JP5381417B2

JP5381417B2 - 界面レベル計

Info

Publication number: JP5381417B2
Application number: JP2009157053A
Authority: JP
Inventors: 誠埜村
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: JP2011013084A

Description

本発明は、水中の懸濁物堆積層とその上澄水との界面の位置を測定する界面レベル計に関する。

工場における廃水処理設備や下水処理設備には、一般に排水（汚水）を沈降処理することで、汚泥とその上澄水とを固液分離する沈殿槽（又は沈殿池）が設けられる。沈殿槽における汚泥の堆積量を監視するために、例えば超音波センサを用いて沈殿槽の底面に向けて超音波を送信し、反射波の受信タイミング及び強度を解析して、汚泥と上澄水との界面の位置（深度）を計測することが行われている。

また、計測された情報を信号処理（グラフィック変換）して画像表示することが行われている。例えば、計測された界面深度の変遷を表示器のメイン画面に表示させ、挿入指示に基づいて、長時間に渡る変遷を表示したウィンド画面をメイン画面に挿入させる超音波界面計が提案されている（例えば特許文献１参照）。

画像表示することは、水槽の管理や水処理プラントを管理する上で様々な情報が得られるため有効である。例えば図１２に示されるように、堆積汚泥層からの気泡の放出や浮遊汚泥の発生が確認できる。被計測槽が仮に活性汚泥の沈殿槽である場合、堆積汚泥層からの気泡の放出は脱窒や腐敗の発生を表わし、浮遊汚泥の発生や堆積汚泥層のリフトアップ（全体浮上）の危険性を事前に検出することができる。このような現象が発生すると、生物汚泥が沈殿槽から流出し、処理水の悪化（ＳＳ）に繋がるだけでなく、有機物の処理に必要な微生物を処理プラント内（曝気槽）に維持できなくなり、処理水質の悪化、処理の破綻を引き起こすことになるため、こうした現象の事前検出ができることは、非常に有効である。

この気泡や浮遊汚泥はそれぞれ比重が異なるので、上昇速度も異なる。そのため、槽内での上昇時の軌跡から上昇する粒状体が何であるかを判断することができる。例えば、気泡の上昇速度はその大きさにも拠るが、大凡２０〜５０ｃｍ／秒である。浮遊汚泥の場合には、０．５〜１．５ｍ／分である。
このように上昇速度が異なるところから、気泡や浮遊汚泥を画像で確認するためには、槽の深さが１ｍである場合、気泡の場合には１秒〜５秒程度のサンプリング速度（サンプリングインターバル）が必要である。浮遊汚泥の場合には、２〜５分程度の表示時間幅が必要となる。一方、汚泥の引抜きや水量変化による界面レベルの変化を確認するためには、１０〜６０分程度の表示時間幅が必要である。また、脱窒の発生を監視するには１〜３日程度、バルキングの進行状況を監視するには３〜７日程度の表示時間が必要である。したがって、画像を有効に活用するために多種複数の時間幅で切り替え表示できることが必要であり、このような機能を有する界面レベル計が望まれていた。

界面深度の計測は所定時間間隔で連続して行われるが、計測データを保持するデータベースは有限であるため、新しい計測データの入力に伴い古い計測データを消去する必要がある。データベースへの新規計測データの入力と、画像表示のためのデータアクセスとが同時に発生（命令信号が衝突）すると、計測データの書き込みができずにデータベース上に欠損が生じたり、データ破壊が生じたりし得る。これは、有用なデータの損失や、誤情報の表示を引き起こすおそれがある。

上記のような問題は、データベース上のデータを間引き抽出して表示することで、表示画像の時間幅を変える超音波界面計において、特に発生しやすかった。このような超音波界面計は、時間幅の長さに応じて必要となるデータベースの容量が大きくなるだけでなく、データの書き込み／廃棄と、データの取り出しとが重なり、表示エラー等が発生しやすいという問題を有していた。

実開平４−７３８９０号公報

本発明は、複数の時間幅の画像情報の切り替え表示を迅速かつ安定的に行うことができる界面レベル計を提供することを目的とする。

本発明の界面レベル計は、超音波又は光を送出し、懸濁物堆積層を含む水中を伝播した超音波又は光を受信するセンサと、該センサによる受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該デジタル信号に基づいて、前記懸濁物堆積層と上澄水との界面の位置を算出する算出部と、前記デジタル信号を所定の色階調に対応する画素データに変換するグラフィック変換部と、前記グラフィック変換部からの複数の前記画素データを含む画素列データ並びに界面位置データの取得、及び取得したデータの格納をそれぞれ異なる時間間隔で行う複数の記憶領域を有するメモリと、前記複数の記憶領域のいずれか１つに格納されている複数の画素列データを前記色階調に基づいて表示する第１の表示領域、及び前記算出部により算出された前記界面の位置を表示する第２の表示領域を有する表示部と、前記第１の表示領域が前記メモリのうちの１つの記憶領域に格納されている前記画素列データを表示している時に与えられる時間幅の切り替え指示に基づいて、前記メモリのうちの他の記憶領域に格納されている前記画素列データが前記第１の表示領域に表示されるように制御を行う制御部と、を備えるものである。

本発明の界面レベル計においては、前記画素列データはｍ＋ｗ個（ｍは２以上の整数）の前記画素データを含み、前記第１の表示領域は、第１の方向に沿ったｍ個の画素、及び前記第１の方向に直交する第２の方向に沿ったｎ個（ｎは２以上の整数）の画素を有し、前記複数の記憶領域のいずれか１つに格納されているｎ個の画素列データを表示することが好ましい。

前記複数の記憶領域は、ｎ＋ｘ個の画素列データを格納しており、ｎ個の画素列データを表示する前記第１の表示領域は、必要に応じてスクロール操作によりｎ個の幅を変えないままｎ＋ｘ個の中から任意の場所を表示できることが好ましい（図１０）。同様に、前記第１の表示領域は、必要に応じてスクロール操作によりｍ個の幅を変えないまま、ｍ＋ｗ個の中から任意の場所を表示できることが好ましい（図１１）。

本発明の界面レベル計においては、前記複数の記憶領域は、それぞれ、新たな画素列データの格納に伴い、最も古い画素列データを破棄することが好ましい。

本発明の界面レベル計においては、前記メモリは、前記複数の記憶領域に格納されている前記画素列データを外部へ出力できることが好ましい。

本発明の界面レベル計においては、前記表示部は、前記デジタル信号に基づく超音波受信強度分布または光の受信強度分布を表示する第３の表示領域を有し、さらに図３（ｂ）のように界面レベル判定位置の表示線も同様に表示できる機能を有することが好ましい。

本発明の界面レベル計においては、前記画素列データは前記算出部により算出された前記界面の位置を含み、前記第１の表示領域は、前記界面の位置の変遷を表示することが好ましい。

本発明の界面計は、複数の画素データを含む画素列データの取得及び格納をそれぞれ異なる時間間隔で行う複数の記憶領域を有するメモリと、第１の表示領域がある１つの記憶領域に格納されている画素列データを表示している時に与えられる時間幅の切り替え指示に基づいて、それとは異なる別の記憶領域に格納されている画素列データが第１の表示領域に表示されるように制御を行う制御部とを備えているので、複数の時間幅の画像情報の切り替え表示を迅速かつ安定的に行うことができる。

本発明の実施形態に係る界面レベル計の概略構成図である。同実施形態に係る超音波センサの概略構成図である。超音波反射強度分布の一例を示すグラフである。超音波反射強度分布の一例を示すグラフである。同実施形態に係る表示部における第１の表示領域の概略構成図である。同実施形態に係るメモリの概略構成図である。変形例による超音波センサの概略構成図である。光学式濁質濃度測定器の概略構成図である。変形例による界面レベル計の概略構成図である。表示部における第１の表示領域の概略構成図である。表示部における第１の表示領域の概略構成図である。表示部の表示の一例を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に本発明の実施形態に係る界面レベル計の概略構成を示す。界面レベル計は、信号生成回路１、超音波センサ２、増幅回路３、アナログデジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と称する）４、表示部５、界面レベル算出部６、グラフィック変換部７、メモリ８、及び制御部９を備える。

図２に示すように、超音波センサ２は発振（発信）部２１及び受信部２２を有し、汚泥等の懸濁物堆積層２３とその上澄水２４とを貯留する処理槽２５の所定の高さに図示しない機構によって取り付けられている。発振部２１は、信号生成回路１により生成された電気信号を超音波振動子に与え、処理槽２５の下面に向かって送信する。

送信された超音波は、懸濁物堆積層２３とその上澄水２４との界面２６や、界面２６下の懸濁物や処理槽２５の底部等によって反射される。反射波は受信部２２によって受信される。受信部２２は受信信号を増幅回路３へ出力する。

図１に示すように、受信部２２による受信信号は増幅回路３によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器４によりデジタル信号に変換された後、表示部５、界面レベル算出部６、及びグラフィック変換部７へ出力される。

表示部５は、Ａ／Ｄ変換器４から受け取ったデジタル信号に基づいて、超音波送信からの時間経過に伴う反射強度（受信強度）の変化を示すグラフを表示領域５１に表示する。表示部５は、例えば図３に示すように、縦軸に経過時間、横軸に反射強度をとるグラフを表示する。なお、超音波送信から受信までの時間は、超音波の反射位置の深さに対応するため、縦軸を深さとして表示することもできる。このように、表示部５は、処理槽２５内の最新の超音波反射強度分布を表示することができる。

界面レベル算出部６は、Ａ／Ｄ変換器４から受け取ったデジタル信号に基づいて、懸濁物堆積層２３と上澄水２４との界面２６の位置（深さ）を算出する。例えば、超音波の反射強度が超音波送信からの時間経過に伴って図４に示すように変化した場合、界面レベル算出部６は、反射強度が所定の閾値を超えて急激に大きくなったタイミングまでの経過時間（ｔ１）に基づいて、界面２６までの距離（界面２６の位置）を算出する。

また、界面レベル算出部６は、時間ｔ１以後に反射強度が急激に大きくなったタイミングまでの経過時間（ｔ２）から、処理槽２５の底面までの距離を算出することができる。界面レベル算出部６は、超音波センサ２の取り付け位置と、処理槽２５の底面までの距離との対応関係を示すテーブルを保持しておき、このテーブルを参照して底面までの距離を求めてもよい。

界面レベル算出部６は、算出した界面２６の位置を表示部５に出力し、表示領域５２に表示させる。これにより、表示部５は、処理槽２５内での懸濁物堆積層２３と上澄水２４との界面２６の位置の最新情報を表示することができる。なお、表示部５に表示させる界面２６の位置は、上澄水の水面２７からの距離、超音波センサ２からの距離、処理槽２５の底面からの距離のいずれでもよく、またその他の基準点からの距離でもよい。界面レベル算出部６は、算出した界面２６の位置をメモリ８へ出力する。

また、界面レベル算出部６は、算出した界面２６の位置をメモリ８へ出力する。

グラフィック変換部７は、表示部５の表示領域５３に超音波反射強度の変遷をカラー表示するために、Ａ／Ｄ変換器４から受け取ったデジタル信号の値を、表示領域５３の階調に対応した値（画素データ）に変換する。カラー画像は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色それぞれがｋビット（＝２^ｋ階調）で表現される（ｋは２以上の整数とする）。例えば、図５（ｂ）に示すような対比により、カラー表示することができる。表示領域５３は、図５（ａ）に示すように、ｍ個の画素５４を有する画素列がｎ列あるものとする（ｍ、ｎは２以上の整数とする）。

グラフィック変換部７は変換後の画素データをメモリ８へ出力する。

図６に示すように、メモリ８は複数の記憶領域Ｓ１〜Ｓｙを有する。記憶領域Ｓ１〜Ｓｙは、グラフィック変換部７からｍ＋ｗ個の画素データを受け取ると、表示領域５３の１画素列分の表示データ（画素列データ）として格納する。記憶領域Ｓ１〜Ｓｙは、新しいデータｄ１の格納に伴い、今まで記憶していたデータのうち一番古いデータｄ２を廃棄（消去）する。

記憶領域Ｓ１〜Ｓｙはそれぞれ表示データｄをｎ＋ｘ個分（ｘは０以上の整数）格納することができる。また、図６に示すように、表示データｄにはグラフィック変換部７から受け取ったカラー表示用のｍ＋ｗ個の画素データだけでなく、界面レベル算出部６から受け取った界面レベルＬＶ、図示しない水温センサから受け取った水温Ｔ、時刻Ｃを含めてもよく、これらを表示部５に出力してもよい。また表示領域５３にトレンドを表示することもできる。図１２に示すように、カラー画像や界面レベルのトレンドは前記のように深さ表示（目盛）を、水面もしくはセンサー下面を基準としても、水槽の底面を基準としてもよい。

記憶領域Ｓ１〜Ｓｙは、設定されたインターバル（時間間隔）を空けて、次の新しいｍ個の画素データをグラフィック変換部７から受け取り、格納する。記憶領域Ｓ１〜Ｓｙに格納されているｎ＋ｘ個の表示データ（画素列データ）ｄのうち、新しい方からｎ個を用いることで、表示領域５３に超音波受信強度分布の変遷をカラー表示することができる。また、表示データに界面レベルＬＶや水温Ｔが含まれている場合、表示領域５３は、カラー画像と併せてあるいは単独で（画像データは消す）、界面レベルや水温の変遷を表示することができる。

記憶領域Ｓ１〜Ｓｙはそれぞれ異なるインターバルが設定されている。例えば、記憶領域Ｓ１は１秒、記憶領域Ｓ２は３秒、記憶領域Ｓｙ−１は５０分、記憶領域Ｓｙは１００分のインターバルが設定される。表示領域５３の画素列が２００列ある（ｎ＝２００）場合を考える。

この時、記憶領域Ｓ１のデータを用いると、表示領域５３には表示幅２００秒（＝１秒×２００）の変遷を表示できる。同様に、記憶領域Ｓ２のデータを用いると表示幅１０分（＝３秒×２００）、記憶領域Ｓｙ−１のデータを用いると表示幅約７日（≒５０分×２００）、記憶領域Ｓｙのデータを用いると表示幅約１４日（≒１００分×２００）の変遷を表示できる。

従って、どの記憶領域に格納されている表示データを用いるかによって、図１２に示すように、表示部５の表示領域５３にカラー表示する超音波受信強度分布の変遷の時間幅を変更することができる。制御部９は、表示する時間幅の切り替え指示に基づいて、指示された時間幅に対応する記憶領域に格納されている表示データが表示部５に出力されるように制御する。また、図示しないスイッチを利用して、深度方向（ｍ個）、時間方向（ｎ個）の幅を変えずにスクロールして、任意の位置に移動して表示させることができる（図１０，１１）。

長い時間幅の強度分布の変遷を表示部５に表示する場合も、データサンプリングのインターバルを長くとって表示データｄをｎ個もしくはｎ＋ｘ個保持していれば良く、すべての時間に渡るデータを保持する必要がないため、メモリ８の記憶容量を削減できる。

また、表示画面の時間幅を切り替える際は、メモリ８内の複数の記憶領域Ｓ１〜Ｓｙのうちの表示データ取り出し先を切り替えるだけでよく、データの間引き抽出等が不要となるため、切り替えに要する時間を短縮し、表示エラーの発生を防止することができる。

このように、本実施形態に係る界面レベル計により、複数の時間幅の画像情報の切り替え表示を迅速かつ安定的に行うことができる。

上記実施形態において、記憶領域Ｓ１〜Ｓｙのデータサンプリングのインターバルを、表示領域５３に表示される時間幅に対応させるようにしてもよい。例えば、ｎ＝２００で時間幅３分の表示データを記憶領域Ｓ１に格納させたい場合、データサンプリングのインターバルは０．９秒（＝１８０秒÷２００）となる。同様に、時間幅３０分の表示データを記憶領域Ｓ３に格納させたい場合、データサンプリングのインターバルは９秒（＝１８００秒÷２００）となる。記憶領域Ｓ１〜Ｓｙの各々のデータサンプリングのインターバルを制御部９が制御するようにしてもよい。

上記実施形態では、図２に示すように反射パルス型の超音波センサ２を用いていたが、図７（ａ）に示すような透過・減衰型の超音波センサ７０を用いてもよい。発振部７１及び受信部７２は、水平方向に適当な間隔をあけて対向するように支持部材７３に取り付けられている。発振部７１から送信された超音波は、水平方向の経路を経て受信部７２に到来し、受信部７２はこの超音波を受信する。図７（ｂ）に示すように、支持部材７３は水中を鉛直方向（上下方向）に移動し、超音波センサ７０の周囲の状況が変化する。

受信部７２によって受信される超音波は周囲の懸濁物濃度に応じた減衰を示す。超音波センサ７０により測定される懸濁物濃度分布の一例を図７（ｃ）に示す。この懸濁物濃度分布に基づいて、懸濁物堆積層７４とその上澄水７５との界面７６の検出が行われる。

また、超音波センサでなく、光学式濁質濃度測定器を用いてもよい。光学式濁質濃度測定器としては図８（ａ）に示すような透過・減衰型、図８（ｂ）に示すような散乱型、図８（ｃ）に示すような反射型があり、これらのうちの１つ又は複数を用いることができる。

また、図９に示すように、メモリ８に格納されているデータを、界面レベル計の外部に設けられているデータ記録装置、ディスプレイ、ＰＣ等の外部装置９０へ出力できるようにしてもよい。これにより、外部装置９０でも界面レベルの変遷等を確認したり、データを保有することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１信号生成回路
２超音波センサ
３増幅回路
４Ａ／Ｄ変換器
５表示部
６界面レベル算出部
７グラフィック変換部
８メモリ
９制御部

Claims

超音波又は光を送出し、懸濁物堆積層を含む水中を伝播した超音波又は光を受信するセンサと、
該センサによる受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
該デジタル信号に基づいて、前記懸濁物堆積層と上澄水との界面の位置を算出する算出部と、
前記デジタル信号を所定の色階調に対応する画素データに変換するグラフィック変換部と、
前記グラフィック変換部からの複数の前記画素データを含む画素列データ並びに界面位置データの取得、及び取得したデータの格納をそれぞれ異なる時間間隔で行う複数の記憶領域を有するメモリと、
前記複数の記憶領域のいずれか１つに格納されている複数の画素列データを前記色階調に基づいて表示する第１の表示領域、及び前記算出部により算出された前記界面の位置を表示する第２の表示領域を有する表示部と、
前記第１の表示領域が前記メモリのうちの１つの記憶領域に格納されている前記画素列データを表示している時に与えられる時間幅の切り替え指示に基づいて、前記メモリのうちの他の記憶領域に格納されている前記画素列データが前記第１の表示領域に表示されるように制御を行う制御部と、
を備える界面レベル計。
前記画素列データはｍ＋ｗ個（ｍは２以上の整数。ｗは０以上の整数）の前記画素データを含み、
前記第１の表示領域は、第１の方向に沿ったｍ個の画素、及び前記第１の方向に直交する第２の方向に沿ったｎ個（ｎは２以上の整数）の画素を有し、前記複数の記憶領域のいずれか１つに格納されているｎ個の画素列データを表示することを特徴とする請求項１に記載の界面レベル計。
前記複数の記憶領域は、それぞれ、新たな画素列データの格納に伴い、最も古い画素列データを破棄することを特徴とする請求項１又は２に記載の界面レベル計。
前記複数の記憶領域は、それぞれ、ｍ＋ｗ個（ｍは２以上の整数。ｗは１以上の整数）の前記画素データを含む画素列データをｎ＋ｘ個（ｎは２以上の整数。ｘは１以上の整数）格納し、前記第１の表示領域は前記複数の記憶領域のいずれか１つに格納されている複数の画素列データ〔（ｍ＋ｗ）×（ｎ＋ｘ）〕の中から任意のｍ×ｎを選択してスクロール表示できるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の界面レベル計。
前記メモリは、前記複数の記憶領域に格納されている前記画素列データを外部へ出力できることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の界面レベル計。
前記表示部は、前記デジタル信号に基づく超音波受信強度分布を表示する第３の表示領域をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の界面レベル計。
前記画素列データは前記算出部により算出された前記界面の位置を含み、
前記第１の表示領域は、前記界面の位置の変遷を表示することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の界面レベル計。