(57)【要約】【課題】従来技術の、周波数を変化させながら音波を発するスピーカー音源を不要にする。スピーカー音源からの音波と、他の環境ノイズとの混信による計測誤差をなくす。【解決手段】燃料タンク１に貯溜された燃料２の液面３より上方の気相部４と音響管５とでヘルムホルツ共鳴器を構成している。燃料ポンプ６の作動音が共鳴器内の空気に伝わり振動させる。この振動をマイクロホンで検知し、電気信号に変換する。この信号をマイクロアンプ８で増幅し、ＦＦＴアナライザを用いた周波数解析装置９でスペクトル分析をする。スペクトルの最大値が、共鳴器のヘルムホルツ共振周波数であるので、この周波数に基づいて、気相部４の体積を求め、タンク１の全体の体積から差し引いて、燃料残量を算出する。【選択図】図１
2007017320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯溜するための密閉容器と、該容器に接続され容器の気相部に連通する音響管と、密閉容器に対して音波を発信する音源と、マイクロホンと、ヘルムホルツの共鳴原理に基づいて容器内の気相部の容積を検出する検出手段を備えて、容器内の液量を検出する液量検出装置であって、
前記音源は広い周波数帯域の周波数分布を有する音波を同時に発生することを特徴とする液量検出装置。
【請求項２】
密閉容器が移動体に設けられ、移動体の移動に伴い音源が音波を発生することを特徴とする請求項１記載の液量検出装置。
【請求項３】
移動体が車輌で、音源が車輌の走行に伴う機関運転音であることを特徴とする請求項２記載の液量検出装置。
【請求項４】
移動体が車輌で、音源が車輌の走行に伴うロードノイズであることを特徴とする請求項２記載の液量検出装置。
【請求項５】
移動体が車輌で、音源が車輌の走行に伴う風切音であることを特徴とする請求項２記載の液量検出装置。
【請求項６】
密閉容器内の液量の変化に伴い音源からの音波が発生されることを特徴とする請求項１記載の液量検出装置。
【請求項７】
密閉容器内の液量の変化が、液体汲出し手段の作動により行なわれることを特徴とする請求項６記載の液面検出装置。
【請求項８】
密閉容器への注液に伴う発生音を音源とする請求項６記載の液量検出装置。
【請求項９】
密閉容器が燃料タンクであって、液体汲出し手段が燃料ポンプであることを特徴とする請求項７記載の液量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容器内の液量を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
容器内の液量を検出する装置として、ヘルムホルツの共鳴原理を利用した液量検出装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この液量検出装置は、所定の断面積を有する注液パイプを具えてなる容器内の貯溜液量を検出する液量検出装置において、同注液パイプの入口部に設けられ周波数を変化させながら音波を発するスピーカーと、同パイプ内部に付設され同スピーカーが発した残響音の極大レベルを検出するマイクロホンと、同残響音が極大レベルになったときに同スピーカーから発した音波の周波数に基づいてヘルムホルツの共鳴原理により容器内の貯溜液量を検出する演算装置とを具えたことにより、注液パイプに取付けられたスピーカー音源とタンク（容器）内の残響音を検出するマイクロホンによってタンク内空気容量を検出し、これに基づいて演算によりタンク内液量を求める。特許文献１では、この発明を燃料タンクに適用した実施例を示している。
【特許文献１】特開平８−３２７４２９号公報（３頁、図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１の液量検出装置では、スピーカー音源と、周波数を変化させながら信号を出力する信号発生器と、該信号発生器の出力を増幅してスピーカーを駆動する増幅器とを設ける必要があるという問題点があった。また、自動車の燃料タンクの燃料残量検出装置にこの発明を適用した場合には、燃料汲出し手段としての燃料ポンプの作動音や、自動車の走行によって発生する音波が計測用のスピーカー音源に影響を与えて検出液量に誤差が生じるという問題点も懸念されている。
【０００５】
さらに又、自動車の燃料タンクでは、液料注入用の注液パイプの基部、即ち注液パイプのタンク取付部に逆止弁状の弁が設けられ、燃料注入時にのみ、この弁が開き、燃料注入時以外には、この弁が閉じるようになっているため、注液パイプにスピーカー音源やマイクロホンを付設して、ヘルムホルツの共鳴原理によりタンク内の空気容量を検出することができない場合があるという問題点もあった。
【０００６】
そこで、本発明はかかる問題点を解消できる液量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ヘルムホルツの共鳴原理により容器内の気相部の容積を検出して、容器内の液量を検出する液量検出装置において、前記従来技術のような周波数を変化させながら音波を発する特別のスピーカー音源を用いないで、移動体の移動に伴い発生する音源など、例えば周りの環境からの発生音を音源とすることを最も主要な特徴とする。
【０００８】
そこで、前記目的を達成するために、請求項１の発明は、液体を貯溜するための密閉容器と、該容器に接続され容器の気相部に連通する音響管と、密閉容器に対して音波を発信する音源と、マイクロホンと、ヘルムホルツの共鳴原理に基づいて容器内の気相部の容積を検出する検出手段を備えて、容器内の液量を検出する液量検出装置であって、
前記音源は広い周波数帯域の周波数分布を有する音波を同時に発生することを特徴とする液量検出装置である。
【０００９】
気相部の容積は液量の多少に応じて変る。液量が最大のときに気相部の容積は最小となり、液量が最小のときに気相部の容積が最大となる。気相部の容積に応じてヘルムホルツの共鳴原理に基づく共鳴周波数が変わるので、音波の周波数分布は共鳴周波数の変化幅をカバーする広い周波数帯域を有するように定める。
【００１０】
実際には、音源の周波数スペクトルの帯域内に共鳴周波数がくるように音響管の直径や長さ等の仕様を決める。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の液量検出装置において、密閉容器が移動体に設けられ、移動体の移動に伴い音源が音波を発生することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の液量検出装置において、移動体が車輌で、音源が車輌の走行に伴う機関運転音であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２の液量検出装置において、移動体が車輌で、音源が車輌の走行に伴うロードノイズであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項２の液量検出装置において、移動体が車輌で、音源が車輌の走行に伴う風切音であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１の液量検出装置において、密閉容器内の液量の変化に伴い音源からの音波が発生されることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６の液量検出装置において、密閉容器内の液量の変化が、液体汲出し手段の作動により行なわれることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項６の液量検出装置において、密閉容器への注液に伴う発生音を音源とするものである。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項７の液量検出装置において、密閉容器が燃料タンクであって、液体汲出し手段が燃料ポンプであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の液量検出装置は、上述のように構成されているので、特別のスピーカー音源や、このスピーカー音源を駆動するための、周波数を変化させながら信号を出力する信号発生器と該信号発生器の出力を増幅する増幅器とを設ける必要がなくコストダウンができる。また、燃料ポンプの作動音や、車輌走行に伴うロードノイズ、風切音、機関運転音などの影響を受けて計測誤差を生じる虞がなく、液量検出の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明を実施するための最良の形態を図の実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明を自動車（車輌）の燃料タンクの残量燃料検出装置に適用した場合の実施例で、密閉容器としての燃料タンク１は図示されていない自動車に搭載され、タンク１内に燃料２が貯溜されている。３は燃料２の液面で、該液面３の上部に気相部４が形成されている。
【００２２】
燃料タンク１に接続されタンク１の気相部４に連通する音響管５は、気相部４と音響管５とでヘルムホルツ共鳴器を構成する。燃料ポンプ６が作動すると、該ポンプの作動音がタンク１に伝わり、気相部４と音響管５からなるヘルムホルツ共鳴器を励振し、作動音の周波数のうち、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数と合致する周波数成分が共鳴器を共振させる。このときの共鳴周波数ｆは、タンク１内の気相部４の空間体積Ｖと音響管（パイプ）５の直径、長さ、音速によって定まり、次の（１）式であらわされる。
【００２３】
ｆ＝（ｃ／２π）√｛Ｓ／（Ｌ＋Ｌ´）Ｖ｝  ・・・（１）
但し、ｆ  ：共鳴周波数［Ｈｚ］
ｃ  ：音速［ｍ／ｓ２］
Ｓ  ：音響管断面積［ｍ２］
Ｌ  ：パイプ長さ［ｍ］
Ｌ´：パイプ長さ補正値［ｍ］
Ｖ  ：タンク内空間体積（気相部体積）［ｍ３］
パイプ長さ補正値Ｌ´は、次の（２）式で与えられる。
【００２４】
Ｌ´＝ａ×ｄ  ・・・（２）
但し、ａ  ：補正係数（一般には０．８が用いられる。）
ｄ  ：パイプ直径［ｍ］
音速ｃ、音響管（パイプ）の各寸法ｄ，Ｌは既知の値であるため、共鳴周波数ｆを計測すればタンク内空間（気相部）４の体積Ｖがわかり、これをタンク全容量から差し引けばタンク内の燃料残量がわかる。
【００２５】
実際には、音響管（パイプ）５に取付けたマイクロホン７によって共鳴器内の音を拾って電気信号に変換し、この電気信号をマイクアンプ８で増幅し、ＦＦＴアナライザを用いた周波数分析装置９でスペクトル分析をして最大振幅の共鳴周波数ｆを求める。ＣＰＵ１０は周波数解析装置など全ての動作を制御し、求めた共鳴周波数ｆから気相部体積Ｖを演算し、更に燃料残量を算出する。そして、表示装置１２に燃料残量を表示する。１３はメモリである。マイクロホン７、マイクアンプ８、周波数解析装置９及びＣＰＵ１０は、これらで、ヘルムホルツの共鳴原理に基づいて容器（タンク）内の気相部の容積（体積）を検出する検出手段１１を構成している。
【実施例２】
【００２６】
前記実施例１では、周波数解析装置９で求めた共鳴周波数に基づいて、ＣＰＵ１０が（１）式から気相部４の体積（容積）を演算したが、この実施例２では、（１）式から演算する方法の代わりに次のようにして気相部体積を求める点だけが異なる。
【００２７】
ヘルムホルツの共鳴原理による共鳴周波数ｆと気相部体積Ｖとは燃料タンク１や音響管（パイプ）の形状・寸法により定まるが、本実施例２では、液面３のレベルを変えて、予め気相部体積Ｖと共鳴周波数ｆとの関係を実測し、実測した対応関係を図１のメモリ１３に記憶しておく。実測した対応関係の一例を図２に示す。図２に示す共鳴周波数ｆと気相部体積Ｖとの関数関係を例えば次の（３）式の形でメモリ１３に記憶しておく。
【００２８】
Ｖ＝Ｆ（ｆ）  ・・・（３）
Ｆ（ｆ）は共鳴周波数ｆの関数Ｆを意味する。
【００２９】
そこで、周波数解析装置９で求めた共鳴周波数ｆを図２の関数関係に照らして、対応する気相部体積（容積）Ｖを求める。こうして求めた気相部体積（容積）を燃料タンク１の全容量から差し引いてタンク内の燃料残量を算出する。
【００３０】
この実施例２は、タンク１の形状が複雑で、計算式（１）を決めにくいときに便利である。
【実施例３】
【００３１】
上記実施例１と２では、燃料汲出し手段としての燃料ポンプの作動音を音源として活用したが、自動車の移動に伴う機関運転音を利用することもできる（請求項３）。自動車の走行に伴うロードノイズ（請求項４）、又は風切音を用いる（請求項５）こともできる。
【実施例４】
【００３２】
燃料ポンプ等の液体汲出し手段を備えていない大形の容器では、容器の上方から長い注液パイプを介して容器の気相部へ液体を注入して貯溜するものがある。
【００３３】
この場合、液体が気相部で落下し、液面に当って落下音が発生する。この落下音を音源として活用することもできる（請求項８）。
【実施例５】
【００３４】
マイクロホン７は音響管（パイプ）５以外の容器（タンク）内気相部に取付けても良い。例えば、図１で、マイクロホン７を音響管（パイプ）５に取付ける代りに、燃料タンク１の天井の最高部に下向きに取付けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、自動車等の車輌における燃料タンクの燃料残量を検出する液量検出装置に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例のブロック図で、燃料タンク部分は縦断面図を示す。
【図２】気相部体積と共鳴周波数の関係を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１    燃料タンク（密閉容器）
２    燃料（液体）
３    液面
４    気相部
５    音響管（パイプ）
６    燃料ポンプ（汲出し手段）、音源
７    マイクロホン
１１  検出手段
【図１】
2007017320.tif 000003
【図２】
2007017320.tif 000004