JP2022068840A - 表面波検出装置、液面位置検出装置、液種特定装置、溶液濃度検出装置及び液滴検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面波のＳＮ比が良好な表面波検出装置、液面位置検出装置、液種特定装置、溶液濃度検出装置及び液滴検出装置を提供する。
【解決手段】表面波検出装置１は、伝搬体１０と圧電素子３０を備える。伝搬体１０は、表面波Ｗｓが伝搬する伝搬面１１を有する。圧電素子３０は、伝搬体１０に振動を与えて表面波Ｗｓを発生させるとともに反射した表面波Ｗｓを検出する。伝搬面１１は、所定方向に延びる帯状をなす。伝搬体１０は、伝搬面１１が向く方向に突起するとともに所定方向に延びる第１リブＲ１及び第２リブを有する。第１リブＲ１及び第２リブは、伝搬面１１の幅方向において伝搬面１１を挟んで互いに対向する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面波検出装置、液面位置検出装置、液種特定装置、溶液濃度検出装置及び液滴検出装置に関する。

例えば、特許文献１、２には、伝搬体に振動を与えて表面波を発生させるとともに、反射した表面波を検出する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術は、検出した表面波の伝搬時間に基づいて伝搬体が浸る液体の液面位置を検出する。また、特許文献２に記載の技術は、検出した表面波の伝搬時間に基づいて伝搬体が浸る液体の種類を特定する。

特開平４－８６５２５号公報 特開２０１８－５４３２１号公報

特許文献１、２に記載の伝搬体の構造では、検出される表面波のＳＮ比が悪化するおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、表面波のＳＮ比が良好な表面波検出装置、液面位置検出装置、液種特定装置、溶液濃度検出装置及び液滴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、本発明の第１の観点に係る表面波検出装置は、
表面波が伝搬する伝搬面を有する伝搬体と、
前記伝搬体に振動を与えて前記表面波を発生させるとともに反射した前記表面波を検出する圧電素子と、を備え、
前記伝搬面は、所定方向に延びる帯状をなし、
前記伝搬体は、前記伝搬面が向く方向に突起するとともに前記所定方向に延びる第１リブ及び第２リブを有し、
前記第１リブ及び前記第２リブは、前記伝搬面の幅方向において前記伝搬面を挟んで互いに対向する。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る液面位置検出装置は、
前記表面波検出装置と、
前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬体が浸る液体の液面位置を検出する検出部と、を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る液種特定装置は、
前記表面波検出装置と、
前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬体が浸る液体の種類を特定する特定部と、を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る溶液濃度検出装置は、
前記表面波検出装置と、
前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬体が浸る溶液の濃度を検出する検出部と、を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第５の観点に係る液滴検出装置は、
前記表面波検出装置と、
前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬面に付着した液滴を検出する検出部と、を備える。

本発明によれば、表面波のＳＮ比が良好な表面波検出装置、液面位置検出装置、液種特定装置、溶液濃度検出装置及び液滴検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る液面位置検出装置の概略構成図。 第１実施形態に係る伝搬体、素子収容部及び圧電素子の概略断面図。 第１実施形態に係る伝搬体及び素子収容部の正面図。 第１実施形態に係る伝搬体の図３に示すＡ－Ａ線に沿う断面図。 伝搬体に振動を与えたときに圧電素子に入力される波を示す模式図。 伝搬体に振動を与えたときに圧電素子に入力される表面波等の波形の実験データを示す図であり、（ａ）は実施例に係るデータを示し、（ｂ）は比較例に係るデータを示す図。 本発明の第２実施形態に係る液種特定装置の概略構成図。 第２実施形態の変形例に関する溶液の濃度と表面波伝搬速度との関係を示す図であり、（ａ）は溶質が塩である場合を示し、（ｂ）は溶質がアルコールである場合を示す図。 本発明の第３実施形態に係る液滴検出装置の概略構成図。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
第１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、表面波検出装置１と、制御部２と、を備える。液面位置検出装置１００は、容器３内に入れられた液体４の液面４ａの位置（以下、液面位置とも言う。）を検出する。液体４の量の増減に伴い、液面４ａは上下する。

表面波検出装置１は、図１に示すように、伝搬体１０と、素子収容部２０と、圧電素子３０と、フランジ部４０と、を備える。

以下では、各図に示すように、伝搬体１０の長手方向に延びるＺ軸や、後述の伝搬面１１の法線方向に延びるＹ軸や、Ｙ及びＺ軸と直交するＸ軸を用いて、表面波検出装置１の構成を説明する場合がある。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸に沿う方向をその軸方向とする。さらに、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸の矢印が向く方向を「＋」方向とし、その逆方向を「－」方向とする。つまり、Ｘ軸に沿う方向はＸ方向である。矢印の向きも考慮すると、Ｘ軸の矢印が向く方向が＋Ｘ方向であり、その逆方向が－Ｘ方向である。Ｙ、Ｚ軸についても同様である。

伝搬体１０は、後述の表面波Ｗｓを含む超音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、Ｚ軸方向に延び、概ね四角柱状に形成されている。伝搬体１０は、図４に示すように、断面形状が概ねＨ状をなし、伝搬面１１と、裏面１２と、側面１３，１４と、第１リブＲ１と、第２リブＲ２と、第３リブＲ３と、第４リブＲ４と、を有する。また、伝搬体１０は、図１、図２に示す底面１５を有する。

伝搬面１１は、伝搬体１０のうち表面波Ｗｓが伝搬する主要部分であり、図３に示すようにＺ方向に延びる帯状をなす。伝搬面１１の－Ｚ方向の端は、表面波Ｗｓが反射する反射部１１ａとして機能する。裏面１２は、図１、図２、図４に示すように、伝搬体１０における伝搬面１１の反対側に位置する。裏面１２もＺ方向に延びる帯状をなす。伝搬面１１は－Ｙ方向に向き、裏面１２は＋Ｙ方向に向く。伝搬面１１と裏面１２は、ＺＸ平面と平行である。図１、図２に示すように、伝搬体１０には、裏面１２から伝搬面１１に向かって凹む溝１２ａが形成されている。なお、図１では、伝搬体１０及び素子収容部２０を－Ｘ方向から見た側面図で表した。また、図２は、伝搬体１０、素子収容部２０及び圧電素子３０をＹＺ平面と平行な面で切った断面図である。

図４に示すように、側面１３は－Ｘ方向に向き、側面１４は＋Ｘ方向に向く。側面１３と側面１４は、ＹＺ平面と平行である。底面１５は、図１、図２に示すように、伝搬面１１と裏面１２とを繋ぐ傾斜面である。底面１５は、伝搬面１１となす角が鋭角で、裏面１２となす角が鈍角の面である。底面１５により、伝搬体１０の先端部は先細りの形状をなす。底面１５の傾斜によって、伝搬面１１を－Ｚ方向に伝搬する表面波Ｗｓが、裏面１２に回り込むことを抑制することができ、伝搬体１０の反射部１１ａで反射して再び伝搬面１１を伝搬する表面波Ｗｓを、効率良く圧電素子３０に向かわせることができる。

第１リブＲ１と第２リブＲ２は、図４に示すように、伝搬面１１が向く方向（－Ｙ方向）に突起するとともに、図３に示すように、Ｚ方向に延びる。第１リブＲ１及び第２リブＲ２は、図４に示すように、伝搬面１１の幅方向（Ｘ方向）において伝搬面１１を挟んで互いに対向する。例えば、第１リブＲ１及び第２リブＲ２のそれぞれの主面（－Ｙ方向に向く面）は、伝搬面１１と平行である。また、第１リブＲ１と第２リブＲ２の伝搬面１１からの高さ（Ｙ方向の高さ）は等しく、表面波Ｗｓの波長λ以上に設定されることが好ましい。

第１リブＲ１の基端部には、伝搬面１１と繋がる曲面Ｓ１が形成されている。具体的には、曲面Ｓ１は、第１リブＲ１の内面（＋Ｘ方向に向く面）であって第２リブＲ２と対向する第１対向面Ｓｏ１と、伝搬面１１とを繋ぐ。第２リブＲ２の基端部には、伝搬面１１と繋がる曲面Ｓ２が形成されている。具体的には、曲面Ｓ２は、第２リブＲ２の内面（－Ｘ方向に向く面）であって第１リブＲ１と対向する第２対向面Ｓｏ２と、伝搬面１１とを繋ぐ。ここで、実際には、圧電素子３０の振動による表面波Ｗｓは、伝搬面１１だけでなく伝搬面１１の周囲にも発生する。上記のような曲面Ｓ１、Ｓ２を設けることにより、伝搬体１０に発生する表面波Ｗｓを伝搬面１１に集めることができ、伝搬面１１を伝搬する表面波Ｗｓの指向性を高めることができる。

また、図３に示すように、第１リブＲ１と第２リブＲ２の間隔Ｄは、圧電素子３０の幅と略等しく設定されている。具体的に、第１リブＲ１と第２リブＲ２の間隔Ｄとは、第１対向面Ｓｏ１と第２対向面Ｓｏ２の間隔である。この構成により、伝搬面１１以外の部分に不要な表面波Ｗｓが発生することを抑制することができる。なお、間隔Ｄが圧電素子３０の幅と略等しいとは、間隔Ｄが圧電素子３０の幅と等しいことだけでなく、伝搬面１１の幅が圧電素子３０の幅と等しいことも含む。つまり、圧電素子３０の幅は、間隔Ｄ以下であって、伝搬面１１の幅以上の範囲であることが好ましい。

第３リブＲ３と第４リブＲ４は、図４に示すように、裏面１２が向く方向（＋Ｙ方向）に突起する。また、第３リブＲ３と第４リブＲ４は、第１リブＲ１及び第２リブＲ２と同様にＺ方向に延びる。第３リブＲ３及び第４リブＲ４は、図４に示すように、裏面１２の幅方向（Ｘ方向）において裏面１２を挟んで互いに対向する。例えば、第３リブＲ３及び第４リブＲ４のそれぞれの主面（＋Ｙ方向に向く面）は、裏面１２と平行である。例えば、第３リブＲ３の内面（＋Ｘ方向に向く面）であって第４リブＲ４と対向する第３対向面Ｓｏ３と、裏面１２とのなす角は、直角に設定されている。例えば、第４リブＲ４の内面（－Ｘ方向に向く面）であって第３リブＲ３と対向する第４対向面Ｓｏ４と、裏面１２とのなす角も、直角に設定されている。第１リブＲ１及び第２リブＲ２に加えて、第３リブＲ３及び第４リブＲ４を設けることにより、伝搬体１０の断面二次モーメントを向上させ、振動共振に対する耐力を向上させることができる。なお、第３リブＲ３及び第４リブＲ４の高さ（裏面１２から＋Ｙ方向への高さ）は、設計に応じて任意に設定可能である。

素子収容部２０は、図２に示すように、伝搬体１０の＋Ｚ方向に位置し、圧電素子３０を収容する。例えば、素子収容部２０は、伝搬体１０と同一材料で、一体に形成されている。素子収容部２０は、円盤部２１と、筒体２２と、を備える。

円盤部２１は、伝搬体１０と連結されている。筒体２２は、円盤部２１の外径よりも小さい外径を有する円筒形状をなし、円盤部２１から＋Ｚ方向に突出する。円盤部２１のうち筒体２２に囲まれた部分に、圧電素子３０が収容される。筒体２２の外周面には、筒体２２の中心に向かって凹む溝であって、図１に断面で示すシール材５が取り付けられる取付溝２２ａが形成されている。

圧電素子３０は、円盤部２１を介して伝搬体１０に振動を与え、伝搬体１０に超音波を発生させる。具体的に、圧電素子３０は、超音波として、伝搬体１０の伝搬面１１に表面波Ｗｓを発生させるとともに、伝搬体１０の内部に内部伝搬波Ｗｉを発生させる。また、圧電素子３０は、反射部１１ａで反射した表面波Ｗｓと、溝１２ａで反射した内部伝搬波Ｗｉとを検出し、検出結果を示す検出信号（電圧信号）を出力する。

圧電素子３０は、公知の超音波トランスデューサから構成され、直方体状をなす。圧電素子３０は、円盤部２１を挟んで伝搬体１０と対向するとともに、伝搬面１１に表面波Ｗｓを発生させるため、その一端部（図２での右端部）が伝搬体１０の伝搬面１１を跨いで迫り出すように設けられる。例えば、表面波Ｗｓは、空気中ではレイリー波であり、液体４中ではシュルツ波である。なお、表面波Ｗｓは、漏洩レイリー波、横波型弾性表面波（ＳＨ－ＳＡＷ）等であってもよい。内部伝搬波Ｗｉは、横波等であればよい。圧電素子３０は、図示しない端子を介して制御部２と電気的に接続される。

図１に示すフランジ部４０は、例えば合成樹脂により形成され、－Ｚ方向に開口する円筒形状をなす筒状部４１と、筒状部４１の外径方向に迫り出したフランジ４２と、フランジ４２よりも＋Ｚ方向に位置する中空状のキャップ部４３と、を有する。なお、図１では、筒状部４１及びシール材５を径方向に沿う断面で示した。

筒状部４１は、素子収容部２０の筒体２２を取り囲む。筒状部４１の先端は、Ｚ方向において、円盤部２１の外周端部と対向する。筒状部４１と筒体２２の間は、シール材５によって密封される。シール材５は、例えば樹脂ゴムからリング状に形成され、パッキンとして機能する。フランジ４２は、容器３に、図示しないビス等の固定手段によって取り付けられる部分である。キャップ部４３は、図示しないカプラを有する。カプラの内部には、図示しない出力端子が位置する。外部機器とカプラが連結されると、当該外部機器と出力端子が電気的に接続される。例えば、キャップ部４３の内部には、圧電素子３０及び出力端子の各々と電気的に接続され、後述の送信回路、受信回路などが形成された図示しないＰＣＢ（Printed Circuit Board）が収容される。

図１に模式的に示す制御部２は、例えばマイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。制御部２は、圧電素子３０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間に基づいて液体４の液面位置を検出する検出部として機能する。ＰＣＢの送信回路は、制御部２の制御により、圧電素子３０に駆動信号を送信して圧電素子３０を駆動する。この結果、伝搬体１０には、表面波Ｗｓ及び内部伝搬波Ｗｉが発生する。ＰＣＢの受信回路は、反射した表面波Ｗｓ及び反射した内部伝搬波Ｗｉの各々を示す検出信号を圧電素子３０から受信し、制御部２に供給する。検出信号を受信した制御部２は、当該検出信号に基づき、液面４ａの位置（高さ）を算出する。

なお、送信回路及び受信回路は、制御部２に備えられていてもよい。また、制御部２の少なくとも一部の機能を、フランジ部４０の内部に設けられたＰＣＢに実装してもよい。

ここで、液面４ａの位置の算出方法の一例を説明する。図５は、振動Ｗ０を発生させたことによって伝搬体１０を伝搬する内部伝搬波Ｗｉ及び表面波Ｗｓが反射した後に圧電素子３０に入力する様子を示している。時点ｔ０は、圧電素子３０の駆動により伝搬体１０に振動Ｗ０が発生した時点である。振動Ｗ０が発生することによって、表面波Ｗｓ及び内部伝搬波Ｗｉが伝搬体１０を伝搬する。時点ｔ１は、内部伝搬波Ｗｉが溝１２ａで反射されて圧電素子３０に入力した時点である。期間Ｔ１は、時点ｔ０から時点ｔ１までの期間である内部伝搬波伝搬期間Ｔ１である。時点ｔ２は、表面波Ｗｓが反射部１１ａで反射されて圧電素子３０に入力した時点である。期間Ｔ２は、時点ｔ０から時点ｔ２までの期間である表面波伝搬期間Ｔ２である。

表面波Ｗｓは、伝搬体１０が液体４に浸かった部分では、伝搬体１０（伝搬面１１）を進む速度が遅くなる。このため、液面４ａが高い位置にあるほど、表面波伝搬期間Ｔ２が長くなる。この特性を利用して、制御部２は、表面波伝搬期間Ｔ２を計測し、予めＲＯＭに記憶した、表面波伝搬期間Ｔ２と液面４ａの位置との関係を示す液面位置検出データを参照し、液面位置を算出する。一方、内部伝搬波Ｗｉは、伝搬体１０の内部を進む。このため、伝搬体１０が液体４に浸かっている部分には影響されずに内部伝搬波伝搬期間Ｔ１の値が定まる。この特性を利用して、制御部２は、内部伝搬波伝搬期間Ｔ１を計測し、予めＲＯＭに記憶した、内部伝搬波伝搬期間Ｔ１と伝搬体１０の温度との関係を示す温度特性データを参照し、伝搬体１０の温度を求める。そして、温度依存性がある表面波伝搬期間Ｔ２を、求めた温度に応じて補正する。つまり、制御部２は、内部伝搬波Ｗｉに基づき表面波伝搬期間Ｔ２を温度補正し、温度補正後の表面波伝搬期間Ｔ２と、液面位置検出データとに基づき、液面位置を算出する（検出する）。なお、液面位置検出データ、温度補正データは、数式又はテーブルで構成されていればよい。また、液面４ａの位置の算出手法、温度補正の手法としては、公知技術を適宜用いることができる。

制御部２は、検出した液面位置を図示しない報知部によってユーザに報知する。報知部は、例えば、液面位置を画像、インジケータ、指針などによりユーザに報知可能な構成であればよい。

ここで、図６（ａ）、（ｂ）を参照して、第１実施形態に係る表面波検出装置１による効果を説明する。図６（ａ）は、実施例として、上記に説明した伝搬体１０の構造を用いた場合の表面波Ｗｓ等の信号波形を示す。図６（ｂ）は、比較例として、リブ（第１～第４リブＲ１～Ｒ４）を設けていない、四角柱形状の伝搬体の構造を用いた場合の表面波Ｗｓ等の信号波形を示す。図６（ａ）、（ｂ）に示すグラフでは、信号強度を縦軸にとり、経過時間を横軸にとった。また、図６（ａ）と図６（ｂ）は、伝搬体の形状以外を同一条件とした場合の実験結果である。
図６（ａ）と図６（ｂ）を比較すると、実施例は、圧電素子３０に入力される表面波Ｗｓの信号強度が比較例よりも高いことが分かる。また、図６（ｂ）に示すように、比較例では、圧電素子３０に入力される表面波Ｗｓの発生直前に、不要伝搬波Ｕ（つまり、ノイズ）が顕著に生じてしまっていることが分かる。一方、図６（ａ）に示すように、実施例では、圧電素子３０に入力される表面波Ｗｓの発生直前に顕著なノイズは生じていない。以上により、第１実施形態に係る表面波検出装置１によれば、表面波Ｗｓによる信号のＳＮ比が良好であることが分かる。なお、第１リブＲ１、第２リブＲ２の各基端部に曲面Ｓ１、Ｓ２を設けない構成（つまり、第１対向面Ｓｏ１、第２対向面Ｓｏ２と伝搬面１１が交差する構成）の伝搬体によっても、同様の実験を行ったが、図６（ａ）に示す結果とほぼ変わりが無かった。つまり、第１リブＲ１、第２リブＲ２を設けた伝搬体１０によれば、曲面Ｓ１，Ｓ２の有無にかかわらず、表面波Ｗｓによる信号のＳＮ比を良好とすることができる。

以上に説明した表面波検出装置１は、第１リブＲ１及び第２リブＲ２を有する伝搬体１０を備える。第１リブＲ１及び第２リブＲ２は、伝搬面１１の幅方向において伝搬面１１を挟んで互いに対向する。この構成により、伝搬面１１を伝搬する表面波Ｗｓが第１リブＲ１及び第２リブＲ２に沿ってＺ方向に伝搬し、表面波ＷｓがＸ方向に拡散することが抑制されると考えられる。結果として、前記の実験結果で示したように、表面波ＷｓのＳＮ比を良好とすることができる。

第１実施形態に係る液面位置検出装置１００は、表面波ＷｓのＳＮ比が良好な表面波検出装置１を備えるため、液面位置を良好な精度で検出することができる。第１実施形態の説明は以上である。

（第２実施形態）
ここからは、第２実施形態に係る液種特定装置２００について、主に図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と共通の機能を有する各部については、第１実施形態と同一又は対応する符号を付すとともに、適宜説明を省略する。また、第２実施形態では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

第２実施形態に係る液種特定装置２００は、図７に示すように、表面波検出装置１と、制御部２Ｍと、を備える。液種特定装置２００は、容器３内に入れられた液体４の種類（以下、液種とも言う。）を特定する。

表面波検出装置１の構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態では、容器３に対する表面波検出装置１の取り付け態様が第１実施形態と異なる。第２実施形態に係る表面波検出装置１は、例えば、伝搬体１０が容器３の底から液面４ａに向かう姿勢で、容器３に取り付けられている。なお、伝搬体１０は、少なくとも、伝搬面１１の全域が液体４に浸っていればよい。

また、第２実施形態に係る制御部２Ｍは、第１実施形態と構成に関しては同様であるものの、その機能が第１実施形態と異なっている。制御部２Ｍは、圧電素子３０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間に基づいて液体４の種類を特定する特定部として機能する。なお、制御部２Ｍの少なくとも一部の機能は、フランジ部４０の内部に設けられたＰＣＢに実装されていてもよい。

制御部２Ｍは、表面波伝搬期間Ｔ２に基づいて液体４の種類を特定する。具体的に、制御部２Ｍは、表面波伝搬期間Ｔ２と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルを参照することによって、液体４の種類を特定する。以下、表面波伝搬期間Ｔ２に基づいて液体４の種類を特定することができる原理を説明する。

表面波伝搬期間Ｔ２は表面波伝搬速度に反比例するため、表面波伝搬速度が速くなるにつれて表面波伝搬期間Ｔ２が短くなる一方で、表面波伝搬速度が遅くなるにつれて表面波伝搬期間Ｔ２が長くなる。伝搬体１０の少なくとも伝搬面１１が全体に渡って液体４に浸っているときの表面波伝搬速度は、液体４に固有の液中の音速ｖｌ及び密度ρｌ、並びに、伝搬体１０固有の内部伝搬波Ｗｉの伝搬速度ｖｓ、気中での表面波伝搬速度ｖＲ及び密度ρＳによって定まる。すなわち、伝搬体１０の材質が固定であるときには、伝搬体１０の少なくとも伝搬面１１が全体に渡って液体４に浸っているときの表面波伝搬速度は、液体４の種類によって変化する。そのため、実測又はシミュレーション等によって、伝搬体１０の少なくとも伝搬面１１が全体に渡って液体４に浸っているときの表面波伝搬速度と液体４の種類との関係を得ることができる。この関係に基づいて作成された表面波伝搬期間Ｔ２と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルを制御部２ＭのＲＯＭに記憶することによって、液種特定装置２００は、表面波伝搬期間Ｔ２を用いて液体４の種類を特定することができる。

なお、制御部２Ｍが、表面波伝搬期間Ｔ２に基づいて液体４の種類を特定するという表現には、制御部２Ｍが、表面波伝搬期間Ｔ２から表面波伝搬速度を算出し、算出した表面波伝搬速度に基づいて液体４の種類を特定することも含まれる。すなわち、制御部２Ｍは、表面波伝搬速度と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルを参照することによって、算出した表面波伝搬速度に基づいて液体４の種類を特定してもよい。この場合では、制御部２Ｍは、表面波伝搬期間Ｔ２と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルの代わりに、表面波伝搬速度と液体４の種類とが関係付けられたデータテーブルをＲＯＭに記憶していればよい。

以上のように、液種特定装置２００では、表面波伝搬期間Ｔ２に基づいて液体４の種類を特定することができる。前述のように、内部伝搬波伝搬速度及び表面波伝搬速度は、伝搬体１０の温度に影響を受ける。すなわち、伝搬体１０の温度に起因して伝搬体１０の密度ρＳ、弾性率が変化し、内部伝搬波伝搬速度及び表面波伝搬速度が、伝搬体１０の密度ρＳ、弾性率によって変化する。ここで、内部伝搬波Ｗｉは伝搬体１０の内部を進むため、内部伝搬波伝搬速度（内部伝搬波伝搬期間Ｔ１）は、伝搬体１０が浸っている液体４の種類に影響されずに、伝搬体１０の温度のみに影響を受ける。そのため、制御部２Ｍは、内部伝搬波Ｗｉの内部伝搬波伝搬期間Ｔ１から、ＲＯＭに記憶した温度条件を参照し、伝搬体１０の温度を求めてもよい。制御部２Ｍは、伝搬体１０の温度に基づいて、所定の補正係数等を考慮した補正手法を用いて、表面波Ｗｓの表面波伝搬期間Ｔ２を補正してもよい。制御部２Ｍが、補正後の表面波伝搬期間Ｔ２に応じて液体４の種類を特定することによって、伝搬体１０の温度を考慮した精度の高い液体４の種類の特定を実現することができる。

（第２実施形態の変形例）
以上の液種特定装置２００と同様の構造で、同種の溶液の濃度（つまり、溶質の量）を検出することができる。第２実施形態の変形例として、溶液である液体４の濃度を検出する溶液濃度検出装置について説明する。この変形例に係る制御部２Ｍは、圧電素子３０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間に基づいて、伝搬体１０が浸る溶液（液体４）の濃度を検出する検出部として機能する。伝搬体１０が浸る溶液の濃度に応じて、表面波Ｗｓの伝搬速度が変化する。制御部２Ｍは、この性質を利用して溶液の濃度を検出する。

図８（ａ）は、食塩水の塩分濃度と表面波伝搬速度との関係を示す図である。図８（ｂ）は、アルコール濃度（エタノール、メタノール）と表面波伝搬速度との関係を示す図である。図８（ａ）、図８（ｂ）に示したように、表面波Ｗｓは、溶液の濃度が濃くなるほど、伝搬面１１を進む速度が遅くなるという性質がある。この性質を利用して、制御部２Ｍは、伝搬時間（表面波伝搬期間Ｔ２）を計測し、予めＲＯＭに記憶した、伝搬時間と溶液の濃度との関係を示す濃度検出用データを参照し、溶液の濃度を検出する。例えば、制御部２Ｍは、所定の周期で伝搬時間を計測し、濃度検出用データを参照し、伝搬時間に応じた溶液の濃度を特定し、これを検出濃度とする。なお、制御部２Ｍは、必ずしも、溶液の濃度を％などの単位で表される具体的な数値で表さなくともよい。例えば、制御部２Ｍは、今回計測した伝搬時間と前回計測した伝搬時間の差分に基づき、溶液の濃度が前回よりも濃くなっているか、又は、薄くなっているかを検出してもよい。なお、制御部２Ｍは、伝搬時間に基づいて算出される表面波Ｗｓの伝搬速度を用いて、溶液の濃度を検出してもよい。いずれにせよ、制御部２Ｍは、圧電素子３０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間に基づいて、溶液の濃度を検出する。この変形例においても、内部伝搬波Ｗｉを利用して温度補正を行ってもよい。

なお、溶液濃度検出装置が溶液の濃度を検出する際の溶質は、塩、アルコールに限られず任意であり、砂糖、その他の溶質であってもよい。この種の溶液に浸る伝搬体１０は、前述したＰＰＳなどの樹脂によって形成されることが好ましい。樹脂の伝搬体１０によれば、金属のようにイオン化することを防止でき、腐食や汚れに強いためである。

以上に説明した第２実施形態に係る液種特定装置２００は、表面波ＷｓのＳＮ比が良好な表面波検出装置１を備えるため、液種を良好な精度で特定することができる。同様に、第２実施形態の変形例としての溶液濃度検出装置は、表面波ＷｓのＳＮ比が良好な表面波検出装置１を備えるため、溶液の濃度を良好な精度で検出することができる。第２実施形態及びその変形例の説明は以上である。

（第３実施形態）
ここからは、第３実施形態に係る液滴検出装置３００について、主に図９を参照して説明する。なお、第１実施形態と共通の機能を有する各部については、第１実施形態と同一又は対応する符号を付すとともに、適宜説明を省略する。

第３実施形態に係る液滴検出装置３００は、図９に示すように、表面波検出装置１と、制御部２Ｎと、を備える。液滴検出装置３００は、表面波検出装置１の伝搬面１１に付着した水滴などの液滴４ｂを検出する。

液滴検出装置３００は、例えば、プラントに設置された配管６のジョイント部、メカニカルシール部等からの液漏れを検出するために用いられる。したがって、表面波検出装置１は、液漏れが生じる可能性が高い箇所に、伝搬面１１を向けた状態で設置される。つまり、第３実施形態の伝搬体１０は、第１及び第２実施形態のように液体に浸るものではない。

制御部２Ｎは、圧電素子３０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間に基づいて、液滴４ｂを検出する検出部として機能する。表面波検出装置１の伝搬面１１に液滴４ｂが付着している場合は、液滴４ｂが付着していない場合よりも、表面波Ｗｓが伝搬面１１を進む速度が遅くなる。この性質を利用して、制御部２Ｎは、伝搬時間（表面波伝搬期間Ｔ２）を計測し、予めＲＯＭに記憶した、伝搬時間と液滴４ｂの付着の有無との関係を示す液滴検出用データを参照し、伝搬面１１に液滴４ｂが付着しているか否かを判別する。例えば、制御部２Ｎは、所定の周期で伝搬時間を計測し、今回計測した伝搬時間と前回計測した伝搬時間の差分が予め定めた閾値以上である場合に液滴４ｂが付着していると判別し、当該閾値未満である場合に液滴４ｂが付着していないと判別する。なお、制御部２Ｎは、伝搬時間に基づいて算出される表面波Ｗｓの伝搬速度を用いて、液滴４ｂの付着の有無を判別してもよい。いずれにせよ、制御部２Ｎは、圧電素子３０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間に基づいて、伝搬面１１に液滴４ｂが付着していることを検出する。なお、この第３実施形態においても、内部伝搬波Ｗｉを利用して温度補正を行ってもよい。

以上に説明した第３実施形態に係る液滴検出装置３００は、表面波ＷｓのＳＮ比が良好な表面波検出装置１を備えるため、液滴４ｂを良好な精度で検出することができる。第３実施形態の説明は以上である。

本発明は以上の実施形態、変形例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。

第２実施形態では、伝搬体１０が液体４の深さ方向に沿って設けられる例を示したが、容器３及び液体４に対する伝搬体１０（表面波検出装置１）の姿勢は、伝搬面１１が液体４に浸っている限りは任意であり、限定されるものではない、例えば、伝搬体１０は、液面４ａの面内方向（水平方向）に沿っていてもよい。また、第１実施形態に係る液面位置検出装置１００も、液面位置が検出できる限りにおいては、液体４及び容器３に対する伝搬体１０の姿勢は任意である。例えば、伝搬体１０は、液体４の深さ方向（鉛直方向）に対して斜めに延びていてもよい。

伝搬体１０は、液体４に浸るとともに、伝搬面１１、第１リブＲ１及び第２リブＲ２を少なくとも有していれば、その形状は任意である。

液体４の液面位置を検出するとは、液面４ａの位置を詳細に検出することの他、液面４ａの位置を何段階かに分けて現在の液面４ａの位置がどの段階に属するかを検出すること、液面４ａの位置に応じて変化する液体４の容量を検出すること等も含む。また、液体４の種類は限られず、水、ガソリン、アルコール、洗浄液など任意である。また、容器３は、車両に搭載される燃料タンクであってもよい。

伝搬体１０の材質も、表面波Ｗｓが良好に伝搬できるものであれば任意である。例えば、伝搬体１０として使用される樹脂は、ＰＰＳに限られず、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等であってもよい。なお、伝搬体１０は、樹脂からなることが好ましいと考えられるが、表面波Ｗｓが良好に伝搬できれば金属から構成されていてもよい。

以上の手法で、液面位置の検出、又は、液種の特定を行うことができる限りにおいては、表面波Ｗｓ、内部伝搬波Ｗｉの種類は任意である。以上では、表面波Ｗｓ、内部伝搬波Ｗｉが超音波（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）である例を説明したが、例えば、表面波Ｗｓ、内部伝搬波Ｗｉは、超音波よりも低い周波数の音波であってもよい。以上では、圧電素子がすべり素子の場合を例示したが、縦振動子等であっても良い。

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
１…表面波検出装置
２…制御部（検出部の一例）、３…容器、４…液体、４ａ…液面
Ｗｓ…表面波、Ｗｉ…内部伝搬波
１０…伝搬体
１１…伝搬面、１２…裏面、１２ａ…溝、１３，１４…側面、１５…底面
Ｒ１～Ｒ４…第１～第４リブ、Ｓ１，Ｓ２…曲面
２０…素子収容部
３０…圧電素子
４０…フランジ部
２００…液種特定装置、２Ｍ…制御部（液種特定装置の特定部、又は、溶液濃度検出装置の検出部の一例）
３００…液滴検出装置、２Ｎ…制御部（液滴検出装置の検出部の一例）、４ｂ…液滴、６…配管

Claims (8)

1. 表面波が伝搬する伝搬面を有する伝搬体と、
   前記伝搬体に振動を与えて前記表面波を発生させるとともに反射した前記表面波を検出する圧電素子と、を備え、
   前記伝搬面は、所定方向に延びる帯状をなし、
   前記伝搬体は、前記伝搬面が向く方向に突起するとともに前記所定方向に延びる第１リブ及び第２リブを有し、
   前記第１リブ及び前記第２リブは、前記伝搬面の幅方向において前記伝搬面を挟んで互いに対向する、
   表面波検出装置。
2. 前記第１リブ及び前記第２リブのそれぞれの基端部には、前記伝搬面と繋がる曲面が形成されている、
   請求項１に記載の表面波検出装置。
3. 前記第１リブと前記第２リブの間隔は、前記圧電素子の幅と略等しい、
   請求項１又は２に記載の表面波検出装置。
4. 前記伝搬体は、前記伝搬面の裏にある裏面を有し、
   前記裏面は、前記所定方向に延びる帯状をなし、
   前記伝搬体は、前記裏面が向く方向に突起するとともに前記所定方向に延びる第３リブ及び第４リブを有し、
   前記第３リブ及び前記第４リブは、前記裏面の幅方向において前記裏面を挟んで互いに対向する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表面波検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面波検出装置と、
   前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬体が浸る液体の液面位置を検出する検出部と、を備える、
   液面位置検出装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面波検出装置と、
   前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬体が浸る液体の種類を特定する特定部と、を備える、
   液種特定装置。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面波検出装置と、
   前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬体が浸る溶液の濃度を検出する検出部と、を備える、
   溶液濃度検出装置。
8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面波検出装置と、
   前記圧電素子が検出した前記表面波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬面に付着した液滴を検出する検出部と、を備える、
   液滴検出装置。

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