JP2002296133A - パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法 - Google Patents
パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パイプ内の超音波の乱反射を防止することが
できるパイプ内圧測定装置を提供する。 【解決手段】 パイプ内圧測定装置は、パイプ２０の中
心線上に線状に指向するように超音波を出力する超音波
振動子１１と、パイプに対して超音波振動子１１と対称
の位置に配置され、超音波振動子１１によって出力され
た超音波を検出する超音波検出器１２とを有する。振動
子１１は、パイプ２０の外周に沿った振動面を有するの
で、超音波がパイプ２０の外周に対して垂直に入射さ
れ、パイプ２０の中心線上を線状に通り、垂直にパイプ
の外部に抜けることができ、超音波の乱反射を確実に防
止することができる。
できるパイプ内圧測定装置を提供する。 【解決手段】 パイプ内圧測定装置は、パイプ２０の中
心線上に線状に指向するように超音波を出力する超音波
振動子１１と、パイプに対して超音波振動子１１と対称
の位置に配置され、超音波振動子１１によって出力され
た超音波を検出する超音波検出器１２とを有する。振動
子１１は、パイプ２０の外周に沿った振動面を有するの
で、超音波がパイプ２０の外周に対して垂直に入射さ
れ、パイプ２０の中心線上を線状に通り、垂直にパイプ
の外部に抜けることができ、超音波の乱反射を確実に防
止することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パイプ内圧測定装
置およびパイプ内圧測定方法に関する。
置およびパイプ内圧測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】流体の圧力の測定に関して、たとえば、
特開平８−２１０９２５号公報には、圧力の変動に応じ
て共振周波数が変化する超音波振動子を流体内に挿入し
て、挿入した振動子の機械的振動エネルギーを流体の容
器に伝搬させ、容器を介して伝搬された振動エネルギー
に基づいて流体の圧力を測定する技術が開示されてい
る。
特開平８−２１０９２５号公報には、圧力の変動に応じ
て共振周波数が変化する超音波振動子を流体内に挿入し
て、挿入した振動子の機械的振動エネルギーを流体の容
器に伝搬させ、容器を介して伝搬された振動エネルギー
に基づいて流体の圧力を測定する技術が開示されてい
る。
【０００３】しかし、上記技術では、たとえば、自動車
のブレーキオイルのパイプなど、振動子を挿入するため
の個所が設けられていないものの内部を通る流体の圧力
を測定する場合、パイプの任意の場所について振動子用
の穴を設けて超音波振動子を挿入する必要がある。これ
では、流体の圧力を測定できたとしても、穴を設けたパ
イプは今後利用できなくないので、パイプ内の流体の圧
力を測定することによってパイプの適否を調べるための
実験では意味がなくなってしまう。
のブレーキオイルのパイプなど、振動子を挿入するため
の個所が設けられていないものの内部を通る流体の圧力
を測定する場合、パイプの任意の場所について振動子用
の穴を設けて超音波振動子を挿入する必要がある。これ
では、流体の圧力を測定できたとしても、穴を設けたパ
イプは今後利用できなくないので、パイプ内の流体の圧
力を測定することによってパイプの適否を調べるための
実験では意味がなくなってしまう。
【０００４】このような問題を解決するものとして、非
破壊で、パイプ内の流体の圧力を測定することができる
パイプ内圧測定装置がある。図８は、従来のパイプ内圧
測定装置を示し、（Ａ）はパイプ内圧測定装置の正面
図、（Ｂ）はパイプ内圧測定装置の側面図である。この
パイプ内圧測定装置は、図８に示すように、超音波振動
子８０と超音波検出器８１とをパイプ８２に対して対称
の位置に配置し、超音波を超音波振動子８０から出力し
てレンズ８３で収束させ、パイプ８２およびパイプ８２
内の流体を介して超音波検出器８１で検出する。
破壊で、パイプ内の流体の圧力を測定することができる
パイプ内圧測定装置がある。図８は、従来のパイプ内圧
測定装置を示し、（Ａ）はパイプ内圧測定装置の正面
図、（Ｂ）はパイプ内圧測定装置の側面図である。この
パイプ内圧測定装置は、図８に示すように、超音波振動
子８０と超音波検出器８１とをパイプ８２に対して対称
の位置に配置し、超音波を超音波振動子８０から出力し
てレンズ８３で収束させ、パイプ８２およびパイプ８２
内の流体を介して超音波検出器８１で検出する。
【０００５】そして、超音波を超音波振動子８０が出力
してから超音波検出器８１が検出するまでの時間、およ
び超音波振動子８０から超音波検出器８１までの距離に
基づいて超音波の速度を算出し、算出した超音波の速度
を使用して、予め求められている超音波の速度と流体の
圧力との関係に基づいて、流体の圧力を求めることがで
きる。
してから超音波検出器８１が検出するまでの時間、およ
び超音波振動子８０から超音波検出器８１までの距離に
基づいて超音波の速度を算出し、算出した超音波の速度
を使用して、予め求められている超音波の速度と流体の
圧力との関係に基づいて、流体の圧力を求めることがで
きる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記パ
イプ内圧測定装置では、超音波振動子８０から出力され
た超音波をレンズ８３で一点に収束しているため、パイ
プ断面で見れば、超音波はパイプ８２の中心を通り超音
波検出器８１に受信されているように見えるが、パイプ
長手方向断面で見れば、超音波は乱反射によって拡散
し、超音波検出器８１に強い超音波が到達していない。
これは、パイプ断面では、パイプ８２の円周に対して垂
直に超音波が入射されているが、パイプ長手方向断面で
は、パイプ８２の円周に対して垂直に超音波が入射され
ていないからである。
イプ内圧測定装置では、超音波振動子８０から出力され
た超音波をレンズ８３で一点に収束しているため、パイ
プ断面で見れば、超音波はパイプ８２の中心を通り超音
波検出器８１に受信されているように見えるが、パイプ
長手方向断面で見れば、超音波は乱反射によって拡散
し、超音波検出器８１に強い超音波が到達していない。
これは、パイプ断面では、パイプ８２の円周に対して垂
直に超音波が入射されているが、パイプ長手方向断面で
は、パイプ８２の円周に対して垂直に超音波が入射され
ていないからである。
【０００７】このような、従来のパイプ内圧測定装置で
は、超音波検出器８１による超音波の検出は、図９に示
すような結果しか得られない。このような結果を用いた
としても、超音波が超音波検出器８１に検出された正確
な時間を特定しにくいので、精度よい検査を達成するこ
とはできない。
は、超音波検出器８１による超音波の検出は、図９に示
すような結果しか得られない。このような結果を用いた
としても、超音波が超音波検出器８１に検出された正確
な時間を特定しにくいので、精度よい検査を達成するこ
とはできない。
【０００８】また、超音波が乱反射してしまうので、パ
イプ８２内部で反復反射した超音波を超音波検出器８１
で検出することができず、乱反射しなかった超音波のみ
しか、検査に使用することができない。これでは、超音
波の伝達距離が短く、超音波の音速の変化による伝達時
間の差が僅かにしか現れないような径の細いパイプにつ
いて、その内部の流体の圧力を測定することができな
い。
イプ８２内部で反復反射した超音波を超音波検出器８１
で検出することができず、乱反射しなかった超音波のみ
しか、検査に使用することができない。これでは、超音
波の伝達距離が短く、超音波の音速の変化による伝達時
間の差が僅かにしか現れないような径の細いパイプにつ
いて、その内部の流体の圧力を測定することができな
い。
【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、パイプ内の超音波の乱反射を防止し、パイプ内
で反復反射した超音波まで検出して径が細いパイプにつ
いてもパイプ内の流体の圧力を測定することができるパ
イプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法の提供を目
的とする。
であり、パイプ内の超音波の乱反射を防止し、パイプ内
で反復反射した超音波まで検出して径が細いパイプにつ
いてもパイプ内の流体の圧力を測定することができるパ
イプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法の提供を目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記の手段によって達成される。
記の手段によって達成される。
【００１１】（１）本発明のパイプ内圧測定装置は、パ
イプの長手方向に対する中心線上に指向するように超音
波を出力する超音波出力手段と、前記パイプに対して前
記超音波出力手段と対称の位置に配置され、前記超音波
出力手段によって出力された超音波を検出する超音波検
出手段と、前記超音波検出手段の検出結果に基づいて前
記パイプ内の圧力を算出するパイプ内圧算出手段とを有
することを特徴とする。
イプの長手方向に対する中心線上に指向するように超音
波を出力する超音波出力手段と、前記パイプに対して前
記超音波出力手段と対称の位置に配置され、前記超音波
出力手段によって出力された超音波を検出する超音波検
出手段と、前記超音波検出手段の検出結果に基づいて前
記パイプ内の圧力を算出するパイプ内圧算出手段とを有
することを特徴とする。
【００１２】（２）前記内圧算出手段は、パイプ内壁に
反射してから前記超音波検出手段に検出された超音波に
基づいて前記パイプ内の圧力を算出する。
反射してから前記超音波検出手段に検出された超音波に
基づいて前記パイプ内の圧力を算出する。
【００１３】（３）前記超音波出力手段は、前記パイプ
の円周に沿った出力面を有し、前記パイプの円周に対し
て垂直に超音波を入射し、前記超音波検出手段は、前記
パイプの円周に沿った受信面を有し、前記パイプの内部
から円周に対して垂直に入射された超音波を受信する。
の円周に沿った出力面を有し、前記パイプの円周に対し
て垂直に超音波を入射し、前記超音波検出手段は、前記
パイプの円周に沿った受信面を有し、前記パイプの内部
から円周に対して垂直に入射された超音波を受信する。
【００１４】（４）前記出力面および前記受信面は、前
記パイプの円周の半分以下に沿う。
記パイプの円周の半分以下に沿う。
【００１５】（５）前記パイプ内圧算出手段は、超音波
を前記超音波出力手段が出力してから前記超音波検出手
段が検出するまでの時間を計測する計時手段と、前記計
時手段によって計測された時間、および予め計測されて
いる前記パイプの径に基づいて、超音波の速度を算出す
る速度算出手段と、前記速度算出手段によって算出され
た超音波の速度、および予め求められている超音波の速
度とパイプ内の媒体の圧力との関係に基づいて、前記パ
イプ内の圧力を算出する圧力算出手段とを有する。
を前記超音波出力手段が出力してから前記超音波検出手
段が検出するまでの時間を計測する計時手段と、前記計
時手段によって計測された時間、および予め計測されて
いる前記パイプの径に基づいて、超音波の速度を算出す
る速度算出手段と、前記速度算出手段によって算出され
た超音波の速度、および予め求められている超音波の速
度とパイプ内の媒体の圧力との関係に基づいて、前記パ
イプ内の圧力を算出する圧力算出手段とを有する。
【００１６】（６）本発明のパイプ内圧測定方法は、パ
イプの長手方向に対する中心線上に指向するように超音
波を出力する工程と、前記パイプに対して超音波を出力
する位置と対称の位置において、超音波を検出する工程
と、超音波の検出結果に基づいて前記パイプ内の圧力を
算出する工程とを有することを特徴とする。
イプの長手方向に対する中心線上に指向するように超音
波を出力する工程と、前記パイプに対して超音波を出力
する位置と対称の位置において、超音波を検出する工程
と、超音波の検出結果に基づいて前記パイプ内の圧力を
算出する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】（７）圧力を算出する工程では、パイプ内
壁に反射してから検出された超音波に基づいて前記パイ
プ内の圧力を算出する。
壁に反射してから検出された超音波に基づいて前記パイ
プ内の圧力を算出する。
【００１８】（８）前記超音波を出力する工程では、前
記パイプの円周に沿った出力面から前記パイプの円周に
対して垂直に超音波を入射し、前記超音波を検出する工
程では、前記パイプの円周に沿った受信面において、前
記パイプの内部から円周に対して垂直に入射された超音
波を検出する。
記パイプの円周に沿った出力面から前記パイプの円周に
対して垂直に超音波を入射し、前記超音波を検出する工
程では、前記パイプの円周に沿った受信面において、前
記パイプの内部から円周に対して垂直に入射された超音
波を検出する。
【００１９】（９）前記出力面は、前記パイプの円周の
半分以下に沿う。
半分以下に沿う。
【００２０】（１０）圧力を算出する工程は、超音波が
出力されてから検出されるまでの時間を計測する工程
と、計測された時間、および予め計測されている前記パ
イプの径に基づいて、超音波の速度を算出する工程と、
算出された超音波の速度、および予め求められている超
音波の速度とパイプ内の媒体の圧力との関係に基づい
て、前記パイプ内の圧力を算出する工程とを有する
出力されてから検出されるまでの時間を計測する工程
と、計測された時間、および予め計測されている前記パ
イプの径に基づいて、超音波の速度を算出する工程と、
算出された超音波の速度、および予め求められている超
音波の速度とパイプ内の媒体の圧力との関係に基づい
て、前記パイプ内の圧力を算出する工程とを有する
【００２１】
【発明の効果】請求項１に記載の発明は、超音波をパイ
プの長手方向に対する中心線上に指向するので、パイプ
内において超音波が乱反射することを防止し、拡散して
いない超音波を確実に検出し、正確にパイプ内の圧力を
算出することができる。
プの長手方向に対する中心線上に指向するので、パイプ
内において超音波が乱反射することを防止し、拡散して
いない超音波を確実に検出し、正確にパイプ内の圧力を
算出することができる。
【００２２】請求項２に記載の発明は、パイプ内壁に反
射してから検出された超音波に基づいて圧力を算出する
ので、超音波の伝搬距離をパイプ内での反復反射により
実質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差
を大きくすることができる。
射してから検出された超音波に基づいて圧力を算出する
ので、超音波の伝搬距離をパイプ内での反復反射により
実質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差
を大きくすることができる。
【００２３】請求項３に記載の発明は、パイプの円周に
沿った出力面からパイプの円周に対して垂直に超音波を
入射するので、超音波が屈折することなく垂直にパイプ
内に入り、パイプの中心を通って、垂直にパイプの外部
に抜けることができ、超音波の乱反射を確実に防止する
ことができる。
沿った出力面からパイプの円周に対して垂直に超音波を
入射するので、超音波が屈折することなく垂直にパイプ
内に入り、パイプの中心を通って、垂直にパイプの外部
に抜けることができ、超音波の乱反射を確実に防止する
ことができる。
【００２４】請求項４に記載の発明は、出力面および受
信面がパイプの円周の半分以下に沿うので、出力面およ
び受信面が相互に干渉することがなく、適切に超音波の
送受信を行うことができる。
信面がパイプの円周の半分以下に沿うので、出力面およ
び受信面が相互に干渉することがなく、適切に超音波の
送受信を行うことができる。
【００２５】請求項５に記載の発明は、パイプの内圧を
算出することができる。
算出することができる。
【００２６】請求項６に記載の発明は、超音波をパイプ
の長手方向に対する中心線上に指向するので、パイプ内
において超音波が乱反射することを防止し、拡散してい
ない超音波を確実に検出し、正確にパイプ内の圧力を算
出することができる。
の長手方向に対する中心線上に指向するので、パイプ内
において超音波が乱反射することを防止し、拡散してい
ない超音波を確実に検出し、正確にパイプ内の圧力を算
出することができる。
【００２７】請求項７に記載の発明は、パイプ内壁に反
射してから検出された超音波に基づいて圧力を算出する
ので、超音波の伝搬距離をパイプ内での反復反射により
実質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差
を大きくすることができる。
射してから検出された超音波に基づいて圧力を算出する
ので、超音波の伝搬距離をパイプ内での反復反射により
実質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差
を大きくすることができる。
【００２８】請求項８に記載の発明は、パイプの円周に
沿った出力面からパイプの円周に対して垂直に超音波を
入射するので、超音波が屈折することなく垂直にパイプ
内に入り、パイプの中心を通って、垂直にパイプの外部
に抜けることができ、超音波の乱反射を確実に防止する
ことができる。
沿った出力面からパイプの円周に対して垂直に超音波を
入射するので、超音波が屈折することなく垂直にパイプ
内に入り、パイプの中心を通って、垂直にパイプの外部
に抜けることができ、超音波の乱反射を確実に防止する
ことができる。
【００２９】請求項９に記載の発明は、出力面および受
信面がパイプの円周の半分以下に沿うので、出力面およ
び受信面が相互に干渉することがなく、適切に超音波の
送受信を行うことができる。
信面がパイプの円周の半分以下に沿うので、出力面およ
び受信面が相互に干渉することがなく、適切に超音波の
送受信を行うことができる。
【００３０】請求項１０に記載の発明は、パイプの内圧
を算出することができる。
を算出することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。
実施の形態を説明する。
【００３２】（第１の実施の形態）図１は、本発明のパ
イプ内圧測定装置の概略構成を示すブロック図、図２
は、パイプ内圧測定装置をパイプに適用した様子を示す
図、図３はパイプ内圧測定装置を示す図であり、（Ａ）
はパイプのＡ−Ａ断面方向に見たパイプ内圧測定装置、
（Ｂ）はパイプのＢ−Ｂ断面方向に見たパイプ内圧測定
装置を示す図である。なお、図２および図３では、説明
の容易のため、パイプ内圧測定装置１０の超音波振動子
１１および超音波検出器１２以外の構成については図示
していない。
イプ内圧測定装置の概略構成を示すブロック図、図２
は、パイプ内圧測定装置をパイプに適用した様子を示す
図、図３はパイプ内圧測定装置を示す図であり、（Ａ）
はパイプのＡ−Ａ断面方向に見たパイプ内圧測定装置、
（Ｂ）はパイプのＢ−Ｂ断面方向に見たパイプ内圧測定
装置を示す図である。なお、図２および図３では、説明
の容易のため、パイプ内圧測定装置１０の超音波振動子
１１および超音波検出器１２以外の構成については図示
していない。
【００３３】図１に示すように、本発明のパイプ内圧測
定装置１０は、超音波振動子１１と、超音波検出器１２
と、制御部１３と、記憶部１４と、入力部１５とを含ん
で構成される。
定装置１０は、超音波振動子１１と、超音波検出器１２
と、制御部１３と、記憶部１４と、入力部１５とを含ん
で構成される。
【００３４】超音波振動子１１は、パイプ２０の外周に
取り付けられ、制御部１３の指示により超音波を出力す
る。超音波検出器１２は、超音波振動子１１とはパイプ
２０に対して対称の位置においてパイプ２０の外周に取
り付けられ、超音波振動子１１から出力された超音波を
パイプ２０を介して受信することによって、超音波を検
出する。
取り付けられ、制御部１３の指示により超音波を出力す
る。超音波検出器１２は、超音波振動子１１とはパイプ
２０に対して対称の位置においてパイプ２０の外周に取
り付けられ、超音波振動子１１から出力された超音波を
パイプ２０を介して受信することによって、超音波を検
出する。
【００３５】制御部１３は、超音波振動子１１が超音波
を出力してから超音波検出器１２が検出するまでの時間
を計時したり、計時した時間を使用して超音波の速度を
算出したり、算出した超音波の速度を使用してパイプ２
０内を通る流体の圧力を算出したりする。
を出力してから超音波検出器１２が検出するまでの時間
を計時したり、計時した時間を使用して超音波の速度を
算出したり、算出した超音波の速度を使用してパイプ２
０内を通る流体の圧力を算出したりする。
【００３６】記憶部１４は、超音波の速度を算出する
際、および流体の圧力を算出する際に必要な情報を記憶
する。ここで、必要な情報とは、パイプの外径および内
径の情報や、パイプ内に流れる流体の圧力と流体内を伝
搬する超音波の速度変化率との対応関係を示す情報など
である。入力部１５は、記憶部１４に記憶するための情
報を入力したり、パイプ２０内の圧力測定の開始の合図
を入力したりするために使用される。
際、および流体の圧力を算出する際に必要な情報を記憶
する。ここで、必要な情報とは、パイプの外径および内
径の情報や、パイプ内に流れる流体の圧力と流体内を伝
搬する超音波の速度変化率との対応関係を示す情報など
である。入力部１５は、記憶部１４に記憶するための情
報を入力したり、パイプ２０内の圧力測定の開始の合図
を入力したりするために使用される。
【００３７】本発明のパイプ内圧測定装置１０は、具体
的には、図２に示すように、超音波振動子１１および超
音波検出器１２がパイプ２０に取り付けられる。
的には、図２に示すように、超音波振動子１１および超
音波検出器１２がパイプ２０に取り付けられる。
【００３８】図２に示すように、本発明のパイプ内圧測
定装置１０の超音波振動子１１および超音波検出器１２
は、パイプ２０の外周に、パイプ２０に対して対称な位
置に取り付けられる。このとき、パイプ２０内には、圧
力を測定するための流体が流れている。
定装置１０の超音波振動子１１および超音波検出器１２
は、パイプ２０の外周に、パイプ２０に対して対称な位
置に取り付けられる。このとき、パイプ２０内には、圧
力を測定するための流体が流れている。
【００３９】図３に示すように、超音波振動子１１は、
パイプ２０の外周と同じ形状に成形された振動面３０を
有し、この振動面３０においてカップリング剤が塗布さ
れ、パイプ２０の外周の一部に密着させられる。そし
て、超音波振動子１１は、振動面３０がパイプ２０の外
周に対して垂直な方向に振動することによって、パイプ
２０の中心線上に向かって線状にパルス状の超音波を出
力する。したがって、パイプ２０には、その表面に対し
て垂直に超音波が入射される。パイプ２０に入射された
超音波は、パイプ２０およびパイプ２０内を通る流体を
介して、超音波検出器１２に伝搬される。
パイプ２０の外周と同じ形状に成形された振動面３０を
有し、この振動面３０においてカップリング剤が塗布さ
れ、パイプ２０の外周の一部に密着させられる。そし
て、超音波振動子１１は、振動面３０がパイプ２０の外
周に対して垂直な方向に振動することによって、パイプ
２０の中心線上に向かって線状にパルス状の超音波を出
力する。したがって、パイプ２０には、その表面に対し
て垂直に超音波が入射される。パイプ２０に入射された
超音波は、パイプ２０およびパイプ２０内を通る流体を
介して、超音波検出器１２に伝搬される。
【００４０】超音波検出器１２は、パイプ２０の外周と
同じ形状に成形された受信面３１を有し、超音波振動子
１１と同様に、受信面３１においてカップリング剤が塗
布され、パイプ２０の外周の一部に密着させられてお
り、その受信面３１において超音波を受信し検出する。
超音波検出器１２による超音波の検出結果は、図４に示
すようになる。なお、図４では、縦軸を受信した超音波
の出力電圧（Ｖ）、横軸を超音波を受信するまでの時
間、すなわち超音波の伝搬時間（μｓ）としている。
同じ形状に成形された受信面３１を有し、超音波振動子
１１と同様に、受信面３１においてカップリング剤が塗
布され、パイプ２０の外周の一部に密着させられてお
り、その受信面３１において超音波を受信し検出する。
超音波検出器１２による超音波の検出結果は、図４に示
すようになる。なお、図４では、縦軸を受信した超音波
の出力電圧（Ｖ）、横軸を超音波を受信するまでの時
間、すなわち超音波の伝搬時間（μｓ）としている。
【００４１】超音波は、超音波振動子１１からパイプ２
０内に垂直に入射されるので、その多くがそのまま透過
されて受信面３１に到達し、また、一部がパイプ２０の
内壁で垂直に反復反射してから受信面３１に到達する。
したがって、超音波検出器１２は、図４に示すように、
全く反射せずに受信面３１に到達した超音波（図３に示
す経路ａを伝搬する超音波）が明瞭に強く現れる第１透
過波を検出し、さらに、パイプ２０内を反射してから受
信面３１に到達した超音波（図３に示す経路ｂを伝搬す
る超音波）が第１透過波より小さいが明瞭に強く現れる
第２透過波も検出することができる。なお、図３では、
経路ｂを伝搬する超音波は、パイプ２０の内壁で位置が
ずれて垂直に反射しているように示されるが、これは反
射の経路を明確にするためであり、実際は同じ位置で反
射している。
０内に垂直に入射されるので、その多くがそのまま透過
されて受信面３１に到達し、また、一部がパイプ２０の
内壁で垂直に反復反射してから受信面３１に到達する。
したがって、超音波検出器１２は、図４に示すように、
全く反射せずに受信面３１に到達した超音波（図３に示
す経路ａを伝搬する超音波）が明瞭に強く現れる第１透
過波を検出し、さらに、パイプ２０内を反射してから受
信面３１に到達した超音波（図３に示す経路ｂを伝搬す
る超音波）が第１透過波より小さいが明瞭に強く現れる
第２透過波も検出することができる。なお、図３では、
経路ｂを伝搬する超音波は、パイプ２０の内壁で位置が
ずれて垂直に反射しているように示されるが、これは反
射の経路を明確にするためであり、実際は同じ位置で反
射している。
【００４２】なお、パイプ２０の肉厚内において反射す
る超音波もわずかにあるが、一般的に、パイプ２０およ
び流体を反射せずに透過するか、またはパイプ２０内で
反復反射する超音波がほとんどなので、肉厚内における
超音波の反射による検出結果への影響はほとんどない。
る超音波もわずかにあるが、一般的に、パイプ２０およ
び流体を反射せずに透過するか、またはパイプ２０内で
反復反射する超音波がほとんどなので、肉厚内における
超音波の反射による検出結果への影響はほとんどない。
【００４３】図４に示すような超音波検出器１２による
検出結果は、制御部１３に送られる。制御部１３は、検
出結果に基づいて、超音波振動子１１による超音波の出
力から超音波検出器１２による第２透過波の検出までの
時間を計時する。そして、制御部１３は、記憶部１４に
予め記憶されているパイプ２０の内径と外径との情報に
基づいて、第２透過波が受信面３１に到達するまでの経
路（図３に示すパイプ内反射波の伝搬する経路ｂ）、す
なわち、パイプ２０の内径の往復分と外形とを合計した
距離を算出し、この距離を計時した時間で伝搬する超音
波の速度を算出する。
検出結果は、制御部１３に送られる。制御部１３は、検
出結果に基づいて、超音波振動子１１による超音波の出
力から超音波検出器１２による第２透過波の検出までの
時間を計時する。そして、制御部１３は、記憶部１４に
予め記憶されているパイプ２０の内径と外径との情報に
基づいて、第２透過波が受信面３１に到達するまでの経
路（図３に示すパイプ内反射波の伝搬する経路ｂ）、す
なわち、パイプ２０の内径の往復分と外形とを合計した
距離を算出し、この距離を計時した時間で伝搬する超音
波の速度を算出する。
【００４４】さらに、制御部１３は、記憶部１４に予め
記憶されている、図５に示すようなパイプ２０内に流れ
る流体の圧力と流体内を伝搬する超音波の速度変化率と
の対応関係を示す情報に基づいて、算出した超音波の速
度変化率に対応する圧力を調べる。ここで、図５では、
縦軸を超音波の速度変化率、横軸をパイプ２０内の流体
の圧力としており、超音波の速度変化率とは、たとえ
ば、常温の流体内における超音波の速度に対する算出し
た超音波の速度の比率のことである。
記憶されている、図５に示すようなパイプ２０内に流れ
る流体の圧力と流体内を伝搬する超音波の速度変化率と
の対応関係を示す情報に基づいて、算出した超音波の速
度変化率に対応する圧力を調べる。ここで、図５では、
縦軸を超音波の速度変化率、横軸をパイプ２０内の流体
の圧力としており、超音波の速度変化率とは、たとえ
ば、常温の流体内における超音波の速度に対する算出し
た超音波の速度の比率のことである。
【００４５】以上のように、本発明のパイプ内圧測定装
置１０は、パイプ２０の中心線上の一点ではなく線状に
超音波を指向させるので、超音波がパイプ２０の外周に
対して垂直に入射されることになり、超音波の乱反射に
よる拡散を防止することができる。
置１０は、パイプ２０の中心線上の一点ではなく線状に
超音波を指向させるので、超音波がパイプ２０の外周に
対して垂直に入射されることになり、超音波の乱反射に
よる拡散を防止することができる。
【００４６】また、超音波が拡散しないので、超音波検
出器１２の受信面３１に到達しない超音波をほとんどな
くすことができ、その結果、パイプ２０およびパイプ２
０内の流体を反射せずに伝搬してきた第１透過波だけで
なく、パイプ２０内を反射してから伝搬してきた第２透
過波さえも明瞭に検出することができる。したがって、
たとえパイプ２０の径が超音波の伝搬時間を計測できな
いほど小さいときでも、パイプ内を反射することによっ
て十分な距離を伝搬してきた超音波を検出することによ
り、超音波の伝搬時間を計測することができる。つま
り、第１透過波ではなく第２透過波を検出するまでの時
間を計測するので、パイプ内での超音波の伝搬距離を実
質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差を
大きくすることができる。
出器１２の受信面３１に到達しない超音波をほとんどな
くすことができ、その結果、パイプ２０およびパイプ２
０内の流体を反射せずに伝搬してきた第１透過波だけで
なく、パイプ２０内を反射してから伝搬してきた第２透
過波さえも明瞭に検出することができる。したがって、
たとえパイプ２０の径が超音波の伝搬時間を計測できな
いほど小さいときでも、パイプ内を反射することによっ
て十分な距離を伝搬してきた超音波を検出することによ
り、超音波の伝搬時間を計測することができる。つま
り、第１透過波ではなく第２透過波を検出するまでの時
間を計測するので、パイプ内での超音波の伝搬距離を実
質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差を
大きくすることができる。
【００４７】なお、超音波振動子１１の振動面３０は、
パイプ２０の外周の半分以下に沿っていればよく、図６
に示すように、パイプ２０の外周の約三分の一程度に沿
ってもよい。しかし、僅かに乱反射した超音波にも影響
を受けないために、振動面３０はできるだけ小さくパイ
プ２０の外周に沿う方が好ましい。超音波検出器１２の
受信面３１もパイプ２０の外周の半分以下に沿っていれ
ばよく、振動面３０と同様に、できるだけ小さくパイプ
２０の外周に沿う方が好ましい。
パイプ２０の外周の半分以下に沿っていればよく、図６
に示すように、パイプ２０の外周の約三分の一程度に沿
ってもよい。しかし、僅かに乱反射した超音波にも影響
を受けないために、振動面３０はできるだけ小さくパイ
プ２０の外周に沿う方が好ましい。超音波検出器１２の
受信面３１もパイプ２０の外周の半分以下に沿っていれ
ばよく、振動面３０と同様に、できるだけ小さくパイプ
２０の外周に沿う方が好ましい。
【００４８】振動面３０および受信面３１がパイプ２０
の円周の半分以下に沿うので、出力面および受信面が相
互に干渉することがなく、適切に超音波の送受信を行う
ことができる。
の円周の半分以下に沿うので、出力面および受信面が相
互に干渉することがなく、適切に超音波の送受信を行う
ことができる。
【００４９】さらに、上記実施の形態では、超音波振動
子１１の振動面３０を直接パイプ２０の円周に沿わせて
いたが、これに限られない。図７は、超音波振動子１１
とパイプ２０の間に、レンズを介在させた場合の例を示
す図である。
子１１の振動面３０を直接パイプ２０の円周に沿わせて
いたが、これに限られない。図７は、超音波振動子１１
とパイプ２０の間に、レンズを介在させた場合の例を示
す図である。
【００５０】図７に示すように、レンズ７０をパイプ２
０に沿わせて、このレンズ７０に超音波振動子７１を取
り付けてもよい。この場合、レンズ７０は、超音波振動
子７１が出力する超音波をパイプ２０の中心線上に線状
に集めるような焦点を有して形成される。なお、図７に
示すように超音波振動子７１とパイプ２０との間にレン
ズを介在させる場合には、超音波振動子７１から超音波
受信器までの距離にパイプ２０の内径を加えた距離を、
第２透過波が検出されるまでの時間で割って超音波の速
度を算出することができる。
０に沿わせて、このレンズ７０に超音波振動子７１を取
り付けてもよい。この場合、レンズ７０は、超音波振動
子７１が出力する超音波をパイプ２０の中心線上に線状
に集めるような焦点を有して形成される。なお、図７に
示すように超音波振動子７１とパイプ２０との間にレン
ズを介在させる場合には、超音波振動子７１から超音波
受信器までの距離にパイプ２０の内径を加えた距離を、
第２透過波が検出されるまでの時間で割って超音波の速
度を算出することができる。
【００５１】また、上記実施の形態では、第２透過波を
検出するまでの時間を計時していたが、これに限られ
ず、第１透過波を検出するまでの時間を計時して、この
計時した時間を使用して超音波の音速を算出してもよ
い。さらに、第３透過波以降の透過波まで明瞭に検出で
きる場合は、検出した第３透過波以降の透過波を使用し
てもよい。
検出するまでの時間を計時していたが、これに限られ
ず、第１透過波を検出するまでの時間を計時して、この
計時した時間を使用して超音波の音速を算出してもよ
い。さらに、第３透過波以降の透過波まで明瞭に検出で
きる場合は、検出した第３透過波以降の透過波を使用し
てもよい。
【図１】 本発明のパイプ内圧測定装置の概略構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】 パイプ内圧測定装置をパイプに適用した様子
を示す図である。
を示す図である。
【図３】 パイプ内圧測定装置を示す図であり、（Ａ）
はパイプのＡ−Ａ断面方向に見たパイプ内圧測定装置、
（Ｂ）はパイプのＢ−Ｂ断面方向に見たパイプ内圧測定
装置を示す図である。
はパイプのＡ−Ａ断面方向に見たパイプ内圧測定装置、
（Ｂ）はパイプのＢ−Ｂ断面方向に見たパイプ内圧測定
装置を示す図である。
【図４】 超音波検出器による超音波の検出結果を示す
図である。
図である。
【図５】 パイプ内に流れる流体の圧力と流体内を伝搬
する超音波の速度変化率との対応関係を示す図である。
する超音波の速度変化率との対応関係を示す図である。
【図６】 パイプの外周の約三分の一程度に沿った振動
面を有する超音波振動子を示す図である。
面を有する超音波振動子を示す図である。
【図７】 超音波振動子１とパイプの間に、レンズを介
在させた場合の例を示す図である
在させた場合の例を示す図である
【図８】 従来のパイプ内圧測定装置を示し、（Ａ）は
パイプ内圧測定装置の正面図、（Ｂ）はパイプ内圧測定
装置の側面図である。
パイプ内圧測定装置の正面図、（Ｂ）はパイプ内圧測定
装置の側面図である。
【図９】 従来のパイプ内圧測定装置が有する超音波検
出器の検出結果を示す図である。
出器の検出結果を示す図である。
１０…パイプ内圧測定装置、 １１、７１…超音波振動子、 １２…超音波検出器、 １３…制御部、 １４…記憶部、 ２０…パイプ、 ３０…振動面、 ３１…受信面 ７０…レンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西谷 勝 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 鳥居 修司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC59 DD20 EE40 FF11 GG11 GG31
Claims (10)
- 【請求項１】 パイプの長手方向に対する中心線上に指
向するように超音波を出力する超音波出力手段と、 前記パイプに対して前記超音波出力手段と対称の位置に
配置され、前記超音波出力手段によって出力された超音
波を検出する超音波検出手段と、 前記超音波検出手段の検出結果に基づいて前記パイプ内
の圧力を算出するパイプ内圧算出手段と、 を有することを特徴とするパイプ内圧測定装置。 - 【請求項２】 前記内圧算出手段は、パイプ内壁に反射
してから前記超音波検出手段に検出された超音波に基づ
いて前記パイプ内の圧力を算出することを特徴とする請
求項１に記載のパイプ内圧測定装置。 - 【請求項３】 前記超音波出力手段は、前記パイプの円
周に沿った出力面を有し、前記パイプの円周に対して垂
直に超音波を入射し、 前記超音波検出手段は、前記パイプの円周に沿った受信
面を有し、前記パイプの内部から円周に対して垂直に入
射された超音波を受信することを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のパイプ内圧測定装置。 - 【請求項４】 前記出力面および前記受信面は、前記パ
イプの円周の半分以下に沿うことを特徴とする請求項３
に記載のパイプ内圧測定装置。 - 【請求項５】 前記パイプ内圧算出手段は、 超音波を前記超音波出力手段が出力してから前記超音波
検出手段が検出するまでの時間を計測する計時手段と、 前記計時手段によって計測された時間、および予め計測
されている前記パイプの径に基づいて、超音波の速度を
算出する速度算出手段と、 前記速度算出手段によって算出された超音波の速度、お
よび予め求められている超音波の速度とパイプ内の媒体
の圧力との関係に基づいて、前記パイプ内の圧力を算出
する圧力算出手段と、 を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいず
れか一項に記載のパイプ内圧測定装置。 - 【請求項６】 パイプの長手方向に対する中心線上に指
向するように超音波を出力する工程と、 前記パイプに対して超音波を出力する位置と対称の位置
において、超音波を検出する工程と、 超音波の検出結果に基づいて前記パイプ内の圧力を算出
する工程と、 を有することを特徴とするパイプ内圧測定方法。 - 【請求項７】 圧力を算出する工程では、パイプ内壁に
反射してから検出された超音波に基づいて前記パイプ内
の圧力を算出することを特徴とする請求項６に記載のパ
イプ内圧測定方法。 - 【請求項８】 前記超音波を出力する工程では、前記パ
イプの円周に沿った出力面から前記パイプの円周に対し
て垂直に超音波を入射し、 前記超音波を検出する工程では、前記パイプの円周に沿
った受信面において、前記パイプの内部から円周に対し
て垂直に入射された超音波を検出することを特徴とする
請求項６または請求項７に記載のパイプ内圧測定方法。 - 【請求項９】 前記出力面は、前記パイプの円周の半分
以下に沿うことを特徴とする請求項８に記載のパイプ内
圧測定方法。 - 【請求項１０】 圧力を算出する工程は、 超音波が出力されてから検出されるまでの時間を計測す
る工程と、 計測された時間、および予め計測されている前記パイプ
の径に基づいて、超音波の速度を算出する工程と、 算出された超音波の速度、および予め求められている超
音波の速度とパイプ内の媒体の圧力との関係に基づい
て、前記パイプ内の圧力を算出する工程と、 を有することを特徴とする請求項６から請求項９のいず
れか一項に記載のパイプ内圧測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001101352A JP3711885B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001101352A JP3711885B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002296133A true JP2002296133A (ja) | 2002-10-09 |
| JP3711885B2 JP3711885B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=18954685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001101352A Expired - Fee Related JP3711885B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3711885B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004079318A1 (de) * | 2003-03-06 | 2004-09-16 | Robert Bosch Gmbh | Hydrostatische druckbestimmung in einem hocdruckbehälter (common rail) ultraschall laufzeitmessung |
| JP2005061944A (ja) * | 2003-08-11 | 2005-03-10 | Nissan Motor Co Ltd | パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法 |
| DE102005009818A1 (de) * | 2005-03-03 | 2006-09-07 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zum Messen eines Druckes |
| KR20070034698A (ko) * | 2005-09-26 | 2007-03-29 | 한국표준과학연구원 | 초음파를 이용한 진공용기의 압력 측정 시스템 |
| DE102017010727A1 (de) * | 2017-11-21 | 2019-05-23 | Diehl Metering Gmbh | Messeinrichtung zur Ermittlung eines Drucks in einem Messvolumen |
| CN110567633A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-13 | 苏州市职业大学 | 一种测量气管气压的检测装置 |
| JP2020056639A (ja) * | 2018-10-01 | 2020-04-09 | 富士電機株式会社 | 圧力計測装置 |
| CN110987286A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-10 | 吉林大学 | 一种低氧舱的超声波气压检测装置、方法及系统 |
| AT523420A4 (de) * | 2020-04-29 | 2021-08-15 | Johannes Kepler Univ Linz | Nicht-invasive druckmessung |
-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001101352A patent/JP3711885B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7377173B2 (en) | 2003-03-06 | 2008-05-27 | Robert Bosch Gmbh | Hydrostatic pressure determination in a high-pressure a reservoir (common rail) by means of ultrasonic echo time measurement |
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| US10837851B2 (en) | 2017-11-21 | 2020-11-17 | Diehl Metering Gmbh | Measurement device and method for ascertaining a pressure in a measurement volume |
| DE102017010727A1 (de) * | 2017-11-21 | 2019-05-23 | Diehl Metering Gmbh | Messeinrichtung zur Ermittlung eines Drucks in einem Messvolumen |
| EP3486630B1 (de) * | 2017-11-21 | 2021-01-27 | Diehl Metering GmbH | Messeinrichtung zur ermittlung eines drucks in einem messvolumen |
| JP2020056639A (ja) * | 2018-10-01 | 2020-04-09 | 富士電機株式会社 | 圧力計測装置 |
| CN110567633A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-13 | 苏州市职业大学 | 一种测量气管气压的检测装置 |
| CN110567633B (zh) * | 2019-10-22 | 2022-01-04 | 苏州市职业大学 | 一种测量气管气压的检测装置 |
| CN110987286A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-10 | 吉林大学 | 一种低氧舱的超声波气压检测装置、方法及系统 |
| CN110987286B (zh) * | 2019-12-18 | 2023-03-28 | 吉林大学 | 一种低氧舱的超声波气压检测装置、方法及系统 |
| AT523420A4 (de) * | 2020-04-29 | 2021-08-15 | Johannes Kepler Univ Linz | Nicht-invasive druckmessung |
| AT523420B1 (de) * | 2020-04-29 | 2021-08-15 | Johannes Kepler Univ Linz | Nicht-invasive druckmessung |
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|---|---|
| JP3711885B2 (ja) | 2005-11-02 |
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