JP2018084510A - 容積計 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡易に容積を計測可能な容積計を提供する。【解決手段】容積計１００は、音圧を反響可能に形成された燃料タンク１の貯留室２内に入れられた液体燃料５の容積を計測する。容積計１００は、貯留室２内の空間にインパルス状のインパルス音圧を印加する加振部１０と、当該空間の圧力変化を検出する圧力検出部２０と、圧力検出部２０が検出した圧力変化の減衰率を用いてインパルス音圧の残響時間を算出し、残響時間を用いて容積を計測する容積計測部３４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、容器の貯留室内に入れられた内容物の容積を計測する容積計に関する。

従来、容積を計測する容積計が知られている。特許文献１に開示の容積計は、基準容器と結合された第１容器と、非測定容器と結合された第２容器とを用いている。スピーカにより第１容器と第２容器との間に設けられた振動板を振動させ、第１容器と第２容器とを連通する連通管の圧力変化が略０となる位置に配置されたマイクロホンにより圧力変化を検出する。また、追加のマイクロホンが第１容器内部の圧力変化を検出する。連通管のマイクロホンの出力の振幅及び追加のマイクロホンの出力の振幅を用いて、基準容器と非測定容器との容積の差を求めている。

特開平７−３１１０７１号公報

このように、特許文献１の構成では、容器を２つ以上設けなければ容積の測定を行なうことができない。また、２つのマイクロホンを用い、その振幅の絶対値が用いられている。このため、２つのマイクロホンの間の製造上の精度のばらつきが大きかったり、また、各マイクロホンの経年劣化等による感度の劣化が生じたりすると、精度良く容積の測定を行なうことができない。このように、特許文献１では、容積を測定するために、煩雑な条件が要求されるのである。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、比較的簡易に容積を計測可能な容積計を提供することにある。

開示される発明のひとつは、音圧を反響可能に形成された容器（１）の貯留室（２）内に入れられた内容物（５）の容積を計測する容積計であって、
貯留室内の空間にインパルス状のインパルス音圧を印加する加振部（１０）と、
空間の圧力変化を検出する圧力検出部（２０）と、
圧力検出部が検出した圧力変化の減衰率を用いてインパルス音圧の残響時間を算出し、残響時間を用いて容積を計測する容積計測部（３４）と、を備える。

このような発明では、容器の貯留室内に入れられた内容物の容積は、他の容器を必要とせずに計測される。そして、計測に用いられる残響時間は、音圧を反響可能に形成された貯留室内の空間において、印加されたインパルス音圧の残響時間であり、圧力検出部が検出した圧力変化の減衰率を用いて算出され得る。故に、１つの圧力検出部で圧力変化を検出すれば足りるため、圧力検出部の製造上の精度のばらつきを懸念する必要がない。圧力検出部に感度の劣化が生じて振幅の絶対値が例えば実際よりも小さく、実際と異なる値に見積もられたとしても、圧力変化の減衰率、すなわち比率計算によって容積が計測されるので、計測結果に大きな影響が及び難い。以上により、比較的簡易に容積を計測可能となるのである。

また、開示される発明の他のひとつは、音圧を反響可能に形成された容器（１）の貯留室（２）内に入れられた内容物（５）の容積を計測する容積計であって、
貯留室内の空間に断続的な音圧を印加する加振部（１０）と、
空間の圧力変化を検出する圧力検出部（２０）と、
圧力検出部が検出した圧力変化の減衰率を用いて断続的な音圧の残響時間を算出し、残響時間を用いて容積を計測する容積計測部（３４）と、を備える。

このような発明では、容器の貯留室内に入れられた内容物の容積は、他の容器を必要とせずに計測される。そして、計測に用いられる残響時間は、音圧を反響可能に形成された貯留室内の空間において、印加された断続的な音圧の残響時間であり、圧力検出部が検出した圧力変化の減衰率を用いて算出され得る。故に、１つの圧力検出部で圧力変化を検出すれば足りるため、圧力検出部の製造上の精度のばらつきを懸念する必要がない。圧力検出部に感度の劣化が生じて振幅の絶対値が例えば実際よりも小さく、実際と異なる値に見積もられたとしても、圧力変化の減衰率、すなわち比率計算によって容積が計測されるので、計測結果に大きな影響が及び難い。以上により、比較的簡易に容積を計測可能となるのである。

一実施形態における容積計の一例を示す模式図である。 一実施形態における容積計の一例を示す模式図である。 一実施形態の電子処理ユニットの構成を示すブロック図である。 残響時間を説明するためのグラフである。 容積（液量）と残響時間との関係を説明するためのグラフ図であって、（ａ）容積１Ｌの場合、（ｂ）容積８Ｌの場合を示す。 一実施形態の容積計によるフローチャートである。 変形例１における容積計の一例を示す模式図である。 変形例１における図５に対応する図であって、（ａ）容積０．２Ｌの場合、（ｂ）容積０．４Ｌの場合、（ｃ）容積０．６Ｌの場合、（ｄ）容積０．８Ｌの場合、（ｅ）容積１．０Ｌの場合、（ｆ）容積１．２Ｌの場合を示す。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態による容積計１００は、図１，２に示すように、車両に搭載され、容器としての燃料タンク１に設置されている。燃料タンク１は、例えば硬質樹脂ないしは金属からなる壁３により略直方体状の貯留室２を形成している。燃料タンク１は、その有底の貯留室２内に液体燃料５を貯留するようになっている。通常時、貯留室２は給油口が塞がれることにより、密閉状態となっている。これにより、貯留室２は、音圧が生じた際に壁３によって当該音圧を反響可能に形成されている。容積計１００は、貯留室２内に入れられた内容物としての液体燃料５の容積を計測する。容積計１００は、加振部１０、圧力検出部２０、及び電子処理ユニット３０を備えている。

加振部１０は、貯留室２内の空間に、断続的なインパルス状のインパルス音圧を印加する。加振部１０としては、図１に示すように貯留室２内に配置される方式と、図２に示すように貯留室２外に配置される方式とが採用され得る。いずれにしろ、加振部１０は、燃料タンク１の天井部１ａに配置されることが好適である。

貯留室２内に配置された加振部１０の具体例を示す。加振部１０の一例として、アクチュエータにより、例えば金属等の固体同士を衝突させ、当該固体同士の衝突音をインパルス音圧とする方式が挙げられる。加振部１０の他の一例として、噴射モジュールから圧縮空気を貯留室２内の空間に噴射することによりインパルス音圧を印加する方式が挙げられる。加振部１０の他の一例として、放電モジュールにより貯留室２内の空間に気中放電し、当該気中放電の放電音をインパルス音圧とする方式が挙げられる。加振部１０の他の一例として、貯留室２内の空間にて風船を破裂させ、破裂音をインパルス音圧とする方式が挙げられる。

貯留室２外に配置された加振部１０の具体例を示す。加振部１０の一例として、壁３の外側に配置されたアクチュエータにより、当該壁３の上面を打ち叩き、打音をインパルス音圧とする方式が挙げられる。

このようなインパルス音圧は、可聴域の音圧であってもよく、超音波のような不可聴域の音圧であってもよい。しかしながら、インパルス音圧のピーク周波数は、燃料タンク１の貯留室２に固有の共鳴周波数よりも小さく設定される。仮に固有の共鳴周波数よりも大きく設定されると、共鳴周波数の高調波の影響を受けることが懸念され得るためである。

ここで、液体燃料５は、車両の振動に伴い、その液面ＬＳが振動することがある。その液面ＬＳに想定される振動の周波数は、一般的に１００〜２００Ｈｚとされている。そこでインパルス音圧のピーク周波数は、液面ＬＳに想定される振動の周波数領域の範囲外に設定される。このような設定により、インパルス音圧と、液面ＬＳの振動に伴う空間の圧力変化とが干渉してしまう事態が回避される。

圧力検出部２０は、燃料タンク１の天井部１ａのうち、貯留室２内に設置されたマイクロホンである。圧力検出部２０は、貯留室２内の空間の圧力変化を検出する。貯留室２内の圧力検出部２０は、例えばワイヤハーネス等により貯留室２外の電子処理ユニット３０と電気的に接続されている。圧力検出部２０は、圧力変化を継時的に検出し、当該圧力変化を電子信号として電子処理ユニット３０に随時出力するようになっている。

電子処理ユニット３０は、プロセッサ、メモリ及び入出力インターフェース等を有している電子回路部を主体として構成されている。プロセッサは、例えばメモリに記憶されているコンピュータプログラムを実行することで、各種処理を実施可能となっている。具体的に、電子処理ユニット３０は、電子回路部により実現される機能ブロックとして、図３に示すように、バンドパスフィルタ部３２、容積計測部３４、及び参照データ記憶部３６を有している。

バンドパスフィルタ部３２は、フィルタリングにより、圧力検出部２０が検出した圧力変化のうち、特定の周波数の成分を除去する。具体的に、電子処理ユニット３０にインパルス音圧による圧力変化が電気信号として入力された場合に、バンドパスフィルタ部３２は、印加されたインパルス音圧とその残響による音圧変化とを含む圧力変化の振幅データをフィルタリング処理する。例えば、当該振幅データを、高速フーリエ変換等の手法を用いて各周波数の成分毎のデータに変換し、成分毎のデータのうち、特定の周波数の成分を除去する。除去の後、再び成分毎のデータを振幅データに逆変換する。

特に本実施形態のバンドパスフィルタ部３２は、特定の周波数として、前述の貯留室２に固有の共鳴周波数の成分を除去する。この共鳴周波数に加えて、この共鳴周波数の高調波の成分が除去されることが好適である。

さらにバンドパスフィルタ部３２は、特定の周波数として、前述の液面ＬＳに想定される振動の周波数の成分を除去する。液面ＬＳに想定される振動の周波数として、１００〜２００Ｈｚの範囲の成分全てが除去されることが好適である。

容積計測部３４は、圧力検出部２０が検出した圧力変化の減衰率を用いてインパルス音圧の残響時間Ｔを算出し、当該残響時間Ｔを用いて容積を計測する。本実施形態では、容積計測部３４は、バンドパスフィルタ部３２によるフィルタリング後の圧力変化データを用いて、インパルス音圧の残響時間Ｔを算出することとなる。

ここで図４に示すように、本実施形態における残響時間Ｔとは、加振部１０による音圧の印加が停止したときの圧力変化割合から、圧力検出部２０がその後に検出する圧力変化割合が所定の減衰率まで減衰するまでの時間として定義される。特に本実施形態において所定の減衰率は、２０％に設定されているが、他の減衰率に設定されてもよい。

一般的に、残響時間Ｔは、貯留室２内の空間の容積（すなわち貯留室２の全容積から内容物の容積を差し引いた容積）と比例関係にあるとされる。このため、内容物としての液体燃料５の容積は、残響時間Ｔから算出できるのである。

また、残響時間Ｔは、貯留室２の吸音率と反比例関係にあるとされるが、貯留室２が音圧を反響可能に形成される（換言すると吸音率が小さい）ことにより、吸音率の残響時間Ｔへの影響は小さい。さらに残響時間Ｔは、貯留室２内の空間の表面積と反比例関係にあるが、本実施形態では内容物が液体のため表面積が異常に増大することはないし、略直方体状の貯留室２の壁３に極端な凹凸が形成されているわけではないので、表面積が極端に変化することは少ない。そもそも、以下に説明する参照データから容積を計測する構成では、吸音率及び表面積の影響を考慮する必要はない。

本実施形態では、参照データ記憶部３６が容積計測部３４が参照するための参照データを記憶している。参照データは、液体燃料５の容積と残響時間Ｔとの関係を予め実験又はシミュレーション等により関係付けたデータである。本実施形態の参照データは、予め、実験により、貯留室２内の液体燃料５の容積を少しずつ変えた場合の圧力変化データを用いて残響時間Ｔを算出しておき、電子処理ユニット３０のメモリに記憶させておくことで参照可能となる。

例として図５には、貯留室２の全容量が３２Ｌであり、（ａ）液体燃料５の容積が１Ｌで空間の容量が３１Ｌの場合と、（ｂ）液体燃料５の容積が８Ｌで空間の容量が２４Ｌの場合との上述の実験による圧力変化データが示されている。これによれば、（ａ）の場合の残響時間が５５ｍｓであり、（ｂ）の場合の残響時間が４２ｍｓであるから、液体燃料５の容積の増大に伴って残響時間Ｔが減少することがわかる。

こうして容積計測部３４は、現在算出された残響時間Ｔが、参照データに記憶されたデータのうち、どの容積の残響時間Ｔと最も近いかを判断する。容積計測部３４は、最も近い残響時間Ｔと関連付けられた液体燃料５の容積を、現在の液体燃料５の容積として認定する。こうして液体燃料５の容積が計測される。

以下、本実施形態の容積計１００により実施される容積の計測に関連する処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１では、加振部１０は、インパルス音圧を貯留室２内の空間に印加する。ステップＳ１０１の処理後、ステップＳ１０２へ移る。

ステップＳ１０２では、圧力検出部２０は、印加されたインパルス音圧とその反響による音圧変化とを含む圧力変化を検出する。ステップＳ１０２の処理後、ステップＳ１０３へ移る。

ステップＳ１０３では、バンドパスフィルタ部３２は、圧力検出部２０が検出した圧力変化のうち、特定の周波数の成分を除去するフィルタリング処理を実施する。ステップＳ１０３の処理後、ステップＳ１０４へ移る。

ステップＳ１０４では、容積計測部３４は、圧力検出部２０が検出した圧力変化の減衰率を用いてインパルス音圧の残響時間Ｔを算出する。ステップＳ１０４の処理後、ステップＳ１０５へ移る。

ステップＳ１０５では、容積計測部３４は、残響時間Ｔを用いて液体燃料５の容積を計測する。ステップＳ１０５を以って一連の処理を終了する。

（作用効果）
以上説明した本実施形態の作用効果を以下に説明する。

本実施形態によると、燃料タンク１の貯留室２内に入れられた液体燃料５の容積は、他の容器を必要とせずに計測される。そして、計測に用いられる残響時間は、音圧を反響可能に形成された貯留室２内の空間において、印加されたインパルス音圧の残響時間Ｔであり、圧力検出部２０が検出した圧力変化の減衰率を用いて算出され得る。故に、１つの圧力検出部２０で圧力変化を検出すれば足りるため、圧力検出部２０の製造上の精度のばらつきを懸念する必要がない。圧力検出部２０に感度の劣化が生じて振幅の絶対値が例えば実際よりも小さく、実際と異なる値に見積もられたとしても、圧力変化の減衰率、すなわち比率計算によって容積が計測されるので、計測結果に大きな影響が及び難い。以上により、比較的簡易に容積を計測可能となるのである。

また、本実施形態によると、燃料タンク１の貯留室２内に入れられた液体燃料５の容積は、他の容器を必要とせずに計測される。そして、計測に用いられる残響時間は、音圧を反響可能に形成された貯留室２内の空間において、印加された断続的な音圧の残響時間Ｔであり、圧力検出部２０が検出した圧力変化の減衰率を用いて算出され得る。故に、１つの圧力検出部２０で圧力変化を検出すれば足りるため、圧力検出部２０の製造上の精度のばらつきを懸念する必要がない。圧力検出部２０に感度の劣化が生じて振幅の絶対値が例えば実際よりも小さく、実際と異なる値に見積もられたとしても、圧力変化の減衰率、すなわち比率計算によって容積が計測されるので、計測結果に大きな影響が及び難い。以上により、比較的簡易に容積を計測可能となるのである。

また、本実施形態によると、貯留室２に固有の共鳴周波数の成分を除去した圧力変化データを用いて残響時間Ｔが算出される。このような成分の除去によれば、貯留室２内の共鳴の影響により音圧の残響時間Ｔが誤って算出される事態を回避できるので、計測精度を高めることができる。

また、本実施形態によると、車両の振動に伴う液体燃料５の液面ＬＳに想定される振動の周波数の成分を除去した圧力変化データを用いて残響時間Ｔが算出される。このような成分の除去によれば、車両の振動による貯留室２内の圧力変化が残響時間Ｔの算出に盛り込まれてしまう事態を回避できるので、車両の振動の影響を最小限に抑制して液体燃料５の容積を測定できる。

また、本実施形態によると、加振部１０が燃料タンク１の天井部１ａに配置されるので、内容物の比重が空気より小さい場合に、断続的なインパルス音圧をより確実に貯留室２内の空間に印加することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的に変形例１としては、容器は燃料タンク１に限らず、他の容器であってもよい。また、内容物は液体燃料５に限らず、他の内容物であってもよい。図７では、幅２１５ｍｍ、奥行き１６０ｍｍ、高さ７５ｍｍの金属容器２０１が示されている。この金属容器２０１に、水２０５を入れ、水２０５の容積を少しずつ変え、高さ５６０ｍｍからφ３ｍｍの鋼球を落下させることでインパルス音圧を印加する実験が実施された。図８では、（ａ）容積０．２Ｌ、（ｂ）０．４Ｌ、（ｃ）０．６Ｌ、（ｄ）０．８Ｌ、（ｅ）１．０Ｌ、（ｆ）１．２Ｌの場合の圧力変化データが示されている。これによれば、水２０５の容積が増大する程、残響時間が短くなることがわかる。

変形例２としては、加振部１０は、断続的な音圧であって、インパルス音圧でない音圧を印加するものであってもよい。例えば、加振部１０がスピーカから連続音を出力し、その連続音が途絶える瞬間の圧力変化を利用して、残響時間Ｔが算出される構成であってもよい。

変形例３としては、容器及び内容物の可燃性が低い場合には、加振部１０は、火薬の爆発によりインパルス音圧を貯留室２内の空間に印加するものであってもよい。

変形例４としては、貯留室２は、音圧を反響可能に形成されていれば、密閉状態でなくてもよい。例えば、天井部１ａにおいて貯留室２内と貯留室２外とを連通する開口が形成された状態で、容積が測定されるようにしてもよい。

変形例５としては、バンドパスフィルタ部３２が設けられずに、圧力検出部２０が検出した圧力変化データをそのまま使用して残響時間Ｔが検出されてもよい。

１００ 容積計、１ 燃料タンク（容器）、２ 貯留室、５ 液体燃料（内容物）、１０ 加振部、２０ 圧力検出部、３４ 容積計測部

Claims (6)

1. 音圧を反響可能に形成された容器（１）の貯留室（２）内に入れられた内容物（５）の容積を計測する容積計であって、
   前記貯留室内の空間にインパルス状のインパルス音圧を印加する加振部（１０）と、
   前記空間の圧力変化を検出する圧力検出部（２０）と、
   前記圧力検出部が検出した圧力変化の減衰率を用いて前記インパルス音圧の残響時間を算出し、前記残響時間を用いて前記容積を計測する容積計測部（３４）と、を備える容積計。
2. 音圧を反響可能に形成された容器（１）の貯留室（２）内に入れられた内容物（５）の容積を計測する容積計であって、
   前記貯留室内の空間に断続的な音圧を印加する加振部（１０）と、
   前記空間の圧力変化を検出する圧力検出部（２０）と、
   前記圧力検出部が検出した前記圧力変化の減衰率を用いて前記断続的な音圧の残響時間を算出し、前記残響時間を用いて前記容積を計測する容積計測部（３４）と、を備える容積計。
3. フィルタリングにより、前記圧力検出部が検出した圧力変化のうち、特定の周波数の成分を除去するバンドパスフィルタ部（３２）をさらに備え、
   前記容積計測部は、前記フィルタリング後の圧力変化データを用いて前記残響時間を算出する請求項１又は２に記載の容積計。
4. 前記バンドパスフィルタ部は、前記特定の周波数の成分として、前記貯留室に固有の共鳴周波数の成分を除去する請求項３の容積計。
5. 車両に搭載され、前記内容物としての液体の容積を計測する請求項３又は４に記載の容積計であって、
   前記バンドパスフィルタ部は、前記特定の周波数の成分として、前記車両の振動に伴う前記液体の液面（ＬＳ）に想定される振動の周波数の成分を除去する容積計。
6. 前記加振部は、前記容器の天井部（１ａ）に配置される請求項１から５のいずれか１項に記載の容積計。

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