JP6665792B2

JP6665792B2 - Liquid level detector

Info

Publication number: JP6665792B2
Application number: JP2017005385A
Authority: JP
Inventors: 宮川　功; 功宮川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2037-01-16
Also published as: JP2018115881A

Description

本発明は、超音波センサを用いてタンク内の液体の液面の位置を検出する液面検出装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid level detection device that detects the position of the liquid level in a tank using an ultrasonic sensor.

従来の液面検出装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の液面検出装置では、送信回路から出力される正の駆動信号（１パルス）によって、超音波センサから超音波が発射される。そして、燃料タンク内の液体の液面から反射される反射波を受信回路で検出して、超音波の速度と、受信までの時間とから、液面までの距離を算出するようになっている。 As a conventional liquid level detecting device, for example, a device described in Patent Document 1 is known. In the liquid level detection device of Patent Document 1, an ultrasonic wave is emitted from an ultrasonic sensor by a positive drive signal (one pulse) output from a transmission circuit. Then, a reflected wave reflected from the liquid surface of the liquid in the fuel tank is detected by a receiving circuit, and the distance to the liquid surface is calculated from the speed of the ultrasonic wave and the time until reception. .

特開２００６−１４５４０３号公報JP 2006-145403 A

しかしながら、特許文献１の液面検出装置においては、超音波を発射させるために正の駆動信号（１パルス）を超音波センサに出力するようにしているので、この駆動信号によって、超音波センサの正極側の電極部、端子部等において、電食が発生し、ひいては導通不良に至るという問題があった。 However, in the liquid level detection device of Patent Literature 1, a positive drive signal (one pulse) is output to the ultrasonic sensor in order to emit an ultrasonic wave. There has been a problem that electrolytic corrosion occurs in the electrode portion, the terminal portion, and the like on the positive electrode side, resulting in poor conduction.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、超音波センサにおける電食の発生を抑制可能とする液面検出装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a liquid level detection device capable of suppressing the occurrence of electrolytic corrosion in an ultrasonic sensor.

本発明は、上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。 The present invention employs the following technical means to achieve the above object.

本発明では、タンク（１０）内の液体の液面に対して超音波を発射する超音波センサ（１１０）と、
超音波センサに対して、超音波を発射させるための駆動信号（１）を与える駆動回路部（１４０）と、
超音波センサで受信される受信信号の中から、液面から反射される反射波に相当する反射波信号を検出する受信回路部（１５０）と、
駆動回路部に対する駆動信号発射の制御を行うと共に、受信回路部からの反射波信号を用いて、液面の位置を演算する制御演算部（１６０）と、を備える液面検出装置において、
制御演算部は、駆動信号として、正電位あるいは負電位の一方の駆動信号（１ａ）を超音波センサに与え、反射波信号を用いて液面の位置を演算した後に、正電位あるいは負電位の他方の駆動信号（１ｂ）を超音波センサに与え、他方の駆動信号に基づく反射波信号による液面の位置演算は非実行とすることを特徴としている。 In the present invention, an ultrasonic sensor (110) for emitting ultrasonic waves to a liquid surface of a liquid in a tank (10);
A drive circuit section (140) for providing a drive signal (1) for emitting ultrasonic waves to the ultrasonic sensor;
A receiving circuit unit (150) for detecting a reflected wave signal corresponding to a reflected wave reflected from a liquid surface from a received signal received by the ultrasonic sensor;
A control operation unit (160) that controls the emission of the drive signal to the drive circuit unit and calculates the position of the liquid surface using the reflected wave signal from the reception circuit unit;
The control operation unit supplies a drive signal (1a) of one of a positive potential and a negative potential to the ultrasonic sensor as a drive signal, calculates the position of the liquid surface using the reflected wave signal, and then outputs the positive or negative potential. It is characterized in that the other drive signal (1b) is supplied to the ultrasonic sensor, and the position calculation of the liquid surface by the reflected wave signal based on the other drive signal is not executed.

この発明によれば、制御演算部（１６０）は、超音波センサ（１１０）に正電位あるいは負電位の一方の駆動信号（１ａ）を与えて、液面（１２）の位置演算を行った後に、正電位あるいは負電位の他方の駆動信号（１ｂ）を超音波センサ（１１０）に与える。よって、正電位の駆動信号による超音波センサの正極側部分の電食は、負電位の駆動信号によって抑制されるので、耐久性を向上させることができる。 According to the present invention, the control operation section (160) gives the ultrasonic sensor (110) one of the positive potential drive signal and the negative potential drive signal (1a) to calculate the position of the liquid surface (12). The other drive signal (1b) of the positive potential or the negative potential is applied to the ultrasonic sensor (110). Therefore, the electric erosion of the positive electrode side portion of the ultrasonic sensor due to the positive potential drive signal is suppressed by the negative potential drive signal, so that the durability can be improved.

尚、液面（１２）の位置演算にあたっては、一方の駆動信号（１ａ）に基づいて実行されるので、他方の駆動信号（１ｂ）による位置演算を非実行とすることで、不要な演算を無くすことができる。 Since the position calculation of the liquid surface (12) is performed based on one drive signal (1a), unnecessary calculation is performed by not executing the position calculation based on the other drive signal (1b). Can be eliminated.

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 Note that the reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means described in the embodiment described later.

液面検出装置の全体構成を示す説明図である。It is an explanatory view showing the whole composition of a liquid level detecting device. 超音波センサおよびその周辺を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an ultrasonic sensor and its periphery. 超音波センサに対する駆動回路部、受信回路部、および制御演算部を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a drive circuit unit, a reception circuit unit, and a control calculation unit for the ultrasonic sensor. 制御演算部が行う液面位置検出制御の流れを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a flow of liquid level position detection control performed by a control calculation unit. 第１実施形態における各信号波形を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating signal waveforms according to the first embodiment. 超音波センサの作動時の挙動を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a behavior of the ultrasonic sensor during operation. 負の電圧印加時と、正の電圧印加時における検波波形を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing detection waveforms when a negative voltage is applied and when a positive voltage is applied. 第２実施形態における各信号波形を示す説明図である。It is an explanatory view showing each signal waveform in a 2nd embodiment. 第３実施形態における各信号波形を示す説明図である。It is an explanatory view showing each signal waveform in a 3rd embodiment. 第４実施形態における各信号波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows each signal waveform in 4th Embodiment.

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。 Hereinafter, a plurality of embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions corresponding to the items described in the preceding embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the other embodiments described above can be applied to other parts of the configuration. Not only the combination of the parts that clearly indicate that a combination is possible in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined without being specified, unless there is a particular problem with the combination. It is also possible.

（第１実施形態）
第１実施形態の液面検出装置１００について、図１〜図７を用いて説明する。液面検出装置１００は、例えば車両用の燃料タンク１０内のガソリン等の燃料１１の液面１２の位置を検出する装置である。燃料１１は、本発明の液体に対応する。図１〜図３に示すように、液面検出装置１００は、超音波センサ１１０、ケース１２０、伝送管１３０、駆動回路部１４０、受信回路部１５０、および制御演算部１６０等を備えており、超音波センサ１１０、ケース１２０、および伝送管１３０等が、燃料タンク１０の底面１３に設けられている。 (1st Embodiment)
The liquid level detection device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The liquid level detection device 100 is a device that detects the position of a liquid level 12 of a fuel 11 such as gasoline in a fuel tank 10 for a vehicle, for example. Fuel 11 corresponds to the liquid of the present invention. As shown in FIGS. 1 to 3, the liquid level detection device 100 includes an ultrasonic sensor 110, a case 120, a transmission pipe 130, a drive circuit unit 140, a reception circuit unit 150, a control operation unit 160, and the like. The ultrasonic sensor 110, the case 120, the transmission pipe 130, and the like are provided on the bottom surface 13 of the fuel tank 10.

超音波センサ１１０は、燃料タンク１０内の燃料１１の液面１２に対して超音波を発射する超音波振動子である。超音波センサ１１０は、ピエゾ効果（電圧が印加されると体積が変化する一方、外部から力を受けると電圧を発生する特性）を有する物質、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等により円盤状に形成されている。そして、超音波センサ１１０は、ケース１２０および蓋部１２１によって形成される空間内に収容されている。 The ultrasonic sensor 110 is an ultrasonic transducer that emits ultrasonic waves to the liquid surface 12 of the fuel 11 in the fuel tank 10. The ultrasonic sensor 110 is made of a material having a piezo effect (a property that changes its volume when a voltage is applied and generates a voltage when it receives an external force), such as PZT (lead zirconate titanate). Is formed. The ultrasonic sensor 110 is accommodated in a space formed by the case 120 and the lid 121.

ケース１２０は、樹脂製で有底筒状を成す容器体であり、筒軸が水平方向を向くように配置されている。蓋部１２１は、樹脂製の板状の部材であり、ケース１２０の開口側を閉塞するように設けられている。蓋部１２１には、貫通孔１２１ａが２つ設けられている。超音波センサ１１０は、ケース１２０の底部１２０ａに当接するように配置されている。 The case 120 is a bottomed cylindrical container made of resin, and is arranged such that the cylinder axis faces in the horizontal direction. The lid portion 121 is a plate-shaped member made of resin, and is provided so as to close the opening side of the case 120. The cover 121 has two through holes 121a. The ultrasonic sensor 110 is disposed so as to contact the bottom 120 a of the case 120.

超音波センサ１１０の表面および裏面（図２中の左右両端面）には、それぞれ外部と電気的に接続される電極１１１が印刷成形によって形成されている。各電極１１１は、それぞれ超音波センサ１１０の表面のほぼ全面、および裏面のほぼ全面にわたって形成されている。 Electrodes 111 that are electrically connected to the outside are formed on the front surface and the back surface (both left and right end surfaces in FIG. 2) of the ultrasonic sensor 110 by print molding. Each electrode 111 is formed over substantially the entire front surface and substantially the entire back surface of the ultrasonic sensor 110.

各電極１１１には、リード線１１２の一端側がそれぞれ半田付けあるいは圧接等により接続されている。各リード線１１２の他端側は、蓋部１２１の貫通孔１２１ａを貫通するように延設され、各リード線１１２の他端側にはそれぞれターミナル１１３が設けられている。更に、ターミナル１１３には、リードワイヤ１１４が接続されている。 One end of a lead wire 112 is connected to each electrode 111 by soldering or pressure welding. The other end of each lead 112 extends through the through-hole 121 a of the lid 121, and the other end of each lead 112 is provided with a terminal 113. Further, a lead wire 114 is connected to the terminal 113.

超音波センサ１１０は、両電極１１１間に電圧が印加されると、上記したピエゾ効果により板厚方向である軸方向（図１中の左右方向）に振動して超音波を発射するようになっている。 When a voltage is applied between the two electrodes 111, the ultrasonic sensor 110 vibrates in the axial direction (the left-right direction in FIG. 1), which is the thickness direction, and emits ultrasonic waves due to the piezo effect. ing.

ケース１２０内において、超音波センサ１１０と、蓋部１２１との間には、防振部１１５が設けられている。防振部１１５は、柔軟な樹脂材料あるいはゴム材料等、例えば、ニトリルゴムから形成されている。防振部１１５は、ケース１２０に蓋部１２１が固定されることで、ケース１２０内において圧縮されて弾性変形した状態となっている。この防振部１１５の弾性力により、超音波センサ１１０はケース１２０の底部１２０ａに押し付けられている。 In the case 120, a vibration isolator 115 is provided between the ultrasonic sensor 110 and the lid 121. The vibration isolator 115 is made of a flexible resin material or rubber material, for example, nitrile rubber. When the lid 121 is fixed to the case 120, the vibration isolator 115 is compressed and elastically deformed in the case 120. The ultrasonic sensor 110 is pressed against the bottom 120 a of the case 120 by the elastic force of the vibration isolator 115.

防振部１１５は、超音波センサ１１０の残響振動を抑制すると共に、超音波センサ１１０から背後（蓋部１２１側）へ漏れる超音波パルスを吸収するようになっている。よって、超音波センサ１１０から発射される超音波パルスは、後述する伝送管１３０の水平経路１３２内の燃料１１へ向けて進行するようになっている。 The anti-vibration unit 115 suppresses reverberant vibration of the ultrasonic sensor 110 and absorbs an ultrasonic pulse leaking from the ultrasonic sensor 110 to the back (to the lid 121 side). Therefore, the ultrasonic pulse emitted from the ultrasonic sensor 110 travels toward the fuel 11 in the horizontal path 132 of the transmission pipe 130 described later.

伝送管１３０は、超音波センサ１１０から発射される超音波を燃料１１の液面１２に向けて伝播させると共に、液面１２で反射した超音波を再び超音波センサ１１０に伝播させる経路（伝播経路）を形成するものである。伝送管１３０は、ハウジング１３１、水平経路１３２、垂直経路１３３、および反射板１３４を有している。 The transmission pipe 130 propagates the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic sensor 110 toward the liquid surface 12 of the fuel 11 and propagates the ultrasonic waves reflected on the liquid surface 12 to the ultrasonic sensor 110 again (propagation path). ). The transmission pipe 130 has a housing 131, a horizontal path 132, a vertical path 133, and a reflector 134.

ハウジング１３１は、Ｌ字状を成す筒状部材であり、例えば、燃料タンク１０内の燃料１１に対して安定性に優れる樹脂材料により形成されている。ハウジング１３１の断面形状は、円形状となっている。ハウジング１３１には、Ｌ字状の一辺を成す水平部分１３１ａと他辺を成す垂直部分１３１ｂとが設けられており、垂直部分１３１ｂの端部側が上側を向くようにして、水平部分１３１ａが燃料タンク１０の底面１３に固定されている。そして、水平部分１３１ａの端部の内側には、ケース１２０（超音波センサ１１０）が固定されている。ケース１２０の底部１２０ａは、水平部分１３１ａの端部側において、軸方向の内側に入り込むように配置されている。 The housing 131 is an L-shaped tubular member, and is made of, for example, a resin material having excellent stability with respect to the fuel 11 in the fuel tank 10. The cross-sectional shape of the housing 131 is circular. The housing 131 is provided with a horizontal portion 131a forming one side of an L-shape and a vertical portion 131b forming the other side. 10 is fixed to the bottom surface 13. The case 120 (ultrasonic sensor 110) is fixed inside the end of the horizontal portion 131a. The bottom 120a of the case 120 is disposed on the end side of the horizontal portion 131a so as to enter inside in the axial direction.

水平部分１３１ａは、ケース１２０側から垂直部分１３１ｂ側に向けて、内径が順次小さく成るように（縮径されて）形成されている。また、垂直部分１３１ｂの端部は、燃料タンク１０の深さ方向の中間位置まで延びている。 The horizontal portion 131a is formed such that the inner diameter is gradually reduced (diameter is reduced) from the case 120 side toward the vertical portion 131b side. The end of the vertical portion 131b extends to an intermediate position in the depth direction of the fuel tank 10.

水平経路１３２は、断面形状が円形状で、ハウジング１３１の水平部分１３１ａの内側に接するように設けられた筒状部材となっており、金属部材、例えば、アルミニウムダイカスト用合金により形成されている。尚、水平経路１３２は、樹脂材によって形成されたものとしてよい。水平経路１３２は、ハウジング１３１の水平部分１３１ａと同様に、ケース１２０側から垂直部分１３１ｂ側に向けて、内径が順次小さく成るように（縮径されて）形成されている。 The horizontal path 132 is a cylindrical member having a circular cross section and provided in contact with the inside of the horizontal portion 131a of the housing 131, and is formed of a metal member, for example, an alloy for aluminum die casting. The horizontal path 132 may be formed of a resin material. Similar to the horizontal portion 131a of the housing 131, the horizontal path 132 is formed such that the inner diameter decreases gradually (from the case 120) toward the vertical portion 131b.

水平経路１３２のケース１２０とは反対側には、基準面１３２ａが形成されている。超音波センサ１１０から基準面１３２ａまでの距離は、予め定めた所定の基準距離Ｌとなっている。基準面１３２ａは、水平経路１３２の軸線方向に段状を成し、周方向にリング状を成し、超音波センサ１１０に対向する面として形成されている。したがって、超音波センサ１１０から発射された超音波の一部は基準面１３２ａに入射し、基準面１３２ａで反射して再び超音波センサ１１０に向かって進み、超音波センサ１１０に入射するようになっている。 A reference surface 132 a is formed on the side of the horizontal path 132 opposite to the case 120. The distance from the ultrasonic sensor 110 to the reference plane 132a is a predetermined reference distance L that is determined in advance. The reference surface 132a has a step shape in the axial direction of the horizontal path 132, a ring shape in the circumferential direction, and is formed as a surface facing the ultrasonic sensor 110. Therefore, a part of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic sensor 110 is incident on the reference surface 132a, is reflected on the reference surface 132a, advances toward the ultrasonic sensor 110 again, and is incident on the ultrasonic sensor 110. ing.

水平経路１３２内には、ハウジング１３１の下側（底面１３側）に設けられた開口部から燃料１１が浸入するようになっている。 The fuel 11 enters the horizontal path 132 from an opening provided below the housing 131 (on the bottom surface 13 side).

垂直経路１３３は、断面形状が円形状で、一端側がハウジング１３１の垂直部分１３１ｂの内側に接するように設けられた筒状部材となっており、水平経路１３２と同様に金属部材、例えば、アルミニウムダイカスト用合金により形成されている。尚、垂直経路１３３は、樹脂材によって形成されたものとしてよい。垂直経路１３３は、水平経路１３２に対してほぼ直交している。垂直経路１３３の他端側は、燃料１１の満タン時の液面１２よりも所定長さだけ上方に突き出すように設定されている。垂直経路１３３の直径寸法は、水平経路１３２の縮径された側の直径寸法と等しく形成されている。 The vertical path 133 is a cylindrical member having a circular cross section and one end side provided in contact with the inside of the vertical portion 131b of the housing 131. Similar to the horizontal path 132, a metal member such as aluminum die casting is used. It is formed of a working alloy. Note that the vertical path 133 may be formed of a resin material. The vertical path 133 is substantially orthogonal to the horizontal path 132. The other end of the vertical path 133 is set so as to protrude a predetermined length above the liquid level 12 when the fuel 11 is full. The diameter of the vertical path 133 is equal to the diameter of the reduced side of the horizontal path 132.

垂直経路１３３内には、水平経路１３２から連続して、燃料１１が浸入するようになっている。垂直経路１３３における燃料１１の上側位置は、燃料タンク１０内の液面１２と同じ位置となる。 The fuel 11 enters the vertical path 133 continuously from the horizontal path 132. The upper position of the fuel 11 in the vertical path 133 is the same position as the liquid level 12 in the fuel tank 10.

反射板１３４は、水平経路１３２と垂直経路１３３との間に設けられた板部材であり、例えば、鉄系金属、好ましくはステンレス鋼板等の金属材料によって形成されている。反射板１３４は、燃料タンク１０の底面１３に対して、４５°程度傾斜されて配置されており、超音波センサ１１０から発射された超音波を燃料１１の液面１２に向けて反射させると共に、液面１２で反射した超音波を超音波センサ１１０に向けて反射させるようになっている。 The reflection plate 134 is a plate member provided between the horizontal path 132 and the vertical path 133, and is formed of, for example, a metal material such as an iron-based metal, preferably a stainless steel plate. The reflecting plate 134 is disposed at an angle of about 45 ° with respect to the bottom surface 13 of the fuel tank 10, and reflects the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic sensor 110 toward the liquid surface 12 of the fuel 11, The ultrasonic waves reflected on the liquid surface 12 are reflected toward the ultrasonic sensor 110.

駆動回路部１４０は、送信回路を形成し、超音波センサ１１０に対して、超音波を発射させるための駆動信号（１）を与える回路部となっている。駆動回路部１４０は、例えば、所定の周波数で発振する高周波発信器およびその発振信号を増幅する増幅回路から構成され、後述する制御演算部１６０からの指示を受けると駆動信号（１）を超音波センサ１１０に対して出力して、超音波センサ１１０を駆動し、超音波を発射させるようになっている。尚、駆動回路部１４０としては、高周波発信器を省略し、制御演算部１６０より高周波信号を重畳した信号を与えるようにしてもよい。 The drive circuit unit 140 is a circuit unit that forms a transmission circuit and supplies a drive signal (1) for emitting ultrasonic waves to the ultrasonic sensor 110. The drive circuit section 140 includes, for example, a high-frequency oscillator that oscillates at a predetermined frequency and an amplifier circuit that amplifies the oscillated signal. The ultrasonic wave is output to the sensor 110 to drive the ultrasonic sensor 110 to emit an ultrasonic wave. Note that the driving circuit section 140 may omit the high-frequency oscillator and provide the control arithmetic section 160 with a signal in which the high-frequency signal is superimposed.

受信回路部１５０は、超音波センサ１１０で受信される受信信号の中から、水平経路１３２の基準面１３２ａから反射される反射波に相当する基準波信号、および液面１２から反射される反射波に相当する液面波信号（反射波信号）を検出する回路部となっている。受信回路部１５０は、増幅回路１５１、検波回路部１５２、および比較回路部１５３を有している。 The receiving circuit unit 150 includes, among the received signals received by the ultrasonic sensor 110, a reference wave signal corresponding to a reflected wave reflected from the reference surface 132 a of the horizontal path 132 and a reflected wave reflected from the liquid surface 12. Is a circuit section for detecting a liquid-surface wave signal (reflected wave signal) corresponding to the above. The receiving circuit section 150 has an amplification circuit 151, a detection circuit section 152, and a comparison circuit section 153.

増幅回路１５１は、超音波センサ１１０で受信される信号を増幅して増幅信号（２）とする回路部となっている。また、検波回路部１５２は、増幅信号（２）を半波整流して検波信号（３）に変換する回路部となっている。検波信号（３）は、半波整流された波形のそれぞれのピークを繋ぐ信号として形成される（図７）。また、比較回路部１５３は、検波信号（３）と、制御演算部１６０から出力される閾値信号（４）とを比較処理して、検波信号（３）において閾値信号（４）よりも大きい領域を比較信号（５）として制御演算部１６０に出力する回路部となっている。 The amplification circuit 151 is a circuit unit that amplifies a signal received by the ultrasonic sensor 110 and generates an amplified signal (2). The detection circuit unit 152 is a circuit unit that performs half-wave rectification on the amplified signal (2) and converts the amplified signal into a detection signal (3). The detection signal (3) is formed as a signal connecting the respective peaks of the half-wave rectified waveform (FIG. 7). Further, the comparison circuit unit 153 compares the detection signal (3) with the threshold signal (4) output from the control operation unit 160, and calculates a region of the detection signal (3) larger than the threshold signal (4). As a comparison signal (5) to the control operation unit 160.

制御演算部１６０は、駆動回路部１４０から超音波センサ１１０に対して駆動信号（１）の発射の制御（指示）を行うと共に、受信回路部１５０からの比較信号（５）（反射波信号）を用いて、液面１２の位置を演算する部位となっている（詳細後述）。 The control operation unit 160 controls (instructs) the emission of the drive signal (1) from the drive circuit unit 140 to the ultrasonic sensor 110, and the comparison signal (5) (reflected wave signal) from the reception circuit unit 150. Is used to calculate the position of the liquid surface 12 (details will be described later).

液面検出装置１００は、以上のように構成されており、以下、図４〜図７を加えて、その作動および作用効果について説明する。 The liquid level detection device 100 is configured as described above. Hereinafter, the operation and effect of the device will be described with reference to FIGS. 4 to 7.

図４、図５は、液面位置検出制御における制御の流れ、および各信号波形を示している。制御演算部１６０は、超音波センサ１１０に対して、１回目の超音波発射と、２回目の超音波発射を行わせ、１回目と２回目とを合わせて１周期（１サイクル）の制御とし、以下、これを繰り返すようにしている。１回目の超音波発射、および２回目の超音波発射における制御時間は、後述する基準波と、液面波との受信が可能となる時間としている。ここでは、制御時間は、それぞれ、例えば１００ｍｓ程度（微小時間）としている。 4 and 5 show a control flow in the liquid level position detection control and signal waveforms. The control operation unit 160 causes the ultrasonic sensor 110 to perform the first ultrasonic emission and the second ultrasonic emission, and performs the control of one cycle (one cycle) of the first and the second. Hereinafter, this is repeated. The control time in the first ultrasonic emission and the second ultrasonic emission is a time during which a reference wave and a liquid level wave, which will be described later, can be received. Here, each control time is, for example, about 100 ms (minute time).

そして、１周期の中で、１回目の超音波発射に基づく反射超音波から液面１２の位置を検出する。更に、２回目の超音波発射においては、１回目の超音波発射用の駆動信号（１ａ）とは逆電位の駆動信号（１ｂ）を超音波センサ１１０に与えるものとして、２回目の反射超音波については、液面位置の検出には使用しないものとしている。尚、ここでは、１回目の超音波発射用の駆動信号（１ａ）は正電位の駆動信号とし、２回目の超音波発射用の駆動信号（１ｂ）は、負電位の駆動信号としている。 Then, in one cycle, the position of the liquid surface 12 is detected from the reflected ultrasonic wave based on the first ultrasonic wave emission. Further, in the second ultrasonic emission, a drive signal (1b) having a potential opposite to that of the drive signal (1a) for the first ultrasonic emission is given to the ultrasonic sensor 110, and the second reflected ultrasonic wave is emitted. Is not used for detecting the liquid level. Here, the drive signal (1a) for the first ultrasonic emission is a drive signal of a positive potential, and the drive signal (1b) for the second ultrasonic emission is a drive signal of a negative potential.

以下、具体的に説明する。図４のＳ１００〜Ｓ１７０は、１回目の超音波発射に基づく液面位置検出の流れを示し、Ｓ２００〜Ｓ２７０は、２回目の超音波発射は行うものの、液面位置検出は行わない流れを示している。 Hereinafter, a specific description will be given. S100 to S170 in FIG. 4 show the flow of the liquid surface position detection based on the first ultrasonic emission, and S200 to S270 show the flow of performing the second ultrasonic emission but not performing the liquid surface position detection. ing.

まず、Ｓ１００において、制御演算部１６０は、駆動回路部１４０から超音波センサ１１０に対して、正電位の駆動信号（１ａ）を出力させる。正電位の駆動信号（１ａ）は、例えば、＋５Ｖ程度の矩形波である。駆動信号（１ａ）の電位は、＋５Ｖに限定されるものではなく、適宜設定可能である。また、駆動信号（１ａ）は、矩形波に代えて、サイン波の半波、台形波等としてもよい。 First, in S100, the control operation unit 160 causes the drive circuit unit 140 to output a drive signal (1a) of a positive potential to the ultrasonic sensor 110. The drive signal (1a) having a positive potential is, for example, a rectangular wave of about + 5V. The potential of the drive signal (1a) is not limited to + 5V and can be set as appropriate. Further, the driving signal (1a) may be a half-wave of a sine wave, a trapezoidal wave, or the like instead of the rectangular wave.

正電位の駆動信号（１ａ）を受けて、超音波センサ１１０は、超音波を発射させる。発射された超音波は、伝送管１３０内で伝播する（Ｓ１１０）。 Upon receiving the positive potential drive signal (1a), the ultrasonic sensor 110 emits an ultrasonic wave. The emitted ultrasonic wave propagates in the transmission pipe 130 (S110).

伝播される超音波のうち、一部の超音波は、水平経路１３２における基準面１３２ａで反射され（Ｓ１２０）、超音波センサ１１０は、基準波として受信する（Ｓ１３０）。また、伝播される超音波のうち、他の超音波は、水平経路１３２、反射板１３４、垂直経路１３３を伝播し、液面１２で反射され（Ｓ１４０）、更に上記とは逆方向に伝播して、超音波センサ１１０は、液面波として受信する（Ｓ１５０）。 Some of the transmitted ultrasonic waves are reflected by the reference plane 132a on the horizontal path 132 (S120), and are received by the ultrasonic sensor 110 as a reference wave (S130). Further, among the transmitted ultrasonic waves, other ultrasonic waves propagate through the horizontal path 132, the reflector 134, and the vertical path 133, are reflected by the liquid surface 12 (S140), and further propagate in the opposite direction. Then, the ultrasonic sensor 110 receives as a liquid surface wave (S150).

受信回路部１５０では、超音波センサ１１０からの基準波、および液面波から、増幅信号（２）、検波信号（３）、更には比較信号（５）生成して、比較信号（５）を制御演算部１６０に出力する。制御演算部１６０は、超音波センサ１１０と基準面１３２ａとの間の往復距離（２×基準距離Ｌ）と、基準波における発射から受信までの伝播時間とから、その時の温度に基づく超音波の速度（＝２Ｌ／伝播時間）を算出する。更に、制御演算部１６０は、算出した超音波速度と、液面波における発射から受信までの伝播時間とから、超音波センサ１１０から液面１２までの距離（＝超音波速度×伝播時間／２）を算出し、この距離を基に、液面１２の位置を算出する（Ｓ１６０）。 The receiving circuit unit 150 generates an amplified signal (2), a detection signal (3), and a comparison signal (5) from the reference wave and the liquid level wave from the ultrasonic sensor 110, and generates the comparison signal (5). Output to control operation unit 160. The control calculation unit 160 calculates the ultrasonic wave based on the temperature at that time from the reciprocating distance (2 × the reference distance L) between the ultrasonic sensor 110 and the reference plane 132a and the propagation time from emission to reception of the reference wave. The speed (= 2L / propagation time) is calculated. Further, the control operation unit 160 calculates the distance from the ultrasonic sensor 110 to the liquid surface 12 (= ultrasonic velocity × propagation time / 2) based on the calculated ultrasonic velocity and the propagation time from emission to reception of the liquid level wave. ) Is calculated, and the position of the liquid level 12 is calculated based on this distance (S160).

制御演算部１６０は、Ｓ１６０で算出した液面１２の位置データを、例えば車両の液面位置表示装置（例えば、コンビネーションメータの燃料残量表示部）に送信する（Ｓ１７０）。 The control calculation unit 160 transmits the position data of the liquid level 12 calculated in S160 to, for example, a liquid level display device of a vehicle (for example, a fuel remaining amount display unit of a combination meter) (S170).

続いて、１回目の超音波発射から１００ｍｓ経過後に、Ｓ２００において、制御演算部１６０は、駆動回路部１４０から超音波センサ１１０に対して、負電位の駆動信号（１ｂ）を出力させる。負電位の駆動信号（１ｂ）は、例えば、‐５Ｖ程度の矩形波である。駆動信号（１ｂ）の電位は、‐５Ｖに限定されるものではなく、適宜設定可能である。また、駆動信号（１ｂ）は、矩形波に代えて、サイン波の半波、台形波等としてもよい（駆動信号（１ａ）と同様）。 Subsequently, after a lapse of 100 ms from the first ultrasonic emission, in S200, the control operation unit 160 causes the drive circuit unit 140 to output a drive signal (1b) of a negative potential to the ultrasonic sensor 110. The drive signal (1b) of the negative potential is, for example, a rectangular wave of about −5V. The potential of the drive signal (1b) is not limited to -5 V, and can be set as appropriate. The drive signal (1b) may be a half-wave of a sine wave, a trapezoidal wave, or the like instead of a rectangular wave (similar to the drive signal (1a)).

尚、負電位の駆動信号（１ｂ）は、正電位の駆動信号（１ａ）に対して、電位が逆であることを除いて、電位の大きさ、波形等は、正電位の駆動信号（１ａ）と同一条件とするのがよい。 The magnitude and waveform of the potential of the negative drive signal (1b) are the same as that of the positive drive signal (1a) except that the potential of the drive signal (1b) is opposite to that of the positive drive signal (1a). It is preferable to set the same conditions as in ()).

負電位の駆動信号（１ｂ）を受けて、超音波センサ１１０は、超音波を発射させる。発射された超音波は、伝送管１３０内で伝播する（Ｓ２１０）。 Upon receiving the driving signal (1b) of the negative potential, the ultrasonic sensor 110 emits an ultrasonic wave. The emitted ultrasonic wave propagates in the transmission pipe 130 (S210).

以下、Ｓ２２０〜Ｓ２５０の流れ（内容）は、上記したＳ１２０〜Ｓ１５０と同じである。但し、図５に示すように、負電位の駆動信号（１ｂ）によって発射される超音波は、正電位の駆動信号（１ａ）によって生成される超音波と位相が逆（反転波形）になる。 Hereinafter, the flow (contents) of S220 to S250 is the same as S120 to S150 described above. However, as shown in FIG. 5, the ultrasonic wave emitted by the negative potential drive signal (1b) has an opposite phase (inverted waveform) to the ultrasonic wave generated by the positive potential drive signal (1a).

そして、受信回路部１５０、および制御演算部１６０は、負電位の駆動信号（１ｂ）による基準波、および液面波に基づく液面１２の位置算出は行わず（Ｓ２６０）、また、車両の表示装置へのデータ送信も行わないようになっている（Ｓ２７０）。 Then, the receiving circuit unit 150 and the control calculation unit 160 do not calculate the position of the liquid surface 12 based on the reference wave and the liquid level wave by the negative potential drive signal (1b) (S260), and display the vehicle. Data is not transmitted to the device (S270).

車両の表示装置は、繰り返し制御の中で、Ｓ１７０での液面の位置データを所定回数分（例えば３２回分）取込むと、その平均値を算出して（Ｓ３００）、平均値を液面位置として表示する（Ｓ３１０）。 When the display device of the vehicle acquires the liquid level position data in S170 a predetermined number of times (for example, 32 times) in the repetitive control, the display apparatus calculates the average value (S300), and calculates the average value as the liquid level position. (S310).

本実施形態においては、制御演算部１６０は、超音波センサ１１０に正電位の駆動信号（１ａ）を与えて、液面１２の位置演算を行った後に、負電位の駆動信号（１ｂ）を超音波センサ１１０に与える。よって、正電位の駆動信号（１ａ）による超音波センサ１１０の正極側部分（正極側の電極１１１やターミナル１１３等）の電食は、負電位の駆動信号（１ｂ）によって抑制されるので、耐久性を向上させることができる。 In the present embodiment, the control calculation unit 160 gives a drive signal (1a) having a positive potential to the ultrasonic sensor 110, calculates the position of the liquid surface 12, and then converts the drive signal (1b) having a negative potential to This is given to the sound wave sensor 110. Accordingly, the electric erosion of the positive electrode side portion (positive electrode 111, terminal 113, etc.) of the ultrasonic sensor 110 due to the positive electric potential drive signal (1a) is suppressed by the negative electric potential drive signal (1b). Performance can be improved.

特に、燃料タンク１０には、ガソリン燃料の他、アルコールが高濃度で入る場合や、水分がわずかだが混入される場合等があり、電食の発生しやすい環境となり、本実施形態を用いることで、効果的な電食の抑制を行うことができる。 In particular, in addition to gasoline fuel, the fuel tank 10 may contain alcohol at a high concentration, or may contain a small amount of water, and the like. In addition, effective suppression of electrolytic corrosion can be performed.

尚、液面１２の位置演算にあたっては、１回目の超音波発射における正電位の駆動信号（１ａ）に基づいて実行されるので、２回目の超音波発射における負電位の駆動信号（１ｂ）による位置演算を非実行とすることで、不要な演算を無くすことができる。 Since the position calculation of the liquid surface 12 is performed based on the drive signal (1a) of the positive potential in the first ultrasonic emission, the drive signal (1b) of the negative potential in the second ultrasonic emission is used. By not performing the position calculation, unnecessary calculation can be eliminated.

ここで、負電位の駆動信号（１ｂ）を超音波センサ１１０に与えた場合では、図６（ａ）に示すように、超音波センサ１１０が縮む方向となって振動する。一方、正負電位の駆動信号（１ａ）を超音波センサ１１０に与えた場合では、図６（ｂ）に示すように、超音波センサ１１０が膨らむ方向となって、振動する。よって、図７に示すように、超音波センサ１１０に対して、負電位の駆動信号（１ｂ）を与えた場合では、正電位の駆動信号（１ａ）を与えた場合に対して、検出される波形が小さく、逆に、正電位の駆動信号（１ａ）を与えた場合では、検出波形が大きく得られる。 Here, when the driving signal (1b) of the negative potential is given to the ultrasonic sensor 110, as shown in FIG. 6A, the ultrasonic sensor 110 vibrates in a contracting direction. On the other hand, when the driving signal (1a) of the positive and negative potentials is given to the ultrasonic sensor 110, the ultrasonic sensor 110 oscillates in a direction to expand as shown in FIG. 6B. Therefore, as shown in FIG. 7, when the driving signal (1b) of the negative potential is given to the ultrasonic sensor 110, it is detected as compared with the case where the driving signal (1a) of the positive potential is given. When the waveform is small, and when the driving signal (1a) having a positive potential is applied, a large detection waveform is obtained.

よって、本実施形態のように、液面１２の位置検出のための１回目の超音波発射において、正電位の駆動信号（１ａ）を用い、電食抑制用の２回目の超音波発射においては、負電位の駆動信号（１ｂ）とすることで、液面１２の位置検出の精度を向上させることができる。 Therefore, as in the present embodiment, in the first ultrasonic emission for detecting the position of the liquid surface 12, the drive signal (1a) having a positive potential is used, and in the second ultrasonic emission for suppressing electrolytic corrosion, By using the negative potential drive signal (1b), the accuracy of position detection of the liquid surface 12 can be improved.

（第２実施形態）
第２実施形態を図８に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、液面検出装置１００の構成は同一として、制御の内容を変更したものである。 (2nd Embodiment)
FIG. 8 shows a second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the liquid level detection device 100 is the same and the content of the control is changed.

本実施形態では、上記第１実施形態に対して、１回目の超音波発射における駆動信号を負電位の駆動信号（１ｂ）とし、２回目の超音波発射における駆動信号を正電位の駆動信号（１ａ）としている。第１実施形態で説明した図４に対して、Ｓ１００では、−５Ｖの負電位の駆動信号（１ｂ）の印加とし、Ｓ２００では、＋５Ｖの正電位の駆動信号（１ａ）の印加とする。 In the present embodiment, the drive signal in the first ultrasonic emission is set to a negative potential drive signal (1b), and the drive signal in the second ultrasonic emission is set to the positive potential drive signal ( 1a). 4 described in the first embodiment, in S100, a drive signal (1b) of a negative potential of -5 V is applied, and in S200, a drive signal (1a) of a positive potential of +5 V is applied.

本実施形態では、液面１２の位置検出のための１回目の超音波発射における駆動信号を負電位の駆動信号（１ｂ）とすることで、上記第１実施形態に対して、液面１２の検出精度は、多少低下すると思われるものの、負電位の駆動信号（１ｂ）と正電位の駆動信号（１ａ）とによる、電食抑制の効果を同様に得ることができる。 In the present embodiment, the drive signal in the first ultrasonic emission for detecting the position of the liquid surface 12 is set to a negative potential drive signal (1b), so that the liquid surface 12 Although the detection accuracy is considered to be slightly reduced, the effect of suppressing the electrolytic corrosion by the drive signal (1b) having the negative potential and the drive signal (1a) having the positive potential can be similarly obtained.

（第３実施形態）
第３実施形態を図９に示す。第３実施形態は、上記第１、第２実施形態に対して、液面検出装置１００の構成は同一として、制御の内容を変更したものである。 (Third embodiment)
FIG. 9 shows a third embodiment. The third embodiment is different from the first and second embodiments in that the configuration of the liquid level detection device 100 is the same and the content of the control is changed.

本実施形態では、上記第１実施形態に対して、１回目の超音波発射における駆動信号（１ａ）、および２回目の超音波発射における駆動信号（１ｂ）を、それぞれ同一回数で連続する複数の駆動信号としたものである。例えば、各駆動信号（１ａ）、（１ｂ）は、それぞれ、３回連続する矩形波となるようにしている。第１実施形態で説明した図４に対して、Ｓ１００では、＋５Ｖの正電位の駆動信号（１ａ）の複数（３回）連続の印加とし、Ｓ２００では、−５Ｖの負電位の駆動信号（１ｂ）の複数（３回）連続の印加とする。 In the present embodiment, a plurality of driving signals (1a) in the first ultrasonic emission and the driving signal (1b) in the second ultrasonic emission are respectively equal to the first embodiment. This is a drive signal. For example, each of the drive signals (1a) and (1b) is a rectangular wave that is continuous three times. 4 described in the first embodiment, in S100, the drive signal (1a) having a positive potential of +5 V is applied a plurality of times (three times), and in S200, the drive signal (1b) having a negative potential of -5 V is applied. ), A plurality (three times) of continuous application.

これにより、上記第１実施形態に対して、超音波センサ１１０から発射される超音波の残響時間が延びるものの、強度を大きくし、反射後の受信時の基準波、および液面波の強度を大きくすることができるので、液面１２の位置検出の精度を向上させることができる。 As a result, the reverberation time of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic sensor 110 is extended, but the intensity is increased, and the intensity of the reference wave and the liquid level wave at the time of reception after reflection is increased. Since the size can be increased, the accuracy of position detection of the liquid surface 12 can be improved.

（第４実施形態）
第４実施形態を図１０に示す。第４実施形態は、上記第１〜第３実施形態に対して、液面検出装置１００の構成は同一として、制御の内容を変更したものである。 (Fourth embodiment)
FIG. 10 shows a fourth embodiment. The fourth embodiment is different from the first to third embodiments in that the configuration of the liquid level detection device 100 is the same and the content of the control is changed.

本実施形態では、上記第２実施形態に対して、１回目の超音波発射における駆動信号（１ｂ）、および２回目の超音波発射における駆動信号（１ａ）を、それぞれ同一回数で連続する複数の駆動信号としたものである。例えば、各駆動信号（１ｂ）、（１ａ）は、それぞれ、３回の矩形波となるようにしている。第１実施形態で説明した図４に対して、Ｓ１００では、−５Ｖ負電位の駆動信号（１ｂ）の複数（３回）連続の印加とし、Ｓ２００では、＋５Ｖの正電位の駆動信号（１ａ）の複数（３回）連続の印加とする。 In the present embodiment, a plurality of driving signals (1b) in the first ultrasonic emission and the driving signal (1a) in the second ultrasonic emission are respectively equal to the second embodiment. This is a drive signal. For example, each of the drive signals (1b) and (1a) is configured to be three rectangular waves. With respect to FIG. 4 described in the first embodiment, in S100, a plurality of (three times) continuous application of the drive signal (1b) having a negative potential of -5 V is performed, and in S200, the drive signal (1a) having a positive potential of +5 V (3 times) continuous application.

これにより、上記第２実施形態に対して、超音波センサ１１０から発射される超音波の強度を大きくし、受信時の基準波、および液面波の強度を大きくすることができるので、液面１２の位置検出の精度を向上させることができる。 As a result, compared to the second embodiment, the intensity of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic sensor 110 can be increased, and the intensity of the reference wave and the liquid level wave at the time of reception can be increased. 12 can improve the accuracy of position detection.

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、液面検出装置１００として、燃料タンク１０内の燃料１１の液面１２の位置を検出するものとして説明したが、燃料１１に限らず、その他、ウォシャ液、冷却液、ブレーキオイル、ＡＴフルード等の液面位置を検出するものとしても広く使用することができる。 (Other embodiments)
In each of the above embodiments, the liquid level detection device 100 has been described as detecting the position of the liquid level 12 of the fuel 11 in the fuel tank 10. It can be widely used for detecting a liquid level position such as oil and AT fluid.

（１）駆動信号
（１ａ）正電位の駆動信号（正電位あるいは負電位の一方の駆動信号）
（１ｂ）負電位の駆動信号（正電位あるいは負電位の他方の駆動信号）
１０燃料タンク（タンク）
１１燃料（液体）
１２液面
１００液面検出装置
１１０超音波センサ
１４０駆動回路部
１５０受信回路部
１６０制御演算部 (1) Drive signal (1a) Positive potential drive signal (one drive signal of positive potential or negative potential)
(1b) Negative potential drive signal (the other drive signal of positive potential or negative potential)
10. Fuel tank (tank)
11 Fuel (liquid)
12 liquid level 100 liquid level detecting device 110 ultrasonic sensor 140 drive circuit section 150 receiving circuit section 160 control operation section

Claims

An ultrasonic sensor (110) for emitting ultrasonic waves to a liquid surface of the liquid in the tank (10);
A drive circuit unit (140) for providing a drive signal (1) for emitting the ultrasonic wave to the ultrasonic sensor;
A receiving circuit unit (150) for detecting a reflected wave signal corresponding to a reflected wave reflected from the liquid surface from a received signal received by the ultrasonic sensor;
A control operation unit (160) that controls emission of a drive signal to the drive circuit unit and calculates a position of the liquid surface using the reflected wave signal from the reception circuit unit. At
The control operation unit supplies one of a positive potential drive signal and a negative potential drive signal (1a) to the ultrasonic sensor as the drive signal, and calculates the position of the liquid surface using the reflected wave signal. A liquid level detection device which supplies the other drive signal (1b) of the positive potential or the negative potential to the ultrasonic sensor, and does not execute the liquid surface position calculation based on the reflected wave signal based on the other drive signal.

The liquid level detecting device according to claim 1, wherein the one drive signal is the drive signal of the positive potential.

3. The liquid level detection device according to claim 1, wherein the one drive signal and the other drive signal are a plurality of drive signals that are respectively continuous with the same number of times. 4.