JP2014021116A - 超音波ウェッジおよびその中の音速を決定する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェッジ中の音速を測定できる形状にした超音波送受信用ウェッジおよび音速の決定方法を提供する。
【解決手段】ウェッジ110は、反射壁120を含み、超音波トランスデューサ130によって送信された超音波信号の一部が反射され、超音波トランスデューサ130へと戻るように構成される。音速を、ウェッジ中の超音波信号が反射壁まで進んだ距離および伝播時間に基づいて決定する。
【選択図】図1
【解決手段】ウェッジ110は、反射壁120を含み、超音波トランスデューサ130によって送信された超音波信号の一部が反射され、超音波トランスデューサ130へと戻るように構成される。音速を、ウェッジ中の超音波信号が反射壁まで進んだ距離および伝播時間に基づいて決定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、全体として超音波流量測定に関し、特に、外面に固定された超音波ウェッジおよび超音波ウェッジ中の音速を決定するための方法に関する。
超音波流量計は、パイプまたは他の検査対象物中を流れる様々な流体(例えば、液体、ガス、等)の流量を決定するために使用される。通過時間流量測定法を採用する1つのタイプの超音波流量計では、超音波トランスデューサが互いに上流および下流に設置される状態で、一対の超音波トランスデューサがパイプ壁の外面に取り付けられ、これらの間に超音波パスを形成する。各超音波トランスデューサは、他の超音波トランスデューサによって受信され、検出される超音波信号(例えば、音波)を、パイプ中を流れる流体を介して超音波パスに沿って送信する。超音波パスに沿った流体の速度を、(i)流れ方向に逆らって下流超音波トランスデューサから上流へと上流超音波トランスデューサまで超音波パスに沿って進む超音波信号の通過時間と、(ii)流れ方向で上流超音波トランスデューサから下流へと下流超音波トランスデューサまで超音波パスに沿って進む超音波信号の通過時間との間の差の関数として決定することができる。
一部の超音波流量測定用途では、超音波トランスデューサは、パイブ壁上へと固定される超音波ウェッジに搭載される。流体の流量を測定するために、一例では、一対の超音波トランスデューサ間の全タイムオブフライトを測定し、これは超音波ウェッジ、パイプ壁、および流体を通るタイムオブフライトを含む。流体を通るタイムオブフライトを決定するために、パイプ壁および超音波ウェッジを通るタイムオブフライトを、やはり決定しなければならず、次に全タイムオブフライトから引き算しなければならず、パイプ壁中のおよび超音波ウェッジ中の音速の知見を必要とする。
典型的にはステンレス鋼から作られるパイプ壁中の音速は比較的温度に依存しない(すなわち、パイプ壁の温度が変化するときに、音速が著しくは変化しない)、ところが、典型的に超音波ウェッジ中で使用されるプラスチック材料中の音速は、これらのプラスチック中の音速がプラスチックのバルク温度に強く依存するので、温度に依存する。例えば、プラスチック超音波ウェッジの温度が高いほど、プラスチック超音波ウェッジ中の音速は遅くなる。
プラスチック超音波ウェッジの温度依存性によって引き起こされる音速の変動は、補正されない場合には不正確なタイムオブフライト測定値および流量の誤差をもたらす。例えば、測定した全タイムオブフライトは、超音波ウェッジの温度が高いときには(例えば、砂漠における日中の屋外の期間または超音波ウェッジの温度を上昇させる高温のところを流体が流れるときには)、同じ超音波ウェッジの温度が低いときに(例えば、砂漠における夜の屋外の期間または超音波ウェッジの温度を低くする低温のところを流体が流れるときに)測定したタイムオブフライトよりも長いであろう。これは、流体が2つの測定について同じ流量で実際に流れたとしても、異なる測定流量を生じさせる。
超音波ウェッジ中の温度変動を考慮するために、一部の超音波トランスデューサ用の超音波ウェッジは、超音波ウェッジの温度を測定し、その測定した温度に基づいて(例えば、ルックアップテーブルを使用して)音速を決定するために挿入型の温度プローブを含む。この温度プローブがタイムオブフライト測定の精度を向上させるとはいえ、超音波トランスデューサのコストおよび複雑さを増加させる。これに加えて、温度プローブは、超音波ウェッジの1点のところの温度を与えるだけであり、これが誤ったタイムオブフライト補正を与えることがある。
別の超音波トランスデューサでは、細長い音響カプラを、超音波トランスデューサからの超音波信号とパイプ壁とをカップリングさせるために使用し、ここでは、音響カプラは、典型的には少なくとも1つの波長と同じ幅の主超音波パスから離れたスロットを含む。このスロットは、音響カプラを通るタイムオブフライトが音速の変動を補正するために決定されることを可能にするエコーを作り出すように設計される。このスロットが低い方の超音波周波数信号(例えば、500kHz)用に1波長(例えば、4mmから6mm)幅と同程度の幅を必要とするので、スロットは、主超音波パス上を進む主超音波信号に悪影響を及ぼし、不正確なタイムオブフライト測定値を導くことがある。
上記の考察は、一般的な背景情報を単に提供し、特許請求の範囲の対象事項の範囲を決定する際の一助として使用されることを意味しない。
超音波ウェッジ中の音速を決定するためのウェッジおよび方法を開示する。超音波ウェッジは、反射壁を含み、超音波トランスデューサによって送信された主超音波信号の一部を反射し、超音波トランスデューサへと超音波ウェッジを介して進んで戻るように構成される。音速を、超音波ウェッジ中の主超音波信号および反射した超音波信号の進んだ距離およびタイムオブフライトに基づいて決定することができる。超音波ウェッジのいくつかの開示した実施形態を実行することによって実現することができる利点は、温度変動によって生じる超音波ウェッジ中の音速の変動によって引き起こされる不正確なタイムオブフライト測定値を、補正することができることであり、より正確な流量測定値をもたらす。
一実施形態では、超音波トランスデューサからの超音波信号を検査対象物にカップリングするためのウェッジを開示する。ウェッジは、超音波信号を検査対象物にカップリングするために構成された検査対象物界面壁であって、第1の平面が検査対象物界面壁に対して垂直に延びる、検査対象物界面壁と、ウェッジに超音波トランスデューサを搭載するために構成されたトランスデューサ界面壁であって、トランスデューサ界面壁は、超音波トランスデューサから送信された主超音波信号が第1の平面に対しては第1の角度を形成し、主超音波信号の一部を第1の平面に対して反射角で反射するように向きを決められ、第1の角度が反射角に等しい、トランスデューサ界面壁と、反射壁に対して垂直な第2の平面が第1の平面と第2の角度を形成するように向きを決められた反射壁であって、第2の角度が第1の角度に等しく、反射した超音波信号が反射壁に対して垂直である、反射壁とを備える。
別の一実施形態では、ウェッジは、頂部壁と、第1の側壁とを備え、トランスデューサ界面壁の第1の端部が、検査対象物界面壁の第1の端部に近接し、トランスデューサ界面壁の第2の端部が、頂部壁の第1の端部に近接し、頂部壁の第2の端部が、反射壁の第1の端部に近接し、反射壁の第2の端部が、側壁の第1の端部に近接し、側壁の第2の端部が、検査対象物界面壁の第2の端部に近接する。
さらに別の一実施形態では、検査対象物に結合されたウェッジ中の音速を決定するための方法を開示する。本方法は、主超音波信号を超音波トランスデューサからウェッジ中へと送信するステップと、主超音波信号の一部を超音波トランスデューサへとウェッジを介して反射して戻すステップと、ウェッジ中の主超音波信号および反射した超音波信号のタイムオブフライトを測定するステップと、ウェッジ中の主超音波信号および反射した超音波信号のタイムオブフライトおよび進んだ距離に基づいてウェッジの音速を決定するステップとを含む。
本発明のこの簡単な説明は、1つまたは複数の説明のための実施形態にしたがって本明細書中に開示された対象事項の簡単な概観を提供することだけを目的とし、特許請求の範囲を解釈するため、または別記の特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の範囲を規定するもしくは限定するためのガイドとして機能しない。この簡単な説明は、単純化した形式で概念の説明のための選択を導入するために提供され、この概念は、詳細な説明において下記にさらに説明される。この簡単な説明は、特許請求の範囲の対象事項の鍵となる特徴または本質的な特徴を特定することを目的としないし、特許請求の範囲の対象事項の範囲を決定する際の一助として使用されることも目的としていない。特許請求の範囲の対象事項は、背景において言及したいずれかの欠点またはすべての欠点を解決する実装形態に限定されない。
本発明の特徴を理解することができるような様式にするために、本発明の詳細な説明を、一部の実施形態が添付した図面に図示されているある種の実施形態を参照することによって得ることができる。しかしながら、図面は本発明のある種の実施形態だけを図示し、それゆえ、本発明の範囲が他の同様に有効な実施形態を包含するために、本発明の範囲を限定するようにはみなされないことに留意すること。図面は、一定の縮尺である必要はなく、本発明のある種の実施形態の特徴を図示することを一般的に重視している。図面では、様々な図の全体を通して類似の構成要素を示すために類似の番号を使用する。したがって、本発明をさらに理解するために、下記の詳細な説明を参照することができ、図面と関係させて読むことができる。
流体の流量を決定するために通過時間流量測定法を採用しパイプ上に据え付けられた例示的な超音波流量計を、部分的に断面で図示する。
パイプに結合された例示的な超音波ウェッジを示す図1の例示的な超音波流量計の一部の拡大図である。
超音波ウェッジ中の音速を決定するための例示的な方法の流れ図である。
図1は、流体の流量を決定するために通過時間流量測定法を採用し、パイプ20上に据え付けられた例示的な超音波流量計100を図示する。図2は、パイプ20に結合された例示的な上流超音波ウェッジ110を示す図1の例示的な超音波流量計100の一部の拡大図である。例示的な超音波流量計100はパイプ20中を流れる流体の流量を測定するために使用されるが、他の検査対象物を使用することができることが、理解されるであろう。流れ方向10に基づいて、第1の超音波トランスデューサ130を、パイプ20上で第2の超音波トランスデューサ230の上流に据え付けることができる。流体を通る主超音波パス153は、パイプ20の中心軸を通ることができ、またはコーダルパス(chordal path)(すなわち、パイプ20の中心軸を通らないパス)上とすることができる。各超音波トランスデューサ130、230は、流れている流体を通る超音波信号を送信し、この超音波信号は、他方の超音波トランスデューサ230、130によって受信され、検出される。
簡単にするために、図1および図2は、一方向に単一パス上で第1の超音波トランスデューサ130から第2の超音波トランスデューサ230への超音波信号の送信を示すだけであるが、典型的な超音波流量計では、第2の超音波トランスデューサ230から第1の超音波トランスデューサ130へまたは複数のパスに沿った超音波信号の送信もやはりあるはずである。また、図示しない別の一実施形態では、超音波信号がパイプ20の反対側で反射される状態で、超音波トランスデューサ130、230をパイプ20の同じ側に設置することができる。
図1は単一の主超音波パス153を形成する一対の超音波トランスデューサ130、230を示すが、各々が別々の超音波パスを形成する二対以上の対の超音波トランスデューサを、多重パス超音波流量計を形成するために使用することができることを、当業者なら理解するであろう。また、対の超音波トランスデューサ130、230がパイプ20上に固定された角度ビーム超音波トランスデューサとして示されるが、別の構成の別の超音波トランスデューサを使用することができることが、理解されるであろう。
流体を通る主超音波パス153に沿って平均した流体のパス速度(Vp)を、超音波信号の上流通過時間(tup)(すなわち、流れ方向10に逆らって第2の超音波トランスデューサ230から上流に第1の超音波トランスデューサ130へと、流体を通る主超音波パス153に沿って進む超音波信号の時間)と下流通過時間(tdn)(すなわち、流れ方向10で第1の超音波トランスデューサ130から下流に第2の超音波トランスデューサ230へと、流体を通る主超音波パス153に沿って進む超音波信号の時間)との間の差分の関数として決定することができる。流れている流体が存在すると、流れ方向10に進む下流通過時間(tdn)は、流れ方向10に逆らって進む上流通過時間(tup)よりも速い(短い)。
通過時間差分(Δt)が流体のパス速度(Vp)に比例するので、流体を通る主超音波パス153に沿って平均した流体のパス速度(Vp)を、通過時間差分(Δt)ならびにパイプ20内径(D)、流体を通る超音波パス長(PF)、流体を通る主超音波パス153と上流超音波ウェッジ110の検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面191との間に形成される角度(θ3)、および図1および図2に示したようなパイプ軸に沿ったパス長(PF)の投影(L)等の他の既知のパラメータの関数として決定することができる。
一実施形態では、超音波ウェッジ110、210は、温度依存性のある音速を有するプラスチック(例えば、ポリエーテルイミド(ULTEM)、ポリアミド−イミド(TORLON)、ポリイミド(VESPEL)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK))から作られる。例えば、プラスチック材料の音速は、1℃温度が上昇する毎にほぼ0.5から1.0m/s低下することがあり、その結果、屋外超音波流量計にとって季節的なまたは1日の温度変化に基づく温度の10℃の上昇が、超音波ウェッジ110を通る音速に5.0から10.0m/sの低下をもたらすことがある。
図1および図2に示したように、一実施形態では、上流超音波ウェッジ110を通過する第1の超音波トランスデューサ130からの主超音波信号は、上流超音波ウェッジ110と上側パイプ壁30との第1の界面141のところで上側パイプ壁30中へと屈折する。同様に、上側パイプ壁30を通過する主超音波信号は、上側パイプ壁30と流体との第2の界面142のところで流体中へと屈折する。主超音波信号が2つの異なる材料の界面を通過するので、スネルの法則によって与えられる関係で、入射角、屈折角、および対象物の材料の音速に基づいて、その角度および速度が変化する。
c1=上流超音波ウェッジ110中の音速、
c2=上側パイプ壁30中の音速、
c3=流体中の音速、
θ1=上流超音波ウェッジ110を通る第1の主超音波パス(PW1)151と上流超音波ウェッジ110の検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面191との間に形成される第1の角度、
θ2=上側パイプ壁30を通る第2の主超音波パス(PWL1)152と上流超音波ウェッジ110の検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面191との間の第1の界面141のところに形成される第2の角度、
θ3=流体を通る第3の主超音波パス(PF)153と上流超音波ウェッジ110の検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面191との間の第2の界面142のところに形成される第3の角度、
である。
図1に見ることができるように、第1の超音波トランスデューサ130から第2の超音波トランスデューサ230への全タイムオブフライト(TTOTAL)を、下記の式によって決定することができ、
TW1=上流超音波ウェッジ110を通るタイムオブフライト、
TWL1=上側パイプ壁30を通るタイムオブフライト、
TF=流体を通るタイムオブフライト、
TWL2=下側パイプ壁32を通るタイムオブフライト、
TW2=下流超音波ウェッジ210を通るタイムオブフライト、
である。
式(5)によれば、流体を通るタイムオブフライト(TF)を決定するために、超音波流量計100は、全タイムオブフライト(TTOTAL)を測定し、次に超音波ウェッジ110、210(TW1、TW2)を通りパイプ壁30、32(TWL1、TWL2)を通る計算したタイムオブフライトを差し引くことができる。上流超音波ウェッジ110を通るタイムオブフライトが下流超音波ウェッジ210を通るタイムオブフライトに等しい(TW1=TW2)と仮定し、上側パイプ壁30を通るタイムオブフライトが下側パイプ壁32を通るタイムオブフライトと同じである(TWL1=TWL2)と仮定すると、
プラスチック超音波ウェッジの温度依存性のために必要な音速の補正を説明するために、下記のパラメータが既知であるまたは測定されると仮定する、
A=上流超音波ウェッジ110を通るパス長=20mm、
B=上流超音波ウェッジを通る反射したパス長(B)=40mm、
WT=上側および下側パイプ壁30、32の壁厚=3.9mm、
D=パイブ20の内径=52mm、
c1=上流超音波ウェッジ110中の見積もった音速=2,400m/s、25℃で、
c2=上側パイプ壁30中での音速=3,230m/s、25℃で、
θ1=第1の角度=42°、および
TTOTAL=61.25μs。
A=上流超音波ウェッジ110を通るパス長=20mm、
B=上流超音波ウェッジを通る反射したパス長(B)=40mm、
WT=上側および下側パイプ壁30、32の壁厚=3.9mm、
D=パイブ20の内径=52mm、
c1=上流超音波ウェッジ110中の見積もった音速=2,400m/s、25℃で、
c2=上側パイプ壁30中での音速=3,230m/s、25℃で、
θ1=第1の角度=42°、および
TTOTAL=61.25μs。
上流超音波ウェッジ110を通るタイムオブフライト(TW1)を、上流超音波ウェッジ110中の音速(c1)の関数として決定することができる。
c3=流体中の音速=1,469m/s、および
θ3=流体を通る主超音波パス153と上流超音波ウェッジ110の検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面191との間に形成される第3の角度=24.2°。
この例において図示したように、上流超音波ウェッジ110中の見積もった音速が25℃で2,400m/sであり、c1の仮定した値が、異なる温度で動作している上流超音波ウェッジ110中の実際の音速と一致しない場合には、例えば、TW1、c3、およびθ3の正しくない値に基づくので、流体のパス速度(Vp)の計算は正しくないであろう。上流超音波ウェッジ110中の見積もった音速を当てにするよりはむしろ、本発明の上流超音波ウェッジ110は、超音波ウェッジ中の音速のリアルタイム決定を可能にする。図1および図2に示し、説明されるように、上流超音波ウェッジ110は、上流超音波ウェッジ110中の実際の音速、c1Aを決定することを可能にする反射壁120、124を含む。
一実施形態では、上流超音波ウェッジ110は、トランスデューサ界面壁102(第1の端部101および第2の端部103を有する)、頂部壁106(第1の端部105および第2の端部107を有する)、平坦な反射壁120(第1の端部119および第2の端部121を有する)、側壁116(第1の端部115および第2の端部117を有する)、ならびに検査対象物界面(底面)壁112(第1の端部111および第2の端部113を有する)を有する。トランスデューサ界面壁102の第1の端部101は、検査対象物界面(底面)壁112の第1の端部111に近接する。トランスデューサ界面壁102の第2の端部103は、頂部壁106の第1の端部105に近接する。頂部壁106の第2の端部107は、平坦な反射壁120の第1の端部119に近接する。平坦な反射壁120の第2の端部121は、側壁116の第1の端部115に近接する。側壁116の第2の端部117は、検査対象物界面(底面)壁112の第2の端部113に近接する。上流超音波ウェッジ110が、トランスデューサ界面壁102の第1の端部101と検査対象物界面(底面)壁112の第1の端部111との間に設置された追加の側壁104を含む異なる構成を有することが可能であることが、理解されるであろう。これに加えて、検査対象物界面(底面)壁112を、上流超音波ウェッジ110用のベース構造の一部とすることができる。
一実施形態では、第1の超音波トランスデューサ130は、トランスデューサ界面壁102上に搭載され、上流超音波ウェッジ110中へと主超音波信号を送信する。ここでは主超音波信号が、上流超音波ウェッジ110を通る長さA(例えば、20mm)の第1の主超音波パス151(PW1)上の検査対象物界面(底面)壁112に向かって第1の方向181に進む。第1の主超音波パス151(PW1)が検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面191と第1の角度(θ1)を形成するように、トランスデューサ界面壁102は向きを決められる。検査対象物界面(底面)壁112は、上側パイプ壁30に結合される。
主超音波信号の一部(例えば、10パーセント以下)は、上流超音波ウェッジ110の検査対象物界面(底面)壁112で反射される。反射した超音波信号は、長さB(例えば、40mm)の反射した超音波パス161(PB)上の検査対象物界面(底面)壁112から離れる第2の方向182に進む。反射した超音波パス161(PB)は、検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面191と反射角(θR)を形成する。ここでは、反射角(θR)は、第1の角度(θ1)に等しい。
反射した超音波信号は、次に上流超音波ウェッジ110の平坦な反射壁120で反射される。反射した超音波信号は、長さBの反射した超音波パス161(PB)上で検査対象物界面(底面)壁112に向けて第3の方向183に進む。ここでは、第3の方向183は、第2の方向182の反対である。図1および図2に示したように、平坦な反射壁120は、頂部壁106と側壁116との間に設置され、反射した超音波パス161(PB)に対して垂直である反射面122を形成する。平坦な反射壁120に対して垂直な(N)第2の平面192が検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面191と反射角(θR)を形成するように、平坦な反射壁120は向きを決められる。ここでは、反射角(θR)は、第1の角度(θ1)に等しい。
一実施形態では、従来型の長方形超音波ウェッジは、平坦な反射壁120を形成するために除去されたまたは削られた頂部コーナを有することができる。図2に示したような一代替実施形態では、湾曲した反射壁124を、角度広がりを有する超音波信号を反射するために使用することができる。
反射した超音波信号は、次に、上流超音波ウェッジ110の検査対象物界面(底面)壁112で再び反射する。反射した超音波信号は、第1の超音波トランスデューサ130に戻る前に、長さAの第1の主超音波パス151(PW1)上で検査対象物界面(底面)壁112から離れる第4の方向184に進む。ここでは、第4の方向184は、第1の方向181の反対である。
超音波流量計100は、上流超音波ウェッジ110を通る主超音波信号の全タイムオブフライト(例えば、TCORR=50.21μs)を測定することができ、進んだ全距離を測定したタイムオブフライトで割り算することによって、上流超音波ウェッジ110中の実際の音速(c1A)(これは、見積もった音速よりも遅い)を決定することができる。
図3は、上に論じた超音波ウェッジ中の音速を決定するための例示的な方法300の流れ図である。ステップ310のところでは、主超音波信号は、超音波トランスデューサから超音波ウェッジ中へと送信される。ステップ320のところでは、主超音波信号の一部が、超音波ウェッジを介して超音波トランスデューサに反射して戻る。ステップ330のところでは、超音波ウェッジ中の主超音波信号のタイムオブフライトおよび反射した超音波信号のタイムオブフライトを測定する。ステップ340のところでは、超音波ウェッジの音速を、超音波ウェッジ中で主超音波信号および反射した超音波信号のタイムオブフライトおよび進んだ距離に基づいて決定する。ステップ350のところでは、超音波ウェッジ中の主超音波信号のタイムオブフライトを、超音波ウェッジの音速および超音波ウェッジ中の主超音波信号の進んだ距離に基づいて決定する。
この明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するため、ならびにいずれかの装置またはシステムを作成することおよび使用すること、およびいずれかの組み込んだ方法を実行することを含む本発明を当業者が実施することをやはり可能にするために例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思い付く別の例を含むことができる。かかる別の例が特許請求の範囲の文面から逸脱しない構造的要素を有する場合、またはかかる別の例が特許請求の範囲の文面とは実質的でない差異しか有さない等価な構造的要素を含む場合には、かかる別の例は、特許請求の範囲の範囲内であるものとする。
10 流れ方向
20 パイプ
30 上側パイプ壁
32 下側パイプ壁
100 超音波流量計
101 第1の端部
102 トランスデューサ界面壁
103 第2の端部
105 第1の端部
106 頂部壁
107 第2の端部
111 第1の端部
112 検査対象物界面(底面)壁
113 第2の端部
115 第1の端部
116 側壁
117 第2の端部
119 第1の端部
120 反射壁
121 第2の端部
122 反射面
124 湾曲した反射壁
130 第1の超音波トランスデューサ
141 第1の界面(上流超音波ウェッジ110と上側パイプ壁30)
142 第2の界面(上側パイプ壁30と流体)
151 第1の主超音波パス(上流超音波ウェッジ130)
152 第2の主超音波パス(上側パイプ壁30)
153 第3の主超音波パス(流体)
154 主超音波パス(下側パイプ壁32)
155 主超音波パス(下流超音波ウェッジ210)
161 反射した超音波パス(パスB)
191 検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面
192 平坦な反射壁120に対して垂直な(N)第2の平面
210 下流超音波ウェッジ
230 下流超音波トランスデューサ
300 方法
310 送信するステップ
320 反射するステップ
330 測定するステップ
340 決定するステップ
350 決定するステップ
20 パイプ
30 上側パイプ壁
32 下側パイプ壁
100 超音波流量計
101 第1の端部
102 トランスデューサ界面壁
103 第2の端部
105 第1の端部
106 頂部壁
107 第2の端部
111 第1の端部
112 検査対象物界面(底面)壁
113 第2の端部
115 第1の端部
116 側壁
117 第2の端部
119 第1の端部
120 反射壁
121 第2の端部
122 反射面
124 湾曲した反射壁
130 第1の超音波トランスデューサ
141 第1の界面(上流超音波ウェッジ110と上側パイプ壁30)
142 第2の界面(上側パイプ壁30と流体)
151 第1の主超音波パス(上流超音波ウェッジ130)
152 第2の主超音波パス(上側パイプ壁30)
153 第3の主超音波パス(流体)
154 主超音波パス(下側パイプ壁32)
155 主超音波パス(下流超音波ウェッジ210)
161 反射した超音波パス(パスB)
191 検査対象物界面(底面)壁112に対して垂直な(N)第1の平面
192 平坦な反射壁120に対して垂直な(N)第2の平面
210 下流超音波ウェッジ
230 下流超音波トランスデューサ
300 方法
310 送信するステップ
320 反射するステップ
330 測定するステップ
340 決定するステップ
350 決定するステップ
Claims (17)
- 超音波トランスデューサから検査対象物への超音波信号をカップリングするためのウェッジであって、
前記検査対象物に前記超音波信号をカップリングするために構成された検査対象物界面壁であり、第1の平面が前記検査対象物界面壁に対して垂直に延びる、検査対象物界面壁と、
前記ウェッジに前記超音波トランスデューサを搭載するために構成されたトランスデューサ界面壁であり、前記トランスデューサ界面壁は、前記超音波トランスデューサから送信された主超音波信号が前記第1の平面に対しては第1の角度を形成し、前記主超音波信号の一部を前記第1の平面に対して反射角で反射するように向きを決められ、前記第1の角度が前記反射角に等しい、トランスデューサ界面壁と、
反射壁に対して垂直な第2の平面が前記第1の平面と第2の角度を形成するように向きを決められた反射壁であって、前記第2の角度が前記第1の角度に等しく、前記反射した超音波信号が前記反射壁に対して垂直である、反射壁と
を備えた、ウェッジ。 - 前記反射壁が平坦である、請求項1記載のウェッジ。
- 前記反射壁が湾曲する、請求項1記載のウェッジ。
- 頂部壁と、
第1の側壁と
をさらに備え、
前記トランスデューサ界面壁の第1の端部が、前記検査対象物界面壁の第1の端部に近接し、前記トランスデューサ界面壁の第2の端部が、前記頂部壁の第1の端部に近接し、前記頂部壁の第2の端部が、前記反射壁の第1の端部に近接し、前記反射壁の第2の端部が、前記側壁の第1の端部に近接し、前記側壁の第2の端部が、前記検査対象物界面壁の第2の端部に近接する、
請求項1記載のウェッジ。 - 前記第1の側壁と反対の第2の側壁をさらに備え、前記第2の側壁が前記トランスデューサ界面壁と前記検査対象物界面壁との間にある、請求項4記載のウェッジ。
- 前記ウェッジがプラスチックからなり、前記プラスチック中の音速が温度に依存する、請求項1記載のウェッジ。
- 前記プラスチックが、ポリエーテルイミド、ポリアミド−イミド、ポリイミド、またはポリエーテルエーテルケトンのうちの1つである、請求項6記載のウェッジ。
- 超音波トランスデューサから検査対象物への超音波信号をカップリングするためのウェッジであって、
前記検査対象物に前記超音波信号をカップリングするために構成された検査対象物界面壁であり、第1の平面が前記検査対象物界面壁に対して垂直に延びる、検査対象物界面壁と、
前記ウェッジに前記超音波トランスデューサを搭載するために構成されたトランスデューサ界面壁であり、前記トランスデューサ界面壁は、前記超音波トランスデューサから送信された主超音波信号が前記第1の平面に対しては第1の角度を形成し、前記主超音波信号の一部を前記第1の平面に対して反射角で反射するように向きを決められ、前記第1の角度が前記反射角に等しい、トランスデューサ界面壁と、
反射壁に対して垂直な第2の平面が前記第1の平面と第2の角度を形成するように向きを決められた反射壁であり、前記第2の角度が前記第1の角度に等しく、前記反射した超音波信号が前記反射壁に対して垂直である、反射壁と、
頂部壁と、
第1の側壁と
を備え、
前記トランスデューサ界面壁の第1の端部が、前記検査対象物界面壁の第1の端部に近接し、前記トランスデューサ界面壁の第2の端部が、前記頂部壁の第1の端部に近接し、前記頂部壁の第2の端部が、前記反射壁の第1の端部に近接し、前記反射壁の第2の端部が、前記側壁の第1の端部に近接し、前記側壁の第2の端部が、前記検査対象物界面壁の第2の端部に近接する、
ウェッジ。 - 前記反射壁が平坦である、請求項8記載のウェッジ。
- 前記反射壁が湾曲する、請求項8記載のウェッジ。
- 前記第1の側壁と反対の第2の側壁をさらに備え、前記第2の側壁が前記トランスデューサ界面壁と前記検査対象物界面壁との間にある、請求項8記載のウェッジ。
- 前記ウェッジがプラスチックからなり、前記プラスチック中の音速が温度に依存する、請求項8記載のウェッジ。
- 前記プラスチックが、ポリエーテルイミド、ポリアミド−イミド、ポリイミド、またはポリエーテルエーテルケトンのうちの1つである、請求項12記載のウェッジ。
- 検査対象物に結合されたウェッジ中の音速を決定するための方法であって、
超音波トランスデューサから前記ウェッジ中へと主超音波信号を送信するステップと、
前記主超音波信号の一部を前記超音波トランスデューサへと前記ウェッジを介して反射して戻すステップと、
前記ウェッジ中の前記主超音波信号および前記反射した超音波信号のタイムオブフライトを測定するステップと、
前記ウェッジ中の前記主超音波信号および前記反射した超音波信号の前記タイムオブフライトおよび進んだ距離に基づいて前記ウェッジの前記音速を決定するステップと
を含む方法。 - 前記ウェッジの前記音速および前記ウェッジ中の前記主超音波信号の前記進んだ距離に基づいて前記ウェッジ中の前記主超音波信号の前記タイムオブフライトを決定するステップをさらに含む、請求項14記載の方法。
- 前記送信するステップは、第1の主超音波パスが検査対象物界面壁に対して垂直な第1の平面と第1の角度を形成するように、前記ウェッジの前記検査対象物界面壁に向けて前記第1の主超音波パス上の第1の方向に前記主超音波信号を送信するサブステップを含み、
前記反射するステップは、
反射した超音波パスが前記検査対象物界面壁に対して垂直な前記第1の平面と反射角を形成するように、前記検査対象物界面壁から離れる前記反射した超音波パス上の第2の方向に、前記検査対象物界面壁で前記主超音波信号の一部を反射するサブステップであって、前記反射角が前記第1の角度に等しい、反射するサブステップと、
前記検査対象物界面壁に向けて前記反射した超音波パス上の第3の方向に、前記ウェッジの反射壁で前記反射した超音波信号をさらに反射するサブステップであって、前記第3の方向が前記第2の方向の反対である、さらに反射するサブステップと、
前記超音波トランスデューサに向けて前記検査対象物界面壁から離れる前記第1の主超音波パス上の第4の方向に、前記検査対象物界面壁で前記反射した超音波信号をさらに反射するサブステップであって、前記第4の方向が前記第1の方向の反対である、さらに反射するサブステップと
を含む、請求項14記載の方法。 - 前記検査対象物中を流れる流体の流量を決定するステップをさらに含み、前記流量が前記ウェッジの前記音速に基づいて決定される、請求項14記載の方法。
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