JPH0783727A - 容積計 - Google Patents
容積計Info
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- JPH0783727A JPH0783727A JP23164093A JP23164093A JPH0783727A JP H0783727 A JPH0783727 A JP H0783727A JP 23164093 A JP23164093 A JP 23164093A JP 23164093 A JP23164093 A JP 23164093A JP H0783727 A JPH0783727 A JP H0783727A
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- acoustic
- resonance
- resonator
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Abstract
(57)【要約】
【目的】音響共振器の各振動系の共振周波数を測定し
て、被測定物容器の容積を求め、かつ容積と共に被測定
物の形状量すなわち直径や深さ等の形状に関する物理量
をも測定することのできる新しい音響式容積計を提供す
る。 【構成】音響管１の一端に被測定物となる容器２を接続
して得られるヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と、音響
管１の共振周波数との比に基づいて容器２の容積を求
め、かつ、容器２の各振動モ−ドの共振周波数を測定で
きるように構成されている。振動系の固有振動は該振動
系の寸法に関係する情報を持っているから、上記のよう
に共振周波数を測定することによって被測定物の形状、
すなわち直径や深さ等を導出することが出来る。
て、被測定物容器の容積を求め、かつ容積と共に被測定
物の形状量すなわち直径や深さ等の形状に関する物理量
をも測定することのできる新しい音響式容積計を提供す
る。 【構成】音響管１の一端に被測定物となる容器２を接続
して得られるヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と、音響
管１の共振周波数との比に基づいて容器２の容積を求
め、かつ、容器２の各振動モ−ドの共振周波数を測定で
きるように構成されている。振動系の固有振動は該振動
系の寸法に関係する情報を持っているから、上記のよう
に共振周波数を測定することによって被測定物の形状、
すなわち直径や深さ等を導出することが出来る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、音響共振器の共振周
波数を測定して被測定物容器の容積を求める音響式の容
積計に関し、特に、容積と共に被測定物の形状量すなわ
ち直径や深さ等の形状に関する物理量をも測定する新し
い計測技術に関する。
波数を測定して被測定物容器の容積を求める音響式の容
積計に関し、特に、容積と共に被測定物の形状量すなわ
ち直径や深さ等の形状に関する物理量をも測定する新し
い計測技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の容積計としては、特開昭６３−４
４１２７号公報のようなものがある。特開昭６３−４４
１２７号公報の内容は、容器に音響管を接続して得られ
るヘルムホルツ共鳴器に、補助音響共振器を音響的に結
合するか、あるいは上記音響管を補助音響共振器として
兼用するように構成された音響系において、上記ヘルム
ホルツ共鳴器の共振周波数と上記補助音響共振器の共振
周波数との比より、温度や湿度の変化によって生ずる共
振周波数変化の影響を補正し、上記容器の容積を求める
というものである。
４１２７号公報のようなものがある。特開昭６３−４４
１２７号公報の内容は、容器に音響管を接続して得られ
るヘルムホルツ共鳴器に、補助音響共振器を音響的に結
合するか、あるいは上記音響管を補助音響共振器として
兼用するように構成された音響系において、上記ヘルム
ホルツ共鳴器の共振周波数と上記補助音響共振器の共振
周波数との比より、温度や湿度の変化によって生ずる共
振周波数変化の影響を補正し、上記容器の容積を求める
というものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
容積計にあっては、被測定物となる容器の容積だけを測
定するものであり、容器の形状に関する物理量、例えば
容器の直径や深さ等を測定するものではなかった。すな
わち従来の容積計では、容積が同じで、寸法が異なる２
つの容器がある場合、２つの容器の区別は不可能であっ
た。本発明は、従来の容積計と同じ音響系を用いたま
ま、被測定物の形状量を同時に求めることができる新し
い計測装置を実現することを目的としている。
容積計にあっては、被測定物となる容器の容積だけを測
定するものであり、容器の形状に関する物理量、例えば
容器の直径や深さ等を測定するものではなかった。すな
わち従来の容積計では、容積が同じで、寸法が異なる２
つの容器がある場合、２つの容器の区別は不可能であっ
た。本発明は、従来の容積計と同じ音響系を用いたま
ま、被測定物の形状量を同時に求めることができる新し
い計測装置を実現することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明においては、特許請求範囲に記載するように構
成している。すなわち請求項１に記載された発明の音響
式容積計は音響管の一端に被測定物となる容器を接続し
て得られるヘルムホルツ共鳴器に補助音響共振器を音響
的に結合するか、あるいは上記音響管を補助音響共振器
として兼用するように構成された音響共振手段と、上記
音響共振手段に音響的に結合された少なくとも一つの音
源およびマイクロホンと、上記ヘルムホルツ共鳴器の共
振周波数と上記補助音響共振器の共振周波数と上記被測
定物容器内に発生する固有振動の共振周波数とを測定す
る手段と、上記共振周波数より上記被測定物となる容器
の容積および形状量を求める演算制御手段とを具備して
いる。また請求項２に記載された発明の音響式容積計
は、音響管の両端に被測定物となる容器と他の容器を接
続して構成される主音響共振器に、補助音響共振器を音
響的に結合するか、あるいは上記音響管を補助音響共振
器として兼用するように構成された音響共振手段と、上
記音響共振手段に音響的に結合された少なくとも１つの
音源およびマイクロホンと、上記主音響共振器の共振周
波数と上記補助音響共振器の共振周波数と上記被測定物
となる容器内に発生する固有振動の共振周波数とを測定
する手段と、上記共振周波数より上記被測定物となる容
器の容積および形状量を求める演算制御手段とを具備し
ている。
め本発明においては、特許請求範囲に記載するように構
成している。すなわち請求項１に記載された発明の音響
式容積計は音響管の一端に被測定物となる容器を接続し
て得られるヘルムホルツ共鳴器に補助音響共振器を音響
的に結合するか、あるいは上記音響管を補助音響共振器
として兼用するように構成された音響共振手段と、上記
音響共振手段に音響的に結合された少なくとも一つの音
源およびマイクロホンと、上記ヘルムホルツ共鳴器の共
振周波数と上記補助音響共振器の共振周波数と上記被測
定物容器内に発生する固有振動の共振周波数とを測定す
る手段と、上記共振周波数より上記被測定物となる容器
の容積および形状量を求める演算制御手段とを具備して
いる。また請求項２に記載された発明の音響式容積計
は、音響管の両端に被測定物となる容器と他の容器を接
続して構成される主音響共振器に、補助音響共振器を音
響的に結合するか、あるいは上記音響管を補助音響共振
器として兼用するように構成された音響共振手段と、上
記音響共振手段に音響的に結合された少なくとも１つの
音源およびマイクロホンと、上記主音響共振器の共振周
波数と上記補助音響共振器の共振周波数と上記被測定物
となる容器内に発生する固有振動の共振周波数とを測定
する手段と、上記共振周波数より上記被測定物となる容
器の容積および形状量を求める演算制御手段とを具備し
ている。
【０００５】
【作用】上記のように、本発明の容積計においては主音
響共振器の共振周波数、補助音響共振器の共振周波数お
よび被測定物となる容器内に発生する諸々の固有振動の
共振周波数を測定することができるので、後記（数５）
式、（数６）式、（数７）式等に示すように被測定物容
器の容積のみならず、容器の直径や深さ等の形状量をも
含めて測定する新しい容積計を実現することができる。
響共振器の共振周波数、補助音響共振器の共振周波数お
よび被測定物となる容器内に発生する諸々の固有振動の
共振周波数を測定することができるので、後記（数５）
式、（数６）式、（数７）式等に示すように被測定物容
器の容積のみならず、容器の直径や深さ等の形状量をも
含めて測定する新しい容積計を実現することができる。
【０００６】
【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の一実施例を示す断面図である。まず
構成を説明すると、長さＬ、内部断面積Ｓなる音響管１
の一端に、空のときの容積がＶの被測定物となる容器２
を接続し、ヘルムホルツ共鳴器を構成する。ここで容器
２は、直径ｄ、深さｈの円柱状の容器とする。４は音源
で、上記共鳴器内部の空気を音響的に駆動する。５はマ
イクロホンで、上記共鳴器内部の音圧を検出する。蓋３
には、上記音響管１、音源４、マイクロホン５が取り付
けられており、また、蓋３は容器２内部を（音響管１を
除く部分で）完全に密閉する。 次に、演算制御部６の
構成を説明する。８は発振器であり、この出力信号Ｅｓ
（ｔ）は、音源用アンプ９を介し音源４を駆動するとと
もに、ＦＦＴアナライザ７に入力するように接続されて
いる。１０はマイクロホン用アンプであり、ここでマイ
クロホン出力信号Ｅｍ（ｔ）は適当なレベルに増幅さ
れ、ＦＦＴアナライザ７に入力するよう接続されてい
る。１１はＣＰＵであり、ＦＦＴアナライザ７、発振器
８、メモリ１２のすべての動作を制御し、また、測定値
を用いて所定の演算を行ない、その結果を出力装置１３
（例えば表示装置、プリンタなど）に出力する。１４は
測定スイッチであり、ＣＰＵ１１へ測定動作の開始（Ｏ
Ｎ）／停止（ＯＦＦ）を指示するスイッチである。
図１は、この発明の一実施例を示す断面図である。まず
構成を説明すると、長さＬ、内部断面積Ｓなる音響管１
の一端に、空のときの容積がＶの被測定物となる容器２
を接続し、ヘルムホルツ共鳴器を構成する。ここで容器
２は、直径ｄ、深さｈの円柱状の容器とする。４は音源
で、上記共鳴器内部の空気を音響的に駆動する。５はマ
イクロホンで、上記共鳴器内部の音圧を検出する。蓋３
には、上記音響管１、音源４、マイクロホン５が取り付
けられており、また、蓋３は容器２内部を（音響管１を
除く部分で）完全に密閉する。 次に、演算制御部６の
構成を説明する。８は発振器であり、この出力信号Ｅｓ
（ｔ）は、音源用アンプ９を介し音源４を駆動するとと
もに、ＦＦＴアナライザ７に入力するように接続されて
いる。１０はマイクロホン用アンプであり、ここでマイ
クロホン出力信号Ｅｍ（ｔ）は適当なレベルに増幅さ
れ、ＦＦＴアナライザ７に入力するよう接続されてい
る。１１はＣＰＵであり、ＦＦＴアナライザ７、発振器
８、メモリ１２のすべての動作を制御し、また、測定値
を用いて所定の演算を行ない、その結果を出力装置１３
（例えば表示装置、プリンタなど）に出力する。１４は
測定スイッチであり、ＣＰＵ１１へ測定動作の開始（Ｏ
Ｎ）／停止（ＯＦＦ）を指示するスイッチである。
【０００７】次に作用を説明する。上記ヘルムホルツ共
鳴器の共振周波数、補助音響共振器の共振周波数、被測
定物となる容器内に発生する固有振動共振周波数の測定
手順および被測定物の容積、形状量を求める演算手順を
図２のフロ−チャ−トにしたがって説明する。図２のＳ
１〜Ｓ７は各共振周波数の測定手順を示す。測定スイッ
チ１４がＯＮされると、ＣＰＵ１１は測定動作に入る。
ＣＰＵ１１の指令により、発振器８は周波数特性の平坦
な信号、例えば正弦波合成波はホワイトノイズといった
信号Ｅｓ（ｔ）を発振し、音源用アンプ９を介し音源４
を駆動する。これを入力とし、上記共鳴器には次のよう
な共振が発生する。まず第１に、音響管１と容器２とで
構成されるヘルムホルツ共鳴器は、下記（数１）式で表
わされる周波数で共振する。 ｆ1＝（ｃ／２π）√（Ｓ／ＬＶ） （数１） ここでｃは音速、Ｓは音響管の内部断面積、Ｌは音響管
の長さ、Ｖは容器の容積である。この共振周波数ｆ
1は、容器２の容積Ｖの情報を持っている。第２に、補
助音響共振器として兼用している上記音響管１は、下記
（数２）式で表わされる周波数で共鳴する。 ｆ2＝ｃ／２Ｌ （数２） この共振周波数ｆ2は容器２の物理量とは無関係に決ま
る。第３に、容器２の内部に空洞共鳴が発生し、その共
振周波数は下記（数３’）式で表わされる。 ｆ3＝α（ｃ／πｄ） （数３’） ここでαは高調波を決定する定数である。このｆ3の１
次周方向モ−ドの共振は、図３に示すような、点線を節
とし円周状に発生する圧力振動である。さらに（数
３’）式の定数をα’＝α／πとしてまとめると、下記
（数３）式が得られる。 ｆ3＝α’（ｃ／
ｄ） （数３） この共振周波数ｆ3は、容器２の直径で決定される。第
４に、容器２の内部の深さ方向にも空洞共鳴が発生す
る。この共振周波数は、ｆ3と同様に次式のように近似
される。 ｆ4＝ｃ／２ｈ （数４） この共振周波数ｆ4は、容器２の深さで決定される。と
ころで上記容器２の内部に共振周波数ｆ3、ｆ4の空洞共
鳴を強く発生させて、検出できるようにするには、図３
に示した圧力振動の節（圧力０）以外のところに音源４
およびマイクロホン５を取り付ける必要がある。つま
り、蓋３の圧力振動の節となる中心付近に音源を取り付
けても空洞共鳴は発生しにくい。また、たとえ空洞共鳴
が発生していても、マイクロホンを圧力振動の節となる
蓋３の中心付近に取り付けると検出が困難となる。この
ような配慮のもとで測定を行なうと、上記共鳴器内部の
音圧はマイクロホン５で検出することができる。このマ
イクロホン出力信号Ｅｍ（ｔ）は、マイクロホン用アン
プ１０を介しＦＦＴアナライザ７に入力される。ＦＦＴ
アナライザ７はＣＰＵ１１の指令を受けて、音源への信
号Ｅｓ（ｔ）を入力、マイクロホン出力信号Ｅｍ（ｔ）
を出力とする伝達関数を演算する。この演算が終了する
と、ＣＰＵ１１は発振器８の発振を停止させる。ここま
でのＦＦＴアナライザ７、発振器８の動作は、すべてＣ
ＰＵ１１からの信号に同期して行なわれる。図４に示す
ように、ＦＦＴアナライザ７で求めた伝達関数は、各共
振点において、振幅特性｜Ｈ｜ではピーク、位相特性∠
Ｈでは反転する特性となる。図４において、ｆ1は周波
数Ａ、ｆ2は周波数Ｂ、ｆ3は周波数Ｃ、ｆ4は周波数Ｄ
として記されているが、これらの周波数は、音響管１や
容器２の寸法などによって変化する。そしてこれらの寸
法を、上記（数１）式〜（数４）式に代入すれば、周波
数を予想することが可能であり、図４のような伝達関数
において上記各共振モ−ドの特定を行なうことは容易で
ある。ただし、図４のように各共振周波数はお互いに離
れていることが必要がある。ＣＰＵ１１は、この伝達関
数データを取り込み、振幅特性のピーク周波数値また
は、あらかじめ実験等で求めておいた共振点での位相φ
Ａ〜φＤと上記位相特性との交点での周波数値から、各
共振周波数を求め、メモリ１２に記憶させる。
鳴器の共振周波数、補助音響共振器の共振周波数、被測
定物となる容器内に発生する固有振動共振周波数の測定
手順および被測定物の容積、形状量を求める演算手順を
図２のフロ−チャ−トにしたがって説明する。図２のＳ
１〜Ｓ７は各共振周波数の測定手順を示す。測定スイッ
チ１４がＯＮされると、ＣＰＵ１１は測定動作に入る。
ＣＰＵ１１の指令により、発振器８は周波数特性の平坦
な信号、例えば正弦波合成波はホワイトノイズといった
信号Ｅｓ（ｔ）を発振し、音源用アンプ９を介し音源４
を駆動する。これを入力とし、上記共鳴器には次のよう
な共振が発生する。まず第１に、音響管１と容器２とで
構成されるヘルムホルツ共鳴器は、下記（数１）式で表
わされる周波数で共振する。 ｆ1＝（ｃ／２π）√（Ｓ／ＬＶ） （数１） ここでｃは音速、Ｓは音響管の内部断面積、Ｌは音響管
の長さ、Ｖは容器の容積である。この共振周波数ｆ
1は、容器２の容積Ｖの情報を持っている。第２に、補
助音響共振器として兼用している上記音響管１は、下記
（数２）式で表わされる周波数で共鳴する。 ｆ2＝ｃ／２Ｌ （数２） この共振周波数ｆ2は容器２の物理量とは無関係に決ま
る。第３に、容器２の内部に空洞共鳴が発生し、その共
振周波数は下記（数３’）式で表わされる。 ｆ3＝α（ｃ／πｄ） （数３’） ここでαは高調波を決定する定数である。このｆ3の１
次周方向モ−ドの共振は、図３に示すような、点線を節
とし円周状に発生する圧力振動である。さらに（数
３’）式の定数をα’＝α／πとしてまとめると、下記
（数３）式が得られる。 ｆ3＝α’（ｃ／
ｄ） （数３） この共振周波数ｆ3は、容器２の直径で決定される。第
４に、容器２の内部の深さ方向にも空洞共鳴が発生す
る。この共振周波数は、ｆ3と同様に次式のように近似
される。 ｆ4＝ｃ／２ｈ （数４） この共振周波数ｆ4は、容器２の深さで決定される。と
ころで上記容器２の内部に共振周波数ｆ3、ｆ4の空洞共
鳴を強く発生させて、検出できるようにするには、図３
に示した圧力振動の節（圧力０）以外のところに音源４
およびマイクロホン５を取り付ける必要がある。つま
り、蓋３の圧力振動の節となる中心付近に音源を取り付
けても空洞共鳴は発生しにくい。また、たとえ空洞共鳴
が発生していても、マイクロホンを圧力振動の節となる
蓋３の中心付近に取り付けると検出が困難となる。この
ような配慮のもとで測定を行なうと、上記共鳴器内部の
音圧はマイクロホン５で検出することができる。このマ
イクロホン出力信号Ｅｍ（ｔ）は、マイクロホン用アン
プ１０を介しＦＦＴアナライザ７に入力される。ＦＦＴ
アナライザ７はＣＰＵ１１の指令を受けて、音源への信
号Ｅｓ（ｔ）を入力、マイクロホン出力信号Ｅｍ（ｔ）
を出力とする伝達関数を演算する。この演算が終了する
と、ＣＰＵ１１は発振器８の発振を停止させる。ここま
でのＦＦＴアナライザ７、発振器８の動作は、すべてＣ
ＰＵ１１からの信号に同期して行なわれる。図４に示す
ように、ＦＦＴアナライザ７で求めた伝達関数は、各共
振点において、振幅特性｜Ｈ｜ではピーク、位相特性∠
Ｈでは反転する特性となる。図４において、ｆ1は周波
数Ａ、ｆ2は周波数Ｂ、ｆ3は周波数Ｃ、ｆ4は周波数Ｄ
として記されているが、これらの周波数は、音響管１や
容器２の寸法などによって変化する。そしてこれらの寸
法を、上記（数１）式〜（数４）式に代入すれば、周波
数を予想することが可能であり、図４のような伝達関数
において上記各共振モ−ドの特定を行なうことは容易で
ある。ただし、図４のように各共振周波数はお互いに離
れていることが必要がある。ＣＰＵ１１は、この伝達関
数データを取り込み、振幅特性のピーク周波数値また
は、あらかじめ実験等で求めておいた共振点での位相φ
Ａ〜φＤと上記位相特性との交点での周波数値から、各
共振周波数を求め、メモリ１２に記憶させる。
【０００８】次に、図２のＳ８〜Ｓ９に示す被測定物の
容積、形状量を求める演算手順について説明する。ま
ず、容器２とは無関係な音響管１の共振周波数を基準と
し、他の共振周波数との比をとって、容器２の容積およ
び形状量を求める。被測定物容器２の容積Ｖは（数１）
式のｆ1、（数２）式のｆ2の比をとり、 Ｖ＝（ＬＳ／π2）（ｆ2／ｆ1）2 （数５） が得られる。これは、従来例と同じである。次に、共振
周波数ｆ2、ｆ3より被測定物容器２の直径ｄを求める。
（数２）式、（数３）式の比をとると、 ｄ＝２α’Ｌ（ｆ2／ｆ3） （数６） となり、容器２の直径ｄが求められる。同様に、共振周
波数ｆ2、ｆ4より被測定物容器２の深さｈを求める。
（数２）式、（数４）式の比をとると、 ｈ＝Ｌ（ｆ2／ｆ4） （数７） となり、容器２の深さｈが求められる。上記（数５）式
〜（数７）式では、音速ｃが消去されているので、温
度、湿度などの影響を受けずに容器の容積および形状量
が求められる。しかし、（数１）式〜（数４）式は理想
的な条件下での理論式であり、これらから求めた（数
５）式〜（数７）式も同様である。実際には、実験的に
決定した定数を用いて Ｖ＝ａ（ｆ2／ｆ1）2＋ｂ （数５’） （ただしａ、ｂは定数） ｄ＝ａ’（ｆ2／ｆ3）＋ｂ’ （数６’） （ただしａ’、ｂ’は定数） ｈ＝ａ”（ｆ2／ｆ4）＋ｂ” （数７’） （ただしａ”、ｂ”は定数） なる計算式を用いてもよい。上記の各定数は容積、寸法
が既知の容器を用いて較正し、実験的に決定することが
できる。このようにして、音速による影響を受けずに被
測定物である容器の容積と形状量（直径、深さ）を同時
に計測することができる。これによって、例えば同じ容
積を持ち、、異なる直径、深さを持つ図１の容器２と図
５の容器２の区別が可能となり、さらに直径、深さとい
った寸法を用いた被測定物の管理が可能となる。ＣＰＵ
１１は、（数５’）式、（数６式）、（数７’）式より
容器２の容積Ｖ、直径ｄ、深さｈを求め、その結果を出
力装置１３に出力する。なお、上記共振周波数の測定方
法および計算式は、本実施例に限定されるものではな
い。
容積、形状量を求める演算手順について説明する。ま
ず、容器２とは無関係な音響管１の共振周波数を基準と
し、他の共振周波数との比をとって、容器２の容積およ
び形状量を求める。被測定物容器２の容積Ｖは（数１）
式のｆ1、（数２）式のｆ2の比をとり、 Ｖ＝（ＬＳ／π2）（ｆ2／ｆ1）2 （数５） が得られる。これは、従来例と同じである。次に、共振
周波数ｆ2、ｆ3より被測定物容器２の直径ｄを求める。
（数２）式、（数３）式の比をとると、 ｄ＝２α’Ｌ（ｆ2／ｆ3） （数６） となり、容器２の直径ｄが求められる。同様に、共振周
波数ｆ2、ｆ4より被測定物容器２の深さｈを求める。
（数２）式、（数４）式の比をとると、 ｈ＝Ｌ（ｆ2／ｆ4） （数７） となり、容器２の深さｈが求められる。上記（数５）式
〜（数７）式では、音速ｃが消去されているので、温
度、湿度などの影響を受けずに容器の容積および形状量
が求められる。しかし、（数１）式〜（数４）式は理想
的な条件下での理論式であり、これらから求めた（数
５）式〜（数７）式も同様である。実際には、実験的に
決定した定数を用いて Ｖ＝ａ（ｆ2／ｆ1）2＋ｂ （数５’） （ただしａ、ｂは定数） ｄ＝ａ’（ｆ2／ｆ3）＋ｂ’ （数６’） （ただしａ’、ｂ’は定数） ｈ＝ａ”（ｆ2／ｆ4）＋ｂ” （数７’） （ただしａ”、ｂ”は定数） なる計算式を用いてもよい。上記の各定数は容積、寸法
が既知の容器を用いて較正し、実験的に決定することが
できる。このようにして、音速による影響を受けずに被
測定物である容器の容積と形状量（直径、深さ）を同時
に計測することができる。これによって、例えば同じ容
積を持ち、、異なる直径、深さを持つ図１の容器２と図
５の容器２の区別が可能となり、さらに直径、深さとい
った寸法を用いた被測定物の管理が可能となる。ＣＰＵ
１１は、（数５’）式、（数６式）、（数７’）式より
容器２の容積Ｖ、直径ｄ、深さｈを求め、その結果を出
力装置１３に出力する。なお、上記共振周波数の測定方
法および計算式は、本実施例に限定されるものではな
い。
【０００９】次に、図６は、本発明の第２の実施例の断
面図であり、例えば、請求項２に相当するものである。
図６は、長さＬ、内部断面積Ｓなる音響管１の一端に、
空のときの容積がＶの被測定物となる容器２を接続して
得られるヘルムホルツ共鳴器と、さらに、上記音響管１
の他端に接続された他の容器１５（容積Ｖ0）から構成
された、外部に対して閉じた空間を持つ音響共振器を示
す。この容器１５には小孔１６があり外部と通じている
ため、上記音響共振器の内外の圧力差が生じないように
なっている。またこの小孔１６は非常に小さく、そのた
め音響的な抵抗が非常に大きいので、上記音響共振器の
内部は、音響的に閉じた空間となる。その他の構成は、
第１の実施例の構成（図１）と同じなので、説明は省
く。ここで本実施例において、上記ヘルムホルツ共鳴器
に他の容器１５を接続し、外部と閉じた空間を持つ音響
共振器とした理由は、外乱（外部からの騒音など）の侵
入を防ぎ精度よく安定した測定が行なえる、という効果
があるからである。しかし、上記のような構成とした場
合、マイクロホン５で容器１５の内部の空洞共鳴をも検
出してしまう可能性があるので、容器１５を空洞共鳴が
発生しない形状とするか、もしくは容器１５の内部に吸
音材を取り付けておく必要がある。
面図であり、例えば、請求項２に相当するものである。
図６は、長さＬ、内部断面積Ｓなる音響管１の一端に、
空のときの容積がＶの被測定物となる容器２を接続して
得られるヘルムホルツ共鳴器と、さらに、上記音響管１
の他端に接続された他の容器１５（容積Ｖ0）から構成
された、外部に対して閉じた空間を持つ音響共振器を示
す。この容器１５には小孔１６があり外部と通じている
ため、上記音響共振器の内外の圧力差が生じないように
なっている。またこの小孔１６は非常に小さく、そのた
め音響的な抵抗が非常に大きいので、上記音響共振器の
内部は、音響的に閉じた空間となる。その他の構成は、
第１の実施例の構成（図１）と同じなので、説明は省
く。ここで本実施例において、上記ヘルムホルツ共鳴器
に他の容器１５を接続し、外部と閉じた空間を持つ音響
共振器とした理由は、外乱（外部からの騒音など）の侵
入を防ぎ精度よく安定した測定が行なえる、という効果
があるからである。しかし、上記のような構成とした場
合、マイクロホン５で容器１５の内部の空洞共鳴をも検
出してしまう可能性があるので、容器１５を空洞共鳴が
発生しない形状とするか、もしくは容器１５の内部に吸
音材を取り付けておく必要がある。
【００１０】次に、本実施例の作用を説明する。演算制
御部６における上記音響共振器の共振周波数の測定、お
よび容器２の容積、形状量を求める手順は、第１の実施
例と同じであるが、容器２の容積Ｖを求める計算式だけ
は、第１の実施例の計算式とは異なるので以下に説明す
る。本実施例の音響共振器は、ヘルムホルツ共鳴器では
なく、音響管１の両端に容器２および容器１５が接続さ
れたものである。これは、１つの音響管に２つの空洞が
並列に接続されたもの、つまり上記音響共振器が、３つ
の音響要素で構成されているわけであり、その共振周波
数は ｆ1’＝（ｃ／２π）√｛Ｓ（Ｖ＋Ｖ0）／ＬＶＶ0｝ （数１’）式 である。ゆえに（数５）式は、 Ｖ＝１／〔｛（ｆ1’／ｆ2）2／ｋ｝−（１／Ｖ0）〕 （数５”）式 （ただしｋ＝ＬＳ／π2） となるので、容積Ｖ0が既知であれば、音速の影響を受
けずに被測定物である容器２の容積Ｖが求められる。な
お、（数５”）式は（数５）式と同様、理想的な条件下
での理論式であり、実際の計算式は、容積、寸法が既知
の容器を用いた較正により実験的に求めた定数を用いた
近似式でもよい。
御部６における上記音響共振器の共振周波数の測定、お
よび容器２の容積、形状量を求める手順は、第１の実施
例と同じであるが、容器２の容積Ｖを求める計算式だけ
は、第１の実施例の計算式とは異なるので以下に説明す
る。本実施例の音響共振器は、ヘルムホルツ共鳴器では
なく、音響管１の両端に容器２および容器１５が接続さ
れたものである。これは、１つの音響管に２つの空洞が
並列に接続されたもの、つまり上記音響共振器が、３つ
の音響要素で構成されているわけであり、その共振周波
数は ｆ1’＝（ｃ／２π）√｛Ｓ（Ｖ＋Ｖ0）／ＬＶＶ0｝ （数１’）式 である。ゆえに（数５）式は、 Ｖ＝１／〔｛（ｆ1’／ｆ2）2／ｋ｝−（１／Ｖ0）〕 （数５”）式 （ただしｋ＝ＬＳ／π2） となるので、容積Ｖ0が既知であれば、音速の影響を受
けずに被測定物である容器２の容積Ｖが求められる。な
お、（数５”）式は（数５）式と同様、理想的な条件下
での理論式であり、実際の計算式は、容積、寸法が既知
の容器を用いた較正により実験的に求めた定数を用いた
近似式でもよい。
【００１１】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、従来の容積計と同じ音響共振手段を用い、主音響
共振器の共振周波数、補助音響共振器の共振周波数およ
び被測定物となる容器内に発生する諸々の固有振動の共
振周波数とを測定することにより、被測定物容器の容積
のみならず、形状量をも測定できる新しい容積計を実現
することができる。
れば、従来の容積計と同じ音響共振手段を用い、主音響
共振器の共振周波数、補助音響共振器の共振周波数およ
び被測定物となる容器内に発生する諸々の固有振動の共
振周波数とを測定することにより、被測定物容器の容積
のみならず、形状量をも測定できる新しい容積計を実現
することができる。
【図１】本発明の音響式容積計の第１の実施例を示す音
響共振器の断面図と演算制御回路のブロック図。
響共振器の断面図と演算制御回路のブロック図。
【図２】図１の実施例における容器容積測定手順を示す
フローチャート。
フローチャート。
【図３】円柱状容器の内部に発生する１次周方向モ−ド
の空洞共鳴を示す図。
の空洞共鳴を示す図。
【図４】伝達関数特性図。
【図５】容積が同じで寸法が異なる音響共振器の断面
図。
図。
【図６】本発明の第２の実施例を示す音響共振器の断面
図。
図。
１…音響管 ９…音源用アンプ ２…容器 １０…マイクロホン
用アンプ ３…蓋 １１…ＣＰＵ ４…音源 １２…メモリ ５…マイクロホン １３…出力装置 ６…演算制御手段 １４…測定スイッチ ７…ＦＦＴアナライザ １５…容器 ８…発振器 １６…小孔
用アンプ ３…蓋 １１…ＣＰＵ ４…音源 １２…メモリ ５…マイクロホン １３…出力装置 ６…演算制御手段 １４…測定スイッチ ７…ＦＦＴアナライザ １５…容器 ８…発振器 １６…小孔
Claims (2)
- 【請求項１】音響管の一端に被測定物となる容器を接続
して得られるヘルムホルツ共鳴器に、補助音響共振器を
音響的に結合するか、あるいは上記音響管を補助音響共
振器として兼用するように構成された音響共振手段と、 上記音響共振手段に音響的に結合された少なくとも１つ
の音源およびマイクロホンと、 上記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数と上記補助音響共
振器の共振周波数と上記被測定物となる容器内に発生す
る他の共振周波数とを測定する手段と、 上記共振周波数より上記被測定物となる容器の容積およ
び形状量を求める演算制御手段と、 を具備することを特徴とする容積計。 - 【請求項２】音響管の一端に被測定物となる容器を接続
し、他端には他の容器を接続して構成される主音響共振
器に、補助音響共振器を音響的に結合するか、あるいは
上記音響管を補助音響共振器として兼用するように構成
された音響共振手段と、 上記音響共振手段に音響的に結合された少なくとも１つ
の音源およびマイクロホンと、 上記主音響共振器の共振周波数と上記補助音響共振器の
共振周波数と上記被測定物となる容器内に発生する他の
共振周波数とを測定する手段と、 上記共振周波数より上記被測定物となる容器の容積およ
び形状量を求める演算制御手段と、 を具備することを特徴とする容積計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23164093A JPH0783727A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 容積計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23164093A JPH0783727A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 容積計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783727A true JPH0783727A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16926672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23164093A Pending JPH0783727A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 容積計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783727A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104568044A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-04-29 | 中北大学 | 一种软包装液体体积测量装置与方法 |
| EP3112896A1 (en) * | 2012-07-11 | 2017-01-04 | Sanofi-Aventis Deutschland GmbH | Arrangement and method for determining a stopper position |
| KR20210108572A (ko) * | 2020-02-26 | 2021-09-03 | 한국과학기술원 | 공명기를 이용한 혈당 측정 장치 |
-
1993
- 1993-09-17 JP JP23164093A patent/JPH0783727A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3112896A1 (en) * | 2012-07-11 | 2017-01-04 | Sanofi-Aventis Deutschland GmbH | Arrangement and method for determining a stopper position |
| US9592345B2 (en) | 2012-07-11 | 2017-03-14 | Sanofi-Aventis Deutschland Gmbh | Arrangement and method for determining a stopper position |
| US10226578B2 (en) | 2012-07-11 | 2019-03-12 | Sanofi-Aventis Deutschland Gmbh | Arrangement and method for determining a stopper position |
| CN104568044A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-04-29 | 中北大学 | 一种软包装液体体积测量装置与方法 |
| CN104568044B (zh) * | 2014-11-25 | 2018-10-02 | 中北大学 | 一种软包装液体体积测量装置与方法 |
| KR20210108572A (ko) * | 2020-02-26 | 2021-09-03 | 한국과학기술원 | 공명기를 이용한 혈당 측정 장치 |
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