JPS63233334A - 音速測定方法およびその装置 - Google Patents
音速測定方法およびその装置Info
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- JPS63233334A JPS63233334A JP62066821A JP6682187A JPS63233334A JP S63233334 A JPS63233334 A JP S63233334A JP 62066821 A JP62066821 A JP 62066821A JP 6682187 A JP6682187 A JP 6682187A JP S63233334 A JPS63233334 A JP S63233334A
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Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、音速測定方法およびその装置に係り、とくに
漏洩波を利用して流動体等の音速をリモート計測し得る
ようにした音速測定方法およびその装置に関する。
漏洩波を利用して流動体等の音速をリモート計測し得る
ようにした音速測定方法およびその装置に関する。
超音波を利用した物体の音速測定又は物体の温度測定で
は、一方の超音波センサから出力される縦波超音波を被
測定媒体を介して他方の超音波センサへ直接伝播させる
という構成を採っている。
は、一方の超音波センサから出力される縦波超音波を被
測定媒体を介して他方の超音波センサへ直接伝播させる
という構成を採っている。
そして、この間に繰り返し授受される超音波の伝播時間
およびその変化により、音速又は温度およびこれらの変
化等を測定しようとするものが大多数を占めている。
およびその変化により、音速又は温度およびこれらの変
化等を測定しようとするものが大多数を占めている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
高温流動体又は危険な状況下にある流動体の監視、或い
は液状危険物等に対する温度変化の監視に使用される超
音波センサは、これらの劣悪環境下でも充分耐えること
が必要とされている。
は液状危険物等に対する温度変化の監視に使用される超
音波センサは、これらの劣悪環境下でも充分耐えること
が必要とされている。
しかしながら、一般の超音波センサは、振動子と保護体
との複合体から成り、これらが接合材により一体化され
ているため、使用温度に上限(約400(t))があり
、500〜800(℃)の温度を定常的に連続測定する
ことが不可能に近い状況となっていた。また、振動子や
保護体は、化学的にも汚損され易いものが多く、特に温
度変化の激しい環境下では、劣化の進行が著しく早いと
いう不都合がある。
との複合体から成り、これらが接合材により一体化され
ているため、使用温度に上限(約400(t))があり
、500〜800(℃)の温度を定常的に連続測定する
ことが不可能に近い状況となっていた。また、振動子や
保護体は、化学的にも汚損され易いものが多く、特に温
度変化の激しい環境下では、劣化の進行が著しく早いと
いう不都合がある。
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、とく
に、流動体や軟質部材等の被測定物が例え有害物であり
或いは常時高温下におかれているものであっても、これ
ら被測定物の音速およびその変化を高精度にリモート測
定することができ、これによって当該被測定物の温度や
粘性およびそれらの変化等を高精度に測定することので
きる音速測定方法およびその装置を提供することを、そ
の目的とする。
に、流動体や軟質部材等の被測定物が例え有害物であり
或いは常時高温下におかれているものであっても、これ
ら被測定物の音速およびその変化を高精度にリモート測
定することができ、これによって当該被測定物の温度や
粘性およびそれらの変化等を高精度に測定することので
きる音速測定方法およびその装置を提供することを、そ
の目的とする。
そこで、本発明では、同一に形成された一対の超音波導
波路を一定距離をおいて相互に対向させるとともに、こ
れら超音波導波路の各他端部相互間に被測定媒体を介在
せしめ、その後、前記一方もしくは他方の超音波導波路
の使用超音波における位相速度Vqと群速度Vqとを測
定し、これらの測定に相前後して当該超音波導波路の一
端部から他端部に向けて超音波を伝播せしめるとともに
当該超音波導波路から漏洩した超音波が被測定媒体を介
して他方の超音波導波路の一端部で最初に受信されるま
での時間と、当該他方の超音波導波路から更に被測定媒
体内へ漏洩した超音波が前記一方の超音波導波路との間
を往復伝播して受信されるまでの時間との差Δtを求め
、これらの各測定値に基づいて下式、すなわち、 F+ (Vp 、Vp 、Δt、V)=0を演算する
ことにより被測定媒体の音速Vを特定する等の構成を採
り、これによって前記目的を達成しようとするものであ
る。
波路を一定距離をおいて相互に対向させるとともに、こ
れら超音波導波路の各他端部相互間に被測定媒体を介在
せしめ、その後、前記一方もしくは他方の超音波導波路
の使用超音波における位相速度Vqと群速度Vqとを測
定し、これらの測定に相前後して当該超音波導波路の一
端部から他端部に向けて超音波を伝播せしめるとともに
当該超音波導波路から漏洩した超音波が被測定媒体を介
して他方の超音波導波路の一端部で最初に受信されるま
での時間と、当該他方の超音波導波路から更に被測定媒
体内へ漏洩した超音波が前記一方の超音波導波路との間
を往復伝播して受信されるまでの時間との差Δtを求め
、これらの各測定値に基づいて下式、すなわち、 F+ (Vp 、Vp 、Δt、V)=0を演算する
ことにより被測定媒体の音速Vを特定する等の構成を採
り、これによって前記目的を達成しようとするものであ
る。
以下、本発明の一実施例を第1図ないし第7図に基づい
て説明する。
て説明する。
第1図において、音速測定装置は、一定距離りを隔てて
配設された一対の板状(帯状でも可)の超音波導波路(
以下、単に「導波路」という)1゜2と、この各導波路
1.2の一端部に装備された超音波送受波器3.4とを
備えている。
配設された一対の板状(帯状でも可)の超音波導波路(
以下、単に「導波路」という)1゜2と、この各導波路
1.2の一端部に装備された超音波送受波器3.4とを
備えている。
導波路1,2は、本実施例ではステンレス製で同一長さ
のものが使用されている。この導波路1゜2の他端部は
、図に示すように被測定媒体5内に配設されるようにな
っている。
のものが使用されている。この導波路1゜2の他端部は
、図に示すように被測定媒体5内に配設されるようにな
っている。
超音波送受波器3.4は、本実施例では一方の超音波送
受波器3が送波器として使用され、他方の超音波送受波
器4が受渡器として使用されている。この送波器3及び
受波器4の各々は、導波路1.2の一端部の側面に装着
されている。そして、送波器3から導波路1に対して超
音波(′#1波)が斜入射されるようになっている。受
波器4は送波器3の送信作用とほぼ同一条件で導波路2
から超音波を受信し得るようになっている。
受波器3が送波器として使用され、他方の超音波送受波
器4が受渡器として使用されている。この送波器3及び
受波器4の各々は、導波路1.2の一端部の側面に装着
されている。そして、送波器3から導波路1に対して超
音波(′#1波)が斜入射されるようになっている。受
波器4は送波器3の送信作用とほぼ同一条件で導波路2
から超音波を受信し得るようになっている。
IA、2A、IB、2Bは各々超音波反射手段としての
導波路1.2の端面を示す。
導波路1.2の端面を示す。
ここで、導波路1,2内を伝播する波動及び被測定媒体
5内の伝播状況について説明する。
5内の伝播状況について説明する。
導波路が液体又は固体に接すると、導波路中を伝搬する
音波エネルギの一部は液体又は固体の被接触媒体に漏洩
する性質がある。この性質を利用し、上記被接触媒体内
に一対の導波路を配置すると、一方を伝搬していた音波
のエネルギの一部は被接触媒体を介してもう一方の導波
路に伝播する。
音波エネルギの一部は液体又は固体の被接触媒体に漏洩
する性質がある。この性質を利用し、上記被接触媒体内
に一対の導波路を配置すると、一方を伝搬していた音波
のエネルギの一部は被接触媒体を介してもう一方の導波
路に伝播する。
この時、被接触媒体中を伝播するのに要する時間を測定
することにより、被接触媒体の音速を算定できる。
することにより、被接触媒体の音速を算定できる。
送波器3から導波路1に超音波が送信されると、この波
動は被測定媒体5の方向に向けて導波路l内を伝搬する
。この場合、超音波が導波路1中を伝搬する速度の内、
位相速度をv21群速度をVqとする。導波路1が被測
定媒体5に接し、この時の被測定媒体5の音速Vが、導
波路lの位相速度vpより小さい場合、導波路1中を伝
搬する超音波エネルギの一部は被測定媒体5内に放射さ
れる。そして、この時の放射角θは次式により決まる。
動は被測定媒体5の方向に向けて導波路l内を伝搬する
。この場合、超音波が導波路1中を伝搬する速度の内、
位相速度をv21群速度をVqとする。導波路1が被測
定媒体5に接し、この時の被測定媒体5の音速Vが、導
波路lの位相速度vpより小さい場合、導波路1中を伝
搬する超音波エネルギの一部は被測定媒体5内に放射さ
れる。そして、この時の放射角θは次式により決まる。
θ−5in −’ (V/Vq )
・・・・・・■被測定媒体5に入った超音波は、導波路
2に到達し、この導波!a2に沿って伝搬する波と、こ
こで反射して媒体5側に戻る波とがある。導波路2に沿
って進んだ波は、その先端2Aで反射して、受渡器4に
到達する。
・・・・・・■被測定媒体5に入った超音波は、導波路
2に到達し、この導波!a2に沿って伝搬する波と、こ
こで反射して媒体5側に戻る波とがある。導波路2に沿
って進んだ波は、その先端2Aで反射して、受渡器4に
到達する。
今、2つの導波路1.2の長さが等しい場合、導波路間
の間隔をDとすると、被測定媒体中経路がN行程の各受
信波の到達時間は、 tN−((2L−NDtanθ)/Vq)+(ND/V
cos θ〕+τ1+τ! ”” ””■ここで、τ1
.τ8は送受信の際の固定遅延量である。
の間隔をDとすると、被測定媒体中経路がN行程の各受
信波の到達時間は、 tN−((2L−NDtanθ)/Vq)+(ND/V
cos θ〕+τ1+τ! ”” ””■ここで、τ1
.τ8は送受信の際の固定遅延量である。
次に、N−1,3の場合についてその差を求めると、
Δt=2D ((1/Vcos θ)−(tan θ/
Vl ) )・・・・・・■この式■及び前述した式■
より、被測定媒体5の音速■を求める式として次式を得
る。
Vl ) )・・・・・・■この式■及び前述した式■
より、被測定媒体5の音速■を求める式として次式を得
る。
F l (Vp 、Vp 、Δt、V)= (4D”
+Vq冨Δtz)v4−(8D” Vl、Vq+Vq”
Vq”Δt”)V”+4D” Vq” Vq” 一部 ・・・・・・■従
って、Δtを測定すれば、これと既知のD及び別に測定
するVq、Vqにより0式から被測定媒体5の音速Vが
求まる。
+Vq冨Δtz)v4−(8D” Vl、Vq+Vq”
Vq”Δt”)V”+4D” Vq” Vq” 一部 ・・・・・・■従
って、Δtを測定すれば、これと既知のD及び別に測定
するVq、Vqにより0式から被測定媒体5の音速Vが
求まる。
ここで、前記導波路1を伝播する超音波の位相速度Vq
と群速度Vqを求める場合の動作原理について説明する
。
と群速度Vqを求める場合の動作原理について説明する
。
まず、第4図に、超音波送受波器3のクサビ部材3Aと
超音波振動子3Bとを示す。このクサビ部材3Aは、断
面が台形状をなし、その一方の斜面3aに超音波振動子
3Bが固着されている。また、他方の斜面3cは、超音
波振動子3Bがら発信された超音波が入射面3bで反射
してクサビ部材3A内を伝播する場合の当該伝播経路に
直交する面を構成するようになっている。このため、ク
サビ部材3A内を伝播する内部反射波は、その一部が超
音波振動子3Bに戻るようになっている。
超音波振動子3Bとを示す。このクサビ部材3Aは、断
面が台形状をなし、その一方の斜面3aに超音波振動子
3Bが固着されている。また、他方の斜面3cは、超音
波振動子3Bがら発信された超音波が入射面3bで反射
してクサビ部材3A内を伝播する場合の当該伝播経路に
直交する面を構成するようになっている。このため、ク
サビ部材3A内を伝播する内部反射波は、その一部が超
音波振動子3Bに戻るようになっている。
A’l+j’1′は、その場合の伝播経路及び距離を示
す。
す。
従って、この時のクサビ部材3A内の超音波の全伝播時
間T0を測定することにより、クサビ部材3A内の音速
C2は次式によって算出し得る。
間T0を測定することにより、クサビ部材3A内の音速
C2は次式によって算出し得る。
cp −2(z+ −1−J、 ’ ) /’re
・・・・・・■また、クサビ部材3Aの音速C9と
導波路lを伝播する超音波の位相速度■、との間には、
次式の関係がある。
・・・・・・■また、クサビ部材3Aの音速C9と
導波路lを伝播する超音波の位相速度■、との間には、
次式の関係がある。
Vp −Co /sin θ 五
・・・・・
・■但し、θ五 :入射角(第4図参照) さらに、第1図に示す如く、導波路1の長さをLとし、
超音波振動子3Bから発信された超音波が導波路1を伝
播してその先端で反射して超音波振動子3Bに到達する
場合の伝播時間をTとすると、導波路1を伝搬する超音
波の群速度Vqは、次式で表される。
・・・・・
・■但し、θ五 :入射角(第4図参照) さらに、第1図に示す如く、導波路1の長さをLとし、
超音波振動子3Bから発信された超音波が導波路1を伝
播してその先端で反射して超音波振動子3Bに到達する
場合の伝播時間をTとすると、導波路1を伝搬する超音
波の群速度Vqは、次式で表される。
Vq=2L/T ・・・・・・
■となる。ここで、Lは固定値であることから、結局、
弐〇における全伝播時間Tを計時し当該式■を演算する
ことにより、必要とする導波路1の群速度を掻く容易に
算定することができる。
■となる。ここで、Lは固定値であることから、結局、
弐〇における全伝播時間Tを計時し当該式■を演算する
ことにより、必要とする導波路1の群速度を掻く容易に
算定することができる。
この群速度及び位相速度の演算は、後述する信号処理部
20の第1演算部13Bでとり行われる。
20の第1演算部13Bでとり行われる。
ここで、信号処理系について更に詳述すると、受信回路
部12で受信される信号は、信号選択手段13Aを介し
て計時手段13へ送られ、ここで伝播時間の°計時が行
われたのち信号処理部20にて所定の信号処理がなされ
る。この信号処理部20は、第1図に示すように第1の
メモリ14と。
部12で受信される信号は、信号選択手段13Aを介し
て計時手段13へ送られ、ここで伝播時間の°計時が行
われたのち信号処理部20にて所定の信号処理がなされ
る。この信号処理部20は、第1図に示すように第1の
メモリ14と。
時間差算定手段15と、記憶手段としての第2のメモリ
16と、第2演算部17とを有し、更に前記計時手段1
3と第2のメモリ16との間に第1演算部13Bを備え
た構成となっている。この信号処理部20では、導波路
1 (又は2)の位相速度V21群速度Vq及び被測定
媒体の音速■が演算される。この信号処理部20におけ
る演算結果は、表示手段18で表示されるようになって
いる。
16と、第2演算部17とを有し、更に前記計時手段1
3と第2のメモリ16との間に第1演算部13Bを備え
た構成となっている。この信号処理部20では、導波路
1 (又は2)の位相速度V21群速度Vq及び被測定
媒体の音速■が演算される。この信号処理部20におけ
る演算結果は、表示手段18で表示されるようになって
いる。
信号処理部20及び前述した計時手段13等の各電気系
は、それぞれ主制御部30によって駆動制御されるよう
になっている。
は、それぞれ主制御部30によって駆動制御されるよう
になっている。
この主制御部30は回路全体の動作のタイミングを一致
させるための全体的な駆動制御信号を出力するほか、測
定時の導波路1又は2における超音波位相速度を求める
第1の制御機能と、同じく導波路1又は2の超音波群速
度を求める第2の制御機能と、被測定媒体の音速を求め
る第3の制御機能とを有している。主制御部30のこれ
らの制御機能は、本実施例では測定条件設定部30Aを
用いてオペレータの外部指令によって切換えられるよう
になっている。
させるための全体的な駆動制御信号を出力するほか、測
定時の導波路1又は2における超音波位相速度を求める
第1の制御機能と、同じく導波路1又は2の超音波群速
度を求める第2の制御機能と、被測定媒体の音速を求め
る第3の制御機能とを有している。主制御部30のこれ
らの制御機能は、本実施例では測定条件設定部30Aを
用いてオペレータの外部指令によって切換えられるよう
になっている。
次に、上記実施例の全体的な動作について説明する。
まず最初に、被測定媒体に対して導波路1,2及び超音
波送受波器3,4を第1図の如く配設する。続いて、装
置全体を稼働させると、受信側では第2図又は第3図に
示す受信波形が得られる。
波送受波器3,4を第1図の如く配設する。続いて、装
置全体を稼働させると、受信側では第2図又は第3図に
示す受信波形が得られる。
この内、第2図のものは、超音波送受波器4を電気的に
切り離して一方の超音波送受波器3だけで送信動作と受
信動作とを行わせた場合に得られる波形、すなわち導波
路2を反射部材として使用した場合に得られる波形を示
す。ここで、TRは送信波を又REば受信波を示す。受
信波REのうち、W、は超音波送受波器3内の反射面3
Cで反射されてきた受渡を、Wtは超音波送受波器3内
の反射面3Cで2回反射されてきた受渡を示す。
切り離して一方の超音波送受波器3だけで送信動作と受
信動作とを行わせた場合に得られる波形、すなわち導波
路2を反射部材として使用した場合に得られる波形を示
す。ここで、TRは送信波を又REば受信波を示す。受
信波REのうち、W、は超音波送受波器3内の反射面3
Cで反射されてきた受渡を、Wtは超音波送受波器3内
の反射面3Cで2回反射されてきた受渡を示す。
また、N−2は被測定媒体中経路を2行程通ってきた受
渡を、N=4は同様に4行程通ってきた受波を各々示す
。*印は、N=2の波が受波されてから導波路1を1往
復するのに要する時間分だけ遅れてきた受波を示す。
渡を、N=4は同様に4行程通ってきた受波を各々示す
。*印は、N=2の波が受波されてから導波路1を1往
復するのに要する時間分だけ遅れてきた受波を示す。
また、第3図のものは、超音波送受波器3を送波器とし
超音波送受波器4を受渡器とした場合に得られる波形を
示す。ここで、N=1は被測定媒体中経路を1行程だけ
通ってきた受波を、N=3は同様に3行程通ってきた受
波を各々示す。また、*印はN−1の波が受波されてか
ら導波路2を1往復するのに要する時間分だけ遅れたき
た受波を示す。
超音波送受波器4を受渡器とした場合に得られる波形を
示す。ここで、N=1は被測定媒体中経路を1行程だけ
通ってきた受波を、N=3は同様に3行程通ってきた受
波を各々示す。また、*印はN−1の波が受波されてか
ら導波路2を1往復するのに要する時間分だけ遅れたき
た受波を示す。
N=1の受信波については、次の二つの伝播経路が存在
する。第1の伝播経路は、導波路1を他端に向って伝播
中に漏洩した超音波が導波路2へ伝播し、当該導波路2
の他端で反射して超音波送受波器4に到達する場合がそ
れである。
する。第1の伝播経路は、導波路1を他端に向って伝播
中に漏洩した超音波が導波路2へ伝播し、当該導波路2
の他端で反射して超音波送受波器4に到達する場合がそ
れである。
第2の伝播経路は、導波路1の他端にて反射した超音波
が超音波送受波器3の方向へ戻る途中に被測定媒体中に
漏洩して導波路2へ伝播し超音波送受波器4に到達する
場合がそれである。
が超音波送受波器3の方向へ戻る途中に被測定媒体中に
漏洩して導波路2へ伝播し超音波送受波器4に到達する
場合がそれである。
いづれの場合も伝播時間は同一である。
次に、主制御部30の第1の制御機能を稼働させ、回路
全体を測定時における導波路1 (又は2)部分の位相
速度Vqの測定状態(位相速度測定モード)に設定する
。回路全体がこの位相速度測定モードに設定されると、
他方の超音波送受波器4が送受信切換部10から電気的
に切離され、一方の超音波送受波器3だけで送信動作と
受信動作を行い得るように設定される(この場合、送受
波器3の代りに送受波器4を用いてもよい)。第5図は
この場合の送受信信号の伝送状態を示すもので、発信回
路部11から送信された送信信号TRは、超音波送受波
器3及び受信回路部12へ同時に送られ、また超音波送
受波器3からの内部反射波REも受信回路部12へ送ら
れる。この各信号TR及びREは、信号選択手段13A
を通過して計時手段13へ送られ、ここで前述した時間
T0(但し、7’0x j 、 −i t)が計時され
、その時間データが第1演算部13Bへ送られる。第1
演算部13Bでは、測定時間T0に基づいて弐〇及び弐
〇の演算が行われ、その結果が第2のメモリ16に記憶
されるとともに表示手段18に表示されるようになって
いる。
全体を測定時における導波路1 (又は2)部分の位相
速度Vqの測定状態(位相速度測定モード)に設定する
。回路全体がこの位相速度測定モードに設定されると、
他方の超音波送受波器4が送受信切換部10から電気的
に切離され、一方の超音波送受波器3だけで送信動作と
受信動作を行い得るように設定される(この場合、送受
波器3の代りに送受波器4を用いてもよい)。第5図は
この場合の送受信信号の伝送状態を示すもので、発信回
路部11から送信された送信信号TRは、超音波送受波
器3及び受信回路部12へ同時に送られ、また超音波送
受波器3からの内部反射波REも受信回路部12へ送ら
れる。この各信号TR及びREは、信号選択手段13A
を通過して計時手段13へ送られ、ここで前述した時間
T0(但し、7’0x j 、 −i t)が計時され
、その時間データが第1演算部13Bへ送られる。第1
演算部13Bでは、測定時間T0に基づいて弐〇及び弐
〇の演算が行われ、その結果が第2のメモリ16に記憶
されるとともに表示手段18に表示されるようになって
いる。
次にオペレータによって主制御部30の第2の制御機能
が稼働されると、回路全体が導波路1の群速度測定モー
ドに設定される。
が稼働されると、回路全体が導波路1の群速度測定モー
ドに設定される。
この場合、本実施例では一方の超音波送受波器3が送信
動作をなし他方の超音波送受波器4が受信動作をなす。
動作をなし他方の超音波送受波器4が受信動作をなす。
すなわち、送信信号TRと受信信号REとは第6図の如
く伝送される。この各信号TR,REは、信号選択手段
13Aを通過(信号選択手段がN−1と*印の信号を選
択)して計時手段13Aへ送られ、ここで前述した時間
T(但し、T=t3)がN−1と*印の受信信号の到達
時間差として計時され、その時間データが第1演算部1
3Bへ送られる。第1演算部13Bでは、測定時間Tに
基づいて式■の演算が行われ、これにより求められた群
速度Vqが位相速度vpの時と同様に記憶され、同様に
表示手段18に表示されるようになっている。
く伝送される。この各信号TR,REは、信号選択手段
13Aを通過(信号選択手段がN−1と*印の信号を選
択)して計時手段13Aへ送られ、ここで前述した時間
T(但し、T=t3)がN−1と*印の受信信号の到達
時間差として計時され、その時間データが第1演算部1
3Bへ送られる。第1演算部13Bでは、測定時間Tに
基づいて式■の演算が行われ、これにより求められた群
速度Vqが位相速度vpの時と同様に記憶され、同様に
表示手段18に表示されるようになっている。
続いて、オペレータによる入力指令によって主制御部3
0の第3の制御機能が稼働されると、回路全体が被測定
媒体の音速測定モードに設定される。この被測定媒体の
音速測定モードにおいては、信号選択手段13Aの働き
により第3図におけるN=1とN−3の受信波を通過せ
しめその伝搬時間が計時手段13で具体的に計測される
。
0の第3の制御機能が稼働されると、回路全体が被測定
媒体の音速測定モードに設定される。この被測定媒体の
音速測定モードにおいては、信号選択手段13Aの働き
により第3図におけるN=1とN−3の受信波を通過せ
しめその伝搬時間が計時手段13で具体的に計測される
。
計時手段13では、二つの入力信号の伝播時間を計時し
た後その時間データを第1のメモリ14へ順次送り込む
。この第1のメモリ14は、N=3の時間データを入力
するとN−1の時間データとともにこれを時間差算定手
段15へ出力する。
た後その時間データを第1のメモリ14へ順次送り込む
。この第1のメモリ14は、N=3の時間データを入力
するとN−1の時間データとともにこれを時間差算定手
段15へ出力する。
この時間差算定手段15では、直ちに時間差Δt(但し
、Δ1−14)を算定し第2のメモリ16へ記憶させる
ようになっている。
、Δ1−14)を算定し第2のメモリ16へ記憶させる
ようになっている。
第2のメモリ16では、このΔtが入力されると、これ
らとともに予め記憶されている導波路1の超音波の位相
速度Vq及び群速度Vqとを第2演算部17へ出力する
。この第2演算部17では、これらの入力情報に基づい
て式■を演算し、その結果得られる被測定媒体の音速■
をリアルタイムで表示手段18へ出力し表示する。
らとともに予め記憶されている導波路1の超音波の位相
速度Vq及び群速度Vqとを第2演算部17へ出力する
。この第2演算部17では、これらの入力情報に基づい
て式■を演算し、その結果得られる被測定媒体の音速■
をリアルタイムで表示手段18へ出力し表示する。
次に、上記実施例における具体的な実験結果を第8図な
いし第11図に基づいて説明する。
いし第11図に基づいて説明する。
第8図に示す実験モデルにおいて、導波路1及び2とし
ては、それぞれ板厚0.95 (m)の鋼板を使用し
、超音波送受波器として周波数1 (MH,)の可変角
探触子33.34を使った。可変角探触子のクサビをア
クリル樹脂で形成し、入射角は31.5度に固定し、S
0モードの板波が被導波となるようにした。被測定媒体
として水道水(21〔℃〕)を用いた。従って、この場
合、被導波の群速度Vq及び位相速度■、は、被測定媒
体5内でもほぼS0モードに等しいと考えて良い(1,
^。
ては、それぞれ板厚0.95 (m)の鋼板を使用し
、超音波送受波器として周波数1 (MH,)の可変角
探触子33.34を使った。可変角探触子のクサビをア
クリル樹脂で形成し、入射角は31.5度に固定し、S
0モードの板波が被導波となるようにした。被測定媒体
として水道水(21〔℃〕)を用いた。従って、この場
合、被導波の群速度Vq及び位相速度■、は、被測定媒
体5内でもほぼS0モードに等しいと考えて良い(1,
^。
Viktrov、 rRayleigh and La
l1b Waves J P、117)。
l1b Waves J P、117)。
印加した電気パルスは、200(V□〕の正弦2波であ
る。観測された受信波形の1例を第9図に示す。図中、
Tは送波器の波形を示し、Rは受波器の受信波形を示す
。N=1.3はそれぞれ水中経路が1行程及び3行程と
なる波を示す、水印はN−1の波がさらに導波路2を1
往復した波の受信波形を示す。本例では、Δt =75
.1 (#8)であった、*印の波とN−1の波の到達
時間差から当該使用超音波における導波路2の群速度が
実験的に求まり、v、=5200 (、/、) とfす
る。
る。観測された受信波形の1例を第9図に示す。図中、
Tは送波器の波形を示し、Rは受波器の受信波形を示す
。N=1.3はそれぞれ水中経路が1行程及び3行程と
なる波を示す、水印はN−1の波がさらに導波路2を1
往復した波の受信波形を示す。本例では、Δt =75
.1 (#8)であった、*印の波とN−1の波の到達
時間差から当該使用超音波における導波路2の群速度が
実験的に求まり、v、=5200 (、/、) とfす
る。
また、アクリルの音速2720(、/、)と可変角探触
子の設定入射角31.5℃とから位相速度が計算でき、
Vj =5300 (、/、)であった。
子の設定入射角31.5℃とから位相速度が計算でき、
Vj =5300 (、/、)であった。
一方、0式の関係を、導波路1及び2との間隔りを変え
て実測により確認した結果を第1o図に示す。これより
、Δt / D −1,26(n/ m)を得ることが
できた。先に求めたVq、Vqにより0式から水の音速
Vが算出できる。その結果を第11図に示す。温度は3
点をとって測定した。結果は、一般に公表されている値
と非常に良く一敗している。
て実測により確認した結果を第1o図に示す。これより
、Δt / D −1,26(n/ m)を得ることが
できた。先に求めたVq、Vqにより0式から水の音速
Vが算出できる。その結果を第11図に示す。温度は3
点をとって測定した。結果は、一般に公表されている値
と非常に良く一敗している。
このように、この実施例によると、導波路1及び2の長
さに無関係に被測定媒体5の音速Vを有効に求めること
ができ、受信波の内のN−1とN=3の受信時間差を検
出するとともに、これに前後して導波路1の位相速度v
2と群速度Vqとを同時に測定することができ、従って
超音波送受波器3,4を被測定媒体内に没入させること
なく直ちに当該被測定媒体5の音速■を求めることがで
き、導波路1及び2の長短には無関係であることから、
例えば高温流体又は危険性の高い流体に対し遠方からの
リモート計測が可能となり、従って超音波送受波器3と
して通常のものを使用しても、充分耐久性を確保するこ
とができるという利点がある。また、被測定媒体5に対
する導波路1及び2の挿入寸法を大きく設定すると受信
感度が大きくなるが測定精度には直接の関係がないこと
から、導波路1及び2の長さ及び被測定媒体5内への投
入寸法も特に厳密さを要求されず、従って取扱いがいた
って容易となるというリモート測定として優れた性質を
備えた超音波センサ装置を得ることができる。
さに無関係に被測定媒体5の音速Vを有効に求めること
ができ、受信波の内のN−1とN=3の受信時間差を検
出するとともに、これに前後して導波路1の位相速度v
2と群速度Vqとを同時に測定することができ、従って
超音波送受波器3,4を被測定媒体内に没入させること
なく直ちに当該被測定媒体5の音速■を求めることがで
き、導波路1及び2の長短には無関係であることから、
例えば高温流体又は危険性の高い流体に対し遠方からの
リモート計測が可能となり、従って超音波送受波器3と
して通常のものを使用しても、充分耐久性を確保するこ
とができるという利点がある。また、被測定媒体5に対
する導波路1及び2の挿入寸法を大きく設定すると受信
感度が大きくなるが測定精度には直接の関係がないこと
から、導波路1及び2の長さ及び被測定媒体5内への投
入寸法も特に厳密さを要求されず、従って取扱いがいた
って容易となるというリモート測定として優れた性質を
備えた超音波センサ装置を得ることができる。
また、被測定媒体5への挿入寸法がそのまま超音波送受
波器3で受信する超音波レベルの大小に直接関係するこ
とから、被測定媒体5の液面水位等も同時に検知するこ
とができるいう利点もある。
波器3で受信する超音波レベルの大小に直接関係するこ
とから、被測定媒体5の液面水位等も同時に検知するこ
とができるいう利点もある。
更に、上記実施例において導波路を板状部材により形成
した場合を例示したが、他の部材1例えば丸棒部材、適
当な針金部材、パイプ状部材などで導波路を形成したも
のであってもよい。
した場合を例示したが、他の部材1例えば丸棒部材、適
当な針金部材、パイプ状部材などで導波路を形成したも
のであってもよい。
なお、上記実施例においては、導波路1の群速度Vqの
測定に際し、第3図で測定されるt、を使用する場合を
例示したが、第2図で測定されるt、を使用してもよい
、また、Δtの測定に際して、上記実施例では第3図の
場合について例示したが、第12図の如き構成のもとに
第2図の受信信号を得たのち、これに基づいて得られる
t4(但し、14=Δt)を用いてもよい。また、上記
実施例においては、とくに導波路1の超音波の位相速度
vpと群速度■、とをΔtの測定に先だって求める場合
を例示したが、これらは逆の順序であってもよい。
測定に際し、第3図で測定されるt、を使用する場合を
例示したが、第2図で測定されるt、を使用してもよい
、また、Δtの測定に際して、上記実施例では第3図の
場合について例示したが、第12図の如き構成のもとに
第2図の受信信号を得たのち、これに基づいて得られる
t4(但し、14=Δt)を用いてもよい。また、上記
実施例においては、とくに導波路1の超音波の位相速度
vpと群速度■、とをΔtの測定に先だって求める場合
を例示したが、これらは逆の順序であってもよい。
更に、上記実施例では、オペレータの入力指令によって
第1.第2および第3の制御機能が稼働する場合を例示
したが、これらの制御機能は、逐次、自動的に稼働する
ものであってもよい。また、液体の音速測定が高精度に
可能であることから、例えば水のように温度と音速の関
係が詳細に知られている場合は、これに対応する液体の
温度変化も高精度に測定することができる。
第1.第2および第3の制御機能が稼働する場合を例示
したが、これらの制御機能は、逐次、自動的に稼働する
ものであってもよい。また、液体の音速測定が高精度に
可能であることから、例えば水のように温度と音速の関
係が詳細に知られている場合は、これに対応する液体の
温度変化も高精度に測定することができる。
本発明は以上のように構成され機能するので、これによ
ると、導波路の長短には無関係に被測定媒体の音速を高
精度に測定することができ、こ耗がため、被測定媒体が
例えば高温流体又は危険性の高い流体であっても、遠方
からリモート計測が充分に可能となり、導波路の位相速
度及び群速度が不明であってもこれらを同時に測定する
ことがAき、従って演算に必要な変数のすべてをリアル
タイムで測定したのち音速の演算を行うことから温度補
正を全く不要とした高精度の音速測定を行うことができ
るという従来にない優れた音速測定方法およびその装置
を提供することができる。
ると、導波路の長短には無関係に被測定媒体の音速を高
精度に測定することができ、こ耗がため、被測定媒体が
例えば高温流体又は危険性の高い流体であっても、遠方
からリモート計測が充分に可能となり、導波路の位相速
度及び群速度が不明であってもこれらを同時に測定する
ことがAき、従って演算に必要な変数のすべてをリアル
タイムで測定したのち音速の演算を行うことから温度補
正を全く不要とした高精度の音速測定を行うことができ
るという従来にない優れた音速測定方法およびその装置
を提供することができる。
第1図は本発明の一実施例を示す全体的構成図、第2図
ないし第3図は各々第1図における送信波形および受信
波形の一例を示す説明図、第4図は第1図で使用される
超音波送受波器を示す一部省略した断面図、第5図ない
し第7図は各々第1図の動作説明図、第8図ないし第1
1図は各々−実験例を示す説明図、第12図は他の実施
例を示す全体的構成図である。 1.2・・・・・・超音波導波路、IA、2A、IB。 2B・・・・・・超音波反射手段、3,4・・・・・・
超音波送受波器、10・・・・・・送受信切換部、1■
・・・・・・発信回路部、12・・・・・・受信回路部
、13・・・・・・計時手段、13A・・・・・・信号
選択手段、15・・・・・・時間差算定手段、16・・
・・・・記憶手段としての第2のメモリ、17・・・・
・・音速演算手段としての第2演算部。 特許出願人 中 鉢 憲 賢(ばか1名)第1図 第2図 ― 第4図 第5図 第6図 第7図 第1O図
ないし第3図は各々第1図における送信波形および受信
波形の一例を示す説明図、第4図は第1図で使用される
超音波送受波器を示す一部省略した断面図、第5図ない
し第7図は各々第1図の動作説明図、第8図ないし第1
1図は各々−実験例を示す説明図、第12図は他の実施
例を示す全体的構成図である。 1.2・・・・・・超音波導波路、IA、2A、IB。 2B・・・・・・超音波反射手段、3,4・・・・・・
超音波送受波器、10・・・・・・送受信切換部、1■
・・・・・・発信回路部、12・・・・・・受信回路部
、13・・・・・・計時手段、13A・・・・・・信号
選択手段、15・・・・・・時間差算定手段、16・・
・・・・記憶手段としての第2のメモリ、17・・・・
・・音速演算手段としての第2演算部。 特許出願人 中 鉢 憲 賢(ばか1名)第1図 第2図 ― 第4図 第5図 第6図 第7図 第1O図
第11図
Claims (2)
- (1)、同一に形成された一対の超音波導波路を一定距
離をおいて相互に対向させるとともに、これら超音波導
波路の各他端部相互間に被測定媒体を介在せしめ、その
後、前記一方もしくは他方の超音波導波路の使用超音波
における位相速度V_pと群速度V_qとを測定し、こ
れらの測定に相前後して当該超音波導波路の一端部から
他端部に向けて超音波を伝播せしめるとともに、該超音
波導波路から漏洩した超音波が被測定媒体を介して他方
の超音波導波路の一端部で最初に受信されるまでの時間
と、当該他方の超音波導波路から更に被測定媒体内へ漏
洩した超音波が前記一方の超音波導波路との間を往復伝
播して受信されるまでの時間との差Δtを求め、これら
の各測定値に基づいて下式、すなわち、 F_1(V_p、V_q、Δt、V)=0 を演算し前記被測定媒体の音速Vを特定することを特徴
とした音速測定方法。 - (2)、一端部に超音波送受波器を装備するとともに被
測定媒体内に配設される他端部に超音波反射手段を備え
た一対の超音波導波路と、前記各超音波送受波器の各々
に発信回路部と受信回路部とを必要に応じて交互に切換
接続する送受信切換部とを有し、 前記受信回路部に、前記各導波路の一方から他方へ漏洩
する超音波が被測定媒体内を伝播して他方の超音波導波
路の超音波送受波器に受信されるまでの時間と、当該他
方の超音波導波路から更に被測定媒体内へ漏洩した超音
波が前記一方の超音波導波路との間を往復伝播して受信
されるまでの時間とをそれぞれ測定する計時手段と、こ
の計時手段にて測定される二つの受信波の到達時間差を
算定する時間差算定手段と、この時間差算定手段の出力
を記憶する記憶手段とを併設し、 この記憶手段に、前記導波路の当該音速測定時における
使用超音波の位相速度及び群速度を測定し記憶せしめる
とともに、この記憶手段の出力情報に基づいて所定の演
算を行い前記被測定媒体の音速を算定する音速演算手段
を併設したことを特徴とする音速測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62066821A JPS63233334A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 音速測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62066821A JPS63233334A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 音速測定方法およびその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63233334A true JPS63233334A (ja) | 1988-09-29 |
JPH0375808B2 JPH0375808B2 (ja) | 1991-12-03 |
Family
ID=13326897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62066821A Granted JPS63233334A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 音速測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63233334A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0942264A2 (de) * | 1998-03-12 | 1999-09-15 | DaimlerChrysler Aerospace AG | Anordnung zur Füllstandsmessung |
JP2008175543A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流速または流量計測装置 |
JP2008175706A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流速または流量計測装置とそのプログラム |
JP2008175542A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流速または流量計測装置 |
-
1987
- 1987-03-20 JP JP62066821A patent/JPS63233334A/ja active Granted
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0942264A2 (de) * | 1998-03-12 | 1999-09-15 | DaimlerChrysler Aerospace AG | Anordnung zur Füllstandsmessung |
EP0942264A3 (de) * | 1998-03-12 | 2000-10-11 | DaimlerChrysler Aerospace AG | Anordnung zur Füllstandsmessung |
JP2008175543A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流速または流量計測装置 |
JP2008175542A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流速または流量計測装置 |
JP2008175706A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流速または流量計測装置とそのプログラム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0375808B2 (ja) | 1991-12-03 |
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