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JP2024102712A - Amplification circuit and ultrasonic flow meter - Google Patents

Amplification circuit and ultrasonic flow meter Download PDF

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JP2024102712A
JP2024102712A JP2023006785A JP2023006785A JP2024102712A JP 2024102712 A JP2024102712 A JP 2024102712A JP 2023006785 A JP2023006785 A JP 2023006785A JP 2023006785 A JP2023006785 A JP 2023006785A JP 2024102712 A JP2024102712 A JP 2024102712A
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JP
Japan
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amplifier circuit
gain
circuit
signal
amplifier
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JP2023006785A
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Japanese (ja)
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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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    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
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Abstract

Figure 2024102712000001

【課題】ゲインをn倍ずつ切り替え可能な増幅回路を提供すること。
【解決手段】直列に接続された第一増幅回路と第二増幅回路とアッテネータ回路とを備える増幅回路であって、前記増幅回路の基本ゲインをm、ゲイン増分をn、mを0ではない数、nを1よりも大きな数、xを5,4,3,2のうちの一つの整数とするとき、前記第一増幅回路のゲインをnに設定するかnに設定するか、或いは-nに設定するか-nに設定するかを切り替え、前記第二増幅回路のゲインをmに設定するかm×nに設定するかを切り替え、前記アッテネータ回路のゲインを1に設定するか1/nに設定するかを切り替える切り替え回路を備える、増幅回路。
【選択図】図5

Figure 2024102712000001

An amplifier circuit capable of switching the gain by n times is provided.
[Solution] An amplifier circuit comprising a first amplifier circuit, a second amplifier circuit, and an attenuator circuit connected in series, the amplifier circuit comprising a switching circuit which switches between setting the gain of the first amplifier circuit to n or nx, or -n or -nx , switches between setting the gain of the second amplifier circuit to m or m×n2, and switches between setting the gain of the attenuator circuit to 1 or 1/n, where m is a basic gain of the amplifier circuit, n is a gain increment, m is a number other than 0, n is a number greater than 1, and x is an integer selected from among 5, 4, 3, and 2 .
[Selected figure] Figure 5

Description

本開示は、増幅回路及び超音波流量計に関する。 This disclosure relates to an amplifier circuit and an ultrasonic flow meter.

従来、受信信号を増幅する増幅回路のゲインを調整して増幅後の受信信号の振幅を制御する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is known a technique for controlling the amplitude of the amplified received signal by adjusting the gain of an amplifier circuit that amplifies the received signal (see, for example, Patent Document 1).

特開2003-014515号公報JP 2003-014515 A

しかしながら、周波数が比較的高い信号を増幅する増幅回路のゲインをn倍ずつ切り替える構成を実現することが難しかった。 However, it was difficult to realize a configuration that could switch the gain of an amplifier circuit that amplifies relatively high-frequency signals in n-fold increments.

本開示は、ゲインをn倍ずつ切り替え可能な増幅回路及び当該増幅回路を備える超音波流量計を提供する。 This disclosure provides an amplifier circuit capable of switching the gain by n times and an ultrasonic flowmeter equipped with the amplifier circuit.

本開示の第一態様では、
直列に接続された第一増幅回路と第二増幅回路とアッテネータ回路とを備える増幅回路であって、
前記増幅回路の基本ゲインをm、ゲイン増分をn、mを0ではない数、nを1よりも大きな数、xを5,4,3,2のうちの一つの整数とするとき、
前記第一増幅回路のゲインをnに設定するかnに設定するか、或いは-nに設定するか-nに設定するかを切り替え、前記第二増幅回路のゲインをmに設定するかm×nに設定するかを切り替え、前記アッテネータ回路のゲインを1に設定するか1/nに設定するかを切り替える切り替え回路を備える、増幅回路及び当該増幅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,
An amplifier circuit including a first amplifier circuit, a second amplifier circuit, and an attenuator circuit connected in series,
Let m be the base gain of the amplifier circuit, n be the gain increment, m be a number other than 0, n be a number greater than 1, and x be an integer of 5, 4, 3, or 2.
An amplifier circuit and an ultrasonic flowmeter including the amplifier circuit are provided, the amplifier circuit including a switching circuit that switches between setting the gain of the first amplifier circuit to n or nx , or between setting the gain to -n or -nx , switches between setting the gain of the second amplifier circuit to m or m× n2 , and switches between setting the gain of the attenuator circuit to 1 or 1/n.

本開示の第二態様では、
直列に接続された第一増幅回路と第二増幅回路と第三増幅回路とを備える増幅回路であって、
前記増幅回路の基本ゲインをα・β・m、ゲイン増分をn、αを0ではない数、βを0ではない数、mを0ではない数、nを1よりも大きな数、yを4,3,2,1のうちの一つの整数とするとき、
前記第一増幅回路のゲインをαに設定するかα・nに設定するかを切り替え、前記第二増幅回路のゲインをmに設定するかm×nに設定するかを切り替え、前記第三増幅回路のゲインをβに設定するかβ・nに設定するかを切り替える切り替え回路を備える、増幅回路及び当該増幅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,
An amplifier circuit comprising a first amplifier circuit, a second amplifier circuit, and a third amplifier circuit connected in series,
Let the basic gain of the amplifier circuit be α β m, the gain increment be n, α be a non-zero number, β be a non-zero number, m be a non-zero number, n be a number greater than 1, and y be an integer selected from 4, 3, 2, and 1.
An amplifier circuit and an ultrasonic flowmeter including the amplifier circuit are provided, the amplifier circuit including a switching circuit that switches between setting the gain of the first amplifier circuit to α or α· ny , that switches between setting the gain of the second amplifier circuit to m or m× n2 , and that switches between setting the gain of the third amplifier circuit to β or β·n.

本開示によれば、ゲインをn倍ずつ切り替え可能な増幅回路及び当該増幅回路を備える超音波流量計を提供できる。 The present disclosure provides an amplifier circuit capable of switching the gain by n times and an ultrasonic flowmeter equipped with the amplifier 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 a 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. 第一実施形態の増幅回路の一構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an amplifier circuit according to the first embodiment. ゲインの第一設定方法を示す表である。11 is a table showing a first gain setting method. ゲインの第一設定方法の具体例を示す表である。11 is a table showing a specific example of a first gain setting method. ゲインの第二設定方法を示す表である。13 is a table showing a second gain setting method. ゲインの第二設定方法の具体例を示す表である。13 is a table showing a specific example of a second gain setting method. 第二実施形態の増幅回路の一構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of an amplifier circuit according to a second embodiment. ゲインの第三設定方法を示す表である。13 is a table showing a third gain setting method. ゲインの第三設定方法の具体例を示す表である。13 is a table showing a specific example of a third gain setting method. 第三実施形態の増幅回路の一構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of an amplifier circuit according to a third embodiment. ゲインの第四設定方法を示す表である。13 is a table showing a fourth gain setting method. ゲインの第四設定方法の具体例を示す表である。13 is a table showing a specific example of a fourth gain setting method. 第四実施形態の増幅回路の一構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of an amplifier circuit according to a fourth embodiment. 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 with respect 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、第一実施形態の増幅回路の一構成例を示す図である。増幅回路36Aは、上記の増幅回路36の一例である。増幅回路36Aは、受信信号fを増幅し、増幅後の受信信号fである受信波iを出力する。受信波iは、上記のピークホールド回路37及び受信タイミング検出回路38への入力波に相当する。増幅回路36Aは、第一増幅回路60、第二増幅回路80及びアッテネータ回路70を備える。 Figure 5 is a diagram showing an example of the configuration of an amplifier circuit of the first embodiment. Amplifier circuit 36A is an example of the amplifier circuit 36 described above. Amplifier circuit 36A amplifies the received signal f and outputs a received wave i, which is the amplified received signal f. The received wave i corresponds to the input wave to the peak hold circuit 37 and the reception timing detection circuit 38 described above. Amplifier circuit 36A includes a first amplifier circuit 60, a second amplifier circuit 80, and an attenuator circuit 70.

図5では、第一増幅回路60の信号出力端がアッテネータ回路70の信号入力端に直列に接続され、アッテネータ回路70の信号出力端が第二増幅回路80の信号入力端に直列に接続されている。受信波iは、第二増幅回路80の信号出力端から出力される。 In FIG. 5, the signal output terminal of the first amplifier circuit 60 is connected in series to the signal input terminal of the attenuator circuit 70, and the signal output terminal of the attenuator circuit 70 is connected in series to the signal input terminal of the second amplifier circuit 80. The received wave i is output from the signal output terminal of the second amplifier circuit 80.

第一増幅回路60は、入力される受信信号fをゲインG1で増幅し、増幅後の受信信号fである第一中間信号M1を出力する。ゲインG1は、入力される受信信号fの電圧に対して出力される第一中間信号M1の電圧の比(増幅率)を表す。ゲインG1は、1以上の値である。第一増幅回路60は、第一増幅器61、抵抗62,63,64及び第一アナログスイッチ65を有する。 The first amplifier circuit 60 amplifies the input reception signal f with a gain G1 and outputs a first intermediate signal M1, which is the amplified reception signal f. The gain G1 represents the ratio (amplification factor) of the voltage of the output first intermediate signal M1 to the voltage of the input reception signal f. The gain G1 is a value of 1 or more. The first amplifier circuit 60 has a first amplifier 61, resistors 62, 63, 64, and a first analog switch 65.

第一増幅器61は、受信信号f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。受信信号f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の出力端子と中間電位93との間には、抵抗62と抵抗64とが直列に接続されている。抵抗62と抵抗64との間の接続点66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。接続点66と中間電位93との間には、抵抗63と第一アナログスイッチ65とが直列に接続されている。第一中間信号M1は、第一増幅器61の出力端子から出力される。 The first amplifier 61 receives the received signal f. 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 a ground 92. The received signal f is input to the non-inverting input terminal of the first amplifier 61. Between the output terminal of the first amplifier 61 and an intermediate potential 93, resistors 62 and 64 are connected in series. A connection point 66 between the resistors 62 and 64 is electrically connected to the inverting input terminal of the first amplifier 61. Between the connection point 66 and the intermediate potential 93, resistor 63 and a first analog switch 65 are connected in series. The first intermediate signal M1 is output from the output terminal of the first amplifier 61.

中間電位93は、例えば、上記の基準レベルVCOMである。 The intermediate potential 93 is, for example, the above-mentioned reference level VCOM .

第一アナログスイッチ65は、抵抗63を中間電位93に電気的に接続するか、抵抗63を中間電位93に接続しないで開放とするかを、第一切替信号k1の論理レベル(ハイレベル又はローレベル)に従って切り替える。第一切替信号k1は、上記の制御部35から供給されるゲイン調整信号kの一つである。本実施形態では、第一アナログスイッチ65は、単極双投タイプであるが、単極単投タイプのスイッチを使って構成されてもよい。 The first analog switch 65 switches between electrically connecting the resistor 63 to the intermediate potential 93 and leaving the resistor 63 open without connecting it to the intermediate potential 93 according to the logical level (high level or low level) of the first switching signal k1. The first switching signal k1 is one of the gain adjustment signals k supplied from the control unit 35. In this embodiment, the first analog switch 65 is a single-pole double-throw type, but may be configured using a single-pole single-throw type switch.

第一増幅回路60は、第一増幅器61と抵抗62,63,64との組み合せによって形成された非反転増幅回路を有する。第一増幅回路60の増幅率(ゲインG1)は、以下の通りである。 The first amplifier circuit 60 has a non-inverting amplifier circuit formed by a combination of a first amplifier 61 and resistors 62, 63, and 64. The amplification factor (gain G1) of the first amplifier circuit 60 is as follows:

抵抗63が開放の場合、ゲインG1は、
G1a=1+R64/R62 ・・・(7)
となる。R64,R62は、それぞれ、抵抗64,62の抵抗値を表す。
When resistor 63 is open, the gain G1 is:
G1a=1+R64/R62...(7)
R64 and R62 represent the resistance values of the resistors 64 and 62, respectively.

抵抗63が中間電位93に接続される場合、ゲインG1は、
G1b=1+R64/(R62・R63/(R62+R63)) ・・・(8)
となる。R63は、抵抗63の抵抗値を表す。
When the resistor 63 is connected to the intermediate potential 93, the gain G1 is
G1b=1+R64/(R62・R63/(R62+R63))...(8)
R63 represents the resistance value of the resistor 63.

つまり、第一増幅回路60は、第一切替信号k1に従って、ゲインG1をG1a又はG1bの2つの増幅率に切り替え可能である。 In other words, the first amplifier circuit 60 can switch the gain G1 between two amplification factors, G1a and G1b, according to the first switching signal k1.

第一増幅回路60は、オペアンプ、抵抗、および単極単投または単極双投のアナログスイッチ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。更に、入力信号に対する入力インピーダンスが極めて高いので、インピーダンスが比較的高い信号入力端から入力される信号(受信信号f)でも、正確に増幅することができる。 The first amplifier circuit 60 is constructed using versatile electronic components, such as an operational amplifier, resistors, and a single-pole single-throw or single-pole double-throw analog switch, 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, since the input impedance for the input signal is extremely high, it can accurately amplify even a signal (received signal f) input from a signal input terminal with a relatively high impedance.

アッテネータ回路70は、第一増幅回路60により増幅された信号(第一中間信号M1)が入力される。アッテネータ回路70は、入力される第一中間信号M1をゲインG3で減衰し、減衰後の第一中間信号M1である第二中間信号M2を出力する。ゲインG3は、入力される第一中間信号M1の電圧に対して出力される第二中間信号M2の電圧の比(増幅率。減衰率ともいう)を表す。ゲインG3は、1以下の非負の値である。アッテネータ回路70は、抵抗71,72及び第三アナログスイッチ73を有する。 The attenuator circuit 70 receives the signal (first intermediate signal M1) amplified by the first amplifier circuit 60. The attenuator circuit 70 attenuates the input first intermediate signal M1 by a gain G3 and outputs a second intermediate signal M2, which is the attenuated first intermediate signal M1. The gain G3 represents the ratio (amplification factor, also called attenuation factor) of the voltage of the output second intermediate signal M2 to the voltage of the input first intermediate signal M1. The gain G3 is a non-negative value equal to or less than 1. The attenuator circuit 70 has resistors 71, 72 and a third analog switch 73.

アッテネータ回路70の信号入力端と信号出力端との間に、抵抗72が直列に接続されている。抵抗72とアッテネータ回路70の信号出力端とは、接続点74で接続されている。接続点74と中間電位93との間には、抵抗71と第三アナログスイッチ73とが直列に接続されている。第二中間信号M2は、接続点74から出力される。 A resistor 72 is connected in series between the signal input terminal and the signal output terminal of the attenuator circuit 70. The resistor 72 and the signal output terminal of the attenuator circuit 70 are connected at a connection point 74. A resistor 71 and a third analog switch 73 are connected in series between the connection point 74 and the intermediate potential 93. The second intermediate signal M2 is output from the connection point 74.

第三アナログスイッチ73は、抵抗71を中間電位93に電気的に接続するか、抵抗71を中間電位93に接続しないで開放とするかを、第三切替信号k3の論理レベル(ハイレベル又はローレベル)に従って切り替える。第三切替信号k3は、上記の制御部35から供給されるゲイン調整信号kの一つである。本実施形態では、第三アナログスイッチ73は、単極双投タイプであるが、単極単投タイプのスイッチを使って構成されてもよい。 The third analog switch 73 switches between electrically connecting the resistor 71 to the intermediate potential 93 or leaving the resistor 71 open and not connected to the intermediate potential 93 according to the logical level (high level or low level) of the third switching signal k3. The third switching signal k3 is one of the gain adjustment signals k supplied from the control unit 35. In this embodiment, the third analog switch 73 is a single-pole double-throw type, but may be configured using a single-pole single-throw type switch.

アッテネータ回路70は、抵抗71と抵抗72の組み合わせによって形成された分圧回路を有する。アッテネータ回路70の増幅率(ゲインG3)は、以下の通りである。 The attenuator circuit 70 has a voltage divider circuit formed by a combination of resistors 71 and 72. The amplification factor (gain G3) of the attenuator circuit 70 is as follows:

抵抗71が開放の場合、ゲインG3は、
G3a=1 ・・・(9)
となる。
When resistor 71 is open, the gain G3 is:
G3a=1...(9)
It becomes.

抵抗71が中間電位93に接続される場合、ゲインG3は、
G3b=R71/(R71+R72) ・・・(10)
となる。R71,R72は、それぞれ、抵抗71,72の抵抗値を表す。
When the resistor 71 is connected to the intermediate potential 93, the gain G3 is
G3b=R71/(R71+R72)...(10)
R71 and R72 represent the resistance values of the resistors 71 and 72, respectively.

つまり、アッテネータ回路70は、第三切替信号k3に従って、ゲインG3をG3a又はG3bの2つの増幅率に切り替え可能である。 In other words, the attenuator circuit 70 can switch the gain G3 between two amplification factors, G3a and G3b, according to the third switching signal k3.

アッテネータ回路70は、抵抗、および単極単投または単極双投のアナログスイッチ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。 The attenuator circuit 70 is constructed using highly versatile electronic components, such as resistors and single-pole single-throw or single-pole double-throw analog switches, which reduces the risk of component obsolescence. In addition, because it can be easily constructed using small, highly versatile components, the circuit can be made smaller and less expensive.

第一増幅回路60とアッテネータ回路70と後述する第二増幅回路80は、図5に示す順番で直列に接続される形態に限られず、それらの三つの回路が直列に接続される順番は、入れ替えられてもよい。図5に示す順番で接続すると、第一増幅回路60の出力インピーダンスが低く、後述する第二増幅回路80の入力インピーダンスが極めて高いので、アッテネータ回路70の入力インピーダンスが低く出力インピーダンスが高くても、正確に増幅することができる。 The first amplifier circuit 60, the attenuator circuit 70, and the second amplifier circuit 80 described later are not limited to being connected in series in the order shown in FIG. 5, and the order in which these three circuits are connected in series may be reversed. When connected in the order shown in FIG. 5, the output impedance of the first amplifier circuit 60 is low and the input impedance of the second amplifier circuit 80 described later is extremely high, so that accurate amplification is possible even if the input impedance of the attenuator circuit 70 is low and the output impedance is high.

第二増幅回路80は、アッテネータ回路70から出力される第二中間信号M2が入力される。第二増幅回路80は、入力される第二中間信号M2をゲインG2で増幅し、増幅後の第二中間信号M2である受信波iを出力する。ゲインG2は、入力される第二中間信号M2の電圧に対して出力される受信波iの電圧の比(増幅率)を表す。ゲインG2は、正の値である。 The second amplifier circuit 80 receives the second intermediate signal M2 output from the attenuator circuit 70. The second amplifier circuit 80 amplifies the input second intermediate signal M2 with a gain G2, and outputs a received wave i, which is the amplified second intermediate signal M2. The gain G2 represents the ratio (amplification factor) of the voltage of the output received wave i to the voltage of the input second intermediate signal M2. The gain G2 is a positive value.

第二増幅回路80は、第二増幅器81、抵抗82,83,84,87,88及び第二アナログスイッチ85を有する。 The second amplifier circuit 80 has a second amplifier 81, resistors 82, 83, 84, 87, 88, and a second analog switch 85.

第二増幅器81は、第二中間信号M2が入力される。第二増幅器81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。第二中間信号M2は、第二増幅器81の非反転入力端子に入力される。第二増幅器81の出力端子と中間電位93との間には、抵抗82と抵抗84とが直列に接続されている。抵抗82と抵抗84との間の接続点86は、第二増幅器81の反転入力端子に電気的に接続されている。接続点86と中間電位93との間には、抵抗83と第二アナログスイッチ85とが直列に接続されている。第二増幅器81の出力端子と中間電位93との間には、抵抗88と抵抗87とが直列に接続されている。受信波iは、抵抗88と抵抗87との間の接続点から出力される。 The second amplifier 81 receives the second intermediate signal M2. The second amplifier 81 is an operational amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, and operates with a power supply voltage VB between a power supply 91 and a ground 92. The second intermediate signal M2 is input to the non-inverting input terminal of the second amplifier 81. Between the output terminal of the second amplifier 81 and the intermediate potential 93, resistors 82 and 84 are connected in series. A connection point 86 between the resistors 82 and 84 is electrically connected to the inverting input terminal of the second amplifier 81. Between the connection point 86 and the intermediate potential 93, resistors 83 and a second analog switch 85 are connected in series. Between the output terminal of the second amplifier 81 and the intermediate potential 93, resistors 88 and 87 are connected in series. The received wave i is output from the connection point between the resistors 88 and 87.

第二アナログスイッチ85は、抵抗83を中間電位93に電気的に接続するか、抵抗83を中間電位93に接続しないで開放とするかを、第二切替信号k2の論理レベル(ハイレベル又はローレベル)に従って切り替える。第二切替信号k2は、上記の制御部35から供給されるゲイン調整信号kの一つである。本実施形態では、第二アナログスイッチ85は、単極双投タイプであるが、単極単投タイプのスイッチを使って構成されてもよい。 The second analog switch 85 switches between electrically connecting the resistor 83 to the intermediate potential 93 and leaving the resistor 83 open without connecting it to the intermediate potential 93 according to the logical level (high level or low level) of the second switching signal k2. The second switching signal k2 is one of the gain adjustment signals k supplied from the control unit 35. In this embodiment, the second analog switch 85 is a single-pole double-throw type, but may be configured using a single-pole single-throw type switch.

第二増幅回路80は、第二増幅器81と抵抗82,83,84,87,88との組み合せによって形成された非反転増幅回路を有する。第二増幅回路80の増幅率(ゲインG2)は、以下の通りである。 The second amplifier circuit 80 has a non-inverting amplifier circuit formed by combining a second amplifier 81 with resistors 82, 83, 84, 87, and 88. The amplification factor (gain G2) of the second amplifier circuit 80 is as follows:

抵抗83が開放の場合、ゲインG2は、
G2a=(1+R84/R82)・(R87/(R87+R88))
・・・(11)
となる。R84,R82,R87,R88は、それぞれ、抵抗84,82,87,88の抵抗値を表す。なお、G2a>1の場合は、抵抗88を短絡(R88は0Ωに相当)、抵抗87を未使用(未実装。R87は無限大に相当)とするのが望ましい。また、G2a=1の場合は、抵抗88を短絡(R88は0Ωに相当)、抵抗87を未使用(未実装。R87は無限大に相当)とするのに加えて、抵抗82を未使用(未実装。R82は無限大に相当)とするのが望ましい。
When resistor 83 is open, the gain G2 is:
G2a=(1+R84/R82)・(R87/(R87+R88))
...(11)
R84, R82, R87, and R88 represent the resistance values of resistors 84, 82, 87, and 88, respectively. When G2a>1, it is preferable to short-circuit resistor 88 (R88 corresponds to 0Ω) and to leave resistor 87 unused (not mounted; R87 corresponds to infinity). When G2a=1, it is preferable to short-circuit resistor 88 (R88 corresponds to 0Ω) and to leave resistor 87 unused (not mounted; R87 corresponds to infinity), and also to leave resistor 82 unused (not mounted; R82 corresponds to infinity).

抵抗83が中間電位93に接続される場合、ゲインG2は、
G2b=(1+R84/(R82・R83/(R82+R83)))・(R87/(R87+R88)) ・・・(12)
となる。R83は、抵抗83の抵抗値を表す。
When the resistor 83 is connected to the intermediate potential 93, the gain G2 is
G2b=(1+R84/(R82・R83/(R82+R83)))・(R87/(R87+R88)) ・・・(12)
R83 represents the resistance value of the resistor 83.

つまり、第二増幅回路80は、第二切替信号k2に従って、ゲインG2をG2a又はG2bの2つの増幅率に切り替え可能である。 In other words, the second amplifier circuit 80 can switch the gain G2 between two amplification factors, G2a and G2b, according to the second switching signal k2.

第二増幅回路80は、オペアンプ、抵抗、および単極単投または単極双投のアナログスイッチ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。 The second amplifier circuit 80 is constructed using versatile electronic components, such as an operational amplifier, resistors, and a single-pole single-throw or single-pole double-throw analog switch, which reduces the risk of component obsolescence. In addition, because it can be easily constructed using versatile small components, the circuit can be made smaller and less expensive.

このように、第一増幅回路60のゲインG1は、第一切替信号k1により切り替えでき、第二増幅回路80のゲインG2は、第二切替信号k2により切り替えでき、アッテネータ回路70のゲインG3は、第三切替信号k3により切り替えできる。よって、第一増幅回路60、第二増幅回路80及びアッテネータ回路70は、互いに独立に、ゲインの切り替えが可能である。 In this way, the gain G1 of the first amplifier circuit 60 can be switched by the first switching signal k1, the gain G2 of the second amplifier circuit 80 can be switched by the second switching signal k2, and the gain G3 of the attenuator circuit 70 can be switched by the third switching signal k3. Therefore, the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the attenuator circuit 70 can switch their gains independently of each other.

続いて、第一増幅回路60、第二増幅回路80及びアッテネータ回路70のゲイン設定につき、図6及び図7を用いて説明する。 Next, the gain settings of the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the attenuator circuit 70 will be explained using Figures 6 and 7.

図6は、ゲインの第一設定方法を示す表である。図6では、基本ゲインをm、ゲイン増分をnとする。mは正の数である。nは、1よりも大きな数である。第一増幅回路60のゲインG1は、抵抗62,63,64の各抵抗値を組み合わせて式(7),(8)を用いて設定され、G1aをn、G1bをnとする。第二増幅回路80のゲインG2は、抵抗82,83,84,87,88の各抵抗値を組み合わせて式(11),(12)を用いて設定され、G2aをm、G2bをm・nとする。アッテネータ回路70のゲインG3は、抵抗71,72の各抵抗値を組み合わせて式(9),(10)を用いて設定され、G3aを1、G3bを1/nとする。 FIG. 6 is a table showing a first gain setting method. In FIG. 6, the basic gain is m and the gain increment is n. m is a positive number. n is a number greater than 1. The gain G1 of the first amplifier circuit 60 is set by combining the resistance values of the resistors 62, 63, and 64 using equations (7) and (8), where G1a is n and G1b is n5 . The gain G2 of the second amplifier circuit 80 is set by combining the resistance values of the resistors 82, 83, 84, 87, and 88 using equations (11) and (12), where G2a is m and G2b is m· n2 . The gain G3 of the attenuator circuit 70 is set by combining the resistance values of the resistors 71 and 72 using equations (9) and (10), where G3a is 1 and G3b is 1/n.

第一増幅回路60、第二増幅回路80及びアッテネータ回路70のトータルの増幅率(増幅回路36のトータルゲインG)は、各々の回路の増幅率の積となる(G=G1・GG2・G3)。したがって、図6に示すように、トータルゲインGは、最小の基本ゲインmから、m・n、m・n、・・・とn倍ずつ増え、最大のm・nまで、8段階で切り替え可能となる。このように、増幅回路36Aは、第一切替信号k1、第二切替信号k2及び第三切替信号k3に従って、トータルゲインGを、最小の基本ゲインmから最大のm・nまでn倍ずつ切り替えできる。このように、指数関数的に同じゲイン増分nでトータルゲインGが切り替えられることは、信号増幅の点で使い勝手がよい。 The total amplification factor of the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the attenuator circuit 70 (total gain G of the amplifier circuit 36) is the product of the amplification factors of each circuit (G=G1· GG2 ·G3). Therefore, as shown in FIG. 6, the total gain G increases n-fold from the minimum basic gain m to the maximum m·n 7 , and can be switched in eight stages. In this way, the amplifier circuit 36A can switch the total gain G from the minimum basic gain m to the maximum m·n 7 in n-fold increments according to the first switching signal k1, the second switching signal k2, and the third switching signal k3. In this way, the fact that the total gain G can be switched exponentially with the same gain increment n is convenient in terms of signal amplification.

図7は、ゲインの第一設定方法の具体例を示す表である。図7は、基本ゲインm=3、ゲイン増分n=2の場合を例示する。トータルゲインは、最小の3倍から最大の384倍まで2倍ずつ大きくなり、8段階で切り替えできる。 Figure 7 is a table showing a specific example of the first gain setting method. Figure 7 illustrates the case where the base gain m = 3 and the gain increment n = 2. The total gain increases in increments of 2 from a minimum of 3 times to a maximum of 384 times, and can be switched in 8 steps.

図8は、ゲインの第二設定方法を示す表である。図8は、第一増幅回路60のゲインG1bがnに設定されている点で、図6と異なっている。その結果、トータルゲインGは、mからm・nまでの7段階でn倍ずつ切り替え可能となり、2つの「m・n」が重複して存在する。 Fig. 8 is a table showing a second gain setting method. Fig. 8 differs from Fig. 6 in that the gain G1b of the first amplifier circuit 60 is set to n4 . As a result, the total gain G can be switched in seven steps from m to m· n6 in increments of n, and two "m· n3 " values overlap.

図9は、ゲインの第二設定方法の具体例を示す表である。図9は、基本ゲインm=3、ゲイン増分n=2の場合を例示する。トータルゲインは、最小の3倍から最大の192倍まで2倍ずつ大きくなり、7段階で切り替えできる。 Figure 9 is a table showing a specific example of the second gain setting method. Figure 9 illustrates the case where the base gain m = 3 and the gain increment n = 2. The total gain increases in increments of 2 from a minimum of 3 times to a maximum of 192 times, and can be switched in 7 steps.

例えば、トータルゲインGの最大値がm・nまで必要なくm・nで十分な場合、ゲインの第二設定方法が使用されればよい。第一増幅回路60のゲインG1の最大値は、第一設定方法(図6)では、nなのに対し、第二設定方法(図8)では、nである。ゲインが下がると、使用するオペアンプの周波数帯域やスピードを抑えることができ、より汎用性が高い、安価な部品を選定することが可能となる。 For example, if the maximum value of the total gain G does not need to be m×n 7 and m×n 6 is sufficient, the second gain setting method may be used. The maximum value of the gain G1 of the first amplifier circuit 60 is n 5 in the first setting method (FIG. 6), whereas it is n 4 in the second setting method (FIG. 8). When the gain is reduced, the frequency band and speed of the operational amplifier used can be reduced, making it possible to select more versatile, less expensive parts.

なお、図8は、第一増幅回路60のゲインG1bがnに設定される場合を示す。しかし、ゲインG1bは、nに代えて、n又はnに設定されても、nに設定される場合と同様の効果が得られる。G1bがnに設定される場合、トータルゲインGは、mからm・nまでの6段階でn倍ずつ切り替え可能となり、2つの「m・n」及び2つの「m・n」が重複して存在する(図示省略)。G1bがnに設定される場合、トータルゲインGは、mからm・nまでの5段階でn倍ずつ切り替え可能となり、2つの「m・n」、2つの「m・n」及び2つの「m・n」が重複して存在する(図示省略)。 8 shows a case where the gain G1b of the first amplifier circuit 60 is set to n4 . However, even if the gain G1b is set to n3 or n2 instead of n4 , the same effect as when it is set to n4 can be obtained. When G1b is set to n3 , the total gain G can be switched in six steps from m to m· n5 in increments of n, and two "m· n3 "s and two "m· n2 "s overlap (not shown). When G1b is set to n2 , the total gain G can be switched in five steps from m to m· n4 in increments of n, and two "m· n3 "s, two "m· n2 "s, and two "m·n"s overlap (not shown).

このように、増幅回路36Aは、トータルゲインGをn倍ずつ切り替え可能な切り替え回路として、第一アナログスイッチ65、第二アナログスイッチ85及び第三アナログスイッチ73を備える。切り替え回路は、第一増幅回路60のゲインをnに設定するかnに設定するかを切り替え、第二増幅回路80のゲインをmに設定するかm×nに設定するかを切り替え、アッテネータ回路70のゲインを1に設定するか1/nに設定するかを切り替える。ここで、xは、5,4,3,2のうちの一つの整数である。増幅回路36Aによれば、周波数が数百kHz~数MHz(例えば、100kHz以上300MHz以下)の超音波の受信信号fでも、受信波iの振幅を高精度に調整できる。 Thus, the amplifier circuit 36A includes a first analog switch 65, a second analog switch 85, and a third analog switch 73 as a switching circuit capable of switching the total gain G by n times. The switching circuits switch between setting the gain of the first amplifier circuit 60 to n or nx , between setting the gain of the second amplifier circuit 80 to m or m× n2 , and between setting the gain of the attenuator circuit 70 to 1 or 1/n, where x is one of the integers 5, 4, 3, and 2. The amplifier circuit 36A can adjust the amplitude of the received wave i with high precision even for an ultrasonic reception signal f having a frequency of several hundred kHz to several MHz (for example, 100 kHz to 300 MHz).

図10は、第二実施形態の増幅回路の一構成例を示す図である。増幅回路36Cは、上記の増幅回路36の一例である。第二実施形態において、第一実施形態と同様の構成、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。第二実施形態の増幅回路36Cは、第一増幅回路60、第二増幅回路80及びアッテネータ回路70を備える。第二実施形態において、アッテネータ回路70は、第一実施形態におけるアッテネータ回路70と同じ構成を有する。 Figure 10 is a diagram showing an example of the configuration of an amplifier circuit of the second embodiment. Amplifier circuit 36C is an example of the amplifier circuit 36 described above. In the second embodiment, the description of the configuration, action, and effect similar to those of the first embodiment will be omitted or simplified by invoking the above description. The amplifier circuit 36C of the second embodiment includes a first amplifier circuit 60, a second amplifier circuit 80, and an attenuator circuit 70. In the second embodiment, the attenuator circuit 70 has the same configuration as the attenuator circuit 70 in the first embodiment.

図10では、第一増幅回路60の信号出力端が第二増幅回路80の信号入力端に直列に接続され、第二増幅回路80の信号出力端がアッテネータ回路70の信号入力端に直列に接続されている。受信波iは、アッテネータ回路70の信号出力端から出力される。 In FIG. 10, the signal output terminal of the first amplifier circuit 60 is connected in series to the signal input terminal of the second amplifier circuit 80, and the signal output terminal of the second amplifier circuit 80 is connected in series to the signal input terminal of the attenuator circuit 70. The received wave i is output from the signal output terminal of the attenuator circuit 70.

第一増幅回路60は、入力される受信信号fをゲインG6で増幅し、増幅後の受信信号fである第一中間信号M1を出力する。ゲインG6は、入力される受信信号fの電圧に対して出力される第一中間信号M1の電圧の比(増幅率)を表す。ゲインG6は、負の値である。第一増幅回路60は、第一増幅器61、抵抗62,63,64及び第一アナログスイッチ65を有する。 The first amplifier circuit 60 amplifies the input reception signal f with a gain G6 and outputs a first intermediate signal M1, which is the amplified reception signal f. The gain G6 represents the ratio (amplification factor) of the voltage of the output first intermediate signal M1 to the voltage of the input reception signal f. The gain G6 is a negative value. The first amplifier circuit 60 has a first amplifier 61, resistors 62, 63, 64, and a first analog switch 65.

第一増幅器61は、受信信号f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。第一増幅器61の非反転入力端子は、中間電位93に接続されている。受信信号fは、第一増幅器61の反転入力端子に入力される。第一増幅器61の出力端子と受信信号fの入力端(第一増幅回路60の信号入力端)との間には、抵抗62と抵抗64とが直列に接続されている。抵抗62と抵抗64との間の接続点66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。接続点66と第一増幅器61の出力端子との間には、抵抗63と第一アナログスイッチ65とが直列に接続されている。第一中間信号M1は、第一増幅器61の出力端子から出力される。 The first amplifier 61 receives the received signal f. The first amplifier 61 is an operational amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, and operates at a power supply voltage VB between a power supply 91 and a ground 92. The non-inverting input terminal of the first amplifier 61 is connected to an intermediate potential 93. The received signal f is input to the inverting input terminal of the first amplifier 61. Resistors 62 and 64 are connected in series between the output terminal of the first amplifier 61 and the input terminal of the received signal f (signal input terminal of the first amplifier circuit 60). A connection point 66 between the resistors 62 and 64 is electrically connected to the inverting input terminal of the first amplifier 61. A resistor 63 and a first analog switch 65 are connected in series between the connection point 66 and the output terminal of the first amplifier 61. The first intermediate signal M1 is output from the output terminal of the first amplifier 61.

第一アナログスイッチ65は、抵抗63を第一増幅器61の出力端子に電気的に接続するか、抵抗63を第一増幅器61の出力端子に接続しないで開放とするかを、第一切替信号k1の論理レベル(ハイレベル又はローレベル)に従って切り替える。第一切替信号k1は、上記の制御部35から供給されるゲイン調整信号kの一つである。本実施形態では、第一アナログスイッチ65は、単極双投タイプであるが、単極単投タイプのスイッチを使って構成されてもよい。 The first analog switch 65 switches between electrically connecting the resistor 63 to the output terminal of the first amplifier 61 and disconnecting the resistor 63 from the output terminal of the first amplifier 61 and leaving it open according to the logical level (high level or low level) of the first switching signal k1. The first switching signal k1 is one of the gain adjustment signals k supplied from the control unit 35. In this embodiment, the first analog switch 65 is a single-pole double-throw type, but may be configured using a single-pole single-throw type switch.

第一増幅回路60は、第一増幅器61と抵抗62,63,64との組み合せによって形成された反転増幅回路を有する。第一増幅回路60の増幅率(ゲインG6)は、以下の通りである。 The first amplifier circuit 60 has an inverting amplifier circuit formed by a combination of a first amplifier 61 and resistors 62, 63, and 64. The amplification factor (gain G6) of the first amplifier circuit 60 is as follows:

抵抗63が第一増幅器61の出力端子に接続される場合、ゲインG6は、
G6a=-(R64・R63/(R64+R63))/R62 ・・・(17)
となる。R62,R63,R64は、それぞれ、抵抗62,63,64の抵抗値を表す。
When the resistor 63 is connected to the output terminal of the first amplifier 61, the gain G6 is
G6a=-(R64・R63/(R64+R63))/R62...(17)
R62, R63, and R64 represent the resistance values of the resistors 62, 63, and 64, respectively.

抵抗63が開放の場合、ゲインG6は、
G6b=-R64/R62 ・・・(18)
となる。
When resistor 63 is open, the gain G6 is:
G6b=-R64/R62...(18)
It becomes.

つまり、第一増幅回路60は、第一切替信号k1に従って、ゲインG6をG6a又はG6bの2つの増幅率に切り替え可能である。 In other words, the first amplifier circuit 60 can switch the gain G6 between two amplification factors, G6a and G6b, according to the first switching signal k1.

第一増幅回路60は、オペアンプ、抵抗、および単極単投または単極双投のアナログスイッチ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。 The first amplifier circuit 60 is constructed using versatile electronic components, such as an operational amplifier, resistors, and a single-pole single-throw or single-pole double-throw analog switch, which reduces the risk of component obsolescence. In addition, because it can be easily constructed using versatile small components, the circuit can be made smaller and less expensive.

第二増幅回路80は、第一増幅回路60から出力される第一中間信号M1が入力される。第二増幅回路80は、入力される第一中間信号M1をゲインG7で増幅し、増幅後の第一中間信号M1である第二中間信号M2を出力する。ゲインG7は、入力される第一中間信号M1の電圧に対して出力される第二中間信号M2の電圧の比(増幅率)を表す。ゲインG7は、負の値である。 The second amplifier circuit 80 receives the first intermediate signal M1 output from the first amplifier circuit 60. The second amplifier circuit 80 amplifies the input first intermediate signal M1 with a gain G7 and outputs a second intermediate signal M2, which is the amplified first intermediate signal M1. The gain G7 represents the ratio (amplification factor) of the voltage of the output second intermediate signal M2 to the voltage of the input first intermediate signal M1. The gain G7 is a negative value.

第二増幅回路80は、第二増幅器81、抵抗82,83,84及び第二アナログスイッチ85を有する。 The second amplifier circuit 80 has a second amplifier 81, resistors 82, 83, 84, and a second analog switch 85.

第二増幅器81は、第一中間信号M1が入力される。第二増幅器81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。第二増幅器81の非反転入力端子は、中間電位93に接続されている。第一中間信号M1は、第二増幅器81の反転入力端子に入力される。第二増幅器81の出力端子と第一中間信号M1の入力端(第二増幅回路80の信号入力端)との間には、抵抗82と抵抗84とが直列に接続されている。抵抗82と抵抗84との間の接続点86は、第二増幅器81の反転入力端子に電気的に接続されている。接続点86と第二増幅器81の出力端子との間には、抵抗83と第二アナログスイッチ85とが直列に接続されている。第二中間信号M2は、第二増幅器81の出力端子から出力される。 The second amplifier 81 receives the first intermediate signal M1. The second amplifier 81 is an operational amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, and operates with a power supply voltage VB between a power supply 91 and a ground 92. The non-inverting input terminal of the second amplifier 81 is connected to an intermediate potential 93. The first intermediate signal M1 is input to the inverting input terminal of the second amplifier 81. A resistor 82 and a resistor 84 are connected in series between the output terminal of the second amplifier 81 and the input terminal of the first intermediate signal M1 (the signal input terminal of the second amplifier circuit 80). A connection point 86 between the resistor 82 and the resistor 84 is electrically connected to the inverting input terminal of the second amplifier 81. A resistor 83 and a second analog switch 85 are connected in series between the connection point 86 and the output terminal of the second amplifier 81. The second intermediate signal M2 is output from the output terminal of the second amplifier 81.

第二アナログスイッチ85は、抵抗83を第二増幅器81の出力端子に電気的に接続するか、抵抗83を第二増幅器81の出力端子に接続しないで開放とするかを、第二切替信号k2の論理レベル(ハイレベル又はローレベル)に従って切り替える。第二切替信号k2は、上記の制御部35から供給されるゲイン調整信号kの一つである。本実施形態では、第二アナログスイッチ85は、単極双投タイプであるが、単極単投タイプのスイッチを使って構成されてもよい。 The second analog switch 85 switches between electrically connecting the resistor 83 to the output terminal of the second amplifier 81 and disconnecting the resistor 83 from the output terminal of the second amplifier 81 and leaving it open according to the logical level (high level or low level) of the second switching signal k2. The second switching signal k2 is one of the gain adjustment signals k supplied from the control unit 35. In this embodiment, the second analog switch 85 is a single-pole double-throw type, but may be configured using a single-pole single-throw type switch.

第二増幅回路80は、第二増幅器81と抵抗82,83,84との組み合せによって形成された反転増幅回路を有する。第二増幅回路80の増幅率(ゲインG7)は、以下の通りである。 The second amplifier circuit 80 has an inverting amplifier circuit formed by a combination of a second amplifier 81 and resistors 82, 83, and 84. The amplification factor (gain G7) of the second amplifier circuit 80 is as follows:

抵抗83が第二増幅器81の出力端子に接続される場合、ゲインG7は、
G7a=-(R84・R83/(R84+R83))/R82 ・・・(19)
となる。R82,R83,R84は、それぞれ、抵抗82,83,84の抵抗値を表す。
When the resistor 83 is connected to the output terminal of the second amplifier 81, the gain G7 is
G7a=-(R84・R83/(R84+R83))/R82...(19)
R82, R83, and R84 represent the resistance values of the resistors 82, 83, and 84, respectively.

抵抗83が開放の場合、ゲインG7は、
G7b=-R84/R82 ・・・(20)
となる。
When resistor 83 is open, the gain G7 is:
G7b=-R84/R82...(20)
It becomes.

つまり、第二増幅回路80は、第二切替信号k2に従って、ゲインG7をG7a又はG7bの2つの増幅率に切り替え可能である。 In other words, the second amplifier circuit 80 can switch the gain G7 between two amplification factors, G7a and G7b, according to the second switching signal k2.

第二増幅回路80は、オペアンプ、抵抗、および単極単投または単極双投のアナログスイッチ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。 The second amplifier circuit 80 is constructed using versatile electronic components, such as an operational amplifier, resistors, and a single-pole single-throw or single-pole double-throw analog switch, which reduces the risk of component obsolescence. In addition, because it can be easily constructed using versatile small components, the circuit can be made smaller and less expensive.

アッテネータ回路70は、第二増幅回路80により増幅された信号(第二中間信号M2)が入力される。アッテネータ回路70は、入力される第二中間信号M2をゲインG3で減衰し、減衰後の第二中間信号M2である受信波iを出力する。受信波iは、接続点74から出力される。 The attenuator circuit 70 receives the signal (second intermediate signal M2) amplified by the second amplifier circuit 80. The attenuator circuit 70 attenuates the input second intermediate signal M2 with a gain G3, and outputs a received wave i, which is the attenuated second intermediate signal M2. The received wave i is output from the connection point 74.

このように、第一増幅回路60のゲインG6は、第一切替信号k1により切り替えでき、第二増幅回路80のゲインG7は、第二切替信号k2により切り替えでき、アッテネータ回路70のゲインG3は、第三切替信号k3により切り替えできる。よって、第一増幅回路60、第二増幅回路80及びアッテネータ回路70は、互いに独立に、ゲインの切り替えが可能である。 In this way, the gain G6 of the first amplifier circuit 60 can be switched by the first switching signal k1, the gain G7 of the second amplifier circuit 80 can be switched by the second switching signal k2, and the gain G3 of the attenuator circuit 70 can be switched by the third switching signal k3. Therefore, the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the attenuator circuit 70 can switch their gains independently of each other.

第一増幅回路60と第二増幅回路80とアッテネータ回路70は、図10に示す順番で直列に接続される形態に限られず、それらの三つの回路が直列に接続される順番は、入れ替えられてもよい。図10に示す順番で接続すると、第一増幅回路60の出力インピーダンスが低いので、第二増幅回路80の入力インピーダンスが低い場合でも正確に増幅することができる。また、第二増幅回路80の出力インピーダンスが低いので、アッテネータ回路70の入力インピーダンスが低い場合でも正確に増幅することができる。 The first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the attenuator circuit 70 are not limited to being connected in series in the order shown in FIG. 10, and the order in which these three circuits are connected in series may be reversed. When connected in the order shown in FIG. 10, the output impedance of the first amplifier circuit 60 is low, so accurate amplification is possible even if the input impedance of the second amplifier circuit 80 is low. Also, the output impedance of the second amplifier circuit 80 is low, so accurate amplification is possible even if the input impedance of the attenuator circuit 70 is low.

続いて、第一増幅回路60、第二増幅回路80及びアッテネータ回路70のゲイン設定につき、図11及び図12を用いて説明する。 Next, the gain settings of the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the attenuator circuit 70 will be explained using Figures 11 and 12.

図11は、ゲインの第三設定方法を示す表である。図11では、基本ゲインをm、ゲイン変化分をnとする。mは負の数である。nは、1よりも大きな数である。第一増幅回路60のゲインG6は、抵抗62,63,64の各抵抗値を組み合わせて式(17),(18)を用いて設定され、G6aを-n、G6bを-nとする。第二増幅回路80のゲインG7は、抵抗82,83,84の各抵抗値を組み合わせて式(19),(20)を用いて設定され、G7aをm、G7bをm・nとする。アッテネータ回路70のゲインG3は、抵抗71,72の各抵抗値を組み合わせて式(9),(10)を用いて設定され、G3aを1、G3bを1/nとする。 FIG. 11 is a table showing a third gain setting method. In FIG. 11, the basic gain is m, and the gain change is n. m is a negative number. n is a number greater than 1. The gain G6 of the first amplifier circuit 60 is set using equations (17) and (18) by combining the resistance values of the resistors 62, 63, and 64, and G6a is set to -n and G6b is set to -n5 . The gain G7 of the second amplifier circuit 80 is set using equations (19) and (20) by combining the resistance values of the resistors 82, 83, and 84, and G7a is set to m and G7b is set to m· n2 . The gain G3 of the attenuator circuit 70 is set using equations (9) and (10) by combining the resistance values of the resistors 71 and 72, and G3a is set to 1 and G3b is set to 1/n.

第一増幅回路60、第二増幅回路80及びアッテネータ回路70のトータルの増幅率(増幅回路36のトータルゲインG)は、各々の回路の増幅率の積となる(G=G6・GG7・G3)。したがって、図11に示すように、トータルゲインGは、基本ゲイン-mから、-m・n、-m・n、・・・とn倍ずつ変化し、-m・nまで、8段階で切り替え可能となる。このように、増幅回路36Cは、第一切替信号k1、第二切替信号k2及び第三切替信号k3に従って、トータルゲインGを、-mから-m・nまでn倍ずつ切り替えできる。このように、指数関数的に同じゲイン変化分nでトータルゲインGが切り替えられることは、信号増幅の点で使い勝手がよい。 The total amplification factor (total gain G of the amplifier circuit 36) of the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the attenuator circuit 70 is the product of the amplification factors of each circuit (G=G6·GG7·G3). Therefore, as shown in FIG. 11, the total gain G changes n times from the basic gain -m to -m·n, -m·n 2 , ..., and can be switched in eight stages up to -m·n 7. In this way, the amplifier circuit 36C can switch the total gain G from -m to -m·n 7 in n times in accordance with the first switching signal k1, the second switching signal k2, and the third switching signal k3. In this way, the fact that the total gain G can be switched exponentially with the same gain change amount n is convenient in terms of signal amplification.

図12は、ゲインの第三設定方法の具体例を示す表である。図12は、基本ゲインm=-3、ゲイン変化分n=2の場合を例示する。トータルゲインは、3倍から384倍まで2倍ずつ大きくなり、8段階で切り替えできる。 Figure 12 is a table showing a specific example of the third gain setting method. Figure 12 illustrates the case where the base gain m = -3 and the gain change n = 2. The total gain increases in increments of 2 from 3 to 384, and can be switched between 8 levels.

なお、図11は、第一増幅回路60のゲインG6bが-nに設定される場合を示す。しかし、第一実施形態と同様に、ゲインG6bは、-nに代えて、-n、-n又は-nに設定されても、-nに設定される場合と同様の効果が得られる。 11 shows a case where the gain G6b of the first amplifier circuit 60 is set to −n5 . However, similar to the first embodiment, even if the gain G6b is set to −n4 , −n3 , or −n2 instead of −n5, the same effect as when it is set to −n5 can be obtained.

このように、増幅回路36Cは、トータルゲインGをn倍ずつ切り替え可能な切り替え回路として、第一アナログスイッチ65、第二アナログスイッチ85及び第三アナログスイッチ73を備える。切り替え回路は、第一増幅回路60のゲインを-nに設定するか-nに設定するかを切り替え、第二増幅回路80のゲインをmに設定するかm×nに設定するかを切り替え、アッテネータ回路70のゲインを1に設定するか1/nに設定するかを切り替える。ここで、xは、5,4,3,2のうちの一つの整数である。増幅回路36Cによれば、周波数が数百kHz~数MHz(例えば、100kHz以上300MHz以下)の超音波の受信信号fでも、受信波iの振幅を高精度に調整できる。 Thus, the amplifier circuit 36C includes a first analog switch 65, a second analog switch 85, and a third analog switch 73 as a switching circuit capable of switching the total gain G by n times. The switching circuits switch between setting the gain of the first amplifier circuit 60 to -n or -nx , between setting the gain of the second amplifier circuit 80 to m or m× n2 , and between setting the gain of the attenuator circuit 70 to 1 or 1/n, where x is one of the integers 5, 4, 3, and 2. The amplifier circuit 36C can adjust the amplitude of the received wave i with high precision even for an ultrasonic reception signal f having a frequency of several hundred kHz to several MHz (for example, 100 kHz to 300 MHz).

図13は、第三実施形態の増幅回路の一構成例を示す図である。増幅回路36Bは、上記の増幅回路36の一例である。第三実施形態において、第一実施形態と同様の構成、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。第三実施形態の増幅回路36Bは、第一増幅回路60、第二増幅回路80及び第三増幅回路130を備える。第三実施形態において、第一増幅回路60、第二増幅回路80及び第三増幅回路130は、第一実施形態における第二増幅回路80と同じ構成を有する。 Figure 13 is a diagram showing an example of the configuration of an amplifier circuit of the third embodiment. Amplifier circuit 36B is an example of the amplifier circuit 36 described above. In the third embodiment, the description of the configuration, action, and effect similar to those of the first embodiment will be omitted or simplified by invoking the above description. The amplifier circuit 36B of the third embodiment includes a first amplifier circuit 60, a second amplifier circuit 80, and a third amplifier circuit 130. In the third embodiment, the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the third amplifier circuit 130 have the same configuration as the second amplifier circuit 80 in the first embodiment.

図13では、第一増幅回路60の信号出力端が第三増幅回路130の信号入力端に直列に接続され、第三増幅回路130の信号出力端が第二増幅回路80の信号入力端に直列に接続されている。受信波iは、第二増幅回路80の信号出力端から出力される。 In FIG. 13, the signal output terminal of the first amplifier circuit 60 is connected in series to the signal input terminal of the third amplifier circuit 130, and the signal output terminal of the third amplifier circuit 130 is connected in series to the signal input terminal of the second amplifier circuit 80. The received wave i is output from the signal output terminal of the second amplifier circuit 80.

第三増幅回路130は、第一増幅回路60により増幅された信号(第一中間信号M1)が入力される。第三増幅回路130は、入力される第一中間信号M1をゲインG4で増幅し、増幅後の第一中間信号M1である第二中間信号M2を出力する。ゲインG4は、入力される第一中間信号M1の電圧に対して出力される第二中間信号M2の電圧の比(増幅率)を表す。ゲインG4は、正の値である。第三増幅回路130は、第三増幅器111、抵抗112,113,114,117,118及び第三アナログスイッチ115を有する。 The third amplifier circuit 130 receives the signal (first intermediate signal M1) amplified by the first amplifier circuit 60. The third amplifier circuit 130 amplifies the input first intermediate signal M1 with a gain G4 and outputs a second intermediate signal M2, which is the amplified first intermediate signal M1. The gain G4 represents the ratio (amplification factor) of the voltage of the output second intermediate signal M2 to the voltage of the input first intermediate signal M1. The gain G4 is a positive value. The third amplifier circuit 130 has a third amplifier 111, resistors 112, 113, 114, 117, 118, and a third analog switch 115.

第三増幅器111は、第一中間信号M1が入力される。第三増幅器111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。第一中間信号M1は、第三増幅器111の非反転入力端子に入力される。第三増幅器111の出力端子と中間電位93との間には、抵抗112と抵抗114とが直列に接続されている。抵抗112と抵抗114との間の接続点116は、第三増幅器111の反転入力端子に電気的に接続されている。接続点116と中間電位93との間には、抵抗113と第三アナログスイッチ115とが直列に接続されている。第三増幅器111の出力端子と中間電位93との間には、抵抗118と抵抗117とが直列に接続されている。第二中間信号M2は、抵抗118と抵抗117との間の接続点から出力される。 The third amplifier 111 receives the first intermediate signal M1. The third amplifier 111 is an operational amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, and operates with a power supply voltage VB between a power supply 91 and a ground 92. The first intermediate signal M1 is input to the non-inverting input terminal of the third amplifier 111. Between the output terminal of the third amplifier 111 and the intermediate potential 93, resistors 112 and 114 are connected in series. A connection point 116 between the resistors 112 and 114 is electrically connected to the inverting input terminal of the third amplifier 111. Between the connection point 116 and the intermediate potential 93, resistors 113 and a third analog switch 115 are connected in series. Between the output terminal of the third amplifier 111 and the intermediate potential 93, resistors 118 and 117 are connected in series. The second intermediate signal M2 is output from the connection point between the resistors 118 and 117.

第三アナログスイッチ115は、抵抗113を中間電位93に電気的に接続するか、抵抗113を中間電位93に接続しないで開放とするかを、第三切替信号k3の論理レベル(ハイレベル又はローレベル)に従って切り替える。第三切替信号k3は、上記の制御部35から供給されるゲイン調整信号kの一つである。本実施形態では、第三アナログスイッチ115は、単極双投タイプであるが、単極単投タイプのスイッチを使って構成されてもよい。 The third analog switch 115 switches between electrically connecting the resistor 113 to the intermediate potential 93 or leaving the resistor 113 open and not connected to the intermediate potential 93 according to the logical level (high level or low level) of the third switching signal k3. The third switching signal k3 is one of the gain adjustment signals k supplied from the control unit 35. In this embodiment, the third analog switch 115 is a single-pole double-throw type, but may be configured using a single-pole single-throw type switch.

第三増幅回路130は、第三増幅器111と抵抗112,113,114,117,118との組み合せによって形成された非反転増幅回路を有する。第三増幅回路130の増幅率(ゲインG4)は、以下の通りである。 The third amplifier circuit 130 has a non-inverting amplifier circuit formed by combining the third amplifier 111 with resistors 112, 113, 114, 117, and 118. The amplification factor (gain G4) of the third amplifier circuit 130 is as follows:

抵抗113が開放の場合、ゲインG4は、
G4a=(1+R114/R112)・(R117/(R117+R118))
・・・(13)
となる。R114,R112,R117,R118は、それぞれ、抵抗114,112,117,118 の抵抗値を表す。なお、G4a>1の場合は、抵抗118を短絡(R118は0Ωに相当)、抵抗117を未使用(未実装。R117は無限大に相当)とするのが望ましい。また、G4a=1の場合は、抵抗118を短絡(R118は0Ωに相当)、抵抗117を未使用(未実装。R117は無限大に相当)とするのに加えて、抵抗112を未使用(未実装。R112は無限大に相当)とするのが望ましい。
When the resistor 113 is open, the gain G4 is:
G4a=(1+R114/R112)・(R117/(R117+R118))
...(13)
R114, R112, R117, and R118 represent the resistance values of the resistors 114, 112, 117, and 118, respectively. When G4a>1, it is preferable to short-circuit the resistor 118 (R118 corresponds to 0Ω) and to leave the resistor 117 unused (not mounted; R117 corresponds to infinity). When G4a=1, it is preferable to short-circuit the resistor 118 (R118 corresponds to 0Ω), to leave the resistor 117 unused (not mounted; R117 corresponds to infinity), and to leave the resistor 112 unused (not mounted; R112 corresponds to infinity).

抵抗113が中間電位93に接続される場合、ゲインG4は、
G4b=(1+R114/(R112・R113/(R112+R113)))・(R117/(R117+R118))
・・・(14)
となる。R113,R114は、それぞれ、抵抗113,114の抵抗値を表す。
When the resistor 113 is connected to the intermediate potential 93, the gain G4 is
G4b=(1+R114/(R112・R113/(R112+R113)))・(R117/(R117+R118))
...(14)
R113 and R114 represent the resistance values of the resistors 113 and 114, respectively.

つまり、第三増幅回路130は、第三切替信号k3に従って、ゲインG4をG4a又はG4bの2つの増幅率に切り替え可能である。 In other words, the third amplifier circuit 130 can switch the gain G4 between two amplification factors, G4a and G4b, according to the third switching signal k3.

第一増幅回路60は、入力される受信信号fをゲインG5で増幅し、増幅後の受信信号fである第一中間信号M1を出力する。ゲインG5は、入力される受信信号fの電圧に対して出力される第一中間信号M1の電圧の比(増幅率)を表す。ゲインG5は、正の値である。第一増幅回路60は、第一増幅器61、抵抗62,63,64,67,68及び第一アナログスイッチ65を有する。 The first amplifier circuit 60 amplifies the input reception signal f with a gain G5 and outputs a first intermediate signal M1, which is the amplified reception signal f. The gain G5 represents the ratio (amplification factor) of the voltage of the output first intermediate signal M1 to the voltage of the input reception signal f. The gain G5 is a positive value. The first amplifier circuit 60 has a first amplifier 61, resistors 62, 63, 64, 67, 68, and a first analog switch 65.

第三実施形態における第一増幅回路60は、抵抗67,68が追加されている点で、第一実施形態における第一増幅回路60と相違する。第二増幅器81の出力端子と中間電位93との間には、抵抗68と抵抗67とが直列に接続されている。第一中間信号M1は、抵抗68と抵抗67との間の接続点から出力される。 The first amplifier circuit 60 in the third embodiment differs from the first amplifier circuit 60 in the first embodiment in that resistors 67 and 68 are added. Resistors 68 and 67 are connected in series between the output terminal of the second amplifier 81 and the intermediate potential 93. The first intermediate signal M1 is output from the connection point between resistors 68 and 67.

第一増幅回路60は、第一増幅器61と抵抗62,63,64,67,68との組み合せによって形成された非反転増幅回路を有する。第三実施形態の第一増幅回路60の増幅率(ゲインG5)は、以下の通りである。 The first amplifier circuit 60 has a non-inverting amplifier circuit formed by combining a first amplifier 61 with resistors 62, 63, 64, 67, and 68. The amplification factor (gain G5) of the first amplifier circuit 60 in the third embodiment is as follows:

抵抗63が開放の場合、ゲインG5は、
G5a=(1+R64/R62)・(R67/(R67+R68))
・・・(15)
となる。R64,R62,R67,R68は、それぞれ、抵抗64,62,67,68 の抵抗値を表す。なお、G5a>1の場合は、抵抗68を短絡(R68は0Ωに相当)、抵抗67を未使用(未実装。R67は無限大に相当)とするのが望ましい。また、G5a=1の場合は、抵抗68を短絡(R68は0Ωに相当)、抵抗67を未使用(未実装。R67は無限大に相当)とするのに加えて、抵抗62を未使用(未実装。R62は無限大に相当)とするのが望ましい。
When resistor 63 is open, the gain G5 is:
G5a=(1+R64/R62)・(R67/(R67+R68))
...(15)
R64, R62, R67, and R68 represent the resistance values of resistors 64, 62, 67, and 68, respectively. When G5a>1, it is preferable to short-circuit resistor 68 (R68 corresponds to 0Ω) and to leave resistor 67 unused (not implemented; R67 corresponds to infinity). When G5a=1, it is preferable to short-circuit resistor 68 (R68 corresponds to 0Ω), to leave resistor 67 unused (not implemented; R67 corresponds to infinity), and to leave resistor 62 unused (not implemented; R62 corresponds to infinity).

抵抗63が中間電位93に接続される場合、ゲインG5は、
G5b=(1+R64/(R62・R63/(R62+R63)))・(R67/(R67+R68))
・・・(16)
となる。
When the resistor 63 is connected to the intermediate potential 93, the gain G5 is
G5b=(1+R64/(R62・R63/(R62+R63)))・(R67/(R67+R68))
...(16)
It becomes.

つまり、第一増幅回路60は、第三切替信号k3に従って、ゲインG5をG5a又はG5bの2つの増幅率に切り替え可能である。 In other words, the first amplifier circuit 60 can switch the gain G5 between two amplification factors, G5a and G5b, according to the third switching signal k3.

このように、第一増幅回路60のゲインG5は、第一切替信号k1により切り替えでき、第二増幅回路80のゲインG2は、第二切替信号k2により切り替えでき、第三増幅回路130のゲインG4は、第三切替信号k3により切り替えできる。よって、第一増幅回路60、第二増幅回路80及び第三増幅回路130は、互いに独立に、ゲインの切り替えが可能である。 In this way, the gain G5 of the first amplifier circuit 60 can be switched by the first switching signal k1, the gain G2 of the second amplifier circuit 80 can be switched by the second switching signal k2, and the gain G4 of the third amplifier circuit 130 can be switched by the third switching signal k3. Therefore, the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the third amplifier circuit 130 can switch their gains independently of each other.

続いて、第一増幅回路60、第二増幅回路80及び第三増幅回路130のゲイン設定につき、図14及び図15を用いて説明する。 Next, the gain settings of the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the third amplifier circuit 130 will be explained using Figures 14 and 15.

図14は、ゲインの第四設定方法を示す表である。図14では、基本ゲインをα・β・m、ゲイン増分をnとする。α、β及びmは、正の数である。nは、1よりも大きな数である。第一増幅回路60のゲインG5は、抵抗62,63,64,67,68の各抵抗値を組み合わせて式(15),(16)を用いて設定され、G5aをα、G5bをα・nとする。第二増幅回路80のゲインG2は、抵抗82,83,84,87,88の各抵抗値を組み合わせて式(11),(12)を用いて設定され、G2aをm、G2bをm・nとする。第三増幅回路130のゲインG4は、抵抗112,113,114,117,118の各抵抗値を組み合わせて式(13),(14)を用いて設定され、G4aをβ、G4bをβ・nとする。 FIG. 14 is a table showing a fourth gain setting method. In FIG. 14, the basic gain is α·β·m, and the gain increment is n. α, β, and m are positive numbers. n is a number greater than 1. The gain G5 of the first amplifier circuit 60 is set using equations (15) and (16) by combining the resistance values of resistors 62, 63, 64, 67, and 68, and G5a is α and G5b is α· n4 . The gain G2 of the second amplifier circuit 80 is set using equations (11) and (12) by combining the resistance values of resistors 82, 83, 84, 87, and 88, and G2a is m and G2b is m· n2 . The gain G4 of the third amplifier circuit 130 is set by combining the resistance values of the resistors 112, 113, 114, 117, and 118 using equations (13) and (14), where G4a is β and G4b is β·n.

図14の第四設定方法では、各回路の設定ゲインは、図6の第一設定方法と異なるが、トータルゲインGは、図6の第一設定方法と同じである。 In the fourth setting method of FIG. 14, the set gain of each circuit is different from that in the first setting method of FIG. 6, but the total gain G is the same as in the first setting method of FIG. 6.

図15は、ゲインの第四設定方法の具体例を示す表である。図15は、基本ゲインα・β・m=3(α=1,β=1,m=3)、ゲイン増分n=2の場合を例示する。トータルゲインは、最小の3倍から最大の384倍まで2倍ずつ大きくなり、8段階で切り替えできる。 Figure 15 is a table showing a specific example of the fourth gain setting method. Figure 15 illustrates the case where the basic gains are α, β, and m = 3 (α = 1, β = 1, m = 3) and the gain increment n = 2. The total gain increases in increments of 2 from a minimum of 3 times to a maximum of 384 times, and can be switched between 8 levels.

第四設定方法は、トータルゲインが第一設定方法と同じである。しかし、第一増幅回路60のゲインの最大値は、αがnよりも小さい場合(例えば、α=1、n=2の場合)、第一設定方法(=n)に比べて、第四設定方法(=α・n)の方が低い。したがって、使用する増幅器(オペアンプ等)の個数は2個から3個に増えるものの、最大ゲインが下がるので、使用する増幅器(オペアンプ等)の周波数帯域やスピードを抑えることができ、より汎用性が高い部品を選定することが可能となる。 In the fourth setting method, the total gain is the same as in the first setting method. However, when α is smaller than n (for example, when α=1 and n=2), the maximum value of the gain of the first amplifier circuit 60 is lower in the fourth setting method (=α·n 4 ) than in the first setting method (=n 5 ). Therefore, although the number of amplifiers (op-amps, etc.) used increases from two to three, the maximum gain decreases, so that the frequency band and speed of the amplifiers (op-amps, etc.) used can be suppressed, and more versatile parts can be selected.

なお、図14は、第一増幅回路60のゲインG5bがα・nに設定される場合を示す。しかし、ゲインG5bは、α・nに代えて、α・n、α・n又はα・nに設定されても、α・nに設定される場合と同様の効果が得られる。G5bがα・nに設定される場合、トータルゲインGは、α・β・mからα・β・m・nまでの7段階でn倍ずつ切り替え可能となり、2つの「m・n」が重複して存在する(図示省略)。G5bがα・nに設定される場合、トータルゲインGは、α・β・mからα・β・m・nまでの6段階でn倍ずつ切り替え可能となり、2つの「m・n」及び2つの「m・n」が重複して存在する(図示省略)。G5bがα・nに設定される場合、トータルゲインGは、α・β・mからα・β・m・nまでの5段階でn倍ずつ切り替え可能となり、2つの「m・n」、2つの「m・n」及び2つの「m・n」が重複して存在する(図示省略)。 14 shows a case where the gain G5b of the first amplifier circuit 60 is set to α· n4 . However, even if the gain G5b is set to α· n3 , α· n2 , or α·n instead of α· n4 , the same effect as when it is set to α· n4 can be obtained. When G5b is set to α· n3 , the total gain G can be switched in seven stages from α·β·m to α·β·m· n6 in increments of n, and two "m· n3 "s are overlapped (not shown). When G5b is set to α· n2 , the total gain G can be switched in six stages from α·β·m to α·β·m· n5 in increments of n, and two "m· n3 "s and two "m· n2 "s are overlapped (not shown). When G5b is set to α·n, the total gain G can be switched in five stages from α·β·m to α·β·m· n4 in increments of n, and two "m· n3 ", two "m· n2 ", and two "m·n" overlap (not shown).

このように、増幅回路36Bは、トータルゲインGをn倍ずつ切り替え可能な切り替え回路として、第一アナログスイッチ65、第二アナログスイッチ85及び第三アナログスイッチ115を備える。切り替え回路は、第一増幅回路60のゲインをαに設定するかα・nに設定するかを切り替え、第二増幅回路80のゲインをmに設定するかm×nに設定するかを切り替え、第三増幅回路130のゲインをβに設定するかβ・nに設定するかを切り替える。ここで、yは、4,3,2,1のうちの一つの整数である。増幅回路36Bによれば、周波数が数百kHz~数MHz(例えば、100kHz以上300MHz以下)の超音波の受信信号fでも、受信波iの振幅を高精度に調整できる。 Thus, the amplifier circuit 36B includes a first analog switch 65, a second analog switch 85, and a third analog switch 115 as a switching circuit capable of switching the total gain G by n times. The switching circuits switch between setting the gain of the first amplifier circuit 60 to α or α·n y , between setting the gain of the second amplifier circuit 80 to m or m×n 2 , and between setting the gain of the third amplifier circuit 130 to β or β·n, where y is an integer of 4, 3, 2, or 1. The amplifier circuit 36B can adjust the amplitude of the received wave i with high precision even for an ultrasonic reception signal f having a frequency of several hundred kHz to several MHz (for example, 100 kHz to 300 MHz).

図16は、第四実施形態の増幅回路の一構成例を示す図である。増幅回路36Dは、上記の増幅回路36の一例である。第四実施形態において、第二実施形態と同様の構成、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。第四実施形態の増幅回路36Dは、第一増幅回路60、第二増幅回路80及び第三増幅回路130を備える。第四実施形態において、第一増幅回路60、第二増幅回路80及び第三増幅回路130は、第二実施形態における第一増幅回路60と同じ構成を有する。 Figure 16 is a diagram showing an example of the configuration of an amplifier circuit of the fourth embodiment. Amplifier circuit 36D is an example of the amplifier circuit 36 described above. In the fourth embodiment, the description of the configuration, action, and effect similar to those of the second embodiment will be omitted or simplified by invoking the above description. The amplifier circuit 36D of the fourth embodiment includes a first amplifier circuit 60, a second amplifier circuit 80, and a third amplifier circuit 130. In the fourth embodiment, the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the third amplifier circuit 130 have the same configuration as the first amplifier circuit 60 in the second embodiment.

図16では、第一増幅回路60の信号出力端が第三増幅回路130の信号入力端に直列に接続され、第三増幅回路130の信号出力端が第二増幅回路80の信号入力端に直列に接続されている。受信波iは、第二増幅回路80の信号出力端から出力される。 In FIG. 16, the signal output terminal of the first amplifier circuit 60 is connected in series to the signal input terminal of the third amplifier circuit 130, and the signal output terminal of the third amplifier circuit 130 is connected in series to the signal input terminal of the second amplifier circuit 80. The received wave i is output from the signal output terminal of the second amplifier circuit 80.

第一増幅回路60は、入力される受信信号fをゲインG6で増幅し、増幅後の受信信号fである第一中間信号M1を出力する。ゲインG6は、負の値である。第三増幅回路130は、第一増幅回路60から出力される第一中間信号M1が入力される。 The first amplifier circuit 60 amplifies the input reception signal f with a gain G6 and outputs a first intermediate signal M1, which is the amplified reception signal f. The gain G6 is a negative value. The third amplifier circuit 130 receives the first intermediate signal M1 output from the first amplifier circuit 60.

第三増幅回路130は、入力される第一中間信号M1をゲインG8で増幅し、増幅後の第一中間信号M1である第二中間信号M2を出力する。ゲインG8は、入力される第一中間信号M1の電圧に対して出力される第二中間信号M2の電圧の比(増幅率)を表す。ゲインG8は、負の値である。第三増幅回路130は、第三増幅器111、抵抗112,113,114及び第三アナログスイッチ115を有する。 The third amplifier circuit 130 amplifies the input first intermediate signal M1 with a gain G8 and outputs a second intermediate signal M2, which is the amplified first intermediate signal M1. The gain G8 represents the ratio (amplification factor) of the voltage of the output second intermediate signal M2 to the voltage of the input first intermediate signal M1. The gain G8 is a negative value. The third amplifier circuit 130 has a third amplifier 111, resistors 112, 113, 114, and a third analog switch 115.

第三増幅器111は、第一中間信号M1が入力される。第三増幅器111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。第三増幅器111の非反転入力端子は、中間電位93に接続されている。第一中間信号M1は、第三増幅器111の反転入力端子に入力される。第三増幅器111の出力端子と第一中間信号M1の入力端(第三増幅回路130の信号入力端)との間には、抵抗112と抵抗114とが直列に接続されている。抵抗112と抵抗114との間の接続点116は、第三増幅器111の反転入力端子に電気的に接続されている。接続点116と第三増幅器111の出力端子との間には、抵抗113と第三アナログスイッチ115とが直列に接続されている。第二中間信号M2は、第三増幅器111の出力端子から出力される。 The third amplifier 111 receives the first intermediate signal M1. The third amplifier 111 is an operational amplifier having a non-inverting input terminal, an inverting input terminal, and an output terminal, and operates at a power supply voltage VB between a power supply 91 and a ground 92. The non-inverting input terminal of the third amplifier 111 is connected to an intermediate potential 93. The first intermediate signal M1 is input to the inverting input terminal of the third amplifier 111. Between the output terminal of the third amplifier 111 and the input terminal of the first intermediate signal M1 (the signal input terminal of the third amplifier circuit 130), a resistor 112 and a resistor 114 are connected in series. A connection point 116 between the resistor 112 and the resistor 114 is electrically connected to the inverting input terminal of the third amplifier 111. Between the connection point 116 and the output terminal of the third amplifier 111, a resistor 113 and a third analog switch 115 are connected in series. The second intermediate signal M2 is output from the output terminal of the third amplifier 111.

第三アナログスイッチ115は、抵抗113を第三増幅器111の出力端子に電気的に接続するか、抵抗113を第三増幅器111の出力端子に接続しないで開放とするかを、第三切替信号k3の論理レベル(ハイレベル又はローレベル)に従って切り替える。第三切替信号k3は、上記の制御部35から供給されるゲイン調整信号kの一つである。本実施形態では、第三アナログスイッチ115は、単極双投タイプであるが、単極単投タイプのスイッチを使って構成されてもよい。 The third analog switch 115 switches between electrically connecting the resistor 113 to the output terminal of the third amplifier 111 or leaving the resistor 113 open and unconnected to the output terminal of the third amplifier 111 according to the logical level (high level or low level) of the third switching signal k3. The third switching signal k3 is one of the gain adjustment signals k supplied from the control unit 35. In this embodiment, the third analog switch 115 is a single-pole double-throw type, but may be configured using a single-pole single-throw type switch.

第三増幅回路130は、第三増幅器111と抵抗112,113,114との組み合せによって形成された反転増幅回路を有する。第三増幅回路130の増幅率(ゲインG8)は、以下の通りである。 The third amplifier circuit 130 has an inverting amplifier circuit formed by combining the third amplifier 111 with resistors 112, 113, and 114. The amplification factor (gain G8) of the third amplifier circuit 130 is as follows:

抵抗113が第三増幅器111の出力端子に接続される場合、ゲインG8は、
G8a=-(R114・R113/(R114+R113))/R112
・・・(21)
となる。R112,R113,R114は、それぞれ、抵抗112,113,114の抵抗値を表す。
When the resistor 113 is connected to the output terminal of the third amplifier 111, the gain G8 is
G8a=-(R114・R113/(R114+R113))/R112
...(21)
R112, R113, and R114 represent the resistance values of the resistors 112, 113, and 114, respectively.

抵抗113が開放の場合、ゲインG8は、
G8b=-R114/R112 ・・・(22)
となる。
When resistor 113 is open, the gain G8 is:
G8b=-R114/R112...(22)
It becomes.

つまり、第三増幅回路130は、第三切替信号k3に従って、ゲインG8をG8a又はG8bの2つの増幅率に切り替え可能である。 In other words, the third amplifier circuit 130 can switch the gain G8 between two amplification factors, G8a and G8b, according to the third switching signal k3.

第三増幅回路130は、オペアンプ、抵抗、および単極単投または単極双投のアナログスイッチ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。 The third amplifier circuit 130 is constructed using versatile electronic components, such as an operational amplifier, resistors, and a single-pole single-throw or single-pole double-throw analog switch, which reduces the risk of component obsolescence. In addition, because it can be easily constructed using versatile small components, the circuit can be made smaller and less expensive.

第二増幅回路80は、第三増幅回路130から出力される第二中間信号M2が入力される。第二増幅回路80は、入力される第二中間信号M2をゲインG7で増幅し、増幅後の第二中間信号M2である受信波iを出力する。ゲインG7は、入力される第二中間信号M2の電圧に対して出力される受信波iの電圧の比(増幅率)を表す。ゲインG7は、負の値である。 The second amplifier circuit 80 receives the second intermediate signal M2 output from the third amplifier circuit 130. The second amplifier circuit 80 amplifies the input second intermediate signal M2 with a gain G7 and outputs a received wave i, which is the amplified second intermediate signal M2. The gain G7 represents the ratio (amplification factor) of the voltage of the output received wave i to the voltage of the input second intermediate signal M2. The gain G7 is a negative value.

したがって、上述の実施形態と同様に、第一増幅回路60のゲインG6は、第一切替信号k1により切り替えでき、第二増幅回路80のゲインG7は、第二切替信号k2により切り替えでき、第三増幅回路130のゲインG8は、第三切替信号k3により切り替えできる。よって、第一増幅回路60、第二増幅回路80及び第三増幅回路130は、互いに独立に、ゲインの切り替えが可能である。 Therefore, similar to the above-described embodiment, the gain G6 of the first amplifier circuit 60 can be switched by the first switching signal k1, the gain G7 of the second amplifier circuit 80 can be switched by the second switching signal k2, and the gain G8 of the third amplifier circuit 130 can be switched by the third switching signal k3. Therefore, the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the third amplifier circuit 130 can switch their gains independently of each other.

第四実施形態において、第一増幅回路60、第二増幅回路80及び第三増幅回路130のゲイン設定についての説明は、図14を用いた上述の第三実施形態の説明を援用する。第四実施形態では、α、β及びmが負の数である点で、第三実施形態で相違するが、それ以外の点は、第三実施形態と同様である。 In the fourth embodiment, the gain settings of the first amplifier circuit 60, the second amplifier circuit 80, and the third amplifier circuit 130 are explained using the explanation of the third embodiment described above with reference to FIG. 14. The fourth embodiment differs from the third embodiment in that α, β, and m are negative numbers, but is otherwise similar to the third embodiment.

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17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 17 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18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 18 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となる。振幅調整電圧p1の細かい制御が可能な回路を、ゲインを切り替え可能な上記の増幅回路と組み合わせて使用することで、広い増幅率の範囲で細かい制御が可能となり、信号振幅制御のダイナミックレンジを向上させることができる。 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 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. The DAC built into the microcontroller has a resolution of about 10 to 14 bits, allowing fine control of the amplitude adjustment voltage p1. By using a circuit that allows fine control of the amplitude adjustment voltage p1 in combination with the above-mentioned amplifier circuit that allows the gain to be switched, fine control is possible within a wide range of amplification factors, and the dynamic range of signal amplitude control can be improved.

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.

増幅回路は、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 amplifier 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
36,36A,36B,36C,36D 増幅回路
37 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
60 第一増幅回路
65 第一アナログスイッチ
70 アッテネータ回路
73 第三アナログスイッチ
80 第二増幅回路
85 第二アナログスイッチ
91 電源
92 グランド
100 配管
102 流体
115 第三アナログスイッチ
120 送信ドライバ
130 第三増幅回路
200 電源回路
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 36, 36A, 36B, 36C, 36D amplifier circuit 37 peak hold circuit 38 reception timing detection circuit 40 time measurement unit 50 flow rate measurement unit 60 first amplifier circuit 65 first analog switch 70 attenuator circuit 73 third analog switch 80 second amplifier circuit 85 second analog switch 91 power supply 92 ground 100 piping 102 fluid 115 third analog switch 120 transmission driver 130 third amplifier circuit 200 power supply circuit 300 ultrasonic flow meter

Claims (8)

直列に接続された第一増幅回路と第二増幅回路とアッテネータ回路とを備える増幅回路であって、
前記増幅回路の基本ゲインをm、ゲイン増分をn、mを0ではない数、nを1よりも大きな数、xを5,4,3,2のうちの一つの整数とするとき、
前記第一増幅回路のゲインをnに設定するかnに設定するか、或いは-nに設定するか-nに設定するかを切り替え、前記第二増幅回路のゲインをmに設定するかm×nに設定するかを切り替え、前記アッテネータ回路のゲインを1に設定するか1/nに設定するかを切り替える切り替え回路を備える、増幅回路。
An amplifier circuit including a first amplifier circuit, a second amplifier circuit, and an attenuator circuit connected in series,
Let m be the base gain of the amplifier circuit, n be the gain increment, m be a number other than 0, n be a number greater than 1, and x be an integer of 5, 4, 3, or 2.
an amplifier circuit comprising: a switching circuit that switches between setting a gain of the first amplifier circuit to n or nx , or between setting a gain of -n or -nx , switches between setting a gain of the second amplifier circuit to m or m× n2 , and switches between setting a gain of the attenuator circuit to 1 or 1/n.
前記第一増幅回路、前記アッテネータ回路および前記第二増幅回路は、この順で直列に接続されている、請求項1に記載の増幅回路。 The amplifier circuit of claim 1, wherein the first amplifier circuit, the attenuator circuit, and the second amplifier circuit are connected in series in this order. 前記第一増幅回路、前記第二増幅回路および前記アッテネータ回路は、この順で直列に接続されている、請求項1に記載の増幅回路。 The amplifier circuit of claim 1, wherein the first amplifier circuit, the second amplifier circuit, and the attenuator circuit are connected in series in this order. xは、5である、請求項1に記載の増幅回路。 The amplifier circuit of claim 1, wherein x is 5. xは、4である、請求項1に記載の増幅回路。 The amplifier circuit of claim 1, wherein x is 4. 直列に接続された第一増幅回路と第二増幅回路と第三増幅回路とを備える増幅回路であって、
前記増幅回路の基本ゲインをα・β・m、ゲイン増分をn、αを0ではない数、βを0ではない数、mを0ではない数、nを1よりも大きな数、yを4,3,2,1のうちの一つの整数とするとき、
前記第一増幅回路のゲインをαに設定するかα・nに設定するかを切り替え、前記第二増幅回路のゲインをmに設定するかm×nに設定するかを切り替え、前記第三増幅回路のゲインをβに設定するかβ・nに設定するかを切り替える切り替え回路を備える、増幅回路。
An amplifier circuit comprising a first amplifier circuit, a second amplifier circuit, and a third amplifier circuit connected in series,
Let the basic gain of the amplifier circuit be α β m, the gain increment be n, α be a non-zero number, β be a non-zero number, m be a non-zero number, n be a number greater than 1, and y be an integer selected from 4, 3, 2, and 1.
an amplifier circuit comprising: a switching circuit for switching between setting a gain of the first amplifier circuit to α or α·n y , switching between setting a gain of the second amplifier circuit to m or m×n 2 , and switching between setting a gain of the third amplifier circuit to β or β·n.
yは、4である、請求項6に記載の増幅回路。 The amplifier circuit of claim 6, wherein y is 4. 入力される超音波の受信信号を増幅する、請求項1から7のいずれか一項に記載の増幅回路と、
前記増幅回路によって増幅された前記受信信号である入力波のピーク値に対応するピークホールド値を出力する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、
前記ピークホールド値に応じて、前記増幅回路のゲインを調整する信号を出力する、又は、前記増幅回路のゲインを調整する信号と前記超音波の振幅もしくは前記閾値電圧を調整する信号とを出力する制御部と、を備える、超音波流量計。
An amplifier circuit according to any one of claims 1 to 7, which amplifies an input ultrasonic reception signal;
a peak hold circuit that outputs a peak hold value corresponding to a peak value of an input wave, which is the received signal amplified by the amplifier circuit;
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;
an ultrasonic flowmeter comprising: a control unit that outputs a signal to adjust the gain of the amplifier circuit according to the peak hold value, or that outputs a signal to adjust the gain of the amplifier circuit and a signal to adjust the amplitude of the ultrasonic wave or the threshold voltage.
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