JPH11351927A

JPH11351927A - 超音波装置

Info

Publication number: JPH11351927A
Application number: JP10174101A
Authority: JP
Inventors: Takuo Takai; 拓夫高井
Original assignee: Ricoh Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Ricoh Microelectronics Co Ltd
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】屋外でも良好に使用することができる超音波
装置を提供する。【解決手段】光エネルギーを電気的なエネルギーに変
換する太陽電池６０を設け、更に、該太陽電池６０で発
生させた電気エネルギーを蓄える二次電池６１を設け
る。そして、上記二次電池６１に蓄えた電力を、装置内
の各部、例えば、送波器１１、受波器２１、信号演算部
３０などへ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いて所
定の処理を行う超音波装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の超音波装置としては、対象
物から反射されてきた超音波を受波して得られた受信信
号の特定の信号成分の周波数に基づいて、該対象物の本
装置に対する相対移動速度を測定するものが知られてい
る。

【０００３】また、管内の流れている流体を斜めに横切
るように超音波を通し、その伝搬時間の往復の差から該
流体の流量を測定する超音波装置や、管内を流れている
流体中の固形物や気泡に超音波を当て、そのとき生じる
ドップラー効果から該流体の流量を測定する超音波装置
も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記超音波
装置において、電力の供給を外部コンセントなどで外部
から行うようにされていると、上記超音波装置を屋外な
ど外部コンセントなどが無い場所で使用するのに不便と
なるという問題点があった。

【０００５】また、上記超音波装置を屋外で使用する場
合に、海上あるいはスキー場など水しぶきがかかるとこ
ろで用いて水滴が送波器や受波器等に進入すると、該送
波器や受波器が正常に動作しなくなったり、故障してし
まったりするという問題点もあった。

【０００６】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その第１の目的とするところは、屋外でも良好
に使用することができる超音波装置を提供することであ
る。

【０００７】また、その第２の目的とするところは、水
しぶきがかかりやすい場所でも、良好に使用することが
できる超音波装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、超音波を用いて所定の処理を行
う超音波装置において、上記所定の処理を行うために必
要な電力を発生させるために太陽電池を設けたことを特
徴とするものである。

【０００９】この超音波装置においては、上記所定の処
理を行うために必要な電力を、上記太陽電池から得るこ
とができるので、外部からの電力の供給を行う必要がな
くなる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の超音波装置
において、上記所定の処理が、流体の流量測定であるこ
とを特徴とするものである。

【００１１】この超音波装置においては、超音波を用い
て流体の流量測定を行う。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１の超音波装置
において、上記所定の処理が、本装置に対する対象物の
相対速度測定であることを特徴とするものである。

【００１３】この超音波装置においては、本装置に対す
る対象物の相対速度測定を行う。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１、２、又は、
３の超音波装置において、上記太陽電池で発生させた電
気エネルギーを蓄える二次電池を設けたことを特徴とす
るものである。

【００１５】この超音波装置においては、上記太陽電池
で発生させた電気エネルギーを二次電池に蓄えるので、
暗い室内で本装置を使用する場合や、曇りや雨の日の屋
外で本装置を使用する場合にも外部からの電力供給を行
わずに良好に上記必要な電力を得ることができる。

【００１６】請求項５の発明は、所定周波数の基準信号
に基づいて生成した超音波を送波する送波器及び対象物
から反射してきた超音波を受波して受信信号とする受波
器の少なくとも一方を有し、該受波器からの受信信号と
上記基準信号とに基づいて本装置に対する上記対象物の
相対移動速度を演算する請求項１、２、３、又は、４の
超音波装置において、上記少なくとも一方への水滴の進
入を防ぐように構成したことを特徴とするものである。
この超音波装置が、例えば、送波器のみを有する場合に
は、該送波器への水滴の進入を防ぐことができるように
構成する。また、受波器のみを有する場合には、該受波
器への水滴の進入を防ぐことができるように構成する。
また、送波器と受波器との双方を有する場合には、該送
波器及び該受波器の少なくとも一方への水滴の進入を防
ぐことができるように構成する。なお、この場合、該送
波器及び該受波器の双方の水滴の進入を防ぐことができ
るように構成するのが望ましい。また、送受波兼用の装
置すなわち送波器及び受波器の双方の機能を備えた一つ
の装置（以下、送受波兼用器という）を有する場合に
は、送受波兼用器への水滴の進入を防ぐことができるよ
うに構成する。

【００１７】請求項６の発明は、所定周波数の基準信号
に基づいて生成した超音波を送波する送波器及び対象物
から反射してきた超音波を受波して受信信号とする受波
器の少なくとも一方を有し、受波器からの受信信号と上
記基準信号とに基づいて本装置に対する上記対象物の相
対移動速度を演算する超音波装置において、上記少なく
とも一方への水滴の進入を防ぐように構成したことを特
徴とするものである。この超音波装置が、例えば、送波
器のみを有する場合には、該送波器への水滴の進入を防
ぐことができるように構成する。また、受波器のみを有
する場合には、該受波器への水滴の進入を防ぐことがで
きるように構成する。また、送波器と受波器との双方を
有する場合には、該送波器及び該受波器の少なくとも一
方への水滴の進入を防ぐことができるように構成する。
なお、この場合、該送波器及び該受波器の双方への水滴
の進入を防ぐことができるように構成するのが望まし
い。また、送受波兼用の装置すなわち送波器及び受波器
の双方の機能を備えた一つの装置（以下、送受波兼用器
という）を有する場合には、送受波兼用器への水滴の進
入を防ぐことができるように構成する。

【００１８】これら請求項５及び６の超音波装置におい
ては、上記送波器及び上記受波器の少なくとも一方を有
する。例えば、送波器のみを有する。あるいは、受波器
のみを有する。あるいは、送波器と受波器との双方を有
する。あるいは、上記送受波兼用器を有する。そして、
この超音波装置においては、上記送波器及び上記受波器
の少なくとも一方への水滴の進入を防ぐことができる。
具体的には、送波器のみを有する場合には、該送波器へ
の水滴の進入を防ぐことができる。また、受波器のみを
有する場合には、該受波器への水滴の進入を防ぐことが
できる。また、送波器と受波器との双方を有する場合に
は、該送波器及び受波器の少なくとも一方への水滴の進
入を防ぐことができる。また、送受波兼用器を有する場
合には、送受波兼用器への水滴の進入を防ぐことができ
る。これにより、水しぶきがかかりやすい場所で使用し
た場合でも、該送波器や受波器が正常に動作しなくなっ
たり、故障してしまったりするのを防止することができ
る。

【００１９】請求項７の発明は、送波器からの超音波の
指向性を調整する送波用ホーン及び受波器へ進入させる
超音波を集める受波用ホーンの少なくとも一方を有する
請求項５又は６の超音波装置において、上記少なくとも
一方の開口部に、気体は通過させるが液体は通過させな
いフィルタ部材を、上記送波器あるいは上記受波器への
水滴の進入を防ぐように設けたことを特徴とするもので
ある。この超音波装置が、例えば、送波用ホーンのみを
有する場合には、該送波用ホーンの開口部に、上記フィ
ルタ部材を設ける。また、受波用ホーンのみを有する場
合には、該受波用ホーンの開口部に、上記フィルタ部材
を設ける。また、送波用ホーンと受波用ホーンとの双方
を有する場合には、該送波用ホーンの開口部及び該受波
用ホーンの開口部の少なくとも一方に、上記フィルタ部
材を設ける。なお、この場合、該送波用ホーンの開口部
及び該受波用ホーンの開口部の双方に、上記フィルタ部
材を設けるのが望ましい。また、送受波兼用のホーンす
なわち送波用ホーン及び受波用ホーンの双方の機能を備
えた一つのホーン（以下、送受波兼用ホーンという）を
有する場合には、該送受波兼用ホーンの開口部に、上記
フィルタ部材を設ける。

【００２０】この超音波装置においては、送波器からの
超音波の指向性を調整する送波用ホーン及び受波器へ進
入させる超音波を集める受波用ホーンの少なくとも一方
を有する。例えば、送波用ホーンのみを有する。あるい
は、受波用ホーンのみを有する。あるいは、送波用ホー
ン及び受波用ホーンの双方を有する。あるいは、上記送
受波兼用ホーンを有する。そして、上記送波用ホーン及
び受波用ホーンの少なくとも一方の開口部に設けた、気
体は通過させるが液体は通過させないフィルタ部材によ
り、上記送波器あるいは上記受波器への水滴の進入を防
ぐことができる。具体的には、送波用ホーンのみを有す
る場合には、該送波用ホーンの開口部に設けたフィルタ
部材により、送波器への水滴の進入を防ぐことができ
る。また、受波用ホーンのみを有する場合には、該受波
用ホーンの開口部に設けたフィルタ部材により、受波器
への水滴の進入を防ぐことができる。また、送波用ホー
ンと受波用ホーンとの双方を有する場合には、該送波用
ホーンの開口部及び該受波用ホーンの開口部の少なくと
も一方に設けたフィルタ部材により、送波器及び受波器
への水滴の進入を防ぐことができる。この場合に、該送
波用ホーンの開口部及び該受波用ホーンの開口部の双方
にフィルタ部材を設けたときには、該フィルタ部材によ
り、送波器及び受波器の双方への水滴の進入を防ぐこと
ができる。また、送受波兼用ホーンを有する場合には、
該送受波兼用ホーンの開口部に設けたフィルタ部材によ
り、送波器及び受波器、若しくは、送受波兼用器への水
滴の進入を防ぐことができる。よって、水しぶきがかか
りやすい場所で使用した場合でも、該送波器や受波器が
正常に動作しなくなったり、故障してしまったりするの
を防止することができる。

【００２１】請求項８の発明は、請求項７の超音波装置
において、上記フィルタ部材と、上記送波器又は上記受
波器との間に、該フィルタ部材を通過する水滴があった
としても該水滴を跳ね返すような反射部材を設けたこと
を特徴とするものである。この超音波装置が、例えば、
送波用ホーンのみを有する場合には、該送波用ホーンの
開口部に設けたフィルタ部材と送波器との間に、上記反
射部材を設ける。また、受波用ホーンのみを有する場合
には、該受波用ホーンの開口部に設けたフィルタ部材と
受波器との間に、上記反射部材を設ける。また、送波用
ホーンと受波用ホーンとの双方を有する場合には、該送
波用ホーンの開口部に設けたフィルタ部材と送波器との
間、及び、該受波用ホーンの開口部に設けたフィルタ部
材と受波器との間の少なくとも一方に、上記反射部材を
設ける。この場合、該送波用ホーンの開口部に設けたフ
ィルタ部材と送波器との間、及び、該受波用ホーンの開
口部に設けたフィルタ部材と受波器との間の双方にそれ
ぞれ、上記反射部材を設けるのが望ましい。また、上記
送受波兼用ホーンを有する場合には、該送受波兼用ホー
ンの開口部に設けたフィルタ部材と送波器及び受波器、
若しくは、送受波兼用器との間に、上記反射部材を設け
る。

【００２２】この超音波装置においては、上記フィルタ
部材を通過する水滴があったとしても、上記反射部材に
より、該水滴を跳ね返すので、より確実に上記送波器あ
るいは上記受波器への水滴の進入を防ぐことができる。
これにより、水しぶきがかかりやすい場所で使用した場
合でも、該送波器や受波器が正常に動作しなくなった
り、故障してしまったりするのをさらに確実に防止する
ことができる。

【００２３】請求項９の発明は、請求項７又は８の超音
波装置において、上記送波用ホーン及び受波用ホーンの
少なくとも一方の開口部中心軸方向に垂直なホーン断面
における最上部の、該中心軸方向での最下部よりも上方
に、送波器及び受波器の少なくとも一方を配置したこと
を特徴とするものである。この超音波装置が、例えば、
受波用ホーンは有さず送波用ホーンのみを有する場合に
は、該送波用ホーン開口部中心軸方向に垂直なホーン断
面における最上部の、該中心軸方向での最下部よりも上
方に、送波器を配置する。また、送波用ホーンは有さず
受波用ホーンのみを有する場合には、該受波用ホーン開
口部中心軸方向に垂直なホーン断面における最上部の、
該中心軸方向での最下部よりも上方に、受波器を配置す
る。また、送波用ホーンと受波用ホーンとの双方を有す
る場合には、該送波用ホーン開口部中心軸方向に垂直な
ホーン断面における最上部の、該中心軸方向での最下部
よりも上方に、送波器を配置する。あるいは、該受波用
ホーン開口部中心軸方向に垂直なホーン断面における最
上部の、該中心軸方向での最下部よりも上方に、受波器
を配置する。この場合、該送波用ホーン開口部中心軸方
向に垂直なホーン断面における最上部の、該中心軸方向
での最下部よりも上方に、送波器を配置し、かつ、該受
波用ホーン開口部中心軸方向に垂直なホーン断面におけ
る最上部の、該中心軸方向での最下部よりも上方に、受
波器を配置するのが望ましい。また、上記送受波兼用ホ
ーンを有する場合には、該送受波兼用ホーン開口部中心
軸方向に垂直なホーン断面における最上部の、該中心軸
方向での最下部よりも上方に、送波器及び受波器の双
方、若しくは、送受波兼用器を配置する。

【００２４】この超音波装置においては、上記送波器及
び上記受波器の少なくとも一方が、上記送波用ホーン及
び受波用ホーンの少なくとも一方の開口部中心軸方向に
垂直なホーン断面における最上部の、該中心軸方向での
最下部よりも上方に位置することとなる。例えば、この
超音波装置が、受波用ホーンは有さず送波用ホーンのみ
を有する場合には、上記送波器が、上記送波用ホーン開
口部中心軸方向に垂直なホーン断面における最上部の、
上記中心方向での最下部よりも上方に位置することとな
る。また、送波用ホーンは有さず受波用ホーンのみを有
する場合には、上記受波器が、上記受波用ホーン開口部
中心軸方向に垂直なホーン断面における最上部の、上記
中心方向での最下部よりも上方に位置することとなる。
また、送波用ホーンと受波用ホーンとの双方を有する場
合には、上記送波器が、上記送波用ホーン開口部中心軸
方向に垂直なホーン断面における最上部の、上記中心方
向での最下部よりも上方に位置する。あるいは、上記受
波器が、上記受波用ホーン開口部中心軸方向に垂直なホ
ーン断面における最上部の、上記中心方向での最下部よ
りも上方に位置することとなる。この場合に、該送波用
ホーン開口部中心軸方向に垂直なホーン断面における最
上部の、該中心軸方向での最下部よりも上方に、送波器
を配置し、かつ、該受波用ホーン開口部中心軸方向に垂
直なホーン断面における最上部の、該中心軸方向での最
下部よりも上方に、受波器を配置したときには、上記送
波器が、上記送波用ホーン開口部中心軸方向に垂直なホ
ーン断面における最上部の、上記中心方向での最下部よ
りも上方に位置し、かつ、上記受波器が、上記受波用ホ
ーン開口部中心軸方向に垂直なホーン断面における最上
部の、上記中心方向での最下部よりも上方に位置するこ
ととなる。また、上記送受波兼用ホーンを有する場合に
は、送波器及び受波器の双方、若しくは、送受波兼用器
が、該送受波兼用ホーン開口部中心軸方向に垂直なホー
ン断面における最上部の、該中心軸方向での最下部より
も上方に位置することとなる。これにより、上記フィル
タ部材を通過する水滴があったとしても、該水滴が上記
ホーンの壁部に遮られる。しかも、上記ホーンの壁部に
遮られた水滴は自重によって落下することとなるので、
ホーン開口部中心軸方向に垂直なホーン断面における最
上部の、上記中心方向での最下部よりも上方に位置する
上記送波器や受波器には達しにくい。これにより、より
確実に上記送波器あるいは上記受波器への水滴の進入を
防ぐことができる。よって、水しぶきがかかりやすい場
所で使用した場合でも、該送波器や受波器が正常に動作
しなくなったり、故障してしまったりするのをさらに確
実に防止することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、スキー場でのス
キーヤーや海上でのジェットスキーなど移動する移動体
に搭載して用いられ、対象物としての、静止した地面や
海面などの静止物から反射した超音波のドップラ効果を
利用して該移動体の移動速度を測定する、超音波装置と
しての超音波速度測定装置（以下、速度測定装置とい
う）に適用した実施形態について説明する。

【００２６】図１は、本実施形態に係る速度測定装置の
説明図である。この速度測定装置は、所定周波数の基準
信号に基づいて生成した超音波を静止物に送波する送波
器１１と、該静止物から反射してきた超音波を受波して
受信信号とする受波器２１とを有し、該受信信号と上記
基準信号とに基づいて本装置に対する上記静止物の相対
移動速度を演算するものである。上記送波器１１からの
超音波は送波用ホーン１１ａによって所望の方向へ向か
うよう指向性が調整される。そして、上記静止物から反
射した超超音波が受波用ホーン２１ａによって集めら
れ、受波器２１に進入して所定の速度演算処理に用いら
れる。（以下、余白）

【００２７】図２は本実施形態に係る速度測定装置のブ
ロック図である。この速度測定装置は、上記送波器１１
を有しかつ所定周波数の基準信号に基づいて生成した超
音波を静止物に向けて送波する送波手段としての超音波
送波部１０と、上記受波器２１を有しかつ該静止物から
反射してきた反射波を含む超音波を受波して受信信号と
し、該受信信号から特定の信号成分を出力する受波手段
としての超音波受波部２０と、該超音波受波部２０から
の出力信号を予め設定された複数の周波数帯域に帯域分
離して、該複数の周波数帯域のそれぞれに対応する帯域
信号を生成し、該帯域信号の中から１つの帯域信号を選
択して出力するように構成した帯域信号出力手段として
の帯域信号出力部５０と、該帯域信号出力部５０からの
出力信号に基づいて本装置に対する該静止物の相対移動
速度を演算する速度演算手段としての演算器３２を有す
る信号演算部３０とを備えている。図示の装置において
は、上記特定の信号成分として、静止物からの反射波の
信号成分を用いる。

【００２８】上記超音波送波部１０は、所定周波数Ｆｏ
の基準信号に基づいて上記送波器１１で生成した超音波
を、相対移動速度Ｖで遠ざかる地面や海面などの静止物
に向けて送波するものであり、電気信号を超音波に変換
する超音波振動子等からなる上記送波器１１、所定周波
数Ｆｏの基準信号を発生させるための基準発振器１２、
基準信号を送波器の駆動に必要なレベルまで増幅する出
力増幅器１３等により構成されている。

【００２９】上記超音波受波部２０は、超音波を電気信
号に変換する超音波振動子等からなる上記受波器２１、
受波器２１から出力された微弱な受信信号を増幅する信
号処理手段である前置増幅器２２等により構成されてい
る。

【００３０】上記前置増幅器２２は、受信信号中の反射
波信号成分を増幅して出力するように構成されている。

【００３１】上記帯域信号出力部５０は、上記受波手段
からの出力信号を予め設定された複数の周波数帯域、図
示の装置では５つの周波数帯域に帯域分離して、各周波
数帯域に対応した５つの帯域信号Ｓｅを生成する周波数
帯域分離部５１と、前記帯域信号が予め設定された閾値
を越えた場合には所定の検出信号Ｓｆを出力する信号検
出器を有する帯域信号判断部５２と、該検出信号Ｓｆに
基づき複数の前記帯域信号Ｓｅから１つの前記帯域信号
を選択する帯域信号選択部としての信号選択器５３とを
有する。この速度測定装置において、該信号選択器５３
は装置のメイン制御部であるマイクロコンピュータに設
けられている。

【００３２】上記周波数帯域分離部５１は、高周波側か
ら５つの周波数帯域（ＨＨ，ＨＬ，Ｍ，ＬＨ，ＬＬ）に
帯域分離した５つの帯域信号のそれぞれを出力する５つ
の部分帯域信号出力部を有している。図示の装置におい
ては、これら部分帯域信号出力部として、各周波数帯域
の信号を増幅して出力する回路を用いている。そして、
各部分帯域信号出力部毎に、受波手段から出力される信
号ＳＡを各帯域信号Ｓｅ（ＳｅＨＨ〜ＳｅＬＬ）として
帯域信号判断部５２及び信号選択器５３に出力する。な
お、上記部分帯域信号出力部および信号検出器の個数
は、５個に限定されるものではなく、測定速度範囲と要
求される測定精度とに応じて決定される。また、上記部
分帯域信号出力部は、各周波数帯域の信号のみを通過さ
せかつ該周波数帯域以外の信号は減衰あるいは阻止する
バンドパスフィルタを用いて構成してもよい。

【００３３】上記帯域信号判断部５２は、周波数帯域分
離部５１から出力される各帯域信号Ｓｅのうち、各信号
検出器に予め設定されている閾値よりも大きな信号レベ
ルをもつ帯域信号を優位レベルの検出信号Ｓｆとして信
号選択器５３に出力する。

【００３４】上記信号選択器５３は、優位レベルをもつ
検出信号Ｓｆから最も周波数の低い検出信号Ｓｆに対応
する帯域信号Ｓｅを選択して、周波数計測器３１に出力
する。以下、上記選択された帯域信号Ｓｅを帯域信号Ｓ
ｈと記載する。ここで、複数の検出信号Ｓｆから最も周
波数の低い信号を選択する理由は、例えばジェットスキ
ーに本装置が搭載されている場合、静止している海面か
ら反射された超音波と飛び散っている波しぶきから反射
された超音波との周波数を比べると、静止している海面
から反射された超音波の周波数が、ドップラ効果によっ
て周波数がシフトした量すなわち基準信号との差分周波
数（ドップラ周波数）が大きいので周波数が低くなるた
めである。なお、対象物から反射された超音波と目的外
の超音波との関係が上述した関係にない場合には、信号
選択器５３で選択する基準を適宜設ければよい。

【００３５】上記信号選択器５３でどの部分帯域信号出
力部を通過した信号を選択するかについては、いくつか
の方法が考えられる。例えば、信号検出器から一度に複
数の信号が出力される場合は中心周波数が一番低い部分
帯域信号出力部を通過した信号を選択する方法や、一番
最初に信号検出器から出力された信号を選択する方法な
どがある。

【００３６】上記信号演算部３０は、信号選択器５３か
ら出力されるドップラシフトを受けた反射波信号成分の
波形を正弦波から矩形波に変換する波形変換器３１ａ、
波形変換した反射波信号成分から周波数Ｆｉを計測する
周波数計測器３１、反射波信号成分の周波数Ｆｉの計測
結果から本速度測定装置が搭載されたスキーヤーやジェ
ットスキーなどの移動体の移動速度Ｖを演算する速度演
算手段としての演算器３２、速度Ｖの測定結果を表示す
る液晶パネル等からなる表示器３３等により構成されて
いる。上記演算器３２は、次の（１）式に基づいて上記
移動体の移動速度Ｖを演算する。なお、（１）式中のＣ
は音速を示している。

【数１】Ｆｉ＝Ｆｏ（Ｃ−Ｖ）／（Ｃ＋Ｖ）・・・（１）

【００３７】上記信号演算部３０には、気温による音速
変動の補正に用いる温度計測器を設けてもよい。この補
正は、例えば次の（２）式に基づいて行うことができ
る。なお、（２）式中のｔは温度計測器で計測される外
気温を示している。

【数２】Ｃ＝３３１．５＋０．６・ｔ・・・（２）

【００３８】そして、本実施形態に係る速度測定装置
は、以上の速度測定処理に必要な電力の供給を外部から
行わずに済むような構成を採用している。以下、この構
成及び動作について説明する。本実施形態に係る速度測
定装置においては、図１に示すように、上記速度測定処
理に必要な電力を発生させるために、光エネルギーを電
気的なエネルギーに変換する太陽電池６０を設けた構成
を採用している。更に、該太陽電池６０で発生させた電
気エネルギーを蓄える二次電池６１を設けた構成を採用
している。そして、上記二次電池６１に蓄えた電力を、
装置内の各部、例えば、送波器１１、受波器２１、信号
演算部３０などへ供給する。このように、太陽電池６０
を用いることで、外部からの電力供給を行わずに、上記
速度測定の処理を行うことが可能となる。よって、外部
コンセントなどのない屋外でも、本速度測定装置を用い
て速度測定を良好に行うことができる。

【００３９】更に、上記二次電池６１に電力を蓄えるこ
とができるので、暗い室内で本装置を使用するような場
合や、曇りや雨の日の屋外で本装置を使用する場合に
も、外部からの電力供給を行わずに、該二次電池６１か
ら、上記速度測定処理に必要な電力を良好に得ることが
できる。

【００４０】また、本実施形態に係る速度測定装置にお
いては、上記送波器１１及び上記受波器２１への水滴の
進入を防ぐような構成を採用している。この速度測定装
置においては、図３に示すように、上筺体６２と下筺体
６３とからなる筺体に上記送波器１１、上記受波器１
２、上記二次電池６１、及び、上記帯域信号出力部５０
や上記信号演算部３０などが設けられたプリント基板６
４などを収容している。上記上筺体６２と下筺体６３と
は、互いに嵌合してネジ等によって機械的に固定されて
おり、この嵌合部から水分が入り込まないよう、該嵌合
部にゴムパッキン６５を密着させて取り付けている。ま
た、この速度測定装置の上筺体６２の所定の部分には開
口部を設け、この開口部に対向するように、上記プリン
ト基板６４上の回路に接続されかつ操作者が押すことで
速度測定処理に関わる指示を行うことができるタクトス
イッチ６７を設けている。このタクトスイッチ６７が外
部に露出していると、この部分から装置内部に水分が入
り込むおそれがあるので、タクトスイッチ６７上方の上
記開口部は、プラスチックシート６８で覆っている。こ
のプラスチックシート６８は、該プラスチックシート６
８を介して上記タクトスイッチ６７を操作者が押して上
記指示が行うことができるように形成している。

【００４１】また、この速度測定装置の一側面において
は、上記送波用ホーン１１ａ及び上記受波用ホーン２１
ａが外部に向かって開口している。この送波用ホーン１
１ａ及び上記受波用ホーンの奥側にはそれぞれ送波器１
１及び受波器２１が位置している。この装置において
は、これら送波器１１及び受波器２１に各ホーン開口部
を介して水滴が進入するのを防ぐよう、各ホーン開口部
に、それぞれ気体は通過させるが液体は通過させないフ
ィルタ部材としての防水ネット６９を設けている。この
ような防水ネット６９は、液体を完全に遮断する能力を
有さなくても、該ネットを境に気体と液体との透過率が
異なることとなるようなもの、具体的には、粘性が大き
いものほど透過するのに時間を要することとなるような
ものを用いればよい。このようなネットを透過させよう
とすると、気体よりも粘性の大きい液体は、透過するの
により時間を要するので、水しぶきがかかった瞬間に該
防水ネット６９を透過することはできない。この防水ネ
ット６９により、上記送波器１１あるいは上記受波器２
１への水滴の進入を防ぐことができる。なお、図３に
は、受波器２１及び受波用ホーン２１ａのみを図示し、
送波器１１及び送波用ホーン１１ａは図示していない
が、送波器１１及び送波用ホーン１１ａについても、受
波器２１及び受波用ホーン２１ａと同様に構成してい
る。

【００４２】上記防水ネット６９は基本的には液体を透
過しないが、例えば本装置がジェットスキーに搭載され
て該ジェットスキーの速度を測定するのに用いられて、
加速された波しぶきがかかるような場合には、該加速さ
れた波しぶきが上記防水ネットを透過してしまうおそれ
がある。

【００４３】そこで、本実施形態にかかる速度測定装置
においては、上記送波用ホーン１１ａ開口部に設けた防
水ネット６９と上記送波器１１との間、及び、上記受波
用ホーン開口部に設けた防水ネット６９と上記受波器２
１との間にそれぞれ、上記防水ネット６９を通過する水
滴があったとしても該水滴を跳ね返すような反射部材と
してのリフレクタを設けている。具体的には、上記送波
用ホーン１１ａ及び上記受波用ホーン２１ａのそれぞれ
の一部が上記リフレクタとして機能するように、該送波
用ホーン１１ａ及び該受波用ホーン２１ａの形状を設定
している。

【００４４】さらに、この速度測定装置においては、上
記送波用ホーン１１ａ開口部中心軸方向に垂直なホーン
断面における最上部の、該中心軸方向での最下部よりも
上方に送波器１１を配置し、かつ、上記受波用ホーン２
１ａ開口部中心軸方向に垂直なホーン断面における最上
部の、該中心軸方向での最下部よりも上方に受波器２１
を配置している。図３の受波器２１及び受波用ホーン２
１ａを例にとって説明すると、受波用ホーン２１ａ開口
部中心軸Ｏ方向に垂直なホーン断面における最上部６９
ａの、該中心軸Ｏ方向での最下部６９ｂは、該受波用ホ
ーン２１ａにおける最も奥側の部分となる。そして、こ
の部分よりも上方に、受波器２１が配置されている。こ
の速度測定装置において、受波用ホーン２１ａ開口部か
らの超音波は、矢印ａで示すように進み、上記リフレク
タとして機能する部分（以下、リフレクタ部という）２
１ｂで反射して、上方へと進み、上記受波部２１に到達
する。一方、受波用ホーン２１ａ開口部を通過した水滴
は、上記リフレクタ部２１ｂで反射し、上方に向かおう
とするが、自重によって落下し、ホーンの形状に沿って
流れ落ちることとなる。このように、上記防水ネット６
９を水滴が通過したとしても、上記受波器２１や送波器
１１に、該水滴が進入するのをより確実に防止すること
ができる。

【００４５】以上、上記実施形態によれば、上記速度測
定処理を行うために必要な電力を、上記太陽電池６０か
ら得ることができるので、外部からの電力の供給を行う
必要がなくなる。よって、屋外でも良好に使用すること
ができる。なお、上記実施形態に係る装置のように、水
しぶきがかかりやすい場所でも良好に使用するために装
置を防滴構造にしようとする場合、従来の外部電源から
電力供給を行う装置では、電源接続点の防滴構造が複雑
となったり、筺体への電源ケーブル引き込みの防滴構造
が必要となったりする。また、１次電池による電源供給
を行う装置では、電池交換が必要であるため、電池交換
部の防滴構造が別途必要となり、やはり構造が複雑とな
ってしまう。このような構成の装置とは異なり、上記実
施形態によれば、防滴構造が容易に実現可能となる。

【００４６】また、上記実施形態によれば、上記太陽電
池６０で発生させた電気エネルギーを二次電池６１に蓄
えて、上記速度測定処理を行うのに用いることができる
ので、暗い室内で本装置を使用する場合や、曇りや雨の
日の屋外で本装置を使用する場合にも外部からの電力供
給を行わずに良好に上記必要な電力を得て、さらに良好
に使用することができる。

【００４７】また、上記実施形態によれば、上記送波用
ホーン１１ａの開口部及び受波用ホーン２１ａの開口部
に設けた防水ネット６９により、上記送波器１１及び上
記受波器２１への水滴の進入を防ぐことができるので、
雨の日の屋外や海上などの水しぶきがかかりやすい場所
でも、本装置を良好に使用することができる。

【００４８】また、上記実施形態によれば、上記防水ネ
ット６９を通過する水滴があったとしても、上記リフレ
クタによって該水滴を跳ね返すので、より確実に上記送
波器１１あるいは上記受波器２１への進入を防ぐことが
できる。よって、波が荒いときの海上で用いる場合や、
ジェットスキーに搭載して用いる場合でも、本装置を良
好に使用することができる。

【００４９】また、上記実施形態によれば、上記防水ネ
ット６９を通過する水滴があったとしても、該水滴が到
達しにくいような位置に上記送波器１１や上記受波器２
１が位置しているので、より確実に上記送波器１１ある
いは上記受波器２１への進入を防ぐことができる。よっ
て、波が荒いときの海上で用いる場合や、ジェットスキ
ーに搭載して用いる場合でも、本装置を良好に使用する
ことができる。

【００５０】なお、上記実施形態においては、所定周波
数Ｆｏの基準信号に基づいて上記送波器１１で生成した
超音波を、相対移動速度Ｖで遠ざかる地面や海面などの
静止物に向けて送波し、該静止物から反射した超音波か
ら移動体の移動速度を測定する例についてのみ説明した
が、本発明は、上記超音波を、相対移動速度Ｖで接近す
る地面や海面などの静止物に向けて送波し、該静止物か
ら反射した超音波から移動体の移動速度を測定する装置
にも適用可能である。

【００５１】また、上記実施形態においては、上記送波
用ホーン１１ａの開口部及び上記受波用ホーン２１ａの
開口部のそれぞれに上記送波器１１及び上記受波器２１
への水滴の進入を防ぐような防水ネットを設けた例を説
明したが、上記送波器１１及び受波器２１の近傍にこの
ような防水ネットを設けたり、送波器１１及び受波器２
１をそれぞれ防水部材を用いて密閉したりすることで、
上記水滴の進入を防ぐように構成してもよい。しかしな
がら、上記送波器１１及び上記受波器２１の近傍に上記
防水ネットを設けた場合には、強く水しぶきがかかって
防水ネットを水滴が通過してしまったときにも上記送波
器１１及び上記受波器２１への水滴の進入を防止する構
成を採用する、例えば前述のリフレクタを設けるのが困
難となる。また、上記送波器１１及び受波器２１をそれ
ぞれ防水部材を用いて密閉した場合には、該防水部材で
超音波の媒質である空気までもを遮断してしまうことと
なり、超音波の受送波の効率を低下させ、測定可能距離
などの装置の特性が著しく低下してしまうおそれがあ
る。このことから、本実施形態のように上記送波用ホー
ン１１ａの開口部及び上記受波用ホーン２１ａの開口部
のそれぞれに上記送波器１１及び上記受波器２１への水
滴の進入を防ぐような防水ネットを設ける構成を採用す
るのは好ましい。

【００５２】また、上記実施形態においては、上記送波
用ホーン１１ａの開口部及び上記受波用ホーン２１ａの
開口部のそれぞれに防水ネットを設け、上記送波器１１
及び上記受波器２１への水滴の進入を防ぐように構成し
た例について説明したが、上記送波器１１及び上記受波
器２１のいずれか一方に特に水しぶきがかかりやすい場
合や、上記送波器１１及び上記受波器２１のいずれか一
方のみが水に濡れると故障しやすい場合等には、上記送
波用ホーン１１ａの開口部及び上記受波用ホーン２１ａ
の開口部のいずれか一方のみに防水ネットを設け、上記
送波器１１及び上記受波器２１のいずれか一方への水滴
の進入のみを防止するようにしてもよい。但し、上記実
施形態のように上記送波用ホーン１１ａの開口部及び上
記受波用ホーン２１ａの開口部のそれぞれに防水ネット
を設け、上記送波器１１及び上記受波器２１への水滴の
進入を防ぐような構成を採用する方が望ましい。

【００５３】また、上記実施形態においては、上記送波
器１１及び上記受波器２１の双方を有する装置について
説明したが、上記送波器１１及び上記受波器２１のいず
れか一方しか有しない装置にも、本発明は適用可能であ
る。

【００５４】また、上記実施形態においては、上記送波
用ホーン１１ａ及び上記受波用ホーン２１ａの双方を有
する装置についてのみ説明したが、上記送波用ホーン１
１ａ及び上記受波用ホーン２１ａのいずれか一方しか有
しない装置にも、本発明は適用可能である。

【００５５】また、上記実施形態においては、速度測定
装置に上記太陽電池６０や上記二次電池６１を搭載し
て、屋外の外部コンセントなどのない場所でも良好に電
力を得て速度測定を行うことができる例について説明し
たが、この発明は、超音波を用いて所定の処理を行う超
音波装置であれば適用可能である。例えば超音波を用い
てガスなどの流体の流量を測定する流量計に適用可能で
ある。（以下、余白）

【００５６】図４は、このような超音波流量計の一例を
示す説明図である。この超音波流量計は、超音波振動子
などからなる第１超音波送受信器１０１と第２超音波送
受信器１０２とを有している。該第１超音波送受信器１
０１は、上記第２超音波送受信器に向かって所定の超音
波を送信するとともに、該第２超音波送受信器１０２か
ら送信された超音波を受信する。また、該第２超音波送
受信器１０２は、上記第１超音波送受信器に向かって所
定の超音波を送信するとともに、該第１超音波送受信器
１０１から送信された超音波を受信する。該第１超音波
送受信器１０１及び該第２超音波送受信器１０２は、そ
れぞれが送信する超音波が、流体が流れる管内を管に垂
直な断面に対して所定の角度θだけ傾いた方向に斜めに
横切るように配置されている。

【００５７】この超音波流量計において、上記各送信器
から各受信器に向かう超音波の速度は、流れの方向によ
って異なる。すなわち、流れと同じ方向に発射された超
音波、図示の例では第１超音波送受信器１０１から送信
された超音波は、いわば流れに乗って進むので上記速度
が速く、流れに逆らって発射された超音波、図示の例で
は第２超音波送受信器１０２から送信された超音波は、
上記速度が遅い。上記流れと同じ方向に発射された超音
波の速度をＶ１、上記流れに逆らって発射された超音波
の速度をＶ２、流体中の超音波の速度をＣ、流体の速度
をｖとすると、各超音波の速度Ｖ１，Ｖ２は、次の式で
表される。

【数３】Ｖ１＝Ｃ＋ｖｓｉｎθ

【００５８】

【数４】Ｖ２＝Ｃ−ｖｓｉｎθ

【００５９】また、管の内径をＤとすると、上記各超音
波が管内を通過する距離はＤ／ｃｏｓθであるから、上
記各超音波が送信されてから受信されるまでの時間をそ
れぞれ測定すれば、上記数３と数４とを用いて流体の速
度ｖを求めることができる。

【００６０】ここで求められた流速ｖは、管の直径を通
る超音波経路上の線平均流速であるが、円形断面の管で
は、中心部で流速が大きく、管壁付近では小さい。従っ
て上記ｖは管断面における平均流速ｖ’とは異なる。そ
のため、上記求められた流速ｖから流量を求めるには、
該流速ｖを換算係数ｋで割って上記管断面における平均
流速ｖ’を求め、これに管路の断面積を乗ずる必要があ
る。上記換算係数ｋはレイノルズ数ＲｅＤの関数として
与えられており、これにはいくつかの式がある。一例を
次式に示す。

【数５】ｋ＝１．１１９−０．０１１・ｌｏｇＲｅＤ

【００６１】従って、流量Ｑは、次式から求められる。

【数６】Ｑ＝（ｖ／ｋ）・（πＤ²／４）

【００６２】このような流量計において、太陽電池を設
け、上記流量測定に関わる処理を行うために必要な電力
を、該太陽電池から得るように構成すれば、屋外の外部
コンセントなどがない場所でも、良好にガスなどの流体
の流量測定処理を行うことができる。

【００６３】さらに、上記太陽電池で発生させた電気エ
ネルギーを蓄える二次電池を設ければ、上記太陽電池で
発生させた電気エネルギーを該二次電池に蓄えて、上記
流量測定処理を行うのに用いることができるので、暗い
室内で本装置を使用する場合や、曇りや雨の日の屋外で
本装置を使用する場合にも外部からの電力供給を行わず
に良好に上記必要な電力を得ることができる。よって、
流量計をさらに良好に使用することができる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１乃至５及び７乃至９の発明によ
れば、屋外でも良好に使用することができるという優れ
た効果がある。なお、水しぶきがかかりやすい場所でも
良好に使用するために装置を防滴構造にしようとする場
合に、従来の外部電源から電力供給を行う装置では、電
源接続点の防滴構造が複雑となったり、筺体への電源ケ
ーブル引き込みの防滴構造が必要となったりする。ま
た、１次電池による電源供給を行う装置では、電池交換
が必要であるため、電池交換部の防滴構造が別途必要と
なり、やはり構造が複雑となってしまう。このような構
成の装置とは異なり、請求項１乃至５及び７乃至９の発
明によれば、防滴構造が容易に実現可能となるという効
果もある。

【００６５】また、請求項４の発明によれば、暗い室内
や曇りや雨の日の屋外でも、良好に使用することができ
るという優れた効果がある。

【００６６】また、請求項５乃至９の発明によれば、水
しぶきがかかりやすい場所でも、良好に使用することが
できるという優れた効果がある。

【００６７】また、請求項８又は９の発明によれば、水
しぶきがかかりやすい場所でも、より良好に使用するこ
とができるという優れた効果がある。

【００６８】特に、請求項９の発明によれば、水しぶき
がかかりやすい場所でも、より良好に使用することがで
きるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る速度測定装置の説明図。

【図２】同速度測定装置のブロック図。

【図３】同速度測定装置の他の説明図。

【図４】他の実施形態に係る超音波流量計の説明図。

【符号の説明】

１０超音波送波部１１送波器１１ａ送波用ホーン２０超音波受波部２１受波器２１ａ受波用ホーン２２前置増幅器３０信号演算部３１周波数計測器３１ａ波形変換器３２演算器３３表示器５０帯域信号出力部５１周波数帯域分離部５２帯域信号判断部５３信号選択器６０太陽電池６１二次電池６９防水ネット１０１第１超音波送受信器１０２第２超音波送受信器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を用いて所定の処理を行う超音波装
置において、上記所定の処理を行うために必要な電力を発生させるた
めに太陽電池を設けたことを特徴とする超音波装置。
【請求項２】請求項１の超音波装置において、上記所定の処理が、流体の流量測定であることを特徴と
する超音波装置。
【請求項３】請求項１の超音波装置において、上記所定の処理が、本装置に対する対象物の相対速度測
定であることを特徴とする超音波装置。
【請求項４】請求項１、２、又は、３の超音波装置にお
いて、上記太陽電池で発生させた電気エネルギーを蓄える二次
電池を設けたことを特徴とする超音波装置。
【請求項５】所定周波数の基準信号に基づいて生成した
超音波を送波する送波器及び対象物から反射してきた超
音波を受波して受信信号とする受波器の少なくとも一方
を有し、該受波器からの受信信号と上記基準信号とに基
づいて本装置に対する上記対象物の相対移動速度を演算
する請求項１、２、３、又は、４の超音波装置におい
て、上記少なくとも一方への水滴の進入を防ぐように構成し
たことを特徴とする超音波装置。
【請求項６】所定周波数の基準信号に基づいて生成した
超音波を送波する送波器及び対象物から反射してきた超
音波を受波して受信信号とする受波器の少なくとも一方
を有し、受波器からの受信信号と上記基準信号とに基づ
いて本装置に対する上記対象物の相対移動速度を演算す
る超音波装置において、上記少なくとも一方への水滴の進入を防ぐように構成し
たことを特徴とする超音波装置。
【請求項７】送波器からの超音波の指向性を調整する送
波用ホーン及び受波器へ進入させる超音波を集める受波
用ホーンの少なくとも一方を有する請求項５又は６の超
音波装置において、上記少なくとも一方の開口部に、気体は通過させるが液
体は通過させないフィルタ部材を、上記送波器あるいは
上記受波器への水滴の進入を防ぐように設けたことを特
徴とする超音波装置。
【請求項８】請求項７の超音波装置において、上記フィルタ部材と、上記送波器又は上記受波器との間
に、該フィルタ部材を通過する水滴があったとしても該
水滴を跳ね返すような反射部材を設けたことを特徴とす
る超音波装置。
【請求項９】請求項７又は８の超音波装置において、上記送波用ホーン及び受波用ホーンの少なくとも一方の
開口部中心軸方向に垂直なホーン断面における最上部
の、該中心軸方向での最下部よりも上方に、送波器及び
受波器の少なくとも一方を配置したことを特徴とする超
音波装置。