JP2003121241A - 流体計測方法 - Google Patents
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Abstract
へ音響信号を伝送する工程と、前記流体界面(10)か
ら反射して戻ってくる反射信号(R1 )を受信する工程
と、前記伝送と前記反射信号の受信との間の第1の期間
(t1 )を決定する工程とを有する流体計測方法におい
て、この方法が、前記反射信号が前記流体界面(10)
へ戻るように反射されることにより生じる後続反射信号
(R2 )を受信する工程と、この後続反射信号から得ら
れる情報を流体量の決定に用いる工程とを有する。
Description
位置から流体との界面に伝送する工程と、この界面から
反射される信号を受信する工程と、この伝送と反射信号
の受信との間の最初の時間間隔を決定する工程とを含む
種類の流体計測方法に関するものである。本発明は、特
に、航空機用の超音波燃料計測システムに関するもので
あるが、これに限定されるものではない。
音波プローブにより測定しうる。これらの超音波プロー
ブは、チューブ、すなわちスティルウェルの下端に装着
された超音波変換器より成る。プローブは存在する燃料
内に浸漬される為、燃料はタンク内の高さと同じ高さま
でスティルウェルを充填する。超音波変換器に印加され
る電圧が超音波エネルギー信号のバーストを発生し、こ
のエネルギー信号が燃料を通って上方に伝送される。こ
のエネルギー信号が燃料の表面、すなわち、燃料とその
上の空気との界面に到達すると、このエネルギー信号の
一部が反射されて超音波変換器に戻る。この超音波変換
器が受信したこの一部のエネルギー信号により電圧を生
ぜしめ、この電圧がある適切なプロセッサに供給されて
超音波変換器による信号の伝送と受信との間の時間を測
定する。次に、超音波変換器よりも上の燃料の高さを、
燃料中の超音波パルスの既知の速度から計算しうる。タ
ンク中の燃料の体積は、数個の超音波プローブの出力及
びタンクの形状の知識から計算される。
は種々の問題がある。特に、燃料の表面からの実際の反
射により生ぜしめられる信号と、超音波プローブの表面
からの反射のような雑音信号とを識別するのが困難とな
るおそれがある。この問題は、燃料の表面が斜めになっ
ているか、波や泡により乱れているか、急速に動いてい
るか、又は他の理由で乱れている場合に一層悪くなるお
それがある。本発明の目的は、従来に取って代わる音響
計測システム及び方法を提供せんとするにある。
ら流体界面へ音響信号を伝送する工程と、前記流体界面
から反射して戻ってくる反射信号を受信する工程と、前
記伝送と前記反射信号の受信との間の第1の期間を決定
する工程とを有する流体計測方法において、この方法
が、前記反射信号が前記流体界面へ戻るように反射され
ることにより生じる後続反射信号を受信する工程と、こ
の後続反射信号から得られる情報を流体量の決定に用い
る工程とを有することを特徴とする。
前記後続反射信号との間の期間を決定する工程と、この
期間が前記第1の期間の予め決定した範囲内にあるか否
かを決定する工程とを含めることができる。又、本発明
による方法には、予め決定した時間範囲内で検出された
後続反射信号の個数を決定する工程を含めることができ
る。プローブの下端に変換器を装着し、エネルギーを上
方に反射するようにプローブの下端を配置するのが好ま
しい。本発明による方法には更に、信頼度を信号に割当
てる工程を含め、この信号と関連する反射の回数が多く
なると、信頼度が高くなるようにすることができる。本
発明による方法には更に、各信号の信頼度に応じて、互
いに矛盾した異なる信号間で選択を行う工程を含めるこ
とができる。互いに矛盾した異なる信号は、同一の変換
器から異なる時間に生じる信号とするか、異なる変換器
から生じる信号とすることができる。本発明による方法
には更に、順次の反射の到来時間の比を決定する工程
と、これらの比に関する情報を用いて反射の順番数を識
別する工程とを含めることができる。
ステム及び方法を以下に添付図面により例示的に説明す
る。
テムは、液体燃料2を収容する燃料タンク1を有し、こ
の燃料タンク1内には3つの超音波計測プローブ3がほ
ぼ垂直に装着されている。用いるプローブの個数は異な
らせることができること勿論である。
び受信の双方の機能を達成する圧電超音波変換器4を有
する通常の種類のものとすることができる。変換器4は
円筒管、すなわちスティルウェル5の底部に装着され、
スティルウェルはその底部及び上部で開放させて、燃料
をこのスティルウェル内に流入及びこのスティルウェル
から流出させたりして、燃料がプローブの外部と同じ高
さを取るようになっている。各プローブ3の変換器4は
ワイヤ6により処理ユニット7に電気接続されており、
この処理ユニットは信号をプローブに供給したりプロー
ブから受けたりする。特に、処理ユニット7は、変換器
4に電圧パルスを供給し、これら変換器が超音波エネル
ギーのバーストを伝播するようにする。処理ユニット7
は、変換器4が受けた超音波エネルギーによってこれら
変換器から生ぜしめられる電圧信号を受け、以下に詳細
に説明するように各プローブ3内の燃料の高さを測定す
るための種々の計算を実行する。処理ユニット7は、3
つのプローブ3における高さの測定と、タンク1の形状
に関する記憶情報とからタンク内の燃料の体積を計算す
る。この体積の測定値は通常、比重計8からの情報を用
いて質量に変換される。処理ユニット7は、ディスプレ
イ9又はその他の利用可能手段に燃料の量を表示する。
横軸に沿う時間に対する変換器4の出力を示す。超音波
エネルギーの最初のバーストは、処理ユニット7により
変換器4に供給される電圧により生ぜしめられた伝送パ
ルスT1 である。エネルギーのこのバーストは、燃料2
中で上方に伝わって燃料の表面、すなわち燃料/空気の
界面10に到達し、この界面でエネルギーの一部が反射
して変換器4に向けて下方に戻る。この最初の反射によ
り変換器4が受けるエネルギーを、パルス(信号)R1
で表わす。この反射パルスR1 の大きさは、伝送パルス
T1 の大きさよりも小さい。その理由は、エネルギーの
いくらかが燃料2及びスティルウェル5の壁部により吸
収され、エネルギーのいくらかが界面10において燃料
の上方の空気中に伝達され、エネルギーのいくらかが変
換器4から離れる方向に散乱される為である。反射パル
スR1 は、パルスT1 の伝送後期間t1 で受信され、こ
の期間が、燃料2中のエネルギーの伝送速度と、燃料の
高さの2倍に等しい移動距離とに依存する。変換器4
と、スティルウェル5の底部におけるこの変換器4の支
持構造体とに入射された反射超音波エネルギーの一部が
反射して燃料表面10に戻り、この表面でエネルギーの
一部が反射して変換器に戻り、エネルギーバーストT1
及びR1 の大きさよりも更に小さい大きさの第2の反射
パルスR2 を生ぜしめる。この第2の反射パルスR2 は
第1の反射パルスR1 の受信後期間t2で受信される。
この第2の反射パルスR2 の一部が再び変換器4からス
ティルウェル5の上方に向けて反射し、第2の反射パル
スR2 の受信後期間t3 で第3の反射パルスR3 を生ぜ
しめる。システムが識別しうる、最初の反射パルスに後
続する反射パルスの個数はこれらの大きさ及び雑音レベ
ルに依存すること明らかである。反射パルスの大きさ
は、燃料の高さや表面状態のような種々の要因に応じて
変化する。
反射パルスの有効性、すなわち後続反射の期間t2 及び
t3 が最初の反射の期間t1 に等しいか、最初の反射の
期間t1 の所定の範囲内にあるか、すなわち t1 ,t2 =t1 ±δt であるかを確認するためにシステムにより用いられるも
のである。この許容範囲δtは、種々の反射パルス間の
信号検出レベルや時間分解能の僅かな変化を許容するも
のである。
決定した範囲内で識別される、燃料表面からの後続反射
の個数を計算する。識別される、後続反射の個数が多く
なればなる程、この高さ測定における信頼度が高くな
る。システムはこの情報を種々の方法で用いることがで
きる。例えば、プローブ3からの信号が充分な信頼度で
識別されない場合には、この信号を計測において無視
し、その代わりプローブからのより早い又はより遅い信
号を用いることができる。2つのプローブからの出力信
号の高さが互いに相違している場合、すなわち、これら
の信号が互いに矛盾している場合、信頼度の高い信号を
生じるプローブを、信頼度の低い信号を生じる他のプロ
ーブに優先して用いることができる。
しめるスティルウェルの壁部からの反射による、又はそ
の他の原因によるような誤った信号が生ぜしめられるお
それを低減させるのに用いることができる。このような
信号が生じるのを低減させる理由は、このような信号は
充分に高い信頼度で識別されない為である。
る信号(パルス)は識別できない。この状況は、例えば
システムに電気雑音がある場合に生じるおそれがある。
しかし、後続多重反射(繰り返し反射)は識別しうる。
後続反射の到来時間を比較することにより、反射が第1
多重反射、第2多重反射、第3多重反射、第4多重反射
等のどれであるかを決定することができる。例えば、第
1多重反射及び第2多重反射の到来時間がそれぞれ2t
1 及び3t1 である(図2参照)。ここにt1は、検出
されない最初の反射の移動時間である。従って、これら
の2つの時間2t1 及び3t1 間の比は1.500(す
なわち、3/2)±δr2 である(図2参照)。第2多
重反射と第3多重反射との比は例えば、1.333(す
なわち、4/3)±δr3 である(図2参照)。この相
違により、異なる多重反射を識別することができ、従っ
て、最初の反射が識別されない場合に、流体の高さを計
算しうるようになる。許容範囲δr2 ,δr3 ,等は、
異なる反射信号間の信号検出レベルや時間分解能の僅か
な変化を許容するものである。
らの多重反射を最少にするように設計されている。本発
明では、プローブの下端を、特に多重反射を最少にする
ように設計しないですむ。
はなく、他の流体を計測するのにも用いることができる
こと明らかである。
線図である。
示す波形図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 第1の位置(4)から流体界面(10)
へ音響信号を伝送する工程と、前記流体界面(10)か
ら反射して戻ってくる反射信号(R1 )を受信する工程
と、前記伝送と前記反射信号の受信との間の第1の期間
(t1 )を決定する工程とを有する流体計測方法におい
て、 この方法が、前記反射信号が前記流体界面(10)へ戻
るように反射されることにより生じる後続反射信号(R
2 )を受信する工程と、この後続反射信号から得られる
情報を流体量の決定に用いる工程とを有することを特徴
とする流体計測方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の流体計測方法におい
て、この方法が、最初の反射信号(R1 )と前記後続反
射信号(R2 )との間の期間(t2 )を決定する工程
と、この期間(t2 )が前記第1の期間(t1 )の予め
決定した範囲内にあるか否かを決定する工程とを有する
ことを特徴とする流体計測方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の流体計測方法に
おいて、この方法が、予め決定した時間範囲内で検出さ
れた後続反射信号の個数を決定する工程を有することを
特徴とする流体計測方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項に記載の流
体計測方法において、プローブ(3)の下端に変換器
(4)を装着し、エネルギーを上方に反射するようにプ
ローブ(3)の下端を配置することを特徴とする流体計
測方法。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項に記載の流
体計測方法において、この方法が、信頼度を信号に割当
てる工程を有し、この信号と関連する反射の回数が多く
なると、信頼度が高くなるようにすることを特徴とする
流体計測方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載の流体計測方法におい
て、この方法が、各信号の信頼度に応じて、互いに矛盾
した異なる信号間で選択を行う工程を有することを特徴
とする流体計測方法。 - 【請求項7】 請求項6に記載の流体計測方法におい
て、互いに矛盾した異なる信号を、同一の変換器(4)
から異なる時間に生じる信号とすることを特徴とする流
体計測方法。 - 【請求項8】 請求項6に記載の流体計測方法におい
て、互いに矛盾した異なる信号を、異なる変換器(4)
から生じる信号とすることを特徴とする流体計測方法。 - 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか一項に記載の流
体計測方法において、この方法が、順次の反射の到来時
間の比を決定する工程と、これらの比に関する情報を用
いて反射の順番数を識別する工程とを有することを特徴
とする流体計測方法。
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