專利名稱：超聲波流速計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于超聲波的傳播時(shí)間差來(lái)測(cè)定流體流速的超聲波流速計(jì)。
背景技術(shù)：
以往，作為采用了這種超聲波流速計(jì)的超聲波流量計(jì)，已知的比如有傳播時(shí)間差方式的超聲波流量計(jì)。在這種流速計(jì)中，將超聲波探測(cè)頭分別配置到應(yīng)測(cè)定的流體的上游側(cè)及下游側(cè)，將脈沖信號(hào)或階梯信號(hào)作為發(fā)送信號(hào)來(lái)使用，從上游側(cè)及下游側(cè)的2個(gè)超聲波探測(cè)頭交互地發(fā)送超聲波，由高速計(jì)數(shù)器電路來(lái)測(cè)定接收信號(hào)的傳播時(shí)間差。
然而，在這種傳播時(shí)間差方式的超聲波流量計(jì)中，為正確求出傳播時(shí)間差，接收信號(hào)的信號(hào)對(duì)噪聲比有必要較高，尤其在脈沖信號(hào)的場(chǎng)合下，由于有必要正確測(cè)定波形最初輸出的較小部分中的接收時(shí)間，因而需要高電壓的脈沖信號(hào)或階梯信號(hào)。因此，機(jī)器內(nèi)需要用于發(fā)生高電壓的電源電路，從而這成為機(jī)器小型化、低電耗化的一個(gè)大障礙。
此外，由于將高電壓信號(hào)施加到超聲波探測(cè)頭，因而充滿爆炸性氣體場(chǎng)合下的使用便受到限制。
此外，為正確測(cè)定超聲波的傳播時(shí)間，有必要采用高計(jì)數(shù)頻率的計(jì)數(shù)器，因而電耗增大，這一點(diǎn)也成為低電耗化的大障礙。
此外作為其它方式，已知的還有分別在上游側(cè)配置發(fā)送用超聲波探測(cè)頭及接收用超聲波探測(cè)頭，在下游側(cè)配置發(fā)送用超聲波探測(cè)頭及接收用超聲波探測(cè)頭，從上游側(cè)及下游側(cè)各自的發(fā)送用超聲波探測(cè)頭來(lái)發(fā)送連續(xù)波，由下游側(cè)及上游側(cè)各自的接收用超聲波探測(cè)頭將其接收，測(cè)定各自的接收信號(hào)的相位差，從其相位差求出流速(比如，特開平7-167696號(hào)公報(bào))。不過(guò)，存在著在應(yīng)用這種連續(xù)波的場(chǎng)合下，有必要至少各需要2個(gè)，合計(jì)4個(gè)發(fā)送用超聲波探測(cè)頭與接收用超聲波探測(cè)頭，因而部件數(shù)增多，裝置趨于大型化，同時(shí)成本上揚(yáng)，此外由于連續(xù)進(jìn)行發(fā)送·接收，因而電耗也增大的問(wèn)題。
本發(fā)明鑒于上述課題，其目的在于提供一種小型低成本低電耗的超聲波流速計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到上述目的，基于權(quán)利要求1中記載的發(fā)明的超聲波流速計(jì)具備猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元，其發(fā)生具有相位差的2種猝發(fā)信號(hào)；一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭，是一種配置于被測(cè)定流體的上游側(cè)與下游側(cè)的一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭，其從上述猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元接收對(duì)應(yīng)的猝發(fā)信號(hào)，轉(zhuǎn)換該猝發(fā)信號(hào)，將互相具有相位差的超聲波發(fā)送到被測(cè)定流體中，同時(shí)接收由他方的收發(fā)用超聲波探測(cè)頭發(fā)送并在被測(cè)定流體中傳播的超聲波，轉(zhuǎn)換為接收信號(hào)；相位差測(cè)定單元，其從來(lái)自各收發(fā)用超聲波探測(cè)頭的各接收信號(hào)測(cè)定這些接收信號(hào)的相位差；流速測(cè)定單元，其基于來(lái)自上述相位差測(cè)定單元的接收信號(hào)的相位差信號(hào)來(lái)測(cè)定被測(cè)定流體的流速。
在本發(fā)明中，由于從相位差來(lái)求出流速，因而與傳統(tǒng)的傳播時(shí)間差方式相比，只需低電壓的猝發(fā)信號(hào)即可，而無(wú)需用于發(fā)生高電壓的電源電路，并且也可無(wú)需必須高速動(dòng)作的計(jì)數(shù)器電路等，因而可形成小型低電耗的產(chǎn)品，還可提高防爆性。此外由于利用猝發(fā)信號(hào)，因而可以由一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭來(lái)同時(shí)進(jìn)行發(fā)送與接收這兩方面的動(dòng)作，部件數(shù)較少即可，可按小型低成本來(lái)構(gòu)成。此外由于利用猝發(fā)信號(hào)，因而可間歇地進(jìn)行用于發(fā)送及接收以后的相位差測(cè)定及流速測(cè)定的處理，因此與傳統(tǒng)的持續(xù)處理連續(xù)波的方式不同，可形成低電耗的產(chǎn)品。此外本發(fā)明并非限定于只使用一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭，也可以設(shè)置多對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭，以降低基于流速分布偏差的測(cè)定誤差的影響，進(jìn)一步提高精度，這是容易理解的。在該場(chǎng)合下，可以通過(guò)切換各對(duì)來(lái)進(jìn)行測(cè)定，或者多個(gè)系統(tǒng)具備一部測(cè)定電路來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。
權(quán)利要求2中記載的發(fā)明在權(quán)利要求1中記載的發(fā)明中，上述相位差測(cè)定單元使表示2個(gè)接收信號(hào)的相位差的相位差信號(hào)通過(guò)低通濾波器，測(cè)定其直流電平。通過(guò)使表示2個(gè)接收信號(hào)的相位差的相位差信號(hào)通過(guò)低通濾波器，轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)(直流電壓)，可以降低所要求的處理速度，可在低電耗下穩(wěn)定處理。此外由于轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)這一點(diǎn)相當(dāng)于進(jìn)行了平均化處理，因而可進(jìn)行精度良好的測(cè)定。
權(quán)利要求3中記載的發(fā)明在權(quán)利要求1或2中記載的發(fā)明中，上述相位差測(cè)定單元只測(cè)定各上述接收信號(hào)波形中的中心部分之間的相位差。由于使用接收信號(hào)波形中心部分的靈敏度最佳之處，因而可節(jié)約發(fā)送信號(hào)的輸出，進(jìn)一步降低電耗。此外雖然在接收信號(hào)波形兩端附近其相位信息不穩(wěn)定，但可排除該影響。
權(quán)利要求4中記載的發(fā)明在權(quán)利要求3中記載的發(fā)明中，上述相位差測(cè)定單元具有用于輸出僅僅所決定期間的相位差的取樣保持電路。
權(quán)利要求5中記載的發(fā)明在權(quán)利要求1至4任一中記載的發(fā)明中，還具備二進(jìn)制化單元，其使來(lái)自上述各收發(fā)用超聲波探測(cè)頭的接收信號(hào)二進(jìn)制化，上述相位差測(cè)定單元測(cè)定由二進(jìn)制化單元二進(jìn)制化了的接收信號(hào)的相位差?？梢匀我馀鋫鋵⒂啥M(jìn)制化單元二進(jìn)制化了的信號(hào)的占空比持續(xù)維持到50％的偏置電壓調(diào)整單元。此外可以任意地在相位差測(cè)定單元中配備“異”電路。當(dāng)然也可以利用“異”電路以外的電路，但“異”電路靈敏度良好，因而希望加以采用。
權(quán)利要求6中記載的發(fā)明在權(quán)利要求5中記載的發(fā)明中，在上述二進(jìn)制化單元與上述相位差測(cè)定單元之間，具備對(duì)由上述二進(jìn)制化單元二進(jìn)制化了的接收信號(hào)分別進(jìn)行分頻的分頻單元，上述相位差測(cè)定單元從在上述分頻單元分頻了的各接收信號(hào)測(cè)定這些接收信號(hào)的相位差。由分頻電路可擴(kuò)大測(cè)定流速范圍。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇分頻比，可任意擴(kuò)大測(cè)定范圍。為任意使分頻的開始達(dá)到穩(wěn)定，可以進(jìn)行接收信號(hào)的包絡(luò)檢波，從該包絡(luò)檢波信號(hào)超過(guò)規(guī)定強(qiáng)度經(jīng)過(guò)包含0的規(guī)定延遲時(shí)間后開始分頻。
權(quán)利要求7中記載的發(fā)明在權(quán)利要求1至6任一中記載的發(fā)明中，還具備超聲波傳播時(shí)間測(cè)定單元，其測(cè)定從基于上述猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元的猝發(fā)信號(hào)發(fā)生至上述收發(fā)用超聲波探測(cè)頭的接收為止的超聲波傳播時(shí)間，上述流速測(cè)定單元與來(lái)自上述相位差測(cè)定單元的接收信號(hào)的相位差信號(hào)一起基于上述超聲波傳播時(shí)間，來(lái)測(cè)定被測(cè)定流體的流速。在由于溫度變動(dòng)因而流速變化的場(chǎng)合下，同樣通過(guò)利用超聲波傳播時(shí)間來(lái)求出流速，可不受溫度變動(dòng)的影響來(lái)進(jìn)行精度良好的測(cè)定。此外還可進(jìn)行流體的溫度測(cè)定。
權(quán)利要求8中記載的發(fā)明在權(quán)利要求7中記載的發(fā)明中，上述超聲波傳播時(shí)間測(cè)定單元使表示其超聲波傳播時(shí)間的超聲波傳播時(shí)間信號(hào)通過(guò)低通濾波器，測(cè)定其直流電平。通過(guò)使表示超聲波傳播時(shí)間的超聲波傳播時(shí)間信號(hào)通過(guò)低通濾波器，轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)(直流電壓)，可以降低所要求的處理速度，可在低電耗下穩(wěn)定進(jìn)行處理。此外由于轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)這一點(diǎn)相當(dāng)于進(jìn)行了平均化處理，因而可進(jìn)行精度良好的測(cè)定。
權(quán)利要求9中記載的發(fā)明在權(quán)利要求1至8任一中記載的發(fā)明中，上述相位差測(cè)定單元在校正測(cè)定時(shí)，測(cè)定來(lái)自上述猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元的具有相位差的2種猝發(fā)信號(hào)的相位差，上述流速測(cè)定單元利用上述測(cè)定的猝發(fā)信號(hào)的相位差來(lái)進(jìn)行流速測(cè)定的校正。在校正測(cè)定時(shí)，通過(guò)在相位差測(cè)定單元，測(cè)定2種猝發(fā)信號(hào)的相位差，與通常測(cè)定時(shí)同樣測(cè)定其相位差，在由猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元發(fā)生的2種猝發(fā)信號(hào)中產(chǎn)生了漂移成分的場(chǎng)合下，或者由除此之外的部分中的不平衡而產(chǎn)生了本不應(yīng)發(fā)生的漂移成分的場(chǎng)合下，可除去該漂移波的影響。
權(quán)利要求10中記載的發(fā)明在權(quán)利要求1至8任一中記載的發(fā)明中，具備切換電路，其在校正測(cè)定時(shí)及通常測(cè)定時(shí)，轉(zhuǎn)換來(lái)自上述猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元的具有相位差的2種猝發(fā)信號(hào)，并將2種猝發(fā)信號(hào)中對(duì)應(yīng)的猝發(fā)信號(hào)分別提供到上述各收發(fā)用超聲波探測(cè)頭。通過(guò)由切換電路在校正測(cè)定時(shí)及通常測(cè)定時(shí)，轉(zhuǎn)換應(yīng)輸入到收發(fā)用超聲波探測(cè)頭的2種猝發(fā)信號(hào)，在由猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元發(fā)生的2種猝發(fā)信號(hào)中產(chǎn)生了漂移成分的場(chǎng)合下，或者由除此之外的部分中的不平衡而產(chǎn)生了本不應(yīng)發(fā)生的漂移成分的場(chǎng)合下，可除去該漂移波的影響。
權(quán)利要求11中記載的發(fā)明在權(quán)利要求1至10任一中記載的發(fā)明中，在上述一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭與上述流速測(cè)定單元之間，具備有進(jìn)行接收信號(hào)放大的放大電路，上述放大電路只在包含接收信號(hào)的接收定時(shí)的規(guī)定定時(shí)來(lái)進(jìn)行放大動(dòng)作。由于放大電路只在電源電壓發(fā)生期間消費(fèi)電力，因而與持續(xù)投入電源的場(chǎng)合相比，可顯著降低電耗。此外由于電耗較小，因而可抑制溫度的上升，與持續(xù)施加電源的場(chǎng)合相比，可顯著提高放大電路的可靠性。因此，電路的溫度漂移影響也可降低。
權(quán)利要求12中記載的發(fā)明在權(quán)利要求1至11任一中記載的發(fā)明中，上述超聲波流速計(jì)由雙線式環(huán)路來(lái)與電源連接，還具備雙線接口部，其用于利用雙線式環(huán)路來(lái)發(fā)送在流速測(cè)定單元求出的測(cè)定值?？芍辉陔p線式環(huán)路來(lái)進(jìn)行電源電壓供給及測(cè)定結(jié)果的發(fā)送。由于本發(fā)明超聲波流速計(jì)可實(shí)現(xiàn)電耗的降低，因而即使在來(lái)自這種雙線式環(huán)路的低電源電壓下，也可適當(dāng)?shù)貏?dòng)作。
此外也可以利用本發(fā)明超聲波流速計(jì)來(lái)構(gòu)成求算被測(cè)定流體流量的超聲波流量計(jì)。


圖1是基于本發(fā)明超聲波流速計(jì)的整體框圖。
圖2是圖1的詳細(xì)框圖。
圖3是圖2的發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路的詳細(xì)框圖。
圖4是圖2的二進(jìn)制化電路16、17的詳細(xì)框圖。
圖5是表示基于本發(fā)明超聲波流速計(jì)的超聲波傳播時(shí)間的測(cè)定原理的定時(shí)圖。
圖6是表示測(cè)定時(shí)的發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)與發(fā)送信號(hào)A、B的起始部分的波形圖。
圖7是表示測(cè)定時(shí)的接收信號(hào)A、B的起始附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖8是用于說(shuō)明測(cè)定原理的表示接收信號(hào)A、B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖9是表示具有被測(cè)定流體流速的場(chǎng)合下接收信號(hào)A、B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖10是用于說(shuō)明取樣保持電路動(dòng)作定時(shí)的擴(kuò)展了1個(gè)接收脈沖的定時(shí)圖。
圖11是表示校正測(cè)定時(shí)的發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)與發(fā)送信號(hào)A、B的起始部分的波形圖。
圖12是適于擴(kuò)大測(cè)定流速范圍的基于本發(fā)明的超聲波流速計(jì)的整體框圖。
圖13是圖12的分頻部的詳細(xì)框圖。
圖14是表示圖12的超聲波流速計(jì)中的接收信號(hào)A、B的起始附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖15是表示圖12的超聲波流速計(jì)中沒(méi)有被測(cè)定流體流速的場(chǎng)合下接收信號(hào)A、B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖16是表示圖12的超聲波流速計(jì)中有被測(cè)定流體流速的場(chǎng)合下接收信號(hào)A、B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖17是表示其它校正測(cè)定示例的超聲波探測(cè)頭附近的結(jié)構(gòu)圖。
圖18是表示圖17中的切換電路處于所示方向的反向，具有被測(cè)定流體流速的場(chǎng)合下接收信號(hào)A、B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖19是表示圖12的超聲波流速計(jì)中圖17的切換電路處于所示方向的反向，被測(cè)定流體中沒(méi)有流速的場(chǎng)合下接收信號(hào)A、B的起始附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖20是表示圖12的超聲波流速計(jì)中圖17的切換電路處于所示方向的反向的場(chǎng)合下接收信號(hào)A、B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖21是表示本發(fā)明超聲波流速計(jì)的其它實(shí)施方式的圖2相當(dāng)圖。
圖22是表示將本發(fā)明超聲波流速計(jì)連接到了雙線式環(huán)路的實(shí)施方式的框圖。
實(shí)施方式以下利用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作以說(shuō)明。圖1是本發(fā)明超聲波流速計(jì)的框圖。
圖中，本發(fā)明超聲波流速計(jì)10大體具備發(fā)生具有相位差的2種猝發(fā)信號(hào)的猝發(fā)信號(hào)發(fā)生部110；一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7；使來(lái)自各收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7的接收信號(hào)分別二進(jìn)制化的二進(jìn)制化部112；求出分別二進(jìn)制化了的接收信號(hào)的相位差的相位差測(cè)定部116；超聲波傳播時(shí)間測(cè)定部117；基于來(lái)自相位差測(cè)定部116的相位差信號(hào)來(lái)測(cè)定被測(cè)定流體的流速及流量的流速測(cè)定部118。一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7被安裝到被測(cè)定流體進(jìn)行流動(dòng)的管8。在管8中，應(yīng)測(cè)定其流速及流量的被測(cè)定流體9進(jìn)行流動(dòng)。
以下，利用圖2的詳細(xì)框圖，對(duì)各部作以說(shuō)明。
猝發(fā)信號(hào)發(fā)生部110具備觸發(fā)器電路1；發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2；定時(shí)電路3。觸發(fā)器電路1按設(shè)定的發(fā)送重復(fù)間隔來(lái)發(fā)生發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22，該信號(hào)S22除了發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2及定時(shí)電路3，還被發(fā)送到后述的超聲波傳播時(shí)間測(cè)定部117。定時(shí)電路3基于發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22，輸出后述的發(fā)送遺漏屏蔽信號(hào)S23及取樣保持電路控制信號(hào)S32。發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2基于發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22，同時(shí)發(fā)生作為其相位互異的猝發(fā)信號(hào)的發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B。發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2由邏輯IC來(lái)構(gòu)成，由于邏輯IC的輸出波形為矩形，因而希望增設(shè)用于除去所產(chǎn)生的高頻成分及低頻成分的帶通濾波器。
圖3是表示了發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2由定時(shí)器電路46；振蕩電路47；邏輯積電路48；邏輯反轉(zhuǎn)電路50；延遲電路51；邏輯積電路52、53、54、55；邏輯和電路56、57來(lái)構(gòu)成。
來(lái)自觸發(fā)器電路1的發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22被輸入到定時(shí)器電路46。定時(shí)器電路46輸出與發(fā)送脈沖幅度對(duì)應(yīng)的矩形脈沖，振蕩電路47使與超聲波探測(cè)頭的頻率一致的連續(xù)脈沖信號(hào)得以發(fā)生。定時(shí)器電路46的輸出與振蕩電路47的輸出被輸入到邏輯積電路48，在邏輯積電路48實(shí)現(xiàn)邏輯積，發(fā)生猝發(fā)信號(hào)。從邏輯積電路48輸出的猝發(fā)信號(hào)分別被提供到延遲電路51的輸入端及邏輯積電路52與邏輯積電路55各自一方的輸入端。延遲電路51使邏輯積電路48的輸出只延遲與比如90度的規(guī)定角度的相位差對(duì)應(yīng)的時(shí)間。來(lái)自延遲電路51的輸出分別被提供到邏輯積電路53及邏輯積電路54各自一方的輸入端。從后述的運(yùn)算電路36輸出的相位控制信號(hào)S44分別被提供到邏輯反轉(zhuǎn)電路50的輸入端及邏輯積電路52與邏輯積電路54各自另一方的輸入端。使相位控制信號(hào)S44反轉(zhuǎn)的邏輯反轉(zhuǎn)電路50的輸出分別被提供到邏輯積電路53與邏輯積電路55各自另一方的輸入端。邏輯積電路52與邏輯積電路53的輸出分別被輸入到邏輯和電路56的2個(gè)輸入端。邏輯積電路54與邏輯積電路55的輸出分別被輸入到邏輯和電路57的2個(gè)輸入端。邏輯和電路56的輸出成為發(fā)送信號(hào)A，邏輯和電路57的輸出成為發(fā)送信號(hào)B。在通常的測(cè)定時(shí)，相位控制信號(hào)S44成為高電平，從邏輯積電路48輸出的猝發(fā)信號(hào)直接通過(guò)邏輯積電路52從邏輯和電路56輸出，成為發(fā)送信號(hào)A。從邏輯積電路48輸出的猝發(fā)信號(hào)由延遲電路51而成為延遲了90度相位的猝發(fā)信號(hào)，通過(guò)邏輯積電路54從邏輯和電路57輸出，成為發(fā)送信號(hào)B。此外使相位控制信號(hào)S44處于低電平后，從邏輯和電路56輸出的發(fā)送信號(hào)A成為相對(duì)從邏輯和電路57輸出的發(fā)送信號(hào)B延遲了90度相位的信號(hào)，由相位控制信號(hào)S44，發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B的相位被交換。
上述發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B分別被發(fā)送到收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6及收發(fā)用超聲波探測(cè)頭7。收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6及收發(fā)用超聲波探測(cè)頭7將作為猝發(fā)信號(hào)的發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B轉(zhuǎn)換為超聲波，發(fā)送到管8內(nèi)的被測(cè)定流體9中，同時(shí)接收在被測(cè)定流體9中傳播的超聲波，分別轉(zhuǎn)換為接收信號(hào)A及接收信號(hào)B并輸出。這些收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7為使超聲波被適當(dāng)收發(fā)，必須按適當(dāng)?shù)奈恢藐P(guān)系被安裝到管8，一方的收發(fā)用超聲波探測(cè)頭(在圖例的場(chǎng)合下為超聲波探測(cè)頭6)被配置到上游側(cè)，另一方的收發(fā)用超聲波探測(cè)頭(在圖例的場(chǎng)合下為超聲波探測(cè)頭7)被配置到下游側(cè)。此時(shí)，收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7既可以被安裝到管8的外側(cè)，也可以被安裝到管8的內(nèi)側(cè)。
來(lái)自這些收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7的接收信號(hào)A、B被輸入到上述二進(jìn)制化部112。二進(jìn)制化部112具備有放大電路14、15；二進(jìn)制化電路16、17；包絡(luò)線檢波電路18、19；二進(jìn)制化電路24、25。放大電路14、15雖然使接收信號(hào)A、B放大，但為了除去不需要的噪聲成分，必須設(shè)定適當(dāng)?shù)念l帶幅度。但由作為本發(fā)明特征的低電耗，換言之即高靈敏度，這些放大電路14、15根據(jù)情況也可省略。放大電路14及放大電路15的輸出分別被輸入到二進(jìn)制化電路16及二進(jìn)制化電路17。二進(jìn)制化電路16、17在來(lái)自二進(jìn)制化電路24、25的輸出成為高電平的期間中，進(jìn)行放大電路14及放大電路15的輸出的二進(jìn)制化，由比較電路等構(gòu)成。
圖4表示各二進(jìn)制化電路16、17的結(jié)構(gòu)例。二進(jìn)制化電路16及17雖然也可以只構(gòu)成為將0V附近的電壓值作為閾值，通過(guò)比較電路對(duì)放大電路14及放大電路15的輸出進(jìn)行比較，但圖4所示的示例具備了為除去基于在比較電路內(nèi)部產(chǎn)生的偏置電壓的變動(dòng)等的影響，提高以后的相位差的檢測(cè)精度，而將二進(jìn)制化了的信號(hào)的占空比持續(xù)維持到50％的偏置電壓調(diào)整單元。即，二進(jìn)制化電路16、17除了比較電路73之外，還具備由取樣保持電路72、低通濾波器74、邏輯積電路75組成的偏置電壓調(diào)整單元。來(lái)自二進(jìn)制化電路24、25的輸出成為取樣保持電路72的控制信號(hào)，當(dāng)來(lái)自二進(jìn)制化電路24、25的輸出為高電平時(shí)，取樣保持電路72將來(lái)自低通濾波器74的輸出按原樣發(fā)送到比較電路73的負(fù)輸入端子，當(dāng)來(lái)自二進(jìn)制化電路24、25的輸出為低電平時(shí)，取樣保持電路72將成為低電平之前的來(lái)自低通濾波器74的輸出持續(xù)發(fā)送到比較電路73的負(fù)輸入端子。比較電路73將放大電路14或放大電路15的輸出與取樣保持電路72的輸出進(jìn)行比較。假如，在來(lái)自作為取樣保持電路72的控制信號(hào)的二進(jìn)制化電路24、25的輸出為高電平的期間，比較電路73的輸出的占空比超過(guò)了50％的場(chǎng)合下，低通濾波器74的輸出便增加，其結(jié)果是，比較電路73的負(fù)輸入端子的電壓電平上升，比較電路73的占空比減小。反之，在來(lái)自作為取樣保持電路72的控制信號(hào)的二進(jìn)制化電路24、25的輸出為高電平的期間，比較電路73的輸出的占空比低于50％的場(chǎng)合下，低通濾波器74的輸出便減小，其結(jié)果是，比較電路73的負(fù)輸入端子的電壓電平下降，比較電路73的占空比增加。通過(guò)以上動(dòng)作，盡管在比較電路73的內(nèi)部等產(chǎn)生的偏置電壓有變化，在取樣保持電路72的控制信號(hào)為高電平的期間，仍可使比較電路73的輸出的占空比持續(xù)保持到50％。因此，如果將接收信號(hào)脈沖的周期設(shè)為T，則可將二進(jìn)制化電路16、17中出現(xiàn)的脈沖的脈沖幅度正確地設(shè)為T/2。由于作為邏輯積電路75的輸出的二進(jìn)制化電路輸出在對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制化電路24、25的輸出成為高電平的期間之外被保持到低電平，因而二進(jìn)制化電路16、17以后的電路保持穩(wěn)定的狀態(tài)，其結(jié)果是，可減少這些電路所消費(fèi)的電力。為使電路正確地動(dòng)作，低通濾波器74最好是有源濾波器。此外在圖示例中，雖然取樣保持電路72與低通濾波器74分開作了說(shuō)明，但也可以容易地考慮一種低通濾波器74與取樣保持電路72成為一體化的結(jié)構(gòu)。
返回圖2，上述放大電路14、15的輸出也被輸入到包絡(luò)線檢波電路18、19。來(lái)自上述定時(shí)電路3的發(fā)送遺漏屏蔽信號(hào)S23被輸入到包絡(luò)線檢波電路18、19，包絡(luò)線檢波電路18、19由該發(fā)送遺漏屏蔽信號(hào)S23而進(jìn)行被屏蔽信號(hào)以外的信號(hào)的包絡(luò)線檢波。發(fā)送遺漏屏蔽信號(hào)S23在定時(shí)電路3中被基于發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22來(lái)作成，在輸出發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B的時(shí)間成為高電平，在接收信號(hào)A及接收信號(hào)B出現(xiàn)的時(shí)間成為低電平。
包絡(luò)線檢波電路18及包絡(luò)線檢波電路19的輸出分別與二進(jìn)制化電路24及二進(jìn)制化電路25的輸入連接。二進(jìn)制化電路24、25按規(guī)定的閾值電壓Th1使來(lái)自包絡(luò)線檢波電路18、19的信號(hào)二進(jìn)制化。為實(shí)現(xiàn)電路的最佳動(dòng)作，該二進(jìn)制化時(shí)的閾值電壓Th1必須被設(shè)定到噪聲電平以上。二進(jìn)制化電路24、25分別與二進(jìn)制化電路16、17及超聲波傳播時(shí)間測(cè)定部117連接。
其次，分別在二進(jìn)制化電路16、17二進(jìn)制化了的接收信號(hào)被輸入到上述相位差測(cè)定部116。相位差測(cè)定部116具備“異”電路30；取樣保持電路31；低通濾波器33；A/D轉(zhuǎn)換電路35?！爱悺彪娐?0從來(lái)自二進(jìn)制化電路16、17的接收信號(hào)來(lái)輸出“異”信號(hào)。該“異”根據(jù)上述2個(gè)接收信號(hào)的相位差來(lái)變化，其輸出被輸入到取樣保持電路31。來(lái)自上述定時(shí)電路3的取樣保持電路控制信號(hào)S32被輸入到取樣保持電路31，取樣保持電路31在該控制信號(hào)S32成為高電平的期間，進(jìn)行“異”信號(hào)的取樣保持，在控制信號(hào)S32成為低電平的期間，維持該值。來(lái)自取樣保持電路31的輸出被向低通濾波器33傳送。低通濾波器33除去高通分量，轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)(直流電壓)，其直流電壓電平成為與上述接收信號(hào)的相位差對(duì)應(yīng)的電平。這樣，其輸出在A/D轉(zhuǎn)換電路35被進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
來(lái)自上述二進(jìn)制化電路24、25的輸出也輸入到上述超聲波傳播時(shí)間測(cè)定部117。超聲波傳播時(shí)間測(cè)定部117具備閂鎖電路28、29；低通濾波器37、38；加法電路39；A/D轉(zhuǎn)換電路41。閂鎖電路28、29輸出分別由上述發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22的上升邊設(shè)定，由來(lái)自二進(jìn)制化電路24、25的上升邊復(fù)位的信號(hào)，該信號(hào)的幅度與從發(fā)送至接收的超聲波傳播時(shí)間對(duì)應(yīng)。來(lái)自這些閂鎖電路28、29的輸出分別由低通濾波器37、38來(lái)除去高通分量，轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)(直流電壓)，其直流電壓電平與從發(fā)送至接收的時(shí)間差對(duì)應(yīng)。加法電路39對(duì)來(lái)自低通濾波器37、38的各直流電壓進(jìn)行相加，其輸出在A/D轉(zhuǎn)換電路41被進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
在上述A/D轉(zhuǎn)換電路35及上述A/D轉(zhuǎn)換電路41分別進(jìn)行了A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)被輸入到上述流速測(cè)定部118。流速測(cè)定部118具備運(yùn)算電路36；顯示部42；鍵盤等輸入部43。運(yùn)算電路36可由具有CPU、存儲(chǔ)器等的微機(jī)來(lái)構(gòu)成，從來(lái)自超聲波傳播時(shí)間測(cè)定部117的輸出及來(lái)自相位差測(cè)定部116的輸出來(lái)求出被測(cè)定流體的流速及流量。此外設(shè)定為可按照來(lái)自輸入部43的輸入，或每個(gè)規(guī)定時(shí)間自動(dòng)地選擇測(cè)定模式及校正測(cè)定模式，由該選擇從運(yùn)算電路36輸出上述相位控制信號(hào)S44，在測(cè)定時(shí)相位控制信號(hào)S44成為高電平，在校正測(cè)定時(shí)，相位控制信號(hào)S44成為低電平。
參照?qǐng)D5至圖11的信號(hào)的定時(shí)圖，對(duì)上述構(gòu)成的超聲波流速計(jì)的作用作以說(shuō)明。
1.超聲波傳播時(shí)間的測(cè)定首先，利用圖5，對(duì)超聲波傳播時(shí)間的測(cè)定作以說(shuō)明。從觸發(fā)器電路1，按照設(shè)定的發(fā)送重復(fù)間隔T0來(lái)發(fā)生發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22，與該發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22同步從發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2來(lái)發(fā)生發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B。雖然圖5中以同一波形進(jìn)行表示，但該發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B是相位不同的猝發(fā)脈沖，其發(fā)送脈沖幅度T1幾乎相等。接收信號(hào)A及接收信號(hào)B從自發(fā)送開始的定時(shí)經(jīng)過(guò)超聲波傳播時(shí)間t0后被接收。在管8內(nèi)部有流動(dòng)的場(chǎng)合下，在接收信號(hào)A及接收信號(hào)B的出現(xiàn)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生與流體對(duì)應(yīng)的時(shí)間差。作為分別在放大電路14、15被放大了的結(jié)果，在放大電路14、15的輸出中分別出現(xiàn)發(fā)送遺漏信號(hào)S1、S2及接收信號(hào)A、B。
放大電路14、15的輸出被輸入到包絡(luò)線檢波電路18、19。發(fā)送遺漏信號(hào)S1、S2及接收信號(hào)A、B的強(qiáng)度實(shí)際上具有1000倍的差異，發(fā)送遺漏信號(hào)S1、S2與接收信號(hào)A、B相比絕對(duì)的大。由于包絡(luò)線檢波電路18、19的響應(yīng)性不是太好，因而如果按原樣保留發(fā)送遺漏信號(hào)S1、S2，則不能得到接收信號(hào)A、B的包絡(luò)線。因此，在本實(shí)施方式下，由來(lái)自定時(shí)電路3的發(fā)送遺漏屏蔽信號(hào)S23來(lái)抑制包絡(luò)線檢波電路18的輸出及包絡(luò)線檢波電路19的輸出。在輸出發(fā)送信號(hào)A及B的時(shí)間，即發(fā)送遺漏屏蔽信號(hào)S23成為高電平的時(shí)間，包絡(luò)線檢波電路18及包絡(luò)線檢波電路19的輸出被抑制。其結(jié)果是，包絡(luò)線檢波電路18的輸出及包絡(luò)線檢波電路19的輸出中只出現(xiàn)與接收信號(hào)A、B對(duì)應(yīng)的信號(hào)。從二進(jìn)制化電路24、25，在該包絡(luò)線信號(hào)超過(guò)了規(guī)定的閾值電壓Th1的時(shí)點(diǎn)下，在高電平下輸出上升信號(hào)。來(lái)自閂鎖電路28、29的輸出中，從發(fā)送開始至該二進(jìn)制化電路24、25成為高電平為止，換言之，至接收信號(hào)A及接收信號(hào)B出現(xiàn)為止，出現(xiàn)成為高電平的信號(hào)。
所謂閂鎖電路28輸出及閂鎖電路29輸出系指根據(jù)流動(dòng)于管8內(nèi)部的被測(cè)定流體9的速度，脈沖幅度中產(chǎn)生差異，但相加了閂鎖電路28輸出及閂鎖電路29輸出的脈沖幅度的值與對(duì)管8內(nèi)部沒(méi)有流動(dòng)場(chǎng)合下的超聲波傳播時(shí)間相加了常數(shù)的值成比例。如果將發(fā)送重復(fù)間隔設(shè)為T0，將超聲波傳播時(shí)間設(shè)為t0，將閂鎖電路28及閂鎖電路29的電源電壓電平設(shè)為Vcc，將常數(shù)設(shè)為tc，則作為相加了低通濾波器37輸出及低通濾波器38輸出的來(lái)自加法電路39的輸出信號(hào)的超聲波傳播時(shí)間信號(hào)電壓V0以V0=2·t0+tcT0·Vcc----(1)]]>來(lái)表達(dá)。這樣，便可求出超聲波傳播時(shí)間t0。由于對(duì)超聲波傳播時(shí)間t0不要求嚴(yán)格的精度，因而通過(guò)利用由包絡(luò)線檢波電路18、19捕捉的接收信號(hào)，可進(jìn)行充分的測(cè)定。
此外，雖然這里假設(shè)利用加法電路39來(lái)求出超聲波傳播時(shí)間t0，但也可由運(yùn)算電路36，通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行相加。此外在判斷出接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的時(shí)間差與應(yīng)求出的超聲波傳播時(shí)間t0相比明顯小的場(chǎng)合下，即使只利用低通濾波器37或低通濾波器38的任意一方，直接從該低通濾波器來(lái)求出超聲波傳播時(shí)間t0，也不會(huì)有問(wèn)題，這一點(diǎn)是容易理解的。此外由于該超聲波傳播時(shí)間t0與管8內(nèi)部的流體9的溫度有關(guān)，因而也可由該裝置來(lái)測(cè)定流體的溫度，這一點(diǎn)是容易理解的。
2.流速的測(cè)定接下來(lái)，利用圖6至圖8來(lái)說(shuō)明流速的測(cè)定。圖6是表示測(cè)定時(shí)的發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22及從發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2輸出的發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B的起始部分的附圖。此時(shí)，相位控制信號(hào)S44成為高電平，發(fā)送信號(hào)B相對(duì)發(fā)送信號(hào)A其相位只延遲了與基于延遲電路51的延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的相位差。即，發(fā)送信號(hào)A是從發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22的前端開始的猝發(fā)脈沖，發(fā)送信號(hào)B是由延遲電路51從發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22只延遲一定的時(shí)間tp而開始的猝發(fā)脈沖。比如決定為發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B的相位差成為90度。最好猝發(fā)脈沖的波數(shù)根據(jù)管8的口徑等來(lái)改變。此外發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B的波數(shù)及振幅最好相同，此外發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B的發(fā)送信號(hào)周期T也最好相等，成為作為超聲波探測(cè)頭6、7的最大靈敏度的頻率的倒數(shù)。
圖7是表示上述發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B分別從超聲波探測(cè)頭6、7被作為超聲波來(lái)發(fā)送，在管8內(nèi)的被測(cè)定流體9中傳播，由對(duì)置的超聲波探測(cè)頭7、6接收的接收信號(hào)B與接收信號(hào)A的起始附近的電路動(dòng)作的附圖。如圖所示，由超聲波探測(cè)頭6、7接收的接收信號(hào)A、B與由超聲波探測(cè)頭6、7與管8組成的超聲波傳送系統(tǒng)的頻率特性對(duì)應(yīng)，其上升部分與發(fā)送波形相比鈍化。
接收信號(hào)A、B通過(guò)包絡(luò)線檢波電路18、19及二進(jìn)制化電路24、25。包絡(luò)線檢波電路18、19分別輸出對(duì)接收信號(hào)A及接收信號(hào)B進(jìn)行了包絡(luò)線檢波的包絡(luò)線信號(hào)，二進(jìn)制化電路24、25在該包絡(luò)線信號(hào)超過(guò)了規(guī)定的閾值Th1的時(shí)點(diǎn)下，輸出成為高電平的信號(hào)。二進(jìn)制化電路16、17在二進(jìn)制化電路24、25成為高電平的期間中，輸出只在接收信號(hào)A、B超過(guò)0V時(shí)成為高電平的信號(hào)。
圖8是表示接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的接收脈沖中間附近的二進(jìn)制化電路16、17以后的電路動(dòng)作的附圖。實(shí)線表示在管8內(nèi)部不存在流動(dòng)的場(chǎng)合。由于發(fā)送信號(hào)中存在時(shí)間差，因而即使在管8內(nèi)部不存在流動(dòng)的場(chǎng)合下，接收信號(hào)A及接收信號(hào)B中也產(chǎn)生時(shí)間差，接收信號(hào)A相對(duì)接收信號(hào)B其相位延遲90度。接收信號(hào)周期T與發(fā)送信號(hào)的猝發(fā)脈沖的周期相等。基于二進(jìn)制化電路16、17的輸出只在接收信號(hào)A、B超過(guò)0V時(shí)成為達(dá)到高電平的信號(hào)，可視為是只取出了接收信號(hào)A、B的相位信息的信號(hào)。在“異”電路30對(duì)該二進(jìn)制化了的接收信號(hào)進(jìn)行“異”后，成為占空比為50％的脈沖串。該脈沖串由低通濾波器33轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。如果將“異”電路30的電源電壓設(shè)為Vcc，則該低通濾波器輸出V1便成為下式。
V1=Vcc2----(2)]]>在管8的被測(cè)定流體9中存在流動(dòng)的場(chǎng)合下，由上游側(cè)的超聲波探測(cè)頭6接收的時(shí)間越發(fā)延遲，由下游側(cè)的超聲波探測(cè)頭7接收的時(shí)間稍快，成為由圖8的虛線所表示的波形。由于在“異”電路30對(duì)這些波形進(jìn)行“異”后，成為占空比大于50％的脈沖串，因而低通濾波器輸出V1便成為V1>Vcc2----(3)]]>得到增加。反之，如果流速為負(fù)值，即處于逆向，則低通濾波器輸出V1便減少。這樣，由于低通濾波器輸出V1隨流速而變，因而由A/D轉(zhuǎn)換電路35對(duì)該低通濾波器V1輸出進(jìn)行了A/D轉(zhuǎn)換后，可輸入到運(yùn)算電路36，由運(yùn)算電路36來(lái)運(yùn)算流速。
圖9是表示2個(gè)發(fā)送信號(hào)A、B脈沖的相位差為90度，管8內(nèi)的被測(cè)定流體9中有流速，而且具有使接收信號(hào)產(chǎn)生45度相位偏移的延遲場(chǎng)合下接收信號(hào)A及接收信號(hào)B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的附圖。接收信號(hào)A及接收信號(hào)B的相位差由于管8內(nèi)部的流動(dòng)，因而從發(fā)送脈沖的相位差再偏移45度，其結(jié)果是達(dá)到135度偏移。在該場(chǎng)合下，來(lái)自“異”電路30的“異”的結(jié)果是成為占空比為75％的脈沖串。如將電源電壓設(shè)為Vcc，則該低通濾波器輸出V1成為下式。
V1=3Vcc4----(4)]]>這樣，在2個(gè)發(fā)送信號(hào)脈沖的相位差為90度，假如在管8內(nèi)部發(fā)生了使2個(gè)接收信號(hào)A、B之間發(fā)生td相位差的流動(dòng)的場(chǎng)合下，作為低通濾波器33的輸出V1的相位差信號(hào)V1可以按V1=T/4+tdT/2Vcc----(5)]]>來(lái)表示。這樣，由圖1及圖2所示的裝置，可以以使發(fā)送信號(hào)的相位產(chǎn)生相當(dāng)于90度的時(shí)間差的流速為限度來(lái)測(cè)定流速。
(1)式及(5)式中的V0及V1雖然受到電源電壓Vcc的變動(dòng)影響，但通過(guò)作為將這些電壓電平轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換電路35、41的基準(zhǔn)電壓，按原樣利用電源電壓Vcc，可除去該電源電壓Vcc的影響。
這樣通過(guò)求出猝發(fā)信號(hào)之間的相位差，從該相位差求出流速，可無(wú)需電耗大的高速計(jì)數(shù)器等，此外通過(guò)由低通濾波器33將相位差轉(zhuǎn)換為直流電壓，可等效于進(jìn)行了多個(gè)數(shù)據(jù)的平均化，可進(jìn)行精度良好的測(cè)定。此外通過(guò)采用猝發(fā)信號(hào)，傳感器可以只采用一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7，可實(shí)現(xiàn)裝置的低成本化及小型化。
在“異”電路30，由于針對(duì)時(shí)間差的微量輸入的響應(yīng)性惡化，因而通過(guò)在發(fā)送信號(hào)A、B中設(shè)置相位差，即使在流速小的場(chǎng)合下，也可由“異”電路30來(lái)捕捉與該流速對(duì)應(yīng)的微量時(shí)間差。此外流速的方向也可由低通濾波器33的輸出V1的增減來(lái)判斷。
3.靈敏度的改善表示從上述“異”電路30輸出的相位差的“異”通過(guò)取樣保持電路31由低通濾波器33濾波。圖10是用于表示接收脈沖及取樣保持電路31的動(dòng)作定時(shí)的附圖，只放大了產(chǎn)生接收信號(hào)脈沖的部分。雖然接收信號(hào)A的到來(lái)時(shí)間遲于接收信號(hào)B的到來(lái)時(shí)間，但從脈沖整體來(lái)看只是極小的時(shí)間。在接收信號(hào)A及接收信號(hào)B被接收的期間，從“異”電路30輸出信號(hào)。
取樣保持電路控制信號(hào)S32用于只切出“異”電路30的輸出脈沖中心附近部分。取樣保持電路控制信號(hào)S32在定時(shí)電路3中，基于發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22來(lái)作成，在大致相當(dāng)于接收信號(hào)中央附近的定時(shí)被生成。
在取樣保持電路控制信號(hào)S32處于高電平期間中，取樣保持電路31切出“異”電路30的輸出，在取樣保持電路控制信號(hào)S32處于低電平的期間中，取樣保持電路31達(dá)到高阻抗?fàn)顟B(tài)，保持低通濾波器33的輸出。
低通濾波器33的輸出中除去了取樣保持電路31的輸出的高通分量，其電壓與流速相對(duì)應(yīng)。在低通濾波器33的時(shí)間常數(shù)較小的場(chǎng)合下，前一超聲波收發(fā)時(shí)的流速與當(dāng)前時(shí)點(diǎn)下的流速之差在低通濾波器33的輸出中作為變位電壓Vd表現(xiàn)出來(lái)。
這樣，由取樣保持電路控制信號(hào)S32，只切出從“異”電路30輸出信號(hào)的中間部分，可排除由于“異”電路30的輸出脈沖兩端附近靈敏度不足等原因而使相位信息不穩(wěn)定的影響，同時(shí)使用接收信號(hào)中振幅的最高之處，由此可改善靈敏度。
此外，為產(chǎn)生在流速中正確反映了低通濾波器33的輸出的值，作為取樣保持電路控制信號(hào)S32成為高電平期間的取樣保持期間t4最好正確地成為發(fā)送信號(hào)周期的倍數(shù)。該期間的設(shè)定通過(guò)利用邏輯電路可容易地實(shí)現(xiàn)。
4.校正測(cè)定在以上說(shuō)明的結(jié)構(gòu)中，由于與發(fā)送信號(hào)A、B的相位差的變化及二進(jìn)制化電路16、17的動(dòng)作速度的變化等，測(cè)定電壓V1中將產(chǎn)生漂移成分，最好通過(guò)校正來(lái)除去該漂移成分。因此要定期地進(jìn)行校正。
為此，由來(lái)自輸入部43的輸入或定期地從運(yùn)算電路36輸出上述相位控制信號(hào)S44。相位控制信號(hào)S44成為低電平后，由發(fā)送信號(hào)發(fā)生電路2，如圖3所示，從邏輯積電路48輸出的猝發(fā)信號(hào)直接通過(guò)邏輯積電路55從邏輯和電路57輸出，成為發(fā)送信號(hào)B。此外從邏輯積電路48輸出的猝發(fā)信號(hào)由延遲電路51成為延遲了90度相位的猝發(fā)信號(hào)，通過(guò)邏輯積電路53從邏輯和電路56輸出，成為發(fā)送信號(hào)A。
圖11是只表示校正測(cè)定時(shí)發(fā)送信號(hào)起始附近的附圖。在該狀態(tài)下，發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B與圖6中的發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B的時(shí)間差發(fā)生逆轉(zhuǎn)。發(fā)送時(shí)間差最好與通常測(cè)定時(shí)的發(fā)送時(shí)間差相同。
在校正測(cè)定時(shí)，發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B不經(jīng)由管8內(nèi)部，分別直接作為接收信號(hào)A及接收信號(hào)B進(jìn)入放大電路14及放大電路15。在該場(chǎng)合下，為防止基于飽和的壞影響，在校正測(cè)定時(shí)，希望放大電路14、15結(jié)合發(fā)送遺漏被切換，以使其增益減小。此外發(fā)送遺漏屏蔽信號(hào)S23成為無(wú)效，取樣保持電路控制信號(hào)S32并非在超聲波信號(hào)在管8內(nèi)部傳播并被接收的時(shí)刻，而在存在發(fā)送信號(hào)的時(shí)刻被切換為成為高電平的脈沖信號(hào)。除此之外電路按照此前的說(shuō)明來(lái)動(dòng)作，其結(jié)果是，作為相位差信號(hào)，出現(xiàn)與發(fā)送遺漏信號(hào)的相位差對(duì)應(yīng)的電壓Vs。
在實(shí)際電路中，存在電路元件的性能波動(dòng)。如果將發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B的時(shí)間差設(shè)為tp，將從放大電路14及放大電路15至“異”電路30的延遲時(shí)間的延遲時(shí)間差設(shè)為te，將基于流速的延遲時(shí)間設(shè)為td，則通常測(cè)定時(shí)的相位差信號(hào)V1成為下式V1=tp+te+tdT/2Vcc----(6)]]>校正測(cè)定時(shí)的相位差信號(hào)Vs成為下式。
Vs=tp+teT/2Vcc----(7)]]>因此，該兩者的差異V1-Vs成為下式。
V1-Vs=tdT/2Vcc----(8)]]>即，如果按照由運(yùn)算電路36定期地對(duì)校正測(cè)定時(shí)的相位差信號(hào)Vs進(jìn)行測(cè)定的原則來(lái)對(duì)裝置進(jìn)行控制，獲取與通常測(cè)定的相位差信號(hào)V1的差異，則可除去該電壓中由二進(jìn)制化電路16及二進(jìn)制化電路17的動(dòng)作速度的變化等而在通常測(cè)定時(shí)的相位差信號(hào)V1中產(chǎn)生的漂移成分，其結(jié)果是，可進(jìn)行高精度的流速測(cè)定。為由校正測(cè)定而獲得高精度，圖3中各邏輯電路的信號(hào)傳播延遲時(shí)間最好盡量相同。
5.測(cè)定流速范圍的擴(kuò)大然而，在以上說(shuō)明的圖1及圖2的結(jié)構(gòu)中，如果被測(cè)定流體9的流速增大，接收信號(hào)A、B的相位差偏移180度以上，則不能識(shí)別來(lái)自“異”電路30的輸出是180度以上還是180度以下。即，測(cè)定流速范圍是接收信號(hào)A、B的相位差從0度至180度的范圍，測(cè)定流速范圍有限度。因此，為擴(kuò)大測(cè)定流速范圍，如圖12所示，在二進(jìn)制化部112與相位差測(cè)定部116及超聲波傳播時(shí)間測(cè)定部117之間，設(shè)置分頻部114。圖13是表示了分頻部114的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。分頻部114由分頻電路20、21；延遲電路26、27構(gòu)成。
二進(jìn)制化電路16、17的輸出分別連接到分頻電路20、21的時(shí)鐘輸入端子，二進(jìn)制化電路24、25的輸出分別連接到延遲電路26、27的輸入端。延遲電路26、27的輸出分別連接到分頻電路20、21的復(fù)位端子。分頻電路20、21的輸出連接到“異”電路30的輸入端。
圖14是表示采用了該分頻部場(chǎng)合下的接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的起始附近的電路動(dòng)作的附圖。
接收信號(hào)A、B從包絡(luò)線檢波電路18、19及二進(jìn)制化電路24、25中通過(guò)。包絡(luò)線檢波電路18、19輸出分別對(duì)接收信號(hào)A及接收信號(hào)B進(jìn)行了包絡(luò)線檢波的包絡(luò)線信號(hào)，二進(jìn)制化電路24、25在該包絡(luò)線信號(hào)超過(guò)了規(guī)定的閾值Th1的時(shí)點(diǎn)下，輸出成為高電平的信號(hào)。在延遲電路26、27，輸出從該信號(hào)只延遲了規(guī)定延遲時(shí)間t3A、t3B的信號(hào)。該延遲時(shí)間t3A、t3B為從除去接收信號(hào)的上升邊的不穩(wěn)定部分，使分頻的開始時(shí)點(diǎn)穩(wěn)定了的部分來(lái)開始分頻而被設(shè)定，即使在接收信號(hào)A及接收信號(hào)B由流體的流速變化而移動(dòng)的場(chǎng)合下，也伴隨這些信號(hào)的移動(dòng)而移動(dòng)。延遲時(shí)間t3A與延遲時(shí)間t3B通常相同，在設(shè)定電路常數(shù)時(shí)，最好使延遲電路26的輸出及延遲電路27的輸出的上升邊分別與二進(jìn)制化電路16輸出及二進(jìn)制化電路17輸出的下降邊盡量一致。分頻電路20、21的輸出成為只在延遲電路26輸出及延遲電路27輸出達(dá)到高電平時(shí)，在各二進(jìn)制化電路16、17輸出的上升邊的定時(shí)，其狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移的信號(hào)。分頻電路20及分頻電路21輸出的初始值對(duì)各發(fā)送相同，為發(fā)生這種信號(hào)，分頻電路20、21以二進(jìn)制化電路16、17的輸出作為時(shí)鐘，可由將延遲電路26、27的輸出作為負(fù)邏輯的非同步復(fù)位信號(hào)來(lái)動(dòng)作的邏輯電路簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)?！爱悺彪娐?0的輸出是分頻電路20輸出與分頻電路21輸出的“異”結(jié)果，成為對(duì)應(yīng)于接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的時(shí)間差的幅度的脈沖串。
圖15是表示接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的附圖。圖15表示管8內(nèi)部不存在流動(dòng)的場(chǎng)合，接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的相位差為90度，由于管8內(nèi)部不存在流動(dòng)，因而接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的相位差等于發(fā)送脈沖的相位差，其結(jié)果是產(chǎn)生90度的偏移。在由分頻電路20、21進(jìn)行了1段分頻后，作為獲取了“異”的結(jié)果，在該場(chǎng)合下，“異”的結(jié)果是成為占空比25％的脈沖串。如果將電源電壓設(shè)為Vcc，則低通濾波器33的輸出V1成為下式。
V1=Vcc4----(9)]]>圖16是表示2個(gè)發(fā)送信號(hào)A、B脈沖的相位差為90度，管8內(nèi)的被測(cè)定流體9中有流速，此外有使接收信號(hào)產(chǎn)生90度相位偏移的延遲場(chǎng)合下接收信號(hào)A、B脈沖中間附近的電路動(dòng)作的附圖。接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的相位差由于管8內(nèi)部的流動(dòng)而從發(fā)送脈沖的相位差進(jìn)一步偏移90度，其結(jié)果是偏移180度。在該場(chǎng)合下，來(lái)自“異”電路30的“異”的結(jié)果是成為占空比50％的脈沖串。如果將電源電壓設(shè)為Vcc，則該低通濾波器輸出V1成為下式。
V1=Vcc2----(10)]]>這樣，在2個(gè)發(fā)送信號(hào)脈沖的相位差為90度，假如在管8內(nèi)部發(fā)生了使2個(gè)接收信號(hào)A、B之間發(fā)生td相位差的流動(dòng)的場(chǎng)合下，作為低通濾波器33的輸出V1的相位差信號(hào)V1可以按V1=T/4+tdTVcc----(11)]]>來(lái)表示。這樣，可理解為使2個(gè)接收信號(hào)A、B發(fā)生270度以下的相位差的流速的測(cè)定成為可能。這樣可將分頻比作為2，使測(cè)定范圍擴(kuò)大到2倍。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇分頻比，通過(guò)比如在從1至5的范圍內(nèi)進(jìn)行切換，可擴(kuò)大測(cè)定范圍。雖然在圖13中，以分頻電路為1段的場(chǎng)合為例進(jìn)行了表示，但通過(guò)將多段同樣的分頻電路縱向連接，可進(jìn)一步擴(kuò)大測(cè)定流速范圍。
6.校正測(cè)定2圖17取代在4校正測(cè)定中說(shuō)明的圖3的相位切換電路而成，表示在一對(duì)超聲波探測(cè)頭6、7各自的端子上安裝了切換電路的結(jié)構(gòu)例。因此在存在圖17所示的切換電路部分的場(chǎng)合下，不需要圖3中的相位切換功能。
如圖17所示，切換電路80、81設(shè)置于猝發(fā)信號(hào)發(fā)生部110與二進(jìn)制化部112之間，發(fā)送信號(hào)A經(jīng)由切換電路80，經(jīng)由超聲波探測(cè)頭6或切換電路81被輸入到超聲波探測(cè)頭7的任意一個(gè)。同樣，發(fā)送信號(hào)B經(jīng)由切換電路81，經(jīng)由超聲波探測(cè)頭7或切換電路80被輸入到超聲波探測(cè)頭6的任意一個(gè)。接收信號(hào)A成為由切換電路80選擇的超聲波探測(cè)頭6或由切換電路81選擇的超聲波探測(cè)頭7所接收的超聲波信號(hào)的任意一個(gè)。同樣，接收信號(hào)B成為由切換電路81選擇的超聲波探測(cè)頭7或由切換電路80選擇的超聲波探測(cè)頭6所接收的超聲波信號(hào)的任意一個(gè)。切換電路80及切換電路81的切換方向同時(shí)變化。此外在具備圖13所示的分頻部114的場(chǎng)合下，可以準(zhǔn)備與圖17中的切換電路80、81連動(dòng)，切換二進(jìn)制化電路16輸出的極性的機(jī)構(gòu)。
圖18是表示各切換電路80、81處于與圖17所示的切換狀態(tài)相反的切換狀態(tài)，具有由管8內(nèi)的流動(dòng)使接收信號(hào)進(jìn)一步產(chǎn)生45度相位偏移的延遲場(chǎng)合下接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的附圖。此外在各切換電路80、81處于圖17所示的切換狀態(tài)的場(chǎng)合下，與圖9所示相同。
在圖18中，接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的相位差成為作為從發(fā)送信號(hào)中產(chǎn)生的相位差90度減去了由管8內(nèi)部的流動(dòng)而產(chǎn)生的45度相位差的結(jié)果的45度。在該場(chǎng)合下，來(lái)自“異”電路30的“異”的結(jié)果是成為占空比25％的脈沖串。如果將電源電壓設(shè)為Vcc，則該低通濾波器輸出V1成為下式。
V2=Vcc4----(12)]]>
即，在采用了圖17所示的電路的場(chǎng)合下，如果圖17的各切換電路如圖17所示，則低通濾波器輸出V1與管8的內(nèi)部流速成比例增加，在圖17的各切換電路處于與圖17所示切換狀態(tài)相反的切換狀態(tài)的場(chǎng)合下，低通濾波器輸出V2與流速成比例減少。
在實(shí)際電路中，存在電路元件的性能波動(dòng)。如果將發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B的時(shí)間差設(shè)為tp，將從放大電路14及放大電路15至“異”電路30的延遲時(shí)間的延遲時(shí)間差設(shè)為te，將基于流速的延遲時(shí)間設(shè)為td，則在圖17所示的切換電路的狀態(tài)下，將接收信號(hào)的周期設(shè)為T后，低通濾波器輸出V1成為下式。
V1=tp+te+tdT/2Vcc----(13)]]>另一方面，在與圖17所示的切換電路的狀態(tài)相反的狀態(tài)下，成為下式。
V2=tp+te-tdT/2Vcc----(14)]]>如果由運(yùn)算電路來(lái)計(jì)算V1與V2之差，則成為下式，V1-V2=tdTVcc----(15)]]>由此可除去發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B的時(shí)間差tp以及從接收電路至“異”電路30的延遲時(shí)間差te的影響，其結(jié)果是，可除去元件性能的差異及溫度特性的不同的影響，可實(shí)現(xiàn)高精度的流速測(cè)定。
接下來(lái)，圖19是表示圖17所示的切換電路與圖12所示分頻部114被組合了的場(chǎng)合下接收信號(hào)A及接收信號(hào)B的起始附近的電路動(dòng)作的附圖，是一種圖17所示的各切換電路處于與圖17所示的切換狀態(tài)相反的切換狀態(tài)，而且管8內(nèi)部不存在流動(dòng)的場(chǎng)合。此外在各切換電路80、81處于圖17所示的切換狀態(tài)的場(chǎng)合下，與圖14所示相同。
在圖19中，由超聲波探測(cè)頭7接收的信號(hào)成為接收信號(hào)A，由超聲波探測(cè)頭6接收的信號(hào)成為接收信號(hào)B。接收信號(hào)A及接收信號(hào)B與圖14的接收信號(hào)A及接收信號(hào)B相比，由于切換開關(guān)的緣故而具有交錯(cuò)關(guān)系。包絡(luò)線檢波電路18輸出及包絡(luò)線檢波電路19輸出成為分別對(duì)接收信號(hào)A及接收信號(hào)B檢波了的波形，二進(jìn)制化電路24的輸出及二進(jìn)制化電路25的輸出是分別使包絡(luò)線檢波電路18輸出及包絡(luò)線檢波電路19輸出按閾值電壓Th1二進(jìn)制化了的輸出，該閾值電壓Th1是與前文圖14中的閾值電壓相同的電壓。延遲電路26輸出及延遲電路27輸出是使二進(jìn)制化電路24輸出及二進(jìn)制化電路25輸出只延遲了延遲時(shí)間t5A及延遲時(shí)間t5B的輸出。在圖17所示的各切換電路成為圖17所示狀態(tài)的場(chǎng)合下，在接收信號(hào)A超過(guò)了0V時(shí)二進(jìn)制化電路16輸出成為高電平，但在圖17的各切換電路成為與圖17所示狀態(tài)相反的狀態(tài)的場(chǎng)合下，在接收信號(hào)A低于0V時(shí)二進(jìn)制化電路16輸出成為高電平。另一方面，不管圖17的切換電路的切換位置如何，當(dāng)接收信號(hào)B超過(guò)了0V時(shí)二進(jìn)制化電路17輸出成為高電平。對(duì)延遲時(shí)間t5A及延遲時(shí)間t5B，在設(shè)定電路常數(shù)時(shí)，最好使延遲電路26的輸出及延遲電路27的輸出的上升邊分別與二進(jìn)制化電路16輸出及二進(jìn)制化電路17輸出的下降邊盡量一致。因此，必須由圖17的各切換電路的位置使延遲時(shí)間t5A發(fā)生不同于延遲時(shí)間t3A的變化。“異”電路30的輸出是分頻電路20輸出與分頻電路21輸出的“異”結(jié)果，成為對(duì)應(yīng)于接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的時(shí)間差的幅度的脈沖串。
圖20是表示圖17所示的切換電路與圖12所示分頻部114被組合，圖17中各切換電路處于與圖17所示場(chǎng)合分別相反的狀態(tài)，2個(gè)發(fā)送信號(hào)A與接收信號(hào)B的相位差為90度，管8內(nèi)部不存在流動(dòng)的場(chǎng)合下接收信號(hào)A與接收信號(hào)B的接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作的附圖。如果圖17的各切換電路與圖17所示一致，則接收脈沖中間附近的電路動(dòng)作與圖15所示相同。在圖17中的各切換電路處于與圖17相反狀態(tài)的場(chǎng)合下，二進(jìn)制化電路16輸出在接收信號(hào)A低于0V時(shí)成為高電平，二進(jìn)制化電路17輸出只在接收信號(hào)B超過(guò)了0V時(shí)成為高電平。“異”電路30的輸出是分頻電路20輸出及分頻電路21輸出的“異”結(jié)果，在該場(chǎng)合下，成為占空比75％的脈沖串。如果將電源電壓設(shè)為Vcc，則該低通濾波器輸出V2成為下式。
V2=3Vcc4----(16)]]>
在管8內(nèi)部存在某種程度的流動(dòng)的場(chǎng)合下，信號(hào)如虛線所示發(fā)生變化，其結(jié)果是，低通濾波器輸出V2減少。
在實(shí)際電路中，存在電路元件的性能波動(dòng)。如果將發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B的時(shí)間差設(shè)為tp，將從放大電路14及放大電路15至“異”電路30的延遲時(shí)間的延遲時(shí)間差設(shè)為te，將基于流速的延遲時(shí)間設(shè)為td，則在圖17所示的切換電路的狀態(tài)下，將接收信號(hào)的周期設(shè)為T后，低通濾波器輸出V1成為下式。
V1=(tp+te+td)TVcc----(17)]]>另一方面，在與圖17所示的切換電路的狀態(tài)相反的狀態(tài)下，成為下式。
V2=T/2+tp+te-tdTVcc----(18)]]>如果由運(yùn)算電路來(lái)計(jì)算V1與V2之差，則成為下式，V2-V1=-T/2+2tdTVcc----(19)]]>由此可除去發(fā)送信號(hào)A與發(fā)送信號(hào)B的時(shí)間差tp以及從放大電路14及放大電路15至“異”電路30的延遲時(shí)間差te的影響，作為其結(jié)果，可除去元件性能差異及溫度特性不同的影響，可實(shí)現(xiàn)高精度的流量測(cè)定。雖然以上示例對(duì)分頻電路為1段的場(chǎng)合作了說(shuō)明，但即使在將多段分頻電路縱向連接的場(chǎng)合下，由同樣的方法也可進(jìn)行高精度的流速測(cè)定，這是容易理解的。
7.電耗的降低圖21是取代圖2的其它結(jié)構(gòu)例，以進(jìn)一步降低電耗為主要目的，使放大電路14及放大電路15只按超聲波的接收定時(shí)來(lái)動(dòng)作。放大電路14及放大電路15只在接收到了電源電壓時(shí)進(jìn)行放大動(dòng)作，具備為放大電路14、15而發(fā)生電源電壓的放大器電源電壓發(fā)生電路45。
放大器電源電壓發(fā)生電路45接收來(lái)自定時(shí)電路3的放大電路電源觸發(fā)器信號(hào)S24，發(fā)生電源電壓，比如可由使來(lái)自未圖示的電源的電壓升壓的升壓電路及變壓器電路來(lái)構(gòu)成。此外在放大電路電源觸發(fā)器信號(hào)S24自身的電壓電平很高的場(chǎng)合下，通過(guò)將該放大電路電源觸發(fā)器信號(hào)S24作為電源電壓，也可省略放大器電源電壓發(fā)生電路45本身。
放大電路電源觸發(fā)器信號(hào)S24在定時(shí)電路3中，被基于發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)S22來(lái)作成，在大致相當(dāng)于接收信號(hào)的定時(shí)被生成。在從放大電路電源觸發(fā)器信號(hào)S24的輸入至由放大器電源電壓發(fā)生電路45輸出電源電壓為止存在延遲時(shí)間的場(chǎng)合下，可在考慮了該延遲時(shí)間的定時(shí)下，在定時(shí)電路3生成放大電路電源觸發(fā)器信號(hào)S24。
這樣，由于放大電路14及放大電路15只在電源電壓發(fā)生期間消費(fèi)電力，因而與持續(xù)投入電源的場(chǎng)合相比，可顯著降低電耗。此外由于電耗較小，因而可抑制溫度的上升，與持續(xù)施加電源的場(chǎng)合相比，可顯著提高放大電路的可靠性。因此，電路的溫度漂移影響也可降低。
此外在從發(fā)送信號(hào)至接收信號(hào)的期間有了強(qiáng)干擾波的場(chǎng)合下，如果放大電路14及放大電路15持續(xù)動(dòng)作，雖然后續(xù)的二進(jìn)制化電路16、17及包絡(luò)線檢波電路19、20將動(dòng)作，從而消耗電力，并有可能成為誤測(cè)定的原因，但這樣一來(lái)，由于將放大電路14及放大電路15的動(dòng)作只作為接收信號(hào)發(fā)生的定時(shí)，因而可除去這種干擾波的影響。
8.流速及流量的運(yùn)算流動(dòng)于管8內(nèi)的流體9的流速F1可利用沿流動(dòng)方向的超聲波傳播時(shí)間t1及逆流動(dòng)方向的超聲波傳播時(shí)間t2、流體以外的信號(hào)的傳播時(shí)間τ，一般通過(guò)下式F1=Kt1-t2(t1+t2-τ)2----(20)]]>來(lái)求出。這里K是常數(shù)。如根據(jù)此前說(shuō)明過(guò)的方法，將t1-t2設(shè)為td，將(t1+t2)/2設(shè)為t0，便可進(jìn)行精度良好的測(cè)定，而且由于K及τ可從測(cè)定條件等獲知，因而作為其結(jié)果，可精度良好地求出流動(dòng)于管8內(nèi)的流體9的流速F1。
此外在求出流速F1后，可利用該流速F1來(lái)精度良好地求出流動(dòng)于管8內(nèi)的流體9的流量。
在運(yùn)算電路36，通過(guò)寄存預(yù)先求出的K、τ值，可求出流速F1。此外在求出流速F1后，可利用該流速F1來(lái)精度良好地求出流動(dòng)于管8內(nèi)的流體9的流量。
所求出的流速F1或流速F1及流量可在顯示部42顯示。此外該流速計(jì)也可與雙線式控制環(huán)路連接。圖22表示將本發(fā)明超聲波流速計(jì)10連接到了雙線式環(huán)路的示例。超聲波流速計(jì)10由該雙線式環(huán)路90，與被遠(yuǎn)隔的控制部92連接。在控制部92中，設(shè)有提供用于超聲波流速計(jì)10動(dòng)作的電力的電源94，在雙線式環(huán)路90中，流通4～20mA的電流。在超聲波流速計(jì)10中，設(shè)有調(diào)整從雙線式環(huán)路90提供的電壓的電壓調(diào)整器96，由該電壓調(diào)整器96調(diào)整后的電壓被向構(gòu)成超聲波流速計(jì)10的各元件提供。
此外不僅通過(guò)雙線式環(huán)路90，其電源電壓向超聲波流速計(jì)10提供，還通過(guò)該雙線式環(huán)路90，由超聲波流速計(jì)10的運(yùn)算電路36求出的流速、流速及流量、或流量的測(cè)定結(jié)果向控制部92發(fā)送。因此，在超聲波流速計(jì)10中，設(shè)有連接運(yùn)算電路36及雙線式環(huán)路90的雙線接口電路98。雙線接口電路98可由比如D/A轉(zhuǎn)換器及模擬輸出電路來(lái)構(gòu)成，可將表示從運(yùn)算電路36輸出的流速、流速及流量、或流量的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，作為4～20mA電流，向雙線式環(huán)路90提供。
這樣，可在控制部92與遠(yuǎn)隔的超聲波流速計(jì)10之間，只通過(guò)雙線式環(huán)路來(lái)進(jìn)行電源電壓供給及測(cè)定結(jié)果的發(fā)送。本發(fā)明超聲波流速計(jì)由于如上所述達(dá)到了電耗降低化，因而即使在來(lái)自這種雙線式環(huán)路的低電源電壓下，也可適當(dāng)?shù)貏?dòng)作。
此外，也可使本發(fā)明超聲波流速計(jì)10不采用任何雙線式環(huán)路等，而由基于太陽(yáng)電池的電源電壓來(lái)進(jìn)行動(dòng)作。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于從相位差來(lái)求出流速，因而與傳統(tǒng)的傳播時(shí)間差方式相比，只需低電壓猝發(fā)信號(hào)即可，可無(wú)需用于發(fā)生高電壓的電源電路，此外也無(wú)需必須在高速下動(dòng)作的計(jì)數(shù)器電路等，因而可形成小型低電耗的產(chǎn)品，還可提高防爆性。此外由于利用猝發(fā)信號(hào)，因而可以由一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭來(lái)同時(shí)進(jìn)行發(fā)送與接收這兩方面的動(dòng)作，可按小型低成本來(lái)構(gòu)成。此外由于利用猝發(fā)信號(hào)，因而可間歇地進(jìn)行用于發(fā)送、接收及接收以后的相位差測(cè)定、流速測(cè)定的處理，因此與傳統(tǒng)的持續(xù)處理連續(xù)波的方式不同，可形成低電耗產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種超聲波流速計(jì)，其具備猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元，其發(fā)生具有相位差的2種猝發(fā)信號(hào)；一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭，是一種配置于被測(cè)定流體的上游側(cè)與下游側(cè)的一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭，其從上述猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元接收對(duì)應(yīng)的猝發(fā)信號(hào)，轉(zhuǎn)換該猝發(fā)信號(hào)，將互相具有相位差的超聲波發(fā)送到被測(cè)定流體中，同時(shí)接收由他方的收發(fā)用超聲波探測(cè)頭發(fā)送并在被測(cè)定流體中傳播的超聲波，轉(zhuǎn)換為接收信號(hào)；相位差測(cè)定單元，其從來(lái)自各收發(fā)用超聲波探測(cè)頭的各接收信號(hào)測(cè)定這些接收信號(hào)的相位差；流速測(cè)定單元，其基于來(lái)自上述相位差測(cè)定單元的接收信號(hào)的相位差信號(hào)來(lái)測(cè)定被測(cè)定流體的流速。
2.權(quán)利要求1中記載的超聲波流速計(jì)，其中，上述相位差測(cè)定單元使表示2個(gè)接收信號(hào)的相位差的相位差信號(hào)通過(guò)低通濾波器，測(cè)定其直流電平。
3.權(quán)利要求1或2中記載的超聲波流速計(jì)，其中，上述相位差測(cè)定單元測(cè)定各上述接收信號(hào)波形中的僅僅中心部分之間的相位差。
4.權(quán)利要求3中記載的超聲波流速計(jì)，其中，上述相位差測(cè)定單元具有用于輸出僅僅所決定期間的相位差的取樣保持電路。
5.權(quán)利要求1至4任一中記載的超聲波流速計(jì)，其還具備二進(jìn)制化單元，其使來(lái)自上述各收發(fā)用超聲波探測(cè)頭的接收信號(hào)二進(jìn)制化，上述相位差測(cè)定單元測(cè)定由二進(jìn)制化單元二進(jìn)制化了的接收信號(hào)的相位差。
6.權(quán)利要求5中記載的超聲波流速計(jì)，其中，在上述二進(jìn)制化單元與上述相位差測(cè)定單元之間，具備對(duì)由上述二進(jìn)制化單元二進(jìn)制化了的接收信號(hào)分別進(jìn)行分頻的分頻單元，上述相位差測(cè)定單元從在上述分頻單元分頻了的各接收信號(hào)測(cè)定這些接收信號(hào)的相位差。
7.權(quán)利要求1至6任一中記載的超聲波流速計(jì)，其還具備超聲波傳播時(shí)間測(cè)定單元，其測(cè)定從基于上述猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元的猝發(fā)信號(hào)發(fā)生至上述收發(fā)用超聲波探測(cè)頭的接收為止的超聲波傳播時(shí)間，上述流速測(cè)定單元與來(lái)自上述相位差測(cè)定單元的接收信號(hào)的相位差信號(hào)一起基于上述超聲波傳播時(shí)間，來(lái)測(cè)定被測(cè)定流體的流速。
8.權(quán)利要求7中記載的超聲波流速計(jì)，其中，上述超聲波傳播時(shí)間測(cè)定單元使表示其超聲波傳播時(shí)間的超聲波傳播時(shí)間信號(hào)通過(guò)低通濾波器，測(cè)定其直流電平。
9.權(quán)利要求1至8任一中記載的超聲波流速計(jì)，其中，上述相位差測(cè)定單元在校正測(cè)定時(shí)，測(cè)定來(lái)自上述猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元的具有相位差的2種猝發(fā)信號(hào)的相位差，上述流速測(cè)定單元利用上述測(cè)定的猝發(fā)信號(hào)的相位差來(lái)進(jìn)行流速測(cè)定的校正。
10.權(quán)利要求1至8任一中記載的超聲波流速計(jì)，其具備切換電路，其在校正測(cè)定時(shí)及通常測(cè)定時(shí)，轉(zhuǎn)換來(lái)自上述猝發(fā)信號(hào)發(fā)生單元的具有相位差的2種猝發(fā)信號(hào)，并將2種猝發(fā)信號(hào)中對(duì)應(yīng)的猝發(fā)信號(hào)分別提供到上述各收發(fā)用超聲波探測(cè)頭。
11.權(quán)利要求1至10任一中記載的超聲波流速計(jì)，其中，在上述一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭與上述流速測(cè)定單元之間，具備有進(jìn)行接收信號(hào)放大的放大電路，上述放大電路只在包含接收信號(hào)的接收定時(shí)的規(guī)定定時(shí)來(lái)進(jìn)行放大動(dòng)作。
12.權(quán)利要求1至11任一中記載的超聲波流速計(jì)，其中，上述超聲波流速計(jì)由雙線式環(huán)路來(lái)與電源連接，還具備雙線接口部，其用于利用雙線式環(huán)路來(lái)發(fā)送在流速測(cè)定單元求出的測(cè)定值。
全文摘要
提供一種小型低電耗超聲波流速計(jì)。在猝發(fā)信號(hào)發(fā)生部110，發(fā)生具有相位差的2種猝發(fā)信號(hào)，將該猝發(fā)信號(hào)發(fā)送到配置于被測(cè)定流體9的上游側(cè)與下游側(cè)的一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7。一對(duì)收發(fā)用超聲波探測(cè)頭6、7接收對(duì)應(yīng)的猝發(fā)信號(hào)，轉(zhuǎn)換該猝發(fā)信號(hào)，將互相具有相位差的超聲波發(fā)送到被測(cè)定流體9中，同時(shí)接收由另一方的收發(fā)用超聲波探測(cè)頭發(fā)送并在被測(cè)定流體中傳播的超聲波，轉(zhuǎn)換為接收信號(hào)。該接收信號(hào)在二進(jìn)制化電路16、17被二進(jìn)制化，在“異”電路30進(jìn)行“異”，成為表示相位差的相位差信號(hào)，基于該相位差信號(hào)來(lái)測(cè)定被測(cè)定流體9的流速。
文檔編號(hào)G01P5/24GK1509405SQ0280996
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月16日
發(fā)明者岸本雅夫, 茂木良平, 鈴木由起彥, 巖渕博, 平, 起彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東機(jī)美