JP3194505B2 - 距離測定方法及び距離測定器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は距離測定方法及び距離測
定器に関し、特に動作の正確化及び確実化に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に距離測定器には、様々な方式や種
類のものがある。例えば、超音波を用いて被測定物との
距離を測定する超音波方式の距離測定器もその１つであ
る。このような超音波方式の距離測定器の中に超音波式
レベル計がある。超音波式レベル計とは、センサから被
測定物（例：液体、粉体等）に対して超音波を発射し、
被測定物から反射してきた超音波との時間差に基づき距
離測定（液面等のレベル測定を行なうものである。

【０００３】超音波式レベル計の原理図を図９に掲げ、
動作原理を簡単に説明する。タンク４０内に設けられた
センサ３５から発射された超音波は、貯蔵されている液
体３３に当りセンサ３５に受信される。このセンサ３５
から超音波が発射された時と反射してきた超音波がセン
サ３５に受信された時の時間差をコントロールユニット
３４において演算し、液面のレベルを算出する。こうし
て算出された液面のレベルに基づき、コントロールユニ
ット３４はポンプ等（図示せず）を制御してタンク４０
内の液体の貯蔵量を調節する。

【０００４】通常、超音波式レベル計には１つのセンサ
を用いて上記のようなタンク内の液体等のレベル測定を
行なう１センサ式と呼ばれるものと、２つのセンサを用
いて液体等のレベル測定を行なう２センサ式と呼ばれる
ものがある。

【０００５】図８Ａに１センサ式の超音波式レベル計の
構成を示す。１センサ式の超音波式レベル計２０は、電
源１、制御回路２、センサ３５及び演算回路６から構成
されている。このような１センサ式の超音波式レベル計
２０の動作を説明する。電源１は駆動信号を出力し、セ
ンサ３５に与える。センサ３５は、受けた駆動信号に基
づきタンク内に貯蔵された被測定物（液体３３）に対し
て超音波を発射する。超音波の発射と同時に制御回路２
はセンサ３５を受信が出来る状態に切り換える。発射さ
れた超音波は、被測定物（液体３３）に当って反射し、
反射超音波としてセンサ３５において受信、検出され
る。ここでは、センサ３５での超音波発射時から反射超
音波検出までの時間差を演算することで被測定物（液体
３３）までの距離、つまりタンク内の液体レベルを測定
する。

【０００６】すなわち、１センサ式の超音波式レベル計
２０は、１つのセンサを切り換えることで送受信に共用
し、タンク内の液体レベルの測定を行なう。このよう
に、１センサ式の超音波式レベル計２０においては、１
つのセンサで測定を行なうので構造が簡易で経済的であ
る。

【０００７】図８Ｂに２センサ式の超音波式レベル計の
構成を示す。２センサ式の超音波式レベル計３０は、電
源１、制御回路２、送信センサ３５、受信センサ３６及
び演算回路６から構成されている。このような２センサ
式の超音波式レベル計３０の動作を説明する。電源１は
駆動信号を出力し、送信センサ３５に対し駆動信号を与
える。送信センサ３５は、受けた駆動信号に基づきタン
ク内の被測定物（液体３３）に対して超音波を発射す
る。発射された超音波は、被測定物（液体３３）に当っ
て反射し、反射超音波として受信センサ３６において受
信、検出される。ここでは、送信センサ３５での超音波
発射時から受信センサ３６での反射超音波検出までの時
間差を演算することで被測定物（液体３３）までの距
離、つまりタンク内の液体レベルを測定する。

【０００８】このように、２センサ式の超音波式レベル
計３０は、送信センサ３５と受信のセンサ３６を各々１
つずつ設け、レベルの測定を行なう。この方式を用いる
と２つのセンサを用いるので、より確実にレベルの測定
を行なうことが可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波式レベル計には以下の様な問題があった。前述の
ように、１センサ式の超音波式レベル計２０では１つの
センサを用いて上述のタンク内の液体レベルを測定す
る。しかし、通常センサは送信を行なった後の僅かの
間、センサが共振（いわゆるリンキング）を起こし動作
を行なうことができない。すなわち、１センサ式の超音
波式レベル計２０を用いてタンク内の液体レベルの測定
を行なうと、センサ３５から超音波発射後の僅かな時間
は反射超音波の受信を行なうことが出来ない。

【００１０】例えば、タンク内に満ちた液体のレベルを
１センサ式の超音波式レベル計２０を用いて測定する場
合（センサ３５と液体レベルが近距離である場合）、セ
ンサ３５から発射された超音波は液体３３に当ってすぐ
に反射し、反射超音波は、発射直後であってリンキング
中のセンサ３５に入力する。しかし、リンキング中のセ
ンサ３５は反射した超音波の受信を行なえない。したが
って、タンク内の液体３３がセンサ３５から近距離のレ
ベルに貯蔵されていると、液体３３のレベル測定を行な
うことができない（図８Ａ参照）。

【００１１】すなわち、１センサ式の超音波式レベル計
２０を用いて液体３３のレベル測定を行なう場合、被測
定物からの反射超音波が必ずリンキング後のセンサに入
力するように、被測定物とセンサの間隔を所定以上開け
ておく必要があった。つまり、１超音波式レベル計２０
は、近距離において被測定物を確実に測定することがで
きないという問題があった。

【００１２】一方、２センサ式の超音波式レベル計３０
は、上述のような液体３３のレベル測定を送信センサ３
５及び受信センサ３６の２つのセンサを用いて行なって
いる。通常、これらのセンサの出力の大きさは超音波発
生素子の大きさによって決定される。特に、遠距離測定
を行なう２センサ式の超音波式レベル計３０のセンサ
は、高出力が要求される為、超音波発生素子が大きくな
りセンサも大きくなる。また、この大きなセンサが送信
センサ３５及び受信センサ３６として２つも用いられる
ため、レベル計自体が大型となってしまう。さらに、大
型のセンサを２つ設けて、各々のセンサ操作を行なうの
で構造が複雑となり、装置の小型化が図れないという問
題もあった。

【００１３】また、２センサ式の超音波式レベル計３０
に用いられる２つのセンサは、ほぼ同様の性能を有する
ものが用いられる。したがって、遠距離測定を行なう２
センサ式の超音波式レベル計３０の場合、受信のみを行
なう受信センサ３６であっても、送信用センサ３５と同
様に高出力が出せるセンサが用いられるので、利用効率
が悪いという問題があった。

【００１４】そこで、本発明は、被測定物までの距離に
拘らず正確かつ確実な測定を行なうことが可能であり、
しかも装置の小型化が図れ、効率的な測定を行なうこと
ができる距離測定方法及び距離測定器の提供を目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の距離測定方法
は、近距離モードにおいては第一の電気−振動変換素子
に駆動信号を与えて被測定物に対し振動を発射し、被測
定物からの反射振動を第二の電気−振動変換素子によっ
て受けて反射信号を得て、駆動信号と反射信号との時間
差に基づき被測定物までの距離を算出し、遠距離モード
においては、第一の電気−振動変換素子及び第二の電気
−振動変換素子に駆動信号を与えて被測定物に対し振動
を発射し、被測定物からの反射振動を第一の電気−振動
変換素子及び第二の電気−振動変換素子によって受けて
反射信号を得て、駆動信号と反射信号との時間差に基づ
き被測定物までの距離を算出すること、を特徴としてい
る。

【００１６】請求項２の距離測定器は、駆動信号を電気
−振動変換素子に与えて被測定物に対して振動波を発射
し、被測定物からの反射波を電気−振動変換素子で受け
て反射波を得て、振動波と反射波に基づき被測定物まで
の距離を算出する距離測定器であって、駆動信号を出力
する駆動源、駆動源に接続された第一の電気−振動変換
素子、第一の電気−振動変換素子に対し所定間隔をおい
て設けられた第二の電気−振動変換素子、第二の電気−
振動変換素子に接続された第二入力及び第一の電気−振
動変換素子に接続された第一入力を有するとともに、遠
距離モード信号を受けて第一入力からの信号と第二入力
からの信号を混合して得られる振動波と反射波に基づき
被測定物との距離を演算し、近距離モード信号を受けて
第一入力からの振動波と第二入力からの反射波に基づき
被測定物との距離を演算する演算手段、第一の電気−振
動変換素子と第二の電気−振動変換素子間及び第一の電
気−振動変換素子と演算手段間に設けられたスイッチ手
段、スイッチ手段の開閉を制御するとともに、演算手段
に対して遠距離モード信号及び近距離モード信号を出力
する制御手段、を備えたことを特徴としている。

【００１７】請求項３の距離測定装置は、請求項２に係
る距離測定器において、演算手段からの演算結果が所定
値より小さい場合には制御手段がスイッチ手段に対して
遠距離モード信号を出力し、演算結果が所定値より大き
い場合は制御手段がスイッチ手段に対して近距離モード
信号を出力すること、を特徴としている。

【００１８】請求項４の距離測定器は、請求項２に係る
距離測定装置において、制御手段は遠距離モード信号を
出力している時には第一の電気−振動変換手段及び第二
の電気−振動変換手段から発射される振動波が位相合成
を起こすように両電気−振動変換手段に与えられる駆動
信号パルスを制御すること、を特徴としている。

【００１９】請求項５の距離測定器は、駆動信号を電気
−振動変換素子に与えて被測定物に対して振動波を発射
し、被測定物からの反射波を電気−振動変換素子で受け
て反射波を得て、振動波と反射波に基づき被測定物まで
の距離を算出する距離測定器であって、駆動信号を出力
する駆動源、駆動源に接続された複数の電気−振動変換
素子から構成された第一電気−振動変換素子群及び第二
電気−振動変換素子群、前記第一電気−振動変換素子群
に接続された第一入力及び前記第二電気−振動変換素子
群に接続された第二入力を有するとともに、遠距離モー
ド信号を受けて第一入力からの信号と第二入力からの信
号を混合して得られる振動波と反射波に基づき被測定物
との距離を演算し、近距離モード信号を受けて第一入力
からの振動波と第二入力からの反射波に基づき被測定物
との距離を演算する演算手段、近距離モード信号を受け
て前記第一電気−振動変換素子群を送信素子として選択
し、遠距離モード信号を受けて前記第一電気−振動変換
素子群及び前記第二電気−振動変換素子群を送受信素子
として選択するスイッチ手段、スイッチ手段及び演算手
段に対して遠距離モード信号及び近距離モード信号を出
力する制御手段、を備えたことを特徴としている。

【００２０】

【作用】請求項１及び請求項２に係る距離測定方法及び
距離測定器は、第一の電気−振動変換素子及び第二の電
気−振動変換素子が設けられており、近距離モードにお
いて第一の電気−振動変換素子から被測定物に対し振動
を発射し、第二の電気−振動変換素子により被測定物か
らの反射振動を受けて被測定物までの距離を算出する。
また、遠距離モードにおいては、第一の電気−振動変換
素子及び第二の電気−振動変換素子の両方から振動を発
射し、第一の電気−振動変換素子及び第二の電気−振動
変換素子の両方によって被測定物からの反射振動を受
け、被測定物までの距離を算出する。したがって、近距
離モードにおいてリンキングが生じる事がなく、かつ遠
距離モードでの距離測定を行なうことが可能となる。

【００２１】請求項３に係る距離測定器は、請求項２に
係る距離測定器において演算手段からの演算結果が所定
値より小さい場合には制御手段がスイッチ手段に対して
遠距離モード信号を出力し、演算結果が所定値より大き
い場合は制御手段がスイッチ手段に対して近距離モード
信号を出力する。したがって、被測定物への距離に応じ
てモードの切り換えを行なうことが出来る。

【００２２】請求項４の距離測定器は、請求項２に係る
距離測定器において、制御手段が遠距離モード信号を出
力している時には第一の電気−振動変換手段及び第二の
電気−振動変換手段から発射される振動波が位相合成を
起こすように両電気−振動変換手段に与えられる駆動信
号パルスを制御する。したがって、遠距離モードの際に
振動波が位相合成を起こし振動圧力が強化され、指向性
が高くなる。

【００２３】請求項５に係る距離測定器は、複数の電気
−振動変換素子から構成された第一電気−振動変換素子
群及び第二電気−振動変換素子群が設けられており、近
距離モードにおいて第一電気−振動変換素子群から被測
定物に対し振動を発射し、第一電気−振動変換素子群に
より被測定物からの反射振動を受けて被測定物までの距
離を算出する。また、遠距離モードにおいては、第一電
気−振動変換素子群及び第二電気−振動変換素子群から
振動を発射し、第一電気−振動変換素子群及び第二電気
−振動変換素子群によって被測定物からの反射振動を受
け、被測定物までの距離を算出する。したがって、被測
定物に対してより強力な振動を発射し、より広い面積で
反射波を受けることが可能となる。

【００２４】

【実施例】本発明に係る超音波式レベル計の一実施例を
図に基づき以下に説明する。図１に本実施例の超音波式
レベル計５０の構成回路図を掲げ、構成を説明する。超
音波式レベル計５０には、駆動源である超音波送信回路
４４、制御手段としての制御回路５５、スイッチ手段で
あるスイッチＳＷ１０及びＳＷ２０、第一の電気−振動
変換素子としての第一センサ３５、第二の電気−振動変
換素子である第二センサ３６、第一増幅器４１、第二増
幅器４２、演算手段としての加算増幅器４３及び演算回
路４５、複数の抵抗器（抵抗器Ｒ１、抵抗器Ｒ２）及び
複数のダイオード（ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４）が設けら
れている。

【００２５】次に、この超音波式レベル計５０の動作に
ついて説明する。ここでは、超音波式レベル計５０がタ
ンク４０内に貯蔵された液体のレベルを測定する場合を
考える。超音波式レベル計５０の始動時においては、制
御回路５５からスイッチＳＷ１０、スイッチＳＷ２０及
び演算回路４５に対して近距離モード信号が出力され
る。近距離モード信号を受けると、スイッチＳＷ１０及
びスイッチＳＷ２０はともに“１”の位置に切り換えら
れる。このようにスイッチＳＷ１０及びスイッチ２０が
切り換えられると、超音波送信回路４４からの駆動信号
は第一増幅器４１に入力され、第二増幅器４２に入力さ
れることはない。

【００２６】第一増幅器４１に入力した駆動信号は、こ
こで増幅され、第一センサ３５に入力する。第一センサ
３５からは、増幅された駆動信号を超音波に変換し、被
測定物（液体）に対して発射する。第一センサ３５から
発射された超音波を図２Ａに掲げる。この超音波は液体
３３に反射し、反射超音波として第二センサ３６に入力
される。図２Ｂに第二センサ３６に入力された反射超音
波を示す。

【００２７】次に、第二センサ３６は反射超音波を反射
信号（電気信号）に変換し、加算増幅器４３に出力す
る。また、第二センサ３６からの反射信号は、スイッチ
ＳＷ１０の”１”を通じて加算増幅器４３に入力され
る。このように、加算増幅器４３には第二センサ３６か
らの直接の反射信号とスイッチＳＷ１０の”１”を通じ
た反射信号が入力される。加算増幅器４３は、受けた反
射信号（第二センサ３６からの直接の反射信号とスイッ
チＳＷ１０の”１”を通じた反射信号）を加算増幅し、
演算回幅器４５に出力する。したがって、反射信号のレ
ベルが２倍にされ、後述の遠距離モード信号における反
射信号のレベルとのマッチングをとることができる。

【００２８】演算回路４５においては、加算増幅器４３
からの出力と制御回路５５からの近距離モード信号との
時間差（すなわち、図２に示す時間差ｔ）に基づき液体
までの距離（タンク内の液体レベル）を演算する。この
ように、演算回路４５において演算されたタンク４０内
に貯蔵された液体３３のレベルは、超音波式レベル計５
０外に出力され、液体供給ポンプ等の制御に用いられ
る。

【００２９】また、この演算結果は演算回路４５から制
御回路５５に出力される。ここで、演算結果が制御回路
５５に出力されるのは、演算回路４５において演算され
た液体３３のレベルによって遠距離モード信号と近距離
モード信号の切り換えを行なうためである。すなわち、
演算結果（液体３３のレベル）がしきい値ＴＨを下回っ
た場合に、制御回路５５が遠距離モード信号を出力する
ことにより図２Ａの超音波（近距離モード信号での超音
波）よりも強力な超音波を出力することで被測定物の確
実な測定を行なう為である。

【００３０】このように、演算結果がしきい値ＴＨを上
回る場合は、制御回路５５はそのまま近距離モード信号
を出力し続け、しきい値ＴＨを下回る場合には遠距離モ
ード信号を出力する。

【００３１】例えば、制御回路５５において受けた演算
結果がしきい値ＴＨより小さく、遠距離モード信号が出
力された場合の動作を説明する。制御回路５５からの遠
距離モード信号は、演算回路４５、スイッチＳＷ１０及
びスイッチＳＷ２０に入力される。遠距離モード信号を
受けると、スイッチＳＷ１０及びスイッチＳＷ２０はと
もに“２”の位置に切り換えられる。このようにスイッ
チＳＷ１０及びスイッチ２０が切り換えられると、超音
波送信回路４４からの超音波は第一増幅器４１及び第二
増幅器４２に入力するようになる。

【００３２】このとき、超音波送信回路４４に出力され
た駆動信号パルスは、制御回路５５により第一センサ３
５及び第二センサ３６から発射される超音波が位相合成
を起こすように制御されている。第一増幅器４１及び第
二増幅器４２は、このような超音波を増幅し、第一セン
サ３５及び第二センサ３６に出力する。第一センサ３５
及び第二センサ３６は、増幅された超音波を液体３３に
対して発射する。なお、ここでの超音波の強さは、第一
センサ３５及び第二センサ３６の２つのセンサが用いら
れているので、近距離モード信号での測定時（図２Ａ）
と比較すると約２倍となる（図３参照）。

【００３３】ところで、通常、センサから発射される超
音波は約１２度の角度で拡散する。この超音波の拡散を
図４Ａに掲げる。また、この超音波は図４Ｂに示すよう
な球形波である。しかし、第一センサ３５及び第二セン
サ３６に入力された駆動信号は、両センサから発射され
る超音波パルスが位相合成を生じるように制御されてい
る。したがって、第一センサ３５及び第二センサ３６か
ら発射された超音波（球形波）は位相合成され、図５に
示すような平面波が形成される。この位相合成により超
音波のビームの角度は、近距離測定の場合（約１２度）
と比較して狭くなり指向性が高くなる。

【００３４】また、図５に位相合成が形成された場合の
超音波のビームを示す。ここでの超音波のビームは約５
度で拡散する。したがって、遠距離測定の際にセンサか
らの超音波が拡散して（ビーム角が広い為）タンク４０
の側壁等に反射して起こる誤測定を防止することが可能
となる。さらに、位相合成によって平面波が形成される
と、超音波の振動圧は高くなり、超音波は強力となる。

【００３５】このように、第一センサ３５及び第二セン
サ３６から発射された超音波は、位相合成により平面波
を形成しながら液体３３に反射する。ここで、超音波の
強さは、２つのセンサからの信号であるため約２倍とな
り（図３参照）、また位相合成によって振動圧が高くな
るため、さらに強力となる。すなわち、タンク４０内の
空気中に浮遊物があっても、超音波は確実に液体３３に
到達する。したがって、確実かつ正確な測定を行なうこ
とが可能である。このことから、仮にタンク４０内の被
測定物が多少超音波を吸収するような物質であったり、
また被測定物（例えば粉体や流体）の攪拌等によってタ
ンク４０内の空気中に浮遊物があっても、超音波は被測
定物に確実に到達し、確実かつ正確な測定を行なうこと
が可能である。

【００３６】図６に第一センサ３５及び第二センサ３６
から発射された超音波が液体３３に反射し、第一センサ
３５及び第二センサ３６に同時に入力する場合のビーム
の一例を掲げる。液体３３からの超音波（平面波）のビ
ームの角度は、約５度程度であることから、反射超音波
（平面波）は拡散せずに第一センサ３５及び第二センサ
３６に入力される。また、反射超音波を受信する面積
は、２つのセンサを用いているので、近距離モード信号
に基づく測定と比較して約２倍である。したがって、確
実な測定を行なうことが出来る。

【００３７】第一センサ３５及び第二センサ３６は、上
述のような広い面積で受信した反射超音波を反射信号
（電気信号）に変換し、加算増幅回路４３に出力する
（図１）。

【００３８】この際、第一センサ３５からの反射信号は
スイッチＳＷ１０の”２”を通じ、第二センサ３６から
の反射信号は直接、加算増幅器４３に入力される。加算
増幅器４３は、受けた反射信号を加算増幅して演算回路
４５に出力し、演算回路４５は制御回路５５からの遠距
離モード信号との時間差（図３に示す時間差ｔ２）に基
づき液体３３までの距離（タンク内の液体レベル）を演
算する。

【００３９】演算回路４５によって演算されたタンク内
の液体レベルは、液体供給ポンプ等（図示せず）に出力
され、液体レベル等の制御に用いられる。なお、ここで
も演算回路４５は演算結果を制御回路５５に対して出力
し、演算結果がしきい値ＴＨを下回るか否かを検出す
る。なお、ここで、演算回路４５によって演算を行なう
前の段階において、加算増幅回路４３を用いて増幅を行
なっている。これにより、位相の遅れた反射信号（セン
サに対する斜め方向からの反射超音波）を増幅すること
がない。したがって、正確な測定を行なうことが出来
る。

【００４０】以上のように、本発明に係る超音波式レベ
ル計５０を用いると、タンク４０内の被測定物の増減に
応じて確実かつ正確なレベル測定を行なうことが可能と
なり、さらに２つのセンサを用いて同時に超音波の送信
及び受信を行なっているので効率的である。したがっ
て、大型で高性能のセンサを用いる必要がないので、装
置の小型化や低コスト化が図れる。しかも、発射する超
音波の位相合成を行なっているので、効率的な測定を行
なうことができる。

【００４１】なお、上記実施例において、近距離モード
信号と遠距離モード信号を切り換えるしきい値ＴＨの値
は、センサがリンキングを起こさない程度の距離に相当
する値であり、例えばセンサからの距離が５０ｃｍから
１ｍ程度に相当する値である。そこで、図７に示すよう
な図２Ａに示す超音波にヒステリシスを持たせて近距離
モード信号と遠距離モード信号の切り換えを行なうよう
にしてもよい。すなわち、２つの所定値（ＴＨ１及びＴ
Ｈ２）を設定しておき、近距離モード信号から遠距離モ
ード信号への切り換えは所定値ＴＨ２で行ない、それ以
上の値では遠距離モード信号を出力し続ける。一方、遠
距離モード信号から近距離モード信号への切り換えは、
所定値ＴＨ２での頻繁な切り換えを避ける為に所定値Ｔ
Ｈ２では行なわず、所定値ＴＨ１で行なうようにする。

【００４２】また、上記実施例ではタンク４０内に貯蔵
された被測定物の液面レベルを測定する場合を説明し
た。しかし、他の用途のレベル測定（例えば流路を流れ
る流体）に用いても良い。また、液体３３を被測定物と
する場合を例に説明したが、他の被測定物（例えば粉
体、粒体、微粉、塊体等）の測定に用いるようにしても
よい。

【００４３】さらに、以上の実施例においては近距離モ
ード信号と遠距離モード信号との切り換えを自動的に行
なう場合について説明を行なった。しかし、液体３３の
レベルが大きく変化することがない場合には、ＳＷ１０
及びＳＷ２０を直接制御するような切り換えスイッチを
設け、手動により近距離モード信号又は遠距離モード信
号を任意に選択できるようにしてもよい。

【００４４】なお、上記実施例においては、第一センサ
３５及び第二センサ３６の２つのセンサを被測定物まで
の距離に応じて切り換え、超音波の発射及び反射超音波
の受信を行なうことで確実かつ正確な距離測定を行なう
ことが可能となった。しかし、使用するセンサの数は２
つに限らず、三以上のセンサを切り換えて上記のような
動作をさせることで、特に被測定物までの距離が遠い測
定を行なう場合に、より確実かつ正確な距離測定を行な
うことが可能となる。

【００４５】また、三以上のセンサを用いて距離測定を
行なう場合は、上記実施例のようにセンサを互いに所定
間隔をおいて設ける必要がなく、近接して設けたセンサ
から所定間隔に該当する間隔を有するセンサを選択し、
距離測定を行なうことが出来る。

【００４６】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に係る距離測定方
法及び距離測定器は、第一の電気−振動変換素子及び第
二の電気−振動変換素子が設けられており、近距離モー
ドにおいて第一の電気−振動変換素子から被測定物に対
し振動を発射し、第二の電気−振動変換素子により被測
定物からの反射振動を受けて被測定物までの距離を算出
する。また、遠距離モードにおいては、第一の電気−振
動変換素子及び第二の電気−振動変換素子の両方から振
動を発射し、第一の電気−振動変換素子及び第二の電気
−振動変換素子の両方によって被測定物からの反射振動
を受け、被測定物までの距離を算出する。すなわち、近
距離モードにおいてリンキングが生じる事がなく、かつ
遠距離モードでの距離測定を行なうことが可能となる。
したがって、被測定物の遠近に拘らず、正確かつ確実な
距離測定を行なうことが可能となる。請求項３に係る距
離測定器は、請求項２に係る距離測定器において演算手
段からの演算結果が所定値より小さい場合には制御手段
がスイッチ手段に対して遠距離モード信号を出力し、演
算結果が所定値より大きい場合は制御手段がスイッチ手
段に対して近距離モード信号を出力する。すなわち、被
測定物への距離に応じてモードの切り換えを行なうこと
が出来る。したがって、被測定物までの距離に拘らず、
確実な測定を行なうことが可能となる。

【００４７】請求項４の距離測定器は、請求項２に係る
距離測定器において、制御手段が遠距離モード信号を出
力している時には第一の電気−振動変換手段及び第二の
電気−振動変換手段から発射される振動波が位相合成を
起こすように両電気−振動変換手段に与えられる駆動信
号パルスを制御する。すなわち、遠距離モードの際に振
動波が位相合成を起こし振動圧力が強化され、指向性が
高くなる。したがって、長距離測定が可能となる。

【００４８】請求項５に係る距離測定器においては、複
数の電気−振動変換素子から構成された第一電気−振動
変換素子群及び第二電気−振動変換素子群が設けられて
おり、近距離モードにおいて第一電気−振動変換素子群
から被測定物に対し振動を発射し、第一電気−振動変換
素子群により被測定物からの反射振動を受けて被測定物
までの距離を算出する。また、遠距離モードにおいて
は、第一電気−振動変換素子群及び第二電気−振動変換
素子群から振動を発射し、第一電気−振動変換素子群及
び第二電気−振動変換素子群によって被測定物からの反
射振動を受け、被測定物までの距離を算出する。すなわ
ち、被測定物に対してより強力な振動を発射し、より広
い面積で反射波を受けることが可能となる。したがっ
て、より正確かつ確実な距離測定を行なうことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波式レベル計の構成回路図で
ある。

【図２】近距離モード信号での測定時における第一セン
サから発射された超音波及び第二センサに入力された反
射超音波を示す図である。

【図３】遠距離モード信号での測定時における第一セン
サ及び第二センサから発射され、受信された超音波を示
す図である。

【図４】遠距離モード信号での測定時における超音波の
拡散及び波形を示す図である。

【図５】遠距離モード信号での測定時における超音波の
位相合成により形成された平面波及び超音波ビームを示
す図である。

【図６】図５に示す超音波ビームの一例を示す図であ
る。

【図７】近距離モード信号と遠距離モード信号の切り換
えを行なうヒステリシスを示す図である。

【図８】従来の超音波式レベル計の構成を示す図であ
る。

【図９】従来の超音波式レベル計の原理を示す図であ
る。

【符号の説明】

３５・・・・・第一センサ ３６・・・・・第二センサ ４１・・・・・第一増幅回路 ４３・・・・・加算増幅器 ４４・・・・・超音波送信回路 ４５・・・・・演算回路 ５５・・・・・制御回路 ＳＷ１０・・・・・第一スイッチ ＳＷ２０・・・・・第二スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】近距離モードにおいては第一の電気−振動
   変換素子に駆動信号を与えて被測定物に対し振動を発射
   し、 被測定物からの反射振動を第二の電気−振動変換素子に
   よって受けて反射信号を得て、 駆動信号と反射信号との時間差に基づき被測定物までの
   距離を算出し、 遠距離モードにおいては、第一の電気−振動変換素子及
   び第二の電気−振動変換素子に駆動信号を与えて被測定
   物に対し振動を発射し、 被測定物からの反射振動を第一の電気−振動変換素子及
   び第二の電気−振動変換素子によって受けて反射信号を
   得て、 駆動信号と反射信号との時間差に基づき被測定物までの
   距離を算出すること、 を特徴とする距離測定方法。
2. 【請求項２】駆動信号を電気−振動変換素子に与えて被
   測定物に対して振動波を発射し、被測定物からの反射波
   を電気−振動変換素子で受けて反射波を得て、振動波と
   反射波に基づき被測定物までの距離を算出する距離測定
   器であって、 駆動信号を出力する駆動源、 駆動源に接続された第一の電気−振動変換素子、 第一の電気−振動変換素子に対し所定間隔をおいて設け
   られた第二の電気−振動変換素子、 第二の電気−振動変換素子に接続された第二入力及び第
   一の電気−振動変換素子に接続された第一入力を有する
   とともに、遠距離モード信号を受けて第一入力からの信
   号と第二入力からの信号を混合して得られる振動波と反
   射波に基づき被測定物との距離を演算し、近距離モード
   信号を受けて第一入力からの振動波と第二入力からの反
   射波に基づき被測定物との距離を演算する演算手段、 第一の電気−振動変換素子と第二の電気−振動変換素子
   との間及び第一の電気−振動変換素子と演算手段との間
   に設けられたスイッチ手段、 スイッチ手段の開閉を制御するとともに、演算手段に対
   して遠距離モード信号及び近距離モード信号を出力する
   制御手段、 を備えたことを特徴とする距離測定器。
3. 【請求項３】請求項２に係る距離測定器において、 演算手段からの演算結果が所定値より小さい場合には制
   御手段がスイッチ手段に対して遠距離モード信号を出力
   し、演算結果が所定値より大きい場合は制御手段がスイ
   ッチ手段に対して近距離モード信号を出力すること、 を特徴とする距離測定器。
4. 【請求項４】請求項２に係る距離測定装置において、 制御手段は遠距離モード信号を出力している時には第一
   の電気−振動変換手段及び第二の電気−振動変換手段か
   ら発射される振動波が位相合成を起こすように両電気−
   振動変換手段に与えられる駆動信号パルスを制御するこ
   と、 を特徴とする距離測定器。
5. 【請求項５】駆動信号を電気−振動変換素子に与えて被
   測定物に対して振動波を発射し、被測定物からの反射波
   を電気−振動変換素子で受けて反射波を得て、振動波と
   反射波に基づき被測定物までの距離を算出する距離測定
   器であって、 駆動信号を出力する駆動源、 駆動源に接続された複数の電気−振動変換素子から構成
   された第一電気−振動変換素子群及び第二電気−振動変
   換素子群、 前記第一電気−振動変換素子群に接続された第一入力及
   び前記第二電気−振動変換素子群に接続された第二入力
   を有するとともに、遠距離モード信号を受けて第一入力
   からの信号と第二入力からの信号を混合して得られる振
   動波と反射波に基づき被測定物との距離を演算し、近距
   離モード信号を受けて第一入力からの振動波と第二入力
   からの反射波に基づき被測定物との距離を演算する演算
   手段、 近距離モード信号を受けて前記第一電気−振動変換素子
   群を送信素子として選択し、遠距離モード信号を受けて
   前記第一電気−振動変換素子群及び前記第二電気−振動
   変換素子群を送受信素子として選択するスイッチ手段、 スイッチ手段及び演算手段に対して遠距離モード信号及
   び近距離モード信号を出力する制御手段、 を備えたことを特徴とする距離測定器。