JPH0323875B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、測定個所に配設されている超音波音
響測深装置と前記測定個所から離れている評価個
所との間の信号伝送装置であつて、前記測定個所
に配設されている、超音波パルスを連続的な送信
周期において送信しかつ目標における反射後受信
されたエコーパルスを電気信号に変換する少なく
とも１つの超音波変換器と、前記測定個所に配置
されている、エコー信号の包絡線を表わす電気的
な包絡線信号を発生するための包絡線発生回路を
有する前置電子装置と、前記評価個所に配設され
ている評価装置と、前記包絡線信号を前記評価装
置に伝送する接続線とを具備し、前記評価装置に
おいて前記包絡線信号に前記超音波パルスの走行
時間から目標距離を求めるために評価される形式
のものに関する。

従来の技術 この種の装置は、超音波音響測深を用いた容器
中の充てん状態測定に使用されることが多い。こ
の目的のために容器内に生じる最高充てん状態よ
り上に、容器内にある充てん物に到達する超音波
送信パルスを送信する超音波変換器が配設されて
いる。充てん物において反射された超音波エコー
パルスは、同じまたは第２の超音波変換器によつ
て受信されかつ電気受信信号に変換される。超音
波パルスの走行時間から超音波変換器から充てん
物表面までの距離、ひいては容器内の充てん状態
を計算することができる。超音波パルスを送出す
るための超音波変換器の励振は、超音波の周波数
を有する電気高周波パルスによつて行なわれる。
これら励振パルスは任意の所望のパルス形態（包
絡線）を有することができ、例えば矩形状にキー
イングすることができる。エコーパルスの受信の
際超音波変換器から送出される電気受信信号は、
同じ周波数の高周波パルスであるが、その曲線形
状は超音波変換器および超音波の伝播媒体の伝達
関数によつて規定されて、励振パルスの曲線形状
と異なつている。更に受信信号の振幅は、励振パ
ルスの振幅に比べて著しく小さい。

殊に充てん状態測定に音響測深装置を使用する
場合多くは、測定結果を測定個所とは離れた個所
で使用できるようにすることが必要である。一方
において測定個所は操作のために接近するのが難
しいことが多く、かつそこでは大抵不都合な状況
がある。また他方において複数の測定個所の測定
結果を中央にてまとめることが望ましい。

＃Siemens−zeitschrift〓42（1968年）、第１冊、
第18〜第22頁から公知の、充填状態測定のために
使用される超音波音響測深装置における信号伝送
装置では、前置電子装置においてエコーパルスの
包絡線を表わす電気的な包絡線信号が発生され、
かつ包絡線信号は接続線を介して前置電子装置と
は切離された制御および評価装置に伝送される。
このようにして、殊に伝送路が比較的大きな長さ
を有するときに電気的な高周波信号の伝送に関し
て生じる困難性が回避され、一方他方においてエ
コーパルスのすべての重要な情報は維持される。
その理由は、これら重要な情報は包絡線によつて
表わされている曲線形状に現われているからであ
る。包絡線信号は、任意の長さの導体の通例の敷
設ケーブルを介して伝送することができる低周波
信号である。

付加情報を得並びに測定精度および雑音余裕度
を高めるために、測定個所から評価個所に、測定
個所で生じているパラメータを特徴付けている別
の情報を伝送することが望まれることが多い。従
つて例えば超音波の伝播媒体の温度は目標距離測
定の精度にとつて重要な情報である。というのは
超音波の伝播速度は温度に依存しておりかつ従つ
て温度は測定された走行時間からの進んだ距離の
計算に係わつてくるからである。西独国特許出願
公告第1915956号公報から公知の、船体に取付け
られている観察ステーシヨンにケーブルを介して
接続されている、トロール網に取付けられている
測定ステーシヨンを備えた、漁労用の超音波音響
測深装置では、測定個所に、伝播媒体の温度を表
わす測定値信号を発生する温度センサが取付けら
れている。測定値信号は前置電子装置によつて、
各送信周期の零時点からの時間間隔で温度測定値
を表わす加工エコーパルスに変換される。加工エ
コーパルスは有利には真のエコーパルスと同じ搬
送周波数を有しており、かつそれらは真のエコー
パルスとともに同じケーブルを介して観察ステー
シヨンに伝送される。

発明が解決しようとする問題点 この公知の信号伝送装置において、真のエコー
パルスに付加的に更に加工エコーパルスも高周波
信号として伝送されることで、高周波信号の伝送
の問題点が大きくなる。この問題点は、もつと別
のパラメータ測定値を測定個所から観察ステーシ
ヨンに伝送しようとするとき一層大きくなる。

これに対して本発明の課題は、エコーパルスの
包絡線を表わす電気的な包絡線信号に対して付加
的に更に別の電気信号をそれにより包絡線信号の
伝送が妨害されるかまたは障害作用を受けること
なく、測定個所と評価個所との間で同じ接続線を
介して伝送することができる、超音波音響測深装
置における信号伝送装置を提供することである。

問題点を解決するための手段 この課題は冒頭に述べた形式の信号伝送装置に
おいて本発明により次のようにして解決される。
即ち包絡線信号の発生および伝送はおのおのの送
信周期の第１区分時間において行なわれ、該第１
区分時間の持続時間は少なくとも、超音波パルス
の生じうる最長走行時間に等しく、かつおのおの
送信周期の第２の区分時間において、前記包絡線
信号の評価のために、前記測定個所において発生
された、少なくとも超音波パルスの伝播媒体の温
度を特徴付ける、低周波電気信号が前記接続線を
介して前記評価個所へ伝送され、かつ前記おのお
のの送信周期の第２区分時間において少なくとも
１つの制御信号が前記同じ接続線を介して前記評
価個所から前記測定個所へ伝送され、かつ前記制
御信号はそれぞれ、前記同じ時間区分において伝
送される低周波信号とに区別可能であるように形
成されている。

発明の効果 本発明の装置では包絡線信号の他にその他のす
べての信号も低周波で伝送され、その結果低周波
信号伝送の利点はそのまゝ維持される。殊に簡素
な、コスト安の任意の長さの接続線を使用するこ
とができる。包絡線信号をその他の信号とは別
の、送信周期の時分区分で伝送することによつ
て、他の信号による包絡線信号の妨害および障害
がいづれも回避される。それ故に種々のパラメー
タを表わす複数の低周波信号を測定個所から評価
個所へ伝送しかつその上に制御信号を評価個所か
ら測定個所へ伝送することが問題なく可能であ
る。この手段により殊に、前置電子装置における
所定の機能を評価個所から制御することができ
る。例えば前置電子装置における増幅器の増幅度
は評価個所から設定することができる。

本発明の有利な実施例は特許請求の範囲の実施
態様項に記載されている。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて
詳細に説明する。

第１図は測定個所Ｍに配設されている容器１０
を示す。容器内には充てん物１１が入つている。
容器１０における充てん物を測定するために、生
じる最高の充てん状態の上方にある容器の上側に
超音波変換器１２が配設されている。超音波変換
器は周期的に、下方に、容器内にある充てん物１
１に指向して超音波パルスを発生し、かつ充てん
物１１の表面にて反射された超音波エコーパルス
を受信しかつ電気受信信号に変換する。超音波変
換器１２から充てん物１１の表面に達しかつそこ
から超音波変換器１２に戻る超音波パルスの走行
時間は、超音波の周知の伝播速度において、超音
波が容器内で進行した距離に対する尺度でありか
つ従つて容器における充てん状態に対する尺度で
もある。超音波の伝播速度は殊に図示の例におい
て容器内の充てん物より上方にある空気である伝
播媒体の温度に依存する。温度が伝播速度に及ぼ
す影響を考慮できるように容器内に、容器内の温
度に依存する電気出力信号を送出する温度検出器
１３が設けられている。

超音波変換器１２および温度検出器１３は、容
器１０の直接近傍において同様測定個所Ｍに配設
されている前置電子装置１４に接続されている。
前置電子装置１４は超音波変換器１２に、電気高
周波送信パルスを送出し、変換器がこれらパルス
を超音波送信パルスに変換する。電子装置は超音
波変換器１２から超音波エコーパルスに相応する
電気受信信号を受信する。更に前置電子装置１４
は温度検出器１３の出力信号を受信する。

前置電子装置１４は接続線１５を介して、測定
個所Ｍから遠く離れている評価個所Ａに配設され
ている評価装置１６に接続されている。評価装置
１６は第１に信号処理回路１７を有する。この回
路には走行時間測定装置１８が後置接続されてい
る。信号処理回路は、前置電子装置１４から接続
線１５を介して伝送される信号を実施すべき評価
に相応して処理する。走行時間測定装置１８は、
信号処理回路１７によつて処理される信号から、
容器１０における超音波パルスの走行時間を求
め、かつ測定装置は出力側において容器１０にお
ける充てん状態を指示するかまたはこの充てん状
態に依存する切換過程を開始させるために使用す
ることができる信号を送出する。

第２図は左側の部分において測定個所Ｍにある
前置電子装置１４のブロツク回路図、右側の部分
において評価個所Ａにある評価装置１６のブロツ
ク回路図およびそれらの間にある接続線１５を示
している。接続線はそれが任意の長さをとること
ができるという理由で破線で示されている。第２
図は超音波変換器１２および温度検出器１３も示
している。

前置電子装置１４は、前置電子装置におけるす
べての過程の時間経過を制御する制御ユニツト２
０を有する。殊に制御ユニツト２０は出力側２０
ａに周期的なトリガパルスを送信パルス発生器２
１に対して送出する。このパルス発生器の出力側
は超音波変換器１２に接続されている。送信パル
ス発生器２１はそれぞれのトリガパルスに基いて
高周波送信パルスを送出する。このパルスは所望
の最適の超音波周波数を有しかつ超音波変換器１
２によつて超音波送信パルスに変換される。おの
おのの送信パルスの持続時間は、送信周期より短
い。送信周期の方は、容器１０における超音波パ
ルスの生じる最大走行時間より、即ち容器が空の
場合ないし生じる最低の充てん状態における走行
時間よりも長い。第４図に基いて後で詳しく説明
するように、図示の実施例において、容器１０に
おいて超音波変換器１２から充てん物１７の表面
に達しかつ再び超音波変換器１２に戻る超音波パ
ルスの生じる最大走行時間は250msより短く、か
つ送信周期は500msの持続時間T_Pを有しかつお
のおのの送信パルスの持続時間T_Sは1msであると
仮定する。従つて制御ユニツト２０は500msの周
期的な時間間隔においてその都度トリガパルスを
送信パルス発生器２１に送出し、この発生器はそ
れに基いて超音波変換器１２に1msの持続時間の
高周波送信パルスを印加する。

制御ユニツト２０の出力側２０ａにて周期的に
送出されるトリガパルスは更に阻止時間間隔回路
２２に供給される。最も簡単な場合単安定マルチ
バイブレータによつて形成される阻止時間間隔回
路２２は、その都度のトリガ信号に基いてその出
力側から阻止信号を送出する。この阻止信号の持
続時間T_BLは“阻止時間間隔”、即ち超音波変換
器１２が有効なエコーパルスを受信することがで
きない時間に相応する。これは一方において送信
パルスが放射される時間であり、他方においてそ
れぞれの送信パルスに続く振動減衰時間、即ち超
音波振動子減幅振動をする時間である。減幅振動
により超音波変換器１２の接続端子に同様電気信
号が生じ、かつ振動期間中に到来するエコーパル
スは、このエコーパルスから派生する電気受信信
号の振幅が段々と減衰していく信号の振幅より小
さいとき、評価することができない。阻止時間間
隔は、超音波変換器の特性、周囲条件（温度）並
びに組込み条件に依存して極めて種々異ならせる
ことができる。従つて阻止時間間隔回路２２から
送出される阻止信号の持続時間は、生じる最大振
動減衰時間を時間的に安全な係数だけ上回るよう
に設定される。上に取上げた数値例において阻止
時間間隔T_BLは送信パルスの開始から例えば6ms
である。

超音波変換器１２は、超音波変換器１２が超音
波エコーパルスの受信の都度送出する電気受信信
号を増幅する増幅器２４の入力側２４ａに接続さ
れている。増幅器２４の増幅度は増幅度制御入力
側２４ｂに印加される電圧によつて制御可能であ
る。更に増幅器２４は、阻止時間間隔回路２２の
出力側に接続されている阻止入力側２４ｃを有
し、その結果増幅器は阻止時間間隔回路２２から
送出されるそれぞれの阻止信号の持続時間の間阻
止されている。従つて送信パルス発生器２１から
送出される高周波送信パルス並びに超音波変換器
１２の振動減衰によつて発生される、増幅器２４
の振動は伝達されずかつ増幅器２４の出力側には
阻止時間間隔の経過後到来するエコー信号しか現
われない。

充てん状態測定においておのおのの送信周期に
おいて、充てん物１１の表面にて反射された超音
波エコーパルスから派生する有効な受信信号のみ
が生じる。この受信信号は、送信パルス発生器２
１から送出される高周波数送信パルスと同じ搬送
周波数を有する高周波パルスであるが、その曲線
形状は超音波変換器１２の伝送特性および容器１
０における伝送状態によつて規定されるので、送
信パルスの曲線形状とは異なつている。第３図の
ダイヤグラムＡは例として送信パルス発生器２１
から送出される高周波送信パルスを示し、その際
送信パルスが矩形形状にキーイングされているも
のと仮定している。第３図のダイヤグラムＢは増
幅器２４の出力側における、受信された超音波エ
コーパルスに相応する受信信号を示す。送信パル
スと受信パルスとの間の時間間隔T_Mは容器１０
における超音波の走行時間に相応し、ひいては充
てん状態を表わす。エコー信号の振幅および時間
経過は容器における伝送状態を再現している。

増幅器２４の出力側に、増幅器２４の出力信号
の包絡線の時間経過に相応する出力信号を発生す
る包絡線発生回路２５が接続されている。第３図
のダイヤグラムＣは、ダイヤグラムＢの受信信号
に対して包絡線発生回路２５の出力側において取
出される包絡線信号を示す。この包絡線信号は、
ダイヤグラムＢの高周波信号の包絡線に相応する
時間経過を有する電圧パルスである。従つてこの
電圧パルスは、伝送状態の評価および判定に対し
て必要であるすべての情報を含んでいる。包絡線
発生回路２５は最も簡単な場合振幅復調器によつ
て形成することができ、場合に応じて受信信号の
搬送周波数に同調されている帯域通過フイルタが
前置接続されている。

包絡線発生回路２５の出力側は論理スイツチ回
路２６の信号入力側２６ａに接続されている。こ
の回路の出力側には接続線１５が接続されてい
る。この論理スイツチ回路２６は制御入力側２７
ａを有し、この入力側は制御ユニツト２０の第２
出力側２０ｂに接続されている。論理スイツチ回
路２６の別の制御入力側２７ｂは阻止時間間隔回
路２２の出力側から阻止信号を受取る。

温度検出器１３の出力信号は増幅器３０におけ
る増幅後論理スイツチ回路２６の別の信号入力側
２６ｂに加わる。

増幅器２４の増幅度制御入力側２４ｂは、増幅
度制御回路６０の出力側に接続されている。この
回路は後で説明するように、受信信号に相応する
包絡線信号の振幅に影響を及ぼす増幅度制御電圧
を送出する。

しかし増幅度制御のためエコー信号の振幅に含
まれている情報が、超音波変換器から充てん物表
面に至りかつ超音波変換器に戻る途上で超音波パ
ルスに損傷を加えるエコー減衰を介して消失す
る。これらの情報も評価装置におけるエコー信号
の評価に対して重要かもしれないので、評価装置
に付加的にエコー振幅に関する別個の情報が伝送
される。この目的のために増幅度制御回路６０か
ら送出される増幅度制御電圧が電圧／時間変換器
２９の入力側２９ａに供給される。この変換器の
出力側は論理スイツチ回路２６の別の制御入力側
２７ｃに接続されている。電圧／時間変換器２９
の別の入力側２９ｂは制御ユニツト２０の出力側
２０ｂに接続されている。電圧／時間変換器２９
は入力側２９ｂに供給される信号によりその都度
出力信号を送出する。この出力信号の持続時間
T_Vは入力側２９ａに加わる増幅度調整電圧に依
存している。

論理スイツチ回路２６は、制御ユニツト２０、
阻止時間間隔回路２２および電圧／時間変換器２
９から供給される時間制御信号による制御に基い
て順次異なつた信号線２５および３０をその出力
側に接続されている電流ドライバ４０に接続する
電子切換装置である。

電流ドライバ４０は論理スイツチ回路からその
都度供給される信号電圧を、接続線１５を介して
評価装置１６に伝送される電流に変換する。従つ
て接続線１５は電圧伝送線ではなくて、電流ルー
プとして駆動される。

電流ドライバ４０に、制御ユニツト２０の別の
出力側２０ｃに接続されている制御入力側を有し
ている検出器回路５０が接続されている。検出器
回路５０の出力側は増幅度制御回路６０の入力側
に接続されている。

評価装置１６は、第１図の信号処理回路１７お
よび走行時間測定装置１８の機能を実施するよう
にプログラミングされているマイクロコンピユー
タ７０を有する。評価装置１６において接続線１
５とアースとの間に接続されている抵抗７１が電
流ループを閉じている。この抵抗７１における電
圧降下はAD変換器７２の入力側に加わつて、そ
のデジタル出力信号がマイクロコンピユータ７０
に供給される。

マイクロコンピユータ７０の出力側は、スイツ
チ７３を制御し、このスイツチによつて＋24Vの
電圧を接続線１５に印加することができる。この
電圧は例えば＋12Vである、前置電子装置におい
て使用される正の給電電圧V_CCより著しく高い。

第４図のダイヤグラムは持続時間T_P＝500ms
の送信周期の経過中接続線１５を介して伝送され
る信号を時間の関数として示す。種々の信号の持
続時間はわかり易くするために正確な縮尺で図示
されてはいない。

先に挙げた数値例によれば送信周期T_Pの持続
時間はエコーパルスの生じる最長走行時間の２倍
以上に選定されている。送信周期は、250msの持
続時間を有する２つの同じ大きさの区分時間T_P1
およびT_P2に分割されている。区分時間T_P1は、
エコーパルスに相応する包絡線信号の伝送のため
に用いられ、一方区分時間T_P2において評価装置
１６において包絡線信号の評価に対して必要とさ
れる残りの信号が伝送される。勿論２つの区分時
間T_P1およびT_P2が同じ大きさであることは必ず
しも必要ではない。例えば残りの信号の伝送のた
めに設けられている区分時間T_P2は、エコー信号
の受信および伝送に対して使用される区分時間
T_P1よりずつと短くすることもできる。

おのおのの送信周期の始めにおける時点t₀にお
いて制御ユニツト２０は出力側２０ａから送出さ
れるトリガパルスと同期して論理スイツチ回路２
６の制御入力側２７ａに信号を印加する。この信
号は論理スイツチ回路２６を、例えば10mAの一
定の直流電流I_Aが線１５に印加される位置にす
る。この電流パルスの開始は評価装置１６に超音
波送信パルスの送出の時期、従つて測定時間の開
始を信号により知らせる。直流電流I_Aの伝送の持
続時間は有利には送信パルスの持続時間T_Sに等
しく、こゝで仮に挙げた数値例では1msである。
この持続時間は第４図において送信周期の持続時
間T_Pに比べて誇張して大きく図示されている。

送信時間T_Sの経過後論理スイツチ回路２６は
時点t₁において阻止時間間隔回路２２から制御入
力側２７ｂに印加される阻止信号の作用に基い
て、接続線１５に印加される直流電流が例えば
6mAである比較的低い値I_Bに下げられる位置に移
行する。この状態は、阻止時間間隔回路２２によ
つて決められる阻止時間T_BLの持続期間中維持さ
れる。この阻止時間は既述の数値例において送信
パルスの始めからで6msである。これにより評価
装置１６に阻止時間の持続時間が指示される。阻
止時間T_BLも第４図において誇張して大きく図示
されている。

時点t₂における阻止時間T_BLの終了後論理スイ
ツチ回路２６は電流ドライバ４０を信号入力側２
６ａに接続する。従つて阻止時間に続く、送信周
期の第１区分時間T_P1の残りの部分において、エ
コーパルスに相応する包絡線信号I_Hが評価装置１
６に伝送される。評価装置１６は、送信時点t₀
と、包絡線信号I_Hの前縁が前以つて決められた閾
値に達する時点t_Mとの間の時間間隔T_Mを検出し、
かつそこから残りの信号を用いて伝送されるパラ
メータを考慮して容器１０における充てん状態を
計算する。

250msの経過後制御ユニツト２０は時点t₃にお
いて新たに論理スイツチ回路２６の制御入力側２
７ａに、10mAの電流値を有する1msの持続時間
の同期パルスI_Cを送出するよう作用する信号を加
える。この同期パルスI_Cは評価装置１６に送信周
期の第２区分時間T_P2の開始を指示する。

しかしこの同期パルスI_Cに伴つて制御ユニツト
２０の出力側２０ａにトリガパルスが生じる訳で
はないので、この時点において超音波送信パルス
の送出は行なわれずかつ阻止時間間隔回路２２は
制御入力側２７ｂに阻止信号を印加しない。従つ
て接続線１５における電流は、時点t₄における同
期パルスI_Cの終了時においてOVに降下する。
こゝでは6mAの電流段階が生じないので評価ユ
ニツト１６は、送信周期の２つの区分時間T_P1お
よびT_P2を区別することができる。

制御入力側２７ｃに印加される、電圧／時間変
換器２９の出力信号によつて決められる持続時間
T_Vの経過後、論理スイツチ回路２６は時点t₅か
ら信号入力側２６ｂと電流ドライバ４０との間の
接続を形成し、その結果増幅器３０の出力電圧は
相応する直流電流I_Tが接続線１５を介して伝送さ
れる。従つて接続線１５は区分時間T_P2の残りの
部分において温度検出器１３によつて検出され
た、容器内の温度を表わしている電流I_Tを導く。
この電流は、次の送信周期が始まりかつ新たに電
流値10mAを有する同期パルスが接続線１５を介
して伝送される時点t₀′まで維持される。

電圧／時間変換器２９によつて決められる持続
時間T_Vは増幅度制御回路６０の出力側における
増幅度制御電圧に依存しかつ従つてエコー振幅に
対する尺度である。従つて値OAと温度電流I_Tと
の間の電圧ステツプ変化時点t₅はエコー振幅に依
存してシフトされる。即ち区分時間T_P2において
エコー振幅情報が時間信号によつて伝送されかつ
温度情報が電流値によつて伝送される。

このようにして評価個所において必要とされる
すべての情報は接続線１５を介して非常に低周波
の信号によつて伝送される。従つて接続線１５は
簡単な、遮へいされていない導体とすることがで
き、かつ伝送される信号は接続線の長さが著しく
長い場合でも大して減衰されない。

勿論種々異なつた情報を時間的に別の順序で接
続線を介して伝送することもできるか、または伝
送形式を任意に変えることができ、その場合例え
ばエコー振幅が電流値によつて表わされかつ温度
が時間情報によつて表わされる。更に区分時間
T_P2において別の関心のある情報を類似の低周波
信号を用いて評価装置に伝送することができる。

評価装置１６におけるスイツチ７３の閉成によ
つて＋24Vの電圧パルスU_Sを伝送するために、送
信周期の第２区分T_P2において可変の期間T_Vの終
了点がどんな場合にも時間窓T_F内に生じること
がないように設定されている時間窓T_Fが設けら
れている。第４図において、最大期間T_Vは
140msより小さいものと仮定してある。時間窓
T_Fは、同期パルスI_Cの終了後140msの時点t₆にお
いて始まりかつ60msの持続時間を有し、その結
果同期パルスI_Cの終了から200msの時間間隔を有
する時点t₇において終了する。

時間窓T_F期間の電圧パルスU_Sの有無は、評価
装置１６から前置電子装置に伝送される制御情報
を示す。スイツチ７３の閉成によつて接続線１５
に電圧パルスU_Sが印加されると“増幅度を高め
よ”を意味する。時間窓T_F期間中に電圧パルス
U_Sが生じなければ、“増幅度を低減せよ”を意味
する。前置電子装置１４における検出器回路５０
は、各時間窓T_Fにおける電圧パルスU_Sの有無を
検出しかつ増幅度制御回路６０によつて増幅器２
４の増幅度を相応に変化させるようにする。

電流ドライバ４０、検出器回路５０および増幅
度制御回路６０の実施例は第５図に比較的詳しく
図示されている。

電流ドライバ４０は、電圧／電流変換器として
作用する増幅器４１を有する。増幅器の出力側に
は抵抗４２を介して接続線１５が接続されてい
る。増幅器４１から接続線１５を介して伝送され
る電流Ｉは常時正であるので（第４図）、この電
流は抵抗４２において、増幅器４１の出力側に接
続されている。抵抗４２の端子が常時比較的高い
電位を導くように電圧降下を生ぜしめる。増幅器
４１は、＋12Vの正の給電電圧V_CCにおいて飽和状
態になるように構成されている。従つて評価装置
１６においてスイツチ７３の閉成によつて＋12V
より高い電圧が接続線１５に印加される時、増幅
器４１はもはや電流を送出することができず、か
つ抵抗４２における極性が反転する。この極性反
転は検出器回路５０によつて検出される。

検出器回路５０は、差入力側を有する演算増幅
器によつて形成されている比較器５１を含んでい
る。演算増幅器の反転入力側は２つの抵抗５２，
５３から形成されている分圧器のタツプに接続さ
れている。この分圧器は増幅器４１に接続されて
いる、抵抗４２の端子とアースとの間に接続され
ている。演算増幅器の非反転入力側は、接続線１
５に接続されている、抵抗４２の端子とアースと
の間に接続されている、２つの抵抗５４，５５か
ら形成された分圧器のタツプに接続されている。
演算増幅器の出力側は、反転入力側に印加される
電位が非反転入力側に印加される電位より高いと
き、負の電圧を導く。即ち電位の状態が反転する
と、演算増幅器の出力電圧は正になる。

比較器５１の出力信号はゲート回路５６を介し
て保持素子５７に送出される。ゲート回路５６
は、カスケード接続された２つの単安定マルチバ
イブレータ５８および５９から形成されている時
間制御回路によつて制御される。２つの単安定マ
ルチバイブレータ５８および５９は負の方向に向
かうパルス側縁によつてトリガされる。単安定マ
ルチバイブレータ５８の保持時間は140msであ
り、かつ単安定マルチバイブレータ５９の保持時
間は60msである。

単安定マルチバイブレータ５８のトリガ入力側
は、制御ユニツト２０の出力側２０ｃに接続され
ている。制御ユニツト２０は送信周期の都度、出
力側２０ｃに同期パルスI_Cと時間的に一致する
（第４図）パルスを送出する。単安定マルチバイ
ブレータ５８はこのパルスの後縁によつてトリガ
される。140msの保持時間の経過後単安定マルチ
バイブレータ５８は単安定マルチバイブレータ５
９をトリガする。単安定マルチバイブレータ５９
の出力側は、ゲート回路５６の制御入力側に接続
されており、その結果ゲート回路５６は単安定マ
ルチバイブレータ５９の保持時間の持続時間の間
開放されている。第４図からたヾちにわかるよう
に、ゲート回路５６の開放時間は正確に時間窓
T_Fに相応する。従つて各送信周期において時間
窓T_Fの期間中生じる、比較器５１の出力電圧が
保持素子５７に伝送される。保時素子においてこ
の電圧が次の送信周期における時間窓の開始まで
記憶される。

増幅度制御回路６０は、従来のように演算増幅
器６２によつて形成されている積分器６１を含ん
でいる。この増幅器の出力側から反転入力側に至
る帰還回路にコンデンサ６３が設けられている。
反転入力側は抵抗６４を介して検出器回路５０の
保持素子５７の出力側に接続されており、一方非
反転入力側は固定電位、例えばアース電位に接続
されている。この種の積分器の公知の動作に相応
して、演算増幅器６２の出力電圧は、入力側に一
定の負の電圧が印加されるときリニヤに上昇し、
かつ入力側に一定の正の電圧が加わるときはリニ
ヤに下降する。積分器６１に反転形の増幅器６５
が後置接続されている。この増幅器の出力側は増
幅器２４および電圧／時間変換器２９に増幅度制
御電圧を送出する。

これまでの説明から明らかであるように、増幅
器２４の増幅度は、電圧パルスU_Sが接続線１５
に加わつているおのおのの時間窓中およびその
後、連続的に高められ、一方電圧パルスU_Sが生
じていない時間窓中およびその後連続的に低減さ
れる。これにより増幅器２４の増幅度は評価装置
１６によつて制御することができる。

増幅器２４の増幅度に代わつて電圧パルスU_S
によつて前置電子装置の別の機能を制御すること
もできる。相応の方法において、おのおのの送信
周期において時間的に相続く複数の時間窓を設定
かつ前置電子装置においておのおのの時間窓に対
して１つの検出器回路を設け、それらが所属の時
間窓に電圧パルスが生じたか否かを検出するよう
にして、前置電子装置の複数の機能を評価装置に
よつて制御することもできる。いづれの場合にお
いても著しく高い電圧を接続線に印加することに
よつて、評価装置から前置電子装置に伝送される
制御信号が反対方向に伝送される包絡線および情
報信号と明確に区分できることが保証されてい
る。制御信号を、おのおのの送信周期の第２区分
時間にて伝送することによつて、送信周期の第１
区分時間における包絡線信号の伝送が妨げられな
いことが保証される。

第６図は、増幅器２４の増幅度が評価装置から
の制御信号によつて制御されない場合の、前置電
子装置１４の変形実施例を例示している。前置電
子装置１４のブロツク回路図は第２図の左側の部
分におゝむね相応している。変わつていない回路
構成部分は第２図と同じ参照番号が付けられてお
り、従つて説明を繰返さない。第６図の前置電子
装置は第２図の前置電子装置とは次の点でのみ異
なつている。即ち増幅度制御回路６０に代わつ
て、増幅度調整器２８が設けられている。増幅器
調整器は包絡線制御回路２５の出力信号を受信し
かつ増幅器２４の増幅度制御入力側２４ｂに、受
信信号の振幅に相応する包絡線信号を前以つて決
められた一定の値に保持しようとする増幅度調整
電圧を送出する。増幅度調整器２８の出力側は、
第２図の増幅度制御回路６０の出力側と同じよう
に電圧／時間変換器２９の入力側２９ａに接続さ
れており、その結果上述のようにエコーパルスの
振幅を特微付ける情報が評価装置に伝送される。

更に第６図には、接続線１５を直接論理スイツ
チ回路２６の出力側に接続することができること
が示されており、その結果第２図の電流ドライバ
４０は省略されている。

この場合接続線１５は電流ループではなく、電
圧伝送線として駆動され、第４図に示された電流
値I_A，I_B，I_H，I_C，I_Tに代わつて相応の電圧値が生
じる。伝送される電圧の時間経過は、第４図の電
流線図の時間経過と一致する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、超音波音響測深装置を用いて容器内
の充てん状態を測定するための、本発明により構
成された装置の原理を説明するブロツク図であ
り、第２図は本発明の装置の前置電子装置および
評価装置の実施例のブロツク回路図であり、第３
図は第２図の装置において生じる種々の信号の時
間的経過を示す波形図であり、第４図は送信周期
において接続線を介して伝送される信号の時間的
に順次示す信号波形図であり、第５図は第２図の
前置電子装置の一部の構成部分の構成を詳しく示
す回路図であり、第６図は、第１図の装置の前置
電子装置の別の実施例のブロツク回路図である。 Ｍ……測定個所、Ａ……評価個所、１２……超
音波変換器、１３……温度検出器、１４……前置
電子装置、１５……接続線、１６……評価装置、
１７……信号処理回路、１８……走行時間測定装
置、２０……制御ユニツト、２１……送信パルス
発生器、２２……阻止時間間隔回路、２４，３０
……増幅器、２５……包絡線発生回路、２６……
論理スイツチ回路、２８……増幅度調整器、２９
……電圧／時間変換器、４３……電流ドライバ、
５０……検出器回路、６０……増幅度制御回路、
７３……スイツチ、T_P……送信周期、T_P1，T_P2
……区分時間、I_H……包絡線信号、I_C……同期パ
ルス、U_S……制御信号、T_F……時間窓。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定個所に配設されている超音波音響測深装
   置と前記測定個所から離れている評価個所との間
   の信号伝送装置であつて、前記測定個所に配設さ
   れている、超音波パルスを連続的な送信周期にお
   いて送信しかつ目標における反射後受信されたエ
   コーパルスを電気信号に変換する少なくとも１つ
   の超音波変換器と、前記測定個所に配置されてい
   る、エコー信号の包絡線を表わす電気包絡線信号
   を発生するための包絡線発生回路を有する前置電
   子装置と、前記評価個所に配設されている評価装
   置と、前記包絡線信号を前記評価装置に伝送する
   接続線とを具備し、前記評価装置において前記包
   絡線信号は前記超音波パルスの走行時間から目標
   距離を求めるために評価される形式のものにおい
   て、前記包絡線信号I_Hの発生および伝送はおのお
   のの送信周期T_Pの第１区分時間T_P1において行わ
   れ、該第１区分時間の持続時間は短くとも、超音
   波パルスの生じうる最長走行時間に等しく、かつ
   おのおのの送信周期T_Pの第２の区分時間T_P2にお
   いて、前記包絡線信号I_Hの評価のために、前記測
   定個所Ｍにおいて発生された、少なくとも超音波
   パルスの伝播媒体の温度を特徴付ける、低周波電
   気信号I_Tが前記接続線１５を介して前記評価個所
   Ａへ伝送され、かつ前記おのおのの送信周期T_P
   の第２区分時間T_P2において少なくとも１つの制
   御信号U_Sが前記同じ接続線１５を介して前記評
   価個所Ａから前記測定個所Ｍへ伝送され、かつ前
   記制御信号U_Sはそれぞれ、前記同じ時間区分に
   おいて伝送される低周波信号とは区別可能である
   ように形成されていることを特徴とする信号伝送
   装置。 ２ 評価装置１６において、おのおのの送信周期
   T_Pの第２の区分時間T_P2における前以て決められ
   た時間窓T_Fの期間中に少なくとも１つの制御信
   号U_Sを接続線１５に印加するための装置７３が
   設けられており、かつ前置電子装置１４において
   おのおのの送信周期T_Pにおける前以て決められ
   た時間窓T_F期間中の制御信号U_Sの発生に応動す
   る検出器回路５０が設けられている特許請求の範
   囲第１項記載の信号伝送装置。 ３ 各制御信号U_Sを高めるために、低周波電気
   信号の伝送期間中接続線１５に発生するいずれの
   電圧より高い電圧が、前以て決められた時間窓
   T_Fの期間中接続線に印加される特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の信号伝送装置。 ４ おのおのの送信周期T_Pの第２区分時間T_P2に
   おいて、受信されたエコーパルスの振幅を特徴付
   ける電気信号が評価個所Ａに伝送される特許請求
   の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記載
   の信号伝送装置。 ５ おのおのの送信周期T_Pの第２区分時間T_P2の
   期間中伝送される電気信号の少なくとも１つが振
   幅情報によつて表示されている特許請求の範囲第
   １項から第４項までのいずれか１項記載の信号伝
   送装置。 ６ 振幅情報は直流電流I_Tによつて表示されてい
   る特許請求の範囲第５項記載の信号伝送装置。 ７ おのおのの送信周期T_Pの第２の区分時間T_P2
   の期間中に伝送される信号の少なくとも１つが時
   間情報T_Vによつて表示されている特許請求の範
   囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の信
   号伝送装置。 ８ 時間情報T_Vはある振幅値から別の振幅値へ
   の切換の時点によつて表示されている特許請求の
   範囲第７項記載の信号伝送装置。 ９ 前置電子装置１４における包絡線発生回路２
   ５に増幅器２４が前置接続されており、該増幅器
   の増幅度は増幅制御電圧によつて変化し、かつ前
   記前置電子装置１４に、前記増幅制御電圧に依存
   する低周波信号を発生する信号源２９が設けられ
   ており、前記低周波信号はおのおのの送信周期
   T_Pの第２区分時間T_P2において評価個所Ａへ伝送
   される特許請求の範囲第１項から第８項までのい
   ずれか１項記載の信号伝送装置。 １０ 信号源は、増幅制御電圧に依存する時間信
   号を発生する電圧／時間変換器２９である特許請
   求の範囲第９項記載の信号伝送装置。 １１ 増幅制御電圧は、おのおのの送信周期T_P
   の第２区分時間T_P2において評価個所Ａから測定
   個所Ｍへ伝送される制御信号によつて決められる
   特許請求の範囲第９項又は第１０項記載の信号伝
   送装置。 １２ 増幅制御電圧は、包絡線信号I_Hのレベルを
   前以て決められた値に制御する増幅度制御回路６
   ０の出力電圧である特許請求の範囲第９項または
   第１０項記載の信号伝送装置。 １３ 送信周期T_Pのおのおのの区分時間T_P1，
   T_P2の開始時に、該開始を特徴付ける電気信号I_A，
   I_Cが同じ接続線を介して評価個所Ａに伝送される
   特許請求の範囲第１項から第１２項までのいずれ
   か１項記載の信号伝送装置。 １４ 前置電子装置１４は、超音波パルスの送信
   および測定個所Ｍから評価個所Ａへの信号伝送の
   時間シーケンスを制御する制御ユニツト２０を含
   んでおり、かつ該制御ユニツト２０は超音波パル
   スの発生と同期して、おのおのの送信周期T_Pの
   第１区分時間T_P1の開始時に第１の同期パルスI_A
   の、接続線１５を介した伝送およびおのおのの送
   信周期T_Pの第２区分時間T_P2の開始時に第２の同
   期パルスI_Cの、接続線１５を介した伝送をトリガ
   する特許請求の範囲第１３項記載の信号伝送装
   置。 １５ 前置電子装置１４は論理スイツチ回路２６
   を含んでおり、該論理スイツチ回路の信号入力側
   は包絡線発生回路２５の出力側および低周波電気
   信号を発生する別の信号源１３，２９の出力側に
   接続されておりかつ同論理スイツチ回路の出力側
   は接続線１５に接続されており、かつ前記論理ス
   イツチ回路は制御ユニツト２０によつて、接続線
   １５をおのおのの送信周期T_Pの第１区分時間T_P1
   において包絡線発生回路の出力側に接続しかつお
   のおのの送信周期T_Pの第２区分時間T_P2において
   少なくとも１つの別の信号源に接続するように制
   御される特許請求の範囲第１４項記載の信号伝送
   装置。