JPH076820B2 - 超音波反射式レベル計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波の反射波によ
り反射面のレベルを検出するレベル計に関し、例えば積
雪深レベル計として用いられる。

【０００２】

【従来の技術】超音波を用いたレベル計は、一般に超音
波の送信器と、反射波の受信器及びこれらのコントロー
ル装置とから成り、１回の測定を行なうに当り、送信器
からバースト状の超音波を２０回程度送信し、その受信
信号から得られる検出データのうち最大２個、最小２個
のデータを削除し、残りのデータを平均したうえで、静
歪計に記録するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のレベル計におい
ては、受信器において超音波の反射波を受信する際に、
金属音等の周波数帯域の広い雑音が到来するとこれを取
込んでしまうため、測定精度が劣る問題があった。

【０００４】そこで、この発明は受信回路に改良を加え
ることにより、測定精度の高い超音波反射式レベル計を
提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、反射面に向けて一定周波数の超音波
を反射する送信器と、その反射波を受ける受信器と、こ
れらの送信器と受信器のコントロール装置とからなる超
音波反射式レベル計において、上記の受信器の受信回路
に同期整流回路と、その出力側に接続されるローパスフ
ィルターとを設け、ローパスフィルターの出力側をコン
トロール部に接続し、上記同期整流回路を、ゲインがマ
イナス１の反転増幅器、第１及び第２アナログスイッチ
並びにＮＯＴ回路により構成し、上記第１アナログスイ
ッチに受信信号を入力し、第２アナログスイッチに該受
信信号を上記反転増幅器を通して入力し、上記第１アナ
ログスイッチの同期信号として上記送信器から送信され
る超音波の音源用信号を入力すると共に、第２アナログ
スイッチの同期信号として上記音源用信号を上記ＮＯＴ
回路を介して入力する構成としたものである。

【０００６】

【作用】反射信号が受信され同期整流回路に入力される
と、その入力信号の周波数が同期信号の周波数と一致す
るため、負の半波が整流され正の半波の相互間に折返え
される。このため入力信号の２倍の周波数で正の半波が
現われる同期整流信号が出力される。その信号は、次の
ローパスフィルターを通過することにより包絡検波さ
れ、その包絡線信号がコントール部に出力される。

【０００７】入力信号の周波数が同期信号の周波数から
ずれていると、これと同期するタイミングの入力信号の
みが整流されるので、包絡検波された包絡線信号は低レ
ベルの信号となり、前記の信号と弁別される。

【０００８】

【実施例】図１は積雪深レベル計の実施例である。同図
において、１は送受信器、２はコントロール装置であ
る。

【０００９】送受信器１は、超音波信号の送信部と、そ
の反射波の受信部とから成る。送信部は分離器３、波形
整形器４、ＡＮＤ回路５、送信増幅器６及び超音波発信
器７とにより構成される。また受信部は、超音波受信器
８、受信増幅器９、同期整流回路１０及びローパスフィ
ルター１１とにより構成される。

【００１０】分離器３は、電源・音源入力端子１２に接
続される。この入力端子１２には、直流電源に音源用の
４０ＫＨｚの矩形波を重畳した信号が入力される。分離
器３は、その信号を分離して内部電源を得る。また分離
された音源用の４０ＫＨｚの矩形波信号はＡＮＤ回路５
に入力されるとともに、同期整流回路１０に同期信号と
して入力される。

【００１１】波形整形器４は、送信パルス入力端子１３
に接続される。送信パルスは、１msecごとに所定回数入
力される矩形波パルスであり、波形整形器４で矩形波に
整形される。

【００１２】分離器３で分離された音源用信号と、波形
整形された送信パルスがＡＮＤ回路５に入力されると、
１msごとに４０ＫＨｚの音源用信号が発生される。この
信号は送信増幅器６で増幅され、超音波発信器７におい
て４０ＫＨｚの超音波がバースト状に発信され、積雪面
Ｓに向けて発射される。

【００１３】積雪面Ｓから反射された超音波は、超音波
受信器８で受信され、電気信号に変換される。変換され
た信号は、１０ＫＨｚから５０ＫＨｚの帯域を有する受
信増幅器９で増幅され、増幅された信号は同期整流回路
１０に入力される。

【００１４】同期整流回路１０は図２に示すように、ゲ
インがマイナス１の反転増幅器１５、第１と第２のアナ
ログスイッチ１６、１７及びＮＯＴ回路１８を有する。
第１アナログスイッチ１６には、前記の受信増幅器９の
出力信号が直接入力される。また、第２アナログスイッ
チ１７には、上記の出力信号が反転増幅器１５を通して
入力される。また、これらの各アナログスイッチ１６、
１７は、分離器３で分離された４０ＫＨｚの音源用信号
が同期信号として入力されるが、第２アナログスイッチ
１７にはＮＯＴ回路１８を通して入力される。また各ア
ナログスイッチ１６、１７はローパスフィルター１１に
接続される。

【００１５】いま、４０ＫＨｚの反射信号（図３の(a)
図参照）が受信され、その信号が第１アナログスイッチ
１６に加えられると、第１アナログスイッチ１６は４０
ＫＨｚの同期信号の正の半波でオンとなり負の半波でオ
フとなるため、そのオン時間に反射信号の正の半波が出
力される。また、反転増幅器１５に加えられた反射信号
は、図３の(b) 図に示すように１８０度位相が反転さ
れ、その反転された信号が第２アナログスイッチ１７に
加えられる。第２アナログスイッチ１７には、ＮＯＴ回
路１８を通して同期信号が加えられるので、同期信号が
正の半波のとき第２アナログスイッチ１７はオフとな
り、負の半波のときオンとなる。従って、第２アナログ
スイッチ１７は、第１アナログスイッチ１６より半波長
だけタイミングがずれてオンとなる。

【００１６】ローパスフィルター１１に加えられる信号
は、図３の(c) 図に示すように、受信された入力信号の
正の半波はそのままで、負の半波はこれを正側へ折り込
えした波形の同期整流信号となる。この周期整流信号が
ローパスフィルター１１を通過すると、(d) 図に示すよ
うに、高周波成分が除去されて包絡検波された包絡線信
号となる。この信号は受信パルスとして受信パルス出力
端子２０からコントロール装置２に出力される。

【００１７】一方、受信信号が、例えば、図４の(a) 図
に示すごとき１０ＫＨｚの雑音であるとすると、反転増
幅器１５を経て位相が１８０°反転された信号は(b) 図
のようになり、これらの信号が、それぞれ４０ＫＨｚの
同期信号でオン・オフする第１及び第２アナログスイッ
チ１６、１７に加えられる。

【００１８】このため、ローパスフィルター１１に加え
られる信号は、(c)図に示すように、４０ＫＨｚで切り
刻まれた波形となる。このような波形の信号をローパス
フィルター１１に通すと、包絡線信号は(d) 図に示すよ
うに、４０ＫＨｚのレベルの小さい信号となる。

【００１９】上記のように、包絡線信号のレベルは、正
規の入力信号と雑音信号とでは明確なレベル差があるた
め、コントロール装置において適当な基準レベルと比較
して両者を弁別することができる。

【００２０】しかし、このような弁別手段だけでは、雑
音信号の包絡線信号のレベルが高いときは誤検出する可
能性がある。このため、もう１つの弁別手段として、包
絡線信号に基づいて得られる積雪深の検出データ（送受
信器１から積雪面Ｓまでの距離Ｈに相当するデータ）
は、地表面Ｌまでの距離Ｈｏに相当するデータより小さ
いか又は同等であって逆の関係になることはありえない
ことを利用する。即ち、距離Ｈｏに相当するデータを予
め検出してこれを基準データとして記憶しておき、その
基準データと検出データとを比較し、基準データを超え
る検出データを排除するようにする。

【００２１】このような判断処理はコントロール装置２
において行なわれる。コントロール装置２は、ＣＰＵ２
１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、カウンター２４、タイマ
ーカウンター２５、Ａ／Ｄコンバータ２６、ＰＩ／Ｏ２
７を有し、これらはそれぞれＲＯＭ２２にメモリされた
プログラムに基づきバスライン２８を通じて信号の授受
を行なう。

【００２２】また、コントロール装置２には、発振器２
９、分周器３０、電源部３１、加算部３２、波形整形器
３３、増幅器３４及びレベル弁別器３５が設けられる。
発振器２９で発生された信号を分周して４０ＫＨｚの音
源信号として加算部３２に入力し、電源部３１から入力
される直流電源に重畳して、電源・音源出力端子３６か
ら送受信器１の入力端子１２に出力する。

【００２３】また、ＰＩ／Ｏ２７を経て出力された送信
信号を波形整形器３３に通し、これを送信パルス出力端
子３７から送受信器１の入力端子１３に出力する。

【００２４】受信パルス入力端子３８には増幅器３４が
接続され、増幅された信号はレベル弁別器３５を経てＰ
Ｉ／Ｏ２７に入力される。このレベル弁別器３５におい
て、包絡線信号のレベルが一定以下のものは排除され
る。

【００２５】上記のＣＰＵ２１によるコントロールは、
ＲＯＭ２２にメモリされたプログラムにより行なわれ
る。そのプログラムをフローチャートで示せば、図５に
示すとおりである。

【００２６】このフローチャート及び図６に示すタイミ
ングチャート及び図１のブロック図を参照しながら、実
施例の積雪深レベル計の作用を説明する。

【００２７】計測サイクルをスタートさせると、図１、
図６に示すように、電源に音源信号を重量させた信号Ａ
と、１ms間隔の送信パルスＢが送受信器１に入力され、
分離器３で内部電源と分離された４０ＫＨｚの音源用信
号Ｃと送信パルスＢとがＡＮＤ回路５に加えられ、１ms
ごとに４０ＫＨｚの音源バースト信号Ｄが送信増幅器６
に入力され、更に超音波発信器７からバースト状の超音
波Ｅが積雪面Ｓに向けて送信される（ステップ）。ま
た、計測サイクルのスタートと同時にカウンター２４に
スタート信号Ｆが与えられる。

【００２８】超音波の反射波Ｇが受信されると（ステッ
プ）、同期整流回路１０、ローパスフィルター１１を
通って包絡検波された包絡線信号が、コントロール装置
２に入力され、増幅器３４を経てレベル弁別器３５で弁
別される。また、カウンター２４にストップ信号Ｋが与
えられ、カウンター２４が停止される。これにより超音
波の伝播時間ｔが判明する。

【００２９】一方、レベル弁別された信号は、検出デー
タとして基準データ（前述の地表面までの距離Ｈｏに相
当するデータ）と比較される（ステップ）。検出デー
タが基準データより小さいか又は等しいときは、前記の
伝播時間ｔのデータと共にＲＡＭ２３にメモリーされる
（ステップ）。検出データが基準データより大きいと
きは、検出データを削除して計測をやり直す（ステップ
）。

【００３０】超音波の送信は５分間に２０回行なわれる
ので、５分間で２０回の検出データがメモリされたか否
かを判断し（ステップ）、２０回に達すると最大値２
個、最小値２個のデータを削除し（同）、残りの１６
個のデータを平均し（同）、静歪計に記録する（同
）。

【００３１】なお、５分間に２０回の検出データがメモ
リされない場合は、メモリされたデータを全て削除した
のち５分間測定を休止し、その後再開する。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明は受信回路に同
期整流回路とローパスフィルターを設け、同期整流回路
の同期信号の周波数を、送信する超音波の周波数と一致
させたことにより、雑音を効果的に排除でき、精度の高
いレベル測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のブロック図

【図２】同期整流回路のブロック図

【図３】波形図

【図４】波形図

【図５】フローチャート

【図６】タイミングチャート

【符号の説明】

１ 送受信器 ２ コントロール装置 ３ 分離器 ４ 波形整形器 ５ ＡＮＤ回路 ６ 送信増幅器 ７ 超音波発信器 ８ 超音波受信器 ９ 受信増幅器 １０ 同期整流回路 １１ ローパスフィルター １２ 電源・音源入力端子 １３ 送信パルス入力端子 １５ 反転増幅器 １６ 第１アナログスイッチ １７ 第２アナログスイッチ １８ ＮＯＴ回路 ２０ 受信パルス出力端子 ２１ ＣＰＵ ２２ ＲＯＭ ２３ ＲＡＭ ２４ カウンター ２５ タイマーカウンター ２６ Ａ／Ｄコンバータ ２７ ＰＩ／Ｏ ２８ バスライン ２９ 発振器 ３０ 分周器 ３１ 電源部 ３２ 加算部 ３３ 波形整形器 ３４ 増幅器 ３５ レベル弁別器 ３６ 電源・音源出力端子 ３７ 送信パルス出力端子 ３８ 受信パルス入力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射面に向けて一定周波数の超音波を反
   射する送信器と、その反射波を受ける受信器と、これら
   の送信器と受信器のコントロール装置とからなる超音波
   反射式レベル計において、上記の受信器の受信回路に同
   期整流回路と、その出力側に接続されるローパスフィル
   ターとを設け、ローパスフィルターの出力側をコントロ
   ール部に接続し、上記同期整流回路を、ゲインがマイナ
   ス１の反転増幅器、第１及び第２アナログスイッチ並び
   にＮＯＴ回路により構成し、上記第１アナログスイッチ
   に受信信号を入力し、第２アナログスイッチに該受信信
   号を上記反転増幅器を通して入力し、上記第１アナログ
   スイッチの同期信号として上記送信器から送信される超
   音波の音源用信号を入力すると共に、第２アナログスイ
   ッチの同期信号として上記音源用信号を上記ＮＯＴ回路
   を介して入力することを特徴とする超音波反射式レベル
   計。