JPS6042385Y2 - 超音波測定装置のゲ−ト信号発生回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超音波パルスを用い、その伝播時間により種々
の測定を行う起音波測定装置に関し、特にその受信波の
ゲート信号発生回路に関するものである。

第１図は起音波測定装置の原理構成を示すブロック線図
である。

１は音波を伝える媒質であり、測定回路２からのトリガ
信号により送信回路３が超音波送波器４ａを励振させ、
超音波パルスが送波器４ａより受波器４ｂに向けて送信
される。

送信された超音波パルスは伝播時間Ｔ。

後に受波器４ｂに倒達し、受信回路５により増幅され、
測定回路２において、伝播時間Ｔ。

をもとに、目的とする物理量を測定する。

いま、送波器４ａと受波器４ｂ間の距離をＬ、媒質１中
の音速をＣとすれば、伝播時間Ｔ。

は、Ｔｏ ＝ Ｌ ／ ｃ・・・・・・・・・・・・（
１）となる。

超音波パルスを用いたレベル計、厚み計或は探傷器等は
、上記（１）式のうちＣ（音速）を既知としてＴ。

（伝播時間）を測定してＬ（距離）を求め、物体のレベ
ル、厚み、傷の位置等を測定するものである。

また、音速計、温度計、浮遊物密度計等はＴ。

を測定して音速Ｃを求めるものであり、さらに超音波流
速計、流量計は媒質１の移動によってＴ。

が変化することを利用して媒質の流速や流量を測定する
ものである。

なおレベル計。厚み計、探傷器等においては送波器４ａ
と受波器４ｂとして一つの超音波送受波器を共通に使用
することも出来る。

第２図Ａは送波器４ａより送信される送信波Ｕ６を示し
、同図Ｂは受波器４ｂで受ける受信波４Ｂを示し、伝播
時間Ｔ。

後に受波器４ｂに到達することを示している。

なおｎ□、Ｔ１２．ｎ３で示された波形は雑音を示して
おり、これら雑音は、例えば送波器４ａ、受波器４ｂ等
を支えている構造体を通して直接受波器４ｂに伝達され
る振動、送信された超音波パルスが各場所でいく度か反
射した後に受波器４ｂに到達したもの、あるいはポンプ
等の振動が媒質１を伝わって受波器４ｂに到達したもの
等様々のものがある。

超音波測定装置は、超音波パルスの伝播時間Ｔ。

を測定するものであるため、これら雑音ｎ□、ｒ１２．
ｒ′Ｂ３・・・・・・を除去する必要があり、従来より
同図Ｃの如く、超音波パルスが到達するであろう時期に
時間幅Ｔだけゲート信号Ｇを発生し、受波器４ｂより受
波パルスＵ８のみを検出腰雑音ｎ１．ｒ１２．ｎ３・・
・・・・を除去し、誤動作を防止している。

このように、雑音ｎ１．ｎ２．ｒ′１３・・・・・・を
除去するためには、ゲート信号Ｇの幅τは十分せまいこ
とが望ましいが、伝播時間Ｔ。

が変化した場合にγがせますぎると、受信波Ｕｎがゲー
ト信号Ｇから外れてしまい正しい測定を行うことができ
なくなる。

このため伝播時間Ｔ。の変化幅が大きい時には、ゲート
信号Ｇの開始時刻を正しく制御する必要がある。

このような問題を解決した従来技術として、特開昭５３
−５０８６９号「超音波流量計」或は特開昭５３−１２
６９６２号「超音波流量計」がある。

これら従来技術の詳しい説明は省略するが、超音波流量
計において流量測定用の電圧制御発振器からのパルス数
を、超音波パルス発振と同時にカウントダウンしてゆき
カウントがゼロになるとカウントアツプするアップダウ
ンカウンタを用意腰このアップタウンカウンタの出力に
複数個の信号発生手段を並列に設け、これら各信号発生
手段より夫々時間幅の異なるゲート信号を発生させ、そ
のうちの一つを選択回路により採用するものである。

そしてこの選択された一つのゲート信号発生期間中に受
信波Ｕ８が受波器４ｂに到達すると時間幅のより狭いゲ
ート信号を、また到達しないと時間幅のより広いゲート
信号を選択するよう選択回路によりスイッチを駆動腰ゲ
ート信号の時間幅を変えるようにしている。

これら従来技術においては、ゲート信号の複数個の各時
間幅を、夫々複数個の信号発生手段により発生させてい
るため、回路構成が複雑となり、又調整も煩雑になる。

本考案はこれら従来技術の欠点を除去し、極めて簡単な
構成によりゲート信号の時間幅を制御することのできる
超音波測定装置を提供するものである。

以下本考案を図面に基いて説明するが、第１図と同−構
成要素には同一符号を付す。

第３図は本考案のゲート信号発生回路の一実施例を示す
構成国である。

５は受信回路であり、受信回路５にゲート線１９を介し
てゲート信号Ｇが与えられていると、受波器４ｂに到達
した受信波Ｕ８は、受信回路５に於て増幅されて受波が
検出される。

１０は発振器であり、ここより一定周期のパルス或は周
期が適切に制御されたパルスが発生する。

例えば超音波レベル計等においては一定周期のパルスを
発振する発振器が具備されているので、この発振器を第
３図の発振器１０として用いることができる。

一方、例えばＰＬＬ、方式等を採用した超音波流量計に
おいては、超音波パルスの伝播時間Ｔ。

の間にＮ個のパルスを発振するよう制御された発振器が
備えられているので、この発振器を第３図の発振器１０
として用いることができる。

１２は発振器１０からのパルスを計数する第１の積算器
をなす第１のアップダウンカウンタであり、カウンタ１
２がアップモードで動くかダウンモードで動くかは切換
回路１３により制御される。

１５は端子１６よりスイッチ１６′を介して供給される
パルスを、アップ／ダウンカウントし、その計数を保持
する第２の積算器をなす第２のアップダウンカウンタで
あり、スイッチ１６′とカウンタ１５のアップ／ダウン
の両モードは制御回路１８により制御される。

１１．１７はアップダウンカウンタ１２及び１５に夫々
初期値Ｎ。

及びＭ。

を設定する初期値設定回路である。１４はアップダウン
カウンタ１２及び１５の計数値Ｎ及びＭを比較し、第１
のアップダウンカウンタ１２の計数値ＮがＭよりも小さ
くなるとゲート信号Ｇを発生する比較器である。

アップダウンカウンタ１２は端子２０より供給されるプ
リセット信号により初期値Ｎ。

がカウンタ１２にプリセットされ、同時に切換回路１３
によりダウンカウントを開始する。

またカウンタ１２の計数値が零になると切換回路１３は
アップダウンカウンタ１２のカウントをアップモードに
切換える。

一方ゲート信号Ｇが受信回路５に供給されている間に受
信波ＵＢが受信されると、制御回路１８はアップダウン
カウンタ１５をダウンモードとし、他方受信波ＵＢが受
信されない場合にはアップダウンカウンタ１５をアップ
モードとし、次の測定周期にはいる前にスイッチ１６′
を閉じて端子１６に供給されているパルスをｍ個だけア
ップダウンカウンタ１６に供給し、カウンタ１５の計数
値を変更する。

第４図は第３図の動作を説明する図である。

カウンタ１２は、送信波ＵＡが送信されると同時に発振
器１０からのパルスを初期値Ｎ。

よりダウンカウントしてゆく。

カウンタ１２の計数値Ｎは、ダウンカウント開始からＴ
。

（超音波パルスの伝播時間）後にゼロとなるように初期
値Ｎ。

が、Ｎｏ” ｆ ” Ｔｏ・・・・・・・・・（２Ｂｆ
は発振器１０の周波数）となるように設定される。

しかしながらＰＬＬ方式の超音波流量計においては、Ｐ
ＬＬに含まれる発振器の発振周波数が伝播時間Ｔ。

により制御されるため、初期値Ｎ。を一定に定めておけ
ば伝播時間Ｔ。

の変化に対して発振周波数ｆが上記（２）式を満足する
ように追従する。

このことは先にあげた先行技術特開昭５３−１２６９６
河に詳しく述べられている。

また、例えば超音波レベル計等においては、一定周波数
ｆ。

なる発振器が備えられており、伝播時間Ｔ。

の間にこの発振器のパルスを計数するカウンタが備えら
れているため、このカウンタの計数値を初期値設定回路
１１の初期値をＮ。

とすることにより上記（２）式を満たすようにすること
が出来る。

このように、測定ループに具備された発振器或はカウン
タを用いることにより、受信波Ｕ８が到達した時にカウ
ンタ１２の内容がゼロとなるように、発振器１０の周波
数或は初期値設定回路１１の初期値が制御される。

カウンタ１２はその計数値がゼロになると、既に説明し
たようにアップ／ダウン切換回路１３によりアップモー
ドに切換られる。

一方比較器１４はカウンタ１５に保持された計数値〜１
とダウンカウント或はアップカウントしてゆくカウンタ
１２の計数値Ｎとを比較し、Ｍ〉Ｎとなるとゲート線１
９にゲート信号Ｇを発生する。

従ってゲート信号の時間幅ＴはＴ＝２Ｍｏ／ｆとなり、
この時間中受信回路５が駆動される。

また既に説明したようにゲート信号Ｇの発生中に受信波
ＵＢが到着するとカウンタ１５はｍだけカウントダウン
するので、ゲート信号の時間幅７は、ｒ ＝ ２ （Ｍ
ｏ ｍ） ／ ｆとなり、一方この間に受信波Ｕｓが
到着しないと、７ ＝ ２ （Ｍｏ ＋ｍ）／ｆとなり
、受信波を検出したときは時間幅丁をせま＜シ、検出し
なかった時は広くするよう制御する。

なお、ゲート信号Ｇの時間幅が受信波ＵＢの時間幅Ｔよ
りも狭くなると、受信波の振幅制御や検出をうまく行う
ことができなくなるため、第５図に示す如く、カウンタ
１５の前後に比較器２１゜最小値設定回路２２及びゲー
ト２３から構成される最小時間幅設定回路を付加し、最
小値設定回路２２に設定された最小設定値Ｍｍｉｎの値
よりカウンタ１５の計数値Ｍが小さくなると比較器２１
の出力によりゲート２３を“オフ“にして、ゲート信号
の最小時間幅を７＝〃ｍｉｎ／ｆとすることができる。

なお、ゲート信号の時間幅τを変えるためにカウンタ１
５で一周期毎にカウントするパルス数ｍは、各種の測定
対象によって任意に定めればよく、例えば超音波流量計
の如く伝播時間Ｔｏが定常的であり変化しないときはｍ
を小さくし、伝播時間Ｔ。

の変化が激しいときにはｍを大きくしてゲート信号の時
間幅の変化を大きくすることも有効である。

第６図は第３図に示した本考案の一実施例と同一の目的
を遠戚するゲート信号発生回路の他の例を示す構成図で
あり、デジタル回路をアナログ回路に置換えたものであ
り、第７図はその動作説明に供する図である。

１２’、１５’は第１及び第２の積算器をなす積分回路
であり、１３′は切換回路である。

積分回路１２’、１５’の積分方向は夫々スイッチ回路
１３１，１８１に接続された定電流源から供給される電
流によって決まる。

また積分回路１１′の出力Ｎの初期値はスイッチ１１′
により予めゼロボルトにリセットされ、受信波ＵＡが送
信されると同時に、積分回路１２′の出力Ｎはゼロボル
トから正電位に蓄電されてゆき、一定値Ｅボルトに達す
ると比較器１３２の出力反転により切換回路１３′がス
イッチ回路１３１を駆動して積分回路１２′の積分方向
を反転させる。

なお積分回路１２′は送信波ＵＡの送信後に負電位に蓄
電するようスイッチ回路１３１が駆動されてもよいが、
ここでは正電位に蓄電される場合の実施例について説明
する。

一方積分回路１５′はある一定の積分値Ｍを保持してお
りＭ＞Ｎとなると比較器１４′がゲート線１９にゲート
信号Ｇを発生し、受信回路５に供給する。

一方制御回路１８′はゲート信号Ｇを発生している間に
超音波パルスＵＢが受波されると、受信回路１５′の保
持電圧Ｍを一定数値ｍだけ上げるように、受波されない
ときは保持電圧Ｍを一定数値ｍだけ下げるようにスイッ
チ回路１８１を駆動する。

このようにしてアナログ回路によってもゲート信号発生
回路を構成することができる。

このように、本考案においては、２つの積分器を用意し
、超音波パルスの送信と同時に第１の積分器をダウン（
アップ）モードにして積分を開始し、得られた積分値と
第２の積分器よりの出力とを比較することによりゲート
信号の発生時間を決定している。

このため極めて少ない部品数、極めて簡単な構成により
ゲート発生回路を構成することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波測定装置の原理構成を示すブロック線図
、第２図は第１図の動作説明に供する図、第３図及び第
６図は夫々本考案の一実施例を示す構成図、第４図及び
第７図はその動作説明に供する図、第５図は第３図の実
施例におけるゲート信号の最小時間幅を設定する回路の
ブロック線図を示す。 １０：発振器、１１：初期値設定回路、１２゜１５ニア
ツブダウンカウンタ、１３：切換回路、１４：比較回路
、１８二制御回路、１９：ゲート線。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ゲート信号発生期間中に受信波を検出するようにした超
   音波測定装置において、超音波パルス信号の発信と同時
   にダウン（アップ）モードにして積算を開始する第１の
   積算器と、該第１の積算器に初期値を設定する初期値設
   定回路と、上記第１の積算器の出力がゼロ（一定値）に
   なると上記第１の積算器をアップ（ダウン）モードにす
   る切換回路と、一定値を保持している第２の積算器と、
   上記第１の積算器の出力が上記第２の積算器の出力より
   も小（犬）の期間ゲート信号を発生する比較回路と、上
   記ゲート信号発生中に上記超音波パルスが受信されると
   上記一定値を保持している第２の積算器をダウン（アッ
   プ）モードとし受信されないとアップ（ダウン）モード
   として上記第２の積算器の出力を一定数値だけアップ又
   はダウンさせる制御回路と、上記第２の積算器の出力と
   上記ゲート信号の最小時間幅を決める最小設定値とを比
   較して上記第２の積算器の出力をホールドする最小時間
   幅設定回路とを具備してなる超音波測定装置のゲート信
   号発生回路。