CN106461436B

CN106461436B - 超声波流量计

Info

Publication number: CN106461436B
Application number: CN201580025170.8A
Authority: CN
Inventors: 佐藤治道; 明渡纯; 村上英一
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Atsuden Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Atsuden Co Ltd
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: EP3136061A1; US20170059379A1; CN106461436A; EP3136061B1; JP6106338B2; KR101951533B1; EP3136061A4; US10197424B2; KR20160145175A; WO2015182673A1; JPWO2015182673A1

Abstract

本发明提供可实现激励信号的振幅增大和接收灵敏度的提高的超声波流量计。本发明的超声波流量计的特征在于，具有超声波振子，该超声波振子在流体所流经的管体的外侧，在发送侧与接收侧隔开距离分别设置有两个或更多，其中，以实质上相同的压力按压管体的方式，驱动设置于发送侧的两个或更多超声波振子，来使超声波的振幅增大。另外，本发明的超声波流量计特征在于，在管体与超声波振子之间设置有用于转换成适合于测量的超声波信号的匹配部件，并且匹配部件在与管体之间的接触面上设置有曲面或槽。

Description

超声波流量计

技术领域

本发明涉及具备超声波振子的超声波流量计。

背景技术

图1为作为以往的发送部和接收部使用呈环状的超声波振子1a及1b，在管体2中隔开规定的间隔的超声波流量计的示意图。超声波流量计使用呈环状且针对发送和接收各一个的总计两个超声波振子。上述结构由于超声波信号水平弱而难以进行测量。若在流体流经的管体内直接安装超声波振子，则因超声波信号长而引起余音，会对下一个收发信的超声波信号产生影响，因而无法进行稳定的测量。

如上所述的超声波流量计必须按照管体的直径来制造用于发送和接收的超声波振子。另外，安装超声波振子时需要切断管体。通常，大多数的超声波流量计具有设置于管道与管道之间的结构，当事后在既有的管道上设置超声波流量计时，为了设置超声波流量计而需要切断管道等的工作，因此难以事后在既有的管道上设置超声波流量计。

作为无需切断管道即可进行设置的方法，已有设置将环状超声波振子一分为二的半环形超声波振子的方法，但是由于半环形超声波振子的材料要用到陶瓷，因此难以精密地制造为紧贴于管体，而且成本高，是不现实的。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开平10-122923号公报

专利文献2：日本特开2007-298275号公报

发明内容

(发明所要解决的问题)

鉴于如上所述的问题，本发明的目的在于提供能够实现激励信号的振幅增大且能够提高接收灵敏度的超声波流量计。

(用于解决问题的措施)

本发明的超声波流量计的特征在于，具备超声波振子，上述超声波振子在流体所流经的管体的外侧，在发送侧与接收侧隔开距离分别设置有两个或更多，其中，以实质上相同的压力按压管体，驱动设置于发送侧的两个以上的超声波振子，来使超声波的振幅增大。

本发明的超声波流量计特征在于，以波长为管体的直径或更长的频率来驱动超声波振子，来激励导波。

本发明的超声波流量计特征在于，在管体与超声波振子之间具备用于转换成适合于测量的超声波信号的匹配部件，并且匹配部件在与管体的接触面上设置有曲面或槽。

本发明的超声波流量计特征在于，以同相的方式驱动轴对称地设置于管体上的上述超声波振子。

本发明的超声波流量计特征在于，超声波振子为从圆筒状、方柱状、柱状、板状及平板状中选择的一种。

本发明的超声波流量计特征在于，具备外表面形状呈曲线或锥形的收纳体。

本发明的超声波流量计特征在于，收纳体可拆装地设置于管体，使超声波振子保持规定的距离。

本发明的超声波流量计特征在于，收纳体具备用于观察流经管体的流体的开口。

(发明效果)

根据本发明，能够实现超声波振子激励的信号的放大及接收灵敏度的提高，获得适于测量的超声波信号。

附图说明

图1为示出作为以往的收发部设置有环状的超声波振子的超声波流量计的示意图。

图2为示出本发明的超声波流量计的示意图。

图3为示出导波的振动的概念图。

图4为示出设置于管体的超声波振子的配置的示意图。

图5为示出本发明的超声波流量计的示意图。

图6为示出本发明的另一个超声波流量计的示意图。

图7为本发明的匹配部件14的示意图。

图8为示出用于收纳超声波流量计的收纳体的示意图。

图9为示出用于收纳超声波流量计的收纳体的示意图。

图10为示出测量超声波信号的波形而得的数据的图。

图11为示出测量超声波信号的波形而得的数据的图。

图12为示出测量超声波信号的波形而得的数据的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的超声波流量计进行説明。此外，本发明的超声波流量计不局限于如下所述的实施方式及实施例所记载的内容来解释。此外，在本发明的实施方式及后述的实施例所参照的附图中，对于相同的部分或具有同样的功能的部分赋予相同的附图标记，并省略对此的重复说明。

通常所使用的超声波流量计为利用超声波接收部检测从超声波发送部发送的超声波的体波(纵波或横波)的装置。另一方面，本发明的超声波流量计与通常所使用的超声波流量计的不同点在于：本发明的超声波流量计利用超声波发送部来激励导波，并利用超声波接收部接收管体内部所传播的流体的导波，来测量管体内部的流体的流速。

在本发明的说明书中“导波”是指在管体、板、棒及铁轨等的由与超声波波长相比间隔更小的边界面所包围的介质中，在长度方向上传播时的超声波传播形态的总称。导波与体波的不同点在于：导波在介质的边界上经模式转换了的纵波和横波不分离，利用波长为管体的直径或更长的频率来驱动超声波振子而激励。另外，导波可在管体内部不为空洞、即管体被流体填满的状态下来观测。

本发明的发明人在专利文献2中公开了使用导波的超声波流量计。专利文献2中的超声波流量计在流体流经的管体的外周面上相隔距离L设置两个超声波振子，将两个超声波振子中的一个作为发送侧，另一个作为接收侧来交替地操作，通过超声波振子的驱动将管体和内部流体作为一个介质而激励的导波在隔开间隔L的超声波发送部与接收部之间，从上游向下游的传播的传播时间与从下游向上游传播的传播时间之间的传播时间之差来求得流体的流速。

更具体地，在专利文献2中的超声波流量计中，在流体流经的管体的外部面上相隔距离L设置两个超声波振子，将两个超声波振子中的一个作为发送部，另一个作为接收部来交互操作，并具备控制分析装置，通过利用波长为管体的直径或更长的频率来驱动超声波振子而将管体和内部流体作为一个介质所激励的导波在隔开间隔L的超声波发送部与接收部之间，从上游传播到下游的传播时间T₁与从下游传播到上游的传播时间T₂之间的传播时间差来求得流体的流速。该超声波流量计中，超声波振子呈可安装在管体外表面的圆周方向的一部分的形状。

流体的流速、导波的相速度和群速度之间存在线性关系。

V(v)＝V(0)+αv

vg(v)＝vg(0)+βv

其中，α为表示管体内部的流体的流速对导波的相速度产生的影响的系数，β为表示管体内部的流体的流速对导波的群速度产生的影响的系数。

导波在隔开间隔L的超声波发送部与接收部之间从上游传播到下游的传播时间如下式所示。

T₁＝L/(vg(0)+βv)

另外，同样地，导波在隔开间隔L的超声波发送部与接收部之间从下游传播到上游的传播时间如下式所示。

T₂＝L/(vg(0)－βv)

因此，在专利文献2中的超声波流量计中，按照如下的公式来求得导波的传播时间差。

ΔT＝T₂－T₁＝2Lβv/vg²(0)×(1+β²v²/vg²(0)+····)≒2Lβv/(vg²(0))＝v/γ

其中，L：两个超声波振子的设置距离；v：流体的流速；vg：导波的群速度；β：表示管体内部的流体的流速对导波的群速度产生的影响的系数；γ＝vg²(0)/2Lβ。

本发明的发明人为了针对专利文献2中的超声波流量计实现更高精度的流量测量，对激励信号的振幅增大和接收灵敏度的提高进行了研究。本发明的发明人通过在发送侧配置两个或更多的超声波振子来实现激励信号的振幅增大和接收灵敏度的提高，并且本发明的发明人出乎意料地发现可以实现远超出两倍的激励信号的振幅增大和接收灵敏度的提高的事实，并完成了本发明。

图2为示出本发明的一个实施方式的超声波流量计100的示意图。超声波流量计100在具有测量流体所流经的路径的管体10的外侧，以在沿着在长度方向上延伸的方向隔开距离L的方式，在发送侧及接收侧分别设置有两个或更多超声波振子12a～12d。此外，作为一例，在图2中示出在发送侧及接收侧各设置两个超声波振子的超声波流量计。在图2中，虽然在管体10的外侧轴对称(相向)地设置有两个超声波振子12a及12b(或12c及12d)，但是本发明不限于此，还可以在能够获得本说明书中的信号的放大效果及接收灵敏度的提高效果的范围内，非对称地配置在管体10的外侧。另外，可以在能够接收导波的范围内任意设定距离L。

超声波流量计100以同相的方式驱动设置于发送侧的两个或更多的超声波振子12a及12b(或12c及12d)，从而以实质上相同的压力按压管体10。在此，以同相的方式驱动超声波振子12a及12b(或12c及12d)是指使设置于发送侧的两个或更多的超声波振子12a及12b(或12c及12d)以相同的定时操作。在本发明中，通过以同相方式驱动发送侧的超声波振子12a及12b(或12c及12d)，而以实质上相同的压力按压管体10，由此，能够获得简单地配置两个或更多超声波振子所无法获得的优秀的放大效果。

这样的超声波流量计100能够在导波中、尤其在管体10上仅激励轴振动模式的振动，使超声波的振幅增大。在轴振动模式中，L(0，4)孤立于其他的模式的群速度，是适合于测量的模式，可优选地用于本发明的超声波流量计100中。对于轴振动模式，详见后述。

本发明的超声波振子12a～12d优选呈圆筒状，但是只要具备与管体10接触并产生导波的面，则也可以呈方柱状、柱状，甚至可以呈板状、平板状。但是，在方柱等的具有角的形状的情况下，超声波振子容易产生缺口，并且难以产生超声波。另一方面，通过使用圆柱形的超声波振子，不易出现缺口，能够抑制制造成本，并易于产生超声波，因此能够实现超声波振子的特性的稳定化。在此，优选由在发送侧及接收侧分别设置的两个或更多超声波振子形成的一组超声波振子具有相同的大小和形状。但是，本发明不限于此，只要能够以同相方式驱动并且以实质上相同的压力按压管体10，则大小或形状并非一定要相同。

另外，本发明的特征在于，在发送侧设置两个或更多超声波振子，但是，如上所述，为了交替测量在超声波发送部与接收部之间的从上游传播到下游的传播时间与从下游传播到上游的传播时间，设置在发送侧及接收侧的超声波振子的数量相同。另一方面，流体的流速与从上游传播到下游的导波的传播时间之间具有正相关关系，并且流体的流速与从下游传播到上游传播的导波的传播时间之间具有负相关关系，因此，在本发明中，也可以仅在管体10的上游侧和下游侧中的任一侧设置两个或更多超声波振子来作为发送侧。

现在对轴振动模式进行详细的说明。在以往的环状超声波振子的配置中，超声波振子的振动(或变形)方向相对于管体10的长度方向平行。另一方面，在具有如上所述的形状的本发明的超声波振子12a～12d的配置中，超声波振子的振动(或变形)方向相对于管体10的方向垂直。在本发明的超声波流量计100中，为了激励导波，以波长为管体10的直径或更长的频率，以相对于管体10垂直振动的方式驱动超声波振子12a及12b(或12c及12d)。

图为3为示出导波的振动的概念图。导波的振动方式根据圆周方向的对称性而分类。图3的(a)部分的L(0，m)模式以轴对称的方式振动。图3的(b)部分的F(1，m)模式因具有360度的对称性，因此激励効率高。图3的(c)部分的F(2，m)模式虽然具有180度的对称性，但是激励効率非常小。在此，L(0，m)模式为轴对称，因此若以轴对称的方式振动，则轴振动模式的导波的振幅变大，因此是优选的。另外，可以通过对多个接收部的信号进行积分，仅放大L(0，m)模式的振幅。由此，可以实现激励信号的振幅增大和接收灵敏度的提高，进而也可以选择激励波的模式。

导波具有速度分散性(频率依赖性)，因此通过选择激励导波的频带，能够从其他模式的群速度孤立L(0，4)，从而能够提高接收灵敏度，是适合于测量的模式。在本发明的超声波流量计100中，通过以实质上相同的压力按压管体10的方式驱动设置于发送侧的两个或更多超声波振子12a及12b(或12c及12d)，L(0，4)模式的导波能够获得简单地设置两个或更多超声波振子所无法获得的优秀的放大效果。由此，接收型的超声波振子12所接收的导波的S/N比(通过驱动发送侧的超声波振子12a及12b(或12c及12d)来激励导波的前后所接收的信号的强度比)变得非常大，能够提高接收灵敏度。另一方面，由于F(2，m)模式下接收的导波的S/N比小，因此不适于本发明的超声波流量计100。

(匹配部件)

如图5所示，在一个实施方式中，本发明的超声波流量计100在管体10与超声波振子12a～12d之间设置有用于转换成适于超声波信号的测量的超声波信号的匹配部件14。匹配部件14为了在高效地向管体10传递由超声波振子12a及12b(或12c及12d)的驱动而产生的超声波的同时，防止管体10的变形，优选在与管体10的接触面上具备曲面。另外，只要能够确保与管体10的紧贴性，则匹配部件14的与管体10的接触面不局限于曲面。

在流体所流经的管体10与超声波振子12a～12d之间设置匹配部件14，并利用匹配部件14夹住管体10而将从超声波振子12a及12b(或12c及12d)所激励的超声波信号高效地传递给管体10，并且可以使超声波信号衰减来缩短超声波信号，而能够稳定地进行测量。为了使超声波信号连续起振，利用匹配部件14使发送的超声波信号快速地衰减，由此防止余振与下一次起振的超声波信号叠加。在本发明中，匹配部件14将从超声波振子12a及12b(或12c及12d)发送的超声波信号高效地传递给管体10，由此余振很难残留，从而能够使来自发送侧的超声波振子12a及12b(或12c及12d)的超声波信号快速地衰减。因此，在本发明的超声波流量计100中，接收侧的超声波振子12c及12d(或12a及12b)所接收的导波的S/N比率非常大，因此能够提高接收灵敏度。

通常，管体10的硬度小于超声波振子12的硬度，因此，在本发明的匹配部件14中优选使用硬度高于管体10且低于超声波振子12的部件。匹配部件14可以使用例如碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)、硅片、铝、硬橡胶(ebonite)、镁、聚苯硫醚树脂(Polyphenylene Sulfide，PPS)等，但是不限于此。尤其是碳纤维增强聚合物能够高效地将从超声波振子12激励的超声波信号传递给管体10，因此优选用于本发明的匹配部件14。在将碳纤维增强聚合物用作本发明的匹配部件14的情况下，优选使用碳纤维相对于与超声波振子12接触的面垂直地层叠的部件。通过使匹配部件14中所包含的碳纤维具有如上所述的取向性，不仅能够将从超声波振子12发送的超声波信号高效地传递给管体10，而且能够使来自发送侧的超声波振子12的超声波信号迅速衰减。

另外，从与管体10之间的紧贴性的角度来看，作为匹配部件14还可以使用诸如油膏(grease)或凝胶片等无定形的部件。油膏或凝胶片可以与具有如上所述的规定形状的部件组合，而配置在匹配部件14的与管体10接触的面上。

可以使在流体所流经的管体10与超声波振子之间的匹配部件的形状接近于管体外周的R形状，并设置槽来按压从而防止管体的变形，但是本发明不限于此。

图4为示出从管体10的截面方向上观察设置在管体10上的收发用超声波振子12a及12b的配置的示意图。此外，图4示出了图2的AA'截面。超声波振子12a及12b轴对称地安装在管体10的周围，并以相同的相位(同相)来激励并接收。在图4中，在图4的(a)部分中，在管体10的周围沿垂直方向安装有一对轴对称的超声波振子12a及12b。在图4的(b)部分中，在管体10的周围沿着垂直方向及水平方向安装有一对轴对称的四个超声波振子12a、12b、12e及12f。在图4中的(c)部分中，在管体10的周围间隔120度的角度安装有一对轴对称的三个超声波振子12a、12b及12e。另外，在图4的(d)部分中，如上所述，在本发明的超声波流量计100中，在能够获得本发明的信号的放大效果及接收灵敏度的提高效果的范围内，也可以将两个或更多超声波振子12a及12b以非对称的方式设置在管体10的周围。另外，像这样的非对称的超声波振子的配置，也可用于配置三个以上超声波振子的情况。

在本发明的超声波流量计100中，在发送侧及接收侧分别使用两个为一组的共计四个超声波振子12a～12d，以垂直于管体10的中心軸的方式安装，通过垂直地激励超声波信号来实现超声波信号的增大，而成为能够进行测量的水平。另外，在以三个或更多为一组、共计6个或更多超声波振子的情况下，也能够获得相同的效果。本发明的超声波流量计100与以往的V型反射式(钳形)的超声波流量计不同，因此在发送侧设置两个以上的超声波振子，由此能够利用导波放大的效果而获得接收灵敏度提高的效果。

在本发明的超声波流量计100中，通过使向设置于发送侧的两个或更多超声波振子12a及12b(或12c及12d)施加的电压为同相(使驱动超声波振子12的定时以及振动的大小相同)，来对管体10激励轴振动模式、尤其仅激励L(0，4)模式的振动，使超声波的振动增大，由此使S/N比增大，使接收灵敏度放大。

另外，在本发明的超声波流量计100中，与以往的V型反射式的超声波流量计不同，因此超声波振子12a～12d在接收侧与在发送侧的安装方向可以不平行，而是设置为向不同的方向带有角度。由此，能够降低从后述的收纳体中传播而来的超声波信号(驻波)的影响。

在本发明的一个实施方式中，本发明的超声波流量计100设置有用于可拆装地收纳管体10的收纳体。收纳体例如是如图8所示的设置有用于观察管体10中流动的流体的开口22的收纳体20，收纳体20的外部面形状优选为曲线或锥形，来减少传播到收纳体20的驻波。这是因为，如果存在跨收纳体20整体的平行部或直线部，则收纳体20会共振，会对超声波振子12接收的超声波信号产生影响。

另外，在本发明的一个实施方式中，收纳管体10的收纳体20具有可拆装的结构，因此优选使收纳体20为分割为两部分的结构，借助于连接部件24而以可开闭的方式形成。以往的超声波流量计一旦设置在管体上，则不切断管体就无法更换超声波振子12。本发明的超声波流量计100通过将超声波振子设置于可拆装的收纳体20中，由此易于安装至管体10，可以事后变更用于测量流量的管体10的位置。另外，优选通过在收纳体20上设置超声波振子，使发送侧与接收侧的超声波振子的距离恒定，而能够容易地进行拆装。在测量流量时，发送侧与接收侧的超声波振子12a、超声波振子12c(或12b与12d)之间的距离L为重要的参数，但是通过使用本发明的收纳体20，可简单地设置超声波振子12a和12c(或12b和12d)。

在本发明的一个实施方式中，优选在收纳体20的中央部设置用于观察管道内的流动、泡沫及异物的开口22。因为这些可能成为影响流体的因素。另外，优选这样的结构：在收纳体20的内侧设置用于防止与管体10之间的干涉的充分的避让空间，使从外部至管体10之间隔开距离而从外部不容易接触。这是为了使来自收纳体20的外部的振动等不会对管体10造成影响。

<实施例>

图5为示出本发明的一个实施例的超声波流量计200的示意图。

在图5中，在超声波流量计200中，在流体所流经的管体10的外周面上，两个超声波振子12a和12c(或12b和12d)隔开距离L分别朝着相同的方向平行地设置于发送侧与接收侧。超声波振子具有一对的圆柱形状，并且相对于管体10轴对称地设置于垂直方向，由此轴对称地进行振动。各两个地设置的超声波振子12a和12b(或12c和12d)中的一方用作发送侧，另一方用作接收侧，使各两个地设置的超声波振子12a和12b(或12c和12d)交替操作。根据利用超声波振子12的驱动并以管体10和内部流体作为一个介质而激励的导波在隔开间隔L的超声波收发部之间，从上游传播到下游的传播时间与从下游传播到上游的传播时间之间的传播时间差，来求得流体的流速。

在超声波流量计200中，超声波振子12a及12b(或12c及12d)可设置为以实质上相同的压力按压管体10，并且可同相地在L(0，m)模式下驱动轴对称地设置的超声波振子，而使管体10轴对称地振动。由此，可在管体10中仅激励轴振动模式的振动，能够沿着流体的流动方向只传递轴振动模式的振动。在管体10的外周上轴对称地设置的超声波振子12a和12b(或12c和12d)以同相方式进行驱动。此外，本实施例不排除以相反相位驱动在管体10的外周上轴对称地设置的超声波振子12a和12b(或12c和12d)，以大振幅激励F(1，m)模式的导波，来进行检测的结构。

图6为超声波流量计300的示意图，其中，超声波振子12a及12b(或12c及12d)在接收侧与在发送侧的安装方向不是平行的，而是具有不同角度。在超声波流量计300中，在将超声波振子12设置于收纳体的情况下，可降低从收纳体传播来的超声波信号(驻波)的影响。这是由于驻波在收纳体中平行地传播的缘故，因此可以防止驻波的影响。

在图5及图6中，在管体10与超声波振子12a～12d之间设置有用于转换成适于测量的超声波信号的匹配部件14。为了防止管体10的变形，匹配部件14的与管体之间的接触面形成为曲面，而与管体10充分地接触。为了与管体10充分地接触，可使与管体10之间的接触面为曲面，进而涂敷油膏等、或配置凝胶片，来提高紧贴性。

可针对上部侧的超声波振子12a及12c与下部侧的超声波振子12b及12d独立地设置匹配部件14。图7为本发明的实施例的匹配部件14的示意图。在实施例中，匹配部件14由CFRP集合体来形成，上述CFRP集合体通过将碳纤维沿着一个方向排列在环氧树脂中而得到的CFRP材料片16叠加而成。匹配部件14形成为。CFRP集合体的碳纤维的方向垂直于管体10的方向。匹配部件14形成为，夹入管体10的下端因要夹入管体10而呈弯曲形状，或以设置有槽。

图8为用于可拆装地收纳管体10的收纳体20的示意图。图9为示出打开收纳体20后的内部结构的示意图。本实施例的收纳体20具备用于观察流经管体10的流体的开口22。收纳体20的外部面形状呈曲线或锥形，由此减弱传播到收纳体的驻波。收纳体20具有用于可拆装管体10的铰链24。收纳体20具备用于收纳超声波振子的收纳部26。另外，在收纳体20的内侧具有使管体10仅与匹配部件14接触而不与收纳体20接触的非接触部28。通过具有这种结构，能够降低来自收纳体20的外部的振动对管体10的影响。

图10示出了作为超声波振子12a～12d使用压电陶瓷换能器(piezoelectricceramic transducer，PZT)，在发送侧与接收侧分别使用一个PZT的比较例(图10中的(a)部分)，以及在如本发明的超声波流量计100那样在发送侧与接收侧分别使用一对PZT的实施例1(图10中的(b)部分)中，测量了超声波信号的波形而得的数据。

测量条件如下。

管体的材质：四氟乙烯与全氟丙基乙烯基醚共聚物(PFA)，尺寸1/8英寸(3.17×1.59)

传感器的安装间隔：60mm

驱动脉冲：338kHz，5发

匹配部件：在PZT与管体之间涂敷油膏

水温：常温

环境温度：25℃

观察了第一级的放大器的输出。增益值固定在40。

分别针对(图10中的(a)部分：一个PZT)及(图10中的(b)部分：一对(两个)PZT)示出测量结果的超声波波形。

与1个PZT相比，能够获得更强的超声波信号。

一个：Vpp＝120mV，一对(两个)：Vpp＝792mV。

在图10中的(a)部分及图10中的(b)中，波形W_i示出发送侧的超声波振子所发送的超声波波形，波形W_p示出在接收侧接收导波之前的波形，波形W_o示出在接收侧所接收的导波。在图10中明确可知，通过在发送侧设置两个超声波振子12a及12b(或12c及12d)，可获得与设置两个超声波振子的情况相比远远超出两倍的接收灵敏度。另外，在发送侧与接收侧分别设置一个超声波振子的比较例中，Vpp为120mV，与之相比，在发送侧与接收侧分别设置两个超声波振子的实施例1中，Vpp为792mV，放大到6倍以上。若着重分析波形W_p和波形W_o的S/N比，则明确可知，通过在发送侧设置两个超声波振子，显著提高了S/N比，而且本发明的超声波流量计灵敏度飞跃性地提高。这不是能够简单地预测的效果。

另外，作为实施例2，研究了在使用规定形状的匹配部件14时的效果。匹配部件14使用了如图7所示的CFRP集合体(直径7、1mm)，并在匹配部件14与管体10之间涂敷了油膏(图11中的(a)部分)，或者配置了凝胶片(图11中的(b)部分)。另外，在本发明的实施例中，PZT与CFRP集合体之间利用粘合剂来粘合。明确可知，与在图10中的(b)部分的下部所示的仅配置了油膏的情况相比，如图11所示，在设置了由CFRP集合体形成的匹配部件14的超声波流量计200中，所接收的导波的波形变得尖锐，处于适合于流量测量的状态。另外，即使将在匹配部件14与管体10之间涂敷油膏的实施例(图11中的(a)部分)与在匹配部件14与管体10之间配置凝胶片的实施例(图11中的(b)部分)相比较，所接收的导波的波形也具有相同的水准。

作为实施例3，在本发明的超声波流量计中，对设置在发送侧的两个超声波振子12a及12b(或12c及12d)非对称地配置在管体10的外周时的影响进行了研究。图12中的(a)部分为在管体10的外周配置了超声波振子12a及12b(或12c及12d)的示意图。图12中的(b)部分示出了在与管体10的外周相向地配置超声波振子12a及12b(或12c及12d)的实施例1的波形，图12中的(c)部分示出在管体10的外周以错开45°的方式配置了超声波振子12a及12b(或12c及12d)的实施例3的波形。从图12的结果明确可知，配置超声波振子12a及12b(或12c及12d)的角度不会对所接收的导波产生影响。

如上所述，根据本发明的超声波流量计实现了迄今为止未能实现的具有高灵敏度的流量测量。

(产业上的可利用性)

本发明的超声波流量计可以用于在产业中使用的流速的测量、血管等的生物体中的流体的测量等。

(附图标记说明)

1、12a～12F：超声波振子；2、10：管体；14：匹配部件；

20：收纳体；22：开口；24：铰链；26：收纳部；28：非接触部。

Claims

1.一种超声波流量计，其特征在于，

具有超声波振子，其在流体所流经的管体的外侧，在发送侧与接收侧隔开距离而分别设置有两个或更多，

其中，以同相的方式驱动设置于上述发送侧的两个或更多超声波振子，从而以实质上相同的压力按压上述管体，由此使超声波的振幅增大，

以波长为上述管体的直径或更长的频率来驱动设置于上述发送侧的上述超声波振子，来激励作为在由与超声波波长相比间隔更小的边界面所包围的介质中在长度方向上传播时的超声波传播形态的导波，

上述导波中在被流体填满的上述管体的边界上经模式转换了的纵波和横波不分离。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，在上述管体与上述超声波振子之间设置有用于转换成适合于测量的超声波信号的匹配部件，并且上述匹配部件在与上述管体之间的接触面上设置有曲面或槽。

3.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，以同相的方式驱动轴对称地设置于上述管体上的上述超声波振子。

4.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，上述超声波振子为从圆筒状、柱状、及板状中选择的一种。

5.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，具备外表面形状呈曲线或锥形的收纳体。

6.根据权利要求5所述的超声波流量计，其特征在于，上述收纳体可拆装地设置于上述管体，使上述超声波振子保持规定的距离。

7.根据权利要求5所述的超声波流量计，其特征在于，上述收纳体具备用于观察流经上述管体的流体的开口。