(57)【要約】【課題】  小型化が可能なレベル計を安価に提供する。【解決手段】  第１のパルス繰返周期で送信パルス４を生成する送信パルス生成手段と、送信パルス４をプローブ２０へ出力し、プローブ２０から反射パルス５が入力される入出力部３３と、第２のパルス繰返周期でサンプリングパルスＳＰを生成するサンプリングパルス生成手段と、サンプリングパルスＳＰに応じて、入出力部３３における入出力信号をサンプリングすることにより、第１及び第２のパルス繰返周期の差に応じて、入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成手段と、反射パルスの伝播時間に基づいて、界面レベルを測定する界面レベル測定手段と、伸張信号の繰返周期に基づいて、第１及び第２のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御手段により構成される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面又は粉体面の界面レベルを計測するレベル計において、
第１のパルス繰返周期で送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、
上記送信パルスを測定素子へ出力し、上記測定素子から反射パルスが入力される入出力部と、
第２のパルス繰返周期でサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成手段と、
上記サンプリングパルスに応じて、上記入出力部における入出力信号をサンプリングすることにより、第１及び第２のパルス繰返周期の差に応じて、上記入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成手段と、
上記反射パルスの伝播時間に基づいて、上記界面レベルを測定する界面レベル測定手段と、
上記伸張信号の繰返周期に基づいて、第１及び第２のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御手段とを備えたことを特徴とするレベル計。
【請求項２】
上記パルス周期制御手段は、第１及び第２のパルス繰返周期のいずれか一方を制御することを特徴とする請求項１に記載のレベル計。
【請求項３】
上記伸張信号から上記送信パルス及び上記反射パルスを抽出するパルス抽出手段を備え、
上記パルス周期制御手段は、上記パルス抽出手段により抽出された送信パルス及び反射パルスのいずれか一方に基づいて、第１及び第２のパルス繰返周期の差を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のレベル計。
【請求項４】
上記測定素子は、一端に入力された上記送信パルスを他端へ伝送し、上記界面の位置で上記反射パルスが生成される導電性プローブからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレベル計。
【請求項５】
上記入出力信号を検波する検波手段を備え、
上記測定素子は、高周波信号からなる上記送信パルスを上記界面に向けて送信し、上記界面から上記反射パルスを受信するアンテナからなり、
上記伸張信号生成手段は、検波後の入出力信号をサンプリングすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレベル計。
【請求項６】
送信パルスを測定素子へ出力し、上記測定素子から反射パルスが入力される入出力部を備えたレベル計の制御方法であって、
第１のパルス繰返周期で送信パルスを生成する送信パルス生成ステップと、
第２のパルス繰返周期でサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成ステップと、
上記サンプリングパルスに応じて、上記入出力部における入出力信号をサンプリングすることにより、第１及び第２のパルス繰返周期の差に応じて、上記入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成ステップと、
上記反射パルスの伝播時間に基づいて、上記界面レベルを測定する界面レベル測定ステップと、
上記伸張信号の繰返周期に基づいて、第１及び第２のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御ステップとを備えたことを特徴とするレベル計の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液面や粉体面等の界面レベルを計測するレベル計及びその制御方法に係り、さらに詳しくは、送信パルスが界面からの反射パルスとして戻るまでの伝播時間に基づいて界面レベルを計測するレベル計の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
液面レベル計測装置は、送信パルスを液面に向けて送出したときから、当該送信パルスが液面からの反射パルスとして戻ってくるまでの伝播時間に基づいて、液面レベルを計測するレベル計である。この様な液面レベル計測装置には、導電性のガイドプローブに沿ってパルス状の電流信号を伝送させるガイドパルス方式のものや、アンテナから高周波パルスを送信させる電波方式のものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ガイドパルス方式の液面レベル計測装置では、ガイドプローブの一端に入力された送信パルスが他端へ伝送される途中に液面が存在すれば、液面の位置で反射パルスが生成される。例えば、送信パルスがガイドプローブの一端に入力されてから、反射パルスが当該一端に到達するまでの時間間隔ＴＫは、ガイドプローブの一端と液面との間の往復時間に相当することから、上記一端から液面までの距離Ｌは、ＴＫ×光速×（１／２）により求められる。
【０００４】
通常、送信パルスは、数ＭＨｚ程度の周波数からなるクロック信号を用いて生成され、パルス繰返周期は、数百ｎｓ程度である。一方、上記時間間隔ＴＫは、極めて短く、ガイドプローブの長さ１ｍｍ当たりの往復時間は、数ｐｓ程度である。このため、送信パルスと反射パルスとをそのまま時間軸上で比較することは難易度が高く、パルス繰返間隔が送信パルスとは僅かに異なるサンプリングパルスを用いて、送信パルスや反射パルスを時間伸張させる処理が行われる。つまり、時間伸張された送信パルスと反射パルスとの信号波形を比較することによって、液面レベルが測定される。
【０００５】
送信パルスは、基準発振器において生成されるクロック信号を波形整形することによって生成される。一方、サンプリングパルスは、局部発振器において生成されるクロック信号を波形整形することによって生成される。基準発振器と局部発振器とでは、一定の周波数差が維持される必要があるが、基準発振器や局部発振器の発振周波数は、温度変化などによって変動する。基準発振器及び局部発振器間の周波数差に基づいて、時間間隔ＴＫが求められることから、当該周波数差が変化すれば、液面レベルの測定精度が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００２−５３５６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上述した様な従来のレベル計では、基準発振器及び局部発振器間で一定の周波数差が維持されるように、ＰＬＬ（Phase-Locked Loop）回路を用いて、局部発振器のフィードバック制御が行われる。ＰＬＬ回路には、基準発振器の出力信号と局部発振器の出力信号とを比較し、その位相差を電圧に変換する位相比較器や、帰還ループにおいて高周波成分を除去するローパスフィルタが必要である。このため、製造コストが増大し、回路基板の実装面積も増大してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化が可能なレベル計を安価に提供することを目的とする。特に、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することができるレベル計を提供することを目的とする。また、本発明は、上記レベル計の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明によるレベル計は、液面や粉体面等の界面レベルを計測するレベル計であって、第１のパルス繰返周期で送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、上記送信パルスを測定素子へ出力し、上記測定素子から反射パルスが入力される入出力部と、第２のパルス繰返周期でサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成手段と、上記サンプリングパルスに応じて、上記入出力部における入出力信号をサンプリングすることにより、第１及び第２のパルス繰返周期の差に応じて、上記入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成手段と、上記反射パルスの伝播時間に基づいて、上記界面レベルを測定する界面レベル測定手段と、上記伸張信号の繰返周期に基づいて、第１及び第２のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御手段とを備えて構成される。
【００１０】
このレベル計では、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差に応じて入出力信号を時間伸張した伸張信号の繰返周期に基づいて、当該パルス繰返周期の差が制御される。その際、サンプリングパルスは、入出力端子における入出力信号をサンプリングするのに用いられるだけであり、パルス繰返周期の差の制御には、伸張信号が用いられる。つまり、送信パルス及びサンプリングパルスの位相を比較する位相比較器やローパスフィルタといった回路素子を用いなくても、パルス繰返周期の差の制御を行うことができる。従って、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することができる。
【００１１】
第２の本発明によるレベル計は、上記構成に加え、上記パルス周期制御手段が、第１及び第２のパルス繰返周期のいずれか一方を制御するように構成される。この様な構成によれば、回路構成が複雑化するのを抑制することができる。
【００１２】
第３の本発明によるレベル計は、上記構成に加え、上記伸張信号から上記送信パルス及び上記反射パルスを抽出するパルス抽出手段を備え、上記パルス周期制御手段が、上記パルス抽出手段により抽出された送信パルス及び反射パルスのいずれか一方に基づいて、第１及び第２のパルス繰返周期の差を制御するように構成される。
【００１３】
この様な構成によれば、界面レベルを測定するのに用いる送信パルス又は反射パルスを用いて、伸張信号の繰返周期を求めることにより、送信パルス又はサンプリングパルスのパルス繰返周期を自動調整する際の安定性を向上させることができる。
【００１４】
第４の本発明によるレベル計は、上記構成に加え、上記測定素子が、一端に入力された上記送信パルスを他端へ伝送し、上記界面の位置で上記反射パルスが生成される導電性プローブからなるように構成される。
【００１５】
この様な構成によれば、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することが可能なガイドパルス方式のレベル計を実現することができる。
【００１６】
第５の本発明によるレベル計は、上記構成に加え、上記入出力信号を検波する検波手段を備え、上記測定素子が、高周波信号からなる上記送信パルスを上記界面に向けて送信し、上記界面から上記反射パルスを受信するアンテナからなり、上記伸張信号生成手段が、検波後の入出力信号をサンプリングするように構成される。
【００１７】
この様な構成によれば、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することが可能な電波方式のレベル計を実現することができる。
【００１８】
第６の本発明によるレベル計の制御方法は、送信パルスを測定素子へ出力し、上記測定素子から反射パルスが入力される入出力部を備えたレベル計の制御方法であって、第１のパルス繰返周期で送信パルスを生成する送信パルス生成ステップと、第２のパルス繰返周期でサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成ステップと、上記サンプリングパルスに応じて、上記入出力部における入出力信号をサンプリングすることにより、第１及び第２のパルス繰返周期の差に応じて、上記入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成する伸張信号生成ステップと、上記反射パルスの伝播時間に基づいて、上記界面レベルを測定する界面レベル測定ステップと、上記伸張信号の繰返周期に基づいて、第１及び第２のパルス繰返周期の差を制御するパルス周期制御ステップとを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、送信パルス及びサンプリングパルスの位相を比較する位相比較器やローパスフィルタといった回路素子を用いなくても、パルス繰返周期の差の制御を行えるので、小型化が可能なレベル計を安価に提供することができる。特に、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差を一定に保持することが可能なレベル計を提供することができる。また、本発明によれば、上記レベル計の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１によるレベル計の一構成例を示した斜視図であり、ガイドパルス方式の液面レベル計１が示されている。
【図２】図１の液面レベル計１の使用態様の一例を示した断面図であり、液面レベル計１を貯留タンク２に取り付けた場合が示されている。
【図３】図１の液面レベル計１の構成例を示したブロック図である。
【図４】図３の伸張信号の波形の一例を示した図であり、信号レベルの時間変化が示されている。
【図５】図３の液面レベル計１において生成される送信パルス４、サンプリングパルスＳＰ及び伸張信号の波形の一例を比較して示した図である。
【図６】図３の液面レベル計１において生成される伸張信号の波形を示した図である。
【図７】図３のＣＰＵ３９内の機能構成の一例を示したブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態２によるレベル計の一構成例を示したブロック図であり、電波方式の液面レベル計１が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
＜液面レベル計１＞
図１は、本発明の実施の形態１によるレベル計の一構成例を示した斜視図であり、ガイドパルス方式の液面レベル計１が示されている。この液面レベル計１は、ロッド状のガイドプローブ２０に沿ってパルス信号を伝送させる液面レベル計測装置であり、表示部１１、操作部１２、ケーブル接続部１３及びタンク取付部１４が設けられた本体部１０と、ガイドプローブ２０により構成されている。
【００２２】
表示部１１には、液面レベルの計測結果や設定内容が表示される。操作部１２は、計測条件などを入力するための入力部である。表示部１１及び操作部１２は、円柱形状の本体部１０の上面に設けられている。
【００２３】
ケーブル接続部１３は、本体部１０へ電源を供給するための電源線と、計測結果を示す出力信号を伝送するための信号線とを含む伝送ケーブルを着脱可能に接続するコネクタ部である。このケーブル接続部１３は、本体部１０の周面上に設けられている。
【００２４】
タンク取付部１４は、貯留タンク等に液面レベル計１を取り付ける際に使用され、本体部１０の主要部よりも径の小さな円柱形状の台座部であり、ネジ山が形成されている。このタンク取付部１４は、本体部１０の下部に設けられている。
【００２５】
ガイドプローブ２０は、パルス信号を用いて液面レベルを測定するための測定素子であり、パルス信号を伝送する途中に液面が存在すれば、液面の位置で反射パルスが生成される。例えば、ガイドプローブ２０は、上端を入出力端とし、下端を開放端とする直線状の導電性プローブである。このガイドプローブ２０は、タンク取付部１４の下面から突出するように、本体部１０に取り付けられている。
【００２６】
液面レベル計１は、送信パルスを本体部１０からガイドプローブ２０の上端に入力したときから、液面による反射パルスがガイドプローブ２０の上端から本体部１０に入力されるまでの時間間隔に基づいて、液面レベルを計測する。
【００２７】
図２は、図１の液面レベル計１の使用態様の一例を示した断面図であり、液面レベル計１を貯留タンク２に取り付けた場合が示されている。この液面レベル計１は、貯留タンク２の上板に設けられた貫通穴に取り付けられている。
【００２８】
本体部１０は、ガイドプローブ２０が水平面と交差するように配置される。例えば、本体部１０は、ガイドプローブ２０が貯留タンク２内の液面３と直交するように配置される。液面レベルの計測は、ガイドプローブ２０の先端部２２が液面下にある場合、ガイドプローブ２０の根元部２１と液面３との距離Ｌを求めることにより行われる。
【００２９】
本体部１０は、送信パルス４を所定のパルス繰返周期で生成し、ガイドプローブ２０の根元部２１に入力する。送信パルス４は、根元部２１から先端部２２へ光の速さＣで伝送される。先端部２２が液面３よりも下側にあれば、ガイドプローブ２０上の液面３の位置において、送信パルス４から反射パルス５が形成される。送信パルス４の一部は、液面３の位置における反射パルス５の形成後もそのまま液面下へ伝送される。
【００３０】
反射パルス５は、空気と液体との誘電率の差に応じた信号強度で形成され、根元部２１へ光の速さＣで伝送される。本体部１０は、送信パルス４を根元部２１に入力した時から、液面による反射パルス５が根元部２１から本体部１０に入力されるまでの時間間隔ＴＫに基づいて、距離Ｌを算出する。距離Ｌは、Ｌ＝ＴＫ×Ｃ×（１／２）により求めることができる。
【００３１】
図３は、図１の液面レベル計１の構成例を示したブロック図である。この液面レベル計１は、表示部１１、操作部１２、タンク取付部１４、ガイドプローブ２０、基準発振器３１、送信パルス生成回路３２、入出力部３３、局部発振器３４、サンプリングパルス生成回路３５、サンプリングホールド回路３６、アンプ３７、ＡＤＣ３８、ＣＰＵ３９、ＤＡＣ４０及び信号出力部４１により構成される。
【００３２】
基準発振器３１は、送信パルス用の基準信号を生成し、送信パルス生成回路３２へ出力する高周波信号生成部である。例えば、周波数１９．２ＭＨｚのクロック信号が基準信号として生成される。送信パルス生成回路３２は、基準信号に基づいて、送信パルス４を生成し、入出力部３３へ出力する。送信パルス４は、パルス繰返周期ＰＴ１で繰り返し生成される。
【００３３】
具体的には、分周器（図示せず）を用いて基準信号が分周され、その分周信号を波形整形することにより、パルス幅の短い送信パルス４が得られる。上記分周信号の周波数は、２．４ＭＨｚであり、パルス繰返周期ＰＴ１は、４１６．７ｎｓである。
【００３４】
入出力部３３は、送信パルス生成回路３２から入力された送信パルス４をガイドプローブ２０及びサンプリングホールド回路３６へ出力し、ガイドプローブ２０から反射パルス５が入力される信号結合部であり、例えば、分岐端子により構成される。この入出力部３３にガイドプローブ２０から入力された反射パルス５は、サンプリングホールド回路３６へ出力される。
【００３５】
局部発振器３４は、サンプリングパルス用の参照信号を生成し、サンプリングパルス生成回路３５へ出力する高周波信号生成部である。例えば、周波数が基準信号とは僅かに異なるクロック信号が参照信号として生成される。局部発振器３４には、電圧レベルによって発振周波数を調整することができるＶＣＯ（電圧制御発振器）が用いられる。
【００３６】
サンプリングパルス生成回路３５は、参照信号に基づいて、サンプリングパルスＳＰを生成し、サンプリングホールド回路３６へ出力する。サンプリングパルスＳＰは、パルス繰返周期ＰＴ２で繰り返し生成される。
【００３７】
具体的には、分周器（図示せず）を用いて参照信号が分周され、その分周信号を波形整形することにより、パルス幅の短いサンプリングパルスＳＰが得られる。例えば、上記分周信号の周波数は、（２．４ＭＨｚ−１６Ｈｚ）であり、パルス繰返周期ＰＴ２は、（４１６．７ｎｓ＋２．８ｐｓ）である。
【００３８】
一般に、パルス信号は、比較的に短い期間に出力される信号であり、その波形は任意であり、矩形、三角形、その他の形状であっても良い。送信パルス４やサンプリングパルスＳＰは、電流又は電圧レベルといった信号レベルがゼロレベルから立ち上がり、短期間に立ち下がる信号である。
【００３９】
サンプリングホールド回路３６は、入出力信号を時間伸張した伸張信号を生成し、アンプ３７へ出力する伸張信号生成部である。伸張信号は、サンプリングパルスＳＰをトリガーとして、入出力部３３における入出力信号をサンプリングし、次のサンプリングパルスＳＰによって入出力信号を新たにサンプリングするまで、サンプリング値を保持することにより、生成される。
【００４０】
この伸張信号は、パルス繰返周期ＰＴ１及びＰＴ２の差ΔＴに応じて、時間軸方向に伸張される。時間軸方向の伸張率は、パルス繰返周期ＰＴ１及びＰＴ２の差ΔＴと、パルス繰返周期ＰＴ１又はＰＴ２のいずれか一方との比により規定される。例えば、時間軸方向の伸張率ｒは、（送信パルスの周波数）／｛（送信パルスの周波数）−（サンプリングパルスの周波数）｝＝２．４ＭＨｚ／１６Ｈｚ＝１５０×１０３である。
【００４１】
アンプ３７は、サンプリングホールド回路３６からの伸張信号を増幅し、ＡＤＣ３８へ出力する増幅回路である。ＡＤＣ（アナログ−デジタルコンバータ）３８は、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換素子であり、増幅後の伸張信号をデジタルデータ化してＣＰＵ３９へ出力する。
【００４２】
ＣＰＵ３９は、操作部１２からの入力信号に基づいて表示部１１及び信号出力部４１を制御し、また、伸張信号の波形を解析することにより、液面レベルを測定する。表示部１１には、液面レベルの測定値や、測定値に基づく所定の判定結果、例えば、液面レベルが所定レベルに到達したか否かの判定結果が表示される。信号出力部４１は、測定値や判定結果を示す出力信号を生成し、外部機器へ出力するための出力回路である。
【００４３】
このＣＰＵ３９は、送信パルス４のパルス繰返周期ＰＴ１とサンプリングパルスＳＰのパルス繰返周期ＰＴ２との差ΔＴが一定に保持されるように、パルス繰返周期ＰＴ２を制御する。具体的には、伸張信号の繰返周期ＰＴに基づいて、パルス繰返周期ＰＴ２を制御すべく、局部発振器３４の発振周波数を調整する動作が行われる。ＤＡＣ（デジタル−アナログコンバータ）４０は、デジタル信号をアナログ信号に変換する変換素子であり、ＣＰＵ３９からのＶＣＯ制御信号をアナログ信号に変換して局部発振器３４へ出力する。
【００４４】
液面レベル計１では、送信パルス４及びサンプリングパルスＳＰのパルス繰返周期の差ΔＴを利用して、入出力信号を時間伸張した伸張信号が生成される。ガイドプローブ２０の根元部２１から液面３までの距離Ｌは、この様な伸張信号に基づいて、送信パルス４が液面３からの反射パルス５として戻るまでの伝播時間を求めることによって得られる。送信パルス４は、一定の周期で繰り返し生成される信号であり、また、液面３による反射パルス５も送信パルス４と同じ周期で繰り返し生成される信号である。
【００４５】
＜送信パルス４と反射パルス５，６＞
図４は、図３の伸張信号の波形の一例を示した図であり、信号レベルの時間変化が示されている。入出力部３３では、送信パルス４、液面３による反射パルス５、根元部２１による反射パルス６が入出力される。送信パルス４は、入出力部３３に対し一定のパルス繰返周期ＰＴ１ごとに繰り返し入力され、ガイドプローブ２０及びサンプリングホールド回路３６へ出力される。
【００４６】
サンプリングホールド回路３６へ出力される送信パルス４は、ガイドプローブ２０へ出力される送信パルス４に比べればその信号強度が極めて小さい。一方、サンプリングホールド回路３６へ出力される送信パルス４は、反射パルス５，６に比べればその信号強度が十分に大きい。この例では、その様な送信パルス４が時刻ｔ１及びｔ４において観測されている。送信パルス４のピークレベルはａ１である。
【００４７】
ガイドプローブ２０のタンク取付部１４は、プローブハウジングと呼ばれる同軸構造により構成される。このため、タンク取付部１４の出口、すなわち、根元部２１付近において反射パルス６が生成される。この根元部２１による反射パルス６は、信号レベルが送信パルス４と同極性であり、送信パルス４に比べれば、その信号強度は小さい。この例では、その様な反射パルス６が時刻ｔ２において観測されている。
【００４８】
ガイドプローブ２０の途中に液面３が存在する場合、液面３の位置において反射パルス５が生成される。この反射パルス５は、信号レベルが送信パルス４とは逆極性であり、反射パルス６に比べれば、その信号強度は小さい。反射パルス５は、液面３の位置がダイナミカルに変化しなければ、入出力部３３において送信パルス４と同じ周期で繰り返し入出力される。この例では、時刻ｔ３において、ピークレベルがａ２の反射パルス５が観測されている。
【００４９】
伸張信号における送信パルス４や反射パルス５の識別は、伸張信号の波形からピーク点を検出し、ピーク点の信号レベルを閾値ｂ１，ｂ２と比較することにより行われる。すなわち、送信パルス４は、ピーク点の信号レベルを所定の閾値ｂ１と比較することによって検出される。また、反射パルス５は、ピーク点の信号レベルを閾値ｂ１よりも絶対値の小さい所定の閾値ｂ２と比較することによって検出される。
【００５０】
一方、反射パルス６は、ピーク強度、パルス幅、時間軸上の位置によって特定することができる。例えば、入出力部３３及び根元部２１間の配線長から、送信パルス４に対する反射パルス６の時間軸上の位置を推定することによって、反射パルス６を特定することができる。
【００５１】
送信パルス４や反射パルス６に対する反射パルス５の時間軸上の位置は、測定対象の液体の種類が変わったとしても、一定である。
【００５２】
そこで、例えば、根元部２１と液面３との距離Ｌは、反射パルス６と反射パルス５との時間間隔ＴＫ１から求められる。この時間間隔ＴＫ１は、送信パルス４が根元部２１から液面３へ出力されたときから、反射パルス５が根元部２１に入力されるまでの伝播時間に相当し、ピーク点間の時間間隔（ｔ３−ｔ２）により求められる。距離Ｌは、伸張率ｒを用いて、Ｌ＝ＴＫ１×（１／ｒ）×Ｃ×（１／２）により求めることができる。ここで、パルス繰返周期ＰＴ１をｒ倍したものは、時間間隔ＴＫ１に比べて十分に長いことから、次の送信パルス４が反射パルス５，６の検出に影響を与えることはない。
【００５３】
ただし、根元部２１及び液面３の距離Ｌは、送信パルス４と反射パルス５との時間間隔に基づいて求めても良い。この場合、距離Ｌは、送信パルス４及び反射パルス５の時間間隔と、入出力部３３及び根元部２１間の往復時間に相当する時間長との差分から求められる。
【００５４】
パルス繰返周期ＰＴ２の制御は、伸張信号の繰返周期ＰＴに基づいて行われる。例えば、伸張信号の繰返周期ＰＴは、送信パルス４のパルス繰返周期ＰＴ１を伸張信号の波形を利用して求めることにより判別することができる。
【００５５】
図５は、図３の液面レベル計１において生成される送信パルス４、サンプリングパルスＳＰ及び伸張信号の波形の一例を比較して示した図である。図中の（ａ）には、送信パルス４の波形が示され、（ｂ）には、サンプリングパルスＳＰの波形が示され、（ｃ）には、伸張信号の波形が示されている。
【００５６】
この送信パルス４は、パルス幅ＰＷ１の三角波であり、パルス繰返周期ＰＴ１ごとに形成されている。例えば、ＰＷ１＝５００ｐｓ、ＰＴ１＝４１６．７ｎｓである。サンプリングパルスＳＰは、パルス幅が送信パルス４よりも短い矩形波であり、パルス繰返周期ＰＴ２ごとに形成されている。パルス繰返周期ＰＴ２は、ＰＴ２＝４１６．７ｎｓ＋２．８ｐｓであり、送信パルス４のパルス繰返周期ＰＴ１との差ΔＴは、ΔＴ＝２．８ｐｓである。
【００５７】
伸張信号は、この様な送信パルス４をサンプリングパルス５を用いてサンプリングすることにより形成される。伸張信号から送信パルス４を抽出すれば、伸張前の送信パルス４と比較して、波形が時間軸方向に拡大された送信パルス４が得られる。この送信パルス４は、パルス幅ＰＷ２が１５０×１０３倍に拡大されている。
【００５８】
図６は、図３の液面レベル計１において生成される伸張信号の波形を示した図である。この図では、横軸の時間の尺度が、図５と比較して、１５０×１０３倍に拡大されている。伸張信号における送信パルスの繰返周期ＰＴ３は、ＰＴ３＝６２．５ｍｓである。
【００５９】
液面レベル計１では、伸張信号の波形を解析することにより、送信パルス４の繰返周期ＰＴ３を求める。この繰返周期ＰＴ３は、送信パルス４のパルス繰返周期ＰＴ１とサンプリングパルスＳＰのパルス繰返周期ＰＴ２との差ΔＴに相当することから、繰返周期ＰＴ３が一定となるように、局部発振器３４の発振周波数が調整される。
【００６０】
＜ＣＰＵ３９＞
図７は、図３のＣＰＵ３９内の機能構成の一例を示したブロック図である。このＣＰＵ３９は、パルス抽出部１１０、液面レベル測定部１２０及びパルス周期制御部１３０により構成され、伸張信号に基づいて、液面レベルの測定結果やＶＣＯ制御信号を生成する。
【００６１】
パルス抽出部１１０は、ピーク点検出部１１１、判定閾値記憶部１１２、ピーク強度比較部１１３及びパルス判別部１１４により構成され、伸張信号から送信パルス４及び反射パルス５を抽出する。
【００６２】
ピーク点検出部１１１は、伸張信号の波形に基づいて、信号強度のピーク点を検出し、その検出結果をピーク強度比較部１１３へ出力する。ピーク点を検出することにより、ガイドプローブ２０に付着した異物やノイズの影響を無視することができる。判定閾値記憶部１１２には、判定閾値Ｋ１及びＫ２が保持される。判定閾値Ｋ１は、送信パルス４を識別するための強度閾値である。判定閾値Ｋ２は、液面３による反射パルス５を識別するための強度閾値であり、判定閾値Ｋ１よりも小さい。
【００６３】
ピーク強度比較部１１３は、ピーク点における信号強度をこれらの判定閾値Ｋ１，Ｋ２と比較し、その比較結果をパルス判別部１１４へ出力する。パルス判別部１１４は、ピーク強度の比較結果に基づいて、ピーク点を含む波形が送信パルス４であるのか、或いは、液面３による反射パルス５であるのかを判定し、判定結果を液面レベル測定部１２０及びパルス周期制御部１３０へ出力する。
【００６４】
具体的には、信号強度が判定閾値Ｋ１よりも高いピーク点を含む波形が送信パルス４と判定される。また、信号強度が判定閾値Ｋ１以下であり、かつ、判定閾値Ｋ２よりも高いピーク点を含む波形が反射パルス５と判定される。
【００６５】
液面レベル測定部１２０は、伸張信号から抽出された送信パルス４と反射パルス５との時間間隔ＴＫ２に基づいて、液面レベルを測定し、その測定結果を出力する。具体的には、送信パルス４のピーク点と反射パルス５のピーク点との時間間隔ＴＫ２を求め、この時間間隔ＴＫ２と、伸張率ｒとから液面レベルが求められる。
【００６６】
パルス周期制御部１３０は、伸張信号から抽出された送信パルス４の繰返周期ＰＴ３に基づいて、パルス繰返周期の差ΔＴを制御するためのＶＣＯ制御信号を生成する。具体的には、送信パルス４のピーク点の繰返周期を繰返周期ＰＴ３として求め、この繰返周期を所定の時間閾値ＴＨと比較して、その比較結果に基づいて、局部発振器３４の電圧レベルを制御する。
【００６７】
本実施の形態によれば、ＰＬＬ回路を用いなくても、パルス繰返周期の差ΔＴの制御を行うことができる。従って、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス４及びサンプリングパルスＳＰ間のパルス繰返周期の差ΔＴを一定に保持することができる。
【００６８】
また、液面レベルを測定するのに用いる送信パルス４を用いて、伸張信号の繰返周期ＰＴ３を求めることにより、サンプリングパルスＳＰのパルス繰返周期ＰＴ２を自動調整する際の安定性を向上させることができる。
【００６９】
実施の形態２．
実施の形態１では、ガイドプローブ２０に沿ってパルス信号を伝送させるガイドパルス方式の液面レベル計１について説明した。これに対し、本実施の形態では、アンテナから高周波パルスを送信させる電波方式の液面レベル計測装置に対し、本発明を適用する場合について説明する。
【００７０】
図８は、本発明の実施の形態２によるレベル計の一構成例を示したブロック図であり、電波方式の液面レベル計１が示されている。この液面レベル計１は、高周波発生回路５０、送信パルス生成回路５１、ゲート回路５２、方向性結合器５３、アンテナ５４、検波回路５５、サンプリングパルス生成回路５６、サンプリングホールド回路５７、アンプ５８、ＡＤＣ５９、ＣＰＵ６０、操作部６１、表示部６２、信号出力部６３及びＤＡＣ６４により構成される。
【００７１】
送信パルス生成回路５１、サンプリングパルス生成回路５６、サンプリングホールド回路５７、アンプ５８、ＡＤＣ５９、ＣＰＵ６０、操作部６１、表示部６２、信号出力部６３及びＤＡＣ６４の構成は、図３の液面レベル計１と同様である。
【００７２】
高周波発生回路５０は、所定の周波数からなる搬送波を生成し、ゲート回路５２へ出力する。送信パルス生成回路５１は、所定のパルス繰返周期ＰＴ１で送信パルスを生成し、ゲート回路５２へ出力する。ゲート回路５２は、送信パルスに基づいて、搬送波をパルス状に振幅変調して高周波信号（バースト波）からなる送信パルスを生成し、方向性結合器５３へ出力する。この送信パルスは、高周波信号の振幅制御により、比較的に短い期間に出力される信号である。
【００７３】
方向性結合器５３は、ゲート回路５２から入力された送信パルスをアンテナ５４及び検波回路５５へ出力し、アンテナ５４から反射パルスが入力される入出力端子である。アンテナ５４は、送信パルスを液面に向けて送信し、液面から反射パルスを受信する放射素子である。
【００７４】
検波回路５５は、方向性結合器５３における入出力信号を検波し、検波後の入出力信号をサンプリングホールド回路５７へ出力する。検波回路５５では、高周波信号からなる送信パルスや反射パルスが包絡線検波される。サンプリングホールド回路５７は、サンプリングパルスに基づいて、検波後の入出力信号をサンプリングすることにより、伸張信号を生成する。
【００７５】
ＣＰＵ６０は、伸張信号の波形を解析することにより、液面レベルを測定する。また、ＣＰＵ６０は、送信パルスのパルス繰返周期ＰＴ１とサンプリングパルスＳＰのパルス繰返周期ＰＴ２との差ΔＴが一定に保持されるように、サンプリングパルスＳＰのパルス繰返周期ＰＴ２を制御する。
【００７６】
本実施の形態によれば、製造コストや回路基板の実装面積を増大させることなく、送信パルス及びサンプリングパルス間のパルス繰返周期の差ΔＴを一定に保持することが可能な電波方式の液面レベル計測装置を実現することができる。
【００７７】
なお、実施の形態１では、伸張信号の繰返周期ＰＴに基づいて、サンプリングパルスＳＰのパルス繰返周期ＰＴ２を制御する場合の例について説明したが、本発明はこの様な構成に限定されるものではない。例えば、伸張信号の繰返周期ＰＴに基づいて、送信パルス４のパルス繰返周期ＰＴ１を制御し、或いは、パルス繰返周期ＰＴ１及びＰＴ２の両方を制御するような構成であっても良い。
【００７８】
また、実施の形態１では、伸張信号から抽出した送信パルス４のピーク点の繰返周期ＰＴ３を伸張信号の繰返周期ＰＴとして求める場合の例について説明したが、本発明は、伸張信号の繰返周期ＰＴを求める方法をこれに限定するものではない。例えば、伸張信号から抽出した反射パルス５の繰返周期を伸張信号の繰返周期ＰＴとして求めるような構成であっても良い。
【００７９】
また、実施の形態１及び２では、液面レベルを計測する液面レベル計１について説明したが、本発明は、液面や粉体面等の界面レベルを計測するレベル計全般に適用することができる。
【００８０】
また、実施の形態１及び２では、送信パルスが三角波又はバースト波からなるパルス波であり、サンプリングパルスは、そのパルス幅が送信パルスよりも短い矩形波からなる場合の例について説明したが、本発明は送信パルスやサンプリングパルスの構成をこれに限定するものではない。例えば、送信パルス及びサンプリングパルスは、形状やパルス幅が同じパルス波であっても良い。また、送信パルスやサンプリングパルスは、三角波、バースト波又は矩形波に限られず、例えば、ガウシアン分布のような形状からなるパルス波であっても良い。
【符号の説明】
【００８１】
１  液面レベル計
１０  本体部
１１  表示部
１２  操作部
１３  ケーブル接続部
１４  タンク取付部
２０  ガイドプローブ
２１  根元部
２２  先端部
３１  基準発振器
３２  送信パルス生成回路
３３  入出力部
３４  局部発振器
３５  サンプリングパルス生成回路
３６  サンプリングホールド回路
３７  アンプ
３８  ＡＤＣ
３９  ＣＰＵ
４０  ＤＡＣ
４１  信号出力部
１１１  ピーク点検出部
１１２  判定閾値記憶部
１１３  ピーク強度比較部
１１４  パルス判別部
２  貯留タンク
３  液面
４  送信パルス
５  反射パルス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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