JP3378231B2 - 超音波センサ及びその運転周波数設定方法 - 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、例えばＬＰＧタン
クのような密閉圧力容器の曲面上外側底面部に探触子を
取り付け、容器壁部を通して液面との間で超音波の送受
信を行う超音波センサ及びその運転周波数設定方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波センサは、小形で取り扱いが容易
なこと、及び近時のディジタル処理技術の発展に伴って
検出精度が大きく向上したこと等の理由により液面検出
装置のセンサとして広汎に用いられている。このような
超音波センサを用いた超音波液面検出装置は、探触子か
ら超音波を発射させ、液面からの反射波を受信すること
により液面位置を検出しようとするものであるから、本
来、探触子と液面との間には超音波の進行を阻害するよ
うな障害物が存在しない方が好ましく、したがって、容
器内の液面を検出しようとする場合には、探触子を容器
の内部に取り付ける構造とすることが好ましい。

【０００３】しかし、例えば、ＬＰＧタンクのような密
閉圧力容器の場合、探触子を容器内部に取り付けること
は困難であるため、探触子を容器の外側に取り付ける構
成を採用しているのが現状である。そして、この場合の
探触子の取り付け位置は、容器の底面部とするのが通常
である。これは、もし容器の側面部とすると、液面高さ
の変化領域内に複数個の探触子を配置しなければならず
コスト的に不利になるからである。

【０００４】ところで、一般的には、超音波センサの運
転周波数（「運転周波数」の代わりに「共振周波数」と
呼ばれることもあるが、本明細書では「運転周波数」と
いう語を使用する。）の設定は、センサ検出精度に密接
に関係するものであるため、超音波センサメーカによっ
て行うべきものであり、この運転周波数の設定を専門知
識のないユーザに委ねることは妥当ではないと従来から
考えられてきている。そして、運転周波数の設定はノウ
ハウ的性格を有する技術であるため、各超音波センサメ
ーカがどのような手法により設定を行っているかについ
ては必ずしも詳しく開示されていないが、一般には、超
音波センサメーカ側がユーザ側の使用条件を事前に調査
・分析した上で或る値の運転周波数を固定値として決定
し、これを運転周波数として設定しているものと推察さ
れる。なお、本明細書において、「ユーザ」とは、超音
波センサメーカ以外の者であって超音波センサを取り扱
うことがある者を指しており、エンドユーザの他に、タ
ンク製造メーカ、タンク据付業者、電気工事者等をも広
く含むものとする。

【０００５】従来は、超音波センサメーカ側でこのよう
にして超音波センサの運転周波数の設定が行われ、更
に、超音波センサメーカ側の作業員によってユーザ側の
使用個所に取り付けられた状態で運転周波数の微調整が
行われ、、液面変位に応じてセンサが正しく作動するこ
とが確認された後に、実際に超音波センサによる液面検
出動作が開始されるようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、超音波
センサは液面検出手段として多くの利点を有しているた
め、探触子をＬＰＧタンクの外側底面部に取り付ける構
成が注目されてきている。ここで、超音波センサをＬＰ
Ｇタンクの液面検出手段として採用するにあたっては２
つのケースに分けて考えることができる。第１のケース
は、既に機械式液面検出計が取り付けられている既設の
ＬＰＧタンクに対し、この機械式液面検出計に代わる手
段として超音波センサを採用し、その探触子をタンクの
外側底面部に取り付けるケースである（探触子の取付作
業は通常ユーザ側が行う）。このケースの場合には、通
常、タンク内にはＬＰガスが貯溜されており、探触子は
発射波を液面で反射させて得られる反射波を受信するこ
とができるので、そのタンク固有の周波数を微調整によ
り探し出し（微調整作業は、通常、超音波センサメーカ
側が行う）、その固有の周波数で運転すれば液面位置の
検出を行うことができる。

【０００７】第２のケースは、全く新規に製作されたＬ
ＰＧタンクを所定の場所に設置する場合に、タンクの設
置後あるいは設置前に探触子を外側底面部に取り付ける
ケースである。このケースの場合には、ＬＰＧタンクの
内部にＬＰガスは存在せず空状態であるために、探触子
から超音波を発射させたとしても反射波を得ることがで
きず、したがって、そのままでは運転周波数の微調整等
の作業を行うことが不可能である。そのため、この第２
のケースでは、従来から空状態のＬＰＧタンクに給液を
行なってタンク内にある程度のＬＰガスを貯溜させ、第
１のケースと同様の環境が形成された後で、超音波セン
サメーカが運転周波数の微調整等の作業を行うこととし
ていた。

【０００８】しかし、上記の第２のケースのように、空
状態のＬＰＧタンクに一旦給液を行ってからでないと、
超音波センサの微調整を行うことができないという制約
は、ユーザに少なからず負担を強いる結果となってい
る。すなわち、ユーザ側としては給液完了後直ちにＬＰ
Ｇタンクを稼働させようと思っても、超音波センサの微
調整作業が未だ終了していないためタンクを稼働させる
ことができないことになる。そこで、ユーザ側として
は、ユーザ自らが微調整作業を行うことを希望する場合
も有るが、この微調整作業には熟練した技術を必要とす
るため実際には運転周波数を最適に設定することは困難
であった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、容器内部の状態が空状態又は液有り状態のいずれ
の状態であっても運転周波数の設定を最適に行うことが
可能な超音波センサ及びその運転周波数設定方法を提供
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、液体が貯溜され
る容器の外側底面部に取り付けられた探触子と、前記探
触子から容器壁部を通して超音波を液面へ向けて発射さ
せると共に、この液面で反射した超音波を容器壁部を通
して前記探触子に受信させ、この発射させ受信させた超
音波に基づく容器内液面高さの検出についての動作を制
御する検出動作制御回路と、を備えた超音波センサにお
いて、前記容器の内部が空状態又は液有り状態のいずれ
の状態にあるかについて選択するための容器内液体有無
選択釦と、前記容器内液体有無選択釦により前記空状態
が選択された場合に、所定値を中心とする所定範囲内で
周波数を可変させながら超音波を前記探触子から発射さ
せ、その発射波の波高の減衰の仕方が最も緩やかとなる
周波数を運転周波数として設定し、一方、前記容器内液
体有無選択釦により前記液有り状態が選択された場合に
は、所定値を中心とする所定範囲内で周波数を可変させ
ながら超音波を前記探触子から発射させ、その反射波の
波高が最大となる周波数を運転周波数として設定する運
転周波数設定回路と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記容器の外側底面部は曲面状に形成され
たものであり、前記探触子は、磁石部材により前記容器
の曲面状外側底面部へワンタッチで取付可能なものであ
り、前記運転周波数設定回路は、前記空状態が選択され
た場合の運転周波数として設定された周波数の超音波
を、前記運転周波数設定回路が発射させたときに、前記
容器壁部を伝播して受信される異常波についての異常波
受信タイミング情報を取得して、これを前記検出動作制
御回路に出力するものであり、前記検出動作制御回路
は、入力した前記異常波受信タイミング情報を自己の記
憶手段に記憶させておき、運転周波数が設定された以降
に、この記憶されたタイミング情報と同じタイミングで
反射波を受信した場合には、この反射波を液面高さ検出
に用いないようにするものである、ことを特徴とする。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記運転周波数設定回路内の記憶手
段に設けられており、前記液体が貯溜される各容器の種
別を表すものとして予め付与されている各容器番号毎
に、前記運転周波数設定回路が前記探触子に超音波を発
射させるときの前記所定値を中心とする周波数可変範囲
が記載されている容器番号対応周波数テーブルと、前記
容器番号対応周波数テーブルに記載されている複数の容
器番号のうちのいずれか一を選択するための容器番号選
択釦と、を備えており、前記運転周波数設定回路は、前
記容器番号選択釦によりいずれか一の容器番号が選択さ
れた場合に、その選択された容器番号に対応する周波数
可変範囲を前記容器番号対応周波数テーブルから探し出
すものである、ことを特徴とする。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記液体が貯溜される各容器の種別は、容
器の容積、容器の板厚、容器の材質のうちの少なくとも
１以上についてのものである、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、前記検出動作制御回路
は、自己の記憶手段に、前記液体が貯溜される各容器の
種別を表すものとして予め付与されている各容器番号毎
に正規反射波受信タイミングに対応する液体貯溜量が記
載された容器番号対応貯溜量テーブルを記憶させてお
き、この容器番号対応貯溜量テーブルを参照しつつ液体
貯溜量を表示部に表示させるものである、ことを特徴と
する。

【００１５】請求項６記載の発明は、液体が貯溜される
容器の外側底面部に探触子を取り付け、前記探触子から
容器壁部を通して超音波を液面へ向けて発射させると共
に、この液面で反射した超音波を容器壁部を通して前記
探触子に受信させ、この発射させ受信させた超音波に基
づき容器内液面高さの検出を行う超音波センサの運転周
波数設定方法において、前記容器の内部が空状態又は液
有り状態のいずれの状態にあるかについて予め判別して
おき、前記容器の内部が空状態である場合は、所定値を
中心とする所定範囲内で周波数を可変させながら超音波
を前記探触子から発射させ、その発射波の波高の減衰の
仕方が最も緩やかとなる周波数を運転周波数として設定
し、一方、前記容器の内部が液有り状態の場合には、所
定値を中心とする所定範囲内で周波数を可変させながら
超音波を前記探触子から発射させ、その反射波の波高が
最大となる周波数を運転周波数として設定する、ことを
特徴とする。

【００１６】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、前記容器の外側底面部は曲面状に形成され
たものであり、この曲面状外側底面部への前記探触子の
取付を磁石部材によりワンタッチで行い、前記容器の内
部が空状態である場合の運転周波数として設定された周
波数の超音波を発射させたときに、前記容器壁部を伝播
して受信される異常波についての異常波受信タイミング
情報を記憶しておき、運転周波数が設定された以降に、
この記憶されたタイミング情報と同じタイミングで反射
波を受信した場合には、この反射波を液面高さ検出に用
いないようにする、ことを特徴とする。

【００１７】請求項８記載の発明は、請求項６又は７記
載の発明において、前記液体が貯溜される各容器の種別
を表す容器番号を予め設定すると共に、各容器番号毎
に、前記探触子に超音波を発射させるときの前記所定値
を中心とする周波数可変範囲が記載されている容器番号
対応周波数テーブルを予め作成しておき、運転周波数設
定を行おうとする当該容器の容器番号を選択することに
より、その選択された容器番号に対応する周波数可変範
囲を前記容器番号対応周波数テーブルから探し出す、こ
とを特徴とする。

【００１８】

【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、こ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である。図１において、容器
１（この実施形態ではＬＰＧタンクとする。）は、略円
筒形状を有するものであり、上面部及び底面部には所定
の曲率の曲面が形成されている。そして、この容器１
は、外側底面部１ａに取り付けられた脚部２により所定
個所に立設されている。容器１の内部には液体３（ＬＰ
ガス）が貯溜されているが、本実施形態に係る超音波セ
ンサは、この液体３の液面３ａの高さ、あるいは更に、
液面３ａの高さに基づき液体３の貯溜量を検出しようと
するものである。

【００１９】本実施形態に係る超音波センサは、磁石部
材５を有する探触子４と、コントローラ８とにより構成
されている。探触子４は、磁石部材５により外側底面部
１ａにワンタッチで取り付け可能なものであり、その取
付位置は外側底面部１ａの中心であることが好ましい
（何故なら、外側底面部１ａには曲面が形成されている
ため、中心を外れると探触子４が傾斜した姿勢で取り付
けられることになるからである。）。この探触子４は、
設定運転周波数の超音波を発射するが、この発射された
超音波の発射波６は壁部１ｂを通って液面３ａに到達
し、その後液面３ａで反射して反射波７となって探触子
４により受信される。

【００２０】コントローラ８には、操作釦としての容器
内液体有無選択釦９、容器番号選択釦１０、及び実行釦
１１が設けられていると共に、内部回路としての運転周
波数設定回路１２及び検出動作制御回路１４が設けられ
ている。コントローラ８には、また、運転周波数設定時
の設定事項や検出動作時の検出値等の種々の情報を表示
するための表示部１８が設けられている。そして、運転
周波数設定回路１２は、後述する容器番号対応周波数テ
ーブル１３を自己の記憶手段に保持している。また、検
出動作制御回路１４は、運転周波数設定回路１２から入
力した設定運転周波数１５及び異常波受信タイミング情
報１６と、予め設定されている容器番号対応貯溜量テー
ブル１７とを自己の記憶手段に保持している。

【００２１】容器内液体有無選択釦９は、容器１内に液
体３が存在しているか否か、すなわち容器１の内部が空
状態又は液有り状態のいずれの状態にあるかについて選
択するための釦である。操作者は容器１の内部がいずれ
の状態にあるかを事前に知っており、例えば、空状態の
場合には「Ｅ」の釦を選択し、液有り状態の場合には
「Ｌ」の釦を選択すればよい。

【００２２】容器番号選択釦１０は、容器１に対して予
め付与されている番号のことであり、例えばNo.１〜No.
１００のうちのいずれか一の番号である。ＬＰＧタンク
の場合、容積、板厚、材質等のパラメータについて種々
のものがあり、それぞれの相違に応じて最適運転周波数
の値が異なるために、このように各パラメータの組み合
わせに対応して容器番号を付与することにより、最適運
転周波数を容易且つ確実に設定できるようにしている。

【００２３】図２は、運転周波数設定回路１２が自己の
記憶手段に保持する容器番号対応周波数テーブル１３の
記載内容の一例を示す説明図である。この図に示すよう
に、各容器番号毎に探触子４に超音波を発射させるとき
の所定値である中心周波数の値、この中心周波数を基準
とする周波数可変範囲、容器１の容積、板厚、材質等が
記載されている（これらは超音波センサメーカが予め試
験及び調査を行った上で記載したものである。）。

【００２４】検出動作制御回路１４が自己の記憶手段に
保持する設定運転周波数１５は、運転周波数設定回路１
２が設定動作を終了した後に、運転周波数設定回路１２
から与えられたものである。この設定運転周波数１５
は、一旦設定された後は殆ど設定し直す必要のないもの
であるが、本実施形態に係る超音波センサは、探触子４
の温度特性に応じて最適周波数になるように再設定を行
うことも可能である。

【００２５】異常波受信タイミング情報１６は、容器１
の内部が空状態の場合に運転周波数設定回路１２が最適
運転周波数を求めた際に発生する異常反射波の受信タイ
ミングに関する情報のことである。次に、本実施形態に
おいて、検出動作制御回路１４がこのような異常波受信
タイミング情報１６を保持している理由につき説明す
る。

【００２６】図３は、探触子４の超音波発射波形の発射
タイミング及び受信タイミングを示すタイムチャートで
あり、（ａ）は液有り状態の場合、（ｂ）は空状態の場
合を示している。これらの図に示すように、時刻ｔ0〜
ｔ1の発射期間Ｔ1において発射された超音波は、発射期
間Ｔ1経過後も減衰期間Ｔ2だけ圧電素子の振動が継続す
る。そして、容器１内に液体３が存在している場合は、
図３（ａ）に示すように、時刻ｔ4において１次正規反
射波を受信し、時刻ｔ6において２次正規反射波を受信
する。本発明は、液有り状態の場合には、この受信した
１次正規反射波の波高値Ｈが最大となる周波数を運転周
波数として設定するものであり、一方、空状態の場合に
は、発射波についての減衰期間Ｔ2が最長となる周波数
を運転周波数として設定するものである（本出願人は、
この発射波の減衰特性を利用して運転周波数を設定する
技術を既に特願平１１−１５８９９号において呈示して
いる）。

【００２７】ところで、図３（ｂ）に示すように、探触
子４が受信する反射波は、上記の１次、２次等の正規反
射波の他に、時刻ｔ3，ｔ5における１次、２次等の異常
反射波が含まれる。この異常反射波は、探触子４から発
射された超音波が容器１の壁部１ｂを伝播して探触子４
に戻ってくる反射波であり、容器１内に液体３がある程
度以上存在している状態つまり液有り状態の場合にはレ
ベルが小さく、閾値Ｖsよりも低いために検出されるこ
とはなく、問題となることはない。ところが、本実施形
態では、磁石部材５を予め探触子４に固着させておく構
造とすることにより、探触子４をワンタッチで容器１の
外側底面部１ａに取り付けられるようにして、既設の容
器１に対する作業性を向上させた超音波センサを対象と
している。このような超音波センサを、現場作業員が決
して良好とは言えない作業環境下で取り付けるにあたっ
ては、取付位置が外側底面部１ａの中心を外れてしま
い、探触子４の姿勢が傾斜して取り付けられてしまう場
合もあり得ることを予め想定しておく必要がある。そこ
で、このような場合にも支障なく液面３ａを検出できる
ようにするために、本実施形態の超音波センサでは閾値
Ｖsのレベルを通常の超音波センサのものよりも低く設
定して、感度を上げたものにしている。

【００２８】しかし、閾値Ｖsのレベルを低く設定する
ことは、反面、通常の超音波センサでは検出されること
のない上記の異常反射波を拾ってしまうことを意味して
いる。したがって、容器１の内部が空状態で運転周波数
を設定した後、容器１に対して液体３の給液が行われる
までの間に、実際には容器１内には液体３が存在してい
ないにもかかわらず、この異常反射波を誤認識して液面
３ａの検出を行ってしまう事態が発生することになる。
それ故、本実施形態では、運転周波数設定回路１２が設
定運転周波数の超音波を発射したときの異常反射波の受
信時刻ｔ3，ｔ5（つまり発射時刻ｔ0からのタイミング
情報）を、検出動作制御回路１４が記憶しておき、運転
周波数設定後に時刻ｔ3，ｔ5において反射波を拾って
も、この反射波をカットして液面高さ検出に用いないよ
うにしている。この場合、この反射波をカットする機能
が実際に発揮されるのは、空状態で運転周波数が設定さ
れた後、給液が開始されて実際の液面検出されるまでの
間の期間だけである。何故なら、検出動作制御回路１４
は液面高さの連続的変化を認識する機能（液面がステッ
プ的に変化することはあり得ないため、連続的変化に合
致する液面高さを有効として扱う機能）を持っており、
一旦、液面を検出した後はたとえ正規反射波の受信タイ
ミングが異常反射波の受信時刻ｔ3，ｔ5に重なったとし
ても、この連続的変化を認識する機能の方が優先するた
めに、正規反射波までカットされることはないからであ
る。なお、異常反射波のレベルが閾値Ｖsを超えるのは
液面が浅いときだけであって給液により液面が上昇する
に連れて異常反射波のレベルは急激に低下する。そのた
め、異常反射波が問題となるのは、容器１が空状態のと
きに運転周波数の設定を行った場合だけであり、容器１
が液有り状態のときに運転周波数の設定を行った場合に
はこのような異常反射波を問題とする必要はない。

【００２９】図４は、検出動作制御回路１４が自己の記
憶手段に保持する容器番号対応貯溜量テーブル１７の記
載内容の一例を示す説明図である。本実施形態では、容
器番号がNo.１〜No.１００まで用意されている場合を想
定しているので、テーブル枚数もこれに対応して１００
枚となっている。各容器番号対応貯溜量テーブル１７に
は、液面距離Ｌ11，Ｌ12，Ｌ13，…に対応する液体貯溜
量（残量）Ｖ11，Ｖ12，Ｖ13，…が記載されている。Ｌ
ＰＧタンクは種々のサイズものがあり、液面距離に対応
する液体貯溜量は各サイズ毎に異なったものとなる。そ
のため、本来は各サイズ毎に貯溜量を換算する演算を行
う必要があるが、それではソフトウエア上の負担が大き
くなり、コストが増大する。そこで、本実施形態では、
検出動作制御回路１４が上記の容器番号対応貯溜量テー
ブル１７を参照することにより、サイズが異なっていて
も簡単に貯溜量を求めることができる構成とし、低コス
ト化を図るようにしている。なお、このテーブル１７に
おける括弧内の数値は、Ｌ11，Ｌ12，Ｌ13，…及びＶ1
1，Ｖ12，Ｖ13，…の具体的な数値の一例を示したもの
である。この場合、Ｌ11〜Ｌ12間の距離を短くすれば、
全ての液面距離をこのテーブルを参照することにより求
めることができるが、Ｌ11〜Ｌ12間の距離を長く設定し
た場合には、直線補完に基づく演算によりこれらの中間
点の距離を求めることができる。

【００３０】次に、上記のように構成される超音波セン
サの運転周波数設定方法を図５のフローチャートに基づ
き説明する。まず、ユーザ側において、探触子４を外側
底面部１ａの中央真下に位置させ、探触子４の磁石部材
５を外側底面部１ａに吸着させる。これにより、外側底
面部１ａに対する探触子４の取り付けが完了する。従来
の普通の超音波センサの場合、容器に対する取り付けは
必ずしも容易ではなく、専門技術を持った超音波センサ
メーカ側で行うのが通常であった。しかし、本実施形態
における超音波センサは、探触子４に磁石部材５が固着
されワンタッチでの取付が可能なものであるため、超音
波センサメーカに頼ることなくユーザ自らが探触子４を
容器１に取り付けることが可能な構造となっている。

【００３１】上記のように、探触子４が外側底面部１ａ
に取り付けられた後、ユーザ側の操作者は容器番号選択
釦１０を操作して容器番号の選択を行う（ステップ
１）。この場合、ユーザ側の操作者は、超音波センサメ
ーカから超音波センサを受け渡される際に予め自己のＬ
ＰＧタンクの容器番号を通知されているなどして、選択
すべき容器番号を事前に知っているものとする。

【００３２】次いで、操作者は、容器内液体有無選択釦
９を操作して容器１の内部が空状態又は液有り状態のい
ずれの状態にあるかについて選択する（ステップ２）。
容器１が新規に製作され設置された直後のものである場
合、容器１内は空状態であるのが通常であり、一方、容
器１が既設のものであり現在使用中のものである場合、
容器１内は液有り状態であるのが通常である。操作者
は、この容器１内の状態についても事前に知っているも
のとする。

【００３３】いま、操作者がステップ１で容器番号No.
１の釦を押すと共に、ステップ２で空状態と判別して
「Ｅ」の釦を押し、更に実行釦１１を押したとする。す
ると、運転周波数設定回路１２は、容器番号対応周波数
テーブル１３における容器番号No.１の欄を読み込んで
中心周波数を９００kHzに設定し（ステップ３）、この
９００kHzを基準値として±１００kHzの範囲で周波数を
可変しながら超音波を探触子４から発射させる（ステッ
プ４）。

【００３４】次いで、運転周波数設定回路１２は、上記
の可変範囲すなわち８００kHz〜１０００kHzの範囲で周
波数を変化させながら探触子４から超音波を発射させて
みた結果、発射波の減衰期間Ｔ2（図３参照）が最大と
なる周波数（すなわち発射波の減衰の仕方が最小となる
周波数）を運転周波数に設定する（ステップ５）。この
とき、容器１内は空状態であることから、前述したよう
に壁部１ｂを伝播する異常反射波が発生し、これが探触
子４によって受信されるが、運転周波数設定回路１２
は、設定運転周波数の情報と共に、この異常反射波の受
信タイミング情報を検出動作制御回路１４に出力する。

【００３５】検出動作制御回路１４は、運転周波数設定
回路１２からのこれらの情報を設定運転周波数１５及び
異常波受信タイミング情報１６として自己の記憶手段に
記憶する（ステップ６）。これにより、運転周波数設定
回路１２の運転周波数設定動作が終了し、表示部１８に
は運転周波数の設定が完了したことが表示される。そし
て、操作者は、この表示部１８の表示を確認した後、容
器１の給液バルブ（図示せず）を開放し容器１内への給
液を開始する。

【００３６】次いで、検出動作制御回路１４は、設定運
転周波数で探触子４から超音波を発射させると共に、そ
の反射波を受信し（ステップ７）、その受信タイミング
が異常波受信タイミング情報１６のタイミングと一致す
るか否かを判別する（ステップ８）。そして、一致して
いれば、この受信した反射波は異常なものであるため、
ステップ７に戻り、正規反射波が検出されるまで設定運
転周波数の超音波発射を繰り返す。一方、受信タイミン
グが異常波受信タイミング情報１６のタイミングと一致
していれば、その反射波は液面３ａに反射して得られた
正規反射波であるから、間違いなく給液が行われたもの
として、その後に通常の液面高さ検出を開始する（ステ
ップ９）。

【００３７】検出動作制御回路１４は、通常の液面高さ
検出を開始するにあたっては、図４に示したNo.１〜No.
１００の容器番号対応貯溜量テーブル１７のうちからN
o.１のテーブルを選択し、このNo.１のテーブルを用い
て各液面距離（反射波受信時刻）に対応する液体貯溜量
を表示する（ステップ１０）。本実施形態における検出
動作制御回路１４は、このように容器番号対応貯溜量テ
ーブル１７を用いており、各液面距離（受信時刻）毎に
貯溜量を演算する必要がないのでＣＰＵに対する負荷を
軽減することができる。また、全てのサイズのＬＰＧタ
ンクに対しても１種類の超音波センサだけで対応するこ
とができ、ハードウエア及びソフトウエアの各構成要素
を共通化することができるので、コストの低減を図るこ
とができる。

【００３８】なお、本実施形態では、検出動作制御回路
１４がNo.１〜No.１００の全ての容器番号対応貯溜量テ
ーブル１７を保持しているものとして説明しているが、
容器番号No.１の容器１のみが適用対象であることが予
め分かっている場合には、このNo.１のテーブルのみを
検出動作制御回路１４に保持させるようにしてもよく、
あるいは、特定の番号群（例えばNo.１〜No.１０等）に
属するテーブルのみを検出動作制御回路１４に保持させ
るようにしてもよい。これにより、記憶手段の容量を低
減することができ、コストを一層低減することができ
る。

【００３９】さて、上記のステップ２では、操作者が容
器１の内部を空状態と判別し「Ｅ」の釦を押している
が、操作者が容器１の内部を液有り状態と判別した場合
には「Ｌ」の釦を押し、更に実行釦１１を押すことにな
る。すると、運転周波数設定回路１２は、ステップ３，
４の場合と同様に、容器番号対応周波数テーブル１３に
おける容器番号No.１の欄を読み込んで中心周波数を９
００kHzに設定し（ステップ１１）、この９００kHzを基
準値として±１００kHzの範囲で周波数を可変しながら
超音波を探触子４から発射させる（ステップ１２）。

【００４０】次いで、運転周波数設定回路１２は、上記
の可変範囲すなわち８００kHz〜１０００kHzの範囲で周
波数を変化させながら探触子４から超音波を発射させて
みた結果、１次正規反射波の波高値Ｈ（図３参照）が最
大となる周波数を運転周波数に設定し（ステップ１
３）、この設定運転周波数の値についての情報を検出動
作制御回路１４に出力する。検出動作制御回路１４は、
運転周波数設定回路１２からの上記の情報を設定運転周
波数１５として自己の記憶手段に記憶し、これにより、
運転周波数設定回路１２の運転周波数設定動作が終了
し、表示部１８には運転周波数の設定が完了したことが
表示される。そして、この後、検出動作制御回路１４は
通常の液面高さ検出を開始し（ステップ１４）、No.１
のテーブルを用いて各反射波受信時刻に対応する液体貯
溜量を表示する（ステップ１０）。

【００４１】上述したように、本実施形態の超音波セン
サを用いることとすれば、ユーザは探触子４を容器１に
ワンタッチで取り付けることができ、更に、超音波セン
サメーカを頼ることなく自らの手で運転周波数の設定
を、容器１が空状態又は液有り状態のいずれの状態であ
っても、単純な操作によって簡単に行うことが可能にな
る。したがって、容器１が新規なもの又は既設のものの
いずれであっても直ちに超音波センサの使用を開始する
ことができる。また、ユーザのうちのエンドユーザにし
てみれば、従来、タンクメーカあるいは施工業者に支払
っていたセンサ取付費用等を削減することができ経済的
にも有利なものとなる。一方、タンクメーカあるいは施
工業者側にとっても、ユーザ側で探触子４の取付及び運
転周波数設定を行うことは、従来、確保しなければなら
なかった取付のための作業員の人数又は作業工数等を低
減することができるので、大きなメリットをもたらすこ
とになる。

【００４２】なお、本発明は上記実施形態の他に次のよ
うな形態をも広く包含するものである。

【００４３】（１）上記実施形態では容器１がＬＰＧタ
ンクである場合につき説明したが、本発明の技術はＬＰ
Ｇタンクのみに限定されるわけではなく、種々の分野の
容器に対して適用可能なものである。

【００４４】（２）容器内液体有無選択釦９及び容器番
号選択釦１０は「釦」という表現を用いているが、同様
の機能を有する「キー」あるいは「スイッチ」等の部材
を広く包含するものである。

【００４５】（３）上記実施形態では容器内液体有無選
択釦９及び容器番号選択釦１０がコントローラ８に設け
られている場合につき説明しているが、これらの釦の取
付個所は特に限定されるものではない。例えば、これら
の釦を容器１から遠く離れた個所に設け、電話回線を利
用してこれらの釦からの選択信号を運転周波数設定回路
１２に送信する構成としてもよい。

【００４６】（４）上記実施形態では容器番号対応貯溜
量テーブル１７を用いて液面距離に対応する液体貯溜量
を求めているが、ＣＰＵの能力が高く、メモリ容量にあ
まり余裕がないような場合には、このテーブルを用いる
ことなく、その都度演算により液面距離に対応する液体
貯溜量を求めるようにしてもよい。例えば、キー入力手
段あるいは外部ローダー等の入力手段を用いて、予めパ
ラメータ（タンク寸法、タンク板厚、タンク材質等）を
設定しておき、対象となるパラメータにおける液体貯溜
量をその都度演算するようにしてもよい。

【００４７】（５）上記実施形態では、図２の容器番号
対応周波数テーブル１３に示したように、中心周波数を
中心とする所定範囲内において周波数を可変する場合に
つき説明しているが、実際には可変せずに中心周波数を
直ちに運転周波数として設定するようにする形態をも包
含するものである。すなわち、本発明における「周波数
の可変」とは可変範囲がゼロの場合も含むものである。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、容器の
内部が空状態又は液有り状態のいずれの状態にあるかに
ついて予め判別しておき、容器の内部が空状態である場
合は、所定値を中心とする所定範囲内で周波数を可変さ
せながら超音波を探触子から発射させ、その発射波の波
高の減衰の仕方が最も緩やかとなる周波数を運転周波数
として設定し、一方、容器の内部が液有り状態の場合に
は、所定値を中心とする所定範囲内で周波数を可変させ
ながら超音波を前記探触子から発射させ、その反射波の
波高が最大となる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、容器内部の状態が空状態又は液有り
状態のいずれの状態であっても運転周波数の設定を行う
ことが可能となり、従来、ユーザ側及び超音波センサメ
ーカ側の双方に強いられていた負担を軽減することがで
きる。

【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における容器番号対応周波数テーブル１３
の記載内容の一例を示す説明図。

【図３】図１における探触子４の超音波発射波形の発射
タイミング及び受信タイミングを示すタイムチャート。

【図４】図１における容器番号対応貯溜量テーブル１７
の記載内容の一例を示す説明図。

【図５】図１の超音波センサの運転周波数設定方法を説
明するためのフローチャート。

【符号の説明】

１ 容器（ＬＰＧタンク） １ａ 外側底面部 １ｂ 壁部 ２ 脚部 ３ 液体（ＬＰガス） ３ａ 液面 ４ 探触子 ５ 磁石部材 ６ 発射波 ７ 反射波 ８ コントローラ ９ 容器内液体有無選択釦 １０ 容器番号選択釦 １１ 実行釦 １２ 運転周波数設定回路 １３ 容器番号対応周波数テーブル １４ 検出動作制御回路 １５ 設定運転周波数 １６ 異常波受信タイミング情報 １７ 容器番号対応貯溜量テーブル

───────────────────────────────────────────────────── 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８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８丁目３番11号 春 日電機株式会社内 (72)発明者 平 田 昇 東京都三鷹市下連雀８丁目３番11号 春 日電機株式会社内 (56)参考文献 特開2000−213979（ＪＰ，Ａ) 特開2000−35357（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57922（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−300556（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 23/296

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体が貯溜される容器の外側底面部に取り
   付けられた探触子と、 前記探触子から容器壁部を通して超音波を液面へ向けて
   発射させると共に、この液面で反射した超音波を容器壁
   部を通して前記探触子に受信させ、この発射させ受信さ
   せた超音波に基づく容器内液面高さの検出についての動
   作を制御する検出動作制御回路と、 を備えた超音波センサにおいて、 前記容器の内部が空状態又は液有り状態のいずれの状態
   にあるかについて選択するための容器内液体有無選択釦
   と、 前記容器内液体有無選択釦により前記空状態が選択され
   た場合に、所定値を中心とする所定範囲内で周波数を可
   変させながら超音波を前記探触子から発射させ、その発
   射波の波高の減衰の仕方が最も緩やかとなる周波数を運
   転周波数として設定し、一方、前記容器内液体有無選択
   釦により前記液有り状態が選択された場合には、所定値
   を中心とする所定範囲内で周波数を可変させながら超音
   波を前記探触子から発射させ、その反射波の波高が最大
   となる周波数を運転周波数として設定する運転周波数設
   定回路と、 を備えたことを特徴とする超音波センサ。
2. 【請求項２】前記容器の外側底面部は曲面状に形成され
   たものであり、 前記探触子は、磁石部材によりこの曲面状外側底面部へ
   ワンタッチで取付可能なものであり、 前記運転周波数設定回路は、前記空状態が選択された場
   合の運転周波数として設定された周波数の超音波を、前
   記運転周波数設定回路が発射させたときに、前記容器壁
   部を伝播して受信される異常波についての異常波受信タ
   イミング情報を取得して、これを前記検出動作制御回路
   に出力するものであり、 前記検出動作制御回路は、入力した前記異常波受信タイ
   ミング情報を自己の記憶手段に記憶させておき、運転周
   波数が設定された以降に、この記憶されたタイミング情
   報と同じタイミングで反射波を受信した場合には、この
   反射波を液面高さ検出に用いないようにするものであ
   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回路内の記憶手段に設
   けられており、前記液体が貯溜される各容器の種別を表
   すものとして予め付与されている各容器番号毎に、前記
   運転周波数設定回路が前記探触子に超音波を発射させる
   ときの前記所定値を中心とする周波数可変範囲が記載さ
   れている容器番号対応周波数テーブルと、 前記容器番号対応周波数テーブルに記載されている複数
   の容器番号のうちのいずれか一を選択するための容器番
   号選択釦と、 を備えており、 前記運転周波数設定回路は、前記容器番号選択釦により
   いずれか一の容器番号が選択された場合に、その選択さ
   れた容器番号に対応する周波数可変範囲を前記容器番号
   対応周波数テーブルから探し出すものである、 ことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
4. 【請求項４】前記液体が貯溜される各容器の種別は、容
   器の容積、容器の板厚、容器の材質のうちの少なくとも
   １以上についてのものである、 ことを特徴とする請求項３記載の超音波センサ。
5. 【請求項５】前記検出動作制御回路は、自己の記憶手段
   に、前記液体が貯溜される各容器の種別を表すものとし
   て予め付与されている各容器番号毎に正規反射波受信タ
   イミングに対応する液体貯溜量が記載された容器番号対
   応貯溜量テーブルを記憶させておき、この容器番号対応
   貯溜量テーブルを参照しつつ液体貯溜量を表示部に表示
   させるものである、 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】液体が貯溜される容器の外側底面部に探触
   子を取り付け、 前記探触子から容器壁部を通して超音波を液面へ向けて
   発射させると共に、この液面で反射した超音波を容器壁
   部を通して前記探触子に受信させ、この発射させ受信さ
   せた超音波に基づき容器内液面高さの検出を行う超音波
   センサの運転周波数設定方法において、 前記容器の内部が空状態又は液有り状態のいずれの状態
   にあるかについて予め判別しておき、 前記容器の内部が空状態である場合は、所定値を中心と
   する所定範囲内で周波数を可変させながら超音波を前記
   探触子から発射させ、その発射波の波高の減衰の仕方が
   最も緩やかとなる周波数を運転周波数として設定し、一
   方、前記容器の内部が液有り状態の場合には、所定値を
   中心とする所定範囲内で周波数を可変させながら超音波
   を前記探触子から発射させ、その反射波の波高が最大と
   なる周波数を運転周波数として設定する、 ことを特徴とする超音波センサの運転周波数設定方法。
7. 【請求項７】前記容器の外側底面部は曲面状に形成され
   たものであり、 この曲面状外側底面部への前記探触子の取付を磁石部材
   によりワンタッチで行い、 前記容器の内部が空状態である場合の運転周波数として
   設定された周波数の超音波を発射させたときに、前記容
   器壁部を伝播して受信される異常波についての異常波受
   信タイミング情報を記憶しておき、運転周波数が設定さ
   れた以降に、この記憶されたタイミング情報と同じタイ
   ミングで反射波を受信した場合には、この反射波を液面
   高さ検出に用いないようにする、 ことを特徴とする請求項６記載の超音波センサの運転周
   波数設定方法。
8. 【請求項８】前記液体が貯溜される各容器の種別を表す
   容器番号を予め設定すると共に、各容器番号毎に、前記
   探触子に超音波を発射させるときの前記所定値を中心と
   する周波数可変範囲が記載されている容器番号対応周波
   数テーブルを予め作成しておき、 運転周波数設定を行おうとする当該容器の容器番号を選
   択することにより、その選択された容器番号に対応する
   周波数可変範囲を前記容器番号対応周波数テーブルから
   探し出す、 ことを特徴とする請求項６又は７記載の超音波センサの
   運転周波数設定方法。