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JP2024101224A - Peak hold circuit and ultrasonic flow meter - Google Patents

Peak hold circuit and ultrasonic flow meter Download PDF

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JP2024101224A
JP2024101224A JP2023005094A JP2023005094A JP2024101224A JP 2024101224 A JP2024101224 A JP 2024101224A JP 2023005094 A JP2023005094 A JP 2023005094A JP 2023005094 A JP2023005094 A JP 2023005094A JP 2024101224 A JP2024101224 A JP 2024101224A
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JP
Japan
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diode
peak hold
voltage
electrically connected
hold circuit
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Application number
JP2023005094A
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Japanese (ja)
Inventor
雅巳 木代
Masami Kishiro
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

Figure 2024101224000001

【課題】ピーク値に応じてホールドされる電圧の誤差を低減可能なピークホールド回路を提供すること。
【解決手段】非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有し、前記非反転入力端子に入力波が入力される第一増幅器と、前記反転入力端子にアノードが電気的に接続され前記出力端子にカソードが電気的に接続された第一ダイオードと、前記第一ダイオードのカソード及び前記出力端子にカソードが電気的に接続された第二ダイオードと、前記第二ダイオードのアノードに一端が電気的に接続され、前記入力波の極小値に応じた電圧をホールドするコンデンサと、を備える、ピークホールド回路。
【選択図】図5

Figure 2024101224000001

A peak hold circuit is provided that can reduce an error in a voltage that is held according to a peak value.
[Solution] A peak hold circuit comprising: a first amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, wherein an input wave is input to the non-inverting input terminal; a first diode having an anode electrically connected to the inverting input terminal and a cathode electrically connected to the output terminal; a second diode having a cathode electrically connected to the cathode of the first diode and the output terminal; and a capacitor having one end electrically connected to the anode of the second diode, which holds a voltage corresponding to the minimum value of the input wave.
[Selected figure] Figure 5

Description

本開示は、ピークホールド回路及び超音波流量計に関する。 This disclosure relates to a peak hold circuit and an ultrasonic flow meter.

受信信号の振幅変化が無視できる短い送信間隔で2回の超音波送信を行い、1回目の受信信号の負側ピーク値を検出し、検出された負側ピーク値に比例した可変閾値電圧と2回目の受信信号との交点を検出することで特定の振動半波を検出する超音波流量計がある。この超音波流量計は、2回目の超音波送信が開始する時点から特定の振動半波の後端が基線レベルと交わるゼロクロス時点までの時間を2回目の超音波の伝搬時間として測定し、この伝搬時間を用いて、超音波が伝搬する流体の流量を計測する。 There is an ultrasonic flowmeter that detects a specific vibration half-wave by transmitting ultrasonic waves twice with a short transmission interval where the change in the amplitude of the received signal can be ignored, detecting the negative peak value of the first received signal, and detecting the intersection point between the second received signal and a variable threshold voltage proportional to the detected negative peak value. This ultrasonic flowmeter measures the time from the start of the second ultrasonic transmission to the zero cross point where the rear end of the specific vibration half-wave intersects with the baseline level as the propagation time of the second ultrasonic wave, and uses this propagation time to measure the flow rate of the fluid through which the ultrasonic wave propagates.

特開2003-014515号公報JP 2003-014515 A

上述の超音波流量計のように、超音波の受信信号のような入力波を扱う場合、入力波のピーク値を検出してピーク値に対応する電圧をホールドするピークホールド回路が使用されることがある。しかしながら、ピークホールド回路の構成によっては、ピーク値に応じてホールドされる電圧の誤差が増大する場合がある。 When dealing with input waves such as ultrasonic reception signals, as in the ultrasonic flowmeter described above, a peak hold circuit may be used that detects the peak value of the input wave and holds the voltage corresponding to the peak value. However, depending on the configuration of the peak hold circuit, the error in the voltage held according to the peak value may increase.

本開示は、ピーク値に応じてホールドされる電圧の誤差を低減可能なピークホールド回路及び当該ピークホールド回路を備える超音波流量計を提供する。 This disclosure provides a peak hold circuit capable of reducing an error in the voltage held according to the peak value, and an ultrasonic flowmeter equipped with the peak hold circuit.

本開示の第一態様では、
非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有し、前記非反転入力端子又は前記反転入力端子に入力波が入力される第一増幅器と、
前記反転入力端子にアノードが電気的に接続され前記出力端子にカソードが電気的に接続された第一ダイオードと、
前記第一ダイオードのカソード及び前記出力端子にカソードが電気的に接続された第二ダイオードと、
前記第二ダイオードのアノードに一端が電気的に接続され、前記入力波のピーク値に応じた電圧をホールドするコンデンサと、を備える、ピークホールド回路及び当該ピークホールド回路を備える超音波流量計が提供される。
In a first aspect of the present disclosure,
a first amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, wherein an input wave is input to the non-inverting input terminal or the inverting input terminal;
a first diode having an anode electrically connected to the inverting input terminal and a cathode electrically connected to the output terminal;
a second diode having a cathode electrically connected to the cathode of the first diode and to the output terminal;
A peak hold circuit and an ultrasonic flowmeter including the peak hold circuit are provided, the peak hold circuit including a capacitor whose one end is electrically connected to the anode of the second diode and which holds a voltage corresponding to the peak value of the input wave.

本開示の第二態様では、
非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有し、前記非反転入力端子又は前記反転入力端子に入力波が入力される第一増幅器と、
前記反転入力端子にカソードが電気的に接続され前記出力端子にアノードが電気的に接続された第一ダイオードと、
前記第一ダイオードのアノード及び前記出力端子にアノードが電気的に接続された第二ダイオードと、
前記第二ダイオードのカソードに一端が電気的に接続され、前記入力波のピーク値に応じた電圧をホールドするコンデンサと、を備える、ピークホールド回路及び当該ピークホールド回路を備える超音波流量計が提供される。
In a second aspect of the present disclosure,
a first amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, wherein an input wave is input to the non-inverting input terminal or the inverting input terminal;
a first diode having a cathode electrically connected to the inverting input terminal and an anode electrically connected to the output terminal;
a second diode having an anode electrically connected to the anode of the first diode and the output terminal;
A peak hold circuit and an ultrasonic flowmeter including the peak hold circuit are provided, the peak hold circuit including a capacitor having one end electrically connected to the cathode of the second diode and holding a voltage corresponding to the peak value of the input wave.

本開示によれば、ピーク値に応じてホールドされる電圧の誤差を低減可能なピークホールド回路及び当該ピークホールド回路を備える超音波流量計を提供できる。 The present disclosure provides a peak hold circuit that can reduce the error in the voltage held according to the peak value, and an ultrasonic flowmeter equipped with the peak hold circuit.

一実施形態の超音波流量計の一構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an ultrasonic flowmeter according to an embodiment. 流体内入射角を決定するスネルの法則について説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating Snell's law for determining the angle of incidence in a fluid. 受信部の一構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of a receiving unit. 受信タイミング信号を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a reception timing signal. ピークホールド回路の第一構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of a peak hold circuit. ピークホールド回路の第一構成例の動作波形図である。4 is an operational waveform diagram of a first configuration example of a peak hold circuit; FIG. ピークホールド回路の一比較例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a comparative example of a peak hold circuit. ピークホールド回路の第二構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a second configuration example of the peak hold circuit. ピークホールド回路の第二構成例の動作波形図である。11 is an operational waveform diagram of a second configuration example of the peak hold circuit; FIG. ピークホールド回路の第三構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a third configuration example of the peak hold circuit. ピークホールド回路の第四構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a fourth configuration example of the peak hold circuit. 送信部の一構成例を示す図である。FIG. 2 illustrates an example of the configuration of a transmission unit. 可変の電源電圧を生成する電源回路の一構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power supply circuit that generates a variable power supply voltage.

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して説明する。 The following describes an embodiment of the present disclosure with reference to the drawings.

図1は、一実施形態の超音波流量計の一構成例を示す図である。超音波流量計は、流路内を流れる流体(気体又は液体)の流量を超音波によって計測する。超音波流量計は、測定管路に沿って又は測定管路内に配置された2つ以上の超音波振動子を備える。2つ以上の超音波振動子は、送信側振動子と受信側振動子を含む。送信側振動子と受信側振動子は、送信側振動子と受信側振動子とを結ぶ方向が流体の流れ方向に斜交または一致するように配置されている。超音波流量計は、送信側振動子と受信側振動子との間で送受される超音波の伝搬時間から、測定管路内の流体の流量を計測する。 Figure 1 is a diagram showing an example of the configuration of an ultrasonic flowmeter according to one embodiment. The ultrasonic flowmeter uses ultrasonic waves to measure the flow rate of a fluid (gas or liquid) flowing through a flow path. The ultrasonic flowmeter includes two or more ultrasonic transducers arranged along or within a measurement pipeline. The two or more ultrasonic transducers include a transmitting transducer and a receiving transducer. The transmitting transducer and the receiving transducer are arranged so that the direction connecting the transmitting transducer and the receiving transducer is oblique to or coincident with the direction of the fluid flow. The ultrasonic flowmeter measures the flow rate of the fluid in the measurement pipeline from the propagation time of ultrasonic waves transmitted and received between the transmitting transducer and the receiving transducer.

図1に示す超音波流量計300は、超音波プローブ10a、超音波プローブ10b、制御部35、送信部31、スイッチ33a、スイッチ33b、受信部32、時間計測部40及び流量計測部50を備える。 The ultrasonic flowmeter 300 shown in FIG. 1 includes an ultrasonic probe 10a, an ultrasonic probe 10b, a control unit 35, a transmitting unit 31, a switch 33a, a switch 33b, a receiving unit 32, a time measuring unit 40, and a flow measuring unit 50.

制御部35は、配管100内の流体102に向けて、超音波プローブ10aの超音波振動子11aから超音波eを送信するか、超音波プローブ10bの超音波振動子11bから超音波eを送信するかを切り替える制御を行う。 The control unit 35 controls switching between transmitting ultrasonic waves e from the ultrasonic transducer 11a of the ultrasonic probe 10a and transmitting ultrasonic waves e from the ultrasonic transducer 11b of the ultrasonic probe 10b toward the fluid 102 in the pipe 100.

超音波プローブ10aは、配管100の外面に対向するように、配管100内を流れる流体102の上流側に配置されている。超音波プローブ10aは、超音波振動子11aと樹脂製の楔12aを有する。超音波プローブ10bは、配管100の外面に対向するように、配管100内を流れる流体102の下流側に配置されている。超音波プローブ10bは、超音波振動子11bと樹脂製の楔12bを有する。 The ultrasonic probe 10a is disposed upstream of the fluid 102 flowing through the pipe 100 so as to face the outer surface of the pipe 100. The ultrasonic probe 10a has an ultrasonic transducer 11a and a resin wedge 12a. The ultrasonic probe 10b is disposed downstream of the fluid 102 flowing through the pipe 100 so as to face the outer surface of the pipe 100. The ultrasonic probe 10b has an ultrasonic transducer 11b and a resin wedge 12b.

楔12aは、配管100の外面に対して傾斜した表面を有し、その表面に超音波振動子11aが取り付けられている。このため、超音波振動子11aで発生した超音波は、楔12aから配管100に所定の傾斜角度で入射してから、流体102を伝搬して、超音波振動子11bに到達する。 The wedge 12a has a surface that is inclined relative to the outer surface of the pipe 100, and the ultrasonic transducer 11a is attached to that surface. Therefore, the ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer 11a enter the pipe 100 from the wedge 12a at a predetermined inclination angle, then propagate through the fluid 102 and reach the ultrasonic transducer 11b.

楔12bは、配管100の外面に対して傾斜した表面を有し、その表面に超音波振動子11bが取り付けられている。このため、超音波振動子11bで発生した超音波は、楔12bから配管100に所定の傾斜角度で入射してから、流体102を伝搬して、超音波振動子11aに到達する。 The wedge 12b has a surface that is inclined with respect to the outer surface of the pipe 100, and the ultrasonic transducer 11b is attached to that surface. Therefore, the ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer 11b enter the pipe 100 from the wedge 12b at a predetermined inclination angle, then propagate through the fluid 102 and reach the ultrasonic transducer 11a.

超音波振動子11aは、スイッチ33aの切り替え動作によって送信部31又は受信部32に選択的に接続される。超音波振動子11bは、スイッチ33bの切り替え動作によって受信部32又は送信部31に選択的に接続される。 The ultrasonic transducer 11a is selectively connected to the transmitting unit 31 or the receiving unit 32 by the switching operation of the switch 33a. The ultrasonic transducer 11b is selectively connected to the receiving unit 32 or the transmitting unit 31 by the switching operation of the switch 33b.

制御部35は、超音波振動子11aと超音波振動子11bのうちで超音波を送信すべき振動子(つまり、励振対象となる一方の振動子)を選択する選択信号a,bと、超音波送信のタイミングを指示する送信タイミング信号cとを生成する回路である。 The control unit 35 is a circuit that generates selection signals a and b that select one of the ultrasonic transducers 11a and 11b from which ultrasonic waves should be transmitted (i.e., one of the transducers to be excited), and a transmission timing signal c that indicates the timing of ultrasonic transmission.

超音波eを送信すべき振動子として超音波振動子11aが選択される場合、スイッチ33aは、制御部35からの選択信号aに従って、超音波eを送信する振動子として超音波振動子11aを選択する。一方、スイッチ33bは、制御部35からの選択信号bに従って、超音波eを受信する振動子として超音波振動子11bを選択する。 When the ultrasonic transducer 11a is selected as the transducer to transmit the ultrasonic wave e, the switch 33a selects the ultrasonic transducer 11a as the transducer to transmit the ultrasonic wave e in accordance with the selection signal a from the control unit 35. On the other hand, the switch 33b selects the ultrasonic transducer 11b as the transducer to receive the ultrasonic wave e in accordance with the selection signal b from the control unit 35.

送信部31は、制御部35からの送信タイミング信号cに従って、スイッチ33aを介して超音波振動子11aに電気信号d(例えば、超音波振動子11aを励振させる一又は複数のパルス信号)を送信し、超音波振動子11aに超音波eを発生させる回路である。発生した超音波eは、楔12a及び配管100を透過し、配管100内の流体102に入射する。配管100内の流体102に入射した超音波eは、配管100の反対側の外面に設置される超音波プローブ10bの超音波振動子11bに伝搬し、超音波振動子11bで電気信号に変換される。超音波振動子11bから出力される電気信号は、スイッチ33bを介して受信部32で受信信号fとして受信される。 The transmitting unit 31 is a circuit that transmits an electric signal d (for example, one or more pulse signals that excite the ultrasonic transducer 11a) to the ultrasonic transducer 11a via the switch 33a in accordance with a transmission timing signal c from the control unit 35, and causes the ultrasonic transducer 11a to generate an ultrasonic wave e. The generated ultrasonic wave e passes through the wedge 12a and the pipe 100 and enters the fluid 102 in the pipe 100. The ultrasonic wave e that enters the fluid 102 in the pipe 100 propagates to the ultrasonic transducer 11b of the ultrasonic probe 10b installed on the outer surface of the opposite side of the pipe 100, and is converted into an electric signal by the ultrasonic transducer 11b. The electric signal output from the ultrasonic transducer 11b is received as a reception signal f by the receiving unit 32 via the switch 33b.

時間計測部40は、超音波eが超音波振動子11aから送信されてから超音波振動子11bで受信されるまでの時間を伝搬時間Tabとして計測する。時間計測部40は、例えば、超音波振動子11aからの超音波eの送信が開始するタイミングを示す送信タイミング信号cと、超音波振動子11bで超音波eを受信したタイミングを示す受信タイミング信号gとに基づいて、伝搬時間Tabを計測する回路である。 The time measurement unit 40 measures the time from when the ultrasonic wave e is transmitted from the ultrasonic transducer 11a to when it is received by the ultrasonic transducer 11b as the propagation time Tab. The time measurement unit 40 is a circuit that measures the propagation time Tab based on, for example, a transmission timing signal c indicating the timing at which the transmission of the ultrasonic wave e from the ultrasonic transducer 11a starts, and a reception timing signal g indicating the timing at which the ultrasonic wave e is received by the ultrasonic transducer 11b.

次に、超音波流量計300は、制御部35からの信号によって、スイッチ33aとスイッチ33bの切り替えを行って、超音波プローブ10aと超音波プローブ10bの送受信関係を反対にする。 Next, the ultrasonic flowmeter 300 switches between switches 33a and 33b in response to a signal from the control unit 35, reversing the transmission/reception relationship between the ultrasonic probes 10a and 10b.

超音波eを送信すべき振動子として超音波振動子11bが選択される場合、スイッチ33aは、制御部35からの選択信号aに従って、超音波eを受信する振動子として超音波振動子11aを選択する。一方、スイッチ33bは、制御部35からの選択信号bに従って、超音波eを送信する振動子として超音波振動子11bを選択する。 When ultrasonic transducer 11b is selected as the transducer to transmit ultrasonic waves e, switch 33a selects ultrasonic transducer 11a as the transducer to receive ultrasonic waves e in accordance with selection signal a from control unit 35. On the other hand, switch 33b selects ultrasonic transducer 11b as the transducer to transmit ultrasonic waves e in accordance with selection signal b from control unit 35.

送信部31は、制御部35からの送信タイミング信号cに従って、スイッチ33bを介して超音波振動子11bに電気信号d(例えば、超音波振動子11bを励振させる一又は複数のパルス信号)を送信し、超音波振動子11bに超音波eを発生させる回路である。発生した超音波eは、楔12b及び配管100を透過し、配管100内の流体102に入射する。配管100内の流体102に入射した超音波eは、配管100の反対側の外面に設置される超音波プローブ10aの超音波振動子11aに伝搬し、超音波振動子11aで電気信号に変換される。超音波振動子11aから出力される電気信号は、スイッチ33aを介して受信部32で受信信号fとして受信される。 The transmitting unit 31 is a circuit that transmits an electric signal d (for example, one or more pulse signals that excite the ultrasonic transducer 11b) to the ultrasonic transducer 11b via the switch 33b in accordance with a transmission timing signal c from the control unit 35, and causes the ultrasonic transducer 11b to generate an ultrasonic wave e. The generated ultrasonic wave e passes through the wedge 12b and the pipe 100, and enters the fluid 102 in the pipe 100. The ultrasonic wave e that enters the fluid 102 in the pipe 100 propagates to the ultrasonic transducer 11a of the ultrasonic probe 10a installed on the outer surface of the opposite side of the pipe 100, and is converted into an electric signal by the ultrasonic transducer 11a. The electric signal output from the ultrasonic transducer 11a is received as a reception signal f by the receiving unit 32 via the switch 33a.

時間計測部40は、超音波eが超音波振動子11bから送信されてから超音波振動子11aで受信されるまでの時間を伝搬時間Tbaとして計測する。時間計測部40は、例えば、超音波振動子11bからの超音波eの送信が開始するタイミングを示す送信タイミング信号cと、超音波振動子11aで超音波eを受信したタイミングを示す受信タイミング信号gとに基づいて、伝搬時間Tbaを計測する回路である。 The time measurement unit 40 measures the time from when the ultrasonic wave e is transmitted from the ultrasonic transducer 11b to when it is received by the ultrasonic transducer 11a as the propagation time Tba. The time measurement unit 40 is a circuit that measures the propagation time Tba based on, for example, a transmission timing signal c indicating the timing at which the transmission of the ultrasonic wave e from the ultrasonic transducer 11b starts, and a reception timing signal g indicating the timing at which the ultrasonic wave e is received by the ultrasonic transducer 11a.

なお、伝搬時間Tabと伝搬時間Tbaを計測する順番は、逆でもよい。 The order in which the propagation times Tab and Tba are measured may be reversed.

流量計測部50は、時間計測部40より得られた計測時間(伝搬時間Tabと伝搬時間Tba)を用いて、流体102の流量Qを演算する。次に、流量Qの演算について説明する。 The flow rate measurement unit 50 calculates the flow rate Q of the fluid 102 using the measurement times (propagation times Tab and Tba) obtained by the time measurement unit 40. Next, the calculation of the flow rate Q will be described.

伝搬時間Tab,Tbaについて、
Tab=Lf/(Cf+Vsinθfs) ・・・(1)
Tba=Lf/(Cf-Vsinθfs) ・・・(2)
という関係が成立する。ここで、Cfは配管100内の流体102中での音速、Vは流体102の流速、θfsは流体内入射角(配管100から流体102への屈折角又は流体102から配管100への入射角)、Lfは配管100内の超音波eの伝搬経路110の長さである。
Regarding the propagation times Tab and Tba,
Tab=Lf/(Cf+Vsinθ fs )...(1)
Tba=Lf/(Cf-Vsinθ fs )...(2)
Here, Cf is the sound speed in the fluid 102 in the pipe 100, V is the flow velocity of the fluid 102, θfs is the angle of incidence in the fluid (the angle of refraction from the pipe 100 to the fluid 102 or the angle of incidence from the fluid 102 to the pipe 100), and Lf is the length of the propagation path 110 of the ultrasonic wave e in the pipe 100.

式(1)及び式(2)より、Vについて解くと、
V=Lf/(2sinθfs)×((1/Tab)-(1/Tba)) ・・・(3)
となる。
From equations (1) and (2), solving for V gives
V=Lf/(2sinθ fs )×((1/Tab)-(1/Tba))...(3)
It becomes.

流量Qは、
Q=V×A ・・・(4)
である。ここで、Aは配管100の断面積である。断面積Aは、配管100の内半径rを用いて、
A=π×r ・・・(5)
と表される。
The flow rate Q is
Q=V×A...(4)
Here, A is the cross-sectional area of the pipe 100. The cross-sectional area A is calculated by using the inner radius r of the pipe 100 as follows:
A=π×r 2 ...(5)
This is expressed as:

図2は、流体内入射角θfsを決定するスネルの法則について説明する図である。スネルの法則によれば、
Cw/sinθ = Cp/sinθ = Cf/sinθfs ・・・(6)
という関係式が成立する。ここで、Cwは楔12a中での音速、θは楔内入射角(楔12aから配管100への入射角又は配管100から楔12aへの屈折角)である。Cpは配管100中での音速、θは配管内入射角(楔12aから配管100への屈折角、配管100から流体102への入射角、又は配管100から楔12aへの入射角)である。Cfは流体102中での音速、θfsは流体内入射角(配管100から流体102への屈折角又は流体102から配管100への入射角)である。
FIG. 2 is a diagram for explaining Snell's law for determining the angle of incidence θ fs in a fluid. According to Snell's law,
Cw/sinθ w = Cp/sinθ p = Cf/sinθ fs ...(6)
The following relational expression is established. Here, Cw is the sound speed in the wedge 12a, and θw is the angle of incidence in the wedge (angle of incidence from the wedge 12a to the pipe 100 or angle of refraction from the pipe 100 to the wedge 12a). Cp is the sound speed in the pipe 100, and θp is the angle of incidence in the pipe (angle of refraction from the wedge 12a to the pipe 100, angle of incidence from the pipe 100 to the fluid 102, or angle of incidence from the pipe 100 to the wedge 12a). Cf is the sound speed in the fluid 102, and θfs is the angle of incidence in the fluid (angle of refraction from the pipe 100 to the fluid 102 or angle of incidence from the fluid 102 to the pipe 100).

Cw、sinθ及びCfは、既知の値なので、式(6)から流体内入射角θfsを求めることができる。したがって、流量計測部50は、式(1)~(5)に基づいて、流量Qを演算できる。 Since Cw, sin θw , and Cf are known values, the angle of incidence θ fs in the fluid can be obtained from equation (6). Therefore, the flow rate measurement unit 50 can calculate the flow rate Q based on equations (1) to (5).

流量計測部50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ及びメモリを備える演算回路である。演算回路は、制御部35と時間計測部40の少なくとも一方を含んでもよい。流量計測部50、制御部35及び時間計測部40の各機能(各部が行う処理)は、例えば、メモリに記憶されたプログラムによって、プロセッサが動作することにより実現される。各機能は、FPGA(Field Programmable Gate Array)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)によって実現されてもよい。制御部35又は時間計測部40は、論理回路により実現されてもよい。 The flow rate measurement unit 50 is, for example, an arithmetic circuit including a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory. The arithmetic circuit may include at least one of the control unit 35 and the time measurement unit 40. Each function of the flow rate measurement unit 50, the control unit 35, and the time measurement unit 40 (the processing performed by each unit) is realized, for example, by the processor operating according to a program stored in the memory. Each function may be realized by an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). The control unit 35 or the time measurement unit 40 may be realized by a logic circuit.

図3は、受信部の一構成例を示す図である。受信部32は、増幅回路36、受信タイミング検出回路38及びピークホールド回路37を有する。増幅回路36は、スイッチ33a又はスイッチ33bを介して入力される受信信号fを増幅し、増幅された受信信号fである受信波iを出力する。受信タイミング検出回路38は、入力される受信波iに基づいて、超音波振動子11a又は超音波振動子11bで超音波eを受信したタイミングを示す受信タイミング信号gを生成する。 Figure 3 is a diagram showing an example of the configuration of the receiving unit. The receiving unit 32 has an amplifier circuit 36, a reception timing detection circuit 38, and a peak hold circuit 37. The amplifier circuit 36 amplifies the reception signal f input via the switch 33a or switch 33b, and outputs a reception wave i which is the amplified reception signal f. The reception timing detection circuit 38 generates a reception timing signal g which indicates the timing at which the ultrasonic transducer 11a or the ultrasonic transducer 11b receives the ultrasonic wave e based on the input reception wave i.

図4は、受信タイミング信号gを説明するための図である。受信タイミング検出回路38は、受信波iが閾値電圧VTHLDをクロスした以降に受信波iが基準レベルVCOMをクロスする時点(図4は、ゼロクロス時点q8x又はゼロクロス時点q10xを例示)を検出する。 4 is a diagram for explaining the reception timing signal g. The reception timing detection circuit 38 detects the point in time at which the reception wave i crosses the reference level VCOM after crossing the threshold voltage VTHLD (FIG. 4 illustrates the zero-cross point in time q8x or the zero-cross point in time q10x).

受信タイミング検出回路38は、受信波iに含まれる複数の振動半波のうち、振幅が閾値電圧VTHLDをクロスする特定の振動半波を検出する。例えば、受信タイミング検出回路38は、特定の振動半波として、振幅が閾値電圧VTHLDをトリガ時点c8xでクロスする第8振動半波、又は、振幅が閾値電圧VTHLDをトリガ時点c10xでクロスする第10振動半波を検出する。受信タイミング検出回路38は、特定の振動半波の後端が基準レベルVCOMをクロスする時点(図4は、ゼロクロス時点q8x又はゼロクロス時点q10xを例示)を検出し、当該時点で発生するストップパルスSTOPを受信タイミング信号gとして出力する。 The reception timing detection circuit 38 detects a specific vibration half wave whose amplitude crosses the threshold voltage VTHLD among a plurality of vibration half waves included in the reception wave i. For example, the reception timing detection circuit 38 detects the eighth vibration half wave whose amplitude crosses the threshold voltage VTHLD at the trigger time c8x, or the tenth vibration half wave whose amplitude crosses the threshold voltage VTHLD at the trigger time c10x, as the specific vibration half wave. The reception timing detection circuit 38 detects the time when the rear end of the specific vibration half wave crosses the reference level VCOM (FIG. 4 illustrates the zero cross time q8x or the zero cross time q10x) and outputs the stop pulse STOP generated at that time as the reception timing signal g.

時間計測部40(図3)は、超音波振動子11aからの超音波eの送信開始タイミングを示す送信タイミング信号cから、超音波振動子11bでの超音波eの受信タイミングを示す受信タイミング信号g(ストップパルスSTOP)までの時間を計測する。時間計測部40は、当該時間の計測値を伝搬時間Tabとして出力する。同様に、時間計測部40は、超音波振動子11bからの超音波eの送信開始タイミングを示す送信タイミング信号cから、超音波振動子11aでの超音波eの受信タイミングを示す受信タイミング信号g(ストップパルスSTOP)までの時間を計測する。時間計測部40は、当該時間の計測値を伝搬時間Tbaとして出力する。 The time measurement unit 40 (Figure 3) measures the time from the transmission timing signal c, which indicates the start timing of transmission of ultrasound e from the ultrasound transducer 11a, to the reception timing signal g (stop pulse STOP), which indicates the reception timing of ultrasound e at the ultrasound transducer 11b. The time measurement unit 40 outputs the measurement value of this time as the propagation time Tab. Similarly, the time measurement unit 40 measures the time from the transmission timing signal c, which indicates the start timing of transmission of ultrasound e from the ultrasound transducer 11b, to the reception timing signal g (stop pulse STOP), which indicates the reception timing of ultrasound e at the ultrasound transducer 11a. The time measurement unit 40 outputs the measurement value of this time as the propagation time Tba.

しかしながら、図4に示す受信波iの振幅又は閾値電圧VTHLDが想定値から外れていると、受信タイミング信号g(ストップパルスSTOP)が一波前又は一波後の振動半波を基準に生成されるおそれがある。この場合、伝搬時間Tab又は伝搬時間Tbaの計測誤差が生じるおそれがある。本実施形態の超音波流量計は、ピークホールド回路37(図3)により測定された受信波iのピーク値に応じて、受信波iの振幅が一定値になるように又は閾値電圧VTHLDが特定の振動半波を検出可能な値になるように制御する制御部35(図3)を備える。これにより、伝搬時間Tab又は伝搬時間Tbaの計測誤差が低減する。 However, if the amplitude or threshold voltage VTHLD of the received wave i shown in FIG. 4 is out of the expected value, the reception timing signal g (stop pulse STOP) may be generated based on the vibration half wave one wave before or one wave after. In this case, a measurement error of the propagation time Tab or the propagation time Tba may occur. The ultrasonic flowmeter of this embodiment includes a control unit 35 (FIG. 3) that controls the amplitude of the received wave i to a constant value or the threshold voltage VTHLD to a value that allows a specific vibration half wave to be detected, depending on the peak value of the received wave i measured by the peak hold circuit 37 (FIG. 3). This reduces the measurement error of the propagation time Tab or the propagation time Tba.

図3において、スイッチ33a又はスイッチ33bを介して受信信号fは増幅回路36に入力される。増幅回路36によって増幅された受信信号fである受信波iは、時間計測部40に入力され、時間計測部40は、前述のように伝搬時間Tab及び伝搬時間Tbaを計測する。一方、受信波iは、ピークホールド回路37にも入力される。ピークホールド回路37は、受信波iのピーク値(振幅の極小値または極大値)に対応するピークホールド値hを制御部35に出力する。ピークホールド値hは、アナログ電圧であるが、不図示のADコンバータにより変換されたデジタル値として扱われてもよい。 In FIG. 3, the received signal f is input to the amplifier circuit 36 via the switch 33a or the switch 33b. The received wave i, which is the received signal f amplified by the amplifier circuit 36, is input to the time measurement unit 40, which measures the propagation time Tab and the propagation time Tba as described above. Meanwhile, the received wave i is also input to the peak hold circuit 37. The peak hold circuit 37 outputs a peak hold value h corresponding to the peak value (minimum or maximum value of the amplitude) of the received wave i to the control unit 35. The peak hold value h is an analog voltage, but may be treated as a digital value converted by an AD converter (not shown).

制御部35は、ピークホールド値hに応じて増幅回路36のゲインを調整するためのゲイン調整信号kを出力してもよい。増幅回路36のゲインは、入力される受信信号fの電圧に対して出力される受信波iの電圧の比を表す。例えば、制御部35は、ピークホールド値hと所定の目標ピーク値と比較する。制御部35は、ピークホールド値hが目標ピーク値よりも低いことが検出されると、増幅回路36のゲインを増やすゲイン調整信号kを出力する。制御部35は、ピークホールド値hが目標ピーク値よりも高いことが検出されると、増幅回路36のゲインを減らすゲイン調整信号kを出力する。制御部35は、ピークホールド回路37から出力されたピークホールド値hに応じてゲイン調整信号kを出力するフィードバック制御を行うことにより、受信波iの振幅を一定値に制御する。 The control unit 35 may output a gain adjustment signal k for adjusting the gain of the amplifier circuit 36 according to the peak hold value h. The gain of the amplifier circuit 36 represents the ratio of the voltage of the received wave i output to the voltage of the input received signal f. For example, the control unit 35 compares the peak hold value h with a predetermined target peak value. When the control unit 35 detects that the peak hold value h is lower than the target peak value, it outputs a gain adjustment signal k that increases the gain of the amplifier circuit 36. When the control unit 35 detects that the peak hold value h is higher than the target peak value, it outputs a gain adjustment signal k that decreases the gain of the amplifier circuit 36. The control unit 35 controls the amplitude of the received wave i to a constant value by performing feedback control that outputs the gain adjustment signal k according to the peak hold value h output from the peak hold circuit 37.

制御部35は、ピークホールド回路37から出力されたピークホールド値hに応じて閾値電圧VTHLDを調整するための閾値電圧調整信号lを出力してもよい。例えば、制御部35は、所定の基準電圧とピークホールド値hとの差に応じて、特定の振動半波を検出可能な値に閾値電圧VTHLDを調整する閾値電圧調整信号lを出力する。 The control unit 35 may output a threshold voltage adjustment signal l for adjusting the threshold voltage VTHLD in accordance with the peak hold value h output from the peak hold circuit 37. For example, the control unit 35 outputs a threshold voltage adjustment signal l for adjusting the threshold voltage VTHLD to a value at which a specific vibration half wave can be detected in accordance with the difference between a predetermined reference voltage and the peak hold value h.

図5は、ピークホールド回路の第一構成例を示す図である。ピークホールド回路37Aは、上記のピークホールド回路37の一例である。ピークホールド回路37Aは、入力波(受信波i)のピーク値(極小値)を検出し、検出された極小値に対応するピークホールド電圧をピークホールド値hとして出力する。ピークホールド回路37Aは、第一増幅器61、第一ダイオード63、第二ダイオード65及びコンデンサ67を備える。 Figure 5 is a diagram showing a first configuration example of a peak hold circuit. Peak hold circuit 37A is an example of the above-mentioned peak hold circuit 37. Peak hold circuit 37A detects the peak value (minimum value) of the input wave (received wave i) and outputs a peak hold voltage corresponding to the detected minimum value as peak hold value h. Peak hold circuit 37A includes a first amplifier 61, a first diode 63, a second diode 65, and a capacitor 67.

第一増幅器61は、受信波iが入力される。第一増幅器61は、非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有するオペアンプであり、電源91とグランド92との間の電源電圧VBで動作する。受信波iは、第一増幅器61の非反転入力端子に入力される。第一増幅器61は、出力端子と反転入力端子とが互いに電気的に接続されていることで、入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いボルテージフォロワを形成する。第一増幅器61は、ボルテージフォロワを形成することで、高い入力インピーダンスを低い出力インピーダンスに変換できるので、受信波iのピーク値に応じた電荷(電圧)をコンデンサ67に短期間にチャージできる。 The first amplifier 61 receives the received wave i. The first amplifier 61 is an operational amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, and operates on a power supply voltage VB between a power supply 91 and ground 92. The received wave i is input to the non-inverting input terminal of the first amplifier 61. The output terminal and the inverting input terminal of the first amplifier 61 are electrically connected to each other, forming a voltage follower with high input impedance and low output impedance. By forming a voltage follower, the first amplifier 61 can convert high input impedance to low output impedance, so that a charge (voltage) corresponding to the peak value of the received wave i can be charged to the capacitor 67 in a short period of time.

第一ダイオード63のアノードは、第一増幅器61の反転入力端子に電気的に接続され、第一ダイオード63のカソードは、第一増幅器61の出力端子に電気的に接続されている。この例では、第一ダイオード63のアノードは、抵抗素子62を介して第一増幅器61の反転入力端子に電気的に接続されているが、抵抗素子62は無くてもよい。第一増幅器61は、第一ダイオード63のアノードが反転入力端子に接続され第一ダイオード63のカソードが出力端子に接続されているので、受信波iの電圧に対して第一ダイオード63の順方向電圧だけ低い電圧V1を出力端子から出力する。 The anode of the first diode 63 is electrically connected to the inverting input terminal of the first amplifier 61, and the cathode of the first diode 63 is electrically connected to the output terminal of the first amplifier 61. In this example, the anode of the first diode 63 is electrically connected to the inverting input terminal of the first amplifier 61 via a resistive element 62, but the resistive element 62 may be omitted. Since the anode of the first diode 63 is connected to the inverting input terminal and the cathode of the first diode 63 is connected to the output terminal of the first amplifier 61, the first amplifier 61 outputs a voltage V1 from the output terminal that is lower than the voltage of the received wave i by the forward voltage of the first diode 63.

第二ダイオード65のカソードは、第一ダイオード63のカソード及び第一増幅器61の出力端子に電気的に接続されている。第二ダイオード65のアノードは、コンデンサ67の一端に電気的に接続されている。この例では、第二ダイオード65のアノードは、抵抗素子66を介してコンデンサ67の一端に電気的に接続され、コンデンサ67の他端は、グランド92に電気的に接続されている。コンデンサ67は、受信波iのピーク値(極小値)に応じた電圧Vcをホールドする容量素子である。 The cathode of the second diode 65 is electrically connected to the cathode of the first diode 63 and the output terminal of the first amplifier 61. The anode of the second diode 65 is electrically connected to one end of the capacitor 67. In this example, the anode of the second diode 65 is electrically connected to one end of the capacitor 67 via a resistive element 66, and the other end of the capacitor 67 is electrically connected to ground 92. The capacitor 67 is a capacitive element that holds a voltage Vc corresponding to the peak value (minimum value) of the received wave i.

第二ダイオード65は、電圧V1が電圧Vcから第二ダイオード65の順方向電圧を減じた電圧よりも低い場合に導通し、コンデンサ67は第二ダイオード65を介して放電される。コンデンサ67から第二ダイオード65を介して放電される電流は、第一増幅器61の出力端子へ流入する。その結果、電圧V1の極小値に第二ダイオード65の順方向電圧を加えた電圧が、電圧Vcとしてコンデンサ67にホールドされる。したがって、ピークホールド回路37Aは、受信波iの負極性側のピーク値(極小値)に応じた電圧Vcをホールドするため(図6参照)、図4のように閾値電圧VTHLDが基準レベルVCOMに対して負極性側にある場合に適している。 The second diode 65 is conductive when the voltage V1 is lower than the voltage Vc minus the forward voltage of the second diode 65, and the capacitor 67 is discharged through the second diode 65. The current discharged from the capacitor 67 through the second diode 65 flows into the output terminal of the first amplifier 61. As a result, a voltage obtained by adding the forward voltage of the second diode 65 to the minimum value of the voltage V1 is held as the voltage Vc by the capacitor 67. Therefore, the peak hold circuit 37A holds the voltage Vc corresponding to the peak value (minimum value) on the negative side of the received wave i (see FIG. 6), and is therefore suitable for the case in which the threshold voltage VTHLD is on the negative side with respect to the reference level VCOM as shown in FIG. 4.

図5において、第一ダイオード63と第二ダイオード65は、カソード同士が接続されている。受信波iの電圧と第一増幅器61の出力端子の電圧V1との間には、第一ダイオード63の順方向電圧と同じ電圧差が生じる(図6参照)。しかし、当該電圧差は、第二ダイオード65の順方向電圧により相殺される。したがって、受信波iの電圧の極小値に略等しい電圧がコンデンサ67に電圧Vcとしてホールドされるため、受信波iのピーク値に応じてホールドされる電圧Vcの誤差が低減する。 In FIG. 5, the cathodes of the first diode 63 and the second diode 65 are connected to each other. A voltage difference equal to the forward voltage of the first diode 63 occurs between the voltage of the received wave i and the voltage V1 of the output terminal of the first amplifier 61 (see FIG. 6). However, this voltage difference is offset by the forward voltage of the second diode 65. Therefore, a voltage approximately equal to the minimum value of the voltage of the received wave i is held as voltage Vc in the capacitor 67, reducing the error in the voltage Vc held according to the peak value of the received wave i.

仮に、第一ダイオード63及びバイアス素子64が存在しないピークホールド回路37X(図7)の場合、コンデンサ67にホールドされる電圧Vcと受信波iの電圧との間には、第二ダイオード65の順方向電圧と同じ電圧差が生じる。このため、第二ダイオード65の順方向電圧による誤差が電圧Vcに生じうる。しかし、ピークホールド回路37A(図5)の場合、受信波iの電圧と電圧V1との間に第一ダイオード63の順方向電圧と同じ電圧差が生じるため、第二ダイオード65の順方向電圧で生じる誤差が相殺される。これにより、第二ダイオード65の順方向電圧による誤差が改善される。 If the peak hold circuit 37X (Figure 7) does not have the first diode 63 and bias element 64, a voltage difference equal to the forward voltage of the second diode 65 occurs between the voltage Vc held by the capacitor 67 and the voltage of the received wave i. This can cause an error in voltage Vc due to the forward voltage of the second diode 65. However, in the case of the peak hold circuit 37A (Figure 5), a voltage difference equal to the forward voltage of the first diode 63 occurs between the voltage of the received wave i and voltage V1, so the error caused by the forward voltage of the second diode 65 is offset. This improves the error caused by the forward voltage of the second diode 65.

なお、第二ダイオード65は、漏れ電流を抑制してコンデンサ67にチャージされた電圧の変化を小さくするため、ショットキーダイオードよりも漏れ電流の小さなダイオードを採用することが好ましい。 In addition, it is preferable to use a diode with a smaller leakage current than a Schottky diode for the second diode 65 in order to suppress leakage current and reduce the change in the voltage charged to the capacitor 67.

誤差を正確に相殺するには、第一ダイオード63と第二ダイオード65の順方向電圧が揃っていることが好ましい。したがって、第二ダイオード65は、順方向電圧の特性(例えば、電気的特性又は温度特性など)が第一ダイオード63と同じであることが好ましい。例えば、同じ型式のダイオードが好ましく、同じロットのダイオードがより好ましい。さらに、第一ダイオード63及び第二ダイオード65として、複数のダイオード素子を同一パッケージに内蔵するダイオード部品を採用すると、両ダイオードの特性及び温度が均一となるので、より優れた効果が得られる。 To accurately cancel out the error, it is preferable that the forward voltages of the first diode 63 and the second diode 65 are uniform. Therefore, it is preferable that the forward voltage characteristics (e.g., electrical characteristics or temperature characteristics) of the second diode 65 are the same as those of the first diode 63. For example, diodes of the same type are preferable, and diodes from the same lot are more preferable. Furthermore, if diode components that incorporate multiple diode elements in the same package are used as the first diode 63 and the second diode 65, the characteristics and temperature of both diodes will be uniform, resulting in better effects.

ピークホールド回路37Aは、第一ダイオード63をバイアスするバイアス素子64を備えてもよい。バイアス素子64は、電源91と第一ダイオード63のアノードとの間に介在する。バイアス素子64を備えることで、第一ダイオード63はアノードからカソードに電流が流れるようバイアスされるので、電圧V1が安定化する。バイアス素子64が抵抗素子であると、第一ダイオード63は常にアノードからカソードに電流が流れるようバイアスされるので、電圧V1が安定化する。バイアス素子64は、抵抗素子に限らず、トランジスタ等の他の素子でもよい。 The peak hold circuit 37A may include a bias element 64 that biases the first diode 63. The bias element 64 is interposed between the power supply 91 and the anode of the first diode 63. By including the bias element 64, the first diode 63 is biased so that a current flows from the anode to the cathode, and the voltage V1 is stabilized. If the bias element 64 is a resistive element, the first diode 63 is biased so that a current always flows from the anode to the cathode, and the voltage V1 is stabilized. The bias element 64 is not limited to a resistive element, and may be another element such as a transistor.

ピークホールド回路37Aは、コンデンサ67の一端に入力端子が電気的に接続される第二増幅器72を備えてもよい。コンデンサ67にチャージされた電圧Vcが変化しないよう、高入力インピーダンスの第二増幅器72に接続される。第二増幅器72は、コンデンサ67の電圧Vcと略等しいピークホールド電圧をピークホールド値hとして出力する。ピークホールド電圧は、不図示のADコンバータにより読み込まれ、ピークホールド値hが測定される。 The peak hold circuit 37A may include a second amplifier 72 whose input terminal is electrically connected to one end of the capacitor 67. The capacitor 67 is connected to the second amplifier 72 with a high input impedance so that the voltage Vc charged to the capacitor 67 does not change. The second amplifier 72 outputs a peak hold voltage that is approximately equal to the voltage Vc of the capacitor 67 as a peak hold value h. The peak hold voltage is read by an AD converter (not shown), and the peak hold value h is measured.

第二増幅器72は、コンデンサ67の電圧Vcが入力される。第二増幅器72は、非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有するオペアンプであり、電源91とグランド92との間の電源電圧VBで動作する。電圧Vcは、第二増幅器72の非反転入力端子に入力される。第二増幅器72は、出力端子と反転入力端子とが互いに電気的に接続されていることで、入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いボルテージフォロワを形成する。第二増幅器72は、ボルテージフォロワを形成することで、高い入力インピーダンスを低い出力インピーダンスに変換できるので、電圧Vcに対応するピークホールド電圧をピークホールド値hとして高速に出力できる。 The second amplifier 72 receives the voltage Vc of the capacitor 67. The second amplifier 72 is an operational amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, and operates on a power supply voltage VB between a power supply 91 and ground 92. The voltage Vc is input to the non-inverting input terminal of the second amplifier 72. The output terminal and the inverting input terminal of the second amplifier 72 are electrically connected to each other, forming a voltage follower with high input impedance and low output impedance. By forming a voltage follower, the second amplifier 72 can convert a high input impedance to a low output impedance, and can therefore quickly output a peak hold voltage corresponding to the voltage Vc as a peak hold value h.

第二増幅器72の出力端子は、容量素子73と抵抗素子74とが並列に接続されたフィルタを介して、第二増幅器72の反転入力端子に電気的に接続されてもよい。これにより、第二増幅器72の出力端子から出力されるピークホールド電圧が安定化する。 The output terminal of the second amplifier 72 may be electrically connected to the inverting input terminal of the second amplifier 72 via a filter in which a capacitive element 73 and a resistive element 74 are connected in parallel. This stabilizes the peak hold voltage output from the output terminal of the second amplifier 72.

受信波iのピーク値について今回の計測が終了すると、次回の計測に備えるため、コンデンサ67にチャージされた電圧Vcはリセットされる。ピークホールド回路37Aは、制御部35から供給されるリセット信号jに従って、電圧Vcをリセットするリセット回路75を備える。 When the current measurement of the peak value of the received wave i is completed, the voltage Vc charged in the capacitor 67 is reset to prepare for the next measurement. The peak hold circuit 37A includes a reset circuit 75 that resets the voltage Vc according to a reset signal j supplied from the control unit 35.

図5のリセット回路75は、コンデンサ67の一端にコレクタ又はドレインが電気的に接続されたトランジスタ69を有する。この例では、トランジスタ69のコレクタ又はドレインは、抵抗68を介してコンデンサ67の一端に電気的に接続される。 The reset circuit 75 in FIG. 5 has a transistor 69 whose collector or drain is electrically connected to one end of a capacitor 67. In this example, the collector or drain of the transistor 69 is electrically connected to one end of the capacitor 67 via a resistor 68.

図5のトランジスタ69は、PNP型のバイポーラトランジスタであるが、Pチャネル型の電界効果トランジスタ(FET)でもよい。バイポーラトランジスタの場合、トランジスタ69は、コンデンサ67の一端に電気的に接続されるコレクタと、中間電位93(例えば、上記の基準レベルVCOM)又は電源91に電気的に接続されるエミッタと、リセット信号jが抵抗素子71を介して入力されるベースとを有する。FETの場合、トランジスタ69は、コンデンサ67の一端に電気的に接続されるドレインと、中間電位93(例えば、上記の基準レベルVCOM)又は電源91に電気的に接続されるソースと、リセット信号jが抵抗素子71を介して入力されるゲートとを有する。 5 is a PNP-type bipolar transistor, but may be a P-channel field effect transistor (FET). In the case of a bipolar transistor, the transistor 69 has a collector electrically connected to one end of the capacitor 67, an emitter electrically connected to an intermediate potential 93 (for example, the above-mentioned reference level V COM ) or a power supply 91, and a base to which a reset signal j is input via a resistor element 71. In the case of a FET, the transistor 69 has a drain electrically connected to one end of the capacitor 67, a source electrically connected to an intermediate potential 93 (for example, the above-mentioned reference level V COM ) or a power supply 91, and a gate to which a reset signal j is input via a resistor element 71.

ベース又はゲートに入力されるリセット信号jがグランド92に近い電位になると、トランジスタ69が導通し、コンデンサ67がリセットされる(図6参照)。これにより、コンデンサ67の一端の電位は、中間電位93又は電源91の電位となる。 When the reset signal j input to the base or gate becomes close to ground 92, the transistor 69 becomes conductive and the capacitor 67 is reset (see FIG. 6). As a result, the potential of one end of the capacitor 67 becomes the intermediate potential 93 or the potential of the power supply 91.

図5において、トランジスタ69の漏れ電流が計測に誤差を与える場合がある。コンデンサ67にホールドされた電圧Vcが、時間経過とともに漏れ電流により変化し、誤差が発生する。トランジスタ69のエミッタとベース間に抵抗70が電気的に接続されていると、トランジスタ69が確実にオフして、この漏れ電流が抑制される。その結果、図5の構成の場合、ホールドされた電圧Vcの上昇が抑制され略一定の値に保持される。 In Figure 5, leakage current from transistor 69 can cause measurement errors. The voltage Vc held by capacitor 67 changes over time due to leakage current, causing errors. If resistor 70 is electrically connected between the emitter and base of transistor 69, transistor 69 is reliably turned off, suppressing this leakage current. As a result, in the configuration of Figure 5, the rise in held voltage Vc is suppressed and it is kept at an approximately constant value.

このように、ピークホールド回路37Aによれば、一方のダイオードの順方向電圧が他方のダイオードの順方向電圧で相殺されるので、ピーク値に応じてホールドされる電圧Vcの誤差が低減する。また、ピークホールド回路37Aは、第二増幅器72の出力が第一増幅器61にフィードバックする構成を有しないので、増幅器の動作スピードの不足により電圧Vcに生じる誤差が低減する。これにより、ピークホールド回路37Aは、周波数が数百kHz~数MHz(例えば、100kHz以上300MHz以下)の超音波の受信波iでも、受信波iの極小値を正確にホールドできる。 In this way, with the peak hold circuit 37A, the forward voltage of one diode is offset by the forward voltage of the other diode, reducing the error in the voltage Vc that is held according to the peak value. Furthermore, since the peak hold circuit 37A does not have a configuration in which the output of the second amplifier 72 is fed back to the first amplifier 61, the error that occurs in the voltage Vc due to insufficient amplifier operating speed is reduced. As a result, the peak hold circuit 37A can accurately hold the minimum value of the received wave i, even for ultrasonic received waves i with frequencies of several hundred kHz to several MHz (for example, 100 kHz to 300 MHz).

図8は、ピークホールド回路の第二構成例を示す図である。第二構成例において、第一構成例と同一の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。ピークホールド回路37Bは、上記のピークホールド回路37の一例である。ピークホールド回路37Bは、入力波(受信波i)のピーク値(極大値)を検出し、検出された極大値に対応するピークホールド電圧をピークホールド値hとして出力する。 Figure 8 is a diagram showing a second configuration example of a peak hold circuit. In the second configuration example, the explanation of the same configuration, action, and effect as the first configuration example will be omitted or simplified by invoking the above explanation. Peak hold circuit 37B is an example of the above peak hold circuit 37. Peak hold circuit 37B detects the peak value (maximum value) of the input wave (received wave i) and outputs a peak hold voltage corresponding to the detected maximum value as a peak hold value h.

図8に示すピークホールド回路37Bは、図5に示すピークホールド回路37Aに対して、第一ダイオード63及び第二ダイオード65の極性が反転している。また、図8に示すピークホールド回路37Bでは、第一ダイオード63をバイアスするバイアス素子64は、グランド92と第一ダイオード63のカソードとの間に介在している。 In the peak hold circuit 37B shown in FIG. 8, the polarity of the first diode 63 and the second diode 65 is reversed compared to the peak hold circuit 37A shown in FIG. 5. In addition, in the peak hold circuit 37B shown in FIG. 8, the bias element 64 that biases the first diode 63 is interposed between the ground 92 and the cathode of the first diode 63.

第一ダイオード63のアノードは、第一増幅器61の出力端子に電気的に接続され、第一ダイオード63のカソードは、第一増幅器61の反転入力端子に電気的に接続されている。この例では、第一ダイオード63のカソードは、抵抗素子62を介して第一増幅器61の反転入力端子に電気的に接続されているが、抵抗素子62は無くてもよい。第一増幅器61は、第一ダイオード63のカソードが反転入力端子に接続され第一ダイオード63のアノードが出力端子に接続されているので、受信波iの電圧に対して第一ダイオード63の順方向電圧だけ高い電圧V1を出力端子から出力する。 The anode of the first diode 63 is electrically connected to the output terminal of the first amplifier 61, and the cathode of the first diode 63 is electrically connected to the inverting input terminal of the first amplifier 61. In this example, the cathode of the first diode 63 is electrically connected to the inverting input terminal of the first amplifier 61 via a resistive element 62, but the resistive element 62 may be omitted. Since the cathode of the first diode 63 is connected to the inverting input terminal and the anode of the first diode 63 is connected to the output terminal of the first amplifier 61, the first amplifier 61 outputs a voltage V1 from the output terminal that is higher than the voltage of the received wave i by the forward voltage of the first diode 63.

第二ダイオード65のアノードは、第一ダイオード63のアノード及び第一増幅器61の出力端子に電気的に接続されている。第二ダイオード65のカソードは、コンデンサ67の一端に電気的に接続されている。この例では、第二ダイオード65のカソードは、抵抗素子66を介してコンデンサ67の一端に電気的に接続され、コンデンサ67の他端は、グランド92に電気的に接続されている。コンデンサ67は、受信波iのピーク値(極大値)に応じた電圧Vcをホールドする容量素子である。 The anode of the second diode 65 is electrically connected to the anode of the first diode 63 and the output terminal of the first amplifier 61. The cathode of the second diode 65 is electrically connected to one end of the capacitor 67. In this example, the cathode of the second diode 65 is electrically connected to one end of the capacitor 67 via a resistive element 66, and the other end of the capacitor 67 is electrically connected to ground 92. The capacitor 67 is a capacitive element that holds a voltage Vc corresponding to the peak value (maximum value) of the received wave i.

第二ダイオード65は、電圧V1が電圧Vcに第二ダイオード65の順方向電圧を加えた電圧よりも高い場合に導通し、コンデンサ67は第二ダイオード65を介して充電される。第一増幅器61の出力端子から第二ダイオード65を介して充電される電流は、コンデンサ67へ流入する。その結果、電圧V1の極大値から第二ダイオード65の順方向電圧を減じた電圧が、電圧Vcとしてコンデンサ67にホールドされる。したがって、ピークホールド回路37Bは、受信波iの正極性側のピーク値(極大値)に応じた電圧Vcをホールドするため(図9参照)、図4に示す場合とは反対に、閾値電圧VTHLDが基準レベルVCOMに対して正極性側にある場合に適している。 The second diode 65 is conductive when the voltage V1 is higher than the sum of the voltage Vc and the forward voltage of the second diode 65, and the capacitor 67 is charged via the second diode 65. The current charged from the output terminal of the first amplifier 61 via the second diode 65 flows into the capacitor 67. As a result, a voltage obtained by subtracting the forward voltage of the second diode 65 from the maximum value of the voltage V1 is held in the capacitor 67 as the voltage Vc. Therefore, the peak hold circuit 37B holds the voltage Vc corresponding to the peak value (maximum value) on the positive side of the received wave i (see FIG. 9), and is therefore suitable for the case where the threshold voltage VTHLD is on the positive side with respect to the reference level VCOM , as opposed to the case shown in FIG. 4.

図8において、第一ダイオード63と第二ダイオード65は、アノード同士が接続されている。受信波iの電圧と第一増幅器61の出力端子の電圧V1との間には、第一ダイオード63の順方向電圧と同じ電圧差が生じる(図9参照)。しかし、当該電圧差は、第二ダイオード65の順方向電圧により相殺される。したがって、受信波iの電圧の極大値に略等しい電圧がコンデンサ67に電圧Vcとしてホールドされるため、受信波iのピーク値に応じてホールドされる電圧Vcの誤差が低減する。 In FIG. 8, the anodes of the first diode 63 and the second diode 65 are connected to each other. A voltage difference equal to the forward voltage of the first diode 63 occurs between the voltage of the received wave i and the voltage V1 of the output terminal of the first amplifier 61 (see FIG. 9). However, this voltage difference is offset by the forward voltage of the second diode 65. Therefore, a voltage approximately equal to the maximum value of the voltage of the received wave i is held as voltage Vc in the capacitor 67, reducing the error in the voltage Vc held according to the peak value of the received wave i.

図8のトランジスタ69は、NPN型のバイポーラトランジスタであるが、Nチャネル型の電界効果トランジスタ(FET)でもよい。バイポーラトランジスタの場合、トランジスタ69は、コンデンサ67の一端に電気的に接続されるコレクタと、中間電位93(例えば、上記の基準レベルVCOM)又はグランド92に電気的に接続されるエミッタと、リセット信号jが抵抗素子71を介して入力されるベースとを有する。FETの場合、トランジスタ69は、コンデンサ67の一端に電気的に接続されるドレインと、中間電位93(例えば、上記の基準レベルVCOM)又はグランド92に電気的に接続されるソースと、リセット信号jが抵抗素子71を介して入力されるゲートとを有する。 8 is an NPN-type bipolar transistor, but may be an N-channel field effect transistor (FET). In the case of a bipolar transistor, the transistor 69 has a collector electrically connected to one end of the capacitor 67, an emitter electrically connected to an intermediate potential 93 (for example, the above-mentioned reference level V COM ) or a ground 92, and a base to which a reset signal j is input via a resistor element 71. In the case of a FET, the transistor 69 has a drain electrically connected to one end of the capacitor 67, a source electrically connected to an intermediate potential 93 (for example, the above-mentioned reference level V COM ) or a ground 92, and a gate to which a reset signal j is input via a resistor element 71.

ベース又はゲートに入力されるリセット信号jが電源91に近い電位になると、トランジスタ69が導通し、コンデンサ67がリセットされる(図9参照)。これにより、コンデンサ67の一端の電位は、中間電位93又はグランド92の電位となる。 When the reset signal j input to the base or gate reaches a potential close to the power supply 91, the transistor 69 becomes conductive and the capacitor 67 is reset (see FIG. 9). As a result, the potential of one end of the capacitor 67 becomes the intermediate potential 93 or the ground potential 92.

図8において、トランジスタ69の漏れ電流が計測に誤差を与える場合がある。コンデンサ67にホールドされた電圧Vcが、時間経過とともに漏れ電流により変化し、誤差が発生する。トランジスタ69のエミッタとベース間に抵抗70が電気的に接続されていると、トランジスタ69が確実にオフして、この漏れ電流が抑制される。その結果、図8の構成の場合、ホールドされた電圧Vcの低下が抑制され略一定の値に保持される。 In Figure 8, leakage current from transistor 69 can cause measurement errors. The voltage Vc held by capacitor 67 changes over time due to leakage current, causing errors. If resistor 70 is electrically connected between the emitter and base of transistor 69, transistor 69 is reliably turned off, suppressing this leakage current. As a result, in the configuration of Figure 8, the drop in held voltage Vc is suppressed and it is maintained at an approximately constant value.

このように、ピークホールド回路37Bによれば、一方のダイオードの順方向電圧が他方のダイオードの順方向電圧で相殺されるので、ピーク値に応じてホールドされる電圧Vcの誤差が低減する。また、ピークホールド回路37Bは、第二増幅器72の出力が第一増幅器61にフィードバックする構成を有しないので、増幅器の動作スピードの不足により電圧Vcに生じる誤差が低減する。これにより、ピークホールド回路37Bは、周波数が数百kHz~数MHz(例えば、100kHz以上300MHz以下)の超音波の受信波iでも、受信波iの極大値を正確にホールドできる。 In this way, with the peak hold circuit 37B, the forward voltage of one diode is offset by the forward voltage of the other diode, reducing the error in the voltage Vc that is held according to the peak value. Furthermore, since the peak hold circuit 37B does not have a configuration in which the output of the second amplifier 72 is fed back to the first amplifier 61, the error that occurs in the voltage Vc due to insufficient amplifier operating speed is reduced. As a result, the peak hold circuit 37B can accurately hold the maximum value of the received wave i, even for ultrasonic received waves i with frequencies of several hundred kHz to several MHz (for example, 100 kHz to 300 MHz).

図10は、ピークホールド回路の第三構成例を示す図である。第三構成例において、第一構成例と同一の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。ピークホールド回路37Cは、上記のピークホールド回路37の一例である。ピークホールド回路37Cは、入力波(受信波i)のピーク値(極大値)を検出し、検出された極大値に対応するピークホールド電圧をピークホールド値hとして出力する。 Figure 10 is a diagram showing a third example configuration of a peak hold circuit. In the third example configuration, the explanation of the same configuration, action, and effect as the first example configuration will be omitted or simplified by invoking the above explanation. Peak hold circuit 37C is an example of the above peak hold circuit 37. Peak hold circuit 37C detects the peak value (maximum value) of the input wave (received wave i) and outputs a peak hold voltage corresponding to the detected maximum value as a peak hold value h.

図10に示すピークホールド回路37Cは、図5に示すピークホールド回路37Aに対して、入力波(受信波i)が入力される端子が反転している。図5に示すピークホールド回路37Aでは、第一増幅器61は、受信波iを反転させずに出力する非反転増幅回路を構成し、図10に示すピークホールド回路37Cでは、第一増幅器61は、受信波iを反転させて出力する反転増幅回路を構成する。ピークホールド回路37Cでは、受信波iは、第一増幅器61の反転入力端子に入力され、第一増幅器61の非反転入力端子は、中間電位93に電気的に接続されている。ピークホールド回路37Aと同様に、ピークホールド回路37Cは、周波数が数百kHz~数MHz(例えば、100kHz以上300MHz以下)の超音波の受信波iでも、受信波iの極大値を正確にホールドできる。 The peak hold circuit 37C shown in FIG. 10 has an inverted terminal to which the input wave (received wave i) is input, compared to the peak hold circuit 37A shown in FIG. 5. In the peak hold circuit 37A shown in FIG. 5, the first amplifier 61 constitutes a non-inverting amplifier circuit that outputs the received wave i without inverting it, and in the peak hold circuit 37C shown in FIG. 10, the first amplifier 61 constitutes an inverting amplifier circuit that inverts and outputs the received wave i. In the peak hold circuit 37C, the received wave i is input to the inverting input terminal of the first amplifier 61, and the non-inverting input terminal of the first amplifier 61 is electrically connected to the intermediate potential 93. Like the peak hold circuit 37A, the peak hold circuit 37C can accurately hold the maximum value of the received wave i even when the received wave i is an ultrasonic wave with a frequency of several hundred kHz to several MHz (for example, 100 kHz to 300 MHz).

図11は、ピークホールド回路の第四構成例を示す図である。第四構成例において、第一及び第二構成例と同一の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。ピークホールド回路37Dは、上記のピークホールド回路37の一例である。ピークホールド回路37Dは、入力波(受信波i)のピーク値(極小値)を検出し、検出された極小値に対応するピークホールド電圧をピークホールド値hとして出力する。 Figure 11 is a diagram showing a fourth example configuration of a peak hold circuit. In the fourth example configuration, the explanation of the same configuration, action, and effect as the first and second examples will be omitted or simplified by invoking the above explanation. Peak hold circuit 37D is an example of the above peak hold circuit 37. Peak hold circuit 37D detects the peak value (minimum value) of the input wave (received wave i) and outputs a peak hold voltage corresponding to the detected minimum value as a peak hold value h.

図11に示すピークホールド回路37Dは、図8に示すピークホールド回路37Bに対して、入力波(受信波i)が入力される端子が反転している。図8に示すピークホールド回路37Bでは、第一増幅器61は、受信波iを反転させずに出力する非反転増幅回路を構成し、図11に示すピークホールド回路37Dでは、第一増幅器61は、受信波iを反転させて出力する反転増幅回路を構成する。ピークホールド回路37Dでは、受信波iは、第一増幅器61の反転入力端子に入力され、第一増幅器61の非反転入力端子は、中間電位93に電気的に接続されている。ピークホールド回路37Bと同様に、ピークホールド回路37Dは、周波数が数百kHz~数MHz(例えば、100kHz以上300MHz以下)の超音波の受信波iでも、受信波iの極小値を正確にホールドできる。 The peak hold circuit 37D shown in FIG. 11 has an inverted terminal to which the input wave (received wave i) is input, compared to the peak hold circuit 37B shown in FIG. 8. In the peak hold circuit 37B shown in FIG. 8, the first amplifier 61 constitutes a non-inverting amplifier circuit that outputs the received wave i without inverting it, and in the peak hold circuit 37D shown in FIG. 11, the first amplifier 61 constitutes an inverting amplifier circuit that inverts and outputs the received wave i. In the peak hold circuit 37D, the received wave i is input to the inverting input terminal of the first amplifier 61, and the non-inverting input terminal of the first amplifier 61 is electrically connected to the intermediate potential 93. As with the peak hold circuit 37B, the peak hold circuit 37D can accurately hold the minimum value of the received wave i even when the received wave i is an ultrasonic wave with a frequency of several hundred kHz to several MHz (for example, 100 kHz to 300 MHz).

ところで、制御部35(図1)は、上記のピークホールド値hに応じて、超音波eの振幅を調整するための信号(以下、振幅調整信号pともいう)を出力してもよい。受信信号fの振幅は超音波eの振幅にほぼ比例するので、超音波eの振幅を可変とすることで、受信信号fの振幅を制御することができる。受信信号fの振幅を制御することができれば、受信信号fの増幅後の波形である受信波iの振幅も制御することができる。 The control unit 35 (Figure 1) may output a signal (hereinafter also referred to as amplitude adjustment signal p) for adjusting the amplitude of the ultrasonic wave e according to the peak hold value h. Since the amplitude of the received signal f is approximately proportional to the amplitude of the ultrasonic wave e, the amplitude of the received signal f can be controlled by varying the amplitude of the ultrasonic wave e. If the amplitude of the received signal f can be controlled, the amplitude of the received wave i, which is the waveform after amplification of the received signal f, can also be controlled.

例えば、制御部35は、ピークホールド値hと所定の目標振幅値と比較する。制御部35は、ピークホールド値hが目標振幅値よりも低いことが検出されると、超音波eの振幅を上げる振幅調整信号pを出力する。制御部35は、ピークホールド値hが目標振幅値よりも高いことが検出されると、超音波eの振幅を下げる振幅調整信号pを出力する。制御部35は、ピークホールド回路37から出力されたピークホールド値hに応じて振幅調整信号pを出力するフィードバック制御を行うことにより、受信波iの振幅を一定値に制御する。 For example, the control unit 35 compares the peak hold value h with a predetermined target amplitude value. When the control unit 35 detects that the peak hold value h is lower than the target amplitude value, it outputs an amplitude adjustment signal p that increases the amplitude of the ultrasonic wave e. When the control unit 35 detects that the peak hold value h is higher than the target amplitude value, it outputs an amplitude adjustment signal p that decreases the amplitude of the ultrasonic wave e. The control unit 35 controls the amplitude of the received wave i to a constant value by performing feedback control that outputs an amplitude adjustment signal p according to the peak hold value h output from the peak hold circuit 37.

制御部35は、例えば、送信部31から送信される電気信号d(例えば、超音波振動子を励振させる一又は複数のパルス信号)の振幅を振幅調整信号pによって調節することで、電気信号dの振幅の変化に伴って変化する超音波eの振幅を調整する。制御部35は、送信部31に供給される基準電圧(例えば、電源電圧など)を振幅調整信号pによって調節することで、当該基準電圧の変化に伴って変化する電気信号dの振幅を調整してもよい。これにより、超音波eの振幅が調整される。 The control unit 35 adjusts the amplitude of the ultrasonic wave e that changes with the change in the amplitude of the electrical signal d by, for example, adjusting the amplitude of the electrical signal d (e.g., one or more pulse signals that excite an ultrasonic transducer) transmitted from the transmission unit 31 using an amplitude adjustment signal p. The control unit 35 may also adjust the amplitude of the electrical signal d that changes with the change in the reference voltage (e.g., power supply voltage, etc.) supplied to the transmission unit 31 using the amplitude adjustment signal p. This adjusts the amplitude of the ultrasonic wave e.

図12は、送信部の一構成例を示す図である。送信部31Aは、上記の送信部31の一例である。送信部31Aは、電源回路200により生成される電源電圧VDDが入力される送信ドライバ120を有する。送信ドライバ120は、例えば、集積回路である。 Figure 12 is a diagram showing an example of the configuration of a transmission unit. The transmission unit 31A is an example of the transmission unit 31 described above. The transmission unit 31A has a transmission driver 120 to which the power supply voltage VDD generated by the power supply circuit 200 is input. The transmission driver 120 is, for example, an integrated circuit.

制御部35から供給される送信タイミング信号c(例えば、複数の方形波を含むパルス入力信号)が、送信ドライバ120に入力される。送信ドライバ120は、送信タイミング信号cに比べて振幅が高く且つ送信タイミング信号cとパルス数が同一の電気信号dを出力する。送信ドライバ120は、電源電圧VDDに応じて電気信号dの振幅を変化させる。送信ドライバ120は、電源電圧VDDの増加に伴って電気信号dの振幅を上昇させ、電源電圧VDDの減少に伴って電気信号dの振幅を低下させる。 The transmission timing signal c (e.g., a pulse input signal including multiple square waves) supplied from the control unit 35 is input to the transmission driver 120. The transmission driver 120 outputs an electrical signal d that has a higher amplitude than the transmission timing signal c and the same number of pulses as the transmission timing signal c. The transmission driver 120 changes the amplitude of the electrical signal d according to the power supply voltage VDD. The transmission driver 120 increases the amplitude of the electrical signal d as the power supply voltage VDD increases, and decreases the amplitude of the electrical signal d as the power supply voltage VDD decreases.

電気信号dは、超音波振動子11a又は超音波振動子11bに入力され、超音波eを発生する。超音波eの振幅は、電気信号dの振幅にほぼ比例する。したがって、制御部35は、電源回路200により生成される電源電圧VDDを振幅調整信号pによって調整することで、受信信号f及び受信波iの振幅を所望の目標値に制御することができる。 The electrical signal d is input to the ultrasonic transducer 11a or 11b, which generates an ultrasonic wave e. The amplitude of the ultrasonic wave e is approximately proportional to the amplitude of the electrical signal d. Therefore, the control unit 35 can control the amplitude of the received signal f and the received wave i to the desired target value by adjusting the power supply voltage VDD generated by the power supply circuit 200 using the amplitude adjustment signal p.

図13は、可変の電源電圧を生成する電源回路の一構成例を示す図である。電源回路200Aは、上記の電源回路200の一例である。電源回路200Aは、送信部31において電気信号dの振幅(ひいては、超音波eの振幅)を決める電源として使用される。電源回路200Aには、図示されない別電源で生成される電源電圧Bが供給される。電源回路200Aは、電源電圧Bから、電源電圧Bよりも低い可変の電源電圧VDDを生成する。 Figure 13 is a diagram showing an example of the configuration of a power supply circuit that generates a variable power supply voltage. The power supply circuit 200A is an example of the power supply circuit 200 described above. The power supply circuit 200A is used as a power supply that determines the amplitude of the electrical signal d (and thus the amplitude of the ultrasonic wave e) in the transmission unit 31. A power supply voltage B generated by a separate power supply (not shown) is supplied to the power supply circuit 200A. The power supply circuit 200A generates a variable power supply voltage VDD, which is lower than the power supply voltage B, from the power supply voltage B.

電源回路200Aは、電源電圧VDDを抵抗201と抵抗202で分圧し、その分圧値(フィードバック電圧q)を例えばオペアンプで構成される増幅器203にフィードバックする。増幅器203は、入力される振幅調整電圧p1とフィードバック電圧qが同じになるように、電源電圧VDDを制御する。振幅調整電圧p1は、制御部35から供給される上記の振幅調整信号pの一例である。 The power supply circuit 200A divides the power supply voltage VDD using resistors 201 and 202, and feeds back the divided voltage value (feedback voltage q) to an amplifier 203, which is composed of, for example, an operational amplifier. The amplifier 203 controls the power supply voltage VDD so that the input amplitude adjustment voltage p1 and the feedback voltage q become the same. The amplitude adjustment voltage p1 is an example of the above-mentioned amplitude adjustment signal p supplied from the control unit 35.

増幅器203の出力端は、ベース接地のトランジスタ204のエミッタに接続されている。抵抗205は、電源電圧Bの電源とトランジスタ204のコレクタとの間に接続されている。抵抗205に流れるコレクタ電流の大きさが増幅器203の出力信号により制御されることで、電源電圧VDDは変化する。 The output terminal of amplifier 203 is connected to the emitter of transistor 204, which has a common base. Resistor 205 is connected between the power supply of power supply voltage B and the collector of transistor 204. The magnitude of the collector current flowing through resistor 205 is controlled by the output signal of amplifier 203, thereby changing the power supply voltage VDD.

電源回路200Aの出力段は、PNP型のバイポーラトランジスタ206とNPN型のバイポーラトランジスタ207により形成されたプッシュプル回路を有する。プッシュプル回路は、出力段での出力電流を吐き出す又は吸い込むことで、電源電圧VDDを変化させる。ベース接地とプッシュプル回路により、電源回路200Aは、電源電圧VDDの上昇と下降を高速に制御できる。 The output stage of the power supply circuit 200A has a push-pull circuit formed by a PNP bipolar transistor 206 and an NPN bipolar transistor 207. The push-pull circuit changes the power supply voltage VDD by discharging or absorbing the output current at the output stage. The common base and the push-pull circuit allow the power supply circuit 200A to quickly control the rise and fall of the power supply voltage VDD.

電源回路200Aは、オペアンプ、トランジスタ、抵抗及びコンデンサという汎用性の高い電子部品を使って構成されることで、部品の廃型によるリスクを小さくすることができる。また、汎用性の高い小型部品で簡単に構成できるので、回路を小型化・低コスト化できる。また、振幅調整電圧p1は、例えば流量計測部50の機能を実現する不図示のマイコン内蔵のDACによって生成されることで、可変の振幅調整電圧p1を容易に生成でき、電源電圧VDDを制御することができる。更に、増幅器203に使用されるオペアンプは、制御電源の電圧を低く抑えることができるので、高価な高電源電圧タイプの使用が不要となり、汎用性がより向上する。 The power supply circuit 200A is constructed using versatile electronic components such as operational amplifiers, transistors, resistors, and capacitors, which reduces the risk of component obsolescence. In addition, since it can be easily constructed using versatile small components, the circuit can be made smaller and less expensive. Furthermore, the amplitude adjustment voltage p1 can be easily generated by a DAC built into a microcomputer (not shown) that realizes the function of the flow measurement unit 50, for example, and a variable amplitude adjustment voltage p1 can be easily generated to control the power supply voltage VDD. Furthermore, the operational amplifier used in the amplifier 203 can keep the voltage of the control power supply low, eliminating the need to use expensive high power supply voltage types, further improving versatility.

電源回路200Aは、超音波eの振幅を決める電源として使用される。受信信号fの振幅は、超音波eの振幅にほぼ比例するので、超音波eの振幅を可変とすることで、受信信号fの振幅を制御することができる。マイコン内蔵のDACは10~14ビット程度の分解能を有するので、振幅調整電圧p1の細かい制御が可能である。 The power supply circuit 200A is used as a power supply that determines the amplitude of the ultrasonic wave e. Since the amplitude of the received signal f is roughly proportional to the amplitude of the ultrasonic wave e, the amplitude of the received signal f can be controlled by varying the amplitude of the ultrasonic wave e. The DAC built into the microcontroller has a resolution of about 10 to 14 bits, allowing fine control of the amplitude adjustment voltage p1.

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiments have been described above, they are presented as examples, and the present invention is not limited to the above embodiments. The above embodiments can be implemented in various other forms, and various combinations, omissions, substitutions, modifications, etc. can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their variations are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

ピークホールド回路は、超音波流量計に限られず、水位等の流体の高さレベルを超音波によって計測する超音波レベル計、物体の厚さを超音波によって計測する超音波厚さ計などの他の機器に適用されてもよい。 The peak hold circuit is not limited to ultrasonic flow meters, but may also be applied to other devices such as ultrasonic level meters that use ultrasonic waves to measure the height level of a fluid, such as a water level, and ultrasonic thickness gauges that use ultrasonic waves to measure the thickness of an object.

10a,10b 超音波プローブ
11a,11b 超音波振動子
12a,12b 楔
31 送信部
32 受信部
33a,33b スイッチ
35 制御部
37,37A,37B,37X ピークホールド回路
38 受信タイミング検出回路
40 時間計測部
50 流量計測部
61 第一増幅器
63 第一ダイオード
64 バイアス素子
65 第二ダイオード
67 コンデンサ
69 トランジスタ
70 抵抗
72 第二増幅器
75 リセット回路
91 電源
92 グランド
100 配管
102 流体
300 超音波流量計
REFERENCE SIGNS LIST 10a, 10b ultrasonic probe 11a, 11b ultrasonic transducer 12a, 12b wedge 31 transmitter 32 receiver 33a, 33b switch 35 controller 37, 37A, 37B, 37X peak hold circuit 38 reception timing detection circuit 40 time measurement unit 50 flow rate measurement unit 61 first amplifier 63 first diode 64 bias element 65 second diode 67 capacitor 69 transistor 70 resistor 72 second amplifier 75 reset circuit 91 power supply 92 ground 100 piping 102 fluid 300 ultrasonic flow meter

Claims (11)

非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有し、前記非反転入力端子又は前記反転入力端子に入力波が入力される第一増幅器と、
前記反転入力端子にアノードが電気的に接続され前記出力端子にカソードが電気的に接続された第一ダイオードと、
前記第一ダイオードのカソード及び前記出力端子にカソードが電気的に接続された第二ダイオードと、
前記第二ダイオードのアノードに一端が電気的に接続され、前記入力波のピーク値に応じた電圧をホールドするコンデンサと、を備える、ピークホールド回路。
a first amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, wherein an input wave is input to the non-inverting input terminal or the inverting input terminal;
a first diode having an anode electrically connected to the inverting input terminal and a cathode electrically connected to the output terminal;
a second diode having a cathode electrically connected to the cathode of the first diode and to the output terminal;
a capacitor having one end electrically connected to the anode of the second diode and configured to hold a voltage corresponding to the peak value of the input wave.
電源と前記第一ダイオードのアノードとの間に介在し、前記第一ダイオードをバイアスするバイアス素子を備える、請求項1に記載のピークホールド回路。 The peak hold circuit according to claim 1, further comprising a bias element disposed between a power source and the anode of the first diode to bias the first diode. 非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有し、前記非反転入力端子又は前記反転入力端子に入力波が入力される第一増幅器と、
前記反転入力端子にカソードが電気的に接続され前記出力端子にアノードが電気的に接続された第一ダイオードと、
前記第一ダイオードのアノード及び前記出力端子にアノードが電気的に接続された第二ダイオードと、
前記第二ダイオードのカソードに一端が電気的に接続され、前記入力波のピーク値に応じた電圧をホールドするコンデンサと、を備える、ピークホールド回路。
a first amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, wherein an input wave is input to the non-inverting input terminal or the inverting input terminal;
a first diode having a cathode electrically connected to the inverting input terminal and an anode electrically connected to the output terminal;
a second diode having an anode electrically connected to the anode of the first diode and the output terminal;
a capacitor having one end electrically connected to the cathode of the second diode and configured to hold a voltage corresponding to the peak value of the input wave.
グランドと前記第一ダイオードのカソードとの間に介在し、前記第一ダイオードをバイアスするバイアス素子を備える、請求項3に記載のピークホールド回路。 The peak hold circuit of claim 3, further comprising a bias element interposed between ground and the cathode of the first diode to bias the first diode. 前記バイアス素子は、抵抗素子である、求項2又は4に記載のピークホールド回路。 5. The peak hold circuit according to claim 2, wherein the bias element is a resistive element. 前記第二ダイオードは、順方向電圧の特性が前記第一ダイオードと同じである、請求項1から4のいずれか一項に記載のピークホールド回路。 The peak hold circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the second diode has the same forward voltage characteristics as the first diode. 前記コンデンサの電圧をリセットするリセット回路を備える、請求項1から4のいずれか一項に記載のピークホールド回路。 The peak hold circuit according to any one of claims 1 to 4, further comprising a reset circuit that resets the voltage of the capacitor. 前記リセット回路は、前記コンデンサの前記一端にコレクタ又はドレインが電気的に接続されたトランジスタを有する、請求項7に記載のピークホールド回路。 The peak hold circuit according to claim 7, wherein the reset circuit has a transistor whose collector or drain is electrically connected to the one end of the capacitor. 前記トランジスタは、エミッタとベースの間に抵抗が電気的に接続されたバイポーラトランジスタである、請求項8に記載のピークホールド回路。 The peak hold circuit of claim 8, wherein the transistor is a bipolar transistor with a resistor electrically connected between the emitter and the base. 前記コンデンサの前記一端に入力端子が電気的に接続される第二増幅器を備える、請求項1から4のいずれか一項に記載のピークホールド回路。 The peak hold circuit according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second amplifier having an input terminal electrically connected to the one end of the capacitor. 超音波の受信信号である前記入力波が入力される、請求項1から4のいずれか一項に記載のピークホールド回路と、
前記超音波の送信が開始する時点から、前記入力波が閾値電圧をクロスした以降に前記入力波が基準レベルをクロスする時点までの計測時間を用いて、前記超音波が伝搬する流体の流量を演算する流量計測部と、
前記コンデンサの電圧に応じて、前記受信信号を増幅する増幅回路のゲイン、前記閾値電圧又は前記超音波の振幅を調整する信号を出力する制御部と、を備える、超音波流量計。
The peak hold circuit according to claim 1 , wherein the input wave is an ultrasonic reception signal;
a flow rate measuring unit that calculates a flow rate of a fluid through which the ultrasonic waves propagate by using a measured time from a point in time when the transmission of the ultrasonic waves starts to a point in time when the input wave crosses a reference level after the input wave crosses a threshold voltage;
a control unit that outputs a signal that adjusts a gain of an amplifier circuit that amplifies the received signal, the threshold voltage, or the amplitude of the ultrasonic wave according to the voltage of the capacitor.
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