JP2023104128A - Surface wave detection device and liquid type identification device - Google Patents
Surface wave detection device and liquid type identification device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023104128A JP2023104128A JP2022004939A JP2022004939A JP2023104128A JP 2023104128 A JP2023104128 A JP 2023104128A JP 2022004939 A JP2022004939 A JP 2022004939A JP 2022004939 A JP2022004939 A JP 2022004939A JP 2023104128 A JP2023104128 A JP 2023104128A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- propagation
- propagating
- surface wave
- wave
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、表面波検出装置及び液種特定装置に関する。 The present invention relates to a surface wave detection device and a liquid type identification device.
例えば、特許文献1には、圧電素子によって、液体に浸る伝搬体に超音波振動を与えて伝搬体の伝搬面に表面波を発生させるとともに伝搬体の内部に内部伝搬波を発生させ、反射した表面波及び反射した内部伝搬波を検出する(つまり容器の収容される液体の液面位置を検出する)技術が開示されている。この場合、圧電素子は、圧電素子を収容する素子収容部に設けられた被載置部に載置され、伝搬体は、その最下部に設けられた反射部によって表面波を反射させ、その途中に設けられた溝によって内部伝搬波を反射させる構成となっている。
For example, in
特許文献1に記載の技術においては、表面波と内部伝搬波とが重畳しないように伝搬体の途中に前記溝が形成されていることから、圧電素子が載置される被載置部から前記反射部側となる伝搬体の最下部までの長さである表面波伝搬経路をある程度、長くし、容器に収容される液体の液面位置を検出していた。しかしながら、容器の深さがそれほど深くない状況下において、当該表面波伝搬経路がある程度長いと、容器内に伝搬体を収容すること自体が困難となり、この点で更なる改良の余地が残されていた。
In the technique described in
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、表面波伝搬経路を極力短くして小型化を実現し得る表面波検出装置及び液種特定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a surface wave detection device and a liquid type identification device which can be miniaturized by shortening the surface wave propagation path as much as possible.
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、液体に浸るとともに超音波振動が伝搬する伝搬体と、前記伝搬体に前記超音波振動を発生させる圧電素子と、前記圧電素子が載置される被載置部と、を備え、前記伝搬体は、前記超音波振動の表面波が伝搬する伝搬面と、前記被載置部と対向する位置に設けられる対向部と、を有し、前記圧電素子は、前記被載置部から前記対向部に向けて前記伝搬面に前記表面波を発生させるとともに前記対向部に設けられた反射部から前記被載置部へと反射した前記表面波を検出可能に構成され、前記被載置部には、前記対向部に向けて凹んだ窪み部が設けられ、前記窪み部には、前記超音波振動のうち前記窪み部の内壁部に伝搬する内壁伝搬波を吸収可能な振動吸収部が配置されている。 In order to achieve the above object, a surface wave detection device according to a first aspect of the present invention includes a propagating body that is immersed in a liquid and propagates ultrasonic vibrations, and a piezoelectric element that causes the propagating body to generate the ultrasonic vibrations. and a mounting portion on which the piezoelectric element is mounted, wherein the propagating body comprises a propagating surface through which the surface wave of the ultrasonic vibration propagates, and a facing surface provided at a position facing the mounting portion. and a section, wherein the piezoelectric element generates the surface wave on the propagation surface from the mounting section toward the facing section, and transmits the surface wave from the reflecting section provided on the facing section to the mounting section. The receiving part is provided with a recessed part recessed toward the facing part, and the recessed part receives the ultrasonic vibration from the recessed part. A vibration absorbing portion capable of absorbing an inner wall propagating wave propagating to the inner wall portion of the portion is arranged.
上記目的を達成するため、本発明の第2の観点に係る液種特定装置は、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液体の種類を特定する特定部と、を備える。 In order to achieve the above object, a liquid type identification device according to a second aspect of the present invention identifies the type of the liquid based on the propagation time of the surface wave detected by the surface wave detection device and the piezoelectric element. a specific part;
本発明によれば、所期の目的を達成でき、表面波伝搬経路を極力短くして小型化を実現し得る表面波検出装置及び液種特定装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a surface wave detection device and a liquid type identification device that can achieve the intended purpose and can be miniaturized by shortening the surface wave propagation path as much as possible.
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)第1実施形態によ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。
(First Embodiment) A liquid
表面波検出装置1は、図1に示すように、液体4に浸る伝搬体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。
The surface
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。
Hereinafter, as shown in each figure, the Z-axis extending in the longitudinal direction of the
伝搬体10は、後述の表面波Wsを含む超音波振動(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。
The propagating
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、第1側面13と、第2側面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、後述する窪み部の一部である凹部16、及び振動吸収部17を有する。
The propagating
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(所定方向)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。
The
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。超音波振動の表面波Wsが伝搬する伝搬面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。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。
The
図4に示すように、第1側面13は-X方向に向き、第2側面14は+X方向に向く。第1側面13と第2側面14は、YZ平面と平行である。
As shown in FIG. 4, the
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。
The first rib R1 and the second rib R2 protrude in the direction in which the
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。
A curved surface S1 connected to the
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。
Further, as shown in FIG. 3, the distance D between the first rib R1 and the second rib R2 is set substantially equal to the width of the
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。
As shown in FIG. 4, the third rib R3 and the fourth rib R4 protrude in the direction in which the
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。
For example, the angle between the
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り、素子収容部20に備えられる後述する被載置部と対向する(向かい合う)位置に設けられる。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。なお、伝搬体10の最下部に位置する底面15は、後述する特許請求の範囲に記載された対向部に相当する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
凹部16は、図2に示すように伝搬体10と素子収容部20との境界部分から底面15に向けて凹んだくり抜き孔として構成される。凹部16は、屹立した立壁形状からなる4つの内壁部16aと、凹部16のーZ方向(伝搬体10の底面15側)に設けられる底壁部16bと、内壁部16aと底壁部16bとで囲まれた領域となる空洞領域16cとを備える。
As shown in FIG. 2, the recessed
概ねZ方向に延びる凹部16(後述する窪み部)の4つの内壁部16aは、伝搬面11と平行な一対の対向面P1、P2と、伝搬面11と直交する他の一対の対向面P3、P4とを備える。一対の対向面P1、P2のうち、対向面P1は伝搬面11側(ーY方向)に設けられ、対向面P2は裏面12側(+Y方向)に設けられる。また、他の一対の対向面P3、P4のうち、対向面P3は第1側面13側(-X方向)に設けられ、対向面P4は第2側面14側(+X方向)に設けられる。
The four
振動吸収部17は、ニトリルゴム等のエラストマーによって直方体形状に形成され、図4に示すように4つの内壁部16aと底壁部16bとに当接した状態で凹部16の空洞領域16cに埋設(配置)される。振動吸収部17は、圧電素子30の駆動によって、伝搬体10に発生する超音波振動(超音波)のうち、凹部16(前記窪み部)の内壁部16a(具体的には4つの内壁部16aのうち一対の対向面P1、P2)に伝搬する後述する内壁伝搬波を吸収する機能を有している。そして、前記内壁伝搬波を吸収可能な振動吸収部17は、空洞領域16cにて不動状態となるように凹部16(前記窪み部)に配置されることが望ましい。
The
なお、ここでの振動吸収部17は、凹部16(前記窪み部)に備えられる4つの内壁部16aと底壁部16bとに当接した状態で空洞領域16c(前記窪み部)に配置されているが、振動吸収部17は、前記内壁伝搬波を吸収すべく、一対の対向面P1、P2のみもしくは一対の対向面P1、P2と底壁部16bとに当接した状態で空洞領域16c(前記窪み部)に配置されていてもよい。
Note that the
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。
The
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中空の円筒形状をなし、円盤部21から+Z方向に突出する。つまり、筒体22の内部には空洞部22aが設けられる。また、ここでの円盤部21の内部には、空洞部22a及び空洞領域16cに連通する空所21aが設けられている。
The
空所21aは、第1の空所H1と、第2の空所H2とを有する。第1の空所H1は、空洞部22aの開口幅と概ね等しい開口幅を有する孔であり、Z方向において、伝搬体10と素子収容部20と間の前記境界部分までには至らないように、Z方向に沿った円盤部21の略中間部分まで肉抜きされた部位である。第2の空所H2は、空洞領域16cの開口幅と概ね等しい開口幅を有する孔であり、Z方向に沿った円盤部21の略中間部分から伝搬体10と円盤部21との境界部分へと至るエリアに形成される。
The
ここで、空洞領域16c(第2の空所H2)の開口幅は、空洞部22a(第1の空所H1)の開口幅よりも幅が狭くなっており、第1の空所H1と第2の空所H2との境界に形成される平坦面である被載置部21bに、第2の空所H2(及び空洞領域16c)を塞ぐ状態で圧電素子30が載置される。なお、以下の説明では、凹部16と第2の空所H2とを組み合わせた部位を窪み部Mと称することにする。つまり、本実施形態の場合、表面波検出装置1は、圧電素子30が載置される被載置部21bを備え、当該被載置部21bには、底面15に向けて凹んだ窪み部Mが設けられる構成となる。なお、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22bが形成されている。
Here, the opening width of the
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(超音波振動)を発生させる。具体的に、圧電素子30は、超音波として、被載置部21bから底面15に向けて伝搬面11に表面波Wsを発生させるとともに、伝搬体10(窪み部M)に備えられる4つの内壁部16aのうち一対の対向面P1、P2に内壁伝搬波Wiを発生させる。圧電素子30は、反射部11aで反射した(つまり底面15に設けられた反射部11aから被載置部21bへと反射した)表面波Wsを検出可能に構成され、検出結果を示す検出信号(電圧信号)を出力する。なお、ここでの圧電素子30は、Y方向に振動するように構成されているため、他の一対の対向面P3、P4や空洞領域16cには内壁伝搬波Wiは発生しないようになっている。
The
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。被載置部21bに載置される圧電素子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、媒体全体が振動する板波等であってもよい。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。
The
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。
The
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。
The
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及び内壁伝搬波Wiが発生する。PCBの受信回路は、反射した表面波Wsの検出信号を圧電素子30から受信し、制御部2に供給する。このとき、内壁伝搬波Wiは振動吸収部17によって吸収されるため、PCBの受信回路は、反射した表面波Wsの検出信号のみを圧電素子30から受信する。そして、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。
The
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。
Note that the transmission circuit and the reception circuit may be provided in the
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及び内壁伝搬波Wiが伝搬体10を伝搬する。時点t1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。ここで、上述したように内壁伝搬波Wiは振動吸収部17によって吸収されるため、圧電素子30に入力するのは反射部11aで反射した表面波Wsのみとなる。期間T1は、時点t0から時点t1までの期間である表面波伝搬期間T1である。
Here, an example of a method of calculating the position of the
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T1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T1を計測し、予めROMに記憶した、表面波伝搬期間T1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。なお、液面位置検出データは、数式とテーブルの少なくともいずれかを用いて構成されていればよい。また、液面位置検出装置100は、図示しない温度センサを備え、温度センサが検出した温度に基づいて、温度依存性がある表面波伝搬期間T1を補正してもよい。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。
The speed of the surface wave Ws traveling through the propagating body 10 (propagating surface 11 ) is slowed in the portion where the propagating
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。
The
以上のように、本実施形態によれば、伝搬体10は、超音波振動の表面波Wsが伝搬する伝搬面11と、被載置部21bと対向する位置に設けられる底面15と、を有し、圧電素子30は、被載置部21bから底面15に向けて伝搬面11に表面波Wsを発生させるとともに底面15に設けられた反射部11aから被載置部21bへと反射した表面波Wsを検出可能に構成され、被載置部21bには底面15に向けて凹んだ窪み部Mが設けられ、窪み部Mには超音波振動のうち窪み部Mの内壁部16a(一対の対向面P1、P2)に伝搬する内壁伝搬波Wiを吸収可能な振動吸収部17が配置されているものである。
As described above, according to the present embodiment, the propagating
従って、圧電素子30が載置される被載置部21bから伝搬体10の最下部に位置する底面15までの長さ(つまり表面波伝搬経路)を極力短くすることができ、当該表面波伝搬経路である伝搬面11を伝搬する表面波Wsのみに基づいて、深さがそれほど深くない容器3に入れられた液体4の液面位置を算出することができる。よって、本発明によれば、前記表面波伝搬経路(つまりZ方向に沿った伝搬体10の長さ)を極力短くして小型化を実現し得る表面波検出装置を提供することができる。
Therefore, the length from the mounting
また本実施形態では、振動吸収部17は、内壁部16aの一対の対向面P1、P2と底壁部16bとに当接した状態で窪み部Mに配置されていることにより、振動吸収部17は、3つの壁に当接した状態で窪み部Mに設けられるため、振動吸収部17を安定的に固定保持することができる。
Further, in the present embodiment, the
(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6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実施形態と同一また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。
(Second Embodiment) From now on, a liquid
第2実施形態に係る液種特定装置200は、図6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。
As shown in FIG. 6, the liquid
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。
The structure of the surface
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。
Also, the
制御部2Mは、表面波伝搬期間T1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T1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T1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。
The
表面波伝搬期間T1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T1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T1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によって定まる。すなわち、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、実測また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T1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T1を用いて液体4の種類を特定することができる。
Since the surface wave propagation period T1 is inversely proportional to the surface wave propagation velocity, the surface wave propagation period T1 becomes shorter as the surface wave propagation velocity increases, while the surface wave propagation period T1 becomes longer as the surface wave propagation velocity decreases. . The surface wave propagation velocity when at least the
なお、制御部2Mが、表面波伝搬期間T1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T1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T1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。
The expression that the
以上のように、液種特定装置200では、前記表面波伝搬経路を極力短くして小型化が可能な表面波検出装置1を用いるとともに、表面波伝搬期間T1に基づいて液体4の種類を特定することができる。上述のように表面波伝搬期間T1及び表面波伝搬速度は、温度依存性があるため、図示しない温度センサが検出した温度に基づいて、温度依存性がある表面波伝搬期間T1または表面波伝搬速度を補正してもよい。
As described above, the liquid
第2実施形態による液種特定装置200は、検出可能な表面波Wsを発生させることができる表面波検出装置1を備えるため、液種を特定可能である。第2実施形態の説明は以上である。
Since the liquid
なお、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。 In addition, this invention is not limited by the above embodiment and drawing. Modifications (including deletion of components) can be made as appropriate without changing the gist of the present invention.
第1実施形態では、一対の対向面P1、P2が伝搬面11と平行で、他の一対の対向面P3、P4が伝搬面11と直交しているもの(つまり図4に示すようにXY平面に沿った内壁部16aの断面形状が概ね正方形に近い四角形状)であったが、本実施形態の第3実施形態として図7に示すようにXY平面に沿った内壁部16aの断面形状が菱形形状となっている伝搬体10を適用した場合であっても第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この場合、凹部16(窪み部M)の内壁部16aは、伝搬面11と非平行な4つの内壁面16dで構成され、内壁伝搬波Wiは当該4つの内壁面16d全てに伝搬することから、振動吸収部17は、この伝搬面11と非平行に設けられる4つの内壁面16d(もしくは4つの内壁面16d及び底壁部16b)と当接した状態で凹部16(窪み部M)に配置されることになる。
In the first embodiment, the pair of opposing surfaces P1 and P2 are parallel to the
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に浸っていれば任意であり、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。
In the second embodiment, an example in which the propagating
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。
Detecting the liquid level position of the liquid 4 means not only detecting the position of the
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。
Any material can be used for the propagating
以上の手法で、液面位置の検出、または、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の種類は任意である。以上では、表面波Ws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は、超音波よりも低い周波数の音波であってもよい。 Any type of surface wave Ws can be used as long as the above method can detect the position of the liquid surface or specify the type of liquid. An example in which the surface wave Ws is a pulse (ultrasonic pulse) of an ultrasonic wave (for example, a sound wave of 20 KHz or higher) has been described above. may be sound waves.
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。 In the above description, descriptions of well-known technical matters are omitted as appropriate in order to facilitate understanding of the present invention.
1 表面波検出装置
2 制御部
3 容器
4 液体
4a 液面
10 伝搬体
11 伝搬面
11a 反射部
12 裏面
13 第1側面
14 第2側面
15 底面(対向部)
16 凹部
16a 内壁部
16b 底壁部
16c 空洞領域
16d 内壁面
17 振動吸収部
20 素子収容部
21 円盤部
21a 空所
21b 被載置部
30 圧電素子
40 フランジ部
H1 第1の空所
H2 第2の空所
M 窪み部
P1、P2 一対の対向面
R1 第1リブ
R2 第2リブ
R3 第3リブ
R4 第4リブ
Ws 表面波
Wi 内壁伝搬波
REFERENCE SIGNS
16
Claims (7)
前記伝搬体に前記超音波振動を発生させる圧電素子と、
前記圧電素子が載置される被載置部と、を備え、
前記伝搬体は、
前記超音波振動の表面波が伝搬する伝搬面と、
前記被載置部と対向する位置に設けられる対向部と、を有し、
前記圧電素子は、前記被載置部から前記対向部に向けて前記伝搬面に前記表面波を発生させるとともに前記対向部に設けられた反射部から前記被載置部へと反射した前記表面波を検出可能に構成され、
前記被載置部には、前記対向部に向けて凹んだ窪み部が設けられ、
前記窪み部には、前記超音波振動のうち前記窪み部の内壁部に伝搬する内壁伝搬波を吸収可能な振動吸収部が配置されていることを特徴とする表面波検出装置。 a propagating body that is immersed in a liquid and propagates ultrasonic vibrations;
a piezoelectric element that generates the ultrasonic vibration in the propagating body;
a mounting portion on which the piezoelectric element is mounted;
The propagating body is
a propagation surface on which the surface wave of the ultrasonic vibration propagates;
a facing portion provided at a position facing the mounting portion;
The piezoelectric element generates the surface wave on the propagating surface from the mounting portion toward the facing portion, and the surface wave reflected from the reflecting portion provided at the facing portion toward the mounting portion. configured to detect
The mounting portion is provided with a recessed portion that is recessed toward the facing portion,
A surface wave detecting device according to claim 1, wherein a vibration absorbing part capable of absorbing an inner wall propagating wave of said ultrasonic vibration propagating to an inner wall part of said recess is arranged in said recess.
前記振動吸収部は、前記一対の対向面に当接した状態で前記窪み部に配置されていることを特徴とする請求項1記載の表面波検出装置。 an inner wall portion of the recessed portion includes at least a pair of opposing surfaces parallel to the propagation surface;
2. The surface acoustic wave detecting device according to claim 1, wherein said vibration absorbing portion is arranged in said recess while being in contact with said pair of opposing surfaces.
前記振動吸収部は、前記4つの内壁面と当接した状態で前記窪み部に配置されていることを特徴とする請求項1記載の表面波検出装置。 The inner wall portion of the recess is composed of four inner wall surfaces non-parallel to the propagation surface,
2. The surface wave detecting device according to claim 1, wherein said vibration absorbing portion is arranged in said recess while being in contact with said four inner wall surfaces.
前記振動吸収部は、前記一対の対向面と前記底壁部、もしくは前記4つの内壁面と前記底壁部とに当接した状態で前記窪み部に配置されていることを特徴とする請求項2または請求項3記載の表面波検出装置。 The recessed portion includes a bottom wall portion provided on the facing portion side,
3. The vibration absorbing portion is disposed in the recess while being in contact with the pair of opposing surfaces and the bottom wall portion, or the four inner wall surfaces and the bottom wall portion. The surface wave detection device according to claim 2 or 3.
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リブを有することを特徴とする請求項1から請求項4のうち何れか1つに記載の表面波検出装置。 the propagation surface has a strip shape extending in a predetermined direction,
5. The propagator according to any one of claims 1 to 4, wherein the propagating body has a first rib and a second rib projecting in a direction in which the propagating surface faces and extending in the predetermined direction. Surface wave detector.
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液体の種類を特定する特定部と、を備えることを特徴とする液種特定装置。 a surface wave detection device according to any one of claims 1 to 6;
and an identifying unit that identifies the type of the liquid based on the propagation time of the surface wave detected by the piezoelectric element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022004939A JP2023104128A (en) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | Surface wave detection device and liquid type identification device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022004939A JP2023104128A (en) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | Surface wave detection device and liquid type identification device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023104128A true JP2023104128A (en) | 2023-07-28 |
Family
ID=87379671
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022004939A Pending JP2023104128A (en) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | Surface wave detection device and liquid type identification device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023104128A (en) |
-
2022
- 2022-01-17 JP JP2022004939A patent/JP2023104128A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2016158334A1 (en) | Liquid surface position detection device | |
JP2005338055A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JP2023104128A (en) | Surface wave detection device and liquid type identification device | |
JP2022068840A (en) | Surface wave detection device, liquid level detection device, liquid kind determination device, solution concentration detection device, and liquid droplet detection device | |
JPH06221806A (en) | Touch signal probe | |
JP7167567B2 (en) | ultrasonic sensor | |
JP2023116007A (en) | Surface wave detection device | |
JP2022170644A (en) | Liquid kind identification device | |
JP2015010878A (en) | Liquid level position detector and method for detecting liquid level position | |
JP2023101041A (en) | Surface wave detection device, liquid level position detection device, liquid type identification device, solution concentration detection device, and droplet detection device | |
JP2004101486A (en) | Liquid level detector for vehicle | |
JP2022181397A (en) | Surface wave detector and liquid kind identification device | |
JP2023078535A (en) | Liquid type specification device and liquid container | |
JP2022115114A (en) | Fixing structure of surface wave detection unit | |
JP2023037923A (en) | Bubble detection device | |
JP2003302386A (en) | Sensor | |
JP2022090517A (en) | Surface wave detection device, liquid level detection device and liquid type identifying device | |
JPH09229748A (en) | Ultrasonic liquid-surface level sensor | |
JP3859329B2 (en) | Ultrasonic liquid level sensor and its mounting method | |
JP3861062B2 (en) | Gas sensor and gas concentration detection device | |
JP2003302385A (en) | Sensor | |
JP4120554B2 (en) | Vehicle level detection device | |
JP4306582B2 (en) | Liquid level detector | |
JP4155144B2 (en) | Vehicle level detection device | |
JP7218683B2 (en) | Ultrasonic distance measuring device |