JPH04232818A

JPH04232818A - 低周波音響燃料センサ装置

Info

Publication number: JPH04232818A
Application number: JP3175414A
Authority: JP
Inventors: Kenn S Bates; ケン・エス・ベイツ; David B Chang; デイビッド・ビー・チャング
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1992-08-21
Also published as: KR920002444A; EP0467657A1; CA2046110A1; US5251482A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、体積計測センサに関
し、特にコンテナまたはタンク内の空気の体積を計測し
、コンテナ内の残存する体積を占有する液体、粉末、ま
たは固体の体積を表す体積計測センサとしての低周波音
響燃料センサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料ゲージのための新規設計が必要にな
ることを示唆するため、多くの要因が、近年注目されて
きている。小型自動車を望んでいる消費者の出現に伴い
、設計者はスペース効率を成し遂げるために使用してい
る回旋状の燃料タンクの適応性を好む。これは、今日使
用する簡単な燃料レベルゲージからの変更が必要とされ
る。

【０００３】長く、そしてより全てを含んだ保証のため
に声に出されたこれらの要求を有している消費者が、こ
のような自動車製造から得られる。結果として、製造は
可能な場合は何時でも修理費を少なくするための方法が
期待される。今、自動車が不完全な燃料ゲージにより修
理するため打込まれると、全体のタンクは取替えられる
。古い燃料タンクを切裂くと共にゲージを修理するコス
トは、かなり高い。製造者は、廃棄されるべきでない良
好な燃料タンクのために、外部から取付けられるかまた
は容易に移動可能な燃料センサが好まれ、これにより、
保証修理コストが減少する。

【０００４】自動車が平らな場所にない場合及び／また
は燃料がタンク内を変動して安定しない場合（以下スロ
ッシングと記す）は、燃料レベルゲージのエラーの原因
となる。今日の定期的に往復する運転者の停止及びスタ
ートの量が増えることを考慮すると、燃料スロッシング
は時間が経過するにつれて、不正確な燃料ゲージを表し
得る。これは、レベル及びスロッシングに無関係な燃料
量センサの必要を高めている。

【０００５】新しいダッシュボードディスプレイは、そ
れらの読出しの正確さが高い等級を表す。今、残存する
燃料の読出しの正確さを制限する要因は、燃料量ゲージ
それ自体を除いてもはやディスプレイとはならないもの
である。車の製造者は燃料ゲージをより正確にするもの
である。

【０００６】これら４つの強要される理由は、新しいま
たは改良された燃料量ゲージのための限定された必要を
示している。正確さ、外部からの取付け、または移動可
能な、燃料体積センサは、上述した問題の全てを解決す
るためのものである。

【０００７】従来のゲージは年ごとの燃料の計測で使用
されてきた。その相対的に静止した工程及び限定された
俯仰角で、自動車は機械的フロートセンサを代表的に使
用する。このセンサは上記タンクの流体のレベルを検出
するもので、安価なものである。

【０００８】幾つかの飛行機は機械的フロートセンサを
使用しているが、最も多いのは円筒形容量性センサを使
用している。どちらのセンサも使用され、これらのセン
サのマトリクス（代表的に４から１２）は、翼の内側の
各燃料タンク内で代表的に使用される。これらは、飛行
機の翼及び胴体内の利用できるこの限定された空間で最
良の利益を得るため、飛行機内部に多くの分離した燃料
タンクを有している。このセンサのマトリクス及び平均
した電子工学が、横傾斜及び登り坂の間幾つかの正確な
計測を許可するために要求される。上記容量性センサは
機械的フロートセンサよりも正確なものであり、従って
これらは燃料を使い果たす見込みより少ないものである
。しかしながら、容量性センサは機械的フロートセンサ
よりも高価なものであり、自動車に使用するひどく高価
なこのようなセンサのマトリクスを作成している。

【０００９】簡単な機械的フロート燃料センサは、（上
記燃料のレベルで常に上昇する）フロートと、上記フロ
ートを圧迫する垂直レールから成っている。参考として
、Ｅ．Ｗ．　Ｐｉｋｅ　ｅｔ　ａｌ．，　”Ｉｎｖｅｓ
ｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｕｅｌ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ
　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，”ＤＴ
ＩＣ−ＡＤ７１２１２０，　ＵＳＡＦ−ＡＭＣ　Ｗｒｉ
ｇｈｔ　Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ　ＡＦＢ，　Ｏｈｉｏ，　
Ｊｕｎｅ　１９５２を見よ。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このセンサは、上記レ
ールに沿って上下に移動するフロートとして、電圧また
は電流の変化の何れかにより生ずる。これらは、上記機
械的フロートセンサから大きく進歩している。しかしな
がら、最も機械的なフロートセンサは、以下の一般的な
不利益を受ける傾向がある。（１）機械的フロートセン
サは、燃料タンク内の多少の電気を要求する。問題ない
とはいえ、これは安全な見地から更に不利益なものとな
る。（２）どの種類の機械的メカニズムも、移動しない
部分を有するどのシステムよりも高い規則正しさで破壊
する。（３）機械的フロートは、現在有効な他の燃料ゲ
ージより正確さが低い。（４）機械的フロートゲージは
、燃料レベルのみ計測する。これは、燃料スロッシング
、道路の傾き、及び燃料量の計測として燃料レベルの正
確さを減少する今日の回旋状の燃料タンク形状として不
利益となるものである。

【００１１】別の在来的な燃料ゲージは、容量性アレイ
燃料ゲージである。このゲージは、商業上及び軍事上航
空機両者の燃料タンクの年数のために使用されてきてい
る。参考として、Ｗ．Ｂ．　Ｅｎｇｌｅ　ａｎｄ　Ｒ．
Ｍ．　Ｏｗｅｎ，　”Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　
Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｎａｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｂ
ｉａｌ　Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ　Ｉｍｐｌｉｃａｔｅｄ　
ｉｎＡｉｒｃｒａｆｔ　Ｆｕｅｌ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ　
Ｐｒｏｂｅ　Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ，”　ＳＡＥ−７
１０４３９，　Ｎａｔｉｏｎｎａｌ　Ａｉｒ　Ｔｒａｎ
ｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｍｅｅｔｉｎｇ，　Ａｔｌａｎ
ｔａ，Ｇｅｏｒｇｉａ，　Ｍａｙ　１９７１；　Ｊ．　
Ｈｕｄｄａｒｔ，　”Ａｎ　Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　
Ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　Ｆｕｅｌ　Ｇａｕｇｉｎｇ，
”　ＳＡＥ−７９０１３８，　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　
Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，　Ｄｅｔ
ｒｏｉｔ，　ＭＩ，　Ｆｅｂｒｕａｒｙ／Ｍａｒｃｈ　
１９７９；　Ｋ．　Ｓｕｚｕｋｉ，　Ｔ．　Ｔｏｍｏｄ
ａ，　ａｎｄ　Ｓ．　Ｍｏｍｏｏ，　”Ａ　Ｈｉｇｈｌ
ｙＡｃｃｕｒａｒｅ　Ｆｕｅｌ　Ｌｅｖｅｌ　Ｍｅａｓ
ｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，”　ＳＡＥ−８７１９６１
，　Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　Ｃａｒ　Ｍｅｅｔｉｎｇ，　
Ｄｅａｒｂｏｒｎ，　ＭＩ，　Ｏｃｔｏｂｅｒ　１９８
７；　Ｐ．　Ｗｅｉｔｚ　ａｎｄ　Ｄ．　Ｓｌａｄｅ，
　”Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ａｎｔｉ−Ｓｔａｔｉｃ　
Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ｏｎ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｃａｐ
ａｃｉｔａｎｃｅ　Ｆｕｅｌ　Ｇａｕｇｉｎｇ　Ｓｙｓ
ｔｅｍｓ，　”ＡＦＷＡＬ　Ｗｒｉｇｈｔ　Ｐａｔｔｅ
ｒｓｏｎ　ＡＦＢ，　Ｏｈｉｏ，　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
　Ｒｅｐｏｒｔ　＃ＡＦＷＡＬ−ＴＲ−８０−２０５８
，　Ｊｕｎｅ　１９８０　を見よ。このゲージ技術が実
行され、アレイ配置に使用されることによるのが、主た
る理由である。巧妙なアレイ状の配置に於いて多数のセ
ンサを使用することによって、アレイゲージは燃料タン
クの何れかの傾きを平均にすることができる。

【００１２】基本的な容量性燃料センサは、２つの同軸
円筒状電極から成り、燃料は各円筒の壁の間に位置され
る。燃料タンクが満たされると、上記電極間の燃料の高
さは上昇する。上記燃料は誘電媒体として作用し、故に
円筒状容量性プローブの全部の容量を変える。

【００１３】上記プローブは、２つの並列コンデンサと
して並列に取扱うことができる。第１のコンデンサはプ
ローブの下半分であって、上記電極間に燃料誘電を有す
る。第２のコンデンサは上記プローブの上半分であって
、電極間のエアギャップのみ有している。燃料高さは、
上記燃料の一定の誘電体に逆比例したものであり、且つ
計測された容量に正比例したものである。このセンサの
不利益は次の通りである。（１）上記容量センサは高価
なセンサである。このようなセンサのアレイはコストが
更に上昇する。（２）容量性センサは、タンクに於いて
本来電気接触を使用する。（３）上記燃料タンクの微生
物成長は、このセンサの正確さに影響を及ぼすために示
されていた。

【００１４】ファイバオプティックリキッドレベルゲー
ジは、Ｊ．Ｗ．　Ｂｅｒｔｈｏｌｄ，　”Ｆｉｂｒｅ　
Ｏｐｔｉｃ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｓｅｓｏｒｓ，”　
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｓｐｅｃｔｒａ，　２２（１２）
，　１２５−１３８　（Ｄｅｃ．　１９８８），に詳述
されており、２つのファイバ、プリズム、ＬＥＤ及び検
出器を利用している。上記ファイバは、第１のファイバ
からプリズムに光が入射され、硝子と空気の中間面用の
臨界角で底面から跳返るために配置されねばならない。第２のファイバは、プリズムから反射された光を受信す
るためのものである。上記臨界角は、第２の媒体中に生
成される送信されない波の角度である。スネルの法則は
、中間面での送信波と受信波の角度を支配する。プリズ
ム内の光が上記臨界角での面に突当たると、これらは送
信されない波となり、全ての光が第２のファイバ中に反
射される。これがタンク内で使用されて上記液体レベル
がプリズムに近付くと、中間面はいま硝子と液体となる
。そのとき、送信角度は９０°ではなく、送信波が現れ
る。

【００１５】いま、上記反射波は上に述べた場合よりも
小さいエネルギ―を有している。反射波の強度のこのド
ロップは、検出器で検知することができる。各々異なっ
た長さの多数のファイバセンサは、増加するレベル能力
を提供するために使用することができる。上記ファイバ
オプティック燃料ゲージの不利益は、１）センサがタン
クの内側に配置されなければならず、２）フィルムはプ
リズムに形成すると共にセンサを不当にしてしまい、３
）ファイバオプティックセンサは、不連続のセンサであ
り、４）ファイバオプティックセンサは単にレベルセン
サである、ということである。

【００１６】これらは、別の周知の燃料センサ、ボイル
の法則または圧縮燃料量ゲージに関連した２つの技術で
ある。（Ｋ．　Ｗａｔａｎａｂｅ　ａｎｄ　Ｙ．　Ｔａ
ｋｅｂａｙａｓｈｉ，　”Ｖｏｌｕｍｅ　ｍｅａｓｕｒ
ｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｉｑｕｉｄ　ｉｎ　ａ　ｄｅｆｏ
ｒｍｅｄ　ｔａｎｋ，”　ＳＡＥ−８７１９６４，　Ｐ
ａｓｓｅｎｇｅｒ　ｃａｒｍｅｅｔｉｎｇ，　Ｄｅａｒ
ｂｏｒｎ，　ＭＩ，　Ｏｃｔｏｂｅｒ，　１９８７；　
Ｈ．　Ｇａｒｎｅｒ　ａｎｄ　Ｗ．　Ｈｏｗｅｌｌ，　
”Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ　Ｆｕｅｌ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ
　Ｇａｕｇｅ，”　Ｐａｔｅｎｔ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎ，　ＮＡＳＡ−ＣＡＳＥ−Ｌａｒ−１３１４７−１
，　Ａｕｇｕｓｔ．を参照。）上記第１の技術（Ｂｅｃ
ｋｍａｎ　の方法）は、上記ガスの体積を計測するため
に等温圧縮を使用する。体積の何れかの等温（一定温度
の）変化は、圧力の変化によって達成される。ピストン
のような、その体積を崩壊させるシステムに接続される
この圧力変化を計測は、全体のタンク体積の計測を生じ
させる。この技術は、１つの主たる不利益である。それ
は、空気孔を有するかまたは何れかの種類のリークを有
するタンク内で作用することができる。このようなリー
クは、計測に批判的であるそれを確立する圧力が許され
ない。

【００１７】Ｗａｔａｎａｂｅ及びＴａｋｅｂａｙａｓ
ｈｉ，　ｉｄ．により提案された第２の方法は、タンク
内の空気の体積を決定するために圧力のステップ機能及
び断熱的な（熱の流れのない）プロセスを使用する。こ
の方法は、タンク内の小、中、大のホールを扱うことが
できる。上記タンク内のリークの結果は、ゲージの結果
と変わらず、これらはタンク内の圧縮パルスの緩和時間
及びダンピングのみ緩和する。ステップ応答後の圧縮速
度の減衰に注意することにより、上記ガス体積を決定す
ることができる。このシステムの不利益は、（１）上記
システムは巨大であり重い、（２）断熱システムはより
複雑な電子工学を要求し、（３）上記ピストン及びバル
ブは他の自動車燃料ゲージと比較して非常に高価となる
べくこのゲージを生じさせる電子工学と共に含まれる、
ということである。

【００１８】原子核の崩壊ゲージは、アメリシウム（Ａ
ｍ）またはクリプトン（Ｋｒ）ガス（またはソース等の
アレイ）等の原子核の崩壊ソース、及び（ガイガーミュ
ラーチューブまたは固体放射検出器のような）検出器か
ら成っている。参照のため、Ｋ．Ｖ．　Ｐｅａｒｓｏｎ
，　”Ｎｕｃｌｅｏｎｉｃ　Ｆｕｅｌ　Ｑｕａｎｔｉｔ
ｙ　Ｇａｕｇｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，”　Ｓｏｃｉｅｔ
ｙ　ｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，
　Ｓｅａｔｔｌｅ，　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，　１９７４；
　Ｊ．Ｒ．　Ｗｅｂｓｔｅｒ，　”Ｎｕｃｌｅｏｎｉｃ
　Ｍａｓｓｍｅｔｒｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉ
ｏｎ　ｏｆ　Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ　ｆｏｒ　Ａｉｒ
ｃｒａｆｔ，”　Ａｉｒ　ＦｏｒｃｅＦｌｉｇｈｔ　Ｄ
ｙｎａｍｉｃｓ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，　Ｗｒｉｇｈ
ｔ　Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ　Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｂａｓ
ｅ，　Ｏｈｉｏ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ　
　＃ＡＦＦＤＬ−ＴＲ−７０−１２７，　Ａｐｒｉｌ，
　１９７１；　Ｊ．Ｊ．　Ｓｉｎｇｈ，　Ｇ．Ｈ．　Ｍ
ａｌｌ，Ｄ．Ｒ．　Ｓｐｒｉｎｋｌｅ，　ａｎｄ　Ｈ．
　Ｃｈｅｇｉｎｉ，　”Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ
　ａ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｇａｕｇｅ　ｆｏｒ　Ｆｕｅｌ
　Ｑｕａｎｔｉｔｙ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ａｂｏ
ａｒｄ　Ａｉｒｃｒａｆｔ，”　ＮＡＳＡ−ＴＭ−８７
７０６，　Ａｕｇｕｓｔ，　１９８５；　ａｎｄＤ．Ｒ
．　Ｓｐｒｉｎｋｌｅ　ａｎｄ　Ｃ．　Ｓｈｅｎ，　”
Ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔ
ｈｅ　ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ　ｉｎｎｕｃｌｅａｒ　
ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
ｓｏｆ　ａｖｉａｔｉｏｎ　ｆｕｅｌｓ，”　ＮＡＳＡ
−ＴＭ−４０７７，１９８８を見よ。

【００１９】上記ソースは、上記燃料がそれと検出器と
の間にあるために配置される。このような簡単なシステ
ムは、１つのソース、方形のタンク及び１つの検出器か
ら成る。このシステムの不利益は、（１）検出器及びソ
ースが高価であり、（２）ゲージはおそらく移動可能に
作成することができない、（３）このゲージはレベル計
測のみ生じることである。

【００２０】音響パイプ共振燃料ゲージは、タンク内に
垂直に立っている燃料内に沈められた簡単なパイプを使
用するが、上記チューブを満たすために燃料を許可する
ために底が開かれる。聴取者は開口チューブ内の定在波
を駆動するために使用される。共振周波数及び上記チュ
ーブ内の定在波長は、タンク内の液体の体積の高さを決
定する。参照のため、Ｂ．Ｄ．　Ｋｅｌｌｅｒ，　Ｃ．
Ｒ．　Ｍａｔｅｒ，　ａｎｄ　Ｂ．　Ｂｌａｎｔｅｒ，
　”ＡｃｏｕｓｔｉｃＦｕｅｌ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ　Ｍ
ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ，”ＮＡＤＣ−７
８１８７−６０，　ＮＡＤＣ　Ｗａｒｍｉｎｓｔｅｒ，
　ＰＡ，　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９８０　を見よ。１／
４波長の残りの整数が上記聴取者と燃料レベルとの間の
間隔を正確に適合するかどうかにより、上記パイプの共
振周波数は決定される。上記音響パイプ共振燃料ゲージ
の不利益は、それが燃料レベルゲージのみとなることで
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、１
つ以上の励起周波数でコンテナ内のガスを音響的に励起
する手段と、音響励起信号に上記コンテナ内のガスキャ
ビティの音響応答を表す応答信号を提供する手段と、上
記コンテナ内のガスの体積を表すガス体積信号を提供す
るために上記応答信号に応答する処理手段とを具備し、
上記コンテナ内のガスキャビティのガスの体積を計測す
ることを特徴とする。

【００２２】またこの発明は、所定の体積のコンテナ内
の液体、粉末若しくは固体状態の物質の体積を計測する
装置であって、上記コンテナ内部は上記物質の体積を含
み、上記コンテナの残存する体積はエアキャビティ内の
空気等のガスで満たされるもので、励起周波数の範囲に
渡って上記コンテナ内の空気を音響的に励起する手段と
、音響励起信号に対して上記コンテナ内のエアキャビテ
ィの音響応答を表す応答信号を提供する手段と、上記コ
ンテナ内の物質の体積を表す物質体積信号を提供する励
起信号及び対応する応答信号の周波数に応答するもので
、上記応答信号と上記励起周波数から上記コンテナ内の
空気の体積を決定する手段と、上記コンテナ内の物質の
対応する体積に上記コンテナの空気の体積及び周知の体
積を関連付ける手段とを備える処理手段と、を具備する
ことを特徴とする。

【００２３】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、構成が容易で且つ正確に計測することができ、安価
な低周波音響センサ装置を提供することを目的とする。

【００２４】

【作用】この発明による低周波音響センサ装置は、周知
の体積のコンテナ内の液体、粉末若しくは固体の体積を
計測するために詳述されたものであり、上記コンテナの
内部は液体、粉末若しくは固体の体積を含み、上記コン
テナの残存する体積はエアキャビティ内の空気等のガス
で満たされる。上記センサ装置は、上記キャビティに関
連してコンテナの壁または頂部カバーに設けられたオリ
フィスを含んでいる。手段は励起周波数の領域に渡って
上記オリフィスを経てコンテナ内のガスまたは空気を音
響的に励起させるために提供されるものである。例えば
この手段は、上記オリフィスに音響的に結合した音響ト
ランスデューサと、このトランスデューサに駆動信号を
発生させる周波数走査励起信号源とを含み得る。

【００２５】また、上記センサ装置は、上記音響励起信
号に対してコンテナ内のエアキャビティの音響応答の振
幅を表す応答信号を提供する手段を更に備えている。こ
れは例えば、タンクまたはサイドチャンバ内のトランス
デューサまたはマイクロホンに流れる駆動信号電流を計
測する手段を含んでもよい。

【００２６】この発明に従って、上記センサ装置は、上
記コンテナの液体の体積を表示する液体体積信号を提供
する対応する応答信号及び励起信号の周波数に応答する
処理手段を更に備えている。上記処理手段は、上記応答
信号及び励起周波数からコンテナ内の空気の体積を決定
する手段と、上記コンテナ内の液体の対応する体積に対
するコンテナの周知の体積及び空気の体積に関連する手
段を含んでいる。故に、上記液体体積は、総コンテナ体
積に等しく上記エアキャビティ体積より少ないものであ
る。

【００２７】この発明に従って、音響励起手段は、サイ
ドチャンバハウジングを含み、そのタンク内のトランス
デューサ及びオリフィスが上記再度チャンバ内のエレメ
ント間に配置される。この場合、共振器はサイドチャン
バに並列に駆動され、そのため上記エアキャビティは共
振キャビティである。そして、プロセッサは上記キャビ
ティの共振周波数を決定し、エアキャビティ体積に共振
周波数を関連させるものである。

【００２８】またこの発明に従って、音響励起は、チュ
ーブに直接結合したトランスデューサを経て行われるも
ので、上記チューブはタンク内のオリフィスに結合され
たものである。チューブの長さは、幾つかの場合、タン
ク壁の厚さにのみでかなり短いものとなる。上記チュー
ブ及びオリフィスは、ヘルムホルツ共振器を形成し、共
振周波数は空気の体積の平方根に逆比例したものである
。

【００２９】この発明に於いて、トランスデューサは上
記オリフィスに直接取付けられるもので、上記エアキャ
ビティの音響インピーダンスは上記対応するエアキャビ
ティ体積を得るために使用されるものである。

【００３０】更にこの発明に於いて、円環状のサイドチ
ャンバは、小さいチューブを経たタンクのオリフィスに
結合され、ファンはエッジトーン発生器を覆ってサイド
チャンバを介して空気を送風し、発生させるために乱流
作用を生じるものである。乱流はホワイトノイズを発生
し、全周波数でタンク内の空気を刺激する。マイクロホ
ンは音を集音し、信号処理器は最も音の大きい周波数を
検出し、タンク内の空気の体積に周波数を相関させる。

【００３１】

【実施例】この発明の１つの目的に従って、体積センサ
は、例えば自動車の燃料タンク等のタンク内の燃料の体
積を計測するためにヘルムホルツ共振器効果を利用する
それを提供されたものである。好ましい実施例が燃料セ
ンサに指向されるにもかかわらず、この発明はコンテナ
内の何れか圧縮不可能の液体、粉末または固体の体積を
推論するこの計測から、コンテナ内のガスの体積を計測
するために一般的な適用を有していることが理解される
べきである。

【００３２】ヘルムホルツ共振器は周知のものであり、
図１に示されるような主要部及びスプリング振動に機械
的に類似したものである。長さｌのチューブは、領域Ａ
を介してタンク内の空気の体積を伝達する。ここで、上
記主要部はチューブ内の空気のプラグのそれであり、ば
ね係数Ｋのスプリングは、タンク内の空気の体積Ｖであ
る。このような振動システムを述べる微分方程式が、（
１）式として示される。

【００３３】　　　　　　Ｍ（ｄ２　ｘ／ｄｔ２　）＋ＫＸ＝Ｆ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…
（１）　　　　　　（−ω２　Ｍ＋Ｋ）Ｘ＝Ｆ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　…（２）　　　　　　　　Ｘ＝Ｆ／（−ω２
　Ｍ＋Ｋ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　…（３）　　これらは以下の
関係式で表されるヘルムホルツ共振器のためのものであ
り、Ｍ＝ρＡｌ′ Ｋ＝ρＣ２　Ａ２　／ＶＦ＝Ｐｏｕｔ　Ａ但し、Ｐｏｕｔ　は共振器オリフィス外側の圧力、Ｘは
平均粒子外容積、 ρはガスの密度、Ａはオリフィスの領域、Ｃは空気中の音速、ｌ′は（ｌより僅かに長い）チューブの空気プラグの有
効長、Ｖはチューブ内の空気の体積である。

【００３４】上記空気プラグの長さは、チューブの長さ
に単純に等しいものではない。それは、チューブの各開
口周囲の空気が上記プラグの主要部に影響を及ぼす内部
を有しているからである。付加された主要部、及びそれ
故に付加された長さ（Δｌ）は、半径ｒの関数であり、
Δｌ＝０．６１ｒとなる。したがって、ｌ′＝ｌ＋（１
．２２）（ｒ）である。

【００３５】共振周波数は、（４）式のように分母が零
になるとき発生する（（３）式）。

【００３６】　　　　　　−ωＲ　２　Ｍ＋Ｋ＝０　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　…（４）したがって、次のようになる。

【００３７】　　　　　　ωＲ　＝（Ｋ／Ｍ）１／２　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　…（５）　　　　　　　　　　＝（（ρＣ２
　Ａ２　／Ｖ）／ρＡｌ′）１／２　　　　　　　　　
　　　　　　…（６）　　　　　　　　　　　　＝（Ｃ
２　Ａ／ｌ′Ｖ）１／２　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　…（７）　　この発明
は、タンク内の空気の体積を計測するためにタンク内の
空気体積の共振周波数を決定する。タンク内の液体、粉
末または固体の体積は、タンク体積から空気体積を差し
引いたものである。

【００３８】図２は、並列ヘルムホルツ共振器システム
のためのインピーダンス対励起周波数の特性図である。直列のヘルムホルツ共振器システムを駆動する一定振幅
スピーカを介する電流（ｉ）対電流の周波数（ｆ）の特
性図は、図３に示される。（一定振幅スピーカは周波数
の関数として（一定負荷を駆動するとき）一定振幅を維
持する。）勿論、一定振幅トランスデューサは、この発
明を実施するために要求されないものである。しかしな
がら、上記トランスデューサを使用するのが「一定振幅
」でなければ、訂正が校正曲線の形状で作成されるべく
ものである。

【００３９】このような共振器で並列の一定負荷を駆動
する同様のスピーカは、図２のインピーダンス対周波数
曲線と同様の電流対周波数曲線を有する。空気スペース
の体積は、上記共振周波数ｆ０　により与えられる。

【００４０】　　　　　　Ｖ＝（Ｃ２　Ａ）／（ｌ′４π２　ｆ０　
２　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
８）ここでＣは空気中の音の速度であり、Ａはオリフィ
スの領域であり、ｌ′はチューブ内の空気のプラグの有
効長である。

【００４１】次に、サイドチャンバヘルムホルツ共振器
センサについて述べる。

【００４２】この発明が適用される液体センサシステム
５０が、図４に示される。上記液体センサシステム５０
は、エアキャビティ６４のタンク６２内に形成されたオ
リフィス５４を介して伝達する第１のパイプ５２から成
っている。第２のパイプ５８は上記第１のパイプ５２に
応じて横方向に取付けられるもので、オリフィス５９を
経て第１のパイプ５２に伝達するサイドチャンバ５８Ａ
を形成している。

【００４３】手段は、信号が走査された周波数でキャビ
ティ６４を励起するために提供されるものである。この
実施例に於ける励起手段は、スピーカ、及び上記トラン
スデューサ５６を駆動するためのコントローラ信号プロ
セッサ６６によって制御されたサイン波発生器６５のよ
うな周波数走査源等の第１のトランスデューサ５６を備
えている。第１のトランスデューサ５６は、サイドチャ
ンバチューブ５８の第１端に取付けられている。

【００４４】上記システム５０は、その音響信号入射を
表す電気信号を提供する第２のトランスデューサ６８を
更に備えている。この第２のトランスデューサ６８は、
例えばマイクロホンを備えてもよい。

【００４５】また、上記システム５０は、上記トランス
デューサ６８間の電圧を表示する信号を提供するボルト
メータ６０を更に備えている。上記コントローラ信号プ
ロセッサ６６は電圧信号を処理し、タンク内の共振周波
数、空気スペース体積及び液体体積から、空気スペース
の共振周波数を決定する。

【００４６】特定の適用に於いて、トランスデューサ５
６は、ヘルムホルツ制度（代表的に２０Ｈｚ〜３００Ｈ
ｚ）の低周波数に於いて作用することのできる従来のオ
ーディオスピーカの形態を得ることができる。トランス
デューサは、対応する音響エネルギ―中に電気駆動信号
を本質的に変換する。第２のトランスデューサ６８は、
コンデンサまたはエレクトレットタイプのようなマイク
ロホンの形態を得るものでもよく、それは関心のある周
波数領域に渡って正確なものである。実施例では、上記
液体は水であり、Ｂｒｕｅｌ　＆　Ｋｊａｅｒ，　１５
４２　Ｅ．　Ｋａｔｅｌｌａ，　Ａｎａｈｅｉｍ，Ｃａ
ｌｉｆｏｒｎｉａ　９２８０５　によるモデル４１６５
、またはＡＣＯ　Ｐａｃｉｆｉｃ，　２６０４　Ｒｅａ
ｄ　Ａｖｅｎｕｅ，Ｂｅｌｍｏｎｔ，　Ｃａｌｉｆｏｒ
ｎｉａ　９４００２によるモデル７０２２等のマイクロ
ホンが、目的のために適切なものである。同実施例では
、液体レベルは燃料の測定されるべきものであり、マイ
クロホンは使用されるべき燃料の苛性フュームに耐える
ものである。

【００４７】それは、励起信号に対する音響応答を記録
するためにマイクロホン等の分離トランスデューサを使
用するために要求されない。例えば、低い機械的インピ
ーダンスによって特徴付けられるトランスデューサは、
トランスデューサ５６として使用することができる。こ
れは、周波数の関数として負荷の変化を感知するために
トランスデューサ５６を可能にしている。トランスデュ
ーサ５６を介した電流は、励起信号に対して音響応答の
表示を提供するために計測することができる。図４に示
されるシステムに於いて、ヘルムホルツ共振器は、タン
ク６２と、大きな円筒状パイプ５８の外のサイドチャン
ネルとしての短いパイプ５２を備えている。圧縮波は、
一端に配置されたスピーカ５６を経て大きな円筒状パイ
プ５８の軸に沿って駆動される。上記パイプ５８の他端
のマイクロホン６８は、周波数に伴った音波振幅の何れ
の変化を示し、よって共振周波数を記録することができ
る。

【００４８】上記システム５０は、以下のように動作す
る。（デバイス６６により駆動する）スピーカ５６は、
音波の１つの周波数を発する。この波は、図４の矢印に
よって表示されるように、パイプ５８に沿って伝わる。上記音波は、タンク共振器を駆動して、マイクロホン６
８を駆動するために前方に伝えるので、それ自身を分割
する。スピーカ音波周波数はインクリメントに上昇され
、プロセスは周波数帯域が排出されるまで繰返される。

【００４９】上記システム５０のヘルムホルツ共振器の
インピーダンスは、ＺＨ　で表すことができる。上記マ
イクロホンのインピーダンスは固定でＺＭ　である。し
たがって、上記システムのインピーダンスは次のように
表される。　　　　　　１／ＺＴ　＝（１／ＺＨ　）＋（１／ＺＭ
　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（９
）上記システム５０は並列システムであり、それ故マイ
クロホンで感知されるような予測された電圧振幅対周波
数曲線は、図２のインピーダンス対周波数曲線と同様に
なる。

【００５０】電子回路は、共振周波数ｆ０　、または共
振周波数を推断するために異なった周波数のトランスデ
ューサ電圧の比を計測するために使用されることができ
、これにより空気の体積を知る。

【００５１】故にコントローラ信号プロセッサ６６は、
予想される周波数領域に渡ってトランスデューサ励起信
号の周波数を走査し、共振、すなわち空気スペース６４
共鳴音の共振周波数を決定するためにトランスデューサ
６８の電圧をモニタする。ｆ０　から、上記空気スペー
スの体積が決定される。よって、タンク６２の全体の体
積は知られるものであり、液体体積はタンク体積から空
気スペース体積を差し引いたものに等しい。これは、例
えばデジタルコンピュータによって計算することができ
る。

【００５２】上記センサ５０の動作の代表的なステップ
は、以下の通りである。

【００５３】１．　　コントローラ信号プロセッサ６６
が、ヘルムホルツ周波数制度（およそ２０Ｈｚから２０
０〜３００Ｈｚ）に渡る周波数を走査する。

【００５４】２．　　共振周波数ｆ０　が、周波数に渡
るその低い振幅応答によってマイクロホン６８を経て検
出される。

【００５５】３．　　コントローラ信号プロセッサ６６
は、共振周波数の値を２乗して、空気体積を定数倍した
ものに共振周波数を変える。（定数は実験的に決定され
る。）４．　　総タンク体積から空気体積を差し引いて燃料体
積を算出する。

【００５６】二者択一的に、共振周波数の与えられたセ
ットに対応する液体体積の値は所定のものとすることが
でき、共振周波数信号に対応してアドレスするべくルッ
クアップテーブルに記憶する。

【００５７】次に、ダイレクトドライブヘルムホルツセ
ンサについて述べる。

【００５８】この発明の第２の実施例を図５に示す。シ
ステム１００は、タンク１０６内の液体スペース１０４
の液体体積Ｖｆ　を推断する空気体積スペースから、空
気スペース１０２内の空気スペース体積を計測する。オ
リフィス１０８は、タンク１０６内に形成される。小さ
いパイプ１１２は、上記オリフィス１０８から延出して
いる。トランスデューサ若しくはスピーカ１１０は上記
パイプ１１２の端部に取付けられるもので、図４に示さ
れたような第２のパイプに代わって、オリフィス１０８
に直接に結合される。図４の実施例のように、周波数ス
キャンニングソース１１６は、トランスデューサ１１０
を駆動する。マイクロホン１１４は、それに入射する音
響エネルギ―に応答するものである。図４の実施例のよ
うに、コントローラ信号プロセッサ１１８はスキャンニ
ングソース１１６を制御し、ボルトメータ１２０はマイ
クロホン１１４の電圧を計測し、プロセッサ１１８は体
積Ｖａ　及び液体体積Ｖｆ　を決定するために電圧信号
情報を処理する。

【００５９】上記システム１００は、以下のように動作
する。スピーカ１１０は、特定周波数で音波を発するも
ので、共振器はタンク１０６と、上記周波数が共振に近
付くと容易に再び止め、そうでないと鈍いパイプ１１２
を具備している。この方法のスピーカ１１０は全体の周
波数領域に渡って走査され、トランスデューサ１１４の
電圧が記録される。システム１００が直列に駆動される
ので、電流対周波数の特性は図３の電圧対周波数の特性
図と似ている。上記コントローラ信号プロセッサは、最
大電圧値とその関連した周波数を常に記憶し、記憶され
た値と全体の周波数帯域の電圧値を比較することによっ
て共振周波数を取上げることができる。共振周波数は、
空気体積、及びそれに従ってタンク内の燃料体積に相関
される。次に、エッジトーンセンサについて述べる。

【００６０】図６は、この発明の第３の実施例でエッジ
トーンセンサ２００を示している。上記システム２００
は、燃料タンク２０２、オリフィス２０４、円環状サイ
ドチャンネル２０８、エッジトーン発生器２１０、ファ
ン２１２及びマイクロホン２１４を備えている。動作に
於いて、ファン２１２は、エッジトーン発生器２１０を
に渡って空気を送風する。エッジトーン発生器２１０は
、サイドチャンネル２０６及び小型パイプ２０８の間の
オリフィスに配置された非常に鋭利な障害物である。エッジトーン発生器２１０は、発生させるために乱流作
用を生じる。この乱流はホワイトノイズを発生し、全周
波数でタンク２０２内の空気を刺激する。音はマイクロ
ホン２１４によって集音される。信号プロセッサ２１６
は最も音の大きい周波数を検出し、タンク内の空気の体
積を得るために計算する。

【００６１】次に、図７を参照して、音響インピーダン
スセンサについて説明する。

【００６２】閉じられたタンク内の空気のキャビティの
音響インピーダンスは、空気２３４の体積を計測するた
めに使用することができる。音響インピーダンスは、図
７に示されるシステム２３０を使用して計測することが
できる。ここで、トランスデューサ２３２は、タンク２
３８内に形成されたアパーチャ２３６に直接に取付けら
れている。（これは、パイプを用いずにキャビティに対
してトランスデューサを結合するために使用されるのが
、図５の実施例から明らかにされる。）非常に小さいア
パーチャ領域Ａのため、トランスデューサ空気プラグの
「有効長」は、上記アパーチャ２３６の半径のおよそ０
．６１倍である。上記半径が小さい場合、これは大きな
ヘルムホルツ共振周波数を意味する。上記トランスデュ
ーサ２３２が共振周波数より十分に低い周波数で動作さ
れる場合、トランスデューサ変位のための（３）式に示
された分母の−ω２　Ｍ項を無視し、効果的なばね係数
と比較することが可能である。この場合、タンク内の気
体の体積Ｖは、トランスデューサ変位の振幅に直接に関
連されるものである。これを知るための別の方法は、タ
ンク内の気体体積と圧力との関係を見ることである。故
に、本質的に「静止の」状態のため、次のようになる。

【００６３】　　　　　　ＰＶ＝ＲＴ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　…（１０）　　　　　　δ（Ｐｖ）＝（
δＰ）Ｖ＋（δＶ）Ｐ＝０　　　　　　　　　　　　　
　　　　　…（１１）　　（１１）式は等温システムを
仮定している。これは、上記トランスデューサの変位を
与えるもので、δｌは（１２）式により求められる。

【００６４】　　　　　　δｌ＝（Ｖ２　／ＫＴ）（Ｆ／Ａ２　）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
１２）ここでＦはトランスデューサの力であり、Ａはト
ランスデューサの断面領域である。

【００６５】上記体積の変位の依存状態は二次方程式で
ある。

【００６６】上記トランスデューサの変位は、同じ振動
板に取付けられた第２のトランスデューサを使用するこ
とにより計測することができ、上記変位は上記体積を決
定するために使用することができる。二者択一的に、電
流はトランスデューサ２３６を介して計測することがで
き、インピーダンスに逆比例するとして使用する。上記
体積は、異なった体積での器具を校正することによって
上記インピーダンスから推断することができる。電子工
学は、二次方程式依存状態に相関するために使用するこ
とができる。

【００６７】故に、図７に於いて、サイン波発生器は、
タンクの共振周波数より十分に低い周波数のサイン波信
号でトランスデューサ２３２を駆動するためにコントロ
ーラデバイス２４２により制御される。電流計２４４は
、トランスデューサ２３２を介して流れる電流を表すコ
ントローラ２４２に信号を提供する。コントローラは、
タンク２３８内の空気２３４の体積を決定するために校
正テーブルに記憶された値と測定された電流値とを比較
する。上記校正テーブルは、タンク２３８内の異なった
燃料／空気体積の関数としてトランスデューサ２３２を
介して電流を計測することによって、または（１２）式
を使用する空気体積を校正することによって、校正サイ
クルの間に集められる。

【００６８】次に、共振周波数の模範的な計算について
説明する。

【００６９】以下の算定された例は、代表的な自動車ガ
スタンク容積の共振器サイズで、サイドチャンバ共振器
システム（図４）の共振周波数の計算を示す。メインシ
リンダ５８が５平方センチの断面領域を有しているもの
とする。シリンダ５８は、一端上にスピーカ５６により
駆動され、音響波がマイクロホン６８によって他端上に
検出される。シリンダの中央に、再度チャンネル、パイ
プ５２がある。類似した電気回路は、多少複雑なもので
あり、上記システムの詳細全てを説明するためにキルヒ
ホッフの連立方程式の解答が要求される。しかしながら
、上記計算は共振の知識を使用することによって大いに
容易にすることができ、どのような結果もシステム内に
有している。

【００７０】標準的なヘルムホルツ共振器フィルタ及び
その電気的アナログの概略は、図８（ａ）及び図８（ｂ
）に示される。

【００７１】上記ヘルムホルツ共振器の共振周波数の計
算は、（１３）式によって求められる。

【００７２】　　　　　　ｆ０　＝ω０　／２π＝（１／２π）（１
／（ＭＣ））１／２　　　　　　　…（１３）ここで、
Ｍ、Ｃはそれぞれ空気のプラグの効果的な質量、及び空
気の体積の応諾である。オリフィスの領域Ａの共振器の
ための選択面積は４センチ２　であり、ｌ＝０．１セン
チ、そして空気体積Ｖ＝１０ガロンである。ｌ′、Ｍ、Ｃはｌ′＝ｌ＋１．２２ｒから計算することが可能であり、ｆ０　＝ω０　／２π＝４６．３Ｈｚとして共振周波数が現れる。

【００７３】その２０ガロンの燃料タンクの計算された
最小及び最大共振周波数（ｆｍｉｎ　及びｆｍａｘ　）
は、空（Ｖ＝２０ｇａｌ、Ｃ＝５．４２×１０−７Ｍ５
　／Ｎｔ）であり、略一杯（Ｖ＝０．５ｇａｌ、Ｃ＝１
．３５×１０−８Ｍ５　／Ｎｔ）は以下の表１のＡ及び
ｌの値の３セットの通りである。

【００７４】

【表１】

【００７５】それ故、低い周波数の範囲は、完全に空の
燃料タンク用に２４〜４５Ｈｚとされる。１９．５ガロ
ンが報告するために必要なその最大体積（一杯に近い）
であるとすると、高い周波数の範囲は１５０〜３００Ｈ
ｚである。トランスデューサ及びマイクロホンは、容易
に利用可能なこの周波数範囲（２４〜３００Ｈｚ）に渡
って正確に計測することができる。

【００７６】体積を決定する図４乃至図６のセンサの共
振周波数は、タンク内の音の速度に比例したものである
。音の速度Ｃは、この場合燃料体積センサに於いて、温
度（Ｔ）、圧力（Ｐ）及び燃料混合物の関数である（Ｃ
は空気より純粋なブタンで４０％低い）。故に、自動車
燃料体積センサ適用のため、幾つかの情況の下で音の速
度の体積計測の依存状態は、上記センサの正確さを減少
させる。この関係をアドレスするため、上記センサはタ
ンク内の音の速度の校正のための手段を含んでもよい。このような校正手段は図９に示されるもので、校正装置
を伴ったダイレクトドライブ共振センサを示している。

【００７７】図９に於いて、センサシステム３００は、
トランスデューサ３０６にタンク３１６内のアパーチャ
３０４を結合しているパイプ３０２を含んでいる。サイ
ン波発生器３０８は、ヘルムホルツ周波数の範囲中トラ
ンスデューサ３０６を駆動するためにコントローラ３１
０によって制御され、音響応答はマイクロホン３１２に
よって計測される。上記コントローラ３１０は、分離マ
イクロホンがこの目的のために励起するトランスデュー
サを介する電流を使用するよりも、音響応答を記録する
ために使用されるのを除いて、図５のシステムに応じて
上述したような同じ手法で共振周波数及び対応する体積
を決定する。

【００７８】上記校正システムは、幾つかの所定の公称
状態の下に周知の共振周波数を有するアパーチャ３０４
の前方に置かれたチューブ３１４を含むシステム３００
を具備している。上記チューブ３１４の範囲は、その共
振周波数がタンク３１６内のエアキャビティの共振周波
数より実質上高いために選択される。チューブ３１４の
現実の共振周波数を計測すると共に公称共振周波数で計
測された周波数と比較することによって、上記音の速度
は校正可能となり、ヘルムホルツ共振周波数計測のため
の基準として使用され得る。チューブ３１４の現実の共
振周波数を計測するため、同じトランスデューサ３０６
及び３１２が使用され、サインは発生器３０８の励起周
波数制度はチューブ３１４の共振周波数を計測するため
に変化される。

【００７９】２０〜３００Ｈｚの代表的なヘルムホルツ
共振周波数制度と比較するような、例えば６００乃至１
２００Ｈｚのような高い周波数制度で、上記センサシス
テム３００はチューブ３１４の共振周波数を本質的に計
測する。上記チューブ３１４の長さは、閉じられた端部
を有するチューブで１／４波長となるべく選択すること
ができる。別の例では、共振周波数で１／２波長の長さ
の開口のチューブを使用するためのものである。上記チ
ューブ３１４は、ここに示された実施例のブラケット３
１８によって適切に支持される。

【００８０】一度音の速度が校正され、空気体積のその
計算を適合させるために校正された値を使用することが
でき、これによってコントローラ３１０は体積計測の正
確さを改善する。１つの例として、上記コントローラは
複数のルックアップテーブルを含んでおり、与えられた
音の速度のための対応する体積に対して特定のヘルムホ
ルツ共振周波数を各々相関する。上記システム３００に
よる定期的に音の速度の再校正は、変化する音の速度と
して、アクセスされる異なったルックアップテーブルに
於ける結果となり得る。

【００８１】上述した実施例は、この発明の原則を表し
得る可能な特定の実施例を単に表しているにすぎないこ
とが理解される。他の変形は、この発明の範囲から逸脱
することなく当業者によってこれらの原則に従って容易
に考えられる。

【００８２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、構成が
容易で且つ正確に計測することができ、安価な低周波音
響センサ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘルムホルツ共振器に対する機械的類推である
。

【図２】この発明を使用するセンサのための周波数の機
能としてエアキャビティのインピーダンスの特性図であ
る。

【図３】この発明を使用するセンサのための周波数の機
能として一定振幅トランスデューサを介した電流の特性
図である。

【図４】この発明を使用する第１の実施例で燃料体積セ
ンサを表した概略図である。

【図５】この発明に使用される第２の実施例で液体体積
センサを表した概略図である。

【図６】この発明の第３の実施例を表す概略図である。

【図７】この発明の第４の実施例を表す概略図である。

【図８】フィルタ及びその電気的アナログとして標準的
なヘルムホルツ共振器を表した図である。

【図９】タンク内の音の速度を決定するための装置を含
むこの発明の第５の実施例を表した図である。

【符号の説明】

５０…液体センサ、５２…第１のパイプ、５４…オリフ
ィス、５６…第１のトランスデューサ（スピーカ）、５
８…第２のパイプ、５８Ａ…サイドチャンバ、６０…ボ
ルトメータ、６２…タンク、６４…エアキャビティ、６
５…サイン波発生器、６６…コントローラ信号プロセッ
サ、６８…第２のトランスデューサ（マイクロホン）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　１つ以上の励起周波数でコンテナ内の
ガスを音響的に励起する手段と、音響励起信号に上記コ
ンテナ内のガスキャビティの音響応答を表す応答信号を
提供する手段と、上記コンテナ内のガスの体積を表すガ
ス体積信号を提供するために上記応答信号に応答する処
理手段とを具備し、上記コンテナ内のガスキャビティの
ガスの体積を計測することを特徴とする低周波音響燃料
センサ装置。
【請求項２】　　上記音響的に励起する手段は上記キャ
ビティに関連して上記コンテナに設けられたオリフィス
と、上記オリフィスを介してコンテナ内のガスを励起す
るためにトランスデューサ励起信号に応答する音響トラ
ンスデューサと、上記ガスキャビティが周波数の範囲で
上記トランスデューサによって励起されるために上記励
起信号を発生する手段とを備える請求項１に記載の低周
波音響燃料センサ装置。
【請求項３】　　上記励起信号は上記ガスキャビティが
周波数スキャンされたトランスデューサによって励起さ
れるために上記周波数の範囲に渡る周波数に於いて走査
される請求項２に記載の低周波音響燃料センサ装置。
【請求項４】　　上記励起信号発生手段は上記周波数範
囲内の実質上全ての周波数で上記キャビティを同時に励
起するための信号を発生する手段から成る請求項２に記
載の低周波音響燃料センサ装置。
【請求項５】　　上記周波数応答信号を提供する手段は
上記励起信号に上記ガスキャビティの音響応答の表示を
提供する上記トランスデューサを介して通過する電流に
応答する手段を備える請求項２に記載の低周波音響燃料
センサ装置。
【請求項６】　　上記処理手段は上記ガスキャビティの
共振周波数を決定するために上記励起信号及び対応する
応答信号の周波数に更に応答し、上記処理手段は上記共
振周波数の値から上記空気の体積を決定する手段を更に
備える請求項３に記載の低周波音響燃料センサ装置。
【請求項７】　　上記エアキャビティを音響的に励起す
る手段は、上記キャビティに関連して上記コンテナに設
けられたオリフィスと、第１及び第２の端部を有し、上
記第１の端部は上記オリフィスに関連し、上記コンテナ
から外部に延出するチューブと、上記チューブの第２の
端部に取付けられるもので、励起信号周波数の範囲に渡
ってトランスデューサ励起信号に応答する音響トランス
デューサとを備える請求項１に記載の低周波音響燃料セ
ンサ装置。
【請求項８】　　上記励起信号は上記ガスキャビティが
周波数走査トランスデューサによって励起されるために
上記周波数の範囲に渡る周波数に於いて走査される請求
項７に記載の低周波音響燃料センサ装置。
【請求項９】　　上記励起信号発生手段は上記周波数範
囲内の実質上全ての周波数で上記キャビティを同時に励
起するための信号を発生する手段から成る請求項７に記
載の低周波音響燃料センサ装置。
【請求項１０】　　上記処理手段は結果的な応答信号に
上記励起信号周波数を関連付ける手段と、上記ガスキャ
ビティの共振を表す応答信号を決定する手段とを備え、
上記コンテナ内のガスキャビティを決定する手段は対応
する体積に上記ガスキャビティ共振周波数関連付ける手
段を備える請求項７に記載の低周波音響燃料センサ装置
。
【請求項１１】　　上記トランスデューサはスペクトル
範囲に渡って上記キャビティを音響的に励起するための
ホワイトノイズ発生器を備えるもので、上記応答信号を
提供する手段は上記励起信号に上記キャビティの音響応
答に応答するマイクロホンを備え、上記処理手段は上記
キャビティの共振周波数を決定する手段と、上記ガスキ
ャビティの体積に上記共振周波数を関連付ける手段とを
備える請求項１に記載の低周波音響燃料センサ装置。
【請求項１２】　　上記キャビティに関連して上記コン
テナ内に設けられたオリフィスを更に具備し、上記ホワ
イトノイズ発生器はチューブを経て上記オリフィスに接
続された円環状のサイドチャンバと、このサイドチャン
バを介してガスを送風するファンと、エッジトーンセン
サとから成る請求項１１に記載の低周波音響燃料センサ
装置。
【請求項１３】　　上記キャビティ内の音の速度に対し
て該装置を校正する手段を更に具備する請求項１に記載
の低周波音響燃料センサ装置。
【請求項１４】　　上記校正する手段は上記キャビティ
内の音の速度を計測する手段から成る請求項１３に記載
の低周波音響燃料センサ装置。
【請求項１５】　　所定の体積のコンテナ内の液体、粉
末若しくは固体状態の物質の体積を計測する装置であっ
て、上記コンテナ内部は上記物質の体積を含み、上記コ
ンテナの残存する体積はエアキャビティ内の空気等のガ
スで満たされるもので、励起周波数の範囲に渡って上記
コンテナ内の空気を音響的に励起する手段と、音響励起
信号に対して上記コンテナ内のエアキャビティの音響応
答を表す応答信号を提供する手段と、上記コンテナ内の
物質の体積を表す物質体積信号を提供する励起信号及び
対応する応答信号の周波数に応答するもので、上記応答
信号と上記励起周波数から上記コンテナ内の空気の体積
を決定する手段と、上記コンテナ内の物質の対応する体
積に上記コンテナの空気の体積及び周知の体積を関連付
ける手段とを備える処理手段と、を具備することを特徴
とする低周波音響燃料センサ装置。