JPH1038633A

JPH1038633A - 液体の体積、密度及び粘度の周波数信号への変換

Info

Publication number: JPH1038633A
Application number: JP8176670A
Authority: JP
Inventors: B Seale Joseph; ビイ．シールジョセフ
Original assignee: Fluidsense Corp
Current assignee: Fluidsense Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-02-13
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: JP2981424B2

Abstract

(57)【要約】【課題】時間、温度及びバロメータに関するドリフト
が低く且つヒステリシスの低い体積変位と周波数との直
接変換を与える技術を提供する。【解決手段】センサモジュール（１２０）の検知チャ
ンバにおける作業液体（１２４）の体積を第一機械的共
振周波数を介して測定する。第二共振を測定して相互に
作用する体積及び密度の効果を区別し、補正した体積、
密度及び液体質量を発生させることが可能である。検知
用チャンバの一方の境界は変形可能なプレート（１３
０）であり、それをリップル動作させて線形的体積コン
プライアンスの範囲を増加させることが可能である。プ
レート（１３０）と平行な第二境界は薄い可変厚さの流
体層（１２８）を捕獲する。プレート（１３０）におけ
る変化はプレート表面に平行な増幅した流体振動を発生
し、体積に感応する態様でプレート共振周波数を低下さ
せる高い厚さ感応性流体慣性を発生する。共振プレート
（１３０）に結合されているトランスデューサ（１４
０）が機械的共振を電気的共振へ変換し、それらは電子
的に周波数の読みへ変換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動可能な液体の
体積、該液体の密度、及び／又は該液体の粘度を測定し
且つこれらの特性のうちのいずれか一つ又は全てを対応
する周波数信号へ変換させる装置及び方法に関するもの
である。更に詳細には、本発明は、特性付けをすべき液
体と接触している装置へ信号を印加し、該装置の共振応
答を得、且つその応答を高精度で該液体を特性付けるた
めに使用することの可能な周波数信号へ変換させるシス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】典型的に最小とさせたセンサ体積変位に
おいての圧力測定に対して適合されている流体測定にお
いて使用するキャパシタンスストレインゲージに関する
多数の特許及び文献が存在している。あるものは（例え
ば、ヒューレットパッカードモデル１２９０シリーズク
ォーツトランスデューサ）は、医学的な流体制御に対し
て適合されており、メンブレンを横断しての圧力を検知
し且つメンブレンと接触するストレインゲージ表面の小
さな屈曲（偏向）を得るものである。例えば医学的な液
体を取扱う多くの適用場面において、且つ分析的化学及
び製造において、体積の正確な知識は最も重要なことで
あり、一方、状態の監視（例えば、患者のIVラインにお
ける圧力が通常の塞がれていない流れを表わすものであ
るか否かを決定するため）のためには圧力の近似的な知
識が必要であるに過ぎない。一般的な工学的実施場面に
おいては、体積の知識は、体積変位検知によるものでは
なく、積極的変位ポンプ動作又は分配動作によって得ら
れることが殆どである。機械的な積極的変位流体ポンプ
動作又は分配動作によって測定を行なうことの本質的な
欠点は、摺動流体シールにおけるくっつき・滑り・くっ
つき不安定性、エラストマ流体シールにおけるシステリ
シス、歯車及びカムにおけるバックラッシュ等の流体供
給システムの本質的な機械的制限が流体測定において受
け継がれた制限となるということである。精密な定量的
測定の場合には、体積の代わりに流体質量（重量）がし
ばしば使用されるが、秤又は天秤上での質量測定は振動
によって影響を受け且つ管路等のない分離した環境に流
体をおくことが必要である。流体のメニスカスから体積
を読み取ることは、正確性及び自動化の両方においてそ
れ自身の制限を有している。

【０００３】装置の圧力／体積特性に基づいて多分より
低い正確性で制御された圧力キャリブレイションを有し
ており、体積を直接測定するために使用することを可能
とするのにその体積コンプライアンスが十分に大きなも
のであり且つ直線的なものであるストレインゲージトラ
ンスデューサを有することが有用である。多くのストレ
インゲージ圧力トランスデューサは、実際に、圧力トラ
ンスデューサとしてその圧力／体積勾配に関連してキャ
リブレイションされている小体積トランスデューサであ
るが、これらの設計は殆どの直接的な体積測定のために
有用なものとさせるために充分に大きな変位及び小さな
圧力／体積勾配に対して適合されているものではない。

【０００４】より大きな体積変位に対して設計する場合
には、平坦なプレートにおける屈曲（偏向）について問
題が発生する。プレートがほぼ平坦状である場合には、
その弾性応答はほぼリニア即ち直線的であり且つプレー
トの曲げ剛性によって決定されるが、より大きな体積の
場合にはプレートの湾曲が著しくなるので、表面におけ
る湾曲及び引張りの組合わせが急激的に上昇する圧力／
体積曲線を発生し、比較的小さな屈曲においてもリニア
な応答項に対して三次法則に近似した項が著しく付加さ
れる。入力されるデータに対して非線形キャリブレイシ
ョン曲線を適用することの可能なマイクロプロセサを有
する測定システムにおいてはある程度の量の一貫性のあ
る良好に特性付けられた非線形性は通常許容可能なもの
であるが、プレートが湾曲するにしたがって発生する極
限的な剛性は、通常、高い変位において過剰な背圧を発
生する。過剰な偏向状態に駆動されると、平坦なプレー
トが破壊される。

【０００５】大きな屈曲においてのキャパシタンススト
レインゲージに関連する問題は、プレートが離れ過ぎた
場合には正確な測定のためのキャパシタンス即ち静電容
量の大きさが小さくなり過ぎることである。キャパシタ
ンスストレインゲージに関連する別の問題は、相対感度
の不適切なスケーリングである。例えば、ヒューレット
パッカード社の圧力センサにおいては、外部表面上での
使い捨て可能なメンブレンからの圧力を増加させると内
部のキャパシタンスギャップを減少させ、高い圧力にお
いて急峻なキャパシタンス変化を発生する。この上昇す
る感度曲線は、多くの適用場面において必要とされるも
のとは反対のものであり、即ち、低い圧力において体積
及び圧力変化に対して高い感度が必要とされ且つより高
い圧力においてはより低い感度が必要とされるものであ
り、従って割合的なエラーがほぼ一定状態に留まること
が必要とされる。

【０００６】比較的高く、比較的線形性であり、且つ一
貫性を持って特性付けられる体積／圧力コンプライアン
スを具備する精密体積センサの有用性は上述したことか
ら明らかであり、且つ体積測定においてトレードオフを
取扱うエンジニアによって容易に認識されるものであ
る。マイクロプロセサインターフェースにおいて周波数
又は周期カウンタによって容易に計量される周波数出力
の実際的な有用性は、多くの点においてアナログ／デジ
タル変換を必要とするシステムの有用性に勝るものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、時間、温度
及びバロメータに関してドリフトが低く且つヒステリシ
スが低い体積変位の周波数への直接変換を行なう「直接
体積変換器」（ＤＶＣ）装置を提供することを目的とす
る。該変位は、通常、少なくとも１つ、典型的には２つ
のメンブレンを横断してのものであり、従って体積を測
定する液体は再使用可能なＤＶＣ装置から離れたカセッ
ト内に閉じ込め且つ分離させることが可能である。膨脹
するメンブレン即ちエラストマ界面の詳細な形状は同一
の全体積変位において装置毎に異なる場合があるので、
１つの目的とするところは、体積の決定を、体積変化を
表わすものではない界面メンブレンにおける形状変化に
影響を受けることのないものとさせることである。別の
目的とするところは、本装置の圧力／体積曲線において
再現性及び直線性を達成することである。更に別の目的
とするところは、応答曲線の低圧力低変位端部において
最大感度で広いダイナミックレンジを達成することであ
る。更に別の目的とするところは、周波数応答の解釈の
みを介してＤＶＣと相互作用を行なう流体の密度及び粘
度を推定することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】時間、温度及びバロメー
タに関して本質的に低いドリフト及びヒステリシスでも
って機械的共振周波数を介して作業液体における体積変
位を測定する。測定すべき体積変位と等しい作業液体の
量が制御されていない量の圧縮性ガスが存在しないよう
にされている（典型的にガスが存在しない）検知用チャ
ンバ内（又はその外部）へ移動する。該チャンバの１つ
の境界は変形可能なプレートであり、それに対向する第
二表面が可変の厚さの液体層を閉じ込める。それ自身の
表面に対して垂直なプレートにおける振動が捕獲した流
体層におけるプレート表面に平行な増幅した流体振動を
発生させる。該層内の体積変動駆動型厚さ変化が、プレ
ート振動によって発生される流体の慣性を変化させ、従
って該プレートの機械的共振周波数を変化させて体積キ
ャリブレイション可能周波数信号を発生させる。共振周
波数の逆平方は、定数＋共振プレート下側に捕獲された
正味の流体体積の逆数の和に対して近似的に直線的比例
関係で変化する。この定数は、プレート及び結合されて
いる電気機械的トランスデューサの固定質量に関係して
いる。

【０００９】電気機械的トランスデューサが共振プレー
トへ結合しており且つ機械的共振を検知される電気的共
振へ変換させ、体積に対してキャリブレイション可能な
電気的出力信号を発生する。変換形態としては、電磁的
（例えば、ボイスコイルドライバ）、静電的（例えばキ
ャパシタンスマイクロフォン）、及びピエゾ電気的（例
えば屈曲モードブザー）等がある。トランスデューサに
おける運動検知動作は、トランスデューサのインピーダ
ンスの直接測定によるか（例えば、バランスさせたブリ
ッジ回路内にボイスコイル又はピエゾ要素を配置させ
る）、又はしばしばドライバトランスデューサの一部と
して便利な第二検知用トランスデューサを使用する（例
えば、駆動用ボイスコイルと同軸的な検知巻線を使用す
るか、又は単一のピエゾ電気屈曲要素上のドライバ区域
とは電気的に分離された検知区域を使用する）によって
達成することが可能である。検知のみの場合には、共振
測定におけるＡＣプレートの屈曲を測定するために抵抗
性ストレインゲージセンサを使用することが可能であ
る。適切な帯域幅を持ったいずれかの流体圧力センサを
使用して、プレート下側のＡＣ圧力応答を検知すること
が可能であり、それは、プレートドライバトランスデュ
ーサと結合して、プレート共振を検知するために使用す
ることが可能である。

【００１０】好適実施例における変形可能な振動プレー
トは、ダイフォーミング形成したものでないシートの場
合に得られるものよりもより直線的な体積／圧力コンプ
ライアンス及びより高い全体的変位能力のために湾曲し
た周辺隆起部を有するようにダイフォーミング形成した
スプリング金属シートからなる単一の平坦な部品から形
成されている。該シートの中央領域は捕獲した振動する
流体層の境界のうちの１つを画定しており、振動特性の
一貫性のため及びフォーミング動作の変動に対して影響
を受けないために平坦状に維持される。シートの周辺領
域においては、流体層は中央近くよりも一層厚く、従っ
て流体層厚さに対する振動周波数の感度は著しく減少さ
れている。設計上、周辺部金属のフォーミングにおける
一貫性が欠如することは、体積を測定するために使用さ
れる最も低い周波数の変動モードに与える影響が比較的
小さなものとされている。

【００１１】例えば、カセットにおけるように、変形可
能な弾性障壁を介して変位を測定する供給可能な液体か
ら作業液体を分離させることが一般的である。好適実施
例においては、カセット内に供給可能な液体を閉じ込め
る第一弾性障壁がセンサ組立体内に作業液体を閉じ込め
る第二弾性障壁と係合し、係合している障壁を横断して
カセットからセンサへの変位が検知用チャンバ内のプレ
ートに対向して作業液体を流体層内へ駆動させる。第二
実施例においては、プレート表面へ結合するメンブレン
がカセット内に流体を閉じ込めるために使用することが
可能なものであったとしても、供給可能な液体がプレー
トによって直接振動される作業液体として機能する。励
起ループにおいて異なるフェーズシフトによって擾乱さ
れた与えられた共振から及び１つを超える共振モードか
ら得られた周波数を解釈することによって、測定した液
体の密度、粘度及び体積を同時的な数学的手法によって
決定される。ある適用場面においては、密度及び粘度を
決定することが、体積変位測定よりも重要であるか又は
同一の重要性のものであることを示す場合がある。供給
可能な液体の密度及び粘度を測定することのない好適実
施例においてさえも、このマルチ周波数流体特性解析は
体積結果の温度による影響を最小とさせ且つバブル（気
泡）の検知へ至ることとなる。

【００１２】密度自己キャリブレイションを得るために
は、全ての半径方向に対称的なプレート振動モードが、
流体密度に対して比例して変化し且つ半径の関数として
流体層の「実効厚さ」に対して逆比例して変化する結合
されている実効的流体質量によって影響されることに注
意すべきである。「実効厚さ」は後に詳細に説明するよ
うに、実際の厚さから上側及び下側の表面境界層厚さを
差し引いたものを意味している。プレート下側の体積に
おける増加、それに付随する流体層厚さにおける増加、
は増加した「比体積」即ち増加した「逆（相反）流体密
度」の効果と混乱される場合がある。何故ならば、それ
らは両方ともプレートに結合されている流体の慣性を低
下させ、従って種々の共振周波数を上昇させるからであ
る。体積変化の効果を比体積変化から別個に解析するた
めには、２つの理由によって体積変化が全ての半径にお
いて同一の比例的量だけ流体層厚さを変化させるもので
ないことを考慮に入れねばならない。その第一の理由
は、振動プレートが体積変化と共に変形する場合にその
形状を変化させることであり、且つ第二の理由は、どの
ようにして流体体積変化が異なる共振モードを変化させ
るかにおける差異を強調するために、設計上流体層厚さ
を非一様なものとする場合があるからである。従って、
プレート振動に影響を与える流体質量インピーダンスの
半径方向分布の形状は、体積変化によって変更され、一
方比体積変化はその平均値のみを変更させ、半径方向分
布の形状は不変のままとさせる。異なる振動モード形状
に関する異なる影響を発生させるのはこの形状変化であ
る。体積及び密度の２モード分解に対する設計目標は、
２つの測定可能な振動モード周波数を得ることであり、
それから、キャリブレイション方程式からの同時的な解
によって、体積及び密度に対する別個の値を得ることが
可能である。単一又はほぼ単一の同時解を回避するため
に、測定システムの幾何学的形状は、ベースラインとし
ての比体積変化に対する感度と比較して、一方のモード
の周波数が別のものよりも体積変化に対して相対的によ
り感度が高いことを確保せねばならない。体積及び密度
の計算は、以下に説明するように密度によって影響を受
ける境界層の影響により変更される流体層の「実効厚
さ」に依存する。

【００１３】粘度自己キャリブレイションを得るために
は、粘度が共振減衰係数を決定し、該係数は振動境界層
によって占有されている流体層厚さの部分にほぼ直線的
に関係している。該減衰係数は、共振のするどさを制御
し、それは印加した振動力と応答振動速度との間の位相
角を擾乱させ、これらの位相擾乱に応答してどのように
測定周波数が変化するかを決定することによって周波数
測定のみから推定される。振動境界層厚さは体積を表わ
す共振周波数を擾乱させるが、必要とされる周波数補正
は測定によって決定される減衰係数と密接に関係してい
る。

【００１４】最も正確な解析は、全ての物理的相互作用
を考慮に入れて体積、密度及び粘度に対する同時解にお
いて使用するために、最小限３つの測定周波数、即ち
「基本」、「位相擾乱型基本」及び「高調波」を使用す
る。

【００１５】粘度の温度依存性は、粘度、減衰係数及び
体積補正の間のより直接的な関係に依存して、温度測定
なしで補償されることが理解される。

【００１６】

【発明の実施の形態】最初に、図１Ａを参照すると、カ
セットインターフェース１００の上方にセンサモジュー
ル１２０が示されている。このカセットインターフェー
スは、流体インレット１０２、アウトレット１０４、流
体貯蔵部１０６、及び弾性インターフェースメンブレン
１０８を有している。センサモジュール側においてイン
ターフェース１０８と接触して弾性プラグ１２２が設け
られており、該プラグは明確に画定した表面形状を維持
するのに充分な厚さを有しており且つ体積変位を発生す
ることを可能とするために該プラグが容易に変形するよ
うにエラストマ物質から構成されている。センサモジュ
ール及びカセットが別体である場合にはプラグ１２２の
外側表面は凸状であり、従ってカセットとセンサモジュ
ールとが一体的にクランプされると拡大する中央区域に
おいてメンブレン１０８と接触し、界面内に空気を捕獲
することを回避している。図１Ｂはクランプ接触状態に
あるセンサモジュールとカセットとを示しており、エラ
ストマ物質がカセットメンブレン上を押圧しており且つ
流体貯蔵部から流体を変位させている。図１Ｃにおいて
は、元の流体体積が貯蔵部１０６に対して回復されてお
り、プラグ１２２の下側表面を押し上げ平坦状とさせて
いる。この動作は、剛性の障壁１５０におけるオリフィ
ス１２６を介してセンサ空洞１２４から作動流体を障壁
１５０の剛性の上部表面と図１Ａ及び１Ｂの休止状態に
ある形状と比較して図１Ｃにおいては上方に押し上げら
れている共振器プレート１３０の変形された表面との間
における流体層１２８内へ変位させる。プレート１３０
は、その中央区域が平坦であり且つその周辺区域が少な
くとも１個の円形状の隆起部即ちバンプ（この好適実施
例においては単一の隆起部が良好に動作することが判明
した）を有するように、スプリング金属（例えば、ベリ
リウム銅合金）の薄い（例えば、０．００８インチ）シ
ートをダイフォーミングすることによって形成されてい
る。該隆起部の上部は、図１Ａにおいて１３２で示して
あり、且つ図２によって与えられる形成したプレート１
３０の平面図における１３２において示してあり、該隆
起部の内側境界は１３４で示してあり且つ外側境界は図
１Ａ及び図２の両方において１３６で示してある。これ
らの図は、更に、１３４で示した内側バンプ境界の丁度
内側の平坦なプレート表面上に位置されているバランス
リング１３８を示している。リング１３８は、本発明の
その構成要素の特定の詳細に関して後に説明するよう
に、外界との振動結合を最小とするためにプレート１３
０の質量分布を補正している。

【００１７】プレート１３０における振動モードは、該
プレートの弾性によって及び特に２つの発生源、即ちプ
レート自身の質量及び流体層１２８内に捕獲される流体
の実効質量からの慣性によって決定される。プレート表
面がほぼ垂直運動で振動する場合には、即ち軸方向であ
って且つ薄い表面に対しほぼ垂直な方向に振動する場合
には、流体層１２８における流体はほぼ半径方向に強制
的に移動される。何故ならば、流体は、プレート表面の
下降運動によって押し出され且つプレート表面の上昇運
動によって引き込まれるからである。該流体層がプレー
ト半径と比較して非常に薄い場合には、半径方向の流体
の運動は軸方向のプレートの運動よりも著しく大きく、
その結果、流体の速度はプレートの速度を超え且つ流体
における運動エネルギは通常１０対１又はそれ以上の割
合でもってプレートにおける運動エネルギを超えること
となる。流体運動エネルギがプレート運動エネルギを超
えるということは、流体運動からの実効的な慣性貢献分
がプレート金属からの貢献分を超えることを意味してい
る。付加的な流体が図１Ｃに示したように層１２８内へ
変位されると、流体層は一層厚くなり且つ流体はプレー
ト表面と比較してそのように高い速度で移動することが
強制されることはない。運動中の流体の量が図１Ａにお
けるよりも図１Ｃにおいて一層多い場合であっても、全
体的な運動エネルギは一層低い。例えば、同一の半径方
向体積変位を達成し且つ与えられた軸方向プレート運動
を受け入れるために、流体層の厚さを２倍とし、次いで
半径方向速度を半分とする場合について考察する。流体
速度が半分の場合には、速度の二乗は４倍遅くなるが、
厚くした層における移動質量は２倍となる。従って、質
量と速度の二乗とのエネルギ積は、流体層の厚さを２倍
とした場合には半分へ減少される。その結果流体の慣性
が半分となりプレートの共振周波数を２の平方根よりわ
ずかに小さな係数上昇させ、プレート物質（流体ではな
く）に起因する移動質量の小さな割合部分は不変のまま
であるので正確な２の平方根から減少している。従っ
て、共振周波数は、プレートのほぼ平坦な中間区域下側
の薄い層において捕獲される流体体積のほぼ平方根とし
て変化する関係が得られる。実際上、図１Ｃにおいて明
らかに見られるように、中央プレート区域の上方向の曲
がりが湾曲が増加することによりプレート物質の実効的
な剛性が発生することにより、周波数は流体層体積の平
方根よりも幾分大きく変化する。体積と周波数との間の
真の関係は実験的にキャリブレイション（較正）するこ
とが可能である。

【００１８】図１Ａ，１Ｂ，１Ｃ及び２に示したよう
に、プレートに対する電気機械的インターフェースは単
一の薄いピエゾ電気セラミックディスク１４０であっ
て、それは、導電性のセメントによって下側表面上にお
いて該プレートへ電気的に接続されており且つ該ディス
クの厚さを横断してキャパシタ（即ち、コンデンサ）を
形成するために上部表面の殆どに亘りメタライズされて
いる。ピエゾ電気ディスクブザー（煙検知器、電話のベ
ル、シートベルト着装警報機等において広く見られるよ
うなもの）の設計において公知の如く、軸方向に分極さ
れた薄いディスクにおける軸方向電界が軸方向厚さにお
ける変化を発生させ、且つ、セラミックのポアソン比に
したがって、半径方向において反対極性のより小さな歪
（即ち、軸方向膨脹に対する半径方向の収縮及びその逆
も又真）を発生する。この半径方向運動はディスク１４
０において振動曲げを誘起し、振動モードを励起させ
る。ツイストワイヤケーブル１４２が、２３０において
プレートへの接続部を介して下側のディスク表面へ接続
しており且つ該プレート及び導電性エポキシを介して下
側ディスク表面上のメタリゼーションへ導通しており、
且つケーブル１４２は２４０におけるボンドを介して上
側プレート表面へ接続している。上側ディスクメタリゼ
ーションのディスク部分２１０はプレート曲げのセンサ
として機能するためにその区域の大部分から電気的に分
離された状態を維持することが可能である。図２はセク
ション２２０においてメタリゼーション区域２１０へボ
ンドされた検知ワイヤを示しており、そのワイヤはケー
ブル１４２の一部となっている。実際上、この検知ワイ
ヤは、容量性クロストークを最小とさせるために、ディ
スクを駆動する「生きている」導体に近接して非常に長
い距離にわたり走行すべきものではない。

【００１９】図３Ａに示したように、前述した図のピエ
ゾ電気トランスデューサに対してボイスコイルドライバ
３００を置換することが可能である。図示したように、
ボイスコイルはナットによってプレートへ保持されてお
り且つボイスコイルを支持する低密度ディスク内へ螺合
されているディスク１４０の中間部を貫通する小さな
（例えば、＃１）ネジによって振動プレートの中心へ取
付けられているディスク３２０上に装着されている。希
土類磁石の典型的な形状及び割合で図示されている（フ
ェライトセラミックが物質として使用される場合にはよ
り大型の磁石であることと対比される）構造における永
久磁石３１０は磁石の分極方向を例示する矢印のパター
ンによって表わされている。ボイスコイルは、プレート
が偏向されていない場合には、磁気ギャップの中心の多
少下側に維持しており、従って、流体体積に起因する典
型的な上方向変位において、該コイルは中心位置決めさ
れる。ボイスコイルドライバの構成の公知の詳細につい
ては、その説明を割愛する。注意すべきことであるが、
図２の検知メタリゼーション２１０に対する類推によっ
て、軸方向コイル速度によって誘起される電圧を検知す
るために、ボイスコイル駆動巻線と同軸状に第二巻線を
層形成させることが可能である。後に説明するように、
補助的な巻線又はピエゾ電気検知メタリゼーションは、
当業者によって適宜設けられるものであって、電子オシ
レータループを完結するために必ずしも必要なものでは
ない。

【００２０】図３Ｂにおける組立体３４０は、図１Ａ，
１Ｂ，１Ｃ，３Ａの上半分に類似した共振プレート及び
流体層構成体を示しており、それは、図１Ａのオリフィ
ス１２６のようなオリフィスを具備する１５０のような
剛性表面を有しているが、剛性表面及びオリフィス下側
のその図面のカセットインターフェース１２２及び組立
体１００を示すものではない。可動コイル上方に磁石３
１０を具備する図３Ａのドライバ／センサは、図３Ｂに
おいては逆さまにされており且つ完全に割合が変更され
ており、可動磁石構成体を図８Ａに示したものと同等な
ものとさせている。磁石３６０の分極は３１０の矢印と
同様の矢印によって示されているが、磁石３６０は図８
Ａのディスク８３０上の磁石８４０のような共振ディス
ク３８０上に装着されており、ディスク３８０はディス
ク８３０と同様な機械的クランプを有している。コイル
３５０は図８Ａのコイル８５０又はコイル８６０のいず
れかと同等であり、これらのコイルのうちのいずれか１
つは励起又は検知のために使用可能である。他の図と対
比して図３Ｂは混合した電磁的及び静電的トランスデュ
ーサ型を示しており単一の磁気コイル３５０及び環状リ
ング３７０とプレート３８０との間に形成したコンデン
サ（キャパシタ）は検知又は励起のいずれかのために使
用することが可能である。従って、電磁的に駆動し且つ
静電的に検知するか（キャパシタンスマイクロフォンに
おけるように）又は静電的に駆動し（静電的スピーカ又
はヘッドフォンのように）及び電磁的に検知することが
可能である。図３Ｂの共振プレート構成に注意すべきで
あり、領域３９０において且つその両側においてプレー
ト３８０の複数個の隆起部が形成されている。

【００２１】図４は有用な最も低い周波数のプレート振
動モードに対するプレートと流体の運動を例示してい
る。プレート１３０は一対の輪郭４３０及び４３１とし
て示してあり、４３０は中央部の上方向への偏向及び周
辺部の下方向への偏向を示しており、且つ４３１はその
逆である。線４５０は剛性障壁１５０の上部表面を表わ
している。４５０と４３１との間の水平方向（半径方
向）矢印は振動サイクルの位相に依存して、流体の加
速、又は流体の速度、又は流体の変位を表わしている。
「体積速度」、即ち半径方向速度×厚さ×周囲の積、は
輪郭３４０と４３１とが交差するノード（節）ラインに
おいて最も大きい。輪郭４３０の位相に対応する半径方
向圧力分布は、ゼロ圧力ベースライン４７０に基づいて
描かれた直線４６０によって示されている。加速／速度
／変位矢印の長さは輪郭４６０の勾配、即ち交互の圧力
勾配に関係している。尚、説明の便宜上振動振幅は著し
く誇張されていることに注意すべきである。図１Ａにお
いて示されているオリフィス１２６が図４における圧力
ノードの半径方向位置に位置されており、そこにおい
て、曲線４６０がゼロ振幅のベースライン４７０を交差
していることに注意すべきである。オリフィス１２６を
圧力ノードに位置させることによって、オリフィスを介
しての振動の結合が最小とされ、そのことは、振動チャ
ンバからのノイズの結合を減少させるばかりか、体積検
知用の振動を外部ノイズ及び例えばカセット１００にお
けるような外部幾何学的形状及びコンプライアンスにお
ける変動に対して影響を受けさせるものとする不所望の
振動結合を最小とさせる。

【００２２】前述した図に示したように形成したプレー
ト１３０は、高感度測定のために良好に動作する振動モ
ードを確立するため、適切に高く且つ線形的な体積コン
プライアンスを与えるために、且つ外部ノイズ及び振動
の効果を拒否するために、本発明の目的に対して特に良
好に作用する。断面図は形成したプレート区域の相対的
な割合を余り強調することのない傾向があるが、図２に
おける平面図においてのプレートを観察すると、円１３
４と１３６との間に形成した区域が円１３４内側の公称
的に平坦な区域よりも著しく大きな区域を表わしている
ことが明らかである。図１Ｃに示したように体積変位に
よって大きな上方向の偏向が発生すると、金属の湾曲し
た環状体は点１３４から点１３６への増加された距離、
即ちプレート上に形成したバンプの内側半径と外側半径
との間の増加した距離を受付けるために著しく平坦状と
なる。この距離の増加は、単に、図１Ａに示したような
平坦な半径方向ベースラインと比較して図１Ｃにおける
直角三角形の斜辺が長くなることである。プレートがフ
ォーミングされていなかった場合には、大きな上方向へ
の偏向を受付けるために金属が半径方向に伸長せねばな
らない。フォーミングしたバンプは、平坦状となること
が可能であるので、金属の平面内での伸長は実質的に減
少され、金属を切断することなしに且つ流体圧力が余り
にも急峻に上昇することなしに、初期的に平坦なプレー
トの場合に達成されるものよりもより大きな偏向を行な
うことを可能としている。

【００２３】図１Ａに示したようにその断面が円の一部
であるような単一のバンプを使用することの利点は、こ
の形状が圧力変化に関して順応性のものではないという
ことである。半径１３４における円周が垂直方向の移動
に対して拘束されている場合には、半径１３４と１３６
との間の円形状のバンプ下側の圧力変化は事実上何等偏
向又は体積変化を発生させるものではない。この外側の
環状領域における流体圧力は、図４に示したように、極
めて一様なものである。何故ならば、この領域における
流体層は比較的厚く、従って半径１３４の内側の薄い層
において発生する大きな流体の加速に露呈されることが
ないからである（図４の半径方向矢印の長さによって示
されている）。実際上、振動プレートは湾曲を硬直化さ
せた外側領域下側の流体圧力によって主に所定位置に保
持されており、一方殆どの振動曲げは中央領域において
行なわれる。半径１３６における外側周辺部の取付部に
おける振動応力は最小である。該プレートに対する「基
本的」即ち最も低い周波数の振動モードは、概略、独立
的なものであり且つプレートの端部の機械的クランプに
よるよりも流体クッションによって支持されている。

【００２４】更に、その基本的振動モードにおいて、プ
レート及び流体の重心は最小の振動運動を経験するに過
ぎず、そのことは、更に、振動検知を外部からの影響か
ら分離させている。本装置において使用する周波数にお
いては層１２８内の流体が事実上非圧縮性であることを
考慮し、且つ層１２８の底部が剛性表面であるので、こ
のことは、層１２８における流体の重心は殆ど垂直方向
の振動運動を経験することはないことを意味している。
流体が１つの領域において上方へ移動しそこでの層を厚
くすると、体積を保存するために、他の箇所においてそ
れと対向する下方向への流体の運動が発生せねばならな
い。このバランスは、完全に平坦なプレートが無限に小
さな振動を経験する下での非圧縮性流体に対しては「完
全」なものであるが、プレートに形成したバンプは「固
定した流体の質量中心」原理をほんの僅かだけ違反させ
ることとなる。プレート自身の質量中心に関しては、下
側に一定の体積を閉じ込めるべく拘束された一様な表面
密度のプレートの場合にはプレートの質量中心の振動は
殆ど発生しない。プレートの中心にピエゾセラミック質
量１４０を付加すると、バランスを崩すこととなる。１
３８におけるリングはピエゾセラミックディスクと異な
る位相で移動し（図４参照、曲線４３０及び４３１）、
且つこのリングの質量は質量中心振動運動においてゼロ
を得るように調節されている。このバランスによって、
外部ノイズの結合が最小とされ、且つ同時的に、プレー
ト振動への外部ノイズの結合が最小とされる。この後者
の効果は、センサが非常に低い電力レベルで動作し、し
かも外部ノイズ及び振動の干渉効果に対してほぼ影響を
受けることがないものとすることを可能としている。そ
の他のプレートの幾何学的形状もこのようなノイズ免疫
性の目標を達成することが可能であるが、ほぼ円形状の
断面の単一のフォーミングしたバンプ及びバランスリン
グを有する図示した簡単な幾何学的形状は極めて良好に
動作し、従って本明細書に開示する特定の実施例におい
て説明している。

【００２５】図５Ａ及び５Ｂはボイスコイルドライバ
（図５Ａ）及びピエゾ電気ドライバ（図５Ｂ）において
補助的な検知リードなしでの電力リードのみからの運動
信号の抽出を示している。図５Ａは差動増幅器５１０か
らの出力を有する主に抵抗によってバランスさせたブリ
ッジ回路を示しており、一方、図５Ｂは差動増幅器５２
０からの出力を有する容量を使用したブリッジ回路を示
している。ボイスコイルドライバの電気的及びトランス
デューサ特性は、ボックス５００内の構成要素によって
表わされており、即ち、機械的なものとなるエネルギに
対する電源及び電力シンク（吸込）の両方である回路と
して示されている巻線抵抗５０４、巻線インダクタンス
５０６、電気機械的変換器５０７によって表わされてい
る。抵抗５０４は、抵抗５０１に対して、基準抵抗５０
３がその上側の抵抗５０２に対するものと同一の比であ
り、従って該ブリッジは公称的にＤＣにおいてバランス
されている（５０４における銅ワイヤの熱係数が高いの
で、周囲の温度変化に起因するブリッジの不平衡を最小
とするために、ブリッジ内の抵抗５０１又は５０３のい
ずれかが整合する熱係数を有していることが望ましく、
その場合に、共振検知のために必要とされる低レベルに
対しては抵抗加熱は無視可能なものである）。インダク
タ５０６の効果はブリッジの対角線的に反対側の抵抗５
０２と並列接続されているコンデンサ５０５の効果によ
って対向される。変換器５０７に対する規則はブリッジ
の下側端子直下の記号によって要約されている。電流
「Ｉ」は比例的な軸方向コイル力「Ｆ」を発生させる。
その結果発生する軸方向速度「Ｘドット」（「Ｘ」の上
側に黒丸を付けたもの）は電圧「Ｖ」を誘起し、それは
所謂逆起電力である。対称性によって次式が得られる。

【００２６】（１）Ｆ＝ｋ×Ｉ（２）Ｖ＝ｋ×Ｘ尚、係数ｋは両方の式において同一であり、ニュートン
／アンペア及びボルト／（メートル／秒）の等価な単位
を有している。差動増幅器５１０の目的は速度によって
誘起された電圧Ｖを抽出することであり、尚電流Ｉはブ
リッジの左側の枝を介しての電流と同相である。プレー
トの中心において、機械的な負荷は抵抗性であり、従っ
て、変換器の実効的インピーダンスは抵抗性である。イ
ンダクタ５０６のインピーダンスがブリッジの左側にお
ける直列抵抗と比較して小さいという範囲において、電
流はブリッジの上部から底部への駆動信号と同相であ
り、一方増幅器５１０の出力電圧は力と同相である。機
械的共振は、力及び速度が同相であり且つ振幅応答が局
所的最大の近傍である場合の周波数として定義される。
増幅器５１０からの出力が駆動電圧と同相である場合に
は、周波数は共振の中心近くにあり、且つ、重要なこと
であるが、それが共振のゼロ機械的位相周波数に正確に
一致するものではなくとも、体積はこのゼロ電気的位相
周波数に対してキャリブレイション（較正）させること
が可能である。

【００２７】図５Ｂにおいて、コンデンサ５２１，５２
２，５２３，５２４は図５Ａの抵抗５０１，５０２，５
０３，５０４に夫々対応しており、ピエゾ電気トランス
デューサの容量５２４を有する容量的にバランスされた
ブリッジを形成している。この図における下側端子下側
の電気的及び機械的記号に示されているように、ピエゾ
電気変換器５２７は、印加電圧「Ｖ」を力「Ｆ」へ変換
し、且つ結果的に得られる実効的な直線的変位「Ｘ」は
電荷「Ｑ」の変位となる。

【００２８】電圧「Ｖ」及び電荷「Ｑ」は時間のスカラ
変数であるが、ピエゾ電気ディスク上の力及び変位の連
続的な分布に関連して力「Ｆ」及び変位「Ｘ」をスカラ
としてどのように定義するかは自明なことではない。一
貫性のある定義は、「Ｆ×Ｘ」の積が電気機械的に変換
されるエネルギと等しいということを宣言することから
得られる。「Ｘ」はディスク上の任意の基準点の運動に
関して幾分任意的に定義することが可能である。１つの
適切な定義は、「Ｘ」をピエゾ電気ディスクの周辺部に
関しディスク１４０の中心の振動軸方向変位として定義
するものである。定義が与えられると、力に関する定義
はエネルギ保存法則から派生する。これらの「一般化し
た座標」（物理学者ラグランジェ及びその他によって開
発された）の原理により、相反方程式３及び４が得ら
れ、単一の定数「ｈ」が両方の方程式において表われて
おり、それは単一の定数「ｋ」に対する相反方程式１及
び２におけるものと類似している。

【００２９】（３）Ｆ＝ｈ×Ｖ（４）Ｑ＝ｈ×Ｘ尚、これら２つの方程式における係数ｈはニュートン／
ボルト又はクーロン／メートルの等価な単位を有してい
る。注意すべきことであるが、方程式４の左側と右側と
を逆とし且つ「ｈ」で両辺を割算すると次式が得られ
る。

【００３０】（５）Ｆ×Ｘ＝Ｖ×Ｑ即ち、機械的エネルギ（力×距離に等しい）は電気的エ
ネルギ（電圧×電荷に等しい）と等しい。式１及び２か
ら、同様に、次式が得られる。

【００３１】（６）Ｆ×Ｘ＝Ｖ×Ｉ即ち、機械的パワー（力×速度に等しい）は電気的パワ
ー（電圧×電流に等しい）と等しい。これらの磁気的及
びピエゾ電気トランスデューサの電気的側面及び機械的
側面の両側においてエネルギロスが存在したとしても、
変換器５０７又は５２７において実際的に変換されるエ
ネルギ（即ち、パワー）は１つの形態から別の形態への
変換において保存される。変換されたエネルギの保存は
式１及び２における「ｋ」係数及び式３及び４における
「ｈ」係数の同一性に通ずる。

【００３２】トランスデューサ及びプレート／センサ組
立体と共に、図５Ａのブリッジ回路は図６のセンサモジ
ュール６１０内に組込まれており、該モジュール６１０
は、力は駆動電圧にほぼ比例するので「力」として示し
た電気的駆動接続部６１２、ブリッジ増幅器からの「速
度」出力接続部６１４、及びＤＣ電源及び共通接地に対
する接続部を有するものとして示されている。このモジ
ュールは、少なくとも共振を探索する帯域幅にわたり、
近似的な速度フェーズに対し変位出力を電子的に差別化
する段をブリッジ増幅器出力へ付加させることによっ
て、ピエゾ電気形態における図５Ｂのブリッジ回路をも
表わすことが可能である。ボイスコイルが検知巻線を具
備している場合には、コイル速度に関係していない検知
コイルからの電磁的に誘起された出力電圧に対してある
小さな補償を与えることが可能であるが、不平衡及び温
度ドリフトに対し著しく減少した感度で速度信号が得ら
れる。同様に、ピエゾ電気トランスデューサが検知メタ
リゼーションを具備している場合には、バランスさせた
ブリッジなしで位置変位信号が得られる。検知巻線にお
けるように機械的振動に関係していない検知ワイヤに対
する駆動信号の容量結合に対してある小さな補償が必要
とされる場合がある。従って、帯域制限した差別化が速
度振動を発生させる。

【００３３】上述した駆動及び検知運動における変化を
考慮して、図６のセンサモジュール６１０は多数の電気
機械的トポロジィのうちのいずれかを表わすことが可能
である。ハイブリッドも含めてその他の変換方法を組込
むことも可能である。例えば、プレート表面の一部をコ
ンデンサ表面として組込んだコンデンサマイクロフォン
の場合のように、磁気的に駆動し且つその結果得られる
プレート振動を容量的に検知することが可能である。

【００３４】図６は所望の電気機械的共振においてどの
ようにして振動を発生させるかを示している。外側ルー
プは再生フィードバックループであり、速度振動６１４
が増幅され且つフィードバックされて速度と同相の力を
発生させる。振動が増強されて共振において最大の再生
利得が発生する。右下における内側ループは外側ループ
の利得を制御して振動振幅を規制し且つ低歪み状態を維
持する。特に、外側ループの周りにおいて、６１４から
の速度信号は「ＶＣＡ」電圧制御型増幅器６２０、周波
数フィルタ６３０によるある帯域制限、及び更にトラン
スデューサ又は６１０におけるブリッジ回路を駆動する
６４０による電力増幅によって、ある利得が与えられ
る。この帯域制限は、ループによって励起される可能性
のある複数個の周波数のうちの不所望の高調波において
の再生フィードバックを防止している。内側ループにお
いては、６３０からの出力レベルが検知レベルに対して
実効的な時間平均期間を設定する接地に対する外部コン
デンサを有する「ＲＭＳ」平方二乗平均モジュール６５
０によってフィルタした振幅レベル信号へ変換される。
６５０からのＶＣＡ６２０の利得設定入力段への利得制
御フィードバックは退化性であり、即ちより高いレベル
がより低いループ利得を発生する。このループは体積検
知用プレートの共振のうちの１つによって決定される安
定な振幅及び周波数においての振動に安定化する。結果
的に得られる振動の周波数カウント又は周期カウントは
体積に対してキャリブレイションすることの可能なデジ
タル出力を与える。

【００３５】図７は共振をトラッキング振動へ変換する
作業に対するフェーズロックループによる態様を示して
いる。ＡＣ励起は電圧制御型オシレータＶＣＯ７２０か
ら発生し、その出力は正弦波的である必要はなく、且つ
三角波又は方形波である場合もある。その出力は６１０
とは異なる「センサモジュール」７１０の「駆動」入力
端へ印加される。７１０内部において、その「駆動」信
号は結果的に得られるほぼ正弦波的な信号をトランスデ
ューサへ印加する前に周波数フィルタされ且つ増幅され
たものとすることが可能である。別々の「力」信号及び
「速度」信号がトランスデューサ動作に関連する電圧及
び電流から派生され、７１３において表われる「力」信
号はＶＣＯからの周波数「駆動」信号とは著しく位相シ
フトされたものとすることが可能である。ＶＣＯ周波数
を補正するための関係は７１４上の「速度」と比較した
７１３上の「力」の相対的な位相である。これら２つの
信号は両方とも信号７１３及び７１４のそれぞれに対す
る比較器７２３及び７２４によって方形波へ変換され、
且つこれらの２つの方形波は「位相検知」７３０へ印加
され、その出力は、２つの入力方形波がゼロの相対的な
位相シフトを介して通過する場合に、ゼロを介して移行
する。オペアンプ７４０は７３０の出力に対して積分器
として配線されており、ＶＣＯ７２０の周波数出力を設
定する低リップル周波数制御信号を発生する。

【００３６】この種類の基本的に一次フェーズロックル
ープ回路は、通常外部周波数信号へロックするために使
用される「通常の」二次フェーズロックループ回路より
も一層容易に安定化する。現在の回路においては、位相
検知器７３０の２つの入力端へ入力する周波数は、外部
信号へラッチするフェーズロックループにおいて発生す
ることのある３６０度の位相インクリメントの滑りを発
生することなしに、究極的に一致することが補償されて
いる。これらの周波数は、同一の駆動信号の伝達関数位
相シフトが異なっているので、それらは一致する。従っ
て、本明細書に記載するループは補償された究極的な周
波数の一致を有する単に位相エラーを補正するために周
波数を調節するものであって、それは、基本的に一次補
正であり、外部周波数及び周波数エラー、即ち位相差の
積分の両方を一致させるために周波数を補正する基本的
に二次フィードバックループにおけるものとは異なる。

【００３７】注意すべきことであるが、ピエゾ電気トラ
ンスデューサが共振周波数のフェーズロックループトラ
ッキングと共に使用される場合には、７１０からの速度
出力信号を近似することは必要ではない。「Ｆ」に関す
る「Ｘドット」のゼロ位相ではなく、力「Ｆ」に関する
「Ｘ」の直角位相を捜し出す、「Ｘドット」ではなく
「Ｘ」の「変位」出力位相を使用することが可能であ
る。直角位相に対する「位相検知器」回路は、単に、２
つの入力の符号（論理１及び０に対し＋又は−）の４象
限積であり、それは市販されているフェーズロックルー
プにおいて最も一般的な検知器である。ゼロ位相検知器
は「どの遷移が最初に発生したか？」論理に関する更に
多少複雑な論理を必要とする。

【００３８】図７の後のデジタル世界に対しての次のス
テップは、７２０にマイクロプロセサを配置し、７２３
及び７２４の出力をデジタル的にタイミングを取り、累
積的時間差の計算を派生し、且つ適切に補正した周波数
において出力方形波を合成すること等を行なうことは明
らかである。７１２における「駆動」へ印加される方形
波は、例えばスイッチトキャパシタ集積回路フィルタを
使用してアナログ領域においてフィルタし、トランスデ
ューサを駆動するための正弦波出力の良好なる近似を発
生させることが可能である。この方形波から近似的な正
弦波へのハイブリッドアナログ／デジタルアプローチ
は、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用して階
段状の正弦波近似のデジタル的な合成を行なうものより
もマイクロプロセサのパワーに対する要求はかなり低
い。

【００３９】重要なことは、トランスデューサを駆動す
る高調波歪みを回避することの必要性である。例えば方
形波駆動の高調波周波数がプレート振動の高次共振に該
当すると、運動応答出力（７１４における「速度」、又
はピエゾ電気形態における７１４において置換した変位
「Ｘ」）においての実質的な高調波歪み成分を発生す
る。この高調波は比較器７２４の出力において不所望の
位相シフトを発生し、それは、周波数と位相シフトとの
間に非短調的な関係を発生させるように非常に厳しく且
つ周波数の影響を受け易いものである場合があり、その
結果体積の不明確性又は周波数ジッタ又は体積−周波数
キャリブレイションの劣悪な再現性を派生する場合があ
る。図６又は図７のいずれかのシステムにおいて、力の
電気的測定から速度の電気的測定、即ち６１２から６１
４又は７１３から７１４へ移行する伝達関数の位相特性
を測定する。この伝達関数は、プレートが液体と親密な
る機械的な結合を行なうことによって修正されたスプリ
ングプレートの機械的特性を反映している。従って、液
体機械的特性の電気的伝達特性への変換器が提供され
る。本明細書の他の箇所において説明した伝達関数測定
例では、振幅ではなく位相を使用している。何故なら
ば、位相測定は時間測定であってそれは容易且つ廉価だ
からである。その他の形態の伝達関数測定は自明であ
り、例えばサンプリング・デジタルデータ採取システム
を使用するもの等がある。図７の７１２における「駆
動」信号が所望のプレート共振周波数範囲（例えば、幅
狭パルスの低周波数トレイン）にわたり充分な数のスペ
クトル線を与える励起源であるか又はランダム又は準ラ
ンダムノイズ信号であると仮定する。更に、「力」及び
「速度」出力７１３及び７１４が時間に関しサンプルさ
れ且つデジタル化されるものと仮定する。すると、ウィ
ンドウ処理した組の「力」及び「速度」サンプルのフー
リエ変換と、それに続く周波数ドメインにおける複合速
度／力比の計算（「力」が弱いか又は存在しない周波数
を省略）によって、伝達関数の周波数スペクトルが発生
され、それは主要な共振周波数及び帯域幅を決定するた
めに内挿され、流体特性の決定へ通ずる。このことを可
能とする鍵となる発明は、流体特性変換器及び該変換器
の伝達関数出力を解釈するために本明細書において記載
した方法であり、本変換器から該解釈方法を実現するコ
ンピュータ手段へブリッジさせるためにある形態の励起
及びデータ採取が必要となる。

【００４０】流体密度及び粘度に対する補償「課題を解決するための手段」において簡単に説明した
ように、センサプレートの１つを超えた数の共振モード
の周波数の解釈を使用して、作業流体の密度を決定する
と共に、変換器内の空気の存在を検知することが可能で
ある。１つを超えた数の共振の検知を実現するために、
図６においては、フィルタ６３０の応答をスイッチさせ
ることが可能であり、最大応答は別々の共振において再
生振動を与える２つの範囲において中心に位置してい
る。６３０の位相応答におけるより小さなスイッチ可能
な擾乱は、位相／周波数へ勾配及び暗示的な減衰係数を
決定することを可能とする。図７の回路は、ＶＣＯ７２
０における周波数決定用係数をスイッチングすることに
よって１つを超えた数の選択可能な周波数範囲において
動作すべく容易に修正される。従って、その回路の応答
はＶＣＯへアクセス可能な周波数範囲内における共振に
対して安定化する。力信号と速度信号との間に既知の小
さな周波数依存性位相擾乱を導入するために信号経路７
１３又は７１４のいずれかにおいてスイッチ可能なフィ
ルタを付加すると、トラッキングしている共振の近くに
おいて位相／周波数依存性を決定することとなる。７３
０，７４０及び７２０によって実効される機能の１つ又
はそれ以上に対してマイクロプロセサの代替物を含ませ
るために図７の回路の拡張に対して同様のプロセスが実
現可能である。

【００４１】各共振周波数は該プレートの実効モード形
状剛性によって及び流体質量及びプレート質量からの貢
献分を有する慣性によって決定される。モード形状剛性
は、「基本」モードとしての＃１からのモード次数の関
数として急激に上昇する。結合された流体質量は、モー
ド次数の上昇と共に減少し、一方プレート質量（トラン
スデューサ質量貢献分を含む）はモード次数に関して殆
ど変化することはない。モード次数に関する周波数の増
加は例えば引張り状態にある糸の単純な高調波に対する
ものよりも一層急峻であり、基本を超えた次に高いプレ
ート（高調波）は典型的に４対１を超えて基本周波数を
超える「課題を解決するための手段」において説明した
ように、プレート下側に捕獲された流体「体積」及び相
反密度として定義されるべき流体特性「非体積」は、プ
レートに結合した質量、従って共振周波数に関して同様
な効果を有している。プレート下側の作業流体の組成が
既知であると、温度に対して僅かな補正が行なわれる場
合があるが、密度は前もってかなり正確に知られてい
る。中程度の温度変化は密度における小さな変化を発生
させるが、それらは事実上任意の作業流体の粘度におい
て比例的により大きな変化を発生させる。これらの粘度
変化は、共振近傍における力励起と速度応答との間の位
相角度での周波数変化の急峻性の決定を介して、前述し
たように容易に測定されるプレートの共振の減衰係数を
変化させる。既知の作業流体の場合、温度、従って密度
は、位相／周波数測定値及び作業流体の既知の性質から
容易に推定される。従って、典型的には基本的共振であ
る単一の共振の近傍における位相／周波数測定から体積
決定に関する温度の影響に対する完全な補償が可能であ
る。

【００４２】例えば共振プレート下側の作業流体が体積
及び可能な場合にはその他の性質を決定すべき流体と同
一である場合等のある適用場面においては、該流体の密
度及び粘度特性は前もって分かっていない場合がある。
その場合には、これらの３つのうちのいずれか１つを正
確に推定するためには体積、密度及び粘度の独立的な同
時的決定が必要である。体積測定が必要ではなく且つ共
振プレートを横断しての圧力差を固定することが可能で
ある場合（例えば、圧力を大気に保持することにより）
密度が共振周波数の一時的決定因子となり、粘度は、位
相／周波数勾配決定を介して容易に定量化される擾乱効
果を有している。３つの全てのパラメータ、即ち体積、
密度及び粘度が必要とされる場合には、３つの部分的に
独立的な入力パラメータ、例えば基本共振周波数、基本
近くの位相／周波数勾配、及び第二モード共振周波数が
必要とされる。取りあえず位相／周波数勾配及び流体層
厚さに対する暗示的な境界層補正を無視すると、通常、
「体積」（共振プレートと対向する剛性表面との間に捕
獲された絶対的な体積を意味する）及び「比体積」（相
反密度を意味する）の関数として２つの共振周波数を有
している。各共振モードの相反周波数の二乗は、定数＋
体積と比体積との積の逆数として大略変化する。前述し
たように、加法的定数は与えられたモード形状と相対的
な固定プレート及びトランスデューサの質量の関数であ
る。この体積と比体積との積に関して同様の機能的依存
性を有する全ての高調波の場合には、体積及び比体積の
別個の項に対して解を得る方法はない。体積変化による
共振プレートの形状における変化は、プレート下側の流
体層を再分布させ且つプレートの剛性を再分布させ（湾
曲に関係した非一様性に起因して）、体積と比体積との
間のある程度の区別を与えるが、体積及び密度に対する
同時解は数学的に不揃いの条件となる場合があり且つ実
際上制限された分解力のものとなる場合がある。

【００４３】以下に説明する第二実施例の構成では、こ
の問題を特に取扱っている。共振プレートの下側であっ
て且つ半径の関数として流体層の厚さを画定する表面は
非平坦状のものとされており、従って流体層はある環状
領域において一層薄くなっており且つその箇所において
は一層厚くなっている。流体層は第一モードにおける半
径方向速度が比較的極めて高いものである第二モード共
振に対する速度ノードリングの半径方向近傍において一
層薄くされている。従って、このより薄い領域は第一モ
ード周波数に関して支配的な影響を有しており且つ第二
モード周波数に関して殆ど影響を有していない。流体層
の一層厚い領域は実効的に第二モード周波数を制御す
る。体積が変化すると、第二モード周波数を制御するよ
り厚い領域と比較して、流体層のより薄い領域において
より大きな割合の厚さの増加が存在している。従って、
第一モード周波数は、第二モード周波数よりも体積に関
してかなり急峻な勾配を有しており、一方比体積に関す
る周波数の二乗の勾配は両方のモードに対してほぼ１で
ある。従って、第一モード周波数と第二モード周波数と
の間の比は流体体積のみの強い表示となり、比体積は比
に関し僅かな影響を有するに過ぎない。従って、体積及
び比体積を決定するために２つの共振周波数からの同時
解に対し必要とされる程度の機能的独立性が与えられ
る。上述した関係は、関与する物理的プロセスのコンピ
ュータシミュレーションによって、又は経験的なテスト
及び多変量データに対して適合された経験的キャリブレ
イション関数の導出を介して定量化させることが可能で
ある。いずれの場合においても、第三変数、即ち粘度に
関する依存性は、次に考察するように、定量化されねば
ならない。

【００４４】層１２８における流体においての粘度は、
圧力勾配と同相（即ち、加速制限型）から半径方向速度
と同相（即ち、プレートの屈曲及び脱屈曲から発生する
圧力勾配によるものではなく速度依存性剪断力による加
速）へ振動加速が実効的に位相シフトされる流体の境界
層を発生する。振動流れを発生する表面と平行な圧力勾
配を有する平坦表面上の流体境界層に対する数学的な解
析が示すように、２つの効果を発生する実効的境界層厚
さ（ＴＨＫ）が存在しており、即ち、そのうちの１つの
効果は、流れを取囲む全ての濡れた表面に対し量ＴＨＫ
による圧力勾配の駆動と同相で流れに対して使用可能な
実効断面を減少させること、及び別の効果は、境界層外
部の流れと同一の速度振幅で、同一の実効厚さＴＨＫを
有する直角位相流れを発生させることである。各々が厚
さＴＨＫの境界層を発生する上側及び下側表面によって
取囲まれており且つ全体的な厚さがＨである平坦な流体
層において、直角位相流れは次式に与えられる流体慣性
「インダクタ」における散逸係数ＤＦを発生させる。

【００４５】（７）ＤＦ＝２×ＴＨＫ／（Ｈ−２×ＴＨＫ）この式は、ＴＨＫがＨの小さな割合である場合、即ち１
よりかなり小さな散逸係数において有効な近似である。
流体（インダクタ）として残される流体層厚さＨ′は次
式で与えられる。

【００４６】（８）Ｈ′＝Ｈ−２×ＴＨＫ共振が、駆動力が応答速度と同相である周波数として定
義される場合には、共振周波数を実効的に決定する流体
層厚さはＨ′によって与える。従って、測定された共振
周波数が与えられると、Ｈ′はシステムキャリブレイシ
ョンから来る。散逸係数は以下のように共振位相対周波
数曲線に関係している。

【００４７】（９）ＤＦ＝ｄ（ＰＨＩ）／ｄ（ＬＮ
（ＯＭＥＧＡ））（共振において）即ち、ＤＦは周波数ＯＭＥＧＡの自然対数に対してプロ
ットした位相角ＰＨＩの勾配であり、ＰＨＩ＝０、即ち
共振において速度が力と同相である場合に測定した勾配
である。ＰＨＩ対ＬＮ（ＯＭＥＧＡ）の曲線の形状は異
なる条件下において一貫性があるので、接線勾配ではな
くＯＭＥＧＡ及びＰＨＩにおける有限のインクリメント
からＤＦを決定することが可能である。このことは、シ
ステムを異なる共振へシフトさせるのには充分ではない
が中心共振に関して中程度にシステムを移動させるのに
は充分な比較的小さな量だけフィルタ６３０を横断して
の位相シフトを変更することにおいて図６の回路によっ
て実施することが可能である。６３０の位相／周波数曲
線が擾乱の存在しない設定状態及び擾乱の存在する設定
状態の両方に対して既知である場合には、ゼロ位相周波
数、即ちＯＭＥＧＡ−０及び散逸係数ＤＦを決定するた
めに与えられた共振近くの一対の周波数から充分な情報
が存在している。ＯＭＥＧＡ−０から実効的なＨ′に対
する解を得、且つ体積に対する解を得る（Ｈ′に関する
実効面積が与えられている）。ＤＦ及びＨ′から、式７
及び８を使用して、ＴＨＫに対して解くことが可能であ
り、すぐさま補正された流体層厚さＨ及び補正された体
積推定値が得られる。更に、流体密度の二重モード決定
を組込むことにより、流体の体積、密度及び粘度に対す
る別々の数値が得られる。

【００４８】別の性能問題は振動する流体層内にトラッ
プされるバブル即ち気泡である。気泡はプレートの共振
状態を明らかに変化させる。この変化は、振動する流体
の密度及び粘度における見かけのシフトとして表われ
る。振動する流体の組成が既知である場合には、振動す
る流体がブレーキ用の流体のように、カセット内の測定
されるべき流体と分離されて永久的に所定位置に存在す
る好適実施例の場合におけるように、何等かの一貫性の
ない見かけの密度又は密度／粘度関係は警告表示であ
る。比較的小さな気泡であっても見かけの密度を作業流
体に対する可能な密度範囲の外側のものとさせる。非常
に小さな気泡は信頼性のある温度と一貫性のある見かけ
の密度を発生する場合があるが、見かけの粘度は、一般
的には、見かけの密度によって暗示される温度と一貫性
のあるものではない。１つ又はそれ以上の付加的な高調
波においての周波数測定はいずれかの残存する不明確性
を解決する。従って、本システムは「ブレーキライン内
の空気」を信頼性をもって検知し且つ補正のために空気
を追い出すことを要求することが可能である。

【００４９】本発明を体積測定装置として説明したが、
流体が振動するプレートと直接的に相互作用を行なうこ
とを可能とされる限り、同一の機構を使用して既知の組
成の流体における密度及び粘度を測定することが可能で
あることは明らかである。本発明の第二実施例はこのこ
とを達成している。

【００５０】第二実施例の説明本発明の好適実施例については、カセットにおいての、
供給用、及びセンサモジュールにおいての、体積変位検
知用の別個の流体を使用する場合について説明した。体
積測定のみの場合には、共振プレートと接触する既知の
密度の別個の液体を有することが有益的な場合がある
が、機械的に簡単であることを考慮すると、共振測定に
おいて送給可能な流体を直接的に使用する単一流体構成
を好む場合がある。流体密度が未知である場合には、正
確な体積測定を発生するために相互に作用する測定効果
を解きほぐすか、又はそれ自身有用なパラメータ測定と
して密度を発生させるために、密度及び体積を別個に測
定し且つ計算するための構成が必要とされる。いずれの
場合においても、同時的粘度決定は密度／体積決定を改
善することが可能である。

【００５１】図８Ａ及び８Ｂに示した実施例を夫々図１
Ａ及び１Ｂと比較すると、トランスデューサモジュール
１２０が剛性障壁１５０を除去した８２０へ変換されて
おり、係合するカセット８００の表面８１０が障壁１５
０の上部表面の機能を担っており、該プレート下側の流
体を捕獲し且つ体積及び特性測定用共振に対する条件を
設定する。エラストマプラグ１２２は機能的にエラスマ
充填層８２２によって置換されており、該層８２２はフ
ォーミングしたプレート表面のバンプ及び空洞内に充填
されており、カセットに対して滑らかな凸状の係合表面
輪郭を与えている。プレート８３０は類似のプレート１
３０と比較して上下反転されて示されており、これはプ
レートのフォーミングした表面に関連してネジの頭を結
合させるための凹所を設けるための便宜上のものであ
る。駆動／検知機能は電磁的であり、それは図３の変形
例であるが、可動コイルの代わりに可動磁石を使用して
いる。カセットメンブレン８０８は１０８と同等のもの
であり、空洞８０６は空洞１０６及び１２８の両方と同
等のものであり、後者は図１Ａの共振空洞である。対応
する狭い流体チャンネル８２５及び８２７が空洞８０６
と外部流体取扱装置との間での振動的流体の流れを阻止
するために大きな値の流体インダクタとして機能するこ
とを除いて、１０２及び１０４と同様のインレット及び
アウトレットポート８０２及び８０４が設けられてい
る。これらのチャンネルの流体インダクタンス（流体密
度×長さ÷断面積と等しい）は、流体環境におけるイン
ピーダンス変化が周波数に基づく体積の決定に影響を与
えることを防止するのに充分なものでなければならな
い。

【００５２】図３の電磁的トランスデューサに関する変
形例を示した図８Ａ及び８Ｂにおいて、磁石は固定コイ
ルと相対的に移動する。プレート８３０の中心を貫通す
るネジは流体界面から離れた側に延在しており、スタン
ドオフシリンダを貫通し、円筒状のビード形状をした磁
石８４０を貫通し、従って保持用のナットを貫通して通
過している。８４０と同軸状であり且つそれらの軸中心
がオフセットされて、検知コイル８５０及び励起コイル
８６０が設けられており、検知コイル８５０は磁石中心
に関し流体界面側にオフセットしており且つ励起コイル
８６０は流体界面から離れる方向にオフセットしてい
る。これらのコイルは励起機能及び検知機能を交換する
ことが可能であり、又対称性のために、両方のコイルが
別個の励起巻線と検知巻線とを有することが可能であ
る。

【００５３】最後の修正は、体積変化及び比体積変化、
即ち前述したように相反密度の間の区別を与えるために
表面８１０においてなされている。右側において８１２
として示してあり且つプレート中心を横断して鏡像関係
に見えるバンプは表面８１０における丸い形状をした環
状隆起部の断面であり、流体層８０６において厚さを減
少した環状領域を発生させる。この厚さを減少させた領
域は、プレート振動の基本モードに対するピーク半径方
向振動の近傍であって且つ次に高い周波数モードに対す
る流れにおけるノードリングの近傍に位置している。プ
レート下側の流体体積における増加及びプレート表面に
おける対応する上昇が与えられると、バンプ８１２上方
の流体層は二次モード振動周波数の主要な決定因子であ
る流体層のより厚い領域よりも厚さにおいてより大きな
割合の増加を経験する。従って、モード周波数の比は、
比較的体積変化に対して影響を受け且つ比較的比体積変
化に対して影響は受けない。従って、前述したように、
２つのモードに対する別個の周波数測定は正則系の方程
式と結合させて体積及び密度に対して独立的に解を得る
ことが可能である。位相シフトした周波数測定は、決定
される変数のリストに粘度を付加する一方、この解を洗
練させる。

【００５４】密度及び体積を別個の測定値として解くた
めにその他の幾何学的形状を使用することが可能である
ことは明らかであり、例えば第二モード振動の流れアン
チノード（腹）に対して一致させた円形状の隆起状バン
プは、基本モードにおけるよりも第二モードにおいて一
層顕著なものとされた体積／周波数感度を発生させる
（基本モードはバンプを見つけだすためのノードリング
を表わすものではないので、その区別はこの方向におい
てより弱いものである場合がある）。別の幾何学的形状
は１９９４年６月１０付で出願した発明者Ｊｏｓｅｐｈ
Ｂ．Ｓｅａｌｅの米国特許出願第０８／２５８，３
２７号、「液体をポンプ動作させ、体積を測定し、且つ
気泡を検知するための共振システム（ＡＲＥＳＯＮＡ
ＮＴＳＹＳＴＥＭＴＯＰＵＭＰＬＩＱＵＩＤ
Ｓ，ＭＥＡＳＵＲＥＶＯＬＵＭＥ，ＡＮＤＤＥＴ
ＥＣＴＢＵＢＢＬＥＳ）」に示されている。その特許
出願の図３に示されているように、流体層３１２は共振
プレート３１０の下側及びプレート３１０の中間部から
下側へ延在している円筒状のプラグ３０１の外側の両方
において捕獲され、内側が下側に延在する薄い流体円筒
へ結合された薄い流体ワッシャを形成している。体積変
化はウォッシャ形状をした流体領域の厚さ及び慣性イン
ピーダンスを変化させ、一方円筒領域の厚さは不変のま
まとし且つインピーダンスはわずかに変化されるに過ぎ
ない（円筒の実効長さにおける変化に起因して）。流体
における比体積変化は同じ割合で２つの領域の慣性イン
ピーダンスを変化させる。２つの最も低い共振モードは
異なる割合で円筒領域からの慣性貢献部分に依存するの
で、それらの周波数は体積変化によって異なる影響を受
け且つ比体積変化によってはほぼ同一であり、体積及び
密度に対する正則同時解を発生する。

【００５５】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、多数の機械的及び幾何学的変形例、多数の
電気機械的トランスデューサインターフェース、多数の
電子的及びデジタルインターフェース構成、及びシステ
ム制御及び信号解釈においての多数のアルゴリズム変形
例を流体の体積変位、密度及び粘度の測定値を得るため
に混合させ且つ整合させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】センサがフォーミングした金属共振ディス
クに積層させたピエゾ電気セラミックトランスデューサ
ディスクを使用して体積変位検知用振動周波数を発生さ
せる使い捨て可能の流体カセットの直上に直接的体積変
換センサを配置した状態を示した概略断面図。

【図１Ｂ】図１Ａのセンサ部品とカセット部品との結
合状態を示した概略断面図。

【図１Ｃ】流体がカセット内に流入した場合の図１Ｂ
のディスクと流体障壁との上方向変位を示した概略断面
図。

【図２】駆動及び検知メタリゼーション及びピエゾ電
気トランスデューサの配線を含む図１Ａ，１Ｂ，１Ｃの
トランスデューサ及び共振器ディスク部品を示した概略
平面図。

【図３Ａ】振動を発生させ且つ検知させるためにピエ
ゾ電気トランスデューサディスクに対してボイスコイル
ドライバ及びエキストラな検知巻線を置換させた点を除
いて図１Ｂと同様の結合させたセンサとカセットとの構
成を示した概略断面図。

【図３Ｂ】可動磁石ドライバ及びセンサ及び可変容量
センサ及びドライバを使用しており、外側プレート領域
が複数個の環状隆起部が形成されているハイブリッドト
ランスデューサを示した概略断面図。

【図４】前に説明した図面のレゾネータ（共振）ディ
スクが最も低い周波数変動モードにおいてどのように軸
方向に偏向するか、ディスク下側に捕獲された流体が振
動によってどのように半径方向に変位されるか、及びど
のようにして振動流体圧力振幅が半径の関数として変化
するかを誇張的に示した説明図。

【図５Ａ】ボイスコイルトランスデューサを駆動し且
つコイル速度に起因して逆起電力を検知するバランス型
ブリッジ回路を示した概略図。

【図５Ｂ】ピエゾ電気トランスデューサを駆動し且つ
トランスデューサにおける歪みから発生する電荷変位に
起因する電圧不平衡を検知するバランス型ブリッジ回路
を示した概略図。

【図６】出力速度検知信号と同相でトランスデューサ
を駆動する再生自動利得制御オシレータ回路を示した概
略図。

【図７】検知した力と検知した速度とが同相であるよ
うにトランスデューサを駆動するフェーズロックループ
オシレータ回路を示した概略図。

【図８Ａ】トランスデューサ振動が直接的にカセット
流体と結合し且つ体積、密度及び粘度の全てが測定され
る本発明の第二実施例に基づくトランスデューサモジュ
ール及び流体カセットを示した概略断面図。

【図８Ｂ】トランスデューサモジュールとカセットと
が連結された点を除いて図８Ａと同様の構成を示した概
略断面図。

【符号の説明】

１００カセットインターフェース１０２インレット１０４アウトレット１０６流体貯蔵部１０８弾性インターフェースメンブレン１２０センサモジュール１２２弾性プラグ１２４センサ空洞１２６オリフィス１２８流体層１３０レゾネータ（共振）プレート１３２隆起部１３４内側境界１３６外側境界１３８バランスリング１４０ピエゾ電気セラミックディスク１４２ワイヤケーブル１５０剛性障壁２１０メタリゼーション区域３００ボイスコイルドライバ３２０ディスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可変の閉じ込めた液体の体積を前記液体
の体積を表わす可変の電気的周波数応答へ変換するシス
テムにおいて、（ａ）測定すべき体積を有する液体を受
容するための空洞を有するハウジング、（ｂ）前記空洞
の境界の一部を形成しており且つ前記液体の質量の振動
運動を閉じ込める変形可能なスプリングプレート、尚前
記スプリングプレートの振動モード周波数は前記閉じ込
めの幾何学的変化の関数として慣性における変化に感応
し、（ｃ）前記スプリングプレートへ結合されており、
前記振動モードの特性を前記振動モードの周波数を表わ
す電気的応答特性へ変換させる手段、を有することを特
徴とするシステム。
【請求項２】請求項１において、更に、前記スプリン
グプレートの前記振動モードの周波数を表わす電気的共
振周波数を決定するために前記電気的応答特性を解析す
る手段を有することを特徴とするシステム。
【請求項３】請求項１において、更に、（ａ）前記ス
プリングプレートの前記振動モードの周波数から前記慣
性を推定する手段、（ｂ）前記慣性から前記閉じ込めた
液体体積の厚さ及び前記液体の密度を推定する手段、
（ｃ）前記厚さから前記液体の前記体積を推定する手
段、を有することを特徴とするシステム。
【請求項４】請求項３において、更に、前記液体を前
記スプリングプレートへ結合させる作業液体を有するこ
とを特徴とするシステム。
【請求項５】使い捨て可能なカセット内の可変の閉じ
込めた液体体積を前記液体体積を表わす可変の電気的周
波数応答へ変換させるシステムにおいて、（ａ）測定す
べき体積を持った液体を受容するための空洞及び前記空
洞内の前記液体を分離させるための変形可能なメンブレ
ンを有する使い捨て可能なハウジング、（ｂ）前記空洞
へ結合されている変形可能なスプリングプレートを具備
する測定装置、尚前記スプリングプレートの振動モード
の周波数は前記液体の慣性における変化に対して感応性
であり、（ｃ）前記スプリングプレートへ結合されてお
り前記振動モードの特性を前記振動モードの周波数を表
わす電気的応答特性へ変換させる手段、を有することを
特徴とするシステム。
【請求項６】請求項５において、更に、前記スプリン
グプレートの振動周波数を表わす電気的共振周波数を決
定するために前記電気的応答特性を解析する手段を有す
ることを特徴とするシステム。
【請求項７】請求項５において、前記特性を変換する
手段が、前記スプリングプレートを励起する励起手段を
有することを特徴とするシステム。
【請求項８】請求項７において、前記特性を変換する
手段が、前記スプリングプレートの前記特性を検知する
検知手段を有することを特徴とするシステム。
【請求項９】可変の閉じ込められた液体体積を前記体
積を表わす可変の電気的応答へ変換させる方法におい
て、（ａ）測定すべき体積を持った液体の質量の振動運
動をハウジングの空洞内に閉じ込め、（ｂ）前記閉じ込
めの幾何学的変化の関数として慣性における変化を検知
する手段を設け、尚前記検知する手段は前記液体へ結合
されており且つ周波数と関連した振動モードを持った変
形可能なスプリングプレートを有しており、（ｃ）前記
振動モードの特性を前記振動モードの周波数を表わす電
気的応答特性へ変換させる、上記各ステップを有するこ
とを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項９において、更に、前記スプリ
ングプレートの振動モードの周波数を表わす電気的共振
周波数を決定するために前記電気的応答特性を解析する
ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】請求項１０において、更に、（ａ）前
記スプリングプレートの第二振動モードの周波数を表わ
す第二電気的共振周波数を決定し、（ｂ）前記電気的共
振周波数及び前記第二電気的共振周波数の通常の振動範
囲を決定し、（ｃ）前記電気的共振周波数及び前記第二
共振周波数が前記通常範囲の外側にあるか否かを決定す
る、上記各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１２】可変の閉じ込めた液体体積を前記体積
を表わす可変の電気的周波数応答へ変換するシステムに
おいて、（ａ）測定すべき体積を持った液体と機械的に
結合されており且つそれによって屈曲可能な共振ディス
ク、尚前記ディスクは前記液体の質量の振動運動の閉じ
込めを与え、且つ前記ディスクの振動モード周波数は前
記閉じ込めの幾何学的変化の関数として慣性と共に変化
し、（ｂ）前記ディスクの振動モードの特性を得且つそ
れを電気的応答特性へ変換させるために前記ディスクへ
結合されているトランスデューサ手段、を有することを
特徴とするシステム。
【請求項１３】請求項１２において、更に、前記液体
と前記ディスクとの間に位置されている弾性メンブレン
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１４】請求項１２において、更に、前記液体
と前記ディスクとの間に位置されている弾性障壁を有し
ており、前記弾性障壁と前記ディスクとの間に形成され
た空間が作業液体を有していることを特徴とするシステ
ム。
【請求項１５】請求項１４において、前記作業液体を
有する前記空間は、更に、前記ディスクに近接した第一
チャンバ及び前記弾性障壁に近接した第二チャンバを有
することを特徴とするシステム。
【請求項１６】請求項１５において、更に、前記第一
チャンバを前記第二チャンバへ接続するオリフィスを有
することを特徴とするシステム。
【請求項１７】請求項１６において、前記ディスクが
圧力ノードを有しており且つ前記オリフィスが前記圧力
ノードと整合されていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】請求項１２において、前記ディスクが
前記ディスクの中心に対して同心円状の湾曲した環状体
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１９】請求項１８において、前記湾曲した環
状体の表面積が前記湾曲した環状体によって取り囲まれ
ている前記ディスクの一部の表面積よりも一層大きいこ
とを特徴とするシステム。
【請求項２０】請求項１２において、前記ディスクが
前記ディスクの中心に対して同心円状の複数個の湾曲し
た環状体を有することを特徴とするシステム。