JPH1026549A

JPH1026549A - 振動式レベル検出装置

Info

Publication number: JPH1026549A
Application number: JP18216396A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawakatsu; 裕志川勝
Original assignee: Nohken Inc
Current assignee: Nohken Inc
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】各製品間のばらつきを是正するための初期調
整が必要なく、しかも温度変化等の影響によって特性が
経時変化することがなく、さらに高感度の検出を行うこ
とができる振動式レベル検出装置の提供。【解決手段】振動部５の検出パイプ４には振動板２が固
定されており、励振用圧電素子１２の励振によって振動
板２は振動する。励振用圧電素子１２は励振信号に基づ
いて励振する。この励振信号は掃引励振信号生成回路２
１によって生成され励振用圧電素子１２に与えられてい
る。掃引励振信号生成回路２１は励振信号を掃引して励
振用圧電素子１２に与える。振動板２の振動は加速度ピ
ックアップによって受信信号に変換され、急峻度測定回
路２２に取り込まれる。そして、急峻度測定回路２２は
この受信信号に基づいて振動体２の共振周波数特性（す
なわち、振動部５の共振周波数特性）のＱを測定する。
急峻度測定回路２２が測定したＱは判定回路２３に与え
られ、Ｑが所定の基準値を下回っている場合、粉粒や液
体等が振動部５に接触したと判定して検出信号を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば粉粒や液
体などの検出対象を収容するタンク等の構造物に設置
し、粉粒等の増減が一定量に達したことを検知するため
の振動式レベル検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】振動式レベル検出装置の一例を図１５に
示す。タンク１５０には振動パイプ１０４が取り付けら
れており、この振動パイプ１０４を閉塞する支持板１０
４ａは振動板１０２のほぼ中央部を支持している。

【０００３】支持板１０４ａを境とする振動板１０２の
突出部１０２ａはタンク１５０内に向けて突出してお
り、振動パイプ１０４内に位置する収納部１０２ｂには
励振用圧電素子１０６、受信用圧電素子１０８が固定さ
れている。励振用圧電素子１０６は励振回路１２８から
の信号を受けて励振し、振動板１０２を振動させる。

【０００４】ここで振動板１０２には、それぞれに応じ
た固有の振動周波数特性がある。たとえば、振動板１０
２の長さや幅、厚み等によって、振動板１０２が最も効
率的に振動を行う固有の振動周波数特性が決定される。

【０００５】励振回路１２８は、固有の振動周波数で振
動板１０２を励振させるよう励振用圧電素子１０６に信
号を出力しており、振動板１０２は最大幅で振動してい
る。振動板１０２の振動は受信用圧電素子１０８で電気
的に変換され、入力回路１２２に取り込まれる。この電
気信号は増幅回路１２４で増幅された後、励振回路１２
８を通じて励振用圧電素子１０６に与えられる。このよ
うな閉ループの回路構成によって、振動板１０２は固有
の振動周波数による振動を持続することができる。

【０００６】タンク１５０内に収納されている粉粒や液
体等が増加し、振動板１０２のレベルに達したとする。
この場合、粉粒等が振動板１０２の突出部１０２ａに接
触し、突出部１０２ａが強制的に制限され振動板１０２
の振動が減衰する。この振動の減衰は増幅回路１２４か
らの出力の変化として、検出回路１４０に取り込まれ
る。検出回路１４０は、受けた出力信号が所定の基準電
圧よりも低くなったことに基づいてタンク１５０内の粉
粒等が検出レベルに達したことを認識し、たとえば警報
器等を作動させる。

【０００７】また、粉粒等が振動板１０２の突出部１０
２ａに接触し、振動板１０２の振動が減衰した場合、こ
の影響を受けて振動板１０２の共振周波数特性がシフト
して変化する。他の振動式レベル検出装置として、この
共振周波数特性の変化を検出し、タンク１５０内の粉粒
等が検出レベルに達したことを認識する装置もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の振動式レベ
ル検出装置には以下のような問題があった。まず、受信
用圧電素子１０８からの出力信号が所定の基準電圧より
も低くなったことに基づいて検出を行う従来例において
は、励振用圧電素子１０６、受信用圧電素子１０８の各
製品間のばらつきを是正するため、装置完成後に初期調
整の必要があった。

【０００９】また、振動式レベル検出装置をタンク１５
０に取り付けた後、温度変化等の影響を受け、励振用圧
電素子１０６、受信用圧電素子１０８の特性が経時変化
してしまうことがある。このため、出力信号に変動が生
じ、正確な検出ができないという問題がある。

【００１０】さらに、上述の励振用圧電素子１０６、受
信用圧電素子１０８の各製品間のばらつきや特性変化等
を前提として感度設定しようとすると、所定幅の感度マ
ージンを設けておく必要があり、高感度の検出、すなわ
ち密度の低い粉粒等の検出を行うことができないという
問題が生じる。

【００１１】また、振動板１０２の共振周波数特性の変
化に基づいて検出を行う従来例においても同様である。
すなわち、各製品間のばらつきを是正するため、装置完
成後に周波数の初期調整が必要であり、また温度変化等
の影響で特性が経時変化し正確な検出ができないおそれ
がある。さらに、所定幅の感度マージンを設けた場合、
高感度の検出を行うことができない。

【００１２】そこで本発明は、各製品間のばらつきを是
正するための初期調整が必要なく、しかも温度変化等の
影響によって特性が経時変化することがなく、さらに高
感度の検出を行うことができる振動式レベル検出装置を
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る振動式レ
ベル検出装置は、検出対象が接触可能な位置に設けられ
た振動部、所定の振動周波数の励振信号を生成して出力
する励振信号生成部、振動部に固定されており、前記励
振信号を受け、振動部に対して当該励振信号に対応する
振動を与える励振部、振動部の振動を受信信号に変換し
て出力する受信部、前記受信信号を取り込み、振動部の
共振周波数特性の急峻度を測定する急峻度測定部、前記
急峻度に基づいて、検出対象と振動部との接触を判定す
る判定部、を備えたことを特徴としている。

【００１４】請求項２に係る振動式レベル検出装置は、
請求項１に係る振動式レベル検出装置において、前記励
振信号生成部は、振動周波数を掃引して出力し、前記急
峻度測定部は、各振動周波数に対応した受信信号に基づ
き振動部の共振周波数特性の急峻度を測定する、ことを
特徴としている。

【００１５】請求項３に係る振動式レベル検出装置は、
請求項１に係る振動式レベル検出装置において、前記励
振信号生成部は、所定の振動周波数帯域を有する励振信
号を出力し、前記急峻度測定部は、受信信号に基づき時
間軸−周波数軸変換処理によって振動部の共振周波数特
性の急峻度を測定する、ことを特徴としている。

【００１６】

【発明の効果】請求項１に係る振動式レベル検出装置に
おいては、急峻度測定部は、受信信号を取り込み、振動
部の共振周波数特性の急峻度を測定する。そして、判定
部はこの急峻度に基づいて、検出対象と振動部との接触
を判定する。

【００１７】振動部の共振周波数特性の急峻度は、各製
品間でそれほど大きなばらつきはない。このため、各製
品間のばらつきを是正するため、装置完成後に初期調整
する必要はない。

【００１８】また、振動部の共振周波数特性の急峻度
は、振動式レベル検出装置の取り付け状況、たとえば取
り付け後の温度変化等の特性変化の影響を受けない。こ
のため、正確な検出を行なうことができる。

【００１９】さらに、各製品間のばらつきや特性変化を
前提として感度マージンを設ける必要がないため、高感
度の検出、すなわち密度の低い粉粒等の検出を行なうこ
とができる。

【００２０】請求項２に係る振動式レベル検出装置にお
いては、励振信号生成部は、振動周波数を掃引して出力
し、急峻度測定部は、各振動周波数に対応した受信信号
に基づき振動部の共振周波数特性の急峻度を測定する。

【００２１】このように、振動周波数を掃引して出力
し、各振動周波数に対応した受信信号に基づいて共振周
波数特性の急峻度を測定するため、より確実な検出が可
能になる。

【００２２】請求項３に係る振動式レベル検出装置にお
いては、励振信号生成部は、所定の振動周波数帯域を有
する励振信号を出力し、急峻度測定部は、受信信号に基
づき時間軸−周波数軸変換処理によって振動部の共振周
波数特性の急峻度を測定する。

【００２３】このように、時間軸−周波数軸変換処理を
用いて共振周波数特性の急峻度を測定するため、より確
実な検出が可能になる。

【００２４】

【発明の実施の形態】まず、図１１に本実施形態に係る
振動式のレベル検出装置全体の構成を示す。以下に示す
各実施形態では、折り返し振動式のレベル検出装置に本
発明を適用している。図１１Ａは、振動式レベル検出装
置の側面図であり一部断面図である。

【００２５】図１１Ａに示すように、振動式レベル検出
装置は、基部６と振動部５を備えており、タンク１０の
壁面に固定される。タンク１０には固定用の穴が形成さ
れており、この穴に振動式レベル検出装置を貫通させて
固定ネジ部７を填め込む。そして、タンク１０内側から
ナット８を螺合させて固定する。こうして、図１１Ａに
示すようにタンク１０の内側に向けて振動部５が突出し
て位置し、タンクの外側に基部６が位置する。

【００２６】基部６には振動部５の振動を安定させるた
めの重量ウェイト６Ｗとともに、検出動作を行うための
回路部９が収納されている。本実施形態では重量ウェイ
ト６Ｗを収納しているが、設けないようにしてもよい。
一方、振動部５は厚みの薄い管状に形成された検出パイ
プ４を備えており、その先端部を閉塞するように閉塞部
３が溶接によって取り付けられている。

【００２７】閉塞部３には、検出パイプ４内に位置する
ように振動板２が固定されている。本実施形態の振動板
２には、図示の通り、励振部としての励振用圧電素子１
２が固定されている。励振用圧電素子１２は、基部６内
の回路部９とリード線（図示せず）によって電気的に接
続されており、回路部９からの励振信号を受け、この励
振信号に対応して励振する。

【００２８】図１１Ｂは側面図であり、検出パイプ４、
振動板２の励振状態を概念的に示したものである。図１
１の例では、励振用圧電素子１２は振動板２の平面部に
固定されている。このため、励振用圧電素子１２が励振
した場合、振動板２は閉塞部３との接続部を固定端とし
て矢印９０方向に振動する。またこの振動に応じて、検
出パイプ４は先端部が矢印９１方向に振動する。このよ
うに、図１１のレベル検出装置は折り返し運動を行う。

【００２９】閉塞部３内には、受信部である加速度ピッ
クアップが設けられている。この加速度ピックアップも
基部６内の回路部９とリード線によって電気的に接続さ
れている。加速度ピックアップは、振動部５の振動（検
出パイプ４および振動板２の振動）を受信信号に変換し
て出力する。

【００３０】タンク１０内に収納されている粉粒や液体
等が増加し、振動部５のレベルに達したとする。この場
合、粉粒等が振動部５に接触し、振動部５の動きが強制
的に制限され振動が減衰する。この振動の減衰は加速度
ピックアップから出力される受信信号の変化として取り
込まれ、タンク１０内の粉粒等が所定レベルに達したこ
とが検出されて、たとえば警報器等が作動する。

【００３１】なお、本実施形態では、図１１に示す折り
返し振動式のレベル検出装置を適用している。しかし、
他の構造の振動式レベル検出装置、たとえば折り返し振
動を行わない図１５に示すような振動板に対して本発明
を適用することもできる。

【００３２】［第１の実施形態］本発明に係る振動式レ
ベル検出装置の第１の実施形態を図面に基づいて説明す
る。本実施形態では、振動周波数をスイープ（掃引）さ
せて振動部の共振周波数のＱ特性を測定する。このＱ特
性が本実施形態における急峻度である。

【００３３】図１は本実施形態における振動式レベル検
出装置の要部概略図である。上述のように、振動部５の
検出パイプ４には振動板２が固定されており、励振用圧
電素子１２の励振によって振動板２は振動する。励振用
圧電素子１２は励振信号に基づいて励振する。この励振
信号は掃引励振信号生成回路２１によって生成され励振
用圧電素子１２に与えられている。掃引励振信号生成回
路２１は励振信号を掃引して励振用圧電素子１２に与え
る。

【００３４】振動板２の振動は加速度ピックアップによ
って受信信号に変換され、急峻度測定回路２２に取り込
まれる。そして、急峻度測定回路２２はこの受信信号に
基づいて振動体２の共振周波数特性（すなわち、振動部
５の共振周波数特性）のＱを測定する。急峻度測定回路
２２が測定したＱは判定回路２３に与えられ、判定回路
２３はこのＱに基づいて、粉粒や液体等が振動部５に接
触したか否かを判定する。

【００３５】本実施形態における振動式レベル検出装置
をＣＰＵを用いて実現する場合のハードウエア構成が図
２である。バスライン３０にはＣＰＵ３１、ＲＯＭ３
２、ＲＡＭ３３が接続されている。ＣＰＵ３１は、ＲＯ
Ｍ３２に格納されたプログラムにしたがって各部を制御
する。

【００３６】バスライン３０にはＡ／Ｄ変換器３４を介
して加速度ピックアップ２０が接続されている。加速度
ピックアップ２０から出力されるアナログデータの受信
信号はＡ／Ｄ変換器３４でデジタルデータの受信電圧値
に変換されて取り込まれる。

【００３７】またバスライン３０には、発信回路３５を
介して励振用圧電素子１２が接続されている。ＣＰＵ３
１は、発信回路３５に対してデジタルデータの周波数を
与え、発信回路３５はこの周波数をアナログデータの励
振信号に変換して励振用圧電素子１２に出力する。

【００３８】なお、バスライン３０には出力部３６も接
続されている。粉粒や液体等が振動部５に接触したと判
定した場合、ＣＰＵ３１はこの出力部３６に検出信号を
与え、出力部３６はたとえば警報器等を作動させる。

【００３９】図３に、ＲＯＭ３２に格納されているプロ
グラムフローチャートを示す。まずＣＰＵ３１は初期周
波数ｆを設定し（ステップＳ２）、発信回路３５に出力
する（ステップＳ４）。上述のように、発信回路３５は
この周波数ｆ（デジタルデータ）を受け、励振信号（ア
ナログデータ）に変換して励振用圧電素子１２に出力す
る。励振用圧電素子１２はこの励振信号に応じて励振し
振動板２を振動させる。

【００４０】続いて、ＣＰＵ３１はＡ／Ｄ変換器３４か
ら受信電圧値Ｘを取り込む（ステップＳ６）。上述のよ
うに、この受信電圧値Ｘ（デジタルデータ）は、加速度
ピックアップ２０からの受信信号（アナロッグデータ）
がＡ／Ｄ変換器３４によって変換されたものである。そ
して、ステップＳ４で出力した周波数ｆと、ステップＳ
６で取り込んだ受信電圧値Ｘとを対応させて記憶する
（ステップＳ８）。

【００４１】この後、ステップＳ１０を経てステップＳ
１８に進み、掃引処理として周波数ｆに△ｆを加算し、
ステップＳ４に戻る。そして、ステップＳ４からＳ８ま
での処理を行なう。このように、ステップＳ１８で周波
数ｆに△ｆを加算し、掃引しながらステップＳ４からＳ
８までの処理を繰り返す。ステップＳ１０において、ｆ
が所定の終了周波数に達した場合は、ステップＳ１２に
進む。

【００４２】このステップＳ１２では、繰り返しステッ
プＳ８で記憶した周波数ｆと励振信号Ｘのデータに基づ
いてＱを算出する。図４は振動体２の振動スペクトルで
ある。Ｑを算出する場合、具体的には、最も値の高い受
信電圧値Ｘに対応する中心周波数（ｆc ）を捜し出す。
そして、この中心周波数（ｆc ）より低い周波数側で受
信電圧値の−３ｄＢ（約７０％）になる周波数（ｆｌ）
と、中心周波数（ｆｃ）より高い周波数側で受信電圧値
の−３ｄＢ（約７０％）になる周波数（ｆｈ）を求め、
帯域幅ＢＷ＝ｆｈ−ｆｌを算出し、Ｑ＝ｆｃ／ＢＷか
らＱを算出する。

【００４３】この後、ステップＳ１４に進み、ステップ
Ｓ１２で算出したＱが、予め設定されている基準値を下
回っているか否かを判別する。Ｑが基準値を下回ってい
ない場合は、粉粒や液体等が振動部５に接触していない
と判定し、ステップＳ２に戻り初期周波数ｆを設定して
上記の処理を繰り返す。

【００４４】ステップＳ１４においてＱが基準値を下回
っている場合は、粉粒や液体等が振動部５に接触し振動
板２の振動が減衰していると判定し、ステップＳ１６に
進み検出信号を出力する。上記のように、検出信号は出
力部３６を介してたとえば警報器等に与えられる。

【００４５】なお、この本実施形態におけるＱの測定の
場合、中心周波数（ｆc ）下方の周波数（ｆｌ）から上
方の周波数（ｆｈ）まで、一定の時間をかけて掃引Ａす
るため、その時間分計測が遅れることもあるが、粉体の
投入や排出の場合では、それ程高速で行われないため、
事実上問題とならない。仮に、高速性が要求される場合
は、予め電圧の高い中心周波数（ｆc ）を求め、そのバ
ンド幅（ｆｌからｆｈ）内のみの掃引Ｂとすれば速度を
増すことができる。

【００４６】［第２実施形態］次に本発明に係る振動式
レベル検出装置の第２の実施形態を図５の要部概略図に
基づいて説明する。本実施形態では、帯域励振信号生成
回路２４は所定の帯域を有する周波数の励振信号を生成
している。そして、この励振信号が励振用圧電素子１２
に与えられている。

【００４７】また、急峻度測定回路２５は加速度ピック
アップ２０からの受信信号を取り込み、この受信信号に
基づき、時間軸−周波数軸変換処理としてのＦＦＴ処理
（フーリエ変換処理）によってＱを求めている。その他
については上記第１の実施形態と同様である。

【００４８】本実施形態における振動式レベル検出装置
をＣＰＵを用いて実現する場合のハードウエア構成も第
１の実施形態と同様である（図２参照）。本実施形態で
は、ＣＰＵ３１からの指令に基づいて発信回路３５はホ
ワイトノイズや測定したい周波数を混合した連続波、ま
たはインパルス波を生成し、励振用圧電素子１２に与え
る。

【００４９】そして、ＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換器３４
を介して加速度ピックアップ２０から受信電圧値を取り
込み、ＦＦＴ処理を行ない上記図４のようなグラフを得
る。この後、第１の実施形態と同様、最も値の高い受信
電圧値Ｘに対応する中心周波数（ｆc ）を捜し出し、こ
の中心周波数（ｆc ）より低い周波数側で受信電圧値の
−３ｄＢ（約７０％）になる周波数（ｆｌ）と、中心周
波数（ｆc ）より高い周波数側で受信電圧値の−３ｄＢ
（約７０％）になる周波数（ｆｈ）を求める。そして、
帯域幅ＢＷ＝ｆｈ−ｆｌを算出し、Ｑ＝ｆc ／ＢＷから
Ｑを算出する。

【００５０】この後、算出したＱが、予め設定されてい
る基準値を下回っているか否かを判別し、下回っている
場合は、粉粒や液体等が振動部５に接触し振動板２の振
動が減衰していると判定し、出力部３６を介して検出信
号を出力し、たとえば警報器等を作動させる。

【００５１】［第３実施形態］次に本発明に係る振動式
レベル検出装置の第３の実施形態を図６の要部概略図に
基づいて説明する。本実施形態では、励振信号生成回路
３９は、周波数をスイープ（掃引）させたり、ホワイト
ノイズまたはインパルス波等による励振信号を生成して
いる。そして、この励振信号が励振用圧電素子１２に与
えられている。

【００５２】また、本実施形態では、フィルターを用い
て、受信信号から複数の周波数成分を取り出す。図６の
例では５つのバンドパスフィルター２９ａ、２９ｂ、２
９ｃ、２９ｄ、２９ｅが設けられている。加速度ピック
アップ２０からの受信信号は各バンドパスフィルターに
与えられ、それぞれのフィルターに応じた周波数成分が
取り出される。

【００５３】そして、バンドパスフィルター２９ａ、２
９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅを通過した各周波数成分
が急峻度測定回路２５に与えられる。ここで、たとえば
バンドパスフィルターの周波数特性が図７Ｂに示すよう
に離れている場合、振動スペクトルの急峻度を測定でき
ないおそれがある。すなわち、バンドパスフィルターの
周波数特性が図７Ｂに示す３５０Ｈｚと４５０Ｈｚであ
る場合、中心周波数（ｆc）が４００Ｈｚである振動ス
ペクトルの急峻度を測定することができない。

【００５４】このため、バンドパスフィルター２９ａ、
２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅの周波数特性の中心周
波数を、図７Ａに示すように近接して設定する必要があ
る。このような設定を行うことによって、確実に振動ス
ペクトルの急峻度を測定することができる。

【００５５】図８は、フィルター手段を用いた振動式レ
ベル検出装置を、ＣＰＵを用いて実現する場合のハード
ウエア構成を示している。加速度ピックアップ２０から
出力されるアナログデータの受信信号はデジタルフィル
ター４０に与えられる。デジタルフィルター４０は、通
過させる周波数特性を掃引している。このデジタルフィ
ルター４０の周波数特性の掃引によって、中心周波数が
互いに近接した複数の周波数特性を容易に得ることがで
きる。

【００５６】デジタルフィルター４０を通過したアナロ
グデータはＡ／Ｄ変換器３４でデジタルデータの受信電
圧値に変換されて取り込まれる。その他の構成は、図２
に示す上記第１の実施形態と同様である。

【００５７】図９Ａはデジタルフィルター４０を通過し
た周波数特性を示している。説明の都合上、模式的に示
している。上記のように、デジタルフィルター４０の掃
引によって中心周波数が互いに近接した周波数特性４０
ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを得てい
る。図９Ａ中、破線で示す部分が振動板２の振動スペク
トル４１である。

【００５８】各周波数特性４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４
０ｄ、４０ｅ、４０ｆについての受信電圧値は、図９Ａ
における振動スペクトル４１との重なり面積に比例す
る。図９Ｂはこの受信電圧値を示している。周波数特性
４０ｂについてはＰ１、周波数特性４０ｃについてはＰ
２、周波数特性４０ｄについてはＰ３、周波数特性４０
ｅについてはＰ４として表われる。なお、周波数特性４
０ａ、４０ｆについては振動スペクトル４１との重なり
がないため、受信電圧値は出力されない。

【００５９】図１０Ａは帯域の広い振動スペクトル４２
の場合を示している。この場合、各周波数特性４０ａ、
４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆについての受
信電圧値は図１０Ｂのようになる。すなわち、各周波数
特性４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ
については、それぞれＰ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、
Ｐ１０の受信電圧値が出力される。

【００６０】このように、各周波数特性についての受信
電圧値は、振動スペクトルとの重なり面積に比例して表
われるため、この受信電圧値の急峻度を測定することに
よって間接的に振動スペクトルの急峻度を測定すること
ができる。

【００６１】ただし、図９Ｂに示すＰ２とＰ３、また図
１０Ｂに示すＰ７とＰ８との急峻を測定すると誤った急
峻を求めることになる。このため、各受信電圧値から一
旦、中心周波数ｆｃを求め、この中心周波数ｆｃを挟ま
ない受信電圧値に基づいて急峻度を求めればよい。

【００６２】以上のようにして、振動スペクトルの急峻
度を測定し、この急峻度の値が予め設定されている基準
値を下回っているか否かを判別する。そして、下回って
いる場合は、粉粒や液体等が振動部５に接触し振動板２
の振動が減衰していると判定し、出力部３６を介して検
出信号を出力し、たとえば警報器等を作動させる。

【００６３】

【実施例】次に、上記第１の実施形態（周波数掃引）に
おける振動式レベル検出装置に関する実験データを示
す。なお本実施例では、従来の振動式レベル検出装置
（受信用圧電素子からの出力信号と所定の基準電圧とを
比較する装置）に対する計測の安定性を比較している。

【００６４】図１２Ａは振動式レベル検出装置の振動部
５が水または粉体（ＰＣペレット）などの物体に接触し
ない状態で測定した標準振幅時の振動スペクトルであ
る。この図１２Ａでは、周波数３７２．９２Ｈｚ（ｆc
）で電圧カーブがピーク（ピーク電圧４．８８２Ｖ）
となっている。この振動特性（電圧カーブ）Ｑは、ピー
ク電圧の−３ｄＢの帯域幅（ＢＷ＝ｆｈ−ｆｌ）で割れ
ばよく、この場合次式となり、Ｑは５８２．６７とな
る。

【００６５】３７３．９２／（３７３．２−３７２．５
６）＝５８２．６７図１２Ｂは図１２Ａと同様に振動部５先端に水又は粉体
（ＰＣペレット）などの物体が接触しない状態で圧電素
子の効率を７０％に下げたときの標準振幅時の振動スペ
クトルである。これは温度変化等を想定している。

【００６６】図１３Ａは振動部５の先端１００ｍｍを垂
直に水中に浸けた状態で測定した振動スペクトルであ
る。図１３Ｂは図１３Ａと同様に振動部５の先端１００
ｍｍを垂直に水中に浸けた状態で圧電素子の効率を７０
％に下げたときの振動スペクトルである。

【００６７】図１４Ａは振動部５の先端２０ｍｍを垂直
に粉体（ＰＣペレット）に埋没させた状態で測定した振
動スペクトルである。図１４Ｂは図１４Ａにおいて圧
電素子の効率を７０％に下げた状態で測定した振動スペ
クトルである。

【００６８】これらの図１２、図１３および図１４に示
された振動スペクトルから測定されたＱ特性値及びピー
ク電圧（ＰＥＡＫＶｏｌｔ．）を次の表１に示す。な
お、表１中、［］の数は図の番号を示している。

【００６９】

【表１】

【００７０】表１より、ピーク電圧を基準に計測する従
来の振動式レベル検出装置は、水の検出を行う場合、標
準振幅時のピーク電圧が４．８８Ｖ、水に浸かったとき
のピーク電圧が４．２２Ｖである。従って、これら両方
の電圧の間のいずれかの比較電圧を設定し、その比較電
圧より高いか低いかで水の有無を出力する。

【００７１】このピーク電圧を基準に計測する従来の振
動式レベル検出装置は、振動部５の効率が７０％に下が
った場合、標準振幅時、すなわち非検出状態におけるピ
ーク電圧が３．５４０Ｖとなり、水を検出している状態
より低下する。その結果、水がないにも拘わらず、水の
検出信号、すなわち誤信号を出力することになる。

【００７２】これに対して、Ｑを基準に計測する本発明
の実施例に係る振動式レベル検出装置の場合は、表１に
示すように、振動部５の素子効率が標準振幅から７０％
に下がった場合でもＱに変化がなく、また各測定条件下
でもＱはほとんど変化しない。

【００７３】なお、振動部先端２０ｍｍを垂直に粉体
（ＰＣペレット）に埋没した状態で測定した場合、標準
振幅の場合と、振幅振動部の効率が７０％に下がった場
合とでは、Ｑは多少異なるが、これは、振動する振動部
５への粉体（ＰＣペレット）の当たり方が変化するため
である。

【００７４】以上のことから、水を検出する場合は、非
検出時の標準振幅５８２と、振動部先端１００ｍｍ水没
時の標準振幅５４４との間に基準値を設定すれば、振動
部５の効率に無関係に安定した計測が可能となり、誤動
作を防止する振動式レベル検出装置とすることができ
る。また、粉体（ＰＣペレット）を検出する場合も、非
検出時の標準振幅５８２と、振動部先端２０ｍｍ粉体埋
没時の７０％振幅１６９との間に基準値を設定すればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る振動式レベル検出装置の第１の実
施形態の要部概略図である。

【図２】図１に示す振動式レベル検出装置のハードウエ
ア構成を示す図である。

【図３】図２に示すＲＯＭ３２に格納されているプログ
ラムのフローチャートである。

【図４】図２に示すＡ／Ｄ変換器を介して取り込まれた
振動板２の振動スペクトルを示す図である。

【図５】本発明に係る振動式レベル検出装置の第２の実
施形態の要部概略図である。

【図６】本発明に係る振動式レベル検出装置の第３の実
施形態の要部概略図である。

【図７】図６に示すバンドパスフィルターの各周波数特
性を示す図である。

【図８】本発明に係る振動式レベル検出装置の第３の実
施形態のハードウエア構成を示す図である。

【図９】Ａは図８に示すデジタルフィルター４０を通過
した周波数特性であり、Ｂは各周波数特性についての受
信電圧値である。

【図１０】Ａは図８に示すデジタルフィルター４０を通
過した周波数特性であり、Ｂは各周波数特性についての
受信電圧値である。

【図１１】Ａは振動式レベル検出装置の全体構成を示す
側面図であり一部断面図、Ｂは振動式レベル検出装置の
検出パイプ、振動板の振動状態を概念的に示した側面図
である。

【図１２】Ａは振動式レベル検出装置の振動部先端に物
体が接触しない状態での標準振幅時の振動スペクトルを
示す図であり、Ｂは圧電素子の効率を７０％に下げたと
きの振動スペクトルを示す図である。

【図１３】Ａは振動式レベル検出装置の振動部先端１０
０ｍｍを垂直に水中に浸けた状態での標準振幅時の振動
スペクトルを示す図であり、Ｂは圧電素子の効率を７０
％に下げたときの振動スペクトルを示す図である。

【図１４】Ａは振動式レベル検出装置の振動部先端１０
０ｍｍを垂直に粉体（ＰＣペレット）に埋没させた状態
での標準振幅時の振動スペクトルを示す図であり、Ｂは
圧電素子の効率を７０％に下げたときの振動スペクトル
を示す図である。

【図１５】従来の振動式レベル検出装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

２・・・・・振動板４・・・・・検出パイプ５・・・・・検出部１２・・・・・圧電素子２０・・・・・加速度ピックアップ２１・・・・・掃引励振信号生成回路２２、２５、２７・・・・・急峻度測定回路２３、２６、２８・・・・・判定回路２４・・・・・帯域励振信号生成回路２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ・・・・・バ
ンドパスフィルター３９・・・・・励振信号生成回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出対象が接触可能な位置に設けられた振
動部、所定の振動周波数の励振信号を生成して出力する励振信
号生成部、振動部に固定されており、前記励振信号を受け、振動部
に対して当該励振信号に対応する振動を与える励振部、振動部の振動を受信信号に変換して出力する受信部、前記受信信号を取り込み、振動部の共振周波数特性の急
峻度を測定する急峻度測定部、前記急峻度に基づいて、検出対象と振動部との接触を判
定する判定部、を備えたことを特徴とする振動式レベル検出装置。
【請求項２】請求項１に係る振動式レベル検出装置にお
いて、前記励振信号生成部は、振動周波数を掃引して出力し、前記急峻度測定部は、各振動周波数に対応した受信信号
に基づき振動部の共振周波数特性の急峻度を測定する、ことを特徴とする振動式レベル検出装置。
【請求項３】請求項１に係る振動式レベル検出装置にお
いて、前記励振信号生成部は、所定の振動周波数帯域を有する
励振信号を出力し、前記急峻度測定部は、受信信号に基づき時間軸−周波数
軸変換処理によって振動部の共振周波数特性の急峻度を
測定する、ことを特徴とする振動式レベル検出装置。