JP2944187B2 - 超音波式傾斜計 - Google Patents
超音波式傾斜計Info
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- JP2944187B2 JP2944187B2 JP2277399A JP27739990A JP2944187B2 JP 2944187 B2 JP2944187 B2 JP 2944187B2 JP 2277399 A JP2277399 A JP 2277399A JP 27739990 A JP27739990 A JP 27739990A JP 2944187 B2 JP2944187 B2 JP 2944187B2
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- Japan
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- ultrasonic
- time difference
- container
- inclinometer
- liquid
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波振動子を用いた傾斜計に関する。
この種の傾斜計としは例えば実開平２−5012号公報に
開示されたものである。同傾斜計は、液体を蓄えた容器
の上部に、液面に向けて超音波を発射する超音波発信体
と、この超音波発信体より発射され、液面で反射した超
音波を受信する超音波受信体とを設けたものであり、超
音波受信体で受信した超音波の位相と偏位から容器の傾
きを検出するものである。
開示されたものである。同傾斜計は、液体を蓄えた容器
の上部に、液面に向けて超音波を発射する超音波発信体
と、この超音波発信体より発射され、液面で反射した超
音波を受信する超音波受信体とを設けたものであり、超
音波受信体で受信した超音波の位相と偏位から容器の傾
きを検出するものである。
しかしながら、この傾斜計では、以下の問題点があっ
た。 （１）温度変化により液体が変化した場合にも受信信号
に位相変化が起きて誤検出が生じる。 （２）傾斜測定面と直角の方向に傾斜した場合には、超
音波を反射する液面の傾斜により、液面からの反射が超
音波受信体に対応しなくなり、受信感度が急激に落ち
る。 （３）傾斜測定面の断面形状により、傾斜対出力信号の
直線性が変わる。 （４）傾斜角測定面においても超音波が液面で反射する
ポイントが実際には移動し、そのため正確な測定が行え
ない。 （５）液中でなく空中が超音符を送受するため伝播効率
が悪い。 （６）傾斜角の方向性判別ができない。最初から傾斜さ
せておけば、傾斜したときの方向性は判別できるが。 （７）駆動信号の周波数変化により位相変化を起こす可
能性がある。 （８）傾斜の相対値（変化量）しかわがらず、従って傾
斜のない静止状態を検出できない。 本発明は上述した課題を解決するためになされたもの
であり、簡単な構成で優れた検出精度を有する超音波式
傾斜計を提供することを目的とする。
た。 （１）温度変化により液体が変化した場合にも受信信号
に位相変化が起きて誤検出が生じる。 （２）傾斜測定面と直角の方向に傾斜した場合には、超
音波を反射する液面の傾斜により、液面からの反射が超
音波受信体に対応しなくなり、受信感度が急激に落ち
る。 （３）傾斜測定面の断面形状により、傾斜対出力信号の
直線性が変わる。 （４）傾斜角測定面においても超音波が液面で反射する
ポイントが実際には移動し、そのため正確な測定が行え
ない。 （５）液中でなく空中が超音符を送受するため伝播効率
が悪い。 （６）傾斜角の方向性判別ができない。最初から傾斜さ
せておけば、傾斜したときの方向性は判別できるが。 （７）駆動信号の周波数変化により位相変化を起こす可
能性がある。 （８）傾斜の相対値（変化量）しかわがらず、従って傾
斜のない静止状態を検出できない。 本発明は上述した課題を解決するためになされたもの
であり、簡単な構成で優れた検出精度を有する超音波式
傾斜計を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の超音波式傾斜計
は、 液体を蓄える容器の底面に直線状に設けられた３個の
超音波振動子と、 中央に位置する超音波振動子より超音波を放射したと
き、両端の超音波振動子による前記超音波の受信タイミ
ングの時間差を検出する時間差検出手段と、 前記時間差検出手段で検出された時間差を傾きとして
表示する表示手段と、 を備えたことを特徴とする。 尚、３個の超音波振動子を液体を蓄える容器の上面に
直線状に設けた構成も可能である。
は、 液体を蓄える容器の底面に直線状に設けられた３個の
超音波振動子と、 中央に位置する超音波振動子より超音波を放射したと
き、両端の超音波振動子による前記超音波の受信タイミ
ングの時間差を検出する時間差検出手段と、 前記時間差検出手段で検出された時間差を傾きとして
表示する表示手段と、 を備えたことを特徴とする。 尚、３個の超音波振動子を液体を蓄える容器の上面に
直線状に設けた構成も可能である。
第２図に示すように、液体１を蓄える容器２（不図
示）の底面2aに、３個の超音波振動子A,B,Cが互いに距
離Ｌを隔て１直線状に設けられているとする。 容器２が水平に保たれた状態において、超音波振動子
Ｂから液面1aまでの距離（超音波振動子Ｂから液面1aに
鉛直に降ろした線の長さ）がＤであり、この鉛直線を更
にＤ延長した点をｄとすると、dA間の長さT1と、dC間の
長さT2とは、超音波振動子Ｂから発射した超音波が液面
1aを反射して超音波振動子ＡおよびＣへ伝播するそれぞ
れの経路長に等しい。 次に容器２が傾いて液面がθだけ傾斜したとする（実
際した容器２が傾く）。このとき、超音波振動子Ｂから
液面1aと距離（超音波振動子Ｂから液面1aに対して垂直
に降ろした線の長さ）をＤ′とし、この垂直を更にＤ′
延長した点をｄ′とすると、超音波振動子Ｂから超音波
振動子ＡおよびＣへ超音波が伝わる経路長は、それぞれ
ｄ′Ａ間の長さＴ′１と、ｄ′Ｃ間の長さT2′に等し
い。又、ｄ′点から底面2aに垂線を降ろした点をｅとす
る。 これより、 2D′＝2Dcosθ Be間の長さＪは、 Ｊ＝2D′sinθ＝2Dcosθ・sinθ 又、ｄ′ｅ間の長さＫは、 Ｋ＝2D′cosθ＝2Dcosθ・cosθ 故に超音波振動子Ｂからの超音波が超音波振動子Ａお
よびＣに到達する時間差△Ｔは、 △Ｔ＝T1′−T2′ となり、この時間差△Ｔが０であれば容器２は水平に位
置し、△Ｔが例えば正であれば、第２図で示した方向に
傾いたときであり、また△Ｔの大きさからその傾きの程
度を知ることができる。
示）の底面2aに、３個の超音波振動子A,B,Cが互いに距
離Ｌを隔て１直線状に設けられているとする。 容器２が水平に保たれた状態において、超音波振動子
Ｂから液面1aまでの距離（超音波振動子Ｂから液面1aに
鉛直に降ろした線の長さ）がＤであり、この鉛直線を更
にＤ延長した点をｄとすると、dA間の長さT1と、dC間の
長さT2とは、超音波振動子Ｂから発射した超音波が液面
1aを反射して超音波振動子ＡおよびＣへ伝播するそれぞ
れの経路長に等しい。 次に容器２が傾いて液面がθだけ傾斜したとする（実
際した容器２が傾く）。このとき、超音波振動子Ｂから
液面1aと距離（超音波振動子Ｂから液面1aに対して垂直
に降ろした線の長さ）をＤ′とし、この垂直を更にＤ′
延長した点をｄ′とすると、超音波振動子Ｂから超音波
振動子ＡおよびＣへ超音波が伝わる経路長は、それぞれ
ｄ′Ａ間の長さＴ′１と、ｄ′Ｃ間の長さT2′に等し
い。又、ｄ′点から底面2aに垂線を降ろした点をｅとす
る。 これより、 2D′＝2Dcosθ Be間の長さＪは、 Ｊ＝2D′sinθ＝2Dcosθ・sinθ 又、ｄ′ｅ間の長さＫは、 Ｋ＝2D′cosθ＝2Dcosθ・cosθ 故に超音波振動子Ｂからの超音波が超音波振動子Ａお
よびＣに到達する時間差△Ｔは、 △Ｔ＝T1′−T2′ となり、この時間差△Ｔが０であれば容器２は水平に位
置し、△Ｔが例えば正であれば、第２図で示した方向に
傾いたときであり、また△Ｔの大きさからその傾きの程
度を知ることができる。
第１図は、本発明の傾斜計の一実施例を示す概略図で
あり、第２図と対応する部分については同一の符号を付
している。 液体１を蓄える容器２の底面2aに、３個の超音波振動
子Ａ、Ｂ、Ｃが互いに距離Ｌを隔て直線状に設けらてお
り、これらの振動子より無指向性の超音波を発射できる
ように超音波振動子は偏平形状のものを用いる。尚、送
信した超音波振動子から超音波が直接入射しないように
適当な遮蔽板が設けられる。 ３は、超音波振動子Ｂを励振させるための送信増幅部
であり、４および５は、超音波振動子ＣおよびＡより検
出信号を増幅すると共にその信号をパルス化する受信増
幅部である。受信増幅部４の出力信号はセット信号とし
てフリップフロップ回路７に入力されるが、受信増幅部
５の出力信号は、位相を反転する反転器６を介してフリ
ップフロップ回路７にリセット信号として入力される。
８は、フリップフロップ回路７の出力電圧に対し、オン
期を＋Ｖ、オフ期を−Ｖの電圧として平均化する平均化
回路であり、９は、平均化回路８の出力電圧を表示する
電圧計である。フリップフロップ回路７が上記の時間差
検出手段に相当する。 上記構成を傾斜計における制御動作を説明する。傾斜
性が水平に保たれているとき、超音波振動子Ｂから超音
波振動子ＡおよびＣに至る超音波経路長T1、T2が等し
く、従って、受信増幅部４出力のセット信号と、受信増
幅部５の出力信号とは同相となり、それ故、セット信号
とリセット信号とは第３図（Ａ）に示したように互いに
逆相となる。このときのフリップフロップ回路７のオン
期とオン期とは等しく、従って平均化回路８の出力電圧
は0Vとなる。電圧計９の指針は振れない。 一方、傾斜計が傾き、第２図のように液面1aが傾いた
ときは、前記経路長はT1＞T2となるので、第３図（Ｂ）
に示したように、セット信号およびリセット信号の位相
は、第３図（Ａ）における信号の位相と比較して、それ
ぞれ遅れ、および進みが生じ、フリップフロップ回路７
のオン期がオフ期より短くなり、その結果、平均化回路
８の出力電圧は負の電圧となり、電圧計９の指針は一側
に振れ、このときの振れの大きさが液面1aのかたむきθ
に対応する。 第２図の逆に傾いたときは、経路長はT1＜T2となり、
このときは第３図（Ｃ）で示したように、逆オン期がオ
ン期より長くなり、平均化回路８より正の電圧が出力さ
れ、電圧計９の指針は＋側に振れる。 尚、超音波振動子Ｂより放射する超音波はパルス波で
あってもよく、あるいは連続波であってもよい。 又、超音波振動子A,B,Cを容器２の底面に設けること
により超音波の伝播効率が良くなるが、超音波振動子上
にスラッジ等の推積が生じる場合には、これらの超音波
振動子を容器２の上面に設置してもよく（第１図に
Ａ′,B′,C′にて示す）、その場合も上述したのと同様
な原理により傾斜を検出できる。
あり、第２図と対応する部分については同一の符号を付
している。 液体１を蓄える容器２の底面2aに、３個の超音波振動
子Ａ、Ｂ、Ｃが互いに距離Ｌを隔て直線状に設けらてお
り、これらの振動子より無指向性の超音波を発射できる
ように超音波振動子は偏平形状のものを用いる。尚、送
信した超音波振動子から超音波が直接入射しないように
適当な遮蔽板が設けられる。 ３は、超音波振動子Ｂを励振させるための送信増幅部
であり、４および５は、超音波振動子ＣおよびＡより検
出信号を増幅すると共にその信号をパルス化する受信増
幅部である。受信増幅部４の出力信号はセット信号とし
てフリップフロップ回路７に入力されるが、受信増幅部
５の出力信号は、位相を反転する反転器６を介してフリ
ップフロップ回路７にリセット信号として入力される。
８は、フリップフロップ回路７の出力電圧に対し、オン
期を＋Ｖ、オフ期を−Ｖの電圧として平均化する平均化
回路であり、９は、平均化回路８の出力電圧を表示する
電圧計である。フリップフロップ回路７が上記の時間差
検出手段に相当する。 上記構成を傾斜計における制御動作を説明する。傾斜
性が水平に保たれているとき、超音波振動子Ｂから超音
波振動子ＡおよびＣに至る超音波経路長T1、T2が等し
く、従って、受信増幅部４出力のセット信号と、受信増
幅部５の出力信号とは同相となり、それ故、セット信号
とリセット信号とは第３図（Ａ）に示したように互いに
逆相となる。このときのフリップフロップ回路７のオン
期とオン期とは等しく、従って平均化回路８の出力電圧
は0Vとなる。電圧計９の指針は振れない。 一方、傾斜計が傾き、第２図のように液面1aが傾いた
ときは、前記経路長はT1＞T2となるので、第３図（Ｂ）
に示したように、セット信号およびリセット信号の位相
は、第３図（Ａ）における信号の位相と比較して、それ
ぞれ遅れ、および進みが生じ、フリップフロップ回路７
のオン期がオフ期より短くなり、その結果、平均化回路
８の出力電圧は負の電圧となり、電圧計９の指針は一側
に振れ、このときの振れの大きさが液面1aのかたむきθ
に対応する。 第２図の逆に傾いたときは、経路長はT1＜T2となり、
このときは第３図（Ｃ）で示したように、逆オン期がオ
ン期より長くなり、平均化回路８より正の電圧が出力さ
れ、電圧計９の指針は＋側に振れる。 尚、超音波振動子Ｂより放射する超音波はパルス波で
あってもよく、あるいは連続波であってもよい。 又、超音波振動子A,B,Cを容器２の底面に設けること
により超音波の伝播効率が良くなるが、超音波振動子上
にスラッジ等の推積が生じる場合には、これらの超音波
振動子を容器２の上面に設置してもよく（第１図に
Ａ′,B′,C′にて示す）、その場合も上述したのと同様
な原理により傾斜を検出できる。
以上説明したように、本発明によれば、受波器を２個
設け、二つの受波器で検出した信号位相の比較を行うよ
うにしたので、以下のような利点が得られる。 液面の上下の変化による誤差はなく、傾斜状態におい
て差動方式の回路構成のため誤差は殆どない。 広い範囲の傾斜角に対して良い直線性が得られる。 プラスマイナスの傾斜判定が自動的に行える。 測定面傾斜の直角方向の傾斜に対して誤差が出ない。 傾斜の絶対値がわかる。
設け、二つの受波器で検出した信号位相の比較を行うよ
うにしたので、以下のような利点が得られる。 液面の上下の変化による誤差はなく、傾斜状態におい
て差動方式の回路構成のため誤差は殆どない。 広い範囲の傾斜角に対して良い直線性が得られる。 プラスマイナスの傾斜判定が自動的に行える。 測定面傾斜の直角方向の傾斜に対して誤差が出ない。 傾斜の絶対値がわかる。
第１図は、本発明の超音波式傾斜計の一実施例を示すブ
ロック図、 弟２図は、本発明の動作原理を説明するために用いた
図、 第３図（Ａ）ないし第３図（Ｃ）は、第１図の装置の制
御動作を示すタイムチャートである。 A,B,C……超音波振動子、 １……液体、 ２……容器、 ３……送信増幅部、 4,5……受信増幅部、 ６……反転器、 ７……フリップフロップ回路、 ８……平均化回路、 ９……電圧計。
ロック図、 弟２図は、本発明の動作原理を説明するために用いた
図、 第３図（Ａ）ないし第３図（Ｃ）は、第１図の装置の制
御動作を示すタイムチャートである。 A,B,C……超音波振動子、 １……液体、 ２……容器、 ３……送信増幅部、 4,5……受信増幅部、 ６……反転器、 ７……フリップフロップ回路、 ８……平均化回路、 ９……電圧計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 9/00 - 9/36 G01S 15/00 - 15/96 G01S 7/52 - 7/66
Claims (3)
- 【請求項１】液体を蓄える容器の底面に直線状に設けら
れた３個の超音波式振動子と、 中央に位置する超音波振動子より超音波を放射したと
き、両端の超音波振動子による前記超音波の受信タイミ
ングの時間差を検出する時間差検出手段と、 前記時間差検出手段で検出された時間差を傾きとして表
示する表示手段と、 を備えたことを特徴とする超音波式傾斜計。 - 【請求項２】液体を蓄える容器の上面に直線状に設けら
れた３個の超音波振動子と、 中央に位置する超音波振動子より超音波を放射したと
き、両端の超音波振動子による前記超音波の受信タイミ
ングの時間差を検出する時間差検出手段と、 前記時間差検出手段で検出された時間差を傾きとして表
示する表示手段と、 を備えたことを特徴とする超音波式傾斜計。 - 【請求項３】液体を蓄え、少なくともその一部が平面状
に形成される底面を有する容器と、 該容器の底面の平面上に描かれる想像直線上に等間隔に
設けられる３個の超音波振動子と、 中央に位置する超音波振動子より超音波信号を発射した
とき、両端の超音波振動子による水面により反射される
超音波信号の受信タイミングの時間差を検出するフリッ
プフロップ回路と、 該フリップフロップ回路の出力信号を平均化する平均化
回路と、 該平均化回路の出力信号を表示する表示器とから成る超
音波式傾斜式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2277399A JP2944187B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 超音波式傾斜計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2277399A JP2944187B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 超音波式傾斜計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04151508A JPH04151508A (ja) | 1992-05-25 |
| JP2944187B2 true JP2944187B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=17583003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2277399A Expired - Lifetime JP2944187B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 超音波式傾斜計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2944187B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017209897A1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | Qualcomm Incorporated | Ultrasonic tilt sensor and related methods |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4757427B2 (ja) | 2002-02-15 | 2011-08-24 | 三菱電機株式会社 | 傾斜角度測定装置 |
| JP5167927B2 (ja) * | 2008-04-23 | 2013-03-21 | 株式会社村田製作所 | 傾斜角度センサ、および傾斜角度センサ装置 |
| JP5679909B2 (ja) * | 2011-06-03 | 2015-03-04 | 三菱電機株式会社 | 障害物検出装置 |
-
1990
- 1990-10-15 JP JP2277399A patent/JP2944187B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017209897A1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | Qualcomm Incorporated | Ultrasonic tilt sensor and related methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04151508A (ja) | 1992-05-25 |
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Legal Events
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Effective date: 20051207 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090515 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090630 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091027 |