JPH0714936Y2 - 超音波送受波器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は例えば空中において超音波の送信ならびに受
信を行う超音波送受波器、特に受信特性の改良に関す
る。

［従来の技術］ 超音波を空中へ放射して目標物までの距離、目標物の移
動速度、液面レベルなどの各種測定が行われ、超音波の
送受信に超音波送受波器が用いられている。

第４図は従来の超音波送受波器の断面図を示し、１は超
音波を放射する円筒状をなす送信用振動子、２は超音波
を受信する円筒状をなす受信用振動子、３は送信用振動
子１と受信用振動子２との間に設けられた音響遮断剤、
６はシャフト、７は超音波の放射方向を変える円すい形
のリフレクタ、８は取付ねじである。

従来の超音波送受波器は上記のように構成され、送信用
振動子１と受信用振動子２は振動子相互間の音響結合を
抑制するため、所定の吸音特性を有するゴム材などを用
いた音響遮断材３を介して同心状に積層され、音響減衰
の大きい非金属材料よりなるシャフト６と取付ねじ８に
よりリフレクタ７の中心軸に沿って固定されている。

円筒状をなす送信用振動子１の内外面に設けられた電極
に電圧を印加すると、横効果により円周に沿う伸びを生
じて径方向の応力となり、円周が丁度一波長となる基本
周波数の呼吸振動が行われ半径方向へ超音波を放射す
る。円すい形のリフレクタ７の内面にて反射された超音
波はその中心軸方向へ放射される。また目標物から反射
された超音波はリフレクタ７を経て受信用振動子２にて
受信され電気信号に変換される。

第５図は従来の超音波送受波器の動作波形を示し、は
送信用振動子１から受信用振動子２への漏洩信号、は
目標物からの反射信号より得られた受信信号、は受信
用振動子２にて直接受信される干渉信号、は受信信号
を検出するしきい値である。

超音波送受波器にて受信された目標物からの反射信号は
受信回路や計測回路などに供給され、しきい値を超え
るレベルの信号が検出されて、計測などに用いられる。
このとき動作の安定化や再現性の向上などによる所定の
測定精度を確保するため、干渉信号はレベルが低く、
しきい値近傍の受信信号の立上りは急峻で安定して
いることが要求される。

空中にて送受信を行う超音波送受波器は、野外に長期間
設置され大気中に暴露されるので、四季毎の周囲温度、
湿度およびプラントなどの環境に充分に耐え安定に動作
しなければならない。

［考案が解決しようとする課題］ 上記のような従来の超音波送受波器では、送信用振動子
１と受信用振動子２は非金属材料よりなるシャフト６に
て同心状に積層されてリフレクタ７の中心軸方向に固定
されている。このとき受信用振動子２はリフレクタ７の
開口面側に設けられ、超音波の送信ならびに受信は、そ
れぞれ振動子の半径方向振動によりリフレクタ７の内面
の反射を介して行われる。また、目標物からの反射信号
はリフレクタ７を経て受信用振動子２にて受信される。

然し円筒状振動子は縦方向のポアソン比を有しているの
で反射信号の一部は受信用振動子２の縦振動に感応し直
接受信されて干渉信号となる。然も干渉信号は受信
信号に先行して受信さるので、この両信号の干渉によ
る合成信号としての受信信号の立上り波形は暖かにな
り且つ波形は常に変動する。

従って信号検出におけるしきい値と受信信号の交叉
位置が変動したり、干渉信号の位相やレベル変動によ
り受信信号の検出に誤差が発生するという問題点があ
った。

この考案はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、目標物から反射され受信用振動子２へ直接加えられ
る受信信号を抑制し、リフレクタ７を経由した受信信
号が安定して供給でき、しきい値による信号検出が
高精度に行える超音波送受波器を得ることを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ この考案に係る超音波送受波器は、円筒状をなす送信用
振動子ならびに受信用振動子を同心状に積層配列し、該
送信用振動子ならびに受信用振動子と同心で且つ該送信
用振動子ならびに受信用振動子が積層された高さ以上の
高さを持つ円錐形リフレクタを備え、送信用振動子から
その円筒の半径方向に放射される超音波を該円錐形リフ
レクタの内面で反射させて目標物に向けると共に目標物
から反射された超音波を該円錐形リフレクタの内面で反
射して受信用振動子にて受信させる超音波送受波器にお
いて、前記積層配列した送信用振動子ならびに受信用振
動子のうち目標物に対して前側にある振動子の前端面
に、振動子の前端面を覆い隠すように金属材料よりなる
凸面形状の反射体を備えたものである。

［作用］ この考案においては、受信用振動子の端部に凸面形状を
なす金属材料よりなる反射体を設けたので、空間にある
目標物からの反射信号の直接受信用振動子へ加えられる
信号は、上記凸面形状をなす音響インピーダンスの大き
い反射体にて広角度に散乱反射されて受信レベルは著る
しく抑制される。従って干渉信号のレベルが減少するの
で、受信用振動子にて受信される超音波信号は干渉信号
の影響が小さくなり殆んどリフレクタを介して受信され
た信号となる。

超音波送受波器からの信号はその立上り波形は急峻且つ
安定化され、しきい値による検出信号は安定し高精度の
測定に用いられる信号を得ることができる。

［実施例］ この考案の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図はこの考案の一実施例を示す断面図、 図において１、２、３、６、７、８、10は上記従来の送
受波器と同一であり、４は目標物から反射された超音波
を散乱反射させる反射体、５はシャフト６の一端に反射
体４が設けられた保持部材を示している。

上記のように構成された超音波送受波器において、送信
用振動子１と受信用振動子２はそれぞれ円筒状をなし、
同一共振周波数を有し円周は一波長に等しく音響遮断材
３を介して同心状に配置され、シャフト６を有する保持
部材５と取付ねじ８により円すい形のリフレクタ７の開
口面の中心軸上に固定されている。

送信用振動子１から放射された超音波はリフレクタ７の
内面にて反射され所定のビームに形成されて空中へ放射
される。超音波送受波器が指向した目標物からの反射波
は超音波送受波器に到達し、リフレクタ７の内面にて反
射して受信用振動子２にて受信される。

しかし送信用振動子１ならびに受信用振動子２は共に半
径方向の振動モードの他縦振動を発生し、縦振動の音圧
感度を有するので、超音波送受波器に到達した反射波の
一部は直接受信用振動子２へ加えられるが、受信用振動
子２をリフレクタ７へ固定する保持部材５の先端には、
空気に比し音響インピーダンスが著るしく大きい金属材
料よりなり且つ円筒状振動子と周長が等しいかまたは大
きい寸法の凸面の球面形状をなす反射体４が取付けられ
ている。保持部材５に付属されるシャフト６には音響減
衰の大きい非金属材料が用いられている。

第２図は反射体の他の一例を示す断面図、保持部材５の
端に設けられる反射体４は円すい形状をなしており、従
ってリフレクタ７の開口面側の受信用振動子２の円筒状
の端部は反射体４で覆われているので、受信用振動子２
へ直接加えられる反射波は、その表面が球面や円すい状
などの曲面形状をなす反射体４にて殆んど広角度に散乱
反射される。

この結果干渉信号のレベルは著るしく小さくなり受信
信号への影響が減少する。

第３図はこの考案に係る動作波形の一例を示し、、
は上記動作波形と同一であるが、受信信号の立上り部
は干渉信号による妨害が著るしく減少するので、受信
信号の立上り波形は干渉信号による変動が抑制され
て急峻で且つ安定するので、しきい値による受信信号
の検知は安定され、空中超音波を用いたレベル測定な
どの各種測定における再現性ならびに測定精度の向上に
貢献できる。

この考案は野外や化学プラントなどにおける空中超音波
を用いた測定に広く利用できる。

反射体４は非金属材料を用いてその表面のみ金属材料に
て覆われても同等の作用が行える。

［考案の効果］ この考案は以上説明したとおり、リフレクタの中心軸方
向に同心状に配設された２個の振動子は、積層配列した
送信用振動子ならびに受信用振動子のうち目標物に対し
て前側にある振動子の前端面に、振動子の前端面を覆い
隠すように金属材料よりなる凸面形状の反射体が設けら
れた保持部材にて固定される簡単な構造により、 目標物から反射された超音波の一部は受信用振動子へ直
接加えられるが、保持部材端部に設けられた反射体にて
広角度に散乱反射されて殆んど受信されない。

従って受信信号は殆んどリフレクタを介して受信用振動
子にて受信されるので、干渉信号の影響が著るしく小さ
くなり、受信信号の立上り波形は急峻且つ安定にできる
ので、しきい値による検出信号は安定でき、空中超音波
を用いた測定における再現性ならびに測定精度の向上に
貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す断面図、第２図は反
射体の他の一例を示す断面図、第３図はこの考案に係る
動作波形の一例、第４図は従来の超音波送受波器の断面
図、第５図は従来の超音波送受波器の動作波形である。 図において、１は送信用振動子、２は受信用振動子、３
は音響遮断材、４は反射体、５は保持部材、６はシャフ
ト、７はリフレクタ、８は取付ねじ、10はコネクタ、 は漏洩信号、は受信信号、はしきい値である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状をなす送信用振動子ならびに受信用
   振動子を同心状に積層配列し、該送信用振動子ならびに
   受信用振動子と同心で且つ該送信用振動子ならびに受信
   用振動子が積層された高さ以上の高さを持つ円錐形リフ
   レクタを備え、送信用振動子からその円筒の半径方向に
   放射される超音波を該円錐形リフレクタの内面で反射さ
   せて目標物に向けると共に目標物から反射された超音波
   を該円錐形リフレクタの内面で反射して受信用振動子に
   て受信させる超音波送受波器において、 前記積層配列した送信用振動子ならびに受信用振動子の
   うち目標物に対して前側にある振動子の前端面に、振動
   子の前端面を覆い隠すように金属材料よりなる凸面形状
   の反射体を備えたことを特徴とする超音波送受信器。