JP7076072B2 - 液面位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液面位置検出装置に関する。

液面位置検出装置として、例えば、特許文献１には、伝搬体のうち液体中の部分を伝搬する表面波の音速が、液体から露出している部分を伝搬する表面波の音速よりも遅くなることを利用して液体の液面位置を検出するものが開示されている。

特開平４－８６５２５号公報

特許文献１に開示された液面位置検出装置では、液面位置によっては伝搬体を伝搬する表面波が減衰してＳ／Ｎ比（Signal-Noise ratio）が悪化してしまい、液面位置の検出精度が悪くなる場合がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、液面位置の検出精度が良い液面位置検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る液面位置検出装置は、
液体の液面位置に応じて、前記液体に浸る部分の割合が変化する伝搬体と、
前記伝搬体に第１表面波を発生させるとともに第２表面波を受ける第１送受波部と、
前記伝搬体に前記第２表面波を発生させるとともに前記第１表面波を受ける第２送受波部と、
前記第２送受波部が受けた前記第１表面波の伝搬時間と、前記第１送受波部が受けた前記第２表面波の伝搬時間との少なくともいずれかに基づいて前記液面位置を検出する検出部と、を備え、
前記伝搬体は、
互いに裏表の関係にある第１主面部及び第２主面部と、
前記第１主面部と前記第２主面部とを繋ぐとともに、側面視において曲面状をなす底面部と、を有し、
前記第１送受波部は、前記第１主面部を伝搬する前記第１表面波を発生させ、
前記第２送受波部は、前記第１主面部を経て前記底面部と前記第２主面部とを伝搬した前記第１表面波を受け、
前記第２送受波部は、前記第２主面部を伝搬する前記第２表面波を発生させ、
前記第１送受波部は、前記第２主面部を経て前記底面部と前記第１主面部とを伝搬した前記第２表面波を受ける。

本発明によれば、液面位置の検出精度が良い液面位置検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る液面位置検出装置の概略構成図である。 （ａ）は、第１実施形態に係る伝搬体及び振動子の正面図であり、（ｂ）は、第１実施形態に係る伝搬体及び振動子の側面図である。 第１表面波と第２表面波を説明するための模式図である。 液面位置検出処理の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は、第２実施形態に係る伝搬体及び振動子の正面図であり、（ｂ）は、第２実施形態に係る伝搬体及び振動子の側面図であり、（ｃ）は、第２実施形態に係る伝搬体の振動子側の平面図である。 第３表面波と第４表面波を説明するための模式図である。 （ａ）は、主に内部伝搬波を説明するための波形の模式図であり、（ｂ）は、第２実施形態に係る伝搬体による波形の模式図である。 液面位置検出処理の一例を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る液面位置検出装置について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る液面位置検出装置１００は、図１に示すように、容器８０内に入れられた液体９０の液面９１の位置を検出する装置である。液体９０の量の増減に伴い、液面９１も上下する。

液面位置検出装置１００は、伝搬体１０と、振動子２０と、送受信回路３０と、制御部４０と、を備える。

伝搬体１０は、表面波が伝搬するものであり、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの合成樹脂から形成されている。伝搬体１０は、上下方向に長尺な帯板形状である。伝搬体１０の外面は、振動子２０に向く上面と、上面とは反対側の底面と、上面と底面を繋ぐとともに互いに裏表の関係となる２つの主面と、上面と底面を繋ぐとともに互いに裏表の関係となる２つの側面と、の６面から主に構成される。

伝搬体１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、２つの主面のうち一方を含む主面部１１（第１主面部の一例）、他方を含む主面部１２（第２主面部の一例）と、２つの側面のうち一方を含む側面部１３、他方を含む側面部１４と、上面を含み振動子２０と当接する当接部１５と、底面を含む底面部１６と、を有する。後述のように、表面波は、伝搬体１０を伝搬するが、伝搬の際には伝搬体１０の表面から表面波の波長とほぼ同じ深さまで達する。主面部１１や主面部１２は、伝搬体１０の主面だけでなく当該深さをも含む部分である。当接部１５や底面部１６なども同様である。

図２（ｂ）に示すように、側面視では、主面部１１は、当接部１５の一端から垂下する。また、主面部１２は、当接部１５の他端から垂下する。また、底面部１６は、当接部１５とは反対側において主面部１１と主面部１２とを繋ぐとともに、下方に凸となるＵ字状の滑らかな曲面状をなしている。このように形成された底面部１６は、後述の第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２が底面部１６に伝搬する際の漏洩による損失を低減する。

伝搬体１０は、図１に示すように、側面部１３及び側面部１４で容器８０に設けられた固定部材８１、８２に挟まれることによって固定されている。なお、伝搬体１０は、表面波の伝搬を阻害しないように、表面波が伝搬する主面部１１及び主面部１２以外の部分で固定されれば、その固定方法は任意である。

伝搬体１０は、底面部１６の下端が容器８０の底面と長さｄだけ離間して配置される。伝搬体１０における、当接部１５の上端から液面９１までの上下方向に沿った長さ（伝搬体１０が液体９０に浸っていない部分である第１部分１０ａの長さ）Ｌ１と、底面部１６の下端から液面９１までの上下方向に沿った長さ（伝搬体１０が液体９０に浸っている部分である第２部分１０ｂの長さ）Ｌ２とは、液体９０の増減によって変化する。

振動子２０は、例えば、横波トランスデューサであり、回路基板に実装された圧電素子などを含んで構成される。振動子２０は、伝搬体１０の当接部１５に押しつけられ、伝搬体１０の主面部１１及び主面部１２に表面波を発生させる。

以下では、振動子２０が主面部１１に発生させる表面波を第１表面波Ｗ１と呼び、主面部１２に発生させる表面波を第２表面波Ｗ２と呼ぶ。また、第１表面波Ｗ１と第２表面波Ｗ２とを区別なく、単に表面波と呼ぶこともある。

振動子２０は、伝搬体１０に第１表面波Ｗ１を発生させるとともに、第２表面波Ｗ２を受ける第１送受波部２１と、伝搬体１０に第２表面波Ｗ２を発生させるとともに、第１表面波Ｗ１を受ける第２送受波部２２と、を有する。

第１送受波部２１は、送受信回路３０から供給される電気信号によって振動する。第１送受波部２１の振動は伝搬体１０に伝達され、主面部１１の上端に第１表面波Ｗ１が発生する。発生した第１表面波Ｗ１は、図３に示すように、主面部１１の下端へ向かって伝搬し、前記のように滑らかな曲面を有する底面部１６に沿って伝搬した後、主面部１２の上端へ向かって伝搬する。主面部１２の上端へ到達した第１表面波Ｗ１は、第２送受波部２２を振動させる。第２送受波部２２は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。

第２送受波部２２は、送受信回路３０から供給される電気信号によって振動する。第２送受波部２２の振動は伝搬体１０に伝達され、主面部１２の上端に第２表面波Ｗ２が発生する。発生した第２表面波Ｗ２は、図３に示すように、主面部１２の下端へ向かって伝搬し、前記のように滑らかな曲面を有する底面部１６に沿って伝搬した後、主面部１１の上端へ向かって伝搬する。主面部１１の上端へ到達した第２表面波Ｗ２は、第１送受波部２１を振動させる。第１送受波部２１は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。

なお、以上のように第１送受波部２１が伝搬体１０に第１表面波Ｗ１を発生させることを、第１表面波Ｗ１を送る、とも表現する。同様に、第２送受波部２２が伝搬体１０に第２表面波Ｗ２を発生させることを、第２表面波Ｗ２を送る、とも表現する。

この実施形態では、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２は、超音波（例えば、２０ＫＨｚ以上の音波であればよい。）のパルス（超音波パルス）となっている。また、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２は、レイリー波である。なお、振動子２０は、圧電素子と伝搬体１０との間に介在され、振動の伝わりを効率良くするための超音波用接触媒質を含んでいてもよい。

送受信回路３０は、振動子２０に接続される。送受信回路３０は、超音波発生回路として、表面波として超音波パルスを発生させる電気信号を振動子２０に供給し、振動子２０を振動させる。送受信回路３０は、超音波受信回路として、振動子２０から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。

具体的には、送受信回路３０は、第１表面波Ｗ１の送波用の電気信号を第１送受波部２１に供給し、第１送受波部２１を振動させる。また、第１表面波Ｗ１を受けた第２送受波部２２から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。また、送受信回路３０は、第２表面波Ｗ２の送波用の電気信号を第２送受波部２２に供給し、第２送受波部２２を振動させる。また、第２表面波Ｗ２を受けた第１送受波部２１から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。

制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、タイマなどから構成されるマイクロコンピュータ、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器などを含んで構成される。制御部４０は、送受信回路３０に接続される。制御部４０は、送受信回路３０を制御し、送受信回路３０から電気信号を振動子２０の第１送受波部２１と第２送受波部２２の各々に供給させる。これにより、第１表面波Ｗ１を主面部１１に発生させ、第２表面波Ｗ２を主面部１２に発生させる。また、制御部４０は、送受信回路３０で増幅、変換された、振動子２０の第１送受波部２１と第２送受波部２２の各々からの電気信号を受け取り、受け取った電気信号に基づいて後述のように液面位置を検出する。また、制御部４０は、液面位置検出装置１００の外部の外部装置６０とデータのやり取りが可能になっている。液面位置検出装置１００の構成の説明は以上である。

次に、液面位置検出装置１００の動作を、制御部４０が実行する液面位置検出処理（図４参照）を中心に説明する。例えば、制御部４０のＣＰＵが、ＲＡＭをメインメモリとして、ＲＯＭに格納されているプログラムに従って、及びＲＯＭに格納されている各種データを用いて、液面位置検出処理を実行する。制御部４０は、例えば、外部装置６０からの指令に基づいて、液面位置検出処理を開始する。

（液面位置検出処理）
液面位置検出処理を開始すると、図４に示すように、制御部４０は、送受信回路３０を介して第１送受波部２１を振動させ、主面部１１の上端に第１表面波Ｗ１を発生させる（ステップＳ１）。

発生した第１表面波Ｗ１は、図３に示すように、主面部１１の下端へ向かって伝搬し、滑らかな曲面を有する底面部１６に沿って伝搬した後、主面部１２の上端へ向かって伝搬する。主面部１２の上端へ到達した第１表面波Ｗ１は、第２送受波部２２を振動させる。第２送受波部２２は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。送受信回路３０は、供給された電気信号を増幅、変換して制御部４０に供給する。以下では、この増幅、変換された電気信号（つまり、底面部１６への伝搬を経て第２送受波部２２に到達する第１表面波Ｗ１が、第２送受波部２２に発生させる振動を示す電気信号）を、第１伝搬波信号と言う。このように、第１送受波部２１から送られた第１表面波Ｗ１は、第２送受波部２２に到達する間に、気体に接触する第１部分１０ａと液体９０に接触する第２部分１０ｂとの境界を二回跨いで伝搬する。

続いて、制御部４０は、ステップＳ１の処理を行ってから第１伝搬波信号を受信するまでの期間を計測するために、タイマを初期値の０に設定する（ステップＳ２）。当該期間は、第１送受波部２１が第１表面波Ｗ１を発生させたタイミングから、第２送受波部２２が第１表面波Ｗ１を受けるタイミングまでの期間であり、要するに、第１送受波部２１から第２送受波部２２までの第１表面波Ｗ１の伝搬時間（以下、第１伝搬時間と言う。）である。

続いて、制御部４０は、送受信回路３０から第１伝搬波信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ３）。この判別は、適宜の方法で行うことができるが、例えば、制御部４０は、第２送受波部２２から供給されて送受信回路３０で増幅、変換された電気信号を取得し、取得した電気信号の電圧に基づく値（例えば、電圧値、電圧値の２乗の所定期間における平均値、前記電圧値又は前記平均値の変化度、電気信号の振幅など）が予めＲＯＭ内に格納された閾値以上となったか否かを判別する。例えば、予め実験によって第１伝搬波信号を測定しておき、測定結果に基づいて閾値を定めておけばよい。そして、制御部４０は、電気信号の電圧に基づく値が閾値以上となった場合に、第１伝搬波信号を受信した（ステップＳ３；Ｙｅｓ）と判別する。一方、制御部４０は、電気信号の電圧に基づく値が閾値未満である場合は、第１伝搬波信号を受信していない（ステップＳ３；Ｎｏ）と判別する。

第１伝搬波信号を未だ受信していない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、制御部４０は、タイマのタイマ値を＋１などして更新し（ステップＳ４）、再度ステップＳ３の処理を実行する。これにより、制御部４０は、第１伝搬波信号を受信するまで計時を行う。

第１伝搬波信号を受信した場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御部４０は、現在のタイマ値を第１伝搬時間として、例えばＲＡＭに記憶する（ステップＳ５）。

続いて、制御部４０は、送受信回路３０を介して第２送受波部２２を振動させ、主面部１２の上端に第２表面波Ｗ２を発生させる（ステップＳ６）。

発生した第２表面波Ｗ２は、図３に示すように、主面部１２の下端へ向かって伝搬し、滑らかな曲面を有する底面部１６に沿って伝搬した後、主面部１１の上端へ向かって伝搬する。主面部１１の上端へ到達した第２表面波Ｗ２は、第１送受波部２１を振動させる。第１送受波部２１は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。送受信回路３０は、供給された電気信号を増幅、変換して制御部４０に供給する。以下では、この増幅、変換された電気信号（つまり、底面部１６への伝搬を経て第１送受波部２１に到達する第２表面波Ｗ２が、第１送受波部２１に発生させる振動を示す電気信号）を、第２伝搬波信号と言う。このように、第２送受波部２２から送られた第２表面波Ｗ２は、第１送受波部２１に到達する間に、気体に接触する第１部分１０ａと液体９０に接触する第２部分１０ｂとの境界を二回跨いで伝搬する。

続いて、制御部４０は、ステップＳ６の処理を行ってから第２伝搬波信号を受信するまでの期間を計測するために、タイマを初期値の０に設定する（ステップＳ７）。当該期間は、第２送受波部２２が第２表面波Ｗ２を発生させたタイミングから、第１送受波部２１が第２表面波Ｗ２を受けるタイミングまでの期間であり、要するに、第２送受波部２２から第１送受波部２１までの第２表面波Ｗ２の伝搬時間（以下、第２伝搬時間と言う。）である。なお、以下では、第１伝搬時間と第２伝搬時間とを区別なく、単に伝搬時間と呼ぶこともある。

続いて、制御部４０は、送受信回路３０から第２伝搬波信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ８）。この判別は、ステップＳ３と同様な手法で行われ、第２伝搬波信号を未だ受信していない場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、制御部４０は、タイマのタイマ値を＋１などして更新し（ステップＳ９）、再度ステップＳ８の処理を実行する。これにより、制御部４０は、第２伝搬波信号を受信するまで計時を行う。

第２伝搬波信号を受信した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、制御部４０は、現在のタイマ値を第２伝搬時間として、例えばＲＡＭに記憶する（ステップＳ１０）。

続いて、制御部４０は、ステップＳ５で記憶した第１伝搬時間と、ステップＳ１０で記憶した第２伝搬時間とに基づいて、液面９１の位置（液面位置）を特定する（ステップＳ１１）。

例えば、第１伝搬時間と第２伝搬時間と液面９１の位置との関係を予め実験などで特定し、特定した関係をテーブル又は演算式としてＲＯＭに格納しておく。制御部４０は、ＲＯＭに格納されたテーブル又は演算式と、第１伝搬時間及び第２伝搬時間に基づいて液面位置を特定する。

なお、制御部４０は、第１伝搬時間に基づいて液面位置を特定するためのテーブル又は演算式を用いて、第１伝搬時間に基づく液面位置（以下、第１液面位置と言う。）を特定し、第２伝搬時間に基づいて液面位置を特定するためのテーブル又は演算式を用いて、第２伝搬時間に基づく液面位置（以下、第２液面位置と言う。）を特定してもよい。つまり、制御部４０は、第１液面位置と第２液面位置の各々を特定してもよい。そして、第１液面位置と第２液面位置の平均（単純平均でも加重平均でもよい）を、今回検出すべき液面位置としてもよい。なお、加重平均を求める場合は、予め実験などにより、第１液面位置と第２液面位置との各々の重み付け定数を求めておけばよい。また、第１液面位置と第２液面位置のいずれかが、エラー値を示している場合は、エラー値を示していない方を、今回検出すべき液面位置としてもよい。

続いて、制御部４０は、ステップＳ１１で特定した液面９１の位置を外部装置６０に出力する（ステップＳ１２）。外部装置６０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＯＬＥＤ(Organic Light Emitting Diode）などの画像表示ディスプレイを含み、当該画像表示ディスプレイに、液面９１の位置を表示する。液面位置検出処理の説明は以上である。

なお、伝搬体１０を合成樹脂で形成した場合は、液体９０に接触する第２部分１０ｂを伝搬する表面波の伝搬速度（以下、第２音速という。）が、空気に接触する第１部分１０ａを伝搬する表面波の伝搬速度（以下、第１音速という。）よりも遅くなることが知られている。このため、タイマで計測される伝搬時間（第１伝搬時間、第２伝搬時間）は、第２部分１０ｂの長さＬ２が長いほど、長くなる。つまり、容器８０に多く液体９０が入っており容器８０の底面からの液面９１の位置が高いほど、伝搬時間も長くなる。伝搬体１０を形成する合成樹脂としては、表面波の伝搬時間を検出することができれば、その組成は限定されるものではないが、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）の他に、ポリエチレン、ポリスチレンなどを採用することができる。なお、当該合成樹脂としては、表面波の伝搬波を観測しやすいＰＰＳが好適であると考えられる。

制御部４０は、液体９０の液面９１の位置に応じて液体接触部分（第２部分１０ｂ）が長くなるほど期間が長くなる伝搬時間を検出し、検出した伝搬時間に基づいて液面９１の位置を検出する。液面９１の位置は、例えば、伝搬体１０が液体９０に浸る第２部分１０ｂの長さＬ２や、容器８０の底面から液面９１の高さや、長さＬ２や液面９１の高さに応じた値などで表されればよい。容器８０の底面から液面９１の高さは、液体９０の深さであり、長さＬ２＋長さｄ（図１参照）で求められる。

ここで、底面部１６が滑らかな曲面でなく、四角柱などで構成される伝搬体１０では、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２が底面部１６で反射する。このため漏洩が生じ、損失となる。一方、底面部１６を滑らかな曲線にすることで、第１表面波Ｗ１、第２表面波Ｗ２は底面部１６で反射せず、漏洩が生じないため、底面部１６での損失がなく、振動子２０が受ける表面波Ｗｒの減衰が少ないため、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。但し、不要な伝搬波Ｕが表面波の近くに発生することがある。

図７（ａ）は、不要な伝搬波Ｕを模式的に示したものである。Ｗｄは、振動子２０から伝搬体１０に送られる表面波を示し、Ｗｒは、振動子２０が受ける表面波を示している。

また、制御部４０は、第１表面波Ｗ１と第２表面波Ｗ２を同時に発生させる液面位置検出処理を実行してもよい。このとき、第１、第２伝搬波信号は重畳されて伝搬波信号として観測（受信）される。当該液面位置検出処理について図８を参照して説明する。

図８に示すように、制御部４０は、送受信回路３０を介して第１送受波部２１を振動させ、主面部１１の上端に第１表面波Ｗ１を発生させる。また、同時に第２送受波部２２を振動させ、主面部１２の上端に第２表面波Ｗ２を発生させる（ステップＳ１０１）。

続いて、制御部４０は、ステップＳ１０１の処理を行ってから伝搬波信号を受信するまでの期間を計測するために、タイマを初期値の０に設定する（ステップＳ１０２）。当該期間は、第１送受波部２１が第１表面波Ｗ１を発生させ、同時に第２送受波部２２が第２表面波Ｗ２を発生させたタイミングから、第１，第２送受波部２１，２２が伝搬波信号を受けるタイミングまでの期間、つまり伝搬時間である。

続いて、制御部４０は、送受信回路３０から伝搬波信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ１０３）。この判別は、前述のステップＳ３と同様な手法で行われ、伝搬波信号を未だ受信していない場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、制御部４０は、タイマのタイマ値を＋１などして更新し（ステップＳ１０４）、再度ステップＳ１０３の処理を実行する。これにより、制御部４０は、伝搬波信号を受信するまで計時を行う。

制御部４０は、伝搬波信号を受信した場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、現在のタイマ値を伝搬時間として、例えばＲＡＭに記憶する（ステップＳ１０５）。

続いて、制御部４０は、ステップＳ１０５で記憶した伝搬時間に基づいて、液面９１の位置（液面位置）を特定する（ステップＳ１０６）。

例えば、伝搬時間と液面９１の位置との関係を予め実験などで特定し、特定した関係をテーブル又は演算式としてＲＯＭに格納しておく。制御部４０は、ＲＯＭに格納されたテーブル又は演算式と、伝搬時間に基づいて液面位置を特定する。

続いて、制御部４０は、ステップＳ１０６で特定した液面９１の位置を外部装置６０に出力する（ステップＳ１０７）。外部装置６０は、画像表示ディスプレイに液面９１の位置を表示する。

このように、第１表面波Ｗ１と、第２表面波Ｗ２を同時に発生させることによって、振動子２０が受ける表面波Ｗｒの振幅が大きくなる。従って、Ｓ／Ｎ比を更に改善することができる。

（第２実施形態）
ここからは、第２実施形態に係る液面位置検出装置について、主に図５～図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様な構成及び機能を有する各部については、第１実施形態と同一又は対応する符号を付すとともに、適宜説明を省略する。また、第２実施形態では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

第２実施形態に係る伝搬体２１０は、第１実施形態と同様に、主面部１１及び主面部１２と、側面部１３及び側面部１４と、当接部１５と、底面部１６と、を有する。また、第２実施形態に係る振動子２２０は、図５（ｂ）、図６に示すように、第１実施形態と同様の第１送受波部２１及び第２送受波部２２の他に、第３送受波部２３と、第４送受波部２４と、を備える。

伝搬体２１０は、図５（ａ）～（ｃ）に示すように、当接部１５から底面部１６に向かって凹む凹部１７を有する。凹部１７は、図５（ｂ）に示すように、側面視では主面部１１と第２主面部１２との間に位置する。

凹部１７は、当接部１５から底面部１６に向かって、例えば直方体状にくり抜かれた部分であり、第１～第４内側面部１７ａ～１７ｄと、内底面部１７ｅとを有する。

第１内側面部１７ａは、主面部１１の裏側に位置する。第２内側面部１７ｂは、主面部１２の裏側に位置する。第１内側面部１７ａと第２内側面部１７ｂとは互いに対向している。第３内側面部１７ｃは、側面部１３の裏側に位置する。第４内側面部１７ｄは、側面部１４の裏側に位置する。第３内側面部１７ｃと第４内側面部１７ｄとは互いに対向している。内底面部１７ｅは、凹部１７の底に位置し、図５（ｃ）に示すように、平面視で矩形状をなす。

図７（ｂ）は、伝搬体２１０に凹部１７を設けることにより、検出波Ｄが生じる様子を模式的に示したものである。検出波Ｄは、後述の第１検出波Ｄ１又は第２検出波Ｄ２を示す。

第３送受波部２３は、伝搬体２１０に表面波又は板波からなる第１検出波Ｄ１を発生させるとともに、凹部１７の内底面部１７ｅで反射した第１検出波Ｄ１を受ける。第４送受波部２４は、伝搬体２１０に表面波又は板波からなる第２検出波Ｄ２を発生させるとともに、凹部１７の内底面部１７ｅで反射した第２検出波Ｄ２を受ける。

第３送受波部２３は、送受信回路３０から供給される電気信号によって振動する。第３送受波部２３の振動は伝搬体２１０に伝達され、第１内側面部１７ａの上端に第１検出波Ｄ１が発生する。発生した第１検出波Ｄ１は、図６に示すように、第１内側面部１７ａの下端へ向かって伝搬し、内底面部１７ｅで反射した後、第１内側面部１７ａの上端へ向かって伝搬する。第１内側面部１７ａの上端へ到達した第１検出波Ｄ１は、第３送受波部２３を振動させる。第３送受波部２３は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。

第４送受波部２４は、送受信回路３０から供給される電気信号によって振動する。第４送受波部２４の振動は伝搬体２１０に伝達され、第２内側面部１７ｂの上端に第２検出波Ｄ２が発生する。発生した第２検出波Ｄ２は、図６に示すように、第２内側面部１７ｂの下端へ向かって伝搬し、内底面部１７ｅで反射した後、第２内側面部１７ｂの上端へ向かって伝搬する。第２内側面部１７ｂの上端へ到達した第２検出波Ｄ２は、第４送受波部２４を振動させる。第４送受波部２４は、この振動を電気信号に変換して送受信回路３０に供給する。

第３送受波部２３が受ける第１検出波Ｄ１と、第４送受波部２４が受ける第２検出波Ｄ２とは、液面９１の位置に関係なく、伝搬体２１０の温度に依存して音速が変化する。第２実施形態では、第１検出波Ｄ１と第２検出波Ｄ２との少なくともいずれかを用いて、伝搬体２１０の温度を検出し、検出した温度を、表面波（第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２）を検出する際の温度補正に利用する。このため、従来の液面位置検出装置に設けていたサーミスタチップなどからなる温度センサを設けずに済む。

送受信回路３０は、第１検出波Ｄ１の送波用の電気信号を第３送受波部２３に供給し、第３送受波部２３を振動させる。また、第１検出波Ｄ１を受けた第３送受波部２３から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。また、送受信回路３０は、第２検出波Ｄ２の送波用の電気信号を第４送受波部２４に供給し、第４送受波部２４を振動させる。また、第２検出波Ｄ２を受けた第４送受波部２４から供給される電気信号を受け取り、受け取った電気信号を増幅、変換する。

制御部４０は、送受信回路３０を介して、第３送受波部２３及び第４送受波部２４の各々を駆動制御する。また、制御部４０は、送受信回路３０で増幅、変換された、第３送受波部２３と第４送受波部２４の各々からの電気信号を受け取り、受け取った電気信号に基づいて伝搬体２１０の温度を検出する。

制御部４０は、前述の液面位置検出処理で説明した手法と同様な手法で、第１検出波Ｄ１と第２検出波Ｄ２の各々の伝搬時間を検出する。以下では、第１検出波Ｄ１の伝搬時間を第１検出時間、第２検出波Ｄ２の伝搬時間を第２検出時間と言う。

具体的には、制御部４０は、第３送受波部２３で第１検出波Ｄ１を発生させてから、内底面部１７ｅで反射後に、第３送受波部２３が第１検出波Ｄ１を受けるまでの時間をタイマ値に基づいて特定する。そして、特定した時間を第１検出時間としてＲＡＭに記憶する。また、第４送受波部２４で第２検出波Ｄ２を発生させてから、内底面部１７ｅで反射後に、第４送受波部２４が第２検出波Ｄ２を受けるまでの時間をタイマ値に基づいて特定する。そして、特定した時間を第２検出時間としてＲＡＭに記憶する。制御部４０は、このようにして得た、第１検出時間と第２検出時間の少なくともいずれかに基づいて、伝搬体２１０の温度を特定（検出）する。

前記のように、第１検出波Ｄ１と第２検出波Ｄ２は、液面９１の位置に関係なく、伝搬体２１０の温度に依存して音速が変化する。このため、第１検出時間と第２検出時間も、液面９１の位置に関係なく、伝搬体２１０の温度に依存して変化する。この特性を利用して、例えば、第１検出時間と第２検出時間と伝搬体２１０の温度との関係を予め実験などで特定し、特定した関係をテーブル又は演算式としてＲＯＭに格納しておく。制御部４０は、ＲＯＭに格納されたテーブル又は演算式と、第１検出時間及び第２検出時間とに基づいて伝搬体２１０の温度を特定する。

なお、制御部４０は、第１検出時間に基づいて伝搬体２１０の温度を特定するためのテーブル又は演算式を用いて、第１検出時間に基づく伝搬体２１０の温度（以下、第１温度と言う。）を特定し、第２検出時間に基づいて伝搬体２１０の温度を特定するためのテーブル又は演算式を用いて、第２検出時間に基づく伝搬体２１０の温度（以下、第２温度と言う。）を特定してもよい。つまり、制御部４０は、第１温度と第２温度の各々を特定してもよい。そして、第１温度と第２温度の平均（単純平均でも加重平均でもよい）を、今回検出すべき温度としてもよい。なお、加重平均を求める場合は、予め実験などにより、第１温度と第２温度との各々の重み付け定数を求めておけばよい。また、第１温度と第２温度のいずれかが、エラー値を示している場合は、エラー値を示していない方を、今回検出すべき温度としてもよい。

そして、制御部４０は、以上のように特定（検出）した伝搬体２１０の温度に基づいて、第１伝搬時間と第２伝搬時間の温度補正を行う。音速は、温度依存性があり、伝搬体２１０の温度に応じて変化する。つまり、第１伝搬時間と第２伝搬時間も伝搬体２１０の温度に応じて変化する。このため、液面位置の検出精度を保つには、当該温度補正が必要となる。例えば、伝搬体２１０の温度と、伝搬時間の補正量や補正係数とを対応付けて構成されるテーブルを予めＲＯＭ内に格納しておき、制御部４０は、テーブルを参照して、特定した伝搬体２１０の温度に応じた補正量や補正係数を取得すればよい。そして、制御部４０は、第１伝搬時間と第２伝搬時間との各々に、取得した補正量を加減する演算や、補正係数を乗算する演算を行うことで、第１伝搬時間と第２伝搬時間の温度補正を行えばよい。

なお、伝搬体２１０の温度と、液面位置の補正量や補正係数とを対応付けて構成されるテーブルを予めＲＯＭ内に格納しておき、第１伝搬時間や第２伝搬時間に基づいて特定した液面位置を補正してもよい。また、制御部４０は、テーブルに限らず、音速の温度依存性を表す式（近似式であってもよい）をＲＯＭ内に格納しておき、当該式を用いて、伝搬時間または液面位置の補正量や補正係数を求めてもよい。伝搬時間や液面位置の温度補正手法は、公知のテーブル構成法や演算法を適宜用いることができ、任意である。

また、以上の温度補正処理は、第１検出波Ｄ１や第２検出波Ｄ２が、第１表面波Ｗ１や第２表面波Ｗ２と干渉しない限りにおいては、前述の液面位置検出処理の中に組み込み、第１検出波Ｄ１及び第２検出波Ｄ２の発生タイミングを、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２の発生タイミングと同時にしてもよい。また、温度補正処理は、液面位置検出処理とは独立した処理として実行されてもよい。

本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

（変形例）
以上では、第１送受波部２１と第２送受波部２２とが当接部１５に当接する構成例を説明したが、第１送受波部２１を、第１主面部１１と当接して設け、第２送受波部２２を、第２主面部１２と当接して設ける構成を採用してもよい。

第２実施形態では、凹部１７が直方体状にくり抜かれ、内底面部１７ｅが平坦な例を説明したが、これに限られない。凹部１７の内底面部１７ｅを、第１実施形態に係る底面部１６のように、下方に凸となるＵ字状の滑らかな曲面状に形成してもよい。また、このように内底面部１７ｅを曲面状に形成した場合、第３送受波部２３が伝搬体２１０に送った第１検出波Ｄ１を第４送受波部２４で受け、第４送受波部２４が伝搬体２１０に送った第２検出波Ｄ２を第３送受波部２３で受けるように構成してもよい。また、第３送受波部２３と第４送受波部２４のいずれか一方を省いてもよい。

液面位置検出は、液面９１の詳細な位置を検出すること（上記のように、容器８０の底面からの液面９１の高さを検出すること）の他、液面９１の位置を何段階かに分けて現在の液面９１の位置がどの段階に属するかを検出することなども含む。また、制御部４０が液面位置検出後に外部装置６０に表示させる画像は、液面位置そのものを示していなくともよく、液面位置に応じた液体９０の量を示していてもよい。

また、伝搬体１０、２１０は合成樹脂製であり、液体９０の液面位置に応じて第２部分１０ｂ（液体接触部分）が長くなるほど伝搬時間が長くなることが好ましく、第２部分１０ｂを伝搬する表面波の速さと、第１部分１０ａ（液体９０から露出する部分）を伝搬する表面波の速さとの差がより顕著となる方が好ましい。しかしながら、以上に説明した手法で液面位置を検出することができれば、伝搬体１０、２１０を、アルミ、ステンレス、鋼などの金属で構成してもよい。

また、伝搬体１０、２１０は、その長尺方向を液面９１の法線方向と平行として配置するほか、その長尺方向を液面９１の法線方向に対して傾けるように配置してもよい。また、伝搬体１０、２１０のうち表面波が伝搬する面に、表面波の進行方向の沿って延びる凹部又は凸部を複数形成し、この面に凹凸を形成してもよい。

液面位置検出対象の液体９０の種類は限られず、水、ガソリン、洗浄液など任意である。また、液面９１の上は空気以外の他の気体であってもよく、真空であってもよい。

例えば、容器８０は、車両に搭載される燃料タンクであってもよい。この場合、液体９０は、ガソリンなどの燃料になる。このような場合、伝搬体１０、２１０は、例えば、燃料タンクに取り付けられる、燃料タンクから燃料を取り出す燃料ポンプを備える燃料圧送ユニットなどに取り付けられてもよい。なお、このような燃料タンクの場合、耐薬品性などの観点から伝搬体１０、２１０として使用される樹脂は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）が用いられることが多いが、これらの中では、検出信号のＳ／Ｎ比が良いＰＰＳを用いることが好ましい。

ＰＰＳとしては、直鎖型、架橋型、反架橋型などがあり、さらに、ガラス繊維や無機フィラーなどのフィラー（添加材料）を添加したものなどがあるが、伝搬体１０に用いるＰＰＳとしては各種のＰＰＳを用いることができる。直鎖型、架橋型、反架橋型などの違い、フィラーの添加の有無やフィラーの種類の違いなどによる、表面波や板波の伝搬の状態（例えば、Ｓ／Ｎ比が良好なこと、表面波又は板波の音速など）への影響は小さいものと考えられる。

表面波は、レイリー波以外のものであってもよい。表面波は、超音波よりも低い周波数の音波であってもよい。また、表面波は、パルス波でなくてもよく、例えば、バースト波などであってもよい。また、板波もパルス波やバースト波などであればよい。

（１）以上に説明した液面位置検出装置１００は、液体９０の液面位置（液面９１の位置）に応じて、液体９０に浸る部分の割合が変化する伝搬体１０、２１０と、伝搬体１０、２１０に第１表面波Ｗ１を発生させるとともに第２表面波Ｗ２を受ける第１送受波部２１と、伝搬体１０、２１０に第２表面波Ｗ２を発生させるとともに第１表面波Ｗ１を受ける第２送受波部２２と、第２送受波部２２が受けた第１表面波Ｗ１の伝搬時間と、第１送受波部２１が受けた第２表面波Ｗ２の伝搬時間との少なくともいずれかに基づいて液面位置を検出する検出部（例えば、制御部４０）と、を備える。伝搬体１０、２１０は、互いに裏表の関係にある主面部１１（第１主面部）及び主面部１２（第２主面部）と、主面部１１と主面部１２とを繋ぐとともに、側面視において曲面状をなす底面部１６と、を有する。
第１送受波部２１は、主面部１１を伝搬する第１表面波Ｗ１を発生させ、第２送受波部２２は、主面部１１を経て底面部１６と主面部１２とを伝搬した第１表面波Ｗ１を受ける。第２送受波部２２は、主面部１２を伝搬する第２表面波Ｗ２を発生させ、第１送受波部２１は、主面部１２を経て底面部１６と主面部１１とを伝搬した第２表面波Ｗ２を受ける。

このように、側面視において曲面状をなす底面部１６を設けたため、第１表面波Ｗ１及び第２表面波Ｗ２が底面部１６へ伝搬する際の漏洩による損失を低減することができ、Ｓ／Ｎ比の悪化を低減することができる。結果として、液面位置の検出精度を良好とすることができる。また、第１表面波Ｗ１の伝搬時間と、第１送受波部２１が受けた第２表面波Ｗ２の伝搬時間との少なくともいずれかに基づいて液面位置を検出するため、ノイズの重畳などにより一方の伝搬時間の検出精度が劣る場合であっても、液面位置の検出精度を良好とすることができる。

（２）具体的には、伝搬体１０、２１０は、第１送受波部２１及び第２送受波部２２と当接する当接部１５を有し、主面部１１は、側面視において当接部１５の一端から垂下し、主面部１２は、側面視において当接部１５の他端から垂下する。そして、第１送受波部２１は、当接部１５を介して主面部１１を伝搬する第１表面波Ｗ１を発生させ、第２送受波部２２は、当接部１５を介して主面部１２を伝搬する第２表面波Ｗ２を発生させる。なお、前記の変形例で述べたように、第１送受波部２１を、第１主面部１１と当接して設け、第２送受波部２２を、第２主面部１２と当接して設ける構成を採用してもよい。

（３）第１送受波部２１及び第２送受波部２２は、第１表面波Ｗ１と、第２表面波Ｗ２を同時に発生させてもよい（第１送受波部２１による第１表面波Ｗ１の発生と、第２送受波部２２による第２表面波Ｗ２の発生とは同時であってもよい）。

（４）第２実施形態に係る伝搬体２１０は、当接部１５から底面部１６に向かって凹むとともに、側面視において主面部１１と主面部１２との間に位置する凹部１７を有する。
この凹部１７により、振動子２２０から伝搬体２１０に発生する内部伝搬波Ｕを低減又は消滅させることができる。これにより、液面位置検出の検出誤差を低減させることができる。

（５）また、第２実施形態に係る液面位置検出装置は、伝搬体２１０に表面波又は板波である検出波（第１検出波Ｄ１と第２検出波Ｄ２との少なくともいずれか）を発生させる特定送受波部（第３送受波部２３と第４送受波部２４との少なくともいずれか）をさらに備える。特定送受波部は、当接部１５を介して凹部１７の内側面部を伝搬する検出波を発生させるとともに、内側面部を経て凹部１７の内底面部１７ｅで反射した検出波を受ける。検出部は、特定送受波部が受けた検出波の伝搬時間に基づいて、伝搬体２１０の温度を検出する。
このようにしたから、従来の液面位置検出装置に設けていたサーミスタチップなどからなる温度センサを設けずに済み、部品点数の削減が可能である。

（６）また、第１送受波部２１と第２送受波部２２と特定送受波部は、第１表面波Ｗ１と、第２表面波Ｗ２と、検出波を同時に発生させてもよい（第１送受波部２１による第１表面波Ｗ１の発生と、第２送受波部２２による第２表面波Ｗ２の発生と、特定送受波部による検出波の発生とは同時であってもよい）。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１００…液面位置検出装置
１０、２１０…伝搬体
１０ａ…第１部分、１０ｂ…第２部分
１１…主面部（第１主面部の一例）
１２…主面部（第２主面部の一例）
１３、１４…側面部
１５…当接部
１６…底面部
２０、２２０…振動子
２１…第１送受波部、２２…第２送受波部
Ｗ１…第１表面波、Ｗ２…第２表面波
２３…第３送受波部、２４…第４送受波部
Ｄ１…第１検出波、Ｄ２…第２検出波
３０…送受信回路
４０…制御部

Claims (6)

1. 液体の液面位置に応じて、前記液体に浸る部分の割合が変化する伝搬体と、
   前記伝搬体に第１表面波を発生させるとともに第２表面波を受ける第１送受波部と、
   前記伝搬体に前記第２表面波を発生させるとともに前記第１表面波を受ける第２送受波部と、
   前記第２送受波部が受けた前記第１表面波の伝搬時間と、前記第１送受波部が受けた前記第２表面波の伝搬時間との少なくともいずれかに基づいて前記液面位置を検出する検出部と、を備え、
   前記伝搬体は、
   互いに裏表の関係にある第１主面部及び第２主面部と、
   前記第１主面部と前記第２主面部とを繋ぐとともに、側面視において曲面状をなす底面部と、を有し、
   前記第１送受波部は、前記第１主面部を伝搬する前記第１表面波を発生させ、
   前記第２送受波部は、前記第１主面部を経て前記底面部と前記第２主面部とを伝搬した前記第１表面波を受け、
   前記第２送受波部は、前記第２主面部を伝搬する前記第２表面波を発生させ、
   前記第１送受波部は、前記第２主面部を経て前記底面部と前記第１主面部とを伝搬した前記第２表面波を受ける、
   液面位置検出装置。
2. 前記伝搬体は、前記第１送受波部及び前記第２送受波部と当接する当接部を有し、
   前記第１主面部は、前記側面視において前記当接部の一端から垂下し、
   前記第２主面部は、前記側面視において前記当接部の他端から垂下し、
   前記第１送受波部は、前記当接部を介して前記第１主面部を伝搬する前記第１表面波を発生させ、
   前記第２送受波部は、前記当接部を介して前記第２主面部を伝搬する前記第２表面波を発生させる、
   請求項１に記載の液面位置検出装置。
3. 前記第１送受波部及び前記第２送受波部は、前記第１表面波と、前記第２表面波を同時に発生させる、
   請求項１又は２に記載の液面位置検出装置。
4. 前記伝搬体は、前記当接部から前記底面部に向かって凹むとともに、前記側面視において前記第１主面部と前記第２主面部との間に位置する凹部を有する、
   請求項２に記載の液面位置検出装置。
5. 前記伝搬体に表面波又は板波である検出波を発生させる特定送受波部をさらに備え、
   前記特定送受波部は、前記当接部を介して前記凹部の内側面部を伝搬する前記検出波を発生させるとともに、前記内側面部を経て前記凹部の内底面部で反射した前記検出波を受け、
   前記検出部は、前記特定送受波部が受けた前記検出波の伝搬時間に基づいて、前記伝搬体の温度を検出する、
   請求項４に記載の液面位置検出装置。
6. 前記第１送受波部と前記第２送受波部と前記特定送受波部は、前記第１表面波と、前記第２表面波と、前記検出波を同時に発生させる、
   請求項５に記載の液面検出装置。

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