JPH079052Y2 - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
- Publication number
- JPH079052Y2 JPH079052Y2 JP1989020238U JP2023889U JPH079052Y2 JP H079052 Y2 JPH079052 Y2 JP H079052Y2 JP 1989020238 U JP1989020238 U JP 1989020238U JP 2023889 U JP2023889 U JP 2023889U JP H079052 Y2 JPH079052 Y2 JP H079052Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electro
- ultrasonic
- acoustic
- acoustic conversion
- conversion means
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Description
【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は送受波器より送受信される音波の伝播路及びそ
の出力を電気的処理により変更することのできる超音波
流量計に関する。
の出力を電気的処理により変更することのできる超音波
流量計に関する。
［従来の技術］ 従来、この種の超音波流量計は、実開昭60−61622号に
示すものがある。この従来例は第16図に示すように、管
路９の外側に固接されたシュー10の斜面に固定された振
動子11より出射される超音波は、シュー10と管路９間に
塗布されたグリス12を通過して管路９に入射する。した
がって、このシュー10の底面の範囲を有効接触面積とす
ると、管路９の外径が小さくなるにつれて前記有効接触
面積が減少するので、これに応じて管路９に出射される
超音波量が振動子11から出射される全超音波量に対する
割合が減少して送信された超音波を、受信する側の振動
子に到達する超音波が減少する。このような問題を解決
するために、流量測定における最小管径の管路９の外面
とシュー10の底面との間に形成される有効接触面積を略
等しくなるようにシュー10の底面の形状を逆台形状10a
とし、該形状の底辺の長さを設定するようにしている。
示すものがある。この従来例は第16図に示すように、管
路９の外側に固接されたシュー10の斜面に固定された振
動子11より出射される超音波は、シュー10と管路９間に
塗布されたグリス12を通過して管路９に入射する。した
がって、このシュー10の底面の範囲を有効接触面積とす
ると、管路９の外径が小さくなるにつれて前記有効接触
面積が減少するので、これに応じて管路９に出射される
超音波量が振動子11から出射される全超音波量に対する
割合が減少して送信された超音波を、受信する側の振動
子に到達する超音波が減少する。このような問題を解決
するために、流量測定における最小管径の管路９の外面
とシュー10の底面との間に形成される有効接触面積を略
等しくなるようにシュー10の底面の形状を逆台形状10a
とし、該形状の底辺の長さを設定するようにしている。
また、「板を透過する超音波音場の空間周波数領域での
解析」（USA87−34）によれば、配管の厚さに応じて最
適な水中への入射角が異なることが指摘されている。
解析」（USA87−34）によれば、配管の厚さに応じて最
適な水中への入射角が異なることが指摘されている。
［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の超音波流量計では受波器における
S/Nが低下して正確な超音波伝幡時間の測定を行なうこ
とができず測定誤差を生ずるという欠点がある。また、
実開昭60−61622号超音波流量計では従来のものに比べ
てS/Nが改善されているが、この流量計ではシュー10の
底面の形状を有効接触面積に略等しく設定する必要があ
るため管路の径の大きさにより円形振動子の直径が限定
されてしまうという欠点がある。
S/Nが低下して正確な超音波伝幡時間の測定を行なうこ
とができず測定誤差を生ずるという欠点がある。また、
実開昭60−61622号超音波流量計では従来のものに比べ
てS/Nが改善されているが、この流量計ではシュー10の
底面の形状を有効接触面積に略等しく設定する必要があ
るため管路の径の大きさにより円形振動子の直径が限定
されてしまうという欠点がある。
上記従来の装置では音波伝幡路各部の音速の変化により
音波の最適発射角が異なるため超音波送受波器の発射角
及び入射角を変えることができないという欠点がある。
また、超音波素子から発射された超音波の流体への入射
角が温度変化により変化してしまうが、従来の装置では
この入射角を最適な状態に一定に保つことができない。
したがって、測定誤差を生ずという欠点がある。
音波の最適発射角が異なるため超音波送受波器の発射角
及び入射角を変えることができないという欠点がある。
また、超音波素子から発射された超音波の流体への入射
角が温度変化により変化してしまうが、従来の装置では
この入射角を最適な状態に一定に保つことができない。
したがって、測定誤差を生ずという欠点がある。
本考案の目的は上述の欠点を除去し、超音波送受波器の
最適な音波発射角及び入射角を得ることのできる超音波
流量計を提供することにある。
最適な音波発射角及び入射角を得ることのできる超音波
流量計を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本考案は、一方の電気−音響変換手段より出射された超
音波を管路内の流体中を透過させて他方の電気−音響変
換手段で受波することにより超音波伝播時間を測定して
管路内部の流量測定を行う超音波流量計において、 少なくとも一辺に斜面を有する柱状体と該柱状体の斜面
に一定の間隔で配列された振動子とからなる電気−音響
変換手段と、該電気−音響変換手段に対して位相の異な
る信号を順次送信する送信手段と、該送信手段からの送
信信号により前記電気−音響変換手段が駆動されて送出
された位相の異なる信号を他方の電気−音響変換手段で
受信し、この受信された信号波形を合成する波形合成手
段とを備えたものである。
音波を管路内の流体中を透過させて他方の電気−音響変
換手段で受波することにより超音波伝播時間を測定して
管路内部の流量測定を行う超音波流量計において、 少なくとも一辺に斜面を有する柱状体と該柱状体の斜面
に一定の間隔で配列された振動子とからなる電気−音響
変換手段と、該電気−音響変換手段に対して位相の異な
る信号を順次送信する送信手段と、該送信手段からの送
信信号により前記電気−音響変換手段が駆動されて送出
された位相の異なる信号を他方の電気−音響変換手段で
受信し、この受信された信号波形を合成する波形合成手
段とを備えたものである。
［実施例］ 次に本考案について図面を用いて詳細に説明する。
はじめに、第１図乃至第３図を用いて本考案の基本原理
を説明する。
を説明する。
第１図は、３つの音源A,B,Cから同時に音波が発射され
ると各音源より放射状に音波が広がることを示してい
る。すなわち、媒体Ｉの音速をｖとすると、時間ｔでは
音波は各音源より半径vtの距離Ｓまで放射状に進む。し
たがって、同一の位相を持つ波面であれば、ある任意の
時間ｔ経過後の波面は第１図図示の太線のようになる。
ここで、音源が複数存在するものとすると第２図太線で
示すように波面は略直線的なものとなる。
ると各音源より放射状に音波が広がることを示してい
る。すなわち、媒体Ｉの音速をｖとすると、時間ｔでは
音波は各音源より半径vtの距離Ｓまで放射状に進む。し
たがって、同一の位相を持つ波面であれば、ある任意の
時間ｔ経過後の波面は第１図図示の太線のようになる。
ここで、音源が複数存在するものとすると第２図太線で
示すように波面は略直線的なものとなる。
次に、第１図及び第２図のものにおいて、各音源より音
波を発射するタイミングを遅延させると、ｔ時間経過後
の波面は第３図のように形成される。これはｔ時間経過
後に各音源から音波の進む距離が異なるからである。こ
こで、第３図の時間（t1−t2）はＡからＣまでの遅延時
間である。
波を発射するタイミングを遅延させると、ｔ時間経過後
の波面は第３図のように形成される。これはｔ時間経過
後に各音源から音波の進む距離が異なるからである。こ
こで、第３図の時間（t1−t2）はＡからＣまでの遅延時
間である。
したがって、上記原理を用いることにより音波の向きを
変えることができる。
変えることができる。
第４図は第１図乃至第３図の原理を適用した本考案の一
実施例であり、クランプオン型の超音波流量計の取付け
状態を示す概略図である。
実施例であり、クランプオン型の超音波流量計の取付け
状態を示す概略図である。
第４図において、１は内部を流体が流れる管路である。
２及び３は超音波センサを構成する電気−音響変換素子
であり、管路１の外面に当接して固定されている。この
センサは、素子２の送波器より出射された超音波を管路
内の流体中を透過させて素子３で受波することにより超
音波伝播時間を測定して管路内部の流量測定を行なうも
のである。素子２及び３は、合成樹脂等からなり同一の
構成であるので素子２を中心に説明する。この素子２
は、第５図（ａ）に示すような一辺に斜面を有する断面
５角形の柱状体４及びこの柱状体４の斜面4aに接着材等
で固着されたセラミック圧電素子等からなる振動子５と
で構成されている。第５図（ｂ）は、第５図（ａ）の平
面図を示し、振動子５が斜面4aに対して横方向に平行に
配列されている状態を示す。第５図は第４図に示すＡ−
Ａ′断面の超音波発射角を制御する振動子５の配列を示
す。この第５図（ａ）の→の方向に順次位相の異な
る信号を送ると第６図のような斜面4aに垂直な軸Ｘ−Ｘ
に対してθ１の角度（ア）を有する方向に波面が向き、
逆に、→の方向に同じ方法で信号を送るとθ２の角
度（イ）の方向に波面が向く。
２及び３は超音波センサを構成する電気−音響変換素子
であり、管路１の外面に当接して固定されている。この
センサは、素子２の送波器より出射された超音波を管路
内の流体中を透過させて素子３で受波することにより超
音波伝播時間を測定して管路内部の流量測定を行なうも
のである。素子２及び３は、合成樹脂等からなり同一の
構成であるので素子２を中心に説明する。この素子２
は、第５図（ａ）に示すような一辺に斜面を有する断面
５角形の柱状体４及びこの柱状体４の斜面4aに接着材等
で固着されたセラミック圧電素子等からなる振動子５と
で構成されている。第５図（ｂ）は、第５図（ａ）の平
面図を示し、振動子５が斜面4aに対して横方向に平行に
配列されている状態を示す。第５図は第４図に示すＡ−
Ａ′断面の超音波発射角を制御する振動子５の配列を示
す。この第５図（ａ）の→の方向に順次位相の異な
る信号を送ると第６図のような斜面4aに垂直な軸Ｘ−Ｘ
に対してθ１の角度（ア）を有する方向に波面が向き、
逆に、→の方向に同じ方法で信号を送るとθ２の角
度（イ）の方向に波面が向く。
第７図は第４図に示すＢ−Ｂ′断面の超音波発射角を制
御する振動子５の配列を示す。この第７図は、振動子５
が斜面4aに対して縦方向に平行に配列している点で第５
図実施例と異なる。第７図（ｂ）の→の方向に順次
位相の異なる信号を送ると第８図（第４図に示すＢ−
Ｂ′断面）の軸Ｙ−Ｙに対してα１の角度（ア）方向に
波面が向き、逆に、→の方向に同じ方法で信号を送
るとα２の角度（イ）方向に波面が向く。
御する振動子５の配列を示す。この第７図は、振動子５
が斜面4aに対して縦方向に平行に配列している点で第５
図実施例と異なる。第７図（ｂ）の→の方向に順次
位相の異なる信号を送ると第８図（第４図に示すＢ−
Ｂ′断面）の軸Ｙ−Ｙに対してα１の角度（ア）方向に
波面が向き、逆に、→の方向に同じ方法で信号を送
るとα２の角度（イ）方向に波面が向く。
また、第７図及び第８図に示す及びの方向より略中
央のの方向に夫々遅延された信号を送ると及びの
方向より出射された超音波は第９図の軸Ｙ−Ｙに対して
収束する。
央のの方向に夫々遅延された信号を送ると及びの
方向より出射された超音波は第９図の軸Ｙ−Ｙに対して
収束する。
第10図は、振動子５を基盤目状に配列した第５図及び第
７図の実施例の両方の機能を備えたものである。
７図の実施例の両方の機能を備えたものである。
第11図は超音波素子２及び３に固着された振動子５に遅
延された信号6a,6b・・・6nを送信する送信部６及び素
子３で受波される信号7a,7b・・・7nを受信する受信部
７、これら送信部及び受信部を制御する制御回路の概略
を示すブロック図である。
延された信号6a,6b・・・6nを送信する送信部６及び素
子３で受波される信号7a,7b・・・7nを受信する受信部
７、これら送信部及び受信部を制御する制御回路の概略
を示すブロック図である。
以上のように構成された本考案の動作について第12図乃
至第15図を用いて説明する。
至第15図を用いて説明する。
まず、第12図（ａ）及び第12図（ｂ）は第５図の各振動
子５の各々に符号A1,A2・・・A10を付したものであり、
これら各振動子に第13図のような同じ波形を有するパル
スを少しずつ遅延させて送出すると第６図に示すような
（ア）の方向に音波は発射させる。逆に、第６図の
（イ）の方向に発射したいときは送出パルスを振動子A1
0側より送ればよい。また、第７図のＢ−Ｂ′断面の超
音波発射角制御については第13図に示すパルス信号を用
いればよいので説明を省略する。
子５の各々に符号A1,A2・・・A10を付したものであり、
これら各振動子に第13図のような同じ波形を有するパル
スを少しずつ遅延させて送出すると第６図に示すような
（ア）の方向に音波は発射させる。逆に、第６図の
（イ）の方向に発射したいときは送出パルスを振動子A1
0側より送ればよい。また、第７図のＢ−Ｂ′断面の超
音波発射角制御については第13図に示すパルス信号を用
いればよいので説明を省略する。
次に、第14図（ａ）は第10図の基盤目状に配列された振
動子５の各々に符号を付したものである。この実施例で
は各振動子毎にパルスを送ることができるので、第14図
（ｂ）に示すような管路の中心に音波を収束しようとす
る場合には第15図に示すようなパルスを各振動子に対し
て印加すればよい。したがって、本実施例によれば駆動
される振動子を選定することにより発射角を適宜選ぶこ
とができる。
動子５の各々に符号を付したものである。この実施例で
は各振動子毎にパルスを送ることができるので、第14図
（ｂ）に示すような管路の中心に音波を収束しようとす
る場合には第15図に示すようなパルスを各振動子に対し
て印加すればよい。したがって、本実施例によれば駆動
される振動子を選定することにより発射角を適宜選ぶこ
とができる。
なお、上記の説明は第11図の位相制御送信部から送出さ
れる信号の説明であるが、振動数が同じである単振動は
いくつ合成しても常に同じ振動数を有する１つの振動数
になるということから、受信された音波の合成により完
全な単振動の波形を得ることができる。そこで、本実施
例は素子３により所定の時間内に受波される信号の波形
を合成し、合成された信号波形のレベルを判定して最適
な信号となるように制御する。
れる信号の説明であるが、振動数が同じである単振動は
いくつ合成しても常に同じ振動数を有する１つの振動数
になるということから、受信された音波の合成により完
全な単振動の波形を得ることができる。そこで、本実施
例は素子３により所定の時間内に受波される信号の波形
を合成し、合成された信号波形のレベルを判定して最適
な信号となるように制御する。
また、本実施例における電気−音響変換素子の駆動され
る素子数を制御することにより本考案はオートパワーコ
ントロール（APC）としても用いることができる。
る素子数を制御することにより本考案はオートパワーコ
ントロール（APC）としても用いることができる。
［考案の効果］ 以上説明したように本考案によれば、以下のような効果
を有する。
を有する。
（１）本考案は、超音波送受波器の検出器の取付けに手
を加える必要がなく、最適な感度が得られるように超音
波の発射角を電気的に探索することができる。
を加える必要がなく、最適な感度が得られるように超音
波の発射角を電気的に探索することができる。
（２）超音波素子より発射される超音波が管路内に入射
する入射角は温度変化に影響されるが、超音波素子から
の発射角を制御することにより一定に保持することがで
きるので温度変化に伴なう測定誤差をなくすことができ
る。
する入射角は温度変化に影響されるが、超音波素子から
の発射角を制御することにより一定に保持することがで
きるので温度変化に伴なう測定誤差をなくすことができ
る。
（３）本考案は、管路の外周に対して発射される超音波
が全て直角に入社されるように制御することができるの
で受波器におけるノイズの減少及びS/N比を大幅に向上
させることができる。したがって、測定精度を向上させ
ることができる。
が全て直角に入社されるように制御することができるの
で受波器におけるノイズの減少及びS/N比を大幅に向上
させることができる。したがって、測定精度を向上させ
ることができる。
第１図、第２図及び第３図は本考案の基本的原理を説明
する図、第４図は本考案の一実施例を示すクランプオン
型の超音波流量計の取付け状態を示す概略図、第５図及
び第７図は第４図の超音波素子２を示す図、第６図、第
８図及び第９図は第５図及び第７図の実施例による超音
波の発射角を示す説明図、第10図は本考案の他の実施例
を示す図、第11図は本考案の制御回路を示すブロック
図、第12図は第５図の詳細を示す図、第13図は第12図の
タイミングチャート図、第14図は第10図の詳細を示す
図、第15図は第14図の一例を示すタイミングチャート
図、第16図は従来の超音波流量計を示す図である。 １……管路、２、３……超音波素子、４……柱状体、５
……電気−音響変換素子、６……位相制御送信部、７…
…波形合成受信部、８……制御回路。
する図、第４図は本考案の一実施例を示すクランプオン
型の超音波流量計の取付け状態を示す概略図、第５図及
び第７図は第４図の超音波素子２を示す図、第６図、第
８図及び第９図は第５図及び第７図の実施例による超音
波の発射角を示す説明図、第10図は本考案の他の実施例
を示す図、第11図は本考案の制御回路を示すブロック
図、第12図は第５図の詳細を示す図、第13図は第12図の
タイミングチャート図、第14図は第10図の詳細を示す
図、第15図は第14図の一例を示すタイミングチャート
図、第16図は従来の超音波流量計を示す図である。 １……管路、２、３……超音波素子、４……柱状体、５
……電気−音響変換素子、６……位相制御送信部、７…
…波形合成受信部、８……制御回路。
Claims (4)
- 【請求項１】一方の電気−音響変換手段より出射された
超音波を管路内の流体中を透過させて他方の電気−音響
変換手段で受波することにより超音波伝播時間を測定し
て管路内部の流量測定を行う超音波流量計において、 少なくとも一辺に斜面を有する柱状体と該柱状体の斜面
に一定の間隔で配列された振動子とからなる電気−音響
変換手段と、該電気−音響変換手段に対して位相の異な
る信号を順次送信する送信手段と、該送信手段からの送
信信号により前記電気−音響変換手段が駆動されて送出
された位相の異なる信号を他方の電気−音響変換手段で
受信し、この受信された信号波形を合成する波形合成手
段とを備えたことを特徴とする超音波流量計。 - 【請求項２】前記電気−音響変換手段の振動子は、一定
の間隔で平行に配列されてなることを特徴とする請求項
１記載の超音波流量計。 - 【請求項３】前記電気−音響変換手段の振動子は、基盤
目状に配列されてなることを特徴とする請求項１記載の
超音波流量計。 - 【請求項４】前記送信手段は、前記振動子に対して位相
の異なる信号を一方から他方へ及び／又は他方から一方
へ順次送信するようにしたことを特徴とする請求項１乃
至請求項３のうちいずれか１に記載の超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989020238U JPH079052Y2 (ja) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989020238U JPH079052Y2 (ja) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | 超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02113125U JPH02113125U (ja) | 1990-09-11 |
| JPH079052Y2 true JPH079052Y2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=31236432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1989020238U Expired - Lifetime JPH079052Y2 (ja) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH079052Y2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0926342A (ja) * | 1995-07-13 | 1997-01-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波振動子及びこれを用いた超音波流量計 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5257847A (en) * | 1975-11-07 | 1977-05-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic transmitter and receiver array |
| JPS56158912A (en) * | 1980-05-13 | 1981-12-08 | Toshiba Corp | Ultrasonic flow rate and current meter |
-
1989
- 1989-02-27 JP JP1989020238U patent/JPH079052Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5257847A (en) * | 1975-11-07 | 1977-05-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic transmitter and receiver array |
| JPS56158912A (en) * | 1980-05-13 | 1981-12-08 | Toshiba Corp | Ultrasonic flow rate and current meter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0926342A (ja) * | 1995-07-13 | 1997-01-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波振動子及びこれを用いた超音波流量計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02113125U (ja) | 1990-09-11 |
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