JPH0611452Y2 - Ultrasonic transducer - Google Patents
Ultrasonic transducerInfo
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- JPH0611452Y2 JPH0611452Y2 JP2009885U JP2009885U JPH0611452Y2 JP H0611452 Y2 JPH0611452 Y2 JP H0611452Y2 JP 2009885 U JP2009885 U JP 2009885U JP 2009885 U JP2009885 U JP 2009885U JP H0611452 Y2 JPH0611452 Y2 JP H0611452Y2
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 ａ．産業上の利用分野 本考案は、超音波ドプラー流速計などに使用される超音
波トランスデューサに関する。Detailed Description of the Invention a. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer used for an ultrasonic Doppler velocity meter.
ｂ．従来の技術 第５図は超音波ドプラー流速計による流速測定方法を示
すものである。第５図に示すように、送波用トランスデ
ューサ１及び受波用トランスデューサが流体３の流れ方
向Ａに直角で対称の位置に配置されると共に、これらの
トランスデューサ１，２の指向方向Ｂ，Ｂ′と流れ方向
Ａとのなす角度がそれぞれθとなされる。b. 2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a flow velocity measuring method using an ultrasonic Doppler flow velocity meter. As shown in FIG. 5, the transducer 1 for wave transmission and the transducer for wave reception are arranged at symmetrical positions at right angles to the flow direction A of the fluid 3, and the directional directions B and B ′ of these transducers 1 and 2 are arranged. And the flow direction A form an angle θ.
ここで、流体３の流速をＶ、流体３中における音速を
Ｃ、送信周波数をｔとすれば、流体３中の微粒子４に
より反射された反射波の受信周波数ｒは、いわゆるト
プラー効果を受けて、 となる。Here, if the flow velocity of the fluid 3 is V, the sound velocity in the fluid 3 is C, and the transmission frequency is t , the reception frequency r of the reflected wave reflected by the fine particles 4 in the fluid 3 receives the so-called Topler effect. , Becomes
ところで、一般に水中での音速は約1,500m/secであり、
測定しようとする流速は数m/sec程度であるから、Ｃ≫
Ｖである。従って、上記(1)式は、 となり、ドプラー（シフト）周波数ｄは、 である。よって、上記(3)式を変形すれば、 となる。By the way, generally, the speed of sound in water is about 1,500 m / sec,
Since the flow velocity to be measured is about several m / sec, C≫
V. Therefore, the above formula (1) is And the Doppler (shift) frequency d is Is. Therefore, if the above equation (3) is transformed, Becomes
すなわち、上記(4)式からわかるように、ドプラー周波
数ｄを計測することによって流速Ｖを測定することが
できる。That is, as can be seen from the equation (4), the flow velocity V can be measured by measuring the Doppler frequency d .
なお、上述のトランスデューサ１としては、超音波送信
用の振動子を流体３に直接接触させるようにした垂直形
トランスデューサが従来より用いられている。しかし、
垂直形トランスデューサを用いた場合には、上記(4)式
からわかるように、流体３中の音速Ｃの変化に依存して
流速Ｖの測定値に影響を受けるため、高精度の流速測定
を行なうことができない不都合があった。As the transducer 1 described above, a vertical transducer in which an ultrasonic wave transmitting oscillator is brought into direct contact with the fluid 3 has been conventionally used. But,
When the vertical transducer is used, as can be seen from the above formula (4), the measurement value of the flow velocity V is influenced by the change of the sound velocity C in the fluid 3, so that the flow velocity can be measured with high accuracy. There was an inconvenience.
そこで、従来より、このような不都合を除去するため
に、有機ガラスなどから成るくさび材を介して振動子か
らの超音波を発信するうよにした斜角形トランスデュー
サが用いられている。第６図は、この種の従来の超音波
トランスデューサ６を示すものであって、図中におい
て、７はケース、８はケース７内に収納配置されたくさ
び材、９はくさび材８に取付けられた振動子、10は超音
波計測用信号ケーブルである。しかし、振動子９から発
信された超音波はくさび材８を介して被測定物面（流体
面）11に伝播されるようになっている。Therefore, conventionally, in order to eliminate such inconvenience, a bevel transducer is used which transmits ultrasonic waves from a vibrator through a wedge material made of organic glass or the like. FIG. 6 shows a conventional ultrasonic transducer 6 of this type. In the figure, 7 is a case, 8 is a wedge member housed in the case 7, and 9 is attached to the wedge member 8. The transducer 10 is a signal cable for ultrasonic measurement. However, the ultrasonic waves transmitted from the oscillator 9 are propagated to the object surface (fluid surface) 11 to be measured via the wedge member 8.
この場合、くさび材８中における音速をC1、超音波の入
射角をφ1、流体３中への超音波の屈折角をφとすれ
ば、屈折の法則から、 の関係が成立する。In this case, if the speed of sound in the wedge member 8 is C 1 , the incident angle of the ultrasonic wave is φ 1 , and the refraction angle of the ultrasonic wave into the fluid 3 is φ, from the law of refraction, The relationship is established.
従って、上記(5)式を上記(4)式に代入すると、 となり、流体３中の音速がくさび材８中の音速に変換さ
れる。一方、φ1はくさび材８の一面に直角に超音波を
入射するために一定であり、C1はくさび材８が固体であ
るために温度変化に伴う流体３中の音速変化に比べて極
めて小さい。このため、斜角形トランスデューサ６を用
いれば、流体３中の音速Ｃとは全く無関係に、また温度
変化に殆ど影響されずに流速Ｖを得ることができる。ち
なみに、θ＝23°、有機ガラス製のくさび材８を使用し
た場合には、温度変化に対する流速Ｖの誤差率が垂直形
トランスデューサを使用した場合に比べて約1/2〜1/4
（10〜30℃の範囲の場合）である。Therefore, when substituting the above equation (5) into the above equation (4), And the sound velocity in the fluid 3 is converted into the sound velocity in the wedge member 8. On the other hand, φ 1 is constant because the ultrasonic wave is incident on one surface of the wedge member 8 at a right angle, and C 1 is extremely higher than the change in sound velocity in the fluid 3 due to the temperature change because the wedge member 8 is solid. small. Therefore, if the bevel transducer 6 is used, the flow velocity V can be obtained irrespective of the speed of sound C in the fluid 3 and hardly affected by the temperature change. By the way, when the wedge member 8 made of organic glass with θ = 23 ° is used, the error rate of the flow velocity V with respect to the temperature change is about 1/2 to 1/4 as compared with the case where the vertical transducer is used.
(In the range of 10 to 30 ° C).
ｃ．考案が解決しようとする問題点 上述の如く、従来では、くさび材８の温度依存性が小さ
いため温度変化に対しての影響は実用上無視できると一
般に考えているが、高精度の流速測定を行なうに際して
は温度変化に応じた補正をする必要がある。特に、温度
変化の度合が大きな場合には、このような補正が要求さ
れる。c. Problems to be Solved by the Invention As described above, conventionally, it is generally considered that the effect of temperature change on the wedge member 8 can be neglected practically because the temperature dependence of the wedge member 8 is small. When performing, it is necessary to make a correction according to the temperature change. Especially, when the degree of temperature change is large, such correction is required.
そこで、第７図に示す如く温度センサ12を設けてくさび
材８の温度を検知し、予め計算又は実測した音速に変換
して、測定精度を上げるようにすることが考えられる。
しかし、このような方法を採った場合には、くさび材８
の一点のみの温度を検知するようにしているため、くさ
び材８内の温度分布が一様でないときには適正な補正は
できず、また流体３の温度変化時における温度センサ12
の追従性が完全ではないという問題点がある。Therefore, it is conceivable to provide a temperature sensor 12 as shown in FIG. 7 to detect the temperature of the wedge member 8 and convert it into a sound velocity calculated or measured in advance to improve the measurement accuracy.
However, when such a method is adopted, the wedge material 8
Since the temperature of only one point is detected, proper correction cannot be performed when the temperature distribution in the wedge member 8 is not uniform, and the temperature sensor 12 when the temperature of the fluid 3 changes.
There is a problem that the followability of is not perfect.
本考案は、上述の如き実状に鑑みて考案されたものであ
って、その目的は、温度変化に充分に対処し得て、高精
度の計測を行ない得るような超音波トランスデューサを
提供することにある。The present invention has been devised in view of the above situation, and an object thereof is to provide an ultrasonic transducer capable of sufficiently coping with temperature changes and performing highly accurate measurement. is there.
ｄ．問題点を解決するための手段 既述の如き問題点を解決するために、本考案において
は、くさび材中における実際の音速を直接的に計測すべ
く音速測定手段を設けている。d. Means for Solving the Problems In order to solve the problems as described above, the present invention is provided with a sound velocity measuring means for directly measuring the actual sound velocity in the wedge material.
以下、本考案の実施例に付き第１図〜第４図を参照して
説明する。なお、第１図〜第４図において第６図及び第
７図と共通する部分には同一の符号を付してその説明を
省略する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIGS. 1 to 4, the same parts as those in FIGS. 6 and 7 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
第１図は本考案の第１実施例を示すものである。本例に
おいては、くさび材８の両側面8a，8bであって、振動子
９から発生される超音波の進行方向に対して直交する線
上の個所に、音速計測用の超音波送信用振動子14及び超
音波受信用振動子15が設けられている。さらに、ケース
７には、これらの振動子14，15に関連して音速計測用信
号ケーブル16が付設されている。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In this example, the ultrasonic wave transmitting oscillators for measuring the speed of sound are located on both side surfaces 8a, 8b of the wedge member 8 on the line orthogonal to the traveling direction of the ultrasonic waves generated from the oscillator 9. 14 and an ultrasonic wave reception transducer 15 are provided. Further, in the case 7, a sound velocity measuring signal cable 16 is attached in association with the vibrators 14 and 15.
次に、本例の超音波トランスデューサ１の動作に付き述
べる。Next, the operation of the ultrasonic transducer 1 of this example will be described.
まず、既述と同様に流速測定用超音波振動子９から発せ
られる超音波をくさび材８を介して発信してドプラー周
波数ｄを計測する。一方、この際に、信号ケーブル16
を介して超音波送信用振動子14にパルス信号が供給さ
れ、この送信用振動子14からもう一方の受信用振動子15
に向けて所定の超音波が発信される。次いで、上述の振
動子15からの超音波検知信号が信号ケーブル16を介して
図外の音速計測器に供給される。そして、上記音速計測
器においては、超音波発生用パルス信号の出力時から超
音波受信時までの時間Δtが計測され、この時間Δtにて
振動子14，15間の所定距離を割った値、すなわちくさび
材８中の音速C1が計算される。First, similarly to the above, the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer 9 for measuring the flow velocity are transmitted through the wedge member 8 to measure the Doppler frequency d . Meanwhile, at this time, the signal cable 16
A pulse signal is supplied to the ultrasonic transmission oscillator 14 via the transmission oscillator 14 and the other transmission oscillator 15 is supplied from the transmission oscillator 14.
A predetermined ultrasonic wave is transmitted toward. Next, the ultrasonic wave detection signal from the above-described vibrator 15 is supplied to the sonic velocity measuring device (not shown) via the signal cable 16. Then, in the sound velocity measuring device, the time Δt from the time of outputting the ultrasonic generation pulse signal to the time of receiving the ultrasonic wave is measured, and a value obtained by dividing the predetermined distance between the transducers 14 and 15 by this time Δt, That is, the sound velocity C 1 in the wedge member 8 is calculated.
しかして、計測されたドプラー周波数ｄ及びくさび材
中の音速C1を上記(6)式に代入することにより、流速Ｖ
が求められる。この場合、一対の振動子14，15を設け
て、くさび材８中における実際の音速C1を検知するよう
にしているので、誤差を生ずることなく非常に高精度の
流速測定を行なうことができる。また、流体の温度が変
化してくさび材８の温度が変化しても、その状況下にお
ける実際の音速C1を得ることができるので、温度変化に
対する追従性が完全であり信頼性が極めて高い。Then, by substituting the measured Doppler frequency d and the sound velocity C 1 in the wedge material into the above equation (6), the flow velocity V
Is required. In this case, since the pair of transducers 14 and 15 are provided to detect the actual sound velocity C 1 in the wedge member 8, it is possible to perform the flow velocity measurement with very high accuracy without causing an error. . Further, even if the temperature of the wedge member 8 changes due to the change of the temperature of the fluid, the actual sound velocity C 1 under the situation can be obtained, so that the followability to the temperature change is perfect and the reliability is extremely high. .
また、第２図は本考案の第２実施例を示すものである。
本例においては、一対の送受信振動子14，15を傾斜させ
て配置し、これによって振動子14，15間の距離をより長
くとるようにしている。この場合には、既述の第１実施
例の場合と同様の動作が行なわれることになるが、振動
子14，15間の距離が長いので、くさび材８中の音速C1を
より一層正確に計測でき、ひいては、より高精度の流速
測定が可能となる。FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
In this example, the pair of transmission / reception oscillators 14 and 15 are arranged so as to be inclined so that the distance between the oscillators 14 and 15 can be made longer. In this case, the same operation as in the case of the above-described first embodiment is performed, but since the distance between the vibrators 14 and 15 is long, the sound velocity C 1 in the wedge member 8 is more accurate. Therefore, the flow velocity can be measured with higher accuracy.
また、第３図及び第４図は本考案の第３及び第４実施例
を示すものであって、既述の第１及び第２実施例におい
て受信用振動子15に代えて、反射体17を配設すると共
に、この反射体17に対応して１つの送受信用振動子18を
配設するようにしたものである。これらの場合には、上
記振動子18から発せられた超音波が反射体17にて反射さ
れて再びこの振動子18に戻るため、くさび材８中におけ
る超音波の伝播距離が２倍になり、流速の高精度測定が
可能となる。また、音速計測用振動子18を１つ用いるだ
けて済み、安価でしかも高精度の超音波トランスデュー
サを提供できる。3 and 4 show the third and fourth embodiments of the present invention. In the first and second embodiments described above, the reflector 17 is used instead of the receiving transducer 15. And a single transmitting / receiving oscillator 18 is provided corresponding to the reflector 17. In these cases, since the ultrasonic wave emitted from the vibrator 18 is reflected by the reflector 17 and returns to the vibrator 18 again, the propagation distance of the ultrasonic wave in the wedge member 8 is doubled, Highly accurate measurement of flow velocity becomes possible. Further, since only one acoustic velocity measuring transducer 18 is used, an inexpensive and highly accurate ultrasonic transducer can be provided.
以上、本考案の実施例に付き説明したが、本考案は既述
の実施例に限定されるものではなく、本考案の技術的思
想に基いて各種の変形及び変更が可能である。The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention.
ｅ．考案の効果 以上の如く本考案は、くさび材中の実際の音速を直接計
測し得るようにしたものであるから、くさび材の温度変
化に応じた現実の音速を常に得ることができ、極めて高
精度の測定が可能となる。また、被測定物の計測可能な
温度範囲が大きくなり、信頼性の大巾な向上を図ること
ができる。e. Effect of the Invention As described above, the present invention is designed to directly measure the actual sound velocity in the wedge material, and therefore the actual sound velocity corresponding to the temperature change of the wedge material can always be obtained, which is extremely high. The accuracy can be measured. Further, the measurable temperature range of the object to be measured is widened, and the reliability can be greatly improved.
第１図〜第４図は本考案の実施例を示すものであって、
第１図は本考案の第１実施例を示す超音波トランスデュ
ーサの断面図、第２図は本考案の第２実施例を示す超音
波トランスデューサの断面図、第３図は本考案の第３実
施例を示す超音波トランスデューサの断面図、第４図は
本考案の第４実施例を示す超音波トランスデューサの断
面図、第５図は超音波ドプラー流速計による流速測定方
法を示す説明図、第６図及び第７図は従来の超音波トラ
ンスデューサをそれぞれ示す断面図である。 １……送波用トランスデューサ、 ２……受波用トランスデューサ、 ３……流体（被測定物）、 ６……超音波トランスデューサ、 ８……くさび材８、 ９……振動子、 11……被測定物面（流体面）、 14……音速計測用の超音波送信用振動子、 15……音速計測用の超音波受信用振動子、 17……反射体、 18……音速計測用の超音波送受信用振動子。1 to 4 show an embodiment of the present invention,
FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic transducer showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of an ultrasonic transducer showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a third embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of an ultrasonic transducer showing an example, FIG. 4 is a sectional view of an ultrasonic transducer showing a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an explanatory view showing a flow velocity measuring method by an ultrasonic Doppler velocity meter. FIG. 7 and FIG. 7 are sectional views showing a conventional ultrasonic transducer, respectively. 1 ... Transmitting transducer, 2 ... Receiving transducer, 3 ... Fluid (measurement object), 6 ... Ultrasonic transducer, 8 ... Wedge material 8, 9 ... Transducer, 11 ... Measurement object surface (fluid surface), 14 ... Ultrasonic wave transmission transducer for sound velocity measurement, 15 ... Ultrasonic wave reception transducer for sound velocity measurement, 17 ... Reflector, 18 ... Ultra sound velocity measurement transducer A transducer for transmitting and receiving sound waves.
Claims (1)
在させるようにした超音波トランスデューサにおいて、
上記くさび材中における音速を計測するための音速計測
手段を付設したことを特徴とする超音波トランスデュー
サ。1. An ultrasonic transducer in which a wedge member is interposed between a surface to be measured and a vibrator,
An ultrasonic transducer characterized in that a sound velocity measuring means for measuring a sound velocity in the wedge material is attached.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009885U JPH0611452Y2 (en) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | Ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009885U JPH0611452Y2 (en) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | Ultrasonic transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61137271U JPS61137271U (en) | 1986-08-26 |
| JPH0611452Y2 true JPH0611452Y2 (en) | 1994-03-23 |
Family
ID=30510271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009885U Expired - Lifetime JPH0611452Y2 (en) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | Ultrasonic transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0611452Y2 (en) |
-
1985
- 1985-02-15 JP JP2009885U patent/JPH0611452Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61137271U (en) | 1986-08-26 |
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