JP2001066175A - 液体量計測方法及び液体量計測装置 - Google Patents
液体量計測方法及び液体量計測装置Info
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Abstract
量を少ない誤差で計測可能な液体量計測方法及び液体量
計測装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 液体量計測装置1は、タンク2の壁面に
設けられ、このタンク2内の推薬Lと加圧ガスGとの境
界面Mに振動波を供給する振動波発生器3と、境界面M
で反射した振動波の反射波を検出する振動波検出器4
と、振動波発生器3が振動波を供給した時刻と振動波検
出器4が反射波を検出した時刻との差に基づいて推薬L
の残量を算出する算出部5とを備えている。
Description
る液体収容部内の液体量を計測する液体量計測方法及び
液体量計測装置に関するものである。
に複数方向にガスを噴射する姿勢制御装置(ガスジェッ
ト)を備えている。この姿勢制御装置は、液体推進剤
(例えばヒドラジン)と触媒とを混合させ、複数方向に
ガスを噴出させることによって宇宙機の姿勢制御を行う
ようになっている。このとき液体推進剤(推薬)は、タ
ンク(液体収容部)内に、加圧ガスとともに収容される
ようになっているが、無重力空間内において、タンク内
の推薬は、表面張力の作用によってタンクの内壁面に沿
うように位置し、一方、加圧ガスは推薬に囲まれるよう
に中心部に位置する。
の推薬の残量は、従来、例えば、タンク内の加圧ガスの
圧力及び温度を計測し、PV=nRTの式を用いて加圧
ガスの体積を算出し、これから推薬残量を推定するPV
T法や、姿勢制御装置の作動量及びこの姿勢制御装置の
特性に基づいて、使用した推薬量を算出するBOOKI
NG法、あるいは、温度を一定に保つ必要のある推薬に
対して、ヒータでタンクを昇温したときの温度変化に基
づいてタンク内の推薬残量を算出する昇温時定数法等の
方法によって推定される。
ような方法においては、推薬残量の推定精度が悪く、大
きな誤差(例えば5〜7%程度)を生じる場合がある。
例えば、人工衛星のミッションを終了する際、推定誤差
を考慮すると、ミッション終了後、人工衛星は軌道離脱
せねばならないためある程度の推薬を必要とするので、
推定された推薬残量に対して大きなマージンをとってミ
ッションを終了しなければならない。このため推薬が無
駄になってしまう場合がある。例えば、推薬充填量を1
00kg、推定誤差を±5%、軌道離脱必要推薬量を1
kgとした場合、推薬残量の推定量が6kgとなったと
きにミッション終了の決断をしなければならないが、こ
のときの実際の推薬残量は1〜11kgであり、最大1
0%の推薬を無駄にしてしまうことがあり得る。
たもので、宇宙機の推薬のタンクなど、無重力条件下で
使用される液体収容部の液体量を小さい誤差で計測可能
な液体量計測方法及び液体量計測装置を提供することを
目的とする。
め、本発明の液体量の計測方法は、無重力空間における
液体収容部内の液体量を計測する液体量計測方法におい
て、前記液体収容部の壁面から、液体収容部内の液体と
この液体に囲まれるように位置した気体との境界面に振
動波を供給し、前記境界面で反射した前記振動波の反射
波を検出し、前記振動波を供給した時刻と前記反射波を
検出した時刻との差に基づいて前記液体量を計測するこ
とを特徴とする。
液体収容部内の液体がこの液体収容部の内壁面に沿うよ
うに位置するとともに、液体収容部内の気体が液体に囲
まれるように中心部に位置する性質を利用し、液体と気
体との境界面に振動波を供給した時刻と反射波を検出し
た時刻との差に基づいて、液体量は直接的に計測され
る。したがって、液体量は小さい誤差で精密に計測され
る。
記壁面と前記境界面との間の寸法を複数箇所で求めると
ともに、これら複数の寸法値に基づいて前記液体量を求
めることによって、液体量は精密に計測される。
における液体収容部内の液体量を計測する液体量計測装
置において、前記液体収容部の壁面に設けられ、この液
体収容部内の液体とこの液体に囲まれるように位置した
気体との境界面に振動波を供給する振動波発生部と、前
記壁面に設けられ、前記境界面で反射した前記振動波の
反射波を検出する振動波検出部と、前記振動波発生部が
振動波を供給した時刻と前記振動波検出部が前記反射波
を検出した時刻との差に基づいて前記液体量を算出する
算出部とを備えることを特徴とする液体量計測装置によ
って実現可能となる。
液体量計測方法及び液体量計測装置を図面を参照して説
明する。図1は本発明の液体量計測装置1の一実施形態
を示す構成図である。
ク(液体収容部)2の外壁面に設置された振動波発生器
(振動波発生部)3と、振動波を検出可能な振動波検出
器(振動波検出部)4とを備えており、これらは算出部
5に接続されている。
れた液体量計測装置1は、例えば人工衛星などの宇宙機
における姿勢制御装置に設けられるものであって、無重
力空間(宇宙空間)において使用される。
の液体推進剤(推薬)Lと、推薬をタンク2から排出さ
せるための気体(加圧ガス)Gとが収容されている。こ
のときタンク2内の推薬Lは、無重力空間内において、
表面張力の作用によってタンクの内壁面に沿うように位
置し、一方、加圧ガスGは推薬Lに囲まれるようにほぼ
中心部に位置する性質を有している。すなわち、推薬L
はその表面張力によりタンク2の内壁面に張り付くよう
に位置し、加圧ガスGはほぼ球状体の気泡となって推薬
Lのほぼ中心部に浮かぶように位置する。
2に示すように、タンク2の壁面内側に設けられた表面
張力デバイス6を伝わり、表面張力の作用によってタン
ク2の外部に排出されるようになっている。
どの振動波を発生するものであって、タンク2の外壁面
の複数箇所に設けられている。このとき、振動波発生器
3は所望の振動数を有する振動波を発生可能なものであ
ればよく、例えばスピーカーや、ピエゾアクチュエータ
などのアクチュエータによって構成することが可能であ
る。
どを振動波を検出するものであって、振動波発生器3に
対応するように、タンク2の外壁面の複数箇所に設けら
れている。このとき、振動波検出器4は所望の振動数を
有する振動波を検出可能なものであればよく、例えばマ
イクロフォンや、加速度センサなどによって構成するこ
とが可能である。
された算出部5は、振動波発生器3に振動波を発生する
よう指示するとともに、振動波発生器3が振動波を発生
した時刻と振動波検出器4が振動波を検出した時刻との
差に基づいて推薬Lの量を算出するためのものである。
によって、無重力空間(宇宙空間)におけるタンク2内
部の推薬(液体)Lの量を計測する方法について説明す
る。前述したように、推薬Lはタンク2の内壁面に沿う
ように位置し、加圧ガスGはこの推薬Lに囲まれるよう
に位置する。このとき推薬Lと加圧ガスGとの間には境
界面Mが形成される。
ら発生した振動波は、推薬Lにおいてあらゆる方向に伝
播する。このうち、ある振動波発生器3から発生し、こ
の振動波発生器3に対応する位置に配された振動波検出
器4に最も早く検出される振動波は、境界面Mによって
反射される反射波である。すなわち、振動波検出器4に
最も短時間で戻ってくる振動波は、振動波発生器3及び
振動波検出器4から最短距離にある境界面Mによって反
射される反射波である。
生させた時刻とこの振動波発生器3に対応するように配
された振動波検出器4が境界面Mからの反射波を検出す
るまでの時刻との差(時間)に基づいて、この振動波発
生器3及び振動波検出器4が設置された位置(検出位
置)から境界面Mまでの最短距離を算出する。すなわ
ち、算出部5は、検出位置におけるタンク2の壁面と境
界面Mとの間の寸法を算出する。
けられた一対の振動波発生器3及び振動波検出器4によ
って、それぞれの検出位置におけるタンク2壁面と境界
面Mと間の寸法が算出される。こうして複数箇所におけ
るタンク2壁面と境界面Mとの間の寸法が算出されるこ
とによって、タンク2内部における推薬Lの分布が求め
られる。算出部5は、これら複数の寸法データに基づい
て、タンク2内の推薬Lの残量を算出する。
2壁面と境界面Mとの間の寸法は、境界面Mに振動波を
供給した時刻と反射波を検出した時刻との差に基づいて
精密に算出される。そして、複数の検出位置における寸
法データに基づいて、タンク2内の推薬Lの残量は小さ
い誤差で算出可能となる。したがって、優れた推薬Lの
残量推定誤差を実現し、人工衛星をはじめとする宇宙機
の長寿命化が実現される。
出器4は、タンク2の外壁面に3次元的に均等に配置す
ることが望ましい。また、少なくとも6箇所に設けるこ
とにより、より正確な推薬Lの残量を算出することがで
きる。振動波発生器3及び振動波検出器4を6箇所に設
ける場合、球状に形成されたタンク2のうち極部分に2
箇所と、赤道部分に均等に4箇所設けることが望まし
い。
に安定して配置される条件下であれば、振動波発生器3
及び振動波検出器4は1箇所のみに設置する構成とする
ことも可能である。
振動波検出器4を異なる部品として構成することが可能
であるが、一体部品とする構成も可能である。
のうち、厳密にはタンク2の壁面内における反射波が最
も早く振動波検出器4に検出されるが、算出部5は、こ
のタンク2の壁面内で反射した反射波を信号処理の際に
除去してから推薬Lの算出を行うことができる。
の他に、境界面Mに光束を供給し、この反射波を検出す
る構成とすることも可能である。この場合、タンク2の
一部に穴を設け、この穴に光束供給部としての光ファイ
バーケーブルを設置するとともに、これに対応する位置
に光センサを設ける構成とすることが可能である。
装置は、以下のような効果を有するものである。液体と
気体との境界面に振動波を供給した時刻と反射波を検出
した時刻との差に基づいて、液体量は直接的に計測され
る。したがって、液体量は小さい誤差で精密に計測され
る。この場合、前記各時刻の差に基づいて、壁面と境界
面との間の寸法を求めるとともに、この寸法を複数箇所
で求めることによって、液体量は精密に求められる。
成図である。
する図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 無重力空間における液体収容部内の液体
量を計測する液体量計測方法において、 前記液体収容部の壁面から、液体収容部内の液体とこの
液体に囲まれるように位置した気体との境界面に振動波
を供給し、 前記境界面で反射した前記振動波の反射波を検出し、 前記振動波を供給した時刻と前記反射波を検出した時刻
との差に基づいて前記液体量を計測することを特徴とす
る液体量計測方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の液体量計測方法におい
て、 前記各時刻の差に基づいて、前記壁面と前記境界面との
間の寸法を複数箇所で求めるとともに、これら複数の寸
法値に基づいて前記液体量を求めることを特徴とする液
体量計測方法。 - 【請求項3】 無重力空間における液体収容部内の液体
量を計測する液体量計測装置において、 前記液体収容部の壁面に設けられ、この液体収容部内の
液体とこの液体に囲まれるように位置した気体との境界
面に振動波を供給する振動波発生部と、 前記壁面に設けられ、前記境界面で反射した前記振動波
の反射波を検出する振動波検出部と、 前記振動波発生部が振動波を供給した時刻と前記振動波
検出部が前記反射波を検出した時刻との差に基づいて前
記液体量を算出する算出部とを備えることを特徴とする
液体量計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23894599A JP2001066175A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 液体量計測方法及び液体量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23894599A JP2001066175A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 液体量計測方法及び液体量計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001066175A true JP2001066175A (ja) | 2001-03-16 |
Family
ID=17037629
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23894599A Pending JP2001066175A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 液体量計測方法及び液体量計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001066175A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1271112A2 (en) * | 2001-06-21 | 2003-01-02 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Apparatus for measuring volume under microgravity |
JP2011145157A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | Yamatake Corp | 振動センサ |
KR20200059396A (ko) * | 2018-11-21 | 2020-05-29 | 주식회사 한화 | 액체 추진체 탱크 연료량을 추정하는 장치 및 그 방법 |
-
1999
- 1999-08-25 JP JP23894599A patent/JP2001066175A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1271112A2 (en) * | 2001-06-21 | 2003-01-02 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Apparatus for measuring volume under microgravity |
EP1271112A3 (en) * | 2001-06-21 | 2003-07-23 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Apparatus for measuring liquid volume in microgravity environment |
JP2011145157A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | Yamatake Corp | 振動センサ |
KR20200059396A (ko) * | 2018-11-21 | 2020-05-29 | 주식회사 한화 | 액체 추진체 탱크 연료량을 추정하는 장치 및 그 방법 |
KR102135723B1 (ko) * | 2018-11-21 | 2020-07-20 | 주식회사 한화 | 액체 추진체 탱크 연료량을 추정하는 장치 및 그 방법 |
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