JPS6381288A - 超音波レベル計 - 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〉 本発明は、超音波パルスを測定面に放射し、その反射波
を受波しその超音波パルスの往復時間から測定面までの
距離を測定する超音波レベル計に係り、特に２線を介し
て外部電源より電流の供給を受は距離に対応した例えば
４〜２０ｍＡの統一′ＩＩｌ流にこの電流を変換して伝
送する２線式の超音波レベル計に関する。

〈従来の技術〉 第６図に示す超音波レベル計は昭和６１年１月１６日に
本出願人より特願昭６１−６９８３として出願されたも
ののブロック図である。従来技術として以下これについ
て説明する。

外部電源１０は受信抵抗１１．伝送線Ｌ＋　、　Ｌ２を
介して電流制御回路１２に接続されている。

伝送線Ｌ＋　、１２には電流＆ｌＪ　ｍ回路１２により
制御される負荷電流【Ｌが流れており、その一部の電流
Ｉｚは定電圧回路１３に供給され回路電源に用いられる
定電圧Ｖｚを発生させる。更に負荷電流ＩＬの他の一部
Ｉｒは電流制限回路１４に供給されコンデンサ１５を充
電する。

コンデンサ１５の両端の電圧Ｖｃは送信回路１６に供給
され、タイミング回路１７からの送信信号Ｓｔにより送
信回路１６が１ｌＩＪｒＥされて昇圧された駆動パルス
Ｐｏ＋が送受波器１８に印加される。

送受波器１８が励振されて測定面１９に放射された超音
波パルスは測定面１９で反射されて送受波器１８に戻り
微弱な受信信号Ｒｓ＋を発生する。

この受信信号Ｒｓ＋は抵抗２０．ダイオード２１．２２
で構成された受信回路２３で受信され。

低電圧Ｖｚで付勢された増幅回路２４で増幅される。受
信回路２３では送信回路１６から駆動パルスＰｏ１を送
出するときにダイオード２１．２２でその電圧を制限し
増幅回路２４を保護する機能もあわせもつ。

距離測定回路２５は増幅回路２４で増幅した受信信号Ｒ
５＋とタイミング回路１７からの送信信＠Ｓｔとを受け
これらの時間差から送受波器１８と測定面１９との距離
に対応した電圧を出力し。

この電圧が電流１１１１１回路１２に供給される。

電流制御回路１２はこの電圧に対応した負荷電流ＩＬに
なるように電流＄制御する。

送信回路１６は、スイッチ素子２６．２７．駆動回路２
８およびトランス２９より構成されている。

次に、第６図に示す超音波レベル計の動作を第　　□７
図に示す波形図を用いて説明する。タイミング回路１７
からの送信信号Ｓｔ　　（第２図（イ））が駆動回路２
８に供給されるとスイッチ素子２６゜２７が交互に駆動
されトランス２９により昇圧されたバースト波の駆動パ
ルスＰｏｐ（第２図（ロ））が間欠的に送受波器１８に
に印加される。駆動パルスＰＯＴのエネルギー源はｆｆ
ｆｌＩｔ制限回路１４により負荷電流１ｃを０％（例え
ば４ｍＡ）以下に制限してコンデンサ１５に蓄積された
電荷を利用する。コンデンサ１５の両端の電圧Ｖｃは第
２図（ハ）に示すように駆動パルスＰＤＩを送信後はフ
ンデンナ１５に′ｒｔ積された電荷を使い果たして低下
し、送信終了後に充電を開始して上昇する変化を示づ。

この場合の充電電流１ｒは第２図（ニ）に示すように１
！ｉ流制限回路１４の働きによりその最大値がＩＡに制
限され、伯の電流１ｚとの和の電流（ｒＡ＋ｒｚ）が０
％以下に抑えられる。もし、Ｔｉ流制限回路１４を設け
ないと駆動パルスＰｏ＋の送出時と送出後のコンデンサ
１５の充Ｋｔｆｆｉ流が増加し、電流１ｃに影響を与え
るため。

負荷電流ＩＬにリップルが乗る。

この場合の駆動周期Ｔ（第２図（ニ））はコンデンサ１
５を充電するのに充分な周期を持つように設定する。例
えば、コンデンナ１５の静電容重をＣ−２２０ＰＦ、Ｉ
ｒ−２ｍＡ、Ｖｃ　−２０（Ｖ）とすると駆動周期下は
、Ｔ−ＣＶｃ／Ｉｒ−２，２（秒）となり、２．２秒ご
とに送受波器１８を駆動することが出来る。このときの
コンデンサ１５に貯えられるエネルギーは（１／２）Ｃ
ＶＣ２−５８ｍＷであるが、駆動時間τ（第１図（イ）
）を例えば０．５　（ｍｓ）とすれば、５８ｍＷ１０．
５ｍＳ：１００ｍＷ相当の駆動パワーを送受波器１８に
供給できる。

定電圧回路１３はコンデンサ１５の充放電による影響を
受けないのでその定電圧ＶＺは安定である。したがって
、受信された受信信号Ｒｓ＋は増幅回路２４で安定に増
幅され、更に、距離測定回路２５で駆動パルスの送信か
ら受信までの時間差が演算され対応する電圧が電流制御
回路１２に入力される。電流制御回路１２ではこの電圧
に対応する４〜２０ｍＡの負荷電流■しに変換して伝送
線し１．Ｌ２を介して受信抵抗１１に伝送し、受信抵抗
１１に距離に対応した受信電圧を発生させる。負荷電流
ＩＬは（Ｉｃ＋Ｉｚ＋Ｉｒ）になるように設定される。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながらこの様な超音波レベル計では、■送信超音
波のエネルギーを大きくするために超音波の送信間隔を
大きくとる必要がある。このため測定回数が減り出力揺
動が増える。■超音波信号を受診した後１次の送信まで
の間２回路は実質的に動作していないので、この期間に
消費される電力は無駄となる。■コンデンサに充電する
充ｆｆｉ電流は回路電流側からの制約により小さく押さ
えられているので、大きな送信パワーを得るためには超
音波の送信間隔を大きくせざるを得ない。などの問題が
ある。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明は１以上の問題点を解決するため、超音波パル
スを送信しあるいは受信する送受波器と一定時間ごとに
送信信号を出し送信のタイミングを制御するタイミング
手段と送信信号が入力され送受波器をバースト励振する
送信回路とバースト励振により測定面に超音波パルスが
放射されて反射した超音波パルスを増幅する増幅回路と
前記送信から受信までの時間を検出して距離を演算して
演算出力を出す距離測定手段とを有する超音波レベル計
に係り、２Ｉ！を介して外部電源から供給された電流の
一部を制限する電流制限回路と、この電流制限回路を介
して供給される充ｌＲ電流によりバースト励振のエネル
ギーを蓄積するエネルギー蓄積手段と、２線を介して供
給されるｆｆｉ流から回路１ａ源用の定電圧を得る定電
圧回路と、距離測定手段で演算された演算出力をホール
ドする定電圧によって付勢されたホールド手段と、この
ホールド手段の出力に対応した負荷電流に変換して外部
電源側に伝送する１２１制御手段と、タイミング手段か
ら制御信号をうけて送信タイミング発生後の所定期間経
過侵に少なくともタイミング手段と出力ホールド手段と
電流制御手段の各電源を除いて定電圧回路からの電源を
止めるｉ！電源制御回路を具備するようにしたものであ
る く作　用〉 この様な本発明の構成により、超音波パルスを送出しな
いときにはコンデンサなどのエネルギ蓄積手段に電流制
限回路を介して外部電源からの電流による電荷を蓄積し
、超音波パルスを送出するときにはこのエネルギ蓄積手
段に蓄積したパワーを使用する。ことにより消費電流を
平均化すると共に送信タイミング手段による送信タイミ
ング発生後の一定期間を経過した後に電源制御回路によ
り回路の一部の電源への電力の供給を停止する。

〈実施例〉 以下１本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。

なお、第６図に示す従来の超音波レベル計と同一の機能
を持つ部分については同一の符号を付して適宜その説明
を省略する。

１７はタイミング回路であり、ここから送信のタイミン
グを決める送信信号Ｓｔを送信回路１６に送出し駆動パ
ルスＰＤＩを送波器１８ａに送出する。送波器１８ａは
この駆動パルスＰｏ＋により超音波パルスを測定面１９
に放射する。ここで反射した超音波パルスは受波器１８
ｂで受信信号Ｒｓ＋とじて受信され受信回路２３に入力
される。

距離測定回路２５はタイミング回路１７と受信回路２３
からの時間差ＴＬを検出しこれを送波器１８ａ（受波２
１１８ｂ）と測定回１９との距離に対応した電圧信号に
変換する。この電圧信号は出力回路３０を介して出力さ
れる。一方、タイミング回路１７は電源制御回路３１に
制御信号Ｓｃを送りこれによって受信回路２３と距離測
定回路２５の電源を制御する。

次に１以上の動作を第２図に示す波形図を用いて説明す
る。タイミング回路１７からは駆動周期Ｔごとに送信信
号Ｓｔ　　（第２図（イ））を発信すると共に電源制御
回路３１に制御信号Ｓｃ　（第２図（ロ））を送出する
。制御信号Ｓｃのパルス幅は２例えば超音波パルスの最
大伝播時間〈最大距離）ＴＭより長い設定時間Ｔｒ＋−
に設定され、設定時間ＴＭ　′の間だけ受信回路２３と
距離測定回路２５に電圧が供給される。受信回路２３と
距離測定回路２５には（Ｔ−ＴＭ−）の時間は電圧の供
給が行われない。ここで１例えばＴ−１秒、Ｔｒｔ−−
５０ｍＳ（測定距離、約８．８ｍに相当）。

受信回路２３と距離測定回路２５の消費との２つの平均
消費電流は２．０ｍＡｘ５０ｍｓ／１ｓｅＣ−０，１ｍ
Ａになる。したがって残りの１．９ｍＡを送信回路１５
側に供給可能になる。４〜２０ｍＡの２線式の超音波レ
ベル計の場合は回路の全消費電流を４ｍＡ以下に抑える
必要があるが。

受信回路２３と距離３１１１１Ｆ回路２５とに対して電
源ｖＩｍをする場合には１．．９ｍＡと２．０ｍＡ　（
−４−２ｍＡ）の余裕が生じるので、２ｍＡの消費電流
に対しては（２＋１．９）／２−１．９５倍に送信パワ
ーを増加させることができる。

第３図は本発明を具体的に示すブロック図である。

距離測定回路２５での距離の演算結果はホールド回路３
２に入力されここで距離辷対応した電圧が保持される。

保持された電圧は電流制御回路１２の入力端に印加され
受信抵抗１１に対応する電流を流し続ける。

一方、定電圧回路１３１発生された定電圧Ｖｚはタイミ
ング回路１７．ホールド回路３２．電流υ制御回路１２
および電源１ＩＩＩＪ御回路３１に直接供給されている
。電源制御回路３１はタイミング回路１７から制御信号
Ｓｃの供給をうけ９例えばインバータ３３などのバッフ
ァと抵抗３４を介してトランジスタ３５のベースに印加
されている。しかしくインバータ３３などのバッファを
介さずに直接υ１１信号Ｓｃでトランジスタ３５を駆動
してもよい。トランジスタ３５のエミッタには定電圧Ｖ
２が印加され、そのコレクタは受信回路２３と距離測定
回路２５の電源に接続されている。

この様な構成により、制御信号Ｓｃによりトランジスタ
の導通を制御して受信回路２４と距離測定回路２５の電
源を制御することができる。

第４図は第３図における距離測定回路２５の代わりにマ
イクロコンピュータで実現した実施例を示すブロック図
である。

３６はマイクロプロセッサ、３７はリードオンリメモリ
、３８はランダムアクセスメモリ、３９はバス、４０は
入出力ボートであり、これらはマイクロコンピュータ４
１を構成する。なお、４２はカウンタである。定電圧Ｖ
ｚはマイクロコンピュータ４１．１！！制御回路１２．
Ｎ源制御回路３１、および端子Ｔｏを介してタイミング
回路１７に供給されている。

ここで、第５図に示すフローを用いて第４図に示す実施
例の動作を説明する。

スタート（ステップ■）のあと、マイクロプロセッサ３
６には一定周期ごとにタイミング回路１７から送信信号
Ｓｔ　　（ステップ■）が供給される。

マイクロコンビーユタ４１自体は送信信号Ｓｚが供給さ
れるまではスタンバイモードにあり内部回路の動作を休
止しておりそのときの消費電流は数／−Ａ程度である。

送信信号Ｓｔが供給されるとマイクロコンビーユタ４１
が動作を開始して電源制御回路３１に制御信号Ｓｃを供
給する（ステップ■）。同時に対応する送信信号Ｓｔ　
−を送信回路１６に供給してカウンタ４２からのクロッ
クＣＬの計数を開始すると共に超音波パルスを送受波器
１８より測定面１９に送出する（ステップ■）。

反射した超音波パルスは受信回路２３で受信され（ステ
ップ■）カウンタ４２のカウントを停止させる。マイク
ロコンビーユタ４１はこのカウンタの計数値を入出力ボ
ート４０を介して取り込み距離、温度補正、ノンリニア
補正および流量演算などの計算をする（ステップ■）、
、この後、この距離などの演算の結果は電流制御回路１
２に出力される。これらの演算を終了の後、マイクロコ
ンピュータ４１は制御信号Ｓｃを電源制御回路３１に送
出する（ステップ■）と共にマイクロコンピュータ４１
をスタンバイモードとして（ステップ■）その消費電力
を節約する。以下、ステップ■に戻りこれを繰り返す。

なお、第３図では９、距離測定回路２５と受信回路２３
の両方への電源を制御したが、これらのうちの一方だけ
を制御してもよい。

また、制御信号Ｓｃの送出開始時刻を送信信号＄ｔの送
出侵Ｔｄだけ遅らせてもよい。この場合下ｄは最小の測
定距離の伝播時間より短く設定する。

更に、制御信号Ｓｃの終了時期は演算回路をＩ１１御し
て、受信信号の処理終了侵に行うようにしてもよい。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば１回路の消費電流を極端に小さくすることがことが
でき、更に回路側で消費電流を減らしたふんを送信パワ
ーに振り向けることができる。また、超音波の送信周期
を短くすることが出来るので、出力の揺動も小さく出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図。 第２図は第１図の実施例の各部の波形を示す波形図、第
３図は本発明を具体的に示すブロック図。 第４図は第３図における距離測定回路の代りにマイクロ
コンピュータで実現した実施例を示すブロック図２．第
５図は第４図の実施例の動作のフローを示すフロー図、
第６図は従来の超音波レベル計の構成を示すブロック図
、第７図は第６図に示す超音波レベル計の各部の波形を
示す波形図である。 １０・・・外部電源、１１・・・受信抵抗、１２・・・
′？Ｒ流制御回路、１３・・・定電圧回路、１４・・・
電流制限回路、１５・・・コンデンサ、１６・・・送信
回路、１７・・・タイミング回路、１８・・・送受波器
、２３・・・受信回路、２５・・・距離測定回路、３１
・・・電源制御回路。 ３２・・・ホールド回路、３６・・・マイクロプロセッ
サ。 ３７・・・リードオンリメモリ、３８・・・ランダムア
クセスメモリ、４０・・・入出力ボート、４１・・・マ
イクロコンピュータ。 第５図 第７図 Ｔ−一一一一一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波パルスを送信しあるいは受信する送受波器と一定
   時間ごとに送信信号を出し前記送信のタイミングを制御
   するタイミング手段と前記送信信号が入力され前記送受
   波器をバースト励振する送信回路と前記バースト励振に
   より測定面に前記超音波パルスが放射されて反射した超
   音波パルスを増幅する増幅回路と前記送信から受信まで
   の時間を検出して距離を演算して演算出力を出す距離測
   定手段とを有する超音波レベル計において、２線を介し
   て外部電源から供給された電流の一部を制限する電流制
   限回路と、この電流制限回路を介して供給される充電電
   流により前記バースト励振のエネルギーを蓄積するエネ
   ルギー蓄積手段と、前記２線を介して供給される電流か
   ら回路電源用の定電圧を得る定電圧回路と、前記距離測
   定手段で演算された前記演算出力をホールドする前記定
   電圧によって付勢されたホールド手段と、このホールド
   手段の出力に対応した負荷電流に変換して前記外部電源
   側に伝送する電流制御手段と、前記タイミング手段から
   制御信号をうけて前記送信タイミング発生後の所定期間
   経過後に少なくとも前記タイミング手段と前記出力ホー
   ルド手段と前記電流制御手段の各電源を除いて前記定電
   圧回路からの電源を止める電源制御回路とを具備するこ
   とを特徴とする超音波レベル計。