JP2693000B2 - 超音波送受波器 - Google Patents
超音波送受波器Info
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- JP2693000B2 JP2693000B2 JP2003776A JP377690A JP2693000B2 JP 2693000 B2 JP2693000 B2 JP 2693000B2 JP 2003776 A JP2003776 A JP 2003776A JP 377690 A JP377690 A JP 377690A JP 2693000 B2 JP2693000 B2 JP 2693000B2
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- ultrasonic
- wave
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波送受波器に関し、特に、プリズム内
の超音波の音速を測定可能な超音波送受波器に関する。
の超音波の音速を測定可能な超音波送受波器に関する。
［従来の技術］ 従来の超音波流量計で用いられる超音波送受波器とし
ては、例えば第７図に示すようなものがある。
ては、例えば第７図に示すようなものがある。
すなわち、振動子１が、正面断面が等脚台形状のプリ
ズム２の一方の斜面に貼り付けられて、その斜面は超音
波発振面３となっている。また、プリズム２の底面は、
パイプなどの流体収容部に対し超音波を送る超音波送波
面４となっている。プリズム２の他方の斜面は、超音波
発振面３から発振された超音波を反射する超音波反射面
５となっている。
ズム２の一方の斜面に貼り付けられて、その斜面は超音
波発振面３となっている。また、プリズム２の底面は、
パイプなどの流体収容部に対し超音波を送る超音波送波
面４となっている。プリズム２の他方の斜面は、超音波
発振面３から発振された超音波を反射する超音波反射面
５となっている。
そして、振動子１の超音波発振面３から発振された超
音波は一部が超音波送波面４により反射され、さらに、
その反射された超音波は超音波反射面５により反射され
て、同じ経路を経て、振動子１で受信される。
音波は一部が超音波送波面４により反射され、さらに、
その反射された超音波は超音波反射面５により反射され
て、同じ経路を経て、振動子１で受信される。
第８図に示すとおり、この振動子１が超音波を発振し
た時点12から反射してきた超音波を受信した時点13まで
の時間を測定することにより、プリズム２内の超音波の
音速が測定される。
た時点12から反射してきた超音波を受信した時点13まで
の時間を測定することにより、プリズム２内の超音波の
音速が測定される。
プリズム内の音速は、外界の温度条件等によって変化
する。従って、プリズム内の音速に基づき、外界の影響
を受けた流体の流速を補正することができる。
する。従って、プリズム内の音速に基づき、外界の影響
を受けた流体の流速を補正することができる。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の超音波送受波器で
は、超音波の経路として、第７図で破線６により示す経
路のほかに、第９図で破線７および第10図で線9,11によ
り示す経路がある。すなわち、第９図の破線７で示す経
路は、振動子１により超音波発振面３から発振され、超
音波送波面４でモード変換された超音波が、さらに、プ
リズム２の上面８で反射され、プリズム２内で多重反射
を繰り返した後、振動子１で受信される経路である。
は、超音波の経路として、第７図で破線６により示す経
路のほかに、第９図で破線７および第10図で線9,11によ
り示す経路がある。すなわち、第９図の破線７で示す経
路は、振動子１により超音波発振面３から発振され、超
音波送波面４でモード変換された超音波が、さらに、プ
リズム２の上面８で反射され、プリズム２内で多重反射
を繰り返した後、振動子１で受信される経路である。
また、第10図の一点鎖線９で示す経路は、振動子１の
超音波発振面３から発振された超音波が、プリズム２の
超音波送波面４の表面上を伝搬し、超音波反射面５と超
音波送波面４との交線部分10により反射されて、振動子
１で受信される経路である。
超音波発振面３から発振された超音波が、プリズム２の
超音波送波面４の表面上を伝搬し、超音波反射面５と超
音波送波面４との交線部分10により反射されて、振動子
１で受信される経路である。
さらに、第10図の実線11で示す経路は、振動子１の超
音波発振面３から発振された超音波が、プリズム２の超
音波送波面４で反射され、縦波から横波となって、直
接、振動子１で受信される経路である。
音波発振面３から発振された超音波が、プリズム２の超
音波送波面４で反射され、縦波から横波となって、直
接、振動子１で受信される経路である。
第９図の線７および第10図の線9,11で示されるこれら
の経路を通る超音波は、第７図の線６の経路を通る超音
波に対して妨害波となってしまう。
の経路を通る超音波は、第７図の線６の経路を通る超音
波に対して妨害波となってしまう。
また、第１図の経路６を伝搬する超音波により、プリ
ズム２内の音速を測定するとき、振動子１の裏面での振
動が十分治まっていないうちに、反射されて返ってきた
超音波を受信してしまうことがある。この残留振動が、
測定に対して妨害波となってしまう。
ズム２内の音速を測定するとき、振動子１の裏面での振
動が十分治まっていないうちに、反射されて返ってきた
超音波を受信してしまうことがある。この残留振動が、
測定に対して妨害波となってしまう。
これらのため、第６図で示すように、振動子１による
受信信号には、超音波を発振した時点12と、反射してき
た超音波を受信した時点13とを示す信号のほか、発振の
残留振動によるノイズ信号a,c,eが、経路７によりノイ
ズ信号ｆが、経路４によりノイズ信号ｄが、経路11によ
りノイズ信号ｂが、発生する。
受信信号には、超音波を発振した時点12と、反射してき
た超音波を受信した時点13とを示す信号のほか、発振の
残留振動によるノイズ信号a,c,eが、経路７によりノイ
ズ信号ｆが、経路４によりノイズ信号ｄが、経路11によ
りノイズ信号ｂが、発生する。
これらの結果、経路６による超音波エコーの判別が困
難となって、プリズム１内の音速の測定が困難となると
ともに、妨害波により、音速測定の精度も悪化してしま
うという問題点があった。
難となって、プリズム１内の音速の測定が困難となると
ともに、妨害波により、音速測定の精度も悪化してしま
うという問題点があった。
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着
目してなされたもので、プリズム内の音速測定の妨害波
を除去し、精度の良好な音速測定ができるようにした超
音波送受波器を提供することを目的とする。
目してなされたもので、プリズム内の音速測定の妨害波
を除去し、精度の良好な音速測定ができるようにした超
音波送受波器を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するため、 本願第１の発明は、 被測定系に対して超音波を送波する超音波送波面を設
けたプリズムと、このプリズムの前記超音波送波面に隣
接する脚面に取り付けられる振動子とを備えた超音波送
受波器において、 前記振動子は、縦波として発振される超音波の音速を
C1、前記超音波送波面により反射されて横波となった超
音波の音速をC2、前記脚面と前記超音波送波面とのなす
角度をθ1、前記超音波発振面と前記超音波送波面との
交線部分から該振動子の一端までの距離をｈ、該振動子
の長さをＬとするとき、 の式を満たす長さＬを有することを特徴とする。
けたプリズムと、このプリズムの前記超音波送波面に隣
接する脚面に取り付けられる振動子とを備えた超音波送
受波器において、 前記振動子は、縦波として発振される超音波の音速を
C1、前記超音波送波面により反射されて横波となった超
音波の音速をC2、前記脚面と前記超音波送波面とのなす
角度をθ1、前記超音波発振面と前記超音波送波面との
交線部分から該振動子の一端までの距離をｈ、該振動子
の長さをＬとするとき、 の式を満たす長さＬを有することを特徴とする。
さらに、本願第２の発明は、振動子の上面に音波吸収
材を設けたことを特徴とする。
材を設けたことを特徴とする。
本願第３の発明は、プリズムの上面に音波吸収材を設
けたことを特徴とする。
けたことを特徴とする。
本願第４の発明は、プリズムの振動子を取り付けた脚
面に対向する脚面と底面との交線部分に切除部を設けた
ことを特徴とする。
面に対向する脚面と底面との交線部分に切除部を設けた
ことを特徴とする。
本願第５の発明は、プリズムの振動子を取り付けた脚
面に対向する脚面と底面との交線部分に音波吸収材を設
けたことを特徴とする。
面に対向する脚面と底面との交線部分に音波吸収材を設
けたことを特徴とする。
［作用］ 振動子の上面または超音波送波面に対向するプリズム
面に音波吸収材を設け、あるいはプリズムを、超音波送
波面と超音波反斜面との接する位置にある交線部分を除
去した形状とすることにより、プリズム内の音速を測定
するための超音波に対する妨害波を除去し、精度の良好
な音速測定をすることができるものである。
面に音波吸収材を設け、あるいはプリズムを、超音波送
波面と超音波反斜面との接する位置にある交線部分を除
去した形状とすることにより、プリズム内の音速を測定
するための超音波に対する妨害波を除去し、精度の良好
な音速測定をすることができるものである。
［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の各種実施例について説明
する。なお、各種実施例につき同種の部位には同一符号
を付し重複した説明を省略する。
する。なお、各種実施例につき同種の部位には同一符号
を付し重複した説明を省略する。
第１図および第２図は、本発明の第１実施例を示して
おり、第１図は超音波送受波器の概略正面部分断面図、
第２図は第１図のプリズムの底面図である。
おり、第１図は超音波送受波器の概略正面部分断面図、
第２図は第１図のプリズムの底面図である。
第１図に示すように、超音波流量計の超音波送受波器
は、略等脚台形断面を有するプリズム22と、プリズム22
の脚面の一面23に張り付けられる振動子21を有してい
る。
は、略等脚台形断面を有するプリズム22と、プリズム22
の脚面の一面23に張り付けられる振動子21を有してい
る。
プリズム22の底面は、流体収容部のパイプに接して、
これに対し超音波を送る超音波送波面24となっている。
また、プリズム22の他方の脚面は、超音波発振面23から
発振され、超音波送波面24から反射した超音波を反射す
る超音波反射面25となっている。
これに対し超音波を送る超音波送波面24となっている。
また、プリズム22の他方の脚面は、超音波発振面23から
発振され、超音波送波面24から反射した超音波を反射す
る超音波反射面25となっている。
そして、振動子21の上面およびプリズム22の上面28に
は、音波吸収材41および音波吸収材42が設けられてい
る。音波吸収材41,42は、ゴム系物質、軟質樹脂等の音
波を吸収しやすい材質から成っている。
は、音波吸収材41および音波吸収材42が設けられてい
る。音波吸収材41,42は、ゴム系物質、軟質樹脂等の音
波を吸収しやすい材質から成っている。
振動子21の超音波発振面23の傾斜に沿った長さは、従
来例の第10図の経路11による妨害波を除去するため、以
下の式により決定される長さを有している。
来例の第10図の経路11による妨害波を除去するため、以
下の式により決定される長さを有している。
第５図は、振動子の長さを説明するための超音波送受
波器の概略正面図である。
波器の概略正面図である。
振動子21から縦波として送られる超音波の音速をC1、
超音波送波面24により反射されて横波となった超音波の
音速をC2、プリズム22の超音波発振面23と、超音波送波
面24とのなす角度をθ1、経路11を通る横波が超音波送
波面24により反射する方向と超音波送送面24に直角な平
面とのなす角をθ2、交線部分55から振動子21の一端57
までの距離をｈ、超音波発振面23に直角に一端57から超
音波送波面24までのびる線分の長さをｎ、振動子21の長
さをＬとする。
超音波送波面24により反射されて横波となった超音波の
音速をC2、プリズム22の超音波発振面23と、超音波送波
面24とのなす角度をθ1、経路11を通る横波が超音波送
波面24により反射する方向と超音波送送面24に直角な平
面とのなす角をθ2、交線部分55から振動子21の一端57
までの距離をｈ、超音波発振面23に直角に一端57から超
音波送波面24までのびる線分の長さをｎ、振動子21の長
さをＬとする。
このとき、スネルの法則から、 の関係がある。
この式を変形すると、 となる。
また、ｎ＝ｈ・tanθ1 の関係がある。
振動子21が経路11を通る横波を受信しないためには、
Ｌは、 Ｌ＜ｎ・tan（θ1＋θ2） の式を満たす必要がある。
Ｌは、 Ｌ＜ｎ・tan（θ1＋θ2） の式を満たす必要がある。
この式を変形すると、 従って、振動子21は、前記（１）式を満たす長さＬを
有する。
有する。
また、プリズム22は、超音波送波面24と超音波反斜面
25との交線部分51に、楔状の切除部52を設けている（第
２図参照）。
25との交線部分51に、楔状の切除部52を設けている（第
２図参照）。
ここで、プリズム22内の音速を測定するとき、プリズ
ム22は、以下のように作用する。
ム22は、以下のように作用する。
従来のプリズムでは、プリズム内の音速測定のための
経路６に対し、第９図に示す経路７を通る妨害波が生じ
ていた。
経路６に対し、第９図に示す経路７を通る妨害波が生じ
ていた。
しかしながら、本実施例のプリズム22では、プリズム
の上面８上に設けられた音波吸収材42が、この経路７の
妨害波を吸収、除去する。
の上面８上に設けられた音波吸収材42が、この経路７の
妨害波を吸収、除去する。
また、従来のプリズムでは、プリズム内の音速測定の
ための経路６に対し、第10図に示す経路11を通る妨害波
が生じていた。
ための経路６に対し、第10図に示す経路11を通る妨害波
が生じていた。
しかしながら、本実施例のプリズム22では、プリズム
の超音波発振面23上に設けられた振動子21は、前記
（１）式を満たす特定の値の長さＬを有している。この
ため、横波である経路３の妨害波を受信せず、妨害波は
除去されることとなる。
の超音波発振面23上に設けられた振動子21は、前記
（１）式を満たす特定の値の長さＬを有している。この
ため、横波である経路３の妨害波を受信せず、妨害波は
除去されることとなる。
また、従来のプリズムでは、経路６を伝搬する超音波
により、プリズム２内の音速を測定するとき、振動子１
が、発振による振動が十分治まっていないうちに、反射
されて返ってきた超音波を受信してしまうことによっ
て、発振の残留振動による妨害波を生じていた。
により、プリズム２内の音速を測定するとき、振動子１
が、発振による振動が十分治まっていないうちに、反射
されて返ってきた超音波を受信してしまうことによっ
て、発振の残留振動による妨害波を生じていた。
しかしながら、本実施例のプリズム22では、振動子21
の背面に設けられた音波吸収材41が、振動子21の背面の
振動を抑圧する。このため、振動子21は、超音波の発振
後、プリズム22内を往復して振動子21により受信される
までには、振動が治まる。従って、発振の残留振動によ
る妨害波は、除去される。
の背面に設けられた音波吸収材41が、振動子21の背面の
振動を抑圧する。このため、振動子21は、超音波の発振
後、プリズム22内を往復して振動子21により受信される
までには、振動が治まる。従って、発振の残留振動によ
る妨害波は、除去される。
また、従来のプリズムでは、プリズム内の音速測定の
ための経路６に対し、第10図に示す経路４を通る妨害波
が生じていた。
ための経路６に対し、第10図に示す経路４を通る妨害波
が生じていた。
しかしながら、本実施例のプリズム22では、経路４の
反射波を生じる交線部分51が除去されているため、プリ
ズムの底面を伝搬する超音波が同じ経路を通って振動子
21に戻ることを防止することができる。従って、経路４
の妨害波は、除去される。
反射波を生じる交線部分51が除去されているため、プリ
ズムの底面を伝搬する超音波が同じ経路を通って振動子
21に戻ることを防止することができる。従って、経路４
の妨害波は、除去される。
これらの妨害波が除去されるため、本実施例のプリズ
ム22では、S/N比が向上し、プリズム22内の音速の測定
精度が、高まる。
ム22では、S/N比が向上し、プリズム22内の音速の測定
精度が、高まる。
第３図は本発明の第２実施例を示している。
第３図では、プリズム22の切除部52を鋸歯状に切り欠
いている点が第１実施例と異なっている。
いている点が第１実施例と異なっている。
この場合にも、超音波送波面24上を伝播してきた超音
波は、鋸歯状の端部で乱反射して、同じ経路を戻ること
を防止することができる。
波は、鋸歯状の端部で乱反射して、同じ経路を戻ること
を防止することができる。
このように、超音波送波面24の縁部を、超音波発振面
23に対し平行でない形状とするのであれば、交線部分51
をいかなる形状で切り欠いてもよく、また、いかなる形
状に成形してもよい。
23に対し平行でない形状とするのであれば、交線部分51
をいかなる形状で切り欠いてもよく、また、いかなる形
状に成形してもよい。
その場合にも、第１実施例の場合と同様の効果を得る
ことができる。
ことができる。
第４図は本発明の第３実施例を示している。
第４図では、プリズム22で、超音波送波面24と超音波
反斜面25との間の交線部分51を、超音波送波面24に直角
の平面で切断して、三角錐形状部分を切り欠くことによ
り除去し、その切断面72上に音波吸収材73を設けたもの
である。
反斜面25との間の交線部分51を、超音波送波面24に直角
の平面で切断して、三角錐形状部分を切り欠くことによ
り除去し、その切断面72上に音波吸収材73を設けたもの
である。
これにより、プリズムの底面を伝搬する超音波は、切
断面72上で音波吸収材73により吸収されて振動子21の方
向へは返らない。従って、第10図の経路４の妨害波は除
去され、第１実施例とほぼ同様の効果をあげることがで
きる。
断面72上で音波吸収材73により吸収されて振動子21の方
向へは返らない。従って、第10図の経路４の妨害波は除
去され、第１実施例とほぼ同様の効果をあげることがで
きる。
なお、プリズム22は、アクリル樹脂等のプラスチック
により形成されているが、この材質に限定されるもので
はない。
により形成されているが、この材質に限定されるもので
はない。
［発明の効果］ 本発明に係る超音波送受波器によれば、プリズム内の
音速を測定するための超音波に対して妨害波となる超音
波を除去し、精度の良好な音速測定をすることができ
る。
音速を測定するための超音波に対して妨害波となる超音
波を除去し、精度の良好な音速測定をすることができ
る。
第１図は第１実施例の超音波送受波器の概略正面部分断
面図、第２図は第１図のプリズムの底面図、第３図は第
２実施例の超音波送受波器のプリズムの底面図、第４図
は第３実施例の超音波送受波器の概略正面部分断面図、
第５図は振動子の長さを説明するための超音波送受波器
の概略正面図、第６図は従来例の振動子による受信信号
を示す波形図、第７図は超音波の伝搬経路を示す超音波
送受波器の概略正面図、第８図は振動子による受信信号
を示す波形図、第９図および第10図は従来例での妨害超
音波の伝搬経路を示す超音波送受波器の概略正面図であ
る。 21…振動子、22…プリズム 23…超音波発振面、24…超音波送波面 25…超音波反射面、28…上面 41,42…音波吸収材 51…交線部分
面図、第２図は第１図のプリズムの底面図、第３図は第
２実施例の超音波送受波器のプリズムの底面図、第４図
は第３実施例の超音波送受波器の概略正面部分断面図、
第５図は振動子の長さを説明するための超音波送受波器
の概略正面図、第６図は従来例の振動子による受信信号
を示す波形図、第７図は超音波の伝搬経路を示す超音波
送受波器の概略正面図、第８図は振動子による受信信号
を示す波形図、第９図および第10図は従来例での妨害超
音波の伝搬経路を示す超音波送受波器の概略正面図であ
る。 21…振動子、22…プリズム 23…超音波発振面、24…超音波送波面 25…超音波反射面、28…上面 41,42…音波吸収材 51…交線部分
Claims (5)
- 【請求項１】被測定系に対して超音波を送波する超音波
送波面を設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波
送波面に隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備え
た超音波送受波器において、 前記振動子は、縦波として発振される超音波の音速を
C1、前記超音波送波面により反射されて横波となった超
音波の音速をC2、前記脚面と前記超音波送波面とのなす
角度をθ1、前記超音波発振面と前記超音波送波面との
交線部分から該振動子の一端までの距離をｈ、該振動子
の長さをＬとするとき、 の式を満たす長さＬを有することを特徴とする超音波送
受波器。 - 【請求項２】被測定系に対して超音波を送波する超音波
送波面を設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波
送波面に隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備え
た超音波送受波器において、 前記振動子の上面に音波吸収材を設けたことを特徴とす
る超音波送受波器。 - 【請求項３】被測定系に対して超音波を送波する超音波
送波面を設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波
送波面に隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備え
た超音波送受波器において、 前記プリズムの上面に音波吸収材を設けたことを特徴と
する超音波送受波器。 - 【請求項４】被測定系に対して超音波を送波する超音波
送波面を設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波
送波面に隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備え
た超音波送受波器において、 プリズムの振動子を取り付けた脚面に対向する脚面と底
面との交線部分に切除部を設けたことを特徴とする超音
波送受波器。 - 【請求項５】被測定系に対して超音波を送波する超音波
送波面を設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波
送波面に隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備え
た超音波送受波器において、 プリズムの振動子を取り付けた脚面に対向する脚面と底
面との交線部分に音波吸収材を設けたことを特徴とする
超音波送受波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003776A JP2693000B2 (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003776A JP2693000B2 (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 超音波送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03209131A JPH03209131A (ja) | 1991-09-12 |
| JP2693000B2 true JP2693000B2 (ja) | 1997-12-17 |
Family
ID=11566585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003776A Expired - Lifetime JP2693000B2 (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2693000B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4296947B2 (ja) * | 2004-01-30 | 2009-07-15 | 富士電機システムズ株式会社 | ドップラー式超音波流速分布計の超音波送受信ユニット |
| US20140020478A1 (en) * | 2012-07-18 | 2014-01-23 | General Electric Company | Ultrasonic wedge and method for determining the speed of sound in same |
-
1990
- 1990-01-11 JP JP2003776A patent/JP2693000B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03209131A (ja) | 1991-09-12 |
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