JPH0663811B2 - 超音波を利用して液面を検出する方法および装置 - Google Patents
超音波を利用して液面を検出する方法および装置Info
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- JPH0663811B2 JPH0663811B2 JP2216164A JP21616490A JPH0663811B2 JP H0663811 B2 JPH0663811 B2 JP H0663811B2 JP 2216164 A JP2216164 A JP 2216164A JP 21616490 A JP21616490 A JP 21616490A JP H0663811 B2 JPH0663811 B2 JP H0663811B2
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Description
本発明は、容器内に収容されている液体の液面を、超音
波を利用して簡易に検出する方法および装置に関する。
波を利用して簡易に検出する方法および装置に関する。
ＬＰＧ容器内に充填した液化ガスの残量を知りたいと
か、自動車のエンジン−トランスミッションのケース内
の潤滑油量を確かめたいなど、通常はレベルゲージがな
いか、またはレベルゲージを設けることが困難な容器内
にある液体の液面を簡易に検出したい場合が、しばしば
ある。 このような要求にこたえ、超音波を利用して液面を検出
する技術が、いつくか提案された。いずれも、超音波は
容器壁から密度の高い液体中へは比較的よく伝播する
が、密度の低い気体中へは伝播することが少いという現
象を利用したものである。 一例を挙げれば、容器壁内の反射波を利用した技術とし
て、反射波出力の振幅減衰過程を追跡し、反射波出力信
号の最初のピーク値からあらかじめ設定されたあるピー
ク値に到達する間にわたって反射波出力信号の振幅を標
準化する増幅器を構成部品として使用した装置が開示さ
れた（特開昭５５−２２１７７）。 この装置は、出力信号波形の処理に複雑な回路を必要と
する。そのような回路を必要としない技術として、液面
より下では液体内を伝播して外壁から反射した超音波の
波形が得られるのに対し液面より上では容器内壁を周回
して来た波形が得られるという現象を利用し、それらの
波形のちがいから液面を知る、液化ガス容器内の液面位
置測定方法が考えられた（特開昭６１−３０１２）。 出願人は、容器壁内の多重反射波を利用して、比較的簡
単な波形処理回路で液面を知る技術として、さまざまな
条件のパターンとして信号をとり込み、その信号パター
ンの画像表示を行なう方法を開発してすでに提案した
（特願平１−１３３７３４）。 画像表示はわかりやすくて好ましいものであるが、一方
で画像処理のための回路が複雑になるから、装置は大型
かつ高価なものとなる。そこで、もっと簡易に液面を検
出し、ランプやブザーで知らせることのできる可搬式の
液面検出装置が求められている。
か、自動車のエンジン−トランスミッションのケース内
の潤滑油量を確かめたいなど、通常はレベルゲージがな
いか、またはレベルゲージを設けることが困難な容器内
にある液体の液面を簡易に検出したい場合が、しばしば
ある。 このような要求にこたえ、超音波を利用して液面を検出
する技術が、いつくか提案された。いずれも、超音波は
容器壁から密度の高い液体中へは比較的よく伝播する
が、密度の低い気体中へは伝播することが少いという現
象を利用したものである。 一例を挙げれば、容器壁内の反射波を利用した技術とし
て、反射波出力の振幅減衰過程を追跡し、反射波出力信
号の最初のピーク値からあらかじめ設定されたあるピー
ク値に到達する間にわたって反射波出力信号の振幅を標
準化する増幅器を構成部品として使用した装置が開示さ
れた（特開昭５５−２２１７７）。 この装置は、出力信号波形の処理に複雑な回路を必要と
する。そのような回路を必要としない技術として、液面
より下では液体内を伝播して外壁から反射した超音波の
波形が得られるのに対し液面より上では容器内壁を周回
して来た波形が得られるという現象を利用し、それらの
波形のちがいから液面を知る、液化ガス容器内の液面位
置測定方法が考えられた（特開昭６１−３０１２）。 出願人は、容器壁内の多重反射波を利用して、比較的簡
単な波形処理回路で液面を知る技術として、さまざまな
条件のパターンとして信号をとり込み、その信号パター
ンの画像表示を行なう方法を開発してすでに提案した
（特願平１−１３３７３４）。 画像表示はわかりやすくて好ましいものであるが、一方
で画像処理のための回路が複雑になるから、装置は大型
かつ高価なものとなる。そこで、もっと簡易に液面を検
出し、ランプやブザーで知らせることのできる可搬式の
液面検出装置が求められている。
本発明の目的は、このような要求にこたえて、特別の回
路を使用せず、ありふれた部品だけで構成することので
きる、超音波を利用して液面を検出する方法および装置
を提供することにある。
路を使用せず、ありふれた部品だけで構成することので
きる、超音波を利用して液面を検出する方法および装置
を提供することにある。
本発明の超音波を利用して液面を検出する方法は、下記
の諸操作からなる。 ａ）液体を収容した容器に対し、上下方向に異なる複数
の位置において外壁面に超音波探触子を当て、同期信号
に従って超音波パルスを発信し、容器の内壁面と外壁面
との間の多重反射を受信して電気信号に変換し、必要な
増幅をすること、 ｂ）増幅された多重反射波の信号を比較器において比較
電圧と比較し、一定の値を超える出力をとり出すこと、 ｃ）多重反射波の実質的部分を受信する時間を前半と後
半とに分けて、同期信号に従った出力を２個のゲート回
路に出力すること、 ｄ）比較器からの出力と２個のゲート回路からの出力と
を論理回路にみちびき、それぞれのＡＮＤ出力を得るこ
と、 ならびに ｅ）異なる発信／受信位置における上記ＡＮＤ出力を比
較して、後半において出力がある位置は液面より上、後
半は出力がない位置は液面より下と判断し、それにより
液面を決定すること。本発明の超音波を利用して液面を
検出する装置は、第１図に示すように、下記の諸要素か
らなる。すなわち、 イ）１個または２個以上の超音波探触子（Ｐ１，Ｐ
２）、 ロ）上記探触子を通じて超音波パルスを発信する発信器
（２）、および超音波を受信し、受信した多重反射波を
電気信号として増幅する受信器（３）、 ハ）超音波パルスを発信する時間を定めるための同期信
号を発生する同期回路（１）、 ニ）増幅された信号を比較電圧と比較し、一定の値を超
える信号をとり出す比較器（４）、 ホ）同期回路（１）からの信号を受けて出力する２個の
ゲート回路（５，６）、 ヘ）比較器（４）から異なる時間帯に得られる出力とゲ
ート回路（５，６）からの出力とを受け、それらのＡＮ
Ｄ出力を与える２個の論理回路（７，８）、 ならびに ト）上記２種のＡＮＤ出力を表示するディスプレイ手
段。
の諸操作からなる。 ａ）液体を収容した容器に対し、上下方向に異なる複数
の位置において外壁面に超音波探触子を当て、同期信号
に従って超音波パルスを発信し、容器の内壁面と外壁面
との間の多重反射を受信して電気信号に変換し、必要な
増幅をすること、 ｂ）増幅された多重反射波の信号を比較器において比較
電圧と比較し、一定の値を超える出力をとり出すこと、 ｃ）多重反射波の実質的部分を受信する時間を前半と後
半とに分けて、同期信号に従った出力を２個のゲート回
路に出力すること、 ｄ）比較器からの出力と２個のゲート回路からの出力と
を論理回路にみちびき、それぞれのＡＮＤ出力を得るこ
と、 ならびに ｅ）異なる発信／受信位置における上記ＡＮＤ出力を比
較して、後半において出力がある位置は液面より上、後
半は出力がない位置は液面より下と判断し、それにより
液面を決定すること。本発明の超音波を利用して液面を
検出する装置は、第１図に示すように、下記の諸要素か
らなる。すなわち、 イ）１個または２個以上の超音波探触子（Ｐ１，Ｐ
２）、 ロ）上記探触子を通じて超音波パルスを発信する発信器
（２）、および超音波を受信し、受信した多重反射波を
電気信号として増幅する受信器（３）、 ハ）超音波パルスを発信する時間を定めるための同期信
号を発生する同期回路（１）、 ニ）増幅された信号を比較電圧と比較し、一定の値を超
える信号をとり出す比較器（４）、 ホ）同期回路（１）からの信号を受けて出力する２個の
ゲート回路（５，６）、 ヘ）比較器（４）から異なる時間帯に得られる出力とゲ
ート回路（５，６）からの出力とを受け、それらのＡＮ
Ｄ出力を与える２個の論理回路（７，８）、 ならびに ト）上記２種のＡＮＤ出力を表示するディスプレイ手
段。
同期回路（１）からは、第２図に示したように、測定に
とって適切なサイクルで変化する同期信号(Sync)を出力
する。その信号の立上りにトリガーパルス（Ｔｒ）が発
生し、発信器（２）からの信号に従って、超音波探触子
（Ｐ１，Ｐ２）から超音波パルスが液体容器（Ｖｅ）の
外壁に発信される。超音波パルスは、第３図にみるよう
に容器の外壁（Ｗｏ）と内壁（Ｗｉ）の間で多重反射
し、このエコーが探触子（Ｐ１）によって受信され、電
気信号に変換されて受信器（３）に入り、必要な増幅を
受ける。 探触子（Ｐ１）が液面より上にあるときは、超音波は気
体（Ｇ）中に伝播することが少なく、器壁内を多重反射
してなかなか減衰しないから、エコーの波形は（Ｒｅ
１）のようになる。探触子（Ｐ１）が液面（ＷＬ）より
下にあるときは、超音波は液体（Ｌ）中に伝播して行
き、器壁内の多重反射は速やかに減衰するから、エコー
の波形は（Ｒｅ２）のようになる。 これらを比較器（４）で比較電圧と比較し、得た出力
が、Ｃｏ１およびＣｏ２である。 同期回路（１）からの信号により、ゲート回路＃１
（５）および＃２（６）から、多重反射波の実質的部分
を受信する時間帯、たとえば第２図に（ｔ）で示した時
間を前後二分割した時間にわたる出力を出す。その波形
が、第２図の（Ｇ１）および（Ｇ２）である。 論理回路（７）および（８）において、比較器（４）か
らの出力（Ｃｏ１およびＣｏ２）と、ゲート回路＃１お
よび＃２からの出力（Ｇ１およびＧ２）のそれぞれのＡ
ＮＤ出力を得ると、その波形は（Ｃｏ１）に関しては
（And１１）と（And１２）のように、（Ｃｏ２）に関し
て（And２１）と（And２２）のようになる。ここで（An
d１１）と（And２１）とは、同じ波形である。 （And１１）および（And２１）の出力の存在は、超音波
探触子が容器壁に密着して、超音波の容器への発信が行
なわれていることを示す。 （And１２）の出力波形は、多重反射法の受信時間帯の
後半においてもエコーを受けたこと、すなわち器壁に対
して発信した超音波の減衰が遅いことをあらわしてお
り、従ってこのような出力波形の得られる器壁上の位置
は、液面（ＷＬ）より上にあることになる。これに対
し、（And２２）の出力波形がフラットであることは、
超音波の減衰が速やかであることをあらわしており、従
ってこのような出力波形の得られる器壁上の位置は、液
面より下にあることになる。 このようにして、液面（ＷＬ）の位置を決定することが
できる。
とって適切なサイクルで変化する同期信号(Sync)を出力
する。その信号の立上りにトリガーパルス（Ｔｒ）が発
生し、発信器（２）からの信号に従って、超音波探触子
（Ｐ１，Ｐ２）から超音波パルスが液体容器（Ｖｅ）の
外壁に発信される。超音波パルスは、第３図にみるよう
に容器の外壁（Ｗｏ）と内壁（Ｗｉ）の間で多重反射
し、このエコーが探触子（Ｐ１）によって受信され、電
気信号に変換されて受信器（３）に入り、必要な増幅を
受ける。 探触子（Ｐ１）が液面より上にあるときは、超音波は気
体（Ｇ）中に伝播することが少なく、器壁内を多重反射
してなかなか減衰しないから、エコーの波形は（Ｒｅ
１）のようになる。探触子（Ｐ１）が液面（ＷＬ）より
下にあるときは、超音波は液体（Ｌ）中に伝播して行
き、器壁内の多重反射は速やかに減衰するから、エコー
の波形は（Ｒｅ２）のようになる。 これらを比較器（４）で比較電圧と比較し、得た出力
が、Ｃｏ１およびＣｏ２である。 同期回路（１）からの信号により、ゲート回路＃１
（５）および＃２（６）から、多重反射波の実質的部分
を受信する時間帯、たとえば第２図に（ｔ）で示した時
間を前後二分割した時間にわたる出力を出す。その波形
が、第２図の（Ｇ１）および（Ｇ２）である。 論理回路（７）および（８）において、比較器（４）か
らの出力（Ｃｏ１およびＣｏ２）と、ゲート回路＃１お
よび＃２からの出力（Ｇ１およびＧ２）のそれぞれのＡ
ＮＤ出力を得ると、その波形は（Ｃｏ１）に関しては
（And１１）と（And１２）のように、（Ｃｏ２）に関し
て（And２１）と（And２２）のようになる。ここで（An
d１１）と（And２１）とは、同じ波形である。 （And１１）および（And２１）の出力の存在は、超音波
探触子が容器壁に密着して、超音波の容器への発信が行
なわれていることを示す。 （And１２）の出力波形は、多重反射法の受信時間帯の
後半においてもエコーを受けたこと、すなわち器壁に対
して発信した超音波の減衰が遅いことをあらわしてお
り、従ってこのような出力波形の得られる器壁上の位置
は、液面（ＷＬ）より上にあることになる。これに対
し、（And２２）の出力波形がフラットであることは、
超音波の減衰が速やかであることをあらわしており、従
ってこのような出力波形の得られる器壁上の位置は、液
面より下にあることになる。 このようにして、液面（ＷＬ）の位置を決定することが
できる。
超音波探触子は、１個使用してその位置を容器の外壁上
で上下に移動させて測定を行なえばよいわけであるが、
２個またはそれ以上使用してもよいことはもちろんであ
る。複数の探触子を容器に固定的にとりつけておき、ス
イッチで切り換えて順次使用すれば、移動を行なわない
ですむ。 容器の壁が薄い場合には多重反射波が近接して波形の解
析に困難が生じる場合もあるので、第４図に示すよう
に、２個を一組として使用し、一方（Ｐ１）から超音波
を発信し、他方（Ｐ２）で受信することが好ましい。図
から理解できるとおり、器壁内の超音波伝播経路が長く
なり、第３図のような壁の厚い場合と同様なエコーが得
られる。 ディスプレイの手段は任意であるが、複雑な画像処理は
行なわないという本発明の狙いにとっては、ランプやブ
ザーのような簡易な手段が適切である。第１図に示した
例は、ＡＮＤ回路（７）の出力をランプ（Ｌａ１）に、
ＡＮＤ回路（８）の出力をランプ（Ｌａ２）およびブザ
ー（Ｂ）で知らせる構成としてある。これにより、前記
したようにＡＮＤ１１の出力でランプ（Ｌａ１）が点灯
して、超音波探触子が容器外壁に密着したことを確認で
きる。一方、ＡＮＤ１２の出力があれば、ランプ（Ｌａ
２）も点灯し、ブザー（Ｂ）も鳴って、その位置で液が
存在しないことを知らせる。整理して示せば、つぎのと
おりである。 液面を検出すべき対象は、ときに常温より著しく低い温
度のこともあり、高い温度のこともある。高温の場合、
超音波探触子を直接容器の壁に接触させることができな
いから、第５図に示すように、耐熱材（９）を介して超
音波探触子（Ｐ）を外壁（Ｗｏ）に当てる。このよう
な、耐熱材をそなえた高温用超音波探触子は市販されて
いる。 高温用の探触子を用いた場合は、第５図にみるように、
超音波パルスは耐熱材（９）と容器外壁（Ｗｏ）との境
界でも反射するから、内壁との間の多重反射波を含め
て、比較器（４）からの出力波形は、第６図の（Ｃｏ
３）のようになる。第一の反射波は除外して波形解析を
すべきであるから、この場合のゲート回路（５および
６）のタイミングチャートは、第６図の（Ｇ１）および
（Ｇ２）のようになる。
で上下に移動させて測定を行なえばよいわけであるが、
２個またはそれ以上使用してもよいことはもちろんであ
る。複数の探触子を容器に固定的にとりつけておき、ス
イッチで切り換えて順次使用すれば、移動を行なわない
ですむ。 容器の壁が薄い場合には多重反射波が近接して波形の解
析に困難が生じる場合もあるので、第４図に示すよう
に、２個を一組として使用し、一方（Ｐ１）から超音波
を発信し、他方（Ｐ２）で受信することが好ましい。図
から理解できるとおり、器壁内の超音波伝播経路が長く
なり、第３図のような壁の厚い場合と同様なエコーが得
られる。 ディスプレイの手段は任意であるが、複雑な画像処理は
行なわないという本発明の狙いにとっては、ランプやブ
ザーのような簡易な手段が適切である。第１図に示した
例は、ＡＮＤ回路（７）の出力をランプ（Ｌａ１）に、
ＡＮＤ回路（８）の出力をランプ（Ｌａ２）およびブザ
ー（Ｂ）で知らせる構成としてある。これにより、前記
したようにＡＮＤ１１の出力でランプ（Ｌａ１）が点灯
して、超音波探触子が容器外壁に密着したことを確認で
きる。一方、ＡＮＤ１２の出力があれば、ランプ（Ｌａ
２）も点灯し、ブザー（Ｂ）も鳴って、その位置で液が
存在しないことを知らせる。整理して示せば、つぎのと
おりである。 液面を検出すべき対象は、ときに常温より著しく低い温
度のこともあり、高い温度のこともある。高温の場合、
超音波探触子を直接容器の壁に接触させることができな
いから、第５図に示すように、耐熱材（９）を介して超
音波探触子（Ｐ）を外壁（Ｗｏ）に当てる。このよう
な、耐熱材をそなえた高温用超音波探触子は市販されて
いる。 高温用の探触子を用いた場合は、第５図にみるように、
超音波パルスは耐熱材（９）と容器外壁（Ｗｏ）との境
界でも反射するから、内壁との間の多重反射波を含め
て、比較器（４）からの出力波形は、第６図の（Ｃｏ
３）のようになる。第一の反射波は除外して波形解析を
すべきであるから、この場合のゲート回路（５および
６）のタイミングチャートは、第６図の（Ｇ１）および
（Ｇ２）のようになる。
本発明の方法および装置を用いて容器内の液面の検出を
行なうときは、容器壁の内外の超音波パルスを多重反射
波を受信し、１個の比較器と２個のゲート回路を用いて
これを解析するから、誤動作の心配がほとんどなく確実
に目的を達することができる。装置は画像処理のような
複雑な回路を必要としないため、安価に製作でき、かつ
小型軽量であって可搬性が高い。
行なうときは、容器壁の内外の超音波パルスを多重反射
波を受信し、１個の比較器と２個のゲート回路を用いて
これを解析するから、誤動作の心配がほとんどなく確実
に目的を達することができる。装置は画像処理のような
複雑な回路を必要としないため、安価に製作でき、かつ
小型軽量であって可搬性が高い。
第１図は、本発明の液面検出装置の構成を示すブロック
ダイヤグラムである。 第２図は、第１図の装置の動作を説明するための、信号
波形のタイムチャートである。 第３図および第４図は、容器の壁と超音波探触子との接
触、および反射波の経路を示す、要部の詳細断面図であ
る。 第５図および第６図は、液面を検出すべき対象が高温で
ある場合を示すものであって、第５図は第３図および第
４図に対応する断面図であり、第６図は第２図の一部に
対応するタイムチャートである。 １……同期回路、２……発信器 ３……受信器、４……比較器 ５，６……ゲート回路、７，８……ＡＮＤ回路 ９……耐熱材、Ｖｅ……容器 Ｗｉ……内壁、Ｗｏ……外壁 Ｐ１，Ｐ２……超音波探触子 ＷＬ……液面、Ｌａ１，Ｌａ２……ランプ Ｂ……ブザー
ダイヤグラムである。 第２図は、第１図の装置の動作を説明するための、信号
波形のタイムチャートである。 第３図および第４図は、容器の壁と超音波探触子との接
触、および反射波の経路を示す、要部の詳細断面図であ
る。 第５図および第６図は、液面を検出すべき対象が高温で
ある場合を示すものであって、第５図は第３図および第
４図に対応する断面図であり、第６図は第２図の一部に
対応するタイムチャートである。 １……同期回路、２……発信器 ３……受信器、４……比較器 ５，６……ゲート回路、７，８……ＡＮＤ回路 ９……耐熱材、Ｖｅ……容器 Ｗｉ……内壁、Ｗｏ……外壁 Ｐ１，Ｐ２……超音波探触子 ＷＬ……液面、Ｌａ１，Ｌａ２……ランプ Ｂ……ブザー
Claims (4)
- 【請求項１】下記の諸操作からなる、超音波を利用して
液面を検出する方法 ａ）液体を収容した容器に対し、上下方向に異なる複数
の位置において外壁面に超音波探触子を当て、同期信号
に従って超音波パルスを発振し、容器の内壁面と外壁面
との間の多重反射波を受信して電気信号に変換し、必要
な増幅をすること、 ｂ）増幅された多重反射波の信号を比較器において比較
電圧と比較し、一定の値を超える出力をとり出すこと、 ｃ）多重反射波の実質的部分を受信する時間を前半と後
半とに分けて、同期信号に従った出力を２個のゲート回
路に出力すること、 ｄ）比較器からの出力と２個のゲート回路からの出力と
を論理回路にみちびき、それぞれのＡＮＤ出力を得るこ
と、 ならびに ｅ）異なる発信／受信位置における上記ＡＮＤ出力を比
較して、後半において出力がある位置は液面より上、後
半は出力がない位置は液面より下と判断し、それにより
液面を決定すること。 - 【請求項２】超音波探触子を２個使用し、一方から超音
波パルスを発信し他方で受信して実施する請求項１の方
法。 - 【請求項３】下記の諸要素からなる、超音波を利用して
液面を検出する装置。 イ）１個または２個以上の超音波探触子（Ｐ１，Ｐ
２）、 ロ）上記探触子を通じて超音波パルスを発信する発信器
（２）、および超音波を受信し、受信した多重反射波を
電気信号として増幅する受信器（３）、 ハ）超音波パルスを発信する時間を定めるための同期信
号を発信する同期回路（１）、 ニ）増幅された信号を比較電圧と比較し、一定の値を超
える信号をとり出す比較器（４）、 ホ）同期回路（１）からの信号を受けて出力する２個の
ゲート回路（５，６）、 ヘ）比較器（４）から異なる時間帯に得られる出力とゲ
ート回路（５，６）からの出力とを受け、それらのＡＮ
Ｄ出力を与える２個の論理回路（７，８）、 ならびに ト）上記２種のＡＮＤ出力を表示するディスプレイ手
段。 - 【請求項４】ディスプレイ手段としてランプ（Ｌａ１，
Ｌａ２）を使用し、その点滅、輝度または色の変化によ
り液面を知ることができるように構成した請求項３の装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2216164A JPH0663811B2 (ja) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | 超音波を利用して液面を検出する方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2216164A JPH0663811B2 (ja) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | 超音波を利用して液面を検出する方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0498125A JPH0498125A (ja) | 1992-03-30 |
| JPH0663811B2 true JPH0663811B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=16684296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2216164A Expired - Fee Related JPH0663811B2 (ja) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | 超音波を利用して液面を検出する方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0663811B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0581657U (ja) * | 1992-04-09 | 1993-11-05 | 三菱重工業株式会社 | 液相レベル計測装置 |
| CN113970594A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-25 | 北京锐达仪表有限公司 | 超声阵列能量合成探头界面测量系统 |
-
1990
- 1990-08-16 JP JP2216164A patent/JPH0663811B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0498125A (ja) | 1992-03-30 |
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