JPS63298013A - 体積計 - 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】 本発明は容器の容積や容器に入れた物体の体積を測定す
る装置、特に音響系の共振周波数変化を利用した音響式
の体積計に係る。

複雑な形状をした容器の容積や、容器に入れられた液体
もしくは固体の物体の体積を測定する一方法として、ヘ
ルムホルツ共鳴子の共振現象を利用した音響的方法があ
る。すなわち容器に音チツ管を接続して一つのヘルムホ
ルツ共鳴子を構成したとき、その共振同波数が、容器の
容積とその中に入れられた物体の体積との差、すなわち
余積によって変化することを利用して、容器が空のとき
の容積もしくは容器の中に入れられた物体の体積を知る
ものである。

その隔置も問題になる点は、温度変化や湿度変化などに
よって生ずる共振周波数変化をどのようにして補償する
かということである。温度センサによってヘルムホルツ
共鳴子内部の作動気体、通常は空気、の温度を１１１定
し、それによって上記の共振周波数変化を補償すること
も考えられるが、共振周波数は温度のみならず、湿度な
ど作動気体の成分によっても変化するので、上記の温度
のみによる補償では精密な体積測定は期し難い、　本発
明は補助音響共振器の共振周波数によって主たる音響共
振器であるヘルムホルツ共鳴子の共振周波数変化を補償
するものである。

すなわち本発明は、容器と音響管からなるヘルムホルツ
共鳴子に補助音響共振器を結合するか、あるいはへルム
ホルッ共鳴子の音響管を補助音響共振器として兼用し、
この音響系に結合された音源やマイクロホンに電子回路
を接続してヘルムホルツ共鳴子の共振周波数もしくはそ
の周期と補助音響共振器の共振周波数の一つもしくはそ
の周期とを測定するか、あるいは上記二つの共振周波数
の比を直接測定するようになし、上記二つの共振周波数
の比から容器の容積もしくは容器に入れた物体の体積を
求めるもので、温度や湿度が変化した場合に、補助音響
共振器の共振周波数がヘルムホルツ共鳴子の共振周波数
と同じ割合で変化することにより補償が行われるもので
ある。

したがって、本発明の第一の目的は、音の共振を利用し
て複雑な形状の容器の容積や、あるいは容器に入れられ
た果実や人体などの不定形物体の体積を簡便かつ精密に
測定する手段を提供することである。また複雑な形状の
タンクに蓄えられている液体の体積も本発明により測定
される。

本発明の第二の目的は、上記の音響的方法により体積測
定を行うに際し、温度変化等によって生ずる共振周波数
の変化の影響を、同じく音響的方法を利用することによ
り補償して、正確な測定を可能ならしめる手段を提供す
ることである。

第１図において、１は空のときの容積がＶｏの容器で、
その中に液体７が体積Ｖだけ入れられている。また１の
上部の栓２を内部断面積Ｓ、長さｌの音響管３が貫通し
ている。５は音源で短い導管９を通して容器１の内部を
音響的に駆動する。

この音源としては、容器ｌが小容積の場合はイアホンな
どが用いられ、容器１が大容積の場合にはスピーカなど
が用いられる。６は音検出器のマイクロホンであって、
短い導管４を通して音響管３内部の音を検出する。検出
すべき音が可聴周波数以下の場合には微圧センサなどが
６のマイクロホンとして用いられる。８は山口弁であっ
て、この弁を通して液体７は外部にとりだされる。

容器ｌの上部の余積はＶｏ−Ｖであるが、この体積によ
る音響コンプライアンスＣは Ｃ＝　（Ｖｏ−Ｖ）／ｙＰｏ　　　　　　　（１）であ
る。ここでγは容器ｌ内部の気体、通常は空気、の比熱
比、Ｐｏは気圧である。また音響管３内部の気体の質量
による音響イナータンスＬはＬ＝ρｌ　／Ｓ　　　　　
　　　　　　　　（２）である。ここでρは音響管３内
部の気体、通常は空気、の密度である。上記二つの音響
要素は一つの音響共振器を構成するが、これはいわゆる
ヘルムホルツ共鳴子であって、その共振周波数ｆ、はｆ
ｒ＝（１／２π）Ｊｒアτで ＝　（ｃ　／　２π）　　Ｓ　／　Ｌ　（ＶＯ−Ｖ）で
ある。ここでＣは音速であり、 ｃ＝　Ｊ７Ｔ７７７　　　　　　　　　（４）である。

　（３）式で示されるように、ｆ、は余積Ｖｏ−Ｖの関
数であり、もしＶｏが既知であれば共振周波数ｆ、より
その容器の中に入れた物体７の体積Ｖが知れる。また容
積未知の空の容器があった場合には、Ｖ＝０であるから
、その容器の口に第１図のように音響管、音源、マイク
ロホン等を接続した栓もしくは蓋をつけることによりそ
の容積Ｖｏが知れる。しかしながら、実際には温度変化
などにより音速Ｃが変化しｆ、が変化するから、それに
対する補償手段が必要となる。

ここにおいて本実施例では、ヘルムホルツ共鳴子の寄生
共振を利用して上記の補償を行う。第１図の音響管３は
それ自身で一つの音響共振器であり、その共振周波数は
両端開放の管のそれであって ｆｒ’＝ｃ／２１　　　　　　　　　　　　（５）およ
びその整数倍の周波数である。これらの共振周波数のい
ずれも音速Ｃに比例し、補償に利用することができるが
、以下においては最低次の共振周波数ｆｒ’　を用いる
ものとして説明する。

第２図は、音源５への入力電圧ｅｓ　（ｆ）　　（ｆは
時間を表わす）からマイクロホン６の出力電圧ｅｘ（ｔ
＞までの周波数特性Ｇ（ｆ）（ｆは周波数を表わす）で
あるが、ゲイン特性ＩＧ（ｆ）１にはｆ、とｆｒ’の二
つの周波数において共振ピークを生ずる。そしてこれら
二つの共振周波数のうちｆ、が余積Ｖｏ−Ｖに応じて変
化し、また温度変化などにより音速Ｃが変った場合には
ｆｒ、ｆ　、　ｌ　とも同じ割合で変化する。したがっ
てこれら二つの共振周波数の比をとることにより音速Ｃ
の変化の影響が打消される。すなわち（５）式と（３）
式の比をとると ｆ、’　／ｆ、−πＪて四−１丁／ｌ５となり、音速Ｃ
は消去される。そして Ｖｏ　−Ｖ＝　ＣＩＳ／π”）（ｆｒ’　　／ｆｒ−）
”となり、周波数比ｆ、’　／ｆ、より余積Ｖａ−Ｖが
求められる。したがって容器１の容積Ｖｏが既知であれ
ば物体７の体積Ｖが知れる。またｖ＝０であれば容器の
容積Ｖｏが知れる。

本発明の体積計では、後述するように、主たる音響共振
器であるヘルムホルツ共鳴子に、さらに補助音響共振器
を接続した形態のものもあるが、以上に説明した実施例
は、ヘルムホルツ共鳴子の一部である音響管を補助音響
共振器として兼用したものである。ヘルムホルツ共鳴子
の共振周波数ｆ、の周囲条件による変動の主たる原因は
、温度や湿度等によって音響管内部の気体の密度ρが変
化することにある。この実施例は、その音響管自身の共
振周波数をもってｆ、の変動を打消すものであるから、
補助音響共振器を別途に接続したものにくらべて、より
精密な補償を行いうるちのである。

これら音響系の共振周波数もしくはそれらの比を測定す
る手段には種々の方法があるが、最も効果的な方法はこ
の音響系を含む発振器を構成して上記の共振周波数にお
いて発振せしめ、それらの発振周波数もしくはそれらの
比を測定することである。

第３図は、二つの共振周波数ｆ、、！、’において発振
を生ぜしめる電子回路と、それらの発振周波数の比を測
定し、それから体積を求める演算等を行う信号処理装置
を示す。マイクロホン６の出力ｅＩＩＩ（ｔ）は増幅器
２０によって増幅されるが、ここで低域フィルタ２１お
よび高域フィルタ２１′によって二つの成分に分離され
る。これら二つのフィルタのカットオフ周波数ＩＣは、
第２図に示したようにｆ、とｆ、ｌの中間に設定されて
おり、主音響共振器であるヘルムホルツ共鳴子の共振に
係る周波数ｆ、の成分は２１を通って信号ｅｒ（ｔ）と
なり、補助音響共振器の音響管３の共振に係る周波数ｆ
　、　Ｉの成分は２１′を通って信号ｅＳ（ｔ）となる
、２２は位相検出器であり、電圧制御発振器２３ととも
に一つのフェーズロックループ（ＰＬＬ）を構成してい
る。すなわち２２は信号ｅｒ＜ｔ）と２３の出力ｅｏ（
ｔ）との位相差に比例した直流出力Ｅｔｔを発生し、こ
れによってｅｏ　（ｔ）がｅｒ（ｆ）に対して一定の位
相差になるように２３の発振周波数を制御する。　同様
に位相検出器２２′と電圧制御発振器２３′も一つのＰ
ＬＬ回路を構成し、２３′の出力ｅｏ’（ｔ）がｅｒ’
（ｔ）に対して一定の位相差になるように２３′の発振
周波数が制御される。　二つの出力ｇｏ（ｔ）とｅｏ’
（ｆ）は加算器２６によって加え合わされ増幅器２５に
より増幅されて、音源５への入力電圧ｅｓ（ｔ）となる
、ここで２２．２３および２２’、２３″を通出に調整
すると、第２図の位相特性１Ｇ（ｆ）の曲線上のＡ点お
よびＡ′点に位相をロックしてそれぞれｆ、およびｆ、
ｌの共振周波数において持続的に発振する。

２４は信号処理装置で、上記の発振状態においてｅｏ’
（ｆ）とｇｏ（ｔ）の周波数の比ｆ、　１／ｆ、を直接
に測定し、それに引き続く必要な演算等を行う０周波数
比測定の具体的手段には既知の種々の方法があるが、た
とえば第４図に示すように、周波数てい倍回路２４０に
ｅｏ’（ｆ）を入力してＮｆ、’　　（＃は正整数）な
る周波数のパルスを作り、このパルスをクロックパルス
とみなしてｅｏ（ｔ）で制御されるゲート２４１を通し
て計数回路２４２でｅｏ（ｔ）の周期１　／　ｆ　ｒの
間だけ計数すると、Ｎｆ　ｒ　’　／　ｆ　ｒなる周波
数比の測定値かえられる。２４３は演算回路で、上記の
ようにして測定された周波数比ｆ、／ｆ、から（７）式
にしたがって余積Ｖｏ−Ｖを算出し、ざらにＶもしくは
ｖＯを求める演算を行うもので、その出力信号Ｅｃは表
示器（図示せず）に送られて体積を表示したり、あるい
は出口弁８の開閉を制御したりする。なお以上の方法と
は逆に、ｅ。

（１）を周波数てい倍してＮｆｒなる周波数のパルスを
作り、これをクロックパルスとしてｅｏ’（ｆ）の周期
１　／　ｆ　ｒ　’　を計数測定して周波数比ｆ、／ｆ
、’　をえて、それを用いてＶｏ−Ｖを求めるようにし
てもよい。

周波数比と体積の関係を与える（７）式は、理想化され
た条件の下で理論的に導き出されたもので、実際には、
この式にしたがって体積を求めるのでは精度が不足する
場合がある。そのような場合には、たとえば（７）式に
補正項を加えたＶｏ　　Ｖ＝ｋｏ　＋に１　（ｆｒ’　
／ｆｒ）＋に２　Ｃｆｒ’　　／ｊ’ｒ）２ ＋７ｃａ　　（ｆｒ’　　＃ｒ）３ ＋・　・　・　　　　　　　　（８） のような形式の多項式を演算してｆ、’／ｆ、からＶｏ
−Ｖを求める。ここでｋＯｌｋｌ、に２、ｋ３等は実験
的に定められる定数である。あるいはＸおよびｋｚを実
験的に定められる定数としてＶｏ　−Ｖ＝ｋｏ　＋ｋｘ
　　（Ｊ’ｒ’　／ｆｒ）”のような形式の　ｆ、’／
ｆ、のべき関数としてＶｏ−Ｖの値を求めることもある
。さらにまた、ｆ、’／ｆ、とＶｏ−Ｖとの関係を数式
で表わすのではなく、　校正によってえられたＶｏ　　
Ｖと！、’／ｆｒもしくはｆ、−／ｆ、’　との関係を
表の形式で演算回路内に記憶しておいて、ｆ、’／ｆ、
もしくはｆ、／ｆ、’の測定値かえられるたびにこの表
を引いてＶｏ　　Ｖを求めるようにしてもよい。演算回
路２４３で行われる体積を求める演算には、このような
表を引いて体積を求める動作も含まれる。いずれにせよ
重要なことは、周波数比をとることにより音速Ｃが互に
相殺され、その変化が最終結果に影響しなくなるという
ことである。

以上の説明においては、ＰＬＬ回路を用いて発振器を構
成するようにしたが、これは単なる一手段であって、共
振系を含む発振器を構成するにはこのほかにも既知の種
々の手段がある。たとえば第３図において、２２．２２
’　を移相回路に、２３．２３′を増幅器におきかえ、
それらの出力から２２．２２′にいたるフィードバック
結線はとりさるようにしても発振器を構成することがで
きる。また発振波形も完全な正弦波である必要はなく、
たとえば第３図の装置において、２３および２３′の出
力として、それぞれ周波数ｆ、およびｆ　ｒ　’　の三
角波を発生するようにしても差支えない。

以上においては、発振はｆ、とｆ、ｌなる周波数におい
て同時になされ、したがって容器１の内部にはこれら二
つの周波数の音が共に存在するものとした。しかしなが
らｆ、とｆ　ｒ　’　の値が接近している場合には、フ
ィルタによってこれら二つの周波数成分を分離してそれ
ぞれの発振回路に導くことが困難になる。このような場
合には、ｆ。

とｆ　ｒ　’　での発振を時間的に交互に行わせる。す
なわち、第３図における加算器２６を切換スイッチ２７
でおきかえて第５図に示すような回路にして、周波数ｆ
、の信号ｅｏ（ｔ）と周波数ｆｒ’の信号ｇｏ’（ｔ）
を交互に切換えて増幅器２５へ導き音源５から放射する
。

この場合には一方の周波数の発振が行われている間は他
方の周波数の発振は停止しているから、それらの周波数
の比を前例のように直接に計数測定することはできない
、したがって、この場合には、たとえば第６図に示すよ
うに、水晶発振器２４４から出力される一定周波数のク
ロックパルスを、信号ｅｏ（ｔ）およびｅｏ’（ｔ）に
よってそれぞれ制御されるゲート２４５および２４５′
を通して、計数回路２４６および２４６′で計数するこ
とにより、　　ｇｏ（ｔ）の周期Ｌ／　ｆｒとｅｏ’（
ｆ）の周期１　／　ｆ　ｒ　’　をそれぞれ独立に測定
する。これらの計数動作は、制御回路２８から送られて
くるタイミング信号Ｅｔにより制御され、　上記の発振
の切換に同期して交互に行われる。ただしここでは周期
１　／　ｆ　ｒ、１　／　ｆ　ｒ　’　を測定するよう
に説明したが、これはそれらの逆数である周波数ｆ、、
ｆ、’　を測定していることに等価であることはいうま
でもない。

このようにして計数測定された１　／　ｆ　ｒ、１／ｆ
ｒ’の値は、それぞれ計数回路２４６および２４６′に
保持されているので、この段階で両者の比を演算して、
それを用いて（７）式等によって余積Ｖｏ−Ｖを求める
こともできるが、第６図の装置においては、２４６′に
保持されている１／ｆ、ｌの値は、さらに演算回路２４
７に送られ、（５）式に基づいてそのときの音速Ｃがｃ
＝２１ｆｒ’　　　　　　　　　　　　（１０）として
算出される。−力演算回路２４８においては、計数回路
２４６に保持されている１　／　ｆ　ｒの値と上記の算
出されたＣの値より、　（３）式に基づいて余積Ｖｏ−
Ｖが Ｖｏ　　−Ｖ＝　　（ｃ２Ｓ／４π２　ｌ）　　（１／
ｆｒ−）２として算出される。　　この方法では、周波
数比ｆ、’／ｆ、−に直接対応する信号はどこにも現わ
れないが、　（１０）式を（１１）式に代入すると（７
）式に帰着することから明らかなように、周波数比によ
って体積を求めるということにおいては、なんら前例と
変るものではない、すなわち、本発明の本質である周波
数比により体積を求めるということは、周波数比を表わ
す信号が陽に存在しなければならないということを意味
するわけではけっしてない、なおまた、信号処理装置２
４も、発振回路とともに一つの装置内にまとまって存在
しなければならない理由はなく、たとえば二つの出力ｇ
ｏ（ｔ）とｅｏ’（ｔ）を外部の汎用計算機に入力し、
それらの周波数比の測定および体積の算出をその計算機
で行わせるようにしてもよい。

第７図は手動方式による共振周波数測定の手段を示すも
のである。２９は可変周波数発振器で、その出力ｇｏ（
ｔ）は増幅器２５により増幅されて音源５への入力信号
ｅｓ（ｔ）となる、マイクロホン６からの出力信号ｇｍ
（ｔ）は増幅器２０によって増幅されたのち、同期検波
回路３０によって振幅が検出され、その結果はメータ３
１で表示される。ここで３１の針の読みが最大となるよ
うに２９の発振周波数を調節すると、それは共振周波数
にほかならないから、そのときの周波数を計数回路３２
によって計数測定する。このようにして測定された共振
周波数ｆ、、ｆ、’を３２の表示から読みとり、計算器
などを用いて（７）式等により体積を算出する。　本方
式の特徴の一つは、同期検波回路あるいはトラッキング
フィルタ等の使用が可能なことで、これによりマイクロ
ホン出力ｅｘ（ｆ）の中から音源の駆動周波数成分のみ
を抽出して信号対雑音比を改善し、精密な共振周波数測
定をなしうる。もう一つの特徴は演算回路に相当する部
分がないことで、場合によっては計算器すらも使用せず
に、計数回路３２に測定表示されたｆ、、ｆ、’の値か
ら筆算や表によって体積を求めることもある。

第８図はヘルムホルツ共鳴子と補助音響共振器にそれぞ
れ専用のマイクロホンを使用した実施例である。すなわ
ち、気密端子１０の先につけられたマイクロホン６は主
として容器ｌの内部の音を検出するものであり、一方短
い導管１１’　によって音響管３につけられたマイクロ
ホン６′は主として補助音響共振器として兼用されてい
る音響管３内部の音を検出する。音源５は短い導管１１
によって音響管３に接続されており、音響管３をその共
振周波数ｆ　、　ｌで駆動すると同時に、容器１と音響
管３とからなるヘルムホルツ共鳴子をその共振周波数ｆ
、で駆動する。これらの音源やマイクロホンは第９図の
回路に接続される。この回路は第３図の回路に６′の出
力ｅｍ’（ｆ）を増幅する増幅器２０′がつけ加えられ
ただけであるが出力ｅｍ’（ｆ）は主としてｆ　、　ｌ
　なる周波数の成分であり、一方マイクロホン６の出力
ｅｘ（ｔ）は主としてｆ、−なる周波数の成分であるか
ら、フィルタ２１．２１’は、第３図の場合にくらべて
、ずっと周波数成分の分離能力が低いものでよい。

このように複数個のマイクロホンを使用する効果の一つ
は、　ヘルムホルツ共鳴子の共振周波数ｆ、が可聴周波
数以下の場合に現れる。　すなわち、この場合マイクロ
ホン６はｆ、の周波数の成分のみを検出すればよいから
、Ｏから数十Ｈｚの周波数範囲の圧力変動を検出しうる
圧力センサをマイクロホン６として使用しうる。一方補
助音響共振器の共振周波数ｆ　、　Ｉは可聴周波数範囲
になるように設定すれば、マイクロホン６′としてはｆ
ｒ’の成分のみを検出すればよいから、通常のエレクト
レットマイクロホンなどが使用できる。

−個のマイクロホンしか使用しない場合には、その−個
のマイクロホンで超低周波から数ｋＨｚまでの音を検出
しなければならないから、高価なマイクロホンを使用し
なければならない。

第１０図は、前例のようにヘルムホルツ共鳴子の一部で
ある音響管３を補助音響共振器として兼用するのではな
く、補助音響共振器として専用の音響系を使用した実施
例である。すなわちこの場合の補助音響共振器は、音響
管３の内部に支持枠１３および１３′で支持された長さ
ｌ′の音響管１４で、その共振周波数は ｆｒ　’　＝ｃ　／　２１’　　　　　　　　　　（１
２）およびその整数倍である。音響管１４の中央部付近
には短い導管１２によってマイクロホン６が接続されて
いる。一方音源５は短い導管９を通して容器１の内部を
駆動し、さらに音響管１４をも駆動する。マイクロホン
６と音源５の間には第３図の回路が接続され、ｆ、およ
びｆ　ｒ　’の二つの周波数において同時に発振する。

ここで補助音響共振器である音響管１４を音響管３の内
部に配置するようにした理由は、１４内部の気体の温度
、成分などを３内部の気体のそれらになるべく一致させ
て、精密な補償を行わせたいためである。このように専
用の補助音響共振器を使用する効果の一つは、共振周波
数、ｆｒ−’を、音響管３の長さｌと無関係に、自由に
設定しうろことである。

第１０図においては、音＠管１４は音響管３の中に同心
的に配置されるように描かれているが、１４も３も円形
断面である必要はなく、また同心的に配置する必要もな
い、第１１図は十字形の断面を有する長さｌ′の仕切板
３３を音響管３の中に挿入して補助音響共振器を構成し
た例である。

すなわちこの場合の補助音響共振器は、仕切板３３で仕
切られた扇形断面の部分の一つで構成される長さＬ′の
音響管３４であって、その内部の音は、音響管３の管壁
に孔をうがって接続された短い導管１２を通してマイク
ロホン６に導かれて検出される。マイクロホン６と扇形
断面の音響管３４の作用は、第１０図のマイクロホン６
および音ＭｆｒＨ４の作用にそれぞれ同じである。

第１２図は主音響共振器であるヘルムホルツ共鳴子と補
助音響共振器にそれぞれ専用の音源とマイクロホンの組
を使用した実施例である。補助音響共振器は音響管３の
内部に設けられた長さｌ′の一端閉止の音響管１４であ
り、その共振周波数は ｆｒ’　　＝ｃ／４１’　　　　　　　　　　　　（１
３）およびその奇数倍である。１４の閉止端付近には音
源５′およびマイクロホン６′がそれぞれ短い導管１２
’、１２によって接続されている。この音源とマイクロ
ホンはそれぞれ音響管１４を駆動しそのときの１４内部
の音を検出するもので、第１３図の増幅器２０′、フィ
ルタ２１′５位相検出器２２′、電圧制御発振器２３′
および増幅器２５′からなる回路に接続され、ｆ、Ｉな
る周波数で発振する発振器を構成する。一方ヘルムホル
ツ共鳴子は、短いＹ字管１５につけられた音源５によっ
て駆動され、また同じく１５につけられたマイクロホン
６によって容器１内部の音が検出される。この音源とマ
イクロホンは第１３図の増幅器２０、フィルタ２１２位
相検出器２２、電圧制御発振器２３および増幅器２５か
らなる回路に接続され、ヘルムホルツ共鳴子の共振周波
数ｆ、において発振する発振器を構成する。信号処理装
置２４によってこれら二つ発振周波数が測定され、それ
らの比から体積が求められることは前例と同様である。

このように主音響共振器と補助音響共振器にそれぞれ独
立な音源とマイクロホンの組を使用することの利点は、
これら二つの共振器の特性が互に影響し合うことが少な
く、それだけ設計の自由度が増すことである。

第１２図の装置においては、音響管１４は一端が閉止さ
れた管であるので、音響管３の内部断面積は一定ではな
く、音響管１４によってその部分の内部断面積は他の部
分にくらべて小さくなっている。しかしながら音響管３
は、それが一つの音響イナータンスとして作用する限り
においては、その内部断面積は管の長さ方向に関して変
化しても差支えない、すなわち、断面積が一定でない長
さｌの音響管の音響イナータンスがＬであるとすると、
この管は Ｓｅ　＝ｐ　ｌ　／Ｌ　　　　　　　　　　　　（１４
）なる一定の内部断面積を有する同長の管と等価であり
、したがってこの場合の共振周波数ｆ、は、（３）式に
おいて、Ｓのかわりに上記の等価断面積Ｓｅを代入する
ことにより与えられる。

第１２図の装置においては、音響管３の上端は閉じられ
ており、そのかわりに、上端付近に複数個の孔１６があ
けられていて、これが開口部になっている。このような
構造にした理由は、はこりなどが容器１の中に沈降する
ことを防ぐためである。同じ理由により、３字形の管を
音響管３として使用し、その外気への開口部が下向きに
なるようにする場合もあるが、このように曲った管を使
用しても差支えなく、その音響的な機能は直管となんら
変りはない、なお、補助音響共振器の音響管についても
、その断面積が長さ方向に関して変化したり、あるいは
曲った管であっても差支えない。

第１４図は補助音響共振器として小さなヘルムホルツ共
鳴子を使用した実施例である。物体７を入れた容器１の
上には音響管３をつけた蓋１７がかぶせられており、こ
の音響管３と容器１が主音響共振器のヘルムホルツ共鳴
子を構成している。

蓋１７にはまた内部断面積Ｓ′、長さ１１の音響管１９
がつけられ、その端は容積Ｖ′の小容器１８に接続され
ている。１８と１９は一つのヘルムホルツ共鳴子を構成
し、これが補助音響共振器として働くが、その共振周波
数ｆｒ’は ｆｒ′＝（Ｃ／２π）ｆ「π百］ｐ である。音源５は短い導管９によって容器１８に接続さ
れており、この補助音響共振器のヘルムホルツ共鳴子を
介して容器ｌの内部を駆動する。蓋１７にはまた、短い
導管４によってマイクロホン６が接続されているが、６
と５の間には第３図の回路が接続され、ｆ、およびｆ、
ｊの二つの周波数において同時に発振する。これらの発
振周波数を測定し、それらの比から体積を求めることも
第３図の場合と同じである。

本発明における補助音響共振器は、以上に説明した実施
例のように、音響管もしくはヘルムホルツ共鳴子に限る
ものではなく、どのような種類の音響共振器でもよい。

このことは、一般に音響共振器の共振周波数は、作動気
体の粘性の影響が無視しうるような通常の条件の下では
、その気体の音速Ｃに比例するという事実によって保証
されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例、第２図は音響系の周波数特
性、第３図は本発明に使用する電子回路の一例、第４図
は信号処理装置の構成の一例、第５図は音響系の二つの
共振周波数において交互に発振させる場合の電子回路の
一例、第６図は第５図の回路の信号処理装置の構成の一
例、第７図は手動方式の共振周波数測定回路、第８図は
２個のマイクロホンを用いた実施例、第９図は第８図の
装置に接続される電子回路、第１０図は補助音響共振器
として音響管を用いた実施例、第１１図は仕切板を用い
て補助音響共振器の音響管を構成した例、第１２図は主
たる共振器のへルムホルッ共鳴子と補助音響共振器にそ
れぞれ別個の音源およびマイクロホンを使用した実施例
、第１３図は第１２図の装置に接続される電子回路、第
１４図はヘルムホルツ共鳴子を補助音響共振器として用
いた実施例である。 ■−−−−容器、２−一一一栓、３−一一一音響管、４
−−−−マイクロホンへの導管、５．５’−−−一音源
、６、ｓ’−−−−音検出器のマイクロホン、７−−−
−容器に入れた物体、８−一一一出口弁、　　９−一一
一音源への導管、１０−−−一気密端子、１１．１１’
、１２．１２’−一−−導管、１３．１３’−−−一支
持枠、１４−−音響管、１５−−−−Ｙ字形導管、１６
−−−一孔、１７−−−−蓋、１８−−−一小容器、１
９−−−一音響管、２０．２０’−−−一増幅器、２１
．２１’−−−−フィルタ、２２．２２’−−−一位相
検出器、２３．２３′−一一一電圧制御発振器、２４−
−−一信号処理装置、２５．２５’−−−一増幅器、２
６−−−−加算器、２７−一切換スイツチ、２８−−−
一制御回路、２９−−−一可変周波数発振器、３０−−
−一同期検波回路、３１−−メータ、３２−−−一計数
回路、３３−一−−仕切板、３４−−ｍ−扇形断面の音
響管、２４０−−−一周波数てい倍回路、　　２４１−
−−−ゲート、２４２−−−一計数回路、２４３−−−
一演算回路、２４４−−−一水晶発振器、２４５．２４
５’−−−−ゲート、２４６．２４６’−−−一計数回
路、　　２４７．２４８−−−一演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 容器に音響管を接続してえられるヘルムホルツ共鳴子に
   補助音響共振器を音響的に結合するかあるいは上記音響
   管を上記補助音響共振器として兼用することにより構成
   された音響系と、この音響系に音響的に結合された少く
   とも一つの音源と少くとも一つの音検出器のマイクロホ
   ンと、上記音源と上記マイクロホンに接続されて上記ヘ
   ルムホルツ共鳴子の共振周波数もしくはその周期と上記
   補助音響共振器の共振周波数の一つもしくはその周期と
   を測定するかあるいは上記二つの共振周波数の比を測定
   する手段とからなり、上記二つの共振周波数の比により
   上記容器の容積もしくは上記容器に入れた物体の体積を
   求めることを特徴とする体積計。