JP2007121199A - 密度測定装置および密度測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】様々な測定対象の密度を容易に測定できる密度測定装置を提供する。
【解決手段】音響レンズ3の放射面からカプラント部材6と空気との境界面までの距離が焦点距離より大きい場合には、センサ部2は、反射される斜入射音波32を受信することができない。そして、演算処理部1は、センサ部2で受信された反射音波、すなわち垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波から基準値を取得する。次に、演算処理部1は、測定対象9を配置した後、同様にして、センサ部2で受信された反射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定する。さらに、演算処理部1は、センサ部2と測定対象9との間の距離を順次短くし、センサ部2が受信する反射音波の強度変化に基づいて、音波の伝搬速度を測定する。
【選択図】図3
【解決手段】音響レンズ3の放射面からカプラント部材6と空気との境界面までの距離が焦点距離より大きい場合には、センサ部2は、反射される斜入射音波32を受信することができない。そして、演算処理部1は、センサ部2で受信された反射音波、すなわち垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波から基準値を取得する。次に、演算処理部1は、測定対象9を配置した後、同様にして、センサ部2で受信された反射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定する。さらに、演算処理部1は、センサ部2と測定対象9との間の距離を順次短くし、センサ部2が受信する反射音波の強度変化に基づいて、音波の伝搬速度を測定する。
【選択図】図3
Description
この発明は対象物の密度を測定する密度測定装置および密度測定方法に関し、特に音波を測定対象へ放射することでその密度を測定する密度測定装置および密度測定方法に関するものである。
物質の密度は、その物質を評価するために必要とされる代表的な指標である。そのため、古くから物質の密度測定を行なう方法および装置が考案されている。たとえば、液体中に配置された物質に生じる浮力から物質の密度を測定するアルキメデス法が有名である。
近年では、測定対象の音響インピーダンスが音波の伝搬速度と密度との積に一致することから、音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を何らかの方法で算出し、測定対象の密度を導出する方法が提案されている。
たとえば、特開平7−248315号公報(特許文献1)には、海水や発酵液などの供試流体の密度を演算測定する密度計測装置が開示されている。この特開平7−248315号公報(特許文献1)に開示される密度計測装置は、供試流体に接して配置されるカプラーと、供試流体との接合面の反対側に位置する面においてカプラーと接して配置される超音波発振器とを備え、超音波発振器から発せられる超音波がカプラーと供試流体との間の境界で生じる反射波から音響インピーダンスを算出し、さらに、異なる2つの端面で反射される反射波間の時間間隔から音波の伝搬速度(音速)を算出する。
また、特開平5−149931号公報(特許文献2)には、表面に膜を有する試料に対して膜の音速・密度を算出する音速・密度測定装置が開示されている。この特開平5−149931号公報(特許文献2)に開示される音速・密度測定装置は、媒体(水)と薄膜との境界で反射される反射波と、薄膜と基板との境界で反射される反射波との干渉に基づいて、音速および密度を算出する。
特開平7−248315号公報
特開平5−149931号公報
しかしながら、特開平7−248315号公報(特許文献1)に開示される密度計測装置では、測定対象が海水や発酵液などの供試流体に限られるため、汎用的な密度測定装置として用いることができないという問題があり、また、2つの端面間の距離を正確に把握しなければならないため、非常に手間がかかるという問題があった。
一方、特開平5−149931号公報(特許文献2)に開示される音速・密度測定装置は、測定対象が基板の表面に配置された膜に限られるため、汎用的な密度測定装置として用いることができないという問題があり、また、その膜厚を正確に測定しておく必要があり、実用的ではないという問題があった。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、様々な測定対象の密度を容易に測定できる密度測定装置および密度測定方法を提供することである。
この発明にかかる密度測定装置は、測定対象へ入射音波を放射し、かつ、入射音波が測定対象の表面で反射されて生じる反射音波を受信するセンサ部と、センサ部において受信される反射音波に基づいて、測定対象の音響インピーダンスおよび測定対象における音波の伝搬速度を測定し、かつ、測定される音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する演算処理部とを備える。
好ましくは、センサ部は、入射音波として、測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波を放射する。また、演算処理部は、センサ部に対する測定対象の距離とセンサ部において受信される反射音波の強度との関係に基づいて、伝搬速度を測定する。
好ましくは、センサ部は、垂直入射音波および斜入射音波がセンサ部から所定の距離にある焦点において互いに交差するように、入射音波を放射する。
好ましくは、密度測定装置は、演算処理部からの指令に応じて、センサ部と測定対象との間の距離を変化させる駆動部をさらに備える。また、演算処理部は、センサ部と測定対象との間の距離を変化させ、センサ部において受信される反射音波の強度変化を取得し、かつ、取得される強度変化に基づいて、伝搬速度を測定する。
好ましくは、斜入射音波は、測定対象の表面において入射角度に応じた角度で反射される。そして、演算処理部は、センサ部が測定対象の表面において反射される斜入射音波を受信しないように、センサ部と測定対象との間の距離を大きくし、かつ、測定対象の表面において反射される垂直入射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定する。
好ましくは、演算処理部は、センサ部から測定対象までの距離をセンサ部から焦点までの距離より大きくし、音響インピーダンスを測定する。
好ましくは、センサ部は、入射音波を生成するトランスデューサと、一方面がトランスデューサと密着され、他方面が曲面である音響レンズとを含む。
好ましくは、センサ部は、入射音波を生成するトランスデューサを含み、トランスデューサは、曲面状に形成される。
好ましくは、演算処理部は、密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と校正基準の既知の密度との差異に基づいて、補正係数を決定する手段と、測定対象から導出した密度をさらに決定した補正係数で補正する手段とをさらに含む。
また、この発明にかかる密度測定方法は、測定対象へ入射音波を放射する放射ステップと、入射音波が測定対象の表面で反射されて生じる反射音波を受信する受信ステップと、受信ステップにおいて受信される反射音波に基づいて、測定対象の音響インピーダンスおよび測定対象における音波の伝搬速度を測定する測定ステップと、測定ステップにおいて測定される音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する導出ステップとからなる。
好ましくは、放射ステップは、入射音波として、測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波を放射する。また、測定ステップは、入射音波の放射位置に対する測定対象の距離と、受信ステップにおいて受信される反射音波の強度との関係に基づいて、伝搬速度を測定する。
好ましくは、受信ステップは、入射音波の放射位置と測定対象との間の距離を変化させるステップと、受信される反射音波の強度変化を取得するステップとを含む。また、測定ステップは、受信ステップにおいて取得される強度変化に基づいて、伝搬速度を測定する。
好ましくは、斜入射音波は、測定対象の表面において入射角度に応じた角度で反射される。そして、測定ステップは、測定対象の表面において反射される斜入射音波が放射位置に到達しないように、放射位置と測定対象との間の距離を大きくするステップをさらに含む。また、測定ステップは、測定対象の表面において反射される垂直入射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定するステップをさらに含む。
この発明によれば、測定対象へ入射音波を放射し、測定対象の表面で反射されて生じる反射音波に基づいて、測定対象の音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を測定する。そして、測定された音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する。そのため、その表面で音波を反射する測定対象であれば、測定対象の形状や構造などについての制限がなく、かつ、測定対象へ入射音波を放射するだけで済む。よって、様々な測定対象の密度を容易に測定できる密度測定装置および密度測定方法を実現できる。
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
図1は、この発明の実施の形態に従う密度測定装置100の概略構成図である。
図1を参照して、密度測定装置100は、演算処理部1と、センサ部2と、駆動部4とからなる。そして、密度測定装置100は、センサ部2から測定対象に振動を生じさせる音波を入射音波として放射し、入射音波が測定対象の表面で反射されて生じる反射音波をセンサ部2で受信する。さらに、密度測定装置100は、駆動部4によりセンサ部2と測定対象との間の距離を変化させ、測定対象の表面で反射される反射音波のうち、所望する成分をセンサ部2で選択的に受信させる。具体的には、密度測定装置100は、センサ部2の放射面から測定対象までの距離が所定の値以上となる位置において、センサ部2が受信する反射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定する。続いて、密度測定装置100は、センサ部2の放射面と測定対象との間の距離を変化させながら、センサ部2が受信する反射音波の強度変化を取得し、その強度変化に基づいて、測定対象における音波の伝搬速度を測定する。さらに、密度測定装置100は、測定した音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する。なお、センサ部2が放射する入射音波は、超音波が好ましい。
図1を参照して、密度測定装置100は、演算処理部1と、センサ部2と、駆動部4とからなる。そして、密度測定装置100は、センサ部2から測定対象に振動を生じさせる音波を入射音波として放射し、入射音波が測定対象の表面で反射されて生じる反射音波をセンサ部2で受信する。さらに、密度測定装置100は、駆動部4によりセンサ部2と測定対象との間の距離を変化させ、測定対象の表面で反射される反射音波のうち、所望する成分をセンサ部2で選択的に受信させる。具体的には、密度測定装置100は、センサ部2の放射面から測定対象までの距離が所定の値以上となる位置において、センサ部2が受信する反射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定する。続いて、密度測定装置100は、センサ部2の放射面と測定対象との間の距離を変化させながら、センサ部2が受信する反射音波の強度変化を取得し、その強度変化に基づいて、測定対象における音波の伝搬速度を測定する。さらに、密度測定装置100は、測定した音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する。なお、センサ部2が放射する入射音波は、超音波が好ましい。
演算処理部1は、たとえば、コンピュータなどで構成され、入力部18と、時間データメモリ部12と、記憶部14と、演算部10と、表示出力部16とからなる。
入力部18は、ユーザなどの外部からの指令を受け、その指令を演算部10へ出力する。一例として、入力部18は、操作ボタン、キーボード、マウス、タッチパネルなどからなる。
時間データメモリ部12は、センサ部2で受信される音波の時間波形を所定の周期で格納する。なお、時間データメモリ部12は、演算部10からの要求に応じて、時間波形を格納する周期を変更する。
記憶部14は、演算部10を介して取得された基準値を格納し、演算部10からの要求に応じて、その格納する基準値を読出す。また、記憶部14は、演算部10を介して取得された反射音波の受信強度をセンサ部2と測定対象との距離とともに格納する。そして、記憶部14は、演算部10で算出される密度を格納する。
演算部10は、入力部18を介して、外部から測定開始指令を受けると、駆動部4へ駆動指令を与え、センサ部2の放射面と測定対象との間の距離を基準距離にした後、センサ部2へ放射指令を与え、測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部10は、時間データメモリ部12から、センサ部2で受信された反射音波の時間波形データを読出し、一例として、フーリエ処理(FFT処理:Fast Fourier Transform;以下、FFT処理と称す)のような周波数解析処理を行ない、各周波数における振幅値および位相を取得する。続いて、演算部10は、記憶部14に格納されている基準値を読出し、その基準値と取得した反射音波の各周波数における振幅値および位相とを比較することで、測定対象の音響インピーダンスを測定する。
続いて、演算部10は、駆動部4へ駆動指令を与え、センサ部2の放射面と測定対象との間の距離を順次短くしていき、それぞれの位置において、センサ部2へ放射指令を与え、測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部10は、センサ部2で受信される反射音波の時間波形データを逐次読出し、その強度を検出する。さらに、演算部10は、それぞれの位置における反射音波の強度から、センサ部2の放射面に対する測定対象の距離と、反射音波の強度変化との関係を取得し、その関係から測定対象における音波の伝搬速度を測定する。最終的に、演算部10は、測定された音響インピーダンスおよび伝搬速度から、測定対象の密度を導出する。
また、演算部10は、その導出した測定対象の密度を表示出力部16または/および記憶部14へ出力する。
さらに、演算部10は、入力部18を介して、外部から基準取得始指令を受けると、駆動部4へ駆動指令を与え、センサ部2の放射面と測定対象との間の距離を基準距離にした後、センサ部2へ放射指令を与え、測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部10は、時間データメモリ部12から、センサ部2で受信された反射音波の時間波形データを読出し、FFT処理を行ない、各周波数における振幅値および位相を取得する。続いて、演算部10は、取得した各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部14に格納する。
また、演算部10は、上述の手順に従い、密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と校正基準の密度との差異に基づいて、補正係数を決定してもより。そして、演算部10は、上述の手順に従い、測定対象から導出した密度をさらに決定した補正係数で補正する。一例として、演算部10は、校正基準の既知の密度を校正基準から導出した密度で除算し、その商を補正係数とする。そして、演算部10は、決定した補正係数を測定対象から導出した密度に乗算する。
表示出力部16は、演算部10から算出される測定対象の密度を表示または/およびそのデータを外部へ出力する。表示出力部16が表示を行なう場合には、一例として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示装置からなる。また、表示出力部16がデータを外部へ出力を行なう場合には、一例として、USB(Universal Serial Bus)、RS−232C(Recommended Standard 232 version C)、IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)1394、SCSI(Small Computer System Interface)、イーサネット(登録商標)、IEEE1284(パラレルポート)などの規格に対応するインターフェイスなどからなる。
一方、センサ部2は、送信制御回路22と、送信回路24と、方向整合器25と、トランスデューサ20と、受信回路26と、信号処理回路28と、音響レンズ3とからなる。
送信制御回路22は、演算処理部1からの放射指令を受けると、放射する入射音波を生成するための生成信号を送信回路24へ出力する。たとえば、送信制御回路22は、パルス状の入射音波を生成するためのパルス信号や、所定の周波数成分を含む入射音波を生成するための周期信号などを出力する。また、送信制御回路22は、生成信号の出力タイミングを通知するトリガ信号を受信回路26へ出力する。
送信回路24は、送信制御回路22から受ける生成信号に応じた電気信号を方向整合器25へ出力する。
方向整合器25は、送信回路24、トランスデューサ20および受信回路26とそれぞれ接続され、送信回路24から出力された電気信号をトランスデューサ20へ伝送し、かつ、トランスデューサ20から受けた電気信号を受信回路26へ出力する。すなわち、方向整合器25は、送信回路24から出力された電気信号が受信回路26へ出力されないように信号の伝送方向を制限する。
トランスデューサ20は、方向整合器25を介して送信回路24および受信回路26と接続され、方向整合器25を介して送信回路24から受けた電気信号を音波に変換して測定対象へ放射し、かつ、測定対象から受けた音波を電気信号に変換して方向整合器25を介して受信回路26へ出力する。一例として、トランスデューサ20は、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電素子などからなる。
受信回路26は、方向整合器25から受ける電気信号を受け、所定の増幅をした後に信号処理回路28へ出力する。また、受信回路26は、送信制御回路22からトリガ信号を受信すると、トランスデューサ20から出力される電気信号の受信を開始する。
信号処理回路28は、受信回路26から電気信号を受け、アナログ・デジタル処理などを行ない、トランスデューサ20で受信される音波の瞬間的な振幅値を順次出力する。
音響レンズ3は、その一方面がセンサ部2のトランスデューサ20と密着するように配置され、トランスデューサ20で生成される入射音波を受ける。そして、音響レンズ3は、その一方面で受けた入射音波がその内部を通過して他方面、すなわち放射面から放射された後、放射された入射音波が所定の距離だけ離れた焦点で互いに交差するように、曲面が形成される。すなわち、音響レンズ3は、光学系における光学レンズと同等の機能を発揮する。
駆動部4は、演算処理部1からの駆動指令を受け、センサ部2と測定対象との間の距離を変化させる。一例として、この発明の実施の形態に従う密度測定装置100においては、駆動部4は、センサ部2と連結され、センサ部2を移動させる。
図2は、密度測定装置100の外観から見た概略構成図である。
図3は、図2におけるIII−III線の断面図である。
図3は、図2におけるIII−III線の断面図である。
図3(a)は、基準取得時である。
図3(b)は、音響インピーダンス測定時である。
図3(b)は、音響インピーダンス測定時である。
図3(c)は、音波の伝搬速度の測定時である。
図2を参照して、密度測定装置100は、演算処理部1と、媒体容器5に組込まれたセンサ部2と、センサ部2と連結された駆動部4とからなる。そして、媒体容器5内は、図示しないカプラント部材で満たされる。
図2を参照して、密度測定装置100は、演算処理部1と、媒体容器5に組込まれたセンサ部2と、センサ部2と連結された駆動部4とからなる。そして、媒体容器5内は、図示しないカプラント部材で満たされる。
カプラント部材は、センサ部2から放射される入射音波および測定対象で反射されて生じる反射音波を効率よく伝搬させるための流動性を有する材質であり、一例として、水などからなる。
また、媒体容器5は、その底面にセンサ部2が配置されるための切欠部をもつ。センサ部2は、駆動部4からの駆動力を受け、媒体容器5の底面に対して垂直方向に移動するように配置される。
図示しない測定対象は、媒体容器5の上面に配置される。たとえば、測定対象の測定面が媒体容器5の短辺より長ければ、測定対象が媒体容器5の短辺を構成する2つの側面により支持されるように配置すればよい。また、測定対象の測定面が媒体容器5のいずれの辺よりも短ければ、媒体容器5の上面に測定対象を固定する部材を用いてもよい。なお、測定対象の測定面は、媒体容器5の底面と平行であることが望ましい。
以下、図3を参照して、密度測定の手順についてより詳細に説明する。
第1の手順として、演算処理部1は、音響インピーダンス測定の基準となる基準値を取得する。図3(a)に示すように、測定対象9が配置されない状態において、演算処理部1は、センサ部2から入射音波を放射する。このとき、媒体容器5は、カプラント部材6で満たされており、センサ部2から放射された入射音波は、カプラント部材6と空気との境界面において、反射される。
第1の手順として、演算処理部1は、音響インピーダンス測定の基準となる基準値を取得する。図3(a)に示すように、測定対象9が配置されない状態において、演算処理部1は、センサ部2から入射音波を放射する。このとき、媒体容器5は、カプラント部材6で満たされており、センサ部2から放射された入射音波は、カプラント部材6と空気との境界面において、反射される。
音響レンズ3は、トランスデューサ20で生成された入射音波が音響レンズ3の放射面から所定の距離だけ離れた焦点で互いに交差するように、複数の方向から入射音波を放射する。なお、音響レンズ3の放射面の中心点、すなわち音響レンズ3の放射面と中心軸との交点から焦点までの距離を焦点距離と称す。音響レンズ3から放射される入射音波は、カプラント部材6と空気との境界面に対して、複数の方向から入射する。そこで、カプラント部材6と空気との境界面に対して垂直に入射する入射音波を垂直入射音波30とし、カプラント部材6と空気との境界面に対して垂直方向と異なる複数の方向から入射する入射音波を総括的に斜入射音波32として区別する。なお、垂直入射音波30の伝搬経路は、音響レンズ3の中心軸と一致する。
そして、音響レンズ3の放射面からカプラント部材6と空気との境界面までの距離が、焦点距離より大きい場合には、斜入射音波32は、音響レンズ3の中心軸に対して反対側の位置でカプラント部材6と空気との境界面に入射する。そのため、反射される斜入射音波32は、音響レンズ3の外側を伝搬するようになり、音響レンズ3へ入射しない。すなわち、センサ部2は、反射される斜入射音波32を受信することができない。一方、垂直入射音波30は、音響レンズ3からカプラント部材6と空気との境界面までの距離に関わらず、反射された後において、放射経路と同じ経路を逆方向に伝搬するため、センサ部2は、反射される垂直入射音波30を受信することができる。
したがって、センサ部2は、音響レンズ3から放射される垂直入射音波30および斜入射音波32のうち、垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波を選択的に受信することができる。そして、演算処理部1は、センサ部2で受信された反射音波、すなわち垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波から基準値を取得する。また、基準取得時における、音響レンズ3からカプラント部材6と空気との境界面までの距離を基準距離と称す。
第2の手順として、演算処理部1は、測定対象9の音響インピーダンスを測定する。図3(b)に示すように、測定対象9は、カプラント部材6と密着するように配置される。なお、測定対象9は、ユーザにより配置されてもよいし、図示しない機構により配置されてもよい。そして、演算処理部1は、図3(a)と同様に、音響レンズ3からカプラント部材6と測定対象9との境界面までの間の距離を基準距離のまま維持し、センサ部2から入射音波を放射する。すると、センサ部2から放射された入射音波は、カプラント部材6と測定対象9との境界面において反射されるが、図3(a)と同様に、センサ部2は、反射される斜入射音波32を受信することはなく、反射される垂直入射音波30を選択的に受信する。さらに、演算処理部1は、センサ部2で受信される垂直入射音波30による反射音波を基準値と比較することで、測定対象9の音響インピーダンスを測定する。
第3の手順として、演算処理部1は、測定対象9における音波の伝搬速度を測定する。図3(c)に示すように、演算処理部1は、駆動部4に駆動指令を与え、図3(b)に示す状態からセンサ部2と測定対象9との間の距離を順次短くする。それに伴い、演算処理部1は、それぞれの距離において、センサ部2から入射音波を放射する。
ここで、センサ部2から放射される入射音波のうち、垂直入射音波30は、センサ部2と測定対象9との間の距離に関わらず、測定対象9とカプラント部材6との境界面において反射され、センサ部2へ入射する。
一方、斜入射音波32は、その一部が測定対象とカプラント部材6との境界面に対して臨界角で入射し、漏えい弾性表面波(LSAW:Leakage Surface Acoustic Wave)34を生じる。漏えい弾性表面波34は、1波長分程度の深さだけ測定対象9に侵入し、測定対象9とカプラント部材6との境界面を伝搬する。そして、漏えい弾性表面波34は、その伝搬過程において、再放射音波36を放射する。さらに、再放射音波36は、カプラント部材6を伝搬して、センサ部2へ到達する。
したがって、センサ部2は、反射される垂直入射音波30および再放射音波36を受信するが、センサ部2で受信される過程において、互いに干渉が生じるため、センサ部2の放射面と測定対象9との間の距離に応じて変化する。さらに、干渉の発生条件は、入射音波の周波数および漏えい弾性表面波34の伝搬速度に応じて変化するので、センサ部2で受信される反射音波の受信強度の変化に基づいて、漏えい弾性表面波34の伝搬速度、すなわち測定対象9における音波の伝搬速度を測定することができる。よって、演算処理部1は、センサ部2が受信する反射音波の強度変化に基づいて、音波の伝搬速度を測定する。
上述のように、センサ部2と測定対象9との間の距離を変化させることで、同一のセンサ部2を用いて、音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を測定することができるため、装置構成をより簡素化でき、密度測定にかかる手順を減らすことができる。
(音響インピーダンスの測定)
以下、音響インピーダンスの測定について、より詳細に説明する。
以下、音響インピーダンスの測定について、より詳細に説明する。
図4は、音響インピーダンスの測定原理を示す図である。
図4(a)は、基準取得時のモデルである。
図4(a)は、基準取得時のモデルである。
図4(b)は、音響インピーダンス測定時のモデルである。
まず、トランスデューサ20から放射される入射音波の伝搬特性を表すため、カプラント部材6および測定対象9の音響インピーダンスを導入する。
まず、トランスデューサ20から放射される入射音波の伝搬特性を表すため、カプラント部材6および測定対象9の音響インピーダンスを導入する。
図4(a)を参照して、基準値を取得する場合には、密度測定装置100は、測定対象9が存在しない状態において、すなわち、空気中を測定対象9の基準値として、センサ部2から測定対象9に対して垂直に入射する垂直入射音波30を放射する。
ここで、垂直入射音波30の周波数をfとすると、周波数fに依存するカプラント部材6の音響インピーダンスはZ1(f)と表すことができる。また、空気中の音響インピーダンスはZ0(f)と表すことができる。但し、音響インピーダンスZ0(f)およびZ1(f)は、いずれも複素数である。さらに、カプラント部材6と空気中との境界面における垂直入射音波30の反射率R01(f)は、式(1)で表すことができる。
反射率R01(f)=(Z0(f)−Z1(f))/(Z0(f)+Z1(f))・・・(1)
ここで、空気中の音響インピーダンスZ0(f)は、カプラント部材6および測定対象9に比較して十分小さいため、周波数fに関わらずZ0(f)≪Z1(f)とみなすことができるため、反射率R01(f)=−1となる。すなわち、カプラント部材6と空気中との境界面において、垂直入射音波30は全反射するものとみなす。
ここで、空気中の音響インピーダンスZ0(f)は、カプラント部材6および測定対象9に比較して十分小さいため、周波数fに関わらずZ0(f)≪Z1(f)とみなすことができるため、反射率R01(f)=−1となる。すなわち、カプラント部材6と空気中との境界面において、垂直入射音波30は全反射するものとみなす。
このとき、センサ部2に入射する反射音波をA0波とし、その値をA0(f)exp(iθ0(f))と表す。但し、iは虚数単位であり、A0(f)は各周波数における振幅値(実数値)であり、θ0(f)は各周波数における位相(0≦θ0(f)<∞)である。すると、カプラント部材6と空気中との境界面において、垂直入射音波30は全反射するので、センサ部2からカプラント部材6を介して測定対象9へ放射される垂直入射音波30は、式(2)で表される。
A0(f)exp(iθ0(f))×R01(f)=−A0(f)exp(iθ0(f))・・・(2)
すなわち、密度測定装置100は、式(2)で表される垂直入射音波30が測定対象9へ照射されるとみなし、式(2)を構成するA0(f)およびθ0(f)を基準値として格納する。
すなわち、密度測定装置100は、式(2)で表される垂直入射音波30が測定対象9へ照射されるとみなし、式(2)を構成するA0(f)およびθ0(f)を基準値として格納する。
一方、図4(b)を参照して、測定対象9の音響インピーダンスを測定する場合には、測定対象9とカプラント部材6とを密着させ、センサ部2から図4(a)における垂直入射音波30と同一の垂直入射音波30を放射する。そして、カプラント部材6と測定対象9との境界面において反射される反射音波を格納した前記の基準値と比較することで、測定対象9の音響インピーダンスを測定する。
測定対象9の音響インピーダンスをZ2(f)とすると、カプラント部材6と測定対象9との境界面における垂直入射音波30の反射率R12(f)は、式(3)で表すことができる。但し、音響インピーダンスZ2(f)は、複素数である。
反射率R12(f)=(Z2(f)−Z1(f))/(Z2(f)+Z1(f))・・・(3)
さらに、式(3)を変形すると、式(4)が導出される。
さらに、式(3)を変形すると、式(4)が導出される。
Z2(f)=Z1(f)×(1+R12(f))/(1−R12(f))・・・(4)
ここで、トランスデューサ20に入射する反射音波をA(f)exp(iθ(f))と表す。但し、iは虚数単位であり、A(f)は各周波数における振幅値(実数値)であり、θは各周波数における位相(0≦θ0<∞)である。すると、式(2)で示される基準値を用いて、式(5)が成立する。
ここで、トランスデューサ20に入射する反射音波をA(f)exp(iθ(f))と表す。但し、iは虚数単位であり、A(f)は各周波数における振幅値(実数値)であり、θは各周波数における位相(0≦θ0<∞)である。すると、式(2)で示される基準値を用いて、式(5)が成立する。
A(f)exp(iθ(f))=−A0(f)exp(iθ0(f))×R12(f)・・・(5)
さらに、式(5)を変形して、式(6)が導出される。
さらに、式(5)を変形して、式(6)が導出される。
R12(f)=−A(f)/A0(f)×exp(i(θ(f)−θ0(f))・・・(6)
式(6)を式(4)に代入すると、式(7)が導出される。
式(6)を式(4)に代入すると、式(7)が導出される。
Z2(f)=Z1(f)×(1−A(f)/A0(f)×exp(i(θ(f)−θ0(f)))/(1+A(f)/A0(f)×exp(i(θ(f)−θ0(f)))・・・(7)
式(7)に示されるように、音響インピーダンスは、A0(f),θ0(f)を基準値とする{A(f)/A0(f)},{θ(f)−θ0(f)}で定義される。すなわち、垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波を予め格納した基準値と比較することで、測定対象9の音響インピーダンスを測定できる。
式(7)に示されるように、音響インピーダンスは、A0(f),θ0(f)を基準値とする{A(f)/A0(f)},{θ(f)−θ0(f)}で定義される。すなわち、垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波を予め格納した基準値と比較することで、測定対象9の音響インピーダンスを測定できる。
なお、上述の方法では、放射する入射音波に含まれる周波数成分に対応して、各周波数における測定対象9の音響インピーダンスを測定できるが、後述する音波の伝搬速度の測定における周波数と一致する単一の周波数についての音響インピーダンスを測定するようにしてもよい。
上述のように、測定対象9の音響インピーダンスは、垂直入射音波30を測定対象9へ放射させて測定するため、図3(b)および図3(c)に示すように、演算処理部1は、音響レンズ3の放射面からの距離を焦点距離より大きくし、センサ部2が垂直入射音波30から生じる反射音波を選択的に受信するように配置する。
図5は、音響レンズ3の放射面からカプラント部材6と空気との境界面までの距離が焦点距離である場合の図である。
図5を参照して、カプラント部材6と空気との境界面に焦点が存在するので、センサ部2から放射された垂直入射音波30および斜入射音波32は、いずれも焦点で反射されてセンサ部2へ入射する。ここで、音響レンズ3の放射面からの距離を焦点距離より大きくすることで、斜入射音波32が反射されて生じる反射音波は、センサ部2の外周側の経路を伝搬するようになるため、センサ部2は、垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波を選択的に受信できるようになる。すなわち、垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波をセンサ部2が選択的に受信するためには、音響レンズ3の放射面からの距離を焦点距離より大きくすればよい。
なお、厳密に言うと、センサ部2は、垂直入射音波30から生じる反射音波に加えて、垂直入射音波30と近接する経路を伝搬する斜入射音波32から生じる反射音波を受信する。しかしながら、このような斜入射音波32は、垂直入射音波30とほぼ等しい経路を伝搬するため、垂直入射音波30に対する伝搬遅延などは無視でき、基準値に採用しても測定誤差を十分小さくできる。さらに、このような斜入射音波32は、音響レンズ3の放射面からの距離が焦点距離より大きくなるに従い減少するので、最適な基準距離を設定することが望ましい。
(音波の伝搬速度の測定)
以下、音波の伝搬速度の測定について、より詳細に説明する。
以下、音波の伝搬速度の測定について、より詳細に説明する。
図6は、音波の伝搬速度の測定原理を示す図である。
図6(a)は、音波の伝搬速度の測定モデルである。
図6(a)は、音波の伝搬速度の測定モデルである。
図6(b)は、図6(a)において取得される反射音波強度のグラフである。
図6(a)を参照して、音響レンズ3の放射面からの距離を焦点距離より小さくすると、斜入射音波32の一部が測定対象9とカプラント部材6との境界面に対して臨界角で入射し、漏えい弾性表面波34を生じる。漏えい弾性表面波34は、1波長分程度の深さだけ測定対象9に侵入し、測定対象9とカプラント部材6との境界面を伝搬する。そして、漏えい弾性表面波34は、その伝搬過程において、再放射音波36を放射する。さらに、再放射音波36は、その入射経路と中心軸に対して対象の経路を伝搬して、センサ部2へ到達する。
図6(a)を参照して、音響レンズ3の放射面からの距離を焦点距離より小さくすると、斜入射音波32の一部が測定対象9とカプラント部材6との境界面に対して臨界角で入射し、漏えい弾性表面波34を生じる。漏えい弾性表面波34は、1波長分程度の深さだけ測定対象9に侵入し、測定対象9とカプラント部材6との境界面を伝搬する。そして、漏えい弾性表面波34は、その伝搬過程において、再放射音波36を放射する。さらに、再放射音波36は、その入射経路と中心軸に対して対象の経路を伝搬して、センサ部2へ到達する。
ここで、センサ部2は、垂直入射音波30が反射されて生じる反射音波および再放射音波36を受信するが、これらの音波は互いに干渉を生じる。干渉は、2つの音波の位相差、すなわち伝搬遅延時間に応じてその干渉量が変化する。垂直入射音波30を基準とすると、再放射音波36の伝搬遅延時間は、音響レンズ3およびカプラント部材6内の伝搬距離差、ならびに漏えい弾性表面波34の伝搬速度に起因して生じる。そこで、音響レンズ3およびカプラント部材6内の伝搬距離差を変化させて、干渉の発生状態を取得することで、漏えい弾性表面波34の伝搬速度を測定することができる。
図6(b)を参照して、入射音波を単一の周波数成分fを有する正弦波とし、センサ部2を測定対象9へ近接させる方向に移動させると、センサ部2で受信される反射音波の受信強度の変化が生じる。音響レンズ3の放射面からの距離が焦点距離より小さくなると、センサ部2における受信強度は、所定の距離毎に変極点をもつように変化する。なお、変極点とは、受信強度に対する距離の偏微分の符号が変化する点である。
ここで、変極点間の距離をΔzとすると、Δzは、入射音波の周波数fと、漏えい弾性表面波34の伝搬速度CLSAW(f)に応じて決まり、式(8)にような関係が成立する。
CLSAW(f)=CW/√{1−((1−CW(f))/2fΔz)2}・・・(8)
但し、CW(f)は、カプラント部材6における入射音波の伝搬速度である。
但し、CW(f)は、カプラント部材6における入射音波の伝搬速度である。
上述のように、測定対象9における音波の伝搬速度、すなわち漏えい弾性表面波34の伝搬速度CLSAW(f)は、既知である入射音波の周波数fおよびカプラント部材6における入射音波の伝搬速度CW(f)ならびに、センサ部2が受信する反射音波の強度変化から得られる変極点間の距離Δzから導出できる。
(密度の導出)
測定対象9の密度ρ、音響インピーダンスZ2(f)、音波の伝搬速度CLSAW(f)との間には、式(9)が成立する。
測定対象9の密度ρ、音響インピーダンスZ2(f)、音波の伝搬速度CLSAW(f)との間には、式(9)が成立する。
Z2(f)=ρ×CLSAW(f)・・・(9)
よって、測定対象9の密度ρは、式(10)で導出することができる。
よって、測定対象9の密度ρは、式(10)で導出することができる。
ρ=Z2(f)/CLSAW(f)・・・(10)
上述した手順に基づいて、測定した音響インピーダンスZ2(f)および伝搬速度CLSAW(f)の値を式(10)に代入し、測定対象9の密度ρを導出する。
上述した手順に基づいて、測定した音響インピーダンスZ2(f)および伝搬速度CLSAW(f)の値を式(10)に代入し、測定対象9の密度ρを導出する。
なお、式(8)に示されるように、測定対象9の伝搬速度は、単一の周波数fをもつ入射音波を測定対象9へ放射した場合において測定できるため、予め測定される音響インピーダンスZ2(f)に含まれる周波数のうち、少なくとも1つの周波数成分を選択し、音波の伝搬速度CLSAW(f)を測定することになる。さらに、複数の周波数について、音波の伝搬速度CLSAW(f)を測定し、さらに各周波数について導出される測定対象9の密度ρを平均化し、より精度を高めるようにしてもよい。
(密度の測定フロー)
図7は、測定対象9の密度を測定するためのフローチャートである。
図7は、測定対象9の密度を測定するためのフローチャートである。
図1および図3を参照して、演算部10は、入力部18を介して基準取得指令を受けたか否かを判断する(ステップS100)。基準取得指令を受けていない場合(ステップS100においてNOの場合)には、演算部10は、基準取得指令を受けるまで待つ(ステップS100)。
基準取得指令を受けた場合(ステップS100においてYESの場合)には、演算部10は、駆動指令を駆動部4へ与え、センサ部2の放射面からの距離を基準距離とする(ステップS102)。そして、演算部10は、放射指令を送信制御回路22へ与え、トランスデューサ20から入射音波を放射する(ステップS104)。
続いて、演算部10は、時間データメモリ部12からトランスデューサ20が受信する反射音波の時間波形データを読出す(ステップS106)。そして、演算部10は、読出した反射音波の時間波形データに対してFFT処理を行ない、反射音波の各周波数における振幅値および位相を取得する(ステップS108)。さらに、演算部10は、取得した反射音波の各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部14へ格納する(ステップS110)。
次に、演算部10は、入力部18を介して測定開始指令を受けたか否かを判断する(ステップS112)。一方、ユーザは、媒体容器5の上部で、かつ、カプラント部材6と密着するように測定対象9を配置した後、測定開始指令を与える。
測定開始指令を受けていない場合(ステップS112においてNOの場合)には、演算部10は、測定開始指令を受けるまで待つ(ステップS112)。
測定開始指令を受けた場合(ステップS112においてYESの場合)には、演算部10は、放射指令を送信制御回路22へ与え、トランスデューサ20から入射音波を放射する(ステップS114)。
続いて、演算部10は、時間データメモリ部12からトランスデューサ20が受信する反射音波の時間波形データを読出す(ステップS116)。そして、演算部10は、読出した反射音波の時間波形データに対してFFT処理を行ない、反射音波の各周波数における振幅値および位相を取得する(ステップS118)。さらに、演算部10は、記憶部14から基準値の振幅値および位相を読出し、取得した振幅値および位相と比較を用いて、各周波数における音響インピーダンスを測定する(ステップS120)。
次に、演算部10は、放射指令を送信制御回路22へ与え、トランスデューサ20から単一周波数の入射音波を放射する(ステップS122)。そして、演算部10は、時間データメモリ部12からトランスデューサ20が受信する反射音波の時間波形データを読出し、反射音波の受信強度を検出する(ステップS124)。さらに、演算部10は、そのときの距離とともに、検出した受信強度を記憶部14へ格納する(ステップS126)。
演算部10は、センサ部2の放射面と測定対象との間の距離を所定の距離だけ短くする(ステップS128)。そして、演算部10は、センサ部2が測定対象9と接触したか否かを判断する(ステップS130)。
センサ部2が測定対象9と接触していない場合(ステップS130においてNOの場合)には、演算部10は、再度、放射指令を送信制御回路22へ与え、トランスデューサ20から単一周波数の入射音波を放射する(ステップS122)。以下、上述のステップS124,S126,S128,S130を繰返す。
センサ部2が測定対象9と接触した場合(ステップS130においてYESの場合)には、演算部10は、記憶部14から格納した距離と受信強度との関係を読出し、変極点間の距離を検出する(ステップS132)。そして、演算部10は、検出した変極点間の距離から音波の伝搬速度を導出する(ステップS134)。さらに、演算部10は、音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度から測定対象9の密度を導出する(ステップS136)。なお、演算部10は、記憶部14から格納した補正係数を読出し、さらに導出した測定対象9の密度に読出した補正係数を乗算する補正をしてもよい。
演算部10は、その導出した密度を表示出力部16へ与えた後、処理を終了する。すると、ユーザは、表示出力部16を介して測定された密度を知ることができる。
なお、上述の処理において、測定毎に基準値を取得する構成に代えて、複数の基準値を予め記憶部14へ格納しておき、測定を行なう時点において、ユーザが、いずれの基準値を採用するかを設定できる構成としてもよい。
(補正係数の決定)
演算部10は、密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と校正基準の密度との差異に基づいて、補正係数を決定する。そして、演算部10は、決定した補正係数を用いて、測定対象9から導出した密度を補正することで、より高い精度の測定を実現する。そのため、測定対象間の相対的な評価に加えて、精度の高い絶対的な評価が可能となる。
演算部10は、密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と校正基準の密度との差異に基づいて、補正係数を決定する。そして、演算部10は、決定した補正係数を用いて、測定対象9から導出した密度を補正することで、より高い精度の測定を実現する。そのため、測定対象間の相対的な評価に加えて、精度の高い絶対的な評価が可能となる。
具体的に、演算部10は、既知の校正基準の密度ρ(S)とし、校正基準に対して測定された音響インピーダンスZ2 (S)(f)、音波の伝搬速度CLSAW (S)(f)とすると、補正係数kは、式(11)で表すことができる。
k=ρ(S)/(Z2 (S)(f)/CLSAW (S)(f))・・・(11)
さらに、補正後の密度ρ’は、式(12)で導出される。
さらに、補正後の密度ρ’は、式(12)で導出される。
ρ’=k×Z2(f)/CLSAW(f)・・・(12)
図8は、補正係数を決定するためのフローチャートである。
図8は、補正係数を決定するためのフローチャートである。
図8を参照して、演算部10は、入力部18を介して、校正基準の密度ρ(S)を受付ける(ステップS200)。ここで、ユーザは、既知の校正基準の密度を与える。
次に、演算部10は、入力部18を介して、校正開始指令を受けたか否かを判断する(ステップS202)。
校正開始指令を受けていない場合(ステップS202においてNOの場合)には、演算部10は、校正開始指令を受けるまで待つ(ステップS202)。ここで、ユーザは、校正基準をセットした後、校正開始指令を与える。
校正開始指令を受けた場合(ステップS202においてYESの場合)には、演算部10は、図5に示すステップS102〜ステップS136と同様の処理を実行し、校正基準の密度を導出する(ステップS204)。
そして、演算部10は、入力部18を介して受けた構成基準の密度ρ(S)を導出した密度で除算し、その商を補正係数kに決定する(ステップS206)。
最終的に、演算部10は、決定した補正係数kを記憶部14へ格納する(ステップS208)。そして、演算部10は、処理を終了する。
(変形例1)
上述のこの発明の実施の形態においては、その断面形状が凹形である音響レンズを用いる場合について説明したが、この形状に限られることはない。
上述のこの発明の実施の形態においては、その断面形状が凹形である音響レンズを用いる場合について説明したが、この形状に限られることはない。
図9は、この発明の実施の形態の変形例1に従うセンサ部40の外観図である。
図9を参照して、センサ部40は、その断面形状が凸形である音響レンズ42と、音響レンズ42の平面に密着して配置されるトランスデューサ20とを含む。なお、音響レンズ42は、シリンドリカル形状とも称される。
図9を参照して、センサ部40は、その断面形状が凸形である音響レンズ42と、音響レンズ42の平面に密着して配置されるトランスデューサ20とを含む。なお、音響レンズ42は、シリンドリカル形状とも称される。
トランスデューサ20が生成した入射音波は、音響レンズ42を伝搬して反対側の曲面から放射される際において、その方向がその放射点における接線方向へ偏向される。そのため、音響レンズ42の断面で見ると、いずれの点から放射される入射音波についても、所定の距離だけ離れた所定の点で互いに交差する。すなわち、音響レンズ42から放射された入射音波は、焦点をもつ。
その他については、この発明の実施の形態におけるセンサ部2と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
(変形例2)
図10は、この発明の実施の形態の変形例2に従うセンサ部44の要部を示す外観図である。
図10は、この発明の実施の形態の変形例2に従うセンサ部44の要部を示す外観図である。
図10を参照して、センサ部44は、半球状の音響レンズ46と、音響レンズ46の平面に密着して配置される円筒状のトランスデューサ48とを含む。なお、音響レンズ46は、ボウル形状とも称される。
トランスデューサ48が生成した入射音波は、音響レンズ46を伝搬して反対側の曲面から放射される際において、その方向がその放射点における接線方向へ偏向される。そのため、音響レンズ46上のいずれの点から放射された入射音波であっても、音響レンズ46の中心軸の延長線上における同一の焦点で互いに交差する。すなわち、音響レンズ46は、その中心軸の延長線上に焦点をもつ。
その他については、この発明の実施の形態におけるセンサ部2と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
(変形例3)
図11は、この発明の実施の形態の変形例3に従うセンサ部50の外観図である。
図11は、この発明の実施の形態の変形例3に従うセンサ部50の外観図である。
図11を参照して、センサ部50は、曲面状に形成されたトランスデューサ52を含む。トランスデューサ52は、図2に示す音響レンズ3と同様の曲面を有するように形成されるため、センサ部50の断面で見ると、トランスデューサ52上のいずれの点から放射される入射音波についても、所定の距離だけ離れた所定の点で互いに交差する。すなわち、センサ部50は、音響レンズを用いることなく、所定の焦点をもつように入射音波を放射できる。
その他については、この発明の実施の形態におけるセンサ部2と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態によれば、演算処理部は、センサ部から測定対象へ入射音波を放射し、測定対象の表面で反射されて生じる反射音波に基づいて、測定対象の音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を測定する。そして、演算処理部は、測定した音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する。そのため、その表面で音波を反射する測定対象であれば、測定対象の形状や構造などについての制限がなく、かつ、ユーザは測定対象を配置するだけ測定を行なうことができる。よって、様々な測定対象の密度を容易に測定できる密度測定装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態によれば、センサ部は、測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波が含まれるように入射音波を放射する。そして、演算処理部は、センサ部が測定対象で反射される垂直入射音波のみ、または、測定対象で反射される垂直入射音波および斜入射音波の両者、を選択的に受信するようにセンサ部と測定対象との距離を変化させる。よって、同一のセンサ部を用いて測定対象の音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を測定することができるため、構成を簡素化した密度測定装置を実現できる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 演算処理部、2,40,44,50 センサ部、3,42,46 音響レンズ、4 駆動部、5 媒体容器、6 カプラント部材、9 測定対象、10 演算部、12 時間データメモリ部、14 記憶部、16 表示出力部、18 入力部、20,48,52 トランスデューサ、22 送信制御回路、24 送信回路、25 方向整合器、26 受信回路、28 信号処理回路、30 垂直入射音波、32 斜入射音波、34 弾性表面波、36 再放射音波、100 密度測定装置、CLSAW,CLSAW (S),CW 伝搬速度、R01,R12 反射率、Z0,Z2,Z2 (S) 音響インピーダンス、Δz 変極点間の距離、ρ,ρ’ 密度。
Claims (13)
- 測定対象へ入射音波を放射し、かつ、前記入射音波が前記測定対象の表面で反射されて生じる反射音波を受信するセンサ部と、
前記センサ部において受信される前記反射音波に基づいて、前記測定対象の音響インピーダンスおよび前記測定対象における音波の伝搬速度を測定し、かつ、測定される前記音響インピーダンスおよび前記伝搬速度から前記測定対象の密度を導出する演算処理部とを備える、密度測定装置。 - 前記センサ部は、
前記入射音波として、前記測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および前記測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波を放射し、
前記演算処理部は、前記センサ部に対する前記測定対象の距離と前記センサ部において受信される前記反射音波の強度との関係に基づいて、前記伝搬速度を測定する、請求項1に記載の密度測定装置。 - 前記センサ部は、前記垂直入射音波および前記斜入射音波が前記センサ部から所定の距離にある焦点において互いに交差するように、前記入射音波を放射する、請求項2に記載の密度測定装置。
- 前記演算処理部からの指令に応じて、前記センサ部と前記測定対象との間の距離を変化させる駆動部をさらに備え、
前記演算処理部は、
前記センサ部と前記測定対象との間の距離を変化させ、前記センサ部において受信される前記反射音波の強度変化を取得し、かつ、
取得される前記強度変化に基づいて、前記伝搬速度を測定する、請求項3に記載の密度測定装置。 - 前記斜入射音波は、前記測定対象の表面において入射角度に応じた角度で反射され、
前記演算処理部は、
前記センサ部が前記測定対象の表面において反射される前記斜入射音波を受信しないように、前記センサ部と前記測定対象との間の距離を大きくし、かつ、
前記測定対象の表面において反射される前記垂直入射音波に基づいて、前記音響インピーダンスを測定する、請求項4に記載の密度測定装置。 - 前記演算処理部は、前記センサ部から前記測定対象までの距離を前記センサ部から前記焦点までの距離より大きくし、前記音響インピーダンスを測定する、請求項5に記載の密度測定装置。
- センサ部は、
前記入射音波を生成するトランスデューサと、
一方面が前記トランスデューサと密着され、他方面が曲面である音響レンズとを含む、請求項3〜6のいずれか1項に記載の密度測定装置。 - センサ部は、前記入射音波を生成するトランスデューサを含み、
前記トランスデューサは、曲面状に形成される、請求項3〜6のいずれか1項に記載の密度測定装置。 - 前記演算処理部は、
密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と前記校正基準の既知の密度との差異に基づいて、補正係数を決定する手段と、
前記測定対象から導出した密度をさらに前記決定した補正係数で補正する手段とをさらに含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の密度測定装置。 - 測定対象へ入射音波を放射する放射ステップと、
前記入射音波が前記測定対象の表面で反射されて生じる反射音波を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信される前記反射音波に基づいて、前記測定対象の音響インピーダンスおよび前記測定対象における音波の伝搬速度を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定される前記音響インピーダンスおよび前記伝搬速度から前記測定対象の密度を導出する導出ステップとからなる、密度測定方法。 - 前記放射ステップは、前記入射音波として、前記測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および前記測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波を放射し、
前記測定ステップは、前記入射音波の放射位置に対する前記測定対象の距離と、前記受信ステップにおいて受信される前記反射音波の強度との関係に基づいて、前記伝搬速度を測定する、請求項10に記載の密度測定方法。 - 前記受信ステップは、
前記入射音波の放射位置と前記測定対象との間の距離を変化させるステップと、
受信される前記反射音波の強度変化を取得するステップとを含み、
前記測定ステップは、前記受信ステップにおいて取得される前記強度変化に基づいて、前記伝搬速度を測定する、請求項11に記載の密度測定方法。 - 前記斜入射音波は、前記測定対象の表面において入射角度に応じた角度で反射され、
前記測定ステップは、前記測定対象の表面において反射される前記斜入射音波が前記放射位置に到達しないように、前記放射位置と前記測定対象との間の距離を大きくするステップをさらに含み、
前記測定ステップは、前記測定対象の表面において反射される前記垂直入射音波に基づいて、前記音響インピーダンスを測定するステップをさらに含む、請求項12に記載の密度測定方法。
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EP1988669A1 (en) | 2007-05-01 | 2008-11-05 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Information distribution system, terminal apparatus used in such system, recording medium on which program is recorded, and loop connection avoidance method |
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