JP2020139851A - 液面位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液面位置の検出精度が良い液面位置検出装置を提供する。【解決手段】液面位置検出装置100は、液体に浸り、液体の液面位置に応じて液体に浸る境界が変位する、超音波振動が伝搬する伝搬体10と、伝搬体10の一方の端面部15に設けられて超音波振動を伝搬体10に発生させる振動発生手段20と、振動発生手段20によって発生した超音波振動が伝搬体10の第１箇所から境界を跨いで第２箇所まで伝搬する伝搬時間に基づいて液面位置を検出する検出手段とを備え、伝搬体10は互いに裏表の関係にある２つの伝搬面部11,12と、２つの伝搬面部11,12を繋ぐ２つの側面部14と、２つの伝搬面部11,12を繋ぐとともに、側面視において曲面状をなす底面部と、２つの側面部14を貫通し、一方の端面部15と平行な矩形断面の側面孔17とを備え、伝搬体10は側面孔17の内側面部17a,17bから伝搬面部11,12の表面までの距離ｘが振動発生手段20が発生する表面波の１波長以上とされる。【選択図】図４

Description

本発明は、液面位置検出装置に関する。

液面位置検出装置として、例えば、特許文献１には、伝搬体のうち液体中の部分を伝搬する表面波の音速が、液体から露出している部分を伝搬する表面波の音速よりも遅くなることを利用して液体の液面位置を検出するものが開示されている。

特開平４−８６５２５号公報

特許文献１に開示された液面位置検出装置では、液面位置によっては伝搬体を伝搬する表面波が減衰してＳ／Ｎ比（Signal-Noise ratio）が悪化してしまい、液面位置の検出精度が悪くなる場合がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、液面位置の検出精度が良い液面位置検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る液面位置検出装置は、
液体に浸り、前記液体の液面位置に応じて前記液体に浸る境界が変位する、超音波振動が伝搬する伝搬体と、
前記伝搬体の一方の端面部に設けられて前記超音波振動を前記伝搬体に発生させる振動発生手段と、
前記振動発生手段によって発生した前記超音波振動が前記伝搬体の第１箇所から前記境界を跨いで第２箇所まで伝搬する伝搬時間に基づいて前記液面位置を検出する検出手段と、を備え、
前記伝搬体は、
互いに裏表の関係にある２つの伝搬面部と、
２つの前記伝搬面部を繋ぐ２つの側面部と、
２つの前記伝搬面部を繋ぐとともに、側面視において曲面状をなす底面部と、
２つの前記側面部を貫通し、前記一方の端面部と平行な矩形断面の側面孔と、を備え、
前記伝搬体は、前記側面孔の内側面部から前記伝搬面部の表面までの距離が、前記振動発生手段が発生する表面波の１波長以上とされている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、液面位置の検出精度が良い液面位置検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る液面位置検出装置の概略構成図である。 実施形態に係り、（ａ）は伝搬体及び振動子の正面図、（ｂ）は側面図である。 第１表面波と第２表面波を説明するための模式図である。 検出波を説明するための模式図である。 液面位置検出処理の一例を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る液面位置検出装置について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る液面位置検出装置１００は、図１に示すように、容器８０内に入れられた液体９０の液面９１の位置を検出する装置である。液体９０の量の増減に伴い、液面９１も上下する。

液面位置検出装置１００は、伝搬体１０と、振動子（振動発生手段）２０と、送受信回路（検出手段）３０と、制御部（検出手段）４０と、を備える。

伝搬体１０は、表面波が伝搬するものであり、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの合成樹脂から形成されている。伝搬体１０は、上下方向に長尺な略柱形状（略直方体状）である。伝搬体１０の外面は、振動子２０に向く上面（一方の端面）と、上面とは反対側の底面と、上面と底面を繋ぐとともに互いに裏表の関係となる２つの主面と、上面と底面を繋ぐとともに互いに裏表の関係となる２つの側面と、の６面から主に構成される。

伝搬体１０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、２つの主面のうち一方を含む伝搬面部１１、他方を含む伝搬面部１２と、２つの側面のうち一方を含む側面部１３、他方を含む側面部１４と、上面を含み振動子２０と当接する上面部１５と、底面を含む底面部１６と、を有する。後述のように、表面波Ｗは、伝搬体１０を伝搬するが、伝搬の際には伝搬体１０の表面から表面波Ｗの波長とほぼ同じ深さまで達する。伝搬面部１１や伝搬面部１２は、伝搬体１０の主面だけでなく当該深さをも含む部分である。上面部１５や底面部１６なども同様である。

図２（ｂ）に示すように、側面視において、伝搬面部１１は、上面部１５の一端から垂下する。伝搬面部１２は、上面部１５の他端から垂下する。また、底面部１６は、上面部１５とは反対側において伝搬面部１１と伝搬面部１２とを繋ぐとともに、下方に凸となるＵ字状の滑らかな曲面状をなしている。このように形成された底面部１６は、後述の第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２が伝搬する際、底面部１６で反射することなく底面部１６に沿って伝搬することで、漏洩による損失を低減する。

伝搬体１０は、図２および図４に示すように、上面部１５と底面部１６との中間部（上下方向の中間部）に位置し、表裏の関係の２つの側面部１３，１４を貫通した側面孔１７を有する。側面孔１７は、上面部１５（一方の端面部）と平行な矩形断面の直方体状にくり抜かれて形成されている。側面孔１７は、側面視において、伝搬面部１１と伝搬面部１２との間に位置する。

側面孔１７は、一方の側面部１３から他方の側面部１４に向かって、直方体状にくり抜かれた部分であり、内側面部１７ａ，１７ｂと、内上面部１７ｃおよび内底面部１７ｄと、による矩形断面を有する。側面孔１７は、伝搬面部１１，１２を伝搬する表面波Ｗの近くに発生して不要波となっている内部伝搬波（検出波Ｄ）と表面波Ｗとを切り分けることで、ノイズ成分を減少して液面検出精度を向上する。また、側面孔１７によって伝搬体１０内を伝搬する内部伝搬波（検出波Ｄ）を反射させることで検出波Ｄの伝搬速度から伝搬体１０の温度を計測する。伝搬体１０の計測（検出）した温度を、表面波Ｗによる液面位置（液面９１の位置）を検出する際の温度補正に利用する。これにより、従来の液面位置検出装置に設けていたサーミスタチップなどからなる温度センサを設けずに済む。

内側面部１７ａは、伝搬面部１１の裏側に位置する。内側面部１７ｂは、伝搬面部１２の裏側に位置する。内側面部１７ａと内側面部１７ｂとは互いに対向している。内上面部１７ｃは、上面部１５と平行な裏側に位置する。内底面部１７ｄは、上面部１５と平行に位置し、内上面部１７ｃと対向している。側面孔１７は、横断面が矩形状となっている。

側面孔１７は、内側面部１７ａから伝搬面部１１の表面までの距離ｘが、振動発生手段を構成する振動子２０が発生する表面波Ｗの１波長以上とされ、内側面部１７ｂから伝搬面部１２の表面までの距離ｘも振動発生手段を構成する振動子２０が発生する表面波Ｗの１波長以上とされている。こうすることで、伝搬面部１１，１２を伝搬する表面波Ｗが伝搬する伝搬体１０の厚さ（深さ）を確保して、エネルギーロスを少なくし、液面検出のためのＳ／Ｎ比を向上して液面位置の検出精度を向上することができる。また、振動子２０からの伝搬体１０を伝搬する内部伝搬波（検出波Ｄ）は、後述するように、側面孔１７によって反射されて底面部１６に向かって伝搬されることがなく、表面波Ｗと切り分けられて分離されることで、ノイズ成分を減らして表面波Ｗによる液面位置の検出精度を向上することができる（図４参照）。さらに、側面孔１７によって液面位置（液面９１の位置）に関係なく伝搬体１０の温度に依存する検出波Ｄの音速から伝搬体１０の温度を求めることができ、温度センサなどを設けることなく、液面位置検出装置１００の温度補正を行うことができる。
なお、内側面部１７ａから伝搬面部１１の表面までの距離ｘは、超音波が伝搬される１波長以上とすれば良く、例えば、表面波周波数を５００ｋＨｚとした場合、伝搬体１０をＰＰＳとすれば、室温での音速が約９５０ｍ／ｓであることから、１波長は、約１．９ｍｍとなる。これにより、距離ｘは、例えば１．９ｍｍ以上とする。

側面孔１７は、内上面部１７ｃと内底面部１７ｄとの距離ａが、振動発生手段を構成する振動子２０が発生する表面波Ｗの１波長以下とされている。側面孔１７は、内上面部１７ｃと内底面部１７ｄとの距離ａ、すなわち側面孔１７の孔の高さａが、振動子２０が発生する表面波Ｗの１波長以下とされている。これにより、側面孔１７の高さａを小さくすることで側面孔１７の外側の伝搬面部１１，１２を伝搬する伝搬体１０の厚さ（表面からの深さ）への影響を小さくして、表面波Ｗのエネルギーロスを抑えることができ、液面検出のためのＳ／Ｎ比を向上して、液面位置の検出精度を向上することができる。
なお、内上面部１７ｃと内底面部１７ｄとの距離ａは、超音波が伝搬される１波長以下とすれば良く、例えば、表面波周波数を５００ｋＨｚとした場合、伝搬体１０をＰＰＳとすれば、室温での音速が約９５０ｍ／ｓであることから、１波長は、約１．９ｍｍとなる。これにより、距離ａは、例えば１．９ｍｍ以下とする。

伝搬体１０は、図１に示すように、側面部１３及び側面部１４で容器８０に設けられた固定部材８１、８２に挟まれることによって固定されている。なお、伝搬体１０は、表面波Ｗの伝搬を阻害しないように、表面波Ｗが伝搬する伝搬面部１１及び伝搬面部１２以外の部分で固定されれば、その固定方法は任意である。

伝搬体１０は、図１に示すように、底面部１６の下端が容器８０の底面から距離（長さ）ｄだけ離間して配置される。伝搬体１０における、上面部１５の上端から液面９１までの上下方向に沿った長さ（伝搬体１０が液体９０に浸っていない部分である第１部分１０ａの長さ）Ｌ１と、底面部１６の下端から液面（境界）９１までの上下方向に沿った長さ（伝搬体１０が液体９０に浸っている部分である第２部分１０ｂの長さ）Ｌ２とは、液体９０の増減によって変化する。

振動子２０は、図３に示すように、例えば、横波トランスデューサであり、回路基板に実装された圧電素子などを含んで構成される。振動子２０は、伝搬体１０の上面部１５に押しつけられ、伝搬体１０の伝搬面部１１及び伝搬面部１２に表面波Ｗを発生させる。

以下では、振動子２０が伝搬面部１１に発生させる表面波Ｗを第１表面波Ｗ１とし、伝搬面部１２に発生させる表面波Ｗを第２表面波Ｗ２とする。また、第１表面波Ｗ１と第２表面波Ｗ２とを区別なく、単に表面波Ｗとすることもある。

振動子２０は、伝搬体１０に第１表面波Ｗ１を発生させるとともに、第２表面波Ｗ２を受ける第１送受波部２１と、伝搬体１０に第２表面波Ｗ２を発生させるとともに、第１表面波Ｗ１を受ける第２送受波部２２と、を有する。

第１送受波部２１は、送受信回路３０から供給される電気信号によって振動する。第１送受波部２１の振動は、伝搬体１０に伝達され、伝搬面部１１の上端に第１表面波Ｗ１が発生する。発生した第１表面波Ｗ１は、図３に示すように、伝搬面部１１の下端へ向かって伝搬し、前記のように滑らかな曲面を有する底面部１６に沿って伝搬した後、伝搬面部１２の上端へ向かって伝搬する。伝搬面部１２の上端へ到達した第１表面波Ｗ１は、第２送受波部２２を振動させる。第２送受波部２２は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。

第２送受波部２２は、送受信回路３０から供給される電気信号によって振動する。第２送受波部２２の振動は伝搬体１０に伝達され、伝搬面部１２の上端に第２表面波Ｗ２が発生する。発生した第２表面波Ｗ２は、図３に示すように、伝搬面部１２の下端へ向かって伝搬し、前記のように滑らかな曲面を有する底面部１６に沿って伝搬した後、伝搬面部１１の上端へ向かって伝搬する。伝搬面部１１の上端へ到達した第２表面波Ｗ２は、第１送受波部２１を振動させる。第１送受波部２１は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。

この実施形態では、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２は、超音波（例えば、２０ＫＨｚ以上の音波であればよい。）のパルス（超音波パルス）となっている。また、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２は、レイリー波もしくはショルテ波である。なお、振動子２０は、圧電素子と伝搬体１０との間に介在され、振動の伝わりを効率良くするための超音波用接触媒質を含んでいてもよい。

送受信回路３０は、図１に示すように、振動子２０に接続される。送受信回路３０は、超音波発生回路として、表面波Ｗとして超音波パルスを発生させる電気信号を振動子２０に供給し、振動子２０を振動させる。送受信回路３０は、超音波受信回路として、振動子２０から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。

具体的には、送受信回路３０は、図３に示すように、第１表面波Ｗ１の送波用の電気信号を第１送受波部２１に供給し、第１送受波部２１を振動させる。また、第１表面波Ｗ１を受けた第２送受波部２２から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。また、送受信回路３０は、第２表面波Ｗ２の送波用の電気信号を第２送受波部２２に供給し、第２送受波部２２を振動させる。また、第２表面波Ｗ２を受けた第１送受波部２１から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。

制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、タイマなどから構成されるマイクロコンピュータ、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器などを含んで構成される。制御部４０は、図１に示すように、送受信回路３０に接続される。制御部４０は、送受信回路３０を制御し、送受信回路３０から電気信号を振動子２０の第１送受波部２１と第２送受波部２２の各々に供給させる。これにより、第１表面波Ｗ１を伝搬面部１１に発生させ、第２表面波Ｗ２を伝搬面部１２に発生させる。また、制御部４０は、送受信回路３０で増幅、変換された、振動子２０の第１送受波部２１と第２送受波部２２の各々からの電気信号を受け取り、受け取った電気信号に基づいて、後述のように、液面位置を検出する。また、制御部４０は、液面位置検出装置１００の外部の外部装置６０とデータのやり取りが可能になっている。液面位置検出装置１００の液面位置検出のための構成は、以上の通りである。

このように構成された液面位置検出装置１００の動作を、制御部４０が実行する液面位置検出処理（図５参照）を中心に説明する。例えば、制御部４０のＣＰＵが、ＲＡＭをメインメモリとして、ＲＯＭに格納されているプログラムに従って、及びＲＯＭに格納されている各種データを用いて、液面位置検出処理を実行する。制御部４０は、例えば、外部装置６０からの指令に基づいて、液面位置検出処理を開始する。なお、液面位置検出装置１００の側面孔１７による温度測定および測定温度に基づく温度補正については、液面位置検出処理の説明の後に説明する。

（液面位置検出処理）
液面位置検出処理を開始すると、図５にフローチャートを示すように、制御部４０は、送受信回路３０を介して第１送受波部２１を振動させ、伝搬面部１１の上端に第１表面波Ｗ１を発生させる（ステップＳ１）。

発生した第１表面波Ｗ１は、図３に示すように、伝搬面部１１の下端へ向かって伝搬し、滑らかな曲面を有する底面部１６に沿って伝搬した後、伝搬面部１２の上端へ向かって伝搬する。伝搬面部１２の上端へ到達した第１表面波Ｗ１は、第２送受波部２２を振動させる。第２送受波部２２は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。送受信回路３０は、供給された電気信号を増幅、変換して制御部４０に供給する。以下では、この増幅、変換された電気信号（つまり、底面部１６への伝搬を経て第２送受波部２２に到達する第１表面波Ｗ１が、第２送受波部２２に発生させる振動を示す電気信号）を、第１伝搬波信号とする。このように、第１送受波部２１から送られた第１表面波Ｗ１は、第２送受波部２２に到達する間に、気体に接触する第１部分１０ａと液体９０に接触する第２部分１０ｂとの境界を二回跨いで伝搬する。

続いて、制御部４０は、ステップＳ１の処理を行ってから第１伝搬波信号を受信するまでの期間を計測するために、タイマを初期値の０に設定する（ステップＳ２）。当該期間は、第１送受波部２１が第１表面波Ｗ１を発生させたタイミングから、第２送受波部２２が第１表面波Ｗ１を受けるタイミングまでの期間であり、要するに、第１送受波部２１から第２送受波部２２までの第１表面波Ｗ１の伝搬時間（以下、第１伝搬時間とする。）である。

続いて、制御部４０は、送受信回路３０から第１伝搬波信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ３）。この判別は、適宜の方法で行うことができるが、例えば、制御部４０は、第２送受波部２２から供給されて送受信回路３０で増幅、変換された電気信号を取得し、取得した電気信号の電圧に基づく値（例えば、電圧値、電圧値の２乗の所定期間における平均値、前記電圧値又は前記平均値の変化度、電気信号の振幅など）が予めＲＯＭ内に格納された閾値以上となったか否かを判別する。例えば、予め実験によって第１伝搬波信号を測定しておき、測定結果に基づいて閾値を定めておけばよい。そして、制御部４０は、電気信号の電圧に基づく値が閾値以上となった場合に、第１伝搬波信号を受信した（ステップＳ３；Ｙｅｓ）と判別する。一方、制御部４０は、電気信号の電圧に基づく値が閾値未満である場合は、第１伝搬波信号を受信していない（ステップＳ３；Ｎｏ）と判別する。

第１伝搬波信号を未だ受信していない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、制御部４０は、タイマのタイマ値を＋１などして更新し（ステップＳ４）、再度ステップＳ３の処理を実行する。これにより、制御部４０は、第１伝搬波信号を受信するまで計時を行う。

第１伝搬波信号を受信した場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御部４０は、現在のタイマ値を第１伝搬時間として、例えばＲＡＭに記憶する（ステップＳ５）。

続いて、制御部４０は、送受信回路３０を介して第２送受波部２２を振動させ、伝搬面部１２の上端に第２表面波Ｗ２を発生させる（ステップＳ６）。

発生した第２表面波Ｗ２は、図３に示すように、伝搬面部１２の下端へ向かって伝搬し、滑らかな曲面を有する底面部１６に沿って伝搬した後、伝搬面部１１の上端へ向かって伝搬する。伝搬面部１１の上端へ到達した第２表面波Ｗ２は、第１送受波部２１を振動させる。第１送受波部２１は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。送受信回路３０は、供給された電気信号を増幅、変換して制御部４０に供給する。以下では、この増幅、変換された電気信号（つまり、底面部１６への伝搬を経て第１送受波部２１に到達する第２表面波Ｗ２が、第１送受波部２１に発生させる振動を示す電気信号）を、第２伝搬波信号とする。このように、第２送受波部２２から送られた第２表面波Ｗ２は、第１送受波部２１に到達する間に、気体に接触する第１部分１０ａと液体９０に接触する第２部分１０ｂとの境界を二回跨いで伝搬する。

続いて、制御部４０は、ステップＳ６の処理を行ってから第２伝搬波信号を受信するまでの期間を計測するために、タイマを初期値の０に設定する（ステップＳ７）。当該期間は、第２送受波部２２が第２表面波Ｗ２を発生させたタイミングから、第１送受波部２１が第２表面波Ｗ２を受けるタイミングまでの期間であり、要するに、第２送受波部２２から第１送受波部２１までの第２表面波Ｗ２の伝搬時間（以下、第２伝搬時間とする。）である。なお、以下では、第１伝搬時間と第２伝搬時間とを区別なく、単に伝搬時間とすることもある。

続いて、制御部４０は、送受信回路３０から第２伝搬波信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ８）。この判別は、ステップＳ３と同様な手法で行われ、第２伝搬波信号を未だ受信していない場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、制御部４０は、タイマのタイマ値を＋１などして更新し（ステップＳ９）、再度ステップＳ８の処理を実行する。これにより、制御部４０は、第２伝搬波信号を受信するまで計時を行う。

第２伝搬波信号を受信した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、制御部４０は、現在のタイマ値を第２伝搬時間として、例えばＲＡＭに記憶する（ステップＳ１０）。

続いて、制御部４０は、ステップＳ５で記憶した第１伝搬時間と、ステップＳ１０で記憶した第２伝搬時間とに基づいて、液面９１の位置（液面位置）を特定する（ステップＳ１１）。

例えば、第１伝搬時間と第２伝搬時間と液面９１の位置との関係を予め実験などで特定し、特定した関係をテーブル又は演算式としてＲＯＭに格納しておく。制御部４０は、ＲＯＭに格納されたテーブル又は演算式と、第１伝搬時間及び第２伝搬時間に基づいて液面位置を特定する。

なお、制御部４０は、第１伝搬時間に基づいて液面位置を特定するためのテーブル又は演算式を用いて、第１伝搬時間に基づく液面位置（以下、第１液面位置とする）を特定し、第２伝搬時間に基づいて液面位置を特定するためのテーブル又は演算式を用いて、第２伝搬時間に基づく液面位置（以下、第２液面位置とする）を特定してもよい。つまり、制御部４０は、第１液面位置と第２液面位置の各々を特定してもよい。そして、第１液面位置と第２液面位置の平均（単純平均でも加重平均でもよい）を、今回検出すべき液面位置としてもよい。なお、加重平均を求める場合は、予め実験などにより、第１液面位置と第２液面位置との各々の重み付け定数を求めておけばよい。また、第１液面位置と第２液面位置のいずれかが、エラー値を示している場合は、エラー値を示していない方を、今回検出すべき液面位置としてもよい。

続いて、制御部４０は、ステップＳ１１で特定した液面９１の位置を外部装置６０に出力する（ステップＳ１２）。外部装置６０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＯＬＥＤ(Organic Light Emitting Diode）などの画像表示ディスプレイを含み、当該画像表示ディスプレイに、液面９１の位置を表示する。こうして、液面位置検出装置１００による液面位置検出処理は完了する。

なお、伝搬体１０を合成樹脂で形成した場合は、液体９０に接触する第２部分１０ｂを伝搬する表面波Ｗの伝搬速度（以下、第２音速という）が、空気に接触する第１部分１０ａを伝搬する表面波Ｗの伝搬速度（以下、第１音速という）よりも遅くなることが知られている。このため、タイマで計測される伝搬時間（第１伝搬時間、第２伝搬時間）は、第２部分１０ｂの長さＬ２が長いほど、長くなる。つまり、容器８０に多く液体９０が入っており容器８０の底面からの液面９１の位置が高いほど、伝搬時間も長くなる。伝搬体１０を形成する合成樹脂としては、表面波Ｗの伝搬時間を検出することができれば、その組成は限定されるものではないが、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）の他に、ポリエチレン、ポリスチレンなどを採用することができる。なお、当該合成樹脂としては、表面波Ｗの伝搬波を観測しやすいＰＰＳが好適であると考えられる。

制御部４０は、液体９０の液面９１の位置に応じて液体接触部分（第２部分１０ｂ）が長くなるほど、長くなる伝搬時間を検出し、検出した伝搬時間に基づいて液面９１の位置を検出する。液面９１の位置は、例えば、伝搬体１０が液体９０に浸る第２部分１０ｂの長さＬ２や、容器８０の底面から液面９１の高さや、長さＬ２や液面９１の高さに応じた値などで表されればよい。容器８０の底面から液面９１の高さは、液体９０の深さであり、長さＬ２＋長さｄ（図１参照）で求められる。

これまでの底面部１６が滑らかな曲面状でなく、四角柱などで構成される伝搬体１０では、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２が底面部１６で反射する。このため表面波Ｗの漏洩が生じ、損失となる。一方、液面位置検出装置１００は、底面部１６を滑らかな曲面状にすることで、第１表面波Ｗ１、第２表面波Ｗ２が底面部１６で反射せず、表面波Ｗの漏洩が生じないため、底面部１６での損失がなく、振動子２０が受ける表面波Ｗの減衰が少ないため、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。

なお、上記実施形態では、制御部４０は、第１表面波Ｗ１と第２表面波Ｗ２を異なるタイミングで発生させるようにしたが、同時に発生させて液面位置検出処理を実行してもよい。この場合には、第１、第２伝搬波信号は重畳されて伝搬波信号として観測（受信）される。すなわち、第１表面波Ｗ１と、第２表面波Ｗ２を同時に発生させることによって、振動子２０が受ける表面波Ｗの振幅が大きくなり、Ｓ／Ｎ比を更に改善することができる。

（温度補正処理）
次に、液面位置検出装置１００の伝搬体１０に設けた側面孔１７による温度測定および温度補正について、主に図４を参照して説明する。

振動発生手段を構成する振動子２０は、図４に示すように、第１送受波部２１及び第２送受波部２２の他に、第３送受波部２３を備える。第３送受波部２３は、伝搬体１０の上面部１５の平面中央部、例えば第１送受波部２１と第２送受波部２２の間に押し当てられる。第３送受波部２３は、上面部１５を介して伝搬体１０の内部を伝搬する内部伝搬波（検出波Ｄ）を発生する。

第３送受波部２３は、図４に示すように、伝搬体１０に内部伝搬波となる検出波Ｄを発生させるとともに、側面孔１７の内上面部１７ｃで反射した検出波Ｄを受ける。

第３送受波部２３は、送受信回路３０から供給される電気信号によって振動する（図１参照）。第３送受波部２３の振動は、伝搬体１０に伝達され、上面部１５に検出波Ｄが発生する。発生した検出波Ｄは、図４に示すように、伝搬体１０の下端へ向かって伝搬し、側面孔１７の内上面部１７ｃで反射した後、伝搬体１０の上端へ向かって伝搬する。上面部１５へ到達した検出波Ｄは、第３送受波部２３を振動させる。第３送受波部２３は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。

第３送受波部２３が受ける検出波Ｄは、内部伝搬波であり、液面９１の位置に関係なく、伝搬体１０の温度に依存して音速が変化する。この検出波Ｄを用いて、伝搬体１０の温度を検出し、検出した温度を、表面波（第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２）Ｗを検出する際の温度補正に利用する。このため、従来の液面位置検出装置に設けていたサーミスタチップなどからなる温度センサを設けずに済む。

送受信回路３０は、検出波Ｄの送波用の電気信号を第３送受波部２３に供給し、第３送受波部２３を振動させる。また、検出波Ｄを受けた第３送受波部２３から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。

制御部４０は、送受信回路３０を介して、第３送受波部２３を駆動制御する。また、制御部４０は、送受信回路３０で増幅、変換された、第３送受波部２３からの電気信号を受け取り、受け取った電気信号に基づいて伝搬体１０の温度を検出する。

制御部４０は、前述の液面位置検出処理で説明した手法と同様な手法で、検出波Ｄの伝搬時間を検出する。

具体的には、制御部４０は、第３送受波部２３で検出波Ｄを発生させてから、内上面部１７ｃで反射した後に、第３送受波部２３が検出波Ｄを受けるまでの時間をタイマ値に基づいて特定する。そして、特定した時間を検出時間としてＲＡＭに記憶する。制御部４０は、このようにして得た、検出時間に基づいて、伝搬体１０の温度を特定（検出）する。

前記のように、検出波Ｄは、液面９１の位置に関係なく、伝搬体１０の温度に依存して音速が変化するため、検出時間も、液面９１の位置に関係なく、伝搬体１０の温度に依存して変化する。この特性を利用して、例えば、検出時間と伝搬体１０の温度との関係を予め実験などで特定し、特定した関係をテーブル又は演算式としてＲＯＭに格納しておく。制御部４０は、ＲＯＭに格納されたテーブル又は演算式と、検出時間に基づいて伝搬体１０の温度を特定する。

そして、制御部４０は、以上のように特定（検出）した伝搬体１０の温度に基づいて、第１伝搬時間と第２伝搬時間の温度補正を行う。音速は、温度依存性があり、伝搬体１０の温度に応じて変化する。つまり、第１伝搬時間と第２伝搬時間も伝搬体１０の温度に応じて変化する。このため、液面位置の検出精度を保つには、当該温度補正が必要となる。例えば、伝搬体１０の温度と、伝搬時間の補正量や補正係数とを対応付けて構成されるテーブルを予めＲＯＭ内に格納しておき、制御部４０は、テーブルを参照して、特定した伝搬体１０の温度に応じた補正量や補正係数を取得すればよい。そして、制御部４０は、第１伝搬時間と第２伝搬時間との各々に、取得した補正量を加減する演算や、補正係数を乗算する演算を行うことで、第１伝搬時間と第２伝搬時間の温度補正を行えばよい。

なお、伝搬体１０の温度と、液面位置の補正量や補正係数とを対応付けて構成されるテーブルを予めＲＯＭ内に格納しておき、第１伝搬時間や第２伝搬時間に基づいて特定した液面位置を補正してもよい。また、制御部４０は、テーブルに限らず、音速の温度依存性を表す式（近似式であってもよい）をＲＯＭ内に格納しておき、当該式を用いて、伝搬時間または液面位置の補正量や補正係数を求めてもよい。伝搬時間や液面位置の温度補正手法は、公知のテーブル校正法や演算法を適宜用いることができ、任意である。

また、以上の温度補正処理は、検出波Ｄが、第１表面波Ｗ１や第２表面波Ｗ２と干渉しない限りにおいては、前述の液面位置検出処理の中に組み込み、検出波Ｄの発生タイミングを、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２の発生タイミングと同時にしてもよい。また、温度補正処理は、液面位置検出処理とは独立した処理として実行されてもよい。

本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

（変形例）
以上では、第１送受波部２１と第２送受波部２２とが上面部１５に当接する構成例を説明したが、第１送受波部２１を、伝搬面部１１と当接して設け、第２送受波部２２を、伝搬面部１２と当接して設ける振動発生手段を分離した構成を採用してもよい。

また、検出波Ｄを発生する第３送受波部２３に加えてさらに送受波部を設けて複数で構成してもよく、各送受波部による検出波によって温度補正処理を行うようにしてもよい。

液面位置検出は、液面９１の詳細な位置を検出すること（上記のように、容器８０の底面からの液面９１の高さを検出すること）のほか、液面９１の位置を何段階かに分けて現在の液面９１の位置がどの段階に属するかを検出することなども含む。また、制御部４０が液面位置検出後に外部装置６０に表示させる画像等の表示は、液面位置そのものを示していなくともよく、液面位置に応じた液体９０の量を示していてもよい。

また、伝搬体１０は合成樹脂製であり、液体９０の液面位置に応じて第２部分１０ｂ（液体接触部分）が長くなるほど伝搬時間が長くなることが好ましく、第２部分１０ｂを伝搬する表面波Ｗの速さと、第１部分１０ａ（液体９０から露出する部分）を伝搬する表面波Ｗの速さとの差がより顕著となる方が好ましい。しかしながら、以上に説明した手法で液面位置を検出することができれば、伝搬体１０を金属で構成してもよい。

液面位置検出対象の液体９０の種類は、水、ガソリン、洗浄液などに限られず任意であり、液体９０であれば良く、単一の液体９０だけでなく、複数の液体９０が混合されているものであってもよい。また、液体９０と微粒子などが分散されたコロイド溶液であってもよい。また、液面９１の上は空気以外の他の気体であってもよく、真空であってもよい。

例えば、容器８０は、車両に搭載される燃料タンクであってもよい。この場合、液体９０は、ガソリンなどの燃料になる。このような場合、伝搬体１０は、例えば、燃料タンクに取り付けられる、燃料タンクから燃料を取り出す燃料ポンプを備える燃料圧送ユニットなどに取り付けられてもよい。なお、このような燃料タンクの場合、耐薬品性などの観点から伝搬体１０として使用される樹脂は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）が用いられることが多いが、これらの中では、検出信号のＳ／Ｎ比が良いＰＰＳを用いることが好ましい。

ＰＰＳとしては、直鎖型、架橋型、反架橋型などがあり、さらに、ガラス繊維や無機フィラーなどのフィラー（添加材料）を添加したものなどがあるが、伝搬体１０に用いるＰＰＳとしては各種のＰＰＳを用いることができる。直鎖型、架橋型、反架橋型などの違い、フィラーの添加の有無やフィラーの種類の違いなどによる、表面波や板波の伝搬の状態（例えば、Ｓ／Ｎ比が良好なこと、表面波又は板波の音速など）への影響は小さいものと考えられる。

表面波は、レイリー波以外のものであってもよい。表面波は、超音波よりも低い周波数の音波であってもよい。また、表面波は、パルス波でなくてもよく、例えば、バースト波などであってもよい。また、板波もパルス波やバースト波などであればよい。

以上、説明したように液面位置検出装置１００は、液体９０に浸り、液体９０の液面位置（液面９１の位置）に応じて液体９０に浸る境界が変位する、超音波振動が伝搬する伝搬体１０と、伝搬体１０の一方の端面部１５に設けられて超音波振動を伝搬体１０に発生させる振動発生手段２０と、振動発生手段２０によって発生した超音波振動が伝搬体１０の第１箇所から境界を跨いで第２箇所まで伝搬する伝搬時間に基づいて液面位置を検出する検出手段（送受信回路３０と制御部４０）と、を備え、伝搬体１０は、互いに裏表の関係にある２つの伝搬面部１１，１２と、２つの伝搬面部１１，１２を繋ぐ２つの側面部１３，１４と、２つの伝搬面部１１，１２を繋ぐとともに、側面視において曲面状をなす底面部１６と、２つの側面部１３，１４を貫通し、一方の端面部１５と平行な矩形断面の側面孔１７と、を備え、伝搬体１０は、側面孔１７の内側面部１７ａ，１７ｂから伝搬面部１１，１２の表面までの距離ｘが、振動発生手段２０が発生する表面波Ｗの１波長以上とされている。
かかる構成によれば、伝搬面部１１，１２を伝搬する表面波Ｗの伝搬する伝搬体１０の厚さ（深さ）を確保して、エネルギーロスを少なくすることができ、液面検出のためのＳ／Ｎ比を向上して液面位置の検出精度を向上することができる。
また、振動子２０からの伝搬体１０を伝搬する内部伝搬波（検出波Ｄ）は、側面孔１７によって反射されて底面部１６に向かって伝搬されることがなく、表面波Ｗと切り分けられて分離されることで、ノイズ成分を減らして表面波Ｗによる液面位置の検出精度を向上することができる。
さらに、側面孔１７によって液面位置に関係なく伝搬体１０の温度に依存する検出波Ｄの音速から伝搬体１０の温度を計測することができ、温度センサなどを設けることなく、液面位置検出装置１００の温度補正を行うことができる。

液面位置検出装置１００は、伝搬体１０が備える側面孔１７の内上面部１７ｃと内底面部１７ｄとの距離ａが、振動発生手段２０が発生する表面波Ｗの１波長未満とされている。
かかる構成によれば、側面孔１７の内上面部１７ｃと内底面部１７ｄとの距離（側面孔１７の高さ）ａを小さくすることで、側面孔１７の外側の伝搬面部１１，１２を伝搬する伝搬体１０の厚さへの影響を小さくして、表面波Ｗのエネルギーロスを抑えることができ、液面検出のためのＳ／Ｎ比を向上して、液面位置の検出精度を向上することができる。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１００…液面位置検出装置
１０…伝搬体
１０ａ…第１部分
１０ｂ…第２部分
１１…伝搬面部（第１主面部の一例）
１２…伝搬面部（第２主面部の一例）
１３，１４…側面部
１５…上面部（端面部）
１６…底面部
１７…側面孔
１７ａ，１７ｂ…内側面部
１７ｃ…内上面部
１７ｄ…内底面部
２０…振動子（振動発生手段）
２１…第１送受波部
２２…第２送受波部
Ｗ１…第１表面波
Ｗ２…第２表面波
２３…第３送受波部
Ｄ…検出波
３０…送受信回路（検出手段）
４０…制御部（検出手段）
ｄ…容器底面から伝搬体底面部までの距離
Ｌ１…伝搬体が液体に浸っていない部分の長さ
Ｌ２…伝搬体が液体に浸る部分の長さ
ａ…高さ（距離）
ｘ…距離

Claims (2)

1. 液体に浸り、前記液体の液面位置に応じて前記液体に浸る境界が変位する、超音波振動が伝搬する伝搬体と、
   前記伝搬体の一方の端面部に設けられて前記超音波振動を前記伝搬体に発生させる振動発生手段と、
   前記振動発生手段によって発生した前記超音波振動が前記伝搬体の第１箇所から前記境界を跨いで第２箇所まで伝搬する伝搬時間に基づいて前記液面位置を検出する検出手段と、を備え、
   前記伝搬体は、
   互いに裏表の関係にある２つの伝搬面部と、
   ２つの前記伝搬面部を繋ぐ２つの側面部と、
   ２つの前記伝搬面部を繋ぐとともに、側面視において曲面状をなす底面部と、
   ２つの前記側面部を貫通し、前記一方の端面部と平行な矩形断面の側面孔と、を備え、
   前記伝搬体は、前記側面孔の内側面部から前記伝搬面部の表面までの距離が、前記振動発生手段が発生する表面波の１波長以上とされている、
   ことを特徴とする液面位置検出装置。
2. 前記伝搬体は、前記側面孔の内上面部と内底面部との距離が、前記振動発生手段が発生する表面波の１波長未満とされている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液面位置検出装置。

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