に記載の発明において
は、各マスク時間が各受信出力の安定状態に対応する第
１及び第２の２値化出力の各状態にて終了するか否かを
第１及び第２の位相の差及び第１及び第２の周波数に応
じて判定する判定手段（２１０）と、当該判定手段によ
る各マスク時間が終了しないとの判定により各マスク時
間が各受信出力の安定状態に対応する第１及び第２の２
値化出力の各状態にて終了するように各マスク時間の終
了時期を第１及び第２の位相の差及び第１及び第２の周
波数に応じて補正する補正手段（２１１乃至２１３）と
を備える。

【００２４】このように、各マスク時間が各受信出力の
安定状態に対応する第１及び第２の２値化出力の各状態
にて終了するように補正される。よって、各マスク時間
は各受信出力の各安定状態に対応する第１及び第２の２
値化出力の各状態にて確実に終了する。よって、測定対
象物に対応する各マスク時間が不明であっても、上記請
求項５及び６に記載の発明に比べて、より一層高精度に
て伝搬時間の測定をし得る。

【００２５】また、請求項１５に記載の発明において
は、各マスクの状態が各受信成分の安定状態にて終了す
るか否かを各受信成分の位相の差及び各周波数に応じて
判定し、各マスクの状態が終了しないと判定されたとき
各マスクの時間が各受信成分の安定状態にて終了するよ
うに各マスクの終了時期を各受信成分の位相の差及び各
周波数に応じて補正する。

【００２６】このように、各マスクの状態が各受信成分
の安定状態にて終了するように各マスク状態の終了時期
が補正される。よって、各マスクの状態は各受信成分の
各安定状態にて確実に終了する。よって、測定対象物に
対応するマスクの終了時期が不明であっても、上記請求
項８及び９に記載の発明に比べて、より一層高精度にて
伝搬時間の測定をし得る。

【００２７】なお、請求項１乃至１５に記載の発明にお
いて、音波としては、可聴音波や超音波であってもよ
い。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
により説明する。 （第１実施形態）図１は、本発明に係る伝搬時間の測定
装置の第１実施形態を示している。この伝搬時間の測定
装置は、超音波振動子１０と反射板Ｓとの間に存在する
測定対象の物理的性状を知るために、この測定対象を通
る超音波の伝搬時間を測定するものである。本第１実施
形態では、上記測定対象として、車両用燃料であるガソ
リンが採用されている。

【００２９】超音波振動子１０は、その送受信部１１か
ら上記測定対象を通し反射板Ｓに向けて超音波を送信す
る。また、超音波振動子１０は、送受信部１１にて、反
射板Ｓにより反射される超音波を上記測定対象を通し受
信して受信信号を発生する。また、伝搬時間の測定装置
は、マイクロコンピュータ２０を備えており、このマイ
クロコンピュータ２０は、図２にて示すフローチャート
に従い、コンピュータプログラムを実行し、周波数発生
器３０及び位相測定器８０の制御に要する演算処理やこ
の位相測定器８０の出力による伝搬時間の演算処理等を
行う。

【００３０】周波数発生器３０は、マイクロコンピュー
タ２０による制御のもと、周波数Ｆ１を有する第１周波
数信号或いは周波数Ｆ２を有する第２周波数信号をパル
ス状に順次発生する。但し、両周波数Ｆ１、Ｆ２は相互
に近接した値である。ゲート回路５０は、周波数発生器
３０からの第１或いは第２の周波数信号を駆動回路６０
に順次出力する。

【００３１】ここで、このゲート回路５０は、周波数発
生器３０から第１周波数信号を受けたとき、第２周波数
信号の出力を禁止した状態で、第１周波数信号を順次所
定数（例えば、８個）に達するまで駆動回路６０に出力
する。また、ゲート回路５０は、周波数発生器３０から
の第１周波数信号を上記所定数だけ順次出力した後、超
音波振動子１０が超音波の送信後その反射超音波の受信
に要する所要時間の経過に伴い、第１周波数信号の出力
を禁止した状態で、周波数発生器３０からの第２周波数
信号を順次上記所定数に達するまで駆動回路６０に出力
する。

【００３２】このように、ゲート回路５０は、周波数発
生器３０からの第１周波数信号及び第２周波数信号を上
記所定数ずつ上記所要時間の経過毎に交互に駆動回路６
０に順次出力する。駆動回路６０は、ゲート回路５０か
らの各第１周波数信号に基づき第１バースト信号を順次
超音波振動子１０に出力し、また、ゲート回路５０から
の各第２周波数信号に基づき第２バースト信号を順次超
音波振動子１０に出力する。このことは、超音波振動子
１０は、第１バースト信号に基づき振動し周波数Ｆ１の
超音波を送信し、第２バースト信号に基づき振動し周波
数Ｆ２の超音波を送信することを意味する。

【００３３】増幅器７０は、超音波振動子１０からの受
信信号を受けて増幅し増幅信号を位相測定器８０に出力
する。位相測定器８０は、２値化回路８０ａと、位相算
出回路８０ｂとを備えている。２値化回路８０ａは、増
幅器７０からの受信信号を所定閾値を基準として２値化
して２値化信号を位相算出回路８０ｂに出力する。

【００３４】ここで、超音波振動子１０の受信信号が周
波数Ｆ１の反射超音波に対応するとき、上記２値化信号
を第１の２値化信号という。また、超音波振動子１０の
受信信号が周波数Ｆ２の反射超音波に対応するとき、上
記２値化信号を第２の２値化信号という。位相算出回路
８０ｂは、マイクロコンピュータ２０からの後述するマ
スク信号の立ち下がり時期を起点として、２値化回路８
０ａからの第１或いは第２の２値化信号の立ち下がり時
期における位相を後述のように算出する。

【００３５】この場合、第１の２値化信号の立ち下がり
時期の位相をＰ１といい、第２の２値化信号の立ち下が
り時期の位相をＰ２という。そして、位相算出回路８０
ｂは、その算出位相Ｐ１或いはＰ２を第１或いは第２の
位相データＰ１或いはＰ２としてマイクロコンピュータ
２０に出力する。このように構成した本第１実施形態に
おいて、マイクロコンピュータ２０は図２のフローチャ
ートに従いコンピュータプログラムの実行を開始する。

【００３６】ステップ１００において、マスク時間ｔが
設定されマスク信号として位相算出回路８０ｂに出力さ
れる。ここで、マスク時間ｔは、図３にて示すごとく、
超音波振動子１０が周波数Ｆ１或いはＦ２の超音波の送
信開始直前の時期からこの超音波の送信後反射板Ｓによ
り反射されて超音波振動子１０により受信信号として受
信された後この受信信号の振幅が安定するまでの時間に
相当する。

【００３７】なお、マスク時間ｔは、超音波による超音
波振動子１０と反射板Ｓとの間の伝搬時間Ｔｏ（超音波
振動子１０による超音波の送信後この超音波が反射板Ｓ
により反射されて超音波振動子１０から受信信号が発生
する時までの時間）とこの伝搬時間Ｔｏの終了時、即
ち、受信信号の発生時期からその振幅の安定時期まで時
間（遅れ時間Ｔという）の和である（図３参照）。

【００３８】ついで、ステップ１１０において、マイク
ロコンピュータ２０が周波数発生器３０に周波数Ｆ１を
設定処理すると、この周波数発生器３０は、周波数Ｆ１
にて第１周波数信号をゲート回路５０に出力する。する
と、ゲート回路５０は、周波数発生器３０からの第１周
波数信号を順次８個になるまで駆動回路６０に出力す
る。これに伴い、駆動回路６０は、各第１周波数信号に
応答して第１バースト信号を順次超音波振動子１０に出
力する。

【００３９】このため、超音波振動子１０は、各第１バ
ースト信号に応答して、周波数Ｆ１の超音波を上記測定
対象を通し反射板Ｓに向け超音波を送信する。この送信
後、反射板Ｓが超音波を反射すると、この反射超音波
は、上記測定対象を通り超音波振動子１０の送受信部１
１に入射する。このため、超音波振動子１０は受信信号
を発生し増幅器７０に出力し、この増幅器７０が、増幅
信号を発生し２値化回路８０ａに出力する。

【００４０】すると、この２値化回路８０ａは、増幅器
７０の増幅信号の振幅を所定閾値を基準に２値化して第
１の２値化信号（図４（ａ）参照）を発生する。これに
伴い、位相算出回路８０ｂが、２値化回路８０ａの第１
の２値化信号に基づき、マスク時間ｔの立ち下がり時期
を基準として、当該第１の２値化信号の立ち下がり時期
の位相Ｐ１（図４（ｂ）参照）を算出し、第１位相デー
タＰ１としてマイクロコンピュータ２０に出力する。

【００４１】ここで、具体的には、位相Ｐ１は、次の数
１の式に基づきマスク時間ｔ、伝搬時間Ｔｏ及び周波数
Ｆ１に応じて算出される。

【００４２】

【数１】Ｐ１＝ｔ−Ｔ−（１／Ｆ１）・ｉｎｔ（２Ｄ・
Ｆ１／ｃ） 但し、数１の式で、Ｔは、受信信号の波頭からマスクの
終了時までの時間（遅延時間）である。Ｄは測定区間の
長さである。ｃは音速である。また、ｉｎｔは、整数化
を表す。

【００４３】しかして、ステップ１２０において、当該
第１位相データＰ１がマイクロコンピュータ２０のメモ
リに記憶される。ついで、ステップ１３０において、マ
イクロコンピュータ２０が周波数発生器３０に周波数Ｆ
２を設定処理すると、この周波数発生器３０は、周波数
Ｆ２にて第２周波数信号をゲート回路５０に出力する。

【００４４】すると、ゲート回路５０は、周波数発生器
３０からの第２周波数信号を順次８個になるまで駆動回
路６０に出力する。これに伴い、駆動回路６０は、各第
２周波数信号に応答して第２バースト信号を順次超音波
振動子１０に出力する。このため、超音波振動子１０
は、各第２バースト信号に応答して、周波数Ｆ２の超音
波を上記測定対象を通し反射板Ｓに向け超音波を送信す
る。この送信後、反射板Ｓが超音波を反射すると、この
反射超音波は、上記測定対象を通り超音波振動子１０の
送受信部１１に入射する。

【００４５】このため、超音波振動子１０は受信信号を
発生し増幅器７０に出力し、この増幅器７０が、増幅信
号を発生し２値化回路８０ａに出力する。すると、この
２値化回路８０ａは、増幅器７０の増幅信号の振幅を所
定閾値を基準に２値化して第２の２値化信号（図４
（ｂ）参照）を発生する。これに伴い、位相算出回路８
０ｂが、２値化回路８０ａの第２の２値化信号に基づ
き、マスク時間ｔの立ち下がり時期を基準として、当該
第２の２値化信号の立ち下がり時期の位相Ｐ２（図４
（ｂ）参照）を算出し、第２位相データＰ２としてマイ
クロコンピュータ２０に出力する。

【００４６】ここで、具体的には、位相Ｐ２は、次の数
２の式に基づきマスク時間ｔ、伝搬時間Ｔｏ及び周波数
Ｆ２に応じて算出される。

【００４７】

【数２】Ｐ２＝ｔ−Ｔ−（１／Ｆ２）・ｉｎｔ（２Ｄ・
Ｆ２／ｃ） しかして、ステップ１４０において、当該第２位相デー
タＰ２がマイクロコンピュータ２０のメモリに記憶され
る。ついで、ステップ１５０において、各ステップ１２
０及び１４０で前記メモリに記憶した第１位相データＰ
１と第２位相データＰ２との差ｄｐ＝（Ｐ１−Ｐ２）が
算出される。

【００４８】その後、ステップ１６０において、差ｄｐ
＞０か否かが判定される。具体的には、次のようにして
判定される。数１及び数２の式を用いれば、差ｄｐは、
次の数３の式により表される。

【００４９】

【数３】 ここで、ｉｎｔ（２Ｄ・Ｆ１／ｃ）＝Ｎ１とし、ｉｎｔ
（２Ｄ・Ｆ２／ｃ）＝Ｎ２として表すと、差ｄｐは次の
数４の式により表される。

【００５０】

【数４】 ｄｐ＝（１／Ｆ１）・Ｎ１−（１／Ｆ２）・Ｎ２ この数４の式において、両周波数Ｆ１、Ｆ２を相互に近
接した周波数とすれば、波数Ｎ１＝Ｎ２或いはＮ１＝Ｎ
２＋１とすることができる。従って、Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎと
すれば、数４の式は次の数５の式に変換できる。

【００５１】

【数５】ｄｐ＝Ｎ｛（Ｆ１−Ｆ２）／（Ｆ１・Ｆ２）｝ また、Ｎ１＝Ｎ２＋１＝Ｎとすれば、数４の式は次の数
６の式に変換できる。

【００５２】

【数６】ｄｐ＝Ｎ｛（Ｆ１−Ｆ２）／（Ｆ１・Ｆ２）｝
−（１／Ｆ２） ここで、Ｎ１＞Ｎ２、即ちｄｐ＞０の場合は、数６の式
に対応し、Ｎ１＝Ｎ２、即ちｄｐ≦０は、数５の式に対
応する。そこで、ステップ１６０において、ｄｐ＞０の
場合は、ＹＥＳと判定され、ｄｐ≦０の場合はＮＯと判
定される。

【００５３】しかして、ステップ１６０における判定が
ＹＥＳとなる場合には、次の数７の式に基づき波数Ｎが
算出される。

【００５４】

【数７】Ｎ＝ｄｐ・Ｆ１・Ｆ２／（Ｆ１−Ｆ２） 一方、ステップ１６０における判定がＮＯとなる場合に
は、次の数８の式に基づき波数Ｎが算出される。

【００５５】

【数８】Ｎ＝｛Ｆ１・Ｆ２／（Ｆ１−Ｆ２）｝｛ｄｐ＋
（１／Ｆ２）｝ なお、数７及び数８の各式は、数５及び数６の各式の変
形により得られる。このようにして波数Ｎが算出される
と、次のステップ１７０において、次の数９の式に基づ
き、上記測定対象中における超音波の伝搬時間Ｔｏが算
出される。

【００５６】

【数９】Ｔｏ＝ｔ−｛（Ｎ／Ｆ１）−Ｐ１｝ この場合、伝搬時間Ｔｏは、位相算出器８０からの両位
相データＰ１、Ｐ２に基づき数７或いは数８の式を利用
して算出されるから、包絡線検波器等の複雑な回路構成
を採用することなく、簡単な処理にて伝搬時間Ｔｏの算
出が可能となる。

【００５７】ここで、超音波振動子１０の受信信号の振
幅のうち初期の不安定な振幅は、マスク時間ｔによりマ
スクされ、安定な振幅のみを利用して、マスク時間ｔの
周期を基準として、両位相Ｐ１、Ｐ２を算出する。従っ
て、伝搬時間Ｔの算出が高精度にてなされ得る。このこ
とは、伝搬時間Ｔｏの高精度測定が可能であることを意
味する。

【００５８】その結果、このような伝搬時間Ｔｏを用い
れば、測定対象中の超音波の速度を高精度にて算出する
ことができ、これにより、高精度の距離計や測定対象の
物理的正常測定器の提供が可能となる。また、上述のよ
うに、超音波振動子１０の受信信号の振幅のうち初期の
振幅はマスク時間ｔによりマスクされる。従って、超音
波振動子１０の送信超音波が受信信号とその初期におい
て重なりあっても、これに影響されることなく、伝搬時
間Ｔｏの高精度の算出が可能となる。

【００５９】なお、数９の式に代えて、次の数１０の式
により波数Ｎを算出してもよい。

【００６０】

【数１０】Ｔｏ＝ｔ−｛（Ｎ／Ｆ２）−Ｐ２｝ （第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態につき図
５乃至図７を参照して説明する。この第２実施形態で
は、上記第１実施形態にて述べた増幅器７０の出力がマ
イクロコンピュータ２０にも付与され、かつ、上記第１
実施形態にて述べたフローチャート（図２参照）に代え
て、図６にて示すフローチャートが採用されている。

【００６１】従って、マイクロコンピュータ２０は、図
６のフローチャートに従い、増幅器７０及び位相算出器
８０の各出力に基づき演算処理をする。その他の構成は
上記第１実施形態と同様である。このように構成した本
第２実施形態においては、上記第１実施形態にて述べた
ステップ１００（図２参照）の処理を行うことなく、上
記第１実施形態と同様に周波数Ｆ１の設定処理がステッ
プ１１０にてなされる。

【００６２】然る後、上記第１実施形態と同様に周波数
Ｆ１に基づく増幅信号が増幅器７０から位相算出器８０
に加えて、マイクロコンピュータ２０に出力される。す
ると、超音波振動子１０から超音波が送信された後反射
板Ｓにより反射されて超音波振動子１０から受信信号と
して出力されるまでの時間ｔ’、即ち、反射波到来時間
ｔ’（図７参照）が、周波数Ｆ１の設定時期及び増幅器
７０の増幅信号の出力時期に応じて算出される。

【００６３】ついで、ステップ１１２において、マスク
時間ｔが、反射波到来時間ｔ’と所定遅延時間Δｔ（図
７参照）との和（ｔ’＋Δｔ）として設定される。ここ
で、増幅器７０の増幅信号の振幅が所定のスレッショル
ドレベルを超えたときに反射波到来時間ｔ’の終期を設
定することで、この終期を基準として所定遅延時間Δｔ
を設定する（図７参照）。

【００６４】このようなステップ１１２における処理後
は、このステップ１１２におけるマスク時間ｔを基準と
して、上記第１実施形態と同様に、位相算出回路８０ｂ
の各位相の算出及びステップ１２０以後の演算処理がな
される。このように、上記第１実施形態とは異なり、マ
スク時間ｔが既知でなくても、上述のようにマスク時間
ｔを設定することで、上記第１実施形態と実質的に同様
の作用効果を達成できる。

【００６５】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態につき図８を参照して説明する。この第３実施形態
では、上記第１実施形態にて述べたフローチャート（図
２参照）に代えて、図８にて示すフローチャートが採用
されている。従って、マイクロコンピュータ２０は、図
８のフローチャートに従い、位相算出器８０の出力に基
づき演算処理をする。その他の構成は上記第１実施形態
と同様である。

【００６６】このように構成した本第３実施形態におい
て、マイクロコンピュータ２０は図８のフローチャート
に従いコンピュータプログラムの実行を開始する。ステ
ップ１００においては、上記第１実施形態と同様に、マ
スク時間ｔが設定されマスク信号として位相算出回路８
０ｂに出力される。ついで、上記第１実施形態のステッ
プ１１０に対応するステップ１１０Ａの処理がなされ
る。

【００６７】即ち、マイクロコンピュータ２０の全体の
動作クロックの周波数をＦとし、この周波数Ｆに基づき
周波数Ｆ１を分周することで、周波数Ｆ１は次の数１１
の式により表される値として算出されて周波数発生器３
０に設定される。

【００６８】

【数１１】Ｆ１＝Ａ×Ｆ ここで、Ａは、整数を表す。このようにマイクロコンピ
ュータ２０が周波数発生器３０に周波数Ｆ１を設定後、
上記第１実施形態と同様に、２値化回路８０ａが、増幅
器７０の増幅信号に基づき第１の２値化信号（図４
（ａ）参照）を発生すると、位相算出回路８０ｂが、２
値化回路８０ａの第１の２値化信号に基づき、マスク時
間ｔの立ち下がり時期を基準として、当該第１の２値化
信号の立ち下がり時期（位相Ｐ１）までを計数値Ｃ（整
数を表す）として上記クロックにより計数しマイクロコ
ンピュータ２０に出力する。ここで、計数値Ｃは次の数
１２の式により表される。

【００６９】

【数１２】Ｃ＝Ｐ１×Ｆ しかして、上記第１実施形態におけるステップ１２０に
対応するステップ１２０Ａにおいて、当該計数値Ｃがマ
イクロコンピュータ２０のメモリに記憶される。

【００７０】ついで、上記第１実施形態におけるステッ
プ１３０に対応するステップ１３０Ａの処理がなされ
る。即ち、上記クロックの周波数Ｆに基づき周波数Ｆ２
を分周することで、周波数Ｆ２は次の数１３の式により
表される値として算出されて周波数発生器３０に設定さ
れる。

【００７１】

【数１３】Ｆ２＝（Ａ＋Ｘ）×Ｆ ここで、Ｘは、整数を表す。このようにマイクロコンピ
ュータ２０が周波数発生器３０に周波数Ｆ２を設定後、
上記第１実施形態と同様に、２値化回路８０ａが、増幅
器７０の増幅信号に基づき第１の２値化信号（図４
（ａ）参照）を発生すると、位相算出回路８０ｂが、２
値化回路８０ａの第２の２値化信号（図４（ｂ）参照）
に基づき、マスク時間ｔの立ち下がり時期を基準とし
て、当該第２の２値化信号の立ち下がり時期（位相Ｐ
２）までを計数値Ｄ（整数を表す）として上記クロック
により計数しマイクロコンピュータ２０に出力する。こ
こで、計数値Ｄは次の数１４の式により表される。

【００７２】

【数１４】Ｄ＝Ｐ２×Ｆ しかして、上記第１実施形態におけるステップ１４０に
対応するステップ１４０Ａにおいて、当該計数値Ｄがマ
イクロコンピュータ２０のメモリに記憶される。

【００７３】ついで、上記第１実施形態におけるステッ
プ１５０に対応するステップ１５０Ａにおいて、各ステ
ップ１２０Ａ及び１４０Ａで前記メモリに記憶した各計
数値ＣとＤとの差Ｂ＝（Ｃ−Ｄ）が算出される。その
後、上記第１実施形態におけるステップ１６０に対応す
るステップ１６０Ａにおいて、Ｂが上記クロックにより
計数されてＢ＞０か否かが判定される。ここで、Ｂは上
記第１実施形態にて述べた差ｄｐに応じて次の数１５の
式により表される。

【００７４】

【数１５】Ｂ＝ｄｐ×Ｆ このステップ１６０Ａにおいて、Ｂ＞０の場合は、ＹＥ
Ｓと判定され、Ｂ≦０の場合はＮＯと判定される。しか
して、ステップ１６０Ａにおける判定がＹＥＳとなる場
合には、次の数１６の式に基づき波数Ｎが算出される。

【００７５】

【数１６】Ｎ＝Ｂ／Ｘ 一方、ステップ１６０Ａにおける判定がＮＯとなる場合
には、次の数１７の式に基づき波数Ｎが算出される。

【００７６】

【数１７】Ｎ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｘ）／Ｘ このようにして波数Ｎが算出されると、次のステップ１
７０Ａにおいて、次の数１８の式に基づき、上記測定対
象中における超音波の伝搬時間Ｔｏがステップ１６１Ａ
又は１６２Ａにおける波数Ｎに基づき算出される。

【００７７】

【数１８】Ｔｏ＝ｔ−｛（ＮＡ−Ｃ）／Ｆ｝ この場合、伝搬時間Ｔｏは、位相算出器８０からの計数
値Ｃに基づき算出されるから、伝搬時間Ｔｏの算出がよ
り一層簡単となる。その他の作用効果は上記第１実施形
態と同様である。

【００７８】図９及び図１０は、上記各実施形態の変形
例を示している。上記各実施形態において、超音波の伝
搬路によっては、超音波振動子１０の超音波受信レベル
にばらつきが発生し、これに伴い、波数Ｎの値がばらつ
くことがある。このような場合には、波数Ｎの算出結果
を、図９にて示す波数Ｎとその変換値との関係を表すテ
ーブルを用いて修正すれば、伝搬時間Ｔｏの安定化が可
能となる。具体的には、波数Ｎが図９にて示す各範囲に
あるとき、この波数Ｎは、図示矢印で示す変換値に変換
修正される。

【００７９】このような修正によれば、カーボンスーツ
等の汚れが上記伝搬路の超音波に混入しても、伝搬時間
Ｔｏが、図１０にて示すように、略直線Ｌに沿うように
安定化した値をとる。なお、図１０にて、曲線Ｌ１は、
カーボンスーツ等の汚れが上記伝搬路の超音波に混入し
た場合において上記修正をしない場合を示す。 （第４実施形態）次に、本発明の第４実施形態につき図
１１乃至図１４を参照して説明する。

【００８０】この第４実施形態においては、図１１にて
示すごとく、周波数発生器３０Ａ及びゲート回路５０Ａ
が、上記第１実施形態にて述べた周波数発生器３０及び
ゲート回路５０に代えて、採用されるとともに、周波数
形成回路９０が、上記第１実施形態にて述べた増幅器７
０と位相測定器８０との間に接続されている。周波数発
生器３０Ａは、その作動状態において、上記第１実施形
態にて述べた周波数Ｆ１にて周波数信号を発生する。

【００８１】ゲート回路５０Ａは、マイクロコンピュー
タ２０による後述のような制御を受け、所定時間の間ゲ
ートを開く毎に周波数発生器３０Ａからの周波数信号を
８パルスだけ上記第１実施形態にて述べた駆動回路６０
に出力する。周波数信号形成回路９０は、両バンドパス
フィルタ９０ａ、９０ｂ（以下、両ＢＰＦ９０ａ、９０
ｂという）と、アナログ切り換えスイッチ９０ｃとを備
えている。ＢＰＦ９０ａは、上記第１実施形態にて述べ
た増幅器７０の増幅信号から周波数Ｆ１の成分を濾波し
この周波数Ｆ１の成分を第１フィルタ信号として発生す
る。一方、ＢＰＦ９０ａは、増幅器７０の増幅信号から
上記第１実施形態にて述べた周波数Ｆ２の成分を濾波し
この周波数Ｆ２の成分を第２フィルタ信号として発生す
る。

【００８２】アナログ切り換えスイッチ９０ｃは、マイ
クロコンピュータ２０による後述のような制御を受けて
切り換えられ、ＢＰＦ９０ａの第１フィルタ信号或いは
ＢＰＦ９０ｂの第２フィルタ信号を位相測定器８０に出
力する。位相測定器８０の２値化回路８０ａは、第１或
いは第２のフィルタ信号を２値化し第１或いは第２の２
値化信号として位相算出回路８０ｂに出力する。その他
の構成は上記第１実施形態と同様である。

【００８３】このように構成した本第４実施形態におい
て、マイクロコンピュータ２０は図１２のフローチャー
トに従いコンピュータプログラムの実行を開始する。な
お、周波数発生器３０Ａは、その作動開始に伴い周波数
Ｆ１（図１３参照）にて周波数信号を発生しゲート回路
５０Ａに出力する。上記第１実施形態と同様にステップ
１００においてマスク時間ｔ（図１３参照）が設定され
マスク信号として位相算出回路８０ｂに出力される。

【００８４】ついで、ステップ１１０Ｂにおいて、アナ
ログ切り換えスイッチ９０ｃのＢＰＦ９０ａ側への切り
換え処理がなされる。このため、アナログ切り換えスイ
ッチ９０ｃがＢＰＦ９０ｂを２値化回路８０ａから遮断
してＢＰＦ９０ａを２値化回路８０ａに切り換え接続す
る。ついで、ステップ１１０Ｃにおいて、ゲート回路５
０Ａのゲートを開く処理がなされる。このため、ゲート
回路５０Ａがそのゲートを開き周波数発生器３０Ａから
の周波数信号を順次８個になるまで駆動回路６０に出力
する。これに伴い、駆動回路６０は、各周波数信号に応
答して、バースト信号（上記第１実施形態にて述べた第
１バースト信号に相当する）を順次超音波振動子１０に
出力する。

【００８５】このため、超音波振動子１０は、各バース
ト信号に応答して、周波数Ｆ１の超音波を上記測定対象
を通し反射板Ｓに向け超音波を送信する（図１３参
照）。この送信後、反射板Ｓが超音波を反射すると、こ
の反射超音波は、上記測定対象を通り超音波振動子１０
の送受信部１１に入射する（図１３参照）。これに伴
い、超音波振動子１０は受信信号（図１４（ａ）参照）
を発生し増幅器７０に出力し、この増幅器７０が、増幅
信号を発生する。すると、ＢＰＦ９０ａ、９０ｂが、そ
れぞれ、当該増幅信号に基づき第１及び第２のフィルタ
信号を発生する（図１４（ｂ）（ｃ）参照）。

【００８６】ここで、上述のごとく、ＢＰＦ９０ａが２
値化回路８０ａに接続されているため、ＢＰＦ９０ａの
第１フィルタ信号のみがアナログ切り換えスイッチ９０
ｃを介し２値化回路８０ａに出力される。すると、この
２値化回路８０ａは、ＢＰＦ９０ａの第１フィルタ信号
の振幅を上記第１実施形態にて述べた所定閾値を基準に
２値化して第１の２値化信号（図４（ａ）参照）を発生
する。

【００８７】これに伴い、位相算出回路８０ｂが、２値
化回路８０ａの第１の２値化信号に基づき、マスク時間
ｔの立ち下がり時期を基準として、当該第１の２値化信
号の立ち下がり時期の位相Ｐ１（図４（ｂ）参照）を上
記第１実施形態と同様にして算出し、第１位相データＰ
１としてマイクロコンピュータ２０に出力する。しかし
て、ステップ１２０において、当該第１位相データＰ１
がマイクロコンピュータ２０のメモリに記憶される。

【００８８】ついで、ステップ１３０において、アナロ
グ切り換えスイッチ９０ｃのＢＰＦ９０ｂ側への切り換
え処理がなされる。このため、アナログ切り換えスイッ
チ９０ｃがＢＰＦ９０ａを２値化回路８０ａから遮断し
てＢＰＦ９０ｂを２値化回路８０ａに切り換え接続す
る。ついで、ステップ１３０Ｃにおいて、ゲート回路５
０Ａのゲートを開く処理がなされる。このため、ゲート
回路５０Ａがそのゲートを開き周波数発生器３０Ａから
の周波数信号を順次８個になるまで駆動回路６０に出力
する。これに伴い、駆動回路６０は、各周波数信号に応
答して、上述と同様にバースト信号を順次超音波振動子
１０に出力する。

【００８９】このため、超音波振動子１０は、各バース
ト信号に応答して、上述と同様に周波数Ｆ１の超音波を
上記測定対象を通し反射板Ｓに向け超音波を送信する。
この送信後、反射板Ｓが超音波を反射すると、この反射
超音波は、上記測定対象を通り超音波振動子１０の送受
信部１１に入射する。すると、超音波振動子１０は当該
受信信号を発生し増幅器７０に出力し、この増幅器７０
が、増幅信号を発生し両ＢＰＦ９０ａ、９０ｂに出力す
る。

【００９０】これに伴い、両ＢＰＦ９０ａ、９０ｂは、
上述と同様に、それぞれ、第１及び第２のフィルタ信号
を発生する。ここで、上述のごとく、ＢＰＦ９０ｂが２
値化回路８０ａに接続されているため、ＢＰＦ９０ｂの
第２フィルタ信号のみがアナログ切り換えスイッチ９０
ｃを介し２値化回路８０ａに出力される。

【００９１】すると、この２値化回路８０ａは、ＢＰＦ
９０ｂの第２フィルタ信号の振幅を上記所定閾値を基準
に２値化して第２の２値化信号（図４（ｂ）参照）を発
生する。これに伴い、位相算出回路８０ｂが、２値化回
路８０ａの第２の２値化信号に基づき、マスク時間ｔの
立ち下がり時期を基準として、当該第２の２値化信号の
立ち下がり時期の位相Ｐ２（図４（ｂ）参照）を算出
し、上記第１実施形態にて述べたと同様にして第２位相
データＰ２としてマイクロコンピュータ２０に出力す
る。そして、ステップ１４０において、当該第２位相デ
ータＰ２がマイクロコンピュータ２０のメモリに記憶さ
れる。

【００９２】以下、上記第１実施形態と同様にステップ
１６０乃至１７０の処理がなされて、上記測定対象中に
おける超音波の伝搬時間Ｔｏが算出される。以上述べた
ように、上記第１実施形態のように周波数発生器３０に
て両周波数Ｆ１、Ｆ２の周波数信号を発生するのではな
く、本第４実施形態のように、周波数発生器３０Ａにて
周波数Ｆ１の周波数信号を発生し、両ＢＰＦ９０ａ、９
０ｂにて、両周波数Ｆ１、Ｆ２の成分を作り出してアナ
ログ切り換えスイッチ９０ｃを通し選択的に２値化回路
８０ａに出力するようにしても、上記第１実施形態と同
様の作用効果を達成できる。

【００９３】（第５実施形態）次に、本発明の第５実施
形態につき図１５及び図１６を参照して説明する。この
第５実施形態では、上記第１実施形態にて述べたフロー
チャート（図２参照）に代えて、図１５及び図１６にて
示すフローチャートが採用されている。当該フローチャ
ートは、図２に示すフローチャートのうちステップ１４
０とステップ１５０との間にステップ２００乃至ステッ
プ２０３を加えると共に、図２に示すステップ１６１及
びステップ１６２の双方とステップ１７０との間に、ス
テップ２１０及びステップ２３１を加えて構成されてい
る。

【００９４】なお、図１５に示すステップ１１０からス
テップ１４０迄の間には、ステップ１３０ステップ及び
ステップ１４０が便宜上省略されているが、図１５に示
すステップ１００乃至ステップ１４０は、図２に示すス
テップ１００乃至ステップ１４０と同一である。マイク
ロコンピュータ２０は図１５及び図１６のフローチャー
トに従い、演算処理をする。その他の構成は上記第１実
施形態と同様である。

【００９５】このように構成した本第５実施形態におい
ては、マイクロコンピュータ２０は図１５及び図１６の
フローチャートに従い、コンピュータプログラムの実行
を開始する。ステップ１００においては、上記第１実施
形態と同様に、マスク時間ｔが設定されマスク信号とし
て位相算出回路８０に出力される。なお、以下、当該マ
スク時間ｔを設定マスク時間ｔという。

【００９６】ついで、ステップ１１０乃至ステップ１４
０の処理が上記第１実施形態と同様になされる。その
後、ステップ２００で、設定マスク時間ｔの立ち下がり
時期が上記第１実施形態にて述べた両受信信号の一部に
各々重複するか否かの判定がなされる。具体的には、位
相Ｐ１と第１周波数信号の１周期（以下、周期τ１とい
う）との比較判定と、位相Ｐ２と第２周波数信号の１周
期（以下、周期τ２という）との比較判定との双方の比
較判定がなされる。なお、第１周波数信号の周波数とし
ては、２００ＫＨｚが採用されており、第２周波数信号
の周波数としては、２１０ＫＨｚが採用されている。

【００９７】しかして、ステップ２００で、位相Ｐ１＞
「１周期τ１」或いは位相Ｐ２＞「１周期τ２」であれ
ばＹＥＳと判定される。換言すれば、位相Ｐ１＞「１周
期τ1 」かつ位相Ｐ２≦「１周期τ2 」であればＹＥＳ
と判定され、位相Ｐ１≦「１周期τ1 」かつ位相Ｐ２＞
「１周期τ2 」であってもＹＥＳと判定されて、位相Ｐ
１＞「１周期τ1 」かつ位相Ｐ２＞「１周期τ2 」であ
ればＹＥＳと判定される。

【００９８】このようなステップ２００でのＹＥＳとの
判定は、設定マスク時間ｔの立ち下がり時期が上記各受
信信号のうち少なくとも一方の一部に重複していないこ
とを意味する。そこで、ステップ２００における判定で
ＹＥＳとなる場合には、ステップ２０１で、設定マスク
時間ｔと「伝搬時間の下限値」との比較判定がなされ
る。当該伝搬時間の下限値は「第１周波数信号の波数×
１周期τ1 」を意味しており、当該下限値のデータはマ
イクロコンピュータ２０のメモリに予め記憶されてい
る。なお、本第５実施形態では、上記第１周波数信号の
波数は８個である。

【００９９】しかして、ステップ２０１で、設定マスク
時間ｔ＜「伝搬時間の下限値」であるならばＹＥＳと判
定される。そこで、ステップ２０１における判定でＹＥ
Ｓとなる場合には、ステップ２０２で、設定マスク時間
ｔが「伝搬時間の上限値」に再設定され、ステップ１１
０の処理がなされる。当該伝搬時間の上限値は、測定対
象に基づき予め算出された伝搬時間の上限時間のデータ
を意味し、このデータはマイクロコンピュータ２０のメ
モリに予め記憶されている。

【０１００】一方、ステップ２０１で、設定マスク時間
ｔ≧「マスク時間の下限値」となるのであればＮＯと判
定される。そこで、ステップ２０１における判定でＮＯ
となる場合には、ステップ２０３で、設定マスク時間ｔ
が「設定マスク時間ｔ−補正値ｈ1 」に再設定され、ス
テップ１１０の処理がなされる。当該補正値ｈ１として
は、１周期τ１が採用されている。

【０１０１】また、ステップ２００で、位相Ｐ１≦「１
周期τ1 」かつ位相Ｐ２≦「１周期τ２」であるならば
ＮＯとの判定がなされる。このことは、設定マスク時間
ｔの立ち下がり時期が上記各受信信号の一部に各々重複
していることを意味する。そこで、ステップ２００にお
ける判定がＮＯとなる場合には、ステップ１５０乃至ス
テップ１６１或いはステップ１５０乃至ステップ１６２
の処理が上記第１実施形態と同様になされる。

【０１０２】その後、ステップ２１０で、波数Ｎ＝５か
否かが判定される。当該波数Ｎは上記第１実施形態にて
述べた数７の式或いは数８の式にて算出されたデータで
あって、上記ステップ２１０での処理は、設定マスク時
間ｔの立ち下がり時期が上記各受信信号の振幅の安定部
分にて一致するか否か判定を意味する。換言すれば、上
記判定処理でもって、設定マスク時間ｔの立ち下がり時
期が上記各安定状態に対応する第１及び第２の２値化信
号の各部分にて一致するか否かが判定される。なお、本
第５実施形態では、上記安定部分としては、上記各受信
信号の各波頭から５個めの波の部分が採用さている。

【０１０３】そして、ステップ２１０で、波数Ｎ≠５で
あるならば、ＮＯと判定され、ステップ２１１において
波数Ｎ＞５か否かが判定される。しかして、ステップ２
１１で、波数Ｎ＞５であるならばＹＥＳと判定される。
このことは、設定マスク時間ｔの立ち下がり時期が上記
各２値化信号のうち各波頭から各々６個目の波以後の部
分にて一致することを意味する。

【０１０４】そこで、ステップ２１１におけるＹＥＳと
の判定となる場合には、ステップ２１２で、設定マスク
時間ｔが「設定マスク時間ｔ−補正値ｈ２」に再設定さ
れ、ステップ１１０の処理がなされる。当該補正値ｈ２
としては、１周期τ1 が採用されている。一方、ステッ
プ２１１で、波数Ｎ＜５であるならばＮＯと判定され
る。このことは、設定マスク時間ｔの立ち下がり時期が
上記両２値化信号のうち両波頭から各々４個目の波迄の
部分にて一致することを意味する。

【０１０５】そこで、ステップ２１１におけるＮＯとの
判定となる場合には、ステップ２１３で、設定マスク時
間ｔが「設定マスク時間ｔ＋補正値ｈ３」に再設定さ
れ、ステップ１１０の処理がなされる。当該補正値ｈ３
としては、１周期τ１が採用されている。しかして、ス
テップ２１０で、波数Ｎ＝５であるならば、ＹＥＳと判
定される。このことは、設定マスク時間ｔの立ち下がり
時期が上記各安定状態に対応する各２値化信号の各状態
にて一致することを意味する。

【０１０６】そこで、ステップ２２０で、位相Ｐ２と
「１周期τ２の２０％」との比較が判定される。この判
定処理は、設定マスク時間ｔの立ち下がり時期を上記第
２の２値化信号の波頭から５個目の波のうちその立ち下
がり時期（図１７にて符号Ｑ２参照）より前の部分にて
一致させるためである（図１７参照）。そして、ステッ
プ２２０で、位相Ｐ２≦「１周期τ２の２０％」である
ならばＮＯと判定されて、ステップ２２１で、設定マス
ク時間ｔが「設定マスク時間ｔ＋補正値ｈ４」に再設定
されてステップ１１０の処理がなされる。当該補正値ｈ
４としては、１周期τ１の５％のデータが採用されてい
る。

【０１０７】一方、ステップ２２０で、位相Ｐ２＞「１
周期τ２の２０％」であるならば、ＹＥＳとの判定がな
さる。このことは、設定マスク時間ｔの立ち下がり時期
が上記第２の２値化信号の波頭から５個目の波のうち上
記立ち下がり時期（図１７にて符号Ｑ２参照）より前の
部分に一致することを意味する。そして、ステップ２３
０で、位相Ｐ１と「１周期τ１の７０％」との比較判定
がなされる。この判定処理は、設定マスク時間ｔの立ち
下がり時期を上記第１の２値化信号の波頭から５個目の
周期のうちその立ち下がり部分（図１７にて符号Ｑ１参
照）より前の部分に一致させるためである（図１７参
照）。

【０１０８】しかして、ステップ２３０で、位相Ｐ１＞
「１周期τ１の７０％」であるならば、ＮＯと判定され
て、ステップ２３１で、設定マスク時間ｔが「設定マス
ク時間ｔ−補正値ｈ５」に再設定され、ステップ１１０
の処理がなされる。当該補正値ｈ５としては、１周期τ
1 の５％が採用されている。また、ステップ２３０で、
位相Ｐ１≦「１周期τ１の７０％」であるならば、ＹＥ
Ｓとの判定がなされる。このことは、設定マスク時間ｔ
の立ち下がり時期が上記第１の２値化信号の波頭から５
個目の周期のうち上記立ち下がり（図１７にて符号Ｑ１
参照）より前の部分に一致することを意味する。

【０１０９】そして、ステップ２３０での判定でＹＥＳ
となる場合には、ステップ１７０で、上記第１実施形態
と同様に、伝搬時間Ｔが演算される。以上説明したよう
に、各設定マスク時間ｔの立ち下がり時期が両受信信号
の各一部と重複するように各設定マスク時間ｔの立ち下
がり時期が補正される。また、設定マスク時間ｔの立ち
下がり時期が上記各安定部分に対応する上記各２値化信
号の各部分（Ｎ＝５）にて一致するように設定マスク時
間ｔの立ち下がり時期が補正される。

【０１１０】これにより、設定マスク時間ｔの立ち下が
り時期が上記各安定部分に対応する上記各２値化信号の
各部分（Ｎ＝５）にて確実に一致する。このため、測定
対象物に対応するマスク時間が不明であっても、上記第
１実施形態よりも、より一層精度よく伝搬時間を測定で
きる。また、上述の如く、設定マスク時間ｔの立ち下が
り時期は、上記第１の２値化信号の５個目の波のうちそ
の立ち下がり時期より前の部分に一致する（図１７参
照）。これと共に、設定マスク時間ｔの立ち下がり時期
は、上記第２の２値化信号の５個目の波のうちその立ち
下がり時期より前の部分に一致する。

【０１１１】これにより、両位相Ｐ１、Ｐ２の差ｄｐ
は、必ず、正の値になる（ｄｐ＝Ｐ１−Ｐ２＞０）。こ
のため、波数Ｎは上記第１実施形態にて述べた数７の式
でもって算出されることになる。よって、伝搬時間の測
定を複数行った場合には、各々、算出された波数Ｎ、ひ
いては、伝搬時間の各算出値のばらつきが少なくなる。
従って、当該各算出値を加味した伝搬時間を算出する場
合には、その算出精度は高いものになる。

【０１１２】なお、本第５実施形態では、上述の如く、
両位相Ｐ１、Ｐ２の差ｄｐは、必ず、正の値になるよう
にした例について説明したが、これに限らず、両位相Ｐ
１、Ｐ２の差ｄｐは、必ず、負の値になるようにしても
よい。この場合、波数Ｎは、必ず、数８の式でもって算
出されることになる。例えば、設定マスク時間ｔの立ち
下がり時期を、図１８に示す如く、上記第１の２値化信
号の５個目の波のうちその立ち下がり時期（図１８にて
符号Ｑ１参照）より前の部分に一致させる。これと共
に、設定マスク時間ｔの立ち下がり時期を、上記第２の
２値化信号の５個目の波のうちその立ち下がり時期（図
１８にて符号Ｑ２参照）より後の部分に一致させるよう
にする。

【０１１３】これにより、両位相Ｐ１、Ｐ２の差ｄｐが
正の値になる場合と同様の効果が得られる。なお、本第
５実施形態では、両受信波のうちその振幅の安定部分と
しては、両受信波の両波頭から両５波目の部分が採用さ
れてた例について説明したが、これに限らず、上記両受
信波の全体を１００％とすると、上記両受信波の波頭か
ら５０％の部分と９０％の部分との間であればよい。

【０１１４】また、本第５実施形態では、補正値ｈ２と
しては、１周期τ１の値を採用した例について説明した
が、これに限らず、零より大きく且つ１周期τ１以下の
値であればよい。さらに、本第５実施形態では、補正値
ｈ３としては、１周期τ１の値を採用した例について説
明したが、これに限らず、零より大きく且つ１周期τ１
以下の値であればよい。

【０１１５】なお、本発明の実施にあたっては、超音波
に限ることなく、可聴音波等の各種の音波を用いて上記
測定対象中の伝搬時間を測定するようにしても、上記各
実施形態と同様の作用効果を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図であ
る。

【図２】図１のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。

【図３】上記第１実施形態におけるマスク時間ｔ、伝搬
時間Ｔｏ、遅れ時間Ｔを周波数Ｆ１、Ｆ２の送信超音波
及び受信信号との関係で示すタイミングチャートであ
る。

【図４】（ａ）は、第１及び第２の２値化信号のタイミ
ングチャートであり、（ｂ）は、（ａ）の符号Ａの楕円
で囲う部分を拡大して示すタイミングチャートである。

【図５】本発明の第２実施形態を示すブロック図であ
る。

【図６】図５のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。

【図７】上記第２実施形態のおけるマスク時間ｔ、反射
波到来時間ｔ’及び遅延時間Δｔをスレッショルドレベ
ル及び増幅信号との関係で示すタイミングチャートであ
る。

【図８】本発明の第３実施形態の要部であるマイクロコ
ンピュータの作用を示すフローチャートである。

【図９】上記各実施形態の変形例を示す波数Ｎとその変
換値との関係を特定してなるテーブルを表す図表であ
る。

【図１０】上記変形例の効果を、伝搬時間と試料Ｓの変
位との関係で、波数Ｎの変換のない場合と比較して示す
グラフである。

【図１１】本発明の第４実施形態を示すブロック図であ
る。

【図１２】図１１のマイクロコンピュータの作用を示す
フローチャートである。

【図１３】上記第４実施形態におけるマスク時間ｔ、伝
搬時間Ｔｏ、遅れ時間Ｔを周波数Ｆ１の送信超音波及び
受信信号との関係で示すタイミングチャートである。

【図１４】（ａ）乃至（ｃ）は上記第４実施形態におけ
る受信信号、ＢＰＦ９０ａの出力、ＢＰＦ９０ｂの出力
を示すタイミングチャートである。

【図１５】本発明の第５実施形態の要部であるマイクロ
コンピュータの作用の一部を示すフローチャートであ
る。

【図１６】上記第５実施形態のマイクロコンピュータの
残りの作用を示すフローチャートである。

【図１７】上記第５実施形態の第１及び第２の２値化信
号のタイミングチャートである。

【図１８】上記第５実施形態の他の例の第１及び第２の
２値化信号のタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０…超音波振動子、２０…マイクロコンピュータ、３
０、３０Ａ…周波数発生器、５０、５０Ａ…ゲート回
路、６０…駆動回路、７０…増幅器、８０…位相算出
器、８０ａ…２値化回路、８０ｂ…位相算出回路、９０
…周波数信号形成回路、９０ａ、９０ｂ…ＢＰＦ、９０
ｃ…アナログ切り換えスイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 拓也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 高橋 利光 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに近接する二つの周波数の各音波を
   それぞれ時を異にして測定対象を通して反射体に向け送
   信しこれら各音波が前記反射体により前記測定対象を通
   して反射されたとき当該各反射音波をそれぞれ受信し受
   信出力として発生し、 少なくとも前記各受信出力の初期部をそれぞれマスク
   し、これら各マスクの状態の終了後における前記各受信
   出力の所定レベルへの変化時期の間の位相の差及び前記
   各周波数に基づき前記測定対象中の前記音波の伝搬時間
   を求めるようにした音波による伝搬時間の測定方法。
2. 【請求項２】 前記各受信出力の初期部をそれぞれマス
   クする状態が、前記各受信出力に対応する各音波の送信
   から開始されることを特徴とする請求項１に記載の音波
   による伝搬時間の測定方法。
3. 【請求項３】 互いに近接する第１及び第２の周波数に
   て第１及び第２のバースト信号をそれぞれ時を異にして
   発生し、 前記第１及び第２のバースト信号に基づき前記第１及び
   第２の周波数にて音波を測定対象を通して反射体に向け
   送信してこれら各音波が前記反射体により前記測定対象
   を通し反射されたとき当該各反射音波を受信しそれぞれ
   第１及び第２の受信出力として発生し、 前記各音波の送信からその反射音波に対する受信出力の
   初期部までの各マスク時間の間マスクした状態にて、前
   記各マスク時間の経過後の前記第１及び第２の受信出力
   の所定レベルへの低下時期をそれぞれ第１及び第２の位
   相として算出し、 これら第１及び第２の位相の差及び前記第１及び第２の
   周波数に基づき前記測定対象中の前記音波の伝搬時間を
   求めるようにした音波による伝搬時間の測定方法。
4. 【請求項４】 前記各マスク時間を、前記各音波の送信
   からその反射音波に対する受信出力の発生時期までの時
   間により補正することを特徴とする請求項３に記載の音
   波による伝搬時間の測定方法。
5. 【請求項５】 互いに近接する第１及び第２の周波数に
   て第１及び第２のバースト信号をそれぞれ時を異にして
   発生するバースト信号発生手段（３０、５０、６０、１
   １０、１３０）と、 前記第１及び第２のバースト信号に基づき前記第１及び
   第２の周波数にて音波を測定対象を通して反射体に向け
   送信してこれら各音波が前記反射体により前記測定対象
   を通し反射されたとき当該各反射音波を受信してそれぞ
   れ第１及び第２の受信出力を発生する音波送受信手段
   （１０）と、 前記第１及び第２の受信出力をそれぞれ２値化して第１
   及び第２の２値化出力を発生する２値化出力手段（７
   ０、８０ａ）と、 前記音波送受信手段の音波の送信からその受信出力に対
   する前記２値化出力の初期部までのマスク時間の間マス
   クするマスク手段（１００）と、 前記マスク時間の経過後の前記第１或いは第２の２値化
   出力のレベル変化時期を第１或いは第２の位相として算
   出する位相算出手段（８０ｂ）と、 前記第１及び第２の位相の差及び前記第１及び第２の周
   波数に基づき前記測定対象中の音波の伝搬時間を算出す
   る伝搬時間算出手段（１５０、１６０、１６１、１６
   ２、１７０）とを備える音波による伝搬時間の測定装
   置。
6. 【請求項６】 第１周波数にてバースト信号を発生する
   バースト信号発生手段（３０、５０、６０、１１０、１
   １０Ｂ、１３０Ｂ、１３０Ｃ）と、 前記バースト信号に基づき前記第１周波数にて音波を測
   定対象を通して反射体に向け送信してこの音波が前記反
   射体により前記測定対象を通し反射されたとき当該反射
   音波を受信して受信出力を発生する音波送受信手段（１
   ０）と、 前記受信出力に基づき時を異にして前記第１周波数及び
   これに近接する第２周波数の各受信成分を第１及び第２
   の受信成分として形成する受信成分形成手段（９０）
   と、 前記第１及び第２の受信成分をそれぞれ２値化して第１
   及び第２の２値化出力を発生する２値化出力手段（７
   ０、８０ａ）と、 前記音波送受信手段の音波の送信からその受信出力に対
   する前記２値化出力の初期部までのマスク時間の間マス
   クするマスク手段（１００）と、 前記マスク時間の経過後の前記第１或いは第２の２値化
   出力のレベル変化時期を第１或いは第２の位相として算
   出する位相算出手段（８０ｂ）と、 前記第１及び第２の位相の差及び前記第１及び第２の周
   波数に基づき前記測定対象中の音波の伝搬時間を算出す
   る伝搬時間算出手段（１５０、１６０、１６１、１６
   ２、１７０）とを備える音波による伝搬時間の測定装
   置。
7. 【請求項７】 前記伝搬時間算出手段は、 前記第１及び第２の位相の差に応じて前記第１及び第２
   の周波数に基づき前記測定対象中の前記音波の波数を算
   出する波数算出手段（１６０、１６１、１６２）を備え
   て、 前記算出波数、前記第１及び第２周波数の一方及びこの
   一方の周波数に対応する前記第１及び第２の位相の一方
   に基づき前記測定対象中の音波の伝搬時間を算出するこ
   とを特徴とする請求項５又は６に記載の音波による伝搬
   時間の測定装置。
8. 【請求項８】 所定の周波数の音波を測定対象を通して
   反射体に向け送信しこの音波が前記反射体により前記測
   定対象を通して反射されたとき当該反射音波を受信し受
   信出力として発生し、 この受信出力に基づき時を異にして前記周波数及びこれ
   に近接する周波数の各受信成分を形成し、 少なくともこれら各受信成分の初期部をそれぞれマスク
   し、これら各マスクの状態の終了後における前記各受信
   成分の所定レベルへの変化時期の間の位相の差及び前記
   各周波数に基づき前記測定対象中の前記音波の伝搬時間
   を求めるようにした音波による伝搬時間の測定方法。
9. 【請求項９】 前記各受信成分の初期部をそれぞれマス
   クする状態が、前記各受信成分に対応する音波の送信か
   ら開始されることを特徴とする請求項８に記載の音波に
   よる伝搬時間の測定方法。
10. 【請求項１０】 所定の周波数にてバースト信号を発生
    し、 前記バースト信号に基づき前記周波数にて音波を測定対
    象を通して反射体に向け送信してこの音波が前記反射体
    により前記測定対象を通し反射されたとき当該反射音波
    を受信し受信出力として発生し、 この受信出力に基づき時を異にして前記周波数及びこれ
    に近接する周波数の各受信成分を形成し、 前記音波の送信からその反射音波に対する各受信成分の
    初期部までの各マスク時間の間マスクした状態にて、前
    記各マスク時間の経過後の前記各受信成分の所定レベル
    への低下時期をそれぞれ位相として算出し、 これら位相の差及び前記各周波数に基づき前記測定対象
    中の前記音波の伝搬時間を求めるようにした音波による
    伝搬時間の測定方法。
11. 【請求項１１】 前記各マスク時間を、前記音波の送信
    からその反射音波に対する受信成分の発生時期までの時
    間により補正することを特徴とする請求項１０に記載の
    音波による伝搬時間の測定方法。
12. 【請求項１２】 前記各マスクの状態が前記各受信出力
    の安定状態にて終了するか否かを前記各受信出力の前記
    位相の差及び前記各周波数に応じて判定し、 前記各マスクの状態が終了しないと判定されたとき前記
    各マスクの状態が前記各受信出力の安定状態にて終了す
    るように前記各マスクの終了時期を前記各受信出力の前
    記位相の差及び前記各周波数に応じて補正することを特
    徴とする請求項１又は２に記載の音波による伝搬時間の
    測定方法。
13. 【請求項１３】 前記各マスク時間が前記第１及び第２
    の受信出力の各安定状態にて終了するか否かを前記第１
    及び第２の位相の差及び前記第１及び第２の周波数に応
    じて判定し、 前記各マスク時間が終了しないと判定されたとき前記各
    マスク時間が前記第１及び第２の受信出力の前記各安定
    状態にて終了するように前記各マスク時間の終了時期を
    前記第１及び第２の各位相の差及び前記各周波数に応じ
    て補正することを特徴とする請求項３に記載の音波によ
    る伝搬時間の測定方法。
14. 【請求項１４】 前記各マスク時間が前記各受信出力の
    安定状態に対応する前記第１及び第２の２値化出力の各
    状態にて終了するか否かを前記第１及び第２の位相の差
    及び前記第１及び第２の周波数に応じて判定する判定手
    段（２１０）と、 当該判定手段による前記各マスク時間が終了しないとの
    判定により前記各マスク時間が前記各受信出力の安定状
    態に対応する前記第１及び第２の２値化出力の各状態に
    て終了するように前記各マスク時間の終了時期を前記第
    １及び第２の位相の差及び前記第１及び第２の周波数に
    応じて補正する補正手段（２１１乃至２１３）とを備え
    たことを特徴とする請求項５又は６に記載の音波による
    伝搬時間の測定装置。
15. 【請求項１５】 前記各マスクの状態が前記各受信成分
    の安定状態にて終了するか否かを前記各受信成分の位相
    の差及び前記各周波数に応じて判定し、 前記各マスクの状態が終了しないと判定されたとき前記
    各マスクの時間が前記各受信成分の安定状態にて終了す
    るように前記各マスクの終了時期を前記各受信成分の位
    相の差及び前記各周波数に応じて補正することを特徴と
    する請求項８又は９に記載の音波による伝搬時間の測定
    方法。