JP2009109296A - Ultrasonic liquid level meter - Google Patents

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Yoshihiro Sekine
良浩 関根
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Ricoh Elemex Corp
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Ricoh Elemex Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic liquid level meter of a simple configuration and low power consumption capable of measuring the height h of a liquid surface up to a level close unlimitedly to zero with high accuracy. <P>SOLUTION: The behavior of a stationary wave formed by a continuous wave WC which is frequency-swept is measured by a change in electric impedance of a piezoelectric element 2, and the height h of the liquid surface is detected based on an electric impedance frequency characteristic of the piezoelectric element 2 acquired by the measurement. Even when the height h is low, a fault of a reduction in S/N ratio caused by burying of a burst reflected wave into reverberation does not essentially occur. Even when the height h is small, moreover even when the height h is close unlimitedly to zero, the height can be measured with high accuracy. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は超音波液面計に関する。   The present invention relates to an ultrasonic liquid level gauge.

特開2004−53504号公報JP 2004-53504 A 特開2002−90210号公報JP 2002-90210 A

従来、タンク内面に超音波の送信面ないし受信面を露出させる形で超音波トランスジューサ(超音波送信部及び受信部)を配置し、超音波ビームが液面位置で反射して戻ってくるまでの時間を計測することにより液面高さを知ることができるようにした超音波液面計が知られている(特許文献1,2)。   Conventionally, an ultrasonic transducer (ultrasonic transmitter and receiver) is disposed in such a manner that the ultrasonic transmission surface or reception surface is exposed on the inner surface of the tank, and the ultrasonic beam is reflected at the liquid surface position until it returns. There is known an ultrasonic liquid level gauge that can know the liquid level height by measuring time (Patent Documents 1 and 2).

上記の超音波液面計の構成においては、超音波発生のためにトランスジューサをパルス状にバースト駆動すると、そのバースト駆動による強制振動と、トランスジューサ/容器境界、あるいは容器/液体境界で生ずる反射超音波振動とが、時間的に重なり合いながら徐々に減衰してゆく。しかし、液面高さが低い場合には、その減衰が十分に進まない上記強制振動ないし境界反射振動の残響継続期間に、液本来検出すべき液面での反射波が埋もれてしまい、液面検出精度が十分に確保できなくなる問題がある。検出可能な液面下限値は、容器の材料や厚さ、塗装状態、計測環境(特に環境温度)、トランスジューサの取付状態等の要因によりさらに小さくなることもありえ、液面が低い場合(つまり、容器内液体量が少ない場合)の検出精度の悪化はさらに著しくなる。従来、液面が低い場合の検出精度向上には、超音波駆動の回数制御や、増幅器のゲイン変更あるいはコンパレータレベルの変更等、複雑な信号処理が必要であり、信号処理回路やソフトウェアの複雑化や回路消費電力の増加が避けがたかったし、かけたコストに見合う改善効果も十分に得られているとはいいがたかった。   In the configuration of the ultrasonic liquid level gauge described above, when the transducer is driven in bursts to generate ultrasonic waves, forced vibration due to the burst drive and reflected ultrasonic waves generated at the transducer / container boundary or the container / liquid boundary are generated. The vibration gradually attenuates while overlapping in time. However, when the liquid level is low, the reflected wave at the liquid level that should be detected is buried during the reverberation continuation period of the forced vibration or boundary reflection vibration where the attenuation does not proceed sufficiently. There is a problem that sufficient detection accuracy cannot be secured. The lower limit of the detectable liquid level can be even smaller depending on factors such as the material and thickness of the container, the coating condition, the measurement environment (especially the environmental temperature), the transducer mounting condition, etc. The deterioration in detection accuracy (when the amount of liquid in the container is small) becomes even more significant. Conventionally, in order to improve detection accuracy when the liquid level is low, complicated signal processing such as controlling the number of times of ultrasonic driving, changing the gain of the amplifier, or changing the comparator level is necessary, and the signal processing circuit and software are complicated. In addition, it was difficult to avoid an increase in circuit power consumption and an improvement effect commensurate with the cost.

本発明の課題は、構成が簡単で低消費電力であり、かつ、液面高さを限りなくゼロに近いレベルまで高精度に計測できる超音波液面計を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an ultrasonic liquid level meter that has a simple configuration, has low power consumption, and can measure the liquid level with high accuracy to a level close to zero.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記の課題を解決するために、本発明の超音波液面計は、
液体を収容した容器からなる被測定系において、容器の底部に取り付けられるとともに、該容器内部の液面に向けて測定用超音波を送出する超音波送信素子と、
超音波送信素子を、駆動周波数を予め定められた範囲でスイープしつつ測定用超音波が連続波として送出されるように駆動する連続波駆動手段と、
連続波の液面に向かう送出進行波と、同じく液面による反射波とにより液体中に発生する定在波振動を受けて励振され、当該励振により電気インピーダンスを変化させる圧電素子からな定在波被励振素子と、
連続波のスイープに伴う定在波被励振素子の電気インピーダンス変化をモニタリングすることにより、電気インピーダンスの周波数特性プロファイルを測定するインピーダンス周波数特性測定手段と、
測定により得られた周波数特性プロファイルに基づいて容器内の液面高さを算出する液面高さ算出手段と、
液面高さ情報を出力する液面高さ情報出力手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the ultrasonic liquid level meter of the present invention is
In a system to be measured comprising a container containing a liquid, an ultrasonic transmission element that is attached to the bottom of the container and that transmits measurement ultrasonic waves toward the liquid level inside the container;
Continuous wave drive means for driving the ultrasonic transmission element so that the ultrasonic waves for measurement are sent out as a continuous wave while sweeping the drive frequency in a predetermined range;
A standing wave consisting of a piezoelectric element that is excited by a standing wave vibration generated in the liquid by a traveling wave sent to the liquid surface of the continuous wave and a reflected wave from the liquid surface, and that changes the electrical impedance by the excitation. An excited element;
Impedance frequency characteristic measuring means for measuring a frequency characteristic profile of the electrical impedance by monitoring a change in the electrical impedance of the standing wave excited element accompanying the continuous wave sweep;
A liquid level calculation means for calculating the liquid level in the container based on the frequency characteristic profile obtained by the measurement,
And a liquid level information output means for outputting the liquid level information.

この発明の超音波液面計では、測定用超音波として従来のごときパルス状のバースト波ではなく、連続波(連続正弦波)を用いる。超音波送信素子からの出力連続波は、容器底面から液面に向かう進行波であり、その液面で反射され反射波を生ずる。これら進行波と反射波とが合成されて液体中には定在波が発生する。   In the ultrasonic liquid level meter according to the present invention, a continuous wave (continuous sine wave) is used as a measurement ultrasonic wave instead of a conventional pulsed burst wave. The output continuous wave from the ultrasonic transmission element is a traveling wave from the bottom surface of the container toward the liquid surface, and is reflected by the liquid surface to generate a reflected wave. The traveling wave and the reflected wave are combined to generate a standing wave in the liquid.

この場合、入射波は測定用超音波であり、その測定用超音波に周波数が液面高さhに対する共鳴条件(つまり、固有振動数条件)を充足しているか否かにより、発生する定常波の振幅が変化する。具体的には、
2h=n・λ=n・C/f (n=1,2,‥) ‥(1)
の関係が成立するとき、共鳴条件を充足して定在波の振幅が極大化し、逆に、
2h=n・λ’+λ’/2=n・C/f+C/(2f)(n=1,2,‥) ‥(2)
の関係が成立するとき、定在波の振幅が極小化する。ここに、nは固有振動の次数である。従って、容器の底部に、この定在波振動を受けて励振される圧電素子からな定在波被励振素子を設けておくと、圧電素子の電気インピーダンスが定在波による励振レベルに応じて変化する。従って、この電気インピーダンスの周波数特性プロファイルを測定すれば、その測定結果から容器内の液面高さを算出することができる。
In this case, the incident wave is a measurement ultrasonic wave, and depending on whether the measurement ultrasonic wave satisfies the resonance condition (that is, the natural frequency condition) with respect to the liquid level height h, The amplitude changes. In particular,
2h = n · λ = n · C / f n (n = 1, 2,...) (1)
When the relationship is satisfied, the resonance condition is satisfied and the amplitude of the standing wave is maximized.
2h = n · λ ′ + λ ′ / 2 = n · C / f n + C / (2f n ) (n = 1, 2,...) (2)
When this relationship is established, the amplitude of the standing wave is minimized. Here, n is the order of the natural vibration. Therefore, if a standing wave excited element composed of a piezoelectric element excited by this standing wave vibration is provided at the bottom of the container, the electrical impedance of the piezoelectric element changes according to the excitation level due to the standing wave. To do. Therefore, if the frequency characteristic profile of this electrical impedance is measured, the liquid level in the container can be calculated from the measurement result.

上記本発明の液面計によると、連続波が形成する定在波挙動から液面高さを検出するので、従来方式のように、液面高さが低い場合でも、バースト反射波が残響に埋もれてS/N比が低下してしまう不具合が本質的に発生せず、液面高さが小さい場合であっても、ひいては、液面高さは限りなくゼロに近い状況下であっても高精度に計測することができる。   According to the liquid level meter of the present invention, since the liquid level is detected from the standing wave behavior formed by the continuous wave, even if the liquid level is low as in the conventional method, the burst reflected wave becomes reverberant. Even if the liquid level height is small, even if the liquid level height is infinitely close to zero, the problem that the S / N ratio drops and the S / N ratio does not occur essentially occurs. It can measure with high accuracy.

超音波送信素子は連続波出力の駆動中であっても、そのインピーダンス測定は問題なく行なうことができる。従って、超音波送信素子は、定在波被励振素子に兼用される圧電素子にて構成することができる。これにより、測定系を構成する素子の総数を減ずることができ、装置の簡略化を図ることができる。   Even when the ultrasonic transmission element is being driven with a continuous wave output, the impedance measurement can be performed without any problem. Therefore, the ultrasonic transmission element can be constituted by a piezoelectric element that is also used as a standing wave excited element. As a result, the total number of elements constituting the measurement system can be reduced, and the apparatus can be simplified.

また、本発明の超音波液面計においては、
超音波送信素子を、予め定められた駆動周波数にて測定用超音波がバースト波として送出されるように駆動するバースト波駆動手段と、
バースト波の液面での反射波を容器底部にて受信する反射波受信素子と、
バースト波が送出された場合に、該送出から反射波受信部により受信されるまでの該バースト波の伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、
計測された該バースト波の伝播時間に基づいて液面高さを算出する第二液面高さ算出手段と、
液面高さの測定モードを、連続波を用いて得られる周波数特性プロファイルに基づいて液面高さを計測する第一測定モードと、バースト波の伝播時間計測により液面高さを計測する第二測定モードとの間で切り替える測定モード切替手段と、を設けることができる。
In the ultrasonic liquid level gauge of the present invention,
Burst wave driving means for driving the ultrasonic transmission element so that measurement ultrasonic waves are transmitted as burst waves at a predetermined drive frequency;
A reflected wave receiving element for receiving the reflected wave at the liquid level of the burst wave at the bottom of the container;
Propagation time measuring means for measuring the propagation time of the burst wave from the transmission to reception by the reflected wave receiver when the burst wave is transmitted;
Second liquid level height calculating means for calculating the liquid level height based on the measured propagation time of the burst wave;
The measurement mode of the liquid level is the first measurement mode that measures the liquid level height based on the frequency characteristic profile obtained using the continuous wave, and the first that measures the liquid level height by measuring the burst wave propagation time. Measurement mode switching means for switching between the two measurement modes can be provided.

上記のような連続波による定在波を定在波被励振素子の電気インピーダンス変化により検出し、液面検出する方式では、液面高さが大きい場合の測定も可能である。しかし、バースト駆動方式を用いた場合も、液面高さが十分に大きければ、液面での反射波が残響振動に埋没する心配はなく、反射超音波を検出する伝播長が長くなる分だけ、液面検出精度は却って高く確保できる。そこで、上記のごとく、液面高さの測定モードを、連続波を用いて得られる周波数特性プロファイルに基づいて液面高さを計測する第一測定モードと、バースト波の伝播時間計測により液面高さを計測する第二測定モードとの間で切り替える測定モード切替手段を設けておくと、測定すべき液面高さに応じて、より高精度で測定が可能な測定モードを随時切り替えて使用することができ、液面計としての使い勝手が大幅に向上する。   In the method in which the standing wave by the continuous wave as described above is detected by the change in the electrical impedance of the standing wave excited element and the liquid level is detected, the measurement can be performed when the liquid level is large. However, even when the burst drive method is used, if the liquid level is sufficiently large, there is no concern that the reflected wave at the liquid level will be buried in reverberation vibration, and the propagation length for detecting reflected ultrasonic waves will be longer. The liquid level detection accuracy can be secured high. Therefore, as described above, the measurement mode of the liquid level is changed to the first measurement mode for measuring the liquid level based on the frequency characteristic profile obtained using the continuous wave, and the liquid level by measuring the propagation time of the burst wave. By providing a measurement mode switching means that switches between the second measurement mode that measures the height, depending on the liquid level height to be measured, the measurement mode that can be measured with higher accuracy can be switched at any time. This can greatly improve the usability as a liquid level gauge.

この場合、定在波被励振素子の電気インピーダンス変化により液面高さ計測する第一測定モードでは、やや精度は落ちるものの液面高さが大きい場合の測定も十分可能であることを考慮すれば、まず、この第一測定モードにより(ラフに)液面高さを計測し、該第一測定モードにて得られた液面高さが予め定められた閾液面高さを超えていた場合は、第二測定モードに切り替えて液面高さの再計測を行なう計測制御手段を設けておくとよい。この場合、液面高さ情報出力手段は、その再計測された(第二測定モードによる)液面高さ情報を出力するように構成することができる。つまり、第一測定モードで測定された液面高さが閾液面高さより小さい場合には、もともと第二測定モードでの測定は困難であるから、そのままその測定結果を液面高さ情報として採用・出力すればよく、第一測定モードで測定された液面高さが閾液面高さより大きければ、第二測定モードでの再測定を行なうことで、精度をより向上させた形で液面高さ情報を出力することが可能となる。なお、この閾液面高さは、(例えば超音波送受信素子の経時劣化等に応じて)随時変更可能に構成することが可能である。   In this case, in the first measurement mode in which the liquid level height is measured by changing the electrical impedance of the standing wave excited element, it is possible to perform measurement when the liquid level is large although the accuracy is slightly reduced. First, when the liquid level height is measured (roughly) in the first measurement mode, and the liquid level height obtained in the first measurement mode exceeds a predetermined threshold liquid level height It is preferable to provide measurement control means for switching to the second measurement mode and performing re-measurement of the liquid level. In this case, the liquid level information output means can be configured to output the remeasured liquid level information (in the second measurement mode). In other words, when the liquid level height measured in the first measurement mode is smaller than the threshold liquid level height, the measurement in the second measurement mode is originally difficult, so the measurement result is used as the liquid level height information as it is. If the liquid level measured in the first measurement mode is larger than the threshold liquid level, remeasurement is performed in the second measurement mode to improve the accuracy. It becomes possible to output surface height information. The threshold liquid level can be changed at any time (for example, according to deterioration with time of the ultrasonic transmission / reception element).

以下、定在波被励振素子の電気インピーダンス変化を用いて液面高さを算出する方法の具体的内容について説明する。前述の(1)(2)式からも明らかなごとく、定在波の励振レベル(振幅)、ひいてはこれを反映する定在波被励振素子の電気インピーダンス変化は、(1)(2)式が示す条件測定用超音波の波長λ(あるいは周波数ν)と密接な関係があり、連続波の波長λで液面高さhの2倍(2h)が割り切れる場合((1))の周波数と、λ/2の端数が生ずる場合((2):超音波の片道の伝播長ではλ/4;つまり、固定端となる液面位置で定在波が腹になってしまう場合に相当)の周波数とに対応して、極大値と極小値とが交互に出現する特徴がある。つまり、電気インピーダンス周波数特性測定手段が測定する周波数特性プロファイルは、電気インピーダンスの定在波に由来した極大値と極小値とが交互に出現する鋸刃状区間を有するものとなる。そこで、液面高さ算出手段は、当該鋸刃状区間において互いに隣接する極大値間又は極小値間の周波数差に基づいて液面高さを算出するように構成することができる。得られた電気インピーダンスの周波数プロファイルに鋸刃状区間を見出し、その鋸刃状区間の互いに隣接する極大値間又は極小値間の周波数差を演算することで、液面高さを簡単に算出することができる。液面高さ算出手段は、具体的には、周波数差の逆数の1/2を測定用超音波の容器底面と液面との間の伝播時間tpとみなすことにより液面高さhを算出することができる。   Hereinafter, the specific content of the method of calculating the liquid level height using the electrical impedance change of the standing wave excited element will be described. As is clear from the above-described equations (1) and (2), the excitation level (amplitude) of the standing wave, and the change in the electrical impedance of the standing wave excited element reflecting this, is expressed by the following equations (1) and (2). There is a close relationship with the wavelength λ (or frequency ν) of the condition measurement ultrasound shown, and the frequency when the liquid level height h is twice (2h) divisible by the wavelength λ of the continuous wave ((1)), Frequency when a fraction of λ / 2 occurs ((2): λ / 4 for the propagation length of one-way ultrasonic wave; that is, equivalent to a case where the standing wave becomes antinode at the liquid surface position at the fixed end) Corresponding to the above, there is a feature that a maximum value and a minimum value appear alternately. That is, the frequency characteristic profile measured by the electrical impedance frequency characteristic measuring means has a saw-toothed section in which the maximum value and the minimum value derived from the standing wave of the electrical impedance appear alternately. Accordingly, the liquid level calculation means can be configured to calculate the liquid level based on the frequency difference between the maximum values or the minimum values adjacent to each other in the sawtooth-shaped section. By finding a sawtooth section in the obtained frequency profile of the electrical impedance and calculating the frequency difference between adjacent maximum values or minimum values in the sawtooth section, the liquid level height can be calculated easily. be able to. Specifically, the liquid level height calculation means calculates the liquid level height h by regarding 1/2 of the reciprocal of the frequency difference as the propagation time tp between the measurement ultrasonic wave container bottom and the liquid level. can do.

この場合、もし容器内に液体が存在しなければ、定在波を発生させるべき液体が非存在となるに伴い、定在波被励振素子により測定される周波数特性プロファイルに、定在波励振に特有の鋸刃状区間も現れなくなる。そこで、周波数特性プロファイルにおける鋸刃状区間の有無に基づいて、容器内における液体有無判定を行なう液体有無判定手段と、該液体有無判定結果を出力する液体有無判定結果出力手段とを設けることで、液面高さに係る情報だけでなく、容器内に液体そのものが存在するか否かに係る情報も明確に得ることができる。   In this case, if there is no liquid in the container, the frequency characteristic profile measured by the standing wave excited element is changed to the standing wave excitation as there is no liquid to generate the standing wave. No special saw blade section will appear. Therefore, by providing a liquid presence / absence determination unit that performs liquid presence / absence determination in the container based on the presence / absence of the sawtooth-shaped section in the frequency characteristic profile, and a liquid presence / absence determination result output unit that outputs the liquid presence / absence determination result, Not only the information related to the liquid level, but also information related to whether or not the liquid itself exists in the container can be clearly obtained.

鋸刃状区間を形成する、隣接する極大値と極小値にそれぞれ対応した周波数fn+1、fの組(以下、隣接周波数ともいう)は、固有振動の次数nに応じて多数存在し、そのいずれを用いても液面高さhを測定することができるが、その測定精度は、鋸刃状区間を形成する、互いに隣接する極大値と極小値との電気インピーダンス差分値が大きいほど高くなる傾向にある。 There are a large number of sets of frequencies f n + 1 and f n (hereinafter also referred to as adjacent frequencies) corresponding to adjacent maximum and minimum values that form a sawtooth-shaped section, depending on the order n of the natural vibration, The liquid level height h can be measured by using any of them, but the measurement accuracy becomes higher as the electric impedance difference value between the maximum value and the minimum value adjacent to each other forming the sawtooth-shaped section increases. There is a tendency.

ここで、定在波振動を検出する定在波被励振素子の電気インピーダンス変化の測定出力は、該定在波被励振素子を構成する圧電素子の電気的ないし機械的な共振特性に大きく影響される。具体的には、定在波被励振素子の電気インピーダンスの周波数プロファイルに現れる鋸刃状区間において、それら電気的ないし機械的な共振点の近傍では、互いに隣接する極大値と極小値との電気インピーダンス差分値が(比較的大きな値で)一定化する差分一定化区間が出現する。液面高さ算出手段は、この差分一定化区間を検出し、当該差分一定化区間において液面高さを算出するための周波数差を特定するように構成することで、液面高さhの測定精度を高めることができる。具体的には、液面高さ算出手段は、検出された差分一定化区間の周波数中心に対応する隣接極大値/極小値間の周波数差に基づいて液面高さを算出することで、液面高さhをさらに高精度に検出できる。   Here, the measurement output of the change in the electrical impedance of the standing wave excited element that detects the standing wave vibration is greatly influenced by the electrical or mechanical resonance characteristics of the piezoelectric element constituting the standing wave excited element. The Specifically, in the sawtooth section appearing in the frequency profile of the electrical impedance of the standing wave excited element, in the vicinity of the electrical or mechanical resonance point, the electrical impedance between the adjacent local maximum and minimum values. A difference stabilization section in which the difference value is stabilized (with a relatively large value) appears. The liquid level height calculating means detects the difference stabilizing section, and is configured to identify a frequency difference for calculating the liquid level height in the difference stabilizing section. Measurement accuracy can be increased. Specifically, the liquid level calculation means calculates the liquid level by calculating the liquid level based on the frequency difference between the adjacent maximum / minimum values corresponding to the detected frequency center of the difference stabilization section. The surface height h can be detected with higher accuracy.

なお、鋸刃状区間においては、一定化する電気インピーダンス差分値の相違する複数の差分一定化区間が検出される場合がある。測定用超音波ビームは、超音波送信素子の超音波送出面の法線方向(ビーム中心軸線方向)においてビーム強度が最大となる指向性を有し、該ビーム中心軸線方向が測定すべき液面と直角になるように超音波を送信したとき、発生する定在波の振幅もこの向きに最大となる(以下、これを主定在波という)。しかし、測定用超音波ビームは、上記ビーム中心軸線方向から傾斜した向きにも一定強度の波束の広がりを有しており、この広がった波束成分は液面に対し多少傾いて入射し、これに伴い、その傾斜した向きにも別の定在波が現れる(以下、これを副定在波という)。波束成分の広がりに由来した該副定在波は、伝播経路が傾いている分だけ、ビーム中心軸線方向に現れる主定在波よりも伝播長が長く、結果として主定在波とは異なる周波数域に、該主定在波よりも小さい振幅で現れることになる。従って、鋸刃状区間において、一定化する電気インピーダンス差分値が相違する複数の差分一定化区間が検出される場合、(主定在波に由来した)電気インピーダンス差分値が最も大きい差分一定化区間にて液面高さを算出することが、液面高さの測定精度を向上させる観点においてより有利となる。   In the sawtooth section, a plurality of difference stabilization sections with different electrical impedance difference values to be stabilized may be detected. The ultrasonic beam for measurement has directivity that maximizes the beam intensity in the normal direction (beam central axis direction) of the ultrasonic transmission surface of the ultrasonic transmission element, and the liquid surface to be measured is the beam central axis direction. When the ultrasonic wave is transmitted so as to be at right angles, the amplitude of the standing wave that is generated is also maximized in this direction (hereinafter referred to as the main standing wave). However, the measurement ultrasonic beam has a spread of a wave packet with a constant intensity in the direction inclined from the beam center axis direction, and the spread wave packet component is incident on the liquid surface with a slight inclination. Along with this, another standing wave also appears in the inclined direction (hereinafter referred to as a secondary standing wave). The sub-standing wave derived from the spread of the wave packet component has a longer propagation length than the main standing wave that appears in the beam center axis direction by the amount of the propagation path, resulting in a frequency different from that of the main standing wave. Appears in the region with an amplitude smaller than that of the main standing wave. Therefore, when a plurality of difference stabilization sections having different electrical impedance difference values to be stabilized are detected in the sawtooth section, the difference stabilization section having the largest electrical impedance difference value (derived from the main standing wave) is detected. It is more advantageous to calculate the liquid level at 1 in terms of improving the measurement accuracy of the liquid level.

定在波被励振素子の電気インピーダンス変化の測定出力は、前述のごとく、該定在波被励振素子を構成する圧電素子の電気的ないし機械的な共振特性に大きく影響される。この場合、インピーダンス周波数特性測定手段が測定する周波数特性プロファイルは、具体的には、定在波被励振素子の電気的共振点に対応する周波数位置にベース極小点を、同じく機械的共振点に対応する周波数位置にベース極大点をそれぞれ生ずるS字状のベースプロファイルを有し、定在波に由来した極大値と極小値とが、それらベース極小点とベース極大点との周波数間隔よりも小さい周波数間隔にて出現する鋸刃状区間がこれに重畳されたものとして取得される。液面高さ算出手段は、ベース極小点とベース極大点との間に位置する鋸刃状区間内にて検出される差分一定化区間にて液面高さを算出するための周波数差を特定するよう構成すれば、液面高さを常に高精度かつ安定的に測定することができる。   As described above, the measurement output of the change in the electrical impedance of the standing wave driven element is greatly influenced by the electrical or mechanical resonance characteristics of the piezoelectric elements constituting the standing wave driven element. In this case, the frequency characteristic profile measured by the impedance frequency characteristic measuring means specifically corresponds to the base minimum point at the frequency position corresponding to the electrical resonance point of the standing wave excited element, and also to the mechanical resonance point. Each having a S-shaped base profile that generates a base maximum point at each frequency position where the maximum value and the minimum value derived from the standing wave are smaller than the frequency interval between the base minimum point and the base maximum point. Sawtooth-like sections appearing at intervals are acquired as superimposed. The liquid level calculation means specifies the frequency difference for calculating the liquid level height in the difference constant section detected in the sawtooth section located between the base minimum point and the base maximum point. If constituted so, the liquid level can always be measured with high accuracy and stability.

また、差分一定化区間における極大値と極小値との電気インピーダンス差分値のレベルは、定在波被励振素子の取付状態によっても影響を受け、定在波被励振素子の取付状態(例えば容器底面との密着度など)が経時的に悪化すれば、電気インピーダンス差分値も小さくなる傾向にある。そこで、該電気インピーダンス差分値のレベルに基づいて、前記定在波被励振素子の取付状態判定を行なう取付状態判定手段と、その判定結果を出力する取付状態判定出力手段とを設ければ、超音波液面計のメンテナンスを行なう上での一助とすることができる。取付状態判定手段は、具体的には、電気インピーダンス差分値の初期値を記憶する初期値レベル記憶手段を備え、液面計測に伴い取得された電気インピーダンス差分値の現在値を初期値と比較し、その比較結果に基づいて取付状態判定を行なうように構成することができる。電気インピーダンス差分値の現在値が初期値と比較してどの程度悪化したかをモニタすることにより、定在波被励振素子の現在の取付状態を的確に把握することができる。   Further, the level of the electrical impedance difference value between the maximum value and the minimum value in the difference stabilization section is also affected by the mounting state of the standing wave excited element, and the mounting state of the standing wave excited element (for example, the bottom surface of the container) The degree of electrical impedance difference tends to decrease as the degree of contact (such as the degree of close contact) deteriorates with time. Therefore, if an attachment state determination means for determining the attachment state of the standing wave excited element and an attachment state determination output means for outputting the determination result based on the level of the electrical impedance difference value are provided, This can help in the maintenance of the sonic level gauge. Specifically, the attachment state determination means includes an initial value level storage means for storing an initial value of the electrical impedance difference value, and compares the current value of the electrical impedance difference value acquired with the liquid level measurement with the initial value. The attachment state can be determined based on the comparison result. By monitoring how much the current value of the electrical impedance difference value has deteriorated compared to the initial value, the current mounting state of the standing wave excited element can be accurately grasped.

本発明に係る液体検知装置の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、測定対象となる容器の一例を示すものであり、液体hとしてLPG又はLNGを収容する金属タンク190として構成されている。金属タンク190は鋼鉄製であり、その底面に圧電素子にて構成された超音波トランスジューサ2が、音響インピーダンス整合層3及びグリース塗付層4を介して取り付けられている。音響インピーダンス整合層2Pは、超音波トランスジューサ2(圧電素子)と容器側壁部200(鋼鉄)との中間(望ましくは両者の幾何学平均値)の音響インピーダンスを有するとともに、容器側壁部200に押し付けられたときに追従変形してその外面に密着できる柔軟弾性材料(例えば、シリコーン樹脂)にて構成されている。また、符号200pは容器塗装部である。   An embodiment of a liquid detection device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a container to be measured, and is configured as a metal tank 190 that stores LPG or LNG as the liquid h. The metal tank 190 is made of steel, and an ultrasonic transducer 2 composed of a piezoelectric element is attached to the bottom surface of the metal tank 190 via the acoustic impedance matching layer 3 and the grease coating layer 4. The acoustic impedance matching layer 2P has an acoustic impedance intermediate between the ultrasonic transducer 2 (piezoelectric element) and the container side wall 200 (steel) (preferably the geometric average value of both), and is pressed against the container side wall 200. It is made of a flexible elastic material (for example, a silicone resin) that can be deformed following the contact with the outer surface. Reference numeral 200p denotes a container coating portion.

そして、液体検知装置1は、上記超音波トランスジューサ2により、金属タンク190内の液面LV(LV’)の高さを、タンク外から測定できるように構成されている。図2は、液体検知装置1の電気的構成を示すブロック図である。超音波トランスジューサ2は、板厚方向に分極処理された圧電セラミック振動板2pと、該圧電セラミック振動板21の各主表面を覆う形で該圧電セラミック振動板21を挟んで対向形成された電極対2e,2eとを備える。この電極対2e,2eは、測定用超音波ビームの送信駆動時には該圧電セラミック振動板21を超音波振動させるための駆動電圧が印加される駆動電極となり、反射超音波の受信時には圧電セラミック振動板21の振動に伴う電気信号を出力する出力電極となる。また、圧電セラミック振動板21(圧電素子)の電気インピーダンス計測のための測定電極の役割も兼ねる。   The liquid detection device 1 is configured so that the ultrasonic transducer 2 can measure the height of the liquid level LV (LV ′) in the metal tank 190 from the outside of the tank. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the liquid detection device 1. The ultrasonic transducer 2 includes a piezoelectric ceramic diaphragm 2p polarized in the thickness direction, and an electrode pair formed so as to cover each main surface of the piezoelectric ceramic diaphragm 21 with the piezoelectric ceramic diaphragm 21 interposed therebetween. 2e, 2e. The electrode pairs 2e and 2e serve as driving electrodes to which a driving voltage for ultrasonically vibrating the piezoelectric ceramic diaphragm 21 is applied during transmission of the measurement ultrasonic beam, and the piezoelectric ceramic diaphragm when receiving reflected ultrasonic waves. It becomes an output electrode which outputs an electric signal accompanying the vibration of 21. It also serves as a measurement electrode for measuring the electrical impedance of the piezoelectric ceramic diaphragm 21 (piezoelectric element).

超音波トランスジューサ2の電極対2e,2eは、切替スイッチ104と、連続波駆動回路101、インピーダンスアナライザ102及び反射超音波計測部103を介してマイコン100の入出力部99に接続されている。マイコン100は、該入出力部99と、処理主体となるCPU98、その作業エリアとなるRAM96及び制御プログラム97(超音波トランスジューサ2の駆動制御(切替スイッチ104によるモード切替処理を含む)及び液面高さの算出処理制御とを行なう)を格納したROM97とを有する。入出力部99には、測定された液面高さhを表示出力するモニタ94と、後述の閾液面高さhxの変更入力等に使用するキーボード95が接続されている。   The electrode pairs 2e and 2e of the ultrasonic transducer 2 are connected to the input / output unit 99 of the microcomputer 100 via the changeover switch 104, the continuous wave drive circuit 101, the impedance analyzer 102, and the reflected ultrasonic measurement unit 103. The microcomputer 100 includes the input / output unit 99, a CPU 98 serving as a processing main body, a RAM 96 serving as a work area thereof, a control program 97 (including drive control of the ultrasonic transducer 2 (including mode switching processing by the changeover switch 104), and a liquid level height. And a ROM 97 storing the calculation processing control of the height. The input / output unit 99 is connected to a monitor 94 that displays and outputs the measured liquid level height h, and a keyboard 95 that is used to input a change in threshold liquid level height hx, which will be described later.

連続波駆動回路101は、マイコン100からの周波数指示値をアナログ周波数指示電圧に変換するD/A変換部101c、該D/A変換部101cからのアナログ周波数指示電圧を受けて出力周波数を変化させる発振回路(ここでは、VCO(Voltage Controlled Oscillator)101bと、その発振回路101bの連続正弦波信号出力(図3:上段)を増幅して超音波トランスジューサ2(圧電セラミック振動板21)へ駆動信号として出力する主回路(アンプ)101aとを有する。また、バースト波駆動回路105が別途設けられ、図3の中段及び下段に示すごとく、マイコン100からの制御パルス信号を受けて方形波状のバーストパルス信号を発生し、超音波トランスジューサ2へ駆動信号として出力するようになっている。   The continuous wave drive circuit 101 receives the analog frequency instruction voltage from the D / A converter 101c that converts the frequency instruction value from the microcomputer 100 into an analog frequency instruction voltage, and changes the output frequency. An oscillation circuit (here, VCO (Voltage Controlled Oscillator) 101b) and a continuous sine wave signal output (FIG. 3: upper stage) of the oscillation circuit 101b are amplified and used as a drive signal to the ultrasonic transducer 2 (piezoelectric ceramic diaphragm 21). In addition, a burst wave driving circuit 105 is provided separately, and receives a control pulse signal from the microcomputer 100 as shown in the middle and lower stages of FIG. And output as a drive signal to the ultrasonic transducer 2.

連続波駆動回路101は、駆動周波数を予め定められた範囲でスイープしつつ測定用超音波が連続波(連続正弦波)WC(図1)として送出されるように駆動される(つまり、連続波駆動手段として機能する)。駆動周波数のスイープは、マイコン100側にてD/A変換部101cへの入力周波数指示値を変更することにより実施される。また、バースト波駆動回路105は、超音波送信素子2を、予め定められた駆動周波数にて測定用超音波がバースト波WB(図1)として送出されるように駆動するバースト波駆動手段として機能する。   The continuous wave drive circuit 101 is driven so that the ultrasonic waves for measurement are transmitted as a continuous wave (continuous sine wave) WC (FIG. 1) while sweeping the drive frequency within a predetermined range (that is, continuous wave). Functions as a driving means). The drive frequency is swept by changing the input frequency instruction value to the D / A converter 101c on the microcomputer 100 side. The burst wave drive circuit 105 functions as burst wave drive means for driving the ultrasonic transmission element 2 so that the measurement ultrasonic wave is transmitted as a burst wave WB (FIG. 1) at a predetermined drive frequency. To do.

超音波トランスジューサ2は、超音波送信素子としての機能のほか、次の各素子としての兼用されるものである。
・定在波被励振素子:図1において、連続波WCの液面LVに向かう送出進行波と同じく液面LVによる反射波とにより液体L中に発生する定在波振動を受けて励振され、当該励振により電気インピーダンスを変化させる。
・反射波受信素子:バースト波WBの液面LVでの反射波を容器200底部にて受信する。
The ultrasonic transducer 2 is used not only as an ultrasonic transmission element but also as each of the following elements.
Standing wave excited element: In FIG. 1, the standing wave is excited by receiving standing wave vibration generated in the liquid L by the traveling wave toward the liquid level LV of the continuous wave WC and the reflected wave by the liquid level LV, The electrical impedance is changed by the excitation.
Reflected wave receiving element: Receives the reflected wave at the liquid level LV of the burst wave WB at the bottom of the container 200.

また、マイコン100には、超音波トランスジューサ2が受信する液面LVでの反射波信号を増幅するアンプ103aと、超音波トランスジューサ2へのバースト波の出力タイミングに対応してマイコン100から出力されるトリガ信号を受けて起動し、反射波信号を受信するまでの伝播時間を計測する伝播時間計測部103bとからなる伝播時間計測回路103が接続されている。この伝播時間計測回路103が伝播時間計測手段を構成する。   Further, the microcomputer 100 outputs from the microcomputer 100 the amplifier 103a that amplifies the reflected wave signal at the liquid level LV received by the ultrasonic transducer 2 and the burst wave output timing to the ultrasonic transducer 2. A propagation time measuring circuit 103 including a propagation time measuring unit 103b that starts when receiving a trigger signal and measures a propagation time until receiving a reflected wave signal is connected. This propagation time measuring circuit 103 constitutes a propagation time measuring means.

超音波トランスジューサ2による液体高さhの計測モードは、マイコン100により、連続波WCを用いて得られる周波数特性プロファイルに基づいて液面高さhを計測する第一測定モードと、バースト波WBの伝播時間計測により液面高さhを計測する第二測定モードとの間で切り替え可能となっている(測定モード切替手段)。   The measurement mode of the liquid height h by the ultrasonic transducer 2 includes the first measurement mode in which the microcomputer 100 measures the liquid level height h based on the frequency characteristic profile obtained using the continuous wave WC, and the burst wave WB. It is possible to switch between the second measurement mode in which the liquid level height h is measured by the propagation time measurement (measurement mode switching means).

第一測定モードでは、マイコン100からのスイッチ制御信号により切替スイッチ104は、連続波駆動回路101とインピーダンスアナライザ102とが超音波トランスジューサ2に接続されるように動作する。超音波トランスジューサ(超音波送信素子)2は、連続波駆動回路101により、駆動周波数が予め定められた範囲でスイープされながら、連続正弦波WCを送出するように駆動される。該連続波WCの、液面LVに向かう送出進行波は、同じく液面LVによる反射波と重なり合って液体L中に定在波を発生させる。超音波トランスジューサ2は、この定在波振動を受けて励振され、当該励振により電気インピーダンスを変化させる。この電気インピーダンスは周波数毎にインピーダンスアナライザが102により計測され、デジタル値として出力される。該電気インピーダンスのデジタル出力はマイコン100によりサンプリングされ、設定集は数値と対応付けてRAM96内に電気インピーダンスの周波数特性プロファイルデータとして取り込まれる。マイコン100においては、この周波数特性プロファイルデータが解析され、容器200内の液面高さhが算出される(液面高さ算出手段)。   In the first measurement mode, the changeover switch 104 operates by the switch control signal from the microcomputer 100 so that the continuous wave drive circuit 101 and the impedance analyzer 102 are connected to the ultrasonic transducer 2. The ultrasonic transducer (ultrasonic transmission element) 2 is driven by the continuous wave drive circuit 101 so as to send out a continuous sine wave WC while the drive frequency is swept within a predetermined range. The traveling wave of the continuous wave WC toward the liquid level LV is overlapped with the reflected wave from the liquid level LV to generate a standing wave in the liquid L. The ultrasonic transducer 2 is excited by receiving the standing wave vibration and changes the electrical impedance by the excitation. This electrical impedance is measured by the impedance analyzer 102 for each frequency and output as a digital value. The digital output of the electrical impedance is sampled by the microcomputer 100, and the set is stored as frequency characteristic profile data of the electrical impedance in the RAM 96 in association with the numerical value. In the microcomputer 100, the frequency characteristic profile data is analyzed, and the liquid level height h in the container 200 is calculated (liquid level height calculating means).

以下、さらに詳細に説明する。連続超音波により液体中に発生する定在波の励振レベル(振幅)は、前述の(1)(2)式が示す通り、液面高さhの2倍が波長λの整数倍となる共鳴条件を満たすとき極大となり、片道伝播長にλ/4の端数が生ずる場合に極小値となる。その結果、電気インピーダンス周波数特性測定手段が測定する周波数特性プロファイルは、図6に示すように、電気インピーダンスの定在波に由来した極大値と極小値とが交互に出現する鋸刃状区間を有するものとなる(上は全体図を、下は要部拡大図を示す:横軸を波長λとすれば、極大値と極小値とはλ/2周期で交替する形になる)。   This will be described in more detail below. The excitation level (amplitude) of the standing wave generated in the liquid by the continuous ultrasonic wave is a resonance in which twice the liquid level height h is an integral multiple of the wavelength λ, as shown in the above equations (1) and (2). It becomes maximum when the condition is satisfied, and becomes minimum when a fraction of λ / 4 occurs in the one-way propagation length. As a result, as shown in FIG. 6, the frequency characteristic profile measured by the electrical impedance frequency characteristic measuring unit has a saw-toothed section in which the maximum value and the minimum value derived from the standing wave of the electrical impedance appear alternately. (The upper part shows an overall view, and the lower part shows an enlarged view of the main part. If the horizontal axis is the wavelength λ, the maximum value and the minimum value are alternated in a λ / 2 period).

すなわち、得られた電気インピーダンスの周波数プロファイルに鋸刃状区間を見出し、図7に示すように、この鋸刃状区間において互いに隣接する極大値の周波数fn+1及びfを読み取り、その周波数差Δf=fn+1−fに基づいて液面高さを算出することができる。なお、互いに隣接する極小値の周波数fn+1’及びf’を読み取り、その周波数差Δf’=fn+1’−f’に基づいて液面高さを算出することもできる。 That is, a sawtooth section is found in the obtained frequency profile of the electrical impedance, and as shown in FIG. 7, the maximum frequencies f n + 1 and f n adjacent to each other are read in the saw blade section, and the frequency difference Δf The liquid level can be calculated based on = f n + 1 −f n . It is also possible to calculate the liquid level height based on the frequency difference Δf ′ = f n + 1 ′ −f n ′ by reading the adjacent minimum frequency f n + 1 ′ and f n ′.

鋸刃状区間の抽出は、マイコン100による周波数プロファイルデータの解析により実行される。すなわちプロファイルを構成する各データ点の電気インピーダンス値を、周波数を一方向に変化させながら順次比較してピーク点(極大点/極小点)を特定し、隣接する極大点/極小点の電気インピーダンス差が予め定められた閾値以上となる周波数区間を鋸刃状区間として特定することができる。   The sawtooth-shaped section is extracted by analyzing the frequency profile data by the microcomputer 100. That is, the electrical impedance value of each data point constituting the profile is sequentially compared while changing the frequency in one direction to identify the peak point (maximum point / minimum point), and the electrical impedance difference between adjacent maximum / minimum points. A frequency section in which is equal to or greater than a predetermined threshold can be specified as a sawtooth section.

測定用超音波の音速Cは周波数とは無関係に同じであり、液面高さをhとすれば、連続波の往復伝播時間tsとの間に、
ts=2h/C ‥(3)
の関係が成立する。n+1次にて定在波振幅が極大化する(1)式の周波数fn+1では、(3)式の時間ts内に伝播する総波数は、
n+1=fn+1・ts=fn+1・(2h/C) ‥(4)
であり、同じくn次にて定在波振幅が極大化する(2)式の周波数fでは、(3)式の時間ts内に伝播する総波数は、
n=f・ts=f・(2h/C) ‥(5)
である。(4)(5)式の波数差は1だから、
(fn+1−f)・ts=(fn+1−f)・(2h/C)=1 ‥(6)
これを変形すれば、
ts=2h/C=(fn+1−f−1 ‥(6)’
すなわち、
h=(C/2)・(fn+1−f−1 =C・{(1/2)・(fn+1−f−1
=C・tp (ただし、tp≡ts/2={(1/2)・(fn+1−f−1}) ‥(6)”
つまり、周波数差の逆数の1/2を、容器底面と液面との間の測定用超音波の(片道)伝播時間tpとみなすことにより液面高さhを算出できることが明らかである。
The sound velocity C of the ultrasonic waves for measurement is the same regardless of the frequency. If the liquid level is h, the continuous wave round-trip propagation time ts
ts = 2h / C (3)
The relationship is established. At the frequency f n + 1 of the equation (1) where the standing wave amplitude is maximized after n + 1 , the total wave number propagating within the time ts of the equation (3) is
n + 1 = f n + 1 · ts = f n + 1 · (2h / C) (4)
Similarly, at the frequency f n of the equation (2) in which the standing wave amplitude is maximized after the n-th order , the total wave number propagating within the time ts of the equation (3) is
n = f n · ts = f n · (2h / C) (5)
It is. (4) Since the wave number difference in equation (5) is 1,
(F n + 1 −f n ) · ts = (f n + 1 −f n ) · (2h / C) = 1 (6)
If this is transformed,
ts = 2h / C = (f n + 1 −f n ) −1 (6) ′
That is,
h = (C / 2) · (f n + 1 −f n ) −1 = C · {(1/2) · (f n + 1 −f n ) −1 }
= C · tp (where tp≡ts / 2 = {(1/2) · (f n + 1 −f n ) −1 }) (6) ”
That is, it is clear that the liquid level height h can be calculated by regarding 1/2 of the reciprocal of the frequency difference as the (one-way) propagation time tp of the measurement ultrasonic wave between the container bottom and the liquid level.

液面高さhは、鋸刃状区間に含まれるどの隣接周波数fn+1、fを用いても算出が可能であるが、測定精度自体は、当該の隣接周波数fn+1、fに対する電気インピーダンス差分値が大きいほど高くなる。例えば、超音波トランスジューサ(定在波被励振素子)2の電気インピーダンス変化の測定出力は、素子要部をなす圧電素子(圧電セラミック)の電気的ないし機械的な共振特性に大きく影響される。図6に示すインピーダンス周波数特性プロファイルでは、超音波トランスジューサ2の電気的共振点に対応する周波数位置にベース極小点が、同じく機械的共振点(電気的には反共振点)に対応する周波数位置にベース極大点をそれぞれ生ずるS字状のベースプロファイルを有し、定在波に由来した極大値と極小値とが、それらベース極小点とベース極大点との周波数間隔よりも小さい周波数間隔にて出現する鋸刃状区間がこれに重畳されたものとなっている。そして、そのベース極小点とベース極大点との間に位置する鋸刃状区間が差分一定化区間となっている。差分一定化区間は、隣接する極大点/極小点の電気インピーダンス差が予め定められた範囲内に収まる区間として特定が可能である。 The liquid level height h can be calculated using any adjacent frequencies f n + 1 and f n included in the sawtooth-shaped section, but the measurement accuracy itself is the electric impedance for the adjacent frequencies f n + 1 and f n . The higher the difference value, the higher. For example, the measurement output of the electrical impedance change of the ultrasonic transducer (standing wave excited element) 2 is greatly influenced by the electrical or mechanical resonance characteristics of the piezoelectric element (piezoelectric ceramic) that forms the main part of the element. In the impedance frequency characteristic profile shown in FIG. 6, the base minimum point at the frequency position corresponding to the electrical resonance point of the ultrasonic transducer 2 is also at the frequency position corresponding to the mechanical resonance point (electrically anti-resonance point). Each has a sigmoid base profile that generates base maxima, and local maxima and minima derived from standing waves appear at frequency intervals smaller than the frequency interval between the base minima and base maxima. The saw-toothed section is superimposed on this. And the sawtooth-shaped section located between the base minimum point and the base maximum point is a difference constant section. The difference stabilization section can be specified as a section in which the electrical impedance difference between adjacent maximum / minimum points falls within a predetermined range.

そして、上記差分一定化区間内にて選ばれたいずれかの隣接周波数fn+1、f(例えば、検出された差分一定化区間の周波数中心に対応する隣接極大値/極小値間の周波数差に:極小値に対応したfn+1’、f’でもよい)を用いて、液面高さhを算出するための周波数差Δfn+1=fn+1−fが算出される。あるいは、差分一定化区間内の各隣接周波数fj+1、fに係る周波数差Δfj+1=fj+1−fの平均値;
(Δfj+1=(1/N)・Σ(fj+1−f) (Nは隣接周波数の総数)
を用いることも可能である。
Then, one of the adjacent frequencies f n + 1 and f n selected within the difference stabilization interval (for example, the frequency difference between the adjacent maximum value / minimum value corresponding to the detected frequency center of the difference stabilization interval) : The frequency difference Δf n + 1 = f n + 1 −f n for calculating the liquid level height h is calculated using f n + 1 ′ and f n ′ corresponding to the minimum value). Alternatively, the average value of the frequency differences Δf j + 1 = f j + 1 −f j related to the adjacent frequencies f j + 1 and f j within the difference stabilization section;
(Δf j + 1 ) m = (1 / N) · Σ (f j + 1 −f j ) (N is the total number of adjacent frequencies)
It is also possible to use.

図6に示すインピーダンス周波数特性プロファイルの鋸刃状区間においては、一定化する電気インピーダンス差分値の相違する複数の差分一定化区間、具体的には、ベース極小点とベース極大点との間の区間(以下、主区間ともいう)、ベース極小点の低周波側に現れる付加区間A及びベース極大点の高周波側に現れる付加区間Bの3つの差分一定化区間が現れている。測定用超音波WCビームは、超音波送信素子2の超音波送出面の法線方向(ビーム中心軸線方向)においてビーム強度が最大となる指向性を有し、該ビーム中心軸線方向が測定すべき液面LVと直角になるように超音波を送信したとき、発生する定在波の振幅もこの向きに最大となる(以下、これを主定在波という)。しかし、測定用超音波WCビームは、上記ビーム中心軸線方向から傾斜した向きにも一定強度の波束の広がりを有しており、この広がった波束成分は液面LVに対し多少傾いて入射し、これに伴い、その傾斜した向きにも別の定在波が現れる(以下、これを副定在波という)。波束成分の広がりに由来した該副定在波は、伝播経路が傾いている分だけ、ビーム中心軸線方向に現れる主定在波よりも伝播長が長く、結果として主定在波とは異なる周波数域に、該主定在波よりも小さい振幅で現れることになる(これを用いてしまうと、伝播長が長くなる分だけ液面高さの計測誤差が大きくなる)。従って、上記のごとく複数の差分一定化区間が検出される場合、主定在波に由来した上記の主区間にて液面高さhを算出することが、測定精度向上の上で有利である。   In the sawtooth section of the impedance frequency characteristic profile shown in FIG. 6, a plurality of difference stabilization sections having different electrical impedance difference values to be stabilized, specifically, a section between the base minimum point and the base maximum point. There are three difference stabilizing sections, an additional section A that appears on the low frequency side of the base minimum point and an additional section B that appears on the high frequency side of the base maximum point (hereinafter also referred to as the main section). The ultrasonic WC beam for measurement has directivity that maximizes the beam intensity in the normal direction (beam central axis direction) of the ultrasonic transmission surface of the ultrasonic transmission element 2, and the beam central axis direction should be measured. When an ultrasonic wave is transmitted so as to be perpendicular to the liquid level LV, the amplitude of the standing wave generated is maximum in this direction (hereinafter, this is referred to as a main standing wave). However, the measurement ultrasonic WC beam has a spread of a wave packet having a constant intensity even in a direction inclined from the beam center axis direction, and the spread wave packet component is incident with a slight inclination with respect to the liquid level LV. Along with this, another standing wave also appears in the inclined direction (hereinafter referred to as a sub-standing wave). The sub-standing wave derived from the spread of the wave packet component has a longer propagation length than the main standing wave that appears in the beam center axis direction by the amount of the propagation path, resulting in a frequency different from that of the main standing wave. In this region, it appears with an amplitude smaller than that of the main standing wave (if this is used, the measurement error of the liquid level increases as the propagation length increases). Therefore, when a plurality of difference stabilizing sections are detected as described above, it is advantageous to improve the measurement accuracy to calculate the liquid level height h in the main section derived from the main standing wave. .

なお、図8に示すように、容器200(図1)内に液体Lが存在しなければ、定在波を発生させるべき液体が非存在となるに伴い、定在波被励振素子により測定される周波数特性プロファイルに、定在波励振に特有の鋸刃状区間も現れなくなる。そこで、周波数特性プロファイルにおける鋸刃状区間の有無に基づいて、容器内における液体有無判定を行なうことができる。具体的には、周波数特性プロファイル上にて、隣接する極大点/極小点の電気インピーダンス差が一様に閾値未満となっていれば、液体無しとして判定できる。判定結果は図2のモニタ94に出力される。   As shown in FIG. 8, if the liquid L does not exist in the container 200 (FIG. 1), the liquid is to be generated by the standing wave excited element as the liquid to generate the standing wave does not exist. In the frequency characteristic profile, a saw-toothed section peculiar to standing wave excitation does not appear. Therefore, the presence / absence of liquid in the container can be determined based on the presence / absence of a sawtooth-shaped section in the frequency characteristic profile. Specifically, it can be determined that there is no liquid if the electrical impedance difference between adjacent local maximum / minimum points is uniformly less than the threshold on the frequency characteristic profile. The determination result is output to the monitor 94 in FIG.

なお、図6〜図8は、インピーダンスアナライザにより測定された電気インピーダンスZの絶対値|Z|(=(R+X1/2:ただし、Rは直流抵抗、Xは交流リアクタンス)に基づく周波数特性プロファイルを用いている。しかし、定在波励振による圧電素子の電気インピーダンス変化は、リアクタンス項X(=j(ωL−(1/ωC):複素インピーダンス表示)、特にその容量性リアクタンス項(j(1/ωC))が担うので、超音波トランスジューサ2(圧電素子)の静電容量測定にてこれを代替することもできる。この場合、図9に示すように、得られる電気インピーダンスの周波数特性プロファイルは、静電容量Cの周波数特性プロファイルとして得られることになる。 6 to 8 are based on the absolute value | Z | (= (R 2 + X 2 ) 1/2 : where R is a DC resistance and X is an AC reactance) measured by an impedance analyzer. A frequency characteristic profile is used. However, the change in the electrical impedance of the piezoelectric element due to the standing wave excitation is caused by reactance term X (= j (ωL− (1 / ωC): complex impedance display), in particular, the capacitive reactance term (j (1 / ωC)). Therefore, this can be replaced by the capacitance measurement of the ultrasonic transducer 2 (piezoelectric element) In this case, as shown in FIG. It is obtained as a frequency characteristic profile.

次に、第二測定モードでは、マイコン100からのスイッチ制御信号により切替スイッチ104は、バースト波駆動回路105と伝播時間計測回路103とが超音波トランスジューサ2に接続されるように動作する。超音波トランスジューサ(超音波送信素子)2は、バースト波駆動回路105により、予め定められた駆動周波数にて測定用超音波がバースト波WBとして送出されるように駆動される(特許文献1,2により周知なので、詳細な説明は省略する)。バースト波WBの液面LVでの反射波は超音波トランスジューサ2により受信される。この受信波形は、伝播時間計測回路103のアンプ103aによリ増幅され、さらに、伝播時間計測部103bに含まれる周知のゼロクロス点検出回路により、所定順位のゼロクロス点が検出される。伝播時間計測部103bでは、バースト波のトリガ信号出力タイミングからこのゼロクロス点の検出タイミングまでの時間を、バースト波WBの液面までの往復伝播時間tsとして計測する。音速をCとすれば、液面高さhは、
h=(ts/2)・C ‥ (7)
として算出される(第二液面高さ算出手段)。
Next, in the second measurement mode, the changeover switch 104 operates in accordance with the switch control signal from the microcomputer 100 so that the burst wave driving circuit 105 and the propagation time measuring circuit 103 are connected to the ultrasonic transducer 2. The ultrasonic transducer (ultrasonic transmission element) 2 is driven by a burst wave drive circuit 105 so that measurement ultrasonic waves are transmitted as a burst wave WB at a predetermined drive frequency (Patent Documents 1 and 2). The detailed description is omitted. The reflected wave of the burst wave WB at the liquid level LV is received by the ultrasonic transducer 2. This received waveform is amplified again by the amplifier 103a of the propagation time measuring circuit 103, and a zero-cross point at a predetermined rank is detected by a known zero-cross point detection circuit included in the propagation time measuring unit 103b. The propagation time measurement unit 103b measures the time from the trigger signal output timing of the burst wave to the detection timing of the zero cross point as the round-trip propagation time ts to the liquid level of the burst wave WB. If the speed of sound is C, the liquid level height h is
h = (ts / 2) · C (7)
(Second liquid level calculation means).

図5は、液面高さhと、第一測定モードにおいて、その算出に用いる周波数差Δf=(fn+1−f−1との関係をグラフ化したものである。液面高さhが高くなるほど周波数差Δfが縮小することが明らかである。つまり、第一測定モードによる液面高さ測定は、液面高さhが小さいほど測定精度確保の観点で有利であり、一定以上の液面高さでは第二測定モードを用いたほうが測定精度を確保しやすくなる。そこで、ある閾液面高さhx未満では第一測定モードによる測定が行なわれ、閾液面高さhxを超える場合は第一測定モードによる測定が行なわれるように、測定モードが自動的に切り替わるようにしておくと便利である。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the liquid level height h and the frequency difference Δf = (f n + 1 −f n ) −1 used for the calculation in the first measurement mode. It is clear that the frequency difference Δf decreases as the liquid level height h increases. In other words, the liquid level height measurement in the first measurement mode is more advantageous in terms of ensuring the measurement accuracy as the liquid level height h is smaller, and the measurement accuracy is better in the second measurement mode at a liquid level height above a certain level. It becomes easy to secure. Therefore, the measurement mode is automatically switched so that measurement in the first measurement mode is performed when the threshold liquid level height is less than hx, and measurement is performed in the first measurement mode when the threshold liquid level height hx is exceeded. It is convenient to do so.

図12は、その場合のマイコン100による測定処理の流れを示すものである。まず、S1では第一測定モードに設定し、第一の周波数間隔(例えば、2〜10kHz)にて断続的に変化させる形で連続波の周波数をスイープすることにより、液面高さhをラフに計測する。S2では、このラフ第一測定モードにて得られた液面高さhが予め定められた閾液面高さhxを超えているかどうかを判定する。閾液面高さhxより大きければ、S3に進み、第二測定モードに切り替えて再測定を行なう。結果がh>hxであれば、その再計測された(第二測定モードによる)液面高さhを最終的な液面高さとして表示出力する(他方、S4でh<hxであれば、S5に進む)。また、第一測定モードで測定された液面高さhが閾液面高さhxより小さい場合には、もともと第二測定モードでの測定は困難であるから、そのままその測定結果hを表示出力することができる。ただし、本実施形態では、第一の周波数間隔(例えば、2〜10kHz)よりも小さい第二の周波数間隔(例えば、50〜1000Hz)にて断続的に変化させる形で連続波の周波数をスイープする精密第一測定モード(S5)を実施し、この精密測定ステップS5の測定結果hを表示出力するようにしている。   FIG. 12 shows the flow of measurement processing by the microcomputer 100 in that case. First, in S1, the first measurement mode is set, and the liquid level height h is roughened by sweeping the frequency of the continuous wave in such a manner that it is intermittently changed at a first frequency interval (for example, 2 to 10 kHz). To measure. In S2, it is determined whether or not the liquid level height h obtained in the rough first measurement mode exceeds a predetermined threshold liquid level height hx. If it is larger than the threshold liquid level height hx, the process proceeds to S3, where the measurement is switched to the second measurement mode and remeasured. If the result is h> hx, the re-measured liquid level height h (in the second measurement mode) is displayed and output as the final liquid level height (if h <hx in S4, Proceed to S5). When the liquid level height h measured in the first measurement mode is smaller than the threshold liquid level height hx, the measurement result h is displayed and output as it is because measurement in the second measurement mode is originally difficult. can do. However, in the present embodiment, the frequency of the continuous wave is swept in such a manner that it is intermittently changed at a second frequency interval (for example, 50 to 1000 Hz) smaller than the first frequency interval (for example, 2 to 10 kHz). The precision first measurement mode (S5) is performed, and the measurement result h of the precision measurement step S5 is displayed and output.

次に、差分一定化区間における極大値と極小値との電気インピーダンス差分値のレベルは、超音波トランスジューサ2の取付状態によっても影響を受ける。特に、超音波トランスジューサ2の取付状態(例えば容器200底面との密着度など)が経時的に悪化した場合、電気インピーダンス差分値も小さくなる傾向にある。そこで、図10に示すように、この電気インピーダンス差分値の初期値ΔZ(例えば工場出荷時の値)をマイコン100のROM97に記憶しておき(初期値レベル記憶手段)、液面計測に伴い取得された電気インピーダンス差分値の現在値ΔZを初期値ΔZと比較し、その比較結果に基づいて取付状態判定を行なうことができる。具体的には、ΔZ/ΔZがある閾値未満に小さくなった場合は取付状態悪化と判定し、モニタ94に出力したり、あるいは別途設けられたアラーム出力部から警報音を出力したりして、これを報知することができる。 Next, the level of the electrical impedance difference value between the maximum value and the minimum value in the difference stabilization section is also affected by the state of attachment of the ultrasonic transducer 2. In particular, when the attachment state of the ultrasonic transducer 2 (for example, the degree of adhesion with the bottom surface of the container 200) deteriorates with time, the electrical impedance difference value also tends to decrease. Therefore, as shown in FIG. 10, the initial value ΔZ 0 of this electrical impedance difference value (for example, the value at the time of shipment from the factory) is stored in the ROM 97 of the microcomputer 100 (initial value level storage means). the current value [Delta] Z C of the obtained electrical impedance difference value compared to the initial value [Delta] Z 0, it is possible to perform attachment state determination based on the comparison result. Specifically, when ΔZ C / ΔZ 0 becomes smaller than a certain threshold value, it is determined that the mounting state is deteriorated and output to the monitor 94 or an alarm sound is output from a separately provided alarm output unit. This can be notified.

本発明の超音波液面計の要部を示す模式図。The schematic diagram which shows the principal part of the ultrasonic liquid level meter of this invention. 図1の超音波液面計の電気的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the electrical structure of the ultrasonic liquid level meter of FIG. 測定用超音波の形態を示す模式図。The schematic diagram which shows the form of the ultrasonic wave for a measurement. 図1の超音波液面計における測定モード切替の概念を示す図。The figure which shows the concept of the measurement mode switching in the ultrasonic liquid level meter of FIG. 図3の構成におけるマイコンの制御流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the control flow of the microcomputer in the structure of FIG. 第一測定モードにおける電気インピーダンスの周波数特性プロファイルの測定例を示す図。The figure which shows the example of a measurement of the frequency characteristic profile of the electrical impedance in 1st measurement mode. 図6の一部を拡大して示す図。The figure which expands and shows a part of FIG. 液体が存在しない場合にかかる電気インピーダンスの周波数特性プロファイルの測定例を示す図。The figure which shows the example of a measurement of the frequency characteristic profile of an electrical impedance concerning the case where a liquid does not exist. 電気インピーダンスの周波数特性プロファイルを静電容量測定結果で代替した場合の例を示す図。The figure which shows the example at the time of substituting the frequency characteristic profile of an electrical impedance with an electrostatic capacitance measurement result. 電気インピーダンス差分値のレベルが超音波トランスジューサ2の取付状態によっても影響を受ける様子を説明する図。The figure explaining a mode that the level of an electrical impedance difference value is influenced also by the attachment state of the ultrasonic transducer. マイコンによる測定モード切替の処理例を示すフローチャート。The flowchart which shows the process example of the measurement mode switch by a microcomputer.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波液面計
2 超音波トランスジューサ(超音波送信素子、定在波被励振素子、反射波受信素子、伝播時間計測手段)
94 モニタ(液面高さ情報出力手段)
100 マイコン(液面高さ算出手段、第二液面高さ算出手段、液体有無判定手段、取付状態判定手段)
101 連続波駆動回路(連続波駆動手段)
102 インピーダンスアナライザ(インピーダンス周波数特性測定手段)
103 モニタ(液面高さ情報出力手段、液体有無判定結果出力手段、取付状態判定出力手段)
104 切替スイッチ(測定モード切替手段)
105 バースト波駆動回路(バースト波駆動手段)
200 容器
L 液体
1 Ultrasonic Level Meter 2 Ultrasonic Transducer (Ultrasonic Transmitting Element, Standing Wave Excited Element, Reflected Wave Receiving Element, Propagation Time Measuring Means)
94 Monitor (liquid level information output means)
100 microcomputer (liquid level height calculating means, second liquid level height calculating means, liquid presence / absence determining means, mounting state determining means)
101 Continuous wave drive circuit (continuous wave drive means)
102 Impedance analyzer (impedance frequency characteristic measuring means)
103 monitors (liquid level information output means, liquid presence / absence determination result output means, attachment state determination output means)
104 changeover switch (measurement mode changeover means)
105 Burst wave drive circuit (burst wave drive means)
200 container L liquid

Claims (13)

液体を収容した容器からなる被測定系において、前記容器の底部に取り付けられるとともに、該容器内部の液面に向けて測定用超音波を送出する超音波送信素子と、
前記超音波送信素子を、駆動周波数を予め定められた範囲でスイープしつつ前記測定用超音波が連続波として送出されるように駆動する連続波駆動手段と、
前記連続波の前記液面に向かう送出進行波と、同じく前記液面による反射波とにより前記液体中に発生する定在波振動を受けて励振され、当該励振により電気インピーダンスを変化させる圧電素子からな定在波被励振素子と、
前記連続波のスイープに伴う前記定在波被励振素子の電気インピーダンス変化をモニタリングすることにより、前記電気インピーダンスの周波数特性プロファイルを測定するインピーダンス周波数特性測定手段と、
測定により得られた前記周波数特性プロファイルに基づいて前記容器内の液面高さを算出する液面高さ算出手段と、
液面高さ情報を出力する液面高さ情報出力手段と、
を備えたことを特徴とする超音波液面計。
In the system to be measured consisting of a container containing a liquid, an ultrasonic transmission element that is attached to the bottom of the container and that transmits measurement ultrasonic waves toward the liquid surface inside the container;
Continuous wave drive means for driving the ultrasonic transmission element so that the measurement ultrasonic wave is transmitted as a continuous wave while sweeping a drive frequency in a predetermined range;
From a piezoelectric element that is excited by a standing wave vibration generated in the liquid by a traveling traveling wave of the continuous wave toward the liquid surface and a reflected wave from the liquid surface, and changes an electrical impedance by the excitation. Standing wave excited element,
Impedance frequency characteristic measuring means for measuring a frequency characteristic profile of the electric impedance by monitoring a change in electric impedance of the standing wave excited element accompanying the continuous wave sweep;
Liquid level height calculating means for calculating the liquid level height in the container based on the frequency characteristic profile obtained by the measurement,
Liquid level information output means for outputting liquid level information;
An ultrasonic liquid level gauge comprising:
前記超音波送信素子が前記定在波被励振素子に兼用される圧電素子にて構成されてなる請求項1記載の超音波液面計。   The ultrasonic liquid level meter according to claim 1, wherein the ultrasonic transmission element is constituted by a piezoelectric element that is also used as the standing wave excited element. 前記超音波送信素子を、予め定められた駆動周波数にて前記測定用超音波がバースト波として送出されるように駆動するバースト波駆動手段と、
前記バースト波の前記液面での反射波を前記容器底部にて受信する反射波受信素子と、
前記バースト波が送出された場合に、該送出から前記反射波受信部により受信されるまでの該バースト波の伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、
計測された該バースト波の伝播時間に基づいて前記液面高さを算出する第二液面高さ算出手段と、
前記液面高さの測定モードを、前記連続波を用いて得られる前記周波数特性プロファイルに基づいて前記液面高さを計測する第一測定モードと、前記バースト波の伝播時間計測により前記液面高さを計測する第二測定モードとの間で切り替える測定モード切替手段と、
を有する請求項1又は請求項2に記載の超音波液面計。
Burst wave drive means for driving the ultrasonic transmission element so that the measurement ultrasonic wave is transmitted as a burst wave at a predetermined drive frequency;
A reflected wave receiving element for receiving a reflected wave of the burst wave at the liquid surface at the bottom of the container;
Propagation time measuring means for measuring the propagation time of the burst wave from the transmission to reception by the reflected wave receiver when the burst wave is transmitted;
Second liquid level height calculating means for calculating the liquid level height based on the measured propagation time of the burst wave;
The measurement mode of the liquid level is a first measurement mode for measuring the liquid level based on the frequency characteristic profile obtained using the continuous wave, and the liquid level is measured by measuring the propagation time of the burst wave. Measurement mode switching means for switching between the second measurement mode for measuring the height;
The ultrasonic liquid level meter according to claim 1 or 2, wherein
前記第一測定モードにより前記液面高さを計測し、該第一測定モードにて得られた液面高さが予め定められた閾液面高さを超えていた場合は、前記第二測定モードに切り替えて前記液面高さの再計測を行なう計測制御手段を有し、
前記液面高さ情報出力手段は、その再計測された液面高さ情報を出力するものである請求項3記載の超音波液面計。
When the liquid level height is measured in the first measurement mode and the liquid level height obtained in the first measurement mode exceeds a predetermined threshold liquid level height, the second measurement is performed. Having a measurement control means for re-measuring the liquid level by switching to a mode;
4. The ultrasonic liquid level gauge according to claim 3, wherein the liquid level information output means outputs the remeasured liquid level information.
前記電気インピーダンス周波数特性測定手段が測定する前記周波数特性プロファイルは、電気インピーダンスの前記定在波に由来した極大値と極小値とが交互に出現する鋸刃状区間を有するものであり、
前記液面高さ算出手段は、当該鋸刃状区間において互いに隣接する極大値間又は極小値間の周波数差に基づいて前記液面高さを算出する請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の超音波液面計。
The frequency characteristic profile measured by the electrical impedance frequency characteristic measuring means has a sawtooth-like section in which a maximum value and a minimum value derived from the standing wave of electrical impedance appear alternately,
5. The liquid level height calculation means calculates the liquid level height based on a frequency difference between maximum values or minimum values adjacent to each other in the sawtooth section. The ultrasonic liquid level meter according to item.
前記周波数特性プロファイルにおける前記鋸刃状区間の有無に基づいて、前記容器内における液体有無判定を行なう液体有無判定手段と、
該液体有無判定結果を出力する液体有無判定結果出力手段と、
を有する請求項5記載の超音波液面計。
Based on the presence or absence of the sawtooth-shaped section in the frequency characteristic profile, a liquid presence / absence determination unit that performs liquid presence / absence determination in the container;
A liquid presence / absence determination result output means for outputting the liquid presence / absence determination result;
The ultrasonic liquid level meter according to claim 5, wherein:
前記液面高さ算出手段は、前記周波数差の逆数の1/2を前記測定用超音波の前記容器底面と前記液面との間の伝播時間とみなすことにより前記液面高さを算出する請求項5又は請求項6に記載の超音波液面計。   The liquid level calculation means calculates the liquid level by regarding 1/2 of the reciprocal of the frequency difference as a propagation time of the measurement ultrasonic wave between the container bottom and the liquid level. The ultrasonic liquid level meter according to claim 5 or 6. 前記液面高さ算出手段は、前記鋸刃状区間において互いに隣接する前記極大値と前記極小値との電気インピーダンス差分値が一定化する差分一定化区間を検出し、当該差分一定化区間において前記液面高さを算出するための前記周波数差を特定するものである請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の超音波液面計。   The liquid level calculation means detects a difference stabilization section in which the electrical impedance difference value between the local maximum value and the local minimum value adjacent to each other in the sawtooth section is constant, and the difference level stabilization section The ultrasonic liquid level meter according to any one of claims 5 to 7, wherein the frequency difference for calculating the liquid level is specified. 前記液面高さ算出手段は、検出された前記差分一定化区間の周波数中心に対応する隣接極大値間ないし隣接極小値間の周波数差に基づいて前記液面高さを算出する請求項8記載の超音波液面計。   The liquid level height calculating unit calculates the liquid level height based on a frequency difference between adjacent maximum values or adjacent minimum values corresponding to the detected frequency center of the difference stabilizing section. Ultrasonic level gauge. 前記液面高さ算出手段は、前記鋸刃状区間において一定化する前記電気インピーダンス差分値が相違する複数の前記差分一定化区間が検出される場合に、前記電気インピーダンス差分値が最も大きい差分一定化区間にて前記液面高さを算出するための前記周波数差を特定するものである請求項8又は請求項9に記載の超音波液面計。   The liquid surface height calculating means is configured to maintain a constant difference having the largest electrical impedance difference value when a plurality of the difference stabilizing sections differing in the electrical impedance difference value to be constant in the sawtooth section are detected. The ultrasonic liquid level meter according to claim 8 or 9, wherein the frequency difference for calculating the liquid level height is specified in a conversion section. 前記インピーダンス周波数特性測定手段が測定する前記周波数特性プロファイルは、前記定在波被励振素子の電気的共振点に対応する周波数位置にベース極小点を、同じく機械的共振点に対応する周波数位置にベース極大点をそれぞれ生ずるS字状のベースプロファイルに対し、前記定在波に由来した極大値と極小値とが、それらベース極小点とベース極大点との周波数間隔よりも小さい周波数間隔にて出現する前記鋸刃状区間が重畳されたものであり、
前記液面高さ算出手段は、前記ベース極小点と前記ベース極大点との間に位置する鋸刃状区間内にて検出される前記差分一定化区間にて前記液面高さを算出するための前記周波数差を特定するものである請求項10記載の超音波液面計。
The frequency characteristic profile measured by the impedance frequency characteristic measuring means has a base minimum point at a frequency position corresponding to an electrical resonance point of the standing wave excited element, and a base position at a frequency position corresponding to a mechanical resonance point. For the S-shaped base profiles that respectively generate the local maximum points, the local maximum value and the local minimum value derived from the standing wave appear at a frequency interval smaller than the frequency interval between the base local minimum point and the base local maximum point. The saw blade section is superimposed,
The liquid level calculation means calculates the liquid level in the difference constant section detected in a sawtooth section located between the base minimum point and the base maximum point. The ultrasonic liquid level gauge according to claim 10, wherein the frequency difference is specified.
前記差分一定化区間における前記極大値と前記極小値との電気インピーダンス差分値のレベルに基づいて、前記定在波被励振素子の取付状態判定を行なう取付状態判定手段と、
その判定結果を出力する取付状態判定出力手段と、
を有する請求項8ないし請求項11のいずれか1項に記載の超音波液面計。
Based on the level of the electrical impedance difference value between the maximum value and the minimum value in the difference stabilization section, an attachment state determination unit that determines the attachment state of the standing wave excited element;
An attachment state determination output means for outputting the determination result;
The ultrasonic liquid level meter according to claim 8, comprising:
前記取付状態判定手段は、前記電気インピーダンス差分値の初期値を記憶する初期値レベル記憶手段を備え、液面計測に伴い取得された前記電気インピーダンス差分値の現在値を前記初期値と比較し、その比較結果に基づいて前記取付状態判定を行なうものである請求項12記載の超音波液面計。   The attachment state determination means includes an initial value level storage means for storing an initial value of the electrical impedance difference value, and compares the current value of the electrical impedance difference value acquired with the liquid level measurement with the initial value. The ultrasonic liquid level gauge according to claim 12, wherein the attachment state determination is performed based on the comparison result.
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