JPS5855441B2 - ジカンキジユンシンゴウキヨウキユウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、時間基準信号を与える装置に関するものであ
る。

特に、本発明は、例えば超音波パルスを使用する流体流
速測定等に使用されるような高周波の電気信号振動のパ
ルスから時間基準信号を与える装置に関するものである
。

そのようなパルスの発生時を電子的にマークしうるいく
つかの方法がある。

そのうちの１つの方法としては、パルスの到来をシュレ
ッシュホールド検出器によって検出し、そのシュレッシ
ュホールド検出器のトリガ時を時間基準として採用する
ものがある。

また別の方法として、パルスがその最大値に達した時を
検出するものがある。

これらの方法によれば、そのパルスの金山（代表的には
、０．１マイクロ秒の持続時間）よりも相当によい精度
のタイミングが与えられる。

しかし、パルスの振巾に変動があると、４分の１波長、
すなわち、１０ＭＨｚ の信号の場合には約０．０２５
マイクロ秒程にも亘るタイミングの変動を生じてしまう
ことがあるものである。

これでもたいていの場合十分な精度であると考えられて
いたのであるが、本発明者等は、これに更に改良を加え
て＋１秒の精度のタイミングを与えうるようなものとぜ
んとしたのである。

本発明によれば、高周波振動の短いバーストからなるよ
うなパルスを使用する測定方法において、その高周波信
号に零値交叉検出を適用することによってタイミング精
度が高精度のものとされる。

正常でない信号振動に対する零値交叉測定から生ずる誤
差を避けるために、信号振巾の積分値を特定の基準値と
比較して検査する。

すなわち、本発明によれば、電気信号振動のパルスから
時間基準信号を与える装置であって、前記パルスを受け
て前記パルスの振巾が所定のシュレツシュホールドレベ
ルを越えたことを検出するための検出装置と、該検出装
置による前記検出の後に前記電気信号振動が零値を通過
する瞬間に信号出力を与えるように前記検出装置と結合
された零値交叉検出器と、前記パルスを受けそのパルス
の全持続時間にわたる振動信号の振巾の積分値を示す出
力を与える積分増巾器と、前記振動信号がその振動信号
の所定のサイクルにて前記零値交叉検出器を作動させる
ようなものであるときには有効指示が与えられ前記振動
信号がその振動信号の前記所定のサイクルとは異なる他
のサイクルにて前記零値交叉検出器を作動させるような
ものであるときには無効指示が与えられるような値に設
定された所定の基準値と前記積分増巾器の出力とを比較
してその出力がその所定の基準値を越えたときには前記
零値交叉検出器の前記信号出力が有効であることを指示
し且つその出力がその所定の基準値以下であるときには
前記零値交叉検出器の前記信号出力が無効であることを
指示する手段とを備えたことを特徴とする時間基準信号
供給装置が提供される。

このような本発明の時間基準信号供給装置によれば、零
値交叉検出が振動信号の所定のサイクルでないところで
なされるような振動信号の場合には与えられた時間基準
信号が無効であることが指示され、有効と指示された時
間基準信号は、常に零値交叉検出が振動信号の所定のサ
イクルにてなされて得られたものなので、非常に精度が
高（しかも誤りのない時間基準信号となる。

次に、添付図面に基づいて本発明の実施例について本発
明をより詳細に説明する。

本発明は、例えば、特開昭４９−４８３５１号公報に開
示されたような流速測定装置に適用されうる。

この装置は、流体を通って伝達する超音波パルスの伝達
と、電圧制御される発振器からのパルスまたは振動の計
数とを同時的に開始するという原理に基すいて動作する
。

受信されるパルスまたは超音波の到来の時点が、電圧制
御される発振器からのＮ番目のパルスまたは振動の到来
の時点と比較され、これらのそれぞれの到来の時点を一
致させるように電圧制御される発振器の振動の周波数の
調節がなされる。

このようにして、パルスまたは振動の所定の数（Ｎ）を
、同じ通路に沿って但し相反する方向に流体を通る超音
波パルスの飛行時に合わせることによって、超音波パル
スの２つの相反する伝達方向に相当する電圧制御発振器
の周波数の差から、上記通路を’＆５流体流速の成分を
計算することが可能である。

装置の精度は、特に、受信した超音波パルスに基づいて
時間基準が定められる際の精度によって左右されること
は理解されよう。

トランスデユーサが、受信超音波パルスを電気信号に変
換し、この信号の波形は第１図Ａおよび第１図Ｂに示さ
れている。

これらの図に示すグラフにおいて、横軸は時間をあられ
し、縦軸は増巾器２２（第２Ａ図）の出力における信号
振巾をあられす。

第２Ａ図において、トランスデユーサからの信号は２１
において増巾器２２に送られ、その出力はシュレツシュ
ホールド検出器２３および零値叉検出器２４に印加され
る。

その動作はストローブ２５ （５ｔｒｏｂｅ ）によっ
て制御される。

ストローフ２５は期待されるパルスの到来時点を含む所
定の期間の間だけ検出回路を生き状態とする。

このストローブの目的は、スプリアス信号からの望まし
くない動作を防止することである。

第１図Ａは、正常動作に対して充分な振巾の受信信号を
示す。

点線２６は、シュレツシュホールド検出器２３によって
セットされるシュレツシュホールドレベルをあられす。

この例の構造は、信号の負に向かう行程がシュレツシュ
ホールド検出器のシュレツシュホールドレベル２６を超
えた後に受信信号が次に正に向って零値を交叉する時に
零値交叉検出器が出力を与えるように構成されている。

かくて、零値交叉検出器の出力は、第１図Ａに示す２７
の位置に相当する。

受信した超音波パルスの振巾は、特に流体の懸濁体中に
気泡あるいは固体がある場合には変動があり勝ちである
ことは理解されよう。

前記特開昭４９−４８３５１号公報には、超音波パルス
のいくつかを完全に阻止することによって、装置により
指示される流速測定における誤差を防止するための手段
がどのようになされたかが記載されている。

しかし、この装置は、受信した信号を検出し動作するけ
れども検出信号の振巾が余りにも低いために誤った結果
を与える可能性がある。

これは第１図Ｂに図解されていて、受信信号が余りに減
衰されてしまっているので第１の負に向かう行程がシュ
レソシュホールド検出器を動作しないで第２の負に向か
う行程がシュレツシュホールド検出器を動作することが
、この図かられかる。

その時、零値交叉検出器は、第１図Ｂの２８の位置で出
力を与え、この位置は時間基準にとって望ましい位置か
ら高周波振動の１サイクルの期間だけずれている。

このような作用は、増巾器２２に対して自動利得調整を
設けることによって減少できる。

これは第２Ａ図に示されていて、装置２９が増巾器２２
からの出力の振巾を検出し、この振巾をあられす電圧信
号を与え、これは比較器３１によって基準電圧ＶＲと比
較される。

比較器３１の出力は増巾器２２の利得を制御して、出力
信号の振巾を一定レベルに維持しようとする。

しかし、自動利得制御は必然的に比較的長い時定数で動
作し、平均受信信号レベルが変化する時にのみ増巾器利
得を調節する。

それ故、例えば著しく減衰した信号の小部分のみが受信
される場合に、このような減衰した信号が第１図Ｂに示
す形態でシュレツシュホールド検出器２８に到達する可
能性がある。

第２Ｂ図はシュレツシュホールド検出器２３に送られる
受信信号の振巾が満足なものであることを指示する出力
信号を与える装置を示す。

ライン３２における増巾器２２の出力は、ストローブ２
５によって制御されるリニヤゲート３３を経て積分増巾
器３４に送られる。

積分増巾器３４の出力は、トリガー回路３５によって基
準電圧と比較される。

トリガー回路３５は、積分増巾器の出力が所定レベルを
超えた場合にフリップフロップ３６をセットするように
構成されている。

この回路の動作は次の通りである。

リニヤゲート３３は、ストローブ期間中、すなわち、期
待される受信パルス到来時点を含む期間の間のみに増巾
器２２の出力が積分増巾器３４に接続されるように、ス
トローブパルスによってターンオンされる。

積分増巾器への入力は可変抵抗器Ｒ２によってセットさ
れる電圧において低インピーダンス（「加算」点）であ
る。

ダイオードＤは、信号がこの電圧に比してＶｆの大きさ
だけ負方向に大きい時に導通する。

こ又でＶｆはダイオードＤが導通するに要する電圧であ
る。

抵抗器Ｒ２は、信号電圧が増巾器出力ノイズよりも僅か
に負方向に大きい電圧である時にダイオードＤがターン
オンするようにセットされる。

これは、このノイズが積分増巾器に影響するのを防止す
る。

キャパシタンスと抵抗の組合せＣｆＲｆの時定数は、ス
トローブ時間よりもずっと大きく且つ連続する受信パル
スの受信時の間の遅延時間よりもずっと小さくなるよう
に構成される。

このようにして、ストローブ時間の間に真の積分が生じ
得るが、次のストローブパルスの前にキャパシタＣｆ端
の電圧が零値まで減衰するに充分な時間がある。

抵抗器Ｒ１およびダイオードＤを通って積分キャパシタ
Ｃｆに流れる瞬間的電流は下記の式で与えられる。

ここで、 ｖＲＸ−信号の振巾、 ｖｆ＝ダイオード順方向電圧降下 ■Ｒ２−演算増巾器Ａへの基準電圧 電流Ｉの形は第３図の下部に示されている。

第３図の上部は比較のために増巾器２２かもの出力の波
形を示す。

トリガー回路３５に印加される演算増巾器Ａの出力電圧
は、ストローブ時間の間にキャパシタＣｆに積分される
全電荷に比例し、すなわち、出力電圧は、第３図の斜線
部分の全面積に比例する。

トリガー回路３５のトリップレベルは可変抵抗器Ｒ３を
使用して調節されて、このトリップレベルより大きい増
巾器からの電圧出力を生ずるに充分な平均振巾な有して
いる受信信号が、零値交叉検出器を正しく動作させるに
充分なだけの適当な太きさとされる。

第４図は、受信したパルスの振巾が零値交叉検出画を満
足に動作させるには低すぎる場合に、電圧制御発振器の
調節を禁止するように流速測定装置に、第２Ｂ図の装置
がどのように設けられるかを示すものである。

第４図は前記特開昭４９−４８３５１号公報における第
３図に相当する装置の部分を示している。

第４図の回路の動作は下記の通りである。

マスター発振器からの始動パルスは３個のフリップフロ
ップ４５，４６，４７０全部をリセットする。

どのパルスが最初に到達するかに従って、電圧制御発振
器からのいずれの受信パルスＲＸが、フリップフロップ
４５またはフリップフロップ４６のいずれかをセットで
きる。

かくて、受信したＲＸパルスが最初に到達すればフリッ
プフロップ４５がセットされて、その後のフリップフロ
ップ４６のセットを禁止する。

電圧制御発振器からのＮ番目のパルスが最初に到達すれ
ば、フリップフロップ４６が最初にセットされて、その
後のフリップフロップ４５のセットを禁止する。

受信したＲＸパルスが最初に到達するならば、電圧制御
発振周波数の調節は、前記特開昭４９−４８３５１号公
報に記載されたようにレベルシフトを作動する単安定回
路５０によって、成る増分だけ行なわれる。

しかし、セットされたフリップフロップ４５からの出力
は、ＡＮＤゲート４８を経て単安定回路５０に印加され
、このＡＮＤゲートはフリップフロップ４７がセットさ
れない場合これがセットされるまで、単安定回路の動作
を禁止する。

同様に、電圧制御発振器からのＮ番目のパルスが最初に
到達する場合における電圧制御発振器の周波数における
対応する減少は、単安定回路５１および関連するレベル
シフトによって行なわれる。

この場合にも、セットされたフリップフロップ４６から
の出力は、ＡＮＤゲート４９を経て単安定回路５１に送
られ、このＡＮＤゲートはフリップフロップ４７がセッ
トされない場合にこれがセットされるまでは、単安定回
路５１の動作を禁止する。

フリップフロップ４７は、第２Ｂ図のフリップフロップ
３６に相当し、第４図において枠５４で示しである積分
増巾器３４とトリガー回路３５の組合せの出力によって
制御され、この積分増巾兼トリガー回路はストローブで
制御されるリニヤゲート３３を介して増巾器２２からの
信号出力を供給される。

かくして、零値交叉検出器が満足に動作するに充分であ
ると第２Ｂ図の構造によって判断された振巾を受信信号
を有していない場合には、単安定回路５０も単安定回路
５１も動作できない。

超音波パルスに障害がある場合には、受信パルスがなく
フリップフロップ４７はそのリセット状態に留まってい
るので、第４図の構造は、そのような場合に調節をする
手段を当然包含していない。

受信した信号の特定の最小部分（例えば１０％）が正常
なものであるとすれば、受信信号のある部分が全く欠除
している時でも、前記特開昭４９４８３５１号公報に開
示されているのと同様にして、電圧制御発振器の制御電
圧の記憶によって正しい動作をなすことができる。

本発明は前述の例に限定されるものではない。

第２Ｂ図に示す装置は流体流速測定について前記特開昭
４９−４８３５１号公報に開示された装置において第４
図に示す態様で使用される時に特に有利である。

しかし、第２Ｂ図の装置は、第１図に示す形態の信号パ
ルスに対して正確な時間基準を定めることが望まれる如
何なる場合にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａおよび第１図Ｂは信号の波形を示す。 第２Ａ図および第２Ｂ図は装置の一部の回路図である。 第３図は他の波形を示す。第４図は第２Ａ図および第２
Ｂ図の装置が含まれている装置の部分のブロックダイア
グラムである。 ２１・・・・・・増巾器の入力、２２・・・・・・増巾
器、２３・°°・・・シュレツシュホールド検出器、２
４・・・・・・零値交叉検出器、２５・・・・・・スト
ローブ、２６・・・・・・シュレツシュホールドレベル
、２７，２８・・・・・・零交叉位置、２９・・・・・
・振巾検出器、３１・・・・・・比較器、３２・・・・
・・ライン、３３・・・・・・リニヤゲート、３４・・
・・・・積分増巾器、３５・・・・・・トリガー回路、
３６・・・・・・フリップフロップ、Ｒ１・・・・・・
抵抗器、Ｒ２，Ｒ３・・・・・・可変抵抗器、Ｄ・・・
・・・ダイオード、Ａ・・・・・・演算増巾器、Ｃｆ・
・・・・・キャパシタ、Ｒｆ・・・・・・抵抗、４５゜
４６．４７・・・・・・フリップフロップ、４８，４９
・・・・・・ＡＮＤゲート、５０，５１・・・・・・単
安定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気信号振動のパルスから時間基準信号を与える装
   置であって、前記パルスを受けて、前記パルスの振巾カ
   所定のシュレッシュホールドレベルを越えたことを検出
   するための検出装置と、該検出装置による前記検出の後
   に前記電気信号振動が零値を通過する瞬間に信号出力を
   与えるように前記検出装置と結合された零値交叉検出器
   と、前記パルスを受けそのパルスの全持続時間にわたる
   振動信号の振巾の積分値を示す出力を与える積分増巾器
   と、前記振動信号がその振動信号の所定のサイクルにて
   前記零値交叉検出器を作動させるようなものであるとき
   には有効指示が与えられ前記振動信号がその振動信号の
   前記所定のサイクルとは異なる他のサイクルにて前記零
   値交叉検出器を作動させるようなものであるときには無
   効指示が与えられるような値に設定された所定の基準値
   と前記積分増巾器の出力とを比較してその出力がその所
   定の基準値を越えたときには前記零値交叉検出器の前記
   信号出力が有効であることを指示し且つその出力がその
   所定の基準値以下であるときには前記零値交叉検出器の
   前記信号出力が無効であることを指示する手段とを備え
   たことを特徴とする時間基準信号供給装置。