JPH03209131A - 超音波送受波器 - Google Patents

超音波送受波器

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JPH03209131A
JPH03209131A JP2003776A JP377690A JPH03209131A JP H03209131 A JPH03209131 A JP H03209131A JP 2003776 A JP2003776 A JP 2003776A JP 377690 A JP377690 A JP 377690A JP H03209131 A JPH03209131 A JP H03209131A
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ultrasonic
prism
wave
vibrator
ultrasonic wave
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Toshio Sato
敏夫 佐藤
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Tokyo Keiki Inc
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Tokimec Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野] 本発明は、超音波送受波器に関し,特に、プリズム内の
超音波の音速を測定可能な超音波送受波器に関する. [従来の技術] 従来の超音波流量討て用いられる超音波迭受波器として
は、例えば第7図に示すようなものかある。
すなわち、振動子lか、正面断面か等脚台形状のプリズ
ム2の一方の斜面に貼り付けられて、その斜面は超音波
発振面3となっている.また、フリズム2の底面は、パ
イプなどの流体収容部に対し超音波を送る超音波送波面
4となっている。フリズム2の他方の斜面は、超音波発
振面3から発振された超音波を反射する超音波反射面5
となっている. そして、振動子lの超音波発振面3から発振された超音
波は一部か超音波送波面4により反射され、さらに、そ
の反射された超音波は超音波反射面5により反射されて
、同し経路を経て、振動子lて受信される. 第8図に示すとおり、この振動子lが超音波を発振した
時点l2から反射してきた超音波を受信した時点l3ま
ての時間を測定することにより、プリズム2内の超音波
の音速か測定される。
プリズム内の音速は、外界の温度条件等によって変化す
る。従って、プリズム内の音速に基づき、外界の影響を
受けた流体の流速を補正することかできる。
[発明か解決しようとする課題} しかしながら、このような従来の超音波送受波器ては、
超音波の経路として、第7図て破線6により示す経路の
ほかに、第9図で破線7および第10図で線9,1lに
より示す経路かある.すなわち、M49図の破線7て示
す経路は、振動子lにより超音波発振面3から発振され
,超音波送波面4てモート変換された超音波が、さらに
、プリズム2の上面8で反射され、プリズム2内で多重
反射を繰り返した後、振動子lて受信される経路である
. また,第10図の一点鎖線9で示す経路は、振動子lの
超音波発振面3から発振された超音波か,プリズム2の
超音波送波面4の表面上を伝搬し、超音波反射面5と超
音波送波面4との交線部分10により反射されて、振動
子lて受信される経路である. さらに、第10図の実線11て示す経路は,振動子lの
超音波発振面3から発振された超音波か、プリズム2の
超音波送波面4で反射され,縦波から横波となって、直
接,振動子1て受信される経路である. 第9図の線7および第10図の線9,1lて示されるこ
れらの経路を通る超音波は,第7図の線6の経路を通る
超音波に対して妨害波となってしまう. また、第1図の経路6を伝搬する超音波により、プリズ
ム2内の音速を測定するとき、振動子lの裏面ての振動
か十分治まっていないうちに、反射されて返ってきた超
音波を受信してしまうことかある。この残留振動が、測
定に対して妨害波となってしまう. これらのため、第6図で示すように、振動子1による受
信信号には、超音波を発振した時点12と、反射してき
た超音波を受信した時点13とを示す信号のほか、発振
の残留振動によりノイズ信号a,c,eか、経路7によ
りノイズ信号fか、経路4によりノイズ信号dか、経路
1lによりノイズ信号bか,発生する。
これらの結果、経路6による超音波エコーの判別か困難
となって、プリズム1内の音速の測定か困難となるとと
もに、妨害波により、音速測定の精度も悪化してしまう
という問題点かあつた。
本発明は、このような従来の技術か有する問題点に着ロ
してなされたもので、プリズム内の音速測定の妨害波を
除去し、精度の良好な音速測定ができるようにした超音
波送受波器を提供することを目的とする。
[:X1題を解決するための手段1 かかる目的を達成するため 本願第1の発明は 被測定系に対して超音波を送波する超音波送波面を設け
たブソズムと、このプリズムの前記超音波送波面に#接
する脚面に取り付けられる振動子とを備えた超音波送受
波器において、 前記振動子は,縦波として発振される超音波の音速をC
I,前記超音波送波面により反射されて横波となった超
音波の音速をC2、前記脚面と前記超音波送波面とのな
す角度を01,前記超音波発振面と前記超音波送波面と
の交線部分から該振動子の一端まての距離をh、該振動
子の長さをLとするとき、 さらに、本jl第2の発明は、振動子の上面に音波吸収
材を設けたことを特徴とする. 本願第3の発明は、プリズムの上面に音波吸収材を設け
たことを特徴とする。
本願第4の発明は、プリズムの振動子を取り付けた脚面
に対向する脚面と底面との交線部分(切除部を設けたこ
とを特徴とする。
本願第5の発明は、プリズムの振動子を取り付けた脚面
(対向する脚面と底面との交線部分に音波吸収材を設け
たことを特徴とする. 1作用] 振動子の上面または超音波送波面に対向するプリズム面
に音波吸収材を設け、あるいはプリズムを、超音波送波
面と超音波反斜面との接する位置にある交線部分を除去
した形状とすることにより、プリズム内の音速を測定す
るための超音波に対する妨害波を除去し、精度の良好な
音速測定をすることかてきるものである。
【実施例J 以下、図面に基づき本発明の各種実施例について説明す
る。なお、各種実施例につき同種の部位には同一符号を
付し重複した説明を省略する。
第1図および第2図は、本発明の第1実施例を示してお
り、第1図は超音波送受波器の概略正面部分断面図、第
2図は第1図のプリズムの底面図である。
第lI2lに示すように、超音波流量計の超音波送受波
器は、略等脚台形断面を有するプリズム22と,プリズ
ム22の脚面の一面23に張り付けられる振動子21を
有している. プリズム22の底面は、流体収容部のバイブに接して、
これに対し超音波を送る超音波送波面24となっている
。また、プリズム22の他方の脚面は、超音波発振面2
3から発振され,超音波送波面24から反射した超音波
を反射する超音波反射面25となっている. そして、振動子2lの上面およびプリズム22の上面2
8には、音波吸収材41および音波吸収材42か設けら
れている.音波吸収材41.42は、ゴム系物質、軟質
捌脂等の音波を吸収しやすい材質から成っている. 振動子2lの超音波発振面23の傾斜に沿った長さは、
従来例の第10図の経路l1による妨害波を除去するた
め、以下の式により決定される長さを有している. 第5図は、振動子の長さを説明するための超音波送受波
器の概略正面図である. 振動子2lから縦波として送られる超音波の音速なC1
、超音波送波面24により反射されて横波となった超音
波の音速をC2,プリズム22の超音波発振面23と、
超音波送波面24とのなす角度を01、経路l1を通る
横波か超音波送波面24により反射する方向と超音波送
波面24に直角な平面とのなす角を02、交線部分55
から振動子2lの一端57までの距離をh、超音波発振
面23に直角に一端57から超音波送波面24までのび
る線分の長さをn、振動子2lの長さをLとする。
このとき、 スネルの法則から、 sinO+ sin  θ 2 C1 C2 の関係かある。
この式を変形すると、 CI となる. また.n=h−tan θ1 の関係がある。
振動子2lか経路11を通る横波を受信しないためには
、Lは、 L<n−tan(θ1+θ2冫 の式を満たす必要かある。
この式を変形すると、 C , ( 1 ) となる. 従って、振動子21は、前記(1)式を満たす長さLを
有する. また、プリズム22は、超音波送波面24と超音波反斜
面25との交線部分5lに、楔状の切除部52を設けて
いる(第2図参1’!f.).ここで、プリズム22内
の音速を測定するとき、プリズム22は、以下のように
作用する.従来のプリズムでは、プリズム内の音速測定
のための経路6に対し、第9図に示す経路7を通る妨害
波か生じていた. しかしながら、本実施例のプリズム22ては、プリズム
の上面8上に設けられた音波吸収材42か、この経路7
の妨害波を吸収、除去する.また、従来のプリズムでは
、プリズム内の音速測定のための経路6に対し、第lO
図に示す経路1lを通る妨害波か生じていた. しかしながら、本実施例のプリズム22ては、プリズム
の超音波発振面23上に設けられた振動子2lは、前記
(1)式を満たす特定の値の長さLを看している.この
ため、横波てある経路3の妨害波を受信せず,妨害波は
除去されることとなる. また,従来のプリズムては、経路6を伝搬する超音波に
より、プリズム2内の音速を測定するとき,振動子1が
、発振による振動が十分治まっていないうちに、反射さ
れて返ってきた超音波を受信してしまうことによって、
発振の残留振動による妨害波を生じていた. しかしながら,本実施例のプリズム22ては、振動子2
lの背面に設けられた音波吸収材4lか、振動子21の
背面の振動を抑圧する.このため、振動子2lは、超音
波を発振後、プリズム22内を往復して振動子2lによ
り受信されるまでには、振動か泊まる.従って、発振の
残留振動による妨害波は、除去される。
また、従来のプリズムては、プリズム内の音速測定のた
めの経路6に対し、第lG図に示す経路4を通る妨害波
が生じていた。
しかしながら,本実施例のプリズム22ては、経路4の
反射波を生しる交線部分5lが除去されているため,プ
リズムの底面を伝搬する超音波か同し経路を通って振動
子2lに戻ることを防止することかできる.従って、経
路4の妨害波は、除去される. これらの妨害波が除去されるため、本実施例のプリズム
22では、S/N比か向上し,プリズム22内の音速の
測定精度か,高まる. 第3121は本発明の第2実施例を示している.第3図
では、プリズム22の切除部52を銀歯状に切り欠いて
いる点が第1実施例と異なっている. この場合にも、超音波送波面24上を伝播してきた超音
波は、鋸歯状の端部で乱反射して、同し経路を戻ること
を防止することができる.このように、超音波送波面2
4の縁部を、超音波発振面23に対し平行でない形状と
するのであれば、交線部分5lをいかなる形状で切り欠
いてもよく、また、いかなる形状に成形してもよい.そ
の場合にも、第1実施例の場合と同様の効果を得ること
かできる. 第4図は本発明の第3実施例を示している。
第4図では,プリズム22て、超音波送波面24と超音
波反斜面25との間の交線部分5lを、超音波迭波面2
4に直角の平面で切断して、三角錐形状部分を切り欠く
ことにより除去し、その切断面72上に音波吸収材73
を設けたちのてある。
これにより、プリズムの底面を伝搬する超音波は、切断
面72上て音波吸収材73により吸収されて振動子2l
の方向へは返らない。従って、第10図の経路4の妨害
波は除去され、第1実施例とほぼ同様の効果をあげるこ
とかできる。
なお、プリズム22は,アクリル樹脂等のプラスチック
により形威されているか、この材質に限定されるものて
はない。
[発明の効果] 本発明に係る超音波送受波器によれば,プリズム内の音
速を測定するための超音波に対して妨害波となる超音波
を除去し、精度の良好な音速測定をすることかてきる。
【図面の簡単な説明】
第1図はw41実施例の超音波送受波器の41Iws正
面部分断面図、第2図は第1図のプリズムの底面図,第
3図は第2実施例の超音波送受波器のプリズムの底面図
、第4図は第3実施例の超音波送受波器の概略正面部分
断面図、第5図は振動子の長さを説明するための超音波
送受波器の概略正面図、第6図は従来例の振動子による
受信信号を示す波形図、第7図は超音波の伝搬経路を示
す超音波送受波器の概略正面図、第8図は振動子による
受信信号を示す波形図、第9図および第10[;]は従
来例での妨害超音波の伝書経路を示す超音波送受波器の
概略正面図てある。 2l・・・振動子     22・・・プリズム23・
一・超音波発振面  24・・・超音波送波面25・・
・超音波反射面  28・・・上面41.42・・・音
波吸収材 51−・・交線部分

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、被測定系に対して超音波を送波する超音波送波面を
    設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波送波面に
    隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備えた超音波
    送受波器において、前記振動子は、縦波として発振され
    る超音波の音速をC_1、前記超音波送波面により反射
    されて横波となった超音波の音速をC_2、前記脚面と
    前記超音波送波面とのなす角度をθ_1、前記超音波発
    振面と前記超音波送波面との交線部分から該振動子の一
    端までの距離をh、該振動子の長さをLとするとき、 L<h・tanθ_1・ tan{θ_1+sin^−^1(C_2/C_1si
    nθ_1)}の式を満たす長さLを有することを特徴と
    する超音波送受波器。 2、被測定系に対して超音波を送波する超音波送波面を
    設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波送波面に
    隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備えた超音波
    送受波器において、前記振動子の上面に音波吸収材を設
    けたことを特徴とする超音波送受波器。 3、被測定系に対して超音波を送波する超音波送波面を
    設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波送波面に
    隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備えた超音波
    送受波器において、前記プリズムの上面に音波吸収材を
    設けたことを特徴とする超音波送受波器。 4、被測定系に対して超音波を送波する超音波送波面を
    設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波送波面に
    隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備えた超音波
    送受波器において、プリズムの振動子を取り付けた脚面
    に対向する脚面と底面との交線部分に切除部を設けたこ
    とを特徴とする超音波送受波器。 5、被測定系に対して超音波を送波する超音波送波面を
    設けたプリズムと、このプリズムの前記超音波送波面に
    隣接する脚面に取り付けられる振動子とを備えた超音波
    送受波器において、プリズムの振動子を取り付けた脚面
    に対向する脚面と底面との交線部分に音波吸収材を設け
    たことを特徴とする超音波送受波器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005214820A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Fuji Electric Systems Co Ltd ドップラー式超音波流速分布計の超音波送受信ユニット
JP2014021116A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 General Electric Co <Ge> 超音波ウェッジおよびその中の音速を決定する方法

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JP2005214820A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Fuji Electric Systems Co Ltd ドップラー式超音波流速分布計の超音波送受信ユニット
JP2014021116A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 General Electric Co <Ge> 超音波ウェッジおよびその中の音速を決定する方法

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