(57)【要約】【課題】空中に設置された超音波センサによって被測定物までの距離を常に高精度に測定することができる超音波式空中センサによる測距方法を提供すること。【解決手段】空中に設置された超音波センサ４から発信された超音波が排水２の自由表面（被計測物）で反射して帰ってくるまでの時間を計測し、その時間に基づいて超音波センサ４から前記排水２の自由表面までの距離Ｌを測定する超音波式空中センサによる測距方法において、前記超音波センサ４を空気洗浄してその送受信面を乾燥させた後、超音波の進路上に標準の的７を既知の距離の位置に挿入してこれと超音波センサ４との距離ＬＳを測定し、又、超音波の反射強度を測定することにより、エラー検出を行って超音波センサ４の汚れと計測精度を確認してから距離Ｌの計測を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中に設置された超音波センサから発信された超音波が被計測物で反射して帰ってくるまでの時間を計測し、その時間に基づいて超音波センサから前記被計測物までの距離を測定する超音波式空中センサによる測距方法において、
前記超音波センサを空気洗浄してその送受信面を乾燥させた後、超音波の進路上に標準の的を既知の距離の位置に挿入してこれと超音波センサとの距離を測定し、又、超音波の反射強度を測定することによりエラー検出を行って超音波センサの汚れと計測精度を確認してから計測を行うことを特徴とする超音波式空中センサによる測距方法。
【請求項２】
前記エラー検出によってエラーが検出されると、前記超音波センサを液体洗浄した後に空気洗浄してその送受信面を乾燥させた後、再度エラー検出を行い、超音波センサの汚れと計測精度を確認してから計測を行うことを特徴とする請求項１記載の超音波式空中センサによる測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中に設置された超音波センサを用いて記被計測物までの距離を測定する測距方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液体の流量を計測する手段として三角堰が知られているが、この三角堰は、上流の液体面と堰の上縁（堰縁）との高さ（堰のヘッド）を測定し、これによって液体の流量を計測するものである。
【０００３】
ところで、このような三角堰による流量測定においては、堰のヘッドを超音波センサによって測定することが行われる。この場合、超音波センサは、三角堰の上方の空中に設置され、該超音波センサから発信された超音波が液面で反射して帰ってくるまでの時間を計測し、その時間に基づいて水面までの高さを検出するものである。尚、このように空中に設置された超音波センサによって液面までの高さを計測する技術は、種々の分野で利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２２７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、空中に設置された超音波センサによって液面までの距離を測定する方法においては、超音波センサの送受信面に水滴や異物が付着すると、超音波が水滴によって屈折し、液面までの距離を正確に測定することができないという問題があった。例えば、三角堰において堰のヘッドを超音波センサによって測定する場合、超音波センサの送受信面に水滴や異物が付着すると、堰のヘッドが正確に測定されず、この堰のヘッドに基づいて算出される液体の流量に誤差が生ずるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、空中に設置された超音波センサによって被測定物までの距離を常に高精度に測定することができる超音波式空中センサによる測距方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、空中に設置された超音波センサから発信された超音波が被計測物で反射して帰ってくるまでの時間を計測し、その時間に基づいて超音波センサから前記被計測物までの距離を測定する超音波式空中センサによる測距方法において、前記超音波センサを空気洗浄してその送受信面を乾燥させた後、超音波の進路上に標準の的を既知の距離の位置に挿入してこれと超音波センサとの距離を測定し、又、超音波の反射強度を測定することによりエラー検出を行って超音波センサの汚れと計測精度を確認してから計測を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記エラー検出によってエラーが検出されると、前記超音波センサを液体洗浄した後に空気洗浄してその送受信面を乾燥させた後、再度エラー検出を行い、超音波センサの汚れと計測精度を確認してから計測を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、超音波センサによる本来の計測（被計測物までの距離の測定）を行う前に、標準の的を用いたエラー検出によって超音波センサの計測精度と汚れを確認（超音波センサの精度が高く、且つ、超音波センサの送受信面への汚れの付着が無いことの確認）するようにしたため、超音波センサによる被計測物までの距離の測定を常に高精度に行うことができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、エラー検出においてエラーが検出された場合には、そのエラーの原因となっている超音波センサの送受信面に付着した汚れを液体洗浄によって取り除き、この液体洗浄によって超音波センサの送受信面に付着した水滴を空気洗浄によって蒸発させて乾燥させるようにしたため、エラー状態を速やかに解消して超音波センサによる高精度な距離の測定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、以下は本発明の実施形態の一例を示すものであって、本発明の範囲はこれによって制限されるものではない。
【００１２】
図１は三角堰による流量測定法を示す水路の断面図、図２は三角堰の正面図、図３は本発明に係る測距方法において水面までの距離を測定している状態を示す側面図、図４は本発明に係る測距方法におけるエラー検出時の状態を示す側面図、図５（ａ）〜（ｃ）は超音波センサの下面（送受信面）の状態を示す側面図である。
【００１３】
図１及び図２において、１は上面が開放された断面矩形の水路（開渠）であって、この水路１には、図や固形物を含むスラリー等の液体、例えば汚泥を含む排水２が流れている。そして、水路１の端部には三角堰３が設けられており、排水２は三角堰３を通過して水路１外へと排出される。
【００１４】
ここで、上記三角堰３は、図２に示すように、頂角α（本実施の形態では、α＝９０°）の倒立三角形の切欠きを堰とし、角を挟む２辺２ａを薄刃として構成され、水路１を流れる排水２は、図１に示すように、三角堰３を通過する際に絞られて噴流となって水路１外へと排出される。
【００１５】
而して、三角堰３を越える排水２の流量Ｑは、三角堰３の堰縁３ｂから排水２の自由表面（上流の水位）までの垂直距離である堰のヘッドｈを測定することによって次式によって求められる。
【００１６】
Ｑ＝Ｋｈ5 / 2        …  （１）
（Ｋ：流量係数）
ところで、本実施の形態においては、堰のヘッドｈは、三角堰３よりも上流の排水２の上方に設置された超音波式空中センサ（以下、単に超音波センサと称する）４によって、該超音波センサ４から排水２の自由表面までの距離Ｌを測定することによって求められるが、その状態を図３に示す。
【００１７】
即ち、超音波センサ４から一定の時間間隔で超音波が発信されると、その超音波は排水２の自由表面で反射して超音波センサ４によって受信されるが、それまでの時間（超音波の伝播時間）ｔは不図示の計測手段によって計測され、この計測された時間ｔに基づいて超音波センサ４から排水２の自由表面までの距離Ｌが不図示の演算手段によって次式にて算出される。
【００１８】
Ｌ＝ａ×ｔ／２      …  （２）
（ａ：音速）
ここで、図１に示す超音波センサ４から三角堰３の堰縁３ｂまでの距離Ｌ０は既知であるため、堰のヘッドｈは次式によって求められる。
【００１９】
ｈ＝Ｌ０−Ｌ      …  （３）
尚、本実施の形態では、超音波センサ４として本多電子（株）社製のＨＤ５００の市販品を使用しており、その送受信面である下面の外径はφ３２ｍｍである。
【００２０】
ところで、図５（ａ）に示すように、超音波センサ４の送受信面である下面に水滴５が付着すると、超音波が水滴５によって屈折し、排水２の自由表面までの距離Ｌを正確に測定することができない。
【００２１】
そこで、本実施の形態では、図３及び図４に示すように、超音波センサ４の近傍に噴射ノズル６を設けるとともに、計測エラーを検出するための標準の的７をその軸７ａ回りに回動可能に設けた。
【００２２】
ここで、前記噴射ノズル６は、その先端部が超音波センサ４の被洗浄面である下面に向かうように鋭角に屈曲されており、これには圧縮空気を供給するための不図示のコンプレッサ又は清浄な洗浄水を供給するための不図示のポンプが切替手段によって選択的に接続される。
【００２３】
又、前記標準の的７は、その軸７ａの下端部に水平に取り付けられた遮蔽部７ｂを有しており、超音波センサ４によって排水２の自由表面までの距離Ｌを測定する図３に示す状態では、標準の的７の遮蔽部７ｂは図示のように超音波センサ４から発信される超音波を遮らない位置に退避している。ここで、超音波センサ４から標準の的７の遮蔽部７ｂまでの距離ＬSは所定の値（例えば、１ｍ）に予め設定されており、この値がエラー検出の際に超音波センサ４の精度を判定するための基準値となる。
【００２４】
次に、本発明に係る測距方法を図６に示すフロチャートに従って説明する。
【００２５】
距離Ｌの測定を開始する前に、先ず、不図示のコンプレッサから圧縮空気を噴射ノズル６に供給し、この圧縮空気を噴射ノズル６から噴射して超音波センサ４の下面に付着していた水滴５（図５（ａ）参照）を蒸発させて超音波センサ４の下面を空気洗浄して乾燥させる（ステップＳ１）。その後、図４に示すように、標準の的７をその軸７ａ回りに１８０°回動させて遮蔽部７ｂを超音波センサ４の下方（超音波センサ４から発信される超音波を遮る位置）に位置せしめ、エラー検出を開始する（ステップＳ２）。
【００２６】
上記エラー検出においては、図４に示すように、超音波センサ４によってこれと標準の的７の遮蔽部７ｂまでの距離が計測される。即ち、超音波センサ４から発信された超音波は遮蔽部７ｂで反射して超音波センサ４によって受信されるが、それまでの時間（超音波の伝播時間）ｔは不図示の計測手段によって計測され、この計測された時間ｔに基づいて超音波センサ４から遮蔽部までの距離が前記（２）式によって算出される。ここで、超音波センサ４によって実測された距離をＬS’とする。
【００２７】
そして、求められた距離（実測された距離）ＬS’が予め設定された基準値ＬSと比較され、その誤差ΔＬS（＝｜ＬS’−ＬS｜）が許容値未満であるか否か、又、超音波センサ４の送受信面である下面に汚れが付着しているか否かが目視で判定される（ステップＳ３）。
【００２８】
誤差ΔＬSが許容値未満であり、且つ、超音波センサ４の下面に汚れが付着していない場合（ステップＳ３での判定結果がＹＥＳである場合）には、超音波の反射強度を規準値と比較し、超音波センサ４に劣化がないか判断する（ステップＳ４）。即ち、反射強度の誤差が許容範囲内であれば正常、許容範囲外であれば超音波センサ４に劣化が生じているものと判断し、アラームを出力する。
【００２９】
ステップＳ４で正常と判断された場合（ステップＳ４での判断結果がＹＥＳである場合）には、標準の的７を図４に示す状態からその軸７ａ回りに１８０°回動させ、図３に示すように遮蔽部７ｂを超音波センサ４の下方から退避させた後、前記方法によって超音波センサ４から排水２の自由表面までの距離Ｌを計測する（ステップＳ５）。
【００３０】
他方、誤差ΔＬSが許容値を超えた場合（ステップＳ３での判定結果がＮＯである場合）には、図５（ａ）に示す空気洗浄の結果、水滴５に含まれて汚泥等の固形分が図５（ｂ）に示すように超音波センサ４の下面に汚れ８として残っているものと判断し、噴射ノズル６の接続をポンプに切り替えて該ポンプから清浄水を噴射ノズル６に供給し、図５（ｂ）に示すように、噴射ノズル６から清浄水を噴射して超音波センサ４の下面に付着している汚泥等の汚れ８を水洗浄によって除去する（ステップＳ６）。
【００３１】
次に、噴射ノズル６の接続を再度コンプレッサに切り替えて該コンプレッサから圧縮空気を噴射ノズル６に供給し、図５（ｃ）に示すように、噴射ノズル６から圧縮空気を噴射して超音波センサ６の下面に付着している水滴（洗浄水の水滴）９を蒸発させて超音波センサ４の下面を空気洗浄して乾燥させる（ステップＳ１）。尚、本実施の形態では、切り替えによって１つの噴射ノズル６から空気と水を噴射するよう構成したが、空気噴射用と水噴射用の噴射ノズルを各々独立に設けるようにしても良い。又、本実施の形態では、エラーが検出された場合に噴射ノズル６から水を噴射するようにしたが、水以外の他の液体、例えばアルコールや炭酸ガス飽和水等を噴射するようにしても良い。
【００３２】
その後、前述と同様にエラー検出を行い（ステップＳ２）、誤差ΔＬSが許容値未満で、且つ、超音波センサ４の下面に汚れが認められない状態となるまで水洗浄と空気洗浄及びエラー検出が繰り返され（ステップＳ３→ステップＳ６→ステップＳ１→ステップＳ２）、誤差ΔＬSが許容値未満で、且つ、超音波センサ４の下面に汚れが認められない状態となると、図３に示すように、ステップＳ４での超音波センサ４の劣化判断工程を経て前記方法によって超音波センサ４から排水２の自由表面までの距離Ｌを計測する（ステップＳ５）。
【００３３】
以上の操作が計測終了まで繰り返される（ステップＳ７）が、本実施の形態では、超音波センサ４による本来の計測（排水２の自由表面までの距離Ｌの測定）を行う前に、標準の的７を用いたエラー検出によって超音波センサ４の計測精度と汚れを確認（超音波センサ４の精度が高く、且つ、超音波センサ４の下面への汚れの付着が無いことを確認）するようにしたため、超音波センサ４による排水２の自由表面までの距離Ｌの測定を常に高精度に行うことができ、測定された距離Ｌに基づいて（３）式によって堰のヘッドｈを正確に算出し、この堰のヘッドｈに基づいて（１）式によって排水２の流量Ｑを正確に求めることができる。
【００３４】
又、本実施の形態では、エラー検出においてエラーが検出された場合には、そのエラーの原因となっている超音波センサ４の下面に付着した汚れ８（図５（ｂ）参照）を水洗浄によって取り除き、この水洗浄によって超音波センサ４の下面に付着した水滴９（図５（ｃ）参照）を空気洗浄によって蒸発させて乾燥させるようにしたため、エラー状態を速やかに解消して超音波センサ４による高精度な距離Ｌの測定を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、三角堰による流量測定のみならず、空中に設置された超音波センサを用いて任意の被計測物までの距離を測定する方法、例えば貯水槽やプールの水位、各種タンクの水位等を測定する方法に対して広く利用され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】三角堰による流量測定法を示す水路の断面図である。
【図２】三角堰の正面図である。
【図３】本発明に係る測距方法において水面までの距離を測定している状態を示す側面図である。
【図４】本発明に係る測距方法におけるエラー検出時の状態を示す側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は超音波センサの下面（送受信面）の状態を示す側面図である。
【図６】本発明方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１    水路
２    排水
３    三角堰
４    超音波センサ
５    水滴
６    噴射ノズル
７    標準の的
７ａ  軸
７ｂ  遮蔽部
８    汚れ
９    水滴
【図１】
2005233640.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005233640.tif 000005
【図４】
2005233640.tif 000006
【図５】
2005233640.tif 000007
【図６】
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