JPS584075A - 超音波流量計用圧電変換器 - Google Patents
超音波流量計用圧電変換器Info
- Publication number
- JPS584075A JPS584075A JP56101828A JP10182881A JPS584075A JP S584075 A JPS584075 A JP S584075A JP 56101828 A JP56101828 A JP 56101828A JP 10182881 A JP10182881 A JP 10182881A JP S584075 A JPS584075 A JP S584075A
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- Japan
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- ultrasonic
- piezoelectric transducer
- liquid
- interdigital
- piezoelectric
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は管又は容器内を一方から他方へ流れている液体
に超音波を放射ないし受波して液体の速度、量などを測
定するのに用いられる圧電変換器に関するものである。
に超音波を放射ないし受波して液体の速度、量などを測
定するのに用いられる圧電変換器に関するものである。
超音波流量計において、液体の温度変化等による測定誤
差を少なくするため、管又は容器の上壁面に取付けた圧
電変換器より超音波を所要の角度で科目に放射し、その
超音波放射力向に対応して下壁面に取付けた圧電変換器
により液中を進行してくる超音波を受信するよう構成さ
れているか、従来は前記圧電変換器として厚み揚動又は
縦振動を呈する超音波振動子を使用するために、かかる
蛋動子からの超音波を科目に放射ないし受波させる斜面
をもった「くさび」を併用しなければならない欠点があ
った。更にまたこのような超音波上動子はポアソン比の
関係で厚み又は縦振動と同時に径振動又は横振動を生じ
、この不要振動が管又は容器の壁面を伝達して受波用振
動子に受信され、液中を伝播する正規の超音波に対して
ノイズとなり、Ｓ／Ｎ比を悪（していた。
差を少なくするため、管又は容器の上壁面に取付けた圧
電変換器より超音波を所要の角度で科目に放射し、その
超音波放射力向に対応して下壁面に取付けた圧電変換器
により液中を進行してくる超音波を受信するよう構成さ
れているか、従来は前記圧電変換器として厚み揚動又は
縦振動を呈する超音波振動子を使用するために、かかる
蛋動子からの超音波を科目に放射ないし受波させる斜面
をもった「くさび」を併用しなければならない欠点があ
った。更にまたこのような超音波上動子はポアソン比の
関係で厚み又は縦振動と同時に径振動又は横振動を生じ
、この不要振動が管又は容器の壁面を伝達して受波用振
動子に受信され、液中を伝播する正規の超音波に対して
ノイズとなり、Ｓ／Ｎ比を悪（していた。
本発明は測定すべき液体中に超音波を送出ないし受波す
る圧電変換器として従来の厚み又は縦撫動を呈する超音
波振動子に代えて弾性表面超音波素子を用いることによ
り上記問題点のない超音波流量計を提供せんとするもの
である。
る圧電変換器として従来の厚み又は縦撫動を呈する超音
波振動子に代えて弾性表面超音波素子を用いることによ
り上記問題点のない超音波流量計を提供せんとするもの
である。
一般に弾性表面超音波素子は第１図Ａに示したように、
チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウムなどより方形
に製作した圧電基板ｌの表面に、すだれ状電極２を蒸着
等によって形成した構造からなり、すだわ状電極２に所
要周波数の駆動信号を印加すると、電極２の両側から圧
電基板１の表面を伝播する弾性表面波３を生起するもの
である。
チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウムなどより方形
に製作した圧電基板ｌの表面に、すだれ状電極２を蒸着
等によって形成した構造からなり、すだわ状電極２に所
要周波数の駆動信号を印加すると、電極２の両側から圧
電基板１の表面を伝播する弾性表面波３を生起するもの
である。
又、このような弾性表面超音波素子を第２図のように水
などの液体Ｗ中に設けて、すだれ状電極２に駆動信号を
印加した場合、上記弾性表面波３が縦波３ａに変換され
、超音波となって圧電基板ｌの水平線に対して科目に液
Ｗ中を進行する。この超音波３ａの放射角度θは、θ−
ｃｏｉ；’（Ｖｃ／ｆ −ｄ ）式で表わされる。式中
、Ｖｃは液体中での音速、ｆは表面波中心周波数、ｄは
電極周期である。
などの液体Ｗ中に設けて、すだれ状電極２に駆動信号を
印加した場合、上記弾性表面波３が縦波３ａに変換され
、超音波となって圧電基板ｌの水平線に対して科目に液
Ｗ中を進行する。この超音波３ａの放射角度θは、θ−
ｃｏｉ；’（Ｖｃ／ｆ −ｄ ）式で表わされる。式中
、Ｖｃは液体中での音速、ｆは表面波中心周波数、ｄは
電極周期である。
尚、上記表面波素子はすだれ状電極２が複数対の平行直
線状導体より構成されているため電極の両側から二方向
の超音波が放射されるが。
線状導体より構成されているため電極の両側から二方向
の超音波が放射されるが。
第１図Ｂに示したように複数対の平行円弧状導体よりす
だれ状電極２′を構成した場合は、一方向のみに超音波
３′を放射するが可能である。更に表面波素子は上述し
た送波機能を有するが。
だれ状電極２′を構成した場合は、一方向のみに超音波
３′を放射するが可能である。更に表面波素子は上述し
た送波機能を有するが。
同時に放射された超音波を受信する受波機能を有するこ
とは云うまでもない。
とは云うまでもない。
本発明は畝上から１弾性表面超音波素子を液体と接する
ように設ければ、従来のような「（さび」を使用せずと
も超音波を科目に放射ないし受波するという知見を得て
なされたもので。
ように設ければ、従来のような「（さび」を使用せずと
も超音波を科目に放射ないし受波するという知見を得て
なされたもので。
以下本発明を図面環基づいて説明する。
第３図は本発明の一実施例に係る圧電変換器を示し、１
１は先に第１図Ｂにおいて説明したものと同一構造を有
する弾性゛表面超音波素子。
１は先に第１図Ｂにおいて説明したものと同一構造を有
する弾性゛表面超音波素子。
１２は有底筒状をなすホルダーで、閉端部外面に前記表
面超音波素子１１を、その基板１表面に形成したすだれ
状電極２′を外向きにして載置し、接着剤などによって
貼着する。また同ホルダー１２の開端部の口縁には液送
管又は液送容器に取付は得るべき７ランジ１２ａが拡開
されている。１３は前記ホルダー１２の閉端部に。
面超音波素子１１を、その基板１表面に形成したすだれ
状電極２′を外向きにして載置し、接着剤などによって
貼着する。また同ホルダー１２の開端部の口縁には液送
管又は液送容器に取付は得るべき７ランジ１２ａが拡開
されている。１３は前記ホルダー１２の閉端部に。
電気絶縁的に植設された一対の端子で１表面超音波素子
１１のすだれ状電極２に各々金属線Ｕ５− 揚器からの駆動信号を電極２′間に供する入力端子を司
り、また受波器として使用されるときは超音波の受信に
より電極２′間に生起される電気信号を外部の測定回路
装置に供する出力端子を司る。１５は前記超音波素子１
１の外面及び端子１３の露出部分並びに金属細線１４を
電気絶縁的、防水的に被覆した保護層で、すだれ状電極
２′による超音波の放射ないし受信を妨げないよう液体
の音響インピーダンスと略等しい材料からなる。
１１のすだれ状電極２に各々金属線Ｕ５− 揚器からの駆動信号を電極２′間に供する入力端子を司
り、また受波器として使用されるときは超音波の受信に
より電極２′間に生起される電気信号を外部の測定回路
装置に供する出力端子を司る。１５は前記超音波素子１
１の外面及び端子１３の露出部分並びに金属細線１４を
電気絶縁的、防水的に被覆した保護層で、すだれ状電極
２′による超音波の放射ないし受信を妨げないよう液体
の音響インピーダンスと略等しい材料からなる。
第４図は上記第３図の構成にかかる圧電変換器を２つ用
意し、１つを送波器Ｐ１として液体Ｗを矢印方向に１送
する管Ｃ又は容器の上壁面に設けた開口部Ｓ１にてホル
ダー１２のＭ端面番と貼着した超音波素子１１が液体Ｗ
と接するよう挿入しホルダーのフランジ１２ａにおいて
１例えばネジ等の結合手段によって液密的に取付はン更
に他の１つを受波器Ｐ２とし、管Ｃ又は容器の下壁面に
て前記送波器Ｐ１の超音波放射方向に対応する科目位置
に設けた開口部Ｓ２に、上記と同６− 手法により取付けた態様を示す。
意し、１つを送波器Ｐ１として液体Ｗを矢印方向に１送
する管Ｃ又は容器の上壁面に設けた開口部Ｓ１にてホル
ダー１２のＭ端面番と貼着した超音波素子１１が液体Ｗ
と接するよう挿入しホルダーのフランジ１２ａにおいて
１例えばネジ等の結合手段によって液密的に取付はン更
に他の１つを受波器Ｐ２とし、管Ｃ又は容器の下壁面に
て前記送波器Ｐ１の超音波放射方向に対応する科目位置
に設けた開口部Ｓ２に、上記と同６− 手法により取付けた態様を示す。
第４図において、送波器Ｐ１の端子１３に高周波発振器
Ｏを、受波ｔｉｌｔの端子１３に測定回路装置Ｍを各々
接続し１発振器Ｏにより所要周波数の駆動信号を超音波
素子１１のすだれ状電極２′に印加すると表面弾性波が
縦波３ａに変換され、超音波となって所要の放射角度θ
で放射され、液体Ｗ中を斜めに横切るように進行して受
波器Ｐ、に達し、受波器Ｐ２により受信された超音波は
超音波素子１１のすだれ状電極２′によって電気信号に
変換され、端子１３を通して測定回路装置Ｍに供され、
超音波伝送時間あるいは周波数の位相差（ドツプラー周
波数）から液体の速度、量などを測定することができる
。
Ｏを、受波ｔｉｌｔの端子１３に測定回路装置Ｍを各々
接続し１発振器Ｏにより所要周波数の駆動信号を超音波
素子１１のすだれ状電極２′に印加すると表面弾性波が
縦波３ａに変換され、超音波となって所要の放射角度θ
で放射され、液体Ｗ中を斜めに横切るように進行して受
波器Ｐ、に達し、受波器Ｐ２により受信された超音波は
超音波素子１１のすだれ状電極２′によって電気信号に
変換され、端子１３を通して測定回路装置Ｍに供され、
超音波伝送時間あるいは周波数の位相差（ドツプラー周
波数）から液体の速度、量などを測定することができる
。
次に第５図は本発明の他の実施例に係る圧電変換器を示
し１弾性表面超音波素子２１として１枚の矩形状圧電基
板１の表面に、複数対の平行円弧状導体からなる２つの
すだれ状電極２′ａ。
し１弾性表面超音波素子２１として１枚の矩形状圧電基
板１の表面に、複数対の平行円弧状導体からなる２つの
すだれ状電極２′ａ。
２’ｂを一定距離を隔てて形成したものを用い。
これを入出力端子１３ａ、１３ｂを貫設したホルダー１
２の閉端部外面に貼着し、前記一方のすだれ状ｔ１１極
２′ａを送波用として入力端子１３ａに金緘細線１４ｍ
を介して接続し、他方のすだれ状電極２’ｂを受波用と
して出力端子１３ｂに金属細線１４ｂを介して接続した
後１表面超音波素子２１の外面に保護層１５を被覆した
ものである。
２の閉端部外面に貼着し、前記一方のすだれ状ｔ１１極
２′ａを送波用として入力端子１３ａに金緘細線１４ｍ
を介して接続し、他方のすだれ状電極２’ｂを受波用と
して出力端子１３ｂに金属細線１４ｂを介して接続した
後１表面超音波素子２１の外面に保護層１５を被覆した
ものである。
更に第６図も本発明の他の実施例に係る圧電変換器を示
し１弾性表面超音波素子３１として１枚の矩形状圧電基
板１０表面に、中央部にて複数対の平行直線状導体から
なる１つのすだれ状電極２を１両側にて複数対の平行円
弧状導体からなる２つのすだれ状電極ｌ１ｌＢ 、 ｉ
２′ｂをそれぞれ一定距離を隔てて形成したものを用い
、これを人出端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃを貫設したホ
ルダー１３の閉端部外面に貼着し、前記中央のすだれ状
電極２を送波用として入力端子１３ａに金属細線１４ａ
を介して接続し１両側のすだれ状電極１２’ａ 、 １
２’ｂを受波用として出力端子１３ｂ、１３０に金属細
線１４ｂ、１４Ｃを介して接続した後、保護＃１１５を
被覆したものである。
し１弾性表面超音波素子３１として１枚の矩形状圧電基
板１０表面に、中央部にて複数対の平行直線状導体から
なる１つのすだれ状電極２を１両側にて複数対の平行円
弧状導体からなる２つのすだれ状電極ｌ１ｌＢ 、 ｉ
２′ｂをそれぞれ一定距離を隔てて形成したものを用い
、これを人出端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃを貫設したホ
ルダー１３の閉端部外面に貼着し、前記中央のすだれ状
電極２を送波用として入力端子１３ａに金属細線１４ａ
を介して接続し１両側のすだれ状電極１２’ａ 、 １
２’ｂを受波用として出力端子１３ｂ、１３０に金属細
線１４ｂ、１４Ｃを介して接続した後、保護＃１１５を
被覆したものである。
而して上記第５図及び第６図の実施例による圧電変換器
は第７図及び第８図に示されるように液体Ｗを搬送する
管Ｃ又は容器の上壁面に設けた開口部Ｓ１に１表面超音
波素子２１及び３１が液体Ｗと接するように取付けられ
、かつ該超音波素子の下方に反射板Ｒを液体中に浸漬し
て配置されるが、この反射板Ｒは管又は容器の底面を利
用すわば省略し得る。
は第７図及び第８図に示されるように液体Ｗを搬送する
管Ｃ又は容器の上壁面に設けた開口部Ｓ１に１表面超音
波素子２１及び３１が液体Ｗと接するように取付けられ
、かつ該超音波素子の下方に反射板Ｒを液体中に浸漬し
て配置されるが、この反射板Ｒは管又は容器の底面を利
用すわば省略し得る。
上記第７図において１表面超音波素子２１の送波用すだ
れ状電極２′ａから一方向に所要角度で科目下方に放射
された超音波は反射板Ｒに当って反射の法則により科目
上方に屈折され受波用すだれ状電極２’ｂに受信され、
液体の速度。
れ状電極２′ａから一方向に所要角度で科目下方に放射
された超音波は反射板Ｒに当って反射の法則により科目
上方に屈折され受波用すだれ状電極２’ｂに受信され、
液体の速度。
量などを測定することができる。
更に第８図においては１表面超音波素子３１の送波用す
だれ状電極２から二方向に科目下方に放射された超音波
はそれぞれ反射板Ｒにより科目上方に屈折され、二つの
受波用すだれ状電９− 極２１Ｂ 、 ２１ｂに受信され、液体Ｗの流れと順方
向の超音波伝送時間と逆方向の超音波伝送時間を求め、
これらの時間関係から液体の速度、量などを測定するこ
とができる。
だれ状電極２から二方向に科目下方に放射された超音波
はそれぞれ反射板Ｒにより科目上方に屈折され、二つの
受波用すだれ状電９− 極２１Ｂ 、 ２１ｂに受信され、液体Ｗの流れと順方
向の超音波伝送時間と逆方向の超音波伝送時間を求め、
これらの時間関係から液体の速度、量などを測定するこ
とができる。
上記二つの実施例は１個の圧電変換器に送波と受波の両
機能を具備するため、先の第３．４図に示した実施例に
比べて圧電変換器の取付箇所が一ケ所で済む利点がある
。
機能を具備するため、先の第３．４図に示した実施例に
比べて圧電変換器の取付箇所が一ケ所で済む利点がある
。
以上述べた通り６弾性表面超音波素子を具備した本発明
の圧電変換器は、一方から他方へ搬送されている液体と
接する如く設けることによって超音波を所要の角度で科
目に放射ないし受波し得るため、従来必須であった「（
さび」を省略し構成を単純化する利点がある。更に本発
明に用いる表面起音波撮動子は従来の厚み振動改善し得
る効果がある。
の圧電変換器は、一方から他方へ搬送されている液体と
接する如く設けることによって超音波を所要の角度で科
目に放射ないし受波し得るため、従来必須であった「（
さび」を省略し構成を単純化する利点がある。更に本発
明に用いる表面起音波撮動子は従来の厚み振動改善し得
る効果がある。
１１１図Ａ、Ｂは二種類の弾性表面超音波素子を１０−
示す表面図である。第２図は第１図Ａの表面超音波素子
を液中に設けた状態を示す図である。 第３図は本発明の一実施例に係る圧電変換器でＡは保護
層１５を除去した平面図、ＢはＡ図イーイ線に沿う側断
面図である。第４図は第３図に示す圧電変換器を超音波
流量計用送受波器として管又は容器の壁面に取付けた態
様を示す図である。第５図及び第６図はそれぞれ本発明
の他の実施例を示し、Ａは保護層１５を除去し゛た平面
図、ＢはＡ図のローロ線及びハーバ線に沿う側断面図、
第７図及び第８図はそれぞれ前記第５．６図に示す圧電
変換器を超音波流量計用送受波器として取付けた態様を
示す図である。 １１．２１．３１・・・・・・弾性表面超音波素子１・
・・・・・正画基板、２．２’−・・・・・すだれ状電
極Ｗ・・・・・・液体、Ｃ・・・・・・管又は容器１１
− ￥６図入 ￥６図Ｂ １ぐ
を液中に設けた状態を示す図である。 第３図は本発明の一実施例に係る圧電変換器でＡは保護
層１５を除去した平面図、ＢはＡ図イーイ線に沿う側断
面図である。第４図は第３図に示す圧電変換器を超音波
流量計用送受波器として管又は容器の壁面に取付けた態
様を示す図である。第５図及び第６図はそれぞれ本発明
の他の実施例を示し、Ａは保護層１５を除去し゛た平面
図、ＢはＡ図のローロ線及びハーバ線に沿う側断面図、
第７図及び第８図はそれぞれ前記第５．６図に示す圧電
変換器を超音波流量計用送受波器として取付けた態様を
示す図である。 １１．２１．３１・・・・・・弾性表面超音波素子１・
・・・・・正画基板、２．２’−・・・・・すだれ状電
極Ｗ・・・・・・液体、Ｃ・・・・・・管又は容器１１
− ￥６図入 ￥６図Ｂ １ぐ
Claims (4)
- （１）管又は容器内を一方から他方へ流れている液体中
に超音波を放射ないし受波して前記液体の速度、量等を
測定するための圧電変換器であって、圧電基板の表面に
すだれ状電極を形成してなる弾性表面超音波素子を用い
、これを管又は容器内の液体と接する如（設けられるこ
とを特徴とする超音波流量計用圧電変換器。 - （２）弾性表面超音波素子が、圧電基板の表面に１つの
すだれ状電極を形成したものからなり。 これにより送波器と受渡器とに別々に構成することを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の圧電変換器。 - （３）弾性表面超音波素子が、圧電基板の表面に２つの
すだれ状電極を一定の距離を隔てて形成したものからな
り、１つのすだれ状電極を送波用として、他の１つのす
だれ状電極を受波用として構成することを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の圧電変換器。 - （４）弾性表面超音波素子が、圧電基板の表面に３つの
すだれ状電極を各々一定の距離を隔てて形成したものか
らなり、中央のすだれ状電極を送波用として１両側のす
だれ状電極を受渡用として構成することを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の圧電変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56101828A JPS584075A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 超音波流量計用圧電変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56101828A JPS584075A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 超音波流量計用圧電変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS584075A true JPS584075A (ja) | 1983-01-11 |
| JPH0350207B2 JPH0350207B2 (ja) | 1991-08-01 |
Family
ID=14310956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56101828A Granted JPS584075A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 超音波流量計用圧電変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS584075A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60203819A (ja) * | 1984-03-29 | 1985-10-15 | Koji Toda | 液体流速測定装置 |
| JPS62811A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-06 | Yazaki Corp | 超音波流量計 |
| JP2001074760A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Koji Toda | 超音波ドップラー流速計 |
| JP2001304929A (ja) * | 2000-04-21 | 2001-10-31 | Koji Toda | 超音波液体流速センサ |
| JPWO2005083370A1 (ja) * | 2004-02-26 | 2007-11-22 | 富士電機システムズ株式会社 | 超音波流量計および超音波流量測定方法 |
| JP2010276523A (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Denso Corp | 超音波流量計 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS56157861A (en) * | 1980-05-09 | 1981-12-05 | Tdk Corp | Measuring system for velocity of flow of fluid |
-
1981
- 1981-06-30 JP JP56101828A patent/JPS584075A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56157861A (en) * | 1980-05-09 | 1981-12-05 | Tdk Corp | Measuring system for velocity of flow of fluid |
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| JPH0349373B2 (ja) * | 1985-06-27 | 1991-07-29 | Yazaki Corp | |
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| JP4640627B2 (ja) * | 1999-09-06 | 2011-03-02 | 耕司 戸田 | 超音波ドップラー流速計 |
| JP2001304929A (ja) * | 2000-04-21 | 2001-10-31 | Koji Toda | 超音波液体流速センサ |
| JP4591858B2 (ja) * | 2000-04-21 | 2010-12-01 | 耕司 戸田 | 超音波液体流速センサ |
| JPWO2005083370A1 (ja) * | 2004-02-26 | 2007-11-22 | 富士電機システムズ株式会社 | 超音波流量計および超音波流量測定方法 |
| JP4544247B2 (ja) * | 2004-02-26 | 2010-09-15 | 富士電機システムズ株式会社 | 超音波流量計および超音波流量測定方法 |
| JP2010276523A (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Denso Corp | 超音波流量計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0350207B2 (ja) | 1991-08-01 |
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