超聲波流量計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超聲波流量計，能抑制切換成對的超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收的切換裝置所產(chǎn)生的串?dāng)_。所述超聲波流量計包括：第一超聲波發(fā)送接收器(2A)和第二超聲波發(fā)送接收器(2B)；發(fā)送電路(3)，生成用于使第一超聲波發(fā)送接收器(2A)或第二超聲波發(fā)送接收器(2B)振動的發(fā)送信號；接收電路(4)，檢測來自第一超聲波發(fā)送接收器(2A)或第二超聲波發(fā)送接收器(2B)的接收信號；第一發(fā)送放大裝置(7A)，放大朝向第一超聲波發(fā)送接收器(2A)的發(fā)送信號；第一接收放大裝置(8A)，放大來自第一超聲波發(fā)送接收器(2A)的接收信號；第二發(fā)送放大裝置(7B)，放大朝向第二超聲波發(fā)送接收器(2B)的發(fā)送信號；以及第二接收放大裝置(8B)，放大來自第二超聲波發(fā)送接收器(2B)的接收信號。
【專利說明】超聲波流量計
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及超聲波流量計。
【背景技術(shù)】
[0002]以往的超聲波流量計如專利文獻(xiàn)I所示，其包括:成對的第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器；發(fā)送電路，向這些超聲波發(fā)送接收器輸出發(fā)送信號；接收電路，檢測來自所述超聲波發(fā)送接收器的接收信號；以及切換裝置，切換所述第一超聲波發(fā)送接收器和所述第二超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收。
[0003]并且如圖6所示，切換裝置包括:切換開關(guān)SW1，用于切換是否將來自發(fā)送電路的發(fā)送信號向第一超聲波發(fā)送接收器輸出；切換開關(guān)SW3，用于切換是否將所述發(fā)送信號向第二超聲波發(fā)送接收器輸出；切換開關(guān)SW2，用于切換是否將來自第一超聲波發(fā)送接收器的接收信號向接收電路輸出；以及切換開關(guān)SW4，用于切換是否將來自第二超聲波發(fā)送接收器的接收信號向接收電路輸出。
[0004]然而，當(dāng)利用上述構(gòu)成的切換裝置，通過向第一超聲波發(fā)送接收器輸出發(fā)送信號而使所述第一超聲波發(fā)送接收器為發(fā)送側(cè)，并使第二超聲波發(fā)送接收器為接收側(cè)時，存在來自發(fā)送電路的發(fā)送信號借助被切斷的切換開關(guān)SW3傳遞到第二超聲波發(fā)送接收器(串?dāng)_問題)，使第二超聲波發(fā)送接收器在接收來自所述第一超聲波發(fā)送接收器的超聲波振動之前發(fā)生無效振動的問題。這樣，在由第二超聲波發(fā)送接收器接收的超聲波振動的接收信號的波形上重疊了所述無效振動的波形。此外，當(dāng)發(fā)送和接收反轉(zhuǎn)時，同樣在由第一超聲波發(fā)送接收器接收的超聲波振動的接收波形上會疊加所述無效振動的波形。如此，超聲波振動的傳播時間和傳播時間差的測量會產(chǎn)生誤差，存在不能高精度測量流量的問題。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開公報特開2008-14840號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的是提供能一舉解決上述問題的超聲波流量計，能夠降低切換第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收的切換裝置所發(fā)生的串?dāng)_和串?dāng)_帶來的無效振動。
[0007]S卩，本發(fā)明的超聲波流量計包括:成對的第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器，在流通有被測量流體的流道上間隔配置；發(fā)送電路，生成用于驅(qū)動所述第一超聲波發(fā)送接收器和所述第二超聲波發(fā)送接收器中的一方的發(fā)送信號；接收電路，檢測來自所述第一超聲波發(fā)送接收器和所述第二超聲波發(fā)送接收器中的另一方的接收信號；第一發(fā)送接收切換裝置，切換是將來自所述發(fā)送電路的發(fā)送信號向所述第一超聲波發(fā)送接收器輸出，還是將來自所述第一超聲波發(fā)送接收器的接收信號向所述接收電路輸出；第二發(fā)送接收切換裝置，與所述第一發(fā)送接收切換裝置獨立地設(shè)置，切換是將來自所述發(fā)送電路的發(fā)送信號向所述第二超聲波發(fā)送接收器輸出，還是將來自所述第二超聲波發(fā)送接收器的接收信號向所述接收電路輸出；第一發(fā)送放大裝置，放大朝向所述第一超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送信號；第一接收放大裝置，放大來自所述第一超聲波發(fā)送接收器的接收信號；第二發(fā)送放大裝置，與所述第一發(fā)送放大裝置獨立地設(shè)置，放大朝向所述第二超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送信號；以及第二接收放大裝置，與所述第一接收放大裝置獨立地設(shè)置，放大來自所述第二超聲波發(fā)送接收器的接收信號。
[0008]這樣，由于將切換第一超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收的第一發(fā)送接收切換裝置，與切換第二超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收的第二發(fā)送接收切換裝置獨立地設(shè)置，并針對所述第一發(fā)送接收切換裝置設(shè)置第一發(fā)送放大裝置和第一接收放大裝置，針對所述第二發(fā)送接收切換裝置設(shè)置第二發(fā)送放大裝置和第二接收放大裝置，所以即使向第一超聲波發(fā)送接收器輸出發(fā)送信號時，也能夠防止所述發(fā)送信號泄露到第二超聲波發(fā)送接收器而產(chǎn)生串?dāng)_和串?dāng)_帶來的無效振動。即，由于第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器不共用發(fā)送接收切換裝置、發(fā)送放大裝置和接收放大裝置，而在各超聲波發(fā)送接收器上設(shè)置發(fā)送接收切換裝置、發(fā)送放大裝置和接收放大裝置，所以降低了串?dāng)_和串?dāng)_帶來的無效振動，可以高精度測量超聲波振動的傳播時間和傳播時間差，從而高精度測量流量。
[0009]所述超聲波流量計還包括:發(fā)送信號切換裝置，把從所述發(fā)送電路輸出的發(fā)送信號的路徑，在所述第一發(fā)送接收切換裝置側(cè)和所述第二發(fā)送接收切換裝置側(cè)之間切換；以及接收信號切換裝置，把由所述接收電路檢測的接收信號的路徑，在所述第一發(fā)送接收切換裝置側(cè)和所述第二發(fā)送接收切換裝置側(cè)之間切換。
[0010]這樣，由于發(fā)送電路和接收電路可以不設(shè)置在各超聲波發(fā)送接收器上，而是被第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器共用，所以能夠使超聲波流量計小型化。
[0011]優(yōu)選的是，所述成對的第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器設(shè)有多組。
[0012]優(yōu)選的是，所述多組第一超聲波發(fā)送接收器和所述第二超聲波發(fā)送接收器中的彼此不成對的多個超聲波發(fā)送接收器共用所述第一發(fā)送放大裝置和所述第一接收放大裝置，或共用所述第二發(fā)送放大裝置和所述第二接收放大裝置。
[0013]這樣，由于彼此不成對的多個超聲波發(fā)送接收器共用發(fā)送放大裝置和接收放大裝置，所以能夠使超聲波流量計小型化，特別是在設(shè)置多組超聲波發(fā)送接收器的情況下效果更為顯著。
[0014]優(yōu)選的是，在所述第一發(fā)送接收切換裝置和所述第二發(fā)送接收切換裝置之間設(shè)有屏蔽構(gòu)件。
[0015]這樣，不僅電路結(jié)構(gòu)降低了串?dāng)_和串?dāng)_帶來的無效振動，也可以降低在空間傳播的發(fā)送信號產(chǎn)生的串?dāng)_和串?dāng)_帶來的無效振動。
[0016]按照上述構(gòu)成的本發(fā)明，可以降低用于切換第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送接收的切換裝置所產(chǎn)生的串?dāng)_和串?dāng)_帶來的無效振動，能高精度測量超聲波振動的傳播時間和傳播時間差，從而高精度測量流量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是表示本實施方式的超聲波流量計中的超聲波發(fā)送接收器的配置的示意圖。
[0018]圖2是表示同一實施方式的超聲波流量計的電路結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0019]圖3是示意性表示同一實施方式的超聲波流量計的要部的電路結(jié)構(gòu)圖。[0020]圖4是表示以往示例的接收信號的波形和本發(fā)明的接收信號的波形的示意圖。
[0021]圖5是變形實施方式的超聲波流量計的示意圖。
[0022]圖6是示意性表示以往的超聲波流量計的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明
[0024]100…超聲波流量計
[0025]R …流道
[0026]2U …超聲波發(fā)送接收器組
[0027]2A …第一超聲波發(fā)送接收器
[0028]2B …第二超聲波發(fā)送接收器
[0029]3 …發(fā)送電路
[0030]4 …接收電路
[0031]5 …控制設(shè)備
[0032]51 …發(fā)送控制部
[0033]52 …接收控制部
[0034]53 …切換控制部
`[0035]6A …第一發(fā)送接收切換裝置
[0036]6B …第二發(fā)送接收切換裝置
[0037]7A …第一發(fā)送放大裝置
[0038]7B …第二發(fā)送放大裝置
[0039]8A …第一接收放大裝置
[0040]8B …第二接收放大裝置
[0041]9 …發(fā)送信號切換裝置
[0042]10 …接收信號切換裝置
[0043]11 …屏蔽構(gòu)件
【具體實施方式】
[0044]以下參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的超聲波流量計。
[0045]本實施方式的超聲波流量計100使用于氣體分析系統(tǒng)，所述氣體分析系統(tǒng)例如分析從發(fā)動機(jī)等排出的排氣等測量對象氣體中所含的成分，超聲波流量計100設(shè)置在流通有所述測量對象氣體的氣體流通管RH上，以測量流過所述氣體流通管RH的流道R的測量對象氣體的流量。
[0046]具體如圖1的(A)所示,所述超聲波流量計100具有多組在所述氣體流通管RH的流道R中傾斜相對配置的、成對的第一超聲波發(fā)送接收器2A和第二超聲波發(fā)送接收器2B。本實施方式中，第一超聲波發(fā)送接收器2A設(shè)置在上游側(cè)，第二超聲波發(fā)送接收器2B設(shè)置在下游側(cè)。此外，如圖1的(B)所示，在多個超聲波發(fā)送接收器組2U中，多個第一超聲波發(fā)送接收器2A在流道方向上設(shè)置在相同位置，多個第二超聲波發(fā)送接收器2B在流道方向上設(shè)置在相同位置，并且多個超聲波發(fā)送接收器組2U在垂直于流道方向的斷面視圖中，在垂直于流道方向的方向上等間隔配置。另外，在圖1的(A)中，超聲波發(fā)送接收器2A、2B從氣體流通管RH的管壁內(nèi)表面向內(nèi)部突出配置，但是配置位置不限于此，也可以與管壁內(nèi)表面為一個面或配置成比管壁內(nèi)表面靠向外側(cè)。此外，在圖1的(B)中，超聲波發(fā)送接收器2A、2B配置在氣體流通管RH的上下，但是不限于此，也可以傾斜配置或橫向配置。
[0047]在此，由于使用于氣體分析系統(tǒng)的超聲波流量計100的測量對象為氣體，所以相比于測量液體或固體，傳播效率低。這是由于超聲波發(fā)送接收器和傳播超聲波的氣體的聲阻抗具有較大差異，所以阻抗不能匹配而在界面上的反射變多。將電轉(zhuǎn)換為超聲波的驅(qū)動效率低時容易受到干擾(測量用以外的超聲波的影響等)，而將超聲波轉(zhuǎn)換為電的接收效率低時也容易受到干擾(電噪聲等)、S/N降低。因此，本實施方式中的超聲波發(fā)送接收器2A、2B的壓電元件使用驅(qū)動效率和接收效率高的、機(jī)電耦合系數(shù)大的壓電元件，以使傳播效率降低部分相抵消。但是，機(jī)電耦合系數(shù)大的壓電元件存在振動難以收束的傾向，容易受到串?dāng)_帶來的無效振動的影響。
[0048]并且,如 圖2和圖3所示,所述超聲波流量計100包括:發(fā)送電路3,生成用于驅(qū)動第一超聲波發(fā)送接收器2A和第二超聲波發(fā)送接收器2B中的一方的發(fā)送信號；接收電路4，檢測來自第一超聲波發(fā)送接收器2A和第二超聲波發(fā)送接收器2B中的另一方的接收信號；發(fā)送控制部51，向所述發(fā)送電路3輸入發(fā)送控制信號；以及接收控制部52，向所述接收電路4輸出接收控制信號，并且取得來自所述接收電路4的接收信號。
[0049]發(fā)送電路3是超聲波脈沖發(fā)生電路，取得來自所述發(fā)送控制部51的發(fā)送控制信號，生成作為超聲波脈沖的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)波。另外，基準(zhǔn)波例如為±ιν的脈沖電壓。
[0050]接收電路4接收由接收側(cè)的超聲波發(fā)送接收器2A、2B所接收的超聲波脈沖產(chǎn)生的接收信號，并將模擬信號向接收控制部52輸出。
[0051]通過使用來自所述發(fā)送電路3的發(fā)送信號的發(fā)送時機(jī)和所述接收電路4的接收信號的接收時機(jī)，由后述的控制設(shè)備5計算所述超聲波流量計100中的流速V和流量Q。具體而言，控制設(shè)備5邊切換超聲波發(fā)送接收器2A、2B的發(fā)送接收，邊分別測量從一方的超聲波發(fā)送接收器2A或2B輸出超聲波脈沖后，直到與所述一方的超聲波發(fā)送接收器2A或2B成對的另一方的超聲波發(fā)送接收器2A或2B接收到所述超聲波脈沖為止的時間T，并由以下的公式求出流速V和流量Q。
[0052]另外，以下的公式中，Θ為連接各超聲波發(fā)送接收器2A、2B的超聲波傳播軸與流道R所呈的角度，L為超聲波發(fā)送接收器2A、2B之間的傳播路徑長度，Tl為從上游側(cè)的超聲波發(fā)送接收器2A向下游側(cè)的超聲波發(fā)送接收器2B的傳播時間，T2為從下游側(cè)的超聲波發(fā)送接收器2B向上游側(cè)的超聲波發(fā)送接收器2A的傳播時間，A為所述氣體流通管RH的流道斷面積。
[0053](公式I)
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波流量計，其特征在于包括: 成對的第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器，在流通有被測量流體的流道上間隔配置； 發(fā)送電路，生成用于驅(qū)動所述第一超聲波發(fā)送接收器和所述第二超聲波發(fā)送接收器中的一方的發(fā)送信號； 接收電路，檢測來自所述第一超聲波發(fā)送接收器和所述第二超聲波發(fā)送接收器中的另一方的接收信號； 第一發(fā)送接收切換裝置，切換是將來自所述發(fā)送電路的發(fā)送信號向所述第一超聲波發(fā)送接收器輸出，還是將來自所述第一超聲波發(fā)送接收器的接收信號向所述接收電路輸出； 第二發(fā)送接收切換裝置，與所述第一發(fā)送接收切換裝置獨立地設(shè)置，切換是將來自所述發(fā)送電路的發(fā)送信號向所述第二超聲波發(fā)送接收器輸出，還是將來自所述第二超聲波發(fā)送接收器的接收信號向所述接收電路輸出； 第一發(fā)送放大裝置，放大朝向所述第一超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送信號； 第一接收放大裝置，放大來自所述第一超聲波發(fā)送接收器的接收信號； 第二發(fā)送放大裝置，與所述第一發(fā)送放大裝置獨立地設(shè)置，放大朝向所述第二超聲波發(fā)送接收器的發(fā)送信號；以及 第二接收放大裝置，與所述第一接收放大裝置獨立地設(shè)置，放大來自所述第二超聲波發(fā)送接收器的接收信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計，其特征在于還包括: 發(fā)送信號切換裝置，把從所述發(fā)送電路輸出的發(fā)送信號的路徑，在所述第一發(fā)送接收切換裝置側(cè)和所述第二發(fā)送接收切換裝置側(cè)之間切換；以及 接收信號切換裝置，把由所述接收電路檢測的接收信號的路徑，在所述第一發(fā)送接收切換裝置側(cè)和所述第二發(fā)送接收切換裝置側(cè)之間切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計，其特征在于，所述成對的第一超聲波發(fā)送接收器和第二超聲波發(fā)送接收器設(shè)有多組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波流量計，其特征在于，所述多組第一超聲波發(fā)送接收器和所述第二超聲波發(fā)送接收器中的彼此不成對的多個超聲波發(fā)送接收器共用所述第一發(fā)送放大裝置和所述第一接收放大裝置，或共用所述第二發(fā)送放大裝置和所述第二接收放大裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計，其特征在于，在所述第一發(fā)送接收切換裝置和所述第二發(fā)送接收切換裝置之間設(shè)有屏蔽構(gòu)件。
【文檔編號】G01F1/66GK103727986SQ201310484802
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】栗秋和典 申請人:株式會社堀場制作所