JPS59160752A - ガス検出方法 - Google Patents

ガス検出方法

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Publication number
JPS59160752A
JPS59160752A JP3620683A JP3620683A JPS59160752A JP S59160752 A JPS59160752 A JP S59160752A JP 3620683 A JP3620683 A JP 3620683A JP 3620683 A JP3620683 A JP 3620683A JP S59160752 A JPS59160752 A JP S59160752A
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JP
Japan
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gas
sound
resonance
oscillator
interference body
Prior art date
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Pending
Application number
JP3620683A
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English (en)
Inventor
Koichi Oda
小田 紘一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FUIGARO GIKEN KK
Figaro Engineering Inc
Original Assignee
FUIGARO GIKEN KK
Figaro Engineering Inc
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Publication date
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Publication of JPS59160752A publication Critical patent/JPS59160752A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/036Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

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】 この発明は音波全利用したガス検出方法に関し、サラに
詳細にはへルムホルツ型の共鳴容器と音の干渉体とによ
り生ずるアンチレゾナンス現象全利用したガス検出方法
に関する。
この明細書においてζアンチレゾナンスとは音の干渉体
の位置あるいは発振体の発振周波−数により、発振体の
振動がほとんど完全に停止し、共鳴容器での音の発生が
ほぼ完全に停止する現象ケ言う。
音速がガスによって変化し、また音響現象に関係する物
性、例えば気体の粘性、がガスにより変化することは古
くから知られている。
本発明者らは、音響現象によるガスの検出について検討
を燥り返した結果、次のような現象を発見した。
ヘルムホルツ型の共鳴容器に発振体を収容し、一定の周
波数で発振させる。次に共鳴容器の放音孔に金属板等の
音の干渉体を対向させて設けると、特定の位置で発振体
の発振が完全に停止し、音が発生しなくなる。また逆に
音の干渉体と放音孔との間隔を一足にし発振体の発振周
波数を変えると、特定の周波数で発振が完全に停止し音
が発生しなくなる。この現象をアンチレゾナンスと呼ぶ
ことにすると、アンチレゾナンスが生ずる範囲は極めて
狭く、また一定の発振周波数に対してはアンチレゾナン
スが生ずる干渉体の位置は一ケ所しカナいO アンチレゾナンス状態に保った系に微量のガスを接触さ
せると、アンチレゾナンス現象が消失し、発振体に再び
発振し音が発生する。そしてこの現象は微量のガスに対
して極めて鋭敏に生じ、ガスる音量は高濃度のガス中で
飽和し、H2やイソブタンガスρ場合数容量%程度の濃
度で飽和する。
清浄大気中でアンチレゾナンス状態に保った系に微量の
ガスを接触させると、アンチレゾナンス現象が消え、音
が発生する。し力・しこのことはガス中ではアンチレゾ
ナンスが生じないということを意味するのではなく、ア
ンチレゾナンスが生ずる条件が変化したCと勿意味する
。発振周波数を一定に保った系の場合、アンチレゾナン
スが生ずるための干渉体と放音孔との距離は、H2のよ
うな低分子量のガスでは増大し、イソブタンのような高
分子量のガスでは減少する。また干渉体と放音孔との距
離を一定に保つと、アンチレゾナンスが生ずるための周
波数は、山のような低分子量のガスにエリ増大し、イソ
ブタンのような高分子量のガスに、l:り増大する。
アンチレゾナンスが生ずる原因を本発明者らは以下のよ
うに推測した。すなわち発振体力・らの進行波と干渉体
からの反射波が干渉し、音の定在波が存在し得なくなり
発振体の振動が停止するのであろう。lたアンチレゾナ
ンス条件がガスに依存する理由は、ガスによる音速等の
変化によると思われる。
この発明は、アンチレゾナンス現象を用いたガス検出方
法の提供を目的とする。
この発明のガス検出方法では、ヘルムホルツ型の共鳴容
器に発振体全収容して発振させ、音の干渉体を共鳴容器
の放音孔に対向して設けて、ガスによるアンチレゾナン
ス条件の変化からガスを検出する。
ガスによるアンチレゾナンス条件の変化を検出する具体
的方法としては、発振体の発振周波数および音の干渉体
の位置を一定とし、ガスに、l:v)アンチレゾナンス
が生じ、あるいは消えること全検出するのが最も好まし
い。しかし発振周波数全変化させて、アンチレゾナンス
が生ずる周波数の変化〃Sらガス全検出することもでき
る。また発振周波数を一定とし、アンチレゾナンスが生
ずるための干渉体の位置の変化からガスを検出しても良
い。
以下にこの発明の各実施例全空気中のガス全検出する場
合にλいて説明する。なお周囲温度や湿度の影響全避け
るため、測定は24°Cで湿度65%の雰囲気中で行っ
た。またこの条件下での音速は、空気中で344 m/
s 、 H2中で1310rrI/s 、 CH4中で
447171./S 、C02中で268m/sである
第1゛凶に実施例に用I/″また装置の構造を示す。図
において(2)は共1搗周波数約4.7kHzノへルム
ホルツ型のプラスチック製共鳴容器で、直径5mm 肉
厚1rmmの放音孔(4)ヲ何している。共鳴容器(2
)に発振周波数4.7 kHzの発振体(6)ヲ取り付
ける。この発振体(6)は、金属板(8)にチタン酸バ
リウム系の圧電セラミック板σOk積層した圧電型のも
ので全電柱、主電極、帰還電極の3電極を設けた自励振
型に属し、発振体(6)自身により発振周波数が定まる
ものである。発振体(6)の共鳴容器(2)への取り付
けはノード支持とし、ノードの直径f 20mmとし、
放音孔(4)の下端面(す、下図での上下を基準として
上下を示す。)と発振体(6)との間隔、k 2mmと
する。なおここでは自励振型の発振体(6)ヲ用いたが
、発振周波数が可変で発振回路により発振周波数が定ま
るようにした他励振型のものを用いても良いことは言う
までもない。
放音孔(4)の上端面刀・ら約3.5mmの[ml隔を
置いて音の干渉体@を設ける。干渉体1.1急は直径2
0mmの金属板で、清浄大気中ではこの位置でのみ鋭い
アンチレゾナンスが生ずる。干渉体αつの位置にエリア
ンチレゾナンスの程度が著しく変化するので、干渉体@
の取り付は位置はできる限り厳密に制両する。また干渉
体(2)の取り付は位置を、空側中で最も鋭くアンチレ
ゾナンスが生ずる位置からやや変化させると、ガスへの
識別性が得られる。
なお干渉体@としては、放音孔(4)力・らの音波ケ反
射してアンチレゾナンスを生じさせるものであれば良く
、例えば直径10mmの金属板や直径10m mのプラ
スチック球でも同様のアンチレゾナンスを生じさせるこ
とができる。
共鳴容器(2)および干渉体@全、装置全体のケース(
14)に収容する。この実施例ではケース(14)と干
渉体(121と盆別個に設けたが、両者を一体化し、ケ
ース圓→の上UkI−i干渉体として用いても良い。そ
の場合ケースυ4)に、放音孔(4)と直接対向しなり
位置で開口を設け、音とガスとがケースα4)f出入り
できるようにする。
発振体(6)から下方への音波が、共鳴容器(2)の底
面やケースQ4)の底面等で反射され、発振体(6)へ
戻ると、アンチレゾナンスが生じなくなる。ここでは共
鳴容器(2)の底部を極〈薄くしているので、グー10
勺の底部を発泡ポリウレタン等の厚さ2mm1J、ll
j音体層OQで覆い、ケース1局の底部と共鳴容器(2
)Iffiの音の干渉を防止する。吸音体層t16) 
k欠くとケース圓と共鳴容器(2)間の間隔を極めて大
きく、例えばこの実施例では40mm以上にしないと、
アンチレゾナンスが生じなくなる。そしてこの場合干渉
体@の位置ヲいかに変えてもアンチレゾナンスは生じな
いので、吸音体層oQは実用上重要である。
発振体(6)の発振周波数は結露やほこり等の付着によ
り変化するので、適当なフィルターによりこれらを除く
ようにする。ここではンリカゲルフィルター(18) 
”vケースα荀内に取9付け、発振体(6)への結露全
防止する。
第2図にエミッタ接地形のハートレー発振回路を用いた
検出回路例を示す。この回路は、発振体(6)の主電極
−、および全電極(4)文壇幅用トランジスタ(至)の
コレクタ・エミッタ間と並列に接続し、発振体(6)の
帰還電極H>’e増幅用トランジスタ■のベースに伏続
して4.7 kHz で発振させるようにしたものであ
る。そしてコンデンサ(ハ)にX、V回路電流の直流成
分を除き、検出抵抗−の両端間電圧力・ら、発振体(6
)の発振状況?検出できるようにしている。なお他励振
型の発振体を用いる場合には、水晶発振子等を用いて、
検出回路全発振させるようにする。さらに発振周波数を
変化させて検出を行う場合、発振周波数の掃引回路金片
いて弁疑周波数全変化させ、アンチレゾナンスにより発
振が停止する周波数から検出を行うようにする。
次に第1図および第2図の実姫例を用いた検出結果につ
いて説明する。ここで発振体(6)の発振状況は、共鳴
容器(2)の前方1mの点での音圧によって示す。この
場合の音圧はアンチレゾナンス点から完全にずれた点で
90dBである。
干渉体@と放音孔(4)との距離を、空気中でアンチレ
ゾナンスが最も鋭く生ずる距離とする。ガスがない場合
、発振は完全に停止し、検出抵抗端には電圧が全く印加
されない。そして共鳴容器(2)からの音圧は周囲の騒
音レベル(約30clB)以下で検出できない。
ここでガスが発生すると、発振体(6)は発振し、音が
生ずる。この音自身によってガスの発生が報知され、音
圧はガス濃度と度に増大する。また検出抵抗には発振周
波数(47にΩ)の周波数の電流が流れる。ガス濃度と
音圧との関係を第4図に示す。この場合、音圧(ガスへ
の感度)は空気とガスとの分子量の差によってほぼ定ま
り、分子量の差の大きなガス程凋い音圧が得られ、CO
のように空気と分子量がほぼ等しAガスでは感度はほと
んど得られない。
次に干渉体@の位置をアンチレゾナンスが最も鋭く生ず
る位置からややずらせ(約0.03mm程度)、空気中
で40dBO音圧が得られるようにした際の結果を第5
図に示す。図の実線は干渉体(2)と放音孔(4)との
間隔を小さくした場合の結果を。
破線は逆に大キくシた際の結果を示す。
ガスがない場合でも40dB程度の音が発生するが、通
常の居住室間では周囲騒音自体が40dB程度の音圧全
持つので、この音は居住者にはほとんど聞乞えない。
ところで本発明者らの実験によると、アンチレゾナンス
が生ずるための干渉体(2)と放音孔(4)との間隔は
水素のような低分子量のガスでは増し、イソブタンのよ
うな高分子量のガスでは減少する。
ここで図の実線のように干渉体Q4ヲ放音孔(4)にや
や近すけておくと、微量の水素によっても発振体(6)
は激しく鳴動し高い音圧が得られる。これに対してイソ
ブタン等のガスでは、−g音圧が低下しアンチレゾナン
スが鋭く生じた後に音圧が増大する。また図の破線の場
合、逆の結果が得られる。
このような検出方法には2つの利点がある。H2のよう
な低分子量のガスとイソブタンのような高分子量のガス
とを分離して検出する場合、検出対場合、低濃度領域で
の感度を低め必要な濃度で音圧を急に増すことができる
干渉体q2の位@をアンチレゾナンス点からさらにずら
し、を気中では通常の発振が生じ、被検ガス中ではアン
チレゾナンスが生ずるエラにしても良い。この場合には
干渉体Q4と放音孔(4)との間隔を減らすと、イソブ
タン等の分子量の大きなガスに対してのみ感度が得られ
、間隔を増すとH2等の分子量の小さなガスに対しての
み感度が得られる。
なおここで本発明者のアンチレゾナンスについての他の
知見を説明する。
第3図は、8.0 kHzで発振する発振体<6)kそ
のノ聞波数で共鳴するヘルムホルツ型の共鳴容器(4)
に取り付け、放音孔(5)にプラスチックの円筒状パイ
プC功を取り付けた例全示すものである。またここでは
共鳴容器(6)の底部を厚くし、吸音体層U〜をその内
部に設けている。このようなものでも先の実施例と同様
の検出ができ、ヘルムホルツ型の共鳴容器(2〕には、
アンチレゾナンスを生じさせ得る範囲で種々の変形が可
能なことがわかる。この場合、空気中でアンチレゾナン
スが生じるための干渉仏画とバイブロ2の先端部との間
隔は、バイブロ斧の内径k 13mm、長さf 108
mmとすると約1.’5mnとなり、内径f 29mm
 、長さに71mmとすると26mmとなった。また原
因は不明でおるが、パイプの長さ全一波長(115mm
)さらに伸ばすとアンチレゾナンスを生ずる干渉体fi
bの位置が発見できなかった。
本発明者は、干渉体(6)を用いずにヘルムホルツ型の
共鳴容器(2)の共鳴条件の変化からガス検出すること
全試みた。し刀・し容器(2〕の形状全種々変形しても
、発振体(6)の発振状況全ガスにより変化させること
はできなかった。これはへルムホルソ型の共鳴容器(2
)の共鳴条件が緩や力・なため、ガスによる媒質の変化
の影響が小さいためと思われる。
また本発明者は干渉体q2の位置音度え、干渉体(2)
と共鳴容器(2)間で共111 ffi生じさせること
全試みたが、失敗した。
なおここでは空気中のガスの検出を例として実施例を説
明したが、逆にH2中の酸系の検出等をも同様にして行
うことができる。
以上に説明したように、この発明はへルムホルツ型の共
鳴容器と音の干渉体とによるアンチレゾナンス全利用し
た新たなガス検出方法を提供するものである。またこの
発明では検出に用いる音自体を報知手段に利用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例に用いた検出装置の断面図、第2図はそ
の回路図、第3図は変形例の装置の要部断面図である。 第4図お工゛び第5図実施例での検出結果を示す特性図
である。   ′煉(2)、(!2);ヘルムホルツ型
の共Qk 容R1(4) 、 (遇);放音孔、  (
6) 、 (j):発振体・U弔;ケース、    u
!+Qら;吸音体層、q;検出抵抗。 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  へルムホルツ型の共鳴容器に発振体を収容し
    て発振させ、 音の干渉体全共鳴容器の放音孔に対向1.で設け、 ガスによるアンチレゾナンス条件の変化から、ガスを検
    出するガス検出方法。
JP3620683A 1983-03-04 1983-03-04 ガス検出方法 Pending JPS59160752A (ja)

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JP3620683A JPS59160752A (ja) 1983-03-04 1983-03-04 ガス検出方法

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JP3620683A JPS59160752A (ja) 1983-03-04 1983-03-04 ガス検出方法

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JP (1) JPS59160752A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0658765A1 (de) * 1993-12-13 1995-06-21 Lenhardt Maschinenbau GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Zeitpunktes, zu welchem Luft aus einer Isolierglasscheibe durch ein von Luft verschiedenes Gas verdrängt ist
CN105823547A (zh) * 2016-03-15 2016-08-03 浙江海洋学院 丝杠平移式水声探测仪器

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