JP3026105B2 - 超音波レベル検出方法及び装置 - Google Patents
超音波レベル検出方法及び装置Info
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- JP3026105B2 JP3026105B2 JP2337315A JP33731590A JP3026105B2 JP 3026105 B2 JP3026105 B2 JP 3026105B2 JP 2337315 A JP2337315 A JP 2337315A JP 33731590 A JP33731590 A JP 33731590A JP 3026105 B2 JP3026105 B2 JP 3026105B2
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体のレベルを超音波の位相の変化で検出
する超音波レベル検出方法及び装置に関する。
する超音波レベル検出方法及び装置に関する。
［従来技術］ 一般に、調音波で液体のレベルを検出する手段として
は、容器（タンク）の上部に圧電素子を設置し、圧電素
子から超音波を発射することにより、液面で超音波が反
射され、この反射した超音波を再び圧電素子で受信し、
超音波を発射して受信するまでの時間を測定し、測定さ
れた反射波の時間的変化から液体のレベルを測定する液
体レベル検出装置が提案されている。
は、容器（タンク）の上部に圧電素子を設置し、圧電素
子から超音波を発射することにより、液面で超音波が反
射され、この反射した超音波を再び圧電素子で受信し、
超音波を発射して受信するまでの時間を測定し、測定さ
れた反射波の時間的変化から液体のレベルを測定する液
体レベル検出装置が提案されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このように構成した装置では、液面が
ほぼ静止している状態では、圧電素子から発射され、液
面で反射された超音波の反射波は再び圧電素子で検出す
ることができるが、液面が揺れたり、波が立つような液
面では、液面で反射された超音波の反射波が再び圧電素
子に戻ることが少ないので、正確な液面を測定すること
ができないという欠点があった。
ほぼ静止している状態では、圧電素子から発射され、液
面で反射された超音波の反射波は再び圧電素子で検出す
ることができるが、液面が揺れたり、波が立つような液
面では、液面で反射された超音波の反射波が再び圧電素
子に戻ることが少ないので、正確な液面を測定すること
ができないという欠点があった。
また、金属棒状体の一端に圧電素子を固着し、圧電素
子に印加したパルスが金属棒状体の端部または浸漬され
た液体の表面で反射して戻ってくる迄の伝搬速度を時間
的に検出することも考えられるが、液体の浸漬による超
音波の伝搬による時間的変化が小さいため、検出が非常
に難しいという問題があった。
子に印加したパルスが金属棒状体の端部または浸漬され
た液体の表面で反射して戻ってくる迄の伝搬速度を時間
的に検出することも考えられるが、液体の浸漬による超
音波の伝搬による時間的変化が小さいため、検出が非常
に難しいという問題があった。
本発明は、圧電素子からパルス状の超音波を金属棒状
体に印加し、その印加後の一定時間後に予め決められた
時間内に検出される信号の位相の変化を検出することに
より金属棒状体が浸漬される液体のレベルを検出する超
音波レベル検出方法及び装置を提供することを目的とす
るものである。
体に印加し、その印加後の一定時間後に予め決められた
時間内に検出される信号の位相の変化を検出することに
より金属棒状体が浸漬される液体のレベルを検出する超
音波レベル検出方法及び装置を提供することを目的とす
るものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、金属棒状体の
任意の位置に圧電素子を固着し、該圧電素子にパルス状
の信号を印加し、該印加後の予め決められた固定時間内
に検出された信号の位相を検出して、前記金属棒状体が
浸漬する液体のレベルを検出する方法である。
任意の位置に圧電素子を固着し、該圧電素子にパルス状
の信号を印加し、該印加後の予め決められた固定時間内
に検出された信号の位相を検出して、前記金属棒状体が
浸漬する液体のレベルを検出する方法である。
また、金属棒状体の任意の位置に固着した圧電素子に
発振回路からの信号を分周して得られたパルス状の信号
を印加するパルス発生装置と、パルス状信号を受信後の
一定時間後に信号を出力するゲート信号出力回路と、前
記圧電素子からの信号を増幅する増幅回路と、前記ゲー
ト信号出力回路からの信号の入力後に前記増幅回路から
の受信信号のうちである設定値になった時に信号を出力
する設定値信号出力回路と、前記ゲート信号出力回路か
らの信号の入力によって前記発振回路からのクロックパ
ルスをカウントし、前記設定値信号出力回路からの信号
でカウントを停止するカウンタと、該カウンタのカウン
ト値を表示する表示装置とからなる装置である。
発振回路からの信号を分周して得られたパルス状の信号
を印加するパルス発生装置と、パルス状信号を受信後の
一定時間後に信号を出力するゲート信号出力回路と、前
記圧電素子からの信号を増幅する増幅回路と、前記ゲー
ト信号出力回路からの信号の入力後に前記増幅回路から
の受信信号のうちである設定値になった時に信号を出力
する設定値信号出力回路と、前記ゲート信号出力回路か
らの信号の入力によって前記発振回路からのクロックパ
ルスをカウントし、前記設定値信号出力回路からの信号
でカウントを停止するカウンタと、該カウンタのカウン
ト値を表示する表示装置とからなる装置である。
また、表示装置は前記カウンタのカウント値をデコー
ドするデコーダと、該デコーダのデコード値によって色
分け表示される発光ダイオードとからなるものである。
ドするデコーダと、該デコーダのデコード値によって色
分け表示される発光ダイオードとからなるものである。
さらに、表示装置は積分回路と高インピーダンス入力
回路とメータとからなり、前記クロックパルスを前記積
分回路で積分し、前記積分回路での積分量を前記メータ
で表示するものである。
回路とメータとからなり、前記クロックパルスを前記積
分回路で積分し、前記積分回路での積分量を前記メータ
で表示するものである。
［作用］ 本発明は、金属棒状体の一端に固着した圧電素子にパ
ルス状の信号を印加すると、パルス状の信号より低周波
数の一定時間に続く連続したほぼ正弦波に近い波形から
なる信号が発生し、また、この信号は金属棒状体が浸漬
される液体のレベルに応じて位相が変化する。従って、
パルス状の信号の印加時より予め決められた時間後に予
め決められた時間幅内で、発生した信号の位相の変化を
検出して金属棒状体が浸漬される液体のレベルを検出す
る。この位相検出として、パルス状信号の印加時より予
め決められた時間後にゲートを開いてカウンタでクロッ
クパルスをカウントし、パルス状信号の印加時より予め
決められた時間後から検出された信号が始めて０になっ
た時の０クロス信号でカウンタをオフにすることによ
り、その間にカウントした値より位相の変化を検出し、
このカウント値をデコーダで変換して、複数の発光素子
により表示するか、カウントするクロックをコンデンサ
にチャージしてその値を電圧計または電流計で検出す
る。
ルス状の信号を印加すると、パルス状の信号より低周波
数の一定時間に続く連続したほぼ正弦波に近い波形から
なる信号が発生し、また、この信号は金属棒状体が浸漬
される液体のレベルに応じて位相が変化する。従って、
パルス状の信号の印加時より予め決められた時間後に予
め決められた時間幅内で、発生した信号の位相の変化を
検出して金属棒状体が浸漬される液体のレベルを検出す
る。この位相検出として、パルス状信号の印加時より予
め決められた時間後にゲートを開いてカウンタでクロッ
クパルスをカウントし、パルス状信号の印加時より予め
決められた時間後から検出された信号が始めて０になっ
た時の０クロス信号でカウンタをオフにすることによ
り、その間にカウントした値より位相の変化を検出し、
このカウント値をデコーダで変換して、複数の発光素子
により表示するか、カウントするクロックをコンデンサ
にチャージしてその値を電圧計または電流計で検出す
る。
［実施例］ 第１図を参照して、本発明の原理を説明する。まず、
片持梁で支持された金属棒状体１の一端に圧電素子２が
固着され、この圧電素子２にリード線３から第２図
（ａ）に示すようにパルス状の信号を入力すると、電圧
素子２は超音波を発生し、金属棒状体１を振動させる。
この入力されたパルス状の信号Ａの干渉を避けるため、
予め決められた時間（ΔＴ）後に発生した振動をオシロ
グラフで見ると、第２図（ｂ）に示すように、パルス状
の入力信号Ａより低周波数の一定時間に続く連続したほ
ぼ正弦波に近い波形からなる信号Ｂが現れることを発見
した。また、この低周波数の信号Ｂは第２図（ｃ）に示
すように、金属棒状体１の端部を液体に浸漬して、その
深さを順次深くしていくと、位相が変化することが見出
された。これは、パルス状の信号Ａを金属棒状体１に入
力した時、金属棒状体１には縦振動や曲げ振動の横波が
発生するが、これらの縦振動と曲げ振動のビートが検出
された低周波数の信号Ｂであると思われ、従って、単な
るパルス状信号Ａの反射波ではないことが見出された。
片持梁で支持された金属棒状体１の一端に圧電素子２が
固着され、この圧電素子２にリード線３から第２図
（ａ）に示すようにパルス状の信号を入力すると、電圧
素子２は超音波を発生し、金属棒状体１を振動させる。
この入力されたパルス状の信号Ａの干渉を避けるため、
予め決められた時間（ΔＴ）後に発生した振動をオシロ
グラフで見ると、第２図（ｂ）に示すように、パルス状
の入力信号Ａより低周波数の一定時間に続く連続したほ
ぼ正弦波に近い波形からなる信号Ｂが現れることを発見
した。また、この低周波数の信号Ｂは第２図（ｃ）に示
すように、金属棒状体１の端部を液体に浸漬して、その
深さを順次深くしていくと、位相が変化することが見出
された。これは、パルス状の信号Ａを金属棒状体１に入
力した時、金属棒状体１には縦振動や曲げ振動の横波が
発生するが、これらの縦振動と曲げ振動のビートが検出
された低周波数の信号Ｂであると思われ、従って、単な
るパルス状信号Ａの反射波ではないことが見出された。
しかしながら、この検出された信号Ｂは長く続かない
ので、この検出信号Ｂの一部を取って位相の変化を検出
する。まず、第３図（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧
電素子２にパルス状の信号が入力されたから、少なくと
もパルス状の信号Ａが継続する時間（ΔＴ）を除いた時
間後の時間Δｔだけゲートを開き、その間に検出される
信号Ｃの位相を検出する。そのために、時間Δｔが始ま
ってから最後に検出される信号Ｃの０クロスが検出され
る時間から位相が検出される。
ので、この検出信号Ｂの一部を取って位相の変化を検出
する。まず、第３図（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧
電素子２にパルス状の信号が入力されたから、少なくと
もパルス状の信号Ａが継続する時間（ΔＴ）を除いた時
間後の時間Δｔだけゲートを開き、その間に検出される
信号Ｃの位相を検出する。そのために、時間Δｔが始ま
ってから最後に検出される信号Ｃの０クロスが検出され
る時間から位相が検出される。
第４図を参照すると、本発明の１実施例の超音波レベ
ル検出装置において、１は金属棒状体、２は圧電素子、
３はリード線であり、圧電素子２に共振回路４を介して
パルス信号発生回路５が接続され、このパルス信号発生
回路５に分周回路６を介して発振器７が接続されてい
る。また、圧電素子２に増幅器８を介して０クロス検出
回路９が接続され、この０クロス検出回路９の出力端子
はカウンタ10に接続されている。また、パルス信号発生
回路５にゲート信号発生回路11が接続され、このゲート
信号発生回路11の出力はカウンタ10に接続され、さら
に、カウンタ10のクロック端子に分周回路６からのクロ
ック信号が入力されている。また、カウンタ10にデコー
ダ12が接続され、デコーダ12に複数の発光素子13を持つ
表示装置14が接続されている。
ル検出装置において、１は金属棒状体、２は圧電素子、
３はリード線であり、圧電素子２に共振回路４を介して
パルス信号発生回路５が接続され、このパルス信号発生
回路５に分周回路６を介して発振器７が接続されてい
る。また、圧電素子２に増幅器８を介して０クロス検出
回路９が接続され、この０クロス検出回路９の出力端子
はカウンタ10に接続されている。また、パルス信号発生
回路５にゲート信号発生回路11が接続され、このゲート
信号発生回路11の出力はカウンタ10に接続され、さら
に、カウンタ10のクロック端子に分周回路６からのクロ
ック信号が入力されている。また、カウンタ10にデコー
ダ12が接続され、デコーダ12に複数の発光素子13を持つ
表示装置14が接続されている。
このように構成した本実施例では、分周器６の信号の
一部の信号を貰ってパルス信号発生回路５からパルス状
の信号を発生し、このパルス状の信号を共振回路４で金
属棒状体１に合致した信号に変換して、圧電素子２から
金属棒状体１にパルス状の超音波を送出する。このパル
ス状の信号を送出してからΔＴ時間後にゲート信号発生
回路11からカウンタ10及び０クロス検出回路９に信号を
送ると、カウンタ10は分周回路６から入力されるクロッ
クをカウントする。また、０クロス検出回路９はゲート
信号発生回路11からの信号が入力されてから増幅器８か
ら入力された圧電素子２で検出した信号のうちで最初に
０になる信号をカウンタ10に入力すると、カウンタ10は
停止する。その時、カウンタ10でカウントした値から圧
電素子２で検出した信号の位相の変化を検出することが
できる。このカウンタ10のカウント値に応じてデコーダ
12の各出力端子に信号が出され、これらの信号線に接続
された表示装置14の発光素子13のいずれかが点灯され、
金属棒状体１が浸漬される液体のレベルを検出すること
ができる。
一部の信号を貰ってパルス信号発生回路５からパルス状
の信号を発生し、このパルス状の信号を共振回路４で金
属棒状体１に合致した信号に変換して、圧電素子２から
金属棒状体１にパルス状の超音波を送出する。このパル
ス状の信号を送出してからΔＴ時間後にゲート信号発生
回路11からカウンタ10及び０クロス検出回路９に信号を
送ると、カウンタ10は分周回路６から入力されるクロッ
クをカウントする。また、０クロス検出回路９はゲート
信号発生回路11からの信号が入力されてから増幅器８か
ら入力された圧電素子２で検出した信号のうちで最初に
０になる信号をカウンタ10に入力すると、カウンタ10は
停止する。その時、カウンタ10でカウントした値から圧
電素子２で検出した信号の位相の変化を検出することが
できる。このカウンタ10のカウント値に応じてデコーダ
12の各出力端子に信号が出され、これらの信号線に接続
された表示装置14の発光素子13のいずれかが点灯され、
金属棒状体１が浸漬される液体のレベルを検出すること
ができる。
第５図を参照すると、本発明の他の実施例では、カウ
ンタ10のカウント値の出力は抵抗15、コンデンサ16から
なる積分回路17に接続され、この積分回路17の出力は高
入力回路18のトランジスタに接続され、このトランジス
タのエミッタは容量の大きいコンデンサ19に接続される
とともに、抵抗20を介してトランジスタ21のベースに接
続され、トランジスタ21のエミッタは電流計22を介して
電源Vccに接続され、コレクタはアースされる。
ンタ10のカウント値の出力は抵抗15、コンデンサ16から
なる積分回路17に接続され、この積分回路17の出力は高
入力回路18のトランジスタに接続され、このトランジス
タのエミッタは容量の大きいコンデンサ19に接続される
とともに、抵抗20を介してトランジスタ21のベースに接
続され、トランジスタ21のエミッタは電流計22を介して
電源Vccに接続され、コレクタはアースされる。
このように構成された本実施例では、カウンタ10のカ
ウント値に対応した電荷量が積分回路17のコンデンサ16
にチャージされ、このこの電荷量に対応したチャージが
高入力回路18のトランジスタを介してコンデンサ19にチ
ャージされ、このコンデンサ19のチャージ量に対応した
電流がトランジスタ21を流れる。これを電流計22で検出
することにより、金属棒状体１が浸漬される液体のレベ
ルを数値で表わすことができる。
ウント値に対応した電荷量が積分回路17のコンデンサ16
にチャージされ、このこの電荷量に対応したチャージが
高入力回路18のトランジスタを介してコンデンサ19にチ
ャージされ、このコンデンサ19のチャージ量に対応した
電流がトランジスタ21を流れる。これを電流計22で検出
することにより、金属棒状体１が浸漬される液体のレベ
ルを数値で表わすことができる。
なお、トランジスタ21のコレクタに接続された電流計
22の代わりに抵抗を接続し、その両端に電圧計を接続し
ても同様にレベルを検出することができる。また、この
レベル検出器を種々の用途に使用するとき、金属棒状体
１の圧電素子２に入力された超音波の反射波により、金
属棒状体１で検出される信号が干渉されないように、金
属棒状体１は取付位置に音波遮断材を介して固着するこ
とが望ましい。なお、上記実施例では、金属棒の一端に
圧電素子を固着しているが、液体に浸漬されず、端部か
らの反射波の影響を受けない任意の位置に圧電素子を固
着してもよい。また、前記実施例では、ゲートが開いて
から０クロス信号が入力されることによって位相を検出
しているが、ゲートが開いてから予め設定した設定値の
入力を検知して位相を検出するようにしてもよい。
22の代わりに抵抗を接続し、その両端に電圧計を接続し
ても同様にレベルを検出することができる。また、この
レベル検出器を種々の用途に使用するとき、金属棒状体
１の圧電素子２に入力された超音波の反射波により、金
属棒状体１で検出される信号が干渉されないように、金
属棒状体１は取付位置に音波遮断材を介して固着するこ
とが望ましい。なお、上記実施例では、金属棒の一端に
圧電素子を固着しているが、液体に浸漬されず、端部か
らの反射波の影響を受けない任意の位置に圧電素子を固
着してもよい。また、前記実施例では、ゲートが開いて
から０クロス信号が入力されることによって位相を検出
しているが、ゲートが開いてから予め設定した設定値の
入力を検知して位相を検出するようにしてもよい。
［発明の効果］ 本発明は、以上のように構成されているので、超音波
の伝搬速度の速い金属棒状体を使用しても、金属棒状体
が液体に浸漬されることによる検出信号の位相の変化で
液体レベルを検出することができ、従って、超音波の伝
搬速度に関係なく、液体レベルを検出することができ
る。
の伝搬速度の速い金属棒状体を使用しても、金属棒状体
が液体に浸漬されることによる検出信号の位相の変化で
液体レベルを検出することができ、従って、超音波の伝
搬速度に関係なく、液体レベルを検出することができ
る。
第１図は本発明の１実施例の金属棒状体の構成図、第２
図は本発明の原理を説明する送信波形と受信波形の関係
を示した図、第３図（ａ）、（ｂ）は本発明により検出
した信号の液体のレベルによる位相の変化を検出する方
法を説明するための図、第４図は本発明の実施例の液体
レベル検出回路の回路図、第５図は本発明の他の実施例
のレベル検出回路の一部の回路図である。 １…金属棒状体、２…圧電素子、３…リード線、４…共
振回路、５…パルス信号発生回路、６…分周回路、７…
発振器、８…増幅器、９…０クロス検出回路、10…カウ
ンタ、11…ゲート信号発生回路、12…デコーダ、13…発
光素子、14…表示装置。
図は本発明の原理を説明する送信波形と受信波形の関係
を示した図、第３図（ａ）、（ｂ）は本発明により検出
した信号の液体のレベルによる位相の変化を検出する方
法を説明するための図、第４図は本発明の実施例の液体
レベル検出回路の回路図、第５図は本発明の他の実施例
のレベル検出回路の一部の回路図である。 １…金属棒状体、２…圧電素子、３…リード線、４…共
振回路、５…パルス信号発生回路、６…分周回路、７…
発振器、８…増幅器、９…０クロス検出回路、10…カウ
ンタ、11…ゲート信号発生回路、12…デコーダ、13…発
光素子、14…表示装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−147018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−168811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−27563（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−190716（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−29715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−193318（ＪＰ，Ａ) 特公 昭32−8991（ＪＰ，Ｂ１) 特表 平３−505919（ＪＰ，Ａ) 米国特許3241368（ＵＳ，Ａ) 米国特許4213337（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 23/28
Claims (4)
- 【請求項１】金属棒状体の任意の位置に圧電素子を固着
し、該圧電素子にパルス状の信号を印加し、該印加後の
予め決められた固定時間内に検出された信号の位相を検
出して、前記金属棒状体が浸漬する液体のレベルを検出
することを特徴とする超音波レベル検出方法。 - 【請求項２】金属棒状体の任意の位置に固着した圧電素
子に発振回路からの信号を分周して得られたパルス状の
信号を印加するパルス発生装置と、パルス状信号を受信
後の一定時間後に信号を出力するゲート信号出力回路
と、前記圧電素子からの信号を増幅する増幅回路と、前
記ゲート信号出力回路からの信号の入力後に前記増幅回
路からの受信信号のうちである設定値になった時に信号
を出力する設定値信号出力回路と、前記ゲート信号出力
回路からの信号の入力によって前記発振回路からのクロ
ックパルスをカウントし、前記設定値信号出力回路から
の信号でカウントを停止するカウンタと、該カウンタの
カウント値を表示する表示装置とからなる超音波レベル
検出装置。 - 【請求項３】前記表示装置は前記カウンタのカウント値
をデコードするデコーダと、該デコーダのデコード値に
よって色分け表示される発光ダイオードとからなる請求
項２記載の超音波レベル検出装置。 - 【請求項４】前記表示装置は積分回路と高インピーダン
ス入力回路とメータとからなり、前記クロックパルスを
前記積分回路で積分し、前記積分回路での積分量を前記
メータで表示することを特徴とする請求項２記載の超音
波レベル検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2337315A JP3026105B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 超音波レベル検出方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2337315A JP3026105B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 超音波レベル検出方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04204217A JPH04204217A (ja) | 1992-07-24 |
| JP3026105B2 true JP3026105B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=18307475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2337315A Expired - Fee Related JP3026105B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 超音波レベル検出方法及び装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3241368A (en) | 1963-08-02 | 1966-03-22 | John H Newitt | Apparatus and method for measuring the level of a liquid |
| US4213337A (en) | 1977-09-13 | 1980-07-22 | The Marconi Company Limited | Liquid level sensing devices |
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1990
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3241368A (en) | 1963-08-02 | 1966-03-22 | John H Newitt | Apparatus and method for measuring the level of a liquid |
| US4213337A (en) | 1977-09-13 | 1980-07-22 | The Marconi Company Limited | Liquid level sensing devices |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04204217A (ja) | 1992-07-24 |
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