(57)【要約】  測定流体を収容する容器の器壁の外部から、この器壁の法線に対して、斜方向から横波探触子により横波の超音波を容器の内部に向けて発生する。そして、容器の器壁の法線方向から縦波探触子により縦波の超音波を容器の内部に向けて発生する。発生された超音波は横波探触子及び縦波探触子に受信され、信号処理される。探傷子測定流体における超音波ビームの広がり角を良好に維持し、発生された超音波を受信することで、器壁を有する容器内の測定流体の状態を、画質の低下を抑制して、高精度に計測することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象流体が収容される容器の器壁の法線に対して斜方角度で設置される横波探触子と、上記容器の器壁に対して垂直角度で設置される縦波探触子とを有し、上記容器の外側に配置される複数の探触子ユニットと、
上記複数の探触子ユニットが接続される計測回路部と、
を備え、上記横波探触子及び上記縦波探触子から発生された超音波を受信し、上記容器に収容された計測対象流体の流体状態を計測することを特徴とする超音波計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波計測装置において、
上記複数の探触子ユニットのそれぞれは、第１の横波探触子と、第２の横波探触子を備え、上記第１の横波探触子と上記第２の横波探触子とは共通の配線で電気的に接続されていることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波計測装置において、
上記計測回路部は、横波送信部と、縦波送信部と、横波受信部と、縦波受信部と、マルチプレクサ部とを有し、上記複数の探触子ユニットのうちの上記マルチプレクサ部により選択された探触子ユニットの上記横波探触子が上記横波送信部により駆動され、上記選択された探触子ユニットの上記縦波探触子が上記縦波送信部により駆動されることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波計測装置において、
上記複数の探触子ユニットを支持する固定具と、
上記固定具を回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波計測装置において、
上記計測対象流体の流速を計測する流速計測用超音波探触子をさらに備えることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波計測装置において、
上記計測回路は、上記複数の探触子ユニットから受信した超音波に基づいて上記計測対象流体の流体状態を画像化する流体状態画像化部を備えることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波計測装置において、
上記流体画像化部により画像化された上記計測対象流体の流体状態を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波計測装置において、
上記計測回路部は、横波及び縦波を送信する送信部と、横波及び縦波を受信する受信部と、マルチプレクサ部とを有し、
上記マルチプレクサ部により、
上記複数の探触子ユニットのうちの選択された一つの探触子ユニットの横波探触子に上記横波及び縦波を送信する送信部が接続され、上記選択された一つの探触子ユニット以外の他の複数の探触子ユニットの横波探触子に上記横波及び縦波を受信する受信部が接続されて、横波超音波の送信及び受信が行われ、
上記選択された一つの探触子ユニットの縦波探触子に上記横波及び縦波を送信する送信部が接続され、上記他の複数の探触子ユニットの縦波探触子に上記横波及び縦波を受信する受信部が接続されて、縦波超音波の送信及び受信が行われることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項９】
請求項１に記載の超音波計測装置において、
上記容器は反応容器であり、上記計測対象流体は上記反応容器内に導入された原料の生成物であり、上記計測回路部は、上記探触子ユニットが受信した超音波の位相を計測し、上記生成物の空間分布を計測することを特徴とする超音波計測装置。
【請求項１０】
請求項１又は６に記載の超音波計測装置と、
上記計測回路部に接続された異常検知部と、
上記異常検知部が出力する異常検知信号を表示する監視表示部と、
を備えることを特徴とする流体監視システム。
【請求項１１】
請求項１、２、３、５、６、７、８、９のうちのいずれか一項に記載の超音波計測装置において、
上記横波探触子は横波超音波を発生及び受信し、上記縦波探触子は縦波超音波を発生及び受信することを特徴とする超音波計測装置。
【請求項１２】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の超音波計測装置において、
上記計測対象流体は液体であることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項１３】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の超音波計測装置において、
上記容器は固体であり、上記容器の器壁内での縦波音速を水の音速で除した値が、１．３を超えることを特徴とする超音波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応槽や配管などの容器内の流体の状態を計測する超音波計測装置および流体監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
反応槽や配管などの容器内の流体の状態を計測する技術が求められている。【０００３】
ここで、容器の具体例を挙げると、食品プラントや化学プラントなどで用いられる反応槽や混合槽などのプロセス容器や、原料の流体が流れる配管などがある。また、石油プラントや原油採掘場に設置された配管や貯蔵容器なども例として挙げられる。【０００４】
このような容器の内部（内部空間）には、液体などの流体が入っている。流体には、気泡などの気相や反応生成物などの固相などの液相以外の物質が混合した「多相流体」である場合もある。このような多相流体において、気泡や反応生成物などの異相の有無や大きさ、位置などの情報を得たいという要求がある。【０００５】
また、流体内の温度の不均一性などの情報を得たいという要求もある。【０００６】
このような、流体中の異相の位置（空間分布）や物理量の不均一性（空間分布）に関する状態を「流体状態」と呼ぶ。【０００７】
流体内の流体状態を検知する手法としてトモグラフィ法がある。【０００８】
Ｘ線トモグラフィ法は、計測対象である物体に種々の方向からＸ線を照射してＸ線の減衰率を計測し、それらの減衰率情報から、物体内部の密度分布を画像として計測するものである。Ｘ線トモグラフィ法は、医療分野や産業分野などで適用されている。【０００９】
また、超音波トモグラフィ法は、Ｘ線の代わりに超音波ビームを用いたものである。計測対象である物体に種々の方向から超音波ビームを照射し、超音波の減衰率などから物体内部の状態を計測する計測技術である。超音波トモグラフィ法は、Ｘ線源などの大がかりな装置を必要としないので、Ｘ線トモグラフィ法と比べ、小型な計測装置で計測できるという利点がある。【００１０】
超音波トモグラフィ法は、特許文献１に記載されている。【００１１】
特許文献１に記載された技術は、人体など生体組織を計測対象にした超音波トモグラフィ法であり、扇型に広がる超音波ビームを用いて、計測対象である生体組織を通過後の超音波の信号を検出し、その受信信号から計測対象の情報を得る。【００１２】
また、特許文献２には超音波を用いた画像処理方法が記載されている。【００１３】
特許文献２に記載された技術においては、超音波信号を被観測物体に送信し、被観測物体からの複数の散乱波信号を異なる位置で受信し、散乱波信号の２次音源の位置を検出し、位置情報を生成して被観測物体の断層画像を表示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第４１０５０１８号公報
【００１５】
【特許文献２】特開平８−５４３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された超音波トモグラフィ法を、器壁を有する容器の内部にある流体を対象とした計測に適用しようとすると、下記の新たな課題が発生することを発明者らは見出した。【００１７】
その課題とは、容器の器壁中の音速と容器の内部空間内の流体の音速とが大きく異なる計測対象では、器壁〜内部空間の間の界面で超音波ビームの屈折が起こり、超音波ビームを扇型に広げることが困難になるということである。【００１８】
一例を挙げると、プラントなどで多用される鋼製の容器に、流体として水を入れた場合を考える。【００１９】
水中の音速が１４８０ｍ／ｓｅｃであるのに対し、鋼中では音速が５９００ｍ／ｓｅｃである。このように流体中と容器器壁中とで音速が大きく異なるため、器壁〜流体界面において、超音波ビームは屈折し、角度が変わり、扇型超音波ビームの広がり角が小さくなる。【００２０】
超音波トモグラフィにおいて、扇型超音波ビームの広がり角が小さくなると、計測対象の周辺部の画質が低下する。【００２１】
このように、器壁を備えた容器内の流体の状態を超音波トモグラフィで計測しようとすると、新たな課題が生じる。【００２２】
なお、特許文献１及び特許文献２に記載の発明が対象としている生体組織では、皮膚や筋肉などでの音速の差は小さいので、超音波はほぼ直進する。生体組織内が水を主成分とする流体である場合でも、その流体を囲む皮膚の音速は水と概ね同じなので、皮膚の外側から超音波ビームを入射した場合、超音波ビームは概ね直進する。すなわち、超音波の屈折という観点では、皮膚は「容器」とは見なされず、実質的に器壁が無い計測対象となる。【００２３】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、器壁を有する容器内の流体の状態を、器壁外部に備えた超音波探触子を用いて画質の低下を抑制して高精度に計測可能な超音波計測装置及び流体監視システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明は、以下のように構成される。【００２５】
超音波計測装置において、計測対象流体が収容される容器の器壁の法線に対して斜方角度で設置される横波探触子と、上記容器の器壁に対して垂直角度で設置される縦波探触子とを有し、上記容器の外側に配置される複数の探触子ユニットと、上記複数の探触子ユニットが接続される計測回路部と、を備え、上記横波探触子及び上記縦波探触子から発生された超音波を受信し、上記容器に収容された計測対象流体の流体状態を計測する。【００２６】
流体監視システムにおいて、上記超音波計測装置と、上記計測回路部に接続された異常検知部と、上記異常検知部が出力する異常検知信号を表示する監視表示部と、を備える。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、器壁を有する容器内の流体の状態を、器壁外部に備えた超音波探触子を用いて画質の低下を抑制して高精度に計測可能な超音波計測装置及び流体監視システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１である超音波計測装置の概略構成図である。
【図２】本発明と異なる探触子ユニットにおける課題を説明するための図である。
【図３】壁内屈折角と内部空間屈折角との関係を示した図である。
【図４】本発明の実施例１で用いる探触子ユニットの概略構成図である。
【図５】本発明の実施例１での超音波の屈折角の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例１における探触子ユニット内の配線を示す図である。
【図７】本発明の実施例１における計測回路部の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における受信信号の取得の様子を模式的に示した図である。
【図９】本実施例２で用いる計測回路部の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２の計測回路部の動作プロセスを示すフロー図である。
【図１１】ＳＶ波とＳＨ波との違いの説明図である。
【図１２】本発明の実施例３である超音波計測装置の概略構成図である。
【図１３】本発明の実施例４である超音波計測装置の概略構成側面図である。
【図１４】本発明の実施例５である超音波計測装置の概略構成図である。
【図１５】本発明の実施例６である超音波計測装置の概略構成図である。
【図１６】流体音速を基準にした音速比ｃ２／ｃ１と臨界角との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１である超音波計測装置の概略構成図である。【００３１】
図１において、計測対象の流体を含む容器５１０は器壁５１２を備える。器壁５１２の中を「器壁内」と呼び、器壁５１２に囲まれた空間を「内部空間」と呼ぶ。例えば、ステンレス製の器壁５１２の場合、器壁５１２内はステンレスである。内部空間５１４には、測定対象の流体が入っている。【００３２】
容器５１０の器壁５１２は開放系であっても良い。すなわち、器壁５１２の一部が開いており、内部空間５１４が容器５１０の外部とつながっていても良い。例えば、開放型の水槽も本明細書の容器５１０に含まれる。【００３３】
「容器外部」または、「器壁外」とは、器壁５１２で隔てられた空間のうち、内部空間５１４と反対側の空間を意味する。【００３４】
ここで、容器の具体例を挙げると、食品プラントや化学プラントなどで用いられる反応槽や混合槽などのプロセス容器や、原料の流体が流れる配管などがある。また、石油プラントや原油採掘場に設置された配管や貯蔵容器なども例として挙げられる。【００３５】
このような容器の内部（内部空間）には、液体などの流体が入っている。流体には、気泡などの気相や反応生成物などの固相などの液相以外の物質が混合した「多相流体」である場合もある。このような多相流体において、気泡や反応生成物などの異相の有無や大きさ、位置などの情報を得たいという要求がある。【００３６】
本明細書において、「流体状態」とは，流体中の異相の位置（空間分布）や物理量の不均一性（空間分布）に関する状態を意味する。【００３７】
流体状態の具体例としては、多相流体における、気泡や反応生成物などの異相の有無や大きさ、位置などの情報がある。他の具体例としては，流体内の温度などの物理量の不均一性（空間分布）の情報がある。【００３８】
流体内の流体状態を検知する手法としてトモグラフィ法がある。【００３９】
容器５１０の器壁５１２の外部には、探触子ユニット２０が複数個設置されている。【００４０】
複数の探触子ユニット２０は、ケーブル（図１には示さず）を介して後述する計測回路部に接続されている。【００４１】
（本発明と異なる探触子ユニットの構成例）
次に、本発明と異なる探触子ユニットの構成の概略を述べて、その課題を説明する。【００４２】
図２は、本発明と異なる探触子ユニットにおける課題を説明するための図である。容器の器壁５１２の外部に超音波探触子１２１が設置されている。超音波探触子１２１は扇型超音波ビームを発生する。すなわち、超音波探触子１２１は、種々の角度のビーム成分を持つ。超音波探触子１２１が発信した超音波ビームは、器壁５１２の内部を通過して容器の内部空間に入る。【００４３】
ここで、器壁内に向かって壁内屈折角θ２の角度で入射するビーム成分がどのように屈折するかを考える。【００４４】
壁内屈折角をθ２、内部空間５１４における屈折角をθ１とする。図２に示すように、壁内屈折角θ２は、器壁５１２内でのビーム角度であり、内部空間５１４における屈折角θ１は内部空間５１４に超音波ビームが入射する際の屈折角である。【００４５】
図２に示した通り、いずれの屈折角も器壁５１２の面の法線６００（器壁法線と呼ぶ）を基準にした角度である。【００４６】
器壁５１２内の音速をｃ２、内部空間５１４に入っている流体内の音速をｃ１とする。すると、スネルの法則により次式（１）の関係が成り立つ。【００４７】
【数１】
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【００４８】
典型的な例として、器壁５１２の材料が鋼（音速ｃ２＝５９００ｍ／ｓｅｃ）、流体が水（音速ｃ１＝１４８０ｍ／ｓｅｃ）の場合を考える。【００４９】
図３は、壁内屈折角θ２と内部空間屈折角θ１との関係を、上記式（１）を用いて示した図である。この図３を見ると、θ２＝９０°で入射させても内部空間屈折角θ１は１４．５°にとどまることがわかる。壁内屈折角θ２を９０°で入射させるということは、超音波ビームが器壁５１２と内部５１４との界面において全反射を起こすということである。すなわち、この場合、内部空間屈折角θ１が取り得る最大値は１４．５°であり、それ以上の屈折角は取り得ない。【００５０】
内部空間屈折角θ１が取り得る最大値を内部空間放出角θ１ｍａｘと呼ぶことにする。上記の考察から、器壁５１２を備えた測定対象において、容器内の内部空間５１４に入射する超音波ビームの広がりは、内部空間放出角θ１ｍａｘに制限されてしまうことがわかる。【００５１】
内部空間放出角θ１ｍａｘは、臨界角（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ａｎｇｌｅ）とも呼ばれ、以下の式（２）で求められる。【００５２】
【数２】
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【００５３】
ここで、ｃ１は内部空間にある流体の音速であり、ｃ２は器壁内での縦波の音速である。【００５４】
図１６は、流体音速を基準にした音速比ｃ２／ｃ１と臨界角（内部空間放出角）θ１ｍａｘとの関係を示したグラフであり、縦軸が臨界角θ１ｍａｘを示し、横軸が音速比ｃ２／ｃ１を示している。【００５５】
図１６において、流体音速基準の音速比ｃ２／ｃ１が１．１の場合は、臨界角θ１ｍａｘは７２°であり、超音波トモグラフィに必要な充分に広がったビームが得られる。しかし、音速比ｃ２／ｃ１が１．３以上になると（ｃ２／ｃ１≧１．３）、臨界角θ１ｍａｘは５０°以下になり、ビーム広がり量に制限が生じる。【００５６】
すなわち、容器器壁内での縦波音速ｃ２を水の音速ｃ１で除した値、すなわち音速比ｃ２／ｃ１が、１．３を超える場合において、課題が生じる。本発明は、このような場合でも、充分なビーム広がりをもって計測可能にする超音波計測装置および流体監視システムを実現するものである。【００５７】
ここで、特許文献１及び特許文献２に記載の技術における計測対象である生体組織の場合を考える。【００５８】
生体内組織の音速は概ね水（ｃ１＝１４８０ｍ／ｓｅｃ）と同じであり、ｃ１＝１４８０ｍ／ｓｅｃ程度である。そして、生体内組織は、筋肉や皮膚で被覆されている。筋肉の音速は１５３３ｍ／ｓｅｃ、皮膚の音速は１５１８ｍ／ｓｅｃであるから、流体音速基準の音速比ｃ２／ｃ１は、１．０５以下である。【００５９】
したがって、図１６からわかるように、超音波トモグラフィに必要な充分に広がったビームが得られる。このため、課題は生じない。【００６０】
一方、産業用途などで用いられる容器の例を考える。【００６１】
内部空間にある流体としては、典型例として水（音速ｃ１＝１４８０ｍ／ｓｅｃ）を考える。容器の材料が鋼の場合、縦波音速ｃ２は５９００ｍ／ｓｅｃなので、音速比はｃ２／ｃ１＝４である。容器の材料がアクリルの場合、縦波音速ｃ２は２７３０ｍ／ｓｅｃなので、音速比ｃ２／ｃ１＝１．８である。【００６２】
このように、産業用途などで用いられる容器の外側から超音波トモグラフィで計測する場合には、臨界角（内部空間放出角）θ１ｍａｘが制約を受ける。【００６３】
超音波トモグラフィにおいて、ビームの広がり角が小さくなると、観測領域の周辺部での超音波測線の本数が減少する。そのため、観測領域の周辺部での画質が劣化するという課題が発生する。具体的には、解像度低下やノイズ増大、アーティファクトの発生などが発生する。【００６４】
このように、器壁５１２の内部空間５１４に存在する流体に対して超音波トモグラフィを適用すると、器壁５１２〜内部空間５１４の界面における屈折現象により、超音波ビームの広がり角が制限されるという課題に発明者らは思い至った。【００６５】
（本発明の探触子ユニットの構成）
本発明による実施例１での探触子ユニット２０の構成を以下に述べる。【００６６】
図４は本実施例１で用いる探触子ユニット２０の概略構成図である。図４において、探触子ユニット２０は、横波超音波を発信・受信する横波探触子３１ａ（第１の横波探触子）、３１ｂ（第２の横波探触子）と、縦波超音波を発信・受信する縦波探触子３４と、を備える。【００６７】
図４では、計測対象流体を収容する容器５１０の器壁５１２の内部と、横波探触子３１ａ、３１ｂと、縦波探触子３４のシュー４０の内部に点線が示してあるが、これは横波探触子３１ａからの超音波の経路を示したものである。【００６８】
超音波の縦波（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｗａｖｅ）とは、波による媒質構成原子の変位が音波の進行方向と同じである波である。縦波は粗密波である。【００６９】
一方、超音波の横波（Ｓｈｅａｒ  ｗａｖｅ）とは、音波の進行方向と直角方向に媒質構成原子が変位する波である。横波はせん断波とも呼ばれる。【００７０】
本明細書において、横波探触子とは、横波成分を含む超音波を発生及び受信する探触子と定義される。すなわち、横波探触子３１ａ、３１ｂは、放出する超音波が横波成分を含むものであればよく、放出する超音波が縦波成分も含むものであってもよい。【００７１】
横波は、器壁５１２表面との幾何学的関係により、ＳＶ波とＳＨ波の２種類がある。図１１は、ＳＶ波とＳＨ波との違いの説明図である。【００７２】
図１１では超音波の進行方向を点線で示している。横波の偏波方向が器壁５１２の表面に垂直なものをＳＶ波（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｓｈｅａｒ  ｗａｖｅ）と呼ぶ。図１１において実線矢印で示したのが、ＳＶ波の偏波方向である。【００７３】
一方、横波の偏波方向が器壁５１２表面と平行なものをＳＨ波（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｓｈｅａｒ  ｗａｖｅ）と呼ぶ。ＳＨ波の偏波方向は図１１で紙面に垂直方向（裏面から表面への方向）である。【００７４】
本発明では、ＳＶ波の横波、すなわち、偏波方向が器壁５１２の表面と垂直な横波を用いることが望ましい。【００７５】
その理由は、以下の通りである。【００７６】
容器５１０の内部空間５１４には液体などの流体が入っているが、流体中では超音波は縦波として伝搬する。器壁５１２の内部の横波超音波は容器５１０の内部空間５１４に入射する際、モード変換により縦波に変換される。このモード変換においては、横波の偏波方向が器壁５１２の表面と垂直な成分が内部空間５１４の中での縦波に変換される。したがって、器壁５１２の表面と垂直な偏波成分を多く含む横波を用いることで、内部空間５１４に超音波を効率的に入射することが出来る。【００７７】
横波探触子３１ａ及び３１ｂの具体的構成としては、圧電素子がある。その他にも、横波探触子３１ａ及び３１ｂとして、磁歪素子を用いても良いし、電磁超音波素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、  ＥＭＡＴ）を用いても良い。本実施例１では、圧電素子を用いた。【００７８】
縦波探触子３４は、器壁５１２の法線方向に設置されている。すなわち、縦波探触子３４は、器壁５１２の表面に垂直角度で器壁５１２の外側に設置されている。本明細書では、これを「垂直入射角度で探触子を設置する」と呼ぶ。【００７９】
本明細書において、「垂直入射角度」での設置とは、入射した超音波が器壁５１２に垂直な成分を含むものであればよい。超音波探触子から放出される超音波ビームには空間的な広がりがある。したがって、超音波探触子が斜めに設置されても、器壁５１２内に入射する超音波ビームが器壁５１２の法線方向成分を含むものであれば、「垂直入射角度」で設置された縦波探触子と見なされる。縦波探触子とは、縦波を含む超音波を発生及び受信する探触子と定義される。【００８０】
一方、横波探触子は、器壁５１２の法線に対して斜方角度で器壁５１２の外側に設置されている。本明細書では、これを「斜方入射角度で探触子を設置する」と呼ぶ。【００８１】
縦波探触子３４と横波探触子３１ａ及び３１ｂは、シュー４０に設置されている。そして、シュー４０は計測対象が収容される容器５１０の器壁５１２に設置されている。本実施例１では、シュー４０の材料は、容器５１０の器壁５１２と同じ材料で構成している。但し、本発明においては、容器５１０の器壁５１２とは異なる材料でシュー４０を構成しても構わない。【００８２】
（作用）
次に、本発明の動作原理を以下に述べる。【００８３】
横波探触子３１ａ、３１ｂから器壁に壁内屈折角θ２で入射した超音波ビームを考える。【００８４】
容器５１０の器壁５１２の材料が鋼の場合について、壁内屈折角θ２と内部空間屈折角θ１との関係を図５に示した。図５の縦軸は、内部空間屈折角θ１を示し、横軸は、壁内屈折角θ２を示す。【００８５】
本発明とは異なる探触子ユニットの場合、図２、図３に示したように、内部空間屈折角θ１は最大でも１４．５°だったが、本実施例１の構成の場合、図５からわかるように内部空間屈折角θ１は２８°まで大きくすることができる。【００８６】
内部空間屈折角θ１が大きくなる（広がる）理由は、横波の超音波を用いているためである。すなわち、横波超音波では音速がｃ２Ｓ＝３２００ｍ／ｓｅｃになり、縦波の音速ｃ２Ｌ＝５９００ｍ／ｓｅｃよりも小さくなり、内部空間５１４内の流体（本実施例１では水）の音速と近い値になるためである。【００８７】
表１は、いくつかの物質（鋼、アルミニウム、アクリル）中における、縦波の音速と横波の音速を示したものである。【００８８】
【表１】
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【００８９】
表１からわかるように、多くの材料では横波の音速は縦波の音速のおよそ半分である。【００９０】
このため、斜方入射角度で設置した横波探触子３１ａ、３１ｂを用いると、内部空間屈折角θ１を大きくすることが可能になり、内部空間放出角θ１ｍａｘを大きくすることが可能になる。【００９１】
本発明の構成の第２のポイントは、垂直入射角度で設置した縦波探触子３４を組み合わせていることである。斜方入射角度で設置した横波探触子３１ａ、３１ｂでは、内部空間屈折角θ１＝０のビーム、すなわち、器壁５１２の法線方向で入射するビームを生成することができない。【００９２】
そこで、垂直入射角度で設置した縦波探触子３４により、内部空間屈折角θ１がゼロに近いビームを生成することができる。【００９３】
なお、器壁−流体界面ではモード変換により、器壁５１２中の横波は流体中では縦波になる。器壁５１２中の縦波は流体中でも縦波のままである。【００９４】
したがって、本発明による実施例１の構成の超音波探触子ユニット２０が発生する超音波は、流体中では縦波の超音波である。【００９５】
このようにすることで、内部空間放出角θ１ｍａｘが大きな超音波ビームを発生させることが出来る。【００９６】
これにより、超音波トモグラフィにおいて、観測領域周辺部でも良好な画像を得ることが出来る。【００９７】
以上の説明は、送信側の探触子ユニット２０について述べた。しかし、受信側の探触子ユニットも送信側の探触子と同様な構成となっており、本発明の効果は、受信側の探触子ユニットについても同じである。すなわち，受信側の探触子ユニットについても，容器５１０の器壁の法線に対して斜方角度で設置された横波探触子と，器壁に対して垂直角度で設置される縦波探触子とを備える。【００９８】
受信側では、超音波ビームが内部空間５１４から器壁５１２に入射する。この際、内部空間屈折角θ１が臨界角θ１ｍａｘ（すなわち，内部空間放出角）よりも大きいと全反射が起きるため，超音波は受信側探触子に到達しないので、信号を検出できない。臨界角θ１ｍａｘは，受信側についても上記式（２）により決まる。本発明の構成では，器壁内の横波の超音波を横波探触子により受信する。前述の通り，横波超音波の音速は縦波よりも遅いので，このようにすると，臨界角θ１ｍａｘが大きくなる。そのため，受信可能な内部空間屈折角θ１の範囲が拡大する効果が得られる。【００９９】
なお，器壁内の横波超音波は，内部空間での縦波超音波が器壁内に入射する際に，モード変換により発生する。【０１００】
よって、本発明の構成の探触子ユニット２０を用いると、より大きな内部空間屈折角θ１に対しても超音波が受信側探触子に到達するようになる。【０１０１】
（容器への設置）
図６は、本発明の実施例１における探触子ユニット２０内の配線を示す図である。図６において、横波探触子３１ａ、３１ｂは共通の配線で電気的に接続され、共に横波探触子端子６１に結線され、縦波探触子３４は縦波探触子端子６２に結線される。このように、探触子ユニット２０は、横波探触子端子６１と縦波探触子端子６２の２つの端子を備える。【０１０２】
図６に示した探触子ユニット２０を、図１に示したように計測対象の容器５１０の器壁５１２の外面に設置する。探触子ユニット２０の個数は、トモグラフィで得ようとする情報の精度により変わるが、典型的には１６〜１３０個程度である。本実施例１では３２個の探触子ユニット２０を設置した。【０１０３】
各々の探触子ユニット２０の横波探触子端子３１ａ、３１ｂと縦波探触子端子３４とは、ケーブルにより後述する計測回路部に結線する。なお、図１では、横波探触子端子６１、縦波探触子端子６２、ケーブルの図示は省略している。【０１０４】
（用語の定義）
本明細書では、以下のように用語を定義する。【０１０５】
Ｎｓは探触子ユニット２０の個数を示す。【０１０６】
ｎ番目の探触子ユニットを「チャネルｎ」と呼ぶ。超音波を送信する探触子ユニット２０を送信チャネルと呼ぶ。送信チャネルは順次変わるが、ある時点で送信する探触子ユニット２０を送信チャネルｎ１とする。その時点でチャネルｎ１と対向する位置にある探触子ユニットを対向チャネルｎ０とする。【０１０７】
その時点で、超音波を受信する探触子ユニット２０を受信チャネルｎ２と呼ぶ。ｎ２は複数個ある。より具体的には、Ｍｓを受信チャンネルの範囲の個数を定義するものとすると、対向チャネルｎ０を中心にして、チャネル（ｎ０−Ｍｓ）からチャネル（ｎ０＋Ｍｓ）までの（２Ｍｓ＋１）個が受信チャネルｎ２として動作する。【０１０８】
流体は、超音波の縦波のみの成分を有し、横波成分は有さないものであり、液体と気体とを含むものと定義する。【０１０９】
また、容器は固体であり、容器器壁内での縦波音速ｃ２を水の音速ｃ１で除した値が、１．３を超えるものが容器であると定義する。【０１１０】
本実施例１では、探触子ユニット２０の個数Ｎｓが３２個であり、受信チャネル範囲の個数Ｍｓ＝５とした。すなわち、ある送信チャネルｎ１が送信した超音波ビームを、（２Ｍｓ＋１）＝１１個の受信チャネルｎ２が受信する。【０１１１】
（計測回路部の構成）
図７は、本発明の実施例１における計測回路部２００の構成を示す図である。【０１１２】
計測回路部２００は、マルチプレクサ部２１０と、横波送信部２２１と、縦波送信部２２４と、複数の横波受信部２４１と、複数の縦波受信部２４４と、タイミング制御部２６０と、信号処理部２７０とを備える。【０１１３】
各々の探触子ユニット２０からのケーブルは、計測回路部２００のマルチプレクサ部２１０に結線される。第１の探触子ユニット２０の横波探触子端子は端子１−Ｌに、縦波探触子端子は１−Ｓに結線される。以下、探触子ユニットＮｓまで同様であり、それぞれ、２−Ｌ、２−Ｓ、・・・、（Ｎｓ）−Ｌ、（Ｎｓ）―Ｓに結線される。【０１１４】
前述の通り、本実施例１では探触子ユニット２０の個数Ｎｓ＝３２、受信チャネル範囲の個数Ｍｓ＝５とした。【０１１５】
送信チャネルｎ１は順次変わるが、ここでは、送信チャネルｎ１＝１の場合を例にして、信号処理部２７０の動作を説明する。本実施例１では、探触子ユニット２０の個数Ｎｓは３２個なので、対向チャネルｎ０＝１７である（送信チャンネルｎ０から１７番目に位置する）。受信チャネルｎ２は、（ｎ０−Ｍｓ）から（ｎ０＋Ｍｓ）の範囲である、すなわち、チャネル１２〜チャネル２２の範囲の１１個である。【０１１６】
マルチプレクサ部２１０で適切に配線することにより、以下の通り配線する。【０１１７】
チャネル１の探触子ユニット２０の横波探触子３１ａ、３１ｂに横波送信部（ＴＳ）２２１を配線し、縦波探触子３４に縦波送信部（ＴＬ）２２４を配線する。チャネル１２〜チャネル２２の探触子ユニット２０の横波探触子３１ａ、３１ｂに横波受信部２４１の受信回路ＲＳ−１〜ＲＳ−Ｍ０をそれぞれ配線し、縦波探触子３４に縦波受信部２４４の受信回路ＲＬ−１〜ＲＬ−Ｍ０をそれぞれ配線する。【０１１８】
タイミング制御部２６０からのトリガ信号により横波送信部（ＴＳ）２２１、または縦波送信部（ＴＬ）２２４を励起し、チャンネル１の探触子３１ａ、３１ｂ、３４から超音波ビームを送信する。横波送信部（ＴＳ）２２１と縦波送信部（ＴＬ）２２４とを同時に励起しても良い。【０１１９】
そして、横波受信部２４１の受信回路ＲＳ−１〜ＲＳ−Ｍ０、または縦波受信部２４４の受信回路ＲＬ−１〜ＲＬ−Ｍ０は、タイミング制御部２６０の制御信号により設定された遅延時間の後に、受信信号の波形または振幅値を取得する。横波受信部２４１は、受信回路ＲＳ−１〜ＲＳ−Ｍ０までのＭ０個あり、縦波受信部２４４も、同様に受信回路ＲＬ−１〜ＲＬ−Ｍ０までのＭ０個ある。ここで、Ｍ０＝２Ｍｓ＋１＝１１である。【０１２０】
横波受信部２４１および縦波受信部２４４が取得した受信信号波形は、信号処理部２７０に送られ、ノイズ除去などの信号整定処理や、アナログ−デジタル変換などの信号処理を行う。そして、特徴抽出部２７１に送られる。【０１２１】
特徴抽出部２７１では、適切な遅延時間における受信信号の特徴量を抽出する。特徴量の例としては、信号の振幅値や位相などがある。抽出された信号特徴量は、送信チャネルと受信チャネル毎にメモリ部２７２に格納する。また、特徴抽出部２７１により抽出された信号特徴量は、計測回路２００の外部に表示部２７３に送信され、表示される。この場合、特徴抽出部２７１は、信号特徴量から流体状態を画像化し、それを表す画像信号を表示部２７３に供給するように構成することも可能である。その場合、信号処理部２７０及び特徴抽出部２７１により、流体状態画像化部が構成される。【０１２２】
受信信号の特徴量を抽出する遅延時間は、超音波の経路長さと音速とを用いて、あらかじめ適切な値を設定しておく。経路長さは受信チャネルにより異なるので、あらかじめ設定する遅延時間も受信チャネル毎に異なる。【０１２３】
本実施例１では、信号特徴量として振幅値を抽出した。また、本実施例１では、送信チャネル、受信チャネルの各々の組合せでの振幅値の情報を用いて、トモグラフィで知られた画像再構成処理により流体中の気相（ボイド）の分布を算出する。【０１２４】
また、信号特徴量として位相を抽出すると、トモグラフィで画像再構成処理により流体中の音速の空間分布を求めることが出来る。音速は流体の温度により変化するので、音速分布から流体中の温度分布を求めることが出来る。【０１２５】
また、音速は流体の密度ρと体積弾性率Ｋとの間に下記の式（３）に示す関係がある。【０１２６】
【数３】
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【０１２７】
したがって、音速分布を求めることで、流体内での密度分布や体積弾性率の分布を求めることが出来る。【０１２８】
図８は、本発明の実施例１における受信信号の取得の様子を模式的に示した図である。【０１２９】
図８において示す例では、送信チャネルがｎ１＝１、送信チャネルに対向する位置にある探触子ユニット２０がチャネルｎ０＝１７である。そして、受信チャネルは、チャンネルｎ０の両側Ｍｓ＝５個ずつである。すなわち、受信チャネルはチャネル１２〜チャネル２２である。【０１３０】
図８に示したように、送信チャネルと受信チャネルとの相対的な位置関係により、受信チャンネルで流体中での超音波の伝搬経路長が異なるので、観測すべき遅延時間（ｇａｔｅ  ｄｅｌａｙ  ｔｉｍｅ）はチャネルにより異なる。【０１３１】
なお、図７に示した本実施例１の計測回路部２００の構成では、受信部２４１、２４４が、２×Ｍ０＝２×（２Ｍｓ＋１）個であり、互いに独立な受信部を設けているので、１回の超音波ビームの送信で２×Ｍ０個の受信チャネルで受信でき、短時間で信号を受信できるという利点がある。【０１３２】
次に、送信チャネルｎ１＝２に設定し、受信チャネル中心をｎ０＝１８として、（ｎ０−Ｍｓ）〜（ｎ０＋Ｍｓ）のチャネルを受信チャネルに設定する。そして、上述と同様の動作により信号特徴量を抽出し、メモリ部２７２に格納する。【０１３３】
以上の手続きを、送信チャネルｎ１を変えながら繰り返すことにより、送信チャネルと受信チャネルとの組合せ毎に、受信信号特徴量の実測データを取得する。【０１３４】
このデータを用いて、画像再構成のアルゴリズムを用いて、流体内の気相の分布などの画像を表示部２７３にて得る。【０１３５】
以上のように、本発明の実施例１によれば、測定流体を収容する容器５１０の器壁５１２の外部からこの器壁５１２の法線に対して、斜方向から横波探触子３１ａ、３１ｂにより横波の超音波を容器５１０の内部に向けて発生及び受信し、器壁５１２の法線方向から縦波探触子３４により縦波の超音波を容器５１０の内部に向けて発生及び受信し、超音波ビームの広がり角を良好に維持するように構成したので、器壁を有する容器内の流体の状態を、画質の低下を抑制して、高精度に計測可能な超音波計測装置を実現することができる。【０１３６】
（実施例２）
次に、図９、図１０を用いて、本発明による実施例２を説明する。【０１３７】
本実施例２で用いる探触子ユニット２０の構成、および計測対象への設置構成は、実施例１と同じである。本実施例２では、計測回路部２００の回路数を削減し、低コストである超音波計測装置および流体監視システムを提供することが特徴である。【０１３８】
図９は本実施例２で用いる計測回路部２００Ａの構成を示す図である。【０１３９】
図９において、計測回路部２００Ａは、マルチプレクサ部２１０と、送信部２２０と、受信部２４０と、タイミング制御部２６０と、信号処理部２７０とを備える。さらに、特徴抽出部２７１とメモリ部２７２とを備える。図９には示していないが、計測回路部２００Ａの外部には、図７と同様に表示部２７３が特徴抽出部２７１に接続されている。【０１４０】
各々の探触子ユニット２０のケーブルは、計測回路部２００Ａのマルチプレクサ部２１０に結線される。第１の探触子ユニット２０の横波探触子端子３１ａ、３１ｂは、端子１−Ｌに結線され、縦波探触子端子３４は端子１−Ｓに結線される。以下、探触子ユニットＮｓまで同様に、端子２−Ｌ、２−Ｓ、・・・、（Ｎｓ）−Ｌ、（Ｎｓ）−Ｓに結線される。【０１４１】
本実施例２では探触子ユニット２０の個数Ｎｓ＝３２、受信チャネル個数範囲はＭｓ＝５とした。【０１４２】
本実施例２では、受信部２４０が横波受信部と縦波受信部との２つの働きをするものであり、横波及び縦波を受信することができる。具体的には、受信部２４０は、受信回路Ｒ−１〜Ｒ−Ｍ０までのＭ０＝（２Ｍｓ＋１）個を備える。【０１４３】
送信部２２０は、横波送信部と縦波送信部の２つの働きをするものであり、横波及び縦波を送信することができる。【０１４４】
図１０は、本実施例２での計測回路部２００Ａの動作プロセスを示すフロー図である。【０１４５】
本実施例２では、横波受信ステップ６１１と縦波受信ステップ６１４との２つのステップがある。【０１４６】
送信チャネルｎ１＝１、対向チャネルｎ０＝１７、受信チャネルｎ２＝（ｎ０−Ｍｓ）〜（ｎ０＋Ｍｓ）＝１２〜２２という組合せでの動作を説明する。【０１４７】
まず、横波受信ステップ６１１の動作を行う。このステップ６１１では、送信チャネルｎ１（複数の探触子ユニットのうちの選択された一つの探触子ユニット）の横波探触子３１ａ、３１ｂに送信部２２０を接続する。それぞれの受信チャネルについて、横波探触子３１ａ、３１ｂに受信部２４０の受信回路Ｒ−１〜Ｒ−Ｍ０（選択された一つの探触子ユニット以外の他の複数の探触子ユニット）を接続する。この状態で、実施例１と同様の動作（横波超音波の送信及び受信）を行い、各受信チャネルの受信信号特徴量をメモリ部２７２に格納し、表示部２７３に表示する。【０１４８】
次に、縦波受信ステップ６１４に移行する。このステップ６１４では、送信チャネルｎ１の縦波探触子３４に発信回路（Ｔ）２２０を接続する。それぞれの受信チャネルについて、縦波探触子３４に受信部回路Ｒ−１〜Ｒ−Ｍ０を接続する。この状態で、実施例１と同様の動作（縦波超音波の送信及び受信）を行い、各受信チャネルの受信信号特徴量をメモリ部２７２に格納し、表示部２７３に表示する。【０１４９】
次に、送信チャネルをｎ１＝２、対向チャネルｎ０＝１８、受信チャネルｎ２＝（ｎ０−Ｍｓ）〜（ｎ０＋Ｍｓ）＝１３〜２３という組合せに変えて、同様にして、横波受信ステップ６１１と縦波受信ステップ６１４とを繰り返す。【０１５０】
送信チャネルｎ１の順番を適宜変えても本実施例２の効果が得られることは言うまでもない。また、縦波受信ステップ６１４を先に行い、その後で横波受信ステップ６１１を行っても良い。【０１５１】
また、横波受信ステップ６１１で、送信チャネルｎ１を切替えて（走査して）測定を行い、その後、縦波受信ステップ６１４に切り替えて、送信チャネルを切り替えて（走査して）測定を行っても良い。【０１５２】
以上のように、本実施例２の構成によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる他、実施例１と較べて、計測回路部２００の回路数をおよそ半分に削減できるので、低コストである超音波計測装置を実現することができるという効果がある。【０１５３】
（実施例３）
次に、図１２を用いて、本発明の実施例３を説明する。【０１５４】
図１２は、本発明の実施例３である超音波計測装置の概略構成図である。実施例３の超音波計測装置は、送信用探触子ユニット２０Ｔと、複数個の受信用探触子ユニット２０Ｒとを備える。送信用探触子ユニット２０Ｔは１つでよい。【０１５５】
送信用探触子ユニット２０Ｔと受信用探触子ユニット２０Ｒは、固定具４１１で支持されており、この固定具４１１は、計測対象流体が入った容器５１０の外周側に設置される。送信用探触子ユニット２０Ｔと受信用探触子ユニット２０Ｒは、固定具４１１の内周側に支持されている。本実施例３の超音波計測装置は回転機構４１２を備え、この回転機構４１２により固定具４１１を回転させる。これにより、固定具４１１に支持された送信用探触子ユニット２０Ｔと受信用探触子ユニット２０Ｒは、容器５１０の外周側を回転する。固定具４１１のある回転位置で送信用探触子ユニット２０Ｔから超音波を発信して複数の受信用探触子ユニット２０Ｒで超音波信号を受信する。【０１５６】
次に、回転機構４１２で固定具４１１を回転させることで、送信用探触子ユニット２０Ｔを別の回転位置に配置し、そして超音波信号を送信・受信する。これを繰り返すことで、トモグラフィに必要な超音波の特徴量信号を取得できる。【０１５７】
本実施例３のその他の構成は、実施例１または実施例２と同様の構成とすることができる。【０１５８】
本実施例３の構成によると、探触子ユニットの個数を減らすことが出来、低コストである超音波計測装置及び流体監視システムを実現することが出来るという効果がある。【０１５９】
さらに、本実施例３において、回転位置センサ４１３を備えるとさらに好ましい。【０１６０】
回転位置センサ４１３は、固定具４１１の回転位置（回転角度）を計測するものであればよい。本実施例３では、光学的センサを用いることができる。具体的には、固定具４１１側面にスリットパターンを印字し、レーザまたは発光ダイオードなどの光学的手段により、固定具４１１の回転時に横切ったスリットの本数を数える。これにより固定具４１１の回転位置を正確に計測できる。【０１６１】
回転位置センサ４１３は、光学的センサ以外に磁気センサなどいくつかのものが知られており、それらの手段を用いても良い。【０１６２】
本実施例３によれば、実施例１及び実施例２と同様な効果を得ることができる他、回転位置センサ４１３を用いて、固定具４１１の回転位置、すなわち各探触子ユニット２０Ｔ、２０Ｒの回転位置を正確に検知すると、対象流体の特性量の空間分布を精度良く計測できるという効果がある。【０１６３】
なお、回転位置センサ４１３で検知した情報は、回転機構４１２にフィードバックして回転動作の精度を高めても良い。あるいは、回転位置センサ４１３で検知した情報を計測回路部２００または２００Ａに入力して、画像再構成をする際にその高精度な回転位置情報を反映させても良い。【０１６４】
（実施例４）
次に、図１３を用いて本発明の実施例４を説明する。【０１６５】
図１３は、本発明の実施例４である超音波計測装置の概略構成側面図である。本実施例４では、配管５１０Ａを、計測対象流体を収容する容器とし、その配管５１０Ａ内を流れている流体の流量を計測する。【０１６６】
図１３において、配管５１０Ａの外側に複数の超音波探触子ユニット２０が設置されている。超音波探触子ユニット２０は、実施例１と同様な構成となっている。また、計測回路部については、実施例１の計測回路部２００または実施例２の計測回路部２００Ａを適用する。図１３は側面図なのでわかりにくいが、図１に示したものと同様に、配管５１０Ａの円周に沿って複数の超音波探触子ユニット２０が設置されている。【０１６７】
さらに、配管５１０Ａには流量計測用超音波探触子３２２が設置されている。必要に応じて、流量計測用超音波探触子３２２はシュー３４０を用いて配管５１０Ａに設置する。【０１６８】
図１３では、超音波ビームの送信経路を点線矢印により模式的に示した。【０１６９】
流量計測は、流量計測用超音波探触子３２２から超音波を発信し、配管５１０Ａ内における流体内の気泡などで反射された信号を流量計測用超音波探触子３２２で受信する。その受信信号の位相変化を調べることで流体の速度を検知することが出来る。これは、超音波ドップラー法として知られた流量計測法である。本実施例４では、この方法を用いて流量計測を行うことができる。受信信号の位相変化を調べ、流体の速度を検知する動作は、計測回路部２００または２００Ａの特徴抽出部２７１で実行することができる。【０１７０】
流量計測方法としては、この他にも、２つの探触子間で流体流れの上流方向と下流方向とで超音波の伝搬時間を計測し、その差から流体の流速を計測する方法も知られており、この方法を用いても良い。【０１７１】
本実施例４においても、実施例１及び実施例２と同様な効果が得られる他、以下に述べる効果を得ることができる。【０１７２】
本実施例４では、流量計測用の超音波探触子３２２により計測対象の液相の流速を計測し、トモグラフィ用の探触子ユニット２０を用いて気相の空間分布を計測する。そして、気相の空間分布から、気液比率、すなわち配管断面積に対する気相の占める割合を求める。実測された流速と気液比率を積算することで、気液２相流に対しても正確な流量を計測することができる。【０１７３】
（実施例５）
次に、図１４を用いて本発明の実施例５を説明する。【０１７４】
図１４は、本発明の実施例５である超音波計測装置の概略構成図である。【０１７５】
本実施例５は化学プラントなどで用いられる反応容器５１０Ｂの中の流体を計測対象とする例である。【０１７６】
図１４において、反応容器５１０Ｂには、原料配管５３１から原料が導入され、反応後の生成物は生成物配管５３２から取り出される。【０１７７】
反応容器５１０の外側に複数の超音波探触子ユニット２０が設置されている。図１４は側面図なのでわかりにくいが、図１に示したのと同様に、反応容器５１０Ｂの円周に沿って複数の超音波探触子ユニット２０が設置されている。そして、複数の探触子ユニット２０は、各々計測回路部２００に接続されている。【０１７８】
計測回路部２００の構成は、実施例１と同様であるが、実施例２の計測回路部２００Ａの構成とすることも可能である。【０１７９】
本実施例５では、超音波探触子２０により計測された受信信号（超音波）が計測回路部２００の特徴抽出部２７１に供給され、信号特徴量として位相が抽出される。抽出した位相に基づいて、反応容器５１０Ｂ内の流体における音速の空間分布を知ることが出来る。これにより、反応容器５１０Ｂ内での流体である生成物の空間分布を計測することが出来る。【０１８０】
特徴抽出部２７１は、抽出した位相を信号特徴量としてメモリ部２７２に格納させると共に、表示部２７３に供給する。【０１８１】
反応容器５１０Ｂ内の生成物の空間分布は、特徴抽出部２７１で算出してもよいし、外部の表示部２７３で算出し、算出した空間分布を画像表示してもよい。【０１８２】
本実施例５においても、実施例１及び実施例２と同様な効果が得られ、反応容器５１０Ｂ内の生成物の空間分布を計測することができる。【０１８３】
（実施例６）
次に、図１５を用いて本発明の実施例６である流体監視システムを説明する。【０１８４】
本実施例６は、実施例５の超音波計測装置を用いて、流体装置の内部の流体の流体状態を監視し、異常発生を検知する流体監視システムである。【０１８５】
流体装置とは、液体などの流体が入った装置であり、具体的には化学プラントや食品プラントで使用される反応容器や、プラントなどで使用される配管などがある。本実施例６では、流体装置として反応容器の例を述べる。【０１８６】
図１５に示したのは、実施例５と同様の反応容器５１０Ｂに流体監視システム５５０を設置した例である。【０１８７】
図１５において、反応容器５１０Ｂの外側に複数の超音波探触子ユニット２０が設置されている。図１５は側面図なのでわかりにくいが、図１に示したものと同様に、反応容器５１０Ｂの円周に沿って複数の超音波探触子ユニット２０が設置されている。複数の探触子ユニット２０は、各々計測回路部２００に接続されている。【０１８８】
実施例６において、計測回路部２００の構成は実施例１又は実施例２（計測回路２００Ａ）と同様である。【０１８９】
本実施例６では、信号特徴量として位相を計測する。実施例５において説明した通り、位相に基づいて、音速の空間分布を知ることが出来る。これにより、反応容器５１０Ｂ内での生成物の空間分布を計測することが出来る。【０１９０】
生成物の空間分布の計測結果は、計測回路部２００から異常検知部５５１に送られる。異常検知部５５１は計測された空間分布に異常が無いかを監視する。異常の検知の方法には、閾値を用いるもの、機械学習手法を用いるもの、空間分布から異常特性値を算出するもの、などが知られている。【０１９１】
異常検知部５５１には、データベース部５５２を必要に応じて接続する。異常検知部５５１は、データベース部５５２の情報を用いて機械学習手法により異常検知を実行することができる。【０１９２】
異常検知部５５１は、異常検知信号５５５を出力する。異常検知信号５５５は、監視表示部５５３に送信され、異常時に異常発生が表示される。【０１９３】
本実施例６の流体監視システム５５０に含まれる構成は、超音波計測装置（探触子ユニット２０、計測回路部２００）、異常検知部５５１、及び監視表示部５５３とである。【０１９４】
必要に応じて、流体監視システム５５０は流体装置制御部５５８をさらに備え、異常検知部５５１からの異常検知信号が、流体装置制御部５５８にも送信される。流体装置制御部５５８は、流体装置、すなわち本実施例６では反応容器５１０Ｂに関わる処理プロセスを制御するものである。例えば、原料配管５３１の原料の流量や生成物配管５３２の動作、反応容器５１０Ｂの温度などを制御する。【０１９５】
流体監視システム５５０は、さらに、上述したデータベース部５５２を備えることも可能である。【０１９６】
監視表示部５５３は、流体装置制御部５５８の制御表示部と兼用してもよい。一例としては、流体装置制御部５５８の端末画面の中に、異常発生を通知する画面内領域を設け、そこに異常発生を通知する。【０１９７】
本発明の実施例６によれば、実施例５の超音波計測装置と、異常検知部５５１と、監視表示部５５３とを備え、器壁を有する反応容器内の流体の状態を、画質の低下を抑制して、高精度に計測し、監視することができる流体監視システムを実現することができる。【０１９８】
実施例６の流体監視システム５５０は、反応容器５１０Ｂのみならず、実施例１〜４に示した容器や配管にも適用することができる。【０１９９】
なお、上述した本発明の実施例１〜６においては、探触子ユニット２０は、横波探触子３１ａ及び３１ｂの２つを備える構成としたが、一つの横波探触子のみ備える構成とすることもできる。【０２００】
本発明においては提案した実施例を単独で実施しても良いし、場合によっては複数の実施例を組み合わせて実施しても差し支えないものである。【０２０１】
本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で本発明を実施することができる。【０２０２】
また、本明細書に記載された実施例はあくまでも例示にすぎず、限定的に解釈してはならないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【０２０３】
１０・・・超音波計測装置、  ２０・・・超音波探触子ユニット、  ３１ａ、３１ｂ・・・横波探触子、  ３４・・・縦波探触子、  ４０・・・シュー、  ６１・・・横波探触子端子、  ６２・・・縦波探触子端子、  ２００、２００Ａ・・・計測回路部、  ２１０・・・マルチプレクサ部、  ２２０・・・送信部、  ２２１・・・横波送信部、  ２２４・・・縦波送信部、  ２４０・・・受信部、  ２４１・・・横波受信部、  ２４４・・・縦波受信部、  ２６０・・・タイミング制御部、  ２７０・・・信号処理部、  ２７１・・・特徴抽出部、  ２７２・・・メモリ部、  ２７３・・・表示部、  ４１１・・・固定具、  ４１２・・・回転機構、  ４１３・・・回転位置センサ、  ５１０、５１０Ａ、５１０Ｂ・・・容器、  ５１２・・・器壁、  ５１４・・・内部空間、  ５１６・・・器壁外空間、  ５５０・・・流体監視システム、  ５５１・・・異常検知部、  ５５３・・・監視表示部
【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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【国際調査報告】
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