JPH0533028U - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本来の伝播経路以外の経路を通る妨害波の伝
播を防止する。 【構成】 超音波振動子４がケース３内に収納され、こ
のケース３がプローブ本体部２に超音波振動子４の振動
中心となる面の延長面上部分のみで支持されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超音波を利用した計器，例えば，超音波流量計や超音波式距離計等 に使用して好適な超音波プローブに関する。

【０００２】

【背景技術】

従来の超音波を利用した計器の一例として、超音波流量計が図３に示されてい る。ここで、この超音波流量計の全体構成及び流量の測定原理について説明する 。図３において、符号２０は被測定物質（気体）を通過させる測定管を示し、こ の測定管２０の管壁には、相互に対向し且それぞれの中心軸が測定管２０の中心 軸に対して所定の傾斜角θを成す状態で一対の超音波プローブ用ホルダ部２３， ２４が設けられている。そして、これらの超音波プローブ用ホルダ部２３，２４ には、超音波を相互間で授受する図示しない超音波振動子をそれぞれ備えた超音 波プローブ２１，２２が保持されている。この超音波流量計による流量測定は、 測定管２０の中で被測定物質を一定方向（矢印Ｓ参照）に流し、超音波プローブ ２１、２２の間で超音波パルスを図中矢印Ａ、Ｂ方向に交互に繰り返して送受信 し、それぞれ発せられる超音波パルスの方向が被測定物質の流れる方向に対して 、順方向の場合の超音波伝播時間と、逆方向の場合の超音波伝播時間を測定する ことにより行われる。そして、それぞれの伝播時間の差から被測定物質の流速Ｖ を求め、さらに測定管２０の内部断面積を用いることにより、単位時間当りの流 量が算定される。

【０００３】

【考案が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流量計にあっては、図４に示すように 本来の伝播経路Ａ（あるいはＢ）の他に、超音波振動子の振動が超音波プローブ ２２（あるいは２１）の該超音波振動子の支持点から超音波プローブ本体に伝わ り、更に超音波プローブ用ホルダ部２４（あるいは２３）を経て測定管２０の管 壁を伝って伝播する伝播経路ａ（あるいはｂ）が存在する。ここで、例えば伝播 経路Ａにおける超音波の伝播速度は、被測定物質が空気の場合で約３５０ｍ／ｓ であるのに対し、伝播経路ａにおける伝播速度は、測定管２０が鋼管の場合で約 ５０００ｍ／ｓと遥かに速いので、経路ａを伝播してくる波の方が、本来の経路 Ａを伝播してくる波より速く到達し、この経路ａを伝播する波は、複数の経路が 存在する上に複数の部品の中を伝播することから境界における反射やその残響が 重畳され、著しく長い尾を引く傾向がある。これがため、この経路ａを伝播して くる波（妨害波）が本来の経路Ａの波と重なってしまい、本来の受信波の正確な 検出が困難となり、超音波伝播時間の測定が不正確となり、結果的に流量測定そ のものの精度も低下するという不都合があった。

【０００４】 この点につき、図５を参照しつつ具体的に説明する。図５には、受信波形が示 されており、図４の経路Ａを伝播する本来の受信波を（ａ）、測定管２０を伝播 する妨害波を（ｂ）とする。また、一般に伝播時間の測定はゼロクロス点におい て行うため、その点の拡大図を（ｃ）および（ｄ）に示す。本来の受信波（ａ） と妨害波（ｂ）の位相関係は、伝播経路長、音速（妨害波）、被測定流体の流速 等の条件によって変化するため種々の場合が考えられるが、ゼロクロス点におけ る妨害波が＋の最大値になる場合（場合１）を（ｃ）、妨害波が−の最大値にな る場合（場合２）を（ｄ）に示す。この場合、（ｃ）では測定値ｔ’が本来の受 信時刻ｔより後ろに、（ｄ）では測定値ｔ’が本来の受信時刻ｔより前にそれぞ れずれる。この結果、伝播時間の測定が不正確になり測定精度の低下を余儀なく されていた。このような測定精度の低下は、超音波を利用した他の計器，例えば ，超音波距離計等においても問題となっていた。

【０００５】

【考案の目的】

本考案の目的は、かかる従来技術の有する不都合を改善し、本来の伝播経路以 外の経路を通る妨害波の伝播を防止することが可能な超音波プローブを提供する ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 本考案の超音波プローブは、超音波振動子と、この超音波振動子がその先端に 保持されたプローブ本体部とを備えている。そして、超音波振動子が振動の節の 点で本体部に保持されている。具体的には、超音波振動子がケース内に収納され 、このケースがプローブ本体部に超音波振動子の振動中心となる面の延長面上部 分のみで支持されている。このような構成によって、前述した目的を達成しよう とするものである。

【０００７】

【作用】

本考案によれば、超音波振動子が振動の節の点でプローブ本体部に保持されて いる，即ち，超音波振動子がケース内に収納され、このケースがプローブ本体部 に超音波振動子の振動中心となる面の延長面上部分のみで支持されていることか ら、超音波振動子が振動した場合にも、振動が本体部に伝わらない。このため、 例えば、超音波流量計の場合、プローブ本体から超音波プローブ用ホルダ部，測 定管の管壁を経由して他方の超音波プローブに至る妨害波の伝播が防止される。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の好適な実施例を図１ないし図２に基づいて説明する。ここで、 前述した図３の従来例と同一もしくは同等の構成部分については同一の符号を用 いるとともに、その説明を簡略化しあるいは省略するものとする。

【０００９】 図１には、本考案に係る超音波プローブ１が、超音波流量計に適用された場合 の例が示されている。この図において、符号２０Ａは測定管２０の管壁の一部を 示し、この管壁２０Ａには、超音波プローブ用ホルダ部２３が設けられている。 当該ホルダ部２３は、管壁２０Ａに対して所定の角度傾斜した状態で設けられて おり、その先端の開口部２０Ｂを介して測定管２０の内部と連通されている。超 音波プローブ用ホルダ部２３の内部には超音波プローブ１が装着されている。こ の超音波プローブ１は、プローブ本体部２と、その先端に保持されたステンレス （またはプラスチック）からなるケース３と、このケース３内部に収納された超 音波振動子４等を含んで構成されている。ケース３は、その内部の超音波振動子 ４の振動中心となる面（中央面）の延長面上部分でプローブ本体部２に支持され ている。また、プローブ本体部２のケース３後方（図における上方）には、ケー ス３の振動が妨げられないよう空間５が形成されており、この空間５の圧力を測 定管２０内と等しくするために、プローブ本体部２の側面に通気孔６が設けられ ている。前記超音波振動子４は、ケース３に設けられた貫通孔を通ったリード線 ７，８によりケース３の後方に形成された空間５を介して超音波プローブ１の後 方に設置されている制御部１０に電気的に接続されており、この制御部１０から の駆動信号により駆動され、またこの制御部１０へ受信信号を送出するようにな っている。

【００１０】 次にこの超音波流量計の作用を説明する。流量測定に際しては、前述した従来 例の場合と同様に、超音波振動子４と測定管２０の反対側に設置された図示しな い他方の超音波プローブ内の超音波振動子との間で、開口部２０Ａ及び測定管２ ０内部を介して超音波の送受が行なわれる。超音波振動子４はその長手方向に振 動し、この方向に超音波を放射するが、プローブ本体部２はケース３の超音波振 動子４の振動中心となる面の延長面上部分を支持しているので、プローブ本体部 ２には超音波振動子４の振動が伝わらない。即ち、図２に示したように、超音波 振動子４が長手方向に伸縮することで超音波を送信するが、その中央面は振動の 節となり不動点となっている。従って、この超音波振動子４が収納されたケース ３の前記中央面の延長面上も不動点となり、この部分のみと接触するプローブ本 体部２には振動が伝搬しないことになる。この結果、管壁２０Ａを伝搬する妨害 波の発生を防止することができる。従って、本実施例では、本来の経路を伝播す る本来の受信波を正確に受信することが可能となり、流量測定の精度が向上する 。

【００１１】 なお、上記実施例では本考案の超音波プローブを超音波流量計に適用した場合 について例示したが、本考案に係る超音波プローブの適用はこれに限定されるも のではなく、超音波を利用する他の計器，例えば，超音波距離計にも同様に適用 可能である。例えば、車の後部に超音波送信器（送波器）と超音波受信器（受波 器）をつけて、後方の物体との距離を検出する場合に、超音波送信器からの超音 波が車体等を伝播して妨害波として超音波受信器で受信されてしまうことがある が、かかる場合に、本考案に係る超音波プローブを用いることにより、妨害波の 影響を防止することができる。

【００１２】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、超音波振動子が振動した場合にも、振 動がプローブ本体部に伝わらないことから、例えば、超音波流量計に本考案の超 音波プローブを適用した場合には、プローブ本体から超音波プローブ用ホルダ部 ，測定管の管壁を経由して他方の超音波プローブに至る妨害波の発生が防止され 、また、超音波距離計に適用した場合には、超音波送信器からの超音波が車体等 を伝播して妨害波として超音波受信器で受信されるのを防止することができ、結 果的に流量あるいは距離等の測定精度を向上せしめることができるという従来に ない効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の超音波プローブの構成を示
す説明図である。

【図２】図１の動作説明図である。

【図３】従来の超音波流量計の構成を示す説明図であ
る。

【図４ないし図５】考案が解決しようとする課題を説明
するための図である。

【符号の説明】

１ 超音波プローブ ２ プローブ本体部 ３ ケース ４ 超音波振動子

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の超音波プローブを示す一部
断面した説明図である。

【図２】図１の動作を示す説明図である。

【図３】従来の超音波流量計の一構成例を示す説明図で
ある。

【図４】図３における超音波伝播状況を示す説明図であ
る。

【図５】図４における受信波の状況を示す説明図であ
る。

【符号の説明】 １ 超音波プローブ ２ プローブ本体部 ３ ケース ４ 超音波振動子

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動子と、この超音波振動子がそ
   の先端に保持されたプローブ本体部とを備えた超音波プ
   ローブにおいて、前記超音波振動子が振動の節の点で前
   記プローブ本体部に保持されていることを特徴とした超
   音波プローブ。
2. 【請求項２】 前記超音波振動子がケース内に収納さ
   れ、このケースが前記プローブ本体部に超音波振動子の
   振動中心となる面の延長面上部分のみで支持されている
   ことを特徴とした請求項１記載の超音波プローブ。