JP2019120571A - 水位計およびタンク - Google Patents

Abstract

【課題】水面位置の誤検出が抑制された水位計およびタンクを提供する。【解決手段】水位計２は、電波を受発信する受発信器１１と、受発信器１１から測定対象に向かって延びるホーン１３と、を備える。ホーン１３の先端周縁部１４および内周面には、撥水層が形成されている。タンク９０には、水位計２が設置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、水位計およびタンクに関するものである。

原子力発電所における汚染水タンク等、水を貯留するタンクには、水位を監視する水位計が設置される場合がある（例えば、特許文献１参照）。水位計の一種として、レーダー式水位計がある。レーダー式水位計は、電波を受発信する受発信器と、受発信器から発射される電波を単一方向に放射するホーンと、を備える。レーダー式水位計は、水面よりも上方に配置され、水面に向かって電波を放射し、水面で反射した電波を取得する。このため、レーダー式水位計のホーンは、水面に向けて開口した状態で配置される。

特開２０１３−２０５０５９号公報

ところで、水位計は、測定した水位情報を外部に送信するために、一部がタンクの外部に位置した状態でタンクに取り付けられる。このため、水位計は、例えば外気温がタンク内の温度よりも低い場合等に、タンク内の温度よりも低温となる場合がある。タンク内は、貯留された水が揮発して高湿度状態となっているので、タンク内の温度と外気温との温度差等に起因して、ホーン表面に結露が生じる場合がある。ホーンの内周面に結露が生じると、受発信器から発射された電波がホーンの内周面に付着した水滴によって反射するので、水面位置を誤検出する可能性がある。また、ホーンの内周面に結露が生じると、水滴が重力によりホーンの内周面上を伝って下降し、ホーンの先端周縁部に滞留する。ホーンの先端周縁部に水滴が滞留すると、受発信器から発射された電波がホーンの先端周縁部で反射するので、水面位置を誤検出する可能性がある。

そこで本発明は、水面位置の誤検出が抑制された水位計およびタンクを提供するものである。

本発明の水位計は、電波を受発信する受発信器と、前記受発信器から測定対象に向かって延びる筒状のホーンと、を備え、前記ホーンの先端周縁部および内周面のうち少なくともいずれか一方には、撥水層が形成されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、ホーンに撥水層が形成されていない構成と比較して、ホーンの表面張力を小さくし、ホーンに付着した水滴の接触角を大きくすることができる。これにより、ホーンの内周面に撥水層が形成されていない構成と比較して、水滴がホーン内周面に付着することなく重力により内周面上を勢いよく下降する。よって、水滴は、ホーンの先端周縁部に留まることなくホーンから落下し、ホーンの先端周縁部への水滴の付着が抑制される。また、ホーンの先端周縁部に撥水層が形成されていない構成と比較して、ホーンの先端周縁部に付着した水滴が落下しやすくなる。よって、ホーンの先端周縁部への水滴の付着が抑制される。したがって、ホーンの内周面および先端周縁部における電波の反射が抑制され、水面位置の誤検出を抑制できる。

上記の水位計において、前記受発信器のうち前記ホーン内に露出する面には、前記撥水層が形成されている、ことが望ましい。

本発明によれば、受発信器のうちホーン内に露出する面に付着する水滴を低減させることにより、受発信器から発射される電波が散乱することを抑制できる。これにより、受発信器により受信した電波の信号の乱れが抑制される。したがって、水面位置の誤検出を抑制できる。

上記の水位計において、前記受発信器によって受発信された電波であって、前記測定対象において反射された反射波の信号に基づいて、前記受発信器から前記測定対象までの距離を算出する処理部を備え、前記処理部は、少なくとも前記受発信器から前記ホーンの前記先端周縁部までの範囲に対応する反射波の信号を不感帯として処理する、ことが望ましい。

本発明によれば、ホーンのいずれかの位置において反射波のピークが発生した場合であっても、処理部は、反射波のピークを除外、または反射波のピークを見かけ上小さくした上で測定対象の位置を判定して、受発信器から測定対象までの距離を算出できる。したがって、水面位置の誤検出を抑制できる。

本発明のタンクは、上記の水位計が設置されたことを特徴とする。
本発明によれば、水面位置の誤検出が抑制された状態で水を貯留することができる。

本発明によれば、水面位置の誤検出が抑制された水位計およびタンクを提供できる。

実施形態の水位計を含む水位監視システムの構成図である。 実施形態の水位計の正面図である。 ホーンアンテナの半断面図である。 処理部が取得した反射波の波形の一例を示す図である。 処理部の機能構成の一例を示す図である。 比較例の水位計によって取得された反射波の強度とタンクの水位との関係を示す図である。 実施例の水位計によって取得された反射波の強度とタンクの水位との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態の水位計２を含む水位監視システム１の構成図である。なお図１では、水位計２をタンク９０に設置した状態を示す。
図１に示すように、実施形態の水位監視システム１は、タンク９０に貯留された水の水位を監視するシステムである。水位監視システム１は、水位計２と、監視装置３と、ＰＣ４と、を備えている。なお、ＰＣ４は常設でなく、必要な時に水位計２に接続する。

水位計２は、測定対象である水を貯留するタンク９０に設置される。水位計２は、測定対象の測定面に対向するように配置される。すなわち、水位計２は、タンク９０に貯留される水の水面よりも上方に設置される。タンク９０の天板には、上下方向に貫通する貫通孔９１が形成されている。タンク９０は、貫通孔９１の開口縁から上方に向かって延びる円筒部９２と、円筒部９２の上端縁から径方向の外側に向かって張り出すフランジ部９３と、を備える。水位計２は、一部が円筒部９２の内側に配置された状態で、フランジ部９３に取り付けられている。なお、タンク９０は、円筒部９２およびフランジ部９３を備えず、水位計２は、タンク９０の天板に直接取り付けられていてもよい。

図２は、実施形態の水位計２の正面図である。なお、図２では、タンク９０を２点鎖線で示す。
図２に示すように、水位計２は、ホーンアンテナ１０と、処理部２０と、ハウジング３０と、取付部４０と、を備える。

ホーンアンテナ１０は、タンク９０の円筒部９２内に配置されている。ホーンアンテナ１０は、受発信器１１と、ホーン１３と、を備える。受発信器１１は、電波を受発信する。例えば、受発信器１１が受発信する電波は、マイクロ波である。受発信器１１は、電波を測定対象の測定面（水面）に向けて発射する。また、受発信器１１は、測定対象を含む何らかの物体において反射された電波（以下、反射波という。）を受信する。例えば、受発信器１１は、電波の発射方向に向かって先細る円錐状に形成されている。

ホーン１３は、受発信器１１から発射される電波を単一の方向へ放射する。ホーン１３は、例えば金属材料等により形成されている。ホーン１３は、受発信器１１から測定対象に向かって延びる筒状に形成されている。本実施形態では、ホーン１３は、受発信器１１から測定対象に向かって漸次拡径するように延びる、中空の円錐台形状に形成されている。

図３は、ホーンアンテナ１０の半断面図である。
図３に示すように、ホーン１３の先端周縁部１４および内周面１５の全体、並びに受発信器１１のうちホーン１３内に露出する面には、撥水層１７が形成されている。撥水層１７は、その下地を形成する部材よりも撥水性が高い。撥水層１７は、撥水剤を塗布することにより形成される。撥水剤としては、例えばシリコーン系の撥水剤や、フッ素系の撥水剤等を用いることができる。シリコーン系の撥水剤は、例えばジメチルシリコーンオイルを含むものであって、ミストガラコ（株式会社ソフト９９コーポレーション製）が好適に用いられる。

図２に示すように、処理部２０は、受発信器１１を挟んでホーン１３の先端開口とは反対側に設けられている。処理部２０は、タンク９０の外部に配置されている。処理部２０は、電波を受発信器１１から送信させるとともに、受発信器１１において受信した電波を信号処理する。処理部２０は、受発信器１１によって受発信された電波であって、測定対象において反射された反射波の信号に基づいて、受発信器１１から測定対象までの距離を算出する。具体的に、処理部２０は、電波を発射してから反射して戻ってくるまでの時間を測定して、受発信器１１から測定対象までの距離を算出する。処理部２０の具体的な信号処理については後述する。

ハウジング３０は、処理部２０を覆う外装である。ハウジング３０には、監視装置３やＰＣ４（いずれも図１参照）、電源（不図示）等と処理部２０との接続に用いられるコネクタ３１が設けられている。

取付部４０は、例えば、ホーンアンテナ１０とハウジング３０との境界部から張り出すフランジである。取付部４０には、ボルト等の締結部材４１が挿通される貫通孔４２が形成されている。取付部４０は、タンク９０のフランジ部９３上に配置されている。取付部４０は、貫通孔４２に挿通された締結部材４１により、タンク９０のフランジ部９３に締結固定されている。

図１に示すように、監視装置３は、水位計２に接続されている。例えば、監視装置３は、処理部２０から出力された受発信器１１から測定対象までの距離の情報と、予め設定されたタンク９０の底面から受発信器１１までの距離の情報と、に基づいて、タンク９０に貯留された水の水位を算出する。監視装置３は、算出した水位を時系列データとして監視する。なお、監視装置３は、処理部２０から出力された受発信器１１から測定対象までの距離の情報を、直接時系列データとして監視してもよい。

ＰＣ４は、例えばノートＰＣである。ＰＣ４は、ＵＳＢケーブル等を用いて、水位計２に接続される。ＰＣ４は、処理部２０における各種パラメータの設定を行う。また、ＰＣ４は、処理部２０に蓄積されたデータ等を取り込む。なお、ＰＣ４は常設されておらず、必要な時に処理部２０に接続され、各種パラメータの設定やデータ等の取り込みを行う。

次に、処理部２０における信号処理について詳述する。
図４は、処理部２０が取得した反射波の波形の一例を示す図である。図４において、縦軸は反射波の信号強度を示し、横軸は受発信器１１からの距離を示している。なお、横軸に示す受発信器１１からの距離は、電波を発射してから戻ってくるまでの時間に基づいて算出される。

図４に示す例では、受発信器１１からの距離がＸとなる位置に反射波の強度のピークが発生している。すなわち、受発信器１１から距離Ｘの位置に、電波を反射する水面が位置している。

ここで、処理部２０について詳述する。
図５は、処理部２０の機能構成の一例を示す図である。
図５に示すように、処理部２０は、記憶部２１と、信号取得部２２と、判定部２３と、を備える。
記憶部２１は、水位計２の制御に必要な情報やプログラム、反射波の信号の不感帯の設定値等を記憶する。

信号取得部２２は、受発信器１１が電波を発射した後、所定時間間隔毎に反射波の強度を取得する処理を行う。所定時間間隔毎に取得された反射波の強度は、受発信器１１からの所定距離間隔毎の反射波の強度である。なお、反射物が存在しない位置における反射波の強度は、ホワイトノイズ等のノイズを無視した場合０である。信号取得部２２は、少なくとも受発信器１１からホーン１３の先端周縁部１４までの範囲に対応する反射波の信号を不感帯として処理する。

図４に示すように、不感帯は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２を含む。不感帯の第１領域Ｒ１は、第１位置Ａから第２位置Ｂまでの範囲に設定される。不感帯の第２領域Ｒ２は、第２位置Ｂから第３位置Ｃまでの範囲に設定される。強度Ｇ２は、第２位置Ｂから第３位置Ｃに向かう距離に比例して強度Ｇ１から線形に減少し、第３位置Ｃにおいてゼロとなる。不感帯の範囲および強度は、例えばＰＣ４等を介して任意に設定できる。本実施形態では、信号取得部２２は、先端周縁部１４位置で発生する強度ピークが不感帯に収まるように設定している。すなわち、第１位置Ａを受発信器１１の位置とし、第２位置Ｂをホーン１３の先端周縁部１４よりも受発信器１１から離れた位置とする。先端周縁部１４での強度ピークが第２位置Ｂで発生したとしても、その強度ピークの勾配部分は強度Ｇ２以下に収まるように設定する。そして、信号取得部２２は、不感帯処理として、反射波のうち強度が強度Ｇ１，Ｇ２以下の反射波を除外する。なお、信号取得部２２は、不感帯処理として、反射波の強度から強度Ｇ１，Ｇ２減算する処理を行うようにしてもよい。

判定部２３は、反射波の強度のピークを検出し、測定対象の測定面の位置を判定する。ここで、記憶部２１には、あらかじめ測定範囲となる距離範囲（例えば、受発信器１１近傍からタンク９０の底面近傍までの距離範囲など。）が入力されており、この範囲で強度ピークを検出する。

判定部２３は、検出した少なくとも１つの反射波の強度のピークのうち、１つのピークの位置を測定対象の測定面の位置であると判定する。例えば、判定部２３は、少なくとも１つの反射波の強度のピークのうち、最も反射波の強度が高いピークを測定対象の測定面の位置であると判定する。ここで、例えば、判定部２３は、少なくとも１つの反射波の強度のピークのうち、所定の閾値以上のピークのみを判定対象としてもよい。ただし、判定部２３による測定対象の測定面の位置の判定方法は、上述した方法に限定されるものではない。例えば、判定部２３は、半値幅に対する強度の割合が最も高いピーク（すなわち最も鋭いピーク）を測定対象の測定面の位置であると判定してもよい。

次に、本実施形態の水位計２の作用について説明する。
図１から図３に示すように、水位計２は、ハウジング３０がタンク９０の外部に位置し、ホーンアンテナ１０がタンク９０内に位置する状態で、タンク９０に取り付けられている。タンク９０内の空間は、密閉され、タンク９０に貯留された水が揮発して高湿度状態となっている。このため、例えば外気温がタンク９０内の温度よりも低い場合には、ホーン１３がタンク９０内の温度よりも低温になり、ホーン１３の表面に結露が生じる。ホーン１３の内周面１５に結露が生じると、成長した水滴は、重力によりホーン１３の内周面１５上を伝って下降する。下降した水滴は、ホーン１３の先端周縁部１４に付着する。ホーン１３の先端周縁部１４に付着した水滴は、受発信器１１から発射された電波を受発信器１１に向けて反射する可能性がある。これにより、ホーン１３の先端周縁部１４に対応する位置における反射波の強度が局所的に高くなり、水位計２が水面位置を誤検出する可能性がある。また、ホーン１３の内周面１５に付着した水滴においても、受発信器１１から発射された電波が反射し水位計２が水面位置を誤検出する可能性がある。

本実施形態の水位計２では、ホーン１３の先端周縁部１４および内周面１５に、撥水層１７が形成されている。この構成によれば、ホーンに撥水層１７が形成されていない構成と比較して、ホーン１３の表面張力を小さくし、ホーン１３に付着した水滴の接触角を大きくすることができる。これにより、ホーンの内周面に撥水層１７が形成されていない構成と比較して、水滴がホーン１３の内周面１５に付着することなく重力により内周面１５上を勢いよく下降する。よって、水滴は、ホーン１３の先端周縁部１４に留まることなくホーン１３から落下し、ホーン１３の先端周縁部１４への水滴の付着が抑制される。また、ホーン１３の先端周縁部１４に撥水層１７が形成されていない構成と比較して、ホーン１３の先端周縁部１４に付着した水滴が落下しやすくなる。よって、ホーン１３の先端周縁部１４への水滴の付着が抑制される。したがって、ホーン１３の内周面１５および先端周縁部１４における電波の反射が抑制される。

さらに、本実施形態では、受発信器１１のうちホーン１３内に露出する面に撥水層１７が形成されているので、受発信器１１に付着する水滴を低減させることにより、受発信器１１から発射される電波が散乱することを抑制できる。これにより、受発信器１１により受信した電波の信号の乱れが抑制される。

図６は、比較例の水位計によって取得された反射波の強度とタンク９０の水位との関係を示す図である。図７は、実施例の水位計によって取得された反射波の強度とタンク９０の水位との関係を示す図である。なお、実施例の水位計は、本実施形態の水位計２である。比較例の水位計は、本実施形態の水位計２から、ホーン１３および受発信器１１に形成された撥水層１７を省略するとともに、処理部２０の信号取得部２２において不感帯処理を行わないものである。

図６に示す比較例では、比較例の水位計によって取得された反射波の強度には、複数（図示の例では２つ）のピークが存在する。ここで、２つのピークを水位計の受発信器１１に近い順に、第１ピークＰ１、第２ピークＰ２と称する。第１ピークＰ１は、水位計のホーン１３の先端周縁部１４に対応する位置に生じている。第２ピークＰ２は、タンク９０内の水面に対応する位置に生じている。図示の例では、第１ピークＰ１は、第２ピークＰ２よりも強度が大きく、処理部２０の判定部２３は、第１ピークＰ１が水面の位置に対応すると誤判定する可能性がある。

図７に示す実施例では、第１ピークＰ１の強度が図６に示す比較例における第１ピークＰ１の強度よりも低下している。また、実施例では、処理部２０の信号取得部２２は、少なくとも受発信器１１からホーン１３の先端周縁部１４までの範囲に対応する反射波の信号を不感帯として処理する。このため、処理部２０は、反射波の第１ピークＰ１を除去した上で、水面の位置を判定して、受発信器１１から水面までの距離を算出できる。

以上により、本実施形態の水位計２によれば、水面位置の誤検出を抑制できる。また、本実施形態のタンク９０によれば、水位計２が設置されているので、水面位置の誤検出が抑制された状態で水を貯留することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、撥水層１７がホーン１３の先端周縁部１４および内周面１５の全体に形成されているが、これに限定されない。撥水層は、ホーン１３の先端周縁部１４および内周面１５のうちいずれか一方のみに形成されていてもよい。また、撥水層は、ホーン１３の内周面１５のうち一部（例えば下端部）だけに形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、ホーンアンテナ１０のホーン１３は、受発信器１１から測定対象に向かって漸次拡径するように延びているが、これに限定されない。例えば、ホーンの少なくとも一部は、略一定の内径で延びる円筒状に形成されていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

２…水位計 １１…受発信器 １３…ホーン １４…先端周縁部 １５…内周面 １７…撥水層 ２０…処理部 ９０…タンク

Claims (4)

1. 電波を受発信する受発信器と、
   前記受発信器から測定対象に向かって延びる筒状のホーンと、を備え、
   前記ホーンの先端周縁部および内周面のうち少なくともいずれか一方には、撥水層が形成されている、
   ことを特徴とする水位計。
2. 前記受発信器のうち前記ホーン内に露出する面には、前記撥水層が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の水位計。
3. 前記受発信器によって受発信された電波であって、前記測定対象において反射された反射波の信号に基づいて、前記受発信器から前記測定対象までの距離を算出する処理部を備え、
   前記処理部は、少なくとも前記受発信器から前記ホーンの前記先端周縁部までの範囲に対応する反射波の信号を不感帯として処理する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水位計。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水位計が設置されたことを特徴とするタンク。

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