JP4640627B2

JP4640627B2 - 超音波ドップラー流速計

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Publication number: JP4640627B2
Application number: JP25138599A
Authority: JP
Inventors: 耕司戸田
Original assignee: 耕司戸田
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2019-09-06
Also published as: JP2001074760A; US6564649B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体中における物体の回転速度や、一方向に流れる液体の流速を検出する超音波ドップラー流速計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動変位の動的状態を検出する従来のセンサは、接触型と非接触型の２つに分類される。微小変位測定用の電気マイクロメータやデジタルゲージ、回転軸測定用のロータリエンコーダ、長変位測定用リニアスケールなどは接触型センサに属する。これらの接触型センサは測定精度、応答時間などに問題を有している。レーザ型センサおよび電気音響型センサなどは非接触型センサに属する。レーザ型センサは測定精度、測定方法、装置の規模などに問題を有している。電気音響型センサは被測定物の変位の測定範囲が狭いという欠点を有するとともに、測定精度にも問題がある。
また、従来のものでは液体の流速を精度よく測定するには複雑な信号処理回路技術が必要で、電気音響変換用のトランスデューサに難点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、小型軽量で、検出感度が高く、高速応答に優れ、低消費電力駆動が可能な超音波ドップラー流速計を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超音波ドップラー流速計は、圧電性を有する基板、入力用すだれ状電極、出力用すだれ状電極および信号検出手段から成る超音波ドップラー流速計であって、前記基板の一方の端面には前記入力用および出力用すだれ状電極が設けられ、前記基板のもう一方の端面は液体と接触しており、前記入力用すだれ状電極の電極指は前記出力用すだれ状電極の電極指に対し傾きを有し、前記入力用すだれ状電極は、入力電気信号を印加されることにより前記基板に漏洩弾性波を励振し、前記漏洩弾性波を前記液体中に縦波として照射し、前記縦波を前記液体中に含まれる物体で反射させ、前記出力用すだれ状電極は、反射された前記縦波をドップラー偏移周波数を有する遅延電気信号に変換し、前記信号検出手段は、前記入力電気信号のキャリア周波数と前記ドップラー偏移周波数との周波数差から前記物体の移動速度を検出する。
【０００５】
請求項２に記載の超音波ドップラー流速計は、前記物体が回転する状態にある時、前記信号検出手段は前記物体の回転速度を検出する。
【０００６】
請求項３に記載の超音波ドップラー流速計は、前記液体が一方向に流れるのに従って前記物体が移動し、前記信号検出手段は前記物体の移動速度を検出する。
【０００７】
請求項４に記載の超音波ドップラー流速計は、前記基板が圧電セラミックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行である。
【０００８】
請求項５に記載の超音波ドップラー流速計は、前記基板が圧電性高分子フィルムで成る。
【０００９】
請求項６に記載の超音波ドップラー流速計は、前記基板が２層体で成り、前記２層体が圧電層および非圧電層で成る。
【００１０】
請求項７に記載の超音波ドップラー流速計は、前記基板が２つの圧電部と前記２つの圧電部に挟まれた非圧電部で成る。
【００１１】
請求項８に記載の超音波ドップラー流速計は、前記基板が、非圧電板と前記非圧電板に設けられた２つの圧電板で成る。
【００１２】
請求項９に記載の超音波ドップラー流速計は、前記入力用すだれ状電極の電極指は前記出力用すだれ状電極の電極指と直交している。
【００１３】
請求項１０に記載の超音波ドップラー流速計は、前記入力用および出力用すだれ状電極が、それぞれ円弧状を成すとともに互いに同心を有する位置関係を形成している。
【００１４】
請求項１１に記載の超音波ドップラー流速計は、前記信号分析手段が信号発生器、増幅器および周波数カウンタで成り、前記信号発生器は前記入力電気信号を発生し、前記増幅器は前記遅延電気信号を増幅し、前記周波数カウンタは、前記周波数差から前記物体の移動速度を検出する。
【００１５】
請求項１２に記載の超音波ドップラー流速計は、前記信号分析手段が信号発生器、増幅器および周波数／電圧変換器で成り、前記信号発生器は前記入力電気信号を発生し、前記増幅器は前記遅延電気信号を増幅し、前記周波数／電圧変換器は、前記ドップラー偏移周波数を電圧に変換し、変換された前記電圧によって前記周波数差を表す。
【００１６】
請求項１３に記載の超音波ドップラー流速計は、前記信号分析手段が信号発生器および位相比較器で成り、前記信号発生器は前記入力電気信号を発生し、前記位相比較器は、前記入力電気信号と前記遅延電気信号との位相差を検出し、前記位相差によって前記周波数差を表す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波ドップラー流速計は、圧電性を有する基板、入力用すだれ状電極、出力用すだれ状電極および信号分析手段から成る簡単な構造を有する。入力用および出力用すだれ状電極は、基板の一方の端面に設けられており、基板のもう一方の端面は液体と接触している。また、入力用すだれ状電極の電極指は出力用すだれ状電極の電極指に対して傾きを有するように配置されている。入力用すだれ状電極にその中心周波数とほぼ等しいキャリア周波数ｆ₀を有する入力電気信号を印加すると、基板に漏洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波は基板に接触する液体中に縦波として照射される。液体中の縦波は液体中に含まれる物体で反射される。反射された縦波は、出力用すだれ状電極によって、その物体の運動状態に対応するドップラー偏移周波数ｆを有する遅延電気信号に変換される。遅延電気信号の変化は信号分析手段によってキャリア周波数ｆ₀とドップラー偏移周波数ｆとの周波数差Δｆとして検出される。このようにして、液体中の物体の移動速度は周波数差Δｆと関係づけられる。たとえば液体中にある物体の回転速度が分かる。また、流れている液体の流速は、その液体に含まれている物体の移動速度から分かる。
【００１８】
本発明の超音波ドップラー流速計では、基板が圧電セラミックで成り、その圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行である構造、または基板が圧電性高分子フィルムで成る構造が可能である。このような構造を採用することにより、液体中の物体の移動速度の検出感度を向上させることが可能となるばかりでなく、装置の小型軽量化を促進することができる。
【００１９】
本発明の超音波ドップラー流速計では、基板が２層体で成り、この２層体が圧電層および非圧電層で成る構造が可能である。圧電層としては圧電セラミック薄板が、非圧電層としてはアクリル薄板などが用いられる。このような層状構造基板の採用により、機械的強度を高めることが可能となる。また、アクリル薄板の使用は液体層との音響結合のための整合性において好都合である。
【００２０】
本発明の超音波ドップラー流速計では、基板が２つの圧電部とその２つの圧電部に挟まれた非圧電部で成る構造が可能である。このような構造を採用することにより、出力用すだれ状電極での遅延電気信号の信号処理を向上させることができる。
【００２１】
本発明の超音波ドップラー流速計では、基板が非圧電板とその非圧電板に設けられた２つの圧電板で成る構造が可能である。このような構造を採用することにより、機械的強度を高めることが可能となるばかりでなく、出力用すだれ状電極での遅延電気信号の検出感度を向上させることができる。非圧電板としてはアクリル板などが用いられるが、アクリル板の使用は液体層との音響結合のための整合性において好都合である。
【００２２】
本発明の超音波ドップラー流速計では、入力用すだれ状電極の電極指が出力用すだれ状電極の電極指と直交する構造が可能である。このような構造を採用することにより、出力用すだれ状電極での遅延電気信号の検出感度をさらに向上させることができる。
【００２３】
本発明の超音波ドップラー流速計では、入力用および出力用すだれ状電極がそれぞれ円弧状を成すとともに互いに同心を有する構造が可能である。このような構造を採用することにより、液体中での漏洩弾性波の縦波への変換効率を上昇させることができ、また、出力用すだれ状電極での遅延電気信号の検出感度を向上させることができる。
【００２４】
本発明の超音波ドップラー流速計では、信号分析手段が、入力電気信号を発生する信号発生器、遅延電気信号を増幅する増幅器、および周波数カウンタで成る構造が可能である。このような構造では、増幅器によって増幅された遅延電気信号は周波数カウンタに伝えられ、そのドップラー偏移周波数ｆが測定される。このようにして、液体中の物体の移動速度は、キャリア周波数ｆ₀とドップラー偏移周波数ｆとの周波数差Δｆとして表される。
【００２５】
本発明の超音波ドップラー流速計では、信号分析手段が、入力電気信号を発生する信号発生器、遅延電気信号を増幅する増幅器、および周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換器で成る構造が可能である。このような構造では、増幅器によって増幅された遅延電気信号はＦ／Ｖ変換器に伝えられ、遅延電気信号のドップラー偏移周波数ｆは電圧に変換される。このようにして液体中の物体の移動速度は、Ｆ／Ｖ変換された電気信号の電圧の形で出力される。
【００２６】
本発明の超音波ドップラー流速計では、信号分析手段が、入力電気信号を発生する信号発生器と位相比較器で成る構造が可能である。位相比較器では入力電気信号と遅延電気信号との位相差が検出され、液体中の物体の移動速度はこの位相差によって表される。
【００２７】
【実施例】
図１は本発明の超音波ドップラー流速計の一実施例を示す構成図である。本実施例は基板１、入力用すだれ状電極２、出力用すだれ状電極３および信号分析手段４から成る。信号分析手段４は入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３に電気的に接続されている。基板１は厚さ１５０μｍの圧電セラミック薄板で成る。本実施例では基板１として圧電セラミック薄板が用いられているが、圧電性の高分子フィルムを用いることも可能である。入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３はともにアルミニウム薄板で成り、基板１の一方の端面に設けられている。もしも、円盤６を有するモータ５の回転速度を測定する場合には、円盤６を液槽７中の液体に浸し、基板１のもう一方の端面を液体と接触させる必要がある。このようにして、図１の超音波ドップラー流速計は小型軽量で構造も簡単である。
【００２８】
図２は基板１、入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３で成るデバイスを上方から見たときの平面図である。入力用すだれ状電極２と出力用すだれ状電極３はともに１０対の電極指を有し、電極交差幅は４ｍｍで、電極周期長は３４０μｍである。また、入力用すだれ状電極２の電極指は出力用すだれ状電極３の電極指と直交している。
【００２９】
図３は信号分析手段４の第１の実施例を示す構成図である。本実施例では、信号分析手段４は信号発生器８、増幅器９および周波数カウンタ１０から成る。
【００３０】
図３の信号分析手段４を備えた図１の超音波ドップラー流速計において、キャリア周波数ｆ₀を有する入力電気信号が信号発生器８からすだれ状電極２に印加されると、基板１に漏洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波は入力用すだれ状電極２の電極周期長にほぼ対応する波長を有しており、液体中に縦波として伝搬される。つまり、液体中において漏洩弾性波から縦波へのモード変換が起こる。
この縦波は円盤６によって反射され、反射された縦波は、出力用すだれ状電極３によってドップラー偏移周波数ｆを有する遅延電気信号として検出される。遅延電気信号は増幅器９によって増幅され、周波数カウンタ１０に伝えられ、ドップラー偏移周波数ｆが測定される。ドップラー偏移周波数ｆは円盤６が回転するに従って変化することから、キャリア周波数ｆ₀とドップラー偏移周波数ｆとの周波数差Δｆからモータ５の回転速度が分かる。
【００３１】
図４は液体中を伝搬する縦波の伝搬路を矢印で示した平面図である。円盤６は縦波を４５°の角度で反射することがわかる。
【００３２】
図５は液体中を伝搬する縦波の伝搬路を矢印で示した側面図である。入力用すだれ状電極２は縦波を２８．８°の角度で照射する。これは、第１に基板１の厚さが１５０μｍであること、第２に入力用すだれ状電極２の電極周期長が３４０μｍであることに因る。つまり、縦波の照射角度は基板１中の漏洩弾性波の速度と液体中の縦波速度から計算される。結果として円盤６は縦波を２８．８°の角度で反射する。
【００３３】
図６は基板１に励振される各モードの弾性波の位相速度の理論値と、周波数との関係を示す特性図である。基板１中を伝搬する横波の速度は２，４５０ｍ/ｓであり、縦波の速度は４，３９０ｍ/ｓである。各モードにおいて大きな速度分散が認められる。
【００３４】
図７は液体中への縦波照射のための入力用すだれ状電極２の実効変換効率ηの理論値と、周波数との関係を示す特性図である。Ｓ₀モードにおいて９．５３ＭＨｚ近傍で最も高いピークがみられ、このピークの周波数は最適な動作周波数を示している。
【００３５】
図６および７により、（１）Ｓ₀モード弾性波が効率よく縦波に変換されること、（２）Ｓ₀モードの最適な動作周波数は約９．５３ＭＨｚであり、これはキャリア周波数ｆ₀に相当すること、（３）９．５３ＭＨｚ近傍での最適の位相速度は約３，０９０ｋｍ／ｓであることが分かる。
【００３６】
図８は円盤６が回転している場合に周波数カウンタ１０で測定される周波数と、その振幅との関係を示す出力信号のスペクトルの特性図である。図８におけるドップラースペクトルは、９．５２８５ＭＨｚおよび９．５３４５ＭＨｚにエネルギーピークを有し、前者はドップラー偏移周波数ｆに後者はキャリア周波数ｆ₀に対応する。このようにして、周波数差Δｆが求まる。
【００３７】
図９はモータ５の回転速度と、周波数差Δｆとの関係を示す特性図である。回転速度が周波数差Δｆと直線的に相関していることが分かる。このようにして、回転速度は周波数差Δｆから求まる。図９における負の符号は逆回転を意味している。
【００３８】
図１０は信号分析手段４の第２の実施例を示す構成図である。本実施例では、信号分析手段４は信号発生器１１、増幅器１２および周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換器１３から成る。
【００３９】
図１０の信号分析手段４を備えた図１の超音波ドップラー流速計において、入力電気信号が信号発生器１１から入力用すだれ状電極２に印加されると、基板１に漏洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波は液体中に縦波として照射され、その縦波は円盤６によって反射された後、出力用すだれ状電極３において遅延電気信号として検出される。遅延電気信号は増幅器１２によって増幅され、Ｆ／Ｖ変換器１３に伝えられる。Ｆ／Ｖ変換器１３において遅延電気信号の周波数は電圧に変換される。このようにして、Ｆ／Ｖ変換された遅延電気信号の電圧の形で周波数差Δｆを表すことが可能となる。
【００４０】
図１１は信号分析手段４の第３の実施例を示す構成図である。本実施例では、信号分析手段４は信号発生器１４、減衰器１５、位相偏移器１６および位相比較器１７から成る。
【００４１】
図１１の信号分析手段４を備えた図１の超音波ドップラー流速計において、入力電気信号が信号発生器１４から入力用すだれ状電極２に印加されると、基板１に漏洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波は液体中に縦波として照射され、その縦波は円盤６によって反射された後、出力用すだれ状電極３において遅延電気信号として検出される。遅延電気信号の位相は、減衰器１５によって減衰された入力電気信号の位相と位相比較器１７において比較される。この場合、入力電気信号の位相は、モータ５が回転していないときには、遅延電気信号の位相と一致するように位相偏移器１６によって予め調整されている。このようにして、入力電気信号の位相と遅延電気信号の位相との位相差として、周波数差Δｆを表すことが可能となる。
【００４２】
図１２は図２のデバイスの代わりに用いられるデバイスの第１の実施例を示す断面図である。図１２のデバイスは図２と同様な構造を有する。但し、基板１の代わりに２層体が用いられていることを除く。２層体は圧電層１８および非圧電層１９から成り、それらはともに内側端面で固着されている。入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３は圧電層１８の内側または外側のどちらの端面に備えられていてもよいが、この実施例においては外側端面に備えられている。図１の超音波ドップラー流速計においては、非圧電層１９の外側端面が液体と接触する。非圧電層１９としては、たとえばアクリル板などが用いられる。図１２のデバイスは図２のデバイスに比べ機械的強度に優れている。
【００４３】
図１３は図２のデバイスの代わりに用いられるデバイスの第２の実施例を示す断面図である。図１３のデバイスは図２と同様な構造を有する。但し、基板１の代わりに別の基板が用いられていることを除く。この基板は圧電部２０、圧電部２１および非圧電部２２から成り、非圧電部２２は圧電部２０と圧電部２１に挟まれている。また、それぞれの一方の端面は図１の超音波ドップラー流速計における液体と接触している。入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３は圧電部２０および圧電部２１それぞれのもう一方の端面に設けられている。図１３のデバイスは図２のデバイスに比べ出力用すだれ状電極３での遅延電気信号の信号処理に優れている。
【００４４】
図１４は図２のデバイスの代わりに用いられるデバイスの第３の実施例を示す断面図である。図１４のデバイスは図２と同様な構造を有する。但し、基板１の代わりに別の基板が用いられていることを除く。この基板は非圧電板２３、圧電板２４および圧電板２５から成る。非圧電板２３の一方の端面は図１の超音波ドップラー流速計における液体と接触している。非圧電板２３のもう一方の端面には、圧電板２４および圧電板２５が絶縁された状態で設けられている。入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３は、それぞれ圧電板２４および圧電板２５における内側または外側のどちらの端面に備えられていてもよいが、この実施例においては外側端面に備えられている。図１４のデバイスは図２のデバイスに比べ機械的強度に優れているばかりでなく、出力用すだれ状電極３での遅延電気信号の検出感度に優れている。
【００４５】
図１５は図２のデバイスの代わりに用いられるデバイスの第４の実施例を示す平面図である。図１５のデバイスは図２と同様な構造を有する。但し、入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３の代わりに入力用すだれ状電極２６および出力用すだれ状電極２７が用いられていることを除く。入力用すだれ状電極２６および出力用すだれ状電極２７は、ともに円弧状のアルミニウム薄膜で成り、互いに同心を有する位置関係を形成している。図１５のデバイスは図２のデバイスに比べ液体中での漏洩弾性波の縦波への変換効率に優れ、また、出力用すだれ状電極３での遅延電気信号の検出感度に優れている。
【００４６】
図１２，１３および１４において、入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３の代わりに入力用すだれ状電極２６および出力用すだれ状電極２７をそれぞれ用いることが可能である。このような構造は液体中での漏洩弾性波の縦波への変換効率を向上させ、また、遅延電気信号の検出感度を向上させる。
【００４７】
図１６は図１の超音波ドップラー流速計を用いてパイプ２８中を流れる液体の流速を測定する場合の一実施例を示す構成図である。液体中には流速に従って移動する物体２９が含まれており、この物体２９は液体中において縦波を反射する。液体の流速はキャリア周波数ｆ₀とドップラー偏移周波数ｆとの周波数差Δｆから得られる。このようにして、たとえば人の血液の流速、水道管や排水管内を流れる水や汚水の流速の測定が可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の超音波ドップラー流速計は、圧電性を有する基板、その基板の一方の端面に設けられた入力用すだれ状電極および出力用すだれ状電極、そして信号分析手段から成る。入力用すだれ状電極の電極指は出力用すだれ状電極の電極指に対して傾きを有するように配置されている。もしも、キャリア周波数ｆ₀を有する入力電気信号を入力用すだれ状電極に印加すると、基板に漏洩弾性波が励振される。この漏洩弾性波は基板のもう一方の端面に接触する液体中に縦波として照射され、液体中に含まれる物体で反射される。反射された縦波は、出力用すだれ状電極によってその物体の運動状態に対応するドップラー偏移周波数ｆを有する遅延電気信号に変換される。遅延電気信号の変化は信号分析手段によってキャリア周波数ｆ₀とドップラー偏移周波数ｆとの周波数差Δｆとして検出される。このようにして、液体中の物体の移動速度が周波数差Δｆと関係づけられる。
【００４９】
本発明の超音波ドップラー流速計では、（１）基板が圧電セラミックで成り、その圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行である構造、（２）基板が圧電性高分子フィルムで成る構造、（３）基板が２層体で成りこの２層体が圧電層および非圧電層で成る構造、（４）基板が２つの圧電部とその２つの圧電部に挟まれた非圧電部で成る構造、（５）基板が非圧電板とその非圧電板に設けられた２つの圧電板で成る構造が可能である。これらの構造を採用することにより、装置の小型軽量化の促進、物体の移動速度の検出感度の向上、機械的強度の向上、遅延電気信号の信号処理および検出感度の向上などが可能となる。
【００５０】
本発明の超音波ドップラー流速計では、入力用すだれ状電極の電極指が出力用すだれ状電極の電極指と直交する構造が可能である。このような構造を採用することにより、出力用すだれ状電極での遅延電気信号の検出感度をさらに向上させることができる。また、入力用および出力用すだれ状電極がそれぞれ円弧状を成すとともに互いに同心を有する構造が可能である。このような構造を採用することにより、液体中での漏洩弾性波の縦波への変換効率を上昇させることができ、また、出力用すだれ状電極での遅延電気信号の検出感度を向上させることができる。
【００５１】
本発明の超音波ドップラー流速計では、信号分析手段が、信号発生器、増幅器および周波数カウンタで成る構造が可能である。このような構造では、液体中の物体の移動速度は、キャリア周波数ｆ₀とドップラー偏移周波数ｆとの周波数差Δｆとして表される。
【００５２】
本発明の超音波ドップラー流速計では、信号分析手段が、信号発生器、増幅器および周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換器で成る構造が可能である。このような構造では、液体中の物体の移動速度は、Ｆ／Ｖ変換された電気信号の電圧という形で表される。
【００５３】
本発明の超音波ドップラー流速計では、信号分析手段が、信号発生器および位相比較器で成る構造が可能である。このような構造では、液体中の物体の移動速度は位相差によって表される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波ドップラー流速計の一実施例を示す構成図。
【図２】基板１、入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３で成るデバイスを上方から見たときの平面図。
【図３】信号分析手段４の第１の実施例を示す構成図。
【図４】液体中を伝搬する縦波の伝搬路を矢印で示した平面図。
【図５】液体中を伝搬する縦波の伝搬路を矢印で示した側面図。
【図６】基板１に励振される各モードの弾性波の位相速度の理論値と、周波数との関係を示す特性図。
【図７】液体中への縦波照射のための入力用すだれ状電極２の実効変換効率ηの理論値と、周波数との関係を示す特性図。
【図８】円盤６が回転している場合に周波数カウンタ１０で測定される周波数と、その振幅との関係を示す特性図。
【図９】モータ５の回転速度と、周波数差Δｆとの関係を示す特性図。
【図１０】信号分析手段４の第２の実施例を示す構成図。
【図１１】信号分析手段４の第３の実施例を示す構成図。
【図１２】図２のデバイスの代わりに用いられるデバイスの第１の実施例を示す断面図。
【図１３】図２のデバイスの代わりに用いられるデバイスの第２の実施例を示す断面図。
【図１４】図２のデバイスの代わりに用いられるデバイスの第３の実施例を示す断面図。
【図１５】図２のデバイスの代わりに用いられるデバイスの第４の実施例を示す平面図。
【図１６】図１の超音波ドップラー流速計を用いてパイプ２８中を流れる液体の流速を測定する場合の一実施例を示す構成図。
【符号の説明】
１基板
２入力用すだれ状電極
３出力用すだれ状電極
４信号分析手段
５モータ
６円盤
７液槽
８信号発生器
９増幅器
１０周波数カウンタ
１１信号発生器
１２増幅器
１３Ｆ／Ｖ変換器
１４信号発生器
１５減衰器
１６位相偏移器
１７位相比較器
１８圧電層
１９非圧電層
２０圧電部
２１圧電部
２２非圧電部
２３非圧電板
２４圧電板
２５圧電板
２６入力用すだれ状電極
２７出力用すだれ状電極
２８パイプ
２９物体

Claims

圧電性を有する基板、入力用すだれ状電極、出力用すだれ状電極、および信号検出手段から成り、液体を含む超音波照射対象中において運動する測定対象物体の運動状態を検出する超音波ドップラー流速計であって、前記基板の一方の端面には前記入力用および出力用すだれ状電極が設けられ、前記基板のもう一方の端面は前記液体との接触面とされ、前記入力用すだれ状電極の電極指は前記出力用すだれ状電極の電極指に対し直交しており、前記入力用すだれ状電極は、入力電気信号を印加されることにより前記基板に漏洩弾性波を励振し、前記漏洩弾性波を前記液体中に縦波として照射する機能を有し、前記縦波を前記測定対象物体で反射させ、前記液体中を伝搬する照射縦波および反射縦波のうち前記基板の前記一方の端面上にそれぞれ投影される照射縦波成分および反射縦波成分の方向を直交させ、前記出力用すだれ状電極は、前記反射縦波をドップラー偏移周波数を有する遅延電気信号に変換させる機能を有し、前記信号検出手段は、前記入力電気信号のキャリア周波数と前記ドップラー偏移周波数との周波数差から前記測定対象物体の運動状態を検出する機能を有することを特徴とする超音波ドップラー流速計。
前記測定対象物体が回転する状態にある時、前記信号検出手段は前記測定対象物体の回転方向および回転速度を検出する機能を有する請求項１に記載の超音波ドップラー流速計。
前記液体が一方向に流れるのに従って前記測定対象物体が移動する状態にある時、前記信号検出手段は前記測定対象物体の移動方向および移動速度を検出する機能を有する請求項１に記載の超音波ドップラー流速計。
前記基板が圧電セラミックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行である請求項１，２または３に記載の超音波ドップラー流速計。
前記基板が圧電性高分子フィルムで成る請求項１，２または３に記載の超音波ドップラー流速計。
前記基板が２層体で成り、前記２層体が圧電層および非圧電層で成る請求項１，２，３，４または５に記載の超音波ドップラー流速計。
前記基板が２つの圧電部と前記２つの圧電部に挟まれた非圧電部で成る請求項１，２，３，４または５に記載の超音波ドップラー流速計。
前記基板が、非圧電板と前記非圧電板に設けられた２つの圧電板で成る請求項１，２，３，４または５に記載の超音波ドップラー流速計。
前記入力用すだれ状電極の電極指は前記出力用すだれ状電極の電極指と直交している請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の超音波ドップラー流速計。
前記入力用および出力用すだれ状電極は、それぞれ円弧状を成すとともに互いに同心を有する位置関係を形成している請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の超音波ドップラー流速計。
前記信号分析手段が信号発生器、増幅器および周波数カウンタで成り、前記信号発生器は前記入力電気信号を発生させる機能を有し、前記増幅器は前記遅延電気信号を増幅させる機能を有し、前記周波数カウンタは、前記周波数差から前記測定対象物体の移動方向および移動速度を検出する機能を有する請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０に記載の超音波ドップラー流速計。
前記信号分析手段が信号発生器、増幅器および周波数／電圧変換器で成り、前記信号発生器は前記入力電気信号を発生させる機能を有し、前記増幅器は前記遅延電気信号を増幅させる機能を有し、前記周波数／電圧変換器は、前記ドップラー偏移周波数を電圧に変換し、変換された前記電圧によって前記周波数差を表す機能を有する請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０に記載の超音波ドップラー流速計。
前記信号分析手段が信号発生器および位相比較器で成り、前記信号発生器は前記入力電気信号を発生させる機能を有し、前記位相比較器は、前記入力電気信号と前記遅延電気信号との位相差を検出し、前記位相差によって前記周波数差を表す機能を有する請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０に記載の超音波ドップラー流速計。