(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径ｒが既知の貯蔵タンク内に貯蔵された粉粒体の体積測定装置において、
貯蔵タンク上部の中央付近に配置されたレーザ照射手段と、所定の距離を隔てて配置され一方が前記レーザの光軸に対して４５度傾斜し、他方が４５度＋θの角度に傾斜した２枚のミラーと、前記２枚のミラーの距離と角度を維持した状態で２枚のミラーを同時に移動させるミラー駆動手段と、前記レーザの反射光に基づいて紛粒体までの距離を演算するレベル演算手段と、このレベル演算手段の出力に基づいて体積を演算する体積演算手段からなり、
前記貯蔵タンクの中心付近からの反射光を得る場合は、前記ミラー駆動手段により前記２枚のミラーをレーザの光路からはずして垂直方向にレーザを照射して前記紛粒体までの距離Ｌ１を演算し、前記貯蔵タンクの中心から離れた点からの反射光を得る場合は前記ミラー駆動手段を駆動してレーザ光路にミラーを移動させ、前記一方のミラーで反射したレーザ光を前記他方のミラーで反射させて中心付近から離れた点を照射して前記紛粒体までの距離Ｌ２を演算し、前記θから前記Ｌ２の鉛直距離Ｌ２×ｃｏｓθを演算すると共に、安息角の傾きＫ＝（Ｌ１−Ｌ２ｃｏｓθ）／Ｌ２ｓｉｎθ及び谷の深さＸ＝ｒＫを演算して谷の体積Ｖ1＝πｒ２・Ｘ・（1/3）を演算し、紛粒体の体積Ｖを下記の式により演算することを特徴とする粉粒体の体積測定装置。
記
Ｖ＝（Ｌ−Ｌ１＋Ｘ）πｒ２−Ｖ１
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯蔵タンクに収容された飼料、穀物、セメント、砂等の粉粒体のレベル面（表面）の高さを測定し、かつ、粉粒体の体積（重量）を測定する粉粒体の体積測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、飼料、穀物、セメント、砂等の、いわゆる粉粒体は、通常、略漏斗形状のホッパー等と称する貯蔵タンクに収容され、下端に設けられた小径の排出口から排出して使用される。
【０００３】
このような貯蔵タンクは、通常、20〜30m と高く、また、その材質が、たとえば鉄板、コンクリート等のような不透明部材によって形成されているため、貯蔵タンク内の粉粒体の容量を外部から目視することは困難である。そこで、通常は、貯蔵タンクの上端開口等を基準点とし、この基準点から粉粒体のレベル面（表面）までの高さを測定することで、貯蔵タンク内における粉粒体の容量を認識している。
【０００４】
粉粒体のレベル面の高さを測定する手段としては、超音波を貯蔵タンクの上端開口等から粉粒体のレベル面方向に送信するとともに、粉粒体のレベル面で反射した超音波を受信し、送信から受信までに経過した時間の算出によって上端開口等からレベル面までの距離を測定して表示する構成の測定装置が知られている。
【０００５】
このような構成では、測定装置を貯蔵タンクの上端開口等に据え置きし、必要時に作動させて粉粒体のレベル面の高さを測定すればよいため、作業者の安全性が確保できるとともに、作業性が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波を利用する測定装置においては、その送信領域が比較的大きな幅を有するため、測定点の特定化および明確化が難しい。そして、超音波が、貯蔵タンクを内側から補強する梁、リブに反射する虞れもあるため、測定値の信頼性の低下を招きやすい。
【０００７】
ところで、貯蔵タンクに収容された粉粒体の表面は一般的に平坦でなく、上端開口から充填した後は安息角に略山型になるとともに、排出口からの排出の後は略すり鉢型となるため、このような貯蔵タンク内の粉粒体のレベル面の高さを測定する場合においては、どの点を測定したかによってその測定値の信頼性に大きな差異が生じる。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、粉粒体のレベル面における測定点を特定化して安息角の状態を入力したり、表面の角度を測定することにより、測定値の信頼性の向上をはかった粉粒体の体積測定装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決するために、請求項１においては、
半径ｒが既知の貯蔵タンク内に貯蔵された粉粒体の体積測定装置において、
貯蔵タンク上部の中央付近に配置されたレーザ照射手段と、所定の距離を隔てて配置され一方が前記レーザの光軸に対して４５度傾斜し、他方が４５度＋θの角度に傾斜した２枚のミラーと、前記２枚のミラーの距離と角度を維持した状態で２枚のミラーを同時に移動させるミラー駆動手段と、前記レーザの反射光に基づいて紛粒体までの距離を演算するレベル演算手段と、このレベル演算手段の出力に基づいて体積を演算する体積演算手段からなり、
前記貯蔵タンクの中心付近からの反射光を得る場合は、前記ミラー駆動手段により前記２枚のミラーをレーザの光路からはずして垂直方向にレーザを照射して前記紛粒体までの距離Ｌ１を演算し、前記貯蔵タンクの中心から離れた点からの反射光を得る場合は前記ミラー駆動手段を駆動してレーザ光路にミラーを移動させ、前記一方のミラーで反射したレーザ光を前記他方のミラーで反射させて中心付近から離れた点を照射して前記紛粒体までの距離Ｌ２を演算し、前記θから前記Ｌ２の鉛直距離Ｌ２×ｃｏｓθを演算すると共に、安息角の傾きＫ＝（Ｌ１−Ｌ２ｃｏｓθ）／Ｌ２ｓｉｎθ及び谷の深さＸ＝ｒＫを演算して谷の体積Ｖ1＝πｒ２・Ｘ・（1/3）を演算し、紛粒体の体積Ｖを下記の式により演算することを特徴とする。
記
Ｖ＝（Ｌ−Ｌ１＋Ｘ）πｒ２−Ｖ１
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。図１は本発明を適用する粉粒体の貯蔵タンクの一例を示す図であり、１は貯蔵タンク、２は貯蔵された粉粒体、３は貯蔵タンクの上方でかつ、中央付近に設けられた粉粒体搬送パイプであり、途中に注入バルブ４が設けられている。
【００１５】
５は貯蔵タンクの下方でかつ、中央付近に設けられた粉粒体払い出しパイプであり、途中に排出バルブ６が設けられている。７はタンクの上方（蓋の上）に設置されたレーザ照射手段、８はレーザ照射手段７から出射したレーザ光で一点鎖線で示す方向または点線で示すいずれかの方向に出射している状態を示している。
【００１６】
９はレーザ照射手段７からの信号に基づいて貯蔵タンク１の上面から粉粒体２の表面までの距離を演算するレベル演算手段、１０は前述のレベル演算手段の出力に基づいて粉粒体の体積（重量）を演算する体積演算手段である。
【００１７】
上記の構成において、はじめ貯蔵タンクが空の状態で上方の注入バルブを開として原料（粉粒体）を注入すると粉粒体２は線分Ａで示すように安息角を持って堆積する。また、そのように堆積した状態から排出バルブ６を開として原料（粉粒体）を排出すると粉粒体２は線分Ｂで示すように安息角を持って払い出される。
【００１８】
従って、単に貯蔵タンク１の上面から粉粒体２の表面までの距離を演算しても斜線Ａ'，Ｂ'で示す部分の体積が誤差となる。そこで本発明ではレーザ照射時点での貯蔵タンク内の状態が増加（減少）状態（若しくはどちらの状態で維持されているか）を増減入力手段１１から入力する。体積演算手段１０には前記誤差分に相当する体積が入力されており、その情報を加味した上で体積を演算する。
【００１９】
貯蔵タンク内の状態の増加（減少）状態は注入若しくは注出バルブの開閉状態からも知ることができる。したがって、その状態を検知して体積演算手段１０に入力して、誤差分の増減を行うようにしても良い。
【００２０】
なお、貯蔵タンクの中央にパイプ３を設けた場合、レーザ照射手段は中央から少しずれた場所に取付けざるを得ず、その場合、レーザは一点鎖線で示すように垂直若しくは点線で示すように所定の角度を持って照射せざるを得ないが、貯蔵タンクの直径は数メートル（例えば３〜５ｍ）に及ぶので、取付け位置の中央からのずれによる照射位置のずれは無視するものとする。
【００２１】
また、貯蔵タンクの形状や注入，注出パイプ３，５の大きさ、粉粒体の種類、含有水分によって安息角が変化することが考えられるが、体積演算手段１０には予めこれらにより変化する体積が入力されているものとする。
【００２２】
図２は本発明の実施形態の一例を示す構成図である。なお、図２においては説明を簡単にするために図1に示す貯蔵タンク１上のパイプ３や注入バルブ４は省略し、粉粒体の状態は払い出された状態を示しており、図１と同一要素には同一符号を付している。また、ここではレーザ照射手段７から貯蔵タンクの底部までの距離Ｌ及び半径ｒは既知であり、可動ミラー間の距離は無視するものとする。
【００２３】
図２において、１２は所定の角度を有し所定の間隔で配置された２枚のミラー（１２ａ，１２ｂ）であり、１３は矢印D方向にミラーを駆動するミラー駆動手段である。
このような構成において、測定に際しては、はじめミラー１２をレーザ光の光路からはずした状態で垂直方向に照射してレベル演算手段９により粉粒体の底部中央付近までの距離（Ｌ１）を演算する。
【００２４】
次にミラー駆動手段１３によりレーザ光の光路にミラー１２を移動させる。ミラー１２ａは例えば垂直に対して４５度、ミラー１２ｂは４５度＋θの角度に配置されており、中心付近から離れた点を照射する。レベル演算手段９はその点までの距離（Ｌ２）を演算する。
【００２５】
次にレベル演算手段９は既知の角度θからＬ２の鉛直距離Ｌ２×ｃｏｓθを演算し、安息角の傾きＫ及び谷の深さＸを次式により演算する。
K＝（L１−L２cosθ）／L２sinθ
Ｘ＝ｒK
【００２６】
次に谷の体積Ｖ１を次式により演算する。
Ｖ１＝πｒ2・Ｘ・（１／３）
従って粉粒体の体積Ｖは
Ｖ＝（L−L１＋Ｘ）πｒ2−Ｖ１
により求めることができ、これに粉粒体の密度を乗じて重量を演算する。
なお、粉粒体が注入状態（山状）である場合はＶ１を加算する。また、Ｅで示す底部（斜線の部分）の体積は既知なので必要に応じて加算するものとする。
【００２７】
なお、本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば、レーザ照射手段７とレベル演算手段９及び体積（重量演算手段）は何れかが一体であっても良く、すべてを一体に構成しても良い。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば本発明の請求項１においては、
半径ｒが既知の貯蔵タンク内に貯蔵された粉粒体の体積測定装置において、
貯蔵タンク上部の中央付近に配置されたレーザ照射手段と、所定の距離を隔てて配置され一方が前記レーザの光軸に対して４５度傾斜し、他方が４５度＋θの角度に傾斜した２枚のミラーと、前記２枚のミラーの距離と角度を維持した状態で２枚のミラーを同時に移動させるミラー駆動手段と、前記レーザの反射光に基づいて紛粒体までの距離を演算するレベル演算手段と、このレベル演算手段の出力に基づいて体積を演算する体積演算手段からなり、
前記貯蔵タンクの中心付近からの反射光を得る場合は、前記ミラー駆動手段により前記２枚のミラーをレーザの光路からはずして垂直方向にレーザを照射して前記紛粒体までの距離Ｌ1を演算し、前記貯蔵タンクの中心から離れた点からの反射光を得る場合は前記ミラー駆動手段を駆動してレーザ光路にミラーを移動させ、前記一方のミラーで反射したレーザ光を前記他方のミラーで反射させて中心付近から離れた点を照射して前記紛粒体までの距離Ｌ２を演算し、前記θから前記Ｌ２の鉛直距離Ｌ２×ｃｏｓθ）を演算すると共に、安息角の傾きＫ＝（Ｌ１−Ｌ２ｃｏｓθ）／Ｌ２ｓｉｎθ及び谷の深さＸ＝ｒＫを演算して谷の体積Ｖ1＝πｒ２・Ｘ・（1/3）を演算し、紛粒体の体積Ｖを演算する。
その結果、表面の角度に応じた測定が可能となり、測定値の信頼性の向上をはかった粉粒体の体積測定装置を実現することができる。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用する粉粒体の貯蔵タンクの一例を示す図である。
【図２】  本発明の粉粒体の体積測定装置の実施態様の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  貯蔵タンク
２  粉粒体
３，５  パイプ
４  注入バルブ
６  排出バルブ
７  レーザ照射手段
８  レーザ光
９  レベル演算手段
１０  体積（重量）演算手段
１１  増減入力手段
１２  ミラー
１３  ミラー駆動手段
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【図１】
0004419239.tif 000002
【図２】
0004419239.tif 000003