JPS5914173B2 - Ultrasonic measuring device - Google Patents

Ultrasonic measuring device

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JPS5914173B2
JPS5914173B2 JP53060745A JP6074578A JPS5914173B2 JP S5914173 B2 JPS5914173 B2 JP S5914173B2 JP 53060745 A JP53060745 A JP 53060745A JP 6074578 A JP6074578 A JP 6074578A JP S5914173 B2 JPS5914173 B2 JP S5914173B2
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JP
Japan
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signal
ultrasonic pulse
output
emitted
ultrasonic
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JP53060745A
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勝 河野
行雄 中川
健夫 賀田
軍治 大河原
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カウンタが発振器の発信出力を設定値まで計
数するのに要する計数時間と超音波が被測定流体中を伝
搬するのに要する伝搬時間との時間差を検出し、この差
信号に基づいて、その時間差が所定値になるようによそ
発振器の発振周波数を変化させ、よつて超音波を被測定
流体の流れに対して順方向に発射した際の発振周波数と
逆方向に発射した際の発振周波数との差から被測定流体
の流速もしくは流量を測定する超音波式測定装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention detects the time difference between the counting time required for a counter to count the output of an oscillator to a set value and the propagation time required for an ultrasonic wave to propagate in a fluid to be measured. , based on this difference signal, change the oscillation frequency of a separate oscillator so that the time difference becomes a predetermined value, so that the oscillation frequency is opposite to the oscillation frequency when the ultrasonic wave is emitted in the forward direction to the flow of the fluid to be measured. The present invention relates to an ultrasonic measuring device that measures the flow velocity or flow rate of a fluid to be measured based on the difference between the oscillation frequency and the oscillation frequency when emitted in a direction.

第1図は、従来の超音波流量計のプロツク図である。FIG. 1 is a block diagram of a conventional ultrasonic flowmeter.

この第1図において、10は被測定流体が矢印方向に流
れる測定管路で、この測定管路10の管外壁には取付要
素15,16を介してトランスジユーサ13,14が取
付けられている。このトランスジユーサ13,14は電
気信号を音響信号へあるいは音響信号を電気信号へ変換
する変換素子で、あるモードにおいてはトランスジユー
サ13が送信子となりかつトランスジユーサ14が受信
子となり、一方他のモードにおいてはトランスジユーサ
14が送信子となりかつトランスジユーサ13が受信子
となる。このモードの切換はモード切換器9により行な
われる。このモード切換器9は、トランスジユーサ13
,14が交互に送信子と受信子とになるように、ゲート
回路6を介してモード切換信号A,Bによつてそのトラ
ンスジューサ13,14を制御する。1は発振器要素で
、2つの発振器11,12およびコントローラ19,2
0よりなる。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a measurement pipe through which the fluid to be measured flows in the direction of the arrow, and transducers 13 and 14 are attached to the outer wall of the measurement pipe 10 via mounting elements 15 and 16. . The transducers 13 and 14 are conversion elements that convert an electrical signal into an acoustic signal or an acoustic signal into an electrical signal. In a certain mode, the transducer 13 becomes a transmitter and the transducer 14 becomes a receiver; In other modes, transducer 14 is the transmitter and transducer 13 is the receiver. This mode switching is performed by a mode switch 9. This mode switch 9 is connected to a transducer 13.
, 14 are controlled by mode switching signals A and B via a gate circuit 6 so that the transducers 13 and 14 alternately act as transmitters and receivers. 1 is an oscillator element, which includes two oscillators 11, 12 and controllers 19, 2.
Consists of 0.

この発振器11,12は電圧制御形発振器よりなり、制
御電圧が時間差検出回路8の出力信号に応じてコントロ
ーラ19,20によつて変えられ、それによりその発振
周波数が変化させられる。このコントローラ19,20
はモード切換器9のモード切換信号A,Bによりあるモ
ードにおいてはいずれか一方がその時間差検出回路8の
出力信号を受け入れるように選択される。2はモード切
換器9によつて選択的に指定された発振器11あるいは
12のうちの1つの出力信号と同期した出力信号を発信
する同期パルス発生回路である。
The oscillators 11 and 12 are voltage controlled oscillators whose control voltages are changed by controllers 19 and 20 in accordance with the output signal of the time difference detection circuit 8, thereby changing their oscillation frequencies. This controller 19, 20
In a certain mode, one of them is selected to accept the output signal of the time difference detection circuit 8 by the mode switching signals A and B of the mode switching device 9. Reference numeral 2 denotes a synchronizing pulse generating circuit which generates an output signal synchronized with the output signal of one of the oscillators 11 or 12 selectively designated by the mode switch 9.

3は発振器要素1の出力信号を計数するカウンタで、同
期パルス発生回路2の出力信号に基づいて計数動作を開
始し、計数値が測定管路10の径等に応じて予め設定さ
れた数Nに達すると、計数動作終了信号を発信する。
3 is a counter for counting the output signal of the oscillator element 1, which starts counting operation based on the output signal of the synchronous pulse generation circuit 2, and the count value is a preset number N according to the diameter of the measurement pipe 10, etc. When it reaches , it sends a counting operation end signal.

4はカウンタ3の出力信号により動作を開始し、ある一
定時間経過後に出力信号を発信する遅延要素である。
Reference numeral 4 denotes a delay element that starts its operation in response to the output signal of the counter 3 and outputs an output signal after a certain period of time has elapsed.

この遅延要素4の出力信号Vは時間差検出回路8に導か
れる。5は同期パルス発生回路2の出力信号に基づいて
トランスジユーサ13,14を駆動する電気信号を発信
する送信回路である。
The output signal V of this delay element 4 is guided to a time difference detection circuit 8. Reference numeral 5 denotes a transmitting circuit that transmits an electric signal to drive the transducers 13 and 14 based on the output signal of the synchronous pulse generating circuit 2.

この送信回路5の出力電気信号はゲート回路6を介して
選択的にトランスジユーサ13あるいは14に導かれ、
またトランスジユーサ14あるいは13の受信信号は同
様にこのゲート回路6を介して受信回路7に導かれる。
この受信回路7はその受信信号の検出に基づいてトリカ
ー信号Zを発信し、時間差検出回路8を制御する。
The output electrical signal of this transmitting circuit 5 is selectively guided to a transducer 13 or 14 via a gate circuit 6.
Similarly, the received signal from the transducer 14 or 13 is guided to the receiving circuit 7 via this gate circuit 6.
This receiving circuit 7 transmits a trigger signal Z based on the detection of the received signal, and controls the time difference detecting circuit 8.

第2図は時間差検出回路8の回路図であり、前段に、受
信回路7のトリカー信号Zと遅延要素4の出力信号vと
が導かれるナンド回路100が配置されている。トリカ
ー信号Zと出力信号Vとが一致し、ナンド回路100の
出力信号Fの発信が停止すると、トランジスタQ,が0
FFとなり、定電流回路90からダイオードDを介して
コンデンサCに充電電流が流れ、コンデンサCを充電す
る。定電流回路90、トランジスタQ1、ダイオードD
OおよびコンデンサCによつてRAMP回路が構成され
、このRAMP回路の出力信号RすなわちコンデンサC
の充電電圧は差動増幅器80に導かれる。この差動増幅
器80には伝搬時間測定用設定電圧E5Oが設定されて
おり、この設定電圧E5O(5RAMP回路の出力信号
Rとの差電圧が時間差検出回路8の出力信号Sとして発
信される。この出力信号Sは発振器要素1に導かれる。
なお、Q1はコンデンサCの充電電圧を放電させるため
の電界効果形トランジスタで、信号Kによつて0N−0
FF制御される。なおまた、E5Oは約5Vに設定され
ている。このように構成された超音波式流量測定装置の
動作を簡単に説明する。
FIG. 2 is a circuit diagram of the time difference detection circuit 8, in which a NAND circuit 100 is arranged at the front stage to which the trigger signal Z of the receiving circuit 7 and the output signal v of the delay element 4 are guided. When the trigger signal Z and the output signal V match and the output signal F of the NAND circuit 100 stops transmitting, the transistor Q becomes 0.
It becomes an FF, and a charging current flows from the constant current circuit 90 to the capacitor C via the diode D, thereby charging the capacitor C. Constant current circuit 90, transistor Q1, diode D
O and capacitor C constitute a RAMP circuit, and the output signal R of this RAMP circuit, that is, capacitor C
The charging voltage is led to a differential amplifier 80. A set voltage E5O for propagation time measurement is set in this differential amplifier 80, and the difference voltage between this set voltage E5O (output signal R of the 5RAMP circuit) is transmitted as an output signal S of the time difference detection circuit 8. The output signal S is led to the oscillator element 1.
Note that Q1 is a field effect transistor for discharging the charging voltage of the capacitor C, and it is set to 0N-0 by the signal K.
FF controlled. Furthermore, E5O is set to about 5V. The operation of the ultrasonic flow rate measuring device configured as described above will be briefly described.

まず、モード切換回路9のモード切換信号Aにより、ト
ランスジユーサ14が受信子にされ、発振器要素1は発
振器11が同期パルス発生回路2およびカウンタ3に接
続され、ゲート回路6は送信回路5の出力信号がトラン
スジユーサ13に導かれ、かつトランスジユーサ14の
出力信号が受信回路7に導かれるように制御されるもの
とする。しかして、所定時間経過後に、遅延要素4から
その出力信号Vが発信されると、ナンド回路100の出
力信号Mの発信が停止されるので、RAMP回路のコン
デンサCが充電を開始する。その後、トランスジユーサ
14の出力信号が発信され、超音波の到着が検出される
と、受信回路7の出力信号Zの発信が停止され、それに
より再びナンド回路100の出力信号Fが発信されるよ
うになり、RAMP回路のコンデンサCの充電が停止さ
れる。このときのRAMP回路の出力信号Rの値をwと
する。この出力信号wは設定電圧E5Oと比較され、そ
の差電圧εが時間差検出回路8の出力信号Sとして発信
される。この差電圧εに応じて発振器11の発振周波数
が制御される。そして、このような動作を繰返して、最
終的には、この差電圧εが零、すなわち出力信号wが設
定電圧E5Oに等しくなるように制御される。このよう
にして、被測定流体の流れに対して順方向に超音波パル
スを放射させた際の順方向伝搬時間Taは、発振器11
の発振周波数に置き換えられる。しかして、順方向伝搬
時間の測定は終了する。次に、モード切換回路9のモー
ド切換信号Bにより、トランスジユーサ14が送信子に
され、トランスジユーサ13が受信子にされ、また発振
器要素1は発振器12が同期パルス発生回路2およびカ
ウンタ3に接続され、ゲート回路6は送信回路5の出力
信号がトランスジユーサ14に導かれ、トランスジユー
サ13の出力信号が受信回路7に導かれるように制御さ
れる。
First, the mode switching signal A of the mode switching circuit 9 causes the transducer 14 to become a receiver, the oscillator 11 of the oscillator element 1 is connected to the synchronizing pulse generating circuit 2 and the counter 3, and the gate circuit 6 is connected to the transmitting circuit 5. It is assumed that the control is such that the output signal is guided to the transducer 13 and the output signal of the transducer 14 is guided to the receiving circuit 7. After a predetermined period of time has elapsed, when the output signal V is transmitted from the delay element 4, the output signal M of the NAND circuit 100 is stopped, and the capacitor C of the RAMP circuit starts charging. Thereafter, the output signal of the transducer 14 is transmitted, and when the arrival of the ultrasonic wave is detected, the transmission of the output signal Z of the receiving circuit 7 is stopped, so that the output signal F of the NAND circuit 100 is transmitted again. As a result, charging of the capacitor C of the RAMP circuit is stopped. Let the value of the output signal R of the RAMP circuit at this time be w. This output signal w is compared with a set voltage E5O, and the difference voltage ε is transmitted as an output signal S of the time difference detection circuit 8. The oscillation frequency of the oscillator 11 is controlled according to this differential voltage ε. By repeating such operations, the voltage difference ε is finally controlled to be zero, that is, the output signal w is equal to the set voltage E5O. In this way, the forward propagation time Ta when emitting an ultrasonic pulse in the forward direction with respect to the flow of the fluid to be measured is determined by the oscillator 11.
is replaced by the oscillation frequency of Thus, the measurement of forward propagation time is completed. Next, the mode switching signal B of the mode switching circuit 9 causes the transducer 14 to become a transmitter, the transducer 13 to become a receiver, and the oscillator element 1 to switch from the oscillator 12 to the synchronizing pulse generating circuit 2 and the counter 3. The gate circuit 6 is controlled so that the output signal of the transmitting circuit 5 is guided to the transducer 14 and the output signal of the transducer 13 is guided to the receiving circuit 7.

しかして、上述と同じ動作により被測定流体の流れに対
して逆方向に超音波パルスを放射させた際の逆方向伝搬
時間Tbは、発振器12の発振周波数に置き換えられる
。かくして、逆方向伝搬時間の測定は終了する。発振器
11,12の発振周波数の差は可逆カウンタ17により
流速に比例した周波数差として取出され、表示回路18
により流量あるいは流速として表示される。ところで、
超音波は伝搬経路の条件などにより種々の障害を受け易
いので、正常な伝搬が行なわれているかどうか充分監視
する必要がある。
Therefore, the backward propagation time Tb when the ultrasonic pulse is emitted in the opposite direction to the flow of the fluid to be measured by the same operation as described above is replaced by the oscillation frequency of the oscillator 12. Thus, the measurement of the backward propagation time is completed. The difference between the oscillation frequencies of the oscillators 11 and 12 is taken out by a reversible counter 17 as a frequency difference proportional to the flow velocity, and the display circuit 18
It is displayed as flow rate or flow velocity. by the way,
Since ultrasonic waves are susceptible to various disturbances depending on the conditions of the propagation path, it is necessary to sufficiently monitor whether or not propagation is occurring normally.

本発明は、このような点に鑑みてなされ、順方向伝搬時
間および逆方向伝搬時間の測定を交互に繰返して行なう
際に、順方向超音波パルスと逆方向超音波パルスあるい
は逆方向超音波パルスと順方向超音波パルスの連続する
2つの超音波パルスが正常に伝搬されている場合にのみ
、“超音波パルスの伝搬が正常である゛という判断が行
なえるようにした超音波式測定装置を提供することを目
的とする。このような目的は、本発明によれば、冒頭で
述べた種類の測定装置において、超音波パルスを順方向
に発射させた際の時間差(計数時間と伝搬時間との時間
差)に相当する第1電圧信号と逆方向に発射させた際の
前記時間差に相当する第2電圧信号とがそれぞれ所定電
圧幅内に入つているか否かを検出し、前記第1電圧信号
が前記所定電圧幅内に入つているか否かを表わす第1情
報信号と前記第2電圧信号が前記所定電圧幅内に入つて
いるか否かを表わす第2情報信号とを交互に連続して出
力する比較器と、この比較器から前記第1情報信号およ
び第2情報信号が交互に連続して与えられ、先に与えら
れた情報信号を記憶して、この記憶されている情報信号
とその直後に与えられる情報信号とを比較し、その両情
報信号が共に前記各電圧信号が前記所定電圧幅内に入つ
ていることを表わす情報信号である場合には、順方向超
音波パルスと逆方向超音波パルスあるいは逆方向超音波
パルスと順方向超音波パルスの連続する2つの超音波パ
ルスが共に正常に伝搬されていることを示す出力信号を
発信する論理回路とを備えることによつて達成される。
The present invention has been made in view of these points, and when measuring the forward propagation time and the backward propagation time alternately, the forward ultrasonic pulse and the backward ultrasonic pulse or the backward ultrasonic pulse The ultrasonic measuring device is designed to be able to determine that the propagation of ultrasonic pulses is normal only when two consecutive ultrasonic pulses, i.e., forward ultrasonic pulses, and forward ultrasonic pulses are propagated normally. According to the invention, such an object is to provide a measuring device of the type mentioned at the beginning, in which the time difference (counting time and propagation time) when an ultrasonic pulse is emitted in the forward direction is determined. It is detected whether or not a first voltage signal corresponding to the time difference) and a second voltage signal corresponding to the time difference when emitted in the opposite direction are within a predetermined voltage width, and the first voltage signal Alternately and continuously output a first information signal representing whether or not the voltage signal is within the predetermined voltage range, and a second information signal representing whether or not the second voltage signal is within the predetermined voltage range. a comparator that receives the first information signal and the second information signal from this comparator alternately and consecutively, stores the previously applied information signal, and stores the stored information signal and the information signal immediately after the first information signal and the second information signal from the comparator. and the information signal given to This is accomplished by comprising a logic circuit that emits an output signal indicating that two consecutive ultrasound pulses, a sonic pulse or a backward ultrasound pulse and a forward ultrasound pulse, are propagated together normally. .

次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。Next, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第3図は本発明の一実施例のプロツク図である。FIG. 3 is a block diagram of one embodiment of the present invention.

この第3図において、第1図の各部分と同一機能を有す
る部分には同一符号が付されている。本発明においては
、超音波の伝搬が正常であるか異常であるかを判断する
異常監視回路21が設けられている。この異常監視回路
21は、超音波パルスを順方向に発射させた際のRAM
P回路の出力信号Rの値R1と逆方向に発射させた際の
RAMP回路の出力信号Rの値R2とがそれぞれ所定の
電圧幅内に入つているか否かを検出する比較器22と、
その値R,,R2が連続してその所定の電圧幅内に入つ
ているか否かを検出する論理回路23とから成つている
。比較器22は第4図に示すように第1比較器221お
よび第2比較器222から構成されており、この各比較
器221,222には抵抗R39R49R5,R6(但
し、抵抗R49R5は可変抵抗)および電源E5により
、それぞれ設定電圧E5,,E52が設定されている。
この設定電圧E5lは第2図の基準電圧E5Oよりも僅
かに高い電位(たとえばE5l=E5O+0.1)に設
定され、一方設定電圧E52はその基準電圧よりも僅か
に低い電位(たとえばE52−E5O−0.1V)に設
定される。ここで、本発明において特に注目すべきこと
は、音波の伝搬の正常・異常を判断するために、第2図
の時間差検出回路7のRAMP回路の出力信号Rに着目
し、この出力信号Rを比較器221,222の残りの入
力に導くようにしたことである〇そして、比較回路22
1は出力信号Rが設定電圧E5l以下である際には”1
”信号を発信し続け、一方比較器222はその出力信号
Rが設定電圧E52を超過したら6F゛信号を発信し続
ける。方、論理回路23は、比較器221の出力N,お
よび比較器222の出力N2とが導かれるAND回路2
35と、このAND回路235の出力Mが与えられるD
−フリツプフロツプ231と、このD−フリツプフロツ
プの出力Q,が与えられるDーフリツプフロツプ232
と、D−フリツプフロツプ231,232の出力Ql,
Q2が導かれるAND回路233とから主として構成さ
れており、D−フリツプフロツプ231,232のT入
力にはそれぞれサンプリングパルスTが与えられている
。D−フリツプフロツプ231,232は直列形シフト
レジスタを構成しており、この場合サンプリングパルス
Tがそのシフトレジスタのシフトパルスとなる。なお、
234はNOT回路で、異常信号Uを正論理で欲しい時
に使われる。次に上記構成の動作について第5図を参照
しながら説明する。
In FIG. 3, parts having the same functions as those in FIG. 1 are given the same reference numerals. In the present invention, an abnormality monitoring circuit 21 is provided that determines whether the propagation of ultrasonic waves is normal or abnormal. This abnormality monitoring circuit 21 is a RAM when emitting ultrasonic pulses in the forward direction.
a comparator 22 that detects whether the value R1 of the output signal R of the P circuit and the value R2 of the output signal R of the RAMP circuit when emitted in the opposite direction are within predetermined voltage widths;
A logic circuit 23 detects whether the values R, , R2 are continuously within the predetermined voltage range. As shown in FIG. 4, the comparator 22 is composed of a first comparator 221 and a second comparator 222, and each of the comparators 221 and 222 has resistors R39R49R5 and R6 (however, the resistor R49R5 is a variable resistor). Setting voltages E5, E52 are set by the power supply E5 and the power supply E5, respectively.
This set voltage E5l is set at a potential slightly higher than the reference voltage E5O in FIG. 0.1V). What is particularly noteworthy about the present invention is that in order to determine whether the propagation of sound waves is normal or abnormal, attention is paid to the output signal R of the RAMP circuit of the time difference detection circuit 7 in FIG. The comparator circuit 22 is led to the remaining inputs of the comparators 221 and 222.
1 is "1" when the output signal R is below the set voltage E5l.
On the other hand, the comparator 222 continues to emit the 6F signal if its output signal R exceeds the set voltage E52. On the other hand, the logic circuit 23 outputs the output N of the comparator 221 and the AND circuit 2 from which output N2 is derived
35 and D to which the output M of this AND circuit 235 is given.
- a flip-flop 231 and a D-flip-flop 232 to which the output Q of this D-flip-flop is applied;
and the outputs Ql of the D-flip-flops 231 and 232,
It mainly consists of an AND circuit 233 from which Q2 is derived, and a sampling pulse T is applied to the T inputs of D-flip-flops 231 and 232, respectively. D-flip-flops 231 and 232 constitute a serial shift register, and in this case, the sampling pulse T becomes the shift pulse of the shift register. In addition,
234 is a NOT circuit, which is used when the abnormal signal U is desired to be in positive logic. Next, the operation of the above configuration will be explained with reference to FIG.

なお、同期信号パルスLの発信に基づいて、送信回路5
から送信パルスが発信される訳であるが、この同期信号
パルスLの個々のパルスはこのLに添字1,2,・・・
を付してLl,L2,・・・のように表わすことにする
。しかして、この第5図におけるRAMP回路の出力信
号Rから理解できるように、今、同期信号パルスL,,
L2,L4,L5,L7,L9のときに、そのRAMP
回路の出力信号Rの値は設定電圧E5l,E52の所定
の電圧幅(E52〜E5l)に入つており、従つて超音
波の伝搬は正常に行なわれたことを意味している。方、
同期信号パルスL3,L6,L8のときには、その値R
は設定電圧E5l,E52間に入つていない。従つて、
超音波パルスの伝搬が順方向・逆方向あるいは逆方向・
順方向共に連続して正常であるのは、同期信号パルスL
,−L2およびL4−L5の連続区間だけであり、従つ
てこの区間だけ1超音波の伝搬が正常である”ことを知
らせる信号Wが論理回路23からある時間遅れて発信さ
れる。一方、パルスL2−L3?L3−L4ラL5−L
62L6−L7ツL7−L8,L8−L9の連続区間は
、2つの超音波パルスの伝搬が連続して共に正常ではな
いので、信号Wは発信されない。このように、本発明に
おいては、2つの超音波パルス(連続する順方向の超音
波パルスと逆方向の超音波パルス、あるいは連続する逆
方向の超音波パルスと順方向の超音波パルス)が共に正
常であるときにのみ、その正常を知らせる信号Wを得る
ことができる。第6図は異常監視回路21の他の実施例
の回路図である。
Note that, based on the transmission of the synchronization signal pulse L, the transmission circuit 5
The transmission pulse is transmitted from , and the individual pulses of this synchronizing signal pulse L are subscripts 1, 2, . . . to this L.
will be expressed as Ll, L2, . . . As can be understood from the output signal R of the RAMP circuit in FIG.
When L2, L4, L5, L7, L9, the RAMP
The value of the output signal R of the circuit is within a predetermined voltage range (E52 to E5l) of the set voltages E5l and E52, which means that the ultrasonic wave propagated normally. direction,
When the synchronizing signal pulse L3, L6, L8, the value R
does not fall between the set voltages E5l and E52. Therefore,
Ultrasonic pulse propagation is forward/reverse or backward/
The synchronizing signal pulse L is continuous and normal in both forward directions.
, -L2 and L4-L5, and therefore the propagation of one ultrasonic wave is normal only in this section.A signal W is transmitted from the logic circuit 23 after a certain time delay.On the other hand, the pulse L2-L3? L3-L4 la L5-L
In the continuous sections of 62L6-L7, L7-L8, and L8-L9, the signal W is not transmitted because the propagation of the two ultrasonic pulses is not normal. In this way, in the present invention, two ultrasonic pulses (a continuous forward ultrasonic pulse and a backward ultrasonic pulse, or a continuous backward ultrasonic pulse and a forward ultrasonic pulse) are Only when it is normal can a signal W indicating the normality be obtained. FIG. 6 is a circuit diagram of another embodiment of the abnormality monitoring circuit 21.

この実施例においては、論理回路23は、比較器221
の出力N1とサンプリングパルスTとが導かれるNAN
D回路236と、比較器222の出力N2とサンプリン
グパルスTとが導かれるNAND回路237と、両NA
ND回路236,237の出力Ml,M2が導かれるE
xcl一UsiveOR回路238と、このExclu
siveOR回路238の出力M3によつてトリカーさ
れるりトリカー可能な単安定マルチバイブレータ239
とから構成されている。この単安定マルチバイブレータ
239の設定出力パルス幅△Tは、順方向の測定周期と
逆方向の測定周期との和よりも長く設定されている。つ
まり、サンプリングパルスTの2周期分以上である。し
かして、第5図と同じ条件で測定を行ない、同じ出力信
号Rが表われた場合の各部分の出力信号の波形を第7図
に示す。この第7図に示すように単安定マルチバイブレ
ータ239はりトリカー可能であるので、超音波パルス
の伝搬が続けて、あるいは1つおきに異常である場合に
は、その単安定マルチバイブレータ239からは継続し
て異常信号びが発信される。なお、第6図の実施例は、
第4図の実施例に比較して、設定時間△Tすなわち異常
信号継続時間を任意に調整できるから、長時間の異常警
報が必要な場合には便利である。第8図は本発明の他の
実施例の回路図である。
In this embodiment, the logic circuit 23 includes a comparator 221
NAN from which the output N1 and sampling pulse T are derived
D circuit 236, a NAND circuit 237 to which the output N2 of the comparator 222 and the sampling pulse T are guided, and both NA
E to which the outputs Ml and M2 of the ND circuits 236 and 237 are derived
xcl-UsiveOR circuit 238 and this Excl
A monostable multivibrator 239 that is triggered or can be triggered by the output M3 of the siveOR circuit 238
It is composed of. The set output pulse width ΔT of this monostable multivibrator 239 is set longer than the sum of the forward direction measurement period and the reverse direction measurement period. In other words, it is equal to or more than two cycles of the sampling pulse T. FIG. 7 shows the waveforms of the output signals in each section when measurements are carried out under the same conditions as in FIG. 5 and the same output signal R appears. As shown in FIG. 7, since the monostable multivibrator 239 can be triggered, if the propagation of ultrasonic pulses is abnormal continuously or every other time, the monostable multivibrator 239 will continue to propagate. An abnormal signal is sent. Note that the embodiment shown in FIG.
Compared to the embodiment shown in FIG. 4, the set time ΔT, that is, the duration of the abnormality signal can be arbitrarily adjusted, which is convenient when a long-term abnormality warning is required. FIG. 8 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention.

この実施例において、発振器11によつて得られる順方
向の際の発振周波数F,と発振器12によつて得られる
逆方向の際の発振周波数F2との差△f(=f1−F2
)を形成するモジユレータ28と、このモジユレータ2
8の出力信号を電圧信号に変換するF/V変換器29と
、一方の入力にこの変換器29の出力が導かれ、他方の
入力に後述する積分器26の出力が導かれる差動増幅器
24と、スイツチ回路25を介してこの差動増幅器24
の出力が導かれる積分器26と、この積分器26の電圧
出力を電流信号に変換するV/I変換器27とから構成
されている。スイツチ回路25はたとえば電界効果形ト
ランジスタQ3から構成され、異常監視回路21の出力
信号Uもしくはびによつて0N−0FF制御される。つ
まり、その信号U(もしくはσ)が“1”信号(つまり
音波の伝搬が異常である。)となつているときには、ト
ランジスタQ3が0N制御され、差動増幅器24の出力
が積分器26に供給されるのが阻止される。よつて、こ
の実施例においては、音波の伝搬が異常である際には、
その前の指示値が保持される。なお、LEDは発光ダイ
オードである。以上に説明するように、本発明において
は、順方向および逆方向の1回の測定毎に、超音波伝搬
の正常・異常を判断するので、異常判断の応答が早い、
従つて異常検出に漏れがない等の効果を有する0しかも
、超音波パルスの伝搬が順方向および逆方向、もしくは
逆方向および順方というように2つの連続して正常であ
る場合のみ、その伝搬が正常であることを知らせる信号
を発信させたので、測定上非常に好ましい。
In this embodiment, the difference △f (= f1 - F2
) and this modulator 2
an F/V converter 29 that converts the output signal of 8 into a voltage signal, and a differential amplifier 24 to which the output of this converter 29 is guided to one input and the output of an integrator 26 to be described later is guided to the other input. and this differential amplifier 24 via the switch circuit 25.
The V/I converter 27 includes an integrator 26 to which the output of the integrator 26 is guided, and a V/I converter 27 that converts the voltage output of the integrator 26 into a current signal. The switch circuit 25 is composed of, for example, a field effect transistor Q3, and is controlled from 0N to 0FF by the output signal U of the abnormality monitoring circuit 21. In other words, when the signal U (or σ) is a "1" signal (that is, the propagation of the sound wave is abnormal), the transistor Q3 is controlled to 0N, and the output of the differential amplifier 24 is supplied to the integrator 26. be prevented from being done. Therefore, in this embodiment, when the propagation of sound waves is abnormal,
The previous indicated value is retained. Note that the LED is a light emitting diode. As explained above, in the present invention, since the normality or abnormality of ultrasonic propagation is determined for each measurement in the forward and reverse directions, the response to abnormality determination is quick.
Therefore, it has the effect of ensuring that there is no omission in abnormality detection.Moreover, only when the propagation of the ultrasonic pulse is normal in two consecutive directions, such as in the forward direction and reverse direction, or in the reverse direction and forward direction, the propagation is detected. This is very desirable from a measurement point of view because it sends out a signal indicating that it is normal.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の超音波流量測定装置の回路図、第2図は
その時間差検出回路の回路図、第3図は本発明の一実施
例の回路図、第4図はその要部の一実施例の回路図、第
5図はその動作を説明するための各部分の出力信号の波
形図、第6図はその要部の他の実施例の回路図、第7図
はその動作を説明するための各部分の出力信号の波形図
、第8図は本発明の他の実施例の回路図である。 1・・・−・・発振器要素、2・・・・・・同期パルス
発生回路、3・・・・・・カウンタ、4・・・・・・遅
延要素、5・・・・・・送信回路、6・・・・・・ゲー
ト回路、7・・・・・・受信回路、8・・・・・・時間
差検出回路、9・・・・・・切換器、11,12・・・
・・・発振器、21・・・・・・異常監視回路、22・
・・・・・比較器、23・・・・・・論理回路。
Fig. 1 is a circuit diagram of a conventional ultrasonic flow rate measuring device, Fig. 2 is a circuit diagram of its time difference detection circuit, Fig. 3 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and Fig. 4 shows its main parts. A circuit diagram of the embodiment, Fig. 5 is a waveform diagram of output signals of each part to explain its operation, Fig. 6 is a circuit diagram of another embodiment of the main part, and Fig. 7 explains its operation. FIG. 8 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention. 1: Oscillator element, 2: Synchronous pulse generation circuit, 3: Counter, 4: Delay element, 5: Transmission circuit , 6... Gate circuit, 7... Receiving circuit, 8... Time difference detection circuit, 9... Switch, 11, 12...
... Oscillator, 21 ... Abnormality monitoring circuit, 22.
...Comparator, 23...Logic circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 カウンタが発振器の発振出力を設定値まで計数する
のに要する計数時間と超音波パルスが被測定流体中を伝
搬するのに要する伝搬時間との時間差を検出し、この差
信号に基づいて、その時間差が所定値になるように前記
発振器の発振周波数を変化させ、よつて超音波パルスを
前記被測定流体の流れに対して順方向と逆方向とに交互
に繰返して発射させ、順方向に発射させた際の発振周波
数と逆方向に発射させた際の発振周波数との差から前記
被測定流体の流速もしくは流量を測定するものにおいて
、前記超音波パルスを順方向に発射させた際の前記時間
差に相当する第1電圧信号と逆方向に発射させた際の前
記時間差に相当する第2電圧信号とがそれぞれ所定電圧
幅内に入つているか否かを検出し、前記第1電圧信号が
前記所定電圧幅内に入つているか否かを表わす第1情報
信号と前記第2電圧信号が前記所定電圧幅内に入つてい
るか否かを表わす第2情報信号とを交互に連続して出力
する比較器と、この比較器から前記第1情報信号および
第2情報信号が交互に連続して与えられ、先に与えられ
た情報信号を記憶して、この記憶されている情報信号と
その直後に与えられる情報信号とを比較し、その両情報
信号が共に前記各電圧信号が前記所定電圧幅内に入つて
いることを表わす情報信号である場合には、順方向超音
波パルスと逆方向超音波パルスあるいは逆方向超音波パ
ルスと順方向超音波パルスの連続する2つの超音波パル
スが共に正常に伝搬されていることを示す出力信号を発
信する論理回路とを備えたことを特徴とする超音波式測
定装置。 2 カウンタが発振器の発振出力を設定値まで計数する
のに要する計数時間と超音波パルスが被測定流体中を伝
搬するのに要する伝搬時間との時間差を検出し、この差
信号に基づいて、その時間差が所定値になるように前記
発振器の発振周波数を変化させ、よつて超音波パルスを
前記被測定流体の流れに対して順方向と逆方向とに交互
に繰返して発射させ、順方向に発射させた際の発振周波
数と逆方向に発射させた際の発振周波数との差から前記
被測定流体の流速もしくは流量を測定するものにおいて
、前記超音波パルスを順方向に発射させた際の前記時間
差に相当する第1電圧信号と逆方向に発射させた際の前
記時間差に相当する第2電圧信号とがそれぞれ所定電圧
幅内に入つているか否かを検出し、前記第1電圧信号が
前記所定電圧幅内に入つているか否かを表わす第1情報
信号と前記第2電圧信号が前記所定電圧幅内に入つてい
るか否かを表わす第2情報信号とを交互に連続して出力
する比較器と、この比較器から前記第1情報信号および
第2情報信号が交互に連続して与えられ、先に与えられ
た情報信号を記憶して、この記憶されている情報信号と
その直後に与えられる情報信号とを比較し、その両情報
信号が共に前記各電圧信号が前記所定電圧幅内に入つて
いることを表わす情報信号である場合には、順方向超音
波パルスと逆方向超音波パルスあるいは逆方向超音波パ
ルスと順方向超音波パルスの連続する2つの超音波パル
スが共に正常に伝搬されていることを示す出力信号を発
信する論理回路と、前記発振器から得られる順方向の際
の発振周波数と逆方向の際の発振周波数の差を形成する
モジュレータと、このモジュレータの出力信号を電圧信
号に変換するF/V変換器と、このF/V変換器の出力
が一方の入力に導かれる差動増幅器と、この差動増幅器
の出力がスイッチを介して導かれる積分器とを備え、こ
の積分器の出力を前記差動増幅器の他方の入力に導き、
前記スイッチをレジスタの出力に基づいてON−OFF
制御し、前記積分器の出力を被測定流体の流速もしくは
流量の尺度とすることを特徴とする超音波式測定装置。
[Claims] 1. The counter detects the time difference between the counting time required for counting the oscillation output of the oscillator up to a set value and the propagation time required for the ultrasonic pulse to propagate in the fluid to be measured, and Based on the signal, the oscillation frequency of the oscillator is changed so that the time difference becomes a predetermined value, and thus ultrasonic pulses are emitted alternately in the forward direction and the reverse direction with respect to the flow of the fluid to be measured. The ultrasonic pulse is emitted in the forward direction, and the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured is measured from the difference between the oscillation frequency when emitted in the forward direction and the oscillation frequency when emitted in the reverse direction. detecting whether or not a first voltage signal corresponding to the time difference when emitted in the opposite direction and a second voltage signal corresponding to the time difference when emitting in the opposite direction are each within a predetermined voltage width; A first information signal indicating whether the first voltage signal is within the predetermined voltage width and a second information signal indicating whether the second voltage signal is within the predetermined voltage width are alternately and continuously transmitted. and a comparator that outputs the first information signal and the second information signal from this comparator alternately and continuously, stores the previously applied information signal, and outputs the stored information signal. and an information signal given immediately thereafter, and if both of the information signals are information signals indicating that each of the voltage signals is within the predetermined voltage width, it is determined that the forward ultrasonic pulse is a forward ultrasonic pulse. A logic circuit that emits an output signal indicating that two consecutive ultrasonic pulses, that is, a backward ultrasonic pulse or a backward ultrasonic pulse and a forward ultrasonic pulse, are propagated normally. Ultrasonic measuring device. 2 The counter detects the time difference between the counting time required for the oscillator's oscillation output to the set value and the propagation time required for the ultrasonic pulse to propagate in the fluid under test, and based on this difference signal, The oscillation frequency of the oscillator is changed so that the time difference becomes a predetermined value, and the ultrasonic pulses are emitted alternately in the forward direction and in the reverse direction with respect to the flow of the fluid to be measured, and the ultrasonic pulses are emitted in the forward direction. The time difference when the ultrasonic pulse is emitted in the forward direction, in which the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured is measured from the difference between the oscillation frequency when the ultrasonic pulse is emitted in the forward direction and the oscillation frequency when the ultrasonic pulse is emitted in the opposite direction. and a second voltage signal corresponding to the time difference when emitted in the opposite direction are each within a predetermined voltage width. a comparator that alternately and continuously outputs a first information signal representing whether the voltage signal falls within the voltage width and a second information signal representing whether the second voltage signal falls within the predetermined voltage width; The first information signal and the second information signal are alternately and continuously applied from this comparator, and the previously applied information signal is stored, and this stored information signal and the second information signal are applied immediately after. When both information signals are information signals indicating that each of the voltage signals is within the predetermined voltage width, a forward ultrasonic pulse and a reverse ultrasonic pulse or a logic circuit for generating an output signal indicating that two successive ultrasonic pulses, a backward ultrasonic pulse and a forward ultrasonic pulse, are propagated together normally; and an oscillation in the forward direction obtained from the oscillator; A modulator that forms a difference between the oscillation frequency in the opposite direction, an F/V converter that converts the output signal of this modulator into a voltage signal, and the output of this F/V converter is guided to one input. comprising a differential amplifier and an integrator to which the output of the differential amplifier is guided through a switch, the output of the integrator being guided to the other input of the differential amplifier;
The switch is turned on and off based on the output of the register.
An ultrasonic measuring device characterized in that the output of the integrator is used as a measure of the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured.
JP53060745A 1978-05-16 1978-05-22 Ultrasonic measuring device Expired JPS5914173B2 (en)

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JP53060745A JPS5914173B2 (en) 1978-05-22 1978-05-22 Ultrasonic measuring device
US06/035,467 US4271708A (en) 1978-05-16 1979-05-03 Ultrasonic measuring apparatus
GB7916843A GB2022254B (en) 1978-05-16 1979-05-15 Acoustic measuring apparatus
DK200479A DK200479A (en) 1978-05-16 1979-05-15 ULTRASOUND MEASUREMENT SYSTEM
NL7903820A NL7903820A (en) 1978-05-16 1979-05-15 ULTRASONIC MEASUREMENT DEVICE.
DE19792920178 DE2920178A1 (en) 1978-05-16 1979-05-16 ULTRASONIC MEASURING DEVICE
FR7912501A FR2426245A1 (en) 1978-05-16 1979-05-16 ULTRASONIC MEASUREMENT DEVICE

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