JP2000314695A - Durable transducer for measuring viscoelasticity - Google Patents

Durable transducer for measuring viscoelasticity

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JP2000314695A
JP2000314695A JP11148618A JP14861899A JP2000314695A JP 2000314695 A JP2000314695 A JP 2000314695A JP 11148618 A JP11148618 A JP 11148618A JP 14861899 A JP14861899 A JP 14861899A JP 2000314695 A JP2000314695 A JP 2000314695A
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mechanical
movement
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John H Henderson
ジョン・エイチ・ヘンダーソン
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Sienco Inc
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Sienco Inc
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress, for example, a damage due to handling or the like of an elevator to a minimum limit by providing a means for limiting a movement of a probe member except a desired direction along a probe shaft. SOLUTION: This viscoelastic transducer comprises an annular spring assembly 20 constituted, for example, of two annular springs made preferably of beryllium copper adhered to an inside ring and an outside ring by soldering or the like. An outer edge of the assembly 20 is adhered to a pole 14, and the inside ring constitutes a mechanical probe moving in the transducer together with a probe adapter hub 18, a coil 16 and a disposable probe 24. Thus, lateral rigidity is given to the mechanical probe. A magnet 12 limits an inward deviation. A cover 22 limits an outward deviation. Thus, the assembly 20 is prevented from being excessively deformed when the probe 24 is attached or detached.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【発明の属する技術分野】本発明は全般に粘弾性測定を
行うための装置に関連し、より詳細には流体及びゲルの
粘弾性特性を測定するために改善された振動粘弾性トラ
ンスデューサに関連する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to an apparatus for making viscoelastic measurements, and more particularly to an improved vibrating viscoelastic transducer for measuring the viscoelastic properties of fluids and gels. .

【従来の技術】振動粘性及び粘弾性分析器は当技術分野
において周知である。これらの分析器は典型的には、振
動状態で或いは周期的に動作するように駆動される機械
的プローブ部材を組み込む。その分析器は、プローブ部
材に動きを付与するためのいくつかの手段及びプローブ
の変位或いは動きをモニタするための手段を備える。最
も用いられる設計は、機械的プローブを駆動するための
電気的手段及びプローブ動作をモニタするための電気的
手段を組み込む。移動式プローブは被測定流体或いはゲ
ル内に浸漬される。この移動式プローブの動作特性は、
被測定材料の粘性及び粘弾性特性により影響を受ける。
試験サンプルに応じたプローブの動作特性の変化は、試
験サンプルの粘弾性特性を決定する分析器によりモニ
タ、かつ処理される。駆動機構或いは回路の構成要素、
機械的プローブ並びに動作検出機構は一体となってトラ
ンスデューサを構成する。トランスデューサは入力駆動
信号を出力動作信号に関連づける応答特性を有する。ト
ランスデューサの応答は、その物理的な設計及び被測定
材料の粘弾性特性に依存する。トランスデューサ特性は
機械的或いは電気的動作特性を用いて表すことができ
る。Husarに付与された米国特許第4,341,1
11号は、トランスデューサ動作の特性を表すために周
波数と機械的変位との関係を用いる。この種の特性が図
6に示される。電気的設計の観点から、電気的インピー
ダンスに関してトランスデューサの動作の特性を表すこ
とが望まれる場合が多い。図5は、図1及び図2に示さ
れるような粘弾性トランスデューサの場合の周波数と電
気的インピーダンスの変化との関係を表す。この種のト
ランスデューサは機械的プローブ変位ではなく機械的プ
ローブ速度をモニタする。変位モニタ式及び速度モニタ
式トランスデューサのいずれも、駆動周波数に関して非
線形であり、典型的には固有共振周波数で明確なピーク
を示す。この共振周波数は、被測定流体或いはゲルの粘
弾性特性に応じて変化する。このピークが、図5及び図
6に示される例において存在する。粘弾性トランスデュ
ーサはそれらの設計により幅広く変化する。1つの変形
例はプローブ動作の方向に関連する。従来技術による設
計は、トランスデューサにおいて軸方向、横方向、旋回
方向或いは径方向のプローブ動作を組み込んでいる。軸
方向に振動するプローブを用いる従来のトランスデュー
サの例は、Simonに付与された米国特許第3,58
7,295号及び3,741,002号、並びにSim
on等に付与された米国特許第4,026,671号に
記載される。Hartertに付与された米国特許第
4,312,217号及びHusarに付与された米国
特許第4,341,111号は、横方向或いは旋回方向
動作を生成するために駆動される弾性ロッドを使用する
ことを開示する。Matusik等に付与された米国特
許第4,488,427号は、回転方向或いは径方向の
機械的な振動を教示する。これらの従来技術のトランス
デューサは、所望の機械的な動きを生成するために変形
する単一の可撓性部材を組み込む。Simon及びSi
mon等の特許により教示される軸方向に振動するトラ
ンスデューサは振動板を組み込む。Hartert及び
Husarにより教示される横方向或いは旋回方向動作
は、横方向動作に対しては1方向に、或いは旋回方法動
作に対しては2つの方向にロッドを曲げるように駆動さ
れる弾性ロッドを用いることにより実現される。Mut
asikにより教示される径方向動作は、径方向の偏倚
を生じさせるねじれ力を用いて駆動される弾性円筒形チ
ューブを用いることにより生じる。最もよく用いられる
振動トランスデューサは、個別の駆動及びピックアップ
コイルを用いる。しかしながら個別のコイルを用いる必
要はない。Simon等により教示されるトランスデュ
ーサは、トランスデューサを駆動し、さらに機械的動作
をモニタするために同時に単一のコイルを用いている。
粘性或いは粘弾性分析器は、適切な回路及び計算技術を
用いてトランスデューサ応答をモニタし、被測定材料の
粘性或いは粘弾性特性を決定する。振動トランスデュー
サを駆動するための回路は当分野において周知であり、
典型的には振動機構動作を生成するための駆動回路及び
その機械的な動きをモニタするためのモニタ回路を備え
る。その機械的な動きを調整し、エネルギー消費をモニ
タし、或いは表示用の信号を調整するための手段を備え
る付加回路も従来技術において教示される。初期の設計
は固定周波数でトランスデューサを駆動する。さらに進
んだ設計は典型的には、被測定材料内に浸漬されたトラ
ンスデューサの共振周波数でトランスデューサを駆動す
る。その進んだ装置には、測定中の材料の粘弾性特性
は、振動トランスデューサの共振点のみを分析すること
により決定される。共振ピークの粘性は試験サンプルの
粘性特性を特徴付けており、一方周波数の変化がその弾
性特性を特徴付ける。振動トランスデューサを組み込む
粘性及び粘弾性測定装置の精度は、振動トランスデュー
サの動作特性により制限される。従来技術の振動トラン
スデューサは、製造再現性及び振動特性が不十分であ
り、温度ドリフト、長期ドリフト及び湿度ドリフトを有
する傾向にある。さらに、これらのトランスデューサは
耐久性が不足している。オペレータの取扱いによる損傷
がトランスデューサのドリフト或いは故障のいずれかを
引き起こすようになる。ある設計では、トランスデュー
サ移動用コイルが磁石或いは磁極に対して押圧され、そ
のコイルに損傷を与えるようになる。他の設計では、ト
ランスデューサの配列が数少ないオペレータの取扱いミ
スにより損傷を受け、それによりトランスデューサドリ
フトを引き起こすか、或いはトランスデューサ振動を妨
害するようになる。従来のトランスデューサは、振動す
る機械的構成要素を過剰に加えられた力から保護する必
要手段を提供しない。Simonのトランスデューサは
軸方向に振動するが、オペレータが機械的プローブをモ
ニタ或いは除去する間に、振動板が横方向或いは過剰な
軸方向に動いてしまう。この過剰な動きの結果、磁石或
いは磁極のいずれかがコイルと接触し、それによりコイ
ルを損傷するようになる。この設計に対する全ての要件
の概ね95%は、損傷したコイルによるものである。さ
らにトランスデューサ特性は、振動板が過剰な軸方向の
動きにより押圧される場合に、変化してしまう傾向があ
った。従来技術を要約すると、Husarに付与された
米国特許第4,341,111号に教示される振動トラ
ンスデューサは弾性ロッドの横方向或いは旋回方向動作
に依存する。しかしながら、これは弾性ロッドが過剰に
変形するのを保護する手段を提供しない。Matusi
k等に付与された米国特許第4,488,427号に教
示されるトランスデューサは、チューブを備えており、
そのチューブは回転方向に偏倚され、トランスデューサ
の配列が、チューブが横方向に偏倚するのを防ぐ必要が
ある。同様に、米国特許第4,154,093号及び米
国特許第4,869,098号に教示される振動トラン
スデューサは、過剰なトランスデューサ変位に対する保
護を提供しない。
BACKGROUND OF THE INVENTION Viscous viscosity and viscoelastic analyzers are well known in the art. These analyzers typically incorporate a mechanical probe member that is driven to operate in a vibrating state or periodically. The analyzer comprises several means for imparting movement to the probe member and means for monitoring the displacement or movement of the probe. Most used designs incorporate an electrical means for driving the mechanical probe and an electrical means for monitoring the operation of the probe. The mobile probe is immersed in the fluid or gel to be measured. The operating characteristics of this mobile probe are:
Affected by the viscosity and viscoelastic properties of the material under test.
Changes in the operating characteristics of the probe in response to the test sample are monitored and processed by an analyzer that determines the viscoelastic properties of the test sample. Components of the drive mechanism or circuit,
The mechanical probe and the motion detection mechanism together constitute a transducer. The transducer has a response characteristic relating the input drive signal to the output operation signal. The response of the transducer depends on its physical design and the viscoelastic properties of the material under test. Transducer characteristics can be expressed using mechanical or electrical operating characteristics. US Pat. No. 4,341,1 issued to Husar
No. 11 uses the relationship between frequency and mechanical displacement to characterize transducer operation. Such a characteristic is shown in FIG. From an electrical design perspective, it is often desirable to characterize the operation of the transducer in terms of electrical impedance. FIG. 5 shows the relationship between the frequency and the change in the electrical impedance in the case of the viscoelastic transducer as shown in FIGS. This type of transducer monitors mechanical probe speed rather than mechanical probe displacement. Both displacement-monitored and velocity-monitored transducers are non-linear with respect to drive frequency and typically show a distinct peak at the natural resonance frequency. This resonance frequency changes according to the viscoelastic properties of the fluid or gel to be measured. This peak is present in the examples shown in FIGS. Viscoelastic transducers vary widely depending on their design. One variation relates to the direction of the probe operation. Prior art designs incorporate axial, lateral, pivotal or radial probing of the transducer. An example of a conventional transducer that uses an axially oscillating probe is described in US Pat.
7,295 and 3,741,002 and Sim
No. 4,026,671 to On et al. U.S. Pat. No. 4,312,217 to Hartert and U.S. Pat. No. 4,341,111 to Husar use resilient rods that are driven to create a lateral or pivoting motion. Disclose that. U.S. Pat. No. 4,488,427 to Matusik et al. Teaches rotational or radial mechanical vibration. These prior art transducers incorporate a single flexible member that deforms to produce the desired mechanical movement. Simon and Si
The axially oscillating transducer taught by the Mon et al. patent incorporates a diaphragm. The lateral or pivoting movement taught by Hartert and Husar uses an elastic rod that is driven to bend the rod in one direction for lateral movement or two directions for pivoting movement. This is achieved by: Mut
The radial movement taught by asik occurs by using a resilient cylindrical tube that is driven using a torsional force that creates a radial bias. Most commonly used vibration transducers use separate drive and pickup coils. However, it is not necessary to use individual coils. The transducer taught by Simon et al. Uses a single coil at the same time to drive the transducer and also monitor mechanical operation.
The viscous or viscoelastic analyzer monitors the transducer response using appropriate circuitry and computational techniques to determine the viscous or viscoelastic properties of the material under test. Circuits for driving vibration transducers are well known in the art,
Typically, there is provided a drive circuit for generating a vibration mechanism operation and a monitor circuit for monitoring its mechanical movement. Additional circuits with means for adjusting the mechanical movement, monitoring the energy consumption or adjusting the signal for display are also taught in the prior art. Early designs drive the transducer at a fixed frequency. More advanced designs typically drive the transducer at the resonant frequency of the transducer immersed in the material to be measured. In advanced devices, the viscoelastic properties of the material being measured are determined by analyzing only the resonance point of the vibration transducer. The viscosity of the resonance peak characterizes the viscous properties of the test sample, while changes in frequency characterize its elastic properties. The accuracy of a viscosity and viscoelasticity measurement device incorporating a vibration transducer is limited by the operating characteristics of the vibration transducer. Prior art vibration transducers have poor manufacturing repeatability and vibration characteristics and tend to have temperature drift, long term drift and humidity drift. In addition, these transducers lack durability. Damage due to operator handling can cause either transducer drift or failure. In some designs, the transducer transfer coil is pressed against a magnet or pole, causing damage to the coil. In other designs, the transducer array is damaged by a few operator mishandling, thereby causing transducer drift or interfering with transducer vibration. Conventional transducers do not provide the necessary means of protecting oscillating mechanical components from excessively applied forces. While the Simon transducer vibrates axially, the diaphragm moves laterally or excessively axially while the operator monitors or removes the mechanical probe. As a result of this excessive movement, either the magnet or the magnetic poles come into contact with the coil, thereby damaging the coil. Approximately 95% of all requirements for this design are due to damaged coils. Further, the transducer characteristics tend to change when the diaphragm is pressed by excessive axial movement. To summarize the prior art, the vibration transducer taught in U.S. Pat. No. 4,341,111 to Husar relies on lateral or pivotal motion of an elastic rod. However, this does not provide a means to protect the elastic rod from being over-deformed. Matusi
The transducer taught in US Patent No. 4,488,427 to K et al. comprises a tube,
The tube is rotationally biased and the array of transducers must prevent the tube from laterally biasing. Similarly, the vibration transducers taught in U.S. Pat. Nos. 4,154,093 and 4,869,098 do not provide protection against excessive transducer displacement.

【発明が解決しようとする課題】機械的プローブの弾性
変形を制限し、所望の弾性動作方向を除いて、概ね剛性
の機械的プローブ設計を実現する機械的止め手段を設け
ることにより、オペレータ取扱いによる損傷を最小限に
抑える振動トランスデューサを提供することである。
By providing mechanical stop means to limit the elastic deformation of the mechanical probe and to provide a generally rigid mechanical probe design except in the desired direction of elastic movement, operator handling is provided. The object is to provide a vibration transducer that minimizes damage.

【課題を解決するための手段】この目的及び他の目的
は、プローブ軸に沿った所望の方向以外のあらゆる方向
においてプローブ部材の動きを制限するために機械的プ
ローブに同軸に取着される環状ばねアセンブリを設ける
ことにより、さらにプローブ軸に沿った所望の方向の範
囲を制限するために機械的止め部材を設けることによ
り、本発明に記載される好適な実施例に従って達成され
る。
SUMMARY OF THE INVENTION This and other objects are directed to an annular coaxially mounted mechanical probe to limit movement of a probe member in any direction other than the desired direction along the probe axis. This is achieved in accordance with a preferred embodiment of the present invention by providing a spring assembly and further by providing a mechanical stop to limit the extent of the desired direction along the probe axis.

【発明の実施の形態】本明細書に記載される発明は、米
国特許第5,016,469号及び5,138,872
号に関連し、参照して本明細書の一部としている。本発
明の粘弾性トランスデューサは、例えばHenders
onに付与された米国特許第5,016,469号に記
載のトランスデューサの代わりに用いることができる。
また本発明の粘弾性トランスデューサを、この特許明細
書に記載の電子回路と共に用いることもできる。図1〜
図4には、磁石カップ部10、永久磁石12、及び磁極
14が示されており、これらの要素は永久磁石12と磁
極14との間のギャップに一様な磁界を生成するように
位置を整合させて接着剤により組み立てられる。プロー
ブアダプタハブ18は、環状ばねアセンブリ20の内側
リング30と独立コイル16の双方に接着される。環状
ばねアセンブリ20の外縁部は、磁石12と磁極14と
の間のギャップ内にコイル20を位置させるように整合
されており、磁極14に接着される。カバー10は、ば
ねアセンブリ20の外縁部に接着剤で接着されている。
図1〜図4に示すトランスデューサ内を動く機械的プロ
ーブは、プローブアダプタハブ18、コイル16、使い
捨てプローブ24、及び環状ばねアセンブリ20の内側
リング30からなる。組み立ての際に適切な整合をとる
ことにより、この機械的プローブは磁気ギャップ間のク
リアランスを維持しつつ軸線方向に移動できるようにな
る。コイル16は、機械的プローブを駆動するため、且
つプローブの移動を検出するために用いられる。本発明
のトランスデューサの通常の特徴的応答が図5に示され
ている。このトランスデューサは種々の従来型の制御回
路と共に使用することができるが、特に米国特許第5,
138,872号明細書に記載の回路と共に使用するた
めに設計されている。この回路は、トランスデューサ
を、試験サンプル内でその共振周波数で動かす。粘性が
高くなるにつれトランスデューサのインピーダンスは低
くなる。弾性が高くなるにつれ共振周波数は高くなる。
図5には、空中、水中、高濃度鉱油中、及び鉱油ゲル中
での、このトランスデューサの性能が示されている。試
験サンプルの粘性の特性は共振ピークの減衰の仕方に特
徴が現れている。サンプルの弾性の特性は、周波数の変
化に特徴が現れている。図4には、真鍮製の内側リング
30及び外側リング28にはんだ付けされた2つの環状
ばね26から構成されている環状ばねアセンブリ20が
示されている。この2つの環状ばね26は、例えば米国
コネチカット州グラストンベリー(Glastonbu
ry)のConard社から市販されているものよう
な、従来型の光化学加工プロセスを用いてベリリウム銅
板から作製されたものである。2つの環状ばね26のコ
ンプライアンスは、バネのウェブの長さ、幅、又は厚み
を変更することによって変えることができる。ベリリウ
ム銅以外の材料を用いてもよい。しかし、その優れた安
定したばね特性のため、好ましい材料はベリリウム銅で
ある。環状ばねアセンブリ20は、鉛錫はんだを用いて
結合されるが、溶接、鑞づけ、又は接着により結合する
こともできる。上述のように、環状ばねアセンブリ20
は2つの平行をなすばね26を用いて構成され、機械的
プローブに横方向の剛性を与えている。1つのばねを用
いても粘弾性トランスデューサとしては優れた性能が発
揮できるが、使い捨て試験プローブの着脱に関するオペ
レータの操作の際にコイル16が損傷するのを防止する
横方向の剛性を与えることはできない。ばねアセンブリ
20は軸線方向の変位を除く全ての方向の移動に対して
の剛性を与えている。2以上の環状ばね26を用いるこ
ともできるが、この場合はコストや複雑さが増す割に、
不必要な機械的偏倚に耐性を与える機械的剛性の改善度
は小さい。本発明の粘弾性トランスデューサの機械的設
計には、使い捨て機械的プローブ24の動きの範囲を制
限する物理的止め手段が含まれている。磁石12が内向
きの偏倚を制限し、カバー22は外向きの偏倚を制限す
る。これらの物理的止め手段により、環状ばねアセンブ
リ20が使い捨てプローブ24の着脱の際に過剰に変形
することが防止される。この設計により、プローブアダ
プタハブ18の、磁石12又はカバー22の何れかに対
する正常な位置からの動きは約0.254mm(0.0
10インチ)程度に押さえることができる。この動きの
量は環状ばねアセンブリ20の弾性偏倚動作領域内に収
まっている。しかしこれらの止め手段は、正常な試験操
作の際の機械的プローブ24の動きの範囲である約0.
00508mm(0.00020インチ)よりはるかに
大きい距離だけ離れたところにある。要するに本発明の
粘弾性トランスデューサは、液体又はゲルの粘性特性を
特性化するための、単純で信頼性が高く精度の高いトラ
ンスデューサとなる。更にこのトランスデューサでは、
望ましくない機械的応力に対するトランスデューサの耐
久性を高め、ばね部材の弾性動作限界の範囲内にトラン
スデューサの機械的偏倚を制限する機構を組み込んでお
り、これにより従来技術より優れたものとなっている。
この設計によって、耐久性を犠牲にすることなく、ばね
アセンブリ20のコンプライアンスも高められる。この
ような高いばねのコンプライアンスは弱いゲルに対する
トランスデューサの感度を高めるために望ましい。本発
明のトランスデューサの実施例で、軸線方向に動く設計
のものについて説明してきたが、本発明のトランスデュ
ーサは、径方向や、横方向や、旋回方向の振動、又は任
意の他のタイプの振動をするように設計することができ
る。本発明のトランスデューサで、機械的駆動用と動き
ピックアップ用の両方の目的で1個のコイルを用いる実
施例について説明してきた。しかし、各用途について個
別のコイルを用いることもできる。より大きな動きがで
きるように追加のコイル又は他の手段を組み込むことも
できる。旋回運動する設計では、駆動用の複数のコイル
とピックアップ用の複数のコイルとを用いてもよい。駆
動やピックアップ用のデバイスはコイルに限定されな
い。他の電圧を用いる方法には、ホール効果を利用し
た、容量性の、圧電性の、又は他の形態の電気機械的エ
ネルギーの変換又は検出方法が含まれる。最後に、本発
明のトランスデューサの実施例で、振動する機械的構成
要素の所望の機械的動きを可能にする2つのフラットな
形状の環状ばねを用いたものについて説明してきたが、
本発明は、フラットな形状の環状ばねを用いる設計に限
定されない。以下のものに限定されないが、コイルば
ね、弾性チューブ、偏倚ロッド、又はワイヤを含む多く
の形状の弾性部材を、機械的振動のための弾性部材とし
て用いることができる。更に、機械的又は弾性的手段に
よる他の機械的振動が実現されている場合には、機械的
振動のために機械的弾性部材は不要である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention described herein is disclosed in U.S. Pat. Nos. 5,016,469 and 5,138,872.
And is incorporated herein by reference. The viscoelastic transducer of the present invention can be used, for example, in Henders
It can be used in place of the transducer described in US Pat. No. 5,016,469 to On.
Also, the viscoelastic transducer of the present invention can be used with the electronic circuit described in this patent specification. Figure 1
FIG. 4 shows a magnet cup portion 10, a permanent magnet 12, and a magnetic pole 14, which are positioned to create a uniform magnetic field in the gap between the permanent magnet 12 and the magnetic pole 14. Aligned and assembled with adhesive. The probe adapter hub 18 is bonded to both the inner ring 30 of the annular spring assembly 20 and the independent coil 16. The outer edge of the annular spring assembly 20 is aligned to position the coil 20 in the gap between the magnet 12 and the magnetic pole 14 and is adhered to the magnetic pole 14. The cover 10 is glued to the outer edge of the spring assembly 20 with an adhesive.
The mechanical probe moving within the transducer shown in FIGS. 1-4 comprises a probe adapter hub 18, a coil 16, a disposable probe 24, and an inner ring 30 of an annular spring assembly 20. Proper alignment during assembly allows the mechanical probe to move axially while maintaining clearance between the magnetic gaps. The coil 16 is used for driving a mechanical probe and detecting the movement of the probe. The typical characteristic response of the transducer of the present invention is shown in FIG. This transducer can be used with a variety of conventional control circuits, but in particular US Pat.
It is designed for use with the circuit described in 138,872. This circuit moves the transducer within the test sample at its resonant frequency. As the viscosity increases, the impedance of the transducer decreases. As the elasticity increases, the resonance frequency increases.
FIG. 5 illustrates the performance of this transducer in air, water, high mineral oil, and mineral oil gel. The characteristics of the viscosity of the test sample are characterized by how the resonance peak is attenuated. The elastic properties of the sample are characterized by a change in frequency. FIG. 4 shows an annular spring assembly 20 consisting of two annular springs 26 soldered to an inner ring 30 and an outer ring 28 made of brass. The two annular springs 26 are, for example, Glastonbury, Connecticut, USA.
ry) made from beryllium copper plates using conventional photochemical processing processes, such as those commercially available from Conard. The compliance of the two annular springs 26 can be changed by changing the length, width, or thickness of the spring web. Materials other than beryllium copper may be used. However, a preferred material is beryllium copper because of its excellent and stable spring properties. The annular spring assembly 20 is joined using lead-tin solder, but can also be joined by welding, brazing, or gluing. As described above, the annular spring assembly 20
Is constructed using two parallel springs 26 to provide the mechanical probe with lateral stiffness. Although the use of a single spring can provide excellent performance as a viscoelastic transducer, it does not provide the lateral stiffness that would prevent the coil 16 from being damaged during operator manipulation of attaching and detaching the disposable test probe. . Spring assembly 20 provides stiffness for movement in all directions except for axial displacement. Two or more annular springs 26 can be used, but in this case, the cost and complexity are increased.
The degree of improvement in mechanical stiffness that provides resistance to unnecessary mechanical bias is small. The mechanical design of the viscoelastic transducer of the present invention includes physical stops that limit the range of movement of the disposable mechanical probe 24. The magnet 12 limits the inward deflection and the cover 22 limits the outward deflection. These physical stops prevent the annular spring assembly 20 from being excessively deformed when the disposable probe 24 is attached and detached. With this design, movement of the probe adapter hub 18 from a normal position relative to either the magnet 12 or the cover 22 is approximately 0.254 mm (0.02 mm).
10 inches). The amount of this movement falls within the elastically biased operating region of the annular spring assembly 20. These stops, however, provide a range of movement of the mechanical probe 24 during normal test operation of about 0.2 mm.
At a distance much greater than 0508 mm (0.00020 inches). In short, the viscoelastic transducer of the present invention is a simple, reliable and accurate transducer for characterizing the viscous properties of a liquid or gel. Furthermore, with this transducer,
It incorporates a mechanism that increases the transducer's resistance to undesired mechanical stress and limits the mechanical bias of the transducer within the elastic operating limits of the spring member, which is superior to the prior art.
This design also increases the compliance of the spring assembly 20 without sacrificing durability. Such high spring compliance is desirable to increase the sensitivity of the transducer to weak gels. While the embodiments of the transducer of the present invention have been described in terms of an axially moving design, the transducer of the present invention provides for radial, lateral, pivotal, or any other type of vibration. Can be designed to An embodiment has been described in which the transducer of the present invention uses one coil for both mechanical drive and motion pickup purposes. However, separate coils can be used for each application. Additional coils or other means may be incorporated to allow for greater movement. In a pivoting design, multiple coils for driving and multiple coils for pickup may be used. The drive and pickup devices are not limited to coils. Other voltage-based methods include Hall effect, capacitive, piezoelectric, or other forms of electromechanical energy conversion or detection. Finally, an embodiment of the transducer of the present invention has been described using two flat shaped annular springs to allow the desired mechanical movement of the oscillating mechanical component.
The invention is not limited to designs using flat shaped annular springs. Many forms of elastic members, including but not limited to coil springs, elastic tubes, biasing rods, or wires, can be used as elastic members for mechanical vibration. Furthermore, if another mechanical vibration is realized by mechanical or elastic means, no mechanical elastic member is required for the mechanical vibration.

【発明の効果】上記のように機械的プローブの弾性変形
を制限し、所望の弾性動作方向を除いて、概ね剛性の機
械的プローブ設計を実現する機械的止め手段を設けるこ
とにより、トランスデューサがオペレータの取扱いによ
る損傷をこうむるのを最小限に抑えることができる。
By providing mechanical stop means for limiting the elastic deformation of the mechanical probe and providing a generally rigid mechanical probe design except in the desired direction of elastic movement, the transducer is operated by the operator. The damage caused by the handling of the sheet can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に従って構成された粘弾性トランスデュ
ーサの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a viscoelastic transducer constructed in accordance with the present invention.

【図2】図1の粘弾性トランスデューサの断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the viscoelastic transducer of FIG.

【図3】図1及び図2の粘弾性トランスデューサの組立
分解図である。
FIG. 3 is an exploded view of the viscoelastic transducer of FIGS. 1 and 2;

【図4】図1乃至図3の粘弾性トランスデューサに用い
られる環状ばねアセンブリの組立分解図である。
FIG. 4 is an exploded view of an annular spring assembly used in the viscoelastic transducer of FIGS. 1-3.

【図5】図1乃至図4の粘弾性トランスデューサにおい
て、駆動周波数と機械的プローブ変位との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a driving frequency and a mechanical probe displacement in the viscoelastic transducer of FIGS. 1 to 4;

【図6】図1乃至図4の粘弾性トランスデューサにおい
て、駆動周波数と機械的プローブ速度との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a driving frequency and a mechanical probe speed in the viscoelastic transducer of FIGS. 1 to 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 磁石カップ部 12 永久磁石 14 磁極 16 独立コイル 18 プローブアダプタハブ 20 環状ばねアセンブリ 22 カバー 24 使い捨てプローブ 26 環状ばね 28 外側リング 30 内側リング DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnet cup part 12 Permanent magnet 14 Magnetic pole 16 Independent coil 18 Probe adapter hub 20 Ring spring assembly 22 Cover 24 Disposable probe 26 Ring spring 28 Outer ring 30 Inner ring

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 その粘性特性が求められる液体又はゲ
ルに機械的プローブ部材が浸漬され、前記プローブ部材
が所望の振動を与えるように駆動される型の粘性分析器
において使用するためのトランスデューサであって、 所望の振動の方向以外の任意の方向へのプローブ部材の
動きを制限する動き制限手段を有することを特徴とする
トランスデューサ。
1. A transducer for use in a viscosity analyzer of the type in which a mechanical probe member is immersed in a liquid or gel whose viscosity properties are required, said probe member being driven to give a desired vibration. And a movement limiting means for limiting movement of the probe member in an arbitrary direction other than a desired vibration direction.
【請求項2】 前記動き制限手段が、所望の振動の方
向におけるプローブ部材の偏倚を制限するための機械的
止め手段を含むことを特徴とする請求項1に記載のトラ
ンスデューサ。
2. The transducer of claim 1 wherein said motion limiting means includes mechanical stop means for limiting deflection of the probe member in a desired direction of vibration.
【請求項3】 前記プローブ部材が、使い捨て要素及
び非使い捨て要素を含むことを特徴とする請求項1に記
載のトランスデューサ。
3. The transducer of claim 1, wherein said probe member includes a disposable element and a non-disposable element.
【請求項4】 前記動き制限手段が、前記プローブ部
材に結合された、前記プローブ部材の軸線に沿った方向
以外の全ての方向における前記プローブ部材の動きを制
限するための環状ばねアセンブリを含むことを特徴とす
る請求項1に記載のトランスデューサ。
4. The movement limiting means includes an annular spring assembly coupled to the probe member for limiting movement of the probe member in all directions except a direction along an axis of the probe member. The transducer according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記環状ばねアセンブリが、互いに離
隔され、且つその外縁部において環状リングに同軸で結
合された一対の環状ばねを含むことを特徴とする請求項
4に記載のトランスデューサ。
5. The transducer according to claim 4, wherein the annular spring assembly includes a pair of annular springs spaced apart from each other and coaxially coupled at their outer edges to an annular ring.
【請求項6】 前記環状ばねのそれぞれが、ベリリウ
ム銅製環状リングを含むことを特徴とする請求項5に記
載のトランスデューサ。
6. The transducer of claim 5, wherein each of said annular springs includes a beryllium copper annular ring.
【請求項7】 その粘性特性が求められる液体又はゲ
ルに機械的プローブ部材が浸漬され、前記プローブ部材
が所望の振動を与えるように駆動される型の粘性分析器
において使用するためのトランスデューサであって、 所望の振動の方向での前記プローブ部材の偏倚を制限す
るための止め手段を含むことを特徴とするトランスデュ
ーサ。
7. A transducer for use in a viscosity analyzer of the type in which a mechanical probe member is immersed in a liquid or gel whose viscosity properties are required and said probe member is driven to give a desired vibration. And a stop means for limiting the deflection of the probe member in a desired direction of vibration.
【請求項8】 前記プローブ部材が、使い捨て要素と
非使い捨て要素を含むことを特徴とする請求項7に記載
のトランスデューサ。
8. The transducer according to claim 7, wherein said probe member includes a disposable element and a non-disposable element.
【請求項9】 前記止め手段が、カバー部材及び磁石
の組み合わせを含むことを特徴とする請求項7に記載の
トランスデューサ。
9. The transducer according to claim 7, wherein said stopping means includes a combination of a cover member and a magnet.
【請求項10】 前記止め手段が、カバー部材及び磁
石の組み合わせを含むことを特徴とする請求項2に記載
のトランスデューサ。
10. The transducer according to claim 2, wherein said stopping means includes a combination of a cover member and a magnet.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106596344A (en) * 2017-02-13 2017-04-26 长春理工大学 Viscosity detecting sensor based on electromagnetic induction
CN111771115A (en) * 2018-03-07 2020-10-13 弗朗西斯科·提姆珀尼 Snap fastener device for non-destructive characterization of materials
CN111771115B (en) * 2018-03-07 2024-06-07 弗朗西斯科·提姆珀尼 Snap fastener device for non-destructive characterization of materials

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