JPH1151724A

JPH1151724A - 超音波流速計

Info

Publication number: JPH1151724A
Application number: JP9211510A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nakabayashi; 裕治中林; Yukio Nagaoka; 行夫長岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-02-26
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: JP3624642B2

Abstract

(57)【要約】【課題】受信信号の安定化を図る。【解決手段】超音波振動子１０を駆動する送信回路１
２と、被測定流体を伝搬し超音波振動子１１が受けた超
音波受信信号を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の出力を受けるタイ
ミング判定回路１４と、ゲインコントロールアンプ１３
の出力を受けるレベル検知回路１５と、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
幅率を変化させる制御部１７と、超音波の伝播時間を測
定するタイマ１６の出力から流速を求める演算部１８を
有し、ゲインコントロールアンプ１３の増幅率が指数的
に変化する。これによって幅広い範囲の受信信号変化に
対して安定した受信検知が可能となり、広い範囲の流速
測定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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２１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２２に示す受信信号の包絡線は図２３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、最小単位の増幅率設定値の差
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２
０％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、最小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信あるいは受
信する二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、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と、設定された増幅率
で前記超音波振動子から受けた受信信号を増幅するゲイ
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
判定回路と、前記ゲインコントロールアンプの出力を受
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
トロールアンプの増幅率をコントロールする制御部と、
超音波の送信開始から前記タイミング判定回路の出力が
発生するまでの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を演算によって求める演算部
を有し、前記ゲインコントロールアンプの増幅率が制御
部からの信号変化に対して指数的に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）また制御部がレベル検知回路の出力
に応じて、ゲインコントロールアンプの増幅率とタイミ
ング判定回路の判定レベルをコントロールするようにな
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）またゲインコントロールアンプの増
幅率の最低あるいは最高値を設定する増幅率調節機構を
有し、前記調節機構を測定以前に今後の測定値に最適な
値に調節することによって,前記ゲインコントロールア
ンプの増幅率が小さい場合であっても、前記ゲインコン
トロールアンプによって測定範囲中の受信信号のレベル
を一定のレベルに増幅することが可能となるので、被測
定流体の種類、超音波振動子のばらつき、前記ゲインコ
ントロールアンプのばらつき等のすべての要因を再調整
することができるので、必要以上の設計を行う必要がな
く、簡単な構成で安価な超音波流速計を実現することが
できる。

【００２３】（５）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
アンプの出力をほぼ一定に制御する制御部と、超音波の
伝播時間を測定するタイマと、前記タイマーから得たデ
ータをもとに流速を演算によって求める演算部を有し、
前記制御部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。

【００２４】（６）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
アンプの出力をほぼ一定に制御する制御部と、超音波の
伝播時間を測定するタイマと、前記タイマーから得たデ
ータをもとに流速を演算によって求める演算部を有し、
前記レベル検知回路が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。

【００２５】（７）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
アンプの出力をほぼ一定に制御する制御部と、超音波の
伝播時間を測定するタイマと、前記タイマーから得たデ
ータをもとに流速を演算によって求める演算部を有し、
前記レべル検知回路が、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。

【００２６】（８）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
アンプの出力をほぼ一定に制御する制御部と、超音波の
伝播時間を測定するタイマと、前記タイマーから得たデ
ータをもとに流速を演算によって求める演算部を有し、
前記レベル検知回路が、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。

【００２７】（９）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
アンプの出力をほぼ一定に制御する制御部と、超音波の
伝播時間を測定するタイマと、前記タイマーから得たデ
ータをもとに流速を演算によって求める演算部と、前記
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。

【００２８】（１０）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
ルアンプの出力をほぼ一定に制御する制御部と、超音波
の伝播時間を測定するタイマと、前記タイマーから得た
データをもとに流速を演算によって求める演算部を有
し、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
めのの信号線の数は１本となるので、構造を簡略化でき
る。

【００２９】

【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。

【００３０】（実施例１）図１は請求項１に対応た実施
例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。

【００３１】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１
２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。

【００３２】ゲインコントロールアンプ１３のの出力を
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
からの最小信号変化に対して常に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。

【００３３】（実施例２）図３及び図４は請求項２に対
応した実施例を示する図であり、実施例１と異なる部分
のみ説明する。

【００３４】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。

【００３５】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１
４は制御部１７からの信号によって判定レベル（Ｖｔ
ｈ）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。

【００３６】（実施例３）図５及び図６は請求項３に対
応した実施例を示する図であり、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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】（実施例４）図７は請求項４に対応した実
施例を示する図であり、実施例１と異なる部分のみ説明
する。ゲインコントロールアンプ１３の増幅率の最低あ
るいは最高値を設定する増幅率調節機構２０を有した構
成としている。

【００４０】増幅率調節機構２０を測定以前に今後の測
定値に最適な値に調節することによって,ゲインコント
ロールアンプ１３の増幅率が小さい場合であっても、ゲ
インコントロールアンプ１３によって測定範囲中の受信
信号のレベルを一定のレベルに増幅することが可能とな
るので、被測定流体の種類、超音波振動子のばらつき、
ゲインコントロールアンプ１３のばらつき等のすべての
要因を再調整することができるので、必要以上の設計を
行う必要がなく、簡単な構成で安価な超音波流速計を実
現することができる。

【００４１】（実施例５）図８、図９は請求項５に対応
した実施例を示する図であり、実施例１と異なる部分の
み説明する。

【００４２】図８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２
１を有した構成としている。

【００４３】図９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。

【００４４】（実施例６）図１及び図１０は請求項６に
対応した実施例を示する図であり、実施例１と異なる部
分のみ説明する。

【００４５】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。

【００４６】（実施例７）図１及び図１１、図１２、図
１３は請求項７に対応した実施例を示する図であり、実
施例６と異なる部分のみ説明する。

【００４７】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。

【００４８】図１２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。

【００４９】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１３にＶ
ｐ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１３
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。

【００５０】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。

【００５１】（実施例８）図１及び図１４、図１５は請
求項８に対応した実施例を示する図であり、実施例６と
異なる部分のみ説明する。

【００５２】図１４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。

【００５３】図１５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１４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ｔ
２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。

【００５４】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１４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。

【００５５】（実施例９）図１及び図１６、図１７、図
１８、図１９は請求項９に対応した実施例を示する図で
あり、実施例６と異なる部分のみ説明する。

【００５６】図１６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−Ｖ
３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３
０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。

【００５７】図１７、図１８、図１９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１７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１８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、ｔ
１≒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ｔ
１、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１９に示す。このようにｔ１≒ｔａ、ｔ２≒
ｔｂとなり、制御部は図１８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。

【００５８】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１７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。

【００５９】（実施例１０）図１及び図２０は請求項１
０に対応した実施例を示する図であり、実施例１と異な
る部分のみ説明する。

【００６０】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１
７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。

【００６１】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。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波流速
計によれば次の効果を奏する。

【００６３】（１）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
アンプの出力をほぼ一定に制御する制御部と、超音波の
伝播時間を測定するタイマと、前記タイマーから得たデ
ータをもとに流速を演算によって求める演算部を有し、
前記ゲインコントロールアンプの増幅率が制御部からの
最小変化信号に対して常数が１より大きい指数関数的に
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。

【００６４】（２）制御部がレベル検知回路の出力に応
じて、ゲインコントロールアンプの増幅率とタイミング
判定回路の判定レベルとレベル検知回路の検知レベルを
コントロールし受信波形の同一タイミングで受信を判定
する。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。

【００６５】（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。

【００６６】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。

【００６７】（４）ゲインコントロールアンプの増幅率
の最低あるいは最高値を設定する増幅率調節機構を有
し、前記調節機構を測定以前に今後の測定値に最適な値
に調節することによって,前記ゲインコントロールアン
プの増幅率が小さい場合であっても、前記ゲインコント
ロールアンプによって測定範囲中の受信信号のレベルを
一定のレベルに増幅することが可能となるので、被測定
流体の種類、超音波振動子のばらつき、前記ゲインコン
トロールアンプのばらつき等のすべての要因を再調整す
ることができるので、必要以上の設計を行う必要がな
く、簡単な構成で安価な超音波流速計を実現することが
できる。

【００６８】（５）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。

【００６９】（６）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。

【００７０】（７）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。

【００７１】（８）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。

【００７２】（９）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。

【００７３】（１０）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。

【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】本発明の実施例５の超音波流速計全体のブロッ
ク図

【図９】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】本発明の実施例７の超音波流速計のレベル検
地回路の図

【図１２】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１３】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１４】本発明の実施例８の超音波流速計全体のブロ
ック図

【図１５】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１６】本発明の実施例９の超音波流速計全体のブロ
ック図

【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】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２０】本発明の実施例１０の超音波流速計全体のブ
ロック図

【図２１】従来の超音波流速計の全体のブロック図

【図２２】同流速計の受信信号とその包絡線を示す図

【図２３】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、１１２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

【特許請求の範囲】

【請求項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の出力をほ
ぼ一定に制御する制御部と、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を
演算によって求める演算部を有し、前記ゲインコントロ
ールアンプのゲインが前記制御部からの信号に対し乗数
が１より大きい指数関数的に変化する超音波流速計。
【請求項２】制御部がレベル検知回路の出力に応じて、
ゲインコントロールアンプの増幅率とタイミング判定回
路の判定レベルとレベル検知回路の検知レベルをコント
ロールし受信波形の同一タイミングで受信を判定する請
求項１記載の超音波流速計。
【請求項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請求項１記載の超音波流速
計。
【請求項４】ゲインコントロールアンプの増幅率の最低
あるいは最高値を設定する増幅率調節機構を有した請求
項１記載の超音波流速計。
【請求項５】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
る二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の出力をほ
ぼ一定に制御する制御部と、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を
演算によって求める演算部を有し、前記制御部出力を監
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超音波流速計。
【請求項６】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
る二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の出力をほ
ぼ一定に制御する制御部と、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を
演算によって求める演算部を有し、前記レベル検知回路
が２つの比較器からなる超音波流速計。
【請求項７】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
る二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の出力をほ
ぼ一定に制御する制御部と、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を
演算によって求める演算部を有し、前記レべル検知回路
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のタイマからなる超音波流速計。
【請求項８】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
る二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の出力をほ
ぼ一定に制御する制御部と、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を
演算によって求める演算部を有し、前記レベル検知回路
が、第１の比較器と、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のタイマからなる超音波流速計。
【請求項９】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
る二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の出力をほ
ぼ一定に制御する制御部と、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を
演算によって求める演算部と、前記レベル検知回路が、
異なる基準電圧をもつ比較器と、それぞれの比較器が反
転する時間によってレベルを検知する超音波流速計。
【請求項１０】被測定流体中に配置され超音波を送受信
する二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の出力を
ほぼ一定に制御する制御部と、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
を演算によって求める演算部を有し、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
設けた超音波流速計。