(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、上記液面からの反射波を受信する平板アンテナと、
上記平板アンテナから発射したマイクロ波と平板アンテナによって受信された反射波とをデータ処理部に送信する送受信装置と、
上記平板アンテナを防護する防護板と、を有する電波式液面計であって、
上記防護板は、円錐形状に形成されていて、上記平板アンテナの下面に防護板の円錐形頂部を対向させて設けられていると共に、上記平板アンテナの電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設けられ、
上記アンテナと上記送受信装置との設置空間は、不活性ガスで充たされていることを特徴とする電波式液面計。
【請求項２】
上記防護板の板厚は、タンク内の圧力に耐えることができる厚さであると共に、均一な厚さであることを特徴とする請求項１記載の電波式液面計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばタンカー等における油貯留タンク、バラストタンク、その他各種液体の貯留タンクに用いる電波式液面計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電波を利用してタンク内の液面を測定する電波式液面計が提案されている。以下、従来の電波式液面計について簡略的に説明する。図４において、符号５１は、タンク内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、このマイクロ波が液面によって反射された反射波を受信するレーダ・アンテナを示している。
【０００３】
符号５２は、上記レーダ・アンテナ５１からマイクロ波を発射すると共に、発射したマイクロ波と、上記レーダ・アンテナ５１によって受信された反射波とを信号処理部５３に送信する送受信装置を示している。この送受信装置５２は、マイクロ波送受信器５２ａと送受信波ミキサ回路（前置増幅器を含む）５２ｂとで構成されている。また、上記レーダ・アンテナ５１と送受信装置５２とは、センサ部５０を構成している。
【０００４】
符号５３は、信号処理部を示しており、オーディオ増幅器５３ａ、Ａ／Ｄ変換器５３ｂ、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）回路５３ｃ、信号処理回路（表示回路を含む）５３ｄ、および台形波発生回路５３ｅで構成されている。
【０００５】
次に、上記センサ部５０と上記信号処理部５３とで行われる液面測定方法について説明する。図５において、実線は、上記レーダ・アンテナ５１から発射したマイクロ波の送信周波数を示している。破線は、上記レーダ・アンテナ５１によって受信された反射波、すなわち、マイクロ波が液面に反射された反射波の受信周波数を示している。
【０００６】
上記送信周波数を、ある時間ｔ１からｔ２までの間、すなわち掃引時間Ｔに対して、ある周波数ｆ１からｆ２まで、すなわち掃引周波数Ｂの範囲において連続的に変化させる。これは、上記台形波発生回路５３ｅから出力される台形波の傾斜部分に従って出力される。また、上記受信周波数は、液面までの距離によって決まるある時間遅れて、上記レーダ・アンテナ５１によって受信される。従って、ある時間ｔにおける送信周波数と受信周波数との差Δｆは、上記レーダ・アンテナ５１からタンク内の液面までの距離に比例している。
【０００７】
このとき、図６に示すように、Δｆは、上記掃引時間Ｔの全域において一定の値を示している。換言すれば、ある時間ｔにおける送信周波数と受信周波数との差Δｆは、ｔ１からｔ２までの間のどの断面においても一定の値を示している。上記レーダ・アンテナ５１からタンク内の液面までの距離が近い場合は、Δｆは、低い値を示し、また、上記レーダ・アンテナ５１からタンク内の液面までの距離が遠い場合は、Δｆは、高い値を示す。この何れの場合においても、Δｆは、オーディオ周波数帯である。このΔｆを適宜増幅し、ＦＦＴ回路５３ｃに入力することによって、上記レーダ・アンテナ５１からタンク内の液面までの距離に変換することができる。図７は、ＦＦＴ回路５３ｃの出力を示しており、この出力から液面までの距離を知ることができる。
【０００８】
上記信号処理部５３内においては、まず、オーディオ増幅器５３ａによって、上記センサ部５０から送信されたマイクロ波の送信周波数と反射波の受信周波数とのビート信号（オーディオ周波数帯）が適宜増幅される。そして、Ａ／Ｄ変換器５３ｂによって、このアナログ信号がデジタル信号に変換され、ＦＦＴ回路５３ｃによって、周波数分析、すなわち、高速フーリエ変換が行われ、上記レーダ・アンテナ５１からタンク内の液面までの距離として検出することができる。つまり、タンク内の液面レベルを測定することができる。
【０００９】
以上説明した電波式液面計には、上記レーダ・アンテナ５１をタンク内からの圧力等から防護するために、防護板が、上記レーダ・アンテナ５１とタンク内の液面との間で、かつ、上記レーダ・アンテナ５１の電磁界に悪影響を及ぼさない位置に取り付けられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の防護板では、上記レーダ・アンテナ５１の電磁界に悪影響を及ばさない位置に設けようとすると、装置全体が大型化してしまうという問題がある。そこで、装置の小型化を図るために、レーダ・アンテナ５１を平板アンテナにすることが考えられている。しかし、レーダ・アンテナ５１を平板アンテナにするには、各種の技術的な問題を解決しなければならない。すなわち、装置の小型化を図るためには、防護板を平板アンテナにできるだけ近づけることが望ましいが、平板アンテナに防護板を近づけるに従って、防護板がマイクロ波の透過に対して障害となる。また、タンク内に石油等を貯めている場合には、石油などが蒸発して防護板にパラフィンが結露してしまう場合があり、従来の防護板では、防護板に結露したパラフィンを除去することができないため、防護板に結露したパラフィンが電磁波の透過に対して障害となり、正確な測定ができないという問題がある。特に、防護板を平板アンテナに近づけて取り付けていると、上記パラフィンによる電磁波透過に対する障害が大きい。
【００１１】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、アンテナの電界強度の強い中心部から周辺部へパラフィンを流下させて、できるだけ強い電波を透過させることができ、また、防護板をアンテナの電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設けて小型化を図ることができる電波式液面計を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、タンク内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、上記液面からの反射波を受信する平板アンテナと、上記平板アンテナから発射したマイクロ波と平板アンテナによって受信された反射波とをデータ処理部に送信する送受信装置と、上記平板アンテナを防護する防護板とを有する電波式液面計であって、上記防護板は、錐形状に形成されていて、上記平板アンテナの下面に防護板の錐形頂部を対向させて設けられていると共に、上記平板アンテナの電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設けられ、上記アンテナと上記送受信装置との設置空間は、不活性ガスで充たされていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記防護板の板厚は、タンク内の圧力に耐えることができる厚さであると共に、均一な厚さであることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる電波式液面計の実施の形態について説明する。図１において、符号１は、各種液体を貯留するタンクを示している。このタンク１の天板１０は船体の一部を構成しており、この天板１０上には、リング状の第１フランジ２が取り付けられている。天板１０には、第１フランジ２の中心孔と対向する位置に開口が形成されている。
【００１７】
上記第１フランジ２の上には、第１フランジ２の中心孔を覆って防護板５が取り付けられている。防護板５は、後述する平板アンテナ６をタンク１内からの圧力等から防護するために設けられている。この防護板５は、素材がフッ素樹脂などの誘電体であり、例えば、テフロン（商品名）を素材として用いることができる。
【００１８】
また、この防護板５は、円錐形状に形成されていて、後述する平板アンテナ６の下面に防護板５の円錐頂部を対向させて、上記第１フランジ２上に取り付けられている。上記防護板５と後述する平板アンテナ６との距離は、防護板５が平板アンテナ６の電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設定されている。上記防護板５の詳細については、後述する。
【００１９】
上記第１フランジ２上には、上記防護板５の周囲を覆って気密を保ちながら上記防護板５を固定するために、第１フランジ２よりは小径で内周縁部が防護板５の外周縁部に覆い被さるリング状の第２フランジ７が、ネジ部７ａ、７ａによって固着されている。また、上記第１フランジ２上には、上記防護板５の外周縁部底面に対向する位置にＯリング２ａが取り付けられているため、上記防護板５によって、タンク１内は密閉された状態になっている。
【００２０】
さらに、上記第１フランジ２上には、後述する平板アンテナ６等が収納される端子箱３が取り付けられている。この端子箱３の上面には、端子箱蓋４がネジ部４ａ、４ａおよびＯリング４ｂによって密着固定されている。従って、上記端子箱３内は、密閉された状態になっている。
【００２１】
上記端子箱３内で、上記第２フランジ７上には、ケーシング８がネジ７ａ、７ａおよびＯリング７ｂによって密着固定されている。従って、上記ケーシング８内は、密閉された状態になっている。
【００２２】
このケーシング８には、上記平板アンテナ６がネジ８ａ、８ａによって水平に取り付けられている。この平板アンテナ６は、上記タンク１内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、上記液面からの反射波を受信するものである。また、防護板５と平板アンテナ６との距離は、上述の通り、防護板５が平板アンテナ６の電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設定されている。
【００２３】
符号９は、送受信装置を示しており、上記ケーシング８内で、上記平板アンテナ６上に設けられている。この送受信装置９は、上記平板アンテナ６から発射したマイクロ波と、上記平板アンテナ６によって受信された反射波とを後述する荷役コンソール（データ処理部）３０に送信するものである。
【００２４】
次に、送受信装置９と荷役コンソール３０の構成について説明する。図２において、センサ部２０は、上記平板アンテナ６と上記送受信装置９とで構成されている。また、この送受信装置９は、マイクロ波送受信器９ａと送受信波ミキサ回路（前置増幅器を含む）９ｂとで構成されている。
【００２５】
上記荷役コンソール３０は、オーディオ増幅器３０ａ、Ａ／Ｄ変換器３０ｂ、ＦＦＴ回路３０ｃ、信号処理回路（表示回路を含む）３０ｄ、および台形波発生回路３０ｅで構成されている。また、上記荷役コンソール３０は、図３に示すように、船体４０上の適宜の位置、例えばブリッジに設置されていて、上記センサ部２０とデータの入出力を行っている。
【００２６】
次に、上記センサ部２０と上記荷役コンソール３０とで行われるタンク１内の液面を測定するための信号処理方法について説明する。図５において、実線は、上記平板アンテナ６からタンク１内の液面に向けて発射したマイクロ波の送信周波数を示している。また、破線は、上記平板アンテナ６によって受信された反射波、すなわち、タンク１内の液面に向けて発射したマイクロ波がこの液面によって反射された反射波の受信周波数を示している。
【００２７】
上記送信周波数を、ある時間ｔ１からｔ２までの間、すなわち掃引時間Ｔに対して、ある周波数ｆ１からｆ２まで、すなわち掃引周波数Ｂの範囲において連続的に変化させる。これは、上記台形波発生回路３０ｅによって出力される。また、上記受信周波数は、ある時間遅れて、上記平板アンテナ６によって受信される。従って、ある時間ｔにおける送信周波数と受信周波数との差Δｆは、上記平板アンテナ６から上記タンク１内の液面までの距離に比例している。
【００２８】
このとき、図６に示すように、送信周波数と受信周波数との差Δｆは、上記掃引時間Ｔの全域において一定の値を示している。換言すれば、ある時間ｔにおける送信周波数と受信周波数との差Δｆは、ｔ１からｔ２までの間のどの断面においても一定の値を示している。
【００２９】
上記平板アンテナ６からタンク１内の液面までの距離が近い場合は、Δｆは、低い値を示し、また、上記平板アンテナ６からタンク１内の液面までの距離が遠い場合は、Δｆは、高い値を示す。この両方の場合において、Δｆは、オーディオ周波数帯である。このΔｆを適宜増幅し、ＦＦＴ回路３０ｃによって、上記平板アンテナ６から上記タンク１内の液面までの距離に変換するのである。図７は、このときの値を表している。
【００３０】
上記荷役コンソール３０内においては、まず、オーディオ増幅器３０ａによって、上記センサ部２０から送信されたマイクロ波の送信周波数と反射波の受信周波数とのビート信号（オーディオ周波数帯）が適宜増幅される。そして、Ａ／Ｄ変換器３０ｂによって、このアナログ信号がデジタル信号に変換され、ＦＦＴ回路３０ｃによって、周波数分析、すなわち、高速フーリエ変換が行われ、上記平板アンテナ６から上記タンク１内の液面までの距離として検出することができる。つまり、タンク内の液面レベルを測定することができる。
【００３１】
ここで、上記タンク１内に石油等を貯めていた場合には、石油等が蒸発して上記防護板５上にパラフィンが結露してしまう場合がある。上記平板アンテナ６の電界強度は、平板アンテナ６の中心部が最も強いため、平板アンテナ６の中心部に対向する上記防護板５の円錐頂部付近にパラフィンが結露してしまうと、上記平板アンテナ６の電界強度が弱くなり、高精度な測定を行うことができないが、上記防護板５は、上述の通り、円錐形状に形成されており、かつ、円錐形の頂部を平板アンテナ６の下面に対向させて設けられているため、上記防護板５上に結露したパラフィンを円錐面に沿って周辺部へ流下させることができ、パラフィンによるマイクロ波の透過障害を抑制して、高精度な測定を行うことができる。
【００３２】
また、上記防護板５は、上述の通り、上記平板アンテナ６の電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設定されているため、従来に比べて、装置全体を小型化することができる。上記平板アンテナ６の電磁界に悪影響を及ばさない最短距離は、一般的には使用する電磁波の波長の１／２とすればよいが、本発明で用いる防護板５は、錐形状をしているので、一般的に決まる距離を適用することはできない。そこで、上記防護板５と上記平板アンテナ６との距離を変えながら動作利得を測定し、使用する周波数に最も適した距離に設定すればよい。図８、図９には、３種類の周波数について、誘導体からなる上記防護板５と上記平板アンテナ６との距離を変えながら動作利得を測定したデータを示している。図８、図９から明らかなように、平板アンテナ６と誘導体との距離を連続的に変化させると、動作利得のピークが周期的に現れ、しかも動作利得のピーク位置は、使用する電磁波によってずれるので、使用する周波数ごとに平板アンテナと誘電体からなる防護板との距離が短く、かつ、動作利得のピークが現れる距離に設定すればよい。
【００３３】
さらに、上記防護板５の板厚を、上記タンク１内の圧力に耐えることができる厚さであると共に、均一な厚さにすることにより、より、良好に上記平板アンテナ６を上記タンク１内の圧力等から防護することができる。
【００３４】
また、図１に示すように、上記アンテナ６と上記送受信装置９との設置空間、すなわち、上記ケーシング８内に不活性ガスを封入するガス封入手段１１を上記ケーシング８に設けることにより、上記アンテナ６と上記送受信装置９との設置空間を不活性ガスで充たすことができ、上記送受信装置９等の電気系のトラブル（ショート等）による出火を防止することができる。
【００３５】
図示の実施の形態では、防護板５を円錐形としていたが、角錐形にしても所期の目的を達成することができる。最も、特性面、製造コスト面では円錐形の方が有利である。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、タンク内に貯まっている液面に向かってマイクロ波を発射すると共に、上記液面からの反射波を受信する平板アンテナと、上記平板アンテナから発射したマイクロ波と平板アンテナによって受信された反射波とをデータ処理部に送信する送受信装置と、上記平板アンテナを防護する防護板とを有する電波式液面計であって、上記防護板は、円錐形状に形成されていて、上記平板アンテナの下面に防護板の円錐形頂部を対向させて設けられていると共に、上記平板アンテナの電磁界に悪影響を及ばさない最短距離に設けたため、従来に比べて、装置全体を小型化することができる。さらに、貯蔵している油等の蒸発によって防護板上に結露したパラフィンを錐形の傾斜面に沿って周辺部へ流下させることができるため、パラフィンによる電波の透過障害を抑制することができ、高精度な測定を行うことができる。
上記アンテナと上記送受信装置との設置空間は、不活性ガスで充たされているようにしたため、上記送受信装置等の電気系のトラブル（ショート等）による出火を防止することができる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、上記防護板の板厚を、タンク内の圧力に耐えることができる厚さであると共に、均一な厚さにしたため、より、良好に平板アンテナをタンク内の圧力等から防護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電波式液面計の実施の形態を示す正面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に適用可能なセンサ部とデータ処理部との構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に適用可能なセンサ部とデータ処理部との配置関係を示す全体図である。
【図４】従来の電波式液面計のデータ処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】液面計の測定方法の原理の一部を示すグラフである。
【図６】液面計の測定方法の原理の他の一部を示すグラフである。
【図７】液面計の測定方法の原理のさらに他の一部を示すグラフである。
【図８】本発明を実施するのに必要な誘電体からなる防護板と平板アンテナとの距離と動作利得との関係を示すグラフである。
【図９】同じく防護板と平板アンテナとの距離と動作利得との関係を上記距離の目盛を変えて示すグラフである。
【符号の説明】
１  タンク
５  防護板
６  平板アンテナ
９  送受信装置
２０  センサ部
３０  データ処理部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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