JPH0221529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、選択的に送波器および受波器として
動作する２つの超音波変換回路が設けられてお
り、この回路の接続端子を切換装置を用いて選択
的に送信信号発生器または受信増幅器に作用接続
可能であり、その際電流発生器として構成されて
いる前記送信信号発生器および前記受信増幅器は
高いインピーダンスを有する、超音波測定装置に
関する。

この形式の西独国特許出願公開第2911962号公
報から公知の測定装置において送信信号発生器は
それぞれの第１のスイツチを介してまた受信増幅
器はそれぞれの第２のスを介して各超音波変換器
回路の一方の接続端子に接続されている。これら
スイツチを一対ずつ交互に投入接続および遮断す
ることによつて、測定区間において一方の方向ま
たは他方の方向に超音波信号が通過するようにで
きる。

この種の超音波測定装置は広汎に使用可能であ
る。それは例えば流れる媒体の速度を超音波測定
するために利用される。この場合測定区間は、超
音波信号の一方の方向における第１の測定および
それとは反対の方向における第２の測定において
流速の少なくとも１つの要素が生じるように設定
されている。

作動中明らかになつたことは、冒頭に述べた形
式の測定装置ではしばしば零点のずれが生じるこ
とである。この零点のずれは、停滞している流体
における測定の際測定信号が方向に依存して種々
異なつた値を有することによつて顕著になる。

零点のずれ、即ち流速零に相応する両伝送方向
における伝送時間の差の零からのずれは、変換器
が送波器および受波器として交互に使用されると
き、２つの超音波伝送回路から成る４端子回路網
の異なつた終端インピーダンスのために生じる。

従つて本発明の課題は、受信側の終端インピー
ダンスが小さく、しかも零点のずれが著しく低減
されかつ有利な場合には実際に完全に取除かれる
ようにした超音波測定装置を提供することであ
る。この課題は本発明によれば特許請求の範囲第
１項の特徴部分に記載の構成によつて解決され
る。

この回路構成において、伝送変換器、接続ケー
ブルおよびその間にある測定区間を含む２つの超
音波変換器回路が受信器側のみならず、送信器側
においても電流発生器および受信増幅器の高いイ
ンピーダンスに比べて小さいインピーダンスによ
つて終端されるようにする。これらのインピーダ
ンスは近似的に同じ大きさなので、静止している
液体の場合測定の走行方向に無関係に、同じ測定
信号が得られる。このことは、超音波変換器回路
のインピーダンスが製造上の理由から正確に同じ
でないかまたはこの回路が時間とともに、例えば
測定区間の汚れによつて異なつて老化するときに
も当嵌まる。超音波変換器回路の接続端子はそれ
ぞれ直接およびスイツチを介挿することなく負荷
インピーダンスに接続されているので、低抵抗の
終端部を持続的に、即ち切換過程の間も維持する
ことができる。別の利点は、切換装置の切換区間
のインピーダンスが終端インピーダンスに何ら影
響しないかまたはほんの僅かしか影響しないとい
うことである。

本発明の有利な実施例によれば負荷インピーダ
ンスは最も簡単な場合、低コストで製造可能であ
りしかも正確な値で使用可能であるオーミツク抵
抗から成る。しかしそれらがリニヤでありかつ振
幅に依存しているとき、負荷インピーダンスとし
てコイル、コンデンサ等または異なつたインピー
ダンスの組合せを使用することもできる。

負荷インピーダンスは、別の整合目的のために
も用いることができる。さらに本発明の実施例に
よれば負荷インピーダンスは超音波変換器回路の
固有共振を減衰することができる。

さらに本発明の実施例によれば、すべてのスイ
ツチの一方の側がアースに接続されている、簡単
な回路が実現される。負荷インピーダンスはそれ
ぞれ対として、同じ値の終端抵抗を形成する。電
流発生器および受信増幅器の高抵抗の内部抵抗
は、これらの終端インピーダンスに関して無視す
ることができる。

本発明の実施例において負荷インピーダンスは
それぞれの超音波変換器回路の接続端子に固定接
続されており、かつそれ故に、４端子回路網の終
端抵抗が電流発生器および受信増幅器の非常に高
い固有インピーダンスによつて形成される、４端
子回路網の部分と見做すことができる。その際負
荷抵抗はそれぞれの超音波変換器回路の共振周波
数の減衰に非常に正確に整合することができる。

切換装置のトランジスタスイツチは特別有利に
はダーリントントランジスタ回路を使用すること
ができる。その場合殆んどすべての電流がコレク
タ−エミツタ間を流れかつ従つてベースに対して
申し分のない絶縁が得られる。

本発明の実施例では受信増幅器のスイツチとし
てダイオードブリツジを使用すると殊に、高抵抗
の受信増幅器に比して非常に低抵抗となる。更に
受信増幅器の、受信側の送信信号に対する申し分
のない絶縁が可能になる。

次に本発明を図示の実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図の実施例では、矢印２の方向に液体が貫
流する管１内に測定区間３が設けられている。測
定区間の両側は通例の構成の超音波変換器４およ
び５が設けられている。超音波変換器４は、同軸
線６を介して変成器７に、接続されており、また
変換器５は同軸線８を介して変成器９に接続され
ている。部分４，６および７は、２つの接続端子
１１および１２とともに第１の超音波変換回路１
０を形成する。部分５，８および９は、接続端子
１４および１５と一緒に第２の超音波変換回路１
３を形成する。

接続端子１１および１４は、２つの負荷抵抗Ｒ
１およびＲ２を介して相互接続されており、また
接続端子１２および１５は、２つの負荷抵抗Ｒ３
およびＲ４を介して相互に接続されている。各接
続端子はそれぞれ、トランジスタスイツチTr１，
Tr２，Tr３およびTr４を介してアースに接続さ
れている。

抵抗Ｒ１とＲ２の間には、スイツチングトラン
ジスタTr５とベース抵抗Ｒ５とエミツタ抵抗Ｒ
６とを有する電流発生器の形式の送信信号発生器
１６が接続されている。抵抗Ｒ３とＲ４との間に
は、コンデンサＣ１を介して受信増幅器１７が接
続されている。この増幅器は、２つのトランジス
タTr６およびTr７、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ
１０およびＲ１１並びに出力コンデンサＣ２を有
する。制御および評価装置１８は、線１９を介し
てトリガパルスＳ１を電流発生器１６のスイツチ
ングトランジスタTr５に送出し、かつ線２０を
介して受信増幅器１７から高周波の受信信号Ｓ２
を受信する。更に装置１８は、制御パルスＱおよ
びをトランジスタスイツチTr１乃至Tr４に送
出し、これらスイツチが一対づつ交互に導通状態
になるようにする。測定結果は例えば領域２１に
おいて指示することができる。

負荷抵抗Ｒ１およびＲ２は同じ値を有し、主と
して抵抗Ｒ６によつて決められている、電流発生
器１６のインピーダンスに比べると小さい。負荷
抵抗Ｒ３およびＲ４も同じ大きさを有し、主とし
て抵抗Ｒ８によつて決められている、受信増幅器
１７のインピーダンスに比べると小さい。

さて動作は次の通りである。制御信号が送出
されると、第２図の作動状態が生じる。電流発生
器１６から送出される電流は、２つの部分に分け
られる。そのうち一方の部分は、負荷抵抗Ｒ１と
変成器７との直列回路を介して流れ、また他方の
部分は負荷抵抗Ｒ２を介して流れる。変成器９を
介して発生される受信側の信号は、負荷抵抗Ｒ４
およびＲ３の直列回路を介して流れる。この回路
は、分圧器として用いられるので、その結果受信
増幅器１７は、負荷抵抗Ｒ３での電圧降下によつ
て制御される。この回路において２つの超音波変
換回路１０および１３は、それらの接続端子１
１，１２および１４，１５間に４端子網を形成す
るが、その際内部のインピーダンス変化は、電流
発生器の出力には実際には何らの影響も及ぼさな
い。というのは電流発生器の電流は実際には抵抗
Ｒ６によつてのみ規定されるからである。４端子
網の入力側の終端インピーダンスは小さい。即ち
それは４端子網の入力側の負荷抵抗Ｒ２およびＲ
１の並列回路によつて決められている。出力側の
終端インピーダンスは同じ大きさであり、それは
抵抗Ｒ３およびＲ４によつて決められている。制
御信号Ｑが切換られかつトリガパルスＳ１が新た
に送出されると、送信パルスは変成器９を介して
送出され、かつ受信信号は変成器７を介して受信
増幅器に導かれる。この場合同じ比が生じる。こ
のようにすれば障害となる零点のずれは実際に完
全に抑圧される。

第３図の実施例では超音波変換回路１１０およ
び１１３のうち単に、それぞれ所属の接続端子１
１１および１１２もしくは１１４および１１５を
有する変成器１０７および１０９のみが示されて
いる。送信信号発生器１１６は第１図の実施例と
は異なる構成を有するが、受信増幅器１１７は同
じに構成することができる。

この実施例では接続端子１１１と１１２との間
に負荷抵抗Ｒ１２が設けられており、また接続端
子１１４と１１５との間に負荷抵抗Ｒ１３が設け
られている。２つの抵抗は有利には同じ値である
がこの場合も、電流発生器として構成されている
送信信号発生器１１６および受信増幅器１１７の
インピーダンスに比べると小さい。負荷抵抗は同
時に、スイツチング素子に過制御および非直線性
を惹起するおそれのある、超音波変換回路の共振
を減衰するために用いられる。

電流発生器１１６は、エミツタ抵抗Ｒ１４を具
備したトランジスタTr８を有する。このトラン
ジスタのベースは、変成器２２を介してトリガパ
ルスＳ１によつて制御される、普通の構成を有す
る発振回路２３により制御され、それにより電流
発生器は送信信号として電流振動を送出する。

電流発生器１１６の出力線２３は一方でトラン
ジスタスイツチTr９を介して接続端子１１１に
接続されており、また他方でトランジスタスイツ
チTr１０を介して接続端子１１４に接続されて
いる。これらのトランジスタスイツチのベースは
通例、抵抗Ｒ１５もしくはＲ１６を介して正の給
電電圧に接続されているので、その結果これらス
イツチは遮断されている。信号Ｑまたはによつ
てこれらトランジスタはそれぞれ、増幅器２４ま
たは２５および所属の抵抗Ｒ１７またはＲ１８を
介して負の電位に接続されるので、その結果導通
状態になる。

接続端子１１１は、コンデンサＣ３を介してス
イツチ２６に接続されており、接続端子１１４は
コンデンサＣ４を介してスイツチ２７に接続され
ている。これらスイツチの出力側は受信増幅器１
１７に導かれている。これら２つの第２のスイツ
チはそれぞれ、ダイオードブリツジ２８および２
９によつて形成され、その際これらブリツジには
それぞれ、抵抗Ｒ１９，Ｒ２０が前置接続され、
かつ抵抗Ｒ２１，Ｒ２２が後置接続されている。
これらスイツチは、増幅器３０または３１を介し
て信号Ｑまたはによつて制御される。例えば増
幅器３０が正の出力を送出しかつ増幅器３１が負
の出力を送出すれば、電流はスイツチ２７を介し
て流れ、その結果出力信号は接続端子１１４から
受信増幅器１１７に伝送することができる。回路
は、その際同時にトランジスタスイツチTr９が
導通接続されるように選択されている。信号反転
の際トランジスタTr１０が導通状態になり、か
つスイツチ２８が受信信号を伝送するよう働く。

この回路では負荷抵抗Ｒ１２およびＲ１３は、
４端子網の部分と見做すことができるので、互い
に等しい終端インピーダンスは電流発生器１１６
および受信増幅器１１７の非常に高い内部抵抗に
よつて形成される。この場合抵抗Ｒ１４のため高
抵抗である電流発生器１１６は、非常に僅かなイ
ンピーダンスによつて負荷されている。その理由
は、接続端子１１１，１１２および１１４，１１
５の間に形成される４端子網には小さな負荷抵抗
が入力側に並列に接続されており、かつ４端子網
は出力側で小さな抵抗によつて終端されているか
らである。

第４図の実施例では、２つのトランジスタスイ
ツチTr９およびTr１０に代わつてダーリントン
回路３０および３１が設けられている。これらの
回路はそれぞれ、２のトランジスタTr１１およ
びTr１２もしくはTr１３およびTr１４から成つ
ている。この回路は、切換電流のほんの僅かな部
分しかベース区間を介して流れないので、その結
果これらスイツチの非直線性が測定結果に同じく
影響を及ぼさないという利点を有する。

図示した実施例は種々異なつて変形することが
できる。例えば第２のスイツチ２６および２７の
代わりに単純なトランジスタスイツチを使用する
こともできる。

第１図の回路の実施例では負荷抵抗Ｒ１乃至Ｒ
４はそれぞれ100Ωであり、電流発生器１６のイ
ンピーダンスは約50KΩであつた。受信増幅器に
おいて抵抗Ｒ７は200KΩであり、抵抗Ｒ８は
33KΩであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波測定装置の第１の実施
例の回路図、第２図は第１図の回路を簡易化して
示す回路略図、第３図は本発明の超音波測定装置
の第２の実施例の回路図、第４図は第３図の回路
の部分の変形例を示す略図である。 ３……測定区間、４，５……超音波変換器、
７，９，１０７，１０９……変成器、１０，１
３，１１０，１１３……超音波変換回路、１１，
１２，１４，１５，１１１，１１２，１１４，１
１５……接続端子、１６，１１６……送信信号発
生器、１７，１１７……受信増幅器、２３……発
振回路、２８，２９……ダイオードブリツジスイ
ツチ、３０，３１……ダーリントン回路、Ｓ１…
…制御パルス、Ｓ２……受信信号、Ｑ，……制
御信号、Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ１２，Ｒ１３……負荷抵
抗、Tr１〜Tr１０……トランジスタスイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 選択的に送波器および受波器として動作する
   ２つの超音波変換器回路が設けられており、該回
   路の接続端子を切換装置を用いて選択的に送信信
   号発生器または受信増幅器に作用接続可能であ
   り、その際電流発生器として構成されている前記
   送信信号発生器および前記受信増幅器は高いイン
   ピーダンスを有する、超音波測定装置において、 ２つの超音波変換器回路１０，１３；１１０，
   １１３の接続端子１１，１２，１４，１５；１１
   １，１１２，１１４，１１５は２つの切換位置に
   おいて直接少なくとも１つの負荷インピーダンス
   Ｒ１−Ｒ４；Ｒ１２，Ｒ１３を備えており、該負
   荷インピーダンスは前記電流発生器１６；１１６
   および受信増幅器１７；１１７のインピーダンス
   に比べて小さく、近似的に同じ大きさであり、そ
   の際前記負荷インピーダンスＲ１−Ｒ４；Ｒ１
   ２，Ｒ１３は常時、前記２つの超音波変換器回路
   １０，１３；１１０，１１３の接続端子１１，１
   ２；１４，１５；１１１，１１２，１１４，１１
   ５に接続されているようにしたことを特徴とする
   液体の流速を測定する超音波測定装置。 ２ 負荷インピーダンスＲ１−Ｒ４；Ｒ１２，Ｒ
   １３は抵抗である特許請求の範囲第１項記載の液
   体の流速を測定する超音波測定装置。 ３ 負荷インピーダンスＲ１２，Ｒ１３を、超音
   波変換回路１１０，１１３の固有共振が減衰され
   るように設定した特許請求の範囲第１項記載の液
   体の流速を測定する超音波測定装置。 ４ 電流発生器１６をそれぞれ１つの負荷インピ
   ーダンスＲ１，Ｒ２を介して２つの超音波変換回
   路１０，１３の一方の接続端子１１，１４に接続
   し、受信増幅器１７をそれぞれ１つの負荷インピ
   ーダンスＲ３，Ｒ４を介して２つの前記超音波変
   換回路の他方の端子１２，１５に接続し、かつ前
   記の４つのすべての接続端子をそれぞれ１つのス
   イツチ（Tr１乃至Tr４）を介してアースに接続
   し、その際すべての負荷インピーダンスが同じ値
   であるようにした特許請求の範囲第１項記載の液
   体の流速を測定する超音波測定装置。 ５ ２つの負荷インピーダンスＲ１２，Ｒ１３の
   一方をそれぞれ、超音波変換器回路１１０，１１
   ３の接続端子に並列に接続した特許請求の範囲第
   １項記載の液体の流速を測定する超音波測定装
   置。 ６ 切換装置の、送信信号発生器１１６に対応す
   るスイツチはそれぞれ１つのダーリントントラン
   ジスタ回路３０，３１によつて形成されている特
   許請求の範囲第５項記載の液体の流速を測定する
   超音波測定装置。 ７ 切換装置の、受信増幅器１１７に対応するス
   イツチ２６，２７は電流制御ダイオードブリツジ
   ２８，２９によつて形成されている特許請求の範
   囲第５項または第６項記載の液体の流速を測定す
   る超音波測定装置。