JPS582620B2 - 泡検出方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体中の泡を検出する方法及び装置に関するも
ので、更に詳細には導管中を流れる液体中に含まれる泡
を検出する方法及び装置に関するものである。

一般に各種工業において、液体中に含まれる泡が製品に
悪影響を及ぼすため、これを検知して除去すべきとされ
ることは極めて多い。

たとえば、写真工業においては、写真感光材料用塗布液
に泡が存在すると、塗布、乾燥後の塗膜に泡に対応した
小さな穴が形成され、写真感光材料きしての商品価値を
失なわしめる結果を招いてしまう。

従って塗布液中に存在する泡はどんな微細な泡であって
も、またその数がいかに少なくとも、塗布に先立ってこ
れを検知し、取除くことが要請される。

従来、このような液体中の泡を検知する方法としては特
公昭３３−６９０３号公報、特開昭４８−７６５９１号
公報等に開示された方法が知られていた。

この方法はキャビテーションにより生じた泡を含んだ液
体の流れる導管の壁部の相対する位置に、一対の超音波
振動子を取付け、一方の振動子より超音波を発振して液
体中を通過させ、これを他方の振動子で受信し、受信し
たときの超音波エネルギーの減衰量の変化から、液体中
の泡を検出せんとするものである。

しかしながら、この方法においては、導管及び振動子に
外部から機械的振動が加えられた場合、被測定液体をポ
ンプ送液する際に流圧変動が生ずる場合、或いは電源電
圧に変動が生ずる場合等に受信出力に変動が生じ、これ
がノイズとなって泡による出力変動と同時に検出される
ため、両者の区別が困離となり、泡検出の精度が低下ず
るさいう問題があった。

本発明はかような従来の泡検出方法の欠点を除去し、微
細な気泡でも精度良く検出しうる超音波泡検出方法及び
装置を提供することを目的とする。

本発明のかかる目的は、導管の両側に送、受信軸を平行
にした少なくとも２灯の超音波発信振動子及び受信振動
子を設けることによって達成される。

以下、本発明の実施態様を添付図面に基いて詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施態様を示す超音波泡検出装置の
プロツクダイアグラムである。

ここに１は超音波発信器、２ａ，２ｂは送信用振動子、
３ａ，３ｂは受信用振動子である。

送信用振動子２ａ，２ｂ及び受信用振動子３ａ，３ｂは
それぞれ等距離だけ離され、また送信用振動子２ａと受
信用振動子３ａ及び送信用振動子２ｂと受信用振動子３
ｂとはそれぞれ相対して送受信軸が平行となるように導
管４の外壁に設けてある。

導管４の上記振動子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを取付けて
ある部分は超音波の伝達効率を向上させるため、第２図
の導管横断面図に示す如く、平らに削り込まれ、振動子
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂがグリース５を介して導管４に
ぴったりと密着するようになっている。

更に、超音波が導管４の外壁の周辺を伝わって受信され
、被測定液体中を伝わって受信される超音波エネルギー
の比率が低下するのを防止するため、この削り込んだ部
分には溝６が設けられている。

また７ａ，７ｂは高周波増幅器、交流・直流変換器及び
微分又はバイアス回路を含む増幅器より成る増幅器、８
ａ，８ｂは矩形パルス変換回路を含む信号整形器、９ａ
ｂは比較器、１０は記録計その他の表示装置である。

本実施態様において、超音波発振器１から発信された超
音波出力は送信振動子２ａ，２ｂを励起して導管４内の
液体中に一定量の超音波エネルギーを放出し、超音波の
音場を形成する。

用いる超音波出力の周波数は対象とする泡に対し、超音
波エネルギーの減衰係数が最大となるように選ばれる。

ここに、液体中に泡が存在しないときは、発信振動子２
ａ，２ｂから受信振動子３ａ，３ｂに伝達されるエネル
ギーは常に一定であるため、受信振動子３ａ，３ｂには
つねに一定の電圧が誘起されることとなる。

これに対して液体中に泡が１個でも存在するときは発信
振動子２ａ，２ｂより放出される超音波エネルギーは泡
によって散乱、吸収を受けるため、受信されるエネルギ
ーもその分だけ減衰し、出力電圧に変動を生じる。

かくして液体中の泡が検出されるのであるが、機械振動
、圧力変動、電圧変動などによるノイズが送信中に発生
する場合にも、発信振動子２ａ＋２ｂから受信振動子３
ａ，３ｂに伝達されるエネルギーは、機械振動による振
動子と管壁との瞬間的密着不良、流圧変動による伝達効
率の変動、電源電圧変動等により影響され、上記泡の場
合と同様に出力変動を生じる。

しかしながら、泡の存在により生ずる超音波エネルギー
の伝達効率および出力電圧の変動による信号は受信振動
子３ａ，３ｂとで時間差をもって受信されるが、一方、
機械振動、圧力変動、電圧変動等によるノイズの場合に
は、受信振動子３ａと３ｂとで時間遅れはなく、殆ど同
時に受信されるから、本実施態様によれば、両者を明瞭
に区別することが可能となる。

すなわち、泡が液体中に存在した場合に生ずる受信振動
子３ａ，３ｂの受信の時間遅れ量は、第１図において液
体を下方から上方に向けて流す場合には、液体の流速と
泡の浮上速度に反比例し、受信振動子３ａ，３ｂ間の距
離に比例する。

したがって受信振動子３ａ，３ｂ間の距離を適当に選択
してやれば、泡検出信号とノイズとを識別することが出
来る。

ところで、両振動子間距離をあまりに犬とするさ、第一
の振動子で検出された泡が第二の振動子に達するまでに
トラツプされたり、或いは他の泡と区別し難くなる可能
性があるため、あまり離して振動子を設けることは適当
でない。

受信振動子３ａ，３ｂで受信された信号は増幅器７ａ，
７ｂで高周波増幅されたのち、信号整形器８ａ，８ｂで
矩形波に変換され、比較器９ａｂに入る。

比較器９ａｂでは、信号整形器８ａ＋８ｂから入った両
信号を比較し、両信号が同時に入った場合は出力を出さ
ず、時間遅れがある場合には出力を出すという操作がお
こなわれ、ノイズは出力として取り出されず、泡検出信
号のみが出力として取出される。

このようにノイズ信号は比較器９ａｂにより完全に消去
され、泡検出信号のみが比較器９ａｂの出力として記録
計１０に表示される。

信号変換の方法につき、更に詳細に説明する。

第３図は信号整形器８ａ，８ｂにより矩形パルスに変換
された後の泡及びノイズによる減衰信号の変化の例を示
したものである。

第３図において、Ｓは泡による矩形パルス、Ｎはノイズ
による矩形パルスである。

第３図ａは信号整形器８ａにより、第３図ｂは信号整形
器８ｂによりそれぞれ矩形パルスに変換された泡及びノ
イズ信号のパターンの一例である。

ここにＸ軸は時間を、Ｙ軸は記録計の電圧目盛をそれぞ
れ示す。

同一時間における第３図ａ及びｂのグラフを比較すると
、泡検出信号を示すパルスＳは第３図ａ，ｂにおいて若
干の時間ズレがあるのに対し、ノイズ信号を示すパルス
Ｎは両図でＸ軸に関し全く同じ位置にあることがわかる
。

第３図ａ，ｂにおける上記ノイズ信号を示すパルスは比
較器９ａｂで消去され、第３図Ｃに示す如き泡検出信号
を示すパルスのみが記録計により表示される。

したがって、パルスの数が泡の数に対応するから、導管
４内を通過した泡の数は、たきえば計数器を用いること
により容易に知ることが可能となる。

第４図は本発明の他の実施態様を示すものである。

前記実施態様においては、送、受信軸が互いに平行な超
音波振動子を２吋設けているが、第４図に示すように前
記２対の振動子と送、受信軸が直角方向にある新たな２
対の発信振動子２ｃ，２ｄ及び受信振動子３ｃ，３ｄを
導管壁に設けても良い。

前記実施態様の如く２対の発、受信振動子の場合には、
第２図において斜線で示されるが如き相対する振動子片
を結ぶ領域内を通過する泡は正確に検出しうるが、この
領域外を通過する泡は超音波の指向性の関係で検出精度
が劣ってしまう。

しかるにこのように新たに２対の振動子を設けることに
より、正確に泡検出をなしうる領域が増大し、精度が向
上するという効果が生まれる。

このように４肘の振動子を設ける場合には、受信振動子
３ａ，３ｂ及び３ｃ，３ｄで受信された出力電圧を前記
実施態様と同様にそれぞれ増幅器７ａ＋ｚｂ，７ｃ＋７
ｄｓ信号整形器８ａ＋８ｂ＋ｇｃ，８ｄｓ比較器９ａｂ
，９ｃｄを介して、新たに設けたＯＲ回路１１に入れ信
号選択をしたのち、記録計１０に表示される。

本発明は以上の実施態様に限定されるこさなく種々の変
形が可能である。

たとえば、前記実施態様においては、矩形パルスに変換
された信号を比較器を用いて処理し、ノイズによる信号
を消去しているが、第３図ａ，ｂより明らかな如く、比
較器により信号処理をしなくとも少なくとも２対の発信
、受信振動子を設けることにより、泡検出信号とノイズ
信号とを区別することは可能であり、比較器、計数器等
は必ずしも必要ではない。

本発明において用いられる導管の材質としては、ステン
レス等の金属、プラスチックス等が利用可能であるが、
超音波エネルギーが導管壁を経て受信側へまわり込み、
検出精度が低下するのを防ぐためには、プラスチックス
がより好ましい。

プラスチックスとしては、硬質ポリ塩化ビニル、アクリ
ル樹脂、テトラフルオルエチレン、デルリン（米国Ｅ．
Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ社商品名、ポリアセタール樹脂）等
が利用可能であるが、とくに硬さ、加工性の面よりテト
ラフルオルエチレン、デルリンがすぐれている。

また導管の径はとくに限定されないが、振動子に比し小
さすぎると導管壁を経て受信側に達する超音波エネルギ
ー量が犬となりＳ／Ｎ比が低下するおそれがある。

また本発明において用いられる送信電圧は、太きすぎる
と超音波エネルギーが犬となるため、振動子の取付け肥
にゆるみが生じやすいし、また一方小さすぎると、受信
電圧が小となり信号処理機器の安定性が悪くなるので、
適切な値を選択しなければならない。

通常は０．５〜５Ｖ．好ましくは１〜３Ｖ，更に好まし
くは２ｖ前後が適当であろう。

また本発明において用いられる超音波の周波数は検出す
べき泡の大きさにより適当な値を異にし、泡が犬なる程
小さい周波数が適当であるため、一概に適当な値を決定
し得ないが、径が３０〜２００μの泡に対しては３０〜
１５０ ＫＨｚ，好ましくは５０〜１００ＫＨｚの周波
数が適当である。

また本発明において２以上の発信振動子或いは受信振動
子間の距離は流量と要求される精度により適当な値を異
にし、一概にどの程度が適当かを述べることは出来ない
。

すなわち、一般に振動子間距離が小である程、精度は高
くなるが、流量が犬の場合には逆に距離が小さすぎると
精度が低下してしまう。

通常は流量が１〜５／分程度の場合には４〜６０Ｃｍ、
好ましくは５ 〜１５ｃｍ、更に好ましくは５〜１５Ｃ
ｍが適当であろう。

本発明に依れば、機械振動、流圧振動、電圧振動等のノ
イズを完全に取り除き、精度良く液体中の泡を検出する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示す泡検出装置のブ泊ツ
クダイアグラムである。 第２図は超音波泡検出部の一例を示す横断面図である。 第３図は信号処理の一例を示すグラフである。 第４図は本発明の他の実施態様を示す泡検出装置のプロ
ツクダイアグラムである。 １・・・・・・超音波発信器、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
・・・・・・発信振動子、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ・・
・・・・受信振動子、４・・・・・・導管、７ａ，７ｂ
，７ｃ，７ｄ・・・・・・増幅器、８ａ，８ｂ，８ｃ，
８ｄ・・・・・・信号整形器、９ａｂ，９ｃｄ・・・・
・・比較器、１０・・・・・・記録計、１１・・・・・
・ＯＲ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を流す導管の一方の側より超音波を発信し、他
   方の側でこれを受信し、更に受信信号を増幅、整形する
   ことにより液体中の泡を検出する方法において、送、受
   信軸を平行にした少なくとも２対の超音波発信振動子及
   び受信振動子を設けたことを特徴とする泡検出方法。 ２ 液体を流す導管の両側に超音波発信振動子と受信振
   動子とを設け、受信信号を増幅する増幅器、整形する信
   号整形器を備えた超音波泡検出装置において、前記導管
   の両側の近接した位置に送、受信軸を平行にした少なく
   とも２対の超音波発信振動子及び受信振動子を設けたこ
   とを特徴とする泡検出装置。