JP5228462B2 - Fluid flow measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、振動子などを用い、超音波を利用して気体や液体などの流体の流速、流量を計測する流体の流れ計測装置に関する。 The present invention relates to a fluid flow measuring apparatus that measures the flow velocity and flow rate of a fluid such as a gas or a liquid using an ultrasonic wave using a vibrator.
従来の流体の流れ計測装置を図9を参照して説明すると、流体が流れる流路101の上流側と下流側とに一対の超音波振動子102,103が配置されており、超音波が流体を斜めに横切るようにしてある。
A conventional fluid flow measuring device will be described with reference to FIG. 9. A pair of
そして、前記一対の超音波振動子102,103間を伝搬する超音波の伝搬時間差から流体の流速を計測し、これにもとづき流量を演算していた。例えば、伝搬時間差から流速を求め、管路の大きさや流れの状態を考慮して流量値を計算できる。
Then, the flow velocity of the fluid is measured from the difference in propagation time of the ultrasonic wave propagating between the pair of
なお、図中の実線矢印104は流体の流れる方向を示し、破線矢印105は超音波の伝搬する方向を示している。流体の流れる方向と、超音波の伝搬する方向とは角θで交叉している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の計測装置では、上流側の超音波振動子102から下流側の超音波振動子103へ超音波を伝播させて、超音波の伝搬時間Tudを、また下流側の超音波振動子103から上流側の超音波振動子102へ超音波を伝播させ、超音波の伝搬時間Tduを交互に計測し、計測した超音波の伝播時間Tud、Tduなどを用いて時間差を求め流量を演算していた。
However, in the conventional measuring apparatus, the ultrasonic wave is propagated from the upstream
この際、所定の振幅が得られる受信波形の部分に参照レベルを設定してトリガーレベルとし、伝播時間を計測していた。したがって、トリガ−レベルよりも前の零クロス点を用いて超音波の伝搬時間を計測することができなかった。 At this time, a reference level is set to a received waveform portion where a predetermined amplitude can be obtained as a trigger level, and a propagation time is measured. Therefore, the propagation time of the ultrasonic wave cannot be measured using the zero cross point before the trigger level.
このため、超音波の到達時間に不確かな時間が含まれることになり、誤差となる場合があり、高精度な流れ計測を実現することができないという課題を有していた。 For this reason, an uncertain time is included in the arrival time of the ultrasonic wave, which may cause an error, and there is a problem that high-precision flow measurement cannot be realized.
即ち、超音波の受信波形は、一般に駆動回路で駆動される周波数で立上がり、順次、超音波変換器固有の振動周波数に変化する。 That is, the ultrasonic reception waveform generally rises at a frequency driven by a drive circuit, and sequentially changes to a vibration frequency unique to the ultrasonic transducer.
あるいは、流路の側壁などからの反射波の影響を受けるなどするため、超音波の受信波形は受信点に近い立上がり部分は周波数が安定しているが、トリガ−レベルを設定するような比較的受信振幅の大きい部分では、上流側と下流側とで受信する波形に差が発生し、伝播時間の誤差として検知されることになる。 Alternatively, since the reception waveform of the ultrasonic wave is affected by the reflected wave from the side wall of the flow path or the like, the frequency at the rising portion near the reception point is stable, but the trigger level is relatively high. In the portion where the reception amplitude is large, a difference occurs in the waveform received between the upstream side and the downstream side, which is detected as an error in propagation time.
また、流路101の側壁などで反射した超音波が受信波に若干遅れて到達し、受信波として受信されるので、受信波形がオフセット分を差し引いた場合にゼロ点を通過する零クロス点が不確かになることもあった。
In addition, since the ultrasonic wave reflected by the side wall of the
さらに本来到達時間より長時間計測することは計測装置をそれだけの間余分に動作することになるため消費電流の増大という課題も有していた。 Furthermore, the measurement for a longer time than the arrival time originally has the problem of increasing the current consumption because the measurement device is operated extra for that time.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、トリガーレベルよりも前の受信した超音波の零クロス点の到達時間を少なくとも2つ以上使い、その平均値を求めて超音波の到達時間を計測することができるようにして超音波の伝播時間に含まれる誤差を少なくし、高精度な計測を実現しつつ、省電力動作を実現することを目的としている。 The present invention solves the above-described conventional problem, and uses at least two arrival times of the zero cross point of the received ultrasonic wave before the trigger level, and calculates the average value to determine the ultrasonic wave arrival time. An object of the present invention is to realize a power saving operation while realizing high-accuracy measurement while reducing the error included in the propagation time of ultrasonic waves so that measurement can be performed.
前記従来の課題を解決するために、本発明の流速または流量計測装置は、被測定流体の流れる流路に配置され、超音波を送受信する一対の振動子と、一方の振動子を駆動する送信手段と、他方の受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、受信手段の信号が予め定めた値になると信号を出す受信波判定手段と、受信手段の信号が零クロス点として予め定めた範囲になる度に信号を出す受信点検知手段と、前記受信点検知手段の出力を送信開始からの経過時間として記憶する少なくとも2つ以上の受信点記憶手段と、前記受信点記憶手段に記憶した経過時間を用いて振動子間を伝搬した超音波信号の伝搬時間を計時する計時手段と、前記計時手段で求めた上流から下流への伝搬時間と下流から上流への伝搬時間の計時差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記送信手段と前記受信手段と前記受信波判定手段と受信点検知手段と前記受信点記憶手段と前記計時手段と前記流量演算手段との少なくとも1つを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記受信波判定手段の出力により、予め定めた数だけ逆のぼった受信点記憶手段に記憶された複数の経過時間を伝搬時間演算用として選択する受信点選択手段を有し、前記受信点記憶手段は前記受信波判定手段の出力信号があるまで上書き更新するようにしたものである。
In order to solve the above-described conventional problems, the flow velocity or flow rate measuring device of the present invention is arranged in a flow path through which a fluid to be measured flows , and a pair of transducers that transmit and receive ultrasonic waves and a transmission that drives one transducer Means, a receiving means for converting the output signal of the other receiving-side transducer into an electric signal, a received wave judging means for outputting a signal when the signal of the receiving means reaches a predetermined value, and a signal of the receiving means is a zero cross point predetermined and reception point detection unit for outputting a signal to become time the ranges, at least two or more reception point storage means stores as the elapsed time from the transmission start an output of the reception point detection unit, said reception point storage as Measuring means for measuring the propagation time of the ultrasonic signal propagated between the transducers using the elapsed time stored in the means , and the propagation time from the upstream to the downstream and the propagation time from the downstream to the upstream obtained by the timing means. Based on time difference And flow rate calculation means to calculate the flow rate, at least one of the previous SL transmitting means and the receiving means and the reception wave determination unit and the reception point detection unit and the reception point storage means said clock means and said flow rate calculation means and control means for controlling, the control means, the output of the reception wave determination unit, selects a plurality of elapsed time stored in the reception point storage unit climbed reverse as many predetermined for the operational propagation time Receiving point selecting means is provided, and the receiving point storing means is overwritten and updated until there is an output signal of the received wave determining means.
この構成により、上流側の超音波振動子と下流側の超音波振動子間を伝播する超音波の伝播時間、即ち、超音波の到達時間をトリガ−レベルよりも前の受信した超音波の零クロス点の到達時間を少なくとも2つ以上使い、その平均値を求めて超音波の到達時間を計測することができるようにして超音波の伝播時間に含まれる誤差を少なくし、高精度な計測を実現しつつ、省電力動作を実現できる。 With this configuration, the propagation time of the ultrasonic wave propagating between the ultrasonic transducer on the upstream side and the ultrasonic transducer on the downstream side, that is, the arrival time of the ultrasonic wave is set to zero of the received ultrasonic wave before the trigger level. Use at least two cross-point arrival times, find the average value and measure the ultrasonic arrival time, reduce errors contained in the ultrasonic propagation time, and perform highly accurate measurements. Power saving operation can be realized while realizing it.
本発明の、流速または流量計測装置は、トリガ−レベルよりも前の受信した超音波の零クロス点の到達時間を少なくとも2つ使い、その平均値を求めて超音波の到達時間を計測することができる。このため複数の零クロス点の平均値を用いることにより計測した超音波の伝搬時間あるいは到達時間に含まれる誤差を小さくすることができ、高精度な流れ計測を実現しつつ、省電力動作を実現できる。 The flow velocity or flow rate measuring device according to the present invention uses at least two arrival times of the received ultrasonic zero crossing point before the trigger level and calculates the average value to measure the ultrasonic arrival time. Can do. For this reason, the error included in the propagation time or arrival time of the measured ultrasonic wave can be reduced by using the average value of multiple zero cross points, and power saving operation is achieved while realizing highly accurate flow measurement. it can.
第1の発明は被測定流体の流れる流路に配置され、超音波を送受信する一対の振動子と、一方の振動子を駆動する送信手段と、他方の受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、受信手段の信号が予め定めた値になると信号を出す受信波判定手段と、受信手段の信号が零クロス点として予め定めた範囲になる度に信号を出す受信点検知手段と、前記受信点検知手段の出力を送信開始からの経過時間として記憶する少なくとも2つ以上の受信点記憶手段と、前記受信点記憶手段に記憶した経過時間を用いて振動子間を伝搬した超音波信号の伝搬時間を計時する計時手段と、前記計時手段で求めた上流から下流への伝搬時間と下流から上流への伝搬時間の計時差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記送信手段と前記受信手段と前記受信波判定手段と受信点検知手段と前記受信点記憶手段と前記計時手段と前記流量演算手段との少なくとも1つを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記受信波判定手段の出力により、予め定めた数だけ逆のぼった受信点記憶手段に記憶された複数の経過時間を伝搬時間演算用として選択する受信点選択手段を有し、前記受信点記憶手段は前記受信波判定手段の出力信号があるまで上書き更新するようにしたものである。
1st invention is arrange | positioned at the flow path through which the to-be-measured fluid flows , a pair of vibrator | oscillator which transmits / receives an ultrasonic wave, the transmission means which drives one vibrator | oscillator, and the output signal of the other receiving side vibrator | oscillator is an electrical signal Receiving means for converting the signal to the receiving means, a received wave determining means for outputting a signal when the signal of the receiving means reaches a predetermined value, and a reception point detection for outputting a signal each time the signal of the receiving means falls within a predetermined range as a zero cross point. Means, at least two or more reception point storage means for storing the output of the reception point detection means as an elapsed time from the start of transmission, and propagation between the transducers using the elapsed time stored in the reception point storage means a counting means for counting the propagation time of the ultrasonic signal, and flow rate calculation means to calculate the flow rate from the propagation time and the downstream from upstream to downstream, determined by the clock means based on the time count difference of the propagation times to the upstream, the reception of the previous Symbol transmission means And control means for controlling at least one of the stages and the received wave determining means and the reception point detection unit and the reception point storage means, said clock means and said flow rate calculation means, said control means, said reception wave determination A receiving point selecting means for selecting a plurality of elapsed times stored in the receiving point storage means that has been reversed by a predetermined number by the output of the means for calculating the propagation time, and the receiving point storage means includes the received wave Overwriting is updated until there is an output signal from the judging means.
この構成により、上流側の超音波振動子と下流側の超音波振動子間を伝播する超音波の伝播時間、即ち、超音波の到達時間をトリガ−レベルよりも前の受信した超音波の零クロ
ス点の到達時間を少なくとも2つ以上使い、その平均値を求めて超音波の到達時間を計測することができるようにして超音波の伝播時間に含まれる誤差を少なくし、高精度な計測を実現しつつ、省電力動作を実現できる。
With this configuration, the propagation time of the ultrasonic wave propagating between the ultrasonic transducer on the upstream side and the ultrasonic transducer on the downstream side, that is, the arrival time of the ultrasonic wave is set to zero of the received ultrasonic wave before the trigger level. Use at least two cross-point arrival times, find the average value and measure the ultrasonic arrival time, reduce errors contained in the ultrasonic propagation time, and perform highly accurate measurements. Power saving operation can be realized while realizing it.
第2の発明は特に第1の発明の発明で制御手段は制御手段は、前記受信点記憶手段への通電を初回のみ予め推定される伝搬時間よりも十分短い時点から開始し、前記受信波判定手段の出力後に停止する電源供給手段を有することにより、最初の計測時は本来受信波が到達するよりも前に受信波検知手段の出力を記憶する準備をすることで確実に受信波をとらえることが可能になる。
The second aspect of the invention is particularly the invention of the first aspect , wherein the control means starts energization of the reception point storage means from a time point sufficiently shorter than a propagation time estimated in advance only for the first time, and determines the received wave By having power supply means that stops after the output of the means, it is possible to reliably capture the received wave by preparing to store the output of the received wave detection means before the received wave originally arrives at the time of the first measurement Is possible.
第3の発明は特に第1の発明で制御手段は、前記受信点記憶手段への通電を2回目以降、前回の伝搬時間を基に初回よりも遅い時点からを開始するよう前記電源供給手段のタイミングを調節することにより、受信波が到達する直前から受信波検知手段の出力を記憶する準備をすることで確実に受信波をとらえるとともに省電力動作が可能になる。
A third invention is the control means, especially in the first invention, second and subsequent energization to the reception point storage means, said power supply means so as to start from a slower than the first time based on the previous propagation time By adjusting the timing, preparation for storing the output of the reception wave detection means immediately before the reception wave arrives makes it possible to reliably capture the reception wave and to save power.
第4の発明は特に第1の発明で制御手段は、前記受信点検知手段の出力が予め定めた回数より多くなると信号を出すトリガ手段を有し、前記電源供給手段は前記トリガ手段の出力により前記受信点記憶手段への通電を開始することにより、確実に受信波が到達したことを確認してから受信波検知手段の出力を記憶する準備をすることで信頼性が向上するとともにさらに短時間動作による省電力動作が可能になる。
The fourth invention is particularly the first invention , wherein the control means has trigger means for outputting a signal when the output of the reception point detection means exceeds a predetermined number of times, and the power supply means is based on the output of the trigger means. by starting the energization of the reception point storage unit, a shorter time with improved reliability by preparing for storing output of the reception wave detection means after confirming that the received reliably wave reaches Power saving operation by operation becomes possible.
第5の発明は特に第1の発明から第4の発明のいずれか1つにおける制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを有する構成としたもので、これにより測定方法の動作設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに計測の精度向上や省電力動作を行うことができる。
The fifth invention is particularly configured to have a program for causing a computer to function as the control means in any one of the first invention to the fourth invention, thereby making it easy to set and change the operation of the measurement method. In addition, since it can flexibly cope with aging, etc., it is possible to improve the measurement accuracy and power saving operation more flexibly.
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態が本発明を限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the embodiments described below do not limit the present invention.
(実施の形態1)
図1おいて、被測定流体が流れる流路31の上流側と下流側とに第1の振動子32、第2の振動子33を設置して、それら振動子32,33間を伝搬する超音波がこの流路31を斜めに横切るように設定されている。
(Embodiment 1)
In FIG. 1, a
また、前記第1の振動子32と前記第2の振動子33を駆動する送信手段34と、前記第1の振動子32と前記第2の振動子33の受信信号を受け信号を増幅する受信手段35と、受信手段35の信号が予め定めた値になると信号を出す受信波判定手段36と、受信手段35の信号が予め定めた範囲になると信号を出す受信点検知手段37と、前記受信点検知手段37の出力を記憶する2つの受信点記憶手段38と、前記受信点記憶手段38の信号を用いて振動子間を伝搬した超音波信号の伝搬時間を計時する計時手段39と、前記計時手段39の計時差に基づいて流量を算出する流量演算手段40とを有する。
In addition, transmission means 34 for driving the
さらに、送信手段34と第1の振動子32、および第2の振動子33と受信手段35の間に切換手段41を設け、第1の振動子32と第2の振動子33が超音波の送受信を切換えて動作するようにしている。
Further, a switching means 41 is provided between the transmission means 34 and the
受信点記憶手段38は少なくとも2つ以上の記憶部を有し、記憶開始後は前記受信波判定手段36の出力信号があるまで上書き更新するようになっている。 The reception point storage means 38 has at least two or more storage units, and after the start of storage, it is overwritten and updated until there is an output signal of the reception wave determination means 36.
制御手段42は、前記送信手段34と前記受信手段35と前記受信波判定手段36と、受信点検知手段37と、受信点記憶手段38と、前記計時手段39と前記流量演算手段40と前記切換手段41との少なくとも1つを制御する。 The control means 42 includes the transmission means 34, the reception means 35, the reception wave determination means 36, the reception point detection means 37, the reception point storage means 38, the timing means 39, the flow rate calculation means 40, and the switching. Control at least one of the means 41.
また、制御手段42は受信点選択手段43を有し、受信波判定手段36により超音波が受信側振動子に到達したことを検知すると、本来の受信波到達点に近い時間まで遡るため受信点記憶手段38に記憶されている受信点データから伝搬時間演算用として少なくとも2つ以上の値を選択して、伝搬時間を計時する前記計時手段39に送る。
Further, the control means 42 has a reception point selection means 43, and when the reception wave determination means 36 detects that the ultrasonic wave has arrived at the receiving-side transducer, it goes back to a time close to the original reception wave arrival point. At least two or more values are selected from the reception point data stored in the storage means 38 for calculating the propagation time, and sent to the time measuring
計時手段は送られてきた受信点データの平均値を用いて伝搬時間を求めその値を流量演算手段40に渡す。 The time measuring means obtains the propagation time using the average value of the received reception point data and passes the value to the flow rate calculating means 40.
流量演算手段40は伝播時間の差、すなわち上流側からの伝搬時間と下流側からの伝搬時間の差を本に流速を求め、流路の断面積との積より流量を求める。 The flow rate calculation means 40 obtains the flow rate based on the difference in propagation time, that is, the difference between the propagation time from the upstream side and the propagation time from the downstream side, and obtains the flow rate from the product of the cross-sectional area of the flow path.
通常の流速または流量計測の動作を説明する。 A normal flow rate or flow rate measurement operation will be described.
制御手段42からスタート信号を受けた送信手段34が第1の振動子32を一定時間パルス駆動行うと同時に計時手段39は時間計測始める。パルス駆動された第1の振動子32からは超音波が送信される。
Upon receipt of the start signal from the control means 42, the transmission means 34 pulse-drives the
第1の振動子32から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し、第2の振動子33で受信される。
The ultrasonic wave transmitted from the
第2の振動子33の受信出力は、受信手段35で信号を増幅された後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで超音波の受信を決定する。
The reception output of the
この超音波の受信を決定した時点で計時手段39の動作を停止し、その時間情報tから(式1)によって流速を求める。
When the reception of the ultrasonic wave is determined, the operation of the time measuring
なお、計時手段39から得た測定時間をt、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をL、角度をφ、音速をc、被測定流体の流速をvとする。 The measurement time obtained from the time measuring means 39 is t, the effective distance in the flow direction between the ultrasonic transducers is L, the angle is φ, the sound velocity is c, and the flow velocity of the fluid to be measured is v.
v=(1/cosφ)*(L/t)−c ・・・(1)
受信手段35は通常コンパレータによって基準電圧と受信信号を比較するようになって
いることが多い。
v = (1 / cosφ) * (L / t) −c (1)
The receiving means 35 is usually configured to compare the reference voltage and the received signal by a comparator.
また、第1の超音波振動子32と第2の超音波振動子33との送信、受信方向を切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、(式2)、(式3)、(式4)より速度vを求めることができる。
Further, the transmission and reception directions of the first
なお、上流から下流への測定時間時間をt1、下流から上流への測定時間時間をt2とする。 Note that the measurement time from upstream to downstream is t1, and the measurement time from downstream to upstream is t2.
t1=L/(c+v*cosφ)・・・・・・・・(2)
t2=L/(c−v*cosφ)・・・・・・・・(3)
v=(L/2*cosφ)*[(1/t1)−(1/t2)]・・・(4)
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。
t1 = L / (c + v * cosφ) (2)
t2 = L / (c−v * cos φ) (3)
v = (L / 2 * cos φ) * [(1 / t1) − (1 / t2)] (4)
According to this method, the flow rate can be measured without being affected by the change in the sound speed, and thus it is widely used for measuring the flow velocity, the flow rate, the distance, and the like.
流速vが求まると、それに流路31の断面積を乗ずることにより流量を導くことができる。
When the flow velocity v is obtained, the flow rate can be derived by multiplying it by the cross-sectional area of the
従来の動作を図2,3で説明する。 The conventional operation will be described with reference to FIGS.
制御手段42による時刻t0における開始信号から計測を開始するとともに、送信手段34を介して第1の超音波振動子32を駆動する。
Measurement is started from the start signal at time t0 by the control means 42, and the first
そこで発生した超音波信号は流路内を伝搬し時刻t1で第1の超音波振動子32から出た超音波は第2の超音波振動子33に到達する。
The ultrasonic signal generated there propagates through the flow path, and the ultrasonic wave emitted from the first
その受信信号は受信手段35で増幅されその信号レベルが予め定めた値(Vref)になると受信波判定手段36が受信波が到達したことを判定して信号を出す。この信号を基に受信点検知手段37が動作を開始し、Vref後の最初の零クロス点を受信点として信号を出し、この点までの時間を計時手段39で求める。
The received signal is amplified by the receiving means 35, and when the signal level reaches a predetermined value (Vref), the received
切換手段41で送受信を切換えて同様の動作を行い計時手段39で求めた時間と先ほど求めた時間の差に基づいて流量演算手段40が流量を算出する。 The switching means 41 switches between transmission and reception to perform the same operation, and the flow rate calculation means 40 calculates the flow rate based on the difference between the time obtained by the time measuring means 39 and the time previously obtained.
ここで図3(a)のta点はVrefより後になっている。これは受信波判定としてVrefの値を用い、その後の零クロス点taを受信点としているためである。例えば信号波を100kHz、伝搬時間を100μs前後とすると、taのような零クロス点は5μs毎に発生する。 Here, the point ta in FIG. 3A is after Vref. This is because the value of Vref is used for reception wave determination, and the subsequent zero cross point ta is used as the reception point. For example, if the signal wave is 100 kHz and the propagation time is around 100 μs, a zero cross point such as ta occurs every 5 μs.
受信波は図3でもわかるようにVrefより前にも到達している。これがVrefより前の信号を利用できればできるほど超音波の到達時間に不確かな時間が含まれにくくなる。さらに5μs前の信号を利用できれば100μsの伝搬時間を計測している場合は5%も計測時間を短縮することが可能になり、消費電流の削減を実現できる。 As can be seen from FIG. 3, the received wave reaches before Vref. As the signal before Vref can be used, the arrival time of the ultrasonic wave is less likely to include an uncertain time. Further, if a signal before 5 μs can be used, the measurement time can be shortened by 5% when the propagation time of 100 μs is measured, and the current consumption can be reduced.
零クロス点の基準となる零基準をpとする。もし、オフセットがプラス側に発生すると零基準はqのようになり零クロス点は本来より早く到達してしまう。 Let p be the zero reference that is the reference for the zero crossing point. If the offset occurs on the plus side, the zero reference becomes q and the zero crossing point arrives earlier than originally intended.
反対にオフセットがマイナス側に発生すると零基準はrのようになり零クロス点は本来より遅く発生してしまう。 On the contrary, when the offset occurs on the minus side, the zero reference becomes r and the zero cross point occurs later than originally intended.
同様にノイズが発生して受信波形がプラス側にずれると零クロス点は本来のta点より遅く到達し、反対にノイズ等により受信波形がマイナス側にずれると零クロス点は本来のta点より早く到達してしまう。 Similarly, when noise occurs and the received waveform shifts to the plus side, the zero cross point arrives later than the original ta point, and conversely, if the received waveform shifts to the minus side due to noise or the like, the zero cross point becomes less than the original ta point. It will arrive early.
このように1点だけの受信点判定ではオフセットやノイズ等の外乱で受信時間の精度が悪くなることが考えられる。 In this way, it is conceivable that the reception time accuracy deteriorates due to disturbances such as offset and noise in the reception point determination of only one point.
そこで、Vrefより前の零クロス点を検出し、オフセットなどの外乱が発生しても制度よく受信点を求める方法を説明する。 Therefore, a method will be described in which a zero cross point before Vref is detected, and a reception point is obtained systematically even when a disturbance such as an offset occurs.
単純に零クロス点を受信波の到達した点、例えば図3のa点を求めることが出来ればよいが、その場合はVrefを設定できない。それに近い次のb点を受信波到達点とするとVrefは破線のVref−subとしなければならない。この場合は零信号に近いため流量が流れた場合の波形の変化や少しのノイズ等で反応して誤検知する可能性がある。 It suffices to simply obtain the point where the received wave arrives at the zero cross point, for example, the point a in FIG. 3, but in that case, Vref cannot be set. If the next b point close to it is a reception wave arrival point, Vref must be a broken line Vref-sub. In this case, since it is close to a zero signal, there is a possibility of erroneous detection by reacting with a change in waveform or a little noise when a flow rate flows.
このような現象を回避して通常のtaより精度良く受信波の到達点を判定するには零クロス点を連続して2つ以上個求め、その平均値を用いればオフセットのズレを相殺することができる。 In order to avoid such a phenomenon and determine the arrival point of the received wave with higher accuracy than normal ta, two or more zero cross points are obtained continuously, and the average value is used to cancel the offset deviation. Can do.
例えば、図3(b)に示すようにオフセットが発生することにより従来の零クロス点はta点からtb、tc点にずれることがある。その場合受信波到達点としてTa時間は非常に不安定となる。 For example, as shown in FIG. 3B, the occurrence of an offset may cause the conventional zero cross point to shift from the ta point to the tb and tc points. In that case, the Ta time as a reception wave arrival point becomes very unstable.
零クロス点を2つ用いて平均をとるとtaに対してtx、tbに対してty、tcに対してtzとなりその平均Ta’は一定値となり安定する。ここではVrefより後のtbを用いているが、この操作はVrefより前の受信波を用いて零クロス点を2つ用いても同様の効果はある。 When the average is obtained using two zero cross points, tx is obtained with respect to ta, ty with respect to tb, and tz with respect to tc, and the average Ta 'becomes a constant value and is stabilized. Here, tb after Vref is used, but this operation has the same effect even if two zero cross points are used using a received wave before Vref.
零クロス点を偶数個用いると零基準のズレによる受信点の変動を2個用いた場合よりより平均操作により絞り込むことが可能になる。 When an even number of zero cross points are used, it is possible to narrow down by averaging operation more than when two reception point fluctuations due to zero reference deviation are used.
そこで、Vrefより前の零クロス点を検出し始める方法を説明する。 Therefore, a method of starting to detect the zero cross point before Vref will be described.
単純に零クロス点を受信波の到達した点、例えば図3のa点から求めることが出来ればよいが、その場合はVrefを設定できない。 It suffices to simply obtain the zero cross point from the point where the received wave arrives, for example, point a in FIG. 3, but in that case, Vref cannot be set.
それに近い次のb点を受信波到達点とするとVrefは破線のVref−subとしなければならない。 If the next b point close to it is a reception wave arrival point, Vref must be a broken line Vref-sub.
この場合は零信号に近いため流量が流れた場合の波形の変化や少しのノイズ等で反応して誤検知する可能性がある。 In this case, since it is close to a zero signal, there is a possibility of erroneous detection by reacting with a change in waveform or a little noise when a flow rate flows.
このような現象を回避して通常のtaより短時間で受信波の到達点を判定するにはVrefより前の零クロス点を少なくとも2つ以上検知し、その平均値をとればよい。 In order to avoid such a phenomenon and determine the arrival point of the received wave in a shorter time than the normal ta, it is only necessary to detect at least two zero cross points before Vref and take the average value.
この動作を実現するには制御手段42による時刻t0における開始信号から計測を開始するとともに送信手段34を介して第1の超音波振動子32を駆動する。
In order to realize this operation, measurement is started from the start signal at time t0 by the control means 42 and the first
そこで発生した超音波信号は流路内を伝搬し時刻t1で第1の超音波振動子32から出た超音波は第2の超音波振動子33に到達する。
The ultrasonic signal generated there propagates through the flow path, and the ultrasonic wave emitted from the first
その受信信号は受信手段35で増幅されその信号レベルが予め定めた値(Vref)になると受信波判定手段36が受信波が到達したことを判定して信号を出す。
The received signal is amplified by the receiving means 35, and when the signal level reaches a predetermined value (Vref), the received
そのために、零クロス点として予め定めた範囲、例えばプラス1mV、マイナス1mV以内に入ると信号を出す受信点検知手段37が動作を開始している。 For this reason, the reception point detecting means 37 that outputs a signal when it falls within a predetermined range as a zero cross point, for example, within plus 1 mV or minus 1 mV, starts operation.
そうすると図4の点aになると受信点検知手段37が信号を出力し、その出力を受信点記憶手段38−1が記憶する。記憶する値は送信時点からの経過時間、もしくは経過時間を計測できる特定一定時間幅を有するパルス数等とすると後の演算が容易になる。
Then, when the point a in FIG. 4 is reached, the reception
次に点bになると同様に受信点記憶手段37が信号を出力し、受信点記憶手段38−2に記憶する。同様に順次その次の点cにおける受信点データは受信点記憶手段38−3に記憶する。 Next, at the point b, the reception point storage means 37 outputs a signal and stores it in the reception point storage means 38-2. Similarly, the reception point data at the next point c is sequentially stored in the reception point storage means 38-3.
この場合、受信点データが受信点記憶手段38の個数より多い場合は最も古い受信点から順次上書きするように制御手段46が書き込む順番を制御するようにしてもよい。 In this case, when the reception point data is larger than the number of reception point storage means 38, the control unit 46 may control the order of writing so that the oldest reception points are overwritten sequentially.
例えば、図4(b)のように受信点記憶手段38−4まで記憶すると次は受信点記憶手段38−1に戻って上書きしていくような構成である。 For example, as shown in FIG. 4B, after storing up to the reception point storage unit 38-4, the next is to return to the reception point storage unit 38-1 and overwrite.
そして受信信号がVrefを越えると初めて受信波判定手段36が信号を出力する。 The received wave determination means 36 outputs a signal for the first time when the received signal exceeds Vref.
制御手段46はこの受信波判定手段36から信号が出力されると、これ以降の零クロス点で受信点検知手段37が信号を出さないようにするか、もしくは受信点記憶手段38への書き込みを禁止する。
When the signal is output from the reception
この動作を行うことによりtxまでの零クロス点を少なくとも1つ以上記憶しているため、その中から2つ以上のを利用し、その平均値を用いて計時手段39で伝搬時間を求める。 Since at least one zero cross point up to tx is stored by performing this operation, two or more of the zero cross points up to tx are used, and the time measuring means 39 obtains the propagation time using the average value.
その際、制御手段42は受信点選択手段43を用い、受信波判定手段36により超音波が受信側振動子に到達したことを検知すると本来の受信波到達点に近い時間、例えば図4(a)のa点までさかのぼるため受信点記憶手段38に記憶されている受信点データから伝搬時間演算用として最後に記憶した受信点データからできるだけ可能な限りさかのぼり少なくとも2つ以上の値を選択して伝搬時間を計時する前記計時手段39に送る。
At that time, the control means 42 uses the reception point selection means 43, and when the reception wave determination means 36 detects that the ultrasonic wave has reached the receiving-side transducer, the time close to the original reception wave arrival point, for example, FIG. ) From the received point data stored in the received point storage means 38 to the last stored point data for propagation time calculation, and at least two values as far as possible are selected and propagated. The time is sent to the
図4(a)のa点に近いほど受信波形の歪みも無く正しい受信点を検出できるが、振幅が小さいためノイズの影響を受けやすい。 The closer to point a in FIG. 4 (a), the more correctly received point can be detected without distortion of the received waveform. However, since the amplitude is small, it is easily affected by noise.
したがって、Vrefから数点前のたとえばb点やc点を用いその平均値を伝搬時間として、そこから予め定めた一定値を補正量として減算することでa点を推定することも可能である。 Therefore, it is also possible to estimate the point a by subtracting a predetermined constant value from the average value as the propagation time using, for example, the points b and c several points before Vref.
受信点記憶手段38には古いものから順次上書きされているため上書きされている値の次のデータが最も古いものとなっている。 Since the receiving point storage means 38 is overwritten sequentially from the oldest one, the data next to the overwritten value is the oldest.
さかのぼる個数については予め実験などによりその数を決めておいたり、あまり図4(a)のa点近くのデータを用いるとノイズにより大きくきく誤差が出そうな場合はVrefより数点前と予め決めた値にしておく事でも良い。 The number going back is determined in advance by experiments, etc., or if data near the point a in FIG. 4 (a) is likely to cause a large error due to noise, it is determined several points before Vref. It may be set to a different value.
また、計時手段39で使用する受信点データ(伝搬時間)は連続した2点もしくは偶数にするとオフセットを相殺することが可能なため有用である。 Further, the reception point data (propagation time) used by the time measuring means 39 is useful because it is possible to cancel the offset when two continuous points or even numbers are used.
ただし、流路の特性や振動子の特性などにより立ち上がりからの奇数個数や立下りからの奇数個を用いることも設定としては可能である。 However, it is also possible to use an odd number from the rising edge or an odd number from the falling edge depending on the characteristics of the flow path and the characteristics of the vibrator.
この構成により、上流側の超音波振動子と下流側の超音波振動子間を伝播する超音波の伝播時間、即ち、超音波の到達時間をトリガ−レベルよりも前の受信した超音波の零クロス点の到達時間を少なくとも連続して2つ以上使い、その平均値を求めて計測することができる。 With this configuration, the propagation time of the ultrasonic wave propagating between the ultrasonic transducer on the upstream side and the ultrasonic transducer on the downstream side, that is, the arrival time of the ultrasonic wave is set to zero of the received ultrasonic wave before the trigger level. By using at least two cross point arrival times in succession, the average value can be obtained and measured.
このため、オフセットなどが重畳していても立ち上がりのゼロ点と立下りのゼロ点で相殺することができる。 For this reason, even if an offset or the like is superimposed, it is possible to cancel the rising zero point and the falling zero point.
切換手段41で送受信を切換えて同様の動作を行い計時手段39で求めた時間と先ほど求めた時間の差に基づいて流量演算手段40が流量を算出する。 The switching means 41 switches between transmission and reception to perform the same operation, and the flow rate calculation means 40 calculates the flow rate based on the difference between the time obtained by the time measuring means 39 and the time previously obtained.
その結果、今までは図4のtaまでかかっていた伝搬時間をtxもしくはそれ以前の零クロス点までで確定することができる。 As a result, the propagation time that has been required up to ta in FIG. 4 can be determined up to tx or the zero cross point before that.
具体的にはTa−Tfの時間は送信周波数の半周期Tfの整数分だけ伝搬時間の計測動作時間を短くすることができることになる。 Specifically, the Ta-Tf time can shorten the measurement operation time of the propagation time by an integral number of the half cycle Tf of the transmission frequency.
今ままでは、図4(a)のtaで伝搬時間を確定していたが、オフセットなどの影響が避けられなかった。 As it is, the propagation time is fixed at ta in FIG. 4A, but the influence of offset and the like cannot be avoided.
この方法では複数の零クロス点の平均値を用いることにより計測した超音波の伝搬時間あるいは到達時間に含まれる誤差を小さくすることができ、高精度な流れ計測を実現できる。また、零クロス点が多くなるような状態でも受信波判定手段の近傍における複数の零クロス点を確実にとらえることができるとともに、受信点記憶手段の数を適度に少なくして順次上書きすることで省電力動作が可能になる。 In this method, by using the average value of a plurality of zero cross points, an error included in the propagation time or arrival time of the measured ultrasonic wave can be reduced, and highly accurate flow measurement can be realized. In addition, even in a state where the number of zero cross points increases, a plurality of zero cross points in the vicinity of the reception wave determination means can be reliably captured, and the number of reception point storage means can be appropriately reduced and overwritten sequentially. Power saving operation becomes possible.
また受信点記憶手段37の出力を記憶する受信点記憶手段38は記憶動作を行うのに電力を消費するがどの時点から通電して良いかは前もってわかっていない場合が多い。 The reception point storage means 38 for storing the output of the reception point storage means 37 consumes power to perform the storage operation, but it is often unknown in advance from which time point the power supply can be energized.
あまり早く投入すると電力が無駄になるし、受信点を通過してから通電しても意味は無い。 If it is turned on too early, power is wasted, and there is no point in energizing after passing the reception point.
そこで図5に示すように、制御手段42内に電源供給手段44を設けて電力制御を行う。タイミングは図6で説明する。 Therefore, as shown in FIG. 5, a power supply unit 44 is provided in the control unit 42 to perform power control. The timing will be described with reference to FIG.
一番初めに計測を開始する場合はTaが不明である。超音波振動子32,33の物理的距離からおおよその時間は推定できるが確かでは無い。
When measurement is started first, Ta is unknown. Although the approximate time can be estimated from the physical distance between the
そこで制御手段42は電源供給手段44を用いて受信点記憶手段38への通電タイミングを調節する。
Therefore, the control unit 42 uses the power supply unit 44 to adjust the energization timing to the reception
まず、時刻t0における開始信号から計測を開始するとともに送信手段34を介して第1の超音波振動子32を駆動する。
First, measurement is started from a start signal at time t 0 and the first
そこで発生した超音波信号は流路内を伝搬し時刻t1で第1の超音波振動子32から出た超音波は第2の超音波振動子33に到達する。
The ultrasonic signal generated there propagates through the flow path, and the ultrasonic wave emitted from the first
その前時刻t2に電源供給手段43を用いて受信点記憶手段38への通電を開始する。t2はt1より十分短い時間とする。 At the previous time t2, energization to the reception point storage means 38 is started using the power supply means 43. t2 is a time sufficiently shorter than t1.
このように、制御手段42は受信点検知手段37の出力を記憶する受信点記憶手段38への通電を初回のみ長時間とする電源供給手段44を有することにより、最初の計測時は本来受信波が到達するよりも前に受信波検知手段の出力を記憶する準備をすることで確実に受信波をとらえることが可能になる。 In this way, the control means 42 has the power supply means 44 for energizing the reception point storage means 38 for storing the output of the reception point detection means 37 for a long time only for the first time. By preparing to store the output of the received wave detection means before the wave arrives, it is possible to reliably receive the received wave.
また初回により受信点が確定し伝搬時間が求まる。その場合は2回目以降の通電時間を調整することが容易になる。 In addition, the reception point is determined by the first time and the propagation time is obtained. In that case, it becomes easy to adjust the energization time after the second time.
例えば、図6で最初はt2において、受信点記憶手段38への通電を開始したが、実際に超音波が伝搬して受信したのはt1である。
For example, the energization of the reception
次の計測においては伝搬時間が大幅に変化することが無いため制御手段42にある電源供給手段44はt1に近くてまだ受信信号が到達していないt2まで通電するのを待つことが可能になる。 In the next measurement, since the propagation time does not change significantly, the power supply means 44 in the control means 42 can wait for energization until t2 where the reception signal is not reached yet near t1. .
3回目は2回目の伝搬時間を用いたり、または1回目と2回目の移動平均を用いたりして伝播時間を予想し、通電時間を極力短くすることが可能になる。 The third time uses the second propagation time, or uses the first and second moving averages to predict the propagation time, thereby making it possible to shorten the energization time as much as possible.
このように制御手段42で受信点検知手段37の出力を記憶する受信点記憶手段38への通電を2回目以降、前回の値を基に短く通電するよう電源供給手段43のタイミングを調節することにより、受信波が到達する直前から受信波検知手段の出力を記憶する準備をすることで確実に受信波をとらえるとともに省電力動作が可能になる。 In this way, the control means 42 adjusts the timing of the power supply means 43 so that the reception point storage means 38 for storing the output of the reception point detection means 37 is energized for the second time and thereafter, based on the previous value. Thus, by preparing for storing the output of the reception wave detection means immediately before the reception wave arrives, the reception wave can be reliably captured and a power saving operation can be performed.
この説明では受信点記憶手段38の通電時間のみ調節するようになっているが、受信信号を増幅する受信手段35から下流の動作が電源投入時に不安定な状態が長く続かなければそれら一式もしくは特に電力を必要とする部位の通電を電源供給手段44で調整すればさらに省電力が可能になる。 In this description, only the energization time of the reception point storage means 38 is adjusted. However, if the operation downstream from the reception means 35 for amplifying the reception signal does not continue to be unstable for a long time when the power is turned on, a set of them or particularly If the power supply means 44 adjusts the energization of the part that requires power, further power saving can be achieved.
また図4(a)の零クロス点aからdの状態が図6のt3からt1の付近を拡大したものと同等とする。 Further, the state from the zero cross point a to d in FIG. 4A is equivalent to the enlarged state in the vicinity of t3 to t1 in FIG.
この場合、受信手段35は受信信号が到達する前から動作し、受信点検出手段37も動作しa,b,c,d毎に信号を送出している。
In this case, the
図7において、制御手段42はこの受信点検出手段37の出力信号をカウントし予め予め定めた回数例えば2回とするとb点まで受信点が到達するとトリガ手段45が電源供給手段44を介して受信点記憶手段38への通電を開始する。
In FIG. 7, the control means 42 counts the output signal of the reception point detection means 37, and if the number of times reaches a predetermined number of times, for example, twice, the trigger means 45 receives the signal via the power supply means 44 when the reception point reaches the point b. Energization of the point storage means 38 is started.
受信確定するtxまでの通電時間をより短くすることができる。 The energization time until tx when reception is confirmed can be further shortened.
このように制御手段42は受信点検知手段37の出力が予め定めた回数より多くなると信号を出すトリガ手段45を有し電源供給手段44は前記トリガ手段の出力により受信点検知手段37の出力を記憶する受信点記憶手段38への通電を開始することにより、そこ
からの零クロス点を複数個Vrefまでの数もしくは予め準備している複数の受信点記憶手段38の個数だけ記憶する。
In this way, the control means 42 has the trigger means 45 that outputs a signal when the output of the reception point detection means 37 exceeds a predetermined number of times, and the power supply means 44 outputs the output of the reception point detection means 37 by the output of the trigger means. By starting energization to the reception point storage means 38 to be stored, the zero cross points from the reception point storage means 38 are stored up to the number of Vrefs or the number of reception point storage means 38 prepared in advance.
そしてその中から連続した2つの零クロス点データを用いて伝搬時間を求める。このように確実に受信波が到達したことを確認してから受信波検知手段37の出力を記憶する準備をすることで信頼性が向上するとともにさらに短時間動作による省電力動作が可能になる。
And the propagation time is calculated | required using two continuous zero crossing point data from them. Thus, by confirming that the received wave has arrived reliably, and preparing to store the output of the received
また、図4における零クロス点は受信波にノイズが重畳されていなければほぼ送信周波数の半分の周期で発生してきている。 In addition, the zero cross point in FIG. 4 is generated at a period substantially half the transmission frequency if noise is not superimposed on the received wave.
しかし実際に流路に流体が流れている場合はその流体により下流側で何かが動作している。 However, when a fluid actually flows in the flow path, something is operating downstream by the fluid.
この動作や他の外来ノイズ等により受信波にスパイク状の信号が重畳されることもある。この場合ノイズが零クロスした点を受信点とすると伝搬時間の計算が大きくずれてしまう。これを防止するため図8に示すように制御手段42に時間検定手段46を設ける。 A spike-like signal may be superimposed on the received wave due to this operation or other external noise. In this case, if the point where the noise crosses zero is taken as the reception point, the calculation of the propagation time will be greatly shifted. In order to prevent this, the time verification means 46 is provided in the control means 42 as shown in FIG.
動作を説明する。まず図4と同様に零クロス点を受信し始めると受信点検知手段37が信号を出力し、その出力を受信点記憶手段38−1が記憶する。 The operation will be described. First, similarly to FIG. 4, when the reception of the zero cross point starts, the reception point detection means 37 outputs a signal, and the output is stored in the reception point storage means 38-1.
記憶する値は送信時点からの経過時間、もしくは経過時間を計測できる特定一定時間幅を有するパルス数等とすると後の演算が容易になる。 If the value to be stored is the elapsed time from the time of transmission or the number of pulses having a specific fixed time width in which the elapsed time can be measured, the subsequent calculation is facilitated.
次に、点bになると同様に受信点記憶手段37が信号を出力し、受信点記憶手段38−2が受信点データを記憶する。これを点c、dと繰返しtxの点を記憶した後、受信信号がVrefを越える。
Next, when the point b is reached, the reception
この時初めて受信波判定手段36が信号を出力する。制御手段はこの受信波判定手段36から信号が出力されると、これ以降の零クロス点で受信点検知手段37が信号を出さないようにするか、もしくは受信点記憶手段38への書き込みを禁止する。 At this time, the reception wave determination means 36 outputs a signal for the first time. When a signal is output from the reception wave determination means 36, the control means prevents the reception point detection means 37 from outputting a signal at the subsequent zero cross point, or prohibits writing to the reception point storage means 38. To do.
そして次の零クロス点taの時間を受信点記憶手段38を介さずに直接制御手段の時間検定手段46に送る。時間検定手段46は受信点記憶手段38にある受信点データの値とtaの値との差を順次求める。 Then, the time of the next zero cross point ta is sent directly to the time verification means 46 of the control means without going through the reception point storage means 38. The time verification means 46 sequentially obtains the difference between the value of the reception point data in the reception point storage means 38 and the value of ta.
この差が予め定めた範囲内であればa、b、c、tx点のデータはノイズによるものではないと判断し、流量演算として採用できると判定する。そしてその中の2つ以上の零クロス点を用いて流量を演算する。 If this difference is within a predetermined range, it is determined that the data at points a, b, c, and tx are not due to noise, and it is determined that the data can be adopted as a flow rate calculation. Then, the flow rate is calculated using two or more zero cross points among them.
例えば、送信周波数が100kHzとすると周期の1/2の周期は5μsとなるそこでtx−taが予め定めた5μs近傍以内であればtxは有効な受信点であると判断する。 For example, if the transmission frequency is 100 kHz, the half of the cycle is 5 μs. Therefore, if tx-ta is within a predetermined vicinity of 5 μs, it is determined that tx is an effective reception point.
同様に、a−taが5μsの整数倍の近傍以内であれば有効な受信点と判断する。以下b、c、d点についても同様に判断していく。 Similarly, if a-ta is within the vicinity of an integer multiple of 5 μs, it is determined as an effective reception point. The same determination is made for points b, c, and d.
このように制御手段42は受信波判定手段36の出力後の受信点検知手段37の出力と、受信点記憶手段38の値の差を演算する時間検定手段46を有し、前記時間検定手段46の値が予め定めた値以内であれば計測を有効とすることで、ノイズなどによる零クロス点の誤検知を防止することができ正確な零クロス点を選定することで信頼性の向上が可能
になる。
As described above, the control unit 42 includes the time verification unit 46 that calculates the difference between the output of the reception
また受信信号が図4の零クロス点txより先Vrefを越えた後は受信手段35より後段の回路は計時手段39、流量演算手段40以外を動作する必要が無い。 Further, after the received signal exceeds Vref before the zero cross point tx in FIG. 4, the circuit subsequent to the receiving means 35 does not need to operate other than the time measuring means 39 and the flow rate calculating means 40.
したがって、受信波判定手段36により受信波がVrefを越えたことを検知すると制御手段42は受信点記憶手段38への通電を停止して省電力動作を行うとともに必要のない受信回路の通電動作を停止することが可能である。 Therefore, when the received wave determination means 36 detects that the received wave exceeds Vref, the control means 42 stops the energization to the reception point storage means 38 to perform the power saving operation and perform the unnecessary energization operation of the receiving circuit. It is possible to stop.
停止を行う時点はVrefを越えた直後でも良いし、また通電停止時の信号によりノイズが発生して計時手段39などの動作に悪影響を与えてもよくないため次の零クロス点taを検知してから通電停止してもよい。 The time of stopping may be immediately after exceeding Vref, or noise may be generated by a signal at the time of stopping energization and the operation of the timing means 39 etc. may not be adversely affected, so that the next zero cross point ta is detected. The power supply may be stopped after that.
このように制御手段42は受信波判定手段36の出力後の受信点検知手段37の出力後予め定めた時間経過後に電源供給手段43を介して受信点記憶手段38への電源供給を停止することにより、余分な零クロス点を計測して記憶する動作を停止することができ省電力動作を実現することが可能になる。 In this way, the control means 42 stops the power supply to the reception point storage means 38 via the power supply means 43 after the elapse of a predetermined time after the output of the reception point detection means 37 after the output of the reception wave determination means 36. As a result, the operation of measuring and storing the extra zero cross point can be stopped, and the power saving operation can be realized.
なお、図3(b)で受信到達点をtx,ta2点の平均値Ta’を確定できると説明したが、従来の到達点Taと異なるように見えるかもしれないので説明する。本来の受信到達点は図3のa点となる。 Although it has been described in FIG. 3B that the average value Ta ′ of the tx and ta2 points can be determined as the reception arrival point, it will be described because it may seem different from the conventional arrival point Ta. The original reception arrival point is point a in FIG.
この点だけを検出することは前述したように非常に困難である。そこでtaまでの時間Taを求め、予め決まった定数を差し引くことでa点までの時間を求めている。 As described above, it is very difficult to detect only this point. Therefore, a time Ta to ta is obtained, and a time to point a is obtained by subtracting a predetermined constant.
したがって、txとtaを用いた場合は受信波の4分の1周期(ta−tx)/2の値だけ予め決まった定数を調整すれば受信到達点aまでの時間を演算することが可能である。TaよりTa’の方が誤差が少ないためaまでの時間が安定して求まるわけである。 Therefore, when tx and ta are used, the time to the reception arrival point a can be calculated by adjusting a predetermined constant by a value of a quarter period (ta-tx) / 2 of the received wave. is there. Since Ta 'has less error than Ta, the time to a can be obtained stably.
この説明は2点の零クロス点を用いているが偶数個の零クロス点の場合も同様に安定する。 This explanation uses two zero cross points, but the case of an even number of zero cross points is similarly stable.
(実施の形態2)
実施の形態2の流体の流れ計測装置について図8を兼用して説明する。
(Embodiment 2)
A fluid flow measuring apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
実施の形態1と異なるところは、振動子32,33や送信手段34、受信手段35、受信手段35の信号が予め定めた値になると信号を出す受信波判定手段36、受信手段35の信号が予め定めた範囲になると信号を出す受信点検知手段37、前記受信点検知手段37の出力を記憶する受信点記憶手段38、前記受信点記憶手段38の信号を用いて振動子間を伝搬した超音波信号の伝搬時間を計時する計時手段39、前記計時手段39の計時差に基づいて流量を算出する流量演算手段40、送受信を切換える切換手段41、さらに受信点選択手段43との少なくとも1つを制御する制御手段42の動作を確実にするためのコンピュータを機能させるためのプログラムを有する記憶媒体47を用いていることである。
The difference from the first embodiment is that the signals of the reception wave determination means 36 and the reception means 35 that output signals when the signals of the
実施の形態1で示した制御手段42の動作を行うには、予め実験等によりtxを求めるための受信点記憶手段の動作、通電方法を求めておいたり、経年変化、温度変化、システムの安定度に関して動作タイミングなどの相関を求め、ソフトをプログラムとして記憶媒体47に格納しておく。
In order to perform the operation of the control means 42 shown in the first embodiment, the operation of the reception point storage means for obtaining tx and the energization method are obtained in advance by experiments or the like, the secular change, the temperature change, the stability of the system Correlation such as operation timing with respect to the degree is obtained, and software is stored in the
通常マイクロコンピュータのメモリやフラッシュメモリ等電気的に書き込み可能なものにしておくと利用が便利である。 Usually, it is convenient to use an electrically writable memory such as a microcomputer memory or a flash memory.
切換手段41の動作により送受信の方向が変化するため条件設定などの個数が増加してくるがこれをコンピュータによる動作で調整すると容易に実現可能である。 Since the direction of transmission / reception changes due to the operation of the switching means 41, the number of condition settings and the like increases, but this can be easily realized by adjusting this by operation by a computer.
このように、制御手段42の動作をプログラムで行うことができるようになると流量演算の補正係数の条件設定、変更や計測間隔の調整などが容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに流速または流量計測の精度向上を行うことができる。 As described above, when the operation of the control means 42 can be performed by a program, it is possible to easily set, change and adjust the measurement interval of the correction coefficient for the flow rate calculation, and to flexibly cope with aging. Therefore, the accuracy of flow velocity or flow rate measurement can be improved more flexibly.
なお、本実施の形態において、制御手段42以外の動作もマイコン等によりプログラムで行ってもよい。 In the present embodiment, operations other than the control means 42 may be performed by a program using a microcomputer or the like.
これにより制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを有する構成としたもので、測定方法の動作設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに計測の精度向上を行うことができる。 As a result, it has a configuration that has a program for causing the computer to function as a control means, making it easy to set and change the operation of the measurement method and flexibly respond to secular changes, etc. It can be performed.
本発明の流速または流量計測装置は零クロス点を2つ以上、上書きして記憶し続け、受信波が確実に届いたことを示す受信波判定手段に出力信号があるとその動作を停止する。 The flow velocity or flow rate measuring apparatus of the present invention continues to store two or more zero cross points by overwriting, and stops the operation when there is an output signal in the received wave determining means indicating that the received wave has arrived reliably.
これにより、比較的受信波形の振幅の大きい部分に受信波判定手段によるトリガ−点を設定し、安定してトリガ−を動作させるとともに、その前の零クロス点のうち最適な2点以上の平均値を伝播時間計測に用いることができるので、誤差の少ない伝播時間を計測することができるとともに、計測時間を短縮化できることで省電力動作を実現することが可能になる。 As a result, the trigger point by the received wave determining means is set at a portion where the amplitude of the received waveform is relatively large, and the trigger is stably operated, and the average of two or more optimum zero cross points before that is averaged. Since the value can be used for the propagation time measurement, it is possible to measure the propagation time with few errors and to realize the power saving operation by shortening the measurement time.
31 流路
32 第1の振動子
33 第2の振動子
34 送信手段
35 受信手段
36 受信波判定手段
37 受信点検知手段
38 受信点記憶手段
39 計時手段
40 流量演算手段
41 切換手段
42 制御手段
43 受信点選択手段
44 電源供給手段
45 トリガ手段
46 時間検定手段
47 記憶媒体
Claims (5)
一方の振動子を駆動する送信手段と、
他方の受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、
受信手段の信号が予め定めた値になると信号を出す受信波判定手段と、
受信手段の信号が零クロス点として予め定めた範囲になる度に信号を出す受信点検知手段と、
前記受信点検知手段の出力を送信開始からの経過時間として記憶する少なくとも2つ以上の受信点記憶手段と、
前記受信点記憶手段に記憶した経過時間を用いて振動子間を伝搬した超音波信号の伝搬時間を計時する計時手段と、
前記計時手段で求めた上流から下流への伝搬時間と下流から上流への伝搬時間の計時差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、
前記送信手段と前記受信手段と前記受信波判定手段と受信点検知手段と前記受信点記憶手段と前記計時手段と前記流量演算手段との少なくとも1つを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記受信波判定手段の出力により、予め定めた数だけ逆のぼった受信点記憶手段に記憶された複数の経過時間を伝搬時間演算用として選択する受信点選択手段を有し、前記受信点記憶手段は前記受信波判定手段の出力信号があるまで上書き更新する流体の流れ計測装置。 A pair of transducers arranged in a flow path through which the fluid to be measured flows, for transmitting and receiving ultrasonic waves;
Transmission means for driving one vibrator;
Receiving means for converting the output signal of the other receiving-side vibrator into an electrical signal;
A received wave determining means for outputting a signal when the signal of the receiving means reaches a predetermined value;
A reception point detection means for outputting a signal each time the signal of the reception means falls within a predetermined range as a zero cross point ;
At least two or more reception point storage means for storing the output of the reception point detection means as an elapsed time from the start of transmission ;
Timing means for timing the propagation time of the ultrasonic signal propagated between the transducers using the elapsed time stored in the reception point storage means;
And flow rate calculation means to calculate the flow rate based on the time count difference of the propagation time from the propagation time and the downstream to the downstream to upstream from the upstream which has been determined by the clock means,
And control means for controlling at least one of the previous SL transmitting means and the receiving means and the reception wave determination unit and the reception point detection unit and the reception point storage means said clock means and said flow rate calculation means, said control means, the by the output of the reception wave determination unit has a reception point selection unit for selecting a plurality of elapsed time stored in the reception point storage unit climbed reverse as many predetermined for the operational propagation time, the reception The point storage means is a fluid flow measuring device that overwrites and updates until there is an output signal of the received wave determination means.
への通電を開始する請求項3記載の流体の流れ計測装置。 Wherein said control means includes a number becomes a trigger means for outputting a signal from the number of times the output is determined in advance the reception point detection unit, starting the energization of the reception point storage unit said power supply means by the output of said trigger means The fluid flow measuring device according to claim 3 .
The program for functioning a computer as a control means of any one of Claims 1-4 .
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