JP2006308565A - Apparatus and method for measuring volume - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、無重力下や微小重力下、人工衛星の軌道上のような真空状態の環境下など、宇宙環境技術における密閉系(閉鎖系)容器内の液体体積を計測する、体積計測装置及び方法に関する。本発明は更に、例えば重力下或いは通常重力下における液体体積を計測する、体積計測装置及び方法に関する。 The present invention relates to a volume measuring apparatus that measures the volume of liquid in a closed (closed) container in space environment technology, for example, in a vacuum environment such as under zero gravity, microgravity, or in an orbit of an artificial satellite. And a method. The present invention further relates to a volume measuring apparatus and method for measuring a liquid volume under, for example, gravity or normal gravity.
この種の体積計測装置及び方法として、ヘルムホルツ型の計測がある。従来、「開放系」容器内の体積計測については、例えば特許文献1及び2に開示されている。これらの技術によれば、開放された共鳴管(又は、「音響管」とも呼ばれる)を容器に設けて、スピーカ等から音波を容器内へ出力して、そのヘルムホルツ共鳴音を、マイクロフォンで収集することで、その共鳴周波数から液体の体積を求めている。
As this type of volume measuring apparatus and method, there is a Helmholtz type measurement. Conventionally, volume measurement in an “open system” container is disclosed in
他方、ヘルムホルツ型の計測のうち「閉鎖系」容器内の体積計測については、例えば特許文献3から6に開示されている。これらの技術では、閉鎖された二つの容器を共鳴管で連結して、スピーカ等から音波を容器内へ出力して、そのヘルムホルツ共鳴音を、マイクロフォンで収集することで、その共鳴周波数から液体の体積を求めている。
On the other hand, volume measurement in a “closed system” container among Helmholtz type measurements is disclosed in
また、特許文献7には、超電導スピーカを用いたタンク内液量計測装置が開示されている。 Patent Document 7 discloses a liquid quantity measuring device in a tank using a superconducting speaker.
しかしながら、上述の計測方法では、計測が行われる容器としての、例えば数千リットル、数万リットルなど、液体燃料を収容する比較的大きなタンクの場合には、取り扱うべき共鳴周波数が顕著に下がってしまい、適応困難となる。特に、液体燃料が残り少なくなってきた一般に危機的な状況においては、相対的に大きなタンク内で相対的に少量の液体の体積を高精度で計測することは、実践上極めて困難であるとう技術的課題が発生する。
加えて、タンク外部に別途設けられた測定用容器内における共鳴現象を利用する場合には、実際のタンク内における液体の体積を、直接的に或いは正確に計測することは困難である。
However, in the measurement method described above, in the case of a relatively large tank that stores liquid fuel, such as thousands of liters or tens of thousands of liters, as a container in which measurement is performed, the resonance frequency to be handled is significantly reduced. It becomes difficult to adapt. In particular, in a critical situation where the remaining amount of liquid fuel is low, it is technically difficult to measure the volume of a relatively small amount of liquid with high accuracy in a relatively large tank. Challenges arise.
In addition, when utilizing the resonance phenomenon in the measurement container separately provided outside the tank, it is difficult to directly or accurately measure the volume of the liquid in the actual tank.
本発明は、例えば上述の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば液体燃料タンク等の比較的大きなタンクなどの容器内において、液体燃料等の被測定物が残り少なくなった場合にも、高精度で体積計測を行うことが可能である、体積計測装置及び方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of, for example, the above-described problems. For example, in a container such as a relatively large tank such as a liquid fuel tank, even when the measurement object such as liquid fuel is reduced, the It is an object of the present invention to provide a volume measuring apparatus and method capable of performing volume measurement with high accuracy.
本発明の第1の体積計測装置は上記課題を解決するために、被測定物が収容される第1容器内に配置された第2容器と、前記第1容器内に設けられており、前記被測定物を前記第2容器内に誘導する誘導手段と、前記第2容器の内部空間から前記第2容器の外部空間に連通する共鳴管と、前記内部空間に音波を発生させる音波発生手段と、前記発生された音波に係る音響信号に基づいて、前記内部空間における前記被測定物の体積を求める処理手段とを備え、前記第1容器は、前記第2容器内に含まれる箇所に前記被測定物を前記第1容器の外部に排出するための排出口を有する。 In order to solve the above problems, the first volume measuring device of the present invention is provided in the first container, the second container disposed in the first container in which the object to be measured is accommodated, Guiding means for guiding the object to be measured into the second container; a resonance tube communicating from the internal space of the second container to the external space of the second container; and a sound wave generating means for generating sound waves in the internal space; Processing means for obtaining a volume of the object to be measured in the internal space based on an acoustic signal relating to the generated sound wave, and the first container is placed at a location included in the second container. A discharge port for discharging the measurement object to the outside of the first container is provided.
本発明の第1の体積計測装置によれば、第1容器には、典型的には液体燃料等の液体である被測定物が収容される。第1容器内には、例えば後に詳述するバッフル、ハーネス、フィン等の誘導手段が設けられており、例えば無重力下や微小重力下、人工衛星の軌道上のような真空状態の環境下などであっても、被測定物は、第2容器内に誘導される。そして、第2容器内に含まれる箇所に設けられた第1容器の排出口を介して、被測定物は、第1容器の外部に排出される。即ち、液体燃料等の被測定物を、例えば燃料タンクとしての第1容器から外部に供給することが可能となる。ここで特に、このような第1容器内において、第2容器は、体積計測を行うための計測用容器として配置されており、例えばネックチューブである共鳴管が、第2容器の内部空間から外部空間に連通するように備えられている。このような共鳴管によって、閉鎖系における二つの容器が共鳴管で繋がれている構成が構築されるので、ヘルムホルツ型の計測が可能となる。尚、共鳴管によって第2容器の内部空間と連通される外部空間は、典型的には、第1容器の内部空間の一部或いは全部に一致する。 According to the first volume measuring apparatus of the present invention, the object to be measured which is typically a liquid such as liquid fuel is accommodated in the first container. The first container is provided with guiding means such as baffles, harnesses, and fins, which will be described in detail later. For example, under zero gravity, microgravity, or in a vacuum environment such as on an orbit of an artificial satellite. Even if it exists, the object to be measured is guided into the second container. And the to-be-measured object is discharged | emitted outside the 1st container through the discharge port of the 1st container provided in the location contained in a 2nd container. In other words, it is possible to supply an object to be measured such as liquid fuel to the outside from, for example, a first container as a fuel tank. Here, in particular, in such a first container, the second container is arranged as a measurement container for performing volume measurement. For example, a resonance tube, which is a neck tube, is connected from the internal space of the second container to the outside. It is provided to communicate with the space. Since such a resonance tube constructs a configuration in which two containers in a closed system are connected by a resonance tube, Helmholtz-type measurement is possible. The external space communicated with the internal space of the second container by the resonance tube typically coincides with a part or all of the internal space of the first container.
尚、排出口は、第1容器内へ液体燃料等を入れるための流入口を兼ねてもよく、即ち出入口であってもよい。或いは、第1容器内へ液体燃料等を入れるための流入口は、第1容器における排出口とは別の箇所に設けられてもよい。 The discharge port may also serve as an inflow port for introducing liquid fuel or the like into the first container, that is, an exit / inlet. Or the inflow port for putting liquid fuel etc. in the 1st container may be provided in a different place from the discharge port in the 1st container.
当該第1の体積計測装置による計測時には、音波発生手段によって、第2容器の内部空間に音波を発生させる。そして、処理手段によって、この発生された音波に係る音響信号に基づいて、第2容器の内部空間における被測定物の体積を求める。例えば、「閉鎖系」容器内におけるヘルムホルツ型の計測により、このような体積を求める。より具体的には例えば、動電型スピーカが、例えば所定周波数帯域の音をスイープするなど、その音波出力面から音波を出力すると、この音波は、計測用容器としての第2容器の内部空間内へと出力される。処理手段は、この音波に係る音響信号に基づいて、例えば閉鎖系のヘルムホルツ型の計測によって、第2容器内における被測定物の体積を求める。この際、これらの被測定物が収容された第2容器、共鳴管及び第2容器の外部(即ち、第1容器内の一部)は、「密閉系容器」とされており、即ち閉鎖系であるので、例えば宇宙空間等の高真空雰囲気においても、計測が可能となる。 During measurement by the first volume measuring device, sound waves are generated in the internal space of the second container by the sound wave generating means. And the volume of the to-be-measured object in the internal space of a 2nd container is calculated | required by a processing means based on the acoustic signal which concerns on this generated sound wave. For example, such a volume is determined by Helmholtz type measurement in a “closed system” container. More specifically, for example, when an electrodynamic loudspeaker outputs a sound wave from its sound wave output surface, for example, sweeps a sound of a predetermined frequency band, the sound wave is generated in the internal space of the second container as a measurement container. Is output. The processing means obtains the volume of the object to be measured in the second container, for example, by closed-type Helmholtz type measurement based on the acoustic signal related to the sound wave. At this time, the second container, the resonance tube, and the outside of the second container (that is, a part of the first container) in which these measured objects are accommodated are “sealed containers”, that is, a closed system. Therefore, measurement is possible even in a high vacuum atmosphere such as outer space.
特に、無重力或いは微小重力下における液量計測では、ヘルムホルツ共鳴を利用した液量計測方法、即ちヘルムホルツ型の計測が好適である。ヘルムホルツ型の計測は、周波数の体積依存性を利用しての音波による液体、固体、流体、粘性体等の体積計測方法の一つであり、被測定物の形状に左右されないという特色を有するためである。 In particular, in liquid volume measurement under zero gravity or microgravity, a liquid volume measurement method using Helmholtz resonance, that is, Helmholtz type measurement is preferable. Helmholtz type measurement is one of the volume measurement methods for liquids, solids, fluids, viscous bodies, etc. by sound waves using the volume dependence of frequency, and has the feature that it is not affected by the shape of the object to be measured. It is.
従って、第1容器に収容されていると共に第2容器内に誘導される被測定物の体積が、第2容器の容積を下回る段階になると、当該体積計測装置によって、第2容器内に収容されている被測定物の体積を計測することができる。この際、第2容器の大きさは、第1容器よりも小さいので、第1容器を計測用容器として用いて同様の手法により体積計測を行う場合と比べて、ヘルムホルツ型の計測において取り扱う波長を短くすることができる。
これにより、相対的に小さい第2容器を計測用容器として、より高精度で計測を行うことが可能となる。即ち、例えば数千リットル、数万リットルなど、液体燃料を収容するために比較的大きなタンクの場合であっても、ヘルムホルツ型の計測を行う際に取り扱う共鳴周波数が顕著に下がる事態を回避できる。言い換えれば、共鳴する際の音波の波長として、大きなタンク等の第1容器に共鳴管を設けて計測する場合に必要となるような大きな波長を使用しないで済む。
Therefore, when the volume of the object to be measured that is housed in the first container and guided into the second container is less than the volume of the second container, the volume measuring device accommodates the object to be measured in the second container. The volume of the measured object can be measured. At this time, since the size of the second container is smaller than that of the first container, the wavelength handled in the Helmholtz type measurement is compared with the case where volume measurement is performed by the same method using the first container as the measurement container. Can be shortened.
As a result, it is possible to perform measurement with higher accuracy using the relatively small second container as the measurement container. That is, even in the case of a relatively large tank for accommodating liquid fuel, such as thousands of liters or tens of thousands of liters, it is possible to avoid a situation in which the resonance frequency handled when performing Helmholtz type measurement is significantly reduced. In other words, it is not necessary to use a large wavelength that is necessary when the measurement is performed by providing a resonance tube in a first container such as a large tank as the wavelength of the sound wave when resonating.
このように相対的に大きなタンク内に残っている相対的に少量の液体の体積を、高精度で計測することが可能となるので、液体燃料が残り少なくなってきた危機的な状況において、高精度で計測を行えることとなり、実践上大変有利である。因みに、比較的大きなタンク等の第1容器内でヘルムホルツ型の計測を行おうとすれば、実践的な意味では、タンク等の容量としては、一立方メートル程度が限界となってしまうのである。 In this way, the volume of a relatively small amount of liquid remaining in a relatively large tank can be measured with high accuracy. This is very advantageous in practice. Incidentally, if a Helmholtz type measurement is performed in a first container such as a relatively large tank, the capacity of the tank or the like is limited to about 1 cubic meter in a practical sense.
加えて、タンク外部に別途設けられた測定用容器内における共鳴現象を利用するのと比べて、実際のタンク等の第1容器内における液体の体積を、その排出口付近で直接的に計測していることになるので、正確に計測することが本質的に容易となる。更に、計測用容器を第1容器の外に別途設ける場合と比較して、本発明によればスペースを節約することも可能となる。 In addition, the liquid volume in the first container such as an actual tank is directly measured in the vicinity of the discharge port as compared to using the resonance phenomenon in a measurement container separately provided outside the tank. Therefore, it is essentially easy to measure accurately. Furthermore, according to the present invention, it is possible to save space as compared with the case where the measurement container is separately provided outside the first container.
特に、第2容器の大きさは、任意に小さくできるので、実際の使用環境や使用目的、更に計測対象たる液体燃料等の被測定物の属性などに鑑みて、なるべく計測したい体積範囲に対応するように或いはなるべく計測精度が高くなる共鳴波長が得られるように、第2容器の大きさを設定するとよい。また、一般的には、ヘルムホルツ共鳴現象には、液量が少ない時の液量変化に対する周波数の変化量は小さいという欠点が存在するので、このような欠点を克服する意味からも、上述の如き本発明は極めて優れている。 In particular, since the size of the second container can be arbitrarily reduced, it corresponds to the volume range to be measured as much as possible in view of the actual use environment, the purpose of use, and the attributes of the measurement object such as liquid fuel to be measured. Thus, the size of the second container may be set so that a resonance wavelength with as high a measurement accuracy as possible can be obtained. In general, the Helmholtz resonance phenomenon has a drawback in that the amount of change in frequency with respect to the change in the liquid volume when the liquid volume is low is small. The present invention is extremely excellent.
以上の結果、第1の体積計測装置によれば、例えば液体燃料タンク等の比較的大きいタンクなどの閉鎖系容器内において、液体燃料等の被測定物が残り少なくなった場合でも、高精度での体積計測が可能となる。 As a result of the above, according to the first volume measuring apparatus, even in a closed system container such as a relatively large tank such as a liquid fuel tank, even when the amount of objects to be measured such as liquid fuel is reduced, Volume measurement is possible.
尚、このように第2容器内における体積計測を高精度で行う場合、第2容器が被測定物で一杯に満たされている限りにおいては、第1容器に収容されている被測定物の体積を求めることはできないが、このような状況は、液体燃料が残り少なくなってきた危機的な状況からはかけ離れている。そこで、このような状況では、例えば光の減衰を使った等の既存の各種測定方法を用いて、相対的に低精度で計測すれば足りる。更に言えば、第2容器が、被測定物で一杯に満たされている場合に、当該体積測定装置とは異なる別の体積計測装置によって計測を選択的に行うと共に、第2容器が、被測定物で一杯に満たされていない場合に、当該体積測定装置によって計測を選択的に行うという組み合わせも、本発明の第1の体積計測装置の一つの態様である。 In addition, when performing volume measurement in the second container with high accuracy in this way, as long as the second container is fully filled with the object to be measured, the volume of the object to be measured accommodated in the first container. This situation is far from a critical situation where liquid fuel is running low. Therefore, in such a situation, it is sufficient to perform measurement with relatively low accuracy by using various existing measurement methods such as using light attenuation. Furthermore, when the second container is filled with the object to be measured, the measurement is selectively performed by another volume measuring device different from the volume measuring device, and the second container is measured. A combination in which measurement is selectively performed by the volume measuring device when it is not fully filled with an object is also one aspect of the first volume measuring device of the present invention.
このように第1の体積計測装置によれば、例えば、宇宙空間、特に地球周回や惑星周回における液体酸素、液体水素、液化メタン(液化天然ガス)等の極低温推進剤の軌道状における貯蔵・移送の際に重要となる、無重力或いは微小重力下における液量計測が可能となる。しかも、燃料等の被測定物が残り少なくなったという、真に精度が要求される場面において、本発明により高精度の計測が可能とされる。これは、宇宙空間において燃料を、運搬・貯蔵・再補給したり、軌道間宇宙輸送機OTV(Orbit Transfer Vehicle)に供給するのに大いに役立つ。 As described above, according to the first volume measuring apparatus, for example, storage or storage of cryogenic propellants such as liquid oxygen, liquid hydrogen, and liquefied methane (liquefied natural gas) in outer space, particularly in the earth or planetary orbit, in orbit. It is possible to measure the amount of liquid under weightlessness or microgravity, which is important during transfer. In addition, the present invention makes it possible to perform highly accurate measurement in a situation where accuracy is truly required, such as when the amount of objects to be measured such as fuel has been reduced. This is very useful for transporting, storing and resupplying fuel in outer space, and for supplying it to an interorbit space transport aircraft OTV (Orbit Transfer Vehicle).
本発明の第1の体積計測装置の一態様では、前記誘導手段は、前記第1容器内において前記第2容器に向かって延在しており、無重力又は微小重力状態において前記被測定物を誘導する、少なくとも一つのバッフルを含んでなる。 In one aspect of the first volume measuring apparatus of the present invention, the guiding means extends toward the second container in the first container, and guides the object to be measured in a weightless or microgravity state. Comprising at least one baffle.
この態様によれば、第1容器内で無重力又は微小重力状態において被測定物を誘導する、一つ又は複数のバッフルを含んでなる誘導手段によって、排出口から排出されるのに伴って減少する被測定物を、第2容器内に常時誘導することが可能となる。ここに本発明に係る「バッフル」とは、液体等の被測定物の流路を規定又は規制する板状部材或いは邪魔板であって、第1容器の内壁から第1容器の内部側に向かって立設されており、被測定物の表面張力によって、被測定物を誘導可能に構成されたものを意味する。ここでは特に、このように第1容器の内部側に向かって立設されたバッフルは、第2容器に向かって延在しているので、第1容器内に収容された被測定物を、第2容器内に導くように作用することになる。 According to this aspect, it decreases as it is discharged from the discharge port by the guide means including one or a plurality of baffles that guides the object to be measured in a zero gravity or microgravity state in the first container. It becomes possible to always guide the object to be measured into the second container. Here, the “baffle” according to the present invention is a plate-like member or baffle plate that defines or regulates the flow path of an object to be measured such as a liquid, and extends from the inner wall of the first container to the inner side of the first container. This means that the object to be measured can be guided by the surface tension of the object to be measured. Here, in particular, since the baffle erected toward the inside of the first container extends toward the second container, the object to be measured accommodated in the first container It will act to guide into the two containers.
この結果、被測定物は、バッフルにより第2容器内に誘導されて排出口を介して排出され、これに伴い体積が減少する被測定物の体積の計測が、上述した本発明によって高精度で行われることになる。 As a result, the object to be measured is guided into the second container by the baffle and discharged through the discharge port, and the measurement of the volume of the object to be measured whose volume decreases with this is achieved with high accuracy by the present invention described above. Will be done.
尚、誘導手段は、バッフルに代えて、バッフルと同様に第2容器に向かって延在する帯状部材を、例えば90度など、その延在方向に沿った中心線を中心として内角が所定角度となるように第1容器の内部側に向けて折り曲げることで作成されるハーネスを含んでなってもよい。或いは、バッフルに代えて、バッフルと同様に第2容器に向かって延在すると共に、第1容器の内部側に突出するフィンを含んでもよい。バッフル、ハーネス及びフィンのいずれの場合にも、表面張力を利用して、無重力又は微小重力状態において被測定物を誘導することが可能となる。 In addition, the guiding means replaces the baffle with a belt-like member extending toward the second container in the same manner as the baffle, such as 90 degrees, and the inner angle is a predetermined angle with the center line along the extending direction as the center. The harness created by bending toward the inner side of the first container may be included. Or it may replace with a baffle and may include the fin which protrudes toward the 2nd container like the baffle and protrudes to the inner side of the 1st container. In any case of the baffle, the harness, and the fin, the object to be measured can be guided in a weightless or microgravity state by using the surface tension.
本発明の第1の体積計測装置の他の態様では、前記第2容器内に設けられており、前記誘導手段により前記第2容器内に誘導された前記被測定物を、前記排出口に誘導する他の誘導手段を更に備える。 In another aspect of the first volume measuring apparatus of the present invention, the device to be measured, which is provided in the second container and is guided into the second container by the guiding means, is guided to the discharge port. And further guiding means.
この態様によれば、他の誘導手段によって、第2容器内に誘導された後の被測定物を更に、排出口に誘導することができるので、被測定物を、排出口を介して最後まで排出可能としつつ、第2容器内におけるヘルムホルツ型の体積計測を高精度で行うことができる。 According to this aspect, since the object to be measured after being guided into the second container can be further guided to the discharge port by the other guiding means, the object to be measured is completely discharged through the discharge port. While enabling discharge, Helmholtz type volume measurement in the second container can be performed with high accuracy.
尚、第2容器内に設けられる他の誘導手段としては、第1容器内に設けられる誘導手段と同様に、バッフル、ハーネス、フィン等を含んでよい。 Note that other guiding means provided in the second container may include baffles, harnesses, fins, and the like, similar to the guiding means provided in the first container.
本発明の第2の体積計測装置は上記課題を解決するために、被測定物が収容される第1容器内における鉛直下方側に配置された第2容器と、前記第2容器の内部空間から前記第2容器の外部空間に連通する共鳴管と、前記内部空間に音波を発生させる音波発生手段と、前記発生された音波に係る音響信号に基づいて、前記内部空間における前記被測定物の体積を求める処理手段とを備え、前記第1容器は、前記第2容器内に含まれる箇所に前記被測定物を前記第1容器の外部に排出するための排出口を有する。 In order to solve the above-mentioned problem, the second volume measuring device of the present invention includes a second container disposed on the vertically lower side in the first container in which the object to be measured is accommodated, and an internal space of the second container. Based on a resonance tube communicating with the external space of the second container, sound wave generating means for generating sound waves in the internal space, and an acoustic signal relating to the generated sound waves, the volume of the object to be measured in the internal space The first container has a discharge port for discharging the object to be measured to the outside of the first container at a location included in the second container.
本発明の第2の体積計測装置によれば、第1容器には、典型的には液体燃料等の液体である被測定物が収容される。そして、被測定物は、第1容器内における鉛直下方側に配置された第2容器まで重力によって導かれた後、第2容器に含まれる箇所に設けられた第1容器の排出口を介して、第1容器の外部に排出される。即ち、重力を利用して、液体燃料等の被測定物を外部に供給することが可能となる。ここで特に、このような第1容器内において、第2容器は、体積計測を行うための計測用容器として配置されており、例えばネックチューブである共鳴管が、第2容器の内部空間から外部空間に連通するように備えられている。このような共鳴管によって、閉鎖系における二つの容器が共鳴管で繋がれている構成が構築されるので、ヘルムホルツ型の計測が可能となる。 According to the second volume measuring apparatus of the present invention, the object to be measured which is typically a liquid such as liquid fuel is accommodated in the first container. And after a to-be-measured object is guide | induced by gravity to the 2nd container arrange | positioned at the vertically downward side in a 1st container, it passes through the discharge port of the 1st container provided in the location contained in a 2nd container. , And discharged outside the first container. In other words, it is possible to supply an object to be measured such as liquid fuel to the outside using gravity. Here, in particular, in such a first container, the second container is arranged as a measurement container for performing volume measurement. For example, a resonance tube, which is a neck tube, is connected from the internal space of the second container to the outside. It is provided to communicate with the space. Since such a resonance tube constructs a configuration in which two containers in a closed system are connected by a resonance tube, Helmholtz-type measurement is possible.
当該第2の体積計測装置の計測時には、上述した本発明に係る第1の体積計測装置の場合と同様に、音波発生手段によって、第2容器の内部空間に音波を発生させる。そして、処理手段によって、この発生された音波に係る音響信号に基づいて、第2容器の内部空間における被測定物の体積を求める。従って、第1容器に収容されていると共に第2容器内に、重力により誘導される被測定物の体積が、第2容器の容積を下回る段階になると、第2容器内に収容されている被測定物の体積を、高精度で計測することができる。 At the time of measurement by the second volume measuring device, sound waves are generated in the internal space of the second container by the sound wave generating means, as in the case of the first volume measuring device according to the present invention described above. And the volume of the to-be-measured object in the internal space of a 2nd container is calculated | required by a processing means based on the acoustic signal which concerns on this generated sound wave. Accordingly, when the volume of the object to be measured, which is contained in the first container and is induced by gravity, falls below the volume of the second container, the object to be contained in the second container. The volume of the measurement object can be measured with high accuracy.
以上の結果、本発明によれば、例えば液体燃料タンク等の比較的大きいタンクなどの容器内において、液体燃料等の被測定物が残り少なくなった場合でも、高精度での体積計測が可能となる。 As a result of the above, according to the present invention, it is possible to measure the volume with high accuracy even in the case where the object to be measured such as liquid fuel is reduced in a relatively large tank such as a liquid fuel tank. .
尚、第2容器が、被測定物で一杯に満たされている場合に、当該体積測定装置とは異なる、既存の各種体積計測装置によって比較的低精度の計測を選択的に行うと共に、第2容器が、被測定物で一杯に満たされていない場合に、当該体積測定装置によって比較的高精度の計測を選択的に行うという組み合わせも、本発明の第2の体積計測装置の一つの態様である。 In addition, when the second container is fully filled with the object to be measured, relatively low-precision measurement is selectively performed by various existing volume measuring apparatuses different from the volume measuring apparatus, and the second container A combination in which measurement with a relatively high accuracy is selectively performed by the volume measuring device when the container is not fully filled with the object to be measured is also an aspect of the second volume measuring device of the present invention. is there.
本発明の第1又は第2の体積計測装置の他の態様では、前記音波発生手段は、前記第2容器の壁に対して音波出力面が対向配置されている動電型スピーカを含み、前記処理手段は、前記動電型スピーカに係るボイスコイルの電圧を測定する測定手段と該測定された電圧に基づいて前記被測定物の体積を演算する演算手段とを含む。 In another aspect of the first or second volume measuring device of the present invention, the sound wave generating means includes an electrodynamic speaker in which a sound wave output surface is disposed opposite to a wall of the second container, The processing means includes measurement means for measuring the voltage of the voice coil related to the electrodynamic speaker, and calculation means for calculating the volume of the device under test based on the measured voltage.
この態様によれば、例えば増幅器によって動電型スピーカを定電流駆動しつつ、測定手段によって、前記動電型スピーカに係るボイスコイルの電圧が測定される。ここでボイスコイルの電圧は、ボイスコイルのインピーダンスに概ね比例するので、演算手段によって、このボイスコイルの電圧に基づいて、被測定物の体積が演算可能となる。即ち、処理手段が計測に利用する音響信号としては、動電型スピーカのボイスコイルのインピーダンスに概ね比例する電圧の測定によって間接的に、「密閉空間内へと出力される音波に係る音響信号」を取得できる。よって、第2容器内における気相部分についてのヘルムホルツ共鳴周波数を特定或いは同定できる。 According to this aspect, for example, the voltage of the voice coil related to the electrodynamic speaker is measured by the measurement unit while the electrodynamic speaker is driven at a constant current by the amplifier. Here, since the voltage of the voice coil is substantially proportional to the impedance of the voice coil, the volume of the object to be measured can be calculated by the calculation means based on the voltage of the voice coil. That is, as the acoustic signal used for measurement by the processing means, the “acoustic signal related to the sound wave output into the sealed space” is indirectly measured by measuring a voltage substantially proportional to the impedance of the voice coil of the electrodynamic speaker. Can be obtained. Therefore, the Helmholtz resonance frequency for the gas phase portion in the second container can be specified or identified.
尚、動電型スピーカを、定電流駆動するのではなく定電圧駆動することで、動電型スピーカのボイスコイルに係るインピーダンス曲線の反共振周波数を特定或いは同定し、この反共振周波数によって体積を測定することも可能である。 In addition, the electrodynamic speaker is driven at a constant voltage instead of being driven at a constant current, so that the anti-resonance frequency of the impedance curve relating to the voice coil of the electrodynamic speaker is specified or identified, and the volume is increased by this anti-resonance frequency. It is also possible to measure.
本発明の第1の体積計測方法は上記課題を解決するために、被測定物が収容される第1容器内に配置された第2容器と、前記第1容器内に設けられており、前記被測定物を前記第2容器内に誘導する誘導手段と、前記第2容器の内部空間から前記第2容器の外部空間に連通する共鳴管とを備え、前記第1容器は、前記第2容器内に含まれる箇所に前記被測定物を前記第1容器の外部に排出するための排出口を有する体積計測装置における体積計測方法であって、前記内部空間に音波を発生させる音波発生工程と、前記発生された音波に係る音響信号に基づいて、前記内部空間における前記被測定物の体積を求める処理工程とを有する。 In order to solve the above-mentioned problem, the first volume measuring method of the present invention is provided in the first container, the second container disposed in the first container in which the object to be measured is accommodated, Introducing means for guiding an object to be measured into the second container, and a resonance tube communicating from the internal space of the second container to the external space of the second container, the first container being the second container A volume measuring method in a volume measuring device having a discharge port for discharging the object to be measured to the outside of the first container at a location included therein, a sound wave generating step for generating sound waves in the internal space; And a processing step of obtaining a volume of the object to be measured in the internal space based on an acoustic signal relating to the generated sound wave.
本発明の第1の体積計測方法によれば、上述した本発明の第1の体積計測装置の場合と同様に、例えば閉鎖系におけるヘルムホルツ型の計測によって、無重力或いは微小重力下における被測定物の体積を、比較的容易に且つ高精度で求めることができる。 According to the first volume measuring method of the present invention, as in the case of the above-described first volume measuring device of the present invention, for example, by the Helmholtz type measurement in a closed system, the object to be measured under zero gravity or microgravity can be obtained. The volume can be determined relatively easily and with high accuracy.
本発明の第2の体積計測方法は上記課題を解決するために、被測定物が収容される第1容器内における鉛直下方側に配置された第2容器と、前記第2容器の内部空間から前記第2容器の外部空間に連通する共鳴管とを備え、前記第1容器は、前記第2容器内に含まれる箇所に前記被測定物を前記第1容器の外部に排出するための排出口を有する体積計測装置における体積計測方法であって、前記内部空間に音波を発生させる音波発生工程と、
前記発生された音波に係る音響信号に基づいて、前記内部空間における前記被測定物の体積を求める処理工程とを有する。
In order to solve the above-mentioned problem, the second volume measuring method of the present invention includes a second container arranged on the vertically lower side in the first container in which the object to be measured is accommodated, and an internal space of the second container. A resonance tube communicating with the external space of the second container, and the first container has an outlet for discharging the object to be measured to the outside of the first container at a location included in the second container A volume measuring method in a volume measuring device having a sound wave generating step for generating sound waves in the internal space;
And a processing step of obtaining a volume of the object to be measured in the internal space based on an acoustic signal relating to the generated sound wave.
本発明の第2の体積計測方法によれば、上述した本発明の第2の体積計測装置の場合と同様に、例えば閉鎖系又は開放系におけるヘルムホルツ型の計測によって、重力下或いは通常重力下における被測定物の体積を、比較的容易に且つ高精度で求めることができる。 According to the second volume measuring method of the present invention, as in the case of the above-described second volume measuring device of the present invention, for example, under a Helmholtz type measurement in a closed system or an open system, under gravity or under normal gravity. The volume of the object to be measured can be determined relatively easily and with high accuracy.
尚、第1又は第2の体積計測方法では、第1又は第2の体積計測装置の各種態様に夫々対応する各種態様を採ることができる。 In the first or second volume measuring method, various aspects corresponding to the various aspects of the first or second volume measuring apparatus can be employed.
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。 Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.
以下では、本発明の実施の形態について図を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1から図5を参照して、本発明の体積計測装置の第1実施形態について説明する。第1実施形態は、本発明に係る第1の体積計測装置の実施形態である。
(First embodiment)
A first embodiment of the volume measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. The first embodiment is an embodiment of a first volume measuring apparatus according to the present invention.
先ず図1を参照して第1実施形態に係る体積計測の原理について説明する。尚、この原理は、後に説明する第2実施形態においても共通のものである。ここに図1は、このような原理を、液体の体積計測を例にとって説明する図式的な概念図である。 First, the principle of volume measurement according to the first embodiment will be described with reference to FIG. This principle is common to the second embodiment described later. FIG. 1 is a schematic conceptual diagram for explaining such a principle by taking a liquid volume measurement as an example.
図1において、後述する本発明に係る「第1容器」の一例たるタンク内に構築される液体を収容可能な空間は、閉鎖系空間であり、体積V1及び圧力p1を有する第1空間1と、体積V2及び圧力p2を有する第2空間2とに分けられている。第1空間1及び第2空間2は、共鳴管3で相互に連結されている。
In FIG. 1, a space that can store a liquid constructed in a tank as an example of a “first container” according to the present invention to be described later is a closed system space, and has a volume V 1 and a
尚、後述する本発明に係る「第2容器」の一例たる計測用容器の内部空間は、第2空間2に一致しており、後述するタンクの内部空間のうち、計測用容器をなす第1空間部分1を除外した空間部分が、第2空間2ということになる。
Note that the internal space of the measurement container, which is an example of a “second container” according to the present invention described later, coincides with the
図1の状態は、本発明に係る体積計測が有効である液相・気相状態を示しており、第1空間1内は、気相部30で占められており且つ第2空間2内は、気相部30と液相部40とが、混在している。本実施形態では特に、このような気相部30と液相部40との分離を、後述する「誘導手段」により行っている。これにより、微小重力下での音響による液相部40の体積の測定を、次に説明するように可能としている。
The state of FIG. 1 shows a liquid phase / gas phase state in which volume measurement according to the present invention is effective. The
今、簡略化のため等温変化、非圧縮を仮定し、ノズル部補正を考慮しないとすると、運動方程式は以下のようになる。 For the sake of simplification, assuming an isothermal change and non-compression, and not considering nozzle part correction, the equation of motion is as follows.
ここで、変動圧力p1及びp2は夫々、次の式(2)及び(3)と表すことができる。
Here, the fluctuating pressures p 1 and p 2 can be expressed by the following equations (2) and (3), respectively.
但し、γは比熱比、P0は基準圧力、Lは共鳴管3の長さ、Aは共鳴管3の断面積、uは速度、V1及びV2は第1空間1及び第2空間2の気相部30の体積を夫々表す。これら圧力変動を計測することにより、体積V1及びV2を夫々求めることができる。
Where γ is the specific heat ratio, P 0 is the reference pressure, L is the length of the
次に、式(2)及び(3)を、式(1)に代入することにより、以下の式(4)を導くことができる。 Next, the following formula (4) can be derived by substituting the formulas (2) and (3) into the formula (1).
ここで、u=Ueiωtとし、これを式(4)に代入すると、角速度ωについて以下の式(5)を導くことができる。
Here, when u = Ue iωt and this is substituted into the equation (4), the following equation (5) can be derived for the angular velocity ω.
ここで、音速Cは、
Here, the speed of sound C is
であるので、この場合のヘルムホルツ共鳴周波数fは、以下の式(6)のようになる。
Therefore, the Helmholtz resonance frequency f in this case is expressed by the following equation (6).
ここで、2πは定数であり、共鳴管3の断面積A、共鳴管3の長さL及び容器1の気相部の体積V1は既知の値である。音速Cは温度と圧力から求めることができる。よって、体積V2の変化量が周波数fの変化として現れることから、この周波数を解析することにより第2空間2の液体量を求めることが可能となる。その際、微小重力下においては気相部30及び液相部40が混在することから、第1空間1や第2空間2内に、例えば、後述するバッフル等からなる表面張力を利用しての気液相分離機能を有する「誘導手段」を設置することにより、初めて微小重力下での音響による液体の体積計測が実用化できる。
Here, 2π is a constant, and the cross-sectional area A of the
尚、図1には、このような原理に基づく計測を可能ならしめる、次に詳述する動電型スピーカ101の設置位置が、図式的に示されている。
FIG. 1 schematically shows an installation position of an
図2から図4を参照して、以上説明した計測原理に基づく、第1実施形態に係る体積計測装置の具体的な構成及び計測動作について説明する。ここに図2は、体積計測装置の全体を、被測定物たる液体を収容するタンク及び計測用機器を含めて示す図式的な断面図であり、図3は、そのうちタンク部分の平面図であり、図4は、そのうちタンク部分の部分破断斜視図である。 A specific configuration and measurement operation of the volume measuring apparatus according to the first embodiment based on the measurement principle described above will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the entire volume measuring apparatus including a tank for storing a liquid to be measured and a measuring device, and FIG. 3 is a plan view of the tank portion. 4 is a partially broken perspective view of the tank portion.
図2から図4に示すように、本実施形態に係る体積計測装置は、タンク10、計測用容器20、共鳴管3、液体出入口50、大バッフル51、小バッフル52、及び液体取入口53を備える。
As shown in FIGS. 2 to 4, the volume measuring apparatus according to this embodiment includes a
タンク10は、本発明に係る「第1容器」の一例を構成しており、本発明に係る「被測定物」の一例たる液体燃料等の液体を収容する大型のタンクからなる。図2中、最下端に設けられた、その液体出入口50を介して、液体が出し入れされる。例えば燃料補給時に、液体出入口50を介して外部から液体燃料がタンク10内に補給され、燃料供給時に、液体出入口50を介して液体燃料がタンク10から外部へ供給される。尚、計測用容器20内に設けられる液体出入口50を出口専用として、これとは別に、タンク10の任意箇所に液体入口を設けてもよい。
The
計測用容器20は、本発明に係る「第2容器」の一例を構成しており、タンク10内に配置されている。大型タンク10内における計測用容器20を除いた空間が、図1に示した第1空間1に対応しており、計測用容器20内の空間が図1に示した第1空間1に対応している。そして、両空間は、例えばネックチューブである共鳴管3を介して連通されている。
The
大バッフル51は、本発明に係る「誘導手段」の一例を構成しており、本実施形態では、タンク10の内壁に、夫々図2において上下方向に延在するように4個設けられている。大バッフル51は、タンク10内の液体を、液体取入口53を介して、液体の表面張力を利用して計測用容器10内に導く。即ち、大バッフル51は、例えば無重力下や微小重力下、人工衛星の軌道上のような真空状態の環境下などであっても、表面張力によって、液体を計測用容器20内に誘導可能である。これにより、図1に示した如くに気相部30と液相部40との分離を行うと共に、タンク10内の液体を、計測用容器20内へ(更に、液体出入口50を介してタンク10外へ)導くように構成されている。尚、大バッフル51の具体的構成については後述する(図5参照)。
The large baffles 51 constitute an example of the “guidance means” according to the present invention. In the present embodiment, four
小バッフル52は、本発明に係る「他の誘導手段」の一例を構成しており、本実施形態では、計測用容器20の内壁に、夫々図2において上下方向に延在するように4個設けられている。小バッフル52は、計測用容器20内の液体を、表面張力を利用して液体出入口50に導く。即ち、小バッフル52は、例えば無重力下や微小重力下、人工衛星の軌道上のような真空状態の環境下などであっても、表面張力によって、液体を計測用容器20内において、液体出入口50へ誘導可能である。これにより、図1に示した如くに気相部30と液相部40との分離を行うと共に、タンク10内の液体を、液体出入口50を介してタンク外へ導くように構成されている。
The
尚、図3に示すように、4個の大バッフル51は、液体出入口50を中心として概ね90度間隔で設けられており、4個の小バッフル52は、液体出入口50を中心として概ね90度間隔で設けられている。更に、大バッフル51と小バッフル52とは、周方向について相互に取付位置が重ならないように、液体出入口50を中心として異なる方位角度で取り付けられている。液体取入口53は、大バッフル51により導かれる液体を取入可能なように、液体出入口50を中心として大バッフル51と同じ方位角度で4個設けられている。液体出入口50は、大バッフル51により導かれる液体を計測用容器20内に取入可能なように、計測用容器20の壁の一部が開孔されてなる。
As shown in FIG. 3, the four
図2に示すように、本実施形態に係る体積計測装置は更に、計測用容器20における第2空間2内に音波を発生させる動電型スピーカ101と、これにより発生された音波に係る音響信号に基づいて、第2空間2内に存在する液体の体積を求める本発明に係る「処理手段」の一例を構成する、駆動用増幅器102、計測用増幅器103、発信・受信コントローラ104、及び演算器105とを備える。
As shown in FIG. 2, the volume measuring apparatus according to the present embodiment further includes an
次に、以上のように構成された体積計測装置における更なる詳細構成を、その計測動作と共に説明する。 Next, a further detailed configuration of the volume measuring apparatus configured as described above will be described together with the measuring operation.
計測時には、CPU、システムコントローラ、メモリ等からなる発信・受信コントローラ104による制御下で、駆動用増幅器102で動電型スピーカ101を駆動することによって、計測用容器20の内部空間たる第2空間2に、音波を発生させる。そして、発信・受信コントローラ104による制御下で、計測用増幅器103によって、動電型スピーカ101で発生される音波に係る音響信号を増幅し、更に、発信・受信コントローラ104による制御下で、CPU、システムコントローラ、メモリ等からなる演算器105によって、この音響信号に基づいて、第2空間2における液体の体積を求める。ここでは、図1を参照して説明した「閉鎖系」容器内におけるヘルムホルツ型の計測により、このような体積を求める。
At the time of measurement, the
より具体的には、計測の際には、発信・受信コントローラ104よって、信号時間が数十ミリ秒から数秒であり、且つタンク10内に構築された第1空間1、共鳴管3及び計測用容器20内の第2空間2(図1参照)を「共鳴器」としてみた場合におけるヘルムホルツ共鳴周波数を含む帯域のスウィープ波を出力する。この際、駆動用増幅器102を用いて、動電型スピーカ101を、定電流駆動する。
More specifically, at the time of measurement, the signal time is several tens of milliseconds to several seconds by the transmission /
ここで仮に、マイクロフォンで上記「共鳴器」における応答を検出すると、特に動電型スピーカ101による発熱を抑制するために音量を絞った場合には、音響信号以外の外部雑音がマイクロフォンにより重畳して検出されることになる。よって、最終的には、ヘルムホルツ共鳴周波数の同定精度の低下をきたす。
If the response of the “resonator” is detected by a microphone, external noise other than an acoustic signal is superimposed by the microphone, particularly when the volume is reduced to suppress heat generation by the
しかるに本実施形態では、駆動用増幅器102は、一定電流で動電型スピーカ101を駆動し、動電型スピーカ101のボイスコイル電圧を、計測用増幅器103を経由して、発信・受信コントローラ104にて受信する。この際、動電型スピーカ101による発熱を抑制するために音量を絞ることはない。
However, in this embodiment, the driving
続いて、演算器105は、このように音響信号に対応するボイスコイル電圧に係る電圧信号を、発信・受信コントローラ104から受けて、最大エントロピ(MEM)法を用いて、パワースペクトルを算出する。続いて、卓越周波数ピークを決定する。この際、演算器104は、MEM法を用いることで、信号時間が数秒以下と短い信号でも、1Hz以下の周波数分解能で、パワースペクトル上でピークとなる周波数の同定が可能となる。続いて、このピークを与える周波数を、ヘルムホルツ共鳴周波数として、例えば、前述した式(6)に代入して、計測用容器20の第2空間2内を占める気相部の体積を決定する。即ち、周波数fの解析によって、計測用容器20内の気相部分の体積V2を算出することができる。そして、計測用容器20の全容積は、既知(固定値)であるので、結局、計測用容器20内に収納された液体の体積を演算できることになる。
Subsequently, the
以上の結果として計測された体積値は、例えば、不図示の表示パネルなどに表示されたり、レコーダ等の記録装置に液体の種類や時刻に対応付けられた形で記録される。 The volume value measured as a result of the above is displayed on, for example, a display panel (not shown) or recorded in a form associated with the type of liquid and time on a recording device such as a recorder.
以上のように第1実施形態によれば、予め計測用容器20内に収容される液体の各体積に対して共振によって得られるヘルムホルツ周波数を夫々求めておき、これらの値をテーブル化しておけば、或いは、各体積とヘルムホルツ共鳴周波数との関係を所定関数で近似して求めておけば、後に、実際の計測に際しては、動電型スピーカ101のボイスコイルの電圧計測により得られるヘルムホルツ共鳴周波数から、計測用容器20内に収容された液体の体積を一義的に特定できることになるのである。
As described above, according to the first embodiment, the Helmholtz frequencies obtained by resonance are obtained in advance for each volume of the liquid stored in the
このような計測の場合、共鳴管3及び計測用容器20等を含むタンク10は、「密閉系容器」とされており、即ち閉鎖系であるので、例えば宇宙空間等の高真空雰囲気においても、計測が可能となる。
In the case of such measurement, the
従って、タンク10に収容されていると共に大バッフル51により計測用容器20内に誘導される液体の体積が、計測用容器20の容積を下回る段階になると、当該体積計測装置によって、計測用容器20内に収容されている液体の体積を計測することができる。この際、タンク10が、例えば数千リットル、数万リットルなど巨大なものであっても、動電型スピーカ101から発するべきヘルムホルツ型の計測を行うための音波の波長は、計測用容器20の大きさに見合ったもので足りる。ここで、計測用容器20の大きさを、好ましくは、計測したい体積範囲において計測精度が高くなる共鳴波長が得られるように設定しておけば、タンク10内に残っている少量の液体の体積を、極めて高精度で計測することが可能となる。
Accordingly, when the volume of the liquid contained in the
以上の結果、本実施形態によれば、無重力下や微小重力下、液体燃料等の液体がタンク10内に残り少なくなった場合でも、高精度での体積計測が可能となる。また、計測用容器20が液体で一杯に満たされている際には、例えば光の減衰を使った等の既存の各種測定方法を用いて、別途計測すればよい。
As a result of the above, according to the present embodiment, it is possible to measure the volume with high accuracy even under the condition of zero gravity, microgravity, or when the liquid such as liquid fuel remains in the
尚、上述した実施形態では、計測用容器20にマイクロフォンを設置しない構成を採用している。マイクロフォンの場合、音響信号に外部騒音が重畳される結果、S/N比が低下する可能性があるので、当該マイクロフォンを用いないで済む計測は、計測精度を高める観点からも有利である。但し、計測用容器20にマイクロフォンを配置して、これにより受信された音波に係る音響信号に基づいて、計測用容器20内の液体の体積を求めるように構成してもよい。この場合、計測時に、動電型スピーカ101から音波を出力すると、この音波は、計測用容器20内へと出力され、マイクロフォンによりこの音波が受信され、この受信された音波に係る音響信号に基づいて、例えばヘルムホルツ型の計測によって、液体の体積が求められる。
In the above-described embodiment, a configuration in which no microphone is installed in the
更に、上述の実施形態では、動電型スピーカ101を定電流駆動しているが、これを定電圧駆動することで、動電型スピーカ101のボイスコイルに係るインピーダンス曲線の反共振周波数を特定或いは同定し、この反共振周波数によって体積を測定することも可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
次に図4及び図5を参照して、本発明に係る誘導手段の一例としての大バッフル51の詳細構成について説明する。ここに図5は、図4に示された本実施形態に用いられる1個のバッフルを抜き出して拡大して示す斜視図である。
Next, with reference to FIG.4 and FIG.5, the detailed structure of the
図4及び図5に示しように、大バッフル51は、本発明に係る「誘導手段」の一例として、タンク10内において、液体出入口50と対向する箇所から、液体出入口50に向かって延在しており、無重力又は微小重力状態において、タンク10内に収容された液体を誘導するものである。大バッフル51は、タンク10内における液体の流路を規定又は規制する板状部材或いは邪魔板である。そして、タンク10の内壁に、タンク10の内部側に向かって立設されている。大バッフル51の材質、表面状態、幅、厚み等は、扱うべき液体の属性や当該体積計測装置の使用環境に応じて、表面張力による誘導が効率的に行われるように実験的、経験的、シミュレーション等により決定される。ここでは、液体出入口50と対向する箇所の幅が相対的に広く、液体出入口50に近い箇所の幅が相対的に狭く構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
尚、本実施形態では、以上のように構成された大バッフル51を、図2から図4に既に示したように、4個だけ用いているが、4個未満だけ用いてもよいし、5個以上用いてもよい。
In the present embodiment, only four
加えて、図2から図4に示した本実施形態に係る計測用容器20内に設けられる小バッフル52についても、計測用容器20の大きさに応じて小さいものの、大バッフル51と同様の原理で液体を誘導する形状を有している。小バッフル52の材質、表面状態、幅、厚み等についても、扱うべき液体の属性や当該体積計測装置の使用環境に応じて、表面張力による誘導が効率的に行われるように実験的、経験的、シミュレーション等により決定される。
In addition, although the
(変形形態)
第1実施形態の変形形態について図6及び図7を参照して説明する。ここに、図6及び図7は、変形形態における図5と同趣旨の斜視図である。
(Deformation)
A modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 are perspective views having the same concept as in FIG. 5 in the modified embodiment.
上述した第1実施形態では、大バッフル51及び小バッフル52が、本発明に係る「誘導手段」及び「他の誘導手段」の一例を夫々構成しているが、その変形形態として、これらのバッフルの少なくとも一方に代えて、ハーネスやフィンを用いることが可能である。
In the first embodiment described above, the
即ち図6に例示するように、一の変形形態では、大バッフル51に代えて、ハーネス251を備える。小バッフル52については、第1実施形態のままでもよいし、ハーネスに代えてもよい。その他の構成については、第1実施形態と同様である。
That is, as illustrated in FIG. 6, in one modification, a
ハーネス251は、本発明に係る「誘導手段」の他の一例として、タンク10内において、液体出入口50と対向する箇所から、液体出入口50に向かって延在する帯状部材が、その延在方向に沿った中心線を中心として内角が約90度となるようにタンク10の内部側に向けて折り曲げることで作成される。ハーネス251の材質、表面状態、幅、厚み、折曲角度等は、扱うべき液体の属性や当該体積計測装置の使用環境に応じて、表面張力による誘導が効率的に行われるように実験的、経験的、シミュレーション等により決定される。ここでは、その延在方向の幅や厚みは、均一に構成されている。このようなハーネス251によっても、タンク10に収容された液体の表面張力によって、液体を計測用容器20内に導くことができる。
As another example of the “guidance means” according to the present invention, the
また図7に例示するように、他の変形形態では、大バッフル51に代えて、フィン351を備える。小バッフル52については、第1実施形態のままでもよいし、フィンに代えてもよい。その他の構成については、第1実施形態と同様である。
Further, as illustrated in FIG. 7, in another modification, a
フィン351は、本発明に係る「誘導手段」の他の一例として、タンク10内において、液体出入口50と対向する箇所から、液体出入口50に向かって延在すると共にタンク10の内部側に突出する棒状部材から作成される。フィン351の材質、表面状態、幅、厚み等は、扱うべき液体の属性や当該体積計測装置の使用環境に応じて、表面張力による誘導が効率的に行われるように実験的、経験的、シミュレーション等により決定される。
ここでは、その延在方向の幅や厚みは、均一に構成されている。このようなフィン351によっても、タンク10に収容された液体の表面張力によって、液体を計測用容器20内に導くことができる。
As another example of the “guidance means” according to the present invention, the
Here, the width and thickness in the extending direction are configured uniformly. Also with
(第2実施形態)
図8を参照して、体積計測装置の第2実施形態について説明する。第2実施形態の体積計測装置は、本発明に係る「第2の体積計測装置」の実施形態であり、重力下におけるヘルムホルツ型の計測装置である。ここに図8は、第1実施形態に係る図2と同趣旨の図面であり、体積計測装置の全体を、被測定物たる液体を収容するタンク及び計測用機器を含めて示す図式的な断面図である。尚、図8において、図1から図7に示した第1実施形態と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the volume measuring device will be described with reference to FIG. The volume measuring device of the second embodiment is an embodiment of the “second volume measuring device” according to the present invention, and is a Helmholtz type measuring device under gravity. FIG. 8 is a drawing having the same concept as in FIG. 2 according to the first embodiment, and is a schematic cross section showing the entire volume measuring device including a tank for storing a liquid as a measurement object and a measuring device. FIG. In FIG. 8, the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
図8に示すように、第2実施形態に係る体積計測装置は、図1から図5に示した第1実施形態と比較して、バッフル等の誘導手段を備えないで構成されている点と、液体出入口50が、タンク101及び第2空間2の鉛直方向Dgについての下側にくるように配置されている点が異なり、その他の構成については、第1実施形態の場合と基本的に同様である。
As shown in FIG. 8, the volume measuring device according to the second embodiment is configured without a guiding means such as a baffle as compared with the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5. The liquid inlet /
重力下であれば、バッフル等の誘導手段を用いなくても、重力によって、タンク10内の液体を、計測用容器20内に導くことが可能となる。よって、誘導手段なしで、第1実施形態と同様の計測原理によって(図1等参照)、計測用容器20内における液体の体積を計測することが可能となる。
Under gravity, the liquid in the
以上の結果、本実施形態によれば、重力下、液体燃料等の液体が大きなタンク10内に残り少なくなった場合でも、高精度での体積計測が可能となる。尚、計測用容器20が液体で一杯に満たされている際には、他の既存の各種測定方法を用いて、別途計測すればよい。
As a result, according to the present embodiment, even when a liquid such as liquid fuel remains in the
(第3実施形態)
図9から図11を参照して、体積計測装置の第3実施形態について説明する。第3実施形態の体積計測装置は、本発明に係る「第1の体積計測装置」の他の実施形態である。ここに図9は、第1実施形態に係る図2と同趣旨の図面であり、体積計測装置の全体を、被測定物たる液体を収容するタンク及び計測用機器を含めて示す図式的な断面図であり、図10は、そのうちタンク部分の平面図であり、図11は、そのうちタンク部分の部分破断斜視図である。尚、図9から図11において、図1から図7に示した第1実施形態と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the volume measuring apparatus will be described with reference to FIGS. The volume measuring apparatus according to the third embodiment is another embodiment of the “first volume measuring apparatus” according to the present invention. FIG. 9 is a drawing having the same concept as in FIG. 2 according to the first embodiment, and is a schematic cross section showing the entire volume measuring device including a tank for storing a liquid as a measurement object and a measuring device. FIG. 10 is a plan view of the tank portion, and FIG. 11 is a partially cutaway perspective view of the tank portion. 9 to 11, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7, and description thereof will be omitted as appropriate.
図9から図11に示すように、第3実施形態に係る体積計測装置は、図1から図5に示した第1実施形態と比較して、共鳴管3の先端側に共鳴容器25を有すると共に共鳴容器25内に動電型スピーカ101を有しており、タンク10ではなく共鳴容器25が、本発明に係る共鳴する上での「第1容器」を構成する点が異なる。更に、共鳴容器25及び共鳴管3の内壁にグルーブ55を有する点が異なる。その他の構成及び動作原理については、第1実施形態の場合と基本的に同様である。
As shown in FIGS. 9 to 11, the volume measuring apparatus according to the third embodiment has a
即ち図9から図11において、本実施形態に係る体積計測装置は、タンク10、計測用容器20、共鳴管3、液体出入口50、大バッフル51、小バッフル52及び液体取入口53を備え、更に、体積V1及び圧力p1を有する第1空間をその内部に規定する共鳴容器25と、共鳴容器25内に配置された動電型スピーカ101と、共鳴管3の内壁に配置されたグルーブ55とを備える。
That is, in FIGS. 9 to 11, the volume measuring device according to the present embodiment includes a
この場合、計測用容器20は、体積V2及び圧力p2を有する第2空間をその内部に規定する、本発明に係る「第2容器」の一例を構成しており、「被測定物」の一例たる液体燃料等の液体を収容する大型タンク10内に配置されている。共鳴容器25は、本発明に係る「第1容器」の一例を構成しており、計測用容器20によりその内部に規定される共鳴空間と、共鳴容器25によりその内部に規定される共鳴空間との両空間が、例えばネックチューブである共鳴管3を介して連通されている。
In this case, the
図9中、最下端に位置する液体出入口50を介して、外部から液体燃料がタンク10内に補給され、燃料補給時に液体出入口50を介して液体燃料がタンク10から外部へ供給される。
In FIG. 9, the liquid fuel is replenished into the
大バッフル51は、本発明に係る「誘導手段」の一例を構成しており、本実施形態ではタンク10の内壁に夫々図において上下方向に延在するように4個設けられている。大バッフル51は、タンク10内の液体を、液体取入口53を介して、液体の表面張力を利用して計測用容器20内に導く。
The large baffles 51 constitute an example of the “guidance means” according to the present invention. In the present embodiment, four
小バッフル52は、本発明に係る「他の誘導手段」の一例を構成しており、本実施形態では、計測用容器20の内壁に夫々図において上下方向に延在するように4個設けられている。小バッフル52は計測用容器20内の液体を、表面張力を利用して液体出入口50に導く。
The
本実施形態では特に、グルーブ55は、本発明に係る「他の誘導手段」の一例を構成しており、共鳴容器25と共鳴管3との内壁に配置されている。グルーブ55は、表面張力により共鳴容器25内の液体を計測用容器20に誘導する。タンク10内の液体体積が、計測用容器20の体積以下の時は、グルーブ55により、共鳴空間25及び共鳴管3内は気相で占められる。
Particularly in the present embodiment, the
以上のように構成されているため、体積計測時には、動電型スピーカ101によって、共鳴容器25内に音波を発生させることで、この音波に係る音響信号に基づいて、本発明に係る「処理手段」の一例を構成する、駆動用増幅器102、計測用増幅器103、発信・受信コントローラ104、及び演算器105によって、第1実施形態の場合と同様に、計測用容器20によりその内部に規定される第2空間内に存在する液体の体積を求めることができる。
Since it is configured as described above, at the time of volume measurement, a sound wave is generated in the
このように本実施形態によれば、図1を参照して説明した「閉鎖系」容器内におけるヘルムホルツ型の計測により体積を求めるので、液体量が計測用容器20の体積以下になった時の液体残量を正確に把握することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the volume is obtained by Helmholtz-type measurement in the “closed system” container described with reference to FIG. 1, so that the liquid amount is less than the volume of the
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う体積計測装置及び方法もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. And methods are also within the scope of the present invention.
1…第1空間
2…第2空間
3…共鳴管
10…タンク
20…計測用容器
30…気相部
40…液相部
50…液体出入口
51…大バッフル
52…小バッフル
53…液体取入口
101…動電型スピーカ、
102…駆動用増幅器
103…計測用増幅器
104…発信・受信コントローラ
105…演算器
DESCRIPTION OF
102 ...
Claims (7)
前記第1容器内に設けられており、前記被測定物を前記第2容器内に誘導する誘導手段と、
前記第2容器の内部空間から前記第2容器の外部空間に連通する共鳴管と、
前記内部空間に音波を発生させる音波発生手段と、
前記発生された音波に係る音響信号に基づいて、前記内部空間における前記被測定物の体積を求める処理手段と
を備え、
前記第1容器は、前記第2容器内に含まれる箇所に前記被測定物を前記第1容器の外部に排出するための排出口を有する
ことを特徴とする体積計測装置。 A second container disposed in the first container in which the object to be measured is stored;
Guidance means provided in the first container and guiding the object to be measured into the second container;
A resonance tube communicating from the internal space of the second container to the external space of the second container;
Sound wave generating means for generating sound waves in the internal space;
Processing means for obtaining a volume of the object to be measured in the internal space based on an acoustic signal relating to the generated sound wave, and
The first container has a discharge port for discharging the object to be measured to the outside of the first container at a location included in the second container.
前記第2容器の内部空間から前記第2容器の外部空間に連通する共鳴管と、
前記内部空間に音波を発生させる音波発生手段と、
前記発生された音波に係る音響信号に基づいて、前記内部空間における前記被測定物の体積を求める処理手段と
を備え、
前記第1容器は、前記第2容器内に含まれる箇所に前記被測定物を前記第1容器の外部に排出するための排出口を有する
ことを特徴とする体積計測装置。 A second container disposed on the vertically lower side in the first container in which the object to be measured is accommodated;
A resonance tube communicating from the internal space of the second container to the external space of the second container;
Sound wave generating means for generating sound waves in the internal space;
Processing means for obtaining a volume of the object to be measured in the internal space based on an acoustic signal relating to the generated sound wave, and
The first container has a discharge port for discharging the object to be measured to the outside of the first container at a location included in the second container.
前記処理手段は、前記動電型スピーカに係るボイスコイルの電圧を測定する測定手段と該測定された電圧に基づいて前記被測定物の体積を演算する演算手段とを含む
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の体積計測装置。 The sound wave generating means includes an electrodynamic speaker in which a sound wave output surface is disposed to face the wall of the second container,
The processing means includes measurement means for measuring a voltage of a voice coil related to the electrodynamic speaker, and calculation means for calculating the volume of the object to be measured based on the measured voltage. Item 5. The volume measuring device according to any one of Items 1 to 4.
前記内部空間に音波を発生させる音波発生工程と、
前記発生された音波に係る音響信号に基づいて、前記内部空間における前記被測定物の体積を求める処理工程と
を有することを特徴とする体積計測方法。 A second container disposed in the first container in which the object to be measured is accommodated, guidance means provided in the first container, for guiding the object to be measured into the second container; A resonance tube communicating from the internal space of the two containers to the external space of the second container, wherein the first container places the object to be measured outside the first container at a location included in the second container. A volume measuring method in a volume measuring device having a discharge port for discharging,
A sound wave generating step for generating sound waves in the internal space;
And a processing step of obtaining a volume of the object to be measured in the internal space based on an acoustic signal relating to the generated sound wave.
前記内部空間に音波を発生させる音波発生工程と、
前記発生された音波に係る音響信号に基づいて、前記内部空間における前記被測定物の体積を求める処理工程と
を有することを特徴とする体積計測方法。 A second container disposed vertically below the first container in which the object to be measured is accommodated, and a resonance tube communicating from the internal space of the second container to the external space of the second container, One container is a volume measuring method in a volume measuring apparatus having a discharge port for discharging the object to be measured to the outside of the first container at a location included in the second container,
A sound wave generating step for generating sound waves in the internal space;
And a processing step of obtaining a volume of the object to be measured in the internal space based on an acoustic signal relating to the generated sound wave.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2103863A1 (en) | 2008-03-17 | 2009-09-23 | Japan Aerospace Exploration Agency | Apparatus for detecting position of liquid surface and determining liquid volume |
DE102017100034B3 (en) | 2017-01-02 | 2018-06-21 | Mt Aerospace Ag | Container for receiving, storing and dispensing liquids and / or viscous substances, in particular fuel or fuel or drinking water, process for its preparation and its use |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0783729A (en) * | 1993-09-17 | 1995-03-31 | Nissan Motor Co Ltd | Volumenometer |
JPH11164378A (en) * | 1997-11-25 | 1999-06-18 | Victor Co Of Japan Ltd | Dynamic type loudspeaker device |
JP2002337799A (en) * | 2001-05-18 | 2002-11-27 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Liquid tank |
JP2003004503A (en) * | 2001-06-21 | 2003-01-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Volume measuring instrument in microgravity |
-
2006
- 2006-03-22 JP JP2006079671A patent/JP2006308565A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0783729A (en) * | 1993-09-17 | 1995-03-31 | Nissan Motor Co Ltd | Volumenometer |
JPH11164378A (en) * | 1997-11-25 | 1999-06-18 | Victor Co Of Japan Ltd | Dynamic type loudspeaker device |
JP2002337799A (en) * | 2001-05-18 | 2002-11-27 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Liquid tank |
JP2003004503A (en) * | 2001-06-21 | 2003-01-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Volume measuring instrument in microgravity |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2103863A1 (en) | 2008-03-17 | 2009-09-23 | Japan Aerospace Exploration Agency | Apparatus for detecting position of liquid surface and determining liquid volume |
EP2306066A1 (en) | 2008-03-17 | 2011-04-06 | Japan Aerospace Exploration Agency | Apparatus for determining liquid volume |
DE102017100034B3 (en) | 2017-01-02 | 2018-06-21 | Mt Aerospace Ag | Container for receiving, storing and dispensing liquids and / or viscous substances, in particular fuel or fuel or drinking water, process for its preparation and its use |
US20200039659A1 (en) * | 2017-01-02 | 2020-02-06 | Mt Aerospace Ag | Container for Receiving, Storing and Dispensing Liquids and/or Viscous Substances, in Particular Fuel, Propellant or Drinking Water, Method for Producing Same and Use Thereof |
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