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JP7501865B2 - LIQUID LEVEL POSITION ESTIMATION DEVICE AND LIQUID LEVEL POSITION ESTIMATION METHOD - Google Patents
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JP7501865B2 - LIQUID LEVEL POSITION ESTIMATION DEVICE AND LIQUID LEVEL POSITION ESTIMATION METHOD - Google Patents

LIQUID LEVEL POSITION ESTIMATION DEVICE AND LIQUID LEVEL POSITION ESTIMATION METHOD Download PDF

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Description

本発明は、容器に収容された液体の液面位置を推定する液面位置推定装置等に関する。 The present invention relates to a liquid level position estimation device that estimates the liquid level position of a liquid contained in a container.

従来から、種々の方法により、容器に収容された液体の液面位置が推定されている。その推定方法として、以下の例が挙げられる。
・目視による液面位置の推定。
・フロート式レベルセンサの検出結果に基づく液面位置の推定。
・容器の内部に設置した電極における導電率又は放熱量の変化を検出することによる液面位置の推定。
・超音波又はレーザ光の液面への照射による液面位置の推定。
・容器の下部に設置した圧力センサによる液面位置の推定。
Conventionally, the liquid level of a liquid contained in a container has been estimated by various methods. Examples of such estimation methods include the following.
- Visual estimation of liquid level position.
- Estimation of liquid level position based on the detection results of a float-type level sensor.
- Estimation of the liquid level by detecting changes in conductivity or heat dissipation at electrodes installed inside the container.
- Estimation of the liquid level position by irradiating the liquid surface with ultrasound or laser light.
- Estimation of the liquid level using a pressure sensor installed at the bottom of the container.

目視の場合、容器に設けられた窓、又は開閉可能な蓋を設ける必要がある。つまり、窓又は蓋が無い密閉容器においては、目視による液面位置の推定を行うことはできない。また、目視以外の場合、フロート式レベルセンサ、電極、超音波若しくはレーザ光の発振装置及び検出装置、又は、圧力センサ等の部材を、容器の内部に設置する必要がある。そのため、これらの部材が故障した場合、当該部材の修理を行うことが困難である。また、これらの部材の運用が停止された場合に、代替の部材を後付けで容器の内部に設置することも困難である。 For visual inspection, it is necessary to provide a window in the container or a lid that can be opened and closed. In other words, in a sealed container without a window or lid, it is not possible to estimate the liquid level position by visual inspection. Furthermore, for inspections other than visual inspection, it is necessary to install components such as a float-type level sensor, electrodes, ultrasonic or laser light oscillators and detectors, or pressure sensors inside the container. Therefore, if these components break down, it is difficult to repair them. Furthermore, if the operation of these components is suspended, it is also difficult to install replacement components inside the container at a later date.

これに対して、容器の外部に、液面位置を推定するためのセンサを設けることにより、前記のような困難を伴わない液面位置の推定を実現可能である。特許文献1には、圧縮機の内部に貯留される油の油面を検知するため、圧縮機の外面の所定の高さ位置に設けられ、設置箇所の温度を検知する油面検知センサを備える油面検知装置が開示されている。 In response to this, by providing a sensor for estimating the liquid level position outside the container, it is possible to estimate the liquid level position without the difficulties described above. Patent Document 1 discloses an oil level detection device that is provided at a predetermined height on the outer surface of the compressor to detect the level of oil stored inside the compressor, and that includes an oil level detection sensor that detects the temperature at the installation location.

特許第6184503号公報Patent No. 6184503

しかしながら、特許文献1の油面検知装置では、油面を検知するためには、圧縮機の内部の熱が、油面検知センサが設けられた圧縮機の外面まで伝達することが必要である。従って、内部の熱が伝達されない、又は伝達されにくい容器については、特許文献1の油面検知装置は精度良く油面の検知を行うことができない。 However, in order for the oil level detection device of Patent Document 1 to detect the oil level, it is necessary for the heat inside the compressor to be transferred to the outer surface of the compressor where the oil level detection sensor is installed. Therefore, for containers to which internal heat is not transferred or is transferred poorly, the oil level detection device of Patent Document 1 cannot detect the oil level with high accuracy.

本発明の一態様は、目視に依らず、また、容器に収容された液体の液面位置を推定するためのセンサを内部に設けることなく、液面位置を精度良く推定することが可能な液面位置推定装置等を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to realize a liquid level position estimation device that can accurately estimate the liquid level position without relying on visual inspection or installing an internal sensor for estimating the liquid level position of the liquid contained in a container.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る液面推定装置は、容器に収容された液体の液面位置を推定する液面位置推定装置であって、前記容器の外面に設けられた圧電素子と、前記圧電素子より前記容器に振動を与えたときの、前記圧電素子のアドミタンス又はインピーダンスを算出する算出部と、前記算出部の算出結果に基づき、前記液面位置を特定する特定部と、を備えている。 In order to solve the above problems, a liquid level estimation device according to one aspect of the present invention is a liquid level estimation device that estimates the liquid level position of a liquid contained in a container, and includes a piezoelectric element provided on the outer surface of the container, a calculation unit that calculates the admittance or impedance of the piezoelectric element when the container is vibrated by the piezoelectric element, and an identification unit that identifies the liquid level position based on the calculation result of the calculation unit.

また、本発明の一態様に係る液面推定方法は、容器に収容された液体の液面位置を推定する液面位置推定方法であって、前記容器の外面に設けられた圧電素子より前記容器に振動を与えたときの、前記圧電素子のアドミタンス又はインピーダンスを算出する算出ステップと、前記算出ステップにおける算出結果に基づき、前記液面位置を特定する特定ステップと、を含む。 A liquid level estimation method according to one aspect of the present invention is a liquid level estimation method for estimating the liquid level of a liquid contained in a container, and includes a calculation step of calculating the admittance or impedance of a piezoelectric element provided on the outer surface of the container when the container is vibrated by the piezoelectric element, and a determination step of determining the liquid level position based on the calculation result in the calculation step.

本発明の一態様によれば、目視に依らず、また、容器に収容された液体の液面位置を推定するためのセンサを内部に設けることなく、液面位置を精度良く推定できる。 According to one aspect of the present invention, the liquid level can be accurately estimated without relying on visual inspection or installing an internal sensor for estimating the liquid level of the liquid contained in the container.

実施形態1の液面位置推定システムの構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a liquid level position estimation system according to a first embodiment. 実施形態1の測定回路の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a measurement circuit according to the first embodiment. 実施形態1の液面位置推定装置が測定又は算出する入力電圧、出力電流、及びアドミタンスの波形の一例を示す図である。3A to 3C are diagrams showing examples of waveforms of an input voltage, an output current, and an admittance measured or calculated by the liquid level position estimation device of the first embodiment. 実施形態1の液面位置推定装置が実行する直線補間処理の一例について説明するための図である。4A to 4C are diagrams for explaining an example of linear interpolation processing executed by the liquid level position estimation device of the first embodiment. 実施形態1の圧電素子の、容器における貼り付け位置の一例を示す図であるFIG. 4 is a diagram showing an example of a position where the piezoelectric element of the first embodiment is attached to a container; 実施形態1の液面位置推定装置が取得するアドミタンスの実部の波形、ベースラインの波形、及び振動特徴スペクトルの一例を示す図である。3A to 3C are diagrams illustrating an example of a waveform of the real part of admittance, a baseline waveform, and a vibration characteristic spectrum acquired by the liquid level position estimation device of the first embodiment. 実施形態1の液面位置推定装置が取得するアドミタンスの実部の波形、ベースラインの波形、及び振動特徴スペクトルの別の例を示す図である。13A to 13C are diagrams showing another example of the waveform of the real part of admittance, the baseline waveform, and the vibration characteristic spectrum acquired by the liquid level position estimation device of embodiment 1. 実施形態1の液面位置推定装置が取得するアドミタンスの実部の波形、ベースラインの波形、及び振動特徴スペクトルのさらに別の例を示す図である。13A to 13C are diagrams showing yet another example of the waveform of the real part of admittance, the baseline waveform, and the vibration characteristic spectrum acquired by the liquid level position estimation device of embodiment 1. 実施形態1の液面位置推定装置が取得する参照データの一例を示す図である。4 is a diagram showing an example of reference data acquired by the liquid level position estimation device of the first embodiment; FIG. 実施形態1の事前準備処理の一例を示すフローチャートである。11 is a flowchart illustrating an example of advance preparation processing according to the first embodiment. 実施形態1のベースライン取得処理の一例を示すフローチャートである。11 is a flowchart illustrating an example of a baseline acquisition process according to the first embodiment. 実施形態1の液面位置特定処理及び判定処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a liquid level position specifying process and a determination process according to the first embodiment. 実施形態2の液面位置推定装置が実行する直線補間処理の一例説明するための図である。13A to 13C are diagrams for explaining an example of linear interpolation processing executed by the liquid level position estimating device of the second embodiment.

〔実施形態1〕
<液面位置推定システム1の構成>
図1は、液面位置推定システム1の構成例を示す図である。図1に示すように、液面位置推定システム1は、容器2、液面位置推定装置3、及び出力装置4を備える。
[Embodiment 1]
<Configuration of liquid level position estimation system 1>
1 is a diagram showing an example of the configuration of a liquid level position estimation system 1. As shown in FIG. 1, the liquid level position estimation system 1 includes a container 2, a liquid level position estimation device 3, and an output device 4.

容器2は、所定量の液体を収容する。容器2は、例えば、その内部を目視できない密閉容器である。容器2としては、例えば、緩衝油が充填された、ガス絶縁開閉装置の緩衝器が挙げられる。 Container 2 contains a predetermined amount of liquid. Container 2 is, for example, a sealed container whose interior cannot be seen with the naked eye. An example of container 2 is a shock absorber of a gas-insulated switchgear filled with shock absorber oil.

液面位置推定装置3は、容器2に収容された液体の液面位置を推定する。液面位置推定装置3は、推定した液面位置が適正範囲内に存在するか否かを判定し、その結果を出力装置4に出力する。 The liquid level position estimation device 3 estimates the liquid level position of the liquid contained in the container 2. The liquid level position estimation device 3 determines whether the estimated liquid level position is within an appropriate range and outputs the result to the output device 4.

出力装置4は、液面位置推定装置3による判定結果を出力する。出力装置4としては、例えば、発光装置、表示装置、及び音出力装置が挙げられる。例えば、音出力装置は、推定した液面位置が適正範囲内に存在しない場合に警報を出力する。また、出力装置4は、判定結果を、所定の形式(例:メール形式)により他の端末(例:管理者が所有する装置又は携帯端末)に出力しても構わない。 The output device 4 outputs the determination result by the liquid level position estimation device 3. Examples of the output device 4 include a light emitting device, a display device, and a sound output device. For example, the sound output device outputs an alarm when the estimated liquid level position is not within an appropriate range. The output device 4 may also output the determination result to another terminal (e.g., a device or mobile terminal owned by the administrator) in a predetermined format (e.g., email format).

<液面位置推定装置3の構成>
図1に示すように、液面位置推定装置3は、圧電素子11、信号発生器12、制御部13、及び記憶部14を備える。
<Configuration of liquid level position estimation device 3>
As shown in FIG. 1, the liquid level position estimation device 3 includes a piezoelectric element 11, a signal generator 12, a control unit 13, and a storage unit 14.

圧電素子11は、容器2の外面に設けられる。圧電素子11は、信号発生器12により電圧が印加されることにより振動を発生させると共に、液面位置に応じた振動に伴い受ける圧力に基づく電圧を検知する。圧電素子11は、例えば、容器2の外面の、液面位置が適正範囲内であるか否かを判定する範囲内に貼り付けられる。容器2の用途により適正範囲は変化するため、圧電素子11の貼り付け位置も用途に応じて変わる。 The piezoelectric element 11 is provided on the outer surface of the container 2. The piezoelectric element 11 generates vibrations when a voltage is applied by the signal generator 12, and detects a voltage based on the pressure it receives due to the vibrations according to the liquid level position. The piezoelectric element 11 is attached, for example, within a range on the outer surface of the container 2 that determines whether the liquid level position is within an appropriate range. Since the appropriate range changes depending on the use of the container 2, the attachment position of the piezoelectric element 11 also changes depending on the use.

信号発生器12は、圧電素子11に電圧を印加する。信号発生器12は、例えば、一定の周波数を有する高周波の交流電圧を、所定範囲内の周波数において掃引しながら圧電素子11に印加する。信号発生器12は、例えば、電圧波形が正弦波で、かつ振幅が30Vp-pの交流電圧を、所定時間(例:6.5秒間)の間に10kHzから100kHzまで周波数を増加させながら、圧電素子11に印加する。 The signal generator 12 applies a voltage to the piezoelectric element 11. For example, the signal generator 12 applies a high-frequency AC voltage having a constant frequency to the piezoelectric element 11 while sweeping the frequency within a predetermined range. For example, the signal generator 12 applies an AC voltage having a sine wave voltage waveform and an amplitude of 30 Vp-p to the piezoelectric element 11 while increasing the frequency from 10 kHz to 100 kHz over a predetermined time (e.g., 6.5 seconds).

所定時間は、分析部22において液面位置を精度良く特定できる振動特徴スペクトル(後述)を取得できる程度の時間に設定されていればよい。但し、所定時間は、液面位置の特定に要する時間(液面位置が適正範囲内に存在するか否かの判定に要する時間)が、必要以上に長くならないように設定される。 The specified time may be set to a time sufficient for the analysis unit 22 to acquire a vibration characteristic spectrum (described later) that can accurately identify the liquid level position. However, the specified time is set so that the time required to identify the liquid level position (the time required to determine whether the liquid level position is within an appropriate range) is not longer than necessary.

図2は、測定回路の一例を示す図である。図2に示すように、圧電素子11と信号発生器12とは、電流測定抵抗15を介して電気的に接続されている。電流測定抵抗15は、圧電素子11における出力電流を測定部21が測定するための抵抗である。 Figure 2 shows an example of a measurement circuit. As shown in Figure 2, the piezoelectric element 11 and the signal generator 12 are electrically connected via a current measurement resistor 15. The current measurement resistor 15 is a resistor that allows the measurement unit 21 to measure the output current of the piezoelectric element 11.

制御部13は、液面位置推定装置3の各部材を統括的に制御する。制御部13は、例えば、信号発生器12の、圧電素子11への電圧供給を制御する。記憶部14は、制御部13で用いられる各種データを記憶する。記憶部14は、例えば、後述の参照データ、及び液面位置の適否を判定するための閾値を記憶する。 The control unit 13 comprehensively controls each component of the liquid level position estimation device 3. The control unit 13 controls, for example, the voltage supply from the signal generator 12 to the piezoelectric element 11. The memory unit 14 stores various data used by the control unit 13. The memory unit 14 stores, for example, reference data described below and a threshold value for determining whether the liquid level position is appropriate.

<制御部13の具体的構成>
本実施形態では、制御部13は、主として、測定部21、分析部22、及び判定部23を備える。
<Specific configuration of control unit 13>
In this embodiment, the control unit 13 mainly includes a measurement unit 21, an analysis unit 22, and a determination unit 23.

(測定部21の処理)
測定部21は、圧電素子11を介して容器2に所定時間振動を与えたときの、圧電素子11において発生する入力電圧(電圧)、及び、圧電素子11を流れる出力電流(電流)を測定する。図2に示すように、測定部21は、信号発生器12が圧電素子11へ交流電圧を印加しているときに、圧電素子11が有する2つの電極間の電圧を、入力電圧として測定する。測定部21は、信号発生器12が圧電素子11へ交流電圧を印加しているときに、電流測定抵抗15に流れる電流を、圧電素子11の出力電流として測定する。前記のように、信号発生器12が、6.5秒間の間に、10kHzから100kHzまで周波数を増加させながら、圧電素子11に正弦波の交流電圧を印加した場合、測定部21は、図3の301及び302に示すような波形(グラフ、測定結果)を取得する。
(Processing of the measurement unit 21)
The measuring unit 21 measures the input voltage (voltage) generated in the piezoelectric element 11 and the output current (current) flowing through the piezoelectric element 11 when the container 2 is vibrated for a predetermined time via the piezoelectric element 11. As shown in Fig. 2, the measuring unit 21 measures the voltage between two electrodes of the piezoelectric element 11 as the input voltage when the signal generator 12 applies an AC voltage to the piezoelectric element 11. The measuring unit 21 measures the current flowing through the current measuring resistor 15 as the output current of the piezoelectric element 11 when the signal generator 12 applies an AC voltage to the piezoelectric element 11. As described above, when the signal generator 12 applies a sine wave AC voltage to the piezoelectric element 11 while increasing the frequency from 10 kHz to 100 kHz for 6.5 seconds, the measuring unit 21 obtains waveforms (graphs, measurement results) as shown at 301 and 302 in Fig. 3.

図3の301は、測定部21により測定された入力電圧の波形を示す図である。図3の301の縦軸は入力電圧の値を示し、横軸は時刻を示している。図3の302は、測定部21により測定された出力電流の波形を示す図である。図3の302の縦軸は出力電流の値を示し、横軸は時刻を示している。図3において、印加開始時(時刻0秒のとき)の交流電圧の周波数は10kHzであり、印加終了直前(時刻6.5秒)の交流電圧の周波数は100kHzである。 301 in FIG. 3 is a diagram showing the waveform of the input voltage measured by the measurement unit 21. The vertical axis of 301 in FIG. 3 indicates the value of the input voltage, and the horizontal axis indicates the time. 302 in FIG. 3 is a diagram showing the waveform of the output current measured by the measurement unit 21. The vertical axis of 302 in FIG. 3 indicates the value of the output current, and the horizontal axis indicates the time. In FIG. 3, the frequency of the AC voltage at the start of application (time 0 seconds) is 10 kHz, and the frequency of the AC voltage immediately before the end of application (time 6.5 seconds) is 100 kHz.

圧電素子11は、印加される交流電圧の周波数と共に電流値が増加するという特性を有する。図3の302に示すように、圧電素子11に印加される交流電圧の周波数が10kHzから100kHzまで増加する間に(時刻が0秒から6.5秒まで経過する間に)、出力電流の値は増加する。 The piezoelectric element 11 has the characteristic that the current value increases with the frequency of the applied AC voltage. As shown in 302 in FIG. 3, while the frequency of the AC voltage applied to the piezoelectric element 11 increases from 10 kHz to 100 kHz (while the time elapses from 0 seconds to 6.5 seconds), the value of the output current increases.

測定部21は、測定した入力電圧及び出力電流を記憶部14に記憶する。なお、事前準備処理においては、測定部21は、既知である複数の液面位置のそれぞれにおける入力電圧及び出力電圧を測定し、記憶部14に記憶する。事前準備処理とは、分析部22が液面位置を特定するための参照データ(後述)を作成するために、制御部13において実行される処理である。 The measurement unit 21 stores the measured input voltage and output current in the memory unit 14. In the advance preparation process, the measurement unit 21 measures the input voltage and output voltage at each of a number of known liquid level positions and stores them in the memory unit 14. The advance preparation process is a process executed by the control unit 13 to create reference data (described below) for the analysis unit 22 to identify the liquid level position.

(分析部22の処理)
分析部22は、記憶部14から入力電圧及び出力電流を示すデータを読み出し、当該データを分析することにより、液面位置を特定する。分析部22は、算出部221及び特定部222を備える。
(Processing of analysis unit 22)
The analysis unit 22 reads out data indicating the input voltage and the output current from the storage unit 14, and analyzes the data to identify the liquid level position. The analysis unit 22 includes a calculation unit 221 and an identification unit 222.

算出部221は、圧電素子11のアドミタンスを算出する。具体的には、算出部221は、測定部21が測定した入力電圧及び出力電流の波形(経時的な波形;時間領域における波形)をフーリエ変換した、周波数領域における入力電圧及び出力電流の波形を取得する。フーリエ変換は、時間領域における波形を周波数領域における波形へと変換するための周波数分析(周波数変換)の一例である。以降、この変換を施した後の値及び波形等を、周波数変換後の値及び波形等とも呼称する。 The calculation unit 221 calculates the admittance of the piezoelectric element 11. Specifically, the calculation unit 221 obtains the waveforms of the input voltage and output current in the frequency domain by Fourier transforming the waveforms of the input voltage and output current (waveforms over time; waveforms in the time domain) measured by the measurement unit 21. The Fourier transform is an example of frequency analysis (frequency transformation) for transforming a waveform in the time domain into a waveform in the frequency domain. Hereinafter, the values and waveforms after this transformation are also referred to as values and waveforms after frequency transformation.

算出部221は、周波数変換後の出力電流の値を、周波数変換後の入力電圧の値で除算することにより、アドミタンスの波形(特徴スペクトル)を取得する。つまり、算出部221は、周波数変換後のアドミタンスを算出する。ただし、算出部221は、測定部21が測定した、時間領域における入力電圧及び出力電流の波形からアドミタンスを算出し、当該アドミタンスに対してフーリエ変換を実行することにより、周波数変換後のアドミタンスの波形を取得しても構わない。 The calculation unit 221 obtains the admittance waveform (characteristic spectrum) by dividing the value of the output current after frequency conversion by the value of the input voltage after frequency conversion. In other words, the calculation unit 221 calculates the admittance after frequency conversion. However, the calculation unit 221 may calculate the admittance from the waveforms of the input voltage and output current in the time domain measured by the measurement unit 21, and perform a Fourier transform on the admittance to obtain the admittance waveform after frequency conversion.

このように、算出部221が算出する圧電素子11のアドミタンスは、容器2に所定時間振動を与えたときに測定される圧電素子11の入力電圧及び出力電流から算出され、かつ、周波数分析が行われた結果としての波形を有している。 In this way, the admittance of the piezoelectric element 11 calculated by the calculation unit 221 is calculated from the input voltage and output current of the piezoelectric element 11 measured when the container 2 is vibrated for a predetermined period of time, and has a waveform that is the result of frequency analysis.

算出部221は、算出したアドミタンス(周波数変換後のアドミタンス)として、例えば、図3の303及び304に示すような波形を取得する。図3の303及び304は、アドミタンスの波形の一例を示す図である。図3の303は、算出部221が算出した、周波数変換後のアドミタンスの実部の波形を示す図である。図3の303の縦軸はアドミタンスの実部の値を示し、横軸は周波数を示している。図3の304は、算出部221が算出した、周波数変換後のアドミタンスの虚部の波形を示す図である。図3の304の縦軸はアドミタンスの虚部の値を示し、横軸は周波数を示している。 The calculation unit 221 obtains, for example, waveforms as shown in 303 and 304 in FIG. 3 as the calculated admittance (admittance after frequency conversion). 303 and 304 in FIG. 3 are diagrams showing examples of admittance waveforms. 303 in FIG. 3 is a diagram showing the waveform of the real part of the admittance after frequency conversion calculated by the calculation unit 221. The vertical axis of 303 in FIG. 3 indicates the value of the real part of the admittance, and the horizontal axis indicates the frequency. 304 in FIG. 3 is a diagram showing the waveform of the imaginary part of the admittance after frequency conversion calculated by the calculation unit 221. The vertical axis of 304 in FIG. 3 indicates the value of the imaginary part of the admittance, and the horizontal axis indicates the frequency.

なお、事前準備処理として、算出部221は、測定部21により測定された、既知である複数の液面位置のそれぞれにおける入力電圧及び出力電圧に基づき、当該液面位置のそれぞれに対応するアドミタンスを算出する。算出部221は、各アドミタンスとして、周波数変換後のアドミタンスを算出する。 As a preparatory process, the calculation unit 221 calculates an admittance corresponding to each of a plurality of known liquid level positions based on the input voltage and output voltage at each of the liquid level positions measured by the measurement unit 21. The calculation unit 221 calculates the admittance after frequency conversion as each admittance.

特定部222は、算出部221の算出結果に基づき液面位置を特定する。具体的には、特定部222は、後述の処理により得られる振動特徴スペクトルを、予め取得しておいた特徴スペクトルである基準特徴スペクトルと比較することにより、液面位置を特定する。液面位置を特定するために、本実施形態の特定部222では、以下の処理が行われる。 The identification unit 222 identifies the liquid level position based on the calculation result of the calculation unit 221. Specifically, the identification unit 222 identifies the liquid level position by comparing the vibration feature spectrum obtained by the process described below with a reference feature spectrum, which is a feature spectrum acquired in advance. In order to identify the liquid level position, the identification unit 222 of this embodiment performs the following process.

本実施形態ではまず、特定部222は、算出部221が算出したアドミタンス(複素数)からその実部を抽出し、その実部の波形を、液面位置を特定する振動特徴スペクトルの前処理用の特徴スペクトルとして用いる。 In this embodiment, first, the identification unit 222 extracts the real part from the admittance (complex number) calculated by the calculation unit 221, and uses the waveform of the real part as a feature spectrum for preprocessing of the vibration feature spectrum that identifies the liquid level position.

一般に、アドミタンスの虚部の波形には、圧電素子11の電気的特性に基づく波形が含まれる。圧電素子11が取得する容器2の振動に基づき液面位置を特定する場合、振動特徴スペクトルには、容器2の振動を反映した圧電素子11の振動特性以外の特性が可能な限り含まれないことが好ましい。振動特徴スペクトルは、当該圧電素子11の振動特性を有する特徴スペクトルである。アドミタンスの実部の波形を、振動特徴スペクトルの前処理用の特徴スペクトルとして用いることにより、振動特徴スペクトルが受け得る前記電気的特性の影響を低減できる。 In general, the waveform of the imaginary part of the admittance includes a waveform based on the electrical characteristics of the piezoelectric element 11. When identifying the liquid level position based on the vibration of the container 2 acquired by the piezoelectric element 11, it is preferable that the vibration feature spectrum does not include characteristics other than the vibration characteristics of the piezoelectric element 11 that reflect the vibration of the container 2 as much as possible. The vibration feature spectrum is a feature spectrum that has the vibration characteristics of the piezoelectric element 11. By using the waveform of the real part of the admittance as a feature spectrum for pre-processing of the vibration feature spectrum, the influence of the electrical characteristics that may be exerted on the vibration feature spectrum can be reduced.

次に、特定部222は、アドミタンスの実部の波形に含まれる複数の極小点に対して直線補間処理を実行することによりベースラインを取得する。特定部222は、前記波形からベースラインを減じることにより得られる特徴スペクトルを、振動特徴スペクトルとして用いる。これにより、振動特徴スペクトルが受け得る、容器2の周辺環境、又は圧電素子11の容器2への接着による影響を、低減できる。ここで、極小点とは、アドミタンスの実部の波形における複数の点(アドミタンスの実部の各値)のうち、横軸に沿って前後する点と比較して小さくなっている点をいう。 Next, the identification unit 222 obtains a baseline by performing linear interpolation processing on multiple minimum points included in the waveform of the real part of the admittance. The identification unit 222 uses the feature spectrum obtained by subtracting the baseline from the waveform as the vibration feature spectrum. This makes it possible to reduce the influence of the surrounding environment of the container 2 or the adhesion of the piezoelectric element 11 to the container 2, which may affect the vibration feature spectrum. Here, a minimum point refers to a point that is smaller than the points before and after along the horizontal axis among multiple points (each value of the real part of the admittance) in the waveform of the real part of the admittance.

図4は、直線補間処理の一例について説明するための図である。図4の401は、アドミタンスの実部の波形を模式的に示した図である。図4の402は、図4の401に示す波形において複数の極小点を抽出し、直線補間処理を行った結果を示す図である。図4の403は、図4の402における直線補間処理を行った結果得られる線からさらに複数の極小点を抽出し、直線補間処理を行った結果を示す図である。 Figure 4 is a diagram for explaining an example of linear interpolation processing. 401 in Figure 4 is a diagram that shows a schematic diagram of the waveform of the real part of admittance. 402 in Figure 4 is a diagram that shows the result of linear interpolation processing performed by extracting multiple minimum points from the waveform shown in 401 in Figure 4. 403 in Figure 4 is a diagram that shows the result of linear interpolation processing performed by extracting multiple minimum points from the line obtained as a result of performing the linear interpolation processing in 402 in Figure 4.

図4の402に示すように、特定部222は、図4の401に示されるアドミタンスの実部の波形から、複数の極小点を抽出する。特定部222は、抽出した複数の極小点に対して直線補間処理を実行することにより、当該複数の極小点を結んだ線を取得する。図4の402では、抽出した極小点を丸印で囲み、当該直線補間処理を行った結果得られた前記線を破線で示している。 As shown in 402 of FIG. 4, the identification unit 222 extracts multiple minimum points from the waveform of the real part of the admittance shown in 401 of FIG. 4. The identification unit 222 obtains a line connecting the multiple minimum points by performing linear interpolation processing on the multiple extracted minimum points. In 402 of FIG. 4, the extracted minimum points are circled, and the line obtained as a result of performing the linear interpolation processing is shown by a dashed line.

本実施形態ではさらに、特定部222は、図4の403に示すように、直線補間処理を行った結果得られる複数の極小点を結んだ線(破線で示す波形)において、複数の極小点を抽出する。特定部222は、抽出した複数の極小点に対して、直線補間処理を実行することにより、当該複数の極小点を結んだ線を取得する。図4の403では、抽出した極小点を二重丸印で囲み、当該直線補間処理を行った結果得られた前記線を一点鎖線で示している。特定部222は、2回目の直線補間処理の結果得られた前記線(波形)を、ベースラインとして取得する。 Furthermore, in this embodiment, the identification unit 222 extracts multiple minimum points from a line (waveform shown by a dashed line) that connects multiple minimum points obtained as a result of performing linear interpolation processing, as shown in 403 of FIG. 4. The identification unit 222 obtains a line that connects the multiple minimum points by performing linear interpolation processing on the extracted multiple minimum points. In 403 of FIG. 4, the extracted minimum points are surrounded by double circles, and the line obtained as a result of performing the linear interpolation processing is indicated by a dashed line. The identification unit 222 obtains the line (waveform) obtained as a result of the second linear interpolation processing as a baseline.

図4の402における、1回目の直線補間処理を行った結果得られる波形(破線で示す波形)と、図4の403における、2回目の直線補間処理を行った結果得られる波形(一点鎖線で示す波形)とを比較する。この場合、2回目に得られた波形の方が、1回目に得られた波形よりも滑らかになっている。滑らかなベースラインを取得し、当該ベースラインをアドミタンスの実部の波形から減じることにより、容器2の振動を反映した圧電素子11の振動特性をより精度良く抽出できる。 The waveform obtained as a result of the first linear interpolation process at 402 in FIG. 4 (waveform indicated by a dashed line) is compared with the waveform obtained as a result of the second linear interpolation process at 403 in FIG. 4 (waveform indicated by a dashed line). In this case, the waveform obtained the second time is smoother than the waveform obtained the first time. By obtaining a smooth baseline and subtracting this baseline from the waveform of the real part of the admittance, the vibration characteristics of the piezoelectric element 11 that reflect the vibration of the container 2 can be extracted with greater accuracy.

図6の601に、アドミタンスの実部の波形の一例、及び、当該波形を用いて前述のように2回の直線補間処理を行った結果得られるベースラインの波形の一例がそれぞれ示されている。アドミタンスの実部の波形は、ある液面位置において、前述した交流電圧を6.5秒間、圧電素子11に印加した場合に得られるものである。図6の602に、図6の601に示すアドミタンスの実部の波形から、図6の601に示すベースラインを減じることにより得られる振動特徴スペクトルの一例が示されている。 601 in FIG. 6 shows an example of the waveform of the real part of admittance, and an example of the baseline waveform obtained by performing two linear interpolation processes as described above using the waveform. The waveform of the real part of admittance is obtained when the AC voltage described above is applied to the piezoelectric element 11 for 6.5 seconds at a certain liquid level position. 602 in FIG. 6 shows an example of a vibration characteristic spectrum obtained by subtracting the baseline shown in 601 in FIG. 6 from the waveform of the real part of admittance shown in 601 in FIG. 6.

なお前記では、特定部222は、アドミタンスの実部の波形における複数の極小点を結んだ線(図4の403で示す破線)において複数の極小点(図4の403で示す二重丸印)を抽出している。特定部222は、抽出した複数の極小点を結んだ線(図4の403で示す一点鎖線)においてさらに複数の極小点を抽出しても構わない。特定部222は、この極小点を抽出する処理を、極小点の数が所定範囲内となるまで実行しても構わない。この場合、特定部222は、所定範囲内となった複数の極小点に対して直線補間処理を実行し、その結果得られる波形をベースラインとして取得する。 In the above, the identification unit 222 extracts multiple minimum points (double circles shown at 403 in FIG. 4) from a line (dashed line shown at 403 in FIG. 4) connecting multiple minimum points in the waveform of the real part of the admittance. The identification unit 222 may further extract multiple minimum points from a line (dash-dotted line shown at 403 in FIG. 4) connecting the extracted multiple minimum points. The identification unit 222 may perform this process of extracting minimum points until the number of minimum points falls within a predetermined range. In this case, the identification unit 222 performs linear interpolation processing on the multiple minimum points that fall within the predetermined range, and obtains the resulting waveform as a baseline.

極小点を抽出する処理の回数が増加するほど、抽出される極小点の数は少なくなる。そのため、直線補間処理の結果得られる波形は、より滑らかとなる。従って、当該波形をベースラインとして用いることより、容器2の振動を反映した圧電素子11の振動特性をさらに精度良く抽出できる。なお、所定範囲は、実験等により、当該振動特性を精度よく抽出できるベースラインを取得できる範囲に設定されていればよい。 The more times the process of extracting minimum points is performed, the fewer the number of minimum points extracted. Therefore, the waveform obtained as a result of the linear interpolation process becomes smoother. Therefore, by using this waveform as a baseline, the vibration characteristics of the piezoelectric element 11 that reflect the vibration of the container 2 can be extracted with even greater precision. The specified range may be set, through experiments or the like, to a range in which a baseline that allows the vibration characteristics to be extracted with high precision can be obtained.

なお、特定部222は、数値解析ソフト等の極小値検出関数又は包絡線検出関数を使用して、アドミタンスの実部の波形、又は直線補間処理された波形から複数の極小値を取得してもよい。 The identification unit 222 may obtain multiple minimum values from the waveform of the real part of the admittance or a waveform that has been linearly interpolated, using a minimum value detection function or an envelope detection function of numerical analysis software or the like.

また前述した処理では、ベースラインの取得のために直線補間処理を行っているが、これに限られない。ベースラインを取得するための補間処理には、例えば、スプライン補間処理、又はその他の補間処理が含まれてよい。また、補間処理に代えて、近似処理が行われても構わない。近似処理には、例えば、多項式近似、三角関数の近似、又はその他の近似処理が含まれてよい。 In the above-described process, linear interpolation is performed to obtain the baseline, but the present invention is not limited to this. The interpolation process to obtain the baseline may include, for example, spline interpolation or other interpolation processes. Furthermore, approximation may be performed instead of the interpolation process. The approximation process may include, for example, polynomial approximation, trigonometric function approximation, or other approximation processes.

(特定部222における事前準備処理)
特定部222は、算出部221の事前準備処理において算出された各アドミタンス(複素数)について、その実部を抽出する。特定部222は、各アドミタンスの実部についてベースラインを取得する。特定部222は、各アドミタンスの実部からベースラインを減じることにより、複数の液面位置のそれぞれに対応する振動特徴スペクトルを取得する。
(Preparation process in the identification unit 222)
The determination unit 222 extracts the real part of each admittance (complex number) calculated in the advance preparation process of the calculation unit 221. The determination unit 222 obtains a baseline for the real part of each admittance. The determination unit 222 obtains vibration feature spectra corresponding to each of the multiple liquid level positions by subtracting the baseline from the real part of each admittance.

特定部222は、ある液面位置に対応する振動特徴スペクトルに対する、各液面位置に対応する振動特徴スペクトルの変化度合いをそれぞれ算出する。特定部222は、ある液面位置(基準条件)に対応する振動特徴スペクトルを基準特徴スペクトルとして特定する。なお、以下の説明において、「液面位置」を「条件」とも称呼する。 The identification unit 222 calculates the degree of change of the vibration feature spectrum corresponding to each liquid level position relative to the vibration feature spectrum corresponding to a certain liquid level position. The identification unit 222 identifies the vibration feature spectrum corresponding to a certain liquid level position (reference condition) as the reference feature spectrum. In the following description, the "liquid level position" is also referred to as the "condition."

本実施形態では、特定部222は、選定した基準特徴スペクトルに対する、各液面位置(各条件)に対応する振動特徴スペクトルの偏差を算出する。本実施形態では、当該偏差として、以下の数式1を用いて、RMSD(Root Mean Square Deviation;平均二乗偏差)を算出する。 In this embodiment, the identification unit 222 calculates the deviation of the vibration feature spectrum corresponding to each liquid level position (each condition) from the selected reference feature spectrum. In this embodiment, the following formula 1 is used to calculate the RMSD (Root Mean Square Deviation) as the deviation.

Figure 0007501865000001
Figure 0007501865000001

ここで、Re(Yi,1)は、RMSDの算出において基準とする値を指す。本実施形態では、Re(Yi,1)には、基準特徴スペクトルの値が入力される。Re(Yi,2)は、基準とする値と比較する値を指す。本実施形態では、Re(Yi,2)には、基準特徴スペクトルの比較対象となる、各条件に対応する振動特徴スペクトルの値が入力される。iは入力される値の数を指す。本実施形態では、iは、振動特徴スペクトルを構成する値の数を指す。RMSDは、その値が増加するほど、基準特徴スペクトルに対する振動特徴スペクトルの変化度合いが大きいことを示す。 Here, Re(Y i,1 ) refers to a reference value in calculating RMSD. In this embodiment, the value of the reference feature spectrum is input to Re(Y i,1 ). Re(Y i,2 ) refers to a value to be compared with the reference value. In this embodiment, the value of the vibration feature spectrum corresponding to each condition to be compared with the reference feature spectrum is input to Re(Y i,2 ). i refers to the number of values input. In this embodiment, i refers to the number of values that constitute the vibration feature spectrum. The greater the RMSD value, the greater the degree of change of the vibration feature spectrum relative to the reference feature spectrum.

なお、基準特徴スペクトルに対する振動特徴スペクトルの変化度合いを算出するための統計処理として、RMSD以外の統計処理が用いられても構わない。例えば、RMS(Root Mean Square;二乗平均平方根)、又は各種誤差率が用いられても構わない。各種誤差率としては、例えば、RMSE(Root Mean Squared Error;平均平方二乗誤差)、MAE(Mean Absolute Error;平均絶対誤差)、又はMSE(Mean Squared Error;平均二乗誤差)が挙げられる。各種誤差率としては、その他、RMSPE(Root Mean Square Percentage Error;平均平方二乗誤差率)、又はMAPE(Mean Absolute Percentage Error;平均絶対誤差率)等が挙げられる。 Note that statistical processing other than RMSD may be used as the statistical processing for calculating the degree of change of the vibration feature spectrum relative to the reference feature spectrum. For example, RMS (Root Mean Square) or various error rates may be used. Examples of various error rates include RMSE (Root Mean Squared Error), MAE (Mean Absolute Error), and MSE (Mean Squared Error). Other examples of various error rates include RMSPE (Root Mean Square Percentage Error) and MAPE (Mean Absolute Percentage Error).

特定部222は、各条件に対応するRMSDを、各条件の液面位置と紐付けたデータを、液面位置を特定するために特定部222が参照する参照データとして作成し、記憶部14に記憶する。図9に、特定部222が作成した参照データの一例が示されている。なお、図9の例では、各条件に対応するRMSDは、所定位置、及び、所定位置から液面が低下した各位置と紐付けられている。これに限らず、各条件に対応するRMSDは、容器2の底部からの液面位置(液面高さ)と紐付けられていても構わない。 The identification unit 222 creates data linking the RMSD corresponding to each condition with the liquid level position for each condition as reference data that the identification unit 222 refers to in order to identify the liquid level position, and stores the data in the storage unit 14. FIG. 9 shows an example of the reference data created by the identification unit 222. In the example of FIG. 9, the RMSD corresponding to each condition is linked to a predetermined position and each position where the liquid level has dropped from the predetermined position. However, the RMSD corresponding to each condition may also be linked to the liquid level position (liquid level height) from the bottom of the container 2.

また、特定部222は、各条件のRMSDに対して補間処理又は近似処理したものを、参照データとして作成しても構わない。ただし、特定部222は、液面位置を特定するために参照データを参照するときに、補間処理又は近似処理を実行しても構わない。 The identification unit 222 may also create reference data by performing an interpolation process or an approximation process on the RMSD for each condition. However, the identification unit 222 may also perform an interpolation process or an approximation process when referring to the reference data to identify the liquid level position.

(特定部222における液面位置特定処理)
特定部222が液面位置を特定する場合、測定部21が圧電素子11の入力電圧及び出力電圧を測定し、算出部221が、周波数変換後のアドミタンスを算出する。特定部222は、当該アドミタンスからその実部を抽出し、当該実部の波形からベースラインを減じることにより、振動特徴スペクトルを取得する。
(Liquid Level Position Identification Processing in Identification Unit 222)
When the identifying unit 222 identifies the liquid level position, the measuring unit 21 measures the input voltage and the output voltage of the piezoelectric element 11, and the calculating unit 221 calculates the admittance after frequency conversion. The identifying unit 222 extracts the real part from the admittance, and obtains the vibration characteristic spectrum by subtracting the baseline from the waveform of the real part.

特定部222は、基準特徴スペクトル(事前準備処理において用いた基準特徴スペクトルと同じもの)に対する、取得した振動特徴スペクトルの変化度合いを算出する。具体的には、特定部222は、取得した振動特徴スペクトルのRMSDを算出する。特定部222は、記憶部14から参照データを読み出し、参照データと、算出したRMSDとを比較することにより、液面位置を特定する。 The identification unit 222 calculates the degree of change of the acquired vibration feature spectrum relative to a reference feature spectrum (the same as the reference feature spectrum used in the advance preparation process). Specifically, the identification unit 222 calculates the RMSD of the acquired vibration feature spectrum. The identification unit 222 reads out reference data from the storage unit 14, and identifies the liquid level position by comparing the reference data with the calculated RMSD.

(判定部23の処理)
判定部23は、特定部222が特定した液面位置が、容器2における液面位置として適した範囲である適正範囲内に存在するか否かを判定する。
(Processing of Determination Unit 23)
The determination unit 23 determines whether the liquid level position identified by the identification unit 222 is within an appropriate range, which is a range suitable for the liquid level position in the container 2.

適正範囲は、容器2の用途に応じて予め設定されている。例えば、適正範囲として、その下限値及び上限値が閾値として予め設定されている場合、判定部23は、特定部222が特定した液面位置が下限値を下回った場合、又は上限値を超えた場合に、液面位置が適正ではないと判定する。 The appropriate range is set in advance according to the use of the container 2. For example, if the lower limit and upper limit of the appropriate range are set in advance as threshold values, the determination unit 23 determines that the liquid level position is not appropriate when the liquid level position identified by the identification unit 222 falls below the lower limit or exceeds the upper limit.

適正範囲として、容器2の所定位置(例:規定量収容されているときの液面位置)から所定距離低い位置までの範囲が予め設定されていても構わない。この場合、当該位置が閾値として予め設定されていればよい。判定部23は、特定部222が特定した液面位置が当該閾値を下回った場合に、液面位置が適正ではないと判定する。一方、適正範囲として、容器2の所定位置から所定距離高い位置までの範囲が予め設定されていても構わない。この場合、当該位置が閾値として予め設定されていればよい。判定部23は、特定部222が特定した液面位置が当該閾値を超えた場合に、液面位置が適正ではないと判定する。 The appropriate range may be set in advance as a range from a predetermined position of the container 2 (e.g., the liquid level position when a specified amount is contained) to a position that is a predetermined distance lower. In this case, the position may be set in advance as a threshold value. The determination unit 23 determines that the liquid level position is not appropriate when the liquid level position identified by the identification unit 222 falls below the threshold value. On the other hand, the appropriate range may be set in advance as a range from a predetermined position of the container 2 to a position that is a predetermined distance higher. In this case, the position may be set in advance as a threshold value. The determination unit 23 determines that the liquid level position is not appropriate when the liquid level position identified by the identification unit 222 exceeds the threshold value.

つまり、判定部23は、適正範囲を超えて液面位置(液量)が低下したか否かを判定するものであっても、適正範囲を超えて液面位置(液量)が上昇したか否かを判定するものであってもよい。どのように判定するかについては、容器2の用途に応じて決められていればよい。 In other words, the determination unit 23 may determine whether the liquid level position (liquid volume) has fallen beyond an appropriate range, or may determine whether the liquid level position (liquid volume) has risen beyond an appropriate range. How the determination is made may be determined according to the application of the container 2.

また、適正範囲が、基準特徴スペクトルに対する振動特徴スペクトルの変化度合いにより設定されていても構わない。この場合、判定部23は、特定部222が算出した変化度合い(例:RMSD)が適正範囲内に存在するか否かを判定する。判定部23は、適正範囲内に存在しない場合、液面位置が適正ではないと判定する。 The appropriate range may also be set based on the degree of change of the vibration feature spectrum relative to the reference feature spectrum. In this case, the determination unit 23 determines whether the degree of change (e.g., RMSD) calculated by the identification unit 222 is within the appropriate range. If it is not within the appropriate range, the determination unit 23 determines that the liquid level position is not appropriate.

<実施例>
容器2としての金属容器に水を収容し、容器2の外側に圧電素子11を貼り付けて、参照データを取得する実験を行った。
<Example>
An experiment was conducted in which water was contained in a metal container serving as the container 2, and a piezoelectric element 11 was attached to the outside of the container 2, to obtain reference data.

(実験条件)
信号発生器12は、電圧波形が正弦波で、かつ振幅が30Vp-pの交流電圧を、圧電素子11に印加した。信号発生器12は、圧電素子11への印加開始時(時刻0秒のとき)の交流電圧の周波数を10kHzとし、印加終了直前(時刻6.5秒)の交流電圧の周波数が100kHzとなるように、交流電圧の周波数を単調に増加させた。
(Experimental conditions)
The signal generator 12 applied an AC voltage having a sine wave voltage waveform and an amplitude of 30 Vp-p to the piezoelectric element 11. The signal generator 12 set the frequency of the AC voltage at the start of application to the piezoelectric element 11 (time 0 seconds) to 10 kHz, and monotonically increased the frequency of the AC voltage so that the frequency of the AC voltage immediately before the end of application (time 6.5 seconds) became 100 kHz.

容器2としては、高さ140mmの鉄製の容器を用いた。圧電素子11としては、その表面形状が長方形であり、かつ大きさが、横30mm×縦20mm×厚み0.5mmのものを用いた。 The container 2 was an iron container with a height of 140 mm. The piezoelectric element 11 had a rectangular surface shape and dimensions of 30 mm wide x 20 mm long x 0.5 mm thick.

図5は、圧電素子11の、容器2における貼り付け位置の一例を示す図である。図5に示すように、圧電素子11の貼り付け位置は、容器2の側面において、容器2の高さ90mm~110mmの位置に貼り付けた。 Figure 5 shows an example of the attachment position of the piezoelectric element 11 on the container 2. As shown in Figure 5, the piezoelectric element 11 is attached to the side of the container 2 at a height of 90 mm to 110 mm from the container 2.

(実験内容)
容器2の内部に高さ130mmまで水が収容されているときの液量を、規定量(基準の液量、正規の液量)とした。図5では、このときの液面位置をP1と表記している。
(Experiment details)
The amount of liquid when water was contained in the container 2 up to a height of 130 mm was defined as the specified amount (standard liquid amount, regular liquid amount). In Fig. 5, the liquid level position at this time is indicated as P1.

液面位置推定装置3は、規定量収容されたときの液面位置P1に対応する振動特徴スペクトルと、それ以外の5箇所の高さまで水を収容したときの各液面位置に対応する振動特徴スペクトルと、を取得した。本実験では、高さ130mmの液面位置P1を所定位置(基準条件)とした。つまり、高さ130mmのときの振動特徴スペクトルを、基準特徴スペクトルとした。また、基準条件以外の5つの条件の液面位置を、高さ120mm、110mm、90mm、70mm、及び0mm(容器2が空の状態)とした。液面位置推定装置3は、基準特徴スペクトルに対する、高さ120mm、110mm、90mm、70mm、及び0mmのそれぞれに対応する振動特徴スペクトルのRMSDを算出した。 The liquid level position estimation device 3 obtained a vibration feature spectrum corresponding to the liquid level position P1 when a specified amount was contained, and vibration feature spectra corresponding to each liquid level position when water was contained up to the other five heights. In this experiment, the liquid level position P1 at a height of 130 mm was set as the specified position (reference condition). In other words, the vibration feature spectrum at a height of 130 mm was set as the reference feature spectrum. In addition, the liquid level positions for the five conditions other than the reference condition were set to heights of 120 mm, 110 mm, 90 mm, 70 mm, and 0 mm (when the container 2 is empty). The liquid level position estimation device 3 calculated the RMSD of the vibration feature spectra corresponding to heights of 120 mm, 110 mm, 90 mm, 70 mm, and 0 mm, respectively, relative to the reference feature spectrum.

なお、高さ120mm、110mm、90mm、70mm、及び0mmの液面位置はそれぞれ、高さ130mmから、10mm、20mm、40mm、60mm、及び130mm、液面が低下したときの位置といえる。この場合、高さ130mmの液面位置P1は、0mmと表現できる。以降、高さ130mmを0mmとしたときの各液面位置を、液面低下位置として表現する。 The liquid level positions at heights of 120 mm, 110 mm, 90 mm, 70 mm, and 0 mm can be said to be the positions when the liquid level drops by 10 mm, 20 mm, 40 mm, 60 mm, and 130 mm, respectively, from the height of 130 mm. In this case, the liquid level position P1 at the height of 130 mm can be expressed as 0 mm. Hereafter, each liquid level position when the height of 130 mm is taken as 0 mm will be expressed as a liquid level drop position.

液面位置推定装置3は、各RMSDを液面低下位置に紐づけることにより、参照データを作成した。本実験では、各条件において、入力電圧及び出力電流の測定を3回行うことにより、それぞれの測定に対応する3つの振動特徴スペクトルを得た。基準条件(液面位置が高さ130mm(液面低下位置:0mm))の3つの振動特徴スペクトルを平均したものを、基準特徴スペクトルとした。各条件のRMSDは次のように算出した。各条件において、上記基準特徴スペクトルを用いて、3つの振動特徴スペクトルのそれぞれについてのRMSDを算出した。各条件において算出した3つのRMSDを平均したものを、各条件のRMSDとした。 The liquid level position estimation device 3 created reference data by linking each RMSD to the liquid level drop position. In this experiment, the input voltage and output current were measured three times under each condition to obtain three vibration feature spectra corresponding to each measurement. The average of the three vibration feature spectra under the reference condition (liquid level position at a height of 130 mm (liquid level drop position: 0 mm)) was used as the reference feature spectrum. The RMSD for each condition was calculated as follows. Under each condition, the RMSD for each of the three vibration feature spectra was calculated using the above reference feature spectrum. The average of the three RMSDs calculated under each condition was used as the RMSD for each condition.

(実験結果)
図6は、液面位置が高さ130mm(液面低下位置:0mm)であるときの実験結果を示す図である。図7は、液面位置が高さ120mm(液面低下位置:10mm)であるときの実験結果を示す図である。図8は、液面位置が高さ70mm(液面低下位置:60mm)であるときの実験結果を示す図である。
(Experimental result)
Fig. 6 is a diagram showing the experimental results when the liquid level is at a height of 130 mm (lower liquid level position: 0 mm), Fig. 7 is a diagram showing the experimental results when the liquid level is at a height of 120 mm (lower liquid level position: 10 mm), and Fig. 8 is a diagram showing the experimental results when the liquid level is at a height of 70 mm (lower liquid level position: 60 mm).

図6の601は、算出部221が算出したアドミタンスから抽出した、アドミタンスの実部の波形、及び、特定部222が取得した、当該波形を用いて前述のように2回の直線補間処理を行った結果得られるベースラインの波形を示す図である。図7の701、及び図8の801も同じである。図6の602は、図6の601に示すアドミタンスの実部の波形から、図6の601に示すベースラインを減じることにより得られる振動特徴スペクトルを示す図である。図7の702、及び図8の802も同じである。図6~図8の各グラフにおいて、縦軸はアドミタンスの実部の値を示し、横軸は周波数を示している。 601 in FIG. 6 is a diagram showing the waveform of the real part of the admittance extracted from the admittance calculated by the calculation unit 221, and the baseline waveform obtained by performing two linear interpolation processes as described above using the waveform obtained by the identification unit 222. The same is true for 701 in FIG. 7 and 801 in FIG. 8. 602 in FIG. 6 is a diagram showing a vibration characteristic spectrum obtained by subtracting the baseline shown in 601 in FIG. 6 from the waveform of the real part of the admittance shown in 601 in FIG. 6. The same is true for 702 in FIG. 7 and 802 in FIG. 8. In each graph in FIG. 6 to FIG. 8, the vertical axis indicates the value of the real part of the admittance, and the horizontal axis indicates the frequency.

図6、図7及び図8を比較すると、液面位置が異なることにより、アドミタンスの実部の波形が異なっていることが分かる。これに付随して、各液面位置の振動特徴スペクトルもそれぞれ異なっていることが分かる。 Comparing Figures 6, 7, and 8, it can be seen that the waveform of the real part of the admittance differs depending on the liquid level position. In addition, it can be seen that the vibration characteristic spectrum for each liquid level position is also different.

図9は、各液面低下位置に対応するRMSDの値を示す参照データの一例を示す図である。図9の縦軸はRMSDの値を示し、横軸は液面低下位置を示している。図9から、液面位置が低下するに従って、RMSDが増加していることが分かる。つまり、液面位置の違いがアドミタンス及び振動特徴スペクトルに反映されており、液面位置を特定するための評価指標として、アドミタンス及び振動特徴スペクトルを用いることが有効であることが分かる。 Figure 9 is a diagram showing an example of reference data showing the RMSD value corresponding to each liquid level drop position. The vertical axis of Figure 9 shows the RMSD value, and the horizontal axis shows the liquid level drop position. From Figure 9, it can be seen that the RMSD increases as the liquid level position drops. In other words, differences in the liquid level position are reflected in the admittance and vibration characteristic spectrum, and it can be seen that it is effective to use the admittance and vibration characteristic spectrum as evaluation indices for identifying the liquid level position.

従って、図9に示すように、各液面位置のRMSDと液面位置とを予め紐づけた参照データを取得しておくことにより、液面位置推定装置3は、入力電圧及び出力電流の測定結果から、液面位置を推定できる。例えば、高さ70mmのときの液面位置P2未満となった場合に、液面位置推定装置3に液量不足であると判定させたい場合には、高さ70mm、又はそのときのRMSDを閾値として設定しておけばよい。 Therefore, as shown in Figure 9, by acquiring reference data that links the RMSD of each liquid level position with the liquid level position in advance, the liquid level position estimation device 3 can estimate the liquid level position from the measurement results of the input voltage and output current. For example, if you want the liquid level estimation device 3 to determine that there is a shortage of liquid when the liquid level falls below the liquid level position P2 at a height of 70 mm, you can set the height of 70 mm or the RMSD at that time as the threshold value.

<液面位置推定装置3における処理>
(事前準備処理)
図10は、液面位置推定装置3における事前準備処理の一例を示すフローチャートである。図10に示すように、制御部13は、既知の複数の液面位置のそれぞれ(各条件)に対応する振動特徴スペクトルを取得する処理を行う。
<Processing in the liquid level position estimation device 3>
(Preparation process)
Fig. 10 is a flowchart showing an example of advance preparation processing in the liquid level position estimation device 3. As shown in Fig. 10, the control unit 13 performs processing to acquire vibration feature spectra corresponding to each of a plurality of known liquid level positions (each condition).

算出部221は、ある条件について、測定部21によって測定された、時間領域における入力電圧及び出力電流の波形(入力電圧及び出力電流の時間領域波形)を取得する(S1)。算出部221は、当該入力電圧及び出力電流の波形のそれぞれに対して、フーリエ変換を実行する(S2)。算出部221は、フーリエ変換後の出力電流の波形を構成する各値を、フーリエ変換後の入力電圧の波形を構成する各値で除算することにより、アドミタンス(複素数)を算出する(S3;算出ステップ)。算出部221は、時間領域における出力電流の値を、時間領域における入力電圧の値で除算した後に、フーリエ変換を行っても構わない。 The calculation unit 221 acquires the waveforms of the input voltage and output current in the time domain (time domain waveforms of the input voltage and output current) measured by the measurement unit 21 for certain conditions (S1). The calculation unit 221 performs a Fourier transform on each of the input voltage and output current waveforms (S2). The calculation unit 221 calculates the admittance (complex number) by dividing each value constituting the output current waveform after the Fourier transform by each value constituting the input voltage waveform after the Fourier transform (S3; calculation step). The calculation unit 221 may perform a Fourier transform after dividing the output current value in the time domain by the input voltage value in the time domain.

特定部222は、算出したアドミタンスからその実部を抽出する(S4)。特定部222は、抽出したアドミタンスの実部の波形からベースラインを取得する(S5)。S5の処理方法については、後述する。特定部222は、抽出したアドミタンスの実部の波形を構成する各値から、取得したベースラインを構成する各値を減じることにより、振動特徴スペクトルを取得する(S6)。 The identification unit 222 extracts the real part from the calculated admittance (S4). The identification unit 222 obtains a baseline from the waveform of the extracted real part of the admittance (S5). The processing method of S5 will be described later. The identification unit 222 obtains a vibration characteristic spectrum by subtracting each value constituting the obtained baseline from each value constituting the waveform of the extracted real part of the admittance (S6).

制御部13は、各条件に対応する振動特徴スペクトルの全てを取得するまで、S1~S6の処理を繰り返し実行する。制御部13は、当該振動特徴スペクトルの全てを取得した場合に、S7の処理に移行する。 The control unit 13 repeatedly executes the processes of S1 to S6 until all of the vibration feature spectra corresponding to each condition are acquired. When all of the vibration feature spectra have been acquired, the control unit 13 proceeds to the process of S7.

特定部222は、全条件の中から基準条件を選定する(S7)。基準条件としては、例えば、液体が規定量収容されているときの液面位置が選定される。但し、どの液面位置が基準条件として選定されても構わない。特定部222は、選定した基準条件に対応する振動特徴スペクトル(基準特徴スペクトル)に対する、各条件に対応する振動特徴スペクトルのRMSDを算出する(S8)。特定部222は、算出した各条件の振動特徴スペクトルを、各液面位置と紐付けたデータを参照データとして作成する(S9)。特定部222は、作成した参照データを記憶部14に記憶する。 The identification unit 222 selects a reference condition from all conditions (S7). For example, the liquid level position when a specified amount of liquid is contained is selected as the reference condition. However, any liquid level position may be selected as the reference condition. The identification unit 222 calculates the RMSD of the vibration feature spectrum corresponding to each condition with respect to the vibration feature spectrum (reference feature spectrum) corresponding to the selected reference condition (S8). The identification unit 222 creates data linking the calculated vibration feature spectrum for each condition with each liquid level position as reference data (S9). The identification unit 222 stores the created reference data in the storage unit 14.

(ベースライン取得処理)
図11は、液面位置推定装置3におけるベースライン取得処理の一例を示すフローチャートである。
(Baseline acquisition process)
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a baseline acquisition process in the liquid level position estimating device 3.

特定部222は、図10のS4において抽出したアドミタンスの実部の波形から複数の極小点を抽出する(S21)。特定部222は、抽出した複数の極小点に対して直線補間処理を実行する(S22)。特定部222は、直線補間処理後の波形から複数の極小点をさらに抽出する(S23)。特定部222は、S23において抽出した複数の極小点に対して直線補間処理を実行する(S24)。特定部222は、S24における直線補間処理後の波形をベースラインとして取得する(S25)。 The identification unit 222 extracts multiple minimum points from the waveform of the real part of the admittance extracted in S4 of FIG. 10 (S21). The identification unit 222 performs linear interpolation processing on the multiple extracted minimum points (S22). The identification unit 222 further extracts multiple minimum points from the waveform after the linear interpolation processing (S23). The identification unit 222 performs linear interpolation processing on the multiple minimum points extracted in S23 (S24). The identification unit 222 acquires the waveform after the linear interpolation processing in S24 as a baseline (S25).

なお、前述したように、極小点の数が所定範囲内となるまで極小点を抽出しても構わない。この場合、特定部222は、最後の直線補間処理後の波形をベースラインとして取得する。 As mentioned above, it is possible to extract minimum points until the number of minimum points falls within a predetermined range. In this case, the determination unit 222 acquires the waveform after the final linear interpolation process as the baseline.

(液面位置特定処理及び判定処理)
図12は、液面位置推定装置3における液面位置特定処理(液面位置推定方法)及び判定処理の一例を示すフローチャートである。なお、S31~S36の処理は、液面位置特定時に測定する入力電圧及び出力電流に基づく処理であること以外については、S1~S6の処理と同じであるため、その説明を割愛する。
(Liquid Level Position Identification and Determination Processing)
12 is a flowchart showing an example of the liquid level position identification process (liquid level position estimation method) and the determination process in the liquid level position estimation device 3. Note that the processes in S31 to S36 are the same as the processes in S1 to S6 except that they are processes based on the input voltage and output current measured when identifying the liquid level position, and therefore a description thereof will be omitted.

S37において、特定部222は、事前準備処理で選定した基準特徴スペクトルに対する、S36で取得した振動特徴スペクトルのRMSDを算出する。特定部222は、算出したRMSDと、事前準備処理で作成した参照データとを比較することにより、液面位置を特定する(S38;特定ステップ)。 In S37, the identification unit 222 calculates the RMSD of the vibration feature spectrum acquired in S36 relative to the reference feature spectrum selected in the advance preparation process. The identification unit 222 identifies the liquid level position by comparing the calculated RMSD with the reference data created in the advance preparation process (S38; identification step).

判定部23は、特定部222が特定した液面位置が適正範囲内に存在するか否かを判定する(S39)。判定部23は、判定結果を出力装置4に出力する(S40)。 The determination unit 23 determines whether the liquid level position identified by the identification unit 222 is within an appropriate range (S39). The determination unit 23 outputs the determination result to the output device 4 (S40).

<変形例>
本実施形態では、特定部222は、前記変化度合い(例:RMSD)を算出するために、アドミタンスの実部の波形からベースラインを減じることにより振動特徴スペクトルを取得しているが、これに限られない。例えば、特定部222は、前述した各種影響を考慮しなければ、
(1)アドミタンスの実部自体、
(2)アドミタンス(複素数)自体、もしくはアドミタンスの虚部自体、又は、
(3)前記(2)からベースラインを減じたもの、
を、振動特徴スペクトルとして用いても構わない。つまり、特定部222は、前記(1)~(3)の何れかを用いて、参照データの作成及び液面位置の特定を行っても構わない。
<Modification>
In this embodiment, the determination unit 222 obtains the vibration feature spectrum by subtracting the baseline from the waveform of the real part of the admittance in order to calculate the degree of change (e.g., RMSD), but is not limited to this. For example, if the determination unit 222 does not take into account the various influences described above,
(1) The real part of the admittance itself,
(2) The admittance (complex number) itself, or the imaginary part of the admittance itself, or
(3) (2) above with the baseline subtracted;
may be used as the vibration characteristic spectrum. In other words, the determination unit 222 may create the reference data and determine the liquid level position by using any one of (1) to (3) above.

また、算出部221は、アドミタンスに代えて、インピーダンス(=入力電圧/出力電流)を算出しても構わない。アドミタンスとインピーダンスとは逆数の関係ゆえ、特定部222は、インピーダンスを用いても、アドミタンスを用いた場合と実質的に同様の特定結果を得ることができる。インピーダンスを用いた場合も、アドミタンスと同様の処理(例:実部を抽出する処理、及び、ベースラインを取得する処理)が行われてよい。 The calculation unit 221 may also calculate impedance (=input voltage/output current) instead of admittance. Since admittance and impedance have an inverse relationship, the determination unit 222 can obtain substantially the same determination results even when using impedance as when using admittance. When using impedance, the same processing as that for admittance (e.g., processing to extract the real part and processing to obtain the baseline) may be performed.

<効果>
液面位置推定装置3は、圧電素子11と、圧電素子11より容器2に振動を与えたときの、圧電素子11のアドミタンス又はインピーダンスを算出する算出部221と、算出部221の算出結果に基づき、液面位置を特定する特定部222と、を備える。圧電素子11は、容器2の外面に設けられている。
<Effects>
The liquid level position estimation device 3 includes a piezoelectric element 11, a calculation unit 221 that calculates the admittance or impedance of the piezoelectric element 11 when the container 2 is vibrated by the piezoelectric element 11, and an identification unit 222 that identifies the liquid level position based on the calculation result of the calculation unit 221. The piezoelectric element 11 is provided on the outer surface of the container 2.

前記の構成によれば、液面位置推定装置3は、容器2の内部を目視することなく、また、液面位置を推定するためのセンサを内部に設けることなく、液面位置を精度良く推定できる。 With the above configuration, the liquid level position estimation device 3 can accurately estimate the liquid level position without visually inspecting the inside of the container 2 or installing a sensor inside to estimate the liquid level position.

また、液面位置推定装置3では、特許文献1の油面検知装置のように、容器2の内部の温度をその外面にて検知する必要が無い。従って、液面位置推定装置3は、容器2が、内部の熱が伝達されない、又は伝達されにくい容器であっても、液面位置を精度良く推定できる。 In addition, with the liquid level position estimation device 3, there is no need to detect the temperature inside the container 2 on its outer surface, as with the oil level detection device of Patent Document 1. Therefore, the liquid level position estimation device 3 can accurately estimate the liquid level position even if the container 2 is a container to which internal heat is not transferred or is transferred poorly.

さらに、特許文献1の油面検知装置では、圧縮機の内部の熱がその外面まで伝達されるまで、油面検知センサは、当該内部の温度を検知できない。そのため、油面の検知に時間を要する可能性がある。液面位置推定装置3は、圧電素子11が容器2に振動を与えることにより発生する容器2の振動に基づき、液面位置を推定する。そのため、特許文献1の油面検知装置よりも液面位置の推定に時間を要さない。 Furthermore, in the oil level detection device of Patent Document 1, the oil level detection sensor cannot detect the temperature inside the compressor until the heat inside the compressor is transferred to its outer surface. Therefore, it may take time to detect the oil level. The liquid level position estimation device 3 estimates the liquid level position based on the vibration of the container 2 caused by the piezoelectric element 11 vibrating the container 2. Therefore, it takes less time to estimate the liquid level position than the oil level detection device of Patent Document 1.

また、液面位置推定装置3は、フーリエ変換後のアドミタンス又はインピーダンスの特徴スペクトルを、予め取得しておいた基準特徴スペクトルと比較することにより、液面位置を特定しても構わない。 The liquid level position estimation device 3 may also identify the liquid level position by comparing the characteristic spectrum of the admittance or impedance after the Fourier transform with a reference characteristic spectrum acquired in advance.

圧電素子11の所定時間の振動に伴い得られるアドミタンス又はインピーダンスは、液面位置に応じてその値が変化する。そのため、液面位置推定装置3は、前記の比較により、基準特徴スペクトルを取得したときの液面位置に対する変化度合いを特定できる。そのため、液面位置推定装置3は、その変化度合いに基づき、液面位置を特定できる。 The admittance or impedance obtained by vibrating the piezoelectric element 11 for a predetermined period of time changes in value depending on the liquid level position. Therefore, the liquid level position estimation device 3 can determine the degree of change relative to the liquid level position when the reference feature spectrum was obtained by the above comparison. Therefore, the liquid level position estimation device 3 can determine the liquid level position based on the degree of change.

また、特定部222は、算出部221が算出した圧電素子11のアドミタンス又はインピーダンスの実部の特徴スペクトルを、液面位置を特定する特徴スペクトルとして用いても構わない。 The identification unit 222 may also use the characteristic spectrum of the real part of the admittance or impedance of the piezoelectric element 11 calculated by the calculation unit 221 as a characteristic spectrum for identifying the liquid level position.

前記の構成によれば、特定部222は、圧電素子11の電気的特性の影響を低減し、容器2の振動を反映した圧電素子11の振動特性がより忠実に表れた特徴スペクトルを用いて、前記の比較を行うことができる。そのため、特定部222は、液面位置をより精度良く特定できる。 With the above configuration, the identification unit 222 can reduce the influence of the electrical characteristics of the piezoelectric element 11 and perform the above comparison using a feature spectrum that more faithfully represents the vibration characteristics of the piezoelectric element 11 that reflect the vibration of the container 2. Therefore, the identification unit 222 can identify the liquid level position with higher accuracy.

また、特定部222は、アドミタンス又はインピーダンス(又はこれらの実部)の特徴スペクトルに含まれる複数の極小点に対して補間処理又は近似処理を実行することによりベースラインを取得する。特定部222は、当該特徴スペクトルからベースラインを減じることにより得られる特徴スペクトルを、液面位置を特定する特徴スペクトルとして用いても構わない。 The identification unit 222 also obtains a baseline by performing an interpolation process or an approximation process on multiple minimum points included in the characteristic spectrum of the admittance or impedance (or the real part of these). The identification unit 222 may use the characteristic spectrum obtained by subtracting the baseline from the characteristic spectrum as the characteristic spectrum for identifying the liquid level position.

前記の構成によれば、特定部222は、容器2の周辺環境、又は圧電素子11の容器2への接着による影響を低減し、容器2の振動を反映した圧電素子11の振動特性がより忠実に表れた特徴スペクトルを用いて、前記の比較を行うことができる。そのため、特定部222は、液面位置をより精度良く特定できる。 With the above configuration, the identification unit 222 can reduce the influence of the environment around the container 2 or the adhesion of the piezoelectric element 11 to the container 2, and can perform the above comparison using a characteristic spectrum that more faithfully represents the vibration characteristics of the piezoelectric element 11 that reflects the vibration of the container 2. Therefore, the identification unit 222 can identify the liquid level position with higher accuracy.

また、特定部222は、前記複数の極小点を結んだ線における複数の極小点を抽出し、抽出した複数の極小点に対して、補間処理又は近似処理を実行しても構わない。この場合、抽出される極小点の個数を少なくできるため、滑らかなベースラインを取得できる。 The identification unit 222 may also extract multiple minimum points on a line connecting the multiple minimum points, and perform an interpolation process or an approximation process on the multiple extracted minimum points. In this case, the number of extracted minimum points can be reduced, making it possible to obtain a smooth baseline.

また、特定部222は、前記複数の極小点を結んだ線における複数の極小点を抽出し、抽出した複数の極小点を結んだ線におけるさらに複数の極小点を抽出する処理を、極小点の数が所定範囲内となるまで実行する。特定部222は、所定範囲内となった複数の極小点に対して、補間処理又は近似処理を実行しても構わない。この場合、抽出される極小点の個数をより少なくできるため、より滑らかなベースラインを取得できる。 The identification unit 222 also extracts a number of minimum points from a line connecting the multiple minimum points, and executes the process of extracting a number of further minimum points from the line connecting the extracted multiple minimum points, until the number of minimum points falls within a predetermined range. The identification unit 222 may execute an interpolation process or an approximation process on the multiple minimum points that fall within the predetermined range. In this case, the number of extracted minimum points can be reduced, making it possible to obtain a smoother baseline.

また、判定部23は、特定部222が特定した液面位置が、適正範囲内に存在するか否かを判定しても構わない。この場合、液面位置推定装置3は、液面位置の適否を判定できる。なお、液面位置推定装置3は、その判定結果を外部装置(出力装置4)に出力する場合、容器2を用いるユーザに、液面位置の判定結果を通知できる。 The determination unit 23 may also determine whether the liquid level position identified by the identification unit 222 is within an appropriate range. In this case, the liquid level position estimation device 3 can determine whether the liquid level position is appropriate. When the liquid level position estimation device 3 outputs the determination result to an external device (output device 4), it can notify the user using the container 2 of the determination result of the liquid level position.

〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the present invention will be described below. For ease of explanation, the same reference numerals are given to members having the same functions as those described in the above embodiment, and the description thereof will not be repeated.

図13は、本実施形態における直線補間処理の一例について説明するための図である。図13の1301は、アドミタンスの実部の波形を模式的に示した図である。図13の1302は、図13の1301に示す波形において複数の極小点を抽出し、直線補間処理を行った結果を示す図である。 Figure 13 is a diagram for explaining an example of linear interpolation processing in this embodiment. 1301 in Figure 13 is a diagram that shows a schematic waveform of the real part of admittance. 1302 in Figure 13 is a diagram that shows the result of extracting multiple minimum points in the waveform shown in 1301 in Figure 13 and performing linear interpolation processing.

本実施形態では、特定部222は、図13の1302に示すように、図13の1301に示す波形を複数の領域に区分けする。特定部222は、区分けした複数の領域のうち、複数の極小点が含まれる領域については、複数の極小点の中から所定個の極小点を選択する。特定部222は、複数の領域のそれぞれにおいて選択された所定個の極小点に対して、直線補間処理を実行する。これにより、特定部222は、滑らかなベースラインを取得できる。複数の領域を区分けする幅、選択される極小点、及びその数は、実験等により、滑らかなベースラインが取得できる程度の幅に設定されていればよい。 In this embodiment, the identification unit 222 divides the waveform shown in 1301 of FIG. 13 into multiple regions as shown in 1302 of FIG. 13. For a region that includes multiple minimum points among the multiple divided regions, the identification unit 222 selects a predetermined number of minimum points from the multiple minimum points. The identification unit 222 performs linear interpolation processing on the predetermined number of minimum points selected in each of the multiple regions. This allows the identification unit 222 to obtain a smooth baseline. The width for dividing the multiple regions, the minimum points to be selected, and the number of minimum points may be set to a width that allows a smooth baseline to be obtained through experiments, etc.

図13では、区分けされた領域から1個の極小点を選択する例を示している。区分けされた第1領域Ar1、第2領域Ar2、及び第3領域Ar3のうち、第1領域Ar1及び第3領域Ar3には、2つの極小点が含まれている。そのため、第1領域Ar1及び第3領域Ar3では、2つの極小点のうちの1つの極小点(図中の丸印で囲んだ極小点)が選択される。特定部222は、第1領域Ar1、第2領域Ar2、及び第3領域Ar3から1つずつ選択(抽出)した極小点に対して、直線補間処理を実行している。 Figure 13 shows an example of selecting one minimum point from a divided region. Of the divided first region Ar1, second region Ar2, and third region Ar3, the first region Ar1 and the third region Ar3 contain two minimum points. Therefore, in the first region Ar1 and the third region Ar3, one of the two minimum points (the minimum point circled in the figure) is selected. The identification unit 222 performs linear interpolation processing on the minimum points selected (extracted) one by one from the first region Ar1, the second region Ar2, and the third region Ar3.

なお、特定部222は、実施形態1で説明したように、極小点の数が所定範囲内となった後の複数の極小点に対して直線補間処理を実行することにより得られる波形を、複数の領域に区分けしても構わない。この場合、より滑らかなベースラインを取得できる可能性がある。 As described in the first embodiment, the determination unit 222 may divide the waveform obtained by performing linear interpolation processing on a number of minimum points after the number of minimum points falls within a predetermined range into a number of regions. In this case, it may be possible to obtain a smoother baseline.

また、実施形態1と同様、直線補間処理に代えて、別の補間処理又は各種近似処理が実行されても構わない。また、区分けされる対象の波形として、アドミンタンスの実部の波形ではなく、アドミンタンス(複素数)の波形、又はアドミタンス(複素数)から抽出された虚部の波形が用いられても構わない。 Furthermore, as in the first embodiment, instead of the linear interpolation process, another interpolation process or various approximation processes may be executed. Furthermore, as the waveform to be divided, instead of the waveform of the real part of the admittance, the waveform of the admittance (complex number) or the waveform of the imaginary part extracted from the admittance (complex number) may be used.

〔ソフトウェアによる実現例〕
液面位置推定装置3の制御ブロック(特に制御部13)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
[Software implementation example]
The control block (particularly the control unit 13) of the liquid level position estimation device 3 may be realized by a logic circuit (hardware) formed on an integrated circuit (IC chip) or the like, or may be realized by software.

後者の場合、液面位置推定装置3は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば1つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、半導体メモリ(例:ROM(Read Only Memory))等の他、テープ、ディスク、カード、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。 In the latter case, the liquid level position estimation device 3 includes a computer that executes the instructions of a program, which is software that realizes each function. This computer includes, for example, one or more processors, and a computer-readable recording medium that stores the program. The object of the present invention is achieved by the processor reading the program from the recording medium and executing it in the computer. The processor can be, for example, a CPU (Central Processing Unit). The recording medium can be a "non-transient tangible medium," such as a semiconductor memory (e.g., ROM (Read Only Memory)), as well as a tape, a disk, a card, a programmable logic circuit, or the like. The device may also include a RAM (Random Access Memory) that expands the program. The program may be supplied to the computer via any transmission medium (such as a communication network or broadcast waves) that can transmit the program. One aspect of the present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave, in which the program is embodied by electronic transmission.

つまり本発明の一態様として、制御部13が、少なくとも下記の算出処理と特定処理とを含むプログラムを実行する液面位置推定装置として機能しても構わない。算出処理は、圧電素子11により容器2に振動を与えたときの、圧電素子11のアドミタンス又はインピーダンスを算出する処理である。特定処理は、算出処理の算出結果に基づき、液面位置を特定する特定処理である。 In other words, as one aspect of the present invention, the control unit 13 may function as a liquid level position estimation device that executes a program including at least the following calculation process and identification process. The calculation process is a process for calculating the admittance or impedance of the piezoelectric element 11 when the piezoelectric element 11 applies vibration to the container 2. The identification process is a process for identifying the liquid level position based on the calculation result of the calculation process.

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

2 容器
3 液面位置推定装置
11 圧電素子
23 判定部
221 算出部
222 特定部
2 container 3 liquid level position estimation device 11 piezoelectric element 23 determination unit 221 calculation unit 222 identification unit

Claims (8)

容器に収容された液体の液面位置を推定する液面位置推定装置であって、
前記容器の外面に設けられた圧電素子と、
前記圧電素子より前記容器に所定時間振動を与えたときに測定される前記圧電素子の電圧及び電流に基づいて、周波数分析を行って前記圧電素子のアドミタンス又はインピーダンスの特徴スペクトルを算出する算出部と、
予め取得しておいた特徴スペクトルである基準特徴スペクトルに対する、前記算出部が算出した特徴スペクトルの偏差又は誤差率を算出し、算出した前記偏差又は誤差率を、予め取得しておいた偏差又は誤差率と液面位置とを紐付けた参照データと比較することにより、前記液面位置を特定する特定部と、を備える、液面位置推定装置。
A liquid level position estimation device that estimates a liquid level position of a liquid contained in a container, comprising:
A piezoelectric element provided on an outer surface of the container;
a calculation unit that calculates a characteristic spectrum of admittance or impedance of the piezoelectric element by performing a frequency analysis based on a voltage and a current of the piezoelectric element measured when the piezoelectric element vibrates the container for a predetermined time ;
a determination unit that calculates a deviation or error rate of the feature spectrum calculated by the calculation unit relative to a reference feature spectrum, which is a feature spectrum obtained in advance, and determines the liquid level position by comparing the calculated deviation or error rate with reference data that links the deviation or error rate obtained in advance to the liquid level position .
前記特定部は、前記算出部が算出した前記圧電素子のアドミタンス又はインピーダンスの実部の特徴スペクトルを、前記液面位置を特定する特徴スペクトルとして用いる、請求項に記載の液面位置推定装置。 The liquid level estimation device according to claim 1 , wherein the specifying unit uses a feature spectrum of a real part of the admittance or impedance of the piezoelectric element calculated by the calculating unit as a feature spectrum for specifying the liquid level. 前記特定部は、
前記特徴スペクトルに含まれる複数の極小点に対して補間処理又は近似処理を実行することによりベースラインを取得し、
前記特徴スペクトルから前記ベースラインを減じることにより得られる特徴スペクトルを、前記液面位置を特定する特徴スペクトルとして用いる、請求項又はに記載の液面位置推定装置。
The identification unit is
performing an interpolation process or an approximation process on a plurality of minimum points included in the characteristic spectrum to obtain a baseline;
3. The liquid level estimation device according to claim 1 , wherein a characteristic spectrum obtained by subtracting the baseline from the characteristic spectrum is used as the characteristic spectrum for identifying the liquid level position.
前記特定部は、前記複数の極小点を結んだ線における複数の極小点を抽出し、抽出した複数の極小点に対して、前記補間処理又は前記近似処理を実行する、請求項に記載の液面位置推定装置。 The liquid level position estimation device according to claim 3 , wherein the specifying unit extracts a plurality of minimum points on a line connecting the plurality of minimum points, and performs the interpolation process or the approximation process on the extracted minimum points. 前記特定部は、
前記複数の極小点を結んだ線における複数の極小点を抽出し、抽出した複数の極小点を結んだ線におけるさらに複数の極小点を抽出する処理を、極小点の数が所定範囲内となるまで実行し、
前記所定範囲内となった複数の極小点に対して、前記補間処理又は前記近似処理を実行する、請求項に記載の液面位置推定装置。
The identification unit is
extracting a plurality of minimum points from a line connecting the plurality of minimum points, and extracting a further plurality of minimum points from the line connecting the extracted plurality of minimum points until the number of minimum points falls within a predetermined range;
The liquid level position estimating device according to claim 3 , wherein the interpolation process or the approximation process is performed on a plurality of minimum points that fall within the predetermined range.
前記特定部は、
前記特徴スペクトルを複数の領域に区分けし、
前記複数の領域のうち、複数の極小点が含まれる領域については、前記複数の極小点の中から所定個の極小点を選択し、
前記複数の領域のそれぞれにおいて選択された所定個の極小点に対して、前記補間処理又は前記近似処理を実行する、請求項からの何れか1項に記載の液面位置推定装置。
The identification unit is
Dividing the characteristic spectrum into a plurality of regions;
For a region including a plurality of minimum points among the plurality of regions, a predetermined number of minimum points are selected from the plurality of minimum points;
The liquid level position estimating device according to claim 3 , wherein the interpolation process or the approximation process is performed on a predetermined number of minimum points selected in each of the plurality of regions.
前記特定部が特定した前記液面位置が、適正範囲内に存在するか否かを判定する判定部を備える、請求項1からの何れか1項に記載の液面位置推定装置。 The liquid level position estimation device according to claim 1 , further comprising a determination unit that determines whether the liquid level position identified by the identification unit is within an appropriate range. 容器に収容された液体の液面位置を推定する液面位置推定方法であって、
前記容器の外面に設けられた圧電素子より前記容器に所定時間振動を与えたときに測定される前記圧電素子の電圧及び電流に基づいて、周波数分析を行って前記圧電素子のアドミタンス又はインピーダンスの特徴スペクトルを算出する算出ステップと、
予め取得しておいた特徴スペクトルである基準特徴スペクトルに対する、前記算出ステップにて算出した特徴スペクトルの偏差又は誤差率を算出し、算出した前記偏差又は誤差率を、予め取得しておいた偏差又は誤差率と液面位置とを紐付けた参照データと比較することにより、前記液体の液面位置を特定する特定ステップと、を含む、液面位置推定方法。
A liquid level position estimation method for estimating a liquid level position of a liquid contained in a container, comprising:
a calculation step of calculating a characteristic spectrum of admittance or impedance of the piezoelectric element by performing a frequency analysis based on a voltage and a current of the piezoelectric element that are measured when the piezoelectric element is provided on the outer surface of the container and vibrates the container for a predetermined period of time;
a determination step of determining a liquid level position of the liquid by calculating a deviation or error rate of the feature spectrum calculated in the calculation step relative to a reference feature spectrum, which is a feature spectrum obtained in advance, and comparing the calculated deviation or error rate with reference data that links the deviation or error rate obtained in advance to the liquid level position.
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