JPS5856415B2 - 超音波検出方式渦流量計の位相復調回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波検出方式の渦流量計に於ける位相復調回
路に関する。

従来の渦流量計の位相復調回路を第１図に従って説明す
る。

図において、１は渦発生体２を有する流量計、３は発生
したカルマン渦、４は超音波発信子、５は超音波受信子
、６は招音波発振回路、Ｉは電圧制御位相偏移回路、８
は波形整形回路、９は位相比較器、１０はループフィル
タ、１１はローパスフィルタである。

上記の様に構成された位相復調回路において、超音波発
振子４から発振された超音波は、カルマン渦３のカルマ
ン渦列により位相変調され超音波受信子５により受信さ
れる。

受信波は、波形整形回路８により波形整形される。

なお、位相比較器９・超音波発振回路６・電圧制御位相
偏移回路７・ループフィルタ１０により位相同期ループ
を構成している。

また、電圧制御位相偏移回路７は、超音波発振周波数信
号の高い周波数安定性をそのまま維持して位相偏移角の
みを制御するものである。

上記の様に構成された位相同期ループにおけるループフ
ィルタ１０の特性を渦３による位相変調信号の変調角周
波数に十分高速に追随出来るように設定するものとする
。

この場合、ループフィルタ１０の出力（以下出力１と記
す）は、電圧制御位相偏移回路７の出力を、超音波受信
信号に同期させる様に変化する。

つまり出力１は、そのまま位相復調出力となる。

位相開明ループの位相同期角は、位相比較器９及びルー
プフィルタ１０の特性により決定される。

近年ＩＣ化された位相比較器９を用いると、Ｏ２π／２
．π等の位相同期角が簡単に実現出来る。

ところが、上記の様に構成された位相復調回路において
は、流体の温度変化によって犬、きく音速が変化した場
合に、受信された超音波が大きく位相偏移することにな
り、電圧制御位相偏移回路７の位相偏移量は２πをはる
かに越えた広角度位相偏移が要求され、回路が複雑にな
る欠点があった。

また、次にループフィルタ１０の設定を、うすによる位
相変調信号の変調角周波数に追随出来ないように、時定
数の大きい値に設定した場合には、電圧制御位相偏移回
路７の出力信号が、超音波受倍信号の平均位相および平
均周波数に開明し、かつ周波数安定性の高い信号が得ら
れる。

第２図は第１図に用いる位相比較器９０１例であり、エ
クスクル−シブオアー回路９で構成されている。

ここで、キャリアフィルタの為のローパスフィルタ１１
におげろ入力の位相差に対する復調出力特性を第３図に
示す。

上記のエクスクル−シブオアー回路９１を用い、ループ
フィルタ１０の設定により、平均の位相差か丁となる様
に位相同期ループを構成すれば、出力２には位相復調出
力が得られ、微小な位相偏移に対しても大きな復調感度
が得られる。

ところが、この場合に前述の電圧制御位相偏移回路７の
位相偏移角は、超音波の発信子と受信子間の平均的な位
相偏移に相当する部分のみを補償する様に位相同期ルー
プが組まれているので、変調角周波数が高い位相変調の
復調には、エクスクル−シブオアー回路９１の特性によ
り、Ｏからπラジアンまでの位相変調のみしか、直線性
よく復調する事が出来ない欠点があった。

麩に、第４図は、前述の位相比較器９の他の例で、９２
はエッヂトリガー型のセット・リセットクリップ・フロ
ップ回路である。

ここで、ローパスフィルタ１１における入力の位相差に
対する復調出力特性を第５図に示す。

上記のセットリセットフリップフロップ回路９２を用い
てループフィルタ１０の設定により、平均の位相差がπ
となる様に位相同期ループを構成したとしても、直線性
よく復調出来るのは０から２πラジアンまでである。

つまり、セットリセットフリップフロップ回路９２の出
力は、位相差２πの周期函数である。

この為に、超音波検出方式渦流量計の様に、超音波発振
周波数と、超音波送信子と受信子間の対向距離との選択
によっては２πを超える広角度位相変調が起こりうる様
な場合には、これを越える範囲の位相復調が困難で、且
つ回路が複雑となる欠点があった。

この発明は上記の欠点を除去しようとするもので、電圧
制御位相偏移回路の位相偏移角を低減させると共に広角
度位相復調が可能となる超音波検出方式渦流量計の位相
復調回路を提供するものである。

以下この発明の一実施例を第６図で説明する。

図において、１２と１３はそれぞれ第１．第２の周波数
分周器で、その分周比をＮとする。

なお、位相同期ループは、分周された周波数信号により
構成されている。

また、その他の符号の説明は従来のものと同様につき省
略する。

上記のように構成されたものにおいて、超音波発振周波
数信号は、第２の分局器１３により分周されて電圧制御
位相偏移回路７に入力され、超音波受信信号は第１の分
局器１２により分周されて位相比較器９に入力される。

ここで、従来回路の第１図で出力１から位相復調出力を
取り出す場合について説明した様に、高速の位相同期ル
ープを構成した場合について説明する。

この場合、電圧制御位相偏移回路７は、超音波発振周波
数のＮ分の１分周器号が人力される為に、電圧制御位相
偏移回路７での位相偏移角は１／Ｎに低減される。

次に、従来回路の第１図で出力２から位相復調出力を取
り出す場合について説明した様に、時定数の大きい位相
同期ループを構成した場合について説明する。

この場合、Ｎ分の１に分周された周波数信号が、位相比
較器９に人力される。

Ｎ分の１分周波どうしの位相差は、基本周波数での位相
差に換算するとＮ倍となる為に、直線性よく位相復調さ
れる位相範囲がＮ倍に拡大された事になる。

なお、上記実施例では、本発明を超音波検出方式渦流量
計の位相復調回路に応用する場合について述べたが、そ
の他の超音波を用いた位相変調測定装置の復調に用いら
れる事は言うまでもない。

以上のように本発明は、分局器、電圧制御位相偏移回路
を含めて位相同期ループを構成すると云う簡単な構成で
、広角度位相復調回路を実現でき、さらには、電圧制御
位相偏移回路の位相偏移量を低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の渦流量計の復調回路図、第２図は第１図
の位相比較器の１例を示す回路図、第３図は第２図に示
した位相比較器を用いた場合のローパスフィルタ１１に
おける人出力特性図、第４図は第１図の位相比較器の他
の例を示す回路図、第５図は第４図に示した位相比較器
を用いた場合ノロ−バスフィルタ１１における人出力特
性図、第６図は本発明の一実施例を示す回路図である。 図において、６は超音波発振回路、７は電圧制御位相偏
移回路、９は位相比較器、１０はループフィルタ、１１
はローパスフィルタ、１２は第１０分周器、１３は第２
の分周器である。 なお各図中、同一符号は同一、 又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体中に配設された渦発生体、この渦発生体の下流
   側に発生するカルマン渦列の流れを横切って超音波を伝
   播させるように設けられた超音波発信子、この超音波発
   信子を励振させる超音波発振回路、上記カルマン渦によ
   って位相変調された超音波を受信する超音波受信子、こ
   の超音波受信子の受信信号を分周する為の第１０分周器
   、この第１０分周器の信号を一方の人力とする位相比較
   器、この位相比較器の出力の不要周波数成分を除去する
   ループフィルタ、上記発振回路の出力信号を分周する為
   の第２の分周器、及びこの第２０分周器の出力信号から
   の位相偏移角が上記ループフィルタの出力電圧に対応し
   て制御される出力信号を発生するとともに、この出力が
   上記位相比較器の他方の入力となる電圧制御位相偏移回
   路を備えた事を特徴とする超音波検出方式渦流量計の位
   相復調回路。