JPS61722A - 超音波伝播時間測定装置 - Google Patents
超音波伝播時間測定装置Info
- Publication number
- JPS61722A JPS61722A JP59120042A JP12004284A JPS61722A JP S61722 A JPS61722 A JP S61722A JP 59120042 A JP59120042 A JP 59120042A JP 12004284 A JP12004284 A JP 12004284A JP S61722 A JPS61722 A JP S61722A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oscillator
- time
- pulse
- frequency
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H5/00—Measuring propagation velocity of ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. of pressure waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、例えば超音波流量計とか超音波レベル計など
に好適に用い得る超音波伝播時間測定装置の改良に関す
るものである。
に好適に用い得る超音波伝播時間測定装置の改良に関す
るものである。
第１図は、「富士時報」第４８巻第２号第２９頁ないし
第３８頁に掲載されたＴＬＬ （Ｔｉｍｅ Ｌｏ−ｃｋ
ｅｄ Ｌｏｏｐ ）方式と称される方式による従来の超
音波伝播時間測定装置の原理を示すブロック図である。
第３８頁に掲載されたＴＬＬ （Ｔｉｍｅ Ｌｏ−ｃｋ
ｅｄ Ｌｏｏｐ ）方式と称される方式による従来の超
音波伝播時間測定装置の原理を示すブロック図である。
同図において、ｌは受信回路、２はカウンタ、３は時間
差検出回路、４は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、５は同期
発生回路、６は送信回路、５ａｔ８ｂはそれぞれ振動子
、である。
差検出回路、４は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、５は同期
発生回路、６は送信回路、５ａｔ８ｂはそれぞれ振動子
、である。
回路動作は次の如くである。送信回路６により駆動され
た送信側振動子８ａは、測定媒体中に超音波パルスを送
出する。受信側振動子８ｂはその超音波パルスを受信し
、“受信出力を受信回路１に送る。他方、同期発生回路
５では、発振器４より出力されるパルスに同期してスタ
ートパルスヲ発生して前記送信回路６をスタートさせる
と共に、カウンタ２をスタートさせる。
た送信側振動子８ａは、測定媒体中に超音波パルスを送
出する。受信側振動子８ｂはその超音波パルスを受信し
、“受信出力を受信回路１に送る。他方、同期発生回路
５では、発振器４より出力されるパルスに同期してスタ
ートパルスヲ発生して前記送信回路６をスタートさせる
と共に、カウンタ２をスタートさせる。
カウンタ２は、発振器４からの繰り返し周波数がｆのパ
ルスをＮ個カウントしたらカウント終了信号を時間差検
出回路３へ送出するようになっている。Ｎは適当に選択
された整数（予め設定された一定数）である。
ルスをＮ個カウントしたらカウント終了信号を時間差検
出回路３へ送出するようになっている。Ｎは適当に選択
された整数（予め設定された一定数）である。
時間差検出回路３では、超音波パルスが送信側振動子８
ａから受信側振動子８ｂまで測定媒体中を伝播するのに
要した時間ｔを受信回路１から与えられると共に、カウ
ンタ２が、繰り返し周波数ｆ与えられる。そこで時間差
検出回路３は、伝播にに発振器４の繰り返し周波数を制
御する。その結果、１＝−なる関係が成立し、これを変
形するとを取り出すことができる。
ａから受信側振動子８ｂまで測定媒体中を伝播するのに
要した時間ｔを受信回路１から与えられると共に、カウ
ンタ２が、繰り返し周波数ｆ与えられる。そこで時間差
検出回路３は、伝播にに発振器４の繰り返し周波数を制
御する。その結果、１＝−なる関係が成立し、これを変
形するとを取り出すことができる。
さて、上述の如き従来の超音波伝播時間測定装置におい
ては、送信側振動子８ａから受信側振動子８ｂに至る超
音波の伝播時間が例えば水温などの影響により大幅に変
化する場合には、それに追随して発振器４の発振周波数
も大幅に変化することになる。
ては、送信側振動子８ａから受信側振動子８ｂに至る超
音波の伝播時間が例えば水温などの影響により大幅に変
化する場合には、それに追随して発振器４の発振周波数
も大幅に変化することになる。
換言すると、電圧制御発振器４として可変周波数範囲の
広い発振器を使う必要があり、そのため水晶発振器の如
き安定々動作はするが可変周波数範囲の狭い発振器は使
用できず、ＬＣを用いた比較的動作の不安定な発振器を
使用せざるを得々いので測定精度にも悪影響が及ぶとい
う欠点が従来の超音波伝播時間測定装置にはあった。
広い発振器を使う必要があり、そのため水晶発振器の如
き安定々動作はするが可変周波数範囲の狭い発振器は使
用できず、ＬＣを用いた比較的動作の不安定な発振器を
使用せざるを得々いので測定精度にも悪影響が及ぶとい
う欠点が従来の超音波伝播時間測定装置にはあった。
本発明は、上述の如き従来技術の欠点を除去するために
なされたものであり、従って本発明の目的は、超音波伝
播時間が大幅に変動する場合でも、可変周波数範囲の比
較的狭い発振器で事足りるよ５ｅ超音波伝蒲時間測定装
置を提供することにある。
なされたものであり、従って本発明の目的は、超音波伝
播時間が大幅に変動する場合でも、可変周波数範囲の比
較的狭い発振器で事足りるよ５ｅ超音波伝蒲時間測定装
置を提供することにある。
本発明の要点は、従来の測定装置ではカウンタは予め定
められたＮ個のパルスをカウントするものであったのに
対し、本発明ではカウンタに、超音波の送波時刻から発
振器出力パルスのカウントを開始させ、超音波の受波時
刻にカウントを終了させる（カウントするパルスの個数
は不定）ようにすると共に、受波時刻と該時刻の近傍に
ある前記出力パルスの立上り（または立下り）エツジの
如き特定位相との間の時間差を検出してそれが零になる
よ５に発振器の発振周波数を制御し、超音波伝播時間が
変動したためそれに追随して発振周波数が制御されて或
る基準周波数の匝から偏移するときは、その偏移量が基
準周波数における単位サイクル期間に丁度達したとき、
発振周波数を基準周波数ヘリセットするようにした点に
ある。
められたＮ個のパルスをカウントするものであったのに
対し、本発明ではカウンタに、超音波の送波時刻から発
振器出力パルスのカウントを開始させ、超音波の受波時
刻にカウントを終了させる（カウントするパルスの個数
は不定）ようにすると共に、受波時刻と該時刻の近傍に
ある前記出力パルスの立上り（または立下り）エツジの
如き特定位相との間の時間差を検出してそれが零になる
よ５に発振器の発振周波数を制御し、超音波伝播時間が
変動したためそれに追随して発振周波数が制御されて或
る基準周波数の匝から偏移するときは、その偏移量が基
準周波数における単位サイクル期間に丁度達したとき、
発振周波数を基準周波数ヘリセットするようにした点に
ある。
こうすることにより、発振周波数の可変範囲は、基壁周
波数から±１サイクルの範囲でずむことに欧る。
波数から±１サイクルの範囲でずむことに欧る。
次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。
第２図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、第１図におけるのと同じ要素または対応し
た要素には同じ符号を付しである。
図において、第１図におけるのと同じ要素または対応し
た要素には同じ符号を付しである。
そのほか、９はＣＰＵ、１０は発振器４の出力周波数を
カウントする周波数カウンタ、１１はタイムペース回路
、である。
カウントする周波数カウンタ、１１はタイムペース回路
、である。
次に回路動作を説明する。同期発生回路５は、ＣＰＵ９
からの始動タイミング信号を受けた後、発振器４からの
最初のパルスの立上りエツジなら立上りエツジに同期し
てスタートパルスを送出する。送信回路６はこの２ター
トパルスを受信側振動子８ａを駆動して超音波を送出さ
せる。
からの始動タイミング信号を受けた後、発振器４からの
最初のパルスの立上りエツジなら立上りエツジに同期し
てスタートパルスを送出する。送信回路６はこの２ター
トパルスを受信側振動子８ａを駆動して超音波を送出さ
せる。
他方、カウンタ２は、同期発生回路５からのスタートパ
ルスによって発振器４からの出力パルスのカウントを始
め、振動子８ｂが超音波を受信したとき受信回路１から
出力される受信パルスＲによりカウントを終了し、その
ときのカラン１−ＫＮをＣＰ Ｕ ９ Ｋ出力する。
ルスによって発振器４からの出力パルスのカウントを始
め、振動子８ｂが超音波を受信したとき受信回路１から
出力される受信パルスＲによりカウントを終了し、その
ときのカラン１−ＫＮをＣＰ Ｕ ９ Ｋ出力する。
時間差検出回路３は、受信パルスＲのタイミングと、発
振器４からの出力パルスのうちで該タイミングに最も近
いパルス立上りエツジとの間の時間差を検出し、該時間
差が零になるように発振器４の出力周波数を制御する。
振器４からの出力パルスのうちで該タイミングに最も近
いパルス立上りエツジとの間の時間差を検出し、該時間
差が零になるように発振器４の出力周波数を制御する。
このときの制御された周波数ｆは周波数カウンタ１０に
より測定され、ＣＰＵ９に出力される。・ＣＰＵ９は、
Ｎ／ｆなる演算を行なうことにより、振動子８ａと８ｂ
の間の超音波伝播に要する時間Ｔを算出して出力する。
より測定され、ＣＰＵ９に出力される。・ＣＰＵ９は、
Ｎ／ｆなる演算を行なうことにより、振動子８ａと８ｂ
の間の超音波伝播に要する時間Ｔを算出して出力する。
第３図は第２図における時間差検出回路３の具体例を示
す回路図であり、第３Ａ図、第３Ｂ図はそれぞれ第３図
における各部信号のタイミングチャートである。
す回路図であり、第３Ａ図、第３Ｂ図はそれぞれ第３図
における各部信号のタイミングチャートである。
第３図、第３Ａ図を診照する。Ｄタイプのフリップフロ
ップＦ、ＦのＤ入力端子には、発振器４からの繰り返し
周波数ｆのパルスが入力され、クロック入力端子Ｃには
受信回路１からの受信パルスＲが入力されている。
ップＦ、ＦのＤ入力端子には、発振器４からの繰り返し
周波数ｆのパルスが入力され、クロック入力端子Ｃには
受信回路１からの受信パルスＲが入力されている。
そこでフリップフロックＦ、Ｆでは、クロック入力端子
Ｃに入力される受信パルスＢの立上りタイミングで発振
器４からのＤ入力端子に入力されるパルスのレベル（こ
の場合Ｌ）をラッチし、出力端子ＱからＫ出力を発振器
４へ送出してその発振周波数を制御することにより、受
信パルスＲの立上りタイミングと、該タイミングに一番
近い発振器４からのパルスの立上りエツジとの間の時間
差Δｔを零にしようとする（この場合周波数は増加する
）。
Ｃに入力される受信パルスＢの立上りタイミングで発振
器４からのＤ入力端子に入力されるパルスのレベル（こ
の場合Ｌ）をラッチし、出力端子ＱからＫ出力を発振器
４へ送出してその発振周波数を制御することにより、受
信パルスＲの立上りタイミングと、該タイミングに一番
近い発振器４からのパルスの立上りエツジとの間の時間
差Δｔを零にしようとする（この場合周波数は増加する
）。
第３Ｂ図においては、受信パルスＲの立上りタイミング
でラッチされるのが発振器４からＤ入力端子に入力され
るパルスのＨレベルであるので、フリップフロップＦ、
ＦはそのＱ出力端子からＫ出力を送出して発振器４の出
力周波数を制御することにより時間差Δｔを零にしよう
とする（この場合、周波数は減少する）。
でラッチされるのが発振器４からＤ入力端子に入力され
るパルスのＨレベルであるので、フリップフロップＦ、
ＦはそのＱ出力端子からＫ出力を送出して発振器４の出
力周波数を制御することにより時間差Δｔを零にしよう
とする（この場合、周波数は減少する）。
第４図は、７６０発振器４内にあって、時間差検出回路
３からのＨレベル出力またはＬレベル出力を入力されて
■ＣＯコントロール電圧を出力するｖＣＯコントローラ
４Ａを示す回路図である。
３からのＨレベル出力またはＬレベル出力を入力されて
■ＣＯコントロール電圧を出力するｖＣＯコントローラ
４Ａを示す回路図である。
同図において、抵抗ｒを介して検出回路３からＨレベル
出力（＋電圧）が入力されるかＬレベル出力（−電圧）
が入力されるかに依存して、演算増幅器ＯＰの帰還コン
デンサＣｏが正或いは負に充電され、それに応じて■Ｃ
Ｏコントロール電圧が演算増幅器ＯＰから出力されＶＣ
Ｏの出力周波数を減少、或いは増大させる。なお、後述
のように、ＣＰＵ９からリセット信号が入力されたとき
は、スイッチＳＷを閉じコンデンサＣｏは放電するので
■ＣＯコントロール電圧も零となり、このときのＶＣＯ
の発振周波数は基準周波数に復帰する。
出力（＋電圧）が入力されるかＬレベル出力（−電圧）
が入力されるかに依存して、演算増幅器ＯＰの帰還コン
デンサＣｏが正或いは負に充電され、それに応じて■Ｃ
Ｏコントロール電圧が演算増幅器ＯＰから出力されＶＣ
Ｏの出力周波数を減少、或いは増大させる。なお、後述
のように、ＣＰＵ９からリセット信号が入力されたとき
は、スイッチＳＷを閉じコンデンサＣｏは放電するので
■ＣＯコントロール電圧も零となり、このときのＶＣＯ
の発振周波数は基準周波数に復帰する。
次に第２図に戻り、本発明に関係した動作を説明する。
すでに説明したよ５に、ＣＰＵ９においては、カウンタ
２によるカウント値Ｎと１発振器４からの制御された周
波数（これを今、基準周波数とし今、媒体の温度変化等
により超音波の伝播時間が増加したとする。すると受信
回路１からの受信パルスＲめタイミングも遅れ、第３Ｂ
図なら第３Ｂ図において、時間差Δｔが増大する。そし
て結局、この時間差Δｔが零になるように発振器４の出
力周波数は制御される（この場合、第３Ｂ図から分るよ
うに、−足パルス数Ｎに対応する時間長が増大すること
になるので、周波数は減少することとなり、この減少し
た周波数をｆとする）。
２によるカウント値Ｎと１発振器４からの制御された周
波数（これを今、基準周波数とし今、媒体の温度変化等
により超音波の伝播時間が増加したとする。すると受信
回路１からの受信パルスＲめタイミングも遅れ、第３Ｂ
図なら第３Ｂ図において、時間差Δｔが増大する。そし
て結局、この時間差Δｔが零になるように発振器４の出
力周波数は制御される（この場合、第３Ｂ図から分るよ
うに、−足パルス数Ｎに対応する時間長が増大すること
になるので、周波数は減少することとなり、この減少し
た周波数をｆとする）。
ＣＩ） Ｕ ９では、この周波数（パルスの繰り返し関
係を検出すると、リセット信号を発振器４へ送り、第４
図におけるスイッチＳＷを閉じてコンデンサＣｏを放電
させるととＫより、発振器４からの発振周波数をｆから
基準周波数ｒｏへ強制的にリセットさせる。その結果、
リセットの直前では、第３Ｂ図において、受信パルスＲ
の（立上り）タイミングと周波数ｆのパルスの立上りエ
ツジＳ１とが一致（Δｔが零に制御されて）していたと
すると、リセットの直後では、受信パルスＲの（立上り
）タイミングは、一つ後のパルスの立上りエツジＳ２と
一致することになり、こめときのパルスの繰り返し周波
数が基準局波数ｆＯになるわけでおる。
係を検出すると、リセット信号を発振器４へ送り、第４
図におけるスイッチＳＷを閉じてコンデンサＣｏを放電
させるととＫより、発振器４からの発振周波数をｆから
基準周波数ｒｏへ強制的にリセットさせる。その結果、
リセットの直前では、第３Ｂ図において、受信パルスＲ
の（立上り）タイミングと周波数ｆのパルスの立上りエ
ツジＳ１とが一致（Δｔが零に制御されて）していたと
すると、リセットの直後では、受信パルスＲの（立上り
）タイミングは、一つ後のパルスの立上りエツジＳ２と
一致することになり、こめときのパルスの繰り返し周波
数が基準局波数ｆＯになるわけでおる。
以上は超音波の伝播時間が増加した場合の説明であるが
、これが減少した場合にも全く同様のことが云える。
、これが減少した場合にも全く同様のことが云える。
ＣＰＵ９の以上説明した如き動作の流れを第５図に示す
。なお、第２図において、ＣＰＵ９の上述の如き動作杜
、タイムベース回路１１から出力される割込み信号によ
って開始され終了するものである。
。なお、第２図において、ＣＰＵ９の上述の如き動作杜
、タイムベース回路１１から出力される割込み信号によ
って開始され終了するものである。
第５図（Ａ）拡イニシャル動作を、（Ｂ）は通常動作を
、（Ｃ）は割込みによる制御動作を、それぞれ示してい
る。これらのチャートについては改めて説明する必要社
ないであろう。
、（Ｃ）は割込みによる制御動作を、それぞれ示してい
る。これらのチャートについては改めて説明する必要社
ないであろう。
以上説明したように、本発明によれば、ＶＣＯとして可
変周波数範囲の小さな発振器を用い５るので、水晶発振
器の如き動作の安定した発振器の使用が可能となり、ひ
いては超音伝播時間の測定が安定的に高精度でなされ得
るとい５利点がある。
変周波数範囲の小さな発振器を用い５るので、水晶発振
器の如き動作の安定した発振器の使用が可能となり、ひ
いては超音伝播時間の測定が安定的に高精度でなされ得
るとい５利点がある。
また従来のように、測定すべき伝播時間の長さに応じて
、カウンタのカウントすべぎパルス数Ｎを選択的に設定
するなどの作業が不要になるため、取扱いが容易になる
という利点がある。
、カウンタのカウントすべぎパルス数Ｎを選択的に設定
するなどの作業が不要になるため、取扱いが容易になる
という利点がある。
第１図は従来の超音波伝播時間測定装置の原理を示すブ
ロック図、第２口拡本発明の一実施例を示すブロック図
、第３図は第２図における時間差検出回路３の具体例を
示す回路図、＠３Ａ図および＠３Ｂ図はそれぞれ第３図
における各部信号のタイミングチャート、第４図は発振
器４内に含まれるｖＣＯフン）１＝−ラの一例を示す回
路図、第５図は第２図におけるＣＰＵの動作の流れを示
すフローチャート、である。 符号説明 １・・・・・・受信回路、２・・・・・・カウンタ、３
・・・・・・時間差検出回路、４・・・・・・電圧制御
発振器（ＶＣＯ）、４Ａ・・・・・・■ＣＯコントロー
ラ、５・・・・・・同期発生回路、６・・・・・・送信
回路、８ａ、８ｂ・・甲・振動子、９・・・・・・ＣＰ
Ｕ、１０・・・・・・周ｖ、数カウンタ、′１１・叩・
タイムベース回路 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人弁理士 松 崎 清 第１図 第２図 第３図 第３Ａ図 第３８図ＡＩｌ
ロック図、第２口拡本発明の一実施例を示すブロック図
、第３図は第２図における時間差検出回路３の具体例を
示す回路図、＠３Ａ図および＠３Ｂ図はそれぞれ第３図
における各部信号のタイミングチャート、第４図は発振
器４内に含まれるｖＣＯフン）１＝−ラの一例を示す回
路図、第５図は第２図におけるＣＰＵの動作の流れを示
すフローチャート、である。 符号説明 １・・・・・・受信回路、２・・・・・・カウンタ、３
・・・・・・時間差検出回路、４・・・・・・電圧制御
発振器（ＶＣＯ）、４Ａ・・・・・・■ＣＯコントロー
ラ、５・・・・・・同期発生回路、６・・・・・・送信
回路、８ａ、８ｂ・・甲・振動子、９・・・・・・ＣＰ
Ｕ、１０・・・・・・周ｖ、数カウンタ、′１１・叩・
タイムベース回路 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人弁理士 松 崎 清 第１図 第２図 第３図 第３Ａ図 第３８図ＡＩｌ
Claims (1)
- １）測定媒体中に相隔てて配置された超音波の送波器お
よび受波器と、該送波器における送波時刻と同期して発
振器からの出力パルスのカウントを開始し前記受波器に
よる受波時刻に同期してカウントを終了するカウンタと
、前記受波時刻と該時刻の近傍にある前記出力パルスの
立上りまたは立下りエッジの如き特定位相との間の時間
差を検出する手段と、該時間差が零になるように前記発
振器の発振周波数を制御する手段と、制御された該発振
周波数の値と前記カウンタによるカウント数から前記送
波器と受波器の間を超音波が伝播するのに要する時間（
以下、伝播時間と云う）を求める手段と、前記伝播時間
が変動するとき、それに応じて前記発振器の発振周波数
が制御されて或る基準周波数値から偏移するその偏移量
の監視手段と、該偏移量が前記基準周波数における単位
サイクル期間に達したとき前記発振器の発振周波数を前
記基準周波数へリセットする手段と、を具備したことを
特徴とする超音波伝播時間測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59120042A JPS61722A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 超音波伝播時間測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59120042A JPS61722A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 超音波伝播時間測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61722A true JPS61722A (ja) | 1986-01-06 |
| JPH0315135B2 JPH0315135B2 (ja) | 1991-02-28 |
Family
ID=14776456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59120042A Granted JPS61722A (ja) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | 超音波伝播時間測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61722A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6468005A (en) * | 1987-09-09 | 1989-03-14 | Nissan Motor | Mosfet incorporating protection function |
-
1984
- 1984-06-13 JP JP59120042A patent/JPS61722A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6468005A (en) * | 1987-09-09 | 1989-03-14 | Nissan Motor | Mosfet incorporating protection function |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0315135B2 (ja) | 1991-02-28 |
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