(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波又は光を送出し、懸濁物堆積層又は微粒子展開層を含む水中で反射した超音波又は光を受信するセンサと、
前記センサによる受信信号に基づいて、前記懸濁物堆積層又は微粒子展開層と上澄水との界面の位置を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、第１算出方法及び第２算出方法で前記界面の位置を算出することができ、
前記第１算出方法では、受信時間の早い方から順に前記受信信号の強度と所定の第１閾値とを比較し、強度が前記第１閾値以上となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出し、
前記第２算出方法では、受信時間の早い方から順に前記受信信号の強度と所定の第２閾値とを比較し、強度が前記第２閾値以下となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出することを特徴とする界面レベル計。
【請求項２】
超音波又は光を送出し、懸濁物堆積層又は微粒子展開層を含む水中で反射した超音波又は光を受信するセンサと、
前記センサによる受信信号に基づいて、前記懸濁物堆積層又は微粒子展開層と上澄水との界面の位置を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、第１算出方法及び第２算出方法で前記界面の位置を算出することができ、
前記第１算出方法では、受信時間の早い方から順に前記受信信号の強度と所定の第１閾値とを比較し、強度が前記第１閾値以上となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出し、
前記第２算出方法では、前記受信信号の強度方向を反転し、受信時間の早い方から順に前記受信信号の反転強度と所定の第２閾値とを比較し、反転強度が前記第２閾値以上となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出することを特徴とする界面レベル計。
【請求項３】
超音波又は光を送出し、懸濁物堆積層又は微粒子展開層を含む水中で反射した超音波又は光を受信するセンサと、
前記センサによる受信信号に基づいて、前記懸濁物堆積層又は微粒子展開層と上澄水との界面の位置を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、第１算出方法及び第２算出方法で前記界面の位置を算出することができ、
前記第１算出方法では、受信時間の早い方から順に前記受信信号の強度と所定の第１閾値とを比較し、強度が前記第１閾値以上となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出し、
前記第２算出方法では、前記受信信号の強度方向を反転し、超音波送信から所定時間経過時を開始点として受信時間の早い方へ向かって順に前記受信信号の反転強度と所定の第２閾値とを比較し、反転強度が前記第２閾値以下となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出することを特徴とする界面レベル計。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、前記算出部は、水中に汚水が流入していない時は前記第１算出方法で前記界面の位置を算出し、水中に汚水が流入している時は前記第２算出方法で前記界面の位置を算出することを特徴とする界面レベル計。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項において、前記センサは、超音波又は光の送出及び反射波の受信を複数回行い、
前記算出部は、複数の受信信号の強度の平均値を用いて前記界面の位置を算出することを特徴とする界面レベル計。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項において、前記算出部により算出された前記界面の位置を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする界面レベル計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中の懸濁物堆積層とその上澄水との界面の位置を測定する界面レベル計に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場における排水処理設備や、下水処理施設には、一般に排水（汚水）を沈降処理することで汚泥とその上澄水とを固液分離する沈殿槽（又は沈殿池）が設けられている。沈殿槽における汚泥の堆積量を監視するために、例えば超音波センサを用いて沈殿槽の底面に向けて超音波を送信し、反射波の受信タイミング及び受信強度を解析して、汚泥と上澄水との界面の位置（深度）を検出することが行われている（例えば特許文献１参照）。界面位置は、反射強度が所定の閾値以上となった反射波の受信タイミング（伝播時間）によって求めることができる。
【０００３】
しかし、このような界面位置の検出方法では、超音波センサと界面との間の超音波の伝播経路上に気泡、浮遊汚泥等の異物が存在した場合に、異物が超音波の伝播を妨げて界面位置を正確に検出できなかった。例えば、気泡は、水中において水と気体の境界面を生じるため強い反射をおこす。また、気泡の曲面形状により乱反射が生じ得る。従って、水中に気泡が多量に存在すると、目的とする界面に到達するまでに超音波が大きく減衰し、界面位置の検出が困難になる。
【０００４】
界面位置を検出する別の手法として、一対の超音波送信部及び超音波受信部を有するセンサを徐々に深く水中に挿入していき、透過波の強度変化から界面位置を検出するものが知られている。しかし、このような手法では、水中に存在するレーキ、パイプ、整流板等にセンサが接触して破損したり、センサケーブルが絡みついたりするおそれがある。従って、水面近傍にセンサを設置し、界面からの反射波を用いて界面位置を検出することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３２５８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、汚泥と上澄水との界面の位置を正確に検出することができる界面レベル計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】
【０００７】
第１発明の界面レベル計は、超音波又は光を送出し、懸濁物堆積層又は微粒子展開層を含む水中で反射した超音波又は光を受信するセンサと、前記センサによる受信信号に基づいて、前記懸濁物堆積層又は微粒子展開層と上澄水との界面の位置を算出する算出部とを備え、前記算出部は、第１算出方法及び第２算出方法で前記界面の位置を算出することができ、前記第１算出方法では、受信時間の早い方から順に前記受信信号の強度と所定の第１閾値とを比較し、強度が前記第１閾値以上となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出し、前記第２算出方法では、受信時間の早い方から順に前記受信信号の強度と所定の第２閾値とを比較し、強度が前記第２閾値以下となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出するものである。
【０００９】
第３発明の界面レベル計は、超音波又は光を送出し、懸濁物堆積層又は微粒子展開層を含む水中で反射した超音波又は光を受信するセンサと、前記センサによる受信信号に基づいて、前記懸濁物堆積層又は微粒子展開層と上澄水との界面の位置を算出する算出部とを備え、前記算出部は、第１算出方法及び第２算出方法で前記界面の位置を算出することができ、前記第１算出方法では、受信時間の早い方から順に前記受信信号の強度と所定の第１閾値とを比較し、強度が前記第１閾値以上となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出し、前記第２算出方法では、前記受信信号の強度を反転し、受信時間の早い方から順に前記受信信号の反転強度と所定の第２閾値とを比較し、反転強度が前記第２閾値以上となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出するものである。
【００１０】
第４発明の界面レベル計は、超音波又は光を送出し、懸濁物堆積層又は微粒子展開層を含む水中で反射した超音波又は光を受信するセンサと、前記センサによる受信信号に基づいて、前記懸濁物堆積層又は微粒子展開層と上澄水との界面の位置を算出する算出部とを備え、前記算出部は、第１算出方法及び第２算出方法で前記界面の位置を算出することができ、前記第１算出方法では、受信時間の早い方から順に前記受信信号の強度と所定の第１閾値とを比較し、強度が前記第１閾値以上となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出し、前記第２算出方法では、前記受信信号の強度を反転し、超音波送信から所定時間経過時を開始点として受信時間の早い方へ向かって順に前記受信信号の反転強度と所定の第２閾値とを比較し、反転強度が前記第２閾値以下となった前記受信信号の受信時間から前記界面の位置を算出するものである。
【００１１】
第１，第３，第４発明の界面レベル計においては、前記算出部は、水中に汚水が流入していない時は前記第１算出方法で前記界面の位置を算出し、水中に汚水が流入している時は前記第２算出方法で前記界面の位置を算出することが好ましい。
【００１２】
また、第１，第３，第４発明の界面レベル計においては、前記センサは、超音波又は光の送出及び反射波の受信を複数回行い、前記算出部は、複数の受信信号の強度の平均値を用いて前記界面の位置を算出することが好ましい。
【００１３】
第１，第３，第４発明の界面レベル計においては、前記算出部により算出された前記界面の位置を表示する表示部をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、センサと界面との間に気泡、浮遊汚泥等の異物が存在する場合でも、水中を伝播した反射波に基づいて界面の位置を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】汚水の流入がないときの処理槽内部の一例を示す図である。
【図２】超音波反射強度分布の一例を示すグラフである。
【図３】水を循環させているときの処理槽内部の一例を示す図である。
【図４】超音波反射強度分布の一例を示すグラフである。
【図５】汚水が流入したときの処理槽内部の一例を示す図である。
【図６】超音波反射強度分布の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る界面レベル計の概略構成図である。
【図８】同第１の実施形態に係る超音波センサの概略構成図である。
【図９】超音波反射強度分布の一例を示すグラフである。
【図１０】超音波反射強度分布の一例を示すグラフである。
【図１１】上澄水に気泡が存在する状態を示す図である。
【図１２】超音波反射強度分布の一例を示すグラフである。
【図１３】反転した超音波反射強度の分布の一例を示すグラフである。
【図１４】変形例による界面レベル計の概略構成図である。
【図１５】デジタル信号値と色調との対応関係の一例を示す図である。
【図１６】変形例による界面レベル計の概略構成図である。
【図１７】画像データの一例を示す図である。
【図１８】表示部による表示の一例を示す図である。
【図１９】メモリに設けられる複数の記憶領域の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者らが本発明をなすに至った経緯について説明する。図１は、ＵＡＳＢ（Upflow  Anaerobic  Sludge  Blanket：上向流嫌気性汚泥床）型の処理槽１００の、汚水の流入がない時の内部状態の一例を示している。処理槽１００の水面１０２近傍には、処理槽１００内の上澄水１０４とグラニュール静置層１０６との界面１０８を検出するための超音波センサ１３０が設けられている。超音波センサ１３０は処理槽１００の底面に向かって超音波を送信する送信部と、処理槽１００内で反射した超音波の受信を行う受信部を有する。超音波センサ１３０の受信部による受信信号を、縦軸を超音波送信からの経過時間、横軸を受信強度としたグラフで表示すると図２に示すようなものになる。なお、超音波送信から受信までの時間は、超音波の反射位置の深さに対応するため、縦軸を深さとして表示することもできる。
【００１７】
図１に示すように、汚水の流入がなく、グラニュールが静置している場合、上澄水１０４に存在する濁質分は僅かであり、このような濁質分からの反射波の強度は、上澄水１０４とグラニュール静置層１０６との界面１０８からの反射波の強度と比較すると極めて小さい。そのため、図２に示すように、反射強度が閾値Ｒ１を超えた箇所が界面１０８の位置であると判定することができる。
【００１８】
図３は、処理槽１００への汚水の流入はないが、ポンプを用いて処理槽１００内の水を下方から上方へ循環させる時の内部状態の一例を示し、図４はこの状態における超音波反射強度分布の一例を示している。このとき、グラニュールが展開し、原水から持ち込まれたＳＳ（Suspended  Solids：浮遊微粒子）や、グラニュールに取り込まれない嫌気微生物群の粒子が上澄水１０４に放出される。この状態ではガスの発生がなく、上澄水１０４に放出される濁質からの反射波の強度は、上澄水１０４とグラニュール展開層１１０との界面１１２からの反射波の強度と比較すると小さい。そのため、図４に示すように、反射強度が閾値Ｒ２を超えた箇所が界面１１２の位置であると判定することができる。
【００１９】
図５は、処理槽１００に汚水が流入した時の状態の一例を示し、図６はこの状態における超音波反射強度分布の一例を示している。汚水の流入が始まると、グラニュール展開層１１０からはガスが激しく放出される。このとき、上澄水１０４の濁質及び気泡によって超音波が反射される。気泡による反射強度は、グラニュール展開層１１０からの反射強度と同等又はそれ以上であり、気泡が大量に存在する上澄水１０４の下方に位置するグラニュール展開層１１０からの反射波は弱くなる。そのため、図６に示すように、反射強度と閾値とを深さ方向に比較していき、反射強度が閾値を超えた箇所を界面と判定する方法では、図５における界面１１２の位置を検出できない。
【００２０】
発明者らは、界面１１２の位置を検出するために、処理槽１００の内部状態を詳細に調べた。図５におけるグラニュール展開層１１０内部では、グラニュールと気泡が共存するが、気泡は、グラニュールから放出された直後で膨らんでおらず、縦長に（断面積が小さく）なっていた。また、グラニュールの存在により反射波が急激に小さくなっていた。これらのことにより、図５に示す状態では、界面１１２より下方からの反射波は著しく減衰する。従って、上澄水１０４とグラニュール展開層１１０とでは反射強度の変遷に明らかな違いがある。以下の実施形態では、このような特徴に着目し、上澄水に気泡等の異物が存在する場合でも反射波を用いて界面の位置を検出する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［第１の実施形態］
図７に本発明の第１の実施形態に係る界面レベル計の概略構成を示す。界面レベル計は、信号生成回路１、超音波センサ２、増幅回路３、アナログデジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と称する）４、表示部５、及び界面レベル算出部６を備えている。
【００２３】
図８に示すように、超音波センサ２は送信部２１及び受信部２２を有し、汚泥等の懸濁物堆積層２３とその上澄水２４とを貯留する処理槽２５の所定の高さに図示しない取付機構によって取り付けられている。送信部２１は、信号生成回路１により生成されたパルス信号等の電気信号を超音波振動子に与え、処理槽２５の底面に向かって超音波を送信する。処理槽２５は、例えば、ＵＡＳＢ嫌気槽やＥＧＳＢ（Expanded  Granular  Sludge  Bed：膨張粒状汚泥床）嫌気槽である。
【００２４】
送信部２１から送信された超音波は、懸濁物堆積層２３とその上澄水２４との界面２６や、界面２６下の懸濁物、処理槽２５の底面等によって反射される。反射波は受信部２２によって受信される。受信部２２は受信信号を増幅回路３へ出力する。
【００２５】
図７に示すように、超音波センサ２の受信部２２による受信信号は増幅回路３によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器４によりデジタル信号に変換された後、表示部５及び界面レベル算出部６へ出力される。
【００２６】
表示部５は、Ａ／Ｄ変換器４から受け取ったデジタル信号に基づいて、超音波送信からの時間経過に伴う反射強度（受信強度）の変化を示すグラフを表示領域５１に表示する。表示領域５１は、例えば図９に示すように、縦軸に経過時間、横軸に反射強度をとるグラフを表示する。なお、超音波送信から受信までの時間は、超音波の反射位置の深さに対応するため、縦軸を深さとして表示することもできる。このように、表示部５の表示領域５１は、処理槽２５内の最新の超音波反射強度分布を表示することができる。
【００２７】
また、表示部５の表示領域５２は、後述する方法により界面レベル算出部６が算出した懸濁物堆積層２３と上澄水２４との界面２６（図８参照）の位置を表示する。表示領域５２は、界面２６の位置を数値表示してもよいし、トレンドグラフとして表示してもよい。
【００２８】
界面レベル算出部６は、Ａ／Ｄ変換器４から受け取ったデジタル信号に基づいて、懸濁物堆積層２３と上澄水２４との界面２６の位置（深さ）を算出する。界面レベル算出部６は界面２６の位置を算出する第１算出方法及び第２算出方法を備えており、２つの算出方法を用いて、又は使用する算出方法を切り替えて、界面２６の位置を算出する。
【００２９】
まず、第１算出方法について説明する。第１算出方法は、図８に示すように、超音波センサ２と界面２６との間に気泡や浮遊汚泥等の異物が存在しない場合に適用される算出方法である。図８に示すように超音波センサ２と界面２６との間に異物が存在しない場合、超音波の反射強度は、超音波送信からの時間経過に伴って図１０に示すように変化する。界面レベル算出部６は、反射波の受信時間の早い方から順に、すなわち処理槽２５の浅い箇所から深い箇所に向かって順に、反射強度と所定の閾値Ｔｈ１とを比較し、反射強度が閾値Ｔｈ１以上となる反射波の受信時間（ｔ１）に基づいて、界面２６までの距離（界面２６の位置）を算出する。
【００３０】
また、界面レベル算出部６は、時間ｔ１以後に反射強度が急激に大きくなったタイミングまでの経過時間（ｔ２）から、処理槽２５の底面までの距離を算出することができる。界面レベル算出部６は、超音波センサ２の取り付け位置と、処理槽２５の底面までの距離との対応関係を示すテーブルを保持しておき、このテーブルを参照して底面までの距離を求めてもよい。
【００３１】
次に、第２算出方法について説明する。第２算出方法は、図１１に示すように、超音波センサ２と界面２６との間、すなわち上澄水２４に気泡が存在する場合に適用される算出方法である。図１１に示すように、上澄水２４に気泡が存在する場合、超音波の反射強度は、超音波送信からの時間経過に伴って図１２に示すように変化する。気泡は、水中において水と気体の境界面を生じるため強い反射をおこす。また、懸濁物堆積層２３からの反射波は、グラニュールの存在等により、大きく減衰する。
【００３２】
図１２から分かるように、気泡が存在する上澄水２４からの反射強度が大きく、処理槽２５の下方向に向かって反射強度が急激に小さくなっている。つまり、上澄水２４の強い反射強度が低下し始めた位置が界面２６に相当する。本実施形態において、界面レベル算出部６は、このような反射強度の変遷に着目し、反射波の受信時間の早い方から順に、すなわち処理槽２５の浅い箇所から深い箇所に向かって順に、反射強度と所定の閾値Ｔｈ２とを比較し、反射強度が閾値Ｔｈ２以下となった箇所を界面２６の位置と判定する。
【００３３】
続いて、界面レベル算出部６における算出方法の切り替えについて説明する。図１〜図４を用いて説明したように、処理槽２５への通水停止時や循環通水時は、上澄水２４からの反射波の強度は小さく、反射波強度の変遷は図１０のようになるため、界面レベル算出部６は第１算出方法を用いて界面２６の位置を算出する。
【００３４】
一方、処理槽２５への汚水流入時は、上澄水２４からの反射波の強度が大きく、反射波強度の変遷は図１２のようになるため、界面レベル算出部６は第２算出方法を用いて界面２６の位置を算出する。
【００３５】
このように、界面レベル算出部６は、処理槽２５の通水状態に応じて界面２６の位置を算出する方法を切り替える。また、界面レベル算出部６は、第１算出方法で界面２６の位置を求めることが出来なかったときに、第２算出方法に切り替えてもよい。
【００３６】
また、界面レベル算出部６は、第１算出方法及び第２算出方法でそれぞれ界面位置を算出し、界面位置が深い方を正しい界面位置として判定してもよい。例えば、図８に示すように、超音波センサ２と界面２６との間に気泡や浮遊汚泥等の異物が存在しない場合は、第２算出方法により算出される界面位置は実際の界面より浅くなる。一方、図１１に示すように、上澄水２４に気泡が存在する場合は、第１算出方法により算出される界面位置は実際の界面より浅くなる。従って、第１算出方法及び第２算出方法で算出された界面位置のうち、水面からみて深い方が正しい界面位置とみなすことができる。
【００３７】
また、界面レベル算出部６は、超音波センサ２の下面又は超音波センサ２の不感帯の下面から、第１算出方法で算出した界面までの間の反射波の受信強度を平均化又は積算し、平均値又は積算値が所定の閾値以上となった場合は、上澄水からの反射が大きくなり第１算出方法で界面２６の位置を求めることができない状態になったと判定して、第２算出方法に切り替えてもよい。また、この場合、処理槽２５に汚水が流入していると考えられるため、図示しない報知部により警報を発し、処理槽２５の状態が変化したことを報知するようにしてもよい。処理槽２５が汚泥濃縮槽である場合、ガスの発生によって汚泥が浮上・越流することがあるが、この警報により固液分離処理や処理水の劣化の可能性を知ることができる。
【００３８】
このように、界面レベル算出部６は、水中を伝播した反射信号に基づいて界面２６の位置を正確に検出することができる。
【００３９】
なお、閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２は予め設定されていてもよいし、ユーザが、図示しない入力手段を介して入力・設定できるようにしてもよい。入力手段は、例えばマウスやキーボードである。また、表示部５をタッチパネルで構成し、ユーザがタッチパネルを介して入力した閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２が界面レベル算出部６に通知されるようにしてもよい。
【００４０】
界面レベル算出部６は、このようにして算出した界面２６の位置を表示部５に出力して、表示領域５２に表示させる。これにより、表示領域５２は、処理槽２５内での懸濁物堆積層２３と上澄水２４との界面２６の位置の最新情報を表示することができる。なお、界面２６の位置は、上澄水の水面２７からの距離、超音波センサ２からの距離、処理槽２５の底面からの距離のいずれでもよく、またその他の基準点からの距離でもよい。
【００４１】
また、界面レベル算出部６は、算出した界面２６の位置情報を、外部ディスプレイ、外部メモリ、外部コンピュータ等の外部装置１０へ出力してもよい。
【００４２】
上述したように、本実施形態では、処理槽２５の通水状態に応じて界面位置の算出方法を切り替え、上澄水２４からの反射強度が大きく、懸濁物堆積層２３からの反射強度が小さい場合は、反射波の受信時間の早い方から順に（処理槽２５の浅い箇所から深い箇所に向かって順に）反射強度と閾値とを比較し、反射強度が閾値以下となった箇所を界面の位置と判定する。そのため、超音波センサ２と界面２６との間に気泡等の異物が存在する場合でも、反射波を用いて界面２６の位置を正確に検出することができる。
【００４３】
上記第１の実施形態において、界面レベル算出部６が用いる第２算出方法は、処理槽２５の浅い箇所から深い箇所に向かって順に、反射強度と所定の閾値Ｔｈ２を比較し、反射強度が閾値Ｔｈ２以下となった箇所を界面２６の位置と判定していたが、処理槽２５の深い箇所から浅い箇所に向かって順に反射強度と所定の閾値Ｔｈ２を比較し、反射強度が閾値Ｔｈ２以上となった箇所を界面２６の位置と判定してもよい。例えば、処理槽２５の底面からの反射波に対応する反射信号の受信時間を開始点にして、受信時間の早い方に向かって順に反射強度と所定の閾値Ｔｈ２を比較していき、反射強度が閾値Ｔｈ２以上となった箇所を界面２６の位置と判定することができる。
【００４４】
上記第１の実施形態において、処理槽２５内の懸濁物や粒子の径が小さい場合、沈降速度や堆積・圧密濃縮速度が低下し、界面２６近傍の堆積状況が一定せず、また、濃度が薄く不均一になることがある。このような場合は、反射信号を所定時間又は所定数取得して平均化し、平均化した反射信号の強度と閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２とを比較して界面２６の位置を検出することが好ましい。ここで、反射信号の平均化とは、送信部２１からの超音波送信をトリガにした反射信号の受信を所定時間内に複数回行って複数の反射信号を取得するか、又は送信部２１からの超音波送信をトリガにした反射信号の受信を所定回数行って複数（所定数）の反射信号を取得し、これら複数の反射信号の平均値を求めることである。
【００４５】
例えば、複数の反射信号の平均化処理を行う平均化処理部を、受信部２２と増幅回路３との間に設けることで、受信部２２から増幅回路３に与えられる信号に対して平均化処理を行うことができる。また、平均化処理部を増幅回路３とＡ／Ｄ変換器４との間に設け、増幅回路３からＡ／Ｄ変換器４に与えられる信号に対して平均化処理を行ってもよい。あるいはまた、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるデジタル信号に対して平均化処理を行うように平均化処理部を設けてもよいし、界面レベル算出部６が平均化処理を行ってもよい。
【００４６】
なお、平均化する反射信号の取得時間を長くする程、言い換えれば、平均化する反射信号の取得数を多くするほど、界面位置の検出精度は向上するが、検出に要する時間が長くなるため、界面位置の変化に対する追従性は低下する。界面位置の変化に即した値を検出するという観点から、１〜６０秒の間に取得する５個以上の反射信号を平均化することが好ましい。
【００４７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る界面レベル計は、図７に示す第１の実施形態に係る界面レベル計と同様の構成であるため、図示を省略する。本実施形態は、上記第１の実施形態と比較して、界面レベル算出部６が使用する第２算出方法が異なる。
【００４８】
本実施形態に係る界面レベル算出部６の第２算出方法では、受信信号強度の反転処理が行われる。例えば、図１２に示す強度分布は、反転処理により図１３のようになる。図７に示すＡ／Ｄ変換器４の出力信号（受信強度）をＳｈ、Ａ／Ｄ変換器４の出力最大値をＴとした場合、反転強度ＰｈはＰｈ＝Ｔ−Ｓｈという除算処理により求めることができる。
そして、図１３に示すように、界面レベル算出部６は、処理槽２５の浅い箇所から深い箇所に向かって順に、反転した反射強度と所定の閾値Ｔｈ３を比較し、反射強度が閾値Ｔｈ３以上となった箇所を界面２６の位置と判定する。反射強度を反転したことで、反射強度が急激に大きくなる位置が界面２６に相当する。
【００４９】
このような受信強度の反転処理を行った場合でも、界面レベル算出部６は、反射信号に基づいて界面２６の位置を正確に検出することができる。
【００５０】
上記第２の実施形態において、界面レベル算出部６が用いる第２算出方法は、処理槽２５の浅い箇所から深い箇所に向かって順に、反転反射強度と所定の閾値Ｔｈ３を比較し、反転反射強度が閾値Ｔｈ３以上となった箇所を界面２６の位置と判定していたが、処理槽２５の深い箇所（底面）から浅い箇所に向かって順に反転反射強度と閾値Ｔｈ３を比較し、反射強度が閾値Ｔｈ３以下となった箇所を界面２６の位置と判定してもよい。
【００５１】
上記第２の実施形態において、処理槽２５内の懸濁物や粒子の径が小さい場合、沈降速度や堆積・圧密濃縮速度が低下し、界面２６近傍の堆積状況が一定せず、また、濃度が薄く不均一になることがある。このような場合は、反射信号を所定時間又は所定数取得して平均化し、平均化した反射信号の反転値と閾値Ｔｈ３とを比較して界面２６の位置を検出することが好ましい。
【００５２】
例えば、界面レベル算出部６が複数の反射信号の平均化処理を行い、平均化した反射信号の反転値を求める。あるいはまた、界面レベル算出部６が複数の反射信号の各々について反転処理を行い、複数の反転値に対して平均化処理を行った後に閾値Ｔｈ３と比較してもよい。
【００５３】
なお、平均化する反射信号の取得時間を長くする程、言い換えれば、平均化する反射信号の取得数を多くするほど、界面位置の検出精度は向上するが、検出に要する時間が長くなるため、界面位置の変化に対する追従性は低下する。界面位置の変化に即した値を検出するという観点から、１〜６０秒の間に取得する５個以上の反射信号を平均化することが好ましい。
【００５４】
上記第１及び第２の実施形態では、懸濁物堆積層２３と上澄水２４との界面２６を求める例について説明したが、微粒子展開層と上澄水との界面を求めることもできる。
【００５５】
［第１及び第２の実施形態に係る界面レベル計の別形態］
超音波反射強度をグレースケール又はカラーで表示するために、図１４に示すように、上記第１及び第２の実施形態に係る界面レベル計にグラフィック変換部７を設けてもよい。グラフィック変換部７は、Ａ／Ｄ変換器４から受け取ったデジタル信号の値を、ディスプレイの階調に対応した値（画素データ）に変換する。例えば、カラー画像では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色それぞれがｋビット（＝２ｋ階調、ｋは２以上の整数）で表現され、図１５に示すような対比により、２５６色を表現することができる。
【００５６】
グラフィック変換部７は、生成した画素データを外部装置１０へ出力する。外部装置１０がディスプレイである場合は、超音波反射強度がグレースケール又はカラーで表示される。
【００５７】
また、図１６に示すように、界面レベル計に、グラフィック変換部７により生成された画素データを記憶するメモリ８を設けてもよい。メモリ８は、図１７に示すように、１つの反射信号に対応するｍ個（ｍは２以上の整数）の画素データ６０を１列に並べて１画素列とし、ｎ個（ｎは２以上の整数）の反射信号の画素列を取得時間順に並べて画像データを作成する。メモリ８は、この画像データを表示部５に出力し、表示領域５３に表示させる。これにより、ユーザは、処理槽２５内の状態変化を、図１８に示すようなカラー画像で監視することができる。深さ表示（目盛）は、水面を基準としてもよいし、センサ下面や水槽の底面を基準としてもよい。メモリ８は、このような画像データを外部装置１０へ出力してもよい。
【００５８】
図１９に示すように、メモリ８に複数の記憶領域Ｓ１〜Ｓｙを設けてもよい。記憶領域Ｓ１〜Ｓｙは、グラフィック変換部７からｍ＋ｗ個（ｗは０以上の整数）の画素データを受け取ると、表示領域５３の１画素列分の表示データ（画素列データ）ｄとして格納する。記憶領域Ｓ１〜Ｓｙは、新しいデータｄ１の格納に伴い、今まで記憶していたデータのうち一番古いデータｄ２を廃棄（消去）する。
【００５９】
記憶領域Ｓ１〜Ｓｙはそれぞれ表示データｄをｎ＋ｘ個分（ｘは０以上の整数）格納することができる。また、図１９に示すように、表示データｄにはグラフィック変換部７から受け取ったカラー表示用のｍ＋ｗ個の画素データだけでなく、界面レベル算出部６から受け取った界面レベルＬＶ、図示しない水温センサから受け取った水温Ｔ、時刻Ｃを含めてもよく、これらを表示部５に出力してもよい。
【００６０】
記憶領域Ｓ１〜Ｓｙは、設定されたインターバル（時間間隔）を空けて、次の新しい表示データｄをグラフィック変換部７から受け取り、格納する。記憶領域Ｓ１〜Ｓｙに格納されているｎ＋ｘ個の表示データ（画素列データ）ｄのうち、新しい方からｎ個を用いることで、表示領域５３に超音波受信強度分布の変遷をカラー表示することができる。また、表示データに界面レベルＬＶや水温Ｔが含まれている場合、表示領域５３は、カラー画像と併せてあるいは単独で（画像データは消す）、界面レベルや水温の変遷を表示することができる。
【００６１】
記憶領域Ｓ１〜Ｓｙはそれぞれ異なるインターバルが設定されている。例えば、記憶領域Ｓ１は１秒、記憶領域Ｓ２は３秒、記憶領域Ｓｙ−１は５０分、記憶領域Ｓｙは１００分のインターバルが設定され、表示領域５３の画素列が２００列ある（ｎ＝２００）場合を考える。
【００６２】
この時、記憶領域Ｓ１のデータを用いると、表示領域５３には表示幅２００秒（＝１秒×２００）の変遷を表示できる。同様に、記憶領域Ｓ２のデータを用いると表示幅１０分（＝３秒×２００）、記憶領域Ｓｙ−１のデータを用いると表示幅約７日（≒５０分×２００）、記憶領域Ｓｙのデータを用いると表示幅約１４日（≒１００分×２００）の変遷を表示できる。
【００６３】
従って、どの記憶領域に格納されている表示データを用いるかによって、表示部５の表示領域５３にカラー表示する超音波受信強度分布の変遷（図１８参照）の時間幅を変更することができる。制御部９は、表示する時間幅の切り替え指示に基づいて、指示された時間幅に対応する記憶領域に格納されている表示データが表示部５に出力されるように制御する。
【００６４】
長い時間幅の強度分布の変遷を表示部５に表示する場合も、データサンプリングのインターバルを長くとって表示データｄをｎ個もしくはｎ＋ｘ個保持していれば良く、すべての時間に渡るデータを保持する必要がないため、メモリ８の記憶容量を削減できる。
【００６５】
また、表示画面の時間幅を切り替える際は、メモリ８内の複数の記憶領域Ｓ１〜Ｓｙのうちの表示データ取り出し先を切り替えるだけでよく、データの間引き抽出等が不要となるため、切り替えに要する時間を短縮し、表示エラーの発生を防止することができる。
【００６６】
記憶領域Ｓ１〜Ｓｙのデータサンプリングのインターバルを、表示領域５３に表示される時間幅に対応させるようにしてもよい。例えば、ｎ＝２００で時間幅３分の表示データを記憶領域Ｓ１に格納させたい場合、データサンプリングのインターバルは０．９秒（＝１８０秒÷２００）となる。同様に、時間幅３０分の表示データを記憶領域Ｓ３に格納させたい場合、データサンプリングのインターバルは９秒（＝１８００秒÷２００）となる。記憶領域Ｓ１〜Ｓｙの各々のデータサンプリングのインターバルを制御部９が制御するようにしてもよい。
【００６７】
上記各実施形態において、界面レベル計は、超音波センサでなく、反射型の光学式濁質濃度測定器を用いてもよい。
【００６８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  信号生成回路
２  超音波センサ
３  増幅回路
４  Ａ／Ｄ変換器
５  表示部
６  界面レベル算出部
７  グラフィック変換部
８  メモリ
９  制御部
【図１】
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【図２】
0005935450.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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