JPH11352114A - 超音波計測方法及び装置 - Google Patents

超音波計測方法及び装置

Info

Publication number
JPH11352114A
JPH11352114A JP10176565A JP17656598A JPH11352114A JP H11352114 A JPH11352114 A JP H11352114A JP 10176565 A JP10176565 A JP 10176565A JP 17656598 A JP17656598 A JP 17656598A JP H11352114 A JPH11352114 A JP H11352114A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
time
sensor
measurement
received
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10176565A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3745535B2 (ja
Inventor
Hideyuki Suzuki
秀幸 鈴木
Hisanaga Tanaka
久永 田中
Hajime Hachisuga
一 蜂須賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Industrial Co Ltd
Fuji Kogyo KK
Original Assignee
Fuji Industrial Co Ltd
Fuji Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Industrial Co Ltd, Fuji Kogyo KK filed Critical Fuji Industrial Co Ltd
Priority to JP17656598A priority Critical patent/JP3745535B2/ja
Priority to US09/325,578 priority patent/US6094987A/en
Publication of JPH11352114A publication Critical patent/JPH11352114A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3745535B2 publication Critical patent/JP3745535B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H5/00—Measuring propagation velocity of ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. of pressure waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波の伝搬時間を、外的要因の影響を受け
にくい方法で高精度に安定的に計測可能とすること。 【解決手段】 第１と第２の超音波センサ１、２を対向
配置し、それら両超音波センサ１、２の表面のそれぞれ
に第１と第２の反射板１、２を設け、測定対象物内での
距離Ｌにおける超音波の伝搬時間ｔt を、ｔt ＝（ｔ4
−ｔ3 ＋ｔ2 −ｔ1 ）／２で求めるもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波計測方法及
び装置に係り、気体、液体、固体等の測定対象物の音速
を測定し、測定対象物が気体、液体である場合にはそれ
らの成分、濃度、弾性率等を求め、測定対象物が固体で
ある場合にはその弾性率、強度、疲労、応力、履歴、寿
命等を求めるに好適な超音波計測方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超音波による音速計測方法は超音波送信
部から測定対象物内に超音波を送信し、この送信波に基
づいて生ずる反射信号を超音波受信部で受信し、その受
信波より求められる伝搬時間（ｔt ）と伝搬距離（Ｌ）
に基づいて測定対象物の絶対音速（Ｖ）を求める。
【０００３】従来の音速計測方法としては、シングアラ
ウンド方法、オーバーラップ方法等がある。
【０００４】シングアラウンド方法は、計測安定性、自
動計測等の要求により使用されているが、伝搬時間（ｔ
s ）を計測すると（図４）、 ｔs ＝ 2ｔe ＋ 2ｔa ＋ 2ｔt …(1) ｔe ：電気的遅延時間 ｔa ：送信板伝搬時間 となり、真に必要な伝搬時間（ｔt ）以外にｔe 、ｔa
を含む。送信板伝搬時間（ｔa ）は温度、圧力等の外的
要因の影響を受け易く、電気的遅延時間（ｔe ）は電気
回路系及び部品毎の個差の影響があり、高精度及び互換
性を得るのが困難である。
【０００５】オーバーラップ方法は、相対する送信板と
受信板に挟まれる測定対象物内で、超音波送信部から送
信された送信波に基づいて順次生ずる多重反射信号の多
重波伝搬時間ｔ01、ｔ02（図３）を測定することによ
り、伝搬時間（ｔt ）が ｔt ＝（ｔ02−ｔ01）÷2 …(2) で求められる。然しながら、現実の問題として、製造
上、反射板と送信板を完全な平行に設置することは困難
で、圧力、外力によっても平行度は変化し、この平行度
に対するずれ、角度により測定誤差が発生する。
【０００６】また、反射板の反射率が小さい場合、多重
波を利用する方法では受信波の信号エネルギが小さく、
計測が不安定となり計測不能になることもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、超音
波の伝搬時間を、外的要因の影響を受けにくい方法で高
精度に安定的に計測可能とすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、第１と第２の超音波センサを対向配置し、それら両
超音波センサの表面のそれぞれに第１と第２の反射板を
設け、それら両反射板の対向間隔を距離Ｌとし、測定対
象物内で、第１超音波センサから送信した超音波を第２
超音波センサで受信するまでの時間ｔ1 と、第１超音波
センサから送信した超音波を第２反射板で反射し、第１
超音波センサで受信するまでの時間ｔ2と、第２超音波
センサから送信した超音波を第１超音波センサで受信す
るまでの時間ｔ3 と、第２超音波センサから送信した超
音波を第１反射板で反射し、第２超音波センサで受信す
るまでの時間ｔ4 のそれぞれを計測し、測定対象物内で
の距離Ｌにおける超音波の伝搬時間ｔt を、ｔt ＝（ｔ
4 −ｔ3 ＋ｔ2 −ｔ1 ）／２で求め、測定対象物の絶対
音速Ｖを、Ｖ＝Ｌ／ｔt で求めるようにしたものであ
る。
【０００９】請求項２に記載の本発明は、第１と第２の
超音波センサを対向配置し、それら両超音波センサの表
面のそれぞれに第１と第２の反射板を設け、それら両反
射板の対向間隔を距離Ｌとしてなる超音波計測装置であ
って、測定対象物内で、第１超音波センサから送信した
超音波を第２超音波センサで受信するまでの時間ｔ
1と、第１超音波センサから送信した超音波を第２反射
板で反射し、第１超音波センサで受信するまでの時間ｔ
2 と、第２超音波センサから送信した超音波を第１超音
波センサで受信するまでの時間ｔ3 と、第２超音波セン
サから送信した超音波を第１反射板で反射し、第２超音
波センサで受信するまでの時間ｔ4 のそれぞれを計測す
る時間計測回路と、測定対象物内での距離Ｌにおける超
音波の伝搬時間ｔt を、ｔt ＝（ｔ4 −ｔ3 ＋ｔ2 −ｔ
1 ）／２で求め、測定対象物の絶対音速ＶをＶ＝Ｌ／ｔ
t で求める演算処理回路とを有してなるようにしたもの
である。
【００１０】
【作用】本発明にあっては、図１に示す如く、センサ１
（第１超音波センサ）とセンサ２（第２超音波センサ）
を対向配置し、それら両センサ１、２の表面のそれぞれ
に反射板１（第１反射板）、反射板２（第２反射板）を
設け、それら両反射板１、２の対向間隔を距離Ｌとし、
両反射板１、２に挟まれる測定対象物を気体、液体、も
しくは固体とするものである。そして、センサ１より超
音波を送信し、センサ２で受信する迄の時間（ｔ1 ）を
計測する。センサ１より送信し、反射板２で反射し、セ
ンサ１で受信した時間（ｔ2 ）を計測する。センサ２よ
り送信し、センサ１で受信した時間（ｔ3 ）を計測す
る。センサ２より送信し、反射板１で反射し、センサ２
で受信した時間（ｔ4 ）を計測する。それらのデータに
基づき （ｔ4 −ｔ3 ＋ｔ2 −ｔ1 ）÷2 ＝｛ 2・（ｔe2＋ｔa2＋ｔt ）−（ｔe2＋ｔa2＋ｔt ＋ｔa1＋ｔe1） ＋ 2・（ｔe1＋ｔa1＋ｔt ）−（ｔe1＋ｔa1＋ｔt ＋ｔa2＋ｔe2）｝÷2 ＝ｔt …(3) の演算を行なうことにより測定対象物中の伝搬時間（ｔ
t ）が求められる。
【００１１】但し、ｔe1、ｔe2は電気的遅延時間であ
り、ｔa1、ｔa2は樹脂製反射板等の内部を透過する反射
板伝搬時間とする。
【００１２】本発明では、反射板１と反射板２の間隔で
ある伝搬距離をＬとするとき、測定対象物の絶対音速Ｖ
を、 Ｖ＝Ｌ÷ｔt …(4) で求める。
【００１３】（メリット１）本発明によれば、センサ１
とセンサ２を対向配置したから、反射板１、２の平行度
に角度ずれがあっても、音速計測を従来方法に比して以
下の如くに高精度にできる。
【００１４】即ち、従来のオーバーラップ方法では、図
５の送信板と受信板の平行度にずれ角度（θ）があると
き（図２）、センサは、
【数１】 の距離の伝搬時間を計測しており、測定誤差（εu ）
は、
【数２】 となり、sin θ≒θとおくと εu ≒│ 1−（ 1＋ 5θ2 ）｛ 1＋（ 4θ2 ） 2θ2 ｝（ 1＋ 2θ2 ）│ ≒ 9θ2 …(7) となる。
【００１５】これに対し、本発明方法では、反射板１、
２の平行度にずれ角度θがあるとき（図２）、センサ
１、２は、
【数３】 の距離の伝搬時間を計測しており、測定誤差（εn ）は
【数４】 となる。
【００１６】εn とεu を比較すると
【数５】 となるから、本発明方法によれば、従来方法に比して誤
差が1/4 、精度は 4倍になる。
【００１７】（メリット２）本発明によれば、センサか
ら測定対象物への不純物やイオンの析出を防止したり、
センサの耐食性を向上するために、反射板を合成樹脂製
とする場合にも、計測時の全送受信過程における超音波
の反射回数を最大 1回（ｔ2 、ｔ4 検出時の反射回数）
とし、音速計測を従来方法に比して以下の如くに高精度
且つ安定化できる。
【００１８】即ち、反射板を合成樹脂等にした場合、超
音波の反射率（ＲO ）は
【数６】 となる。但し Ｚ1 ：水の音響インピーダンス Ｚ2 ：合成樹脂（ＰＦＡ）の音響インピーダンス
【００１９】このとき、本発明方法では、ｔ1 、ｔ3 検
出時の超音波の反射回数は 0回、ｔ2 、ｔ4 検出時の超
音波の反射回数は 1回であり、全送受信過程における超
音波の反射回数は最大 1回となり、その反射率Ｒn は、 Ｒn ＝Ｒ0 1＝ 1／3.3 …(12) である。これに対し、従来のオーバーラップ方法では、
図５のｔ01検出時の超音波の反射回数は 1回、ｔ02検出
時の超音波の反射回数は 3回であり、全送受信過程にお
ける超音波の反射回数は最大 3回となり、その反射率Ｒ
u は、 Ｒu ＝Ｒ0 3＝ 1／36 …(13) となる。本発明方法によれば、従来方法に比して、全送
受信過程での総合的な反射率が10倍以上になり、10倍以
上の受信波の信号エネルギを得ることが可能となるか
ら、安定した計測ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図３は超音波計測装置を示すブロ
ック図である。
【００２１】超音波計測装置は、超音波送受信装置１０
０、計測回路２００とを有して構成される。
【００２２】超音波送受信装置１００は、センサ１を備
える反射板１とセンサ２を備える反射板２とを距離Ｌを
介して対向配置し、この間を測定対象物（気体、液体又
は固体）を満たすようにしている。また、超音波送受信
装置１００は、温度センサ１０１を備えている。
【００２３】計測回路２００は、第１と第２の送信回路
２０１Ａ、２０１Ｂ、第１と第２の受信回路２０２Ａ、
２０２Ｂ、スイッチ１〜４（ｓｗ−１〜４）、ＡＧＣ回
路２０３、検波回路２０４、信号選択回路２０５、信号
選択制御回路２０６、位相比較回路２０７、電圧−周波
数変換回路２０８、時間計測回路２０９、絶対音速演算
ユニット２１０、温度計測回路２１１、演算処理ユニッ
ト２１２、出力部２１３で構成される。
【００２４】計測回路２００は、時間計測回路２０９と
を用いて、下記(1) 〜(4) により、本発明の時間ｔ1 〜
ｔ4 を計測する。 (1) 時間ｔ1 ｓｗ−1 、ｓｗ−4 を閉じ、センサ１より超音波を送信
し、これをセンサ２で受信し、この間の伝搬時間（ｔ
1 ）を計測する。
【００２５】このとき、計測回路２００は、ｔ1 （ｔ2
〜ｔ4 も同じ）を例えば以下の如くに求める。
【００２６】超音波を、センサ１より送信し、センサ２
と受信回路２０２Ｂで受信する。ｓｗ−４、ＡＧＣ回路
２０３を経て検波回路２０４で検波し、信号選択回路２
０５で信号を取出す。
【００２７】位相比較回路２０７、電圧−周波数変換回
路２０８、信号選択制御回路２０６はＰＬＬを構成して
おり、送信から受信の時間（ｔ1 ) をｎ倍した時間を１
周期とした周波数（ｆ1 ）に変換する。その周期毎に信
号選択制御回路２０６からｓｗ−１、送信回路２０１Ａ
を経てセンサ１より超音波を送信する。計測に多重波の
影響が無いような時間を得るよう整数ｎを設定する。
【００２８】周波数（ｆ1 ）を、時間計測回路２０９で
計測し、絶対音速（Ｖ）を絶対音速演算ユニット２１０
で(3) 、(4) 式により求める。
【００２９】温度センサ１０１、温度計測回路２１１で
温度を計測し、測定対象物のデータを温度と絶対音速
（Ｖ）から演算処理ユニット２１２で求め出力部２１３
より出力する。
【００３０】(2) 時間ｔ2 ｓｗ−1 、ｓｗ−3 を閉じ、センサ１より超音波を送信
し、これを反射板２で反射させた後、センサ１で受信
し、この間の伝搬時間（ｔ2 ）を計測する。
【００３１】(3) 時間ｔ3 ｓｗ−2 、ｓｗ−3 を閉じ、センサ２より超音波を送信
し、これをセンサ１で受信し、この間の伝搬時間（ｔ
3 ）を計測する。
【００３２】(4) 時間ｔ4 ｓｗ−2 、ｓｗ−4 を閉じ、センサ２より超音波を送信
し、これを反射板１で反射させた後、センサ２で受信
し、この間の伝搬時間（ｔ4 ）を計測する。
【００３３】次に、計測回路２００は、絶対音速演算ユ
ニット２１０を用いて、上記(1) で求めた時間（ｔ1 、
ｔ2 、ｔ3 、ｔ4 ）を前述(3) 式で演算処理し、反射板
１、２の間の距離Ｌにおける超音波の伝搬時間ｔt を求
める。
【００３４】そして、計測回路２００は、演算処理ユニ
ット２１２を用いて、絶対音速演算ユニット２１０が求
めた伝搬時間ｔt を前述(4) 式で演算処理し、絶対音速
（Ｖ）を求める。また、計測回路２００は、温度計測回
路２１１により測定対象物の温度Ｔを計測し、この温度
Ｔと絶対音速Ｖとから、測定対象物の水分、濃度等の情
報を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、超音波の
伝搬時間を、外的要因の影響を受けにくい方法で高精度
に安定的に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の超音波対向型センサを示す模式
図である。
【図２】図２は超音波計測装置を示すブロック図であ
る。
【図３】図３は本発明方法と従来方法の計測誤差原理を
示す模式図である。
【図４】図４は従来のシングアラウンド方法を示す模式
図である。
【図５】図５は従来のオーバーラップ方法を示す模式図
である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年７月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 超音波計測方法及び装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波計測方法及
び装置に係り、気体、液体、固体等の測定対象物の音速
を測定し、測定対象物が気体、液体である場合にはそれ
らの成分、濃度、弾性率等を求め、測定対象物が固体で
ある場合にはその弾性率、強度、疲労、応力、履歴、寿
命等を求めるに好適な超音波計測方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超音波による音速計測方法は超音波送信
部から測定対象物内に超音波を送信し、この送信波に基
づいて生ずる反射信号を超音波受信部で受信し、その受
信波より求められる伝搬時間（ｔｔ）と伝搬距離（Ｌ）
に基づいて測定対象物の絶対音速（Ｖ）を求める。
【０００３】従来の音速計測方法としては、シングアラ
ウンド方法、オーバーラップ方法等がある。
【０００４】シングアラウンド方法は、計測安定性、自
動計測等の要求により使用されているが、伝搬時間（ｔ
ｓ）を計測すると（図４）、 ｔｓ＝２ｔｅ＋２ｔａ＋２ｔｔ …（１） ｔｅ：電気的遅延時間 ｔａ：送信板伝搬時間 となり、真に必要な伝搬時間（ｔｔ）以外にｔｅ、ｔａ
を含む。送信板伝搬時間（ｔａ）は温度、圧力等の外的
要因の影響を受け易く、電気的遅延時間（ｔｅ）は電気
回路系及び部品毎の個差の影響があり、高精度及び互換
性を得るのが困難である。
【０００５】オーバーラップ方法は、相対する送信板と
受信板に挟まれる測定対象物内で、超音波送信部から送
信された送信波に基づいて順次生ずる多重反射信号の多
重波伝搬時間ｔｏ１、ｔｏ２（図３）を測定することに
より、伝搬時間（ｔｔ）が ｔｔ＝（ｔｏ２−ｔｏ１）÷２ …（２） で求められる。然しながら、現実の問題として、製造
上、反射板と送信板を完全な平行に設置することは困難
で、圧力、外力によっても平行度は変化し、この平行度
に対するずれ、角度により測定誤差が発生する。
【０００６】また、反射板の反射率が小さい場合、多重
波を利用する方法では受信波の信号エネルギが小さく、
計測が不安定となり計測不能になることもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、超音
波の伝搬時間を、外的要因の影響を受けにくい方法で高
精度に安定的に計測可能とすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、第１と第２の超音波センサを対向配置し、それら両
超音波センサの表面のそれぞれに第１と第２の反射板を
設け、それら両反射板の対向間隔を距離Ｌとし、測定対
象物内で、第１超音波センサから送信した超音波を第２
超音波センサで受信するまでの時間ｔ１と、第１超音波
センサから送信した超音波を第２反射板で反射し、第１
超音波センサで受信するまでの時間ｔ２と、第２超音波
センサから送信した超音波を第１超音波センサで受信す
るまでの時間ｔ３と、第２超音波センサから送信した超
音波を第１反射板で反射し、第２超音波センサで受信す
るまでの時間ｔ４のそれぞれを計測し、測定対象物内で
の距離Ｌにおける超音波の伝搬時間ｔｔを、ｔｔ＝（ｔ
４−ｔ３＋ｔ２−ｔ１）／２で求め、測定対象物の絶対
音速Ｖを、Ｖ＝Ｌ／ｔｔで求めるようにしたものであ
る。
【０００９】請求項２に記載の本発明は、第１と第２の
超音波センサを対向配置し、それら両超音波センサの表
面のそれぞれに第１と第２の反射板を設け、それら両反
射板の対向間隔を距離Ｌとしてなる超音波計測装置であ
って、測定対象物内で、第１超音波センサから送信した
超音波を第２超音波センサで受信するまでの時間ｔ
１と、第１超音波センサから送信した超音波を第２反射
板で反射し、第１超音波センサで受信するまでの時間ｔ
２と、第２超音波センサから送信した超音波を第１超音
波センサで受信するまでの時間ｔ３と、第２超音波セン
サから送信した超音波を第１反射板で反射し、第２超音
波センサで受信するまでの時間ｔ４のそれぞれを計測す
る時間計測回路と、測定対象物内での距離Ｌにおける超
音波の伝搬時間ｔｔを、ｔｔ＝（ｔ４−ｔ３＋ｔ２−ｔ
１）／２で求め、測定対象物の絶対音速ＶをＶ＝Ｌ／ｔ
ｔで求める演算処理回路とを有してなるようにしたもの
である。
【００１０】
【作用】本発明にあっては、図１に示す如く、センサ１
（第１超音波センサ）とセンサ２（第２超音波センサ）
を対向配置し、それら両センサ１、２の表面のそれぞれ
に反射板１（第１反射板）、反射板２（第２反射板）を
設け、それら両反射板１、２の対向間隔を距離Ｌとし、
両反射板１、２に挟まれる測定対象物を気体、液体、も
しくは固体とするものである。そして、センサ１より超
音波を送信し、センサ２で受信する迄の時間（ｔ１）を
計測する。センサ１より送信し、反射板２で反射し、セ
ンサ１で受信した時間（ｔ２）を計測する。センサ２よ
り送信し、センサ１て受信した時間（ｔ３）を計測す
る。センサ２より送信し、反射板１で反射し、センサ２
で受信した時間（ｔ４）を計測する。それらのデータに
基づき （ｔ４−ｔ３＋ｔ２−ｔ１）÷２ ＝｛２・（ｔｅ２＋ｔａ２＋ｔｔ）−（ｔｅ２＋ｔａ２＋ｔｔ＋ｔａ１＋ｔｅ １）＋２・（ｔｅ１＋ｔａ１＋ｔｔ）−（ｔｅ１＋ｔａ１＋ｔｔ＋ｔａ２＋ ｔｅ２）｝÷２ ＝ｔｔ …（３） の演算を行なうことにより測定対象物中の伝搬時間（ｔ
ｔ）が求められる。
【００１１】但し、ｔｅ１、ｔｅ２は電気的遅延時間で
あり、ｔａ１、ｔａ２は樹脂製反射板等の内部を透過す
る反射板伝搬時間とする。
【００１２】本発明では、反射板１と反射板２の間隔で
ある伝搬距離をＬとするとき、測定対象物の絶対音速Ｖ
を、 Ｖ＝Ｌ÷ｔｔ …（４） で求める。
【００１３】（メリット１）本発明によれば、センサ１
とセンサ２を対向配置したから、反射板１、２の平行度
に角度ずれがあっても、音速計測を従来方法に比して以
下の如くに高精度にできる。
【００１４】即ち、従来のオーバーラップ方法では、図
５の送信板と受信板の平行度にずれ角度（θ）があると
き（図２）、センサは、
【数１】 の距離の伝搬時間を計測しており、測定誤差（εｕ）
は、
【数２】 となり、ｓｉｎθ≒θとおくと εｕ≒｜ １−（１＋５θ２）｛１＋（１＋４θ２）２θ２｝ （１＋２θ２）｜ ≒９θ２ …（７） となる。
【００１５】これに対し、本発明方法では、反射板１、
２の平行度にずれ角度θがあるとき（図２）、センサ
１、２は、
【数３】 の距離の伝搬時間を計測しており、測定誤差（εｎ）は
【数４】 となる。
【００１６】εｎとεｕを比較すると
【数５】 となるから、本発明方法によれば、従来方法に比して誤
差が１／４、精度は４倍になる。
【００１７】（メリット２）本発明によれば、センサか
ら測定対象物への不純物やイオンの析出を防止したり、
センサの耐食性を向上するために、反射板を合成樹脂製
とする場合にも、計測時の全送受信過程における超音波
の反射回数を最大１回（ｔ２、ｔ４検出時の反射回数）
とし、音速計測を従来方法に比して以下の如くに高精度
且つ安定化できる。
【００１８】即ち、反射板を合成樹脂等にした場合、超
音波の反射率（Ｒｏ）は
【数６】 となる。但し Ｚ１：水の音響インピーダンス Ｚ２：合成樹脂（ＰＦＡ）の音響インピーダンス
【００１９】このとき、本発明方法では、ｔ１、ｔ３検
出時の超音波の反射回数は０回、ｔ２、ｔ４検出時の超
音波の反射回数は１回であり、全送受信過程における超
音波の反射回数は最大１回となり、その反射率Ｒｎは、 Ｒｎ＝Ｒｏ １＝１／３．３ …（１２） である。これに対し、従来のオーバーラップ方法では、
図５のｔｏ１検出時の超音波の反射回数は１回、ｔｏ２
検出時の超音波の反射回数は３回であり、全送受信過程
における超音波の反射回数は最大３回となり、その反射
率Ｒｕは、 Ｒｕ＝Ｒｏ ３＝１／３６ …（１３） となる。本発明方法によれば、従来方法に比して、全送
受信過程での総合的な反射率が１０倍以上になり、１０
倍以上の受信波の信号エネルギを得ることが可能となる
から、安定した計測ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図３は超音波計測装置を示すブロ
ック図である。
【００２１】超音波計測装置は、超音波送受信装置１０
０、計測回路２００とを有して構成される。
【００２２】超音波送受信装置１００は、センサ１を備
える反射板１とセンサ２を備える反射板２とを距離Ｌを
介して対向配置し、この間を測定対象物（気体、液体又
は固体）を満たすようにしている。また、超音波送受信
装置１００は、温度センサ１０１を備えている。
【００２３】計測回路２００は、第１と第２の送信回路
２０１Ａ、２０１Ｂ、第１と第２の受信回路２０２Ａ、
２０２Ｂ、スイッチ１〜４（ｓｗ−１〜４）、ＡＧＣ回
路２０３、検波回路２０４、信号選択回路２０５、信号
選択制御回路２０６、位相比較回路２０７、電圧−周波
数変換回路２０８、時間計測回路２０９、絶対音速演算
ユニット２１０、温度計測回路２１１、演算処理ユニッ
ト２１２、出力部２１３で構成される。
【００２４】計測回路２００は、時間計測回路２０９と
を用いて、下記（１）〜（４）により、本発明の時間ｔ
１〜ｔ４を計測する。 （１）時間ｔ１ ｓｗ−１、ｓｗ−４を閉じ、センサ１より超音波を送信
し、これをセンサ２で受信し、この間の伝搬時間
（ｔ１）を計測する。
【００２５】このとき、計測回路２００は、ｔ１（ｔ２
〜ｔ４も同じ）を例えば以下の如くに求める。
【００２６】超音波を、センサ１より送信し、センサ２
と受信回路２０２Ｂで受信する。ｓｗ−４、ＡＧＣ回路
２０３を経て検波回路２０４で検波し、信号選択回路２
０５で信号を取出す。
【００２７】位相比較回路２０７、電圧−周波数変換回
路２０８、信号選択制御回路２０６はＰＬＬを構成して
おり、送信から受信の時間（ｔ１）をｎ倍した時間を１
周期とした周波数（ｆ１）に変換する。その周期毎に信
号選択制御回路２０６からｓｗ−１、送信回路２０１Ａ
を経てセンサ１より超音波を送信する。計測に多重波の
影響が無いような時間を得るよう整数ｎを設定する。
【００２８】周波数（ｆ１）を、時間計測回路２０９で
計測し、伝搬時間（ｔ１）を求める。
【００２９】（２）時間ｔ２ ｓｗ−１、ｓｗ−３を閉じ、センサ１より超音波を送信
し、これを反射板２で反射させた後、センサ１で受信
し、この間の伝搬時間（ｔ２）を計測する。
【００３０】（３）時間ｔ３ ｓｗ−２、ｓｗ−３を閉じ、センサ２より超音波を送信
し、これをセンサ１で受信し、この間の伝搬時間
（ｔ３）を計測する。
【００３１】（４）時間ｔ４ ｓｗ−２、ｓｗ−４を閉じ、センサ２より超音波を送信
し、これを反射板１で反射させた後、センサ２で受信
し、この間の伝搬時間（ｔ４）を計測する。
【００３２】次に、計測回路２００は、絶対音速演算ユ
ニット２１０を用いて、上記（１）、（２）、（３）、
（４）で求めた時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４）を前述
（３）式で演算処理し、反射板１、２の間の距離Ｌにお
ける超音波の伝搬時間ｔｔを求める。
【００３３】そして、計測回路２００は、演算処理ユニ
ット２１２を用いて、絶対音速演算ユニット２１０が求
めた伝搬時間ｔｔを前述（４）式で演算処理し、絶対音
速（Ｖ）を求める。また、計測回路２００は、温度セン
サ１０１、温度計測回路２１１により測定対象物の温度
Ｔを計測し、この温度Ｔと絶対音速Ｖとから、測定対象
物の水分、濃度等の情報を得て出力部２１３より出力す
る。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、超音波の
伝搬時間を、外的要因の影響を受けにくい方法で高精度
に安定的に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の超音波対向型センサを示す模式
図である。
【図２】図２は超音波計測装置を示すブロック図であ
る。
【図３】図３は本発明方法と従来方法の計測誤差原理を
示す模式図である。
【図４】図４は従来のシングアラウンド方法を示す模式
図である。
【図５】図５は従来のオーバーラップ方法を示す模式図
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１と第２の超音波センサを対向配置
    し、それら両超音波センサの表面のそれぞれに第１と第
    ２の反射板を設け、それら両反射板の対向間隔を距離Ｌ
    とし、 測定対象物内で、第１超音波センサから送信した超音波
    を第２超音波センサで受信するまでの時間ｔ1 と、第１
    超音波センサから送信した超音波を第２反射板で反射
    し、第１超音波センサで受信するまでの時間ｔ2 と、第
    ２超音波センサから送信した超音波を第１超音波センサ
    で受信するまでの時間ｔ3 と、第２超音波センサから送
    信した超音波を第１反射板で反射し、第２超音波センサ
    で受信するまでの時間ｔ4 のそれぞれを計測し、 測定対象物内での距離Ｌにおける超音波の伝搬時間ｔt
    を、ｔt ＝（ｔ4 −ｔ3 ＋ｔ2 −ｔ1 ）／２で求め、測
    定対象物の絶対音速Ｖを、Ｖ＝Ｌ／ｔt で求めることを
    特徴とする超音波計測方法。
  2. 【請求項２】 第１と第２の超音波センサを対向配置
    し、それら両超音波センサの表面のそれぞれに第１と第
    ２の反射板を設け、それら両反射板の対向間隔を距離Ｌ
    としてなる超音波計測装置であって、 測定対象物内で、第１超音波センサから送信した超音波
    を第２超音波センサで受信するまでの時間ｔ1 と、第１
    超音波センサから送信した超音波を第２反射板で反射
    し、第１超音波センサで受信するまでの時間ｔ2 と、第
    ２超音波センサから送信した超音波を第１超音波センサ
    で受信するまでの時間ｔ3 と、第２超音波センサから送
    信した超音波を第１反射板で反射し、第２超音波センサ
    で受信するまでの時間ｔ4 のそれぞれを計測する時間計
    測回路と、 測定対象物内での距離Ｌにおける超音波の伝搬時間ｔt
    を、ｔt ＝（ｔ4 −ｔ3 ＋ｔ2 −ｔ1 ）／２で求め、測
    定対象物の絶対音速ＶをＶ＝Ｌ／ｔt で求める演算処理
    回路とを有してなることを特徴とする超音波計測装置。
JP17656598A 1998-06-10 1998-06-10 超音波計測方法及び装置 Expired - Lifetime JP3745535B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17656598A JP3745535B2 (ja) 1998-06-10 1998-06-10 超音波計測方法及び装置
US09/325,578 US6094987A (en) 1998-06-10 1999-06-03 Method and apparatus for ultrasonic wave measurement

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17656598A JP3745535B2 (ja) 1998-06-10 1998-06-10 超音波計測方法及び装置
US09/325,578 US6094987A (en) 1998-06-10 1999-06-03 Method and apparatus for ultrasonic wave measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11352114A true JPH11352114A (ja) 1999-12-24
JP3745535B2 JP3745535B2 (ja) 2006-02-15

Family

ID=26497430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17656598A Expired - Lifetime JP3745535B2 (ja) 1998-06-10 1998-06-10 超音波計測方法及び装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6094987A (ja)
JP (1) JP3745535B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003270221A (ja) * 2002-03-18 2003-09-25 It Research:Kk 物質特性測定装置および物質特性測定方法
JP2004037436A (ja) * 2002-07-02 2004-02-05 Sakai Iron Works Co Ltd 表面ｓｈ波による音弾性応力測定方法及び測定用センサ
JP2005091318A (ja) * 2003-09-19 2005-04-07 Fuji Kogyo Kk 超音波濃度計
JP2011112486A (ja) * 2009-11-26 2011-06-09 Nippon Soda Co Ltd 液化ホスゲン中の水分検出器
JP2015158403A (ja) * 2014-02-24 2015-09-03 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 ガス濃度測定方法およびその装置
JP2019507600A (ja) * 2016-03-08 2019-03-22 トキタエ エルエルシー 温度安定型の培養インキュベータ
WO2023085151A1 (ja) * 2021-11-12 2023-05-19 日清紡ホールディングス株式会社 気体濃度測定装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10215043A1 (de) * 2002-04-05 2003-10-23 Diehl Ako Stiftung Gmbh & Co Einrichtung zur Zustandserfassung an einer Platte oder Wand eines Haushaltsgerätes
WO2006129821A1 (ja) * 2005-05-31 2006-12-07 Ngk Insulators, Ltd. 物体の通過検出装置
FR2889007B1 (fr) * 2005-07-20 2010-08-13 Sercel Rech Const Elect Dispositif de communication entre des equipements sous-marins synchronises
US9267924B2 (en) * 2010-04-15 2016-02-23 Qcm Lab Aktiebolag Method for detecting gas and a gas detector therefor
CN102128672B (zh) * 2010-12-27 2012-10-24 上海应用技术学院 一种液体介质中超声波声速的测量方法与装置
CN106546662B (zh) * 2016-10-31 2019-11-08 中国科学院地质与地球物理研究所 一种饱水泥岩高压排水条件下岩石声波速度测试方法
EP3390987A4 (en) * 2017-03-02 2019-10-09 AML Oceanographic Ltd. SOUND VELOCITY SENSOR FOR USE UNDER WATER AND METHOD FOR DETERMINING THE SOUND VELOCITY UNDER WATER
US10836354B2 (en) 2019-01-24 2020-11-17 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for a capacitive sensor
US10816497B2 (en) 2019-01-24 2020-10-27 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for a capacitive sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2871460A (en) * 1955-05-12 1959-01-27 John N Beebe Velocity measuring apparatus
US4421119A (en) * 1979-06-15 1983-12-20 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus for establishing in vivo, bone strength
JPS5877656A (ja) * 1981-11-04 1983-05-11 Fuji Kogyo Kk 超音波濃度測定装置
US4630482A (en) * 1985-06-17 1986-12-23 John Traina Method and apparatus for ultrasonic measurements of a medium
EP0251008A1 (de) * 1986-07-03 1988-01-07 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zur Bestimmung der Lage eines bewegbaren Körpers mit Ultraschall
US4933911A (en) * 1989-09-01 1990-06-12 Amoco Corporation Method for determining seismic velocities
FR2654508B1 (fr) * 1989-11-14 1992-02-21 Aerospatiale Ste Nat Indle Dispositif et sonde pour mesurer la variation de distance separant les deux faces d'une couche de matiere au moyen d'ultrasons.
US5035147A (en) * 1990-02-09 1991-07-30 Curtin Matheson Scientific, Inc. Method and system for digital measurement of acoustic burst travel time in a fluid medium
JP3129563B2 (ja) * 1993-02-10 2001-01-31 富士工業株式会社 超音波計測方法及び装置
FI103439B (fi) * 1997-01-27 1999-06-30 Janesko Oy Menetelmä ja laite äänennopeuden mittaamiseksi nesteessä

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003270221A (ja) * 2002-03-18 2003-09-25 It Research:Kk 物質特性測定装置および物質特性測定方法
JP2004037436A (ja) * 2002-07-02 2004-02-05 Sakai Iron Works Co Ltd 表面ｓｈ波による音弾性応力測定方法及び測定用センサ
JP2005091318A (ja) * 2003-09-19 2005-04-07 Fuji Kogyo Kk 超音波濃度計
JP2011112486A (ja) * 2009-11-26 2011-06-09 Nippon Soda Co Ltd 液化ホスゲン中の水分検出器
JP2015158403A (ja) * 2014-02-24 2015-09-03 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 ガス濃度測定方法およびその装置
JP2019507600A (ja) * 2016-03-08 2019-03-22 トキタエ エルエルシー 温度安定型の培養インキュベータ
WO2023085151A1 (ja) * 2021-11-12 2023-05-19 日清紡ホールディングス株式会社 気体濃度測定装置
JP2023072290A (ja) * 2021-11-12 2023-05-24 日清紡ホールディングス株式会社 気体濃度測定装置
EP4431934A4 (en) * 2021-11-12 2025-06-04 Nisshinbo Holdings Inc. GAS CONCENTRATION MEASURING DEVICE

Also Published As

Publication number Publication date
JP3745535B2 (ja) 2006-02-15
US6094987A (en) 2000-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3575050A (en) Fluid flowmeter
JP3745535B2 (ja) 超音波計測方法及び装置
US8658097B2 (en) Sensor for detecting substance in liquid
US6082181A (en) Ultrasonic fluid densitometer having liquid/wedge and gas/wedge interfaces
US7287431B2 (en) Wireless oil filter sensor
JP3129563B2 (ja) 超音波計測方法及び装置
EP0878691A1 (en) A device for ultrasonic inspection of a multi-layer metal workpiece
US20090282920A1 (en) Nuclear reactor vibration surveillance system and its method
JP3913144B2 (ja) 配管検査方法及び装置
JP2005010159A (ja) インピーダンス整合遅延線を使用して外部被膜を有する部品の厚さを測定する方法及び装置
JPH03172708A (ja) 超音波による物質層の２面間の距離変動測定装置及びプローブ
JPH0447770B2 (ja)
JPH022927A (ja) 音響反射を検出する方法および装置
RU2323131C1 (ru) Способ контроля обледенения и устройство для его осуществления
JP2007010543A (ja) 酸化膜厚さ測定方法および装置
JP2000346686A (ja) 超音波流量計
JP4795925B2 (ja) 超音波厚さ測定方法および装置
CN1950678A (zh) 用于确定和/或监控介质的体积和/或质量流量的超声测量仪表
JP2001304952A (ja) 超音波音圧センサ
JP7051207B2 (ja) 特性測定装置
JPH0640097B2 (ja) 表面波による液体音速・粘度測定方法及びその装置
SU1728658A1 (ru) Способ ультразвукового контрол толщины плоскопараллельного образца
JP2001304929A (ja) 超音波液体流速センサ
SU1742632A1 (ru) Способ определени температурного коэффициента скорости ультразвука
RU2034236C1 (ru) Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040915

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051003

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20051109

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091202

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091202

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101202

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111202

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111202

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121202

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131202

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term