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ACOUSTIC VELOCITY MEASURING METHOD AND INSTRUMENT OF HIGH RESOLUTION FOR FLUID

Patent code P08A013993
File No. P05-092
Posted date Oct 31, 2008
Application number P2005-301235
Publication number P2007-108099A
Patent number P4465473
Date of filing Oct 17, 2005
Date of publication of application Apr 26, 2007
Date of registration Mar 5, 2010
Inventor
  • (In Japanese)東崎 健一
  • (In Japanese)スー カリヤン
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 千葉大学
Title ACOUSTIC VELOCITY MEASURING METHOD AND INSTRUMENT OF HIGH RESOLUTION FOR FLUID
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acoustic velocity measuring method and an instrument of high resolution capable of measuring an acoustic velocity at 1 ppm of resolution even under a pressurized condition, and capable of knowing clearly a delicate change in the volume or elasticity of a substance or a substance contained therein.
SOLUTION: A sound wave is generated and detected in a resonator by the same transducer, an acoustic cavity (acoustic resonator) is thereby compactified and a measuring system is thereby simplified. A required sample amount is reduced further (sound path length 3 mm, sample amount 10 μl), and a temperature is easily stabilized in addition thereto. When generating/detecting a signal compatibly by the same transducer, a sound wave signal propagated through a route other than an input signal or the sample is favorably removed to detect only a resonance sound wave signal in the sample.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005301235thum.jpg
State of application right Registered
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