JP6026227B2

JP6026227B2 - 超音波水位計測装置および超音波水位計測方法

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Publication number: JP6026227B2
Application number: JP2012240035A
Authority: JP
Inventors: 崇広三浦; 和美渡部; 淳千星; 落合　誠; 誠落合; 摂山本; 岳志星
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-10-31
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Description

本発明の実施形態は、超音波を用いて容器内の水位を計測するための装置および方法に関する。

構造物内の水位を計測する技術として、液面に浮かべたフロートの位置変化や浮力変化を計測する手法、液体により発生する圧力から水位を計測する手法、電極間の電気容量変化により計測する手法、などが挙げられる。これら液位を計測する手法において、特に超音波を用いた水位計測技術は、構造物に穴をあけ計測用の装置を設置させることなく、密閉された構造物の外部から水位を計測することが可能な技術である。

特に構造物が密閉しており、構造物の外面から空気等の気相を介し液体表面の位置を計測する場合、超音波式の水位計測方法として、水面に対して法線方向から超音波を発振させ、超音波の伝播時間と伝播速度から伝播距離を換算する手法が一般的に適用されている。この手法では、多くの場合、構造物の底部から超音波を送受信し、構造物の板厚を介した後、水中に超音波を伝播させ水面にて超音波が反射する反射波を検出する（特許文献１）。

一方、構造物の底部から水中を介して超音波を送受信させることが困難な場合に、構造物の側面に超音波センサを複数個設置し、超音波の多重エコーの減衰量により水位を計測する手法が提案されている（特許文献２）。

特開平４−９５８２１号公報特開平１１−２１８４３６号公報

上記のように超音波が構造材板厚で生じる多重エコーの減衰量にて水位を計測する手法は、センサを複数個設置する必要がある。しかし、センサを設置する環境が高放射線環境下や高温高湿などの苛酷環境下である等の理由により、超音波センサの設置に長時間をかけられない場合がある。また、設置箇所の構造上の制限により、設置すべき箇所へのアクセスが不可能、若しくは困難な場合がある。

本発明の実施形態はかかる事情によりなされたものであって、その目的は、容器内の水位を複数個の超音波センサを用いて計測するに当たり、短時間で複数個の超音波センサを容易に設置できるようにすることである。ここで、容器は、静止した水を溜めるタンクでもよいし、流水を保有する配管でもよい。

上記課題を解決するために、本発明の一つの実施形態に係る超音波水位計測装置は、容器内の水位を計測する超音波水位計測装置であって、上下方向に互いに間隔をあけて前記容器の外表面に接触させて着脱可能に設置可能で、前記容器の外表面に接触して設置されたときに前記容器の外表面との間で超音波を送受信可能な複数の超音波送受信機構と、前記複数の超音波送受信機構を互いに機械的に連結するとともに、互いに隣接する２個の前記超音波送受信機構同士の相対的な向きを変えられるように互いの回転が可能な回転連結部を備える連結機構と、前記複数の超音波送受信機構と電気的に接続されて前記複数の超音波送受信機構に超音波の送受信をさせて、前記超音波送受信機構から超音波信号を受信する超音波駆動機構と、前記複数の超音波送受信機構と前記超音波駆動機構とを電気的に接続するケーブルと、前記超音波駆動機構で受信した超音波信号を収録して解析するデータ収録・解析機構と、を有することを特徴とする。
また、本発明の他の一つの実施形態に係る超音波水位計測装置は、容器内の水位を計測する超音波水位計測装置であって、上下方向に互いに間隔をあけて前記容器の外表面に接触させて着脱可能に設置可能で、前記容器の外表面に接触して設置されたときに前記容器の外表面との間で超音波を送受信可能な複数の超音波送受信機構と、前記複数の超音波送受信機構を互いに機械的に連結する連結機構と、前記複数の超音波送受信機構と電気的に接続されて前記複数の超音波送受信機構に超音波の送受信をさせて、前記超音波送受信機構から超音波信号を受信する超音波駆動機構と、前記複数の超音波送受信機構と前記超音波駆動機構とを電気的に接続するケーブルと、前記超音波駆動機構で受信した超音波信号を収録して解析するデータ収録・解析機構と、を有し、前記連結機構は、前記複数の超音波送受信機構のうちの互いに隣接する２個の超音波送受信機構の間の距離を伸縮可能に当該２個の超音波送受信機構同士を連結するものであること、を特徴とする。
さらに、本発明の他の一つの実施形態に係る超音波水位計測装置は、容器内の水位を計測する超音波水位計測装置であって、上下方向に互いに間隔をあけて前記容器の外表面に接触させて着脱可能に設置可能で、前記容器の外表面に接触して設置されたときに前記容器の外表面との間で超音波を送受信可能な複数の超音波送受信機構と、前記複数の超音波送受信機構を互いに機械的に連結する連結機構と、前記複数の超音波送受信機構と電気的に接続されて前記複数の超音波送受信機構に超音波の送受信をさせて、前記超音波送受信機構から超音波信号を受信する超音波駆動機構と、前記複数の超音波送受信機構と前記超音波駆動機構とを電気的に接続するケーブルと、前記超音波駆動機構で受信した超音波信号を収録して解析するデータ収録・解析機構と、を有し、前記複数の超音波送受信機構のうちの一部の超音波送受信機構位置または向きを変えるための位置調整機構をさらに有すること、を特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る超音波水位計測方法は、容器内の水位を計測する超音波水位計測方法において、送受信可能な複数の超音波送受信機構を、互いに隣接する２個の前記超音波送受信機構同士の相対的な向きを変えられるように互いの回転が可能な回転連結部を備える連結機構によって互いに機械的に連結する連結ステップと、前記複数の超音波送受信機構と超音波駆動機構とをケーブルによって電気的に接続する接続ステップと、前記連結ステップおよび前記接続ステップの後に、前記複数の超音波送受信機構を、上下方向に互いに間隔をあけて前記容器の外表面に接触させて着脱可能に設置する設置ステップと、前記設置ステップの後に、前記複数の超音波送受信機構と前記超音波駆動機構とにより前記複数の超音波送受信機構に超音波の送受信をさせて、前記超音波送受信機構と前記容器の外表面との間で超音波を送受信させる超音波送受信ステップと、前記超音波送受信ステップで前記超音波駆動機構が受信した超音波信号を収録して解析するデータ収録・解析ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、容器内の水位を複数個の超音波センサを用いて計測するに当たり、短時間で複数個の超音波センサを容易に設置できる。

本発明の第１の実施形態に係る超音波水位計測装置を容器の外表面に取り付けた状態を模式的に示す図である。本発明の第１の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す縦断面図である。図１の超音波送受信機構の受信超音波信号の強度の時間変化を示すグラフであって、（ａ）は水面より上方の位置の超音波送受信機構からの信号の強度を示し、（ｂ）は水面より下方の位置の超音波送受信機構からの信号の強度を示す。本発明の第１の実施形態に係る超音波水位計測装置のセンサ部を搬送しやすいように折りたたんだ状態を示す構成図である。図４に示す折りたたんだ状態のセンサ部を搬送した後に基準固定部を容器の外表面に固定した状態を示す構成図である。図５に示す折りたたんだ状態のセンサ部を容器の外表面に沿って展開した状態を示す構成図である。本発明の第１の実施形態に係る超音波水位計測装置の効果を示す図であって、狭隘な場所に配置された容器の外表面に沿ってセンサ部を展開した状態を示す構成図である。本発明の第２の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す縦断面図である。本発明の第３の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す縦断面図である。本発明の第４の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す縦断面図である。本発明の第５の実施形態に係る超音波水位計測装置を容器の外表面に取り付けた状態を模式的に示す図である。本発明の第６の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す構成図であって、（ａ）は連結機構が縮んだ状態を示す図であり、（ｂ）は連結機構が伸びた状態を示す図である。本発明の第７の実施形態に係る超音波水位計測装置のセンサ部を容器の外表面に取り付ける途中の状態を模式的に示す図である。図１３の超音波水位計測装置のセンサ部を容器の外表面へ取り付け終えた状態を模式的に示す図である。本発明の第８の実施形態に係る超音波水位計測装置のセンサ部を模式的に示す構成図である。本発明の第８の実施形態に係る超音波水位計測装置の効果を説明するための図であって、連結機構の回転連結部の回転に必要なトルクを一律にした場合に、センサ部を容器の外表面に沿って展開しようとするときに想定される状況を模式的に示す説明図である。本発明の第９の実施形態に係る超音波水位計測装置における１個の超音波送受信機構の構成を示す縦断面図である。図１７の超音波送受信機構の底面図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波水位計測装置を容器の外表面に取り付けた状態を模式的に示す図である。図２は、第１の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す縦断面図である。

図１に示すように、超音波水位計測装置３０は、容器１８内の水面３１の位置を計測するための装置である。図示の例では、容器１８は、水平方向に延びる円筒形である。超音波水位計測装置３０は、容器１８の外表面上に着脱可能なセンサ部３２と、センサ部３２に接続されたケーブル３３と、ケーブル３３によってセンサ部３２と電気的に接続された超音波駆動機構１９と、超音波駆動機構１９に接続されたデータ収録・解析機構２０と、データ収録・解析機構２０に接続された表示機構２１とを有する。

センサ部３２は、複数個（図１に示す例では４個）の超音波送受信機構１５と、超音波送受信機構１５同士を互いに１列に連結する複数の連結機構１６とを有する。さらに、１列に連結された複数個の超音波送受信機構１５のうちの一端の超音波送受信機構１５には、連結機構１６ａを介して基準固定部２２が連結されている。

この実施形態では、連結機構１６および連結機構１６ａは同じ構造であって、図２に示すように、一つの回転連結部１７とその両側の固定連結部５０とを備えている。各固定連結部５０の一端はそれぞれ、一つの超音波送受信機構１５に固定されている。各固定連結部５０の他端同士が回転連結部１７を介して連結されている。回転連結部１７により、その両側に連結される互いに隣接する２個の超音波送受信機構１５同士または１個の超音波送受信機構１５と基準固定部２２との間の相対的な向きを変えることができる。

超音波送受信機構１５は、フレーム１３と、フレーム１３に固定された超音波送受信素子１１および接触機構１４を備えている。

超音波送受信素子１１は、一般的に超音波探触子と称されるものであって、その詳細の図示は省略するが、セラミクス製や複合材料、またはそれ以外の圧電効果により超音波を発生することができる圧電素子や高分子フィルムによる圧電素子またはそれ以外の超音波を発生できる機構と、超音波をダンピングするダンピング材と、超音波の発振面に取り付けられた前面板と、いずれかの構成もしくはその組み合わせからなるものである。

接触機構１４は、たとえば磁石や吸盤などから構成され、フレーム１３を容器１８の外表面に設置して固定するためのものである。接触機構１４は、図２には各超音波送受信機構１５につき２個が示されているが、通常は、たとえば４個が、１個のフレーム１３に固定されている。

この実施形態では、圧電素子が垂直方向に超音波を送受信する１探触子型を例にとって説明するが、送受信分割型の２探触子型や、垂直方向以外に超音波を送受信する斜角型のものや、１次元状に配列された一般的にアレイセンサと呼ばれるもの、２次元状に配列されたマトリクスセンサでもよい。また、１個のフレーム１３に複数個の超音波送受信素子１１を取り付けていてもよい。

超音波送受信素子１１の先端には接触媒質１２が固定されている。容器１８の外表面上にセンサ部３２が取り付けられたときに、接触機構１４が容器１８の外表面上に吸着されることにより、接触機構１４および接触媒質１２が容器１８の外表面に接触するように構成されている。

接触媒質１２は、たとえば水やグリセリン、マシン油、アクリル、ポリスチレン、水袋やゲル等、超音波を伝播させることが可能な媒質とする。なお、空中超音波用圧電素子を使用する場合や、設置環境が水中下であるなど、超音波が容器１８の外表面へ伝播可能な条件下においては音響接触媒質を不要とする場合もある。そのため、本説明において、超音波送受信素子から検査対象へ超音波を入射させる際に音響接触媒質の記載を省略している場合もある。

超音波駆動機構１９は、超音波送受信素子１１から容器１８に向けて超音波を送信し、また、容器１８の壁の内外から反射した超音波を超音波送受信素子１１で受信し、超音波送受信素子１１からの信号を受信するものである。データ収録・解析機構２０は、超音波駆動機構１９で受信した超音波信号を収録して解析するものである。さらに、表示機構２１は、データ収録・解析機構２０で収録して解析した結果を表示するものである。

なお、超音波駆動機構１９は、超音波を送受信するための機能に加え、複数の超音波送受信素子１１へ超音波を送受信させるためのマルチプレクサ等の切り替え機能を有していてもよい。また、超音波の送受信を行い、データを収録して解析させ表示させる装置構成は、他の構成でもよい。

上述の装置構成により、複数個設置されている超音波送受信機構１５の各超音波送受信素子１１から超音波を励起させると、容器１８の壁の板厚による裏面エコーが計測される。ここで、入射された超音波は容器１８の壁の裏面と表面で反射を繰り返すため、多重エコーとして計測されるが、裏面が気相の場合と水の場合、超音波の裏面における反射率が異なる。これにより、超音波送受信機構１５が取り付けられた容器１８の内側が水（液相）であるか気相であるかにより、多重エコー強度の減衰量が変化する。この様子を図３に示す。

図３は、この実施形態の超音波送受信機構１５の受信超音波信号の強度の時間変化を示すグラフであって、図３（ａ）は水面３１より上方の位置の超音波送受信機構１５からの信号の強度を示し、図３（ｂ）は水面３１より下方の位置の超音波送受信機構１５からの信号の強度を示す。図３（ａ）に比べて図３（ｂ）の方が超音波の減衰が速いことがわかる。

この、超音波送受信機構１５が水面３１より上方か下方かの違いによる受信超音波信号の強度の変化量を計測することにより、計測点における容器１８内部の水の有無を計測することが可能となる。

つぎに、この実施形態で、センサ部３２を容器１８の外表面に設置するまでの手順を、図４ないし図６を用いて説明する。図４は、この実施形態に係る超音波水位計測装置のセンサ部を搬送しやすいように折りたたんだ状態を示す構成図である。図５は、図４に示す折りたたんだ状態のセンサ部を搬送した後に基準固定部を容器の外表面に固定した状態を示す構成図である。図６は、図５に示す折りたたんだ状態のセンサ部を容器の外表面に沿って展開した状態を示す構成図である。

はじめに、図４に示すように、回転連結部１７を用いてセンサ部３２を小さく折りたたみ、この状態でセンサ部３２を設置場所まで搬送する。このように折りたたむことによりセンサ部３２の搬送が容易になる。つぎに、図５に示すように、基準固定部２２を容器１８の外表面の所定位置に取り付ける。そのつぎに、折りたたまれていたセンサ部３２を、図６に示すように展開して、各超音波送受信機構１５を容器１８の外表面の所定位置に取り付ける。この場合に、各超音波送受信機構１５が上下方向に所定間隔をあけて１列に並べられる。また、基準固定部２２を最も高い位置として、その下方に各超音波送受信機構１５を並べることにより、センサ部３２の自重によってセンサ部３２を展開させることができる。

上述のように、この実施形態によれば、センサ部３２を設置場所まで搬送して容器１８の外表面に設置する作業が容易である。特に、センサ部３２の設置場所が狭隘で作業員のアクセスが制限されている場合にも、センサ部３２を簡単に設置することができる。図７は、この実施形態の超音波水位計測装置の効果を示す図であって、狭隘な場所に配置された容器１８の外表面に沿ってセンサ部３２を展開した状態を示す構成図である。

図７に示す例では、容器１８は水平方向に延びる円筒形であり、容器設置空間４０内に設置されている。容器設置空間４０の側壁面４１および底面４２と容器１８の外表面との間は狭く、作業員４３が入って作業することはできない。この場合に、作業員４３は容器１８のアクセス可能な位置から、センサ部３２を容器１８の外表面のうち周囲の空間が狭い等の理由でアクセスが困難な位置へ設置する作業を行うことができる。

上述のように、この実施形態によれば、容器１８が置かれている環境がたとえば高放射線環境下や有害ガス環境下など、人の立ち入りに制限があり設置作業時間が限られる場合にも、また、作業員４３のアクセスが困難な場合にも、センサ部３２を容器１８の外表面に設置する作業を、短時間で容易に行うことができる。

以上説明した第１の実施形態で、基準固定部２２は省略してもよい。この場合、１列に連結された複数の超音波送受信機構１５のうちの一端部に位置する超音波送受信機構１５に基準固定部の機能を持たせればよい。

［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す縦断面図である。この実施形態では、連結機構１６は、２個の回転連結部１７とそれらにはさまれた一つの固定連結部５０とを備えている。２個の回転連結部１７はそれぞれ、超音波送受信機構１５に取り付けられている。この連結機構１６によれば、超音波送受信機構１５同士の相対的な向きのみならす、相対的な位置関係も変化させることができる。

その他の構成および作用・効果は第１の実施形態と同様である。

なお、複数の連結機構１６のうちの一部の連結機構１６は図８に示す構造とし、他の連結機構１６は第１の実施形態と同様のものとしてもよい。

［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す縦断面図である。この実施形態では、連結機構１６は、１個の回転連結部１７からなっている。互いに隣接する２個の超音波送受信機構１５がこの回転連結部１７によって連結されている。この連結機構１６によれば、第１の実施形態と同様に、超音波送受信機構１５同士の相対的な向きを変化させることができる。

なお、複数の連結機構１６のうちの一部の連結機構１６は図９に示す構造とし、他の連結機構１６は第１または第２の実施形態と同様のものとしてもよい。

［第４の実施形態］
第４の実施形態は、第１ないし第３の実施形態における連結機構１６の組み合わせである。すなわち、この実施形態のセンサ部３２は、少なくとも３個の超音波送受信機構１５を備え、それらを連結する少なくとも２個の連結機構１６を備える。この場合に、連結機構１６の構成は、第１ないし第３の実施形態における連結機構１６を組み合わせることができる。さらにその場合に、一部の連結機構１６として、回転連結部１７を備えていないものがあってもよい。

図１０は、この場合の、互いに隣接する２個の超音波送受信機構１５と、それらを連結する連結機構１６の構成を示す縦断面図である。図１０に示す連結機構１６は、一つの固定連結部５０からなり、回転連結部１７を備えていない。センサ部３２の中にこのような連結機構１６が含まれていても、他の連結機構１６が、第１ないし第３の実施形態として説明した回転連結部１７を含むものであれば、センサ部３２を折りたたんだり展開したりすることができる。

これにより、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

［第５の実施形態］
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る超音波水位計測装置を容器の外表面に取り付けた状態を模式的に示す図である。

第１の実施形態では、各超音波送受信機構１５が超音波の送受信をするものとしたが、この実施形態では、超音波送受信機構１５に代えて、超音波送信機構５１と超音波受信機構５２を用いる。超音波送信機構５１および超音波受信機構５２の構造はたとえば第１の実施形態における超音波送受信機構１５と同様である。超音波送信機構５１および超音波受信機構５２は、たとえば第１の実施形態における連結機構１６と同様の構造の連結機構１６によって連結されている。さらに、図示は省略するが、超音波送信機構５１と超音波受信機構５２からなる組が複数組、連結機構１６によって連結されている。

この実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

この実施形態における超音波送受信機構１５に代えて超音波送信機構５１と超音波受信機構５２を用いるという特徴は、上述のように第１の実施形態に適用できるだけでなく、第２ないし第４の実施形態に適用することもできる。

［第６の実施形態］
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る超音波水位計測装置における互いに隣接する２個の超音波送受信機構と、それらを連結する連結機構の構成を示す構成図であって、（ａ）は連結機構が縮んだ状態を示す図であり、（ｂ）は連結機構が伸びた状態を示す図である。

この実施形態は第１の実施形態の変形であって、２個の互いに隣接する超音波送受信機構１５を連結する連結機構１６として、伸縮可能な連結機構１６を用いる。すなわち、連結機構１６は、図３（ａ）に示すように縮んだ状態と、図３（ｂ）に示すように伸びた状態をとることができる。

この実施形態によれば、連結機構１６が伸縮する機能をもつことにより、全構成を折りたたみ、かつ連結機構部を最小限に短くさせ、全構成の大きさを最小化することができる。これにより、センサ部３２を展開させて容器１８の外表面上に設置させるに当たり、計測点数が多い場合や、計測間隔が長い場合にも、狭隘な箇所や他の構造物が多い場所へ展開でき、アクセス困難な箇所への展開が可能になる。

連結機構１６が伸縮する機能をもつほかに、第１の実施形態などで説明した回転連結部の機能を有していてもよい。

なお、複数の連結機構１６のうちの一部の連結機構１６は図１２に示す構造とし、他の連結機構１６は第１ないし第５の実施形態と同様のものとしてもよい。

［第７の実施形態］
図１３は、本発明の第７の実施形態に係る超音波水位計測装置のセンサ部を容器の外表面に取り付ける途中の状態を模式的に示す図である。図１４は、図１３の超音波水位計測装置のセンサ部を容器の外表面へ取り付け終えた状態を模式的に示す図である。

この実施形態のセンサ部３２では、第１の実施形態のセンサ部３２と同様に、複数の超音波送受信機構１５が連結機構１６を介して一列に並んでいる。この実施形態では、このセンサ部３２に引張り機構（位置調整機構）２３が取り付けられている。引張り機構２３は、たとえばワイヤ状のものであって、引張り機構２３の先端部５５は、基準固定部２２から遠い側の先端近くに固定され、センサ部３２に沿って延び、基準固定部２２付近に達している。引張り機構２３の先端部５５は、超音波送受信機構１５に取り付けてもよいし、連結機構１６に取り付けてもよい。

他の構成は第１の実施形態と同様である。

たとえば図１３に示すように、基準固定部２２を容器１８の外表面に取り付けて、センサ部３２の自重を利用してセンサ部３２を展開したときに、センサ部３２の先端部の超音波送受信機構１５ａをセンサ部３２の自重によっては容器１８の外表面に接触させることができない場合がある。この実施形態では、図１３に示す状態から、基準固定部２２寄りの位置から引張り機構２３を引っ張ることによって図１４に示すように先端部の超音波送受信機構１５ａを動かして、容器１８の外表面に接触させることができる。

引張り機構２３は、たとえば剛性の高い棒状のものとして、引張り機能のみならず押す機能を持つものとすることもできる。

この実施形態によれば、引張り機構２３を引っ張るまたは押すことにより、センサ部３２の先端近くの超音波送受信機構１５、１５ａを確実に容器１８の外表面に取り付けることができる。その他、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第８の実施形態］
図１５は、本発明の第８の実施形態に係る超音波水位計測装置のセンサ部を模式的に示す構成図である。図１６は、本発明の第８の実施形態に係る超音波水位計測装置の効果を説明するための図であって、連結機構の回転連結部の回転に必要なトルクを一律にした場合にセンサ部を容器の外表面に沿って展開しようとするときに想定される状況を模式的に示す説明図である。

この実施形態は第１の実施形態の変形である。第１の実施形態の構成で、図５に示すようにセンサ部３２を展開しようとしたときに、図６に示すようにうまく展開すればよいが、各回転連結部１７にかかるそれぞれのトルク荷重が異なることから、図１６に示すように、各超音波送受信機構１５を所望の計測位置に設置できない可能性がある。

そこで、この実施形態では、図１５に示すように、回転連結部１７１、１７２、１７３、・・・、１７ｎの各トルク荷重Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、・・・、Ｎｎに対して、適切な可動強さとなるように各回転連結部の強さを調整できる機構を付与する。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

この構成により、たとえば各回転連結部にかかるトルク荷重に対して、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜・・・＜Ｎｎとなるように各回転連結部の強さを調整することで、Ｎ１部分が先に展開し、つぎにＮ２部分、つぎにＮ３部分、というように、所望の順番に展開するため、図６に示したように設置したい箇所へ展開することが可能になる。その他、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第９の実施形態］
図１７は、本発明の第９の実施形態に係る超音波水位計測装置における１個の超音波送受信機構の構成を示す縦断面図である。図１８は図１７の超音波送受信機構の底面図である。

この実施形態は、たとえば第１の実施形態の変形であって、各超音波送受信機構１５は、一つのフレーム１３と、フレーム１３に固定された一つの超音波送受信素子１１および２個の接触機構１４を備えている。超音波送受信素子１１の先端には接触媒質１２が固定されている。この実施形態では、超音波送受信機構１５を容器１８の外表面に取り付けるときに、２個の接触機構１４と一つの接触媒質１２、合わせて３点で容器１８の外表面に接触する。

その他の構成は第１の実施形態と同様である。

従来の一般的な超音波送受信機構１５では、通常、一つのフレーム１３に４個の接触機構１４が固定されているが、そのような構造では、容器１８の外表面が曲面であったり凹凸があったりする場合に、ガタが生じることが多く、超音波送受信機構１５を安定して容器１８の外表面に設置するのが困難である。これに対して、この実施形態では、超音波送受信機構１５の３点で容器１８の外表面に接触するので、ガタが生じることはなく、超音波送受信機構１５を安定して保持することができる。

この実施形態によれば、上記以外の第１の実施形態の作用・効果と同様の作用・効果を得ることができる。

以上の説明で、この実施形態は第１の実施形態の変形として説明したが、この第９の実施形態における２個の接触機構１４と一つの接触媒質１２、合わせて３点で容器１８の外表面に接触する、という特徴を上記第２ないし第８のいずれの実施形態に適用することもできる。

［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

たとえば、各実施形態の特徴を種々に組み合わせることもできる。

１１：超音波送受信素子
１２：接触媒質
１３：フレーム
１４：接触機構
１５，１５ａ：超音波送受信機構
１６，１６ａ：連結機構
１７、１７１、１７２、１７３、・・・、１７ｎ：回転連結部
１８：容器
１９：超音波駆動機構
２０：データ収録・解析機構
２１：表示機構
２２：基準固定部
２３：引張り機構（位置調整機構）
３０：超音波水位計測装置
３１：水面
３２：センサ部
３３：ケーブル
４０：容器設置空間
４１：側壁面
４２：底面
４３：作業員
５０：固定連結部
５１：超音波送信機構
５２：超音波受信機構
５５：先端部

Claims

容器内の水位を計測する超音波水位計測装置であって、
上下方向に互いに間隔をあけて前記容器の外表面に接触させて着脱可能に設置可能で、前記容器の外表面に接触して設置されたときに前記容器の外表面との間で超音波を送受信可能な複数の超音波送受信機構と、
前記複数の超音波送受信機構を互いに機械的に連結するとともに、互いに隣接する２個の前記超音波送受信機構同士の相対的な向きを変えられるように互いの回転が可能な回転連結部を備える連結機構と、
前記複数の超音波送受信機構と電気的に接続されて前記複数の超音波送受信機構に超音波の送受信をさせて、前記超音波送受信機構から超音波信号を受信する超音波駆動機構と、
前記複数の超音波送受信機構と前記超音波駆動機構とを電気的に接続するケーブルと、
前記超音波駆動機構で受信した超音波信号を収録して解析するデータ収録・解析機構と、
を有することを特徴とする超音波水位計測装置。
少なくとも３個の前記超音波送受信機構と、少なくとも２個の前記連結機構と、を有し、
前記少なくとも２個の連結機構は前記回転連結部を備え、
前記回転連結部の回転に必要なトルクを個別に変更可能であること、を特徴とする請求項１に記載の超音波水位計測装置。
容器内の水位を計測する超音波水位計測装置であって、
上下方向に互いに間隔をあけて前記容器の外表面に接触させて着脱可能に設置可能で、前記容器の外表面に接触して設置されたときに前記容器の外表面との間で超音波を送受信可能な複数の超音波送受信機構と、
前記複数の超音波送受信機構を互いに機械的に連結する連結機構と、
前記複数の超音波送受信機構と電気的に接続されて前記複数の超音波送受信機構に超音波の送受信をさせて、前記超音波送受信機構から超音波信号を受信する超音波駆動機構と、
前記複数の超音波送受信機構と前記超音波駆動機構とを電気的に接続するケーブルと、
前記超音波駆動機構で受信した超音波信号を収録して解析するデータ収録・解析機構と、
を有し、
前記連結機構は、前記複数の超音波送受信機構のうちの互いに隣接する２個の超音波送受信機構の間の距離を伸縮可能に当該２個の超音波送受信機構同士を連結するものであること、を特徴とする超音波水位計測装置。
容器内の水位を計測する超音波水位計測装置であって、
上下方向に互いに間隔をあけて前記容器の外表面に接触させて着脱可能に設置可能で、前記容器の外表面に接触して設置されたときに前記容器の外表面との間で超音波を送受信可能な複数の超音波送受信機構と、
前記複数の超音波送受信機構を互いに機械的に連結する連結機構と、
前記複数の超音波送受信機構と電気的に接続されて前記複数の超音波送受信機構に超音波の送受信をさせて、前記超音波送受信機構から超音波信号を受信する超音波駆動機構と、
前記複数の超音波送受信機構と前記超音波駆動機構とを電気的に接続するケーブルと、
前記超音波駆動機構で受信した超音波信号を収録して解析するデータ収録・解析機構と、
を有し、
前記複数の超音波送受信機構のうちの一部の超音波送受信機構位置または向きを変えるための位置調整機構をさらに有すること、を特徴とする超音波水位計測装置。
前記データ収録・解析機構は、前記超音波駆動機構で受信した超音波信号を収録して解析して前記複数の超音波送受信機構それぞれの位置が前記水位よりも上方か下方かを判定すること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の超音波水位計測装置。
前記複数の超音波送受信機構のうちの少なくとも１個は、
フレームと、
前記フレームに固定されて超音波送受信可能な１個の超音波送受信素子と、
前記フレームに固定されて前記容器の外表面に接触して当該容器の外表面に着脱可能に取り付けられる２個の接触機構と、
を備え、
前記少なくとも１個の超音波送受信機構は、前記容器の外表面に対して、前記１個の超音波送受信素子の１点および前記２個の接触機構の各１点で接触するように構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の超音波水位計測装置。
容器内の水位を計測する超音波水位計測方法において、
送受信可能な複数の超音波送受信機構を、互いに隣接する２個の前記超音波送受信機構同士の相対的な向きを変えられるように互いの回転が可能な回転連結部を備える連結機構によって互いに機械的に連結する連結ステップと、
前記複数の超音波送受信機構と超音波駆動機構とをケーブルによって電気的に接続する接続ステップと、
前記連結ステップおよび前記接続ステップの後に、前記複数の超音波送受信機構を、上下方向に互いに間隔をあけて前記容器の外表面に接触させて着脱可能に設置する設置ステップと、
前記設置ステップの後に、前記複数の超音波送受信機構と前記超音波駆動機構とにより前記複数の超音波送受信機構に超音波の送受信をさせて、前記超音波送受信機構と前記容器の外表面との間で超音波を送受信させる超音波送受信ステップと、
前記超音波送受信ステップで前記超音波駆動機構が受信した超音波信号を収録して解析するデータ収録・解析ステップと、
を有することを特徴とする超音波水位計測方法。