JPS581372B2 - チヨウオンパオンソクソクテイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は試料中を伝搬する超音波の音速を測定する装置
に関する。

本発明の目的は超音波の音速の測定に際し、回路構成が
極めて簡単で信頼性の高い工業用分析装置を得ることに
ある。

従来公知の高精度音速測定装置は、送信子から放射され
た超音波パルスが試料中を伝搬して受信子に到達し、増
幅器によって増幅されて、再び送信子を駆動する系（以
下シングアランドと呼ぶ）において、超音波パルスの繰
返周期（以下シングアランド周期と呼ぶ）を測定する。

送受信子間距離をＬ１試料中の音速をＶｉとするとシン
グアランド周期Ｔは増幅器を含む電気的遅れをτとして
となる。

シングアランドの受信波は送信波を直接受信する第１受
信波以外に、送受信子間での超音波多重エコーによる第
２、第３・・・・・・第ｎ受信波を含んでいる。

この超音波多重エコーの周期は２Ｌ／Ｖｉでシングアラ
ンド周期の２倍より短時間となるため、超音波多重エコ
ーは必ず第１受信波より前に出現する。

従ってシングアランド周期はトリガ設定点によって超音
波多重エコー、若しくは超音波多重エコーと第１受信波
とのパルス干渉波と同期してしまい、測定誤差が増大す
る。

実測によれば２０℃の脱気水の場合真の音速が１４８２
．６ｍ／ｓに対しシングアランド周期から換算した音速
は１４８６．７ｍ／ｓとなって測定精度は０．２８％と
なった。

本発明は上述の欠点を除去するため増幅器に遅延線を含
んだ別のシングアランド２を縦続接続することによって
超音波多重エコーが十分減衰して後シングアランド系を
駆動させる電気的方法によって、試料中の音速を精密測
定する。

以下図面につき本発明の詳細を説明する。

第１図において、１は送信子、２は超音波伝搬媒質、３
は受信子、４は増幅器である。

同図で送信子から放射された超音波パルスは媒質２を伝
搬し受信子３に到達し、電気信号となって増幅器４で増
幅されて再び送信子１を駆動する。

閉回路１→２→３→４→１はシングアジンド１を形成し
、増幅器の増幅率を伝搬媒質および送受信子の挿入損失
を消去するように選択すると、この系は発振を持続し、
その周期Ｔは（１）式に対応する。

増幅器４は、入力がない場合はＴより充分長い周期で自
己発振して送信子１を駆動するパルス発信器を内蔵して
いるものとする。

第１図のシングアランド１０波形図を第２図に示す。

第２図でＲ１は第１受信波、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はそれぞ
れ超音波多重エコーを示す。

第２図の時間軸を５倍拡大した波形を第３図に示す。

第３図でＲ１，Ｒ２は第２図同様にそれぞれ第１および
第２受信波、５はシングアランド１の発振開始を規定す
るトリガレベルである。

シングアランド１０周期Ｔの測定誤差を僅少にするため
にはＲ１の第１波の立上り点をトリガレペルにすればよ
いが、第３図から明らかにＲ１の立上り近傍の波形はＲ
２およびＲ１，Ｒ２との干渉波によって、同点でのトリ
ガレペルの設定は不可能である。

第４図にシングアランド１０周期に一定の遅延をかける
ことによって、回路的に超音波多重エコーを無影響にす
る本発明の方法を示す。

第４図で１，２，３および４は第１図と同様にそれぞれ
送信子、超音波伝搬媒質、受信子、および増幅器、６は
検波増幅器、７はゲート設定器、８は超音波遅延素子、
９は同遅延素子用増幅器、１０は分周器である。

超音波遅延素子８は、遅延用伝送体８２の両端面に遅延
用送信子８１、遅延用受信子８３を装着した構成とする
。

第４図の説明用波形図を第５図に示す。

第５図で１１は送信子１０入力信号、１２は受信子３で
受信された受信波形の包絡線（以下受信波と略称する）
、１３はゲート設定器７の制御信号、１４は超音波遅延
素子用増幅器９の入力信号、１５は分周器１０の制御信
号、１６は増幅器４０入力信号、１７は増幅器４の出力
信号である。

送信子１の入力信号１１のＴ１は、送信子１で超音波パ
ルスとなり、超音波伝搬媒質２中を伝搬し、Ｌ／Ｖｉ時
間後に受信子３に受信され波形図１２の第１受信波Ｒ１
となる。

受信子３には第１受信波以外に、伝搬径路が３→２→１
→２→３と超音波の往復伝搬時間２Ｌ／Ｖｉ毎に、Ｒ２
，Ｒ３，・・・Ｒα＋１の超音波多重エコーが受信され
る。

ゲート設定器７は送信子の入力信号ＴＩ（第５図１１）
で立上り、検波増幅器６からの最初の信号Ｒ１（受信子
３の受信波の検波増幅波で波形図１２の包絡線Ｒ１に対
応するため記号はＲ１とする）で降下する制御信号を形
成する。

検波増幅器６はゲート設定器７の制御信号１３が、正電
位の期間中動作する。

検波増幅器６への入力波は同検波増幅器６が動作中のみ
検波増幅される。

従って受信子３の受信波は検波増幅器６によって取捨選
択され、超音波遅延素子用増幅器９の入力信号としては
、第１受信波Ｒ１のみが印加され、多重エコーＲ２，Ｒ
３・・・Ｒα＋１は阻止される。

超音波遅延素子用増幅器９で増幅された信号Ｒ１は遅延
用送信子８１で超音波パルスとなって遅延用伝送体８２
を伝搬し、τｄ時間後に遅延用受信子８３に受信されて
第５図１４の信号Ｄ１となり、超音波遅延素子用増幅器
９を駆動する。

遅延用伝送体８２中を伝搬した超音波パルスのうち１部
は遅延用受信子８３で反射し、８３→８２→８１→８２
→８３と伝搬して再び遅延用受信子８３に入射するスプ
リアス信号となる。

信号Ｄ１とスプリアス信号との比は不要反射（率）と呼
ばれていて、超音波遅延素子８にカラーテレビ用ＩＨ走
査線素子を用いればＮＴＳＣ方式の場合で約２６ｄＢと
なっている。

従って超音波遅延素子中のスプリアス信号は、実用上無
視して差支えない。

超音波遅延素子用増幅器９の入力信号Ｄ１は、Ｒ１同様
に９→８１→８２→８３→９と伝搬してＤ１にτｄ時間
遅れた信号Ｄ２となって再び超音波遅延素子用増幅器９
を駆動する。

即ち超音波遅延素子８と同素子用増幅器９は、受信子３
の第１受信波Ｒ１で起動し、ＤＩ，Ｄ２，Ｄ３・・・・
・・Ｄｍと繰返すシングアランド２を形成する。

受信子３の超音波多重エコーの持続を第α＋１波迄とす
ると、同超音波多重エコーの持続時間は第５図１２に図
示した通り２αＬ／Ｖｉとなる。

αは媒質中の超音波減衰率に対応するため、超音波伝搬
媒質２によって変化する。

分周器１０は、シングアランド２０周期を分周すること
により、第５図１４に図示した通りτｄを整数倍した遅
延時間ｍτｄを得る。

ｍはｔ，２，４，８・・・等と任意設定可能でとなるよ
うに選定することとする。

分周器１０の制御信号１５は第１受信波Ｒ１
で立上り第ｍ周期Ｄｍで降下するように設定する。

超音波遅延素子用増幅器９は分局器１０の制御信号１５
が正電位の期間中動作する。

分周器１０は第ｍ周期の出力Ｄｍを選択し、第５図１６
に図示した通りＤｍを増幅器４に印加する。

Ｄｍは増幅器４で増幅され、時間τ遅れて第５図１７に
図示の通りＴ１となって再び送信子１の入力信号となる
。

第１図同様閉回路１→２→３→６→９→８→９→８→９
・・・→８→９→１０→４→１はシングアランドを形成
し、その周期はＴｄとなる。

Ｔｄは第５図から明らかに となり超
音波多重エコーに独立となる。

遅延時間τａ４形成するために、超音波遅延素子にカラ
ーテレビ用ＩＨ走査線遅延素子を用いれば、ＮＴＳＣ方
式の場合でτｄは６３．５μｓとなり温度範囲１０℃か
ら６０℃に亘って±５ｎｓの精度が保証されている。

以上詳述したように、本発明によれば回路的に極めて簡
単な方法により、媒質の超音波音速を計測するため、超
音波音速と対応のある濃度および密度の瞬間連続測定が
可能となり各種パイプラインおよび化学工業に応用した
場合、特に効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のシングアランドによる音速測定系統図、
第２図は第１図の波形図、第３図は第２図の時間軸拡大
図、第４図は本発明の測定系統図、第５図は第４図の説
明用波形図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 送信子、受信子および増幅器からなるシングアラン
   ド測定装置１において、受信子と増幅器間に検波増幅器
   、ゲート設定器、超音波遅延素子、同素子用増幅器およ
   び分周器を介在させ、上記超音波遅延素子および同素子
   用増幅器で別のシングアランド２を形成し、上記ゲート
   設定器により第１受信波のみを選択し、同第１受信波に
   よって上記シングアランド２を駆動し、上記分周器で上
   記シングアランド２を分周して、四分周器遅延時間がシ
   ングアランド測定装置１中の超音波多重エコーの持続時
   間に比較して長時間となるように設定した音速測定装置
   。