KR820000302B1 - 초음파식 측정장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초음파식 측정장치

제 1 도는 종래의 초음파 유량 측정장치의 회로도,

제 2 도는 그 시간차 검출회로의 회로도,

제 3 도는 본 발명의 1 실시예의 회로도,

제 4 도는 그 요부의 1 실시예의 회로도,

제 5 도는 그 동작을 설명하기 위한 각 부분의 출력신호의 파형도,

제 6 도는 그 요부의 다른 실시예의 회로도,

제 7 도는 그 동작을 설명하기 위한 각 부분의 출력신호의 파형도,

제 8 도는 본 발명의 다른 실시예의 회로도이다.

본 발명은, 카운터가 발진기의 발신출력을 설정값까지 계수하는데에 요하는 계수시간과, 초음파가 피측정 유체중을 전달 반송하는데에 요하는 전반(全般) 시관과의 시간차를 검출하고, 이 차신호에 근거하여, 그 시간차가 영(零)이 되도록 그 발진기의 발진주파수를 변화시켜서, 이에 의하여 초음파를 피측정 유체의 흐름에 대해서 순방향으로 발사하였을 때의 발진주파수와 역방향으로 발사하였을 때의 발진 주파수와의 차에서 피측정 유체의 유속 혹은 유량을 측정하는 초음파식 측정장치에 관한 것이다.

제 1 도는, 종래의 초음파 유량계의 블록도이다.

이 제 1 도에 있어서, 10은 피측정 유체가 화살표 방향으로 흐르는 측정관로로서, 이 측정관로 10의 관의 벽에는 장치요소 15, 16을 사이에 두고 트랜스듀서(transduser) 13, 14가 장치되어 있다.

이 트랜스듀서 13, 14는 전기신호를 음향신호로 혹은 음향신호를 전기신호로 변환하는 변환소자로서, 어떤 모우드에 있어서는 트랜스듀서 13이 송신자가 되고 또한 트랜스듀서 14가 수신자로 되고, 한편 다른 모우드에 있어서는 트랜스듀서 14가 송신자가 되고, 또한 트랜스듀서 13이 수신자가 된다. 이 모우드의 절환은 모우드 절환기 9에 의하여 행하여 진다. 이 모우드 절환기 9는, 트랜스듀서 13, 14가 번갈아서 송신자와 수신자가 될 수 있도록, 게이트회로 6을 통해서 모우드 절환신호 A, B에 의하여 트랜스듀서 13, 14를 제어한다.

1은 발진기요소로서, 2개의 발진기 11, 12 및 콘트롤러 19, 20으로서 되어 있다. 이 발진기 11, 12는 전압 제어형 발진기로서 되어 있고, 제어전압이 시간차 검출회로 8의 출력신호에 응하여 콘트롤러 19, 20에 의해서 변경되고, 그에 의해서 그 발진주파수가 변화된다. 이 콘트롤러 19, 20은 모우드 절환기 9의 모우드 절환신호 A, B에 의하여 어떤 모우드에 있어서는 어느 한편이 그 시간차 검출회로 8의 출력신호를 받아들이도록 선택된다.

2는 모우드 절환기 9에 의하여 선택적으로 지정된 발진기 11 혹은 12중의 어느 하나의 출력신호와 같은 때에 출력신호를 발신하는 동기 펄스 발생회로이다. 3은 발진기 요소 1의 출력신호를 계수하는 카운터로서, 동기 펄스 발생회로 2의 출력신호에 근거하여 계수 동작을 개시하여, 계수값이 측정관로 10의 지름등에 따라서 미리 설정된 수 N에 달하면, 계수동작 종료신호를 발신한다. 4는 카운터 3의 출력신호에 의하여 동작을 개시하여, 어느 일정시간 경과후에 출력신호를 발신하는 지연 요소이다. 이 지연요소 4의 출력신호 V는 시간차 검출회로 8에 유도된다. 5는 동기펄스 발생회로 2의 출력신호에 근거하여 트랜스듀서 13, 14를 구동하는 전기신호를 발신하는 송신회로이다. 이 송신회로 5의 출력전기 신호는 게이트회로 6을 통하여 선택적으로 트랜스듀서 13 혹은 14에 유도되고, 또 트랜스듀서 14 혹은 13의 수신신호는 매한가지로 이 게이트회로 6을 통하여 수신회로 7에 유도된다.

이 수신회로 7은 그 수신신호의 검출에 근거하여 트리거신호 Z를 발신하여 시간차 검출회로 8을 제어한다.

제 2 도는 시간차 검출회로 8의 회로도로서, 전단에, 수신회로 7의 트리거신호 Z와 지연요소 4의 출력신호 V가 유도되는 낸드회로 100이 배치되어 있다. 트리거신호 Z와 출력신호 V가 일치하고 낸드회로 100의 출력신호 F의 발신이 정지하면, 트랜지스터 Q₁이 오프(OFF)되고, 정(定) 전류회로 90에서 다이오우드 D를 통하여 콘덴서 C에 충전전류가 흘러서 콘덴서 C를 충전한다. 정전류회로 90, 트랜지스터 Q₁, 다이오우드 D₀및 콘덴서 C에 의하여 램프(RAMP) 회로가 구성되고, 이 램프회로의 출력신호 R 즉 콘덴서 C의 충전전압은 차동 증폭기 80에 유도된다. 이 차동 증폭기 80에는 전반시간 측정용 설정전압 E₅₀이 설정되어 있고, 이 설정전압 E₅₀과 램프회로의 출력신호 R과의 차전압이 시간차 검출회로 8의 출력신호 S로서 발신된다.

이 출력신호 S는 발진기요소 1에 유도된다. 또 Q₁은 콘덴서 C의 충전전압을 방전시키기 위한 전계효과형(電界效果形) 트랜지스터로서, 신호 K에 의하여 온-오프(ON-OFF) 제어된다. 또한 E₅₀은 약 5V에 설정되어 있다.

이렇게 구성된 초음파식 유량 측정장치의 동작을 간단하게 설명한다. 우선, 모우드 절환회로 9의 모우드 절환신호 A에 의하여, 트랜스듀서 14가 수신자로 되고, 발진기요소 1은 발진기 11이 동기펄스 발생회로 2 및 카운터 3에 접속되고 게이트회로 6은 송신회로 5의 출력신호가 트랜스듀서 13에 유도되고, 또한 트랜스듀서 14의 출력신호가 수신회로 7에 유도되도록 제어되는 것으로 한다. 그리고, 소정시간 경과 후에, 지연요소 4에서 그 출력신호 V가 발신되면, 낸드회로 100의 출력신호 M의 발신이 정지되므로, 램프회로의 콘덴서 C가 충전을 개시한다. 그뒤, 트랜스듀서 14의 출력신호가 발신되고, 초음파의 도착이 검출되면, 수신회로 7의 출력신호 Z의 발신이 정지되고, 그에 의하여 다시 낸드회로 100의 출력신호 F가 발신되게 되고, 램프회로의 콘덴서 C의 충전이 정지된다. 이때의 램프 회로의 출력신호 R의 값을 R¹로 한다. 이 출력신호 R¹는 설정전압 E₅₀과 비교되고, 그 차전압 ε가 시간차 검출회로 8의 출력신호 S로서 발신된다. 이 차전압 ε에 따라서 발진기 11의 발진주파수가 제어된다. 그리고, 이러한 동작을 되풀이해서, 최종적으로는, 이 차전압 ε가 영, 즉 출력신호 R¹가 설정전압 E₅₀과 같게 되도록 제어된다. 이렇게 해서, 피측정 유체의 흐름에 대하여 순방향으로 초음파 펄스를 방사시켰을 때의 순방향 전반시간 T_a는, 발진기 11의 발진주파수로 바꿔 놓여진다. 이래서, 순방향 전반시간의 측정이 끝난다.

다음에, 모우드 절환회로 9의 모우드 절환신호 B에 의하여, 트랜스듀서 14가 송신자로 되고, 트랜스듀서 13이 수신자로 되고, 또 발진기요소 1은 발진기 12와 동기펄스 발생회로 2 및 카운터 3에 접속되고, 게이트회로 6은 송신회로 5의 출력신호가 트랜스듀서 14에 유도되고, 트랜스듀서 13의 출력신호가 수신회로 7에 유도되도록 제어된다. 그리고, 상술한 바와 같은 동작에 의해서 피측정 유체의 흐름에 대하여 역방향으로 초음파펄스를 방사시켰을 때의 역방향 전반시간 T_b는 발진기 12의 발진주파수로 바꿔 놓여진다. 이렇게 해서, 역방향 전반시간의 측정을 끝난다. 발진기 11, 12의 발진주파수의 차는 가역(可逆) 카운터 17에 의하여 유속에 비례한 주파수차로서 집어내지고, 표시회로 18에 의하여 유량 혹은 유속으로서 표시된다.

그런데, 초음파는 전반경로의 조건 등에 의하여 여러가지의 장해를 받기 쉬우므로, 정상적인 전반이 행해지고 있는지 어떤지를 충분히 감시할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 된 것으로서, 순방향 전반시간 및 역방향 전반시간의 측정을 번갈아서 되풀이 행할 때에, 순방향 초음파 펄스와 역방향 초음파 펄스 혹은 역방향 초음파 펄스와 순방향 초음파 펄스의 연속하는 2개의 초음파 펄스가 정상적으로 전반되고 있을 경우에만, "초음파 펄스의 전반이 정상적이다"라고 하는 판단을 할 수 있도록 한 초음파식 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은, 본 발명에 의하면, 상술한 종류의 측정 장치에 있어서, 초음파 펄스를 순방향으로 발사시켰을때의 시간과(계수시간과 전반 시간과의 시간차)에 상당하는 제 1의 전압신호와 역방향으로 발신시켰을 때의 그 시간차에 상당하는 제2의 전압신호가 각각 소정의 전압폭 내에 들어있는가 아닌가를 검출하는 비교기와, 이 비교기의 출력에 접속되어, 전기한 제 1 및 제 2의 전압 신호가 연속하여 전기한 소정의 전압폭내에 들어있는가 아닌가를 검출하는 레지스터를 구비하여, 이 쉬프트레지스터(shiftresistor)의 출력에서 순방향, 역방향에 있어서의 초음파 펄스의 전반이 연속해서 정상적으로 행해지고 있는가 아닌가를 판단하도록 하는 것에 의해서 달성된다.

본 발명의 뛰어난 실시예에 있어서는, 시간차에 상당하는 전압신호가 기준 전압과의 차전압이 구하여지고, 이 차전압이 영이되도록 발진기의 발진주파수가 제어되며, 그때에 소정의 전압폭은, 그 기준전압보다도 약간 높은 제 1 설정전압과 약간 낮은 제 2 설정 전압과의 사이의 전압폭이 설정된다.

다음에 본 발명의 실시예를 도면에 근거해서 상세히 설명한다.

제 3 도는 본 발명의 1 실시예의 블록도이다.

이 제 3 도에 있어서, 제 1 도의 각 부분과 동일기능을 가지는 부분에는 동일부호가 붙여져 있다.

본 발명에 있어서는, 초음파의 전반이 정상적인가 이상적인가를 판단하는 이상 감시회로 21이 설치되어 있다. 이 이상 감시회로 21은, 초음파 펄스를 순방향으로 발사시켰을 때의 램프회로의 출력신호 R의 값 R₁과, 역방향으로 발사시켰을 때의 램프회로의 출력신호 R의 값 R₂가 각각 소정의 전압폭내에 들어가 있는가 아닌가를 검출하는 비교기 22와 그 값 R₁, R₂가 연속해서 그 소정의 전압폭내에 들어가 있는가를 검출하는 레지스터 23으로서 되어 있다.

비교기 22는 제 4 도에 표시하는 것과 같이 제 1 비교기 및 제 2 비교기 222로서 구성되어 있고, 이 각 비교기 221, 222에는 저항 R₃, R₄, R₅, R₆(단 저항 R₄, R₅는 가변저항) 및 전원 E₅에 의하여 각각 설정전압 E₅₁, E₅₂가 설정되어 있다. 이 설정전압는 E₅₁은 제 2 도의 기준전압 E₅₀보다도 약간 높은 전위(예를들어 E₅₁=E₅₀+0.1V)로 설정되고, 한편 설정전압 E₅₂는 그 기준전압보다도 약간 낮은 전위(예를들어 E₅₂=E₅₀-0.1V)로 설정된다. 여기에서, 본 발명에 있어서 특히 주목할 것은 음파의 전반의 정상, 이상을 판단하기 위하여, 제 2 도의 시간차 검출회로 7의 램프회로의 출력신호 R에 착안하여, 이 출력신호 R을 비교기 221, 222의 남은 입력으로 유도하도록 한 것이다. 그리고 비교회로 221은 출력신호 R이 설정재압 E₅₁이하일때에는 "1"신호를 계속 발신하고, 한편 비교기 222는 그 출력신호 R이 설정전압 E₅₂를 초과하면, "1"신호를 계속 발신한다.

또, 레지스터 23은 비교의 221의 출력 N₁및 비교기 222의 출력 N₂가 유도되는 앤드(AND) 회로 235와 이 앤드회로 235의 출력 M이 주어지는 D-플립플롭 231과, 이 D플립플롭의 출력 Q₁이 주어지는 D-플립플롭 232와, D-플립플롭 231, 232의 출력 Q₁, Q₂가 유도되는 앤드회로 233으로서 주로 구성되어 있고, D-플립플롭 231, 232의 T입력에는 각각 샘플링 펄스(Sampleing pulse) T가 주어져 있다.

또, 234는 넛(NOT) 회로로서, 이상신호 U를 정논리(正論理)로 갖고 싶을때에 사용된다.

다음에 상기한 구성의 동작에 대해서 제 5 도를 참조하면서 설명한다. 또, 동기신호펄스 L의 발신에 근거하여, 송신회로 5에서 송신펄스가 발신되는 것인데, 이 동기신호펄스 L의 하나하나의 펄스는 이 L에 첨자(添字) 1, 2, …를 붙여서 L₁, L₂…와 같이 표시하기로 한다. 그리고, 이 제 5 도에 있어서의 램프회로의 출력신호 R에서 이해되는 것과 같이, 지금 동기신호펄스 L₁, L₂, L₄, L₅, L₇, L₉일 때에, 그 램프회로의 출력신호 R의 값은 설정전압 E₅₁, E₅₂의 전압폭(E₅₂∼E₅₁)에 들어가 있고, 따라서 초음파의 전반은 정상적으로 행하여졌다는 것을 의미하고 있다.

한편, 동기 신호펄스 L₃, L₅, L₈일 때에는, 그 값 R은 설정전압 E₅₁, E₅₂사이에 들어가 있지않다. 따라서 초음파 펄스의 전반이 순방향, 역방향 혹은 역방향, 순방향 모두 연속하여 정상적인 것은, 동기신호 펄스 L₁-L₂및 L₄-L₅의 연속구간 뿐이고, 따라서 이 구간만 "초음파의 전반이 정상적이다"하는 것을 알리는 신호 W가 레지스터 23에서 어느 시간 늦게 발신된다. 한편 펄스 L₂-L₃, L₃-L₄, L₅-L₆, L₆-L₇, L₇-L₈, L₈-L₇의 연속구간은, 2개의 초음파 펄스의 전반이 연속해서 모두 정상적이 아니므로, 신호 W는 발신되지 않는다. 이와같이, 본 발명에 있어서는, 2개의 초음파 펄스(연속하는 순방향의 초음파 펄스와 역방향의 초음파 펄스, 혹은 연속하는 역방향의 초음파 펄스와 순방향의 초음파 펄스)가 모두 정상적일 때만, 그 정상을 알리는 신호 W를 얻을 수가 있다.

제 6 도는 이상 감시회로 21의 다른 실시예의 회로도이다.

이 실시예에 있어서는, 레지스터 23은 비교기 221의 출력 N₁과 샘플링펄스 T가 유도되는 낸드회로 236과, 비교기 222의 출력 N₂와 샘플링펄스 T가 유도되는 낸드회로 237과, 양 낸드회로 236, 237의 출력 M₁, M₂가 유도되는 익스클루시이브 오어(exclusive OR)회로 238과, 이 익스클루시이브 오어회로 238의 출력 M₃에 의하여 트리거되는 리트리거 가능한 단(單) 안정 멀티 바이브레이터 239로서 구성되어져 있다.

이 단안정멀티 비이브레이터 239의 설정출력 펄스폭 ΔT는, 순방향의 측정주기와 역방향의 측정주기와의 합보다도 길게 설정되어져 있다. 즉, 샘플링펄스 T의 2주기분 이상이다. 그리고, 제 5 도와 같은 조건으로 측정을 행하여, 같은 출력신호 R이 나타났을 경우의 각 부분의 출력 신호의 파형을 제 7 도에 표시한다. 이 제 7 도에 표시하는 것과 같이 단안정 멀티바이브레이터 239는 리크리거 가능이므로, 초음파 펄스의 전반이 계속해서, 혹은 하나 걸러서 이상적일 경우에는, 그 단안정 멀티바이브레이터 239에서는 계속해서 이상신호 U'가 발신된다. 또한, 제 6 도의 실시예는, 제 4 도의 실시예에 비교하여, 설정시간 ΔT 즉 이상신호 계속시간을 임의로 조정할 수 있으므로, 장시간의 이상 경보가 필요한 경우에는 편리하다.

제 8 도는 본 발명의 다른 실시예의 회로도이다.

이 실시예에 있어서, 발진기 11에 의해서, 얻어지는 순방향 때의 발진주파수 f₁과 발진기 12에 의해서 얻어지는 역방향 때의 발진주파수 f₂와의 차 Δf(=f₁-f₂)를 형성하는 모듈레이터(modulator) 28의 출력신호를 전압신호로 변환하는 F/V 변환기 29와, 한편의 입력에 이 변환기 29의 출력이 유도되고, 다른 편의 입력에 후술하는 적분기(積分器) 26의 출력이 유도되는 차동 증폭기 24와, 스위치회로 25를 통하여 이 차동 증폭기 24의 출력이 유도되는 적분기 26과, 이 적분기 26의 전압출력을 전류신호로 변환하는 V/₁변환기 27로서 구성되어져 있다. 스위치회로 25는 예를들어 전계효과형 트랜지스터 Q₃로서 구성되어, 이상 감시회로 21의 출력신호 U 혹은 U'에 의하여, 온-오프 제어된다. 즉 그 신호 U(혹은 U')가 "1"신호(즉 음파의 전반이 이상적이다)로 되어 있을 때에는, 트랜지스터 Q₃이 온 제어되고, 차동증폭기 24의 출력이 적분기 26에 공급되는 것이 저지된다. 따라서, 이 실시예에 있어서는, 음파의 전반이 이상적일 때에는 그 전의 지시값이 유지된다. 또한 레트(LED)는 발광 다이오우드이다.

이상 설명한 것과 같이, 본 발명에 있어서는, 순방향 및 역방향의 1회의 측정마다, 초음파전반의 정상, 이상을 판단하므로, 이상판단의 응답이 빠르다. 따라서 이상 검출에 빠짐이 없다는 등의 효과를 가진다.

그리고 또 초음파 펄스의 전반이 순방향 및 역방향, 혹은 역방향 및 순방향으로 라고 하는 것과 같이 2개의 연속하여 정상적인 경우에만 그 전반이 정상적이라고 하는 것을 알리는 신호를 발신시켰으므로 측정상 대단히 바람직하다.

Claims (1)

1. 카운터가 발진기의 발진출력을 설정값까지 계수한는 데에 요하는 계수시간과 초음파 펄스가 피측정 유체중을 전반하는데에 요하는 전반시간과 시간차를 검출하고, 이 차신호에 근거하여, 그 시간차가 영이 되도록 전기한 발진기의 발진 주파수를 변화시켜서, 이에 의해서 초음파 펄스를 전기한 피측정 유체의 흐름에 대하여 순방향과 역방향과의 번갈아 되풀이 하여 발사시키고, 순방향으로 발사시켰을 때의 발진주파수와 역방향으로 발사시켰을 때의 발진주파수와 역방향으로 발사시켰을 때의 발진주파수와의 차에서 전기한 피측정 유체의 유속 혹은 유량을 측정하는 것에 있어서, 전기한 초음파 펄스를 순방향으로 발사하였을 때의 전기한 시간차에 상당하는 제 1의 전압신호와 역방향으로 발사시켰을 때의 전기한 시간차에 상당하는 제 2의 전압신호가 각각 소정의 전압폭 내에 들어 있는가 아닌가를 검출하는 비교기와, 이 비교기의 출력에 접속되어 전기한 제 1 및 제 2의 전압신호가 연속하여 전기한 소정의 전압폭 내에 들어가 있는가, 아닌가를 검출하는 레지스터를 구비하고 이 레지스터의 출력신호에서, 순방향 역방향에 있어서의 초음파 펄스의 전반이 연속하여 정상적으로 행해지고 있는가 아닌가를 판단하는 것을 특징으로 하는 초음파식 측정장치.

Images