(57)【要約】【課題】超音波センサーを、ドレン水の水面との距離を測定する距離測定装置、すなわち水位センサーとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、超音波センサーとドレン水の水面との距離が短くて発信波の残響のある間に反射波が受信されても、受信波形が発信時の残響であるのか反射波であるのかを容易に区別でき、正確に距離測定できる距離測定装置を得る。【解決手段】測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、発信波の残響がなくなって後に、反射してくる受信波による距離測定を開始する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、発信波の残響がなくなって後に、反射してくる受信波による距離測定を開始することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記測定用の媒体の反射を所定時間内に受信できない場合は、測定対象が測定範囲よりも遠方に存在すると判断することを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、発信波の通常の残響時間経過後、所定時間をさらに経過した後に受信される受信電圧が所定値にはじめて低下したことが検出されたときは、この初めて所定値に低下した受信波を測定対象から反射してきた反射波と判断し、発信波の残響とは区別し、測定対象が近距離にあると判断することを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
前記発信波の残響時間を予め測定し、この残響時間データを測定器の記憶部に予め格納しておくことを特徴とする請求項３記載の距離測定装置。
【請求項５】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、音波発信後、受信波電圧が初めて所定値に低下するまでの間に検出される受信電圧の上下動変化をもって、初めて所定値に低下した受信波を測定対象から反射してきた反射波と判断し、発信波の残響とは区別し、測定対象が近距離にあると判断することを特徴とする距離測定装置。
【請求項６】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、超音波を受信する受信部の感度を時間経過とともに変化させることを特徴とする距離測定装置。
【請求項７】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、超音波を受信する受信部での受信電圧が所定値よりも小さい場合、超音波の反射による２回目の往復信号としてこの往復時間をもとに距離を測定することを特徴とする距離測定装置。
【請求項８】
前記測定器は、測定対象から反射してきた測定用媒体を、再度、測定対象に反射させて受信部に導く機能を備えることを特徴とする請求項７記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば冷凍冷蔵ショーケースのドレン水の検知装置として使用される距離測定装置を使用する距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スーパーマーケットなどの店舗に設置されるオープンタイプの縦型冷凍冷蔵ショーケースは、図１０に示すようにショーケース本体の下部に形成される機械室３内に凝縮器２や圧縮機などにより構成される冷凍装置を配設し、ショーケース本体の背面側に設置した冷却器で冷却した冷気で商品収納庫１内に収納した商品を冷却するもので、冷気は循環される。図中６は凝縮機ファン、４はドレン水受けを示す。
【０００３】
冷気は前記のように庫内の空気が循環されるものであるが、商品収納庫１の前面が商品の出入口として開放されているため、ここから暖かい外気が流入し、これに含まれる湿気が冷却器で結露し霜となる。
【０００４】
そして、この着霜により冷却器の能力が低下することを防ぐため、適宜除霜するが、除霜された水分がドレン水として発生する。
【０００５】
このドレン水は、通常は排水用のパイプが接続されてこのパイプで店舗外の排水溝に導かれるが、パイプが接続されるとこの配管によってショーケースの設置位置が固定される。そこで、移動が容易なように圧縮機が組み込まれているショーケースでは、移動性が損われないようドレン水もショーケース内に設置したドレンパンやドレンタンクなどのドレン水受け４に貯留している。
【０００６】
このようにドレン水受け４にドレン水を溜める場合、定期的に排水する必要が生じるが、ドレン水の発生量は天候や、ショーケースのサイズや温度帯、庫内に収納している商品の量などによって左右される。
【０００７】
ドレン水の満水を検知する方法として、超音波センサーを水位センサーとして使用し、この水位センサーと水面との距離を測定することで水位を計測する方法があり、ドレン水受け４の上方に水位センサー５を設置し、ここから水面に向けて発信した超音波が水面に反射して戻り受信されるまでの時間を計測して水位センサー５と水面との距離、すなわち水位を計測するものである（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−５９７６５号公報
【０００８】
超音波センサーを使用する方法は、図１２、図１３に示すように水位センサー５である超音波センサーの水位センサー音波発振部１１を制御するパルス発振部である送信回路部１２から発信されたパルス信号が水面で反射されて受信回路部１３に戻るまでの時間を計測し、この時間をもとに演算処理回路部１４で水位センサー５と水面との距離、すなわち水位を算出するもので、受信回路部１３はショーケースコントローラ８に接続される。
【０００９】
一般に超音波センサーでは、測定距離を延ばすためには超音波信号の減衰分を考慮して超音波発振素子への入力を上げ音圧を高めることが必要とされる一方で、近距離測定のためには送信波形に受信波形が重ならないよう、送信波形の影響を短くするために音圧を下げる必要がある。それでも通常PZT素子で使用できる２０ＫＨｚの周波数では駆動電圧の雑音や安定度が精度に影響して７０ｍｍ以下を正確に測定することが不可となる。
【００１０】
図１４に示すように送信波形に受信波形が重なる距離は実際には８０ｍｍ程度であり、受信波形の減衰で受信確認できなくなる距離が約２００ｍｍである。これにより、正常に測定できる範囲は８０ｍｍ以上であることがわかる。
【００１１】
図１１は超音波センサーを水位センサー５として使用する場合の、ドレン水受け４との関係の一例を示す正面図で、機械室３の高さは一例として３００ｍｍであり、図１４で説明した水位センサー５で正常に距離測定できる範囲を確保できる。機械室３のこの限定された高さの範囲内に水位センサー５とドレン水受け４を配置することになるが、ドレン水受け４は、水位センサー５との距離を確保するために高さの低いもの（深さの浅いもの）として例えば４０ｍｍ程度のものとする。
【００１２】
そして、ドレン水受け４の口縁を限界レベルとしてこの限界レベルと水位センサー５の超音波発信素子兼受信素子１０との距離を、超音波センサーで正常に測定できる範囲の最小限値である７０ｍｍに設定し、この限界レベルよりもさらに１０ｍｍ下方に満水レベルを設定する。
【００１３】
これにより、満水レベルが超音波センサーの発信部から８０ｍｍ離れた高さに位置し、満水レベルを正常測定可能範囲内に確実に位置させることができ、ドレン水受け４からドレン水が溢れるまで１０ｍｍの余裕を残してこの満水レベルで満水を報知するようにした。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記のように水位を測定する方法として超音波を使用し、この超音波が発信されてから戻るまでの時間を計測し、この時間を対応する信号に変換して外部に出力し、この出力をコントローラが受けて距離を算出する方法の場合、超音波センサーとドレン水受け４との距離が短く、超音波センサーで正常に測定できる範囲の最小限値である７０ｍｍよりも近いと、送信波が発信されてから反射して受信波となって戻ってくるまでの時間も短くなるため、図９に示すように送信波の残響のある間に反射波である受信波が受信され、受信波形が発信時の残響であるのか、受信波形の重なりであるのかが判別できず、正確な距離測定が困難であった。
【００１５】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、超音波センサーを、ドレン水の水面との距離を測定する距離測定装置、すなわち水位センサーとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、超音波センサーとドレン水の水面との距離が短くて発信波の残響のある間に反射波が受信されても、受信波形が発信時の残響であるのか反射波であるのかを容易に区別でき、正確に距離測定できる距離測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器に距離測定装置において、発信波の残響がなくなって後に、反射してくる受信波による距離測定を開始することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように本発明の距離測定方法は、超音波センサーを水位センサーとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、送信波の残響が無くなってから、距離測定を開始するから、反射してくる受信波を送信波の残響と区別でき、正確な距離測定が行えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の距離測定方法の第１実施形態を示す距離測定動作のフローチャートで、本発明が実施されるショーケースの全体構成は図１０について説明した従来例と同様であるから同一の参照符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【００１９】
本発明の距離測定装置は、測定手段として超音波センサーによる水位センサー５を使用するものであり、図４に示すように超音波発信素子兼受信素子１０と制御部１７とを内蔵し、制御部１７の出力側に超音波発信回路１５を介して超音波発信素子兼受信素子１０が接続され、入力側に超音波受信回路１６を介して超音波発信素子兼受信素子１０が接続される。図中１８は外部出力用のコネクタを示す。
【００２０】
前記水位センサー５を使用してドレン水と水位センサー５との距離を測定するには、基本構成としては、超音波発信素子兼受信素子１０からドレン水受け４内のドレン水の水面に向って発信された超音波が、水面で反射して超音波発信素子兼受信素子１０に戻ったとき、超音波受信回路１６を介して発信されてから受信されるまでの時間が制御部１７に入力され、制御部１７ではこの時間をもとにして距離データを算出し、コネクタ１８に出力する。
【００２１】
このように、受信波は距離データに変換されるものであるが、この場合、図１のフローチャートに示すように、まず、超音波発信素子兼受信素子１０からの周波数４０ｋＨｚ、１０サイクル＝２５０ｍｓｅｃでの超音波の発信開始後（ステップ１）、受信電圧が０．１Ｖまで一旦下がってから（ステップ２）、距離測定のためのピーク電圧検出を開始する（ステップ３）。
【００２２】
図９に示すように、受信電圧が０．１Ｖまで下がった時点は、発信波の残響に受信波が重なっていたとしても、その影響がなくなった時点であり、これにより発信波の残響がなくなってからピーク電圧の検出、受信波検出を開始できる。
【００２３】
ピーク電圧検出開始後、０．５ｍｓｅｃの経過後（ステップ４）、ピーク電圧が０．１Ｖ以上になれば（ステップ５）、反射した受信波が検出されたことであり、この受信波の応答時間を検出し（ステップ６）、時間と距離との相関関係に基づいて距離を算出し（ステップ７）、この距離データをコネクタ１８から出力する（ステップ８）。
【００２４】
一方、前記（ステップ５）の段階で０．５ｍｓｅｃが経過しても測定されるピーク電圧が０．１Ｖ以上にならなければ、距離は２００ｍｍ以上の遠距離と判断する（ステップ９）。
【００２５】
図２は、第２実施形態のフローチャートを示し、水面と水位センサー５との距離が近い場合で、送信波の残響のある間に反射波が受信され、残響に受信波が重なった場合に、残響と区別して受信波を検出する方法である。
【００２６】
前記第１実施形態と同様にまず、超音波発信素子兼受信素子１０からの周波数４０ｋＨｚ、１０サイクル＝２５０ｍｓｅｃでの超音波の発信開始後（ステップ１０）、受信電圧が０．１Ｖまで下がった時点を検出し（ステップ１１）、この時点が発信停止後から３００ｍｓｅｃ以上経過していれば（ステップ１２）、水位センサー５と水面との距離は短くなく通常の距離測定を行う（ステップ１３）。
【００２７】
前記（ステップ１１）（ステップ１２）の段階で、受信電圧が０．１Ｖまで下がった時点の、発信停止後からの時間を３００ｍｓｅｃと設定したのは、通常の残響時間が２５０ｍｓｅｃであり、発信停止後３００ｍｓｅｃを経過していれば通常は受信電圧は０．１Ｖにまで低下していることによる。
【００２８】
よって、発信停止後３００ｍｓｅｃを経過している時点で受信電圧が０．１Ｖにまで低下していれば、残響に受信波が重なっていないことになり、通常の距離測定が継続される。
【００２９】
一方、図９にも示すように、受信電圧が０．１Ｖにまで低下した時点が、発信停止後３００ｍｓｅｃ以上経過した後であれば（ステップ１２）、残響に受信波が重なっていて、水位が水位センサー５に近く、水面との距離が７５ｍｍ以下と判定する（ステップ１４）。
【００３０】
なお、前記残響時間は装置の製作段階で予め水位センサー５の制御部１７に記憶させておくこともできる。図３は記憶のためのフローチャート、図４は制御ブロック図を示し、水位センサー５の制御部１７内の記憶部１７ａにテスト用入力部１９を接続する。
【００３１】
そして、超音波発信素子兼受信素子１０からの周波数４０ｋＨｚ、１０サイクル＝２５０ｍｓｅｃでの超音波の発信開始後、受信電圧が０．１Ｖまで下がった時点を検出し、発信停止後に受信電圧が０．１Ｖまで下がった時までの時間を計測してこの経過時間例えば３００ｍｓｅｃを入力部１９から記憶部１７ａに入力して予め記憶させておく（ステップ１６）。
【００３２】
図５は第３実施形態を示し、第２実施形態と同様に、水面と水位センサー５との距離が近い場合で、送信波の残響のある間に反射波が受信され、残響に受信波が重なった場合に、残響と区別して受信波を検出する別の方法である。
【００３３】
これは図９に示すように残響の波形に反射波の波形が重なると、残響波形の電圧値が低下している途中で、反射波が重なるために反射波によって電圧値が上昇する。これにより電圧値の変化に上下が生じ、途中に谷間が発生する。第３実施形態はこの谷間（くびれ）を検出して残響と受信波との重なりを検出するものである。
【００３４】
その具体的方法は、まず、超音波発信素子兼受信素子１０からの周波数４０ｋＨｚ、１０サイクル＝２５０ｍｓｅｃでの超音波の発信開始後、受信電圧が１Ｖ以下に下がった時点（図９におけるＡ点）の検出後（ステップ１７）、受信電圧がそのまま低下して（ステップ１８）、０．１Ｖ以下になれば（ステップ１９）、残響に受信波は重なっていないと判断して通常の距離測定が継続される（ステップ２０）。
【００３５】
一方、受信電圧が１Ｖ以下に下がった時点（図９におけるＡ点）の検出後（ステップ１７）、受信電圧が１Ｖ以上に上昇すれば（ステップ１８）、電圧値に上下変化が生じており、このＡ点のくびれにより残響に受信波が重なっていて、水位が水位センサー５に近く、水面との距離が７５ｍｍ以下と判定する（ステップ２１）。
【００３６】
図６、図７は第４実施形態を示し、水面と水位センサー５との距離が極めて近距離で、発信波の残響と反射してきた受信波とが完全に重なってしまい、前記図９に示すようなくびれ（Ａ点）も無いような場合に、受信波を検出して距離を測定する方法である。
【００３７】
かかる場合は、図７に示すように超音波受信回路１６に制御部１７からゲイン調整指示信号を出力し、超音波受信回路１６の受信感度を時間経過とともに上げていくようにする。
【００３８】
受信波は再度反射して反射波となって受信されるが、反射の回数が増すに従い、すなわち時間経過とともに減衰していく。そこで、時間経過とともに受信感度を上げて、反射波を検出しやすくする。
【００３９】
また、１回目の反射波は残響と重なって検出されない場合でも、２回目の反射波は検出されるから、この２回目の反射波の反射時間をもとに距離を測定することが可能である。しかし、この場合、超音波受信回路１６で検出された反射波（受信波）が１回目のものであるのか２回目のものであるのかを判別する必要がある。
【００４０】
第４実施形態はこのような検出による測定方法であり、図６のフローチャートについて測定動作を説明する。（ステップ１）から（ステップ５）までは第１実施形態と同様であり、ピーク電圧検出が開始されてから検出されたピーク電圧が０．１Ｖ以上であれば、減衰されていない受信波が検出されたものとして、一回目の反射としてとらえ、図１のフローチャートの（ステップ６）以降の処理がなされる（ステップ２２）。
【００４１】
これに対して、（ステップ５）の段階で検出された受信波のピーク電圧が０．１Ｖ以下の場合で、さらに０．３Ｖ以上の場合は（ステップ２３）、２回目の反射波であると判断して距離測定する（ステップ２４）。ここでピーク電圧を０．１Ｖに設定したのは、受信波が２回目以降の反射によるものである場合は、反射により電圧が減衰してピーク電圧が０．１Ｖに達しないからである。
【００４２】
そして、２回目の反射波は、反射波が最初に発信されてから受信されるまで水面との間を往復しているため、往復信号となって、実際の距離に対応する時間の２倍の時間が計測される。よって、計測された時間の２分の１の時間をもとにして距離を算出する。
【００４３】
なお、前記（ステップ２３）の段階でピーク電圧が０．３Ｖ以下の場合は、受信波はノイズであると判断し、距離は２００ｍｍ以上とする（ステップ２５）。
【００４４】
図８は水面と水位センサー５との間が近距離の場合、近距離例えば７５〜５０ｍｍでの反射波の測定精度を集中的に上げるための方法であり、水位センサー５の側に、水面から反射してきた反射波を再度、超音波発信素子兼受信素子１０に向けて反射させるような手段として凹面部２０を、超音波発信素子兼受信素子１０の周囲に形成した。
【００４５】
これにより、水面で一旦反射した反射波は凹面部２０に当り、ここで超音波発信素子兼受信素子１０の方向に向けて再度反射するから、超音波発信素子兼受信素子１０での反射波の捕捉精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の距離測定装置の第１実施形態を示す距離測定動作のフローチャートである。
【図２】本発明の距離測定装置の第２実施形態を示す距離測定動作のフローチャートである。
【図３】本発明の距離測定装置の第２実施形態を示す残響時間測定動作のフローチャートである。
【図４】本発明の距離測定装置の第２実施形態を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明の距離測定装置の第３実施形態を示す距離測定動作のフローチャートである。
【図６】本発明の距離測定装置の第４実施形態を示す距離測定動作のフローチャートである。
【図７】本発明の距離測定装置の第４実施形態を示す制御ブロック図である。
【図８】本発明の距離測定装置の第４実施形態を示す水位センサーの説明図である。
【図９】本発明の距離測定装置の残響時間と反射波との関係を示す波形図である。
【図１０】ドレン水検知装置を備えた冷凍冷蔵ショーケースの斜視図である。
【図１１】ドレン水検知装置の正面図である。
【図１２】水位センサーの制御ブロック図である。
【図１３】水位センサーの波形図である。
【図１４】水位センサーによる測定可能範囲を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  商品収納庫                  ２  凝縮器
３  機械室                      ４  ドレン水受け
５  水位センサー                ６  凝縮機ファン
７  蒸発板                      ８  ショーケースコントローラ
９  満水警報ランプ              １０  超音波発信素子兼受信素子
１１  水位センサー音波発振部    １２  送信回路部
１３  受信回路部                １４  演算処理回路部
１５  超音波発信回路            １６  超音波受信回路
１７  制御部                    １８  コネクタ
１７ａ  記憶部
１９  テスト用入力部            ２０  凹面部
【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】
2008180532.tif 000012
【図１１】
2008180532.tif 000013
【図１２】
2008180532.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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