(57)【要約】【課題】簡易な装置構成で、設置環境の影響を受けることなく高精度に液面レベルを検出可能な液面レベル検出装置を提供する。【解決手段】液面レベル検出装置１００は、検出部１と、検出部１に試験信号を送信し、試験信号に対する応答信号を受信する信号処理回路３０と、検出部１と信号処理回路３０との間に配設された信号線４０とを備える。検出部１は、第１の方向に沿って所定の長さを有し、かつ、少なくとも第１の方向の一方端面が容器内に位置するように設けられた超音波伝導体１０と、超音波伝導体１０の第１の方向の他方端面に装着された超音波素子２０とを含む。超音波素子２０は、試験信号を超音波に変換して超音波伝導体１０に送信し、超音波伝導体１０内部で横振動の多重反射された超音波を受信して応答信号に変換する。信号処理回路３０は、超音波素子２０からの応答信号に基づいて液体の液面レベルを検出する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置であって、
前記液体の液面との接触の有無によって液面レベルを検出するための検出部と、
前記検出部に試験信号を送信し、前記試験信号に対する応答信号を受信する信号処理回路と、
前記検出部と前記信号処理回路との間で信号を通信するための信号線とを備え、
前記検出部は、
第１の方向に沿って所定の長さを有し、かつ、少なくとも前記第１の方向に沿った一方の端面が前記容器内に位置するように設けられた超音波伝導体と、
前記超音波伝導体の前記第１の方向に沿った他方の端面に装着され、超音波振動するための超音波素子とを含み、
前記超音波素子は、前記試験信号を超音波に変換して前記超音波伝導体に送信するとともに、前記超音波伝導体の内部で横振動の多重反射された超音波を受信して前記応答信号に変換するように構成され、
前記信号処理回路は、前記超音波素子を駆動するとともに、前記超音波素子から受信した前記応答信号のレベル変化を測定することにより前記液体の液面レベルを検出する、液面レベル検出装置。
【請求項２】
前記信号処理回路は、前記応答信号の電圧と基準電圧との比較に基づいて、前記検出部における前記液面との接触の有無を検出する、請求項１に記載の液面レベル検出装置。
【請求項３】
前記超音波伝導体は、前記第１の方向を長さ方向とする棒状体である、請求項１または請求項２に記載の液面レベル検出装置。
【請求項４】
前記超音波伝導体の前記第１の方向の所定の箇所に嵌合され、前記超音波伝導体を前記容器に固定可能に構成されたフランジ部をさらに備える、請求項３に記載の液面レベル検出装置。
【請求項５】
前記超音波伝導体の前記所定の箇所と前記他方の端面との間に形成された放熱部をさらに備える、請求項４に記載の液面レベル検出装置。
【請求項６】
前記超音波伝導体は、前記第１の方向を厚さ方向とする板状体である、請求項１または請求項２に記載の液面レベル検出装置。
【請求項７】
前記超音波伝導体は、前記一方の端面の少なくとも一部分に、前記容器の内方に突出するように形成された凸部を有する、請求項６に記載の液面レベル検出装置。
【請求項８】
前記信号処理回路は、
前記試験信号を生成して前記超音波素子に送信するための送信手段と、
前記超音波素子からの前記応答信号を受信するための受信手段とを含み、
前記送信手段は、前記試験信号を送信したタイミングから所定期間の間、前記応答信号をブランキングするためのブランキング信号を生成して、前記受信手段に出力する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液面レベル検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液面レベル検出装置に関し、より特定的には、超音波横振動の多重反射を利用して液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
容器内の液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置として、たとえば特開２００２−１７４５４３号公報（特許文献１）には、多層樹脂燃料タンクの液面レベルを検出するための液面レベル計測装置が開示される。
【０００３】
この液面レベル計測装置は、複数の樹脂層からなる多重樹脂燃料タンクの壁部の外面に密着して配置され、発生させた超音波をタンク内部に向けて送信し、内側樹脂層の内面による第１反射波および樹脂層間の境界面による第２反射波を含む多重反射波を受信し、多重反射波を含む受信波を出力する超音波センサと、第１反射波が存在する受信波の評価エリアを設定し、評価エリアにおける受信波出力の強度と閾値との比較に基づいて、タンク内部の液面レベルを検出するデータ解析装置とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７４５４３号公報
【特許文献２】特開昭５７−３７２５７号公報
【特許文献３】特開平５−８７７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特開２００２−１７４５４３号公報（特許文献１）に開示される液面レベル計測装置においては、液面レベルの計測にあたっては、多重反射波の中から、液面レベルの検出に使用される第１反射波を正確に抽出することが要求される。そのためには、データ解析装置は、第１反射波が存在する受信波の評価エリアを正確に設定することが不可欠となる。
【０００６】
その一方で、多重反射波を含む受信波出力は、超音波の周波数、樹脂層の厚さ、樹脂層の材質および樹脂層の構成によって変動する。また、超音波センサにおいて、多層樹脂燃料タンクの壁部に対して垂直に伝搬される縦振動を引き起こすように超音波の周波数が選択されることから、受信波出力に含まれる第１反射波は、信号幅の狭い波形となる。このことからも、上述した受信波の評価エリアの設定には、十分な確度が求められる
したがって、上述した特開２００２−１７４５４３号公報（特許文献１）では、液面レベルを高精度に計測するためには、燃料タンクの形状等を含む計測条件に応じて評価エリアを正確に設定するための高度の演算処理の実行が不可欠となる。その結果、液面レベル計測装置の装置構成を複雑化させる可能性がある。
【０００７】
また、上述した特開２００２−１７４５４３号公報（特許文献１）では、超音波センサを燃料タンクの壁部の外面に密着して配置する構成が開示されるが、たとえば高温状態の液体の液面レベルを検出する場合には、当該壁部を通じて伝搬した熱によって超音波センサが損傷するおそれがある。しかしながら、上述した特開２００２−１７４５４３号公報（特許文献１）は、このような課題に対する解決手段を開示していない。
【０００８】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な装置構成で、設置環境の影響を受けることなく高精度に液面レベルを検出可能な液面レベル検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面に従う液面レベル検出装置は、容器内の液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置であって、液体の液面との接触の有無によって液面レベルを検出するための検出部と、検出部に試験信号を送信し、試験信号に対する応答信号を受信する信号処理回路と、検出部と信号処理回路との間で信号を通信するための信号線とを備える。検出部は、第１の方向に沿って所定の長さを有し、かつ、少なくとも第１の方向に沿った一方の端面が容器内に位置するように設けられた超音波伝導体と、超音波伝導体の第１の方向に沿った他方の端面に装着され、超音波振動するための超音波素子とを含む。超音波素子は、試験信号を超音波に変換して超音波伝導体に送信するとともに、超音波伝導体の内部で横振動の多重反射された超音波を受信して応答信号に変換するように構成される。信号処理回路は、超音波素子を駆動するとともに、超音波素子から受信した応答信号のレベル変化を測定することにより液体の液面レベルを検出する。
【００１０】
好ましくは、信号処理回路は、応答信号の電圧と基準電圧との比較に基づいて、検出部における液面との接触の有無を検出する。
【００１１】
好ましくは、超音波伝導体は、第１の方向を長さ方向とする棒状体である。
好ましくは、液面レベル検出装置は、超音波伝導体の第１の方向の所定の箇所に嵌合され、超音波伝導体を容器に固定可能に構成されたフランジ部をさらに備える。
【００１２】
好ましくは、液面レベル検出装置は、超音波伝導体の所定の箇所と他方の端面との間に形成された放熱部をさらに備える。
【００１３】
好ましくは、超音波伝導体は、第１の方向を厚さ方向とする板状体である。
好ましくは、超音波伝導体は、一方の端面の少なくとも一部分に、容器の内方に突出するように形成された凸部を有する。
【００１４】
好ましくは、信号処理回路は、試験信号を生成して超音波素子に送信するための送信手段と、超音波素子からの応答信号を受信するための受信手段とを含む。送信手段は、試験信号を送信したタイミングから所定期間の間、応答信号をブランキングするためのブランキング信号を生成して、受信手段に出力する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、簡易な装置構成で、設置環境の影響を受けることなく高精度に液面レベルを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に従う液面レベル検出装置に適用される検出部の基本構造を示す図である。
【図２】超音波素子によって送受信される超音波の波形を示す図である。
【図３】検出部が接液時のときに超音波素子によって送受信される超音波の波形を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に従う液面レベル検出装置の概略構成図である。
【図５】信号処理回路の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図５の信号処理回路に入出力される電気信号の波形の一例を示す波形図である。
【図７】図５の信号処理回路に入力される電気信号の波形の一例を示す波形図である。
【図８】本実施の形態の第１変形例に従う検出部の構成を示す図である。
【図９】本実施の形態の第２変形例に従う検出部の構成を示す図である。
【図１０】本実施の形態の第３変形例に従う検出部の構成を示す図である。
【図１１】本実施の形態の第４変形例に従う検出部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１８】
最初に、図１から図３を用いて、この発明の実施の形態に従う液面レベル検出装置による液面レベル検出動作の基本原理について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に従う液面レベル検出装置に適用される検出部１の基本構造を示す図である。
【００２０】
図１を参照して、本実施の形態に従う検出部１は、超音波伝導体１０と、超音波素子２０とを備える。
【００２１】
超音波伝導体１０は、たとえばアルミニウム等の金属やセラミックなどで形成され、超音波を効率良く伝導する（すなわち、超音波の伝搬損失が少ない）。超音波伝導体１０は、空気中に設置されており、超音波が入射される方向（送信方向）に沿って所定の長さを有している。この所定の長さは、後述するように、超音波伝導体１０の内部で発生する超音波の多重反射を十分なレベルで検出できるように予め定められている。本実施の形態では、一例として、超音波伝導体１０を所定の長さを有する金属棒材とする。
【００２２】
そして、この超音波伝導体１０の長さ方向に沿った一方の端面には、超音波素子２０が装着されている。超音波素子２０は、たとえば圧電素子により構成される。
【００２３】
超音波素子２０は、印加された電気信号を超音波に変換すると、その変換した超音波を超音波伝導体１０の内部に送信する。そして、超音波素子２０は、超音波伝導体１０の内部で発生した超音波の多重反射を受信すると、その受信した多重反射を電気信号に変換する。すなわち、超音波素子２０は、送信状態と受信状態とを切替え可能に構成されている。
【００２４】
詳細には、図１を参照して、超音波素子２０は、連続する所定個数の矩形波からなる矩形波バースト信号を超音波に変換して超音波伝導体１０の内部に注入（送信）する。すると、超音波素子２０から送信された超音波は、図中のラインＤ１で示すように、超音波伝導体１０の一方の端面から他方の端面に向かって超音波伝導体１０の内部を伝搬する。そして、超音波は、超音波伝導体１０の他方の端面で反射されると、図中のラインＲ１，Ｒ２で示すように、超音波伝導体１０の側壁で反射を繰り返しながら超音波伝導体１０の一方の端面に戻ってくる。一方端面に戻った超音波は、ここでさらに反射して超音波伝導体１０の内部に戻されることから、結果的に超音波伝導体１０の内部では、超音波の多重反射が発生する。
【００２５】
この多重反射を受信状態に切替えられた超音波素子２０で受信すると、図２に示されるように、送信時には信号幅が短いバースト波であったにもかかわらず、受信波は多重反射の影響を受けて長く尾を引いた様に観測される。
【００２６】
そして、この多重反射が生じている超音波伝導体１０を液体に接触させると、超音波の振動エネルギーの一部が接液面によって減衰するため、超音波素子２０で受信される多重反射のレベルは、図３に示すように、空気中（非接液時）と比べて極端に小さくなる。したがって、この超音波の多重反射のレベル変化を検出すれば、超音波伝導体１０の一部が接液しているか否かを判断することができる。そして、この超音波伝導体１０が容器の内部に位置するように検出部を容器の壁部などに設置することにより、当該容器内の液体の液面レベルを検出することが可能となる。
【００２７】
（液面レベル検出装置の構成）
次に、上述した検出部１を備える本発明の実施の形態に従う液面レベル検出装置について説明する。図４は、本発明の実施の形態に従う液面レベル検出装置１００の概略構成図である。
【００２８】
図４を参照して、本発明の実施の形態に従う液面レベル検出装置１００は、検出部１と、信号処理回路３０と、検出部１と信号処理回路３０との間で通信するための信号線４０と、フランジ部５０とを備える。
【００２９】
検出部１は、上述したように、金属棒材からなる超音波伝導体１０と、超音波伝導体１０の長さ方向の一方の端面に装着された超音波素子２０とを含む。一例として、超音波素子２０は、円板状の圧電素子からなり、超音波伝導体１０との接触面にグリス等を塗布し、かつ、背面から弾性部材で押し当てることによって、超音波伝導体１０に接着される。
【００３０】
ここで、一般に、圧電素子は、厚み方向の変位を示す縦振動モードと、径方向の変位を示す横振動モードとを有しているが、たとえば特開２００２−１７４５４３号公報（特許文献１）に開示されるような、通常の超音波センサでは、Ｓ／Ｎ比を考慮し、概ね１ＭＨｚ以上の周波数の縦振動モードを使用している。これに対して、本実施の形態に従う検出部１では、より低い周波数であって、横振動モードの周波数帯を使用した方が多重反射の変化がより効率良く発生することが実験等から取得されている。したがって、本実施の形態では、一例として、３３０ｋＨｚと通常の超音波センサよりも低い周波数の超音波を使用している。
【００３１】
超音波伝導体１０の長さ方向の所定箇所には、フランジ部５０が設けられている。フランジ部５０は、中心部分に超音波伝導体１０が挿通される貫通孔を有する円盤から構成される。この貫通孔に超音波伝導体１０を挿通し、接合面を溶接することで、フランジ部５０が超音波伝導体１０に固定される。
【００３２】
さらに、フランジ部５０の外周縁部近くには複数のボルト孔が形成されている。各ボルト孔にボルト５２，５４が挿入し、ナットで締結することで、超音波伝導体１０が容器２００の壁部２１０に取り付けられる。
【００３３】
このようにして、検出部１は、超音波伝導体１０の他方の端面を含む部分が容器２００の内部に位置し、かつ、超音波素子２０が容器２００の外部に位置するように、フランジ部５０を介して容器２００の壁部２１０に取り付けられる。このとき、超音波伝導体１０をフランジ部５０に挿通させて溶接しても、超音波が漏えいする接合面は溶接部分の僅かの面積に制限されるため、超音波伝導体１０内部での多重反射の損失は少量に抑えられる。したがって、超音波伝導体１０は、フランジ部５０に溶接した状態であっても、接液の有無を検出することが可能である。
【００３４】
信号処理回路３０は、信号線４０を介して、超音波素子２０に試験信号である矩形波バースト信号を送信するとともに、超音波素子２０から試験信号に対する応答信号を受信する。図５は、信号処理回路３０の構成を示すブロック図である。図５に示したブロック図の構成は、図示しないデジタル信号処理装置（Digital Signal Processor）によってソフトウェアで実現することも、少なくとも一部をハードウェアによって実現することも可能である。
【００３５】
図５を参照して、信号処理回路３０は、入出力端子３００と、切替回路３０２と、送信出力部３０４と、バースト発振部３０６と、タイミング発生部３０８と、受信アンプ３１０と、帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）３１２と、包絡線検波部３１４と、比較器３１６と、出力部３１８と、出力端子３２０とを含む。
【００３６】
入出力端子３００は、信号線４０（図５）を介して超音波素子２０に接続される。入出力端子３００は、切替回路３０２の接続状態に応じて、超音波素子２０へ試験信号を出力するための出力端子および超音波素子２０からの応答信号を受けるための入力端子のいずれかに切替えられる。
【００３７】
切替回路３０２は、入出力端子３００と送信出力部３０４および受信アンプ３１０との接続を切替え可能に構成される。具体的には、切替回路３０２がＩ側（送信側）に制御されると、入出力端子３００が送信出力部３０４と接続される。これに対して、切替回路３０２がＩＩ側（受信側）に制御されると、入出力端子３００が受信アンプ３１０と接続される。
【００３８】
切替回路３０２をＩ側およびＩＩ側のいずれに接続するかの制御は、タイミング発生部３０８からの送受信切替信号ＳＷによって行なわれる。一例として、送受信切替信号ＳＷが「Ｈ」（論理ハイ）レベルのときには、切替回路３０２はＩ側（送信側）に制御され、送受信切替信号ＳＷが「Ｈ」レベルから「Ｌ」（論理ロー）レベルに遷移したときには、切替回路３０２はＩＩ側（受信側）に切替えられる。
【００３９】
タイミング発生部３０８は、外部から液面レベル検出装置１００を起動するための指令が与えられると、試験信号を発生させるためのタイミング信号を出力する。また、タイミング発生部３０８は、このタイミング信号の出力と同時に、Ｈレベルの送受信切替信号ＳＷを生成して切替回路３０２へ出力する。
【００４０】
さらに、タイミング発生部３０８は、応答信号を所定期間の間ブランキングするためのブランキング信号を活性化させて受信アンプ３１０へ出力する。このブランキング信号は、タイミング発生部３０８がタイミング信号を出力したタイミングから予め定められた所定時間の間活性化するように生成される。これにより、受信アンプ３１０から出力される応答信号には、タイミング信号が出力されたタイミングから所定の期間の間、ブランキング期間が挿入されることとなる。
【００４１】
バースト発振部３０６は、タイミング発生部３０８からタイミング信号を受けると、矩形波バースト信号からなる試験信号を生成する。具体的には、バースト発振部３０６は、タイミング信号をトリガとして、所定周波数の電気パルス信号を連続して所定個数だけ発生させることにより、試験信号を生成する。
【００４２】
送信出力部３０４は、バースト発振部３０６により生成された試験信号（矩形波バースト信号）を、超音波素子２０が超音波に変換するために好適な電圧レベルに調整して切替回路３０２へ出力する。このとき、切替回路３０２は、タイミング発生部３０８からのＨレベルの送受信切替信号ＳＷに応じてＩ側（送信側）に制御されている。そのため、送信出力部３０４から出力された試験信号は、入出力端子３００を介して信号線４０に送出され、信号線４０を通じて超音波素子２０に与えられる。
【００４３】
そして、送信状態に切替えられた超音波素子２０が、与えられた試験信号（矩形波バースト信号）を超音波に変換して超音波伝導体１０に送信することによって、超音波伝導体１０の内部では、図１で述べたような超音波の多重反射が発生する。超音波素子２０は、この超音波の多重反射を受信して電気信号（応答信号）に変換し、その変換した応答信号を信号線４０へ送出する。
【００４４】
このとき、信号処理回路３０では、タイミング発生部３０８が、送受信切替信号ＳＷをＨレベルからＬレベルに遷移させることによって、切替回路３０２がＩ側（送信側）からＩＩ側（受信側）に切替えられる。したがって、信号線４０を伝搬した応答信号は、入出力端子３００を介して受信アンプ３１０に入力される。
【００４５】
受信アンプ３１０は、切替回路３０２から入力される応答信号を所望の振幅レベルにまで増幅して帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）３１２へ出力する。なお、出力される応答信号には、上述したように、所定のブランキング期間が挿入されている。
【００４６】
帯域通過型フィルタ３１２は、受信した応答信号から、試験信号と同じ周波数成分のみを抽出するフィルタリング処理を実行する。これにより、液面レベルの検出に使用しない周波数帯に含まれるノイズ成分が除去される。
【００４７】
包絡線検波部３１４は、フィルタリング処理が施された応答信号を包絡線検波する、すなわち、応答信号のピークを結んでできる曲線から応答信号の振幅レベルを検出する。そして、包絡線検波部３１４は、検出した応答信号の振幅レベルに応じた電圧を比較器３１６の逆相入力端子へ出力する。比較器３１６は、この応答信号と、正相入力端子に接続された基準電圧との電圧レベルを比較して、比較結果信号を出力する。比較器３１６は、逆相増幅器であり、応答信号の電圧レベルが基準電圧よりも高ければＬレベルの比較結果信号を出力し、応答信号の電圧レベルが基準電圧よりも低ければＨレベルの比較結果信号を出力する。比較結果信号は、出力部３１８に入力される。
【００４８】
出力部３１８は、比較結果信号の論理レベルに基づいて検出部１が接液したことを示す検出信号を生成し、生成した検出信号を出力端子３２０から出力する。詳細には、比較結果信号がＨレベルのとき、すなわち、応答信号の電圧レベルが基準電圧よりも低いときには、出力部３１８は、検出信号を出力端子３２０から出力する。
【００４９】
図６および図７は、図５の信号処理回路３０に入出力される電気信号の波形の一例が示す波形図である。図６には、試験信号（矩形波バースト信号）および検出部１が非接液時における応答信号の波形図が示される。応答信号は、帯域通過型フィルタ３１２によるフィルタリング処理後の波形が示されている。
【００５０】
図６を参照して、応答信号は、試験信号が出力される時刻ｔ０から所定時間が経過した時刻ｔ１以降において、複数のうねりを伴なった波形が観測されている。この所定期間は、上述したタイミング発生部３０８から受信アンプ３１０に送出されるブランキング信号が活性化される期間に相当する。このように応答信号に対して、試験信号を出力してから所定の期間の間、ブランキング期間を設けたのは、高次の多重反射成分のみを応答信号として受信するためである。
【００５１】
詳細には、超音波伝導体１０で発生する多重反射においては、反射回数が多い反射波ほど、すなわち、高次の反射波になるほど時間的に遅れて検出される。その一方で、超音波伝導体１０が接液状態のときには、個々の反射波の減衰量は、反射回数が多いものほど大きくなる。したがって、反射回数が多い高次の反射波ほど接液状態での波形変化が大きく得られる。これは、換言すれば、多重反射の波形において、接液の有無による変化が顕著となる期間は、高次の反射波が観測される相対的に遅い期間であることを示す。上述したブランキング期間は、このような現象を鑑みて、多重反射のうち、接液の有無による波形の変化が顕著となる反射波を効率的に検出するために設けられたものである。
【００５２】
図７に、検出部１が非接液時における応答信号および接液時における応答信号の波形を示す。同図では、帯域通過型フィルタ３１２によるフィルタリング処理後の応答信号の波形が示されている。
【００５３】
これによれば、非接液時と接液時とでは、応答信号の振幅および信号幅がともに大きく減少していることが分かる。したがって、この応答信号のレベル変化を検出することにより、超音波伝導体１０が接液したか否かを判断することができる。本実施の形態によれば、従来の液面レベル検出装置のように、多重反射の中から特定の反射波を抽出するための処理（たとえば、評価エリアの設定処理）を行なうことなく、多重反射全体のレベル変化を観測することで、液面レベルを容易に検出することができる。この結果、安定的かつ高精度な液面レベルの検出動作が実現される。
【００５４】
（検出部の構成）
以下に、本実施の形態に従う液面レベル検出装置１００における検出部１の構成についてより詳細に説明する。
【００５５】
一般に、高圧タンクの液面レベルの検出に用いられるセンサには高い耐圧力性が求められる。ところが、検出部にシールを施した接続部分のある静電容量式センサなどは不適当である。これに比べて、本実施の形態に従う検出部１は、超音波伝導体１０がフランジ部５０との溶接部分による接合面しか持たないことから、極めて高い耐圧力性を実現することができる。
【００５６】
さらに、金属棒材からなる超音波伝導体１０は、超音波の伝搬損失が少ないため、金属棒材の長さを伸長させても十分なレベルの多重反射を得ることができる。その一方で、高温状態にある液体の液面レベルを検出する場合には、超音波伝導体１０に接着されている超音波素子２０の耐熱温度が問題となる。この場合には、フランジ部５０が固定される所定箇所から超音波素子２０が接着される一方端面までの区間の距離を長くすることによって、当該区間での空気との熱交換によって、超音波伝導体１０の放熱性を高めることができる。その結果、過熱による超音波素子２０の損傷を回避できる。
【００５７】
なお、超音波伝導体１０の放熱性をさらに高める手法としては、フランジ部５０が固定される所定箇所から超音波素子２０が接着される一方端面までの区間において、超音波伝導体１０に放熱部材を設ける構成とすることも可能である。図８に、本実施の形態の第１変形例に従う検出部１Ａの構成を示す。図８に示すように、放熱部材としては、熱伝導性に優れた銅やアルミニウム等の金属材料で形成された複数の円盤からなる放熱フィン６０を超音波伝導体１０に取付けることが考えられる。
【００５８】
以上に述べたように、本実施の形態によれば、検出部を、単純な金属棒材で構成された超音波伝導体に超音波を送信し、その超音波の多重反射のレベル変化を超音波素子によって検出する構成としたことにより、高圧および高温のいずれの環境条件にも容易に対応可能な液面レベル検出装置を実現することができる。
【００５９】
また、本実施の形態に従う検出部は、超音波伝導体の内部に多重反射を意識的に発生させ、多重反射のレベル変化を検出する構成とする。この意識的に発生させるという表現は、一般的な超音波による積層材の剥離の検出に用いられる反射法と区別させたものである。すなわち、上記の反射法は、積層材に超音波を入射したときに積層材中で発生する多重反射を観測することによって、積層材の剥離や界面欠陥を検出するものであるため、多重反射の発生具合については、積層材の界面状態によって決まり、ユーザが意識的にコントロールすることは不可能である。これに対して、本実施の形態では、検出部に効率の良い多重反射を意識的に発生させるものである。そのため、超音波伝導体は、超音波の入射方向に沿って、多重反射が十分に観測することができる程度の長さを有するように構成される。
【００６０】
さらに、超音波伝導体の形状としては、接液時に多重反射が効率良く減衰する形状が選択される。したがって、超音波伝導体の形状は、特に制限されるものではなく、上述した棒状体以外にも、図９に示すような板状体とすることも可能である。その結果、検出部が設置される環境に適応した形状を選択することができるため、液面レベル検出装置の設置の自由度を高めることができる。
【００６１】
図９は、本実施の形態の第２変形例に従う検出部１Ｂの構成図である。
図９を参照して、本実施の形態の第２変形例に従う検出部１Ｂは、超音波伝導体１０Ｂと、超音波素子２０とを含む。
【００６２】
超音波伝導体１０Ｂは、円盤状の金属板からなる。金属板の厚さ方向に沿った一方の端面には、超音波素子２０が接着されている。さらに、金属板の外周縁部近くには、複数のボルト孔１２が設けられている。複数のボルト孔１２の各々に図示しないボルトを挿入し、ナットで締結することで、超音波伝導体１０Ｂが容器の壁部（図示せず）に取付けられる。すなわち、本変形例において、金属板は、超音波伝導体としての機能と、超音波伝導体を容器に取付けるためのフランジとしての機能とを併せ持つ。
【００６３】
本構成において、超音波伝導体１０Ｂの一方の端面から入射された超音波は、他方の端面で反射されて一方の端面に戻ってくると、ここでさらに反射されて超音波伝導体１０Ｂの内部に戻される。その結果、超音波伝導体１０Ｂの内部では、超音波の多重反射が発生する。
【００６４】
そして、この多重反射が生じている超音波伝導体１０Ｂの他方の端面を液体に接触させると、当該他方の端面から液中に超音波の一部が透過していくため、多重反射のレベルが空気中と比べて小さくなる。超音波素子２０がこの多重反射のレベル変化を検出することによって、超音波伝導体１０Ｂが接液しているか否かを判断することができる。
【００６５】
このように、超音波伝導体を金属板で構成した場合には、金属板の端面の一部の領域に対する接液の有無に基づいて液面レベルを検出できるとともに、当該金属板を直接的に容器に取付けることが可能となる。その結果、液面レベル検出装置を小型化することができる。
【００６６】
なお、超音波伝導体１０Ｂを、接液面をさらに拡大させた形状とすることによって、接液状態における超音波の減衰量を増大させることができる。これにより、非接液時と接液時とで多重反射の波形変化がより顕著となるため、より精度の高い液面レベルの検出が可能となる。
【００６７】
その一例として、図１０および図１１には、本実施の形態の第３変形例および第４変形例に従う検出部１Ｃ，１Ｄの構成がそれぞれ示される。図１０を参照して、第３変形例に従う超音波伝導体１０Ｃは、金属体の端面のうち接液面にあたる中央部分に、容器の内方に突出するように形成された半球状の凸部１４を有する。また、図１１を参照して、第４変形例に従う超音波伝導体１０Ｄは、金属体の端面のうち接液面にあたる中央部分に、容器の内方に突出するように形成された円錐状の凸部１６を有している。なお、凸部の形状は、図１０および図１１に示す形状に限定されるものではない。
【００６８】
上述した本発明の実施の形態ならびにその変形例においては、超音波伝導体を金属棒材あるいは金属板とする構成について例示したが、超音波伝導体の内部で効率良く多重反射を発生させることができ、かつ、接液時において多重反射に大きな減衰が得られるような形状であれば、これらに限定されるものではない。一例として、超音波伝導体を球状や円錐状などとすることも可能である。
【００６９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７０】
１，１Ａ〜１Ｄ  検出部、１０，１０Ａ〜１０Ｄ  超音波伝導体、１２  ボルト孔、１４，１６  凸部、２０  超音波素子、３０  信号処理回路、４０  信号線、５０  フランジ部、５２，５４  ボルト、６０  放熱フィン、１００  液面レベル検出装置、２００  容器、２１０  壁部、３００  入出力端子、３０２  切替回路、３０４  送信出力部、３０６  バースト発振部、３０８  タイミング発生部、３１０  受信アンプ、３１２  帯域通過型フィルタ、３１４  包絡線検波部、３１６  比較器、３１８  出力部、３２０  出力端子。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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