JPH11148848A - 超音波伝搬時間の測定におけるパルス飛び判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波伝搬時間の測定において、パルス飛びを
生じているか否かを判定するためのパルス飛び判定方法
の提供を課題とする。 【解決手段】媒体中に送波器２、３と受波器２、３を離
間配置し、前記送波器から送信された超音波を前記受波
器により受信するとともに、受信振動波を形成するパル
ス列における基準パルスＰ1 のレベルがしきい値ＶTHに
達した時点に基いて媒体中の超音波の伝搬時間を測定す
るに際し、前記測定を連続的に複数回行って伝搬時間の
最大値と最小値を求める。これらの最大値と最小値の差
が超音波素子の振動周期に対応する場合には、前記基準
パルスＰ1 を超えて次のパルスＰ3がしきい値ＶTHに達
するパルス飛びを生じているものと判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば超音波を
利用してガスその他の流体の流速を測定する超音波流速
測定方法に用いられる、超音波伝搬時間の測定における
パルス飛び判定方法に関し、より具体的には、受信振動
波を形成するパルス列のうち超音波伝搬時間を確定する
ための基準パルスとしきい値の関係に狂いを生じている
か否かを判定するパルス飛び判定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような超音波流速測定方法は、計
測媒体の上流側と下流側にそれぞれ送波器及び受波器を
配置し、前記各送波器の超音波発信素子に駆動パルスを
印加して相互に超音波を発生送信するとともに、送信さ
れた超音波を相互に受波器で受信し、各受信波の比較か
ら求めた超音波の伝搬時間の差に基いて流速を測定する
方法である。このような流速測定は、例えばガスその他
の流量を求める場合等に実施されるものである。

【０００３】ところで、超音波素子は２次の振動系であ
って静電容量とインダクタンスよりなる２次の振動回路
と考えることができるため、受信波の振動波形は図２
（イ）に示すように、徐々に振幅が大きくなったのち減
衰する形となる。そして、この受信波の正側半波を形成
するパルス列のうちの所定の基準パルスＰ1 がしきい値
ＶTHに達した時点ｔ1 をもって送信波の受波器への到達
時点とみなし、超音波の伝搬時間が確定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のような超音波流
速測定において、流速の増大等に起因して超音波の受信
波形が減衰することがある。そして、減衰の程度が大き
くなると、図２（ロ）のように、受信波の基準パルスＰ
1 のピーク電圧値がしきい値ＶTHを下回り、前記基準パ
ルスＰ1 を超えて次のパルスＰ3 がしきい値ＶTHに達す
るというパルス飛びが生じ得る。

【０００５】しかし、この場合には、基準パルスＰ1 の
次のパルスＰ3 がしきい値ＶTHに達した時点ｔ2 が送信
波の受波器への到達時点とみなされるため、超音波の伝
搬時間に誤差を生じ、ひいては高精度な流速測定等を行
うことができないという欠点があった。

【０００６】この発明は、このような欠点を解消するた
めになされたものであって、超音波伝搬時間の測定にお
いて、上記のようなパルス飛びを生じているか否かを判
定するためのパルス飛び判定方法の提供を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、媒体中に送
波器と受波器を離間配置し、前記送波器から送信された
超音波を前記受波器により受信するとともに、受信振動
波を形成するパルス列における基準パルスのレベルがし
きい値に達した時点に基いて媒体中の超音波の伝搬時間
を測定するに際し、前記測定を連続的に複数回行って伝
搬時間の最大値と最小値を求め、これらの最大値と最小
値の差が超音波素子の振動周期に対応する場合には、前
記基準パルスを超えて次のパルスがしきい値に達するパ
ルス飛びを生じているものと判定することを特徴とする
超音波伝搬時間のパルス飛び判定方法によって解決され
る。

【０００８】上記構成によれば、伝搬時間の最小値は基
準パルスとしきい値との関係に基いて得られた値であ
り、最大値はパルス飛びを生じて基準パルスの次のパル
スとしきい値との関係に基いて得られた値である。そし
て、基準パルスと次のパルスとは、受信波の振動周期の
一周期相当分だけ位相がずれているから、前記伝搬時間
の最大値と最小値の差は、受信波の周期にほぼ等しい。
また受信波の振動周期は超音波素子の振動周期に等しい
から、伝搬時間の最大値と最小値の差が超音波素子の振
動周期にほぼ等しいときは、パルス飛びが発生している
と判定することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態を実
施するための超音波流速測定装置の概略構成図である。

【００１０】図１において、１は内部を矢印方向にガス
等の流体が流れる管路である。この管路１内には、流れ
方向の上流側及び下流側に、所定距離を隔てて送受波器
２、３が配置されている。

【００１１】前記の各送受波器２、３は送波器と受波器
を兼ねるもので、振動子からなる超音波発信兼受信素子
（図示略）を備えている。そして、この超音波発信兼受
信素子がパルス発生回路４からの駆動パルスにより駆動
されて振動し、超音波を発生送信する一方、送信されて
きた超音波を受信して超音波発信兼受信素子が振動した
時の受信波が、増幅回路５から電気信号として出力され
るものとなされている。

【００１２】そして、上流側送受波器２から流れに対し
て順方向に送信された超音波が下流側送受波器３で受信
されるまでの伝搬時間と、下流側送受波器３から流れに
対して逆方向に送信された超音波が上流側送受波器２で
受信されるまでの伝搬時間との差は、流速に関係するこ
とから、この伝搬時間差を求めることにより流体の流速
を測定するものとなされている。なお、図１において、
６は各送受波器２、３とパルス発生回路４及び増幅回路
５の接続を切替える切替回路であり、まずパルス発生回
路４と上流側送受波器２、下流側送受波器３と増幅回路
５を接続して、上流側から下流側への伝搬時間を測定し
たのち、該切替回路６の作動によりパルス発生回路４と
下流側送受波器３、上流側送受波器２と増幅回路５とが
接続されるように切替えて、下流側から上流側への伝搬
時間を測定するものとなされている。

【００１３】前記増幅回路５から出力される受信波の振
動波形は、図２（イ）のように、徐々に振幅が大きくな
ったのち減衰する形となる。この実施形態では、受信後
の第４波まで振幅が増大したのち減衰するものとなされ
るとともに、正側半波からなるパルス列のうち、第３番
目のパルスを基準パルスＰ1 に設定している。

【００１４】図１において、７は所定のしきい値ＶTHと
前記基準パルスＰ1 の電圧レベルを比較して、基準パル
スＰ1 の電圧レベルがしきい値に達すると到達信号を出
力する比較回路、８は超音波が送信されてから前記到達
信号が出力されるまでの伝搬時間を演算するとともに、
伝搬時間の測定を連続して複数回繰り返し行った場合の
最大値、最小値の差、及び平均値を演算する演算回路で
ある。

【００１５】前記しきい値ＶTHは、受信波における前記
基準パルスＰ1 の直前のパルスＰ2のピーク電圧値より
も高くかつ基準パルスＰ1 のピーク電圧値よりも低い所
定の値に設定されている。従って、通常は、受信波の前
記基準パルスＰ1 がしきい値ＶTHとクロスし、このクロ
スしたタイミングｔ1 をもって受信波の到達が判断され
る。しかし、流速が増大すると図２（ロ）のように超音
波の受信波形が減衰し、減衰の程度が大きくなると、前
述したようなパルス飛びが発生する。

【００１６】そこで、以下のようにしてパルス飛びの有
無を判定する。即ち、流速測定中の所定の時期に、連続
する複数回（例えば５０回）の測定値について、演算回
路８によりその最小値、最大値及び平均値を演算する。
而して、パルス飛びが発生していない状態では、基準パ
ルスＰ1 の電圧レベルがしきい値ＶTHに到達したタイミ
ングｔ1 に基づいて伝搬時間が得られ、これが最小値と
なる。一方、パルス飛びが発生している状態では、図２
（ロ）のように、基準パルスＰ1 の次のパルスＰ3 の電
圧レベルがしきい値ＶTHに到達したタイミングｔ2 に基
づいて伝搬時間が得られ、これが最大値となる。そし
て、最大値と最小値の差は、図２に示すように基準パル
スＰ1 がしきい値ＶTHに到達してから次のパルスＰ3 が
しきい値ＶTHに到達するまでの時間Ｔに等しく、この時
間Ｔは受信波の振動周期にほぼ等しい。

【００１７】一方、受信波は超音波素子の周波数に対応
する周期にて振動するから、この周期を容易に知ること
ができる。例えば４０ＫＨｚの超音波素子の場合、受信
波の振動周期は２５μｍである。

【００１８】そこで、前記により求めた伝搬時間の最大
値と最小値の差が、受信波の振動周期（前記の例で言え
ば２５μｍ）にほぼ等しければ、パルス飛びが発生して
いると判断することができる。また、パルス飛びの発生
頻度の大小に応じて、伝搬時間の平均値も大小に変化す
ることから、演算回路８により求めた伝搬時間の平均値
に基づいてパルス飛びの発生頻度を推測することができ
る。

【００１９】こうして、パルス飛びの発生の有無や発生
頻度を把握し、これに基づいて通常の測定により得られ
た測定データを補正等することにより、精度の高い超音
波流速測定を行うことができ、ひいては流体の高精度な
流速計測（流量測定）を行うことができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明は上述の次第で、媒体中に送波
器と受波器を離間配置し、前記送波器から送信された超
音波を前記受波器により受信するとともに、受信振動波
を形成するパルス列における基準パルスのレベルがしき
い値に達した時点に基いて媒体中の超音波の伝搬時間を
測定するに際し、前記測定を連続的に複数回行って伝搬
時間の最大値と最小値を求め、これらの最大値と最小値
の差が超音波素子の振動周期に対応する場合には、前記
基準パルスを超えて次のパルスがしきい値に達するパル
ス飛びを生じているものと判定することを特徴とするも
のであるから、パルス飛びを生じているか否かを簡単に
調べることができ、ひいては超音波伝搬時間を高精度に
測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を説明するための超音波
流速測定装置の概略構成図である。

【図２】（イ）はパルス飛びを生じていないときの
（ロ）はパルス飛びを生じているときのそれぞれ受信波
の波形図である。

【符号の説明】

２、３…送受波器 ４…パルス発生回路 ５…増幅回路 ７…比較回路 ８…演算回路 Ｐ1 …基準パルス ＶTH…しきい値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筏 隆臣 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 吉岡 徹 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 河野 明夫 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 中村 英司 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 保田 哲也 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 媒体中に送波器と受波器を離間配置し、
   前記送波器から送信された超音波を前記受波器により受
   信するとともに、受信振動波を形成するパルス列におけ
   る基準パルスのレベルがしきい値に達した時点に基いて
   媒体中の超音波の伝搬時間を測定するに際し、 前記測定を連続的に複数回行って伝搬時間の最大値と最
   小値を求め、これらの最大値と最小値の差が超音波素子
   の振動周期に対応する場合には、前記基準パルスを超え
   て次のパルスがしきい値に達するパルス飛びが発生して
   いるものと判定することを特徴とする超音波伝搬時間の
   パルス飛び判定方法。