JPS584971B2 - 貯蔵槽の充填状態を測定するための方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、充填物の表面に指向した音波パルスまたは超
音波パルスの全走行時間および充填物の表面から反射さ
れるエコーパルスの走行時間を測定することによって反
響測深原理により貯蔵槽の充填状態乃至貯蔵所のばら荷
の高さを測定する方法に関する。

この種の反響測深−測定方法は開放および密閉された貯
蔵槽の充填状態測定のため並びに貯蔵所のばら荷の高さ
の測定のために用いられる。

簡単にするために以下例として貯蔵槽の充填状態測定に
ついて説明する。

この形式の公知の方法は通例パルス発生器によって励振
される電気音響送信変換器および電子時間測定装置に接
続されている音響−電気受信変換器とを有する装置によ
り実現され、その際送信変換器および受信変換器は貯蔵
槽の充填物の上方に取付けられている。

送信変換器および受信変換器を一体として構成すること
もできる。

送信変換器は音波または超音波パルスを送出する。

このパルスの持続時間は（貯蔵槽の最大充填状態に相応
する）予定最小走行時間に比して出来るだけ小さい。

送信パルスは充填物の表面に達し、この表面からの送信
エネルギーの一部がエコーパルスとして反射され、この
エコーパルスは受信変換器に戻る。

時間測定装置は送信パルスの送信開始時点とエコーパル
スの受信の開始時点との間の時間間隔を測定する。

この時間間隔はパルスの送信変換器から充填物の表面ま
でそれから受信変換器まで戻ってい（全走行時間に相応
し、これはパルスの進行距離の大きさである、というの
は音波速度は公知だからである。

２つの変換器が同じ高さの所にあると（または一つの変
換器にまとめられていると）この全体の距離は変換器と
充填物の表面間の距離の２倍に等しい。

他方変換器の、貯蔵槽の底からの距離は既知であるので
そこから貯蔵槽の充填状態が計算できる。

この公知の方法および装置においては、受信変換器まで
達しこの変換器によってエコーパルスとして評価される
妨害パルスが貯蔵槽に発生するとき誤測定の危険が生じ
る。

送信パルスの送信後、正しいエコーパルスが到着する前
にこの種の妨害パルスが受信変換器に達すると、短がす
ぎる時間間隔、従って高すぎる充填状態が指示される。

この種の妨害パルスの発生の危険性は、充填状態の測定
が貯蔵槽の充填または排出の過程の間行なわれるときに
特に太きい。

すなわち特に、所定の最大充填状態に達すると充填を終
了しまたは排出中所定の最小充填状態に達すると再び充
填を始めるようにする自動充填および排出過程制御のた
めに、上記のような妨害パルス発生の危険を伴なう測定
が必要である。

この過程においては通例著しいノイズレベルが生じこれ
により既述の誤測定の原因となる妨害パルスが惹起され
る。

この誤測定は常に高すぎる充填状態を指示するので結果
として、所望の最大の充填状態に達する前に貯蔵槽への
供給を終えるか或いは排出している際、既に許容される
最小の充填状態を下回っているにも拘わらず、供給が行
なわれないことになる。

妨害パルスが受信変換器へ到達する確率は送信パルスと
受信パルス間の時間間隔が太き（、従って充填状態が低
くなればなる程大きくなる。

しかし他方で充填過程の際に生じるノイズレベルは、充
填状態が低（なればなる程太き（なる。

というのは充填物の方が大きな落下距離を有しているか
らである。

従って充填状態が低い際充填状態を高めに指示する結果
になる誤った測定を行う大きな危険性がある。

この現象は貯蔵槽の高さが高くなればなる程強く作用す
る。

受信変換器に到着する送信エネルギーの一部は、即ち送
信パルスおよびエコーパルスの進行距離が大きくなれば
なる程小さくなる。

受信変換器の感度およびこの変換器に接続されている回
路は、予定最大走行時間においても、即ち最低充填状態
においてもエコーパルスをまだ確実に評価できるように
測定しなければならない。

この感度が太き（なればなる程、妨害パルスへの応動の
危険性が大きくなる。

受信側での感度を余り高くするのを回避するために送信
側で出来るだけ大きなパルスエネルギーが使用される。

この送信パルスの持続時間が小さいためにこのことは、
送信パルスが単位時間当りに大きなエネルギー密度を有
することを意味する。

大きなエネルギー密度の音波パルスを送信するには送出
側に著しく費用がかかる。

本発明の課題は、ノイズレベルが惹起する妨害パルスに
よる誤測定の危険性を大幅に除去しかつ測定を送信パル
スの比較市価かなエネルギー密度で行５エコーパルスに
基づいた貯蔵槽の充填状態乃至貯蔵所のばら荷を測定す
るための方法を提供することである。

この課題は冒頭に述べた形式の方法において本発明によ
り、音波または超音波パルスを送出し、該パルスの持続
時間が少なくとも最低充填状態に相応する走行時間に等
しくし、かつ充填状態に対する大きさとして送信パルス
の終りとエコーパルスの終りとの間の時間間隔を測定す
ることによって解決される。

本発明による方法においては比較的長いパルスで動作し
、このパルスの持続時間は最大走行時間においても即ち
最低充填状態においてモエコーパルスの受信が送出パル
スの送信が終了する前に始まるような大きさである。

エコーパルスは送信パルスと同じ持続時間を有するが、
エコーパルスは測定すべき全走行時間に相応する時間的
なずれをもって受信変換器に到着する。

従って送信パルスの終りとエコーパルスの終りの間の時
間間隔も貯蔵槽の充填状態乃至貯蔵所のばら荷の高さの
大きさを形成する全走行時間に等しい。

本発明による方法においてはエコーパルスが送信パルス
の終了後に存在するこの時間間隔が測定される。

送信パルスの送出の間に発生する妨害パルスが測定に何
らの影響も与えない。

というのはこの時間の間ではまだ時間測定が行なわれな
いからである。

しかし時間測定の実施の間発生する妨害パルスも測定結
果も誤まらせない。

というのはこの妨害パルスはまだ存在しているエコーパ
ルスに重畳されるが時間測定の終りを決めているエコー
パルスの終了を誤らせることは有り得ない。

従って妨害パルスにより惹起される誤測定は実際には完
全に除かれ、かつ本方法は特に、例えば貯蔵槽の供給お
よび排出の間に発生するような著しいノイズレベルが存
在する際の充填状態測定の実施に適している。

妨害パルスに対する不感性のため実際に僅かなエネルギ
ーレベルで作動できる。

更にパルスエネルギーは実際には大きなパルス持続時間
にわたって分布するので送信パルスは小さなエネルギー
密度な有する。

比較的小さなエネルギー密度を有する大きな持続時間の
パルスの送信は、大きなエネルギー密度の非常に小さな
パルスの送出よりも実際に簡単にしてかつ安価な装置で
間に合う。

本発明による方法の特に有利な点は比較的長い送信パル
スが簡単な方法で変調できることであるエコーパルスの
評価のために用いられる受信側の装置が、変調に対して
選択的に応動するように構成されている時所望しない妨
害信号を除外することができる。

本発明の方法を実施するために用いられる装置を非常に
異なった高さの貯蔵槽乃至貯蔵所に簡単に適合させられ
る。

このために単に変換器と貯蔵槽乃至貯蔵所の底の間の距
離に布目窓する送信パルスの持続時間を調節する必要が
ある。

更に反対に短いパルスで作動する、約１０ｍから１５ｍ
の高さの差異に対する公知の方法においては相応に同調
されている変調器をその都度用いなければならない。

本発明による方法を実施するための装置は通例パルス発
生器によって励振される電気−音響送信変換器および音
響−電気受信変換器を有し、この変換器の出力側は電子
時間測定装置に接続されその際送信変換器および受信変
換器は貯蔵槽の充填物の上側乃至貯蔵所のばら荷の上側
に取付けられる。

この装置の特徴は本発明により送信パルスの終了に際し
動作を開始し、エコーパルスの終了の際に停止される制
御回路が設けられていることである。

次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は密閉された貯蔵槽１の断面図である。

貯蔵槽は充填物２を含んでいる。

充填物は実施例として粒状のばら荷が問題になっている
とする。

この充填物は貯蔵槽１の蓋に取付けられている供給管３
を各して貯蔵槽に供給され、貯蔵槽の最深部に取付けら
れている排出管４を介して貯蔵槽から取出される。

貯蔵槽の充填状態を測定するために電気−音響変換器５
が設けられている。

この変換器は図示されていないパルス発生器により音波
または超音波の形の送信パルスＳを発生する。

このパルスは変換器５から充填物２０表面に向かって伝
播する。

充填物の表面で送信パルスのエネルギーの一部が反射さ
れ、エコーパルスＥとして変換器５に戻る。

変換器５に持続されている図示されていない時間測定装
置は送信パルスＳの送信の開始時点からエコーパルスＥ
の受信の開始時点の間の全走行時間を測定する。

この全走行時間は明らかに、変換器５から充填物２０表
面までの送信メルフ５０片道にかかる時間の２倍の大き
さである。

充填物２の上部に存在し、ガスが満たされている空間に
おける音波速度は公知である。

従って測定された時間から、送信パルスの充填物の表面
に達するまでにかかった距離ＬＸが検出される。

他方変換器５と充填状襲雷に相応する基準面６（例えば
貯蔵槽の底）の間の距離ＬＭは公知である。

その結果測定したい充填状態Ｈｘが式ＨＸ＝ＬＭ−Ｌｘ
により求められる。

第２図のダイヤグラムａおよびｂでは、第１図に図示し
た充填状態の測定を送信パルスにより行なう時に生じる
関係を示している。

その際パルスの持続時間は測定すべき走行時間に比べて
短い。

第２図のダイヤグラムａから明らかなように時点ｔ０で
送信パルスＳの送信が始まり、時点膜でエコーパルスＥ
が変換器５に達する。

時間測定装置が距離Ｌｘに比例する時間間隔Ｔｘを測定
する。

時間測定装置はこのために送信パルスＳの開始時点でセ
ットされ、エコーパルスＥの開始によって停止される。

しかし利用者は距離ＬＸではなくて充填状態ＨＸを測定
したいので、時間測定装置は測定開始前に距離ＬＸに相
応する値に予め調節される。

即ち時間測定装置は、装置の始動後、距離ＬＭに相応す
る全走行時間ＴＭ（時点ｔＭ）後指示値が零になるよう
に定められている速度で指示をこの初期値からリニヤに
減少させるように構成されている。

このことは第２図のダイヤグラムｂに破線で示されてい
る。

時間測定装置が時点ｔＸでエコーパルスＥにより停止さ
れると、指示は距離Ｌｘに相応する値だけ減少される。

従って充填状態ＨＸが直接指示される。

この作用は例えば時間測定装置としてデジタルな逆方向
計数器を使用することによって達せられる。

この計数器は測定の開始前距離ＬＭに相応する初期計数
状態に調節され、始動後計数状態を一定の周波数を有す
るクロックパルスの計数によって減少してい匂同じ作用
はアナログ記憶器によっても達成される。

このアナログ記憶器は例えば、測定の開始前に初期電圧
に充電され、時間測定装置の始動後リニヤに放電される
コンデンサを有する。

この方法において送信パルスＳの送信トエコーパルスＥ
の受信変換器での受信との間に、エコーパルスとして処
理される強さと状態の妨害パルスＰが生じると、時間測
定装置は時点ｔｙで第１の妨害パルスＰの到着に際し停
止される。

それから時間測定装置は距離Ｌｙに相応する走行時間Ｔ
ｙのみを測定し、その結果測定装置は誤った充填状態Ｈ
ｙを指示する。

この誤りの原因は第２図のダイヤグラムＣからｆに示す
方法により除去される。

ダイヤグラムＣはこの方法において送信される送信パル
スＳを示す。

この送信パルスの持続時間Ｔ８は発生可能な最大走行時
間ＴＭより太きい。

従って送信パルスは時点ｔＭの後にある時点ｔ８で終了
する。

ダイヤグラムｄで図示されている相応するエコーパルス
Ｅの受信は当該の充填状態に相応する走行時間ＴＸＯ後
、時点暇で始まる。

エコーパルスは勿論送信パルスと同じ長さの持続時間Ｔ
８を有し、エコーパルスは時点ｔＳの後時間間隔ＴＸ／
をはさんだ時点ｔ。

で終わる。時点ｔ８は送りパルスの終了点に相応する。

時間間隔Ｔｘ／が時間間隔ＴＸと正確に同じ長さである
ことはすぐわかる。

時間測定装置は、この装置の指示は距離Ｌｘに相応する
初期状態からリニヤに減少するように構成される（ダイ
ヤグラムｆ）、しかしこの場合この装置は送信パルスの
終了に際し時点ｔ８でセットされ、エコーパルスの終了
に際し時点ｔ。

で停止される。

それから停止の際に達した終状態は正確に測定すべき充
填状態ＨＸに相応する。

時間測定装置を制御するために有利には送信パルスＣを
発生する（ダイヤグラムｅ）制御装置が設けられる。

この送信パルスは送信パルスＳの終了で始まり、エコー
パルスＥの終了で終了する。

従って制御パルスＣは持続時間ＴＸを有する。

送信パルスＳの持続時間の間に発生する妨害パルスは、
測定に何らの影響も与えないことがわがる。

というのはこの時間の開時間測定はまだ行なわれないか
もである。

時点ｔ８とｔ８の間の時間測定の間に発生する妨害パル
スは測定結果を損うことはない。

というのハ妨害パルスはエコーパルスＥのみに重畳すれ
るが、時間測定の終了を決めるエコーパルスの終了を誤
らせることはできないからである。

時間測定の終了後に発生する妨害パルスは、時間測定の
新たな始動を妨げるように構成することにより簡単に作
用しないようにすることができる。

この方法において生じる唯一の誤りの原因はエコーパル
スの終りに重畳される妨害パルスによる時間測定の遅延
である。

しかしこの種の妨害パルスの発生に対する蓋燃性は比較
的低い。

更にそれに起因する誤りは小さい。

というのは妨害パルスの持続時間は通常非常に短いから
である。

最終的に前述の方法においてこの誤りの原因も、送信パ
ルスの変調を行い、受信装置をこの変調信号にのみ応動
するように構成することによって完全に除去できる。

第３図は前述した方法を実施するための回路装置のブロ
ック図である。

この図には再度充填物２および変換装置５を有する貯蔵
槽１が示されている。

パルス発生器１０は音波または超音波の所望の周波数を
有するパルスを発生する。

このパルスの持続時間は可調節の時限素子１１によって
決定される。

パルス発生器１０の出力側は増幅器１２を介して変換装
置５の送信変換器に接続されている。

この送信変換器は従って貯蔵槽１に音波または超音波パ
ルスを送出する。

このパルスは第２図のダイヤグラムＣに図示した持続時
間Ｔ８を有する。

変換装置５の受信変換器によって受信されるエコーパル
スＥは制御可能な増幅度を有する増幅器１３に供給され
る。

この増幅器の出力側は矩形パルス成形器１４に接続され
ている。

制御可能な増幅器１３の増幅制御入力側は増幅制御回路
１５に接続されている。

この回路は一方で矩形パルス成形器１６を介してパルス
発生器１０の出力側に接続され、他方矩形パルス成形器
１４に接続されている。

増幅制御回路１５は、この回路が矩形パルス成形器１６
から送出される矩形パルスの持続時間の間増幅器１３の
増幅度は値零または大変小さな値に維持し、その結果こ
の持続時間の間増幅器は実際に出力信号を供給しないよ
うに構成される。

送信パルスＳの終了後（即ち第２図の時点ｔ８で）増幅
制御回路１５は増幅器１３の増幅度をエコーパルスの処
理に十分な値にし、その結果増幅器１３はエコーパルス
Ｅの持続時間の聞出力信号を送出する。

出力信号は矩形パルス成形器１４によって矩形パルスの
形にされる。

この矩形パルスはエコーパルスの終了で終わり、従って
第２図のダイヤグラムｅに図示されている制御パルスＣ
に相応する。

矩形パルス成形器１４から送出される矩形パルスはデジ
タル逆方向計数器１７を制御する。

この計数器は各々の測定の前に前置調整回路１８により
初期計数状態に調節され、矩形パルスの持続時間の間ク
ロックパルス発生器１９によって送出される一定の繰返
し周波数を有するクロックパルスにより減算計数される
。

逆方向計数器１７の計数段出力側にデコーダ２０が接続
される。

デコーダは各々の計数状態に相応する出力信号を供給す
る。

この出力信号はデジタル指示装置２１またはアナログ指
示装置２２に指示され、逆方向計数器１７の停止後直接
、第２図のダイヤグラムｆから明らかなように測定すべ
き充填状態Ｈｘを表示する。

種々の高さの貯蔵装置１にこの回路を適合させるために
時限素子１１の送信パルスの持続時間および前置調整回
路１８の初期計数状態だけを最大走行時間に相応して調
節する必要がある。

この回路は、デジタル逆方向計数器１７をアナログ記憶
器により置換することにより変形できるにのアナログ記
憶器はコンデンサを有する。

またコンデンサは測定の開始前に開始充電が行なわれ、
矩形パルス成形器１４から送出される矩形パルスの持続
時間の間リニヤに放電される。

時間測定の終了点に至り達したコンデンサ電圧は直接ア
ナログ−指示装置に指示される。

デジタル指示が所望されるときアナログ記憶器にＡ−Ｄ
変換器が接続される。

第３図の回路装置の実施例は送信パルスに変調を加え受
信装置がこの変調を有する受信信号にのみ応動するよう
に受信装置を構成した。

このためにパルス発生器１０は第３図に示す変調信号源
２３によって制御され、増幅器１３に破線で示す復調器
２４が前置接続される。

変調は振幅変調または周波数変調である。

周波数変調を用いる場合例えば送信パルスの終了を変調
変化によってマークすると測定に際し変換器の不可避の
過渡振動を考慮しないですむ。

送信パルスの持続時間およびエコーパルスの持続時間の
正確な識別はこの種の長く持続する波状パルスの周波数
変調により可能である。

このことは適当な電子技術によりアナログの中間段階を
経て評価を行ない、直接テジタル評価することができ、
この動作方法の場合の装置の妨害に対する感度が低下す
る。

またこの種の直接のデジタル計数により自動的に平均値
の表示が行なわれる。

波状パルスのこの種の変調の更に有利な点は簡単な位相
弁別により粗な測定をもつと細かなデジタルな個別段階
に分割出来ることである。

更に長い波状パルスの送出はドツプラ効果を利用して妨
害パルスとして落下する充填物からの反射エコーの周波
数のずれを識別することができる。

即ちこのことにより充填物の表面からの有効エコーを妨
害エコーと区別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はエコー測深原理により貯蔵槽の充填状態を測定
する貯蔵槽の断面略図、第２図は短いパルスを用いた公
知の充填状態測定および本発明による方法に基づいた充
填状態測定を説明するためのダイヤグラムおよび第３図
は本発明の方法を実施した装置の実施例のブロック図で
ある。 １・・・・・・貯蔵槽、２・・・・・・充填物、５・・
・・・・変換器、１０・・・・・・パルス発生器、１２
，１３・・・・・・増幅器、１４・・・・・・矩形パル
ス形成器、１５・・・°・・増幅制御回路、１７・・・
・・・逆方向計数器、２０・・・・・・デコーダ、２１
・・・・・・指示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 充填物の表面に指向した音波パルスまたは超音波パ
   ルスの全走行時間および充填物の表面から反射されるエ
   コーパルスの走行時間を測定することによって反響測深
   原理により貯蔵槽の充填状態乃至貯蔵所のばら荷の高さ
   を測定する方法において、音波または超音波パルスを送
   出し、該パルスの持続時間が少な（とも最低充填状態に
   相応する走行時間に等しくし、かつ充填状態に対する太
   きさとして送信パルスの終りとエコーパルスの終すとの
   間の時間間隔を測定することを特徴とする充填状態測定
   方法。