JP3666798B2 - 超音波信号を案内する超音波導波体 - Google Patents

超音波信号を案内する超音波導波体 Download PDF

Info

Publication number
JP3666798B2
JP3666798B2 JP2000334567A JP2000334567A JP3666798B2 JP 3666798 B2 JP3666798 B2 JP 3666798B2 JP 2000334567 A JP2000334567 A JP 2000334567A JP 2000334567 A JP2000334567 A JP 2000334567A JP 3666798 B2 JP3666798 B2 JP 3666798B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
waveguide
sheet
wave guide
ultrasonic signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000334567A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2001147143A (ja
Inventor
マルニクス ヘインスデイク アレクサンダー
マーティン ヴァン クロースター ジェルーン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krohne AG
Original Assignee
Krohne AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krohne AG filed Critical Krohne AG
Publication of JP2001147143A publication Critical patent/JP2001147143A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3666798B2 publication Critical patent/JP3666798B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662Constructional details
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/22Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound for conducting sound through hollow pipes, e.g. speaking tubes
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/24Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound for conducting sound through solid bodies, e.g. wires
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02836Flow rate, liquid level
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02881Temperature

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め定められた周波数領域に存在する超音波信号を案内する超音波導波体に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の超音波導波体は例えば超音波流量測定装置に使用される。超音波流量測定装置では、典型的には超音波トランスデューサとして圧電結晶が使用され、この圧電結晶により超音波信号が形成され、また超音波信号が検出される。
【0003】
圧電結晶は所定の温度、いわゆるキュリー温度Tcを超えて使用することはできない。なぜならキュリー温度Tcを越えると結晶の強誘電性ないし強磁性の相が存在しないことが圧電特性の前提であるからである。ただし流動媒体の流量を超音波流量測定装置によって測定する際に媒体がきわめて高温で圧電結晶がキュリー温度を越える場合、超音波流量測定装置の確実な動作のためには、超音波トランスデューサを高温の媒体からある程度温度的にアイソレーションする必要がある。これにより一方では超音波トランスデューサと高温の媒体との最良の熱アイソレーションが保証され、他方では最大限に損失およびノイズのない超音波信号の伝送が保証される。このような超音波導波体を用いれば超音波トランスデューサによって形成された超音波信号を流動媒体中に入力結合することができ、実際の超音波トランスデューサ自体を高温の媒体から空間的に離間し、熱的にアイソレーションすることができる。
【0004】
従来の超音波流量測定装置では超音波導波体として、例えば国際出願公開第96/41157号明細書に記載されているような構造が使用される。この場合超音波導波体として相互に並列なきわめて薄い複数のスタブが使用される。個々のスタブ径はそれぞれ案内すべき超音波信号の波長よりもはるかに小さい。典型的にはスタブは相互に密接して管内にはめ込まれ、この管がスタブを側方から支承しており、これによりコンパクトな超音波導波体が得られる。ただしこうした従来の構造では、1MHz以上のきわめて高い超音波信号を案内するために0,1mmよりも格段に小さいスタブ径が必要である。こうした薄いスタブの製造はきわめて複雑で手間がかかり、コストも高くなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単に製造可能で低コストの超音波導波体を提供し、20MHzまでの高周波数の超音波信号を僅かな減衰および散乱で伝送できるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この課題は、超音波導波体が巻き回されたシートを有しており、シートの層厚さは予め定められた周波数領域に存在するシート材料内の超音波信号の最小の波長よりも格段に小さい超音波導波体を構成して解決される。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、超音波導波体内の超音波信号の減衰およびノイズが導波体の寸法に依存しているという事実が利用される。超音波導波体内の超音波信号の減衰およびノイズは主として超音波信号の散乱および分散を引き起こす。ただしこの効果は、超音波導波体のジオメトリ寸法、すなわち幅と高さとが超音波導波体の材料内の超音波信号の波長よりも格段に小さい場合に急激に目立たなくなる。超音波信号の散乱および分散は同様に超音波導波体が実質的に無限の広がりで拡大されている場合には予測しなくてよい。
【0008】
したがって伝搬平面においていわば無限の広がりで拡大されていると見なすことのできるシートでは、基準となる寸法はシートの層厚さである。この層厚さを相応に小さく選定しなければならない。シートが巻き回されている場合、スタブ形状の超音波導波体が得られ、この導波体は実質的に散乱および分散のない超音波導波体への要求を満足する。巻き回されたシートでは相互に隣接するシートの層が直接に相互に接しているが、このように巻き回されたシートの超音波導波特性はバルク材料から成る相応のスタブの導波特性には相応しない。個々の層の間の界面に基づいてこのように巻き回されたシートの超音波導波特性については、シートの各層を個々に考察する。相互に隣接する層の間にはインピーダンスの跳躍的変化が生じており、この跳躍的変化は超音波導波、すなわち当該の超音波信号の導波のための個々の層を相互に“分離”している。この場合超音波導波体内の超音波信号をほぼ散乱および分散なく導波するためには、各層をそれ自体として捉え、上述のジオメトリ上の要求を満足させるようにすれば充分である。したがって実際には、層厚さは超音波導波体の材料内を伝送される超音波信号の波長よりも格段に小さく構成される。
【0009】
本発明の超音波導波体を巻き回されたシートを用いて設計する際には、したがってまず超音波導波体を介して案内される超音波信号がどの程度の最大周波数を有するかを検査しなければならない。これにより使用されるシートの層厚さを相応に小さく選定することができる。その結果超音波導波体内の超音波信号の散乱および分散を大幅に抑圧することができる。
【0010】
本発明の超音波導波体は全ての波長領域において可聴スペクトルから20MHzを越える周波数までを使用可能である。ただし有利には本発明の超音波導波体は15kHz〜20MHzの周波数領域で使用される。この場合シートの層厚さは0.1mmよりも小さい。
【0011】
本発明の超音波導波体の巻き回されたシートの材料として複数の材料を使用可能である。有利にはこのシートは金属および/またはセラミクスおよび/またはプラスティックから形成される。
【0012】
巻き回されたシートを用いるだけで、本発明の超音波導波体では前述の良好な導波特性が達成される。有利にはシートが例えば滑りばめにより管内にはめ込まれている。その場合管は超音波導波体を安定に支承し、導波体を例えば超音波流量測定装置内へ組み込むことが容易になる。管自体に対しても複数の材料を使用可能となり、有利には管は金属から形成される。
【0013】
巻き回されたシートの端部には典型的には超音波トランスデューサが設けられているので、超音波信号は超音波導波体内に入力結合されるか、または超音波信号が超音波導波体から受信される。超音波トランスデューサは一般に圧電結晶を有しており、直接にシートの層の処理されていない端面へ取り付けられる。ただし有利には、巻き回されたシートを有する超音波導波体の端部は溶接されて構成されている。特に有利には、TIG(Tungsten Inert Gas)プロセス、すなわちタングステン不活性ガスによる溶接が行われる。これにより、溶接された端部を溶接後に面削りした場合、特に平坦な平面と本発明の超音波導波体内の超音波信号の最適な入力結合性が達成される。
【0014】
本発明の有利な実施形態によれば、シートの層厚さは内側から外側へ向かって変化している。ただし超音波導波体が種々の層および/または種々の材料から成る複数の巻き回されたシートを有するように構成してもよい。こうした手段によれば、超音波導波体から出力される超音波信号を予め定められたように成形し、例えば所定の適用分野で相応に案内ないしフォーカシングすることができる。これらの手段は超音波信号が超音波導波体内を伝搬する伝搬速度がそのつどのインピーダンス、とりわけ相応の超音波信号の成分が案内されるそれぞれのシート層の層厚さに依存することに基づいている。同様のことが種々の材料内での超音波信号の種々の伝搬速度にも当てはまる。
【0015】
本発明の超音波導波体は多方面で使用可能である。有利には本発明の超音波導波体は、高温の媒体の流量を求める超音波流量測定装置に組み込まれる。
【0016】
【実施例】
詳細には本発明の超音波導波体を構成ないし実施する複数の手段が存在する。このために一方では請求項1をはじめとする特許請求の範囲が開示されており、他方では以下に本発明の有利な実施例を図を用いて詳細に説明する。
【0017】
図1には概略的に本発明の有利な実施例による超音波導波体が示されている。この超音波導波体は巻き回されたシート1を有しており、このシートは管2内へ滑りばめ(Passsitz)により挿入されている。図1に示された本発明の有利な実施例によれば、シート1および管2は貴金属から形成される。図1の超音波導波体は一定の尺度で示されたものではない。シート1の層厚さはほぼ0.1mmであり、超音波信号は1MHzをはるかに上回る周波数で、大きな散乱ないし分散効果なしに案内される。超音波導波体の長さは、本発明の有利な実施例によれば0.6mであり、管2の壁厚さは1mm、内径は14mmである。この超音波導波体を用いると、1MHzの周波数の超音波信号で5dB/m以下の減衰を達成することができる。
【0018】
図2には本発明の有利な実施例により、溶接および面削りされた端部3とこの端部3に結合された超音波トランスデューサ4とを備えた超音波導波体が示されている。TIG溶接と続く超音波導波体の端部の面削りとによりきわめて平坦な表面が得られ、超音波トランスデューサ4内で形成される超音波信号を超音波導波体内で最適に伝送することができ、またこの超音波導波体からの超音波信号を超音波トランスデューサ4によってノイズなしに受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有利な実施例による超音波導波体の概略図である。
【図2】本発明の有利な実施例により結合された超音波トランスデューサを備えた超音波導波体の概略的な断面図である。
【符号の説明】
1 シート
2 管
3 端部
4 超音波トランスデューサ

Claims (1)

  1. 予め定められた周波数領域に存在する超音波信号を案内する超音波導波体において、
    超音波導波体が巻き回されたシート(1)を有しており、
    該シートの層厚さはシート材料内の予め定められた周波数領域の超音波信号の最小波長よりも格段に小さい、
    ことを特徴とする超音波信号を案内する超音波導波体。
JP2000334567A 1999-11-03 2000-11-01 超音波信号を案内する超音波導波体 Expired - Fee Related JP3666798B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19952510 1999-11-03
DE19952510.2 1999-11-16
DE19955165.0 1999-11-16
DE19955165 1999-11-16
US09/706,104 US6400648B1 (en) 1999-11-03 2000-11-03 Ultrasonic waveguide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001147143A JP2001147143A (ja) 2001-05-29
JP3666798B2 true JP3666798B2 (ja) 2005-06-29

Family

ID=27219330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000334567A Expired - Fee Related JP3666798B2 (ja) 1999-11-03 2000-11-01 超音波信号を案内する超音波導波体

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6400648B1 (ja)
EP (1) EP1098295B1 (ja)
JP (1) JP3666798B2 (ja)
AT (1) ATE263411T1 (ja)
BR (1) BR0005235A (ja)
DE (2) DE10021187C1 (ja)
DK (1) DK1098295T3 (ja)
NO (1) NO327799B1 (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10021187C1 (de) * 1999-11-03 2001-05-31 Krohne Ag Ultraschallwellenleiter
EP1293960A3 (de) * 2001-09-14 2004-09-08 Krohne AG Ultraschallwellensende- bzw. -empfangsvorrichtung mit einem Ultraschallwandler und einem Ultraschallwellenleiter
DE10153297C2 (de) * 2001-09-14 2003-09-25 Krohne Ag Basel Meßgerät
DE10205545B4 (de) * 2001-11-28 2005-09-15 Krohne Ag Durchflußmeßgerät
US20030212332A1 (en) * 2002-05-13 2003-11-13 Paul Fenton Disposable ultrasonic soft tissue cutting and coagulation systems
US7156201B2 (en) * 2004-11-04 2007-01-02 Advanced Ultrasonic Solutions, Inc. Ultrasonic rod waveguide-radiator
GB2431991A (en) * 2005-11-04 2007-05-09 Imp College Innovations Ltd Waveguide for ultrasonic non-destructive testing
EP2122868B1 (en) 2006-12-21 2015-08-26 BAE Systems PLC Data transfer
DE102007027392B3 (de) * 2007-06-11 2009-01-15 Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. Verfahren zur Messung von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten in flüssigen Schmelzen
DE102007027391B3 (de) * 2007-06-11 2009-01-08 Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. Ultraschallsensor zur Messung von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten in flüssigen Schmelzen
US8090131B2 (en) * 2007-07-11 2012-01-03 Elster NV/SA Steerable acoustic waveguide
DE102007042663A1 (de) 2007-09-10 2009-03-12 Krohne Ag Ultraschallsonde
US8623040B2 (en) 2009-07-01 2014-01-07 Alcon Research, Ltd. Phacoemulsification hook tip
WO2011027168A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Bae Systems Plc Acoustic transmission
DE202009014773U1 (de) * 2009-11-02 2011-03-24 Seuthe, Ulrich Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler, Vorrichtung zur Erfassung von Schall
DE102009046862A1 (de) 2009-11-19 2011-05-26 Endress + Hauser Flowtec Ag Koppelelement eines Sensors eines Ultraschall-Durchflussmessgeräts
US10258505B2 (en) 2010-09-17 2019-04-16 Alcon Research, Ltd. Balanced phacoemulsification tip
GB2495735A (en) * 2011-10-18 2013-04-24 Bae Systems Plc Transducer for acoustic communications
CA3141016C (en) 2015-04-24 2023-12-19 Les Solutions Medicales Soundbite Inc. Method and system for generating mechanical pulses

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1411069A (fr) * 1964-07-02 1965-09-17 Realisations Ultrasoniques Sa Structure permettant la propagation des impulsions élastiques sans échos de falaise
JPS54162280A (en) * 1978-06-13 1979-12-22 Nippon Denshi Kogyo Kk Transmission cable of ultrasoniccwave device
US4337843A (en) * 1980-07-22 1982-07-06 Electric Power Research Institute, Inc. Sonic waveguide arrangement using different waveguides and technique for coupling the waveguides together
US4392380A (en) * 1981-02-11 1983-07-12 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy High temperature pressure coupled ultrasonic waveguide
JPH11507723A (ja) * 1995-06-07 1999-07-06 パナメトリクス インコーポレイテッド 超音波行路バンドル及びシステム
DE10021187C1 (de) * 1999-11-03 2001-05-31 Krohne Ag Ultraschallwellenleiter

Also Published As

Publication number Publication date
ATE263411T1 (de) 2004-04-15
EP1098295B1 (de) 2004-03-31
US6400648B1 (en) 2002-06-04
EP1098295A3 (de) 2002-03-13
JP2001147143A (ja) 2001-05-29
NO327799B1 (no) 2009-09-28
NO20005509L (no) 2001-05-04
EP1098295A2 (de) 2001-05-09
DE10021187C1 (de) 2001-05-31
DE50005881D1 (de) 2004-05-06
DK1098295T3 (da) 2004-07-26
NO20005509D0 (no) 2000-11-01
BR0005235A (pt) 2001-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3666798B2 (ja) 超音波信号を案内する超音波導波体
JP4495396B2 (ja) 流量測定器
US7360448B2 (en) Ultrasonic flow sensor having reflecting interface
US4077023A (en) Elastic waveguide
KR101244642B1 (ko) 액상 용융물의 국부 유량을 측정하는 초음파 센서
KR880003171A (ko) 자기 가열 특징을 구비한 표면 음파가스 흐름률 센서
CN106461436B (zh) 超声波流量计
JP5582480B2 (ja) 流量測定装置
JP2007508556A (ja) 管壁に取り付けるべき超音波クランプオン測定ヘッドの結合装置
JP2003106880A (ja) 超音波送受信装置
JP2014085254A (ja) 超音波流量計及びこれを備える流体制御装置
US8560252B2 (en) Coupling element of a sensor of an ultrasonic, flow measuring device
US6513391B2 (en) Transmitting and/or receiving head for sonic flowmeters
US20150355004A1 (en) Ultrasonic flowmeter and ultrasonic flowmeter attaching method
JP2018529973A (ja) 超音波フローメータ
JP5201525B2 (ja) 流量測定装置
JPH0449948B2 (ja)
JP4459828B2 (ja) 超音波流量計
US20100052479A1 (en) Remote ultrasonic transducer system
WO1994009342A1 (en) Acoustic flowmeter
JP6393074B2 (ja) 超音波吸収体の貼付方法及び超音波流量計
JP5655194B2 (ja) 流量測定装置
JPH06229989A (ja) 超音波増幅器
JP2003139591A (ja) 超音波流量計
JP2735637B2 (ja) 超音波センサ

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050302

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050401

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090415

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100415

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100415

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110415

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120415

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees