JP3755684B2 - Radio wave level gauge - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばタンカー等における油貯留タンク、バラストタンク、その他各種液体の貯留タンクに用いる電波式液面計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から電波を利用してタンク内の液面を測定する電波式液面計が提案されている。以下、従来の電波式液面計について簡略的に説明する。図4において、符号51は、タンク内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、このマイクロ波が液面によって反射された反射波を受信するレーダ・アンテナを示している。
【0003】
符号52は、上記レーダ・アンテナ51からマイクロ波を発射すると共に、発射したマイクロ波と、上記レーダ・アンテナ51によって受信された反射波とを信号処理部53に送信する送受信装置を示している。この送受信装置52は、マイクロ波送受信器52aと送受信波ミキサ回路(前置増幅器を含む)52bとで構成されている。また、上記レーダ・アンテナ51と送受信装置52とは、センサ部50を構成している。
【0004】
符号53は、信号処理部を示しており、オーディオ増幅器53a、A/D変換器53b、FFT(高速フーリエ変換)回路53c、信号処理回路(表示回路を含む)53d、および台形波発生回路53eで構成されている。
【0005】
次に、上記センサ部50と上記信号処理部53とで行われる液面測定方法について説明する。図5において、実線は、上記レーダ・アンテナ51から発射したマイクロ波の送信周波数を示している。破線は、上記レーダ・アンテナ51によって受信された反射波、すなわち、マイクロ波が液面に反射された反射波の受信周波数を示している。
【0006】
上記送信周波数を、ある時間t1からt2までの間、すなわち掃引時間Tに対して、ある周波数f1からf2まで、すなわち掃引周波数Bの範囲において連続的に変化させる。これは、上記台形波発生回路53eから出力される台形波の傾斜部分に従って出力される。また、上記受信周波数は、液面までの距離によって決まるある時間遅れて、上記レーダ・アンテナ51によって受信される。従って、ある時間tにおける送信周波数と受信周波数との差Δfは、上記レーダ・アンテナ51からタンク内の液面までの距離に比例している。
【0007】
このとき、図6に示すように、Δfは、上記掃引時間Tの全域において一定の値を示している。換言すれば、ある時間tにおける送信周波数と受信周波数との差Δfは、t1からt2までの間のどの断面においても一定の値を示している。上記レーダ・アンテナ51からタンク内の液面までの距離が近い場合は、Δfは、低い値を示し、また、上記レーダ・アンテナ51からタンク内の液面までの距離が遠い場合は、Δfは、高い値を示す。この何れの場合においても、Δfは、オーディオ周波数帯である。このΔfを適宜増幅し、FFT回路53cに入力することによって、上記レーダ・アンテナ51からタンク内の液面までの距離に変換することができる。図7は、FFT回路53cの出力を示しており、この出力から液面までの距離を知ることができる。
【0008】
上記信号処理部53内においては、まず、オーディオ増幅器53aによって、上記センサ部50から送信されたマイクロ波の送信周波数と反射波の受信周波数とのビート信号(オーディオ周波数帯)が適宜増幅される。そして、A/D変換器53bによって、このアナログ信号がデジタル信号に変換され、FFT回路53cによって、周波数分析、すなわち、高速フーリエ変換が行われ、上記レーダ・アンテナ51からタンク内の液面までの距離として検出することができる。つまり、タンク内の液面レベルを測定することができる。
【0009】
以上説明した電波式液面計には、上記レーダ・アンテナ51をタンク内からの圧力等から防護するために、防護板が、上記レーダ・アンテナ51とタンク内の液面との間で、かつ、上記レーダ・アンテナ51の電磁界に悪影響を及ぼさない位置に取り付けられている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の防護板では、上記レーダ・アンテナ51の電磁界に悪影響を及ばさない位置に設けようとすると、装置全体が大型化してしまうという問題がある。そこで、装置の小型化を図るために、レーダ・アンテナ51を平板アンテナにすることが考えられている。しかし、レーダ・アンテナ51を平板アンテナにするには、各種の技術的な問題を解決しなければならない。すなわち、装置の小型化を図るためには、防護板を平板アンテナにできるだけ近づけることが望ましいが、平板アンテナに防護板を近づけるに従って、防護板がマイクロ波の透過に対して障害となる。また、タンク内に石油等を貯めている場合には、石油などが蒸発して防護板にパラフィンが結露してしまう場合があり、従来の防護板では、防護板に結露したパラフィンを除去することができないため、防護板に結露したパラフィンが電磁波の透過に対して障害となり、正確な測定ができないという問題がある。特に、防護板を平板アンテナに近づけて取り付けていると、上記パラフィンによる電磁波透過に対する障害が大きい。
【0011】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、アンテナの電界強度の強い中心部から周辺部へパラフィンを流下させて、できるだけ強い電波を透過させることができ、また、防護板をアンテナの電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設けて小型化を図ることができる電波式液面計を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、タンク内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、上記液面からの反射波を受信する平板アンテナと、上記平板アンテナから発射したマイクロ波と平板アンテナによって受信された反射波とをデータ処理部に送信する送受信装置と、上記平板アンテナを防護する防護板とを有する電波式液面計であって、上記防護板は、錐形状に形成されていて、上記平板アンテナの下面に防護板の錐形頂部を対向させて設けられていると共に、上記平板アンテナの電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設けられ、上記アンテナと上記送受信装置との設置空間は、不活性ガスで充たされていることを特徴とする。
【0015】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記防護板の板厚は、タンク内の圧力に耐えることができる厚さであると共に、均一な厚さであることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる電波式液面計の実施の形態について説明する。図1において、符号1は、各種液体を貯留するタンクを示している。このタンク1の天板10は船体の一部を構成しており、この天板10上には、リング状の第1フランジ2が取り付けられている。天板10には、第1フランジ2の中心孔と対向する位置に開口が形成されている。
【0017】
上記第1フランジ2の上には、第1フランジ2の中心孔を覆って防護板5が取り付けられている。防護板5は、後述する平板アンテナ6をタンク1内からの圧力等から防護するために設けられている。この防護板5は、素材がフッ素樹脂などの誘電体であり、例えば、テフロン(商品名)を素材として用いることができる。
【0018】
また、この防護板5は、円錐形状に形成されていて、後述する平板アンテナ6の下面に防護板5の円錐頂部を対向させて、上記第1フランジ2上に取り付けられている。上記防護板5と後述する平板アンテナ6との距離は、防護板5が平板アンテナ6の電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設定されている。上記防護板5の詳細については、後述する。
【0019】
上記第1フランジ2上には、上記防護板5の周囲を覆って気密を保ちながら上記防護板5を固定するために、第1フランジ2よりは小径で内周縁部が防護板5の外周縁部に覆い被さるリング状の第2フランジ7が、ネジ部7a、7aによって固着されている。また、上記第1フランジ2上には、上記防護板5の外周縁部底面に対向する位置にOリング2aが取り付けられているため、上記防護板5によって、タンク1内は密閉された状態になっている。
【0020】
さらに、上記第1フランジ2上には、後述する平板アンテナ6等が収納される端子箱3が取り付けられている。この端子箱3の上面には、端子箱蓋4がネジ部4a、4aおよびOリング4bによって密着固定されている。従って、上記端子箱3内は、密閉された状態になっている。
【0021】
上記端子箱3内で、上記第2フランジ7上には、ケーシング8がネジ7a、7aおよびOリング7bによって密着固定されている。従って、上記ケーシング8内は、密閉された状態になっている。
【0022】
このケーシング8には、上記平板アンテナ6がネジ8a、8aによって水平に取り付けられている。この平板アンテナ6は、上記タンク1内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、上記液面からの反射波を受信するものである。また、防護板5と平板アンテナ6との距離は、上述の通り、防護板5が平板アンテナ6の電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設定されている。
【0023】
符号9は、送受信装置を示しており、上記ケーシング8内で、上記平板アンテナ6上に設けられている。この送受信装置9は、上記平板アンテナ6から発射したマイクロ波と、上記平板アンテナ6によって受信された反射波とを後述する荷役コンソール(データ処理部)30に送信するものである。
【0024】
次に、送受信装置9と荷役コンソール30の構成について説明する。図2において、センサ部20は、上記平板アンテナ6と上記送受信装置9とで構成されている。また、この送受信装置9は、マイクロ波送受信器9aと送受信波ミキサ回路(前置増幅器を含む)9bとで構成されている。
【0025】
上記荷役コンソール30は、オーディオ増幅器30a、A/D変換器30b、FFT回路30c、信号処理回路(表示回路を含む)30d、および台形波発生回路30eで構成されている。また、上記荷役コンソール30は、図3に示すように、船体40上の適宜の位置、例えばブリッジに設置されていて、上記センサ部20とデータの入出力を行っている。
【0026】
次に、上記センサ部20と上記荷役コンソール30とで行われるタンク1内の液面を測定するための信号処理方法について説明する。図5において、実線は、上記平板アンテナ6からタンク1内の液面に向けて発射したマイクロ波の送信周波数を示している。また、破線は、上記平板アンテナ6によって受信された反射波、すなわち、タンク1内の液面に向けて発射したマイクロ波がこの液面によって反射された反射波の受信周波数を示している。
【0027】
上記送信周波数を、ある時間t1からt2までの間、すなわち掃引時間Tに対して、ある周波数f1からf2まで、すなわち掃引周波数Bの範囲において連続的に変化させる。これは、上記台形波発生回路30eによって出力される。また、上記受信周波数は、ある時間遅れて、上記平板アンテナ6によって受信される。従って、ある時間tにおける送信周波数と受信周波数との差Δfは、上記平板アンテナ6から上記タンク1内の液面までの距離に比例している。
【0028】
このとき、図6に示すように、送信周波数と受信周波数との差Δfは、上記掃引時間Tの全域において一定の値を示している。換言すれば、ある時間tにおける送信周波数と受信周波数との差Δfは、t1からt2までの間のどの断面においても一定の値を示している。
【0029】
上記平板アンテナ6からタンク1内の液面までの距離が近い場合は、Δfは、低い値を示し、また、上記平板アンテナ6からタンク1内の液面までの距離が遠い場合は、Δfは、高い値を示す。この両方の場合において、Δfは、オーディオ周波数帯である。このΔfを適宜増幅し、FFT回路30cによって、上記平板アンテナ6から上記タンク1内の液面までの距離に変換するのである。図7は、このときの値を表している。
【0030】
上記荷役コンソール30内においては、まず、オーディオ増幅器30aによって、上記センサ部20から送信されたマイクロ波の送信周波数と反射波の受信周波数とのビート信号(オーディオ周波数帯)が適宜増幅される。そして、A/D変換器30bによって、このアナログ信号がデジタル信号に変換され、FFT回路30cによって、周波数分析、すなわち、高速フーリエ変換が行われ、上記平板アンテナ6から上記タンク1内の液面までの距離として検出することができる。つまり、タンク内の液面レベルを測定することができる。
【0031】
ここで、上記タンク1内に石油等を貯めていた場合には、石油等が蒸発して上記防護板5上にパラフィンが結露してしまう場合がある。上記平板アンテナ6の電界強度は、平板アンテナ6の中心部が最も強いため、平板アンテナ6の中心部に対向する上記防護板5の円錐頂部付近にパラフィンが結露してしまうと、上記平板アンテナ6の電界強度が弱くなり、高精度な測定を行うことができないが、上記防護板5は、上述の通り、円錐形状に形成されており、かつ、円錐形の頂部を平板アンテナ6の下面に対向させて設けられているため、上記防護板5上に結露したパラフィンを円錐面に沿って周辺部へ流下させることができ、パラフィンによるマイクロ波の透過障害を抑制して、高精度な測定を行うことができる。
【0032】
また、上記防護板5は、上述の通り、上記平板アンテナ6の電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設定されているため、従来に比べて、装置全体を小型化することができる。上記平板アンテナ6の電磁界に悪影響を及ばさない最短距離は、一般的には使用する電磁波の波長の1/2とすればよいが、本発明で用いる防護板5は、錐形状をしているので、一般的に決まる距離を適用することはできない。そこで、上記防護板5と上記平板アンテナ6との距離を変えながら動作利得を測定し、使用する周波数に最も適した距離に設定すればよい。図8、図9には、3種類の周波数について、誘導体からなる上記防護板5と上記平板アンテナ6との距離を変えながら動作利得を測定したデータを示している。図8、図9から明らかなように、平板アンテナ6と誘導体との距離を連続的に変化させると、動作利得のピークが周期的に現れ、しかも動作利得のピーク位置は、使用する電磁波によってずれるので、使用する周波数ごとに平板アンテナと誘電体からなる防護板との距離が短く、かつ、動作利得のピークが現れる距離に設定すればよい。
【0033】
さらに、上記防護板5の板厚を、上記タンク1内の圧力に耐えることができる厚さであると共に、均一な厚さにすることにより、より、良好に上記平板アンテナ6を上記タンク1内の圧力等から防護することができる。
【0034】
また、図1に示すように、上記アンテナ6と上記送受信装置9との設置空間、すなわち、上記ケーシング8内に不活性ガスを封入するガス封入手段11を上記ケーシング8に設けることにより、上記アンテナ6と上記送受信装置9との設置空間を不活性ガスで充たすことができ、上記送受信装置9等の電気系のトラブル(ショート等)による出火を防止することができる。
【0035】
図示の実施の形態では、防護板5を円錐形としていたが、角錐形にしても所期の目的を達成することができる。最も、特性面、製造コスト面では円錐形の方が有利である。
【0036】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、タンク内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、上記液面からの反射波を受信する平板アンテナと、上記平板アンテナから発射したマイクロ波と平板アンテナによって受信された反射波とをデータ処理部に送信する送受信装置と、上記平板アンテナを防護する防護板とを有する電波式液面計であって、上記防護板は、円錐形状に形成されていて、上記平板アンテナの下面に防護板の円錐形頂部を対向させて設けられていると共に、上記平板アンテナの電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設けたため、従来に比べて、装置全体を小型化することができる。さらに、貯蔵している油等の蒸発によって防護板上に結露したパラフィンを錐形の傾斜面に沿って周辺部へ流下させることができるため、パラフィンによる電波の透過障害を抑制することができ、高精度な測定を行うことができる。
上記アンテナと上記送受信装置との設置空間は、不活性ガスで充たされているようにしたため、上記送受信装置等の電気系のトラブル(ショート等)による出火を防止することができる。
【0039】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、上記防護板の板厚を、タンク内の圧力に耐えることができる厚さであると共に、均一な厚さにしたため、より、良好に平板アンテナをタンク内の圧力等から防護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる電波式液面計の実施の形態を示す正面断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に適用可能なセンサ部とデータ処理部との構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態に適用可能なセンサ部とデータ処理部との配置関係を示す全体図である。
【図4】従来の電波式液面計のデータ処理部の構成を示すブロック図である。
【図5】液面計の測定方法の原理の一部を示すグラフである。
【図6】液面計の測定方法の原理の他の一部を示すグラフである。
【図7】液面計の測定方法の原理のさらに他の一部を示すグラフである。
【図8】本発明を実施するのに必要な誘電体からなる防護板と平板アンテナとの距離と動作利得との関係を示すグラフである。
【図9】同じく防護板と平板アンテナとの距離と動作利得との関係を上記距離の目盛を変えて示すグラフである。
【符号の説明】
1 タンク
5 防護板
6 平板アンテナ
9 送受信装置
20 センサ部
30 データ処理部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radio wave level gauge used for an oil storage tank, a ballast tank, and other various liquid storage tanks in a tanker, for example.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a radio wave level gauge has been proposed that measures the liquid level in a tank using radio waves. Hereinafter, a conventional radio wave level gauge will be briefly described. In FIG. 4,
[0003]
[0004]
[0005]
Next, a liquid level measurement method performed by the
[0006]
The transmission frequency is continuously changed from a certain frequency f1 to f2, that is, in the range of the sweep frequency B, from a certain time t1 to t2, that is, with respect to the sweep time T. This is output according to the slope of the trapezoidal wave output from the trapezoidal
[0007]
At this time, as shown in FIG. 6, Δf shows a constant value throughout the sweep time T. In other words, the difference Δf between the transmission frequency and the reception frequency at a certain time t shows a constant value in any cross section from t1 to t2. When the distance from the
[0008]
In the
[0009]
In the radio wave level gauge described above, a protection plate is provided between the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional protective plate has a problem that if it is provided at a position that does not adversely affect the electromagnetic field of the
[0011]
The present invention was made in order to solve the problems of the prior art as described above, and allows paraffin to flow from the central part where the electric field strength of the antenna is strong to the peripheral part to transmit as strong radio waves as possible. It is another object of the present invention to provide a radio wave level gauge that can be miniaturized by providing a protective plate at the shortest distance that does not adversely affect the electromagnetic field of the antenna.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a microwave is emitted toward the liquid surface stored in the tank and a reflected wave from the liquid surface is received, and the microwave emitted from the flat antenna and the flat plate are received. A radio wave level gauge having a transmitting / receiving device for transmitting a reflected wave received by an antenna to a data processing unit and a protective plate for protecting the flat antenna, wherein the protective plate is formed in a cone shape. The protection plate is provided with the conical top of the protection plate facing the lower surface of the flat antenna, and is provided at the shortest distance that does not adversely affect the electromagnetic field of the flat antenna, and the antenna and the transceiver The installation space is filled with an inert gas .
[0015]
According to a second aspect of the invention of
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a radio wave level meter according to the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the code |
[0017]
A
[0018]
The
[0019]
On the
[0020]
Furthermore, on the
[0021]
Within the
[0022]
The
[0023]
[0024]
Next, the configuration of the transmission /
[0025]
The
[0026]
Next, a signal processing method for measuring the liquid level in the
[0027]
The transmission frequency is continuously changed from a certain frequency f1 to f2, that is, in the range of the sweep frequency B, from a certain time t1 to t2, that is, with respect to the sweep time T. This is output by the trapezoidal wave generating circuit 30e. The reception frequency is received by the
[0028]
At this time, as shown in FIG. 6, the difference Δf between the transmission frequency and the reception frequency shows a constant value over the entire sweep time T. In other words, the difference Δf between the transmission frequency and the reception frequency at a certain time t shows a constant value in any cross section from t1 to t2.
[0029]
When the distance from the
[0030]
In the
[0031]
Here, when oil or the like is stored in the
[0032]
Further, since the
[0033]
Further, the thickness of the
[0034]
In addition, as shown in FIG. 1, an installation space for the
[0035]
In the illustrated embodiment, the
[0036]
【The invention's effect】
According to invention of
Since the installation space between the antenna and the transmission / reception device is filled with an inert gas, it is possible to prevent a fire due to an electrical trouble (such as a short circuit) of the transmission / reception device.
[0039]
According to the second aspect of the present invention, in the invention according to the first SL mounting, the thickness of the protective plate, with a thickness that can withstand the pressure in the tank, because you uniform thickness, and more The flat antenna can be well protected from the pressure in the tank.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of a radio wave level gauge according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a sensor unit and a data processing unit applicable to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an overall view showing an arrangement relationship between a sensor unit and a data processing unit applicable to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a data processing unit of a conventional radio wave level gauge.
FIG. 5 is a graph showing a part of the principle of the measuring method of the liquid level gauge.
FIG. 6 is a graph showing another part of the principle of the measuring method of the liquid level meter.
FIG. 7 is a graph showing still another part of the principle of the measuring method of the liquid level gauge.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a distance between a protective plate made of a dielectric material necessary for carrying out the present invention and a flat antenna and an operation gain.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the distance between the protective plate and the flat antenna and the operating gain, while changing the distance scale.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記平板アンテナから発射したマイクロ波と平板アンテナによって受信された反射波とをデータ処理部に送信する送受信装置と、
上記平板アンテナを防護する防護板と、を有する電波式液面計であって、
上記防護板は、円錐形状に形成されていて、上記平板アンテナの下面に防護板の円錐形頂部を対向させて設けられていると共に、上記平板アンテナの電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設けられ、
上記アンテナと上記送受信装置との設置空間は、不活性ガスで充たされていることを特徴とする電波式液面計。A flat plate antenna that emits microwaves toward the liquid level stored in the tank and receives reflected waves from the liquid level;
A transmission / reception device for transmitting the microwave emitted from the flat antenna and the reflected wave received by the flat antenna to the data processing unit;
A radio wave level gauge having a protective plate for protecting the flat antenna,
The protective plate be formed in a circular cone shape, along with are provided to face the circular conical top of the protective plate on the bottom surface of the flat plate antenna, the shortest not be inferior affect the electromagnetic field of the flat plate antenna Provided in the distance ,
A radio wave level gauge characterized in that an installation space between the antenna and the transmission / reception device is filled with an inert gas .
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