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超音波水晶発振器の音強度測定について
著者 岡崎 良吉, 藤田 輝昭
雑誌名 奈良学芸大学紀要
巻 6
号 2
ページ 51‑55
発行年 1957‑01‑31
URL http://hdl.handle.net/10105/4938
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超音波水晶発振器の膏強度測定について
岡 崎 良 書・藤 田 輝 昭 (物1里教室〕
(昭和31年10月31日受理)
Ryokichi OKAZAKI & Teruaki I王UZITA
Measurement of Ultrasonic Intensity
l 緒 言
超音波水晶発振子よりの晋の強度を測定するのに Torsion Balanceで据射圧を測定する方法
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昇するO このTorsion Balanceによる幅射圧の値と洩度上昇の速度によって測った音強度との間 に,何か一次的な関係があると考えられるから,これら二つの方法について比較検討する為の実 験を行‑''Jた0
2 測定の理論
(1)輯射圧による方法
この方法では,輯射圧に関するLangevmの式
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が求められ そこで薄いi!‑i.
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鏡板で作った厚さ3mm,直径14mmの空洞の円板,即ち転射圧額を極めて細い 銅線でTorsron Balanceに吊し,測定すべき溶液中に入れて,その円板の下側から音圧をかけた 場合のTorsion Balanceの読みの変化が△mgrであったとすれば,普強度は上式より
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となるO但しCは溶液中の音速慶で水の場合は1.5× 105cmであるQ (2)淀慶上昇速度による方法
底面積Scm2の容器の底に超音波を通し易いビニール膜をはり,この中にVccの水を入れ, 膜を通して超音波を当て,水の温度上昇を測る。この場合,容器内外聞の熱の移動を少くするた
めに,容器を二重壁にしたo それで,もし七秒間にT‑Cの割で温度が上昇したとすれば,その 音強度は,
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となる。
3 実 験 実験1栢射圧及び温度上昇による二法の比較 其の‑
Fig. 1は超音波水晶嚢振器を用射由中で,ほゞ一定に近い強度*の超音波を発生せしめ,ガラ
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岡 崎 良 書・藤 田 輝 昭ス容器の底部(ピエール膜にしてあり音波を通し易くしてある)を通して,ガラス容器内の水に 伝播してくる音波の強度を,前記の2種矧こついて測定を行ったものであるO横軸は温度上昇に
よる方法で測った強さ,縦軸は一定の強さについての短射圧で測った値と,温度上昇で測った値 との差である。
水の畳は40, 50, 60, 70, 80cc と 変えて行き,測定は醇射圧と漉度上昇 について各々2回づつ実験した。
猶点線はその全平均値と原点とを結 んだものでこれは温度上昇と輯射圧と
の間に,吾々の期待する一次的な関係 がありとすれば,平均値はこの点線の 上に乗る筈である。この点線の勾線は
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Eig. 1粗度上昇と晦射圧による超音波の弓旦度 測定の比較(其の‑)
一芸であ。,大体に於て陪射圧による方が,洩度上昇による場合より小さいと結給されるoこ の原因については,実験4にて論するO 但し, 60ccの場合のみilI側にあるのは,事後の実験結 果からむしろ実験の誤りとみて差支‑ないO
*発振器は2At3をプツシ‑フールにした雄山平三郎氏の回路を用払たO また発振子の水晶板 は径3.5cm,厚さ3mmで,音波の周波数は約1M. C.である.
実験2 栢射圧及び洩度上昇による二法の比較 其の二
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の値附近に限定して行ったも のであるが,音強度の範囲を 広くして(温度上昇速度によ る測定値としては大体0‑3 Wの範囲)実験を行った。叉 湿度上昇測定の場合の洩度計 の水銀滑の位置,及び轄射圧 を測る場合の転射圧板の位寓 は,共に溶液の底部から6cm 上部の処において測定した.
叉水の量は皆一定の80ccに した。結果はHg.の如く で.国中.トーS‑.ft:三"Kir.'V上汁
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Fig.2 温度上昇と海射圧による超高波の喝度
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速度より測った一定の強度に対して,輯射圧の方は色々の場所で測った20ケの値を出して平均し
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蛤射圧板で普圧を測る場合,これを入れる場所に依って強さが変るのは当然で,その試験液の 底部から上部部迄の間の何処で測るべきかが問題になる。
Pig.は水IIOcc を入れた容笛の底部から上部‑垢射圧板の位置を色,々変‑て行った場合の
超音波水晶発振器の音強度測定について
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勘定債で,各位音の平均値を結ぶと図の点線のような曲線をうるo即ち底部から約3/5迄は直線 的に強度は減少してゆくが,残り2/5は大体一定値と
見徹しうる。これは勿論,その溶液の種類,体積,垂 直断面積等によって色々変るものと恩はれる。そして 何らかの形ですべての試験体についてかかる一定値を とる位置がありうれぼ,そこで実験を行J,‑ことに依り 笠'・!!蝣蝣豆告 、でナ'1;)う。
二K:ミミ; 4 頼h !:1こに.'s..1ざすitill吊‑i LTPL'.i‑1L射KS:圧い て測定した音強度
実験1 , 2に於て塩度上昇速度と轄射圧による強度 の測定では,転射圧により測った音強度が,温度上昇 速度より測った音強度より小である。その原国とし て,轄射圧の場合は音波が液の上面に達し再び下方へ 反射され福射板の上面に戻ってこれを圧し,その測定 値を減少せしめているのではないかと考‑られるO そ
こでFig.4のように,上面に達する音波を伝播方向と4
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方向‑逃した場合を調べた。
猶これも底部からの柘射枚迄の距離を色々かへて測定 し, Fig.3の反射板なしの値と比較してFig5を得たO 即ち反射板を入れた場合は明らかに大きな値となって患 り,反射波の消失を証明しう
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従ってFig で反射板の 有無による強度のずれを求 めて Fig2について考慮 すれば, ab線ともその勾 配が()に近づき, 2つの方 法による強度の異りが殆ど 無くなる。又反射板を入れ
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Fig.3 水中の位昔による蝿度変化
一一Oil た場合は.反射板無しの場合に見られる容器の上方に於ける一足値 Fig. 反射紋のおき方 の存在が見られないo
二 上 ・IトI 蝣 . .‑‑ ,こ
この実験は温度上昇速度による富強寵測定の応用例として行ったものであるO
そこでまづ超音波発振子の周囲の肢体が自らも塩鹿を上昇し,その熱が実験すべき溶液に伝導
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Fig.6に於て一方は11のビーカーにSOOcc <D油を入れ,この中で水晶発振板を発振させて温 度上界速度を測定し,他方では11のビーカーに30()ecの水を入れ,電熱器で熟する。この電熱 器の電流の強さを適当に変へることにより,この水の温度上昇も,ほとんど前の油の温度上昇と 同じ速度にすることが出来る(Fig.6)
次にFig.7の様に,ガラス円筒の底部をビニール膜にした全く同じ2個の容器に寒天を入れ,
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岡 崎 艮 吉・藤 田 輝 昭Fig.6 周囲の媒体の温度上昇 それを前記の2つのビーカーに 入れて,温度上昇速度を測定し た。即ち電熱抽こよる方は熱伝 導のみによる洩度上昇,.超音波 による方は熱伝導によるものと
4 結 論
以上の事から超音波の音強度を測定するのに,転封圧板を用ひたTorsion Balanceによるより ち,況度上昇速度により求めた方が望ましいと結論される。
その理由として,栢射圧坂による測定値は, Fig.2の如く,その値の変動が激しいこと及び
超∴蝣R‑k<鋸封K'‑iふ̀‑';':'・神広吊iIについて
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実験4で明瞭な様に,上面よりの反射波の影響があって正しい値を求めえないこと,更にGel中 辛,旨体中では測定出来ないことなどが掲げられる。
参 考 文 献
ド御塔 艮吉:懸用物理 22 358 C1953〕
S油ae MOEITA: J.P.S. of Japan 7 214 (1952) Steplle】1s & Bate: Wave Motion and Sound P262.421
