JP2017207374A - Liquid level detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波を利用し、タンク内の液体の液面を検出する液面検出装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid level detection device that detects the liquid level of a liquid in a tank using ultrasonic waves.
従来の液面検出装置は、気体中における超音波良導体の一部が液体中にある時の前記超音波良導体と液体との接触長さの変化によって、前記超音波良導体を伝搬する超音波の表面波の伝搬時間が変化することを利用して液体のレベルを計測するものであった(特許文献1を参照)。 The conventional liquid level detection device is a method for detecting the surface of an ultrasonic wave propagating through the ultrasonic good conductor by a change in the contact length between the ultrasonic good conductor and the liquid when a part of the ultrasonic good conductor in the gas is in the liquid. The level of the liquid was measured using the fact that the wave propagation time changes (see Patent Document 1).
超音波を利用した液面検出装置は、原理上温度による影響を受けるため、前記液面検出装置もしくは測定する液体の温度を検出する温度センサを設け、前記温度センサで検出した温度による補正を行って液面を検出することが考えられていた。しかし、前記温度センサを設けることは、製造コストの上昇を招くとともに、前記温度センサによる計測を行う必要があり、検出処理が煩雑となるといった問題点があった。 Since the liquid level detection device using ultrasonic waves is influenced by temperature in principle, the liquid level detection device or a temperature sensor for detecting the temperature of the liquid to be measured is provided, and the temperature detected by the temperature sensor is corrected. It has been considered to detect the liquid level. However, the provision of the temperature sensor causes an increase in manufacturing cost, and it is necessary to perform measurement using the temperature sensor, which causes a problem that the detection process becomes complicated.
そこで、本発明は、前述の問題点に着目し、精度良く超音波を利用した液面検出が可能な液面検出装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a liquid level detection device that can accurately detect a liquid level using ultrasonic waves, paying attention to the above-described problems.
液体Lに浸る伝搬体1と、伝搬体1に振動を与える振動発生手段2と、伝搬体1の振動を検出する振動検出手段2と、振動発生手段2を駆動する駆動信号S1を出力するとともに振動発生手段2の振動によって発生した伝搬波が伝搬体1を伝搬し反射し振動検出手段2で検出した測定信号S3を受信し液体Lの液面LSの位置を検出する位置検出手段3と、を備えた液面検出装置Fにおいて、伝搬体1は、長手方向に略直交する溝1aを備え、この溝1aの下面1cには、さらに溝部1dが形成されることを特徴とする。
While transmitting the
また、溝部1d1は、溝1a側よりも、伝搬体1の端部1e側が広く開口していることを特徴とする。
Further, the groove portion 1d1 is characterized in that the
また、溝部1d2が、複数個設けられていることを特徴とする。 Further, a plurality of groove portions 1d2 are provided.
以上、本発明によれば、所期の目的を達成することができ、精度良く超音波を利用した液面検出が可能な液面検出装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a liquid level detection apparatus that can achieve the intended purpose and that can accurately detect the liquid level using ultrasonic waves.
以下、添付図面を用いて本発明の第1実施形態を説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の実施形態による液面検出装置Fは、図1に示すように伝搬体1と、振動発生検出手段2と、位置検出手段3とを少なくとも備えている。
As shown in FIG. 1, the liquid level detection device F according to the embodiment of the present invention includes at least a
伝搬体1は、例えば、図2に示すようにタンク内に貯留した液体L、例えば、ガソリンやアルコールなどの媒質に浸るものである。
The
伝搬体1は、振動を良好に伝達可能な材質であり、本実施形態では、合成樹脂、特に、ポリフェニレンサルファイド(PPS)を主体とし、場合によっては添加剤を加えたものである。伝搬体1の形状は、柱状体であり、後述する表面波W1が伝搬する平面からなる伝搬面を備えており、本実施形態では、棒状の四角柱である。伝搬体1には、長手方向に略直交するように一部に切り欠いた溝1aを備えている。この溝1aの振動発生検出手段2側には、後述する内部伝搬波を反射する内部伝搬波反射部1bを備えている。
The propagating
振動発生検出手段2は、伝搬体1に振動を与える振動発生手段であるとともに、伝搬体1の振動を検出する振動検出手段である。
The vibration
振動発生検出手段2は、圧電素子2aと、圧電素子2aを駆動する信号を送信する送信回路2bと、圧電素子2aで検出した信号を受信する受信回路2cとから構成されている。
The vibration generation detection means 2 includes a
圧電素子2aは、伝搬体1に表面波W1と内部伝搬波W2を発生させるとともに、表面波W1と内部伝搬波W2を検出するために、伝搬体1の他端まで溝1aを設けていない面に圧電素子2aが突き出るように設置してある。伝搬体1と圧電素子2aとは、密着状態で固定されている。このように構成したことによって、圧電素子2aは、伝搬体1に振動を与え、伝搬体1の表面に表面波W1を発生させるとともに、伝搬体1の内部に内部伝搬波W2を発生させるものであり、さらに、伝搬体1の振動(表面波W1と内部伝搬波W2による振動)を検出し電圧に変換するものである。なお、表面波W1としては、レイリー波や漏洩レイリー波や横波表面弾性波があり、内部伝搬波W2としては、横波がある。
The
送信回路2bは、圧電素子2aを駆動するものであり、例えば、図示しない駆動回路とトランスとから構成されており、位置検出手段3が出力した所定周期で出力する駆動信号S1によって圧電素子2aに電圧を加えるものである。
The
受信回路2cは、圧電素子2aが出力した信号を検出し、位置検出手段3に信号を出力するものであり、例えば、図示しない入力保護回路、増幅回路、バンドパスフィルタ及び波形整形回路などから構成されており、圧電素子2aが検出した振動を位置検出手段3に信号として出力するものである。
The
伝搬体1に生じる振動について、図3を用いて説明する。図3は、模式的に示してある。図中、最も左の振動が、位置検出手段3が出力した駆動信号S1によって圧電素子2aが発生させた振動V1である。左から二番目の振動が、伝搬体1内を伝わって伝搬体1の内部伝搬波反射部1bで反射し戻ってきた内部伝搬波W2の振動V2である。最も右の振動が、伝搬体1の表面を伝わって伝搬体1の他端で反射し戻ってきた表面波W1の振動V3である。本実施形態では、表面波W1の振動V3によって受信回路2cが出力する信号を測定信号S3と呼び、内部伝搬波W2の振動V2によって受信回路2cが出力する信号を基準信号S2と呼ぶ。なお、表面波W1は、伝搬体1が液体Lに浸かった部分では、表面波W1の伝搬体1を進む速度が遅くなる性質があり、表面波W1の伝搬時間T2によって液体Lの液面LSを検出することができる。
The vibration which arises in the
なお、内部伝搬波W2の伝搬時間T1は、位置検出手段3の制御部3aが駆動信号S1を出力した時点t1から内部伝搬波W2が発生し、振動発生検出手段2で反射した内部伝搬波W2を検出して出力した基準信号S2を受ける時点t2までの時間であり、表面波W1の伝搬時間T2は、位置検出手段3の制御部3aが駆動信号S1を出力した時点t1から表面波W1が発生し、伝搬体1の他端で反射した表面波W1を検出して出力した測定信号S3を受ける時点t3までの時間である。
The propagation time T1 of the internal propagation wave W2 is the internal propagation wave W2 that is generated by the internal propagation wave W2 from the time t1 when the
振動発生検出手段2の受信回路2cは、表面波W1が伝搬体1を伝搬し反射した表面波W1の振動V3を検出した測定信号S3を位置検出手段3へ出力するとともに内部伝搬波W2が伝搬体1を伝搬し反射した内部伝搬波W2の振動V2を検出した基準信号S2を位置検出手段3へ出力するものである。
The
位置検出手段3は、少なくともマイクロコンピュータなどからなる制御部3aと記憶手段3bとを備えている。位置検出手段3は、振動発生検出手段2を駆動し振動させる駆動信号S1を出力するとともに、振動発生検出手段2の振動によって発生した伝搬波である表面波W1と内部伝搬波W2が伝搬体1を伝搬し反射し、振動発生検出手段2で表面波W1と内部伝搬波W2の振動を検出することによって、液体Lの液面LSの位置を検出するものである。
The
制御部3aは、制御部3aが実行する処理を行うCPUと、CPUのメインメモリとして機能するRAMと、制御部3aに所定の処理などを実行させる各種プログラムを記憶するROMと、制御部3aに入出力される情報(信号)をCPU用にデジタル変換したり出力用にアナログ変換したりする各種変換器と、を備える。
The
記憶手段3bは、不揮発性メモリなどであり、後述する内部伝搬波の伝搬時間と伝搬体1の温度との関係など各種データを格納できる。
The storage means 3b is a non-volatile memory or the like, and can store various data such as a relationship between a propagation time of an internal propagation wave described later and the temperature of the
位置検出手段3は、駆動信号S1と基準信号S2によって求められる内部伝搬波W2の伝搬時間T1によって、記憶手段3bを参照して伝搬体1の温度を求め、この伝搬体1の温度によって、駆動信号S1と測定信号S3によって求められる表面波W1の伝搬時間T2を補正し液面LSを精度良く検出するものである。
The position detection means 3 obtains the temperature of the
次に、図3、図4を用いて、位置検出手段3の処理動作について説明する。 Next, the processing operation of the position detection means 3 will be described with reference to FIGS.
ステップST1にて、位置検出手段3は、駆動信号S1を出力する。 In step ST1, the position detection means 3 outputs a drive signal S1.
ステップST2にて、位置検出手段3は、駆動信号S1によって、伝搬体1に生じた内部伝搬波W2に基づく基準信号S2の検出の有無を判定する。基準信号S2を検出したと判定した場合は、ステップST3へ進み。検出しないと判定した場合は、ステップST1へ戻る。
In step ST2, the position detection means 3 determines whether or not the reference signal S2 is detected based on the internal propagation wave W2 generated in the
ステップST3にて、位置検出手段3は、内部伝搬波W2が、伝搬体1を伝搬した伝搬時間T1を求める。本実施形態では、伝搬時間T1は、駆動信号S1を出力してから基準信号S2を入力するまでの伝搬時間T1で求めている。本実施形態では、位置検出手段3が、駆動信号S1を出力してから圧電素子2aが振動するまでの時間と、圧電素子2aが振動を検出し、受信回路2cを介して位置検出手段3が信号を受けるまでの時間は、無視できるほど短い時間と考えている。
In step ST3, the position detection means 3 obtains a propagation time T1 in which the internal propagation wave W2 has propagated through the
ステップST4にて、位置検出手段3は、基準信号S2の伝搬時間T1から記憶手段3bを参照し伝搬体1の温度を求める。
In step ST4, the position detection means 3 obtains the temperature of the
ステップST5にて、位置検出手段3は、駆動信号S1によって、伝搬体1の表面に生じた表面波W1に基づく測定信号S3の検出の有無を判定する。測定信号S3を検出したと判定した場合は、ステップST6へ進み。検出しないと判定した場合は、ステップST1へ戻る。
In step ST5, the position detection means 3 determines whether or not the measurement signal S3 is detected based on the surface wave W1 generated on the surface of the
ステップST6にて、位置検出手段3は、表面波W1が、伝搬体1の表面を伝搬した伝搬時間T2を求める。
In step ST <b> 6, the
ステップST7にて、位置検出手段3は、ステップST4にて求めた伝搬体1の温度に基づいて、伝搬体1の温度に基づく補正係数(a、b)によって、表面波W1の伝搬時間T2を補正し、補正した伝搬時間に基づいて液面LSを検出する。なお、伝搬時間T2を解とする式は、下記の一次式により表されるものである。
In step ST7, the position detecting means 3 calculates the propagation time T2 of the surface wave W1 based on the temperature of the propagating
T2=ax+b T2 = ax + b
なお、記憶手段3bは、図5(a)に示すように内部伝搬波W2の伝搬時間T1と伝搬体1の温度との関係や、図5(b)で示すように伝搬体1の所定の温度毎(例えば、摂氏5度毎)に表面波W1の伝搬時間T2に関連した液面LSの位置を記憶しておく。図5(b)では、摂氏0度、摂氏5度、摂氏10度他の例を図示している。位置検出手段3は、記憶手段3bで記憶した伝搬体1の温度に基づく表面波W1の伝搬時間T2に関連した液面LSの位置を求めて、液面LSの位置を検出するものであってもよい。
The storage means 3b stores the relationship between the propagation time T1 of the internal propagation wave W2 and the temperature of the propagating
以上、液体Lに浸る伝搬体1と、伝搬体1に振動を与える振動発生手段2と、伝搬体1の振動を検出する振動検出手段2と、振動発生手段2を駆動する駆動信号を出力するとともに、振動発生手段2の振動によって発生した伝搬波が伝搬体1を伝搬し反射し振動検出手段2で検出した測定信号を受信し液体Lの液面LSの位置を検出する位置検出手段3と、を備えた液面検出装置Fにおいて、伝搬体1に溝1aを形成し、この溝1aを利用して内部伝搬波反射部1bを備えたことにより、温度センサを用いることなく精度良く超音波を利用した液面検出が可能な液面検出装置を提供することができる。
As described above, the propagating
次に、本発明の特徴となる伝搬体1について説明する。
伝搬体1は、図6に示すように、内部伝搬波反射部1bに対向する面1cに溝部1dを備えている。この場合、溝部1dは、溝1aの下方側の面1cの一部を切り欠くスリット状に形成され溝1aの隙間よりも幅狭に形成される。
したがって、内部伝搬波反射部1bと対向する溝1aの下面1cに、溝部1dを設けたことにより、タンク内の燃料が減るなどして溝1aが液面LSから露出したとしても、表面張力によって溝1aに留まろうとする液体Lを毛細管現象や重力を利用して導出し易くし、溝1aに液体Lが残留する状態を抑止できる。このため、溝1aに溜まった液体L中を伝わる漏洩波によって検出精度が低下してしまうことを防止できる。
Next, the
As shown in FIG. 6, the propagating
Therefore, even if the groove 1a is exposed from the liquid level LS by reducing the fuel in the tank by providing the
また、第2実施形態として図7に示すように、溝部1d1は、内部伝搬波反射部1b側よりも、伝搬体の端部1e側を広く開口したり、第3実施形態として図8に示すように、溝部1d2を複数個設けることによって、溝1aから液体Lをよりスムーズに導出でき、液体Lの残留しにくくなることが期待できる。
Further, as shown in FIG. 7 as the second embodiment, the groove 1d1 opens wider on the
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更(構成要素の削除を含む)が可能であることはもちろんである。上述実施形態では、溝部1dが伝搬体1の端部1eまで到達する場合について例示したが、図9に示すように、溝部1d3が伝搬体1の面1cの略中央から前面に向かい端部1eまで到達しない形状であっても、また、図10に示すように溝部1d4が、面1cの略中央から伝搬体1の側面に向かい端部1eまで到達しない形状であっても、同様の効果が期待できる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications (including deletion of constituent elements) can be made without departing from the spirit of the invention. In the above-described embodiment, the case where the
また、上述実施形態では、ガソリンやアルコールなどの液体燃料の液面を検出するものであったが、ガソリンやアルコールなどの液体燃料のみに限定されるものではなく、水などの他の液体を検出することも可能である。また、用途は、車両などの乗物に限定されるものではなく、広い用途に利用することができる。 In the above-described embodiment, the liquid level of liquid fuel such as gasoline or alcohol is detected. However, the liquid level is not limited to liquid fuel such as gasoline or alcohol, and other liquids such as water are detected. It is also possible to do. Moreover, a use is not limited to vehicles, such as a vehicle, It can utilize for a wide use.
また、伝搬体1の形状は、四角柱に限定されるものではなく、表面波W1が伝搬可能な平面を備えていればよく、例えば、伝搬体1の長手方向に対して垂直方向の断面形状が、Dの字形状などであってもよい。
In addition, the shape of the propagating
また、上述実施形態では、内部伝搬波反射部1bと面1cが略平行な場合を例示したが、図11に示すように伝搬体1の中心側が低くなるように傾斜する傾斜面1c1や、図12に示すように伝搬体1の前側が低くなるように傾斜する傾斜面1c2を設けることで溝1aに残留した液体を所望の方向へ排出する作用が高まることが期待できる。
In the above-described embodiment, the case where the internal propagation
本発明は、液面検出装置に関し、特に、超音波を利用し、液面を検出する液面検出装置に利用可能である。 The present invention relates to a liquid level detection device, and in particular, can be used for a liquid level detection device that detects a liquid level using ultrasonic waves.
F 液面検出装置
L 液体
LS 液面
S1 駆動信号
S2 基準信号(内部伝搬波W2)
S3 測定信号(表面波W1)
T1 伝搬時間(内部伝搬波W2)
T2 伝搬時間(表面波W1)
V1 振動
V2 振動(内部伝搬波)
V3 振動(表面波)
W1 表面波
W2 内部伝搬波
1 伝搬体
1a 溝
1b 内部伝搬波反射部
1c 面(伝搬波反射部と対向する面)
1c1 面(伝搬波反射部と対向する面)
1c2 面(伝搬波反射部と対向する面)
1d 溝部
1d1 溝部
1d2 溝部
1d3 溝部
1d4 溝部
1e 端部
2 振動発生検出手段(振動発生手段、振動検出手段)
2a 圧電素子
2b 送信回路
2c 受信回路
3 位置検出手段
3a 制御部
3b 記憶手段
F Liquid level detection device L Liquid LS Liquid level S1 Drive signal S2 Reference signal (internal propagation wave W2)
S3 Measurement signal (surface wave W1)
T1 propagation time (internal propagation wave W2)
T2 Propagation time (surface wave W1)
V1 vibration V2 vibration (internal propagation wave)
V3 vibration (surface wave)
W1 Surface wave W2
1c1 plane (surface facing the propagating wave reflector)
1c2 plane (surface facing the propagating wave reflector)
1d Groove 1d1 Groove 1d2 Groove 1d3
Claims (3)
前記伝搬体は、長手方向に略直交する溝を備え、この溝の下面には、さらに溝部が形成されること
を特徴とする液面検出装置。 A propagating body immersed in a liquid; vibration generating means for applying vibration to the propagating body; vibration detecting means for detecting vibration of the propagating body; a drive signal for driving the vibration generating means; In a liquid level detection apparatus, comprising: a position detection means for detecting a position of the liquid level of the liquid by receiving a measurement signal that is propagated and reflected by the propagation body and reflected by the propagation body and received by the vibration detection means ,
The liquid level detecting device, wherein the propagation body includes a groove substantially orthogonal to the longitudinal direction, and a groove is further formed on a lower surface of the groove.
The liquid level detection device according to claim 1, wherein a plurality of the groove portions are provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016100073A JP2017207374A (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | Liquid level detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016100073A JP2017207374A (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | Liquid level detector |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020128966A (en) * | 2019-02-12 | 2020-08-27 | 矢崎総業株式会社 | Liquid level detector unit |
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2016
- 2016-05-19 JP JP2016100073A patent/JP2017207374A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020128966A (en) * | 2019-02-12 | 2020-08-27 | 矢崎総業株式会社 | Liquid level detector unit |
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