JPH08285938A - 導波棒を用いた超音波距離計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】電気音響変換を行い信号を送信する送信探触子
と、送信探触子と接触媒質を介して取り付けられ超音波
を伝播する送信用導波棒と、被計測物体の表面で反射さ
れた超音波信号を伝播する受信用導波棒と、受信用導波
棒と接触媒質を介して取り付けられ電気音響変換を行い
超音波信号を受信する受信探触子と、送信探触子から超
音波が放射され受信探触子に戻ってくるまでの往復伝播
時間から距離を計測する超音波距離計測部と、送信用導
波棒と受信用導波棒との側面に音響インピーダンスが大
きく異なる物質を介在させそれぞれの干渉ノイズを遮蔽
する遮蔽部材とで構成する。 【効果】高温雰囲気中の被計測物体の距離を計測するこ
とができ、被計測物体の距離計測範囲を拡げることがで
き、高温雰囲気中における被計測物体の検出性能が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波距離計測装置に係
り、特に、高温雰囲気中の被計測物体の距離を計測する
のに好適な超音波距離計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高温の被探傷物に用いる探触子に
は特開昭62−280649号公報に開示のものがある。この発
明は被探傷物に接触媒質を挟んで取り付けられる保護板
あるいは直接取り付けられる金属材料に電極部間に挟ま
れた振動子を積層した超音波探傷装置の探触子におい
て、保護板あるいは金属材料と振動子との間にこれらを
互いに接合すると共にその振動子の電極部を一体的に形
成するアルミ系電極層を形成したものである。この種の
ものは、溶解金属中のように非常に高温に達する雰囲気
中では、保護板と振動子の熱膨張の差により接合剤が剥
離するか、振動子に割れが生じる危れがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高温
雰囲気中に直接、探触子をさらすことをなくするために
導波棒の一部を高温雰囲気中にさらし探触子は高温雰囲
気中にさらされていない導波棒の上面に取り付け、導波
棒の側面には干渉ノイズを遮蔽する遮蔽部材を設けるこ
とで高温雰囲気中の被計測物体の距離を計測することの
できる超音波距離計測装置を提供することにある。本発
明の第２の目的は、被計測物体の距離計測範囲を拡げる
ことのできる超音波距離計測装置を提供することにあ
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、本発明は電気音響変換を行い信号を送信する送信探
触子と、送信探触子と接触媒質を介して取り付けられ超
音波を伝播する送信用導波棒と、被計測物体の表面で反
射された超音波信号を伝播する受信用導波棒と、受信用
導波棒と接触媒質を介して取り付けられ電気音響変換を
行い超音波信号を受信する受信探触子と、送信探触子か
ら超音波が放射され前記受信探触子に戻ってくるまでの
往復伝播時間から距離を計測する超音波距離計測部と、
送信用導波棒と受信用導波棒との側面には音響インピー
ダンスが大きく異なる物質を介在させそれぞれの干渉ノ
イズを遮蔽する遮蔽部材とで構成する。

【０００５】第２の目的を達成するため、本発明は電気
音響変換を行い信号を送・受信する少なくとも２個の探
触子と、探触子と接触媒質を介して取り付けられ超音波
を伝播する少なくとも２本の導波棒と、探触子の送・受
信を順次切替えるスイッチと、探触子から超音波が放射
され探触子に戻ってくるまでの往復伝播時間から距離を
計測する超音波距離計測部と、導波棒の側面には音響イ
ンピーダンスが大きく異なる物質を介在させそれぞれの
干渉ノイズを遮蔽する遮蔽部材とで構成する。

【０００６】

【作用】高温雰囲気中に直接、探触子をさらすことをな
くするために導波棒の一部を高温雰囲気中にさらし、探
触子は高温雰囲気中にさらされていない導波棒の上面に
取り付ける。被計測物体までの距離を計測する際は、送
信探触子により超音波信号を送信すると、送信探触子と
接触媒質を介して取り付けられた送信用導波棒中を超音
波が伝播する。被計測物体の表面で反射された超音波パ
ルスは受信用導波棒により受信され導波棒中を伝播し、
受信用導波棒と接触媒質を介して取り付けられた受信探
触子により超音波信号が受信される。距離の計測は超音
波距離計測部により送信探触子から超音波が放射され受
信探触子に戻ってくるまでの往復伝播時間から求めるこ
とができる。送信用導波棒と受信用導波棒との側面には
音響インピーダンスが大きく異なる物質を介在させるた
めの遮蔽部材によりお互いの導波棒の干渉ノイズを遮蔽
する。

【０００７】また、第２の方式では、導波棒を数本配置
し、この導波棒の送・受信をスイッチによって順次切替
えることで、被計測物体の距離検出範囲を拡げることが
できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。

【０００９】図１は本発明の一実施例で、全体の構成を
示している。

【００１０】超音波信号を送信する送信探触子１と超音
波を伝播する送信用導波棒２とは、接触媒質を介して探
触子ホルダ３により圧接されている。同様に、超音波信
号を受信する受信探触子４と超音波を伝播する受信用導
波棒５とは、接触媒質を介して探触子ホルダ６により圧
接されている。送信用導波棒２と受信用導波棒５の側面
には音響インピーダンスが大きく異なる物質（例えば空
気）を介在させそれぞれの干渉ノイズを遮蔽する遮蔽部
材７，８が耐熱接着剤９により取り付けられている。送
信用導波棒２と受信用導波棒５とは冷却用フィン１０に
より一定間隔に固定されている。送信用導波棒２と受信
用導波棒５の一部は、溶解金属などの高温雰囲気中の超
音波伝播媒体１１にさらされている。送信探触子１と受
信探触子４は高温雰囲気中にさらされていない導波棒の
上面に取り付けられている。送信探触子１から超音波が
放射され、送信用導波棒２を介して被計測物体１２の表
面で反射され、受信用導波棒５を介して、受信探触子４
に戻ってくるまでの往復伝播時間から距離を計測する超
音波距離計測部１３が外部に設置されている。

【００１１】図２は送信用導波棒２と受信用導波棒５の
側面に遮蔽部材７，８がない場合と、ある場合の波形を
示している。送信探触子１及び受信探触子４は１ＭＨｚ
で導波棒の長さはそれぞれ１０００mm、導波棒の間隔は
５０mm、被計測物体は¢９０の平板、導波棒の先端から
被計測物体までの距離は５００mmで水中で試験を行っ
た。ここで水と溶解金属の音響インピーダンスには大差
がなく、溶解金属中でも同様の波形となる。図２
（ａ)，(ｂ）の横軸は時間で縦軸は受信強度を示す。図
２（ａ）は遮蔽部材７，８がない場合で、波形を見ると
送信波と被計測物体からの反射波以外に干渉ノイズがあ
ることがわかる。探触子の共振周波数が２.２５ＭＨｚ
の場合は、１ＭＨｚの場合と比べ干渉ノイズが小さくな
った。この干渉ノイズは送信用導波棒の側面を透過した
超音波が水を伝播して、受信用導波棒に伝播し受信探触
子で検出したもので被計測物体からの反射波と重なった
場合、被計測物体が検出不可能となる。この干渉ノイズ
の大きさは、探触子の指向角（すなわち共振周波数）と
導波棒の間に介在する物質の音響インピーダンスに関係
することがわかる。そこで導波棒のそれとは大きく異な
る音響インピーダンスである空気を導波棒の間に介在さ
せることで、送信用導波棒の側面を超音波が透過せず受
信用導波棒に干渉することがなくなる。図２（ｂ）は遮
蔽部材７，８がある場合で、波形を見ると送信波と被計
測物体からの反射波のみであることがわかる。図３によ
り超音波の距離計測について説明する。超音波を用いた
距離計測は、超音波信号を送信する送信探触子１から、
送信用導波棒２，高温溶解金属などの超音波伝播媒体１
１を介して、超音波伝播媒体１１とは異なる音響インピ
ーダンスを有する被計測物体１２の表面に超音波パルス
を放射し、この超音波パルスが同面で反射され、受信用
導波棒５を介して、受信探触子４に戻ってくるまでの往
復伝播時間Ｔを計測し、Ｔの値から超音波伝播媒体であ
る送信用導波棒２及び受信用導波棒５の伝播時間ｔを引
いた値と高温溶解金属の音速ｖから導波棒先端と被計測
物体１２の超音波反射面との距離Ｌを、数１の計算式に
従って計測するものである。

【００１２】

【数１】 Ｌ＝（Ｔ−ｔ）・ｖ／２ …（数１） 図３のブロック図において、１は電気音響変換を行い超
音波信号を送信する送信探触子、２は送信用導波棒、１
１は高温溶解金属などの超音波伝播媒体、１２は超音波
伝播媒体１１とは異なる音響インピーダンスを有する被
計測物体、５は受信用導波棒、４は電気音響変換を行い
超音波信号を受信する受信探触子、２０は送信信号を送
信探触子１に与える送信器、２１は受信探触子４によっ
て受信された反射パルスを増幅する受信器、２２はパル
ス伝播時間測定のために前もって設定されたスレッシュ
ホールドレベルと反射パルスの振幅比較を行う振幅比較
回路、２３は基準パルス発生回路２６によって発生され
た基準パルスのカウントを振幅比較回路２２の出力に同
期して停止する信号を発生するストップパルス発生回
路、２４は送信パルスをスタートさせ基準パルスのカウ
ントを開始する信号を発生するスタートパルス発生回
路、２５はスタートパルス、ストップパルスによって基
準パルス数をカウントする期間を設定するゲート回路、
２７はゲートを開かれた期間内の基準パルス数をカウン
トするカウンタ、２８はカウンタ２７の出力から超音波
パルス伝播時間Ｔを求め、さらに数１に従って距離Ｌを
計算するための演算回路、２９は演算回路２８で計算し
た距離Ｌを表示する表示器である。図４は導波棒を数本
配置した場合の図を示す。この導波棒３０ａ，３０ｂ，
３０ｃ，３０ｄはそれぞれ送・受信をスイッチ３１によ
って切り替えることができる。被計測物体１２がＡの位
置にあっても、Ｂの位置にあっても導波棒３０ａ，３０
ｂ，３０ｃ，３０ｄをそれぞれ送・受信をスイッチ３１
によって順次切替えることにより、検出することができ
る。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、高温雰囲気中に直接、
探触子をさらすことをなくするために導波棒の一部を高
温雰囲気中にさらし探触子は高温雰囲気中にさらされて
いない導波棒の上面に取り付け、導波棒の側面には干渉
ノイズを遮蔽する遮蔽部材を設けることで高温雰囲気中
の被計測物体の距離を計測することができ、被計測物体
の距離計測範囲を拡げることができるので、高温雰囲気
中における被計測物体の検出性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例説明図。

【図２】導波棒の側面に遮蔽部材がない場合と、ある場
合の波形図。

【図３】超音波の距離計測についての説明図。

【図４】導波棒を数本配置した説明図。

【符号の説明】

１…送信探触子、２…送信用導波棒、３，６…探触子ホ
ルダ、４…受信探触子、５…受信用導波棒、７，８…遮
蔽部材、１３…超音波距離計測部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気音響変換を行い信号を送信する送信探
   触子と、前記送信探触子と接触媒質を介して取り付けら
   れ超音波を伝播する送信用導波棒と、被計測物体の表面
   で反射された超音波信号を伝播する受信用導波棒と、前
   記受信用導波棒と前記接触媒質を介して取り付けられ電
   気音響変換を行い超音波信号を受信する受信探触子と、
   前記送信探触子から超音波が放射され前記受信探触子に
   戻ってくるまでの往復伝播時間から距離を計測する超音
   波距離計測部と、前記送信用導波棒と前記受信用導波棒
   との側面には音響インピーダンスが大きく異なる物質を
   介在させそれぞれの干渉ノイズを遮蔽する遮蔽部材とか
   らなることを特徴とする導波棒を用いた超音波距離計測
   装置。
2. 【請求項２】電気音響変換を行い信号を送・受信する複
   数個の探触子と、前記探触子と接触媒質を介して取り付
   けられ超音波を伝播する複数本の導波棒と、前記探触子
   の送・受信を順次切替えるスイッチと、前記探触子から
   超音波が放射され前記探触子に戻ってくるまでの往復伝
   播時間から距離を計測する超音波距離計測部と、前記導
   波棒の側面には音響インピーダンスが大きく異なる物質
   を介在させそれぞれの干渉ノイズを遮蔽する遮蔽部材と
   からなることを特徴とする導波棒を用いた超音波距離計
   測装置。