JP2001304929A - 超音波液体流速センサ - Google Patents
超音波液体流速センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 チューブの中を流れる液体の流速を感知する
こと。 【解決手段】 入力用すだれ状電極２に入力電気信号を
印加すると、圧電基板１に漏洩弾性波が励振される。こ
の漏洩弾性波はチューブ壁の一部を介して第１および第
２の縦波としてチューブ内に照射され、チューブ壁のそ
の一部とは反対側の２つの部分によって反射され、それ
ぞれ第１出力用すだれ状電極３および第２出力用すだれ
状電極４によって第１および第２遅延電気信号として検
出される。チューブ内の液体の流れる速度および方向
は、信号分析手段５において第１および第２遅延電気信
号の差として感知される。
こと。 【解決手段】 入力用すだれ状電極２に入力電気信号を
印加すると、圧電基板１に漏洩弾性波が励振される。こ
の漏洩弾性波はチューブ壁の一部を介して第１および第
２の縦波としてチューブ内に照射され、チューブ壁のそ
の一部とは反対側の２つの部分によって反射され、それ
ぞれ第１出力用すだれ状電極３および第２出力用すだれ
状電極４によって第１および第２遅延電気信号として検
出される。チューブ内の液体の流れる速度および方向
は、信号分析手段５において第１および第２遅延電気信
号の差として感知される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チューブの中を流
れる液体の流速を感知する超音波液体流速センサに関す
る。
れる液体の流速を感知する超音波液体流速センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】振動変位の動的状態を検出する従来のセ
ンサは、接触型と非接触型の２つに分類される。微小変
位測定用の電気マイクロメータやデジタルゲージ、回転
軸測定用のロータリエンコーダ、長変位測定用リニアス
ケールなどは接触型センサに属する。これらの接触型セ
ンサは測定精度、応答時間などに問題を有している。レ
ーザ型センサおよび電気音響型センサなどは非接触型セ
ンサに属する。レーザ型センサは測定精度、測定方法、
装置の規模などに問題を有している。電気音響型センサ
は被測定物の変位の測定範囲が狭いという欠点を有する
とともに、測定精度にも問題がある。また、従来のもの
では液体の流速を精度よく測定するには複雑な信号処理
回路技術が必要で、電気音響変換用のトランスデューサ
に難点があった。
ンサは、接触型と非接触型の２つに分類される。微小変
位測定用の電気マイクロメータやデジタルゲージ、回転
軸測定用のロータリエンコーダ、長変位測定用リニアス
ケールなどは接触型センサに属する。これらの接触型セ
ンサは測定精度、応答時間などに問題を有している。レ
ーザ型センサおよび電気音響型センサなどは非接触型セ
ンサに属する。レーザ型センサは測定精度、測定方法、
装置の規模などに問題を有している。電気音響型センサ
は被測定物の変位の測定範囲が狭いという欠点を有する
とともに、測定精度にも問題がある。また、従来のもの
では液体の流速を精度よく測定するには複雑な信号処理
回路技術が必要で、電気音響変換用のトランスデューサ
に難点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、小型
軽量で、検出感度が高く、時間応答に優れ、低消費電力
駆動が可能な超音波液体流速センサを提供することにあ
る。
軽量で、検出感度が高く、時間応答に優れ、低消費電力
駆動が可能な超音波液体流速センサを提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の超音波
液体流速センサは、圧電基板、入力用すだれ状電極、第
１出力用すだれ状電極、第２出力用すだれ状電極および
信号分析手段から成る超音波液体流速センサであって、
前記入力用すだれ状電極と、前記第１および第２出力用
すだれ状電極は、前記圧電基板の一方の端面に設けられ
ており、前記入力用すだれ状電極は、入力電気信号を印
加されることにより前記圧電基板に漏洩弾性波を励振
し、前記漏洩弾性波をチューブの中を流れる液体中にチ
ューブ壁の一部を介して２方向に向けて第１および第２
の縦波として照射し、前記第１および第２の縦波を前記
チューブ壁の前記一部と反対側の２つの部分でそれぞれ
反射させ、前記第１出力用すだれ状電極は、反射された
前記第１の縦波を第１遅延電気信号に変換し、前記第２
出力用すだれ状電極は、反射された前記第２の縦波を第
２遅延電気信号に変換し、前記信号分析手段は、前記液
体の流れる速度および方向を前記第１遅延電気信号と前
記第２遅延電気信号との差から感知する。
液体流速センサは、圧電基板、入力用すだれ状電極、第
１出力用すだれ状電極、第２出力用すだれ状電極および
信号分析手段から成る超音波液体流速センサであって、
前記入力用すだれ状電極と、前記第１および第２出力用
すだれ状電極は、前記圧電基板の一方の端面に設けられ
ており、前記入力用すだれ状電極は、入力電気信号を印
加されることにより前記圧電基板に漏洩弾性波を励振
し、前記漏洩弾性波をチューブの中を流れる液体中にチ
ューブ壁の一部を介して２方向に向けて第１および第２
の縦波として照射し、前記第１および第２の縦波を前記
チューブ壁の前記一部と反対側の２つの部分でそれぞれ
反射させ、前記第１出力用すだれ状電極は、反射された
前記第１の縦波を第１遅延電気信号に変換し、前記第２
出力用すだれ状電極は、反射された前記第２の縦波を第
２遅延電気信号に変換し、前記信号分析手段は、前記液
体の流れる速度および方向を前記第１遅延電気信号と前
記第２遅延電気信号との差から感知する。
【０００５】請求項２に記載の超音波液体流速センサ
は、前記入力用すだれ状電極および前記第２出力用すだ
れ状電極の間に増幅器が設けられ、前記増幅器は前記第
２遅延電気信号を増幅し、前記入力用すだれ状電極、前
記第２出力用すだれ状電極および前記増幅器は遅延線発
振器を構成する。
は、前記入力用すだれ状電極および前記第２出力用すだ
れ状電極の間に増幅器が設けられ、前記増幅器は前記第
２遅延電気信号を増幅し、前記入力用すだれ状電極、前
記第２出力用すだれ状電極および前記増幅器は遅延線発
振器を構成する。
【０００６】請求項３に記載の超音波液体流速センサ
は、前記入力用すだれ状電極および前記第１出力用すだ
れ状電極の間に増幅器が設けられ、前記増幅器は前記第
１遅延電気信号を増幅し、前記入力用すだれ状電極、前
記第１出力用すだれ状電極および前記増幅器は遅延線発
振器を構成する。
は、前記入力用すだれ状電極および前記第１出力用すだ
れ状電極の間に増幅器が設けられ、前記増幅器は前記第
１遅延電気信号を増幅し、前記入力用すだれ状電極、前
記第１出力用すだれ状電極および前記増幅器は遅延線発
振器を構成する。
【０００７】請求項４に記載の超音波液体流速センサ
は、前記信号分析手段が位相比較器で成り、前記位相比
較器は前記第１遅延電気信号の位相および前記第２遅延
電気信号の位相を比較し、前記液体の流れる速度および
方向を前記第１遅延電気信号と前記第２遅延電気信号と
の位相差から感知する。
は、前記信号分析手段が位相比較器で成り、前記位相比
較器は前記第１遅延電気信号の位相および前記第２遅延
電気信号の位相を比較し、前記液体の流れる速度および
方向を前記第１遅延電気信号と前記第２遅延電気信号と
の位相差から感知する。
【０００８】請求項５に記載の超音波液体流速センサ
は、前記圧電基板が圧電セラミック薄板で成り、前記圧
電セラミック薄板の分極軸の方向がその厚さ方向と平行
である。
は、前記圧電基板が圧電セラミック薄板で成り、前記圧
電セラミック薄板の分極軸の方向がその厚さ方向と平行
である。
【０００９】請求項６に記載の超音波液体流速センサ
は、前記圧電基板が圧電性高分子薄板で成る。
は、前記圧電基板が圧電性高分子薄板で成る。
【００１０】請求項７に記載の超音波液体流速センサ
は、前記圧電基板のもう一方の端面に高分子フィルムが
設けられている。
は、前記圧電基板のもう一方の端面に高分子フィルムが
設けられている。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の超音波液体流速センサ
は、圧電基板、入力用すだれ状電極、第１出力用すだれ
状電極、第２出力用すだれ状電極および信号分析手段か
ら成る簡単な構造を有する。入力用すだれ状電極と、第
１および第２出力用すだれ状電極は、圧電基板の一方の
端面に設けられている。もしも、入力用すだれ状電極に
入力電気信号が印加されると、圧電基板に漏洩弾性波が
励振される。この漏洩弾性波はチューブの中を流れる液
体中にチューブ壁の一部を介して２方向に向けて第１お
よび第２の縦波として照射される。このとき、そのチュ
ーブ壁の一部は圧電基板のもう一方の端面と接触してい
る。第１および第２の縦波はチューブ壁のその一部と反
対側の２つの部分でそれぞれ反射され、第１および第２
出力用すだれ状電極によって第１および第２遅延電気信
号として検出される。信号分析手段は、液体の流れる速
度および方向を第１遅延電気信号と第２遅延電気信号と
の差から感知する。
は、圧電基板、入力用すだれ状電極、第１出力用すだれ
状電極、第２出力用すだれ状電極および信号分析手段か
ら成る簡単な構造を有する。入力用すだれ状電極と、第
１および第２出力用すだれ状電極は、圧電基板の一方の
端面に設けられている。もしも、入力用すだれ状電極に
入力電気信号が印加されると、圧電基板に漏洩弾性波が
励振される。この漏洩弾性波はチューブの中を流れる液
体中にチューブ壁の一部を介して２方向に向けて第１お
よび第２の縦波として照射される。このとき、そのチュ
ーブ壁の一部は圧電基板のもう一方の端面と接触してい
る。第１および第２の縦波はチューブ壁のその一部と反
対側の２つの部分でそれぞれ反射され、第１および第２
出力用すだれ状電極によって第１および第２遅延電気信
号として検出される。信号分析手段は、液体の流れる速
度および方向を第１遅延電気信号と第２遅延電気信号と
の差から感知する。
【００１２】本発明の超音波液体流速センサでは、入力
用すだれ状電極および第２出力用すだれ状電極の間に増
幅器を備えた構造が可能である。このとき、第２遅延電
気信号は増幅器によって増幅された後、入力用すだれ状
電極に再び印加される。このようにして、入力用すだれ
状電極、第２出力用すだれ状電極および増幅器は遅延線
発振器を構成する。従って、デバイスの小型軽量化が促
進され、低消費電力駆動が可能となる。
用すだれ状電極および第２出力用すだれ状電極の間に増
幅器を備えた構造が可能である。このとき、第２遅延電
気信号は増幅器によって増幅された後、入力用すだれ状
電極に再び印加される。このようにして、入力用すだれ
状電極、第２出力用すだれ状電極および増幅器は遅延線
発振器を構成する。従って、デバイスの小型軽量化が促
進され、低消費電力駆動が可能となる。
【００１３】本発明の超音波液体流速センサでは、入力
用すだれ状電極および第１出力用すだれ状電極の間に増
幅器を備えた構造が可能である。このとき、第１遅延電
気信号は増幅器によって増幅された後、入力用すだれ状
電極に再び印加される。このようにして、入力用すだれ
状電極、第１出力用すだれ状電極および増幅器は遅延線
発振器を構成する。従って、デバイスの小型軽量化が促
進され、低消費電力駆動が可能となる。
用すだれ状電極および第１出力用すだれ状電極の間に増
幅器を備えた構造が可能である。このとき、第１遅延電
気信号は増幅器によって増幅された後、入力用すだれ状
電極に再び印加される。このようにして、入力用すだれ
状電極、第１出力用すだれ状電極および増幅器は遅延線
発振器を構成する。従って、デバイスの小型軽量化が促
進され、低消費電力駆動が可能となる。
【００１４】本発明の超音波液体流速センサでは、信号
分析手段が位相比較器で成る構造が可能である。位相比
較器は第１遅延電気信号の位相および第２遅延電気信号
の位相を比較し、液体の流れる速度および方向を第１遅
延電気信号と第２遅延電気信号との位相差から感知す
る。このようにして、高感度なデバイスを提供すること
ができる。
分析手段が位相比較器で成る構造が可能である。位相比
較器は第１遅延電気信号の位相および第２遅延電気信号
の位相を比較し、液体の流れる速度および方向を第１遅
延電気信号と第２遅延電気信号との位相差から感知す
る。このようにして、高感度なデバイスを提供すること
ができる。
【００１５】本発明の超音波液体流速センサでは、圧電
基板が圧電セラミック薄板で成り、その分極軸の方向が
厚さ方向と平行である構造、または圧電基板が圧電性高
分子薄板で成る構造が可能である。このような構造を採
用することにより、液体の流速の検出感度を向上させる
ことが可能となるばかりでなく、装置の小型軽量化を促
進することができる。
基板が圧電セラミック薄板で成り、その分極軸の方向が
厚さ方向と平行である構造、または圧電基板が圧電性高
分子薄板で成る構造が可能である。このような構造を採
用することにより、液体の流速の検出感度を向上させる
ことが可能となるばかりでなく、装置の小型軽量化を促
進することができる。
【００１６】本発明の超音波液体流速センサでは、圧電
基板のもう一方の端面に高分子フィルムが設けられた構
造が可能である。このような構造を採用することによ
り、機械的強度を高めることが可能となる。また、高分
子フィルムの使用は液体層との音響結合のための整合性
において好都合である。
基板のもう一方の端面に高分子フィルムが設けられた構
造が可能である。このような構造を採用することによ
り、機械的強度を高めることが可能となる。また、高分
子フィルムの使用は液体層との音響結合のための整合性
において好都合である。
【００１７】
【実施例】図１は本発明の超音波液体流速センサの第１
の実施例を示す構成図である。本実施例は圧電基板１、
入力用すだれ状電極２、第１出力用すだれ状電極３、第
２出力用すだれ状電極４、信号分析手段５および信号発
生器６から成る。圧電基板１は圧電セラミック薄板で成
る。本実施例では圧電基板１として圧電セラミック薄板
が用いられているが、圧電性高分子薄板を用いることも
可能である。入力用すだれ状電極２、第１出力用すだれ
状電極３および第２出力用すだれ状電極４は、それぞれ
がアルミニウム薄膜で成り、圧電基板１の一方の端面上
に設けられている。信号分析手段５は位相比較器で成
る。図１の超音波液体流速センサを用いて、もしもチュ
ーブの中を流れる液体の流速を感知する場合、チューブ
壁の一部を圧電基板１のもう一方の端面に接触させる必
要がある。この場合、このチューブは超音波の照射が可
能な材質で成る。このようにして、図１の超音波液体流
速センサは小型軽量で構造も簡単である。
の実施例を示す構成図である。本実施例は圧電基板１、
入力用すだれ状電極２、第１出力用すだれ状電極３、第
２出力用すだれ状電極４、信号分析手段５および信号発
生器６から成る。圧電基板１は圧電セラミック薄板で成
る。本実施例では圧電基板１として圧電セラミック薄板
が用いられているが、圧電性高分子薄板を用いることも
可能である。入力用すだれ状電極２、第１出力用すだれ
状電極３および第２出力用すだれ状電極４は、それぞれ
がアルミニウム薄膜で成り、圧電基板１の一方の端面上
に設けられている。信号分析手段５は位相比較器で成
る。図１の超音波液体流速センサを用いて、もしもチュ
ーブの中を流れる液体の流速を感知する場合、チューブ
壁の一部を圧電基板１のもう一方の端面に接触させる必
要がある。この場合、このチューブは超音波の照射が可
能な材質で成る。このようにして、図１の超音波液体流
速センサは小型軽量で構造も簡単である。
【００１８】図２は圧電基板１、入力用すだれ状電極
２、第１出力用すだれ状電極３および第２出力用すだれ
状電極４で成るデバイスを上方から見たときの平面図で
ある。入力用すだれ状電極２と第１出力用すだれ状電極
３の離間距離、および入力用すだれ状電極２と第２出力
用すだれ状電極４の離間距離は６ｍｍである。入力用す
だれ状電極２、第１出力用すだれ状電極３および第２出
力用すだれ状電極４はともに５対の電極指を有し、電極
交差幅は４ｍｍで、電極周期長は３４０μｍである。
２、第１出力用すだれ状電極３および第２出力用すだれ
状電極４で成るデバイスを上方から見たときの平面図で
ある。入力用すだれ状電極２と第１出力用すだれ状電極
３の離間距離、および入力用すだれ状電極２と第２出力
用すだれ状電極４の離間距離は６ｍｍである。入力用す
だれ状電極２、第１出力用すだれ状電極３および第２出
力用すだれ状電極４はともに５対の電極指を有し、電極
交差幅は４ｍｍで、電極周期長は３４０μｍである。
【００１９】図１の超音波液体流速センサにおいて、入
力用すだれ状電極２の電極周期長に対応する中心周波数
にほぼ等しい周波数の入力電気信号が信号発生器６から
入力用すだれ状電極２に印加されると、圧電基板１に漏
洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波は、チューブ壁
の圧電基板１と接触する部分を介してチューブの中の液
体へ２方向に向けて第１および第２の縦波として照射さ
れる。この第１および第２の縦波はチューブ壁の圧電基
板１と接触する部分とは反対側の２つの部分でそれぞれ
反射される。反射された第１の縦波は第１出力用すだれ
状電極３によって第１遅延電気信号に変換され、反射さ
れた第２の縦波は第２出力用すだれ状電極４によって第
２遅延電気信号に変換される。信号分析手段５は、チュ
ーブの中の液体の流速を第１遅延電気信号と第２遅延電
気信号との位相差から感知する。
力用すだれ状電極２の電極周期長に対応する中心周波数
にほぼ等しい周波数の入力電気信号が信号発生器６から
入力用すだれ状電極２に印加されると、圧電基板１に漏
洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波は、チューブ壁
の圧電基板１と接触する部分を介してチューブの中の液
体へ２方向に向けて第１および第２の縦波として照射さ
れる。この第１および第２の縦波はチューブ壁の圧電基
板１と接触する部分とは反対側の２つの部分でそれぞれ
反射される。反射された第１の縦波は第１出力用すだれ
状電極３によって第１遅延電気信号に変換され、反射さ
れた第２の縦波は第２出力用すだれ状電極４によって第
２遅延電気信号に変換される。信号分析手段５は、チュ
ーブの中の液体の流速を第１遅延電気信号と第２遅延電
気信号との位相差から感知する。
【００２０】図３は液体中を伝搬する第１および第２の
縦波の伝搬路を矢印で示した図である。図３は液体とし
て水が用いられた場合を示す。水が静止している場合、
入力用すだれ状電極２は第１および第２の縦波をそれぞ
れ２８．８°の角度で照射する。これは、圧電基板１の
厚さが１５０μｍであること、そして、入力用すだれ状
電極２の電極周期長が３４０μｍであることに因る。つ
まり、縦波の照射角度は圧電基板１中の漏洩弾性波の速
度と液体中の縦波速度から計算される。結果として、第
１および第２の縦波は、チューブ壁の圧電基板１と接触
する部分とは反対側の２つの部分でそれぞれ２８．８°
の角度で反射される。しかしながら、もしも水が流れて
いる場合には、第１および第２の縦波の速度に差が生じ
る。しかもこの速度差は水の流れる方向をも示す。この
ようにして、水の流速および流れる方向が第１および第
２遅延電気信号の位相差から感知される。
縦波の伝搬路を矢印で示した図である。図３は液体とし
て水が用いられた場合を示す。水が静止している場合、
入力用すだれ状電極２は第１および第２の縦波をそれぞ
れ２８．８°の角度で照射する。これは、圧電基板１の
厚さが１５０μｍであること、そして、入力用すだれ状
電極２の電極周期長が３４０μｍであることに因る。つ
まり、縦波の照射角度は圧電基板１中の漏洩弾性波の速
度と液体中の縦波速度から計算される。結果として、第
１および第２の縦波は、チューブ壁の圧電基板１と接触
する部分とは反対側の２つの部分でそれぞれ２８．８°
の角度で反射される。しかしながら、もしも水が流れて
いる場合には、第１および第２の縦波の速度に差が生じ
る。しかもこの速度差は水の流れる方向をも示す。この
ようにして、水の流速および流れる方向が第１および第
２遅延電気信号の位相差から感知される。
【００２１】図４は圧電基板１に励振される２つのモー
ドの弾性波の位相速度と、弾性波の周波数ｆおよび圧電
基板１の厚さｄの積ｆｄとの関係を示す特性図である。
圧電基板１中を伝搬する横波の速度は２，４５０ｍ/ｓ
であり、縦波の速度は４，３９０ｍ/ｓである。
ドの弾性波の位相速度と、弾性波の周波数ｆおよび圧電
基板１の厚さｄの積ｆｄとの関係を示す特性図である。
圧電基板１中を伝搬する横波の速度は２，４５０ｍ/ｓ
であり、縦波の速度は４，３９０ｍ/ｓである。
【００２２】図５は液体中への縦波放射の実効変換効率
ηと、ｆｄ値との関係を示す特性図である。Ｓ0モード
においては１．５ＭＨｚ・ｍｍ近傍で最も高いピークが
みられることが分かる。
ηと、ｆｄ値との関係を示す特性図である。Ｓ0モード
においては１．５ＭＨｚ・ｍｍ近傍で最も高いピークが
みられることが分かる。
【００２３】図６は図２のデバイスの代わりに用いられ
る別のデバイスの断面図である。図６のデバイスは、圧
電基板１のもう一方の端面に高分子フィルム７が固着さ
れていることを除いて図２のデバイスと同様な構造を有
する。高分子フィルム７の使用により機械的強度を高め
ることが可能となる。また、高分子フィルムの使用は液
体層との音響結合のための整合性において好都合であ
る。
る別のデバイスの断面図である。図６のデバイスは、圧
電基板１のもう一方の端面に高分子フィルム７が固着さ
れていることを除いて図２のデバイスと同様な構造を有
する。高分子フィルム７の使用により機械的強度を高め
ることが可能となる。また、高分子フィルムの使用は液
体層との音響結合のための整合性において好都合であ
る。
【００２４】図７は本発明の超音波液体流速センサの第
２の実施例を示す構成図である。本実施例は圧電基板
１、入力用すだれ状電極２、第１出力用すだれ状電極
３、第２出力用すだれ状電極４、信号分析手段５および
増幅器８から成る。増幅器８は入力用すだれ状電極２お
よび第２出力用すだれ状電極４の間に接続されている。
２の実施例を示す構成図である。本実施例は圧電基板
１、入力用すだれ状電極２、第１出力用すだれ状電極
３、第２出力用すだれ状電極４、信号分析手段５および
増幅器８から成る。増幅器８は入力用すだれ状電極２お
よび第２出力用すだれ状電極４の間に接続されている。
【００２５】図７の超音波液体流速センサにおいて、入
力用すだれ状電極２に入力電気信号が印加されると、圧
電基板１に漏洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波
は、チューブの内部の２方向に向けて第１および第２の
縦波として照射され、チューブ壁の縦波入射部分とは反
対側の２つの部分でそれぞれ反射される。反射された第
１の縦波は第１出力用すだれ状電極３によって第１遅延
電気信号に変換され、反射された第２の縦波は第２出力
用すだれ状電極４によって第２遅延電気信号に変換され
る。第２遅延電気信号の一部は増幅器８によって増幅さ
れた後、入力電気信号として再び入力用すだれ状電極２
に印加される。このようにして、入力用すだれ状電極
２、第２出力用すだれ状電極４および増幅器８は帰還型
の遅延線発振器を構成する。第２遅延電気信号の残部は
信号分析手段５に伝えられる。信号分析手段５では、第
１遅延電気信号と第２遅延電気信号との位相差から液体
の流速が感知される。このようにして、小型軽量で、低
消費電力駆動が可能で、感度が良好な超音波液体流速セ
ンサが可能となる。
力用すだれ状電極２に入力電気信号が印加されると、圧
電基板１に漏洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波
は、チューブの内部の２方向に向けて第１および第２の
縦波として照射され、チューブ壁の縦波入射部分とは反
対側の２つの部分でそれぞれ反射される。反射された第
１の縦波は第１出力用すだれ状電極３によって第１遅延
電気信号に変換され、反射された第２の縦波は第２出力
用すだれ状電極４によって第２遅延電気信号に変換され
る。第２遅延電気信号の一部は増幅器８によって増幅さ
れた後、入力電気信号として再び入力用すだれ状電極２
に印加される。このようにして、入力用すだれ状電極
２、第２出力用すだれ状電極４および増幅器８は帰還型
の遅延線発振器を構成する。第２遅延電気信号の残部は
信号分析手段５に伝えられる。信号分析手段５では、第
１遅延電気信号と第２遅延電気信号との位相差から液体
の流速が感知される。このようにして、小型軽量で、低
消費電力駆動が可能で、感度が良好な超音波液体流速セ
ンサが可能となる。
【００２６】図８は本発明の超音波液体流速センサの第
３の実施例を示す構成図である。本実施例は増幅器８の
接続位置を除いて図７の超音波液体流速センサと同様な
構造を有する。図８において、増幅器８は入力用すだれ
状電極２および第１出力用すだれ状電極３の間に接続さ
れている。図８の超音波液体流速センサにおいては、第
１出力用すだれ状電極３で検出された第１遅延電気信号
の一部は、増幅器８によって増幅された後、入力電気信
号として再び入力用すだれ状電極２に印加される。この
ようにして、入力用すだれ状電極２、第１出力用すだれ
状電極３および増幅器８は帰還型の遅延線発振器を構成
する。信号分析手段５では、第１遅延電気信号と第２遅
延電気信号との位相差から液体の流速が感知される。こ
のようにして、小型軽量で、低消費電力駆動が可能で、
感度が良好な超音波液体流速センサが可能となる。
３の実施例を示す構成図である。本実施例は増幅器８の
接続位置を除いて図７の超音波液体流速センサと同様な
構造を有する。図８において、増幅器８は入力用すだれ
状電極２および第１出力用すだれ状電極３の間に接続さ
れている。図８の超音波液体流速センサにおいては、第
１出力用すだれ状電極３で検出された第１遅延電気信号
の一部は、増幅器８によって増幅された後、入力電気信
号として再び入力用すだれ状電極２に印加される。この
ようにして、入力用すだれ状電極２、第１出力用すだれ
状電極３および増幅器８は帰還型の遅延線発振器を構成
する。信号分析手段５では、第１遅延電気信号と第２遅
延電気信号との位相差から液体の流速が感知される。こ
のようにして、小型軽量で、低消費電力駆動が可能で、
感度が良好な超音波液体流速センサが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】本発明の超音波液体流速センサにおい
て、もしも入力用すだれ状電極に入力電気信号が印加さ
れると、圧電基板に漏洩弾性波が励振される。この漏洩
弾性波はチューブの中を流れる液体中にチューブ壁の一
部を介して２方向に向けて第１および第２の縦波として
照射される。第１および第２の縦波はチューブ壁のその
一部と反対側の２つの部分でそれぞれ反射され、第１お
よび第２出力用すだれ状電極によって第１および第２遅
延電気信号として検出される。信号分析手段では、第１
および第２遅延電気信号の差から液体の流速および流れ
る方向が感知される。信号分析手段が位相比較器で成る
場合には、第１遅延電気信号と第２遅延電気信号の位相
差として感知されることから、高感度なデバイスを提供
することが可能となる。
て、もしも入力用すだれ状電極に入力電気信号が印加さ
れると、圧電基板に漏洩弾性波が励振される。この漏洩
弾性波はチューブの中を流れる液体中にチューブ壁の一
部を介して２方向に向けて第１および第２の縦波として
照射される。第１および第２の縦波はチューブ壁のその
一部と反対側の２つの部分でそれぞれ反射され、第１お
よび第２出力用すだれ状電極によって第１および第２遅
延電気信号として検出される。信号分析手段では、第１
および第２遅延電気信号の差から液体の流速および流れ
る方向が感知される。信号分析手段が位相比較器で成る
場合には、第１遅延電気信号と第２遅延電気信号の位相
差として感知されることから、高感度なデバイスを提供
することが可能となる。
【００２８】本発明の超音波液体流速センサでは、入力
用すだれ状電極および第２出力用すだれ状電極の間、ま
たは入力用すだれ状電極および第１出力用すだれ状電極
の間に増幅器を備えた構造が可能である。このような構
造は遅延線発振器の構成を可能にする。従って、デバイ
スの小型軽量化が促進され、低消費電力駆動が可能とな
る。
用すだれ状電極および第２出力用すだれ状電極の間、ま
たは入力用すだれ状電極および第１出力用すだれ状電極
の間に増幅器を備えた構造が可能である。このような構
造は遅延線発振器の構成を可能にする。従って、デバイ
スの小型軽量化が促進され、低消費電力駆動が可能とな
る。
【００２９】本発明の超音波液体流速センサでは、圧電
基板が圧電セラミック薄板で成り、その分極軸の方向が
厚さ方向と平行である構造、または圧電基板が圧電性高
分子薄板で成る構造が可能である。このような構造を採
用することにより、液体の流速の検出感度を向上させる
ことが可能となるばかりでなく、装置の小型軽量化を促
進することができる。
基板が圧電セラミック薄板で成り、その分極軸の方向が
厚さ方向と平行である構造、または圧電基板が圧電性高
分子薄板で成る構造が可能である。このような構造を採
用することにより、液体の流速の検出感度を向上させる
ことが可能となるばかりでなく、装置の小型軽量化を促
進することができる。
【００３０】本発明の超音波液体流速センサでは、圧電
基板のもう一方の端面に高分子フィルムが設けられた構
造が可能である。このような構造を採用することによ
り、機械的強度を高めることが可能となる。また、高分
子フィルムの使用は液体層との音響結合のための整合性
において好都合である。
基板のもう一方の端面に高分子フィルムが設けられた構
造が可能である。このような構造を採用することによ
り、機械的強度を高めることが可能となる。また、高分
子フィルムの使用は液体層との音響結合のための整合性
において好都合である。
【図１】本発明の超音波液体流速センサの第１の実施例
を示す構成図。
を示す構成図。
【図２】圧電基板１、入力用すだれ状電極２、第１出力
用すだれ状電極３および第２出力用すだれ状電極４で成
るデバイスを上方から見たときの平面図。
用すだれ状電極３および第２出力用すだれ状電極４で成
るデバイスを上方から見たときの平面図。
【図３】液体中を伝搬する第１および第２の縦波の伝搬
路を矢印で示した図。
路を矢印で示した図。
【図４】圧電基板１に励振される２つのモードの弾性波
の位相速度と、弾性波の周波数ｆおよび圧電基板１の厚
さｄの積ｆｄとの関係を示す特性図。
の位相速度と、弾性波の周波数ｆおよび圧電基板１の厚
さｄの積ｆｄとの関係を示す特性図。
【図５】液体中への縦波放射の実効変換効率ηと、ｆｄ
値との関係を示す特性図。
値との関係を示す特性図。
【図６】図２のデバイスの代わりに用いられる別のデバ
イスの断面図。
イスの断面図。
【図７】本発明の超音波液体流速センサの第２の実施例
を示す構成図。
を示す構成図。
【図８】本発明の超音波液体流速センサの第３の実施例
を示す構成図。
を示す構成図。
１ 圧電基板 ２ 入力用すだれ状電極 ３ 第１出力用すだれ状電極 ４ 第２出力用すだれ状電極 ５ 信号分析手段 ６ 信号発生器 ７ 高分子フィルム ８ 増幅器
Claims (7)
- 【請求項１】 圧電基板、入力用すだれ状電極、第１出
力用すだれ状電極、第２出力用すだれ状電極および信号
分析手段から成る超音波液体流速センサであって、前記
入力用すだれ状電極と、前記第１および第２出力用すだ
れ状電極は、前記圧電基板の一方の端面に設けられてお
り、前記入力用すだれ状電極は、入力電気信号を印加さ
れることにより前記圧電基板に漏洩弾性波を励振し、前
記漏洩弾性波をチューブの中を流れる液体中にチューブ
壁の一部を介して２方向に向けて第１および第２の縦波
として照射し、前記第１および第２の縦波を前記チュー
ブ壁の前記一部と反対側の２つの部分でそれぞれ反射さ
せ、前記第１出力用すだれ状電極は、反射された前記第
１の縦波を第１遅延電気信号に変換し、前記第２出力用
すだれ状電極は、反射された前記第２の縦波を第２遅延
電気信号に変換し、前記信号分析手段は、前記液体の流
れる速度および方向を前記第１遅延電気信号と前記第２
遅延電気信号との差から感知する超音波液体流速セン
サ。 - 【請求項２】 前記入力用すだれ状電極および前記第２
出力用すだれ状電極の間に増幅器が設けられ、前記増幅
器は前記第２遅延電気信号を増幅し、前記入力用すだれ
状電極、前記第２出力用すだれ状電極および前記増幅器
は遅延線発振器を構成する請求項１に記載の超音波液体
流速センサ。 - 【請求項３】 前記入力用すだれ状電極および前記第１
出力用すだれ状電極の間に増幅器が設けられ、前記増幅
器は前記第１遅延電気信号を増幅し、前記入力用すだれ
状電極、前記第１入力用すだれ状電極および前記増幅器
は遅延線発振器を構成する請求項１に記載の超音波液体
流速センサ。 - 【請求項４】 前記信号分析手段が位相比較器で成り、
前記位相比較器は前記第１遅延電気信号の位相および前
記第２遅延電気信号の位相を比較し、前記液体の流れる
速度および方向を前記第１遅延電気信号と前記第２遅延
電気信号との位相差から感知する請求項１，２または３
に記載の超音波液体流速センサ。 - 【請求項５】 前記圧電基板が圧電セラミック薄板で成
り、前記圧電セラミック薄板の分極軸の方向がその厚さ
方向と平行である請求項１，２，３または４に記載の超
音波液体流速センサ。 - 【請求項６】 前記圧電基板が圧電性高分子薄板で成る
請求項１，２，３または４に記載の超音波液体流速セン
サ。 - 【請求項７】 前記圧電基板のもう一方の端面に高分子
フィルムが設けられている請求項１，２，３，４，５ま
たは６に記載の超音波液体流速センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000120669A JP4591858B2 (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | 超音波液体流速センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000120669A JP4591858B2 (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | 超音波液体流速センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001304929A true JP2001304929A (ja) | 2001-10-31 |
| JP4591858B2 JP4591858B2 (ja) | 2010-12-01 |
Family
ID=18631435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000120669A Expired - Fee Related JP4591858B2 (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | 超音波液体流速センサ |
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|---|---|
| JP (1) | JP4591858B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104236648A (zh) * | 2013-06-18 | 2014-12-24 | 横河电机株式会社 | 超声波流量计 |
| EP3435041A1 (de) * | 2017-07-20 | 2019-01-30 | Diehl Metering GmbH | Messmodul zur ermittlung einer fluidgrösse |
| KR20210066142A (ko) * | 2019-11-28 | 2021-06-07 | 연세대학교 산학협력단 | 액체 유속 센서 및 이의 구동 방법 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56157861A (en) * | 1980-05-09 | 1981-12-05 | Tdk Corp | Measuring system for velocity of flow of fluid |
| JPS584075A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波流量計用圧電変換器 |
| JPS60203819A (ja) * | 1984-03-29 | 1985-10-15 | Koji Toda | 液体流速測定装置 |
| WO1997021985A1 (en) * | 1995-12-13 | 1997-06-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic generator/detector |
| JPH1056695A (ja) * | 1996-08-12 | 1998-02-24 | Koji Toda | 超音波トランスデューサ |
-
2000
- 2000-04-21 JP JP2000120669A patent/JP4591858B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56157861A (en) * | 1980-05-09 | 1981-12-05 | Tdk Corp | Measuring system for velocity of flow of fluid |
| JPS584075A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波流量計用圧電変換器 |
| JPS60203819A (ja) * | 1984-03-29 | 1985-10-15 | Koji Toda | 液体流速測定装置 |
| WO1997021985A1 (en) * | 1995-12-13 | 1997-06-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic generator/detector |
| JPH1056695A (ja) * | 1996-08-12 | 1998-02-24 | Koji Toda | 超音波トランスデューサ |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104236648A (zh) * | 2013-06-18 | 2014-12-24 | 横河电机株式会社 | 超声波流量计 |
| JP2015001507A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 横河電機株式会社 | 超音波流量計 |
| US9279708B2 (en) | 2013-06-18 | 2016-03-08 | Yokogawa Electric Corporation | Ultrasonic flowmeter |
| EP3435041A1 (de) * | 2017-07-20 | 2019-01-30 | Diehl Metering GmbH | Messmodul zur ermittlung einer fluidgrösse |
| US10775222B2 (en) | 2017-07-20 | 2020-09-15 | Diehl Metering Gmbh | Measurement device and method for determining a fluid flow in a measurement tube |
| KR20210066142A (ko) * | 2019-11-28 | 2021-06-07 | 연세대학교 산학협력단 | 액체 유속 센서 및 이의 구동 방법 |
| KR102277532B1 (ko) * | 2019-11-28 | 2021-07-13 | 연세대학교 산학협력단 | 액체 유속 센서 및 이의 구동 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4591858B2 (ja) | 2010-12-01 |
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