(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁に接触する流体の密度又は充填高さの測定値を測定するための弾性波感知装置であって、前記壁が第１の側面及び第２の側面を有し、前記装置が、
前記壁の領域に沿って延びる感知路を定める手段、
前記感知路に沿う前記壁の中を伝搬する非対称（曲げ）波を発生し検出するために前記壁の前記第１の側面上に取り付けられたトランスジューサ、及び
信号伝搬の変化を決定するために前記信号を処理するためのプロセッサから成り、前記プロセッサが前記変化を基準値と比較して前記測定値を決定することを特徴とする弾性波感知装置。
【請求項２】
シートの前記第１の側面の前記領域を囲む表面に取り付けられた「ため構造」を含み、前記基準値を一時的に確立するための手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の弾性波感知装置。
【請求項３】
前記非対称波が、前記壁の中の前記波の位相速度が前記流体中の音響エネルギの位相速度より小さいように選択された周波数のａ0たわみ（低次非対称）波であることを特徴とする、請求項１に記載の弾性波感知装置。
【請求項４】
前記壁が導管壁であり、前記波が導管の直径と比較して大きい波長を有することを特徴とする、請求項２に記載の弾性波感知装置。
【請求項５】
前記壁が貯蔵タンクの壁であり、前記感知路が前記タンクの満タン線を横切って延びることを特徴とする、請求項２に記載の弾性波感知装置。
【請求項６】
前記波のエネルギが、前記シートの高次モードのカットオフ以下の周波数のたわみ波のエネルギであることを特徴とする、請求項３に記載の弾性波感知装置。
【請求項７】
前記測定値が密度であり、前記壁に接触する物質の流量を測定するための測定手段を更に含み、流体質量を決定することを特徴とする、請求項１に記載の弾性波感知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は音響感知および測定装置に関し、特定すると、壁により境界を画定された物質の存在すなわち比特性を検出する装置に関する。装置の例としては、タンク内の液体レベルおよび界面、導管内の流体路、または外被、翼または胴体上に蓄積された氷の存在または厚さを感知するための装置等が挙げられる。
【０００２】
導管内に含まれる流体に対して、流体中の経路に沿って超音波を伝搬させ、電波時間、ドップラシフトあるいは信号の流体との相互作用のその他の特性を測定することによって、流量や、質量流量や、密度や温度のような関連するパラメータを測定するための非常に多くの技術が開発されてきた。
【０００３】
これらの応用の多くのものにおいては、トランスジューサ取付けおよびハウジングの幾何形態の影響を補償するため、最初の準備または後続の信号処理においてある種の補正をなさねばならないが、基本的処理としては、流体中を伝搬する超音波信号の測定および比較が含まれる。例えば、Saul A. Jacobson等の米国特許第4,787,252 号を参照。他の装置においては、波エネルギが特別に賦型された導波管中を伝搬せしめられ、質問（測定）波の特性が、導波管と導波管を充填する、あるいはこれを取り巻く流体との相互作用の影響を受ける。Haim H.Bau等の米国特許第4,893,496 号は、この形式の装置を示しているが、この装置にあっては、多角形またはその他の特別に賦型された棒またはシリンダがねじれ波により励起され、棒またはシリンダからのエネルギの隣接する流体への結合で、流体密度または粘度の大きさの直接的指示を与える。この形式の装置にあっては、波は固体のボディにより案内され、そしてその伝搬は、隣接する流体と結合するエネルギの影響を受ける。
【０００４】
種々の種類の特殊な装置をたわみ波励起とともに使用して、流体高さや氷被覆のような静的状態を測定することも示唆された。
【０００５】
特に、フランスにおいてはDieulcsaint により流体センサについての研究がなされてきたが、この研究にあっては、管が流体中に延ばされ、一端にてたわみ波で励起される。このたわみ波は、空気／流体界面にて反射され、ついで検出される。長い管内におけるたわみ波の比較的緩やかな伝搬速度（1960年のAgeevaにより報告された方法に従うと薄いストリップにおける）のため、流体レベル高さの分析が可能になる。
【０００６】
Jacques Chamuel の米国特許第4,461,178 号は、航空機の翼上に形成される氷の累積および付着の程度を検出する方法を示している。この装置は、翼の表面を形成するシート（薄板）中を圧縮およびたわみモードの両方で伝搬する音響信号を使用する。この特許は、たわみ波の振幅が表面の付着物とともに変わるが、圧縮モードの波はシート中を減衰されずに伝搬し、したがって受信されたたわみ波信号の振幅を正規化するのに使用できることを報告している。
【０００７】
一般に、彎曲ボディと取巻き物質との相互作用を含むこの後者の形式の装置はかなり特殊化されているようであるということができ、案内されるたわみ波信号に顕著な定性的影響が観察されたが、この種の装置は、流体それ自身を伝搬する非被誘導波を採用するさらに従来の装置により享受される十分に展開された論理モデルを有さない。したがって、それらの教示は、かなり特定の構造に限定される。
【０００８】
【発明の課題】
それゆえ、導管、タンクまたは容器壁のようなシート構造体内における弾性波に対するより汎用の波検出または測定装置を開発することが望まれる。
【０００９】
また、特殊注文された、すなわち特定のセンサ、導管または閉じ込め容器との使用に限定されない弾性波装置を開発することが望まれる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うと、これらおよびその他の望ましい特徴は、検出されるべき物体の境界を画定するシートまたは壁内に弾性波を発生しかつそれを検出するための１または複数のトランスジューサを提供し、検出信号を処理して決定をなし、任意的に、基準決定を行うため壁に音響的負荷を選択的に適用することにより達成される。壁は、パイプまたは導管の壁、エアフォイルの表面、外被または胴体、貯蔵タンクのような容器の壁とし得る。
【００１１】
好ましい構造においては、ハウジングが壁上に取り付けられ、少なくとも一つのトランスジューサを壁との音響的接触下に保持し、トランスジューサの作動で、壁に対して垂直な圧縮波インパルスを供給し、その中にたわみ波の伝搬を開始させるようにする。ハウジングは、壁を周囲の付随的負荷から保護し、壁とともに閉鎖セルを形成する。選択された時点にセルを液体で充填する手段が設けられており、それにより壁の外側に音響負荷をかける。たわみ波伝搬特性の基準の決定は、この液体と接触している壁の外側でなされる。次いで、液体は排出され、無攪乱の伝搬特性が決定される。音響負荷を有する場合および音響負荷を有さない場合のたわみ波伝搬の比較は、広動作範囲にわたる検出位相速度を正規化し、予測される信号伝搬特性を決定するための追加のパラメータの完全なモデル化または感知が不可能であるような感知環境において装置の使用を可能にする。
【００１２】
本発明の特定の実施例において、装置は、機体外板上に蓄積する氷を検出するのに使用してもよいし、高さを測定したり、貯蔵タンク内のあふれ警報や、圧力容器内における高圧力警報やあふれ警報を作動したり、直立パイプ内における流体圧力のような特性を測定したりするように構成してもよい。クランプオン（取り付け）の実施例は、導管内の流体密度、流量、あるいはその両者を直接的に測定するように適合される。
【００１３】
【実施例の説明】
本発明のこれらおよびその他の特徴は、図面を参照して行った以下の説明から明らかとなろう。
図１は、燃料オイル貯蔵タンクのような液体貯蔵タンク２上に例示的に設置された本発明に従うたわみ波感知装置１０を例示する線図である。一例として、この種のタンクは、約１センチ厚の鋼板より形成してよく、これが直径３〜５０メートルおよび高さ１０〜１５メートルの円筒状構造体に鋲付けまたは溶接されている。鋼板は高さ８フィートとし、逐次的に（段階的に）タンクの頂部に向って薄くし、最高の板に対するおおむね５mm厚に減じていくようにしてよい。この種のタンクは、固定の導管４を介して最大の充填高さＳ、タンクの頂部より小距離下の点、まで充填される。これらのタンク上には、閉鎖屋根でなく、種々の形式の浮動カバーまたは封止構造体が採用されており、液体の上方に煙霧が充填した空間が生ずるのを防ぐ。このような煙霧充填空間は爆発を招く恐れがある。これらのカバー組立体は、タンクの内壁と接触する、またはそれを封止するためのシール、バンパまたはスクレイパを備えることができる。以下に論述されるように、これらの要素は、本発明の感知装置により遠隔的に検出できる。しかしながら、本発明のこの実施例の１側面においては、センサ１０は、充填レベルＳにてタンク内の流体の存在を検出し、それゆえ溢れ警告装置として働く。
【００１４】
センサ装置１０は、タンク内の液体を検出することが望まれる特定の充填高さＳにて信号伝搬路を画定する閉鎖表面領域Ｒの両端に１対のトランスジューサ１２、１４を含む。領域Ｒは、１６により総括的に指示され、Ｌ字状断面の薄い鋼輪より形成された境界フレームまたはハウジングで囲まれる。しかして、Ｌ字状の断面は、タンク壁に対して平坦に固定するための第１の面と、壁から外方に延びる第１面に垂直な第２の面とを備える。トランスジューサ１２，１４は各々、第１面上に取り付けられており、タンク壁に音響的に結合され、他方薄い鋼輪を形成するフレームは、両トランスジューサ間に固定の間隔を画定している。
【００１５】
本発明の主たる側面に従うと、フレーム１６はカバーを有しており、図２および図３にもっともよく示されるように、領域Ｒ上に閉鎖領域を画定するようになされている。領域は、フレーム１６およびカバー部材１８により境界を画定されており、それにより表面領域Ｒ上に流体だめを形成する。フレーム１６は、はんだ、エポキシ、接着剤等により、タンク壁に密封態様で取り付けられており、タンク壁が、このようにして形成されたためを閉鎖する他の境界面を形成している。
【００１６】
図２および図３に示されるように、フレーム１６は、比較的薄い材料例えば１８〜２２ゲージの薄鋼板より形成されるが、これは、測定領域の近傍においてタンク壁の全質量やスティフネスの影響を及ぼすほど厚くなることなくタンク壁に正確に順応し、またトランスジューサ間に干渉音響路の導入を避けることを可能にする。棒原材料から機械加工されたねじ付き接触アセンブリ２２が、フレーム１６に直径を挟んで相対する二つの位置にて溶接されており、機械加工されたステンレススチール釦２２ａを備えている。このステンレススチール釦は、壁平面に向けて千分の数インチ突出しており、音響信号を壁に結合するための、垂直入射による接触音響結合部を形成する。種々の追加のスペーサ、パッキングおよび接地または遮蔽部材（特定の参照番号なし）は、燃料タンクに適合する爆発防止型トランスジューサを例示するために図示されている。重要な部材からの、あるいはこれら部材を通るフレーム路を減ずるように、すべての許容誤差は小さく維持されている。
【００１７】
例示の実施例においては、ニッケルまたはRemendur材料の磁歪棒２４が接触釦２２ａ中にねじ込まれており、ソレノイドコイル２６により取り囲まれている。ソレノイドコイル２６は、棒中に圧縮波を発生するために電気導管２５中を通る電気的電流信号バーストにより作動される。これらの波は、棒に沿って接触釦中に移動し、表面に垂直なタンク壁の瞬間的な運動を生じさせる。たわみ波は、領域Ｒの他側への伝搬後、第２の棒２４ａ内において圧縮波に再変換され、ピックアップコイル２６ａによりピックアップされる。好ましくは、伝送コイル２６は、高電流駆動信号、例えば10ボルトのレベルにて0.3 アンペアの信号バーストに順応するように、小巻数の低ゲージワイヤを有しているのがよい。他方、ピックアップコイル２６ａは、減衰波を検出するため高電圧出力を有する敏感な受信機を構成するため高ゲージワイヤの多数巻線を有する。λ/4共振器として一端が解放されている真直ぐな棒を使用することによって、タンク表面に垂直な棒の突出はできるだけ小さくされる。
【００１８】
圧縮波の周波数は、鋼板壁に沿って効率的に伝搬するたわみ波に効率的に変換するように選択される。普通、約５〜25kHz の周波数が厚い鋼板壁に適当である。約５mm〜６mm厚の鋼板に対しては12.5kHz の周波数が好ましいが、この厚さは、「高」または「高−高」充填レベルＳにおける貯蔵タンクの頂部の近傍にてしばしば遭遇する厚さである。図１に略示される高−高警報レベルは、溢れのほぼ５分前に、代表的には95％充填におけるポンプ容量に関係して設定される。
【００１９】
本発明のこの側面の主たる特徴に従うと、壁内を伝搬するたわみ波の位相速度が、トランスジューサ１２、１４が接触する表面に相対する壁の表面に対する物質例えば燃料オイルの存在を検出するために測定される。詳述すると、棒２４から壁中への圧縮波の発射と、棒２４ａにおける遅延信号の受信との間の伝搬時間は、タンク２内における流体が領域Ｒの高さに達するとき増大し、そしてこの公称伝搬時間からの遅延が検出されて、流体高さの指示を与える。
【００２０】
試験装置についての予備測定において、10マイクロ秒以上の伝搬時間の増加が、1/2 ないし１センチメートル厚の鋼タンク上に約20センチメートルのトランスジューサ間距離を置いて設けられたトランスジューサで観察された。これらの伝搬時間の増加は、トランスジューサのタンクへの結合または接合の品質に依存しないから、伝搬時間式装置として、例えばLynnworth, SegerおよびBradshawの米国特許第4,320,659 号(1982)の方法において先にタンクに応用されたような液体レベルの振幅式の決定に優る利点をもたらす。
【００２１】
構造的弾性波（本明細書においては主としてLamb波）の特質について短い論述を加えることは、本発明の他の側面および好ましい実施例を理解する上で助けになろう。
【００２２】
一般に、固形シート内を伝搬する弾性波または音響波の音響速度は、スティフネス対密度の平方根に比例する。すなわち、
【数１】
Ｃ∝（スティフネス／密度）の平方根
【００２３】
本願発明者は、液体充填タンクの場合、少なくとも低ヘッドでのタンク壁に対する液体の存在は、密度の増加、したがってたわみ波伝搬速度の減少に類似の態様で動作することを見出した。氷より密度の大きい金属より成る翼または外被のようなシート構造体の外部上に蓄積する氷の場合、主たる影響は、スティフネスを増し、したがって伝搬時間を増大することである。例えばホッパまたはサイロ内において起こるように粒状または固まっていない固形物質が壁に担持される場合、壁と物質間に凝集的結合はなく、波伝搬に対する主たる影響は、振幅減衰の影響である。
【００２４】
本発明の異なる側面に従うと、これらの観察以上に、他のファクタが測定装置の考慮事項に入る。
【００２５】
トランスジューサは、壁またはシート構造体の低次のたわみ弾性波、さらに好ましくは、a0に対応する周波数、あるいは二次またはより高次のモードのカットオフ周波数より低い周波数に対応する周波数で作動されるのが好ましい。これらのより高モードの範囲におけるより高い周波数を避けることにより、数種の異なる位相速度における表面漏洩、反射およびマルチモード伝搬から生ずる複雑性は、受信信号に現れない。厚い鋼板から形成されるタンクの場合、５〜25kHz の範囲の周波数が適当であるが、薄く固いアルミニウムまたは合金の航空機外板上の氷を検出する場合、約100kHzの周波数が適当であると考えられる。
【００２６】
タンクまたは容器内の液体を感知するために板の波を使用するときに適用されることであるが、表面漏洩について詳しく考察すると、たわみ波エネルギの流体中への結合が、たわみ波の振幅を減衰させ、測定を複雑にし、さらにはそれを断念させる。この問題を減ずるために、トランスジューサまたはインパルス始動装置は、シート構造体内におけるたわみ波の速度が、測定されるべきシートと境界を接する、すなわちこれと接触する圧縮波の伝搬速度よりも低くなるような周波数で駆動される。以下に述べる本発明の興味ある側面は、12.5kHz の励起を使用して、低スティフネスおよび低密度（約1g/cm2に等しい） のPVC パイプ中の流体流を検出するたわみ波感知装置にある。本発明の他の実施例におけるのと同様に、たわみ波は、導管内の流体中よりもその壁中を伝搬するから、設定は導管に沿う間隔の問題だけであり、意味のある測定をなすのに液体または壁屈折角度を計算する必要がない。この場合、軽量のプラスチック壁から流体中へのエネルギの放射を最小にするため、12.5kHz の周波数が選択される。
【００２７】
他の考慮事項は、「高」および 「高−高」レベルＳ1 およびＳ2 が観察されるべき場合に起こる。ここで、ΔＳ＝Ｓ2-Ｓ1 は１フィート位よりも小さい。この場合、好ましいセンサアセンブリは両方の高さを跨ぎ、数個のトランスジューサが、Ｓ1 に一つ、他方がＳ2 にというように二つの経路に沿って測定するように配置される。
【００２８】
図１ないし図３を参照すると、本願発明者は、図示されるトランスジューサ配置が厚い鋼板壁を有する大型の流体タンク上に取り付けられる場合、トランスジューサ１２、１４間の信号伝搬時間は、流体レベルがフレームアセンブリの水平中央線の数インチ内に上昇するまで実質的に一定に留まることを見出した。その後、伝搬時間は、タンクがさらに充填されるときに上昇し始め、そして増分Δｔは、一度フレームの頂部に達すると、約１６〜２０マイクロ秒の最大値に増加する。増加は、トランスジューサ間の水平中央線のすぐ近傍においては、すなわち中央線の上下１または２インチ内においては直線的である。この伝搬時間増分は、流体密度に依存し、かつそれにおおむね比例しており、１６マイクロ秒の数値は、約0.3g/cm3の密度を有する燃料密度で得られ、大きな数字は密度の大きい水のような流体に対応する。壁のトランスジューサ側も流体と接触するようにフレーム１６内のためを充填することによって、増分Δｔは、タンクの内側の液体に比較される較正用液体の密度に一部依存しておおむね倍加される。両液体がレベルＳにあるとき実際の液体により発生されるのと同じΔｔを生ずる較正液体を選択することができる。
【００２９】
本発明の他の側面に従うと、壁の内側または外側への流体の負荷に関するΔｔの対称性または加算率が、充填高さの正確な測定を可能にする標準的な伝搬時間の測定値を決定するのに使用される。これは下記のように達成される。
【００３０】
ため１６上には、ために液体を充填し、吐出、排出する流体充填および排出管１８ａ、１８ｂに接続された１対の電気作動弁を有する充填弁アセンブリが取り付けられている。上述のように板の波は、壁のスティフネスおよび密度に依存する速度で壁内を伝搬する。しかしながら、温度変化や、タンク壁上のスケール、塗料または他の付加物、構造的応力およびその他の付随的なファクタまたは事象に起因して、伝搬時間に変動が予測される。かくして、公称伝搬時間の数％より多くないΔｔを忠実に検出するためには、ある種の標準化測定が望ましい。このような測定は、本発明のこの側面に従うと、ためを基準液体（例えば燃料オイル、アルコールまたは水）で充填し、伝搬時間を測定し、ためを排出し、ついで伝搬時間測定を繰り返すことによって得られる。好ましい基準液体は、非毒性で、残留物を生ぜず、耐火性のものであり、実際の液体の流動学的特性に類似の特性を有するものである。さらに、ためは、好ましくは、壁から外に約１インチ以上延び出ているのがよい。これらの条件下では、壁の外側上における流体の接触は、壁の内側上において上昇する流体と同じ量の遅延を生じさせることが予測されようから、ための充填状態と空状態でなされた、たわみ波の伝搬時間についての２つの連続する測定間の差、Δtrefは、スレッショルドの時間変化を与えるから、タンクレベルがセンサアセンブリを越えて上昇するとき警報をトリガするのにこれを使用できる。本件発明者は、基準流体がタンク内の物質と同じであると、Δtrefは、タンクがその充填高さＳに達することを指示する時間スレッショルドを精密に与えることを見出した。基準流体が異なるときに（例えば燃料オイルの代わりに水）、得られるΔtrefは、経験的に決定される比例ファクタkrefにより係数倍されて、Δtfluidに対するフルスケールスレッショルド値を与える。
【００３１】
この確認手法はまた、可撓性管またはパイプによりために一時的または永久的に連結される小さい（例えば１リットル）容器に入れたアルコールのような較正用溶液を用意し、ため内のレベルがＳに達するまで容器を手動的に高めることによって、手動的に行える。この場合ためは、好ましくは排出口を有するのがよい。確認と確認の間隔の間、充填および排出口は、較正用流体容器が除去されたならばキャップや網で覆う。
【００３２】
燃料オイルタンクが、タンク上の３５フィートの充填高さに取り付けられた図１〜図３のたわみ波センサセル上まで、そしてそれより若干上まで充填されたときの伝搬時間の変化Δｔを例示している。タンクは滑らかなシュー型封止体を備えるが、これは、高さ数フィートの鋼薄板の封止リングまたはバンドが浮動のふた上に取り付けられ、重みを付されたパントグラフハンガによりタンク壁の内側に外方に押圧された構造である。図４に示されるように、最初、たわみ波の伝搬時間は、この金属バンドが感知ユニット１６を通過したとき数マイクロ秒だけ減じた。その後、燃料オイルが内壁に接触しつつセンサのレベルを越えて上昇したとき、伝搬時間は、２０センチメートル経路１ａを越えて最高１７マイクロ秒の遅延まで高さとともに直線的に漸増的に増加した。最高の遅延は、隣接する流体のレベルがセンサおよびためフレームを完全に覆うように上昇した時点に起きた。
【００３３】
斯界において遭遇し得る他の形式のタンク屋根、例えば弾撥性のフォーム封止ブロックを使用するものは、封止部分がたわみ波感知セルに隣接して上昇するとき減衰の増加のような異なるΔｔの異常を示すことが予期される。しかしながら、容易な場合には、一度流体レベルがトランスジューサに対向する壁面に接触すると、伝搬時間の特徴的増加は容易に検出される。
【００３４】
上述のような大型の地上燃料タンクは、一般に、数百〜数千ガロン／分のポンプ速度で固定パイプを介して充填され、したがって、各タンクを危険を伴うあふれを生ずることなく充填することが望ましいことが認められよう。もしも充填センサが故障すると、あふれの危険が大きい。したがって、たわみ波感知アセンブリは、流体が高さＳに達したことを確認することができる（例えば１０マイクロ秒を越える伝搬時間の増加により立証される）だけでなく、約１インチの精度で、すなわち６０フィートの直径のタンクに対して約1000ガロンの燃料量に対応する増分で、正確な高さを指示できることが非常に望ましかろう。
【００３５】
上述の記述は、大規模の戸外貯蔵タンク上の別個の充填高さレベル検出器、すなわちタンクが完全には充填されていないタンクに関する伝搬時間と、数分後の満杯タンクに関する伝搬時間の間のΔｔの測定を遂行できる応用について特に言及した。
【００３６】
一方、図４に示されるように、位相遅延は、二つのトランスジューサ間における水平測定路の近傍における流体高さの極めて直線的な関数である。かくして、図２の基本的なたわみ波測定セルは、一つの高さにおける別個のセンサのみでなく、高レベルＳ1 および高−高レベルＳ2 の両レベルにおいて、ならびに両レベル間において連続的に流体を検出するユニットを提供するように変更できる。
【００３７】
図５および図６はこの種のセンサアセンブリの略示である。図５は、伝送形式Ｔまたは受信形式Ｒのいずれかの４つのトランスジューサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを示している。各対ＡＢまたはＣＤは、図２に図示される形式の単一のアセンブリに属し、そしてこれが高さＳ1 またはＳ2 に配置されている。しかしながら、電気導線および作動順序は、２つの異なるアセンブリのトランスジューサ間に１または複数の垂直路を提供するように制御できる。これらの経路に沿う信号は、１フィートまたはそれ以上の範囲の充填レベルに関して連続的に変わる。図６は、関連する配置を示しているが、この配置にあっては、４つのトランスジューサが、Ｓ1 ないしＳ2 の全距離を跨ぐ単一のため／ハウジングに取り付けられている。この図はまた、垂直路でなく、対角線の伝搬経路を例示している。
【００３８】
本願発明者はさらに、大型の貯蔵タンクにおけるたわみ波伝搬が10メートルまたはそれ以上の経路長にわたり明確な信号を生ずるから、同じ装置をあふれスレッショルドの局部的交叉のみでなく、タンク内の任意の高さの充填レベルを検出するのに使用できることを見出した。この場合、Δｔは、好ましくは、充填高さ経路にわたる実際の伝搬時間を測定し、これを空タンクにおける予め編成された伝搬時間表と比較することによって決定されるのがよい。この場合、流体で充填されるタンク部分が大きければ大きいほど、増分Δｔは長くなろう。
【００３９】
図７は、本発明のこの側面に従い連続レベル感知装置用の異なる可能なトランスジューサ配置を備えるタンク１００を例示するものである。送信トランスジューサＡおよび受信トランスジューサＢは、タンクの底部および頂部の近傍に配置してよく（またはその逆）、それにより長い感知路を提供する。代わりに、１対のトランスジューサＡ0 、Ｂ0 を、タンクのらせん階段１０５と平行するらせん的にずらされた位置に配置して、一般性を損なうことなくタンク長を跨ぐようにしてもよい。階段の上または下への配置は、階段の安全な使用が阻害されないように、接近および規約上の条件に依存する。他の実施例では、２つのトランスジューサＡ1 、Ｂ1 を同じレベルにおく。この場合、ピッチ／キャッチ信号路が使用されるが、たわみ波は、タンクの頂部に向かって伝搬し、受信トランスジューサに向かって戻る。外部のふた付きのためは、全経路にわたって延在させてよい。適当な送信／ 受信特性を有するトランスジューサの場合、装置はまた、タンクの底部（または頂部）に配置された単一のトランスジューサを採用してもよく、そしてこのトランスジューサで、信号を発射し、その反射波を受け取る。
【００４０】
図８は、代表的貯蔵タンクの垂直断面図である。図示のように、壁は、鋼板Ｐ1 、Ｐ2 ----  Ｐn より形成され、逐次の各一つは直下にあるものより薄く、そして板は互いに突合せ溶接されて、段階的に先細の積層体を形成しており、外側の壁はまっすぐな滑らかな垂直壁を形成している。各突合せ溶接Ｗは、たわみ波の小反射を導入するが、溶接間の距離は十分の精度で既知であるから、この反射は、距離または速度較正をもたらすように処理できる。
【００４１】
図９は、タンクが空（左曲線）または満杯（右曲線）であるとき、タンク壁内を伝送されるたわみ波の長経路の伝搬時間を示す。速度は各板において一定であり、板の段階的厚さに起因して部分的に直線的な関数を形成する。図１０は、満杯の伝送時間と空の伝送時間との間の差関数Δｔを例示するものである。図示のように、差の影響は、板が頂部近傍で薄くなるにつれより顕著となる。
【００４２】
上述の態様で鋼貯蔵タンク内の伝搬時間測定をなすのに使用される信号バーストは、単位秒当り５回または10回反復してよく、それにより多数の測定値を得、これを、統計的に信頼できる測定結果を決定するために平均化またはその他の方法で処理する。本発明者は、各単バーストはある距離で聞き取ることができ、クリケットのチュッチュ音のような非常に顕著なタップ音である。本発明に従う一つの好ましい測定装置にあっては、この顕著なチュッチュ音はコード化条件警報として使用され、タンク（より普通にはタンクファームと称される貯蔵タンク群）の近くを歩く人は、その測定トランスジューサが異常パルス繰返し速度で動作しているという事実により、特定のタンクにおける警報条件の存在を「聞く」ことができる。
【００４３】
これは、送信機を、多数の異なるパルス速度、例えば２，５，10，15または20バースト／秒またはその他の時間間隔の任意のもので送信機を駆動するトランスジューサ作動回路を提供することによって遂行される。プロセッサ出力は、受信された信号を、空近く、一部満杯、高、または高−高のような数種の別個の条件を指示するものとして識別し得る。充填レベルがより高い条件に達するときパルス速度をより高い速度にジャンプさせるように、条件コードが、パルス速度セレクタに供給できる。この配置の場合、充填パイプゲート弁にいる人は、充填レベルが一部満杯から高に、さらに高−高にシフトするとき、チュッチュ音のシフト、例えば単位秒当たり５から10、ついで15チュッチュ音／秒へのシフトを聞くことができる。さらに、一つのタンクにおける高速度のチュッチュ音は、より低い速度でポーリングしている多数のタンクにより囲まれてさえ容易に聞くことができる。かくして、感知装置は、１または複数のタンク上で付勢されるとき、迅速で、非侵入性で、かつ容易に監視される警報装置として働く。また、トランスジューサのチュッチュ音の高方向性のため、監視または検査員は、どのタンクが異常条件音を放射しているかを簡単に聞くことができる。それゆえ、これは、中央警報表示ボードの普通のハード−ワイヤード接続に対する二重のチェック機能を提供する。
【００４４】
この種の外部センサ配置における実際の考慮事項の中には、センサの一体性の問題がある。本発明者は、板の波は、被誘導圧縮波をソレノイド駆動ロッド中に供給することにより忠実に発射できることを見出した。板に平行なソレノイドまたはその他の作動部分を有しかつ一端にて板と接触するように湾曲する彎曲案内ロッドを使用することによって、トランスジューサ構造体は、浅いハウジング内にうまく入れることができ、あるいは偶然的な衝撃から保護できる。図１１はこの種の配置５０を示しているが、この配置にあっては、ロッド５２はコイル５４によって付勢され、滑らかなＬ字状で湾曲しており、その先端５５にて垂直の入射角にて導管または容器（機体、船体）壁と接触している。この形態は、壁から遠く突出せず、さらに、外部表面上の氷の感知に関係して以下に論述されるように、このトランスジューサ構造は、翼やエアフォイル内のような小空間にうまく入れることができる。この割合で行くと、シートと接触する端部は、１インチ以下の曲率半径で湾曲してよく、主ロッド本体は、表面からその位遠くへしか延び出ていない。
【００４５】
図面には、２セットの信号トランスジューサが、ラベルＡおよびＢを付して示されている。セットＡは、直径16分の１インチの真直ぐなRemendurロッドであり、シート表面に垂直に0.175 インチ離して取り付けられている。セットＢは、シートに平行に延びる同じに離間したロッドであり、垂直入射角度のろう付け接触点に対する端部のところで1/2 インチ半径で湾曲している。約25mm幅×0.3 mm厚×30cm長の薄いステンレススチールストリップにたわみ波を誘導するためにこの配置を使用して、本発明者は、彎曲導入ロッドで明確な信号が得られることを見出した。励起は、100kHz信号の５サイクルトーンのバーストで、10回／秒遂行し、300 マイクロ秒の伝搬時間で明確な信号を検出した。真直ぐなもの（Ａ）と彎曲導入端部を有する背が低いもの（Ｂ）両方の１対の送信ロッドの両方を作動したとき信号の明確度はより良好であった。
【００４６】
図１２は、円筒状または輪状パイプまたは導管の内側の流体を感知するのに適合した本発明の関連する実施例６０を示す。実施例６０は、導管の回りに閉鎖スリーブを形成するように一緒に締めつけられる二つのハウジング半体６４ａ，６４ｂを含む。各ハウジング半体の各端部は、剛性のカラーまたはクランプリング半体６５ａ，６５ｂを有しており、ハウジング半体の一方６４ｂは、その両端にトランスジューサマウント６１ａ，６１ｂを有している。図１〜図３の貯蔵タンクにおけると同様に、スリーブ部の中央すなわちため部に、充填および排出口および弁を備えることができる。
【００４７】
図１３は、類似のトランスジューサマウントの詳細を例示しているが、このマウントにあっては、トランスジューサロッドがカラー６５中にねじ込まれており、その先端が導管８０の壁に当接し、ロックナット６８により適所にロックされるようになされている。この形態は、長い導管に対して有用であると認められ、導管との点接触はたわみ波を効率的に励起し得る。小導管の場合（例えば数インチ直径以下）励起トランスジューサはパイプと接触しないが、剛性のカラーリング６５ａ、６５ｂを全体として動かし、パイプ内に鞭状のたわみ波を誘起する。この場合、中間スリーブは薄い材料で形成される。すなわち、中間スリーブは、物理的に、あるいは少なくとも音響的に分離された部材を残して、別個の軽重量の外被で置き換えてよい。図１４は、関連する充填および排出管、ならびに信号処理回路を有する図１２の装置を例示している。この装置は、２チャンネルのインタバロメータ／流量計１１０を示しており、１チャンネルは、流体密度計算のためにプログラムされており、たわみ波セル６０に取り付けられている。メータの第２チャンネルは、従来のクランプオン式検出装置に取り付けられている。装置は、この態様で使用されるとき、流量および密度を同時に測定し、質量流量の測定値を与える。
【００４８】
この種の装置は、例えば、大流量の熱いオイルのため測定が困難になる大型の精製導管において有利に使用できる。この場合、導管の回りの閉鎖スリーブは、主として、試験長のパイプの腐食や、汚染、不注意な塗料付着を防ぐ働きをする。このような事態は、そのエネルギ伝搬特性を変える。一方、これはまた、所与の導管に対して検出された信号の計算を標準化するための基準流体被覆を提供する働きをする。
【００４９】
図１５は、導管内のたわみ波伝搬に対する流れの影響をモデル化した線図である。これは波が流れ方向に伝搬するとき伝搬速度の増大をもたらす。伝搬速度は、たわみ波が流れ方向に反対に伝搬するときは、低減される。図１６は、流量計として構成された本発明のたわみ波検出装置を示す。上述の３つのクランプオントランスジューサカラーは、均一なたわみ特性を有するパイプに取り付けられ、中央のものが送信機であり、他の二つが上流受信機および下流受信機であり、後者の二つは、送信機から１フィートの等距離にある。
【００５０】
無粘性液体（水）を含む１インチ表定40のPVC パイプ上に12.5kHz トーンのバーストを使用すると、上流および下流の伝送時間の差は、流速の、明確で容易に検出される本質的に直線関数であることがわかった。図１７は、非流れ状態における両受信機に対する検出された信号伝搬時間（トレースＸ）、および流れが開始されたときの、上流および下流トランスジューサ（トレースＹおよびトレースＺ）間の対応する時間シフトを示すものである。装置は、両方向において、同時または別々（逐次的）に測定することにより、Cflex に対する影響を相殺する。これは、低密度（エラストマまたはプラスチック）管に対してより重要であり、鋼管に対しては余り重要でない。
【００５１】
事実、本願発明者は、導管の空および満杯に対するたわみ波伝搬時間の差が公称たわみ波伝搬時間の約10％以上であること、流体流からの寄与も相当であることを観察した。上述のPVC パイプは約20％のΔtno flowを有し、そして位相速度は、流体が３メートル／秒までの普通の流速で流れているとき、追加の±数％だけ変化した。しかして、その極性は流れの方向に依存する。一般に、たわみ波速度の約10％より大きいΔtno flowに対しては、上流および下流伝搬時間の差は、相当な時間間隔を与えることが予測される。これは流れ速度の忠実な測定値である。これらの条件は、導管内の液体密度が導管の密度に匹敵すると通用する。逆に、もしもパイプ密度が包含される液体の密度より相当大きいと、Δtflow ≪１％であり、流れ速度はたわみ波から容易には決定できない。これは、１インチ鋼パイプ、ならびに本願発明者が流量とたわみ波伝搬時間との相関について測定した種々の寸法の多数の他の金属導管に対して同様であることがわかった。
【００５２】
本発明の１側面に従うと、感知装置は、低密度または軽量導管を感知するのに特に適当であり、双方向たわみ波伝搬時間測定を行うトランスジューサ配置と、正味の流れの影響を抹消して、導管内における流体密度を指示し得るΔt を生成するプロセッサとを備える。たわみ波伝送の遅延の影響は、同様な寸法の導管間においても変わることがあり、導管の表面荒さに若干依存することがあることを認められたい。例えば水を運ぶ導管の表面を意図的に粗くすると、より大きなΔt が観察される。かくして、所与の装置において、導管の内面を研磨または粗面化することによって感度を制御または向上できる。微視的な表面組織（例えばタイヤトレッドまたは「のこぎり波状」パターン化）もΔt を増すために使用できる。本発明はさらに、固い低密度の材料より形成される高感度のたわみ波流量セルを企画する。
【００５３】
さらに、上述のたわみ波感知装置の任意のものにおいては、温度に依存する補正をなすことができ、温度は例えば、Rayleigh波超音波温度測定法により感知できる。この場合、たわみ波感知装置に対して使用されるためのふたは、Rayleigh感知路も保護できる。
【００５４】
上述のパイプ感知の状況において（すなわちパイプ密度が流体密度よりずっと大きくない）、伝搬時間Δt は流体密度に非常に依存するから、流れ速度の補正後、Δtfluidは、製品の密度の高感度な測定値を与える。
【００５５】
この種の一つの好ましい装置は、図１８に図示されるフローセンサを有する。ここでは、直径Ｄのパイプ内にスプールピース態様で装着された精密質量流量計の湿潤マウントに、流れの方向においてほぼD/4 以下の間隔で、二つのセンサ／トランスジューサＴ1 、Ｔ2 が取り付けられている。しかして、１例として、直径Ｄは約４〜約12または16インチの間で変えてよい。トランスジューサは、相互に音響的に隔絶されるが、これは、トランスジューサ周波数で非常に吸収性のシリコーンゴムの絶縁リング内に取り付けることにより遂行でき、そして各トランスジューサは、流体内において信号を送受するようにうまく動作するクランプされた構造体より成る。トランスジューサＴ1 およびＴ2 は、各々、対向するパイプ壁で跳ね返る上流下流のＶ経路に沿って信号を交互に送受するように作動される。パイプの反射率が乏しい場合には、仮想線で示されるように、流路の一部を横切る平均流速を表わす反射信号を提供するように、１または複数の反射器アセンブリＲ1 、Ｒ2 を使用してよい。各反射器は、一組の支持腕Ａ上に調節可能に取り付けられた固い反射板Ｐ（例えば耐腐食および耐付着性のテフロン被覆チタン板）を含む。
【００５６】
図１６に示される例において、PVC パイプ材料は、被測定流体のそれとほぼ同密度であり、低い12.5kHz の励起周波数が、流体系への波漏洩機構により実質的な損失を伴わずたわみ波のエネルギを有効に保存することを認められたい。一方、流体は、PVC パイプとともにたわむ。他の材料および構造体は、誘導たわみ波信号効率を維持し、他方において流量のたわみ伝搬への意味のある結合作用を検出するために異なる周波数を必要とする。
【００５７】
図１９は、本発明に従うたわみ波結合および感知装置の他の実施例１７０を例示するものである。分割カラーまたはその他のたわみ波トランスジューサ１７２が、約６ミリメートルの壁厚を有する１インチ表定160 のステンレススチールパイプ１７５に取り付けられて示されている。パイプ１７５は、圧力境界１７８と関連するΔＰセンサの基準枝として例示されている。この特定の応用は、測定装置に多数の挑戦ないし課題を与える。何故ならば、関係のある状態----沸騰を開始させ、あふれや蒸気に誘発される制御の問題をもたらすような急激な圧力降下----は、多くの装置状態やパラメータに依存するであろうからである。しかしながら、本願発明者は、非粘性流体で充填されたときの導管内で伝搬するたわみ波の位相遅延は、約１％の小空隙割合の場合パイプと接触する流体の密度の実質的に直線関数であることを見出した。図１９の測定装置は、検出のためにこの観察を利用するが、ΔP それ自体ではなく、相の遷移、すなわち沸騰の開始を利用する。この事象は、流体密度に対応する降下をもたらすような流体中における微小気泡の急激な形成によって特徴づけられる。
【００５８】
予備的な測定において、水を充填した１インチ表定160 のステンレススチールパイプにおいてトランスジューサをｘインチ離間した場合、流体カラムに含まれる気泡の体積％当り140 ナノ秒の伝搬時間の減少が大気圧下で起きた。かくして、トランスジューサ１７２間に数フィートの間隔がある場合、相変化点における圧力降下が流体体積の１または２％以下の量で気泡の形成を開始するとき、数マイクロ秒の伝搬時間の変化が起こる。このセンサ装置は、警報状態の忠実な指示を与えることが予測されるが、この場合、実際の状態測定が、既存のシステム基準またはモデル基準の状態感知警報に取って代わる。さらに、上述の電磁的、圧電気または磁歪ロッドトランスジューサへの導線は圧力境界１７８を通るように容易に構成できるから、すべての回路は境界の外側に設けてよい。
【００５９】
上述のセンサ装置の場合のように、カバーまたは選択的に充填されたためを、スケールの成長から守るように、あるいは一導管壁の種々の流体負荷条件下において標準化測定がなされることを可能にするためセンサ間に設けることができる。
【００６０】
上述の本発明の全具体例は、壁ないしシートの遠隔側と接触する流体の性質を感知することを含むことが理解されよう。ここで「遠隔」とは、流体およびトランスジューサが、それぞれ、シートの互いに反対側に配置されることを意味する。測定は、この意味において、完全に非侵入性である。一般的には好ましくはないが、トランスジューサを流体と同じ側に配置することも可能である。しかしながら、カバーまたはために対しては、この部材は、非流体当接面上のたわみ波依存性を制御するため、流体と反対のシート面上に配置されることが必須である。
【００６１】
一つの特定の興味ある応用として、本発明に従う装置は、移動体ないし車両の風防ガラスのようなシートの曇りを、Rayleighまたは表面波を風防ガラスに対して発射および受信することによって検出できる。風防ガラスの外側上における連続的水膜の形成、または内側の曇りは、伝搬時間に比較的少ないが顕著な特徴のある遅延を導入し、また波の減衰を生じさせる。この原理はまた、本発明に従い露点センサを作るのに応用できる。
【００６２】
上述の実施例は、すべて、静的または流動的液体を包含するが、本発明はまた、付着固体の静的蓄積、特に翼表面や外被のようなシート上の氷の感知に応用を有する。氷は、技術的に流体の流動学的性質と固さのような固体の特性を有するが、若干異なるたわみ波応答を与える。これは、氷が、外被を固くすることなく質量や密度を増す半解けまたは液体として、あるいは反対の方向において波伝搬に影響を及ぼす固さを増すことがある固体として異なる状態を与える能力を有することに起因する。滑走路において、航空機は流体の除氷、氷結を受ける。
【００６３】
図２０および図２１は、航空機２０１の翼２１０上に使用するように構成された本発明に従う氷結検出器２００を例示している。図２０は航空機を断面で示しており、翼２１０は、総括的に外部シート部分２１２と、支柱およびトラスのような内部構造部材２１１により構成されそしてこの内部構造部材は、小さい内部空間を、燃料タンクや制御線や機械的、燃料およびパワーの付属品系を普通収納する多数の区画室、通路およびコンジットに分割する。航空機産業において周知のように、大面積の露出金属シート２１２は、特に航空機が滑走路上に停止しているとき氷を累積し、そして累積の程度は、翼の空気力学的浮揚特性を変え、制御運動に影響を及ぼし、究極的に航空機に多量の重量を加えることがあり得る。本発明に従うと、たわみ波セルＭ、Ｎが翼外被２１２の下側に取り付けられていてたわみ波を発射、検出し、そしてこれが以下のように処理される。
【００６４】
図２１により詳細に示されるように、感知セルＭ、Ｎは、各々、たわみ波感知路を形成する送信トランスジューサおよび受信トランスジューサ２１５ａ，２１５ｂおよび２１６ａ，２１６ｂを備えており、送信および受信トランスジューサを覆う充填可能な流体セルＣ，Ｃ’、およびセルを充填および排出するように接続された１または複数の弁付き口Ｐを有している。入口は、高圧燃料管に接続してよく、それにより装置を作動するために燃料管および制御弁以上の追加の部品は必要とされず、他方出口は翼の開口を経て直接排出する。
【００６５】
好ましくは、トランスジューサは、翼の関係のある主領域を越えて信号路を画定するように設定されるのがよく、１または複数のセルが、数フィートまたはメートル長のたわみ波路を形成している。固体の氷付着物の存在は、氷の厚さとともに変わる波伝搬時間の変化を導入する。貯蔵タンクにおける充填高さの長経路の測定と同様に、遅延は、同様に覆われる感知路の相対的割合の関数である。かくして、離間されたトランスジューサ間のたわみ波の遅延は、感知路にわたる総氷蓄積量の被積分関数である。外被に次々接触する作動ロッドまたはトランスジューサ部材対を使用することによって（図４に示すように）、感知路部分は高度に方向性となり得、それにより翼の精確に限定された領域における氷結の程度が決定される。
【００６６】
上述の装置は、取り付けられた固定点においてのみ氷を検出でき、あるいは翼表面の孔を介しての取り付けを必要とする従来形式の氷センサに優る顕著な利点をもたらすことが分かろう。
【００６７】
ここでのセルＣ，Ｃ’の使用は、貯蔵タンクの測定について記述した立場と相違する。何故ならば、セルＣ内の充填流体Ｆの存在は、一般に、翼の遠隔（外）表面上における固体氷片の存在が導入するものと異なる位相遅延を導入するからである。しかしながら、遅延作用の大きさ（充填および非充填だめＣ間におけるような）は、氷の厚さが反対表面上において増大するにつれ低減することが予測されるから、氷が存在しないときの測定されたΔｔfluid cell対Δt の比は、氷厚さについての追加の情報を与える。例えば、上述のように、薄い固い氷の存在は、伝搬時間が実際に低減する程度に翼を固くする可能性がある。その場合、Δtfluidは、反対符号の伝搬時間の変化を導入して、薄い固い氷層の存在を迅速に確認する働きをするであろう。
【００６８】
航空機の翼の応用、あるいは水平シートの下側へトランスジューサを適用する本発明の任意の実施例の場合、液体だめは、シート表面に押圧される固体負荷により置き替えることができる。例えば、シリコーンゴムブロックをシートの下側に一時的に押圧して、たわみ波測定路を音響的に負荷し、標準化用読取り値を取ることもできる。
【００６９】
上述の従来技術で述べたように、たわみ波振幅変化を独立の圧縮波信号と比較して、氷結の程度を決定する装置が先に提案されてきた。本発明のたわみ波位相センサへのこの種の測定値の追加は、氷の累積、特にみぞれや半解け雪のような混合された、または固まっていない層について、追加の情報を提供することが予測される。しかしながら、この追加の情報を提供する本発明の標準化負荷測定値のみでさえ、簡単なマイクロプロセッサで、測定され、標準化された条件の多数の比較をなし、氷の存在および形式を決定し、加えて測定路の領域にわたる概略の厚さや集積された質量を決定できる。
【００７０】
薄いアルミニウムシート類上への氷の付着の数種の予備的実験において、本願発明者は、数ミリメートルまでの厚さに対して実質的に直線的伝送時間の変化を観察した。それゆえ、本発明によると、初氷結速度の非常に精確な測定値が得られ、氷負荷が限界レベル前に修正動作が取られることを可能にする。
【００７１】
これで、たわみ波ないし板波感知装置、および移動体、導管、タンクまたは容器の一部を形成する殻体または板の遠隔側と接触する関係のある媒体または物質の異なる特性および実際の条件を検出し、指示するための代表的実施例についての説明を完結する。以上の説明から、本発明に従う測定は、斯界において既知の他の装置と組み合わせて種々の応用において利用可能な情報の範囲を広げることができ、そして斯界の技術に精通したものであれば他の変更や変形を思いつくことができることが明らかであろう。このような変化、変更は、本発明の技術思想内において種々なし得るを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従う音響感知装置の１実施例を示す線図である。
【図２】  図１の装置の要部の詳細を示す線図である。
【図３】  図１の装置の要部の詳細を示す線図である。
【図４】  図１〜図３に示される装置に対する伝搬時間のグラフである。
【図５】  図１の装置に類似の他の実施例を示す線図である。
【図６】  図１の装置に類似の他の実施例を示す線図である。
【図７】  他のタンク感知装置の実施例の線図である。
【図８】  上記他のタンク感知装置の実施例に関する線図である。
【図９】  上記他のタンク感知装置の実施例に関する線図である。
【図１０】  上記他のタンク感知装置の実施例に関する線図である。
【図１１】  シートを介して感知するための他の実施例を示す線図である。
【図１２】  パイプまたは導管において感知するための本発明の他の実施例およびその用法を示す線図である。
【図１３】  パイプまたは導管において感知するための本発明の他の実施例およびその用法を示す線図である。
【図１４】  パイプまたは導管において感知するための本発明の他の実施例およびその用法を示す線図である。
【図１５】  本発明に従うたわみ波での流れ感知を示す線図である。
【図１６】  本発明に従うたわみ波での流れ感知を示す線図である。
【図１７】  本発明に従うたわみ波での流れ感知を示す線図である。
【図１８】  本発明に従うたわみ波での流れ感知を示す線図である。
【図１９】  図５の実施例の圧力測定への応用を例示する線図である。
【図２０】  表面の氷検出の他の実施例を示す線図である。
【図２１】  表面の氷検出の他の実施例に関する線図である。
【符号の説明】
２  液体貯蔵タンク
１０  たわみ波感知装置
１２，１４  トランスジューサ
１６  境界フレームまたはハウジング
１８  カバー部材
２２  ねじ付き接触アセンブリ
２２ａ  ステンレススチール釦
２４  磁歪棒
２４ａ  第２棒
２５  電気導管
２６  ソレノイドコイル
２６ａ  ピックアップコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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