JPS6196419A - ボンベレベルチエツカ− - Google Patents

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】 本発明は、液化ガスのボンベ等外部から観察不可能な充
填液レベル面を超音波により検出するボンベレベルチェ
ッカーに関スる。

本発明の目的は、ボンベレベルの超音波計測に際して、
測定系が最適周波数灸件となるように装置を構成するこ
とにより、省エネルギーで可搬性良好なボンベレベルチ
ェスカーを提供することにある。

、　従来公知の容器内液面レベルの計測方式は、放射線
式と超音波式に大別される。このうち前者の放射線式は
、放射線の透過減衰量を計測するため、容器直径方向に
対向して、放射線源および同放射線源検出器から構成さ
れるセンサを設置するため、センサ設定可能な空間を必
要とし、ボンベを挾持するセンサ構造が大型となり、可
搬性に雉がある。

一方後者の超音波式は、探傷器回路を応用し、尖鋭な単
一パルスを利用するため効率が低く、電力消費量が高い
ため、電池電源による可搬型計測器には不適当である。

本発明は上述の欠点を除去するため、超音波パルスバー
スト波を使用し、測定系が最適周波数条件となるように
装置を構成する。

以下図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図に超音波によるボンベレベルチェッカーの測定系
統図を示す。

同図で１は探触子、２は接触媒質、３はボンベ。

外壁、４は充填液、５はボンベ外壁に接している雰囲気
、６は充填液４を伝搬する超音波パルス、７は探触子１
の充填液熱の場所での受信信号、８は探触子１の充填液
有の場所での受信信号である。

第１図から明らかに、充填液有の場所の受信信号８には
同液中の超音波伝搬６による受信波Ｒが受信される。

一方充填液無の場所の受信信号７には、送信波Ｔのみで
受信波Ｒは受信されない。

即ち受信波Ｒの有無が充填液の有無に対応する。

従来の超音波探傷器の場合は、距離分解能を上けるため
に尖鋭な立上り特性をもつ高出力単一パルスを用い、ボ
ンベ外壁３内での超音波の干渉は抑制されるように構成
された。

本発明は容器内の超音波に、パルスバースト波を用い、
器壁内の干渉波を積極的に利用して、小出力信号のベク
トル和をとり出し、大出力パルスと同一の効果を得てい
る。

第２図にボンベ内の超音波の伝搬特性説明図を示す。

同図で９は探触子１かも接触媒質２を経て器壁３内部で
多重反射、干渉を繰り返すエコ一群、１０は９が充填液
４中の超音波６となり、対向側の器壁に入射し、同器壁
内で多重反射、干渉を繰り返すエコ一群、１１は１０が
充填液４中の°超音波６となり、再び探触子側の器壁に
入射し、同器壁内で９と同様に多重反射、干渉を繰り返
すエコ一群とする。

第２図で器壁３内部での發初の受信エコーをＡｏとし、
Ａｏが境界層３および４で反射して′再び境界層２およ
び３に到達するエコーをＡ、とする。

以下同様にして境界層３および４で反射して再び境界層
２および３に到達するエコーをＡｎとする。

今ｉ側から境界層ｉおよびｊに垂直入射した超音波の反
射率をＲｌｊ、透過率をＴｉｊ、とおき媒質ｉの音速、
吸収減衰率、伝搬距離および波長をそれぞれＶｉ１αｉ
％ｌ！ｉおよびλｉで表わすこととする。

第１図で探触子の有効放射径を２ａとするとＡ。

は 一αｓｒｓ　　　　　　−αｇｚｓ Ａ、＝　ＡｏＲ３ｔｅ　　　　　Ｒ５４ｅ　　　　　　
Ｄ３ｃｏｓｇ＋５＝Ａｏβａ　　ｃｏｓψ３（１） ２　ｌ　３−２ Ｄｓ＝　（１＋　　　　　ｔａｎ　　ｒｓ　）となる。

同様にＡｏは Ａｎ＝Ａ、βａ　Ｃ０８ｆ１９）ｘ　　　　　　　　　
　　（３１で表わされる。

器壁内での超音波は、垂直入射のパルスバースト波とし
、同パルス波のパルス幅は、器壁内のみ多重反射による
干渉波が存在するものとする。

（３）式で表わされるエコー、群９のベクトル和Ａａと
なる。

今Ａａがプローブ側の器壁で反射し、境界層３および４
を透過し、充填液４を伝搬して境界層４および３で入射
し、器壁３を伝搬して境界層３および５で反射し再び境
界層３および４に到達する最初のエコーをＢｏとすると
、ＢｏはＸｅ　　　　　ＫＨ５×ｅ　　　　　Ｄ６　＝
　Ａａ　Ｂ　６となる。

Ｂｏが境界層３および４で反射し、器壁３を伝搬して境
界層４および５で反射して再び境界層３および４に到達
するｎ番目のエコーをＢｎとおくと Ｂｎ　＝　Ｂ、βｂｃｏＳｎｑｓ　　　　　　　　（７
）−２α３／３ 但しβｂ＝Ｒｓａ−Ｒｓｓｅ　　　　　Ｄｓ　　　ｆｓ
ｌとなる。

よって（７）式で表わされるエコ一群１ｏのベクトル和
Ｂａは（４）式と同僚に となる。

更にＢａが境界層３および４を透過し、充填液４を伝搬
して境界層４および３で入射し器壁３を伝搬して、境界
層３および２に到達する最初のエコーをＣ６とするとＣ
０は、 一α４Ｉ！４　　−α３／３ Ｃｏ　＝＝Ｂａ　Ｔｓａ　ｅ　　　　　Ｔ４３　ｅ　　
　　　Ｄ４＝Ｂａβｃ　　　　　　　　　　　　　（１
０）−α４／４　−α３／３ 但しくｊ　ｃ　＝Ｔｓａ　Ｔａ５ｅ　　　　ｅ　　　　
Ｄ４となる。

ＡｏおよびＡａとＣｏの対応より、Ｃ０を含む器壁３の
エコ一群１１のベクトル和Ｃａは（３）式と同様に と求まる。

（１２）式で容器３内の干渉波に対応する項をｘ１充填
液４内の拡散減衰に対応する項をＹ、その他の項をＺと
おくと Ｃａ＝ＸＹＺ　　　　　　　　　　　　（１３）２Ｃ’
４１４　　　　　　　　　　　（１４）Ｙ＝４　　　４
　　　　　　（１５） （１＋　−ｔａｎ　ｒ４） ｌ！ｓ 但し　δ＝　−ｔ　ａｎγｓ　　　　　　　　　（１７
）と表わせられる。

（１４）式よりＸの極大値を与える位相角ψ３ｏおよび
波長λ、。は ψ３ｏ−２ｎπ　　　　　　　　　　　　（１８）２ｔ
！３ λｓｏ　＝（１９） となる。

（１９）式は超音波パルスバースト波の搬送波成分が、
ボンベ器壁で定在波音場と々るとき器壁内の干渉波に対
応するＸが極大となることを示している。

（１８）式のときのＸの極大値ｎは Ｘａ＝　　　　　ｚ　　　　　　　　　　　（２０）（
１−Ｂａ）（１−βｂ） となる。

即ちボンベ器壇内が定在波音場の場合は単一パルヌ波の
場合に比して、送・受信信号の利得がＸａ倍となりその
分だけ省エネルギーとなる。。

伺本記述では、超音波探触子および接触媒質内での干渉
波は無視している。一般に超音波探触子は機械的尖鋭度
が低く、接触媒質は被測定面および超音波探触子放射面
間で波長に比較して薄膜のためこれらによる干渉波は無
視可能である。

但し超音波探触子の機械的尖鋭度が無視できない場合は
超音波振動子、同放射面、接触媒質およびボンベ器壁を
含めた超音波伝搬径路の等価厚さを改めて器壁厚さｅ３
とおいても何ら差支えない。

（１５）式よりＹの極大値を与える指向角は但し　Ｋ４
：定数（減衰率の周波数二乗対比）ｆ　：搬送波の周波
数 とおいて のγ４　の実根より求められる。

（２２）式の解は とおいて最適放射角を与えるｒ４の実（４Ｉ！ｒ４ｎの
市と求まる。

（２４）式よりγ４ｏを与える最適周波数ｆｏはで与え
られる。

（２５）式は探触子半径（ａ）、充填液の音速（Ｖ４）
と同液の減衰率の周波数二乗対比（Ｋ４）およびボンベ
内径（／４）が与えられると拡散減衰に関するＹの最適
周波数ｆ、が与えられることを示している。

（１９）式で与えられる周波数群ｆｎはとなる。

（２６）式のｆｎのうちｎ（整数）を選択してｆ。

に最も近接した周波数ｆｎｏを設定すると、受信波Ｃａ
　の最大値近傍となる周波数が与えられる。

第３図に（ｌソ）、　（２５）　　両式の関係を実現す
る本発明のボンベレベルチェッカーの一回路溝成図を示
す。

同図で１２は振動速度検出部、１３は帯域フィルタ、１
４は送信増幅部、１５はタイミングパルス発生部、１６
は受信増幅部、１７は萼報出力邪、１８および１９はタ
イミングパルス発生部の出力信号でそれぞれ送信増幅部
１４および受信増幅部１６の制御信号、２０は探触子１
の送・受信信号、２１　（２２）は受信波有（無）のと
きの受信増幅器出力信号、２３　（２４）は受信波有（
無）のときの警報出力信号である。

第４図に第３図に対応したタイミングチャートを示す。

第３図および第４図でタイミングパルス発生部の出力１
８により、１８のオン時間だけ送信増幅器１４が、実効
状態となり、探触子１を駆動する。探、触子１からの送
信波の干渉電圧は、振動速度検出部１２に印加される。

振動速度検出部１２の１例は特公昭４４−１９４８０「
を歪・圧電変換器の眼動速度の検出装置」に開示されて
いる。

即ち、振動速度検出部１２は、探触子１が受りする干渉
波の振動速度に比例したモーショナル電圧を検出する。

ｗＲ動速度検出部１２の出力は帯域フィルタ１３に帰還
されて再び送信増幅部１４で増幅され探触子１を駆動す
る。

送信波の干渉電圧２０は１−１２→１３−１４−１と正
帰還されて（１９）式を満足する発振を持続する。帯域
フィルタ１３は（２５）式を満足する周波数ｆ。近傍の
帯域ｐ波器とする。

これにより１−１２−１３−１４−１の正帰還発掘系の
周波数はｆｎｏとなる。

タイミングパルス発生部１５の出力１９は、ボンベ内の
超音波エコー６が受信される時間帯のみ受信増幅部１６
がオンとなるように設定する。

これにより、受信増幅部１６は探触子１の送・受信信号
２０のうちの受信波Ｒの存在する時間帯のみ増幅する。

受信波布の場合の受信増幅部１６の出力け２１となり、
受信波Ｒを増幅して、臀報出力部１７にオン信号を与え
るため、同出力は２３となって液有の警報出力信号を発
信する。

一方受信波無の場合は、受信増幅部１６の出力２２、お
よび１報出力部１７の両出力共オフ信号となって、警報
は発信されない。

以上詳述したよって、本発明によれば測定周波数を最適
周波数条件近傍に設定する省エネルギー型回路構成が可
能となり、可搬型のボンベレベルチェノカーが実現され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波によるボンベレベルチェッカーの測定系
統図、第２図はボンベ内の超音波の伝搬特性説明図、第
３図は本発明のボンベレベルチェッカーの一回路構成図
、第４図は第３図に対応したタイミングチャートである
。 第　　１　　　図 ５Ｆ１２　　　記

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波探触子により、ボンベ外壁から同ボンベ内充
   填液のレベル面を点検する装置において、パルスバース
   ト波の搬送波周波数がボンベ器壁内の超音波の半波長の
   整数倍となるように設定したボンベレベルチェッカー。 ２、ボンベ内充填液の超音波減衰率の周波数二乗対比と
   音速の０．３６倍の二乗の積を探触子の有効放射径で除
   した値をＱとし、Ｑとボンベ内径の積を探触子の有効放
   射径で除した値の２／３をＰとし、Ｑの二乗とＰの三乗
   の差の平方根をＤとし、ＱとＤの和の１／３乗とＱとＤ
   の差の１／３乗の和を以って最適指向角γ＿０の正接と
   し、このγ＿０を与える周波数に近い周波数で作動する
   特許請求範囲（１）に記載のボンベレベルチェッカー。