(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体界面に音響信号を伝送するとともに前記流体界面から反射した音響信号を受信する音響変換器を具える音響流体計測方法であって、
信号の伝送時と前記界面からの最初の反射信号の受信時との間の期間を測定し、前記最初の反射信号が前記流体界面へ戻って反射されることにより生じる後続反射信号を監視し、
前記後続反射信号の受信間の期間を測定し、測定された期間の少なくとも１つと、測定された期間の他の少なくとも１つとの比を計算して受信信号を識別し、前記後続反射信号から得られる情報を流体量の決定に用いるようにした音響流体計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の音響流体計測方法において、この方法が、最初の反射信号の受信時と前記後続反射信号の受信時との間の期間が前記最初の反射信号の伝送時及び受信時間の予め決定した範囲内にあるか否かを決定するようにした音響流体計測方法。
【請求項３】
請求項１に記載の音響流体計測方法において、前記音響変換器を、スティルウェルを含むプローブの一部とし、前記音響変換器を、前記スティルウェルの下端に装着した音響流体計測方法。
【請求項４】
請求項３記載の音響流体計測方法において、前記プローブの下端が音響エネルギーを上方に反射するようになっている音響流体計測方法。
【請求項５】
請求項１に記載の音響流体計測方法において、この音響流体計測方法が複数の音響変換器を用いる音響流体計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響信号を第１の位置から流体界面に伝送する工程と、この界面から反射される信号を受信する工程と、この伝送と反射信号の受信との間の最初の時間間隔を決定する工程とを含む種類の流体計測方法に関するものである。
本発明は、特に、航空機用の超音波燃料計測システムに関するものであるが、これに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
航空機の燃料タンク内の燃料の量は、超音波プローブにより測定しうる。これらの超音波プローブは、チューブ、すなわちスティルウェルの下端に装着された超音波変換器より成る。プローブは存在する燃料内に浸漬される為、燃料はタンク内の高さと同じ高さまでスティルウェルを充填する。超音波変換器に印加される電圧が超音波エネルギー信号のバーストを発生し、このエネルギー信号が燃料を通って上方に伝送される。このエネルギー信号が燃料の表面、すなわち、燃料とその上の空気との界面に到達すると、このエネルギー信号の一部が反射されて超音波変換器に戻る。この超音波変換器が受信したこの一部のエネルギー信号により電圧を生ぜしめ、この電圧がある適切なプロセッサに供給されて超音波変換器による信号の伝送と受信との間の時間を測定する。次に、超音波変換器よりも上の燃料の高さを、燃料中の超音波パルスの既知の速度から計算しうる。タンク中の燃料の体積は、数個の超音波プローブの出力及びタンクの形状の知識から計算される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
超音波計測システムには種々の問題がある。特に、燃料の表面からの実際の反射により生ぜしめられる信号と、超音波プローブの表面からの反射のような雑音信号とを識別するのが困難となるおそれがある。この問題は、燃料の表面が斜めになっているか、波や泡により乱れているか、急速に動いているか、又は他の理由で乱れている場合に一層悪くなるおそれがある。
本発明の目的は、従来に取って代わる音響計測方法を提供せんとするにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体界面に音響信号を伝送するとともに前記流体界面から反射した音響信号を受信する音響変換器を具える音響流体計測方法であって、
信号の伝送時と前記界面からの最初の反射信号の受信時との間の期間を測定し、前記最初の反射信号が前記流体界面へ戻って反射されることにより生じる後続反射信号を監視し、前記後続反射信号の受信間の期間を測定し、測定された期間の少なくとも１つと、測定された期間の他の少なくとも１つとの比を計算して受信信号を識別し、前記後続反射信号から得られる情報を流体量の決定に用いるようにした音響流体計測方法を提供する。
【０００５】
又、本発明による方法には、予め決定した時間範囲内で検出された後続反射信号の個数を決定する工程を含めることができる。プローブの下端に変換器を装着し、エネルギーを上方に反射するようにプローブの下端を配置するのが好ましい。本発明による方法には更に、信頼度を信号に割当てる工程を含め、この信号と関連する反射の回数が多くなると、信頼度が高くなるようにすることができる。本発明による方法には更に、各信号の信頼度に応じて、互いに矛盾した異なる信号間で選択を行う工程を含めることができる。互いに矛盾した異なる信号は、同一の変換器から異なる時間に生じる信号とするか、異なる変換器から生じる信号とすることができる。本発明による方法には更に、順次の反射の到来時間の比を決定する工程と、これらの比に関する情報を用いて反射の順番数を識別する工程とを含めることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明による航空機の燃料計測システムを以下に添付図面により例示的に説明する。
【０００７】
まず図１を参照するに、この燃料計測システムは、液体燃料２を収容する燃料タンク１を有し、この燃料タンク１内には３つの超音波計測プローブ３がほぼ垂直に装着されている。用いるプローブの個数は異ならせることができること勿論である。
【０００８】
プローブ３は、超音波エネルギーの伝送及び受信の双方の機能を達成する圧電超音波変換器４を有する通常の種類のものとすることができる。変換器４は円筒管、すなわちスティルウェル５の底部に装着され、スティルウェルはその底部及び上部で開放させて、燃料をこのスティルウェル内に流入及びこのスティルウェルから流出させたりして、燃料がプローブの外部と同じ高さを取るようになっている。各プローブ３の変換器４はワイヤ６により処理ユニット７に電気接続されており、この処理ユニットは信号をプローブに供給したりプローブから受けたりする。特に、処理ユニット７は、変換器４に電圧パルスを供給し、これら変換器が超音波エネルギーのバーストを伝播するようにする。処理ユニット７は、変換器４が受けた超音波エネルギーによってこれら変換器から生ぜしめられる電圧信号を受け、以下に詳細に説明するように各プローブ３内の燃料の高さを測定するための種々の計算を実行する。処理ユニット７は、３つのプローブ３における高さの測定と、タンク１の形状に関する記憶情報とからタンク内の燃料の体積を計算する。この体積の測定値は通常、比重計８からの情報を用いて質量に変換される。処理ユニット７は、ディスプレイ９又はその他の利用可能手段に燃料の量を表示する。
【０００９】
次に、図２を参照するに、この図２には、横軸に沿う時間に対する変換器４の出力を示す。超音波エネルギーの最初のバーストは、処理ユニット７により変換器４に供給される電圧により生ぜしめられた伝送パルスＴ1 である。エネルギーのこのバーストは、燃料２中で上方に伝わって燃料の表面、すなわち燃料／空気の界面１０に到達し、この界面でエネルギーの一部が反射して変換器４に向けて下方に戻る。この最初の反射により変換器４が受けるエネルギーを、パルス（信号）Ｒ1 で表わす。この反射パルスＲ1 の大きさは、伝送パルスＴ1 の大きさよりも小さい。その理由は、エネルギーのいくらかが燃料２及びスティルウェル５の壁部により吸収され、エネルギーのいくらかが界面１０において燃料の上方の空気中に伝達され、エネルギーのいくらかが変換器４から離れる方向に散乱される為である。反射パルスＲ1 は、パルスＴ1 の伝送後期間ｔ1 で受信され、この期間が、燃料２中のエネルギーの伝送速度と、燃料の高さの２倍に等しい移動距離とに依存する。変換器４と、スティルウェル５の底部におけるこの変換器４の支持構造体とに入射された反射超音波エネルギーの一部が反射して燃料表面１０に戻り、この表面でエネルギーの一部が反射して変換器に戻り、エネルギーバーストＴ1 及びＲ1 の大きさよりも更に小さい大きさの第２の反射パルスＲ2 を生ぜしめる。この第２の反射パルスＲ2 は第１の反射パルスＲ1 の受信後期間ｔ2 で受信される。この第２の反射パルスＲ2 の一部が再び変換器４からスティルウェル５の上方に向けて反射し、第２の反射パルスＲ2 の受信後期間ｔ3 で第３の反射パルスＲ3 を生ぜしめる。システムが識別しうる、最初の反射パルスに後続する反射パルスの個数はこれらの大きさ及び雑音レベルに依存すること明らかである。反射パルスの大きさは、燃料の高さや表面状態のような種々の要因に応じて変化する。
【００１０】
後続反射パルスの受信及び識別は、最初の反射パルスの有効性、すなわち後続反射の期間ｔ2 及びｔ3 が最初の反射の期間ｔ1 に等しいか、最初の反射の期間ｔ1 の所定の範囲内にあるか、すなわち
ｔ２ ，ｔ３ ＝ｔ1 ±δｔ
であるかを確認するためにシステムにより用いられるものである。
この許容範囲δｔは、種々の反射パルス間の信号検出レベルや時間分解能の僅かな変化を許容するものである。
【００１１】
処理ユニット７は、各高さ測定に対し予め決定した範囲内で識別される、燃料表面からの後続反射の個数を計算する。識別される、後続反射の個数が多くなればなる程、この高さ測定における信頼度が高くなる。システムはこの情報を種々の方法で用いることができる。例えば、プローブ３からの信号が充分な信頼度で識別されない場合には、この信号を計測において無視し、その代わりプローブからのより早い又はより遅い信号を用いることができる。２つのプローブからの出力信号の高さが互いに相違している場合、すなわち、これらの信号が互いに矛盾している場合、信頼度の高い信号を生じるプローブを、信頼度の低い信号を生じる他のプローブに優先して用いることができる。
【００１２】
本発明は、燃料の高さを表わす出力を生ぜしめるスティルウェルの壁部からの反射による、又はその他の原因によるような誤った信号が生ぜしめられるおそれを低減させるのに用いることができる。このような信号が生じるのを低減させる理由は、このような信号は充分に高い信頼度で識別されない為である。
【００１３】
ある状況の下では、最初の反射により生じる信号（パルス）は識別できない。この状況は、例えばシステムに電気雑音がある場合に生じるおそれがある。しかし、後続多重反射（繰り返し反射）は識別しうる。後続反射の到来時間を比較することにより、反射が第１多重反射、第２多重反射、第３多重反射、第４多重反射等のどれであるかを決定することができる。例えば、第１多重反射及び第２多重反射の到来時間がそれぞれ２ｔ1 及び３ｔ1 である（図２参照）。ここにｔ1 は、検出されない最初の反射の移動時間である。従って、これらの２つの時間２ｔ1 及び３ｔ1 間の比は１．５００（すなわち、３／２）±δｒ2 である（図２参照）。第２多重反射と第３多重反射との比は例えば、１．３３３（すなわち、４／３）±δｒ3 である（図２参照）。この相違により、異なる多重反射を識別することができ、従って、最初の反射が識別されない場合に、流体の高さを計算しうるようになる。許容範囲δｒ2 ，δｒ3 ，等は、異なる反射信号間の信号検出レベルや時間分解能の僅かな変化を許容するものである。
【００１４】
従来のプローブは通常、プローブの下端からの多重反射を最少にするように設計されている。本発明では、プローブの下端を、特に多重反射を最少にするように設計しないですむ。
【００１５】
本発明は、燃料の計測に限定されるものではなく、他の流体を計測するのにも用いることができること明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による燃料計測システムの一例を示す線図である。
【図２】  燃料計測システムのプローブにおける信号を示す波形図である。
【符号の説明】
１    燃料タンク
２    液体燃料
３    超音波計測プローブ
４    圧電超音波変換器
５    スティルウェル
７    処理ユニット
８    比重計
９    ディスプレイ
【図１】
0004202083.tif 000002
【図２】
0004202083.tif 000003