JPH1010143A

JPH1010143A - 流速測定装置

Info

Publication number: JPH1010143A
Application number: JP8167021A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kawasaki; 修川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-16
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: JP3708226B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、形状が小さく、送受波感度
が大きく、周波数依存性が小さく、温度や負荷の変動に
よる特性変化が小さい超音波送受波器を用いることによ
り、消費電力が小さく、測定精度が高く、特に低流速の
場合にも高精度の流速計測ができるという条件を全て兼
ね備えた流速測定装置を提供することにある。【解決手段】圧電板を複数枚積層して構成した積層型
圧電素子１を用い、その１面である音響放射面に音響整
合層を形成して、駆動電圧を放射超音波５に有効に変換
できる超音波送受波器を用い、共振周波数よりも低い周
波数の電圧で駆動して流体中に超音波を発射し、超音波
が所定の伝搬路を伝搬する時間を計測することにより流
体の流速を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電体の圧電効果に
より励振した弾性振動により、外部に発せられる超音波
を用いて、流体の流速を測定する流速測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気エネルギー／機械エネルギー
変換素子として圧電セラミック等の圧電体を用いて超音
波送波器を構成し、この超音波送波器を電圧で駆動して
流体中に超音波を発して、流体中の所定の伝搬路を伝搬
する超音波の速度（超音波が伝搬路を伝達する時間）を
計測して、流体の移動速度を測定する流速測定装置が、
水道メータ、ガスメータなどに利用されて注目されてい
る。

【０００３】以下に、図面を参照しながら従来の流速測
定装置について説明する。図８は流量測定装置の測定原
理を示したものであり、同図において、Ｔ１、Ｔ２はそ
れぞれ超音波送受波器であり、電気エネルギー／機械エ
ネルギー変換素子変換素子として、圧電セラミック等の
圧電振動子を用いて構成されている。そして、超音波送
受波器Ｔ１、Ｔ２は圧電ブザー、圧電発振子と同様に共
振特性を示す。ここで、超音波送受波器Ｔ１を超音波送
波器として用い、超音波送受波器Ｔ２を超音波受波器と
して用いる。超音波送波器（Ｔ１）の共振周波数近傍の
周波数の交流電圧を圧電振動子に印加すると、超音波送
波器（Ｔ１）は外部の流体中に同図中の３１で示す伝搬
経路に超音波を放射し、超音波受波器（Ｔ２）により伝
搬してきた超音波を受けて電圧に変換する。また、逆に
超音波送受波器Ｔ２を超音波送波器として用い、超音波
送受波器Ｔ１を超音波受波器として用いる。超音波送波
器（Ｔ２）の共振周波数近傍の周波数の交流電圧を圧電
振動子に印加することにより、外部の流体中に同図中に
３２で示す伝搬経路に超音波を放射し、超音波受波器
（Ｔ１）で伝搬してきた超音波を受けて電圧に変換す
る。

【０００４】以上に説明したように、超音波送波器は受
波器としての役目と、送波器としての役目を果たすの
で、一般に超音波送受波器と呼ばれる。

【０００５】連続的に交流電圧を印加すると超音波送受
波器から連続的に超音波が放射され、伝搬時間を測定す
ることが困難なので、通常は電気パルスを駆動電圧とし
て用いる。以下、測定原理について詳細な説明を行う。
駆動用の電気パルスを送受波器Ｔ１に印加することによ
り、送受波器Ｔ１から超音波パルスを放射すると、この
超音波パルスは、距離がＬの伝搬経路１を伝搬して、ｔ
時間後に送受波器Ｔ２に到達する。超音波は、パルスな
ので、送受波器Ｔ２では伝達してきた超音波パルスのみ
を高いＳ／Ｎ比で電気パルスに変換することができる。
この電気パルスを電気的に増幅して、再び送受波器Ｔ１
に印加して超音波パルスを放射する。この装置をシング
・アラウンド装置と呼び、超音波パルスが送受波器Ｔ１
から放射され伝搬路を伝搬して送受波器Ｔ２に到達する
のに要する時間をシング・アラウンド周期といい、その
逆数をシング・アラウンド周波数という。

【０００６】図８において、管の中を流れる流体の流速
をＶ、流体中の超音波の速度をＣ、流体の流れる方向と
超音波パルスの伝搬方向の角度をθとする。送受波器Ｔ
１を送波器、送受波器Ｔ２を受波器として用いた時に、
送受波器Ｔ１から出た超音波パルスが送受波器Ｔ２に到
達する時間であるシング・アラウンド周期をｔ１、シン
グ・アラウンド周波数ｆ１とすれば、ｆ１＝１／ｔ１＝（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）／Ｌ（１）の関係が成立する。逆に、送受波器Ｔ２を送波器とし
て、送受波器Ｔ１を受波器として用いた時のシング・ア
ラウンド周期をｔ２、シング・アラウンド周波数ｆ２と
すれば、ｆ２＝１／ｔ２＝（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）／Ｌ（２）の関係が成立する。従って、両シング・アラウンド周波
数の周波数差Δｆは、 Δｆ＝ｆ１−ｆ２＝２Ｖｃｏｓθ／Ｌ（３）となり、超音波の伝搬経路の距離Ｌと周波数差Δｆから
流体の流速Ｖを求めることができる。流体中の超音波の
速度Ｃは流体の温度により変化するが、この装置による
と超音波の速度Ｃによらず流体の流速Ｖを求めることが
できるので、（３）式より温度の影響を受けることなく
流体の流速Ｖを求めることができる。そして、この流速
測定装置においては、流体の流速Ｖを正確に求めるため
には伝搬時間ｔ１、ｔ２を正確に計測することが重要に
なる。

【０００７】上記に説明したシング・アラウンド法を利
用した流速測定装置においては、流体中に超音波を放射
する超音波送受波器として、従来は単板の圧電素子を駆
動源とした超音波送受波器を使用していた。

【０００８】図９は、従来の超音波送受波器の一例の断
面図である。同図において、圧電素子３３は、円板形ま
たは矩形の圧電セラミックを１枚用いて構成されてお
り、ケース３４の内側に貼り付けられている。ケース３
４は、圧電素子３３から超音波が効率よく出ていくため
の整合層の役目と、外部の環境に対して圧電素子３３の
信頼性を保証するという役目を兼ねている。従って、ケ
ース４はプラスチック材料などのように、圧電素子３３
の音響インピーダンスと流体の音響インピーダンスの中
間の値を有する材料で構成される。時には、ケース４は
信頼性の向上のみの実現のために、ステンレスなどの金
属で作られることもある。３５はフェライト粉を混合し
たプラスチック材から成るバッキング材であり、圧電振
動子３３を電圧で駆動した時に放射される超音波３７の
立ち上がりを早くするために用いられる。駆動端子３６
ａ、３６ｂに共振周波数近傍の成分を持つバースト電圧
を印加すると、圧電振動子３３は拡がり振動、厚み振
動、または拡がり振動と厚み振動の両方で振動し、外部
の流体中に超音波７を放射する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のシング・アラウンド法を利用した流速測定装置に
おいては、超音波送受波器として、１枚の圧電素子から
構成される超音波送受波器を使用していたので、送受波
感度を高くするためには、超音波送受波器の共振周波数
近傍で駆動する必要があった。そして、電圧を印加して
超音波に変換する送波感度、または到達した超音波を電
圧に変換する受波感度は、高くすることができるが、感
度の周波数依存性が大きいという課題がある。そして、
超音波送受波器の共振周波数は温度や負荷（超音波送受
波器が接している流体の材質により大きく変わる）など
の変動により変化するので、超音波送受波器の感度も温
度や負荷などの変動により変化する。従って、一定周波
数で駆動したのでは共振周波数の変化により送受波感度
が低下してしまうので、ほぼ一定感度で駆動するために
は、共振周波数の変化に応じて駆動周波数を変化させ
る、つまり共振周波数を自動追尾する必要がある。送受
波感度をほぼ一定にするためには、共振周波数を正確に
自動追尾する必要があり駆動制御回路が複雑になる、ま
た共振周波数の自動追尾の精度が悪いと感度が変化する
という第１の課題がある。

【００１０】従来のシング・アラウンド装置に使用して
いる超音波送受波器は、圧電振動子として厚み振動、ま
たは拡がり振動を用いている。従って、感度の高い超音
波送受波を行うためには、厚み振動を用いている場合に
は、送波器の共振周波数と受波器の反共振周波数を一致
させる必要があり、拡がり振動を用いている場合には、
送波器と受波器の共振周波数を一致させる必要がある。
そして、シング・アラウンド装置では、１つの超音波送
受波器が送波器としても受波器としても使用されるの
で、原理的に送波器の共振周波数と受波器の反共振周波
数を一致させることはできないが、厚み振動を用いてい
る場合、送受波感度を高くするためには２つの超音波送
受波器の共振周波数の関係を合わせる必要がある。しか
し、超音波送受波器の共振周波数には製造ばらつきがあ
るので、周波数選別なしに、また周波数調整なしに超音
波送受波器の共振周波数を一致させる、または２つの超
音波送受波器の共振周波数の関係を合わせるのは困難で
あり、一致または合わせようとすれば超音波送受波器の
コストは必然的に高くなる。また、例え初期に２つ超音
波送受波器共振周波数を一致または合わせたとしても、
温度や経時変化により変化するので、２つの超音波送受
波器の共振周波数を常に一致または合わせることは極め
て困難であるという第２の課題がある。

【００１１】また、従来のシング・アラウンド装置に使
用している超音波送受波器には、厚み振動および撓み振
動の圧電振動子から構成した非共振型の超音波送受波器
を用いたものもある。これらは、電圧を印加して超音波
に変換する送波感度、または到達した超音波を電圧に変
換する受波感度の周波数依存性が小さいので、周波数追
尾をしなくても一定周波数で駆動できるので駆動回路が
簡単になるが、送波感度が低いので、駆動には数１０Ｖ
から数１００Ｖの高い駆動電圧が必要になり、受波感度
も小さいので増幅率の大きい増幅器が必要となり、送受
波回路の消費電力が大きくなるという第３の課題があ
る。特に電池を電源とする流速測定装置では大きな課題
である。また、非共振型の超音波送受波器は共振型に比
べて形状が大きくなるという課題もある。

【００１２】本発明の目的とするところは、形状が小さ
く、送受波感度が大きく、周波数依存性が小さく、温度
や負荷の変動による特性変化が小さい超音波送受波器を
用いることにより、消費電力が小さく、測定精度が高
く、特に低流速の場合にも高精度の流速計測ができると
いう条件をすべて兼ね備えた流速測定装置を提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の流速測定
装置は、圧電板を複数枚積層して構成した積層型圧電素
子の１面である音響放射面に音響整合層を形成し、積層
型圧電素子の音響放射面の反対面に音響整合層よりも剛
性の大きい剛性層を形成して構成した、形状が小さく、
送受波感度が大きく、周波数依存性が小さく、温度や負
荷の変動による特性変化が小さい超音波送受波器を流速
測定装置に用い、超音波送受波器を電圧で駆動して流体
中に超音波を発射し、超音波が所定の伝搬路を伝搬する
時間を計測することにより、消費電力が小さく、測定精
度が高く、特に低流速の場合にも高精度の流速計測を実
現するものである。

【００１４】また、本発明の第２の流速測定装置は、圧
電板を複数枚積層し、少なくとも１面に弾性板を固着し
て構成した積層型圧電素子の１面である音響放射面に音
響整合層を形成し、積層型圧電素子の音響放射面の反対
面に音響整合層よりも剛性の大きい剛性層を形成して構
成した、形状が小さく、送受波感度が大きく、周波数依
存性が小さく、温度や負荷の変動による特性変化が小さ
い超音波送受波器を流速測定装置に用い、超音波送受波
器を電圧で駆動して流体中に超音波を発射し、超音波が
所定の伝搬路を伝搬する時間を計測することにより、消
費電力が小さく、測定精度が高く、特に低流速の場合に
も高精度の流速計測を実現するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に従って本発明の実施
の形態について詳細に説明する。

【００１６】（実施の形態１）以下、図面に従って本発
明の実施の形態１について詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明の実施の形態１の流体測定
装置に用いる、超音波送受波器の斜視図である。同図に
おいて、１は圧電セラミックなどの圧電体により構成さ
れる圧電振動子であり、ケース２の内側に貼り付けられ
ている。ケース２は駆動電圧により励振される圧電振動
子１の機械的振動が、外部の媒体に超音波として効率よ
く出ていき、到来した超音波が効率よく電圧に変換され
るための音響整合層の役目と、外部の環境に対して圧電
振動子１の信頼性を保証するという役目を兼ねている。
従って、ケース２は外部の流体に対して信頼性が保証で
きるとともに、圧電振動子１の音響インピーダンスと流
体の音響インピーダンスの中間の値を有するプラスチッ
ク、金属などの材料で構成される。３はフェライト粉を
混合したプラスチック材などの材料から成るバッキング
材であり、圧電振動子１を電圧で駆動した時に放射され
る超音波５の立ち上がりを早くするために用いられる。
駆動端子４ａ、４ｂに共振周波数近傍の周波数のバース
ト電圧を印加すると、圧電振動子１は厚み振動モードで
振動し、気体または液体中などの流体中に超音波バース
ト５を放射する。

【００１８】図２は、図１に示す超音波送受波器に用い
る圧電振動子の斜視図である。同図において、１は機械
／電気変換素子として、圧電素子６が多数枚積層して構
成された積層圧電振動子である。圧電素子６は、それぞ
れ厚さ方向に分極され上下面に電極を形成された圧電セ
ラミックであり、同図に矢印で示すように隣り合う圧電
素子の分極方向（分極をＰで表している）が逆方向にな
るように貼り合わせられている。７は駆動電源であり、
圧電振動子１を駆動するための駆動交流電圧を発生す
る。圧電振動子１を構成する圧電素子６に、隣り合う圧
電素子の電圧印加方向が逆になるように共振周波数近傍
の駆動電源８の出力交流電圧を印加すると、圧電振動子
１は厚み振動をして外部の流体に音波を放射する。

【００１９】図３は、積層圧電素子１を用いた超音波送
受波器の駆動端子４ａ、４ｂから見たアドミッタンス
と、駆動電圧に対する放射超音波強度の大きさを表す送
波感度の周波数特性であり、同図において、ｆｒは厚み
振動の共振周波数であり、ｆｄは駆動周波数である。従
来は精度良く流速計測ができるように、送波感度が高く
なる共振周波数ｆｒで超音波送受波器を駆動していた。
しかし、本実施の形態１では積層圧電振動子１を用いて
いるので、駆動電圧に対する送波超音波強度である送波
感度がきわめて大きいので、必ずしも駆動周波数ｆｄを
共振周波数ｆｒに一致させるか、またごく近傍に設定す
る必要がない。実験では、駆動周波数ｆｄを共振周波数
ｆｒに対して、０．９ｆｒ（＝ｆｄ２）から０．０５ｆ
ｒ（＝ｆｄ１）に設定して流速測定装置に使用すれば、
流速を計測するのに充分な送波感度が得られることを確
認した。

【００２０】図４は、図１に示した超音波送受波器をも
ちいた流速測定装置のブロック図である。同図におい
て、スタート回路１１により流体の流速計測が始まる
と、切換回路１０により送受波器Ｔ１を送波器として、
送受波器Ｔ２を受波器として働くように切換をする。ま
た、スタート回路１１は、計測開始を時間計測回路１９
に知らせる。そして、トリガー回路１８が駆動回路１２
にトリガーをかけて送受波器Ｔ１を駆動して、超音波バ
ーストを流体中に放射する。超音波パルスは距離がＬの
伝搬経路１を伝搬し、送受波器Ｔ２で受波される。送受
波器Ｔ２で受けた超音波バーストは電圧バーストに変換
され、回路で取扱やすいレベルにまで増幅器１３で増幅
される。そして、比較回路１４で設定レベルと比較され
て超音波バーストが到来したことが認識される。そし
て、遅延回路１７により超音波が流体中の計測系から消
えるまで待って、再びトリガー回路１８により送受波器
Ｔ１に電圧パルス印加して超音波パルスを放射する。こ
の動作を繰返設定回路１５で設定された回数だけ繰り返
して時間計測回路１９で時間を計測する。この動作の終
了を司るのが繰返制御回路１６である。この時の管の中
を流れる流体の流速をＶ、流体中の超音波の速度をＣ、
平均シング・アラウンド周期をｔ１、平均シング・アラ
ウンド周波数ｆ１とすれば、ｆ１＝１／ｔ１＝（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）／Ｌ（４）の関係が成立し、この演算を行うのが流速演算回路２０
である。

【００２１】次に、送受波器Ｔ２を送波器として、送受
波器Ｔ１を受波器として用いて同様の動作をした時の平
均シング・アラウンド周期をｔ２、平均シング・アラウ
ンド周波数ｆ２とすれば、ｆ２＝１／ｔ２＝（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）／Ｌ（５）の関係が成立する。従って、両者の周波数差Δｆは、 Δｆ＝ｆ１−ｆ２＝２Ｖｃｏｓθ／Ｌ（６）となり、周波数差Δｆにより流体の流速Ｖを求めること
ができる。この演算を行うのも流速演算回路２０であ
る。

【００２２】本実施の形態１によれば、積層型圧電振動
子を用いることにより、小さな形状で送受波感度を大き
くすることができる。また、駆動周波数を共振周波数か
ら離すことにより、送受波感度の周波数依存性を小さく
できるので、周囲温度や負荷が変動して共振周波数が変
化しても、特性変化が小さい超音波送受波器を実現でき
る。また、２つの送受波器の特性を合わせる必要もな
い。そして、このような超音波送受波器を流速測定装置
に使用することにより、常に測定精度が高く、特に低流
速の場合にも高精度の流速計測ができるという条件をす
べて兼ね備えた流速測定装置を提供することができる。

【００２３】また、上記の実施の形態１では、圧電振動
子１に厚み振動を励振しているが、拡がり振動を励振す
ることも、厚み振動と拡がり振動を同時に励振すること
も容易であり同様の効果が得られる。

【００２４】（実施の形態２）以下、図面に従って、本
発明の実施の形態２について詳細に説明する。

【００２５】図５は、本発明の実施の形態２の流体測定
装置に用いる超音波送受波器の斜視図である。同図にお
いて、２１は、圧電セラミックなどの圧電体により構成
される圧電振動子であり、ケース２２の内側に貼り付け
られている。ケース２２は、駆動電圧により励振される
圧電振動子２１の機械的振動が外部の媒体に超音波とし
て効率よく出ていき、到来した超音波が効率よく電圧に
変換されるための音響整合層の役目と、外部の環境に対
して圧電振動子２１の信頼性を保証するという役目を兼
ねている。従って、ケース２２は、外部の流体に対して
信頼性が保証できるとともに、圧電振動子２１の音響イ
ンピーダンスと流体の音響インピーダンスの中間の値を
有するプラスチック、金属などの材料で構成される。２
３は、フェライト粉を混合したプラスチック材などの材
料から成るバッキング材であり、圧電振動子２１を電圧
で駆動した時に放射される超音波２５の立ち上がりを早
くするために用いられる。駆動端子２４ａ、２４ｂに共
振周波数近傍の周波数のバースト電圧を印加すると、圧
電振動子２１は厚み振動モードで振動し、気体または液
体中などの流体中に超音波バースト２５を放射する。

【００２６】図６は、図５に示した超音波送受波器に用
いる圧電振動子の斜視図である。同図において、２１は
機械／電気変換素子として圧電素子２６が多数枚積層し
て構成された積層圧電振動子である。圧電素子２６は、
厚さ方向に分極され上下面に電極を形成された圧電セラ
ミックであり、同図に矢印で示すように隣り合う圧電素
子の分極方向（分極をＰで表している）が逆になるよう
に貼り合わせられている。そして、２７は金属、セラミ
ックなどの弾性板であり、積層した圧電素子２６の上下
面に貼り付けて、積層圧電振動子２１を構成している。
弾性板２７は、共振周波数の調整用であり、弾性板２７
の厚さを厚くすれば、積層圧電振動子２１の共振周波数
を低くすることができ、弾性板２７の厚さを薄くすれ
ば、積層圧電振動子２１の共振周波数を高くすることが
できる。２８は駆動電源であり、圧電振動子２１を駆動
するための駆動交流電圧を発生する。圧電振動子２１を
構成する圧電素子２６に共振周波数近傍の駆動電源２８
の出力交流電圧を印加すると、圧電振動子２１は厚み振
動をして外部に音波を放射する。

【００２７】図７は、図５に示した超音波送受波器に積
層圧電振動子２１を用いた時の超音波送受波器の駆動端
子２４ａ、２４ｂから見たアドミッタンスと、駆動電圧
に対する放射超音波強度の大きさを表す送波感度の周波
数特性であり、同図において、ｆｒ１は、圧電素子２６
を積層して構成した時の厚み振動の共振周波数であり、
その時のアドミッタンスと送波感度を添え字１で表し、
ｆｒ２は圧電素子２６を積層した後に、弾性板２７を上
下面に貼り付けて構成した時の厚み振動の共振周波数で
あり、その時のアドミッタンスと送波感度を添え字２で
表し、そしてｆｄは駆動周波数である。積層圧電素子２
１の厚み振動の共振周波数は厚さで決まり、共振周波数
を低くする時には、積層枚数を多くするか、１枚の圧電
素子の厚さを厚くする。しかし、一般的に積層枚数と１
枚の厚さを厚くするのには限りがある。そして、共振周
波数駆動周波数ｆｄが共振周波数ｆｒ１よりかなり低い
時には、同図に示すように送波感度が低くなるので、弾
性板２７を圧電素子２６の上下面に貼り付けて構成した
時の厚み振動の共振周波数をｆｒ２に低下させることに
より送波感度を高くする。実験では、駆動周波数ｆｄを
共振周波数ｆｒ２に対して０．９ｆｒ２（＝ｆｄ）から
０．０５ｆｒ２（＝ｆｄ）に設定して流速測定装置に使
用すれば時にも、流速を計測するのに充分な送波感度が
得られることを確認した。

【００２８】図５に示した超音波送受波器をもちいた流
速測定装置は図４と同様であるのでここでは省略する。

【００２９】本実施の形態２によれば、圧電素子を複数
枚積層した後に、弾性板を上下面に貼り付けて構成した
積層型圧電振動子を用いることにより、任意の積層圧電
素子で貼り合わす弾性板の厚さを変えるだけで容易に共
振周波数を制御し、その結果、送受波感度を制御するこ
とができる。また、駆動周波数を共振周波数から離すこ
とにより、送受波感度の周波数依存性を小さくできるの
で、周囲温度や負荷が変動して共振周波数が変化しても
特性変化が小さい超音波送受波器を実現できる。また、
２つの送受波器の特性を合わせる必要もない。そして、
このような超音波送受波器を流速測定装置に使用するこ
とにより、常に測定精度が高く、特に低流速の場合にも
高精度の流速計測ができるという条件をすべて兼ね備え
た流速測定装置を提供することができる。また、圧電素
子を複数枚積層した後に弾性板を上下面のいずれか１面
に貼り付けて構成した積層型圧電振動子を用いることに
より、任意の積層圧電素子で貼り合わす弾性板の厚さを
変えるだけで容易に共振周波数を制御し、その結果、送
受波感度を制御することも同様にできる。

【００３０】

【発明の効果】本願発明では、積層圧電振動子を用いる
ことにより、形状が小さく、送受波感度が大きく、周波
数依存性が小さく、温度や負荷の変動による特性変化が
小さい超音波送受波器を実現し、この超音波送受波器を
流速測定装置に使用することにより、消費電力が小さ
く、測定精度が高く、特に低流速の場合にも高精度の流
速計測ができるという条件をすべて兼ね備えた流速測定
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の流速測定装置の超音波
送受波器の断面図

【図２】図１の超音波送受波器に用いる圧電振動子の斜
視図

【図３】図１の超音波送受波器のアドミッタンスおよび
送波感度の周波数特性図

【図４】本発明の実施の形態１の流速測定装置のブロッ
ク図

【図５】本発明の実施の形態２の流速測定装置の超音波
送受波器の断面図

【図６】図５の超音波送受波器に用いる圧電振動子の斜
視図

【図７】図５の超音波送受波器のアドミッタンスおよび
送波感度の周波数特性図

【図８】従来の流速測定装置の測定原理説明のための概
念図

【図９】従来の流速測定装置の超音波送受波器の断面図

【符号の説明】

１圧電振動子２ケース３バッキング材４ａ，４ｂ駆動端子５放射超音波６圧電素子７駆動電源１０切換回路１１スタート回路１２駆動回路１３増幅器１４比較回路１５繰返設定回路１６繰返制御回路１７遅延回路１８トリガー回路１９時間計測回路２０流速演算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電板を複数枚積層して構成した積層型圧
電素子を、ケースの内側に固着して構成した超音波送受
波器を電圧で駆動して、流体中に超音波を発射し、前記
超音波が、所定の伝搬路を伝搬する時間を計測すること
により、前記流体の流速を計測することを特徴とする流
速測定装置。
【請求項２】圧電板を複数枚積層して構成した積層型圧
電素子の１面である音響放射面に音響整合層を形成し、
前記積層型圧電素子の前記音響放射面の反対面に前記音
響整合層よりも剛性の大きい剛性層を形成して構成した
超音波送受波器を電圧で駆動して流体中に超音波を発射
し、前記超音波が所定の伝搬路を伝搬する時間を計測す
ることにより、前記流体の流速を計測することを特徴と
する流速測定装置。
【請求項３】圧電板を複数枚積層し、少なくとも１面に
弾性板を固着して構成した積層型圧電素子をケースの内
側に固着して構成した超音波送受波器を電圧で駆動して
流体中に超音波を発射し、前記超音波が所定の伝搬路を
伝搬する時間を計測することにより、前記流体の流速を
計測することを特徴とする流速測定装置。
【請求項４】圧電板を複数枚積層し、少なくとも１面に
弾性板を固着して構成した積層型圧電素子の１面である
音響放射面に音響整合層を形成し、前記積層型圧電素子
の前記音響放射面の反対面に前記音響整合層よりも剛性
の大きい剛性層を形成して構成した超音波送受波器を電
圧で駆動して流体中に超音波を発射し、前記超音波が所
定の伝搬路を伝搬する時間を計測することにより、前記
流体の流速を計測することを特徴とする流速測定装置。