JP2000205914A - 超音波送受信装置 - Google Patents

超音波送受信装置

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JP2000205914A
JP2000205914A JP11002976A JP297699A JP2000205914A JP 2000205914 A JP2000205914 A JP 2000205914A JP 11002976 A JP11002976 A JP 11002976A JP 297699 A JP297699 A JP 297699A JP 2000205914 A JP2000205914 A JP 2000205914A
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JP
Japan
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ultrasonic
diaphragm
transmitter
angle
receiver
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JP11002976A
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English (en)
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Nobuhiro Ukesono
信博 請園
Akio Yasumatsu
彰夫 安松
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐ノイズ特性が良好な超音波送受信装置を提
供する。 【解決手段】 測定流体が通過する管路の壁面にこの測
定流体を介して相対向して設けられ、第1の振動板を振
動させることによりこの測定流体中に超音波を送信する
超音波送信器と、 前記測定流体中を伝播した超音波に
第2の振動板が振動させられることにより超音波を受信
する超音波受信器とからなる超音波送受信装置におい
て、前記第1及び第2の振動板の少なくとも一方の表面
に設けられ凹凸部分の内の前記振動板の面中心から外周
方向に向く各斜面の前記振動板の面に対する角度が送信
器から送信された超音波が受信器で反射され更に送信器
で反射されても受信器の振動板に受信されないような角
度となる斜面を有する凹凸部を具備した事を特徴とする
超音波送受信装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波送受信装置に
係り、特に測定流体の流量等を超音波を用いて測定する
超音波流量計に用いられて好適で、耐ノイズ特性が良好
な超音波送受信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図11は、従来より一般に使用されてい
る従来例の構成説明図で、超音波送受信装置の従来例が
適用された超音波式渦流量計を示す。図11従来例は、
例えば、特開平3−053126号(特願平1−187
642号)に示されている。
【0003】図において、超音波送受信装置の送信器1
及ぴ受信器2は、測定管路3に対向して取付けられてい
る。渦発生体4は測定管路3に直交して挿入配置されて
いる。
【0004】送信器1及ぴ受信器2において、1a,2
aは超音波振動子、1b,2bは振動板、1c,ldは
超音波発振器より超音波信号が供給される端子であり、
2c,2dは受信された超音波信号を後段の検出器等へ
供給する端子である。複数の環状溝5(51,52…)
は、図12,図13に拡大して示す如く、振動板1a,
2aに設けられている。
【0005】即ち、振動板1a,2aの表面には、径の
異なる複数の環状溝5(51,52…)が同心円状に形成
されており、断面で見ると三角形状の凹部と凸部とが交
互に形成されている。送信器1の振動板1bより測定流
体中に送信された超音波は、振動板1bの表面に形成さ
れた環状溝5(51,52…)の傾斜面より発信される。
【0006】従って、複数の環状溝5(51,52…)よ
り送信された超音波は,送信器1と180°で相対向す
る受信器2へ直進せず、ある角度に広がりながら進む回
折波となって測定流体中を進むことになる。しかも、回
折波同士が干渉しながら進行するため、超音波は図14
中、破線で示す範囲(角度)に広がりながら伝播する。
【0007】従って、超音波の伝播特性(直進性)が送
信器1の振動板1bに設けられた環状溝5により弱めら
れている。その結果、受信器2の振動板2bに到達する
超音波が若干弱まり、振動板2bからの反射波が滅少す
る。
【0008】振動板1bから測定流体中へ送信される超
音波のうち、受信器2の振動板2bによって反射された
波は、送信器1に戻り、振動板lbによって送信される
超音波と干渉する。この干渉によってλ/4(λは流体
中の超音波の波長である)ごとに腹と節が繰り返される
定在波現象の発生が抑えられる。
【0009】尚、受信器2においては、送信器1からの
直進波が溺まるが、送信器1の振動板lbと受信器2の
振動板2bとは、180°の方向で相対向しているの
で、受信出力は高レベルに保たれている。
【0010】一方、測定流体中を伝播してカルマン渦に
よって位相に変化を受け、受信器2に達した超音波は、
振動板2bを振動させることによって受信され、検出器
(図示せず)での位相比較によりカルマン渦の発生数を
検出することにより測定流体の流量が計測される。しか
し、その一部は反射波となって、再び測定流体中を伝播
する。
【0011】振動板2bからの反射波は、図14に示す
ように表面に形成された環状溝5(51,52…)の傾斜
面で、ある角度Θの方向に乱反射して拡散される。この
ため、振動板2bによって反射される超音波の大部分
は、測定流体中に拡散され、反射波のうち送信器1に再
び戻るものは僅かである。
【0012】送信器1に到違した反射波が、振動板lb
によって更に反射される場合にも、上記振動板2bの場
含と同様にその大部分は有限な反射角を有することか
ら、これらのうちで、送信器1から送信される超音波と
干渉するものは、極く僅かとなる。
【0013】この結果、図15に、受信器2による受信
レペルの周波数スペクトルを示すように、図16のよう
な多数のピークが現われるということはなく、中心周波
数(ここでは、1MHz)前後の比較的広い範囲に亘っ
てかなりの受信レベルが得られることとなる。
【0014】このことは、測定流体の温度が変化した場
合にも、この受信レベルが大きく変化しないことを意味
し、温度等その他の外的条件の変化に対しても良好に流
量計測が行えることとなる。
【0015】この結果、上述の如く、図11従来例の超
音波送受信装置は、第1,第2の振動板1b,2bの少
なくとも一方の表面に、超音波を拡散する凹凸部5が設
けられたため、送信器1より送信される超音波の直進波
を滅少し、さらには、受信器2においては、反射波をあ
る角度の斜め方向に乱反射させて拡散することにより定
在波現象の発生を防止でき、安定した受信出力を得るこ
とができる。
【0016】そのため、例えば、渦流量計においては、
正確に流量計測でき、又、送信器1と受信器2とを略1
80。の方向で対向させるように取付けても定在波の発
生を防止できるので、取付位置を高精度にする必要がな
く、取付が容易になる等の特長を有する。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置においては、環状溝5は断面正三角形状に近い
ので、反射波は振動板1a,2aの範囲外に拡散される
が、同時に測定信号も拡散され、測定信号感度が低下
し、耐ノイズ特性が良好でない。
【0018】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、耐ノイズ特性が良好な超音波送受信装置を提供す
ることにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、請求項1の超音波送受信装置に
おいては、測定流体が通過する管路の壁面にこの測定流
体を介して相対向して設けられ、第1の振動板を振動さ
せることによりこの測定流体中に超音波を送信する超音
波送信器と、前記測定流体中を伝播した超音波に第2の
振動板が振動させられることにより超音波を受信する超
音波受信器とからなる超音波送受信装置において、前記
第1及び第2の振動板の少なくとも一方の表面に設けら
れ凹凸部分の内の前記振動板の面中心から外周方向に向
く各斜面の前記振動板の面に対する角度が送信器から送
信された超音波が受信器で反射され更に送信器で反射さ
れても受信器の振動板に受信されないような角度となる
斜面を有する凹凸部を具備した事を特徴とする。
【0020】この結果、超音波送受信器内の反射波が効
率良く除去出来,ノイズを減らす事が出来るので、耐ノ
イズ特性が良好な超音波送受信装置が得られる。また、
測定信号の透過強度が大きくなる超音波送受信装置が得
られる。
【0021】本発明の請求項2においては、請求項1記
載の超音波送受信装置において、前記凹凸部分の内の前
記振動板の面中心から外周方向に向く各斜面の前記振動
板の面に対する角度αとして、角度α=(1/4)tan
-1(超音波送受信器間の距離L/超音波送受信器の半径
R)なる事を特徴とする。
【0022】この結果、凹凸部分の内の振動板の面中心
から外周方向に向く各斜面の振動板の面に対する角度α
として、角度α=(1/4)tan-1(超音波送受信器間
の距離L/超音波送受信器の半径R)としたので、測定
信号強度が最大で、ノイズが最小な超音波送受信装置が
得られる。
【0023】本発明の請求項3においては、請求項1又
は請求項2記載の超音波送受信装置において、前記凹凸
部分の前記振動板の面中心方向に向く各斜面が前記振動
板の面に直交する面となる斜面を有する凹凸部を具備し
た事を特徴とする。
【0024】この結果、凹凸部分の振動板の中心側方向
に面する各斜面が、振動板の面に直交する面となる斜面
で構成されたので、振動板で反射された超音波が振動板
の面中心方向へ向かう恐れが全くなく、反射波を低減で
き、ノイズを減らす事が出来るので、更に、耐ノイズ特
性が良好な超音波送受信装置が得られる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明の一実施例の要部構成説明図で
ある。
【0026】凹凸部11は、第1及び第2の振動板l
b,2bの少なくとも一方の表面に設けられ、凹凸部分
の内の振動板lb,2bの面中心から外周方向に向く各
斜面111の振動板lb,2bの面に対する角度が、送
信器1から送信された超音波が受信器2で反射され、更
に送信器1で反射されても、受信器1の振動板2bに受
信されないような角度αとなる斜面を有する凹凸部であ
る。
【0027】具体的には、例えば、この場合は、図4,
図5に示す如く、振動板lb,2bの面に対する角度α
=(1/4)tan-1(超音波送受信器間の距離L/超音
波送受信器の半径R)となる斜面111を有する。
【0028】今、図4に示す如く、送信器1の中心から
送信される超音波Aが、受信器2で反射され、更に、送
信器1で反射されても、受信器1の振動板2bに受信さ
れないような角度Eは、角度E=(1/2)tan-1(超
音波送受信器間の距離L/超音波送受信器の半径R)と
なる。
【0029】次に、図5に示す如く、斜面111の角度
αを考慮すると、E=2αとなる。従って、角度αは、
角度α=(1/4)tan-1(超音波送受信器間の距離L
/超音波送受信器の半径R)となる。
【0030】この場合は、図3に示す如く、斜面111
と内側の斜面112との凹凸部11の底部分でのなす角
度βは90度をなす。コーナー部分の角度βが90度で
あるので、切削加工が容易な超音波送受信装置が得られ
る。
【0031】図6,図7は、図1実施例の測定信号強度
の一測定例、図8,図9は、図11従来例の測定信号強
度の一測定例である。図6,図7,図8,図9におい
て、縦軸は測定信号強度、横軸は時間を示す。但し、図
6,図8と図7,図9との時間軸の単位は異なってい
る。
【0032】図6,図8は、反射波を含む測定信号の強
度状態を測定したものであり、図7,図9は反射波の状
態を測定したものである。図11従来例においては、図
9に示される反射波は、少なくなっているが、これにつ
れて、図8に示される測定信号も小さくなっている。
【0033】これに対して,図1実施例では、図7に示
される反射波の状態は、図9に示される反射波の状態よ
り大きくなっているが、しかしながら、図6に示される
測定信号は、図8に示される測定信号より大きくなって
いる。
【0034】この結果、 (1)超音波送受信器内の反射波が効率良く除去出来,
ノイズを減らす事が出来るので、耐ノイズ特性が良好な
超音波送受信装置が得られる。 (2)測定信号の透過強度が大きくなる超音波送受信装
置が得られる。
【0035】(3)凹凸部分の内の振動板lb,2bの
面中心から外周方向に向く各斜面の振動板lb,2bの
面に対する角度αとして、角度α=(1/4)tan
-1(超音波送受信器間の距離L/超音波送受信器の半径
R)とすれば、測定信号強度が最大で、ノイズが最小な
超音波送受信装置が得られる。
【0036】図9は、本発明の他の実施例の要部構成説
明図である。本実施例においては、凹凸部21は、凹凸
部分の振動板lb,2bの中心側方向に面する各斜面2
11が、振動板lb,2bの面に直交する面となる斜面
を有する凹凸部である。
【0037】この結果、凹凸部分の振動板lb,2bの
中心側方向に面する各斜面211が、振動板lb,2b
の面に直交する面となる斜面で構成されたので、振動板
lb,2bで反射された超音波が、振動板lb,2bの
面中心方向へ向かう恐れが全くなく、反射波を低減で
き、ノイズを減らす事が出来るので、更に、耐ノイズ特
性が良好な超音波送受信装置が得られる。
【0038】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
によれば、次のような効果がある。 (1)超音波送受信器内の反射波が効率良く除去出来,
ノイズを減らす事が出来るので、耐ノイズ特性が良好な
超音波送受信装置が得られる。 (2)測定信号の透過強度が大きくなる超音波送受信装
置が得られる。
【0040】本発明の請求項2によれば、次のような効
果がある。凹凸部分の内の振動板の面中心から外周方向
に向く各斜面の振動板の面に対する角度αとして、角度
α=(1/4)tan-1(超音波送受信器間の距離L/超
音波送受信器の半径R)としたので、測定信号強度が最
大で、ノイズが最小な超音波送受信装置が得られる。
【0041】本発明の請求項3によれば、次のような効
果がある。凹凸部分の振動板の中心側方向に面する各斜
面が、振動板の面に直交する面となる斜面で構成された
ので、振動板で反射された超音波が振動板の面中心方向
へ向かう恐れが全くなく、反射波を低減でき、ノイズを
減らす事が出来るので、更に、耐ノイズ特性が良好な超
音波送受信装置が得られる。
【0042】従って、本発明によれば、耐ノイズ特性が
良好な超音波送受信装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図2】図1の側面図である。
【図3】図1の要部詳細説明図である。
【図4】図1の動作説明図である。
【図5】図1の動作説明図である。
【図6】図1の動作説明図である。
【図7】図1の動作説明図である。
【図8】図1の動作説明図である。
【図9】図1の動作説明図である。
【図10】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
【図11】従来より一般に使用されている従来例の要部
構成説明図である。
【図12】図11の要部詳細説明図である。
【図13】図12の側面図である。
【図14】図11の動作説明図である。
【図15】図11の動作説明図である。
【図16】図11の動作説明図である。
【符号の説明】
1 送信器 1a 超音波振動子 1b 振動板 1c 端子 ld 端子 2 受信器 2a 超音波振動子 2b 振動板 2c 端子 2d 端子 3 測定管路 4 渦発生体 5 環状溝 11 凹凸部 111 斜面 112 斜面 21 凹凸部 211 斜面 FLo 測定流体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】測定流体が通過する管路の壁面にこの測定
    流体を介して相対向して設けられ、第1の振動板を振動
    させることによりこの測定流体中に超音波を送信する超
    音波送信器と、 前記測定流体中を伝播した超音波に第2の振動板が振動
    させられることにより超音波を受信する超音波受信器と
    からなる超音波送受信装置において、 前記第1及び第2の振動板の少なくとも一方の表面に設
    けられ凹凸部分の内の前記振動板の面中心から外周方向
    に向く各斜面の前記振動板の面に対する角度が送信器か
    ら送信された超音波が受信器で反射され更に送信器で反
    射されても受信器の振動板に受信されないような角度と
    なる斜面を有する凹凸部を具備した事を特徴とする超音
    波送受信装置。
  2. 【請求項2】前記凹凸部分の内の前記振動板の面中心か
    ら外周方向に向く各斜面の前記振動板の面に対する角度
    αとして、角度α=(1/4)tan-1(超音波送受信器
    間の距離L/超音波送受信器の半径R)なる事を特徴と
    する請求項1記載の超音波送受信装置。
  3. 【請求項3】前記凹凸部分の前記振動板の面中心方向に
    向く各斜面が前記振動板の面に直交する面となる斜面を
    有する凹凸部を具備した事を特徴とする請求項1又は請
    求項2記載の超音波送受信装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036152A1 (ja) * 2002-10-16 2004-04-29 Murata Manufacturing Co., Ltd. 超音波流量計と送受波器
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