(57)【要約】【課題】より広い範囲で精度良く液位を測定する。【解決手段】貯留された液体の液位を測定する液位測定装置１であって、液体の液面に対して上方から照射波を送信した時点から該照射波の反射波を受信した時点までの時間に基づいて液面の液位を測定する送受信部１３と、送受信部１３に対して所定の離間距離だけ下方に設置され、液体の液圧に基づいて液面の液位を測定する圧力センサ２０と、送受信部１３による第１測定値及び圧力センサによる第２測定値の少なくとも一方の測定値を取得する取得部と、取得部により取得された測定値に基づく液位を出力する出力部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留された液体の液位を測定する液位測定装置であって、
前記液体の液面に対して上方から照射波を送信した時点から該照射波の反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記液面の液位を測定する送受信部と、
前記送受信部に対して所定の離間距離だけ下方に設置され、前記液体の液圧に基づいて前記液面の液位を測定する圧力センサと、
前記送受信部による第１測定値及び前記圧力センサによる第２測定値の少なくとも一方の測定値を取得する取得部と、
前記取得部により取得された測定値に基づく液位を出力する出力部と
を備える液位測定装置。
【請求項２】
前記送受信部及び前記圧力センサに対する前記液面の位置を判定する第１判定部と、
前記送受信部が前記液体に没せず且つ前記圧力センサが前記液体に没する第１位置に前記液面があると前記第１判定部に判定された場合、前記第１測定値に対する前記第２測定値の誤差を補正値として算出する補正値算出部とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の液位測定装置。
【請求項３】
前記送受信部が前記液体に没する第２位置に前記液面があると前記第１判定部に判定された場合、前記第２測定値を前記補正値により補正する第１補正部を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の液位測定装置。
【請求項４】
前記送受信部による測定において前記照射波に多重反射が生じたか否かを判定する第２判定部と、
前記送受信部が前記液体に没しない位置に前記液面があると前記第１判定部に判定されるとともに、前記多重反射が生じていると第２判定部に判定された場合、前記第１測定値を前記第２測定値に基づいて補正する第２補正部と
を更に備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液位測定装置。
【請求項５】
前記送受信部が前記液体に没せず且つ前記圧力センサが前記液面に没しない第３位置に前記液面があると前記第１判定部に判定された場合、前記出力部は前記第１測定値に基づく液位を出力することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の液位測定装置。
【請求項６】
前記第１判定部による判定に基づいて、前記送受信部及び前記圧力センサのうち少なくとも一方を駆動する駆動部を更に備える請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の液位測定装置。
【請求項７】
前記送受信部が前記液体に没せず且つ前記圧力センサが前記液面に没しない第３位置に前記液面があると前記第１判定部に判定された場合、前記駆動部は前記送受信部のみを駆動することを特徴とする請求項６に記載の液位測定装置。
【請求項８】
前記送受信部が前記液体に没する第２位置に前記液面があると前記第１判定部に判定された場合、前記駆動部は前記圧力センサのみを駆動することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の液位測定装置。
【請求項９】
前記送受信部が前記液体に没しない位置に前記液面があると前記第１判定部に判定されるとともに、前記多重反射が生じていると前記第２判定部に判定された場合、前記駆動部は前記圧力センサのみを駆動することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の液位測定装置。
【請求項１０】
前記液面が前記第１位置にあると前記第１判定部に判定された場合、前記駆動部は前記送受信部及び前記圧力センサを駆動することを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の液位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液位を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、貯水池や水路などの液位を測定する技術として、圧力センサを液体に没して得られた液圧より液位を測定する液没型レベル計や、上方から液面に照射した照射波の反射波により液位を測定する反射型レベル計が知られている。
【０００３】
また、関連する技術として、水面上の観測地点に送信波を放射して反射波を受信するアンテナと、アンテナによる送信波の放射方向を可変する方向可変部と、アンテナによる受信結果に基づいて観測地点の水位及び水面の流速を算出する演算手段とを具備する電波式水位計、が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１１４３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、反射型レベル計は液没状態では反射波を得られないため、液位が反射型レベル計の設置場所を超えると液位を測定することができない。また、水路においては深い位置ほど水流が激しく、そのため液没型レベル計による測定精度が低下し、信頼性の高い測定結果を得ることができない。そのため、反射型レベル計、液没型レベル計によれば、測定することができる液位の範囲が限られている、という問題があった。
【０００６】
本発明の実施形態は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、より広い範囲で精度良く液位を測定することができる液位測定装置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】
上述した課題を解決するため、本実施形態の液位測定装置は、貯留された液体の液位を測定する液位測定装置であって、前記液体の液面に対して上方から照射波を送信した時点から該照射波の反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記液面の液位を測定する送受信部と、前記送受信部に対して所定の離間距離だけ下方に設置され、前記液体の液圧に基づいて前記液面の液位を測定する圧力センサと、前記送受信部による第１測定値及び前記圧力センサによる第２測定値の少なくとも一方の測定値を取得する取得部と、前記取得部により取得された測定値に基づく液位を出力する出力部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、より広い範囲で精度良く液位を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る液位測定装置の構成及び測定対象を示す模式図である。
【図２】液位測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】液位測定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】液位測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】液位測定装置による測定範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
まず、本実施形態に係る液位測定装置のハードウェア構成及び測定対象の概略について説明する。図１は、本実施形態に係る液位測定装置の構成及び測定対象を示す模式図である。図２は、液位測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係る液位測定装置１は、反射型測定部１０と圧力センサ２０とを備え、上方即ち地表Ｅ側が開口し下方が底面となっている縦穴であるマンホール３内に設置される。このマンホール３下部には側方から流路４が連通しており、この流路４から矢印Ｆの方向に水が流入するようになっており、マンホール３の開口部は蓋５によって閉鎖されている。このようなマンホール３内において、反射型測定部１０は蓋５近傍に位置して且つマンホール３の底面から所定高さの高位置に設置され、圧力センサ２０は反射型測定部１０に対して所定の離間距離αだけ下方の低位置に設置される。
【００１３】
反射型測定部１０は、マンホール３内に貯留された水の液面Ｓに対して上方から照射波として電波を照射し、液面Ｓにより反射された電波を反射波として取得し、電波が液面Ｓまでの距離を往復するのに要する時間を測定することによって、液面Ｓまでの距離を測定値Ｄとして測定する。なお、照射波として超音波を用いても良い。または、反射型測定部１０は、圧力センサ２０及び外部装置のそれぞれと接続される。
【００１４】
圧力センサ２０は、液没された状態で液圧を測定するセンサであり、例えば、歪ゲージ式または静電容量式の圧力センサである。圧力センサ２０により液圧が測定されることによって、液面Ｓから圧力センサ２０までの距離が測定値Ｈとして測定される。なお、液圧から測定値Ｈへの換算は反射型測定部１０においてなされるものとする。また、圧力センサ２０は、反射型測定部１０と接続される。
【００１５】
反射型測定部１０は、ハードウェアとして、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１、メモリ１２、照射波送受信部１３、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４、外部Ｉ／Ｆ１５を備える。ＣＰＵ１１は、メモリ１２と協働して後述する各種機能を実行する。照射波送受信部１３は、ＣＰＵ１１からの信号に基づいて生成した照射波を送信するとともに、液面Ｓにより反射された照射波である反射波を受信してＣＰＵ１１へ受信信号として送信する。なお、本実施形態において照射波送受信部１３はアンテナとする。ＡＤＣ１４は、圧力センサ２０により測定された液圧をＡＤ変換する。外部Ｉ／Ｆ１５は、外部装置との情報の入出力を行うインターフェイスであり、このインターフェイスを介する情報は液位測定装置１へ電源を供給するケーブルに重畳された信号として伝送される。
【００１６】
次に、液位測定装置の機能構成について説明する。図３は、液位測定装置の機能構成を示すブロック図である。
【００１７】
図３に示すように、液位測定装置１は、機能として、駆動部１０１、取得部１０２、第１判定部１０３、第２判定部１０４、補正部１０５、出力部１０６、補正値算出部１０７を備える。駆動部１０１は、照射波送受信部１３と圧力センサ２０とを駆動する。取得部１０２は、照射波送受信部１３による測定値Ｄと圧力センサ２０による測定値Ｈとを取得する。第１判定部１０３は、取得部１０２により取得された測定値Ｄと測定値Ｈについて、後述する予め設定された閾値との比較による判定を行う。第２判定部１０４は、後述する測定値Ｄについてのエラーの有無を判定する。補正部１０５は、測定値Ｈを後述する補正値Ｃに基づいて補正するとともに測定値Ｄを測定値Ｈに基づいて補正する。出力部１０６は、測定値Ｄまたは測定値Ｈのいずれかに基づく液位として外部装置へ出力する。ここで、液位は、測定値Ｄとマンホール３の底面を基準とする反射型測定部１０の設置高さとに基づいて算出されるか、測定値Ｈと底面を基準とする圧力センサとに基づいて算出される。補正値算出部１０７は、測定値Ｄ及び測定値Ｈに基づいて補正値Ｃを算出する。
【００１８】
次に、液位測定装置の動作について説明する。図４は、液位測定装置の動作を示すフローチャートである。図５は、液位測定装置による測定範囲を示す図である。なお、図４に示す動作ループは、所定の周期毎に実行されるものとする。
【００１９】
まず、図４に示すように、駆動部１０１が、照射波送受信部１３及び圧力センサ２０を駆動し（Ｓ１０１）、取得部１０２が、照射波送受信部１３が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。
【００２０】
照射波送受信部１３が駆動されている場合（Ｓ１０２，ＹＥＳ）、取得部１０２は、照射波送受信部１３による測定値Ｄを取得し（Ｓ１０３）、圧力センサ２０が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０４）。一方、照射波送受信部１３が駆動されていない場合（Ｓ１０２，ＮＯ）、取得部１０２は、圧力センサ２０が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０４）。
【００２１】
圧力センサ２０が駆動されている場合（Ｓ１０４，ＹＥＳ）、取得部１０２が、圧力センサ２０による測定値Ｅを取得し（Ｓ１０５）、その後、第１判定部１０３が、測定値Ｄが取得されており、且つ測定値Ｄが離間距離αからＨｍｉｎを減算した値以上である条件が満たされているか否かを判定する（Ｓ１０６）。一方、圧力センサ２０が駆動されていない場合（Ｓ１０４，ＮＯ）、第１判定部１０３が、測定値Ｄが取得されており、且つ測定値Ｄが離間距離αからＨｍｉｎを減算した値以上である条件が満たされているか否かを判定する（Ｓ１０６）。
【００２２】
ここでＨｍｉｎについて説明する。図５に示すように、Ｈｍｉｎは、圧力センサ２０においてその測定値Ｈが０となる測定基準位置Ｐｏより所定値だけ大きく設定された閾値であり、圧力センサ２０における圧力を検知する部分が全て液没した際の最小値に設定される。したがって、測定値ＨがＨｍｉｎ以上である場合は安定して測定値Ｈを測定可能な状況であることを示す。
【００２３】
測定値Ｄが取得されており、且つ測定値Ｄが離間距離αからＨｍｉｎを減算した値以上である条件が満たされている場合（Ｓ１０６，ＹＥＳ）、即ち、液面Ｓが図５における範囲Ｒ１内にある場合、出力部１０６が測定値Ｄに基づく液位を外部装置へ出力し（Ｓ１０７）、駆動部１０１が圧力センサ２０の駆動を停止する（Ｓ１０８）。その後、取得部１０２が、再度、照射波送受信部１３が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。
【００２４】
一方、測定値Ｄが取得されており、且つ測定値Ｄが離間距離αからＨｍｉｎを減算した値以上である条件が満たされていない場合（Ｓ１０６，ＮＯ）、即ち、液面Ｓが範囲Ｒ１外にある場合、第１判定部１０３は、測定値Ｄが取得されており、且つ測定値ＤがＤｍｉｎ以上であり、且つ測定値Ｄが離間距離αからＨｍｉｎを減算した値より小さい条件が満たされているか否かを判定する（Ｓ１０９）。
【００２５】
ここでＤｍｉｎについて説明する。図５に示すように、Ｄｍｉｎは、反射型測定部１０においてその測定値Ｄが０となる測定基準位置Ｌｏより所定値だけ大きく設定された閾値であり、照射波送受信部１３による照射波が多重反射し得る距離のうち最も照射波送受信部１３の送受信面から遠い距離に対応する値に設定される。したがって、測定値ＤがＤｍｉｎ以上である場合は多重反射が生じない、少なくとも多重反射が生じにくい状況であることを示す。
【００２６】
測定値Ｄが取得されており、且つ測定値ＤがＤｍｉｎ以上であり、且つ測定値Ｄが離間距離αからＨｍｉｎを減算した値より小さい条件が満たされている場合（Ｓ１０９，ＹＥＳ）、即ち、液面Ｓが図５における範囲Ｒ２内にある場合、取得部１０２は、測定値Ｈが取得されているか否かを判定する（Ｓ１１０）。
【００２７】
測定値Ｈが取得されている場合（Ｓ１１０，ＹＥＳ）、補正値算出部１０７は、測定値Ｄと測定値Ｈとに基づいて測定値Ｈを補正するための補正値Ｃを算出して更新する（Ｓ１１１）。この補正値Ｃは、Ｃ＝Ｈ−（α−Ｄ）により算出される。ここでαは上述したようにマンホール３の高さ方向における反射型測定部１０と圧力センサ２０との離間距離であり、より具体的には測定基準位置Ｌｏから測定基準位置Ｐｏまでの距離である。したがって、補正値Ｃは、測定値Ｈと測定値Ｈに換算した測定値Ｄとの誤差となる。なお、反射型測定部１０と圧力センサ２０とは、その離間距離αがＤｍｉｎとＨｍｉｎとを加算した距離よりも大きくなるように配置されるものとする。補正値Ｃの算出・更新後、補正部１０５は、補正値Ｃにより測定値Ｈを補正し（Ｓ１１２）、出力部１０６が測定値Ｄに基づく液位を外部装置へ出力し（Ｓ１１３）、駆動部１０１が、圧力センサ２０が駆動しているか否かを判定する（Ｓ１１４）。一方、測定値Ｈが取得されていない場合（Ｓ１１０，ＮＯ）、出力部１０６が測定値Ｄに基づく液位を外部装置へ出力する（Ｓ１１３）。
【００２８】
圧力センサ２０が駆動している場合（Ｓ１１４，ＹＥＳ）、取得部１０２が、再度、照射波送受信部１３が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。一方、圧力センサ２０が駆動していない場合（Ｓ１１４，ＮＯ）、駆動部１０１が圧力センサ２０を駆動させ（Ｓ１１５）、その後、取得部１０２が、再度、照射波送受信部１３が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。
【００２９】
また、ステップＳ１０９の判定において、測定値Ｄが取得されており、且つ測定値ＤがＤｍｉｎ以上であり、且つ測定値Ｄが離間距離αからＨｍｉｎを減算した値より小さい条件が満たされていない場合（Ｓ１０９，ＮＯ）、即ち、液面Ｓが範囲Ｒ１及びＲ２外にある場合、第１判定部１０３は、測定値Ｈが取得されており、測定値Ｄ’がＤｍｉｎ未満であり且つ測定値Ｄ’が０より大きい条件が満たされているか否かを判定する（Ｓ１１６）。ここで測定値Ｄ’は、測定値Ｈを測定値Ｄに換算した値であり、αから測定値Ｈを減算することによって求められる。
【００３０】
測定値Ｈが取得されており、測定値Ｄ’がＤｍｉｎ未満であり且つ測定値Ｄ’が０より大きい条件が満たされている場合（Ｓ１１６，ＹＥＳ）、即ち、液面Ｓが図５における範囲Ｒ３内にある場合、取得部１０２は、測定値Ｄが取得されているか否かを判定する（Ｓ１１７）。
【００３１】
測定値Ｄが取得されている場合（Ｓ１１７，ＹＥＳ）、第２判定部１０４が、照射波送受信部１３により照射された電波に対して多重反射が生じているか否かを判定する（Ｓ１１８）。ここで、第２判定部１０４は、反射型測定部１０による１回の測定に対して異なる測定値Ｄが複数取得された場合、即ち、照射波送受信部１３による１回の電波の送信に対して受信時間が異なる複数の反射波を照射波送受信部１３が受信した場合に多重反射が生じていると判定する。
【００３２】
多重反射が生じている場合（Ｓ１１８，ＹＥＳ）、補正部１０５は、測定値Ｈにより測定値Ｄを補正する（Ｓ１１９）。ここで、補正部１０５は、複数の測定値Ｄのうち、測定値Ｈに最も値が近い測定値Ｄを選択することによって、測定値Ｄを補正する。なお、この補正に用いられる測定値Ｈは、すでに補正値Ｃが算出されている場合には補正値Ｃにより補正された測定値Ｈが用いられ、この際、補正部１０５は測定値Ｈから補正値Ｃを減算することによって測定値Ｈを補正する。測定値Ｄの補正後、出力部１０６が補正部１０５により補正された測定値Ｄに基づく液位を外部装置へ出力し（Ｓ１２０）、駆動部１０１が、照射波送受信部１３が駆動しているか否かを判定する（Ｓ１２１）。一方、多重反射が生じていない場合（Ｓ１１８，ＮＯ）、出力部１０６が測定値Ｄに基づく液位を外部装置へ出力する（Ｓ１２０）。
【００３３】
照射波送受信部１３が駆動している場合（Ｓ１２１，ＹＥＳ）、取得部１０２が、再度、照射波送受信部１３が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。一方、照射波送受信部１３が駆動していない場合（Ｓ１２１，ＮＯ）、駆動部１０１が、照射波送受信部１３を駆動し（Ｓ１２２）、取得部１０２が、再度、照射波送受信部１３が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。
【００３４】
また、ステップＳ１１７の判定において、測定値Ｄが取得されていない場合（Ｓ１１７，ＮＯ）、補正部１０５が補正値Ｃにより測定値Ｈを補正し（Ｓ１２３）、出力部１０６が補正された測定値Ｈに基づく液位を外部装置へ出力し（Ｓ１２４）、駆動部１０１が、照射波送受信部１３が駆動しているか否かを判定する（Ｓ１２１）。
【００３５】
また、ステップＳ１１６の判定において、測定値Ｈが取得されており、測定値Ｄ’がＤｍｉｎ未満であり且つ測定値Ｄ’が０より大きい条件が満たされていない場合（Ｓ１１６，ＮＯ）、即ち、液面Ｓが図５における範囲Ｒ４内にあって反射型測定部１０が液没している場合、補正部１０５が測定値Ｈから補正値Ｃを減算することにより測定値Ｈを補正し（Ｓ１２５）、出力部１０６が補正された測定値Ｈに基づく液位を外部装置へ出力し（Ｓ１２６）、駆動部１０１が照射波送受信部１３の駆動を停止し（Ｓ１２７）、取得部１０２が、再度、照射波送受信部１３が駆動されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。
【００３６】
上述したように、照射波の送信から反射波の受信までの経過時間により液位を測定する反射型測定部の下方に圧力センサを設けることによって、より広い範囲で精度良く液位を測定することができる。また、液面位置に応じて、照射波送受信部及び圧力センサの少なくとも一方を駆動させることによって、液位測定に係る消費電力を低減することができる。
【００３７】
また、反射型測定部及び圧力センサの両方による測定が可能な液面位置である場合、より精度が高い反射型測定部による測定値に対する圧力センサによる測定値の誤差を補正値として算出し、この補正値により圧力センサによる測定値を補正することによって、圧力センサのみが測定可能な液面位置であっても、精度良く液位を測定することが可能となる。また、多重反射が生じた場合には、反射型測定部による複数の測定値のうち、圧力センサによる測定値に最も近い測定値を採用することにより、多重反射による誤差、エラーを低減することができる。また、この際、補正値により補正された圧力センサによる測定値を用いることによって、より正確な反射型測定部による測定値を採用することが可能となる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、補正値により補正された圧力センサによる測定値に基づいて液位を出力するものとしたが、この補正された測定値を、液面位置を判定する対象としても良い。これによれば、例えば、圧力センサによる測定値のみに基づいて行われる多重反射が生じやすい領域か否かの判定をより正確なものとすることができる。また、本実施形態において液位測定装置による測定対象を貯留された水としたが、例えば、油のような他のどのような流体をも測定対象とすることができる。
【００３９】
本発明の実施形態は、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】
【００４０】
１  液位測定装置、１３  照射波送受信部、２０  圧力センサ、１０２  取得部、１０６  出力部。
【図１】
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【図２】
2018025520.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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