JP2014002090A - Level gauge and method of controlling the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively provide a level gauge capable of reducing its size.SOLUTION: A level gauge comprises: transmission pulse generating means for generating a transmission pulse 4 with a first pulse repeat cycle; an input/output part 33 for outputting the transmission pulse 4 to a probe 20 and inputting a reflection pulse 5 from the probe 20; sampling pulse generating means for generating a sampling pulse SP with a second pulse repeat cycle; expansion signal generating means for generating an expansion signal that temporally expands an input/output signal according to a difference between the first and the second pulse repeat cycles, by sampling the input/output signal in the input/output part 33 according to the sampling pulse SP; interface level measuring means for measuring an interface level on the basis of a propagation time of the reflection pulse; and pulse cycle controlling means for controlling a difference between the first and the second pulse repeat cycles on the basis of a repeat cycle of the expansion signal.

Description

本発明は、液面や粉体面等の界面レベルを計測するレベル計及びその制御方法に係り、さらに詳しくは、送信パルスが界面からの反射パルスとして戻るまでの伝播時間に基づいて界面レベルを計測するレベル計の改良に関する。   The present invention relates to a level meter for measuring an interface level such as a liquid level or a powder level and a control method thereof, and more specifically, the interface level is determined based on a propagation time until a transmission pulse returns as a reflected pulse from the interface. It relates to improvement of the level meter to measure.

液面レベル計測装置は、送信パルスを液面に向けて送出したときから、当該送信パルスが液面からの反射パルスとして戻ってくるまでの伝播時間に基づいて、液面レベルを計測するレベル計である。この様な液面レベル計測装置には、導電性のガイドプローブに沿ってパルス状の電流信号を伝送させるガイドパルス方式のものや、アンテナから高周波パルスを送信させる電波方式のものがある(例えば、特許文献1)。   The liquid level measuring device is a level meter that measures the liquid level based on the propagation time from when the transmission pulse is sent toward the liquid level until the transmission pulse returns as a reflected pulse from the liquid level. It is. Such liquid level measuring devices include a guide pulse type that transmits a pulsed current signal along a conductive guide probe and a radio wave type that transmits a high-frequency pulse from an antenna (for example, Patent Document 1).

ガイドパルス方式の液面レベル計測装置では、ガイドプローブの一端に入力された送信パルスが他端へ伝送される途中に液面が存在すれば、液面の位置で反射パルスが生成される。例えば、送信パルスがガイドプローブの一端に入力されてから、反射パルスが当該一端に到達するまでの時間間隔TKは、ガイドプローブの一端と液面との間の往復時間に相当することから、上記一端から液面までの距離Lは、TK×光速×(1/2)により求められる。   In the liquid level level measuring apparatus of the guide pulse method, if the liquid level exists in the middle of transmission of the transmission pulse input to one end of the guide probe, a reflected pulse is generated at the position of the liquid level. For example, the time interval TK from when the transmission pulse is input to one end of the guide probe until the reflected pulse reaches the one end corresponds to the reciprocation time between one end of the guide probe and the liquid surface. The distance L from one end to the liquid level is obtained by TK × light speed × (1/2).

通常、送信パルスは、数MHz程度の周波数からなるクロック信号を用いて生成され、パルス繰返周期は、数百ns程度である。一方、上記時間間隔TKは、極めて短く、ガイドプローブの長さ1mm当たりの往復時間は、数ps程度である。このため、送信パルスと反射パルスとをそのまま時間軸上で比較することは難易度が高く、パルス繰返間隔が送信パルスとは僅かに異なるサンプリングパルスを用いて、送信パルスや反射パルスを時間伸張させる処理が行われる。つまり、時間伸張された送信パルスと反射パルスとの信号波形を比較することによって、液面レベルが測定される。   Usually, the transmission pulse is generated using a clock signal having a frequency of about several MHz, and the pulse repetition period is about several hundred ns. On the other hand, the time interval TK is very short, and the reciprocation time per 1 mm of the length of the guide probe is about several ps. For this reason, it is difficult to compare the transmitted pulse and reflected pulse as they are on the time axis, and the transmission pulse and reflected pulse are time-extended using a sampling pulse whose pulse repetition interval is slightly different from the transmitted pulse. Processing is performed. That is, the liquid level is measured by comparing the signal waveforms of the transmission pulse and the reflected pulse that have been extended in time.

送信パルスは、基準発振器において生成されるクロック信号を波形整形することによって生成される。一方、サンプリングパルスは、局部発振器において生成されるクロック信号を波形整形することによって生成される。基準発振器と局部発振器とでは、一定の周波数差が維持される必要があるが、基準発振器や局部発振器の発振周波数は、温度変化などによって変動する。基準発振器及び局部発振器間の周波数差に基づいて、時間間隔TKが求められることから、当該周波数差が変化すれば、液面レベルの測定精度が低下してしまう。   The transmission pulse is generated by shaping the clock signal generated in the reference oscillator. On the other hand, the sampling pulse is generated by shaping the clock signal generated in the local oscillator. A constant frequency difference needs to be maintained between the reference oscillator and the local oscillator, but the oscillation frequency of the reference oscillator or the local oscillator varies due to a temperature change or the like. Since the time interval TK is obtained based on the frequency difference between the reference oscillator and the local oscillator, if the frequency difference changes, the measurement accuracy of the liquid level decreases.

特表2002−535641号公報JP 2002-535641 A

そこで、上述した様な従来のレベル計では、基準発振器及び局部発振器間で一定の周波数差が維持されるように、PLL(Phase-Locked Loop)回路を用いて、局部発振器のフィードバック制御が行われる。PLL回路には、基準発振器の出力信号と局部発振器の出力信号とを比較し、その位相差を電圧に変換する位相比較器や、帰還ループにおいて高周波成分を除去するローパスフィルタが必要である。このため、製造コストが増大し、回路基板の実装面積も増大してしまうという問題があった。   Therefore, in the conventional level meter as described above, feedback control of the local oscillator is performed using a PLL (Phase-Locked Loop) circuit so that a constant frequency difference is maintained between the reference oscillator and the local oscillator. . The PLL circuit requires a phase comparator that compares the output signal of the reference oscillator and the output signal of the local oscillator and converts the phase difference into a voltage, and a low-pass filter that removes high-frequency components in the feedback loop. For this reason, there existed a problem that manufacturing cost increased and the mounting area of the circuit board also increased.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化が可能なレベル計を安価に提供することを目的とする。特に、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することができるレベル計を提供することを目的とする。また、本発明は、上記レベル計の制御方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and aims at providing the level meter which can be reduced in size at low cost. In particular, it is an object of the present invention to provide a level meter capable of maintaining a constant pulse repetition period difference between a transmission pulse and a sampling pulse without increasing the manufacturing cost and the circuit board mounting area. Another object of the present invention is to provide a method for controlling the level meter.

第1の本発明によるレベル計は、液面や粉体面等の界面レベルを計測するレベル計であって、第1のパルス繰返周期で送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、上記送信パルスを測定素子へ出力し、上記測定素子から反射パルスが入力される入出力部と、第2のパルス繰返周期でサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成手段と、上記サンプリングパルスに応じて、上記入出力部における入出力信号をサンプリングすることにより、第1及び第2のパルス繰返周期の差に応じて、上記入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成手段と、上記反射パルスの伝播時間に基づいて、上記界面レベルを測定する界面レベル測定手段と、上記伸張信号の繰返周期に基づいて、第1及び第2のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御手段とを備えて構成される。   A level meter according to a first aspect of the present invention is a level meter for measuring an interface level such as a liquid level or a powder level, and includes a transmission pulse generating means for generating a transmission pulse at a first pulse repetition period, and the transmission described above. An input / output unit that outputs a pulse to the measuring element and receives a reflected pulse from the measuring element, sampling pulse generating means for generating a sampling pulse at a second pulse repetition period, and an upper frequency according to the sampling pulse By sampling the input / output signal in the entry output unit, an expansion signal generating means for generating an expansion signal obtained by time-expanding the input / output signal according to the difference between the first and second pulse repetition periods, and the reflection The interface level measuring means for measuring the interface level based on the propagation time of the pulse and the difference between the first and second pulse repetition periods based on the repetition period of the extension signal. Constructed and a that pulse cycle control means.

このレベル計では、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差に応じて入出力信号を時間伸張した伸張信号の繰返周期に基づいて、当該パルス繰返周期の差が制御される。その際、サンプリングパルスは、入出力端子における入出力信号をサンプリングするのに用いられるだけであり、パルス繰返周期の差の制御には、伸張信号が用いられる。つまり、送信パルス及びサンプリングパルスの位相を比較する位相比較器やローパスフィルタといった回路素子を用いなくても、パルス繰返周期の差の制御を行うことができる。従って、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することができる。   In this level meter, the difference in the pulse repetition period is controlled based on the repetition period of the expanded signal obtained by time-expanding the input / output signal according to the difference in the pulse repetition period between the transmission pulse and the sampling pulse. At that time, the sampling pulse is only used for sampling the input / output signal at the input / output terminal, and the expansion signal is used for controlling the difference between the pulse repetition periods. That is, the difference in the pulse repetition period can be controlled without using circuit elements such as a phase comparator or a low-pass filter that compares the phases of the transmission pulse and the sampling pulse. Therefore, the difference in the pulse repetition period between the transmission pulse and the sampling pulse can be kept constant without increasing the manufacturing cost and the circuit board mounting area.

第2の本発明によるレベル計は、上記構成に加え、上記パルス周期制御手段が、第1及び第2のパルス繰返周期のいずれか一方を制御するように構成される。この様な構成によれば、回路構成が複雑化するのを抑制することができる。   The level meter according to the second aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above configuration, the pulse period control means controls either one of the first and second pulse repetition periods. According to such a configuration, it is possible to prevent the circuit configuration from becoming complicated.

第3の本発明によるレベル計は、上記構成に加え、上記伸張信号から上記送信パルス及び上記反射パルスを抽出するパルス抽出手段を備え、上記パルス周期制御手段が、上記パルス抽出手段により抽出された送信パルス及び反射パルスのいずれか一方に基づいて、第1及び第2のパルス繰返周期の差を制御するように構成される。   A level meter according to a third aspect of the present invention includes pulse extraction means for extracting the transmission pulse and the reflected pulse from the expanded signal in addition to the above-described configuration, and the pulse period control means is extracted by the pulse extraction means. A difference between the first and second pulse repetition periods is controlled based on one of the transmission pulse and the reflected pulse.

この様な構成によれば、界面レベルを測定するのに用いる送信パルス又は反射パルスを用いて、伸張信号の繰返周期を求めることにより、送信パルス又はサンプリングパルスのパルス繰返周期を自動調整する際の安定性を向上させることができる。   According to such a configuration, the pulse repetition period of the transmission pulse or the sampling pulse is automatically adjusted by obtaining the repetition period of the stretched signal by using the transmission pulse or the reflection pulse used for measuring the interface level. Stability can be improved.

第4の本発明によるレベル計は、上記構成に加え、上記測定素子が、一端に入力された上記送信パルスを他端へ伝送し、上記界面の位置で上記反射パルスが生成される導電性プローブからなるように構成される。   In a level meter according to a fourth aspect of the present invention, in addition to the above-described configuration, the measurement element transmits the transmission pulse input to one end to the other end, and the reflected probe is generated at the position of the interface. It is comprised so that it may consist of.

この様な構成によれば、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することが可能なガイドパルス方式のレベル計を実現することができる。   According to such a configuration, a guide pulse type level meter capable of maintaining a constant pulse repetition period difference between the transmission pulse and the sampling pulse without increasing the manufacturing cost or the circuit board mounting area. Can be realized.

第5の本発明によるレベル計は、上記構成に加え、上記入出力信号を検波する検波手段を備え、上記測定素子が、高周波信号からなる上記送信パルスを上記界面に向けて送信し、上記界面から上記反射パルスを受信するアンテナからなり、上記伸張信号生成手段が、検波後の入出力信号をサンプリングするように構成される。   A level meter according to a fifth aspect of the present invention includes a detector for detecting the input / output signal in addition to the above-described configuration, and the measuring element transmits the transmission pulse including a high-frequency signal toward the interface. The extension signal generating means is configured to sample the input / output signal after detection.

この様な構成によれば、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することが可能な電波方式のレベル計を実現することができる。   According to such a configuration, the radio wave type level meter capable of maintaining a constant pulse repetition period difference between the transmission pulse and the sampling pulse without increasing the manufacturing cost and the mounting area of the circuit board. Can be realized.

第6の本発明によるレベル計の制御方法は、送信パルスを測定素子へ出力し、上記測定素子から反射パルスが入力される入出力部を備えたレベル計の制御方法であって、第1のパルス繰返周期で送信パルスを生成する送信パルス生成ステップと、第2のパルス繰返周期でサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成ステップと、上記サンプリングパルスに応じて、上記入出力部における入出力信号をサンプリングすることにより、第1及び第2のパルス繰返周期の差に応じて、上記入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成ステップと、上記反射パルスの伝播時間に基づいて、上記界面レベルを測定する界面レベル測定ステップと、上記伸張信号の繰返周期に基づいて、第1及び第2のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御ステップとを備えて構成される。   A level meter control method according to a sixth aspect of the present invention is a level meter control method including an input / output unit that outputs a transmission pulse to a measurement element and receives a reflection pulse from the measurement element. A transmission pulse generation step for generating a transmission pulse at a pulse repetition period; a sampling pulse generation step for generating a sampling pulse at a second pulse repetition period; and an input / output signal at the input / output unit according to the sampling pulse , Based on the propagation time of the reflected pulse, and a stretched signal generating step for generating a stretched signal obtained by time-stretching the input / output signal according to the difference between the first and second pulse repetition periods. The difference between the first and second pulse repetition periods is controlled based on the interface level measurement step for measuring the interface level and the repetition period of the extension signal. Constructed and a pulse period control step that.

本発明によれば、送信パルス及びサンプリングパルスの位相を比較する位相比較器やローパスフィルタといった回路素子を用いなくても、パルス繰返周期の差の制御を行えるので、小型化が可能なレベル計を安価に提供することができる。特に、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することが可能なレベル計を提供することができる。また、本発明によれば、上記レベル計の制御方法を提供することができる。   According to the present invention, the difference in pulse repetition period can be controlled without using a circuit element such as a phase comparator or a low-pass filter for comparing the phases of the transmission pulse and the sampling pulse. Can be provided at low cost. In particular, it is possible to provide a level meter capable of maintaining a constant pulse repetition period difference between the transmission pulse and the sampling pulse without increasing the manufacturing cost and the circuit board mounting area. Further, according to the present invention, a method for controlling the level meter can be provided.

本発明の実施の形態1によるレベル計の一構成例を示した斜視図であり、ガイドパルス方式の液面レベル計1が示されている。It is the perspective view which showed one structural example of the level meter by Embodiment 1 of this invention, and the liquid level meter 1 of a guide pulse system is shown. 図1の液面レベル計1の使用態様の一例を示した断面図であり、液面レベル計1を貯留タンク2に取り付けた場合が示されている。It is sectional drawing which showed an example of the usage condition of the liquid level meter 1 of FIG. 1, and the case where the liquid level meter 1 is attached to the storage tank 2 is shown. 図1の液面レベル計1の構成例を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a liquid level meter 1 in FIG. 1. 図3の伸張信号の波形の一例を示した図であり、信号レベルの時間変化が示されている。It is the figure which showed an example of the waveform of the expansion | extension signal of FIG. 3, and the time change of the signal level is shown. 図3の液面レベル計1において生成される送信パルス4、サンプリングパルスSP及び伸張信号の波形の一例を比較して示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a comparison of examples of waveforms of a transmission pulse 4, a sampling pulse SP, and an extension signal generated in the liquid level meter 1 of FIG. 3. 図3の液面レベル計1において生成される伸張信号の波形を示した図である。It is the figure which showed the waveform of the expansion | extension signal produced | generated in the liquid level meter 1 of FIG. 図3のCPU39内の機能構成の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of the function structure in CPU39 of FIG. 本発明の実施の形態2によるレベル計の一構成例を示したブロック図であり、電波方式の液面レベル計1が示されている。It is the block diagram which showed one structural example of the level meter by Embodiment 2 of this invention, and the electric wave type liquid level meter 1 is shown.

実施の形態1.
<液面レベル計1>
図1は、本発明の実施の形態1によるレベル計の一構成例を示した斜視図であり、ガイドパルス方式の液面レベル計1が示されている。この液面レベル計1は、ロッド状のガイドプローブ20に沿ってパルス信号を伝送させる液面レベル計測装置であり、表示部11、操作部12、ケーブル接続部13及びタンク取付部14が設けられた本体部10と、ガイドプローブ20により構成されている。
Embodiment 1 FIG.
<Liquid level meter 1>
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of a level meter according to Embodiment 1 of the present invention, in which a guide pulse type liquid level meter 1 is shown. The liquid level meter 1 is a liquid level measuring device that transmits a pulse signal along a rod-shaped guide probe 20, and includes a display unit 11, an operation unit 12, a cable connection unit 13, and a tank mounting unit 14. The main body 10 and the guide probe 20 are included.

表示部11には、液面レベルの計測結果や設定内容が表示される。操作部12は、計測条件などを入力するための入力部である。表示部11及び操作部12は、円柱形状の本体部10の上面に設けられている。   The display unit 11 displays a liquid level measurement result and setting contents. The operation unit 12 is an input unit for inputting measurement conditions and the like. The display unit 11 and the operation unit 12 are provided on the upper surface of the cylindrical main body unit 10.

ケーブル接続部13は、本体部10へ電源を供給するための電源線と、計測結果を示す出力信号を伝送するための信号線とを含む伝送ケーブルを着脱可能に接続するコネクタ部である。このケーブル接続部13は、本体部10の周面上に設けられている。   The cable connection unit 13 is a connector unit that detachably connects a transmission cable including a power line for supplying power to the main body unit 10 and a signal line for transmitting an output signal indicating a measurement result. The cable connection portion 13 is provided on the peripheral surface of the main body portion 10.

タンク取付部14は、貯留タンク等に液面レベル計1を取り付ける際に使用され、本体部10の主要部よりも径の小さな円柱形状の台座部であり、ネジ山が形成されている。このタンク取付部14は、本体部10の下部に設けられている。   The tank attaching part 14 is used when attaching the liquid level meter 1 to a storage tank or the like, and is a cylindrical pedestal part having a diameter smaller than that of the main part of the main body part 10, and has a thread. The tank attaching portion 14 is provided at the lower portion of the main body portion 10.

ガイドプローブ20は、パルス信号を用いて液面レベルを測定するための測定素子であり、パルス信号を伝送する途中に液面が存在すれば、液面の位置で反射パルスが生成される。例えば、ガイドプローブ20は、上端を入出力端とし、下端を開放端とする直線状の導電性プローブである。このガイドプローブ20は、タンク取付部14の下面から突出するように、本体部10に取り付けられている。   The guide probe 20 is a measuring element for measuring the liquid level using a pulse signal. If the liquid level exists in the middle of transmitting the pulse signal, a reflected pulse is generated at the position of the liquid level. For example, the guide probe 20 is a linear conductive probe whose upper end is an input / output end and whose lower end is an open end. The guide probe 20 is attached to the main body portion 10 so as to protrude from the lower surface of the tank attachment portion 14.

液面レベル計1は、送信パルスを本体部10からガイドプローブ20の上端に入力したときから、液面による反射パルスがガイドプローブ20の上端から本体部10に入力されるまでの時間間隔に基づいて、液面レベルを計測する。   The liquid level meter 1 is based on a time interval from when a transmission pulse is input from the main body 10 to the upper end of the guide probe 20 until a reflected pulse due to the liquid level is input from the upper end of the guide probe 20 to the main body 10. And measure the liquid level.

図2は、図1の液面レベル計1の使用態様の一例を示した断面図であり、液面レベル計1を貯留タンク2に取り付けた場合が示されている。この液面レベル計1は、貯留タンク2の上板に設けられた貫通穴に取り付けられている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of how the liquid level meter 1 shown in FIG. 1 is used, and shows a case where the liquid level meter 1 is attached to the storage tank 2. The liquid level meter 1 is attached to a through hole provided in the upper plate of the storage tank 2.

本体部10は、ガイドプローブ20が水平面と交差するように配置される。例えば、本体部10は、ガイドプローブ20が貯留タンク2内の液面3と直交するように配置される。液面レベルの計測は、ガイドプローブ20の先端部22が液面下にある場合、ガイドプローブ20の根元部21と液面3との距離Lを求めることにより行われる。   The main body 10 is arranged such that the guide probe 20 intersects the horizontal plane. For example, the main body 10 is arranged such that the guide probe 20 is orthogonal to the liquid level 3 in the storage tank 2. The measurement of the liquid level is performed by obtaining the distance L between the root portion 21 of the guide probe 20 and the liquid level 3 when the tip 22 of the guide probe 20 is below the liquid level.

本体部10は、送信パルス4を所定のパルス繰返周期で生成し、ガイドプローブ20の根元部21に入力する。送信パルス4は、根元部21から先端部22へ光の速さCで伝送される。先端部22が液面3よりも下側にあれば、ガイドプローブ20上の液面3の位置において、送信パルス4から反射パルス5が形成される。送信パルス4の一部は、液面3の位置における反射パルス5の形成後もそのまま液面下へ伝送される。   The main body 10 generates the transmission pulse 4 at a predetermined pulse repetition period and inputs it to the root portion 21 of the guide probe 20. The transmission pulse 4 is transmitted from the root portion 21 to the tip portion 22 at the speed of light C. If the tip 22 is below the liquid level 3, the reflected pulse 5 is formed from the transmission pulse 4 at the position of the liquid level 3 on the guide probe 20. A part of the transmission pulse 4 is transmitted as it is below the liquid level even after the reflection pulse 5 is formed at the position of the liquid level 3.

反射パルス5は、空気と液体との誘電率の差に応じた信号強度で形成され、根元部21へ光の速さCで伝送される。本体部10は、送信パルス4を根元部21に入力した時から、液面による反射パルス5が根元部21から本体部10に入力されるまでの時間間隔TKに基づいて、距離Lを算出する。距離Lは、L=TK×C×(1/2)により求めることができる。   The reflected pulse 5 is formed with a signal intensity corresponding to the difference in dielectric constant between air and liquid, and transmitted to the root portion 21 at the speed of light C. The main body 10 calculates the distance L based on the time interval TK from when the transmission pulse 4 is input to the base 21 to when the reflected pulse 5 due to the liquid level is input from the root 21 to the main body 10. . The distance L can be obtained by L = TK × C × (1/2).

図3は、図1の液面レベル計1の構成例を示したブロック図である。この液面レベル計1は、表示部11、操作部12、タンク取付部14、ガイドプローブ20、基準発振器31、送信パルス生成回路32、入出力部33、局部発振器34、サンプリングパルス生成回路35、サンプリングホールド回路36、アンプ37、ADC38、CPU39、DAC40及び信号出力部41により構成される。   FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the liquid level meter 1 of FIG. The liquid level meter 1 includes a display unit 11, an operation unit 12, a tank mounting unit 14, a guide probe 20, a reference oscillator 31, a transmission pulse generation circuit 32, an input / output unit 33, a local oscillator 34, a sampling pulse generation circuit 35, A sampling hold circuit 36, an amplifier 37, an ADC 38, a CPU 39, a DAC 40, and a signal output unit 41 are included.

基準発振器31は、送信パルス用の基準信号を生成し、送信パルス生成回路32へ出力する高周波信号生成部である。例えば、周波数19.2MHzのクロック信号が基準信号として生成される。送信パルス生成回路32は、基準信号に基づいて、送信パルス4を生成し、入出力部33へ出力する。送信パルス4は、パルス繰返周期PTで繰り返し生成される。 The reference oscillator 31 is a high-frequency signal generation unit that generates a reference signal for a transmission pulse and outputs the reference signal to the transmission pulse generation circuit 32. For example, a clock signal having a frequency of 19.2 MHz is generated as the reference signal. The transmission pulse generation circuit 32 generates the transmission pulse 4 based on the reference signal and outputs it to the input / output unit 33. Transmission pulse 4 is generated repeatedly at the pulse repetition period PT 1.

具体的には、分周器(図示せず)を用いて基準信号が分周され、その分周信号を波形整形することにより、パルス幅の短い送信パルス4が得られる。上記分周信号の周波数は、2.4MHzであり、パルス繰返周期PTは、416.7nsである。 Specifically, the reference signal is frequency-divided using a frequency divider (not shown), and the waveform of the frequency-divided signal is shaped to obtain a transmission pulse 4 having a short pulse width. Frequency of the divided signal is 2.4 MHz, pulse repetition period PT 1 is 416.7Ns.

入出力部33は、送信パルス生成回路32から入力された送信パルス4をガイドプローブ20及びサンプリングホールド回路36へ出力し、ガイドプローブ20から反射パルス5が入力される信号結合部であり、例えば、分岐端子により構成される。この入出力部33にガイドプローブ20から入力された反射パルス5は、サンプリングホールド回路36へ出力される。   The input / output unit 33 is a signal coupling unit that outputs the transmission pulse 4 input from the transmission pulse generation circuit 32 to the guide probe 20 and the sampling hold circuit 36, and receives the reflected pulse 5 from the guide probe 20, Consists of branch terminals. The reflected pulse 5 input from the guide probe 20 to the input / output unit 33 is output to the sampling hold circuit 36.

局部発振器34は、サンプリングパルス用の参照信号を生成し、サンプリングパルス生成回路35へ出力する高周波信号生成部である。例えば、周波数が基準信号とは僅かに異なるクロック信号が参照信号として生成される。局部発振器34には、電圧レベルによって発振周波数を調整することができるVCO(電圧制御発振器)が用いられる。   The local oscillator 34 is a high-frequency signal generation unit that generates a reference signal for a sampling pulse and outputs the reference signal to the sampling pulse generation circuit 35. For example, a clock signal whose frequency is slightly different from the reference signal is generated as the reference signal. As the local oscillator 34, a VCO (Voltage Controlled Oscillator) capable of adjusting the oscillation frequency according to the voltage level is used.

サンプリングパルス生成回路35は、参照信号に基づいて、サンプリングパルスSPを生成し、サンプリングホールド回路36へ出力する。サンプリングパルスSPは、パルス繰返周期PTで繰り返し生成される。 The sampling pulse generation circuit 35 generates a sampling pulse SP based on the reference signal and outputs it to the sampling hold circuit 36. Sampling pulse SP is generated repeatedly at the pulse repetition period PT 2.

具体的には、分周器(図示せず)を用いて参照信号が分周され、その分周信号を波形整形することにより、パルス幅の短いサンプリングパルスSPが得られる。例えば、上記分周信号の周波数は、(2.4MHz−16Hz)であり、パルス繰返周期PTは、(416.7ns+2.8ps)である。 Specifically, the reference signal is frequency-divided using a frequency divider (not shown), and the waveform of the frequency-divided signal is shaped to obtain a sampling pulse SP with a short pulse width. For example, the frequency of the frequency-divided signal is (2.4 MHz-16 Hz), and the pulse repetition period PT 2 is (416.7 ns + 2.8 ps).

一般に、パルス信号は、比較的に短い期間に出力される信号であり、その波形は任意であり、矩形、三角形、その他の形状であっても良い。送信パルス4やサンプリングパルスSPは、電流又は電圧レベルといった信号レベルがゼロレベルから立ち上がり、短期間に立ち下がる信号である。   In general, a pulse signal is a signal output in a relatively short period, and its waveform is arbitrary, and may be rectangular, triangular, or other shapes. The transmission pulse 4 and the sampling pulse SP are signals whose signal level such as current or voltage level rises from zero level and falls in a short time.

サンプリングホールド回路36は、入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成し、アンプ37へ出力する伸張信号生成部である。伸張信号は、サンプリングパルスSPをトリガーとして、入出力部33における入出力信号をサンプリングし、次のサンプリングパルスSPによって入出力信号を新たにサンプリングするまで、サンプリング値を保持することにより、生成される。   The sampling and holding circuit 36 is a decompressed signal generating unit that generates a decompressed signal obtained by expanding the input / output signal with time and outputs the decompressed signal to the amplifier 37. The expansion signal is generated by sampling the input / output signal in the input / output unit 33 using the sampling pulse SP as a trigger, and holding the sampling value until the input / output signal is newly sampled by the next sampling pulse SP. .

この伸張信号は、パルス繰返周期PT及びPTの差ΔTに応じて、時間軸方向に伸張される。時間軸方向の伸張率は、パルス繰返周期PT及びPTの差ΔTと、パルス繰返周期PT又はPTのいずれか一方との比により規定される。例えば、時間軸方向の伸張率rは、(送信パルスの周波数)/{(送信パルスの周波数)−(サンプリングパルスの周波数)}=2.4MHz/16Hz=150×10である。 The stretching signal, in accordance with the difference ΔT of the pulse repetition period PT 1 and PT 2, is stretched in the time axis direction. Elongation rate in the time axis direction, a difference ΔT of the pulse repetition period PT 1 and PT 2, is defined by the ratio of the one of the pulse repetition period PT 1 or PT 2. For example, the expansion ratio r in the time axis direction is (transmission pulse frequency) / {(transmission pulse frequency) − (sampling pulse frequency)} = 2.4 MHz / 16 Hz = 150 × 10 3 .

アンプ37は、サンプリングホールド回路36からの伸張信号を増幅し、ADC38へ出力する増幅回路である。ADC(アナログ−デジタルコンバータ)38は、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換素子であり、増幅後の伸張信号をデジタルデータ化してCPU39へ出力する。   The amplifier 37 is an amplifier circuit that amplifies the decompressed signal from the sampling hold circuit 36 and outputs the amplified signal to the ADC 38. The ADC (analog-to-digital converter) 38 is a conversion element that converts an analog signal into a digital signal, converts the expanded signal after amplification into digital data, and outputs the digital data to the CPU 39.

CPU39は、操作部12からの入力信号に基づいて表示部11及び信号出力部41を制御し、また、伸張信号の波形を解析することにより、液面レベルを測定する。表示部11には、液面レベルの測定値や、測定値に基づく所定の判定結果、例えば、液面レベルが所定レベルに到達したか否かの判定結果が表示される。信号出力部41は、測定値や判定結果を示す出力信号を生成し、外部機器へ出力するための出力回路である。   The CPU 39 controls the display unit 11 and the signal output unit 41 based on the input signal from the operation unit 12, and measures the liquid level by analyzing the waveform of the extension signal. The display unit 11 displays a measurement value of the liquid level and a predetermined determination result based on the measurement value, for example, a determination result of whether or not the liquid level has reached a predetermined level. The signal output unit 41 is an output circuit for generating an output signal indicating a measurement value or a determination result and outputting the output signal to an external device.

このCPU39は、送信パルス4のパルス繰返周期PTとサンプリングパルスSPのパルス繰返周期PTとの差ΔTが一定に保持されるように、パルス繰返周期PTを制御する。具体的には、伸張信号の繰返周期PTに基づいて、パルス繰返周期PTを制御すべく、局部発振器34の発振周波数を調整する動作が行われる。DAC(デジタル−アナログコンバータ)40は、デジタル信号をアナログ信号に変換する変換素子であり、CPU39からのVCO制御信号をアナログ信号に変換して局部発振器34へ出力する。 The CPU39, as a difference ΔT between the pulse repetition period PT 2 of the pulse repetition period PT 1 and the sampling pulse SP transmitted pulse 4 is held constant, to control the pulse repetition period PT 2. Specifically, based on the repetition period PT extension signal, to control the pulse repetition period PT 2, the operation of adjusting the oscillation frequency of the local oscillator 34 is performed. The DAC (digital-analog converter) 40 is a conversion element that converts a digital signal into an analog signal, converts the VCO control signal from the CPU 39 into an analog signal, and outputs the analog signal to the local oscillator 34.

液面レベル計1では、送信パルス4及びサンプリングパルスSPのパルス繰返周期の差ΔTを利用して、入出力信号を時間伸張した伸張信号が生成される。ガイドプローブ20の根元部21から液面3までの距離Lは、この様な伸張信号に基づいて、送信パルス4が液面3からの反射パルス5として戻るまでの伝播時間を求めることによって得られる。送信パルス4は、一定の周期で繰り返し生成される信号であり、また、液面3による反射パルス5も送信パルス4と同じ周期で繰り返し生成される信号である。   The liquid level meter 1 generates a stretched signal obtained by time-stretching the input / output signal using the difference ΔT between the pulse repetition periods of the transmission pulse 4 and the sampling pulse SP. The distance L from the root portion 21 of the guide probe 20 to the liquid level 3 is obtained by obtaining the propagation time until the transmission pulse 4 returns as the reflected pulse 5 from the liquid level 3 based on such an extension signal. . The transmission pulse 4 is a signal repeatedly generated at a constant cycle, and the reflection pulse 5 by the liquid surface 3 is also a signal repeatedly generated at the same cycle as the transmission pulse 4.

<送信パルス4と反射パルス5,6>
図4は、図3の伸張信号の波形の一例を示した図であり、信号レベルの時間変化が示されている。入出力部33では、送信パルス4、液面3による反射パルス5、根元部21による反射パルス6が入出力される。送信パルス4は、入出力部33に対し一定のパルス繰返周期PTごとに繰り返し入力され、ガイドプローブ20及びサンプリングホールド回路36へ出力される。
<Transmission pulse 4 and reflection pulses 5 and 6>
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the waveform of the decompression signal in FIG. 3, in which the signal level changes with time. In the input / output unit 33, the transmission pulse 4, the reflected pulse 5 due to the liquid surface 3, and the reflected pulse 6 due to the root portion 21 are input / output. The transmission pulse 4 is repeatedly input to the input / output unit 33 at a constant pulse repetition period PT 1 and is output to the guide probe 20 and the sampling hold circuit 36.

サンプリングホールド回路36へ出力される送信パルス4は、ガイドプローブ20へ出力される送信パルス4に比べればその信号強度が極めて小さい。一方、サンプリングホールド回路36へ出力される送信パルス4は、反射パルス5,6に比べればその信号強度が十分に大きい。この例では、その様な送信パルス4が時刻t及びtにおいて観測されている。送信パルス4のピークレベルはaである。 The transmission pulse 4 output to the sampling hold circuit 36 has an extremely small signal strength compared to the transmission pulse 4 output to the guide probe 20. On the other hand, the transmission pulse 4 output to the sampling hold circuit 36 has a sufficiently large signal strength compared to the reflection pulses 5 and 6. In this example, such a transmission pulse 4 is observed at times t 1 and t 4 . Peak level of the transmitted pulse 4 is a 1.

ガイドプローブ20のタンク取付部14は、プローブハウジングと呼ばれる同軸構造により構成される。このため、タンク取付部14の出口、すなわち、根元部21付近において反射パルス6が生成される。この根元部21による反射パルス6は、信号レベルが送信パルス4と同極性であり、送信パルス4に比べれば、その信号強度は小さい。この例では、その様な反射パルス6が時刻tにおいて観測されている。 The tank mounting portion 14 of the guide probe 20 is configured by a coaxial structure called a probe housing. For this reason, the reflected pulse 6 is generated at the outlet of the tank mounting portion 14, that is, near the root portion 21. The reflected pulse 6 by the root portion 21 has the same signal level as that of the transmission pulse 4, and its signal intensity is smaller than that of the transmission pulse 4. In this example, such reflected pulse 6 is observed at time t 2.

ガイドプローブ20の途中に液面3が存在する場合、液面3の位置において反射パルス5が生成される。この反射パルス5は、信号レベルが送信パルス4とは逆極性であり、反射パルス6に比べれば、その信号強度は小さい。反射パルス5は、液面3の位置がダイナミカルに変化しなければ、入出力部33において送信パルス4と同じ周期で繰り返し入出力される。この例では、時刻tにおいて、ピークレベルがaの反射パルス5が観測されている。 When the liquid level 3 exists in the middle of the guide probe 20, the reflected pulse 5 is generated at the position of the liquid level 3. The reflected pulse 5 has a signal level opposite in polarity to that of the transmission pulse 4, and its signal intensity is smaller than that of the reflected pulse 6. If the position of the liquid surface 3 does not change dynamically, the reflected pulse 5 is repeatedly input / output at the input / output unit 33 at the same cycle as the transmission pulse 4. In this example, at time t 3, the peak level is observed reflected pulse 5 in a 2.

伸張信号における送信パルス4や反射パルス5の識別は、伸張信号の波形からピーク点を検出し、ピーク点の信号レベルを閾値b,bと比較することにより行われる。すなわち、送信パルス4は、ピーク点の信号レベルを所定の閾値bと比較することによって検出される。また、反射パルス5は、ピーク点の信号レベルを閾値bよりも絶対値の小さい所定の閾値bと比較することによって検出される。 The transmission pulse 4 and the reflection pulse 5 in the stretched signal are identified by detecting the peak point from the waveform of the stretched signal and comparing the signal level at the peak point with the threshold values b 1 and b 2 . That is, the transmission pulse 4 is detected by comparing the signal level of the peak point with a predetermined threshold b 1. The reflected pulse 5 is detected by comparing the signal level at the peak point with a predetermined threshold value b 2 having an absolute value smaller than the threshold value b 1 .

一方、反射パルス6は、ピーク強度、パルス幅、時間軸上の位置によって特定することができる。例えば、入出力部33及び根元部21間の配線長から、送信パルス4に対する反射パルス6の時間軸上の位置を推定することによって、反射パルス6を特定することができる。   On the other hand, the reflected pulse 6 can be specified by the peak intensity, the pulse width, and the position on the time axis. For example, the reflected pulse 6 can be identified by estimating the position on the time axis of the reflected pulse 6 with respect to the transmission pulse 4 from the wiring length between the input / output unit 33 and the root portion 21.

送信パルス4や反射パルス6に対する反射パルス5の時間軸上の位置は、測定対象の液体の種類が変わったとしても、一定である。   The position on the time axis of the reflection pulse 5 with respect to the transmission pulse 4 and the reflection pulse 6 is constant even if the type of the liquid to be measured is changed.

そこで、例えば、根元部21と液面3との距離Lは、反射パルス6と反射パルス5との時間間隔TKから求められる。この時間間隔TKは、送信パルス4が根元部21から液面3へ出力されたときから、反射パルス5が根元部21に入力されるまでの伝播時間に相当し、ピーク点間の時間間隔(t−t)により求められる。距離Lは、伸張率rを用いて、L=TK×(1/r)×C×(1/2)により求めることができる。ここで、パルス繰返周期PTをr倍したものは、時間間隔TKに比べて十分に長いことから、次の送信パルス4が反射パルス5,6の検出に影響を与えることはない。 Therefore, for example, the distance L between the root portion 21 and the liquid surface 3 is obtained from the time interval TK 1 between the reflected pulse 6 and the reflected pulse 5. This time interval TK 1 corresponds to the propagation time from when the transmission pulse 4 is output from the root portion 21 to the liquid surface 3 until the reflected pulse 5 is input to the root portion 21, and the time interval between peak points. It is determined by (t 3 -t 2). The distance L can be obtained by L = TK 1 × (1 / r) × C × (1/2) using the expansion rate r. Here, the pulse repetition period PT 1 multiplied by r is sufficiently longer than the time interval TK 1 , so that the next transmission pulse 4 does not affect the detection of the reflected pulses 5 and 6.

ただし、根元部21及び液面3の距離Lは、送信パルス4と反射パルス5との時間間隔に基づいて求めても良い。この場合、距離Lは、送信パルス4及び反射パルス5の時間間隔と、入出力部33及び根元部21間の往復時間に相当する時間長との差分から求められる。   However, the distance L between the root portion 21 and the liquid surface 3 may be obtained based on the time interval between the transmission pulse 4 and the reflection pulse 5. In this case, the distance L is obtained from the difference between the time interval between the transmission pulse 4 and the reflected pulse 5 and the time length corresponding to the round trip time between the input / output unit 33 and the root unit 21.

パルス繰返周期PTの制御は、伸張信号の繰返周期PTに基づいて行われる。例えば、伸張信号の繰返周期PTは、送信パルス4のパルス繰返周期PTを伸張信号の波形を利用して求めることにより判別することができる。 Control of the pulse repetition period PT 2 is performed based on the repetition period PT extension signal. For example, repetition period PT extension signal can be determined by determining the pulse repetition period PT 1 of the transmitted pulse 4 by utilizing the waveform decompression signal.

図5は、図3の液面レベル計1において生成される送信パルス4、サンプリングパルスSP及び伸張信号の波形の一例を比較して示した図である。図中の(a)には、送信パルス4の波形が示され、(b)には、サンプリングパルスSPの波形が示され、(c)には、伸張信号の波形が示されている。   FIG. 5 is a diagram showing a comparison of examples of waveforms of the transmission pulse 4, the sampling pulse SP, and the extension signal generated in the liquid level meter 1 of FIG. (A) in the figure shows the waveform of the transmission pulse 4, (b) shows the waveform of the sampling pulse SP, and (c) shows the waveform of the expanded signal.

この送信パルス4は、パルス幅PWの三角波であり、パルス繰返周期PTごとに形成されている。例えば、PW=500ps、PT=416.7nsである。サンプリングパルスSPは、パルス幅が送信パルス4よりも短い矩形波であり、パルス繰返周期PTごとに形成されている。パルス繰返周期PTは、PT=416.7ns+2.8psであり、送信パルス4のパルス繰返周期PTとの差ΔTは、ΔT=2.8psである。 The transmission pulse 4 is a triangular wave having a pulse width PW 1 and is formed for each pulse repetition period PT 1 . For example, PW 1 = 500 ps and PT 1 = 416.7 ns. Sampling pulse SP, the pulse width is short rectangular wave than the transmit pulse 4, it is formed for each pulse repetition period PT 2. The pulse repetition period PT 2 is PT 2 = 416.7 ns + 2.8 ps, and the difference ΔT between the transmission pulse 4 and the pulse repetition period PT 1 is ΔT = 2.8 ps.

伸張信号は、この様な送信パルス4をサンプリングパルス5を用いてサンプリングすることにより形成される。伸張信号から送信パルス4を抽出すれば、伸張前の送信パルス4と比較して、波形が時間軸方向に拡大された送信パルス4が得られる。この送信パルス4は、パルス幅PWが150×10倍に拡大されている。 The extended signal is formed by sampling such a transmission pulse 4 using a sampling pulse 5. If the transmission pulse 4 is extracted from the expansion signal, the transmission pulse 4 whose waveform is expanded in the time axis direction is obtained as compared with the transmission pulse 4 before expansion. The transmission pulse 4 has a pulse width PW 2 expanded to 150 × 10 3 times.

図6は、図3の液面レベル計1において生成される伸張信号の波形を示した図である。この図では、横軸の時間の尺度が、図5と比較して、150×10倍に拡大されている。伸張信号における送信パルスの繰返周期PTは、PT=62.5msである。 FIG. 6 is a diagram showing a waveform of the extension signal generated in the liquid level meter 1 of FIG. In this figure, the time scale on the horizontal axis is enlarged by 150 × 10 3 times compared to FIG. Repetition period PT 3 of the transmission pulse in stretching signal is a PT 3 = 62.5 ms.

液面レベル計1では、伸張信号の波形を解析することにより、送信パルス4の繰返周期PTを求める。この繰返周期PTは、送信パルス4のパルス繰返周期PTとサンプリングパルスSPのパルス繰返周期PTとの差ΔTに相当することから、繰返周期PTが一定となるように、局部発振器34の発振周波数が調整される。 In liquid level gauge 1, by analyzing the waveform of the extension signal, determining the repetition period PT 3 of the transmitted pulse 4. The repetition period PT 3, since corresponding to the difference ΔT between the pulse repetition period PT 2 of the pulse repetition period PT 1 and the sampling pulse SP of the transmitted pulse 4, so repetition period PT 3 is constant The oscillation frequency of the local oscillator 34 is adjusted.

<CPU39>
図7は、図3のCPU39内の機能構成の一例を示したブロック図である。このCPU39は、パルス抽出部110、液面レベル測定部120及びパルス周期制御部130により構成され、伸張信号に基づいて、液面レベルの測定結果やVCO制御信号を生成する。
<CPU 39>
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a functional configuration in the CPU 39 of FIG. The CPU 39 includes a pulse extraction unit 110, a liquid level measurement unit 120, and a pulse cycle control unit 130, and generates a liquid level measurement result and a VCO control signal based on the expansion signal.

パルス抽出部110は、ピーク点検出部111、判定閾値記憶部112、ピーク強度比較部113及びパルス判別部114により構成され、伸張信号から送信パルス4及び反射パルス5を抽出する。   The pulse extraction unit 110 includes a peak point detection unit 111, a determination threshold storage unit 112, a peak intensity comparison unit 113, and a pulse determination unit 114, and extracts the transmission pulse 4 and the reflected pulse 5 from the stretched signal.

ピーク点検出部111は、伸張信号の波形に基づいて、信号強度のピーク点を検出し、その検出結果をピーク強度比較部113へ出力する。ピーク点を検出することにより、ガイドプローブ20に付着した異物やノイズの影響を無視することができる。判定閾値記憶部112には、判定閾値K1及びK2が保持される。判定閾値K1は、送信パルス4を識別するための強度閾値である。判定閾値K2は、液面3による反射パルス5を識別するための強度閾値であり、判定閾値K1よりも小さい。   The peak point detection unit 111 detects the peak point of the signal intensity based on the waveform of the extension signal, and outputs the detection result to the peak intensity comparison unit 113. By detecting the peak point, the influence of foreign matter and noise attached to the guide probe 20 can be ignored. The determination threshold storage unit 112 holds determination thresholds K1 and K2. The determination threshold value K1 is an intensity threshold value for identifying the transmission pulse 4. The determination threshold value K2 is an intensity threshold value for identifying the reflected pulse 5 by the liquid surface 3, and is smaller than the determination threshold value K1.

ピーク強度比較部113は、ピーク点における信号強度をこれらの判定閾値K1,K2と比較し、その比較結果をパルス判別部114へ出力する。パルス判別部114は、ピーク強度の比較結果に基づいて、ピーク点を含む波形が送信パルス4であるのか、或いは、液面3による反射パルス5であるのかを判定し、判定結果を液面レベル測定部120及びパルス周期制御部130へ出力する。   The peak intensity comparison unit 113 compares the signal intensity at the peak point with the determination threshold values K1 and K2, and outputs the comparison result to the pulse determination unit 114. The pulse determination unit 114 determines whether the waveform including the peak point is the transmission pulse 4 or the reflection pulse 5 by the liquid level 3 based on the comparison result of the peak intensity, and the determination result is the liquid level. It outputs to the measurement part 120 and the pulse period control part 130.

具体的には、信号強度が判定閾値K1よりも高いピーク点を含む波形が送信パルス4と判定される。また、信号強度が判定閾値K1以下であり、かつ、判定閾値K2よりも高いピーク点を含む波形が反射パルス5と判定される。   Specifically, a waveform including a peak point whose signal intensity is higher than the determination threshold value K <b> 1 is determined as the transmission pulse 4. Further, the waveform including the peak point whose signal intensity is equal to or lower than the determination threshold value K1 and higher than the determination threshold value K2 is determined as the reflected pulse 5.

液面レベル測定部120は、伸張信号から抽出された送信パルス4と反射パルス5との時間間隔TKに基づいて、液面レベルを測定し、その測定結果を出力する。具体的には、送信パルス4のピーク点と反射パルス5のピーク点との時間間隔TKを求め、この時間間隔TKと、伸張率rとから液面レベルが求められる。 The liquid level measuring unit 120 measures the liquid level based on the time interval TK 2 between the transmission pulse 4 and the reflected pulse 5 extracted from the extension signal, and outputs the measurement result. Specifically, a time interval TK 2 between the peak point of the transmission pulse 4 and the peak point of the reflected pulse 5 is obtained, and the liquid level is obtained from the time interval TK 2 and the expansion rate r.

パルス周期制御部130は、伸張信号から抽出された送信パルス4の繰返周期PTに基づいて、パルス繰返周期の差ΔTを制御するためのVCO制御信号を生成する。具体的には、送信パルス4のピーク点の繰返周期を繰返周期PTとして求め、この繰返周期を所定の時間閾値THと比較して、その比較結果に基づいて、局部発振器34の電圧レベルを制御する。 Pulse period control unit 130, based on the repetition period PT 3 of the transmitted pulse 4 extracted from the stretched signal, generating a VCO control signal for controlling the difference ΔT of the pulse repetition period. Specifically, determine the repetition period of the peak point of the transmission pulse 4 as repetition period PT 3, the repetition period with a predetermined time threshold TH, based on the comparison result, the local oscillator 34 Control the voltage level.

本実施の形態によれば、PLL回路を用いなくても、パルス繰返周期の差ΔTの制御を行うことができる。従って、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス4及びサンプリングパルスSP間のパルス繰返周期の差ΔTを一定に保持することができる。   According to the present embodiment, it is possible to control the difference ΔT in the pulse repetition period without using a PLL circuit. Therefore, the difference ΔT in the pulse repetition period between the transmission pulse 4 and the sampling pulse SP can be kept constant without increasing the manufacturing cost and the circuit board mounting area.

また、液面レベルを測定するのに用いる送信パルス4を用いて、伸張信号の繰返周期PTを求めることにより、サンプリングパルスSPのパルス繰返周期PTを自動調整する際の安定性を向上させることができる。 Further, by using the transmission pulse 4 used to measure liquid level by obtaining the repetition period PT 3 decompression signal, the stability when automatically adjusting the pulse repetition period PT 2 of the sampling pulse SP Can be improved.

実施の形態2.
実施の形態1では、ガイドプローブ20に沿ってパルス信号を伝送させるガイドパルス方式の液面レベル計1について説明した。これに対し、本実施の形態では、アンテナから高周波パルスを送信させる電波方式の液面レベル計測装置に対し、本発明を適用する場合について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the guide pulse type liquid level meter 1 that transmits a pulse signal along the guide probe 20 has been described. In contrast, in the present embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a radio wave type liquid level measuring device that transmits high-frequency pulses from an antenna.

図8は、本発明の実施の形態2によるレベル計の一構成例を示したブロック図であり、電波方式の液面レベル計1が示されている。この液面レベル計1は、高周波発生回路50、送信パルス生成回路51、ゲート回路52、方向性結合器53、アンテナ54、検波回路55、サンプリングパルス生成回路56、サンプリングホールド回路57、アンプ58、ADC59、CPU60、操作部61、表示部62、信号出力部63及びDAC64により構成される。   FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of a level meter according to Embodiment 2 of the present invention, in which a radio wave type liquid level meter 1 is shown. The liquid level meter 1 includes a high frequency generation circuit 50, a transmission pulse generation circuit 51, a gate circuit 52, a directional coupler 53, an antenna 54, a detection circuit 55, a sampling pulse generation circuit 56, a sampling hold circuit 57, an amplifier 58, An ADC 59, a CPU 60, an operation unit 61, a display unit 62, a signal output unit 63, and a DAC 64 are included.

送信パルス生成回路51、サンプリングパルス生成回路56、サンプリングホールド回路57、アンプ58、ADC59、CPU60、操作部61、表示部62、信号出力部63及びDAC64の構成は、図3の液面レベル計1と同様である。   The configuration of the transmission pulse generation circuit 51, the sampling pulse generation circuit 56, the sampling hold circuit 57, the amplifier 58, the ADC 59, the CPU 60, the operation unit 61, the display unit 62, the signal output unit 63, and the DAC 64 is the liquid level meter 1 shown in FIG. It is the same.

高周波発生回路50は、所定の周波数からなる搬送波を生成し、ゲート回路52へ出力する。送信パルス生成回路51は、所定のパルス繰返周期PTで送信パルスを生成し、ゲート回路52へ出力する。ゲート回路52は、送信パルスに基づいて、搬送波をパルス状に振幅変調して高周波信号(バースト波)からなる送信パルスを生成し、方向性結合器53へ出力する。この送信パルスは、高周波信号の振幅制御により、比較的に短い期間に出力される信号である。 The high frequency generation circuit 50 generates a carrier wave having a predetermined frequency and outputs it to the gate circuit 52. The transmission pulse generation circuit 51 generates a transmission pulse at a predetermined pulse repetition period PT 1 and outputs it to the gate circuit 52. Based on the transmission pulse, the gate circuit 52 amplitude-modulates the carrier wave in a pulse shape to generate a transmission pulse composed of a high-frequency signal (burst wave) and outputs the transmission pulse to the directional coupler 53. This transmission pulse is a signal output in a relatively short period by amplitude control of the high-frequency signal.

方向性結合器53は、ゲート回路52から入力された送信パルスをアンテナ54及び検波回路55へ出力し、アンテナ54から反射パルスが入力される入出力端子である。アンテナ54は、送信パルスを液面に向けて送信し、液面から反射パルスを受信する放射素子である。   The directional coupler 53 is an input / output terminal that outputs the transmission pulse input from the gate circuit 52 to the antenna 54 and the detection circuit 55, and receives the reflected pulse from the antenna 54. The antenna 54 is a radiating element that transmits a transmission pulse toward the liquid surface and receives a reflected pulse from the liquid surface.

検波回路55は、方向性結合器53における入出力信号を検波し、検波後の入出力信号をサンプリングホールド回路57へ出力する。検波回路55では、高周波信号からなる送信パルスや反射パルスが包絡線検波される。サンプリングホールド回路57は、サンプリングパルスに基づいて、検波後の入出力信号をサンプリングすることにより、伸張信号を生成する。   The detection circuit 55 detects the input / output signal in the directional coupler 53 and outputs the input / output signal after detection to the sampling hold circuit 57. In the detection circuit 55, an envelope detection is performed on a transmission pulse and a reflection pulse made of a high-frequency signal. The sampling hold circuit 57 generates an expanded signal by sampling the input / output signal after detection based on the sampling pulse.

CPU60は、伸張信号の波形を解析することにより、液面レベルを測定する。また、CPU60は、送信パルスのパルス繰返周期PTとサンプリングパルスSPのパルス繰返周期PTとの差ΔTが一定に保持されるように、サンプリングパルスSPのパルス繰返周期PTを制御する。 The CPU 60 measures the liquid level by analyzing the waveform of the extension signal. Further, CPU 60 is so that the difference ΔT between the pulse repetition period PT 2 of the pulse repetition period PT 1 and the sampling pulse SP transmitted pulse is kept constant, control the pulse repetition period PT 2 of the sampling pulse SP To do.

本実施の形態によれば、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差ΔTを一定に保持することが可能な電波方式の液面レベル計測装置を実現することができる。   According to the present embodiment, a radio wave type liquid level capable of maintaining a constant pulse repetition period difference ΔT between a transmission pulse and a sampling pulse without increasing the manufacturing cost and the circuit board mounting area. A level measuring device can be realized.

なお、実施の形態1では、伸張信号の繰返周期PTに基づいて、サンプリングパルスSPのパルス繰返周期PTを制御する場合の例について説明したが、本発明はこの様な構成に限定されるものではない。例えば、伸張信号の繰返周期PTに基づいて、送信パルス4のパルス繰返周期PTを制御し、或いは、パルス繰返周期PT及びPTの両方を制御するような構成であっても良い。 In the first embodiment, based on the repetition period PT extension signal, an example has been described in the case of controlling the pulse repetition period PT 2 of the sampling pulse SP, the present invention is limited to such a configuration It is not something. For example, based on the repetition period PT extension signal, and controls the pulse repetition period PT 1 transmission pulse 4, or be configured so as to control both the pulse repetition period PT 1 and PT 2 good.

また、実施の形態1では、伸張信号から抽出した送信パルス4のピーク点の繰返周期PTを伸張信号の繰返周期PTとして求める場合の例について説明したが、本発明は、伸張信号の繰返周期PTを求める方法をこれに限定するものではない。例えば、伸張信号から抽出した反射パルス5の繰返周期を伸張信号の繰返周期PTとして求めるような構成であっても良い。 In the first embodiment, an example is described of a case of obtaining the repetition period PT 3 peak points of the transmitted pulse 4 extracted from the extended signal as the repetition period PT extension signal, the present invention, the expansion signal The method for obtaining the repetition period PT is not limited to this. For example, the configuration may be such that the repetition period of the reflected pulse 5 extracted from the expansion signal is obtained as the expansion period PT of the expansion signal.

また、実施の形態1及び2では、液面レベルを計測する液面レベル計1について説明したが、本発明は、液面や粉体面等の界面レベルを計測するレベル計全般に適用することができる。   Moreover, although Embodiment 1 and 2 demonstrated the liquid level meter 1 which measures a liquid level, this invention is applied to the whole level meter which measures interface levels, such as a liquid level and a powder surface. Can do.

また、実施の形態1及び2では、送信パルスが三角波又はバースト波からなるパルス波であり、サンプリングパルスは、そのパルス幅が送信パルスよりも短い矩形波からなる場合の例について説明したが、本発明は送信パルスやサンプリングパルスの構成をこれに限定するものではない。例えば、送信パルス及びサンプリングパルスは、形状やパルス幅が同じパルス波であっても良い。また、送信パルスやサンプリングパルスは、三角波、バースト波又は矩形波に限られず、例えば、ガウシアン分布のような形状からなるパルス波であっても良い。   In the first and second embodiments, an example in which the transmission pulse is a pulse wave composed of a triangular wave or a burst wave and the sampling pulse is composed of a rectangular wave whose pulse width is shorter than the transmission pulse has been described. The invention does not limit the configuration of the transmission pulse and sampling pulse. For example, the transmission pulse and the sampling pulse may be pulse waves having the same shape and pulse width. Further, the transmission pulse and the sampling pulse are not limited to a triangular wave, a burst wave, or a rectangular wave, and may be a pulse wave having a shape such as a Gaussian distribution, for example.

1 液面レベル計
10 本体部
11 表示部
12 操作部
13 ケーブル接続部
14 タンク取付部
20 ガイドプローブ
21 根元部
22 先端部
31 基準発振器
32 送信パルス生成回路
33 入出力部
34 局部発振器
35 サンプリングパルス生成回路
36 サンプリングホールド回路
37 アンプ
38 ADC
39 CPU
40 DAC
41 信号出力部
111 ピーク点検出部
112 判定閾値記憶部
113 ピーク強度比較部
114 パルス判別部
2 貯留タンク
3 液面
4 送信パルス
5 反射パルス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid level meter 10 Main body part 11 Display part 12 Operation part 13 Cable connection part 14 Tank attachment part 20 Guide probe 21 Root part 22 Tip part 31 Reference oscillator 32 Transmission pulse generation circuit 33 Input / output part 34 Local oscillator 35 Sampling pulse generation Circuit 36 Sampling hold circuit 37 Amplifier 38 ADC
39 CPU
40 DAC
41 Signal Output Unit 111 Peak Point Detection Unit 112 Determination Threshold Storage Unit 113 Peak Intensity Comparison Unit 114 Pulse Discrimination Unit 2 Storage Tank 3 Liquid Level 4 Transmission Pulse 5 Reflection Pulse

Claims (6)

液面又は粉体面の界面レベルを計測するレベル計において、
第1のパルス繰返周期で送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、
上記送信パルスを測定素子へ出力し、上記測定素子から反射パルスが入力される入出力部と、
第2のパルス繰返周期でサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成手段と、
上記サンプリングパルスに応じて、上記入出力部における入出力信号をサンプリングすることにより、第1及び第2のパルス繰返周期の差に応じて、上記入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成手段と、
上記反射パルスの伝播時間に基づいて、上記界面レベルを測定する界面レベル測定手段と、
上記伸張信号の繰返周期に基づいて、第1及び第2のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御手段とを備えたことを特徴とするレベル計。
In a level meter that measures the interface level of the liquid surface or powder surface,
Transmission pulse generating means for generating a transmission pulse at a first pulse repetition period;
An input / output unit that outputs the transmission pulse to the measurement element and receives a reflection pulse from the measurement element;
Sampling pulse generating means for generating a sampling pulse at a second pulse repetition period;
By sampling the input / output signal in the input / output unit according to the sampling pulse, an expanded signal is generated by time-expanding the input / output signal according to the difference between the first and second pulse repetition periods. Expansion signal generation means;
An interface level measuring means for measuring the interface level based on a propagation time of the reflected pulse;
A level meter comprising pulse period control means for controlling a difference between the first and second pulse repetition periods based on the repetition period of the expansion signal.
上記パルス周期制御手段は、第1及び第2のパルス繰返周期のいずれか一方を制御することを特徴とする請求項1に記載のレベル計。   The level meter according to claim 1, wherein the pulse cycle control means controls one of the first and second pulse repetition cycles. 上記伸張信号から上記送信パルス及び上記反射パルスを抽出するパルス抽出手段を備え、
上記パルス周期制御手段は、上記パルス抽出手段により抽出された送信パルス及び反射パルスのいずれか一方に基づいて、第1及び第2のパルス繰返周期の差を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のレベル計。
Pulse extraction means for extracting the transmission pulse and the reflected pulse from the stretched signal;
The pulse period control means controls the difference between the first and second pulse repetition periods based on one of the transmission pulse and the reflected pulse extracted by the pulse extraction means. The level meter according to 1 or 2.
上記測定素子は、一端に入力された上記送信パルスを他端へ伝送し、上記界面の位置で上記反射パルスが生成される導電性プローブからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレベル計。   The measuring element comprises a conductive probe that transmits the transmission pulse input to one end to the other end, and generates the reflected pulse at the position of the interface. Level meter as described in. 上記入出力信号を検波する検波手段を備え、
上記測定素子は、高周波信号からなる上記送信パルスを上記界面に向けて送信し、上記界面から上記反射パルスを受信するアンテナからなり、
上記伸張信号生成手段は、検波後の入出力信号をサンプリングすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレベル計。
A detection means for detecting the input / output signal;
The measurement element includes an antenna that transmits the transmission pulse including a high-frequency signal toward the interface and receives the reflection pulse from the interface.
The level meter according to any one of claims 1 to 3, wherein the expansion signal generation means samples the input / output signal after detection.
送信パルスを測定素子へ出力し、上記測定素子から反射パルスが入力される入出力部を備えたレベル計の制御方法であって、
第1のパルス繰返周期で送信パルスを生成する送信パルス生成ステップと、
第2のパルス繰返周期でサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成ステップと、
上記サンプリングパルスに応じて、上記入出力部における入出力信号をサンプリングすることにより、第1及び第2のパルス繰返周期の差に応じて、上記入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成ステップと、
上記反射パルスの伝播時間に基づいて、上記界面レベルを測定する界面レベル測定ステップと、
上記伸張信号の繰返周期に基づいて、第1及び第2のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御ステップとを備えたことを特徴とするレベル計の制御方法。
A control method of a level meter including an input / output unit that outputs a transmission pulse to a measurement element and receives a reflection pulse from the measurement element,
A transmission pulse generating step for generating a transmission pulse at a first pulse repetition period;
A sampling pulse generating step for generating a sampling pulse at a second pulse repetition period;
By sampling the input / output signal in the input / output unit according to the sampling pulse, an expanded signal is generated by time-expanding the input / output signal according to the difference between the first and second pulse repetition periods. A decompression signal generation step;
An interface level measuring step for measuring the interface level based on a propagation time of the reflected pulse;
A level meter control method comprising: a pulse period control step for controlling a difference between the first and second pulse repetition periods based on the repetition period of the expansion signal.
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