JP2689008B2

JP2689008B2 - 界面測定装置

Info

Publication number: JP2689008B2
Application number: JP2073361A
Authority: JP
Inventors: 隆佐々木; 孝小長井; 義信江頭; 明雄藤江
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH03274484A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、固液分離槽、たとえば廃水処理、下水処理
を行なう水処理プラント等の沈澱槽において、浮遊混濁
物が界面を呈しているときの界面情報を与える界面測定
装置に関する。

〔従来の技術〕

界面測定装置としては、従来光透過方式と超音波減衰
方式がある。光透過方式では、対になった発光器および
受光器とを間隔をおいて、沈澱槽内の汚水中に配置し、
光の減衰量を測定し、配置の深さを変えていって、減衰
量の急激な変化する位置を界面として探知する。超音波
減衰方式も全く同一の原理によるもので、光の代わりに
超音波を用いるが、超音波の方が光より水中の透過性が
良いので、界面探知の確度が高く、界面測定装置として
より一般的である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の超音波減衰方式あるいは光透過方式の界面測定
装置は、界面を検出するためのセンサとして、超音波の
送波器・受波器あるいは光の発光器・受光器を界面の一
部に少なくとも直接に入れないと界面の検出ができない
ので、上記センサに浮遊混濁物・汚物等が付着する機会
が多くなり、測定値に異常が生ずることが多い。

そこで、近時、超音波反射方式が考案されている。こ
の方式は第１図のように、超音波の送波器と受波器とを
近接して一体に組込んだ超音波センサ４を、水表面に接
し、あるいは一部水面下に配置し、送波器からほぼ垂直
方向に送信された超音波の送信パルスが沈澱物濃縮層の
界面から反射して帰ってきた反射波パルスを受波器が受
信するようにして、送波信号と受波信号との時間差から
界面距離を演算して求め、その数値を表示装置に表示す
る。この反射方式は、超音波センサ４を配置する深さ
が、水表面近くであるので、この部分には汚物等が少な
く汚染による超音波センサの感度低下あるいは測定値の
異常が生ずるおそれは少ない。さらに従来のセンサのよ
うに、沈澱槽の深さ方向に移動させる機械的機構が不要
で、特定の位置に固定でき、簡単な構造となしうる利点
がある。

ところで、沈澱槽は一般に固液分離を一様に行なわし
めるため、撹拌用腕木２をゆっくり回転している。つま
り沈澱槽溶液はダイナミックな平衡状態であって、常に
微細な変動があるから、蓄積された汚泥等の界面からの
反射信号レベルは変化しやすいので界面深度の値が非常
にばらつく。また時には欠測し、底の深さを表示するこ
ともある。その他、汚泥の性質から気泡が発生し易い場
合もある。この発泡現象は特に夏期にさかんになる。こ
の気泡は超音波を反射させるため、反射パルスから浅い
位置に界面があるように観測され、また数値として表示
される。その他、曝気管を汚泥水槽に入れて曝気するよ
うな場合に、正常な運転ならば問題ないが、何らかの不
都合があると、気泡が界面まで到達して界面測定誤差に
なることもある。

従来は、単に反射波パルスの反射時間から演算して、
界面深度を演算し、この数値を記録計に表示するだけで
あるから、気泡による測定誤差とも判断できず、界面深
度として誤測定する他なかった。

本発明の目的は、上記のように沈澱槽等で気泡の発生
が生ずるような場合にも、真の界面を弁別できうるよう
にしたり、また界面深度のばらつきがあっても、信頼度
の高い測定が可能な界面測定装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の界面測定装置は、a.繰返し一定の周期で放射
される送信パルスに対する、反射パルスの受信信号をデ
ィジタル信号に変換するA/D変換器と， b.前記A/D変換
器の出力を、送信パルスに同期したタイミングパルスで
RAMに一回の送信パルスごとに取りこみ、前記タイミン
グパルスと対応する深度データとして記憶する記憶手段
と， c.前記RAMに記憶されている送信パルスごとの深
度データをビデオRAMの一軸方向に配列して前記一軸方
向を深度軸とし、これに直角な方向を時間軸として深度
データを順次配列して記憶しておくビデオRAM記憶手段
と， d.前記ビデオRAMに記憶されている深度軸データ
を、時間軸方向にスクロールして、一定時間内の深度デ
ータを常に更新する手段とを有し、前記ビデオRAMの
データをスキャンしてデータ振幅に応じて色調を付し、
表示パネルにカラー表示するものである。

さらに、本発明の界面計測装置はビデオRAMの深度軸
データとして、複数の繰返し送信パルスに対するRAMの
記憶データを、タイミングパルスの同位置に相当する同
一深度で時間的に相関処理しておいて、ビデオRAMに深
度軸データとして転送し、表示パネルの時間軸スケール
を変えるとともに、気泡等の短時間の変動現象の表示を
抑圧する。

また、表示バネルの画面の一部にウィンドウを設け、
主表示画面の時間軸および深度軸を圧縮した表示を行な
うことで、長時間の界面変動を観察可能とする。

ここで、深度データの時間的相関処理とは、平均化あ
るいはピーク値検出、その他の処理を適宜行なうものと
する。

〔作用〕

表示パネルに、深度軸方向のみならず時間軸方向にも
反射パネルの大きさがカラー表示により表される。した
がって一定期間についての界面状況を総合的に観測でき
るので、界面の変動があっても真の界面深度を容易に求
めることができる。さらに、送信パルスごとの深度デー
タを相関処理して表示すると、気泡は一定位置にとどま
らず上昇するので、気泡はその強度が減殺され、表示パ
ネルに現れないようになる。また界面の微小変動も減殺
され、みやすい表示が得られる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の一実施例について説
明する。第１図は実施例の概略図であって、１が沈澱槽
で、溶液中の浮遊混濁物は沈降して界面３を形成してい
る。界面上の液は上澄液で、図示されていないが、沈澱
終了後もしくは定常連続的に外へ排出される。超音波セ
ンサ４は上澄液表面近くに配置してあって超音波パルス
を送信し、また受信する。超音波センサ４は送波器・受
波器を別々に備えるか、あるいは時間分割して併用使用
とすることもできる。この実施例では別々に備えてい
て、送波器から送信された超音波は界面３で反射されて
受波器で受信される。このとき気泡５があると、この気
泡５による反射波も受信される。超音波センサ４の出力
は界面測定装置本体10により、ディジタル処理されて、
図示のカラー表示板11に所定の表示がなされる。この表
示の各種指定は操作パネル12のスイッチによりなされ
る。図示したＸ方向は時間的経過であり、Ｙ方向が深度
方向で、深さを示すマークが右側辺に示されている。

そして、界面表示13は、カラーにより識別される。さ
らにこの図ではウィンドウ表示14が、同時に表われる。
ウィンドウ表示14には時間軸と深度軸とが圧縮され長時
間の界面深度を表示できる。また、界面測定装置本体10
は外部へ界面深度データを送出し、リモートコントロー
ルに役立たせている。

次に界面測定装置本体10と超音波センサ４とを組合わ
せた回路ブロック図を第２図に示し、この第２図によ
り、信号処理・カラー表示につき説明する。CPU107はRO
M111に格納されるプログラムにより全体の制御、後述の
各種演算、あるいはデータ比較等を行なう。操作スイッ
チ121は各種の操作指令、あるいは設定値を入力する。
送信器101,送波器102,受波器103,受信器104,TVG回路105
が超音波の送受信部である。超音波パルスは、たとえば
200KHzの周波数の幅の狭いパルスを約100msで繰返し放
射する。ここでTVG回路105は、超音波の距離による減衰
を補正し、近距離では感度を低くし、深くなるにつれ感
度が高くなるようにして深さにかかわらず同一反射体な
らば受信レベルが同一になるように受信器104の利得を
補正する回路である。受信器104の出力は３ビットのA/D
変換器106でディジタル信号となされ、RAM112に格納さ
れる。タイマー109,108は送信パルス発生のタイミング
パルス、RAM112へのデータ格納タイミングパルスを発生
する。すなわちタイマー109は割込みコントローラ110に
一定周期ごとに割込みをかけることで、CPU107は送信器
101に制御パルスを送り超音波送信パルスを送波器102か
ら放射させる。そして、タイマー108はタイマー109に同
期したタイミングパルスで、割込みコントローラ110に
割込みをかけることで、CPU107は一定周期のタイミング
パルスごとにA/D変換器106のデータを取込み、RAM112に
格納させる。このデータ取込みタイミング周期は、カラ
ー表示器120の深度方向を表示する範囲および表示する
画素数できまる。たとえば表示画素数N,表示範囲をＲ
（ｍ），沈澱槽の水の音速をＣ（m/sec）とすると、R/2
CN（sec）で取込む。これによりＲ（ｍ）の範囲におけ
る各深度から反射強度が、Ｎ個の分割で取りこまれる。
すなわち１データはR/N（ｍ）の範囲のデータになる。

上記のRAM112のデータをビデオRAM（以下Ｖ−RAMとす
る）117に、表示画面に1:1に対応して配列して書込む。
このため切換スイッチ116をＡ側に倒し、アドレスバス
からのアドレス指定によりRAM122のデータを転送する。
第１図におけるＹ軸方向（深度軸方向）に、各送信パル
スごとのデータを配置し、Ｘ軸方向（時間軸方向）に、
各送信パルスデータを順次書込む。なおＶ−RAM117は常
時はスキャンして読出しを行なっているので、上記のＶ
−RAM117への書込みは、カラー表示器120のブランキン
グ期間に行なう。Ｖ−RAM117のデータは、常時は切換ス
イッチ116をＢ側にし、CRT/LCDコントローラ113で制御
されるアドレスで読出され、カラー表示器120に表示さ
れる。なおカラー表示器120はCRTでも液晶表示器でもよ
い。この表示は色調発生回路119で疑似的に数値データ
を色表示とする。A/D変換器106は３ビットであるから、
８色の階調となる。たとえば数値７を赤に数値０を青と
することで、界面等からの強いエコーは赤色に表示さ
れ、何ら信号がない所は青色となる。

ところで、送信パルスごとの深度データをそのまま、
画面に表示すると、発生ガスの影響が直接に表われる。
そこでたとえばRAM112に格納された一定数の送信パルス
ごとのデータの同一深度のデータの相関処理を行なって
からＶ−RAM117に書込む。この相関処理はRAM112のデー
タに含まれる気泡等による反射を雑音として除去する時
間相関処理を行なうもので、深度方向の各深度データに
ついて、たとえば１回目の送信パルスのデータと次の２
回目の送信パルスのデータとを比較して、小さい方を信
号データとしさらに３回目の送信パルスのデータとを比
較して、小さい方を信号データとする処理をｎ回行な
い、１つの深度方向データとしている。

上記データの書込みは上述のように切換スイッチ116
がＡ側にあるときになされるが、常時はＢ側にあって、
Ｖ−RAM117の表示アドレスをＸ方向（時間軸方向）にス
クロールさせることもできる。すなわちCRT/LCDコント
ローラ113で発生する表示アドレスに、表示スタートレ
ジスタ114の数値を加えて、Ｖ−RAM117のアドレスとす
る。したがってカラー表示器120の表示を時間的に移動
させることができる。表示スタートレジスタ114はたと
えば当初は０で、Ｙ軸方向の新しいデータをＶ−RAM117
に転送するごとに、1,2,……と数値を増加することで、
１行ずつＸ方向にスクロールする。このようにして画面
はＸ方向に表示しうる時間範囲内のデータを常に更新し
て新しいデータとし、超音波センサ４の真下の沈澱槽の
状況が時間（Ｘ軸），深度（Ｙ軸）として表わされる。

前述したRAM112を送信処理したデータは、Ｖ−RAM117
の右端、すなわち第１図の画面のＸ＝０の位置に書込ま
れる。なお、ｎ回の深度方向のデータで相関をとるが、
この回数ｎが小さい場合は、気泡からの反射信号が取り
のぞけない場合も発生する。たとえば第６図（ａ）では
取りのぞかれるが、相関範囲を広くし、ｎを大きくする
と、第６図（ａ）に相応する画面は第６図（ｂ）のよう
になり気泡は取りのぞかれる。また気泡のみならず界面
の変動のばらつきを減少できる。

以上の操作は、相関処理をして、正しく界面位置を測
定する目的でなされるものであるが、場合によってはガ
ス発生状況を特にチェックするため相関処理をしない場
合もある。

カラー表示器120の表示は、比較的に短時間内の状況
をしりたい場合と、長時間における状況を知りたい場合
と異なる状況表示が必要である。この要求を満たすため
には、第３図に示すように長時間の状況をウィンドウ表
示14で示す。そのためには、前述の相関処理されたデー
タをさらに時間方向に圧縮する。この圧縮はピーク値を
とったり、たとえば１回目の送信パルスのデータと次の
２回目の送信パルスのデータとを比較して、大きい方を
信号データとし、さらに３回目の送信パルスのデータと
比較して、大きい方を信号データとする処理をｎ回行な
って、ピーク値をとったり、あるいは平均値をとること
でなしうる。50倍の圧縮では50回のデータについて、デ
ータ処理を行ない、Ｖ−RAM117のＶ−RAM（ｗ）の部分
に転送する。主画面のＶ−RAM（ｍ），ウィンドウのＶ
−RAM（ｗ）はウィンドウ切換器118によりカラー表示器
120上に表示される。第３図の例では一画面１時間の表
示部分が50時間にわたってウィンドウ表示14に表示され
るので、界面の時間的変化が明確にわかる。ウィンドウ
表示画面をスクロールさせるのは、時間的にゆっくりし
た表示であるからＶ−RAM（ｗ）の全部を書換えるよう
にして実行する。勿論主画面と同様にスクロール用のス
タートアドレスレジスタでコントロールし、スクロール
させてもよい。ウィンドウ表示は汚泥の排出時期等の予
測に極めて便利である。

沈澱槽の状況は、作業者の現場巡視による監視の他、
界面の深度状況を伝送路を介して離れたセンターに送
る。これは特に複数の沈澱槽を関連して作動させる場合
に必要である。そのためには、Ｖ−RAM117にあるデータ
に基づき、CPU107は、たとえば深度方向で最初に振幅値
が変動し、明確に反射パルス位置を確認できる深度を求
め、界面深度データとして、シリアルデータ変換器123
を介して出力する。またこの界面深度データはカラー表
示器120に表示する。

本装置は、また各種の警報手段を設け、予防措置をと
りうるようにしている。１つの警報手段は操作スイッチ
121から一定深度の警報マーカを定め、第４図のように
画面表示をなすとともに、また、界面が高まりこの警報
マーカと一致したことをCPU107が検出したときアラーム
122を作動させる。他の警報手段は、安価な光学式界面
計を利用し、そのデータを利用するものである。通常の
光学式界面計は、安全・注意・危険の３つの信号を出力
する。したがって一定の深度のところに光学式界面計を
設置しておき、そのデータをインタフェース24でうけ
て、CPU107に入力させ、第５図に示すように画面の左側
に安全：緑，注意：黄，危険：赤と表示させる。この表
示は、超音波センサに突発的に異常が生じた場合などに
有用である。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、固液分離
槽、たとえば水処理プラントの沈澱槽内の状況を時間的
変化を含めて画面に表示したり、あるいは界面の深度を
検出し、その情報をセンタに送り、リモート管理を可能
とする。

本発明による情報は、超音波による超音波センサ真下
の状況を示すものだが、気泡などの発生により誤差が生
ずる状況であっても、反射波受信信号のデータを時間的
に相関処理して気泡などからの反射を雑音として除去す
る。逆に相関をとらず、泡等の発生を如実に画面上で観
察もできる。またこの相関処理により界面の微小なばら
つきは除去して観察することができる。

画面表示は、また画面表示データの含まれるビデオRA
Mには、比較的短い時間の状況のデータと、長期の時間
状況との両方を含ませることで、水処理プラントの管理
に際し有益な情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明の一実施例を沈澱槽の管理に応用した
例、第２図は電気的な回路ブロック図である。第３図〜
第６図はカラー表示器の画面表示を示す例で、第３図は
ウィンドウ表示を含めた画面、第４図は警報マーカを表
示した画面、第５図は光学式界面計のデータを画面に表
示したもの、第６図（ａ）（ｂ）は時間軸方向のスクロ
ール速度を変えて、気泡の発生データが消滅することを
示す図である。１……沈澱槽、３……界面、４……超音波センサ、５…
…気泡、10……界面測定装置本体、11……カラー表示
板、12……操作パネル、14……界面表示、15……ウィン
ドウ表示、101……送信器、102……送波器、103……受
波器、104……受信器、106……A/D変換器、107……CP
U、108,109……タイマー、110……割込みコントロー
ラ、112……RAM、113……CRT/LCDコントローラ、114…
…表示スタートレジスタ、115……加算器、116……切換
スイッチ、117……Ｖ−RAM、118……ウィンドウ切換
器、119……色調発生回路、120……カラー表示器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤江明雄東京都西多摩郡羽村町栄町３丁目１番地の５海上電機株式会社内 (56)参考文献特開平１−152383（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−188785（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−17643（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−72375（ＪＰ，Ａ) 「技術動向シリーズ特許からみた魚群探知器」特許庁編、昭61．３．31，発明協会発行、Ｐ202〜215

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液中の浮遊混濁物から形成される界面の位
置（以下深度という）を液面から垂直に超音波パルスを
放射して、その反射パルスを受信し、界面深度を測定す
る界面測定装置において、 a.繰返し一定の周期で放射される送信パルスに対する、
反射パルスの受信信号をディジタル信号に変換するA/D
変換器と、 b.前記A/D変換器の出力を，送信パルスに同期したタイ
ミングパルスでRAMに一回の送信パルスごとに取りこ
み、前記タイミングパルスと対応する深度データとして
記憶する記憶手段と、 c.前記RAMに記憶されている送信パルスごとの深度デー
タをビデオRAMの一軸方向に配列して前記一軸方向を深
度軸とし、これに直角な方向を時間軸として深度データ
を順次配列して記憶しておくビデオRAM記憶手段と、 d.前記ビデオRAMに記憶されている深度軸データを、時
間軸方向にスクロールして、一定時間内の深度データを
常に更新する手段とを備えたことと、前記ビデオRAMのデータをスキャンしてデータ振幅に応
じて色調を付し、表面パネルにカラー表示することと、前記ビデオRAMの深度軸データとして、複数の繰返し送
信パルスに対する前記RAMの記憶データを、タイミング
パルスの同位置に相当する同一深度で時間的に相関処理
しておいて、前記ビデオRAMに前記深度軸データとして
転送し、前記表示パネルの時間軸スケールを変えるとと
もに、気泡等の短時間の変動現象の表示を抑圧することとを特徴とする界面測定装置。
【請求項２】液中の浮遊混濁物から形成される界面の位
置（以下深度という）を液面から垂直に超音波パルスを
放射して、その反射パルスを受信し、界面深度を測定す
る界面測定装置において、 a.繰返し一定の周期で放射される送信パルスに対する、
反射パルスの受信信号をディジタル信号に変換するA/D
変換器と、 b.前記A/D変換器の出力を、送信パルスに同期したタイ
ミングパルスでRAMに一回の送信パルスごとに取りこ
み、前記タイミングパルスと対応する深度データとして
記憶する記憶手段と、 c.前記RAMに記憶されている送信パルスごとの深度デー
タをビデオRAMの一軸方向に配列して前記一軸方向を深
度軸とし、これに直角な方向を時間軸として深度データ
を順次配列して記憶しておくビデオRAM記憶手段と、 d.前記ビデオRAMに記憶されている深度軸データを、時
間軸方向にスクロールして、一定時間内の深度データを
常に更新する手段とを備えたことと、前記ビデオRAMのデータをスキャンしてデータ振幅に応
じて色調を付し、表面パネルにカラー表示することと、前記表示パネルの画面の一部にウインドウを設け、主表
示画面の時間軸および前記深度軸を圧縮した表示を行う
こととを特徴とする界面測定装置。
【請求項３】請求項１記載の界面計測装置において、前記RAMの記憶データの相関処理を行う前記複数の繰返
し送信パルスの数は可変的に設定しうるものであること
を特徴とする界面測定装置。
【請求項４】請求項１記載の界面計測装置において、前記ビデオRAMに記憶されている前記深度軸データか
ら、前記界面深度を検出し、そのデータを伝送路を介し
て出力することを特徴とする界面測定装置。
【請求項５】請求項４記載の界面計測装置において、前記界面深度データが、あらかじめ設定した深度を基準
として警報を発生し、または制御信号を送出することを
特徴とする界面計測装置。
【請求項６】請求項１乃至３記載の界面計測装置におい
て、光学式界面計からの信号を受信し、前記表示パネルの画
面上に制御光学式界面計の情報を併記させることを特徴
とする界面計測装置。