SE521769C2

SE521769C2 - ultrasound device

Info

Publication number: SE521769C2
Application number: SE0102108A
Authority: SE
Inventors: Joergen Marklund
Original assignee: Flow Group Ab D
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2003-12-02
Also published as: SE0102108L; WO2002103348A1; SE0102108D0

Abstract

The invention relates to an ultrasonic device for transmitting and receiving ultrasonic pulses, comprising at least one transducer (1), which is capable of converting electrical signals into ultrasonic signals and vice versa. An electronic control circuit is included in the device and comprises a transmitting state adapted to excite the transducer, in a transmitting mode, causing it to transmit ultrasonic pulses as well as a receiving stage adapted to process, in a receiving mode, ultrasonic signals received by the transducer and converted into electrical reception pulses. The device further comprises a separating circuit adapted to automatically provide electrical separation of the transmitting and receiving stages in at least the receiving mode of the ultrasonic device. The receiving stage is connected to the transmitting stage via one or more diodes (4) each of which is oriented in such manner that, in the receiving mode, it blocks current in the direction from the transmitting stage towards the receiving state whereas, in the transmitting mode, it conducts current in the direction from the reeiving stage towards the transmitting stage.

Description

lO 15 20 25 30 35 ~521l 769 2 som åtminstone till viss del sträcker sig i fluidumets strömningsriktning. Genom att växelvis sända ultraljud- pulserna från än den ena än den andra transducern, mäta den tid ljudet behöver för att färdas till den motsatta transducern och jämföra tidsskillnaden i de båda rikt- ningarna, är det möjligt att få ett mycket noggrant mått på fluidumets strömningshastighet eftersom tidsskillnaden är proportionell mot fluidumets strömningshastighet. Ett utförande av en sådan flödesmätare visas t ex i SE 8803925 (Us 5 214 966). which at least to some extent extends in the direction of flow of the fluid. By alternately transmitting the ultrasonic pulses from one or the other transducer, measuring the time the sound needs to travel to the opposite transducer and comparing the time difference in the two directions, it is possible to obtain a very accurate measure of the fluid flow rate. since the time difference is proportional to the flow rate of the fluid. An embodiment of such a flow meter is shown, for example, in SE 8803925 (Us 5 214 966).

En transducer i ett sådant system drivs således i både sändnings- och mottagningsläge och för att fungera optimalt måste såväl transducer och sändningssteg som transducer och mottagningssteg vara elektriskt anpassade så väl som möjligt till varandra. Speciellt viktigt är detta i mottagningsläget och en felaktig anpassning i detta läge medför försämrad känslighet och kan ge upphov till störsignaler med sämre mätnoggrannhet eller felakti- ga mätresultat som följd. En sådan situation kan uppstå om såndningssteget ej är avskärmat eller separerat från transducern i mottagningsläget. Sändningssteget kommer då att fungera som en elektrisk belastning på transducern vilken dämpar eller helt släcker ut de mottagna och of- tast svaga signalerna. Ett alternativt utförande vore na- turligtvis att använda skilda transducrar för sändning och mottagning. Därvid vore det enkelt att åstadkomma fullständig separering av mottagnings- och såndningsste- gen men det skulle även vara en avsevärt kostsammare lös- ning.A transducer in such a system is thus operated in both transmission and reception mode, and in order to function optimally, both transducer and transmission stages as well as transducer and reception stages must be electrically adapted as well as possible to each other. This is especially important in the reception mode and an incorrect adjustment in this mode results in impaired sensitivity and can give rise to interference signals with poorer measurement accuracy or incorrect measurement results as a result. Such a situation may arise if the transmitting step is not shielded or separated from the transducer in the receiving position. The transmission stage will then function as an electrical load on the transducer which attenuates or completely extinguishes the received and often weak signals. An alternative design would of course be to use different transducers for transmission and reception. This would make it easy to achieve complete separation of the receiving and sanding steps, but it would also be a considerably more expensive solution.

Det är således önskvärt att på ett enkelt sätt åstadkomma effektiv avskärmning eller separering av transducern från såndningssteget i mottagningsläget. Oli- ka lösningar för att åstadkomma detta har presenterats tidigare. Bl a i boken Ultrasonic Density Sensor for Li- quids (ISBN 3-8265-4614-8) av Alf GmbH, Jan-1999, där på sid 90, 91 under rubriken ”5.2 Transmit/receive switch” redogörs för tre olika utföran- Püttmer, Shaker Verlag 10 15 20 25 30 35 ”S21” 769 3 den av en separeringskrets för en ultraljudanordning.Thus, it is desirable to provide in a simple manner effective shielding or separation of the transducer from the sanding step in the receiving position. Various solutions to achieve this have been presented previously. Among other things, the book Ultrasonic Density Sensor for Liquids (ISBN 3-8265-4614-8) by Alf GmbH, Jan-1999, where on pages 90, 91 under the heading “5.2 Transmit / receive switch” three different designs are described- Püttmer , Shaker Verlag 10 15 20 25 30 35 ”S21” 769 3 it of a separation circuit for an ultrasonic device.

Nämligen separering genom i tur och ordning a) en aktiv switch såsom en transistor, b) två motkopplade dioder mellan sändningssteg och transducer och c) en resistor mellan sändningssteg och transducer. Var och en av dessa alternativa utföranden uppvisar dock nackdelar. eller T ex år utförandet enligt alternativ a) svårt, åtminstone kostsamt, att realisera vid system som drivs med höga spänningar, såsom är fallet exempelvis vid an- vändning av s k mikromekaniska transducrar. En switch be- lastar dessutom transducern både resistivt och kapacitivt i mottagningsläge vilket ger olika belastning vid olika temperatur och frekvens och därmed skiftande mätnoggrann- het.Namely, separation by in turn a) an active switch such as a transistor, b) two opposite diodes between the transmission stage and the transducer and c) a resistor between the transmission stage and the transducer. However, each of these alternative embodiments has disadvantages. or For example, the design according to alternative a) is difficult, at least costly, to realize in systems which are operated with high voltages, as is the case, for example, when using so-called micromechanical transducers. A switch also loads the transducer both resistively and capacitively in the receiving position, which gives different loads at different temperatures and frequencies and thus varying measurement accuracy.

Vid utförandet enligt alternativ b) åstadkoms en mycket dålig separering av mottagnings- och sändningsste- gen genom att dioderna är vända med sina respektive fram- riktningar åt vardera hållet. Detta utförande belastar dessutom, såsom i alternativ a), transducern både resis- tivt och kapacitivt vilket får till följd att belastning- en skiftar beroende på temperatur och frekvens.In the embodiment according to alternative b), a very poor separation of the receiving and transmitting paths is achieved in that the diodes are turned with their respective directions in each direction. This design also loads, as in alternative a), the transducer both resistively and capacitively, which has the consequence that the load changes depending on temperature and frequency.

Utförandet enligt c) har väsentligen samma brister som b), d v s dålig separering, genom att resistorn leder lika bra i båda riktningarna, och dessutom både resistiv belastning från resistorn och kapacitiv belastning från switchen i den förkopplade pulsgeneratorn, vilket gör se- pareringskretsen temperatur- och frekvensberoende.The design according to c) has essentially the same shortcomings as b), ie poor separation, in that the resistor conducts equally well in both directions, and in addition both resistive load from the resistor and capacitive load from the switch in the pre-connected pulse generator, which makes the separation circuit temperature and frequency dependence.

Tidigare har såsom transducer vanligen använts en piezoelektrisk kristall. Sådana är ej så känsliga för be- lastning i mottagningsläget utan det kan ofta vara för- delaktigt att ha en viss belastning för dämpning av självsvängningar och undertryckning av radiella sväng- ningar.In the past, a piezoelectric crystal has commonly been used as the transducer. These are not so sensitive to load in the receiving position, but it can often be advantageous to have a certain load for damping self-oscillations and suppression of radial oscillations.

På senare tid har dock även börjat användas s k mik- romekaniska givare där den verksamma svängningsytan är sammansatt av en mängd mycket små svängningselement. För- delarna med att använda en sådan som transducer i en ult- 10 l5 20 25 30 35 i521~ '769 4 raljudanordning är flera. Bl a är den svängande massan liten vilket har till följd att svängningen dämpas mycket snabbt efter en ultraljudpuls vilket i sin tur ger en mer distinkt ultraljudpuls med mindre störande eftersväng- ningar. Ett problem är dock att de erfordrar en hög driv- spänning vid sändning, normalt i storleksordningen 60-200 V, medan de spänningar som alstras under mottagning är smà, vanligen i storleksordningen av nägra mV. Behovet att separera transducern fràn sändningssteget i mottag- ningsläget är därför ännu större med dylika mikromekanis- ka givare. Dock har det visat sig att tidigare kända se- pareringskretsar ej ger tillräcklig separeringseffekt för att de mikromekaniska givarna skall fungera tillfreds- ställande eller fungera över huvud taget sàsom transducer i ultraljudanordningar med högt ställda krav pà mätnog- grannhet.In recent times, however, so-called micromechanical sensors have also begun to be used, where the effective oscillation surface is composed of a number of very small oscillation elements. The advantages of using one as a transducer in an ultrasonic device are several. Among other things, the oscillating mass is small, which has the consequence that the oscillation is attenuated very quickly after an ultrasonic pulse, which in turn gives a more distinct ultrasonic pulse with less disturbing oscillations. One problem, however, is that they require a high driving voltage during transmission, normally in the order of 60-200 V, while the voltages generated during reception are small, usually in the order of a few mV. The need to separate the transducer from the transmission stage in the reception mode is therefore even greater with such micromechanical sensors. However, it has been found that previously known separation circuits do not provide a sufficient separation effect for the micromechanical sensors to function satisfactorily or function at all as a transducer in ultrasonic devices with high demands on measurement accuracy.

Kort redogörelse för uppfinningen Uppfinningen syftar till att undanröja problem och nackdelar med tidigare teknik och skapa en ultraljudan- ordning vilken, genom en enkel och prisbillig av- skärmings- eller separeringskrets, förmår effektivt sepa- rera sändnings- och mottagningsstegen fràn varandra i ät- minstone mottagningsläget. Åtminstone dessa syften uppnås medelst en ultraljudanordning enligt patentkravet 1.Brief description of the invention The invention aims to eliminate problems and disadvantages of prior art and to create an ultrasonic device which, through a simple and inexpensive shielding or separation circuit, is able to effectively separate the transmission and reception stages from each other in at least reception mode. At least these objects are achieved by means of an ultrasonic device according to claim 1.

Till grund för uppfinningen ligger sàledes insikten att separeringen, och därmed känslighet och mätnoggrann- het, kan förbättras avsevärt för alla typer av trans- ducrar men i synnerhet för mikromekaniska transducrar, genom att mottagningssteget och sändningssteget är för- bundna via en diod, vilken är vänd med sin framriktning mot sändningssteget. Det skall dock förstås att istället för endast en diod skulle det även vara fullt möjligt att använda tva eller flera dioder i serie- eller parallell- koppling vilka samtliga är vända med sina respektive framriktningar fràn transducern mot sändningssteget. 10 15 20 25 30 521 769 5 Företrädesvis innefattar separeringskretsen även två resistorer av vilka den ena ansluter diodens mottagnings- sida, dvs anoden, och den andra dess sändningssida, dvs katoden, med plussidan av en likströmskälla. Den resistor som förbinder diodens mottagningssida är i ett föredraget utförande avsevärt större än den som förbinder diodens sändningssida och kan lämpligen vara minst 1,5 gànger större, företrädesvis minst 3 gànger större och mest fö- redraget minst 6 gànger större. Härigenom kommer spän- ningen pà diodens mottagningssida i mottagningsläget att vara lägre än pà sàndningssidan och dioden är sålunda backspänd, d v s ingen ström gär genom densamma. Transdu- cern är i det föredragna utförandet ansluten mellan diodens mottagningssida och jord eller minussidan av en likströmskälla.The invention is thus based on the realization that the separation, and thus the sensitivity and measurement accuracy, can be considerably improved for all types of transducers but in particular for micromechanical transducers, in that the receiving stage and the transmitting stage are connected via a diode, which is turn with its forward direction towards the transmission stage. It should be understood, however, that instead of only one diode, it would also be entirely possible to use two or more diodes in series or parallel connection, all of which are inverted with their respective directions from the transducer to the transmission stage. Preferably, the separation circuit also comprises two resistors, one of which connects the receiving side of the diode, i.e. the anode, and the other its transmitting side, i.e. the cathode, with the positive side of a direct current source. The resistor which connects the receiving side of the diode is in a preferred embodiment considerably larger than that which connects the transmitting side of the diode and may suitably be at least 1.5 times larger, preferably at least 3 times larger and most preferably at least 6 times larger. As a result, the voltage on the receiving side of the diode in the receiving position will be lower than on the transmitting side and the diode is thus reverse voltage, i.e. no current flows through it. In the preferred embodiment, the transducer is connected between the receiving side of the diode and ground or the negative side of a direct current source.

I ett härefter beskrivet föredraget utförande av uppfinningen, är en zenerdiod motkopplad i förhållande till separeringskretsens diod. Denna zenerdiod kan dock ej sägas utgöra del av själva separeringskretsen utan an- vänds endast för att begränsa spänningsfallet i ultra- ljudanordningen vid excitering av en sändningspuls.In a preferred embodiment of the invention described below, a zener diode is coupled to the diode of the separation circuit. However, this zener diode cannot be said to form part of the separation circuit itself, but is used only to limit the voltage drop in the ultrasonic device when exciting a transmission pulse.

Kort beskrivning av bifogade ritningar Pâ ritningarna visas i: FIG 1 ett schematiskt kopplingsschema över ett före- draget utförande av en ultraljudanordning en- ligt uppfinningen, varvid de delar som är verk- samma under sändning visas med heldragna lin- jer, FIG 2 kopplingsschemat enligt fig 1, varvid de delar som är verksamma under mottagning visas med heldragna linjer, FIG 3 ett diagram som åskådliggör spänningens varia- tion över tiden över en transducer under en sändningspuls vid användning av en konventio- nell kiseldiod i kopplingsschemana enligt fig 1 och 2 men utan zenerdiod, och 10 15 20 25 30 bd U'| i.. ... 5211769 6 FIG 4 ett diagram enligt fig 3 vid användning av en PIN-diod i kopplingsschemana enligt fig 1 och 2 men utan zenerdiod, FIG 5 ett diagram enligt fig 4 med en zenerdiod en- ligt kopplingsschemana i fig 1 och 2.Brief description of the accompanying drawings The drawings show in: Fig. 1 a schematic wiring diagram of a preferred embodiment of an ultrasonic device according to the invention, the parts acting during transmission being shown in solid lines, Fig. 2 the wiring diagram according to Fig. 1, showing the parts operating during reception in solid lines, Fig. 3 is a diagram illustrating the variation of the voltage over time across a transducer during a transmission pulse using a conventional silicon diode in the wiring diagrams of Figs. 1 and 2, but without zener diode, and 10 15 20 25 30 bd U '| Fig. 4 a diagram according to Fig. 3 using a PIN diode in the wiring diagrams according to Figs. 1 and 2 but without a zener diode, Fig. 5 a diagram according to Fig. 4 with a zener diode according to the wiring diagrams in Fig. 1 and 2.

Detalierad beskrivning av ett föredraget utförande av uppfinningen I fig 1 och 2 visas ett schematiskt kopplingsschema över en ultraljudanordning enligt ett föredraget utföran- de av uppfinningen. I kopplingsschemat betecknar 1 en transducer vilken valfritt kan vara av piezoelektrisk el- ler mikromekanisk typ och vilken har till uppgift att om- vandla elektriska signaler till ljudpulser och vice ver- sa. Transducern är ansluten via en första resistor 2 till en positiv likspänning. Transducerns andra pol är anslu- ten till t ex jord eller ett batteris minuspol.DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION Figures 1 and 2 show a schematic circuit diagram of an ultrasonic device according to a preferred embodiment of the invention. In the wiring diagram, 1 denotes a transducer which can optionally be of the piezoelectric or micromechanical type and which has the task of converting electrical signals into sound pulses and vice versa. The transducer is connected via a first resistor 2 to a positive DC voltage. The other pole of the transducer is connected to, for example, earth or the negative pole of a battery.

I en kopplingspunkt 3 mellan transducern 1 och re- sistorn 2 är en diod 4 ansluten med sin anodsida, dvs diodens framriktning är riktad fràn transducern. I samma punkt 3 är även ansluten en förstärkare 5 vilken har till uppgift att förstärka av transducern mottagna och till elektriska signaler omvandlade ultraljudpulser. De för- stärkta signalerna kan därefter användas för önskat ända- màl, t ex för styrning, mätning eller för att åskådliggö- ras i form av en kurva pà en display eller pà papper.At a connection point 3 between the transducer 1 and the resistor 2, a diode 4 is connected with its anode side, ie the forward direction of the diode is directed away from the transducer. In the same point 3 an amplifier 5 is also connected, which has the task of amplifying ultrasonic pulses received by the transducer and converted into electrical signals. The amplified signals can then be used for the desired purpose, for example for control, measurement or to be illustrated in the form of a curve on a display or on paper.

Diodens 4 katodsida är via en kopplingspunkt 6 an- sluten dels till den positiva likspänningen via en andra resistor 7, dels till jord via en switch 8, t ex en transistor. Switchen 8 styrs av en pulsgenerator 9. Mel- lan kopplingspunkten 6 och switchen 8 finns i det visade föredragna utförandet en zenerdiod 10 med uppgift att bi- behålla spänningen över transducern 1 pä en viss minsta nivà och därigenom bl a förkorta uppladdningstiden för kretsen efter en sandningspuls. Denna zenerdiod kan dock utelämnas om sä önskas. 10 15 20 25 30 u) 'Il -S21 769 7 Vid sändning av en ultraljudpuls från transducern l är de komponenter som är ritade med heldragna linjer i fig l involverade och förloppet är såsom följer: I ett utgångsläge ligger en konstant likspänning över trans- ducern 1, varvid likspänningen bestäms av spänningen mel- lan likströmskällan och jord samt förhållandet mellan re- sistorns 2 resistans och transducerns inre resistans.The cathode side of the diode 4 is connected via a connection point 6 partly to the positive direct voltage via a second resistor 7, and partly to earth via a switch 8, for example a transistor. The switch 8 is controlled by a pulse generator 9. Between the switching point 6 and the switch 8 there is in the preferred embodiment shown a zener diode 10 with the task of maintaining the voltage across the transducer 1 at a certain minimum level and thereby shortening the charging time of the circuit after a sanding pulse. However, this zener diode can be omitted if desired. When transmitting an ultrasonic pulse from the transducer 1, the components drawn in solid lines in Fig. 1 are involved and the process is as follows: In an initial position, a constant DC voltage is present across the transducer. the conductor 1, the direct voltage being determined by the voltage between the direct current source and earth and the ratio between the resistance of the resistor 2 and the internal resistance of the transducer.

Switchen 8 är i utgångsläget i ett icke ledande spärrlä- ge, vilket betyder att kopplingspunkten 6 har i det när- maste samma spänning som likströmskällan eftersom eventu- ell läckström genom switchen är liten. Kopplingspunkten 6 har således högre spänning än kopplingspunkten 3 och dioden 4 är därmed backspänd, dvs ingen ström gär genom densamma. När en ultraljudpuls skall sändas alstrar puls- generatorn 9 en styrpuls med lämpligt avpassad längd.The switch 8 is in the initial position in a non-conductive blocking position, which means that the connection point 6 has almost the same voltage as the direct current source because any leakage current through the switch is small. The connection point 6 thus has a higher voltage than the connection point 3 and the diode 4 is thus reverse voltage, ie no current flows through it. When an ultrasonic pulse is to be transmitted, the pulse generator 9 generates a control pulse of suitably adapted length.

Styrpulsen reglerar switchen 8 så att den övergår från spärrläget till ett ledande läge. Switchen kommer således att börja leda ström och eftersom dess inre resistans är liten kommer spänningen i kopplingspunkten 6 att sänkas till ett värde som bestäms av zenerdioden 10, dioden 4 börjar leda i framriktningen och även spänningen i kopp- lingspunkten 3 sänks till ungefär samma spänning som kopplingspunkten 6. Följden blir ett kraftigt spännings- fall över transducern l, dvs en negativ sändningspuls alstras, och en ultaljudpuls avges från transducern.The control pulse regulates the switch 8 so that it transitions from the locked position to a conductive position. The switch will thus start to conduct current and since its internal resistance is small, the voltage at the connection point 6 will be lowered to a value determined by the zener diode 10, the diode 4 will start to conduct in the forward direction and also the voltage at the connection point 3 will be reduced to approximately the same voltage as switching point 6. The result is a sharp voltage drop across the transducer 1, ie a negative transmission pulse is generated, and an ultrasonic pulse is emitted from the transducer.

När styrpulsen från pulsgeneratorn 9 upphör, stänger switchen 8, dvs ställer sig åter i spärrläge och spän- ningarna i kopplingspunkterna 6 och 3 återgår till ut- gångsläget, och 7. främst genom uppladdning via resistorerna 2 Därefter hänvisas till fig 2 vari visas med heldrag- na linjer de komponenter som i första hand är involverade vid mottagning av ultraljudsignaler. Anordningen är där- vid i utgångsläget med switchen 8 i spärrläget och med dioden 4 backspänd, varigenom spänningen i kopplingspunk- ten 3 bestäms av likströmskällans spänning i förhållande till jord och förhållandet mellan resistorns 2 och trans- 10 15 20 25 30 35 521i7e9 8 ducerns 1 resistanser. Spänningen över transducern 1 är sàledes väsentligen konstant i mottagningsläget och ult- raljudpulser som når transducern kan omvandlas till elektriska signaler utan stor dämpning. Signalen kan där- för detekteras, förstärkas i förstärkaren 5 och därefter behandlas på lämpligt sätt.When the control pulse from the pulse generator 9 ceases, the switch 8 closes, ie returns to the locked position and the voltages in the switching points 6 and 3 return to the initial position, and 7. mainly by charging via the resistors 2. Reference is then made to Fig. 2 which is shown in full. - lines the components that are primarily involved in the reception of ultrasonic signals. The device is then in the initial position with the switch 8 in the locked position and with the diode 4 reverse voltage, whereby the voltage at the connection point 3 is determined by the voltage of the direct current source in relation to earth and the ratio between the resistor 2 and the transducer. 1 resistances. The voltage across the transducer 1 is thus substantially constant in the reception mode and ultrasonic pulses reaching the transducer can be converted into electrical signals without much attenuation. The signal can therefore be detected, amplified in the amplifier 5 and then processed in an appropriate manner.

I fig 3 och 4 visas två diagram som åskådliggör spänningens variation med tiden över transducern l i den ultraljudanordning som visas i fig 1 och 2 men utan ze- nerdioden 10. Kurvorna åskådliggör förloppet vid sändning av en ultraljudpuls och de respektive kurvorna hänför sig till användning av två olika typer av dioder 4. Fig 3 åskådliggör förloppet vid användning av en konventionell diod, kurvan avser spänningen över transducern i utgàngs- eller t ex en kiseldiod. Den horisontella delen ll av mottagningsläget. Vid avgivning av en sändningspuls från pulsgeneratorn 9 och därvid reglering av switchen 8 till det ledande läget, kommer spänningen över transducern att falla snabbt till ett värde nära noll såsom äskådliggörs av den vertikala delen 12 av kurvan. Under den tid sänd- ningspulsen varar och därmed switchen 8 är i ledande läge, kommer spänningen att förbli pä denna låga nivà en- ligt kurvdelen 13. När sändningspulsen upphör och swit- chen 8 àtergàr till spärrläget börjar spänningen över transducern äter att öka enligt den krökta delen 14 av kurvan. Såsom framgår av kurvdelen 14 ökar spänningen över transducern förhållandevis långsamt och detta beror pà att transducern strömförsörjs endast via resistorn 2 och eftersom denna i ett föredraget utförande har hög re- sistans, kommer spänningsökningen att gå långsamt.Figures 3 and 4 show two diagrams illustrating the variation of the voltage with time over the transducer in the ultrasonic device shown in Figures 1 and 2 but without the zener diode 10. The curves illustrate the process of transmitting an ultrasonic pulse and the respective curves relate to the use of two different types of diodes 4. Fig. 3 illustrates the process when using a conventional diode, the curve refers to the voltage across the transducer in the output or eg a silicon diode. The horizontal part ll of the receive position. When emitting a transmission pulse from the pulse generator 9 and thereby regulating the switch 8 to the conducting position, the voltage across the transducer will drop rapidly to a value close to zero as illustrated by the vertical part 12 of the curve. During the time the transmission pulse lasts and thus the switch 8 is in the conducting position, the voltage will remain at this low level according to the curve part 13. When the transmission pulse ceases and the switch 8 returns to the locked position, the voltage across the transducer starts to increase according to the curved part 14 of the curve. As can be seen from the curve part 14, the voltage across the transducer increases relatively slowly and this is due to the fact that the transducer is supplied with current only via the resistor 2 and since this has a high resistance in a preferred embodiment, the voltage increase will be slow.

Kurvan i fig 4 avser spänningen över transducern vid användning av en s k PIN-diod 4. Såsom framgàr har början av denna kurva likartat utseende som kurvan i fig 3, dvs spänningssänkningen över transducern sker på analogt sätt när switchen 8 ställs i det ledande läget genom styrpul- sen från pulsgeneratorn 9. Däremot ökar spänningen över transducern avsevärt snabbare när switchen 8 àtergàr till 10 15 20 25 30 bJ U'1 W U _, u I' ,. .- .' . = 1 , _ ,.. _ K, ,,§.. 5:21 .7É§9 "*^-- -1 1'-~~' , r , , - _ _ . , . 1 * ' 9 spärrläget vilket framgår av kurvdelen 14 som i detta ut- förande stiger avsevärt brantare. Detta är mycket fördel- aktigt för ultraljudanordningens funktion. Snabb uppladd- ning av kretsen innebär nämligen att ultraljudpulser kan sändas med kortare tidsintervall mellan varandra vilket vid användning av ultraljudanordningen såsom flödesmäta- re, innebär att mätnoggrannheten ökar. Förklaringen till att en PIN-diod ger det utseende på spänningskurvan som visas i fig 4, är att en PIN-diod har förmågan att ome- delbart efter ledning i framriktningen, leda även en kort tid i backriktningen. Under denna tid kommer således transducern att strömförsörjas även via dioden 4 och re- sistorn 7 vilken i ett föredraget utförande har avsevärt lägre resistans än resistorn 2 och uppladdningstiden för- kortas därigenom.The curve in Fig. 4 refers to the voltage across the transducer when using a so-called PIN diode 4. As can be seen, the beginning of this curve has a similar appearance to the curve in Fig. 3, ie the voltage decrease across the transducer takes place in an analogous manner when the switch 8 is set in the conductive position. the control pulse from the pulse generator 9. On the other hand, the voltage across the transducer increases considerably faster when the switch 8 returns to 10 15 20 25 30 bJ U'1 WU _, u I ',. .-. ' . = 1, _, .. _ K, ,, § .. 5:21 .7É§9 "* ^ - -1 1'- ~~ ', r,, - _ _.,. 1 *' 9 lock mode This is very advantageous for the function of the ultrasonic device. Namely, fast charging of the circuit means that ultrasonic pulses can be transmitted with shorter time intervals between each other, which when using the ultrasonic device as a flow meter. The explanation why a PIN diode gives the appearance of the voltage curve shown in Fig. 4 is that a PIN diode has the ability to conduct a short time in the reverse direction immediately after conduction in the forward direction. During this time, the transducer will thus also be supplied with current via the diode 4 and the resistor 7, which in a preferred embodiment has a considerably lower resistance than the resistor 2 and the charging time is thereby shortened.

I fig 5 visas motsvarande tid-/spänningsdiagram som i fig 4, d v s spänningens variation med tiden över transducern 1 under sändning av en ultraljudpuls vid an- vändning av en PIN-diod 4, men i detta utförande är även zenerdioden 10 anbringad mellan kopplingspunkten 6 och switchen 8. Såsom framgår har denna kurva likartat utse- ende som kurvan i fig 4, d v s snabb àteruppladdning en- ligt kurvdelen 14, med den skillnaden att urladdningen vid excitering av sändningspulsen ej går ner till ett värde nära noll utan stannar vid ett värde som bestäms av zenerdioden 10, närmare bestämt ca 27-28 V i det visade utförandet. Zenerdioden bidrar sålunda till en ytterliga- re förkortning av uppladdningstiden.Fig. 5 shows the corresponding time / voltage diagram as in Fig. 4, i.e. the variation of the voltage with time across the transducer 1 during transmission of an ultrasonic pulse when using a PIN diode 4, but in this embodiment the zener diode 10 is also connected between the connection point 6 and the switch 8. As can be seen, this curve has a similar appearance to the curve in Fig. 4, i.e. fast recharging according to the curve part 14, with the difference that the discharge on excitation of the transmission pulse does not go down to a value close to zero but stays at a value which is determined by the zener diode 10, more specifically about 27-28 V in the embodiment shown. The zener diode thus contributes to a further shortening of the charging time.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Det är givet att uppfinningen kan modifieras pà mångahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav.Possible modifications of the invention It is obvious that the invention can be modified in various ways within the scope of the appended claims.

Så till exempel kan de komponenter som beskrivs och visas i samband med det föredragna utförandet, kompletteras med ytterligare komponenter för olika ändamål. Många av kom- ponenterna skulle även kunna vara parallell- och/eller seriekopplade med ytterligare komponenter av liknande ~s21~7e9 10 slag, t ex två eller flera dioder 4, sistorer 2 resp 7 etc. två eller flera re-Thus, for example, the components described and shown in connection with the preferred embodiment may be supplemented with additional components for various purposes. Many of the components could also be connected in parallel and / or in series with additional components of similar ~ s21 ~ 7e9 10 types, eg two or more diodes 4, systems 2 and 7, respectively, etc. two or more re-

Claims

l0 15 20 25 30 h.) (fl ~ s21 769 ll PATENTKRAV

An ultrasonic device for transmitting and receiving ultrasonic (1), which further converts electrical signals into ultrasonic pulses, comprising at least one transducer audio signals and vice versa, and an electronic control circuit comprising on the one hand a transmission stage with the task of exciting the transducer in a transmission mode to emitting ultrasonic pulses, as well as a receiving stage for processing ultrasonic signals received by the transducer in a reception mode and converted into electrical receiving pulses, and a separation circuit with the task of automatically arranging electrical separation of the transmission and reception stages at least from each other. ultrasonic device in that the receiving position of the ring, characterized by the separating circuit, comprises a diode (4) between the transmitting stage and the receiving stage, which is turned so that it leads only in the direction from the receiving stage to the transmitting stage.

Ultrasonic device according to claim 1, characterized in that the diode (4) in that in the receiving position the voltage on the transmission side is higher than the voltage on its receiving side, meaning that the diode is reverse voltage.

Ultrasonic device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises two resistors (2, 7) which connect the receiving or transmitting side of the diode (4) to a positive side of a direct current source, the resistance on the receiving side being at least 1.5 times larger, preferably at least 3 times larger and most preferably at least 6 times larger than the resistance on the transmission side.

Ultrasonic device according to one of the preceding in that the transducer (1) has 4 requirements, characterized by a connection between the receiving side of the diode (a d) and earth. 10 15 i 521 4769 12

Ultrasonic device according to one of the preceding claims, characterized in that a switch (8) is connected between the transmission side of the diode (4) and earth, the switch being regulated by means of a pulse generator (9).

Ultrasonic device according to one of the preceding claims, characterized in that the diode (4) is a PIN diode.

Ultrasonic device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer (1) is of the micromechanical type.

An ultrasonic device according to any one of the preceding claims (10), wherein the transmitting step comprises a zener diode between the diode (4) and ground.