JP3234197B2 - 超音波センサ及びこれを用いた対象物検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器の外側部分に
探触子を取り付け、容器の外部から内部に向けて超音波
を発射することにより容器内部の検出対象に対する検出
動作を行う超音波センサ、及びこの超音波センサを用い
た対象物検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常の超音波センサは、検出対象に向け
て発射した超音波パルスの反射波を受信し、このときの
超音波パルス発射時点から反射波受信時点までの時間を
計測することにより対象物の検出を行うようになってい
る。したがって、超音波パルスの送受信を行う探触子と
検出対象との間には、超音波の円滑な伝播を阻害するよ
うな物質を極力存在させないようにすることとが好まし
い。

【０００３】しかし、検出対象が容器内部に在り、この
容器内部に探触子を設置することが困難な場合には、や
むを得ず、探触子を容器の外側に取り付け、容器の板厚
部分を介して探触子と検出対象との間で超音波パルスの
送受信を行う構成が従来から採用されている。例えば、
ＬＰＧタンク内部の液面検出を行うレベルセンサに関し
ては、現在、機械的手段を用いた構成が主流となってい
るが、超音波センサを用いた構成とする場合には、この
ＬＰＧタンクは圧力容器であり容器内部に探触子を設置
することは困難であることから、探触子をタンクの外側
底面部に取り付ける構成を採用することになる。

【０００４】このような構成の場合、探触子から発射さ
れる超音波はタンクの板厚部分を透過して液面に達し、
液面で反射した超音波は再びタンクの板厚部分を透過し
て探触子により受信されるので、液面検出を精度良く行
うためには、タンクの板厚部分に対して超音波の透過率
が良好であることが要求される。

【０００５】しかし、タンクの板厚部分に対する超音波
の透過率を良好にするためには、タンクの板厚及び材質
に応じて、探触子から発射する超音波の発振周波数を最
適に設定する必要がある。すなわち、タンクの板厚との
関係では、超音波の波長をλとした場合に、板厚が(1/
2)λ又は(1/4)λの整数倍である場合に透過率が良好で
あることが知られている。したがって、板厚をｔ、発振
周波数をｆ、音速をｃ、整数をｎで表した場合に、λ＝
ｃ／ｆであることから、板厚ｔは下式(１)又は(２)によ
り表される。なお、(１)式又は(２)式のいずれにより表
されるかは、圧電素子の振動面が両面であるか片面であ
るかにより決まる。

【０００６】 ｔ＝ｎ・(λ／２)＝ｎ・ｃ／２ｆ … (１) ｔ＝ｎ・(λ／４)＝ｎ・ｃ／４ｆ … (２) また、タンクの材質との関係では、その材質特有の固有
値である共振周波数の値と、探触子の圧電素子の運転周
波数の値とが極力接近したものである場合に透過率が良
好であることが知られている。このようなことから、従
来、ＬＰＧタンクの外側底面部に探触子を取り付ける構
成を採用する場合は、超音波センサのメーカが予めタン
クの板厚及び材質を調べて既存の規格品のうちからでき
るだけ好ましい運転周波数のものを選択するか、あるい
は規格品の中に好ましい運転周波数のものがない場合に
は新規に超音波センサを製作するようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、タンクの板厚
及び材質は、使用環境その他の条件に応じて変わるもの
であり、或るタンクに対して用いていた運転周波数を、
別のタンクに対してそのまま適用することができない場
合がある。

【０００８】このような場合に、センサメーカは再度既
存の規格品のうちから好ましい運転周波数のものを選択
し、この好ましい運転周波数を有するものが規格品のな
かに存在しない場合には更に新規に超音波センサを製作
しなければならなかった。つまり、従来の超音波センサ
は、特定の使用環境に応じた運転周波数を有する専用品
であって汎用性のあるものではなかったために、容器の
板厚や材質が変わった場合にはもはや使用することがで
きないものとなっていた。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、どのような板厚及び材質の容器に対しても適用可
能な汎用性の有る超音波センサを提供すると共に、この
超音波センサを用いた対象物検出方法を提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として請求項１記載の発明は、容器の外側部分に
取り付けられた探触子から容器内部の検出対象に向けて
超音波を発射させると共に、この検出対象からの反射波
を前記探触子により受信し、このときの超音波発射時点
から反射波受信時点までの時間の計測に基づいて対象物
検出動作についての制御を実行する検出動作制御回路を
備えた超音波センサにおいて、前記検出動作制御回路
は、前記対象物検出動作の実行前に予め周波数を可変さ
せながら前記探触子から超音波を複数回発射させると共
に、その時の発射波形又は反射波形を入力し、この入力
波形の解析に基づき探触子と容器との間の共振周波数を
検出し、この検出した共振周波数を運転周波数として設
定する運転周波数設定手段を有するものである、ことを
特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記探触子は、矩形波パルス信号の入力に
基づき超音波を発射するものである、ことを特徴とす
る。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記運転周波数設定手段は、前記解析に用
いる発射波形又は反射波形をバンドパスフィルタを介し
て入力し、高調波発振に起因する共振周波数の誤検出を
防止することが可能なものである、ことを特徴とする。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明において、前記容器は液体貯留用
のものであり、前記運転周波数設定手段は、前記発射波
形又は反射波形のいずれを用いて前記解析を行うかにつ
き、この容器内の液体の存在の有無の検出に基づき決定
するものである、ことを特徴とする。

【００１４】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の発明において、前記運転周波数設定手
段が行う発射波形又は反射波形の解析は、これらの波形
のうち減衰波形の減衰度が最も小さな波形を選択し、そ
の選択した波形に係る運転周波数を求めることを内容と
するものである、ことを特徴とする。

【００１５】請求項６記載の発明は、前記運転周波数設
定手段が行う発射波形又は反射波形の解析は、前記探触
子及び容器を含めたインピダンスが最小値を取るときの
波形を選択し、その選択した波形に係る運転周波数を求
めることを内容とするものである、ことを特徴とする。

【００１６】請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の
いずれかに記載の発明において、前記運転周波数設定手
段は、前記超音波の複数回の発射に基づく複数の発射波
形又は反射波形を入力する場合に、毎回の入力タイミン
グを前回よりも所定時間だけずらすものである、ことを
特徴とする。

【００１７】請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の
いずれかに記載の発明において、前記探触子の圧電素子
を低Ｑ材により形成した、ことを特徴とする。

【００１８】請求項９記載の発明は、容器の外側部分に
超音波センサの探触子を取り付け、この探触子から容器
内部の検出対象に向けて超音波を発射させると共に、こ
の検出対象からの反射波を前記探触子により受信し、こ
のときの超音波発射時点から反射波受信時点までの時間
の計測に基づいて対象物の検出を行う、超音波センサを
用いた対象物検出方法において、前記対象物の検出を行
う前に、予め周波数を可変させながら前記探触子から超
音波を複数回発射させると共に、その時の発射波形又は
反射波形を入力し、この入力波形の解析に基づき探触子
と容器との間の共振周波数を検出し、この検出した共振
周波数を運転周波数として設定し、この設定した運転周
波数で、前記探触子から容器内部の検出対象に向けて超
音波を発射させる、ことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づき説明する。図１は本実施形態に係る超音波センサの
構成を示すブロック図である。この超音波センサは、本
体１と探触子２とから構成されており、所定の板厚を有
する所定の材料（例えば、ステンレス鋼）で形成された
ＬＰＧタンク３の外側底面部に取り付けられている。Ｌ
ＰＧタンク３内には液体４（ＬＰガス）が貯留されてお
り、探触子２から発せられる超音波６が液面５で反射さ
れ、その反射波が探触子２により受信されるようになっ
ている。なお、この実施形態では、探触子２の圧電素子
は、共振特性曲線における共振点付近の尖鋭度が比較的
緩やかな所謂「低Ｑ材」を用いている。この「低Ｑ材」
としては、例えば、低Ｑ材用として製造されたジルコン
酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）がある。

【００２０】本体１は、ＣＰＵ７を有しており、このＣ
ＰＵ７には運転周波数設定手段９を持つ検出動作制御回
路８が形成されている。本体１は、また、電源回路１０
からの電力供給に基づき探触子２内の圧電素子に対して
発振パルスを出力する可変型発振回路１１と、探触子２
からの反射波信号又は発射波信号を入力する受信回路１
２と、受信回路１２が入力した信号を増幅する増幅回路
１３と、増幅回路１３からの信号を濾波するバンドパス
フィルタ１４と、バンドパスフィルタ１４からの信号を
検波する検波回路１５と、検波回路１５からの信号を予
め設定された閾値と比較し、この信号がノイズであるか
否かを判別する比較回路１６と、運転周波数設定手段９
が設定した運転周波数の値を記憶する記憶部１７（例え
ばＥＥＰＲＯＭ）と、この設定された運転周波数の値を
表示することが可能な表示部１８と、一度設定されてい
る運転周波数を強制的に再設定する場合等に用いられる
操作ボタン１９とを有している。

【００２１】次に、上記のように構成される本実施形態
の動作を図２及び図３のフローチャートを参照しつつ説
明する。図２において、ＣＰＵ７の検出動作制御回路８
は、初期化を行った後（ステップ１）、運転周波数設定
モードに入り、運転周波数設定手段９の機能により運転
周波数の設定を行う（ステップ２）。このステップ２の
内容については、図３において後述する。

【００２２】ステップ２で運転周波数の設定が行われた
後、検出動作制御回路８は検出開始指令を可変型発振回
路１１に出力する（ステップ３）。これにより可変型発
振回路１１は、ステップ２で設定された周波数を有する
矩形波の発振パルスを探触子２に対して出力する。

【００２３】探触子２は、この発振パルスの入力に基づ
き超音波６をＬＰＧタンク３の内部に向けて発射し、更
に液面５からの超音波の反射波を受け取り、これを受信
回路１２に出力する。受信回路１２に入力された反射波
は、増幅回路１３、検波回路１４、バンドパスフィルタ
１５、及び比較回路１６を経てＣＰＵ７に送られる。そ
して、検出動作制御回路８は、この反射波の検出処理を
行う（ステップ４）。

【００２４】次いで、検出動作制御回路８は温度補償処
理を行う（ステップ５）。これは、超音波６の伝播速度
は液体４の温度により異なったものとなるので、液面５
までの距離演算を行う際の係数の値を液体４の温度に応
じて変化させる等の処理である。温度補償処理が行われ
た後、検出動作制御回路８は、探触子２から液面５まで
の距離を演算し（ステップ６）、さらに、検出した液面
５の位置がノイズによる誤検出に係るものではないか否
か、あるいは液面以外の他の障害物ではないか否か等を
判断する（ステップ７）。そして、検出動作制御回路８
は、演算した液面５の位置が正規のものであることを判
別した後、その距離の値を表示部１８に表示し、また、
その距離信号を図示を省略してある制御機器（例えば、
ＬＰガス残量監視装置など）に出力する（ステップ
８）。

【００２５】このようにして、超音波センサを用いてＬ
ＰＧタンク３内での液体４の液面検出が行われていく
が、本実施形態では運転中も、常時、運転周波数に異常
が生じていないか否かについて監視するようにしている
（ステップ９〜ステップ１２）。例えば、運転中にＬＰ
Ｇタンク３の底面に取り付けられている探触子２の取り
付けが弛んできたような場合、探触子２の圧電素子と、
ＬＰＧタンク３との間の共振周波数が変化するために、
先にステップ２で設定した運転周波数がもはや妥当なも
のでなくなる場合が生じる。このような場合、探触子２
の圧電素子の電圧が変化するので、運転周波数設定手段
９は、この圧電素子の電圧変化の検出に基づき異常監視
を行っている（ステップ９）。そして、検出した電圧の
値を所定の閾値と比較して異常判別を行い（ステップ１
０）、異常がなければステップ３に戻って運転を続行
し、一方、異常が有る場合には、更に、その異常の程度
が運転周波数の再設定によって元の正常な状態に復帰可
能なものであるか否かを判別する（ステップ１１）。こ
の判別結果が復帰可能なものである場合は、ステップ２
に戻って運転周波数を再設定し、一方、この判別結果が
復帰不可能なものである場合には、表示部１８に異常を
表示すると共に運転を停止する（ステップ１２）。

【００２６】次に、ステップ２の運転周波数設定モード
の内容を図３のフローチャートに基づき説明する。ま
ず、運転周波数設定手段９は、運転周波数の設定の必要
が有るか否かを判別する（ステップ２０）。この場合、
超音波センサを設置した当初は、未だ運転周波数が設定
されていないので、当然のことながら「必要有り」と判
別され、また、一度運転周波数が設定された後は、通
常、「必要なし」と判別される。しかし、ステップ１１
でＹＥＳと判別された場合、すなわち、運転周波数に異
常が生じており、その異常の程度が元の状態に復帰可能
な程度のものである場合には、運転周波数が設定された
後であっても「必要あり」と判別される。

【００２７】運転周波数設定手段９は、ステップ２０で
周波数の設定が必要であると判別した後、周波数の調整
を行い（ステップ２１）、超音波を発射する（ステップ
２２）。但し、最初の超音波の発射の際は、ステップ２
１の周波数調整においては周波数の値を変化させず、セ
ンサメーカの出荷時に設定された周波数にて超音波を発
射させることとする。次いで、運転周波数設定手段９
は、この超音波の発射に基づきＬＰＧタンク３内が空か
否かすなわちＬＰＧタンク３内の液面５が検出されたか
否かを判別する（ステップ２３）。なお、可変型発振回
路１１において、発振周波数を可変する技術は種々考え
られるが、一例として、可変型発振回路１１内で用いら
れているＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のゲート電圧
を可変制御することが考えられる。これによれば、ＣＲ
発振回路のＲすなわち抵抗を変化させることになるので
発振周波数を可変することが可能になる。

【００２８】そして、ＬＰＧタンク３内が空であると判
別した場合は、反射波形は存在しないので探触子２の発
射波形の検出を行うようにする（ステップ２４）。一
方、ＬＰＧタンク３内が空でないと判別した場合、つま
りＬＰＧタンク３内に液体４が供給されている状態の場
合は、探触子２からの反射波形の検出を行うようにする
（ステップ２５）。

【００２９】運転周波数設定手段９は、ステップ２４又
はステップ２５で検出した波形データを自己の記憶部
（図示せず）に前回データとして記憶しておき（ステッ
プ２６）、この記憶した前回データを用いて今回データ
についての解析を行う（ステップ２７）。この場合の解
析の内容を図４の波形図を用いて説明する。

【００３０】図４(ａ)及び図４(ｂ)は、それぞれ共振時
及び非共振時における探触子２の発射波形を示したもの
である。これらの図に示すように、発射波形は、可変型
発振回路１１から探触子２に対して発振パルスが出力さ
れている期間のパルス発射波形と、それ以降の期間にお
ける減衰波形とによって形成されている。いま例えば、
可変型発振回路１１は時刻ｔ0〜ｔ1の期間に探触子２の
圧電素子に対して発振パルスを出力したとすると、発振
パルスの出力が停止された時刻ｔ1以降も圧電素子は振
動を続け超音波を発射するが、次第にその超音波の強度
すなわち圧電素子の電圧レベルは減衰する。しかし、図
４(ａ)と図４(ｂ)とを対比してみれば明らかなように、
共振時の波形の減衰度は小さなものであるのに対し非共
振時の波形の減衰度は大きなものとなっている。したが
って、このような波形の減衰度の相違を利用して、ＬＰ
Ｇタンク３の板厚及び材質に応じた共振周波数を見つけ
ることが可能である。

【００３１】例えば、前回の波形と今回の波形とを対比
し、時刻ｔ2(あるいは時刻ｔ3，ｔ4等の他の時刻でもよ
い)における両者の電圧レベルについては、今回の波形
の方が高いものであったとすれば、すくなくとも今回の
波形に係る周波数の方が共振周波数に近いものであるこ
とが分かる。したがって、周波数を変えながら超音波を
所定回数だけ発射し、その中で時刻ｔ2における電圧レ
ベルが最も大きな波形を選択することにより、この選択
した波形を共振周波数時の波形と特定することができ、
この周波数を運転周波数として決定することができる
（ステップ２８）。あるいは、電圧レベルについて所定
の閾値を設定しておき、超音波発射開始後にこの閾値に
低下するまでの時間を各波形毎に計測するようにし、こ
の時間が最も長いものを共振周波数時の波形として特定
するようにしてもよい。

【００３２】運転周波数設定手段９は、上記のようにし
て運転周波数を決定した後、この運転周波数の値を記憶
部１７に書き込み、登録を行う（ステップ２９）。そし
て、この後、検出動作制御回路８は、この登録された運
転周波数の超音波が探触子２から発射されるように可変
型発振回路１１に対して超音波発射指令を出力する。ま
た、現場のオペレータ又は作業員は、操作ボタン１９の
簡単な操作により、記憶部１７に記憶されている運転周
波数を表示部１８に表示させることができる。なお、上
記の例では、ステップ２５で反射波形のみを検出するよ
うにしているが、反射波形及び発射波形の双方を検出
し、より正確な運転周波数の設定を企図することもでき
る。

【００３３】ところで、図４に示したように、発射波形
はパルス発射時波形及び減衰波形により形成されてお
り、上記のステップ２７における解析は、両波形のうち
の減衰波形の減衰度に基づき共振周波数を見つけること
を内容とするものであったが、本発明ではパルス発射時
波形を利用し、探触子２の圧電素子及びＬＰＧタンク３
を含んだインピダンスの値に基づき共振周波数を見つけ
ることもできる。

【００３４】図５は、このようなインピダンスの値に基
づき共振周波数を見つけることが可能な他の実施形態の
要部構成を示した説明図である。この図において、運転
周波数設定手段９を持つ検出動作制御回路８が内部に形
成されているＣＰＵ７からの信号は可変型発振回路１１
に出力されるようになっている。可変型発振回路１１か
らの発振パルスは、ドライブ回路２０を介し、更に、切
換スイッチ２２が並列に接続された抵抗２１と、互いに
逆並列接続された一対のダイオード２３，２３とを介し
て探触子２の圧電素子に出力されるようになっており、
このときのパルス発射時波形及び減衰波形は受信回路１
２により受信されるようになっている。そして、切換ス
イッチ２２のオンオフ動作は検出動作制御回路８によっ
て制御されるようになっている。なお、この図５の他の
実施形態において新たに付加されているのは抵抗２１及
び切換スイッチ２２だけであり、ドライブ回路２０及び
一対のダイオード２３，２３は図１では図示が省略され
ていたものである。

【００３５】図５における抵抗２１は、探触子２の圧電
素子の両端電圧の変化を測定できるように設けたもので
ある。すなわち、ドライブ回路２０が圧電素子の両端に
電圧を印加して共振周波数で超音波を発射させた場合、
圧電素子及びＬＰＧタンク３の合計インピダンスは最小
となるため、圧電素子に流れる電流は最大になる。しか
し、ドライブ回路やドライブ電源の内部抵抗が、最小と
なったインピダンスよりも充分に小さなものであるとす
ると、そのままでは、ドライブ回路２０が共振周波数で
電圧を印加したとしても圧電素子の両端電圧はほとんど
変化せず、その変化を検出することが困難である。そこ
で、この実施形態では、図５に示すように、抵抗２２を
設け、運転周波数設定時には検出動作制御回路８が切換
スイッチ２２をオフにし、ドライブ回路２０の負荷を増
大させることにより圧電素子の両端電圧の変化を測定で
きるようにしている。この場合、運転周波数設定手段９
がステップ２７の解析で用いる波形は、図４の発射波形
のうちのパルス発射時波形であり、このパルス発射時波
形の電圧レベルが最も低い時の周波数を共振周波数とし
て特定することが可能になる。

【００３６】上記のように、本発明に係る超音波センサ
によれば、探触子２をＬＰＧタンク３の外側底面部に取
り付けてタンク内の液面制御運転を実行する前に、運転
周波数設定モードにおいて、探触子２がＬＰＧタンク３
内部に向けて超音波を複数回発射し、その時の発射波形
又は反射波形の共振特性を利用して探触子とタンクとの
間の共振周波数を検出し、この共振周波数を運転周波数
として設定するようにしているので、ＬＰＧタンク３の
板厚及び材質がどのようなものであっても対処すること
が可能である。そして、この運転周波数の設定は自動的
に行われるようになっているので、超音波センサの設置
の際にはセンサメーカの立ち会いを必要とせず、ユーザ
のみで簡単に設置することが可能である。

【００３７】なお、上記実施形態では、探触子が取り付
けられる容器がＬＰＧタンクである場合につき説明した
が、この容器はＬＰＧタンクに限定されるものではな
く、化学分野をはじめ種々の分野で用いられる容器に対
して適用可能である。また、容器の板厚や材質も限定さ
れるものではなく、特に、材質に関しては、金属ばかり
でなくプラスチック等の樹脂材料に対しても適用可能で
ある。

【００３８】さらに、本発明では、運転周波数設定の際
に、周波数を可変させながら探触子から超音波を複数回
発射させることを必須の要件としているが、この超音波
の発射が「複数回」であるか否かは文言にとらわれず実
質的に解釈されるべきものである。つまり、周波数を可
変させながら超音波を連続的に発射させるような場合、
この発射の回数を１回と見るか複数と見るかにつき、立
場によっては解釈が異なることが予想されるが、このよ
うな連続的な発射は複数回の発射と解すべきであり、本
発明の技術事項に包含されるものである。

【００３９】次に、上記の実施形態における運転周波数
設定の際の技術に関してはいくつかの工夫を施している
ので、これについて説明しておく。

【００４０】(１)可変型発振回路１１が探触子２の圧電
素子に対して出力する発振パルスは、正弦波状のパルス
ではなく矩形波パルスとなっている。この矩形波パルス
は、フーリエ級数の数学式を考えれば分かるようにあら
ゆる周波数成分を含んだものとなっている。したがっ
て、容器の板厚及び材質が幅広く変化したとしても充分
に対処することができる。なお、前述した(１)式又は
(２)式からも明らかなように、容器の板厚及び材質の幅
広い変化に充分に対処できるようにするためには、でき
るだけ高い発振周波数であることが好ましい。

【００４１】(２)図１に示したように、本実施形態では
増幅回路１３と検波回路１５との間にバンドパスフィル
タ１４が設けられており、運転周波数設定手段９はこの
バンドパスフィルタ１４を介して送られてくる波形デー
タを解析して共振点を見つけるようにしている。したが
って、高調波発振に起因する共振周波数の誤検出を防止
することができる。すなわち、(１)で述べたように、可
変型発振回路１１の出力パルスはあらゆる周波数成分を
含んだ矩形波パルスであるために、高調波によって本来
の共振点の他に見かけ上はいくつかの共振点が存在する
ことがある。しかし、本実施形態ではバンドパスフィル
タ１４が設けられているので、本来の共振点以外の周波
数は除去され、このような高調波発振に起因する共振周
波数の誤検出を避けることができる。なお、周波数可変
範囲を一定範囲に限定すればバンドパスフィルタ１４を
省略することができ、逆に、本実施形態のようにバンド
パスフィルタ１４を設けた場合には周波数可変範囲を一
定範囲に限定する必要はない。

【００４２】(３)運転周波数設定手段９は、(２)で述べ
たように、バンドパスフィルタ１４を介して送られてく
る波形データを入力し解析を行っているが、この場合は
もちろんＡ／Ｄ変換器を介して波形データを入力してい
る。しかし、このＡ／Ｄ変換器の変換速度が充分に速い
ものである場合には問題が生じないが、遅いものである
場合には、複数回の超音波発射タイミングに追従するこ
とができず、全ての波形データをＡ／Ｄ変換することが
できなくなる場合がある。このような事態は、運転周波
数設定手段９のバンドパスフィルタ１４からの波形デー
タの毎回の入力タイミングを所定時間だけ遅延させるこ
とによって回避することができる。これにより、変換速
度が遅く安価なＡ／Ｄ変換器を用いた場合であっても、
変換速度の速いＡ／Ｄ変換器を用いた場合と同等の効果
を得ることができる。

【００４３】(４)本実施形態では、圧電素子を低Ｑ材に
より形成する構成としているので、運転周波数設定時に
発振周波数を可変する場合に、電圧レベルが急激に大き
く変動することがなく、共振点の検出が容易に行えるよ
うになっている。

【００４４】(５)本実施形態では、ＬＰＧタンク３内に
液体４が無い場合には発射波形を用いて波形データの解
析を行い、また、ＬＰＧタンク３内に液体４が有る場合
には反射波形を用いて波形データの解析を行うようにし
ているので、ＬＰＧタンク３内のガス注入状況にかかわ
らず運転周波数の設定を行うことが可能である。

【００４５】(６)本実施形態では、運転周波数設定後の
通常の運転中においても、常時、運転周波数の異常につ
いても監視しているので、超音波センサの周辺における
環境変化についても有効に対処することができる。例え
ば、ＬＰＧタンク３に対して何らかの原因で振動又は衝
撃等が加わったり経年変化等によって探触子２の取り付
けが弛んだ場合等には、既述した通り設定された運転周
波数がもはや共振周波数ではなくなるが、このような場
合には、自動的に運転周波数の再設定が行われるか、又
は、運転自体が停止される。そして、現場のオペレータ
又は作業員は、自らの判断によって操作ボタン１９を操
作し、何時でも運転周波数設定モードに入って運転周波
数を再設定することができるようになっている。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、容器外
側部分に探触子を取り付けた状態で対象物の検出を行う
場合に、予め周波数を可変させながら探触子から超音波
を複数回発射させると共に、その時の発射波形又は反射
波形を入力し、この入力波形の解析に基づき探触子と容
器との間の共振周波数を検出し、この検出した共振周波
数を運転周波数として設定する構成としているので、板
厚及び材質がどのような容器に対しても使用でき、ま
た、センサメーカが関与することなくユーザ側のみで設
置することができる汎用性の有る超音波センサを実現す
ると共に、この超音波センサを用いた対象物検出方法を
提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る超音波センサの構成を
示すブロック図。

【図２】図１の動作を説明するためのフローチャート。

【図３】図３のフローチャートにおけるステップ２の運
転周波数設定モードの内容を示すフローチャート。

【図４】図１の探触子２の共振時及び非共振時における
発射波形を示す波形図。

【図５】本発明の他の実施形態の要部構成を示す説明
図。

【符号の説明】

１ 本体 ２ 探触子 ３ ＬＰＧタンク ４ 液体（ＬＰガス） ５ 液面 ６ 超音波 ７ ＣＰＵ ８ 検出動作制御回路 ９ 運転周波数設定手段 １０ 電源回路 １１ 可変型発振回路 １２ 受信回路 １３ 増幅回路 １４ バンドパスフィルタ １５ 検波回路 １６ 比較回路 １７ 記憶部 １８ 表示部 １９ 操作ボタン ２０ ドライブ回路 ２１ 抵抗 ２２ 切換スイッチ ２３ ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片 岸 行 雄 東京都三鷹市下連雀八丁目３番11号 春 日電機株式会社内 (72)発明者 藏 懐 剛 東京都三鷹市下連雀八丁目３番11号 春 日電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−300556（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−245927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−245925（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−250919（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82244（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/28

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器の外側部分に取り付けられた探触子か
   ら容器内部の検出対象に向けて超音波を発射させると共
   に、この検出対象からの反射波を前記探触子により受信
   し、このときの超音波発射時点から反射波受信時点まで
   の時間の計測に基づいて対象物検出動作についての制御
   を実行する検出動作制御回路を備えた超音波センサにお
   いて、 前記検出動作制御回路は、前記対象物検出動作の実行前
   に予め周波数を可変させながら前記探触子から超音波を
   複数回発射させると共に、その時の発射波形又は反射波
   形を入力し、この入力波形の解析に基づき探触子と容器
   との間の共振周波数を検出し、この検出した共振周波数
   を運転周波数として設定する運転周波数設定手段を有す
   るものである、 ことを特徴とする超音波センサ。
2. 【請求項２】前記探触子は、矩形波パルス信号の入力に
   基づき超音波を発射するものである、 ことを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
3. 【請求項３】前記運転周波数設定手段は、前記解析に用
   いる発射波形又は反射波形をバンドパスフィルタを介し
   て入力し、高調波発振に起因する共振周波数の誤検出を
   防止することが可能なものである、 ことを特徴とする請求項２記載の超音波センサ。
4. 【請求項４】前記容器は液体貯留用のものであり、前記
   運転周波数設定手段は、前記発射波形又は反射波形のい
   ずれを用いて前記解析を行うかにつき、この容器内の液
   体の存在の有無の検出に基づき決定するものである、 ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超
   音波センサ。
5. 【請求項５】前記運転周波数設定手段が行う発射波形又
   は反射波形の解析は、これらの波形のうち減衰波形の減
   衰度が最も小さな波形を選択し、その選択した波形に係
   る運転周波数を求めることを内容とするものである、 ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超
   音波センサ。
6. 【請求項６】前記運転周波数設定手段が行う発射波形又
   は反射波形の解析は、前記探触子及び容器を含めたイン
   ピダンスが最小値を取るときの波形を選択し、その選択
   した波形に係る運転周波数を求めることを内容とするも
   のである、 ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超
   音波センサ。
7. 【請求項７】前記運転周波数設定手段は、前記超音波の
   複数回の発射に基づく複数の発射波形又は反射波形を入
   力する場合に、毎回の入力タイミングを前回よりも所定
   時間だけずらすものである、 ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の超
   音波センサ。
8. 【請求項８】前記探触子の圧電素子を低Ｑ材により形成
   した、 ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の超
   音波センサ。
9. 【請求項９】容器の外側部分に超音波センサの探触子を
   取り付け、この探触子から容器内部の検出対象に向けて
   超音波を発射させると共に、この検出対象からの反射波
   を前記探触子により受信し、このときの超音波発射時点
   から反射波受信時点までの時間の計測に基づいて対象物
   の検出を行う、超音波センサを用いた対象物検出方法に
   おいて、 前記対象物の検出を行う前に、予め周波数を可変させな
   がら前記探触子から超音波を複数回発射させると共に、
   その時の発射波形又は反射波形を入力し、 この入力波形の解析に基づき探触子と容器との間の共振
   周波数を検出し、この検出した共振周波数を運転周波数
   として設定し、 この設定した運転周波数で、前記探触子から容器内部の
   検出対象に向けて超音波を発射させる、 ことを特徴とする超音波センサを用いた対象物検出方
   法。