特開 2024-132245 波検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132245

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】波検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/2962 20220101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

G01F23/2962

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042953

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】江口 ▲琢▼磨

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014AB02

2F014FB01

2F014GA01

(57)【要約】

【課題】検出精度が良好な波検出装置を提供する。
【解決手段】本開示は、液体に接触する伝搬体１０と、伝搬体１０を振動させる圧電素子２０と、圧電素子２０を制御し伝搬体１０を伝搬する波を検出して波の伝搬時間を計測する制御部３０と、を備えた波検出装置であって、制御部３０は、圧電素子２０に伝搬時間の起点となる起点振動を発生させる送信回路３１と、起点振動が伝搬体１０を伝搬し圧電素子２０に返ってくる反射波の信号を圧電素子２０の電圧変動により検出する受信回路３２と、受信回路３２が検出した信号に基づいて伝搬時間を計測する演算回路３４と、を備え、受信回路３２は、入力信号を増幅する増幅回路と、増幅回路が出力した信号から特定の周波数成分を取り出すフィルタ回路と、を備え、増幅回路は、入力信号のうちの正電圧側及び負電圧側の一方側の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側又は負電圧側へオフセットする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体に接触する伝搬体と、前記伝搬体を振動させる圧電素子と、前記圧電素子を制御し前記伝搬体を伝搬する波を検出して前記波の伝搬時間を計測する制御部と、を備えた波検出装置であって、
前記制御部は、前記圧電素子に前記伝搬時間の起点となる起点振動を発生させる送信回路と、前記起点振動が前記伝搬体を伝搬し前記圧電素子に返ってくる反射波の信号を前記圧電素子の電圧変動により検出する受信回路と、前記受信回路が検出した信号に基づいて前記伝搬時間を計測する演算回路と、を備え、
前記受信回路は、入力信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路が出力した信号から特定の周波数成分を取り出すフィルタ回路と、を備え、
前記増幅回路は、入力信号のうちの正電圧側及び負電圧側の一方側の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側又は負電圧側へオフセットする
ことを特徴とする波検出装置。

【請求項2】

前記増幅回路は、非反転入力端子に入力された入力信号のうちの負電圧側の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側へオフセットし、
前記フィルタ回路は、反転入力端子に入力された入力信号を、波形の基線の位置が出力電圧範囲内で下限値に近づくようにオフセットして出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の波検出装置。

【請求項3】

前記受信回路は、前記フィルタ回路が出力した信号を二値化して前記演算回路へ出力する二値化回路を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の波検出装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記演算回路が計測する前記伝搬時間に基づいて、前記液体の液面位置、前記液体の種類、前記液体の溶液濃度、及び前記伝搬体に付着した前記液体の液滴のいずれかを検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の波検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、波検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、伝搬体を伝搬する波の伝搬時間を計時して伝搬体が接触する液体の状態（液面の位置、液種、溶液濃度、液滴）を検出する波検出装置が開示されている。そして、波検出装置の回路構成は、特許文献２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－６８８４０号公報

【特許文献2】特開２０１６－１３８８５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これらの波検出装置は、波を検出する検出精度において改善の余地があった。

【0005】

そこで、本開示は、検出精度が良好な波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】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、液体に接触する伝搬体と、前記伝搬体を振動させる圧電素子と、前記圧電素子を制御し前記伝搬体を伝搬する波を検出して前記波の伝搬時間を計測する制御部と、を備えた波検出装置であって、前記制御部は、前記圧電素子に前記伝搬時間の起点となる起点振動を発生させる送信回路と、前記起点振動が前記伝搬体を伝搬し前記圧電素子に返ってくる反射波の信号を前記圧電素子の電圧変動により検出する受信回路と、前記受信回路が検出した信号に基づいて前記伝搬時間を計測する演算回路と、を備え、前記受信回路は、入力信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路が出力した信号から特定の周波数成分を取り出すフィルタ回路と、を備え、前記増幅回路は、入力信号のうちの正電圧側及び負電圧側の一方側の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側又は負電圧側へオフセットする。

【0007】

本発明の第２の態様は、上記第１の態様の波検出装置であって、前記増幅回路は、非反転入力端子に入力された入力信号のうちの負電圧側の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側へオフセットし、前記フィルタ回路は、反転入力端子に入力された入力信号を、波形の基線の位置が出力電圧範囲内で下限値に近づくようにオフセットして出力する。

【0008】

本発明の第３の態様は、上記第２の態様の波検出装置であって、前記受信回路は、前記フィルタ回路が出力した信号を二値化して前記演算回路へ出力する二値化回路を備える。

【0009】

本発明の第４の態様は、上記第１の態様から上記第３の態様のいずれかの波検出装置であって、前記制御部は、前記演算回路が計測する前記伝搬時間に基づいて、前記液体の液面位置、前記液体の種類、前記液体の溶液濃度、及び前記伝搬体に付着した前記液体の液滴のいずれかを検出する。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、検出精度が良好な波検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態に係る波検出装置の構成図である。

【図2】図１の伝搬体、素子収容部及び圧電素子の軸方向の断面図である。

【図3】波検出装置のブロック図である。

【図4】伝搬体に振動を与えたときに圧電素子に入力される信号の波形を示す概略図である。

【図5】受信回路に入力する信号の波形を示す図である。

【図6】受信回路を示す構成図である。

【図7】増幅回路に入力する表面波の入力信号を示す概略図である。

【図8】増幅回路から出力する出力信号を示す概略図である。

【図9】フィルタ回路から出力する出力信号を示す概略図である。

【図10】二値化回路から出力する出力信号を示す概略図である。

【図11】（ａ）は内部伝搬波の伝搬時間と伝搬体の温度との関係を示す説明図であり、（ｂ）は表面波の伝搬時間と液面位置との関係を示す説明図である。

【図12】液面検出処理を表すフローチャートである。

【図13】本発明の第２実施形態に係る波検出装置の概略構成図である。

【図14】第２実施形態の変形例に関する溶液の濃度と表面波の伝搬速度との関係を示す図であり、（ａ）は溶質が塩である場合を、（ｂ）は溶質がアルコールである場合をそれぞれ示す。

【図15】本発明の第３実施形態に係る波検出装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

【0013】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る波検出装置の構成図である。図２は、図１の伝搬体、素子収容部及び圧電素子の軸方向の断面図である。図３は、波検出装置のブロック図である。

【0014】

図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る波検出装置１００は、容器１内に入れられた液体２の液面２ａの位置（高さ位置）を検出する液面位置検出装置に適用される。液面２ａの位置は、容器１内の液体２の量の増減に伴い、上下に変化する。

【0015】

波検出装置１００は、液体２に接触する伝搬体１０と、伝搬体１０を振動させる圧電素子２０と、圧電素子２０を制御し伝搬体１０を伝搬する波を検出して波の伝搬時間（以下、単に「伝搬時間」という場合がある。）を計測する制御部３０とを備える。

【0016】

（伝搬体）
伝搬体１０は、振動を良好に伝達可能な材質であり、本実施形態では、合成樹脂、特に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主体とし、場合によっては添加剤を加える。伝搬体１０は、柱状（例えば四角柱状）に形成される。伝搬体１０は、その延設方向（本実施形態では上下方向）に沿って帯状に延びて後述する表面波Ｗｓが伝搬する平面状の伝搬面１１を有する。伝搬体１０は、その一部（例えば伝搬面１１とは反対側の面）に切り欠いた溝１２を備えている。この溝１２は、後述する内部伝搬波Ｗｉを反射する機能を有する（図１参照）。なお、伝搬体１０の形状は、四角柱に限定されるものではなく、表面波Ｗｓが伝搬可能な平面状の伝搬面１１を備えていればよい。また、本実施形態では、内部伝搬波Ｗｉを反射するために溝１２を設けたが、これに限定されるものではなく、内部伝搬波Ｗｉを反射可能であれば、溝１２に代えて他の構成（例えば、貫通穴等）を設けてもよい。

【0017】

伝搬体１０の延設方向の一端（図１における上端）側には、圧電素子２０を収容する素子収容部１３と、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）を収容する基板収容部１４とが、伝搬体１０に一体的に設けられる。

【0018】

（圧電素子）
圧電素子２０は、圧電効果を利用した受動素子であって、素子収容部１３内に配置され、伝搬体１０に対して密着状態で固定されている。圧電素子２０は、圧電効果を利用して伝搬体１０に振動を与え、伝搬体１０に超音波を発生させる。具体的には、圧電素子２０は、超音波として、伝搬体１０の伝搬面１１に表面波Ｗｓを発生させるとともに、伝搬体１０の内部に内部伝搬波Ｗｉを発生させる。また、圧電素子２０は、伝搬体１０の他端側（本実施形態では下端１０ａ）で反射した表面波Ｗｓと、溝１２で反射した内部伝搬波Ｗｉとを検出し、検出結果を示す検出信号（電圧信号）を出力する。

【0019】

圧電素子２０は、伝搬面１１に表面波Ｗｓを発生させるため、その一部（図２における右側の端部）が伝搬体１０の伝搬面１１を跨いで迫り出すように配置される。表面波Ｗｓは、例えば、空気中ではレイリー波であり、液体２中ではシュルツ波である。圧電素子２０は、図示しない端子を介して基板収容部１４内の制御部３０と電気的に接続される。なお、表面波Ｗｓは、漏洩レイリー波、横波型弾性表面波（ＳＨ－ＳＡＷ）等であってもよい。内部伝搬波Ｗｉは、横波等であればよい。

【0020】

（制御部）
図１及び図３に示すように、制御部３０は、ＰＣＢに実装される送信回路３１、受信回路３２、マイクロコンピュータ３３（以下、「マイコン３３」という。）等を備え、基板収容部１４内に設けられる。制御部３０は、圧電素子２０を制御し、圧電素子２０に伝搬時間の起点となる起点振動Ｖ１を発生させ、伝搬体１０を伝搬して圧電素子２０に返ってくる反射波の信号を検出し、当該検出信号に基づいて伝搬時間を計測する。また、本実施形態の制御部３０は、計測した伝搬時間に基づいて液面２ａの位置（高さ）を算出する。すなわち、本実施形態の制御部３０は、圧電素子２０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間に基づいて液体２の液面位置を検出する。

【0021】

なお、本実施形態では、制御部３０の全ての機能を伝搬体１０側の基板収容部１４内のＰＣＢ上に設けたが、これに限定されるものではなく、制御部３０の少なくとも一部の機能を伝搬体１０とは別体に設けられた他のＰＣＢ等に実装し、伝搬体１０側と電気的に接続してもよい。

【0022】

（送信回路）
送信回路３１は、圧電素子２０を駆動するものであり、例えば、図示しない駆動回路とトランスとから構成される。送信回路３１は、マイコン３３の制御により、圧電素子２０に所定周期で駆動信号Ｓ１を送信して圧電素子２０に電圧を加え、圧電素子２０に伝搬時間の起点となる起点振動を発生させる。この結果、伝搬体１０には、表面波Ｗｓ及び内部伝搬波Ｗｉが発生する。

【0023】

（受信回路）
受信回路３２は、起点振動Ｖ１が伝搬体１０を伝搬して圧電素子２０に返ってくる反射波（表面波Ｗｓ及び内部伝搬波Ｗｉ）の信号を圧電素子２０の電圧変動により検出し、マイコン３３へ出力する。なお、受信回路３２の詳細な構成については後述する。

【0024】

（マイコン）
マイコン３３は、伝搬時間を計測する演算回路３４と、各種データ（後述する内部伝搬波Ｗｉの伝搬時間と伝搬体１０の温度との関係を示すデータを含む。）を格納する記憶手段３５とを有する。演算回路３４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等である。記憶手段３５は、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリである。マイコン３３は、圧電素子２０を駆動し振動させる駆動信号Ｓ１を送信回路３１へ出力する。マイコン３３の演算回路３４は、受信回路３２から受信した検出信号（受信回路３２が検出した信号）に基づいて伝搬時間を計測する。また、本実施形態では、マイコン３３は、計測した伝搬時間に基づいて液面２ａの位置（高さ）を算出する。

【0025】

（伝搬時間の検出）
次に、伝搬時間の検出について説明する。

【0026】

図４は、伝搬体に振動を与えたときに圧電素子に入力される信号の波形を示す概略図である。なお、図４の縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。

【0027】

図４は、起点振動Ｖ１を発生させたことによって伝搬体１０を伝搬する内部伝搬波Ｗｉ及び表面波Ｗｓが反射した後に圧電素子２０に入力する様子を示している。図４中の最も左の振動は、マイコン３３からの駆動信号Ｓ１によって圧電素子２０が発生させた起点振動Ｖ１である。時点ｔ１は、圧電素子２０の駆動により伝搬体１０に起点振動Ｖ１が発生した時点である。起点振動Ｖ１が発生することによって、表面波Ｗｓ及び内部伝搬波Ｗｉが伝搬体１０を伝搬する。図４中の左から二番目の振動は、伝搬体１０内を伝わって伝搬体１０の溝１２で反射して戻ってきた内部伝搬波Ｗｉの振動Ｖ２である。時点ｔ２は、内部伝搬波Ｗｉが溝１２で反射して圧電素子２０に入力した時点である。時点ｔ１から時点ｔ２までの期間は、内部伝搬波Ｗｉの伝搬時間Ｔ１となる。図４中の最も右の振動が、伝搬体１０の表面を伝わって伝搬体１０の他端側（本実施形態では下端１０ａ）で反射し戻ってきた表面波Ｗｓの振動Ｖ３である。時点ｔ３は、表面波Ｗｓが伝搬体１０の他端側で反射して圧電素子２０に入力した時点である。時点ｔ１から時点ｔ３までの期間は、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２となる。なお、本実施形態では、表面波Ｗｓの振動Ｖ３によって受信回路３２が出力する信号を測定信号Ｓ３と呼び、内部伝搬波Ｗｉの振動Ｖ２によって受信回路３２が出力する信号を基準信号Ｓ２と呼ぶ。

【0028】

マイコン３３は、駆動信号Ｓ１を出力した時点ｔ１を自身で把握している。マイコン３３の演算回路３４は、駆動信号Ｓ１を出力した時点ｔ１から内部伝搬波Ｗｉの基準信号Ｓ２を受ける時点ｔ２までの時間を、内部伝搬波Ｗｉの伝搬時間Ｔ１として計測する。また、マイコン３３の演算回路３４は、駆動信号Ｓ１を出力した時点ｔ１から表面波Ｗｓの測定信号Ｓ３を受ける時点ｔ３までの時間を、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２として計測する。このように、マイコン３３の演算回路３４は、受信回路３２で検出した表面波Ｗｓの振動Ｖ３や内部伝搬波Ｗｉの振動Ｖ２に基づいて、伝搬時間を計測する。

【0029】

図５は、受信回路に入力する信号の波形を示す図である。なお、図４の縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。

【0030】

図５に示すように、受信回路３２に実際に入力する信号には、内部伝搬波Ｗｉや表面波Ｗｓの振動Ｖ２，Ｖ３の信号以外にノイズが含まれており、受信回路３２に入力する信号自体が微弱であるので、検出したい振動とノイズとの区別が難しい。伝搬時間の計測精度を高めるためには、検出したい振動のピークを明確に検出して振動の発生タイミングの検出精度を高める必要がある。本発明の発明者は、受信回路３２に入力する信号のうち検出したい振動（信号）の波形が正電圧側と負電圧側とで非対称であることに気付き、正電圧側及び負電圧側のうち振動の発生タイミングをより正確に検出し易い一方の電圧側の波形を利用して、振動の発生タイミングを検出することを考えた。なお、振動の発生タイミングをより正確に検出できる電圧側の波形については後述する。

【0031】

（受信回路の構成）
次に、本開示に係る受信回路３２の構成について、図面に基づいて説明する。

【0032】

図６は、受信回路を示す構成図である。図７は、増幅回路に入力する表面波の入力信号を示す概略図である。図８は、増幅回路から出力する出力信号を示す概略図である。図９は、フィルタ回路から出力する出力信号を示す概略図である。図１０は、二値化回路から出力する出力信号を示す概略図である。なお、図７～図１０の横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示す。

【0033】

図６に示すように、受信回路３２は、入力保護回路ＣＤ１と、増幅回路ＣＤ２と、フィルタ回路ＣＤ３と、二値化回路ＣＤ４とを含み、圧電素子２０が検出した振動を信号としてマイコン３３へ出力する。

【0034】

（増幅回路）
図６に示すように、増幅回路ＣＤ２は、入力信号を増幅するオペアンプＡｍｐ１と、増幅度を設定する第一抵抗体Ｒ１及び第二抵抗体Ｒ２と、出力信号のオフセット量を設定する第三抵抗体Ｒ３及び第四抵抗体Ｒ４とを有する。本実施形態のオペアンプＡｍｐ１は、単電源オペアンプであって、オペアンプＡｍｐ１の非反転入力端子に圧電素子２０からの信号（電圧）が入力する。増幅回路ＣＤ２は、非反転入力端子に入力された圧電素子２０からの入力信号（図７参照）を、増幅させて、かつオフセットさせて出力信号（図８参照）として出力する。なお、オフセットとは、出力信号を所定の電圧分だけ増加又は減少させて、信号全体を正電圧側又は負電圧側へ移動（シフト）させることを意味する。

【0035】

図７に示すように、圧電素子２０から増幅回路ＣＤ２に入力する信号（図７には表面波Ｗｓの信号を図示している。）は、微弱であるので、増幅回路ＣＤ２によって増幅する。増幅回路ＣＤ２の増幅度は、第一抵抗体Ｒ１及び第二抵抗体Ｒ２によって設定される。本実施形態では、帰還抵抗として機能する第二抵抗体Ｒ２は、可変抵抗となっており、増幅回路ＣＤ２の増幅度は、第二抵抗体Ｒ２の抵抗値を調整することによって、伝搬体１０の長さに応じた最適な増幅度に設定される。増幅回路ＣＤ２の最適な増幅度は、実験やシミュレーション等によって予め求めておくことができる。例えば、増幅回路ＣＤ２の増幅度は、第一抵抗体Ｒ１及び第二抵抗体Ｒ２によって２５倍に設定される。

【0036】

また、図７に示すように、本実施形態の圧電素子２０から増幅回路ＣＤ２に入力する表面波Ｗｓの正電圧側の信号の波形のピーク（以下、単に「ピーク」という場合がある。）の推移は、比較的緩やかであり（白抜き矢印ａ１参照）、表面波Ｗｓの負電圧側のピークの推移は、比較的急峻に現れている（白抜き矢印ａ２参照）。すなわち、上述したように、検出したい振動の波形が正電圧側と負電圧側とで非対称である。図７に示すように、正電圧側及び負電圧側のうちピークの推移が急峻である方（本実施形態では負電圧側）の波形は、検出したい振動のピークｐ１とその直前のノイズのピークｐ２との振幅の差が大きく現れるので、振動の発生タイミング（検出したい振動のピークｐ１のタイミング）をより正確に検出できる。

【0037】

このため、本実施形態では、図８に一点鎖線矢印で示すように、入力信号のうちの負電圧側の信号を利用するために、第三抵抗体Ｒ３及び第四抵抗体Ｒ４を適切に設定してバイアスを掛け、出力信号を正電圧側へオフセットさせて、負電圧側の信号を主として出力する。すなわち、増幅回路ＣＤ２は、正電圧側及び負電圧側の一方側（本実施形態では負電圧側）の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側又は負電圧側（本実施形態では正電圧側）へオフセットする。一般的に、波形の基線ｂ（振動がないときの波形）を電源電圧Ｖｃｃの半分の値（Ｖｃｃ／２）にするようにバイアスを掛けるが、本実施形態では波形の基線ｂが電圧Ｖｃｃの半分の値（Ｖｃｃ／２）よりも更に正電圧側へオフセットするようにバイアスを掛ける。これにより、図８に示すように、増幅回路ＣＤ２の出力信号の波形は、その基線ｂが電源電圧Ｖｃｃの半分の値（Ｖｃｃ／２）よりも正電圧側へオフセットしており、オペアンプＡｍｐ１の出力電圧範囲内に負電圧側の波形が正電圧側よりも大きく現れる。すなわち、正電圧側及び負電圧側の一方側の信号を主として出力するとは、出力電圧範囲内に一方側の波形が他方側の波形よりも大きく現れることを意味する。このように、負電圧側の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側へオフセットさせると、図８に示すように、正電圧側のピークがオペアンプＡｍｐ１の電源電圧Ｖｃｃよりも高くなってしまい波形が頭打ちになって消失してしまう（クリップされてしまう）可能性があるが、本実施形態では、振動の発生タイミングを検出するために負電圧側の信号を主として利用するので、問題は生じない。増幅回路ＣＤ２の最適なオフセット量は、実験やシミュレーション等によって予め求めておくことができる。

【0038】

なお、本実施形態では、オペアンプＡｍｐ１を単電源オペアンプとしたが、両電源オペアンプであってもよい。また、本実施形態では、波形の負電圧側のピークの推移が急峻であるので、負電圧側の信号を主として出力するように、出力信号をオフセットさせたが、これに限定されるものではない。例えば、波形の正電圧側のピークの推移が急峻である場合には、正電圧側の信号を主として出力するように、出力信号をオフセットさせてもよい。

【0039】

（フィルタ回路）
図６に示すように、フィルタ回路ＣＤ３は、増幅回路ＣＤ２が出力した信号から特定の周波数成分を取り出すオペアンプ多重帰還型バンドパスフィルタであって、オペアンプＡｍｐ２と、出力信号をオフセットさせる第五抵抗体Ｒ５及び第六抵抗体Ｒ６とを含む。フィルタ回路ＣＤ３は、受信回路３２に入力した信号に含まれるノイズを除去し、内部伝搬波Ｗｉや表面波Ｗｓの振動Ｖ２，Ｖ３による信号を出力する。

【0040】

フィルタ回路ＣＤ３のバンドパスフィルタは、内部伝搬波Ｗｉ及び表面波Ｗｓの周波数のみを通過するように設計することが理想的である。図５に示すように、圧電素子２０から受信回路３２に入力する内部伝搬波Ｗｉは、表面波Ｗｓに比べてピークの振幅の変化が緩やかであり、振動の発生タイミングを精度良く検出することが難しい。このため、フィルタ回路ＣＤ３のバンドパスフィルタの中心周波数は、圧電素子２０による起点振動Ｖ１の出力波の周波数及び表面波Ｗｓの周波数の双方よりも、内部伝搬波Ｗｉの周波数に近い周波数であることが好ましい。例えば、圧電素子２０による起点振動Ｖ１の出力波の周波数が約４００ｋＨｚであり、内部伝搬波Ｗｉの周波数が約３８０ｋＨｚであり、表面波Ｗｓの周波数が約３３０ｋＨｚ～３５０ｋＨｚである場合には、フィルタ回路ＣＤ３のバンドパスフィルタの中心周波数を、３８５ｋＨｚに設定し、帯域幅を７７０ｋＨｚに設定することが好ましい。これにより、内部伝搬波Ｗｉ及び表面波Ｗｓの双方を検出することができ、かつピークの振幅の変化が緩やかな内部伝搬波Ｗｉを検出し易くなる。

【0041】

本実施形態のオペアンプＡｍｐ２は、単電源オペアンプであって、オペアンプＡｍｐ２の反転入力端子に増幅回路ＣＤ２からの出力信号（図８参照）が入力され、非反転入力端子には、バイアスを掛けて出力信号をオフセットさせるための第五抵抗体Ｒ５及び第六抵抗体Ｒ６が電気的に接続される。一般的に、波形の基線ｂを電源電圧Ｖｃｃの半分の値（Ｖｃｃ／２）にするようにバイアスを掛けるが、本実施形態では波形の基線ｂが電圧Ｖｃｃの半分の値（Ｖｃｃ／２）よりも負電圧側へオフセットするようにバイアスを掛ける。すなわち、フィルタ回路ＣＤ３は、反転入力端子に入力された入力信号（図８参照）を反転させて、波形の基線ｂの位置が出力電圧範囲（本実施形態では０Ｖ～Ｖｃｃ）内で下限値（本実施形態では０Ｖ）に近づくようにオフセットして出力信号（図９参照）出力する。このようにしてフィルタ回路ＣＤ３から出力される信号の波形は、検出したい波形のピークｐ１が正電圧側へ凸となり、かつピークｐ１の前に発生するノイズのピークｐ２をオペアンプＡｍｐ２の接地電圧（０Ｖ）に近づけることができるので、信号のＳＮ比を高くすることができる。フィルタ回路ＣＤ３の最適なオフセット量は、実験やシミュレーション等によって予め求めておくことができる。

【0042】

なお、本実施形態では、オペアンプＡｍｐ２を単電源オペアンプとしたが、両電源オペアンプであってもよい。また、本実施形態では、増幅回路ＣＤ２から入力した信号をフィルタ回路ＣＤ３で反転させたが、これに限定されるものではない。例えば、上述したように増幅回路ＣＤ２において、圧電素子２０からの信号の正電圧側の信号を主として出力する場合には、フィルタ回路ＣＤ３では、増幅回路ＣＤ２から入力した信号を反転させなくてもよい。

【0043】

（二値化回路）
二値化回路ＣＤ４は、フィルタ回路ＣＤ３が出力した信号（図９参照）からマイコン３３が取り扱い易い二値化された信号（図１０参照）に変換して、マイコン３３へ出力する。すなわち、二値化回路ＣＤ４は、フィルタ回路ＣＤ３が出力した信号を二値化してマイコン３３へ出力する。二値化回路ＣＤ４は、入力信号が所定の閾値ｋ以上である場合にＨｉｇｈの値（Ｖｃｃ）を出力し、上記所定の閾値ｋ未満である場合にＬｏｗの値（０）を出力する。これにより、二値化回路ＣＤ４は、内部伝搬波Ｗｉ及び表面波Ｗｓの双方の第一波目を検出する。

【0044】

二値化回路ＣＤ４としては、オペアンプやコンパレータ（比較回路）による二値化が挙げられる。これらの中でも応答性を高める観点から、コンパレータを適用することが好ましい。オペアンプは、負帰還をかけて使用することを想定して設計されており、発振を防ぐために位相補償容量を内蔵しているので、応答時間が制限されてしまう。また、ＡＤ変換回路によりデジタル信号に変換してマイコン３３で二値化することも考えられるが、応答性がオペアンプよりも更に低くなるので、応答性を高める観点からコンパレータを適用することが好ましい。

【0045】

（液面位置の検出）
次に、計測した伝搬時間に基づく液面２ａの位置（高さ）に検出について説明する。

【0046】

図１１（ａ）は、内部伝搬波の伝搬時間と伝搬体の温度との関係を示す説明図であり、図１１（ｂ）は、表面波の伝搬時間と液面位置との関係を示す説明図である。なお、図１１（ａ）の縦軸は内部伝搬波の伝搬時間を、横軸は伝搬体の温度をそれぞれ示す。また、図１１（ｂ）の縦軸は表面波の伝搬時間を、横軸は液面位置をそれぞれ示す。

【0047】

伝搬体１０を伝搬する表面波Ｗｓは、伝搬体１０が液体２に浸かった部分では、伝搬体１０を進む速度が遅くなる性質がある。このため、液面２ａが高い位置にあるほど、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２が長くなる。一方、内部伝搬波Ｗｉは、伝搬体１０の内部を進むので、伝搬体１０が液体２に浸かっている部分には影響されずに内部伝搬波Ｗｉの伝搬時間Ｔ１の値が定まる。この性質を利用して、本実施形態の制御部３０（本実施形態ではマイコン３３）は、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて液体２の液面２ａを検出する。例えば、本実施形態のマイコン３３は、記憶手段３５に記憶される内部伝搬波Ｗｉの伝搬時間Ｔ１と温度との関係（図１１（ａ）参照）を示すデータを参照し、内部伝搬波Ｗｉの伝搬時間Ｔ１から伝搬体１０の温度を求め、温度依存性がある表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を、求めた温度に応じて補正する。すなわち、本実施形態のマイコン３３は、内部伝搬波Ｗｉに基づき表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を温度補正し、温度補正後の表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて液面位置を算出する（検出する）。

【0048】

なお、伝搬体１０の温度に基づいて液面位置を検出する方法は、上記に限定されるものではなく、公知技術を適宜用いることができる。例えば、記憶手段３５は、図１１（ｂ）で示すように、伝搬体１０の所定の温度毎（例えば、摂氏５度毎）に表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に関連した液面２ａの位置を示すデータ記憶しておき、マイコン３３は、検出した伝搬体１０の温度と表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２とから、上記データを参照して液面２ａの位置を検出してもよい。また、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すデータは、数式又はテーブルで構成されていればよい。

【0049】

マイコン３３は、検出した液面位置を図示しない報知部によってユーザに報知してもよい。報知部は、例えば、液面位置を画像、インジケータ、指針、数値などによりユーザに報知可能な構成であってもよい。

【0050】

次に、本実施形態のマイコン３３の液面検出処理について、図１２に基づいて説明する。図１２は、液面検出処理を表すフローチャートである。

【0051】

ステップＳＴ１にて、マイコン３３は、駆動信号Ｓ１を出力する。

【0052】

ステップＳＴ２にて、マイコン３３は、駆動信号Ｓ１によって、伝搬体１０に生じた内部伝搬波Ｗｉに基づく基準信号Ｓ２の検出の有無を判定する。基準信号Ｓ２を検出したと判定した場合は、ステップＳＴ３へ進み。検出しないと判定した場合は、ステップＳＴ１へ戻る。

【0053】

ステップＳＴ３にて、マイコン３３の演算回路３４は、内部伝搬波Ｗｉが、伝搬体１０を伝搬した伝搬時間Ｔ１を求める。本実施形態では、伝搬時間Ｔ１は、駆動信号Ｓ１を出力してから基準信号Ｓ２を入力するまでの伝搬時間Ｔ１で求めている。

【0054】

ステップＳＴ４にて、マイコン３３は、基準信号Ｓ２の伝搬時間Ｔ１から記憶手段３５を参照し伝搬体１０の温度を求める。

【0055】

ステップＳＴ５にて、マイコン３３は、駆動信号Ｓ１によって、伝搬体１０の表面に生じた表面波Ｗｓに基づく測定信号Ｓ３の検出の有無を判定する。測定信号Ｓ３を検出したと判定した場合は、ステップＳＴ６へ進み。検出しないと判定した場合は、ステップＳＴ１へ戻る。

【0056】

ステップＳＴ６にて、マイコン３３の演算回路３４は、表面波Ｗｓが、伝搬体１０の表面を伝搬した伝搬時間Ｔ２を求める。

【0057】

ステップＳＴ７にて、マイコン３３は、ステップＳＴ４にて求めた伝搬体１０の温度に基づいて、伝搬体１０の温度に基づく補正係数（ａ、ｂ）によって、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を補正し、補正した伝搬時間に基づいて液面２ａの位置を検出する。なお、伝搬時間Ｔ２を解とする式は、下記の一次式により表される。

【0058】

Ｔ２＝ａｘ＋ｂ

【0059】

上記のように構成された波検出装置１００では、受信回路３２の増幅回路ＣＤ２は、正電圧側及び負電圧側の一方側の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側又は負電圧側へオフセットする。本実施形態では、受信回路３２の増幅回路ＣＤ２は、負電圧側の信号を主として出力するために、出力信号を正電圧側へオフセットする。このように、負電圧側の信号を主として出力するように、出力信号を正電圧側へオフセットするので、正電圧側及び負電圧側の双方の波形を出力する場合とは異なり、負電圧側の波形を大きく増幅させることができる。これにより、増幅回路ＣＤ２の出力信号の出力電圧範囲（０Ｖ～Ｖｃｃ）内には、負電圧側の波形が正電圧側よりも大きく現れる（図８参照）。負電圧側の波形は、波形のピークの推移が正電圧側よりも急峻であり、検出したい振動のピークｐ１とその直前のノイズのピークｐ２との差が大きく現れるので、振動の発生タイミング（検出したい振動のピークｐ１のタイミング）をより正確に検出することができる。このため、波検出装置１００では、伝搬時間の計測精度を高めることができる。

【0060】

また、受信回路３２は、フィルタ回路ＣＤ３を備えることによって、信号以外のノイズによる誤検知を防ぎ、表面波Ｗｓ及び内部伝搬波Ｗｉを正確にマイコン３３へ出力することができる。このため、波検出装置１００では、伝搬時間の計測精度を高めることができる。

【0061】

このように、本実施形態によれば、検出精度（伝搬時間の計測精度）が良好な波検出装置１００を提供することができる。

【0062】

また、受信回路３２のフィルタ回路ＣＤ３は、増幅回路ＣＤ２からの入力信号を、反転させて、かつ波形の基線ｂの位置が出力電圧範囲内で下限値に近づくようにオフセットして出力する（図９参照）。このように、フィルタ回路ＣＤ３は、波形の基線ｂの位置を出力電圧範囲内で下限値に近づくようにオフセットするので、波形のピークｐ１の前に発生するノイズのピークｐ２を出力電圧範囲内で下限値（本実施形態ではオペアンプＡｍｐ２の接地電圧（０Ｖ））に近づけることができる。これにより、信号のＳＮ比を高くすることができるので、更に検出精度が良好な波検出装置１００を提供することができる。

【0063】

また、フィルタ回路ＣＤ３において、ピークｐ１の前に発生するノイズのピークｐ２をオペアンプＡｍｐ２の接地電圧（０Ｖ）に近づけるので、二値化回路ＣＤ４における上記閾値ｋを高い値に設定することができる。例えば、オペアンプＡｍｐ２の電源電圧Ｖｃｃが５Ｖである場合に、閾値ｋを４．５Ｖに設定することができる。このように、接地電圧（０Ｖ）付近のノイズと閾値ｋとのギャップを大きくすることができるので、ノイズの影響が少ない精度の高い検出（振動の発生タイミングの検出）が可能となる。

【0064】

また、受信回路３２の二値化回路ＣＤ４は、フィルタ回路ＣＤ３が出力した信号を二値化してマイコン３３へ出力する。このように、受信回路３２は、マイコン３３が取り扱い易い二値化された信号を出力することができる。

【0065】

また、本実施形態のマイコン３３は、内部伝搬波Ｗｉに基づき表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を温度補正し、温度補正後の表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて液面位置を算出するので、温度センサを用いることなく精度良く超音波を利用して液面を検出することができる。

【0066】

なお、液体２の液面位置を検出するとは、液面２ａの位置を詳細に検出することの他、液面２ａの位置を何段階かに分けて現在の液面２ａの位置がどの段階に属するかを検出すること、液面２ａの位置に応じて変化する液体２の容量を検出すること等も含む。

【0067】

また、液体２の種類は特に限定されるものではなく、例えば、水、ガソリン、軽油、アルコール、洗浄液などが挙げられる。また、容器１としては、車両に搭載される燃料タンクなどが挙げられる。

【0068】

また、伝搬体１０の材質は、ＰＰＳに限定されるものではなく、表面波Ｗｓが良好に伝搬できるものであればよい。例えば、伝搬体１０として使用される樹脂は、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等であってもよい。或いは、伝搬体１０の材質は、表面波Ｗｓが良好に伝搬できるのであれば金属であってもよい。

【0069】

また、本実施形態では、伝搬体１０を液体２の深さ方向に沿って設けたが、容器１及び液体２に対する伝搬体１０の姿勢は、これに限定されるものではない。例えば、伝搬体１０を、液体２の深さ方向（鉛直方向）に対して斜めに延びるように設けてもよい。

【0070】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の波検出装置２００は、計測した伝搬時間に基づいて液体の種類を検出する点で第１実施形態と相違する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。また、第２実施形態では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0071】

図１３は、本発明の第２実施形態に係る波検出装置の概略構成図である。

【0072】

図１３に示すように、波検出装置２００は、液体２に接触する伝搬体１０と、伝搬体１０を振動させる圧電素子２０と、圧電素子２０を制御し伝搬体１０を伝搬する波を検出して波の伝搬時間を計測する制御部３０Ａとを備える。本実施形態の波検出装置２００は、計測した伝搬時間に基づいて液体の種類（以下、「液種」という場合がある。）を検出（特定）する。

【0073】

本実施形態の伝搬体１０は、容器１の底から液面２ａに向かう姿勢で、容器１に取り付けられる。なお、伝搬体１０は、少なくとも伝搬面１１の全域が液体２に浸っていればよい。

【0074】

制御部３０Ａは、送信回路３１、受信回路３２、マイコン３３等を実装する図示しないＰＣＢを有し、圧電素子２０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて液体２の種類を特定する。すなわち、制御部３０Ａは、その構成が第１実施形態と同様であるものの、その機能が異なる。なお、本実施形態では、制御部３０Ａの全ての機能を伝搬体１０側の基板収容部１４内のＰＣＢ上に設けたが、これに限定されるものではなく、制御部３０Ａの少なくとも一部の機能を伝搬体１０とは別体に設けられた他のＰＣＢ上に実装し、伝搬体１０側と電気的に接続してもよい。

【0075】

制御部３０Ａのマイコン３３の演算回路３４は、第１実施形態と同様に表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を計測する。そして、本実施形態のマイコン３３は、上記第１実施形態とは異なり、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２と液体２の種類とが関係付けられたデータテーブルを参照することによって、液体２の種類を特定する。以下、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいた液体２の種類の特定について説明する。

【0076】

表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２は、表面波Ｗｓの伝搬速度に反比例する。このため、表面波Ｗｓの伝搬速度が速くなるにつれて表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２が短くなる一方で、表面波Ｗｓの伝搬速度が遅くなるにつれて表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２が長くなる。伝搬体１０の少なくとも伝搬面１１が全体に渡って液体２に浸っているときの表面波Ｗｓの伝搬速度は、液体２に固有の液中の音速ｖｌ及び密度ρｌ、並びに、伝搬体１０固有の内部伝搬波Ｗｉの伝搬速度ｖｓ、気中での表面波Ｗｓの伝搬速度ｖＲ及び密度ρＳによって定まる。すなわち、伝搬体１０の材質が固定であるときには、伝搬体１０の少なくとも伝搬面１１が全体に渡って液体２に浸っているときの表面波Ｗｓの伝搬速度は、液体２の種類によって変化する。そのため、実測又はシミュレーション等によって、伝搬体１０の少なくとも伝搬面１１が全体に渡って液体２に浸っているときの表面波Ｗｓの伝搬速度と液体２の種類との関係を得ることができる。この関係に基づいて作成された表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２と液体２の種類とが関係付けられたデータテーブルを制御部３０Ａの記憶手段（例えば、マイコン３３の記憶手段３５）に記憶することによって、マイコン３３は、上記データテーブルを参照し、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を用いて液体２の種類を特定することができる。

【0077】

なお、本実施形態では、マイコン３３は、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２と液体２の種類とが関係付けられたデータテーブルを参照して、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２から液体２の種類を特定したが、参照するデータテーブルはこれに限定されるものではない。例えば、表面波Ｗｓの伝搬速度と液体２の種類とが関係付けられたデータテーブルを記憶手段（例えば記憶手段３５）に記憶しておき、マイコン３３は、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２から表面波Ｗｓの伝搬速度を算出し、算出した表面波Ｗｓの伝搬速度から上記データテーブルを参照して液体２の種類を特定してもよい。

【0078】

上記のように構成された波検出装置２００によれば、上記第１実施形態と同様に、検出精度（伝搬時間の計測精度）が良好な波検出装置２００を提供することができる。

【0079】

また、波検出装置２００は、計測した伝搬時間に基づいて液体の種類を検出（特定）することができる。前述のように、内部伝搬波Ｗｉの伝搬速度及び表面波Ｗｓの伝搬速度は、伝搬体１０の温度に影響を受ける。すなわち、伝搬体１０の温度に起因して伝搬体１０の密度ρＳ、弾性率が変化し、内部伝搬波Ｗｉの伝搬速度及び表面波Ｗｓの伝搬速度が、伝搬体１０の密度ρＳ、弾性率によって変化する。ここで、内部伝搬波Ｗｉは伝搬体１０の内部を進むため、内部伝搬波Ｗｉの伝搬速度（内部伝搬波Ｗｉの伝搬時間Ｔ１）は、伝搬体１０が浸っている液体２の種類に影響されずに、伝搬体１０の温度のみに影響を受ける。そのため、制御部３０Ａは、内部伝搬波Ｗｉの内部伝搬波Ｗｉの伝搬時間Ｔ１から、記憶手段３５に記憶した温度条件（図１１（ａ）参照）を参照し、伝搬体１０の温度を求めてもよい。制御部３０Ａは、伝搬体１０の温度に基づいて、所定の補正係数等を考慮した補正手法を用いて、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を補正してもよい。制御部３０Ａが、補正後の表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に応じて液体２の種類を特定することによって、伝搬体１０の温度を考慮した精度の高い液体２の種類の特定を実現することができる。

【0080】

また、波検出装置２００は、伝搬時間の計測精度が高いので、高い精度で液体２の種類の特定を実現することができる。

【0081】

なお、本実施形態では、伝搬体１０を液体２の深さ方向に沿って設けたが、容器１及び液体２に対する伝搬体１０の姿勢は、これに限定されるものではなく、伝搬面１１が液体２に浸っていればよい。例えば、伝搬体１０を、液面２ａの面内方向（水平方向）に沿って設けてもよい。

【0082】

（第２実施形態の変形例）
次に、本発明の第２実施形態の変形例を図面に基づいて説明する。

【0083】

図１４は、第２実施形態の変形例に関する溶液の濃度と表面波の伝搬速度との関係を示す図であり、（ａ）は溶質が塩である場合を、（ｂ）は溶質がアルコールである場合をそれぞれ示す。なお、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の縦軸は表面波Ｗｓの伝搬速度を、図１４（ａ）の横軸は塩分濃度を、図１４（ｂ）の横軸はアルコール濃度をそれぞれ示す。また、図１４（ｂ）の丸印はエタノールを混合した溶液について示し、三角印はメタノールを混合した溶液について示す。

【0084】

上記第２実施形態の波検出装置２００と同様の構造で、同種の溶液の濃度（つまり、溶質の量）を検出することができる。この変形例に係る制御部３０Ａのマイコン３３は、上記第２実施形態とは異なり、圧電素子２０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて、伝搬体１０が浸る溶液（液体２）の濃度を検出する。

【0085】

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、表面波Ｗｓの伝搬速度（伝搬時間Ｔ２）は、溶液の濃度が濃くなるほど、伝搬面１１を進む速度が遅くなるという性質がある。この性質を利用して、マイコン３３は、検出した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて、溶液濃度を検出する。

【0086】

例えば、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２と溶液の濃度との関係を示す濃度検出用データを、実験等によって予め取得して記憶手段（例えば、マイコン３３の記憶手段３５）に記憶しておき、マイコン３３は、計測した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて、濃度検出用データを参照して溶液濃度を検出する。マイコン３３は、所定の周期で表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を計測し、伝搬時間Ｔ２に応じた溶液の濃度を特定し、これを検出濃度とする。

【0087】

上記のように構成された第２実施形態の変形例によれば、上記第１実施形態と同様に、検出精度（伝搬時間の計測精度）が良好な波検出装置２００を提供することができる。

【0088】

また、波検出装置２００は、伝搬時間の計測精度が高いので、高い精度で液体２の種類の特定を実現することができる。

【0089】

なお、マイコン３３は、必ずしも、溶液の濃度を％などの単位で表される具体的な数値で表さなくともよい。例えば、マイコン３３は、今回計測した伝搬時間Ｔ２と前回計測した伝搬時間Ｔ２の差分に基づき、溶液の濃度が前回よりも濃くなっているか、又は、薄くなっているかを検出してもよい。また、制御部３０Ａは、伝搬時間Ｔ２に基づいて算出される表面波Ｗｓの伝搬速度を用いて、溶液の濃度を検出してもよい。いずれにせよ、制御部３０Ａは、圧電素子２０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて、溶液の濃度を検出する。また、この変形例においても、内部伝搬波Ｗｉを利用して温度補正を行ってもよい。

【0090】

また、溶液の溶質は、塩、アルコールに限られず任意であり、砂糖、その他の溶質であってもよい。この種の溶液に浸る伝搬体１０は、前述したＰＰＳなどの樹脂によって形成されることが好ましい。樹脂の伝搬体１０によれば、金属のようにイオン化することを防止でき、腐食や汚れに強いためである。

【0091】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の波検出装置３００は、計測した伝搬時間に基づいて伝搬体１０に付着した液体２の液滴２ｂを検出する点で第１実施形態と相違する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。また、第３実施形態では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0092】

図１５は、本発明の第３実施形態に係る波検出装置の概略構成図である。

【0093】

図１５に示すように、本実施形態の波検出装置３００は、例えば、プラントに設置された配管３のジョイント部、メカニカルシール部等からの液漏れを検出するために用いられる。波検出装置３００は、液体２に接触する伝搬体１０と、伝搬体１０を振動させる圧電素子２０と、圧電素子２０を制御し伝搬体１０を伝搬する波を検出して波の伝搬時間を計測する制御部３０Ｂとを備える。本実施形態の波検出装置３００は、計測した伝搬時間に基づいて伝搬体１０の伝搬面１１に付着した液体２の液滴２ｂを検出する（以下、単に「液滴２ｂを検出する」という場合がある。）。

【0094】

波検出装置３００は、液漏れが生じる可能性が高い箇所の下方に、伝搬面１１を上側に向けた状態で設置される。すなわち、第３実施形態の伝搬体１０は、上記第１実施形態及び上記第２実施形態のように液体２に浸るものではない。

【0095】

制御部３０Ｂは、送信回路３１、受信回路３２、マイコン３３等を実装する図示しないＰＣＢを有し、圧電素子２０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて液滴２ｂを検出する。すなわち、制御部３０Ｂは、その構成が第１実施形態と同様であるものの、その機能が異なる。なお、本実施形態では、制御部３０Ｂの全ての機能を伝搬体１０側の基板収容部１４内のＰＣＢ上に設けたが、これに限定されるものではなく、制御部３０Ｂの少なくとも一部の機能を伝搬体１０とは別体に設けられた他のＰＣＢ上に実装し、伝搬体１０側と電気的に接続してもよい。

【0096】

制御部３０Ｂのマイコン３３の演算回路３４は、第１実施形態と同様に表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を計測する。そして、本実施形態のマイコン３３は、上記第１実施形態とは異なり、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて液滴２ｂを検出する。以下、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいた液滴２ｂの検出について説明する。

【0097】

伝搬体１０の伝搬面１１に液滴２ｂが付着している場合は、液滴２ｂが付着していない場合よりも、伝搬面１１を進む表面波Ｗｓの伝搬速度が遅くなる。この性質を利用して、マイコン３３は、検出した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて液滴２ｂを検出する。

【0098】

例えば、表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２と液滴２ｂの付着の有無との関係を示す液滴検出用データを、実験等によって予め取得して記憶手段（例えば、マイコン３３の記憶手段３５）に記憶しておき、マイコン３３は、計測した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて、液滴検出用データを参照して液滴２ｂを検出する。マイコン３３は、所定の周期で表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２を計測し、今回計測した伝搬時間Ｔ２と前回計測した伝搬時間Ｔ２の差分が予め定めた閾値以上である場合に液滴２ｂが付着していると判別し、当該閾値未満である場合に液滴２ｂが付着していないと判別する。

【0099】

上記のように構成された波検出装置３００によれば、上記第１実施形態と同様に、検出精度（伝搬時間の計測精度）が良好な波検出装置３００を提供することができる。

【0100】

また、伝搬時間の計測精度が高いので、高い精度で液滴２ｂの検出を実現することができる。

【0101】

なお、制御部３０Ｂは、伝搬時間Ｔ２に基づいて算出される表面波Ｗｓの伝搬速度を用いて、液滴２ｂの付着の有無を判別してもよい。いずれにせよ、制御部３０Ｂは、圧電素子２０が検出した表面波Ｗｓの伝搬時間Ｔ２に基づいて、伝搬面１１に液滴２ｂが付着していることを検出する。また、この第３実施形態においても、内部伝搬波Ｗｉを利用して温度補正を行ってもよい。

【0102】

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0103】

１：容器
２：液体
２ａ：液面
２ｂ：液滴
１００，２００，３００：波検出装置
１０：伝搬体
２０：圧電素子
３０，３０Ａ，３０Ｂ：制御部
３１：送信回路
３２：受信回路
３４：演算回路
ＣＤ２：増幅回路
ＣＤ３：フィルタ回路
ＣＤ４：二値化回路
Ｗｉ：内部伝搬波
Ｗｓ：表面波
Ｔ１，Ｔ２：伝搬時間
Ｖ１：起点振動

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】