JP2007101182A - Ultrasound velocity measuring instrument - Google Patents

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Naoki Kino
直樹 木野
Takeshi Komatsu
剛 小松
Takayasu Ueno
貴康 上野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasound velocity measuring instrument for efficiently measuring the sound velocity of ultrasonic wave propagating through a certain kind of material, such as a sound absorption material placed in two kinds of different gases. <P>SOLUTION: This ultrasound velocity measuring instrument is equipped with a container, alternately filled with the prescribed two kinds of different gases, a material put-in/put-out means for causing the the kind of material placed in the container to be put into or out with respect to a prescribed measurement position, an ultrasonic transmission/reception means placed in the container and having an ultrasonic transmission sensor and an ultrasonic reception sensor, disposed at the prescribed measurement position interposed therebetween, and an ultrasonic wave velocity calculation means for severally calculating the velocity of the ultrasonic passing through the kind of material in the two kinds of different gas atmospheres, based on data obtained by the transmission/reception means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波音速計測装置に係り、例えば、吸音材等のある種の材料を通過する超音波の音速を効率的に計測し、それによって、吸音材等のある種の材料の物性を解析することができるように工夫したものに関する。   The present invention relates to an ultrasonic sound velocity measuring device, for example, efficiently measuring the sound velocity of an ultrasonic wave passing through a certain material such as a sound absorbing material, and thereby, the physical properties of a certain material such as a sound absorbing material. It relates to what was devised so that it can be analyzed.

例えば、多孔質の吸音材の吸音率は「流れ抵抗」と大きな関係があることが知られている。上記「流れ抵抗」の計測方法はISO9053規格に規定されている。又、この「流れ抵抗」に因果関係が深い物性値として、「Tortuosity」及び「Characteristic Length」といったものが存在している。つまり、「流れ抵抗」を詳細に解明するためには、「Tortuosity」及び「Characteristic Length」といった物性値の情報が必要となるものである。
尚、上記「Characteristic Length」には、「Viscous Characteristic length」と「Thermal Characteristic length」の二種類がある。
For example, it is known that the sound absorption coefficient of a porous sound absorbing material has a great relationship with “flow resistance”. The measurement method of the “flow resistance” is defined in the ISO 9053 standard. Further, there are “Tortuality” and “Characteristic Length” as physical property values that have a deep causal relationship with the “flow resistance”. That is, in order to elucidate “flow resistance” in detail, information on physical property values such as “Tortuality” and “Characteristic Length” is required.
The “Characteristic Length” includes two types of “Viscous Characteristic Length” and “Thermal Characteristic Length”.

又、上記「Tortuosity」並びに「Characteristic Length」といった物性値は、異なる二種類の気体中に設置した吸音材料中を伝搬する超音波の音速を計測することによって求めることができることが知られている。   Further, it is known that the physical property values such as “Tortuality” and “Characteristic Length” can be obtained by measuring the velocity of ultrasonic waves propagating in a sound absorbing material installed in two different kinds of gases.

上記従来の構成によると次のような問題があった。上記したように、「Tortuosity」並びに「Characteristic Length」といった物性値は、異なる二種類の気体中に設置した吸音材料中を伝搬する超音波の音速を計測することによって求めることができることについては知られているが、異なる二種類の気体中に設置した吸音材料中を伝搬する超音波の音速を計測するための有効な装置がなかった。   The conventional configuration has the following problems. As described above, it is known that physical properties such as “Tortuosity” and “Characteristic Length” can be obtained by measuring the velocity of ultrasonic waves propagating in a sound absorbing material installed in two different types of gases. However, there was no effective device for measuring the speed of ultrasonic waves propagating through the sound-absorbing material installed in two different gases.

尚、本願と直接関係するものではないが、先行技術として、例えば、特許文献1、特許文献2等がある。   Although not directly related to the present application, there are, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 as prior art.

特開平7−174741号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-147441 特開2003−240636号公報JP 2003-240636 A

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、異なる二種類の気体中に設置した吸音材料等のある種の材料中を伝搬する超音波の音速を効率良く計測することが可能な超音波音速計測装置を提供することにある。   The present invention has been made based on such points, and the object is to efficiently measure the speed of ultrasonic waves propagating in a certain kind of material such as a sound absorbing material installed in two different kinds of gases. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic sound velocity measuring apparatus capable of doing so.

上記目的を達成するべく本願発明の請求項1による超音波音速計測装置は、所定の異なる二種類の気体が交互に充填される容器と、上記容器内に設置されある種の材料を所定の計測位置に対して出没させる材料出没手段と、上記容器内に設置され上記所定の計測位置を挟んで超音波発信センサと超音波受信センサとを配置してなる超音波送受信手段と、上記超音波送受信手段により得られたデータに基づいて上記異なる二種類の気体雰囲気中における上記ある種の材料を通過する超音波の速度を夫々算出する超音波速度算出手段と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項2による超音波音速計測装置は、請求項1記載の超音波音速計測装置において、上記所定の異なる二種類の気体は、空気と、音響インピーダンスが空気より大きく、且つ、動粘度が空気の1.5倍以下のある気体であることを特徴とするものである。
又、請求項3による超音波音速計測装置は、請求項2記載の超音波音速計測装置において、上記音響インピーダンスが空気より大きく、且つ、動粘度が空気の1.5倍以下のある気体はアルゴンガス(Ar)又は酸素ガス(O)又は二酸化炭素ガス(CO)であることを特徴とするものである。
又、請求項4による超音波音速計測装置は、請求項1記載の超音波音速計測装置において、上記所定の異なる二種類の気体を供給・排気する気体供給・排気手段が設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項5による超音波音速計測装置は、請求項4記載の超音波音速計測装置において、上記気体供給・排気手段は、上記所定の異なる二種類の気体を上記容器内に供給する気体供給手段と、上記所定の異なる二種類の気体を容器内から排気する気体排気手段と、から構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項6による超音波音速計測装置は、請求項1記載の超音波音速計測装置において、上記所定の異なる二種類の気体を交互に容器内に充填し、夫々の雰囲気において上記ある種の材料を所定の計測位置に出没させ、ある種の材料が有る場合と無い場合のデータを取得し、夫々の雰囲気におけるある種の材料が有る場合と無い場合のデータに基づいて、上記超音波速度算出手段により超音波速度を算出するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項7による超音波音速計測装置は、請求項1記載の超音波音速計測装置において、上記ある種の材料は吸音材であることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an ultrasonic sound velocity measuring apparatus according to claim 1 of the present invention provides a predetermined measurement of a container in which two different kinds of gases are alternately filled and a certain kind of material installed in the container. A material intruding means for intruding with respect to a position, an ultrasonic transmitting / receiving means installed in the container, and an ultrasonic transmission sensor and an ultrasonic receiving sensor arranged with the predetermined measurement position interposed therebetween, and the ultrasonic transmission / reception Ultrasonic velocity calculation means for calculating the velocity of ultrasonic waves that pass through the certain kind of material in the two different types of gas atmospheres based on the data obtained by the means, respectively, It is.
The ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 2 is the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 1, wherein the two different kinds of gases are air, acoustic impedance is larger than air, and kinematic viscosity is higher. It is characterized by being a gas that is not more than 1.5 times air.
An ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 3 is the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 2, wherein the gas having an acoustic impedance larger than air and having a kinematic viscosity 1.5 times or less that of air is argon. It is gas (Ar), oxygen gas (O 2 ), or carbon dioxide gas (CO 2 ).
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the ultrasonic sound velocity measuring device according to the first aspect, further comprising a gas supply / exhaust means for supplying / exhausting the two different kinds of gases. It is a feature.
The ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 5 is the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 4, wherein the gas supply / exhaust means supplies the two different kinds of gases into the container. Means and gas exhaust means for exhausting the two different kinds of gases from the inside of the container.
An ultrasonic sonic velocity measuring device according to claim 6 is the ultrasonic sonic velocity measuring device according to claim 1, wherein the predetermined two kinds of different gases are alternately filled in a container, and the above-mentioned certain kinds of gases are filled in each atmosphere. The material is infested at a predetermined measurement position, data is obtained with and without a certain type of material, and the ultrasonic velocity is calculated based on the data with and without a certain type of material in each atmosphere. The ultrasonic velocity is calculated by the calculating means.
An ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 7 is the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 1, wherein the certain material is a sound absorbing material.

以上述べたように本願発明による超音波音速計測装置によると、所定の異なる二種類の気体が交互に充填される容器と、上記容器内に設置されある種の材料を所定の計測位置に対して出没させる材料出没手段と、上記容器内に設置され上記所定の計測位置を挟んで超音波発信センサと超音波受信センサとを配置してなる超音波送受信手段と、上記超音波送受信手段により得られたデータに基づいて上記異なる二種類の気体雰囲気中における上記ある種の材料を通過する超音波の速度を夫々算出する超音波速度算出手段と、を具備した構成になっているので、まず、異なる二種類の気体雰囲気中において所望の超音波の音速の計測を容易に行なうことが可能となり、それによって、ある種の材料の物性を容易に且つ正確に分析することができるようになった。
又、上記所定の異なる二種類の気体を、空気と、音響インピーダンスが空気より大きく、且つ、動粘度が空気の1.5倍以下のある気体とした場合には、所望の計測を精度高く実施することができる。
又、上記音響インピーダンスが空気より大きく、且つ、動粘度が空気の1.5倍以下のある気体を、
アルゴンガス(Ar)又は酸素ガス(O)又は二酸化炭素ガス(CO)とした場合には、上記効果がより確実なものとなる。
又、上記所定の異なる二種類の気体を供給・排気する気体供給・排気手段を設けた場合には、異なる二種類の気体の入れ替えが容易になる。
又、上記ある種の材料を吸音材とした場合には、新たな吸音材を開発する上で優れた効果を発揮することになる。
As described above, according to the ultrasonic sound velocity measuring apparatus according to the present invention, a container in which two different kinds of different gases are alternately filled and a certain material installed in the container with respect to a predetermined measurement position. It is obtained by means of a material intruding means for intruding, an ultrasonic transmission / reception means in which an ultrasonic transmission sensor and an ultrasonic reception sensor are arranged in the container and sandwiching the predetermined measurement position, and the ultrasonic transmission / reception means. The ultrasonic velocity calculating means for calculating the velocity of the ultrasonic wave passing through the certain kind of material in the two different types of gas atmospheres based on the different data. It is possible to easily measure the speed of sound of a desired ultrasonic wave in two kinds of gas atmospheres, thereby easily and accurately analyzing the physical properties of certain materials. It became a jar.
In addition, if the two different gases described above are air and a gas whose acoustic impedance is greater than that of air and whose kinematic viscosity is 1.5 times that of air or less, the desired measurement is performed with high accuracy. can do.
In addition, a gas having an acoustic impedance greater than that of air and a kinematic viscosity of 1.5 times or less that of air,
When argon gas (Ar), oxygen gas (O 2 ), or carbon dioxide gas (CO 2 ) is used, the above-described effect becomes more reliable.
Moreover, when the gas supply / exhaust means for supplying / exhausting the two predetermined different gases is provided, the two different types of gases can be easily replaced.
Further, when a certain kind of material is used as a sound absorbing material, an excellent effect is exhibited in developing a new sound absorbing material.

以下、図1乃至図4を参照して本発明の第1の実施の形態を説明する。図1は本実施の形態による超音波音速計測装置の全体の構成を示す図である。まず、容器1があり、この容器1内には異なる二種類の気体が交互に充填されることになる。上記容器1は密閉状態に構成されていて、下端には複数個の脚部2が設けられており、これら脚部2を介してフロア4上に設置される。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an ultrasonic sound velocity measuring apparatus according to the present embodiment. First, there is a container 1, and two different kinds of gases are alternately filled in the container 1. The container 1 is configured in a hermetically sealed state, and a plurality of legs 2 are provided at the lower end, and the container 1 is installed on the floor 4 via the legs 2.

上記容器1には上記二種類の気体を供給・排気するための構成が設けられている。本実施の形態の場合には、上記二種類の気体として、空気とアルゴンガス(Ar)を使用する。これら二種類の気体については追って詳しく説明する。
まず、上記容器1の底板には上記空気を容器1内に充填させるための空気導入ポート3が設けられていて、該空気導入ポート3には端栓8が着脱可能に取り付けられるようになっている。
The container 1 is provided with a configuration for supplying and exhausting the two kinds of gases. In the case of this embodiment, air and argon gas (Ar) are used as the two kinds of gases. These two types of gases will be described in detail later.
First, the bottom plate of the container 1 is provided with an air introduction port 3 for filling the container 1 with the air, and an end plug 8 is detachably attached to the air introduction port 3. Yes.

又、上記容器1には上記アルゴンガス(Ar)を供給するためのアルゴンガス供給手段5がチューブ7を介して接続されている。上記チューブ7は容器1の底板に接続されている。又、上記容器1には容器1内に充填された空気やアルゴンガスを容器1外に排気するための空気・アルゴンガス排気手段9がチューブ11を介して接続されている。上記チューブ11は容器1の底板に接続されている。   An argon gas supply means 5 for supplying the argon gas (Ar) is connected to the container 1 via a tube 7. The tube 7 is connected to the bottom plate of the container 1. An air / argon gas exhaust means 9 for exhausting air or argon gas filled in the container 1 to the outside of the container 1 is connected to the container 1 via a tube 11. The tube 11 is connected to the bottom plate of the container 1.

そして、容器1内に最初に空気を充填する場合は上記空気導入ポート3に取り付けられている端栓8を取り外す。それによって、容器1内に空気が導入・充填される。次に、空気とアルゴンガスを入れ替える場合は、上記空気・アルゴンガス排気手段9を介して空気を排気すると共に上記アルゴンガス供給手段5によってアルゴンガスを供給することになる。   When the container 1 is initially filled with air, the end plug 8 attached to the air introduction port 3 is removed. Thereby, air is introduced and filled into the container 1. Next, when the air and the argon gas are exchanged, the air is exhausted through the air / argon gas exhausting means 9 and the argon gas is supplied by the argon gas supplying means 5.

上記容器1には超音波送受信手段13が設置されている。まず、容器1の外側に超音波発振器15が設置されていて、一方、容器1内には超音波送信センサ17が設置されている。上記超音波送信センサ17に対向するように超音波受信センサ19が設置されている。これら超音波送信センサ17と超音波受信センサ19は支持部材20によって支持されている。上記超音波受信センサ19は容器1の外側に設置された信号分析器21が接続されている。又、上記超音波発振器15と信号分析器21は演算手段23に接続されている。   The container 1 is provided with ultrasonic transmission / reception means 13. First, an ultrasonic oscillator 15 is installed outside the container 1, while an ultrasonic transmission sensor 17 is installed inside the container 1. An ultrasonic reception sensor 19 is installed so as to face the ultrasonic transmission sensor 17. The ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 19 are supported by a support member 20. The ultrasonic receiving sensor 19 is connected to a signal analyzer 21 installed outside the container 1. The ultrasonic oscillator 15 and the signal analyzer 21 are connected to the calculation means 23.

上記容器1内にはある種の材料である吸音材25を上記超音波送信センサ17と超音波受信センサ19との間の所定の計測位置に選択的に出没させる材料出没手段27が設置されている。この材料出没手段27は上記吸音材25を把持する吸音材把持部29と、この吸音材把持部29を支持すると共に回転可能に構成された支持部31等から構成されている。そして、上記支持部31を駆動モータ28によって回転駆動することにより、上記吸音材29を所定の計測位置に出没させるものである。   In the container 1, a material intrusion unit 27 for selectively causing the sound absorbing material 25, which is a certain kind of material, to appear and disappear at a predetermined measurement position between the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 19 is installed. Yes. The material intruding means 27 includes a sound absorbing material gripping part 29 for gripping the sound absorbing material 25, a support part 31 configured to support the sound absorbing material gripping part 29 and to be rotatable. The sound absorbing material 29 is caused to appear and disappear at a predetermined measurement position by rotationally driving the support portion 31 by the drive motor 28.

又、上記吸音材29を容器1内に搬入・搬出する構成であるが、まず、容器1には開口部1aが形成されていて、該開口部1aは開閉蓋体6によって適宜開閉されるように構成されている。そして、吸音材25を容器1内に搬入・搬出する場合には、上記開閉蓋体6を、例えば、回動させて開口部1aを開放する。一方、上記支持部31を回転させて、吸音材把持部29を開口部1a側に位置させる。その状態で、開口部1aを介して吸音材25を搬入・搬出するものである。   The sound absorbing material 29 is carried into and out of the container 1. First, the container 1 is formed with an opening 1 a, and the opening 1 a is appropriately opened and closed by the opening / closing lid 6. It is configured. And when carrying in and carrying out the sound absorption material 25 in the container 1, the said opening-and-closing lid body 6 is rotated, for example, and the opening part 1a is open | released. On the other hand, the support part 31 is rotated to position the sound absorbing material gripping part 29 on the opening 1a side. In this state, the sound absorbing material 25 is carried in and out through the opening 1a.

又、上記容器1の上部には圧力計33が取り付けられている。この圧力計33の表示を監視しながら異なる二種類の気体の入れ替えを行うものである。   A pressure gauge 33 is attached to the upper portion of the container 1. Two different kinds of gases are exchanged while monitoring the display of the pressure gauge 33.

次に、異なる二種類の気体について詳しく説明する。
まず、使用する気体の選択に際しては、計測時のS/N比(信号対雑音比)を考慮する。例えば、気体には、空気と比較して音響インピーダンスが小さくて動粘度が大きいという性質を備えたものが存在する。そのようなものとして、例えば、ヘリウムガス(He)がある。このヘリウムガス中に設置した吸音材料25中を伝搬する音波は、減衰が激しく起こるため、密度の大きな材料や厚い材料になる程、良好なS/N比(信号対雑音比)を確保することが困難になってしまう。又、密度が大きく厚い材料程薄く加工する必要が生じてしまう。しかしながら、繊維系の吸音材料25を均一の厚さに薄く加工することは極めて困難である。つまり、ヘリウムガスはこの種の音速計測には適さない気体ということになる。
Next, two different types of gases will be described in detail.
First, in selecting a gas to be used, an S / N ratio (signal-to-noise ratio) at the time of measurement is taken into consideration. For example, some gases have the property that the acoustic impedance is smaller and the kinematic viscosity is larger than air. For example, helium gas (He) is available. The sound wave propagating through the sound absorbing material 25 installed in the helium gas is strongly attenuated, so that a higher density material or a thicker material ensures a better S / N ratio (signal to noise ratio). Will become difficult. Moreover, it is necessary to process the thinner the thicker the thicker the material. However, it is extremely difficult to thinly process the fiber-based sound absorbing material 25 into a uniform thickness. That is, helium gas is not suitable for this kind of sound velocity measurement.

これに対して、気体には、空気と比較して音響インピーダンスが大きくて動粘度が小さいという条件を満たす気体が存在する。そのような気体としては、例えば、アルゴンガス(Ar)又は酸素ガス(O)又は二酸化炭素ガス(CO)等がある。これらの気体を使用すれば、減衰は空気と同程度であり、又、S/N比(信号対雑音比)についても空気と同程度に確保した計測が可能になる。そこで、本実施の形態ではアルゴンガス(Ar)を使用しているものである。つまり、異なる二種類の気体として、空気、アルゴンガス(Ar)の二つを使用しているものである。 On the other hand, in the gas, there exists a gas that satisfies the condition that the acoustic impedance is larger and the kinematic viscosity is smaller than that of air. Examples of such gas include argon gas (Ar), oxygen gas (O 2 ), carbon dioxide gas (CO 2 ), and the like. If these gases are used, the attenuation is comparable to that of air, and the S / N ratio (signal-to-noise ratio) can be measured as much as that of air. Therefore, in this embodiment, argon gas (Ar) is used. That is, two different types of gas, air and argon gas (Ar), are used.

上記アルゴンガス(Ar)又は酸素ガス(O)又は二酸化炭素ガス(CO)は、空気と比較して音響インピーダンスが大きくて動粘度が小さいという条件を満たすと共に、動粘度に関しては空気の1.5倍以下となっている。
具体的には、空気の動粘度が(1.51×10−5/s)であるのに対して、アルゴンの動粘度が(1.34×10−5/s)、酸素の動粘度が(1.53×10−5/s)、二酸化炭素の動粘度が(0.8×10−5/s)となっている(平成16年版国立天文台編理科年表より)。よって、何れのガスの動粘度も空気の動粘度の1.5倍以下となっている。
尚、ヘリムの動粘度は(11.8×10−5/s)となっていて、空気の動粘度の1.5倍以下という条件に対しては大きく外れているものである。
The argon gas (Ar), oxygen gas (O 2 ), or carbon dioxide gas (CO 2 ) satisfies the condition that the acoustic impedance is large and the kinematic viscosity is small compared to air, and the kinematic viscosity is 1 of air. It is less than 5 times.
Specifically, while the kinematic viscosity of air is (1.51 × 10 −5 m 2 / s), the kinematic viscosity of argon is (1.34 × 10 −5 m 2 / s), oxygen Has a kinematic viscosity (1.53 × 10 −5 m 2 / s) and carbon dioxide has a kinematic viscosity (0.8 × 10 −5 m 2 / s). From the table). Therefore, the dynamic viscosity of any gas is 1.5 times or less of the dynamic viscosity of air.
The kinematic viscosity of the helium is (11.8 × 10 −5 m 2 / s), which is far from the condition of 1.5 times or less the dynamic viscosity of air.

因みに、図2は空気中に設置した吸音材料25の超音波音速計測結果を示す図、図3はアルゴンガス(Ar)中に設置した吸音材料25の超音波音速計測結果を示す図、図4はヘリウムガス(He)中に設置した吸音材料25の超音波音速計測結果を示す図である。図2、図3、図4は、空気、アルゴンガス、ヘリウムガスの雰囲気中において、密度が41.7kg/m、73.9kg/mの吸音材料25を通過する超音波の速度を計測して示したものである。縦軸が音速(m/s)であり、横軸が周波数(kHz)である。そして、図2、図3に示すように、空気、アルゴンガスの場合には有効なデータを得ることができる。これに対して、ヘリウムガスの場合には雑音が多過ぎてしまい有効なデータにはなり得ないものである。 Incidentally, FIG. 2 is a diagram showing the ultrasonic sound velocity measurement result of the sound absorbing material 25 installed in the air, FIG. 3 is a diagram showing the ultrasonic sound velocity measurement result of the sound absorbing material 25 installed in the argon gas (Ar), FIG. These are figures which show the ultrasonic sound speed measurement result of the sound-absorbing material 25 installed in helium gas (He). 2, 3, 4, the measuring air, argon gas, in an atmosphere of helium gas, density of 41.7kg / m 3, the speed of the ultrasound passing through the sound absorbing material 25 of 73.9kg / m 3 It is shown. The vertical axis is the sound velocity (m / s), and the horizontal axis is the frequency (kHz). As shown in FIGS. 2 and 3, effective data can be obtained in the case of air or argon gas. On the other hand, helium gas has too much noise and cannot be effective data.

以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、容器1内に空気を充填して該空気中に設置した吸音材料25中を伝搬する超音波の音速を計測する。その際、まず、材料出没手段27によって吸音材料25を超音波発信センサ17と超音波受信センサ19との間の所定の計測位置にセットする。その状態で超音波発振器15から超音波送信センサ17に信号を送る。そして、超音波受信センサ17からの信号を信号分析器21で解析する。
次に、材料出没手段27によって吸音材料25を超音波発信センサ17と超音波受信センサ19との間の所定の計測位置から退避させる。その状態で、超音波発振器15から超音波送信センサ17に信号を送る。そして、超音波受信センサ17からの信号を信号分析器21で解析する。
つまり、吸音材料25が有る場合と無い場合の二つの場合において夫々データを取得するものである。
The operation will be described based on the above configuration.
First, the velocity of ultrasonic waves propagating through the sound-absorbing material 25 that is filled in the container 1 and installed in the air is measured. At this time, first, the sound absorbing material 25 is set at a predetermined measurement position between the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 19 by the material projecting and retracting means 27. In this state, a signal is sent from the ultrasonic oscillator 15 to the ultrasonic transmission sensor 17. Then, the signal from the ultrasonic reception sensor 17 is analyzed by the signal analyzer 21.
Next, the sound absorbing material 25 is retracted from a predetermined measurement position between the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 19 by the material projecting / removing means 27. In this state, a signal is sent from the ultrasonic oscillator 15 to the ultrasonic transmission sensor 17. Then, the signal from the ultrasonic reception sensor 17 is analyzed by the signal analyzer 21.
That is, data is acquired in two cases, the case where the sound absorbing material 25 is present and the case where the sound absorbing material 25 is absent.

次に、容器1内の気体を空気からアルゴンガス(Ar)に入れ替えて同様の計測を行なう。すなわち、空気・アルゴンガス排気手段9によって容器1内の空気を排出する。その際、圧力計33によって確認する。次に、アルゴンガス供給手段5によって容器1内にアルゴンガスを充填する。それについても圧力計33により確認する。 Next, the same measurement is performed by replacing the gas in the container 1 from air to argon gas (Ar). That is, the air in the container 1 is discharged by the air / argon gas exhaust means 9. At that time, the pressure gauge 33 is used for confirmation. Next, argon gas is filled into the container 1 by the argon gas supply means 5. This is also confirmed by the pressure gauge 33.

次に、空気の場合と同様の計測を行なう。まず、材料出没手段27によって吸音材料25を超音波発信センサ17と超音波受信センサ19との間の所定の計測位置にセットする。その状態で超音波発振器15から超音波送信センサ17に信号を送る。そして、超音波受信センサ17からの信号を信号分析器21で解析する。
次に、材料出没手段27によって吸音材料25を超音波発信センサ17と超音波受信センサ19との間の所定の計測位置から退避させる。その状態で、超音波発振器15から超音波送信センサ17に信号を送る。そして、超音波受信センサ17からの信号を信号分析器21で解析する。
つまり、吸音材料25が有る場合と無い場合の二つの場合において夫々データを取得するものである。
Next, the same measurement as in the case of air is performed. First, the sound absorbing material 25 is set at a predetermined measurement position between the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 19 by the material projecting / removing means 27. In this state, a signal is sent from the ultrasonic oscillator 15 to the ultrasonic transmission sensor 17. Then, the signal from the ultrasonic reception sensor 17 is analyzed by the signal analyzer 21.
Next, the sound absorbing material 25 is retracted from a predetermined measurement position between the ultrasonic transmission sensor 17 and the ultrasonic reception sensor 19 by the material projecting and retracting means 27. In this state, a signal is sent from the ultrasonic oscillator 15 to the ultrasonic transmission sensor 17. Then, the signal from the ultrasonic reception sensor 17 is analyzed by the signal analyzer 21.
That is, data is acquired in two cases, the case where the sound absorbing material 25 is present and the case where the sound absorbing material 25 is absent.

そして、解析後は空気・アルゴンガス排気手段9によって容器1内のアルゴンガスを排出する。それは圧力計33により確認する。そして、再度容器1内に空気を充填する。それを圧力計33により確認する。
以上の作業によって必要なデータを取得することができる。そして、空気、アルゴンガス中における吸音材25を通過する超音波の速度を夫々算出するものである。
そして、それら速度データに基づいて所定の手法によって吸音材25の物性を解析するものである。
尚、上記所定の手法とは、二種類の気体中で計測した4種類の音速データを、超音波帯域の波長定数を表す式に代入して解析する手法である。
After the analysis, the argon gas in the container 1 is discharged by the air / argon gas exhaust means 9. This is confirmed by the pressure gauge 33. Then, the container 1 is again filled with air. This is confirmed by the pressure gauge 33.
Necessary data can be acquired by the above operation. And the speed of the ultrasonic wave which passes the sound-absorbing material 25 in air and argon gas is each calculated.
Then, the physical properties of the sound absorbing material 25 are analyzed by a predetermined method based on the speed data.
The predetermined method is a method of analyzing by substituting four types of sound velocity data measured in two types of gas into an equation representing a wavelength constant of an ultrasonic band.

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、異なる二種類の気体雰囲気中において所望の超音波の音速の計測を容易に行なうことが可能となり、それによって、吸音材25の物性を容易に且つ正確に分析することができるようになった。
特に、上記異なる二種類の気体として、良好なS/N比(信号対雑音比)を確保することができるもの、具体的には、空気と、音響インピーダンスが空気より大きく、且つ、動粘度が空気の1.5倍以下のある気体を選択して使用しているので、精度の高いデータを得ることができるものである。
又、従来行われてこなかった「Tortuosity」並びに「Characteristic Length」といった物性値の解析が容易に行われるようになり、それによって、吸音材25の物性と吸音効果との関係が正確に解明されることになり、有効な吸音材料25の開発が可能になったものである。
又、従来存在しなかった吸音材料25の物性値データベースが誕生することにもなる。
そして、上記解析された物性値から吸音材25の音響特性を予測するという技術の開発にとっても極めて有益なものとなり、開発期間の短縮や開発のコストの低減を図ることができる。又、騒音対策上有効な吸音材料の開発にとっても有益である。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, it becomes possible to easily measure the speed of sound of a desired ultrasonic wave in two different gas atmospheres, thereby enabling the physical properties of the sound absorbing material 25 to be easily and accurately analyzed. .
In particular, as the two different types of gases, those that can ensure a good S / N ratio (signal-to-noise ratio), specifically, air, acoustic impedance is larger than air, and kinematic viscosity is Since a certain gas 1.5 times or less that of air is selected and used, highly accurate data can be obtained.
In addition, physical property values such as “Tortuosity” and “Characteristic Length”, which have not been conventionally performed, can be easily analyzed, and thereby the relationship between the physical properties of the sound absorbing material 25 and the sound absorbing effect can be accurately clarified. As a result, it is possible to develop an effective sound absorbing material 25.
Further, a physical property value database of the sound absorbing material 25 which has not existed conventionally will be born.
And it becomes very useful also for development of the technique of estimating the acoustic characteristic of the sound-absorbing material 25 from the analyzed physical property value, and it is possible to shorten the development period and the development cost. It is also useful for the development of sound absorbing materials effective for noise countermeasures.

尚、上記「Tortuosity」並びに「Characteristic Length」といった物性値を解析した一例を示す。
まず、密度41.7kg/mの吸音材料25について次のような物性値を得ることができた。
Tortuosity : 1.0124
Viscous Characteristic length
: 107.6(μm)
Thermal Characteristic length
: 208.3(μm)
又、密度73.9kg/mの吸音材料25について次のような物性値を得ることができた。
Tortuosity : 1.0288
Viscous Characteristic length
:57.6(μm)
Thermal Characteristic length
: 111.4(μm)
これらの物性値に基づいて吸音材料25の流れ抵抗ひいては吸音率を解析することが可能になる。
An example in which physical property values such as “Tortuality” and “Characteristic Length” are analyzed is shown.
First, the following physical property values could be obtained for the sound-absorbing material 25 having a density of 41.7 kg / m 3 .
Tortuity: 1.0124
Viscous Characteristic length
: 107.6 (μm)
Thermal Characteristic length
: 208.3 (μm)
Moreover, the following physical property values could be obtained for the sound absorbing material 25 having a density of 73.9 kg / m 3 .
Tortuity: 1.0288
Viscous Characteristic length
: 57.6 (μm)
Thermal Characteristic length
: 111.4 (μm)
Based on these physical property values, it becomes possible to analyze the flow resistance of the sound-absorbing material 25 and the sound absorption coefficient.

次に、図5を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。この場合には、まず、容器1には前記第1の実施の形態の場合と同様に開口部1aが設けられているが、この第2の実施の形態の場合にはこの開口部1aは常時開放されているものである。又、容器1の底部には別の開口部1bが形成されていて、該開口部1bにはアルゴンガスを排出する開閉蓋103が取り付けられている。
尚、その他の構成は前記第1の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this case, the container 1 is first provided with an opening 1a as in the case of the first embodiment. However, in the case of the second embodiment, the opening 1a is always provided. It is open. Further, another opening 1b is formed at the bottom of the container 1, and an opening / closing lid 103 for discharging argon gas is attached to the opening 1b.
The other configurations are the same as those in the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

そして、最初にアルゴンガス供給手段5によって容器1内にアルゴンガスを供給・充填する。そして、所望の計測を行なう。次に、開閉蓋103を開放することにより空気より比重の重いアルゴンガスは自動的に排出され、代わりに空気が充填される。そして、同様の計測を行なう。   First, argon gas is supplied and filled into the container 1 by the argon gas supply means 5. Then, a desired measurement is performed. Next, by opening the opening / closing lid 103, argon gas having a specific gravity higher than that of air is automatically discharged and filled with air instead. Then, the same measurement is performed.

したがって、前記第1の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると共に構成をさらに簡略化させることができる。   Therefore, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained, and the configuration can be further simplified.

尚、本発明は前記第1、図2の実施の形態に限定されるものではない。
まず、空気以外の使用する気体としては、アルゴンガス(Ar)以外にも、例えば、酸素ガス(O)、二酸化炭素ガス(CO)等の使用が考えられる。
その他各部の構成は一例でありそれに限定されるものではない。
The present invention is not limited to the first and second embodiments shown in FIG.
First, as gas to be used other than air, for example, oxygen gas (O 2 ), carbon dioxide gas (CO 2 ), etc. can be considered in addition to argon gas (Ar).
The configuration of each other unit is an example and is not limited thereto.

本発明は、超音波音速計測装置に係り、例えば、吸音材等のある種の材料を通過する超音波の音速を効率的に計測し、それによって、吸音材等のある種の材料の物性を特定することができるように工夫したものに関し、新たな吸音材の開発を行なう上で好適である。   The present invention relates to an ultrasonic sound velocity measuring device, for example, efficiently measuring the sound velocity of an ultrasonic wave passing through a certain material such as a sound absorbing material, and thereby, the physical properties of a certain material such as a sound absorbing material. It is suitable when developing a new sound-absorbing material regarding what was devised so that it can be specified.

本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波音速計測装置の構成を示す斜視図である。It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention, and is a perspective view which shows the structure of an ultrasonic sound speed measuring device. 本発明の第1の実施の形態を示す図で、空気中における音速計測結果を示す図である。It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention and is a figure which shows the sound speed measurement result in the air. 本発明の第1の実施の形態を示す図で、アルゴンガス中における音速計測結果を示す図である。It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention and is a figure which shows the sound speed measurement result in argon gas. 比較例を示す図で、ヘリウムガス中における音速計測結果を示す図である。It is a figure which shows a comparative example, and is a figure which shows the sound speed measurement result in helium gas. 本発明の第2の実施の形態を示す図で、超音波音速計測装置の構成を示す斜視図である。It is a figure which shows the 2nd Embodiment of this invention, and is a perspective view which shows the structure of an ultrasonic sound speed measuring device.

符号の説明Explanation of symbols

1 容器
3 空気導入ポート
5 アルゴンガス供給手段
7 チューブ
9 空気・アルゴンガス排気手段
11 チューブ
13 超音波送受信手段
23 演算手段
25 吸音材
27 材料出没手段
29 吸音材把持部
31 支持部
33 圧力計












DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 3 Air introduction port 5 Argon gas supply means 7 Tube 9 Air and argon gas exhaust means 11 Tube 13 Ultrasonic transmission / reception means 23 Calculation means 25 Sound absorbing material 27 Material intrusion means 29 Sound absorbing material gripping part 31 Supporting part 33 Pressure gauge












Claims (7)

所定の異なる二種類の気体が交互に充填される容器と、
上記容器内に設置されある種の材料を所定の計測位置に対して出没させる材料出没手段と、
上記容器内に設置され上記所定の計測位置を挟んで超音波発信センサと超音波受信センサとを配置してなる超音波送受信手段と、
上記超音波送受信手段により得られたデータに基づいて上記異なる二種類の気体雰囲気中における上記ある種の材料を通過する超音波の速度を夫々算出する超音波速度算出手段と、
を具備したことを特徴とする超音波音速計測装置。
A container alternately filled with two different kinds of gases;
Material intruding means for causing a certain kind of material installed in the container to incend and descend with respect to a predetermined measurement position;
An ultrasonic transmission / reception means that is installed in the container and has an ultrasonic transmission sensor and an ultrasonic reception sensor disposed between the predetermined measurement positions;
Ultrasonic velocity calculating means for calculating the velocity of ultrasonic waves passing through the certain kind of material in the two different types of gas atmospheres based on the data obtained by the ultrasonic transmitting / receiving means;
An ultrasonic sound velocity measuring device comprising:
請求項1記載の超音波音速計測装置において、
上記所定の異なる二種類の気体は、空気と、音響インピーダンスが空気より大きく、且つ、動粘度が空気の1.5倍以下のある気体であることを特徴とする超音波音速計測装置。
In the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 1,
The two predetermined different gases are air and a gas having an acoustic impedance larger than that of air and having a kinematic viscosity not more than 1.5 times that of air.
請求項2記載の超音波音速計測装置において、
上記音響インピーダンスが空気より大きく、且つ、動粘度が空気の1.5倍以下のある気体は、アルゴンガス(Ar)又は酸素ガス(O)又は二酸化炭素ガス(CO)であることを特徴とする超音波音速計測装置。
In the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 2,
The gas having an acoustic impedance larger than that of air and a kinematic viscosity of 1.5 times or less that of air is argon gas (Ar), oxygen gas (O 2 ), or carbon dioxide gas (CO 2 ). An ultrasonic sound velocity measuring device.
請求項1記載の超音波音速計測装置において、
上記所定の異なる二種類の気体を供給・排気する気体供給・排気手段が設けられていることを特徴とする超音波音速計測装置。
In the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 1,
An ultrasonic sound velocity measuring apparatus, comprising gas supply / exhaust means for supplying / exhausting two predetermined different gases.
請求項4記載の超音波音速計測装置において、
上記気体供給・排気手段は、上記所定の異なる二種類の気体を上記容器内に供給する気体供給手段と、上記所定の異なる二種類の気体を容器内から排気する気体排気手段と、から構成されていることを特徴とする超音波音速計測装置。
In the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 4,
The gas supply / exhaust means comprises gas supply means for supplying the two different types of gases into the container, and gas exhaust means for exhausting the two different types of gases from the container. An ultrasonic sound velocity measuring device.
請求項1記載の超音波音速計測装置において、
上記所定の異なる二種類の気体を交互に容器内に充填し、夫々の雰囲気において上記ある種の材料を所定の計測位置に出没させ、ある種の材料が有る場合と無い場合のデータを取得し、夫々の雰囲気におけるある種の材料が有る場合と無い場合のデータに基づいて、上記超音波速度算出手段により超音波速度を算出するようにしたことを特徴とする超音波音速計測装置。
In the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 1,
Fill the container alternately with the two different types of gases described above, and make the certain material appear and disappear at a predetermined measurement position in each atmosphere, and acquire data with and without a certain material. An ultrasonic sonic velocity measuring apparatus, wherein the ultrasonic velocity is calculated by the ultrasonic velocity calculating means based on data with and without a certain kind of material in each atmosphere.
請求項1記載の超音波音速計測装置において、
上記ある種の材料は吸音材であることを特徴とする超音波音速計測装置。
In the ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 1,
The ultrasonic sound velocity measuring apparatus according to claim 1, wherein the certain material is a sound absorbing material.
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