JPH0319491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音響式流体流量計に関し、さらに詳細
には、導管の壁面から反射される音響信号を利用
するような流量計に関する。

超音波範囲で動作する音響計器により流体の流
量、たとえば、空気のマスフローなどを測定する
ことは良く知られている。通常、そのような計器
は、音響信号の発射と、信号が測定すべき流体を
通過した後の信号の受信とを交互に行なう一対の
超音波変換器を含む。電子回路は、流体の流速又
は質量流量を測定するために発信信号と受信信号
との関係を分析する。このような装置の例は、特
開昭60−115811号公報及び特開昭60−117110号公
報、並びに米国特許第4308754号に記載されてい
る。このような装置においては、あらゆる測定計
器の場合と同様に、受信信号のＳ／Ｎ比をできる
限り大きくすると共に、誤信号に起因する凝似デ
ータをできる限り少なくすることが望ましい。さ
らに、流体流量の代表値を測定するためには、測
定すべき流体の多くの割合をサンプリングするこ
とが望ましい。後者の目的は、一方の変換器から
他方の変換器への直接伝送を採用するよりも、反
射方法を採用した方がより容易に達成される。

本発明は、受信側変換器に強力な信号が反射さ
れるような反射音響流体流量計を提供する。本発
明は、Ｓ／Ｎ比が改善されたそのような流量計を
さらに提供する。

このような目的のために、本発明による音響流
体流量計は、一方の壁面に上流側及び下流側超音
波変換器が取付けられた導管を具備し、いずれか
一方の変換器から放射され、導管を横切り、反射
面により反射された信号が他方の変換器に集束さ
れるように、変換器を通る軸を有することによ
り、導管の反対側の壁面は、一方の変換器から他
方の変換器への音響信号の反射を最良にする形状
を有する。反射面は、変換器を通る曲率中心をそ
れぞれ有する１つ又は複数の円筒形セグメントか
ら構成されるのが好ましい。複数のセグメントか
ら構成される場合、本発明は、個々の円筒形反射
セグメントが変換器から二分の一波長の倍数の距
離だけ離間して配置されるために、一方の変換器
から他方の変換器へ向かう信号は受信側変換器に
おいて強めあうように組合わされるが、変換器か
ら軸方向に離間する雑音源からの雑音は反射後に
弱めあう干渉を受け、その結果、受信側変換器に
おける雑音信号が最少限に抑えられるような反射
面を利用することによりさらに実施される。

以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説
明する。

本発明は様々な用途に適用することができる
が、ここでは自動車のエンジンの吸気装置に設け
られるマスフローメータに関して本発明を説明す
る。従つて、図面はスロツトル本体又はスロツト
ル本体の上流側の計測部である導管を示す。第１
図及び第２図に示されるように、ハウジング１０
は内側流体流路１２を規定する。内側流体流路１
２は横断面は円形ではないが、従来の円形部品、
すなわち空気清浄器アセンブリ又は吸気ホースと
容易に結合できるように外周が円形である上方フ
ランジ１４を有する。ハウジング１０の一方の側
にある細長い開口１６を利用して、上流側圧電超
音波変換器１８及び下流側圧電超音波変換器２０
を内側流体流路１２に隣接してそれぞれ取付ける
ことができる。ハウジングの側方延出部２２には
圧電超音波変換器１８及び２０と、関連する電子
回路（図示せず）とが収納される。内側流体流路
１２を規定する内壁は、約250゜の円弧を描く第１
の壁部分２４と、この壁部分２４に連接し、内側
流体流路１２を完成するが、第１の壁部分２４の
約２倍の曲率半径を有する第２の壁部分２６とを
含む２つの円筒形部分から構成される。圧電超音
波変換器１８及び２０を収容する開口１６は第１
の壁部分２４に対称形に配置され、これに相対向
する第２の壁部分２６は一方の変換器から他方の
変換器へ伝送される信号の反射面として作用す
る。

動作中、発射された信号は第２図に点線２８に
より示されるように内側流体流路１２を横断し、
第２の壁部分２６により反射されて再び流路を横
断し、他方の圧電式超音波変換器に集束される。
いずれか一方の変換器からの音響エネルギーが反
射面としての第２の壁部分２６により他方の変換
器に集束されるように、２つの変換器は音響信号
の送信機としての役割と、受信機としての役割を
交互に果たす。音響信号を集束するために、第２
の壁部分２６の曲率中心は、圧電超音波変換器１
８及び２０を通る円筒形セグメントの軸３０の上
にある。特定の曲率中心、すなわち軸３０は変換
器の表面に位置するか、又は好ましくは変換器の
圧電結晶を通る軸３０にあれば良い。変換器から
の音響エネルギーは第１図の点線３２により示さ
れるように扇形に発射されるため、内側流体流路
１２の面積の大半を掃引し、流路を流れる流体を
高い割合でサンプリングする。各変換器から発射
される信号は第２の壁部分２６により他方の変換
器に集束されるので、送信される音響信号は強力
である。

流量計の通常の寸法を挙げると、第１の壁部分
２４の内径は55mmであり、第２の壁部分２６の曲
率半径は51mmであり、曲率中心を含む軸３０は開
口１６の５mm後の位置を通る。圧電式超音波変換
器の直径は16mmであり、中心間距離は20mmであ
る。伝送効率を最大にするため、第２図に示され
るように、圧電式超音波変換器１８及び２０はそ
れぞれ互いに対して約10゜傾斜している。

圧電式超音波変換器１８及び２０は好ましい動
作周波数（35〜50KHz）において効率の良い超音
波エネルギー受信機であるので、同じ周波数の雑
音をも受信してしまう。当然のことながら、変換
器は他の周波数の雑音も受信するが、そのような
雑音はフイルタにより電気的に除去される。

第３図及び第４図に示されるように、自動車の
吸気装置の場合、スロツトルバルブ又はブレード
３４が動作周波数の雑音の発生源である。スロツ
トルブレードが開き始めるとき、アイドルバイパ
スポート３６は覆われておらず、ポートを通過す
る突風は動作周波数のホイツスルを発生する。第
３図は、第１図及び第２図の簡単な円筒形の反射
面（第２の壁部分２６）の代わりに採用され、変
換器から軸方向にある距離をおいて発散する動作
周波数の雑音を無効にする段付反射面の構成を示
す。この構成によれば、ハウジング１０′の外周
はほぼ円形である。ハウジングの内面は、第１図
及び第２図の場合と同様に円筒から形成され、圧
電式超音波変換器１８及び２０を支持する第１の
壁部分２４′を有する。変換器と対向する反射壁
は曲率中心、すなわち円筒の軸が２つの変換器と
交差する円筒の一部分からそれぞれ形成される一
連の面により構成される。変換器の真向かいにあ
る中心反射面２６ａは反射壁の一部、その約三分
の一の面積を占め、中心反射面２６ａの両側に連
接する円筒形の反射面２６ｂは中心反射面２６ａ
より狭く、また、中心反射面２６ａと曲率中心は
同じであるが、曲率半径は小さいので、２つの反
射面の間には肩部又は段部３８が形成される。反
射面２６ｂの両側にはさらにもう一対の円筒形の
反射面２６ｃが配置される。これらの反射面２６
ｃも曲率中心は同じであるが、曲率半径はさらに
小さい。従つて、反射面２６ｂと反射面２６ｃと
の間にはさらに別の肩部又は段部４０が規定され
る。信号経路に沿つて測定した段部の寸法、すな
わち隣接する反射面の間隔は二分の一波長であ
る。周波数が35KHzであるとき、この間隔は4.38
ミリメートルとなる。一方の圧電式超音波変換器
１８又は２０から発射される音響信号２８′と、
隣接する反射面から反射される音響信号２８′と
は同相である。これは、さらに離れた反射面から
反射される音波が隣接する反射面から反射される
音波より一波長分遠くへ進むためである。これら
の音響信号は受信側変換器において組合わされ
て、強力な信号を形成する。音波の強めあう干渉
又は弱めあう干渉は理想的な位相関係からの小さ
な偏移にはきわめて有効であるので、段部の寸法
は重要ではない。たとえば、一定の波長に対し
て、70％の効率を得るために段部の寸法の変動は
±12％まで許される。

第４図は、スロツトルブレード３４が変換器を
約82mm下流に配置され、閉鎖位置にあるときに第
１の壁部分２４′と接触する場合にスロツトルブ
レードにより発生されるホイツスルの効果を示
す。反射壁が第１図及び第２図と同様の構成であ
れば、ホイツスル雑音は第２の壁部分２６からの
反射によりいずれか一方の圧電式超音波変換器１
８又は２０に集束されると考えられる。しかしな
がら、反射壁が第３図のような段付構成であると
き、雑音の経路４２に沿つて測定した反射壁の段
部間隔は動作周波数において一波長の四分の三で
ある。従つて、隣接する反射面から反射される雑
音波は互いに180゜の位相ずれ関係にあるので、弱
めあう干渉によつて雑音効果は相殺される。ホイ
ツスル雑音が垂直面に対して48゜の角度で反射面
に入射するとき、この相殺は完全に行なわれる。
48゜の角度で入射するように厳密に位置決めされ
ていない雑音源は反射波により完全には相殺され
ないが、有効雑音信号は、その理想位置に近接し
ているとしても著しく減少される。このように、
段付反射壁構成は動作周波数において一方の変換
器からの信号を他方の変換器に集束するのみなら
ず、軸方向に離間して位置する雑音波からの同じ
周波数の雑音を減少させる効果も有する。第４図
においては、雑音の経路４２は圧電式超音波変換
器１８に向かうように示されている。圧電式超音
波変換器２０に向かう同様の経路も存在する。双
方の経路群について雑音の完全な相殺は起こらな
いが、後者の経路については実質的な雑音低減が
得られる。

従つて、本発明の一実施例による流体流量計は
流体搬送導管の広い面積をサンプリングしなが
ら、一方の変換器から他方の変換器へ音響信号を
効率良く伝送し、別の実施例によれば、軸方向に
離間する雑音源からの音響信号と同じ波長の雑音
を抑制するという付加的特徴を有することは明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による反射音響流体流量計の
平面図、第２図は、第１図の流体流量計の部分断
面正面図、第３図は、本発明の別の実施例による
流体流量計の横断平面図、及び第４図は、本発明
の第３図の実施例の音響的動作を示す略図であ
る。 〔主要部分の符号の説明〕、１２……内側流体
流路、１８，２０……圧電式超音波変換器、２
４，２４′……第１の壁部分、２６……第２の壁
部分、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ……反射面、２
８，２８′……音響信号の経路、３６……アイド
ルバイパスポート、３８，４０……段部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体の流れを搬送する導管１２を含む音響式
   流体流量計であつて、導管の一方の壁面２４には
   一対の音響変換器１８，２０が取付けられ、一方
   の音響変換器は、いずれか一方の音響変換器から
   放射された音響信号が導管の反対側の壁面２６か
   ら他方の音響変換器に向かつて反射されるように
   他方の音響変換器の上流側に配置される音響流体
   流量計において、反対側の壁面２６は、音響変換
   器１８，２０を通る軸３０を有する１つ又は複数
   の円筒形の反射面２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ
   から構成され、それにより、いずれか一方の音響
   変換器から放射され、導管１２を横切り、反射面
   から反射された信号２８，２８′は他方の音響変
   換器に集束されることを特徴とする流量計。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の音響式流体流量
   計において、音響変換器１８，２０はある動作波
   長の信号２８，２８′を放射し、反対側の壁面２
   ６は音響変換器を通る曲率中心をそれぞれ有する
   一連の円筒形の反射面２６ａ，２６ｂ，２６ｃか
   ら構成され、反射面は音響変換器から、信号経路
   に沿つて測定したとき約二分の一波長の倍数の可
   変距離だけ離間して配置されるため、反射信号は
   受信側音響変換器において強めあうように組合わ
   されるが、音響変換器の上流又は下流の領域３６
   で放射され、反射面から反射された雑音は、ある
   程度まで、受信側音響変換器において弱めあう干
   渉を受け、最少限に抑えられることを特徴とする
   流量計。