JP2001108508A - Frequency type liquid level detecting method with ultrasonic wave and its device - Google Patents

Frequency type liquid level detecting method with ultrasonic wave and its device

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JP2001108508A
JP2001108508A JP28910099A JP28910099A JP2001108508A JP 2001108508 A JP2001108508 A JP 2001108508A JP 28910099 A JP28910099 A JP 28910099A JP 28910099 A JP28910099 A JP 28910099A JP 2001108508 A JP2001108508 A JP 2001108508A
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liquid
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ultrasonic
liquid level
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Masahiro Nishikawa
雅弘 西川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and surely detect liquid level independent of materials of a container, the kind of liquid, and temperatures of them by detecting the surface of the liquid contained in a container with an ultrasonic wave. SOLUTION: This invention is based on such new finding that a reflecting ultrasonic wave propagating through a no-liquid space part of the container is in a low frequency region of 0.3-0.6 MHz, and a reflecting ultrasonic wave propagating through liquid is in a high frequency region of 1.5-2.0 MHz. The frequency type liquid level detecting method relating to this invention is characterized that an ultrasonic pulse is applied to the outer surface of the container in which liquid is contained, reflecting waves of the ultrasonic pulse are received, and when the frequency of the reflected signal is in the low frequency region, judgment is made that the reflecting signal is propagated through the no-liquid space part in the container, and when the frequency is mainly in the high frequency region, judgment is made that the reflecting signal is propagated through the liquid in the container, and the position of the liquid surface is detected based on these judgments. A liquid level detecting device based on this method is also provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は超音波を利用した液
面検出方式に係り、更に詳細には、液中及び無液空間部
を伝播する超音波の周波数が異なることを利用して容器
中の液面を検出する周波数型液面検出方法及びその装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid level detecting method using ultrasonic waves, and more particularly, to a liquid level detecting method utilizing the fact that the ultrasonic waves propagating in liquid and in a non-liquid space have different frequencies. The present invention relates to a frequency-type liquid level detection method for detecting the liquid level of a liquid and a device therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、液化ガス等の液体を封入した容器
内の液面位置を検出する方法として、図15〜図17に
示す方法が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a method shown in FIGS. 15 to 17 as a method for detecting a liquid surface position in a container in which a liquid such as a liquefied gas is sealed.

【0003】圧電素子からなる超音波発受信器20は超
音波発信器と超音波受信器の両機能を奏する。金属タン
ク22内には液体24が収容され、液面24aが図の位
置にあるとする。
[0003] An ultrasonic transmitter / receiver 20 composed of a piezoelectric element has both functions of an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver. The liquid 24 is stored in the metal tank 22, and the liquid surface 24a is at the position shown in the figure.

【0004】点線で示す超音波発受信器20は液面24
aより上方位置、即ち無液空間部26の位置にある。こ
の位置で超音波を発信すると、超音波は無液空間部26
を伝播せず、容器22の周壁を多重反射しながら周回す
る。周壁多重反射の様子は図16に示される。
The ultrasonic transmitter / receiver 20 indicated by a dotted line is
a, that is, the position of the liquid-free space 26. When ultrasonic waves are transmitted at this position, the ultrasonic waves
Does not propagate, and travels around the peripheral wall of the container 22 with multiple reflections. The appearance of the peripheral wall multiple reflection is shown in FIG.

【0005】実線で示す超音波受発信器20は液面24
aより若干だけ下方位置にある。この位置で超音波を発
信すると、超音波の多くは液体24中に伝播し、図17
に示すように往復反射する。また、残余の少量の超音波
は容器22の周壁を多重反射する。
The ultrasonic receiver / transmitter 20 shown by a solid line
It is slightly lower than a. When an ultrasonic wave is transmitted at this position, most of the ultrasonic wave propagates into the liquid 24, and FIG.
The light is reflected back and forth as shown in FIG. In addition, the remaining small amount of ultrasonic waves is reflected multiple times on the peripheral wall of the container 22.

【0006】容器の周壁を多重反射する超音波速度は約
6km/sと高速で、発信してから受信するまでの時間
τ1 は極めて短かい。他方、液体、例えば液化ガスを伝
わる超音波速度は約1.5km/sと遅く、受信時間τ
2 はやや長い。従って、受信時間τの長短が変化する位
置を液面として検出する方法が提案されていた。
[0006] The speed of the ultrasonic wave that multiple-reflects the peripheral wall of the container is as high as about 6 km / s, and the time τ 1 from transmission to reception is extremely short. On the other hand, the ultrasonic velocity transmitted through a liquid, for example, a liquefied gas is as low as about 1.5 km / s, and the reception time τ
2 is slightly longer. Therefore, there has been proposed a method of detecting a position where the length of the reception time τ changes as a liquid level.

【0007】しかしながら、周壁や液中を伝わる超音波
は強度が低減しながらも何回か周期を反復し、また最短
距離で反射するだけでなく多くの経路で反射するため、
超音波の反射信号にノイズが混入して波形が複雑にな
り、波形の読み違いが起る等の欠点があった。
However, the ultrasonic waves transmitted through the peripheral wall and in the liquid repeat the cycle several times while the intensity is reduced, and are reflected not only in the shortest distance but also in many paths.
There is a drawback that noise is mixed in the reflected signal of the ultrasonic wave, which complicates the waveform and causes misreading of the waveform.

【0008】そこで、これらの欠点を改善するために特
開平5−45201号公報記載の発明が提案された。こ
の発明は周壁と液中の音速が既知である限り、両超音波
の受信時間τ1 、τ2 は決まっていることを前提として
いる。つまり、反射信号の全長を判断するのではなく、
ゲート処理回路を設けて受信時間τ1 、τ2 付近又はそ
れらの整数倍付近の信号だけを取り出し、周壁反射信号
や液中反射信号を正確に読み取ろうとするものである。
換言すれば、ノイズを見ずに出現すべき位置に反射信号
があるかどうかで液面を判断する技術の提案である。
Therefore, in order to improve these disadvantages, the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-45201 has been proposed. The present invention is based on the premise that the reception times τ 1 and τ 2 of both ultrasonic waves are determined as long as the sound velocity in the peripheral wall and in the liquid is known. In other words, instead of determining the total length of the reflected signal,
A gate processing circuit is provided to extract only signals near the reception times τ 1 , τ 2 or an integer multiple thereof to accurately read the peripheral wall reflection signal and the liquid reflection signal.
In other words, this is a proposal for a technique for determining the liquid level based on whether or not there is a reflected signal at a position where it should appear without looking at noise.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この改善発明
であっても、音速が正確に決められない限り、受信時間
τ1 、τ2 は不正確になる。容器の周壁を伝わる音波は
板波と呼ばれており、その音速は縦波と横波のモード変
換が生じたりして、常に唯一の値をとるとは云い難い。
また、容器の材質や液体の種類が変われば音速も変わ
る。更に、容器や液体の温度が変わればこれらを伝播す
る音速も当然変化する。
However, even with this improved invention, the reception times τ 1 and τ 2 become inaccurate unless the speed of sound is accurately determined. The sound wave propagating through the peripheral wall of the container is called a plate wave, and the speed of sound is not always taken to be the only value due to mode conversion between longitudinal wave and transverse wave.
Also, if the material of the container or the type of liquid changes, the speed of sound also changes. Further, if the temperature of the container or the liquid changes, the speed of sound propagating through them also changes naturally.

【0010】従って、測定条件により音速が変化するの
で、受信時間τ1 、τ2 は測定対象となる容器毎に異な
ると云っても過言ではない。これらの超音波の反射信号
にゲート処理をする場合でも、受信時間τ1 、τ2 の値
が変わる毎にゲート時間を変更しなければならない。つ
まり、音速の知識を前提とした従来の信号検出方法では
普遍性がなく、根本的な欠点が改善されずに残っている
と考えられる。
Therefore, since the sound speed changes depending on the measurement conditions, it is no exaggeration to say that the reception times τ 1 and τ 2 are different for each container to be measured. Even when gate processing is performed on these ultrasonic reflected signals, the gate time must be changed each time the values of the reception times τ 1 and τ 2 change. In other words, it is considered that the conventional signal detection method based on the knowledge of the speed of sound has no universality, and the fundamental disadvantage remains without being improved.

【0011】従って、本発明の目的は、周壁と液体を伝
播する超音波の反射信号を検出する新しい原理を発見
し、この原理を応用した新しい液面検出方法を提供する
ことである。
Accordingly, it is an object of the present invention to discover a new principle of detecting a reflected signal of an ultrasonic wave propagating through a peripheral wall and a liquid, and to provide a new liquid level detecting method applying the principle.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点を解消
するためになされたものであり、請求項1の発明は、液
体を収容した容器の外側面に超音波パルスを発信し、こ
の超音波パルスの反射波を受信し、この反射信号の周波
数が低周波領域にあるときには容器内の無液空間部を伝
播してきたと判断し、また前記周波数が主に高周波領域
にあるときには容器内の液体中を伝播してきたと判断
し、これらの判断から液面の位置を検出することを特徴
とする周波数型液面検出方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks, and the invention of claim 1 is to transmit an ultrasonic pulse to the outer surface of a container containing a liquid, and The reflected wave of the sound wave pulse is received, and when the frequency of the reflected signal is in the low-frequency region, it is determined that the reflected signal has propagated through the non-liquid space portion in the container, and when the frequency is mainly in the high-frequency region, the liquid in the container is determined. A frequency type liquid level detection method is characterized in that it is determined that the liquid has propagated through the inside, and the position of the liquid level is detected from these determinations.

【0013】請求項2の発明は、前記低周波領域が0.
3〜0.6MHzであり、前記高周波領域が1.5〜
2.0MHzである請求項1記載の周波数型液面検出方
法である。
[0013] According to a second aspect of the present invention, the low frequency region is set to 0.1.
3 to 0.6 MHz, and the high frequency range is 1.5 to
2. The frequency type liquid level detecting method according to claim 1, wherein the frequency is 2.0 MHz.

【0014】請求項3の発明は、液体を収容した容器の
外側面に超音波パルスを発信する超音波発信器と、この
超音波パルスの反射波を受信する超音波受信器と、この
反射信号のうち高周波信号を通過させるハイパスフィル
ターと、このハイパスフィルターの出力信号から高周波
信号を検出する検出器からなり、高周波信号の有無の変
化から液面を検出することを特徴とする超音波による周
波数型液面検出装置である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic pulse to an outer surface of a container containing a liquid, an ultrasonic receiver for receiving a reflected wave of the ultrasonic pulse, and a reflected signal. A high-pass filter that passes high-frequency signals, and a detector that detects high-frequency signals from the output signals of the high-pass filters, and detects the liquid level from changes in the presence or absence of high-frequency signals. It is a liquid level detection device.

【0015】請求項4の発明は、液体を収容した容器の
外側面に超音波パルスを発信する超音波発信器と、この
超音波パルスの反射波を受信する超音波受信器と、この
反射信号のうちの低周波信号を通過させるローパスフィ
ルターと、このローパスフィルターの出力信号から低周
波信号を検出する検出器からなり、低周波信号の強弱の
変化から液面を検出することを特徴とする周波数型液面
検出装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic pulse to an outer surface of a container containing a liquid, an ultrasonic receiver for receiving a reflected wave of the ultrasonic pulse, and a reflection signal for the ultrasonic wave. A low-pass filter that passes a low-frequency signal, and a detector that detects a low-frequency signal from an output signal of the low-pass filter, and detects a liquid level from a change in the strength of the low-frequency signal. This is a mold level detecting device.

【0016】請求項5の発明は、液体を収容した容器の
外側面に超音波パルスを発信する超音波発信器と、この
超音波パルスの反射波を受信する超音波受信器と、この
反射信号を周波数分布に変換するフーリエ変換器からな
り、高周波信号の有無又は低周波信号の強弱の変化から
液面を検出することを特徴とする周波数型液面検出装置
である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic pulse to an outer surface of a container containing a liquid, an ultrasonic receiver for receiving a reflected wave of the ultrasonic pulse, and a reflected signal. Is a frequency-type liquid level detection device comprising a Fourier transformer for converting the frequency level into a frequency distribution, and detecting the liquid level from the presence or absence of a high-frequency signal or a change in the strength of a low-frequency signal.

【0017】請求項6の発明は、前記低周波信号は0.
3〜0.6MHz、前記高周波信号は1.5〜2.0M
Hzの周波数領域にある請求項3乃至5記載の周波数型
液面検出装置である。
According to a sixth aspect of the present invention, the low-frequency signal is 0.1.
3 to 0.6 MHz, the high frequency signal is 1.5 to 2.0 M
6. The frequency type liquid level detecting device according to claim 3, which is in a frequency range of Hz.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明者等は周壁及び液体を伝播
する超音波の特性を発見するため鋭意研究した結果、超
音波の周波数に極めて特徴的な相違があることを発見す
るに到った。つまり、周壁を伝播する超音波は0.3〜
0.6MHzの低周波であるのに対し、液体を伝播する
超音波は1.5〜2.0MHzの高周波である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present inventors have conducted intensive studies to discover the characteristics of ultrasonic waves propagating through the peripheral wall and liquid, and as a result, have found that there is a very characteristic difference in the frequency of ultrasonic waves. Was. That is, the ultrasonic wave propagating through the peripheral wall is 0.3 to
Ultrasonic waves propagating through a liquid have a high frequency of 1.5 to 2.0 MHz, whereas a low frequency of 0.6 MHz.

【0019】図1は鉄製の容器の周壁を伝播する超音波
の反射信号図である。言い換えると、容器20の無液空
間部26の位置におけるチャンネル1(Ch1)の反射
信号図であり、横1ディビジョンは100μs、縦1デ
ィビジョンは100mVである。4グループの反射パル
ス群A1 〜A4 があり、次第に減衰していることが分か
る。
FIG. 1 is a reflection signal diagram of an ultrasonic wave propagating on the peripheral wall of an iron container. In other words, it is a reflection signal diagram of the channel 1 (Ch1) at the position of the liquid-free space portion 26 of the container 20, where 1 horizontal division is 100 μs and 1 vertical division is 100 mV. It can be seen that there are four reflected pulse groups A 1 to A 4, which are gradually attenuated.

【0020】図2は図1の反射信号A2 の要部拡大図で
ある。Ch1の信号が表示され、横1ディビジョンは5
μs、縦1ディビジョンは100mVである。信号の1
周期t、即ちピーク間隔は3.17μsであるから、そ
の周波数fはf=1/3.17×10-6=0.315
(MHz)となる。
[0020] FIG. 2 is an enlarged view of a reflection signal A 2 in FIG. 1. Ch1 signal is displayed and horizontal 1 division is 5
μs, 1 vertical division is 100 mV. Signal one
Since the period t, that is, the peak interval is 3.17 μs, the frequency f is f = 1 / 3.17 × 10 −6 = 0.315
(MHz).

【0021】図3は容器22に収容された液体プロパン
を伝播する超音波の反射信号図である。但し、1MHz
以下の信号をカットするハイパスフィルターの出力信号
をCh1として表示している。Ch1の横1ディビジョ
ンは100μs、縦1ディビジョンは100mVであ
る。図1と比較して、液体の音速が遅いため、反射パル
スA1 ′,A2 ′の位置が遅れ方向にシフトしているこ
とが分る。
FIG. 3 is a reflection signal diagram of an ultrasonic wave propagating through the liquid propane contained in the container 22. However, 1MHz
The output signal of the high-pass filter that cuts the following signals is displayed as Ch1. One horizontal division of Ch1 is 100 μs, and one vertical division is 100 mV. It can be seen that the positions of the reflected pulses A 1 ′ and A 2 ′ are shifted in the delay direction because the sound velocity of the liquid is lower than that in FIG.

【0022】図4は図3の反射信号の要部拡大図であ
る。Ch1で表示され、横1ディビジョンは1μs、縦
1ディビジョンは100mVである。信号の1周期
t′、即ちピーク間隔は600ns=0.600μsで
あり、その周波数fはf=1/0.600×10-6
1.67(MHz)である。
FIG. 4 is an enlarged view of a main part of the reflection signal of FIG. It is displayed as Ch1. One horizontal division is 1 μs and one vertical division is 100 mV. One cycle t ′ of the signal, that is, the peak interval is 600 ns = 0.600 μs, and the frequency f is f = 1 / 0.600 × 10 −6 =
1.67 (MHz).

【0023】図3でハイパスフィルターを用いない場合
には、発信超音波の多くは液体プロパンを伝わるが、残
余は板波として周壁を周回する。従って、反射信号中に
は1.67MHzの波と0.315MHzの波が混在す
る。しかし、1.67MHzの高周波成分が主要部分
で、0.315MHzの低周波成分は弱くなる。
When no high-pass filter is used in FIG. 3, most of transmitted ultrasonic waves travel through liquid propane, but the rest of the ultrasonic waves travel around the peripheral wall as plate waves. Therefore, a 1.67 MHz wave and a 0.315 MHz wave are mixed in the reflected signal. However, the high frequency component of 1.67 MHz is the main part, and the low frequency component of 0.315 MHz is weak.

【0024】容器周壁の反射信号をフーリエ変換してパ
ワースペクトルをとると、0.315MHzの位置に強
いスペクトル線がでる。ハイパスフィルターを用いない
で液体の反射信号のパワースペクトルを同様にとると、
0.315MHzの位置に弱いスペクトルピークおよび
1.67MHzの位置に強いスペクトルピークが観察さ
れた。
When a power spectrum is obtained by Fourier-transforming the reflected signal from the container peripheral wall, a strong spectral line is formed at a position of 0.315 MHz. If the power spectrum of the reflected signal of the liquid is similarly calculated without using a high-pass filter,
A weak spectral peak was observed at a position of 0.315 MHz and a strong spectral peak was observed at a position of 1.67 MHz.

【0025】このように、反射超音波を分析するのに、
時系列信号を分析する方法とその周波数分布、例えばパ
ワースペクトルを分析する方法がある。時系列信号にお
いては山と山の間隔から周期や周波数が求められるのに
対し、周波数分布では直接周波数が検出できる。
Thus, in order to analyze reflected ultrasonic waves,
There are a method of analyzing a time-series signal and a method of analyzing a frequency distribution thereof, for example, a power spectrum. In the time-series signal, the period and the frequency are obtained from the interval between the peaks, while the frequency can be directly detected in the frequency distribution.

【0026】図2と図4の結果から分るように、周壁の
超音波周波数が0.315MHzであるのに対し、液体
の超音波周波数は強い1.67MHzと弱い0.315
MHzである。本発明者等はこの結果から、金属等から
なる周壁の周波数は低周波領域にあり、液体の周波数は
主に高周波領域にあるという仮説を立論した。
As can be seen from the results of FIGS. 2 and 4, while the ultrasonic frequency of the peripheral wall is 0.315 MHz, the ultrasonic frequency of the liquid is as high as 1.67 MHz and as low as 0.315 MHz.
MHz. Based on this result, the present inventors have argued that the frequency of the peripheral wall made of metal or the like is in a low frequency range, and the frequency of the liquid is mainly in a high frequency range.

【0027】この仮説が一般化できるかどうかを判断す
るため、液体プロパンをはじめ液体酸素、液体窒素、液
体炭酸等の液体の超音波周波数を測定した。また、それ
らを収容する容器の材質もステンレス鋼、鋼と変えて、
周壁の超音波周波数を測定した。その結果、容器周壁の
周波数は0.3〜0.6MHzの低周波領域にあり、液
体の周波数は主に1.5〜2.0MHzの高周波領域に
あるとの一般的結論に達した。
To determine whether this hypothesis can be generalized, the ultrasonic frequencies of liquids such as liquid propane, liquid oxygen, liquid nitrogen, and liquid carbonic acid were measured. Also, changing the material of the container to accommodate them to stainless steel and steel,
The ultrasonic frequency of the surrounding wall was measured. As a result, the general conclusion was reached that the frequency of the container peripheral wall was in the low frequency range of 0.3 to 0.6 MHz, and the frequency of the liquid was mainly in the high frequency range of 1.5 to 2.0 MHz.

【0028】以上の発見から次のような液面検出方法が
考えられる。まず、反射超音波の時系列信号から、第1
に低周波の振幅が強弱変化を示す位置、第2に高周波が
現れる位置を液面とする。
From the above findings, the following liquid level detection method can be considered. First, from the time series signal of reflected ultrasound,
The position where the amplitude of the low frequency changes strongly and weakly, and the position where the high frequency appears second is the liquid level.

【0029】時系列信号をフィルターにかけることによ
り液面位置検出を更に強化できる。ハイパスフィルター
により低周波をカットすれば、信号は高周波信号だけに
なるから、信号の有無の変化点を液面と判断できる。ロ
ーパスフィルターにより高周波をカットした場合には、
信号は低周波信号だけになるから、高周波信号を気にせ
ずに信号の振幅の強弱変化点を液面と判断できる。
The detection of the liquid surface position can be further enhanced by filtering the time series signal. If the low frequency is cut by the high-pass filter, the signal becomes only the high-frequency signal, so that the change point of the presence or absence of the signal can be determined to be the liquid level. When high frequency is cut by low pass filter,
Since the signal is only a low-frequency signal, it is possible to determine the level of change in the amplitude of the signal as the liquid level without worrying about the high-frequency signal.

【0030】次に、時間列信号をフーリエ変換して得ら
れた周波数分布から液面を検出することもできる。第1
に高周波ピークの有無変化点を液面とし、第2に低周波
ピークのピーク高さの高低変化点を液面と判断する。
Next, the liquid level can be detected from the frequency distribution obtained by Fourier-transforming the time series signal. First
Second, it is determined that the changing point of the presence or absence of the high frequency peak is the liquid level, and secondly, the changing point of the peak height of the low frequency peak is the liquid level.

【0031】更に、時系列信号をフィルターに通した後
フーリエ変換すると、液面検出が容易になる。即ち、周
波数分布には低周波ピークか高周波ピークしか現れず、
両方のピークは同時に現れない。従って、高周波ピーク
の有無変化ないし低周波ピークの高低変化が検出しやす
くなる。
Further, when the time-series signal is subjected to Fourier transform after passing through a filter, the liquid level can be easily detected. That is, only a low frequency peak or a high frequency peak appears in the frequency distribution,
Both peaks do not appear at the same time. Therefore, a change in the presence or absence of a high frequency peak or a change in the height of a low frequency peak can be easily detected.

【0032】図5は本発明の第1実施形態のブロックダ
イアグラムである。パルス発信器Pからのパルス信号を
受けて、超音波発受信器Sから容器22に対し超音波パ
ルスを発信する。超音波発受信器Sは反射超音波を受信
し、この反射信号を増幅器Aに送る。次に、ハイパスフ
ィルターHFにより高周波信号だけが選択され、この高
周波信号の有無を検出回路Cにより検知して、後続の回
路に報知回路Iから液面情報を通知する。後続の回路と
は例えば管理センター回路で、多数の容器22の液面を
集中管理している。
FIG. 5 is a block diagram of the first embodiment of the present invention. Upon receiving the pulse signal from the pulse transmitter P, the ultrasonic transmitter / receiver S transmits an ultrasonic pulse to the container 22. The ultrasonic transmitter / receiver S receives the reflected ultrasonic wave and sends the reflected signal to the amplifier A. Next, only the high-frequency signal is selected by the high-pass filter HF, and the presence or absence of this high-frequency signal is detected by the detection circuit C, and the subsequent circuit is notified of the liquid level information from the notification circuit I. The subsequent circuit is, for example, a management center circuit that centrally controls the liquid levels of many containers 22.

【0033】図6はハイパスフィルターの出力信号の波
形変化図である。ハイパスフィルターHFにより低周波
信号はカットされるため無液空間部では反射信号Kがな
いが、液体位置で突然高周波信号K′が現われる。超音
波発受信器Sを容器22の高さ方向に変化させながら、
高周波信号K′の有無変化点を液面位置できる。
FIG. 6 is a waveform change diagram of the output signal of the high-pass filter. Since the low-frequency signal is cut by the high-pass filter HF, there is no reflected signal K in the non-liquid space, but the high-frequency signal K 'appears suddenly at the liquid position. While changing the ultrasonic wave receiver S in the height direction of the container 22,
The change point of the presence / absence of the high-frequency signal K 'can be positioned on the liquid surface.

【0034】図7はプログラム制御により第1実施形態
を実現するフローチャートである。ステップn1により
測定が開始されると超音波が発信(n2)され、反射信
号の有無が確認(n3)される。反射信号がないときは
無液空間部であることが表示(n4)され、超音波発受
信器Sを下動させながら再度超音波パルスが発信(n
2)される。反射信号が初めてあると判断(n3)した
ときには、超音波発受信器Sの位置を液面検出位置(n
5)とし、この液面情報を集中管理センターに送信(n
6)する。
FIG. 7 is a flowchart for realizing the first embodiment by program control. When the measurement is started in step n1, an ultrasonic wave is transmitted (n2), and the presence or absence of a reflected signal is confirmed (n3). When there is no reflected signal, it is displayed that the space is a liquid-free space (n4), and an ultrasonic pulse is transmitted again while moving the ultrasonic transmitter / receiver S downward (n4).
2) It is done. When it is determined that there is a reflected signal for the first time (n3), the position of the ultrasonic wave receiver S is set to the liquid level detection position (n
5) and sends this liquid level information to the central control center (n
6) Yes.

【0035】図8は本発明の第2実施形態のブロックダ
イアグラムである。パルス発信器Pからのパルス信号を
受けて、超音波発受信器Sから容器22に対し超音波パ
ルスを発信する。超音波発受信器Sは反射超音波を受信
し、この反射信号を増幅器Aに送る。次に、ローパスフ
ィルターLFにより低周波信号だけが選択される。この
低周波信号の強弱変化を検出するため検出回路Cの基準
電圧と比較され、基準電圧より高ければ強、低ければ弱
と判断する。この検出信号が報知回路Iにより、例えば
集中管理センターに通知される。
FIG. 8 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. Upon receiving the pulse signal from the pulse transmitter P, the ultrasonic transmitter / receiver S transmits an ultrasonic pulse to the container 22. The ultrasonic transmitter / receiver S receives the reflected ultrasonic wave and sends the reflected signal to the amplifier A. Next, only the low-frequency signal is selected by the low-pass filter LF. In order to detect the level change of the low frequency signal, it is compared with the reference voltage of the detection circuit C. If the reference voltage is higher than the reference voltage, it is determined that it is strong, and if it is lower, it is determined that it is weak. This detection signal is notified by the notification circuit I to, for example, a central management center.

【0036】図9はローパスフィルターLFの出力信号
の波形変化図である。ローパスフィルターLFにより高
周波信号がカットされるため、無液空間部26では強い
低周波信号Lになるが、液体位置で突然弱い低周波信号
L′に変化する。超音波発受信器Sを容器22の高さ方
向に変化させながら、検出回路Cにより低周波信号の強
弱変化点を液面位置と判断する。
FIG. 9 is a waveform change diagram of the output signal of the low-pass filter LF. Since the high-frequency signal is cut by the low-pass filter LF, the low-frequency signal L becomes a strong low-frequency signal L in the non-liquid space portion 26, but suddenly changes to a weak low-frequency signal L 'at the liquid position. While changing the ultrasonic wave transmitter / receiver S in the height direction of the container 22, the detection circuit C determines the point where the low-frequency signal changes in intensity as the liquid level position.

【0037】図10はプログラム制御により第2実施形
態を実現するフローチャートである。ステップn11に
より測定が開始されると超音波が発信(n12)され、
反射信号の強弱が確認(n13)される。反射信号が強
のときは無液空間部26であることが表示(n14)さ
れ、超音波発受信器Sを下動させながら再度超音波パル
スが発信(n12)される。反射信号が初めて弱になっ
たと判断(n13)したときには、超音波発受信器Sの
位置を液面検出位置(n15)とし、この液面情報を集
中管理センターに送信(n16)する。
FIG. 10 is a flowchart for realizing the second embodiment by program control. When the measurement is started in step n11, an ultrasonic wave is transmitted (n12),
The strength of the reflected signal is confirmed (n13). When the reflected signal is strong, it is displayed that the liquid-liquid space 26 is present (n14), and the ultrasonic pulse is transmitted again (n12) while moving the ultrasonic transmitter / receiver S downward. When it is determined that the reflected signal has become weak for the first time (n13), the position of the ultrasonic transmitter / receiver S is set as the liquid level detection position (n15), and this liquid level information is transmitted to the central control center (n16).

【0038】図11は本発明の第3実施形態のブロック
ダイアグラムである。パルス発信器Pからのパルス信号
を受けて、超音波発受信器Sから容器22に対し超音波
パルスを発信する。超音波発受信器Sは反射超音波を受
信し、この反射信号を増幅器Aで増幅する。この増幅反
射信号をフーリエ交換器FTでフーリエ交換してパワー
スペクトルを導出する。このパワースペクトルの高周波
成分を検出回路Cで検出する。高周波成分が無から有に
変化した超音波発受信器Sの位置を液面と判断する。こ
の検出信号を報知回路Iにより集中管理センターに通知
する。
FIG. 11 is a block diagram of a third embodiment of the present invention. Upon receiving the pulse signal from the pulse transmitter P, the ultrasonic transmitter / receiver S transmits an ultrasonic pulse to the container 22. The ultrasonic transmitter / receiver S receives the reflected ultrasonic waves and amplifies the reflected signals with the amplifier A. The amplified reflected signal is Fourier-exchanged by a Fourier exchanger FT to derive a power spectrum. The high frequency component of the power spectrum is detected by the detection circuit C. The position of the ultrasonic transmitter / receiver S in which the high frequency component has changed from nothing to present is determined to be the liquid level. This detection signal is notified to the central management center by the notification circuit I.

【0039】図12はパワースペクトルの波形変化図で
ある。無液空間部26では低周波成分H′が強く高周波
成分Hはない、液体24中では低周波成分H′は弱く高
周波成分Hは強く出現する。従って、高周波成分が無か
ら有に変化した位置を液面と判断できる。また、低周波
成分が強から弱に変化した点を液面と判断してもよい。
いずれにしても、これらの変化を検出回路Cで検出す
る。
FIG. 12 is a waveform change diagram of the power spectrum. In the non-liquid space 26, the low frequency component H 'is strong and there is no high frequency component H. In the liquid 24, the low frequency component H' is weak and the high frequency component H appears strongly. Therefore, the position where the high-frequency component has changed from absent to present can be determined as the liquid level. Further, a point where the low frequency component changes from strong to weak may be determined as the liquid level.
In any case, these changes are detected by the detection circuit C.

【0040】図13はプログラム制御により第3実施形
態を実現するフローチャートである。ステップn31に
より測定が開始されると超音波が発信(n32)され、
この反射信号のパワースペクトルが導出(n33)され
る。このパワースペクトル中に高周波成分(n34)が
なければ無液空間部と判断(n35)され、初めて高周
波成分有りと判断(n34)されれば液面の検出(n3
6)となる。この液面情報が集中管理センターに通知
(n37)される。
FIG. 13 is a flowchart for implementing the third embodiment by program control. When the measurement is started in step n31, an ultrasonic wave is transmitted (n32),
The power spectrum of the reflected signal is derived (n33). If there is no high frequency component (n34) in this power spectrum, it is determined that there is no liquid space (n35).
6). This liquid level information is notified to the central management center (n37).

【0041】図14は液面情報を集中管理するブロック
ダイアグラムである。n箇所の容器22−1〜22−n
の液面情報を報知回路I−1〜Inを通して集中管理セ
ンターMCに通知する。液面情報には液面位置だけでな
く、容器22の安全状態や超音波発受信器Sの動作状態
などの各種情報が含まれる。この集中管理方式により多
数の液面情報を一括管理することができる。
FIG. 14 is a block diagram for centrally managing liquid level information. n containers 22-1 to 22-n
Is notified to the central control center MC through the notification circuits I-1 to In. The liquid level information includes not only the liquid level position but also various kinds of information such as the safety state of the container 22 and the operation state of the ultrasonic transmitter / receiver S. A large number of liquid level information can be collectively managed by this centralized management method.

【0042】超音波発受信器としては発信器と受信器が
別体のものでも一体式のものでもよい等、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想
を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更等を
その技術的範囲内に包含するものである。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the technical idea of the present invention is not limited. For example, the transmitter and the receiver may be separate or integrated. Various modifications and design changes without departing from the scope of the invention are included in the technical scope.

【0043】[0043]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、無液空間部と
液体中とを反射超音波の低周波信号と高周波信号によっ
て判断するので、容器や液体の種類、それらの温度等の
条件に独立して、液面位置を容易に検出することができ
る。
According to the first aspect of the present invention, the liquid-free space and the inside of the liquid are determined by the low-frequency signal and the high-frequency signal of the reflected ultrasonic waves. Independently, the liquid level can be easily detected.

【0044】請求項2の発明によれば、低周波領域と高
周波領域に重なり部分がなく完全に分離しているので、
液面位置を確実に検出することができる液面検出方法を
提供できる。
According to the second aspect of the present invention, since the low-frequency region and the high-frequency region are completely separated without any overlapping portion,
A liquid level detection method capable of reliably detecting the liquid level position can be provided.

【0045】請求項3の発明によれば、ハイパスフィル
ターにより低周波信号を除去するので、残った高周波信
号の有無変化だけで液面位置を簡単に検出できる。有無
変化というデジタル的判断であるから検出が極めて正確
であり、測定環境の変化の影響を受けにくい。
According to the third aspect of the present invention, since the low-frequency signal is removed by the high-pass filter, the liquid level can be easily detected only by the change in the presence or absence of the remaining high-frequency signal. Since it is a digital judgment of presence / absence change, detection is extremely accurate, and is not easily affected by changes in the measurement environment.

【0046】請求項4の発明によれば、ローパスフィル
ターにより高周波信号を除去するので、残った低周波信
号の強弱変化だけで液面位置を容易に検出できる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the high-frequency signal is removed by the low-pass filter, the liquid surface position can be easily detected only by the strength change of the remaining low-frequency signal.

【0047】請求項5の発明によれば、時間信号をフー
リエ変換して導出した周波数分布により高周波成分と低
周波成分の有無・強弱を判断するから、周波数の決定が
極めて簡単であり、液面位置を即座に検出することが可
能になる。
According to the fifth aspect of the present invention, the presence / absence and strength of the high frequency component and the low frequency component are determined based on the frequency distribution derived by performing the Fourier transform on the time signal. The position can be detected immediately.

【0048】請求項6の発明によれば、低周波領域と高
周波領域に重なり部分がなく、両者が完全に分離してい
るので、液面位置を確実に検出できる液面検出装置を提
供できる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the low frequency region and the high frequency region have no overlapping portion and are completely separated from each other, it is possible to provide a liquid level detecting device capable of reliably detecting the liquid level position.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】鉄製容器の周壁を伝播する超音波の反射信号図
である。
FIG. 1 is a reflection signal diagram of an ultrasonic wave propagating on a peripheral wall of an iron container.

【図2】図1の反射信号の要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the reflection signal of FIG.

【図3】容器に収容された液体プロパンを伝播する超音
波の反射信号図である。
FIG. 3 is a reflection signal diagram of an ultrasonic wave propagating through liquid propane stored in a container.

【図4】図3の反射信号の要部拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a main part of the reflection signal of FIG. 3;

【図5】本発明の第1実施形態のブロックダイアグラム
である。
FIG. 5 is a block diagram of the first embodiment of the present invention.

【図6】図5のハイパスフィルターの出力信号の波形変
化図である。
FIG. 6 is a waveform change diagram of an output signal of the high-pass filter of FIG. 5;

【図7】プログラム制御により第1実施形態を実現する
フローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart for implementing the first embodiment by program control.

【図8】本発明の第2実施形態のブロックダイアグラム
である。
FIG. 8 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.

【図9】図8のローパスフィルターの出力信号の波形変
化図である。
FIG. 9 is a waveform change diagram of an output signal of the low-pass filter of FIG.

【図10】プログラム制御により第2実施形態を実現す
るフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart for implementing a second embodiment by program control.

【図11】本発明の第3実施形態のブロックダイアグラ
ムである。
FIG. 11 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.

【図12】図11のパワースペクトルの波形変化図であ
る。
FIG. 12 is a waveform change diagram of the power spectrum of FIG. 11;

【図13】プログラム制御により第3実施形態を実現す
るフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart for implementing a third embodiment by program control.

【図14】液面情報を集中管理するブロックダイアグラ
ムである。
FIG. 14 is a block diagram for centrally managing liquid level information.

【図15】液体を封入した容器内の液面位置を検出する
断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view for detecting a liquid surface position in a container in which liquid is sealed.

【図16】容器の周壁を周回する板波の多重反射図であ
る。
FIG. 16 is a multiple reflection diagram of a plate wave orbiting the peripheral wall of the container.

【図17】容器の液体中を往復反射する縦波反射図であ
る。
FIG. 17 is a longitudinal wave reflection diagram for reciprocating reflection in liquid in a container.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20は超音波発受信器、22・22−1〜22−nは容
器、24は液体、24aは液面、26は無液空間部、A
は増幅器、Cは検出回路、FTはフーリエ変換器、HF
はハイパスフィルター、Iは報知回路、LFはローパス
フィルター、Pはパルス回路、Sは超音波発受信器。
Reference numeral 20 denotes an ultrasonic wave transmitter / receiver, 22 · 22-1 to 22-n denotes a container, 24 denotes a liquid, 24a denotes a liquid surface, 26 denotes a non-liquid space, A
Is an amplifier, C is a detection circuit, FT is a Fourier transformer, HF
Is a high-pass filter, I is a notification circuit, LF is a low-pass filter, P is a pulse circuit, and S is an ultrasonic transmitter / receiver.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体を収容した容器の外側面に超音波パ
ルスを発信し、この超音波パルスの反射波を受信し、こ
の反射信号の周波数が低周波領域にあるときには容器内
の無液空間部を伝播してきたと判断し、また前記周波数
が主に高周波領域にあるときには容器内の液体中を伝播
してきたと判断し、これらの判断から液面の位置を検出
することを特徴とする超音波による周波数型液面検出方
法。
1. An ultrasonic pulse is transmitted to an outer surface of a container containing a liquid, a reflected wave of the ultrasonic pulse is received, and when the frequency of the reflected signal is in a low-frequency region, a liquid-free space in the container is provided. It is determined that the liquid has propagated through the part, and when the frequency is mainly in the high-frequency region, it is determined that the liquid has propagated in the liquid in the container, and the position of the liquid surface is detected from these determinations. Frequency type liquid level detection method.
【請求項2】 前記低周波領域は0.3〜0.6MHz
であり、前記高周波領域は1.5〜2.0MHzである
請求項1記載の超音波による周波数型液面検出方法。
2. The low frequency range is 0.3 to 0.6 MHz.
The method of claim 1, wherein the high frequency range is 1.5 to 2.0 MHz.
【請求項3】 液体を収容した容器の外側面に超音波パ
ルスを発信する超音波発信器と、この超音波パルスの反
射波を受信する超音波受信器と、この反射信号のうち高
周波信号を通過させるハイパスフィルターと、ハイパス
フィルターの出力信号から高周波信号を検出する検出器
からなり、高周波信号の有無の変化から液面を検出する
ことを特徴とする超音波による周波数型液面検出装置。
3. An ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic pulse to an outer surface of a container containing a liquid, an ultrasonic receiver for receiving a reflected wave of the ultrasonic pulse, and a high-frequency signal among the reflected signals. A frequency-type liquid level detecting apparatus using ultrasonic waves, comprising a high-pass filter that passes therethrough, and a detector that detects a high-frequency signal from an output signal of the high-pass filter, and detects a liquid level from a change in the presence or absence of the high-frequency signal.
【請求項4】 液体を収容した容器の外側面に超音波パ
ルスを発信する超音波発信器と、この超音波パルスの反
射波を受信する超音波受信器と、この反射信号の内の低
周波信号を通過させるローパスフィルターと、このロー
パスフィルターの出力信号から低周波信号を検出する検
出器からなり、低周波信号の強弱の変化から液面を検出
することを特徴とする超音波による周波数型液面検出装
置。
4. An ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic pulse to an outer surface of a container containing a liquid, an ultrasonic receiver for receiving a reflected wave of the ultrasonic pulse, and a low-frequency signal of the reflected signal. A low-pass filter that passes a signal, and a detector that detects a low-frequency signal from the output signal of the low-pass filter, and detects a liquid level from a change in the strength of the low-frequency signal. Surface detection device.
【請求項5】 液体を収容した容器の外側面に超音波パ
ルスを発信する超音波発信器と、この超音波パルスの反
射波を受信する超音波受信器と、この反射信号を周波数
分布に変換するフーリエ変換器からなり、高周波信号の
有無又は低周波信号の強弱の変化から液面を検出するこ
とを特徴とする超音波による周波数型液面検出装置。
5. An ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic pulse to an outer surface of a container containing a liquid, an ultrasonic receiver for receiving a reflected wave of the ultrasonic pulse, and converting the reflected signal into a frequency distribution. A frequency-type liquid level detecting device using ultrasonic waves, comprising: a Fourier transformer for detecting a liquid level based on the presence or absence of a high-frequency signal or a change in the strength of a low-frequency signal.
【請求項6】 前記低周波信号は0.3〜0.6MH
z、前記高周波信号は1.5〜2.0MHzの周波数領
域にある請求項3、請求項4又は請求項5に記載の超音
波による周波数型液面検出装置。
6. The low frequency signal has a frequency of 0.3 to 0.6 MHz.
6. The frequency type liquid level detecting device using ultrasonic waves according to claim 3, wherein the high frequency signal is in a frequency range of 1.5 to 2.0 MHz.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009524016A (en) * 2006-01-13 2009-06-25 アンフォース,トマス Apparatus and apparatus for sensing and displaying radiation
JP2010040319A (en) * 2008-08-05 2010-02-18 Toyota Motor Corp Method and apparatus for detecting electrolyte amount of secondary battery
CN112985545A (en) * 2019-12-17 2021-06-18 西安定华电子股份有限公司 External liquid level measuring switch and external liquid level measuring method

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