JP3947111B2 - 振動式トランスデューサ - Google Patents
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Description
動作中は振動し、入り口側管部および出口側管部を通じてパイプを伝わる流体を通す1本のまっすぐな導管と、
動作中は上記導管を励起して1つの管面内でたわみ振動を起こさせる励起システムと、
上記導管の入り口側および出口側の振動を検知するセンサシステムとを備える。
流体を通すための導管で、動作中に振動し、入り口側管部および出口側管部を通じて導管が上記パイプに接続され、この振動する導管が少なくとも一時的に、横力により、割り当てられた静止時位置から横方向に変位し、横インパルスがトランスデューサに生じる導管と、
上記導管を駆動する励起システムと、
上記導管の振動を検知するセンサシステムと、
横インパルスが補償されるように補償振動を生成して、上記導管と、上記励起システムと、上記センサシステムと、2つの片持ち梁(cantilever)によって構成される振動系の重心が同じ位置に保持されるようにした、入り口側管部と出口側管部とにそれぞれ取り付けられた第1の耐振動体及び第2の耐振動体と、
を備えている。
流体を通すための導管で、動作中に振動し、入り口側管部および出口側管部を通じてパイプに接続された導管と、
上記導管にその入り口側と出口側で取り付けられた耐振動体であって、横力が上記振動する導管と上記耐振動体に生成されるようにしたものと、
上記の入り口側管部と出口側管部に取り付けられたトランスデューサケースと、
上記導管を駆動するための励起システムと、
上記導管の振動を検知する検知システムと、
上記入り口側管部と上記トランスデューサケースに取り付けられて、入り口側の横力を打ち消す相殺力を生成する第1の片持ち梁と、
上記出口側管部と上記トランスデューサケースに取り付けられて、横力が生成されても上記導管が割り当てられた静止時位置に保持されるように、出口側の横力を打ち消す相殺力を生成する第2の片持ち梁と、
を備えている。
流体を通すための導管であって、動作中に振動し、入り口側管部および出口側管部を通じて上記パイプに接続されており、振動すると横インパルス(すなわち、導管の軸方向に対し垂直な方向である横方向に生じるインパルス)が上記トランスデューサに生じることによって、少なくとも一時的に、静止時位置から横方向に変位する導管と、
上記導管を駆動する励起システムと、
上記導管の振動を検知するセンサシステムと、
上記入り口および出口側で上記導管に固定された耐振動体と、
上記入り口側管部に取り付けられて、上記入り口側管部を弾性的に変形させる曲げモーメントを生じさせるための第1の片持ち梁と、
上記出口側管部に取り付けられて、上記出口側管部を弾性的に変形させる曲げモーメントを生じさせるための第2の片持ち梁とを備え、
上記曲げモーメントは、変形する入り口側管部と変形する出口側管部とにおいて、上記振動する導管で生成される上記横インパルスとは逆方向のインパルスが生成されるようになされている。
流体を通すための導管であって、動作中に振動し、入り口側管部および出口側管部を通じて上記パイプに接続されており、振動すると生じる横力(すなわち、導管の軸方向に対し垂直な方向である横方向に生じる力)により、少なくとも一時的に、静止時位置から横方向に変位する導管と、
上記導管を駆動する励起システムと、
上記導管の振動を検知するセンサシステムと、
上記入り口および出口側で上記導管に固定された耐振動体と、
上記入り口側管部を弾性的に変形させる曲げモーメントを生じさせるための、上記入り口側管部に固定された片持ち梁アーム(cantilever arm)と該片持ち梁アーム上に形成された片持ち梁質量体(cantilever mass)とを有する第1の片持ち梁と、
上記出口側管部を弾性的に変形させる曲げモーメントを生じさせるための、上記出口側管部に固定された片持ち梁アームと該片持ち梁上に形成された片持ち梁質量体とを有する第2の片持ち梁とを備え、
上記第1の片持ち梁の片持ち梁質量体と上記第2の片持ち梁の片持ち梁質量体とは、上記導管、上記入り口側管部、および上記出口側管部から離れて配置されており、
上記第1の片持ち梁の片持ち梁アームおよび片持ち梁質量体と、上記第2の片持ち梁の片持ち梁アームおよび片持ち梁質量体とは互いに、上記導管がその静止時位置から変位しても、上記入り口側管部に配置された上記第1の片持ち梁の重心と、上記出口側管部に配置された上記第2の片持ち梁の重心とが、実質的にその静止時位置を維持するようになされている。
本発明の第2の好ましい実施例では、上記導管は実質的にまっすぐである。
本発明の第4の好ましい実施例では、上記2つの片持ち梁のそれぞれは、重さが上記導管と少なくとも同じである。
本発明の第8の好ましい実施例では、上記導管および上記耐振動体は、同軸である。
本発明の第10の好ましい実施例では、上記耐振動体に溝が施されている。
振動する導管の横変位運動は、測定を妨げ、接続されたパイプに対する妨害効果を持つものであり、また、管の主な変形、すなわち測定すべき変形に重なるものであり、本発明の基本概念は、この横変位運動を、トランスデューサの動的バランスを保つ入り口側および出口側管部の逆方向の変形に変換することである。
本発明の好ましい実施例では、導管10は、いわゆるf1固有振動モードの固有共振周波数に出来るだけ近い振動周波数、すなわち図3に模式的に示すように振動する空の導管10が単一の波腹を持つような対称固有振動モードで励起される。例えば、公称直径が20ミリ、壁の厚さ約1.2ミリ、長さ約350ミリの特殊鋼の導管10の場合には、f1固有振動モードの共振周波数は、約850から900Hzである。
励起システムは、例えば調整電流もしくは調整電圧を有する制御電子機器(不図示)から供給される電気励起エネルギEexcを、例えばパルス形態または調和振動的に導管10に作用し、かつ上記の方法で弾力的に管を変形させる励起力Fexcに変換する役割を持つ。励起力Fexcは、図1に模式的に示す通り双方向性であってもよく、または一方向性であってもよく、振幅については例えば電流もしくは電圧調整回路によって調整でき、周波数については例えば位相固定ループにより、当業者に周知の方法で調整できる。励起システムは、例えば、耐振動体20’に設置され、動作中に適切な励磁電流で横移動する筒型励磁コイルと、導管10の外側、特にその中央部に固定され、少なくとも一部が上記励磁コイル内を動く永久磁石電機子とを有する単一のソレノイドであることが可能である。励起システム40は、電磁石として、またはWO-A99/51946に示すように例えば地震励磁機(seismic exciter)として実現することも出来る。
Claims (14)
- パイプを流れる流体用の振動式トランスデューサにおいて、
前記流体を通すための導管であって、動作中に振動し、入り口側管部および出口側管部を介して前記パイプに接続されており、振動すると横インパルスが前記トランスデューサに生じることによって、少なくとも一時的に、静止時位置から横方向に変位する導管と、
該導管を駆動する励起システムと、
前記導管の振動を検知するセンサシステムと、
前記入り口および出口側で前記導管に固定された耐振動体と、
前記入り口側管部に取り付けられて、前記入り口側管部を弾性的に変形させる曲げモーメントを生じさせるための第1の片持ち梁と、
前記出口側管部に取り付けられて、前記出口側管部を弾性的に変形させる曲げモーメントを生じさせるための第2の片持ち梁とを備え、
前記曲げモーメントは、変形する前記入り口側管部と変形する前記出口側管部とにおいて、前記振動する導管で生成される前記横インパルスとは逆方向のインパルスが生成されるようになされることを特徴とする振動式トランスデューサ。 - 前記変形する入り口側管部と前記変形する出口側管部とが、実質的に前記導管の横方向変位とは逆の方向に曲がることを特徴とする請求項1に記載のトランスデューサ。
- 前記第1の片持ち梁は、前記入り口側管部に固定された片持ち梁アームと、該片持ち梁アームに形成された片持ち梁質量体とを有し、
前記第2の片持ち梁は、前記出口側管部に固定された片持ち梁アームと、該片持ち梁アームに形成された片持ち梁質量体とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載のトランスデューサ。 - パイプを流れる流体用の振動式トランスデューサにおいて、
前記流体を通すための導管であって、動作中に振動し、入り口側管部および出口側管部を通じて前記パイプに接続されており、振動すると生じる横力により、少なくとも一時的に、静止時位置から横方向に変位する導管と、
該導管を駆動する励起システムと、
前記導管の振動を検知するセンサシステムと、
前記入り口および出口側で前記導管に固定された耐振動体と、
前記入り口側管部を弾性的に変形させる曲げモーメントを生じさせるための、前記入り口側管部に固定された片持ち梁アームと該片持ち梁アームに形成された片持ち梁質量体とを有する第1の片持ち梁と、
前記出口側管部を弾性的に変形させる曲げモーメントを生じさせるための、前記出口側管部に固定された片持ち梁アームと該片持ち梁アームに形成された片持ち梁質量体とを有する第2の片持ち梁とを備え、
前記第1の片持ち梁の片持ち梁質量体と前記第2の片持ち梁の片持ち梁質量体とは、前記導管、前記入り口側管部、および前記出口側管部から離れて配置されており、
前記第1の片持ち梁の片持ち梁アームおよび片持ち梁質量体と、前記第2の片持ち梁の片持ち梁アームおよび片持ち梁質量体とは互いに、前記導管がその静止時位置から変位しても、前記入り口側管部に配置された前記第1の片持ち梁の重心と、前記出口側管部に配置された前記第2の片持ち梁の重心とが、実質的にその静止時位置を維持するようになされていることを特徴とする振動式トランスデューサ。 - 前記導管は、実質的に直線状である請求項1から4のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 前記振動する導管が、たわみ振動を生じることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 前記2つの片持ち梁のそれぞれが前記導管と少なくとも同じ重さであることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 前記トランスデューサは、前記入り口側管部および前記出口側管部に固定されたトランスデューサケースを更に備えていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 前記耐振動体は、管状形状であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 前記導管は、その少なくとも一部分が前記耐振動体によって囲まれていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 前記導管および前記耐振動体は同軸であることを特徴とする請求項10に記載のトランスデューサ。
- 溝が前記耐振動体に形成されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 個別の第1および第2の質量片が、前記耐振動体に固定されていることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載のトランスデューサ。
- 前記耐振動体に固定された前記質量片は、環状で、前記耐振動体と同軸であることを特徴とする請求項13に記載のトランスデューサ。
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