JPS62185121A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

Ultrasonic flowmeter

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Publication number
JPS62185121A
JPS62185121A JP2859386A JP2859386A JPS62185121A JP S62185121 A JPS62185121 A JP S62185121A JP 2859386 A JP2859386 A JP 2859386A JP 2859386 A JP2859386 A JP 2859386A JP S62185121 A JPS62185121 A JP S62185121A
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JP
Japan
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circuit
output
signal
ultrasonic
shift register
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Application number
JP2859386A
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Japanese (ja)
Inventor
Taichi Komachi
小町 太一
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable measurement even when the ultrasonic wave propagation time is larger than the pulse width of the oscillation frequency, by providing two ultrasonic wave converters and a forward/backward switching circuit. CONSTITUTION:An output frequency (f) continuously oscillated form an oscillation circuit 10 is controlled intermittently through a counter circuit 20 and a gate circuit 30. Ultrasonic wave converters T and R convert an output of the circuit 30 into an ultrasonic wave signal and does the ultrasonic wave signal into an electrical signal respectively. A forward/backward switching circuit K changes over the propagation direction of the ultrasonic signal with respect to flow velocity V by switching the circuit 30 over to the converters T and R. Then, the ultrasonic wave signal is converted into an electrical signal, which is supplied to an up/down circuit 50 through a square wave converting circuit 41, a shift register 42 and an exclusive OR circuit 31 and respective outputs of the circuit 50 the one when the propagating direction of the ultrasonic wave signal is forward with respect to the flow velocity V and the other when it is backward are introduced into a addition circuit SIGMA and a subtraction circuit DELTArespective-to compute. At this point, once an output of the circuit SIGMA is feedback to a circuit 10 through a D/A converter 60 to keep an oscillation frequency output constant, an output of the circuit DELTA is outputted as flow velocity V.

Description

【発明の詳細な説明】 a、産業上の利用分野 本発明は超音波流速計、特に連続発振超音波を用いる流
速計のPLL回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION a. Field of Industrial Application The present invention relates to an ultrasonic anemometer, and particularly to a PLL circuit for an anemometer using continuous wave ultrasonic waves.

b、従来の技術 送信用超音波トランスデユーサと受信用超音波トランス
デユーサとを対向しないように配置し、流体中の超音波
の位相変化の流速■への依存性と両部音波トランスデユ
ーサ間の距離りから流速を測定する超音波流速計が本考
案の考案者によって発明され、特願昭57−34979
号、特願昭57−59126号、特願昭57−9442
号、特願昭58−137012号等に開示されている。
b. Conventional technology The ultrasonic transducer for transmitting and the ultrasonic transducer for receiving are arranged so that they do not face each other, and the dependence of the phase change of ultrasonic waves in the fluid on the flow velocity ■ and the ultrasonic transducer for both An ultrasonic current meter that measures the flow velocity from the distance between users was invented by the inventor of the present invention, and was filed in Japanese Patent Application No. 57-34979.
No., Japanese Patent Application No. 57-59126, Japanese Patent Application No. 57-9442
No. 58-137012, etc.

流体中の超音波の音速Cは流体の温度に依存するので、
流体の音速変化は流速測定における誤差要因である。
Since the sound speed C of ultrasound in a fluid depends on the temperature of the fluid,
Changes in the sound velocity of the fluid are a source of error in flow velocity measurements.

特願昭58−137012号に係る発明は、流体の音速
変化が流速測定に影響を及ぼすという従来技術による超
音波流速計における上記問題点を、流速と音波の進行方
向が順方向の場合と逆方向の場合の位相差φ1゜φ2の
和φ、+φ2の2を一定値に保つことにより、解決する
ものである。
The invention according to Japanese Patent Application No. 58-137012 solves the above-mentioned problem in conventional ultrasonic current meters in which changes in the sound velocity of the fluid affect the flow velocity measurement, by solving the problem when the flow velocity and the direction of travel of the sound waves are in the forward direction and vice versa. This problem can be solved by keeping the sum φ and +φ2 of the phase differences φ1°φ2 in the direction constant.

第3図は特願昭58−137012号に開示された超音
波流速計のブロックダイヤグラムである。
FIG. 3 is a block diagram of an ultrasonic current meter disclosed in Japanese Patent Application No. 137012/1982.

送信発振器VCOの出力は送信用超音波トランスデユー
サTに加えられ、該トランスデユーサTから送信された
超音波は流速が■の流体中を伝播して受信用超音波トラ
ンスデユーサR,,Rzで受信される。該トランスデユ
ーサR,の出力の一部は増幅回路へ、、遅延回路D1を
経て矩形波化回路RW+において矩形波に変換される。
The output of the transmitting oscillator VCO is applied to the transmitting ultrasonic transducer T, and the ultrasonic waves transmitted from the transducer T propagate through a fluid with a flow velocity of ■ to the receiving ultrasonic transducers R, , . Received at Rz. A part of the output of the transducer R is converted into a rectangular wave by an amplifier circuit, a delay circuit D1, and a rectangular wave converting circuit RW+.

また該トランスデユーサR2の出力も同様に、増幅回路
へ3.遅延回路D3を経て矩形波化回路RW3に到りそ
こにおいて矩形波に変換される。さらに上記送信発振器
VCOの出力の一部も矩形波化回路RW2において矩形
波に変換される。
Similarly, the output of the transducer R2 is also sent to the amplifier circuit 3. The signal passes through the delay circuit D3 to the rectangular wave converting circuit RW3, where it is converted into a rectangular wave. Furthermore, a part of the output of the transmission oscillator VCO is also converted into a rectangular wave in the rectangular wave converting circuit RW2.

矩形波化回路四、と四2の出力の位相差を位相差検出回
路p、(例えば排他的論理和回路)で検出し、電圧変換
回路C,(例えばCR平滑回路)で上記位相差に比例し
た電圧信号φ1を得る。同様にして矩形波化回路四、と
12の出力の位相差に比例した電圧信号φ2を、位相差
検出回路P2と電圧変換回路C2によって得る。
The phase difference between the outputs of the rectangular wave conversion circuits 4 and 42 is detected by a phase difference detection circuit p (for example, an exclusive OR circuit), and the voltage conversion circuit C (for example, a CR smoothing circuit) is used to detect the phase difference proportional to the phase difference. A voltage signal φ1 is obtained. Similarly, a voltage signal φ2 proportional to the phase difference between the outputs of the rectangular wave conversion circuits 4 and 12 is obtained by the phase difference detection circuit P2 and the voltage conversion circuit C2.

上記信号φ、とφ2を加算回路Σの入力とすることによ
り和信号(φ、+ψ2)/2を作り、(φ、+φ2)/
2が一定値となるように負帰還回路Nr’を介して送信
発振器の周波数を制御する。なお上記一定値は測定範囲
の関係からπ/2であることが好ましい。他方信号φ、
とφ2は減算回路Nの入力にもなっており、その出力(
φ1−φ2)は流速に比例するのでその出力(φ1−φ
2)を指示計器で指示することにより流速が表示される
。上記周波数の制御により、(φ、−ψ2)から求めら
れた流速は、流体中の音速に依存しない。
By inputting the above signals φ and φ2 to the adder circuit Σ, a sum signal (φ, +ψ2)/2 is created, and (φ, +φ2)/
The frequency of the transmitting oscillator is controlled via the negative feedback circuit Nr' so that 2 becomes a constant value. Note that the above-mentioned constant value is preferably π/2 in view of the measurement range. On the other hand, the signal φ,
and φ2 are also the inputs of the subtraction circuit N, and its output (
Since φ1-φ2) is proportional to the flow velocity, its output (φ1-φ
The flow rate is displayed by indicating 2) with the indicator. By controlling the frequency described above, the flow velocity determined from (φ, −φ2) does not depend on the sound velocity in the fluid.

C3発明が解決しようとする問題点 このような型の超音波流速計にあっては、流速が速いた
めに位相が1周期以上ずれたときは測定不能になる。
C3 Problems to be Solved by the Invention In this type of ultrasonic current meter, because the flow velocity is high, it becomes impossible to measure when the phase shifts by one cycle or more.

d、 問題点を解決するための手段 連続発振する発振回路と、 上記発振回路の出力周波数fを周波数fを周波数f/N
1(N1+整数)に分周する第1のカウンタ回路と、発
振回路の出力信号を上記周波数f /N、の分周信号で
断続制御する第1のゲート回路と、上記ゲート回路の出
力信号を超音波信号に変換する超音波トランスデユーサ
と、超音波信号を電気信号に変換する超音波トランスデ
ユーサと、超音波伝播方向を流速に対して順方向と逆方
向に交互に切替えるように上記第1のゲート回路と上記
超音波トランスデユーサを接続する順逆切替え回路と、 超音波を電気信号に変換する超音波トランスデュ−サに
上記順逆切替え回路を介して接続された増幅回路と、 上記増幅回路の出力を矩形波に成形する矩形波化回路と
、 矩形波化回路の出力信号に対応する信号が入力端子に送
られ、プリセット入力端子を有するシフトレジスタと、 上記第Iのカウンタ回路の出力信号と上記シフトレジス
タの出力信号、またはそれらを同一の分1M比で分周し
た信号、を2入力とする排他的論理和回路と、 上記排他的論理和回路の出力が上記第1のカウンタ回路
の出力またはそれを分周した信号より前にあるか後にあ
るかを判別する判別回路と、上記排他的論理和回路の出
力を上記判別回路の出力に応じてアップカウントまたは
ダウンカウントするアップダウンカウンタ回路と、 上記アップダウンカウンタ回路の出力をパルス列に変換
し、その出力を上記シフトレジスタ回路のプリセット端
子に送り、上記第1のアップダウンカウンタ回路の出力
がゼロになるように負帰還回路を形成する帰還回路と、 超音波伝播方向が流速に対して順方向であるときの上記
アップダウンカウンタ回路の出力と逆方向であるときの
上記アップダウンカウンタ回路の出力の和と差をそれぞ
れ計算する加算回路および減算回路と、 上記加算回路の出力が一定になるように上記発振回路の
発振周波数を変えるために、上記加算回路の出力を上記
発振回路に帰還するフェーズロック帰還回路と、 上記減算回路の出力を流速として出力する出力回路を備
える超音波流速計によって、 またはこれと同等の超音波流速計によって、上記問題点
が解決された。
d. Means for solving the problem An oscillation circuit that continuously oscillates, and the output frequency f of the oscillation circuit is set to a frequency f/N.
1 (N1+integer), a first gate circuit that intermittently controls the output signal of the oscillation circuit with the frequency division signal of the frequency f/N, and the output signal of the gate circuit an ultrasonic transducer that converts the ultrasonic signal into an ultrasonic signal; an ultrasonic transducer that converts the ultrasonic signal into an electrical signal; a forward/reverse switching circuit that connects the first gate circuit and the ultrasonic transducer; an amplifier circuit that is connected to the ultrasonic transducer that converts ultrasonic waves into electrical signals via the forward/reverse switching circuit; a rectangular wave converting circuit that shapes the output of the amplifier circuit into a rectangular wave; a shift register having a preset input terminal in which a signal corresponding to the output signal of the rectangular wave converting circuit is sent to an input terminal; and a shift register having a preset input terminal; an exclusive OR circuit having two inputs of the output signal and the output signal of the shift register, or a signal obtained by dividing them by the same 1M ratio; and an output of the exclusive OR circuit is connected to the first counter. A discrimination circuit that discriminates whether the output of the circuit or a signal obtained by dividing the frequency thereof precedes or follows the output of the circuit, and an up/down circuit that counts up or down the output of the exclusive OR circuit according to the output of the discrimination circuit. A counter circuit; converts the output of the up-down counter circuit into a pulse train, sends the output to the preset terminal of the shift register circuit, and connects a negative feedback circuit so that the output of the first up-down counter circuit becomes zero. calculate the sum and difference of the output of the up-down counter circuit when the ultrasonic propagation direction is in the forward direction with respect to the flow velocity, and the output of the up-down counter circuit when the ultrasonic propagation direction is in the opposite direction to the flow velocity, respectively. an addition circuit and a subtraction circuit; a phase-locked feedback circuit that feeds back the output of the addition circuit to the oscillation circuit in order to change the oscillation frequency of the oscillation circuit so that the output of the addition circuit is constant; and the subtraction circuit. The above problems have been solved by an ultrasonic current meter equipped with an output circuit that outputs the output of , or an equivalent ultrasonic current meter.

e、 作用 上記第1のゲート回路の出力は発振回路の発振周波数f
を第1のカウンタ回路の出力(周波数F/N l )で
断続制御したものである。シフトレジスタを経由して排
他的論理和回路に送られる信号は、基本的には上記第1
のゲート回路の出力と同一の波形を有する。
e. Effect: The output of the first gate circuit is the oscillation frequency f of the oscillation circuit.
is controlled intermittently using the output (frequency F/N l ) of the first counter circuit. The signal sent to the exclusive OR circuit via the shift register is basically the first signal sent to the exclusive OR circuit.
It has the same waveform as the output of the gate circuit.

他方第1のカウンタ回路から排他的論理和回路に送られ
る信号は、基本的には上記第1のカウンタ回路の出力と
同一の波形を有する。
On the other hand, the signal sent from the first counter circuit to the exclusive OR circuit basically has the same waveform as the output of the first counter circuit.

シフトレジスタ回路におけるプリセットがゼロである場
合、両超音波トランスデユーサ間の超音波伝播時間をT
い周波Brのパルス幅をT、/2 = (1/2f)と
するとき、上記排他的論理和回路は第1のカウンタ回路
からの出力パルス(周波数f /N、 :パルス幅N、
Tl)/2)の後にNIT+/To2個のパルス(周波
数r:パルス幅= 1/f2)を出力する。
If the preset in the shift register circuit is zero, the ultrasound propagation time between both ultrasound transducers is T
When the pulse width of the high frequency Br is T, /2 = (1/2f), the above exclusive OR circuit calculates the output pulse from the first counter circuit (frequency f /N, :pulse width N,
After Tl)/2), two pulses NIT+/To (frequency r: pulse width = 1/f2) are output.

該出力パルスは上記判別回路で第1のカウンタ回路から
の出力パルスより後であることが判別された後、アップ
ダウンカウンタ回路で計数される。
After the output pulse is determined by the discrimination circuit to be later than the output pulse from the first counter circuit, it is counted by the up/down counter circuit.

アップダウンカウンタ回路の出力はパルス列に、帰還回
路で変換される。
The output of the up/down counter circuit is converted into a pulse train by a feedback circuit.

該帰還回路の出力は上記シフトレジスタのプリセット端
子に送られる。この場合ブリセ・ノドされる量は−N+
T+/To2に対応する。
The output of the feedback circuit is sent to the preset terminal of the shift register. In this case, the amount of brisé throat is −N+
Corresponds to T+/To2.

シフトレジスタ回路に−N+”+/To2がプリセット
されている場合、第1のカウンタ回路の次のパルスに対
応する両超音波トランスデユーサ間の超音波伝播時間を
T2とするとき、上記排他的論理和回路は第1のカウン
タ回路からの出力パルスの後(T2−TI>0)または
前(Tz−TI<O)にl Tt  TI l /To
個のパルスを出力する。TzT+=Oの場合は上記第1
の排他的論理和回路の出力はゼロであり、従って自己の
出力を積算するアップダウンカウンタ回路の出力は変化
しない。すなわち超音波トランスデユーサ間の超音波伝
播時間がシフトレジスタ回路の出力に対応するとき、上
記排他的論理和回路の出力はゼロになり、アップダウン
カウンタ回路の出力は変化しない。
When −N+”+/To2 is preset in the shift register circuit, when the ultrasonic propagation time between both ultrasonic transducers corresponding to the next pulse of the first counter circuit is T2, the above exclusive The OR circuit performs l Tt TI l /To after (T2-TI>0) or before (Tz-TI<O) the output pulse from the first counter circuit.
Outputs pulses. If TzT+=O, the above first
The output of the exclusive OR circuit is zero, so the output of the up/down counter circuit that integrates its own outputs does not change. That is, when the ultrasonic propagation time between the ultrasonic transducers corresponds to the output of the shift register circuit, the output of the exclusive OR circuit becomes zero and the output of the up/down counter circuit does not change.

T2−TI<Oである場合は、上記排他的論理和回路は
、第1のカウンタ回路からの出力パルスより前にパルス
を出力し、このことを上記判別回路で検出する。第1の
アップダウンカウンタ回路は、T2−TI>0のときア
ンプカウントするときはT2−TI<Oのときダウンカ
ウントするように(逆も可能)、結線されている。
If T2-TI<O, the exclusive OR circuit outputs a pulse before the output pulse from the first counter circuit, and this is detected by the discrimination circuit. The first up/down counter circuit is wired so that when T2-TI>0, the amplifier counts, and when T2-TI<O, it counts down (the reverse is also possible).

排他的論理和回路の出力は、その符号を含めてアップダ
ウンカウンタ回路で積算される。したがってアップダウ
ンカウンタ回路の出力は速かに特定の値に収束し、その
収束値は超音波伝播時間に対応する。
The output of the exclusive OR circuit, including its sign, is integrated by an up/down counter circuit. Therefore, the output of the up-down counter circuit quickly converges to a specific value, and the converged value corresponds to the ultrasound propagation time.

超音波伝播方向が流速に対して順方向であるときと逆方
向であるときの、超音波トランスデユーサ間の超音波伝
播時間t、、 L2はそれぞれ第(11式と第(2)式
で表わされる。
The ultrasonic propagation time t, L2 between the ultrasonic transducers when the ultrasonic propagation direction is in the forward direction and in the opposite direction with respect to the flow velocity is expressed by Equation (11) and Equation (2), respectively. expressed.

t、= L/(C+ V)         −−−−
(i)Lz=L/ (C−V)          ・
−・(2)ここにおいてL:超音波トランスデユーサ間
距離C:流体中の音速 V:流速 本発明においては、上記伝播時間はア・ノブダウンカウ
ンタ回路の出力すなわちシフトレジスタのプリセット入
力数として求められる。
t, = L/(C+V) -----
(i) Lz=L/ (C-V) ・
-・(2) Here, L: Distance between ultrasonic transducers C: Speed of sound in fluid V: Flow velocity In the present invention, the above propagation time is expressed as the output of the knob down counter circuit, that is, the preset input number of the shift register. Desired.

V/C<1のとき、1.、 12はそれぞれ第(3)式
、第(4)式で近似することができる。
When V/C<1, 1. , 12 can be approximated by equations (3) and (4), respectively.

t、= (L/C)(1−V/C)      −43
)h= (L/C)(1+V/C)      −(4
)従って上記加算回路と減算回路のそれぞれの出力El
”jZ+  t、  t2は第(5)式と第(6)式で
与えられる。
t, = (L/C) (1-V/C) -43
) h= (L/C) (1+V/C) −(4
) Therefore, the respective outputs El of the above-mentioned addition circuit and subtraction circuit
``jZ+t, t2 is given by equations (5) and (6).

t z + t + = 2L / C−(5)むz 
−−L+  = LV/C”            
           ・・−(6)(tl  +t2
)はフェーズロック帰還回路によって発振回路に帰還さ
れ、t、+t2=K (K ニ一定値)に保たれる。し
たがって(6)式は次式に変形される。
t z + t + = 2L / C-(5) Mz
−−L+ = LV/C”
...-(6)(tl +t2
) is fed back to the oscillation circuit by the phase lock feedback circuit, and is maintained at t, +t2=K (K is a constant value). Therefore, equation (6) is transformed into the following equation.

tz −tl = (K”/4L) V       
  −(71第(6)式と第(7)式を比較すると、第
(6)式は温度依存性が大である音速Cをパラメータと
して含むのに対し、第(7)式は温度依存性が小である
超音波トランスデユーサ開路#Lをパラメータとする。
tz −tl = (K”/4L) V
-(71 Comparing equations (6) and (7), equation (6) includes the sound speed C, which has a large temperature dependence, as a parameter, whereas equation (7) has a large temperature dependence. Let the ultrasonic transducer open circuit #L with a small value be a parameter.

したがってフェーズロック帰還回路を用い、第(7)式
に基づいて減算回路の出力から流速を測定すると、温度
による測定誤差が極めて小さい。
Therefore, when the phase-locked feedback circuit is used and the flow velocity is measured from the output of the subtraction circuit based on equation (7), the measurement error due to temperature is extremely small.

第(11,(2)式におけるt、、 tzのパルス幅N
、TO/2に対する比率2t+/N4o、2jz/N+
Toがシフトレジスタのプリセットの収束値に対応する
。すなわち超音波伝播時間が上記周期T0より大である
ときにも測定することができる。この点は、従来技術に
よるとき超音波伝播時間が上記周期T0より小さいこと
が要求されていたことに対比される。本発明の場合の制
限は次の不等式で与えられる。
Pulse width N of t, tz in equation (11, (2))
, ratio 2t+/N4o, 2jz/N+ to TO/2
To corresponds to the preset convergence value of the shift register. That is, measurement can be performed even when the ultrasonic propagation time is longer than the period T0. This point is in contrast to the prior art, which required the ultrasonic propagation time to be shorter than the period T0. The limit in the case of the present invention is given by the following inequality.

To < t I< N IT+ / 2      
     −(81To < Lx < N4a/ 2
           −19)f、実施例 第1図は本発明に係る超音波流速計の好ましい実施例の
電気回路部のブロックダイヤグラム、第2図はその主要
点における信号の概念図である。
To < t I < N IT+ / 2
−(81To < Lx < N4a/ 2
-19) f, Embodiment FIG. 1 is a block diagram of the electric circuit section of a preferred embodiment of the ultrasonic current meter according to the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of signals at its main points.

連続発振(第2図(a))する電圧制御発振回路である
発振回路OSCの出力周波数f(パルス幅T、= t 
/2f)は、周波数f/N1(Nl:整数)(パルス幅
:JTo)に第1のカウンタ回路CNTlにおいて分周
される(第2図(b))。
The output frequency f (pulse width T, = t
/2f) is divided into the frequency f/N1 (Nl: integer) (pulse width: JTo) in the first counter circuit CNTl (FIG. 2(b)).

発振回路OSCの出力信号は上記周波数f /N、の分
周信号で第1のゲート回路G、において断続制御される
(第2図(C))。
The output signal of the oscillation circuit OSC is controlled intermittently by the first gate circuit G using a frequency-divided signal having the frequency f/N (FIG. 2(C)).

上記第1のカウンタ回路CNTlは周波数f/KN、の
第2の分周信号をも出力しく第2図(d))、該信号に
よって制御される順逆切替え回路Kにおいて超音波伝播
方向を流速に対して順方向と逆方向に交互に切替えるよ
うに上記第1のゲート回路と上記超音波トランスデユー
サが接続される。Kの値いは例えば4,8゜16等に選
ばれる。
The first counter circuit CNTl also outputs a second frequency-divided signal of frequency f/KN (Fig. 2(d)), and the forward/reverse switching circuit K controlled by this signal changes the ultrasonic propagation direction to the flow velocity. On the other hand, the first gate circuit and the ultrasonic transducer are connected to alternately switch between forward and reverse directions. The value of K is chosen to be, for example, 4.8°16.

この実施例においては2個の超音波トランスデユーサを
備え、上記切り替え回路Kを用いて送信機能と受信機能
が交互に切換えられる。なお送信用超音波トランスデユ
ーサの上流と下流にそれぞれ受信用超音波トランスデユ
ーサを設けることも可能である。
In this embodiment, two ultrasonic transducers are provided, and the transmitting function and receiving function are alternately switched using the switching circuit K. Note that it is also possible to provide receiving ultrasonic transducers upstream and downstream of the transmitting ultrasonic transducer, respectively.

いずれにせよ、上記ゲート回路の出力信号を超音波信号
に変換する超音波トランスデユーサTと、超音波信号を
電気信号に変換する超音波トランスデユーサRを備える
In any case, it includes an ultrasonic transducer T that converts the output signal of the gate circuit into an ultrasonic signal, and an ultrasonic transducer R that converts the ultrasonic signal into an electrical signal.

増幅回路AMPが超音波を電気信号に変換する超音波ト
ランスデユーサRに上記順逆切替え回路Kを介して接続
されている。
An amplifier circuit AMP is connected via the forward/reverse switching circuit K to an ultrasonic transducer R that converts ultrasonic waves into electrical signals.

比較回路COMPから成る矩形波化回路において、上記
増幅回路の出力が矩形波に成形される。
In a rectangular wave converting circuit including a comparator circuit COMP, the output of the amplifier circuit is shaped into a rectangular wave.

この実施例においては、矩形波化回路の出力は第2のカ
ウンタでさらに分周され、パルス幅がN2倍に拡大され
る(N、≧1)。なおNz=1は第2分周回路を用いな
いことを意味する。
In this embodiment, the output of the rectangular wave converting circuit is further frequency-divided by a second counter, and the pulse width is expanded by N2 times (N, ≧1). Note that Nz=1 means that the second frequency dividing circuit is not used.

第2カウンタ回路CNT2の出力信号はシフトレジスタ
SFTの入力端子に送られる。第2図(e)はN2=1
の場合のシフ1−レジスタ入力信号を示す。シフトレジ
スタSFTは第2カウンタ回路CNT2の出力をクロッ
クパルスとするシリアルイン・シリアルアウトシフトレ
ジスタとして動作する。
The output signal of the second counter circuit CNT2 is sent to the input terminal of the shift register SFT. Figure 2(e) shows N2=1
Shift 1-register input signal in case of . The shift register SFT operates as a serial-in/serial-out shift register using the output of the second counter circuit CNT2 as a clock pulse.

他方上記第1のカウンタ回路CNTlから第1のゲート
回路G1に送られた信号の一部は分岐して第3のカウン
タCNT3で、第2のカウンタと同じ分周比で分周され
、その第1の出力はパルス幅が入力信号に対しN3倍で
あり(1’h=Nz)、第2の出力は分周比がN2/2
であり、パルス幅は入力信号に対しN3/2倍である。
On the other hand, a part of the signal sent from the first counter circuit CNTl to the first gate circuit G1 is branched and divided by the third counter CNT3 at the same frequency dividing ratio as the second counter. The first output has a pulse width N3 times the input signal (1'h=Nz), and the second output has a frequency division ratio of N2/2.
The pulse width is N3/2 times that of the input signal.

シフトレジスタの出力は第4のカウンタで計数され、N
1個のパルスを計数するとシフトレジスタをクリアする
The output of the shift register is counted by a fourth counter, N
When one pulse is counted, the shift register is cleared.

上記第3のカウンタ回路CNT 3の第1の出力信号と
上記シフトレジスタSFTの出力は排他的論理和回路G
2に送られる。該排他的論理和回路G2の出力は、上記
第3のカウンタ回路CNT3の第1の出力の前または後
に現われる(第2図(r))。
The first output signal of the third counter circuit CNT3 and the output of the shift register SFT are connected to the exclusive OR circuit G.
Sent to 2. The output of the exclusive OR circuit G2 appears before or after the first output of the third counter circuit CNT3 (FIG. 2(r)).

上記第3のカウンタ回路の第2出力は、第1の出力の前
で“I]”であるとき第1の出力の後では”L”である
(逆も可能)。第2の出力はさらに分岐し、一方は反転
回路IVを経由して、第1のAND回路ANDIの一方
の入力端子に、他は直接第2のAND回路AND2の一
方の入力端子に送られる。両AND回路へNDI、八N
D2の他方の入力信号は上記排他的論理和回路G2の出
力である。排他的論理和回路の出力が第3のカウンタ回
路CNT3の第1の出力の前であるか後であるかによっ
て、上記両AND回路A1.^2の一方が出力を発生す
る。
When the second output of the third counter circuit is "I" before the first output, it is "L" after the first output (the reverse is also possible). The second output is further branched, and one is sent via an inversion circuit IV to one input terminal of the first AND circuit ANDI, and the other is sent directly to one input terminal of the second AND circuit AND2. NDI to both AND circuits, 8N
The other input signal of D2 is the output of the exclusive OR circuit G2. Depending on whether the output of the exclusive OR circuit is before or after the first output of the third counter circuit CNT3, both the AND circuits A1. One of ^2 generates an output.

上記AND回路八NへI、AND2の出力はアップダウ
ンカウンタ回路UDCIで互いに逆方向に計数される。
The outputs of the AND circuit 8N and AND2 are counted in opposite directions by an up/down counter circuit UDCI.

すなわち一方の出力がアップカウントされるときは、他
方の出力はダウンカウントされる。
That is, when one output is counted up, the other output is counted down.

例えば2進数表示されているアップダウンカウンタ回路
uoctの出力は、帰還回路NFにおいてパルス列に変
換され、上記シフトレジスタ5IiTのプリセット入力
端子に送られる。
For example, the output of the up/down counter circuit uoct, which is expressed in binary notation, is converted into a pulse train in the feedback circuit NF and sent to the preset input terminal of the shift register 5IiT.

1サイクルを第1のカウンタ回路から第1のゲート回路
に送られる1パルスの期間と定義するとき、次のサイク
ルにおいてシフトレジスタは上記プリセット値に対応す
る時間だけ遅延または前進して、第2のカウンタ回路C
NT2の出力を排他的論理和回路G2に送る。上記プリ
セット値が超音波トランスデユーサ間の超音波伝播時間
に対応するとき、上記排他的論理和回路G2の出力はゼ
ロである。対応しないときは、その差に対応するパルス
が回路G2から出力され、それはアップダウンカウンタ
回路tlDcIにおいてアップカラン;・またはダウン
カウントされる。アップダウンカウント回路は各サイク
ル毎にはクリアされず、第1のカウンタ回路CNTlの
第2の出力(f /KNI)によって規定される期間内
は出力が積算される。したがって、その出力は伝播時間
に対応する量に収束する。周波数(f/KNI)でスイ
ッチKを用いて超音波トランスデユーサを切替えること
により、アップダウンカウンタ回路UDCIにおいて、
超音波と流速が順方向であるときと逆方向であるときの
伝播時間LI+ L2が求められる。
When one cycle is defined as the period of one pulse sent from the first counter circuit to the first gate circuit, in the next cycle, the shift register is delayed or advanced by the time corresponding to the above preset value, and the second pulse is sent from the first counter circuit to the first gate circuit. Counter circuit C
The output of NT2 is sent to exclusive OR circuit G2. When the preset value corresponds to the ultrasound propagation time between the ultrasound transducers, the output of the exclusive OR circuit G2 is zero. When they do not correspond, a pulse corresponding to the difference is output from the circuit G2, which is counted up or down in the up/down counter circuit tlDcI. The up/down count circuit is not cleared every cycle, but the output is integrated within the period defined by the second output (f/KNI) of the first counter circuit CNTl. Therefore, its output converges to a quantity corresponding to the propagation time. In the up-down counter circuit UDCI, by switching the ultrasonic transducer using the switch K at the frequency (f/KNI),
The propagation time LI+L2 is determined when the ultrasonic wave and flow velocity are in the forward direction and in the reverse direction.

スイッチにと連動する減算回路Δと加算回路Σで、両伝
播時間の差1.−1.と和1.+1.が計算される。
The difference in propagation time between the two is 1. -1. and sum 1. +1. is calculated.

加算回路Σの出力は、フェーズロツタ帰還回路であるデ
ジタル・アナログ変換回路D/Aを介して、電圧制御発
振回路に帰還される。
The output of the adder circuit Σ is fed back to the voltage controlled oscillation circuit via a digital-to-analog conversion circuit D/A, which is a phase rotor feedback circuit.

減算回路Δの出力は流速に比例し、出力回路(図示せず
)に送られ、適宜表示または記録される。
The output of the subtraction circuit Δ is proportional to the flow velocity and is sent to an output circuit (not shown) where it is displayed or recorded as appropriate.

本発明は、超音波トランスデユーサを互いに対向させな
いように配設する型の超音波流速計ばかりでなく、流速
に対して順方向と逆方向の超音波伝播時間の差から流速
を求める、全ての型の超音波流速計に適用することがで
きる。
The present invention is applicable not only to an ultrasonic current meter in which ultrasonic transducers are arranged so as not to face each other, but also to any type of ultrasonic current meter in which the flow velocity is determined from the difference in ultrasonic propagation time in the forward and reverse directions with respect to the flow velocity. It can be applied to the type of ultrasonic current meter.

アップダウンカウンタに代え、双方向シフトレジスタで
ある第2のシフトレジスタを用い、そのパラレル出力信
号に基づき帰還回路を用いてシフトレジスタ5IFTに
プリセットすることも可能である。
It is also possible to use a second shift register, which is a bidirectional shift register, instead of the up/down counter, and to preset the shift register 5IFT using a feedback circuit based on its parallel output signal.

g6発明の効果 ■)パルスの時間幅より超音波伝播時間が長いときに、
流速を測定することができる。4]11定精度はパルス
幅を小さくするほど、向上する。
g6 Effect of the invention ■) When the ultrasonic propagation time is longer than the pulse time width,
Flow velocity can be measured. 4] The 11 constant accuracy improves as the pulse width becomes smaller.

2) 測定可能な流速の範囲が非常に広い。2) The range of measurable flow velocities is very wide.

3) はとんど全ての型の超音波流速計に適用すること
ができる。
3) can be applied to almost all types of ultrasonic current meters.

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

第1図は本発明に係る超音波流速計の好ましい実施例の
電気回路部のブロックダイヤグラム、第2図はその主要
点における信号の概念図、第3図は従来技術による超音
波流速計のブロックダイヤグラムである。 AMr’・・・増幅回路、   ANDI、AND2・
・−AND回路、CNTl、 CNT2. CNT3.
 CNT4・・・カウンタ回路COMP・・・矩形波化
回路、 D/A・・・デジタル・アナログ変換回路、G1・・・
第1のゲート、  G2・・・排他的論理和回路、IV
・・・反転回路、    K・・・順逆切替え回路、O
SC・・・電圧制御発振回路、 SFT・・・シフトレジスタ、 UDCI・・・アップダウンカウンタ回路、Δ・・・減
算回路、    Σ・・・加算回路、NF・・・帰還回
路。 第2図 第3図
Fig. 1 is a block diagram of the electric circuit section of a preferred embodiment of the ultrasonic anemometer according to the present invention, Fig. 2 is a conceptual diagram of signals at its main points, and Fig. 3 is a block diagram of the ultrasonic anemometer according to the prior art. This is a diagram. AMr'...Amplification circuit, ANDI, AND2・
-AND circuit, CNTl, CNT2. CNT3.
CNT4... Counter circuit COMP... Rectangular wave conversion circuit, D/A... Digital-to-analog conversion circuit, G1...
First gate, G2...exclusive OR circuit, IV
...Inversion circuit, K...Forward/reverse switching circuit, O
SC...voltage controlled oscillation circuit, SFT...shift register, UDCI...up/down counter circuit, Δ...subtraction circuit, Σ...addition circuit, NF...feedback circuit. Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 連続発振する発振回路と、 上記発振回路の出力周波数fを周波数f/N_1(N_
1:整数)に分周する第1のカウンタ回路と、 発振回路の出力信号を上記周波数f/N_1の分周信号
で断続制御する第1のゲート回路と、 上記ゲート回路の出力信号を超音波信号に変換する超音
波トランスデューサと、超音波信号を電気信号に変換す
る超音波トランスデューサと、 超音波伝播方向を流速に対して順方向と逆方向に交互に
繰り返し周波数f/KN_1で切替えて上記第1のゲー
ト回路と上記超音波トランスデューサを接続する順逆切
替え回路と、 超音波を電気信号に変換する超音波トランスデューサに
上記順逆切替え回路を介して接続された増幅回路と、 上記増幅回路の出力を矩形波に成形する矩形波化回路と
、 矩形波化回路の出力信号に対応する信号が入力端子に送
られ、プリセット入力端子を有するシフトレジスタと、 シフトレジスタの出力パルス数が所定値になるとシフト
レジスタをクリアする計数手段と、 上記第1のカウンタ回路の出力信号と上記シフトレジス
タの出力信号、またはそれらを同一の分周比で分周した
信号、を2入力とする排他的論理和回路と、 上記排他的論理和回路の出力が上記第1のカウンタ回路
の出力またはそれを分周した信号より前にあるか後にあ
るかを判別する判別回路と、 上記排他的論理和回路の出力を上記判別回路の出力に応
じてアップカウントまたはダウンカウントするアップダ
ウンカウンタ回路と、 上記アップダウンカウンタ回路の出力をパルス列に変換
し、その出力を上記シフトレジスタ回路のプリセット端
子に送り、上記第1のアップダウンカウンタ回路の出力
がゼロになるように負帰還回路を形成する帰還回路と、 超音波伝播方向が流速に対して順方向にあるときの上記
アップダウンカウンタ回路の出力と逆方向であるときの
上記アップダウンカウンタ回路の出力の和と差をそれぞ
れ計算する加算回路および減算回路と、 上記加算回路の出力が一定になるように上記発振回路の
発振周波数を変えるために、上記加算回路の出力を上記
発振回路に帰還するフェーズロック帰還回路と、 上記減算回路の出力を流速として出力する出力回路を備
えることを特徴とする超音波流速計。
[Claims] An oscillation circuit that continuously oscillates, and an output frequency f of the oscillation circuit that is set to a frequency f/N_1(N_
1: an integer), a first gate circuit that intermittently controls the output signal of the oscillation circuit with the frequency division signal of the frequency f/N_1, and an ultrasonic wave generator that converts the output signal of the gate circuit into an ultrasonic transducer that converts the ultrasonic signal into a signal; an ultrasonic transducer that converts the ultrasonic signal into an electric signal; a forward/reverse switching circuit connecting the gate circuit of No. 1 and the ultrasonic transducer; an amplifier circuit connected to the ultrasonic transducer for converting ultrasound into an electrical signal via the forward/reverse switching circuit; A signal corresponding to the output signal of the rectangular wave converting circuit is sent to an input terminal, a shift register having a preset input terminal, and a shift register when the number of output pulses of the shift register reaches a predetermined value. a counting means for clearing, and an exclusive OR circuit having two inputs: the output signal of the first counter circuit and the output signal of the shift register, or a signal obtained by dividing them by the same frequency division ratio; a determination circuit that determines whether the output of the exclusive OR circuit is before or after the output of the first counter circuit or a signal obtained by frequency-dividing the first counter circuit; an up/down counter circuit that counts up or down according to the output of the circuit; converts the output of the up/down counter circuit into a pulse train; sends the output to the preset terminal of the shift register circuit; a feedback circuit forming a negative feedback circuit so that the output of the counter circuit becomes zero; and the above when the output of the up-down counter circuit is in the opposite direction to the output of the up-down counter circuit when the ultrasonic propagation direction is in the forward direction with respect to the flow velocity. An adder circuit and a subtracter circuit calculate the sum and difference of the outputs of the up/down counter circuits, respectively, and the output of the adder circuit is connected to the An ultrasonic current meter comprising: a phase-locked feedback circuit that feeds back to the oscillation circuit; and an output circuit that outputs the output of the subtraction circuit as a flow velocity.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0349250A (en) * 1989-07-17 1991-03-04 Hitachi Ltd Sample carry vessel and sample transfer apparatus
CN105300508A (en) * 2015-10-30 2016-02-03 北京控制工程研究所 Double-threshold detection circuit of ultrasonic wave signal propagation time, and detection method

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