JP2010175308A - 容量計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の液面計を使用する場合において、液面計同士の相互干渉を防止し、安定して容量を計測できる容量計測システムを実現する。
【解決手段】複数の液面計を配置し、これらの液面計の出力に基づいて液体の容量を計測する容量計測システムにおいて、
前記液面計は、
液体の液面に向けて無線信号を送信する送信部１と、
無線信号の液面からの反射信号を受信する受信部２と、
無線信号の送信から受信までの時差に基づいて液体の液面高さを計測する計測部３と、
無線信号の周波数を、他の液面計で使用されている無線信号と相互干渉しない周波数に制御する周波数制御部４と、
を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は容量計測システムに関し、詳しくは、複数の液面計を配置し、これらの液面計の出力に基づいて液体の容量を計測する容量計測システムに関する。

図６は従来の容量計測システムを構成する液面計の一例を示す図である。
タンク内に液体が収容されている。図６の（ａ）に示すように、この液体の上方でタンク底面Ｔｂから高さＨの位置に、送信部１１、受信部１２、計測部１３からなる液面計が設置されている。液面計は、送信部１１から液体の液面Ａに向けて音波などの無線信号を送信し、この送信信号の液面Ａからの反射信号を受信部１２で受信する。

無線信号の送信と受信の間には、図６の（ｂ）に示すように、時差Δｔ１が生じる。計測部１３は、無線信号の伝播速度Ｖおよび時差Δｔ１に基づいて、液面計と液面Ａとの距離Ｄを求める。高さＨおよび距離Ｄから、タンク内の液面高さＬが求められる。タンク内の液面高さＬを把握することにより、タンク内の液体の容量を求めることができる。

ところで、航空機では、機体の傾きや加速度の影響により、燃料タンク内で燃料が傾く。そのため、特に大型航空機の燃料タンクでは、通常、タンク内の異なる位置に液面計を設置し、複数の位置で燃料の液面高さを計測する。

下記特許文献１には、超音波センサや光電センサ等から発信した信号を液面で反射させ、その反射信号を受信する液面レベル計が記載されている。
また、下記特許文献２には、燃料タンク内に複数の位置での燃料の高さを出力する複数のプローブを備えた燃料計量装置が記載されている。

特開平６−５８７９４号公報 特開２００３−４９７３１号公報

しかしながら、航空機の燃料タンクのように複数の液面計を使用する必要がある場合には、これらの液面計の送信信号が互いに他の液面計に影響を与え、正常な計測ができない場合がある。

図７は液面計同士の相互干渉の説明図である。
同じ構成の液面計ＬＧ１０，ＬＧ２０が、ひとつの燃料タンク内に設置されているとする。液面計ＬＧ１０，ＬＧ２０は、それぞれ自機の送信部１１，２１から無線信号を送信し、自機が送信した無線信号の反射信号をそれぞれ自機の受信部１２，２２で受信する。しかし、図７に示すように、液面計ＬＧ１０の受信部１２に、液面計ＬＧ２０から送信された無線信号の一部が入射する場合がある。すると、液面計ＬＧ１０の受信部１２は、液面計ＬＧ２０からの無線信号を自機が送信した無線信号の反射信号であると誤認してしまう。その結果、液面計ＬＧ１０は、無線信号の送信から受信までの時差Δｔ１を誤って認識し、誤った液面高さを算出してしまう。

そこで、従来は、このような液面計同士の相互干渉を防止するために、タンク内での液面計の取り付け位置を制限したり、液面計にフードを被せて送信信号の伝播経路を制限したり、液面計同士の間に送信信号を減衰させる吸収板（仕切り板）を設けるなどの措置を行っていた。しかし、これらの措置は、液面計の使用上の制限を増加させたり、コスト増、質量増、タンク容積の減少といった問題を招いていた。

本発明は、従来の問題をなくし、液面計以外の部分に対策を施すことなく、液面計同士の相互干渉を防止し、安定して容量を計測できる容量計測システムを実現することを目的とする。

このような課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、
複数の液面計を配置し、これらの液面計の出力に基づいて液体の容量を計測する容量計測システムにおいて、
前記液面計は、
前記液体の液面に向けて無線信号を送信する送信部と、
前記無線信号の前記液面からの反射信号を受信する受信部と、
前記無線信号の送信から受信までの時差に基づいて前記液体の液面高さを計測する計測部と、
前記無線信号の周波数を、他の液面計で使用されている無線信号と相互干渉しない周波数に制御する周波数制御部と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の容量計測システムにおいて、
前記周波数制御部は、前記受信部が相互干渉する可能性のある周波数の無線信号を受信した場合に、自機の無線信号の周波数を変更することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の容量計測システムにおいて、
前記周波数制御部は、定期的に周波数をホッピングさせることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれかに記載の容量計測システムにおいて、
前記送信部は、前記無線信号に自機を示す識別信号を付加することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４のいずれかに記載の容量計測システムにおいて、
前記液面計が航空機の燃料タンク内に配置され、この燃料タンク内に収容された燃料の容量を計測することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、
周波数制御部が自機の無線信号の周波数を他の液面計で使用されている無線信号と相互干渉しない周波数に制御することにより、液面計以外の部分に対策を施すことなく、液面計同士の相互干渉を防止し、安定して容量を計測できる容量計測システムを実現できる。
また、何らかの理由により特定の周波数で正常に測定できないような場合に、その周波数を使用せず、他の周波数を用いて測定を継続できる。

請求項２の発明によれば、
周波数制御部が、受信部が相互干渉する可能性のある周波数の無線信号を受信した場合に自機の無線信号の周波数を変更するため、他の液面計の状況に応じて効率良く相互干渉を防止できる。

請求項３の発明によれば、
周波数制御部が定期的に周波数をホッピングさせるため、液面計が使用する周波数が分散し、ノイズ成分のレベルを低減できる。

請求項４の発明によれば、
送信部が無線信号に自機を示す識別信号を付加するため、受信した無線信号が自機の送信した無線信号であるか否かの判断が容易になる。

請求項５の発明によれば、
液面計を航空機の燃料タンク内に配置することにより、航空機の燃料タンク内に収容された燃料の容量を計測するためのシステムにも適用できる。

本発明の実施例を示す構成図である。 液面計ＬＧ１の構成を示す図である。 送信信号が反射される様子を示す図である。 受信部２に自機の周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ１’の超音波信号が入射してきた様子を示す図である。 本発明の効果を示す図である。 従来の容量計測システムを構成する液面計の一例を示す図である。 液面計同士の相互干渉の説明図である。

図１は本発明の実施例を示す構成図である。本実施例では、本発明の容量計測システムを航空機の燃料タンクに収容された燃料の容量計測に適用した例について説明する。

航空機の燃料タンクＴ内に燃料Ｇが収容されている。燃料タンクＴの上側の内壁の異なる位置に、液面計ＬＧ１〜ＬＧ４が取り付けられている。液面計ＬＧ１〜ＬＧ４は、それぞれの位置において、燃料Ｇのタンク底面Ｔｂからの液面高さを計測し、演算部１００に出力する。演算部１００は、各位置において得られる燃料Ｇの液面高さおよび燃料タンクＴの形状に基づいて、燃料タンクＴ内にある燃料Ｇの容量Ｖを算出する。

図２は液面計ＬＧ１の構成を示す図である。なお、液面計ＬＧ２〜ＬＧ４についても同様の構成となっている。

液面計ＬＧ１は、タンク底面Ｔｂから高さＨの位置に取り付けられている。液面計ＬＧ１は、送信部１、受信部２、計測部３、周波数制御部４から構成されている。

送信部１は、燃料Ｇの液面Ａに向けて超音波信号を送信する。受信部２は、この超音波信号の液面Ａからの反射信号を受信する。
周波数制御部４は、送信部１が送信する超音波信号の周波数を制御する。すなわち、送信部１は、周波数制御部４から超音波信号の周波数の指示を受け、その指示された周波数の超音波信号を生成する。図２では、周波数制御部４は送信部１に周波数ｆ１を指示し、送信部１は周波数ｆ１の超音波信号を液面Ａに向けて送信している。

超音波信号の送信と受信の間には、液面計ＬＧ１と液面Ａまでの距離Ｄに応じた時差Δｔ１が生じる。計測部３は、超音波信号の伝播速度Ｖおよび時差Δｔ１に基づいて、液面計ＬＧ１と液面Ａとの距離Ｄを求める。計測部３は、高さＨおよび距離Ｄから燃料Ｇの液面高さＬを求め、演算部１００に出力する。

なお、送信信号は、実際には、図３の（ａ）に示すように、液面Ａだけでなくタンク底面Ｔｂやタンク側面Ｔｓにおいても反射される。反射される位置が異なると、超音波信号が送信されてから受信部２に到達するまでの経路長が変化する。そのため、受信部２で得られる受信信号は、図３の（ｂ）に示すように、異なる時差Δｔ１’，Δｔ１”，・・・で戻ってきた複数の反射信号が合成されたものとなる。この中で、最初に得られる第１の反射信号が液面Ａによる反射信号と考え、この第１の反射信号が受信されるまでの時差Δｔ１を用いて液面高さＬを計算する。以下の説明では、第１の反射信号についてのみ記載し、その後に得られる第２、第３、・・・の反射信号については記載を省略する。

ここで、図４に示すように、他の液面計から送信された、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ１’の超音波信号が液面計ＬＧ１の受信部２に入射してきたとする。

液面計ＬＧ１の受信部２は、自機の周波数ｆ１とは異なる周波数の超音波信号を受信すると、その超音波信号の周波数（周波数ｆ１’）を検出し、周波数制御部４に通知する。周波数制御部４は、周波数ｆ１と周波数ｆ１’が相互干渉するか否かを検討する。周波数制御部４は、周波数ｆ１と周波数ｆ１’が相互干渉すると判断した場合には、自機の周波数を相互干渉するおそれのない別の周波数ｆ２に変更する。周波数制御部４は、新しい周波数ｆ１０を送信部１に指示し、送信部１は送信する超音波信号の周波数をｆ１０に変更する。

図５は本発明の効果を示す図であり、図５の（ａ）は液面計ＬＧ１の超音波信号の送信タイミング、（ｂ）は液面計ＬＧ２の超音波信号の送信タイミング、（ｃ）は液面計ＬＧ１の受信信号のタイミングを示している。
図５の（ｃ）に示すように、液面計ＬＧ１の受信部２は、自機の反射信号よりも先に液面計ＬＧ２の反射信号を受信している。しかし、液面計ＬＧ１と液面計ＬＧ２の超音波信号は周波数が異なるため、液面計ＬＧ１の受信部２は、自機の超音波信号の反射信号が戻ってきたタイミングを見分けることができる。これにより、液面計ＬＧ１は、自機の超音波信号の反射信号が戻ってくるまでの時差Δｔ１を正しく認識でき、液面高さを正しく求めることができる。

液面計ＬＧ２〜ＬＧ４についても、それぞれ液面計ＬＧ１と同様の動作を行う。たとえば、液面計ＬＧ２が周波数ｆ２の超音波信号を送信している場合に、この周波数と相互干渉する周波数ｆ２’の超音波信号を受信したら、液面計ＬＧ２の周波数制御部４は、自機の超音波信号の周波数を相互干渉するおそれのない別の周波数ｆ２０に変更する。

本実施例は以上のように構成され、
周波数制御部４が、自機の液面計の超音波信号の周波数を周囲の液面計の超音波信号と相互干渉しない周波数に制御することにより、液面計以外の部分に対策を施すことなく液面計同士の相互干渉を防止し、安定して容量を計測できる容量計測システムを実現できる。

また、周波数制御部が、受信部が相互干渉する周波数の超音波信号を受信した場合に自機の超音波信号の周波数を変更するため、周囲の液面計が使用している周波数の状況に応じて効率良く相互干渉を防止できる。
なお、相互干渉する周波数の超音波信号の送信元は問わないため、周囲の液面計が相互干渉する周波数で超音波信号を送信している場合に限らず、たとえば燃料タンクＴの外部からノイズとなる超音波信号が入射してきたような場合にも対応できる。

なお、本実施例では、受信部が相互干渉する周波数の超音波信号を受信した場合に自機の周波数を変更したが、自機の超音波信号の周波数で正常に反射信号が得られない場合にも自機の周波数を変更するようにしてもよい。何らかの理由により特定の周波数では正常に測定できない場合であっても、他の周波数を用いて液面高さの計測を継続できる。

また、本実施例では、受信部が相互干渉する周波数の超音波信号を受信した場合に自機の周波数を変更したが、周波数制御部は定期的に自機の超音波信号の周波数をホッピングさせてもよい。超音波信号の周波数が分散し、ノイズ成分のレベルを低減できる。

また、送信部は、送信する超音波信号に自機を示す識別信号を付加してもよい。受信した超音波信号が自機の送信した超音波信号であるか否かの判断が容易になる。

また、本実施例では、液面Ａに向けて超音波信号を送信したが、送信する信号はこれに限らず、光信号や電波信号であってもよい。

また、本実施例では、液面計ＬＧ１〜ＬＧ４は液面Ａの上方から超音波信号を送信したが、液面計ＬＧ１〜ＬＧ４は、タンク底面Ｔｂに取り付けられ、液面Ａの下方から超音波信号を送信する方式であってもよい。また、タンク側面Ｔｓから超音波信号を入射させ、その反射吸収量により液面を検出する方式にも適用可能である。

本実施例における燃料Ｇは請求項における液体に相当し、超音波信号は請求項における無線信号に相当する。

１ 送信部
２ 受信部
３ 計測部
４ 周波数制御部
Ａ 液面

Claims (5)

1. 複数の液面計を配置し、これらの液面計の出力に基づいて液体の容量を計測する容量計測システムにおいて、
   前記液面計は、
   前記液体の液面に向けて無線信号を送信する送信部と、
   前記無線信号の前記液面からの反射信号を受信する受信部と、
   前記無線信号の送信から受信までの時差に基づいて前記液体の液面高さを計測する計測部と、
   前記無線信号の周波数を、他の液面計で使用されている無線信号と相互干渉しない周波数に制御する周波数制御部と、
   を備えたことを特徴とする容量計測システム。
2. 前記周波数制御部は、前記受信部が相互干渉する可能性のある周波数の無線信号を受信した場合に、自機の無線信号の周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載の容量計測システム。
3. 前記周波数制御部は、定期的に周波数をホッピングさせることを特徴とする請求項１に記載の容量計測システム。
4. 前記送信部は、前記無線信号に自機を示す識別信号を付加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の容量計測システム。
5. 前記液面計が航空機の燃料タンク内に配置され、この燃料タンク内に収容された燃料の容量を計測することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の容量計測システム。

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