JPS58144719A - 超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は液中音波の伝播速度及び／又は音圧等の圧力を
すだれ状トランスデユーサを用いて測定する超音波測定
装置に関する。

（背景技術） すだれ状トランスデユーサは表面波技術の中で最も重要
なものとして幅広く用いられ、液体−固体の境界面で液
体中への音波放射器あるいは検知器としての機能を有す
る。本発明はすだれ状トランスデユーサの新規な応用を
提供するもので、改良された液中音速測定、及び音圧等
の圧力測定を実現する超音波測定装置を提供するもので
ある。

（発明の課題） 本発明はすだれ状トランスデユーサを用いて、改良さね
た液中音速又は音圧等の圧力を測定する超音波測定装置
を提供することを目的とし、その特徴は液体を収容し、
底部に音波反射手段を有する容器と、圧電体の表面に１
対の離間配置されるすだれ状電極を有し、該電極を液体
に接して前記各器内に底部と対向して配置されるトラン
スデユーサと、一方のすだれ状電極の電気出力を増幅し
て他方のすだれ状電極に帰還する帰還手段とからなる発
振回路を具備し、該回路の発振周波数を測定する周波数
測定手段により、音波が容器の底部で反射して両すだれ
状電極の間を伝播する時間を前記周波数の変化により測
定するごとき超音波測定装置にある。

上記構成で、底部を剛体、又は音圧に感動するダイヤフ
ラムとすることにより、液中音速又は音圧等の圧力を測
定することができる。さらに１対のトランスデユーサを
対向配置して、その間の液中音速を測定するごと（する
こともできる。

（発明の構成及び作用） 第１図は本発明による超音波測定装置の構成例で、音圧
の測定を例示する。

第１図において、１０は容器で、その底部１４は音圧等
の圧力に感動するダイヤフラムで構成される。

１６はすだれ状トランスデユーサで、圧電基板１６ａと
、その表面に離間して配置される１対のすだれ状電極（
インターディジタル電極）１６ｂ及び１６Ｇとを有する
。容器１０の中には液体１２が満され、すだれ状トラン
スデユーサ１６は表面の電極を液体に接触させ、底部１
４に対尚して配置される。なお１８はガスケット、２０
件液体の挿入／排出のための孔である。

一方の電極１６Ｃに増幅器内から移相器２６を介して電
気信号が印加されると、電気信号が電極部で音波に変換
され、音波は液体１２の中を伝播し、ダイヤフラム１４
で反射して、他方の電極１６ｂに到着すも。電極１６ｂ
の部分で音波を電気信号に変換し、増幅器２４０入力に
印加された後、該信号は移相器２６を介して出力端子列
にも印加される。

上記構成により液体遅延線をふくむ閉回路による発振回
路が構成され、次の発振条件が満足さねる。

ω札／Ｖｃ十φ＝２ｎπ゛ ここでωは発振角周波数、Ｌは液中音波の伝搬経路長、
φ。は電気的位相遅延、ｎは整数である。

ωｆ、　／　ＶＣ）＞φ。が一般に成立することがら発
振周波数１は次のようになる。

ｆ　”；　ｎ　Ｖｃ　／　Ｌ　　　　　　　　　　　’
　（Ｉｉいまダイヤフラムが音圧ｎ等により変位し液中
での音波の伝播長がΔＬだけ変化したときの周波数偏移
Δｆ、は次のようになる。

ここでＫはπ数である。（２）式から、発振周波数はｆ
を中心として、ダイヤフラムに加わる音圧により周波数
変調をうける。従ってこの信号を検波することにより音
圧を検知することができ、例えば、ガス圧によりダイヤ
フラムを変位させてガス圧センサを実現することができ
る。

第２図は本発明に用いられる電気回路の例で、発振部、
混合部、低域フィルタ部、及びＦＭ検波部から構成され
る。発振部の構成は第１図に示され、液体遅延線１００
は第１図の（１０，１２，１４，１６，１８゜２０’）
により実現される。発振部の発振周波数に比べて周波数
偏移は極めて小さいので直接検波は困難であるので、混
合部により局部発振周波数（Ｌｏ。

０８Ｃ）”Ｖ印加して周波数変換し、約８　ＫＨｚの中
間周波数を取り出す。この中間周波数を低域フィルタ部
ケー介して取り串しく和の周波数成分を除去する）、さ
らｐ＝ＦＭ検波部により周波数−電圧変換をして出力端
子に出力電圧を取り出す。ＦＭ検波部の特性は第３図に
示すごとく６〜１３　）Ｇ（ｚで直線的である。

第４図は本発明の実験結果を示す図で、膏圧センサとし
ての動作特性を評価するために、ハイドロフオン較正用
のカブラ中で周波数特性を測定したものである。この図
から７００Ｈｚまで平坦な周波数応答が得られることが
わかる。なお、較正用カプラの上限周波数は８００Ｈｚ
である。

第５図は音圧と出力電圧の関係を周波数４０２　Ｈｚで
実測した結果を示し、優名た直線性が得らねることがわ
かる。

なお、第４図及び第５図の実験で用いたトランスデー−
サは、圧電基板１６ａに東京電気化学工業（株）製造の
圧電磁器９１Ａ材（長さ２５朋、幅１５１ｎＮ、厚さ５
闘）を用い、２つの電極１６ｂ、１６０の電極対数は１
０、周期長は２１０μｍ、電極間距離は１４．ｏ朋であ
り、圧電基板とダイヤフラムとの離間距離は３．５ｍｍ
で、中心周波数は１０．０ＭＨｚである。文相いられ１
こ液体は水である。

第１図において、ダイヤフラム１４の代りに、容器の底
部を剛体とすれば、液中での音速を測定することができ
る。このとき、前記（１１式で、周波数−電圧変換特性
が直線的（ｆ　＝ＫＶｏｕｔ　、　Ｋは定数）であれば
次式が得られる。

ΔＶｃ　＝　（ＫＬ　／　ｎ　）　・ΔＶｏｕｔ　　　
　　　　（３）ここでΔｖｃは液中音速の基準状態での
値との差、ΔｙｏｕＴは出力電圧の基準状態での値との
差である。

第６図は前述の装置を用いて水中での音速変化の温度依
存性を実測したもので、Ｋ　＝　−３，６５９刈０５（
Ｈｚ／Ｖ）、θ＝４７．９８°、Ｌ　＝　２０．７１　
Ｘ　１０−”　ｍ、　ｎ　＝　１３７、基準状態は２４
．５℃であり、実線で示す理論計算値とよ（一致してい
る。

第７図は本発明の別の実験例で、水中音速に静水圧変化
が及ぼす影響を実測したもので、水温２６．８℃である
。速度は静水圧に対し直線的に変化し、実線の理論値と
よく一致する。

なお液中音速の測定の場合には、実施例、に示す反射形
の他に、単一のすだれ状電極を有する１対のトランスデ
ユーサを対向配置して、その間の液中音速を測定するご
とくすることも可能である。

なお上記各実施例では、電極指を液体に接触させて、電
極指から音波を励振する例を示したが、薄い基板を用い
て基板の裏側（電極指の存在しない表面）からいわゆる
ラム波を励振させる応用も可能である。

（発明の効果） 本発明による超音波測定装置は、すだれ状電極を用いる
技術的有利性を備えており、比較的簡単な回路構成で測
定精度が高いという利点がある。

【図面の簡単な説明】

Ｍ１図は本発明による超音波測定装置の構成例、第２図
は第１図の装置に用℃・られる電気回路、第３図、第４
図、第５図、第６図及び第７図は本発明による装置の実
験結果を示す図である。 １０；容器、　　　　Ｉ２；液体、　　　　　　　　２
２１３；底部、　　　　Ｉ６；トランスデユーサ、２４
：帰還増幅器 特許出願人 東京電気化学工業株式会社 戸　　　　１）　　　耕　　　　司 特許出願代理人 弁理士　　　　山　　本　　恵　　− 第５図 智　　　圧　（Ｐａ） 第６図 第７図 Ｓ５（Ｋｇ／ｃｍ’）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体を収容し、底部に音波反射手段を有する容器
   と、圧電体の表面に１対の離間配置されるすだれ状電極
   を有し、前記容器内に底部と対向して配置されるトラン
   スデユーサと、一方のすゲれ状電極の電気出力を増幅し
   て他方のすだれ状電極に帰還する帰還手段とからなる発
   振回路を具備し、該回路の発振周波数を測定する周波数
   測定手段により音波が容器の底部で反射して両すだれ状
   電極の間を伝播する時間を前記周波数の変化により測定
   することを特徴とする超音波測定装置。
2. （２）前記容器の底部が剛体で、液体中の音波の伝播速
   度を周波数測定手段により測定することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の超音波測定装置。
3. （３）前記容器の底部が音圧に感動するダイヤフラムで
   構成され、前記周波数測定手段によりダイヤフラムに印
   加される音圧な測定することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の超音波測定装置。
4. （４）液体を収容する容器と、圧電体の表面にすだれ状
   電極を有し、前記容器内に対向して配置される１対のト
   ランスデユーサと、一方のトランスデユーサの電気出力
   を増幅して他方のトランスデユーサに帰還する帰還手段
   とからなる発振回路を具備し、該回路の発振周波数を測
   定する周波数測定手段により音波が両トランスデユーサ
   の間を伝播する時間を前記周波数の変化により測定する
   ことを特徴とする超音波測定装置。