(57)【要約】【課題】超音波を利用して、伝搬体が浸る液体の種類による影響を考慮して液面の位置を精度良く検出可能な液面位置検出装置を提供することにある。【解決手段】液面位置検出装置１０は、圧電素子３１を振動させることによって表面波Ｗｓを発生させる。液面位置検出装置１０は、振動が発生してから、第１表面２６を伝搬して伝搬体２０の下端部２４で反射された第１表面波Ｗｓ１が圧電素子３１に入力するまでの第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられる液体８０の液面８１の位置を決定する。また、液面位置検出装置１０は、振動が発生してから、第１表面２６を伝搬して下端部２４で回り込んで第２表面２８を伝搬した後に、第２表面２８の第２縁部２８ｂで反射された第２表面波Ｗｓ２が圧電素子３１に入力するまでの第２表面波伝搬期間Ｔ３と、第１表面波伝搬期間Ｔ２との差分期間Ｔｘを用いて、決定される液面８１の位置を補正する。【選択図】図１Ａ
2018054322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する容器に設けられて振動を伝搬する伝搬体と、
この伝搬体の上端部に設けられて前記伝搬体に振動を与える振動発生部と、
前記上端部に設けられて前記伝搬体の前記振動を検出する振動検出部と、
前記伝搬体が浸される前記液体の液面の位置を決定する位置決定部と、
を備え、
前記伝搬体は、前記伝搬体の前記上端部と下端部とを結ぶ表面の１つである第１表面と、前記下端部で前記第１表面と交わる表面である第２表面とを有し、前記振動が前記伝搬体の表面を伝搬する表面波を伝搬し、
前記位置決定部は、
前記振動が発生してから、前記第１表面を伝搬して前記下端部で反射された前記表面波の一部が前記振動検出部に入力するまでの期間である、第１表面波伝搬期間に対応付けられる前記伝搬体が浸される前記液体の前記液面の前記位置を決定し、且つ、
前記振動が発生してから、前記第１表面を伝搬して前記下端部で回り込んで前記第２表面を伝搬した後に、前記第２表面の前記第１表面と交わる第１縁部に対向する第２縁部で反射された前記表面波の一部が前記振動検出部に入力するまでの期間である、第２表面波伝搬期間と、前記第１表面波伝搬期間との差分期間を用いて、決定される前記液体の前記液面の前記位置を補正する液面位置検出装置。
【請求項２】
前記位置決定部は、前記差分期間に応じて前記第１表面波伝搬期間を補正することによって、決定される前記液体の前記液面の前記位置を補正する、請求項１記載の液面位置検出装置。
【請求項３】
前記位置決定部は、前記差分期間が長くなるに連れて前記第１表面波伝搬期間を短くなるように補正する一方で、前記差分期間が短くなるに連れて前記第１表面波伝搬期間を長くなるように補正する、請求項２記載の液面位置検出装置。
【請求項４】
前記位置決定部は、前記差分期間に応じて第１表面波伝搬期間と前記液体の前記液面の前記位置との対応関係を補正することによって、決定される前記液体の前記液面の前記位置を補正する、請求項１記載の液面位置検出装置。
【請求項５】
前記位置決定部は、前記差分期間が長くなるに連れて前記第１表面波伝搬期間に対応付けられる前記伝搬体が浸される前記液体の前記液面の前記位置が低くなるように前記対応関係を補正する一方で、前記差分期間が短くなるに連れて前記第１表面波伝搬期間に対応付けられる前記伝搬体が浸される前記液体の前記液面の前記位置が高くなるように前記対応関係を補正する、請求項４記載の液面位置検出装置。
【請求項６】
前記液体又は前記伝搬体の温度を取得する温度取得部をさらに備え、
前記位置決定部は、前記温度取得部が取得した前記温度に応じて前記第１表面波伝搬期間及び前記第２表面波伝搬期間を補正する、請求項１から５のいずれか１項記載の液面位置検出装置。
【請求項７】
前記伝搬体は、
前記振動が前記伝搬体の内部を伝搬する内部伝搬波をさらに伝搬し、
前記内部伝搬波を反射する内部伝搬波反射部を有し、
前記位置決定部は、前記振動が発生してから前記内部伝搬波が前記内部伝搬波反射部で反射されて前記振動検出部に入力するまでの期間である内部伝搬波伝搬期間に基づいて、前記第１表面波伝搬期間及び前記第２表面波伝搬期間を補正する、請求項１から５のいずれか１項記載の液面位置検出装置。
【請求項８】
前記振動発生部と前記振動検出部とは、共通の圧電素子によって構成される、請求項１から７のいずれか１項記載の液面位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液面位置検出装置に関する。本発明は、特に、超音波を利用し、タンク内の液体の液面の位置を検出する液面位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液面位置検出装置として、タンク内に超音波伝搬体を配置し、液体中の部分を伝搬する表面波の速度と、気体中の部分を伝搬する表面波の速度の差を利用して液面位置を検出する装置が知られている。このような超音波を利用した液面位置検出装置としては、例えば特許文献１が開示するものがある。
【０００３】
特許文献１に開示されている液面位置検出装置では、金属製の超音波伝搬体を長手方向が上下になるようにタンク内に配置し、超音波伝搬体の上端部に設けた超音波振動子を振動させる。特許文献１に開示されている液面位置検出装置では、超音波伝搬体の表面を伝搬する表面波を検出し、表面波の伝搬期間を測定する。特許文献１に開示されている液面位置検出装置では、液体接触部分を伝搬する表面波の速度が、液体から露出する露出部分を伝搬する表面波の速度よりも遅くなることを利用して、表面波の伝搬期間に応じて液面位置が検出される。
【０００４】
ここで、超音波伝播体を伝搬する表面波の速度は、超音波伝播体自身の温度に影響を受ける。すなわち、超音波伝播体自身の温度に起因して超音波伝搬体の密度が変化し、超音波伝播体を伝搬する表面波の速度が超音波伝搬体の密度によって変化する。そのため、超音波伝播体自身の温度を考慮した液面位置検出装置として、例えば特許文献２が開示する液面位置検出装置がある。
【０００５】
特許文献２に開示されている液面位置検出装置は、伝搬体の振動として、伝搬体の表面を伝搬する表面波を発生させると共に、伝搬体の内部を伝搬する内部伝搬波も発生させる。内部伝搬波が伝搬体の内部を伝搬する速度は、伝搬体が液体に接触している長さに影響されず、伝搬体の温度のみに影響される。特許文献２に開示されている液面位置検出装置では、内部伝搬波が伝搬体の内部を伝搬する速度によって、表面波が伝搬体の表面を伝搬する速度を補正する。その結果、特許文献２に開示されている液面位置検出装置では、伝搬体の温度の影響を考慮して液面の位置を検出することができる。
【０００６】
ところで、表面波が伝搬体の表面を伝搬する速度は、伝搬体が浸る液体の種類による影響をさらに受けることを、本発明者らは認識した。そのため、特許文献２に開示されている液面位置検出装置では、伝搬体が浸る液体の種類による影響を考慮してより精度の高い液面の位置を検出するためには、改善の余地があることを、本発明者らは認識した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−８６５２５号公報
【特許文献２】特開２０１６−１２５８２５号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明の１つの目的は、超音波を利用して、伝搬体が浸る液体の種類による影響を考慮して液面の位置を精度良く検出可能な液面位置検出装置を提供することにある。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び好ましい実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。
【０００９】
本発明に従う第１の態様は、液体を貯留する容器に設けられて振動を伝搬する伝搬体と、
この伝搬体の上端部に設けられて前記伝搬体に振動を与える振動発生部と、
前記上端部に設けられて前記伝搬体の前記振動を検出する振動検出部と、
前記伝搬体が浸される前記液体の液面の位置を決定する位置決定部と、
を備え、
前記伝搬体は、前記伝搬体の前記上端部と下端部とを結ぶ表面の１つである第１表面と、前記下端部で前記第１表面と交わる表面である第２表面とを有し、前記振動が前記伝搬体の表面を伝搬する表面波を伝搬し、
前記位置決定部は、
前記振動が発生してから、前記第１表面を伝搬して前記下端部で反射された前記表面波の一部が前記振動検出部に入力するまでの期間である、第１表面波伝搬期間に対応付けられる前記伝搬体が浸される前記液体の前記液面の前記位置を決定し、且つ、
前記振動が発生してから、前記第１表面を伝搬して前記下端部で回り込んで前記第２表面を伝搬した後に、前記第２表面の前記第１表面と交わる第１縁部に対向する第２縁部で反射された前記表面波の一部が前記振動検出部に入力するまでの期間である、第２表面波伝搬期間と、前記第１表面波伝搬期間との差分期間を用いて、決定される前記液体の前記液面の前記位置を補正する液面位置検出装置に関する。
【００１０】
第２表面波伝搬期間と第１表面波伝搬期間との差分期間は、液体内での表面波伝搬速度に反比例するものであり、液体内での表面波伝搬速度は液体の種類によって異なるものである。位置決定部がこの差分期間を用いて液体の液面の位置を補正することによって、液体の種類を考慮した正確な液面の位置を検出することができる。
【００１１】
本発明に従う第２の態様では、第１の態様において、前記位置決定部は、前記差分期間に応じて前記第１表面波伝搬期間を補正することによって、決定される前記液体の前記液面の前記位置を補正されてもよい。
【００１２】
位置決定部が第２表面波伝搬期間と第１表面波伝搬期間との差分期間を用いて第１表面波伝搬期間を補正することによって、液体の種類を考慮した正確な液面の位置を検出することができる。
【００１３】
本発明に従う第３の態様では、第２の態様において、前記位置決定部は、前記差分期間が長くなるに連れて前記第１表面波伝搬期間を短くなるように補正する一方で、前記差分期間が短くなるに連れて前記第１表面波伝搬期間を長くなるように補正されてもよい。
【００１４】
第２表面波伝搬期間と第１表面波伝搬期間との差分期間が長い液体になるに連れて第１表面波伝搬期間が長く測定される点、及びこの差分期間が短い液体に連れて第１表面波伝搬期間が短く測定される点を考慮した、この差分期間を用いた正確な液面の検出が実現される。
【００１５】
本発明に従う第４の態様では、第１の態様において、前記位置決定部は、前記差分期間に応じて第１表面波伝搬期間と前記液体の前記液面の前記位置との対応関係を補正することによって、決定される前記液体の前記液面の前記位置を補正されてもよい。
【００１６】
位置決定部が第２表面波伝搬期間と第１表面波伝搬期間との差分期間を用いて第１表面波伝搬期間と液体の液面の位置との対応関係を補正することによって、液体の種類を考慮した正確な液面８１の位置を検出することができる。
【００１７】
本発明に従う第５の態様では、第４の態様において、前記位置決定部は、前記差分期間が長くなるに連れて前記第１表面波伝搬期間に対応付けられる前記伝搬体が浸される前記液体の前記液面の前記位置が低くなるように前記対応関係を補正する一方で、前記差分期間が短くなるに連れて前記第１表面波伝搬期間に対応付けられる前記伝搬体が浸される前記液体の前記液面の前記位置が高くなるように前記対応関係を補正されてもよい。
【００１８】
第２表面波伝搬期間と第１表面波伝搬期間との差分期間が長い液体になるに連れて液体の液面の位置が高く測定される点、及びこの差分期間が短い液体になるに連れて液体の液面の位置が低く測定される点を考慮した、この差分期間を用いた正確な液面の検出が実現される。
【００１９】
本発明に従う第６の態様では、第１の態様から第５の態様において、前記液体又は前記伝搬体の温度を取得する温度取得部をさらに備え、
前記位置決定部は、前記温度取得部が取得した前記温度に応じて前記第１表面波伝搬期間及び前記第２表面波伝搬期間を補正されてもよい。
【００２０】
位置決定部が、伝搬体又は液体の温度に基づいて第１表面波伝搬期間及び第２表面波伝搬期間を補正することによって、伝搬体の温度を考慮した精度の高い液面の位置の決定を実現することができる。
【００２１】
本発明に従う第７の態様では、第１の態様から第５の態様において、前記伝搬体は、
前記振動が前記伝搬体の内部を伝搬する内部伝搬波をさらに伝搬し、
前記内部伝搬波を反射する内部伝搬波反射部を有し、
前記位置決定部は、前記振動が発生してから前記内部伝搬波が前記内部伝搬波反射部で反射されて前記振動検出部に入力するまでの期間である内部伝搬波伝搬期間に基づいて、前記第１表面波伝搬期間及び前記第２表面波伝搬期間を補正されてもよい。
【００２２】
例えば伝搬体の温度を取得する温度取得部をさらに備える必要がなく、伝搬体の温度を考慮した精度の高い液面の位置の決定を実現することができる。
【００２３】
本発明に従う第８の態様では、第１の態様から第７の態様において、前記振動発生部と前記振動検出部とは、共通の圧電素子によって構成されてもよい。
【００２４】
振動発生部と振動検出部とが、共通の圧電素子によって一体に構成されていることによって、別体に構成される場合と比較して構成の簡素化及び製造コストの増加の防止が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明に係る液面位置検出装置の構成の例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの１Ｂ矢視図である。
【図２】伝搬体に振動を与えたときに振動検出部に入力される波を示す図である。
【図３】第１表面波伝搬期間と液面の位置との対応関係を示す図である。
【図４】第２表面波伝搬期間と補正値との関係を示す図である。
【図５】底面往復期間によって補正される、第１表面波伝搬期間と液面の位置との対応関係を示す図である。
【図６Ａ】表面波伝搬速度と液体の種類との関係の例を示す図である。
【図６Ｂ】表面波伝搬速度とガソリンとエタノールとの混合割合との関係の例を示す図である。
【図７】図１Ａに示される液面位置検出装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に説明する好ましい実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。
【００２７】
《１．全体の構成の例》
図１Ａに示すように、液面位置検出装置１０は、容器７０に貯留された液体８０の液面８１の位置を検出する装置である。容器７０は、例えば車両に搭載される燃料タンクであり、液体８０は、例えばガソリン等の燃料である。なお、容器７０は燃料タンクに限定されず、液体８０を貯留できれば一般的な容器であってもよい。なお、図１Ａ中、上下とは、地面に近づく方向を下方、地面から離れる方向を上方とする。
【００２８】
図１Ａに示されるように、振動発生部３２と振動検出部３３とは、共通の圧電素子３１によって一体に構成されているが、振動発生部３２と振動検出部３３とは、別体に構成されていてもよい。ただし、振動発生部３２と振動検出部３３とが、共通の圧電素子３１によって一体に構成されていることによって、別体に構成される場合と比較して構成の簡素化及び製造コストの増加の防止が期待できる。
【００２９】
伝搬体２０の上端部２５には、圧電素子３１を収納する素子収納部３０が設けられている。素子収納部３０は制御回路基板４１を収納する基板収納部４０を備え、基板収納部４０は素子収納部３０の収納空間３５と連通するように形成されている。また、基板収納部４０は鍔部４２を一体的に備え、この鍔部４２は締結部材４３によって容器７０に締結されている。
【００３０】
伝搬体２０は、樹脂材料からなる。樹脂材料は、例えばポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）である。伝搬体２０の材料をＰＰＳとすることで、超音波（表面波Ｗｓ、内部伝搬波Ｗｉ）を良好に伝搬することができる。なお、樹脂材料はＰＰＳに限定されず、超音波を伝搬できれば他の一般的な樹脂であっても差し支えない。
【００３１】
伝搬体２０は、長手方向の途中に切り欠いた溝２１を備えている。この溝２１は、内部伝搬波を反射する内部伝搬波反射部２２を備えている。また、伝搬体２０の下端部２４は表面波の少なくとも一部を反射する。
【００３２】
伝搬体２０は、上下に長い四角柱形状である。そのため、伝搬体２０は、伝搬体２０の上端部２５と下端部２４とを結ぶ表面（表面そのものと表面から伝搬体２０の厚さよりも短い所定の深さまでの領域とを含む）が４つある。圧電素子３１は、この４つの表面のうちの伝搬体２０の上端部２５から下端部２４まで溝２１が設けられていない１つの表面である、第１表面２６から圧電素子３１の一部が迫り出すように配置されている。これによって、圧電素子３１は、伝搬体２０に表面波Ｗｓと内部伝搬波Ｗｉを発生させるとともに、表面波Ｗｓと内部伝搬波Ｗｉを検出することができる。
【００３３】
図１Ｂには、図１Ａに示される液面位置検出装置１０を図１Ａの矢印１Ｂの方向から見た状態の伝搬体２０の一部が示されている。図１Ｂに示されるように、伝搬体２０の第１表面２６は、伝搬体２０の下端部２４で第２表面２８と交わる。第２表面２８は、第１表面２６と交わる第１縁部２８ａと、第１縁部２８ａと対向する第２縁部２８ｂと、を有する。
【００３４】
図１Ｂに示されるように、第１表面２６を伝搬する表面波Ｗｓの一部である第１表面波Ｗｓ１は、伝搬体２０の下端部２４で圧電素子３１の方向に向かって反射する。また、第１表面２６を伝搬する表面波Ｗｓの残部の少なくとも一部である第２表面波Ｗｓ２は、伝搬体２０の下端部２４で反射せずに、下端部２４で回り込んで第２表面２８を伝搬する。そして第２表面波Ｗｓ２の少なくとも一部が第２表面２８の第２縁部２８ｂで第１縁部２８ａに向かって反射し、第１縁部２８ａまで伝搬した後に、伝搬体２０の下端部２４で回り込んで圧電素子３１に向かって第１表面２６を伝搬する。
【００３５】
このように、圧電素子３１には、表面波Ｗｓとして、伝搬体２０の下端部２４で反射された第１表面波Ｗｓ１と、伝搬体２０の下端部２４で回り込んで第２表面２８を伝搬した後に、第２表面２８の第２縁部２８ｂで反射された第２表面波Ｗｓ２と、が入力する。以下、伝搬体２０の第１表面２６を主面２６とも呼び、伝搬体２０の第２表面２８を底面２８とも呼ぶ。
【００３６】
また、伝搬体２０の底面２８は、主面２６と下端部２４で直交することが好ましい。伝搬体２０の底面２８が、主面２６と下端部２４で直交することによって、伝搬体２０の長手方向の長さが一定のときに、底面２８が全体に渡って液体８０に浸るための液体８０の液面８１の高さが最も低くなる。なお、伝搬体２０の底面２８が主面２６と直交するという表現は、底面２８が主面２６と厳密に直交している状態と底面２８が主面２６と概ね直交している状態との双方を含む。
【００３７】
圧電素子３１は振動することによって素子収納部３０を介して伝搬体２０に振動を与え、伝搬体２０の主面２６に表面波Ｗｓを発生させるとともに、伝搬体２０の内部に内部伝搬波Ｗｉを発生させる。さらに圧電素子３１は、伝搬体２０の下端部２４で反射された第１表面波Ｗｓ１及び伝搬体２０の第２表面２８の第２縁部２８ｂで反射された第２表面波Ｗｓ２を含む表面波Ｗｓと、内部伝搬波反射部２２で反射された内部伝搬波Ｗｉとを、素子収納部３０を介して検出し電圧に変換する。なお、表面波Ｗｓはレイリー波（気体内で伝搬する表面波）と漏洩レイリー波（液体内で伝搬する表面波）とを含み、内部伝搬波Ｗｉは横波を含む。また、一般的に、内部伝搬波Ｗｉが伝搬体２０を伝搬する速度である内部伝搬波伝搬速度は、表面波Ｗｓが伝搬体２０を伝搬する速度である表面波伝搬速度よりも速い。
【００３８】
制御回路基板４１は、少なくとも、位置決定部５１と、送信回路部５２と、受信回路部５３とを実装している。圧電素子３１に電圧を印加することによって圧電素子３１を振動させるように構成されている。例えば、送信回路部５２は、所定周期で入力される駆動信号に応じて圧電素子３１に電圧を印加する。
【００３９】
受信回路部５３は、表面波Ｗｓ又は内部伝搬波Ｗｉが、圧電素子３１に入力するときに、圧電素子３１によって出力される電圧を検出するように構成されている。例えば、受信回路部５３は、電圧を検出するときに検出信号を位置決定部５１に対して出力する。なお、送信回路部５２及び受信回路部５３は別体として構成されていてもよく、送信回路部５２及び受信回路部５３は一体として構成されていてもよい。
【００４０】
位置決定部５１は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）によって構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成される処理部とＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成される記憶部とを少なくとも備える。位置決定部５１は、伝搬体２０が浸される液体８０の液面８１の位置を決定するが、詳しくは後述する。
【００４１】
図１Ａに示される例では、容器７０の外側の面と基板収納部４０との間は、シール部材４６によってシールされている。また、素子収納部３０は、液体８０と接触する面にフランジ形状部分３７を有しており、素子収納部３０のフランジ形状部分３７と基板収納部４０との間は、シール部材４８によってシールされる。これらの結果、圧電素子３１が密閉された素子収納部３０の収納空間３５に配置されることになり、気密性を確保し、圧電素子３１及び制御回路基板４１への液体の接触を防止することができる。シール部材４６，４８は、Ｏリングであるが、シールできれば他の部材であってもよい。
【００４２】
しかしながら、気密性を確保、圧電素子３１及び制御回路基板４１への液体の接触の防止等を考慮しない場合には、このような構造に限定される必要がなく、例えばシール部材４６及びシール部材４８の少なくとも一方が設けられていなくてもよい。また、圧電素子３１が伝搬体２０と直接接触する構造とすることもできる。このような構造にすることによって、内部伝搬波Ｗｉ及び表面波Ｗｓを伝搬体２０により強い振幅で伝えることができる作用が期待できる。
【００４３】
図１Ａに示される例においては、位置決定部５１は制御回路基板４１に実装されるように基板収納部４０の内部に備えられているが、これに限定されず、位置決定部５１、制御回路基板４１を外部に配置された外部装置に設けてもよい。
【００４４】
さらに、伝搬体２０の形状は、必ずしも四角柱に限定される必要がない。すなわち、底面２８が互いに対向する２つの第１縁部２８ａ及び第２縁部２８ｂを有するような形状となる、例えば六角柱、八角柱等の底面２８の頂点の数が複数となるような形状であってもよい。
【００４５】
《２．動作の例》
図２、図４、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、液面位置検出装置１０の動作の例を説明する。図２には、振動を発生させたことによって伝搬体２０が伝搬する内部伝搬波Ｗｉ及び表面波Ｗｓが反射して圧電素子３１に入力する様子が示されている。
【００４６】
図２に示される時点ｔ０は、振動Ｗ０が発生した時点である。上述したように、振動Ｗ０が発生することによって、伝搬体２０が内部伝搬波Ｗｉ及び表面波Ｗｓを伝搬する。図２に示される時点ｔ１は、内部伝搬波Ｗｉが内部伝搬波反射部２２で反射されて圧電素子３１に入力した時点である。図２に示される期間Ｔ１は、時点ｔ０から時点ｔ１までの期間である内部伝搬波伝搬期間Ｔ１である。
【００４７】
図２に示される時点ｔ２は、伝搬体２０の下端部２４で反射された第１表面波Ｗｓ１が圧電素子３１に入力した時点である。図２に示される期間Ｔ２は、時点ｔ０から時点ｔ２までの期間である第１表面波伝搬期間Ｔ２である。図２に示される時点ｔ３は、伝搬体２０の下端部２４で回り込んで底面２８を伝搬した後に、底面２８の第２縁部２８ｂで反射された第２表面波Ｗｓ２が圧電素子３１に入力した時点である。図２に示される期間Ｔ３は、時点ｔ０から時点ｔ３までの期間である第２表面波伝搬期間Ｔ３である。図２に示される期間Ｔｘは、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間、すなわち、伝搬体２０の主面２６を伝搬してきた第２表面波Ｗｓ２が底面２８の第１縁部２８ａと第２縁部２８ｂとの間を一往復する期間である、底面往復期間Ｔｘである。
【００４８】
概して、位置決定部５１は、第１表面波伝搬期間Ｔ２に基づいて液体８０の液面８１の位置を決定する。また、位置決定部５１は、底面往復期間Ｔｘを用いて、液体８０の液面８１の位置を補正する。位置決定部５１が底面往復期間Ｔｘを用いて液体８０の液面８１の位置を補正することによって、液体８０の種類を考慮した正確な液面８１の位置を検出することができる。
【００４９】
まず、第１表面波伝搬期間Ｔ２に基づいて液体８０の液面８１の位置を決定することができる原理を説明する。前提として、伝搬体２０が、気体内での表面波伝搬速度と、液体内での表面波伝搬速度とは異なる。また、気体内での表面波伝搬速度と、液体内での表面波伝搬速度とで、どちらが速くなるのかについては、伝搬体２０の材料によって決まる。本実施形態の説明においては、伝搬体２０が、気体内での表面波伝搬速度が液体内での表面波伝搬速度よりも速い材料によって構成されているものとして説明する。
【００５０】
液面８１の位置が低くなるに連れて伝搬体２０の主面２６が液体８０に浸る上下方向の長さが短くなり、液面８１の位置が高くなるに連れて伝搬体２０の主面２６が液体８０に浸る上下方向の長さが長くなる。そうすると、液面８１の位置が低くなるに連れて、振動が発生してから第１表面波Ｗｓ１が伝搬体２０の下端部２４で反射されて圧電素子３１に入力するまでの間に、第１表面波Ｗｓ１が液体８０内で伝搬体２０の主面２６を伝搬する距離が短くなる。その一方で、液面８１の位置が高くなるに連れて、振動が発生してから第１表面波Ｗｓ１が伝搬体２０の下端部２４で反射されて圧電素子３１に入力するまでの間に、第１表面波Ｗｓ１が液体８０内で伝搬体２０の主面２６を伝搬する距離が短くなる。
【００５１】
上述したように、気体内での表面波伝搬速度は、液体内での表面波伝搬速度よりも速いため、液面８１の位置が低くなるに連れて第１表面波伝搬期間Ｔ２は短くなり、液面８１の位置が高くなるに連れて第１表面波伝搬期間Ｔ２は長くなる。位置決定部５１は、記憶部に記憶されている、第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置との関係を示す演算式又はテーブル等を、処理部が演算又は参照することによって、第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられた液面８１の位置を決定することができる。
【００５２】
位置決定部５１は、一例として、図３に示されているテーブルを参照することによって、第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられた液面８１の位置を決定する。図３に示されているテーブルには、横軸に右側にいくに連れて長くなる第１表面波伝搬期間Ｔ２が示されており、縦軸には上側にいくに連れて高くなる液面８１の位置が示されている。図３のテーブルに示されているように、第１表面波伝搬期間Ｔ２は長くなるに連れて、対応付けられる液面８１の位置が高くなる。
【００５３】
続いて、底面往復期間Ｔｘを用いて、液体８０の液面８１の位置を補正することについて説明する。液体８０内における表面波伝搬速度は、液体８０固有の液中の音速ｖｌ及び密度ρｌ、並びに、伝搬体２０固有の内部伝搬波Ｗｉの伝搬速度ｖｓ、気中での表面波伝搬速度ｖＲ及び密度ρＳによって定まる。すなわち、伝搬体２０の材質が固定であるときには、液体８０内における表面波伝搬速度は、液体８０の種類によって変化する。
【００５４】
このように、液体８０の種類によって液体８０内における表面波伝搬速度が変化するため、このことを考慮しないとすると、液体８０の種類によっては第１表面波伝搬期間Ｔ２に基づいて正確な液面８１の位置を決定することが困難になる。ここで、伝搬体２０の主面２６の少なくとも一部が液体８０に浸るときには、底面２８の全体が液体８０に浸っている。そのため、伝搬体２０の主面２６の少なくとも一部が液体８０に浸るときには、底面往復期間Ｔｘは、液体８０内における表面波伝搬速度に反比例するものである。このことを利用して、位置決定部５１は、底面往復期間Ｔｘを用いることによって、液体８０の種類を考慮して、第１表面波伝搬期間Ｔ２を補正する。その結果、本発明の液面位置検出装置１０では、位置決定部５１が底面往復期間Ｔｘを用いて第１表面波伝搬期間Ｔ２を補正することによって、液体８０の種類を考慮した正確な液面８１の位置を検出することができる。
【００５５】
例えば、所定の基準とする液体（以下、基準液体とも呼ぶ）における底面往復期間Ｔｘよりも底面往復期間Ｔｘが長い液体８０における第１表面波伝搬期間Ｔ２は、液面８１の位置が同一であるときの基準液体の第１表面波伝搬期間Ｔ２よりも長く測定される。同様に、基準液体における底面往復期間Ｔｘよりも底面往復期間Ｔｘが短い液体８０における第１表面波伝搬期間Ｔ２は、液面８１の位置が同一であるときの基準液体の第１表面波伝搬期間Ｔ２よりも短く測定される。
【００５６】
そのため、位置決定部５１は、底面往復期間Ｔｘが長くなるに連れて第１表面波伝搬期間Ｔ２が短くなるように補正する一方で、底面往復期間Ｔｘが短くなるに連れて第１表面波伝搬期間Ｔ２が長くなるように補正する。その結果、底面往復期間Ｔｘが長い液体になるに連れて第１表面波伝搬期間Ｔ２が長く測定される点、及び底面往復期間Ｔｘが短い液体に連れて第１表面波伝搬期間Ｔ２が短く測定される点を考慮した、底面往復期間Ｔｘを用いた正確な液面８１の検出が実現される。
【００５７】
液面位置検出装置１０は、例えば、底面往復期間Ｔｘと第１表面波伝搬期間Ｔ２を補正する補正値とが関係付けられたデータテーブルを位置決定部５１の記憶部に記憶することによって、底面往復期間Ｔｘを用いて第１表面波伝搬期間Ｔ２を補正してもよい。図４には、底面往復期間Ｔｘと第１表面波伝搬期間Ｔ２を補正する補正値との関係の例が示されている。図４に示される底面往復期間Ｔｘと第１表面波伝搬期間Ｔ２を補正する補正値との関係の例において、横軸には右側にいくに連れて長くなる底面往復期間Ｔｘが示されており、縦軸には上側にいくに連れて大きくなる補正値が示されている。
【００５８】
図４に示される例には、底面往復期間Ｔｘとして、例えば基準液体内における底面往復期間Ｔｘである期間Ｔｒと、期間Ｔｒよりａだけ長い期間であるＴｒ＋ａと、期間Ｔｒよりｂだけ短い期間であるＴｒ−ｂと、が示されている。図４に示される例において、底面往復期間Ｔｘが期間Ｔｒであるときの補正値は±０であり、底面往復期間Ｔｘが期間Ｔｒ＋ａであるときの補正値は−αであり、底面往復期間Ｔｘが期間Ｔｒ−ｂであるときの補正値は＋βである。なお、図４に示されるａ、ｂ、α、及びβは、いずれも正の実数である。
【００５９】
ここまで、底面往復期間Ｔｘに基づいて、測定された第１表面波伝搬期間Ｔ２を補正することによって、液体８０の種類を考慮した正確な液面８１の位置を検出する手法を説明したが、これに限定されない。すなわち、位置決定部５１は、記憶部に記憶されている第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置との関係を示す演算式又はテーブル等において、底面往復期間Ｔｘに基づいて、第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられている液面８１の位置を補正してもよい。その結果、本発明の液面位置検出装置１０では、位置決定部５１が底面往復期間Ｔｘを用いて第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられている液面８１の位置を補正することによって、液体８０の種類を考慮した正確な液面８１の位置を検出することができる。
【００６０】
具体的に、位置決定部５１は、底面往復期間Ｔｘが長くなるに連れて第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられる液面８１の位置が低く決定されるように補正する一方で、底面往復期間Ｔｘが短くなるに連れて第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられる液面８１の位置が高く決定されるように補正する。その結果、底面往復期間Ｔｘが長い液体になるに連れて液面８１の位置が高く測定される点、及び底面往復期間Ｔｘが短い液体になるに連れて液面８１の位置が低く測定される点を考慮した、底面往復期間Ｔｘを用いた正確な液面８１の検出が実現される。
【００６１】
液面位置検出装置１０は、例えば、底面往復期間Ｔｘによって補正される、第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置とが関係付けられた演算式又はテーブル等を位置決定部５１の記憶部に記憶することによって、底面往復期間Ｔｘを用いて第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられている液面８１の位置を補正してもよい。図５には、底面往復期間Ｔｘによって補正される、第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置とが関係付けられたデータテーブルの例として、底面往復期間Ｔｘによって決定される、３つの第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置との対応関係が示されている。
【００６２】
図５に示されるデータテーブルの例において、実線１００は、底面往復期間Ｔｘが基準液体内における底面往復期間Ｔｘである期間Ｔｒであったときの第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置との対応関係を示す。実線２００は、底面往復期間Ｔｘが期間Ｔｒよりａだけ長い期間Ｔｒ＋ａであったときの第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置との対応関係を示す。実線３００は、底面往復期間Ｔｘが期間Ｔｒよりｂだけ短い期間Ｔｒ−ｂであったときの第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置との対応関係を示す。
【００６３】
図５に示されるデータテーブルの例における実線２００によると、実線１００と比較して、第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられる液面８１の位置が低く決定される。また、図５に示されるデータテーブルの例における実線３００によると、実線１００と比較して、第１表面波伝搬期間Ｔ２に対応付けられる液面８１の位置が高く決定される。
【００６４】
図６Ａには、実測又はシミュレーション等によって得られた、表面波伝搬速度と液体８０の種類との関係の例が示されている。図６Ａに示される表面波伝搬速度と液体８０の種類との関係の例において、横軸には液体８０の種類が示されており、縦軸には上側にいくに連れて速くなる表面波伝搬速度が示されている。例えば、図６Ａに示されるような表面波伝搬速度と液体８０の種類との関係から、位置決定部５１の記憶部に記憶される、底面往復期間Ｔｘによって補正される、第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置とが関係付けられた演算式又はテーブル等が作成されてもよい。
【００６５】
図６Ａに示される表面波伝搬速度と液体８０の種類との関係の例では、液面位置検出装置１０の使用用途が、車両の燃料タンク（容器７０）に貯留される燃料の液面８１の位置を検出することであることを想定した、液体８０の種類が示されている。位置決定部５１の記憶部に記憶される、底面往復期間Ｔｘによって補正される、第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置とが関係付けられた演算式又はテーブル等に含まれる液体８０の種類が増加するに応じてテーブル等のデータ容量が大きくなるため、液面位置検出装置１０の使用用途に応じて、テーブル等に含まれる液体８０の種類が選択されることが好ましい。
【００６６】
また、液面位置検出装置１０の使用用途に応じて基準液体が異なってもよい。例えば、液面位置検出装置１０の使用用途が、車両の燃料タンク（容器７０）に貯留される燃料の液面８１の位置を検出することであるときには、基準液体がガソリンであってもよい。
【００６７】
図６Ａに示される表面波伝搬速度と液体８０の種類との関係には、ガソリンとエタノールとの混合液体（混合割合５０％）が含まれている。また、ガソリンとエタノールとの混合液体において、ガソリンとエタノールとの混合割合を変化させるに応じて、図６Ｂに示されるように、表面波伝搬速度が変化することが実測又はシミュレーション等によって得られている。このように、位置決定部５１の記憶部に記憶される、底面往復期間Ｔｘによって補正される、第１表面波伝搬期間Ｔ２と液面８１の位置とが関係付けられた演算式又はテーブル等には、２種類以上の液体８０の混合液体における複数の混合割合を、液体８０の種類として含ませることができる。
【００６８】
また、図６Ａに示される表面波伝搬速度と液体８０の種類との関係には、気体内における表面波伝搬速度も含まれている。図６Ａに示される表面波伝搬速度と液体８０の種類との関係において、気体内での表面波伝搬速度は、いずれの種類の液体８０における表面波伝搬速度よりも速い。
【００６９】
例えば、位置決定部５１は、伝搬体２０の底面２８が気体内であることを特定したときに、伝搬体２０の底面２８が液体８０に浸っていないことを示す信号を生成してもよい。位置決定部５１が、図示されていない報知装置へこの信号を出力することによって、車両の燃料タンク７０に貯留される燃料が、任意の量より少ないことが報知されてもよい。
【００７０】
上述したように、伝搬体２０の底面２８が、主面２６と下端部２４で直交することによって、伝搬体２０の長手方向の長さが一定のときに、底面２８が全体に渡って液体８０に浸るための液体８０の液面８１の高さが最も低くなる。ここで、伝搬体２０の長手方向の長さを調整することによって、伝搬体２０の底面２８が全体に亘って液体８０に浸るために必要な、容器７０に貯留される液体８０の量を任意に設定できる。
【００７１】
このことを応用することによって、液面位置検出装置１０は、車両において、燃料タンク７０に貯留される燃料が所定の量を下回ったことを判定する、いわゆるローフュエルセンサとして利用できる。
【００７２】
ところで、内部伝搬波伝搬速度及び表面波伝搬速度は、伝搬体２０の温度に影響を受ける。すなわち、伝搬体２０の温度に起因して伝搬体２０の密度ρＳ及び／又は弾性率が変化し、内部伝搬波伝搬速度及び表面波伝搬速度が、伝搬体２０の密度ρＳ及び／又は弾性率によって変化する。ここで、内部伝搬波Ｗｉは伝搬体２０の内部を進むため、内部伝搬波伝搬速度（内部伝搬波伝搬期間Ｔ１）は、伝搬体２０が浸っている液体８０の液面８１の位置及び液体８０の種類に影響されずに、伝搬体２０の温度のみに影響を受けるものである。
【００７３】
そのため、位置決定部５１は、内部伝搬波Ｗｉの内部伝搬波伝搬期間Ｔ１から、位置決定部５１の記憶部に記憶した温度条件を参照し、伝搬体２０の温度を求めてもよい。位置決定部５１は、伝搬体２０の温度に基づいて、所定の補正係数等を考慮した補正手法を用いて、第１表面波伝搬期間Ｔ２及び第２表面波伝搬期間Ｔ３を補正してもよい。なお、位置決定部５１が、伝搬体２０の温度に基づいて、第１表面波伝搬期間Ｔ２及び第２表面波伝搬期間Ｔ３を補正することによって、伝搬体２０の温度を考慮した底面往復期間Ｔｘが求まる。位置決定部５１が、伝搬体２０の温度に基づいて第１表面波伝搬期間Ｔ２及び第２表面波伝搬期間Ｔ３を補正することによって、伝搬体２０の温度を考慮した精度の高い液面８１の位置の決定を実現することができる。
【００７４】
本実施形態では、内部伝搬波反射部２２を切り欠いた溝２１によって構成したが、本実施形態に限定されるものではなく、内部伝搬波Ｗｉが反射する構成であればよい。内部伝搬波Ｗｉが反射する構成は、例えば、貫通穴、伝搬体２０の一部分を底面２８まで切り欠き鍵状に形成したもの、ビス止め、溝２１に別の部材を嵌め込んだものであってもよい。また、溝２１に嵌め込まれる別の部材は、樹脂又は金属であってもよい。さらに、伝搬体２０の温度に基づいて第１表面波伝搬期間Ｔ２及び第２表面波伝搬期間Ｔ３を補正しない場合には、伝搬体２０に内部伝搬波反射部２２を設ける必要はない。
【００７５】
ところで、反射された内部伝搬波Ｗｉと表面波Ｗｓ（第１表面波Ｗｓ１及び第２表面波Ｗｓ２）とが例えば干渉したときには、位置決定部５１による反射された内部伝搬波Ｗｉ又は表面波Ｗｓのいずれが圧電素子３１に入力したのかの正確な判定が困難になる。そのため、内部伝搬波Ｗｉが伝搬体２０を伝搬する長さと表面波Ｗｓが伝搬体２０を伝搬する長さとが異なる長さとなるように、伝搬体２０に内部伝搬波反射部２２を設けることが好ましい。伝搬体２０上の適切な位置に内部伝搬波反射部２２を設けることによって、反射された内部伝搬波Ｗｉと表面波Ｗｓとが干渉することが防止され、反射された内部伝搬波Ｗｉ又は表面波Ｗｓのいずれが圧電素子３１に入力したのかを位置決定部５１が正確に判定することができる。
【００７６】
《３．変形例》
図７を参照して、液面位置検出装置１０の変形例を説明する。液面位置検出装置１０の変形例は、上述した液面位置検出装置１０の実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００７７】
図７に示されているように、液面位置検出装置１０の変形例では、伝搬体２０に内部伝搬波反射部２２が設けられていない。その代わり、伝搬体２０又は液体８０の温度を取得するために、温度取得部６０が備えられている。なお、伝搬体２０の温度は、液体８０の温度に近似する。すなわち、液面位置検出装置１０の変形例では、内部伝搬波伝搬期間Ｔ１を用いて伝搬体２０の温度を取得する代わりに、温度取得部６０を用いて伝搬体２０の温度を取得する。液面位置検出装置１０の変形例では、温度取得部６０を用いて取得した伝搬体２０の温度に応じて、第１表面波伝搬期間Ｔ２及び第２表面波伝搬期間Ｔ３を補正する。
【００７８】
図７は、容器７０に設けられる温度取得部６０の一例を示す。温度取得部６０は、サーミスタ、測温抵抗帯、熱電対等の周知の接触式のセンサ素子６１を内蔵する金属筐体によって構成されている。また、温度取得部６０はその金属筐体の少なくとも一部にネジ山形状を有しており、容器７０に固定される。さらに、容器７０の外側の面と接する金属筐体の一部分とは、シール部材６３によってシールされている。シール部材６３は、Ｏリングであるが、シールできれば他の部材であってもよい。
【００７９】
位置決定部５１は、センサ素子６１と接続されている配線６２と接続されることによって、センサ素子６１が検出する液体８０の温度を入力することができる。ここで、位置決定部５１は、温度取得部６０と直接接続されることに限定されない。例えば、位置決定部５１と直接接続される図示されていない車載電子制御ユニットから、図示されていないネットワークを介して液体８０の温度を入力してもよい。
【００８０】
液面位置検出装置１０の変形例では、反射された内部伝搬波Ｗｉと表面波Ｗｓとが干渉しないための伝搬体２０における内部伝搬波反射部２２の位置を考慮する必要がない。しかしながら、伝搬体２０に内部伝搬波反射部２２が設けられて内部伝搬波伝搬期間Ｔ１を用いて伝搬体２０の温度を取得する場合には、温度取得部６０をさらに備える必要がない。また、位置決定部５１が、圧電素子３１からの入力及び温度取得部６０からの入力の双方を処理する必要がなく、位置決定部５１による処理負担を軽減することができる。
【００８１】
本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。
【符号の説明】
【００８２】
１０・・・液面位置検出装置、２０・・・伝搬体、２２・・・内部伝搬波反射部、２４・・・伝搬体の下端部、２６・・・第１表面，主面、２８・・・第２表面，底面、２８ａ・・・第１縁部、２８ｂ・・・第２縁部、３１・・・圧電素子、３２・・・振動発生部、３３・・・振動検出部、５１・・・位置決定部、６０・・・温度取得部、７０・・・容器、８０・・・液体、８１・・・液面、Ｗｉ・・・内部伝搬波、Ｗｓ・・・表面波、Ｗｓ１・・・第１表面波、Ｗｓ２・・・第２表面波。
【図１Ａ】
2018054322.tif 000003
【図１Ｂ】
2018054322.tif 000004
【図２】
2018054322.tif 000005
【図３】
2018054322.tif 000006
【図４】
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【図５】
2018054322.tif 000008
【図６Ａ】
2018054322.tif 000009
【図６Ｂ】
2018054322.tif 000010
【図７】
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