(57)【要約】本発明は、導波管を伝わって液面から反射される音波のパラメータを測定することにより液面を表示する装置に関する。本発明装置は、その本体に配置された電気音響変換器と水中に沈められた反射体を有する弾性導波管とを備える。該電気音響変換器は膜の状態で具体化される。弾性導波管は一本の管または複数の管で具体化され、結合要素により本体に連結される。チャネルを有するダイヤフラムにより導波管の空洞に連結された空洞を装備する音響的整合ユニットは、該結合要素の内部で、電気音響変換器と導波管の入力口との間に配置される。電気音響変換器本体は、電気音響変換器と該装置本体との間を音響的に分離させる要素として用いられる減衰要素により、装置本体に連結される。別の形態では弾性導波管の末端がＬまたはＴ形の中間導波管に連結される。【選択図】図２
2005504979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器本体と音響−電気変換器と反射体を有する音響導波管とを備える液面検出器であって、前記音響−電気変換器が音響−電気変換器本体を有し、膜として作製され、音響導波管が一本の管または複数の管で作製され、前記検出器本体にスリーブ継手により連結され、前記スリーブ継手の内部では前記音響−電気変換器の膜と前記導波管の入口との間に音響的整合ユニットが、チャネルを有するダイヤフラムにより導波管の空洞に連結された空洞を有する形で作製され、前記音響−電気変換器本体が、音響−電気変換器本体と前記検出器本体との間を音響的および振動的に分離するのに役立つ減衰要素を介して前記検出器本体に連結されていることを特徴とする上記液面検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の検出器であって、前記音響的整合ユニットがダイヤフラム内にチャネルを有するバレルの形で作製されており、前記バレルの空洞が前記膜に面し、前記ダイヤフラム内のチャネルが前記スリーブ継手の孔に面することを特徴とする上記検出器。
【請求項３】
請求項２に記載の検出器であって、前記バレルの空洞が多孔性の材料で充填されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項４】
請求項２に記載の検出器であって、前記スリーブ継手に面する前記バレルの外表面が減衰性材料により覆われていることを特徴とする上記検出器。
【請求項５】
請求項２に記載の検出器であって、前記バレルが、ブシュと、チャネルを有しかつワッシャー状であるダイヤフラムとからなる複合体であることを特徴とする上記検出器。
【請求項６】
請求項１に記載の検出器であって、前記音響的整合ユニットの空洞容積と前記ダイヤフラムのチャネルの寸法とが関係式
【数１】
2005504979.tif 000006
（式中、ｆ0：前記音響−電気変換器の動作周波数、ｃ：音速、Ｓ：前記ダイヤフラムチャネルの孔の面積、Ｖ：空洞容積、Ｌ：前記ダイヤフラムチャネルの長さ）
によって関係づけられることを特徴とする上記検出器。
【請求項７】
請求項１に記載の検出器であって、前記音響−電気変換器が密封されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項８】
請求項１に記載の検出器であって、前記音響導波管の複数の管が互いにアダプターによって連結されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項９】
請求項１に記載の検出器であって、前記反射体が前記管のつなぎ目に配置され、例えば、前記管の内径とは異なる直径を有する反射体ワッシャーの形で作製されることを特徴とする上記検出器。
【請求項１０】
請求項１に記載の検出器であって、前記反射体が前記管の長さに沿って孔の形で作製されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項１１】
請求項１に記載の検出器であって、前記反射体が前記管の長さに沿って、前記管の壁面に固定された棒の形で作製されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項１２】
請求項１に記載の検出器であって、前記音響導波管の空洞と前記音響−電気変換器の内部の空洞との間で圧力を等しくするために、補償用孔が前記音響−電気変換器本体および前記音響的整合ユニットに作製されており、液体は通さないが気体は通すフィルタが前記音響−電気変換器本体の前記補償用孔に取り付けられていることを特徴とする上記検出器。
【請求項１３】
検出器本体と音響−電気変換器と反射体を有する音響導波管とを備える液面検出器であって、前記音響−電気変換器が音響−電気変換器本体を有し、膜として作製され、音響導波管が一本の管または複数の管で作製され、前記音響導波管の末端がΓ形またはＴ形に作製された中間導波管に連結され、前記音響導波管にある一定の角度をなして位置する前記中間音響導波管の一部が前記検出器本体にスリーブ継手により連結され、前記スリーブ継手の内部では前記音響−電気変換器の膜と前記導波管の入口との間に音響的整合ユニットが、チャネルを有するダイヤフラムにより導波管の空洞に連結された空洞を有する形で作製され、前記音響−電気変換器本体が、音響−電気変換器本体と前記検出器本体との間を音響的および振動的に分離するのに役立つ減衰要素を介して前記検出器本体に連結されていることを特徴とする上記液面検出器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の検出器であって、前記音響的整合ユニットがダイヤフラム内にチャネルを有するバレルの形で作製されており、前記バレルの空洞が前記膜に面し、前記ダイヤフラム内のチャネルが前記スリーブ継手の孔に面することを特徴とする上記検出器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の検出器であって、前記バレルの空洞が多孔性の材料で充填されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項１６】
請求項１４に記載の検出器であって、前記スリーブ継手に面する前記バレルの外表面が減衰性材料により覆われていることを特徴とする上記検出器。
【請求項１７】
請求項１４に記載の検出器であって、前記バレルが、ブシュと、チャネルを有しかつワッシャー状であるダイヤフラムとから複合的に作製されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項１８】
請求項１３に記載の検出器であって、前記音響的整合ユニットの空洞容積と前記ダイヤフラムのチャネルの寸法とが関係式
【数２】
2005504979.tif 000007
（式中、ｆ0：前記音響−電気変換器の動作周波数、ｃ：音速、Ｓ：前記ダイヤフラムチャネルの孔の面積、Ｖ：空洞容積、Ｌ：前記ダイヤフラムチャネルの長さ）
によって関係づけられることを特徴とする上記検出器。
【請求項１９】
請求項１３に記載の検出器であって、前記音響−電気変換器が密封されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項２０】
請求項１３に記載の検出器であって、前記音響導波管の複数の管が互いにアダプターによって連結されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項２１】
請求項１３に記載の検出器であって、前記音響導波管のうち、前記スリーブ継手から前記音響導波管の軸までの部分が
【数３】
2005504979.tif 000008
の範囲の半波長の整数値と等しい長さを持つことを特徴とする上記検出器。
【請求項２２】
請求項１３に記載の検出器であって、前記Γ形またはＴ形の中間音響導波管の屈曲部にボール弁が取り付けられ、それがある位置にあるとき、前記音響的整合ユニットの空洞が前記音響導波管の空洞に連結され、別の位置にあるとき、音響導波管の空洞が環境に連結されることを特徴とする上記検出器。
【請求項２３】
請求項１３に記載の検出器であって、前記音響導波管が複数の管から作製され、それらが互いにスリーブ継手により連結されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項２４】
請求項１３に記載の検出器であって、前記反射体が前記管のつなぎ目に取り付けられ、例えば、前記管の内径とは異なる直径を有する反射体ワッシャーの形で作製されることを特徴とする上記検出器。
【請求項２５】
請求項１３に記載の検出器であって、前記反射体が前記管に沿って孔の形で作製されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項２６】
請求項１３に記載の検出器であって、前記反射体が前記管に沿って、前記管の壁面に固定された棒の形で作製されていることを特徴とする上記検出器。
【請求項２７】
請求項１３に記載の検出器であって、前記音響導波管の空洞と前記音響−電気変換器の内部の空洞との間で圧力を等しくするために、補償用孔が前記音響−電気変換器本体および前記音響的整合ユニットに作製されており、液体は通さないが気体は通すフィルタが前記音響−電気変換器本体の前記補償用孔に取り付けられていることを特徴とする上記検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
利用分野
本発明は、導波管に沿って伝わり液体の表面から反射される音波のパラメータ測定を用いる液面表示器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
通常、導波管を有する測定装置には、導波管上に配置された反射体が備わる。インパルス音響信号の音波は、空中に位置する導波管の一部に沿って伝播して、既知の距離に配置された反射体から反射し、また、液体の表面からも反射する。その距離は、エコー信号の伝播時間を測定することにより決定される。反射体からの信号は、測定精度を較正し改善させるのに役立つ。
【０００３】
１９７５年１月２１日の優先権を伴う発明者証５６０１４４号（国際特許分類Ｇ０１Ｆ２３／２８）「液面検出器（Liquid Level Detector）」には、液体に浸される孔を有する中空管の形で作製された音響チャネルが備わり、その中空管の先端のうち液体から外に出ている側には受信・発信装置が取り付けられていることが公知である。その音響チャネルの内面には、その受信・発信装置に向かって複数の棚を形成する溝が装備されている。
【０００４】
１９８８年８月２９日の優先権を伴う米国特許４９０９０８０号「タンク内超音波液面検出器（Ultrasound liquid level detector in a tank）」による発明には、送受信装置および中空導波管が備わる。
【０００５】
フランス出願２５９６５１５号（国際特許分類Ｇ０１Ｆ２３／２８）による「音響導波管を有する液面検出器（Level detector with an acoustic waveguide）」は、液体よりも高い位置に固定された変換器を有し、その変換器は、下部がその液体に浸された長い導波管にインパルスを発信する。
【０００６】
１９９２年３月２１日の同一の優先権を伴う英国出願２２６５００５号および２２６５２１９号（国際特許分類Ｇ０１Ｆ２３／２８）「液面検出器（Liquid Level Detector）」による発明が公知である。検出器には変換器から上向きに伸びた管が備わり、その管の長さに沿って一連の反射体が配置される。その管はその管の外側と同じ液面まで液体で満たされる。その管の内表面上には層状に吸音材が設けられている。液体表面の高さは二つ目の発明に従い、液体中で最も高い位置にある二つの反射体により反射されるインパルスの伝播時間の差および液体表面と最も高い位置の反射体とから反射されるインパルスの伝播時間の差を考慮して計算される。
【０００７】
１９９４年１月７日の優先権を伴う米国特許５４７１８７２号（国際特許分類Ｇ０１Ｆ２３／２９６）「音響液面表示器（Acoustic Liquid Level Indicator）」には、動作の際に音響送信器および受信器が連結される第一の音響導波管と、参照反射体を孔の形で有する第二の音響導波管とが備わる。これら導波管は、角反射（angular reflection）用の反射体が取り付けられる角部材（corner section）で連結される。
【０００８】
１９９７年１１月２１日の優先権を伴う出願ＥＰ８４５６６３（国際特許分類Ｇ０１Ｆ２３／２９６）による発明「超音波エコー信号を用いた液面測定方法（Method of liquid level measurement with the help of ultrasound echo signal）」が公知である。変換器は、液体の入った容器の底に取り付けられ、基準点を有する管がその変換器の上に取り付けられる。液面測定は、既知の距離に取り付けられた基準点を用いて実行される。
【０００９】
ＰＣＴ出願９１０２９５０号（国際特許分類Ｇ０１Ｆ２３／２８）「音響導波管を用いて容器内の液面を検出する方法および装置（Method and Device for Liquid Level Detection in Reservoirs Using Acoustic Waveguide）」による設計案には、測定の主要チャネルと、媒体体積中で音速を測定するための参照チャネルとが備わる。各々のチャネルには、送受信装置が備わり、また、容器の底から媒体の表面まで伸びた管の形で導波管が備わる。
【００１０】
これら考察した構成では、大きな内部抵抗を持ち空中で導波管とともに動作する膜型の音響−電気変換器（acoustical-electrical transducers）の音響的整合（acoustic matching）の問題は解決されない。そのため、放射出力をあげることおよび測定の範囲を広げることができない。
【００１１】
技術的本質において最も近いのは、フランス出願２６７２６７８号（国際特許分類Ｇ０１Ｆ２３／２８）「二つの異なる液体のまたは液体と気体との境界面レベルを測定する方法および装置（Method and device for the interface level measurement of two different liquids or liquid and gas）」に記載の発明である。この装置には、音響−電気変換器から異なる距離を置いて導波管上にいくつか配置された反射体が備わる。
【００１２】
空中で動作するときに膜型音響−電気変換器と導波管とを適切に整合させるという問題は、この構成でも同様に解決されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
発明の説明
提案する本発明で達成される技術的結果は、音響−電気膜変換器と導波管とを空中で音響的に整合させるという問題を解決することにある。この整合問題を解決することにより、有限の距離にある液体から反射される信号のレベルが十分になり、導波管の開始点からの再反射が最小になる。自然雑音のレベルは最小になるが（変換器が振動できるため）、本質的なのは、導波管開始点からの信号の再反射が最小となることである。雑音が減少することで、液体までの距離測定の精度が向上する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の結果は下記の事項によって達成される。
【００１５】
液面検出装置は、該装置のケースと、音響−電気変換器と、液体に浸される、反射体を有する音響導波管とを備える。
【００１６】
該装置が高強度であり、爆発に対して安全であり、圧力差、腐食性媒体、酸性蒸気などに耐えられるように、該音響−電気変換器の本体（ケース）自体が密封され、発信要素が金属膜の形で作製される。
【００１７】
該音響−電気変換器をこのように作製すると、該金属膜の曲げ振動により短い音響インパルスが発生するようになる。該音響導波管は一本の管でまたは複数の管を連結して作製され、硬いスリーブ継手により該装置の主ケースに連結される。チャネルを有するダイヤフラムにより導波管の空洞に連結された空洞を有する音響的整合ユニットは、スリーブ継手の内部で該音響−電気変換器の膜と導波管入口との間に作製される。
【００１８】
該音響−電気変換器のケースは、該音響−電気変換器のケースと該装置のケースとを音響的および振動的に分離する役割を果たす減衰要素を介して該装置の主ケースに連結される。
【００１９】
この構成により、以下の理由から上記の目的を達成することができるようになる。
【００２０】
液面検出装置のケースはスリーブ継手により導波管に連結される。このスリーブ継手により、一方では該構成に必要な剛性が与えられ、他方では音響的整合ユニットを音響−電気変換器と導波管との間に配置することができるようになる。
【００２１】
音響−電気変換器は減衰要素を介して該装置の本体に連結されているので、変換器の振動は該本体には伝わらず、さらに、スリーブ継手を介しても、音響導波管の壁面には伝わらない。それらは、受信の場合に雑音を更に発生させることがある。なぜなら、分離された構成の細部において伝播および反射されて音響−電気変換器に干渉（雑音）の形で戻りうる音響導波管の振動が、継手と壁面とにおいて生じるからである。音響−電気変換器は、受信モードでは、減衰要素のため、導波管、スリーブ継手およびケースの寄生振動には現れない。寄生振動は、動作振動数において変換器ユニットの振動を引き起こす外来メカニズムの作用により、動作振動数において本構成に出現する振動である場合がある。
【００２２】
音響的整合ユニットでは、チャネルを有するダイヤフラムを有する空洞が、音響−電気変換器の膜と導波管との間に形成される。発信モードにおいては、該ダイヤフラムを持つこの空洞は弾性膜変換器の高出力音響抵抗を、音響導波管の空中部分である負荷が有する低い抵抗に整合させる。受信モードにおいては、ダイヤフラムを有する空洞は整合装置として逆方向に動作し、液体表面および反射体から反射された真の信号の音響波エネルギーを音響−電気変換器の膜振動に適切に変換する。これは、受信モードにおける信号源である導波管開始点の低い抵抗を受信器（音響−電気変換器の膜）の高い抵抗と整合させるという犠牲を払って行われる。
【００２３】
このような整合の必要性は以下の考察に根拠を置くことができる。硬い金属膜は大きな力を比較的小さい変位の過程で生み出すことができる。力（音響圧力）がかなり小さいときは、強い音響信号を空中で実現するために、大きい変位が必要である。この課題は、音響導波管の入力の際に膜の小さな変位を空気の大きな変位に変換する音響共鳴器として作用する音響的整合ユニットによって解決される。
【００２４】
受信の際は逆に、導波管内の空気の大きな振動であるが圧力は小さい振動が、音響的整合ユニットの空洞における振幅の小さい空気の振動であるが力はより大きい振動に変換される。これにより、硬い膜が受信モードにおいて「揺れ動くこと」ができるようになり、よって、音響導波管からの信号に対する音響−電気変換器の感度が高まる。
【００２５】
この構成の特徴を組み合わせることにより、最大の信号／雑音比を音響−電気変換器の出力で実現することができる。これにより、装置の動作に必要な距離範囲が高い精度とともにもたらされる。この構成において最小化された干渉は、構成要素に由来する音響インパルスの２以上の複数の再反射の音響信号であり、真の信号の上に重ね合わせることができる。
【００２６】
上記の効果は、装置の特定の実施形態において強められ、高められる。
【００２７】
音響的整合ユニットを、ダイヤフラム内にチャネルを有するバレル（カップ）の形態で減衰性の材料から作製することができる。この場合、バレルの空洞は膜に面し、ダイヤフラム内のチャネルはスリーブ継手の孔に面する。この場合、音響的整合がより正確になり、再反射された音響信号は更に吸収される。バレルの空洞を多孔性の材料で満たせば、再反射された音響信号を更に吸収することができる。
【００２８】
導波管上に取り付けられた反射体の数が大きいと、離れた反射体から信号が伝播してくる時間を測定するときに誤差が出現するおそれがある。なぜなら、第一でない反射体からの信号、つまりその上方に配置された反射体からの信号であって導波管の上端で再反射されたものの上で重ね合わせが起こるからである。
【００２９】
この望ましくない効果を解消するために、受信モードにおいて音響−電気変換器を導波管に整合させなければならない。このような整合は、反射された信号が完全に音響−電気変換器の膜により吸収されるときに必要である。この装置において、これは、空洞が音響−電気変換器の膜によって画されたヘルムホルツ共鳴器の役割を果たす音響的整合ユニットの存在により達成される。該共鳴器を、以下で与えた関係に従って調整すると、反射された信号の音響エネルギーは完全に該共鳴器により吸収され、最終的には膜により吸収される。すなわち、受信モードにおいて空気の音響エネルギーは完全に音響−電気変換器の機械的な膜の振動のエネルギーに変換される。
【００３０】
もし、スリーブ継手に面するバレルの外表面が減衰性の材料で覆われていると、一年のうちの寒い時期に、振動が音響−電気変換器に進入する恐れはなくなる。なぜなら、該バレルの表面が凍って、該スリーブ継手の表面に密着することができるからである。
【００３１】
装置を作製する際、特定の場合には、ブシュと、チャネルを有しかつワッシャー状であるダイヤフラムとを備えるバレルを作製することができる。
【００３２】
最も適切に整合させるためには、空洞の寸法およびダイヤフラムの寸法を近似的な関係式
【００３３】
【数１】
2005504979.tif 000003
（式中、ｆ0：音響−電気変換器の動作周波数、ｃ：音速、Ｓ：ダイヤフラムチャネルの孔の面積、Ｖ：空洞の体積、Ｌ：チャネルダイヤフラムの長さ）
によって関係づけなければならない。
【００３４】
該音響−電気変換器は、圧電素子と回路とを備える音響−電気変換器装置を腐食性液体の蒸気から保護するために、および燃焼性液体を用いて動作させるときに爆発に対する安全性を向上させるために、密封される。
【００３５】
組み立ての都合上、導波管は、複数の管から作製され、それらの管は互いにアダプターにより連結される。反射体は管のつなぎ目に取り付けられ、例えば、管の内径とは異なる直径を有する反射体ワッシャー（reflector washers）の形で作製される。
【００３６】
反射体は、管の長さに沿って、孔の形態で、または管の内壁に固定された棒の形態で作製することができる。
【００３７】
反射体が、管本体の中を伝播する音波が更に反射する孔状に作製されると、管材は均質ではなくなる。
【００３８】
圧力が大気圧よりも高い媒体中で測定を行う場合、音響導波管の空洞と音響−電気変換器の内部の空洞との間で圧力を等しくするために、補償用孔（compensation hole）が音響−電気変換器のケースおよび音響的整合ユニットに設けられる。液体は通さないが気体は透過するフィルタが音響−電気変換器のケースの補償用孔に取り付けられる。
【００３９】
別の実施形態においては、音響導波管の先端は、Γ形またはＴ形に作製された中間導波管に連結される。中間音響導波管のうち音響導波管に対してある一定の角度をなして位置する部分は装置本体にスリーブ継手によって連結される。他の構成は全て、第一のバージョンと同一である。
【００４０】
この場合、装置本体、音響−電気変換器およびスリーブ継手は、音響導波管の軸に対してある一定の角度をなして配置される。
【００４１】
音響−電気変換器と音響導波管とを音響的に整合させるために、中間導波管のうちスリーブ継手から主要導波管の軸までの部分は、
【００４２】
【数２】
2005504979.tif 000004
の範囲の半波長の整数値と等しい長さを持たなければならない。
【００４３】
該導波管がＴ形であるときは、導波管の管路先端部分の長さも音響信号の半波の整数倍でなければならない。すなわち、条件（２）と一致しなければならない。
【００４４】
導波管を洗浄できるようにし、液面を導波管を介して接触法により測定できるようにするために、ボール弁をΓ形またはＴ形の中間導波管の屈曲部に取り付けることができる。ある位置に弁があるとき、音響的整合ユニットの空洞は導波管の空洞に連結され、他の位置にあるとき、導波管の空洞は環境に連結される。
【００４５】
本発明の特徴を組み合わせることにより、両実施形態における構成は以前には知られておらず明らかではなかった特性を備える。
【００４６】
孔を有するダイヤフラムによって導波管の空洞に連結される空洞を持つ音響的整合ユニットとは、要するに、壁面の一つが膜であり、新しい目的のために用いられるヘルムホルツ共鳴器のことである。この構成において、該ユニットは二つの役割、すなわち、整合装置および吸収装置を担う。
【００４７】
ヘルムホルツ共鳴器は通常、音響学で吸音構造中の共鳴吸収装置として用いられる（エム・ヘックル（M. Hekl）およびエイチ・エー・ムラー（H. A. Muller）編「技術音響学に関する参考書（Reference Book on Technical Acoustics）」ドイツ語から翻訳、エル・シップビルディング（L. Shipbuilding）、１９８０年、３０９〜３１３頁）。
【００４８】
本構成においてそれは音響−電気変換器と音響導波管との間の整合要素として受信モードおよび発信モードのどちらにおいても用いられる。それにより、発信においては振動する膜のエネルギーが最大限利用され、受信においては真の信号が膜の振動に最大限変換される。
【００４９】
スリーブ継手を装置のケースと導波管との間で利用することにより、本構成からなる製品は剛性および適応性を備える。寄生振動および音響振動は、ケースと変換器との間に取り付けられた減衰要素により、音響−電気変換器には進入しない。
【００５０】
図面の簡単な説明
図１は、本装置の一般的な構成を示す。
図２は、本装置の断面図である。
図３は、音響的整合ユニットの構成を表す。
図４は、多孔性の材料によって充填された空洞を有する音響的整合ユニットの構成を示す。
図５は、導波管上に取り付けられた反射体の構成を示す。
図６は、Γ形中間導波管を有する装置である。
図７は、Ｔ形中間導波管とボール弁とを有する装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
発明の最良の実施形態
本液面検出器には、本体３の中に膜６を有する音響−電気変換器２と、反射体５を有し液体に浸される音響導波管４とが備わる（図１および図２）。
【００５２】
音響導波管４は、一または複数の管７の形で作製され、検出器の本体１にスリーブ継手８によって連結される。スリーブ継手８の内側では（図２）、空洞１０を有する音響的整合ユニット９が音響−電気変換器２の膜６と導波管４の出口との間に作製される。空洞１０は、チャネル１４を有するダイヤフラム１１により該導波管の空洞に連結される。
【００５３】
音響−電気変換器２の本体３は、音響−電気変換器２と検出器のケース１との間を音響的に分離する役割を果たす減衰要素１２を介して検出器本体１に連結される。音響−電気変換器２の本体３を音響的に検出器本体１から完全に分離するために、それはゴムリング２９を介して取り付けられ、減衰性ガスケット２８を介して接着される。音響−電気変換器２および本体１は密封して作製され、例えば、発信および受信において動作する圧電素子２７が膜６の表面に内側から接着される。（音響−電気変換器は電磁変換器であってもよいことを留意されたい。すなわち、強磁性体からなる膜の振動を電磁石（芯の入ったコイル）によって生成および受信してもよい。）圧電素子に（音響−電気変換器２に）供給される信号を生成する電気回路および信号処理のための回路は図面中に示されていない。
【００５４】
音響的整合ユニット９は、ダイヤフラム１１にチャネル１４を有するバレル１３の形態で作製される。この場合、バレル１３の空洞１０は膜６に面する。バレル１３のチャネル１４はスリーブ継手８の孔１５に面する。スリーブ継手８の孔１５に面するバレル１３の表面１６は減衰性材料１７で覆われる。
【００５５】
バレル１３は、ブシュ１８と、ワッシャー１９の形のダイヤフラムとから複合的に作製することができる（図３）。
【００５６】
図３は空洞１０とダイヤフラム１１のチャネル１４とを示し、その長さＬが示されている。空洞１０の寸法およびダイヤフラム１１のチャネル１４の寸法は関係式（１）で関係づけられる。図４は、多孔性の材料で充填されたバレルのチャネルを示す。作製の際、該材料を一または複数のワッシャーの形で該空洞に充填することができる。
【００５７】
場合によっては、検出器本体１およびスリーブ継手８が、音響導波管４に対してある一定の角度をなして片側に配置されると都合がよい（図６および図７）。その際、Γ形中間音響導波管２０（図６）またはＴ形中間音響導波管２１（図７）がスリーブ継手８と音響導波管４との間に取り付けられる。スリーブ継手８は、音響導波管４に対してある一定の角度をなして配置された中間音響導波管（２０，２１）の一部に連結される。
【００５８】
中間導波管を用いて本検出器を作製する場合、その中間音響導波管のうち、スリーブ継手８から音響導波管４の軸までの部分は
【００５９】
【数３】
2005504979.tif 000005
（（２）を参照）の範囲の長さを持つ。
【００６０】
Γ形またはＴ形の中間音響導波管（２０，２１）の屈曲部に、図７に示すように、孔を持つ球体状のカットオフ（cut off）（オーバーラッピング（overlapping））要素３０を有するボール弁２２を取り付けることができる。ある位置にボール弁２２があるとき、音響的整合ユニット９の空洞１０は音響導波管４の空洞に連結され、他の位置にあるとき、音響導波管４の空洞は環境に連結される。
【００６１】
音響導波管４は、複数の管７を互いにアダプター２３により連結することで作製される。これによりそれらを簡単に据え付けることができる。また、管のつなぎ目には、反射体を反射体のワッシャー２４の形で管７の内径とは異なる直径で取り付けることができる（図５）。
【００６２】
さらに、反射体５は管７の長さに沿って、管７の内壁に、孔２５の形で、または音響導波管４の軸に対して垂直に固定された棒２６の形で作製することができる（図５）。
【００６３】
補償用孔３１および３２は、測定容器内の圧力と音響−電気変換器２の空洞内の圧力とを等しくして膜６の動作条件を正常にするために作製される。音響−電気変換器本体３に作製された補償用孔３１に、空気は透過し液体は通さないフィルタが取り付けられ、これにより圧電素子２７が動作するのを防ぐことができる。
【００６４】
本液面検出器は以下の方法で動作する。
【００６５】
インパルス信号生成器（図面には示されていない）が、矩形のラジオインパルスの周期的なシーケンスを狭い範囲の周波数で生成し、これが（例えば）薄い円盤状の圧電素子２７に供給される。圧電素子２７の曲げ振動が膜６を励起し、短いインパルス音響信号を放射する。音波は音響的整合ユニット９の空洞１０を介してダイヤフラム１１のチャネル１４に沿って伝播し、音響導波管４の管７内で気体媒体中を伝播する。音響的整合ユニット９の空洞１０の幾何学的寸法は、膜６の出力音響抵抗と負荷（導波管を有する音響チャネル）のそれとが等しくなるように選ばれる。音響的整合ユニット９は、動作周波数において膜６と共鳴するように、幾何学的な寸法を選ぶことにより調整される。
【００６６】
音波は、音響導波管４に沿って進むとき、液面よりも高く位置する反射体５から反射する。反射体５の反射特性は、反射される信号の振幅が液面から反射される信号の振幅より複数倍（少なくとも１０倍）小さくなるように選ばれる。反射体５は、あらかじめ前もって距離が分かっている基準点として作用する。これにより、環境の特性の変動を、反射された信号を処理するときに考慮することができるようになる。孔２５の形の反射体５はほとんどの場合、棒２６の形の反射体と併用される。孔２６が、例えば、表面張力のために液滴により塞がったとしても基準点は残るのである。
【００６７】
孔２６が、層状の媒体の場合においてさえも、測定される媒体の液面を導波管の内外で等しくすることを可能とする排液孔の役割をも果たすことに注意しなければならない。
【００６８】
液面および反射体５から反射される信号の受信モードでは、音響導波管４が発信源であり、音響的整合ユニット９のチャネル１４に連結されている。導波管７の波抵抗（wave resistance）（または特性波動インピーダンス）も音響的整合ユニット９および膜６の入力抵抗と整合すると考えられる。
【００６９】
音響的整合ユニット９が音響チャネルの内部構造からの二次的な信号の反射を低下させ、ひいては音響信号の二次的な反射を低下させることは重要な事実である。この場合、信号／雑音比（多重再反射の寄生信号（parasitic signals）に対する真の信号の比）が向上し、最終的には、液面検出器の精度が改善する。
【００７０】
Γ形またはＴ形の中間音響導波管を用いるときに検出器を適切に動作させるために、該中間音響導波管のうちスリーブ継手から音響導波管の軸までの部分の長さを式（２）によって決定することが必要である。
【００７１】
もし検出器がボール弁２２を有すると、チャネルを測定装置に対して閉じることができ、例えば、容器および管の洗浄のための洗浄溶液を管７の空洞に供給することができる。カットオフ（cut off）要素の管路先端の空洞の長さは関係式（２）を満たさなければならない。機械式液面検出器を管の空洞を通して降ろすこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
産業上の利用可能性
本液面検出器はさまざまな技術分野において、腐食性液体を含むあらゆる液体の液面を測定するために利用することができる。本液面検出器を利用することによって、雑音を大きく低下させ、測定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本装置の一般的な構成を示す。
【図２】本装置の断面図である。
【図３】音響的整合ユニットの構成を表す。
【図４】多孔性の材料によって充填された空洞を有する音響的整合ユニットの構成を示す。
【図５】導波管上に取り付けられた反射体の構成を示す。
【図６】Γ形中間導波管を有する装置である。
【図７】Ｔ形中間導波管とボール弁とを有する装置である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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