JP2018128331A - 液面検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源電圧の変動により液面位置の検出精度が低下しない液面検出装置を提供する。【解決手段】 本発明の液面検出装置は、液体Ｌに浸る伝搬部１と、伝搬部１に固定された圧電素子２ａと、圧電素子２ａを駆動する送信回路２ｂと、圧電素子２ａの振動を検出する受信回路２ｃと、送信回路２ｂを駆動し受信回路２ｃの出力信号に基づいて液体Ｌの液面ＬＳの位置を検出する位置検出部３と、を備えた液面検出装置Ｆにおいて、車両に搭載されるバッテリから電源供給を受けて送信回路２ｂに所定の電圧を供給する定電圧回路２ｄを設けた。定電圧回路３ｄによりバッテリ電圧が変動しても送信回路２ｂによる圧電素子２ａの振動が一定となり液面位置の検出精度が低下しない。【選択図】 図３

Description

本発明は、超音波を用いた液面検出装置に関する。

従来の超音波を用いた液面検出装置として、特許文献１に開示されたものがある。この液面検出装置は、液体中にある伝搬部を振動させたときに発生する表面波の伝搬時間によって、液体の液面を検出する。

特開２０１６−１３８８５０

しかしながら、このような液面検出装置を、特に、車両のバッテリから電源供給して駆動する場合においては、電圧変動の影響により検出精度が低下してしまう場合があった。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、電源電圧の変動により液面位置の検出精度が低下しない液面検出装置を提供することにある。

本発明に係る液面検出装置は、
液体に浸る伝搬部と、
前記伝搬部に固定された圧電素子と、
前記圧電素子を駆動する送信回路と、
前記圧電素子の振動を検出する受信回路と、
前記送信回路を駆動し前記受信回路の出力信号に基づいて前記液体の液面の位置を検出する位置検出部と、
を備えた液面検出装置において、
車両に搭載されるバッテリから電源供給を受けて前記送信回路に所定の電圧を供給する定電圧回路を設けた。

本発明によれば、電源電圧の変動により液面位置の検出精度が低下しない液面検出装置を提供できる。

本発明の実施形態である液面検出装置の構成概略図。 同液面検出装置の伝搬部の側面図。 同液面検出装置の送受信回路を示す構成図。 同液面検出装置の表面波と内部伝搬波とを示す波形図。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施形態である液面検出装置Ｆを説明する。

液面検出装置Ｆは、図１，２に示すように伝搬部１と、振動発生検出部２と、位置検出部３と、を備えており、車両に搭載される燃料タンクの液面を検出する。

伝搬部１は、図示しない燃料タンク内に貯留した液体Ｌ（ガソリンやアルコールなどの媒質）に浸る。

伝搬部１は、振動を良好に伝搬可能な材質であり、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を主体とした合成樹脂から形成される。伝搬部１の形状は、後述する表面波Ｗ１が伝搬する平面の伝搬面を有する四角柱（柱状体）である。伝搬部１には、その一部を切り欠いた溝１ａが形成されており、溝１ａは後述する内部伝搬波を反射する内部伝搬波反射部１ｂを備えている。

振動発生検出部２は、伝搬部１に振動を与える振動発生部であり、且つ、伝搬部１の振動を検出する振動検出部でもある。

圧電素子２ａは、伝搬部１に表面波Ｗ１と内部伝搬波Ｗ２を発生させるとともに、表面波Ｗ１と内部伝搬波Ｗ２を検出するために、伝搬部１の他端まで溝１ａを設けていない面に圧電素子２ａが突き出るように設置されている。伝搬部１と圧電素子２ａとは、密着状態で固定されている。このように構成したことにより、圧電素子２ａは、伝搬部１に振動を与えて伝搬部１の表面に表面波Ｗ１を発生させ、伝搬部１の内部に内部伝搬波Ｗ２を発生させる。さらに、伝搬部１の振動（表面波Ｗ１と内部伝搬波Ｗ２による振動）を検出して電圧に変換して出力する。なお表面波Ｗ１は、例えば、レイリ―波や漏洩レイリ―波や横波表面弾性波などであり、内部伝搬波Ｗ２は、例えば、横波である。

送信回路２ｂは、圧電素子２ａを駆動して励振させる。送信回路２ｂは、例えば、駆動回路とトランスとから構成される。送信回路２ｂは、位置検出部３が出力した所定周期で出力する駆動信号Ｓ１によって圧電素子２ａに電圧を与える。

受信回路２ｃは、圧電素子２ａが発した電圧により振動を検出し、位置検出部３に検出信号を出力する。受信回路２ｃは、入力保護回路ＣＤ１、増幅回路ＣＤ２、バンドパスフィルタＣＤ３、波形整形回路ＣＤ４から構成されている。

入力保護回路ＣＤ１は、例えば、ダイオードから構成される。入力保護回路ＣＤ１により受信回路２ｃの破損を防ぐ。

増幅回路ＣＤ２は、例えば、オペアンプとアぺアンプの増幅度を調整する抵抗体とから構成される。圧電素子２ａが検出する振動の増幅は、伝搬部１の長さによって変化するため、伝搬部１の長さに応じてオペアンプの増幅度を抵抗体の抵抗値によって調整可能に構成することが好ましい。

バンドパスフィルタＣＤ３は、圧電素子２ａが検出した信号が持つ周波数帯域以外の信号を除去する。これにより、車両の走行などによる振動によって伝搬体１自体が外部から物理的に揺らされた場合における振動ノイズを除去することができる。

波形整形回路ＣＤ４は、入力波形の一部を出力する振幅操作回路である。波形整形回路ＣＤ４は、バンドパスフィルタＣＤ３が出力した信号を位置検出部３が検出しやすい波形に整形して出力する。

定電圧回路２ｄは、車両に搭載されるバッテリから供給される電源を所定の電圧に変圧して送信回路２ｂに供給する。定電圧回路２ｄは、例えば、ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）や、リニアレギュレータ、あるいは、スイッチング方式直流安定化電源回路、などを利用した定電圧回路である。この定電圧回路２ｄにより、電源であるバッテリの電圧が変動しても、安定した電圧で送信回路２ｂが駆動されるため、圧電素子２ａが発生させる振動Ｖ１の強度も一定となり検出精度が安定する。

位置検出部３は、例えば、マイクロコントローラなどの制御部を備えた車両の走行速度など種々の計測値を表示する計器である。位置検出部３は、駆動信号Ｓ１を出力して送信回路２ｂを駆動するとともに、受信回路２ｃから出力される伝搬部１の振動を検出して、液体Ｌの液面ＬＳを検出する。

伝搬部１に生じる振動について、模式的に示した図４を用いて説明する。図４中、最も左の振動が、位置検出部３が出力した駆動信号Ｓ１によって圧電素子２ａが発生させた振動Ｖ１である。左から二番目の振動が、伝搬部１内を伝搬して伝搬部１の内部伝搬波反射部１ｂで反射して戻ってきた表面波Ｗ１の振動Ｖ２である。最も右の振動が、伝搬部１の表面を伝搬して伝搬部１の他端で反射して戻ってきた表面波Ｗ１の振動Ｖ３である。

位置検出部３は、振動Ｖ１が発生した時間ｔ１から振動Ｖ２が発生した時間ｔ２までの伝搬時間Ｔ１から伝搬部１の温度を推定する。そして、時間ｔ１から振動Ｖ３が発生した時間ｔ３の伝搬時間Ｔ２に、推定した温度による補正をかけて求められた補正後伝搬時間に基づいて、液体Ｌの液面ＬＳを検出する。

以上のように、本発明の液面検出装置は、液体Ｌに浸る伝搬部１と、伝搬部１に固定された圧電素子２ａと、圧電素子２ａを駆動する送信回路２ｂと、圧電素子２ａの振動を検出する受信回路２ｃと、送信回路２ｂを駆動し受信回路２ｃの出力信号に基づいて液体Ｌの液面ＬＳの位置を検出する位置検出部３と、を備えた液面検出装置Ｆにおいて、車両に搭載されるバッテリから電源供給を受けて送信回路２ｂに所定の電圧を供給する定電圧回路２ｄを設けた。
このように構成することで、電源電圧の変動により液面位置の検出精度が低下しない液面検出装置を提供できる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内で変更（構成要素の削除も含む）してもよい。

本発明は、液面検出装置に関し、特に、超音波を利用し、液面を検出する液面検出装置に利用可能である。

Ｆ…液面検出装置，Ｌ…液体，ＬＳ…液面，Ｓ１…駆動信号，Ｔ１…伝搬時間（内部伝搬波Ｗ２），Ｔ２…伝搬時間（表面波Ｗ１），Ｖ１…振動，Ｖ２…振動（内部伝搬波），Ｖ３…振動（表面波），Ｗ１…表面波，Ｗ２…内部伝搬波，１…伝搬部，２…振動発生検出部，２ａ…圧電素子，２ｂ…送信回路，２ｃ…受信回路，２ｄ…定電圧回路

Claims (1)

1. 液体に浸る伝搬部と、
   前記伝搬部に固定された圧電素子と、
   前記圧電素子を駆動する送信回路と、
   前記圧電素子の振動を検出する受信回路と、
   前記送信回路を駆動し前記受信回路の出力信号に基づいて前記液体の液面の位置を検出する位置検出部と、
   を備えた液面検出装置において、
   車両に搭載されるバッテリから電源供給を受けて前記送信回路に所定の電圧を供給する定電圧回路を設けた、
   ことを特徴とする液面検出装置。

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