JP2023552238A

JP2023552238A - ステアリング反射面の決定方法及び外部測定液面計フォーカスステアリング

Info

Publication number: JP2023552238A
Application number: JP2023544624A
Authority: JP
Inventors: 王定華; 王瑞; 王璞
Original assignee: 西安定華電子株式有限会社
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2023-12-14
Also published as: US11852520B1; CN112729470A; EP4249861A4; CN112729470B; EP4249861A1; US20230392970A1; WO2022142047A1

Abstract

【要約】【課題】本発明はステアリング反射面の決定方法及び外部測定液面計フォーカスステアリングに係り、液面測定技術分野に関する。【解決手段】ステアリング反射面の決定方法は放射線放出源ステアリング反射面の中心との距離である焦点距離及び、超音波がステアリングの反射面を介して反射する出射角である設定反射角を取得すること(101)と、焦点距離と設定反射角に基づきステアリング反射面の第０段反射面を決定すること(102)と、第０段反射面に基づき幾何学的方法を用い正数段反射面と負数段反射面を含む隣接段反射面を決定すること(103)と、ステアリング反射面の段数が設定段数に達すると第０段反射面と前記隣接段反射面に基づきステアリング反射面を決定すること(104)を含み、外部測定液面計フォーカスステアリングは該当方法に従って決定されるステアリング反射面、外部測定液面計フォーカスステアリングを含み、縦型貯液タンクの側壁外側で液面を測定する。

Description

本願は、２０２０年１２月２８日に中国特許局、出願番号２０２０１１５７４８３２．６、発明名「ステアリング反射面の決定方法及び外部測定液面計フォーカスステアリング」を出願した中国特許出願の優先権を主張し、そのすべての内容は援引により本願に組み込まれている。

本発明は液面測定技術分野に関し、特にステアリング反射面の決定方法及び外部測定液面計フォーカスステアリングに関する。

外部測定液面計を用いて貯液タンクの外側から液面を測定するのは、中国の石油化学工業や化学工業系企業において非常に一般的である。しかし、貯液タンクの大きな割合を占める縦式タンクについては、タンク本体がセメント基礎に取り付けられているために、タンク底下面には測定ヘッドを取り付けるスペースが開いていない。測定ヘッドを貯液タンク側壁外部に取り付け、測定ヘッドから発射された超音波を４５度に回転させて液面に反射させるように、タンク内にステアリングを取り付けるしかない。

平面反射面は測定ヘッドから発射された超音波の入射角誤差θを２倍の２θに拡大してから再び液面に反射し、液面はステアリングから反射してきた入射角誤差をさらに４θに拡大してから、ステアリングに反射し、ステアリングは再び入射角誤差を８θに拡大してから、測定ヘッドに反射する。例えば測定ヘッドから発射された超音波の入射角誤差はθ＝４度であれば、ステアリング、液面、ステアリングを３回反射して測定ヘッドに射出するエコー入射角誤差は２^３＊４度＝３２度であり、これは測定ヘッドからはるかにずれている。測定ヘッドにエコーが全く受信されず、測定に失敗した。これが外部測定液面計ステアリングが縦式タンクで使用できない主な原因である。

本発明の目的は、縦式タンクの側壁外側で液面を測定することを実現するためのステアリング反射面の決定方法及び外部測定液面計フォーカスステアリングを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の態様を提供する。

放射線放出源ステアリング反射面の中心との距離である焦点距離及び、超音波がステアリングの反射面を介して反射する出射角である設定反射角を取得することと、
前記焦点距離と前記設定反射角に基づいて前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定することと、
前記第０段反射面に基づいて、幾何学的方法を用いて、正数段反射面と負数段反射面を含む隣接段反射面を決定することと、
前記ステアリング反射面の段数が設定段数に達すると、前記第０段反射面と前記隣接段反射面に基づいて前記ステアリング反射面を決定するステアリング反射面の決定方法を提供する。

オプションとしては、前記焦点距離と前記設定反射角に基づいて前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定する前記のことは、具体的に、
前記焦点距離に基づいて、前記ステアリング反射面における単位角を決定することと、
前記設定反射角に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角を決定することと、
前記焦点距離、前記単位角及び前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面の辺座標を決定することと、
前記第０段反射面の辺座標に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定することとを含み、
前記単位角は第１の挟角辺と第２の挟角辺とのなす挟角であり、前記第１の挟角辺は、各段の反射面の長手方向断面の第１の端点と前記放射線放射源との結線であり、前記第２の狭角辺は、各段の反射面の長手方向断面の第２の端点と前記放射線放射源との結線であり、
前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角はステアリング反射面の第０段反射面と水平面とのなす角であることを特徴とする請求項１に記載のステアリング反射面の決定方法。

オプションとしては、前記第０段反射面に基づいて幾何学的方法を用いて隣接段反射面を決定する前記のことは、具体的に
前記単位角と前記第０段反射面の辺座標に基づいて、反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することと、
隣接段反射面の辺座標に基づいて、隣接段反射面を決定することとを含む。

オプションとしては、前記単位角と前記第０段反射面の辺座標に基づいて、反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することは、具体的に、
反射面の段数Ｎが正の整数である場合、隣接段反射面の辺座標が、単位角に基づいて次の式を用いて決定され、

ここで、（Ｘ_Ｎ、Ｙ_Ｎ）は第Ｎ段反射面の辺座標、（Ｘ_Ｎ-１、Ｙ_Ｎ-１）は第Ｎ－１段反射面の辺座標、ｃは単位角、ｌは焦点距離、（Ｘ_０、Ｙ_０）は第０段反射面の辺座標、（Ｘ_＋０、Ｙ_＋０）は第１段反射面の第１象限における辺座標値であることと、
反射面の段数Ｎが負の整数である場合、隣接段反射面の辺座標が、単位角に基づいて次の式を用いて決定され、

ここで、（Ｘ_Ｎ＋１，Ｙ_Ｎ＋１）は第Ｎ＋１段反射面の辺座標を示し、（Ｘ_-０，Ｙ_-０）は第０段反射面の第３象限における辺座標値を示すことを含む。

オプションとしては、前記第０段反射面及び前記隣接段反射面から前記ステアリング反射面を決定する前記のことの後に、さらに隣接段反射面の辺座標、焦点距離、単位角をステアリング反射面を照会するためのデータベースに格納することが含まれる。

オプションとしては、前記第０段反射面に基づいて幾何学的方法を用いて隣接段反射面を決定する前記のことは、具体的に、
前記焦点距離に基づいて前記ステアリング反射面における各反射面の長手方向断面長さである単位長さを決定することと、
前記単位長さと前記第０段反射面に基づいて反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することと、
前記隣接段反射面の辺座標に基づいて前記隣接段反射面を決定することを含む。

オプションとしては、前記のいずれか１項に記載のステアリング反射面の決定方法により決定されるステアリング反射面を含む外部測定液面計フォーカスステアリングであって、
前記ステアリング反射面の第０段反射面は、前記ステアリング反射面により反射される超音波の方向を設定方向とするように、水平面と設定角度をなし、
前記ステアリング反射面の第０段反射面の中点と放射線放射源とが同一水平面にあり、
前記放射線放出源は、前記ステアリング反射面の凹面側に設けられ、
前記ステアリングの反射面の横断面が弧面である外部測定液面計フォーカスステアリングを提供する。

オプションとしては、前記ステアリング反射面の第１の側辺及び第２の側辺はそれぞれ貯液タンクの側壁の内面に接触し、
前記第１の側辺は、前記ステアリング反射面の隣接段反射面の円弧状の一側の端点の結線であり、
前記第２の側辺は、前記ステアリング反射面の隣接段反射面の円弧状の他側の端点の結線である。

オプションとしては、前記ステアリング反射面は、第０段反射面と負数段反射面とを含む。

オプションとしては、前記ステアリング反射面は、第０段反射面と正数段反射面とを含む。

本発明は従来の技術と比べて、本願発明により提供されるステアリング反射面の決定方法及び外部測定液面計フォーカスステアリングでは、焦点距離と設定反射角に基づいてステアリング反射面の第０段反射面を決定し、第０段反射面に基づいて幾何学的方法を用いて隣接段反射面を決定し、第０段反射面と隣接段反射面に基づいてステアリング反射面を決定し、放射線源から放射される超音波がステアリング反射面の多段反射面を介して液面に反射するように、ステアリング反射面を多段反射面として設計することで、縦型貯液タンク側壁の外側で液面を測定することを実現できるようになっている。

図１は本発明のステアリング反射面の決定方法のフローチャートである。

図２は本発明のステアリング反射面の正面図である。

図３は本発明のステアリング反射面の上面図である。

以下、図面を参照して、本願発明をさらに説明する。

以下、本発明の実施例における図面と参照して、本発明の実施例における技術的態様について詳細に説明するが、説明する実施例は本発明の一部の実施例にすぎず、すべての実施例ではないことは明らかである。本発明の実施形態に基づいて、当業者が創造的な労働を行うことなく得られる他のすべての実施形態は、本発明の保護の範囲に属する。

本発明は、現在の、縦型貯液タンクでは使用できない外部測定液位計ステアリングの欠陥に対して、ステアリング反射面の決定方法及び外部測液面計フォーカスステアリングを提供し、縦型貯液タンクの側壁外側で液面を測定することを実現する。

本発明の上記目的、特徴と利点はより明確にわかりやすくすることができ、以下に添付図面と具体的な実施形態を組み合わせて本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１
本発明により提供されるステアリング反射面の決定方法は、図１に示すように、ステップ１０１～１０２を含む。

ステップ１０１：放射線放出源ステアリング反射面の中心との距離である焦点距離及び、超音波がステアリングの反射面を介して反射する出射角である設定反射角を取得する。

ステップ１０２：前記焦点距離と前記設定反射角に基づいて前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定する。

ステップ１０３：前記第０段反射面に基づいて、幾何学的方法を用いて、隣接段反射面を決定し、前記隣接段反射面は正数段反射面と負数段反射面を含む。

ステップ１０４：前記ステアリング反射面の段数が設定段数に達すると、前記第０段反射面と前記隣接段反射面に基づいて前記ステアリング反射面を決定する。

選択的な実施形態としては、前記焦点距離と前記設定反射角に基づいて前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定する前記のことは、具体的に、
前記焦点距離に基づいて、前記ステアリング反射面における単位角を決定することと、
前記設定反射角に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角を決定することと、
前記焦点距離、前記単位角及び前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面の辺座標を決定することと、
前記第０段反射面の辺座標に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定することとを含み、
前記単位角は第１の挟角辺と第２の挟角辺とのなす挟角であり、前記第１の挟角辺は、各段の反射面の長手方向断面の第１の端点と前記放射線放射源との結線であり、前記第２の狭角辺は、各段の反射面の長手方向断面の第２の端点と前記放射線放射源との結線であり、前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角はステアリング反射面の第０段反射面と水平面とのなす角である。

ここで、前記第０段反射面に基づいて幾何学的方法を用いて隣接段反射面を決定する前記のことは、具体的に、
前記単位角と前記第０段反射面の辺座標に基づいて、反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することと、
隣接段反射面の辺座標に基づいて、隣接段反射面を決定することとを含む。

ここで、前記単位角と前記第０段反射面の辺座標に基づいて、反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することは、具体的に、
反射面の段数Ｎが正の整数である場合、隣接段反射面の辺座標が、単位角に基づいて次の式を用いて決定され、

ここで、前記第０段反射面及び前記隣接段反射面から前記ステアリング反射面を決定する前記のことの後に、さらに
隣接段反射面の辺座標、焦点距離、単位角をステアリング反射面を照会するためのデータベースに格納することが含まれる。

選択的な実施形態として、前記第０段反射面に基づいて幾何学的方法を用いて隣接段反射面を決定する前記のことは、具体的に、
前記焦点距離に基づいて前記ステアリング反射面における各反射面の長手方向断面長さである単位長さを決定することと、
前記単位長さと前記第０段反射面に基づいて反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することと、
前記隣接段反射面の辺座標に基づいて前記隣接段反射面を決定することを含む。

実施例２
本発明により提供される外部測定液面計フォーカスステアリングは、実施例１のステアリング反射面の決定方法により決定されるステアリング反射面を含む。

ステアリング反射面の第０段反射面は、ステアリング反射面により反射される超音波の方向を設定方向とするように、水平面と設定角度をなし、ステアリング反射面の第０段反射面の中点と放射線放射源とが同一水平面にあり、放射線放出源は、ステアリング反射面の凹面側に設けられ、ステアリングの反射面の横断面が弧面である。

選択的な実施形態としては、ステアリング反射面の第１の側辺及び第２の側辺はそれぞれ貯液タンクの側壁の内面に接触し、第１の側辺は、ステアリング反射面の隣接段反射面の円弧状の一側の端点の結線であり、第２の側辺は、ステアリング反射面の隣接段反射面の円弧状の他側の端点の結線である。

選択的な実施形態としては、ステアリング反射面が、第０段反射面と負数段反射面とを含む。

選択的な実施形態としては、ステアリング反射面が、第０段反射面と正数段反射面とを含む。

実施例３
本実施例が提供する外部計測液面計フォーカスステアリングの具体的な態様では、ステアリングの反射面はフォーカス反射面である。測定ヘッドから発射された超音波の誤差角θをステアリングで反射して０度に消去した。ステアリング反射面の特性に基づいて、測定ヘッドから出射された各方向に散乱した超音波はステアリング反射面を介して反射した後、液面に垂直に出射し、再び液面を介して反射されて、ステアリング反射面に戻り、ステアリング反射面を介して再び反射した後、測定ヘッドに焦点を合わせ、エコー信号を大幅に増強した。従って、フォーカスステアリングと呼ばれている。外部測定液面計フォーカスステアリングを使用し、縦式タンクの側壁外側から容易に縦式タンク液面を測定する目的を達成できるようになった。

具体的には、図２に示すように、ＯＸＹＺは右手の３次元直角座標系であり、座標軸ＯＸ、ＯＹは紙面上にあり、ＯＸは水平方向に右を向かっており、ＯＹは垂直方向に上を向かっており、ＯＺは紙面方向に手前を向かっており、Ｏは座標原点である。Ｔは測定ヘッドから発射された超音波が縦式タンクの側壁外側からタンク内部の側壁内面に導入する超音波発射源、すなわち放射線発射源である。放射線放射源ＴはＯＸ座標軸上で負の値にあり、放射線放射源Ｔと座標原点Ｏとの距離は焦点距離ｌであり、フォーカスステアリングの反射面はステアリング反射面形状に加工されている。ステアリング反射面の中心点は座標原点Ｏである。ＴからＯへ放射された超音波が方向誤差によりステアリング反射面のいずれかの点Ｄに放射されたとする。本実施例で提供されるステアリング反射面は、焦点からステアリング反射面のいずれかの点に放射され、反射された後に設定方向に放射された。本実施例における設定方向は垂直に上向きの方向である。すなわち、ステアリング反射面はＴＤを垂直に上向きのＤＰに反射し、Ｐは液面の点である。ＤＰは液面に垂直であるため、ＤＰの反射線ＰＤはＤＰと重なり、方向は下向きであり、Ｄ点に射出した。放射線ＰＤは、ステアリング反射面で反射して、焦点に向けて放射された。ステアリング反射面フォーカシングステアリングの反射面が十分に大きく、測定ヘッドからタンク内に入射した、誤差と散乱により各方向に出射する可能性のある主要な超音波を受信することができれば、これらの超音波をすべて垂直に上向きに反射し、液面に出射し、液面により反射されたエコーを測定ヘッドにフォーカスすることができるようになった。これにより、縦式タンク側壁外側から外部測定液面計とステアリングにより液面を測定する場合、液面によるエコーを受信できないという難題を解決した。また、フォーカスによりエコー信号が大幅に増強されあたため、粘度が大きく、運転状況が悪い場合でも正常に測定することができるようになった。外部測定液面計の適用液体の種類と運転条件の範囲を拡大した。

図２の折れ線はステアリング反射面とＸＯＹ座標面との交線であり、この交線は２Ｎ＋１本の直線セグメントが接続された折れ線である。ステアリング反射面は滑らかな曲面ではない。しかし、単位角ｃが０に近づき、同時に反射面段数Ｎが無限大に近づくと、ステアリング反射面は滑らかな曲面に無限的に近づく。ステアリングの反射面は放物面であってもよいが、本実施形態が提供する決定方法は、任意の領域にフォーカスしたり、発散したりするより複雑な状況を設計することができるが、放物面法はできない。本実施例が提供する決定方法は、放物面法の金型加工精度よりも高い。ステアリング反射面には焦点距離ｌ、単位角ｃの２つのパラメータがあり、ステアリング反射（ｌ，ｃ）と表記される。ステアリングの反射（１５０，４）面の焦点距離ｌ＝１５０ｍｍ、単位角ｃ＝４度。放射線放出源であるステアリング反射面の焦点Ｔは、Ｘ水平座標軸の負の半軸上にある。Ｏは座標原点であり、ＴＯの長さはｌである。放射線はＴからＯに出射する。ステアリング反射面の第０段反射面とＯＸＹ座標面との交線は直線のセグメントであり、このセグメントの中点はＯにあり、Ｘ軸との角度は４５度である。放射線ＴＯは、第０段反射面を介して、反射され、水平液面のＰ_０点に垂直に上向きに放射され、液面反射を経て反射線Ｐ_０Ｏを形成し、第０段反射面によって再び反射され、放射線ＯＴを形成して放射線放射源Ｔに戻る。第１象限におけるＮ段反射面の右上辺線がｎであり、ｎ＝２Ｎ＋１であることを定義する。第３象限におけるＮ段反射面の下辺線はｎ＝２Ｎ－１である。ステアリングの反射面は、焦点から放出された放射線を特定のポイントで焦点を合わせたり、特定の方向に平行させたり、特定の方向に沿って特定の角度で発散したりする設定方向に反射する。本実施例における設定方向は、垂直に上向きに水平液面に出射するものである。

図面を作成する際には、長さの誤差が０．２ｍｍ未満、角度の誤差が０．５度未満であることが要求される。第０段反射面右上辺の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）は、Ｔから放出される放射線角度がｃ／２に等しい放射線と４５度反射面との交点で決定することができる。第０段反射面の左下辺の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）は、Ｔから放出される放射線角度がｃ／２に等しい放射線と４５度反射面との交点で決定することができる。（Ｘ_０，Ｙ_０）、（Ｘ_－０，Ｙ_－０）の座標値を図面上で幾何学的に推定する。単位角ｃは、Ｔから（Ｘ_Ｎ－１，Ｙ_Ｎ－１）までの放射線と（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ）までの放射線との間の角度である。本実施例における各段の単位角はｃである。具体的には表１に示すように、表１はステアリング反射（１５０，４）面データテーブルであり、表中の第１象限における第３列において、Ｎの第０、１、２、３…段に対応する奇数辺放射線角θ＝（２Ｎ＋１）＊ｃ／２またはθ＝（２Ｎ＋１）＊ｃ／２の値はそれぞれ２、６、１０、１４…度であり、第３象限において、Ｎの第０、－１、－２、－３…段に対応する奇数辺放射線角θ＝（２Ｎ＋１）＊ｃ／２又はθ＝（２Ｎ－１）＊ｃ／２の値はそれぞれ－２、－６、－１０、－１４…度であり、一段ごとにｃ＝４度の差がある。本実施形態が提供する決定方法は、他の方法を用いて各段を分割することができる。例えば、各段の反射面の辺長が等しいことを設定することができる。また、第１段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_１，Ｙ_１）、第２段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_２，Ｙ_２）、第３段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_３，Ｙ_３）、第４段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_４，Ｙ_４）、第－０段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_－０，Ｙ_－０）、第－１段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_－１，Ｙ_－１）、第－２段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_－２，Ｙ_－２）、第－３段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_－３，Ｙ_－３）、第－４段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_－４，Ｙ_－４）、第－５段反射面の右上辺の座標は（Ｘ_－５，Ｙ_－５）である。

いずれかの段の反射面の右座標（Ｘ_Ｎ－１，Ｙ_Ｎ－１）を決定し、段を分割するための単位角ｃまたは段の長さ及び、要求される反射線方向角度（本実施例では垂直に上向き）に基づいて、正確な図を作成することにより、幾何学的に（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ）を推定することができ、具体的には座標（Ｘ_Ｎ－１，Ｙ_Ｎ－１）の放射線上に単位角を１つ増加させることにより、座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ）が位置する放射線を得て、座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ）を得ることができる。（Ｘ_Ｎ－１，Ｙ_Ｎ－１）から（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ）を計算する計算式（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ）＝Ｆ（（（Ｘ_Ｎ－１，Ｙ_Ｎ－１），ｌ，ｃ）形式は複雑であるが、段の分割規則と反射線方向を決定した後、計算式が共通である。この式をＥＸＣＥＬデータテーブルまたは他のデータテーブルに入力後、パラメータｌ、ｃを記入すれば、表１に示すように、データテーブルの性質を利用して、再帰的方法によって、各段の反射面の奇数辺の正面図上の座標を容易に算出することができ、ステアリング反射（ｌ，ｃ）面データテーブルを構成する。図３に示すように、各段反射面の辺線のＹ軸方向への投影は円弧であり、例えば－５段反射面の下辺線は半径Ｒ_－５の円弧である。

焦点Ｔから放射される、放射角θ＞０度の任意の放射線ＴＤ、放射角θ＝０度の任意の放射線ＴＯ、放射角θ＜０度の任意の放射線ＴＤ_１、ステアリング反射面で反射された放射線ＤＰ、ＯＰ_０、Ｄ_１Ｐ_１はいずれも垂直に上向きに水平液面に放射され、Ｐ、Ｐ_０、Ｐ_１は液面上の点である。液面反射後の反射線ＰＤ、Ｐ_０Ｏ、Ｐ_１Ｄ_１はいずれも垂直に下向きにステアリング反射面に放射され、ステアリング反射面で反射後の放射線ＤＴ、ＯＴ、Ｄ_１Ｔは焦点Ｔに放射される。

第Ｎ段反射面の偶数辺の序数はｎ＝２Ｎであり、偶数辺放射線はＮｃであり、ここで、第Ｎ段反射面の偶数辺放射線の角は第Ｎ段反射面の偶数辺とＸ軸との角度であり、偶数辺は反射面の正確な反射位置であり、即ち放射線源からいずれの一段反射面の偶数辺までの放射線の反射線は指定された水平面で反射した後、該偶数辺に正確に射出し、再び放射線源に反射し、反射角誤差は０である。各段の反射面の奇数辺座標に基づいて金型を加工すると、研磨時に各反転面の奇数辺の稜が研磨・消却され、下反射角誤差が０の正確な偶数辺座標面が残され、ステアリング反射面によるフォーカシングがより正確になる。

例えば、表１のステアリング反射（１５０，４）面のデータテーブルにおいて、第２列辺序数ｎが偶数である行が対応する第４列は偶数辺座標値Ｘ_ＮＥであり、対応する第５列は偶数辺座標値Ｙ_ＮＥであり、第１象限において、段数Ｎの０、１、２、３…について、偶数辺序数がそれぞれ０、２、４、６…であり、偶数辺線角がそれぞれ０度、４度、８度、１２度…であり、偶数辺座標値（Ｘ_０Ｅ，Ｙ_０Ｅ）、（Ｘ_１Ｅ，Ｙ_１Ｅ）、（Ｘ_２Ｅ，Ｙ_２Ｅ）、（Ｘ_３Ｅ，Ｙ_３Ｅ）…がそれぞれ（０．０００，０．０００）、（１０．８５５，１１．２４８）、（２２．５５５，２４．２５１）、（３５．２３５，３９．３７３）…であり、第３象限において、段数Ｎの０、－１、－２、－３…について、偶数辺序数がそれぞれ０、－２、－４、－６…偶数辺放射線角はそれぞれ０度、－４度、－８度、－１２度…、偶数辺座標値（Ｘ_０Ｅ，Ｙ_０Ｅ）、（Ｘ_－１Ｅ，Ｙ_－１Ｅ）、（Ｘ_－２Ｅ，Ｙ_－２Ｅ）、（Ｘ_－３Ｅ，Ｙ_－３Ｅ）…が、それぞれ（０．０００，０．０００）、（-１０．１２３，-９．７８１）、（-２０．２２１，-１８．２３９）、（-２９．６３７，-２５．５８４）…であり、図２のステアリング反射（１５０，４）面正面図において、座標（Ｘ_０Ｅ，Ｙ_０Ｅ）は第０段反射面の偶数辺座標を示し、すなわち座標原点Ｏであり、座標（Ｘ_１Ｅ，Ｙ_１Ｅ）、（Ｘ_２Ｅ，Ｙ_２Ｅ）、（Ｘ_３Ｅ，Ｙ_３Ｅ）、（Ｘ_４Ｅ，Ｙ_４Ｅ）、（Ｘ_５Ｅ，Ｙ_５Ｅ）と（Ｘ_－１Ｅ，Ｙ_－１Ｅ）、（Ｘ_－２Ｅ，Ｙ_－２Ｅ）、（Ｘ_－３Ｅ，Ｙ_－３Ｅ）、（Ｘ_－４Ｅ，Ｙ_－４Ｅ）、（Ｘ_－５Ｅ，Ｙ_－５Ｅ）はそれぞれ第１段、第２段、第３段、第４段、第５段と第－１段、第－２段、第－３段、第－４段、第－５段反射面の偶数辺座標を表示する。図３のステアリング反射（１５０，４）面の上面図において、各破線アークは各段の反射面の偶数辺を示す。

データテーブルを用いてコンピュータ上で任意の小単位角である角度精度、任意の多段反射面のステアリング反射面の座標表を容易に算出することができる。表２は、ステアリング反射（１０００，０．２）面データテーブルであり、例えば、表２に示す単位角０．２度、反射面２４０個である。座標データは、このステアリング反射面がほぼ滑らかな曲線であることを示す。座標データシートに基づいて加工された金型を研磨した後、各段反射面の奇数辺の稜が研磨・消却され、偶数辺の正確な反射位置を研磨することはなく、角精度がさらに向上し、フォーカシング効果がより正確になる。したがって、この方法に基づいて計算されたステアリング反射面は理論的に任意の角度精度要求を達成することができる。

焦点放射線の異なる向きによっては、局所的なステアリング反射面を形成することができる。測定ヘッドが取り付けられているタンクの壁が垂直でない場合。例えば外側に傾斜しており、測定ヘッドから放射される放射線方向が上向きであり、上部の局所面積のみを含むステアリング反射面フォーカスステアリングを作成することができる。タンク壁が内側に傾斜している場合は、ヘッドから放射される放射線方向を下向きにして、下部局所面積のみを含むステアリング反射面フォーカスステアリングを作成することができる。タンク壁が左または右に傾斜し、測定ヘッドが放射する放射線方向が左向きまたは右向きにする場合、左または右の部分面積のみを含むステアリング反射面フォーカシングステアリングを作成することができる。

本実施形態が提供する決定方法は、検証プロセスをさらに含む。

一、正確に作図する（精度は長さ精度が０．２ｍｍ、角度精度が０．５度などの具体的な問題要求によって決定される）。

二、幾何学的方法を用いて第０段反射面辺座標を推定し、いずれかの一段反射面の辺座標から隣接段反射面の辺座標を導出する。

三、幾何学に基づいていずれの一段の反射面辺座標から隣接段の反射面辺座標を計算する汎用計算式を導出する。

四、この汎用計算式を電子データテーブルに入力し、電子データテーブルの特性は第０段反射面辺座標と隣接反射面辺座標の計算式から各段反射面辺座標を複製し、任意の高精度要求の反射面辺座標データテーブルを容易に大規模に生成する。

五、測定図上の反射面辺座標値を測定し、検査にデータテーブルで生成した反射面辺座標値を計算し、汎用計算式が正しいことを確認する。

平行、フォーカシング、発散など異なる反射方向要件、各段の対応する放射角ｃが等しい、または各レベルの長さが等しいなどの段分割に異なる方法、および奇数辺座標データテーブルまたは偶数辺座標データテーブルを生成することにより、隣接反射面辺座標を推定する一般式は異なり、算出座標値も異なる。しかし、ステアリング反射面を生成する５つのステップの方法は同じである。

本実施形態で提供されるステアリングはタンク内に取り付けられ、フォーカシング面の焦点Ｔを測定ヘッドの正対の内壁に設置し、焦点ＴはＯＸ座標軸にあり、ＸＯＹ座標面はタンク内壁に垂直し、ＸＯＺ座標面は水平で、ＯＹ軸は垂直に上向きである。外部測定液面計測定ヘッドを用いて、縦式タンク側壁外からタンク内を向いて、Ｔ点に合わせて、超音波を発送し、液面エコーはすべてＴ点付近の測定ヘッドにフォーカスし、測定ヘッドに強大な液面エコー信号を受信させ、外部測定液面計フォーカスステアリングを用いて、側壁から縦式タンクの液面を測定することを実現した。

現在使用されている外部測定液面計ステアリングは、水平面と４５度角度をなす平板反射面である。これにより、測定ヘッドからの超音波放射角誤差が複数回反射されて測定ヘッドに戻ったときに８倍に増幅された。長い間、外部測定液面計とステアリングにより、縦式タンク側壁で液面を測定していた時、エコーを受けられず、液面を測定できなかった。本実施例は、０段反射面から再帰的に隣接段反射面を導出し、さらに各段反射面を再帰的に導出し、電子データテーブルを用いて任意の高精度なステアリング反射面データテーブルを容易に生成する。データテーブルによる確認定のステアリングは、外部測定液面計測定ヘッドが各方向に発射した超音波をフォーカスステアリングを介して反射させ、上向きに液面に垂直的に発射し、液面反射エコーをフォーカスさせ、液面測定ヘッドに反射させる。測定ヘッドに強力な液面エコー信号を正確に受信させる。外部測定液面計とフォーカスステアリングを用いて側壁から縦型タンク液面を測定することを実現する。実用的には、ステアリング反射面の代わりに放物面を用いてフォーカスステアリングを作成することができる。しかし、放物面は非平行方向に反射することはできない。ステアリングの反射面の応用範囲は放物面より広く、より柔軟で、加工精度は放物面より高い。

表１に示すように、表１はステアリング反射（１５０，４）面データテーブルであり、図２の正面図における各反射面奇数辺のＸ、Ｙ座標値を直尺で実測したところ、ステアリング反射面データテーブルで算出されたＸ、Ｙ座標値と完全に一致した。ステアリング反射面法が正確であることを確認した。表１の入力は焦点距離ｌと単位角ｃであり、焦点距離が１５０ミリ、単位角が４度である。ここで、表１では、辺序数１１の１行から辺序数１の１行までは第１象限データであり、辺序数－１の１行から辺序数－１１の１行までは第３象限データを示す。

表２に示すように、表２はステアリング反射（１０００，０．２）面データテーブルであり、図３の正面図における各反射面の奇数辺のＸ、Ｙ座標値を直尺で実測したところ、ステアリング反射面データテーブルで算出されたＸ、Ｙ座標値と完全に一致した。ステアリングホイール反射面法が正確であることを確認した。表２の入力は、焦点距離ｌと単位角ｃであり、焦点距離は１０００ｍｍ、単位角は０．２度である。表２の上から下への３行目から反射面奇数辺の序数が１の１行までのは第１象限データである。上から下へ反射面奇数辺序数が－１の１行から反射面奇数辺序数が－１２０の１行までのは第３象限データである。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、当業者は備える知識の範囲内において、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変化をすることができる。

Claims

ステアリング反射面の決定方法であって、
放射線放出源ステアリング反射面の中心との距離である焦点距離及び、超音波がステアリングの反射面を介して反射する出射角である設定反射角を取得することと、
前記焦点距離と前記設定反射角に基づいて前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定することと、
前記第０段反射面に基づいて、幾何学的方法を用いて、正数段反射面と負数段反射面を含む隣接段反射面を決定することと、
前記ステアリング反射面の段数が設定段数に達すると、前記第０段反射面と前記隣接段反射面に基づいて前記ステアリング反射面を決定することを含むことを特徴とするステアリング反射面の決定方法。
前記焦点距離と前記設定反射角に基づいて前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定する前記のことは、具体的に、
前記焦点距離に基づいて、前記ステアリング反射面における単位角を決定することと、
前記設定反射角に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角を決定することと、
前記焦点距離、前記単位角及び前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面の辺座標を決定することと、
前記第０段反射面の辺座標に基づいて、前記ステアリング反射面の第０段反射面を決定することとを含み、
前記単位角は第１の挟角辺と第２の挟角辺とのなす挟角であり、前記第１の挟角辺は、各段の反射面の長手方向断面の第１の端点と前記放射線放射源との結線であり、前記第２の狭角辺は、各段の反射面の長手方向断面の第２の端点と前記放射線放射源との結線であり、
前記ステアリング反射面の第０段反射面傾斜角はステアリング反射面の第０段反射面と水平面とのなす角であることを特徴とする請求項１に記載のステアリング反射面の決定方法。
前記第０段反射面に基づいて幾何学的方法を用いて隣接段反射面を決定する前記のことは、具体的に、
前記単位角と前記第０段反射面の辺座標に基づいて、反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することと、
隣接段反射面の辺座標に基づいて、隣接段反射面を決定することとを含むことを特徴とする請求項２に記載のステアリング反射面の決定方法。
前記単位角と前記第０段反射面の辺座標に基づいて、反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することは、具体的に、
反射面の段数Ｎが正の整数である場合、隣接段反射面の辺座標が、単位角に基づいて次の式を用いて決定され、

ここで、（Ｘ_Ｎ、Ｙ_Ｎ）は第Ｎ段反射面の辺座標、（Ｘ_Ｎ-１、Ｙ_Ｎ-１）は第Ｎ－１段反射面の辺座標、ｃは単位角、ｌは焦点距離、（Ｘ_０、Ｙ_０）は第０段反射面の辺座標、（Ｘ_＋０、Ｙ_＋０）は第１段反射面の第１象限における辺座標値であることと、
反射面の段数Ｎが負の整数である場合、隣接段反射面の辺座標が、単位角に基づいて次の式を用いて決定され、

ここで、（Ｘ_Ｎ＋１，Ｙ_Ｎ＋１）は第Ｎ＋１段反射面の辺座標を示し、（Ｘ_-０，Ｙ_-０）は第０段反射面の第３象限における辺座標値を示すことを含むことを特徴とする請求項３に記載のステアリング反射面の決定方法。
前記第０段反射面及び前記隣接段反射面から前記ステアリング反射面を決定する前記のことの後に、さらに
隣接段反射面の辺座標、焦点距離、単位角をステアリング反射面を照会するためのデータベースに格納することが含まれることを特徴する請求項４に記載のステアリング反射面の決定方法。
前記第０段反射面に基づいて幾何学的方法を用いて隣接段反射面を決定する前記のことは、具体的に、
前記焦点距離に基づいて前記ステアリング反射面における各反射面の長手方向断面長さである単位長さを決定することと、
前記単位長さと前記第０段反射面に基づいて反射法則を用いて隣接段反射面の辺座標を決定することと、
前記隣接段反射面の辺座標に基づいて前記隣接段反射面を決定することを含むことを特徴とする請求項１に記載のステアリング反射面の決定方法。
請求項１～６のいずれか１項に記載のステアリング反射面の決定方法により決定されるステアリング反射面を含む外部測定液面計フォーカスステアリングであって、
前記ステアリング反射面の第０段反射面は、前記ステアリング反射面により反射される超音波の方向を設定方向とするように、水平面と設定角度をなし、
前記ステアリング反射面の第０段反射面の中点と放射線放射源とが同一水平面にあり、
前記放射線放出源は、前記ステアリング反射面の凹面側に設けられ、
前記ステアリングの反射面の横断面が弧面であることを特徴とする外部測定液面計フォーカスステアリング。
前記ステアリング反射面の第１の側辺及び第２の側辺はそれぞれ貯液タンクの側壁の内面に接触し、
前記第１の側辺は、前記ステアリング反射面の隣接段反射面の円弧状の一側の端点の結線であり、
前記第２の側辺は、前記ステアリング反射面の隣接段反射面の円弧状の他側の端点の結線であることを特徴とする請求項７に記載の外部測定液面計フォーカスステアリング。
前記ステアリング反射面は、第０段反射面と負数段反射面とを含むことを特徴とする請求項７に記載の外部測定液面計フォーカスステアリング。
前記ステアリング反射面は、第０段反射面と正数段反射面とを含むことを特徴とする請求項７に記載の外部測定液面計フォーカスステアリング。