JP3742856B2 - 液位検出装置 - Google Patents
液位検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3742856B2 JP3742856B2 JP2000187130A JP2000187130A JP3742856B2 JP 3742856 B2 JP3742856 B2 JP 3742856B2 JP 2000187130 A JP2000187130 A JP 2000187130A JP 2000187130 A JP2000187130 A JP 2000187130A JP 3742856 B2 JP3742856 B2 JP 3742856B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rod member
- wave
- ultrasonic
- liquid level
- container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体を収容した容器の壁面を伝搬する弾性波を用いて液位を検出する液位検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、容器壁面に弾性波を伝搬させ、その弾性波が容器壁面に接触する液の存在によって減衰することを利用して液位の検出を行うことが知られている。そして、ラム波状の弾性波を発生させる素子として、斜角探傷用素子に類似する形状のものを用いることが提案されている(特開昭59−230116号公報、特開昭64−29715号公報参照)。
【0003】
また、弾性波素子を鉛直方向に配置し、容器壁面を伝搬する応力波(圧力波)の減衰から液面をリニアに検知することも提案されている(特開平2−212795号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ラム波状弾性波を伝搬させ受信させるためには、高価なセンサユニットが必要であり、しかも、センサユニットを容器に取り付ける際に、粗さを小さくするように表面仕上げなどを行う必要があるとともに、内部の液面を変化させて校正を行う必要がある。
【0005】
さらに説明する。
【0006】
特開昭59−230116号公報、特開昭64−29715号公報に示す弾性波素子を採用すれば、特定のラム波状弾性波を直接発生させるのであるから、効率を高めることができるとともに、指向性を高めて耐外来ノイズ性を高めることができる。
【0007】
しかし、このような弾性波素子は、素子の構成が複雑であるとともに、加工精度が要求されるので、高価なものになってしまうという不都合がある。また、弾性波の周波数を低周波に設定することによって、より厚い鋼板(例えば、5mm以上の鋼板)であっても検出を行うことができ、回路コストも低減することができるのであるが、低周波化のために弾性波素子のヘッドが大型化し、高価になってしまうので、一般には、数百kHz〜MHzオーダーの振動周波数のものが採用される。さらに、弾性波素子の取り付け時に、容器壁面の表面とのマッチングに非常に敏感であるから、取り付け面の処理、実装箇所でのキャリブレーションが不可欠である。さらにまた、熱、放射線を回避する方法として、帯状板によるラム波導波路が不可欠である。そして、帯状板によるラム波導波路は、液の有無を検知できる原理と同様に、表面への付着物(結露、断熱材の接触など)などの影響を大きく受けるのであるから、室外で使用する場合には、防御のために振動を妨げない大きなカバーが必要である。
【0008】
また、特開平2−212795号公報に示す方法を採用した場合には、液面応答がシャープ、かつリニアではないので、液面を検出する場合には、全液位についてキャリブレーションを行う必要があり、実使用に当たって適用することが困難である。さらに、液面応答は容器の形状に依存すると考えられるので、容器ごと、かつ弾性波素子の取付位置ごとにキャリブレーションを行う必要があるので、困難性が一層顕著になる。
【0009】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、弾性波素子の構成を簡単化するとともに、低コスト化することができ、大型化、コストアップを伴うことなく振動周波数を低周波数化することができ、キャリブレーションを予め行っておくことができ、しかも容器からの熱、放射線などの影響を避けることができ、その上、液面に対してシャープでリニアな検知を可能とする液位検出装置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】
請求項1の液位検出装置は、液体を収容する容器(1)と、バースト波状に超音波を発生する超音波発生部(3)と、超音波を受信する超音波受信部(5)とを有し、超音波発生部(3)と容器(1)の壁面の第1の所定位置とを、容器壁面を伝搬する弾性波の波長よりも小さい直径を有し、かつ縦波を伝播させる棒状の第1ロッド部材(2)で連結するとともに、超音波受信部(5)と容器(1)の壁面の第2の所定位置とを、容器壁面を伝搬する弾性波の波長よりも小さい直径を有し、かつ縦波を伝播させる棒状の第2ロッド部材(4)で連結してあり、ロッド部材と容器壁面との結合部で、縦波とラム波状の弾性波との間のモード変換が行われるものである。
【0011】
請求項2の液位検出装置は、前記第1ロッド部材、第2ロッド部材として、弾性波の波長の1/2以下の直径を有するものを採用するものである。
【0012】
請求項3の液位検出装置は、前記超音波発生部として第1ロッド部材に対してネジ締結により装着されるものを採用し、前記超音波受信部として第2ロッド部材に対してネジ締結により装着されるものを採用するものである。
【0013】
請求項4の液位検出装置は、前記超音波受信部として、直接伝搬してくる弾性波信号のみを用いて液検知のための信号処理を行うものを採用するものである。
【0014】
【作用】
請求項1の液位検出装置であれば、容器内に液体を収容した状態において、超音波発生部において発生された弾性波を第ロッド部材を通して容器の壁面に縦波として伝搬させることにより、容器の壁面をラム波状の弾性波が伝搬し、この伝搬するラム波状の弾性波を第2ロッド部材を通して縦波伝搬させて超音波受信部に導き、受信弾性波の強度によって液位の検出を行うことができる。
【0015】
したがって、超音波発生部、超音波受信部の何れについても構成を簡単化して低コスト化することができ、しかも、超音波発生部を大型化することなく低周波の弾性波を発生して厚みが大きい壁部材を有する容器に対する適用を可能とすることができ、さらに、容器から超音波発生部、超音波受信部への熱、放射線などの影響が大幅に低減できるので、熱、放射線などの影響を回避するための特別の対処を不要にして構成を簡単化することができる。
【0016】
請求項2の液位検出装置であれば、前記第1ロッド部材、第2ロッド部材として、弾性波の波長の1/2以下の直径を有するものを採用するのであるから、ロッド部材を伝搬する縦波と容器壁面を伝搬するラム波状弾性波との間のモード変換をスムーズに、かつ効率よく行わせることができるとともに、超音波発振子、超音波受信子は、ラム波状弾性波の波長に比して狭い開口径で感受するため、センサ付近の検知分解能を向上させることができるほか、請求項1と同様の作用を達成することができる。
【0017】
請求項3の液位検出装置であれば、前記超音波発生部として第1ロッド部材に対してネジ締結により装着されるものを採用し、前記超音波受信部として第2ロッド部材に対してネジ締結により装着されるものを採用するのであるから、超音波発生部、超音波受信部の交換を簡単に行うことができるとともに、取付時の音響的結合の再現性を高めることができるため、超音波発生部、超音波受信部自体のキャリブレーションを行っておけばよく、キャリブレーションを簡単化することができるほか、請求項1または請求項2と同様の作用を達成することができる。
【0018】
請求項4の液位検出装置であれば、前記超音波受信部として、直接伝搬してくる弾性波信号のみを用いて液検知のための信号処理を行うものを採用するのであるから、よりシャープでリニアな液面応答を得ることができるほか、請求項1から請求項3の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の液位検出装置の実施の態様を詳細に説明する。
【0020】
図1はこの発明の液位検出装置の一実施態様を示す概略斜視図、図2は図1の液位検出装置の要部を拡大して示す底面図である。
【0021】
この液位検出装置は、鋼板製容器1の壁部材の所定位置に、第1ロッド部材2を介して超音波発振素子3を設けているとともに、第2ロッド部材4を介して超音波受信素子5を設けている。そして、鋼板製容器1の壁部材の外表面(以下、壁面と略称する)に対する第1ロッド部材2の装着位置と第2ロッド部材4の装着位置とを水平方向に配置している。
【0022】
前記第1ロッド部材2、第2ロッド部材4は、鋼板製容器1の壁面を伝搬する弾性波の波長よりも小さい直径を有するものであり、弾性波の波長の1/2以下の直径を有するものであることが好ましい。また、前記第1ロッド部材2、第2ロッド部材4の長さは、ロッド内での縦波の多重反射の影響を考慮して決定することが好ましいが、長さや形状を精度よく加工できる場合には、信号値を再現することができるので、任意の長さにすることができる。さらに、結露水などが超音波発振素子3のヘッド、超音波受信素子5のヘッドにたまるのを防止すべく、ロッド部材を湾曲させることができる。
【0023】
前記第1ロッド部材2、第2ロッド部材4は、鋼板製容器1の壁面に対してほぼ垂直になるように溶接(Tig溶接、スタッド溶接など)、ろう付け、ねじ締結などにより結合されている。そして、第1ロッド部材2、第2ロッド部材4の先端部に、それぞれ超音波発振素子3、超音波受信素子5が、これらの感度方向がロッド部材と同軸方向となるように装着されている。また、各素子のロッド部材に対する装着は、接着、溶接、ろう付けなどにより行うことができるが、ダブルナットなどによるネジ締結により行うことが好ましく、構成の簡単化および音響的結合の高い再現性を達成することができる。
【0024】
前記超音波発振素子3、超音波受信素子5は、従来使用されていた複雑で精密な構成が要求される形状のセンサではなく、例えば、AEセンシングに使用されるような、数百kHz以下に共振周波数を持つ、小形な径方向振動子や、円筒形のせん断方向振動子によるセンサユニットを、その素子の共振点付近で使用するものである。具体的には、径方向の共振を利用する圧電素子が例示できる。
【0025】
上記の構成の液位検出装置の作用は次のとおりである。
【0026】
超音波発振素子3をバースト波状に励振すれば、第1ロッド部材2を縦波が伝搬し、鋼板製容器1の壁面との結合部においてラム波状の弾性波にモード変換され、このラム波状弾性波が鋼板製容器1の壁面を伝搬する。そして、第2ロッド部材4の結合部において縦波にモード変換され、第2ロッド部材4を縦波伝搬して超音波受信素子5に供給される。そして、超音波受信素子5からの出力信号に基づく信号処理として、超音波受信素子5に直接伝搬してきた成分(伝搬したラム波状の弾性波のうち、容器形状に依存して反射や回り込みをし、複雑に重畳した波形になってしまう前までに到達した成分)のみを抽出し、その大きさを数値化して(図3中の出力レベル参照)液位に依存する変動をプロットしたところ、図3に示す結果が得られた。なお、図3において出力レベルが急変している液面高さが第1ロッド部材2、第2ロッド部材4の鋼板製容器1の壁面に対する結合位置に対応している。また、前記信号処理は、端面反射成分などが重畳して到達するまでに直接到達してくるラム波状の弾性波の時間間隔を音速から計算し、到達時刻から所定時間(例えば、約25μsec)の弾性波信号を処理することにより達成できる。前記バースト波の波束幅は、この時間間隔以上で、最もこの時間間隔に近いものとすることが好ましく、信号をできるだけ大きく受信でき、しかも残響を最も小さくすることができる。さらにまた、図3に示すプロット結果は、超音波発振素子3、超音波受信素子5として共振周波数が150kHzの圧電素子を採用し、ロッド部材としてM4SUS製のものを採用し、鋼板製容器1として、厚みが6mmの鋼板を用いて製造されたものを採用した場合に対応している。
【0027】
したがって、鋼板製容器1の液位が上昇し、もしくは下降している間において、液位が第1ロッド部材2、第2ロッド部材4の鋼板製容器1の壁面に対する結合位置になったこと、液位が第1ロッド部材2、第2ロッド部材4の鋼板製容器1の壁面に対する結合位置よりも高いこと、液位が第1ロッド部材2、第2ロッド部材4の鋼板製容器1の壁面に対する結合位置よりも低いことを精度よく検出することができる。
【0028】
さらに説明する。
【0029】
この実施態様は、従来の液位検出装置よりも低周波を利用するのであるから、鋼板の厚みが10mm以上の鋼板製容器1に適用することができ、液の介在に起因する信号値の減衰を十分に大きくとることができ、より適切な周波数条件で液位検出を行うことができる。
【0030】
また、鋼板製容器1の壁面に対して十分なスティッフネスで結合されたロッドに、センサヘッド自身をネジ締結によって十分なスティッフネスで結合することによって、たとえ共振周波数付近であっても非常によい再現性で振動を結合することができる。この点に関し、従来は、故障時などにセンサを交換した場合に、センサの結合度合いがばらつくので、交換の都度キャリブレーションを行う必要があり、容器内の液面を上下させなければならないのであるが、この実施態様においては、生産時に超音波発振素子3、超音波受信素子5自身の信号強度、感度を予め標準治具に世って検査して記録しておき、超音波発振素子3、超音波受信素子5を交換する際には、それらの値から個体差を算出し、補正係数として信号処理に反映するだけでよいから、交換後のキャリブレーションを行う必要がなくなる。
【0031】
さらに、各ロッド部材での伝搬は縦波であるから、ロッド部材の側面への接触(結露、断熱材の接触など)による信号損失は、帯状板にラム波状の弾性波を伝搬させる場合と比較して非常に小さく、影響を受け難いという利点を有しており、この結果、量産製品に適用する場合に、工数、コストの低減に大きく貢献することができる。
【0032】
また、液位の検出を行わない場合には、超音波受信素子5によって異常振動検知を行うことができる。
【0033】
図4はこの発明の液位検出装置の他の実施態様を示す概略斜視図である。
【0034】
この液位検出装置が図1の液位検出装置と異なる点は、第1ロッド部材2、第2ロッド部材4を水平方向に配置する代わりに、鉛直方向に配置した点のみである。
【0035】
この実施態様を採用した場合には、液面高さ−出力レベル特性が例えば図5に示すとおりになり(液位が両ロッド部材の外側である場合には出力レベルが一定になり、液位が両ロッド部材の内側である場合には出力レベルがほぼ直線状の減衰曲線になり)、液位が第1ロッド部材2よりも低い状態、液位が第2ロッド部材4よりも高い状態を精度よく検出することができるとともに、液位が第1ロッド部材2と第2ロッド部材4との間である場合に、単に両ロッド部材の間であることのみならず、両ロッド部材の間のどの位置であるかを精度よく検出することができる。
【0036】
以上の実施態様においては、第1ロッド部材2と第2ロッド部材4とを水平方向、鉛直方向に配置した場合について説明したが、任意の方向に配置することが可能である。
【0037】
【発明の効果】
請求項1の発明は、超音波発生部、超音波受信部の何れについても構成を簡単化して低コスト化することができ、しかも、超音波発生部を大型化することなく低周波の弾性波を発生して厚みが大きい壁部材を有する容器に対する適用を可能とすることができ、さらに、容器から超音波発生部、超音波受信部への熱、放射線などの影響が大幅に低減できるので、熱、放射線などの影響を回避するための特別の対処を不要にして構成を簡単化することができるという特有の効果を奏する。
【0038】
請求項2の発明は、ロッド部材を伝搬する縦波と容器壁面を伝搬するラム波状弾性波との間のモード変換をスムーズに、かつ効率よく行わせることができるとともに、超音波発振子、超音波受信子は、ラム波状弾性波に比して狭い開口径で感受するため、センサ付近の検知分解能を向上させることができるほか、請求項1と同様の効果を奏する。
【0039】
請求項3の発明は、超音波発生部、超音波受信部の交換を簡単に行うことができるとともに、取付時の音響的結合の再現性を高めることができるため、超音波発生部、超音波受信部のキャリブレーションを行っておけばよく、キャリブレーションを簡単化することができるほか、請求項1または請求項2と同様の効果高価を奏する。
【0040】
請求項4の発明は、よりシャープでリニアな液面応答を得ることができるほか、請求項1から請求項3の何れかと同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の液位検出装置の一実施態様を示す概略斜視図である。
【図2】図1の液位検出装置の要部を拡大して示す底面図である。
【図3】液面高さ−出力レベル特性の一例を示す図である。
【図4】この発明の液位検出装置の他の実施態様を示す概略斜視図である。
【図5】液面高さ−出力レベル特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 鋼板製容器 2 第1ロッド部材
3 超音波発振素子 4 第2ロッド部材
5 超音波受信素子
Claims (4)
- 液体を収容する容器(1)と、バースト波状に超音波を発生する超音波発生部(3)と、超音波を受信する超音波受信部(5)とを有し、超音波発生部(3)と容器(1)の壁面の第1の所定位置とを、容器壁面を伝搬する弾性波の波長よりも小さい直径を有し、かつ縦波を伝播させる棒状の第1ロッド部材(2)で連結するとともに、超音波受信部(5)と容器(1)の壁面の第2の所定位置とを、容器壁面を伝搬する弾性波の波長よりも小さい直径を有し、かつ縦波を伝播させる棒状の第2ロッド部材(4)で連結してあり、ロッド部材と容器壁面との結合部で、縦波とラム波状の弾性波との間のモード変換が行われることを特徴とする液位検出装置。
- 前記第1ロッド部材(2)、第2ロッド部材(4)は弾性波の波長の1/2以下の直径を有している請求項2に記載の液位検出装置。
- 前記超音波発生部(3)は第1ロッド部材(2)に対してネジ締結により装着され、前記超音波受信部(5)は第2ロッド部材(4)に対してネジ締結により装着されている請求項1または請求項2に記載の液位検出装置。
- 前記超音波受信部(5)は、直接伝搬してくる弾性波信号のみを用いて液検知のための信号処理を行うものである請求項1から請求項3の何れかに記載の液位検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000187130A JP3742856B2 (ja) | 2000-06-22 | 2000-06-22 | 液位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000187130A JP3742856B2 (ja) | 2000-06-22 | 2000-06-22 | 液位検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002005725A JP2002005725A (ja) | 2002-01-09 |
JP3742856B2 true JP3742856B2 (ja) | 2006-02-08 |
Family
ID=18687165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000187130A Expired - Fee Related JP3742856B2 (ja) | 2000-06-22 | 2000-06-22 | 液位検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3742856B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7372781B2 (ja) * | 2019-03-14 | 2023-11-01 | 株式会社Subaru | 液面検出装置、液面検出方法及び液面検出プログラム |
-
2000
- 2000-06-22 JP JP2000187130A patent/JP3742856B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002005725A (ja) | 2002-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5966983A (en) | Assembly for sensing and/or monitoring a predetermined level in a vessel | |
RU2127873C1 (ru) | Ультразвуковой датчик уровня жидкости | |
KR870000590A (ko) | 금속의 결점 검출 측정 방법 및 장치 | |
JP4686378B2 (ja) | 配管検査装置 | |
EP3710795B1 (en) | Device and method for detecting deposition layers in a conduit conducting a liquid or a soft medium and/or for level detection | |
JP4906897B2 (ja) | クラック検知支援装置、及び、クラック検知支援方法 | |
US6568270B2 (en) | Ultrasonic sensor self test for integrity/performance verification | |
JPS6156450B2 (ja) | ||
JP4795925B2 (ja) | 超音波厚さ測定方法および装置 | |
JP3742856B2 (ja) | 液位検出装置 | |
US20030033888A1 (en) | Mass flow measuring apparatus and method of measuring a mass flow | |
JP4373627B2 (ja) | 構造物欠陥深さ測定方法 | |
JP2002071332A (ja) | クラッド鋼合わせ材厚さ測定用探触子 | |
JPH0798240A (ja) | 超音波水位計測方法およびその装置 | |
JP2001304952A (ja) | 超音波音圧センサ | |
JP3803143B2 (ja) | 音圧センサ− | |
US20230028853A1 (en) | Variable resonance frequency acoustic wave emission and/or detection device | |
JP4598747B2 (ja) | 測距センサ及びそれを備えた設備機器 | |
JP5197717B2 (ja) | 薄板検査装置 | |
KR101558922B1 (ko) | 빔크기 조절이 가능한 분할형 초음파 센서 | |
JPH05164631A (ja) | 応力測定方法及びその装置 | |
JP3023642B2 (ja) | 溶接式管継手における差し込み深さ測定方法 | |
CN111307232A (zh) | 用于确定流体变量的测量装置 | |
JP2008170306A (ja) | 測距センサの評価方法 | |
JPH07311184A (ja) | 超音波伝播時間測定用のセンサ及びこれを用いた超音波伝播時間測定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040427 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050531 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050628 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050829 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051017 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081125 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091125 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101125 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |