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流体の高分解能音速測定方法および装置 コモンズ

国内特許コード P08A013993
整理番号 P05-092
掲載日 2008年10月31日
出願番号 特願2005-301235
公開番号 特開2007-108099
登録番号 特許第4465473号
出願日 平成17年10月17日(2005.10.17)
公開日 平成19年4月26日(2007.4.26)
登録日 平成22年3月5日(2010.3.5)
発明者
  • 東崎 健一
  • スー カリヤン
出願人
  • 学校法人千葉大学
発明の名称 流体の高分解能音速測定方法および装置 コモンズ
発明の概要

【課題】圧力を変化させながら1ppm分解能で音速を測定することは物質やその中に含有される物質の体積や弾性率の微妙な変化を明瞭に知る事を可能にする。例えば、0.1%蛋白質水溶液中の蛋白質分子が圧力や温度によって0.1%体積変化する様子を検出するのには1ppm程度の音速分解能が必要になり、その実現は有力な物性研究・材料評価手法を提供することを目的とする。
【解決手段】共鳴器内での音波の発生と検出を同一のトランスデューサーで行い、これにより音響キャビティー(音響共鳴器)は小型にし、計測システムはシンプルにする。さらに、必要な試料量を減らす事ができ(実施例では音路長3mm,試料量100μl )、加えて、温度安定化が容易になる。信号の発生・検出を単一トランスデューサーで兼ねる場合、入力信号や試料外の経路を伝播した音波信号をうまく取り除いて、試料中の共鳴音波信号のみを検出する。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


近年、新素材分野や生物科学分野で、物性研究・材料評価手法のため、物質の体積や弾性率の変化を、極めて高精度に測定することが求められている。例えば、0.1%蛋白質水溶液中の蛋白質分子が圧力や温度によって0.1%体積変化する様子を検出するには、1ppm程度の音速分解能が必要となる。高分解能が可能になると、非標識でのリアルタイムの抗原・抗体の相互作用などがリアルタイムで観測可能になる。その実現は有力な物性研究・材料評価手法となる。



そこで、現在、物質やその中に含有される物質の体積や弾性率の微妙な変化を測定するには様々な方法や装置が実施されている。高精度の測定には、音速測定による共鳴法が、通常用いられている。例えば、高分解能、高圧対応のための市販装置では、以下の例がある。
(1)Resonic社ResoScan型
試料量は0.2mL、分解能は10ppm、高圧対応は、特別な仕様で、250MPaまで可能で、使用温度は、5~85℃である。
(2)Ultrasonic Scientific社HR-US102型
試料量は、1mL(特注0.03mL可)、分解能0.1ppm、高圧対応0.5MPaまで可能で、使用温度:-40~+150℃である。



また、音響セル中の共鳴周波数を測定し、その値より音速と音響インピーダンスを決定する音響セルが提案されている。(特許文献1)

【特許文献1】米国特許公開第2005/0043906A1号

産業上の利用分野


本発明は、流体の高分解能音速測定方法および装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
試料を音響キャビティーに充填し、
該音響キャビティーに配置した音波発生手段により該試料中に音波を発生させ、
音波の振動の周波数を掃引して、
音波検出手段により掃引された周波数の共鳴周波数を検出して、
該音響キャビティー長を変調する手段により音響キャビティーの音路長を変調して、
該共鳴周波数と該変調された音路長により音速を測定することを特徴とする試料中の音速測定方法。

【請求項2】
上記音響キャビティーに配置した音波発生手段と上記音波検出手段は、同一のトランスデューサーで行うことを特徴とする請求項1記載の試料中の音速測定方法。

【請求項3】
上記音響キャビティーの壁面を低周波で振動させて該音響キャビティー長を変調し、
上記トランスデューサーからの出力信号を、該変調による周波数で同期検波することを特徴とする請求項1または2記載の試料中の音速測定方法。

【請求項4】
上記音響キャビティー長の変調手段は、たわみ型ピエゾトランスデューサーを反射板として用いることを特徴とする請求項1ないしは3いずれかに記載の試料中の音速測定方法。

【請求項5】
上記音響キャビティーを高圧容器内に配置して、
該音響キャビティーと該高圧容器を流通させて、該音響キャビティーと該高圧容器の圧力差を解消することを特徴とする請求項1ないしは4いずれかに記載の試料中の音速測定方法。

【請求項6】
試料を充填する音響キャビティーと、
該音響キャビティーの両端に配置した音波発生させるトランスデューサーと、
該音波を発生させるトランスデューサーにより発生する音波の周波数を掃引する手段と、
該音波を発生させるトランスデューサーにより掃引した周波数の共鳴周波数を検出する手段と、
該音響キャビティーの長さを変調する手段とを備え、
該検出された共鳴周波数と該変調された音響キャビティーの長さにより音速を測定することを特徴とする試料中の音速測定装置。

【請求項7】
上記音波を発生させるトランスデューサーと該音響キャビティー内の共鳴が発生する共鳴周波数を検出する手段とが同一であることを特徴とする請求項6記載の試料中の音速測定装置。

【請求項8】
上記音響キャビティーの壁面を低周波で振動させ、音響キャビティー長を変調し、上記トランスデューサーからの出力信号を、該変調による周波数で同期検波する手段を有することを特徴とする請求項6ないしは7いずれかに記載の試料中の音速測定装置。

【請求項9】
上記音響キャビティー長の変調手段は、たわみ型ピエゾトランスデューサーを用いた反射板であることを特徴とする請求項8記載の試料中の音速測定装置。

【請求項10】
上記音響キャビティーは高圧容器内に配置され、
該音響キャビティーに、該音響キャビティーと該高圧容器の圧力差を解消する流通孔が配設されていることを特徴とする請求項6ないし9記載の試料中の音速測定装置。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005301235thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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