(57)【要約】振動変換器及び反射器間に流体を受容するための空洞を形成するために、振動変換器と、振動変換器から隔置された反射器と、を利用するシステム及び技術が説明されており、振動変換器は、空洞内に波を生成するために振動させられ、それは振動変換器の表面から空洞内の流体を通って伝搬し、また、空洞内に対向伝搬波を生成するために反射器によって反射される。振動変換器で生成された波と、反射器で生成された対向伝搬波と、の組合せに基づいて、反射器によって振動変換器に戻されたエネルギーの表示は、決定される。流体の１つ又は複数の材料特性は、振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示に基づいて決定される。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を受容するための空洞を形成するために、振動変換器と、前記振動変換器から隔置された反射器と、を使用して、粘弾性流体の材料特性を決定する方法であって、
前記空洞内に波を生成するために、前記振動変換器を振動させるステップであって、前記波が前記振動変換器の表面から前記空洞内の流体を通って伝搬する、ステップと、
前記空洞内に対向伝搬波を生成するために、前記振動変換器の前記表面から伝搬される前記波を、前記反射器によって反射させるステップと、
前記振動変換器で生成された前記波と、前記反射器で生成された前記対向伝搬波と、の組合せに基づいて、前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの表示を決定するステップと、
前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示に基づいて、前記流体の１つ又は複数の材料特性を決定するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記流体の前記１つ又は複数の材料特性が、前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示と、粘弾性モデルと、に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示が、前記振動変換器の品質係数である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ゼロ剪断粘度が、前記決定された品質係数と粘弾性モデルとを使用して決定され、前記粘弾性モデルが、前記決定された品質係数と前記ゼロ剪断粘度とに関係する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記粘弾性モデルが、増加する品質係数と共に増加するゼロ剪断粘度を提供する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記流体の分子量が、前記決定された品質係数と前記粘弾性モデルとを使用して決定され、前記粘弾性モデルが、前記決定された品質係数と前記流体の前記分子量とに関係する、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記粘弾性モデルが、増加する品質係数と共に増加する分子量を提供する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記品質係数が、周波数帯域幅、振幅、及び、対数減衰率のうちの１つを使用して決定される、請求項３〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示が、前記振動変換器の前記共振周波数である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１０】
前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示が、前記空洞内の前記対向伝搬波から生じる前記振動変換器の共振周波数の変化である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ゼロ剪断粘度が、前記周波数及び粘弾性モデルを使用して決定され、前記粘弾性モデルが、前記周波数及びゼロ剪断粘度に関係する、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記粘弾性モデルが、前記振動変換器の前記共振周波数が減少するときに、増加するゼロ剪断粘度を提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記粘弾性モデルが、前記振動変換器の前記共振周波数が増加するときに、増加するゼロ剪断粘度を提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記流体の分子量が、前記決定された周波数の変化と粘弾性モデルとを使用して決定され、前記粘弾性モデルが、前記決定された周波数の変化と前記流体の前記分子量とに関係する、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記粘弾性モデルが、前記振動変換器の前記共振周波数が減少するときに、増加する分子量を提供する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記流体が、ポリマーメルトなどのポリマー流体である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記振動変換器によって前記空洞内に生成される前記波が、剪断波である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記振動変換器によって前記空洞内に生成される前記波が、圧縮波である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記振動変換器が、管であり、前記管の内面が前記振動表面及び反射器の両方を実現する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記反射器は、反射効率を低減するために、前記空洞内部にフラストレート面を具備する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記反射器の位置は、位相調整を実現するために、前記振動変換器に対して変調される、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
システムのプロセッサによって実行されたときに、システムに請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を格納したコンピュータ可読媒体。
【請求項２３】
振動変換器と、前記振動変換器から隔置された反射器と、を使用して、前記振動変換器及び前記反射器間に流体を受容するための空洞を形成するために、流体の１つ又は複数の材料特性を決定するためのデバイスであって、前記空洞内に波を生成するために振動する振動変換器に基づいて、前記波が、前記振動変換器の表面から前記空洞内の流体を通って伝搬し、前記振動変換器の前記表面から伝搬される前記波が、前記空洞内に対向伝搬波を生成するために前記反射器によって反射され、前記デバイスは、
前記振動変換器で生成された前記波と、前記反射器で生成された前記対向伝搬波と、の組合せに基づいて、前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの表示を決定し、
前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示に基づいて、前記流体の１つ又は複数の材料特性を決定する、
ように構成される、デバイス。
【請求項２４】
振動変換器と、
反射器であって、前記振動変換器及び前記反射器間に流体を受容するための空洞を形成するために前記振動変換器から隔置された反射器と、
前記空洞内に波を生成するために、前記振動変換器を振動させることであって、前記波が前記振動変換器の表面から前記空洞内の流体を通って伝搬し、前記振動変換器の前記表面から伝搬される前記波が、前記空洞内に対向伝搬波を生成するために前記反射器によって反射される、前記振動変換器を振動させること、
前記振動変換器で生成された前記波と、前記反射器で生成された前記対向伝搬波と、の組合せに基づいて、前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの表示を決定すること、及び
前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示に基づいて、前記流体の１つ又は複数の材料特性を決定すること、
を行うように構成された制御器と、
を備えるシステム。
【請求項２５】
前記流体の前記１つ又は複数の材料特性が、前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示と、粘弾性モデルと、に基づいて決定される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示が、前記振動変換器の品質係数である、請求項２４又は２５に記載のシステム。
【請求項２７】
ゼロ剪断粘度が、前記決定された品質係数と粘弾性モデルとを使用して決定され、前記粘弾性モデルが、前記決定された品質係数と前記ゼロ剪断粘度とに関係する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記粘弾性モデルが、増加する品質係数と共に増加するゼロ剪断粘度を提供する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記流体の分子量が、前記決定された品質係数と前記粘弾性モデルとを使用して決定され、前記粘弾性モデルが、前記決定された品質係数と前記流体の前記分子量とに関係する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記粘弾性モデルが、増加する品質係数と共に増加する分子量を提供する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記品質係数が、周波数帯域幅、振幅、及び、対数減衰率のうちの１つを使用して決定される、請求項２６〜３０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示が、前記振動変換器の前記共振周波数である、請求項２４又は２５に記載のシステム。
【請求項３３】
前記反射器によって前記振動変換器に戻されたエネルギーの前記決定された表示が、前記空洞内の前記対向伝搬波から生じる前記振動変換器の共振周波数の変化である、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
ゼロ剪断粘度が、前記周波数及び粘弾性モデルを使用して決定され、前記粘弾性モデルが、前記周波数及びゼロ剪断粘度に関係する、請求項３２又は３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記粘弾性モデルが、前記振動変換器の前記共振周波数が減少するときに、増加するゼロ剪断粘度を提供する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記粘弾性モデルが、前記振動変換器の前記共振周波数が増加するときに、増加するゼロ剪断粘度を提供する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記流体の分子量が、前記決定された周波数の変化と粘弾性モデルとを使用して決定され、前記粘弾性モデルが、前記決定された周波数の変化と前記流体の前記分子量とに関係する、請求項３２又は３３に記載のシステム。
【請求項３８】
前記粘弾性モデルが、前記振動変換器の前記共振周波数が減少するときに、増加する分子量を提供する、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記流体が、ポリマーメルトなどのポリマー流体である、請求項２４〜３８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４０】
前記振動変換器によって前記空洞内に生成される前記波が、剪断波である、請求項２４〜３９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４１】
前記振動変換器によって前記空洞内に生成される前記波が、圧縮波である、請求項２４〜３９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４２】
前記振動変換器が、管であり、前記管の内面が前記振動表面及び反射器の両方を実現する、請求項２４〜４１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４３】
前記反射器は、前記反射効率を低減するために、前記空洞内部にフラストレート面を具備する、請求項２４〜４２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４４】
前記反射器の位置は、位相調整を実現するために、前記振動変換器に対して変調される、請求項２４〜４３のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、材料のゼロ剪断粘度の測定値を取得することを含む、材料の物理的特性及びレオロジー特性の測定値を取得することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニュートン流体では、剪断応力は、剪断速度に正比例し、比例定数は、流体の粘度である。したがって、単一のパラメータとして粘度は、流体の剪断応力及び剪断速度間の関係、したがって、ニュートン流体の流動挙動をモデル化又は規定するために使用される場合がある。水は、ニュートン流体の例である。
【０００３】
非ニュートン流体では、剪断応力及び剪断速度間の関係は、それほど単純ではない。流体の見かけの粘度は、例えば、剪断応力又は剪断速度によって変化することが見出されている。非ニュートンの挙動を表す流体は、トマトケチャップ、マヨネーズ、及び、塗料を含む。これらのタイプの流体の流れの研究は、「レオロジー」の分野である。
【０００４】
ニュートン流体と非ニュートン流体のレオロジー特性は、従来レオメータ又は粘度計を使用して決定される。
【０００５】
これらのデバイスは、様々な測定技術を利用するが、１つの好適なアプローチは、流体に振動刺激を与えること、及び、流体の機械的応答を測定して、貯蔵弾性率、損失弾性率、粘度、及び、損失正接などの粘弾性パラメータを決定すること、である。
【０００６】
そういったデバイスでは、テスト流体は、２つの制御された表面間のギャップに保持される。一方又は他方の表面の振動運動は、流体を通過する剪断波を招来する。最新技術によれば、２つの明確に定義されたモードが存在し、それらのデバイスが機能する。
【０００７】
第１のモードは、「ギャップモード」である。このモードでは、発出波の波長は、サンプルを保持する２つの表面間のギャップと比べて長い。剪断速度は、解析に重要であって、駆動表面での速度とギャップの長さとによって単純に決定され、速度場は、伝搬波の影響を殆ど受けない。
【０００８】
第２のモードは、「表面負荷モード」である。このモードでは、ギャップは、非常に広く、そのため、駆動表面から発出する波は、それが第２の表面に到達する前に散逸し、サンプルに形成される速度分布は、波動理論に従う。
【発明の概要】
【０００９】
上で議論されたような「ギャップモード」及び「表面負荷モード」に加えて、本発明者らは、第３のモードを特定した。第３のモードは、本開示において空洞モードと命名され、本開示の技術は、空洞モードを利用する。
【００１０】
本発明の態様は、添付の独立請求項に記されたように、方法、システム、及び、命令が格納されたコンピュータ可読媒体を含み、システムは、装置及び／又はキットとして具体化されることがある。
【００１１】
例えば、本発明の第１の態様として、提供されるのは、流体を受容するための空洞を形成するために、振動変換器と、振動変換器から隔置された反射器と、を使用して、粘弾性流体の材料特性を決定する方法であって、方法は、空洞内に波を生成するために、振動変換器を振動させることであって、波が振動変換器の表面から空洞内の流体を通って伝搬する、振動変換器を振動させることと、空洞内に対向伝搬波を生成するために、振動変換器の表面から伝搬される波を、反射器によって、反射させることと、振動変換器で生成された波と、反射器で生成された対向伝搬波と、の組合せに基づいて、反射器によって振動変換器に戻されたエネルギーの表示を決定することと、振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示に基づいて、流体の１つ又は複数の材料特性を決定することと、を含む。
【００１２】
本発明の第２の態様として、提供されるのは、システムのプロセッサによって実行されたときに、システムに上で説明された方法を実行させる命令を格納したコンピュータ可読媒体である。
【００１３】
本発明の第３の態様として、提供されるのは、振動変換器と、振動変換器から隔置された反射器「波を反射するための表面」と、を使用して、振動変換器及び反射器間に流体を受容するための空洞を形成するために、流体の１つ又は複数の材料特性を決定するためのデバイスであって、空洞内に波を生成するために振動する振動変換器に基づいて、波は、振動変換器の表面から空洞内の流体を通って伝搬し、振動変換器の表面から伝搬される波は、空洞内に対向伝搬波を生成するために反射器によって反射され、デバイスは、振動変換器で生成された波と、反射器で生成された対向伝搬波と、の組合せに基づいて、反射器によって振動変換器に戻されたエネルギーの表示を決定し、振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示に基づいて、流体の１つ又は複数の材料特性を決定するように構成される。デバイスは、振動変換器に振動させるように構成されることがあり、或いは、振動変換器は、幾つかの他の手段によって振動させられることがある。デバイスは、回路、機構、ＣＰＵ又はＧＰＵなどのプロセッサ、メモリ、ディスプレイ、ＦＰＧＡ、及び、ＡＳＩＣのうちの１つ又は複数を備えることがある。デバイスは、振動変圧器及び反射器を含むシステム内に含まれることがある。
【００１４】
本発明の第４の態様として、提供されるのは、システムであって、システムは、振動変換器と、流体を受容するための空洞を形成するために振動変換器から隔置された反射器と、空洞内に波を生成するために、振動変換器を振動させるための手段であって、波が振動変換器の表面から空洞内の流体を通って伝搬し、空洞内に対向伝搬波を生成するために、振動変換器の表面から伝搬される波を、反射器によって、反射するための手段と、振動変換器で生成された波と、反射器で生成された対向伝搬波と、の組合せに基づいて、反射器によって振動変換器に戻されたエネルギーの表示を決定するための手段と、振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示に基づいて、流体の１つ又は複数の材料特性を決定するための手段と、を含む。
【００１５】
本発明の第５の態様として、提供されるのは、システムであって、システムは、振動変換器と、反射器であって、振動変換器及び反射器間に流体を受容するための空洞を形成するために振動変換器から隔置された反射器と、空洞内に波を生成するために、振動変換器を振動させることであって、波が振動変換器の表面から空洞内の流体を通って伝搬し、振動変換器の表面から伝搬される波が、空洞内に対向伝搬波を生成するために反射器によって反射される、振動変換器を振動させること、振動変換器で生成された波と、反射器で生成された対向伝搬波と、の組合せに基づいて、反射器によって振動変換器に戻されたエネルギーの表示を決定すること、及び振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示に基づいて、流体の１つ又は複数の材料特性を決定すること、を行うように構成された制御器などのデバイスとを備える。デバイス又は制御器は、回路、機構、ＣＰＵ又はＧＰＵなどのプロセッサ、メモリ、ディスプレイ、ＦＰＧＡ、及び、ＡＳＩＣのうちの１つ又は複数を備えることがある。
【００１６】
本発明の上で説明された態様では、流体の１つ又は複数の材料特性は、振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示と、粘弾性モデルと、に基づいて決定されることがある。
【００１７】
代替的又は追加的に、反射器によって振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示は、振動変換器の品質係数であることがある。ゼロ剪断粘度は、決定された品質係数と粘弾性モデルとを使用して決定されることがあり、粘弾性モデルは、決定された品質係数とゼロ剪断粘度とに関係する。粘弾性モデルは、増加する品質係数と共に増加するゼロ剪断粘度を提供することがある。
【００１８】
流体の分子量は、決定された品質係数と粘弾性モデルとを使用して決定されることがあり、粘弾性モデルは、決定された品質係数と流体の分子量とに関係する。粘弾性モデルは、増加する品質係数と共に増加する分子量を提供する。
【００１９】
品質係数は、周波数帯域幅、振幅、及び、対数減衰率のうちの１つを使用して決定される。
【００２０】
反射器によって振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示は、振動変換器の共振周波数であることがある。反射器によって振動変換器に戻されたエネルギーの決定された表示は、空洞内の対向伝搬波から生じる振動変換器の共振周波数の変化であることがある。代替的又は追加的に、ゼロ剪断粘度は、周波数及び粘弾性モデルを使用して決定され、粘弾性モデルは、周波数及びゼロ剪断粘度に関係する。粘弾性モデルは、振動変換器の共振周波数が減少するときに、増加するゼロ剪断粘度を提供することがある。或いは、粘弾性モデルは、振動変換器の共振周波数が増加するときに、増加するゼロ剪断粘度を提供することがある。
【００２１】
流体の分子量は、決定された周波数の変化と粘弾性モデルとを使用して決定されることがあり、粘弾性モデルは、決定された周波数の変化と流体の分子量とに関係する。粘弾性モデルは、振動変換器の共振周波数が減少するときに、増加する分子量を提供することがある。
【００２２】
流体は、ポリマーメルトなどのポリマー流体であることがある。
【００２３】
振動変換器によって空洞内に生成される波は、剪断波である。代替的又は追加的に、圧縮波は、振動変換器によって空洞内に生成されることがある。
【００２４】
振動変換器は、管であることがあり、管の内面は、振動表面及び反射器の両方を実現する。
【００２５】
反射器は、反射効率を低減するために、空洞内部にフラストレート面を具備することがある。
【００２６】
反射器の位置は、位相調整を実現するために、振動変換器に対して変調されることがある。
【００２７】
振動変換器及び反射器は、静的な流体内に位置するか、バルク流量を有しないか、又は、流れる流体内に位置することがある。流体は、空洞を通って流れることがあり、測定は、長期間にわたって行われ、例えば、定期的に、所望のサンプリングレートで、流れる流体の材料特性を継続的にモニタする。振動変換器及び反射器は、プロセスでインラインに位置することがあり、材料特性の測定値は、ログに記録、及び／又は、プロセスを制御するための制御システムへの入力として使用される。
【００２８】
システムは、１つ又は複数の変換器と、１つ又は複数の反射器と、を備えることがある。例えば、システムは、複数の反射器を備えた単一の変換器、又は、単一の反射器を共有する複数の変換器、或いは、同数又は異なった数の変換器及び反射器を備える複数の変換器及び複数の反射器、を備えることがある。異なった変換器は、材料特性の異なった範囲にチューニングされることがある。デバイスは、複数の変換器から測定値を獲得し、変換器からの測定値を組み合わせるか又は変換器からの測定値に対して別個の操作を実行し、操作の結果を組み合わせて流体の材料特性を決定することがある。
【００２９】
本発明の実施形態は、或る種の利点を提供することがある。特に、そういった実施形態は、高粘弾性媒体における制御されない剪断波の伝搬によって引き起こされる現在の表面負荷技術の制限を克服することがある。
【００３０】
加えて、そういった実施形態は、改善された粘度範囲を有することがある。これは、粘度の増加に伴って増加するＱ値によって実現される。従来技術に関して、粘度の増加は、Ｑ値の減少をもたらし、これは、共振器の安定性（共振ピークの振幅とシャープネスを低下させることは、共振周波数での位相ロックと周波数安定性の維持とをより困難にさせる）と、信号対雑音比と、を低下させ、そういうことで、実行可能な粘度範囲を制限する。
【００３１】
加えて、そういった実施形態は、他の方法では得ることが困難である低剪断パラメータ又はゼロ剪断パラメータの測定を可能にすることがある。本開示の技術は、剪断波速度、ゼロ剪断粘度、及び、材料緩和時間の間の相関を利用する。したがって、この手法は、現在の共振粘度測定の制限を回避し、粘度値は、より高い剪断速度で典型的に取得される。したがって、低剪断材料の性能を、同等のゼロ剪断粘度を実現することによって、潜在的に、リアルタイムに、産業環境で、より良く監視できる。
【００３２】
更にまた、技術は、それ自体が低振動周波数で動作することを要求されず、その間において、低剪断パラメータ又はゼロ剪断パラメータを取得する。代わりに、この技術は、比較的高い周波数で動作することがある。これは、産業環境で有利であり、低周波数プラント振動の高エネルギー密度が典型的に存在し、そういうことで、より高い信号忠実度が得られることがある。
【００３３】
本発明の実施形態は、可動部分を有しないように構築されることがあり、そういった実施形態を長期使用に適するようにさせ、可動部分を有するデバイスと比較して、メンテナンスが最小である。
【００３４】
本発明の実施形態は、様々な規模で製造されることがあり、その理由は、本発明の背後にある原理が拡張性を有するからである。例えば、本発明の実施形態は、ＭＥＭデバイスから、最大１メートル又は数メートルの長さ以上のデバイスまでのより大規模なデバイスまで、様々であることがある。
【００３５】
本発明の実施形態は、完全な装置として、及び／又は、部品のキットとして、提供されることがあり、これは、反射が、タンク又はパイプ壁或いは他の既存のプラント構成要素によって提供されるときなど、反射機能性が、装置用の設置部位の所定場所に、構成要素によって設けられる場合に適切であり得るときに、任意選択で明確な反射器構成要素を除外することがあり、空洞振動は、発振器又は振動変換器と、タンク又はパイプ壁と、の間に生成される。
【００３６】
更にまた、本開示の技術は、共振デバイス又は従来の振動レオメータのいずれかに適用されることがある。空洞振動は、強制振動レオメータの変換器からの変調された応力／歪みとして駆動発振器への負荷を通して検出される場合もある。
【００３７】
本発明は、空洞内の流体の振動が流体の材料特性を明らかにする一種の空洞共振器として考察されるか又はカテゴリ化されることがある。そのようにして、本発明は、音響機器を含む他の空洞共振器、並びに、クライストロン又はマグネトロン、メーザ及びレーザなどの電磁波空洞共振器と並んで着座することがある。
【００３８】
本発明は、添付の図面を参照して、例としてだけ、より詳細に説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】半無限の弱粘弾性流体又はニュートン流体における送信波を例証する図である。
【図２】半無限粘弾性流体中の送信波を例証する図である。
【図３】反射器粘弾性流体によって形成された空洞内の送信波を例証する図である。
【図４】調整された波長による空洞内の定在波の形成を例証する図である。
【図５】対称的な正反対の放射による管内の定在波の形成を例証する図である。
【図６】ねじり、縦及び横モードで振動するボブ型及びロッド型の機械的共振器フォーマットを例証する図である。
【図７】半無限媒体中のねじり共振器ボブ断面における剪断波発生を例証する図である。
【図８】ボブの周りに円周方向に位置して部分的に取り囲む反射器によって形成された空洞内に送信波及び反射波を有するねじり共振器のボブの断面を例証する図である。
【図９】ねじりモード及び横モードで振動するディスク機械的共振器を例証する図である。
【図１０】半無限媒体におけるねじりモード及び横モードでの剪断波発生を有するディスク機械的共振器を例証する図である。
【図１１】ディスクと同一平面上にあってそこからオフセットされた反射器によって形成された空洞内で波が送信及び反射される、ねじり振動モード及び横振動モードでの剪断波発生を有するディスク機械的共振器を例証する図である。
【図１２】フラストレート型反射器表面がボブの周りに円周方向に位置して部分的に取り囲んでいる、フラストレート型反射器表面による反射波抑制を例証する図である。
【図１３】ディスクと同一平面上にあってそこからオフセットしているフラストレート型反射器表面による反射波抑制を例証する図である。
【図１４】波が反射器によって形成された空洞内で送信及び反射され、反射器がボブの周りに円周方向に位置して部分的に取り囲み、共振器表面に対する反射器の場所が変調される、変調された反射器配置を有するねじりボブ共振器を例証する図である。
【図１５】ディスク及び反射器間の距離が変調され、ディスク表面と、ディスクと同一平面上にあってそこからオフセットされる反射器と、の間に形成された空洞内で送信及び反射される剪断波を有するディスク機械的共振器を例証する図である。
【図１６】振動管内の初期波の架橋を例証する図である。
【図１７】振動管内の正反対の波の重ね合わせを例証する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
上で議論されたように、振動変換器、レオメータ、及び、粘度計は、従来「ギャップモード」又は「表面負荷モード」のいずれかで動作されてきた。本発明者らは、第３のモードを特定した。第３のモードは、本開示では空洞モードと命名され、本開示の技術は、空洞モードを利用する。
【００４１】
空洞モードでは、ギャップは、発出波が、第２の表面を横切ること及び対向伝搬波として反射すること、を許されるように、設定される。適切な装置のアーキテクチャ及び寸法を選ぶことによって、再生振動又は退化振動のいずれかへの進行は、促進される。２つの波の重ね合わせ、及び、結果として得られるエネルギープロファイルは、材料特性を戻すために、本発明によって有利に利用される。本発明の更なる変形は、空洞アーキテクチャの変調を、或いは、二次表面の特定の形態が有効な反射器を生成すること又は逆に波を妨げることのいずれかを、可能にする。
【００４２】
ニュートン流体は、純粋に粘性であり、目に見える程の弾性を所有していない。そういうことで、振動する表面から発出する剪断波は、媒体中に短距離で比較的迅速に散逸する。低周波数又は高粘度では、波の深さは、通常、ギャップモードの基準を満たすのに十分な長さであり、これは、振動ベースのギャップレオメータの要件である。
【００４３】
より高い周波数では、波の深さは、著しく減少し、表面負荷基準は、満たされる。このモードは、共振粘度計によって使用され、波は、半無限媒体に単純に散逸する。波エネルギーの散逸は、共振発振器のダンパとして存在する。粘度計は、例えば、共振器の振幅又はＱ値の変化を通じて、減衰効果を相関させることによって、粘度を測定する。
【００４４】
非ニュートン流体は、粘度に加えて、或る程度の弾性を所有する。弾性挙動は、流体の貯蔵弾性率によって定義され、また、剪断波長及び流体における浸透深さの両方を増加させる効果を有する。波長及び浸透深さの変化は、より複雑な減衰効果を招来し、測定された粘度は、剪断速度又は周波数に依存するようになり、また、別の剪断速度での粘度から逸脱するであろうが、拡縮可能な相関は、それら２つの間に存在する場合がある。
【００４５】
高い弾性の、正に非ニュートン流体では、波長及び浸透深さは、十分に大きくて、実行可能な粘度の読取りを解決することを困難にし、測定の信頼性が、それ故に損なわれる。
【００４６】
本開示の技術は、高い粘弾性流体のレオロジーの測定を可能にする。特に、本開示の技術は、従来技術を損なう高い粘性又は弾性の流体の拡張された波長及び伝搬深さを利用する。
【００４７】
図１及び図２は、半無限媒体への剪断波の伝搬を例証する。図１は、振動表面１１０（面内で振動している）から半無限の低弾性の粘性媒体に短い距離を伝搬する剪断波１１２の減衰を例証する。短い距離の後、波は散逸される。粘弾性が増加すると、波長及び浸透深さも増加し、図２に示されるように、流体中への剪断波１１２の伝搬深さが拡大する。
【００４８】
本開示の技術に従って、反射器１２０は、振動表面１１０から或る距離に位置して、ギャップを作成し、空洞を形成する。この構成は、図３に例証される。流体のレオロジー特性及び振動周波数が、振動表面１１０と反射器１２０との間のギャップを横切るのに十分な長さの波長及び浸透深さを作成する場合、送信波１１２は、反射器に入射し、対向伝搬波１２２として反射して戻るであろう。
【００４９】
図４に例証されたように、定在波１１２、１２２は、十分に長い伝搬深さで形成され、エネルギーを共振器の振動表面１１０に戻すであろう（定在波の包絡線が参照番号１３０で示されている）。
【００５０】
品質係数又はＱ値は、無次元のパラメータであって、発振器又は共振器がいかに不十分な減衰であるかを説明しており、その中心周波数に対する共振器の帯域幅を特徴付けている。より高いＱ値は、共振器の蓄積エネルギーに対してより低いエネルギー損失率を示しており、振動は、より低いＱ値におけるよりもより遅く消滅する。
【００５１】
定在波を形成してエネルギーを共振器に戻すことによって、共振器の蓄積エネルギーに対するエネルギー損失率は、縮小されて、より高いＱ値をもたらす。
【００５２】
粘弾性を更に増加させることは、波の速さを増加させ、それはそれで波長を増加させる。より大きな波長は、空洞をより効果的に架橋し、エネルギー再生を押し上げる。これは、共振器のＱ値の増加によって検出される。完全に結合される定在波空洞共振は、ギャップが４分の１波長の奇数の整数倍であるときに、達成される。
【００５３】
流体が特性的によりニュートン流体化すると、波長は、短くなり、空洞再生は、減少し、Ｑ値は、減少する。より短い波の伝搬距離においてでさえ、波は、反射器に伝播することを終止するため、反射は、起こらず、システムは、古典的な表面負荷散逸モデルに戻り、粘度は、Ｑ値に反比例する。
【００５４】
このモデルの変形例は、それの軸の周りをねじり回転する管内の空洞干渉である。このケースでは、管の内側壁は、１８０度の相分離で正反対の対向側面２１０、２２０を備えた送信表面である。図５は、本明細書では対称的な正反対の放射と命名された、管の直径を横切る定在波の形成を例証する。剪断波長が増加すると、発展的な重ね合わせは、管を透過する波と共に発生する。同じ効果は、縦モード及び横モードを使用して観察される場合があり、内部剪断波及び圧縮波を管内の流体に生成する。図５では、散逸波２１１、保存波２１２、並びに定在波エンベロープ２３０が示されている。
【００５５】
上のケースでは、散逸性の半無限流体モデルは、粘度がＱ値の逆数と相関する短波長で妥当する。上で説明された再生空洞モデルは、波エネルギーが保存されて粘弾性損失弾性率（粘度）及び貯蔵弾性率がＱ値に正比例して相関するより長い波長で妥当する。
【００５６】
理論に拘束されることを望まず、考えられることとして、対向伝搬波の形成の基礎が、非滑り状態が反射面で課されると共にその点での速度がゼロでなければならない、ということである。これが要求することは、三角関数（ｓｉｎｅ）に予め従った自由波が空洞内部の双曲線関数（ｓｉｎｈ）によって定義されるようになることであり、反射器でゼロ速度を作成し、こうして、再生のために必要である対向伝搬波のための有利な１８０度の位相反転を可能にする。例えば、Ｌｉｎｄｌｅｙ  Ｂ．Ｓ．ら（２０１２）の「振動剪断における粘弾性層の空間応力及び歪み分布（Ｓｐａｔｉａｌ  ｓｔｒｅｓｓ  ａｎｄ  ｓｔｒａｉｎ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ  ｌａｙｅｒｓ  ｉｎ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ  ｓｈｅａｒ）」、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  ｉｎ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ、８２巻、７号、２０１２年３月、１２４９頁〜１２５７頁、例えば、第２部「上対流マクスウェルモデルにおける位相歪み誘起エンベロープ（Ｐｈａｓｉｃ  ｓｔｒａｉｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｓｔｒｅｓｓ  ｅｎｖｅｌｏｐｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｕｐｐｅｒ  ｃｏｎｖｅｃｔｅｄ  Ｍａｘｗｅｌｌ  ｍｏｄｅｌ）」前進的を参照のこと。同様に、Ｍｉｔｒａｎら（２００８）の「能動線形及び非線形マイクロレオロジーのフェリー剪断波モデルの拡張（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｆｅｒｒｙ  ｓｈｅａｒ  ｗａｖｅ  ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  ａｃｔｉｖｅ  ｌｉｎｅａｒ  ａｎｄ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｍｉｃｒｏｒｈｅｏｌｏｇｙ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ、１５４巻、２〜３号、２００８年１０月、１２０頁〜１３５頁、例えば、３．１部「粘性流体ソリューション（Ｖｉｓｃｏｕｓ  ｆｌｕｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」を参照のこと。
【００５７】
更なるレオロジー分析の利点は、ゼロスリップ又は有効反射の状態を破ること、及び、本明細書で「フラストレート面」と命名されるものを反射器で導入すること、によって得られる場合がある。特に、反射器は、不規則な表面を具備し、それが意味することは、剪断波が、局所的な表面に対して非垂直な角度で反射器にぶつかるであろうこと、及び、反射器表面を横切る異なった角度で入射軸から偏向されて散乱効果を引き起こすであろうこと、である。
【００５８】
共振器のＱ値又は周波数の変化は、複雑な表面に破壊的に衝突する波面によって引き起こされる修正されたエネルギー散逸と相関される場合がある。
【００５９】
加えて、空洞内の定在波パラメータを理解するために共振器の制御についての更なる利点は、ギャップを変調すること、即ち、振動表面と反射器との間の距離に周期的な変動を与えることによって、実現される場合があり、その間、剪断波が空洞を伝搬している。これは、波長を変調することと等価であって、空洞を選択的にチューニングすることによって、相対変化をＱ値又は共振周波数に引き起こす。
【００６０】
空洞結合型発振器のエネルギーゲインは、剪断波長の関数であり、それ自体は、ゼロ剪断粘度η０、緩和時間λ０、及び、周波数ω（上対流マクスウェルモデルに基づく）の関数である。ポリマーの場合、分子量Ｍｗは、ゼロ剪断粘度η０の関数として知られている。したがって、観察するのは、測定された発振器パラメータ、特に、品質係数Ｑ、及び流体の物理的特性の間の幾つかの関係である。
【００６１】
表面負荷モード（非刺激型空洞モード）では、即ち、ギャップは、剪断波の伝搬と比較して大きく、駆動表面から発出する波は、第２の表面に到達する前に散逸し、周波数ωでの粘度は、例えば、
η（ω）＝｛ａ０＋ａ１・Ｌ＋ａ２・Ｌ２＋ａ３・Ｌ３＋…＋ａｎ・Ｌｎ｝
によって、測定された共振器のＱ値の逆数の観点から、多項式として表現されることがあり、ここで、ＬはＱの逆数、測定された共振器のＱ値、ρは密度、及び、ａ０…ａｎはスケーリング定数である。
【００６２】
空洞負荷モードでは、ゼロ剪断粘度は、例えば、次の粘弾性モデル、
η０＝｛ｂ０＋ｂ１・Ｑ＋ｂ２・Ｑ２＋ｂ３・Ｑ３＋…＋ｂｎ・Ｑｎ｝
によって、測定された共振器のＱ値の観点から、多項式として表現される場合があり、ここで、ｂ０…ｂｎは、スケーリング定数である。
【００６３】
空洞負荷モードでは、ポリマーメルトの分子量Ｍｗは、例えば、次の、
Ｍｗ＝｛ｃ０＋ｃ１・Ｑ＋ｃ２・Ｑ２＋ｃ３・Ｑ３＋…＋ｃｎ・Ｑｎ｝
によって、測定された共振器のＱ値の観点から多項式として表現される場合もあり、ここで、ｃ０…ｃｎは、スケーリング定数である。その理由は、ゼロ剪断粘度を分子量に関連付けるポリマーメルトの分野における知られている関係が存在するからであり、１つのそういった例は、
ｌｏｇ（η０）＝３．４ｌｏｇ（Ｍｗ）
という式であり、広範囲の分子量にわたって有効である。高度な読者は、他の関係が文献に存在すること、及び、測定される特定の流体に依存するなど、これらの技術の特定の用途に応じて適用可能であり得ること、を認識するであろう。
【００６４】
スケーリング定数は、必要な動作範囲にわたる必要な精度に従って選択された多項式の項数を用いて、必要に応じて密度のために訂正される、ゼロ剪断での知られた粘度、又は、知られた分子量の１つ又は複数の流体を用いて、較正によって取得される場合がある。経験から見出されたことは、ゼロ剪断粘度及びＱ値間の関係が適切に動作することであり、実際に思われたことは、Ｑ値の関数としてのゼロ剪断粘度が連続的で単調であるということである。こうして、高度な読者が認識するであろうことは、上で記された多項式近似を使用してそういった関数をモデル化することが簡単であること、そして、項数の選択が知識の中で行われるであろう、ということである。
【００６５】
こうして、空洞負荷モードでは、可能であり得ることは、ゼロ剪断粘度を、測定された共振器のＱ値の関数として、評価することである。同じく可能であり得ることは、ポリマーメルトの分子量を、測定された共振器のＱ値の関数として、評価することである。
【００６６】
高度な読者は、η０（又はη０と共に変化するＭｗ）間の関係を近似する他のアプローチを認識するであろう。例えば、関係は、スプライン、キュービック又は別の方法などの、区分的直線補間又は区分的多項式補間などの、複数のＱ領域にわたる区分的補間を使用して近似される場合がある。関係は、他の基底関数を使用する補間を使用して、また、パデ近似によるなどの有理関数の補間によって、近似される場合もある。
【００６７】
上で議論されたように、空洞モードは、ゼロ剪断粘度の増加に伴って品質係数を増加させるだけではない場合がある（ポリマーメルトなどのポリマー液体のＭｗの増加と相関される）。共振周波数は、影響を受ける場合もある。品質係数の変化は、共振器への慣性質量及び／又は流体弾性の結合の増加に起因する共振周波数の変化も伴う。これは、ゼロ剪断粘度の増加と相関する共振周波数の減少につながることがある。代替的又は追加的に、幾つかの状況では、これは、ゼロ剪断粘度の増加と相関する共振周波数の増加につながることがある。周波数は、したがって、空洞波形成の指標として使用される場合もある。したがって、品質係数の場合と同様、周波数とゼロ剪断粘度又はＭｗの間の関係は、品質係数に関して上で記されたそれらと同様の粘弾性モデルを使用して近似される場合がある。品質係数と同様に、そういった粘弾性モデルは、上で記された多項式形式を使用することを必要とされず、関係は、スプライン、キュービック又は別の方法などの、区分的直線補間又は区分的多項式補間などの、複数の周波数帯にわたる区分的補間を使用して近似される場合がある。関係は、他の基底関数を使用する補間を使用して、また、パデ近似によるなどの有理関数の補間によって、近似される場合もある。
【００６８】
本発明を実行に移すために、空洞は、発振器に結合される。
【００６９】
発振器は、振動器械、例えば、英国マルトンのＨｙｄｒａｍｏｔｉｏｎ  Ｌｔｄ．によって製造されたＨｙｄｒａｍｏｔｉｏｎ  ＸＬ７共振粘度計、で使用されるものなど、その共振周波数で又はその近くで動作する共振器である場合がある。
【００７０】
代替的に、発振器は、台湾のＴｉａｎｚｈｏｎｇのＥｋｒｏｎ  Ｔｅｋ  Ｃｏ．  Ｌｔｄ．のＥＫＴ−１００Ｈモデル振動ディスクレオメータなどの強制振動デバイスである場合がある。
【００７１】
発振器は、コンピュータによって制御されることがあり、計算は、材料の特性（の推定値）を取得するために、コンピュータによって実行される。コンピュータは、デスクトップ／ラップトップコンピュータ、又は、タブレットコンピュータ、モバイルデバイス、又は、産業用制御器、或いは、発振器に制御信号を送信すること及び／又は発振器から測定信号を受信することのできる他のハードウエア、にすることがある。それは、１つ又は複数のＦＰＧＡ（現場プログラム可能ゲートアレイ）要素又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）要素を含むアナログ又はデジタル処理ハードウエアを備えることがあり、Ｉ／Ｏ操作や発振器から取得された測定値からの材料特性の推定などの操作を実行するためである。操作の幾つか又は全部は、発振器自体に統合された電子ハードウエア又はコンピュータモジュールを使用して実行されることがあるか、或いは、有線又は無線インターフェースによって互いに接続された１つ又は複数の個別ユニットを使用して実行されることがある。
【００７２】
発振器は、それの直ぐ近くの流体の中に発出する波を作り出す周波数及び振幅で振動する表面を有する。振動のモードは、好適な剪断波が生成されるが振動の横モードも圧縮波を生成するために使用され得るように、ねじり又は縦のいずれかである。単純化及び好みのために、剪断波は、ここでは主として考慮される。
【００７３】
第２の表面は、測定されるべき材料を包含する空洞を規定するために、放出表面から距離ｄ離れて位置する。空洞は、流体を「捕獲する」ことを必要とせず、配置における開口は、測定が連続的に流れる環境でリアルタイムに行われ得るように、空洞の中への及びそこから外への流体の連続的な流れを可能にする。
【００７４】
剪断波の波長は、それの周波数及び剪断速度によって決定される。
【００７５】
一実施形態では、周波数は、波長が波の速度でだけ変化するように、一定に保たれる。流体中の剪断波の速度は、それの粘度と弾性率の関数である。
【００７６】
ギャップ長さ又は距離ｄは、送信波の長さと比較できるように選択され、下で書かれているように、発振器周波数ωに依存するα−１、流体密度ρ、ゼロ剪断粘度η０、及び、緩和時間λ０の関数であり、ここでαは、減衰深さ、即ち、振幅がそれの最大振幅のｅ−１（約３７％）まで減少する深さである。
【００７７】
約２ｋＨｚの発振器周波数と、高粘度のニュートン流体又は適度な弾性を有する粘弾性流体に関して、典型的に２ｍｍ〜５ｍｍのギャップ長さは、十分である場合がある。
【００７８】
上対流マクスウェルモデルから、剪断波の伝搬δは、複素伝搬式で与えられる。
【００７９】
δ＝α＋ｉβ、
ここで、α＝√（（ρ・ω／２η０）（√（１＋ω２・λ０２）−ω・λ０））、
及び、β＝√（（ρ・ω／２η０）（√（１＋ω２・λ０２）＋ω・λ０））。
【００８０】
（例えば、Ｌｉｎｄｌｅｙ  Ｂ．Ｓ．（２００８）、「粘弾性媒体における線形及び非線形剪断波伝搬（Ｌｉｎｅａｒ  ａｎｄ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｓｈｅａｒ  Ｗａｖｅ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ  Ｍｅｄｉａ）」ノースカロライナ大学チャペルヒルを参照のこと。博士論文はオンライン入手可能ｈｔｔｐｓ：／／ｃｄｒ．ｌｉｂ．ｕｎｃ．ｅｄｕ／ｒｅｃｏｒｄ／ｕｕｉｄ：７５６１９ｅｂ４−１８ａ４−４４ａ６−８ｆｆａ−１ｄ２０７７ｂｂ４０８３）。
【００８１】
こうして、反射器は、発振器の表面からギャップ長さだけオフセットされた場所に設けられることがある。
【００８２】
共振帯域幅に対する共振周波数の比として、品質係数の定義で、発振器の品質係数を測定するために、次が使用され、
Ｑ＝（ωＲ）／（Δω）
ここで、ωＲは、共振周波数（ラジアン／秒）であり、Δωは、半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）であり、その帯域幅にわたって振動のパワーが最大値の半分より大きい（又は、等価的に振動の振幅が√２で除算された共振時の最大振幅よりも大きい）、即ち、３ｄＢ点の間の帯域幅である。この計算プロセスの一部として、ωＲは、測定によって、又は、３ｄＢ点の相乗平均などの３ｄＢ点間の中間点の推定によって、明確に決定される場合がある。
【００８３】
Ｑの値を取得すると、それは、ゼロ剪断粘度又は分子量の推定値を取得するために、コンピュータ又は他の処理デバイスを使用して、上で記されたように、ＭＷのη０の多項式モデルに適用される場合があり、スケーリング定数ｂ０…ｂｎ及びｃ０…ｃｎは、較正によって事前決定されている。
【００８４】
図６は、ボブ型共振器３１０、及び、ロッド型共振器３２０、を例証しており、それらの振動表面は、流体３０５に沈められている。そういった共振器は、本開示の技術を実装するために使用されることがある。共振器は、可能な横振動モード３５０、縦振動モード３６０、及び、ねじり振動モード３７０、を有して示されている。
【００８５】
図７は、ねじり共振器４１０による剪断波４１２の生成を例証し、円形断面を有するように断面で示されており、流体４０５は、ねじり共振器４１０の回転軸線に対して垂直に流れる。
【００８６】
図８は、流れる流体５０５における断面で示されたねじり共振器５１０を例証する。空洞は、ねじり共振器５１０のボブと、ねじり共振器５１０のボブの周りに円周方向に位置して部分的に取り囲む１対の反射器５２０と、の間に形成される。反射器５２０は、共振器５１０と同心のシリンダ状シェルの部分を表す表面を実現するために弓形断面プロファイルを有し、したがって、ギャップは、ねじり共振器５１０のボブの円周の周りで、一定又は一定に近い（おそらく、平均ギャップ距離の２０％以下だけ、より好ましくは、１０％以下だけ、より好ましくは、５％以下だけ、より好ましくは、１％以下だけ、変化する）。送信波５１２は、ねじり共振器５１０の表面から生成されるように示され、反射波５２２は、ねじり共振器５１０に向けて反射して戻るように示される。ねじり共振器５１０のボブは、反射器５２０によって完全に囲まれてはいない。これは、空洞内の流体５０５を、上流からの更に流れる流体５０５で、置き換えることを可能にする。
【００８７】
図９は、横振動モード６５０及びねじり振動モード６７０において流体６０５内で振動するディスク共振器６１０を例証する。
【００８８】
図１０は、半無限媒体（即ち、ディスク共振器６１０に戻る反射が存在しない）での、横振動モード６５０及びねじり振動モード６７０におけるディスク共振器６１０（断面で示される）による剪断波６１２の生成を例証する。
【００８９】
図１１は、ディスク共振器６１０のディスクと同一平面上にあって、そこからオフセットされて空洞を形成している反射器６２０を具備するディスク共振器６１０を例証する。剪断波６１２は、横振動モード６５０又はねじり振動モード６７０（又は両方）で動作するディスク共振器６１０によって生成され、反射波６２２は、空洞内で反射器６２０からディスク共振器６１０に戻るように反射される。
【００９０】
図１２は、流れる流体７０５における断面で示されたねじり共振器７１０を例証する。空洞は、ねじり共振器７１０のボブと、ねじり共振器７１０のボブの周りに円周方向に位置して部分的に取り囲む１対の反射器７２０と、の間に形成される。反射器７２０は、ねじり共振器７１０で生成された剪断波７１２が反射器７２０からきれいに反射して戻ることのないようなスケール（深さ及び幅又は波長及び振幅）で粗くて不均一な表面を有する。反射波７２４は、「フラストレート」面によって抑制される、即ち、それは分散されるか又は少なくとも部分的に分散される。
【００９１】
図１３は、横振動モード８５０及び／又はねじり振動モード８７０において流体８０５内で振動するディスク共振器８１０を例証する。反射器８２０は、ディスク表面と同一平面上に設けられて、そこからオフセットされている。反射器８２０は、ディスク共振器８１０に面する「フラストレート」面も有し、剪断波の不規則な散乱／反射を引き起こすスケールの不規則性を備え、ディスク共振器８１０に反射して戻される剪断波８２４は、抑制される、即ち、剪断波８２４は、分散されるか又は少なくとも部分的に分散される。
【００９２】
図１４は、流れる流体９０５における断面で示されたねじり共振器９１０を例証する。空洞は、ねじり共振器９１０のボブと、ねじり共振器９１０のボブの周りに円周方向に位置して部分的に取り囲む１対の反射器９２０と、の間に形成される。この配置では、ねじり共振器９１０のボブに対する反射器９２０の表面の場所は、変調される（図１４の「Ｍ」で示された変調）。剪断波９１２は、ねじり共振器９１０のボブの表面で生成されるが、反射器９２０に到達するときの剪断波の位相は、一定ではない。それは反射器９２０の位置に依存する。これは反射波９２６に影響する。変調は周期的である場合がある。例えば、反射器９２０の位置は、固定又は変化する周波数で位置の間で振動される場合がある。変調は、代替的に非周期的であることがある。ボブが円形断面を有するねじり共振器９１０のケースでは、部分的に取り囲む反射器９２０は、直線的に移動する又は半径方向に移動する場合があり、したがって、反射器が位置を変えるときでさえ、ギャップ距離は、一定又は実質上一定のままである（例えば、平均ギャップ距離の２０％、１０％、５％、又は、１％以内）。これは、反射器を直線的に移動するときに曲げることによって達成されることがあり、曲率半径を、反射器９２０の増加又は減少した半径位置に一致するように変更し、したがって、反射器表面は、共振器９１０の表面と同心に留まるか、又は、反射器表面が共振器９１０の表面と同心でない程度を少なくとも減少させる。
【００９３】
図１５は、横振動モード１０５０及び／又はねじり振動モード１０７０において流体１００５内で振動するディスク共振器１０１０を例証する。反射器１０２０は、ディスク表面と同一平面上に設けられて、そこからオフセットされている。反射器１０２０のオフセットは、変調される。剪断波１０１２は、ディスク表面で生成され、反射波１０２６は、変調された反射器１０２０から戻され、反射波１０２６は、変調（図１５の「Ｍ」で示された変調）されるときに反射器表面の位置に応じて変化する。
【００９４】
図１６は、管を通って流れる流体１１０５を有する振動管共振器１１１０を例証する。振動管共振器１１１０は、横振動モード１１５０、縦振動モード１１６０、又は、ねじり振動モード１１７０で振動することがある。剪断波は、振動管共振器１１１０の内側表面から流体１１０５内に生成される。初期波の架橋は、示されており、波長は、管の直径を横切って一方側から他方に伝搬すること及び他方側からの対向伝搬波と相互作用することを可能にするであろう波長か又はそれに近い。
【００９５】
図１７は、振動管共振器１１１０における正反対の波の重ね合わせを例証する。
【００９６】
本開示に係る実施形態は、次の番号付けされた条項を経由して、追加的又は代替的に説明されることがある。
【００９７】
条項１．  機械的共振器は、剪断波が生成されるように、ねじり、縦、又は、横のいずれかのモードで振動し、反射器は、空洞を形成するために、共振器から或る距離に位置し、したがって、波は、空洞を横切って伝搬し、反射器で反射し、以て、対向伝搬波を作成し、それは空洞内のエネルギー散逸を変調し、共振器の品質係数及び周波数における変化として検出される。
【００９８】
条項２．  条項１で、品質係数は、周波数帯域幅、振幅、又は、対数減衰率のいずれかを使用して測定される。
【００９９】
条項３．  条項１で、圧縮波は、剪断波の代替としてである。
【０１００】
条項４．  条項１で、共振器は、ロッド、ボブ、又は、ディスクである場合がある。
【０１０１】
条項５．  条項１で、反射器は、波の有効な反射を防止するためにフラストレート面を有し、以て、流体レオロジー特性を有する品質係数の代替変調を作成する。
【０１０２】
条項６．  条項１で、反射器の位置は、波の位相を選択的に変更して測定を改善するために、別々に変調される。
【０１０３】
条項７．  条項１で、共振器は、管であり、振動表面及び反射器の両方は、管の内側である。
【０１０４】
条項８．  条項７で、波は、管の中に自由に伝搬することができ、以て、正反対の対向壁に到達せずに定在波パターンを作成し、散逸剪断を減少させることによってＱ値を依然として変調する。
【０１０５】
条項９．  条項１〜８のいずれか一項を使用する流体粘度及び弾性に対する測定Ｑ値の相関。
【０１０６】
条項１０．  条項１〜８のいずれか一項を使用するポリマー分子量に対する測定Ｑ値の相関。
【０１０７】
条項１１．  条項１〜８のいずれか一項を使用する流体粘度及び弾性に対する測定周波数変化の相関。
【０１０８】
条項１２．  条項１〜８のいずれか一項を使用するポリマー分子量に対する測定周波数変化の相関。
【０１０９】
条項１３．  機械的発振器は、剪断波が生成されるように、ねじり、縦、又は、横のいずれかのモードで振動し、反射器は、空洞を形成するために、共振器から或る距離に位置し、したがって、波は、空洞を横切って伝搬し、反射器で反射し、以て、対向伝搬波を作成し、それは空洞内のエネルギー散逸を変調し、発振器センサの応力又は歪みにおける変化として検出される。
【０１１０】
条項１４．  条項１３を使用する流体粘度及び弾性に対する測定応力又は歪みの相関。
【０１１１】
条項１５．  条項１３を使用するポリマー分子量に対する測定応力又は歪みの相関。
【０１１２】
当業者が更に理解するであろうことは、本明細書に開示される実施形態に関連して説明される様々な例示的な論理ブロック、構成、モジュール、回路、及び、アルゴリズムステップが、電子ハードウエア、コンピュータソフトウエア、又は、両方の組合せとして実装され得る、ということである。このハードウエア及びソフトウエアの互換性を明確に例証するために、様々な例証的な構成要素、ブロック、構成、モジュール、回路、及び、ステップは、それらの機能に関して、上で概ね説明された。そういった機能がハードウエア又はソフトウエアとして実装されるか否かは、システム全体に課される特定の用途及び設計の制約に依存する。当業者は、特定の用途ごとに様々な方法で説明された機能を実装することがあるが、そういった実装の決定は、本開示の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきではない。
【０１１３】
本明細書に開示された実施形態に関連して説明される方法又はアルゴリズムのステップは、直接ハードウエアで、プロセッサによって実行されるソフトウエアモジュールで、又は、その２つの組合せで、具体化されることがある。ソフトウエアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、コンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、又は、当技術分野で知られている任意の他の形態のストレージ媒体に常駐することがある。例示的なストレージ媒体は、プロセッサがストレージ媒体から情報を読み取り、それに情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替例では、ストレージ媒体は、プロセッサに統合されることがある。プロセッサ及びストレージ媒体は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に常駐することがある。ＡＳＩＣは、コンピューティングデバイス又はユーザ端末に常駐することがある。代替例では、プロセッサ及びストレージ媒体は、個別構成要素として、コンピューティングデバイス又はユーザ端末に常駐することがある。
【０１１４】
開示された実施形態の先の説明は、任意の当業者が開示された実施形態を作製又は使用するのを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する様々な修正例は、当業者に容易に明らかになるであろうし、本明細書で規定された原理は、他の実施形態に適用することができ、本開示の範囲から逸脱することがない。こうして、本開示は、本明細書に示された実施形態に限定されることが意図されておらず、次の特許請求の範囲によって規定されたような原理及び新規の特徴と整合の取れた可能な最も広い範囲が与えられるべきである。
【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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【国際調査報告】
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