JP4368521B2

JP4368521B2 - 超音波音速測定装置およびその校正方法

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Publication number: JP4368521B2
Application number: JP2000401056A
Authority: JP
Inventors: 賢治川口; 正範保田
Original assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2002202185A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波の音速測定方法及び装置に関し、特に、温度変化や伝送ケーブルの遅延等の環境変化に起因する測定値のずれを校正する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、超音波音速測定装置が備えた超音波送受信装置を示す外観図である。超音波送受信部２ａより所定距離の位置に反射板２ｂが設けられており、上記超音波送受信部２ａと反射板２ｂとの間に試料が充填されるようになっている。この構造で、上記超音波送受信部２ａに設けられた発振素子（図示せず）より送出された超音波が反射板２ｂで反射され、上記超音波送受信部２ａに設けられた受信素子（図示せず）に受信されて電気信号に変換されるようになっている。
【０００３】
上記超音波音速測定装置において試料中に超音波を伝播させると、その伝播周期Ｔと伝播距離Ｌとからｃ＝Ｌ／Ｔとして音速を求めることができ、該音速に基づいて試料の物理量、例えば密度を算出することができるようになっている。
【０００４】
この伝播周期Ｔを精度よく求めるための方法として、シングアラウンド法が広く知られている。
【０００５】
シングアラウンド法は図１０に示すようになっている。すなわち、起動トリガの入力で送信回路１２０１より駆動信号を発振させてセンサ６００に入力するようになっている。このようにセンサ６００に入力された駆動信号Ｓｄはセンサ内で多重反射を繰り返されるが、ここでは主として第１回目の受信波が扱われる、このようにセンサ６００より得られる受信波に基づいて受信波検出回路１２０３で新たなトリガを形成して、該トリガを上記送信回路１２０１に入力するようになっている。この場合は上記受信波検出回路１２０３の生成するパルスを周波数カウンタ１２０４に入力し、該周波数カウンタ１２０４で所定時間に得られる計数値に基づいて周期Ｔを算出することができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記シングアラウンド法は、電気系と音響系で構成されており、そのループを一周する周期Ｔに、真に超音波の試料中の伝播時間τ₀だけでなく、電気系での遅延時間τ_e も含まれることになる。
【０００７】
上記この遅延時間τ_e は、例えば、音速が既知の標準液で上記時間τ₀ を知り、時間Ｔ（＝τ₀ ＋τ_e ）を求めることで算出可能である。しかし、電気系による遅延時間τ_eは、伝送ケーブル長の変更によって、大きく変化しまた、更に上記遅延時間τ_eは、温度変化によっても影響を受けるため、音速が既知の標準液を用いて校正しても温度変化とともに測定値がずれてしまう。
【０００８】
そこで試料中の超音波の伝播時間τ₀の代わりに基準となる一定時間τ₁₀を設定することができれば、周期Ｔ（=τ₁₀＋τ_e）を測定することで上記遅延時間τ_e、が得られることになり、校正は可能となる。一定時間τ₁₀を精度良く設定するには、一般に温度変化による影響の少ない水晶発振子の非常に安定した発振器が用いられるが、その発振は送信タイミングと非同期であり、送信タイミングから、その発振をカウントし、一定時間を生成しても最大で水晶発振の１周期分の誤差が生じてしまう。
【０００９】
本願発明で必要としている精度は10^-2m ／sec のオーダであるので、発振周波数が数GHz 程度の発振素子を用いる必要がある。しかしながらこのような発振周波数をもつ水晶発振素子は現存しないので、逓倍回路と水晶発振素子との組み合わせで上記数GHz の信号を得ることになる。しかしながら、このような周波数の高い信号を用いようとすると、回路構成が大がかりとなり、コスト高となる欠点がある。
【００１０】
また、多重反射のうち１回目および２回目の反射波が安定して得られれば、駆動信号発生から１回目までの測定周期（Ｔ1＝τ₀ ＋τ_e）および、駆動信号発生から２回目までの測定周期（Ｔ2＝２×τ₀ ＋τ_e ）に基づいて，上記電気回路上での遅延時間τ_eを含まない伝播時間τ₀を算出することは可能である。しかしながら、計測の対象となる試料の中には音波の減衰の大きな試料があり、２回目の反射波を検出することは難しく、従って、上記の方法では、上記遅れ時間τ_e を含まない伝播時間τ₀を求めることが出来ないことが多い。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、本発明は、まず、超音波送信部より送信された超音波を超音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間τ₀に基づいて当該試料の音速を求める超音波音速測定装置を前提としている。
【００１２】
超音波音速測定装置において、模擬受信波生成手段は、記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成する。次いで、演算手段が、上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延時間τ_e を算出するようになっている。
【００１３】
上記遅延時間τ₁₀は特定の手段で計測されるようになっている。
【００１４】
また、本発明は上記回路固有の遅延時間τ_eは、上記遅延時間τ₁₀と、それと異なる遅延時間τ₁₀'とに基づいても求めることができる。この方法を実現するために、上記装置において上記２つの遅延時間を求めることができる切替手段を備えた構成とする。
【００１５】
上記の構成で、ケーブル長を含む遅延時間τ_eを求めることができる。しかしながらケーブル長さだけによる誤差を校正するのであれば以下のようにすることでもよい。
すなわち、上記装置は上記送信部と受信部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続波を発生させ、この連続波の周期を計測することによって、当該試料の音速を求めるようになっている。そこで、この連続波を発振させるための基準になる信号をセンサー位置近傍まで伝送するための当該装置に使用される送信ケーブルとその送信ケーブルの先端から折り返すリターンケーブルとを備えるようにしている。
【００１６】
上記、電気系の遅れτ_eを求める構成と、上記ケーブル長だけによる誤差を補正する構成は併用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下に本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明が適用されたシングアラウンド法に基づく超音波音速測定装置の一例を示すブロック図であり、図２は図１に用いた模擬受信波発生回路のブロック図であり、更に、図３はタイムチャートである。
【００１９】
センサ６００は、超音波の送信部となる送信素子２１と受信部となる受信素子２２との間に試料が充填された状態で、送信回路６０１より送出される駆動信号Ｓｄ₀ （図３(c))に基づいて、図３(a) に示すように超音波S₀を送信素子２１より発振する。ここで、送信回路６０１を起動したり、あるいは、送信素子２１を起動するための遅延τ_e1が発生する。上記のように発生した超音波（以下「送信波」という）S₀は、超音波送信素子２１と所定距離をおいて試料中に設置した受信素子２２で受け取られて、図３(a) に示すように受信波R₀を形成する。ここで上記超音波送信素子２１と受信素子２２の送信波が多重反射を繰り返すことになるが、ここでは第1回目の受信波を扱うことにする。この受信波は受信回路６０３で増幅された後、検出回路６０４で整形されると、図３(b) に示す受信検出波Ｓｒ₀ が得られる。ここでも、上記受信検出波Ｓｒ₀ の発生までに、受信素子２２で送信波を受け取ってから、受信波が受信回路６０３や、受信回路６０３と検出回路２０３間のケーブル等を経由するので所定の電気的な遅延時間τ_e2を経過してから上記受信検出波Ｓｒ₀ が発生することになる。
【００２０】
このように発生した受信検出波Ｓｒ₀ に基づいて受信波検出回路６０４は自己に内蔵するタイマを起動し、所定の時間τ_e3が経過した時点で、送信回路６０１に次の駆動信号Ｓｄ₁₀をだすように指示をする。これに基づいて送信回路６０１は次の駆動信号Ｓｄ₁₀を出力し上記と同様の処理がなされることになる。尚、上記所定期間τ_e3とは、上記多重反射が減衰するに足る時間であり、この時間τ_e3も温度変化による影響を受ける。
【００２１】
上記手順が繰り返されて連続する駆動信号の複数周期の時間をカウンタ６１１で計測することになる。このようにして得られた値から駆動信号Ｓｄの１周期の時間Ｔmeas＝τ₀ ＋τ_e （τ_e ＝τ_e1＋τ_e2＋τ_e3）を算出する。
【００２２】
このように、上記の構成では電気系と音響系とより構成され、駆動信号Ｓｄ₀,Ｓｄ₁₀・の周期Ｔmeasには、上記したように、装置の電気系に起因する遅延時間τ_e も含まれていることになり、駆動信号Ｓｄの周期Ｔmeasと、音響系のみの伝播時間とでは、前者の方が上記遅延時間τ_e だけ長くなり、周期Ｔmeasを用いて音速を算出した場合は、正確に試料の音速を算出したことにはならない。従って、上記電気系の遅延時間を正確に検出する必要が生じることになる。
【００２３】
そこで、図１に示す模擬受信信号生成回路を用いることによって、上記電気的な遅れを校正するようにしている。図２は上記模擬受信波生成回路の更に詳しいブロック図である。図１において、上記送信回路６０１とセンサ６００間に選択回路１００が挿入され、送信信号を模擬受信波生成回路２００とセンサ６００を選択的に入力するようになっている。更に、センサ６００の出力側に当６００と上記模擬受信波生成回路２００より出力される模擬受信波を選択的に受信回路に入力するとともに、上記選択回路１００に連動する選択回路１１０が備えられる。
【００２４】
初期状態では模擬受信波生成回路２００を構成するフリップフロップ２０１はリセットされており、以下のように入力される駆動信号Ｓｄ₀ は当該フリップフロップを起動できる状態にある。
【００２５】
この状態で、選択回路１００が当該模擬受信波生成回路２００側に接続され、選択回路１１０が模擬受信波生成回路２００側に接続されると、スイッチ回路２０５はＯＮとなる。ここで、上記送信信号を発生させるための駆動信号Ｓｄ（図３(e) ）が送信回路６０１から出力され模擬受信波生成回路２００を構成するフリップフロップ２０１にラッチされることによって、当該フリップフロップ２０１はセットされ次の駆動信号の入力は禁止される。このとき、フリップフロップ２０１が起動されるための、遅延時間τ_e1が存在する。ここでの遅延時間を上記選択回路１００をセンサー６００に接続した場合における、送信回路６０１を起動したり、あるいは、送信阻止２１を起動するための遅延時間と同じにしているのは、ここでの遅延時間がケーブル長と送信回路６０１に大部分依存するためである。
【００２６】
このようにフリップフロップ２０１が起動すると、当該フリップフロップ２０１の出力は遅延回路２０２に入力され、この遅延回路２０２で所定時間τd遅延されて出力される。この出力は自己の入力に返されて巡回し分周回路２０３に入力される。この分周回路２０３では上記遅延回路２０２の出力を所定分周比ａ（図３ではａ＝１）で分周して模擬受信波Ｓ100 （図３(d) ）を生成するとともに、当該模擬受信波Ｓ100 はスイッチ回路２０５を介してフリップフロップ２０１のリセット端子に返される。これによって、フリップフロップ２０１はリセットされ、次の駆動信号Ｓｄを受け入れ可能な状態となる。
【００２７】
上記のように生成された模擬受信信号Ｓ100は上記選択回路110を介して受信回路６０３に入力される。以降、模擬受信波Ｓ100 が受信回路６０３を介して受信波検出回路６０４に入力されここで受信波検出信号（図３(f) ）が生成され、再び送信回路６０１より次の駆動信号Ｓｄ（図３(e) ）が形成される手順は上記と同じであり、また、次の駆動信号Ｓｄが形成されるまでに、上記電気的な遅れτ_e2とタイマの設定時間τ_e3が存在することになる。
【００２８】
このようにして生成される駆動信号Ｓｄの周期をカウンタ６１１で計測することによって駆動信号Ｓｄの周期Ｔref を得る。
【００２９】
一方、上記の状態で上記選択回路１００および選択回路１１０をセンサ６００側に切り換えると、スイッチ回路２0５はＯＦＦし、フリップフロップ２０１の出力はセットされたままとなり、上記模擬受信波生成回路２００の遅延回路２０２では、自己が生成した信号を巡回させて上記遅延時間τdに対応する周期を持つ遅延連続波Ｐ200 を発生する。この遅延連続波Ｐ200を周波数測定回路６２１に入力し、遅延時間τ₁₀（＝ａ×τd）が測定されて演算回路６１４に入力される。演算回路６１４では上記周期Ｔref＝τ₁₀ ＋τ_e （τ_e ＝τ_e1＋τ_e2＋τ_e3）から時間τ₁₀を引いて、電気系の遅延時間τ_e を求めることになる。
【００３０】
上記において、遅延回路２０２の遅延時間τdはいくらでも構わない（ゼロでもよい）。また、電気系の遅延時間τ_e を求める別の手段として、異なる２つの分周比ａとｂを分周回路２０３に設定し、ａとｂの比と上記のようにして得られる二通りの模擬受信波Ｓ100の測定周期Ｔ₀₁とＴ₀₂からτ_eを得ることができる。すなわち、
Ｔ₀₁＝τ₁₀₁＋τ_e
Ｔ₀₂＝τ₁₀₂＋τ_e
τ₁₀₁／τ₁₀₂＝ａ／ｂ
よりτ_e を得ることができる。
【００３１】
この方法を実現するためには、図２に破線で示すように上記分周回路２０３の分周比を切り替え手段２０４で切り換えることで実現できることになる。尚この切替手段２０４の分周比の設定あるいは切替タイミング設定もこの装置全体を制御するＣＰＵで制御されるようになっている。
【００３２】
更に、上記選択回路の切り換えタイミングも上記ＣＰＵで制御するようになっている。
【００３３】
（実施の形態２）
図５は本願出願人によって出願された、特願平１１−１５９５９５に示す超音波音速測定装置の回路図であり、また、図６はそのタイムチャートである。本願発明を上記特願平１１−１５９５９５に適用する場合は、上記のようにして得られる遅延時間τ_e を以下に説明する遅延回路６に設定することになる。尚、図５においてはセンサ６００は反射型を用いているので、当該センサ６００の発信素子への入力端子と受信素子からの出力端子は共通となる。従って、模擬受信信号Ｓ100を選択回路１００を介して受信回路３に返す構造となっているので選択回路１１０は不要となる。
【００３４】
まず、特願平１１−１５９５９５の内容を簡単に説明する。
【００３５】
超音波の送信部および受信部より構成される送受信部２ａと反射板２ｂとの間に試料が充填された状態で、送信回路１による駆動に基づいて、図６(a) に示すように超音波S₀,S₁₀…が送受信部２ａより発振される。この超音波（以下「送信波」という）S₀,S₁₀…は、超音波送受信部２ａと所定距離をおいて試料中に設置した反射板２ｂで反射して超音波送受信部２ａに返り、再び超音波送受信部２ａで反射して超音波送受信部２ａ・反射板２ｂ間で図６(a) に示すように多重反射波(R₀,R1…),(R₁₀,R₁₁…) …を起こす。
【００３６】
この多重反射波を超音波送受信部２ａで受信し、受信回路３で増幅した後、検出回路４で整形すると、図６(b) に示す受信検出波Ｓｒが得られる。
【００３７】
なお、検出回路４では、所定レベル以上の強度で検出した反射波のみを受信波として採用するようになっている。すなわち、図６の例では、第１回目の送信波S₀に対する第１回目の反射波R₀と第２回目の反射波R1が、また、第２回目の送信波S₁₀ に対する第１回目の反射波R₁₀ が、それぞれ所定レベル以上であったので受信検出波Ｓｒ₀ Ｓｒ1 Ｓｒ₁₀として採用されている。それに対し、第３回目の送信波S₂₀ に対する反射波は、その全部が所定レベル以下であったので、全く受信検出波として採用されていない。
【００３８】
ところで、上記のように反射波が所定レベル以下となる原因は、例えば、試料液中に泡等の障害物が発生する場合が考えられる。このように受信波が検出されない状態で以下に説明するＰＬＬ回路が作動すると、誤った測定値を得ることになる。そこで、本発明では、上記所定レベル以上の強度で検出した反射波のみを受信波として採用するようになっている。
【００３９】
すなわち、上記受信検出波Ｓｒを所定時間τだけ受信波遅延回路５（第１の遅延回路）で遅延させることによって、図６(c) に示す遅延受信波ＬＳｒを得る。そして、該遅延受信波ＬＳｒは、ＰＬＬ１６の位相比較器８の比較信号として入力されるようになっている。
【００４０】
一方、ＰＬＬ１６の局部発振器１０の出力である発振波（送信タイミング用連続発振波）Ｐ₀ は遅延回路６で所定時間τ_e すなわち電気系の遅延時間遅延され、更に、遅延回路７（第２の遅延回路＝遅延回路６＋遅延回路７）で所定時間τ遅延されて遅延連続発振波Ｐ₂₀となり、上記位相比較器８の基準波として入力される。これによって、遅延受信波ＬＳｒの立ち上がりの位相と、遅延連続発振波Ｐ₂₀の立ち上がりの位相とを比較した結果が位相比較器８から出力されるようになっている。
【００４１】
また、上記検出回路４の出力はＰＬＬ１６のゲート回路９に制御信号として入力され、これによって、受信検出波Ｓｒが出ているタイミングのみにおける位相比較器８での比較結果（すなわち、遅延受信波の立ち上がりと遅延連続発振波Ｐ₂₀の立ち上がりとの位相差）が、ゲート回路９を通過し、局部発振器１０での発振周波数に反映されるようになっている。
【００４２】
すなわち、泡等の影響で受信検出波Ｓｒが得られていないときにはゲート回路９は閉じた状態となっているので、位相比較器８での比較結果は反映されない。ここで、上記ゲートが開いている時間は、上記比較結果が通過するに必要な時間ということになる。
【００４３】
以上の構成によると、所定の間隔で送信される複数の送信波S₀,S₁₀…に対応して少なくとも１回の反射波があれば、上記多重反射の時間間隔に同期した連続発振波Ｐ₀ を得ることができる。
【００４４】
従って、上記連続発振波Ｐ₀ の周期をカウンタ１１で計測し、この周期と、上記温度測定回路１３より得られる温度とに基づいて演算回路１４が音速を算出する。
【００４５】
その後、上記のように算出された音速は、プリンタ或いは表示画面等の出力手段１５に出力されるようになっている。
【００４６】
ここで、図６の例では、送信波S₀に対して反射波R₀,R1 、送信波S₁₀ に対して反射波R10 が受信されているが、送信波S₂₀ に対しては全く反射波が受信されていない様子を示している。このように試料液中の泡等の障害物によって受信波が検出されないときに、遅延連続発振波Ｐ₂₀と、発生していない遅延受信波ＬＳｒとの比較結果を局部発振器１０の発振周波数に反映すると、目的とする周波数を得ることができない。
【００４７】
ところが、上記のように検出波を所定時間τだけ遅延させると、検出回路４（遅延させる前のタイミングを持った信号）よりゲート回路９に受信波の有無に基づいた制御信号が入力され、ゲート回路９の開閉が制御されるようになっている。しかも、反射波が検出されない状態では上記ゲート回路９は閉じた状態を維持しているので、遅延連続発振波Ｐ₂₀と、発生していない遅延受信波ＬＳｒとの比較結果が局部発振器１０の発振周波数に反映されることはない。
【００４８】
また、上記したように、上記超音波の発振から第１回目の反射波R₀,R₁₀…が得られるまでの時間間隔と、第１回目の反射波R₀,R₁₀…を受信してから第２回目以降の反射波を受信するまでの時間間隔とでは、前者の方が上記電気系の遅延時間τ_e 大きくなっている。
【００４９】
そこで、上記連続発振波遅延回路６での遅延時間は上記電気系の遅延時間τ_e に対応させ、また、分周回路１２では、上記遅延時間τ_e 遅らせる以前の連続発振波Ｐ₀ の立ち上がりを利用して駆動信号Ｓｄを形成するようになっている。すなわち、駆動信号Ｓｄの発生タイミングは、遅延されていない受信検出波Ｓｒに同期した連続発振波Ｐ₁₀よりも上記遅延時間τ_e だけ早くなっている。
【００５０】
以上のように本発明によれば、送信波毎に生じる多重受信波が気泡の存在により不規則に、また、たまにしか受信されないような状況であっても、受信波の有無を位相同期回路への入力以前に判定し、受信された信号にのみ位相同期をかけることによって、気泡の影響を殆ど受けない安定した測定が可能となる。
【００５１】
ここで、選択回路１００を模擬受信波発生回路２００側に接続したときは、上記カウンタ１１でその周期（Ｔ＝τ₁₀＋τ_e ）を測定し、実施形態1と同様の周波数測定回路６２１で、遅延時間τ₁₀を測定することによりτ_eを求めることができる。また、電気系の遅延時間τ_e を求める別の手段として、実施形態1と同様に異なる２つの分周比を用いてτ_eを求めることができる。この値τ_eは上記遅延回路６に設定されることになる。ここで、タイマと組み合わせて上記選択回路１００を例えば数分毎に上記模擬受信波発生回路２００側に自動的に切り換えるようにすると、装置の自動校正をすることができることになる。
【００５２】
これによって、電気系の遅延時間が常に自動的に校正されることになる。また、センサをケーブルで接続して測定するような場合であっても、模擬受信波発生回路をセンサの近くに配置することによって当該ケーブルによる信号の遅延も上記遅延回路６に設定される値に含ませることができることになる。
【００５３】
図４は試料を純水（温度２０℃）とするときの、上記特願平１１−１５９５９５に示す超音波音速測定装置によって得られた環境温度−音速値（図４(b) ）と、本発明の方法に基づいて得られた上記遅延時間を用いて、上記従来の方法で得られた値を校正したときの温度−音速値（図４(a) ）の比較を示す図である。本発明による場合は温度依存性がなく、一定の値が得られていることが理解できる。
【００５４】
尚、上記の切替手段２０４の分周比の設定あるいは切替タイミング設定、および、上記選択回路１００の切り換えタイミングがこの装置全体を制御するＣＰＵで制御される点は上記実施の形態１の場合と同じである。
（実施の形態３）
以上の構成においては電気系による信号の遅れには、センサ６００までのケーブル長さによる信号の遅れを含むことになるが、特願平１１−１５９５９５に示す超音波音速測定装置において、ケーブル長さによる信号の遅れだけを考える場合には、以下のような方法を用いることもできる。
【００５５】
図７において、アンプ部３００は、送信系は分周器１２より下流部分、受信系は検出回路４より上流部分より構成される。また、制御部４００は上記アンプ部３００以外の部分より構成されることになる。ここで、制御部４００とアンプ部３００を結ぶケーブルＣは、制御部４００の局部発振器１０の出力が、送信ケーブルＣｓを介して一旦上記アンプ部３００の分周器１２の入力端に至り、そこからリターンしてリターンケーブルＣｔを介して上記遅延回路６に入力されている。また、上記検出回路４の出力である受信検出波Ｓｒも受信ケーブルＣｒを介して受信波遅延回路５に入力されている。尚、温度測定回路１３は減衰を考慮して図７ではアンプ部３００に組み込まれているが、制御部４００側に組み込まれてもよい。また、受信回路３、検出回路４も減衰を考慮しなくてよい場合には制御部４００側に組み込まれてもよい。
【００５６】
上記の構成において、上記受信検出波Ｓｒは上記局部発振器１０よりの信号よりは当該ケーブル長さ分遅れた信号となるが、上記受信検出波と共に位相比較器に入力される局部発振器１０よりの信号は上記送信ケーブルＣｓを介して一旦アンプ部３００まで至った後、リターン信号となってリターンケーブルＣｔを介して遅延回路６に入力されることにより、上記受信検出波の遅れと同じ遅れを持った信号となっているのでケーブル長を考慮する必要がなくなることになる。
【００５７】
図８は本実施の形態による校正結果を示すものである。本実施の形態のように差動ケーブルを用いた場合（図８(a) ）にはケーブル長さによって測定結果は変化しないが、送信ケーブルＣｓ、リターンケーブルＣｔを介さず直接遅延回路６に入力した場合には、測定結果はケーブル長さに依存することになる。
【００５８】
また、本実施の形態は上記実施の形態２と組み合わすことによって、更に、有効に実行することができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、電気回路上での遅れ時間を測定することにより、純粋に超音波が試料中を伝播する時間だけを測定することが可能となる。
そのため本体装置を交換しても特性が変わらないのでメンテナンス性が非常によく、又、本体の設置場所の移動によるケーブル長の変更や、環境温度の変化による影響を受けないので、データの信頼性が非常に高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をシングアラウンド法に適用した場合のブロック図である。
【図２】図１、図５に使用した模擬受信波生成回路の更に詳しいブロック図である。
【図３】本発明の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明による測定結果を示すグラフである。
【図５】本発明をＰＬＬ法に適用した場合のブロック図である。
【図６】図５に示す場合のタイムチャートである。
【図７】ケーブル長による誤差を補正するためのブロック図である。
【図８】図７に示した回路による補正結果を示すグラフである。
【図９】超音波音速測定装置の構成を示す概念図である。
【図１０】シングアラウンド法の概念を示す図である。
【符号の説明】
Ｓｄ送信駆動信号
τ₁₀遅延時間
Ｓ100 模擬受信波
２００模擬受信波生成手段（模擬受信波生成回路）
τ_e回路固有の遅延時間
Ｃｓ送信ケーブル
Ｃｔリターンケーブル

Claims

超音波送信部より送信された超音波を超音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、試料中の音速を求める超音波音速測定装置において、
上記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成する模擬受信波生成手段と、
上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延時間τ_eを算出する演算手段とを備え、
前記遅延時間τ _e だけ遅延させた発振信号により前記連続波を発生させることを特徴とする超音波音速測定装置。
超音波送信部より送信された超音波を超音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、試料中の音速を求める超音波音速測定装置において、
上記連続波を発振させるための基準になる信号を伝送するための当該装置に使用される送信ケーブルとその送信ケーブルの先端から折り返すリターンケーブルとを備え、
前記送信ケーブルと前記リターンケーブルとを経た信号と同期した前記連続波を発生させることを特徴とする超音波音速測定装置。
超音波送信部より送信された超音波を超音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、試料中の音速を求める超音波音速測定装置において、
上記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成する模擬受信波生成手段と、
上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延時間τ_eを算出する演算手段と、
上記連続波を発振させるための基準になる信号を伝送するための当該装置に使用される送信ケーブルとその送信ケーブルの先端から折り返すリターンケーブルとを備えたことを特徴とする超音波音速測定装置。
上記遅延時間τ₁₀を計測する手段を備えた請求項１又は３に記載の超音波音速測定装置。
上記遅延時間τ₁₀と、異なる遅延時間τ₁₀’とに切り換えのできる切替手段を備えた請求項１又は３に記載の超音波音速測定装置。
超音波送信部より送信された超音波を超音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、試料中の音速を求める超音波音速測定方法において、
上記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成しておき、
上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延時間τ_eを算出し、
前記遅延時間τ _e だけ遅延させた発振信号により前記連続波を発生させる超音波音速校正方法。
超音波送信部より送信された超音波を超音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、試料中の音速を求める超音波音速測定方法において、
上記連続波を発振させるための基準になる信号を、当該装置に使用される送信ケーブルを往復させるとともに、当該送信ケーブルを往復した信号と前記連続波とを同期させることを特徴とする超音波音速校正方法。
超音波送信部より送信された超音波を超音波受信部で受信し、当該送信部と受信部の間に充填された試料中を伝播する超音波の伝播時間に対応する連続波を発生させ、連続波の周期を計測することによって、試料中の音速を求める超音波音速測定方法において、
上記超音波を送信するための送信駆動信号を所定の遅延時間τ₁₀だけ遅延させた後に模擬受信波を生成しておき、
上記遅延時間τ₁₀と、上記遅延時間τ₁₀と回路固有の遅延時間τ_eから成る周期Ｔとに基づいて回路固有の遅延時間τ_eを算出するとともに、
上記連続波を発振させるための基準になる信号を、当該装置に使用される送信ケーブルを往復させることを特徴とする超音波音速校正方法。
上記遅延時間τ₁₀を計測する時間計測処理を備えた請求項６又は８に記載の超音波音速校正方法。
上記遅延時間τ₁₀と、異なる遅延時間τ₁₀’とに切り換え処理ができる請求項６又は８に記載の超音波音速校正方法。