JPS5947259B2 - 懸濁液に対する音波探測方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は媒質の混入により懸濁する液体の懸濁度と懸濁
液中の被測定物までの距離を同時に測定表示可能にした
音波拵瀬リ方式に関するものである。

従来、この種方式としては、音響測深機を用い音波の送
信周波数を測定すべき懸濁液中に含まれる懸濁物質の粒
度の大きさ及び濃度に応じて適宜選定し、その音波通路
の音響エネルギーの透過損失の大きさ及び液中における
任意の既知の反射物体との反射強度との比較において懸
濁度の比軸唄１定及び対象物たる被測定物体に対する音
波輻射点からの音波往復の所要時間と該音波通路中の音
波伝播速度との関係により測距または測深を行つてぃた
。然しながら、上記方式では懸濁度が著しくない場合に
は、懸濁度の測定も、測距または測深も容易に、且つ、
正確に行われるが、懸濁度が著しい場合には、該液中を
伝播する音響エネルギーに対する吸収・散乱が甚だしい
ため、懸濁度の測定も、対象物に対する測距・測深もき
わめて困難で、殆んど不可能視されていｚこれに反し本
発明の目的は前記した従来の欠点を除去するため、音波
送・受波器の送・受波面に接して液体または固体の音波
の良導路を設け、これに接する濃厚懸濁液中に音波を輻
射し、その反射音波を受信器に受け該受波器に接続する
受信器及び表示器に導き、一方該良導路の端末に設けた
検反までの距離を基準として、上記懸濁液の先方に存在
する被測定物体までの距離を比較測定すると共に上記検
反の音波反射率を基準とし、上記懸濁液の濃度の比例す
る反射波の強さを上記受波器に受け、受信器及び表示器
に導き、同時に表示測定するようにしたものである。

以下本発明の一実施例を図面により詳細に説明する。第
１図は本発明方式の一実施例を示す説明図で、図におい
て１は電歪式または磁歪式の任意の音波または超音波の
送受波器で、支持具２を介して筒体３の底部３ａに取付
けられている。

勿論、送波器と受波器を別個に設け、送波と受波を夫々
単独に行わせてもよい。４は筒体３内に設けられた音波
の良導路で、材質として液体を用いる場合は、純度の高
い清水、海水、またはヒマシ油、流動パラフイン等が使
用に適する。

また個体を用いる場合は疵の無い金属、磁器等の非金属
またはプラスチツクの円形柱体または円筒体がよく、そ
の端末には比較的音響的に透明な材料よりなる反射率標
準を兼ねた測距の標尺５が取付けられ、５ａはその標尺
面、５ｂは標尺５の周囲に設けられた溝型レフレクター
兼ガス泡溜りで、その標尺５の上面には必要により音響
的透明材料よりなる音響レンズ６が取付けられる。音響
レンズの材質としては、通常有機ガラス、ガラス又はポ
リスチレンが使用される。そして、これらは筒体３の外
部に突出させた鍔Ｔにより外筒体８と防振材９を介して
防振的に保持されている。なお１旧よ送・受信器で、送
受波器１とはケーブル１１で、また表示器１３とはケー
ブル１２で接続されている。次に、その作用について述
べる。

先ず、ケーブル１１を通じて送られた送・受信器１０か
らの励振を受けて送・受波器１の送・受波面１ａから音
波を輻射する。

輻射された音波の音線１４は送・受波面１ａに接する音
波の良導路４の中を平面進行音波として直進し、音響レ
ンズ６がないときは、標尺５を通過し、懸濁液１５中に
入射し、一部は音線１４ａとして被測定物体１６に達し
、反射されて音線ＩＴとなり標尺５を逆方向に通過し、
音線１Ｔａとなつて送・受波面１ａに帰来する。なお、
測定上の必要により音線１４ａを特に拡散または収斂す
る必要があるときは、曲面が凸または凹の音響レンズ６
を標尺４の外面に設ける。また、送・受波面１ａから輻
射された音線１４．の一部は、標尺５の標尺面５ａに達
したとき、音波の良導路４との音響インピーダンス、即
ちρｃの相違により反射を受けて音線１４ｂとして帰来
し、送受波面１ａに達する。

従つて、送・受波面１ａと標尺面５ａとの距離 ′を予
め正確に測定しておけば、上記輻射音波がこの間を往復
する所要時間を測定し、別に送・受波面１ａと筒体３の
外方の懸濁液１５中に射出され、被測定物体１６によつ
て反射され帰来した音波（音線１７ａ）の往復所要時間
とを比較し、音波の良導路４の材質に固有の音波伝播速
度と懸濁液１５中の音波伝播速度との相違による修正を
施せば既知の標尺距離を基準として未知の反射物間の距
離を算定し得る。

実用的手段としては懸濁液１５中、既知の距離にサンプ
ル反射面１６ａを置き、送・受波面１ａと上記反射面１
６ａの間の音波往復所要時間を所謂、バーチエツク法で
測定し、これを基準として未知の被測定物体１６までの
音波往復所要時間とを比較すれば、懸濁液１５中の音波
伝播速度を測定するという複雑な手段を煩わすことなく
、懸濁液１５の濃度、温度、圧力等の種々の要素の変化
による定数の変化をすべて包含した結果的に正確な距離
測定値を容易に得ることができる。なお標尺５の周囲に
設けた溝型レフレクタ一５ｂは標尺面５ａからの音波の
反射を増強すると共に、音波の良導路４を液体とし、筒
体３を上向きに使用する場合に発生し易い有害気泡の逃
げ場所として供用するものである。濃厚懸濁液１５中に
入射された音波（音線１４ａ）の一部は該懸濁液に包含
散在する砂粒、陶土、ヘドロ等無機、有機の種々の微粒
子から散乱的に反射作用を受け、各部分から図示のよう
に無数の音線１Ｔｂとして再び標尺５または音響レンズ
６及び標尺５を経て良導路４を通過し、送・受波面１ａ
に帰来する。

この反射帰来音波の強度は時間と共に漸減する。そこで
、懸濁液１５が著しく濃厚でない場合には、上記輻射音
波（音線１４ａ）、反射音波（音線１Ｔｂ月博濁液１５
中を往復通過するに際し、著しい吸収・散乱を受けない
が、懸濁液１５が濃厚の場合には懸濁液１５中を往復す
るに当たり、著しい吸収・散乱作用にあい、透過損失が
大となり、主軸たる音線１４ａ及びその反射波である音
線ＩＴは弱められ、逆に上記反射音である音線１Ｔｂが
強度を増す。従つて帰来音波（音線１Ｔａ及び１Ｔｂ）
を受波器１で受け受信器１０を経て表示器１３に導いて
同時に表示させれば、両者の時間的経過及び反射波の強
度を測定することができる。

また、標尺５の標尺面５ａの反射率及びレフレクタ一５
ｂからの反射率を基準として懸濁液１５の反射強度を比
較測定することができるので、予め同種懸濁液の濃度と
反射強度との関係を実験的に求めておいたデータから懸
濁液の数値を得ることができる。従つて本発明を使用す
るに先立つて、表示器１３の表示面上の映像または画像
と音波発信線との間の尺度を予め測定し、該当値に比例
する目盛板を作製しておけば、送・受波面１ａと反射体
１６間の距離を示す実用的尺度として使用することがで
きる。なお、懸濁液１５の濃度或はガス包含または混在
する砂粒，ヘドロ，その他の夾雑物の混在率がカオリン
標準濃度で見掛け比重１．２ガンマ以下の場合には、従
来の通常の音響測深、測距法が利用できるが、見掛け比
重がガンマ１．３以上に大きく懸濁の甚だしい場合には
、従来の方法では懸濁液中を通過する音波の吸収，散乱
が甚しいために測定が困難である。従つて本発明では次
に述べる表示方法で所期の目的を達するようにしたもの
である。次に、第２図における表示器１３として、陰極
線ブラウン管を用いた場合の例を用い、上記の関係を具
体的に説明する。

図において２１はブラウン管映像膜面、２２は音波の送
・受波面１ａ（第１図参照）から音波が輻射された瞬間
、即ちＯ秒時における表示基準位置で、２２ａは発振強
度に比例する振幅を示す。

２３は音波の送・受波面１ａと標尺面５ａまでの音波の
往復時間に比例する映像位置で、即ち標準距離に該当し
、振幅２３ａはその反射の強さに比例する表示。

また、映像位置２４から２５に至る厚さは第１図におけ
る標尺５（音響レンズ６を使用する場合は音響レンズ６
）を通過し、懸濁液１５内を通過中の音波（音線１４ａ
）からの乱反射１７ｂの受信像で、その終端は音波の被
測定物体１６からの反射（音線１ｒの外端に該当）に至
つて収息する。即ち、音線１４，１４ａの主軸方向の軸
上における懸濁液１５の層の厚さに比例する映像位置、
但し２５は反射体１６の送・受波面１ａからの距離に比
例する映像位置、２５ａは反射体１６から反射された音
波（音線１７）の受波の強さを示す振幅、２６はバーチ
エツク法による較正方法を用い、ブラウン管膜面上に上
記とは別に表示した映像位置で、２６ａはその振幅を示
す。２７は音波の送・受波面１ａから所要測定点までの
距離を読み取る測距に関する目盛を施した目盛板で、Ｏ
は音波の送・受波面１ａに該当し表示基準位置２２に、
またＳは標尺面５ａに該当し、映像位置２３に当たる。

そして、音波の良導路４として使用した材質が液体であ
り、懸濁液１５がその液体と音波伝播速度が著しく相違
しない場合には、この標準尺度０−＋Ｓを基準として表
示基準位置２２→映像位置２５間の距離の概略数値を直
読できる。また、良導路４に固体を用い、または懸濁液
１５が濃厚の場合には音速も著しく変るのでバーチエツ
ク法による較正を行なうのが通例である。なお、本発明
方式は濃更懸濁液１５の深度または層の厚さが数１０ｃ
ｍ乃至数ｍというような比較的近距離測定の場合に特に
有効に用いられ、その効果を発揮するもので、懸濁度が
ガンマ１．３またはそれ以上の場合には、従来の音響測
深機では実用不可能であつたが、本発明のように音波良
導路４を設定し、その中に標尺５を設けることにより可
能とした。即ち、懸濁液１５の層の厚さ数ｍの場合、こ
れを正確に測定するには音響工学上の原理により使用音
波の波長は、これと同程度またはより小さいことを要し
、実験的には１００ｋＨｚで純水中温度０℃の場合、波
長約１４ｍ、２００ｋＨｚで同じく約７ｒｆｒ１ｎで、
この程度の波長が実用上適当とされている。また、音波
の良導路４の長さは少なくとも音波輻射の残響音が消滅
するに要する距離だけ隔てなければ表示器１３の映像面
２１における振幅の識別が不明確になるため波連１０波
として１４ｗｒ１ｎ×１０＝１４０ｒｍ程度を送・受波
面１ａと標尺面５ａとの間隔として設けなければならな
い。そして、その結果、これを標尺５として懸濁液１５
の反射面１６までの層の厚さ、または深度を測定するこ
とができる。以上説明したように、通常の音響測深機に
よる測深または測距方式においては、液中に懸濁物質が
存在する場合は、その音波吸収・散乱作用によつて測定
が著しく困難または不可能であつたものが、本発明方式
では詳細な説明によつて明らかなように、懸濁液中にお
ける音波の散乱によつて生ずる乱反射が強いことが却つ
て有利に作用し、測深または測距の目的が達せられ、併
せて懸濁度の比較測定も可能になる等の効果がある。

また、漁業上の必要から本発明を上向きに用い海面に漂
流する赤汐の予測検知を行うにあたり、赤汐に変化する
以前の動・植物性プランクトン発生初期から測定し得る
ので、被害程度の予知または回避ができる。また、流出
砿油層の厚さと濃度の概略測定も可能である。同様にし
て南極洋の沖アミのような食糧資源も、その生物群の層
の厚さと密度を一挙に測定することもできる。上記した
各応用例は従来型の音響測深機またほ魚群探知機では殆
んど不可能であつた。次に本発明方式の他の適切な用途
として、メカニカルシールドエ法により、大地の中に横
穴を堀る場合等、シールド外函と地山との間隔は概ね５
〜１０ｃｍ程度であり、この空所に圧力水を充満し堀り
進めるとき、該圧力水は粘土・砂粒、その他の懸濁物質
により濃厚なる懸濁状態にあり、その周囲外方の池山の
内側表面１６は一般に凹凸が甚だしい粗面である。

このような場合、若し音波の指向性が尖鋭に過ぎる時は
、局部的状況により測定値の偏倚が大に過ぎ、甚だ測定
しにくい。この時、標尺５上に拡散型のレンズ６を用い
、ある程度指向性を鈍にしておけば、やゝ広い照射面積
の平均的測距を得ることができ実情に忠実になる。また
、特定の被測定物体を精査する場合には収斂形の音響レ
ンズを用い音波を局所に集中するとその効果はさらに大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明音波探測方式の一実施例を示す説明図、
第２図は同じくその表示器映像の説明図である。 １ ・・・・・・送・受波器、１ａ・・・・・・送・受
波面、２・・・・・・支持具、３・・・・・・筒体、４
・・・・・・良導路、５・・・・・・標尺、５ａ・・・
・・・標尺面、５ｂ・・・・・・レフレクター兼ガス泡
溜り、６・・・・・・音響レンズ、１０・・・・・・送
・受信器、１３・・・・・・表示器、１５・・・・・・
懸濁液、１６・・・・・・被測定物体、１６ａ・・・・
・・サンプル反射乱。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 音波送・受波器の前面に液体または固体の音波長導
   路を、さらにその端末に標尺を設け、この標尺面を透し
   て懸濁液中に音波を輻射し、標尺面及び懸濁液とさらに
   その先方に存在する被測定物体より反射され帰来した音
   波を受波器に受け受信器及び表示器に導き、音波の送受
   波面から標尺面までの距離を基準として被測定物体まで
   の距離及び該懸濁液の層の厚さと同時に上記標尺面の音
   波反射率を基準として懸濁液の濃度を表示器に併せ表示
   せしめるようにした懸濁液に対する音波探測方式。 ２ 音波送・受波器の前面に液体または固体の音波良導
   路を、その端末に標尺、その標尺に接して音響レンズを
   設け、この音響レンズを透して懸濁液中に音波を輻射し
   、標尺面及び懸濁液とさらにその先方に存在する被測定
   物体より反射され帰来した音波を受波器に受け受信器及
   び表示器に導き、音波の送受波面から標尺面までの距離
   を基準として被測定物体までの距離及び該懸濁液の層の
   厚さと同時に上記標尺面の音波反射率を基準として懸濁
   液の濃度を表示器に併せ表示せしめるようにした懸濁液
   に対する音波探測方式。