JP2002202185A - 超音波音速測定装置およびその校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気系と音響系で構成される超音波音速測定
装置には、真に超音波の試料中の伝播時間τ₀ だけでな
く、電気系での遅延時間τ_e も含まれる。 【解決手段】、超音波送信部より送信された超音波を超
音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填さ
れた試料中を伝播する超音波の伝播時間τ₀に基づいて
当該試料の音速を求める超音波音速測定装置を前提とし
ている。この超音波音速測定装置において、模擬受信波
生成手段は、記超音波を送信するための送信駆動信号を
所定の遅延時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生
成する。次いで、演算手段が、上記遅延時間τ₁₀と、上
記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅延時間τ_eから成る周期
Ｔとに基づいて回路固有の遅延時間τ_e を算出するよう
になっている。ここで、上記遅延時間τ₁₀は特定の手段
で計測されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の音速測定
方法及び装置に関し、特に、温度変化や伝送ケーブルの
遅延等の環境変化に起因する測定値のずれを校正する方
法と装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、超音波音速測定装置が備えた超
音波送受信装置を示す外観図である。超音波送受信部２
ａより所定距離の位置に反射板２ｂが設けられており、
上記超音波送受信部２ａと反射板２ｂとの間に試料が充
填されるようになっている。この構造で、上記超音波送
受信部２ａに設けられた発振素子（図示せず）より送出
された超音波が反射板２ｂで反射され、上記超音波送受
信部２ａに設けられた受信素子（図示せず）に受信され
て電気信号に変換されるようになっている。

【０００３】上記超音波音速測定装置において試料中に
超音波を伝播させると、その伝播周期Ｔと伝播距離Ｌと
からｃ＝Ｌ／Ｔとして音速を求めることができ、該音速
に基づいて試料の物理量、例えば密度を算出することが
できるようになっている。

【０００４】この伝播周期Ｔを精度よく求めるための方
法として、シングアラウンド法が広く知られている。

【０００５】シングアラウンド法は図１０に示すように
なっている。すなわち、起動トリガの入力で送信回路１
２０１より駆動信号を発振させてセンサ６００に入力す
るようになっている。このようにセンサ６００に入力さ
れた駆動信号Ｓｄはセンサ内で多重反射を繰り返される
が、ここでは主として第１回目の受信波が扱われる、こ
のようにセンサ６００より得られる受信波に基づいて受
信波検出回路１２０３で新たなトリガを形成して、該ト
リガを上記送信回路１２０１に入力するようになってい
る。この場合は上記受信波検出回路１２０３の生成する
パルスを周波数カウンタ１２０４に入力し、該周波数カ
ウンタ１２０４で所定時間に得られる計数値に基づいて
周期Ｔを算出することができるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記シングアラウンド
法は、電気系と音響系で構成されており、そのループを
一周する周期Ｔに、真に超音波の試料中の伝播時間τ₀
だけでなく、電気系での遅延時間τ_e も含まれることに
なる。

【０００７】上記この遅延時間τ_e は、例えば、音速が
既知の標準液で上記時間τ₀ を知り、時間Ｔ（＝τ₀ ＋
τ_e ）を求めることで算出可能である。しかし、電気系
による遅延時間τ_eは、伝送ケーブル長の変更によって、
大きく変化しまた、更に上記遅延時間τ_eは、温度変化に
よっても影響を受けるため、音速が既知の標準液を用い
て校正しても温度変化とともに測定値がずれてしまう。

【０００８】そこで試料中の超音波の伝播時間τ₀の代
わりに基準となる一定時間τ₁₀を設定することができれ
ば、周期Ｔ（=τ₁₀＋τ_e）を測定することで上記遅延時
間τ_e、が得られることになり、校正は可能となる。一定
時間τ₁₀を精度良く設定するには、一般に温度変化によ
る影響の少ない水晶発振子の非常に安定した発振器が用
いられるが、その発振は送信タイミングと非同期であ
り、送信タイミングから、その発振をカウントし、一定時
間を生成しても最大で水晶発振の１周期分の誤差が生じ
てしまう。

【０００９】本願発明で必要としている精度は10^-2m ／
sec のオーダであるので、発振周波数が数GHz 程度の発
振素子を用いる必要がある。しかしながらこのような発
振周波数をもつ水晶発振素子は現存しないので、逓倍回
路と水晶発振素子との組み合わせで上記数GHz の信号を
得ることになる。しかしながら、このような周波数の高
い信号を用いようとすると、回路構成が大がかりとな
り、コスト高となる欠点がある。

【００１０】また、多重反射のうち１回目および２回目
の反射波が安定して得られれば、駆動信号発生から１回
目までの測定周期（Ｔ1＝τ₀ ＋τ_e）および、駆動信号
発生から２回目までの測定周期（Ｔ2＝２×τ₀ ＋τ
_e ）に基づいて，上記電気回路上での遅延時間τ_eを含
まない伝播時間τ₀を算出することは可能である。しか
しながら、計測の対象となる試料の中には音波の減衰の
大きな試料があり、２回目の反射波を検出することは難
しく、従って、上記の方法では、上記遅れ時間τ_eを含
まない伝播時間τ₀を求めることが出来ないことが多
い。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために以下の手段を採用している。すなわち、本発
明は、まず、超音波送信部より送信された超音波を超音
波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填され
た試料中を伝播する超音波の伝播時間τ₀に基づいて当
該試料の音速を求める超音波音速測定装置を前提として
いる。

【００１２】超音波音速測定装置において、模擬受信波
生成手段は、記超音波を送信するための送信駆動信号を
所定の遅延時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生
成する。次いで、演算手段が、上記遅延時間τ₁₀と、上
記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅延時間τ_eから成る周期
Ｔとに基づいて回路固有の遅延時間τ_e を算出するよう
になっている。

【００１３】上記遅延時間τ₁₀は特定の手段で計測され
るようになっている。

【００１４】また、本発明は上記回路固有の遅延時間τ
_e は、上記遅延時間τ₁₀と、それと異なる遅延時間τ₁₀'
とに基づいても求めることができる。この方法を実現す
るために、上記装置において上記２つの遅延時間を求め
ることができる切替手段を備えた構成とする。

【００１５】上記の構成で、ケーブル長を含む遅延時間
τ_eを求めることができる。しかしながらケーブル長さ
だけによる誤差を校正するのであれば以下のようにする
ことでもよい。すなわち、上記装置は上記送信部と受信
部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間
に対応する連続波を発生させ、この連続波の周期を計測
することによって、当該試料の音速を求めるようになっ
ている。そこで、この連続波を発振させるための基準に
なる信号をセンサー位置近傍まで伝送するための当該装
置に使用される送信ケーブルとその送信ケーブルの先端
から折り返すリターンケーブルとを備えるようにしてい
る。

【００１６】上記、電気系の遅れτ_eを求める構成と、
上記ケーブル長だけによる誤差を補正する構成は併用す
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下に本発明の
実施の形態を図面に従って詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明が適用されたシングアラウ
ンド法に基づく超音波音速測定装置の一例を示すブロッ
ク図であり、図２は図１に用いた模擬受信波発生回路の
ブロック図であり、更に、図３はタイムチャートであ
る。

【００１９】センサ６００は、超音波の送信部となる送
信素子２１と受信部となる受信素子２２との間に試料が
充填された状態で、送信回路６０１より送出される駆動
信号Ｓｄ₀ （図３(c))に基づいて、図３(a) に示すよう
に超音波S₀を送信素子２１より発振する。ここで、送信
回路６０１を起動したり、あるいは、送信素子２１を起
動するための遅延τ_e1が発生する。上記のように発生し
た超音波（以下「送信波」という）S₀は、超音波送信素
子２１と所定距離をおいて試料中に設置した受信素子２
２で受け取られて、図３(a) に示すように受信波R₀を形
成する。ここで上記超音波送信素子２１と受信素子２２
の送信波が多重反射を繰り返すことになるが、ここでは
第1回目の受信波を扱うことにする。この受信波は受信
回路６０３で増幅された後、検出回路６０４で整形され
ると、図３(b) に示す受信検出波Ｓｒ₀ が得られる。こ
こでも、上記受信検出波Ｓｒ₀ の発生までに、受信素子
２２で送信波を受け取ってから、受信波が受信回路６０
３や、受信回路６０３と検出回路２０３間のケーブル等
を経由するので所定の電気的な遅延時間τ_e2を経過して
から上記受信検出波Ｓｒ₀ が発生することになる。

【００２０】このように発生した受信検出波Ｓｒ₀ に基
づいて受信波検出回路６０４は自己に内蔵するタイマを
起動し、所定の時間τ_e3が経過した時点で、送信回路６
０１に次の駆動信号Ｓｄ₁₀をだすように指示をする。こ
れに基づいて送信回路６０１は次の駆動信号Ｓｄ₁₀を出
力し上記と同様の処理がなされることになる。尚、上記
所定期間τ_e3とは、上記多重反射が減衰するに足る時間
であり、この時間τ_e3も温度変化による影響を受ける。

【００２１】上記手順が繰り返されて連続する駆動信号
の複数周期の時間をカウンタ６１１で計測することにな
る。このようにして得られた値から駆動信号Ｓｄの１周
期の時間Ｔmeas＝τ₀ ＋τ_e （τ_e ＝τ_e1＋τ_e2＋
τ_e3）を算出する。

【００２２】このように、上記の構成では電気系と音響
系とより構成され、駆動信号Ｓｄ₀,Ｓｄ₁₀・の周期Ｔme
asには、上記したように、装置の電気系に起因する遅延
時間τ_e も含まれていることになり、駆動信号Ｓｄの周
期Ｔmeasと、音響系のみの伝播時間とでは、前者の方が
上記遅延時間τ_e だけ長くなり、周期Ｔmeasを用いて音
速を算出した場合は、正確に試料の音速を算出したこと
にはならない。従って、上記電気系の遅延時間を正確に
検出する必要が生じることになる。

【００２３】そこで、図１に示す模擬受信信号生成回路
を用いることによって、上記電気的な遅れを校正するよ
うにしている。図２は上記模擬受信波生成回路の更に詳
しいブロック図である。図１において、上記送信回路６
０１とセンサ６００間に選択回路１００が挿入され、送
信信号を模擬受信波生成回路２００とセンサ６００を選
択的に入力するようになっている。更に、センサ６００
の出力側に当６００と上記模擬受信波生成回路２００よ
り出力される模擬受信波を選択的に受信回路に入力する
とともに、上記選択回路１００に連動する選択回路１１
０が備えられる。

【００２４】初期状態では模擬受信波生成回路２００を
構成するフリップフロップ２０１はリセットされてお
り、以下のように入力される駆動信号Ｓｄ₀ は当該フリ
ップフロップを起動できる状態にある。

【００２５】この状態で、選択回路１００が当該模擬受
信波生成回路２００側に接続され、選択回路１１０が模
擬受信波生成回路２００側に接続されると、スイッチ回
路２０５はＯＮとなる。ここで、上記送信信号を発生さ
せるための駆動信号Ｓｄ（図３(e) ）が送信回路６０１
から出力され模擬受信波生成回路２００を構成するフリ
ップフロップ２０１にラッチされることによって、当該
フリップフロップ２０１はセットされ次の駆動信号の入
力は禁止される。このとき、フリップフロップ２０１が
起動されるための、遅延時間τ_e1が存在する。ここでの
遅延時間を上記選択回路１００をセンサー６００に接続
した場合における、送信回路６０１を起動したり、ある
いは、送信阻止２１を起動するための遅延時間と同じに
しているのは、ここでの遅延時間がケーブル長と送信回
路６０１に大部分依存するためである。

【００２６】このようにフリップフロップ２０１が起動
すると、当該フリップフロップ２０１の出力は遅延回路
２０２に入力され、この遅延回路２０２で所定時間τd
遅延されて出力される。この出力は自己の入力に返され
て巡回し分周回路２０３に入力される。この分周回路２
０３では上記遅延回路２０２の出力を所定分周比ａ（図
３ではａ＝１）で分周して模擬受信波Ｓ100 （図３(d)
）を生成するとともに、当該模擬受信波Ｓ100 はスイ
ッチ回路２０５を介してフリップフロップ２０１のリセ
ット端子に返される。これによって、フリップフロップ
２０１はリセットされ、次の駆動信号Ｓｄを受け入れ可
能な状態となる。

【００２７】上記のように生成された模擬受信信号Ｓ10
0は上記選択回路110を介して受信回路６０３に入力され
る。以降、模擬受信波Ｓ100 が受信回路６０３を介して
受信波検出回路６０４に入力されここで受信波検出信号
（図３(f) ）が生成され、再び送信回路６０１より次の
駆動信号Ｓｄ（図３(e) ）が形成される手順は上記と同
じであり、また、次の駆動信号Ｓｄが形成されるまで
に、上記電気的な遅れτ _e2とタイマの設定時間τ_e3が存
在することになる。

【００２８】このようにして生成される駆動信号Ｓｄの
周期をカウンタ６１１で計測することによって駆動信号
Ｓｄの周期Ｔref を得る。

【００２９】一方、上記の状態で上記選択回路１００お
よび選択回路１１０をセンサ６００側に切り換えると、
スイッチ回路２0５はＯＦＦし、フリップフロップ２０１
の出力はセットされたままとなり、上記模擬受信波生成
回路２００の遅延回路２０２では、自己が生成した信号
を巡回させて上記遅延時間τdに対応する周期を持つ遅
延連続波Ｐ200 を発生する。この遅延連続波Ｐ200を周
波数測定回路６２１に入力し、遅延時間τ₁₀（＝ａ×τ
d）が測定されて演算回路６１４に入力される。演算回
路６１４では上記周期Ｔref＝τ₁₀ ＋τ_e （τ_e ＝τ_e1
＋τ_e2＋τ_e3）から時間τ₁₀を引いて、電気系の遅延時
間τ_e を求めることになる。

【００３０】上記において、遅延回路２０２の遅延時間
τdはいくらでも構わない（ゼロでもよい）。 また、
電気系の遅延時間τ_e を求める別の手段として、異なる
２つの分周比ａとｂを分周回路２０３に設定し、ａとｂ
の比と上記のようにして得られる二通りの模擬受信波Ｓ
100の測定周期Ｔ₀₁とＴ₀₂からτ_eを得ることができる。
すなわち、 Ｔ₀₁＝τ₁₀₁＋τ_e Ｔ₀₂＝τ₁₀₂＋τ_e τ₁₀₁／τ₁₀₂＝ａ／ｂ よりτ_e を得ることができる。

【００３１】この方法を実現するためには、図２に破線
で示すように上記分周回路２０３の分周比を切り替え手
段２０４で切り換えることで実現できることになる。尚
この切替手段２０４の分周比の設定あるいは切替タイミ
ング設定もこの装置全体を制御するＣＰＵで制御される
ようになっている。

【００３２】更に、上記選択回路の切り換えタイミング
も上記ＣＰＵで制御するようになっている。

【００３３】（実施の形態２）図５は本願出願人によっ
て出願された、特願平１１−１５９５９５に示す超音波
音速測定装置の回路図であり、また、図６はそのタイム
チャートである。本願発明を上記特願平１１−１５９５
９５に適用する場合は、上記のようにして得られる遅延
時間τ_e を以下に説明する遅延回路６に設定することに
なる。尚、図５においてはセンサ６００は反射型を用い
ているので、当該センサ６００の発信素子への入力端子
と受信素子からの出力端子は共通となる。従って、模擬
受信信号Ｓ100を選択回路１００を介して受信回路３に
返す構造となっているので選択回路１１０は不要とな
る。

【００３４】まず、特願平１１−１５９５９５の内容を
簡単に説明する。

【００３５】超音波の送信部および受信部より構成され
る送受信部２ａと反射板２ｂとの間に試料が充填された
状態で、送信回路１による駆動に基づいて、図６(a) に
示すように超音波S₀,S₁₀…が送受信部２ａより発振され
る。この超音波（以下「送信波」という）S₀,S₁₀…は、
超音波送受信部２ａと所定距離をおいて試料中に設置し
た反射板２ｂで反射して超音波送受信部２ａに返り、再
び超音波送受信部２ａで反射して超音波送受信部２ａ・
反射板２ｂ間で図６(a) に示すように多重反射波(R₀,R1
…),(R₁₀,R₁₁…) …を起こす。

【００３６】この多重反射波を超音波送受信部２ａで受
信し、受信回路３で増幅した後、検出回路４で整形する
と、図６(b) に示す受信検出波Ｓｒが得られる。

【００３７】なお、検出回路４では、所定レベル以上の
強度で検出した反射波のみを受信波として採用するよう
になっている。すなわち、図６の例では、第１回目の送
信波S₀に対する第１回目の反射波R₀と第２回目の反射波
R1が、また、第２回目の送信波S₁₀ に対する第１回目の
反射波R₁₀ が、それぞれ所定レベル以上であったので受
信検出波Ｓｒ₀ Ｓｒ1 Ｓｒ₁₀として採用されている。そ
れに対し、第３回目の送信波S₂₀ に対する反射波は、そ
の全部が所定レベル以下であったので、全く受信検出波
として採用されていない。

【００３８】ところで、上記のように反射波が所定レベ
ル以下となる原因は、例えば、試料液中に泡等の障害物
が発生する場合が考えられる。このように受信波が検出
されない状態で以下に説明するＰＬＬ回路が作動する
と、誤った測定値を得ることになる。そこで、本発明で
は、上記所定レベル以上の強度で検出した反射波のみを
受信波として採用するようになっている。

【００３９】すなわち、上記受信検出波Ｓｒを所定時間
τだけ受信波遅延回路５（第１の遅延回路）で遅延させ
ることによって、図６(c) に示す遅延受信波ＬＳｒを得
る。そして、該遅延受信波ＬＳｒは、ＰＬＬ１６の位相
比較器８の比較信号として入力されるようになってい
る。

【００４０】一方、ＰＬＬ１６の局部発振器１０の出力
である発振波（送信タイミング用連続発振波）Ｐ₀ は遅
延回路６で所定時間τ_e すなわち電気系の遅延時間遅延
され、更に、遅延回路７（第２の遅延回路＝遅延回路６
＋遅延回路７）で所定時間τ遅延されて遅延連続発振波
Ｐ₂₀となり、上記位相比較器８の基準波として入力され
る。これによって、遅延受信波ＬＳｒの立ち上がりの位
相と、遅延連続発振波Ｐ₂₀の立ち上がりの位相とを比較
した結果が位相比較器８から出力されるようになってい
る。

【００４１】また、上記検出回路４の出力はＰＬＬ１６
のゲート回路９に制御信号として入力され、これによっ
て、受信検出波Ｓｒが出ているタイミングのみにおける
位相比較器８での比較結果（すなわち、遅延受信波の立
ち上がりと遅延連続発振波Ｐ ₂₀の立ち上がりとの位相
差）が、ゲート回路９を通過し、局部発振器１０での発
振周波数に反映されるようになっている。

【００４２】すなわち、泡等の影響で受信検出波Ｓｒが
得られていないときにはゲート回路９は閉じた状態とな
っているので、位相比較器８での比較結果は反映されな
い。ここで、上記ゲートが開いている時間は、上記比較
結果が通過するに必要な時間ということになる。

【００４３】以上の構成によると、所定の間隔で送信さ
れる複数の送信波S₀,S₁₀…に対応して少なくとも１回の
反射波があれば、上記多重反射の時間間隔に同期した連
続発振波Ｐ₀ を得ることができる。

【００４４】従って、上記連続発振波Ｐ₀ の周期をカウ
ンタ１１で計測し、この周期と、上記温度測定回路１３
より得られる温度とに基づいて演算回路１４が音速を算
出する。

【００４５】その後、上記のように算出された音速は、
プリンタ或いは表示画面等の出力手段１５に出力される
ようになっている。

【００４６】ここで、図６の例では、送信波S₀に対して
反射波R₀,R1 、送信波S₁₀ に対して反射波R10 が受信さ
れているが、送信波S₂₀ に対しては全く反射波が受信さ
れていない様子を示している。このように試料液中の泡
等の障害物によって受信波が検出されないときに、遅延
連続発振波Ｐ₂₀と、発生していない遅延受信波ＬＳｒと
の比較結果を局部発振器１０の発振周波数に反映する
と、目的とする周波数を得ることができない。

【００４７】ところが、上記のように検出波を所定時間
τだけ遅延させると、検出回路４（遅延させる前のタイ
ミングを持った信号）よりゲート回路９に受信波の有無
に基づいた制御信号が入力され、ゲート回路９の開閉が
制御されるようになっている。しかも、反射波が検出さ
れない状態では上記ゲート回路９は閉じた状態を維持し
ているので、遅延連続発振波Ｐ₂₀と、発生していない遅
延受信波ＬＳｒとの比較結果が局部発振器１０の発振周
波数に反映されることはない。

【００４８】また、上記したように、上記超音波の発振
から第１回目の反射波R₀,R₁₀…が得られるまでの時間間
隔と、第１回目の反射波R₀,R₁₀…を受信してから第２回
目以降の反射波を受信するまでの時間間隔とでは、前者
の方が上記電気系の遅延時間τ_e 大きくなっている。

【００４９】そこで、上記連続発振波遅延回路６での遅
延時間は上記電気系の遅延時間τ_eに対応させ、また、
分周回路１２では、上記遅延時間τ_e 遅らせる以前の連
続発振波Ｐ₀ の立ち上がりを利用して駆動信号Ｓｄを形
成するようになっている。すなわち、駆動信号Ｓｄの発
生タイミングは、遅延されていない受信検出波Ｓｒに同
期した連続発振波Ｐ₁₀よりも上記遅延時間τ_e だけ早く
なっている。

【００５０】以上のように本発明によれば、送信波毎に
生じる多重受信波が気泡の存在により不規則に、また、
たまにしか受信されないような状況であっても、受信波
の有無を位相同期回路への入力以前に判定し、受信され
た信号にのみ位相同期をかけることによって、気泡の影
響を殆ど受けない安定した測定が可能となる。

【００５１】ここで、選択回路１００を模擬受信波発生
回路２００側に接続したときは、上記カウンタ１１でそ
の周期（Ｔ＝τ₁₀＋τ_e ）を測定し、実施形態1と同様
の周波数測定回路６２１で、遅延時間τ₁₀を測定するこ
とによりτ_eを求めることができる。また、電気系の遅
延時間τ_e を求める別の手段として、実施形態1と同様に
異なる２つの分周比を用いてτ_eを求めることができ
る。この値τ_eは上記遅延回路６に設定されることにな
る。ここで、タイマと組み合わせて上記選択回路１００
を例えば数分毎に上記模擬受信波発生回路２００側に自
動的に切り換えるようにすると、装置の自動校正をする
ことができることになる。

【００５２】これによって、電気系の遅延時間が常に自
動的に校正されることになる。また、センサをケーブル
で接続して測定するような場合であっても、模擬受信波
発生回路をセンサの近くに配置することによって当該ケ
ーブルによる信号の遅延も上記遅延回路６に設定される
値に含ませることができることになる。

【００５３】図４は試料を純水（温度２０℃）とすると
きの、上記特願平１１−１５９５９５に示す超音波音速
測定装置によって得られた環境温度−音速値（図４(b)
）と、本発明の方法に基づいて得られた上記遅延時間
を用いて、上記従来の方法で得られた値を校正したとき
の温度−音速値（図４(a) ）の比較を示す図である。本
発明による場合は温度依存性がなく、一定の値が得られ
ていることが理解できる。

【００５４】尚、上記の切替手段２０４の分周比の設定
あるいは切替タイミング設定、および、上記選択回路１
００の切り換えタイミングがこの装置全体を制御するＣ
ＰＵで制御される点は上記実施の形態１の場合と同じで
ある。 （実施の形態３）以上の構成においては電気系による信
号の遅れには、センサ６００までのケーブル長さによる
信号の遅れを含むことになるが、特願平１１−１５９５
９５に示す超音波音速測定装置において、ケーブル長さ
による信号の遅れだけを考える場合には、以下のような
方法を用いることもできる。

【００５５】図７において、アンプ部３００は、送信系
は分周器１２より下流部分、受信系は検出回路４より上
流部分より構成される。また、制御部４００は上記アン
プ部３００以外の部分より構成されることになる。ここ
で、制御部４００とアンプ部３００を結ぶケーブルＣ
は、制御部４００の局部発振器１０の出力が、送信ケー
ブルＣｓを介して一旦上記アンプ部３００の分周器１２
の入力端に至り、そこからリターンしてリターンケーブ
ルＣｔを介して上記遅延回路６に入力されている。ま
た、上記検出回路４の出力である受信検出波Ｓｒも受信
ケーブルＣｒを介して受信波遅延回路５に入力されてい
る。尚、温度測定回路１３は減衰を考慮して図７ではア
ンプ部３００に組み込まれているが、制御部４００側に
組み込まれてもよい。また、受信回路３、検出回路４も
減衰を考慮しなくてよい場合には制御部４００側に組み
込まれてもよい。

【００５６】上記の構成において、上記受信検出波Ｓｒ
は上記局部発振器１０よりの信号よりは当該ケーブル長
さ分遅れた信号となるが、上記受信検出波と共に位相比
較器に入力される局部発振器１０よりの信号は上記送信
ケーブルＣｓを介して一旦アンプ部３００まで至った
後、リターン信号となってリターンケーブルＣｔを介し
て遅延回路６に入力されることにより、上記受信検出波
の遅れと同じ遅れを持った信号となっているのでケーブ
ル長を考慮する必要がなくなることになる。

【００５７】図８は本実施の形態による校正結果を示す
ものである。本実施の形態のように差動ケーブルを用い
た場合（図８(a) ）にはケーブル長さによって測定結果
は変化しないが、送信ケーブルＣｓ、リターンケーブル
Ｃｔを介さず直接遅延回路６に入力した場合には、測定
結果はケーブル長さに依存することになる。

【００５８】また、本実施の形態は上記実施の形態２と
組み合わすことによって、更に、有効に実行することが
できる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、電気回路上での遅れ時
間を測定することにより、純粋に超音波が試料中を伝播
する時間だけを測定することが可能となる。そのため本
体装置を交換しても特性が変わらないのでメンテナンス
性が非常によく、又、本体の設置場所の移動によるケーブ
ル長の変更や、環境温度の変化による影響を受けないの
で、データの信頼性が非常に高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をシングアラウンド法に適用した場合の
ブロック図である。

【図２】図１、図５に使用した模擬受信波生成回路の更
に詳しいブロック図である。

【図３】本発明の動作を説明するためのタイムチャート
である。

【図４】本発明による測定結果を示すグラフである。

【図５】本発明をＰＬＬ法に適用した場合のブロック図
である。

【図６】図５に示す場合のタイムチャートである。

【図７】ケーブル長による誤差を補正するためのブロッ
ク図である。

【図８】図７に示した回路による補正結果を示すグラフ
である。

【図９】超音波音速測定装置の構成を示す概念図であ
る。

【図１０】シングアラウンド法の概念を示す図である。

【符号の説明】

Ｓｄ 送信駆動信号 τ₁₀ 遅延時間 Ｓ100 模擬受信波 ２００ 模擬受信波生成手段（模擬受信波生成回路） τ_e 回路固有の遅延時間 Ｃｓ 送信ケーブル Ｃｔ リターンケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 BA08 BC02 EA10 EA11 GG41 GG43 GJ21 GJ26 2G064 AB05 AB16 AB29 BD02 CC19 CC28 CC36 CC46

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波送信部より送信された超音波を超
   音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填さ
   れた試料中を伝播する超音波の伝播時間τ₀に基づいて
   当該試料の音速を求める超音波音速測定装置において、 上記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延
   時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成する模擬
   受信波生成手段と、 上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅
   延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延
   時間τ_e を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
   る超音波音速測定装置。
2. 【請求項２】 超音波送信部より送信された超音波を超
   音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填さ
   れた試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続
   波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、
   当該試料の音速を求める超音波音速測定装置において、 上記連続波を発振させるための基準になる信号を伝送す
   るための当該装置に使用される送信ケーブルとその送信
   ケーブルの先端から折り返すリターンケーブルとを備え
   たことを特徴とする超音波音速測定装置。
3. 【請求項３】 超音波送信部より送信された超音波を超
   音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填さ
   れた試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続
   波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、
   試料中の音速を求める超音波音速測定装置において、 上記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延
   時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成する模擬
   受信波生成手段と、 上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅
   延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延
   時間τ_e を算出する演算手段と、 上記連続波を発振させるための基準になる信号を伝送す
   るための当該装置に使用される送信ケーブルとその送信
   ケーブルの先端から折り返すリターンケーブルとを備え
   たことを特徴とする超音波音速測定装置。
4. 【請求項４】 上記遅延時間τ₁₀を計測する手段を備え
   た請求項１又は３に記載の超音波音速測定装置。
5. 【請求項５】 上記遅延時間τ₁₀と、異なる遅延時間τ
   ₁₀'とに切り換えのできる切替手段を備えた請求項１又
   は３に記載の超音波音速測定装置。
6. 【請求項６】 超音波送信部より送信された超音波を超
   音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填さ
   れた試料中を伝播する超音波の伝播時間に基づいて当該
   試料の音速を求める超音波音速測定方法において、 上記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延
   時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成してお
   き、 上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅
   延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延
   時間τ_eを算出する超音波音速校正方法。
7. 【請求項７】 超音波送信部より送信された超音波を超
   音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填さ
   れた試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続
   波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、
   試料中の音速を求める超音波音速測定方法において、 上記連続波を発振させるための基準になる信号を、当該
   装置に使用される送信ケーブルを往復させることを特徴
   とする超音波音速校正方法。
8. 【請求項８】 超音波送信部より送信された超音波を超
   音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填さ
   れた試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続
   波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、
   試料の音速を求める超音波音速測定方法において、 上記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延
   時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成してお
   き、 上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅
   延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延
   時間τ_eを算出するとともに、 上記連続波を発振させるための基準になる信号を、当該
   装置に使用される送信ケーブルを往復させることを特徴
   とする超音波音速校正方法。
9. 【請求項９】 上記遅延時間τ₁₀を計測する時間計測処
   理を備えた請求項６又は８に記載の超音波音速校正方
   法。
10. 【請求項１０】 上記遅延時間τ₁₀と、異なる遅延時間
    τ₁₀'とに切り換え処理ができる請求項６又は８に記載
    の超音波音速校正方法。