JPS61162768A - 超音波測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野Ｊ 本発明は、例えば超音波レベル計のような、対象物の超
音波反射面と基準位置との距離を測定する超音波副長装
置に関し、特に、異常な受信による異常計測を防止する
回路を備えた超音波測長装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、超音波測長装置は、超音波を送受信する送信回
路、超音波プローブおよび受信回路と、超音波パルスか
らなる送信波を送信後、反射波を受信するまでの超音波
往復所要時間を電気信号として計測する時間計測回路と
、該時間計測回路の計測結果を、計測する毎にサンプリ
ングし、新たなデータに更新して一時保存するサンプル
・ホールド回路とを主要部として有し、該保存されてい
る計測結果から、対象物の超音波反射面と基準位、２．
）え離を測定ｔ６構成：２４．アい、。

上記時間計測回路としては、従来、アナログ式のものと
、デジタル式のものが知られている。前者は、送信波の
送信後１反射波を受信するまでの間、基準電圧を積分し
、その積分された電圧値にて時間を計測する。一方、後
者は、送信波の送信後、反射波を受信するまでの間、ク
ロックパルスを計数して時間を計測する。

また、上記す′ンプル・ホールド回路は、サンプリング
回路と、記憶回路とからなる。後者としては、アナログ
式の場合、積分された電圧を保存する回路を備え、一方
、デジタル式の場合、例えばレジスタ等を備えて構成さ
れる。これらの記憶回路は、サンプリング回路を介して
上記時間計測回路に接続され、反射波を受信する毎に、
適当なタイミング信号に応答して計測結果をサンプリン
グして記憶する。その結果、記憶回路は、常に最新のデ
ータをホールドすることになる。

ところで、この従来の超音波測長装置は、次のような問
題点があった。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記超音波測長装置は、送信波を送信後、対象物からの
反射波を受信するため待機している時間に、超音波プロ
ーブがパル′ス性の雑音を受信し。

または、電磁誘導によるパルス性の雑音を拾うことによ
り誤動作することがある。

即ち゛、このような雑音波が、反射波であると認識され
ると、時間計測回路の時間計測動作を停止させる受信ト
リガとなり、時間計測回路は、実際より短い時間で計測
を終了する。そのため、測定結果は、雑音波を受信した
時点に相当する距離となって、異常な値となる。

このような異常値は、単に計測するのみの場合には、無
視することも可能である。しかし、計測結果を制御信号
として、自動制御システム、例えば、水位の自動調節を
行なうようなシステムに供給する場合においては、異常
計測値は、誤動作を引起す原因となり、ひいては重大な
事故を招きかねないという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、パルス性雑音による誤動作を防ぐことができて
、信頼性の高い計測を行ない得る超音波測長装置の異常
計測防止回路を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための“手・段ゴ 本発明は、超音波を送受信する送信回路、超音波プロー
ブおよび受信回路と、超音波パルスからなる送信波を送
信後、反射波を受信するまでの超音波往復所要時間を電
気信号として計測する時間計測回路と、該時間計測回路
の計測結果を、計測する毎にサンプリングし、新たなデ
ータに更新して一時保存するサンプル・ホールド回路と
、上記時間計測回路の計測動作およびサンプル・ホール
ド回路のサンプリング動作のタイミングを制御する制御
回路とを有し、該保存されている計測結果から、対象物
の超音波反射面と基準位置との距離を測定するよう構成
された超音波測長装置に適用される。そして、その問題
点解決手段として、パルス雑音除去回路を備えることを
特徴とする。

このパルス雑音除去回路は、送信波を送信後。

対象物からの反射波を受信するため待機している　　、
時に受信した信号が、一定以上の時間幅を有する場合の
み反射波と判定し、上記超音波往復所要時間の計測を停
止させる受信トリガを出力するよう構成される。

即ち、パルス雑音除去回路は、送信波を送信後、対象物
からの反射波を受信するため待機している時に受信した
信号が、一定以上の時間幅を有するか否か判定する判定
回路と、該判定回路が、受信信号が一定以上の時間幅を
有すると判定した時、上記超音波往復所要時間の計測を
停止させる受信トリガを出力する受信トリガ形成回路と
を備えて構成される。

［作用］ 上記のように本発明は、超音波測長装置に異常計測を防
止する手段としてパルス雑音除去回路を付加して構成さ
れるり本発明の作用について、このパルス雑音除去回路
を中心として説明する。

制御回路から送信タイミング信号が送出されると、これ
を受けて、プローブから超音波パルスが送出される。同
時に、上記送信タイミング信号は、時間計測回路にも送
られる。

時間計測回路は、上記送信タイミング信号により起動さ
れ、ランプ電圧の形成、また、基準クロックパルスのカ
ウントを開始して１時間の計測を行なう。

パルス雑音除去回路では、受信回路から何等かのパルス
性の信号が入力すると、判定回路が、この信号の時間幅
が所定値以上であるか否か判断する。該判定回路は、当
該信号が、所定の時間幅に達している時には、反射信号
の入力と判定し、この判定結果を受信トリガ形成回路に
送出する。これを受けて、受信トリガ形成回路は、受信
トリガを形成する。

一方、判定回路は、所定の時間幅に達しない時には、そ
の信号は雑音であると判定して無視する。

このため、受信トリガ形成回路は、受信トリガを形成し
ない。従って、このパルス雑音除去回路により、パルス
性の雑音が除去されることになる。

上記受信トリガは、時間計測回路に入力され、超音波パ
ルス送信後から計測していた時間の計測を停止させる。

そして、上記制御回路からサンプリング信号がサンプル
量ホール１回路に送られると、該サンプル・ホールド回
路は、上記時間計測回路の計測結果を、取込み、新たな
データとして記憶する。この場合、前回の計測結果は、
今回分のデータに更新される。

［実施例］ 本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお
、第１図は本発明の超音波測長装置の実施例の構成を示
すブロック図、第２図〜第４図はその主要各部の詳細な
構成を示すブロック図、第５Ａ、５Ｂ図は上記実施例の
作用を示すタイムチャートである。

〈実施例の構成〉 第１図に示す実施例の超音波測長装置は、超音波測長装
置の基本的部分と、これに付加された本発明における特
徴部分であるパルス雑音除去回路とからなる。

本実施例の超音波測長装置の基本的部分は、その構成要
素として、超音波の送信受し信を行なう超音波プローブ
１１と、該超音波プローブ１１を励振して超音波パルス
を送信させる送信回路１２と、上記プローブ１１にて受
信した反射波を、検波すると共に波形を整形する機能を
有する受信回路１３とを備える。

また、超音波パルスからなる送信波を送信後、反射波を
受信するまでの超音波往復所要時間を電気信号として計
測する時間計測回路１４と、該時間計測回路１４の計測
結果を、計測する毎にサンプリングし、新たなデータに
更新して一時保存するサンプル・ホールド回路１Ｂと、
上記時間計測回路１４の計測動作、サンプル・ホールド
回路１８のサンプリング動作および後述するパルス雑音
除去回路２０の動作タイミング等を制御する制御回路１
５とを有し、かつ、上記サンプル・ホールド回路１８に
て一時保存される計測結果を、対象物の超音波反射面と
基準位置との距離に対応する電気信号として出力する出
力回路１７を備えて、該保存されている計測結果から、
対象物の超音波反射面と基準位置との距離を測定するよ
う構成される。

本実施例装置は、上記構成の超音波測長装置における上
記受信回路１３と時間計測回路１４との間に、パルス雑
音除去回路２０を設けである。このパルス雑音除去回路
２０は□１判定回路２１と、受信トリが形成回路２２と
を備えている。

次に、上記実施例の構成要素各部の詳細について説明す
る。

時間計測回路１４は、第２図に示すように、ランプ電圧
を発生する積分回路と、これを制御するスイッチ回路と
からなる。

積分回路は、基準電源Ｅｓｌと、抵抗Ｒ１，コンデンサ
Ｃ１と、演算増幅器Ｏｐｌとを有してなる。

また、スイッチ回路は、上記基準電源Ｅｓ１．抵抗Ｒ１
の間に接続されるスイッチ９１と、該スイッチＳ１を開
閉制御するＲＳフリップフロップ回路ＦＦＩおよび該フ
リッププロップ回路ＦＦＩの出力端子菟に接続されたア
ンドゲート回路Ａｄｌと、上記コンデンサＣ１に並列に
接続されるスイッチＳ２とからなる。

アリツブフロップ回路ＦＦＩは、そのセット端子Ｓに、
後述するパルス雑音除去回路２０からの受信トリガＴｒ
が入力される。また、そのリセット端子Ｒに、後述する
制御回路１５のリセット信号ｆが入力される。アンドゲ
ート回路Ａｄｌには、受信ゲート幅設定信号すが入力さ
れ、かつ、上記フリップフロップ回路ＦＦＩの出力可が
入力される。

スイッチＳ１は、上記アンドゲート回路Ａｄｌの出力に
より開閉制御され、該アンドゲート回路Ａｄｌの出力が
ハイレベルの時、オンする。スイッチＳ２には、制御回
路１５のリセット信号ｆが入力され、該信号ｆが入力し
た時のみオンする。なお、スイッチＳｔ　、　Ｓ２は、
例えば、電界効果トランジスタから構成される。

上記制御回路１５は、第３図に示すように、クロック、
パルスを発生するクロック発生回路１５１と、該クロッ
クパルスを適宜分周し、或いは、基準としで、パルス状
信号を形成する各部の回路とからなる。該各部の回路と
しては、送信回路等に超音波送信のタイミングを設定す
る送信タイミング回路１５２と、超音波送信波を送信後
、反射波を受信するまでの最大待機時間幅を設定する受
信ゲート幅設定回路１５３と、送信波送信直後に、漏れ
により受信回路に混信する送信波を受信しないようにマ
スクするため、その時間に相当する幅のマスクゲート幅
を設定するマスクゲート幅設定回路１５４とを有してい
る。また、後述する時間計測回路１４で得られたデータ
をサンプリングするサンプリング信号回路１５６と、サ
ンプリングの後、リセット信号を出力するリセット回路
１５７とを有して構成される。

パルス雑音除去回路２０は、例えば、第４図に示すよう
に、ランプ電圧を発生する積分回路、および、この積分
回路を制御するスイッチ回路と、上記積分回路にて形成
されるランプ電圧が一部レベル以上に達しているか否か
を判定し、一定レベル以上の時、受信トリガを出力する
判定回路２３とを有して構成される。

積分回路は、基準電１ｉＨｇ２と、抵抗Ｒ３，コンデン
サＣ２と、演算増幅器Ｏｐ２とを有してなる。

また、スイッチ回路は、上記基準電源Ｅｓ２と抵抗Ｒ２
との間に接続されるスイッチＳ３と、上記コンデンサＣ
２と並列に接続されるスイッチＳ４と、これらのスイッ
チＳ３およびＳ４を開閉制御するオアゲート回路Ｏｒｌ
およびインバータＩｎｌとを有して構成される。ここで
、オアゲート回路Ｏｒｌの入力の一方には、上記受信回
路１３からの受信信号が論理否定により入力され、他方
には、上記制御回路１５からのマスクゲート幅設定信号
Ｃが入力される。オアゲート回路Ｏｒｌの出力は、上記
スイッチＳ４の制御信号とされ、また、インバータＩｎ
ｌにより反転されて上記スイッチＳ３の制御信号とされ
る。

判定回路２３は、例えば、シュミット回路、単安定マル
チバイブレータ等（いずれも図示せず）を宥して構成さ
れる。

なお゛、本実施例では、上記積分回路、スイッチ回路・
および判定回路２３の一部が、第１図に示す判定回路２
１を構成し、判定回路２３の他の一部が受信トリ、ガ形
成回路２２を構成する。

上記サンプル・ホールド回路１Ｂは２時間計測回路１４
から計測結果をサンプリングするサンブリ・ング回路（
図示せず）、サンプリングした計測結果により従来のデ
ータを更新して記憶する記憶回路（図示せず）とから成
る。

〈実施例の作用〉 次に、上記実施例の作用について、上記各図と共に、第
５Ａ図および第５Ｂ図のタイムチャートを参照して説明
する。

制御回路１５は、クロック発生回路１５１においてクロ
ックパルスｇを発生し、このクロックパルスｇを、送信
タイミング回路等の各回路において適宜分周して各々所
定のパルスを形成している。先ず、これらの制御信号の
出力タイミングについて説明する。

送信タイミング回路１５２は、一定の周期で繰返すパル
スからなる送信タイミング信号ａを形成する０本実施例
では、この送信タイミング信号ａは、第５Ｂ図に示すよ
うに、負のパルスにで構成され、後縁の立上りにてタイ
ミングをとることとしている。

上記タイミング信号ａの後縁と同期して、受信ゲート幅
設定信号すとマスクゲート幅設定信号Ｃが出力される。

上記受信ゲート幅設定信号すの立下り後、即ち、上記タ
イミング信号ａの後縁から一定時間経過後に、サンプリ
ング信号ｅと、リセット信号ｆとが順次出力される。こ
のリセット信号ｆの出力により、１回分の計測サイクル
が終了する。

次に、上記各制御信号による制御に従って動作する各部
の作用について説明する。

上記送信タイミング信号ａは、送信回路１２に送出され
る。

送信回路１２は、このタイミング信号ａを受けて、使用
周波数の振動電圧を複数波含むパルスを形成し、プロー
ブ１１を励振する。その結果、プローブ１１から超音波
パルスが放射される。

上記受信ゲート幅設定信号すは、上記時間計測回路１４
に送られる。

時間計測回路１４においては、上記受信ゲート幅設定信
号すは、アンドゲート回路Ａｄｌに入力される。この時
、フリップフロップ回路ＦＦＩは、リセット状態にあり
、その出力豆がハイレベルとなっているので、スイッチ
Ｓ１がオンとなる。この時。

スイッチＳ２はオフであるから、演算増幅器Ｏｐｌは、
基準電源Ｅｇｌの基準電圧をコンデンサＣ１に充電する
ことにより積分して、ランプ電圧の形成を行なう。

一方、上記マスクゲート幅設定信号Ｃは、パルス雑音除
去回路２０に送られる。

該パルス雑音除去回路２０は、第４図に示すように、こ
の信号Ｃがハイレイベルの間は、スイッチ回路により、
スイッチＳ３がオフとなり、スイッチＳ４がオンとなる
ので、積分回路の作動が禁止されている。そして、該信
号Ｃがロウレベルとなった後、上記作動禁止が解除され
、受信回路１３からの信号の入力を待機する状態となる
。このマスクゲート幅設定信号Ｃにより、送信波の混信
による誤動作を防止している。

このような状態において、受信回路１３から何等かのパ
ルス性の信号が出力されると、パルス雑音除去回路２０
は、この信号により、スイッチＳ３がオンし、スイッチ
Ｓ４がオフとなって、基準電源Ｅｓ２の基準電圧を積分
してランプ電圧を形成する。この積分は、入力した信号
が立下って、スイッチＳ３がオフし、スイッチＳ４がオ
ンとなるまで続き、その時間幅に対応するランプ電圧が
得られる。

このランプ電圧は、形成中に、判定回路２３にて、二定
レベル以上か否か比較され、時間幅が所定値以上である
か否か判断される＝即ち、判定回路２３は、第５Ａ図に
示すように、ランプ電圧がトリガ電圧に達した場合には
、反射波と認識して、受信トリガＴｒを形成して、出力
する。しかし、トリガ電圧に達していない場合には、ノ
イズとして無視し、受信トリガを形成しない。

従って、このパルス雑音除去回路２０により、パルス性
の雑音が除去されることになる。

′反射波の入射により受信トリガＴｒが形成されると、
該トリガ↑ｒは、　ＩＩＩＦＩＪＩ計測回路１４に人力
され６一時間計測回路１４では、このトリガＴｒは、フ
リップフロップ回路ＦＦＩのセット端子Ｓに入力され、
該回路ＦＦＩをセットし、その出力可°をロウレベルと
する。これにより、“アンドゲート回路Ａｄｌの出力が
ロウレベルとなって、スイッチＳ１がオフとなり、ラン
プ電圧形成が停止される０時間計測回路１４は、超音波
パルス送信後から計測していた時簡の計測を停止する。

なお、何等かの理由により反射波の入力が無い場合には
、上記時間計測回路１４では、受信トリガＴｒが入力し
ないので、フリップフロップ回路ＦＦＩがセット状態で
維持され、スイッチＳｌのオン状態が続き、ランプ電圧
が引続き形成される。そして、スイッチＳ１は、受信ゲ
ート幅設定信号すの立下りによって、オフとなり、これ
により、ランプ電圧の形成が終了する。

この場合には、計測値は、測定限界値を示すことになる
。従って、計測値が測定限界値を示す場合には、対象物
についての計測値と異なる異常な値とみなし、そのデー
タを削除することが望ましい。

次に、サンプリング信号ｅがサンプル・ホールド回路１
５のサンプリング回路に送られる。

サンプル・ホールド回路１５では、これにより、サンプ
リング回路は、記憶回路を上記時間計測回路１４の出力
に接続する。記憶回路は、上記時間計測回路１４の計測
結果を、取込み、新たなデータとして記憶する。この場
合、前回の計測結果は、今回分のデータに更新される。

上記記憶回路に保存されるデータは、計測された時間に
対応する信号として記憶される。これを、出力回路１７
にて、基準位置に対する対象物の超音波反射面の位置な
いし距離に対応する。電流信号。

電圧信号等に変換して出力する０例えば、超音波レベル
計の場合には、超音波反射面の基準位置に対するレベル
に対応する信号とする。

最後に、制御回路１５から、リセット信号ｆが上記時間
計測回路１４に送出される。

時間計測回路１４においては、該リセット信号ｆは、ス
イッチＳ２とフリップフロップ回路ＦＦＩとに入力され
る。これにより、該スイッチＳ２は、その間オンし、コ
ンデンサＣ１の充電電荷を放電させ、ランプ電圧を０に
復帰させる。一方、フリップフロップ回路ＦＦＩは、こ
のリセット信号ｆによってリセットされ、その出力可が
ハイレベルとなり。

アンドゲート回路Ａｄｌのゲートを受信トリガＴｒによ
り開き得る状態とする。

以上により、１＠の計測が終了する。この後。

送信タ゛イミング信号ａが出力されることにより。

次の計測サイクルの開始となる。このようにして、本実
施例の超音波測長装置は、一定周期で計測を繰返す。

〈実施例の変形〉 上記実施例では、ランプ電圧を形成することにより、超
音波往復所要時間の計測を行なう構成となっている。し
かし、時間計測は、これに限らず。

基準クロックパルスをカウントすることにより計測する
、ディジタル式とすることもできる。

また、上記実施例おいては、パルス雑音除去回路を、ラ
ンプ電圧を形成し、そのレベルを基準値と比較する構成
としているが、他の方式とすることもできる。第６図に
その例を示す。

同図に示すパルス雑音除去回路は、単安定マルチバイブ
レータＭｂｌ、Ｍｂ２で構成される。

前者の単安定マルチバイブレータＭｂｌは、受信回路１
３の出力パルスの立上りタトリガされ、一定時間幅τの
判定基準パルスを出力する構成となっている。

一方、後者の単安定マルチバイブレータＭｂ２は、受信
回路１３の出力パルスの立下りでセットされ、受信トリ
ガＴｒを出力する。また、単安定マルチバイブレータＭ
ｂ２は、その制御ゲート端子Ｇに、上記受信回路！３の
判定基準パルスが入力され、該パルスが入力している間
は、セットが阻止される構成となっている。

なお、本実施例では、単安定マルチバイブレータＭｂｌ
とＭｂ２のゲート制御部分とで、上記第１図に示す判定
回路２１を構成し、単安定マルチバイブレータＭｂ２の
他の部分で、受信トリガ形成回路２２を１ａ１１＃ナス
− このような構成によるパルス雑音除去回路の作用につい
て、第７図を参照して説明する。

受信回路１３から何等かの受信パル玉が送られて来ると
、単安定マルチバイブレータＭｂｌは、そのパルスの立
上りに本リセットされ、判定基準パルスを出力する。こ
のパルスは、単安定マルチバイブレータＭｂ２の制御ゲ
ートＧに送られる。

ところで、上記受信パルスが、時間幅が判定基準パルス
の時間幅τより短い、雑音によるパルスであるとすると
、その立下りが単安定マルチバイブレータＭｂ２に入力
されても、その時点では、該　　。

マルチバイブレータＭｂ２の制御ゲートＧに判定基準パ
ルスが入力している。従って、そのセットが１１１１１
１＝され、受信トリガＴｒは、出力されない。

一方、上記受信パルスが、時間幅が判定基準パルスの時
間幅τより長い、反射波によるパルスであると、該パル
スの立下りが単安定マルチバイブレータＭｂ２に入力す
る時点では、上記判定基準パルスは、既に立下っている
。従って、単安定マルチバイブレータにｂ２は、該受信
パルスの立下りによりトリガされ、受信トリガＴｒを出
力する。

このような方式のパルス雑音除去回路であっても、パル
ス性の雑音を除去することができる。

また、上記実施例では、パルス雑音除去回路として、積
分回路を用いたものと、単安定マルチバイブレータを用
いたものとを示したが、これに限らず、他の回路構成と
してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、一定以上の時間幅を有す
る受信パルスを受信した時のみ、受信トリガを形成して
、時間計測を停止させる構成として、パルス性雑音によ
る誤動作を防ぎ、異常計測値の発生を防止できて、信頼
性の高い計測を行ない得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明超音波測長装置の実施例の構成の概要を
示すブロック図、第２図は上記実施例装置における時間
計測回路の構成の一例を示すブロック図、第３図は上記
実施例装置における制御回路の構成の一例を示すブロッ
ク図、第４図は上記実施例装置におけるパルス雑音除去
回路の構成の一例を示すブロック図、第５Ａ図は上記第
４図に示すパルス雑音除去回路の動作を示すタイムチャ
ート、第５Ｂｌｉｉｆｆは上記実施例の各部の動作を示
すタイムチャート、第６図は上記実施例装置に使用し得
るパルス雑音除去回路の他の例を示すブロック図、第７
図は上記！＠６図に示すパルス雑音除去回路の動作を示
すタイムチャートである。 １１・・・超音波プローブ　１２・・・送信回路１３・
・・受信回路　　　　１４・・・時間計測回路１５・・
・制御回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 超音波を送受信する送信回路、超音波プローブおよび受
   信回路と、超音波パルスからなる送信波を送信後、反射
   波を受信するまでの超音波往復所要時間を電気信号とし
   て計測する時間計測回路と、該時間計測回路の計測結果
   を、計測する毎にサンプリングし、新たなデータに更新
   して一時記憶するサンプル・ホールド回路と、上記送信
   回路の送信タイミング、時間計測回路の計測動作および
   サンプル・ホールド回路のサンプリング動作を制御する
   制御回路とを有し、該保存されている計測結果から、対
   象物の超音波反射面と基準位置との距離を測定するよう
   構成された超音波測長装置において、 送信波を送信後、対象物からの反射波を受信するため待
   機している時に受信した信号が、一定以上の時間幅を有
   するか否か判定する判定回路と、該判定回路が、受信信
   号が一定以上の時間幅を有すると判定した時、上記超音
   波往復所要時間の計測を停止させる受信トリガを出力す
   る受信トリガ形成回路とを備えて構成されるパルス雑音
   除去回路を有することを特徴とする超音波測長装置。