JP6976673B2

JP6976673B2 - 超音波検出器および検出装置

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Publication number: JP6976673B2
Application number: JP2020554340A
Authority: JP
Inventors: 顧一新
Original assignee: 東莞正揚電子機械有限公司
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: KR20200093024A; WO2019127972A1; EP3734239B1; EP3734239A4; CN109959429A; KR102425650B1; EP3734239A1; CN109959429B; JP2021508060A; EP3734239C0; US11359954B2; US20210255024A1

Description

本開示は、流体の検出の技術分野に関し、例えば、超音波液位検出器および該超音波液位検出器が適用されている検出装置に関する。

現代の産業生産では、しばしば容器における液体の濃度を測定する必要がある。超音波検出器は、精度が高く、体積が小さく、および信号処理が信頼的であるなどの利点を有するために、広く適用されている。

市販されている超音波センサーは、検出領域がそのまま露出するか、或いは網で保護される形態で検出を行っております。露出の場合、超音波検出領域において、溶液の添加や車両の走行時の揺れに起因して溶液の振動による気泡および異物が超音波の信号処理に影響を及ぼすことで、測定値が不正確になっている。網を用いる場合、網孔が大きい過ぎると、保護効果が相対的に悪く、網孔が小さいと、音源検出箇所における気泡を完全に排出できなくなって、超音波が溶液に対する検出に影響を及ぼしている。

以下は、本明細書に詳しく説明するテーマに対する概説である。本概説は、特許請求の保護範囲を限定するためのものではない。

本開示は、関連技術に存在した超音波検出器が気泡および異物からの干渉を受けやすいという技術課題を解決することができる超音波検出器を提供する。

本開示は、関連技術に存在した超音波検出器が気泡および異物からの干渉を受けやすいという技術課題を解決することができる検出装置を提供する。

一実施例は、検出領域と、内から外まで順に連通する少なくとも２つのチャンバ、複数の流体入口及び複数の流体出口を含むカバーと、を備え、前記流体入口、前記流体出口および前記チャンバは、流れ連通して流体通路を形成し、前記流体通路は、流体を案内して少なくとも１つの屈曲経路に沿って流すように構成され、前記検出領域は、最内部の前記チャンバ内に位置している、超音波検出器を提供する。

一実施例において、前記カバーは、内側チャンバと、外側チャンバとを含み、前記外側チャンバの流体入口が前記内側チャンバの流体入口よりも小さく、前記外側チャンバ内の流体が前記内側チャンバの流体入口において合流する。

一実施例において、前記カバーは、内側チャンバと、外側チャンバとを含み、前記内側チャンバの流体入口が前記外側チャンバの流体入口よりも小さく、前記外側チャンバ内の流体が分流して前記内側チャンバに流入する。

一実施例において、前記カバーは、内側チャンバと、外側チャンバとを含み、前記内側チャンバの流体入口と、前記外側チャンバの流体入口とは、ずれた位置に配置され、前記内側チャンバの流体出口と、前記外側チャンバの流体出口とは、ずれた位置に配置されている。

一実施例において、前記内側チャンバの流体入口と流体出口とは、ずれた位置に配置され、前記外側チャンバの流体入口と流体出口とは、ずれた位置に配置されている。

一実施例において、前記内側チャンバの流体出口は、前記内側チャンバの流体入口よりも小さく、前記内側チャンバ内の流体は、前記内側チャンバの流体出口において分流する。

一実施例において、前記内側チャンバの流体出口は、前記内側チャンバの流体入口よりも大きく、前記内側チャンバ内の流体は、前記内側チャンバの流体出口において合流する。

一実施例において、前記カバーは、内殻と、前記内殻の外部に嵌設された外殻とを含み、前記内殻の内部に前記内側チャンバが形成され、前記内殻と前記外殻との間に前記外側チャンバが形成されている。

一実施例において、前記内側チャンバの第１側に、前記内殻において開設された第１孔および前記外殻において開設された第２孔が設けられ、前記内側チャンバの第２側に、前記内殻において開設された第３孔および前記外殻において開設された第４孔が設けられている。

一実施例において、前記第１孔および第３孔は、いずれも少なくとも２つであり、前記第２孔および第４孔は、いずれも１つである。

一実施例において、前記外殻において前記第２孔の一方側に第５孔が開設され、前記第５孔と前記第２孔とが対流を形成し、前記第５孔と前記第１孔とは、ずれた位置に配置されている。

一実施例は、上述した実施例のいずれか１つに記載の超音波検出器を備える検出装置を提供する。

一実施例において、前記検出装置は、
流体の輸送を実現するように構成されている流体管と、
筐体内の流体の液位を検出するように構成されている液位検出管と、
筐体内の流体を封止するように構成されているフランジと、
前記液位検出管、超音波検出器および外部電子装置に対して電気接続を提供するように構成されているコントロールボックスと、をさらに備える。

一実施例において、前記検出装置は、前記流体を加熱し、前記流体の凝固を防止するように構成されているヒータ回路、をさらに備える。

本開示に係る超音波検出器は、流体内の気泡および異物が検出領域に入ることを効果的に阻止し、他の音源が信号検出に対する干渉を弱め、超音波検出器の安定性を向上させることができる。

図面および詳細な説明を閲読して理解した後、他の態様を分かることができる。

実施例１に係る超音波検出器の断面図である。実施例１に係る超音波検出器の構造断面図である。実施例１に係る超音波検出器の構造模式図である。実施例２に係る超音波検出器の断面図である。実施例３に係る超音波検出器の断面図である。実施例４に係る検出装置の構造模式図である。実施例４に係る検出装置の使用時の構造模式図である。

実施例１
図１〜図３を参照すると、本実施例は、検出領域１１と、カバーとを備える超音波検出器１を提供する。該超音波検出器１は、例えば、ガソリン、ディーゼル油、油圧流体、伝動液および尿素溶液などの複数種の流体の検出に用いられてもよいし、他の部材と組み合わせて用いられてもよい。検出領域１１における流体の特徴を検出するための検出素子は、検出領域１１に位置してもよいし、検出領域１１と仕切り板で隔てられてもよい。

カバーは、内から外まで順に連通する少なくとも２つのチャンバ、複数の流体入口および複数の流体出口を含み、流体入口、流体出口およびチャンバは、流れ連通して流体通路を形成し、流体通路は、少なくとも１つの屈曲経路に沿って流すように流体を案内し、検出領域は、最内部のチャンバ内に位置している。流体の流動経路が屈曲し、流体内の気泡および異物が検出領域１１に入ることを阻止し、他の音源が信号検出に対する干渉を弱め、超音波検出器１の安定性を向上させることができる。

カバーは、内側チャンバと、外側チャンバとを含み、外側チャンバの流体入口と、内側チャンバの流体入口と、内側チャンバの流体出口と、外側チャンバの流体出口とは、屈曲した流体通路を形成し、流体の流動経路が狭く曲がりくねっており、流体における気泡は、質量が軽いので外側チャンバに沿って上向きに流動して、内側チャンバに流入するガス量を低減させることができる。もちろん、カバーは、内から外まで順に連通されている内側チャンバ、外側チャンバおよび第３チャンバを含んでもよく、流体の流れの原理は同じであるため、ここで繰り返し説明しない。ここで、流体入口および流体出口の数は、それぞれ複数であってもよい。

本実施例において、外側チャンバの流体入口は、内側チャンバの流体入口よりも小さく、外側チャンバ内の流体は、内側チャンバの流体入口において合流することで、流体の流動経路が屈曲している。すなわち、外界の流体は、外側チャンバにおける流体入口を通って分流して外側チャンバに入って、内側チャンバの流体入口において合流する。

本実施例における流体入口は、流体の流入に用いられてもよく、流体出口は、流体の流出に用いられてもよい。カバーの配置位置が異なる場合、流体入口も、流体の流出に用いられてもよく、流体出口も、流体の流入に用いられてもよく、すなわち、流体入口および流体出口は、いずれも流体の流動に用いられるものである。

流体入口と流体出口との互換性に鑑み、カバーは、軸線に沿って対称に設けられてもよい。すなわち、流体は、内側チャンバの流体入口において合流して内側チャンバに入った後、合流して内側チャンバの他方側から流出し、そして、分流して外側チャンバから流出する。カバーは、軸線に沿って非対称に設けられてもよい。流体は、内側チャンバの流体入口において合流して内側チャンバに入った後、分流して内側チャンバの他方側から流出する。

本実施例において、内側チャンバの流体出口は、内側チャンバの流体入口よりも小さく、内側チャンバ内の流体は、内側チャンバの流体出口において分流することで、流体の流動経路が屈曲し、流体の波動を低減させ、ガスを排出しやすい。

流体は、内側チャンバから流出した後、分流して外側チャンバから流出してもよいし、合流して外側チャンバから流出してもよい。

好ましくは、カバーは、内殻１２と、内殻１２の外部に嵌設された外殻１３とを含み、内殻１２の内部には、内側チャンバが形成され、内殻１２と外殻１３との間には、外側チャンバが形成されている。流体は、外側チャンバの流体入口から流入し、一部の流体は、内側チャンバを流れて外側チャンバの流体出口から流出し、内側チャンバ内の検出素子により流体の特徴を検出し、他の一部の流体が内側チャンバを流れず、直接に外側チャンバの流体出口から流出する。流体の流動経路が狭く曲がりかねっており、流体における気泡は、質量が軽いので、外側チャンバの流体入口から流入した後、外側チャンバに沿って上向きに流動し、直接に外側チャンバの流体出口から流出する。内側チャンバに流入したガス量を低減させ、他の音源が信号検出に対する干渉を弱める。

内側チャンバの一方側に、内殻１２において開設された第１孔１２１および外殻１３において開設された第２孔１３１が設けられ、内側チャンバの他方側に、内殻１２において開設された第３孔１２２および外殻１３において開設された第４孔１３２が設けられている。ここでは、第１孔１２１、第２孔１３１、第３孔１２２および第４孔１３２の数は、いずれも１つまたは複数であってもよい。

内殻１２および外殻１３は、いずれも柱状の管体であり、第１孔１２１は、内殻１２の表面に開設され、第３孔１２２は、管体の径方向に沿って第１孔と対向する面に開設されている。内殻１２の第１端面は、超音波反射面１２３であり、第１端面に対向するように構成された第２端面は、超音波送受波面１２４である。内殻１２の端面は、円形または楕円形であってもよい。内殻１２および外殻１３は、流体の流動時の屈曲経路を実現できれば、直方体または球体であってもよい。

カバーの軸線が水平に置かされ、第２孔１３１がカバーの下側に位置する場合、第２孔１３１の位置は、第１孔１２１の位置よりも低く、第４孔１３２の位置は、第３孔１２２の位置よりも高い。流体は、下から上までだんだん増加する場合、流体は、第２孔１３１から外側チャンバに流入し、一部の流体が第１孔１２１から内側チャンバに流入した後、第３孔１２２から流出し、第４孔１３２により外側チャンバから流出し、内側チャンバ内の検出素子により流体の特徴を検出し、他の一部の流体が第２孔１３１殻外側チャンバに流入した後、第４孔１３２から流出するという第１経路に沿って流動することができる。流体が第２孔１３１から外側チャンバに流入した際、流体における気泡は、質量が軽いので、外側チャンバに沿って上向きに流動し、直接に第４孔１３２から流出する。上から下まで流体を注入する場合、流体の流動方向は、第２経路に沿うものであってもよい。そのうち、液体の流動方向は、第１経路と逆方向であり、ガスは、質量が軽いので依然として上向きに流動する。超音波検出器１は、流体の濃度を検出するために用いられてもよい。つまり、超音波検出器１をそのまま流体の内部に浸漬させて、流体が揺れた場合、流体の流動方向は、図１における矢印に示すように、第１経路と第２経路との組合せであってもよい。

図２および図３を参照すると、外殻１３において第２孔１３１の一方側に第５孔１３３が開設され、第５孔１３３と第２孔１３１とが対流を形成し、第５孔１３３と第１孔１２１とは、ずれた位置に配置されている。本実施例において、管体の軸方向に沿って、第５孔１３３と第２孔１３１は、同一の位置に位置している。第５孔１３３と第２孔１３１とが対流を形成するため、流体または気泡がいずれも第５孔１３３から流出して、溶液の置換を加速するとともに、検出器の底部からの気泡および異物を速やかに排出することができ、新たに添加した溶液の品質を速やかに検出することを実現し、検出器内の溶液の置換速度を向上させる。

カバーの軸線が水平に置かされ、第２孔１３１がカバーの下側に位置する場合、第５孔１３３の位置が第１孔１２１の位置よりも高いことで、超音波反射面１２３および超射波送受波面に気泡が入った際に直接に超音波反射面１２３および超射波送受波面に付着することに起因して超音波の信号処理に影響を及ぼすことを回避することができる。

本実施例において、第１孔１２１は、１つであり、柱状の管体の軸線が水平に置かされた場合、２つの第４孔１３２は、外殻１３の頂部における中間箇所に設けられており、２つの第３孔１２２は、第６孔１２２１および第７孔１２２２を含み、第６孔１２２１および第７孔１２２２は、内殻１２の頂部と同一の水平面に位置し、第６孔１２２１は、内殻１２の第１端に近寄るように設けられるとともに、第７孔１２２２は、内殻１２の第２端に近寄るように設けられており、添加した溶液における気泡および異物の注入を防止し、超音波検出器１の安定性を向上させ、他の音源が信号検出に対する干渉を弱めることができる。２つの第３孔１２２は、それぞれ、超音波反射面１２３および超音波送受波面１２４の上方に位置し、超音波反射面１２３および超音波送受波面１２４に発生した気泡を速やかに排出して、超音波信号処理に対する影響を低減させることができる。

カバーの軸線が水平に置かされ、第２孔１３１がカバーの下側に位置する場合、第１孔１２１は、内殻１２の底部の中間箇所に設けられている。４つの第２孔１３１は、面一して第１孔１２１を回って均一に配置され、４つの第５孔１３３は、面一して第１孔１２１を回って均一に配置されている。第５孔１３３の位置が第１孔１２１の位置よりも高く、第２孔１３１の位置が第１孔１２１の位置よりも低く、すなわち第２孔１３１の位置が超音波信号の処理位置よりも低い。つまり、超音波反射面１２３および超音波送受波面１２４の位置し、液位が低い場合、超音波信号処理位置における溶液を速やかに排出することを実現することができる。

カバーの素材は、プラスチックであってもよく、金属であってもよく、コストを低下させるために、例えば、ゴムを選んでもよい。

実施例２
図４は、実施例２を示す。そのうち、実施例１と同様であるか或いはそれと対応する部品について、実施例１と対応する符号を付ける。便宜の上、実施例２と実施例１との相違のみについて説明する。相違点は、内側チャンバの流体入口が外側チャンバの流体入口よりも小さく、外側チャンバ内の流体が分流して内側チャンバに流入することにある。すなわち、外界からの流体が外側チャンバの流体入口を通って合流して外側チャンバに流入し、内側チャンバの流体入口において分流する。前記流体入口と流体出口とは互換可能である。

流体入口と流体出口との互換性に鑑み、カバーは、軸線に沿って対称に設けられてもよい。つまり、流体が内側チャンバの第１側における流体入口において分流して内側チャンバに入った後、分流して内側チャンバの第２側から流出し、そして合流して外側チャンバから流出する。

一実施例において、カバーは、軸線に沿って非対称に設けられてもよい。流体が内側チャンバの第１側における流体入口において分流して内側チャンバに流入した後、合流して内側チャンバの第２側から流出する。つまり、内側チャンバの流体出口が内側チャンバの流体入口よりも大きく、内側チャンバ内の流体が内側チャンバの流体出口において合流することで、流体の流動経路が屈曲し、流体の波動を低減させ、ガスを排出しやすい。

本実施例において、第１孔１２１および第３孔１２２は、いずれも少なくとも２つであり、第２孔１３１および第４孔１３２は、いずれも１つである。第１孔１２１は、内殻１２において超音波送受波面１２４から離れる方向に沿って間隔を隔てるように配置され、第２孔１３１は、外殻１３において超音波反射面１２３に近寄るように開設され、第３孔１２２は、内殻１２において超音波反射面１２３から離れる方向に沿って間隔を隔てるように配置され、第４孔１３２は、外殻１３において超音波送受波面１２４に近寄るように開設されている。

第１孔１２１の孔径が第２孔１３１の孔径よりも小さく、第３孔１２２の孔径が第４孔１３２の孔径よりも小さいため、流体が外側チャンバから内側チャンバに流入した際および流体が内側チャンバから流出した際に、いずれも分流を実現し、分流によって流体の波動を低減させ、超音波領域における液体の流動安定性を実現し、超音波信号検出の安定性も実現する。

実施例３
図５は、実施例３を示す。そのうち、実施例１と同様であるか或いはそれと対応する部品について、実施例１と対応する符号を付ける。便宜の上、実施例３と実施例１との相違のみについて説明する。相違点は、内側チャンバの流体入口と外側チャンバの流体入口とがずれた位置に配置され、内側チャンバの流体出口と外側チャンバの流体出口とがずれた位置に配置されていることにある。そのため、流体が流れる経路の屈曲度を増加させ、バッファ時間を延長させ、気泡の排出を容易にする。

一部の実施例において、流体は、合流して内側チャンバに流入してもよいし、分流して内側チャンバに流入してもよい。流体は、内側チャンバに流入した後、分流して流出してもよいし、合流して流出してもよい。流体は、内側チャンバから流出した後、分流して外側チャンバから流出してもよいし、合流して外側チャンバから流出してもよい。

本実施例において、第１孔１２１と第２孔１３１とは、ずれた位置に配置され、第３孔１２２と第４孔１３２とは、ずれた位置に配置されている。

流体の流動経路を延長させるために、各チャンバの流体入口と流体出口とは、ずれた位置に配置されている。つまり、内側チャンバの流体入口と流体出口とは、ずれた位置に配置され、外側チャンバの流体入口と流体出口とは、ずれた位置に配置されている。

本実施例において、第１孔１２１と第３孔１２２とは、ずれた位置に配置され、第２孔１３１と第４孔１３２とは、ずれた位置に配置されている。第１孔１２１は、内殻１２において超音波送受波面１２４に近寄るように開設され、第２孔１３１は、外殻１３において超音波反射面１２３に近寄るように開設されていることで、第１孔１２１と第２孔１３１との距離ができるだけ大きくなる。それに対応して、位置ずれを実現するために、第３孔１２２は、内殻１２において超音波反射面１２３に近寄るように開設され、第４孔１３２は、外殻１３において超音波送受波面１２４に近寄るように開設されている。図５における矢印に示すように、液体の流動方向がＳ字型の流動方向になるように設計され、外界からの液体と超音波信号の位置における液体が非対向性の流体を形成するのを阻止することを実現し、超音波信号の安定した検出も実現する。

実施例４
図６および図７を参照すると、本実施例は、上述した実施例のいずれか１つに記載の超音波検出器１を備える検出装置をさらに提供する。例えば、尿素溶液または液体尿素などの特定の流体を検出する場合、検出装置にヒータが設けられてもよい。一実施例において、検出装置は、コントロールボックス２と、ヒータ回路３と、筐体６内の流体の液位を検出するように構成されている液位検出管４と、流体管５と、筐体６内の流体を封止するように構成されているフランジ７とをさらに備える。実際の使用中では、ヒータ回路３は、尿素溶液などの流体を加熱し、流体の凝固を防止することができ、流体管５は、尿素溶液などの流体の輸送を実現することができ、コントロールボックス２は、液位検出管４および超音波検出器１に対して外部コンピューターとの電気的な接続を提供するように構成されている。

本開示に係る超音波検出器は、流体内の気泡および異物が検出領域に入ることを効果的に阻止し、他の音源が信号検出に対する干渉を弱め、超音波検出器の安定性を向上させる。

符号の説明
１超音波検出器
２コントロールボックス
３ヒータ回路
４液位検出管
５尿素管
６筐体
７フランジ
１１検出領域
１２内殻
１２１第１孔
１２２第３孔
１２３超音波反射面
１２４超音波送受波面
１３外殻
１３１第２孔
１３２第４孔
１３３第５孔

Claims

検出領域（１１）と、
内から外まで順に連通する少なくとも２つのチャンバ、複数の流体入口及び複数の流体出口を含むカバーと、を備え、
前記流体入口、前記流体出口および前記チャンバは、流れ連通して流体通路を形成し、前記流体通路は、流体を案内して少なくとも１つの屈曲経路に沿って流すように構成され、前記検出領域（１１）は、最内部の前記チャンバ内に位置しており、
前記少なくとも２つのチャンバは、それぞれ流体入口および流体出口を備えており、流体が前記少なくとも２つのチャンバの最も外側の１つの流体入口から前記少なくとも２つのチャンバのうちの最も外側の１つに流入するときに、前記流体の一部が前記検出領域（１１）に流入することができ、前記流体の一部が前記少なくとも２つのチャンバのうちの最も外側の１つに沿ってのみ流動するように流体中の気泡を運び、次いで、前記少なくとも２つのチャンバのうちの最も外側の１つの流体出口から排出されて、流体中の気泡が検出領域（１１）に入ることを防止することができるように構成される
超音波検出器。
前記カバーは、内側チャンバと、外側チャンバとを含み、前記外側チャンバの流体入口が前記内側チャンバの流体入口よりも小さく、前記外側チャンバ内の流体が前記内側チャンバの流体入口で合流する、請求項１に記載の超音波検出器。
前記カバーは、内側チャンバと、外側チャンバとを含み、前記内側チャンバの流体入口が前記外側チャンバの流体入口よりも小さく、前記外側チャンバ内の流体が分流して前記内側チャンバに流入する、請求項１に記載の超音波検出器。
前記カバーは、内側チャンバと、外側チャンバとを含み、前記内側チャンバの流体入口と、前記外側チャンバの流体入口とは、前記カバーの軸方向においてずれた位置に配置され、前記内側チャンバの流体出口と、前記外側チャンバの流体出口とは、前記カバーの軸方向においてずれた位置に配置されている、請求項１に記載の超音波検出器。
前記内側チャンバの流体入口と流体出口とは、前記カバーの軸方向においてずれた位置に配置され、前記外側チャンバの流体入口と流体出口とは、前記カバーの軸方向においてずれた位置に配置されている、請求項４に記載の超音波検出器。
前記内側チャンバの流体出口は、前記内側チャンバの流体入口よりも小さく、前記内側チャンバ内の流体は、前記内側チャンバの流体出口において分流する、請求項２、４または５に記載の超音波検出器。
前記内側チャンバの流体出口は、前記内側チャンバの流体入口よりも大きく、前記内側チャンバ内の流体は、前記内側チャンバの流体出口において合流する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の超音波検出器。
前記カバーは、内殻（１２）と、前記内殻（１２）の外部に嵌設された外殻（１３）とを含み、前記内殻（１２）の内部に前記内側チャンバが形成され、前記内殻（１２）と前記外殻（１３）との間に前記外側チャンバが形成されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載の超音波検出器。
前記内側チャンバの第１側に、前記内殻（１２）において開設された第１孔（１２１）および前記外殻（１３）において開設された第２孔（１３１）が設けられ、前記内側チャンバの第２側に、前記内殻（１２）において開設された第３孔（１２２）および前記外殻（１３）において開設された第４孔（１３２）が設けられている、請求項８に記載の超音波検出器。
前記第１孔（１２１）および第３孔（１２２）は、いずれも少なくとも２つであり、前記第２孔（１３１）および第４孔（１３２）は、いずれも１つである、請求項９に記載の超音波検出器。
前記外殻（１３）の第１側に第５孔（１３３）が開設され、前記第５孔（１３３）と前記第２孔（１３１）とが対流を形成し、前記第５孔（１３３）と前記第１孔（１２１）とは、前記カバーの軸方向においてずれた位置に配置されている、請求項９に記載の超音波検出器。
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の超音波検出器を備える、検出装置。
流体の輸送を実現するように構成されている流体管と、
筐体内の流体の液位を検出するように構成されている液位検出管と、
筐体内の流体を封止するように構成されているフランジと、
前記液位検出管、超音波検出器および外部電子装置に対して電気的な接続を提供するように構成されているコントロールボックスと、をさらに備える、
請求項１２に記載の検出装置。
前記流体を加熱し、前記流体の凝固を防止するように構成されているヒータ回路、をさらに備える、
請求項１３に記載の検出装置。