JP3267942B2 - 位相同期式超音波流量計 - Google Patents
位相同期式超音波流量計Info
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Description
ロックループ、以下PLLと略記する)式超音波流量計
の改良に係るものであり、特に小口径タイプの流量計に
適した超音波流量計に関する。
示し、以下その概要を説明する。同図において符号1は
流体入口1aと同出口1bを有する流路用管体、2a、
2bは管体の両端に設けた1対の超音波振動子を示す。
号の増幅器5を上記振動子2aまたは2bへ交互に切換
えて接続する機能を有するが、その切換信号については
ここで触れない。
られる入力信号61と分周器9から与えられる帰還信号
62との間の位相差に応じたパルス出力をローパスフィ
ルタ7に与える。
御発振器(VCOと略記される)8は高い周波数の可変
周波数信号を分周比が通常1000以上の分周器9に与
えるとともに出力端子10に出力周波数信号を発生す
る。この信号の処理装置についての説明は省略する。
a、2b間にいわゆるシングアラウンド発振が起り、出
力端子10にはシングアラウンド周波数に分周器9の分
周比に応じた高い周波数増倍率を乗じた出力周波数信号
が得られる。
向きを反転し、各振動子2a、2bから得られる2つの
出力周波数の差から高い分解能で流速すなわち流量が計
測できる。
L方式は小口径流量計に適用すると次ぎのような技術的
問題が生ずる。
る流量計の管体内径は数ミリ程度にする必要があり、し
たがって超音波の伝播路断面積が小さく、超音波の減衰
が著しい。
か、増幅器5の増幅度を上げるのが普通である。しか
し、切換器3として使用されるいわゆるアナログスイッ
チにおいては、オフ状態にあるスイッチの静電容量によ
り励振電圧が増幅器側にスパイク状態のノイズとして漏
れ、場合によっては受信波より大きくなる。
は、増幅器5が超音波信号を受信すると、同時に励振電
圧源4より次の超音波を送るよう振動子2aまたは2b
を励振するので、受信側で見ると受信波検出時に上述の
励振ノイズが重なり、場合によっては正常な動作が困難
になる。
決するためになされたもので、本発明に係る第1発明の
位相同期式超音波流量計は、流路用管体に対向して取り
付けた1対の超音波振動子と、これら1対の振動子の送
・受信を切換える切換器と、流体内を伝播する超音波に
より受信側の振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器
と、同増幅器の出力を入力信号とする位相比較器と、同
位相比較器の出力を平滑化するローパスフィルタと、同
フィルタの出力に応じて発振周波数を変える電圧制御発
振器と、同発振器の出力周波数を分周する分周器と、同
分周器出力を遅延せしめる遅延回路とを備え、前記分周
器の出力を位相比較器の帰還信号とし、かつ前記遅延回
路の出力により送信側の振動子に励振電圧を加えるとと
もに、前記遅延回路の遅延時間を電圧制御発振器の発振
周期に比例させるよう構成したものとしてある。
流量計は、流路用管体に対向して取り付けた1対の超音
波振動子と、これら1対の振動子の送・受信を切換える
切換器と、流体内を伝播する超音波により受信側の振動
子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、同増幅器の出
力を遅延せしめる遅延回路と、この遅延回路出力を入力
信号とする位相比較器と、同位相比較器の出力を平滑化
するローパスフィルタと、同フィルタの出力に応じて発
振周波数を変える電圧制御発振器と、同発振器の出力周
波数を分周する分周器とを備え、前記分周器の出力を位
相比較器の帰還信号とし、かつ分周器の出力により送信
側の振動子に励振電圧を加えるとともに、前記遅延回路
の遅延時間を電圧制御発信器の発振周期に比例させるよ
う構成したものとしてある。
流量計の第1実施例の構成を説明する。同図において符
号1〜10は図7の符号に対応するので、説明は省略す
る。
間に遅延回路11を介在させ、かつ、同遅延回路11に
は電圧制御発振器8からの出力信号、またはこれを適当
に分周したものをクロック信号として与え、遅延時間を
電圧制御発振器8の発振周期に比例させる点を特徴とし
ている。
周器9を前段分周器91とプログラマブル分周器92に
より構成し、前段分周器91としては例えば1/61〜1/10
0 の分周比を持つもの、またプログラマブル分周器92
としては最小1/128 〜1/100の分周比を持つものを使用
し、同プログラマブル分周器92は流体中の音速に応じ
て適当な分周比となるようにプログラムする。
により分周してその出力周期を数μ秒程度に増倍する。
遅延回路11としては計数形タイマを用い、同タイマは
プログラマブル分周器92の出力111が特定極性(H
又はL)をとると、クロック信号として与えられる前段
分周器91の出力信号112を計数し始め、予め定めた
波数を計数すると出力信号113を発するので、これを
励振信号とする。一方プログラマブル分周器92の出力
は位相比較器6へ帰還する。
ウンタ92の特性を利用して遅延回路11の機能を兼ね
備える分周器9’としたものであり、独立した遅延回路
としては顕在しないが、機能は具体例1と同等である。
路11を増幅器5と位相比較器6の入力側との間に介在
させた点が図1に示す第1実施例のものと異なるが、そ
の動作要領は第1実施例のものとほぼ同様である。
L帰還信号がロックイン状態で同相になり、励振電圧も
これと同様であるから、この励振電圧は受信信号に対し
遅延回路11による遅延時間の分だけ遅れる。
の作用を説明する。PLLがいわゆるロックインの状態
ではその入力信号と帰還信号の位相(正確には例えばH
からLへの遷移時点)が合致するので、超音波受信信号
とPLL帰還信号の位相も合致する。一方励振位相は遅
延回路11による所定時間分遅れることになる。
細と同増幅器における信号の波形を図5、6により説明
すれば、受信波は図示のようにAC増幅器51により増
幅されて、例えば1MHz 程度の周波数の交流ピーク群
となる。
一定の基準電圧Eと比較し、波形がこの基準電圧Eを超
える時点を検出して一定時間コンパレータの再動作を禁
止するワンショット回路53を駆動する。
ン状態ではこのワンショット回路の動作より所定の遅延
時間後励振を行うので、図6のように励振ノイズは受信
信号より遅れ、その動作に悪影響を及ぼすことがない。
ついて説明する。図1において振動子2a、2b間の測
線長をL、流体中の音速をC、管路内の流体の平均流速
をV、超音波が下流へ向う際のシングアラウンド周波数
をFd、上流へ向かう際のシングルアラウンド周波数をF
u、遅延回路11による遅延時間をt0とすると、 1/Fd=L/(C+V)+t0,1/Fu=L/(C−V)+t0 となる。
Fd、Fuに対応してfd、fuとし、分周器9の分周による周
波数増倍率をNとすればfd−fu=N・2V/L となり、fd−fuからV を演算できる。
−V)t0} となり、平均流速Vの正確な測定は一般には困難にな
る。
く、電圧制御発振器8の周期に従ってFd、Fuの逆数に正
確に比例するようにしてある。
にそれぞれ対応する遅延時間td、tuとすれば、M を比例
定数として、 td=M/Fd, tu=M/FuFd−Fu={(1-M)/L}2V ∴ fd−fu=N{(1-M)/L}2V・・・(2) となり、td、tuはシングアラウンド周期1/Fd、1/Fuの数
%程度でよいので(2) 式に示すようにわずかに係数が小
さくなる点を除けば(1) 式と同様にfd−fuから流体の平
均流速Vを演算できる。
発明によれば励振電圧を高く、または増幅器における増
幅度を高めても励振ノイズの影響を受けることがなく、
流路管体が小口径である小流量用の流量測定に好適なP
LL式超音波流量計を実現できる。
施例を示す構成図。
施例を示す構成図。
示す構成図。
Claims (2)
- 【請求項1】(a) 流路用管体に対向して取り付けた1対
の超音波振動子と、これら1対の振動子の送・受信を切
換える切換器と、流体内を伝播する超音波により受信側
の振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、同増幅
器の出力を入力信号とする位相比較器と、同位相比較器
の出力を平滑化するローパスフィルタと、同フィルタの
出力に応じて発振周波数を変える電圧制御発振器と、同
発振器の出力周波数を分周する分周器と、同分周器出力
を遅延せしめる遅延回路とを備え、(b) 前記分周器の出
力を位相比較器の帰還信号とし、かつ前記遅延回路の出
力により送信側の振動子に励振電圧を加えるとともに、
(c) 前記遅延回路の遅延時間を電圧制御発振器の発振周
期に比例させるよう構成してなる位相同期式超音波流量
計。 - 【請求項2】(a) 流路用管体に対向して取り付けた1対
の超音波振動子と、これら1対の振動子の送・受信を切
換える切換器と、流体内を伝播する超音波により受信側
の振動子に生じる受信信号を増幅する増幅器と、同増幅
器の出力を遅延せしめる遅 延回路と、この遅延回路出力
を入力信号とする位相比較器と、同位相比較器の出力を
平滑化するローパスフィルタと、同フィルタの出力に応
じて発振周波数を変える電圧制御発振器と、同発振器の
出力周波数を分周する分周器とを備え、 (b) 前記分周器の出力を位相比較器の帰還信号とし、か
つ分周器の出力により送信側の振動子に励振電圧を加え
るとともに、 (c) 前記遅延回路の遅延時間を電圧制御発信器の発振周
期に比例させるよう構成してなる位相同期式超音波流量
計。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP35489498A JP3267942B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 位相同期式超音波流量計 |
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JP35489498A JP3267942B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 位相同期式超音波流量計 |
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JP3267942B2 true JP3267942B2 (ja) | 2002-03-25 |
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Family Applications (1)
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-
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