JPS5928262B2 - 超音波風速計 - Google Patents
超音波風速計Info
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- JPS5928262B2 JPS5928262B2 JP51125265A JP12526576A JPS5928262B2 JP S5928262 B2 JPS5928262 B2 JP S5928262B2 JP 51125265 A JP51125265 A JP 51125265A JP 12526576 A JP12526576 A JP 12526576A JP S5928262 B2 JPS5928262 B2 JP S5928262B2
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- circuit
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波風速計、特に風速の演算に関するもので
ある。
ある。
超音波風速計は周知のように音波の伝達時間が風速によ
り変化することを利用するものであつて、第1図のよう
に第1、第2の送受波器TRxとTR−xとを一定間隔
で対向配置して、短かい一定時間々陥で第1、第2の送
受波器TRx、TR−xから交互に超音波を発射し、こ
の発射音波を第2、第1の送受波器TR−x、TRxに
より交互に受波して、それぞれの音波の伝達時間から風
速を測定するものである。
り変化することを利用するものであつて、第1図のよう
に第1、第2の送受波器TRxとTR−xとを一定間隔
で対向配置して、短かい一定時間々陥で第1、第2の送
受波器TRx、TR−xから交互に超音波を発射し、こ
の発射音波を第2、第1の送受波器TR−x、TRxに
より交互に受波して、それぞれの音波の伝達時間から風
速を測定するものである。
即ち今矢印x方向の音波の伝達時間をtX)矢印−x方
向の伝達時間をを−xとし、送受波器の対向間隔をl)
音速度をc、x方向の風速をりとしたとき、X方向およ
び−x方向の音波の伝達時間tx、を−xはι ιをx
=を−x=−・・・・・・(1)c+ りc−りとなる
。
向の伝達時間をを−xとし、送受波器の対向間隔をl)
音速度をc、x方向の風速をりとしたとき、X方向およ
び−x方向の音波の伝達時間tx、を−xはι ιをx
=を−x=−・・・・・・(1)c+ りc−りとなる
。
そしてこれから風速りは
り=−(一 −−) ・・・・・・・・・(2)2tx
を−xまたe/2を定数にとおけば り=に(−−−)・・・ ・・・・・・(3)をxを−
xで与えられる。
を−xまたe/2を定数にとおけば り=に(−−−)・・・ ・・・・・・(3)をxを−
xで与えられる。
しかし(3)式に示す風速りの導出式にもとづく演算を
逆数の演算回路などを用いて正統的に行うと、回路が複
雑となつて価値が高価となり、また故障の発生確率も大
となつて動作の信頼性も低下する。
逆数の演算回路などを用いて正統的に行うと、回路が複
雑となつて価値が高価となり、また故障の発生確率も大
となつて動作の信頼性も低下する。
そこで従来は第2図bのように第1、第2の送受波器の
発射超音波パルスP82,P87の発振周期T。(第2
図a参照)と同一周期の鋸歯状波E8を作り、第2図c
のように第2、第1の送受波器の受波信号PR′,PR
7を用いて、サンプリングされた伝達時間Tx,t−o
に比例する電圧Ex,E−、の差を求めて、風速に比例
する出力を取出すことが行われている。この方法は構造
の簡易化と価額の低下に寄与するが、その出力はに相当
するものであつて、式中に見られる如く測定雰囲気温度
によつて変化する音速度Cを含む。
発射超音波パルスP82,P87の発振周期T。(第2
図a参照)と同一周期の鋸歯状波E8を作り、第2図c
のように第2、第1の送受波器の受波信号PR′,PR
7を用いて、サンプリングされた伝達時間Tx,t−o
に比例する電圧Ex,E−、の差を求めて、風速に比例
する出力を取出すことが行われている。この方法は構造
の簡易化と価額の低下に寄与するが、その出力はに相当
するものであつて、式中に見られる如く測定雰囲気温度
によつて変化する音速度Cを含む。
このため測定温度範囲を例えば−10℃から+40℃と
したとき、10%程度の大きな測定誤差を生ずる欠点が
あり、正確な測定を要求される場合には前記した(3)
式による複雑な演算回路を使用せざるを得ない。本発明
は送信波の発射から次の送信波の発射までの時間経過に
逆比例して周波数が変化する発振周波数出力を作り、こ
の周波数出力から受波時における周波数を検出して、こ
れから送信波の発射から受信時までの時間の逆数に相当
する量を検出し、その正逆方向における量の差から風速
を知るようにして、簡単な回路で測定温度雰囲気に影響
されることなく正確な風速の測定を行いうるようにした
ものである。
したとき、10%程度の大きな測定誤差を生ずる欠点が
あり、正確な測定を要求される場合には前記した(3)
式による複雑な演算回路を使用せざるを得ない。本発明
は送信波の発射から次の送信波の発射までの時間経過に
逆比例して周波数が変化する発振周波数出力を作り、こ
の周波数出力から受波時における周波数を検出して、こ
れから送信波の発射から受信時までの時間の逆数に相当
する量を検出し、その正逆方向における量の差から風速
を知るようにして、簡単な回路で測定温度雰囲気に影響
されることなく正確な風速の測定を行いうるようにした
ものである。
次に実施例図面を用いて本発明の詳細な説明する。第3
図は本発明の一実施例のブロック系統図、第4図はその
回路各部の波形図、第5図は鋸歯状波発生器の回路例図
、第6図および第7図は電圧制御発振器の回路例図およ
びその回路各部の波形図である。
図は本発明の一実施例のブロック系統図、第4図はその
回路各部の波形図、第5図は鋸歯状波発生器の回路例図
、第6図および第7図は電圧制御発振器の回路例図およ
びその回路各部の波形図である。
第3図においてTRx,TR−oは一定間隔eで対向配
置された第1、第2の送受波器、MOSCは主発振器で
、第4図A,b,c,d,e,fに示す制御パルスPG
O,PGl,PG2,PG3,PG4およびPG5を送
出する。POSCはノ勺レス発振器で、主発振器MOS
Cから時間T。毎に送出されるパルスPGO(第4図a
参照)により制御され、時間T。毎に送受波器励振用の
パルスP。を送出する。RAは受波整形回路で、第1ま
たは第2の送受波器の受波信号を増幅整形する。SWは
送受切換スイッチ(電子的)で、固定接点A,bおよび
その切換接片cよりなる第1のスイッチSWlと、固定
接点A2,b2およびその切換接片C2とよりなる第2
のスイッチSW2とからなる。そして送受切換スイッチ
SWは先づ主発振器MOSCの送出パルスPGl(第4
図b参照)により制御され、パルスPGO(第4図a参
照)と同期して時間3T0毎にT。だけ切換接片C,c
2を固定接点A,a2側に切換えられて、上記パルス発
振器POSCの出力パルスP。を第1の送受波器TRx
に加え、第2の送受波器TR−、に向けて第4図gに示
す音波パルスPSlを送波する。第2の送受波器TRュ
は時間t1経過後到達する音波パルスPRlを第4図h
のように受波し、これを電気信号に変換して受波整形回
路RAに加え、RAはこれを増幅整形して後記する鋸歯
状波発生器SWGに受波信号RSSl(第4図1参照)
として加える。次に以上の第1の送受波器の送信動作お
よび第2の送受波器の受波動作が終ると、送受切換スイ
ッチSWは主発振器MOSCの送出パルスPG2(第4
図C参照)により制御されて、上記パルスPGlより時
間T。だけ遅れて3T0毎にT。だけ切換接片C,c′
を固定接点B,b2側に切換えられ、上記パルス発振器
POSCの出力パルスP。を第2の送受波器TR−、に
加えて、第1の送受波器TRxに向けて音波パルスPS
2(第4図g)を送信させる。第1の送受波器TRxは
時間T2経過後到達した音波パルスPR2(第4図h参
照)を電気信号に変換して受波整形回路RAに加え、R
Aはこれを増幅整形して受波信号RSS2(第4図1参
照)として後記する鋸歯状波発生器SWGに加える。即
ち以上においては第4図の時間T。の最初の区間M1(
以下第1の送受波区間と称す。)において第1の送受波
器TRxから第2の送受波器TR−o方向の送受波が行
われ、次の時間T。の区間M2(以下第2の送受波区間
と称す。)においては、第2の送受波器TR..TR?
xから第1の送受波器TR.iの方向の送受波が行われ
たのち、区間M3において時間T。だけ全く送受波を停
止する動作を、以後循環的に以上の経渦動作が繰返され
るもので、送受波停止の区間M3は後記するように電源
電圧の変動などにもとづく時間T。間の時間経過に逆比
例して発振周波数を変化する可変周波数発振器の周波数
較正区間として使用される。次にSWGは鋸歯状波発生
器で、これは例えば第5図に示す各部から形成される。
置された第1、第2の送受波器、MOSCは主発振器で
、第4図A,b,c,d,e,fに示す制御パルスPG
O,PGl,PG2,PG3,PG4およびPG5を送
出する。POSCはノ勺レス発振器で、主発振器MOS
Cから時間T。毎に送出されるパルスPGO(第4図a
参照)により制御され、時間T。毎に送受波器励振用の
パルスP。を送出する。RAは受波整形回路で、第1ま
たは第2の送受波器の受波信号を増幅整形する。SWは
送受切換スイッチ(電子的)で、固定接点A,bおよび
その切換接片cよりなる第1のスイッチSWlと、固定
接点A2,b2およびその切換接片C2とよりなる第2
のスイッチSW2とからなる。そして送受切換スイッチ
SWは先づ主発振器MOSCの送出パルスPGl(第4
図b参照)により制御され、パルスPGO(第4図a参
照)と同期して時間3T0毎にT。だけ切換接片C,c
2を固定接点A,a2側に切換えられて、上記パルス発
振器POSCの出力パルスP。を第1の送受波器TRx
に加え、第2の送受波器TR−、に向けて第4図gに示
す音波パルスPSlを送波する。第2の送受波器TRュ
は時間t1経過後到達する音波パルスPRlを第4図h
のように受波し、これを電気信号に変換して受波整形回
路RAに加え、RAはこれを増幅整形して後記する鋸歯
状波発生器SWGに受波信号RSSl(第4図1参照)
として加える。次に以上の第1の送受波器の送信動作お
よび第2の送受波器の受波動作が終ると、送受切換スイ
ッチSWは主発振器MOSCの送出パルスPG2(第4
図C参照)により制御されて、上記パルスPGlより時
間T。だけ遅れて3T0毎にT。だけ切換接片C,c′
を固定接点B,b2側に切換えられ、上記パルス発振器
POSCの出力パルスP。を第2の送受波器TR−、に
加えて、第1の送受波器TRxに向けて音波パルスPS
2(第4図g)を送信させる。第1の送受波器TRxは
時間T2経過後到達した音波パルスPR2(第4図h参
照)を電気信号に変換して受波整形回路RAに加え、R
Aはこれを増幅整形して受波信号RSS2(第4図1参
照)として後記する鋸歯状波発生器SWGに加える。即
ち以上においては第4図の時間T。の最初の区間M1(
以下第1の送受波区間と称す。)において第1の送受波
器TRxから第2の送受波器TR−o方向の送受波が行
われ、次の時間T。の区間M2(以下第2の送受波区間
と称す。)においては、第2の送受波器TR..TR?
xから第1の送受波器TR.iの方向の送受波が行われ
たのち、区間M3において時間T。だけ全く送受波を停
止する動作を、以後循環的に以上の経渦動作が繰返され
るもので、送受波停止の区間M3は後記するように電源
電圧の変動などにもとづく時間T。間の時間経過に逆比
例して発振周波数を変化する可変周波数発振器の周波数
較正区間として使用される。次にSWGは鋸歯状波発生
器で、これは例えば第5図に示す各部から形成される。
第5図において0P1は第1の演算増幅器、Rl,R2
,R3は抵抗、SW3はスイッチ(電子的)、0Rはオ
ア回路、FFlはフリップフロップ回路、R4は抵抗、
0P2は第2の演算増幅器、Cは積分用コンデンサ、S
W4はスイッチ(電子的)、Esは基準電圧、ΔEsは
前記したように較正区間M3において検出された時間T
。間の時間経過に逆比例して発振周波数を変化する可変
周波数発振器の周波数と、正しい発振周波数との偏差電
圧(これについては後に詳記する。)で、この鋸歯状波
発生器SWGは次の動作を行う。第1の演算増幅器0P
1は周波数偏差電圧ΔEsと上記基準電圧Esとの加算
値−(Fs+ΔE8)をスイッチSW3に加える。(Δ
Esは較正区間M3毎に修正される)。またフリップフ
ロップ回路FFlは第1、第2の送受波区間Ml,M2
においては主発振器MOSCの送出パルスPG3(第4
図d参照)、即ちパルスPGO(第4図a参照)の送出
と同時に立上り、第4図中の測定時間t1またはT2の
上限(TOく?)を示す相手送ρ ±1T 受波器へのパルス到達時間T。
,R3は抵抗、SW3はスイッチ(電子的)、0Rはオ
ア回路、FFlはフリップフロップ回路、R4は抵抗、
0P2は第2の演算増幅器、Cは積分用コンデンサ、S
W4はスイッチ(電子的)、Esは基準電圧、ΔEsは
前記したように較正区間M3において検出された時間T
。間の時間経過に逆比例して発振周波数を変化する可変
周波数発振器の周波数と、正しい発振周波数との偏差電
圧(これについては後に詳記する。)で、この鋸歯状波
発生器SWGは次の動作を行う。第1の演算増幅器0P
1は周波数偏差電圧ΔEsと上記基準電圧Esとの加算
値−(Fs+ΔE8)をスイッチSW3に加える。(Δ
Esは較正区間M3毎に修正される)。またフリップフ
ロップ回路FFlは第1、第2の送受波区間Ml,M2
においては主発振器MOSCの送出パルスPG3(第4
図d参照)、即ちパルスPGO(第4図a参照)の送出
と同時に立上り、第4図中の測定時間t1またはT2の
上限(TOく?)を示す相手送ρ ±1T 受波器へのパルス到達時間T。
経過後立下るパルスPG3と受波整形回路RAの出力R
SSlまたはRSS2により制御される。そしてその出
力にパルスPG3の立下り時においてHレベルとなり、
RSSlまたはRSS2の入力時HレベルからLレベル
となる。第4図JのパルスPG6即ち時間隔が(T,−
TO)または(T2−TO)の制御パルスPG6を送出
してスイッチSW3を制御する。また較正区間M3にお
いてはオア回路0Rを介して主発振器MOSCからのパ
ルスPG5(第4図f参照)、即ち第4図中の測定時間
t1またはT2Zの下限(T3〉7−ーーπ−ー)を示
す相手送受波器へのパルス到達時間より長い時間T3後
送出されるパルスPG5と、パルスPG3によつて制御
される。
SSlまたはRSS2により制御される。そしてその出
力にパルスPG3の立下り時においてHレベルとなり、
RSSlまたはRSS2の入力時HレベルからLレベル
となる。第4図JのパルスPG6即ち時間隔が(T,−
TO)または(T2−TO)の制御パルスPG6を送出
してスイッチSW3を制御する。また較正区間M3にお
いてはオア回路0Rを介して主発振器MOSCからのパ
ルスPG5(第4図f参照)、即ち第4図中の測定時間
t1またはT2Zの下限(T3〉7−ーーπ−ー)を示
す相手送受波器へのパルス到達時間より長い時間T3後
送出されるパルスPG5と、パルスPG3によつて制御
される。
そしてパルスPG3の立下り時からHレベルとなり、パ
ルスPG5の立上り時HレベルからLレベルとなる時間
幅が(T3−TO)のパルスPG6(第4図j参照)を
送出してスイッチSW3を制御する。またスイッチSW
4は主発振器MOSCの送出パルスPG3(第4図d参
照)によりオンされて、パルスPGO(第4図a参照)
の送出から時間T。だけ第2の演算増幅器0P2の入出
力間を短絡する。(積分用コンデンサCの電荷を放電す
る。)従つてパルスPG6が送出されるまでの時間T。
の間は、第4図kのように第2の演算増幅器0P1の出
力ESWは零であり、スイッチSW3がパルスPG6に
よつて第4図Jの時間(t1−TO)(T2−TO)ま
たは(T3tO)の間オンになると、この間第2の演算
増幅器0P2は基準電圧Esと偏差電圧ΔEsの和−(
Es+ΔEs)を積分する。そしてパルスPG6がなく
なりスイッチSW3がオフになると、第4図kのように
そのときの積分電圧El,E2またはE3の保持を行つ
たのち零に戻される。次にSOSCからVCOまでの回
路は周知のフェーズロックループ回路所謂PLL回路を
形成すると共に、上記鋸歯状波発生器とによつて前記し
た時間T。間の時間経過に逆比例して周波数を変化する
可変周波数発振器を形成する回路で、このうちSOSC
は基準周波数発振器(例えば水晶式)で、第4図e中に
点線で図示するT。間の時間経過に逆比例する周波数変
化fにおいて、パルスPGO(第4図a参照)の立上り
の経過時間T。の逆数に比例する周波数F。の発振を行
う。PDは位相検波器で、基準周波数発振器SOSCの
出力と、後記する電圧制御発振器VCOの出力の位相検
波を行う。LPFは低周波フィルタで、位相検波出力中
の不要波数成分の除去と平均値電圧化を行う。SHはサ
ンプルホールド回路で、上記主発振器MOSCの送出パ
ルスPG3(第4図d参照)によりパルスPGOの立上
りから時間T。だけ低周波フィルタLPFの出力電圧E
fOl即ち発振周波数F。に相当する電圧EfOをサン
プルし、PG3のない期間においては例えばコンデンサ
によりEfOを保持する。ADDは加算回路で、第4図
mのようにサンプルホールド回路SHの出力電圧EfO
と、前記した鋸歯状波発生回路SWGの出力電圧Esw
の加算を行う。■COは電圧制御発振器で、この回路は
例えば第6図に示す各部から形成される。第6図におい
てCIは定電流源、C1はこれによつて充電されるコン
デンサ、ECは電圧比較器で、上記加算回路ADDの出
力電圧EIN=EfOまたはEIN上SWとコンデンサ
C1の端子電圧EOlとを比較する。
ルスPG5の立上り時HレベルからLレベルとなる時間
幅が(T3−TO)のパルスPG6(第4図j参照)を
送出してスイッチSW3を制御する。またスイッチSW
4は主発振器MOSCの送出パルスPG3(第4図d参
照)によりオンされて、パルスPGO(第4図a参照)
の送出から時間T。だけ第2の演算増幅器0P2の入出
力間を短絡する。(積分用コンデンサCの電荷を放電す
る。)従つてパルスPG6が送出されるまでの時間T。
の間は、第4図kのように第2の演算増幅器0P1の出
力ESWは零であり、スイッチSW3がパルスPG6に
よつて第4図Jの時間(t1−TO)(T2−TO)ま
たは(T3tO)の間オンになると、この間第2の演算
増幅器0P2は基準電圧Esと偏差電圧ΔEsの和−(
Es+ΔEs)を積分する。そしてパルスPG6がなく
なりスイッチSW3がオフになると、第4図kのように
そのときの積分電圧El,E2またはE3の保持を行つ
たのち零に戻される。次にSOSCからVCOまでの回
路は周知のフェーズロックループ回路所謂PLL回路を
形成すると共に、上記鋸歯状波発生器とによつて前記し
た時間T。間の時間経過に逆比例して周波数を変化する
可変周波数発振器を形成する回路で、このうちSOSC
は基準周波数発振器(例えば水晶式)で、第4図e中に
点線で図示するT。間の時間経過に逆比例する周波数変
化fにおいて、パルスPGO(第4図a参照)の立上り
の経過時間T。の逆数に比例する周波数F。の発振を行
う。PDは位相検波器で、基準周波数発振器SOSCの
出力と、後記する電圧制御発振器VCOの出力の位相検
波を行う。LPFは低周波フィルタで、位相検波出力中
の不要波数成分の除去と平均値電圧化を行う。SHはサ
ンプルホールド回路で、上記主発振器MOSCの送出パ
ルスPG3(第4図d参照)によりパルスPGOの立上
りから時間T。だけ低周波フィルタLPFの出力電圧E
fOl即ち発振周波数F。に相当する電圧EfOをサン
プルし、PG3のない期間においては例えばコンデンサ
によりEfOを保持する。ADDは加算回路で、第4図
mのようにサンプルホールド回路SHの出力電圧EfO
と、前記した鋸歯状波発生回路SWGの出力電圧Esw
の加算を行う。■COは電圧制御発振器で、この回路は
例えば第6図に示す各部から形成される。第6図におい
てCIは定電流源、C1はこれによつて充電されるコン
デンサ、ECは電圧比較器で、上記加算回路ADDの出
力電圧EIN=EfOまたはEIN上SWとコンデンサ
C1の端子電圧EOlとを比較する。
WFは波形整形回路、SW5はスイッチ(電子的)で、
コンデンサC,と並列に接続されて上記波形整形回路W
Fの出力によりオンオフ制御される。FF2はフリップ
フロップ回路で、以上の各部からなる電圧制御発振器は
次の動作を行う。第4図mのように比較器ECの入力電
圧EINが一定な電圧EfOでは第7図aのようにコン
デンサC1の端子電圧EClの波高値はEfO一定であ
る。従つてスイッチSW5はPG7によソー定周期で短
時間オンとなつてコンデンサC1の電荷を放電し、フリ
ップフロップFF2の出力パルスPG8の周波数は一定
となる。そこで例えばコンデンサC1の値を調節してフ
リップフロップFF2の出力周波数を前記した発振周波
数FO(第4図e参照)に一致させれば、第4図2のよ
うに電圧制御発振器■COはパルスPGO(第4図a参
照)の立上りより時間T。経過するまで問波数F。で発
振を行い、またその発振周波数は前記したPLL回路構
成により正確に一定化される。そして時間T。経過後加
算回路ADDに第4図kの鋸歯状波発生器SWGの出力
Eswが加わり、加算回路ADDの出力電圧EINが次
第に上昇すると、コンデンサC1の端子電圧の波高値も
第7図a′のように次第に大となり、電圧比較点毎に送
出されるパルスPG7の周期は第7図b″のように長く
なる。このためこれによつて制御されるフリップフロッ
プFF2の出力パルヌPG8の聞波数も第7図C2のよ
うに低くなる。そこで鋸歯状波発生器SWGの積分時定
数などの回路定数を適当に選定すれば、電圧制御発振器
■COはパルスPGOの立上りよりT。経過するまでは
、第4図iのように時間T。の逆数に比例する一定周波
数F。で発振し、それ以後は点線図示の周波数変化に従
つて発振周波数を変化するようにすることができる。ま
た鋸歯状波発生器SWGの出力電圧Eswが受波信号R
SSl,RSS2またはパルスPG3によつてEl,E
2またはE3に一定化されると、一定となつたときの電
圧に相当する周波数、即ち受波到達時間の逆数に比例す
る一定周波数でそれぞれ発振を続け(第4図e参照)、
次の区間になると時間T。だけ再びF。で発振する動作
を行う。即ち電圧制御発振器VCOは第1または第2の
送受波器による音波パルスを第2または第1の送受波器
が受波するまでの時間経過Tl,t2およびパルスPG
Oの送出より較正信号が加えられるまでの時間経過T3
の逆数に比例する周波数の発振を次の区間まで継続する
ことになる。次に第3図においてAGはアンドゲード、
UDCはプリセツトテーブルアツプダウンカウンタ(以
下カウンタと称す)、REGlは第1のレジスタ、DA
lは第1のデジタル・アナログ変換器、REG2は周波
数偏差電圧値の記憶用の第2のレジスタ、DA2はその
デジタル値をアナログ値に変換するための第2のデジタ
ル・アナログ変換器で、これらの回路は次の動作を行う
。
コンデンサC,と並列に接続されて上記波形整形回路W
Fの出力によりオンオフ制御される。FF2はフリップ
フロップ回路で、以上の各部からなる電圧制御発振器は
次の動作を行う。第4図mのように比較器ECの入力電
圧EINが一定な電圧EfOでは第7図aのようにコン
デンサC1の端子電圧EClの波高値はEfO一定であ
る。従つてスイッチSW5はPG7によソー定周期で短
時間オンとなつてコンデンサC1の電荷を放電し、フリ
ップフロップFF2の出力パルスPG8の周波数は一定
となる。そこで例えばコンデンサC1の値を調節してフ
リップフロップFF2の出力周波数を前記した発振周波
数FO(第4図e参照)に一致させれば、第4図2のよ
うに電圧制御発振器■COはパルスPGO(第4図a参
照)の立上りより時間T。経過するまで問波数F。で発
振を行い、またその発振周波数は前記したPLL回路構
成により正確に一定化される。そして時間T。経過後加
算回路ADDに第4図kの鋸歯状波発生器SWGの出力
Eswが加わり、加算回路ADDの出力電圧EINが次
第に上昇すると、コンデンサC1の端子電圧の波高値も
第7図a′のように次第に大となり、電圧比較点毎に送
出されるパルスPG7の周期は第7図b″のように長く
なる。このためこれによつて制御されるフリップフロッ
プFF2の出力パルヌPG8の聞波数も第7図C2のよ
うに低くなる。そこで鋸歯状波発生器SWGの積分時定
数などの回路定数を適当に選定すれば、電圧制御発振器
■COはパルスPGOの立上りよりT。経過するまでは
、第4図iのように時間T。の逆数に比例する一定周波
数F。で発振し、それ以後は点線図示の周波数変化に従
つて発振周波数を変化するようにすることができる。ま
た鋸歯状波発生器SWGの出力電圧Eswが受波信号R
SSl,RSS2またはパルスPG3によつてEl,E
2またはE3に一定化されると、一定となつたときの電
圧に相当する周波数、即ち受波到達時間の逆数に比例す
る一定周波数でそれぞれ発振を続け(第4図e参照)、
次の区間になると時間T。だけ再びF。で発振する動作
を行う。即ち電圧制御発振器VCOは第1または第2の
送受波器による音波パルスを第2または第1の送受波器
が受波するまでの時間経過Tl,t2およびパルスPG
Oの送出より較正信号が加えられるまでの時間経過T3
の逆数に比例する周波数の発振を次の区間まで継続する
ことになる。次に第3図においてAGはアンドゲード、
UDCはプリセツトテーブルアツプダウンカウンタ(以
下カウンタと称す)、REGlは第1のレジスタ、DA
lは第1のデジタル・アナログ変換器、REG2は周波
数偏差電圧値の記憶用の第2のレジスタ、DA2はその
デジタル値をアナログ値に変換するための第2のデジタ
ル・アナログ変換器で、これらの回路は次の動作を行う
。
アンドゲードAGは主発振器MOSCからの送出パルス
PG4(第4図e参照)、即ち較正用の制御パルスPG
5(第4図f参照)の立上りまでの時間T3より長い時
間T4経過後立上り、次の区間になつてパルスPGOが
送出されるまで継続する時間幅がTO=(TO−T4)
のパルスPG4をゲート制御パルスとして、各区間Ml
,M2,M3毎に電圧制御発振器VCOの出力電圧をカ
ウンタUDCに加える。UDCは主発振器MOSCの送
出パルスPGl,PG2(第4図B,c参照)により制
御されて、先づ第1の送受波区間M1においてパルスP
G4(第4図e参照)によつて定まる時間TOの間、第
4図2の発振周波数f1を第4図nのように加算計数し
てカウント数N1を記憶し、パルスPG2の送出区間即
ち第2の送受波区間M2では、パルスPG4により定ま
る時間T。だけ第4図eの発振周波数F2を計数して、
第1の送受波区間M1におけるカウント数N,から減算
する。そこで今減算値をN2とするカウンタUDCの残
量ΔN■はとなるが、ここで前記したようにf1・F2
は第1,第2の送受波区間Ml,M2における音波パル
スの送出より受波までの時間経過Tl,t2の逆数に比
例することから、残量ΔNvはただしK,K2は比例係
数、■は風速 となり、カウンタUDCの残量は風速■に比例すること
になる。
PG4(第4図e参照)、即ち較正用の制御パルスPG
5(第4図f参照)の立上りまでの時間T3より長い時
間T4経過後立上り、次の区間になつてパルスPGOが
送出されるまで継続する時間幅がTO=(TO−T4)
のパルスPG4をゲート制御パルスとして、各区間Ml
,M2,M3毎に電圧制御発振器VCOの出力電圧をカ
ウンタUDCに加える。UDCは主発振器MOSCの送
出パルスPGl,PG2(第4図B,c参照)により制
御されて、先づ第1の送受波区間M1においてパルスP
G4(第4図e参照)によつて定まる時間TOの間、第
4図2の発振周波数f1を第4図nのように加算計数し
てカウント数N1を記憶し、パルスPG2の送出区間即
ち第2の送受波区間M2では、パルスPG4により定ま
る時間T。だけ第4図eの発振周波数F2を計数して、
第1の送受波区間M1におけるカウント数N,から減算
する。そこで今減算値をN2とするカウンタUDCの残
量ΔN■はとなるが、ここで前記したようにf1・F2
は第1,第2の送受波区間Ml,M2における音波パル
スの送出より受波までの時間経過Tl,t2の逆数に比
例することから、残量ΔNvはただしK,K2は比例係
数、■は風速 となり、カウンタUDCの残量は風速■に比例すること
になる。
この風速に比例する残量値ΔNvは第2の送受波区間M
2の終り、即ち制御パルスPG2の立上りにおいて読出
されて第1のレジスタREGlに書込まれ、書込量はデ
ジタル・アナログ変換器DAlによりアナログ化されて
風速に比例する電圧として出力端子TOutに出力され
る。従つてこの値を測定することにより風速を知ること
ができる。次に第1、第2の送受波区間Ml,M2によ
る1回の測定が終ると較正区間M3に入つて、電源電圧
の変動、測定雰囲気温度などによる積分用コンデンサな
どの定数変化にもとづく可変周波数発振回路の発振周波
数の較正が行われる。
2の終り、即ち制御パルスPG2の立上りにおいて読出
されて第1のレジスタREGlに書込まれ、書込量はデ
ジタル・アナログ変換器DAlによりアナログ化されて
風速に比例する電圧として出力端子TOutに出力され
る。従つてこの値を測定することにより風速を知ること
ができる。次に第1、第2の送受波区間Ml,M2によ
る1回の測定が終ると較正区間M3に入つて、電源電圧
の変動、測定雰囲気温度などによる積分用コンデンサな
どの定数変化にもとづく可変周波数発振回路の発振周波
数の較正が行われる。
第2の送受波区間M2の終りを示す主発振器MOSCか
らパルスPG2が立下ると、カウンタUDCには較正用
のデータPd即ちMOSCからの制御パルスPG5(第
4図f参照)の送出時点における電圧制御発振器VCO
の正しい発振周波数八sを主発振器MOSCから制御パ
ルスPG4(第4図e参照)の時間幅T。だけ計数した
T。Xf3Sに等しいデータN3Sがマイナスにプリセ
ットされる。そして制御パルスPG4がアンドゲートA
Gにゲートパルスとして加えられると、カウンタUDC
は電圧制御発振器VCOの出力周波数F3(第4図′参
照)を時間TOだけ計数してプリセット値一N3Sに加
算する動作を行う。ここで時間T3経過後における電圧
制御発振器■COの発振周波数八に、雰囲気温度の変動
などにもとづく変化がないものとすれば、カウンタUD
Cの残量ΔNsは零であり、変化があつた場合にはΔN
sは正しい周波数F3SとF3の差の正または負の値と
なり、これはUDCに記憶される。そしてこの内容は再
び第1の送受波区間M1に入つて主発振器MOSCから
パルスPGl(第4図b参照)が送出されると読出され
て第2のレジスタREG2に書込まれ、デジタル・アナ
ログ変換器DA2はアナログ化して周波数偏差電圧ΔE
sを第5図に示した鋸歯状波発生器SWGに加える。そ
してΔEsが負極性のときはEs−ΔEsを第2の演算
増幅器0P2に加え、また正極性のときEs+ΔEsの
電圧を0P2に加えて電圧の立上り傾斜をΔEsに応じ
て調節して発振周波数を正しい周波数F38となるよう
に自動的に補正する。従つて正しい逆数の演算が可能と
なる。従つて以下前記の一連の動作が繰返されることに
より風速の変化を連続的に正確に測定できる。以上本発
明を一実施例によつて説明したが、高い測定精度を要求
されない場合成いは電源電圧の変動雰囲気温度の影響が
無視出来る程度である場合には、第3図の加算回路AD
Dの入力電圧EfOを一定電圧電源により供給するよう
にすれば、フェーズロックループ回路構成をとる必要が
ないので、回路は大幅に簡単化される。
らパルスPG2が立下ると、カウンタUDCには較正用
のデータPd即ちMOSCからの制御パルスPG5(第
4図f参照)の送出時点における電圧制御発振器VCO
の正しい発振周波数八sを主発振器MOSCから制御パ
ルスPG4(第4図e参照)の時間幅T。だけ計数した
T。Xf3Sに等しいデータN3Sがマイナスにプリセ
ットされる。そして制御パルスPG4がアンドゲートA
Gにゲートパルスとして加えられると、カウンタUDC
は電圧制御発振器VCOの出力周波数F3(第4図′参
照)を時間TOだけ計数してプリセット値一N3Sに加
算する動作を行う。ここで時間T3経過後における電圧
制御発振器■COの発振周波数八に、雰囲気温度の変動
などにもとづく変化がないものとすれば、カウンタUD
Cの残量ΔNsは零であり、変化があつた場合にはΔN
sは正しい周波数F3SとF3の差の正または負の値と
なり、これはUDCに記憶される。そしてこの内容は再
び第1の送受波区間M1に入つて主発振器MOSCから
パルスPGl(第4図b参照)が送出されると読出され
て第2のレジスタREG2に書込まれ、デジタル・アナ
ログ変換器DA2はアナログ化して周波数偏差電圧ΔE
sを第5図に示した鋸歯状波発生器SWGに加える。そ
してΔEsが負極性のときはEs−ΔEsを第2の演算
増幅器0P2に加え、また正極性のときEs+ΔEsの
電圧を0P2に加えて電圧の立上り傾斜をΔEsに応じ
て調節して発振周波数を正しい周波数F38となるよう
に自動的に補正する。従つて正しい逆数の演算が可能と
なる。従つて以下前記の一連の動作が繰返されることに
より風速の変化を連続的に正確に測定できる。以上本発
明を一実施例によつて説明したが、高い測定精度を要求
されない場合成いは電源電圧の変動雰囲気温度の影響が
無視出来る程度である場合には、第3図の加算回路AD
Dの入力電圧EfOを一定電圧電源により供給するよう
にすれば、フェーズロックループ回路構成をとる必要が
ないので、回路は大幅に簡単化される。
またこの場合には較正回路を省略することも可能である
ので、更に回路構成を簡単にできる。また以上の例では
風速を1回測定する毎に較正するようにしたが、回路定
数の変化は急激なものではないので、例えば10回に1
回、100回に1回程度較正を行うようにしてもよい。
以上の説明から明らかなように、本発明は一定間隔で対
向する送受波器間における正逆方向の音波の伝達時間の
逆数を取出し得るように時間対周波数変化特性が設定さ
れる可変周波数発振回路を作り、受信信号到達時におけ
る可変発振回路の出力周波数から音波の送信から受波ま
での時間の逆数を検出し、第1の送受波器から第2の送
受波器および第2の送受波器から第1の送受波器への音
波送信時における伝達時間の逆数の差から風速を求める
ようにしたものである。
ので、更に回路構成を簡単にできる。また以上の例では
風速を1回測定する毎に較正するようにしたが、回路定
数の変化は急激なものではないので、例えば10回に1
回、100回に1回程度較正を行うようにしてもよい。
以上の説明から明らかなように、本発明は一定間隔で対
向する送受波器間における正逆方向の音波の伝達時間の
逆数を取出し得るように時間対周波数変化特性が設定さ
れる可変周波数発振回路を作り、受信信号到達時におけ
る可変発振回路の出力周波数から音波の送信から受波ま
での時間の逆数を検出し、第1の送受波器から第2の送
受波器および第2の送受波器から第1の送受波器への音
波送信時における伝達時間の逆数の差から風速を求める
ようにしたものである。
従つて従来のように伝達時間に比例する電圧の差を求め
て風速を知る超音波風速計のように測定雰囲気温度によ
る誤差を伴うことがない。また逆数の演算回路などを用
いる正統的な演算方法により伝達時間の逆数を求めるも
のに比べて簡単かつ安価に構成できるもので、このよう
な本発明の利点は、伝達時間の逆数の演算を時間経過に
逆比例して変化する周波数出力を用いて行うようにした
こと、またその実現に当つて一つの送信波の発射時刻か
ら次の送信波の発射時刻までの時間経過に逆比例する周
波数変化特性を得る場合に最初の送信波の発射時刻にお
ける周波数が無限大となるのを回避するため、所要の測
定時間帯内においてのみ上記周波数変化特性と一致する
ように発振器を作ることにより実質的に送信波の発射よ
り受信波の到来までの時間の逆数値を求めうるようにし
た着想があつて始めて生ずるものである。
て風速を知る超音波風速計のように測定雰囲気温度によ
る誤差を伴うことがない。また逆数の演算回路などを用
いる正統的な演算方法により伝達時間の逆数を求めるも
のに比べて簡単かつ安価に構成できるもので、このよう
な本発明の利点は、伝達時間の逆数の演算を時間経過に
逆比例して変化する周波数出力を用いて行うようにした
こと、またその実現に当つて一つの送信波の発射時刻か
ら次の送信波の発射時刻までの時間経過に逆比例する周
波数変化特性を得る場合に最初の送信波の発射時刻にお
ける周波数が無限大となるのを回避するため、所要の測
定時間帯内においてのみ上記周波数変化特性と一致する
ように発振器を作ることにより実質的に送信波の発射よ
り受信波の到来までの時間の逆数値を求めうるようにし
た着想があつて始めて生ずるものである。
第1図に超音波風速計の原理説明図、第2図は従来装置
の風速演算を説明するための波形図、第3図は本発明の
一実施例のブロック系統図、第4図はその回路各部の波
形図、第5図は本発明に使用される鋸歯状波発生器の回
路例図、第6図は本発明に使用される電圧制御発振器の
回路例図、第7図はその回路各部の波形図である。
の風速演算を説明するための波形図、第3図は本発明の
一実施例のブロック系統図、第4図はその回路各部の波
形図、第5図は本発明に使用される鋸歯状波発生器の回
路例図、第6図は本発明に使用される電圧制御発振器の
回路例図、第7図はその回路各部の波形図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 一定間隔をもつて対向配置された、第1、第2の送
受波器間における正逆方向の音波の伝達時間の差から、
風速を知るようにした超音波風速計において、送信波の
発射を示す入力と測定時間帯の上限を示す入力および受
信波の到来を示す入力により制御されて、送信波の発射
より測定時間帯の上限までは、一定周波数で発振を行い
、それ以後時間経過に逆比例して発振周波数が変化し、
次いで受信波到来時に発振周波数の変化を停止し、以後
一定の発振周波数を次の送信波の発射時まで継続的に発
振する可変周波数発振回路と、第1の送受波器の送信波
を受信した第2の送受波器の出力による上記可変周波数
発振回路の発振周波数を受信時から一定時間加算計数し
、また上記加算計数値から第2の送受波器にもとづく第
1の送受波器の受信時以後の可変周波数発振回路の発振
周波数を減算計数し、上記両計数値の差から風速を求め
る回路とから構成されたことを特徴とする超音波風速計
。 2 可変周波数発振回路の較正信号到来時における発振
周波数を一定時間加算計数し、これとプリセット値との
差を求め、これによつて上記可変周波数発振回路を制御
して、その発振周波数を較正する回路を付加したことを
特徴とする特許請求範囲第1項記載の超音波風速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51125265A JPS5928262B2 (ja) | 1976-10-19 | 1976-10-19 | 超音波風速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51125265A JPS5928262B2 (ja) | 1976-10-19 | 1976-10-19 | 超音波風速計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5350781A JPS5350781A (en) | 1978-05-09 |
| JPS5928262B2 true JPS5928262B2 (ja) | 1984-07-11 |
Family
ID=14905792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51125265A Expired JPS5928262B2 (ja) | 1976-10-19 | 1976-10-19 | 超音波風速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5928262B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63240345A (ja) * | 1987-03-24 | 1988-10-06 | Nippon Denso Co Ltd | 水抜きチユ−ブ |
-
1976
- 1976-10-19 JP JP51125265A patent/JPS5928262B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63240345A (ja) * | 1987-03-24 | 1988-10-06 | Nippon Denso Co Ltd | 水抜きチユ−ブ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5350781A (en) | 1978-05-09 |
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