JP4512247B2 - Ultrasonic level gauge - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス状の超音波信号を送出し、送出された超音波信号の液面での反射信号を受信して、液面までの距離を算出する超音波液面計に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の超音波液面計はパルス状の超音波信号を送出し、送出された超音波信号の液面での反射信号を受信して、反射してくる時間のみに注目し、液面までの距離を算出している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波液面計では液面の測定のみで、水等の不純物層を検出することができなかった。しかし不純物がたまるとタンク内の液体を供給して利用している機器に不純物が回り悪影響を与えるため、定期的にドレインで水等の不純物を抜いてやる必要があるが、その時期を知らせる手段が無く、求められていた。
【0004】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、タンク内に水等の不純物がたまったことを知らせることができる超音波液面計を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、パルス状の超音波信号である送信信号を液面に向けて送信し、当該送信信号の反射信号を受信するまでの時間により前記液面までの距離を計測する超音波液面計であって、さらに、受信した信号のパルス幅を受信パルス幅として検出する受信パルス幅検出手段と、検出された受信パルス幅を所定の不純物検出パルス幅と比較して不純物層を検出する不純物検出手段と、を備える。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の超音波液面計であって、前記不純物検出手段が、液体中の不純物層を検出すべき前記液面までの所定距離である不純物検出距離を記憶する距離記憶手段と、不純物層がない状態における前記液面までの距離が前記不純物検出距離であるときの受信パルス幅を前記不純物検出パルス幅として記憶するパルス幅記憶手段と、計測された液面までの距離が前記不純物検出距離とほぼ等しい場合に、前記検出された受信パルス幅と前記不純物検出パルス幅との差が所定以上ある場合に不純物層があると判定するパルス幅比較手段と、を備える。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる超音波液面計の実施形態について、図に基づいて詳細に説明する。
【0007】
図1は、本発明の一実施形態に係わる超音波液面計の装置構成を表した図であり、図2は本発明を具体的に説明するために、タンク内の測定液体を灯油とし、タンク内にたまった不純物を水とした場合の超音波信号波形を模擬的に図示したものである。
【0008】
図1で、タンク底面に不純物が溜まっていない時、本発明の受信パルス幅記憶手段及び不純物検出手段に相当するCPU5より出力された超音波送出タイミング信号は、送信回路2へと送られ、送信回路2は一定のパルス幅で超音波振動子1を駆動する為の駆動信号を出力する。この信号はタンク102の底面に貼り付けられた超音波振動子1により超音波振動に変換されタンク102の底面より液体103中へ放出される。そして液面101により反射され、反射波は超音波振動子1により受信され、受信された超音波振動は超音波振動子1により電気信号に変換され、受信回路3により、増幅、検波され、この信号がコンパレータ4の閾値を超えた信号の幅と等しい幅のパルスがコンパレータ4より、CPU5に入力される。CPU5は超音波送出から、コンパレータ4のパルス出力が入力されるまでの時間と、パルスの幅の時間を計測することにより、まずタンク底面から液面までの距離を算出することができ、次にCPU5はこのときの距離とパルスの幅をそれぞれ不純物検出距離、および不純物検出パルス幅として記憶しておく。 次に、タンク102の底に水等の不純物がたまってきた場合、超音波振動子1から送出された超音波信号はまず水等の不純物104の層を通過し当然密度の違う測定液体103との境界で一部が反射し一部が測定液体103中へ通過する。このとき不純物104の層は測定液体103の層に比較して非常に薄い層である為、反射した超音波は短時間でタンク102の底面より再び反射して境界面105に達し、このとき反射しないで通過した一部の超音波は最初に通過した超音波に少し遅れて重なり、測定液体103の液面101へ達する。測定液体103の液面101に達した超音波は液体と空気の密度の差でほとんど反射して再び不純物104との境界面105に達する。ここでもまた反射する成分と通過する成分に分かれ、反射した成分は通過してタンク102の底で再び反射した2次反射成分より少し時間が早く重なり、液面101へと向かっていく。このようなことをくりかえし、1次反射、2次反射、3次反射となるにつれて超音波パルスの幅も広がっていく。また、当然不純物の層が厚くなれば、超音波パルスの幅の広がりも厚さに比例して大きくなっていく。
そこで、その後の液面101までの距離の計測時には、CPU5は、常にその距離の計測結果を記憶していた不純物検出距離と比較し、両者がほぼ等しいと判定された場合、具体的にはそれら距離の差が所定の閾値内である場合には、さらに以下の判定を行う。すなわち、受信パルスの幅を検出し、記憶していた不純物パルス幅とを比較し、その差が設定した閾値を超えたとき、不純物層があると判定し、警報出力6によりドレインを抜くべき旨の警報を出力させる。
【0009】
具体例として、タンク102内の液体103を灯油、タンク102内に溜まる不純物104を水とし、灯油のタンク102の底から液面101までの距離が10cm、不純物104の水が1cm溜まったとき上記超音波送出波形がどのように変化するか図2に基づき説明する。このとき灯油内の音速は1300m/sec、水内の音速は1550m/secとし、超音波受信パルスの幅は、50μsecとする。
【0010】
不純物水が溜まっていない時、タンク102底面の超音波振動子1から発信される超音波パルス送出から約154μsec後にパルス幅50μsecで灯油液面101からの液面1次反射波201が得られる。液面1次反射波201は再度タンク102底面で反射して底面1次反射波202となり、その後灯油液面101で再度反射してタンク102底面へ向かう液面2次反射波202が観測されることとなる。図2(a)を参照。本出願が注目するのは、このときの液面1次反射波201のパルスの幅50μsecをCPU5は記憶しておくことにある。
この状態で不純物である水がタンク102底面に1cm溜まると、タンク102底面の超音波振動子1から送出された超音波信号の1部は、最初に水と灯油の境界面105でタンク102底面方向へ反射し、次にタンク102底面で再度反射し、再度境界面105方向へ向かい、そこでまた反射して再度タンク102底面方向へ向かうという事象を繰り返す成分と、境界面105を反射せずに直進通過して灯油液面方向に向かう通過成分205に分かれるが、境界面105で反射してタンク102底面方向へ向かう成分は、タンク102底面での反射後に再度境界面105方向へ向かい、ここでまた境界面105を直進通過する成分とタンク102底面方向へ反射する成分へと分かれるが、灯油液面101方向へ向かう通過成分であろうが、タンク102底面と境界面105の間で反射を繰り返す成分であろうが、何れの反射成分も境界面反射の都度、反射せずに直進する成分の20%の音圧成分となることから、無視できるほど微弱な信号となり、本出願の注目する計測に影響を及ぼさないものとなる。結果、境界面105を直進通過した成分205はさきほど境界面105で反射しないで直進通過し灯油液面101方向へ向かった直進通過成分203より13μsec遅れて灯油液面で反射し、その後タンク102底面方向へ向かう液面1次反射波205となり、境界面105を反射することなくタンク102底面方向へ直進通過し、タンク102底面の超音波振動子1にて液面1次反射波203との比較で幅の広がった合成波208として受信される。この208の信号幅が不純物のないときの信号幅に比較して広くなっていることを検出することで水を検出することができる。
以上が、液面1次反射波203および液面1次反射波205のみを用いて計測する場合の説明であり、本出願が最も注目する範囲である。
以下はタンク102底面における1次反射より後に起こる事象ついての補足説明である。
灯油液面101で反射した液面1次反射波203の1部はタンク102底面の超音波振動子1で受信される前に水と灯油の境界面105で再度灯油液面101方向に境界面1次反射波206として反射される。その一方、境界面105で反射せずタンク102底面へ向かい、タンク102底面で再度反射して底面1次反射波204となる成分よりも、境界面1次反射波206は13μsec早く灯油液面101方向に向かい、灯油液面101で反射され液面2次反射波206となりタンク102底面方向へ向かい、再度水と灯油の境界面105で直進通過成分と反射成分に分かれる。この時、灯油と水の境界面105で灯油液面101方向へ反射する境界面2次反射波は微弱なものとなり、無視することができる。一方、境界面105で反射せずにタンク102底面方向へ向かう液面2次反射波206は、液面2次反射波204よりも13μsec早くタンク102底面の超音波振動子1にて計測される。同様に、液面1次反射波205のうち境界面105で反射せずにタンク102底面へ向かい、タンク底面で再度反射して境界面105へ向かい、境界面105を反射することなく直進通過して灯油液面101へ向かう成分は、灯油液面101で反射され再度境界面105方向へ向かい、境界面105で反射する成分と反射せずに、境界面105を直進通過し、タンク102底面へ向かう成分へ分かれるが、このとき境界面105を直進通過する成分は、液面2次反射波204が境界面105を通過してタンク102底面の超音波振動子1が受信するときも13μsec遅れてタンク102底面の超音波振動子1に到達する液面2次反射波207となり、信号幅76μsecの合成波209となる。
【0011】
上記よりCPU5は超音波送出から1次反射受信までの時間151μsecを、不純物水の影響で3μsec早くなるが、ほぼ正確に測定することが出来、受信したパルス幅201と208を比較し13μsec以上の差が発生したとき警報出力6が警報を出力するよう設定しておけば、不純物水が1cm以上存在することを検知することが出来る。また今回は1次反射の比較を示したが2次反射202、209の比較でも可能である。又図3に実際の測定波形を示す。
以上、この実施の形態では、予め不純物層の無い状態における受信パルス幅を不純物パルス幅として記憶し、不純物検出距離において、受信パルス幅と不純物パルス幅とを比較して不純物層を検出するものとしたが、この発明はこれに限られず、例えば、不純物層検出の精度がさほど要求されない場合には、予め設定されている送信パルス幅を不純物パルス幅として用いてもよい。その場合には不純物検出距離以外の距離においても不純物層の検出が行える。
【0012】
【発明の効果】
請求項1および請求項2に記載の超音波液面計は、液面までの距離を計測するだけでなく、不純物の存在も検知することが出来、タンクの液体を利用する機器へ不純物が入り機器に重大なダメージを与えるのを回避することができるようになる。
また、請求項2に記載の超音波液面計は、不純物検出パルス幅を記憶する時の液面までの距離を同時に不純物検出距離として記憶し、ほぼ同じ距離の条件での受信パルス幅を比較することで、距離による超音波信号の減衰によるパルス幅の変動をキャンセルし、より正確に不純物層の厚さを測定することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係わる超音波液面計の装置構成図である。
【図2】本発明の実施形態に係わる超音波液面計での超音波受信信号の模擬図である。
【図3】本発明の実施形態に係わる超音波液面計での超音波受信信号の測定波形を示す図である。
【符号の説明】
1 超音波振動子
2 送信回路
3 受信回路
4 コンパレータ
5 CPU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic liquid level gauge that transmits a pulsed ultrasonic signal, receives a reflection signal of the transmitted ultrasonic signal on the liquid level, and calculates a distance to the liquid level.
[0002]
[Prior art]
A conventional ultrasonic liquid level gauge sends a pulsed ultrasonic signal, receives a reflected signal at the liquid level of the transmitted ultrasonic signal, pays attention only to the reflected time, and reaches the liquid level. The distance is calculated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional ultrasonic liquid level gauges cannot detect an impurity layer such as water only by measuring the liquid level. However, if impurities accumulate, the impurities in the tank that are used by supplying the liquid in the tank will be adversely affected, so it is necessary to drain water and other impurities regularly at the drain. There was no need.
[0004]
This invention is made | formed in view of the above-mentioned actual condition, and makes it a subject to provide the ultrasonic level gauge which can notify that impurities, such as water, accumulated in the tank.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
The invention according to
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an ultrasonic liquid level gauge according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0007]
FIG. 1 is a diagram showing an apparatus configuration of an ultrasonic liquid level gauge according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a kerosene measurement liquid in a tank for specifically explaining the present invention. FIG. 2 schematically illustrates an ultrasonic signal waveform when water is used as impurities accumulated in a tank.
[0008]
In FIG. 1, when no impurities are accumulated on the bottom surface of the tank, the ultrasonic wave transmission timing signal output from the
Therefore, when measuring the distance to the liquid level 101 thereafter, the
[0009]
As a specific example, when the liquid 103 in the
[0010]
When the water impurities are not accumulated, the liquid level primary reflected wave 201 from kerosene liquid surface 101 is that obtained by pulse width 50μsec after approximately 154μsec from ultrasonic pulses transmitted is transmitted from the
When water accumulates 1cm in
The above is an explanation of measurement using only the liquid surface primary reflected wave 203 and the liquid surface primary reflected
The following is a supplementary explanation of an event that occurs after the primary reflection at the bottom surface of the
A portion of the liquid surface primary reflected wave 203 reflected by the kerosene liquid surface 101 is again a boundary surface in the direction of the kerosene liquid surface 101 at the boundary surface 105 between water and kerosene before being received by the
[0011]
From the above, the
As described above, in this embodiment, the reception pulse width in the absence of the impurity layer is stored in advance as the impurity pulse width, and the impurity layer is detected by comparing the reception pulse width with the impurity pulse width at the impurity detection distance. However, the present invention is not limited to this. For example, when the accuracy of the impurity layer detection is not so required, a preset transmission pulse width may be used as the impurity pulse width. In that case, the impurity layer can be detected at a distance other than the impurity detection distance.
[0012]
【The invention's effect】
The ultrasonic liquid level meter according to
The ultrasonic liquid level meter according to
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram of an ultrasonic liquid level gauge according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a simulation diagram of an ultrasonic reception signal in the ultrasonic liquid level meter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a measurement waveform of an ultrasonic reception signal in the ultrasonic liquid level gauge according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
Claims (2)
受信した信号のパルス幅を受信パルス幅として検出する受信パルス幅検出手段と、
検出された受信パルス幅を所定の不純物検出パルス幅と比較して不純物層を検出する不純物検出手段と、
を備えることを特徴とする超音波液面計。In an ultrasonic liquid level meter that transmits a transmission signal that is a pulsed ultrasonic signal toward the liquid surface and measures the distance to the liquid surface according to the time until the reflected signal of the transmission signal is received,
A reception pulse width detection means for detecting the pulse width of the received signal as a reception pulse width;
Impurity detection means for detecting the impurity layer by comparing the detected reception pulse width with a predetermined impurity detection pulse width;
An ultrasonic liquid level gauge comprising:
前記不純物検出手段が、
液体中の不純物層を検出すべき前記液面までの所定距離である不純物検出距離を記憶する距離記憶手段と、
不純物層がない状態における前記液面までの距離が前記不純物検出距離であるときの受信パルス幅を前記不純物検出パルス幅として記憶するパルス幅記憶手段と、
計測された液面までの距離が前記不純物検出距離とほぼ等しい場合に、前記検出された受信パルス幅と前記不純物検出パルス幅との差が所定以上ある場合に不純物層があると判定するパルス幅比較手段と、
を備えることを特徴とする超音波液面計。The ultrasonic liquid level meter according to claim 1,
The impurity detection means is
A distance storage means for storing an impurity detection distance which is a predetermined distance to the liquid surface where the impurity layer in the liquid is to be detected;
Pulse width storage means for storing, as the impurity detection pulse width, a reception pulse width when the distance to the liquid surface in the state where there is no impurity layer is the impurity detection distance;
When the measured distance to the liquid level is substantially equal to the impurity detection distance, the pulse width for determining that there is an impurity layer when the difference between the detected reception pulse width and the impurity detection pulse width is greater than or equal to a predetermined value A comparison means;
An ultrasonic liquid level gauge comprising:
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