JP2006084479A - 界面検出装置および界面検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】信号送信手段から送信信号を界面に所定の時間間隔で複数回送信し、反射した前記送信信号の反射波を受信し、送信から受信までの受信時間で前記界面までの距離を検出する界面検出装置である。そして、異なる周波数の送信信号を送信して得られる受信信号の信号電圧のうち、最大のしきい値を超えた信号電圧にかかる周波数を、界面検出に最適な送信信号の検出周波数とする。
【選択図】図12
Description
また、揮発性液体が温度,圧力の変化で沸騰した場合には、液界面3および液体5中に気泡6が発生することがある。また、炭酸ガスを溶解した溶液からも気泡6が発生することもある。このような場合には、超音波4が気泡6で反射し、液界面3で反射することなく超音波センサ2に受信されるだけでなく、乱反射によって反射波を検出できない場合もあった。
さらに、図21に示すように、超音波センサ2から発射された超音波4が液界面3で何度の反射し、前記超音波センサ2が第1反射波だけでなく、第2反射波,第3反射波をも受信することがある。
以上のような理由により、従来の測定方法では液界面3までの距離を正確に測定できず、タンク1内の液体5の残量を正確に検出できないという問題点があった。
すなわち、前記超音波センサ13は、増幅回路21、フィルタ回路22、検波回路23、更に増幅回路24、比較回路25を介して前記CPU20に接続されている。そして、前記CPU20は相互に信号を入出力するバースト波発生回路26および駆動回路27を介して前記超音波センサ13に接続されている。また、前記CPU20は発信回路28を介して前記バースト波発生回路26に接続されている。さらに、前記CPU20は増幅回路24に増幅の度合いを変更するゲイン制御を行うとともに、検波回路23の出力信号に対して残響制御を行う。なお、前記CPU20および前記駆動回路27等の各ブロックは電源部29にそれぞれ接続されている。
一方、前記CPU20は警報出力部30を介して前記NCU17に接続されているとともに、通信制御部をも介して前記NCU17に接続されている。また、前記ガスメータ16もガスの使用量を検出し、前記NCU17を介してガス管理センターに信号を出力する。
発信回路28から出力された高周波がバースト波発生回路26に入力されると、スタート信号が前記CPU20に入力される。このため、前記CPU20から前記バースト波発生回路26に制御信号が出力され、前記バースト波発生回路26から所定の周波数のバースト波が出力される。このバースト波は駆動回路27で増幅され、超音波センサ13から超音波として発射される。そして、液界面あるいは気泡で反射した反射波は前記超音波センサ13に受信波として受信される。前記受信波は増幅回路21で増幅された後、フィルタ回路22で雑音が除去され、検波回路23で検波される。ついで、前記検波回路23で処理された受信信号が出力されるとき、前記CPU20からの残響制御で超音波センサ13の残響に基づく信号がカットされる。そして、増幅回路24で再度増幅され、比較回路25で比較されて一定のしきい値を超える受信信号のみが前記CPU20に格納される。
ステップS1でCPU20から増幅器24にゲイン制御を行い、ゲイン、すなわち増幅率を小とした後、ステップS2でバースト波を超音波センサ13から送信する。そして、ステップS3で反射波である受信波を受信したか否かを判断し、受信していないのであれば、ステップS5にスキップし、受信していれば、ステップS4で受信までの時間をカウントして距離に換算した後、格納する。ついで、ステップS5で所定時間、送信を待った後、送信回数が規定回数N以上であるか否かを判断し、N回よりも少ない場合には、ステップS2にリターンし、N以上であれば、ステップS7に進む。ステップS7では収集した距離の最多頻度が規定頻度M以上であるか否かを判断し、規定頻度Mよりも少ない場合にはステップS9にスキップし、規定頻度M以上であれば、ステップS8で最多頻度の距離を真値と決定し、計測を終了する。
したがって、ゲイン、すなわち増幅率を徐々に増大させることにより、規定頻度に達するデータを収集し、最多頻度のデータを真値と決定して所望の距離を求めることができる。
ゲインが小さい場合、バースト波を送信した後、大きな反射波を受信するまでの間の受信時間T1,T2をカウントする。ついで、所定の時間間隔t1でバースト波を送信し、同様に処理して受信時間T3,T4を求める。ただし、超音波センサの残響による影響を除去するため、送信波時間および残響時間の合計時間t2の間は、計測されない。
通常、超音波センサから発射された超音波は液界面で反射して液体中を往復する間に減衰してゆく。そこで、例えば、図9に示すように、インターバル時間Tの間隔で送信するとともに、送信毎にゲイン(増幅率)を小さくすると、同一の液界面に反射して減衰した第2反射波、第3反射波は計測されなくなり、第1反射波だけが計測される。このため、1回目の送信で受信時間t1,t2,t3の受信波を受信し、次いで、2回目の送信で受信時間t4,t5の受信波を受信し、3回目の送信で受信時間t6の受信波を受信した場合、第1反射波の受信時間は最多頻度の受信時間t1(=t4=t6)であることになる。したがって、最多頻度の受信時間を選択すれば、第1反射波の受信時間、すなわち、液界面までの距離を求められる。
前述の第1実施形態における界面検出装置は、その初期検出周波数が固定式の場合である。しかし、例えば、鉄製タンクに充填した液体の界面を検出しようとすると、超音波カップリング剤の組成および厚み、鉄製タンクの鉄板の材質および厚み、液体の内容等により、最も透過しやすい超音波の周波数は変化する。そして、最適な検出周波数と現実の検出周波数との間にズレがあると、所望の検出感度が得られず、所望の検出感度を得るために出力電力を大きくする必要があり、消費電力が多くなる。そこで、最適な初期検出周波数とするため、現場ではマニュアルによって初期の検出周波数を調整していた。しかし、現場におけるマニュアル調整では手間がかかるだけでなく、バラツキが大きいという不具合がある。第2実施形態は、前述の不具合に鑑み、自動的に最適な初期検出周波数を選択して界面を検出できる界面検出装置を提供することにある。
すなわち、検波回路23に直接接続された本実施形態にかかる比較回路25は、図13に示すように、CPU20からの信号を受けてSW1,2,3,4が順次切り変わる。したがって、抵抗R1,R2,R3,R4それぞれと抵抗R5との合成抵抗に基づき、抵抗R5における分圧でしきい値が順次切り変わる。そして、前記しきい値を検出信号が超えたか否かを比較器25aが比較,検出する。
すなわち、ステップS30でしきい値を最大に設定し、かつ、送信周波数を最小に設定する。ついで、ステップS31で超音波を最小の周波数で送信し、ステップS32で受信信号がしきい値を越えたか否かを判定し、超えていればステップS33で記憶し、超えていなければ、ステップS34でしきい値が最小か否かを判定する。ステップS34では前述のしきい値が最小でなければ、ステップS35でしきい値を下げてステップS31にリターンし、最小であれば、ステップS36に進む。ステップS36ではしきい値を最大とした後、ステップS37で超音波の周波数が最大か否かを判定する。周波数が最大でなければ、ステップS38で送信周波数を変更し、ステップS31にリターンし、最大であれば、ステップS39に進む。ステップS39では送信された超音波の周波数を記憶、収集し、ステップS40で初期検出周波数f0を判定、記憶する。
すなわち、前述の第2実施形態は装置稼働開始時の初期検出周波数を自動的に選定する場合である。しかし、装置稼働開始時の初期設定が適正であっても、外部温度の変化、超音波カップリング剤の経時変化、液体の成分変化等により、最適な検出周波数が初期検出周波数と異なる場合がある。このような場合であっても、常に最適な検出周波数で界面を検出できる界面検出装置を提供することが第3実施形態の目的である。
すなわち、ステップS50でしきい値を最大に設定し、かつ、送信周波数を(fn−Δf)に設定する。ついで、ステップS51で超音波を前述の周波数で送信し、ステップS52で受信信号がしきい値を越えたか否かを判定し、超えていればステップS53で記憶し、超えていなければ、ステップS54でしきい値が最小か否かを判定する。ステップS54で前述のしきい値が最小でなければ、ステップS55でしきい値を下げてステップS51にリターンし、最小であれば、ステップS56に進む。ステップS56ではしきい値を最大とした後、ステップS57で超音波の周波数が(fn+Δf)であるか否かを判定する。周波数が(fn+Δf)でなければ、ステップS58で送信周波数を変更してステップS51にリターンし、周波数が(fn+Δf)であれば、ステップS59に進む。ステップS59では送信された超音波の周波数を記憶、収集し、ステップS60で最適検出周波数fn+1を判定、記憶する。
レーザ光を送信信号とした場合、レーザ光の伝達速度は液体の温度による影響を受けず、応答が速いので、より一層精度の高い測定を迅速に行うことができるという利点がある。データの基本的処理方法は超音波と同様であるので、説明を省略する。
11:液体プロパンガス
12:液界面
13:超音波センサ
14:ガス警報機
15:制御装置
16:ガスメータ
17:NCU
20:CPU
25:比較回路
26:バースト波発生回路
Claims (5)
- 信号送信手段から送信信号を界面に所定の時間間隔で複数回送信し、反射した前記送信信号の反射波を受信し、送信から受信までの受信時間で前記界面までの距離を検出する界面検出装置において、
異なる周波数の送信信号を送信して得られる受信信号の信号電圧のうち、最大のしきい値を超えた信号電圧にかかる周波数を、界面検出に最適な送信信号の検出周波数とすることを特徴とする界面検出装置。 - 送信信号にかかる最適な検出周波数を選択するためのサーチ領域を、直前に送信した送信信号にかかる検出周波数の近傍領域としたことを特徴とする請求項1に記載の界面検出装置。
- 信号送信手段から送信信号を界面に所定の時間間隔で複数回送信し、反射した前記送信信号の反射波を受信し、送信から受信までの受信時間で前記界面までの距離を検出する界面検出方法において、
送信回数に応じて受信感度を変化させ、送信毎に得られた受信信号を受信時間毎に累積し、最大累積度数が規定頻度を越えた場合に、最多頻度の受信時間に基づいて前記界面までの距離を決定することを特徴とする界面検出方法。 - 信号送信手段から送信信号を界面に所定の時間間隔で複数回送信し、反射した前記送信信号の反射波を受信し、送信から受信までの受信時間で前記界面までの距離を検出する界面検出方法において、
異なる周波数の送信信号を送信して得られる受信信号の信号電圧のうち、最大のしきい値を超えた信号電圧にかかる周波数を、界面検出に最適な送信信号の検出周波数とすることを特徴とする界面検出方法。 - 送信信号にかかる最適な検出周波数を選択するためのサーチ領域を、直前に送信した送信信号にかかる検出周波数の近傍領域としたことを特徴とする請求項4に記載の界面検出方法。
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