DE2105282A1 - Rundsing Ultraschallmeßgerat - Google Patents

Description

It 175§

Kabushlkikaisha Tokyo Kelki, Tokyo / Japan

Rundsing-Ultraschallmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Rundsing-Ultraschallmeßgerät mit einem Ultraschallsender, einem Ultraschallempfänger, einem Empfangsverstärker und einer Übertragerbzw. Senderschaltung.

Bei bekannten Rundsing-Ultraschallmeßgeräten wird die Amplitude eines Empfangssignales festgestellt, woraus ein Verstärkungssteuersignal gewonnen wird, das die Amplitude des Empfangssignales stabilisiert. Bei diesen bekannten Ausführungen werden jedoch das Sendesignal und das Empfangssignal gleichzeitig erzeugt, wodurch die Peststellung der Amplitude des Empfangssignales verhältnismäßig schwierig wird und sich ein instabiles Rundsing-Frequenzsignal ergibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Rundsing-Ultraschallmeßgerät zu schaffen, das die Mängel der bekannten Ausführungen vermeidet. Insbesondere soll %

das erfindungsgemäße Gerät einen einfachen Aufbau besitzen, eine leichte Peststellung der Amplitude des Empfangssignales gestatten und eine zuverlässige Stabilisierung der Amplitude des Empfangssignales ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindunprsgemäß dadurch gelöst, daß die Amplitude eines vom Empfangsverstärker abgeleiteten Empfangssignales festgestellt und hieraus ein Signal zur automatischen Verstärkungssteuerung gewonnen wird, welches

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die Amplitude des Empfangssignales automatisch stabilisiert, und daß ein vom Sender ausgesandtes Signal um eine bestimmte Zeltdauer gegenüber dem Empfangssignal verzögert wird.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor. Es zeigen

Pig.l die Grundschaltung eines bekannten Rundsing-Ultraschallmeßgerätes (angewandt bei einem Strömungsmesser);

Fig.2 Diagramme zur Erläuterung der Funktion des Gerätes gemäß Fig.l;

Fig.3 eine Grundschaltung eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Heßgerätes.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zunächst die Grundschaltung eines bekannten Rundsing-Ultraschallmeßgerätes (angewandt bei einem Strömungsmesser) erläutert. In Fig.l ist mit 1 das zu messende Strömungsmittel bezeichnet (ein Medium für Ultraschallwellen), beispielsweise Wasser oder dergleichen, das beispielsweise in einem Rohr strömt. Ein Ultraschallsender 3 und ein Ultraschallempfänger 4 sind beispielsweise an der Außenwand des Rohres 2 einander gegenüberliegend vorgesehen.

Ein Synchronsteuerkreis 5 liefert einen Triggerimpuls Pt zu einer übertrager- bzw. Senderschaltung 6, die ein auf dem Impuls Pt beruhendes Übertragungssignal St dem Sender 3 zuführt. Infolgedessen emittiert der Sender 3 durch das zu messende Strömungsmittel 1 einen Ultraschall-Impuls in Richtung auf den Empfänger $.

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Mit dem Empfänger k ist ein Empfangsverstärker 7 verbunden, der das vom Sender 4 erhaltene Eingangssignal verstärkt und ein Empfangs-Ausgangsslgnal S_R liefert. Dieses Ausgangssignal S_R wird dem Synchronsteuerkreis S zugeführt und liefert den Triggerimpuls Pt in einem Zeitpunkt, in dem das Empfangs-Ausgangssignal S_R einen vorgegebenen Wert L erreicht hat, der im Synchronsteuerkreis 5 eingestellt ist. Der so erzeugte Triggerimpuls Pt wird wie zuvor beschrieben der Übertragerschaltung 6 zugeführt.

Bei der vorstehend erläuterten Grundschaltung eines üblichen Rundsing-Ultraschalldurchflußmessers wird das auf dem Triggerimpuls Pt beruhende übertragungssignal St dem Sender 3 zugeführt, und der vom Sender 3 emittierte Ultraschallimpuls wird vom Empfänger ¹I aufgenommen. Das Signal vom Empfänger 4 wird als Signal S_R vom Verstärker 7 abgenommen; der Trlggerlrapuls Pt wird vom Synchronsteuerkreis 5 beruhend auf dem Signal S_R gewonnen. Durch die Wiederholung dieses Vorganges ergibt sich das sogenannte "Rundsing-System". Infolgedessen erhält man an einem Ausgangsanschluß 8 des Synchronsteuerkreises 5 ein Signal einer Frequenz entsprechend dieser Wlederholungssynchronisation, d.h. ein Rundsingfrequenzsignal. In diesem Falle stellt die Frequenz des am Ausgangsanschluß 8 abgenommenen Signales einen Wert dar, welcher der Strömungsgeschwindigkelt des Strömungsulttels 1 entspricht; diese Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels 1 kann daher mit Hilfe des am Ausgangsanschluß 8 abgenommenen Frequenzsignales gemessen werden.

Bei dem bekannten Rundsing-Durchflußmesser erhält man das Empfangssignal S_R, das dem Synchronsteuerkreis 5 zugeführt wird, in Form eines Zuges positiver und negativer Impulse, die je einem Triggerimpuls Pt des Synchronsteuerkreises 5 entsprechen; ihre Amplituden werden allmählich

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größer und dann kleiner. Der erste und zweite positive Impuls des Empfangssignales S_R sind in Pig.2A mit S_R1 und S_R2 bezeichnet.

Im allgemeinen ist bei dem Rundsingsystem der Synchronsteuerkreis 5 so bemessen, daß er den Triggerimpuls Pt erzeugt, wenn der Wert des ersten positiven Impulses S_R1 des Empfangssignales S_R einen vorbestimmten Wert L erreicht, der im Synchronsteuerkreis 5 eingestellt ist (vgl. Fig.2A). Wenn sich beispielsweise die Amplitude des Impulses S_R1 ändert, wie mit voll ausgezogenen und gestrichelten Linien a und b in Pig.2A dargestellt (aufgrund einer Änderung in der Konzentration eines bestimmten Bestandteiles des Strömungsmittels 1 oder aufgrund einer Trübung), so ändert sich der Zeitpunkt der Erzeugung des Triggerimpulses Pt von t* zu t^' (vgl. Pig.2B). Man kann infolgedessen kein stabiles Rundsingfrequenzsignal erhalten. Erreicht die Amplitude des Impulses S_R1 nicht den Wert L (wie durch die strichpunktierte Linie c in Fig.2A angedeutet), so wird der Triggerimpuls Pt zum ersten Mal im Zeitpunkt t " erzeugt, wenn der Wert des zweiten positiven Impulses S_R2 entsprechend dem Impuls c des Impulses S_R. den Wert L erreicht, wie durch die strichpunktierte Linie c¹ in Fig.2A angedeutet; hierdurch wird das Rundsingfrequenzsignal weiter unstabil.

Anhand von Fig.3 sei nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rundsing-ültraschallmeßgerätes im einzelnen erläutert. Entsprechende Elemente wie in Fig.l sind auch in.Fig.3 mit denselben Bezugszeichen versehen und werden im einzelnen nicht mehr beschrieben. Zwischen dem Empfangsverstärker 7 und dem Synchronsteuerkreis 5 1st eine verkettete Schaltung vorgesehen, die einen Niveaudetektor 9, beispielsweise eine Schmitt-Schaltung enthält, die vom Verstärker 7 das Empfangssignal S_R erhält, ferner ein Steuer-

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signalgenerator 10, der beispielsweise aus einer monostabilen Schaltung besteht, die mit einem Ausgangssignal Pj des Niveaudetektors 9 versorgt wird. Das Signal S_R des Verstärkers 7 wird ferner einer Torschaltung 11 zugeführt, die von einem Steuersignal P„ gesteuert wird, welches der Steuersignalgenerator 10 liefert. Das Ausgangssignal S_R' der Torschaltung 11 wird einem Gleichstrom-Glättungskreis 12 zugeführt., dessen Gleichstrom-Ausgangssignal E als automatisches Verstärkungssignal zum Verstärker 7 zurückgeführt wird. Hierdurch wird der Verstärkungsgrad dieses Verstärkers, d.h. die Verstärkung des Empfangssignales S_R gesteuert.

Bei dieser Anordnung wird der Einstellwert des Niveaudetektors 9 so gewählt, daß ein Impuls, wie in Pig.2C dargestellt, als Ausgangssignal P_T des Niveaudetektors

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in einem Zeitpunkt t^ erhalten wird, wenn der Wert des mit vollen Linien veranschaulichten Impulses der ersten positiven Impulse S_R1 (angedeutet durch die voll ausgezogene Linie a in Fig.2A) zum ersten Mal den Wert L erreicht hat. Der so erhaltene Impuls P_T wird dem Steuersignalgenerator 10 zugeführt, von dem man als Steuersignal P_Q eine Rechteckwelle erhält, wie sie in Pig.2D veranschaulicht ist; sie beginnt im Zeitpunkt t* und bleibt für eine vorbestimmte ZeitdauerT bestehen. Das Steuersignal P_Q wird der Torschaltung 11 zugeführt und steuert diese Schaltung. Ein Teil des Empfangssignales S_R gelangt auch zur Torschaltung 11. Die Öffnungszeit der Torschaltung 11 wird so gewählt, daß sie der Zeitdauer T zwischen t. und I₂ entspricht; die Abfallflanke des Steuersignales P_Q kann daher aufhören, bis der durch die voll ausgezogene Linie a angedeutete Impuls der ersten positiven Impulse S_R1 den Wert L zum nächsten Mal erreicht. Infolgedessen erhält man als Ausgangssignal S_R' der Torschaltung 11 einen Impuls, wie er in Pig.2E veranschaulicht ist, der dem Teil des

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Impulses der ersten positiven Impulse S_R1 entspricht, der durch die voll ausgezogene Linie a dargestellt ist und den Wert L übersteigt. Der Ausgangsimpuls S ' wird dem Gleichstrom-Glättungskreis 12 zugeführt, durch den sein Gleichstrom-Ausgangssignal E entsprechend der Amplitude des Signales S_R' als automatisches Verstärkungssteuersignal erhalten wird. Dieses Signal zur automatischen Verstärkungssteuerung wird zum Verstärker 7 zurückgeführt und stabilisiert die Amplitude des vom Verstärker gelieferten Empfangssignales S_R, selbst wenn sich die Amplitude des zum Verstärker 7 zugeführten Eingangssignales ändert»

Bei einer solchen Ausführung liefert der Synchronsteuerkreis 5 den Triggerimpuls Pt, beruhend auf dem vom Steuersignalgenerator 10 gelieferten Steuersignal P^, der dem Synchronsteuerkreis 5 zugeführt wird; in diesem Falle wird jedoch der Triggerimpuls Pt im Zeitpunkt t₂ entsprechend der Abfallflanke des Steuersignales P~ erzeugt (vgl. Pig.2P). Das übertragene Signal (Sendesignal) St und das Empfangssignal S_R sind somit gegenüber dem Zeitpunkt t., in welchem der Impuls Pt erzeugt wird, um eine Zeitdauer verzögert, die der Breite T des Steuersignales P_ß entspricht. Beides Signale St und S_R treten somit nicht gleichzeitig auf. Dies gewährleistet eine stabilere Feststellung der Amplitude des Empfangssignales S_R verglichen mit dem Fall, in dem beide Signale St und S_R gleichzeitig erzeugt werden.

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht somit darin, daß das Rundsingfrequenzsignal am Ausgangsanschluß 8 stabil gewonnen werden kann und daß sich eine äußerst einfache Gesamtschaltung ergibt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist das Sendesignal St gegenüber dem Empfangssignal S_R um eine Zeitspanne entsprechend der Zeitdauer des Steuersignales P« verzögert; diese Verzögerungszeit ist jedoch konstant, so daß jegliche Störungen vermieden werden können, indem ein Meßwert beruhend auf dem

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Signal mit der Rundsingfrequenz unter Vorwegnahme der Verzögerungszeit gewonnen wird. Diese Verzögerungszeit ist ferner in der Praxis wesentlich kleiner als die Rundsingfrequenz (bzw. deren Periode) und kann demgemäß vernachlässigt werden.

Wenngleich die Erfindung in Verbindung mit einem Strömungsmesser erläutert wurde, so kann sie doch gleichfalls auch für andere Ultraschallmeßgeräte Anwendung finden, vorausgesetzt, daß hierbei ein Rundsingsystem, beruhend auf Ultraschallwellen zu Meßzwecken, benutzt wird.

Die obige Beschreibung benutzte die positiven Halbwellen des Empfangssignales S_R; es versteht sich Jedoch, daß das erfindungsgemäße Meßgerät in genau der gleichen Weise auch die negativen Signale auswerten kann.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   ti.} Rundsing-Ultraschallmeßgerät mit einem Ultraschall-'—' sender, einem Ultraschallempfänger, einem Empfanprsverstärker und einer Übertrager- bzw. Senderschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude eines vom Empfangsverstärker abgeleiteten Empfangssignales festgestellt und hieraus ein Signal zur automatischen Verstärkungssteuerung gewonnen wird, welches die Amplitude des Empfangssignales automatisch stabilisiert, und daß ein vom Sender ausgesandtes Signal um eine bestimmte Zeitdauer gegenüber dem Empfangssignal verzögert wird.
2. 2.) Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur automatischen Verstärkungssteuerung einen Niveaudetektor enthält, der an den Ausgang des Empfangsverstärkers angeschlossen ist, daß ferner ein mit dem Ausgangssignal des Niveaudetektors gespeister Steuersignalgenerator vorgesehen ist, weiterhin eine Torschaltung, die mit den Ausgangssignalen des Steuersignalgenerators und des Empfangsverstärkers gespeist wird und an die ein Gleichstrom-Glättungskreis angeschlossen ist.
3. 3.) Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die das Signal zur automatischen Verstärkungssteuerung innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erzeugt.

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