(57)【要約】【課題】超音波検知装置の耐ノイズ性や信頼性を向上させるとともに、製造コストを削減する。【解決手段】超音波発生器３により発生された超音波が回折するように超音波発生器３の超音波発生面３ａに、超音波発生面３ａより幅狭な伝搬部材５を取り付ける。超音波発生器３の超音波発生面３ａに対向する位置からずれた位置で配管２の外側から超音波発生器３により発生された超音波を受信するように超音波受信器７を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を発生する超音波信号発生部と、
上記超音波信号発生部により発生された超音波信号に応じた超音波を配管の外側から上記配管内に向けて発生する平面状の超音波発生面を有する超音波発生器と、
上記超音波発生器により発生された超音波を回折させるように上記超音波発生器の超音波発生面に取り付けられた上記超音波発生面よりも幅狭な超音波伝搬部と、
上記超音波発生器により発生された超音波を、上記超音波発生器の超音波発生面に対向する位置からずれた位置で上記配管の外側から受信する超音波受信器と、
上記超音波受信器により受信された超音波の強度に基づいて、上記配管内を満たす媒質の種類を検知する信号処理部とを備えた超音波検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検知装置であって、
上記配管の外周面は、曲面状に形成され、
上記超音波発生器は、上記配管の外周面に上記超音波発生面を当接させた状態で設けられ、
上記超音波伝搬部は、上記配管の外周面における上記超音波発生器の超音波発生面との当接箇所で構成されていることを特徴とする超音波検知装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波検知装置であって、
上記超音波伝搬部は、上記配管の外周面に一体に突設された突部で構成されていることを特徴とする超音波検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内を満たす媒質の種類を検知する超音波検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、配管の外周に設けられ、上記配管内に向けて超音波を発生する超音波発生器と、上記配管の外周に上記超音波発生器と対向するように配置され、上記超音波発生器により発生された超音波を受信する超音波受信器と、上記超音波受信器により受信された超音波の受信強度の減衰を測定することで、上記配管内を流れる液体中の気泡を検出する信号処理部とを備えた超音波検知装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３６１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１のように、超音波発生器と超音波受信器とを対向配置し、超音波の受信強度の減衰を測定する場合、一般に減衰の影響が大きく現れる数ＭＨｚオーダーの超音波を使用するので、信号処理部を高速かつ複雑な回路で構成する必要がある。したがって、耐ノイズ性や信頼性の低下、及び製造コストの増大を招く。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超音波検知装置の耐ノイズ性や信頼性を向上させるとともに、製造コストを削減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、超音波発生器の超音波発生面に対向する位置からずれた位置で超音波を受信するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
具体的には、第１の発明は、超音波検知装置において、超音波信号を発生する超音波信号発生部と、上記超音波信号発生部により発生された超音波信号に応じた超音波を配管の外側から上記配管内に向けて発生する平面状の超音波発生面を有する超音波発生器と、上記超音波発生器により発生された超音波を回折させるように上記超音波発生器の超音波発生面に取り付けられた上記超音波発生面よりも幅狭な超音波伝搬部と、上記超音波発生器により発生された超音波を、上記超音波発生器の超音波発生面に対向する位置からずれた位置で上記配管の外側から受信する超音波受信器と、上記超音波受信器により受信された超音波の強度に基づいて、上記配管内を満たす媒質の種類を検知する信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
これにより、超音波受信器は、上記超音波発生器の超音波発生面に対向する位置からずれた位置で超音波を受信するので、超音波受信器により受信される超音波は、回折した超音波を含むものとなる。回折した超音波は、配管と配管内部との境界（配管の内周面）で屈折するが、ここでの屈折角は、配管内を満たす媒質の種類に応じたものとなり、超音波受信器により受信される超音波の強度も、上記媒質の種類に依存する。上記媒質の種類に応じた上記屈折角の変化の影響は、数１０ｋＨｚオーダーの超音波を使用しても観測できるので、上記特許文献１の如く数ＭＨｚオーダーの超音波の減衰特性を使用する場合に比べ、信号処理部に低速かつ簡素な回路を用いることにより、耐ノイズ性や信頼性を向上するとともに、製造コストを削減できる。
【０００９】
また、上記特許文献１の如く数ＭＨｚオーダーの超音波の減衰特性を使用する場合に比べ、超音波信号発生部にも低速かつ簡素な回路を用いることにより、耐ノイズ性や信頼性を向上するとともに、製造コストを削減できる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明の超音波検知装置であって、上記配管の外周面は、曲面状に形成され、上記超音波発生器は、上記配管の外周面に上記超音波発生面を当接させた状態で設けられ、上記超音波伝搬部は、上記配管の外周面における上記超音波発生器の超音波発生面との当接箇所で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、超音波伝搬部を構成する部材を配管とは別に設ける必要がないので、部品点数を削減することにより製造コストを削減できる。
【００１２】
また、超音波発生器を配管に取り付けるだけでよく、超音波伝搬部を構成する別部材を超音波発生器と配管とに取り付ける必要がないので、組立て作業を容易にすることにより製造コストを削減できる。
【００１３】
また、配管に超音波伝搬部を構成する突部を設ける必要が無いので、配管の構造を簡素化できる。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明の超音波検知装置であって、上記超音波伝搬部は、上記配管の外周面に一体に突設された突部で構成されていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、超音波伝搬部を構成する部材を配管とは別に設ける必要がないので、部品点数を削減することにより製造コストを削減できる。
【００１６】
また、超音波発生器を配管の突部に取り付けるだけでよく、超音波伝搬部を構成する別部材を超音波発生器と配管とに取り付ける必要がないので、組立て作業を容易にすることにより製造コストを削減できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、超音波検知装置の耐ノイズ性や信頼性を向上するとともに、製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る超音波検知装置を備えたポンプ制御システムの構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】（ａ）は、配管内の超音波検知対象領域が空気で満たされている場合における超音波の進行方向を説明する図２対応図であり、（ｂ）は、配管内の超音波検知対象領域が水で満たされている場合における図３（ａ）相当図である。
【図４】実施形態２の図２相当図である。
【図５】実施形態３の図２相当図である。
【図６】実施形態４の図１相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１及び図２は、本発明の実施形態１に係る超音波検知装置１を備えたポンプ制御システム１００を示す。このポンプ制御システム１００は、断面矩形環状で延びる配管２と、超音波検知装置１と、上記配管２内に水を流すポンプ９と、ポンプ制御回路３０とを備えている。そして、上記配管２内が水と空気のいずれによって満たされているかを超音波検知装置１が判定し、この判定結果に応じてポンプ制御回路３０がポンプ９を制御するようになっている。上記ポンプ９は、上記超音波検知装置１による配管２内の媒質判定箇所よりも配管２の流出側に設けられている。このポンプ制御システム１００は、洗濯機、食器洗い機等に設けることができる。
【００２１】
上記配管２は、超音波Ｕ（図３参照）を通す材質からなり、例えば、ポリプロピレン、又はゴムで構成される。
【００２２】
上記超音波検知装置１は、超音波信号として周期的なパルス信号を発生する超音波信号発生部１０と、上記超音波信号発生部１０により発生されたパルス信号に応じた超音波Ｕを上記配管２内に向けて発生する超音波発生器３と、上記超音波発生器３により発生された超音波Ｕを受信する超音波受信器７と、上記超音波受信器７により受信された超音波Ｕの強度に基づいて、配管２内に満たされる媒質の種類を判定する信号処理部２０とを備えている。
【００２３】
上記超音波信号発生部１０は、例えばタイマー回路や発振回路で構成される。
【００２４】
上記超音波発生器３は、超音波Ｕを発生する円形平面状の金属製超音波発生面３ａを有している。当該超音波発生面３ａは、上記配管２の外周面のうちの一方の面２ａの幅方向中央部に外側から平行に対向している。そして、当該超音波発生面３ａから当該超音波発生面３ａに対して垂直な方向に、上記配管２の外側から配管２内に向けて超音波Ｕが発生される。
【００２５】
上記超音波発生器３の超音波発生面３ａの幅方向中央部と上記配管２の面２ａの幅方向中央部との間には、直方体状の超音波伝搬部としての樹脂性伝搬部材５が、上記超音波発生器３により発生された超音波Ｕを回折させるように設けられている。上記伝搬部材５は、超音波Ｕを通す材質からなり、例えば、ポリプロピレン、又はゴムで構成される。上記超音波発生器３の超音波発生面３ａと上記伝搬部材５とは治具により互いに密着させ、同様に伝搬部材５及び配管２の面２ａも、治具により互いに密着させている。上記伝搬部材５の上記配管２長手方向に直交する方向の幅Ｗ１は上記超音波発生面３ａの幅Ｗ２よりも狭くなっている。この伝搬部材５の幅Ｗ１は、超音波発生器３により発生される超音波Ｕの波長よりも短く設定されている。
【００２６】
上記超音波受信器７は、上記超音波発生器３により発生された超音波Ｕを上記配管２の外側から受信する平面状の超音波受信面７ａを有し、当該超音波受信面７ａは、上記配管２の超音波発生面３ａに対向する面２ａと反対側の面２ｂにおける幅方向中央部からずれた位置に治具により密着させている。つまり、上記超音波受信器７は、上記超音波発生器３の超音波発生面３ａに対向する位置から配管２の幅方向にずれた位置で超音波Ｕを受信する。
【００２７】
上記信号処理部２０は、超音波受信器７の出力を増幅してＡＣ信号を出力する増幅器２１と、上記増幅器２１の出力を検波してＤＣ信号を出力する検波回路２３と、上記検波回路２３により得られたＤＣ信号に対してアナログデジタル変換を行うＡＤＣ（Analog-to-digital converter）２５と、上記ＡＤＣ２５の出力が所定値以上であるか否かを判定する判定回路２７とを備えている。増幅器２１により出力されるＡＣ信号の振幅、検波回路２３により得られるＤＣ信号の絶対値、及びＡＤＣ２５の出力は、上記超音波受信器７により受信された超音波Ｕの強度を示す値となる。なお、超音波受信器７の出力がある程度大きい場合には、上記増幅器２１とＡＤＣ２５の代わりにコンパレータを設けてもよい。
【００２８】
ここで、上記超音波受信器７の超音波受信面７ａが、上記超音波発生器３の超音波発生面３ａに対向する位置からずれた位置に設けられているので、超音波受信器７は回折した超音波Ｕを受信できる。回折した超音波Ｕは、配管２と配管２内部との境界（配管２の内周面）で屈折するが、ここでの屈折角は、配管２内に満たされている媒質の種類に応じて変化する。
【００２９】
具体的には、配管２内が空気で満たされている場合、図３（ａ）に示すように、超音波発生器３により発生された超音波Ｕの広がりが小さくなり、上記ＡＤＣ２５の出力、すなわち上記超音波受信器７により受信された超音波Ｕの強度は低くなる。
【００３０】
一方、配管２内が水で満たされている場合、図３（ｂ）に示すように、超音波発生器３により発生された超音波Ｕの広がりが大きくなり、上記ＡＤＣ２５の出力、すなわち上記超音波受信器７により受信された超音波Ｕの強度は高くなる。
【００３１】
したがって、超音波受信器７により受信される超音波Ｕの強度、及び上記ＡＤＣ２５の出力は、上記配管２内を満たす媒質の特性に応じたものとなる。上記配管２内を満たす媒質の種類に応じた上記屈折角の変化の影響は、数１０ｋＨｚオーダーの超音波を使用しても観測できるので、上記特許文献１の如く数ＭＨｚオーダーの超音波を使用する場合に比べ、信号処理部２０に低速かつ簡素な回路を用いることにより、耐ノイズ性や信頼性を向上するとともに、製造コストを削減できる。
【００３２】
また、上記特許文献１の如く数ＭＨｚオーダーの超音波を使用する場合に比べ、超音波信号発生部１０にも低速かつ簡素な回路を用いることにより、耐ノイズ性や信頼性を向上するとともに、製造コストを削減できる。
【００３３】
上記ポンプ制御回路３０は、上記判定回路２７の判定結果に基づいて、ポンプ９を制御する。具体的には、ポンプ制御回路３０は、上記ＡＤＣ２５の出力が所定値以上であると上記判定回路２７により判定されたときには、上記配管２内に水を流すよう上記ポンプ９を動作させる一方、上記ＡＤＣ２５の出力が所定値未満であると上記判定回路２７により判定されたときには、上記配管２内に水を流さないよう上記ポンプ９の動作を止める。
【００３４】
なお、上記超音波信号発生部１０、上記信号処理部２０の判定回路２７、及びポンプ制御回路３０の機能は、例えばマイクロコンピュータで実現できる。また、上記超音波信号発生部１０、及び上記信号処理部２０の機能は、共通のマイクロコンピュータで実現してもよい。
【００３５】
また、上記超音波信号発生部１０及び超音波発生器３を、共通のパッケージに収容してもよい。同様に、超音波受信器７及び信号処理部２０を、共通のパッケージに収容してもよい。
【００３６】
したがって、本実施形態１によると、上記ＡＤＣ２５の出力が所定値未満であると上記判定回路２７により判定されたとき、すなわちポンプ９よりも流入側の配管２内が空気で満たされている場合にポンプ９の動作を止めるので、ポンプ９の羽根の回転領域に空気が入り込むことで生じる異音、すなわちいわゆるエア噛み音の発生を防止できる。
【００３７】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る超音波検知装置１を備えたポンプ制御システム１００を示す。
【００３８】
本実施形態２では、配管２が断面円環状に形成され、上記超音波発生器３の超音波発生面３ａが上記配管２の外周面に当接し、上記配管２の外周面における上記超音波発生器３の超音波発生面３ａとの当接箇所がスリット状になって超音波伝搬部５’を構成している。上記超音波発生器３の超音波発生面３ａと上記配管２の外周面とは、治具により密着させている。
【００３９】
その他の構成は、実施形態１と同じであるので、同一の構成箇所には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
したがって、本実施形態２によると、超音波伝搬部５’を構成する部材を配管２とは別に設ける必要がないので、部品点数を削減することにより製造コストを削減できる。
【００４１】
また、超音波発生器３を配管２に取り付けるだけでよく、超音波伝搬部５’を構成する別部材を超音波発生器３及び配管２に取り付ける必要がないので、組立て作業を容易にすることにより製造コストを削減できる。
【００４２】
また、配管２に超音波伝搬部５’を構成する突部を設ける必要が無いので、配管２の構造を簡素化できる。
【００４３】
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３に係る超音波検知装置１を備えたポンプ制御システム１００を示す。
【００４４】
本実施形態３では、上記配管２の面２ａ（外周面）に、上記実施形態１の伝搬部材と等しい形状の突部２ｃが、上記実施形態１の伝搬部材５と等しい箇所に位置するように一体に突設され、この突部２ｃが超音波伝搬部を構成している。
【００４５】
その他の構成は、実施形態１と同じであるので、同一の構成箇所には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４６】
したがって、本実施形態３によると、超音波伝搬部を構成する部材を配管２とは別に設ける必要がないので、部品点数を削減することにより製造コストを削減できる。
【００４７】
また、超音波発生器３を配管２に取り付けるだけでよく、超音波伝搬部を構成する別部材を超音波発生器３及び配管２に取り付ける必要がないので、組立て作業を容易にすることにより製造コストを削減できる。  
【００４８】
（実施形態４）
図６は、本発明の実施形態４に係る超音波検知装置１を備えたポンプ制御システム１００を示す。
【００４９】
本実施形態４では、上記超音波受信器７の超音波受信面７ａが、上記超音波発生器３の超音波発生面３ａに対向する位置から配管２の幅方向には等しく、かつ配管２の長手方向にずれた位置に設けられている。
【００５０】
その他の構成は、実施形態１と同じであるので、同一の構成箇所には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５１】
なお、上記実施形態２では、配管２を断面円環状に形成したが、上記超音波発生器３の超音波発生面３ａと上記配管２の外周面との当接箇所をスリット状にできれば、配管２の外周面を他の曲面形状にしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態１及び実施形態４では、配管２、超音波発生器３、及び伝搬部材５を、治具により密着させたが、治具の代わりに結束バンドを用いて簡易的に互いに固定するようにしてもよい。また、超音波発生器３及び伝搬部材５を、両者間にゴム製のシール部材を挟み込んだ状態で互いに取り付けてもよい。これにより、密着性を高めることができる。同様に、配管２及び伝搬部材５を、両者間にゴム製のシール部材を挟み込んだ状態で互いに取り付けてもよい。
【００５３】
さらに同様に、実施形態２，３でも、配管２及び超音波発生器３を結束バンドを用いて簡易的に互いに固定するようにしてもよいし、配管２及び超音波発生器３を両者間にゴム製のシール部材を挟み込んだ状態で互いに取り付けてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態１〜４では、上記信号処理部２０が判定回路２７の判定結果を出力するようになっていたが、ＡＤＣ２５の出力、すなわち、配管２内を満たす媒質の種類を示す測定値がディスプレイ等に出力され、ユーザによって目視されるようにしてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態１〜４では、ポンプ制御システム１００に本発明を適用したが、本発明は、エアコンの熱交換器が正常に動作を開始したか否かを判定するシステムにも適用できる。すなわち、熱交換機からエアコンにフロン等の冷媒を送る配管に超音波検知装置１を設置し、熱交換機が液体の冷媒を気体にするように動作する暖房運転時において、上記超音波検知装置１のＡＤＣ２５の出力が所定値以上であると上記判定回路２７により判定されたときに、熱交換機の動作が正常に開始されていないと判定するようにしてもよい。
【００５６】
また、本発明は、水及び空気以外の媒質の種類の検知にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明にかかる超音波検知装置は、耐ノイズ性や信頼性の向上、及び製造コストの削減に有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１      超音波検知装置 
２      配管 
２ｃ    突部（超音波伝搬部） 
３      超音波発生器 
３ａ    超音波発生面 
５      伝搬部材（超音波伝搬部） 
５’    超音波伝搬部 
７      超音波受信器 
７ａ    超音波受信面 
１０      超音波信号発生部 
２０      信号処理部 
Ｕ      超音波
【図１】
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【図２】
2016121948.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016121948.tif 000006
【図５】
2016121948.tif 000007
【図６】
2016121948.tif 000008