JPS61128127A - 超音波の音圧強度測定方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波の音圧強度を測定するための方法およ
び装置に関するものである。

〔従来技術〕

固形物の洗浄や、液体中に含まれている不要な気体を取
り除くための脱泡処理を行う際に、超音波を利用する手
法が実用されている。こうした場合、通常は水などの液
体を媒体として利用し、超音波振動子の振動を効率良く
対象物に伝達するようにしている。

ところで、上述のようにして対象物に超音波振動を照射
する時に、超音波振動か弱過ぎると目的とする効果が得
られず、また強過ぎると潰食現象（エロージョン）が発
生し、洗浄対象である固形物や、脱泡すべき液体が入っ
ている容器や管の表面が荒らされるという弊害が生ずる
。こうした事情から、超音波振動の強度、すなわち超音
波の音圧強度を測定できるようにしておく必要がある。

周知のように、超音波振動は電歪振動子や磁歪振動子を
駆動することによって得られることから、前記素子を駆
動する電力に基づき、振動子自体の振動の強度を測定す
ることはできるが、対象物にどの程度の振動が与えられ
ているかを測定するためには、超音波の音場内でその強
度を測定しなければならない。

このため従来においては、媒体液内にアルミホイルを入
れ、エロージョンによってこのアルミホイルの表面がど
の程度荒らされているかを目視観察したり、媒体液内に
添加されたアルミ粉の噴流を目視したりする方法が採ら
れているが、こうした方法では定量的な測定をすること
ができない。

また、媒体液内に電歪振動子を挿入し、超音波振動の強
度（振幅）を電気信号として取り出す方法も試みられて
いる。しかし、この方法においては、ロッド状に構成さ
れた電歪振動子の径が太いことから、狭い空間内での測
定や、超音波の音場内での音圧分布の測定に不向きであ
るとともに、再現性のある測定ができないのが実情であ
る。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の欠点に鑑みてなされたも
ので、超音波の音場内における音圧の強度を定量的に測
定し、しかも狭い空間内でも簡単に測定することのでき
る測定方法を提供するものである。また、本発明方法を
効率的に実施するための測定装置を提供することも、本
発明の目的である。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するために、本発明においては、超音波
振動を伝達するために用いられている媒体の超音波振動
を熱量に変換した上で計測して超音波の音場内における
音圧強度を測定するようにしたものである。

〔実施態様〕

本発明に用いられるプローブの一例を示す第２図におい
て、ロッド状のＣＣ（銅−コンスタンクン）熱電対１の
先端部に設けられている検出部２には、例えばポリエチ
レン樹脂からなる蓄熱材３が取り付けられる。蓄熱材３
には、ＣＣ熱電対１の外径に対応した穴４が形成されて
おり、前記検出部２はここに挿入される。この実施態様
において使用したｃｃｉ電対１の検出部２は、先端から
５ｍｍの長さの範囲にあり、Ｍ熱材３の外径、長さはそ
れぞれ６ｍｍ、　　２５ｍｍ、穴４の内径、深さはそれ
ぞれ１．５ｍｍ、２２ｍｍとされている。

このように構成されたプローブ５は、例えば第１図に示
すように、支持体６に取り付けて使用される。なお、第
１図に示した実施態様においては、超音波槽８内での音
圧強度分布を測定するために、３本のプローブ５が同時
に使用されているが、媒体ＩＯ内の一個所での音圧強度
を測定する場合には、プローブ５を一本だけ使用する。

超音波槽８の底部に固着された超音波振動子９か駆動さ
れると、その振動は例えば水などの媒体１０に伝達され
る。そして、媒体１０の超音波振動は、プローブ５によ
って熱量として計測されることになる。すなわち、媒体
１０の振動エネルギーは、蓄熱材３により効率良く熱エ
ネルギーに変換され、ＣＣ熱電対１の出力端からは、前
記プローブ５で検出された熱量に応じた電気信号が出力
される。こうして得られた電気信号は、温度指示計１２
により温度に換算される。

なお、原理的には前記蓄熱材３を使用しなくても温度上
昇を検出できるが、同一条件で測定した場合、Ｍ熱材３
を利用したものでは、１分間で２０℃の温度上昇が検出
できるのに対し、Ｍ熱材３を使用しないと、１０分間で
２“Ｃの温度上昇しか検出できないことが確かめられて
いる。したがって上記実施例のように、Ｍ熱材３を利用
し、媒体１０の超音波振動のエネルギーを効率よく熱エ
ネルギーに変換すれば、測定時間の節約とともに、測定
精度を向上させることができる。

なお、前記のＣＣ熱電対ｌの他、クロメルーアニメル熱
電対やサーミスタなどを利用した熱電変換素子を利用す
ると、プローブ５として細径にすることができるので、
第１図に示したように、超音波の音場内での音圧分布を
同時に測定したり、狭いスペース内にプローブ５を挿入
することができるようになる。また、前記蓄熱材３の外
径や長さをあまり大きくすると、狭いスペースでの計測
がしにくくなるとともに、計測の応答性が劣化するので
、外径寸法としては６〜１５ｍｍ、長さ寸法としては１
０〜２５ｍｍ程度にするのが好ましい。

さらに、第１図中でＬで示したプローブ間距離を狭くし
過ぎると、プローブ５の相互干渉などの影響から、計測
の再現性が失われる恐れがあることから、Ｌは５ｍｒａ
以上とするのがよい。

本発明の作用、効果を一層明確にするため、以下に実施
例データを紹介する。

〔実施例〕

第３図は、上述したプローブ５を使用した測定例を示し
たもので、円形の槽１５の四方に超音波振動子１６を配
置し、槽１５の中心から壁面に至る半径方向に６ｍｍ間
隔でプローブ５を配列して媒体１０の音圧強度を測定し
たものである。このようにすることにより、音場内での
音圧分布が短時間で測定できるようになる。なお、測定
時間を２分間に固定し、超音波振動子１６の駆動電力を
変えて測定したところ、第４図のようになり、音場内に
明らかに音圧分布のあることが確かめられる。

なお、上述してきた実施例において、測定温度範囲に応
じて熱電変換素子を交換し、たり、蓄熱材として他の樹
脂を使用したりしてもよい。また、熱電変換素子からは
、温度に対応した電気信号が得られるが、この電気信号
に基づき、温度以外の他の係数値として出力させるよう
にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、細径にできる熱電変換
素子と蓄熱材とからプローブを構成し、超音波の振動媒
体内の音圧強度を温度上昇に変換して測定するようにし
たので、短時間で高精度の定量測定ができるようになる
。しかも、前記プローブは非常にコンパクトであること
から、これを並列して音圧強度分布を同時に測定するこ
とも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施態様を示す概略図である。 第２図は、本発明に用いられるプローブの構成を示す分
解斜視図である。 第３図は、本発明による測定例を示す概略図である。 第４図は、第３図の測定例による測定結果を示すグラフ
である。 １・・・ＣＣ熱電対　　２・・・検出部３・・・蓄熱材
　　　　５・・・プローブ９・・・超音波振動子　１０
・・媒体 １２・・温度指示計。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波の音場内における音圧強度を計測する測定
   方法において、 前記音場内における振動媒体の振動を熱量に変換し、こ
   の熱量をさらに熱電変換することにより音場内の音圧強
   度を温度上昇値として計測するようにしたことを特徴と
   する超音波の音圧強度測定方法。
2. （２）前記音場内における振動媒体内の複数個所を、同
   時に計測することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波の音圧強度測定方法。
3. （３）先端に検出部を備えたロッド状の熱電変換素子お
   よび前記検出部を覆う蓄熱材とからなるプローブと、前
   記熱電変換素子からの出力により温度を計測する温度指
   示計とから構成されたことを特徴とする超音波の音圧強
   度測定装置。
4. （４）前記蓄熱材は、検出部が挿入される穴が形成され
   た円柱状のポリエチレン樹脂であることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の超音波の音圧強度測定装置。
5. （５）前記プローブの複数を、所定間隔をもって支持体
   に配列したことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   の超音波の音圧強度測定装置。