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JPH0359478B2 - - Google Patents
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JPH0359478B2 - - Google Patents

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JPH0359478B2
JPH0359478B2 JP27955284A JP27955284A JPH0359478B2 JP H0359478 B2 JPH0359478 B2 JP H0359478B2 JP 27955284 A JP27955284 A JP 27955284A JP 27955284 A JP27955284 A JP 27955284A JP H0359478 B2 JPH0359478 B2 JP H0359478B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、回転体、往復運動体等、移動体につ
いて、センサにエネルギー蓄積型振動素子、例え
ば水晶振動子等圧電センサを使用してエコー方式
で遠隔計測を行なうエコー式テレメータの計測方
式に係り、特に被計測移動体の被測定点に生ずる
温度変化、印加圧力、歪等、物理事象と、被計測
移動体の運動回数及び/又は運動速度とを同時に
計測できるようにしたエコー式移動体テレメータ
方式に関する。
〔従来技術〕
移動局について、その被測定点に於ける物理事
象の測定と、移動体自体の運動回数及び/又は運
動速度(以下、運動速度等という。)の測定とを
行う場合、従来はそれぞれの測定に対して別個の
手段を用いるのが一般的であり、物理事象の測定
には被計測移動体と非接触で測定できる移動体テ
レメータが、運動速度等の測定には回転計、速度
計等の接触形の手段が用いられる。
上記移動体テレメータは一般に移動局と固定局
とでなり、移動局はセンサと該センサで測定した
データを無線で送信する送信装置を有している被
計測移動体に固定され、また固定局は上記データ
を受信する受信装置と該受信装置で受信したデー
タを分析し数値にして表示し及び/又は記録する
分析装置を有していて被計測移動体の近傍に設置
される。
移動体テレメータに於いて、測定データを欠落
なく固定局で受信するために移動局と固定局のア
ンテナ又は結合コイル(以下、結合コイルを例と
する。)相互が常時有効に結合した状態(信号の
授受が充分に可能である距離に双方の結合コイル
が接近した状態)にあるように、固定局及び/又
は移動局の結合コイルを移動局の運動の全範囲に
わたつて張り巡らすか、又は結合コイルを移動局
の全運動範囲にわたつて設置できない場合には双
方の局の結合コイル相互の有効結合時間を移動局
の運動範囲の一部に限定し、例えばマイクロスイ
ツチ等の機械的手段で移動局の運動と測定時間と
で同期をとる方式を採用している。
また、移動体テレメータの方式としては、移動
局の構成が簡単で、かつその作動が無電源で行な
えるエコーテレメータ方式(センサに圧電振動体
素子、例えば水晶振動子センサを用い、当該セン
サを外部から励振し、励振停止後の当該センサの
残留振動(エコー信号)を受信する方式)が採用
される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上の従来技術によると、 (A) 物理事象の測定と運動速度等の測定とを別個
の計測手段で行なう必要があるので計測システ
ムが複雑となり、また測定データを別個に記録
する必要から双方の測定データの因果関係が明
確に把え難いこと、 (B) 運動速度等の計測手段が接触形であることに
より当該計測手段が被計測移動体の負荷となつ
て当該移動体の運動に悪影響を及ぼすこと、 (C) 移動体テレメータに於いて、移動局の全運動
範囲にわたつて結合コイルを張る方式のテレメ
ータでは、結合コイルの設置が面倒なばかりか
被計測移動体の構造によつては結合コイルの設
置ができない場合もあること、 (D) 移動体テレメータに於いて、移動局の運動と
測定時間とで機械的手段により同期をとる方式
のテレメータでは、同期手段(マイクロスイツ
チ)が接触形であるため、その作動力が被計測
移動体の負荷となつて当該移動体の運動に悪影
響を及ぼすこと、マイクロスイツチの接点の開
閉時に生ずる残音が測定データに悪影響を及ぼ
すこと、マイクロスイツチの接点の開閉時間か
ら高速運動する移動体の計測には不向きである
こと、 等の問題点がある。
本発明は以上の諸問題を解決すべく提案するも
ので、物理事象と運動速度等を同時に計測でき、
システムの運用が容易で、かつ被計測移動体の運
動速度が高速であつてもデータの欠落がない正確
なデータが得られるエコー式移動体テレメータ装
置を得ることを目的とする。
〔発明の開示〕
以の目的のため、本発明は、移動局に振動周波
数が一定の第1の圧電センサ(エネルギー蓄積形
の振動特性センサ)と、被測定事象の変化で振動
周波数が変化する第2の圧電センサを設らるとと
もに移動局と固定局との結合区間を被計測移動体
の運動の全周期にわたらないように設定し、固定
局から常時は上記第1の圧電センサの振動周波数
に等しい周波数の励振信号を間欠的に送出してお
き、上記結合区間の到来毎に上記第1の圧電セン
サから放出されるエコー信号を受信してその受信
回数に基いて被計測移動体の運動速度等を計測
し、かつ当該エコー信号の受信によつて固定局か
らその周波数が上記第2の圧電センサの振動周波
数の変化範囲内で変化する励振信号の送出を開始
するとともに当該励振信号の送出を上記結合区間
の全域にわたつて間欠的に継続し、これによつて
上記第2の圧電センサから放出されるエコー信号
を受信してその周波数から被測定事象を計測する
ようにし、もつて運動速度等と被測定事象等とを
同時に非接触で計測するようにしたものである。
〔実施例の構成〕
第1図は本発明の実施例の構成を示すブロツク
図、第2図は移動局の構成例を示す回路図、第3
図は本発明の実施例システムを回転体の計測に使
用した場合のシステム構成例を示す図である。
尚、以下の実施例は被計測移動体が回転軸である
ものとして説明する。
第1図〜第3図に於いて、1は移動局、2は固
定局、3は被計測移動体である回転軸である。
まず、移動局1の構成について説明する。
101は第1の圧電センサ(以下、センサとい
う。)で、エネルギー蓄積形の振動特性素子、具
体的には例えば水晶振動子で構成され、その振動
周波数は一定である。この第1のセンサ101は
回転軸3の回転数又は/及び回転速度(以下、回
転速度という。)の計測及び被測定事象の計測開
始時の検出のために使用される。
102は第2のセンサで、上記第1のセンサと
同様の素子で構成され、その振動周波数は温度、
圧力、歪等被測定事象の変化で変化するように設
定されている。この第2のセンサ102は被測定
事象の計測のために使用される。
103はアンテナ又は結合コイル(以下、結合
コイルを例とする。)で、固定局2から送出され
る第1のセンサ101の励振信号(以下、基準励
振信号という。)及び第2のセンサ102の励振
信号(以下、計測励振信号という。)を受信し、
第1のセンサ101が放出するエコー信号(以
下、基準エコー信号という。)及び第2のセンサ
102が放出するエコー信号(以下、計測エコー
信号という。)を放射する。
移動局1は、回転軸3に細孔を設けて埋込み設
置できるように例えばケースがボルト形状に形成
され、ケース内部に第1及び第2のセンサ10
1,102等が、ケース頭部に露出させて結合コ
イル103がが設けられて構成される。
第1及び第2のセンサ101,102にQの高
い水晶振動子を使用し、第1のセンサの振動周波
数を第2のセンサの振動周波数の変化範囲外で当
該変化範囲の近傍に設定すれば、第2図に示すよ
うに第1のセンサ101と第2のセンサ102と
並列して結合コイル103に接続し、かつ(必要
であれば)コンデンサ104等の同調素子も第1
及び第2のセンサ101,102に共通のものと
することができる。すなわち、第1及び第2のセ
ンサ101,102のQが高いことにより、一方
のセンサへの励振信号の周波数に他方のセンサが
共振することはなく、かつ一方のセンサが他方の
センサの作動を不能にしたり、振動周波数を変動
させるような負荷となることはない。
次に固定局2に構成について説明する。
201は基準信号発振器で、一定の周波数の信
号を生成する。この信号は第1のセンサ101の
励振信号を作成するためのもので、その周波数は
送信器204で加工された後の周波数が第1のセ
ンサ101の振動周波数と等しくなるような値に
設定される。
202は計測信号発振器で、制御器211から
の信号切換パルスで周波数が順次切り換わる信号
を生成する。この信号は第2のセンサ102の励
振信号を作成するためのもので、その周波数はス
テツプ状に変化し、その変化範囲は送信器204
によつて加工された後の周波数の変化範囲が第2
のセンサ102の振動周波数の変化範囲(被測定
事象の変化で第2のセンサ102の振動周波数が
変化すると想定される範囲)をカバーするような
範囲に設定される。また、切り換え時の周波数の
変化量はいずれのステツプに於いても同量に設定
され、かつ制御器211から信号切換パルスが入
力されない限り、その時点での発振周波数を維持
する。
203は信号切換スイツチで、制御器211か
らの信号切換パルスで基準信号発振器201から
の信号(以下、基準信号という。)及び計測信号
発振器202からの信号(以下、計測信号とい
う。)を交互に送信器204に入力する。
204は送信器で、信号切換スイツチ203か
ら供給される基準信号及び計測信号を加工(変
調)して、基準励振信号及び計測励振信号を作成
する。基準励振信号の周波数は第1のセンサ10
1の振動周波数と等しく、計測励振信号の周波数
は第2のセンサ102の振動周波数の変化範囲を
カバーする範囲でステツプ状に変化する。
205は送受切換スイツチで、制御器211か
らの送受切換パルスでアンテナ又は結合コイル2
06を送信器204及び受信器207に交互に切
換接続する。
206はアンテナ又は結合コイル(以下、結合
コイルを例とする。)で、移動局1から送出され
る基準エコー信号及び計測エコー信号を受信し、
送受切換スイツチ205を介して送信器204か
ら送出される基準励振信号及び計測励振信号を放
射する。
207は受信器で、送受切換スイツチ205を
介して結合コイル206から入力される基準エコ
ー信号及び計測エコー信号の周波数を、その後の
処理のための周波数領域まで加工(復調)し、基
準エコー信号が設定レベル範囲で入力されたとき
には起動信号生成器208に、計測エコー信号が
設定レベル範囲で入力されたときには第2のデー
タ処理器210にそれぞれの復調信号(以下、そ
れぞれ基準エコー復調信号、計測エコー復調信号
という。)を送出する。
208は起動信号生成器で、受信器207から
の基準エコー復調信号によつて制御器211に起
動信号を送出する。
209は第1のデータ処理器で起動信号生成器
208から出力される起動信号の送出回数を計数
して回転軸3の回転速度等を演算し、速度測定デ
ータを表示器212に送出する。
210は第2のデータ処理器で、受信器207
からの計測エコー復調信号の受信によつてその周
波数から被測定事象の測定値を演算し、事象測定
データを表示器212に送出する。
211は制御器で、送受切換スイツチ205に
一定の周期で一定パルス巾の送受切換パルスを常
時送出し、起動信号生成器208からの起動信号
が入力されている間、計測信号発振器202及び
信号切換スイツチ203に周期及びパルス巾がと
もに上記送受切換パルスのそれ等の2倍の制御パ
ルス、すなわち送受切換パルスを2分周して生成
した信号切換パルスを送出する。
固定局2は第3図に示すように、被計測回転軸
3の移動局1の取り付け部分周縁の一部分に結合
コイル206を非接触に対面させて設置される。
固定局2と移動局1との有効結合区間は結合コイ
ル206の対面区間を移動局1(少くともその結
合コイル103)が通過するロ区間である。
〔実施例の作用〕
第4図は実施例の動作を説明するタイムチヤー
トであり、第1図に示すA〜L点の信号波形で示
したものである。尚、この第4図に於いて、イ,
ロ及びハで示す区間は第3図に示す同じ記号の区
間での動作を示しており、また交流信号(高周波
信号)で出力される信号は、そのエンベロープで
示してある。
制御器211は、A点に一定周期で一定パルス
巾の送受切換パルスを常時出力しており、基準信
号発振器201はB点に周波数が一定値Rの基
準信号を常時出力している。
回転軸3が回転運動中、移動局1が固定局2と
の結合区間であるロ区間にないとき、計測信号発
振器202はC点に前回のロ区間での最終の切換
ステツプでの周波数の計測信号を出力している。
いま、移動局1が回転軸3のある周期中、ハ又は
イ区間にあるとき、当該計測信号発振器202の
発振周波数が最終切換ステツプの周波数nであ
るものとする。
移動局1がイ区間にあるとき、制御器211は
信号切換パルスを送出せず、信号切換スイツチ2
03は基準信号発振器201を送信器204に接
続しており、送信器204はB点に出力されてい
る基準信号(周波数R)を変調してその周波数
を第1のセンサ101の振動周波数と等しい周波
数Rとした基準励振信号をD点に出力する。
送受切換スイツチ205は前記送受切換パルス
によつて常時切換動作(結合コイル206を送信
器204又は受信器207に切換接続する動作)
を継続しており、E点には上記送受切換パルスが
例えばハイレベル(以下、“H”と表現する。)で
あるとき毎に基準励振信号(周波数R)が送信
器204から送出され、このようにして結合コイ
ル206からは間欠的に上記基準励振信号が放射
される。
移動局1がロ区間に近づくと、該移動局1のロ
103と固定局2の結合コイル206との間で電
磁誘導による結合が生じ始め、移動局1の第1の
センサ101は前記基準励振信号が結合コイル1
03を介して供給される毎に第4図Fに示すよう
に周波数Rで共振する。この第1のセンサ10
1の共振強度は移動局1がロ区間に入ると最大と
なる。
上記第1のセンサ101の共振は固定局2に於
いて送受切換スイツチ205の切換動作によつて
結合コイル206が受信器207側に切換つて前
記基準励振信号断たれた後も暫時減衰しながら継
続する。この減衰振動が所謂エコー信号となる振
動である。
以上のようにして第1のセンサ101から放出
された基準エコー信号(周波数R)は直ちに結
合コイル103から放射され、このとき固定局2
では送受切換スイツチ205で結合コイル206
が受信器207側に接続されているので結合コイ
ル206で受信された前記基準エコー信号はG点
に出力される。
移動局1がロ区間に入り、上記G点に出力され
た基準エコー信号が設定レベル以上で受信器20
7に入力されると、該受信器207はそれを復調
してH点に基準エコー復調信号(周波数R)を
出力する。H点に出力された基準エコー復調信号
は起動信号生成器208に入力され、これによつ
て当該起動信号生成器208は制御器211に起
動信号をI点に送出する。これによつて制御器2
11はJ点に前記送受切換パルスを2分周した信
号に相当する信号切換パルスを送出し、この信号
切換パルスの前縁(立ち上り)で計測信号発振器
202は計測信号の周波数をnから1に切換え、
かつ信号切換スイツチ203は送信器204の入
力を基準信号発振器201側からの計測信号発振
器202側に切換える。従つてD点には送信器2
04から周波数1の計測励振信号が出力される。
このとき、送受切換スイツチ205は、A点の送
受切換パルスとJ点の信号切換パルスの位相関係
から明らかなように、結合コイル206は送信器
204の出力に接続されているので、上記D点に
出力された計測励振信号はE点を経て結合コイル
206から放出される。結合コイル206から上
記計測励振信号が放射される時間は前記基準励振
信号と同様、送受切換パルスのパルス巾に相当す
る時間(当該送受切換パルスが“H”レベルであ
る時間)であり、この時間が過ぎると送受切換パ
ルスの後縁(立ち下り)で送受切換スイツチ20
5は結合コイル206を送信器204から受信器
207に接続替えして固定局2は移動局1からの
エコー信号の受信待機状態となり、上記計測励振
信号の結合コイル206からの放射が停止する。
A点に出力されている送受切換パルスの次の周
期の前縁で、前記J点に出力されている信号切換
パルスは立ち下り、これによつて信号切換スイツ
チ203は再び基準信号発振器201側に切換わ
る。但し計測信号発振器202の周波数切換動作
は信号切換パルスの立ち上り(前縁)で行なわれ
るようになつており、C点に出力されている計測
信号の周波数は1のままである。また、このとき
送受切換スイツチ205は受信器207側に切換
つているので、前記と同様にして結合コイル20
6からは周波数Rの基準励振信号が放射され、
これによつて移動局1からは再び基準エコー信号
が放射され、固定局2ではこれを受けて受信器2
07から再び基準エコー復調信号がH点に送出さ
れる。起動信号生成器208は基準エコー復調信
号が送受切換パルスの2周期に相当する時間の周
期で入力されている間は、I点に起動信号を送出
し続けるように構成されており、移動局1がロ区
間にある間中は上記基準エコー復調信号が繰返し
上記周期で起動信号生成器208に入力されるの
で、起動信号がI点に送出され続け、制御器21
1は信号切換パルスをJ点に継続して送出する。
信号切換パルスが再びJ点に出力されると、そ
の前縁で計測信号発振器202は周波数の切換動
作を行ない、C点に出力している計測信号の周波
数を1から2に切換え、このとき信号切換スイツ
チ203は送信器204を上記計測信号発振器2
02に接続し、かつ送受切換スイツチ205は結
合コイル206を上記送信器204に接続してい
るので、結合コイル206からは前記と同様にし
て周波数2の計測励振信号が放射される。以降、
同様の動作を繰り返えすことにより、移動局1が
ロ区間にある間は、基準励振信号と計測励振信号
とが交互に、かつ計測励振信号の周波数がステツ
プ状に切換わりながり間欠的に結合コイル206
から放射されていく。
上記動作に於いて、起動信号は起動信号生成器
208から移動局1がロ区間に入る毎に1回、す
なわち、回転軸3が1回転する毎に1回送出され
る。従つて、上記起動信号の送出回数を計数する
ことによつて回転速度等を算出することができ
る。すなわち、第1のデータ処理器209は起動
信号の例えば前縁(立ち上り)で当該起動信号を
計数処理し、速度測定データを演算して表示器2
12に当該速度測定データを送出する。
また、上記動作に於いて、計測励振信号は移動
局1がロ区間にある間、すなわち結合コイル10
3と結合コイル206とが有効に結合している区
間に於いて固定局2から送出される。従つて移動
局1の第1のセンサ101には全ての周波数の計
測励振信号がその送出順に欠落することなく印加
される。
いま、その時の被計測事象に於ける第1のセン
サ101の振動周波数xが周波数4の計測励振信
号の周波数に最も近いものとすると第4図Kに示
すように第1のセンサ101は当該計測励振信号
(周波数4)が印加されたとき最も強い強度で共
振する。従つて当該計測励振信号が断たれてから
次の基準励振信号が印加されるまでの間に第1の
センサ101は周波数がFxの計測エコー信号を
送出し、この計測エコー信号が結合コイル103
により移動局1から放射される。
以上のようにして移動局1から放射された計測
エコー信号は前記基準エコー信号と同様にして固
定局2で受信され、その受信器207はL点に周
波数がxの計測エコー復調信号を送出する。
第2のデータ処理器210は上記計測エコー復
調信号の周波数xから事象測定データを算出し、
これを表示器212に送出する。
表示器212は、第1のデータ処理器209か
ら送出された速度測定データと第2のデータ処理
器210から送出された事象測定データとを表示
し、又は/及び記録する。
移動局1がロ区間を通過し、ハ区間に入ると結
合コイル103と結合コイル104との結合が断
たれるので、移動局1と固定局2との間の励振信
号とエコー信号の授受動作が停止する。従つて固
定局2に於いて起動信号生成器208から送出さ
れている起動信号が断たれ(最終の基準エコー復
調信号の入力時から、送受切換パルスの2周期に
相当する時間後に起動信号は消滅する。)、制御器
211から送出されている信号切換パルスが断た
れるので、移動局1がハ区間からイ区間にある間
は固定局2からは基準励振信号のみが間欠的に放
出され、また計数信号発振器202の周波数はロ
区間に於ける最終の信号切換パルスの送出時の周
波数k(第3図に示す例では6)になつていて、
次の周期のロ区間では計数信号の周波数切換動作
は周波数k+1から開始される。従つて事象測
定データは計測信号がその周波数の切換動作の全
ステツプを終えるまでの回転体3のいずれかの周
期で必ず得られる。
移動局1がロ区間にある間の基準励振信号と計
測励振信号の固定局2からの放出動作は、次のよ
うにして行なうこともできる。すなわち、第1の
データ処理器209から送出される速度測定デー
タに基いて移動局1がロ区間を通過する時間を求
め、起動信号生成器208で当該時間に等しい長
さの起動信号を生成して送出するようにする。こ
のような構成にした場合、固定局2での基準エコ
ー信号の受信は移動局1がロ区間に入つた頭初の
1回でよく、従つてロ区間に於ける計測信号の周
波数切換スピードは前記実施例の約2倍となる
(この場合、計測信号発振器202の周波数切換
制御及び信号切換スイツチ203の切換制御に使
用する信号切換パルスの周期及びパルス巾を送受
切換パルスのそれ等と同じにする。)。
〔発明の効果〕
以上に説明したように、本発明は、被測定事象
測定用センサと固定局との間の計測励振信号と計
測エコー信号の授受タイミングを、当該センサと
ともに移動局に設けた第2のセンサとの間の基準
励振信号と基準エコー信号の授受によつて検知
し、かつ上記基準エコー信号に基いて被計測移動
体の運動速度を計測するようにしたものであり、 (A) 物理事象の測定と運動速度等の測定とが同じ
時間軸のもとに同時に行なえるので、双方の測
定データの因果関係(例えば回転軸の回転速度
と軸温度との関係)が明確に把握できる。
(B) 計測手段が非接触形であるので、被計測移動
体の運動に悪影響を及ぼすことがない。
(C) 固定局のアンテナ又は結合コイルを移動局の
運動軌跡に沿わせて設定するだけで計測できる
ので、運用が極めて簡便である。
(D) 同期手段としての機械的手段を一切必要とし
ないので、測定データに雑音が混入することは
なく、正確なデータが得られ、また高速運動を
する移動体の計測も可能である。
等の種々の利益が享受でき、本発明は極めて顕著
なる効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
図面はいずれも本発明の実施例を示すもので第
1図はブロツク図、第2図は移動局の具体的構成
例を示す回路図、第3図は運用方法を説明する
図、第4図は動作を説明するタイムチヤートであ
る。 主な記号、1…移動局、101…第1のセン
サ、102…第2のセンサ、2…固定局、201
…基準信号発振器、202…計測信号発振器、2
08…起動信号生成器、209…第1のデータ処
理器、210…第2のデータ処理器、211…制
御器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被計測移動体に圧電センサを含む移動局を取
    り付け、固定局から上記移動局に上記圧電センサ
    の励振指号を送出したのち、上記圧電センサの残
    留振動によつて生じて上記移動局から放出される
    エコー信号を上記固定局で受信することにより、
    被計測移動体に関しての測定を行うようにしたテ
    レメータに於いて、移動局に振動周波数が一定の
    第1の圧電センサと、被測定事象の変化で振動周
    波数が変化する第2の圧電センサを設けるととも
    に、移動局と固定局との結合区間を被計測移動体
    の運動の全周期にわたらないように設定し、固定
    局から常時は上記第1の圧電センサの振動周波数
    に等しい周波数の励振信号を間欠的に送出してお
    き、上記結合区間の到来毎に上記第1の圧電セン
    サから放出されるエコー信号を受信してその受信
    回数に基いて被計測移動体の運動回数及び/又は
    運動速度を計測し、かつ上記第1の圧電センサか
    らのエコー信号の受信によつて、固定局からその
    周波数が上記第2の圧電センサの振動周波数の変
    化範囲内で変化する励振信号の送出を開始すると
    ともに当該励振信号の送出を上記結合区間の全域
    にわたつて間欠的に継続し、これによつて上記第
    2の圧電センサから放出されるエコー信号を受信
    してその周波数から被測定事象を計測するように
    したエコー式移動体テレメータ方式。 2 第1の圧電センサの振動周波数を、第2の圧
    電センサの振動周波数の変化範囲外で、かつ当該
    変化範囲に近接した値に設定し、第1の圧電セン
    サと第2の圧電センサとを並列に接続した特許請
    求の範囲第1項に記載のエコー式移動体テレメー
    タ方式。 3 第1の圧電センサ及び第2の圧電センサが水
    晶振動子である特許請求の範囲第1項又は第2項
    に記載のエコー式移動体テレメータ方式。
JP27955284A 1984-12-28 1984-12-28 エコ−式移動体テレメ−タ方式 Granted JPS61157998A (ja)

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