JP2002519696A

JP2002519696A - 二相混合物の連続相における音波の伝搬によって二相混合物についての物理的パラメータを決定する装置及びその方法

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Publication number: JP2002519696A
Application number: JP2000558385A
Authority: JP
Inventors: ダニエル・ルーダル; フランシス・マルズュー; ジレ・デスポー; ジャック・アタール; フィリープ・コンベット
Original assignee: コミツサリアタレネルジーアトミーク; カンパニー・ジェネラル・デ・マティエーレ・ニュークリエーレ
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: US6560548B1; RU2237891C2; DE69919709D1; EP1092149A1; FR2780789B1; WO2000002040A1; DE69919709T2; EP1092149B1; FR2780789A1; JP4409768B2

Abstract

(57)【要約】連続相と該連続相において小滴（４０）を形成する分散相とを備えた二相混合物（２８）の連続相における音波の伝搬時間の測定装置であって、−音波を射出しかつ反射された音波の受信信号を出力することができる電気音響変換器（１２）と、−変換器が出力した信号から伝搬時間を決定することができる手段と、を備えた装置において、さらに、音波の焦点を焦点領域に合わせ、かつ、焦点領域内に位置する分散相の小滴で音波が反射するように音波の周波数が調整する合焦手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、二相混合物の物理的パラメータを混合物の連続相で音波を伝搬させ
ることによって決定する装置及びその方法に関する。例えば、本発明は二相混合
物の連続相において音波の伝搬時間を決定するために使用することができる。特
に、本装置は連続相における音波の音波インピーダンス、音波密度及び伝搬速度
を測定するのに使用することができる。本発明の目的は、二相混合物が第１の溶液又は第１の相が連続相であり、かつ
、第２の固体、液体又は気体相が連続相において小滴又は粒子が分散した形であ
るエマルジョン又は分散系を意味している。第２の相は分散相という。このタイプの二相混合物は、特に溶液において化学成分を分離するのに用いら
れる。分離方法は、本質的に、化学成分を含む第１の溶液抽出装置として作用す
るを第２の溶液に接触させることからなる。このようにそれらを接触させること
により、２つの溶液間での物質の移動が可能となる。物質の移動は、微小滴のエマルジョン又は分散系の形の二相混合物の形成によ
って促進される。この処理は、物質が移動し終わって最終的には液体を分離する
。上記の方法によって作動する異なる分離装置が周知である。これらは混合デカ
ンタタイプの装置、遠心抽出装置、またはパルスカラム装置を含んでいる。本発明は、二相混合物の物理的又は化学的性質を分析するのに用いてもよく、
特に、本質的にこのような分析に対するパラメータ、すなわち、第１には混合物
の連続相における音波の伝搬速度、第２にはその密度をモニターするために用い
される。伝搬速度の変化は、連続相の密度が変化するときにはいつでも記録され
る。例えば、このタイプの密度の変化は相間の物質の移動に対応する。本発明は、油、製薬、化学及び食品産業における応用、放射性廃棄物の処理に
おける応用、及びさらに一般的にはエマルジョンをキャラクタライズすることが
必要ないかなる分野における応用にも用いられる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】

分離方法を用いるとき、特に混合物における各相部を決定することによって、
二相混合物を通常モニターする。

【０００３】詳細な説明の最後で参考文献として挙げた文献（１）は、第２の相Ｆ２におい
て分散状態で容器内に保持された第１の相Ｆ１から成る二相混合物において一の
相の体積分率を測定する方法を記載している。この方法によれば、相Ｆ１におけ
る超音波信号の伝搬速度Ｖ１と相Ｆ２における超音波信号の伝搬速度Ｖ２とが決
定され、それらから超音波信号が前記容器において点Ｐ１で発せられ、点Ｐ１か
ら距離ｄ離間して位置した前記容器において点Ｐ２における前記信号の通過が検
出され、前記信号が距離ｄを進むのに要する時間ｔが決定され、相Ｆ１の体積分
率ε１及び／又は相Ｆ２の体積分率ε２を以下の式を用いて計算される：

【数４】

【０００４】文献（２）も詳細な説明の最後で参考文献として挙げたものであるが、二相混
合物における音波の伝播時間を測定する方法を用いることによって同様な方法に
関するものである。

【０００５】いずれかの相の体積分率を計算する際の第１の段階は、文献（１）の場合のよ
うに、各相における音波の伝搬速度（ｖ１，ｖ２）を決定することである。

【０００６】こうして、文献２では、混合物を作る前に、混合した各液体における音波伝搬
速度を測定する方法を記載している。

【０００７】各相の体積分率の測定における一つの困難は、伝搬速度又は伝搬時間が分離の
間一定ではないという事実による。これらのパラメータは温度の変動に影響され
るが、物質の移動に関連した相の密度の変化によっても影響される。

【０００８】伝搬速度及び伝搬時間における変化を温度の関数として決定することはそれほ
ど困難ではない。

【０００９】一の相から他の相への物質交換に関係した伝搬速度又は伝搬時間の変化を許す
２つの方法がある。

【００１０】第１の方法は、分離処理の間に小体積のエマルジョンのサンプルを採り、それ
らを沈静した後、各相についての伝搬速度又は伝搬時間測定を別々に行う。

【００１１】しかしながら、第１の方法には欠点がある。エマルジョンのサンプルを採ると
、分離装置の作動を妨害することである。さらに、分離装置は十分大きな体積の
混合物を含むならば、サンプルを採るだけは可能である。さらに、サンプルを採
った体積は分離装置に再投入、又は、各測定後に保存しなければならない。

【００１２】最後に、二相混合物が放射性が強い物質を含む場合には、測定サンプルを抽出
しかつ保存することは不可能かもしれない。

【００１３】処理中に音波伝搬速度又は伝搬時間を各相で別々に決定する第２の方法は、分
離装置において混合領域を近接した沈殿層（settlement chamber）を形成するこ
とである。これらの“インサイチュー”沈殿層は装置の水力学的振る舞いを変化
し、二相混合物の特性に局所的な変化を作ることができる。

【００１４】これらの装置は連続相の密度のオンライン測定に対しても用いることができる
。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本発明の目的は、二相混合物の連続相における音波の伝搬速度、連続相の音波
インピーダンス及び／又はその密度のような物理的パラメータを決定する装置及
びその方法であって上述のような困難を有さないものを提供することである。

【００１６】特に、本発明の目的は、分離方法を中断することなくかつ二相混合物のサンプ
ルを採ることもなく、このタイプの連続測定を可能にすることである。

【００１７】他の目的は、分離装置の水力学的作動に何ら影響がなくかつ二相混合物の特性
を変化させることのない非嵌入的な装置及びその方法を提供することである。

【００１８】これらの目的を達成するために、本発明の目的は、さらに正確には、二相混合
物の連続相における音波の伝搬時間を測定する装置であって、音波を発しかつ反
射音波受信信号を出力することができる電気音響変換器と、変換器信号を用いて
変換器による信号出力から音波伝搬に必要な時間を決定する手段とを備えた装置
を提供することである。装置はまた、焦点領域に音波の焦点を合わせる合焦手段
も備え、かつ、音波の周波数を調整して、その焦点領域近傍に位置した分散層の
小滴において音波を反射する。

【００１９】電気音響変換器によって生成した音波の波長λは以下の式で表される：

【数５】

【００２０】この方程式において、Ｖｃは連続相における音波伝搬速度を表し、かつ、ｆは
音波の周波数である。

【００２１】焦点領域内に位置した分散相の小滴は、この位置で音波が通過する媒体の音波
インピーダンスの局所的な乱れを引き起こす。媒体の音波インピーダンスはこの
場合、媒体における音波の密度と音波伝搬速度との積として定義される。

【００２２】音波は焦点領域に存在する分散相の小滴によって反射され、反射音波信号のエ
ネルギーは分散相と連続相との音波インピーダンスの差に比例する。小滴の直径
が波長λより大きいときに効率的な反射が得られる。

【００２３】速度Ｖｃの推定から始まって、最小の振動数は二相混合物においてかなり存在
する最小の小滴の直径φの関数として決定することができる。例えば、周波数は
調整して波長λがλ＝φ／５のように固定する。

【００２４】高周波数、例えば、１００ＭＨｚ以上で作動する超音波変換器の使用は、二相
混合物において大きな変化がある場合でさえ、小滴で反射が生ずることを保証す
る。分離装置における小滴のサイズは、作動条件と連続相の保持率とに関係して
変化する。

【００２５】音波の焦点距離は、所定の周波数に対して測定することができる最小の小滴と
連続相における音波の減衰との間の妥協として好適に選択される。これは、小滴
間の平均距離を考慮すると、測定時間の間小滴の焦点領域を通過する道理にあっ
た可能性で高い精度で伝搬時間が決定できることを意味する。

【００２６】例えば、焦点距離は１ｍｌのオーダーでもよい。

【００２７】音波の周波数は媒体の減衰の関数として最適化されてもよい。

【００２８】連続相において、焦点領域に位置する小滴上で反射される伝搬時間は、合焦手
段の焦点距離の２倍進むのに要する時間に対応する。

【００２９】こうして、本発明による装置によって信号出力を用いる手段を、以下の式によ
って連続相における音波伝搬速度Ｖｃを決定するのに備えることができる。

【数６】

【００３０】この式では、Ｆは合焦手段の焦点距離であり、Ｔは伝搬時間である。

【００３１】例えば、合焦手段は、電気音響変換器がはめ込まれた第１の面と混合物に面す
る曲率半径Ｒを有する少なくとも一つの凹部を備えた面であって射出面（emissi
on surface）と呼ばれる第２の面とを有する音響レンズを備えていてもよい。こ
の射出面は、焦点領域に音波の焦点が合うように設計される。音波を発するとき
には、第１の部分反射は射出面で生じ、次いで第２の一連の反射は焦点領域内の
小滴で生じてもよい。

【００３２】そして、本発明の特別な態様では、信号を用いる手段（信号利用手段）は、同
じ放出された音波に応答した、レンズの射出面上の第１の反射信号と、分散相の
小滴上の第２の反射信号との間の遅延時間を設定するように設計してもよい。レ
ンズの焦点距離Ｆの２倍の距離を進む音波の伝搬時間はこの遅延時間に等しい。

【００３３】音波の伝搬速度は、上記の式Ｖｃ＝２Ｆ／Ｔによって焦点距離Ｆから、又は、
焦点面の曲率半径Ｒとレンズ材料における伝搬速度とから始めて近軸近似として
、計算することができる。

【００３４】結果は、

【数７】ここで、

【数８】

【００３５】Ｖｃはこの式から計算することができる（ガラスでは、Ｖｖ〜５９６８ｍ・ｓ ^-1 ）。

【００３６】変換器で出力された信号の振幅は、小滴の音波インピーダンスが連続相を形成
する液体の音波インピーダンスと同じではないときにより大きい。第１の近似と
して、小滴が焦点領域の全面を通過する平坦円盤によって表すことができると仮
定する。小滴の寸法は音波の波長より大きいことを仮定している。最も好適な場
合では、収集された信号は以下の関数によってモデル化することができる：

【数９】ここで、Ｖ（ｚ）は小滴が距離ｚだけ音響レンズの軸に沿って動いたときの出
力信号を表し、Ｒ（θ）は小滴の反射パワーであり、θは音波が小滴にあたる入
射角であり、Ｐ（θ）はレンズの開口に対応する関数（瞳関数）、ｋは連続相に
おける波動ベクトル、θ₀はレンズの開口角の１／２（〜５０°）である。最大
信号振幅は、小滴が焦点面にあるとき又は近接しているときに得られる。この特
性は、レンズの射出面と焦点領域との間のフライト時間Ｔを正確に決めるさいに
用いることができる。伝搬時間は、焦点近傍を通過する大多数の小滴をもとに好
適に決定する。

【００３７】音響レンズの特別な一実施形態によれば、その射出面は音波の焦点を合わせる
ことが可能な少なくとも一つの凹部と焦点が合わせられていない音波を反射する
ことができる一つの平坦部とを備えてもよい。

【００３８】一つの平坦部によって射出面を作ることは本質的ではないが、それによって、
この部分により正確に焦点が合わせられていない音波の反射の測定を行うことを
可能となる。この点は後で詳細に説明する。

【００３９】一改良例によれば、音響レンズの射出面は、ほぼλ₀／４（λ₀は音波の波長）
に等しい厚さを有する薄いコーティング又は非反射材料で被覆してもよい。さら
に、非反射材料の被覆は、以下のＺａと等しくなるように選択されてもよい：

【数１０】ここで、Ｚ_Lは音響レンズの形成材料（例えばガラス）の音波インピーダンスで
あり、また、Ｚ_cは連続相の推定インピーダンスである。

【００４０】非反射コーティングは２つの機能を発揮する。第１は、それは射出面の平坦部
によって（後に記載する）連続相の反射パワーの決定を改良し、第２には、射出
面の凹部の収束非点収差を補正することである。

【００４１】音響レンズの使用は音波の焦点を合わせうる唯一の手段ではないことに留意さ
れたい。変形例として、変換器は、独立に作動することができる複数の変換器要
素（センサ）を備えたセグメント型変換器である。これらの要素は、適用された
電子回路によって独立に制御されているが、生成された音波に対して焦点を合わ
せるのに直接用いられる。それらは本発明による合焦手段を形成することができ
る。

【００４２】本発明の特別な一実施形態では、本方法は、連続相と連続相に小滴を形成する
分散相とを備える二相混合物の連続相における音波の伝搬速度を測定するのに用
いることができる。この方法は： −焦点領域において焦点を合わせられる音波は連続相において発せられ、音波の
周波数はほぼ焦点領域に位置する分散相の小滴で反射が起きうるように調整され
ており、 −音波の伝搬時間が反射信号から決定され、 −伝搬速度が伝搬時間と音波焦点距離とから始めて計算される。

【００４３】本発明の他の特別な応用では、反射信号は連続相の反射パワーを決定するため
に用いられてもよい。この反射パワーは射出音波信号の振幅に対する反射信号の
振幅の比として定義される。

【００４４】この点では、電気音響変換器の音響レンズと連続相との界面で反射する音波か
らの第２の反射信号は記録することができる。

【００４５】好適には、焦点を合わせられていない音波に対応する射出面の平坦部からの反
射信号は、反射パワーＲｃを決定するために用いることができる。

【００４６】例えば、信号振幅は、簡単なオシロスコープを用いて記録・測定することがで
きる。

【００４７】連続相の反射パワーＲｃは、例えば、予め決めた（ほぼ線形の）較正曲線の関
数として、信号振幅から直接決定することができる。

【００４８】較正曲線は、例えば空気又は水のような、反射パワーが周知の液体にレンズを
浸すことによって、かつ、これらの液体によって反射される音波の振幅を測定す
ることによって決定されてもよい。

【００４９】他の可能性では、連続相の反射パワーは、射出された信号の振幅に対する連続
相から反射される信号の振幅の比として決定してもよい。

【００５０】射出信号の振幅及びエネルギーは、参照ジオプターでの信号の付加的な部分反
射から知られてもよい。この側面は、後で詳細に扱う。

【００５１】本発明の他の態様では、連続相の反射パワーＲｃが周知ならば、以下の式を用
いて、連続相の音波インピーダンスＺｃを作ることも可能である：

【数１１】ここで、Ｚ_Lは音響レンズの形成材料の（周知の）音波インピーダンスである
。

【００５２】音波インピーダンスＺａを有する非反射コーティングが音響レンズに備えられ
たときは、結果は以下のようになる：

【数１２】

【００５３】本発明の他の態様は、連続相の密度ρ_cが以下の式から作ることもできる：

【数１３】

【００５４】連続相と分散相との間の反射パワーＲ_Dは、前記第１の反射信号、言い換えれ
ば、分散相の小滴における反射に対応する信号の最大振幅の測定から決定するこ
ともできる。

【００５５】この場合には、Ｒ_Dの値は、周知の特性を有する分散系または媒体を用いて、
第１の反射信号と予め決めた較正曲線と比較することによっても得られる。

【００５６】最後には、連続相の音波インピーダンスと反射パワーＲ_Dとを知ると、分散相
における音波インピーダンスＺ_Dは以下の式を用いて計算することができる：

【数１４】

【００５７】この式では、Ｚ_Cは上述のように前もって決定された連続相のインピーダンス
である。

【００５８】この発明の他の特性及び利点は、添付図面の図を参照して行った以下の記載か
らより明らかになるだろう。この記載は例示を目的するだけであって、全くそれ
に限定するものではない。

【００５９】

【発明の実施の形態】

単純化のために、異なる図の同一、類似又は等価な要素は以下の記載では同じ
符号を用いている。

【００６０】図１の符号１０は、一般に本発明による装置上に組み込むことができる電気音
響変換器を示している。

【００６１】変換器１０は、遅延線１６の裏面と呼ばれる第１の面１６上に固定された、例
えば圧電素子のような電気音響変換器１２を備えている。

【００６２】例えば、引出線は、ガラスのような音波を吸収しない材料から成る円筒型ブロ
ックである。これは、音波の焦点を合わせるように設計された曲率半径Ｒを有す
る凹部１８ａと平坦部１８ｂとを備えた射出面と呼ばれる第２の面を有する。遅
延線は音響レンズを形成する。遅延線は以下では“音響レンズ”と呼ぶ。テフロ
ン又はシリコーンのような材料から成る非反射コーティング１９は、音響レンズ
の射出面を被覆する。

【００６３】点線２０は、音響レンズ１６の焦点２２を含むする焦点面を示している。例え
ば、射出面１８と焦点との間で測定された焦点距離は１ｍｍである。

【００６４】音響変換器１０は、音響レンズ１６の射出面１８が二相混合物２８を含む分離
装置の内側へ向くように、例えば、分離装置２６の壁２４に収容されてもよい。

【００６５】例えば、二相混合物２８は、ＴＢＰ（トリブチルリン酸塩）の分散相が小滴の
形で３０％のドデカンと混合された、ＨＮＯ₃の連続相を含んでいてもよい。

【００６６】他の応用では、分散相は固体粒子又は気体泡を含んでもよい。

【００６７】電気音響変換器１２は、図１には示されていないが、変換器に作動（excitati
on）信号を印加し、かつ変換器上の一又は複数の受信信号を測定するために用い
ることができる外部電気装置にワイヤ２５によって接続されている。

【００６８】電気作動信号を圧電素子１２に印加するとき、この素子は符号３０で図式的に
表された音波を発する。

【００６９】音波は焦点２２に焦点が合うようにレンズを介して伝播する。さらに、２つの
２重矢印３２及び３３で示したように、音波の一部はレンズ１６の小滴８上で反
射されかつ変換器へ戻る。

【００７０】しかしながら、二相混合物２８を伝達する音波の一部は反射されない。

【００７１】圧電素子１２は、一連の射出期及び受信期に従って作動する。

【００７２】例えば３０ｎｓのオーダーの持続時間の射出期の間、変換器は、作動信号、好
適にはパルス信号に応答して音波を発する。例えば、信号周波数は１００ＭＨｚ
であってもよい。

【００７３】例えば１５０ｎｓのオーダーの持続時間の受信期の間、変換器は、検出した反
射波に対応する受信信号を出力する。

【００７４】図２は、小滴４０が焦点領域、言い換えると、ほぼ焦点に位置する状態である
、図１におけるセンサ１０を示している。

【００７５】圧電素子が発した音波は、２重矢印３２及び３３によって示したようにレンズ
１６の射出面１８でだけでなく、小滴４０でも反射される。

【００７６】図２は、小滴４０上に焦点が合う変換器によって発せられた音波と小滴４０に
起因した反射波又はエコーとを示す二重矢印４２を示している。

【００７７】図３は、単純に音響レンズの全面上で、部分的にはこの面の平坦部上で、及び
、分散相の小滴上で反射した波に対応した信号の記録を示している。図３は、原
点から信号の振幅を任意スケールで示している。（μｓでの）時間を横軸に示し
ている。

【００７８】図３における符号Ａは、レンズの全面の凹部上での反射に対応した第１の信号
を示している。

【００７９】図３における符号Ｂは、レンズの全面の平坦部上での反射に対応した第２の信
号を示している。

【００８０】信号Ａ及びＢの最大振幅は、レンズ／連続相界面での連続相の反射パワーＲｃ
を直接作る手段である。

【００８１】同様に、（図３では見えないが）分散小滴上、言い換えると、連続相／分散系
界面での反射信号の最大振幅の測定は、この界面での分散系の反射パワーを作る
のに用いることができる。

【００８２】信号の最大振幅と反射パワーとの間の関係は、オシロスコープのような測定装
置のゲインに主に依存し、反射パワーが周知の材料サンプルから始めて決定する
ことができる。

【００８３】上述のように、反射パワーの知識は相の音波インピーダンスを計算する手段で
ある。

【００８４】連続相の密度は、連続相における音波のこれらのインピーダンスと伝搬速度と
を知って決定することができる。

【００８５】以下で説明する図４は、本発明による装置の使用の一つの可能性を示している
。

【００８６】この図では、符号２６は、穴あき混合トレイ２７を有するパルスカラムのセグ
メントを示している。ここでは、２つの液相は反対方向に循環に入れられて二相
混合物２８を形成する。混合物は分散相の小滴４０が動く連続相を含んでいる。
小滴４０の移動距離は矢印Ｄによって特定されている。

【００８７】前の図を参照して記載されたような本発明０は、パルスカラムの壁２４におい
て形成され、ワイヤ２５を介して信号パルス発生及び使用ライン５０に接続され
ている。

【００８８】ライン５０は、高周波電気パルスを本発明１０の圧電素子に出力することがで
きる超音波発生器５２を備えている。超音波発生器は必要ならインピーダンス整
合回路５４を介してセンサに接続されてもよい。

【００８９】圧電素子が出力したエコー受信信号も、インピーダンス整合回路５４を介して
、オシロスコープ５６及び計算手段５８に向けられてもよい。計算手段５８は、
例えば、コンピュータはいつでも連続相における音波の伝搬速度を計算するのに
用いられる。

【００９０】図５は、図４上の装置を用いて記録された信号の例を示した図４で読むべき単
純化したグラフである。

【００９１】図５のスケールは任意である。

【００９２】符号６０は、圧電素子によって波を発することに対応したパルスを示している
。

【００９３】符号６２及び６３は、レンズ射出面の平坦部及び凹部のそれぞれで発した波の
部分反射波に対応する第１及び第２のエコーを示している。

【００９４】符号６４は、小滴上での波の反射に対応する最大振幅を伴った第３のエコーを
示している。

【００９５】すでに述べたように、エコー６２の振幅は、ガラスに関する連続相の反射パワ
ーについての情報を含んでいる。同様に、エコー６４の振幅は２つの相間の反射
パワーについての情報を含んでいる。

【００９６】パルス６０と第１のエコー６２との間のｔ_glassによって示した持続時間は、
圧電素子からレンズ射出面への行き−帰り経路を作るために波がかかった時間に
対応している。

【００９７】ｔ_echoによって示した持続時間は、圧電素子から焦点に位置した小滴への行き
−帰り経路を作るために波がかかった時間に対応している。

【００９８】最初に、連続相での音波伝搬時間は、持続時間ｔ_echoから、合焦手段（レンズ
）を介して波が通過するのに要する時間に対応した予め定めた固定量を引くこと
によって決定することができる。

【００９９】レンズにおける伝搬変動によって影響を受けないように、伝搬時間Ｔは第２の
エコー６３と第３のエコー６４との間で測定されることが好ましい。

【０１００】これはＴ＝ｔ_echo−ｔ_glass を与える。

【０１０１】伝搬時間及び伝搬速度は、少数回だけの測定（波の射出−受信）を考慮して計
算することができる。

【０１０２】しかしながら、結果の精密さは多数回の測定において統計的な計算を実行して
改良される。

【０１０３】例えば、５００，０００回の音波パルスの射出から始めて得られる連続エコー
を記録することができる。

【０１０４】これらの測定から、平均時間ｔ_echoは最大振幅エコーの記録に対応して計算す
ることができる。

【０１０５】このタイプの統計的処理を用いると、伝搬時間の測定と伝搬速度の計算との相
対的な精密さは０．５％より良くすることができる。

【０１０６】図６は、本発明による測定装置において使用することができる洗練された音響
変換器を示している。この装置は、特徴が測定されるべき二相混合物に接触する
ことになる前面１１１を有する音響レンズ１１６を備えている。レンズ１１６は
、図１を参照して記載されたレンズ１６の特徴に匹敵する特徴を有する。

【０１０７】前面１１１は、二相混合物において音波の焦点を合わせることができる第１の
凹部１１８ａを有する。この凹部は図１及び図２における凹部１８ａに匹敵する
。

【０１０８】符号１１８ｂで示した前面１１１の第２の部位は、図１及び図２における部位
１８ｂに対応する平坦部である。

【０１０９】音響レンズの裏面１１４は、前面の第１の部位１１８ａ及び第２の部位１１８
ｂに対応して２つの圧電素子１１２ａ、１１２ｂを備えている。圧電素子は信号
波を発しかつ反射波又はエコーを検出するように設計されている。圧電素子によ
って作られた各アセンブリ及び前面の対応部は、以下では音響変換器の“チャネ
ル”として示されている。チャネルは独立である。

【０１１０】第１の圧電素子１１２ａは、前面の垂直軸に沿って前面の第１の部位１１８ａ
に並んでいる。

【０１１１】第２の圧電素子１１２ｂは、平坦部１１８ｂの中央線から少しずれていて、そ
れによって、圧電素子１１２ｂは一方の横側から音響レンズの本体に形成された
スリット１５０にも面している。

【０１１２】スリット１５０は、レンズがガラスから成るとき、例えば、ガラス−空気ジオ
プターのような参照ジオプターを形成する。ジオプターの機能は以下に詳細に説
明する。

【０１１３】最後に、キャビティ１５２は、音響レンズの前面１１１に形成されているのを
見ることができる。キャビティは、インピーダンス整合材料１５４、例えば、ビ
ニールエステルタイプの樹脂によって充填される。材料の自由面は平坦でありか
つ前面１１１と同一平面にある。材料の自由面は、例で示したように前面の第２
の部位１１８ｂ（面）を形成する。

【０１１４】インピーダンス整合材料は、測定すべき混合物の推定音波インピーダンスにで
きるだけ近い音波インピーダンスを有するように選択される。それは、接触する
媒体による集合に対して強い結合及び強い抵抗を有するものも選択される。

【０１１５】音響レンズの前面は、以下の関係のインピーダンスＺａを有する材料から成る
非反射層で被覆してもよい：

【数１５】上記の記載はこの点についてのさらなる情報を与える。

【０１１６】その２つのチャネルによれば、変換器は別々に、最良の条件で、連続相の中に
おける、まず音波の反射パワーを、次いでその密度又は伝搬速度を測定すること
ができる。

【０１１７】前面の凹部に対応する第１のチャネルは、連続相における波の伝搬時間及び速
度を確立するために用いられる。一方、前面の平坦部に対応する第２のチャネル
は、連続媒体の反射パワー、及び従って音響インピーダンスを測定するために用
いられる。

【０１１８】図７Ａは、この装置が発する信号波１６０ａに応答して、第１のチャネルの第
１の圧電素子１１２ａによって記録されたエコーを非常に図式的に示している。

【０１１９】第１のエコー１６３は音響レンズ１１６の前面１１１での波の反射に対応し、
第２のエコー１６４は連続相に保持された小滴における波の（存在すれば）反射
に対応している。

【０１２０】エコーは図１〜図５を参照して先に説明したように使用されている。

【０１２１】図７Ｂは、この装置が発する信号波１６０ｂに応答して、第２のチャネルの第
２の圧電素子１１２ｂによって記録されたエコーを非常に図式的に示している。

【０１２２】第１の参照エコー１５９は、スリット１５０によって形成された参照小滴上で
の少なくとも全反射、又は少なくとも周知の反射を受けやすい波の一部に対応し
ている。

【０１２３】第２のエコー１６１は、ガラス−樹脂界面で、言い換えると、音響レンズの本
体とインピーダンス整合材料との界面での反射に対応している。

【０１２４】第３のエコー１６２は、樹脂−連続相界面で、言い換えると、レンズの前面と
同一面のインピーダンス整合材料と連続相との界面での射出波の反射に対応して
いる。

【０１２５】参照エコーは、圧電素子によって最初に発せられた信号波のエネルギー又は振
幅を知るのに用いられる。

【０１２６】参照小滴の反射特性は周知であり、その結果として、参照エコーの振幅は最初
に発せられた波の振幅に比例する。参照小滴での反射波が全てであるとき、参照
エコーの振幅は射出波の振幅に等しくかつ連続相の反射パワーＲｃを決定するの
に直接用いることができる。

【０１２７】反射パワーＲｃは、反射波、言い換えると第３のエコー１６２に対応する波の
振幅の射出波の振幅に対する比に等しい。

【０１２８】簡単にするために、図７Ａ及び図７Ｂに示した波は、媒体の反射パワーを無視
し、かつ、同一の振幅で示した全てとする。

【０１２９】好適には、音響変換器の２つのチャネルは同時には作動されない。第１の一連
の測定は、連続相の音波インピーダンスを決定するために、第２のチャネルを用
いて最初に行ってもよい。第２のチャネルは、連続相の伝搬速度及び密度を決定
するために第２の段階で用いることもできる。

【０１３０】参考文献（１）仏国特許第2 478 314号公開公報（２）米国特許出願第4 726 211号明細書

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置に使用可能な変換器であって、音響レンズを
有する電気音響変換器を介しての概略図である。

【図２】レンズの焦点領域における小滴の存在する図１におけるセンサ
を示した図である。

【図３】図２の変換器によって出力された、小滴及びレンズの前面にお
ける反射信号の記録を示す図である。

【図４】本発明による装置を備えたパルスカラムのセグメントを示した
図である。

【図５】本発明による装置における変換器によって出力された信号の時
間変動を示したグラフである。

【図６】本発明による装置で使用可能でありかつ図１で示した変換器の
変形例を形成する音響変換器を介した概略断面図である。

【図７】（ａ）図６の変換器の第１のチャネルが受信した信号を図式的
に示した図である。（ｂ）図６の変換器の第２のチャネルが受信した信号を図式
的に示した図である。

【符号の説明】

１１、１１１射出面１６音響レンズ１８ａ、１１８ａ凹部１８ｂ、１１８ｂ２８二相混合物３０音波４０小滴６２第１の反射信号６４第２の反射信号１１２ａ第１の圧電素子１１２ｂ第２の圧電素子１５０参照ジオプター１５４インピーダンス整合材料

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年８月８日（２０００．８．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【数１】ここで、Ｚ_Lは音響レンズの形成材料の（周知の）音波インピーダンスである
。

【数２】

【数３】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】例えば、引出線は、ガラスのような音波を吸収しない材料から成る円筒型ブロ
ックである。これは、音波の焦点を合わせるように設計された曲率半径Ｒを有す
る凹部１８ａと平坦部１８ｂとを備えた射出面と呼ばれる第２の面を有する。遅
延線は音響レンズを形成する。遅延線は以下では“音響レンズ”と呼ぶ。ポリテ
トラフルオロエチレン（テフロン）又はシリコーンのような材料から成る非反射
コーティング１９は、音響レンズの射出面を被覆する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダニエル・ルーダルフランス・Ｆ−30330・トレーク・シデックス・8658・レスタング・ノード（番地なし) (72)発明者フランシス・マルズューフランス・Ｆ−84420・パオレンク・アヴェニュ・フレデリック・ミストラル・14 (72)発明者ジレ・デスポーフランス・Ｆ−34830・クラピエール・リュ・デュ・ボスク・23 (72)発明者ジャック・アタールフランス・Ｆ−34980・サン−クレメン− ドゥ−リヴィエール・リュ・デ・ザスフォデレ・87・ドメーヌ・デ・パン・ル・トロワ (72)発明者フィリープ・コンベットフランス・Ｆ−42490・フレッセ・リュ・ドゥ・ラ・コリエール・12 Ｆターム(参考） 2G047 AA01 BC00 BC02 BC03 CA01 GB25 GB28 GF10 GF11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続相と該連続相において小滴（４０）を形成する分散相
とを備えた二相混合物（２８）の連続相における音波の伝搬時間の測定装置であ
って、 −音波（３０）を射出しかつ反射された音波の受信信号を出力することができる
電気音響変換器（１２）と、 −変換器が出力した信号から始めて伝搬時間を決定することができる変換器信号
を使用する信号利用手段と、を備えた装置において、さらに、音波の焦点を焦点領域に合わせる合焦手段を備え、焦点領域内に位置
する分散相の小滴において音波が反射するように音波の周波数が調整される音波
の伝搬時間の測定装置。
【請求項２】合焦手段が射出面（１８）を有する音響レンズ（１６）を
備えた請求項１に記載の音波の伝搬時間の測定装置。
【請求項３】音響レンズの射出面（１１，１１１）が、少なくとも、音
波の焦点を合わせることが可能な凹部（１８ａ，１１８ａ）と、焦点が合わされ
ていない波を反射することが可能な平坦部（１８ｂ，１１８ｂ）とを備えた請求
項２に記載の音波の伝搬時間の測定装置。
【請求項４】音響レンズが、射出面の反対側に位置しかつ射出面に対し
て平行な少なくとも一つの面上に射出面の凹部（１１８ａ）に関連した第１の圧
電素子（１１２ａ）と、射出面の平坦部（１１８ｂ）に関連した第２の圧電素子
（１１２ｂ）と、を備えた請求項３に記載の音波の伝搬時間の測定装置。
【請求項５】レンズがさらに、第２の圧電素子（１１２ｂ）に関連した
参照ジオプター（１５０）を備えた請求項４に記載の音波の伝搬時間の測定装置
。
【請求項６】音響レンズが、射出面の平坦部と同一面の自由平坦面を有
するインピーダンス整合材料（１５４）から成る領域を備えた請求項３に記載の
音波の伝搬時間の測定装置。
【請求項７】インピーダンス整合材料が、音響レンズに形成されたキャ
ビティ（１５２）に射出面からはめ込まれている請求項６に記載の音波の伝搬時
間の測定装置。
【請求項８】射出面が非反射コーティングを備えた請求項２に記載の音
波の伝搬時間の測定装置。
【請求項９】信号利用手段が、レンズの射出面における第１の反射信号
（６２）と、同じ射出された音波に応答して分散相の小滴上で反射する第２の反
射信号（６４）との間の遅延時間を設定することができる請求項２に記載の音波
の伝搬時間の測定装置。
【請求項１０】信号利用手段がさらに、以下の式を用いて連続相におけ
る音波伝搬速度Ｖｃを決定することができる請求項１に記載の音波の伝搬時間の
測定装置：Ｖｃ＝２Ｆ／Ｔここで、Ｆは合焦手段の焦点距離であり、Ｔは音波伝搬時間である。
【請求項１１】信号利用手段が、連続媒体の反射パワーＲｃを決定する
ために、音響レンズの射出面の少なくとも一部上で反射した信号の振幅を測定す
る振幅測定手段を備えた請求項２に記載の音波の伝搬時間の測定装置。
【請求項１２】信号利用手段がさらに、連続相と分散相との間の反射パ
ワーを決定するために、分散相の小滴上で反射した信号の振幅を測定する振幅測
定手段を備えた請求項１に記載の音波の伝搬時間の測定装置。
【請求項１３】ターゲット上での音波の反射によって連続相における音
波の伝搬についてのパラメータを決定する方法であって、連続相において分散し
た相の小滴（４０）をターゲットとして使用する伝搬パラメータの決定方法。
【請求項１４】連続相における音波の伝搬パラメータを決定するために
、二相混合物（２８）が連続相と連続相における小滴（４０）を形成する分散相
とを備え、 −焦点領域で焦点が合った音波（３０）が連続相で発せられ、ほぼ焦点領域内に
位置する分散相の小滴で音波が反射することができるように音波の周波数が調整
されており、 −小滴上での波からの第１の反射信号が記録され、 −波の伝搬時間が反射信号から決定され、 −伝搬速度が伝搬時間と音波焦点距離とから始めて計算される、という手順に従
う請求項１３に記載の伝搬パラメータの決定方法。
【請求項１５】電気音響変換器の音響レンズと連続相との界面で反射さ
れる音波の第２の反射信号が記録され、連続媒体の反射パワーＲｃも前記第２の
信号の振幅の測定から決定される請求項１４に記載の伝搬パラメータの決定方法
。
【請求項１６】以下の式を用いて、連続相の音波インピーダンスＺｃも
決定される請求項１５に記載の伝搬パラメータの決定方法：【数１】ここで、Ｚ_Lは音響レンズの形成材料の（周知の）音波インピーダンスである
。
【請求項１７】連続相の密度ρ_Cも音波インピーダンスＺｃから決定され
、かつ、連続相における音波の伝搬速度が以下の式を用いて決定される請求項１
６に記載の伝搬パラメータの決定方法：【数２】
【請求項１８】連続相と分散相との間の反射パワーＲ_Dが、前記第１の反
射信号の振幅の測定から決定される請求項１４に記載の伝搬パラメータの決定方
法。
【請求項１９】分散相の音波インピーダンスＺ_Dが以下の式を用いて計算
することができる：【数３】