JP2897630B2 - Volumetric meter - Google Patents

Volumetric meter

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JP2897630B2
JP2897630B2 JP33286593A JP33286593A JP2897630B2 JP 2897630 B2 JP2897630 B2 JP 2897630B2 JP 33286593 A JP33286593 A JP 33286593A JP 33286593 A JP33286593 A JP 33286593A JP 2897630 B2 JP2897630 B2 JP 2897630B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は音響共振器の共振周波
数変化を利用した音響式の容積計に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acoustic volume meter utilizing a change in resonance frequency of an acoustic resonator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の容積計としては、特開昭63−4
4127号に記載されたようなものがある。このような
容積計においては、被測定容器に音響管を接続してヘル
ムホルツ共鳴器に補助音響共振器を音響的に結合する
か、あるいは音響管を補助音響共振器として兼用するこ
とにより構成される音響系において、ヘルムホルツ共鳴
器の共振周波数と補助音響共振器の共振周波数との比よ
り、温度の変化によって生ずる共振周波数変化の影響を
補正し、被測定容器の容積を求める。
2. Description of the Related Art A conventional volume meter is disclosed in
No. 4127. In such a volume meter, an acoustic tube is connected to a container to be measured and an auxiliary acoustic resonator is acoustically coupled to a Helmholtz resonator, or the acoustic tube is also used as an auxiliary acoustic resonator. In the acoustic system, the effect of the change in the resonance frequency caused by the change in temperature is corrected based on the ratio between the resonance frequency of the Helmholtz resonator and the resonance frequency of the auxiliary acoustic resonator to determine the volume of the container to be measured.

【0003】ここで、共振周波数の測定はPLL(位相
同期)回路を用いており、PLL回路を共振点での位相
で同期させ、その発振周波数から共振周波数を求める。
Here, the resonance frequency is measured using a PLL (phase synchronization) circuit, the PLL circuit is synchronized with the phase at the resonance point, and the resonance frequency is obtained from the oscillation frequency.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
容積計においては、2つの共振周波数の設定を音源の周
波数特性とは無関係に行なっている。ところで、図12
は音源の周波数特性を示すグラフ、すなわち図12(a)
は音源の振幅特性を示すグラフ、図12(b)は音源の位
相特性を示すグラフである。ここで、理想的な音源であ
れば全周波数帯域で振幅特性、位相特性ともに平坦であ
るが、実際には音源の機械的な共振点が存在する等の影
響を受け、図12に示すような周波数fに対して振幅|
H|、位相∠Hが一定でない特性となる。このため、P
LL回路等を用いて共振周波数を求める場合、各共振周
波数が理論通りには変化せず、その結果測定誤差が発生
する。
However, in the conventional volume meter, two resonance frequencies are set independently of the frequency characteristics of the sound source. By the way, FIG.
Is a graph showing the frequency characteristics of the sound source, that is, FIG.
Is a graph showing the amplitude characteristics of the sound source, and FIG. 12B is a graph showing the phase characteristics of the sound source. Here, in the case of an ideal sound source, both the amplitude characteristic and the phase characteristic are flat in all frequency bands. However, in actuality, the sound source is affected by the presence of a mechanical resonance point of the sound source, and as shown in FIG. Amplitude for frequency f
H | and the phase ΔH are not constant. Therefore, P
When a resonance frequency is obtained using an LL circuit or the like, each resonance frequency does not change as theoretically, and as a result, a measurement error occurs.

【0005】これを図13を用いて詳細に説明する。ヘ
ルムホルツ共鳴器の共振点での理想的な周波数特性は、
振幅特性では図13(a)に示すように振幅|H|のピーク
が現れ、位相特性では図13(b)のように位相∠Hが反
転する。ゆえに、温度変化(例えば、10、20、30
℃)によって共振周波数f1が変化しても、共振点
(●)での位相∠Hは常にφ1であり、理想的なPLL
回路の位相特性が位相特性線20で示した特性の場合、
ロック点R1の位相∠Hも常にφ1であるので、常に正確
な共振周波数f1が求められる。しかし、実際に使用す
る音源の周波数特性は、図12のように平坦ではなく、
周波数fに対して位相∠Hが変化し、とくに音源の共振
点付近では位相∠Hが大きく変化する。このような特性
の音源が共鳴器の入力となるため、共鳴器(音源〜マイ
クロホン間)の伝達関数(周波数特性)の位相特性は、
図13(c)に示すように、音源の位相特性に沿った特性
すなわち平坦でなく傾いた特性となり、共振点(●)の
位相∠Hは常にφ1ではなく、ゆえにPLL回路のロッ
ク点R1は図の○印の点となる。つまり、PLL回路は
本来の共振点(●)からずれた位相でロックするため、
PLL回路の発振周波数が本来の共振周波数f1からず
れた周波数となり、差Δf1と差Δf1′とが異なる。こ
のことは他のすべての共振点においても同じことがいえ
る。ゆえに、温度補償のために検出するもう1つの共振
周波数f2についても、PLL回路の発振周波数が本来
の共振周波数f2からずれた周波数となり、Δf2、Δf
2′を共振周波数f1の場合の差Δf1、Δf1′と同様の
差としたときには、差Δf2と差Δf2′とが異なる。ゆ
えに、2つの共振周波数f1、f2付近における音源の位
相特性がそれぞれ異なった変化(傾き)をした場合に
は、各共振点における周波数変化の割合がそれぞれ異な
ってしまう。つまり、(Δf1′/Δf1)≠(Δf2′/Δ
2)となる。このため、理論通りの温度補償が行なわれ
ず、測定誤差が発生する。
This will be described in detail with reference to FIG. The ideal frequency characteristic at the resonance point of the Helmholtz resonator is
In the amplitude characteristic, a peak of the amplitude | H | appears as shown in FIG. 13A, and in the phase characteristic, the phase ΔH is inverted as shown in FIG. 13B. Therefore, temperature changes (eg, 10, 20, 30)
C.), the phase ΔH at the resonance point (●) is always φ 1 even if the resonance frequency f 1 changes.
When the phase characteristic of the circuit is the characteristic shown by the phase characteristic line 20,
Since the phase ΔH of the lock point R 1 is always φ 1 , an accurate resonance frequency f 1 is always obtained. However, the frequency characteristic of the sound source actually used is not flat as shown in FIG.
The phase ΔH changes with respect to the frequency f, and especially near the resonance point of the sound source, the phase ΔH greatly changes. Since a sound source having such characteristics is input to the resonator, the phase characteristic of the transfer function (frequency characteristic) of the resonator (between the sound source and the microphone) is
As shown in FIG. 13 (c), becomes tilted characteristics not have characteristics or flat along the phase characteristic of the sound source, the phase ∠H always φ not one resonance point (●), thus locking points of the PLL circuit R 1 is the point marked with a circle in the figure. In other words, since the PLL circuit locks at a phase shifted from the original resonance point (●),
Becomes frequency oscillation frequency is deviated from the original resonance frequency f 1 of the PLL circuit, the difference Delta] f 1 and a difference Delta] f 1 'are different. The same is true for all other resonance points. Therefore, also for another resonance frequency f 2 detected for temperature compensation, the oscillation frequency of the PLL circuit is shifted from the original resonance frequency f 2 , and Δf 2 , Δf
If 2 ′ is the same as the difference Δf 1 , Δf 1 ′ when the resonance frequency is f 1 , the difference Δf 2 is different from the difference Δf 2 ′. Therefore, if the phase characteristics of the sound source near the two resonance frequencies f 1 and f 2 change differently (slope), the rate of frequency change at each resonance point differs. That is, (Δf 1 ′ / Δf 1 ) ≠ (Δf 2 ′ / Δ
f 2 ). For this reason, the temperature compensation according to the theory is not performed, and a measurement error occurs.

【0006】この発明は上述の課題を解決するためにな
されたもので、被測定容器の容積を正確に測定すること
ができる容積計を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has as its object to provide a volume meter capable of accurately measuring the volume of a container to be measured.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明においては、音響管の一端に被測定容器を
接続したヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出
し、上記伝達関数位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器
の共振周波数と、上記音響管の共振周波数とを算出し、
両共振周波数に基づき上記被測定容器の容積を算出する
容積計において、温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器
の伝達関数位相特性上の共振点軌跡及び温度に対する上
記音響管の伝達関数位相特性上の共振点軌跡を予め記憶
しておき、検出した上記伝達関数位相特性と、記憶され
た両共振点軌跡との交点から上記両共振周波数を算出す
るようにする。
In order to achieve this object, according to the present invention, a transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube is detected. Calculating the resonance frequency of the Helmholtz resonator and the resonance frequency of the acoustic tube,
In a volume meter for calculating the volume of the container under measurement based on both resonance frequencies, a resonance point locus on a transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature and a resonance point locus on a transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to temperature Is stored in advance, and the two resonance frequencies are calculated from the intersection of the detected transfer function phase characteristic and the stored two resonance point trajectories.

【0008】また、音響管の一端に被測定容器を接続し
たヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出し、上
記伝達関数位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振
周波数と、上記音響管の共振周波数とを算出し、温度に
対する上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性上の
共振点軌跡に対応する第1の定数及び温度に対する上記
音響管の伝達関数位相特性上の共振点軌跡に対応する第
2の定数を予め記憶しておき、算出した上記ヘルムホル
ツ共鳴器の共振周波数、上記音響管の共振周波数、上記
第1の定数及び上記第2の定数に基づき上記被測定容器
の容積を算出する。
A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube is detected, and a resonance frequency of the Helmholtz resonator and a resonance frequency of the acoustic tube are determined from the transfer function phase characteristic. And a second constant corresponding to a resonance point trajectory on the transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to temperature and a first constant corresponding to a resonance point trajectory on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature. Is stored in advance, and the volume of the container to be measured is calculated based on the calculated resonance frequency of the Helmholtz resonator, the resonance frequency of the acoustic tube, the first constant, and the second constant.

【0009】また、音響管の一端に被測定容器を接続し
たヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出し、上
記伝達関数位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振
周波数と、上記音響管の共振周波数とを算出し、両共振
周波数に基づき上記被測定容器の容積を算出する容積計
において、温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達
関数位相特性上の共振点軌跡と、温度に対する上記音響
管の伝達関数位相特性上の共振点軌跡との傾きが一致す
るように上記音響管の形状を設定する。
A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube is detected, and a resonance frequency of the Helmholtz resonator and a resonance frequency of the acoustic tube are determined from the transfer function phase characteristic. Calculating a volume of the container to be measured based on both resonance frequencies, wherein a locus of resonance point on a transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature, and a transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to temperature. The shape of the acoustic tube is set so that the inclination with the resonance point locus above matches.

【0010】また、音響管の一端に被測定容器を接続
し、かつ上記音響管の周囲を補助容器で覆ったヘルムホ
ルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達関数
位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と、
上記音響管及び上記補助容器の共振周波数とを算出し、
両共振周波数に基づき上記被測定容器の容積を算出する
容積計において、温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器
の伝達関数位相特性上の共振点軌跡及び温度に対する上
記音響管及び上記補助容器の伝達関数位相特性上の共振
点軌跡を予め記憶しておき、検出した上記伝達関数位相
特性と、記憶された両共振点軌跡との交点から上記両共
振周波数を算出するようにする。
In addition, a transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube and the periphery of the acoustic tube is covered with an auxiliary container is detected, and the Helmholtz resonance is determined from the transfer function phase characteristic. The resonance frequency of the
Calculating the resonance frequency of the acoustic tube and the auxiliary container,
In the volume meter for calculating the volume of the container under measurement based on both resonance frequencies, the resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature and the transfer function phase characteristic of the acoustic tube and the auxiliary container with respect to temperature Are stored in advance, and the two resonance frequencies are calculated from the intersection between the detected transfer function phase characteristic and the stored two resonance point trajectories.

【0011】また、音響管の一端に被測定容器を接続
し、かつ上記音響管の周囲を補助容器で覆ったヘルムホ
ルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達関数
位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と、
上記音響管及び上記補助容器の共振周波数とを算出し、
温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特
性上の共振点軌跡に対応する第1の定数及び温度に対す
る上記音響管及び上記補助容器の伝達関数位相特性上の
共振点軌跡に対応する第2の定数を予め記憶しておき、
算出した上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数、上記音
響管及び上記補助容器の共振周波数、上記第1の定数及
び上記第2の定数に基づき上記被測定容器の容積を算出
する。
Further, a transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube and the periphery of the acoustic tube is covered with an auxiliary container is detected, and the Helmholtz resonance is detected from the transfer function phase characteristic. The resonance frequency of the
Calculating the resonance frequency of the acoustic tube and the auxiliary container,
A first constant corresponding to a resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature and a second constant corresponding to a resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the acoustic tube and the auxiliary container with respect to temperature Is stored in advance,
The volume of the container under measurement is calculated based on the calculated resonance frequency of the Helmholtz resonator, the resonance frequencies of the acoustic tube and the auxiliary container, the first constant and the second constant.

【0012】また、音響管の一端に被測定容器を接続
し、かつ上記音響管の周囲を補助容器で覆ったヘルムホ
ルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達関数
位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と、
上記音響管及び上記補助容器の共振周波数とを算出し、
両共振周波数に基づき上記被測定容器の容積を算出する
容積計において、温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器
の伝達関数位相特性上の共振点軌跡と、温度に対する上
記音響管及び上記補助容器の伝達関数位相特性上の共振
点軌跡との傾きが一致するように上記音響管又は上記補
助容器の形状を設定する。
A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube and the periphery of the acoustic tube is covered with an auxiliary container is detected, and the Helmholtz resonance is determined from the transfer function phase characteristic. The resonance frequency of the
Calculating the resonance frequency of the acoustic tube and the auxiliary container,
In a volume meter for calculating the volume of the container under measurement based on both resonance frequencies, a resonance point locus on a transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature, and a transfer function phase characteristic of the acoustic tube and the auxiliary container with respect to temperature are provided. The shape of the acoustic tube or the auxiliary container is set so that the inclination with the upper resonance point locus coincides.

【0013】[0013]

【作用】この発明に係る容積計においては、温度に対す
るヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性上の共振点軌
跡及び温度に対する音響管の伝達関数位相特性上の共振
点軌跡を予め記憶しておき、検出した伝達関数位相特性
と、記憶された両共振点軌跡との交点から両共振周波数
を算出するようにしているから、両共振周波数における
位相の変化量がそれぞれ異なる場合でも、常に共振点の
正確な周波数を求めることができる。
In the volume meter according to the present invention, the trajectory of the resonance point on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to the temperature and the resonance point trajectory of the transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to the temperature are stored in advance and detected. Since the two resonance frequencies are calculated from the intersection of the transfer function phase characteristic and the stored two resonance point trajectories, even when the amount of phase change at both resonance frequencies is different from each other, the resonance point is always accurate. The frequency can be determined.

【0014】また、温度に対するヘルムホルツ共鳴器の
伝達関数位相特性上の共振点軌跡に対応する第1の定数
及び温度に対する音響管及び補助容器の伝達関数位相特
性上の共振点軌跡に対応する第2の定数を予め記憶して
おき、算出したヘルムホルツ共鳴器の共振周波数、音響
管及び補助容器の共振周波数、第1の定数及び第2の定
数に基づき被測定容器の容積を算出するから、両共振周
波数に応じて温度補償を行なうことができる。
The first constant corresponding to the resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to the temperature and the second constant corresponding to the resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the acoustic tube and the auxiliary container with respect to the temperature. Is stored in advance, and the volume of the container to be measured is calculated based on the calculated resonance frequency of the Helmholtz resonator, the resonance frequency of the acoustic tube and the auxiliary container, and the first and second constants. Temperature compensation can be performed according to the frequency.

【0015】また、温度に対するヘルムホルツ共鳴器の
伝達関数位相特性上の共振点軌跡と、温度に対する音響
管の伝達関数位相特性上の共振点軌跡との傾きが一致す
るように音響管の形状を設定するから、両共振周波数に
対する位相の変化の割合が等しくなる。
The shape of the acoustic tube is set so that the slope of the resonance point trajectory on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature matches the resonance point trajectory of the transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to temperature. Therefore, the rate of change of the phase with respect to both resonance frequencies becomes equal.

【0016】また、音響管の周囲を補助容器で覆ったと
きには、外乱の侵入を防ぐことができる。
Further, when the surroundings of the acoustic tube are covered with the auxiliary container, intrusion of disturbance can be prevented.

【0017】[0017]

【実施例】図1はこの発明に係る容積計を示す図であ
る。図に示すように、空のときの容積がVの被測定容器
2に蓋3が設けられ、蓋3に長さL、内部断面積Sなる
音響管1aの一端が接続され、ヘルムホルツ共鳴器が構
成されている。蓋3に音源4が設けられ、音源4はヘル
ムホルツ共鳴器内部の空気を音響的に駆動する。そし
て、音響管1aの長さはヘルムホルツ共鳴器の共振周波
数f1、音響管1aの最小の共振周波数f2が音源4の共
振点と一致しないように設定されている。また、蓋3に
マイクロホン5aが設けられ、音響管1aにマイクロホ
ン5bが設けられ、マイクロホン5a、5bはヘルムホ
ルツ共鳴器内部の音圧を検出する。また、マイクロホン
5a、5bにマイクロホン用アンプ6a、6bが接続さ
れ、マイクロホン用アンプ6a、6bに各共振周波数成
分を通過域とするフィルタ7a、7bが接続され、フィ
ルタ7a、7bに位相比較器8a、8b、ループフィル
タ9a、9b、電圧制御発振器(VCO)10a、10
bによって構成されるPLL回路15a、15bが接続
され、PLL回路15a、15bに加算器兼音源用アン
プ11が接続され、加算器兼音源用アンプ11は音源4
を駆動する。そして、マイクロホン用アンプ6a、6
b、フィルタ7a、7b、PLL回路15a、15b、
加算器兼音源用アンプ11によって周波数測定手段19
が構成されている。また、PLL回路15a、15bに
CPU12、設定スイッチ13、出力装置14で構成さ
れる演算手段16が接続されている。
FIG. 1 is a view showing a volume meter according to the present invention. As shown in the figure, a lid 3 is provided on a container 2 to be measured whose volume when empty is V, one end of an acoustic tube 1a having a length L and an internal sectional area S is connected to the lid 3, and a Helmholtz resonator is provided. It is configured. A sound source 4 is provided on the lid 3, and the sound source 4 acoustically drives air inside the Helmholtz resonator. The length of the acoustic tube 1 a is set so that the resonance frequency f 1 of the Helmholtz resonator and the minimum resonance frequency f 2 of the acoustic tube 1 a do not coincide with the resonance point of the sound source 4. Further, a microphone 5a is provided on the lid 3, a microphone 5b is provided on the acoustic tube 1a, and the microphones 5a and 5b detect a sound pressure inside the Helmholtz resonator. Further, microphone amplifiers 6a and 6b are connected to the microphones 5a and 5b, filters 7a and 7b having respective resonance frequency components as pass bands are connected to the microphone amplifiers 6a and 6b, and a phase comparator 8a is connected to the filters 7a and 7b. , 8b, loop filters 9a, 9b, voltage controlled oscillators (VCO) 10a, 10b
b, PLL circuits 15a and 15b are connected, and the adder / sound source amplifier 11 is connected to the PLL circuits 15a and 15b.
Drive. Then, the microphone amplifiers 6a, 6
b, filters 7a and 7b, PLL circuits 15a and 15b,
Frequency measuring means 19 by adder / sound source amplifier 11
Is configured. Further, an arithmetic unit 16 including a CPU 12, a setting switch 13, and an output device 14 is connected to the PLL circuits 15a and 15b.

【0018】この容積計においては、マイクロホン5
a、5bの出力信号は、それぞれアンプ6a、6bで適
当なレベルに増幅される。マイクロホン5aでは主にヘ
ルムホルツ共鳴器の共振周波数成分が検出されるので、
フィルタ7aはこの成分付近の周波数を通過域とするよ
う設定されている。ここで、音速をcとすると、ヘルム
ホルツ共鳴器の共振周波数f1は次式のように表され
る。
In this volume meter, the microphone 5
Output signals a and 5b are amplified to appropriate levels by amplifiers 6a and 6b, respectively. Since the microphone 5a mainly detects the resonance frequency component of the Helmholtz resonator,
The filter 7a is set so that a frequency near this component is set as a pass band. Here, assuming that the sound speed is c, the resonance frequency f 1 of the Helmholtz resonator is expressed by the following equation.

【0019】 f1=(c/2π)・√(S/LV) (1) 同様に、マイクロホン5bでは主に音響管1aの共振周
波数が検出されるので、これに合わせてフィルタ7bを
設定する。そして、音響管1aは両端開放なので、音響
管1aの最小の共振周波数f2は次式で表される。
F 1 = (c / 2π) √ (S / LV) (1) Similarly, since the microphone 5b mainly detects the resonance frequency of the acoustic tube 1a, the filter 7b is set accordingly. . The sound tube 1a is so open ends, the minimum resonance frequency f 2 of the acoustic pipe 1a is expressed by the following equation.

【0020】 f2=c/2L (2) 各共振周波数f1、f2の成分となったフィルタ7a、7
bの出力はそれぞれPLL回路15a、15bに入力さ
れる。ここで、PLL回路15a、15bは図2に示す
ヘルムホルツ共鳴器の共振点での位相φ1でロック(同
期)するように設定されている。つまり、PLL回路1
5a、15bは伝達関数位相∠Hの変化を表わす曲線と
PLL回路15aの位相特性線17aとの交点R1でロ
ック(同期)するので、PLL回路15aはヘルムホル
ツ共鳴器の共振周波数f1で連続的に発振する。同様
に、PLL回路15bは図3で示す音響管1aの共振点
での位相φ2(交点R2)でロックし、音響管1aの共振
周波数f2で連続的に発振する。なお、図2、図3にお
いて、範囲18a、18bはPLL回路15a、15b
のロックレンジ(同期保持範囲)であり、PLL回路1
5a、15bのロックレンジは電圧制御発振器10a、
10bを調整することにより設定される。電圧制御発振
器10a、10bの出力は加算器兼音源用アンプ11を
介し音源4に入力され、各共振周波数f1、f2で音源4
を駆動すると同時に、電圧制御発振器10a、10bの
出力はCPU12に入力され、CPU12で各共振周波
数f1、f2が求めれら、容積Vは次式により求めること
ができる。
F 2 = c / 2L (2) Filters 7a and 7 having components of respective resonance frequencies f 1 and f 2
The output of b is input to the PLL circuits 15a and 15b, respectively. Here, PLL circuit 15a, 15b is set to lock (synchronization) with the phase phi 1 at the resonance point of the Helmholtz resonator shown in Fig. That is, the PLL circuit 1
5a, since 15b locks (sync) at the intersection R 1 and phase characteristic line 17a of the curves and the PLL circuit 15a representing a change of the transfer function phase ∠H, continuous PLL circuit 15a resonance frequency f 1 of the Helmholtz resonator Oscillation. Similarly, the PLL circuit 15b locks at the phase φ 2 (intersection R 2 ) at the resonance point of the acoustic tube 1a shown in FIG. 3 and continuously oscillates at the resonance frequency f 2 of the acoustic tube 1a. 2 and 3, the ranges 18a and 18b correspond to the PLL circuits 15a and 15b.
Is the lock range (synchronous holding range) of the PLL circuit 1
The lock range of 5a, 15b is the voltage controlled oscillator 10a,
It is set by adjusting 10b. The outputs of the voltage controlled oscillators 10a and 10b are input to the sound source 4 via the adder / sound source amplifier 11, and output from the sound source 4 at each of the resonance frequencies f 1 and f 2.
And at the same time, the outputs of the voltage controlled oscillators 10a and 10b are input to the CPU 12, and when the resonance frequencies f 1 and f 2 are obtained by the CPU 12, the volume V can be obtained by the following equation.

【0021】 V=(LS/π2)・(f2/f1)2 (3) しかし、(3)式は理想的な条件下での理論式であり、実
際には実験的に求めた定数a、bを用いて次式により容
積Vを求める。
V = (LS / π 2 ) · (f 2 / f 1 ) 2 (3) However, Equation (3) is a theoretical equation under ideal conditions, and is actually obtained experimentally. Using the constants a and b, the volume V is obtained by the following equation.

【0022】 V=a(f2/f1)2+b (4) これらの定数a、bは容積、寸法が既知の被測定容器を
用いた較正により実験的に求めればよい。そして、CP
U12は予め設定スイッチ13で設定された定数a、b
を用いて(4)式より容積Vを計算し、その計算結果を出
力装置14に出力する。なお、容積Vを求める式は式
(4)に限定されるものではなく、他の近似式を用いても
よい。
V = a (f 2 / f 1 ) 2 + b (4) These constants a and b may be obtained experimentally by calibration using a container whose volume and dimensions are known. And CP
U12 is constants a and b preset by the setting switch 13.
Is used to calculate the volume V from equation (4), and the calculation result is output to the output device 14. The equation for calculating the volume V is
It is not limited to (4), and other approximate expressions may be used.

【0023】つぎに、音響管1aの長さをヘルムホルツ
共鳴器の共振周波数f1、音響管1aの最小の共振周波
数f2が音源4の共振点と一致しないように設定する方
法について説明する。まず、共振周波数f1、f2
(1)、(2)式より予め求めておく。つぎに、予め恒温槽
等を用いて温度変化実験を行ない、図4に示すようなヘ
ルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性を測定しておき、
共振周波数f1、f2付近における共振点(●)の軌跡を
示す共振点軌跡線21a、21bの傾きが同じになる周
波数帯域を見つける。つぎに、上記のような周波数帯域
が見つかったならば、その周波数の値を用いて(1)、
(2)式より音響管1aのおよその長さLを逆算して決定
する。このとき、音響管1aの構造を例えば図5に示す
ように音響管1に調整用管30を取り付けた構造にして
おき、長さの異なる調整用管30を数種用意しておくこ
とで、音響管1aの長さLの変更、調整が容易となる。
Next, a method of setting the length of the acoustic tube 1a so that the resonance frequency f 1 of the Helmholtz resonator and the minimum resonance frequency f 2 of the acoustic tube 1a do not coincide with the resonance point of the sound source 4 will be described. First, the resonance frequencies f 1 and f 2 are
It is obtained in advance from equations (1) and (2). Next, a temperature change experiment was performed in advance using a thermostatic chamber or the like, and the transfer function phase characteristics of the Helmholtz resonator as shown in FIG. 4 were measured.
A frequency band in which the inclination of the resonance point locus lines 21a and 21b indicating the locus of the resonance point (●) near the resonance frequencies f 1 and f 2 is found. Next, if a frequency band as described above is found, the value of that frequency is used (1),
The approximate length L of the acoustic tube 1a is determined by back calculation from the equation (2). At this time, the structure of the acoustic tube 1a is, for example, a structure in which the adjusting tube 30 is attached to the acoustic tube 1 as shown in FIG. 5, and several kinds of adjusting tubes 30 having different lengths are prepared. Changing and adjusting the length L of the acoustic tube 1a becomes easy.

【0024】図1に示した容積計においては、音響管1
aの長さはヘルムホルツ共鳴器の共振周波数f1、音響
管1aの最小の共振周波数f2が音源4の共振点と一致
しないように設定されているから、各共振周波数f1
2に対する位相∠Hの変化の割合が等しい((Δf1
/Δf1)=(Δf2′/Δf2))ので、被測定容器2の容
積Vを正確に測定することができる。
In the volume meter shown in FIG.
Since the length of a is set so that the resonance frequency f 1 of the Helmholtz resonator, the minimum resonance frequency f 2 of the acoustic pipe 1a does not coincide with the resonance point of the sound source 4, the resonance frequency f 1,
The rate of change of the phase ΔH with respect to f 2 is equal ((Δf 1
/ Δf 1 ) = (Δf 2 ′ / Δf 2 )), so that the volume V of the container 2 to be measured can be accurately measured.

【0025】なお、図1に示した容積計においては、音
響管1aの共振を用いて温度補償を行なうので、音響管
1aの長さLを変えて共振周波数f1、f2を最適な周波
数帯域に設定したが、例えばPLL回路15a、15b
の位相特性を変化させ、又はフィルタ7a、7bのカッ
トオフ周波数を変化させることによりフィルタの位相特
性を変化させることにより、電気的に位相特性を変化さ
せて、共振周波数f1、f2を音源4の共振点と一致しな
いように設定してもよい。
In the volume meter shown in FIG. 1, since the temperature compensation is performed using the resonance of the acoustic tube 1a, the resonance frequencies f 1 and f 2 are adjusted to the optimum frequencies by changing the length L of the acoustic tube 1a. Although the band is set, for example, the PLL circuits 15a and 15b
By changing the phase characteristics of the filters 7a and 7b, or by changing the cutoff frequencies of the filters 7a and 7b, the phase characteristics of the filters are electrically changed, and the resonance frequencies f 1 and f 2 are changed by the sound source. 4 may be set so as not to coincide with the resonance point.

【0026】図6はこの発明に係る他の容積計を示す図
である。図に示すように、例えば正弦波合成波、ホワイ
トノイズ等の周波数特性の平坦な信号Esを発振する発
振器24は音源用アンプ25を介して音源4、FFTア
ナライザ23に接続されている。また、マイクロホン5
a、5bはマイクロホン出力信号Em1、Em2を適当なレ
ベルに増幅するマイクロホン用アンプ22に接続され、
マイクロホン用アンプ22はFFTアナライザ23に接
続されている。CPU12はFFTアナライザ23、発
振器24、メモリ27の動作を制御し、また測定値及び
設定スイッチ13で設定された定数を用いて所定の演算
を行なう。すなわち、CPU12は伝達関数位相特性の
データをFFTアナライザ23から取り込み、さらにメ
モリ27に記憶しておいた図4に示す共振点軌跡線21
a、21bと被測定容器2での伝達関数位相特性との交
点を求める演算を行ない、その交点での周波数を共振周
波数f1、f2とし、共振周波数f1、f2を用いて(4)式
により被測定容器2の容積Vを求める。CPU12で演
算された容積Vは出力装置14(例えば表示装置、プリ
ンタなど)に出力される。そして、発振器24、FFT
アナライザ23、CPU12等によって演算手段26が
構成されている。
FIG. 6 is a diagram showing another volume meter according to the present invention. As shown, for example, a sine wave synthesis wave, oscillator 24 for oscillating a flat signal E s of the frequency characteristics, such as white noise is connected to the sound source 4, FFT analyzer 23 via the sound source amplifier 25. In addition, microphone 5
a and 5b are connected to a microphone amplifier 22 for amplifying the microphone output signals Em1 and Em2 to an appropriate level,
The microphone amplifier 22 is connected to the FFT analyzer 23. The CPU 12 controls operations of the FFT analyzer 23, the oscillator 24, and the memory 27, and performs a predetermined operation using the measured value and a constant set by the setting switch 13. That is, the CPU 12 fetches the data of the transfer function phase characteristic from the FFT analyzer 23 and further stores the resonance point locus line 21 shown in FIG.
a, performs calculation for obtaining the intersection of the transfer function phase characteristic at 21b and the container to be measured 2, and the frequency at the intersection with the resonance frequencies f 1, f 2, using the resonance frequency f 1, f 2 (4 The volume V of the container 2 to be measured is obtained by the formula). The volume V calculated by the CPU 12 is output to an output device 14 (for example, a display device, a printer, or the like). And the oscillator 24, FFT
The arithmetic means 26 is constituted by the analyzer 23, the CPU 12, and the like.

【0027】この容積計の動作について説明する。ま
ず、予め容積が既知の容器及び恒温槽等を用いて温度変
化実験を行ない、図4に示すようなヘルムホルツ共鳴器
の伝達関数位相特性を測定しておき、共振周波数f1
2付近における共振点(●)の軌跡を示す直線すなわ
ち共振点軌跡線21a、21bを求め、共振点軌跡線2
1a、21bを∠H−f(位相−周波数)平面の直線と
してメモリ27に記憶しておく。つぎに、CPU12の
指令により発振器24は信号Esを発振し、音源用アン
プ25を介し音源4を駆動する。これが音響管1と被測
定容器2とで構成されるヘルムホルツ共鳴器の入力とな
り、(1)式で表される周波数で共振し、主にマイクロホ
ン5aで検出され、またマイクロホン5bでは主に(2)
式で表される音響管1の共振が検出され、マイクロホン
5a、5bの出力信号Em1、Em2はマイクロホン用アン
プ22を介しFFTアナライザ23に入力される。つぎ
に、CPU12の指令によりFFTアナライザ23は信
号Esを入力とし出力信号Em1、Em2を出力とする2つ
の伝達関数H1(f)、H2(f)を同時に演算する。ここ
で、信号Es、出力信号Em1、Em2をフーリエ変換した
結果をEs(f)、Em1(f)、Em2(f)とすると、伝達関
数H1(f)、H2(f)次式で表わされる。
The operation of the volume meter will be described. First, a temperature change experiment is performed using a container and a thermostat having a known volume in advance, and the transfer function phase characteristics of the Helmholtz resonator as shown in FIG. 4 are measured, and the resonance frequency f 1 ,
A straight line indicating the trajectory of the resonance point (●) near f 2, that is, resonance point trajectory lines 21 a and 21 b is obtained, and the resonance point trajectory line 2
1a and 21b are stored in the memory 27 as straight lines on the ∠Hf (phase-frequency) plane. Then, the oscillator 24 by a command CPU12 oscillates the signal E s, drives the sound source 4 via a sound source amplifier 25. This is an input to the Helmholtz resonator composed of the acoustic tube 1 and the container 2 to be measured, resonates at the frequency represented by the equation (1), is mainly detected by the microphone 5a, and is mainly detected by the microphone 5b. )
Resonance of the acoustic tube 1 of the formula is detected, the microphone 5a, an output signal E m1, E m @ 2 of 5b is input to the FFT analyzer 23 via the microphone amplifier 22. Next, FFT analyzer 23 according to a command of CPU12 calculates the two to output an output signal E m1, E m2 as input signal E s transfer function H 1 (f), H 2 (f) is at the same time. Here, assuming that the results of Fourier transform of the signal E s and the output signals E m1 and E m2 are E s (f), E m1 (f) and E m2 (f), the transfer functions H 1 (f) and H 2 (f) It is expressed by the following equation.

【0028】 H1(f)=Em1(f)/Es(f) (5) H2(f)=Em2(f)/Es(f) (6) つぎに、CPU12はこの演算が終了すると発振器24
の発振を停止させる。ここまでのFFTアナライザ2
3、発振器24の動作はCPU12によりすべて同期し
て行なわれる。このときFFTアナライザ23で求めた
伝達関数H1(f)、H2(f)はやはり図4に示すように各
共振点において位相が反転する特性となる。CPU12
はこの測定した伝達関数位相特性のデータをFFTアナ
ライザ23から取り込み、さらにメモリ27に記憶して
おいた共振点軌跡線21a、21bと被測定容器2での
伝達関数位相特性との交点を求める演算を行ない、その
交点での周波数を共振周波数f1、f2とする。つぎに、
(4)式で被測定容器2の容積Vを求める。
H 1 (f) = E m1 (f) / E s (f) (5) H 2 (f) = E m2 (f) / E s (f) (6) Next, the CPU 12 Is completed, the oscillator 24
Stop oscillation. FFT analyzer 2 so far
3. All operations of the oscillator 24 are performed by the CPU 12 in synchronization. At this time, the transfer functions H 1 (f) and H 2 (f) obtained by the FFT analyzer 23 have characteristics such that the phase is inverted at each resonance point as shown in FIG. CPU 12
Is an operation for taking in the data of the measured transfer function phase characteristic from the FFT analyzer 23 and further calculating an intersection point between the resonance point trajectory lines 21 a and 21 b stored in the memory 27 and the transfer function phase characteristic in the container 2 to be measured. And the frequencies at the intersections are defined as resonance frequencies f 1 and f 2 . Next,
The volume V of the container 2 to be measured is obtained by the equation (4).

【0029】この容積計においては、予め求めた共振点
軌跡線21a、21bを用いるから、2つの共振周波数
1、f2における位相の変化量がそれぞれ異なる場合で
も、常に共振点(図13(a)に示すような振幅特性のピ
ーク周波数)の正確な周波数を求めることができるの
で、被測定容器2の容積Vを正確に測定することができ
る。
In this volume meter, the resonance point trajectory lines 21a and 21b obtained in advance are used. Therefore, even when the phase change amounts at the two resonance frequencies f 1 and f 2 are respectively different, the resonance point (FIG. 13 ( Since the accurate frequency (peak frequency of the amplitude characteristic as shown in a) can be obtained, the volume V of the container 2 to be measured can be accurately measured.

【0030】なお、共振点軌跡線は必ずしも直線である
必要はなく、測定範囲が広い場合や、温度が大きく変化
する場合には、共振点軌跡線は曲線となりうる。
It should be noted that the resonance point locus line does not necessarily have to be a straight line, and the resonance point locus line may be a curve when the measurement range is wide or the temperature changes greatly.

【0031】図7はこの発明に係る他の容積計を示す図
である。図に示すように、音響管1、音源4、マイクロ
ホン5aが取り付けられた蓋3と容積がV0である補助
容器28とが一体となっており、これが被測定容器2の
上に置かれ、外部とは閉じた空間を持つ音響共振器が構
成されている。すなわち、音響管1の一端に被測定容器
2を接続したヘルムホルツ共鳴器の音響管1に補助容器
28が接続されている。また、音源4及びマイクロホン
5a、5bの信号線はコネクタ29により外部へ取り出
され、周波数測定手段19、後述の(8)式又はその近似
式により容積Vを演算する演算手段16aに接続されて
いる。
FIG. 7 is a diagram showing another volume meter according to the present invention. As shown, the acoustic tube 1, the sound source 4, an auxiliary container 28 lid 3 and volume microphone 5a is attached is V 0 are together, it is placed on the container to be measured 2, An acoustic resonator having a closed space from the outside is formed. That is, the auxiliary container 28 is connected to the acoustic tube 1 of the Helmholtz resonator in which the container 2 to be measured is connected to one end of the acoustic tube 1. The signal lines of the sound source 4 and the microphones 5a and 5b are taken out to the outside by the connector 29, and are connected to the frequency measuring means 19 and the calculating means 16a for calculating the volume V by the expression (8) described later or its approximate expression. .

【0032】この容積計においては、周波数測定手段1
9及び演算手段16aにおける音響共振器の共振周波数
の測定及び被測定容器2の容積Vを求める手順は図1に
示した容積計と同じであるが、被測定容器2の容積Vを
求める計算式だけは異なる。すなわち、1つの音響管1
に2つの空洞(被測定容器2、補助容器28)が並列に
接続され、音響共振器が3つの音響要素で構成されてい
るから、その共振周波数f1′は次式で表わされる。
In this volume meter, frequency measuring means 1
The procedure for measuring the resonance frequency of the acoustic resonator and calculating the volume V of the container 2 is the same as that of the volume meter shown in FIG. Only different. That is, one acoustic tube 1
Are connected in parallel with each other (the container 2 to be measured and the auxiliary container 28), and the acoustic resonator is composed of three acoustic elements. Therefore, the resonance frequency f 1 ′ is represented by the following equation.

【0033】 f1′=(c/2π)・√{S(V+V0)}/LVV0 (7) 音響管1の共振を用いて温度補償を行なう場合には、k
=π2/SLとすると、容積Vは次式で表わされる。
F 1 ′ = (c / 2π) √ {S (V + V 0 )} / LVV 0 (7) When performing temperature compensation using the resonance of the acoustic tube 1, k
= Π 2 / SL, the volume V is represented by the following equation.

【0034】 V=1/[{1/k(f2/f1′)2}−(1/V0)] (8) しかし、(8)式は、理想的な条件下での理論式であり、
実際の計算式は、実験的に求めた定数を用いた近似式で
もよい。
V = 1 / [{1 / k (f 2 / f 1 ′) 2 } − (1 / V 0 )] (8) However, the equation (8) is a theoretical equation under ideal conditions. And
The actual calculation formula may be an approximation formula using a constant obtained experimentally.

【0035】このような容積計においては、ヘルムホル
ツ共鳴器に補助容器28が接続され、外部と閉じた空間
を持つ音響共振器とされているから、外乱(外部からの
騒音など)の侵入を防ぐことができるので、被測定容器
2の容積Vを正確にかつ安定して測定することができ
る。
In such a volume meter, since the auxiliary container 28 is connected to the Helmholtz resonator and is an acoustic resonator having a space closed to the outside, the penetration of disturbance (such as external noise) is prevented. Therefore, the volume V of the container 2 to be measured can be accurately and stably measured.

【0036】図8はこの発明に係る他の容積計を示す図
である。図に示すように、図7に示した容積計と同様に
補助容器28が設けられ、音源4及びマイクロホン5
a、5bの信号線はコネクタ29により外部へ取り出さ
れ、(8)式又はその近似式により容積Vを演算する演算
手段26aに接続されている。
FIG. 8 is a diagram showing another volume meter according to the present invention. As shown in the figure, an auxiliary container 28 is provided similarly to the volume meter shown in FIG.
The signal lines a and 5b are taken out to the outside by the connector 29, and are connected to the calculating means 26a for calculating the volume V by the equation (8) or its approximate equation.

【0037】この容積計においては、演算手段26にお
ける共振周波数f1、f2の測定及び被測定容器2の容積
Vを求める手順は図6に示した容積計と同じであるが、
被測定容器2の容積Vを(8)式又はその近似式によって
求める。
In this volume meter, the procedure of measuring the resonance frequencies f 1 and f 2 and calculating the volume V of the container 2 to be measured by the calculating means 26 is the same as that of the volume meter shown in FIG.
The volume V of the container 2 to be measured is determined by equation (8) or an approximate equation thereof.

【0038】このような容積計においても、ヘルムホル
ツ共鳴器に補助容器28が接続されているから、外乱の
侵入を防ぐことができるので、被測定容器2の容積Vを
正確にかつ安定して測定することができる。
In such a volume meter as well, since the auxiliary container 28 is connected to the Helmholtz resonator, the intrusion of disturbance can be prevented, so that the volume V of the container 2 to be measured can be accurately and stably measured. can do.

【0039】図9はこの発明に係る他の容積計を示す図
である。図に示すように、図10に示すような共振周波
数f1、f2での温度と音速cとの関係を示す直線の勾配
α、βの比α/βを用いた式(後述の(15)式)で容積
Vを求める演算手段16bが設けられている。
FIG. 9 is a diagram showing another volume meter according to the present invention. As shown in the drawing, a formula (FIG. 10 described later) using the ratio α / β of the gradients α and β of the straight line indicating the relationship between the temperature and the sound speed c at the resonance frequencies f 1 and f 2 as shown in FIG. The calculation means 16b for obtaining the volume V by the expression (1) is provided.

【0040】ところで、摂氏温度0℃での音速をc0
摂氏温度をtとすると、1気圧の空気中の音速cは一般
的に次式で表わされる。
By the way, the sound velocity at 0 ° C. is c 0 ,
Assuming that the temperature in degrees Celsius is t, the sound speed c in air at 1 atm is generally represented by the following equation.

【0041】 c=c0+0.6t (9) しかし、音源の位相特性の影響を受けて温度変化に対す
る周波数変化が理論値より小さくなり(Δf1>Δ
1′)、かつ2つの共振周波数f1、f2での位相変化
の割合が異なる((Δf1′/Δf1)≠(Δf2′/Δ
2))のは、温度変化に対して(1)、(2)式の変化が理
論より小さいということであり、ゆえに、(1)、(2)式
の分子にある音速cの変化が理論より小さいということ
と等価であると考えられる。さらに、2つの共振周波数
1、f2での位相変化の割合が異なるということは、
(1)、(2)式の音速cの勾配α、βがそれぞれ異なると
いうことと等価であると考えられる。このことを図示す
ると、図10に示すようになり、勾配α、βには次式の
関係が成り立つ。
C = c 0 + 0.6t (9) However, due to the phase characteristics of the sound source, the frequency change with respect to the temperature change becomes smaller than the theoretical value (Δf 1 > Δt)
f 1 ′) and the rate of phase change at the two resonance frequencies f 1 and f 2 is different ((Δf 1 ′ / Δf 1 ) ≠ (Δf 2 ′ / Δ
f 2 )) means that the change of the formulas (1) and (2) is smaller than the theory with respect to the temperature change. Therefore, the change of the sound speed c in the numerator of the formulas (1) and (2) is This is considered to be equivalent to being smaller than theory. Furthermore, the fact that the ratio of the phase change at the two resonance frequencies f 1 and f 2 is different means that
This is considered to be equivalent to the fact that the gradients α and β of the sound speed c in the equations (1) and (2) are different from each other. This is illustrated in FIG. 10, and the following relationship is established between the gradients α and β.

【0042】 α<0.6 かつ β<0.6 かつ α≠β (10) そして、特にα≠βが誤差の原因となっている。ゆえ
に、α=βならば理論通りの温度補償が行なわれるわけ
であり、図1に示した容積計においては、それを音響管
1の長さLを調整することで実現している。そこで、測
定された2つの共振周波数f1、f2の理論式を次式のよ
うに表わすことができる。
Α <0.6 and β <0.6 and α ≠ β (10) In particular, α ≠ β causes an error. Therefore, if α = β, the theoretical temperature compensation is performed, and in the volume meter shown in FIG. 1, this is realized by adjusting the length L of the acoustic tube 1. Therefore, the theoretical formula of the two measured resonance frequencies f 1 and f 2 can be expressed as the following formula.

【0043】 f1={(c0+αt)/2π}・√(S/LV) (11) f2=(c0+βt)/2L (12) (11)、(12)式で温度tの項を計算上で消去すれば温
度補償が行なわれることになる。ゆえに、(11)、(1
2)式より次式が得られる。
F 1 = {(c 0 + αt) / 2π} · √ (S / LV) (11) f 2 = (c 0 + βt) / 2L (12) The temperature t is calculated by the equations (11) and (12). If the term is eliminated in the calculation, temperature compensation will be performed. Therefore, (11), (1
The following equation is obtained from the equation (2).

【0044】 V=[{A+(α/β)(Bf2−A)}/f1]2 (13) そして、既知の容積の容器を用い、恒温槽で温度変化実
験を行なえば、差Δf1′、Δf2′を求めることがで
き、また差Δf1、Δf2は(1)、(2)式から求めること
ができ、次式により比α/βを求めることができる。
V = [{A + (α / β) (Bf 2 −A)} / f 1 ] 2 (13) Then, if a temperature change experiment is performed in a thermostat using a container having a known volume, the difference Δf 1 ′ and Δf 2 ′ can be obtained, and the differences Δf 1 and Δf 2 can be obtained from the equations (1) and (2). The ratio α / β can be obtained from the following equation.

【0045】 α/β=(Δf1′/Δf1)/(Δf2′/Δf2) (14) この比α/βの値と実験で求められた共振周波数f1
2を(13)式に代入し、定数A、Bを求める。ここ
で、(13)式は理想的な条件下での理論式であるから、
実際は定数a、bを用いた次式を用いて容積Vを求めれ
ばよい。
Α / β = (Δf 1 ′ / Δf 1 ) / (Δf 2 ′ / Δf 2 ) (14) The value of the ratio α / β and the resonance frequency f 1 ,
substituting f 2 in equation (13), determining the constants A, B. Here, since equation (13) is a theoretical equation under ideal conditions,
Actually, the volume V may be obtained using the following equation using the constants a and b.

【0046】 V=a[{A+(α/β)(Bf2−A)}/f1]2+b (15) この定数a、bは容器の容積を変化させるか、もしくは
容積の異なる他の容器を用いた較正により実験的に求め
る。
V = a [{A + (α / β) (Bf 2 −A)} / f 1 ] 2 + b (15) The constants a and b change the volume of the container or other constants having different volumes. It is determined experimentally by calibration using a container.

【0047】したがって、図9に示した容積計において
は、周波数測定手段19によって共振周波数f1、f2
求め、演算手段16bによって(15)式で容積Vを求め
る。
Accordingly, in the volume meter shown in FIG. 9, the resonance frequencies f 1 and f 2 are obtained by the frequency measuring means 19, and the volume V is obtained by the equation (15) by the calculating means 16b.

【0048】図9に示したような容積計においては、比
α/βを用いて容積Vを求めるから、共振周波数f1
2に応じて温度補償を行なうことができるので、被測
定容器2の容積Vを正確に測定することができる。
In the volume meter as shown in FIG. 9, since the volume V is obtained using the ratio α / β, the resonance frequency f 1 ,
Since temperature compensation can be performed according to f 2 , the volume V of the container 2 to be measured can be accurately measured.

【0049】なお、容積Vを求める式は(15)式に限定
されるものではなく、他の近似式でもよい。
The equation for obtaining the volume V is not limited to the equation (15), but may be another approximate equation.

【0050】図11はこの発明に係る他の容積計を示す
図である。図に示すように、比α/βを用いた(15)式
で容積Vを求める演算手段26bが設けられている。
FIG. 11 is a view showing another volume meter according to the present invention. As shown in the figure, a calculating means 26b for obtaining the volume V by the equation (15) using the ratio α / β is provided.

【0051】この容積計においては、演算手段26bが
伝達関数H1(f)、H2(f)を求め、伝達関数H1(f)、
2(f)から共振点軌跡線21a、21bを用いずに共
振周波数f1、f2を演算し、(15)式で容積Vを求め
る。
In this volume meter, the calculating means 26b calculates the transfer functions H 1 (f) and H 2 (f), and calculates the transfer functions H 1 (f) and H 1 (f).
The resonance frequencies f 1 and f 2 are calculated from H 2 (f) without using the resonance point trajectory lines 21a and 21b, and the volume V is obtained by the equation (15).

【0052】このような容積計においても、比α/βを
用いて容積Vを求めるから、共振周波数f1、f2に応じ
て温度補償を行なうことができるので、被測定容器2の
容積を正確に測定することができる。
Also in such a volume meter, since the volume V is obtained using the ratio α / β, temperature compensation can be performed according to the resonance frequencies f 1 and f 2. It can be measured accurately.

【0053】なお、図1に示した実施例においては、共
振周波数f1、f2に対する位相の変化の割合を等しくす
るために、音響管1aの長さを調節したが、音響管の長
さ以外の形状を調節してもよい。また、図9に示した容
積計に図7、図8に示した補助容器28を設けてもよ
い。また、ヘルムホルツ共鳴器と音響管とを対象とする
場合のみならず、ヘルムホルツ共鳴器と音響管及び補助
容器とを対象としてもよい。また、音響管の形状を変え
ずに、補助容器の形状を変えてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the length of the acoustic tube 1a is adjusted in order to equalize the rate of phase change with respect to the resonance frequencies f 1 and f 2 . Other shapes may be adjusted. The auxiliary container 28 shown in FIGS. 7 and 8 may be provided in the volume meter shown in FIG. Further, the present invention may be applied not only to the Helmholtz resonator and the acoustic tube but also to the Helmholtz resonator, the acoustic tube and the auxiliary container. Further, the shape of the auxiliary container may be changed without changing the shape of the acoustic tube.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る容
積計においては、温度に対するヘルムホルツ共鳴器の伝
達関数位相特性上の共振点軌跡及び温度に対する音響管
の伝達関数位相特性上の共振点軌跡を予め記憶してお
き、検出した伝達関数位相特性と、記憶された両共振点
軌跡との交点から両共振周波数を算出するようにしてい
るから、両共振周波数における位相の変化量がそれぞれ
異なる場合でも、常に共振点の正確な周波数を求めるこ
とができるので、被測定容器の容積を正確に測定するこ
とができる。
As described above, in the volume meter according to the present invention, the resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to the temperature and the resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to the temperature. Is stored in advance, and the two resonance frequencies are calculated from the intersection of the detected transfer function phase characteristic and the stored two resonance point trajectories. However, since the accurate frequency of the resonance point can always be obtained, the volume of the container to be measured can be accurately measured.

【0055】また、温度に対するヘルムホルツ共鳴器の
伝達関数位相特性上の共振点軌跡に対応する第1の定数
及び温度に対する音響管及び補助容器の伝達関数位相特
性上の共振点軌跡に対応する第2の定数を予め記憶して
おき、算出したヘルムホルツ共鳴器の共振周波数、音響
管及び補助容器の共振周波数、第1の定数及び第2の定
数に基づき被測定容器の容積を算出するから、両共振周
波数に応じて温度補償を行なうことができるので、被測
定容器の容積を正確に測定することができる。
A first constant corresponding to the resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to the temperature, and a second constant corresponding to the resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the acoustic tube and the auxiliary container with respect to the temperature. Is stored in advance, and the volume of the container to be measured is calculated based on the calculated resonance frequency of the Helmholtz resonator, the resonance frequency of the acoustic tube and the auxiliary container, and the first and second constants. Since the temperature can be compensated according to the frequency, the volume of the container to be measured can be accurately measured.

【0056】また、温度に対するヘルムホルツ共鳴器の
伝達関数位相特性上の共振点軌跡と、温度に対する音響
管の伝達関数位相特性上の共振点軌跡との傾きが一致す
るように音響管の形状を設定するから、両共振周波数に
対する位相の変化の割合が等しくなるので、被測定容器
の容積を正確に測定することができる。
The shape of the acoustic tube is set so that the slope of the resonance point trajectory on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature and the resonance point trajectory of the transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to temperature match. Therefore, the rate of change of the phase with respect to both resonance frequencies becomes equal, so that the volume of the container to be measured can be accurately measured.

【0057】また、音響管の周囲を補助容器で覆ってい
るから、外乱の侵入を防ぐことができるので、被測定容
器の容積を正確にかつ安定して測定することができる。
Further, since the surroundings of the acoustic tube are covered with the auxiliary container, the intrusion of disturbance can be prevented, so that the volume of the container to be measured can be accurately and stably measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係る容積計を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a volume meter according to the present invention.

【図2】図1に示した容積計の動作を説明するためのグ
ラフである。
FIG. 2 is a graph for explaining the operation of the volume meter shown in FIG.

【図3】図1に示した容積計の動作を説明するためのグ
ラフである。
FIG. 3 is a graph for explaining the operation of the volume meter shown in FIG. 1;

【図4】ヘルムホルツ共鳴器の位相特性を説明するグラ
フである。
FIG. 4 is a graph illustrating phase characteristics of a Helmholtz resonator.

【図5】図1に示した容積計の音響管の長さを設定する
方法の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for setting the length of an acoustic tube of the volume meter shown in FIG. 1;

【図6】この発明に係る他の容積計を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another volume meter according to the present invention.

【図7】この発明に係る他の容積計を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another volume meter according to the present invention.

【図8】この発明に係る他の容積計を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing another volume meter according to the present invention.

【図9】この発明に係る他の容積計を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing another volume meter according to the present invention.

【図10】温度と音速との関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between temperature and sound speed.

【図11】この発明に係る他の容積計を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing another volume meter according to the present invention.

【図12】音源の周波数特性を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing frequency characteristics of a sound source.

【図13】従来の容積計の問題点を説明するための図で
ある。
FIG. 13 is a diagram for explaining a problem of a conventional volume meter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1a…音響管 2…被測定容器 4…音源 5a、5b…マイクロホン 15a、15b…PLL回路 23…FFTアナライザ 28…補助容器 1, 1a ... Acoustic tube 2 ... Container to be measured 4 ... Sound source 5a, 5b ... Microphone 15a, 15b ... PLL circuit 23 ... FFT analyzer 28 ... Auxiliary container

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01F 17/00 G01F 22/02 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01F 17/00 G01F 22/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】音響管の一端に被測定容器を接続したヘル
ムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達
関数位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数
と、上記音響管の共振周波数とを算出し、両共振周波数
に基づき上記被測定容器の容積を算出する容積計におい
て、 温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特
性上の共振点軌跡及び温度に対する上記音響管の伝達関
数位相特性上の共振点軌跡を予め記憶しておき、検出し
た上記伝達関数位相特性と、記憶された両共振点軌跡と
の交点から上記両共振周波数を算出するようにしたこと
を特徴とする容積計。
A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube is detected, and a resonance frequency of the Helmholtz resonator and a resonance frequency of the acoustic tube are determined from the transfer function phase characteristic. And a volume meter for calculating the volume of the container to be measured based on the two resonance frequencies, wherein a resonance point locus on a transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to a temperature and a transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to a temperature are provided. Wherein the two resonance frequencies are calculated in advance from the intersection between the detected transfer function phase characteristic and the stored two resonance point trajectories.
【請求項2】音響管の一端に被測定容器を接続したヘル
ムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達
関数位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数
と、上記音響管の共振周波数とを算出し、温度に対する
上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性上の共振点
軌跡に対応する第1の定数及び温度に対する上記音響管
の伝達関数位相特性上の共振点軌跡に対応する第2の定
数を予め記憶しておき、算出した上記ヘルムホルツ共鳴
器の共振周波数、上記音響管の共振周波数、上記第1の
定数及び上記第2の定数に基づき上記被測定容器の容積
を算出することを特徴とする容積計。
2. A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube is detected, and a resonance frequency of the Helmholtz resonator and a resonance frequency of the acoustic tube are determined from the transfer function phase characteristic. And a second constant corresponding to a resonance point trajectory on the transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to temperature and a first constant corresponding to a resonance point trajectory on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature. Is stored in advance, and the volume of the container to be measured is calculated based on the calculated resonance frequency of the Helmholtz resonator, the resonance frequency of the acoustic tube, the first constant, and the second constant. Volumetric meter.
【請求項3】音響管の一端に被測定容器を接続したヘル
ムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達
関数位相特性から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数
と、上記音響管の共振周波数とを算出し、両共振周波数
に基づき上記被測定容器の容積を算出する容積計におい
て、 温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特
性上の共振点軌跡と、温度に対する上記音響管の伝達関
数位相特性上の共振点軌跡との傾きが一致するように上
記音響管の形状を設定したことを特徴とする容積計。
3. A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube, and a resonance frequency of the Helmholtz resonator and a resonance frequency of the acoustic tube are determined from the transfer function phase characteristic. And a volumetric meter for calculating the volume of the container under measurement based on the two resonance frequencies, comprising: a resonance point locus on a transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature; and a transfer function phase characteristic of the acoustic tube with respect to temperature. A volume meter wherein the shape of the acoustic tube is set so that the inclination of the acoustic tube coincides with the locus of the resonance point.
【請求項4】音響管の一端に被測定容器を接続し、かつ
上記音響管の周囲を補助容器で覆ったヘルムホルツ共鳴
器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達関数位相特性
から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と、上記音響
管及び上記補助容器の共振周波数とを算出し、両共振周
波数に基づき上記被測定容器の容積を算出する容積計に
おいて、 温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特
性上の共振点軌跡及び温度に対する上記音響管及び上記
補助容器の伝達関数位相特性上の共振点軌跡を予め記憶
しておき、検出した上記伝達関数位相特性と、記憶され
た両共振点軌跡との交点から上記両共振周波数を算出す
るようにしたことを特徴とする容積計。
4. A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube and the periphery of the acoustic tube is covered with an auxiliary container, and the Helmholtz resonance is detected from the transfer function phase characteristic. Calculating the resonance frequency of the measuring device and the resonance frequency of the acoustic tube and the auxiliary container, and calculating the volume of the container to be measured based on the two resonance frequencies, wherein the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature The resonance point trajectory on the transfer function phase characteristic of the acoustic tube and the auxiliary container with respect to the resonance point trajectory and the temperature above is stored in advance, and the detected transfer function phase characteristic and the stored resonance point trajectory are compared. A volume meter, wherein the two resonance frequencies are calculated from an intersection.
【請求項5】音響管の一端に被測定容器を接続し、かつ
上記音響管の周囲を補助容器で覆ったヘルムホルツ共鳴
器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達関数位相特性
から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と、上記音響
管及び上記補助容器の共振周波数とを算出し、温度に対
する上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特性上の共
振点軌跡に対応する第1の定数及び温度に対する上記音
響管及び上記補助容器の伝達関数位相特性上の共振点軌
跡に対応する第2の定数を予め記憶しておき、算出した
上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数、上記音響管及び
上記補助容器の共振周波数、上記第1の定数及び上記第
2の定数に基づき上記被測定容器の容積を算出すること
を特徴とする容積計。
5. A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube and the periphery of the acoustic tube is covered with an auxiliary container, and the Helmholtz resonance is detected from the transfer function phase characteristic. Calculating the resonance frequency of the acoustic tube and the resonance frequency of the acoustic tube and the auxiliary container, and calculating the first constant corresponding to the resonance point locus on the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature and the acoustic tube with respect to temperature. And a second constant corresponding to a resonance point locus on a transfer function phase characteristic of the auxiliary container is stored in advance, and the calculated resonance frequency of the Helmholtz resonator, the resonance frequency of the acoustic tube and the resonance frequency of the auxiliary container, A volume meter for calculating a volume of the container to be measured based on a first constant and the second constant.
【請求項6】音響管の一端に被測定容器を接続し、かつ
上記音響管の周囲を補助容器で覆ったヘルムホルツ共鳴
器の伝達関数位相特性を検出し、上記伝達関数位相特性
から上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と、上記音響
管及び上記補助容器の共振周波数とを算出し、両共振周
波数に基づき上記被測定容器の容積を算出する容積計に
おいて、 温度に対する上記ヘルムホルツ共鳴器の伝達関数位相特
性上の共振点軌跡と、温度に対する上記音響管及び上記
補助容器の伝達関数位相特性上の共振点軌跡との傾きが
一致するように上記音響管又は上記補助容器の形状を設
定したことを特徴とする容積計。
6. A transfer function phase characteristic of a Helmholtz resonator in which a container to be measured is connected to one end of an acoustic tube and the periphery of the acoustic tube is covered with an auxiliary container, and the Helmholtz resonance is detected from the transfer function phase characteristic. Calculating the resonance frequency of the measuring device and the resonance frequency of the acoustic tube and the auxiliary container, and calculating the volume of the container to be measured based on the two resonance frequencies, wherein the transfer function phase characteristic of the Helmholtz resonator with respect to temperature The shape of the acoustic tube or the auxiliary container is set so that the inclination of the resonance point trajectory above and the resonance point trajectory on the transfer function phase characteristics of the acoustic tube and the auxiliary container with respect to temperature match. Volumetric meter.
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