JPS5812548B2 - 液体内の含有気体泡測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波を利用する測定装置に関し、更に詳述
すると超音波を用いて液体内の含有気体泡の全容積を測
定する装置に関する。

本発明に係る液体内の含有気体泡の全容積を測定する装
置は、被測定液体にその液体内に含まれた気体泡の寸法
に匹敵する波長を有する超音波パルスを投射する装置と
、被測定液体内に含まれた気体泡からの反射超音波によ
り発生される電気的反対信号を増巾する増巾器と、上記
増巾器の利得を所定超音波パルスの投射後の経過時間の
２乗の関数として変化させる装置と、増巾器により増巾
された反射信号の３／２乗に比例する出力信号を発生す
る装置と、被測定液体内の気体泡の容積の表示を与える
ために上記出力信号に応動する装置と、を具備して成る
ものである。

液体内の気体泡によって反射された超音波エネルギーの
量は、泡の断面寸法が超音波ビームの断面積との関係で
小さく、かつ少くとも使用された超音波の波長に匹敵す
る寸法であると仮定すると、泡の投影面積の関数・換言
すれば泡の半径の平方すなわち２乗の関数であり、かつ
泡と超音波受信器との距離の２乗に逆比例する。

また泡の形状は球形であるからその容積は泡の半径の３
乗に比例する。

それ故、本発明に係る液体入の含有気体泡の容積を測定
する装置にあっては、被測定液体にその液体内に含まれ
た気体泡の寸法に匹敵する波長を有する超音波パルスを
投射し、各気体泡から反射された超音波を受入れて各反
射超音波エネルギーをそれぞれ表わす電気的反射信号を
発生させ、この各反射信号を超音波パルスの発射後の経
過時間の２乗の関数としてその利得を変化する増巾器に
より増巾することにより、各気体泡と超音波受信器との
距離に関係なく各反射超音波を生ぜしめた各気体泡の投
影面積すなわち各気体泡の半径の２乗にそれぞれ比例す
る大きさを有する増巾反射信号を得る。

次に、これらの各増巾反射信号からそれら増巾反射信号
を生ぜしめた各気体泡の容積を算出するために、各増巾
反射信号をそれぞれの３／２乗に比例する大きさを有す
る出力信号に変換させる。

すなわち、先づこれら各増巾反射信号を予期された気体
泡の大きさの範囲を等しい間隔で分割し複数の気体泡群
に分類し得るようにそのレベル閾値を定めた複数個のチ
ャンネルに供給して、それら各チャンネルに受入れられ
る信号の数をそれぞれ各チャンネルのレベル閾値により
定められた平均半径を有する気体泡の数として加算した
後、これら各チャンネルについて加算された数をそれぞ
れ３乗することにより各チャンネルに対応する平均半径
を有する気体泡の容積を累計した出力信号を発生させ、
この容積累計出力信号によって液体内の含有気体泡の容
積を表示させるものである。

以下、添付図面を参照して、本発明を含有気体監視器に
実施した実施例について説明する。

図面は、本発明を実施した液体媒体内の気体泡監視用の
含有気体監視装置を例示するブロック結線図であって、
この装置は被監視液状媒体、例えば水２に音響学的に結
合された圧電器結晶１を有している。

圧電気結晶１は、この結晶を送信様式および受信様式で
作動させることができる送信器−受信器装置４を通して
パルス発生器３に接続されている。

圧電気結晶１によって受入れられた反射信号は、送信器
一受信器装置４によって可変利得増巾器５に送られ、こ
の増巾器５からの増巾出力信号はサンプリング積分器６
を通して図表記録器Ｉに供給される。

パルス発生器３は、またサンプリング積算器６のゲート
を作動させるためにサンプリング積算器にトリガパルス
を供給すると共に、増巾器５の利得を２乗法則に従って
変化させる利得制御回路８にトリガパルスを供給するよ
うに配置されている。

利得制御回路８は、また池の制御回路９に供給されるト
リガパルスを発生する。

増巾器５からの増巾信号は、制御回路９および１０チャ
ンネル信号分析器１０にも供給される。

上記増巾信号は、信号分析器１０の４個のチャンネルに
は制御回路９を経て供給され、他の６個のチャンネルに
は直接に供給される。

信号分析器１０からの出力は、水中に存在する気体泡の
総数またはその全容積を表わす出力信号を発生し得るよ
うに設備された数値関数発生器１１に供給される。

数値関数発生器１１からの出力信号は、サンプリング計
数器１２を通して数値表示器１３に供給される。

他の方法においては、信号分析器１０からの各チャンネ
ル出力は、計数装置１４を通して印刷装置１５に供給さ
れる。

図面には図示されていないけれど、測定の位置およびサ
ンプリングを行なう期間を変化させることを可能ならし
めるための設備が設けられており、また多数のサンプル
について得られた測定結果を平均するための設備も設け
てある。

校正の目的で基準信号を得るために、基準反射器１６が
設けられている。

この基準反射器１６は、また超音波ビームの減衰を測定
することによって気体泡の空所割合の概算値を測定する
ためにも使用することができる。

図面にブロック結線図によって示した回路の各回路要素
は、いずれも容易に入手可能な市販部品であって、本出
願人によって設計されて“ハーウエル（ Ｈａｒｗｅｌ
ｌ ） ６ ０ ０ ０シリーズ“として知られている
一連の標準型電子器具に含まれている。

それ故、パルス発生器３は上記ハーウエル６ｏ００シリ
ーズの型番０１６０、送信器一受信器装置４は型番Ｏ４
５７、増巾器５は型番Ｏ１８７号、サンプリング積算器
６は型番０１５５、利得制御回路８は型番０１９１号、
泡含有監視用制御回路９は型番７１Ｆ／９１号、信号分
析器１０を形成するチャンネル分割器には型番７１Ｆ７
７８号、数値関数発生器１１は型番７１Ｆ／７２号、サ
ンプリング計数器１２は型番Ｏｌ７５号、数値表示器１
３は型番０４５０、チャンネル計数装置１０および印刷
装置１５は型番２６１２号の各器具を使用して形成させ
ることができる。

従って、本明細書の教示に従えば容易に本発明を実施す
ることが可能である。

上記説明した含有気体監視装置の作動について説明する
と下記の通りである。

圧電気結晶１はパルス発生器３からの電気的パルスによ
って衝撃的に励振させられて短い超音波パルスを発生し
、この超音波パルスは水２内を通して伝播する。

水２の中に存在する気体泡はこの超音波を分散させるの
で、後方に向って分散させられた超音波は、圧電気結晶
１が受信様式で作動しているときにこの結晶１によって
受信される。

超音波の伝播速度は、どの所定の超音波ビームに対して
も気体泡の分布は一定であると考えることができるよう
な速度である。

超音波の受信によって圧電気結晶１によって発生された
電気的受信信号は、最初に送信器一受信器装置４によっ
て増巾され、それから、雑音効果を減少させるために圧
電気結晶１の周波数に同調せしめられた可変利得増巾器
５によって増巾される。

利得制御回路８は、気体泡の大きさの測定に用いられて
いる所定の超音波パルスが結晶１から投射されてから気
体泡により反射されて結晶１に受信されるまでの経過時
間、換言すれば結晶１と気体泡との距離に従って、反射
超音波により発生されて増巾器５により増巾された増巾
反射信号の大きさを変化させて、超音波ビームの軸に沿
う泡の位置には無関係に所定の半径を有する泡からの反
射超音波によって増巾器５から一定の増巾反射信号を得
ることを確保するために、２乗法則に従って増巾器５の
利得を制御する。

増巾器５からの各増巾反射信号はそれぞれ信号分析器１
０の各作動チャンネルに供給されてそれぞれ対応するレ
ベル閾値を有するいづれかのチャンネルに入る。

泡含有監視用制御回路９は、この泡含有監視用制御回路
９に供給される入力信号が予定された最小の泡の大きさ
を表わす値を超過する毎にパルスを発生する閾値弁別器
を有しており、この弁別器によって発生されたこのパル
スは、１０個のレベルの中の人力信号のレベルに該当す
るレベルを決定するために、信号分析器１０の各チャン
ネルを走査するために使用される。

信号分析器１０の各チャンネルのレベル閾値は、予期さ
れた泡の大きさの範囲、例えば０ｍｍから２ｍｍまでの
範囲が１０個の等しい間隔に分割され得るように定めら
れる。

既に述べたように、信号分析器１０からの最終信号は、
２つの方法で処理することができる。

すなわち、信号分析器１０の１０個のチャンネルからの
各出力は、泡の空所割合すなわち泡により占められる空
間部分の割合に比例する数を発生する数値関数発生器１
１に供給することもできるし、また泡の大きさの分布を
表わす図形を得るために、計数装置１４および印刷装置
１５に供給して記録させることもできる。

数値関数発生器１１は、１６のビットの２進記憶レジス
タを有していて、信号分析器１０の１０個のチャンネル
中の１個のチャンネルに信号が発生する毎に、そのチャ
ンネルに対応する平均寸法の泡の容積に比例する数を２
進レジスタに加算記憶させる。

前に述べた第２の基準を満足させて各チャンネルに対応
する平均寸法を有する泡の容積に比例する数として加算
するために、２進レジスタにより加算される数を、各チ
ャンネルにそれぞれ受入れられた増巾反射信号数を表わ
す数の３乗の関数ならしめる。

特定の超音波パルスの期間中に水中に存在する全ての泡
に対応する各信号が累積された時に、サンプルされた水
の容積に対する泡の全容積の割合を表わすための変換が
行なわれて、空所割合を表わす数がサンプリング計数器
１２および数値表示器１３に供給される。

サンプリング積分器６は、パルス発生器３から供給され
るトリガパルスによって作動せしめられるゲートを有し
ており、そしてサンプリング積分器６によって発生され
るが基準反射器１６からの反射超音波による受信信号の
増巾に比例するように作動する。

高い空所割合において、装置の他の部分において飽和効
果が生じた時には、反射器１６からの反射超音波による
受信信号の振巾を空所割合の尺度として使用することが
できる。

高い空所割合においては、泡の堆積によって誤差が起る
可能性がある。

基準反射器１６からの反射超音波による受信信号を、そ
のような誤差を補正するために、増巾器５の利得を変化
させるため帰還装置において使用することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明を実施した液体に含有された気体泡
を測定するための含有気体監視装置を例示するブロック
図である。 図において、下記各符号はそれぞれ下記各要素を示す。 １・・・圧電気結晶、２・・・液状媒体（水）、３・・
・パルス発生器、４・・・送信器一受信器装置、５・・
′・可変利得増巾器、７・・・図表記録器、８・・・利
得制御回路、９・・・制御回路、１０・・・１０チャン
ネル信号分析器、１１・・・数値関数発生器、１２・・
・サンプリング計数器、１３・・・数値表示器、１４・
・・計数装置、１５・・・印刷装置、１６・・・基準反
射器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被測定液体にその液体内に含まれた気体泡の寸法に
   匹敵する波長を有する超音波パルスを投射する装置と、
   被測定液体内に含まれた気体泡からの反射超音波により
   発生される電気的反射信号を増巾する増巾器と、上記増
   巾器の利得を所定超音波パルスの投射後の経過時間の２
   乗の関数として変化させる装置と、増巾器により増巾さ
   れた反射信号の３／２乗に比例する出力信号を発生する
   装置と、被測定液体内の気体泡の容積の表示を与えるた
   めに上記出力信号に応動する装置と、を具備して成る液
   体内に含有された気体泡の容積を測定する装置。