JPH0498125A - 超音波を利用して液面を検出する方法および装置 - 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】 【産業上の利用分野］ 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。 ［従来の技術］ ＬＰＧ容器内に充填した液イヒカ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
の詳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か困難な容器内
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、いくつか提案された。　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
か、密度の低い気体中へは伝播することか少いという現
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、反則波出力の振幅減衰過程を追跡し、反則波出力信
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、反則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則した超音波
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）。 画像表示はわがつやずくで好ましいものであるか、一方
で画像処理のための回路か複雑になるから、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。 【発明か解決しようとする課題） 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。 ［課題を解決するための手段］ 本発明の超音波を利用して液面を検出する方法は、下記
の開操作からなる 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′ＩＩ３
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）　多重反則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ノ
Ｊとを論理回路にみらびぎ、それぞれのＡＮＤ出力を得
ること、 ならびに ｅ）　異なる発信／受信位置におりる上記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（Ｐｌ。 Ｐ２＞、 口〉　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
信号を発生ずる同期回路（１〉、二）　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）、 へ〉　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）からの出力とを受り、それらのＡ
ＮＤ出力を与える２個の論理回路（７，８＞、 ならびに ｌへ）　　上記２種のＡＮＤ出力を表示するディスプレ
イ手段。 【作　用】 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明信号（Ｓ　ＶｎＣ
）を出力する。　その信号の立上りにトリカーパルス（
Ｔｒ）が発生し、発信器（２）からの信号に従って、超
音波探触子（Ｐｌ、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、この工］−が探触子（Ｐｌ）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（Ｐｌ）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、工］−の波形は（Ｒｅ１
）のようになる。　探触子（Ｐｌ）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
、器壁内の多重反則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
、Ｃｏ　１およびＣｏ　２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、多重反則波の実質的部分
を受信する時間帯、たとえば第２図に（１）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）でおる。 論理回路（７）および（８）において、比較器（４）か
らの出力（ＣＯｌおよびＣｏ２＞と、ゲト回路＃１およ
び＃２からの出力（Ｇ１およびＧ２）のそれぞれのＡＮ
Ｄ出力を得ると、その波形は（ＣＯｌ）に関しては（Ａ
ｎｄｌｌ）と（Ａｎｄ１２）のように、（ＣＯ２＞に関
して（△ｎｄ２１＞とくＡｎｄ２２）のようになる。　
ここで、（△ｎｄ１１）と（Ａｎｄ２１＞とは、同じ波
形である。 （Ａｎｄｌ　１　）　ｌよび（Ａｎｄ２１）の出力の存
在は、超音波探触子か容器壁に密着して、超音波の容器
への発信が行なわれていることを示す。 （Ａｎｄｌ２）の出力波形は、多重反射波の受信時間帯
の後半においてもエコーを受しプたこと、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れして
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、超音波の減衰か速やかであることを必られしてあり
、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。 ［実施態様］ 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ぎ、
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（Ｐｌ）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か長く
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か、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か適切である。　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である。　これにより、
前記したようにＡＮＤｌｌの出力でランプ（Ｌａ１）が
点灯して、超音波探触子か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
（Ｌａ２＞も点灯し、ブザー（Ｂ）も鳴って、その位置
で液か存在しないことを知ら液面を検出ずべき対象は、
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
ことかできないから、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ｌ′Ａ、耐熱′ｖＪ（９）と容器外壁（Ｗ
ｏ）との境界でも反則するから、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
（Ｃｏ３）のようになる。　第一〇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。 【発明の効果］ 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の多重反射
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。

【図面の簡単な説明】

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（Ａ　　　
　　　　Ｖｅ・・・容　器Ｗ１・・・内　壁　　　　　
ＷＯ・・・外　壁Ｐ１．Ｐ２・・・超音波探触子 Ｗｌ−・・・液　面　　　　　Ｌ−ａ　１　、　ｌ　ａ
　２−・・ランプＢ・・・ブザ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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、Ｐ２）
   、 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
   。
4. （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。