(57)【要約】【課題】測定対象液体の濃度測定の精度が低下するのを抑制することができるマイクロ波濃度計を得る。【解決手段】実施形態のマイクロ波濃度計は、管と、送信アンテナと、受信アンテナと、絞り部と、第１疎密波出力部と、を備えている。管には、測定対象流体が流れる流路が設けられている。送信アンテナは、管に固定され、流路に向けてマイクロ波を送信する。受信アンテナは、管に固定され、送信アンテナと流路を介して対向し、マイクロ波を受信する。絞り部は、管内において、流路のうち送信アンテナと受信アンテナとの間の部分である第１部分の、送信アンテナから受信アンテナに向かう第１方向と直交する第２方向、に設けられ、流路を絞る。第１疎密波出力部は、送信アンテナおよび受信アンテナよりも流路の上流側で絞り部に設けられ、流路のうち絞り部に設けられた部分である第２部分内の第１泡に第１疎密波を当てる。【選択図】図２
2020106495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象流体が流れる流路が設けられた管と、
前記管に固定され、前記流路に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナと、
前記管に固定され、前記送信アンテナと前記流路を介して対向し、前記マイクロ波を受信する受信アンテナと、
前記管内において、前記流路のうち前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の部分である第１部分の、前記送信アンテナから前記受信アンテナに向かう第１方向と直交する第２方向、に設けられ、前記流路を絞る絞り部と、
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナよりも前記流路の上流側で前記絞り部に設けられ、前記流路のうち前記絞り部に設けられた部分である第２部分内の第１泡に第１疎密波を当てる第１疎密波出力部と、
を備えたマイクロ波濃度計。
【請求項２】
前記管内において前記第１部分の前記第２方向に設けられ、金属材料によって構成された金属部と、
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナよりも前記流路の上流側で前記金属部に設けられ、前記金属部の前記第２方向の反対方向に位置する第２泡に第２疎密波を当てる第２疎密波出力部と、
を備えた請求項１に記載のマイクロ波濃度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、マイクロ波濃度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象液体が流れる管と、管内に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナと、送信アンテナから送信され測定対象液体を通過したマイクロ波を受信する受信アンテナと、を備えたマイクロ波濃度計が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３９９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のマイクロ波濃度計では、例えば、管内において送信アンテナと受信アンテナとの間に泡が存在すると、測定対象液体の濃度測定の精度が低下する虞がある。
【０００５】
実施形態のマイクロ波濃度計は、管と、送信アンテナと、受信アンテナと、絞り部と、第１疎密波出力部と、を備えている。前記管には、測定対象流体が流れる流路が設けられている。前記送信アンテナは、前記管に固定され、前記流路に向けてマイクロ波を送信する。前記受信アンテナは、前記管に固定され、前記送信アンテナと前記流路を介して対向し、前記マイクロ波を受信する。前記絞り部は、前記管内において、前記流路のうち前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の部分である第１部分の、前記送信アンテナから前記受信アンテナに向かう第１方向と直交する第２方向、に設けられ、前記流路を絞る。前記第１疎密波出力部は、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナよりも前記流路の上流側で前記絞り部に設けられ、前記流路のうち前記絞り部に設けられた部分である第２部分内の第１泡に第１疎密波を当てる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態のマイクロ波濃度計の側面図である。
【図２】図２は、実施形態のマイクロ波濃度計の一部の図１のII-II線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。なお、本明細書では、序数は、部品や部材を区別するためだけに用いられており、順番や優先度を示すものではない。
【０００８】
図１は、マイクロ波濃度計１の側面図である。図１に示されるように、マイクロ波濃度計１は、測定対象流体が流れる管１１と、管１１に固定されたマイクロ波送受信部１２と、管１１内に設けられた第１疎密波出力部１３と、管１１内に設けられた第２疎密波出力部１４と、管１１に固定された回路装置１５と、を備えている。本実施形態は、マイクロ波濃度計１が、例えば、地上の下水処理場や紙パルプ工場において汚泥等の測定対象流体が流れる汚泥処理装置等の装置に設けられた例である。マイクロ波濃度計１は、測定対象流体中の測定対象物の濃度を求める。測定対象物は、例えば、測定対象流体中の泥や繊維状の固形分等の不純物である。
【０００９】
図２は、実施形態のマイクロ波濃度計１の一部の図１のII-II線に沿った断面図である。図２に示されるように、管１１は、円筒状に形成され、外周面１１ａおよび内周面１１ｂを有している。管１１の内部には、測定対象流体が流れる流路１１ｃが設けられている。また、流路１１ｃには、測定対象流体から発生した泡が流れる場合がある。流路１１ｃは、内周面１１ｂに囲まれるとともに、管１１の軸方向に管１１を貫通している。管１１は、金属材料によって構成されている。管１１は、当該１１の軸方向が水平方向に沿う姿勢で配置されている。
【００１０】
マイクロ波送受信部１２は、送信アンテナ２１と、受信アンテナ２２と、を有している。送信アンテナ２１と受信アンテナ２３とは、それぞれ、管１１の外周面１１ａに固定されている。送信アンテナ２１と受信アンテナ２３とは、管１１の軸方向と直交する方向に互いに間隔を空けて対向している。すなわち、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３との間に流路１１ｃが位置されている。以後、送信アンテナ２１から受信アンテナ２２に向かう方向を第１方向Ｄ１とも称する。送信アンテナ２１は、マイクロ波発振回路（不図示）と接続されており、マイクロ波発振回路によって発振されたマイクロ波を、送信（発射）する。送信アンテナ２１から送信されたマイクロ波は、管１１に設けられた合成樹脂材料製の第１窓部材（不図示）を通って管１１の内部の流路１１ｃを第１方向Ｄ１に進む。流路１１ｃを通ったマイクロ波は、管１１に設けられた合成樹脂材料製の第２窓部材（不図示）を通って受信アンテナ２２に到達する。
【００１１】
また、管１１内には、絞り部３１が設けられている。絞り部３１は、管１１内において、流路１１ｃのうち送信アンテナ２１と受信アンテナ２２との間の部分である第１部分１１ｃａの第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に設けられている。第１部分１１ｃａは、マイクロ波の伝送路である。第２方向Ｄ２は、鉛直方向の上方と同じ方向である。すなわち、本実施形態では、第２方向Ｄ２が鉛直方向の上方と同じ方向となるように、管１１が配置されている。絞り部３１は、流路１１ｃを絞る。すなわち、管１１の流路１１ｃのうち絞り部３１が設けられた部分の、管１１の軸方向と直交する断面は、管１１の流路１１ｃのうち絞り部３１の上流側および下流側の部分の、管１１の軸方向と直交する断面よりも小さい。
【００１２】
詳細には、絞り部３１は、一対の突出部材３２，３３を有している。突出部材３２，３３は、管１１内における略上半分の領域に設けられている。
【００１３】
図１に示されるように、管１１の軸方向に沿った突出部材３２，３３の長さは、管１１の軸方向の長さよりも長い。突出部材３２，３３は、マイクロ波が透過しにくい金属材料によって構成されている。絞り部３１（突出部材３２，３３）は、金属部の一例である。
【００１４】
図２に示されるように、一対の突出部材３２，３３は、第１方向Ｄ１に間隔を空けて配置されて、管１１の内周面１１ｂから管１１内に突出している。一対の突出部材３２，３３の間に流路１１ｃの第２部分１１ｃｂが設けられている。第２部分１１ｃｂは、流路１１ｃのうち絞り部３１に設けられた部分である。
【００１５】
一対の突出部材３２，３３は、第１方向Ｄ１と直交し鉛直方向に延びる平面Ｐに関して対称に形成されている。一対の突出部材３２，３３は、それぞれ、側面３２ａ，３３ａと、下面３２ｂ，３３ｂと、を有している。側面３２ａ，３３ａは、鉛直方向に延びて、流路１１ｃの第２部分１１ｃｂに面している。すなわち、側面３２ａ，３３ａの間に流路１１ｃの第２部分１１ｃｂが形成されている。下面３２ｂ，３３ｂは、流路１１ｃの第１部分１１ｃａの上方に位置し第１部分１１ｃａに面している。流路１１ｃ内の泡は、一対の突出部材３２，３３によって第１部分１１ｃａに案内され、第１部分１１ｃａを流れる。また、管１１内に絞り部３１が設けられているので、管１１内が測定対象流体で満たされていない場合の測定対象流体の液面が、絞り部３１が設けられていない場合に比べて上昇する。絞り部３１は、非満水ユニットとも称される。
【００１６】
また、下面３２ｂ，３３ｂは、送信アンテナ２１から送信されたマイクロ波が受信アンテナ２２へ向かう指向性となるように水平方向に延びている。すなわち、下面３２ｂ，３３ｂは、マイクロ波の指向性を制御する面である。
【００１７】
図１に示されるように、第１疎密波出力部１３は、送信アンテナ２１および受信アンテナ２２よりも流路１１ｃの上流側で絞り部３１に設けられている。
【００１８】
図２に示されるように、第１疎密波出力部１３は、一対の突出部材３２，３３のそれぞれに設けられた一対の疎密波出力素子４１，４２を有している。疎密波出力素子４１，４２は、突出部材３２，３３の側面３２ａ，３３ａに沿うように突出部材３２，３３に内蔵され、流路１１ｃの第１部分１１ｃａに向けて第１疎密波を放射する。疎密波出力素子４１，４２は、例えば、圧電素子（超音波振動子）である。また、疎密波出力素子４１，４２が出力する第１疎密波は、例えば超音波である。また、第１疎密波の周波数は、２０ｋＨｚ程度である。なお、第１疎密波は、超音波以外であってもよく、その周波数は、２０ｋＨｚ以外であってもよい。疎密波出力素子４１，４２は、流路１１ｃの第２部分１１ｃｂ内の泡である第１泡に第１疎密波を当てる（放射する）。第１疎密波が当てられた第１泡は、消滅する。これにより、管１１内の測定対象流体の液面が上がる。
【００１９】
図１に示されるように、第２疎密波出力部１４は、送信アンテナ２１および受信アンテナ２２よりも流路１１ｃの上流側で絞り部３１に設けられている。
【００２０】
図２に示されるように、第２疎密波出力部１４は、一対の突出部材３２，３３のそれぞれに設けられた一対の疎密波出力素子５１，５２を有している。疎密波出力素子５１，５２は、突出部材３２，３３の下面３２ｂ，３３ｂに沿うように突出部材３２，３３に内蔵され、流路１１ｃの第２部分１１ｃｂに向けて第２疎密波を放射する。疎密波出力素子５１，５２は、例えば、圧電素子（超音波振動子）である。また、疎密波出力素子５１，５２が出力する第２疎密波は、例えば超音波である。また、第２疎密波の周波数は、２０ｋＨｚ程度である。なお、第２疎密波は、超音波以外であってもよく、その周波数は、２０ｋＨｚ以外であってもよい。疎密波出力素子５１，５２は、流路１１ｃの第１部分１１ｃａ内の泡である第２泡に第２疎密波を当てる（放射する）。第２疎密波が当てられた第２泡は、消滅する。これにより、管１１内の測定対象流体の液面が上がる。
【００２１】
図１に示されるように、回路装置１５は、管１１の外部に位置されて、管１１の外周面１１ａに固定されている。回路装置１５は、上述の発振回路（不図示）と演算回路（不図示）とを含む各種の回路を有している。
【００２２】
演算回路は、送信アンテナ２１から送信されて受信アンテナ２２により受信されたマイクロ波の伝搬特性（伝播速度）に基づいて測定対象流体中の測定対象物の濃度を測定する。詳しくは、演算回路は、送信アンテナ２１から送信され流路１１ｃ内の測定対象流体を通過し受信アンテナ２２により受信されたマイクロ波の位相遅れθ２と、予め測定対象物質を含まない測定対象流体（基準液体）を用いて測定された位相遅れθ１との位相差Δθを求めることにより、流路１１ｃ内の測定対象流体中の測定対象物の濃度指示値を得る。次に、演算回路は、得られた濃度指示値を検量線を用いて補正して、測定対象流体中の測定対象物の濃度測定値を得る。また、演算回路は、濃度指示値の算出において、温度センサ（不図示）によって測定された測定対象流体の温度に基づいて、位相差Δθを補正する補正処理を行なう。
【００２３】
また、回路装置１５は、第１疎密波出力部１３および第２疎密波出力部１４を制御する。第１疎密波出力部１３および第２疎密波出力部１４は、回路装置１５の制御によって、第１疎密波および第２疎密波を放射する。一例として、回路装置１５には、第１疎密波出力部１３および第２疎密波出力部１４の動作の開始を指示するタイマーが設けられている。回路装置１５は、第１疎密波出力部１３および第２疎密波出力部１４が動作している間、すなわち泡が未だ存在している可能性がある場合には、濃度指示値を第１疎密波出力部１３および第２疎密波出力部１４が動作する直前の値に保持してよい。これにより、濃度指示値に対する泡の影響を抑えることができる。
【００２４】
以上のように、本実施形態では、第１疎密波出力部１３は、送信アンテナ２１および受信アンテナ２２よりも流路１１ｃの上流側で絞り部３１に設けられ、流路１１ｃの第２部分１１ｃｂ内の第１泡に第１疎密波を当てる。よって、流路１１ｃの第２部分１１ｃｂ内の第１泡の少なくとも一部が消滅するので、管１１内の測定対象流体の液面が上がる。よって、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２との間に泡が流れることを抑制することができるので、測定対象液体の濃度測定の精度が低下するのを抑制することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、絞り部３１は、管１１内において第１部分１１ｃａの第２方向Ｄ２に設けられ、金属材料によって構成されている。第２疎密波出力部１４は、送信アンテナ２１および受信アンテナ２２よりも流路１１ｃの上流側で絞り部３１（金属部）に設けられ、絞り部３１の第２方向Ｄ２の反対方向に位置する第２泡に第２疎密波を当てる。よって、流路１１ｃの第１部分１１ｃａ内の第２泡の少なくとも一部が消滅するので、管１１内の測定対象流体の液面が上がる。よって、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２との間に泡が流れることを抑制することができるので、測定対象液体の濃度測定の精度が低下するのを抑制することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態では、絞り部３１が金属部を兼ねた例が説明されたがこれに限定されない。例えば、金属部は、絞り部３１とは別の部材であってもよい。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１…マイクロ波濃度計、１１…管、１１ｃ…流路、１１ｃａ…第１部分、１１ｃｂ…第２部分、２１…送信アンテナ、２２…受信アンテナ、３１…絞り部（金属部）、１３…第１疎密波出力部、１４…第２疎密波出力部、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向。
【図１】
2020106495.tif 000003
【図２】
2020106495.tif 000004