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公開番号2024070541
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-23
出願番号2022181100
出願日2022-11-11
発明の名称超音波測定装置及び流体測定方法
出願人株式会社堀場アドバンスドテクノ
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01F 1/667 20220101AFI20240516BHJP(測定;試験)
要約【課題】超音波振動が伝播する距離を長くしても高い信号強度を得やすい超音波測定装置を提供する。
【解決手段】配管に取り付けて使用される超音波測定装置であって、前記配管上に互いに離間して設けられ、超音波振動の送受信を相互に行う一対の超音波振動子と、前記各超音波振動子と前記配管との間に介在するよう設けられて超音波振動を伝達する、一対の整合部材とを備え、前記各整合部材は、前記配管の表面に密着する、前記管軸方向に対して略平行な密着面と、前記超音波振動子が取り付けられる、前記管軸方向に対して傾斜した振動子取付面とを有しており、前記管軸方向に対して直交する断面視において、前記振動子取付面の長さが前記密着面の長さよりも大きい形状をなしている超音波測定装置。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
配管に取り付けて使用される超音波測定装置であって、
前記配管上に互いに離間して設けられ、超音波振動の送受信を相互に行う一対の超音波振動子と、
前記各超音波振動子と前記配管との間に介在するよう設けられて超音波振動を伝達する一対の整合部材とを備え、
前記各整合部材は、
前記配管の表面に密着する、前記管軸方向に対して略平行な密着面と、
前記超音波振動子が取り付けられる、前記管軸方向に対して傾斜した振動子取付面とを有しており、
前記管軸方向に対して直交する断面視において、前記振動子取付面の長さが前記密着面の長さよりも大きい形状をなしている超音波測定装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記各整合部材における前記配管の表面に対向する対向面に、前記配管の表面に向かって突出する凸部が設けられており、当該凸部の先端面により前記密着面が形成されている請求項１に記載の超音波測定装置。
【請求項３】
前記凸部の先端面が平面状に形成されている請求項１又は２に記載の超音波測定装置。
【請求項４】
前記振動子取付面と前記密着面とがなす角が３０°以上６０°以下である請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項５】
前記各整合部材が弾性材料からなるものである請求項１～４のいずれか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項６】
前記一対の超音波振動子と前記一対の整合部材を内部に収容して保持するとともに、前記配管の側周面を把持して前記配管に取り付くケーシングを更に有する請求項１～５のいずれか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項７】
前記ケーシングが導電性材料からなる部材により構成されたものである請求項６に記載の超音波測定装置。
【請求項８】
前記ケーシングの一側面には、前記ケーシングを所定のベースに固定して取り付けるための取付部材が設けられており、当該取付部材が絶縁性材料からなるものである請求項６又は７に記載の超音波測定装置。
【請求項９】
前記ケーシングは、
前記一対の超音波振動子及び前記一対の整合部材を前記管軸方向に沿って離して保持するとともに、前記管軸方向に直交する一方向に開口する本体部材と、
前記管軸方向に回転軸が延伸する第１ヒンジ機構を介して本体部材に連結され、当該第１ヒンジ機構の回転軸を中心に回転して前記本体部材の開口を開閉する蓋部材と、
前記本体部材の開口に蓋をした状態で前記蓋部材を固定するロック機構とを備え、
前記ロック機構は、前記管軸方向に回転軸が延伸する第２ヒンジ機構を介して前記本体部材又は前記蓋部材の一方に連結された鉤状部材と、前記本体部材又は前記蓋部材の他方に形成され、前記鉤状部材が係合する凹部とを含んで構成されている請求項６～８のいずれか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項１０】
前記ケーシングは、前記整合部材が設置される設置面を有しており、
当該設置面は、対向する前記整合部材の被設置面に対して凹んだ曲面状を成している請求項６～９のいずれか一項に記載の超音波測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波測定装置及びこれを用いた流体測定方法に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の超音波測定装置としては、例えば特許文献１に示すように、信号送信用の超音波振動子と信号受信用の超音波振動子とが測定対象である流体が流れる配管を挟んで設置されるものが知られている。このものでは、各超音波振動子は、配管に対して角度を持って設置されるとともに、測定対象の音響インピーダンスが考慮された弾性材料からなる整合部材を介して固定されている。そして各超音波振動子は、送信用の超音波振動子から出た超音波振動が、配管及び流体で屈折して最短距離で受信用の超音波振動子に込むような位置関係で設置されている。
【０００３】
このような構成の場合、送信用の超音波振動子と受信用の超音波振動子との間の距離が短いため、高い信号強度を得ることができるというメリットがあるものの、流体を通過する距離が短いため分解能が低下し、測定精度が低下するというデメリットがある。
【０００４】
一方、超音波振動が配管内で反射するような位置関係で各超音波振動子を設置すれば、超音波振動が伝播する距離を長くできるため分解能を高くすることができる。しかしながらこの場合には、受信した超音波振動の強度が低くなるため外乱の影響が大きくなり、測定精度が低下してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－０４８４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した問題を解決すべくなされたものであり、超音波振動が伝播する距離を長くしても高い信号強度を得やすい超音波測定装置を提供することを主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る超音波測定装置は、配管に取り付けて使用される超音波測定装置であって、前記配管上に互いに離間して設けられ、超音波振動の送受信を相互に行う一対の超音波振動子と、前記各超音波振動子と前記配管との間に介在するよう設けられて超音波振動を伝達する一対の整合部材とを備え、前記各整合部材は、前記配管の表面に密着する、前記管軸方向に対して略平行な密着面と、前記超音波振動子が取り付けられる、前記管軸方向に対して傾斜した振動子取付面とを有しており、前記管軸方向に対して直交する断面視において、前記振動子取付面の長さが前記密着面の長さよりも大きい形状をなしていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成であれば、断面視において振動子取付面が密着面よりも長くなるように整合部材を形成しているので、配管サイズに対して大きなサイズの超音波振動子を適用することができ、また超音波振動子と配管との間で超音波振動を効率よく伝えることができる。これにより、一対の超音波振動子間で強い強度の超音波振動を伝播させることができ、超音波振動が伝播する距離を長くしても高い信号強度を得やすくでき、測定精度を向上できる。
【０００９】
つまり、一対の超音波振動子間で十分な強度の超音波を伝えるためには、超音波振動子の音響放射面を例えば直径約１０ｍｍ以上に設定する必要があるが、例えば直径３～７ｍｍ程度の小径配管を測定する場合に、この配管径に合わせて整合部材の振動子取付面のサイズを小さくし、使用する超音波振動子のサイズを小さくすると、十分な強度の超音波を伝えることが難しくなる。一方で、このような小径配管を測定する場合に、整合部材の振動子取付面を配管径に対して大きくするとともに密着面も同様に大きくすると、整合部材内で超音波振動が逃げてしまい、超音波振動を効率よく超音波振動子に伝えることが難しくなる。上記した本発明の構成であれば、振動子取付面が密着面よりも長くなるように整合部材を形成しているので、小径配管であっても配管サイズに対して大きなサイズの超音波振動子を適用することができ、さらに密着面を振動子取付面よりも小さくしているので、整合部材内で逃げてしまう超音波振動を低減し、また超音波振動子と配管との間で超音波振動を効率よく伝えることができる。
【００１０】
前記超音波測定装置は、前記各整合部材における前記配管の表面に対向する対向面に前記配管の表面に向かって突出する凸部が設けられており、当該凸部の先端面により前記密着面が形成されているのが好ましい。
このように構成すれば、整合部材の対向面から配管に向かって突出する凸部を形成し、その先端面を配管に密着させるようにしているので、凹凸のない一様に平坦な対向面を押し当てて密着させる場合に比べて配管と整合部材との間の接触面積を小さくでき、接触面にかかる押し付け圧力を高くすることができる。これにより、送信側においては整合部材から配管に超音波振動を効率よく伝達でき、受信側においても配管から整合部材に効率よく超音波振動を伝達できるようになる。これにより、一対の超音波振動子間でより強い強度の超音波振動を伝播させることができ、超音波振動が伝播する距離を長くしてもより高い信号強度を得やすくできる。
またこのような凸部を有する形状とすることで、管軸方向に対して直交する断面視において、整合部材の左右の両側面を押し付け方向に対して真っすぐとなるように形成できる。これにより、例えばケーシングの内壁等で整合部材の両側面を挟んで固定しやすくなり、配管に対して整合部材を真っすぐに押し当てやすくなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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