JPS5845675B2 - 超音波測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波を利用するレベル測定装置で特に短いレ
ベルの測定に適した超音波測定装置に関する。

第１図と第３図によって従来のレベル測定装置の原理及
び動作につき説明する。

第１図は従来のレベル測定装置のブロック系統図であり
、第１図の英小文字で示す個所の波形タイムチャートを
第３図に示す。

第１図において同期回路４からの繰返し周期Ｔ毎に送信
回路５から電気パルスが送られ、送波器１から超音波発
信パルスａが発射される。

超音波発信パルスａは測定対象３で反射され、超音波反
射パルスｂとなって受波器２に至り、受信信号となり、
受信回路６に入力する。

全測定対象３までのレベルを示す距離Ｌ１超音波の音速
Ｃ１距離りを超音波が伝播するに要する時間をｔｌで示
すと（１）式 ％式％（１） が成立する。

伝播時間ｔ１は超音波発信から受信までの時間で、これ
を測定することにより距離りを知ることができる。

この伝播時間ｔ１をアナログ信号として表示するために
、同期回路４からの同期信号と受信回路６からの測定対
象３の反射信号を例えばフリップフロップからなるパル
ス幅変換回路７に入力して超音波発信から受信までの時
間をパルス幅ｔ１に変換する。

パルス幅変換回路７の出力は第３図Ｃによって示され、
この出力により制御され、パルス幅ｔ１の間はＯＮ、そ
れ以外の期間はＯＦＦの動作をするスイッチ回路８によ
って電圧設定回路１３の一定電圧ｖＥをパルス幅ｔ、だ
け入力し、この入力電圧を繰返し周期Ｔ毎に平均化する
積分回路１０で積分するようにすると積分回路１０の出
力ｖ１は（２）式によって示される。

（１）式と（２）式とから ■Ｅ ２ “・−Ｔ’Ｃ″１ °−°−−−−−−−−（３）
（３）式を得る。

すなわち、出力Ｖ１は測定対象３までのレベルを示す距
離りに比例するので、電圧Ｖ、を表示回路１２に入力し
、例えば電圧計により測定対象３までのレベルを電圧表
示することができる。

このような従来のレベル測定装置においては（１）式に
示すように距離りの変化分△Ｌに相当するパルス幅△ｔ
１は距離りが短くなるとますます小さくなり、また（２
）式に示すようにパルス幅ｔ１の変化分△ｔ１に相当す
る出力△ｖ１はパルス幅ｔ１が小さくなるとますます小
さくなる。

表示回路が示す測定の精度を向上させようとして（２）
式において繰返し周期Ｔを短かく設定すると出力■１を
大きくできるが測定対象の多重反射信号の幾つかは次の
周期間に現われ、パルス幅ｔ１をレベルを示す距離りに
相当する真実の時間と異なるものとする危険を生ずる。

従ってこれ等の多重反射信号が減衰する期間、すなわち
最大レベル測定時間の４から５倍位の長さをもつ繰返し
周期Ｔの設定を要し矛盾を生ずる。

また測定レベルの距離りが短かくなると第３図すに示す
ように発信パルス信号の洩れによって受信不能の時間帯
を生ずるためこの時間帯をサンプリング時間から削除す
るような操作を行なうとパルス幅ｔ１の変化分△ｔ０は
ますます小さくなり出力■１の変化分△ｖ１もまた小さ
く測定精度が低下する。

出力■１を直流増巾する手段も考えられるが、ドリフト
による測定の不安定さのために利用することができない
。

このような困難に対して本発明の目的は繰返し周期Ｔの
代りに繰返し周期Ｔより短かく、最大測定レベルに相当
する時間より僅かに長いパルス幅をサンプリング時間と
して積分期間を著るしく短縮し測定精度の向上を計り小
さなレベル測定に効果のある超音波測定装置を提供しよ
うとするものである。

本発明によれば繰返し周期Ｔは元のままで多重反射信号
による懸念もなく、直流増巾器の利用も不要でドリフト
の心配もなく小さなレベルの測定精度を著るしく向上す
ることができる。

第２図は本発明になる超音波測定装置のブロック系統図
である。

第２図においては第１図において示す同様回路は同−付
号を付し構成ならびに作用の説明を省略する。

第３図は第２図の英小文字で示す個所の波形タイムチャ
ートである。

第２図において同期回路４から同期信号を得て上記繰返
し周期Ｔより短かく最大測定レベルに相当する時間より
僅かに長いパルス幅をサンプリング時間ｔｓとして設定
するサンプリング時間設定回路１４、例えばモノマルチ
バイブレータが設けられる。

この回路の出力は第３図ｄに示されｔ８はサンプリング
時間を、ｔｈはサンプル保持時間を示す。

サンプリング時間設定回路１４の出力は積分回路１０の
入力側に接続されるスイッチ回路９の動作をサンプリン
グ時間ｔ８の間はＯＮ、サンプル保持時間ｔｈの間はＯ
ＦＦとなるように制御する。

従って積分回路１０はサンプリング時間ｔ。の間を通じ
て測定対象３までのレベルを示す距離りに相当するパル
ス幅ｔ１をもち振巾ＶＥなる入力信号を積分し平均化さ
れた出力電圧■２をサンプル保持時間ｔｈの間保持する
。

この場合の積分回路１０の出力電圧ｖ２は式（４）で示
される。

１ ■２＝■Ｅ×−・・・・・・・・・・・・（４）５ （４）式においてサンプリング時間ｔ５は繰返し周期Ｔ
より短かいので出力電圧ｖ２の△ｔ１ による変化分△
■２は出力電圧ｖ１の△ｔ１による変化分△ｖ１より大
きく、表示回路１２の測定精度は向上する。

また（３）式において出力電圧ｖ１は超音波伝播速度Ｃ
を不変のものとしてきたが、水中音速は温度１℃あたり
約０．２饅の音速変化があり測定精度上無視できない。

音速補正手段として送波器１ならびに受波器２と一緒に
感温素子、例えば測温抵抗体を設け、温度による測温抵
抗体の変化を音速補正電圧とする回路を設定電圧回路１
３に補充し、一定電圧ｖＥを音速補正電圧で補正すれば
更に正確なレベルを示す距離りを測定することができる
。

以上説明したように本発明は積分回路のサンプリング時
間として従来利用した繰返し周期に代り、より短かく最
大測定レベルに相当する時間より僅かに長いパルス幅を
利用することにより積分期間を著るしく短縮し、測定精
度を向上することによって特に小さなレベル測定に効果
のある超音波測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレベル測定装置のブロック系統図、第２
図は本発明になる超音波測定装置のブロック系統図、第
３図は第１図および第２図の各新波形のタイムチャート
である。 １・・・・・・送波器、２・・・・・・受波器、３・・
・・・・測定対象、４・・・・・・同期回路、５・・・
・・・送信回路、６・・・・・・受信回路、７・・・・
・・パルス幅変換回路、８ないし９・・・・・・スイッ
チ回路、１０・・・・・・積分回路、１２・・・・・・
表示回路、１３・・・・・・電圧設定回路、１４・・−
・・・サンプリング時間設定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 繰返し周期毎に同期信号を出力する同期回路と、こ
   の信号に同期して電気パルスを送る送信回路と、この電
   気パルスにより超音波パルスを発射する送波器と、測定
   対象からの反射波を受ける受波器とこの受波器からの反
   射信号を受信する受信回路と、この回路の出力信号と上
   記同期信号により上記測定対象までのレベルに相当する
   時間をパルス幅に変換するパルス幅変換回路と、この回
   路の出力に制御されるスイッチ回路により電圧設定回路
   からある一定電圧を上記パルス幅だけ入力し、この入力
   を上記繰返し周期の間を通じて積分し平均化する積分回
   路と、この回路の出力電圧を上記測定対象までのレベル
   として表示する表示回路とよりなるレベル測定装置にお
   いて、更に上記同期信号を得て上記繰返し周期より短か
   く、最大測定レベルに相当する時間より僅かに長いパル
   ス幅を出力とするサンプリング時間設定回路と、この回
   路の出力に制御され、上記積分回路の入力を制御するス
   イッチ回路とを設けて、積分期間を短縮したととを特徴
   とする超音波測定装糺