JP2000171282A - 体積差を測定する音響式体積計 - Google Patents
体積差を測定する音響式体積計Info
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- JP2000171282A JP2000171282A JP10358393A JP35839398A JP2000171282A JP 2000171282 A JP2000171282 A JP 2000171282A JP 10358393 A JP10358393 A JP 10358393A JP 35839398 A JP35839398 A JP 35839398A JP 2000171282 A JP2000171282 A JP 2000171282A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 工業的に大量生産された同種同形の物体にお
いて、その中の一つを標準物体とし、それ以外の物体と
この標準物体との体積差を乾燥状態のままで精度よく測
定する音響式体積計を提供する。 【解決手段】 測定容器と、基準容器と、これら２つの
容器に差動的に交番的体積変化を与える音源のスピーカ
と、これら２つの容器を連通する検出チャンネルと、検
出チャンネル内部の音圧を検出する第１マイクロホン
と、基準容器の内部の音圧を検出する第２マイクロホン
等からなり、第２マイクロホンの出力で第１マイクロホ
ンの出力を同期整流し、基準物体を測定容器に入れたと
きの同期整流信号の大きさと、被測定物体を入れたとき
の同期整流信号の大きさにより、上記２つの物体の体積
差を測定する。基準物体の体積が知れていれば、その値
を測定された体積差に加えることにより、被測定物体の
体積もわかる。
いて、その中の一つを標準物体とし、それ以外の物体と
この標準物体との体積差を乾燥状態のままで精度よく測
定する音響式体積計を提供する。 【解決手段】 測定容器と、基準容器と、これら２つの
容器に差動的に交番的体積変化を与える音源のスピーカ
と、これら２つの容器を連通する検出チャンネルと、検
出チャンネル内部の音圧を検出する第１マイクロホン
と、基準容器の内部の音圧を検出する第２マイクロホン
等からなり、第２マイクロホンの出力で第１マイクロホ
ンの出力を同期整流し、基準物体を測定容器に入れたと
きの同期整流信号の大きさと、被測定物体を入れたとき
の同期整流信号の大きさにより、上記２つの物体の体積
差を測定する。基準物体の体積が知れていれば、その値
を測定された体積差に加えることにより、被測定物体の
体積もわかる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複雑な形状の物体の体積
を測定する体積計にして、特に容器内の気体の圧力変化
を利用する方式の体積計にかかわる。
を測定する体積計にして、特に容器内の気体の圧力変化
を利用する方式の体積計にかかわる。
【０００２】
【従来の技術】複雑な形状の物体の体積を測定する一つ
の方法として、スピーカなどの音源によって閉じた容器
の内部空間に交番的な体積変化を与えて内部の気体を断
熱的に圧縮膨張せしめ、そのときの圧力変化、すなわち
音圧、からその容器に入れた被測定物体の体積を求める
という方法がある。
の方法として、スピーカなどの音源によって閉じた容器
の内部空間に交番的な体積変化を与えて内部の気体を断
熱的に圧縮膨張せしめ、そのときの圧力変化、すなわち
音圧、からその容器に入れた被測定物体の体積を求める
という方法がある。
【０００３】この種の測定方法の一つとして、出願人は
特開平 4-98122号の第１図（以下、これを第１の前願発
明と称する）において、基準容器と測定容器の双方に差
動的に交番的体積変化を与え、これら２つの容器を連通
する検出チャンネル内の音圧の大きさにより測定容器に
入れた被測定物体の体積を測定する音響式体積計を提示
した。出願人はまた、特開平7-311071号の図３（以下、
これを第２の前願発明と称する）において、測定容器に
被測定物体を入れ、基準容器に基準物体を入れて、これ
ら２つの容器を連通する検出チャンネル内の音圧の大き
さにより被測定物体と基準物体との体積の差を測定する
音響式体積計を提示した。
特開平 4-98122号の第１図（以下、これを第１の前願発
明と称する）において、基準容器と測定容器の双方に差
動的に交番的体積変化を与え、これら２つの容器を連通
する検出チャンネル内の音圧の大きさにより測定容器に
入れた被測定物体の体積を測定する音響式体積計を提示
した。出願人はまた、特開平7-311071号の図３（以下、
これを第２の前願発明と称する）において、測定容器に
被測定物体を入れ、基準容器に基準物体を入れて、これ
ら２つの容器を連通する検出チャンネル内の音圧の大き
さにより被測定物体と基準物体との体積の差を測定する
音響式体積計を提示した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】第１の前願発明は、基
準容器の内部容積を容積可変機構で変えて、体積測定の
原点を被測定物体の大きさに合わせて都合のよいところ
に移動することにより体積測定の安定性を図ったもので
あるが、検出チャンネル内の音圧の大きさと被測定物体
の体積との関係を表わす測定式が非線形で、測定式の係
数を定めるためには複数の体積既知の物体を用いたキャ
リブレーションが必要である。そして、温度変化などに
より上記の測定式係数に誤差を生じた場合には、この面
倒なキャリブレーションの手順を繰り返さなくてはなら
ない。また、基準容器の容積可変機構も製造コストを高
くする原因になる。第２の前願発明は、第１の前願発明
のように物体の体積を直接に測定するものではなく、被
測定物体と基準物体との体積差を測定するもので、これ
ら２つの物体を入れるために、ほぼ同様の形をした測定
容器と基準容器を備えている。しかし、これら２つの容
器を、内部表面積なども含めてほぼ同様の構造と形状に
することは装置の製造コストを高める。さらにまた、第
１および第２の前願発明では、検出チャンネル内の気体
の運動によって生ずる動圧が、検出すべき音圧に重畳し
て信号対雑音比を悪化させるという現象が生じ、これが
体積測定の精度を低下させる原因になる。
準容器の内部容積を容積可変機構で変えて、体積測定の
原点を被測定物体の大きさに合わせて都合のよいところ
に移動することにより体積測定の安定性を図ったもので
あるが、検出チャンネル内の音圧の大きさと被測定物体
の体積との関係を表わす測定式が非線形で、測定式の係
数を定めるためには複数の体積既知の物体を用いたキャ
リブレーションが必要である。そして、温度変化などに
より上記の測定式係数に誤差を生じた場合には、この面
倒なキャリブレーションの手順を繰り返さなくてはなら
ない。また、基準容器の容積可変機構も製造コストを高
くする原因になる。第２の前願発明は、第１の前願発明
のように物体の体積を直接に測定するものではなく、被
測定物体と基準物体との体積差を測定するもので、これ
ら２つの物体を入れるために、ほぼ同様の形をした測定
容器と基準容器を備えている。しかし、これら２つの容
器を、内部表面積なども含めてほぼ同様の構造と形状に
することは装置の製造コストを高める。さらにまた、第
１および第２の前願発明では、検出チャンネル内の気体
の運動によって生ずる動圧が、検出すべき音圧に重畳し
て信号対雑音比を悪化させるという現象が生じ、これが
体積測定の精度を低下させる原因になる。
【０００５】工業的に大量生産された同種同形の多数の
物体の体積を測定する場合、その中の一つを標準物体と
し、その体積がアルキメデスの原理による水中重量法な
どにより精密に求められれば、あとの物体はこの標準物
体との体積差を測定するだけでその体積を知ることがで
きる。この方法によれば、体積差の測定が低精度であっ
ても、物体の体積は高精度で求められる。また、物体の
体積まで知る必要はなく、単に標準物体との体積差だけ
が知れれば、製品の検査にはそれで十分という場合も多
い。
物体の体積を測定する場合、その中の一つを標準物体と
し、その体積がアルキメデスの原理による水中重量法な
どにより精密に求められれば、あとの物体はこの標準物
体との体積差を測定するだけでその体積を知ることがで
きる。この方法によれば、体積差の測定が低精度であっ
ても、物体の体積は高精度で求められる。また、物体の
体積まで知る必要はなく、単に標準物体との体積差だけ
が知れれば、製品の検査にはそれで十分という場合も多
い。
【０００６】本発明の目的は、上記のような用途に使用
するため、キャリブレーションなどの測定手順が簡単
で、製造コストの安い体積差を測定する音響式体積計を
提供することにある。また、気体の運動による動圧を小
さくするような形態の検出チャンネルを提供することに
より、一般に、検出チャンネルを用いた音響式体積計の
測定精度を向上させることも目的としている。
するため、キャリブレーションなどの測定手順が簡単
で、製造コストの安い体積差を測定する音響式体積計を
提供することにある。また、気体の運動による動圧を小
さくするような形態の検出チャンネルを提供することに
より、一般に、検出チャンネルを用いた音響式体積計の
測定精度を向上させることも目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の体積計の一形態
は、測定容器と、基準容器と、これら２つの容器に差動
的に交番的体積変化を与える音源のスピーカと、これら
２つの容器を連通する検出チャンネルと、検出チャンネ
ル内部の音圧を検出する第１の圧力検出器としてのマイ
クロホンと、基準容器または測定容器の内部の音圧を検
出する第２の圧力検出器としてのマイクロホン等からな
り、第２の圧力検出器の出力信号で第１の圧力検出器の
出力信号を同期整流し、基準物体を測定容器に入れたと
きの上記の同期整流した信号の大きさと、被測定物体を
測定容器に入れたときの上記の同期整流した信号の大き
さとにより、被測定物体と基準物体との体積差を測定す
るようになっている。
は、測定容器と、基準容器と、これら２つの容器に差動
的に交番的体積変化を与える音源のスピーカと、これら
２つの容器を連通する検出チャンネルと、検出チャンネ
ル内部の音圧を検出する第１の圧力検出器としてのマイ
クロホンと、基準容器または測定容器の内部の音圧を検
出する第２の圧力検出器としてのマイクロホン等からな
り、第２の圧力検出器の出力信号で第１の圧力検出器の
出力信号を同期整流し、基準物体を測定容器に入れたと
きの上記の同期整流した信号の大きさと、被測定物体を
測定容器に入れたときの上記の同期整流した信号の大き
さとにより、被測定物体と基準物体との体積差を測定す
るようになっている。
【０００８】
【効果】このようにすると、測定される量は、被測定物
体の体積そのものに比べてずっと小さい体積差であるか
ら、同期整流した信号と体積差との関係を表わす測定式
はほとんど線形になり、その勾配などを定めるキャリブ
レーションは簡単になる。温度変化等によりこの測定式
に誤差を生じた場合にも、基準物体を測定容器に入れて
そのときの同期整流した信号の大きさを設定し直すだけ
でよく、測定式の勾配まで設定するキャリブレーション
をやり直す必要はほとんどない。また、本発明では、第
２の前願発明のように被測定物体と基準物体とをそれぞ
れ測定容器と基準容器の別々の容器に入れるのではな
く、被測定物体と同じく、基準物体を測定容器に入れて
体積差を測定するのであるから、これら２つの物体は同
じ容器条件の下に置かれることになり、体積差測定の精
度が向上する。さらに、基準容器の中に物体を入れる必
要がないから、その構造や形状の自由度が増し、製作コ
ストも低減する。
体の体積そのものに比べてずっと小さい体積差であるか
ら、同期整流した信号と体積差との関係を表わす測定式
はほとんど線形になり、その勾配などを定めるキャリブ
レーションは簡単になる。温度変化等によりこの測定式
に誤差を生じた場合にも、基準物体を測定容器に入れて
そのときの同期整流した信号の大きさを設定し直すだけ
でよく、測定式の勾配まで設定するキャリブレーション
をやり直す必要はほとんどない。また、本発明では、第
２の前願発明のように被測定物体と基準物体とをそれぞ
れ測定容器と基準容器の別々の容器に入れるのではな
く、被測定物体と同じく、基準物体を測定容器に入れて
体積差を測定するのであるから、これら２つの物体は同
じ容器条件の下に置かれることになり、体積差測定の精
度が向上する。さらに、基準容器の中に物体を入れる必
要がないから、その構造や形状の自由度が増し、製作コ
ストも低減する。
【０００９】検出チャンネルの形態については、内部の
音圧を検出すべき場所のチャンネルの断面積を他の部分
より大きくすることにより、その場所の気体の流速を小
さくする。このようにすると、動圧は流速の２乗に比例
して小さくなる。以下、実施例により本発明の構造、作
用などを詳述する。
音圧を検出すべき場所のチャンネルの断面積を他の部分
より大きくすることにより、その場所の気体の流速を小
さくする。このようにすると、動圧は流速の２乗に比例
して小さくなる。以下、実施例により本発明の構造、作
用などを詳述する。
【００１０】
【第１実施例】図１において、１は容積Ｖ1 の基準容
器、２は容積Ｖ0 の測定容器で、その中に体積Ｖ3 の物
体３が入れられるが、この物体３は基準物体または被測
定物体である。基準容器１の下部には蓋４がつけられて
おり、この蓋を測定容器２の上に載せて測定容器を閉じ
るようになっている。６は音源のスピーカで、信号発生
器１６から１対の導線１３および１対の気密端子１２を
通じて交流駆動信号が供給されると、スピーカ６の振動
板７が振動し、測定容器２と基準容器１の内部空間に
は、絶対値が等しく符号が互いに反対の交番的体積変化
が与えられる。
器、２は容積Ｖ0 の測定容器で、その中に体積Ｖ3 の物
体３が入れられるが、この物体３は基準物体または被測
定物体である。基準容器１の下部には蓋４がつけられて
おり、この蓋を測定容器２の上に載せて測定容器を閉じ
るようになっている。６は音源のスピーカで、信号発生
器１６から１対の導線１３および１対の気密端子１２を
通じて交流駆動信号が供給されると、スピーカ６の振動
板７が振動し、測定容器２と基準容器１の内部空間に
は、絶対値が等しく符号が互いに反対の交番的体積変化
が与えられる。
【００１１】図２は測定容器と基準容器の内部を連通す
る検出チャンネルの連通管５を表わす。この連通管は、
測定室５０の上下に長さＬ1 のパイプ５１と長さＬ2 の
パイプ５２を取付けた構造で、全体として検出チャンネ
ル５を構成する。そして、検出チャンネルの内部の音圧
を検出するマイクロホン１０をこの測定室５０の内部に
入れ、キャップ５３で蓋をするようになっている。マイ
クロホン１０の出力信号はキャップ５３を貫通する導線
１５で外部に導き出される。
る検出チャンネルの連通管５を表わす。この連通管は、
測定室５０の上下に長さＬ1 のパイプ５１と長さＬ2 の
パイプ５２を取付けた構造で、全体として検出チャンネ
ル５を構成する。そして、検出チャンネルの内部の音圧
を検出するマイクロホン１０をこの測定室５０の内部に
入れ、キャップ５３で蓋をするようになっている。マイ
クロホン１０の出力信号はキャップ５３を貫通する導線
１５で外部に導き出される。
【００１２】スピーカ６が交流駆動信号で駆動される
と、基準容器１と測定容器２の内部には符号が互いに反
対の音圧が生ずるが、これによって検出チャンネル５の
内部には作動気体の往復運動が生じ、その際、往復運動
の流速ｕによってρｕ2 ／２なる動圧が発生する。第１
および第２の前願発明のように、ストレートのパイプの
検出チャンネルを用い、その側壁に孔を開けてマイクロ
ホンを取付けて内部の音圧を検出すると、検出すべき音
圧に上記の動圧が重畳されて信号対雑音比が低下する。
本発明のように、測定室５０を設けると、その部分の内
部断面積はパイプ５１および５２の内部断面積にくらべ
て大きいから、測定室５０内部での流速はパイプ５１お
よび５２の内部での流速に比べて小さくなり、したがっ
て測定室５０の内部での動圧は、流速の２乗に比例し
て、非常に小さくなる。
と、基準容器１と測定容器２の内部には符号が互いに反
対の音圧が生ずるが、これによって検出チャンネル５の
内部には作動気体の往復運動が生じ、その際、往復運動
の流速ｕによってρｕ2 ／２なる動圧が発生する。第１
および第２の前願発明のように、ストレートのパイプの
検出チャンネルを用い、その側壁に孔を開けてマイクロ
ホンを取付けて内部の音圧を検出すると、検出すべき音
圧に上記の動圧が重畳されて信号対雑音比が低下する。
本発明のように、測定室５０を設けると、その部分の内
部断面積はパイプ５１および５２の内部断面積にくらべ
て大きいから、測定室５０内部での流速はパイプ５１お
よび５２の内部での流速に比べて小さくなり、したがっ
て測定室５０の内部での動圧は、流速の２乗に比例し
て、非常に小さくなる。
【００１３】８はダミー物体で、必須のものではない
が、基準物体または被測定物体の物体３を測定容器２の
中に入れたときにマイクロホン１０の出力信号がほぼ０
となるように測定容器２の容積Ｖ0 を調整する。この調
整は、検出チャンネル５の上下の長さの比Ｌ1 ／Ｌ2 を
変えることなどによっても行なうことができる。
が、基準物体または被測定物体の物体３を測定容器２の
中に入れたときにマイクロホン１０の出力信号がほぼ０
となるように測定容器２の容積Ｖ0 を調整する。この調
整は、検出チャンネル５の上下の長さの比Ｌ1 ／Ｌ2 を
変えることなどによっても行なうことができる。
【００１４】いま、測定容器２の中に物体３がなくて空
の状態であるとし、スピーカ６が駆動され、その振動板
７が押し出されて測定容器２内部の気体がΔＶなる体積
だけ圧縮された瞬間を考えると、基準容器１内部の気体
はΔＶなる体積だけ膨張する。その際、検出チャンネル
５を通して作動気体が流れるが、５から流出する気体の
体積と、そのとき同時に５に流入する気体の体積は等し
いから、この流出、流入する気体の体積を上記のΔＶに
含めて考えれば、結局、測定容器２と基準容器１の内部
空間に絶対値が等しく符号が互いに反対の体積変化が差
動的に与えられるということになる。その結果、基準容
器１の中に生ずる圧力変化を−ΔＰ1 、測定容器２の内
部に生ずる圧力変化をΔＰ2 とすると、気体の断熱変化
の関係式より
の状態であるとし、スピーカ６が駆動され、その振動板
７が押し出されて測定容器２内部の気体がΔＶなる体積
だけ圧縮された瞬間を考えると、基準容器１内部の気体
はΔＶなる体積だけ膨張する。その際、検出チャンネル
５を通して作動気体が流れるが、５から流出する気体の
体積と、そのとき同時に５に流入する気体の体積は等し
いから、この流出、流入する気体の体積を上記のΔＶに
含めて考えれば、結局、測定容器２と基準容器１の内部
空間に絶対値が等しく符号が互いに反対の体積変化が差
動的に与えられるということになる。その結果、基準容
器１の中に生ずる圧力変化を−ΔＰ1 、測定容器２の内
部に生ずる圧力変化をΔＰ2 とすると、気体の断熱変化
の関係式より
【数１】ΔＰ1 ／Ｐ0 ＝γΔＶ／Ｖ1
【数２】ΔＰ2 ／Ｐ0 ＝γΔＶ／Ｖ0
【００１５】となる。ここでＰ0 は容器１および２内部
の作動気体の平均的な静圧力であり、γは作動気体の比
熱比である。上記２つの式より
の作動気体の平均的な静圧力であり、γは作動気体の比
熱比である。上記２つの式より
【数３】ΔＰ1 ／ΔＰ2 ＝Ｖ0 ／Ｖ1
【００１６】となる。すなわち、圧力変化の大きさの比
は体積変化ΔＶ、静圧力Ｐ0 、比熱比γにはよらず、容
積比Ｖ0 ／Ｖ1 によって定まる。
は体積変化ΔＶ、静圧力Ｐ0 、比熱比γにはよらず、容
積比Ｖ0 ／Ｖ1 によって定まる。
【００１７】スピーカ６の交流駆動信号の周波数をｆと
し、ｔで時間を表わすと、基準容器内の圧力変化−ΔＰ
1 および測定容器内の圧力変化ΔＰ2 は、それぞれ次式
で示すような、互いに１８０度位相の異なる周波数ｆの
音圧になる。
し、ｔで時間を表わすと、基準容器内の圧力変化−ΔＰ
1 および測定容器内の圧力変化ΔＰ2 は、それぞれ次式
で示すような、互いに１８０度位相の異なる周波数ｆの
音圧になる。
【数４】−ΔＰ1 ＝−Ｐ1 ｓｉｎ２πｆｔ
【数５】ΔＰ2 ＝Ｐ2 ｓｉｎ２πｆｔ
【００１８】ここで、Ｐ1 、Ｐ2 は音圧振幅で、それら
の比は
の比は
【数６】Ｐ1 ／Ｐ2 ＝Ｖ0 ／Ｖ1
【００１９】である。
【００２０】検出チャンネル５の測定容器２の方の端で
の音圧はΔＰ2 で、基準容器１の方の端での音圧は−Δ
Ｐ1 であり、マイクロホン１０で検出される測定室５０
の内部の音圧は、上記２つの音圧をパイプ５１の音響イ
ンピーダンスＺ1 とパイプ５２の音響インピーダンスＺ
2 とで比例按分したものになる。したがって
の音圧はΔＰ2 で、基準容器１の方の端での音圧は−Δ
Ｐ1 であり、マイクロホン１０で検出される測定室５０
の内部の音圧は、上記２つの音圧をパイプ５１の音響イ
ンピーダンスＺ1 とパイプ５２の音響インピーダンスＺ
2 とで比例按分したものになる。したがって
【数７】Ｚ1 ／Ｚ2 ＝Ｐ1 ／Ｐ2 ＝Ｖ0 ／Ｖ1
【００２１】の場合には、マイクロホン１０で検出され
る検出チャンネル５の内部の音圧の大きさは０になる。
る検出チャンネル５の内部の音圧の大きさは０になる。
【００２２】図３は信号処理装置１７の内部構造の一例
である。マイクロホン１０の出力信号ｅ0 は気密端子１
４を経て導線１５により信号処理装置１７に至り、増幅
器１７０で増幅され同期整流器１７７の入力となる。一
方、基準容器１の中に設けられたマイクロホン１１は基
準容器１の内部の音圧を検出するが、その出力信号ｅ1
は気密端子１４’を経て導線１５’により信号処理装置
１７に至り、増幅器１７１で増幅され、基準信号として
同期整流器１７７のもう一つの入力となる。信号ｅ1 は
基準容器１の内部の音圧−ΔＰ1 を表わすが、同期整流
器１７７では、マイクロホン１０の出力信号ｅ0 の波形
の内で信号ｅ1 と同相の成分が検出され、その成分の大
きさを表わす出力信号Ｑは指示計器１７８によって表示
される。信号ｅ1 はまた、整流器１７５によって整流さ
れ、その出力信号は導線１８によって信号発生器１６に
至り、基準容器１内部の音圧の大きさがほぼ一定となる
ようにスピーカ６に与えられる駆動信号の振幅を制御す
る。この制御は必須のものではないが、体積差の測定精
度を向上させる効果がある。１７９は加算器で、同期整
流器１７７の出力信号Ｑに−ＱS なるバイアスを与える
ものであるが、その作用については後述する。
である。マイクロホン１０の出力信号ｅ0 は気密端子１
４を経て導線１５により信号処理装置１７に至り、増幅
器１７０で増幅され同期整流器１７７の入力となる。一
方、基準容器１の中に設けられたマイクロホン１１は基
準容器１の内部の音圧を検出するが、その出力信号ｅ1
は気密端子１４’を経て導線１５’により信号処理装置
１７に至り、増幅器１７１で増幅され、基準信号として
同期整流器１７７のもう一つの入力となる。信号ｅ1 は
基準容器１の内部の音圧−ΔＰ1 を表わすが、同期整流
器１７７では、マイクロホン１０の出力信号ｅ0 の波形
の内で信号ｅ1 と同相の成分が検出され、その成分の大
きさを表わす出力信号Ｑは指示計器１７８によって表示
される。信号ｅ1 はまた、整流器１７５によって整流さ
れ、その出力信号は導線１８によって信号発生器１６に
至り、基準容器１内部の音圧の大きさがほぼ一定となる
ようにスピーカ６に与えられる駆動信号の振幅を制御す
る。この制御は必須のものではないが、体積差の測定精
度を向上させる効果がある。１７９は加算器で、同期整
流器１７７の出力信号Ｑに−ＱS なるバイアスを与える
ものであるが、その作用については後述する。
【００２３】同期整流の位相基準である信号ｅ1 は、マ
イクロホン１１を測定容器２の内部につけ替えて、測定
容器２の内部の音圧ΔＰ2 を検出して得るようにしても
よい。ただし、測定容器２の内部の音圧は基準容器１の
内部の音圧に対して１８０度の位相差を持っているの
で、同期整流器１７７の出力信号の極性は逆になる。そ
れに伴って、後述する体積差の測定式の符号も反転す
る。同期整流の位相基準となる信号としてスピーカ６を
駆動する信号発生器１６の出力信号を使い、マイクロホ
ン１１を廃することも考えられるが、スピーカ６の入力
端子電圧とマイクロホン１０で検出される検出チャンネ
ル５の内部の音圧との位相差は必ずしも一定ではなく、
基準容器１や測定容器２の容積など、スピーカ６の音響
的負荷によって変化する。本発明におけるように、基準
容器１の内部の音圧−ΔＰ1 または測定容器２の内部の
音圧ΔＰ2 をマイクロホン１１で検出して、その出力信
号ｅ1でマイクロホン１０の出力信号ｅ0 を同期整流す
るようにすると、マイクロホン１０で検出される検出チ
ャンネル５の内部の音圧は、上記の音圧−ΔＰ1 とΔＰ
2 を比例按分したものであるから、信号ｅ0 とｅ1 との
位相差は０度または１８０度であり、この関係は上記の
音響的負荷などによっても変化しないので、安定した同
期整流を行なうことができる。
イクロホン１１を測定容器２の内部につけ替えて、測定
容器２の内部の音圧ΔＰ2 を検出して得るようにしても
よい。ただし、測定容器２の内部の音圧は基準容器１の
内部の音圧に対して１８０度の位相差を持っているの
で、同期整流器１７７の出力信号の極性は逆になる。そ
れに伴って、後述する体積差の測定式の符号も反転す
る。同期整流の位相基準となる信号としてスピーカ６を
駆動する信号発生器１６の出力信号を使い、マイクロホ
ン１１を廃することも考えられるが、スピーカ６の入力
端子電圧とマイクロホン１０で検出される検出チャンネ
ル５の内部の音圧との位相差は必ずしも一定ではなく、
基準容器１や測定容器２の容積など、スピーカ６の音響
的負荷によって変化する。本発明におけるように、基準
容器１の内部の音圧−ΔＰ1 または測定容器２の内部の
音圧ΔＰ2 をマイクロホン１１で検出して、その出力信
号ｅ1でマイクロホン１０の出力信号ｅ0 を同期整流す
るようにすると、マイクロホン１０で検出される検出チ
ャンネル５の内部の音圧は、上記の音圧−ΔＰ1 とΔＰ
2 を比例按分したものであるから、信号ｅ0 とｅ1 との
位相差は０度または１８０度であり、この関係は上記の
音響的負荷などによっても変化しないので、安定した同
期整流を行なうことができる。
【００２４】体積差の測定に先立って、マイクロホン１
０の出力信号がほぼ０となるようにダミー物体８の体積
を調整する。前述したように、この調整は検出チャンネ
ル５の上下の長さの長さＬ1 、Ｌ2 やそれらの太さを変
えることによっても行なうことができる。また、基準容
器１の内壁に油粘土などの充填材を付けてその容積Ｖ1
を減少させると、これは負の体積のダミー物体を測定容
器２に入れることと同じ効果を生ずる。通常、被測定物
体または基準物体である物体３の体積Ｖ3 は、測定容器
２の容積Ｖ0 のたかだか１／３程度であるから、上記の
調整は測定容器２の中に物体３がある状態で行なって
も、ない状態で行なってもよい。上記のマイクロホン１
０の出力信号がほぼ０となるという意味は、その程度の
ものである。また、このような調整を行なわなくても、
最初から（数７）の関係がほぼ成り立っていて、マイク
ロホン１０の出力信号がほぼ０になっていれば、以上の
調整手順は省略できる。
０の出力信号がほぼ０となるようにダミー物体８の体積
を調整する。前述したように、この調整は検出チャンネ
ル５の上下の長さの長さＬ1 、Ｌ2 やそれらの太さを変
えることによっても行なうことができる。また、基準容
器１の内壁に油粘土などの充填材を付けてその容積Ｖ1
を減少させると、これは負の体積のダミー物体を測定容
器２に入れることと同じ効果を生ずる。通常、被測定物
体または基準物体である物体３の体積Ｖ3 は、測定容器
２の容積Ｖ0 のたかだか１／３程度であるから、上記の
調整は測定容器２の中に物体３がある状態で行なって
も、ない状態で行なってもよい。上記のマイクロホン１
０の出力信号がほぼ０となるという意味は、その程度の
ものである。また、このような調整を行なわなくても、
最初から（数７）の関係がほぼ成り立っていて、マイク
ロホン１０の出力信号がほぼ０になっていれば、以上の
調整手順は省略できる。
【００２５】図４は、同期整流器１７７の出力信号Ｑと
測定容器２の中に入れた物体３の体積Ｖ3 の関係を表わ
すグラフである。まず、測定容器２の中に物体３として
体積ＶS の標準物体を入れ、そのときのＱの値としてＱ
S を得る。これはグラフのＳ点に対応する。つぎに、標
準物体に加えて、既知体積ＶA の小物体を測定容器２に
追加して入れて、そのときのＱの値としてＱA を得る。
これはグラフのＡ点に対応する。Ａ点とＳ点を結んだ直
線が体積差の測定式を表わす。測定容器２に体積ＶX の
被測定物体を物体３として入れたときのＱの値をＱX と
すると、それはグラフのＸ点に対応し、体積差ＶD は上
記の直線に対応する
測定容器２の中に入れた物体３の体積Ｖ3 の関係を表わ
すグラフである。まず、測定容器２の中に物体３として
体積ＶS の標準物体を入れ、そのときのＱの値としてＱ
S を得る。これはグラフのＳ点に対応する。つぎに、標
準物体に加えて、既知体積ＶA の小物体を測定容器２に
追加して入れて、そのときのＱの値としてＱA を得る。
これはグラフのＡ点に対応する。Ａ点とＳ点を結んだ直
線が体積差の測定式を表わす。測定容器２に体積ＶX の
被測定物体を物体３として入れたときのＱの値をＱX と
すると、それはグラフのＸ点に対応し、体積差ＶD は上
記の直線に対応する
【数８】ＶD ＝ＶX −ＶS ＝Ｋ（ＱS −ＱX ）
【００２６】なる測定式によって表わされる。ここで、
係数Ｋは次式で表わされる。
係数Ｋは次式で表わされる。
【数９】Ｋ＝ＶA ／（ＱS −ＱA ）
【００２７】キャリブレーションにより上記の測定式を
作るときに、予め知っておかなければならないのは、追
加して入れる小物体の体積ＶA だけであって、標準物体
の体積ＶS の値は未知であっても、体積差ＶD ＝ＶX −
ＶS の測定にはなんら差し支えがない。しかし、被測定
物体の体積ＶX の値そのものを知ることが求められるな
らば、後日でもよいから、何らかの方法で標準物体の体
積ＶS を求め、その値を測定されて記録されている体積
差ＶD に加えてＶX の値を求める。なお、図４において
は、Ｓ、Ａ、Ｘの点はすべてＱの正の範囲にあったが、
これらの点の一部または全部がＱの負の範囲にあっても
よい。また、Ｚ点はＱが０となるＶ3 の値を示すが、Ｖ
3 とＱの関係は実際には非線形でそのグラフは曲線であ
り、Ａ点とＳ点を通る直線で体積差ＶD が小さい範囲を
１次近似した測定式の直線グラフが、正確に上記のＺ点
を通るとは限らない。
作るときに、予め知っておかなければならないのは、追
加して入れる小物体の体積ＶA だけであって、標準物体
の体積ＶS の値は未知であっても、体積差ＶD ＝ＶX −
ＶS の測定にはなんら差し支えがない。しかし、被測定
物体の体積ＶX の値そのものを知ることが求められるな
らば、後日でもよいから、何らかの方法で標準物体の体
積ＶS を求め、その値を測定されて記録されている体積
差ＶD に加えてＶX の値を求める。なお、図４において
は、Ｓ、Ａ、Ｘの点はすべてＱの正の範囲にあったが、
これらの点の一部または全部がＱの負の範囲にあっても
よい。また、Ｚ点はＱが０となるＶ3 の値を示すが、Ｖ
3 とＱの関係は実際には非線形でそのグラフは曲線であ
り、Ａ点とＳ点を通る直線で体積差ＶD が小さい範囲を
１次近似した測定式の直線グラフが、正確に上記のＺ点
を通るとは限らない。
【００２８】図４の装置を使った実際の測定手順は、ま
ず、測定容器２に標準物体を入れ、指示計器１７８の指
針が中央の０を指すように、加算器１７９において同期
整流器１７７の出力信号Ｑに加えるバイアス信号−ＱS
を加減する。つぎに、既知体積ＶA の小物体を追加して
測定容器２に入れ、そのときの指示計器１７８の指針の
振れから測定式の係数Ｋの値を定める。あとは、標準物
体や上記の小物体を測定容器２から取り出し、被測定物
体を測定容器２の中に入れて、そのときの指示計器１７
８の指針の左右の振れから、正負の符号も含めた体積差
ＶD の値を知る。
ず、測定容器２に標準物体を入れ、指示計器１７８の指
針が中央の０を指すように、加算器１７９において同期
整流器１７７の出力信号Ｑに加えるバイアス信号−ＱS
を加減する。つぎに、既知体積ＶA の小物体を追加して
測定容器２に入れ、そのときの指示計器１７８の指針の
振れから測定式の係数Ｋの値を定める。あとは、標準物
体や上記の小物体を測定容器２から取り出し、被測定物
体を測定容器２の中に入れて、そのときの指示計器１７
８の指針の左右の振れから、正負の符号も含めた体積差
ＶD の値を知る。
【００２９】
【第２実施例】図５はディジタル計算機を使用した信号
処理装置１７の１例で、それ以外の部分は、信号発生器
１６を制御するための導線１８がないことを除いては、
第１実施例と同じである。マイクロホンの出力信号ｅ0
とｅ1 は、それぞれ増幅器１７０と１７１で増幅された
のち、アナログディジタル変換器１８２と１８１によっ
て、それらの信号の同じ時間帯の波形がディジタル計算
機１８０にとりこまれる。１８２と１８１の変換動作は
ディジタル計算機から導線１８４、１８３によって供給
される制御信号によって制御される。
処理装置１７の１例で、それ以外の部分は、信号発生器
１６を制御するための導線１８がないことを除いては、
第１実施例と同じである。マイクロホンの出力信号ｅ0
とｅ1 は、それぞれ増幅器１７０と１７１で増幅された
のち、アナログディジタル変換器１８２と１８１によっ
て、それらの信号の同じ時間帯の波形がディジタル計算
機１８０にとりこまれる。１８２と１８１の変換動作は
ディジタル計算機から導線１８４、１８３によって供給
される制御信号によって制御される。
【００３０】計算機１８０の内部では、上記のとりこま
れたｅ0 およびｅ1 の信号波形についてフーリエ変換を
行ない、ｅ0 の振幅Ｅ0 と位相θ0 およびｅ1 の振幅Ｅ
1 と位相θ1 を算出する。そして
れたｅ0 およびｅ1 の信号波形についてフーリエ変換を
行ない、ｅ0 の振幅Ｅ0 と位相θ0 およびｅ1 の振幅Ｅ
1 と位相θ1 を算出する。そして
【数１０】Ｑ＝Ｅ0 ｃｏｓ（θ0 −θ1)
【００３１】を算出するが、このＱは信号ｅ0 の中の信
号ｅ1 と同相の成分の振幅であり、図３の同期整流器１
７７の出力信号Ｑと同じである。したがって、上記（数
１０）のＱを用い、標準物体や体積既知の小物体を使っ
て、第１実施例の場合と同様の操作でキャリブレーショ
ンを行なって（数８）、（数９）の測定式を計算機の中
に作って記憶し、その計算式を用いて、測定容器に被測
定物体を入れて、体積差ＶD の値を求める。
号ｅ1 と同相の成分の振幅であり、図３の同期整流器１
７７の出力信号Ｑと同じである。したがって、上記（数
１０）のＱを用い、標準物体や体積既知の小物体を使っ
て、第１実施例の場合と同様の操作でキャリブレーショ
ンを行なって（数８）、（数９）の測定式を計算機の中
に作って記憶し、その計算式を用いて、測定容器に被測
定物体を入れて、体積差ＶD の値を求める。
【００３２】図５の信号処理装置１７では、信号発生器
１６を制御して基準容器１の内部の音圧の大きさを一定
に保つための信号は発生しない。しかし、同期整流され
た信号Ｑを信号ｅ1 の大きさを表わす振幅Ｅ1 で除した
量Ｒ、すなわち
１６を制御して基準容器１の内部の音圧の大きさを一定
に保つための信号は発生しない。しかし、同期整流され
た信号Ｑを信号ｅ1 の大きさを表わす振幅Ｅ1 で除した
量Ｒ、すなわち
【数１１】 Ｒ＝Ｑ／Ｅ1 ＝（Ｅ0/Ｅ1)ｃｏｓ（θ0 −θ1)
【００３３】なる量を計算機１８０で算出し、このＲを
（数８）、（数９）におけるＱに代入した測定式を用い
ると、これは第１実施例と同じく、基準容器１の内部の
音圧を一定に保ちつつ体積差を測定することに等価であ
る。また、マイクロホン１１を測定容器２の内部の音圧
を検出するようにつけ替えてもよいが、この場合、Ｒを
用いて測定すると、今度は測定容器２の内部の音圧を一
定に保ちつつ体積差を測定することに等価となる。ただ
し、測定容器２の内部の音圧は基準容器１の内部の音圧
に対して１８０度の位相差を持っているので、この場
合、（数８）、（数９）の測定式におけるＱの符号が反
転する。また、Ｑの代わりに代入するＲの符号も反転す
る。体積差の測定においてＱの代わりにＲを用いること
は必須の条件ではないが、測定精度を向上させる効果が
ある。
（数８）、（数９）におけるＱに代入した測定式を用い
ると、これは第１実施例と同じく、基準容器１の内部の
音圧を一定に保ちつつ体積差を測定することに等価であ
る。また、マイクロホン１１を測定容器２の内部の音圧
を検出するようにつけ替えてもよいが、この場合、Ｒを
用いて測定すると、今度は測定容器２の内部の音圧を一
定に保ちつつ体積差を測定することに等価となる。ただ
し、測定容器２の内部の音圧は基準容器１の内部の音圧
に対して１８０度の位相差を持っているので、この場
合、（数８）、（数９）の測定式におけるＱの符号が反
転する。また、Ｑの代わりに代入するＲの符号も反転す
る。体積差の測定においてＱの代わりにＲを用いること
は必須の条件ではないが、測定精度を向上させる効果が
ある。
【図１】本発明の第１実施例の体積差を測定する装置。
【図２】検出チャンネルの構造の一例。
【図３】本発明の第１実施例における信号処理装置。
【図４】同期整流器の出力信号Ｑと物体３の体積Ｖ3 の
関係。
関係。
【図５】本発明の第２実施例におけるディジタル計算機
を用いた信号処理装置。
を用いた信号処理装置。
１ 容積Ｖ1 の第１の基準容器 ２ 容積Ｖ0 の第２の測定容器 ３ 体積Ｖ3 の物体 ４ 蓋 ５ 検出チャンネル ６ スピーカ ７ スピーカの振動板 ８ ダミー物体 １０、１１ マイクロホン １２ 一対の気密端子 １３ 一対の導線 １４、１４’ 気密端子 １５、１５’、１８ 導線 １６ 信号発生器 １７ 信号処理装置 ５０ 測定室 ５１、５２ パイプ ５３ キャップ １７０、１７１ 増幅器 １７５ 整流器 １７７ 同期整流器 １７８ 指示計器 １７９ 加算器 １８０ ディジタル計算機 １８１、１８２ アナログディジタル変換器 １８３、１８４ 導線
Claims (3)
- 【請求項１】 測定容器と、基準容器と、測定容器と基
準容器に交番的体積変化を差動的に与える音源と、音源
を駆動する信号発生器と、測定容器と基準容器を連通す
る検出チャンネルと、検出チャンネル内部の音圧がほぼ
零となる場所における上記の音圧を検出する第１の圧力
検出器と、基準容器または測定容器の内部の音圧を検出
する第２の圧力検出器と、上記の２つの圧力検出器の出
力信号を処理する信号処理装置とからなり、第２の圧力
検出器の出力信号で第１の圧力検出器の出力信号を同期
整流するようにし、被測定物体とほぼ同体積の基準物体
を測定容器の中に入れたときの上記の同期整流によって
得られた信号の大きさと、被測定物体を測定容器に入れ
たときの上記の同期整流して得られた信号の大きさとに
より、被測定物体と基準物体との体積の差を測定する音
響式体積計。 - 【請求項２】 上記の同期整流によって得られた信号に
替えて、上記の同期整流によって得られた信号を上記の
第２の圧力変換器の出力の大きさで除した信号を用い
る、請求項１に記載の音響式体積計。 - 【請求項３】 音響式体積計の容器を連通する検出チャ
ンネルで、その内部の音圧を圧力検出器で検出する場所
の内部断面積を他の部分の内部断面積より大きくして作
動気体のその場所での動圧を小さくしたことを特徴とす
るもの。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10358393A JP2000171282A (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 体積差を測定する音響式体積計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10358393A JP2000171282A (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 体積差を測定する音響式体積計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000171282A true JP2000171282A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=18459063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10358393A Pending JP2000171282A (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 体積差を測定する音響式体積計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000171282A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2902876A1 (fr) * | 2006-06-21 | 2007-12-28 | A 2E Sa | Procede et dispositif de mesure volumetrique du taux de remplissage volumetrique |
| JP2010286255A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Kumamoto Univ | 音響式測定装置及び音響式測定方法 |
| KR101575891B1 (ko) * | 2015-08-10 | 2015-12-11 | 한국지질자원연구원 | 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법 |
-
1998
- 1998-12-03 JP JP10358393A patent/JP2000171282A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2902876A1 (fr) * | 2006-06-21 | 2007-12-28 | A 2E Sa | Procede et dispositif de mesure volumetrique du taux de remplissage volumetrique |
| JP2010286255A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Kumamoto Univ | 音響式測定装置及び音響式測定方法 |
| KR101575891B1 (ko) * | 2015-08-10 | 2015-12-11 | 한국지질자원연구원 | 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법 |
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090701 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090701 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090804 |
|
| A02 | Decision of refusal |
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