JP7125188B1

JP7125188B1 - 水位検知システム

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Publication number: JP7125188B1
Application number: JP2022069102A
Authority: JP
Inventors: 一徳川島
Original assignee: Wota Corp
Current assignee: Wota Corp
Priority date: 2022-04-19
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2022-08-24
Anticipated expiration: 2042-04-19
Also published as: JP2023158981A

Abstract

【課題】液体が貯められる容器の内部側面に電解質を有する異物が付着しやすい状況下であっても、容器に貯められている液体の水位を精度良く検出する。【解決手段】水位検知システム１０は、液体を貯めるための容器１１と、所定周波数の電気信号を出力する発信器１２と、容器１１内に設置され、かつ発信器１２から出力された電気信号に応じた所定周波数の電波を出力する電極１３と、容器１１内の液体との間に発生する電界を検知する電界センサ１４と、電界センサ１４によって検知された電界の強度に基づいて、容器１１内に貯められている液体の水位を検知する制御装置１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、水位検知システムに関する。

特許文献１には、耐久性が高く且つ保守が容易な流速を計測するセンサが開示されている。このセンサは、導波管内の音を入力して音電気信号を出力し、音電気信号から音の周波数スペクトルを求め、流体が流れていない時の空間の容積を求める（例えば、［請求項１］を参照）。

また、特許文献２には、ＶＨＦ／ＵＨＦレーダー局を使用して河川流量パラメータを監視するシステムが開示されている。このシステムは、河岸と作動的な関係に位置している少なくとも１つのアンテナアレイを有するレーダー局、少なくとも１つのアンテナアレイに連結されている少なくとも１つの受信チャンネル、少なくとも１つの受信チャンネルに連結されている方向探知モジュール、方向探知モジュールに連結されているエイリアシング除去モジュール、ならびにエイリアシング除去モジュールに連結され、河川横断方向距離の関数として川下表面流量のプロファイルを計算するように作動可能であるプロファイリングモジュール、およびエイリアシング除去ブロックに連結され、河川放流量を推定するためにレーダー局によって測定された表面速度のサブセットを利用するように作動可能であるインデキシングモジュールからなる群より選択される少なくとも１つのモジュールを含む（例えば、特許文献２の明細書段落［００１０］）。

また、特許文献３には、水の有無および付着物の有無を正確に、高速に判定できる静電容量型水位センサが開示されている。この静電容量型水位センサは、検出手段が出力する検出信号が、水が有る判定するための第１の基準値以下の場合に、受信電極の近傍に水が有ると判定し、第１のシールド電極に印加される高周波パルス信号の電圧振幅は、送信電極に印加される高周波パルス信号の電圧振幅よりも小さい、ことを特徴とする（例えば、［要約］を参照）。

特許第6476789号公報特許第5460066号公報特開2017-181086号公報

ところで、容器に貯められている液体の水位を検出する際には、特許文献３に開示されているような静電容量センサが用いられることがある。この場合、静電容量センサは容器外部の側面付近に設置されることが多い。しかし、容器内部の側面に汚れ又は異物等が付着した場合は、静電容量センサは汚れ又は異物の位置を水位として検知してしまう場合がある。

特許文献３に開示されている技術は、貯留部の水の有無を判定すると共に、検出信号が基準値以上の場合に付着物が有ると判定する。しかし、特許文献３に開示されている静電容量センサの構成は複雑である。また、付着物が有ることは検知せずに、単に水位のみを検知したいという場合も多い。

本開示は、上記の事情を鑑みてなされたもので、液体が貯められる容器の内部側面に電解質を有する異物が付着しやすい状況下であっても、容器に貯められている液体の水位を精度良く検出することができる、水位検知システムを提供する。

本開示の第１態様は、液体を貯めるための容器と、所定周波数の電気信号を出力する発信器と、前記容器内に設置され、かつ前記発信器から出力された電気信号に応じた所定周波数の電波を出力する電極と、前記容器内の液体との間に発生する電界を検知する電界センサと、前記電界センサによって検知された前記電界の強度に基づいて、前記容器内に貯められている液体の水位を検知する制御装置と、を備える水位検知システムである。

本開示によれば、液体が貯められる容器の内部側面に電解質を有する異物が付着しやすい状況下であっても、容器に貯められている液体の水位を精度良く検出することができる、という効果が得られる。

本実施形態の水処理システムの概略構成の一例を示す図である。制御装置として機能するコンピュータの概略ブロック図である。本実施形態の水処理システムの作用を説明するための図である。本実施形態の水処理システムの作用を説明するための図である。

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。

＜実施形態の水位検知システム＞
図１は、本実施形態の水位検知システム１０を示す図である。図１に示されるように、本実施形態の水位検知システム１０は、容器１１と、発信器１２と、電極１３と、電界センサ１４とを備える。なお、水位検知システム１０の構成は図１に限定されるものではない。図１は、実施形態である水位検知システム１０を説明するためのものであり、各種構成要素の配置及び構成等は、図１に限定されるものではない。

容器１１には、所定の液体が貯められる。容器１１は、例えば、樹脂製の液体タンクである。本実施形態の水位検知システム１０は、この容器１１に貯められている液体の水位を検知する。なお、容器１１は、例えば、１０リットルから１０，０００リットルの液体を貯めることが可能なタンクである。

容器に貯められている液体の水位を検知しようとする場合には、静電容量センサが利用されることがある。しかし、液体が貯められる容器の内側には、その液体又は容器の性質に応じて汚れ又は異物等が付着する場合がある。例えば、特開2022-014999号公報に開示されているような手洗い装置では、ユーザによって一度利用された水を貯水しておく必要があるため、その水が汚れている場合には貯水タンクの内側の側面に汚れ又は異物等が付着する場合がある。貯水タンクの内側の側面に汚れ又は異物等が付着した場合、一般的な静電容量センサは汚れ又は異物の位置を水位として検知してしまう場合がある。

そこで、本実施形態の水位検知システム１０では、容器１１内に電極１３を設置し、その電極１３から特定の周波数を有する電波を出力させる。容器１１に貯められている液体の種類によって、その液体を透過する電波は異なる。

そこで、本実施形態の水位検知システム１０は、電波と液体との間における上述したような性質を利用して、容器１１に貯められている液体Ｗの水位を検知する。具体的には、容器１１に貯めることが予定されている液体内を伝搬しやすい電波の周波数が、電極１３から出力される電波の周波数として予め設定される。

図１に示されるように、液体Ｗの水位Ｌが電極１３の先端部１３Ａよりも高い場合には、電極１３の先端部１３Ａから出力された所定周波数の電波が、液体Ｗ内を伝搬し、液体Ｗと電界センサ１４との間において電界が発生する。水位検知システム１０は、この電界を検知することにより、水位Ｌが電極１３の先端部１３Ａよりも高いと判定する。これにより、液体が貯められる容器の内部側面に電解質を有する異物が付着しやすい状況下であっても、容器に貯められている液体の水位を精度良く検出することができる。以下、具体的に説明する。

発信器１２は、所定周波数の電気信号を出力する。なお、この発信器１２が出力する電気信号の所定周波数は、容器１１に貯められている液体の性質又は容積に応じて予め設定される。具体的には、容器１１に貯めることが予定されている液体が伝搬しやすい電波の周波数が、発信器１２が出力する電気信号の所定周波数として予め設定される。

電極１３は、図１に示されるように、容器１１内に設置され、かつ発信器１２から出力された電気信号に応じた電波を出力する。

電界センサ１４は、発信器１２が出力する電気信号が有する所定周波数に共振点を有しているセンサである。電界センサ１４は、容器１１内の液体との間に発生する電界を検知する。

制御装置１６は、電界センサ１４によって検知された電界の強度に基づいて、容器１１内に貯められている液体の水位を検知する。制御装置１６は、電界センサ１４によって検知された電界の強度が所定閾値以上である場合には、液体Ｗの水位Ｌが所定値以上であると判定する。一方、制御装置１６は、電界センサ１４によって検知された電界の強度が所定閾値未満である場合には、液体Ｗの水位Ｌが所定値未満であると判定する。

制御装置１６は、例えば、図２に示すコンピュータ５０で実現することができる。コンピュータ５０はＣＰＵ５１、一時記憶領域としてのメモリ５２、及び不揮発性の記憶部５３を備える。また、コンピュータ５０は、入出力装置等（図示省略）が接続される入出力interface（Ｉ／Ｆ）５４、及び記録媒体５９に対するデータの読み込み及び書き込みを制御するread/write（Ｒ／Ｗ）部５５を備える。また、コンピュータ５０は、インターネット等のネットワークに接続されるネットワークinterface（Ｉ／Ｆ）５６を備える。ＣＰＵ５１、メモリ５２、記憶部５３、入出力Ｉ／Ｆ５４、Ｒ／Ｗ部５５、及びネットワークＩ／Ｆ５６は、バス５７を介して互いに接続される。

記憶部５３は、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）、solid state drive（ＳＳＤ）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリによって実現できる。記憶媒体としての記憶部５３には、コンピュータ５０を機能させるためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵ５１は、プログラムを記憶部５３から読み出してメモリ５２に展開し、プログラムが有するプロセスを順次実行する。

なお、プログラムにより実現される機能は、例えば半導体集積回路、より詳しくはApplication Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等で実現することも可能である。

＜水位検知システム１０の作用＞
次に、実施形態の水位検知システム１０の作用について説明する。

図３に示されるように、電極１３は、発信器１２から出力された電気信号に応じた電波Ｒを逐次出力する。図３に示されている場面は、液体Ｗの水位Ｌは電極１３の先端部１３Ａよりも低いため、液体Ｗと電界センサ１４との間における電界の強度は低い。そのため、制御装置１６は、電界センサ１４から出力される電界の強度が所定閾値未満であると判定する。

一方、図４に示される場面は、容器１１内の液体Ｗの水位Ｌが上昇し、液体Ｗの水位Ｌは電極１３の先端部１３Ａよりも高い。この場合には、液体Ｗと電界センサ１４との間における電界の強度は高い。そのため、制御装置１６は、電界センサ１４から出力される電界の強度が所定閾値以上であると判定する。

なお、電極１３の長さを調整することにより、容器１１に貯められている液体の任意の水位を検知することが可能となる。例えば、容器１１に貯められている液体が満水であること又は液体の水枯れを検知することができる。

以上説明したように、実施形態に係る水位検知システム１０は、液体を貯めるための容器１１と、所定周波数の電気信号を出力する発信器１２と、容器１１内に設置され、かつ発信器１２から出力された電気信号に応じた所定周波数の電波を出力する電極１３と、所定周波数に共振点を有し、容器１１内の液体との間に発生する電界を検知する電界センサ１４と、を備える。これにより、液体が貯められる容器の内部側面に電解質を有する異物が付着しやすい状況下であっても、容器に貯められている液体の水位を精度良く検出することができる。

容器１１内に貯められる液体が汚水等である場合には、容器１１内側の側面に電気伝導度の高い異物等が付着しやすい。静電容量センサを用いて水位を検知する場合には、非接触であっても異物の層が厚い場合にはその電気伝導度が高くなり、静電容量センサは異物の位置を水位として検知してしまう場合がある。

これに対し、実施形態に係る水位検知システム１０は、液体と電界センサとの間に発生する電界を検知し、電界の強度に応じて水位を検知することにより、容器１１内側の側面に電気伝導度の高い異物が付着したことによる影響は受けず誤検知が抑制される。

なお、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上記実施形態では、発信器１２が所定周波数の電気信号を出力する場合を例に説明したがこれに限定されるものではない。例えば、制御装置１６が所定周波数の電気信号を生成し、その電気信号を出力するようにしてもよい。または、制御装置１６が所定周波数の電気信号を生成し、発信器１２がその電気信号を出力するようにしてもよい。

また、本願明細書中において、プログラムが予めインストールされている実施形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能である。例えば、プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の非一時的（non-transitory）記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

なお、上記実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）、及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。または、プロセッサとしては、ＧＰＧＰＵ（General-purpose graphics processing UNIT）を用いてもよい。また、各処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

また、本実施形態の各処理を、汎用演算処理装置及び記憶装置等を備えたコンピュータ又はサーバ等により構成して、各処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムは記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。もちろん、その他いかなる構成要素についても、単一のコンピュータやサーバによって実現しなければならないものではなく、ネットワークによって接続された複数のコンピュータに分散して実現してもよい。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

なお、上記実施形態においては、「××のみに基づいて」、「××のみに応じて」、「××のみの場合」というように「のみ」との記載がなければ、本明細書においては、付加的な情報も考慮し得ることが想定されていることに留意されたい。一例として、「ａの場合にｂする」という記載は、明示した場合を除き、「ａの場合に常にｂする」ことを必ずしも意味しない。

また、何らかの方法、プログラム、端末、装置、サーバ又はシステム（以下「方法等」）において、本明細書で記述された動作と異なる動作を行う側面があるとしても、開示の技術の各態様は、本明細書で記述された動作のいずれかと同一の動作を対象とするものであり、本明細書で記述された動作と異なる動作が存在することは、当該方法等を本開示の技術の各態様の範囲外とするものではない。

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
液体を貯めるための容器と、
所定周波数の電気信号を出力する発信器と、
前記容器内に設置され、かつ前記発信器から出力された電気信号に応じた所定周波数の電波を出力する電極と、
前記容器内の液体との間に発生する電界を検知する電界センサと、
前記電界センサによって検知された前記電界の強度に基づいて、前記容器内に貯められている液体の水位を検知する制御装置と、
を備える水位検知システム。

（付記２）
前記制御装置は、前記電界の強度が所定閾値以上である場合に、前記水位が所定値以上であると判定する、
付記１に記載の水位検知システム。

（付記３）
前記制御装置は、前記電界の強度が所定閾値未満である場合に、前記水位が所定値未満であると判定する、
付記１又は付記２に記載の水位検知システム。

（付記４）
前記電界センサは、所定周波数に共振点を有する、
付記１～付記３の何れか１項に記載の水位検知システム。

１０水位検知システム
１１容器
１２発信器
１３電極
１３Ａ先端部
１４電界センサ
１６制御装置
５０コンピュータ

Claims

液体を貯めるための容器と、
所定周波数の電気信号を出力する発信器と、
前記容器内に設置され、かつ前記発信器から出力された電気信号に応じた所定周波数の電波を出力する電極と、
前記容器内の液体との間に発生する電界を検知する電界センサと、
前記電界センサによって検知された前記電界の強度に基づいて、前記容器内に貯められている液体の水位を検知する制御装置と、
を備える水位検知システム。
前記制御装置は、前記電界の強度が所定閾値以上である場合に、前記水位が所定値以上であると判定する、
請求項１に記載の水位検知システム。
前記制御装置は、前記電界の強度が所定閾値未満である場合に、前記水位が所定値未満であると判定する、
請求項１又は請求項２に記載の水位検知システム。
前記電界センサは、所定周波数に共振点を有する、
請求項１に記載の水位検知システム。