JPH0527045B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0527045B2 JPH0527045B2 JP59025117A JP2511784A JPH0527045B2 JP H0527045 B2 JPH0527045 B2 JP H0527045B2 JP 59025117 A JP59025117 A JP 59025117A JP 2511784 A JP2511784 A JP 2511784A JP H0527045 B2 JPH0527045 B2 JP H0527045B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- thickness
- ultrasonic
- frequency
- measuring tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/662—Constructional details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は呼吸ガスの流量を計測するための流
速測定トランスデユーサに関する。
速測定トランスデユーサに関する。
呼吸ガスの流量の計測には、差圧方式、熱線方
式、羽根車方式などがあるが、近年超音波を利用
する流量計測も行なわれている。特開昭57−
77914号に記載された発明も超音波による計測の
一例である。これを使用される測定管の構成は、
第１図に断面図を示すように、流体の流れる方向
１０に対し角度１１で斜めに一対の超音波振動子
２ａ，２ｂを配置してある。測定管１の側面に振
動子２ａ，２ｂを収納する凹所３ａ，３ｂが設け
られており、その大きさは超音波の放射方向１２
の傾きと、使用する振動子２ａ，２ｂの大きさと
で決まる。呼吸ガスの流量計測では測定管１の内
径は、それに接続される気管チユーブや人工呼吸
器の空気回路の蛇管の内径とほぼ等しく選択され
るので約10mm〜15mmであり、傾き１１も流量の感
度の点から20°〜60°が選択される。従つて測定管
の側面に設けられる凹所３ａ，３ｂを過度に大き
くして、流体の流れが乱れない程度にし、そして
超音波振動子２ａ，２ｂの大きさは数mmの直径の
ものが使用される。一方、呼吸ガスの流量を計測
するための超音波周波数は、流量計測の分解能を
上げるためには比較的高い周波数が、また、伝搬
による減衰量を少なくするためには比較的低い周
波数が良いので、数100KHzの周波数が選択され
る。ところがこの様に選択された超音波振動子の
厚みはその直径とほぼ同じ程度もしくはそれ以上
となる。これは超音波の振動周波数が、その厚み
に反比例する関係をもつているためである。たと
えば一般に使用されるチタン酸鉛系圧電セラミツ
クによる振動子で500KHzでは約４mm、3KHzでは
約6.5mm程度になる。圧電セラミツクの厚さが増
すと静電容量が小さくなり、前記の大きさでは、
材料の誘電率にもよるが約10PF以下となり、こ
れに接続されるケーブルの線間の容量は150PF〜
300PF程度であり、その静電容量配分が著のしく
アンバランスになる。測定管１は前述のように内
径は10〜15mmφで、その長さはできるだけデツド
スペースを小さくするため短く作られ、軽量化す
ることも必要である。
式、羽根車方式などがあるが、近年超音波を利用
する流量計測も行なわれている。特開昭57−
77914号に記載された発明も超音波による計測の
一例である。これを使用される測定管の構成は、
第１図に断面図を示すように、流体の流れる方向
１０に対し角度１１で斜めに一対の超音波振動子
２ａ，２ｂを配置してある。測定管１の側面に振
動子２ａ，２ｂを収納する凹所３ａ，３ｂが設け
られており、その大きさは超音波の放射方向１２
の傾きと、使用する振動子２ａ，２ｂの大きさと
で決まる。呼吸ガスの流量計測では測定管１の内
径は、それに接続される気管チユーブや人工呼吸
器の空気回路の蛇管の内径とほぼ等しく選択され
るので約10mm〜15mmであり、傾き１１も流量の感
度の点から20°〜60°が選択される。従つて測定管
の側面に設けられる凹所３ａ，３ｂを過度に大き
くして、流体の流れが乱れない程度にし、そして
超音波振動子２ａ，２ｂの大きさは数mmの直径の
ものが使用される。一方、呼吸ガスの流量を計測
するための超音波周波数は、流量計測の分解能を
上げるためには比較的高い周波数が、また、伝搬
による減衰量を少なくするためには比較的低い周
波数が良いので、数100KHzの周波数が選択され
る。ところがこの様に選択された超音波振動子の
厚みはその直径とほぼ同じ程度もしくはそれ以上
となる。これは超音波の振動周波数が、その厚み
に反比例する関係をもつているためである。たと
えば一般に使用されるチタン酸鉛系圧電セラミツ
クによる振動子で500KHzでは約４mm、3KHzでは
約6.5mm程度になる。圧電セラミツクの厚さが増
すと静電容量が小さくなり、前記の大きさでは、
材料の誘電率にもよるが約10PF以下となり、こ
れに接続されるケーブルの線間の容量は150PF〜
300PF程度であり、その静電容量配分が著のしく
アンバランスになる。測定管１は前述のように内
径は10〜15mmφで、その長さはできるだけデツド
スペースを小さくするため短く作られ、軽量化す
ることも必要である。
このため超音波振動子の直径は５mmまでのもの
が使用され、その静電容量は約5PFとなり、接続
されるケーブルとの容量比は１：50程度にもなつ
て駆動効率が悪くなる。マツチングトランスなど
の電気的変換手段もとられるが、変換比が極端で
トランス等の形状にも測定管の振動子部分に配置
するにも問題がある。
が使用され、その静電容量は約5PFとなり、接続
されるケーブルとの容量比は１：50程度にもなつ
て駆動効率が悪くなる。マツチングトランスなど
の電気的変換手段もとられるが、変換比が極端で
トランス等の形状にも測定管の振動子部分に配置
するにも問題がある。
この発明は上述した従来の測定管に使用される
超音波振動子の特性を改良したもので、その静電
容量が大きく、超音波振動子の駆動が容易になる
流速測定用トランスデユーサを提供することを目
的とする。
超音波振動子の特性を改良したもので、その静電
容量が大きく、超音波振動子の駆動が容易になる
流速測定用トランスデユーサを提供することを目
的とする。
超音波振動子の周波数は、厚み振動モードを利
用するとき、その厚みに反比例する。すなわち、
材料定数の一つである周波数定数（ｔ・ＫHz）で
決まるので、周波数をｆ、周波数定数をＫとすれ
ば、その厚みｔは ｔ＝Ｋ／ｆ で厚さｔが決まる。厚みモードの振動では、その
厚さに振動波が定在し固有振動を生じるので、物
理的寸法がその振動周波数を決めることになる。
用するとき、その厚みに反比例する。すなわち、
材料定数の一つである周波数定数（ｔ・ＫHz）で
決まるので、周波数をｆ、周波数定数をＫとすれ
ば、その厚みｔは ｔ＝Ｋ／ｆ で厚さｔが決まる。厚みモードの振動では、その
厚さに振動波が定在し固有振動を生じるので、物
理的寸法がその振動周波数を決めることになる。
そこで本発明では、厚みが所用の厚さになるよ
うに数枚の薄い厚さの振動子を積層して、その全
体は周波数は必要とする数100KHzの振動周波数
になるように構成する。振動子を積層するとき、
各振動子の分極の方向は印加電圧の極性との関係
が同じになるように、分極の方向は交互に逆方向
となるように積層する。このように構成すること
によつて、各振動子は必要とする周波数より高い
共振周波数となり、その厚さも積層枚数分の１に
なつて、静電容量は積層枚数倍になる。
うに数枚の薄い厚さの振動子を積層して、その全
体は周波数は必要とする数100KHzの振動周波数
になるように構成する。振動子を積層するとき、
各振動子の分極の方向は印加電圧の極性との関係
が同じになるように、分極の方向は交互に逆方向
となるように積層する。このように構成すること
によつて、各振動子は必要とする周波数より高い
共振周波数となり、その厚さも積層枚数分の１に
なつて、静電容量は積層枚数倍になる。
本発明によれば、振動子直径が同じで振動周波
数を低くしても、その静電容量を大きくすること
ができ振動子駆動が容易で、インピーダンス変換
などの手法の必要がない測定管を実現できる。
数を低くしても、その静電容量を大きくすること
ができ振動子駆動が容易で、インピーダンス変換
などの手法の必要がない測定管を実現できる。
又、本発明によれば、駆動電圧が同じ場合、各
振動子に印加される電圧は同じであるから、その
厚さが積層枚数分の１になつているので、その電
界強度は積層枚数倍になつており、駆動電圧を積
層枚数倍にしたのと同じ効果を生じる。
振動子に印加される電圧は同じであるから、その
厚さが積層枚数分の１になつているので、その電
界強度は積層枚数倍になつており、駆動電圧を積
層枚数倍にしたのと同じ効果を生じる。
〔発明の実施例〕
本発明による流速測定トランスデユーサに用い
る振動子の断面を第２図に示す。
る振動子の断面を第２図に示す。
振動子２１ａ，２１ｂ，２１ｃは分極方向２８
に示す方向に分極された圧電セラミツクス、振動
子２２ａ，２２ｂは分極方向２９に示す方向に分
極された圧電セラミツクスで各接合面には電極２
４ａ，２４ｂ、および電極２３ｂ，２３ｃがはさ
み込まれて接着、接合されている。振動子の両端
にも電極２４ｃ、および電極２３ａが接着、接合
されている。電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、リ
ード線２６で互いに接続されている。また電極２
３ａ，２３ｂ，２３ｃはリード線２７で互いに接
続されている。積層された振動子は保持材２５に
接着固定されている。
に示す方向に分極された圧電セラミツクス、振動
子２２ａ，２２ｂは分極方向２９に示す方向に分
極された圧電セラミツクスで各接合面には電極２
４ａ，２４ｂ、および電極２３ｂ，２３ｃがはさ
み込まれて接着、接合されている。振動子の両端
にも電極２４ｃ、および電極２３ａが接着、接合
されている。電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、リ
ード線２６で互いに接続されている。また電極２
３ａ，２３ｂ，２３ｃはリード線２７で互いに接
続されている。積層された振動子は保持材２５に
接着固定されている。
第３図に本発明の実施例を示す。測定管１の凹
所３ａ，３ｂに第２図に示す積層された振動子３
１ａ，３１ｂが収納され、保持材３３ａ，３３ｂ
で測定管１に固定されている。本実施例によれ
ば、呼吸ガス流量計測のため測定管１は、超音波
周波数を低くしても、その超音波振動子の直径を
大きくすることなく、従来と同じ駆動で行なえる
ので、凹所３ａ，３ｂを大きくし、流体の流れの
乱れやデツドスペースを増加させることなく、駆
動が可能になる。また振動子が積層されており同
じ駆動電圧では電界強度が増加し、駆動効率が改
良されるという利点もある。
所３ａ，３ｂに第２図に示す積層された振動子３
１ａ，３１ｂが収納され、保持材３３ａ，３３ｂ
で測定管１に固定されている。本実施例によれ
ば、呼吸ガス流量計測のため測定管１は、超音波
周波数を低くしても、その超音波振動子の直径を
大きくすることなく、従来と同じ駆動で行なえる
ので、凹所３ａ，３ｂを大きくし、流体の流れの
乱れやデツドスペースを増加させることなく、駆
動が可能になる。また振動子が積層されており同
じ駆動電圧では電界強度が増加し、駆動効率が改
良されるという利点もある。
第１図は従来使用される測定管の例を示す図、
第２図は本発明の実施例で使用される振動子の構
成図、第３図は本発明の実施例を示す図である。 １……測定管、２ａ，２ｂ……振動子、３ａ，
３ｂ……凹所、１０……流体の流れ、１２……超
音波放射方向、１１……傾斜角度、４ａ，４ｂ…
…ケーブル、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，
２２ｂ，２２ｃ……薄い超音波振動子、２３ａ，
２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ……電
極、２５……保持材、２６，２７……リード線、
３１ａ，３１ｂ……積層された振動子、３２ａ，
３２ｂ……ケーブル、３３ａ，３３ｂ……保持
材。
第２図は本発明の実施例で使用される振動子の構
成図、第３図は本発明の実施例を示す図である。 １……測定管、２ａ，２ｂ……振動子、３ａ，
３ｂ……凹所、１０……流体の流れ、１２……超
音波放射方向、１１……傾斜角度、４ａ，４ｂ…
…ケーブル、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，
２２ｂ，２２ｃ……薄い超音波振動子、２３ａ，
２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ……電
極、２５……保持材、２６，２７……リード線、
３１ａ，３１ｂ……積層された振動子、３２ａ，
３２ｂ……ケーブル、３３ａ，３３ｂ……保持
材。
Claims (1)
- １ １対の超音波振動子を対向して配設される流
速測定用トランスデユーサにおいて、前記超音波
振動子が積層して形成されており、その振動子の
厚さと直径または方形にあつてはその幅の比が１
以上であることを特徴とする流速測定トランスデ
ユーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59025117A JPS60169716A (ja) | 1984-02-15 | 1984-02-15 | 流速測定トランスデユ−サ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59025117A JPS60169716A (ja) | 1984-02-15 | 1984-02-15 | 流速測定トランスデユ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60169716A JPS60169716A (ja) | 1985-09-03 |
| JPH0527045B2 true JPH0527045B2 (ja) | 1993-04-20 |
Family
ID=12156981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59025117A Granted JPS60169716A (ja) | 1984-02-15 | 1984-02-15 | 流速測定トランスデユ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60169716A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6508133B1 (en) | 1995-12-13 | 2003-01-21 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic generator/detector |
| MY127673A (en) | 1999-03-17 | 2006-12-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic flow meter |
| JP2005201838A (ja) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Kaijo Corp | 高温流体測定用超音波センサ |
-
1984
- 1984-02-15 JP JP59025117A patent/JPS60169716A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60169716A (ja) | 1985-09-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4525645A (en) | Cylindrical bender-type vibration transducer | |
| US2558563A (en) | Piezoelectric strain gauge | |
| US6868594B2 (en) | Method for making a transducer | |
| US20010050514A1 (en) | Composite piezoelectric transducer arrays with improved acoustical and electrical impedance | |
| US9135906B2 (en) | Ultrasonic generator | |
| WO1997021985A1 (en) | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic generator/detector | |
| JPS62125798A (ja) | 超音波試験ヘツド | |
| JP2004056352A (ja) | 超音波トランスデューサ | |
| JPH0527045B2 (ja) | ||
| EP1452243A2 (en) | Ultrasonic transmitting/receiving device and method of fabricating the same | |
| Selfridge et al. | Fundamental concepts in acoustic transducer array design | |
| JPH07194517A (ja) | 超音波探触子 | |
| CN109984771A (zh) | 一种超声换能器探头及超声成像仪 | |
| RU2121241C1 (ru) | Пьезоэлектрический преобразователь и способ его изготовления | |
| JP3543820B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| US6946777B2 (en) | Polymer film composite transducer | |
| JPS60251798A (ja) | 超音波探触子用圧電振動子 | |
| JP3291681B2 (ja) | 空中超音波送受波器 | |
| JPS58173912A (ja) | 圧電体屈曲振動子および圧電フィルタ | |
| JPH0354895B2 (ja) | ||
| JPS635355Y2 (ja) | ||
| SU578119A1 (ru) | Пьезоэлектрический приемник звукового давлени | |
| JPS6169300A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPS5821561A (ja) | 超音波探傷用デバイス | |
| JPS6041399A (ja) | 超音波探触子 |