(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波送波部および超音波受波部を有し、被測定汚泥に送波した超音波の減衰量により被測定汚泥の汚泥濃度を求める超音波式汚泥濃度測定装置において、
被測定汚泥に送波する超音波の周波数を基本周波数の奇数倍に切換可能な周波数切換手段および少なくとも二種類の周波数の超音波を被測定汚泥に送波して得られる超音波減衰量から被測定汚泥の汚泥濃度を演算する汚泥濃度演算手段を備え、前記超音波送波部は、周波数が異なる複数の超音波を送波する一つの超音波送波部であり、前記超音波受波部は、周波数が異なる複数の超音波を受波する一つの超音波受波部であることを特徴とする超音波式汚泥濃度測定装置。
【請求項２】
汚泥濃度演算手段は、被測定汚泥に送波した二種類の周波数の超音波減衰量に基づき、被測定汚泥に含まれる気泡による超音波減衰量を補正して被測定汚泥の汚泥濃度を演算する演算手段であることを特徴とする請求項１記載の超音波式汚泥濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波の減衰量が汚泥濃度と相関関係を有することを利用して水処理施設等で汚泥中の固形物濃度を測定するための超音波式汚泥濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波式汚泥濃度測定装置では、汚泥濃度測定精度に大きな影響を及ぼす汚泥中の気泡を加圧消泡装置による加圧力で縮小ないし消滅させたり、また、被測定汚泥に単一周波数の超音波を照射して得られる超音波減衰量に対して別途補正回路装置（設備）で補正演算を行い、その結果を被測定汚泥の汚泥濃度測定値として表示させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波式汚泥濃度測定装置は以上のように構成されているので、汚泥中に気泡混入があると、その気泡による影響分だけ超音波の減衰量が加算された汚泥濃度測定値となるため、その汚泥濃度測定誤差が大きくなるという課題があった。そこで、汚泥濃度の測定に際しては汚泥中の気泡を加圧消泡装置の加圧力で減少ないし消滅させるが、この場合、その加圧時間を要するために間欠測定となり、しかも、汚泥中の気泡混入が著しい場合、その気泡を完全に除去できないという課題があった。
また、被測定汚泥に対する単一周波数の超音波照射による超音波減衰量の補正演算を別途補正回路装置で行うため、高価な装置や機器類が必要となり、取り扱いが煩雑で、汚泥濃度測定装置として大がかりな設備となるという課題があった。さらに、異なる周波数の超音波を送受信するには、周波数毎に送波部および受波部を設けなければならず、上記同様の課題があった。
【０００４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、被測定汚泥に周波数が異なる複数の超音波を照射することによって得られる複数の超音波減衰量から被測定汚泥の汚泥濃度を直接算出することができる超音波式汚泥濃度測定装置を得ることを目的とする。
【０００５】
また、この発明は、高価な装置や機器類を必要とせずに超音波減衰量の補正演算を行うことができ、取り扱いが容易でコスト低減が図れる超音波式汚泥濃度測定装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超音波式汚泥濃度測定装置は、超音波送波部および超音波受波部を有し、被測定汚泥に送波した超音波の減衰量により被測定汚泥の汚泥濃度を求める超音波式汚泥濃度測定装置において、被測定汚泥に送波する超音波の周波数を基本周波数の奇数倍に切換可能な周波数切換手段および少なくとも二種類の周波数の超音波を被測定汚泥に送波して得られる超音波減衰量から被測定汚泥の汚泥濃度を演算する汚泥濃度演算手段を備え、前記超音波送波部は、周波数が異なる複数の超音波を送波する一つの超音波送波部からなり、前記超音波受波部は、周波数が異なる複数の超音波を受波する一つの超音波受波部からなるものである。
【０００８】
この発明に係る超音波式汚泥濃度測定装置の汚泥濃度演算手段は、被測定汚泥に送波した二種類の周波数の超音波減衰量に基づき、被測定汚泥に含まれる気泡による超音波減衰量を補正して被測定汚泥の汚泥濃度を演算するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は汚泥中の固形物濃度と気泡に対する超音波減衰量の概念図である。
図において、ｆ１，ｆ２は被測定汚泥に照射する超音波の種類が異なる二種類の測定周波数（ＭHz）、Ｍｆ１，Ｍｆ２はｆ１，ｆ２における超音波減衰量（ｄＢ）、Ｘは固形物濃度（％）、Ｙは気泡量（％）、ａｆ１，ａｆ２は固形物濃度の減衰係数（ｄＢ／％）、ｂｆ１，ｂｆ２は気泡減衰係数（ｄＢ／％）である。
【００１０】
一般に被測定汚泥の汚泥濃度およびそこに含まれる気泡量は、いずれも照射した超音波の減衰量と比例関係にあるので、下記の式（１），（２）が成立する。
Ｍｆ１＝ａｆ１・Ｘ＋ｂｆ１・Ｙ  ・・・・（１）
Ｍｆ２＝ａｆ２・Ｘ＋ｂｆ２・Ｙ  ・・・・（２）
【００１１】
ここで、Ｋａ＝ａｆ２／ａｆ１，Ｋｂ＝ｂｆ２／ｂｆ１とし、上記（１）式，（２）式から下記の（３）式が得られる。
Ｘ＝（Ｍｆ２−Ｋｂ・Ｍｆ１）／［ａｆ１・（Ｋａ−Ｋｂ）］・・・（３）
この（３）式より各周波数の固形物濃度減衰係数および気泡減衰係数が解っていれば、測定値（減衰量）より気泡の影響がない汚泥濃度を測定することができる。
固形物濃度減衰係数および気泡減衰係数については、測定対象で変化する値であるため、事前に求めた係数として入力する。
なお、異なる３つ以上の周波数で被測定汚泥の汚泥濃度を測定する場合には、超音波減衰量と比例関係を示す被測定汚泥の粘性や汚泥粒径などの因子を利用して三次以上の方程式として濃度演算を行う。これにより、より精度の高い被測定汚泥の汚泥濃度を得ることができる。
【００１２】
図２はこの発明の実施の形態１による超音波式汚泥濃度測定装置を示すブロック図である。
図において、１は水処理施設の汚泥配管、２はその汚泥配管１内の汚泥に対して周波数が異なる少なくとも二種類の超音波を送波する超音波送波部、３はその超音波送波部２から前記汚泥配管１を介して周波数が異なる少なくとも二種類の超音波を受波する超音波受波部、４はその超音波受波部３からの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部、５はＡ／Ｄ変換部４からデジタル信号を入力する制御手段、６はその制御手段５との間で信号の受け渡しを行う汚泥濃度演算手段、７はシンセサイザ、８は表示部、９は出力部である。ここで、前記汚泥濃度演算手段６には、上記（１）〜（３）の式が設定されている。
【００１３】
次に動作について説明する。
検出器の基本周波数は１ＭHzとし、その奇数倍である１ＭHz、３ＭHz、５ＭHzで送信できるように周波数切換命令を汚泥濃度演算手段６から制御手段５に送り、その命令を受けてシンセサイザ７からの駆動信号を超音波送波部２が入力することにより該超音波送波部２が駆動される。
このように奇数倍の周波数とすることにより奇数次高調波特性を利用することができ、これにより送波手段も受波手段も一つ（一つの超音波検出器）で、周波数が異なる複数の超音波を送受波することができる。
【００１４】
そして、その超音波送波部２から汚泥配管１を介し超音波受波部３に向って周波数が異なる少なくとも二種類の超音波が送波される。これにより、前記汚泥配管１内の汚泥を伝播した超音波の周波数が異なる上記透過波を超音波受波部３が受信してＡ／Ｄ変換部４に送り、その電圧を制御部５で処理し測定値データとして汚泥濃度演算手段６が受信する。この汚泥濃度演算手段６では、２周波（任意選択可）のデータに基づいて上記式（１）、（２）による気泡補正演算を行い、その結果の算出値を汚泥濃度測定値として操作表示部８に表示すると共に、出力部９に出力する。
【００１５】
以上説明した実施の形態１によれば、多周波（例えば、少なくとも２周波）で切り換え測定を行ない、選択した多周波データより補正演算を行うことにより、汚泥中の気泡や粒径、粘性等の影響を受けることなく、正確な汚泥濃度を測定できるという効果がある。
また、１つの検出器で異なる周波数の超音波を送受信することで、汚泥測定誤差要因の補正演算を行うことが可能となり、このため、構造が簡単で信頼性が高い安価な汚泥濃度測定装置を提供できるという効果がある。
【００１６】
なお、上記実施の形態１で説明した超音波切換手段は、異なる周波数の超音波を送波する命令系統および当該命令に応じた超音波送波手段を制御する制御手段を備えるものであればよい。
【００１７】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による加圧消泡装置を付加した超音波式汚泥濃度測定装置を示すブロック図であり、図１と同一の構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
図において、１０は汚泥濃度演算手段６からの出力信号を入力する加圧消泡動作回路、１１は超音波送波部２と超音波受波部３との間に配置されて前記加圧消泡動作回路１０からの信号を入力する加圧消泡装置である。
【００１８】
この実施の形態２によれば、気泡量による加圧消泡モード、および汚泥濃度測定誤差要因を除去するモードとなる補正演算測定モードの切り換えを行うことが可能となり、そのモード切り換えにより、試運転時の手動モードで加圧前後のデータから気泡演算の各係数を求めてメモリすることができるという効果がある。また、上記測定モードを組み合わせた自動運転も可能になるという効果がある。さらには、被測定汚泥中の気泡が著しい場合でも、加圧消泡装置１１と組合わせることにより、汚泥測定誤差が少なくなり、被測定汚泥の汚泥濃度を連続測定することができるという効果がある。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、超音波送波部および超音波受波部を有し、被測定汚泥に送波した超音波の減衰量により被測定汚泥の汚泥濃度を求める超音波式汚泥濃度測定装置において、被測定汚泥に送波する超音波の周波数を基本周波数の奇数倍に切換可能な周波数切換手段および少なくとも二種類の周波数の超音波を被測定汚泥に送波して得られる超音波減衰量から被測定汚泥の汚泥濃度を演算する汚泥濃度演算手段を備え、前記超音波送波部は、周波数が異なる複数の超音波を送波する一つの超音波送波部からなり、前記超音波受波部は、周波数が異なる複数の超音波を受波する一つの超音波受波部からなるように構成したので、超音波送波部から照射された周波数が異なる複数の超音波を被測定汚泥に透過させて超音波受波部で受信させることにより、被測定汚泥を伝播した周波数が異なることによる超音波減衰量の違いを検出し、この周波数により違いがある超音波減衰量に基づく演算を行うだけで、従来のような加圧消泡装置を必要とせずに被測定汚泥の汚泥濃度を直接測定でき、設備の簡素化およびコスト低減を図ることができるという効果がある。
【００２０】
特に、この発明では、前述のように、周波数が異なった複数の超音波を送受波することができる一つの超音波送波部および一つの超音波受波部を用いると共に、被測定汚泥に送波する超音波の周波数を基本周波数の奇数倍に切換可能な構成としたことにより、奇数次高調波特性を利用することができると共に、前述のように、それぞれ一つの超音波送波部と超音波受波部とで周波数が異なった複数の超音波を送受波することができ、従来のような加圧消泡装置を必要としないことから、コンパクトでメンテナンスが容易な汚泥濃度測定装置を実現でき、設備の簡素化およびコスト低減が図れるという効果がある。
【００２１】
この発明によれば、汚泥濃度演算手段が、被測定汚泥に送波した少なくとも二種類の周波数の超音波減衰量に基づき、被測定汚泥に含まれる気泡による超音波減衰量を補正して被測定汚泥の汚泥濃度を演算するように構成したので、高価で大がかりな加圧消泡装置を必要とせずに、被測定汚泥の汚泥濃度の測定誤差要因となる被測定汚泥中の気泡による超音波減衰量を補正することができ、その補正によって測定精度が高い汚泥濃度測定値を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】汚泥中の固形物濃度と気泡に対する超音波減衰量の概念図である。
【図２】この発明の実施の形態１による超音波式汚泥濃度測定装置を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２による加圧消泡装置を付加した超音波式汚泥濃度測定装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  汚泥配管
２  超音波送波部
３  超音波受波部
４  Ａ／Ｄ変換部
５  制御手段
６  汚泥濃度演算手段
７  シンセサイザ
８  表示部
９  出力部
１０  加圧消泡動作回路
１１  加圧消泡装置
【図１】
0003720299.tif 000002
【図２】
0003720299.tif 000003
【図３】
0003720299.tif 000004