JPS62170863A - 超音波測定装置 - 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〕 この発明は１例えば超音波肉厚計、超音波流量計、超音
波レベル計等超音波パルスを送波した後超音波パルスを
受波するまでの時間を検出して肉厚や流量やレベル等を
測定する超音波測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は例えば特公昭６０−５０２８７号公報に示され
た従来の超音波測定装置で、流体の流量を、流速を計測
することによって測定する超音波流量計のブロック図で
あり０図において、　（ｌａ）は超音波を送波する送波
器、　（１ｂ）は超音波を受波する受波器。

（２）は送波器（ｌａ）に電気信号を印加するところの
送信回路、（４）け受波器（１ｂ）で得られた電気信号
を増幅や漏波等の信号処理するところの受信回路、（５
）はゲート回路、（９）は受信回路（４）の出力信号を
内部に持っている閾値と比較するところの比較器、　ｑ
ａ＋はトリガ信号であるクロックパルスを入力するクロ
ックパルス入力端子、圓はクロックパルスに同期して動
作し、制御信号によって遅延量が変わる可変遅延回路、
α５）は可変遅延回路圓の遅延出力に同期したパルスを
発生するパルス発生回路、ａ印はパルス発生回路００の
出力パルスと比較器（９）の出力の前縁（立上り）との
時間差を検出するところの時間差検出回路、０７１は時
間差検出回路α６）の出力の急激な変化を抑えるための
時定数回路、　ｆ１８１は比較器（９）の出力の後縁（
立下り）と同期したパルスを発生するところの受信パル
ス発生回路、　（１９）はゲート回路（５）の出力を外
部に出力するところの出力端子、■は内部に流体が流れ
ているところの管路である。

第５図は、従来の超音波測定装置を説明するための図で
あり９図において人は受波器（１ｂ）の出力波形、Ｂは
比較器（９）の出力波形、Ｃは受信パルス発生回路（１
８１の出力波形、Ｄはパルス発生回路Ｑ５１の出力波形
を示している。又、第５図Ａ中の一点鎖線で示したＬｌ
　　は、比較器（９）の内部に持つている閾値レベルを
示している。

従来の超音波測定装置は上記のように構成され。

クロックパルス入力端子１１３１からのクロックパルス
の立上りによって送信回路（２）が駆動される。送信回
路（２）の出力は送波器（１ａ）を駆動し、送波器（１
ａ）は超音波パルスを励撮し、励振された超音波パルス
は管路■内の流体内を伝搬して受波器（１ｂ）に達する
。受波器（１ｂ）で受波された超音波パルスは受信回路
（４）において受信増幅され、その出力は比較器（９）
において閾値と比較される。

例えば第５図Ａに示すように受信回路（４）の出力の受
信信号は比較器（９）において第１の閾値レベルＬ１と
比較され、そのＬｌを越えた時点で立上り、第２の基準
レベル（例えば零レベル）で立下る出力が第５図Ｂに示
すように得られる。上記比較器（９）の出力の立下り時
点に立上るパルス（第５図Ｃ）を受信検出パルス発生回
路α印で受信検出パルスとして発生させる。

一方、クロックパルス入力端子１１３１よりのクロック
パルスの立上りによって可変遅延回路α勾が駆動される
。この可変遅延回路α滲は制御信号によってその遅延量
が制御されるものであり、可変遅延回路圓の遅延出力に
よってパルス発生回路α９が駆動される。

この従来例においてはこのパルス発生回路のパルス幅は
超音波パルスの搬送波のほぼ一周期に相当する時間幅と
されている。このパルスと比較器（９）よりの出力の前
縁（立上り）との時間差が時間差検出回路叫で検出され
る。この時間差検出回路′の （１６１からは比較器（９）の出力の前縁とパルス発生
回路（１５１の出力パルスの立上りとの時間差に比例し
た電圧が得られ、この出力電圧は時定数回路αりにおい
て積分されて可変遅延回路圓に対し遅延量を制御する制
御信号として供給される。

この制御により比較器（９）の出力の立上りとパルス発
生回路（２）の出力パルスの立上りとが一致するように
される。つまり第５図において比較器（９）の出力を示
すパルス第５図Ｂの立上りと一致し、かつパルス幅が超
音波パルスのほぼ一周期と一致した第５図りに示すパル
スがパルス発生回路（１５１より得られるように可変遅
延回路（１４）が制御される。

このパルス発生回路α９の出力パルスによりゲート回路
（５）が開かれ、このゲート回路（５）を受信検出パル
ス発生回路ＩＥよりのパルス、即ち第５図Ｃに示した受
信検出パルスが通過して出力端子α（支）に供給される
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の超音波測定装置でけ９比較器（９）
の内部に固定、あるいは外部から設定される閾値レベル
を持っており、受波器（１ｂ）で受波された超音波パル
スは受信回路（４）において受信増幅された後にその閾
値と比較されるようになっているため、検出すべき超音
波パルスの振幅がその閾値レベル以上になるように受信
回路（４）の増幅率を適正に設定する必要があった。又
、繰返し測定を行う場合に、前回の振幅値をフィードバ
ックして。

適正な増幅率に設定するという、いわゆる自動利得制御
（ＡＧＣ）を併用し、受信超音波パルスを一定振幅に制
御する場合でも、平均的な振幅レベルを一定にする効果
はあっても、受信超音波パルスレベルが繰返し測定毎に
変化するような時には受信超音波パルスレベルの一定化
が困難なばかりか逆に自動利得制御を実施しない時より
受信超音波パルスレベルの変動が激しくなることがあっ
た。

前記のような従来の超音波測定装置では、受信超音波パ
ルスが比較器（９）の内部の閾値を越えた点を即ちに測
定するのではなく、その点を基点に超音波パルスの約−
周期分のゲート信号を発生し。

そのゲート内に通過する第２の基準レベル（例えば零レ
ベル）を越えたタイミングを測定することによって受信
超音波パルスレベルの変動に伴う測定点の変動（特に超
音波パルス−周期分のずれ）を抑えようとするものであ
るが、ゲート信号の基点に受信超音波パルスが比較器（
９）の内部の閾値を越えた点を用いている以上、受信超
音波パルスが比較器（９）の内部の閾値を越えた点を即
ちに測定する方式と同様に受信超音波パルスレベルの変
動に伴う測定点の変動を完全に抑えることはできない。

又、前記のような従来の超音波測定装置では。

繰返し測定を前提とし、かつ繰返し毎の測定点の変動が
ほとんど無いことを前提として、ゲート信号の基点に前
回の測定時の受信超音波パルスが比較器（９）の内部の
閾値を越えた点を採用しているため、１回の測定、ある
いは繰返し測定の周期が長くて、その間に測定点の変動
がかなりあるような場合には全く用いることができない
という問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、受信超音波パルスレベルが変動しく８） ても正規の受信超音波パルスを安定して間違い無く検出
し、超音波パルスの伝搬時間を正確に測定でき、又、−
回の測定、あるいは繰返し測定の周期が長くてその間に
測定点の変動がかなり大きい場合にでも超音波パルスの
伝搬時間を測定できる超音波測定装置を得ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る超音波測定装置は、受信超音波パルスの
ピークをホールドするピークホールド回路と、ピークホ
ールド回路の出力を遅延する遅延回路と、ピークホール
ド回路の出力レベルを小さくするレベル変換回路と、遅
延回路とレベル変換回路との出力を比較する比較器とか
ら構成されており、遅延回路の出力がレベル変換回路出
力より大きい時に受信検出パルスを発生するようにした
ものである。

又、この発明の別の発明においては、ピークホールド回
路の出力を遅延、増幅した信号とピークホールド回路の
出力とを比較器にて比較し、増幅回路の出力がピークホ
ールド回路の出力より太きい時に受信パルスを発生する
ようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、受信超音波パルスのピークをホー
ルドしたピークホールド信号の出力レベルを小さくした
ものを閾値として用い、伝搬時間の検出タイミングの測
定用の信号としてはピークホールド信号を遅延したもの
を用いている。又。

この発明の別の発明においては、ピークホールド信号自
体を閾値として用い、伝搬時間の検出タイミングの測定
用の信号としては、ピークホールド信号を遅延し、増幅
したものを用いている。即ち。

どちらの発明においても、−回の受信で得られた、受信
超音波パルスのピークホールド信号を閾値設定とタイミ
ング検出とに用いているため、受信超音波ハルスのレベ
ルが変動しても閾値のレベルがその変動に追従して動き
、検出タイミングが狂うことがない。又、−回の測定で
あっても、確実に伝搬時間を測定できる。

〔実施例〕

（ｌＯ） 第１図はこの発明の一実施例で、′ｌＩｉ音波パルスの
伝搬時間を測定することで試験体の厚さを測定する装置
に適用したものである。第１図において。

（１）は超音波を送受波する送受波器、（２）は送受波
器（１）に電気信号を印加するところの送信回路、（３
）は送信回路（２）にトリガ信号を与えるところの送信
トリが回路、（４）は送受波器（１）で得られた電気信
号を増幅や漏波等の信号処理するところの受信回路。

（５）は受信回路（４）の出力信号のうち測定領域内の
信号だけを通過するところのゲート回路、（６）はゲー
ト回路（５）を通過してきた受信超音波パルスのピーク
をホールドするところのピークホールド回路。

（７）はピークホールド回路（６）の出力を与め定めて
おいた時間だけ遅延するところの遅延回路、（８）はピ
ークホールド回路（６）の出力レベルを小さくするとこ
ろのレベル変換回路、（９）は遅延回路（７）の出力と
レベル変換回路（８）の出力とを比較するところの比較
器、！１ωは比較器（９）の出力であるところの受信検
出パルスの発生タイミングで超音波パルスの伝搬時間に
相当するカウンタ値を記憶するところの記（１工） 憶回路、圓は超音波パルスの伝搬時間の計測に用いる基
準クロックを発生するところのクロック発生回路、α２
は送信トリガ回路（３）の出力でリセットされ、その後
、クロック発生回路αｌの出力パルス数を計測するとこ
ろのカウンタ回路、　（２０ａ）は試験体である。

第２図は、この発明を説明するための図であり。

第２図においてＡはゲート回路（５）の出力波形、Ｂは
ピークホールド回路（６）の出力波形、Ｃの実線は遅延
回路（７）の出力波形、Ｃの破線はレベル変換回路（８
）の出力波形９　Ｄは比較器（９）の出力波形をそれぞ
れ示している。

上記のように構成された超音波測定装置においては、送
信トリが回路（３）によって送信回路（２）が駆動され
、送信回路（２）は超音波パルスの励振に必要な電気信
号を発生して送受波器＋１１に印加する。送受波器（１
）は送信回路（２）の電気信号を超音波パルスに変換し
て試験体（ＺＯａ）内に放射するとともに、放射された
超音波パルスが試験体（２０ａ）の底面に反射して戻っ
てきた反射超音波パルスを受けて、これ（儀 を電気信号に変換する。送受波器１１）で受波された超
音波パルスは受信回路（４）において増幅され、そのう
ち測定領域内の信号だけがゲート回路（５）を通過して
ピークホールド回路（６）に入力される。ピークホール
ド回路（６）では、ゲート回路（５）の出力である測定
領域内の受信超音波パルスのピークを保持するように動
作する。

ピークホールド回路（６）の出力は、一方では遅延回路
（７）に入力され、もう一方ではレベル変換回路（８）
に入力される。遅延回路（７）ではピークホールド回路
（６）の出力に一定の遅延をかけるが、遅延回路（７）
でかけられる遅延量は、＠音波パルスの一周期より短く
、比較器（９）と記憶回路叫の動作時間より長い範囲で
任意に選ぶことができる。レベル変換回路（８）ではピ
ークホールド回路（６）の出力を減衰して出力レベルを
小さくするが、レベル変換回路（８）でかけられる減衰
量は、＠音波パルスの最大ピーク値がその一周期前のピ
ーク値に対して増加する増加量より小さい範囲であれば
任意に選ぶことができるっそして、遅延回路（７）の出
力とレベル変換回路（８）の出力とは比較器（９）に入
力されて、そこで比較される。この様子を第２図を用い
て更に詳しく説明すると、ゲート回路（５）を通った受
信超音波パルスは第２図Ａの様な波形をしている。この
信号波形のピークを保持すると第２図Ｂの様な波形とな
り、これがピークホールド回路（６）から出力される。

このピークホールド波形を超音波パルスの約半波長分遅
延させた波形が第２図Ｃの実線であって遅延回路（７）
から出力され、ピークホールド波形を約２０チ減衰させ
た波形が第２図Ｃの破線であって、レベル変換回路（８
）から出力される。この第２図Ｃの実線と破線で表わさ
れる２つの波形の大きさを比較器（９）で比較し、実線
の方が破線より大きい時に出力を出すようにすると第２
図りの様な出力を得ることができる。そして第２図りで
示される比較器（９）の出力は、受信超音波パルス（第
２図Ａ）のピークレベルが増加する毎に出力され。

その最終出力は最大ピークに対応して出力される。

即ち、比較器（９）の出力パルスの内、最終のパルス立
上りを促えれば、それは常に受信超音波パルスの最大ピ
ークに対応したタイミングを表わしていることになる。

そして、そのタイミングは仮に受信超音波パルスのレベ
ルが変動しても変わることが無い。そのことは、第２図
Ｃに示すように。

第２図Ｃの破線で示されるレベル変換回路（８）の出力
が第２図Ｃの実線で示される遅延回路（７）の出力の閾
値となるように動作しており、それらレベル変換回路（
８）、遅延回路（７）の出力とも同じ受信超音波パルス
（第２図Ａ）を受けて動作していることから明白である
。又、同じ理由によって、−回の測定、あるいは繰返し
測定の周期が長くて、その間に測定点の変動がある場合
においても０本装置では常に最大ピークに対応したタイ
ミングを得ることが出来る。

但し、この発明による実施例において測定されるタイミ
ングは、前述したように受信超音波パルスの最大ピーク
に対応したタイミングであって。

最大ピークの現われた時点そのものではない。正確に述
べれば、（〔遅延回路（７）による遅延時間〕−〔最大
ピークと最大ピークにレベル変換回路（８）による減衰
量を与えたレベルまでの時間差〕　）分だけ、最大ピー
クの現われた時点より遅れることになる。しかし、この
量は前もって知ることの出来る量であるから、計測値か
らこの量を差し引くことで簡単に修正することができる
。

ところで、比較器（９）の出力パルスの内、最終のパル
ス立上りを促える方法であるが、第１図に示すように、
カウンタ回路ａ２を送信トリガ回路（３）のトリガ信号
でリセットし、クロクク発生回路Ｉで発生されるクロッ
クをカウンタ回路（２）でカウントしながら、カウンタ
回路０の出力データを記憶回路Ｃ１（ｌに入力し、記憶
回路叫の記憶タイミングを比較器（９）の出力をもって
すれば複雑な回路を用いることなく簡単に超音波パルス
の送信開始から比較器（９）の出力パルスの最終パルス
立上りまでの時間に対応したデータが記憶回路頭に残る
ことになる。

なお、上記実施例では、遅延回路（７）の出力とレベル
変換回路（８）の出力とを比較器（９）にて比較したが
、遅延回路（７）の出力を増幅したものと、ピークホー
ルド回路（６）の出力とを比較しても同様の動作（１′
Ｓ が得られる。

第３図は１本発明の他の実施例を示すもので。

第３図において圓は増幅回路である。この場合。

ピークホールド回路（６）の出力は、一方では遅延回路
（７）に入力され、もう一方では比較器（９）に直接入
力される。遅延回路（７）での遅延量は、前述の実施例
と同様に超音波パルスの一周期より短く、比較器（９）
と記憶回路頭の動作時間より長い範囲で任意に選ぶこと
ができる。遅延回路（７）の出力は、増幅回路（２）に
入力されて増幅されるが、増幅回路（社）での増幅量は
、超音波パルスの最大ピークがその一周期前のピーク値
に対して増加する増加量より小さい範囲であれば任意に
撫ぶことができる。そして、増幅回路Ｑυの出力は比較
器（９）に入力されて。

そこでピークホールド回路（６）の出力と比較される。

この場合の動作は、第２図Ｃの実線を増幅回路（２）の
出力、第２図Ｃの破線をピークホールド回路（６）の出
力と読みかえれば、第１図に示す実施例と同様に説明さ
れる。

又、第３図において、遅延回路（７）と増幅回路（２）
の順序を入れ換えて、ピークホールド回路（６）の出力
を増幅回路（社）で増幅した後に遅延回路（７）で遅延
し、遅延回路（７）の出力とピークホールド回路（６）
の出力とを比較器（９）で比較しても同様の効果が得ら
れる。

第１図、第３図では、それぞれレベル変換回路（８）と
増幅回路Ｃ！υを独立に設けているが、それらを組み合
せても同じ効果が得られる。即ち、第１図において、遅
延回路の前段又は後段に増幅回路（財）を設ける訳であ
る。この場合、レベル変換回路（８）の減衰量と増幅回
路３υの増幅量は、減衰量の絶対値と増幅量の絶対値の
和が、＠音波パルスの最大ピークがその一周期前のピー
ク値に対して増加する増加量よ抄小さい範囲内であれば
任意に選ぶことができる。

ところで、上記説明では、この発明を試験体の厚さを測
定する装置に用いた場合について述べたが、超音波流量
計、超音波レベル計等、超音波パルスを送波した後超音
波パルスを受波するまでの時間を検出する測定装置一般
に利用できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、測定領域内の受信超音
波パルスをピークホールドし、そのピークホールド信号
を、一方では遅延回路で遅延し。

もう一方ではレベル変換回路で減衰させ、それら遅延信
号と減衰信号とを比較し、出力を得るという簡単な構造
により受信超音波パルスレベルが変動しても受信超音波
パルスの最大ピークを安定して間違い無く検出し、超音
波パルスの伝搬時間を正確に測定でき、又、−回の測定
、あるいは繰返し測定の周期が長くてその間に測定点の
変動がかなり大きい場合にでも超音波パルスの伝搬時間
を測定することができるという効果がある。

又この発明の別の発明は測定領域内の受信超音波パルス
をピークホールドし、そのピークホールド信号とピーク
ホールド信号を増幅、遅延（あるいは遅延、増幅）した
信号とを比較し、出力を得るという簡単な構造により上
記同様の効果を得ることができる。

（１９）。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す超音波測定装置の構
成図、第２図はこの発明の一実施例の動作を説明するた
めの図、第３図はこの発明の他の実施例を示す図、第４
図は従来の超音波測定装置を示す図、第５図は従来の超
音波測定装置の動作を示す図である。 図において、（６）はピークホールド回路、（７）は遅
延回路、（８）はレベル変換回路、（９）は比較器、Ｃ
Ｉ）は増幅回路である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波パルスを繰返し送信し、その超音波パルス
   又は反射超音波パルスを受信し、その受信超音波パルス
   中の超音波搬送波の特定波を検出し、これを正規の受信
   検出パルスとし、前記超音波パルスの送信から前記正規
   の受信検出パルスを得るまでの時間を測定する超音波測
   定装置において、受信超音波パルスのピークをホールド
   するピークホールド回路と、前記ピークホールド回路の
   出力を遅延する遅延回路と、前記ピークホールド回路の
   出力を減衰するところのレベル変換回路と、前記遅延回
   路の出力と前記レベル変換回路の出力とを比較し、前記
   遅延回路の出力が前記レベル変換回路の出力より大きい
   とき出力パルスを発生する比較器とを備えたことを特徴
   とする超音波測定装置。
2. （２）超音波パルスを繰返し送信し、その超音波パルス
   又は反射超音波パルスを受信し、その受信超音波パルス
   中の超音波搬送波の特定波を検出し、これを正規の受信
   検出パルスとし、前記超音波パルスの送信から前記正規
   の受信検出パルスを得るまでの時間を測定する超音波測
   定装置において、受信超音波パルスのピークをホールド
   するピークホールド回路と、前記ピークホールド回路の
   出力を遅延、増幅あるいは増幅、遅延する増幅手段と、
   前記増幅手段の出力と前記ピークホールド回路の出力と
   を比較し、前記増幅手段の出力が前記ピークホールド回
   路の出力より大きいとき出力パルスを発生する比較器と
   を備えたことを特徴とする超音波測定装置。