JP2015132561A - Liquid depth measuring apparatus, liquid depth measuring method and liquid depth measurement program - Google Patents

Liquid depth measuring apparatus, liquid depth measuring method and liquid depth measurement program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid depth measuring apparatus capable of improving measurement accuracy of a liquid depth, and to provide a liquid depth measuring method and a liquid depth measurement program.SOLUTION: A liquid depth measuring apparatus includes a pressure sensor, a mobile device for moving the pressure sensor in liquid, and a calculation part for calculating at least either liquid depth of two points by using pressure measurement data measured by the pressure sensor on the two points separated at a prescribed distance and having each different liquid depth, and the liquid depth difference between the two points.

Description

本発明は、液深測定装置、液深測定方法、および液深測定プログラムに関する。   The present invention relates to a liquid depth measuring device, a liquid depth measuring method, and a liquid depth measuring program.

圧力センサを用いて液深測定する技術が開示されている。この液深測定の精度向上が求められている。   A technique for measuring a liquid depth using a pressure sensor is disclosed. There is a need to improve the accuracy of this liquid depth measurement.

特開２００９−２００５８９号公報JP 2009-200589 A

圧力センサを用いた液深測定においては、例えば、いずれか１点において液圧を測定する方法が用いられる。液圧は、液体の密度に応じて変化する。液体の密度は、温度や不純物濃度に応じて変化する。そこで、濃度計や温度計を併設することによって、液圧の変動分を補正することが考えられる。また、液深の異なる複数点で液圧を測定する場合には、測定点の数だけ圧力センサを用意することが考えられる。しかしながら、これらの方法では、密度の算出において不純物や温度の測定精度、圧力センサ個別の精度のばらつき等に起因して、測定精度が低下するおそれがある。特許文献１は、液深の測定精度低下を解決するものではない。   In the liquid depth measurement using the pressure sensor, for example, a method of measuring the liquid pressure at any one point is used. The hydraulic pressure changes according to the density of the liquid. The density of the liquid changes according to temperature and impurity concentration. Therefore, it is conceivable to correct the fluctuation of the hydraulic pressure by providing a concentration meter and a thermometer. Further, when measuring the liquid pressure at a plurality of points having different liquid depths, it is conceivable to prepare pressure sensors as many as the number of measurement points. However, in these methods, there is a risk that the measurement accuracy may decrease due to the measurement accuracy of impurities and temperature, variation in accuracy of individual pressure sensors, and the like in density calculation. Patent Document 1 does not solve the decrease in measurement accuracy of the liquid depth.

１つの側面では、本発明は、液深の測定精度を向上させることができる液深測定装置、液深測定方法、および液深測定プログラムを提供することを目的とする。   In one aspect, an object of the present invention is to provide a liquid depth measuring device, a liquid depth measuring method, and a liquid depth measuring program capable of improving the liquid depth measurement accuracy.

１つの態様では、液深測定装置は、圧力センサと、液体中において前記圧力センサを移動させる移動装置と、液深の異なる所定距離離れた２点で前記圧力センサが測定した圧力測定データと前記２点の液深差とを用いて、前記２点の少なくともいずれか一方の液深を算出する算出部と、を備える。   In one aspect, the liquid depth measuring device includes a pressure sensor, a moving device that moves the pressure sensor in the liquid, pressure measurement data measured by the pressure sensor at two points separated from each other by a predetermined depth, and the A calculation unit that calculates a liquid depth of at least one of the two points using a difference between the two liquid depths.

１つの局面として、液深の測定精度を向上させることができる。   As one aspect, the measurement accuracy of the liquid depth can be improved.

（ａ）は実施例１に係る液深測定装置のブロック図であり、（ｂ）は移動装置を例示する図である。(A) is a block diagram of the liquid depth measuring apparatus which concerns on Example 1, (b) is a figure which illustrates a moving apparatus. 圧力センサおよび移動装置の一例について例示する図である。It is a figure illustrated about an example of a pressure sensor and a moving device. 液深測定装置による動作の一例を表すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of operation | movement by a liquid depth measuring apparatus. 実施例２に係る液深測定装置のブロック図である。6 is a block diagram of a liquid depth measuring apparatus according to Embodiment 2. FIG. 攪拌装置の一例を表す図である。It is a figure showing an example of a stirring apparatus. コントローラのハードウェア構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the hardware constitutions of a controller.

以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

図１（ａ）は、実施例１に係る液深測定装置１００のブロック図である。図１（ａ）で例示するように、液深測定装置１００は、圧力センサ１０、移動装置２０、コントローラ３０などを備える。   FIG. 1A is a block diagram of a liquid depth measuring apparatus 100 according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 1A, the liquid depth measuring device 100 includes a pressure sensor 10, a moving device 20, a controller 30, and the like.

圧力センサ１０は、液体中に配置され、液体中の圧力を検知するセンサである。圧力センサ１０は、自身に印加される圧力を検知できるものであれば特に限定されるものではない。圧力センサ１０が配置される液体は、水、アルコールなど、特に限定されるものではない。本実施例においては、圧力センサ１０は、一例として、自然河川などの水中に配置され、水圧を検知する。移動装置２０は、コントローラ３０の指示に従って、圧力センサ１０を液体中において移動させる装置である。図１（ｂ）で例示するように、移動装置２０は、液体中において、少なくとも液深の異なる所定距離離れた測定点に圧力センサ１０を移動させる。コントローラ３０は、移動装置２０に圧力センサ１０の移動を指示する機能を有するとともに、圧力センサ１０の出力に応じて液深を算出する機能を有する。   The pressure sensor 10 is a sensor that is disposed in the liquid and detects the pressure in the liquid. The pressure sensor 10 is not particularly limited as long as it can detect the pressure applied to itself. The liquid in which the pressure sensor 10 is disposed is not particularly limited, such as water or alcohol. In the present embodiment, as an example, the pressure sensor 10 is disposed in water such as a natural river and detects water pressure. The moving device 20 is a device that moves the pressure sensor 10 in the liquid in accordance with an instruction from the controller 30. As illustrated in FIG. 1B, the moving device 20 moves the pressure sensor 10 to a measurement point that is at least a predetermined distance different in liquid depth in the liquid. The controller 30 has a function of instructing the movement device 20 to move the pressure sensor 10 and a function of calculating the liquid depth according to the output of the pressure sensor 10.

図２は、圧力センサ１０および移動装置２０の一例について例示する図である。図２で例示するように、圧力センサ１０には、磁石１１が固定されている。例えば、磁石１１は、永久磁石であり、圧力センサ１０の周端部に固定されている。移動装置２０は、圧力センサ１０の移動領域に複数の電磁石２１を備える。移動装置２０は、各電磁石２１のオン・オフにより磁石１１と電磁石２１との間でＮとＳの関係を制御することによって、磁力の吸引・反発を制御する。それにより、移動装置２０は、圧力センサ１０を移動させることができる。すなわち、磁石１１は、電磁石感応部として機能する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the pressure sensor 10 and the moving device 20. As illustrated in FIG. 2, a magnet 11 is fixed to the pressure sensor 10. For example, the magnet 11 is a permanent magnet and is fixed to the peripheral end of the pressure sensor 10. The moving device 20 includes a plurality of electromagnets 21 in the moving region of the pressure sensor 10. The moving device 20 controls the attraction / repulsion of the magnetic force by controlling the relationship between N and S between the magnet 11 and the electromagnet 21 by turning on / off each electromagnet 21. Thereby, the moving device 20 can move the pressure sensor 10. That is, the magnet 11 functions as an electromagnet sensitive part.

ここで、液体中の高さ方向（鉛直方向）において、圧力センサ１０を距離ｈ１だけ移動させる場合について検討する。圧力センサ１０が検出する圧力をｐ（ｋｇ・ｍ／ｓ２）とし、圧力センサ１０の位置から液面までの液深をｈ（ｍ）とし、液体の密度をρ（ｋｇ／ｍ３）とし、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ２）とする。この場合、下記式（１）が成立する。なお、液深ｈは、液面から圧力センサ１０のいずれかの点までの深さであって、一例として圧力センサ１０の上面までの深さである。
ｈ＝ｐ／（ρ・ｇ） （１） Here, the case where the pressure sensor 10 is moved by the distance h1 in the height direction (vertical direction) in the liquid will be considered. The pressure detected by the pressure sensor 10 is p (kg · m / s 2 ), the liquid depth from the position of the pressure sensor 10 to the liquid level is h (m), and the liquid density is ρ (kg / m 3 ). , And let gravitational acceleration be g (m / s 2 ). In this case, the following formula (1) is established. The liquid depth h is a depth from the liquid surface to any point of the pressure sensor 10, and is a depth to the upper surface of the pressure sensor 10 as an example.
h = p / (ρ · g) (1)

次に、圧力センサ１０を距離ｈ１（ｍ）だけさらに液体中の深い位置に移動させる。この場合の圧力センサ１０が検出する圧力をｐ１（ｋｇ・ｍ／ｓ２）とすると、下記式（２）が成立する。
（ｈ＋ｈ１）＝ｐ１／（ρ・ｇ） （２） Next, the pressure sensor 10 is moved to a deeper position in the liquid by a distance h1 (m). When the pressure detected by the pressure sensor 10 in this case is p1 (kg · m / s 2 ), the following equation (2) is established.
(H + h1) = p1 / (ρ · g) (2)

上記式（１）および上記式（２）を変形することにより、下記式（３）を導くことができる。下記式（３）においては、密度ρが含まれない。液深ｈが求まれば、圧力センサ１０の移動後の点の液深（ｈ＋ｈ１）も求まる。
ｈ＝（ｐ／（ｐ１−ｐ））×ｈ１ （３） The following formula (3) can be derived by modifying the above formula (1) and the above formula (2). In the following formula (3), the density ρ is not included. If the liquid depth h is obtained, the liquid depth (h + h1) at the point after the movement of the pressure sensor 10 is also obtained.
h = (p / (p1-p)) × h1 (3)

このように、液深の異なる２点における圧力測定データと、２点の液深差とを用いることによって、密度ρの影響を受けずに液深ｈおよび液深（ｈ＋ｈ１）を求めることができる。密度ρは、液体の温度および液体中の不純物濃度に依存する不定値である。密度ρの影響を回避することによって、液体の温度の測定精度、不純物濃度の測定精度等の影響を受けずに済む。さらに、同一の圧力センサ１０の検出圧力を用いることから、センサ個別の精度のばらつきの影響を受けずに済む。以上のことから、本実施例によれば、液深の測定精度を向上させることができる。   Thus, by using the pressure measurement data at two points with different liquid depths and the difference between the two liquid depths, the liquid depth h and the liquid depth (h + h1) can be obtained without being affected by the density ρ. . The density ρ is an indefinite value that depends on the temperature of the liquid and the concentration of impurities in the liquid. By avoiding the influence of the density ρ, it is not affected by the measurement accuracy of the liquid temperature, the measurement accuracy of the impurity concentration, and the like. Furthermore, since the detection pressure of the same pressure sensor 10 is used, it is not affected by variations in accuracy of individual sensors. From the above, according to the present embodiment, the measurement accuracy of the liquid depth can be improved.

なお、圧力センサ１０を移動させる２点は、少なくとも液深が異なっていればよい。したがって、液底側から液面側に向けて圧力センサ１０を移動させてもよい。また、圧力センサ１０の移動方向を、鉛直方向に対して斜めにしてもよい。この場合、移動距離と移動方向とから、液深差を求めればよい。ただし、圧力センサ１０の移動方向を鉛直方向とすることによって、圧力センサ１０の移動距離を抑制することができ、２点間の液体の温度差および濃度差の影響を抑制することができる。移動装置２０は、電磁石以外の駆動源を用いてもよい。ただし、電磁石での駆動により精度よく圧力センサ１０を移動させることができるため、測定精度を向上させることができる。また、圧力センサ１０が位置する液深と、圧力センサ１０の液底からの高さとを用いることによって、液体の液位を求めることができる。   It should be noted that the two points where the pressure sensor 10 is moved need only have at least different liquid depths. Therefore, the pressure sensor 10 may be moved from the liquid bottom side toward the liquid surface side. Further, the moving direction of the pressure sensor 10 may be inclined with respect to the vertical direction. In this case, the liquid depth difference may be obtained from the movement distance and the movement direction. However, by making the moving direction of the pressure sensor 10 the vertical direction, the moving distance of the pressure sensor 10 can be suppressed, and the influence of the temperature difference and concentration difference of the liquid between the two points can be suppressed. The moving device 20 may use a driving source other than an electromagnet. However, since the pressure sensor 10 can be moved with high accuracy by driving with an electromagnet, the measurement accuracy can be improved. Further, the liquid level of the liquid can be obtained by using the liquid depth where the pressure sensor 10 is located and the height from the liquid bottom of the pressure sensor 10.

図３は、液深測定装置１００による動作の一例を表すフローチャートである。図３で例示するように、コントローラ３０は、圧力センサ１０から圧力を取得する（ステップＳ１）。次に、コントローラ３０は、移動装置２０を制御することによって、圧力センサ１０の現状の位置から、異なる液深の所定距離離れた位置まで移動させる（ステップＳ２）。次に、コントローラ３０は、圧力センサ１０から圧力を取得する（ステップＳ３）。次に、コントローラ３０は、上記式（３）を用いて、ステップＳ１，Ｓ３で取得した圧力と、圧力センサ１０の測定点の液深差とからいずれかの測定点における液深を算出する（ステップＳ４）。   FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of an operation performed by the liquid depth measuring apparatus 100. As illustrated in FIG. 3, the controller 30 acquires pressure from the pressure sensor 10 (step S1). Next, the controller 30 controls the moving device 20 to move it from the current position of the pressure sensor 10 to a position separated by a predetermined distance with a different liquid depth (step S2). Next, the controller 30 acquires a pressure from the pressure sensor 10 (step S3). Next, the controller 30 calculates the liquid depth at one of the measurement points from the pressure acquired in steps S1 and S3 and the liquid depth difference between the measurement points of the pressure sensor 10 using the above equation (3) ( Step S4).

図４は、実施例２に係る液深測定装置１００ａのブロック図である。図４で例示するように、液深測定装置１００ａが図１の液深測定装置１００と異なる点は、攪拌装置４０が設けられている点である。攪拌装置４０は、コントローラ３０の指示に従って、圧力センサ１０の周囲の液体を攪拌する装置である。   FIG. 4 is a block diagram of the liquid depth measuring apparatus 100a according to the second embodiment. As illustrated in FIG. 4, the liquid depth measuring device 100 a is different from the liquid depth measuring device 100 in FIG. 1 in that a stirring device 40 is provided. The stirring device 40 is a device that stirs the liquid around the pressure sensor 10 in accordance with an instruction from the controller 30.

図５は、攪拌装置４０の一例を表す図である。図５で例示するように、例えば、攪拌装置４０は、圧力センサ１０の上方の液体を攪拌する。攪拌装置４０は、液体を攪拌できるものであれば特に限定されるものではなく、一例として羽根状部４１を備えている。攪拌装置４０は、羽根状部４１を回転させて圧力センサ１０の周囲の液体を攪拌することによって、圧力センサ１０の２か所の測定点での不純物濃度および温度を均一化することができる。それにより、２点間の液体の温度差および濃度差の影響をより抑制することができる。なお、攪拌装置４０は、２点目における圧力センサ１０の圧力検知までのいずれかの期間において攪拌を行えばよい。
（他の例）
図６は、コントローラ３０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図６を参照して、コントローラ３０は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。ＣＰＵ１０１が液深測定プログラムを実行することによって、コントローラ３０は、液深測定装置１００の動作を制御する。または、コントローラ３０は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the stirring device 40. As illustrated in FIG. 5, for example, the stirring device 40 stirs the liquid above the pressure sensor 10. The stirring device 40 is not particularly limited as long as the liquid can be stirred, and includes a blade-like portion 41 as an example. The stirring device 40 can uniformize the impurity concentration and temperature at two measurement points of the pressure sensor 10 by rotating the blade-like portion 41 and stirring the liquid around the pressure sensor 10. Thereby, the influence of the temperature difference and concentration difference of the liquid between two points can be further suppressed. In addition, the stirring apparatus 40 should just stir in any period until the pressure detection of the pressure sensor 10 in the 2nd point.
(Other examples)
FIG. 6 is a block diagram for explaining the hardware configuration of the controller 30. Referring to FIG. 6, the controller 30 includes a CPU 101, a RAM 102, a storage device 103, an interface 104, and the like. Each of these devices is connected by a bus or the like. A CPU (Central Processing Unit) 101 is a central processing unit. The CPU 101 includes one or more cores. A RAM (Random Access Memory) 102 is a volatile memory that temporarily stores programs executed by the CPU 101, data processed by the CPU 101, and the like. The storage device 103 is a nonvolatile storage device. As the storage device 103, for example, a ROM (Read Only Memory), a solid state drive (SSD) such as a flash memory, a hard disk driven by a hard disk drive, or the like can be used. When the CPU 101 executes the liquid depth measurement program, the controller 30 controls the operation of the liquid depth measurement apparatus 100. Alternatively, the controller 30 may be hardware such as a dedicated circuit.

なお、上記各例において、コントローラ３０が、液深の異なる所定距離離れた２点で前記圧力センサが測定した圧力測定データと前記２点の液深差とを用いて、前記２点の少なくともいずれか一方の液深を算出する算出部として機能する。   In each of the above examples, the controller 30 uses the pressure measurement data measured by the pressure sensor at two points separated by a predetermined distance with different liquid depths and the difference between the two liquid depths, and at least one of the two points. It functions as a calculation unit for calculating one of the liquid depths.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

１０ 圧力センサ
１１ 磁石
２０ 移動装置
２１ 電磁石
３０ コントローラ
４０ 攪拌装置
１００ 液深測定装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pressure sensor 11 Magnet 20 Moving apparatus 21 Electromagnet 30 Controller 40 Stirrer 100 Liquid depth measuring apparatus

Claims (7)

圧力センサと、
液体中において前記圧力センサを移動させる移動装置と、
液深の異なる所定距離離れた２点で前記圧力センサが測定した圧力測定データと前記２点の液深差とを用いて、前記２点の少なくともいずれか一方の液深を算出する算出部と、を備えることを特徴とする液深測定装置。 A pressure sensor;
A moving device for moving the pressure sensor in a liquid;
A calculation unit for calculating the liquid depth of at least one of the two points by using the pressure measurement data measured by the pressure sensor at two points separated by a predetermined distance and the liquid depth difference between the two points; A liquid depth measuring device comprising: 前記２点は、前記液体中において鉛直方向に離れていることを特徴とする請求項１記載の液深測定装置。   The liquid depth measuring device according to claim 1, wherein the two points are separated in the vertical direction in the liquid. 前記移動装置は、電磁石を利用して前記圧力センサを移動させる装置であることを特徴とする請求項１または２記載の液深測定装置。   The liquid depth measuring device according to claim 1, wherein the moving device is a device that moves the pressure sensor using an electromagnet. 前記圧力センサに電磁石感応部が固定され、
前記移動装置は、前記電磁石感応部の移動領域に対応した領域に配置された複数の電磁石を利用して、前記圧力センサを移動させることを特徴とする請求項３記載の液深測定装置。 An electromagnet sensitive part is fixed to the pressure sensor,
The liquid depth measuring device according to claim 3, wherein the moving device moves the pressure sensor using a plurality of electromagnets arranged in a region corresponding to a moving region of the electromagnet sensitive unit. 前記圧力センサの周囲の液体を撹拌する撹拌部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液深測定装置。   The liquid depth measuring apparatus according to claim 1, further comprising a stirring unit that stirs the liquid around the pressure sensor. 液体中において異なる液深の所定距離離れた２点において、同一の圧力センサで測定された２つの圧力測定データと、前記２点の液深差とを取得し、
前記２つの圧力測定データと前記液深差とを用いて、前記２点の少なくともいずれか一方の液深を算出する液深測定方法。 Two pressure measurement data measured by the same pressure sensor at two points separated by a predetermined distance of different liquid depths in the liquid and the liquid depth difference between the two points are acquired,
A liquid depth measurement method for calculating a liquid depth of at least one of the two points using the two pressure measurement data and the liquid depth difference. 液体中において異なる液深の所定距離離れた２点において、同一の圧力センサで測定された２つの圧力測定データと、前記２点の液深差とを取得し、
前記２つの圧力測定データと前記液深差とを用いて、前記２点の少なくともいずれか一方の液深を算出する、処理をコンピュータに実行させることを特徴とする液深測定プログラム。 Two pressure measurement data measured by the same pressure sensor at two points separated by a predetermined distance of different liquid depths in the liquid and the liquid depth difference between the two points are acquired,
A liquid depth measurement program that causes a computer to execute a process of calculating a liquid depth of at least one of the two points using the two pressure measurement data and the liquid depth difference.
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