JP2007121199A - 密度測定装置および密度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な測定対象の密度を容易に測定できる密度測定装置を提供する。
【解決手段】音響レンズ３の放射面からカプラント部材６と空気との境界面までの距離が焦点距離より大きい場合には、センサ部２は、反射される斜入射音波３２を受信することができない。そして、演算処理部１は、センサ部２で受信された反射音波、すなわち垂直入射音波３０が反射されて生じる反射音波から基準値を取得する。次に、演算処理部１は、測定対象９を配置した後、同様にして、センサ部２で受信された反射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定する。さらに、演算処理部１は、センサ部２と測定対象９との間の距離を順次短くし、センサ部２が受信する反射音波の強度変化に基づいて、音波の伝搬速度を測定する。
【選択図】図３

Description

この発明は対象物の密度を測定する密度測定装置および密度測定方法に関し、特に音波を測定対象へ放射することでその密度を測定する密度測定装置および密度測定方法に関するものである。

物質の密度は、その物質を評価するために必要とされる代表的な指標である。そのため、古くから物質の密度測定を行なう方法および装置が考案されている。たとえば、液体中に配置された物質に生じる浮力から物質の密度を測定するアルキメデス法が有名である。

近年では、測定対象の音響インピーダンスが音波の伝搬速度と密度との積に一致することから、音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を何らかの方法で算出し、測定対象の密度を導出する方法が提案されている。

たとえば、特開平７−２４８３１５号公報（特許文献１）には、海水や発酵液などの供試流体の密度を演算測定する密度計測装置が開示されている。この特開平７−２４８３１５号公報（特許文献１）に開示される密度計測装置は、供試流体に接して配置されるカプラーと、供試流体との接合面の反対側に位置する面においてカプラーと接して配置される超音波発振器とを備え、超音波発振器から発せられる超音波がカプラーと供試流体との間の境界で生じる反射波から音響インピーダンスを算出し、さらに、異なる２つの端面で反射される反射波間の時間間隔から音波の伝搬速度（音速）を算出する。

また、特開平５−１４９９３１号公報（特許文献２）には、表面に膜を有する試料に対して膜の音速・密度を算出する音速・密度測定装置が開示されている。この特開平５−１４９９３１号公報（特許文献２）に開示される音速・密度測定装置は、媒体（水）と薄膜との境界で反射される反射波と、薄膜と基板との境界で反射される反射波との干渉に基づいて、音速および密度を算出する。
特開平７−２４８３１５号公報 特開平５−１４９９３１号公報

しかしながら、特開平７−２４８３１５号公報（特許文献１）に開示される密度計測装置では、測定対象が海水や発酵液などの供試流体に限られるため、汎用的な密度測定装置として用いることができないという問題があり、また、２つの端面間の距離を正確に把握しなければならないため、非常に手間がかかるという問題があった。

一方、特開平５−１４９９３１号公報（特許文献２）に開示される音速・密度測定装置は、測定対象が基板の表面に配置された膜に限られるため、汎用的な密度測定装置として用いることができないという問題があり、また、その膜厚を正確に測定しておく必要があり、実用的ではないという問題があった。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、様々な測定対象の密度を容易に測定できる密度測定装置および密度測定方法を提供することである。

この発明にかかる密度測定装置は、測定対象へ入射音波を放射し、かつ、入射音波が測定対象の表面で反射されて生じる反射音波を受信するセンサ部と、センサ部において受信される反射音波に基づいて、測定対象の音響インピーダンスおよび測定対象における音波の伝搬速度を測定し、かつ、測定される音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する演算処理部とを備える。

好ましくは、センサ部は、入射音波として、測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波を放射する。また、演算処理部は、センサ部に対する測定対象の距離とセンサ部において受信される反射音波の強度との関係に基づいて、伝搬速度を測定する。

好ましくは、センサ部は、垂直入射音波および斜入射音波がセンサ部から所定の距離にある焦点において互いに交差するように、入射音波を放射する。

好ましくは、密度測定装置は、演算処理部からの指令に応じて、センサ部と測定対象との間の距離を変化させる駆動部をさらに備える。また、演算処理部は、センサ部と測定対象との間の距離を変化させ、センサ部において受信される反射音波の強度変化を取得し、かつ、取得される強度変化に基づいて、伝搬速度を測定する。

好ましくは、斜入射音波は、測定対象の表面において入射角度に応じた角度で反射される。そして、演算処理部は、センサ部が測定対象の表面において反射される斜入射音波を受信しないように、センサ部と測定対象との間の距離を大きくし、かつ、測定対象の表面において反射される垂直入射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定する。

好ましくは、演算処理部は、センサ部から測定対象までの距離をセンサ部から焦点までの距離より大きくし、音響インピーダンスを測定する。

好ましくは、センサ部は、入射音波を生成するトランスデューサと、一方面がトランスデューサと密着され、他方面が曲面である音響レンズとを含む。

好ましくは、センサ部は、入射音波を生成するトランスデューサを含み、トランスデューサは、曲面状に形成される。

好ましくは、演算処理部は、密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と校正基準の既知の密度との差異に基づいて、補正係数を決定する手段と、測定対象から導出した密度をさらに決定した補正係数で補正する手段とをさらに含む。

また、この発明にかかる密度測定方法は、測定対象へ入射音波を放射する放射ステップと、入射音波が測定対象の表面で反射されて生じる反射音波を受信する受信ステップと、受信ステップにおいて受信される反射音波に基づいて、測定対象の音響インピーダンスおよび測定対象における音波の伝搬速度を測定する測定ステップと、測定ステップにおいて測定される音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する導出ステップとからなる。

好ましくは、放射ステップは、入射音波として、測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波を放射する。また、測定ステップは、入射音波の放射位置に対する測定対象の距離と、受信ステップにおいて受信される反射音波の強度との関係に基づいて、伝搬速度を測定する。

好ましくは、受信ステップは、入射音波の放射位置と測定対象との間の距離を変化させるステップと、受信される反射音波の強度変化を取得するステップとを含む。また、測定ステップは、受信ステップにおいて取得される強度変化に基づいて、伝搬速度を測定する。

好ましくは、斜入射音波は、測定対象の表面において入射角度に応じた角度で反射される。そして、測定ステップは、測定対象の表面において反射される斜入射音波が放射位置に到達しないように、放射位置と測定対象との間の距離を大きくするステップをさらに含む。また、測定ステップは、測定対象の表面において反射される垂直入射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定するステップをさらに含む。

この発明によれば、測定対象へ入射音波を放射し、測定対象の表面で反射されて生じる反射音波に基づいて、測定対象の音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を測定する。そして、測定された音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する。そのため、その表面で音波を反射する測定対象であれば、測定対象の形状や構造などについての制限がなく、かつ、測定対象へ入射音波を放射するだけで済む。よって、様々な測定対象の密度を容易に測定できる密度測定装置および密度測定方法を実現できる。

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に従う密度測定装置１００の概略構成図である。
図１を参照して、密度測定装置１００は、演算処理部１と、センサ部２と、駆動部４とからなる。そして、密度測定装置１００は、センサ部２から測定対象に振動を生じさせる音波を入射音波として放射し、入射音波が測定対象の表面で反射されて生じる反射音波をセンサ部２で受信する。さらに、密度測定装置１００は、駆動部４によりセンサ部２と測定対象との間の距離を変化させ、測定対象の表面で反射される反射音波のうち、所望する成分をセンサ部２で選択的に受信させる。具体的には、密度測定装置１００は、センサ部２の放射面から測定対象までの距離が所定の値以上となる位置において、センサ部２が受信する反射音波に基づいて、音響インピーダンスを測定する。続いて、密度測定装置１００は、センサ部２の放射面と測定対象との間の距離を変化させながら、センサ部２が受信する反射音波の強度変化を取得し、その強度変化に基づいて、測定対象における音波の伝搬速度を測定する。さらに、密度測定装置１００は、測定した音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する。なお、センサ部２が放射する入射音波は、超音波が好ましい。

演算処理部１は、たとえば、コンピュータなどで構成され、入力部１８と、時間データメモリ部１２と、記憶部１４と、演算部１０と、表示出力部１６とからなる。

入力部１８は、ユーザなどの外部からの指令を受け、その指令を演算部１０へ出力する。一例として、入力部１８は、操作ボタン、キーボード、マウス、タッチパネルなどからなる。

時間データメモリ部１２は、センサ部２で受信される音波の時間波形を所定の周期で格納する。なお、時間データメモリ部１２は、演算部１０からの要求に応じて、時間波形を格納する周期を変更する。

記憶部１４は、演算部１０を介して取得された基準値を格納し、演算部１０からの要求に応じて、その格納する基準値を読出す。また、記憶部１４は、演算部１０を介して取得された反射音波の受信強度をセンサ部２と測定対象との距離とともに格納する。そして、記憶部１４は、演算部１０で算出される密度を格納する。

演算部１０は、入力部１８を介して、外部から測定開始指令を受けると、駆動部４へ駆動指令を与え、センサ部２の放射面と測定対象との間の距離を基準距離にした後、センサ部２へ放射指令を与え、測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部１０は、時間データメモリ部１２から、センサ部２で受信された反射音波の時間波形データを読出し、一例として、フーリエ処理（ＦＦＴ処理：Fast Fourier Transform；以下、ＦＦＴ処理と称す）のような周波数解析処理を行ない、各周波数における振幅値および位相を取得する。続いて、演算部１０は、記憶部１４に格納されている基準値を読出し、その基準値と取得した反射音波の各周波数における振幅値および位相とを比較することで、測定対象の音響インピーダンスを測定する。

続いて、演算部１０は、駆動部４へ駆動指令を与え、センサ部２の放射面と測定対象との間の距離を順次短くしていき、それぞれの位置において、センサ部２へ放射指令を与え、測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部１０は、センサ部２で受信される反射音波の時間波形データを逐次読出し、その強度を検出する。さらに、演算部１０は、それぞれの位置における反射音波の強度から、センサ部２の放射面に対する測定対象の距離と、反射音波の強度変化との関係を取得し、その関係から測定対象における音波の伝搬速度を測定する。最終的に、演算部１０は、測定された音響インピーダンスおよび伝搬速度から、測定対象の密度を導出する。

また、演算部１０は、その導出した測定対象の密度を表示出力部１６または／および記憶部１４へ出力する。

さらに、演算部１０は、入力部１８を介して、外部から基準取得始指令を受けると、駆動部４へ駆動指令を与え、センサ部２の放射面と測定対象との間の距離を基準距離にした後、センサ部２へ放射指令を与え、測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部１０は、時間データメモリ部１２から、センサ部２で受信された反射音波の時間波形データを読出し、ＦＦＴ処理を行ない、各周波数における振幅値および位相を取得する。続いて、演算部１０は、取得した各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部１４に格納する。

また、演算部１０は、上述の手順に従い、密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と校正基準の密度との差異に基づいて、補正係数を決定してもより。そして、演算部１０は、上述の手順に従い、測定対象から導出した密度をさらに決定した補正係数で補正する。一例として、演算部１０は、校正基準の既知の密度を校正基準から導出した密度で除算し、その商を補正係数とする。そして、演算部１０は、決定した補正係数を測定対象から導出した密度に乗算する。

表示出力部１６は、演算部１０から算出される測定対象の密度を表示または／およびそのデータを外部へ出力する。表示出力部１６が表示を行なう場合には、一例として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示装置からなる。また、表示出力部１６がデータを外部へ出力を行なう場合には、一例として、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＲＳ−２３２Ｃ（Recommended Standard 232 version C）、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）１３９４、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）、イーサネット（登録商標）、ＩＥＥＥ１２８４（パラレルポート）などの規格に対応するインターフェイスなどからなる。

一方、センサ部２は、送信制御回路２２と、送信回路２４と、方向整合器２５と、トランスデューサ２０と、受信回路２６と、信号処理回路２８と、音響レンズ３とからなる。

送信制御回路２２は、演算処理部１からの放射指令を受けると、放射する入射音波を生成するための生成信号を送信回路２４へ出力する。たとえば、送信制御回路２２は、パルス状の入射音波を生成するためのパルス信号や、所定の周波数成分を含む入射音波を生成するための周期信号などを出力する。また、送信制御回路２２は、生成信号の出力タイミングを通知するトリガ信号を受信回路２６へ出力する。

送信回路２４は、送信制御回路２２から受ける生成信号に応じた電気信号を方向整合器２５へ出力する。

方向整合器２５は、送信回路２４、トランスデューサ２０および受信回路２６とそれぞれ接続され、送信回路２４から出力された電気信号をトランスデューサ２０へ伝送し、かつ、トランスデューサ２０から受けた電気信号を受信回路２６へ出力する。すなわち、方向整合器２５は、送信回路２４から出力された電気信号が受信回路２６へ出力されないように信号の伝送方向を制限する。

トランスデューサ２０は、方向整合器２５を介して送信回路２４および受信回路２６と接続され、方向整合器２５を介して送信回路２４から受けた電気信号を音波に変換して測定対象へ放射し、かつ、測定対象から受けた音波を電気信号に変換して方向整合器２５を介して受信回路２６へ出力する。一例として、トランスデューサ２０は、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電素子などからなる。

受信回路２６は、方向整合器２５から受ける電気信号を受け、所定の増幅をした後に信号処理回路２８へ出力する。また、受信回路２６は、送信制御回路２２からトリガ信号を受信すると、トランスデューサ２０から出力される電気信号の受信を開始する。

信号処理回路２８は、受信回路２６から電気信号を受け、アナログ・デジタル処理などを行ない、トランスデューサ２０で受信される音波の瞬間的な振幅値を順次出力する。

音響レンズ３は、その一方面がセンサ部２のトランスデューサ２０と密着するように配置され、トランスデューサ２０で生成される入射音波を受ける。そして、音響レンズ３は、その一方面で受けた入射音波がその内部を通過して他方面、すなわち放射面から放射された後、放射された入射音波が所定の距離だけ離れた焦点で互いに交差するように、曲面が形成される。すなわち、音響レンズ３は、光学系における光学レンズと同等の機能を発揮する。

駆動部４は、演算処理部１からの駆動指令を受け、センサ部２と測定対象との間の距離を変化させる。一例として、この発明の実施の形態に従う密度測定装置１００においては、駆動部４は、センサ部２と連結され、センサ部２を移動させる。

図２は、密度測定装置１００の外観から見た概略構成図である。
図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。

図３（ａ）は、基準取得時である。
図３（ｂ）は、音響インピーダンス測定時である。

図３（ｃ）は、音波の伝搬速度の測定時である。
図２を参照して、密度測定装置１００は、演算処理部１と、媒体容器５に組込まれたセンサ部２と、センサ部２と連結された駆動部４とからなる。そして、媒体容器５内は、図示しないカプラント部材で満たされる。

カプラント部材は、センサ部２から放射される入射音波および測定対象で反射されて生じる反射音波を効率よく伝搬させるための流動性を有する材質であり、一例として、水などからなる。

また、媒体容器５は、その底面にセンサ部２が配置されるための切欠部をもつ。センサ部２は、駆動部４からの駆動力を受け、媒体容器５の底面に対して垂直方向に移動するように配置される。

図示しない測定対象は、媒体容器５の上面に配置される。たとえば、測定対象の測定面が媒体容器５の短辺より長ければ、測定対象が媒体容器５の短辺を構成する２つの側面により支持されるように配置すればよい。また、測定対象の測定面が媒体容器５のいずれの辺よりも短ければ、媒体容器５の上面に測定対象を固定する部材を用いてもよい。なお、測定対象の測定面は、媒体容器５の底面と平行であることが望ましい。

以下、図３を参照して、密度測定の手順についてより詳細に説明する。
第１の手順として、演算処理部１は、音響インピーダンス測定の基準となる基準値を取得する。図３（ａ）に示すように、測定対象９が配置されない状態において、演算処理部１は、センサ部２から入射音波を放射する。このとき、媒体容器５は、カプラント部材６で満たされており、センサ部２から放射された入射音波は、カプラント部材６と空気との境界面において、反射される。

音響レンズ３は、トランスデューサ２０で生成された入射音波が音響レンズ３の放射面から所定の距離だけ離れた焦点で互いに交差するように、複数の方向から入射音波を放射する。なお、音響レンズ３の放射面の中心点、すなわち音響レンズ３の放射面と中心軸との交点から焦点までの距離を焦点距離と称す。音響レンズ３から放射される入射音波は、カプラント部材６と空気との境界面に対して、複数の方向から入射する。そこで、カプラント部材６と空気との境界面に対して垂直に入射する入射音波を垂直入射音波３０とし、カプラント部材６と空気との境界面に対して垂直方向と異なる複数の方向から入射する入射音波を総括的に斜入射音波３２として区別する。なお、垂直入射音波３０の伝搬経路は、音響レンズ３の中心軸と一致する。

そして、音響レンズ３の放射面からカプラント部材６と空気との境界面までの距離が、焦点距離より大きい場合には、斜入射音波３２は、音響レンズ３の中心軸に対して反対側の位置でカプラント部材６と空気との境界面に入射する。そのため、反射される斜入射音波３２は、音響レンズ３の外側を伝搬するようになり、音響レンズ３へ入射しない。すなわち、センサ部２は、反射される斜入射音波３２を受信することができない。一方、垂直入射音波３０は、音響レンズ３からカプラント部材６と空気との境界面までの距離に関わらず、反射された後において、放射経路と同じ経路を逆方向に伝搬するため、センサ部２は、反射される垂直入射音波３０を受信することができる。

したがって、センサ部２は、音響レンズ３から放射される垂直入射音波３０および斜入射音波３２のうち、垂直入射音波３０が反射されて生じる反射音波を選択的に受信することができる。そして、演算処理部１は、センサ部２で受信された反射音波、すなわち垂直入射音波３０が反射されて生じる反射音波から基準値を取得する。また、基準取得時における、音響レンズ３からカプラント部材６と空気との境界面までの距離を基準距離と称す。

第２の手順として、演算処理部１は、測定対象９の音響インピーダンスを測定する。図３（ｂ）に示すように、測定対象９は、カプラント部材６と密着するように配置される。なお、測定対象９は、ユーザにより配置されてもよいし、図示しない機構により配置されてもよい。そして、演算処理部１は、図３（ａ）と同様に、音響レンズ３からカプラント部材６と測定対象９との境界面までの間の距離を基準距離のまま維持し、センサ部２から入射音波を放射する。すると、センサ部２から放射された入射音波は、カプラント部材６と測定対象９との境界面において反射されるが、図３（ａ）と同様に、センサ部２は、反射される斜入射音波３２を受信することはなく、反射される垂直入射音波３０を選択的に受信する。さらに、演算処理部１は、センサ部２で受信される垂直入射音波３０による反射音波を基準値と比較することで、測定対象９の音響インピーダンスを測定する。

第３の手順として、演算処理部１は、測定対象９における音波の伝搬速度を測定する。図３（ｃ）に示すように、演算処理部１は、駆動部４に駆動指令を与え、図３（ｂ）に示す状態からセンサ部２と測定対象９との間の距離を順次短くする。それに伴い、演算処理部１は、それぞれの距離において、センサ部２から入射音波を放射する。

ここで、センサ部２から放射される入射音波のうち、垂直入射音波３０は、センサ部２と測定対象９との間の距離に関わらず、測定対象９とカプラント部材６との境界面において反射され、センサ部２へ入射する。

一方、斜入射音波３２は、その一部が測定対象とカプラント部材６との境界面に対して臨界角で入射し、漏えい弾性表面波（ＬＳＡＷ：Leakage Surface Acoustic Wave）３４を生じる。漏えい弾性表面波３４は、１波長分程度の深さだけ測定対象９に侵入し、測定対象９とカプラント部材６との境界面を伝搬する。そして、漏えい弾性表面波３４は、その伝搬過程において、再放射音波３６を放射する。さらに、再放射音波３６は、カプラント部材６を伝搬して、センサ部２へ到達する。

したがって、センサ部２は、反射される垂直入射音波３０および再放射音波３６を受信するが、センサ部２で受信される過程において、互いに干渉が生じるため、センサ部２の放射面と測定対象９との間の距離に応じて変化する。さらに、干渉の発生条件は、入射音波の周波数および漏えい弾性表面波３４の伝搬速度に応じて変化するので、センサ部２で受信される反射音波の受信強度の変化に基づいて、漏えい弾性表面波３４の伝搬速度、すなわち測定対象９における音波の伝搬速度を測定することができる。よって、演算処理部１は、センサ部２が受信する反射音波の強度変化に基づいて、音波の伝搬速度を測定する。

上述のように、センサ部２と測定対象９との間の距離を変化させることで、同一のセンサ部２を用いて、音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を測定することができるため、装置構成をより簡素化でき、密度測定にかかる手順を減らすことができる。

（音響インピーダンスの測定）
以下、音響インピーダンスの測定について、より詳細に説明する。

図４は、音響インピーダンスの測定原理を示す図である。
図４（ａ）は、基準取得時のモデルである。

図４（ｂ）は、音響インピーダンス測定時のモデルである。
まず、トランスデューサ２０から放射される入射音波の伝搬特性を表すため、カプラント部材６および測定対象９の音響インピーダンスを導入する。

図４（ａ）を参照して、基準値を取得する場合には、密度測定装置１００は、測定対象９が存在しない状態において、すなわち、空気中を測定対象９の基準値として、センサ部２から測定対象９に対して垂直に入射する垂直入射音波３０を放射する。

ここで、垂直入射音波３０の周波数をｆとすると、周波数ｆに依存するカプラント部材６の音響インピーダンスはＺ_１（ｆ）と表すことができる。また、空気中の音響インピーダンスはＺ_０（ｆ）と表すことができる。但し、音響インピーダンスＺ_０（ｆ）およびＺ_１（ｆ）は、いずれも複素数である。さらに、カプラント部材６と空気中との境界面における垂直入射音波３０の反射率Ｒ_０１（ｆ）は、式（１）で表すことができる。

反射率Ｒ_０１（ｆ）＝（Ｚ_０（ｆ）−Ｚ_１（ｆ））／（Ｚ_０（ｆ）＋Ｚ_１（ｆ））・・・（１）
ここで、空気中の音響インピーダンスＺ_０（ｆ）は、カプラント部材６および測定対象９に比較して十分小さいため、周波数ｆに関わらずＺ_０（ｆ）≪Ｚ_１（ｆ）とみなすことができるため、反射率Ｒ_０１（ｆ）＝−１となる。すなわち、カプラント部材６と空気中との境界面において、垂直入射音波３０は全反射するものとみなす。

このとき、センサ部２に入射する反射音波をＡ_０波とし、その値をＡ_０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_０（ｆ））と表す。但し、ｉは虚数単位であり、Ａ_０（ｆ）は各周波数における振幅値（実数値）であり、θ_０（ｆ）は各周波数における位相（０≦θ_０（ｆ）＜∞）である。すると、カプラント部材６と空気中との境界面において、垂直入射音波３０は全反射するので、センサ部２からカプラント部材６を介して測定対象９へ放射される垂直入射音波３０は、式（２）で表される。

Ａ_０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_０（ｆ））×Ｒ_０１（ｆ）＝−Ａ_０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_０（ｆ））・・・（２）
すなわち、密度測定装置１００は、式（２）で表される垂直入射音波３０が測定対象９へ照射されるとみなし、式（２）を構成するＡ_０（ｆ）およびθ_０（ｆ）を基準値として格納する。

一方、図４（ｂ）を参照して、測定対象９の音響インピーダンスを測定する場合には、測定対象９とカプラント部材６とを密着させ、センサ部２から図４（ａ）における垂直入射音波３０と同一の垂直入射音波３０を放射する。そして、カプラント部材６と測定対象９との境界面において反射される反射音波を格納した前記の基準値と比較することで、測定対象９の音響インピーダンスを測定する。

測定対象９の音響インピーダンスをＺ_２（ｆ）とすると、カプラント部材６と測定対象９との境界面における垂直入射音波３０の反射率Ｒ_１２（ｆ）は、式（３）で表すことができる。但し、音響インピーダンスＺ_２（ｆ）は、複素数である。

反射率Ｒ_１２（ｆ）＝（Ｚ_２（ｆ）−Ｚ_１（ｆ））／（Ｚ_２（ｆ）＋Ｚ_１（ｆ））・・・（３）
さらに、式（３）を変形すると、式（４）が導出される。

Ｚ_２（ｆ）＝Ｚ_１（ｆ）×（１＋Ｒ_１２（ｆ））／（１−Ｒ_１２（ｆ））・・・（４）
ここで、トランスデューサ２０に入射する反射音波をＡ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ（ｆ））と表す。但し、ｉは虚数単位であり、Ａ（ｆ）は各周波数における振幅値（実数値）であり、θは各周波数における位相（０≦θ_０＜∞）である。すると、式（２）で示される基準値を用いて、式（５）が成立する。

Ａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ（ｆ））＝−Ａ_０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_０（ｆ））×Ｒ_１２（ｆ）・・・（５）
さらに、式（５）を変形して、式（６）が導出される。

Ｒ_１２（ｆ）＝−Ａ（ｆ）／Ａ_０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ））・・・（６）
式（６）を式（４）に代入すると、式（７）が導出される。

Ｚ_２（ｆ）＝Ｚ_１（ｆ）×（１−Ａ（ｆ）／Ａ_０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ）））／（１＋Ａ（ｆ）／Ａ_０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ）））・・・（７）
式（７）に示されるように、音響インピーダンスは、Ａ_０（ｆ），θ_０（ｆ）を基準値とする｛Ａ（ｆ）／Ａ_０（ｆ）｝，｛θ（ｆ）−θ_０（ｆ）｝で定義される。すなわち、垂直入射音波３０が反射されて生じる反射音波を予め格納した基準値と比較することで、測定対象９の音響インピーダンスを測定できる。

なお、上述の方法では、放射する入射音波に含まれる周波数成分に対応して、各周波数における測定対象９の音響インピーダンスを測定できるが、後述する音波の伝搬速度の測定における周波数と一致する単一の周波数についての音響インピーダンスを測定するようにしてもよい。

上述のように、測定対象９の音響インピーダンスは、垂直入射音波３０を測定対象９へ放射させて測定するため、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、演算処理部１は、音響レンズ３の放射面からの距離を焦点距離より大きくし、センサ部２が垂直入射音波３０から生じる反射音波を選択的に受信するように配置する。

図５は、音響レンズ３の放射面からカプラント部材６と空気との境界面までの距離が焦点距離である場合の図である。

図５を参照して、カプラント部材６と空気との境界面に焦点が存在するので、センサ部２から放射された垂直入射音波３０および斜入射音波３２は、いずれも焦点で反射されてセンサ部２へ入射する。ここで、音響レンズ３の放射面からの距離を焦点距離より大きくすることで、斜入射音波３２が反射されて生じる反射音波は、センサ部２の外周側の経路を伝搬するようになるため、センサ部２は、垂直入射音波３０が反射されて生じる反射音波を選択的に受信できるようになる。すなわち、垂直入射音波３０が反射されて生じる反射音波をセンサ部２が選択的に受信するためには、音響レンズ３の放射面からの距離を焦点距離より大きくすればよい。

なお、厳密に言うと、センサ部２は、垂直入射音波３０から生じる反射音波に加えて、垂直入射音波３０と近接する経路を伝搬する斜入射音波３２から生じる反射音波を受信する。しかしながら、このような斜入射音波３２は、垂直入射音波３０とほぼ等しい経路を伝搬するため、垂直入射音波３０に対する伝搬遅延などは無視でき、基準値に採用しても測定誤差を十分小さくできる。さらに、このような斜入射音波３２は、音響レンズ３の放射面からの距離が焦点距離より大きくなるに従い減少するので、最適な基準距離を設定することが望ましい。

（音波の伝搬速度の測定）
以下、音波の伝搬速度の測定について、より詳細に説明する。

図６は、音波の伝搬速度の測定原理を示す図である。
図６（ａ）は、音波の伝搬速度の測定モデルである。

図６（ｂ）は、図６（ａ）において取得される反射音波強度のグラフである。
図６（ａ）を参照して、音響レンズ３の放射面からの距離を焦点距離より小さくすると、斜入射音波３２の一部が測定対象９とカプラント部材６との境界面に対して臨界角で入射し、漏えい弾性表面波３４を生じる。漏えい弾性表面波３４は、１波長分程度の深さだけ測定対象９に侵入し、測定対象９とカプラント部材６との境界面を伝搬する。そして、漏えい弾性表面波３４は、その伝搬過程において、再放射音波３６を放射する。さらに、再放射音波３６は、その入射経路と中心軸に対して対象の経路を伝搬して、センサ部２へ到達する。

ここで、センサ部２は、垂直入射音波３０が反射されて生じる反射音波および再放射音波３６を受信するが、これらの音波は互いに干渉を生じる。干渉は、２つの音波の位相差、すなわち伝搬遅延時間に応じてその干渉量が変化する。垂直入射音波３０を基準とすると、再放射音波３６の伝搬遅延時間は、音響レンズ３およびカプラント部材６内の伝搬距離差、ならびに漏えい弾性表面波３４の伝搬速度に起因して生じる。そこで、音響レンズ３およびカプラント部材６内の伝搬距離差を変化させて、干渉の発生状態を取得することで、漏えい弾性表面波３４の伝搬速度を測定することができる。

図６（ｂ）を参照して、入射音波を単一の周波数成分ｆを有する正弦波とし、センサ部２を測定対象９へ近接させる方向に移動させると、センサ部２で受信される反射音波の受信強度の変化が生じる。音響レンズ３の放射面からの距離が焦点距離より小さくなると、センサ部２における受信強度は、所定の距離毎に変極点をもつように変化する。なお、変極点とは、受信強度に対する距離の偏微分の符号が変化する点である。

ここで、変極点間の距離をΔｚとすると、Δｚは、入射音波の周波数ｆと、漏えい弾性表面波３４の伝搬速度Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）に応じて決まり、式（８）にような関係が成立する。

Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）＝Ｃ_Ｗ／√｛１−（（１−Ｃ_Ｗ（ｆ））／２ｆΔｚ）^２｝・・・（８）
但し、Ｃ_Ｗ（ｆ）は、カプラント部材６における入射音波の伝搬速度である。

上述のように、測定対象９における音波の伝搬速度、すなわち漏えい弾性表面波３４の伝搬速度Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）は、既知である入射音波の周波数ｆおよびカプラント部材６における入射音波の伝搬速度Ｃ_Ｗ（ｆ）ならびに、センサ部２が受信する反射音波の強度変化から得られる変極点間の距離Δｚから導出できる。

（密度の導出）
測定対象９の密度ρ、音響インピーダンスＺ_２（ｆ）、音波の伝搬速度Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）との間には、式（９）が成立する。

Ｚ_２（ｆ）＝ρ×Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）・・・（９）
よって、測定対象９の密度ρは、式（１０）で導出することができる。

ρ＝Ｚ_２（ｆ）／Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）・・・（１０）
上述した手順に基づいて、測定した音響インピーダンスＺ_２（ｆ）および伝搬速度Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）の値を式（１０）に代入し、測定対象９の密度ρを導出する。

なお、式（８）に示されるように、測定対象９の伝搬速度は、単一の周波数ｆをもつ入射音波を測定対象９へ放射した場合において測定できるため、予め測定される音響インピーダンスＺ_２（ｆ）に含まれる周波数のうち、少なくとも１つの周波数成分を選択し、音波の伝搬速度Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）を測定することになる。さらに、複数の周波数について、音波の伝搬速度Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）を測定し、さらに各周波数について導出される測定対象９の密度ρを平均化し、より精度を高めるようにしてもよい。

（密度の測定フロー）
図７は、測定対象９の密度を測定するためのフローチャートである。

図１および図３を参照して、演算部１０は、入力部１８を介して基準取得指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１００）。基準取得指令を受けていない場合（ステップＳ１００においてＮＯの場合）には、演算部１０は、基準取得指令を受けるまで待つ（ステップＳ１００）。

基準取得指令を受けた場合（ステップＳ１００においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、駆動指令を駆動部４へ与え、センサ部２の放射面からの距離を基準距離とする（ステップＳ１０２）。そして、演算部１０は、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から入射音波を放射する（ステップＳ１０４）。

続いて、演算部１０は、時間データメモリ部１２からトランスデューサ２０が受信する反射音波の時間波形データを読出す（ステップＳ１０６）。そして、演算部１０は、読出した反射音波の時間波形データに対してＦＦＴ処理を行ない、反射音波の各周波数における振幅値および位相を取得する（ステップＳ１０８）。さらに、演算部１０は、取得した反射音波の各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部１４へ格納する（ステップＳ１１０）。

次に、演算部１０は、入力部１８を介して測定開始指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１１２）。一方、ユーザは、媒体容器５の上部で、かつ、カプラント部材６と密着するように測定対象９を配置した後、測定開始指令を与える。

測定開始指令を受けていない場合（ステップＳ１１２においてＮＯの場合）には、演算部１０は、測定開始指令を受けるまで待つ（ステップＳ１１２）。

測定開始指令を受けた場合（ステップＳ１１２においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から入射音波を放射する（ステップＳ１１４）。

続いて、演算部１０は、時間データメモリ部１２からトランスデューサ２０が受信する反射音波の時間波形データを読出す（ステップＳ１１６）。そして、演算部１０は、読出した反射音波の時間波形データに対してＦＦＴ処理を行ない、反射音波の各周波数における振幅値および位相を取得する（ステップＳ１１８）。さらに、演算部１０は、記憶部１４から基準値の振幅値および位相を読出し、取得した振幅値および位相と比較を用いて、各周波数における音響インピーダンスを測定する（ステップＳ１２０）。

次に、演算部１０は、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から単一周波数の入射音波を放射する（ステップＳ１２２）。そして、演算部１０は、時間データメモリ部１２からトランスデューサ２０が受信する反射音波の時間波形データを読出し、反射音波の受信強度を検出する（ステップＳ１２４）。さらに、演算部１０は、そのときの距離とともに、検出した受信強度を記憶部１４へ格納する（ステップＳ１２６）。

演算部１０は、センサ部２の放射面と測定対象との間の距離を所定の距離だけ短くする（ステップＳ１２８）。そして、演算部１０は、センサ部２が測定対象９と接触したか否かを判断する（ステップＳ１３０）。

センサ部２が測定対象９と接触していない場合（ステップＳ１３０においてＮＯの場合）には、演算部１０は、再度、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から単一周波数の入射音波を放射する（ステップＳ１２２）。以下、上述のステップＳ１２４，Ｓ１２６，Ｓ１２８，Ｓ１３０を繰返す。

センサ部２が測定対象９と接触した場合（ステップＳ１３０においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、記憶部１４から格納した距離と受信強度との関係を読出し、変極点間の距離を検出する（ステップＳ１３２）。そして、演算部１０は、検出した変極点間の距離から音波の伝搬速度を導出する（ステップＳ１３４）。さらに、演算部１０は、音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度から測定対象９の密度を導出する（ステップＳ１３６）。なお、演算部１０は、記憶部１４から格納した補正係数を読出し、さらに導出した測定対象９の密度に読出した補正係数を乗算する補正をしてもよい。

演算部１０は、その導出した密度を表示出力部１６へ与えた後、処理を終了する。すると、ユーザは、表示出力部１６を介して測定された密度を知ることができる。

なお、上述の処理において、測定毎に基準値を取得する構成に代えて、複数の基準値を予め記憶部１４へ格納しておき、測定を行なう時点において、ユーザが、いずれの基準値を採用するかを設定できる構成としてもよい。

（補正係数の決定）
演算部１０は、密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と校正基準の密度との差異に基づいて、補正係数を決定する。そして、演算部１０は、決定した補正係数を用いて、測定対象９から導出した密度を補正することで、より高い精度の測定を実現する。そのため、測定対象間の相対的な評価に加えて、精度の高い絶対的な評価が可能となる。

具体的に、演算部１０は、既知の校正基準の密度ρ^（Ｓ）とし、校正基準に対して測定された音響インピーダンスＺ_２ ^（Ｓ）（ｆ）、音波の伝搬速度Ｃ_ＬＳＡＷ ^（Ｓ）（ｆ）とすると、補正係数ｋは、式（１１）で表すことができる。

ｋ＝ρ^（Ｓ）／（Ｚ_２ ^（Ｓ）（ｆ）／Ｃ_ＬＳＡＷ ^（Ｓ）（ｆ））・・・（１１）
さらに、補正後の密度ρ’は、式（１２）で導出される。

ρ’＝ｋ×Ｚ_２（ｆ）／Ｃ_ＬＳＡＷ（ｆ）・・・（１２）
図８は、補正係数を決定するためのフローチャートである。

図８を参照して、演算部１０は、入力部１８を介して、校正基準の密度ρ^（Ｓ）を受付ける（ステップＳ２００）。ここで、ユーザは、既知の校正基準の密度を与える。

次に、演算部１０は、入力部１８を介して、校正開始指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ２０２）。

校正開始指令を受けていない場合（ステップＳ２０２においてＮＯの場合）には、演算部１０は、校正開始指令を受けるまで待つ（ステップＳ２０２）。ここで、ユーザは、校正基準をセットした後、校正開始指令を与える。

校正開始指令を受けた場合（ステップＳ２０２においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、図５に示すステップＳ１０２〜ステップＳ１３６と同様の処理を実行し、校正基準の密度を導出する（ステップＳ２０４）。

そして、演算部１０は、入力部１８を介して受けた構成基準の密度ρ^（Ｓ）を導出した密度で除算し、その商を補正係数ｋに決定する（ステップＳ２０６）。

最終的に、演算部１０は、決定した補正係数ｋを記憶部１４へ格納する（ステップＳ２０８）。そして、演算部１０は、処理を終了する。

（変形例１）
上述のこの発明の実施の形態においては、その断面形状が凹形である音響レンズを用いる場合について説明したが、この形状に限られることはない。

図９は、この発明の実施の形態の変形例１に従うセンサ部４０の外観図である。
図９を参照して、センサ部４０は、その断面形状が凸形である音響レンズ４２と、音響レンズ４２の平面に密着して配置されるトランスデューサ２０とを含む。なお、音響レンズ４２は、シリンドリカル形状とも称される。

トランスデューサ２０が生成した入射音波は、音響レンズ４２を伝搬して反対側の曲面から放射される際において、その方向がその放射点における接線方向へ偏向される。そのため、音響レンズ４２の断面で見ると、いずれの点から放射される入射音波についても、所定の距離だけ離れた所定の点で互いに交差する。すなわち、音響レンズ４２から放射された入射音波は、焦点をもつ。

その他については、この発明の実施の形態におけるセンサ部２と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

（変形例２）
図１０は、この発明の実施の形態の変形例２に従うセンサ部４４の要部を示す外観図である。

図１０を参照して、センサ部４４は、半球状の音響レンズ４６と、音響レンズ４６の平面に密着して配置される円筒状のトランスデューサ４８とを含む。なお、音響レンズ４６は、ボウル形状とも称される。

トランスデューサ４８が生成した入射音波は、音響レンズ４６を伝搬して反対側の曲面から放射される際において、その方向がその放射点における接線方向へ偏向される。そのため、音響レンズ４６上のいずれの点から放射された入射音波であっても、音響レンズ４６の中心軸の延長線上における同一の焦点で互いに交差する。すなわち、音響レンズ４６は、その中心軸の延長線上に焦点をもつ。

その他については、この発明の実施の形態におけるセンサ部２と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

（変形例３）
図１１は、この発明の実施の形態の変形例３に従うセンサ部５０の外観図である。

図１１を参照して、センサ部５０は、曲面状に形成されたトランスデューサ５２を含む。トランスデューサ５２は、図２に示す音響レンズ３と同様の曲面を有するように形成されるため、センサ部５０の断面で見ると、トランスデューサ５２上のいずれの点から放射される入射音波についても、所定の距離だけ離れた所定の点で互いに交差する。すなわち、センサ部５０は、音響レンズを用いることなく、所定の焦点をもつように入射音波を放射できる。

その他については、この発明の実施の形態におけるセンサ部２と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

この発明の実施の形態によれば、演算処理部は、センサ部から測定対象へ入射音波を放射し、測定対象の表面で反射されて生じる反射音波に基づいて、測定対象の音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を測定する。そして、演算処理部は、測定した音響インピーダンスおよび伝搬速度から測定対象の密度を導出する。そのため、その表面で音波を反射する測定対象であれば、測定対象の形状や構造などについての制限がなく、かつ、ユーザは測定対象を配置するだけ測定を行なうことができる。よって、様々な測定対象の密度を容易に測定できる密度測定装置を実現できる。

また、この発明の実施の形態によれば、センサ部は、測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波が含まれるように入射音波を放射する。そして、演算処理部は、センサ部が測定対象で反射される垂直入射音波のみ、または、測定対象で反射される垂直入射音波および斜入射音波の両者、を選択的に受信するようにセンサ部と測定対象との距離を変化させる。よって、同一のセンサ部を用いて測定対象の音響インピーダンスおよび音波の伝搬速度を測定することができるため、構成を簡素化した密度測定装置を実現できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従う密度測定装置の概略構成図である。 密度測定装置の外観から見た概略構成図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 音響インピーダンスの測定原理を示す図である。 音響レンズの放射面からカプラント部材と空気との境界面までの距離が焦点距離である場合の図である。 音波の伝搬速度の測定原理を示す図である。 測定対象の密度を測定するためのフローチャートである。 補正係数を決定するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態の変形例１に従うセンサ部の外観図である。 この発明の実施の形態の変形例２に従うセンサ部の要部を示す外観図である。 この発明の実施の形態の変形例３に従うセンサ部の外観図である。

符号の説明

１ 演算処理部、２，４０，４４，５０ センサ部、３，４２，４６ 音響レンズ、４ 駆動部、５ 媒体容器、６ カプラント部材、９ 測定対象、１０ 演算部、１２ 時間データメモリ部、１４ 記憶部、１６ 表示出力部、１８ 入力部、２０，４８，５２ トランスデューサ、２２ 送信制御回路、２４ 送信回路、２５ 方向整合器、２６ 受信回路、２８ 信号処理回路、３０ 垂直入射音波、３２ 斜入射音波、３４ 弾性表面波、３６ 再放射音波、１００ 密度測定装置、Ｃ_ＬＳＡＷ，Ｃ_ＬＳＡＷ ^（Ｓ），Ｃ_Ｗ 伝搬速度、Ｒ_０１，Ｒ_１２ 反射率、Ｚ_０，Ｚ_２，Ｚ_２ ^（Ｓ） 音響インピーダンス、Δｚ 変極点間の距離、ρ，ρ’ 密度。

Claims (13)

1. 測定対象へ入射音波を放射し、かつ、前記入射音波が前記測定対象の表面で反射されて生じる反射音波を受信するセンサ部と、
   前記センサ部において受信される前記反射音波に基づいて、前記測定対象の音響インピーダンスおよび前記測定対象における音波の伝搬速度を測定し、かつ、測定される前記音響インピーダンスおよび前記伝搬速度から前記測定対象の密度を導出する演算処理部とを備える、密度測定装置。
2. 前記センサ部は、
   前記入射音波として、前記測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および前記測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波を放射し、
   前記演算処理部は、前記センサ部に対する前記測定対象の距離と前記センサ部において受信される前記反射音波の強度との関係に基づいて、前記伝搬速度を測定する、請求項１に記載の密度測定装置。
3. 前記センサ部は、前記垂直入射音波および前記斜入射音波が前記センサ部から所定の距離にある焦点において互いに交差するように、前記入射音波を放射する、請求項２に記載の密度測定装置。
4. 前記演算処理部からの指令に応じて、前記センサ部と前記測定対象との間の距離を変化させる駆動部をさらに備え、
   前記演算処理部は、
   前記センサ部と前記測定対象との間の距離を変化させ、前記センサ部において受信される前記反射音波の強度変化を取得し、かつ、
   取得される前記強度変化に基づいて、前記伝搬速度を測定する、請求項３に記載の密度測定装置。
5. 前記斜入射音波は、前記測定対象の表面において入射角度に応じた角度で反射され、
   前記演算処理部は、
   前記センサ部が前記測定対象の表面において反射される前記斜入射音波を受信しないように、前記センサ部と前記測定対象との間の距離を大きくし、かつ、
   前記測定対象の表面において反射される前記垂直入射音波に基づいて、前記音響インピーダンスを測定する、請求項４に記載の密度測定装置。
6. 前記演算処理部は、前記センサ部から前記測定対象までの距離を前記センサ部から前記焦点までの距離より大きくし、前記音響インピーダンスを測定する、請求項５に記載の密度測定装置。
7. センサ部は、
   前記入射音波を生成するトランスデューサと、
   一方面が前記トランスデューサと密着され、他方面が曲面である音響レンズとを含む、請求項３〜６のいずれか１項に記載の密度測定装置。
8. センサ部は、前記入射音波を生成するトランスデューサを含み、
   前記トランスデューサは、曲面状に形成される、請求項３〜６のいずれか１項に記載の密度測定装置。
9. 前記演算処理部は、
   密度が既知である校正基準に対して密度を導出し、当該導出した密度と前記校正基準の既知の密度との差異に基づいて、補正係数を決定する手段と、
   前記測定対象から導出した密度をさらに前記決定した補正係数で補正する手段とをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の密度測定装置。
10. 測定対象へ入射音波を放射する放射ステップと、
    前記入射音波が前記測定対象の表面で反射されて生じる反射音波を受信する受信ステップと、
    前記受信ステップにおいて受信される前記反射音波に基づいて、前記測定対象の音響インピーダンスおよび前記測定対象における音波の伝搬速度を測定する測定ステップと、
    前記測定ステップにおいて測定される前記音響インピーダンスおよび前記伝搬速度から前記測定対象の密度を導出する導出ステップとからなる、密度測定方法。
11. 前記放射ステップは、前記入射音波として、前記測定対象に対して垂直に入射する垂直入射音波および前記測定対象の垂直方向と異なる複数の方向から入射する斜入射音波を放射し、
    前記測定ステップは、前記入射音波の放射位置に対する前記測定対象の距離と、前記受信ステップにおいて受信される前記反射音波の強度との関係に基づいて、前記伝搬速度を測定する、請求項１０に記載の密度測定方法。
12. 前記受信ステップは、
    前記入射音波の放射位置と前記測定対象との間の距離を変化させるステップと、
    受信される前記反射音波の強度変化を取得するステップとを含み、
    前記測定ステップは、前記受信ステップにおいて取得される前記強度変化に基づいて、前記伝搬速度を測定する、請求項１１に記載の密度測定方法。
13. 前記斜入射音波は、前記測定対象の表面において入射角度に応じた角度で反射され、
    前記測定ステップは、前記測定対象の表面において反射される前記斜入射音波が前記放射位置に到達しないように、前記放射位置と前記測定対象との間の距離を大きくするステップをさらに含み、
    前記測定ステップは、前記測定対象の表面において反射される前記垂直入射音波に基づいて、前記音響インピーダンスを測定するステップをさらに含む、請求項１２に記載の密度測定方法。

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