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【発明の名称】 距離測定装置
【発明者】 【氏名】藤原 奨

【氏名】渡久地 政幸

【氏名】小宮 保之

【氏名】保坂 貴司

【氏名】吉本 睦

【氏名】笹島 晴男

【氏名】大川 茂昭

【要約】 【課題】超音波センサーを、ドレン水の水面との距離を測定する距離測定装置、すなわち水位センサーとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、超音波センサーとドレン水の水面との距離が短くて発信波の残響のある間に反射波が受信されても、受信波形が発信時の残響であるのか反射波であるのかを容易に区別でき、正確に距離測定できる距離測定装置を得る。

【解決手段】測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、発信波の残響がなくなって後に、反射してくる受信波による距離測定を開始する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、発信波の残響がなくなって後に、反射してくる受信波による距離測定を開始することを特徴とする距離測定装置。
【請求項2】
前記測定用の媒体の反射を所定時間内に受信できない場合は、測定対象が測定範囲よりも遠方に存在すると判断することを特徴とする請求項1記載の距離測定装置。
【請求項3】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、発信波の通常の残響時間経過後、所定時間をさらに経過した後に受信される受信電圧が所定値にはじめて低下したことが検出されたときは、この初めて所定値に低下した受信波を測定対象から反射してきた反射波と判断し、発信波の残響とは区別し、測定対象が近距離にあると判断することを特徴とする距離測定装置。
【請求項4】
前記発信波の残響時間を予め測定し、この残響時間データを測定器の記憶部に予め格納しておくことを特徴とする請求項3記載の距離測定装置。
【請求項5】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、音波発信後、受信波電圧が初めて所定値に低下するまでの間に検出される受信電圧の上下動変化をもって、初めて所定値に低下した受信波を測定対象から反射してきた反射波と判断し、発信波の残響とは区別し、測定対象が近距離にあると判断することを特徴とする距離測定装置。
【請求項6】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、超音波を受信する受信部の感度を時間経過とともに変化させることを特徴とする距離測定装置。
【請求項7】
測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器を備えた距離測定装置において、超音波を受信する受信部での受信電圧が所定値よりも小さい場合、超音波の反射による2回目の往復信号としてこの往復時間をもとに距離を測定することを特徴とする距離測定装置。
【請求項8】
前記測定器は、測定対象から反射してきた測定用媒体を、再度、測定対象に反射させて受信部に導く機能を備えることを特徴とする請求項7記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば冷凍冷蔵ショーケースのドレン水の検知装置として使用される距離測定装置を使用する距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
スーパーマーケットなどの店舗に設置されるオープンタイプの縦型冷凍冷蔵ショーケースは、図10に示すようにショーケース本体の下部に形成される機械室3内に凝縮器2や圧縮機などにより構成される冷凍装置を配設し、ショーケース本体の背面側に設置した冷却器で冷却した冷気で商品収納庫1内に収納した商品を冷却するもので、冷気は循環される。図中6は凝縮機ファン、4はドレン水受けを示す。
【0003】
冷気は前記のように庫内の空気が循環されるものであるが、商品収納庫1の前面が商品の出入口として開放されているため、ここから暖かい外気が流入し、これに含まれる湿気が冷却器で結露し霜となる。
【0004】
そして、この着霜により冷却器の能力が低下することを防ぐため、適宜除霜するが、除霜された水分がドレン水として発生する。
【0005】
このドレン水は、通常は排水用のパイプが接続されてこのパイプで店舗外の排水溝に導かれるが、パイプが接続されるとこの配管によってショーケースの設置位置が固定される。そこで、移動が容易なように圧縮機が組み込まれているショーケースでは、移動性が損われないようドレン水もショーケース内に設置したドレンパンやドレンタンクなどのドレン水受け4に貯留している。
【0006】
このようにドレン水受け4にドレン水を溜める場合、定期的に排水する必要が生じるが、ドレン水の発生量は天候や、ショーケースのサイズや温度帯、庫内に収納している商品の量などによって左右される。
【0007】
ドレン水の満水を検知する方法として、超音波センサーを水位センサーとして使用し、この水位センサーと水面との距離を測定することで水位を計測する方法があり、ドレン水受け4の上方に水位センサー5を設置し、ここから水面に向けて発信した超音波が水面に反射して戻り受信されるまでの時間を計測して水位センサー5と水面との距離、すなわち水位を計測するものである(例えば特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2001−59765号公報
【0008】
超音波センサーを使用する方法は、図12、図13に示すように水位センサー5である超音波センサーの水位センサー音波発振部11を制御するパルス発振部である送信回路部12から発信されたパルス信号が水面で反射されて受信回路部13に戻るまでの時間を計測し、この時間をもとに演算処理回路部14で水位センサー5と水面との距離、すなわち水位を算出するもので、受信回路部13はショーケースコントローラ8に接続される。
【0009】
一般に超音波センサーでは、測定距離を延ばすためには超音波信号の減衰分を考慮して超音波発振素子への入力を上げ音圧を高めることが必要とされる一方で、近距離測定のためには送信波形に受信波形が重ならないよう、送信波形の影響を短くするために音圧を下げる必要がある。それでも通常PZT素子で使用できる20KHzの周波数では駆動電圧の雑音や安定度が精度に影響して70mm以下を正確に測定することが不可となる。
【0010】
図14に示すように送信波形に受信波形が重なる距離は実際には80mm程度であり、受信波形の減衰で受信確認できなくなる距離が約200mmである。これにより、正常に測定できる範囲は80mm以上であることがわかる。
【0011】
図11は超音波センサーを水位センサー5として使用する場合の、ドレン水受け4との関係の一例を示す正面図で、機械室3の高さは一例として300mmであり、図14で説明した水位センサー5で正常に距離測定できる範囲を確保できる。機械室3のこの限定された高さの範囲内に水位センサー5とドレン水受け4を配置することになるが、ドレン水受け4は、水位センサー5との距離を確保するために高さの低いもの(深さの浅いもの)として例えば40mm程度のものとする。
【0012】
そして、ドレン水受け4の口縁を限界レベルとしてこの限界レベルと水位センサー5の超音波発信素子兼受信素子10との距離を、超音波センサーで正常に測定できる範囲の最小限値である70mmに設定し、この限界レベルよりもさらに10mm下方に満水レベルを設定する。
【0013】
これにより、満水レベルが超音波センサーの発信部から80mm離れた高さに位置し、満水レベルを正常測定可能範囲内に確実に位置させることができ、ドレン水受け4からドレン水が溢れるまで10mmの余裕を残してこの満水レベルで満水を報知するようにした。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
前記のように水位を測定する方法として超音波を使用し、この超音波が発信されてから戻るまでの時間を計測し、この時間を対応する信号に変換して外部に出力し、この出力をコントローラが受けて距離を算出する方法の場合、超音波センサーとドレン水受け4との距離が短く、超音波センサーで正常に測定できる範囲の最小限値である70mmよりも近いと、送信波が発信されてから反射して受信波となって戻ってくるまでの時間も短くなるため、図9に示すように送信波の残響のある間に反射波である受信波が受信され、受信波形が発信時の残響であるのか、受信波形の重なりであるのかが判別できず、正確な距離測定が困難であった。
【0015】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、超音波センサーを、ドレン水の水面との距離を測定する距離測定装置、すなわち水位センサーとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、超音波センサーとドレン水の水面との距離が短くて発信波の残響のある間に反射波が受信されても、受信波形が発信時の残響であるのか反射波であるのかを容易に区別でき、正確に距離測定できる距離測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明は前記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、測定用の媒体としての超音波を発信してから受信するまでの時間を計測し、この計測された時間により距離を測定する測定器に距離測定装置において、発信波の残響がなくなって後に、反射してくる受信波による距離測定を開始することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0017】
以上述べたように本発明の距離測定方法は、超音波センサーを水位センサーとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、送信波の残響が無くなってから、距離測定を開始するから、反射してくる受信波を送信波の残響と区別でき、正確な距離測定が行えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の距離測定方法の第1実施形態を示す距離測定動作のフローチャートで、本発明が実施されるショーケースの全体構成は図10について説明した従来例と同様であるから同一の参照符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【0019】
本発明の距離測定装置は、測定手段として超音波センサーによる水位センサー5を使用するものであり、図4に示すように超音波発信素子兼受信素子10と制御部17とを内蔵し、制御部17の出力側に超音波発信回路15を介して超音波発信素子兼受信素子10が接続され、入力側に超音波受信回路16を介して超音波発信素子兼受信素子10が接続される。図中18は外部出力用のコネクタを示す。
【0020】
前記水位センサー5を使用してドレン水と水位センサー5との距離を測定するには、基本構成としては、超音波発信素子兼受信素子10からドレン水受け4内のドレン水の水面に向って発信された超音波が、水面で反射して超音波発信素子兼受信素子10に戻ったとき、超音波受信回路16を介して発信されてから受信されるまでの時間が制御部17に入力され、制御部17ではこの時間をもとにして距離データを算出し、コネクタ18に出力する。
【0021】
このように、受信波は距離データに変換されるものであるが、この場合、図1のフローチャートに示すように、まず、超音波発信素子兼受信素子10からの周波数40kHz、10サイクル=250msecでの超音波の発信開始後(ステップ1)、受信電圧が0.1Vまで一旦下がってから(ステップ2)、距離測定のためのピーク電圧検出を開始する(ステップ3)。
【0022】
図9に示すように、受信電圧が0.1Vまで下がった時点は、発信波の残響に受信波が重なっていたとしても、その影響がなくなった時点であり、これにより発信波の残響がなくなってからピーク電圧の検出、受信波検出を開始できる。
【0023】
ピーク電圧検出開始後、0.5msecの経過後(ステップ4)、ピーク電圧が0.1V以上になれば(ステップ5)、反射した受信波が検出されたことであり、この受信波の応答時間を検出し(ステップ6)、時間と距離との相関関係に基づいて距離を算出し(ステップ7)、この距離データをコネクタ18から出力する(ステップ8)。
【0024】
一方、前記(ステップ5)の段階で0.5msecが経過しても測定されるピーク電圧が0.1V以上にならなければ、距離は200mm以上の遠距離と判断する(ステップ9)。
【0025】
図2は、第2実施形態のフローチャートを示し、水面と水位センサー5との距離が近い場合で、送信波の残響のある間に反射波が受信され、残響に受信波が重なった場合に、残響と区別して受信波を検出する方法である。
【0026】
前記第1実施形態と同様にまず、超音波発信素子兼受信素子10からの周波数40kHz、10サイクル=250msecでの超音波の発信開始後(ステップ10)、受信電圧が0.1Vまで下がった時点を検出し(ステップ11)、この時点が発信停止後から300msec以上経過していれば(ステップ12)、水位センサー5と水面との距離は短くなく通常の距離測定を行う(ステップ13)。
【0027】
前記(ステップ11)(ステップ12)の段階で、受信電圧が0.1Vまで下がった時点の、発信停止後からの時間を300msecと設定したのは、通常の残響時間が250msecであり、発信停止後300msecを経過していれば通常は受信電圧は0.1Vにまで低下していることによる。
【0028】
よって、発信停止後300msecを経過している時点で受信電圧が0.1Vにまで低下していれば、残響に受信波が重なっていないことになり、通常の距離測定が継続される。
【0029】
一方、図9にも示すように、受信電圧が0.1Vにまで低下した時点が、発信停止後300msec以上経過した後であれば(ステップ12)、残響に受信波が重なっていて、水位が水位センサー5に近く、水面との距離が75mm以下と判定する(ステップ14)。
【0030】
なお、前記残響時間は装置の製作段階で予め水位センサー5の制御部17に記憶させておくこともできる。図3は記憶のためのフローチャート、図4は制御ブロック図を示し、水位センサー5の制御部17内の記憶部17aにテスト用入力部19を接続する。
【0031】
そして、超音波発信素子兼受信素子10からの周波数40kHz、10サイクル=250msecでの超音波の発信開始後、受信電圧が0.1Vまで下がった時点を検出し、発信停止後に受信電圧が0.1Vまで下がった時までの時間を計測してこの経過時間例えば300msecを入力部19から記憶部17aに入力して予め記憶させておく(ステップ16)。
【0032】
図5は第3実施形態を示し、第2実施形態と同様に、水面と水位センサー5との距離が近い場合で、送信波の残響のある間に反射波が受信され、残響に受信波が重なった場合に、残響と区別して受信波を検出する別の方法である。
【0033】
これは図9に示すように残響の波形に反射波の波形が重なると、残響波形の電圧値が低下している途中で、反射波が重なるために反射波によって電圧値が上昇する。これにより電圧値の変化に上下が生じ、途中に谷間が発生する。第3実施形態はこの谷間(くびれ)を検出して残響と受信波との重なりを検出するものである。
【0034】
その具体的方法は、まず、超音波発信素子兼受信素子10からの周波数40kHz、10サイクル=250msecでの超音波の発信開始後、受信電圧が1V以下に下がった時点(図9におけるA点)の検出後(ステップ17)、受信電圧がそのまま低下して(ステップ18)、0.1V以下になれば(ステップ19)、残響に受信波は重なっていないと判断して通常の距離測定が継続される(ステップ20)。
【0035】
一方、受信電圧が1V以下に下がった時点(図9におけるA点)の検出後(ステップ17)、受信電圧が1V以上に上昇すれば(ステップ18)、電圧値に上下変化が生じており、このA点のくびれにより残響に受信波が重なっていて、水位が水位センサー5に近く、水面との距離が75mm以下と判定する(ステップ21)。
【0036】
図6、図7は第4実施形態を示し、水面と水位センサー5との距離が極めて近距離で、発信波の残響と反射してきた受信波とが完全に重なってしまい、前記図9に示すようなくびれ(A点)も無いような場合に、受信波を検出して距離を測定する方法である。
【0037】
かかる場合は、図7に示すように超音波受信回路16に制御部17からゲイン調整指示信号を出力し、超音波受信回路16の受信感度を時間経過とともに上げていくようにする。
【0038】
受信波は再度反射して反射波となって受信されるが、反射の回数が増すに従い、すなわち時間経過とともに減衰していく。そこで、時間経過とともに受信感度を上げて、反射波を検出しやすくする。
【0039】
また、1回目の反射波は残響と重なって検出されない場合でも、2回目の反射波は検出されるから、この2回目の反射波の反射時間をもとに距離を測定することが可能である。しかし、この場合、超音波受信回路16で検出された反射波(受信波)が1回目のものであるのか2回目のものであるのかを判別する必要がある。
【0040】
第4実施形態はこのような検出による測定方法であり、図6のフローチャートについて測定動作を説明する。(ステップ1)から(ステップ5)までは第1実施形態と同様であり、ピーク電圧検出が開始されてから検出されたピーク電圧が0.1V以上であれば、減衰されていない受信波が検出されたものとして、一回目の反射としてとらえ、図1のフローチャートの(ステップ6)以降の処理がなされる(ステップ22)。
【0041】
これに対して、(ステップ5)の段階で検出された受信波のピーク電圧が0.1V以下の場合で、さらに0.3V以上の場合は(ステップ23)、2回目の反射波であると判断して距離測定する(ステップ24)。ここでピーク電圧を0.1Vに設定したのは、受信波が2回目以降の反射によるものである場合は、反射により電圧が減衰してピーク電圧が0.1Vに達しないからである。
【0042】
そして、2回目の反射波は、反射波が最初に発信されてから受信されるまで水面との間を往復しているため、往復信号となって、実際の距離に対応する時間の2倍の時間が計測される。よって、計測された時間の2分の1の時間をもとにして距離を算出する。
【0043】
なお、前記(ステップ23)の段階でピーク電圧が0.3V以下の場合は、受信波はノイズであると判断し、距離は200mm以上とする(ステップ25)。
【0044】
図8は水面と水位センサー5との間が近距離の場合、近距離例えば75〜50mmでの反射波の測定精度を集中的に上げるための方法であり、水位センサー5の側に、水面から反射してきた反射波を再度、超音波発信素子兼受信素子10に向けて反射させるような手段として凹面部20を、超音波発信素子兼受信素子10の周囲に形成した。
【0045】
これにより、水面で一旦反射した反射波は凹面部20に当り、ここで超音波発信素子兼受信素子10の方向に向けて再度反射するから、超音波発信素子兼受信素子10での反射波の捕捉精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の距離測定装置の第1実施形態を示す距離測定動作のフローチャートである。
【図2】本発明の距離測定装置の第2実施形態を示す距離測定動作のフローチャートである。
【図3】本発明の距離測定装置の第2実施形態を示す残響時間測定動作のフローチャートである。
【図4】本発明の距離測定装置の第2実施形態を示す制御ブロック図である。
【図5】本発明の距離測定装置の第3実施形態を示す距離測定動作のフローチャートである。
【図6】本発明の距離測定装置の第4実施形態を示す距離測定動作のフローチャートである。
【図7】本発明の距離測定装置の第4実施形態を示す制御ブロック図である。
【図8】本発明の距離測定装置の第4実施形態を示す水位センサーの説明図である。
【図9】本発明の距離測定装置の残響時間と反射波との関係を示す波形図である。
【図10】ドレン水検知装置を備えた冷凍冷蔵ショーケースの斜視図である。
【図11】ドレン水検知装置の正面図である。
【図12】水位センサーの制御ブロック図である。
【図13】水位センサーの波形図である。
【図14】水位センサーによる測定可能範囲を示すグラフである。
【符号の説明】
【0047】
1 商品収納庫 2 凝縮器
3 機械室 4 ドレン水受け
5 水位センサー 6 凝縮機ファン
7 蒸発板 8 ショーケースコントローラ
9 満水警報ランプ 10 超音波発信素子兼受信素子
11 水位センサー音波発振部 12 送信回路部
13 受信回路部 14 演算処理回路部
15 超音波発信回路 16 超音波受信回路
17 制御部 18 コネクタ
17a 記憶部
19 テスト用入力部 20 凹面部
【出願人】 【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【識別番号】000004422
【氏名又は名称】日本建鐵株式会社
【出願日】 平成19年1月23日(2007.1.23)
【代理人】 【識別番号】100113077
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 省吾

【識別番号】100112210
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 忠彦

【識別番号】100108431
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 加奈子

【識別番号】100128060
【弁理士】
【氏名又は名称】中鶴 一隆


【公開番号】 特開2008−180532(P2008−180532A)
【公開日】 平成20年8月7日(2008.8.7)
【出願番号】 特願2007−12589(P2007−12589)