JP3711885B2

JP3711885B2 - Pipe internal pressure measuring device and pipe internal pressure measuring method

Info

Publication number: JP3711885B2
Application number: JP2001101352A
Authority: JP
Inventors: 昌弘山田; 純久保; 勝西谷; 修司鳥居
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002296133A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体の圧力の測定に関して、たとえば、特開平８−２１０９２５号公報には、圧力の変動に応じて共振周波数が変化する超音波振動子を流体内に挿入して、挿入した振動子の機械的振動エネルギーを流体の容器に伝搬させ、容器を介して伝搬された振動エネルギーに基づいて流体の圧力を測定する技術が開示されている。
【０００３】
しかし、上記技術では、たとえば、自動車のブレーキオイルのパイプなど、振動子を挿入するための個所が設けられていないものの内部を通る流体の圧力を測定する場合、パイプの任意の場所について振動子用の穴を設けて超音波振動子を挿入する必要がある。これでは、流体の圧力を測定できたとしても、穴を設けたパイプは今後利用できなくないので、パイプ内の流体の圧力を測定することによってパイプの適否を調べるための実験では意味がなくなってしまう。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、非破壊で、パイプ内の流体の圧力を測定することができるパイプ内圧測定装置がある。図８は、従来のパイプ内圧測定装置を示し、（Ａ）はパイプ内圧測定装置の正面図、（Ｂ）はパイプ内圧測定装置の側面図である。このパイプ内圧測定装置は、図８に示すように、超音波振動子８０と超音波検出器８１とをパイプ８２に対して対称の位置に配置し、超音波を超音波振動子８０から出力してレンズ８３で収束させ、パイプ８２およびパイプ８２内の流体を介して超音波検出器８１で検出する。
【０００５】
そして、超音波を超音波振動子８０が出力してから超音波検出器８１が検出するまでの時間、および超音波振動子８０から超音波検出器８１までの距離に基づいて超音波の速度を算出し、算出した超音波の速度を使用して、予め求められている超音波の速度と流体の圧力との関係に基づいて、流体の圧力を求めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記パイプ内圧測定装置では、超音波振動子８０から出力された超音波をレンズ８３で一点に収束しているため、パイプ断面で見れば、超音波はパイプ８２の中心を通り超音波検出器８１に受信されているように見えるが、パイプ長手方向断面で見れば、超音波は乱反射によって拡散し、超音波検出器８１に強い超音波が到達していない。これは、パイプ断面では、パイプ８２の円周に対して垂直に超音波が入射されているが、パイプ長手方向断面では、パイプ８２の円周に対して垂直に超音波が入射されていないからである。
【０００７】
このような、従来のパイプ内圧測定装置では、超音波検出器８１による超音波の検出は、図９に示すような結果しか得られない。このような結果を用いたとしても、超音波が超音波検出器８１に検出された正確な時間を特定しにくいので、精度よい検査を達成することはできない。
【０００８】
また、超音波が乱反射してしまうので、パイプ８２内部で反復反射した超音波を超音波検出器８１で検出することができず、乱反射しなかった超音波のみしか、検査に使用することができない。これでは、超音波の伝達距離が短く、超音波の音速の変化による伝達時間の差が僅かにしか現れないような径の細いパイプについて、その内部の流体の圧力を測定することができない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、パイプ内の超音波の乱反射を防止し、パイプ内で反復反射した超音波まで検出して径が細いパイプについてもパイプ内の流体の圧力を測定することができるパイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１１】
（１）本発明のパイプ内圧測定装置は、パイプの長手方向に対する中心線上に指向するように超音波を出力する超音波出力手段と、前記パイプに対して前記超音波出力手段と対称の位置に配置され、前記超音波出力手段によって出力された超音波を検出する超音波検出手段と、前記超音波検出手段により検出された超音波のうち、パイプ内壁に反射してから前記超音波検出手段に検出された超音波に基づいて、前記パイプ内の圧力を算出するパイプ内圧算出手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
（２）前記超音波出力手段は、前記パイプの円周に沿った出力面を有し、前記パイプの円周に対して垂直に超音波を入射し、前記超音波検出手段は、前記パイプの円周に沿った受信面を有し、前記パイプの内部から円周に対して垂直に入射された超音波を受信する。
【００１４】
（３）前記出力面および前記受信面は、前記パイプの円周の半分以下に沿う。
【００１５】
（４）前記パイプ内圧算出手段は、超音波を前記超音波出力手段が出力してから前記超音波検出手段が検出するまでの時間を計測する計時手段と、前記計時手段によって計測された時間、および予め計測されている前記パイプの径に基づいて、超音波の速度を算出する速度算出手段と、前記速度算出手段によって算出された超音波の速度、および予め求められている超音波の速度とパイプ内の媒体の圧力との関係に基づいて、前記パイプ内の圧力を算出する圧力算出手段と、を有する。
【００１６】
（５）本発明のパイプ内圧測定方法は、パイプの長手方向に対する中心線上に指向するように超音波を出力する工程と、前記パイプに対して超音波を出力する位置と対称の位置において、超音波を検出する工程と、検出した超音波のうち、パイプ内壁に反射してから検出した超音波に基づいて、前記パイプ内の圧力を算出する工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
（６）前記超音波を出力する工程では、前記パイプの円周に沿った出力面から前記パイプの円周に対して垂直に超音波を入射し、前記超音波を検出する工程では、前記パイプの円周に沿った受信面において、前記パイプの内部から円周に対して垂直に入射された超音波を検出する。
【００１９】
（７）前記出力面は、前記パイプの円周の半分以下に沿う。
【００２０】
（８）圧力を算出する工程は、超音波が出力されてから検出されるまでの時間を計測する工程と、計測された時間、および予め計測されている前記パイプの径に基づいて、超音波の速度を算出する工程と、算出された超音波の速度、および予め求められている超音波の速度とパイプ内の媒体の圧力との関係に基づいて、前記パイプ内の圧力を算出する工程と、を有する。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、超音波をパイプの長手方向に対する中心線上に指向するので、パイプ内において超音波が乱反射することを防止し、拡散していない超音波を確実に検出し、正確にパイプ内の圧力を算出することができる。
【００２２】
また、パイプ内壁に反射してから検出された超音波に基づいて圧力を算出するので、超音波の伝搬距離をパイプ内での反復反射により実質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差を大きくすることができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、パイプの円周に沿った出力面からパイプの円周に対して垂直に超音波を入射するので、超音波が屈折することなく垂直にパイプ内に入り、パイプの中心を通って、垂直にパイプの外部に抜けることができ、超音波の乱反射を確実に防止することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、出力面および受信面がパイプの円周の半分以下に沿うので、出力面および受信面が相互に干渉することがなく、適切に超音波の送受信を行うことができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、パイプの内圧を算出することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、超音波をパイプの長手方向に対する中心線上に指向するので、パイプ内において超音波が乱反射することを防止し、拡散していない超音波を確実に検出し、正確にパイプ内の圧力を算出することができる。
【００２７】
また、パイプ内壁に反射してから検出された超音波に基づいて圧力を算出するので、超音波の伝搬距離をパイプ内での反復反射により実質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差を大きくすることができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、パイプの円周に沿った出力面からパイプの円周に対して垂直に超音波を入射するので、超音波が屈折することなく垂直にパイプ内に入り、パイプの中心を通って、垂直にパイプの外部に抜けることができ、超音波の乱反射を確実に防止することができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、出力面および受信面がパイプの円周の半分以下に沿うので、出力面および受信面が相互に干渉することがなく、適切に超音波の送受信を行うことができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、パイプの内圧を算出することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明のパイプ内圧測定装置の概略構成を示すブロック図、図２は、パイプ内圧測定装置をパイプに適用した様子を示す図、図３はパイプ内圧測定装置を示す図であり、（Ａ）はパイプのＡ−Ａ断面方向に見たパイプ内圧測定装置、（Ｂ）はパイプのＢ−Ｂ断面方向に見たパイプ内圧測定装置を示す図である。なお、図２および図３では、説明の容易のため、パイプ内圧測定装置１０の超音波振動子１１および超音波検出器１２以外の構成については図示していない。
【００３３】
図１に示すように、本発明のパイプ内圧測定装置１０は、超音波振動子１１と、超音波検出器１２と、制御部１３と、記憶部１４と、入力部１５とを含んで構成される。
【００３４】
超音波振動子１１は、パイプ２０の外周に取り付けられ、制御部１３の指示により超音波を出力する。超音波検出器１２は、超音波振動子１１とはパイプ２０に対して対称の位置においてパイプ２０の外周に取り付けられ、超音波振動子１１から出力された超音波をパイプ２０を介して受信することによって、超音波を検出する。
【００３５】
制御部１３は、超音波振動子１１が超音波を出力してから超音波検出器１２が検出するまでの時間を計時したり、計時した時間を使用して超音波の速度を算出したり、算出した超音波の速度を使用してパイプ２０内を通る流体の圧力を算出したりする。
【００３６】
記憶部１４は、超音波の速度を算出する際、および流体の圧力を算出する際に必要な情報を記憶する。ここで、必要な情報とは、パイプの外径および内径の情報や、パイプ内に流れる流体の圧力と流体内を伝搬する超音波の速度変化率との対応関係を示す情報などである。入力部１５は、記憶部１４に記憶するための情報を入力したり、パイプ２０内の圧力測定の開始の合図を入力したりするために使用される。
【００３７】
本発明のパイプ内圧測定装置１０は、具体的には、図２に示すように、超音波振動子１１および超音波検出器１２がパイプ２０に取り付けられる。
【００３８】
図２に示すように、本発明のパイプ内圧測定装置１０の超音波振動子１１および超音波検出器１２は、パイプ２０の外周に、パイプ２０に対して対称な位置に取り付けられる。このとき、パイプ２０内には、圧力を測定するための流体が流れている。
【００３９】
図３に示すように、超音波振動子１１は、パイプ２０の外周と同じ形状に成形された振動面３０を有し、この振動面３０においてカップリング剤が塗布され、パイプ２０の外周の一部に密着させられる。そして、超音波振動子１１は、振動面３０がパイプ２０の外周に対して垂直な方向に振動することによって、パイプ２０の中心線上に向かって線状にパルス状の超音波を出力する。したがって、パイプ２０には、その表面に対して垂直に超音波が入射される。パイプ２０に入射された超音波は、パイプ２０およびパイプ２０内を通る流体を介して、超音波検出器１２に伝搬される。
【００４０】
超音波検出器１２は、パイプ２０の外周と同じ形状に成形された受信面３１を有し、超音波振動子１１と同様に、受信面３１においてカップリング剤が塗布され、パイプ２０の外周の一部に密着させられており、その受信面３１において超音波を受信し検出する。超音波検出器１２による超音波の検出結果は、図４に示すようになる。なお、図４では、縦軸を受信した超音波の出力電圧（Ｖ）、横軸を超音波を受信するまでの時間、すなわち超音波の伝搬時間（μｓ）としている。
【００４１】
超音波は、超音波振動子１１からパイプ２０内に垂直に入射されるので、その多くがそのまま透過されて受信面３１に到達し、また、一部がパイプ２０の内壁で垂直に反復反射してから受信面３１に到達する。したがって、超音波検出器１２は、図４に示すように、全く反射せずに受信面３１に到達した超音波（図３に示す経路ａを伝搬する超音波）が明瞭に強く現れる第１透過波を検出し、さらに、パイプ２０内を反射してから受信面３１に到達した超音波（図３に示す経路ｂを伝搬する超音波）が第１透過波より小さいが明瞭に強く現れる第２透過波も検出することができる。なお、図３では、経路ｂを伝搬する超音波は、パイプ２０の内壁で位置がずれて垂直に反射しているように示されるが、これは反射の経路を明確にするためであり、実際は同じ位置で反射している。
【００４２】
なお、パイプ２０の肉厚内において反射する超音波もわずかにあるが、一般的に、パイプ２０および流体を反射せずに透過するか、またはパイプ２０内で反復反射する超音波がほとんどなので、肉厚内における超音波の反射による検出結果への影響はほとんどない。
【００４３】
図４に示すような超音波検出器１２による検出結果は、制御部１３に送られる。制御部１３は、検出結果に基づいて、超音波振動子１１による超音波の出力から超音波検出器１２による第２透過波の検出までの時間を計時する。そして、制御部１３は、記憶部１４に予め記憶されているパイプ２０の内径と外径との情報に基づいて、第２透過波が受信面３１に到達するまでの経路（図３に示すパイプ内反射波の伝搬する経路ｂ）、すなわち、パイプ２０の内径の往復分と外形とを合計した距離を算出し、この距離を計時した時間で伝搬する超音波の速度を算出する。
【００４４】
さらに、制御部１３は、記憶部１４に予め記憶されている、図５に示すようなパイプ２０内に流れる流体の圧力と流体内を伝搬する超音波の速度変化率との対応関係を示す情報に基づいて、算出した超音波の速度変化率に対応する圧力を調べる。ここで、図５では、縦軸を超音波の速度変化率、横軸をパイプ２０内の流体の圧力としており、超音波の速度変化率とは、たとえば、常温の流体内における超音波の速度に対する算出した超音波の速度の比率のことである。
【００４５】
以上のように、本発明のパイプ内圧測定装置１０は、パイプ２０の中心線上の一点ではなく線状に超音波を指向させるので、超音波がパイプ２０の外周に対して垂直に入射されることになり、超音波の乱反射による拡散を防止することができる。
【００４６】
また、超音波が拡散しないので、超音波検出器１２の受信面３１に到達しない超音波をほとんどなくすことができ、その結果、パイプ２０およびパイプ２０内の流体を反射せずに伝搬してきた第１透過波だけでなく、パイプ２０内を反射してから伝搬してきた第２透過波さえも明瞭に検出することができる。したがって、たとえパイプ２０の径が超音波の伝搬時間を計測できないほど小さいときでも、パイプ内を反射することによって十分な距離を伝搬してきた超音波を検出することにより、超音波の伝搬時間を計測することができる。つまり、第１透過波ではなく第２透過波を検出するまでの時間を計測するので、パイプ内での超音波の伝搬距離を実質的に長くし、超音波の速度変化による伝搬時間の差を大きくすることができる。
【００４７】
なお、超音波振動子１１の振動面３０は、パイプ２０の外周の半分以下に沿っていればよく、図６に示すように、パイプ２０の外周の約三分の一程度に沿ってもよい。しかし、僅かに乱反射した超音波にも影響を受けないために、振動面３０はできるだけ小さくパイプ２０の外周に沿う方が好ましい。超音波検出器１２の受信面３１もパイプ２０の外周の半分以下に沿っていればよく、振動面３０と同様に、できるだけ小さくパイプ２０の外周に沿う方が好ましい。
【００４８】
振動面３０および受信面３１がパイプ２０の円周の半分以下に沿うので、出力面および受信面が相互に干渉することがなく、適切に超音波の送受信を行うことができる。
【００４９】
さらに、上記実施の形態では、超音波振動子１１の振動面３０を直接パイプ２０の円周に沿わせていたが、これに限られない。図７は、超音波振動子１１とパイプ２０の間に、レンズを介在させた場合の例を示す図である。
【００５０】
図７に示すように、レンズ７０をパイプ２０に沿わせて、このレンズ７０に超音波振動子７１を取り付けてもよい。この場合、レンズ７０は、超音波振動子７１が出力する超音波をパイプ２０の中心線上に線状に集めるような焦点を有して形成される。なお、図７に示すように超音波振動子７１とパイプ２０との間にレンズを介在させる場合には、超音波振動子７１から超音波受信器までの距離にパイプ２０の内径を加えた距離を、第２透過波が検出されるまでの時間で割って超音波の速度を算出することができる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、第２透過波を検出するまでの時間を計時していたが、これに限られず、第１透過波を検出するまでの時間を計時して、この計時した時間を使用して超音波の音速を算出してもよい。さらに、第３透過波以降の透過波まで明瞭に検出できる場合は、検出した第３透過波以降の透過波を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパイプ内圧測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】パイプ内圧測定装置をパイプに適用した様子を示す図である。
【図３】パイプ内圧測定装置を示す図であり、（Ａ）はパイプのＡ−Ａ断面方向に見たパイプ内圧測定装置、（Ｂ）はパイプのＢ−Ｂ断面方向に見たパイプ内圧測定装置を示す図である。
【図４】超音波検出器による超音波の検出結果を示す図である。
【図５】パイプ内に流れる流体の圧力と流体内を伝搬する超音波の速度変化率との対応関係を示す図である。
【図６】パイプの外周の約三分の一程度に沿った振動面を有する超音波振動子を示す図である。
【図７】超音波振動子１とパイプの間に、レンズを介在させた場合の例を示す図である
【図８】従来のパイプ内圧測定装置を示し、（Ａ）はパイプ内圧測定装置の正面図、（Ｂ）はパイプ内圧測定装置の側面図である。
【図９】従来のパイプ内圧測定装置が有する超音波検出器の検出結果を示す図である。
【符号の説明】
１０…パイプ内圧測定装置、
１１、７１…超音波振動子、
１２…超音波検出器、
１３…制御部、
１４…記憶部、
２０…パイプ、
３０…振動面、
３１…受信面
７０…レンズ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pipe internal pressure measuring device and a pipe internal pressure measuring method.
[0002]
[Prior art]
Regarding the measurement of the pressure of a fluid, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-210925 discloses that an ultrasonic vibrator whose resonance frequency changes in accordance with a change in pressure is inserted into the fluid, and mechanical vibration of the inserted vibrator is performed. A technique is disclosed in which energy is propagated to a fluid container and the pressure of the fluid is measured based on vibrational energy propagated through the container.
[0003]
However, in the above technique, for example, when measuring the pressure of the fluid passing through the inside of a part where a vibrator is not inserted, such as a brake oil pipe of an automobile, the vibrator It is necessary to insert an ultrasonic transducer with a hole. Even if the pressure of the fluid can be measured, the pipe with the hole cannot be used in the future, so there is no meaning in the experiment for checking the suitability of the pipe by measuring the pressure of the fluid in the pipe. End up.
[0004]
As a solution to such a problem, there is a pipe internal pressure measuring device that can measure the pressure of a fluid in a pipe in a non-destructive manner. 8A and 8B show a conventional pipe internal pressure measuring device, in which FIG. 8A is a front view of the pipe internal pressure measuring device, and FIG. 8B is a side view of the pipe internal pressure measuring device. As shown in FIG. 8, this pipe internal pressure measuring device arranges an ultrasonic transducer 80 and an ultrasonic detector 81 at symmetrical positions with respect to a pipe 82, and outputs ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 80. Then, the light is converged by the lens 83 and detected by the ultrasonic detector 81 through the pipe 82 and the fluid in the pipe 82.
[0005]
Then, based on the time from when the ultrasonic transducer 80 outputs the ultrasonic wave until the ultrasonic detector 81 detects it, and the distance from the ultrasonic transducer 80 to the ultrasonic detector 81, the ultrasonic velocity is set. Using the calculated ultrasonic velocity, the fluid pressure can be obtained based on the relationship between the ultrasonic velocity and the fluid pressure that have been obtained in advance.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the pipe internal pressure measuring device, since the ultrasonic wave output from the ultrasonic transducer 80 is converged to one point by the lens 83, the ultrasonic wave passes through the center of the pipe 82 and is detected by the ultrasonic wave when viewed from the pipe cross section. Although it seems to be received by the detector 81, when viewed in the longitudinal section of the pipe, the ultrasonic wave is diffused by irregular reflection, and the strong ultrasonic wave does not reach the ultrasonic detector 81. This is because the ultrasonic wave is incident on the pipe cross section perpendicular to the circumference of the pipe 82, but the ultrasonic wave is not incident perpendicular to the circumference of the pipe 82 in the pipe longitudinal section. It is.
[0007]
In such a conventional pipe internal pressure measuring device, ultrasonic detection by the ultrasonic detector 81 can only obtain the result shown in FIG. Even if such a result is used, it is difficult to specify an accurate time when the ultrasonic wave is detected by the ultrasonic wave detector 81, so that an accurate inspection cannot be achieved.
[0008]
Further, since the ultrasonic waves are irregularly reflected, the ultrasonic waves that are repeatedly reflected inside the pipe 82 cannot be detected by the ultrasonic detector 81, and only the ultrasonic waves that are not irregularly reflected can be used for the inspection. . This makes it impossible to measure the pressure of the fluid inside the pipe having a small diameter such that the transmission distance of the ultrasonic wave is short and the difference in the transmission time due to the change in the ultrasonic sound velocity appears only slightly.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents irregular reflection of ultrasonic waves in the pipe, and even detects ultrasonic waves repeatedly reflected in the pipe to detect the pressure of the fluid in the pipe even for a pipe having a small diameter. An object of the present invention is to provide a pipe internal pressure measuring device and a pipe internal pressure measuring method capable of measuring the pressure.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is achieved by the following means.
[0011]
(1) The pipe internal pressure measuring device according to the present invention includes an ultrasonic output means for outputting an ultrasonic wave so as to be directed on a center line with respect to a longitudinal direction of the pipe, and a position symmetrical to the ultrasonic output means with respect to the pipe. Ultrasonic detection means arranged to detect the ultrasonic waves output by the ultrasonic output means, and of the ultrasonic waves detected by the ultrasonic detection means, the ultrasonic waves reflected on the inner wall of the pipe and then to the ultrasonic detection means And pipe internal pressure calculating means for calculating a pressure in the pipe based on the detected ultrasonic wave .
[0013]
(2) The ultrasonic output means has an output surface along the circumference of the pipe, and enters ultrasonic waves perpendicular to the circumference of the pipe, and the ultrasonic detection means It has a receiving surface along the circumference, and receives ultrasonic waves incident perpendicularly to the circumference from the inside of the pipe.
[0014]
(3) The output surface and the reception surface are along a half or less of the circumference of the pipe.
[0015]
(4) The pipe internal pressure calculating means includes a time measuring means for measuring a time from when the ultrasonic output means outputs ultrasonic waves until the ultrasonic detecting means detects, and a time measured by the time measuring means, And a speed calculating means for calculating an ultrasonic speed based on the diameter of the pipe measured in advance, an ultrasonic speed calculated by the speed calculating means, and an ultrasonic speed determined in advance. Pressure calculating means for calculating the pressure in the pipe based on the relationship with the pressure of the medium in the pipe.
[0016]
(5) The pipe internal pressure measurement method according to the present invention includes a step of outputting an ultrasonic wave so as to be directed on a center line with respect to a longitudinal direction of the pipe, and a position symmetrical to a position at which the ultrasonic wave is output to the pipe. A step of detecting a sound wave, and a step of calculating a pressure in the pipe based on the detected ultrasonic wave after being reflected on the inner wall of the pipe .
[0017]
(6) In the step of outputting the ultrasonic wave, an ultrasonic wave is incident perpendicularly to the circumference of the pipe from an output surface along the circumference of the pipe, and in the step of detecting the ultrasonic wave, the pipe is detected. The ultrasonic wave incident perpendicularly to the circumference from the inside of the pipe is detected on the receiving surface along the circumference.
[0019]
(7) The output surface is along a half or less of the circumference of the pipe.
[0020]
(8) The step of calculating the pressure is based on the step of measuring the time from when the ultrasonic wave is output until it is detected, the measured time, and the diameter of the pipe measured in advance. Calculating the velocity of the pipe, and calculating the pressure in the pipe based on the calculated ultrasonic velocity and the relationship between the ultrasonic velocity determined in advance and the pressure of the medium in the pipe; Have.
[0021]
【The invention's effect】
In the first aspect of the invention, since the ultrasonic wave is directed on the center line with respect to the longitudinal direction of the pipe, the ultrasonic wave is prevented from being irregularly reflected in the pipe, and the ultrasonic wave that is not diffused is reliably detected. The pressure in the pipe can be calculated.
[0022]
In addition, since the pressure is calculated based on the ultrasonic wave detected after being reflected on the inner wall of the pipe, the propagation distance of the ultrasonic wave is substantially increased by repeated reflection in the pipe, and the propagation time due to the change in the ultrasonic velocity The difference can be increased.
[0023]
In the second aspect of the invention, since the ultrasonic wave is incident perpendicularly to the circumference of the pipe from the output surface along the circumference of the pipe, the ultrasonic wave enters the pipe vertically without being refracted. It is possible to pass through the center of the pipe vertically to the outside of the pipe and reliably prevent irregular reflection of ultrasonic waves.
[0024]
In the invention according to claim 3 , since the output surface and the reception surface extend along half or less of the circumference of the pipe, the output surface and the reception surface do not interfere with each other, and ultrasonic waves can be appropriately transmitted and received. it can.
[0025]
In the invention according to claim 4 , the internal pressure of the pipe can be calculated.
[0026]
In the invention according to claim 5 , since the ultrasonic wave is directed on the center line with respect to the longitudinal direction of the pipe, the ultrasonic wave is prevented from being irregularly reflected in the pipe, and the ultrasonic wave that is not diffused is reliably detected. The pressure in the pipe can be calculated.
[0027]
In addition, since the pressure is calculated based on the ultrasonic wave detected after being reflected on the inner wall of the pipe, the propagation distance of the ultrasonic wave is substantially increased by repeated reflection in the pipe, and the propagation time due to the change in the ultrasonic velocity The difference can be increased.
[0028]
According to the sixth aspect of the present invention, since ultrasonic waves are incident perpendicularly to the circumference of the pipe from the output surface along the circumference of the pipe, the ultrasonic waves enter the pipe perpendicularly without being refracted. It is possible to pass through the center of the pipe vertically to the outside of the pipe and reliably prevent irregular reflection of ultrasonic waves.
[0029]
According to the seventh aspect of the invention, since the output surface and the reception surface are less than half of the circumference of the pipe, the output surface and the reception surface do not interfere with each other, and ultrasonic waves can be transmitted and received appropriately. it can.
[0030]
The invention according to claim 8 can calculate the internal pressure of the pipe.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0032]
(First embodiment)
1 is a block diagram showing a schematic configuration of a pipe internal pressure measuring device of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a state in which the pipe internal pressure measuring device is applied to a pipe, and FIG. 3 is a diagram showing a pipe internal pressure measuring device, (A) is a pipe internal pressure measuring device seen in the AA cross section direction of a pipe, (B) is a figure showing a pipe internal pressure measuring device seen in the BB cross section direction of a pipe. 2 and 3, for ease of explanation, configurations other than the ultrasonic transducer 11 and the ultrasonic detector 12 of the pipe internal pressure measuring device 10 are not shown.
[0033]
As shown in FIG. 1, the pipe internal pressure measuring device 10 of the present invention includes an ultrasonic transducer 11, an ultrasonic detector 12, a control unit 13, a storage unit 14, and an input unit 15. The
[0034]
The ultrasonic transducer 11 is attached to the outer periphery of the pipe 20 and outputs ultrasonic waves according to instructions from the control unit 13. The ultrasonic detector 12 is attached to the outer periphery of the pipe 20 at a position symmetrical to the ultrasonic transducer 11 and receives the ultrasonic wave output from the ultrasonic transducer 11 via the pipe 20. Thus, ultrasonic waves are detected.
[0035]
The control unit 13 measures the time from when the ultrasonic transducer 11 outputs an ultrasonic wave until the ultrasonic detector 12 detects it, calculates the ultrasonic velocity using the time measured, The pressure of the fluid passing through the pipe 20 is calculated using the calculated ultrasonic velocity.
[0036]
The storage unit 14 stores information necessary for calculating the ultrasonic velocity and the fluid pressure. Here, the necessary information includes information on the outer diameter and inner diameter of the pipe, information indicating the correspondence between the pressure of the fluid flowing in the pipe and the rate of change in the velocity of the ultrasonic wave propagating in the fluid. The input unit 15 is used to input information to be stored in the storage unit 14 or to input a signal for starting the pressure measurement in the pipe 20.
[0037]
Specifically, in the pipe internal pressure measuring device 10 of the present invention, as shown in FIG. 2, an ultrasonic transducer 11 and an ultrasonic detector 12 are attached to a pipe 20.
[0038]
As shown in FIG. 2, the ultrasonic transducer 11 and the ultrasonic detector 12 of the pipe internal pressure measuring device 10 of the present invention are attached to the outer periphery of the pipe 20 at positions symmetrical to the pipe 20. At this time, a fluid for measuring pressure flows in the pipe 20.
[0039]
As shown in FIG. 3, the ultrasonic transducer 11 has a vibration surface 30 formed in the same shape as the outer periphery of the pipe 20, and a coupling agent is applied to the vibration surface 30, so that one part of the outer periphery of the pipe 20 is applied. It is made to adhere to the part. The ultrasonic transducer 11 outputs pulsed ultrasonic waves linearly toward the center line of the pipe 20 when the vibration surface 30 vibrates in a direction perpendicular to the outer periphery of the pipe 20. Therefore, ultrasonic waves are incident on the pipe 20 perpendicular to the surface thereof. The ultrasonic wave incident on the pipe 20 is propagated to the ultrasonic detector 12 via the pipe 20 and the fluid passing through the pipe 20.
[0040]
The ultrasonic detector 12 has a receiving surface 31 formed in the same shape as the outer periphery of the pipe 20. Like the ultrasonic transducer 11, a coupling agent is applied on the receiving surface 31, and the outer periphery of the pipe 20 is The ultrasonic wave is received and detected at the receiving surface 31. The result of ultrasonic detection by the ultrasonic detector 12 is as shown in FIG. In FIG. 4, the vertical axis represents the output voltage (V) of the received ultrasonic wave, and the horizontal axis represents the time until the ultrasonic wave is received, that is, the ultrasonic wave propagation time (μs).
[0041]
Since the ultrasonic waves are vertically incident on the pipe 20 from the ultrasonic transducer 11, most of the ultrasonic waves are transmitted as they are to reach the receiving surface 31, and some of them are repeatedly reflected vertically on the inner wall of the pipe 20. Then, it reaches the receiving surface 31. Therefore, as shown in FIG. 4, the ultrasonic detector 12 has a first transmission in which ultrasonic waves that reach the receiving surface 31 without being reflected at all (ultrasonic waves that propagate through the path a shown in FIG. 3) clearly and strongly appear. A second wave that is detected and strongly reflected by the pipe 20 and then reaches the receiving surface 31 (the ultrasonic wave propagating along the path b shown in FIG. 3) is smaller than the first transmitted wave but appears clearly and strongly. A transmitted wave can also be detected. In FIG. 3, the ultrasonic wave propagating through the path b is shown as being reflected vertically with the position shifted on the inner wall of the pipe 20, but this is for clarifying the reflection path. Reflects at the same position.
[0042]
In addition, although there is a slight amount of ultrasonic waves reflected within the thickness of the pipe 20, generally, most of the ultrasonic waves are transmitted without reflecting the pipe 20 and the fluid or repeatedly reflected within the pipe 20, There is almost no influence on the detection result by reflection of the ultrasonic wave within the wall thickness.
[0043]
The detection result by the ultrasonic detector 12 as shown in FIG. 4 is sent to the control unit 13. Based on the detection result, the control unit 13 measures the time from the output of the ultrasonic wave by the ultrasonic transducer 11 to the detection of the second transmitted wave by the ultrasonic detector 12. And the control part 13 is a path | route (pipe shown in FIG. 3) until a 2nd transmitted wave reaches | attains the receiving surface 31 based on the information of the internal diameter of the pipe 20 previously memorize | stored in the memory | storage part 14, and an outer diameter. The path b) through which the internally reflected wave propagates, that is, the distance obtained by summing the reciprocal part of the inner diameter of the pipe 20 and the outer shape is calculated, and the velocity of the ultrasonic wave propagating in the time measured by this distance is calculated.
[0044]
Further, the control unit 13 stores information indicating a correspondence relationship between the pressure of the fluid flowing in the pipe 20 as illustrated in FIG. 5 and the velocity change rate of the ultrasonic wave propagating in the fluid, which is stored in the storage unit 14 in advance. Based on the above, the pressure corresponding to the calculated ultrasonic velocity change rate is examined. Here, in FIG. 5, the vertical axis represents the rate of change of ultrasonic velocity, and the horizontal axis represents the pressure of the fluid in the pipe 20. The rate of change of ultrasonic velocity is, for example, the velocity of ultrasonic in a fluid at room temperature. Is the ratio of the calculated ultrasonic velocity to.
[0045]
As described above, the pipe internal pressure measuring device 10 according to the present invention directs ultrasonic waves in a linear shape instead of a single point on the center line of the pipe 20, so that the ultrasonic waves are incident perpendicularly to the outer periphery of the pipe 20. Thus, diffusion due to irregular reflection of ultrasonic waves can be prevented.
[0046]
Further, since the ultrasonic waves do not diffuse, the ultrasonic waves that do not reach the reception surface 31 of the ultrasonic detector 12 can be almost eliminated, and as a result, the pipe 20 and the fluid in the pipe 20 propagate without reflection. Not only the one transmitted wave but also the second transmitted wave that has propagated after being reflected in the pipe 20 can be clearly detected. Therefore, even when the diameter of the pipe 20 is so small that the ultrasonic wave propagation time cannot be measured, the ultrasonic wave propagation time is measured by detecting the ultrasonic wave that has propagated a sufficient distance by reflecting inside the pipe. can do. In other words, since the time until the second transmitted wave is detected instead of the first transmitted wave is measured, the propagation distance of the ultrasonic wave in the pipe is substantially increased, and the difference in the propagation time due to the change in the ultrasonic velocity is calculated. Can be bigger.
[0047]
In addition, the vibration surface 30 of the ultrasonic transducer | vibrator 11 should just be along the half or less of the outer periphery of the pipe 20, and may be along about 1/3 of the outer periphery of the pipe 20, as shown in FIG. . However, in order not to be influenced by the slightly irregularly reflected ultrasonic waves, it is preferable that the vibration surface 30 is as small as possible and is along the outer periphery of the pipe 20. The receiving surface 31 of the ultrasonic detector 12 only needs to be along half or less of the outer periphery of the pipe 20, and like the vibrating surface 30, it is preferable to follow the outer periphery of the pipe 20 as small as possible.
[0048]
Since the vibration surface 30 and the reception surface 31 extend along half or less of the circumference of the pipe 20, the output surface and the reception surface do not interfere with each other, and ultrasonic waves can be transmitted and received appropriately.
[0049]
Furthermore, in the said embodiment, although the vibration surface 30 of the ultrasonic transducer | vibrator 11 was directly along the circumference of the pipe 20, it is not restricted to this. FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a lens is interposed between the ultrasonic transducer 11 and the pipe 20.
[0050]
As shown in FIG. 7, an ultrasonic transducer 71 may be attached to the lens 70 along the pipe 20. In this case, the lens 70 is formed with a focal point that collects the ultrasonic waves output from the ultrasonic transducer 71 in a line on the center line of the pipe 20. In the case where a lens is interposed between the ultrasonic transducer 71 and the pipe 20 as shown in FIG. 7, a distance obtained by adding the inner diameter of the pipe 20 to the distance from the ultrasonic transducer 71 to the ultrasonic receiver. Can be divided by the time until the second transmitted wave is detected to calculate the ultrasonic velocity.
[0051]
In the above embodiment, the time until the second transmitted wave is detected is measured. However, the present invention is not limited to this, and the time until the first transmitted wave is detected is counted. It may be used to calculate the speed of sound of ultrasonic waves. Furthermore, when the transmitted wave after the third transmitted wave can be clearly detected, the detected transmitted wave after the third transmitted wave may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a pipe internal pressure measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which a pipe internal pressure measuring device is applied to a pipe.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a pipe internal pressure measuring device, in which FIG. 3A is a pipe internal pressure measuring device viewed in the AA cross section direction of the pipe, and FIG. 3B is a pipe internal pressure measuring device viewed in the pipe BB cross sectional direction; It is a figure which shows an apparatus.
FIG. 4 is a diagram showing a detection result of ultrasonic waves by an ultrasonic detector.
FIG. 5 is a diagram showing a correspondence relationship between the pressure of fluid flowing in a pipe and the rate of change in velocity of ultrasonic waves propagating in the fluid.
FIG. 6 is a diagram showing an ultrasonic transducer having a vibration surface along about one third of the outer periphery of a pipe.
7 is a diagram showing an example of a case where a lens is interposed between an ultrasonic transducer 1 and a pipe. FIG. 8 shows a conventional pipe internal pressure measuring device, and FIG. A front view and (B) are side views of a pipe internal pressure measuring device.
FIG. 9 is a diagram showing a detection result of an ultrasonic detector included in a conventional pipe internal pressure measuring device.
[Explanation of symbols]
10: Pipe internal pressure measuring device,
11, 71 ... ultrasonic transducer,
12 ... Ultrasonic detector,
13 ... control unit,
14 ... storage part,
20 ... pipe,
30 ... Vibrating surface,
31: Reception surface 70: Lens.

Claims

Ultrasonic output means for outputting ultrasonic waves so as to be directed on the center line with respect to the longitudinal direction of the pipe;
Ultrasonic detection means that is disposed at a position symmetrical to the ultrasonic output means with respect to the pipe and detects ultrasonic waves output by the ultrasonic output means;
Of the ultrasonic waves detected by the ultrasonic wave detection means, a pipe internal pressure calculation means for calculating the pressure in the pipe based on the ultrasonic waves detected by the ultrasonic wave detection means after being reflected on the pipe inner wall ;
A pipe internal pressure measuring device characterized by comprising:

The ultrasonic output means has an output surface along the circumference of the pipe, and enters ultrasonic waves perpendicular to the circumference of the pipe,
The ultrasonic detecting means has a receiving surface along the circumference of the pipe, and receives ultrasonic waves incident perpendicularly to the circumference from the inside of the pipe. The pipe internal pressure measuring device described.

The pipe internal pressure measuring device according to claim 2 , wherein the output surface and the receiving surface are along a half or less of a circumference of the pipe.

The pipe internal pressure calculating means includes:
Time measuring means for measuring the time from when the ultrasonic wave output means detects the ultrasonic wave until the ultrasonic wave detection means detects the ultrasonic wave;
Speed calculating means for calculating the speed of the ultrasonic wave based on the time measured by the time measuring means and the diameter of the pipe measured in advance;
Pressure calculating means for calculating the pressure in the pipe based on the ultrasonic speed calculated by the speed calculating means, and the relationship between the ultrasonic speed determined in advance and the pressure of the medium in the pipe;
The pipe internal pressure measuring device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the pipe internal pressure measuring device is provided.

Outputting ultrasonic waves so as to be directed on the center line with respect to the longitudinal direction of the pipe;
Detecting ultrasonic waves at a position symmetrical to the position of outputting ultrasonic waves to the pipe;
Of the detected ultrasonic waves, a step of calculating the pressure in the pipe based on the ultrasonic waves detected after being reflected on the pipe inner wall ;
A pipe internal pressure measuring method characterized by comprising:

In the step of outputting the ultrasonic wave, an ultrasonic wave is incident perpendicularly to the circumference of the pipe from an output surface along the circumference of the pipe, and in the step of detecting the ultrasonic wave, the circumference of the pipe is detected. The pipe internal pressure measuring method according to claim 5 , wherein an ultrasonic wave incident perpendicularly to the circumference from the inside of the pipe is detected on a receiving surface along the pipe.

The pipe internal pressure measuring method according to claim 6 , wherein the output surface is along a half or less of a circumference of the pipe.

The step of calculating the pressure is as follows:
Measuring the time from when the ultrasonic wave is output until it is detected;
Calculating an ultrasonic velocity based on the measured time and the diameter of the pipe measured in advance;
Calculating the pressure in the pipe based on the calculated ultrasonic velocity and the relationship between the ultrasonic velocity determined in advance and the pressure of the medium in the pipe;
The pipe internal pressure measuring method according to any one of claims 5 to 7 , wherein the pipe internal pressure is measured.