(57)【要約】【課題】メンテナンスが楽であり発振効率が良く寄生振動などが無い超音波送受信器を備え水位を水中から測定する水中超音波距離測定装置を提案する。【解決手段】遮音板６を挟んで平板の超音波発振素子７および平板の超音波受信素子８を張り合わせ前記平板への垂線が測定対象物（水面）１３の存在方向に直交して配置される超音波送受信器と、中心に配置された超音波送受信器の送受信方向を測定対象物（水面）１３の方向に転換するために反射面の傾き角が４５度に形成され中心線が測定対象物（水面）１３に向かって設置される錐台形状の反射板９と、錐台形状の反射板９の上端を密閉する防水共鳴膜１２とからなる超音波距離測定器を備え、水位を水中から測定する超音波距離測定装置。【選択図】        図４
2004271390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮音板を挟んで平板の超音波発振素子および平板の超音波受信素子を張り合わせ前記平板への垂線が測定対象物の存在方向に直交して配置される超音波送受信器と、
中心に配置された前記超音波送受信器の送受信方向を前記測定対象物の方向に転換するために反射面の傾き角が４５度に形成され中心線が前記測定対象物に向かって設置される錐台形状の反射板と、
前記錐台形状の反射板の上端を密閉する防水共鳴膜とからなる超音波距離測定器を備え、
水位を水中から測定する超音波距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波距離測定装置において、
前記錐台形状の反射板が、円錐台形状であることを特徴とする超音波距離測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波距離測定装置において、
前記錐台形状の反射板が、角錐台形状であることを特徴とする超音波距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波距離測定装置に係り、特に、水面上に超音波送受信器を設置するスペースが無い場合の水位計測手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、水面上から水位を測定する従来の超音波距離測定装置の系統構成を示す図、図２は、その主要部である超音波距離測定器の構造を示す図である。
【０００３】
水面１３上に設置された超音波距離測定器１は、信号ケーブル２により信号変換器３に接続されている。信号変換器３は、信号ケーブル４によりここでは図示していない計測データ処理手段に接続されている。
【０００４】
超音波距離測定器１の超音波送受信器は、遮音板６を挟んで平板の超音波発振素子７および平板の超音波受信素子８を張り合わせ、平板への垂線すなわち超音波発振／受信方向が測定対象物すなわち水面の存在方向（上下方向）に直交して水平になるように配置される。
【０００５】
超音波送受信器１は、超音波送受信器の水平に向いている送信超音波１０と受信超音波１１との方向を前記測定対象物の方向すなわち水面１３に向かう鉛直方向に転換するために、反射面の傾き角が４５度に形成された錐台形状の反射板９を備えている。
【０００６】
水位の計測に際して、信号変換器３は、図示しない計測データ処理手段からの超音波発振指令に基づき、超音波発振素子７を発振させ、超音波を出力させる。
【０００７】
超音波発振素子７から水平方向に出力された送信超音波１０は、反射板９の４５度斜面で反射され、下方に位置する水面１３に向かう。
【０００８】
水面１３で反射した受信超音波１１は、反射板９の４５度斜面で反射され、水平方向に向かって、超音波受信素子８に取り込まれる。超音波受信素子８で検出された反射信号は、信号変換器３を介して、図示しない計測データ処理手段に送られる。
【０００９】
計測データ処理手段は、発信から受信までの時間差を演算し、時間差を水面までの距離すなわち水位に変換する。
【００１０】
このような超音波水位計は、超音波送受信器を水面上に設置するので、水面上にある程度のスペースを必要とし、必要なスペースが得られない場合は、超音波水位計を設置できなかった。水位を計測する水面上に構造物などがある設備においては、超音波送受信器の設置スペースが無かった。
【００１１】
一方、従来の超音波送受信器をそのまま水中に設置すると、浸水による損傷などの問題が生じていた。また、円盤状のセラミック振動子を水平に設置した場合、指向性を良くするには、その直径を大きくする必要があり、超音波送受信器の小型化が困難であった。
【００１２】
そこで、水密にするとともに小型化するために、円筒型セラミック振動子の内面に消音材を充填し、円筒型セラミック振動子，消音材，それらの支持部材をモールド樹脂などの充填材で固め、その外周に金属板またはプラスチックなどからなる逆ロート状の反射体壁を設ける構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
さらに、それ以前の寸法が大きいフェライト振動子やランジュバン形振動子に代えて、音響インピーダンスが水中の音響インピーダンスにほぼ等しい音波透過材を用いて底面に対する側面の傾き角が４５度の直円錐台を形成し、円錐台の中央部に円筒形振動子を配置した超音波送受信器も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−１６６０５６号公報（第３〜４頁，図１，図２，図３）
【特許文献２】
特開昭５８−２２５３７１号公報（第１〜２頁，第２図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の超音波送受信器は、モールド樹脂内での超音波の伝わり方に関する検討結果の記載が無く、モールド樹脂で充填したために、発振効率が低下したり、寄生振動が生じたりするおそれがないかが問題となる。また、海水などの液体が中空部に入り込む小孔を開けた反射体壁，ネットの反射体壁，鎧状板片を用いた反射体壁，鱗片を重ね合わせた反射体壁を採用したので、計測対象の液体の種類が変わるたびに、中空部内や反射体壁をクリーニングしなければならず、メンテナンスが煩雑であった。
【００１６】
特許文献２の音響インピーダンスが水中の音響インピーダンスにほぼ等しい音波透過材が、底面に対する側面の傾き角が４５度の直円錐台の反射効率を最適化する材料であるとする根拠も希薄である。
【００１７】
本発明の目的は、メンテナンスが楽であり発振効率が良く寄生振動などが無い超音波送受信器を備え水位を水中から測定する水中超音波距離測定装置を提案することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、遮音板を挟んで平板の超音波発振素子および平板の超音波受信素子を張り合わせ前記平板への垂線が測定対象物の存在方向に直交して配置される超音波送受信器と、中心に配置された前記超音波送受信器の送受信方向を前記測定対象物の方向に転換するために反射面の傾き角が４５度に形成され中心線が前記測定対象物に向かって設置される錐台形状の反射板と、前記錐台形状の反射板の上端を密閉する防水共鳴膜とからなる超音波距離測定器を備え、水位を水中から測定する超音波距離測定装置を提案する。
【００１９】
前記錐台形状の反射板は、円錐台形状または角錐台形状とする。
【００２０】
本発明においては、錐台形状の反射板の上端を密閉して超音波に共鳴する防水共鳴膜で覆ったので、海水などの液体が反射体壁よりも内部には入り込まない。したがって、計測対象の液体の種類が変わっても、クリーニングやメンテナンスが楽である。
【００２１】
また、平板の超音波発振素子および平板の超音波受信素子の周りにモールド樹脂が接触していないために、発振効率が低下したり、寄生振動が生じたりするおそれがない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図３および図４を参照して、本発明による超音波距離測定装置の実施形態を説明する。
【００２３】
図３は、水中から水位を測定する本発明による超音波距離測定装置の実施形態の系統構成を示す図、図４は、その主要部である超音波距離測定器の構造を示す図である。
【００２４】
本実施形態において、水中に上向きに設置された超音波距離測定器１は、信号ケーブル２により信号変換器３に接続されている。信号変換器３は、信号ケーブル４によりここでは図示していない計測データ処理手段に接続されている。
【００２５】
上向きに設置される超音波距離測定器１の超音波送受信器は、遮音板６を挟んで平板の超音波発振素子７および平板の超音波受信素子８を張り合わせ、平板への垂線すなわち超音波発振／受信方向が測定対象物すなわち水面１３の存在方向（上下方向）に直交して水平になるように配置される。
【００２６】
超音波送受信器１は、超音波送受信器の水平に向いている送信超音波１０と受信超音波１１との方向を前記測定対象物の方向すなわち水面１３に向かう鉛直方向に転換するために、反射面の傾き角が４５度に形成された錐台形状の反射板９を備えている。
【００２７】
錐台形状の反射板９は、円錐台形状または角錐台形状のいずれでもよい。錐台形状の反射板９の上端には、内部を密閉する防水共鳴膜１２を取り付けてある。
【００２８】
水位の計測に際して、信号変換器３は、図示しない計測データ処理手段からの超音波発振指令に基づいて、超音波発振素子７を発振させて、超音波を出力させる。
【００２９】
超音波発振素子７から水平方向に出力された送信超音波１０は、反射板９の４５度斜面で反射され、防水共鳴膜１２を振動させ、上方に位置する水面１３に向かう。
【００３０】
水面で反射した受信超音波１１は、防水共鳴膜１２を振動させ、反射板９の４５度斜面で反射され、水平方向に向かい、超音波受信素子８に取り込まれる。超音波受信素子８で検出された反射信号は、信号変換器３を介して、図示しない計測データ処理手段に送られる。
【００３１】
計測データ処理手段は、発信から受信までの時間差を演算し、時間差を水面までの距離すなわち水位に変換する。
【００３２】
このような超音波水位計は、超音波送受信器を水中に設置するので、水面上設置スペースが無くとも、超音波水位計を設置できる。水位を計測する水面上に構造物などがある設備においても、超音波水位計を設置可能となる。
【００３３】
錐台形状の反射板の上端を密閉して超音波に共鳴する防水共鳴膜で覆ったので、海水などの液体が反射体壁よりも内部には入り込まない。したがって、計測対象の液体の種類が変わっても、クリーニングやメンテナンスが楽である。
【００３４】
また、平板の超音波発振素子および平板の超音波受信素子の周りにモールド樹脂が接触していないために、発振効率が低下したり、寄生振動が生じたりするおそれがない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、メンテナンスが楽であり発振効率が良く寄生振動などが無い超音波送受信器を備え水位を水中から測定する水中超音波距離測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水面上から水位を測定する従来の超音波距離測定装置の系統構成を示す図である。
【図２】従来の超音波距離測定装置の主要部である超音波距離測定器の構造を示す図である。
【図３】水中から水位を測定する本発明による超音波距離測定装置の実施形態の系統構成を示す図である。
【図４】本発明による超音波距離測定装置の実施形態の主要部である超音波距離測定器の構造を示す図である。
【符号の説明】
１  超音波送受信器
２  信号ケーブル
３  信号変換器
４  信号ケーブル
５  超音波
６  遮音板
７  平板の超音波発振素子
８  平板の超音波受信素子
９  反射板
１０  送信超音波
１１  受信超音波
１２  防水共鳴膜
１３  測定対象物（水面）
【図１】
2004271390.tif 000003
【図２】
2004271390.tif 000004
【図３】
2004271390.tif 000005
【図４】
2004271390.tif 000006