JPH0545124B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0545124B2 JPH0545124B2 JP60197374A JP19737485A JPH0545124B2 JP H0545124 B2 JPH0545124 B2 JP H0545124B2 JP 60197374 A JP60197374 A JP 60197374A JP 19737485 A JP19737485 A JP 19737485A JP H0545124 B2 JPH0545124 B2 JP H0545124B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- ultrasonic
- output
- frequency
- gate
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】
ａ 産業上の利用分野
本発明は連続超音波を用いた位相差式超音波流
速計に関し、特に被測定流体の音速の影響をなく
した超音波流速計に関する。
速計に関し、特に被測定流体の音速の影響をなく
した超音波流速計に関する。
ｂ 従来の技術
本発明者によつて特願昭58−137012号にて既に
提案しており、第３図はこの従来の連続超音波を
用いた位相差式超音波流速計の一例を示すブロツ
ク図である。同図において、送信又は受信用とし
ての超音波トランスデユーサUS1と受信又は送信
用としての超音波トランスデユーサUS2は、流体
が矢印の方向に流速ｖで流れる管Ｐの管壁に互い
に対向しないように、距離Ｌを隔てて付設されて
いる。一方、超音波のための周波数発振器OSC
からの発振電気信号はカウンタ回路CNT1で分周
され、そのひとつの出力をゲート回路GAT1の制
御信号としてゲートの開閉動作を行わせ、一定時
間間隔で前記発振器OSCの出力を通過させる。
このゲートを通過した発振器OSCの出力は超音
波送信回路Txで増幅され、送・受信切換えスイ
ツチSWを経由して前記超音波トランスデユーサ
US1又はUS2に送られる。この２個の超音波トラ
ンスデユーサUS1，US2は一方が送信機能を果す
ときは、他方が受信の機能を果し、その機能は前
記送・受信切換えスイツチSWを前記カウンタ回
路CNT1のもうひとつの出力によつて周期的に繰
返し切換えられる。
提案しており、第３図はこの従来の連続超音波を
用いた位相差式超音波流速計の一例を示すブロツ
ク図である。同図において、送信又は受信用とし
ての超音波トランスデユーサUS1と受信又は送信
用としての超音波トランスデユーサUS2は、流体
が矢印の方向に流速ｖで流れる管Ｐの管壁に互い
に対向しないように、距離Ｌを隔てて付設されて
いる。一方、超音波のための周波数発振器OSC
からの発振電気信号はカウンタ回路CNT1で分周
され、そのひとつの出力をゲート回路GAT1の制
御信号としてゲートの開閉動作を行わせ、一定時
間間隔で前記発振器OSCの出力を通過させる。
このゲートを通過した発振器OSCの出力は超音
波送信回路Txで増幅され、送・受信切換えスイ
ツチSWを経由して前記超音波トランスデユーサ
US1又はUS2に送られる。この２個の超音波トラ
ンスデユーサUS1，US2は一方が送信機能を果す
ときは、他方が受信の機能を果し、その機能は前
記送・受信切換えスイツチSWを前記カウンタ回
路CNT1のもうひとつの出力によつて周期的に繰
返し切換えられる。
流体中を流速の方向に対して順方向または逆方
向に伝播した超音波は超音波トランスデユーサで
検出され、その受信信号は上記送・受信切換えス
イツチSWを経由して超音波受信回路Rxで増幅さ
れる。前記超音波受信回路Rxの出力は矩形波化
回路RW2において矩形波に波形整形される。
向に伝播した超音波は超音波トランスデユーサで
検出され、その受信信号は上記送・受信切換えス
イツチSWを経由して超音波受信回路Rxで増幅さ
れる。前記超音波受信回路Rxの出力は矩形波化
回路RW2において矩形波に波形整形される。
前記発振器OSC及び矩形波化回路のRW2の出
力はそれぞれカウンタ回路CNT1，CNT2で
CNT1と同期して分周された後、位相差検出回路
PHDで位相差が検出される。上記位相差検出回
路PHDは、例えば排他的論理和回路で構成する
ことができる。
力はそれぞれカウンタ回路CNT1，CNT2で
CNT1と同期して分周された後、位相差検出回路
PHDで位相差が検出される。上記位相差検出回
路PHDは、例えば排他的論理和回路で構成する
ことができる。
位相差検出器PHDの出力は位相差／電圧変換
回路PVTにおいて電圧信号に変換され、超音波
伝播方向が流体の流速の方向に対して順方向のと
きと逆方向のときの該信号の値がそれぞれサンプ
ルホールド回路Ｓ／H1とＳ／H2で保持される。
回路PVTにおいて電圧信号に変換され、超音波
伝播方向が流体の流速の方向に対して順方向のと
きと逆方向のときの該信号の値がそれぞれサンプ
ルホールド回路Ｓ／H1とＳ／H2で保持される。
サンプルホールド回路Ｓ／H1とＳ／H2の保持
内容の和が加算回路ADDで計算され、その和が
一定になるように前記発振器OSCの発振周波数
が慣用の方法で制御され（負帰還）、／ｃ（た
だし、ｃは流体の音速とする）を一定にし、送信
受信の関係を一定に保持されるようにした。
内容の和が加算回路ADDで計算され、その和が
一定になるように前記発振器OSCの発振周波数
が慣用の方法で制御され（負帰還）、／ｃ（た
だし、ｃは流体の音速とする）を一定にし、送信
受信の関係を一定に保持されるようにした。
他方、サンプルホールド回路Ｓ／H1とＳ／H2
の保持内容の差を減算回路SBTで計算し、その
出力は流体の流速に比例するものとして流速測定
に使用している。
の保持内容の差を減算回路SBTで計算し、その
出力は流体の流速に比例するものとして流速測定
に使用している。
ｃ 発明が解決しようとする問題点
第３図において、超音波伝播が流体の流速方向
に対して順方向のときと逆方向のときの位相φ1，
φ2はそれぞれ次のようである。（発振器の発振周
波数の角速度をωとする） φ1＝ωL／ｃ＋ｖ−ωL／ｃ＋π／２……(1) φ2＝ωL／ｃ−ｖ−ωL／ｃ＋π／２……(2) 今、v2≪c2とすると φ1≒ωL／ｃ（−ｖ／ｃ）＋π／２ φ2≒ωL／ｃ（ｖ／ｃ）＋π／２ 上記位相φ1，φ2を位相に比例した電圧V1，V2
にそれぞれ変換すると（Ｅを比例定数とする） V1＝2EL／ｃ（−ｖ／ｃ）＋Ｅ／２ V2＝2EL／ｃ（ｖ／ｃ）＋Ｅ／２ となる。そこで、この電圧の和から V1＋V2／２＝Ｅ／２ が一定になるように発振器OSCの発振周波数
を制御し、流体の音速ｃの影響を受けないように
構成すると、／ｃは一定となり V1〜V2＝Ｋ・ｖ／ｃ ……(3) （Ｋは比例定数とする） となる。ｖ≪ｃのときは前記従来の技術の項で述
べた通り減算回路SBTの出力は流体の流速に比
例するものとして取扱えるが流速をより精度よく
測定する場合や、ｖ≪ｃでなくv2≪c2の場合にお
ける超音波流速計にあつては前記(3)式よりその出
力はｖ／ｃに比例するため流体の音速ｃの影響を
受けるという問題点があつた。
に対して順方向のときと逆方向のときの位相φ1，
φ2はそれぞれ次のようである。（発振器の発振周
波数の角速度をωとする） φ1＝ωL／ｃ＋ｖ−ωL／ｃ＋π／２……(1) φ2＝ωL／ｃ−ｖ−ωL／ｃ＋π／２……(2) 今、v2≪c2とすると φ1≒ωL／ｃ（−ｖ／ｃ）＋π／２ φ2≒ωL／ｃ（ｖ／ｃ）＋π／２ 上記位相φ1，φ2を位相に比例した電圧V1，V2
にそれぞれ変換すると（Ｅを比例定数とする） V1＝2EL／ｃ（−ｖ／ｃ）＋Ｅ／２ V2＝2EL／ｃ（ｖ／ｃ）＋Ｅ／２ となる。そこで、この電圧の和から V1＋V2／２＝Ｅ／２ が一定になるように発振器OSCの発振周波数
を制御し、流体の音速ｃの影響を受けないように
構成すると、／ｃは一定となり V1〜V2＝Ｋ・ｖ／ｃ ……(3) （Ｋは比例定数とする） となる。ｖ≪ｃのときは前記従来の技術の項で述
べた通り減算回路SBTの出力は流体の流速に比
例するものとして取扱えるが流速をより精度よく
測定する場合や、ｖ≪ｃでなくv2≪c2の場合にお
ける超音波流速計にあつては前記(3)式よりその出
力はｖ／ｃに比例するため流体の音速ｃの影響を
受けるという問題点があつた。
ｄ 問題点を解決するための手段
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は前記問題点を解消し、流体の流速測定に
際し流体中の音速の影響を受けない超音波流速計
を提供するにある。
の目的は前記問題点を解消し、流体の流速測定に
際し流体中の音速の影響を受けない超音波流速計
を提供するにある。
上記目的を達成するための本発明の構成は、送
信用超音波トランスデユーサと受信用超音波トラ
ンスデユーサとを対向しないように配置し、流速
と順方向ならびに逆方向に伝播するそれぞれの超
音波の位相変化を検討し、該位相変化の和と差を
それぞれアナログ信号に変換し、前記位相変化の
和を一定にするように、前記送信用超音波トラン
スデユーサに信号を送る発振器に前記位相変化の
和を負帰還して、その周波数を制御する帰還手段
を有して、前記両トランスデユーサ間の距離と流
体中を伝播する超音波の位相変化から流体の流速
を測定する超音波流速計において、前記位相変化
の差に比例した時間に前記発振器の出力信号を通
過させるゲート手段と、前記ゲートを通過する前
記発振器の信号波の波の数を計数表示する計数表
示手段とを具備したことを特徴とする。
信用超音波トランスデユーサと受信用超音波トラ
ンスデユーサとを対向しないように配置し、流速
と順方向ならびに逆方向に伝播するそれぞれの超
音波の位相変化を検討し、該位相変化の和と差を
それぞれアナログ信号に変換し、前記位相変化の
和を一定にするように、前記送信用超音波トラン
スデユーサに信号を送る発振器に前記位相変化の
和を負帰還して、その周波数を制御する帰還手段
を有して、前記両トランスデユーサ間の距離と流
体中を伝播する超音波の位相変化から流体の流速
を測定する超音波流速計において、前記位相変化
の差に比例した時間に前記発振器の出力信号を通
過させるゲート手段と、前記ゲートを通過する前
記発振器の信号波の波の数を計数表示する計数表
示手段とを具備したことを特徴とする。
ｅ 実施例
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を
例示的に詳しく説明する。
例示的に詳しく説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すものであり、
これは第３図の従来の連続超音波を用いた位相差
式超音波流速計のブロツク図に、電圧／周波数変
換回路Ｖ／Ｆ、ゲート回路GAT2、カウンタ回路
CNT3、ラツチ回路LAT、表示装置IND、デイ
ジタル／アナログ変換回路Ｄ／Ａ、電圧／電流変
換回路Ｖ／Ｉを付加したものである。従つて、前
記付加以前のブロツク図の説明は重複するので省
略する。
これは第３図の従来の連続超音波を用いた位相差
式超音波流速計のブロツク図に、電圧／周波数変
換回路Ｖ／Ｆ、ゲート回路GAT2、カウンタ回路
CNT3、ラツチ回路LAT、表示装置IND、デイ
ジタル／アナログ変換回路Ｄ／Ａ、電圧／電流変
換回路Ｖ／Ｉを付加したものである。従つて、前
記付加以前のブロツク図の説明は重複するので省
略する。
第１図において、減算回路SBTからの出力電
圧は電圧／周波数変換回路Ｖ／Ｆを介し周波数に
変換され、ゲート回路GAT2にゲート制御信号と
して入力される。又、このゲート回路GAT2には
送信用の周波数発振器OSCからの発振出力が周
波数逓倍又は分周され（周波数逓倍回路又は分周
回路は図示せず）、又はそのままカウンタ回路
CNT3に入力される。
圧は電圧／周波数変換回路Ｖ／Ｆを介し周波数に
変換され、ゲート回路GAT2にゲート制御信号と
して入力される。又、このゲート回路GAT2には
送信用の周波数発振器OSCからの発振出力が周
波数逓倍又は分周され（周波数逓倍回路又は分周
回路は図示せず）、又はそのままカウンタ回路
CNT3に入力される。
減算回路SBTからのｖ／ｃ（ｖは流体の流速、
ｃは流体中の音速）に比例した出力電圧は電圧／
周波数変換回路Ｖ／Ｆによつて、この出力電圧に
比例した周波数に変換してゲート回路GAT2に入
力され、周波数に比例するゲート幅を作る。すな
わち、減算回路SBTからの出力電圧に比例した
ゲート幅を作る。そして、そのゲート幅の間を通
過させた／ｃが一定の送信周波数の発振器出
力をｖに比例した信号波の積算用出力とし、又、
カウンタ回路CNT3で信号波を積算計数しデイジ
タル出力として表示装置INDに表示する。
ｃは流体中の音速）に比例した出力電圧は電圧／
周波数変換回路Ｖ／Ｆによつて、この出力電圧に
比例した周波数に変換してゲート回路GAT2に入
力され、周波数に比例するゲート幅を作る。すな
わち、減算回路SBTからの出力電圧に比例した
ゲート幅を作る。そして、そのゲート幅の間を通
過させた／ｃが一定の送信周波数の発振器出
力をｖに比例した信号波の積算用出力とし、又、
カウンタ回路CNT3で信号波を積算計数しデイジ
タル出力として表示装置INDに表示する。
ラツチ回路LATは表示装置に表示するデイジ
タル信号を繰返し期間、保持する回路であり、そ
の繰返し周期については電圧／周波数変換回路
Ｖ／Ｆ、カウンタ回路CNT3及び送・受信切換ス
イツチSW等と共に前記カウンタ回路CNT1の出
力によつ制御され、繰返し計測が行われる。
タル信号を繰返し期間、保持する回路であり、そ
の繰返し周期については電圧／周波数変換回路
Ｖ／Ｆ、カウンタ回路CNT3及び送・受信切換ス
イツチSW等と共に前記カウンタ回路CNT1の出
力によつ制御され、繰返し計測が行われる。
また、カウンタ回路CNT3からのデイジタル出
力はデイジタル／アナログ変換回路Ｄ／Ａを介し
てｖに比例したアナログ電圧出力としたり、更に
その出力を電圧／電流変換回路Ｖ／Ｉを介してｖ
に比例した電流出力として使用するようにしたも
のである。
力はデイジタル／アナログ変換回路Ｄ／Ａを介し
てｖに比例したアナログ電圧出力としたり、更に
その出力を電圧／電流変換回路Ｖ／Ｉを介してｖ
に比例した電流出力として使用するようにしたも
のである。
次に上記構成による実施例において、ゲート回
路GAT2からの出力が流体中の音速ｃに影響され
ない理由を述べる。
路GAT2からの出力が流体中の音速ｃに影響され
ない理由を述べる。
上記ゲート回路GAT2において、減算回路SBT
からのｖ／ｃに比例した出力信号に基づいて、こ
れに比例したゲート幅を作り、かつゲートの開閉
動作を行わせる。一方、負帰還用の加算回路
ADDにより周波数制御されて／ｃが一定とな
る送信周波数の発振器OSCの出力をこのゲー
ト回路GAT2に入力させ、上記ゲート幅の間、ゲ
ートを開いて発振器OSCの発振出力を通過させ
たときその波の計数値は、ｖ／ｃに比例した信号
値と送信周波数との積を表すことになる。すな
わちゲート回路GAT2の出力は次のようになる。
からのｖ／ｃに比例した出力信号に基づいて、こ
れに比例したゲート幅を作り、かつゲートの開閉
動作を行わせる。一方、負帰還用の加算回路
ADDにより周波数制御されて／ｃが一定とな
る送信周波数の発振器OSCの出力をこのゲー
ト回路GAT2に入力させ、上記ゲート幅の間、ゲ
ートを開いて発振器OSCの発振出力を通過させ
たときその波の計数値は、ｖ／ｃに比例した信号
値と送信周波数との積を表すことになる。すな
わちゲート回路GAT2の出力は次のようになる。
（Ｋｖ／ｃ）×（）＝Ｋ／ｃｖ
ここで／ｃは一定となるように周波数制御さ
れているので、上記出力は流体の流速ｖのみに比
例し、ｃには無関係となるため流体の音速の影響
を受けないことになる。
れているので、上記出力は流体の流速ｖのみに比
例し、ｃには無関係となるため流体の音速の影響
を受けないことになる。
本実施例において、減算回路SBTからのｖ／
ｃに比例したゲート幅を作るための電圧／周波数
変換回路Ｖ／Ｆに使用した具体的回路を第２図に
示す。第２図において、VFCは電圧／周波数コ
ンバータ、AMPは動作増幅器、R1〜R4は抵抗
器、VRは可変抵抗器、ｅは直流電圧で、入力端
子に減算回路SBTからの出力電圧V(v/c)を加える
と電圧／周波数コンバータVFCの入力端には−
ｅ＋V(v/c)を入力され、その出力端子には、V(v/c)
に比例した周波数の出力信号が出力される。
ｃに比例したゲート幅を作るための電圧／周波数
変換回路Ｖ／Ｆに使用した具体的回路を第２図に
示す。第２図において、VFCは電圧／周波数コ
ンバータ、AMPは動作増幅器、R1〜R4は抵抗
器、VRは可変抵抗器、ｅは直流電圧で、入力端
子に減算回路SBTからの出力電圧V(v/c)を加える
と電圧／周波数コンバータVFCの入力端には−
ｅ＋V(v/c)を入力され、その出力端子には、V(v/c)
に比例した周波数の出力信号が出力される。
なお、本発明の技術は前記実施例における技術
に限定されるものではなく同様な機能を果す他の
態様の手段にも適用される。
に限定されるものではなく同様な機能を果す他の
態様の手段にも適用される。
ｆ 効果
以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、送信用超音波トランスデユーサと受信用超音
波トランスデユーサとを対向しないように配置
し、流速と順方向ならびに逆方向に伝播するそれ
ぞれの超音波の位相変化を検出し、該位相変化の
和と差をそれぞれアナログ信号に変換し、前記位
相変化の和を一定にするように、前記送信用超音
波トランスデユーサに信号を送る発振器に前記位
相変化の和を負帰還して、その周波数を制御する
帰還手段を有して、前記両トランスデユーサ間の
距離と流体中を伝播する超音波の位相変化から流
体の流速を測定する超音波流速計において、前記
位相変化の差に比例した時間に前記発振器の出力
信号を通過させるゲート手段と、前記ゲートを通
過する前記発振器の信号波の波の数を計数表示す
る計数表示手段とを具備したので、流体の流速測
定に際し、流体の音速の影響を受けないで流速に
比例した出力が得られ、これを計数表示すること
ができ、高精度な流速測定に好適である。
ば、送信用超音波トランスデユーサと受信用超音
波トランスデユーサとを対向しないように配置
し、流速と順方向ならびに逆方向に伝播するそれ
ぞれの超音波の位相変化を検出し、該位相変化の
和と差をそれぞれアナログ信号に変換し、前記位
相変化の和を一定にするように、前記送信用超音
波トランスデユーサに信号を送る発振器に前記位
相変化の和を負帰還して、その周波数を制御する
帰還手段を有して、前記両トランスデユーサ間の
距離と流体中を伝播する超音波の位相変化から流
体の流速を測定する超音波流速計において、前記
位相変化の差に比例した時間に前記発振器の出力
信号を通過させるゲート手段と、前記ゲートを通
過する前記発振器の信号波の波の数を計数表示す
る計数表示手段とを具備したので、流体の流速測
定に際し、流体の音速の影響を受けないで流速に
比例した出力が得られ、これを計数表示すること
ができ、高精度な流速測定に好適である。
更に、コンピユータを使用しないで、簡単な回
路から構成できるため安価で、保守も容易であ
る。
路から構成できるため安価で、保守も容易であ
る。
第１図は本発明の一実施例を示す連続超音波を
用いた位相差式超音波流速計のブロツク図、第２
図は電圧／周波数変換回路に使用した回路図、第
３図は従来の位相差式超音波流速計のブロツク図
である。 Ｐ……管、US1，US2……超音波トランスデユ
ーサ、OSC……送信用周波数発振器、PHD……
位相差検出回路、PVT……位相差／電圧変換回
路、Ｓ／H1，Ｓ／H2……サンプルホールド回
路、SBT……減算回路、Ｖ／Ｆ……電圧／周波
数変換回路、GAT2……ゲート回路、CNT3……
カウンタ回路、IND……表示装置、LAT……ラ
ツチ回路。
用いた位相差式超音波流速計のブロツク図、第２
図は電圧／周波数変換回路に使用した回路図、第
３図は従来の位相差式超音波流速計のブロツク図
である。 Ｐ……管、US1，US2……超音波トランスデユ
ーサ、OSC……送信用周波数発振器、PHD……
位相差検出回路、PVT……位相差／電圧変換回
路、Ｓ／H1，Ｓ／H2……サンプルホールド回
路、SBT……減算回路、Ｖ／Ｆ……電圧／周波
数変換回路、GAT2……ゲート回路、CNT3……
カウンタ回路、IND……表示装置、LAT……ラ
ツチ回路。
Claims (1)
- １ 送信用超音波トランスデユーサと受信用超音
波トランスデユーサとを対向しないように配置
し、流速と順方向ならびに逆方向に伝播するそれ
ぞれの超音波の位相変化を検出し、該位相変化の
和と差をそれぞれアナログ信号に変換し、前記位
相変化の和を一定にするように、前記送信用超音
波トランスデユーサに信号を送る発振器に前記位
相変化の和を負帰還して、その周波数を制御する
帰還手段を有して、前記両トランスデユーサ間の
距離と流体中を伝播する超音波の位相変化から流
体の流速を測定する超音波流速計において、前記
位相変化の差に比例した時間に前記発振器の出力
信号を通過させるゲート手段と、前記ゲートを通
過する前記発振器の信号波の波の数を計数表示す
る計数表示手段とを具備した超音波流速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60197374A JPS6258117A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 超音波流速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60197374A JPS6258117A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 超音波流速計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6258117A JPS6258117A (ja) | 1987-03-13 |
| JPH0545124B2 true JPH0545124B2 (ja) | 1993-07-08 |
Family
ID=16373438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60197374A Granted JPS6258117A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 超音波流速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6258117A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10161915A1 (de) * | 2000-12-27 | 2002-08-29 | Surpass Industry Co | Durchflußleistung-Meßverfahren, Ultraschall-Durchflußleistungsmesser, Strömungsgeschwindigkeit-Meßverfahren, Temperatur- oder Druck-Meßverfahren, Ultraschall-Thermometer und Ultraschall-Drucksensor |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6029616A (ja) * | 1983-07-27 | 1985-02-15 | Tokyo Keiki Co Ltd | 超音波流速計 |
-
1985
- 1985-09-06 JP JP60197374A patent/JPS6258117A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6258117A (ja) | 1987-03-13 |
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