JPH0375807B2 - - Google Patents

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JPH0375807B2
JPH0375807B2 JP61199286A JP19928686A JPH0375807B2 JP H0375807 B2 JPH0375807 B2 JP H0375807B2 JP 61199286 A JP61199286 A JP 61199286A JP 19928686 A JP19928686 A JP 19928686A JP H0375807 B2 JPH0375807 B2 JP H0375807B2
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
waveguides
pair
sensor device
waveguide
Prior art date
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Expired
Application number
JP61199286A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6353425A (en
Inventor
Noritoshi Nakabachi
Ryohei Mogi
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Keiki Co Ltd filed Critical Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication of JPS6353425A publication Critical patent/JPS6353425A/en
Publication of JPH0375807B2 publication Critical patent/JPH0375807B2/ja
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波センサ装置に係り、とくに漏
洩波を利用して流動体等の音速をリモート計測し
得るようにした超音波センサ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ultrasonic sensor device, and more particularly to an ultrasonic sensor device that can remotely measure the sound speed of a fluid, etc. using leaky waves. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

超音波を利用した物体の音速測定又は物体の温
度測定では、一方の超音波センサから出力される
縦波超音波を被測定物を介して他方の超音波セン
サへ直接伝播させるという構成を採つている。そ
して、この間に繰り返し授受される超音波の伝播
時間およびその変化により、音速又は温度および
これらの変化等を測定しようとするものが大多数
を占めている。
When measuring the speed of sound or the temperature of an object using ultrasonic waves, a configuration is adopted in which longitudinal ultrasonic waves output from one ultrasonic sensor are directly propagated through the object to be measured to the other ultrasonic sensor. There is. The majority of methods attempt to measure the sound velocity or temperature and changes thereof based on the propagation time and changes thereof of the ultrasonic waves that are repeatedly transmitted and received during this period.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

高温流動体又は危険な状況下にある流動体の監
視或いは液状危険物等に対する温度変化の監視に
使用される超音波センサは、これらの劣悪環境下
でも充分耐えることが必要とされている。
Ultrasonic sensors used for monitoring high-temperature fluids or fluids under dangerous conditions, or for monitoring temperature changes in liquid hazardous materials, are required to withstand sufficiently even under these harsh environments.

しかしながら、一般の超音波センサは、振動子
と保護体との複合体から成り、これらが接合材に
より一体化されているため、使用温度に上限(約
400〔℃〕)があり、500〜800〔℃〕の温度を定常的
に連続測定することが不可能に近い状況となつて
いた。また、振動子や保護体は、化学的にも汚損
され易いものが多く、特に温度変化の激しい環境
下では、劣化の進行が著しく早いという不都合が
ある。
However, general ultrasonic sensors consist of a composite body of a vibrator and a protector, and these are integrated with a bonding material, so there is an upper limit to the operating temperature (approximately
400 [°C]), making it nearly impossible to regularly and continuously measure temperatures between 500 and 800 [°C]. In addition, many vibrators and protectors are easily contaminated chemically, and there is a disadvantage that their deterioration progresses extremely quickly, especially in environments with rapid temperature changes.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善
し、とくひ、流動体や軟質部材を対象として、こ
れらが例え有害物であり或いは常時高温下におか
れているものであつても、これら被測定物の音速
およびその変化を高精度にリモート測定すること
ができ、これによつて当該被測定物の温度や粘性
およびそれらの変化等を高精度に特定することを
可能とした超音波センサ装置を提供することを、
その目的とする。
The present invention improves the disadvantages of the prior art, and specifically targets fluids and soft materials, even if they are harmful or constantly exposed to high temperatures. An ultrasonic sensor device that can remotely measure the speed of sound and its changes in a measured object with high precision, thereby making it possible to identify the temperature and viscosity of the measured object and their changes with high precision. to provide
That purpose.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこで、本発明では、一定距離を隔てて配設さ
れた弾性体からなる一定の超音波導波路と、これ
ら一対の超音波導波路の各一端部に装備された超
音波送受波器とを有し、前記各超音波導波路の他
端部に超音波反射手段を設ける等の構成を採り、
これによつて前記目的を達成しようとするもので
ある。
Therefore, the present invention includes certain ultrasonic waveguides made of elastic bodies arranged at a certain distance apart, and an ultrasonic transducer installed at one end of each of the pair of ultrasonic waveguides. and adopting a configuration such as providing an ultrasonic reflecting means at the other end of each of the ultrasonic waveguides,
This aims to achieve the above objective.

〔発明の第1実施例〕 以下、本発明の第1実施例を第1図ないし第4
図に基づいて説明する。
[First Embodiment of the Invention] The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.
This will be explained based on the diagram.

第1図において、超音波センサ装置は、一定距
離Dを隔てて配設された一対の板状(帯状でも
可)の超音波導波路(以下、単に「導波路」とい
う)1,2と、この各導波路1,2の一端部に装
備された超音波送受波器3,4とを備えている。
In FIG. 1, the ultrasonic sensor device includes a pair of plate-shaped (or band-shaped) ultrasonic waveguides (hereinafter simply referred to as "waveguides") 1 and 2 arranged at a certain distance D apart, Ultrasonic transducers 3 and 4 are provided at one end of each of the waveguides 1 and 2.

導波路1,2は、本実施例ではステンレス製で
同一長さのものが使用されている。この導波路
1,2の他端部は、図に示すように被測定媒体5
内に配設されるようになつている。
In this embodiment, the waveguides 1 and 2 are made of stainless steel and have the same length. The other ends of the waveguides 1 and 2 are connected to a medium to be measured 5 as shown in the figure.
It is designed to be placed inside.

超音波送受波器3,4は、本実施例では一方の
超音波送受波器3が送波器として使用され、他方
の超音波送受波器4が受波器として使用されてい
る。この送波器3及び受波器4の各々は、導波路
1,2の一端部の側面に装着されている。そし
て、送波器3から導波路1に対して超音波(縦
波)が斜入射されるようになつている。受波器4
は送波器3の送信作用と略同一条件で導波路2か
ら超音波を受信し得るようになつている。
In this embodiment, one of the ultrasonic transducers 3 and 4 is used as a transmitter, and the other ultrasonic transducer 4 is used as a receiver. Each of the wave transmitter 3 and the wave receiver 4 is attached to the side surface of one end of the waveguides 1 and 2. Ultrasonic waves (longitudinal waves) are obliquely incident on the waveguide 1 from the transmitter 3. Receiver 4
can receive ultrasonic waves from the waveguide 2 under substantially the same conditions as the transmission action of the wave transmitter 3.

1A,2Aは各々超音波反射手段としての導波
路1,2の端面を示す。
1A and 2A indicate end faces of waveguides 1 and 2 as ultrasonic wave reflecting means, respectively.

ここで、導波路1,2内を伝播する波動及び被
測定媒体5内の伝播状況について説明する。
Here, the waves propagating in the waveguides 1 and 2 and the propagation situation in the medium to be measured 5 will be explained.

導波路を液体又は固体に接すると、導波路中を
伝搬する音波エネルギの一部は接触媒体に漏洩す
る性質がある。この性質を利用し、上記接触媒体
を介在させて、一対の導波路を配置すると、一方
を伝搬していた音波のエネルギの一部は接触媒体
を介してもう一方の音波導波路に伝播する。この
時、接触媒体中を伝播するのに要する時間を測定
することにより、被接媒体の音速を検出できる。
When a waveguide is brought into contact with a liquid or solid, a portion of the acoustic wave energy propagating in the waveguide tends to leak into the contact medium. Taking advantage of this property, when a pair of waveguides is arranged with the above-mentioned contact medium interposed, a part of the energy of the sound wave propagating in one waveguide will propagate to the other waveguide via the contact medium. At this time, the speed of sound in the contact medium can be detected by measuring the time required for the sound to propagate through the contact medium.

送波器3から導波路1に超音波が送信される
と、この波動は被測定媒体5の方向に向けて導波
路1内を伝搬する。この場合、超音波が導波路1
中を伝搬する速度の内、位相速度をVp、群速度
をVgとする。導波路1が被測定媒体5に接し、
この時の被測定媒体5の音速Vが、導波路1の位
相速度Vpより小さい場合、導波路1中を伝搬す
る超音波エネルギの一部は被測定媒体5内に被射
される。そして、この時の被射角θは次式により
決まる。
When ultrasonic waves are transmitted from the wave transmitter 3 to the waveguide 1, the waves propagate within the waveguide 1 toward the medium 5 to be measured. In this case, the ultrasonic wave passes through the waveguide 1
Of the velocities propagating inside, let the phase velocity be V p and the group velocity V g . The waveguide 1 is in contact with the medium 5 to be measured,
If the sound velocity V of the medium to be measured at this time is smaller than the phase velocity V p of the waveguide 1 , a part of the ultrasonic energy propagating in the waveguide 1 is irradiated into the medium to be measured 5 . The incident angle θ at this time is determined by the following equation.

θ=sin-1(V/Vp) 被測定媒体5に入つた超音波は、導波路2に到
達し、この導波路2に沿つて伝搬する波と、ここ
で反射して媒体5側に戻る波とがある。このよう
にして、導波路2に沿つて進み、その先端2Aで
反射して、受波器4に到達する波が存在する。
θ=sin -1 (V/V p ) The ultrasonic wave that entered the medium 5 to be measured reaches the waveguide 2, and the wave that propagates along the waveguide 2 and the wave that is reflected here and go to the medium 5 side. There is a wave that returns. In this way, there is a wave that travels along the waveguide 2, is reflected at its tip 2A, and reaches the wave receiver 4.

今、2つの導波路1,2の長さが等しい場合、
導波路間の間隔をDとすると、被測定媒体中経路
がN行程の受信波の到達時間は、 tN=〔(2L−ND tanθ)/Vg〕 +〔ND/V cosθ〕+τ1+τ2 …… ここで、τ1、τ2は送受信の際の固定遅延量であ
る。
Now, if the lengths of the two waveguides 1 and 2 are equal,
When the distance between the waveguides is D, the arrival time of the received wave whose path in the medium to be measured is N steps is t N = [(2L−ND tanθ)/V g ] + [ND/V cosθ] + τ 1 + τ 2 ... Here, τ 1 and τ 2 are fixed delay amounts during transmission and reception.

次に、N=1、3の場合についてその差を求め
ると、 Δt=2D〔(1/V cosθ)−(tanθ/Vg)〕 …… 従つて、被測定媒体5の音速Vは次式から求ま
る。
Next, when calculating the difference for N=1 and 3, Δt=2D [(1/V cosθ)−(tanθ/V g )]... Therefore, the sound velocity V of the medium to be measured is given by the following formula. Determined from.

(4D2+Vg 2Δt2)V4 −(8D2VpVg+Vp 2Vg 2Δt2)V2 +4D2Vp 2Vg 2=0 …… 従つて、Δtを測定すれば、即知のD、Vg、Vp
により式から被測定媒体5の音速Vが求まる。
(4D 2 +V g 2 Δt 2 )V 4 −(8D 2 V p V g +V p 2 V g 2 Δt 2 )V 2 +4D 2 V p 2 V g 2 =0... Therefore, if we measure Δt, , immediate knowledge D, V g , V p
The sound velocity V of the medium to be measured 5 can be determined from the formula.

これら一連の演算は、表示機能を備えた本体の
演算部(図示せず)にて行われる。
These series of calculations are performed in a calculation section (not shown) of the main body that has a display function.

次に、上記第1実施例における具体的な実験結
果について説明する。
Next, specific experimental results in the first example will be explained.

導波路1,2として、板厚0.95〔mm〕の鋼板を
使用し、送受波器3,4として周波数1〔MHz〕
の可変角探触子を使つた。可変角探触子のクサビ
をアクリルで、入射角は31.5度に固定し、Spモー
ドの板波が被導波となるようにした。被測定媒体
として水道水(21〔℃〕)を用いた。従つて、この
場合、被導波の群速度Vg、及び位相速度Vpは、
被測定媒体5内でもほぼSpモードに等しいと考え
て良い(I.A.Viktrov.「Rayleigh and Lamb
Waves」P.117)。
A steel plate with a thickness of 0.95 [mm] is used as the waveguides 1 and 2, and a frequency of 1 [MHz] is used as the transducer 3 and 4.
A variable angle probe was used. The wedge of the variable angle probe was made of acrylic, and the incident angle was fixed at 31.5 degrees, so that the S p mode plate wave was guided. Tap water (21 [°C]) was used as the measurement medium. Therefore, in this case, the group velocity V g and phase velocity V p of the guided wave are:
It can be considered that it is almost equal to S p mode even in the medium 5 to be measured (IAViktrov. “Rayleigh and Lamb
Waves” p. 117).

印加した電気パルスは、200〔Vpp〕の正弦2波
である。観測された受信波形の1例を第2図に示
す。図中、Tは送波器の波形を示し、Pは受波器
の受信波形を示す。N=1、3はそれぞれ水中経
路が1行程及び3行程となる波を示す。*印はN
=1の波がさらに導波路2を1往復した波の受信
波形を示す。本例では、Δt=75.1〔μs〕であつた。
*印の波とN=1の波の到達時間差から被導波の
群速度が実験的に求まり、Vg≒5200〔m/s〕と
なる。また、アクリルの音速2720〔m/s〕と可
変角探触子の設定入射角31.5度とから位相速度が
計算でき、Vp≒5300〔m/s〕であつた。
The applied electric pulse was a two-sine wave of 200 [V pp ]. An example of the observed received waveform is shown in FIG. In the figure, T indicates the waveform of the transmitter, and P indicates the received waveform of the receiver. N=1 and 3 indicate waves whose underwater paths are one stroke and three strokes, respectively. *mark is N
1 shows the received waveform of a wave in which the wave =1 has made one round trip through the waveguide 2. In this example, Δt=75.1 [μs].
The group velocity of the guided wave can be experimentally determined from the arrival time difference between the wave marked with * and the wave with N=1, and becomes V g ≈5200 [m/s]. Furthermore, the phase velocity could be calculated from the acoustic velocity of the acrylic material, 2720 [m/s], and the set incident angle of 31.5 degrees for the variable angle probe, and it was found that V p ≈5300 [m/s].

一方、式の関係を、導波路間隔Dを変えて実
測により確認した結果を第3図に示す。これよ
り、Δt/D=1.26〔μs/mm〕を得ることができた。
先に求めたVg、Vpにより式から水の音速が算
出できる。その結果を第4図に示す。温度は、3
点をとつて測定した。結果は、一般に公表されて
いる値と非常に良く一致している。
On the other hand, FIG. 3 shows the results of confirming the relationship in the equation through actual measurements while changing the waveguide spacing D. From this, it was possible to obtain Δt/D=1.26 [μs/mm].
The sound speed of water can be calculated from the formula using V g and V p found earlier. The results are shown in FIG. The temperature is 3
The points were measured. The results are in very good agreement with publicly available values.

このように、この第1実施例によると、導波路
1,2の長さに無関係に被測定媒体5の音速Vを
有効に求めることができ、受信波の内の第1波と
第3波の受信波の時間差を検出するだけで、当該
被測定媒体5の音速Vを求めることができ、導波
路1,2の長さが無関係であることから、例えば
高温流体又は危険性の高い流体に対し遠方からの
リモート計測が可能となり、従つて送波器3及び
受波器4として通常のものを使用しても、充分耐
久性を確保することができるという利点がある。
また、被測定媒体5に対する導波路1,2の挿入
寸法を大きく設定すると受信感度が大きくなるが
測定精度には直接の関係がないことから、導波路
1,2の長さおよび被測定媒体5内への投入寸法
も特に厳密さを要求されず、従つて取扱いがいた
つて容易となるというリモート計測用として優れ
た性質を備えた超音波センサ装置を得ることがで
きる。
In this way, according to the first embodiment, the sound velocity V of the medium to be measured can be effectively determined regardless of the lengths of the waveguides 1 and 2, and The sound velocity V of the medium to be measured can be determined by simply detecting the time difference between the received waves of On the other hand, there is an advantage that remote measurement can be performed from a distance, and therefore sufficient durability can be ensured even if ordinary transmitters 3 and receivers 4 are used.
Furthermore, if the insertion dimensions of the waveguides 1 and 2 into the medium to be measured 5 are set large, the reception sensitivity will increase, but this has no direct relationship to the measurement accuracy. The dimensions of the ultrasonic sensor device to be inserted into the ultrasonic sensor device are not required to be particularly precise, and therefore, it is possible to obtain an ultrasonic sensor device that has excellent properties for remote measurement, such as being easy to handle.

また、被測定媒体5への挿入寸法がそのまま受
波器4で受信する超音波レベルの大小に直接関係
することから、被測定媒体5の液面水位等も同時
に検知することができるという利点もある。
Furthermore, since the insertion dimensions into the medium 5 to be measured are directly related to the level of the ultrasonic waves received by the receiver 4, there is also the advantage that the liquid level of the medium 5 to be measured can be detected at the same time. be.

更に、上記第1実施例において導波路を板状部
材により形成した場合を例示したが、他の部材、
例えば丸棒部材、適当な針金状部材、パイプ状部
材などで導波路を形成したものであつてもよい。
Furthermore, in the first embodiment, the waveguide is formed of a plate-like member, but other members,
For example, the waveguide may be formed of a round bar member, a suitable wire-like member, a pipe-like member, or the like.

〔第2実施例〕 次に、第2実施例を第5図に基づいて説明す
る。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described based on FIG. 5.

ここで、前述した従来例と同一の構成部材につ
いては同一の付号を用いることとする。
Here, the same reference numerals are used for the same constituent members as in the conventional example described above.

この第5図において、超音波センサ装置は、一
定距離Dを隔てて配設されたステンレス製の板部
材からなる一対の導波路1,2と、この各導波路
1,2の一方の端部に装着された送受波器3,4
と、前記導波路1,2の一方の端部の相互間に介
挿されたスペーサ10とを備えている。
In FIG. 5, the ultrasonic sensor device includes a pair of waveguides 1 and 2 made of stainless steel plate members arranged at a constant distance D, and one end of each waveguide 1 and 2. Transducer/receiver 3, 4 attached to
and a spacer 10 inserted between one end of the waveguides 1 and 2.

送受波器3は、本実施例では送波器として使用
され圧電振動子3Aと有機ガラス製のクサビ3B
とを備えた斜角探触子型のものが使用されてい
る。
The transducer 3 is used as a wave transmitter in this embodiment and includes a piezoelectric vibrator 3A and a wedge 3B made of organic glass.
An oblique probe type is used.

また、受波器として作用する送受波器4も送波
器3と全く同様に構成されている。そして、これ
ら各送受波器3,4は、第5図に示す如く対応す
る導波路1,2の一端部に固着されている。
Further, the transducer 4 which acts as a receiver is configured in exactly the same way as the transmitter 3. Each of these transducers 3 and 4 is fixed to one end of the corresponding waveguide 1 and 2, as shown in FIG.

スペーサ10は、絶縁材から成るブロツク10
Aと、このブロツク10Aの両端部に固着された
遮音部材10Bとにより構成されている。遮音部
材10Bとしては、導波路1,2の音響インピー
ダンスとは大幅に異なる音響インピーダンスを有
する部材が使用されている。また、このスペーサ
10は、前述した送受波器3,4の反対側に位置
するように導波路1,2によつて挟持されてい
る。
The spacer 10 is a block 10 made of an insulating material.
A and sound insulating members 10B fixed to both ends of the block 10A. As the sound insulation member 10B, a member having an acoustic impedance significantly different from that of the waveguides 1 and 2 is used. Further, this spacer 10 is sandwiched between the waveguides 1 and 2 so as to be located on the opposite side of the above-mentioned wave transducers 3 and 4.

送受波器3,4の外側には、吸音部材11,1
2が各々設けられている。そして、この吸音部材
11,12を介して前述した送受波器3,4、導
波路1,2及びスペーサ10の全体がクランプ機
構15によつてクランプされ、該クランプ機構1
5の有する止めねじ15A,15Bによつて第5
図の如く固定されるようになつている。
Sound absorbing members 11, 1 are provided on the outside of the transducers 3, 4.
2 are provided respectively. Then, the above-mentioned wave transducers 3 and 4, waveguides 1 and 2, and spacer 10 are all clamped by the clamp mechanism 15 via the sound absorbing members 11 and 12, and the clamp mechanism 1
5 by the set screws 15A, 15B of
It is fixed as shown in the figure.

この場合、スペーサ10の遮音部材11,12
は、全体的には遮音性あるアスベスト等の断熱材
又は発泡プラスチツクを用いて構成されている。
この発泡プラスチツクの前記導波路1,2に対す
る音響インピーダンスは、その差が1000〜10000
倍となつている。このため、ブロツク6側に伝播
する超音波エネルギはほとんど無視し得る状態と
なつている。
In this case, the sound insulation members 11 and 12 of the spacer 10
The entire structure is made of a sound insulating material such as asbestos or foamed plastic.
The difference in acoustic impedance of this foamed plastic to the waveguides 1 and 2 is 1000 to 10000.
It has doubled. Therefore, the ultrasonic energy propagating to the block 6 side is almost negligible.

このようにしても、前述した第1実施例と同一
の作業効果を有し、更にスペーサ10の作用によ
り弾性波の伝播を妨害することなく導波路1,2
の相互間の寸法を有効に維持することができると
いう利点がある。
Even in this case, the same working effect as in the first embodiment described above is obtained, and furthermore, due to the effect of the spacer 10, the waveguides 1 and 2 can be connected without interfering with the propagation of elastic waves.
This has the advantage that the mutual dimensions of the two can be effectively maintained.

〔第3実施例〕 次に、第3実施例を第6図に基づいて説明す
る。
[Third Example] Next, a third example will be described based on FIG. 6.

この実施例は、前述した第2実施例において、
受波器4側の導波路2が送波器3側の導波路1よ
りもΔLだけ短い寸法に設定されている。その他
の構成は前述した第2実施例と全く同一となつて
いる。
In this embodiment, in the second embodiment described above,
The waveguide 2 on the receiver 4 side is set to be shorter than the waveguide 1 on the transmitter 3 side by ΔL. The other configurations are completely the same as the second embodiment described above.

ここで、この第3実施例における超音波の伝播
状況について説明する。
Here, the propagation situation of ultrasonic waves in this third embodiment will be explained.

この実施例の場合も、導波路1の長さがLでそ
の先端で反射して、なおかつ、被測定媒体中経路
がN行程の受信波の到達時間が式で表わせる。
次に、他方の導波路2の先端で反射して、なおか
つ、被測定媒体中の経路が3行程である受信波の
到達時間t2′は、次式で求まる。
In the case of this embodiment as well, the arrival time of the received wave whose length is L and is reflected at the tip of the waveguide 1 and whose path through the medium to be measured is N steps can be expressed by the equation.
Next, the arrival time t 2 ' of the received wave that is reflected at the tip of the other waveguide 2 and whose path through the medium to be measured is three steps is determined by the following equation.

t2′=〔2(L-ΔL)−3D tanθ)/Vg +〔(3D/V cosθ)/V〕+τ1+τ2 …… tτ1とt2′の時間差Δt′は次式となる。 t 2 ′ = [2(L-ΔL)−3D tanθ)/V g + [(3D/V cosθ)/V] + τ 1 + τ 2 …… The time difference Δt′ between tτ 1 and t 2 ′ is as follows: .

Δt′=2ΔL/Vg …… 従つて、この場合は、式より導波路そのもの
の群速度が得られる。
Δt'=2ΔL/V g ... Therefore, in this case, the group velocity of the waveguide itself can be obtained from the equation.

一方、このことを逆に利用し、予めこの導波路
の群速度の温度依存性を測定して知つていれば、
被測定媒体5の温度が求まり、このセンサは、温
度センサとなる。これは、被測定媒体5の音速の
温度依存性を予め知らなくても温度が測定でき、
なおかつ、被測定媒体5の音速も測定できるの
で、音速と温度の関係をも知ることができて都合
がよい。
On the other hand, if we use this fact inversely and measure and know the temperature dependence of the group velocity of this waveguide in advance, we can get
The temperature of the medium 5 to be measured is determined, and this sensor becomes a temperature sensor. This means that the temperature can be measured without knowing in advance the temperature dependence of the sound velocity of the medium to be measured.
Furthermore, since the speed of sound in the medium 5 to be measured can also be measured, it is convenient to know the relationship between the speed of sound and temperature.

〔第4実施例〕 次に、第4実施例を第7図に基づいて説明す
る。
[Fourth Example] Next, a fourth example will be described based on FIG. 7.

この第4実施例は、同一長さの導波路41,4
2を断面円形状とするとともに、これら各導波路
41,42の一端部に集音ガイド部43A,44
Aを各々設け、この集音ガイド部43A,44A
を介して送受波器43,44を装着し、更にこの
送受波器43,44に近接して導波路41,42
の相互間にスペーサ45を装備した構造となつて
いる。このスペーサ45は、導波路41,42と
の当接部に遮音部材45A,45Bを有してい
る。
This fourth embodiment has waveguides 41 and 4 of the same length.
2 has a circular cross section, and sound collection guide portions 43A, 44 are provided at one end of each of these waveguides 41, 42.
A is provided respectively, and these sound collection guide parts 43A, 44A
Waveguides 41 and 42 are installed in the vicinity of the waveguides 43 and 44.
It has a structure in which a spacer 45 is provided between the two. This spacer 45 has sound insulating members 45A, 45B at the contact portions with the waveguides 41, 42.

導波路41,42の他端部は比較的尖鋭に形成
され、この尖鋭端部41A,42Aに近接した導
波路41,42上に、超音波反射手段としてのノ
ツチ部41B,42Bが形成されている。
The other ends of the waveguides 41, 42 are formed relatively sharply, and notches 41B, 42B as ultrasonic reflecting means are formed on the waveguides 41, 42 close to the sharp ends 41A, 42A. There is.

このため、この第4実施例では、導波路41,
42に沿つて伝播した波動は、ノツチ部41B,
42Bで各々反射されて受波器44で検知される
ようになつている。このため、この第4実施例の
もものは、軟質部材を対象とした固形物の音速測
定に好適なものとなつている。その他の構成及び
作用効果は、前述した第1実施例と略同様となつ
ている。
Therefore, in this fourth embodiment, the waveguide 41,
The waves propagated along the notches 41B,
42B and detected by the receiver 44. Therefore, the thigh of this fourth embodiment is suitable for measuring the sound velocity of a solid object using a soft member. Other configurations and effects are substantially the same as those of the first embodiment described above.

なお、上記各実施例ではスペーサ10,45を
導波路1,2又は41,42の一端部に装備する
か又は特に使用しない場合を例示したが、このス
ペーサについては、漏洩波の伝播に支障をきたさ
ない範囲又は構造であれば例えば先端部(他端
部)にも装備する等、複数箇所に装備してもよ
い。
In each of the above embodiments, the spacers 10, 45 are provided at one end of the waveguides 1, 2 or 41, 42, or are not particularly used. It may be installed in multiple locations, such as at the tip (other end), as long as it does not cause any damage.

また、上記各実施例では、導波路1,2又は4
1,42を、それぞれ一対とした場合を例示した
が、例えば導波路を第8図に示す如く三本として
両側を受信用としたものであつてもよい。被測定
媒体が例えば層状のものに対しては、その位相速
度Vと温度及び群速度を同時に検出することがで
きる。この第8図において、55,65はスペー
サを示し、42,52は受信側の導波路を示す。
また43は送信器を、又44,54はそれぞれ受
信器を示す。更に、スペーサ10,45と同等に
機能するものであれば、例えば各導波路の対向側
とは反対の側から当該各導波路を支持する構造の
ものを採用してもよい。
Furthermore, in each of the above embodiments, the waveguide 1, 2 or 4
Although the case where the waveguides 1 and 42 are each made into a pair is illustrated, for example, as shown in FIG. 8, there may be three waveguides, with both sides used for reception. If the medium to be measured is layered, for example, its phase velocity V, temperature, and group velocity can be detected simultaneously. In this FIG. 8, 55 and 65 indicate spacers, and 42 and 52 indicate waveguides on the reception side.
Further, 43 indicates a transmitter, and 44 and 54 each indicate a receiver. Furthermore, as long as it functions in the same manner as the spacers 10 and 45, a structure that supports each waveguide from the side opposite to the opposing side of each waveguide may be adopted, for example.

さらに、導波路対の形状を第10図に示すよう
に、互いに向きあつた半円筒状のものにする実施
例もある。この場合には、導波路対が互いにレン
ズの役目をしているので、一方の導波路から他方
の導波路に音波エネルギが移動する際の効率が極
めて良いことと同時に、導波路の幅Bを余り大き
くとれないときに導波路の剛性を高める効果を有
するので、軟質組織等の音速を測定する際に有効
となる。
Furthermore, there is also an embodiment in which the shape of the waveguide pair is semi-cylindrical, facing each other, as shown in FIG. In this case, since the pair of waveguides each act as a lens, the efficiency in transferring sound wave energy from one waveguide to the other is extremely high, and at the same time, the width B of the waveguide is Since it has the effect of increasing the rigidity of the waveguide when it cannot be made too large, it is effective when measuring the sound velocity in soft tissue, etc.

また、これまでは一対の超音波送受波器のいず
れか一方を送波器として、他方を受波器として使
用したが、2つの送受波器をともに送波器として
利用し、且つ、受波器としても利用することによ
り送受信感度の向上が期待できるとともに、第1
1図に示すように、受信波として被測定媒体中の
経路が奇数行程のものばかりでなく、偶数行程の
ものも受信できるので、確実な情報を多く得るこ
とができ、信号処理に際しての精度向上等を充分
に図り得るという利点がある。
In addition, until now, one of a pair of ultrasonic transducers was used as a transmitter and the other as a receiver, but it is also possible to use both transducers as transmitters and receivers. By using it as a receiver, it is expected that the transmitting and receiving sensitivity will improve.
As shown in Figure 1, it is possible to receive received waves not only from odd-numbered paths in the medium under test, but also from even-numbered paths, so it is possible to obtain a lot of reliable information and improve accuracy in signal processing. There is an advantage that it is possible to sufficiently achieve the following.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上のように構成され機能するので、
これによると、導波路の長さに無関係に被測定媒
体の音速を高精度に測定することができ、これが
ため、被測定媒体が例えば高温流体又は危険性の
高い流体であつても、遠方からリモート計測が充
分に可能となり、従つて、超音波送受波器として
通常のものを使用しても、充分な耐久性を確保す
ることができるという従来にない使い易く且つ耐
久性良好な、そしてリモート計測用として好適な
超音波センサ装置を提供することができる。
Since the present invention is configured and functions as described above,
According to this method, the sound speed of a medium to be measured can be measured with high precision regardless of the length of the waveguide, and therefore even if the medium to be measured is a high-temperature fluid or a highly dangerous fluid, it can be measured from a distance. This is an unprecedentedly easy-to-use and highly durable remote device that fully enables remote measurement and can ensure sufficient durability even when using a regular ultrasonic transducer. An ultrasonic sensor device suitable for measurement can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1実施例を示す一部省略し
た正面図、第2図は第1図の構成に基づく実験に
より得られた送信波と受信波の波形を示す説明
図、第3図は第1図の実験結果を示す線図、第4
図は第1図の実験結果に基づいて得られた水の音
速を示す図表、第5図は第2実施例を示す一部省
略した正面図、第6図は第3実施例を示す一部省
略した正面図、第7図は第4実施例を示す一部省
略した正面図、第8図は第7図の右側面図、第9
図は他の実施例を示す説明図、第10図は他の実
施例を示す導波路部分の断面図、第11図はその
他の異なつた方式の実施例により検出された信号
波形を示す説明図である。 1,2,41,42……導波路、3,4,4
3,44……超音波送受波器、1A,2A……超
音波反射手段としての端面、41B,42B……
超音波反射手段としてのノツチ部。
FIG. 1 is a partially omitted front view showing the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing waveforms of transmitted waves and received waves obtained through experiments based on the configuration of FIG. 1, and FIG. The figure is a diagram showing the experimental results in Figure 1, and Figure 4.
The figure is a diagram showing the sound speed of water obtained based on the experimental results shown in Figure 1, Figure 5 is a partially omitted front view showing the second embodiment, and Figure 6 is a partial diagram showing the third embodiment. 7 is a partially omitted front view showing the fourth embodiment, FIG. 8 is a right side view of FIG. 7, and FIG. 9 is a partially omitted front view showing the fourth embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing another embodiment, FIG. 10 is a cross-sectional view of a waveguide portion showing another embodiment, and FIG. 11 is an explanatory diagram showing signal waveforms detected by another embodiment of a different method. It is. 1, 2, 41, 42... Waveguide, 3, 4, 4
3, 44... Ultrasonic transducer, 1A, 2A... End face as ultrasonic reflecting means, 41B, 42B...
Notch part as ultrasonic reflection means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一定距離を隔てて配設された弾性体からなる
一対の超音波導波路と、これら一対の超音波導波
路の各一端部に装備された超音波送受波器とを有
し、前記各超音波導波路の他端部に超音波反射手
段を設けたことを特徴とする超音波センサ装置。 2 前記一対の超音波導波路が、一対の弾性板で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の超音波センサ装置。 3 前記一対の超音波導波路が、一対の丸棒状の
部材により形成されていることを特徴とした特許
請求の範囲第1項記載の超音波センサ装置。 4 前記一対の超音波導波路が、一対のパイプ状
部材により形成されていることを特徴とした特許
請求の範囲第1項記載の超音波センサ装置。 5 前記一対の超音波導波路は、超音波の伝播方
向の長さが同一寸法の超音波導波路により形成さ
れていることを特徴とした特許請求の範囲第1、
2、3又は4項記載の超音波センサ装置。 6 前記一対の超音波導波路は、超音波の伝播方
向の長さが異なつた寸法の超音波導波路により形
成されていることを特徴とした特許請求の範囲第
1、2、3又は4項記載の超音波センサ装置。 7 前記超音波送受波器を、前記各超音波導波路
の側面に装着したことを特徴とした特許請求の範
囲第1項記載の超音波センサ装置。 8 前記超音波送受波器を、前記各超音波導波路
の中心線に直交して装着したことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の超音波センサ装置。 9 一定距離を隔てて配設された弾性体からなる
一対の超音波導波路と、これら一対の超音波導波
路の各一端部に装備された超音波送受波器とを有
し、前記各超音波導波路の他端部に超音波反射手
段を設け 前記各超音波導波路の一端部の相互間にスペー
サを配設するとともにこのスペーサの前記各超音
波導波路との当接部に遮音部材を装備したことを
特徴とする超音波センサ装置。 10 前記超音波送受波器を、前記各超音波導波
路を介して前記遮音部材の反対側に装備したこと
を特徴とする特許請求の範囲第9項記載の超音波
センサ装置。 11 一定距離を隔てて配設された弾性体からな
る一対の超音波導波路と、これら一対の超音波導
波路の各一端部に装備された超音波送受波器とを
有し、前記各超音波導波路の他端部に超音波反射
手段を設け 前記各超音波導波路の両端部相互間にスペーサ
を各々配設するとともに、この各スペーサの前記
各超音波導波路との当接部に遮音部材を装備し、
前記他方の端部のスペーサの内側に位置する超音
波導波路に超音波反射手段を設けたことを特徴と
する超音波センサ装置。 12 一定距離を隔てて配設された弾性体からな
る一対の超音波導波路と、これら一対の超音波導
波路の各一端部に装備された超音波送受波器とを
有し、前記各超音波導波路の他端部に超音波反射
手段を設け 前記各超音波導波路の他端部の先端を比較的鋭
く形成するとともに、この先端に近接した適当な
位置に超音波反射手段を設けたことを特徴とする
超音波センサ装置。
[Claims] 1. A pair of ultrasonic waveguides made of elastic bodies arranged at a certain distance apart, and an ultrasonic transducer installed at one end of each of the pair of ultrasonic waveguides. An ultrasonic sensor device comprising: an ultrasonic reflecting means provided at the other end of each of the ultrasonic waveguides. 2. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the pair of ultrasonic waveguides are a pair of elastic plates. 3. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the pair of ultrasonic waveguides are formed by a pair of round bar-shaped members. 4. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the pair of ultrasonic waveguides are formed by a pair of pipe-shaped members. 5. Claim 1, wherein the pair of ultrasonic waveguides are formed by ultrasonic waveguides having the same length in the ultrasonic propagation direction.
The ultrasonic sensor device according to item 2, 3 or 4. 6. Claims 1, 2, 3, or 4, characterized in that the pair of ultrasonic waveguides are formed by ultrasonic waveguides with different lengths in the ultrasonic propagation direction. The ultrasonic sensor device described. 7. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is mounted on a side surface of each of the ultrasonic waveguides. 8. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is mounted perpendicular to the center line of each of the ultrasonic waveguides. 9 It has a pair of ultrasonic waveguides made of an elastic body arranged at a certain distance apart, and an ultrasonic transducer installed at one end of each of the pair of ultrasonic waveguides, and each of the ultrasonic waves An ultrasonic reflecting means is provided at the other end of each of the ultrasonic waveguides, a spacer is provided between one end of each of the ultrasonic waveguides, and a sound insulating member is provided at a portion of the spacer that contacts each of the ultrasonic waveguides. An ultrasonic sensor device characterized by being equipped with. 10. The ultrasonic sensor device according to claim 9, wherein the ultrasonic transducer is installed on the opposite side of the sound insulation member via each of the ultrasonic waveguides. 11 It has a pair of ultrasonic waveguides made of elastic bodies arranged at a certain distance apart, and an ultrasonic transducer installed at one end of each of the pair of ultrasonic waveguides, and each of the ultrasonic waves An ultrasonic reflecting means is provided at the other end of each of the ultrasonic waveguides, and a spacer is provided between both ends of each of the ultrasonic waveguides. Equipped with sound insulation materials,
An ultrasonic sensor device characterized in that an ultrasonic wave reflecting means is provided in the ultrasonic waveguide located inside the spacer at the other end. 12 It has a pair of ultrasonic waveguides made of an elastic body arranged at a certain distance apart, and an ultrasonic transducer installed at one end of each of the pair of ultrasonic waveguides, and each of the ultrasonic waves An ultrasonic reflecting means is provided at the other end of each of the ultrasonic waveguides, and the tip of the other end of each of the ultrasonic waveguides is formed relatively sharply, and the ultrasonic reflecting means is provided at an appropriate position close to this tip. An ultrasonic sensor device characterized by:
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