JP2018040661A - Liquid level detector and method for manufacturing 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.
従来の超音波を利用した液面検出装置は、例えば特許文献1に開示されるように、合成樹脂からなる伝搬体の表面を伝う表面波が伝搬体上端に戻るまでの伝搬時間の変化によって液面位置を計測するものである。
As disclosed in
伝搬体を樹脂成形する場合、伝搬体を金型から分離する際にエジェクタピンを用いることができる。この場合伝搬体の表面にエジェクタピンが接触したことによる接触痕が生じることがある。伝搬体表面を伝う表面波が接触痕の箇所で反射してしまい、液面位置を計測する場合に悪影響を受ける虞が懸念される点で、改善の余地があった。 When resin-molding the propagation body, an ejector pin can be used when separating the propagation body from the mold. In this case, a contact mark may be generated due to the ejector pin coming into contact with the surface of the propagating body. There is room for improvement in that the surface wave propagating on the surface of the propagating body is reflected at the location of the contact mark, and there is a concern that it may be adversely affected when the liquid level position is measured.
そこで、本発明は、前述の問題点に着目し、樹脂成形した伝搬体を用いた場合であっても、超音波を利用し精度良く液面検出が可能な液面検出装置及び液面検出装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention pays attention to the above-described problems, and even when a resin-molded propagation body is used, a liquid level detection device and a liquid level detection device that can accurately detect a liquid level using ultrasonic waves It aims at providing the manufacturing method of.
液体Lに浸る伝搬体1と、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表面波W1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、伝搬体1は金型A,Bを用いて樹脂成形され長手方向に複数の面1c,1d,1e.1fを有し、複数の面1c,1d,1e,1fのうち、表面波W1を伝搬させる平滑面からなる第1の面1cを備え、複数の面1c,1d,1e,1fのうち、第1の面1cを除く何れか1つ以上の面に、金型A,Bからの取り出し機構Cと接触する接触部1gを設けることを特徴とする。
振動発生手段2は伝搬体1の内部に内部伝搬波W2を発生させ、第1の面1cと異なる第2の面1dは、内部伝搬波W2を反射させる内部伝搬波反射部1bを備えるとともに、接触部1gを備えた面1d,1e,1fを、伝搬体1の取付面とすることを特徴とする。
The vibration generating means 2 generates an internal propagation wave W2 inside the
液面検出装置Fの製造方法は、液体に浸る伝搬体1と、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表面波W1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、伝搬体1は、金型A,Bを用いて樹脂成形された後、表面波W1を伝搬させる第1の面1c以外の面1d,1e,1fに接触する取り出し機構Cを用いて、金型A,Bから取り出されることを特徴とする。
The manufacturing method of the liquid level detection device F includes a
液面検出装置Fの製造方法は、伝搬体1の成形後に、内部伝搬波W2が反射する反射面(内部伝搬波反射部)1bが形成されることを特徴とする。
The manufacturing method of the liquid level detection device F is characterized in that after the
本発明によれば、樹脂成形した伝搬体を用いた場合であっても、超音波を利用し精度良く液面検出が可能な液面検出装置及び液面検出装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid level detection device capable of accurately detecting a liquid level using ultrasonic waves and a method for manufacturing the liquid level detection device even when a resin-molded propagation body is used. it can.
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、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。
As shown in FIG. 2, the propagating
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(圧電素子2a)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
伝搬体1は、図3に示すように金型A,Bを用いた樹脂成形によって作成される。金型A,Bは、エジェクタピン(取り出し機構)C、図示しないゲート口、パーティングラインDを備えている。加熱され液状となった合成樹脂は、閉じられた金型A,Bのゲート口より金型A,B内部に充填される。冷却され合成樹脂が硬化した後、パーティングラインDを中心に金型A,Bが開かれ、金型Bに設けられたエジェクタピンCで伝搬体1が押し出されることにより、伝搬体1は金型Bから取り出される。伝搬体1が樹脂成形された後、切削加工により溝1aは形成される。
The
伝搬面(第1の面)1cは、金型Aによって平滑に成形され、内部伝搬波反射部1bを備えた面(第2の面)1dに対向する面である。伝搬体1を樹脂成形する際に、エジェクタピンCは伝搬面1c以外の1つ以上の面と接触するように配置される。すなわち、エジェクタピンCは面1dと接するように配置することができ、あるいは、伝搬面1cと面1dの間にある他の面1e,1fと接するように配置することもできる。また、面1d,1e,1fのうち複数の面と接するように配置することもできる。伝搬体1を金型から分離する際に、エジェクタピンCと接する面には、図4に示すようにこの跡となる接触部1g,1g1が生じる。この場合、接触部1gは、面1dに凹む円形面として残る。なお、接触部1gは、突出する円形面となる場合もあり、面1dに段違いとなる円形面として残る。
The propagation surface (first surface) 1c is a surface that is formed smoothly by the mold A and faces the surface (second surface) 1d provided with the internal propagation
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。この場合、振動発生検出手段2は、後述する表面波を形成するため、特に伝搬面1cに振動が伝わり易いように伝搬面1cの端部付近に設けられる。
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5を用いて説明する。図5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 receiving
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W2の伝搬時間T1と伝搬体1の温度との関係を記憶したものである。
The storage means 3b is a non-volatile memory or the like, and stores a relationship between a propagation time T1 of an internal propagation wave W2 to be 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5、図6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7(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7(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7(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
伝搬体1の、表面波W1を伝搬させる伝搬面1c以外の面1d,1e,1fの何れか1つ以上の面に接触部1g,1g1を設けることで、表面波W1が接触部1g,1g1で反射することがなく、伝搬面1cを伝う表面波W1の伝搬時間が正しく測定できるため、精度良く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。
By providing the
また、接触部1g、1g1を備えた面を伝搬体のタンク内に設けられた図示しない取付部への取付面とすることで、伝搬面1cに表面波W1が伝搬される阻害要因を別の面に設けることができ、伝搬面1cを伝う表面波W1の振幅が減衰しにくくなるため、精度よく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。
また、伝搬体1を樹脂成形する際に、接触部1gを備えた面、即ち、伝搬面1c以外の面に、樹脂を注入するゲート口やパーティングラインDを設けることで、伝搬面1cを金型によって平滑にできる。このため、計測に適した表面波を生成するための伝搬面1cの切削や研磨などの加工処理が必要ないためコストや品質の普遍性など有利となる。
In addition, by using the surface provided with the
Further, when the
なお、本発明は、上述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(図3)において、接触部1g,1g1を円形で表現したが、丸エジェクタピンでの接触に限定するものではなく、角エジェクタピンなど別の形状、直上げブロックでつきだす方法に応じた形状などを用いても、同様の効果が期待できる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications (including deletion of components) can be made without departing from the spirit of the invention. In the above-described embodiment (FIG. 3), the
また、上述実施形態では、溝1aを切削加工によって形成したが、伝搬体1を樹脂成形する際、同時に金型を用いて溝1aを形成するようにしても、同様の効果が期待できる。
In the above-described embodiment, the groove 1a is formed by cutting. However, when the
また、上述実施形態では、内部伝搬波反射部1bを切り欠いた溝1aによって構成したが、上述実施形態に限定されるものではなく、内部伝搬波W2が反射する構成であれば、貫通穴や、伝搬体1の一部分を底面まで切り欠き鍵状に形成したものや、ビス止めや、溝1aに別の部材を嵌め込んだものであってもよい。なお、前記別の部材は、樹脂や金属であっても良い。
In the above-described embodiment, the groove 1a is formed by cutting out the internal propagation
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、図8(a)に示すように伝搬体1の長手方向に対して垂直方向の断面形状が、Dの字形状の円柱形状などであってもよい。また、図8(b),(c)に示す三角柱形状などの多角柱形状であってもよい。また、図示していないが、五角形以上の多角形であってもよい。さらに、正多角形である必要はなく、伝搬体1を取り付けるために最適な形状としてよい。
Further, the shape of the propagating
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.
A 金型
B 金型
C エジェクタピン(取り出し機構)
D パーティングライン
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(反射面)
1c 伝搬面(第1の面)
1d 面(第2の面)
1e 面
1f 面
1g 接触部
1g1 接触部
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
A Mold B Mold C Ejector pin (Removal mechanism)
D Parting line 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
1c Propagation surface (first surface)
1d surface (second surface)
1e surface 1f
Claims (4)
前記伝搬体に振動を与え前記伝搬体の表面に表面波を発生させる振動発生手段と、
前記伝搬体の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動発生手段を駆動する駆動信号を出力するとともに前記振動発生手段の振動によって発生した前記表面波が前記伝搬体を伝搬し反射し前記振動検出手段で検出した測定信号を受信し前記液体の液面の位置を検出する位置検出手段と、
を備えた液面検出装置であって、
前記伝搬体は金型を用いて樹脂成形され長手方向に複数の面を有し、
前記複数の面のうち、前記表面波を伝搬させる平滑面からなる第1の面を備え、
前記複数の面のうち、前記第1の面を除く何れか1つ以上の面に、
前記金型からの取り出し機構と接触する接触部を設けることを特徴とする液面検出装置。 A propagator immersed in a liquid;
Vibration generating means for applying vibration to the propagating body and generating surface waves on the surface of the propagating body;
Vibration detecting means for detecting vibration of the propagating body;
The liquid signal of the liquid is received by outputting a driving signal for driving the vibration generating means and receiving the measurement signal detected by the vibration detecting means by the surface wave generated by the vibration of the vibration generating means propagating and reflecting the propagation body. Position detecting means for detecting the position of the surface;
A liquid level detection device comprising:
The propagation body is resin-molded using a mold and has a plurality of surfaces in the longitudinal direction,
Of the plurality of surfaces, comprising a first surface consisting of a smooth surface for propagating the surface wave,
Of the plurality of surfaces, any one or more surfaces excluding the first surface,
A liquid level detection device comprising a contact portion that comes into contact with a take-out mechanism from the mold.
前記第1の面と異なる第2の面は、前記内部伝搬波を反射させる内部伝搬波反射部を備えるとともに、
前記接触部を備えた前記面を、前記伝搬体の取付面とすること
を特徴とする請求項1に記載の液面検出装置。 The vibration generating means generates an internal propagation wave inside the propagating body,
The second surface different from the first surface includes an internal propagation wave reflection unit that reflects the internal propagation wave, and
The liquid level detection device according to claim 1, wherein the surface including the contact portion is an attachment surface of the propagation body.
前記伝搬体に振動を与え前記伝搬体の表面に表面波を発生させる振動発生手段と、
前記伝搬体の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動発生手段を駆動する駆動信号を出力するとともに前記振動発生手段の振動によって発生した前記表面波が前記伝搬体を伝搬し反射し前記振動検出手段で検出した測定信号を受信し前記液体の液面の位置を検出する位置検出手段と、
を備えた液面検出装置の製造方法であって、
前記伝搬体は、金型を用いて樹脂成形された後、
前記表面波を伝搬させる第1の面以外の面に接触する取り出し機構を用いて、前記金型から取り出されることを特徴とする液面検出装置の製造方法。 A propagator immersed in a liquid;
Vibration generating means for applying vibration to the propagating body and generating surface waves on the surface of the propagating body;
Vibration detecting means for detecting vibration of the propagating body;
The liquid signal of the liquid is received by outputting a driving signal for driving the vibration generating means and receiving the measurement signal detected by the vibration detecting means by the surface wave generated by the vibration of the vibration generating means propagating and reflecting the propagation body. Position detecting means for detecting the position of the surface;
A method of manufacturing a liquid level detection device comprising:
After the propagation body is resin-molded using a mold,
A method for manufacturing a liquid level detection device, wherein the liquid level detection device is extracted from the mold using an extraction mechanism that contacts a surface other than the first surface that propagates the surface wave.
The method of manufacturing a liquid level detection device according to claim 3, wherein a reflection surface that reflects internal propagation waves is formed after the propagation body is formed.
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