JPH01284786A - 超音波の伝播時間測定方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 圧’ＳＦＲ動子等で作られた超音洩送受戎器を流体の流
れ方向に対向させて超音波を伝播させたときの（１：播
時間は し、＝　　　Ｌ− ｃ＋Ｖ ｔ、−一にｍ− −Ｖ Δｔ−３与モ。

ｃ”、＞Ｖ富　とすれば ■＝」２　×　ΔＬ Ｌ ここに ｔ、・・−・・−・・・・−・順方向の伝播時間し、・
−・・・・・・−逆流方向の伝播時間Ｉ５・・−・・・
・・・・−・・−送受波器間の距離Ｃ−・・・・・−・
・−・・　静止１体中における音速■・・・・・・−・
−・・−・　流速 Δｔ・−・・−・・−順方向と逆方向における伝播時間
の差 これより　Ｌ　及び　Ｃが既知の場合にはＶ　は　Δｔ
　に比例し流速が順方向及び逆方向の各伝播時間の差を
知ることにより求め得ることは、伝播時間差法による流
速測定法として、ひろくｆり用されている。

本発明は上記のように超ｆ波の流速測定を行う際に必要
な超音波伝播時間の測定方法に関する（口璽ｉＣ末の技
術 第一図は送波器に印加したパルスと、受信振動波形の形
状蛇びに、それ等の関係を示す。ＯＸは時間軸で、（１
）は送波器に印加したパルス、（２）は受信振動波形で
、（３）は、その包絡線である。

送波＝・コにパルスを印加して超音波を発射し、これを
受波器に受けて増幅し、オシロスコープでＩｓ訓すれば
、受「３振動波形は第一図の曲線（２）のようになり、
その包絡線（３）の形状は、殻初の立ち上り部分に下部
弯曲部（４）があり続いて直線部（５）があり、次に上
部弯曲部（６）を経て振幅のピーク点を越え１次第にル
哀するバースト波形となる。

超音波が受渡２：に到達した時点を受信振動波形の振幅
が成るー・定値（第−ＵＡ　Ｅ−を越えた時点であると
定義すれば、第一図の（Ｆ）が受波時点となる。この場
合の伝播時間は送波器にパルスを印加した時点から受波
器で受信し増幅器出力が一定１ａ（Ｅｌ）を越えた時点
までの時間として計測することができる。

流体がＦ！想的な層流の場合には、受信振動波形は第一
図の（２）であったとする６ そして流体の移動速度が増加するにしたがって乱流の影
響が大きくなり受信振動波形はその振幅が激しく増減し
、ＦＡ動波形が第一図の（７）に示すように減衰したと
すれば、（２）の場合に振幅が一定１ａ（Ｅｌ）を越え
る時点は（Ｆ）の位置であったものが、（７）の場合に
は（Ｇ）の位置で一定値を越えることとなる。よって振
幅が大きく変動した場合には発射時点から振幅が一定値
を越える迄を計測する時間に一波長汁のバラツキが生じ
ることになる。

減衰した包絡線（８）の場合に増幅率を拡大して、その
ピーク値を包絡線（３）のピーク値に合わせると（３）
と（８）の内包絡線は殆ど重なることが実験的に分かる
。このことから自動増幅率２ＩＩＩｉＩＩ装置を使用し
て包絡線の大きさが常に一定となるようにし、同じ振動
振幅の波が一定値を越えた波として検出できるように試
みた流速計が作られている。

しかし自動増幅率調節装置で包絡線の大きさを一定とし
伝播時間の計測値のバラツキを１少に抑えることは、調
節装置の応答速度を高速なものにする必要があり、技術
的に非常に困難であった。

（ハ）発明が解決しようとする：４Ｍ 超＠′ＩＸの受渡時点を受信振動波形の振幅が一定値（
第一図　Ｆ、ｌ　　で、以下単にトリガーレベルと呼ぶ
）を越えた時点である、と定義した方法では前記のよう
に振動振幅が大きく変動した場合に一波長汁の誤とを生
じることがあるから、これを改めて受渡振動振幅の立ち
上がり点が受波時点であると定義をすれば、振幅の変動
によるＩｓ　９を受けることがない。

本発明は第一図の包絡線（３）の直線部（５）の延長が
時間軸（ＯＸ）と交わる点Ｐを受渡振動振幅の立ち上が
り点とし、送波器にパルスを印加した時点から　Ｐ　点
を検出する時点までが伝播時間であると定義する。

送波器に印加するパルスが争発の場合には第−Ｕ！Ｉ（
３〉の包絡線のように直線部は短いが、複数間のパルス
を印加することによって第五図（ａ）に示す包絡線（１
０）のように直線部を伸張することができる。

第五［３（ａ）は、本発明によるｎ１ｌｌ（［１２Ｉで
はｎ；８）のパルスを印加した場合の、印加パルス（１
１＞、、（１２璽−・・・・・・・（１８）と、受１３
＠動波形（９）の形状並びにそれ等の関係を示す。

第五［１２１（ａ）において　ｏｙ　　は振幅を、ＯＸ
は時間を測る座標軸である。原点　ＯはＪＭ波２Ｓに印
加したｎｍのパルス（１１）の立ち上がり前縁と一致さ
せて画かれている。包絡線（１０）は正ｉ［のみを示し
、Ｅｌ　はトリガー電圧なしめす。Ｃ２は増幅器の最大
出力電圧値である。受信振動、ｐｉ形（９）は送／を器
に印加したパルスの数とましい振動ａｆ：数乙るまで順
次増大し、Ｃ２電圧で飽和するように増幅率を；Ａぶ。

受ｆ工振動波が　Ｐ　点から順次増大し、　ｌ−リガー
電圧　Ｅｌ　でｍめてトリガーされる振動波は、第五［
２１（ａ）では三番目の振動波であるが７これをトリガ
ーレベルを越えた第一波と呼び、第一波のピーク点を　
Ａ　とする、第一波の次の振動波を第二波と呼ぶ、これ
は図では四番目の振動波である。そして第二波のピーク
点を８とする。

第五目（ａ）においてＡ及びＢからＯＸ軸に垂線を下し
、その交点をＣ，Ｄとする。ＢＤ上にＡＣ＝ＥＤ　　と
なる点をＥとする。ＰはＢＡの延長とＯＸとの交点であ
るが、流速が一定であれば受信感度の変動などで受信振
動波の振幅が変動してもＰ点の位置の変化は実用的に１
少である。

前述の通り伝播時間を計測することは、第五図（ａ）の
グラフにおいて　ＯＰ　を求めることであるから、以下
　ＯＰ　を求める方法について説明をする。

第五［３（ａ）において、ＯＣは級初のパルスを印加し
てから第一波のピーク値ｅ１を検出するまでの時間で、
これをし、とする、ＰＣは受波時点からｅｌを検出する
までの時間で、これをし。とする、ＡＣはトリガーレベ
ルＥ１をこえた第一波のピーク値で、これをｅｌとする
。ＢＤは第二波のピーク値で、これをＣ２とする。ＣＤ
は超音波の一波長に等しく、振動用／Ｉｔｖ１．をｆと
すれば ＣＤ＝１／ｆ　　となる。

ΔＢＡＥ　　と　△ＡＰＣは相似形であるからＰＣＡＣ
ＡＣ ＡＥ　　ＢＥ　　　又は　ｐｃ＝−”ＡＥＥ ここで　八Ｅ　＝　ＣＤ　＝　１　、’　ｆＢＥ＝ｅｘ
ｅ＋ Ａ　　Ｃ＝　　ｅ　　Ｉ ｐｃ＝ｔ、。

よって次式が成立する 一方、第二図（ａ）は公知のミラー積分回路であって、
演算増幅器は入力インピーダンスが非常に大きく、且つ
出力インピーダンスがゼロに近く、増幅率が非常に大き
いものとする。

演算増幅ｔのく−）入力端子くこは抵抗Ｒ１を接続し、
Ｒ１を倉して（Ｃ２−ｅ−電圧を接続する。演算増幅器
の（ト）入力端子にはｅｌの？（イヤス；圧を接続する
。

ＩＷＫ増幅器の（−）入力端子と出力端子はコンデンサ
ーＣ１で接続する。

コンデンサーの両端子を開閉するスイ／チＳは常時閉路
とし、これを開部したとき、積分動作が始まる。

スイッチを開を各して積分動作を開始すると、第二図（
ｂ）のように、出力電圧は、初期電圧ｅ、から減少して
、ゼロボルトになる点Ｐ゛を通過して負の方向に向かう
６ 積分をした時間管、と出力電圧（２゜どの関係は次式が
成立する。

Ｒ＋　　Ｃ＋＝１％ｆ　　即ちＲ１とＣ１の積（時定数
）を超音波の一波長と等しく選び、積分器の出力電圧が
初期１ａｅｌからゼロボルトとなる時間、ＩＷＩち　ｅ
　ｏ−−ｅ　、となったときの積分時間をし。′とすれ
ば、（５）式は となる。

（４）式と（６）式より し。＝ｌＩｌ’ 即ち第五図（ａ）においてトリガーレベルを越えた第一
波のピーク値ｅ、及び第二波のピーク値ｅ１を洞室して
おき、超音波の一波長に相当する時定数をもつミラーＲ
５）　器に（ｅｚ　　ｅｌ）電圧を接続して積分器の出
力電圧が（−ｅ１）となるまでの時間を計測すればＰＣ
に等しい時間を求めることができる。ＰＣがちとめられ
ると、ｏｐ＝ｏｃ−ｐｃ　　として所期の伝播時間を演
算することができる。

（ニ）課題を解決するための手段 送波器にパルスを印加して超音波を発射した時点から受
信振動波形の立ち上がり時点までの伝播時間を計測する
電子回路は第四図の通り構成することにより実現できる
。

特に注釈を付けない場合には論理回路の機能は正論理に
よるものとする。

第四図において（２１）はサンプリング周期で発振する
発振器、（２２＞は（２１）の発振器出力の立ち上がり
時点がら送波器の共振周／ｉ数ｆのｎ　／　ｆ　　に相
当する時間をパルス幅として出力する単安定弛張発振器
（以下単にモノマルチと呼ぶ）で、ｎは送波器に印加す
るパルスを単発ではな（て、連続ｎＩＷのパルス列とす
るための数である。（２３）は共振周波数ｆで発振する
発振器、（２４）はＡ　Ｎ　Ｄゲートで、（２２）のモ
ノマルチの出力と（２３）の発振器出力を入力とじて−
サンプリング周期中に一回だけｊ％　＆２　ｎ　ＩＩＩ
のパルス列を出力する。（２５）は圧Ｔ、振動素子と使
用した送波器、＜２６１は送／！器と同−横遣の受渡ｔ
である。、（２７）は増幅２：で、正極性のみを出力し
、その増幅器は受信様＋１１／１形のピーク値が増幅２
＝の出力電圧の最大値に達するまで増幅をする。（２８
）はコンパレータで、比較電圧は電源電圧の約１．・′
４に選ぶ。（２つ）は十進カウンターで、コンパレータ
の出力パルスをカウントする。カウント９で、それ以後
の入力パルスはカウントしないこととする。又；Ｘ波器
に印加したに１初のパルス（以下単に発射パルスと呼ぶ
）でカウンターの内容をクリヤーする。（３０）はカウ
ンターのカウント３の出力ｔＸ号から共振周波数ｆの５
．ｆｒに相当する時間より大きいパルス幅を出力するモ
ノマルチである。

（３１）はカウント　１　の出力信号でＯＮ動作をする
アナログスイッチである。（３２）はカウント　ｌ　の
出力信号を反転するインバータータイトで、＜３３１は
カウント　１　の反転された信号により０ＦＦＩｔＪ作
をするアナログスイッチ　である。

（３４）　は演算増幅器で、その出力端子はダイオード
（３５）をｆｒしテｉｉ４′ｃＬＦｔｌ　％％　ＮＳ　
（３７）の（１）入力端子に接続する。（３７）の（１
）入力端子−はコンデンサー（３６）を介して接地する
。（３７）の（−）入力端子は出力端子と直結し、更に
（３４）の（−）入力端子と接続する。（３８）はアナ
ログスイッチで１発射パルスによってＯＮ動作をして、
コンデンサー（３６）の電荷を放電させる。演算増幅器
（３・１）及び（３７）と、ダイオード（３５）と。

コンデンサー（３６１Ｍ、びにアナログスイッチ（３８
）によって公知のピークホールド回ｎを構成し、これを
第一ピークホールド回路とする、（３９）はカウンター
のカランｌ−２の出力信号でＯＮ動作をするアナログス
イッチで島る　。（４０）はカウンターのカウント２の
出力信号を反転するインバーターゲイ！・である。

（４１）は、その反転出力によりＯＦＦ動作をするアナ
ログスイッチである。

（４２）及び（４５）は共に演算増幅器で、ダイオード
（４３）とコンデンサー（４４）及びアナログスイ・ノ
チ（４６）とを、第一ピークホールド回路の場合と同様
に接続して、第二ピークホールド回路を構成する。アナ
ログスイ・ソチ（４６）は発射パルスによってＯＮ　Ｍ
　ＩＰをしてコ〉・デンサー（４４）の電荷を放電させ
る。

（，１９）は演算増幅器で、（１）入力端子には第一ピ
ークホールド回路の出力電圧を接続し、（−）入力端子
には抵抗（４７）を介して第二ピークホールド回路の出
力電圧を接続する。

（４つ）のく−）入力端子と出力端子とは、コンデンサ
ー（４８）　並びにアナログスイッチ（５０）を接続す
る。ここで、抵抗（４７璽コンデンサー（４８璽演算増
幅器（４９）、及び、アナログスイッチ（５０）とは、
ミラー積分回ｎを構成し、これを第一積分器とする。ア
ナログスイッチ（５０）は、モノマルチ（３０〉のＱ出
力パルスでＯＦＦ動作をして積分を開始させる。

（５１）はゼロクロス、コンパレータで（１）入力端子
を接地し、（−）入力端子に第一積分器出力を接続する
。

（５３）はポジティブ、エンシトリガー、Ｄタイプ　フ
リ・１１．７０ツブ（以下嗅にり、ＦＦと呼ぶ）で、デ
ータ入力端子（Ｄ）をＨｉ　ｚ　ｈとし、セＩト端子（
Ｓ）及びリセット端子（Ｒ）を［、θＷとしたとき、ク
ロック端子（Ｃ）がＬ　ｏ　ｗの期間はデータを言き込
む状態となり。

（Ｃ）がＬｏｗからＨｉｇｈに変化するとき。

直前のデータ信号を出力端子（Ｑ）に出力する。（Ｒ）
をＨｉ　ｇｌｌにすると、リセット動作をする。このり
、ＦＦ　（５３）のクロック信号として１発射パルスを
接続する。そしてリセット信号は、第一ビークホールド
回路の演算増幅器（３４）の出力が、ピーク値（ｅ＋検
出時点）から２に負性に変ｆヒする信号を、モノマルチ
（５２）により、リセ・／１−、パルスに変換をして（
５３）の（Ｒ）に接続する。

アナログスイッチ（５４）は、Ｄ、ＦＦ　（５３）がＨ
ｉ　ｇｈの出力をしている１ＩＩＩｌ？ｉ（発射パルス
の立ち上がりからｅ１検出までの時間）をＯＮ動作する
。

抵抗（５５）　コンデンサー（５６）及び演算増幅２：
　（６０）は、第二のミラー積分回路を椹成し、これを
第二積分器とする。（６０）の（−）入力端子には真性
の定電圧（−Ｅ　＠）を（５４）及び（５５）を介して
接続し、（モ）入力端子は接地する＋　　（５Ｑ）のア
ナログスイッチは、発射パフレスによりＩ＆コンデンサ
ーの電荷を放電させる。

Ｄ、ＦＦ　（５７）の２０・ツク端子（Ｃ）にはモノマ
ル＋（３０）のＱ出力を接続し、リセット端子には、ゼ
ロクロスコンパレータ（５１）の出力な接続する。

アナログスイ・ソチ（５８）は（５７）の出力でＯＮ動
Ｃヤをし、第二積分器に、さきの負性定電圧（ＥＯ）と
は絶対値が等しく極性のみ反対の（↓Ｅ１）電圧を（５
８）７Ｊび（５５）を介して入力する。

モノマルチ（６１）は発射パルスを、リセットパルス（
Ｒ，＋１に変換をして、アナログスイ・ｌチ（３８）　
　、　　自６）及び　（５つ）のコントロール入力端子
に、それぞれ接続をする。

（ホ）作用 第三図のタイミング図は、第［”１図の結線１１ＫＧこ
よって作られた電子回路において、送波器に印加するパ
ルス列を作り出す部分のタイムチャートを示す。（１０
０）はサンプリング周期で発振をする発！１ｆｉ３（２
１）の出力波形である。

（ｌｏｔ）は送波器の共振周波ｖＬｆで発振する発振器
（２３）の出力波形、（１０２）は。

モノマルチ（２２）の出力波形で、パルス幅はｎ　／　
ｆ″Ｃある。（１０３）は、（１０１）と（１０２）と
の論理和を求めるＡＮＤゲート（２４）の出力波形で、
これが送波器に印加されるパルス列となる。（１０，１
）は受信振動波形を示す。

第五図（ａ）は、受信振動波形（１０４）を増幅器で増
幅をした受信振動波（９）並びに送波２；に印加したパ
ルス列（１１）、（１２）−・・・曲−（１８）の関係
を示す拡大図である。受渡時点以後のタイムチャートは
、第五図＜ｂ）のタイミング図の通りで、第五ＩＥＪ（
ａ）とタイミングを対比しながら、犀を追って説明をす
る。

第五［２（ａ）において、コンパレータ（２８）の比較
電圧Ｅ１を、＄ｙＪ電圧Ｅ２の約１　／　４に選ぶと１
図では、受信ＦＡ動波（９）の立ち上がりから三番目の
振動波がトリガーされることになる。コシパレータ（２
８）の出力は＋１０６）ノヨウに、トリガー以を表の振
動波をパルス状に出力する。カウンター（２つ）は、こ
のパルスをカウントし、カランｌ−１の出力波形は（１
０７）のようになり、カウント　２　の出力／１ｌＦ３
は（１０８）のようになる。

アナログスイッチ（３１）のコントロール入ヵ端子には
（１０７）の信号が、そしてアナログスイッチ（３３）
には（１０７）１５反転したｆ３号が入力されて、（３
１）はＯＮ、（３３）はＯＦＦ動作をする。よって演算
増Ｉｉ器（３４）には増幅Ｗ　　（２７）の出力波形（
９）の内、立ち上がりから三番目（トリガーされた第一
波）のみが人力される。それ故、演算増幅器（３・１）
の出力端子には（１０４））のように、第一波のピーク
値ｅ、を検出してから急に負に反転する出力波形う＋、
１れる。これをｅ、の検出ｌｌＩｒ点とする。

演算増幅器（３７）の出力端Ｙ−には、公知のピークホ
ールド回路の動作によってｅ、電圧をホールドしく１１
０）のような出力波形が表れる。第一ビークホールド回
路は、アナログスイッチ（３８）が次回のサンプリング
周期の発射パルスでコンデンサー（３６）の電荷を放電
するまでｅ１電圧をホールドする。

第二ピークホールド回路の場合は、カウンタ（２つ）が
カランｌ−２の出力信号（１０８）を出力したときは、
アナログスイ・ソチ（３つ）がＯＮ、（・１１）がＯＦ
Ｆ動作をして演算増幅器（４２）には、増幅器（２７）
の出力波形（９）の四番目の振幅（トリガーされた第二
波）のみが入力されるから、演算増幅３（４５）の出力
端子には（１１１）のようにＣ２電圧をホールドした波
形が表れる。

第一積分器の演算増幅器（４９）の（１）入力端子には
、第一ビークホールド回路がホールドしたｅ、；圧を接
続し、（−）入力端子には。

第二ピークホールド回路でホールドしたＣ２′：ｒｈ圧
を抵抗（４７）を介して接続しであるから、第−ｆｒＩ
＆器の入力電圧は（Ｃ２−ｅ１）、電圧となる。アナロ
グスイッチ（５０）は、モノマルチ（３０）のＱ出力波
形（１１２）の立ち下がりによってＯＦＦ動ｆヤとなり
、第一積分器が積分を開始する。

第一積分器の出力電圧は（１１３）のように初期電圧ｅ
、から減少し、ゼロボルトを通過してモノマルチ（３０
）のＱ出力がＬｏｗレベルを出力している期間に亘って
積分する。この積分２；の出力電圧がゼロボルトどなっ
た時点をゼロクロスコンパレータ（５１）で検出する。

コンパレータの出力波形は（１１４）のようになる第−
ｒｌＩ分２−の抵抗（・１７）の抵抗値をＲ１とし、コ
ンデンサー（４８）の容量をＣ１とすれば、積分回路の
時定数は、Ｒ，ＶＣ，となる、Ｒ１／Ｃ＋の値を１・′
ｆに等しく選べば、積分を開々ｈ　してからゼロクロス
するまでの時間ｔｏ’　　は、ミラー積分回路の基本動
作を第二［２１（ａ）及び（１））にもとづいて、（ハ
）項の９ページから１１ページにかけて詳述したように
、ｔ”　＝　　（ｅ’２　’ｅ　＋１”−’　−（とな
る、これは（６）式のＦｊ会と全く同様の手順で導き出
すことができる。又（４）式との関係より ｔ、′二七〇 であることが分かる。

次に送／ｉ３に発射パルスを印加してから、ｅ。

を検出するまでの時間し、は、Ｄ、ＦＦ　（５３）によ
って求められろ、Ｆｌｌちり、ＦＦ　（５３）のクロッ
ク入力端子（Ｃ）には、発射パルスの立ち上がりｆｚ号
が入力され、リセット入力端子（Ｒ）には、演算増幅器
（３４）がｅ、を検出した出力波形（１０９）の立ち下
がりイエ号を。

モノマルチ〈５２〉でリセットパルスに変喚をして入力
されるから、（５３）のＱ出力端子には、（１１５１に
示すように、ｔ３時間を出力する波形が得られる。

そしてｔａ′の時間はり、ＦＦ　（５７）によって求め
られる。即ちクロ・・ツク入力端子（Ｃ）には、トリガ
ーレベルを越えた第三波を検出した時点から、５／′ｆ
時間に亘って　出力するモノマルチ（３０）のＱ出力が
接続され、リセ・、　ｌ−入力端子（Ｒ）には、第一積
分器の出力電圧がゼロクロスした時点が、ゼロクロスコ
ンパレータ（５１）から接続されているから、Ｄ、ＦＦ
（５７）のＱ出力端子には、（１１６）に示すようにし
。′の時間を出力する波形が得られる。第二存分コニは
、先づアナログスイＩチ（５４）によって、負の定電圧
（Ｅｏ）を１１時間に亘て入力し、次にアナログス仁ｔ
チ（５８）によって正の定電圧（”　Ｅ　Ｏ）をし。゛
時間に亘って入力するから、この積分器の出力電圧は（
１１７）のようになる、今、第二積分器の抵抗（５５）
の抵抗値をＲ２と騒コンデンサー（５６）の容量とＣ２
とすれば、（ＥＯ）をし、時間積分したときの出力電圧
ｅ３は−ｅ、−二′−１−・ｔｌ’−・−・−・−・−
・・・−・・・・・・−（７）Ｒ１・Ｃ３ また、（４−ＥＯ）をｆ、。′時間積分したときの出力
電圧ｃ４は −ｅ４”−−一上」」−−・　Ｌ０′　　・・・・・・
・・・・・・・　（８）Ｒ２’、’　Ｃ。

（７）式と（８）式の両辺を、それぞれ引き算をすれば ｅ　）−ｅ　ａ−（ｔ　＋　−ｔ　ｏ′）　−−り−Ｒ
，：＜（：２ −・・・−・・（９） となる、ｔ、’は、既に（ハ）項で説明した通り、第五
図（ａ）における受波時点Ｐからトリガーされた第一波
のピーク値検出時点Ｃまでの時間ｔ、（ＰＣ）に等しい
、 即ち第二積分器の出力電圧＜ｅｓ　　Ｃ４）は（ｔ＋　
　ｔｏ）時間に比例しｒ：　ＴＬ電圧値して所期の超音
波伝播時間を測定し得たことになる。

（へ）発明の効果 前述のように、送ｓ器に印加するパルスを単発ではなく
て、複数個のパルス列を印加したがら、受信振動波形は
立ち上がり時点より、はぼ印加したパルス列のパルス数
に等しい受信振動波形数を数えるまで、直線的に振幅が
増大する。

よってトリガーレベルを越えた第一波と第二波のピーク
点を結ぶ直線と時間軸との交点（Ｐ）、即ち受信ＦＡ動
波形の立ち上がり点の位置は、振幅が変動しても殆ど変
わらない。

又振幅が変動して第五図（ａ）の点線に示す振動波形（
９′）及び包絡線（１０’）のように減衰した場合には
、トリガーレベルを越えた第一波のピーク点はＡ′とな
り、第二波のピーク点はＢ′となる。この場合は発射パ
ルスを印加してから、第一・波検出時力までの時間はｔ
、゛（ＯＤ）となり、立ち上がり時点から第−液検出時
点までの時間はｔ、（ＰＤ）となる。

そして第一波のピーク値ｅｌ′と第二波のピーク値ｅ２
’の差は ｅ、′　ｅ、’＝Ｂ’Ｅ’ となる。

（ハ）項の８ページから９ページにかけて説明した場合
と同様に ΔＢ’　Ａ’　Ｅ′と△、へＰＤにおいてｐ　ｏ　＝　
Ａ−；ｆｌ　、　　・ｚ　Ａ−Ｅ・Ｅ となる。よって（４）式に準じて ｊ、−ｅ−二一一、１ ｅ２’　　ｅ、′ｆ となる。

次に第一積分器は（ｅｘ’　　ｅｔ′）の電圧値で、第
三波がトリガーレベルを越える時点から第一積分器が積
分を開始する。

積分器出力がｃｌ’からゼロボルトどなるまでの時間ｔ
、′は（６）式に準じて ｔ、、−ユニ上 ｅ、　　　−ｅｌ　　　　　　　ｆ となる。

よって ｔ、’＝ｔ。

故に ｔ、’−ｔ、＝Ｏ１） 即ち受信振動波形の振幅が変動しても、又トリガーされ
る１１ｉｉ釣波が一波ズしても、発射パルスを印加して
から受信ＦＲ動波形の立ち上がり時点までの時間ＯＰは
変動しない。

尚、受信振動波形の立ち上がりからゼロクロスコンパレ
ータがゼロクロス検出をするまでの時間（ＰＰ′）は、
超音波の波長の１０倍前後の時間（共振周波数ｆが１０
０ｋＨｚの場合には１００７ｚ　ｓ　）で、伝播時間の
測定が完了することになり、応答速度が遣い。

又、伝播時間の測定はｔ。゛の測定（６式）と、（１、
＋ｔａ’）の測定（９式）によって実行される。即ち伝
播時間に比例した電圧＜ｅｘ−Ｃ４）は、（９）式より Ｑｘ　　ｅａ・（し１−一隻一一・　１　　）−ｊｏ−
Ｃ２ｅｌ　　　　（Ｒ２Ｃ２ を演算して求めることになる。

ここで、ｆ　、　Ｅ　ｏ、　Ｒ２，Ｃｚは定数であるか
らＰＨ，Ｃ２，ｅｉ＋　ｅａ及びｔｌ、を測定し、その
測定値を演算することで、ｈす、何れの測定も大１３号
レベルで行うことができるから、電子回路のドリフトや
、ノイズの影響は少なくて、安定した測定が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第一図は従来の方式により超身波を゛送受信した場合の
、送波器に印加したパルスと受信ｆｉ９′ＩＪ波形を示
す。第二図（ａ）はミラー積分器の回路口を示す、第二
図（ｂ）は同図（ａ＞の回路によりミラー積分器に一定
の入力電圧を接続した場りの、経過時間と積分器出力電
圧の間係を示す７第三図は本発明の実施回路例（第四図
）によってずヤられな電子回路において、逆波ｔに印加
するパルス列を作り出す部分のタイミング図な示す、第
１！！１図は本発明の実施回路例である。 第五図（ａ）は本発明の実施回路例によってｆｌｌ：ら
れた電子回路において、送波＝・＝に印加するパルス列
と受信振動波形を示す、第五図（ｂ）は第２ｇ図の電子
回路における各部のタイミング図を示し、第五図（２−
と同図（ｂ）の時間軸は栄位（ｒｏ　ｍ　、’　ｓ　）
を同一として画き、発射パルス及び受信振動波形と電子
回部各部の動作のタイミングが比較できるように画いで
ある。 特許出―人　　崎山幸二部 ：４− ＄θ口 茹五目（ｃＬ） ＄五１目（し）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電振動子を使用した超音波の送受波器間を伝播する超
   音波伝播時間を測定する際に、送波器の共振周波数に等
   しい周波数でＯＮ、ＯＦＦする複数個のパルスを間欠的
   に送波器に印加して超音波を発射させる装置を使用し、
   これより発射される超音波を受波器に受けて増幅し、受
   信振動波形の振幅増大領域で一定レベルを越える第一波
   のピーク値（ｅ＿１）及び第二波のピーク値（ｅ＿２）
   を計測し、超音波振動の一周期に等しい時定数を有する
   ミラー積分器に（ｅ＿２−ｅ＿１）電圧を加えてから積
   分器出力電圧が（−ｅ＿１）に等しくなるまでの時間（
   ｔ＿０）を計測する回路と、送波器に最初のパルスを印
   加した時点から第一波のピーク値（ｅ＿１）を検出した
   時点までの時間（ｔ＿１）を計測する回路と、（ｔ＿１
   −ｔ＿０）時間を求める減算回路を使用して（ｔ＿１−
   ｔ＿０）時間が伝播時間であるとする超音波の伝播時間
   測定方法。