KR20000053591A

KR20000053591A - 초음파센서를 사용하여 검출대상으로서의 용기내의 액체를검출하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20000053591A
Application number: KR1020000003201A
Authority: KR
Inventors: 야마구치히로타로; 스즈키오사무; 가타기시유키오; 장후아이강; 다카하시데쓰오; 기자키히데타카; 이와모토마사오
Original assignee: 사토 요시하루; 야마타케 코포레이션; 가즈오 가스가; 가스가 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2000-08-25
Also published as: US6397656B1

Abstract

운전 주파수 설정수단은, 운전 주파수 설정모드에 있어서, 가변형 발진회로에 초음파발사 지령을 출력하고, 검출자(2)로부터 초음파(6)를 복수회 주파수를 바꾸면서 발사시킨다. 이 때의 발사 파형 또는 반사 파형의 데이터를 밴드패스필터를 통해 입력하고, 파형의 감쇠특성의 상위에 기초하여 검출자(2)의 압전소자와 LPG 탱크와의 사이의 공진 주파수를 검출한다. 이 검출한 공진 주파수를 운전 주파수로서 기억부에 등록한다. 이에 따라, 용기외측부분에 검출자를 부착한 상태로 대상물의 검출을 하는 경우에, 판 두께 및 재질이 어떠한 용기에 대하여도 사용가능한 범용성이 있는 초음파센서를 제공할 수 있다.

Description

초음파센서를 사용하여 검출대상으로서의 용기내의 액체를 검출하는 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING LIQUID SERVING AS OBJECT TO BE DETECTED IN VESSEL USING ULTRASONIC SENSOR}

본 발명은, 예컨대 가압된 용기의 외측에 검출자를 부착하여, 용기의 외측에서 안쪽에 향하여 초음파를 발사함으로써, 용기내에 저장된 액체의 액면레벨, 저장량 등을 초음파센서를 사용하여 검출하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

통상의 초음파 센서는, 검출 대상(액체의 표면)을 향하여 초음파 펄스를 발사하고, 검출대상으로 반사된 반사파를 수신하며, 이 때의 초음파펄스 발사시점에서 반사파 수신시점까지의 시간을 계측함으로써, 대상물(액면의 레벨)의 검출을 하도록 하고 있다. 따라서, 초음파 펄스의 송수신을 하는 검출자와 검출대상과의 사이에는, 초음파의 원활한 전파를 저해하는 등의 물질을 되도록이면 개재시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 자동차의 연료탱크 같은 용기의 바닥면에 압전소자로 이루어져 음파를 발하는 압전 능동수단을 설치하고, 용기내 바닥면으로부터 발사한 음파가 액면에서 반사하여 다시 바닥면에 도달하였을 때에 수신하여, 발신시점에서 수신시점까지의 시간을 계측함에 의해 바닥면과 액면과의 사이의 거리를 검출하도록 한 액체 측정시스템도 제안되고 있다(예컨대, PCT 출원에 의한 국제공개번호 WO98/04889호 참조).

그렇지만, 액화석유가스「Liquefied Petroleum Gases-(LPG)」나 가솔린 등의 검출대상으로서의 액체가, 가압된 압력용기의 내부에 저장되고, 이 용기내부에 검출자를 설치하는 것이 곤란한 경우에는, 할 수 없이 검출자를 용기의 외측에 부착하여, 용기의 판 두께 부분을 통해 검출자와 검출대상과의 사이에서 초음파 펄스의 송수신을 하는 구성이 종래부터 채택되고 있다. 특히, 예컨대 LPG 탱크내부의 액면검출을 하는 레벨센서에 관해서는 기계적수단을 사용한 구성이 현재의 주류로 되어있지만, 초음파 센서를 사용한 구성으로 하는 경우에는, 이 LPG 탱크가 압력용기인 것, 용기내부에의 검출자의 설치가 곤란한 점에서 검출자를 탱크의 외측 바닥면부에 부착하는 구성을 채택하게 된다.

이러한 구성의 경우, 검출자로부터 발사되는 초음파는 탱크 바닥면의 판 두께 부분을 투과하여 액중에서 액면으로 도달, 액면에서 반사한 초음파는 다시 액중에서 탱크 바닥면의 판 두께 부분을 투과하여 검출자에 의해 수신되기 때문에, 액면의 레벨을 높은 정밀도로 검출하기 위해서는, 탱크(압력용기)의 바닥판의 두께 부분에 있어서의 초음파의 투과율이 양호한 것이 요구되고 있다.

그러나, 탱크의 바닥판의 두께 분에 대한 초음파의 투과율을 양호하게 하기 위해서는, 탱크의 판 두께 및 재질에 따라서, 검출자로부터 발사하는 초음파의 발진주파수를 알맞게 설정해야 한다. 즉, 탱크의 판 두께와의 관계에 있어서는, 초음파의 파장을 λ로 한 경우에, 판 두께가 (1/2)λ또는 (1/4)λ의 정수배인 경우에 투과율이 양호한 것으로 알려지고 있다. 따라서, 판 두께를 t, 발진 주파수를 f, 음속을 c, 정수를 n으로 나타낸 경우에, λ= c/f인 점에서, 판 두께 t는 하기 식(1) 또는 (2)에 의해 나타낸다. 또한, (1)식 또는 (2)식 중 어느 쪽을 이용하여 나타낼까는, 압전소자의 진동면이 양면인지 한 면인지에 따라 결정된다.

t= n·(λ/2)= n·c/2f … (1)

t= n·(λ/4)= n·c/4f … (2)

또한, 탱크의 재질과의 관계에 있어서는, 그 재질 특유의 고유치인 공진 주파수의 값과, 검출자의 압전소자의 운전 주파수의 값과가 매우 접근한 경우에 투과율이 양호한 것이 알려지고 있다. 이러한 점에서, 종래, LPG 탱크의 외측 바닥면부에 검출자를 부착하는 구성을 채용하는 경우는, 초음파센서의 마커가 미리 탱크의 판 두께 및 재질을 조사하여 기존의 규격품 중으로부터 될 수 있는 한 최적의 운전 주파수의 센서를 선택하거나, 혹은 규격품의 속에 최적의 운전 주파수를 갖는 센서가 없는 경우에는 신규에 초음파센서를 제작하도록 하고 있었다.

그러나, 탱크의 판 두께 및 재질은, 사용 환경 그 밖의 조건에 따라서 변하는 것이며, 어떤 탱크에 대하여 사용하고 있는 운전 주파수를, 별도의 탱크에 대하여 그대로 적용할 수가 없는 경우가 있다.

이러한 경우에, 센서 메이커는 다시 기존의 규격품 중에서 바람직한 운전 주파수의 것을 선택하여, 이 바람직한 운전 주파수를 가진 것이 규격품 중에 존재하지 않는 경우에는 신규의 초음파센서를 제작해야만 했다. 요컨대, 종래의 초음파센서는, 특정한 사용환경에 따른 운전 주파수를 갖는 전용품이며 범용성이 있는 것이 아니었기 때문에, 용기의 판 두께나 재질이 변한 경우에는 이미 사용불가능한 것이 되어 있었다. 이러한 종래의 초음파센서의 일례로서, 영국특허 GB2284053A가 제안되어 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해서 행해진 것으로서, 검출대상의 액체가 저장된 용기의 판 두께나 재질 등이 어떤 것이더라도 적용할 수가 있는 범용성을 갖는 초음파센서를 구비하는 검출시스템을 제공함과 동시에, 상술한 초음파센서를 사용한 대상물 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 초음파센서를 사용한 대상물검출시스템의 구성을 나타내는 블록도,

도 2는, 도 1에 표시된 검출시스템의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트,

도 3은, 도 2에 표시된 플로우챠트의 스텝(ST2)의 운전 주파수 설정모드에 있어서의 상세한 동작을 나타내는 플로우챠트,

도 4A는, 도 1의 검출자(2)의 공진시에 있어서의 발사 파형을 나타내는 파형도,

도 4B는, 검출자(2)의 비공진시에 있어서의 발사 파형을 나타내는 파형도,

도 5는, 본 발명의 제2 실시형태의 주요부 구성을 나타내는 설명도,

도 6은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 대상물검출시스템에 있어서의 탱크에의 검출자의 부착구조를 나타내는 단면도,

도 7은, 도 6에 있어서의 탱크에의 검출자 케이스의 부착상태를 나타내는 단면도,

도 8A는, 도 7의 패킹의 형상을 나타내는 평면도,

도 8B는, 도 7의 패킹의 형상을 나타내는 종단면도,

도 9A는 검출자 케이스 압압수단의 구성을 나타내는 평면도,

도 9B는 검출자 케이스 압압수단의 구성을 나타내는 정면도,

도 9C는 검출자 케이스 압압수단의 구성을 나타내는 측면도,

도 10은, 신규에 제작된 용기에 검출자 케이스를 부착하는 제4 실시형태에 관한 검출시스템의 부착구조를 나타내는 단면도,

도 11A는, 도 10에 있어서의 부착베이스의 형상을 나타내는 평면도,

도 11B는, 도 10에 있어서의 부착베이스의 형상을 나타내는 단면도,

도 11C는, 도 10에 있어서의 부착베이스의 형상을 나타내는 바닥면도,

도 12는, 신규로 제작된 용기에 검출자 케이스를 부착하는 제5 실시형태에 관한 검출시스템의 부착구조를 나타내는 단면도,

도 13은, 방수구조에 의해 검출자 케이스를 탱크에 부착하는 제6 실시형태에 관한 검출시스템의 장치하여 구조를 나타내는 단면도,

도 14는, 방수구조에 의해 검출자 케이스를 탱크에 부착하는 제7 실시형태에 관한 검출시스템의 장치하여 구조를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 본체 2 : 검출자

3 : LPG 탱크 4 : 액체

5 : 액면 6a : 반사파

6b : 반사파 7 : CPU

8 : 검출 동작 제어회로 9 : 운전 주파수 설정수단

10 : 전원 공급회로 11 : 가변형 발진회로

12 : 수신회로 13 : 증폭회로

14 : 밴드패스 필터 15 : 검파회로

16 : 비교 회로 17 : 기억부

18 : 표시부 19 : 조작버튼

20 : 드라이브회로 21 : 저항

22 : 전환스위치 23 : 다이오드

25 : 온도 보상수단 27 : 마루면

31 : 검출자 32 : 검출자 케이스

32a : 검출자 배치공간 33 : 패킹

34 : 고정부 35 : 육각볼트(나사부재)

36 : 위치결정 슬리브 37 : 제 1 너트

38 : 가동판 39 : 부착부

40 : 와셔 41 : 제 2 너트

43 : 열전대 44 : 충진재

45 : 스페이서 46 : 부착베이스

47 : 핀 48, 70 : 코일스프링

49 :부착레버 51 : 걸어맞춤돌기

52 : 케이블 53 : 볼록부

54 : 홈부 55 : 방수커버

56, 65 : 통체 57, 66 : 덮개

58, 67 : O 링 59 : 커넥터

60 : 압압블록 62 : 너트

63 : 단자대 64 : 방수커버

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 관한 검출시스템은, 용기의 외측 부분에 부착된 검출자로부터 용기 내부의 검출대상으로 향하여 초음파를 발사시킴과 동시에, 이 검출 대상부터의 반사파를 상기 검출자에 의해 수신하고, 이 때의 초음파 발사시점에서 반사파 수신시점까지의 시간의 계측에 따라서 대상물 검출동작에 관해서의 제어를 실행하는 검출 동작 제어회로를 구비한 초음파센서에 있어서, 상기 검출 동작 제어회로는, 상기 대상물 검출 동작의 실행 전에 미리 주파수를 가변시키면서 상기 검출자로부터 초음파를 복수회 발사시킴과 동시에, 그 때의 발사 파형 또는 반사 파형을 입력하여, 이 입력 파형의 해석을 근거로 하여 검출자와 용기와의 사이의 공진 주파수를 검출하고, 이 검출한 공진 주파수를 운전 주파수로서 설정하는 운전 주파수 설정수단을 갖는 것이다.

상기 제 1 관점에 관한 검출 시스템은, 사각파 펄스 신호의 입력에 근거하여 초음파를 발사하는 상기 검출자를 구비하도록 하여도 좋다. 또한, 상기 입력 파형의 해석에 사용하는 발사 파형 또는 반사 파형은, 밴드패스필터를 통해 입력되어, 고조파 발진에 기인하는 공진 주파수의 오류 검출을 방지할 수 있게 되도록 구성하여도 좋다. 또한, 상기 용기는 액체저장용의 것이며, 상기 운전 주파수 설정수단은, 상기 발사 파형 또는 반사 파형의 어느 쪽을 사용하여 상기 해석을 행할지에 관하여, 이 용기내의 액체의 존재의 유무의 검출에 근거하여 결정하도록 하여도 좋다.

또한, 상기 운전 주파수 설정수단이 하는 발사 파형 또는 반사 파형의 해석은, 이들 파형 중 감쇠 파형의 감쇠도가 가장 작은 파형을 선택하여, 그 선택한 파형에 관한 운전 주파수를 구하는 것을 내용으로 하여도 좋다. 또한, 상기 운전 주파수 설정수단이 하는 발사 파형 또는 반사 파형의 해석은, 상기 검출자 및 용기를 포함시킨 임피던스가 최소치를 취할 때의 파형을 선택하고, 그 선택한 파형에 관한 운전 주파수를 구하는 것을 내용으로 하여도 좋다. 또한, 상기 운전 주파수 설정수단은, 상기 초음파의 복수회의 발사에 근거하는 복수의 발사 파형 또는 반사 파형을 입력하는 경우에, 매회의 입력 타이밍을 전회보다도 소정시간만큼 어긋나게 하여도 좋다. 또한, 상기 검출자의 압전소자는, 공진 파형(Q)의 급준도가 낮아지도록 완만한 공진 파형을 갖는 저 Q 물질에 의해 형성되도록 하여도 좋다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 2 관점에 관한 초음파 센서를 사용한 대상물 검출방법은, 용기의 외측부분에 초음파센서의 검출자를 부착하는 스텝과, 이 검출자로부터 용기 내부의 검출대상으로 향하여 초음파를 발사시키는 스텝과, 이 검출 대상으로부터 반사파를 상기 검출자에 의해 수신하는 스텝과, 이 때의 초음파 발사시점에서 반사파 수신시점까지의 시간의 계측에 따라서 대상물을 검출하는 스텝과, 상기 대상물의 검출을 하기 전에, 미리 주파수를 가변시키면서 상기 검출자로부터 초음파를 복수회 발사시키는 스텝과 그 때의 발사 파형 또는 반사 파형을 입력하는 스텝과, 이 입력 파형의 해석에 근거하여 검출자와 용기와의 사이의 공진 주파수를 검출하는 스텝과, 이 검출한 공진 주파수를 운전 주파수로서 설정하는 스텝과, 이 설정한 운전 주파수로, 상기 검출자로부터 용기 내부의 검출대상으로 향하여 초음파를 발사시키는 스텝을 구비하고 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 용기 외측 부분에 검출자를 부착한 상태로 대상물을 검출하는 경우에, 미리 주파수를 가변시키면서 검출자로부터 초음파를 복수회 발사시킴과 동시에, 그 때의 발사 파형 또는 반사 파형을 입력하여, 이 입력 파형의 해석에 근거하여 검출자와 용기와의 사이의 공진 주파수를 검출하고, 이 검출한 공진 주파수를 운전 주파수로서 설정하는 구성으로 하고 있기 때문에, 어떠한 판 두께나 재질의 용기에 대하여도 사용할 수 있고, 또한, 센서 마커가 관여하지 않더라도 유저만으로 설치할 수 있는 범용성이 있는 초음파센서를 실현되는 바와 같이, 이것을 사용한 대상물 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 양호한 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 관한 초음파 센서의 구성을 나타내는 블럭도이다. 이 초음파 센서는 본체(1)와 검출자(2)로 구성되어 있고, 소정의 판 두께를 갖는 소정의 재료(예컨대, 스테인레스강)로 형성된 LPG 탱크(3)의 외측 바닥면부에 부착되고 있다. LPG 탱크(3)내에는 액체(4)(LP 가스)가 저장되어 있고, 검출자(2)로부터 발생하는 초음파(6a)가 액면(5)에서 반사되고, 그 반사파(6b)가 검출자(2)에 의해 수신되도록 되어 있다. 또, 이 제1 실시형태에서는, 검출자(2)의 압전소자(도시하지 않음)는, 공진 특성 곡선에 있어서의 공진점 부근의 첨예도(acutance)가 비교적 완만한 소위「저Q 물질」을 사용하고 있다. 이「저Q 물질」로서는, 예컨대, 저Q 물질용으로서 제조된 지르콘산티탄산납(PZT)이 있다.

본체(1)는, CPU(7)을 갖고 있고, 이 CPU(7)에는 운전 주파수 설정수단(9)을 가지는 검출 동작 제어회로(8)가 형성되어 있다. 본체(1)는, 또한, 전원회로(10)부터의 전력공급에 근거하여 검출자(2)내의 압전소자에 대하여 발진펄스를 출력하는 가변형 발진회로(11)와, 검출자(2)부터의 반사파(6b)의 신호 또는 발사초음파(6a)의 신호를 입력하는 수신회로(12)와, 수신회로(12)가 입력한 신호를 증폭하는 증폭회로(13)와, 증폭회로(13)부터의 신호를 여파(filtering)하는 밴드패스필터(14)와, 밴드패스필터(14)부터의 신호를 검파하는 검파회로(15)와, 검파회로(15)부터의 신호를 미리 설정된 역치와 비교하고, 이 신호가 노이즈인가 아닌가를 판별하는 비교회로(16)와, 운전 주파수 설정수단(9)이 설정한 운전 주파수의 값을 기억하는 기억부(17)(예컨대, EEPROM : Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory로 구성된다)와, 이 설정된 운전 주파수의 값을 표시하는 것이 가능한 표시부(18)와, 한번 설정된 운전 주파수를 강제적으로 재설정하는 경우 등에 사용되는 조작버튼(19)을 갖고 있다. 상기 검출자(2)는, 탱크(3)의 외표면의 온도를 검출하기 위한 예컨대 더미스터 등의 온도 감지수단(도시하지 않음)도 갖고 있고, 이 온도 검출수단에서 검출된 온도 신호는 온도 보상수단(25)에 공급되어, 온도 보정 신호로서 CPU(7)에 공급되고 있다.

다음에, 상기 구성을 갖는 제1 실시형태의 동작을 도 2 및 도 3의 플로우챠트를 참조하면서 설명한다. 도 2에 있어서, CPU(7)의 검출 동작 제어회로 (8)는, 초기화를 한 후(스텝 ST1), 운전 주파수 설정모드에 들어가, 운전 주파수 설정수단(9)의 기능에 의해 운전 주파수의 설정을 한다(스텝 ST2). 이 스텝(ST2)의 상세한 내용 에 있어서는, 도 3을 이용하여 후술한다.

스텝(ST2)으로 운전 주파수의 설정이 행하여진 후, 검출 동작 제어회로 (8)는 검출 개시 지령을 가변형 발진회로 (11)에 출력한다(스텝 ST3). 이에 따라 가변형 발진회로(11)는, 스텝(ST2)으로 설정된 주파수를 갖는 사각파의 발진 펄스를 검출자(2)에 대하여 출력한다.

검출자(2)는, 이 발진 펄스의 입력에 근거하여 초음파(6a)를 LPG 탱크(3)의 내부로 향하여 발사하고, 또한 액면(5)부터의 초음파의 반사파를 받아, 이것을 수신회로(12)에 출력한다. 수신회로(12)에 입력된 반사파(6b)는, 증폭회로(13), 검파회로(14), 밴드패스필터(15), 및 비교회로(16)를 지나서, CPU(7)에 보내어진다. 그리고, 검출 동작 제어회로 (8)는, 이 반사파의 검출 처리를 한다(스텝 ST4).

이어서, 검출 동작 제어회로 (8)는 온도 보상 처리를 한다(스텝 ST5). 이것은, 초음파(6)의 전파속도는 액체(4)의 온도에 의해 달라지기 때문에, 액면(5)까지의 거리 연산을 행할 때 계수 값을 액체(4)의 온도에 따라서 변화시키는 등의 처리이다. 탱크(3)내의 액체의 온도를 직접 검출하는 것은 어렵기 때문에 탱크(3)의 외표면의 온도를 더미스터 등에 의해 검출하여, 검출된 온도를 온도 보상수단(25)에서 온도 보상 신호로 변환하여 사용하고 있다. 온도 보상 처리가 행하여진 후, 검출 동작 제어회로 (8)는, 검출자(2)로부터 액면(5)까지의 거리를 연산하고(스텝 ST6), 또한, 검출한 액면(5)의 위치가 노이즈에 의한 오류 검출에 의해 산출된 것인지 아닌지 여부, 혹은 액면 이외의 다른 장해물이 아닌가 어떤지 등을 판단한다(스텝 ST7). 그리고, 검출 동작 제어회로 (8)는, 연산한 액면(5)의 위치가 정규의 것을 판별한 후, 그 거리의 값을 표시부(18)에 표시하고, 또한, 그 거리 신호를 도시가 생략되어 있는 제어 기기(예컨대, LP 가스 잔량 감시 장치 등)에 출력한다(스텝 ST8).

이렇게 하여, 초음파 센서를 사용하여 LPG 탱크(3)내에서의 액체(4)의 액면레벨이 검출되지만, 본 제1 실시형태에서는 운전 중에도, 항상, 운전 주파수에 이상이 생기고 있는지 아닌지에 관해서 감시하도록 하고 있다(스텝 ST9∼스텝 ST12). 예컨대, 운전중에 LPG 탱크(3)의 바닥면에 부착되어 있는 검출자(2)의 부착하여 상태가 허술해지는 등의 경우, 검출자(2)의 압전소자와, LPG 탱크(3)와의 사이의 공진 주파수가 변화하기 때문에, 먼저 스텝(ST2)으로 설정한 운전 주파수가 더 이상 타당하진 않게 되는 경우가 생긴다. 이러한 경우, 검출자(2)의 압전소자의 전압이 변화하기 때문에, 운전 주파수 설정수단(9)은, 이 압전소자의 전압변화의 검출에 근거하여 이상여부를 감시하고 있다(스텝 ST9). 그리고, 검출한 전압의 값을 소정의 역치와 비교하여 이상여부를 판별하고(스텝 ST10), 이상이 없으면 스텝(ST3)으로 되돌아가 운전을 속행하고, 한편, 이상이 있는 경우에는, 또한, 그 이상의 정도가 운전 주파수의 재설정에 의해서 원래의 정상적인 상태에 복귀가능한 것인지 아닌지를 판별한다(스텝 ST11). 이 판별결과가 복귀가능한 것일 경우는, 스텝(ST2)에 되돌아가 운전 주파수를 재설정하고, 한편, 이 판별결과가 복귀불가능한 것일 경우에는, 표시부(18)에 이상을 표시함과 동시에 운전을 정지한다(스텝 ST12).

다음에, 도 2에 있어서의 스텝(ST2)의 운전 주파수 설정모드의 상세한 내용을 도 3의 플로우챠트에 근거하여 설명한다. 우선, 운전 주파수 설정수단(9)은, 운전 주파수의 설정의 필요가 있는지의 여부를 판별한다(스텝 ST20). 이 경우, 초음파 센서를 설치한 당초는, 아직 운전 주파수가 설정되어 있지 않기 때문에, 당연한 일이지만「필요 있음」으로 판별되며, 또한, 한번 운전 주파수가 설정된 후는, 통상, 「필요 없음」으로 판별된다. 그러나, 스텝(ST11)에서 YES로 판별된 경우, 즉, 운전 주파수에 이상이 생겨, 그 이상의 정도가 원래의 상태로 복귀가능한 정도의 것일 경우에는, 운전 주파수가 설정된 후에 있어서도 「필요 있음」으로 판별된다.

운전 주파수 설정수단(9)은, 스텝(ST20)에서 주파수의 설정이 필요하다고 판별한 후, 주파수의 조정을 하고(스텝 ST21), 초음파를 발사한다(스텝 ST22). 단지, 처음 초음파를 발사할 때는, 스텝(ST21)의 주파수 조정에 있어서는 주파수의 값을 변화시키지 않고, 센서 마커의 출하시에 설정된 주파수로써 초음파를 발사시키는 것으로 한다. 이어서, 운전 주파수 설정수단(9)은, 이 초음파의 발사에 근거하여 LPG 탱크(3)안이 비었는지의 여부, LPG 탱크(3)안의 액면(5)이 검출되었는지의 여부를 판별한다(스텝 ST23). 또, 가변형 발진회로(11)에 있어서, 발진주파수를 가변하는 기술은 여러가지로 생각할 수 있지만, 일예로서, 가변형 발진회로(11)내에서 사용하고 있는 FET(전계 효과트랜지스터)의 게이트전압을 가변제어하는 것을 생각할 수 있다. 이에 따르면, CR 발진회로에서의 "R"즉 저항성분을 변화시키게 되기 때문에 발진주파수를 가변으로 하는 것이 가능하게 된다.

LPG 탱크(3)안이 비어있다고 판별된 경우는, 반사 파형은 존재하지 않기 때문에 검출자(2)에서 발사된 초음파 파형(6a)의 검출을 하도록 한다(스텝 ST24). 한편, LPG 탱크(3)안이 비었다고 판별된 경우, 요컨대 LPG 탱크(3)내에 액체(4)가 공급되어 있는 상태의 경우는, 검출자(2)에서의 반사 파형(6b)의 검출을 하도록 한다(스텝 ST25).

운전 주파수 설정수단(9)은, 스텝(ST24) 또는 스텝(ST25)에서 검출한 파형 데이터를 자체의 기억부(도시하지 않음)에 전회 데이터로서 기억해두고(스텝 ST26), 기억된 이전 데이터를 사용하여 이번 데이터를 해석한다(스텝 ST27). 이 경우의 해석의 내용에 관해서, 도 4A 및 도 4B의 파형도를 사용하여 설명한다.

도 4A 및 도 4B는, 각각 공진시 및 비공진시에 있어서의 검출자(2)의 발사 파형(6a)을 나타낸 것이다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, 발사 파형은, 가변형 발진회로(11)로부터 검출자(2)에 대하여 발진펄스가 출력되고 있는 기간의 펄스 발사 파형(6a)과, 그 이후의 기간에 있어서의 감쇠 파형에 따라서 형성되고 있다. 지금 예컨대, 가변형 발진회로(11)는 시간 t0∼t1의 기간에 검출자(2)의 압전소자에 대하여 발진펄스를 출력하였다고 한다면, 발진펄스의 출력이 정지된 시간(t1) 이후도 압전소자는 진동을 계속하여 초음파를 발사하지만, 점차로 그 초음파의 강도, 즉 압전소자의 전압레벨은 감쇠한다. 그러나, 도 4A와 도 4B를 비교하여 보면 명백하듯이, 공진시의 파형의 감쇠도는 작은 것인데 비하여 비공진시의 파형의 감쇠도는 큰 것으로 되어있다. 따라서, 이러한 파형의 감쇠도의 상이함을 이용하여, LPG 탱크(3)의 판 두께나 재질에 따른 공진 주파수를 찾아내는 것이 가능하다.

예컨대, 전회의 파형과 이번의 파형을 대비하여, 시간(t2)(혹은 시간 t3, t4 등의 다른 시간에서도 좋다)에 있어서의 양자의 전압레벨에 있어서는, 이번 파형 쪽이 높은 것이었다고 한다면, 적어도 이번 파형에 관한 주파수쪽이 공진 주파수에 가깝다는 것을 알 수 있다. 따라서, 주파수를 바꾸면서 초음파(6a)를 소정 회수만 발사하고, 그 속에서 시간(t2)에 있어서의 전압레벨이 가장 큰 파형을 선택함으로써, 이 선택한 파형을 공진 주파수시의 파형으로 특정할 수가 있어, 이 주파수를 운전 주파수로서 결정할 수가 있다(스텝 ST28). 혹은, 전압레벨에 관해서 소정의 역치를 설정해두고, 초음파 발사 개시후에 이 역치로 저하하기까지의 시간을 각 파형마다 계측하도록 하여, 이 시간이 가장 긴 것을 공진 주파수시의 파형으로서 특정하도록 하여도 좋다.

운전 주파수 설정수단(9)은, 상기한 바와 같이 하여 운전 주파수를 결정한 후, 이 운전 주파수의 값을 기억부(17)에 기입, 등록을 한다(스텝 ST29). 그리고, 이 다음, 검출동작제어회로(8)는, 이 등록된 운전 주파수의 초음파가 검출자(2)로부터 발사되도록 가변형 발진회로(11)에 대하여 초음파 발사 지령을 출력한다. 또한, 현장의 조작자 또는 작업원은, 조작버튼(19)이 간단한 조작에 의해, 기억부(17)에 기억되어 있는 운전 주파수를 표시부(18)에 표시시킬 수 있다. 또, 상기의 예로서는, 스텝(ST25)에서 반사 파형만을 검출하도록 하고 있지만, 반사 파형 및 발사 파형의 쌍방을 검출하여, 보다 정확한 운전 주파수의 설정을 도모할 수도 있다.

그런데, 도 4A 및 도 4B에 도시한 바와 같이, 발사 파형은 펄스 발사시 파형 및 감쇠 파형에 의해 형성되어 있고, 상기의 스텝(ST27)에 있어서의 해석은, 양 파형중의 감쇠 파형의 감쇠도에 근거하여 공진 주파수를 찾아내는 것을 내용으로 하는 것이었지만, 본 발명에서는 펄스발사시 파형을 이용하여, 검출자(2)의 압전소자 및 LPG 탱크(3)를 포함한 임피던스 값에 근거하여 공진 주파수를 찾아낼 수도 있다.

도 5는, 이러한 임피던스 값에 근거하여 공진 주파수를 찾아내는 것이 가능한 다른 실시형태의 주요부구성을 나타낸 설명도이다. 이 도면에 있어서, 운전 주파수 설정수단(9)을 가지는 검출 동작 제어회로 (8)가 내부에 형성되어 있는 CPU(7)부터의 신호는 가변형 발진회로(11)에 출력할 수 있게 되고 있다. 가변형 발진회로(11)부터의 발진펄스는, 드라이브회로(20)를 사이에 세우고, 또한, 전환스위치(22)가 병렬로 접속된 저항(21)과, 서로 역병렬 접속된 한 쌍의 다이오드(23, 23)를 통해 검출자(2)의 압전소자에 출력할 수 있게 되어 있고, 이 때의 펄스발사시 파형 및 감쇠 파형은 수신회로(12)에 의해 수신되도록 되어 있다. 그리고, 전환스위치(22)의 온오프동작은 검출동작제어회로(8)에 의해서 제어되도록 되어 있다. 또, 이 도 5의 제2 실시형태에 있어서 새롭게 부가되어 있는 것은 저항(21) 및 전환스위치(22)뿐이며, 드라이브회로(20) 및 한 쌍의 다이오드(23, 23)는 도 1에서는 도시가 생략되어 있던 것이다.

도 5에 있어서의 저항(21)은, 검출자(2)의 압전소자의 양끝단 전압의 변화를 측정할 수 있도록 설치한 것이다. 즉, 드라이브회로(20)가 압전소자의 양끝단에 전압을 인가하여 공진 주파수로 초음파를 발사시킨 경우, 압전소자 및 LPG 탱크(3)의 합계임피던스는 최소가 되기 때문에, 압전소자에 흐르는 전류는 최대가 된다. 그러나, 드라이브회로나 드라이브전원의 내부저항이, 최소가 된 임피던스보다도 충분히 작은 것이라고 하면, 그대로로는, 드라이브회로(20)가 공진 주파수로 전압을 인가하였다고 해도 압전소자의 양끝단 전압은 거의 변화하지 않고, 그 변화를 검출하는 것이 곤란하다. 그래서, 이 제2 실시형태에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 저항(22)을 설치하고, 운전 주파수 설정시에는 검출 동작 제어회로(8)가 전환스위치(22)를 오프로 하여, 드라이브회로(20)의 부하를 증대시킴으로써 압전소자의 양끝단 전압의 변화를 측정할 수 있도록 하고 있다. 이 경우, 운전 주파수 설정수단(9)이 스텝(ST27)의 해석에서 사용하는 파형은, 도 4의 발사 파형의 안의 펄스발사시 파형이며, 이 펄스 발사시 파형의 전압 레벨이 가장 낮을 때의 주파수를 공진 주파수로서 특정할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 초음파센서를 사용한 검출 시스템에 의하면, 검출자(2)를 LPG 탱크(3)의 외측 바닥면부에 부착하여 탱크내의 액면 제어운전을 실행하기 전에, 운전 주파수 설정모드에 있어서, 검출자(2)가 LPG 탱크(3)내부에 향하여 초음파를 복수회 발사하고, 그 때의 발사 파형 또는 반사 파형의 공진 특성을 이용하여 검출자와 탱크와의 사이의 공진 주파수를 검출하여, 이 공진 주파수를 운전 주파수로서 설정하도록 하고 있기 때문에, LPG 탱크(3)의 판 두께 및 재질이 어떠한 것이더라도 대처하는 것이 가능하다. 그리고, 이 운전 주파수의 설정은 자동적으로 행할 수 있게 되어 있기 때문에, 초음파 센서의 설치시에는 센서 마커의 전문가의 입회를 필요로 하지 않고, 유저만으로 간단히 설치하는 것이 가능하다.

또, 상기 제1및 제2 실시형태에서는, 검출자가 부착되는 용기가 LPG 탱크인 경우에 관하여 설명하였지만, 이 용기는 LPG 탱크에 한정되는 것이 아니라, 화학 분야를 비롯하여 여러 가지의 분야에서 사용되는 용기에 대하여 적용 가능하다. 또한, 용기의 판 두께나 재질에만 한정되는 것이 아니라, 특히, 재질에 관해서는, 금속뿐만 아니라 플라스틱 등의 수지재료에 대하여도 적용 가능하다.

또한, 본 발명에서는, 운전 주파수 설정시에, 주파수를 가변시키면서 검출자로부터 초음파를 복수회 발사시키는 것을 필수적인 요건이라고 하고있지만, 이 초음파의 발사가「복수회」인가 아닌가는 문언에 사로잡히지 않고 실질적으로 해석되어야만 하는 것이다. 요컨대, 주파수를 가변시키면서 초음파를 연속적으로 발사시키는 등의 경우, 이 발사의 회수를 1회로 보느냐 복수로 보느냐에 관하여, 입장에 따라서는 해석이 다를 것이라고 예상되지만, 이러한 연속적인 발사는 복수회의 발사로 해석해야 할 것이며, 본 발명의 기술 사항에 포함되는 것이다.

다음에, 상기의 실시형태에 있어서의 운전 주파수 설정시의 기술에 관해서는 몇 개의 고안을 실시하고 있기 때문에, 이에 관해서 설명한다.

a)가변형 발진회로(11)가 검출자(2)의 압전소자에 대하여 출력하는 발진 펄스는, 정현파상의 펄스가 아니라 사각파 펄스로 되어있다. 이 사각파 펄스는, 프리에 급수(Fourier series)의 수학식을 생각하면 알 수 있도록 모든 주파수 성분을 포함한 것으로 되어 있다. 따라서, 용기의 판 두께 및 재질이 폭넓게 변화하였다고 해도 충분히 대처할 수가 있다. 또, 전술한 (1)식 또는 (2)식으로부터도 명백하듯이, 용기의 판 두께 및 재질이 폭넓은 변화에 충분히 대처할 수 있도록 하기 위해서는, 될 수 있는 한 높은 발진주파수인 것이 바람직하다.

b)도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 실시형태에서는 증폭회로(13)와 검파회로(15)와의 사이에 밴드패스 필터(14)가 설치되어 있고, 운전 주파수 설정수단(9)은 이 밴드패스필터(14)를 통해 보내져오는 파형 데이터를 해석하여 공진점을 찾아내도록 하고 있다. 따라서, 고조파 발진에 기인하는 공진 주파수의 오류 검출을 방지할 수가 있다. 즉, a)에서 서술한 바와 같이, 가변형 발진회로(11)의 출력펄스는 모든 주파수 성분을 포함한 사각파 펄스이기 때문에, 고조파에 의해서 원래의 공진점 이외에 외견상은 몇 개의 공진점이 존재하는 경우가 있다. 그러나, 본 실시형태에서는 밴드패스필터(14)가 설치되기 때문에, 원래의 공진점 이외의 주파수는 제거되고, 이러한 고조파 발진에 기인하는 공진 주파수의 오류 검출을 피할 수 있다. 또, 주파수 가변범위를 일정범위에 한정하면 밴드패스 필터(14)를 생략할 수가 있고, 반대로, 본 실시형태와 같이 밴드패스 필터(14)를 설치한 경우에는 주파수 가변범위를 일정범위에 한정할 필요는 없다.

c)운전 주파수 설정수단(9)은, b)에서 서술한 바와 같이, 밴드패스 필터(14)를 통해 보내져오는 파형 데이터를 입력하여 해석을 하고 있지만, 이 경우는 물론 A/D 변환기를 통해 파형 데이터를 입력하고 있다. 그러나, 이 A/D 변환기의 변환 속도가 충분히 빠른 것일 경우에는 문제가 생기지 않지만, 느린 것일 경우에는, 복수회의 초음파 발사 타이밍에 추종할 수 없고, 모든 파형 데이터를 A/D 변환할 수 없는 경우가 있다. 이러한 사태는, 운전 주파수 설정수단(9)의 밴드패스 필터(14)부터의 파형 데이터의 매회의 입력 타이밍을 소정시간만큼 지연시킴으로써 회피할 수가 있다. 이에 따라, 변환속도가 느리게 염가인 A/D 변환기를 사용한 경우이더라도, 변환속도가 빠른 A/D 변환기를 사용한 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

d) 제1 및 제2 실시형태에서는, 압전소자를 저Q 물질에 의해 형성하는 구성으로 하고 있기 때문에, 운전 주파수 설정시에 발진주파수를 가변하는 경우에, 전압 레벨이 급격히 크게 변동하는 경우가 없고, 공진점의 검출이 용이하게 행할 수 있게 되고 있다.

e)제1 및 제2 실시형태에서는, LPG 탱크(3)내에 액체(4)가 없는 경우에는 발사 파형을 사용하여 파형 데이터의 해석을 하고, 또한, LPG 탱크(3)내에 액체(4)가 있는 경우에는 반사 파형을 사용하여 파형 데이터의 해석을 하도록 하고 있기 때문에, LPG 탱크(3)내의 가스 주입 상황에 관계없이 운전 주파수의 설정을 하는 것이 가능하다.

f) 제1 및 제2 실시형태에서는, 운전 주파수 설정후의 통상의 운전중에 있어서도, 상시, 운전 주파수의 이상에 대하여도 감시하고 있기 때문에, 초음파 센서의 주변에서의 환경 변화에 관해서도 효율적으로 대처할 수가 있다. 예컨대, LPG 탱크(3)에 대하여 어떠한 원인으로 진동 또는 충격 등이 가해지거나 연수가 지날수록 변화하는 등에 의해서 검출자(2)의 부착이 허술해진 경우 등에는, 기술한 바와 같이 설정된 운전 주파수가 결국 공진 주파수가 아니게 되지만, 이러한 경우에는, 자동적으로 운전 주파수의 재설정이 행하여지거나, 또는, 운전 자체가 정지된다. 그리고, 현장의 조작자 또는 작업원은, 자기의 판단에 따라 조작 버튼(19)을 조작하여, 언제라도 운전 주파수 설정모드에 들어가 운전 주파수를 재설정할 수가 있도록 되어 있다.

다음에, 압력 용기로서의 LPG 탱크(3)에의 검출자(2)의 부착에 관한 제3 내지 제7 실시형태에 관해서, 도 6 내지 도 14를 이용하여 설명한다.

제3 실시형태의 구성을 나타내는 도 6에 있어서, 탱크(3)의 외측 바닥면부와 마루면(27)과의 사이에 검출자 케이스 압압수단(31)이 고정되어 있다. 이 검출자 케이스 압압수단(31)은, 마루면(27)상에 재치되는 고정부(34)와, 그 위 면에 두부가 용착된 복수의 육각볼트(나사부재)(35)와, 이들 육각볼트(35)에 부착된 위치결정 슬리브(36), 제1 너트(37), 와셔(40), 제2 너트(41) 및 부착부(39)가 고정부착된 가동판(38)으로 구성되어 있다. 부착부(39)상에 패킹(33)이 일체적으로 형성되어 있는 검출자 케이스(32)가 부착되고 있고, 패킹(33)이 곡면형상을 갖는 탱크(3)의 외측 바닥면부에 밀착한 상태로 되어있다.

도 6에 있어서의 탱크(3)에의 검출자 케이스(32)의 부착 상태를 나타내는 단면도인 도 7에 있어서, 검출자 케이스(32)의 안쪽상부에는 검출자 배치공간(32a)이 설치되고, 이 검출자 배치공간(32a)에 검출자(2)와 열전대(43)가 배설되어 있다. 또한, 검출자 배치공간(32a)의 외측에는 패킹(33)이 일체적으로 형성되어 있다. 그리고, 탱크(3)와 검출자 케이스(32)와의 사이에는, 액체(4)와 대략 동등한 초음파 투과특성을 갖는 충진재(44)가 설치되어, 쌍방의 밀착면(30)에는 이 충진재(44)가 균일하게 빈틈없이 분포한 상태가 되어있다.

패킹(33)의 형상을 나타내는 평면도, 종단면도인 도 8A 및 8B에 나타낸 바와 같이, 패킹(33)은 대략 링형상을 갖고, 통상부(cylindrical top portion: 33a)와, 이 통상부(33a)의 일끝단에 형성된 스커트부(skirt portion: 33b)로 구성되어 있다. 패킹(33)은 엘라스토머(elastomer)와 같은 연질수지에 의해 형성되어 있고, 곡면을 갖는 탱크(3)의 외측 바닥면부의 형상에 따라서 용이하게 변형가능해지고 있다. 또한, 이 제3 실시형태에서는 검출자 케이스(32)는 폴리우레탄에 의해 형성되어 있으며, 패킹(33)은 도 8A 및 8B에 나타내는 것 같은 단독의 부재로서 제작된 후, 이 검출자 케이스(32)에 접착되는 구조인 경우를 상정하고 있지만, 검출자 케이스(32)와 패킹(33)을 성형(2중 성형)에 의해 일체적으로 형성하도록 하여도 좋다.

도 6에 있어서의 검출자 케이스 압압수단(31)의 구성을 각각 나타내는 평면도, 정면도, 측면도인 도 9A, 9B, 9C에서, 고정부(34)는 대략 직사각형의 박판부재이며, 그 위 면에 2개의 육각볼트(35)가 수직으로 설치되고, 그 두부가 용착되어 있다. 이 육각볼트(35)의 나사부에는, 위에서 순차로 위치결정 슬리브(36), 제1 너트(37), 대략 직사각형의 박판부재인 가동판(38), 와셔(40), 및 제2 너트(41)가 부착되어 있다. 가동판(38)의 중앙부에는 대략 정사각형의 박판부재이며 검출자 케이스(32)가 재치되어 있는 부착부(39)가 고정부착되어 있다. 위치결정 슬리브(36)는 고무부재에 의해 형성되어 있고, 곡면형상을 갖는 탱크(3)의 외측 바닥면부와 접촉된 경우에, 그 위끝단 부분이 용이하게 변형할 수 있도록 되어 있다.

도 10은, 제4 실시형태의 구성도이다. 제3 실시형태는, 사전에 설치된 탱크(3)에 검출자 케이스를 부착하는 경우에 유효한 구조이지만, 이 제4 실시형태는 신규로 제작된 용기에 검출자 케이스를 부착하는 경우에 유효한 것이다. 도 10에 있어서, 탱크(3)의 외측 바닥면부의 소정위치에 스페이서(45)를 통해 부착베이스(46)가 고정부착되어 있다. 이 스페이서(45) 및 부착베이스(46)는 모두 폴리우레탄에 의해 형성되어 있고, 공장내에서 미리 탱크(3)의 외측바닥면부의 소정위치에 스페이서(45)가 접착재에 의해 고정부착됨과 동시에, 이 스페이서(45)에 부착베이스(46)가 역시 접착재에 의해 고정부착되어 있다. 탱크(3)가 사전에 설치된 것인 경우부터(보다)도 신규에 제작하는 경우에 본 실시형태가 적합하는 이유는, 이 스페이서(45)가 고정부착되어야할 소정위치를 좁은 작업공간에서 정확히 특정하는 것은 곤란하기 때문이다.

부착베이스(46)에는, 핀(47) 및 코일스프링(48)이 조립되어 있는 부착레버(49)가 부착되어 있다. 부착레버(49)에는 오목부(49a)가 형성되어 있고, 이 오목부(49a)에 검출자 케이스(32a)(폴리우레탄제)에 형성된 걸어맞춤돌기(50)가 걸어맞춤되어 있다. 검출자 케이스(32A)에는, 또한, 걸어맞춤돌기(50)의 반대측의 위치에 걸어맞춤돌기(51)가 형성되어 있고, 이 걸어맞춤돌기(51)가 부착베이스(46)의 걸어맞춤부(46a)에 걸어맞춤되어 있다. 또, 검출자 케이스(32A)의 내부에는 케이블(52)의 일끝단측이 도입되어 있고, 이 케이블(52)을 통해 검출자(2) 및 열전대(43)가 본체(1)(도 1참조)에 접속되어 있다.

검출자 케이스(32A)의 위끝단면측에는 엘라스토머에 의해 형성된 패킹(33A)이 2중성형에 의해서 일체적으로 형성되어 있다. 그리고, 밀착면(30)에는 충진재(44)가 균일히 또한 빈틈없게 설치된다. 또, 본 실시형태에 있어서의 검출자 케이스 압압수단은, 부착베이스(46), 부착레버(49), 코일스프링(48), 및 검출자 케이스(32A)의 걸어맞춤돌기(50,51) 등에 의해 구성되어 있다.

도 10에 있어서의 부착베이스(46)의 형상을 나타내는 평면도, 단면도, 바닥면도인 도 11A, 11B, 11C에 나타낸 바와 같이, 부착베이스(46)는 대략 말굽형상을 이루고 있고, 일끝단측에는 검출자 케이스(32A)의 걸어맞춤돌기(51)와 걸어맞춤하는 결합부(46a)가 형성됨과 동시에, 다른 끝단측에는 핀(47)이 끼워져 통하게 하는 구멍(46b)이 형성되어 있다. 또한, 부호 (46c)는, 스페이서(45)에 대한 평탄한 부착면이며, 부호(46d)는, 검출자 케이스(32A)의 외경보다도 큰 지름을 갖는 개구부이다.

제5 실시형태는 제4 실시형태와 거의 같은 것이며, 다른 점은 패킹이 검출자 케이스와는 별도의 부재로서 제작된 후에, 이 검출자 케이스에 고정부착된 구성으로 되어있는 점이다. 제5 실시형태의 구성도인 도 12에 있어서, 검출자 케이스(32B)의 상부에는 고리형상의 홈부(54)가 형성되어, 패킹(33B)에는 고리형상의 볼록부(53)가 형성되어 있고, 홈부(54)에 볼록부(53)가 끼워맞춤한 상태로 양자는 접착재에 의해 확실히 고정부착된다. 이 구성에 의하면, 재질이 다른 검출자 케이스(32B) 및 패킹(33B)을 당초는 각각 별도의 부재로서 용이하게 제작할 수가 있고, 그 후는 양자의 끼워맞춤부재를 접착재로 고정부착하기만 하면 되기 때문에, 2중 성형을 하는 일없이, 검출자 케이스(32B)에 패킹(33B)을 일체적으로 형성할 수가 있다. 이 실시형태에 있어서의, 그 밖의 구성요소는 제4 실시형태와 마찬가지이므로 생략한다.

도 13은, 방수구조를 이용하여 검출자 케이스(32)를 탱크(3)의 외측 바닥면부에 압압하는 구성으로 한 제6 실시형태의 구성도이다. 이 제6 실시형태도 제4 및 제5 실시형태와 같이, 신규로 제작된 용기에 검출자 케이스를 부착하는 경우에 유효한 것이다. 도 13에 있어서, 방수커버(55)는, 통체(56) 및 덮개(57)에 의해 구성되어 있다. 통체(56)의 상단측은 탱크(3)의 외측 바닥면부에 용착되어 있고, 하단측 안둘레면에는 나사부(56a)가 형성되어 있다. 한편, 덮개(57)에도 나사부(57a)가 형성되어 있고, 나사부(56a, 57a)에 의해 통체(56)에 덮개(57)가 나사고정이 되어 있다. 그리고, 통체(56)는 플랜지부(56a)를 갖고 있고, 이 플랜지부(56a)에 형성된 고리형상홈(56c) 내에 O 링(58)이 설치되고, 방수커버(55)의 방수기능이 실현되고 있다.

방수커버(55)의 안쪽에는, 검출자 케이스 압압수단으로서 기능하는 압압블록(60)이 배설되어 있고, 또한, 이 압압블록(60)의 안쪽에, 스커트형상의 패킹(33C)이 일체적으로 형성된 검출자 케이스(32C)가 배설되어 있다. 압압블록(60)의 안쪽에는 단부(60a)가 형성되어 있고, 이 단부(60a)가 검출자 케이스(32C)를 탱크(3)의 외측 바닥면부측에 압압하는 상태로 되어있다. 또한, 압압블록(60)의 상단부측에는 날밑부(60b)가 형성되어 있고, 이 날밑부(60b)에 스폰지패킹(61)이 고정부착되어 있다. 그리고, 이 스폰지패킹(61)이 스커트형상의 패킹(33C)을 탱크(3)의 외측 바닥면부측에 압압한 상태로 되어있다.

덮개(57)의 중앙부에는 나사구멍(57b)이 형성되어 있고, 이 나사구멍(57b)에, 케이블(52)의 단말에 부착된 커넥터(59)가 나사고정되어 있다. 또한, 커넥터(59)의 나사부상부에는 너트(62)가 부착되고 있고, 이 너트(62)에 의해 덮개(57)에 대한 커넥터(59)의 고정이 행하여지고 있다. 그리고, 압압블록(60)에는 구멍(60c)이 형성되어 있고, 이 구멍(60c) 내에 너트(62)가 수납된 상태로 되어있다. 구멍(60c)의 형상은, 너트(62)에 대응한 육각형형상으로 되어 있고, 압압블록(60)과 너트(62)와의 상대적인 회전이 구속되도록 되어 있다. 너트(62)의 위쪽으로 연기되는 케이블(52)의 단말에서는 리드선이 검출자 케이스(32C)내로 유도되어 있고, 이 리드선은 단자대(63)를 통해 검출자(2) 및 열전대(43)에 접속되어 있다. 또, 검출자 케이스(32C) 내에는 폿팅재(potting material)가 충진되어 있고, 이 폿팅재에 의해 단자대(63) 및 리드선 등의 배선재(wiring material)에 대한 고정이 확실하게 행하여지고 있다.

상기한 바와 같이, 이 제6 실시형태에 의하면, 옥외에 설치되는 타입의 용기에 대하여 검출자 케이스 및 패킹을 고정하는 경우에, 방수구조를 실현할 수가 있으며, 더구나, 이 방수구조를 이용함에 의해, 고정작업을 간단히 행할 수 있음과 동시에, 검출자 케이스 및 용기의 외측바닥면부의 각 밀착면사이에 충진재를 균일하게 또한 빈틈없이 분포시킬 수 있다.

도 14는, 제7 실시형태의 구성도이다. 이 제7 실시형태도 제6 실시형태와 같이, 방수구조를 채용한 것이지만, 이 제7 실시형태에서는 검출자 케이스 압압수단으로서 코일스프링을 사용하고 있다. 또한, 이 제7 실시형태에서는, 검출자를 직접 용기의 외측 바닥면부에 밀착시키도록 하고 있다.

도 14에 있어서, 방수커버(64)는, 통체(65) 및 덮개(66)에 의해 구성되어 있다. 통체(65)의 상단측은 탱크(3)의 외측바닥면부에 용착되어 있고, 하단측에는 부착나사(68)를 통해 덮개(66)가 부착되고 있다. 덮개(66)의 플랜지부내측에서의 통체(65)와의 대향면에는 고리형상홈(66c)이 형성되어 있고, 이 고리형상홈(66c)에 O 링(67)이 장착되고 방수구조가 실현되어 있다.

통체(65)의 안쪽에는 스폰지패킹(69)이 배설되어 있고, 이 스폰지패킹(69)의 더욱 안쪽에, 스커트형상의 패킹(33D)이 일체적으로 형성된 검출자 케이스(32D)가 배설되어 있다. 이 검출자 케이스(32D)의 상부는 개구되어 있으며, 검출자(2)의 위끝단면(2a)이 직접 탱크(3)의 외측 바닥면부에 밀착하도록 되어 있다. 검출자 케이스(32D)의 바닥면부에는 원형의 부착부(2Da)가 형성되어 있고, 또한, 이 부착부(2Da)에 대향하는 덮개(66)의 내측의 위치에도 부착부(66a)가 형성되어 있다. 그리고, 이들 부착부(2Da,66a)에 코일스프링(70)이 장착되어, 이 코일스프링(70)이 검출자 케이스(32D)를 탱크(3)측을 향해 압압하고 있다.

또한, 덮개(66)의 측면부에는 나사구멍(66b)이 형성되어 있고, 이 나사구멍(66b)에 케이블(52)의 단말에 부착된 커넥터(59)가 나사고정되어 있다. 커넥터(59)로부터 연기되는 리드선은 검출자 케이스(32D)내로 끌어오고, 이 리드선은 단자대(63)를 통해 검출자(2) 및 열전대(43)에 접속되어 있다. 제6실시형태에서는 커넥터(59)가 방수커버(55)의 바닥면측에 부착되어 있었지만, 이 제7실시형태에서는 커넥터(59)가 방수커버(64)의 측면측에 부착되고 있기 때문에, 탱크(3)의 외측 바닥면부와 마루면(27)과의 사이의 공간이 더욱 좁은 경우라도 부착작업을 용이하게 할 수 있게 되어 있다.

상기한 바와 같이, 이 제7 실시형태에 의하면, 제6 실시형태와 같이, 방수구조를 이용함으로써, 검출자 케이스의 고정작업을 간단히 행할 수 있는 와 같이, 검출자 및 용기의 외측바닥면부의 각 밀착면사이에 충진재를 균일 또한 빈틈없게 분포시킬 수 있다. 그리고, 이 제7 실시형태는, 검출자 케이스 압압수단으로서 코일스프링을 사용하고 있기 때문에, 방수커버의 높이를 제6실시형태의 것보다도 작게 할 수가 있어, 좁은 공간에서 작업을 하는 경우에 알맞은 것이라 할 수 있다.

또, 기술한 제3 내지 제7의 각 실시형태에 있어서는, 검출자 케이스 또는 검출자의 위끝단면상에 단지 그리스형상의 충진재(grease-like filler)만을 부어, 이 상태에서 검출자 케이스 또는 검출자의 위끝단면을 용기의 외측 바닥면부에 밀어 부치는 구성에 관해서 설명하여 왔다. 그러나, 본 발명의 발명자의 실험결과에 의하면, 우선, 검출자 케이스의 외측면에 검출자의 위끝단면이 임하도록 검출자를 고정하고, 이 검출자의 위끝단면상에, 에폭시수지 등을 주성분으로 하는 충진재(고정충진재)를 부어, 이것을 고화시켜, 더욱 고정충진재의 표면을 충분히 연마한 후에, 상기의 그리스형상의 충진재를 쏟아 넣도록 하면, 한층 더 이 충진재의 분포상태가 양호하게 되고, 초음파센서의 정밀도가 향상하는 것이 확인되고 있다. 따라서, 실제로 요구되는 정밀도에 따라서, 이러한 고정충진재를 적시 사용하는 것도 가능하다.

이상과 같이, 본 발명의 제3 내지 제7실시형태에 의하면, 검출자 케이스와 용기의 외측 바닥면부와의 사이의 각 밀착면사이에 충진재를 유지하기 위한 스커트형상 연질수지제 패킹부재를 검출자 케이스에 일체적으로 형성하고, 이 검출자 케이스를 검출자 케이스 압압수단에 의해서 용기의 외측바닥면부에 대하여 압압하는 구성으로 하였기 때문에, 상기 각 밀착면사이에 충진재를 균일하게 또한 빈틈없이 분포시킬 수 있고, 또한, 좁은 작업공간에서도 검출자 케이스를 용기의 외측 바닥면부에 용이하게 부착하는 것이 가능하게 된다.

Claims

용기의 외측 부분에 부착된 검출자로부터 용기 내부의 검출대상을 향하여 초음파를 발사시킴과 동시에, 이 검출대상부터의 반사파를 상기 검출자에 의해 수신하여, 이 때의 초음파 발사시점부터 반사파 수신시점까지의 시간의 계측에 따라서 대상물 검출동작에 대한 제어를 실행하는 검출동작 제어회로를 구비한 초음파센서를 사용한 검출시스템에 있어서,

상기 검출 동작 제어회로는, 상기 대상물 검출동작의 실행전에 미리 주파수를 가변시키면서, 상기 검출자로부터 초음파를 복수회 발사시킴과 동시에, 그 때의 발사 파형 또는 반사 파형을 입력하고, 이 입력 파형의 해석에 근거하여 검출자와 용기와의 사이의 공진 주파수를 검출하여, 이 검출한 공진 주파수를 운전 주파수로서 설정하는 운전 주파수 설정수단을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 검출자는 사각파 펄스 신호의 입력에 근거하여 초음파를 발사하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 운전 주파수 설정수단은, 상기 해석에 사용하는 발사 파형 또는 반사 파형을 밴드패스필터를 통해 입력하여, 고조파발진에 기인하는 공진 주파수의 오류 검출을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 용기는 액체 저장용 용기이며, 상기 운전 주파수 설정수단은, 상기 발사 파형 또는 반사 파형의 어느 한쪽을 사용하여 상기 해석을 할지에 관하여, 이 용기내의 액체의 존재의 유무의 검출에 근거하여 결정하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 운전 주파수 설정수단이 하는 발사 파형 또는 반사 파형의 해석은, 이들 파형 중 감쇠 파형의 감쇠도가 가장 작은 파형을 선택하여, 그 선택한 파형에 관한 운전 주파수를 구하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 운전 주파수 설정수단이 행하는 발사 파형 또는 반사 파형의 해석은, 상기 검출자 및 용기를 포함시킨 임피던스가 최소치를 취할 때의 파형을 선택하여, 그 선택한 파형에 관한 운전 주파수를 구하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 운전 주파수 설정수단은, 상기 초음파의 복수회의 발사에 근거하는 복수의 발사 파형 또는 반사 파형을 입력하는 경우에, 매회의 입력타이밍을 전회보다도 소정시간만큼 어긋나게 하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 검출자의 압전소자를 공진 파형(Q)의 급준도가 낮아지도록 완만한 공진 파형을 갖는 저Q 물질에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 검출자는, 부착된 상기 용기의 외표면의 온도를 검출하는 온도검출수단을 구비하고, 상기 온도검출수단에 의해 검출된 온도에 근거하는 온도보상을 상기 운전 주파수 설정수단에 공급하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.
용기의 외측 부분에 초음파센서의 검출자를 부착하고, 이 검출자로부터 용기내부의 검출대상을 향하여 초음파를 발사시킴과 동시에, 이 검출대상에서의 반사파를 상기 검출자에 의해 수신하여, 이 때의 초음파 발사시점부터 반사파 수신시점까지의 시간의 계측에 따라서 대상물의 검출을 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출방법에 있어서,

상기 대상물의 검출을 하기 전에, 미리 주파수를 가변시키면서 상기 검출자로부터 초음파를 복수회 발사시키는 스텝과,

그 때의 발사 파형 또는 반사 파형을 입력하는 스텝과,

입력된 발사 또는 반사 파형의 해석에 근거하여 검출자와 용기와의 사이의 공진 주파수를 검출하는 스텝과,

검출된 상기 공진 주파수를 운전 주파수로서 설정하는 스텝과,

설정된 상기 운전 주파수에 의해, 상기 검출자로부터 상기 용기내부의 검출대상으로 향하여 초음파를 발사시키는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출방법.
제 10 항에 있어서, 상기 용기의 외표면의 온도를 검출하는 스텝과, 검출된 용기 온도에 따라서 온도 보상량을 산출하는 스텝과, 구해진 온도 보상량에 따라서 상기 운전 주파수를 보정하는 스텝을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출방법.
초음파센서의 검출자가 내부에 배설된 검출자 케이스를, 액체가 수용된 용기의 외측 바닥면부에 부착함과 동시에, 이 검출자 케이스 및 외측 바닥면부의 각 밀착면사이에 초음파 투과특성을 양호하게 하기 위한 충진재를 개재시켜, 상기 검출자로부터 상기 용기 내부를 향하여 발사한 초음파의 반사파를 수신함으로써 상기 액면의 검출을 하는 초음파액면 검출시스템에 있어서,

상기 검출자 케이스를 상기 외측 바닥면부측에 대하여 압압하는 검출자 케이스 압압수단과,

상기 충진재를 상기 각 밀착면사이에 유지하기 위해서 상기 검출자 케이스에 일체적으로 설치된 스커트형상의 연질수지제 패킹부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파액면 검출시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 연질수지제 패킹부재는, 상기 검출자 케이스와는 별도의 부재로서 제작된 후에, 이 검출자 케이스에 고정부착된 것을 특징으로 하는 초음파액면 검출시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 검출자 케이스 압압수단은, 상기 용기의 외측 바닥면부 아래쪽의 마루면에 재치되는 고정부와, 상기 고정부에서 상기 외측 바닥면부를 향해서 연기되도록 수직으로 설치된 복수의 나사부재와, 상기 복수의 나사부재의 끝단측으로 승강동작이 자유롭게 부착된 복수의 위치결정부재와, 상기 복수의 위치결정부재에 대하여 상기 용기의 외측 바닥면부를 향한 압압력을 주는 복수의 제1 너트부재와, 상기 검출자 케이스가 부착되는 부착부를 가지며, 또한 상기 복수의 나사부재의 중간부에 승강동작이 자유롭게 부착된 가동판과, 상기 가동판에 대하여 상기 용기의 외측 바닥면부에 향하는 압압력을 주는 복수의 제2 너트부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파액면 검출시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 검출자 케이스 압압수단은, 상기 용기의 외측 바닥면부의 소정위치에 고정부착된 부착베이스부재와, 상기 부착베이스부재에 스프링부재를 통해 부착됨과 동시에, 상기 검출자 케이스에 형성된 결합부와 걸어맞춤하는 결합부를 갖고 있고, 이들 결합부가 서로 걸어맞춤상태에 있는 경우에, 상기 용기의 외측 바닥면부에 향하는 압압력을 상기 스프링부재의 탄성력에 바탕으로 두어 상기 검출자 케이스에 부여하는 부착레버로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파액면 검출시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 용기의 외측 바닥면부에 일끝단측이 용착되고 또한 다른 끝단측안둘레면에 나사부가 형성된 통체와, 이 통체의 나사부에 나사고정된 덮개로 구성되어, 상기 검출자 케이스를 내포하는 방수커버를 구비하고 있으며,

상기 검출자 케이스 압압수단은, 상기 덮개의 안쪽에 부착되고, 상기 덮개가 상기 통체의 나사부에 나사고정되어 있을 때에, 상기 검출자 케이스에 상기 용기의 외측 바닥면부에 향하는 압압력을 부여하는 압압블록에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파액면 검출시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 용기의 외측바닥면부에 일끝단측이 용착된 통체와, 이 통체의 다른 끝단측에 나사부재를 통해 부착된 덮개로 구성되어, 상기 검출자 케이스를 내포하는 방수커버를 구비하고 있고,

상기 검출자 케이스 압압수단은, 상기 덮개의 안쪽에 장착되고, 상기 검출자 케이스에 상기 용기의 외측 바닥면부에 향하는 압압력을 부여하는 코일스프링에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 사용한 대상물 검출시스템.