(57)【要約】【課題】  汚泥界面計に組み込まれた超音波センサの汚れを、排水（汚水）の汚れ具合に拘わることなく確実に検出することのできる汚れ検出方法および汚れ検出装置を提供する。【解決手段】  超音波センサの近傍および被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度の経時的変化をそれぞれ監視し、前記超音波センサの近傍における前記反射波の強度が上昇すると共に、前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度が低下したとき、前記超音波センサが汚れたとして判定する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測槽に貯えられた水中に浸漬され、前記被計測槽の底面に向けて超音波を送信してその反射波を受信する超音波センサを有し、上記反射波の受波タイミングとその強度から前記被計測槽に堆積した汚泥とその上澄水との界面を検出する汚泥界面検出計における上記超音波センサの汚れを検出する検出方法であって、
前記超音波センサの近傍および前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度の経時的変化をそれぞれ監視し、前記超音波センサの近傍における前記反射波の強度が上昇すると共に、前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度が低下したとき、前記超音波センサが汚れたとして判定することを特徴とする超音波センサの汚れ検出方法。
【請求項２】
前記超音波センサの近傍における前記反射波の強度の監視は、前記反射波の一時的な強度の上昇を無視して行われるものである請求項１に記載の超音波センサの汚れ検出方法。
【請求項３】
前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度の監視は、前記反射波の連続的な強度の低下を監視するものである請求項１に記載の超音波センサの汚れ検出方法。
【請求項４】
前記被計測槽に貯えられた水中に浸漬され、前記被計測槽の底面に向けて超音波を送信してその反射波を受信する超音波センサを有し、上記反射波の受波タイミングとその強度から前記被計測槽に堆積した汚泥とその上澄水との界面を検出する汚泥界面検出計における上記超音波センサの汚れを検出する検出装置であって、
前記超音波センサを所定の周期で駆動して求められる前記反射波信号を順次記憶するメモリと、
このメモリに記憶された反射波信号の前記超音波センサの近傍および前記被計測槽の底面近傍における強度の経時的変化をそれぞれ分析する強度変化分析手段と、
この分析結果として前記超音波センサの近傍における前記反射波の強度の上昇と共に、前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度の低下が検出されたとき、前記超音波センサが汚れたとして警報を発する警報手段と
を具備したことを特徴とする超音波センサの汚れ検出装置。
【請求項５】
前記反射波信号の強度の分析は、その強度の一時的な変化を無視して行われるものである請求項４に記載の超音波センサの汚れ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の排水（汚水）を固液分離する沈殿池等の被計測槽に設けられて上記被計測槽に堆積した汚泥とその上澄水との界面を検出する超音波センサの汚れ検出方法および汚れ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場における排水処理設備や下水処理設備には、一般に排水（汚水）を沈降処理することで汚泥とその上澄水と固液分離する沈殿池（沈殿槽）が設けられる（例えば特許文献１を参照）。また上記沈殿池（沈殿槽）における汚泥の堆積量を監視するべく、例えば超音波センサを用いて沈殿池（沈殿槽）の底面に向けて送信した超音波の反射波から、その受信タイミングと強度とを解析することで前記沈殿池（沈殿槽）における汚泥と上澄水との界面（汚泥界面）を計測することも行われている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６６２７１号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで上記超音波センサは、沈殿池（被計測槽）に貯えられた水中に浸漬して設けられるものであり、水中に含まれる不純物によってその超音波送受波面が次第に汚れてくることが否めない。ちなみに超音波センサの超音波送受波面に汚れが生じると、超音波の送波が妨げられることのみならず、反射波の受波感度も低下する。これ故、超音波センサの超音波送受波面を清浄に保つことが必要である。
【０００４】
しかしながら超音波センサの超音波送受波面の汚れは徐々に進行するので、単にその反射波受波レベルの変化を監視しても、その変化が水質の変化（水の汚れ）に起因するものであるか、或いは超音波送受波面の汚れに起因するものであるかを判断することは困難である。即ち、沈殿池は各種の排水（汚水）を貯えて該排水（汚水）中の汚泥成分を沈降させ、これによって汚泥とその上澄水とに分離するものであり、上記排水（汚水）中の汚泥成分や気泡によって超音波の伝播が大きく左右される。この為、超音波の反射波受波レベルが低下しても、その原因が排水（汚水）の汚れであるか、超音波センサの汚れであるかを区別することが難しい。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、排水（汚水）の汚れ具合に拘わることなく超音波センサの超音波送受波面の汚れを確実に検出することのできる超音波センサの汚れ検出方法および汚れ検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る超音波センサの汚れ検出方法および汚れ検出装置は、超音波センサの近傍および被計測槽の底面近傍からの超音波の反射波受波レベルの変化が排水（汚水）自身の不純物による濁りに起因する場合と、超音波センサの汚れに起因する場合とで異なる挙動を示し、特に超音波センサの送受波面が汚れた場合、超音波センサの近傍での反射波受波レベルが高まると共に、被計測槽の底面近傍での反射波受波レベルが低下することに着目してなされている。
【０００７】
そこで本発明に係る超音波センサの汚れ検出方法は、超音波センサの近傍および被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度の経時的変化をそれぞれ監視し、前記超音波センサの近傍における前記反射波の強度が上昇すると共に、前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度が低下したとき、前記超音波センサが汚れたとして判定することを特徴としている。
【０００８】
好ましくは前記超音波センサの近傍における前記反射波の強度の監視を、前記反射波の一時的な強度の上昇を無視して行い、また前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度の監視を、前記反射波の連続的な強度の低下を監視して行うことを特徴としている。
また本発明に係る超音波センサの汚れ検出装置は、
<ａ>  被計測槽に貯えられた水中に浸漬されて前記被計測槽の底面に向けて超音波を送信してその反射波を受信する超音波センサと、
<ｂ>  この超音波センサを所定の周期で駆動して求められる前記反射波信号を順次記憶するメモリと、
<ｃ>  このメモリに記憶された反射波信号の前記超音波センサの近傍および前記被計測槽の底面近傍における強度の経時的変化をそれぞれ分析する強度変化分析手段と、
<ｄ>  この分析結果として前記超音波センサの近傍における前記反射波の強度の上昇と共に、前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度の低下が検出されたとき、前記超音波センサが汚れたと判定して警報を発する警報手段と
を具備したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上述した超音波センサの汚れ検出方法によれば、超音波センサの近傍および被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度に着目してその経時的変化をそれぞれ監視し、前記超音波センサの近傍における前記反射波の強度が上昇すると共に、前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度が低下したときに前記超音波センサが汚れたとして判定するので、排水（汚水）の汚れに起因して超音波の反射波の強度が全体的に低下するような状態と区別して超音波センサの汚れを確実に検出することができる。
【００１０】
また上述した超音波センサの汚れ検出装置によれば、超音波センサを所定の周期で駆動して求められる反射波信号を順次メモリに記憶し、このメモリに記憶された反射波信号の前記超音波センサの近傍および前記被計測槽の底面近傍における強度の経時的変化をそれぞれ分析し（強度変化分析手段）、超音波センサの近傍における前記反射波強度の上昇と共に、前記被計測槽の底面近傍における前記反射波の強度の低下が検出されたときに前記超音波センサが汚れたと判定して警報を発するので、簡易にして確実に超音波センサの汚れを報知することができる。
【００１１】
即ち、本発明においては、超音波センサの超音波送受波面が汚れたとき、超音波センサから発せられる超音波がその汚れの層にて強く反射されて排水（汚水）中に殆ど送波されなくなり、これに対して排水（汚水）の汚れ具合が高くなると排水（汚水）中に送波された超音波が該排水（汚水）中の各部において略一様の割合で反射されることに着目し、超音波センサの近傍および被計測槽の底面近傍における反射波強度の変化をそれぞれ監視するので、被計測槽（沈殿池）に堆積した汚泥とその上澄水との界面を検出することが困難となった場合においても、その原因が排水（汚水）自身の不純物による濁りであるか、或いは超音波センサの汚れであるかを確実に区別することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る超音波センサの汚れ検出方法と検出装置について説明する。
図１は超音波センサを備えた汚泥界面計が組み込まれる沈殿槽（被計測槽）１０の概略構成を示す断面図である。沈殿槽１０は、例えば直径略１０ｍ、深さ約３ｍのコンクリート製のものからなり、その中央上部には円筒状のフィードウェル１１が設けられている。沈殿槽１０の外部から汚水供給管１２を介して供給される汚水は、上記フィードウェル１１を介して沈殿槽１０に流入して貯えられ、沈降作用によりその底部に堆積する汚泥とその上澄水とに分離される。
【００１３】
上述した沈殿槽１０の中心部にはその上下に延在して回転軸１３が設けられており、この回転軸１３の上端部には沈殿槽１０の周縁部に延びるアーム状のスキマ１４が設けられている。このスキマ１４は、沈殿槽１０に貯えられた汚水の表面に沿って旋回して、その下部に設けられたブレード１５にて水面に浮遊するスカム（浮遊物）を掻き集める役割を担う。また前記沈殿槽１０の上部には上記スキマ１４の回転面の下面（水面）に位置して前記沈殿槽１０の半径方向に沿って延びるトラフ（樋）１６が梁状に設けられている。そして前記スキマ１５（ブレード１６）により掻き集められたスカムは、図２に示すようにトラフ（樋）１６上を通過するスキマ１５によりトラフ（樋）１６内に落とし込まれて前記沈殿槽１０の外部に排出されるようになっている。
【００１４】
尚、図中１７は前記沈殿槽１０の内壁面上端部に設けられた越流トラフであり、この越流トラフ１７から上澄水が外部に排出される。また沈殿槽１０の底部に堆積した汚泥は、その底面に沿って移動自在（旋回自在）に設けられたレーキ（図示せず）により濃縮が促進された後、抜き出し管１８を通して沈殿槽１０の外部に排出される。
概略的には上述したように構成される沈殿槽１０には、該沈殿槽１０の底部に堆積した汚泥Ａと、その表面に溜まった上澄水Ｂとの界面Ｃを検出する汚泥界面計２０が設けられる。この汚泥界面計２０が備える超音波センサ２１は、多数の超音波トランスジューサを平面上に配列して超音波の送受波方向の指向性を鋭くした、例えば直径１０ｃｍ程度の大径のもので、前記沈殿槽１０に貯えられた汚水中に浸漬して設けられる。
【００１５】
具体的には超音波センサ２１は、例えば図３に示すようにその超音波送受波面を下側に向けて所定のホルダ２２に装着されて設けられている。このホルダ２２の上面中央部には、互いに直交する向きに２つの回動軸Ｘ,Ｙを有して全方位（３６０°）に向けて傾倒自在な支持機構（ユニバーサルジョイント）２３が設けられている。そして前記超音波センサ２１はこの支持機構を２３を介してその送受波面を前記沈殿槽１０の底面に向けて、例えば図１に示すように前記トラフ（樋）１６の下部に取り付けられるようになっている。
【００１６】
汚泥界面計２０は、図３にその概略構成を示すように超音波センサ（超音波トランスジューサ）２１をパルス駆動して超音波を送波するパルス駆動部３１と、上記超音波の反射波を上記超音波センサ（超音波トランスジューサ）２１を介して受波する受信部３２とを備える。そしてマイクロプロセッサ等により構成される界面検出部３３は、前記超音波センサ２１からの超音波の送波タイミングを基準として前記超音波センサ２１にて受波された反射波（超音波）の受信タイミングとその強度を検出することで、前述した沈殿槽１０の底部に堆積した汚泥Ａと、その表面に溜まった上澄水Ｂとの界面Ｃを検出する機能を備える。
【００１７】
具体的には界面検出部３３は超音波の送波タイミングｔ0からの時間経過に伴う反射波の強度をモニタし、その強度が所定の閾値を越えて急激に高くなったタイミングまでの経過時間ｔ1から前記汚泥Ａと上澄水Ｂとの界面（汚泥界面）Ｃまでの距離、換言すれば界面（汚泥界面）Ｃの高さを検出している。更に界面検出部３３は、前記沈殿槽１０がコンクリート製で超音波を強く反射することから、所定時間後に反射波の強度が高くなるタイミングまでの経過時間ｔ2から前記沈殿槽１０の底面までの距離を計測している。
【００１８】
基本的にはこのような機能を備えて構成される汚泥界面計２０は、更に前記超音波センサ２１の汚れを検出する機能（汚れ検出装置）を備えている。この汚れ検出装置は、前記受信部３２に設けられて前記超音波センサ２１を所定の周期で駆動して求められる反射波信号を順次記憶するメモリ３４と、このメモリ３４に記憶された超音波反射波の強度レベルの変化を監視（分析）して前記超音波センサ２１の汚れを検出する汚れ判定部３５とを備える。特にこの汚れ判定部３５は、超音波センサ２１の近傍での反射波強度を監視する第１のレベル監視部３５ａと、前記沈殿槽１０の底面近傍での反射波強度を監視する第２のレベル監視部３５ｂとを備える。
【００１９】
具体的には第１のレベル監視部３５ａは、超音波の送波タイミングｔ0から微小経過時間Δｔにおける反射波を検出することで超音波センサ２１の近傍での反射波の強度を監視し、また第２のレベル監視部３５ｂは前述したタイミングｔ2の近傍での反射波を検出することで沈殿槽１０の底面近傍での反射波の強度を監視するものとなっている。そして汚れ判定部３５は、前記第１のレベル監視部３５ａにて所定の強度Ｐmax以上の強い反射波が検出され、同時に前記第２のレベル監視部３５ｂにて検出される反射波の強度が所定の強度Ｐminを下回って殆ど検出されなくなったとき、この状態を前記超音波センサ２１の超音波送受波面が汚れたと判定して警報を発するものとなっている。
【００２０】
これらの第１および第２のレベル監視部３５ａ,３５ｂによる超音波センサ２１の近傍での反射波強度の監視、および沈殿槽１０の底面近傍での反射波強度の監視に基づく上記超音波センサ２１の汚れ検出について説明すると、所定の周期で超音波センサ２１を用いて検出されて前記メモリ３４に順次記憶される反射波信号は、例えば図５に示すようにその計測が繰り返される都度、次第に変化する。特に超音波センサ２１の送受波面が清浄な場合には、沈殿槽１０の底面に向けて発せられる超音波は図５において信号部分Ｓ１として示すように上澄水Ｂの部分では殆ど反射することがなく、汚泥Ａとの界面Ｃにおいて信号部分Ｓ２として示すように強く反射する。
【００２１】
これに対して超音波センサ２１が次第に汚れていくと、これに伴って沈殿槽１０の底面に向けて発せられる超音波が、図５において信号部分Ｓ３として示すように上記超音波センサ２１の汚れ面（汚れ層）にて次第に強く反射されるようになる。すると上記汚れ面（汚れ層）を通して排水（汚水）中に放射される超音波の強度（レベル）自体が次第に低くなり、この放射超音波のレベル低下に伴ってその反射波のレベルも図５において信号部分Ｓ４として示すように次第に低くなる。そして超音波センサ２１の汚れがひどくなると排水（汚水）中に超音波が殆ど放射されなくなり、前述した界面Ｃのみならず沈殿槽１０の底面において超音波の反射が殆ど生じなくなる。
【００２２】
前述した第１および第２のレベル監視部３５ａ,３５ｂは、このような超音波センサ２１の近傍での反射波の強度変化と、沈殿槽１０の底面近傍での反射波の強度変化とを監視することで、特に超音波センサ２１の近傍での反射波の強度が高くなり、沈殿槽１０の底面近傍での反射波が連続的に低下して殆ど検出されなくなったとき、これを超音波センサ２１が汚れたとして判定している。
【００２３】
尚、排水（汚水）自身の不純物による濁りがひどくなった場合には、特に図示しないが反射波の強度が全体的に高くなる。また排水（汚水）に気泡が生じた場合、その気泡部分での反射波の強度が高くなるが、その現象は一時的である。従って時間の経過に伴う反射波の強度変化を監視すれば、その強度変化が一時的なものであるか否かを容易に判断するすることができるので、全体的な強度変化の傾向を解析するだけで超音波センサ２１への汚れの付着を確実に検出することが可能となる。そして超音波センサ２１の汚れが検出されたとき、警報を発する等してその状態を報知すれば、速やかに超音波センサ２１の洗浄を行うことができる等の効果が奏せられる。
【００２４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば超音波センサ２１を用いた汚泥界面Ｃの検出については連続して行う必要はなく、例えば数時間おきに実行すれば良い。この場合、前記メモリ３４にはその計測時点の情報と共に反射信号を記憶していくようにすれば良い。またメモリ３４に記憶した情報を３次元的にトレンドグラフ表示することも可能である。このようなトレンドグラフを用いれば、超音波センサ２１の汚れの状態変位を分析することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】沈殿池（被計測槽）の概略構成を示す図。
【図２】図１に示す沈殿槽におけるスキマとトラフ（樋）とによるスカムの掻き出し作用を説明する為の図。
【図３】沈殿池への汚泥界面計（超音波センサ）の取り付け構造を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る超音波センサの汚れ検出方法と検出装置の構成を示す図。
【図５】超音波センサの汚れに伴う反射波の変化を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１０  沈殿槽（被計測槽）
２１  超音波センサ
３１  パルス駆動部
３２  受信部
３３  界面検出部
３４  メモリ
３５  汚れ判定部
３５ａ  第１のレベル監視部（超音波センサの近傍）
３５ｂ  第２のレベル監視部（被計測槽の底面近傍）
【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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