JPS6367153B2 - - Google Patents

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JPS6367153B2
JPS6367153B2 JP56093248A JP9324881A JPS6367153B2 JP S6367153 B2 JPS6367153 B2 JP S6367153B2 JP 56093248 A JP56093248 A JP 56093248A JP 9324881 A JP9324881 A JP 9324881A JP S6367153 B2 JPS6367153 B2 JP S6367153B2
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JP
Japan
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time
pulse
ultrasonic
peak
wave
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Application number
JP56093248A
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English (en)
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JPS57207882A (en
Inventor
Yukio Yoshida
Hitoshi Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Keiki Co Ltd filed Critical Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication of JPS57207882A publication Critical patent/JPS57207882A/ja
Publication of JPS6367153B2 publication Critical patent/JPS6367153B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52004Means for monitoring or calibrating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波流量計、超音波レベル計などの
超音波パルスの受信装置に関するものである。
一般に、超音波送信器はタイムベースからの信
号によつて定められた時間間隔ごとに第1図aま
たはbに示される波形で送波器を励振し、この送
波器より超音波パルスを発射し、この超音波パル
スの伝播媒体を介して受信器に受信される超音波
受信信号は第2図に示される波形で得られる。こ
の場合の超音波伝播時間を安定して計測するため
に第2図のような波形の受信波において、なるべ
く安定してトリガできる波、つまり前後の振動波
に対して振幅差のある振動波をトリガ波(一般に
受信波のうちの振動波が所定のレベルを超えたと
き受信波到来時の判断する計測方法においてその
振動波をトリガ波という)として使用することが
最良である。
しかし、超音波パルスの伝播経路中に気泡や異
物などの原因により超音波受信波の振幅が極端に
小さくなつたり、第2図において複数の振動波よ
りなる波形のうち、ピーク波とその直前の振動波
との振幅差が少なくなつたり、また今までの受信
波と今回の受信波との到達時において可成りの差
がでたりすることがある。このような場合の超音
波伝播時間の異状計測値を除去する方法として主
に次の2つの方法があつた。
第1は超音波の伝播時間を測定する系に比較的
大きな時定数を持たせ、突発的な伝播時間の変動
があつても計測には影響を与えないようにする方
法である。この方法の欠点は、流量測定系全体の
レスポンズを下げることと、出力に大きな変動は
ないものの上述のような瞬間的な誤差としては無
視出来なくなる場合があつた。第2は過去の測定
値の時刻歴に対して平均を取り、その平均値と新
たな測定値との比較を逐次行い一定幅以上の乱れ
を異常値として除く方法である。この方法では、
過去の時刻歴の中に異常な値が万一含まれていた
場合にはその平均値が異常となり新たな正常値を
異常値と見做してしまう欠点と複雑な回路を必要
とする傾向にあつた。
また上述のような問題点を解決するために異常
値が発生する根元である受信波に着目し、その振
幅、波形、到達位置の3つの要素を総合的に判断
して異状値を除去し、上記超音波伝播時間を正確
かつ安定に計測するものである。即ち、何等かの
原因により、受信された受信波の振幅が極めて小
さくなつた時、または受信波は第2図のように複
数の振動波よりなる波形で得られるのでそのうち
ピーク波とその直前の振動波との振幅差が所定の
レベル差より小さくなつた時、もしくは今までの
受信波と今回の受信波との到達時間に所定以上の
差がでた時には異状な状態であると判断して超音
波伝播時間として計測しないようにしたものであ
る。
しかしこのように、一時的にしろ受信波到達時
間の瞬間的な変動あるいは微小量の変動に対して
計測したデータを無効にするということは計測シ
ステム上、好ましいものではない。極力、計測デ
ータは継続して得られるべきである。
本発明は上記事情のもとになされたもので、超
音波受信波が瞬間的に変動し正常な計測データが
得られない場合であつても、常に従前の正常な超
音波受信波の到達時に相当する計測データが得ら
れるようになされた超音波受信装置を提供するこ
とを目的としている。
以下、本発明を図示の一実施例について説明す
る。第3図は本発明に係る超音波受信装置の回路
構成を示すブロツク図である。第4図は第3図の
各部の信号波形図であり、これ等の図を用いて以
下に本発明の構成ならびに動作を説明する。
送信器(図示せず)より第1図のaもしくはb
の如き超音波パルスが発射され、この超音波パル
スは伝播媒体を介して超音波受信装置の受波器
(図示せず)に供給され電気信号に変換される。
受信された信号は受信増幅器1により増幅され第
4図Aののような振動板a1,a2,a3よりなる受
信信号を得る。この場合の受信信号は伝播経路中
の異物等の影響を受けなかつた正常な受信波のも
のとする。この受信信号は第3図に示されてい
る3種類のレベルコンパレータに同時に加えられ
る。上記振動波のうちピーク波a2による第1の基
準レベルVpを参照電圧とするピークレベルコン
パレータ2の出力としての第4図Aののような
ピークパルスがAGC回路3へ、また疑似ピーク
パルス発生回路4へ送られる。AGC回路3は供
給されたピークパルスによつて受信増幅回路1
の利得を制御し、受信信号のピークが第1の基
準レベルVpと一致するように動作し定常時には
受信信号のピークと第1の基準レベルVpとは
ほぼ一致した状態となる。
一方、第2の基準レベルVz(一般にVz=0と
する)をもつゼロクロスコンパレータ5より出力
されるゼロクロスパルスは、受信信号が第3
の基準レベルVzsを超えた時のみにゼロクロスセ
レクトコンパレータ6よりの制御信号により出
力される。上述のような正常な受信波による受信
信号によるピークパルスが疑似ピークパルス
発生回路4に供給されるとピークパルスの到来
時点に該回路より疑似ピークパルスとして信号
が出力される。これ等の信号のタイムチヤートを
第4図Aの〜に示す。
つぎに第4図Aのような正常な超音波受信波
が、送信器より一定時間間隔ごとに発射されて各
周期毎に得られていたのに対して、伝播経路中の
何等かの原因により第4図Bの′のように受信
信号の到達時間が瞬間的に遅れたとする。この場
合の受信信号の各振動波はb1,b2,b3でそのうち
のピーク波b2によるピークパルスコンパレータ2
の出力として同図Bの′のように、前回の正常
な受信波により得られたピークパルスより遅
れ、これに順じてゼロクロスセレクトパルス′
ゼロクロスパルス′は図のようになる。
いま、第4図Aにおいて超音波パルスの送信時
からゼロクロスパルスの発生時迄の時間、即ち到
達時間をt1とし、ピークパルス波の立上り時と
ゼロクロスパルスの立上り時の時間差をt3とす
る。つぎに第4図Bにおいて、この受信信号′
の到達時間をt1′とし、正常な超音波受信信号
により得た疑似ピークパルスの立上り時と受信
信号′の到達時の時間差をt2′とするとピークパ
ルス′の立上り時とゼロクロスパルス′の立上
り時との時間差をt3とすると、第4図AおよびB
より次のような関係がわかる。
t1′+(−t2′+t3) =t1′−(t2′−t3)=t1 ……(1) また、第4図Bの受信信号′の到達時間が瞬
間に正常な受信波の到達時間より早くなつた時は
上式は第4図AおよびBにおいてt1とt1′を入れ換
えて t1′+(t2′−t3)=t1 ……(2) となる。従つて(1)式または(2)式によつて、超音波
パルスの到達時間が伝播経路中の何等かの原因に
より瞬間的に変動したとしても、正常な受信波到
達時間を得ることができる。そこで第3図の具体
的な回路によつてこれを実現している。
いま、超音波パルスの到達時間が瞬間的に遅れ
第4図Bのようになつた場合について説明する。
時間差検出回路7は、疑似ピークパルス発生回路
4から出力された変動前の疑似ピークパルスと
変動により遅れたゼロクロスパルス′とが供給
されると両パルスの到達時と到達時間差を検出
し、このゼロクロスパルス′の到達時が疑似ピ
ークパルスの到達時より遅い時は“L”レベル
の信号をまた逆の時は“H”レベルの信号を
出力するとともに両パルスの到達時間差t2′を検
出しパルス信号を出力してゲート回路10の一
方の入力に与えられる。カウンタ8はt2′の間、
信号に応じてクロツクパルス発生器9よりのク
ロツクパルスをゲート回路10を介してNt2′とカ
ウントする(時間t2′におけるカウントパルス数
をNt2′と表す。以下同様とする。)。この際、時間
差検出回路7の出力信号は“L”レベルでカウ
ンタ8はダウンカウントして−Nt2′とし、“H”
レベルではアツプカウントして+Nt2′とカウント
する。一方、カウンタ8は超音波パルスが送信さ
れる毎(以下送信指令毎にという)にピークパル
スとゼロクロスパルスの到達時間差t3(一般
に受信信号の振動数の1/4周期に相当する)に相
当する+Nt3にプリセツト回路11によりプリセ
ツトされている。従つてカウンタ8はカウント終
了時に(−Nt2′+Nt3)を保持している。ラツチ
回路12は送信指令毎にセツトされ受信波到達時
即ちゼロクロスパルス′によりリセツトされる。
カウンタ13はラツチ回路12がセツトされる
間、クロツクパルスをゲート回路14を介して
Nt1′をカウントする。加算器15はカウンタ8の
データ(−Nt2′+Nt3)とカウンタ13のデータ
Nt1′の加算となり Nt1′+(−Nt2′+Nt3) =N{t1′+(−t2′+t3)}=N・t1 を出力する。また受信信号の到達時間が正常な受
信波の到達時間より早くなつた時は Nt1′+(Nt2′−Nt3) =N{t1′+(t2′−t3)}=Nt1 が加算器15から出力される。このように超音波
受信波が瞬間的に変動し正常なゼロクロスパルス
が得られない場合であつても正常な超音波受信波
の到達時刻に相当するデータを得ることができ計
測の信頼性を著しく向上することができる。
ただ、何等かの原因により受信波到達が大巾に
変化した場合あるいは正常な受信波到達以前にノ
イズなどの原因でゼロクロスパルスが生ずること
もあり得るので、この場合も上述同様に補正して
計測データとすることは好ましくないので第3図
の回路に第5図の如き回路構成20を付加するこ
とによつてカウンタ8の出力データをリミツトチ
エツクして補正を限定とするようにしたものであ
る。即ち、設定器17よりあらかじめ設定された
値ΔNとカウンタ8の出力データ(−Nt2′+Nt3
あるいは(+Nt2″+Nt3)を比較器16により比
較して設定値ΔNよりその絶対値が小さい時有効
データとして加算器15の出力データを当該超音
波受信波の到来時として計測し、もし設定値ΔN
より前述の絶対値が大きくなつた時のみ加算器1
5の出力データを無効として計測しないようにす
るためにゲート回路18に前記比較器16の出力
のチエツク信号と加算器15の出力データを供給
して、このゲート回路18より上述のような有効
データのみを取り出すようにすることができる。
以上は時間の測定をデイジタル方式で行つた実
施例であるが、カウンタ回路を積分回路に、その
他の回路はそれぞれ一般のアナログ回路に置換し
てアナログ方式を実現することは容易である。
本発明は、上述のように超音波受信波が瞬間的
に変動して正常な計測データが得られないような
場合であつても、常に従前の正常な超音波受信波
の到達時に相当する計測データを得られるように
なされた超音波受信装置であるので、超音波パル
スの伝播経路中に何等かの原因により受信波が瞬
間的に変動して計測を誤つたり、計測データを無
効とすることなく、このような時でも常に従前の
正常な受信波到達時刻に相当する計測データを継
続して得ることができるので超音波計測の信頼性
を著しく向上することができる。さらに何等かの
原因で受信波到達が大巾に変化した場合あるいは
正常な受信波到達以前にノイズなどの原因でゼロ
クロスパルスを生じた場合にのみ得られた計測デ
ータを無効とすることにより一層信頼性を高める
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図a乃至bは超音波パルスの波形図、第2
図は超音波受信信号の波形図、第3図は本発明の
一実施例を示すブロツク図、第4図は第3図の各
部の信号波形図、第5図は第3図に付加する回路
構成を示すブロツク図である。 1…受信増幅回路、3…AGC回路、4…疑似
ピークパルス発生回路、7…時間差検出回路、
8,13…カウンタ、11…プリセツト回路、1
5…加算器、16…比較器、18…ゲート回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 超音波送信器より超音波パルスを発射し伝播
    媒体を介して受信された超音波受信信号の振動波
    のうちのピーク波がゼロレベルをクロスする時点
    を超音波受信波の到来時として当該超音波パルス
    の送信時からの伝播時間を検出する超音波受信装
    置において、 正常な超音波受信波のピーク波の送信時からの
    時間を記憶しこの時点で擬似ピークパルスを出力
    する疑似ピークパルス発生回路と、 該疑似ピークパルスと前記当該超音波パルスの
    ピーク波がゼロレベルをクロスする時点で発信さ
    れるゼロクロスパルスとを入力としこの両パルス
    の到達時の到達時間差を検出して前記ゼロクロス
    パルスの到達時が前記疑似ピークパルスの到達時
    より遅い時は負とし早い時は正とする前記到達時
    間差信号を出力する時間差検出回路とを具備し
    て、 この到達時間差を前記ピーク波のピーク時から
    ゼロクロスパルスの立上り時までの時間と送信時
    からゼロクロス時までの時間との代数和を当該超
    音波受信波の到来時として計測することを特徴と
    する超音波受信装置。 2 超音波送信器より超音波パルスを発射し伝播
    媒体を介して受信された超音波受信信号の振動波
    のうちピーク波がゼロレベルをクロスする時点を
    超音波受信波の到来時として当該超音波パルスの
    送信時からの伝播時間を検出する超音波受信装置
    において、 正常な超音波受信波のピーク波の送信時からの
    時間を記憶しこの時点で疑似ピークパルスを出力
    する疑似ピークパルス発生回路と、 該疑似ピークパルスと前記当該超音波パルスの
    ピーク波がゼロレベルをクロスする時点で発信さ
    れるゼロクロスパルスとを入力としこの両パルス
    の到達時の到達時間差を検出して前記ゼロクロス
    パルスの到達時が前記疑似ピークパルスの到達時
    より遅い時は負とし早い時は正とする前記到達時
    間差信号を出力する時間差検出回路とを具備し
    て、 この到達時間差と前記ピーク波のピーク時から
    ゼロクロスパルスの立上り時までの時間と送信時
    からゼロクロス時までの時間との代数和を当該超
    音波受信波の到来時として計測し前記到達時間差
    と前記ピーク波のピーク時からゼロクロスパルス
    の立上り時までの時間との差があらかじめ定めた
    時間以内である時のみに該計測のデータを有効と
    することを特徴とする超音波受信装置。
JP56093248A 1981-06-17 1981-06-17 Ultrasonic receiving device Granted JPS57207882A (en)

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JPS57207882A JPS57207882A (en) 1982-12-20
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