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JPH0554898B2 - - Google Patents
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JPH0554898B2 - - Google Patents

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JPH0554898B2
JPH0554898B2 JP61232524A JP23252486A JPH0554898B2 JP H0554898 B2 JPH0554898 B2 JP H0554898B2 JP 61232524 A JP61232524 A JP 61232524A JP 23252486 A JP23252486 A JP 23252486A JP H0554898 B2 JPH0554898 B2 JP H0554898B2
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JP
Japan
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ultrasonic
waveguide
reflecting member
sensor device
ultrasonic waveguide
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JP61232524A
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Japanese (ja)
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JPS6385442A (en
Inventor
Noritoshi Nakabachi
Ryohei Mogi
Shinichi Takeuchi
Toshio Sato
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Tokyo Keiki Inc
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Tokyo Keiki Co Ltd
Tokimec Inc
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Publication date
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波センサ装置に係り、とくに漏
洩波を利用して流動体等の音速をリモート計測し
得るようにした超音波センサ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ultrasonic sensor device, and more particularly to an ultrasonic sensor device that can remotely measure the sound speed of a fluid, etc. using leaky waves. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

超音波を利用した物体の音速測定又は物体の温
度計測では、一方の超音波センサから出力される
縦波超音波を被測定物を介して他方の超音波セン
サへ直接伝播させるという構成を採つている。そ
して、この間に繰り返し授受される超音波の伝播
時間およびその変化により、音速又は温度および
これらの変化等を測定しようとするものが大多数
を占めている。
When measuring the sound speed of an object or measuring the temperature of an object using ultrasonic waves, a configuration is adopted in which longitudinal ultrasonic waves output from one ultrasonic sensor are directly propagated through the object to be measured to the other ultrasonic sensor. There is. The majority of methods attempt to measure the sound velocity or temperature and changes thereof based on the propagation time and changes thereof of the ultrasonic waves that are repeatedly transmitted and received during this period.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

高温流動体又は危険な状況下にある流動体の監
視或いは液状危険物等に対する温度変化の監視に
使用される超音波センサは、これらの劣悪環境下
でも充分耐えることが必要とされている。
Ultrasonic sensors used for monitoring high-temperature fluids or fluids under dangerous conditions, or for monitoring temperature changes in liquid hazardous materials, are required to withstand sufficiently even under these harsh environments.

しかしながら、一般の超音波センサは、振動子
と保護体との複合体から成り、これらが接合材に
より一体化されているため、使用温度に上限(約
400〔℃〕)があり、500〜800〔℃〕の温度を定常的
に連続測定することが不可能に近い状況となつて
いた。また、振動子や保護体は、化学的にも汚損
され易いものが多く、特に温度変化の激しい環境
下では、劣化の進行が著しく早いという不都合が
ある。
However, general ultrasonic sensors consist of a composite body of a vibrator and a protector, and these are integrated with a bonding material, so there is an upper limit to the operating temperature (approximately
400 [°C]), making it nearly impossible to regularly and continuously measure temperatures between 500 and 800 [°C]. In addition, many vibrators and protectors are easily contaminated chemically, and there is a disadvantage that their deterioration progresses extremely quickly, especially in environments with rapid temperature changes.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善
し、とくに、流動体や軟質部材を対象として、こ
れらが例え有害物であり或いは常時高温下におか
れているものであつても、これら被測定物の音速
およびその変化を高精度にリモート測定すること
ができ、これによつて当該被測定物の温度や粘性
およびそれらの変化等を高精度に測定することを
可能とした超音波センサ装置を提供することを、
その目的とする。
The present invention improves the disadvantages of such conventional examples, and particularly targets fluids and soft materials, even if they are harmful or constantly exposed to high temperatures. We have developed an ultrasonic sensor device that can remotely measure the speed of sound of an object and its changes with high precision, and thereby the temperature and viscosity of the object and its changes with high precision. to provide
That purpose.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこで、本発明では、弾性部材からなる超音波
導波路と、この超音波導波路から一定距離をへだ
てて配設される超音波反射部材と、前記超音波導
波路の一端部に装備された超音波送受波器とを有
し、前記超音波導波路の他端部に超音波反射部材
を設ける等の構成を採り、これによつて前記目的
を達成しようとするものである。
Therefore, the present invention provides an ultrasonic waveguide made of an elastic member, an ultrasonic reflecting member disposed at a certain distance from the ultrasonic waveguide, and an ultrasonic waveguide provided at one end of the ultrasonic waveguide. The present invention attempts to achieve the above object by adopting a configuration in which an ultrasonic wave transducer and an ultrasonic waveguide are provided, and an ultrasonic reflecting member is provided at the other end of the ultrasonic waveguide.

〔発明の第1実施例〕 以下、本発明の第1実施例を第1図ないし第4
図に基づいて説明する。
[First Embodiment of the Invention] The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.
This will be explained based on the diagram.

第1図において、超音波センサ装置は、相互に
一定距離Dをへだてて配設された板状(帯状でも
可)の超音波導波路(以下、単に「導波路」とい
う)1及びこの超音波導波路1と同一形状に形成
された超音波反射部材(以下、単に「反射部材」
という)2と、前記超音波導波路1の一端部に装
着された超音波送受波器3とを備えている。
In FIG. 1, the ultrasonic sensor device consists of plate-shaped (or band-shaped) ultrasonic waveguides (hereinafter simply referred to as "waveguides") 1 arranged at a certain distance D from each other and the ultrasonic waves An ultrasonic reflecting member (hereinafter simply referred to as a "reflecting member") formed in the same shape as the waveguide 1
) 2, and an ultrasonic transducer 3 attached to one end of the ultrasonic waveguide 1.

導波路1及びこれに対向装備された反射部材2
は、本実施例ではステンレス製で同一長さのもの
が使用されている。この導波路1及び反射部材2
の他端部は、図に示すように被測定媒体5内に配
設されるようになつている。
A waveguide 1 and a reflecting member 2 provided opposite thereto
are made of stainless steel and have the same length in this embodiment. This waveguide 1 and reflecting member 2
The other end is arranged within the medium 5 to be measured as shown in the figure.

超音波送受波器3は、導波路1の一端部の側面
に装着されている。そして、超音波送受波器3か
ら導波路1に対して超音波(縦波)が斜入射され
るとともにその後所定時間をおいて当該導波路1
内から種々の情報を含んだ反射伝播波を受信し得
るようになつている。
The ultrasonic transducer 3 is attached to the side surface of one end of the waveguide 1. Then, ultrasonic waves (longitudinal waves) are obliquely incident on the waveguide 1 from the ultrasonic transducer 3, and after a predetermined period of time, the waveguide 1
It is now possible to receive reflected propagation waves containing various information from within.

1A,2Aは各々超音波反射手段としての導波
路1及び反射部材2の各端面を示す。
1A and 2A indicate end faces of a waveguide 1 and a reflecting member 2 as ultrasonic wave reflecting means, respectively.

ここで、導波路1内を伝播する波動及び被測定
媒体5内の伝播状況について説明する。
Here, the wave propagating in the waveguide 1 and the propagation situation in the medium to be measured 5 will be explained.

導波路1を液体又は固定に接すると、導波路1
中を伝搬する音波エネルギの一部は接触媒体に洩
漏する性質がある。この性質を利用し、例えば上
記接触媒体を介在させて、一対の導波路(本実施
例では他方の導波路が超音波反射部材2を構成し
ている)を配置すると、一方を伝搬していた音波
のエネルギの一部は接触媒体を介してもう一方の
音波導波路に伝播する。この時、接触媒体中を伝
播するのに要する時間を測定することにより、被
接媒体の音速を検出できる。
When the waveguide 1 is in contact with a liquid or a fixed object, the waveguide 1
A portion of the sound wave energy propagating therein tends to leak into the contact medium. Taking advantage of this property, for example, if a pair of waveguides (in this example, the other waveguide constitutes the ultrasonic reflecting member 2) is arranged with the above-mentioned contact medium interposed, the ultrasonic wave propagates through one of the waveguides. A portion of the acoustic wave's energy propagates through the contact medium to the other acoustic waveguide. At this time, the speed of sound in the contact medium can be detected by measuring the time required for the sound to propagate through the contact medium.

前記超音波送受波器3から導波路1に超音波が
入射されると、その波動は被測定媒体5の方向に
向けて導波路1内を伝播する。この場合、超音波
が導波路1中を伝搬する速度の内、位相速度を
Vp、群速度をVgとする。導波路1が被測定媒体
5に接し、この時の被測定媒体5の音速Vが、導
波路1の位相速度Vpより小さい場合、導波路1
中を伝搬する超音波エネルギの一部は被測定媒体
5内に放射される。そして、この時の放射角θは
次式により決まる。
When an ultrasonic wave is incident on the waveguide 1 from the ultrasonic transducer 3, the wave propagates within the waveguide 1 toward the medium 5 to be measured. In this case, of the speed at which the ultrasonic wave propagates through the waveguide 1, the phase speed is
Let V p be the group velocity, and V g be the group velocity. When the waveguide 1 is in contact with the medium 5 to be measured and the sound velocity V of the medium 5 to be measured at this time is smaller than the phase velocity V p of the waveguide 1, the waveguide 1
A portion of the ultrasonic energy propagating therein is radiated into the medium 5 to be measured. The radiation angle θ at this time is determined by the following equation.

θ=sin-1(V/Vp) 被測定媒体5に入つた超音波は、反射部材2に
到達し、この反射部材2に沿つて伝搬する波と、
ここで反射して導波路1側に戻る波とがある。
θ=sin -1 (V/V p ) The ultrasonic wave that entered the medium 5 to be measured reaches the reflecting member 2, and the waves propagating along the reflecting member 2 and
Some waves are reflected here and return to the waveguide 1 side.

今、導波路1と反射部材2の長さが等しい場
合、導波路間の間隔をDとすると、往復を2行程
とした場合に被測定媒体中の経路がN行程(N=
1,2,3,……)の受信波の到達時間は、 tN〔(2L−NDtaoθ)/Vg〕 +〔ND/Vcpsθ〕+τ1+τ2 …… ここで、τ1,τ2は送受信の際の固定遅延量であ
る。
Now, if the length of the waveguide 1 and the reflecting member 2 are equal, and if the interval between the waveguides is D, then if the round trip is 2 steps, the path in the medium to be measured will take N steps (N=
The arrival time of the received waves (1, 2, 3, ...) is t N [(2L-ND tao θ)/V g ] + [ND/V cps θ] + τ 1 + τ 2 ... Here, τ 1 , τ 2 is the fixed delay amount during transmission and reception.

次に、N=2,4の場合についてその差を求め
ると、 Δt=2D〔(1/Vcpsθ) −(tanθ/Vg)〕 …… 従つて、被測定媒体5の音速Vは次式から求ま
る。
Next, finding the difference in the case of N=2 and 4, Δt=2D [(1/V cps θ) − (tanθ/V g )]... Therefore, the sound velocity V of the medium to be measured is as follows. Determined from the formula.

(4D2+Vg 2Δt2)V4− (8D2VpVg+Vp 2Vg 2Δt2)V2 +4D2Vp 2Vg 2=0 …… 従つて、Δtを測定すれば、既知のD,Vg,Vp
により式から被測定媒体5の音速Vが求まる。
(4D 2 +V g 2 Δt 2 )V 4 − (8D 2 V p V g +V p 2 V g 2 Δt 2 )V 2 +4D 2 V p 2 V g 2 =0... Therefore, if we measure Δt, , known D, V g , V p
The sound velocity V of the medium to be measured 5 can be determined from the formula.

これら一連の演算は、表示機能を備えた本体の
演算部(図示せず)にて行われる。
These series of calculations are performed in a calculation section (not shown) of the main body that has a display function.

次に、上記第1実施例における具体的な実験結
果について説明する。
Next, specific experimental results in the first example will be explained.

導波路1及び反射部材2として、それぞれ板厚
0.95〔mm〕の鋼板を使用し、超音波送受波器3と
して周波数1(MHz〕の可変角探触子を使つた。
As the waveguide 1 and the reflecting member 2, the plate thickness is
A 0.95 [mm] steel plate was used, and a variable angle probe with a frequency of 1 (MHz) was used as the ultrasonic transducer 3.

可変角探触子のクサビをアクリルで、入射角は
31.5度に固定し、S0モードの板波が被導波となる
ようにした。被測定媒体として水道水(21〔℃〕)
を用いた。従つて、この場合、被導波の群速度
Vg、及び位相速度Vpは、被測定媒体5内でもほ
ぼS0モードに等しいと考えて良い (I.A.Viktrov.「Rayleigh and Lamb Waves」
P.117)。
The wedge of the variable angle probe is made of acrylic, and the incident angle is
It was fixed at 31.5 degrees so that the S 0 mode plate wave was guided. Tap water (21 [℃]) as the measuring medium
was used. Therefore, in this case, the group velocity of the guided wave
V g and phase velocity V p can be considered to be approximately equal to the S 0 mode even within the medium 5 to be measured (IAViktrov. "Rayleigh and Lamb Waves"
P.117).

印加した電気パルスは、200〔Vpp〕の正弦2波
である。観測された受信波形の1例を第2図に示
す。図中、Tは送波器の波形を示し、Rは受波器
の受信波形を示す。N=2,4はそれぞれ水中経
路が2行程及び4行程となる波を示す。*印はN
=2の波がさらに導波路1を1往復した波の受信
波形を示す。本例では、Δt=75.1〔μs〕であつた。
*印の波とN=2の波の到達時間差から当該使用
超音波における導波路1の群速度が実験的に求ま
り、Vg≒5200〔m/s〕となる。また、アクリル
の音速2720〔m/s〕と可変角探触子の設定入射
角31.5℃とから位相速度が計算でき、Vp≒5300
〔m/s〕であつた。
The applied electric pulse was a two-sine wave of 200 [V pp ]. An example of the observed received waveform is shown in FIG. In the figure, T indicates the waveform of the transmitter, and R indicates the received waveform of the receiver. N=2 and 4 indicate waves whose underwater paths are 2 strokes and 4 strokes, respectively. *mark is N
2 shows a received waveform of a wave in which the wave of =2 has made one round trip through the waveguide 1. In this example, Δt=75.1 [μs].
The group velocity of the waveguide 1 in the ultrasonic wave used is experimentally determined from the arrival time difference between the wave marked with * and the wave with N=2, and becomes V g ≈5200 [m/s]. In addition, the phase velocity can be calculated from the acoustic velocity of the acrylic material, 2720 [m/s], and the set incident angle of the variable angle probe, 31.5°C, and V p ≒ 5300.
[m/s].

一方、式の関係を、導波路1及び反射部材2
の間隔Dを変えて実測により確認した結果を第3
図に示す。これより、Δt/D=1.26〔μs/mm〕を
得ることができた。先に求めたVg,Vpにより
式から水の音速が算出できる。その結果を第4図
に示す。温度は3点をとつて測定した。結果は、
一般に公表されている値と非常に良く一致してい
る。
On the other hand, the relationship between the waveguide 1 and the reflecting member 2 is
The results confirmed by actual measurement by changing the interval D are shown in the third section.
As shown in the figure. From this, it was possible to obtain Δt/D=1.26 [μs/mm]. The sound speed of water can be calculated from the formula using V g and V p found earlier. The results are shown in FIG. The temperature was measured at three points. Result is,
This agrees very well with generally published values.

このように、この第1実施例によると、導波路
1及び反射部材2の長さに無関係に被測定媒体5
の音速Vを有効に求めることができ、受信波の内
の第2波と第4波の受信時間差を検出するだけ
で、当該被測定媒体5の音速Vを求めることがで
き、導波路1及び反射部材2の長さが無関係であ
ることから、例えば高温流体又は危険性の高い流
体に対し遠方からのリモート計測が可能となり、
従つて超音波送受波器3として通常のものを使用
しても、充分耐久性を確保することができるとい
う利点がある。また、被測定媒体5に対する導波
路1及び反射部材2の挿入寸法を大きく設定する
と受信感度が大きくなるが測定精度には直接の関
係がないことから、導波路1及び反射部材2の長
さ及び被測定媒体5内への投入寸法も特に厳密さ
を要求されず、従つて取扱いがいたつて容易とな
るというリモート測定として優れた性質を備えた
超音波センサ装置を得ることができる。
In this way, according to the first embodiment, the medium to be measured 5 can be
The sound velocity V of the medium to be measured can be found by simply detecting the reception time difference between the second wave and the fourth wave of the received waves. Since the length of the reflecting member 2 is irrelevant, it is possible to remotely measure high-temperature fluids or highly dangerous fluids, for example.
Therefore, even if a normal ultrasonic transducer 3 is used, there is an advantage that sufficient durability can be ensured. Furthermore, if the insertion dimensions of the waveguide 1 and the reflecting member 2 into the medium 5 to be measured are set large, the receiving sensitivity will increase, but this has no direct relationship with the measurement accuracy. The dimensions of the medium 5 to be introduced into the medium 5 to be measured are not particularly required to be exact, and therefore, it is possible to obtain an ultrasonic sensor device having excellent properties as a remote measurement, which is easy to handle.

また、被測定媒体5への挿入寸法がそのまま超
音波送受波器3で受信する超音波レベルの大小に
直接関係することから、被測定媒体5の液面水位
等も同時に検知することができるという利点もあ
る。
In addition, since the insertion dimensions into the medium 5 to be measured are directly related to the level of the ultrasonic waves received by the ultrasonic transducer 3, it is possible to simultaneously detect the liquid level of the medium 5 to be measured. There are also advantages.

更に、上記第1実施例において導波路を板状部
材により形成した場合を例示したが、他の部材、
例えば丸棒部材、適当な針金部材、パイプ状部材
などで導波路を形成したものであつてもよい。
Furthermore, in the first embodiment, the waveguide is formed of a plate-like member, but other members,
For example, the waveguide may be formed of a round bar member, a suitable wire member, a pipe-shaped member, or the like.

〔第2実施例〕 次に、第2実施例を第5図に基づいて説明す
る。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described based on FIG. 5.

ここで、前述した従来例と同一の構成部材につ
いては同一の符号を用いることとする。
Here, the same reference numerals are used for the same constituent members as in the conventional example described above.

この第5図において、超音波センサ装置は、一
定距離Dを隔てて配設されたステンレス製の板部
材からなる導波路1及び反射部材2と、導波路1
の一方の端部に装着された超音波送受波器3と、
前記導波路1及び反射部材2の一方の端部の相互
間に介挿されたスペーサ10とを備えている。
In FIG. 5, the ultrasonic sensor device consists of a waveguide 1 and a reflecting member 2, which are made of stainless steel plate members, and which are arranged at a certain distance D.
an ultrasonic transducer 3 attached to one end of the
A spacer 10 is provided between the waveguide 1 and one end of the reflecting member 2.

超音波送受波器3は、本実施例では、圧電振動
子3Aと有機ガラス製のクサビ3Bとを備えた斜
角探触子型のものが使用されている。そして、こ
の超音波送受波器3は、第5図に示す如く導波路
1の一端部に固着されている。
In this embodiment, the ultrasonic transducer 3 is of an oblique probe type and includes a piezoelectric vibrator 3A and a wedge 3B made of organic glass. The ultrasonic transducer 3 is fixed to one end of the waveguide 1 as shown in FIG.

スペーサ10は、絶縁材から成るブロツク10
Aと、このブロツク10Aの両端部に固着された
遮音部材10Bとにより構成されている。遮音部
材10Bとしては、導波路1の音響インピーダン
スとは大幅に異なる音響インピーダンスを有する
部材が使用されている。また、このスペーサ10
は、前述した超音波送受波器3の反対側に位置す
るように導波路1及び反射部材2によつて挟持さ
れている。超音波送受波器3の外側には、吸音部
材11が設けられている。又前記反射部材2の外
側には遮音部材12が設けられている。そして、
この吸音部材11及び遮音部材12を介して前述
した送受波器3、導波路1、反射部材2及びスペ
ーサ10の全体がクランプ機構15によつてクラ
ンプされ、該クランプ機構15の有する止めねじ
15A,15Bによつて第5図の如く固定される
ようになつている。
The spacer 10 is a block 10 made of an insulating material.
A and sound insulating members 10B fixed to both ends of the block 10A. As the sound insulation member 10B, a member having an acoustic impedance significantly different from the acoustic impedance of the waveguide 1 is used. Also, this spacer 10
is sandwiched between the waveguide 1 and the reflecting member 2 so as to be located on the opposite side of the ultrasonic transducer 3 described above. A sound absorbing member 11 is provided on the outside of the ultrasonic transducer 3 . Further, a sound insulating member 12 is provided on the outside of the reflecting member 2. and,
The above-described transducer 3, waveguide 1, reflection member 2, and spacer 10 are all clamped by the clamp mechanism 15 via the sound absorbing member 11 and the sound insulating member 12, and the set screw 15A, which the clamp mechanism 15 has, 15B, it is fixed as shown in FIG.

この場合、スペーサ10の遮音部材12は、全
体的には遮音性のあるアスベスト等の断熱材又は
発泡プラスチツクを用いて構成されている。この
発泡プラスチツクの前記導波路1及び反射部材2
に対する音響インピーダンスは、その差が1000〜
10000倍となつている。このため、ブロツク10
Aに伝播する超音波エネルギはほとんど無視し得
る状態となつている。
In this case, the sound insulating member 12 of the spacer 10 is generally made of a heat insulating material such as asbestos or foamed plastic that has sound insulating properties. The waveguide 1 and reflective member 2 of this foamed plastic
The difference in acoustic impedance for
It has become 10,000 times bigger. For this reason, block 10
The ultrasonic energy propagating to A is almost negligible.

このようにしても、前述した第1実施例と同一
の作業効果を有し、更にスペーサ10の作用によ
つて弾性波の伝播を妨害することなく導波路1及
び反射部材2の相互間の寸法を有効に維持するこ
とができるという利点がある。
Even in this case, the same working effect as in the first embodiment described above is obtained, and the mutual dimensions of the waveguide 1 and the reflecting member 2 are It has the advantage that it can be maintained effectively.

〔第3実施例〕 次に、第3実施例を第6図ないし第7図に基づ
いて説明する。
[Third Embodiment] Next, a third embodiment will be described based on FIGS. 6 and 7.

この第3実施例は、長さが同一で断面円形状の
同一形状の導波路1及び反射部材2を設け、この
導波路1及び反射部材2の一端部に集音ガイド部
43A,44Aを各々設け、この内の一方の集音
ガイド部43Aを介して導波路1に超音波送受波
器43を装着し、更にこの送受波器43に近接し
て導波路1及び反射部材2の相互間にスペーサ4
5を装備した構造となつている。このスペーサ4
5は、導波路1及び反射部材2との当接部に遮音
部材45A,45Bを有している。
In this third embodiment, a waveguide 1 and a reflecting member 2 having the same length and a circular cross section are provided, and sound collecting guide portions 43A and 44A are provided at one end of the waveguide 1 and the reflecting member 2, respectively. An ultrasonic transducer 43 is attached to the waveguide 1 via one of the sound collection guide parts 43A, and an ultrasonic transducer 43 is installed between the waveguide 1 and the reflecting member 2 in the vicinity of the transducer 43. Spacer 4
The structure is equipped with 5. This spacer 4
5 has sound insulating members 45A and 45B at the contact portions with the waveguide 1 and the reflecting member 2.

導波路1及び反射部材2の他端部は比較的尖鋭
に形成され、この尖鋭端部41A,42Aに近接
した導波路1及び反射部材2上に、超音波反射手
段としてのノツチ部41B,42Bがそれぞれ形
成されている。
The other ends of the waveguide 1 and the reflecting member 2 are formed relatively sharply, and notches 41B and 42B as ultrasonic reflecting means are formed on the waveguide 1 and the reflecting member 2 close to the sharp ends 41A and 42A. are formed respectively.

このため、この第3実施例では、導波路1に沿
つて伝播した波動は、ノツチ部41Bで反射され
て超音波送受波器43で検知されるようになつて
いる。この第3実施例のものは、軟質部材を対象
とした固形物の音速測定に好適なものとなつてい
る。その他の構成及び作用効果は、前述した第1
実施例と略同様となつている。
Therefore, in this third embodiment, the waves propagated along the waveguide 1 are reflected by the notch portion 41B and detected by the ultrasonic transducer 43. This third embodiment is suitable for measuring the sound velocity of a solid object, which is a soft member. Other configurations and effects are described in the first section above.
It is substantially the same as the embodiment.

なお、上記各実施例ではスペーサ10,45を
導波路1と反射部材2の一端部に装備するか又は
特に使用しない場合を例示したが、このスペーサ
については、漏洩波の伝播に支障をきたさない範
囲又は構造であれば例えば先端部(他端部)にも
装備する等、複数箇所に装備してもよい。
In each of the above embodiments, the spacers 10 and 45 are provided at one end of the waveguide 1 and the reflecting member 2, or are not used, but these spacers do not interfere with the propagation of leaky waves. As long as it has a certain range or structure, it may be installed at multiple locations, such as at the tip (other end).

〔第4実施例〕 次に、第4実施例を第8図について説明する。
この第8図の実施例は、前述した第2実施例にお
いて超音波導波路1及び超音波反射部材2の他方
の端部相互間にスペーサ部材20を装着したもの
である。このスペーサ部材20は、前記導波路1
及び反射部材2部分に遮音部材20A,20Bが
各々設けられ、これによつて当該他端部周囲から
超音波エネルギが漏出するのを防止している。そ
の他の構成は前述した第2実施例と全く同一とな
つている。
[Fourth Example] Next, a fourth example will be described with reference to FIG.
In the embodiment shown in FIG. 8, a spacer member 20 is attached between the other ends of the ultrasonic waveguide 1 and the ultrasonic reflecting member 2 in the second embodiment described above. This spacer member 20 is connected to the waveguide 1
Sound insulating members 20A and 20B are provided on the reflecting member 2 portion, respectively, thereby preventing ultrasonic energy from leaking from around the other end. The other configurations are completely the same as the second embodiment described above.

このようにしても前述した第2実施例と同様の
作用効果を有するほか、導波路1及び反射部材2
の他端部の微少振動がなくなり、これによつて測
定精度の向上を図り得るという利点がある。
Even in this case, in addition to having the same effect as the second embodiment described above, the waveguide 1 and the reflecting member 2
There is an advantage that minute vibrations at the other end are eliminated, thereby improving measurement accuracy.

更に、導波路1及び反射部材2については、そ
の形状を第9図に示すように、互いに向きあつた
断面円弧状のものにしてもよい。この場合には、
導波路1及び反射部材2が互いに生じるレンズ作
用により一方から他方に音波エネルギが移動する
際の効率が極めて良いことと同時に、導波路1の
幅Bを余り大きくとれないときに導波路1の剛性
を高める効果を有するので、軟質組織等の音速を
測定する際に有効となる。
Furthermore, the waveguide 1 and the reflecting member 2 may have arcuate cross-sections facing each other, as shown in FIG. 9. In this case,
The waveguide 1 and the reflecting member 2 have extremely high efficiency in transferring sound wave energy from one side to the other due to their mutual lens action. Since it has the effect of increasing the speed of sound, it is effective when measuring the speed of sound in soft tissue, etc.

〔第5実施例〕 次に、第5実施例を第10図に基づいて説明す
る。この第10図の実施例は、超音波反射部材2
を円筒状の部材で形成し、この反射部材2の中心
線上に棒状の超音波導波路1を配設し、その一端
部に遮音部材から成るスペーサ部材50を介挿し
て両者を固定したものである。50A,50Bは
各々通気口を示す。前記超音波導波路1の一端部
は前述した第3実施例の場合(第6図参照)と同
様に集音ガイド部51aが設けられ、その端部に
超音波送受波器53が装着されている。1A,2
Aは各々超音波反射手段としての他端部端面を示
す。
[Fifth Example] Next, a fifth example will be described based on FIG. 10. In the embodiment shown in FIG. 10, the ultrasonic reflecting member 2
is formed of a cylindrical member, a rod-shaped ultrasonic waveguide 1 is disposed on the center line of the reflecting member 2, and a spacer member 50 made of a sound insulating material is inserted at one end of the rod-shaped ultrasonic waveguide 2 to fix both. be. 50A and 50B each indicate a vent. One end of the ultrasonic waveguide 1 is provided with a sound collecting guide part 51a, as in the case of the third embodiment described above (see FIG. 6), and an ultrasonic transducer 53 is attached to that end. There is. 1A, 2
A indicates the end face of the other end serving as an ultrasonic reflecting means.

このようにしても、前述した第1実施例と同一
の作用効果を有するほか、とくに反射超音波の受
信感度の向上を図り得るという利点がある。
Even in this case, in addition to having the same functions and effects as the first embodiment described above, there is an advantage that the receiving sensitivity of reflected ultrasound waves can be particularly improved.

ここで、上記超音波導波路1及び超音波反射部
材2については、第11図に示すように導波路1
が小円筒で反射部材2が大円筒のものであつても
よい。また、第12図に示すように、導波路1が
円筒状で反射部材2が断面凹状のもので図の如く
凹部を導波路1に向けて等間隔に配設したもので
あつてもよい。この第12図において導波路1は
小円筒管状のものであつてもよい。また、これら
導波路1及び反射部材2については、第13図に
示す如く同一形状の帯状の板三枚を等間隔に配設
し、内側のものを導波路1とするとともに外側の
ものを反射部材2,2として使用する構成として
もよい、第14図は第13図の変形例を示す。
Here, regarding the ultrasonic waveguide 1 and the ultrasonic reflecting member 2, as shown in FIG.
may be a small cylinder and the reflecting member 2 may be a large cylinder. Alternatively, as shown in FIG. 12, the waveguide 1 may be cylindrical and the reflecting member 2 may be concave in cross section, with the concave portions disposed at equal intervals toward the waveguide 1 as shown in the figure. In FIG. 12, the waveguide 1 may be in the shape of a small cylindrical tube. Regarding the waveguide 1 and the reflecting member 2, three strip-shaped plates of the same shape are arranged at equal intervals as shown in FIG. FIG. 14 shows a modification of FIG. 13, which may be configured to be used as members 2, 2.

この第11図ないし第14図の如く構成する
と、受信信号の感度を著しく向上せしめることが
できるという利点がある。
The configuration shown in FIGS. 11 to 14 has the advantage that the sensitivity of the received signal can be significantly improved.

なお、上記各実施例では、導波路1と反射部材
2との長さが等しい場合について例示したが本発
明は必ずしもこれに限定されず、長さが異るもの
についても略同様に適用される。
In addition, in each of the above embodiments, the case where the length of the waveguide 1 and the reflecting member 2 are equal is illustrated, but the present invention is not necessarily limited to this, and can be applied in substantially the same way to a case where the lengths are different. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上のように構成され機能するので、
これによると、導波路の長さに無関係に被測定媒
体の音速を高精度に測定することができ、これが
ため、被測定媒体が例えば高温流体又は危険性の
高い流体であつても、遠方からリモート計測が充
分に可能となり、従つて、超音波送受波器として
通常のものを使用しても、充分な耐久性を確保す
ることができ、超音波送受波器が1個で測定でき
ることから取扱い易く且つ装置全体の簡素化を図
り得るという従来にない使い易く且つ耐久性良好
な、そしてリモート計測用として好適な超音波セ
ンサ装置を提供することができる。
Since the present invention is configured and functions as described above,
According to this method, the sound speed of a medium to be measured can be measured with high precision regardless of the length of the waveguide, and therefore even if the medium to be measured is a high-temperature fluid or a highly dangerous fluid, it can be measured from a distance. Remote measurement is fully possible, and even if a normal ultrasonic transducer is used, sufficient durability can be ensured.Measurements can be made with a single ultrasonic transducer, so it is easy to handle. It is possible to provide an ultrasonic sensor device that is easy to use and has good durability, which is unprecedented in that it is easy to use and can simplify the entire device, and is suitable for remote measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例を示す一部省略し
た正面図、第2図は第1図の構成に基づく実験に
より得られた送信波と受信波の波形を示す説明
図、第3図は第1図の実験結果を示す線図、第4
図は第1図の実験結果に基づいて得られた水の音
速を示す図表、第5図は第2実施例を示す一部省
略した正面図、第6図は第3実施例を示す一部省
略した正面図、第7図は第6図の矢印−線に
沿つた断面図、第8図は第4実施例を示す一部省
略した正面図、第9図は他の実施例を示す導波路
部分の断面図、第10図は第5実施例を示す説明
図、第11図ないし第14図は各々導波路と反射
部材の他の実施例を示す正面図である。 1……超音波導波路、2……超音波反射部材、
3,4,43,53……超音波送受波器、1A,
2A……超音波反射手段としての端面、41B,
42B……超音波反射手段としてのノツチ部。
FIG. 1 is a partially omitted front view showing the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing waveforms of transmitted waves and received waves obtained through experiments based on the configuration of FIG. 1, and FIG. The figure is a diagram showing the experimental results in Figure 1, and Figure 4.
The figure is a diagram showing the sound speed of water obtained based on the experimental results shown in Figure 1, Figure 5 is a partially omitted front view showing the second embodiment, and Figure 6 is a partial diagram showing the third embodiment. 7 is a sectional view taken along the arrow-line in FIG. 6, FIG. 8 is a partially omitted front view showing the fourth embodiment, and FIG. 9 is a guide showing another embodiment. FIG. 10 is an explanatory view showing the fifth embodiment, and FIGS. 11 to 14 are front views showing other embodiments of the waveguide and the reflecting member. 1... Ultrasonic waveguide, 2... Ultrasonic reflecting member,
3, 4, 43, 53...Ultrasonic transducer, 1A,
2A... End face as ultrasonic reflecting means, 41B,
42B... Notch portion as ultrasonic wave reflecting means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 弾性部材からなる超音波導波路と、この超音
波導波路から一定距離をへだてて配設される超音
波反射部材と、前記超音波導波路の一端部に装備
された超音波送受波器とを有し、前記超音波導波
路の他端部に超音波反射手段を設けたことを特徴
とする超音波センサ装置。 2 前記超音波導波路及び超音波反射部材が、一
対の弾性板であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の超音波センサ装置。 3 前記超音波導波路及び超音波反射部材が、一
対の丸棒状の部材により形成されていることを特
徴とした特許請求の範囲第1項記載の超音波セン
サ装置。 4 前記超音波導波路及び超音波反射部材が、一
対のパイプ状部材により形成されていることを特
徴とした特許請求の範囲第1項記載の超音波セン
サ装置。 5 前記超音波導波路及び超音波反射部材は、超
音波の伝播方向の長さが同一寸法により形成され
ていることを特徴とした特許請求の範囲第1,
2,3又は4項記載の超音波センサ装置。 6 前記超音波導波路及び超音波反射部材は、超
音波の伝播方向の長さが異なつた寸法により形成
されていることを特徴とした特許請求の範囲第
1,2,3又は4項記載の超音波センサ装置。 7 前記超音波送受波器を、前記超音波導波路の
側面に装着したことを特徴とした特許請求の範囲
第1項記載の超音波センサ装置。 8 前記超音波送受波器を、前記超音波導波路の
中心線に直交して装着したことを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の超音波センサ装置。 9 前記超音波導波路を一定幅の板状部材により
形成するとともに、前記超音波反射部材を前記超
音波導波路の両面に対向して等距離に各別に配設
された二枚の超音波反射板により形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波セ
ンサ装置。 10 前記超音波導波路と超音波反射部材とをそ
れぞれ同一寸法の板状部材により形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波セ
ンサ装置。 11 前記超音波反射部材の前記超音波導波路側
の面が凹状の超音波反射面に形成されていること
を特徴とした特許請求の範囲第9項又は第10項
記載の超音波センサ装置。 12 前記超音波導波路が小円筒状の部材により
形成され、前記超音波反射部材が前記超音波導波
路から円心円上の位置に配設された少なくとも一
つの凹状反射板であることを特徴とした特許請求
の範囲第1項記載の超音波センサ装置。 13 前記超音波反射部材が円筒状に形成される
とともに、前記超音波導波路が丸棒もしくはこれ
に順ずる部材により形成され、この超音波導波路
が前記超音波反射部材の中心線上に配設されてい
ることを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の
超音波センサ装置。 14 前記超音波導波路が小円筒状の部材により
形成されていることを特徴とした特許請求の範囲
第13項記載の超音波センサ装置。 15 前記超音波反射部材が、前記超音波導波路
から同心円上の位置に配設された少なくとも一つ
の凹状の反射板であることを特徴とした特許請求
の範囲第14項記載の超音波センサ装置。 16 弾性部材からなる超音波導波路と、この超
音波導波路から一定距離をへだてて配設される超
音波反射部材と、前記超音波導波路の一端部に装
備された超音波送受波器とを有し、前記超音波導
波路の他端部に超音波反射手段を設け、 前記超音波導波路と超音波反射部材の各一端部
の相互間にスペーサを配設するとともに、このす
スペーサと前記超音波導波路及び超音波反射部材
との間にそれぞれ遮音部材を介装したことを特徴
とする超音波センサ装置。 17 弾性部材からなる超音波導波路と、この超
音波導波路から一定距離へだてて配設される超音
波反射部材と、前記超音波導波路の一端部に装備
された超音波送受波器とを有し、 前記超音波導波路と超音波反射部材の両端器相
互間にスペーサを各々配設するとともに、この各
スペーサの前記超音波導波路及び超音波反射部材
の各当接部遮音部材を装備し、前記各他端部のス
ペーサの内側に位置する超音波導波路に超音波反
射部材を設けたことを特徴とする超音波センサ装
置。 18 弾性部材からなる超音波導波路と、この超
音波導波路から一定距離へだてて配設される超音
波反射部材と、前記超音波導波路の一端部に装備
された超音波送受波器とを有し、 前記超音波導波路及び超音波反射部材の各他端
部の先端を比較的鋭く形成するとともに、前記超
音波導波路の先端に近接した適当な位置に超音波
反射手段を設けたことを特徴とする超音波センサ
装置。
[Claims] 1. An ultrasonic waveguide made of an elastic member, an ultrasonic reflecting member disposed at a certain distance from the ultrasonic waveguide, and an ultrasonic wave reflecting member provided at one end of the ultrasonic waveguide. 1. An ultrasonic sensor device comprising an ultrasonic transducer and an ultrasonic waveguide, and further comprising an ultrasonic reflecting means at the other end of the ultrasonic waveguide. 2. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member are a pair of elastic plates. 3. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member are formed by a pair of round bar-shaped members. 4. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member are formed by a pair of pipe-shaped members. 5. Claim 1, wherein the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member are formed with the same length in the ultrasonic propagation direction.
The ultrasonic sensor device according to item 2, 3 or 4. 6. The ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member are formed with different lengths in the ultrasonic propagation direction. Ultrasonic sensor device. 7. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is attached to a side surface of the ultrasonic waveguide. 8. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is mounted perpendicular to the center line of the ultrasonic waveguide. 9. The ultrasonic waveguide is formed by a plate-shaped member having a constant width, and the ultrasonic reflecting member is formed by two ultrasonic reflecting members separately disposed at equal distances from both sides of the ultrasonic waveguide. The ultrasonic sensor device according to claim 1, characterized in that it is formed of a plate. 10. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member are formed of plate-like members having the same size. 11. The ultrasonic sensor device according to claim 9 or 10, wherein the ultrasonic waveguide side surface of the ultrasonic reflecting member is formed into a concave ultrasonic reflecting surface. 12. The ultrasonic waveguide is formed by a small cylindrical member, and the ultrasonic reflecting member is at least one concave reflecting plate disposed at a position on a circle from the ultrasonic waveguide. An ultrasonic sensor device according to claim 1. 13 The ultrasonic wave reflecting member is formed in a cylindrical shape, the ultrasonic waveguide is formed of a round bar or a member similar thereto, and the ultrasonic waveguide is disposed on the center line of the ultrasonic reflecting member. The ultrasonic sensor device according to claim 1, characterized in that: 14. The ultrasonic sensor device according to claim 13, wherein the ultrasonic waveguide is formed of a small cylindrical member. 15. The ultrasonic sensor device according to claim 14, wherein the ultrasonic reflecting member is at least one concave reflecting plate disposed on a concentric circle from the ultrasonic waveguide. . 16 An ultrasonic waveguide made of an elastic member, an ultrasonic reflecting member disposed at a certain distance from the ultrasonic waveguide, and an ultrasonic transducer installed at one end of the ultrasonic waveguide. an ultrasonic reflecting means is provided at the other end of the ultrasonic waveguide, a spacer is provided between each end of the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member, and the spacer and An ultrasonic sensor device characterized in that a sound insulating member is interposed between the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member. 17 An ultrasonic waveguide made of an elastic member, an ultrasonic reflecting member arranged at a certain distance from the ultrasonic waveguide, and an ultrasonic transducer installed at one end of the ultrasonic waveguide. a spacer is disposed between the ends of the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member, and a sound insulating member is provided at each contact portion of the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member of each spacer. An ultrasonic sensor device characterized in that an ultrasonic reflecting member is provided on the ultrasonic waveguide located inside the spacer at each other end. 18 An ultrasonic waveguide made of an elastic member, an ultrasonic reflecting member arranged at a certain distance from the ultrasonic waveguide, and an ultrasonic transducer installed at one end of the ultrasonic waveguide. The tips of the other ends of the ultrasonic waveguide and the ultrasonic reflecting member are formed relatively sharply, and an ultrasonic reflecting means is provided at an appropriate position close to the tip of the ultrasonic waveguide. An ultrasonic sensor device featuring:
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