液位検出装置
【課題】弾性表面波素子を用いて簡単な構造で液体の量を液位として検出することができる液位検出装置を提供する。
【解決手段】液位検出装置１０は、圧電基板４０の主面に形成される第１のＩＤＴ電極５０と、第１のＩＤＴ電極５０と弾性表面波の伝搬方向に離間して配設される第２のＩＤＴ電極６０と、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０との共通の入出力端子５８とを備え、弾性表面波の伝搬方向が液体の液面に対して略垂直に配設される弾性表面波素子３０と、少なくとも、入出力端子５８に入力信号を入力する発信回路と、前記入力信号の入力から応答信号が出力されるまでの応答時間を検出する検出回路と、を有する制御部７０と、を備え、第２のＩＤＴ電極６０が液体に浸漬される位置によって生じる応答時間の変化から液位を検出する。
【解決手段】液位検出装置１０は、圧電基板４０の主面に形成される第１のＩＤＴ電極５０と、第１のＩＤＴ電極５０と弾性表面波の伝搬方向に離間して配設される第２のＩＤＴ電極６０と、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０との共通の入出力端子５８とを備え、弾性表面波の伝搬方向が液体の液面に対して略垂直に配設される弾性表面波素子３０と、少なくとも、入出力端子５８に入力信号を入力する発信回路と、前記入力信号の入力から応答信号が出力されるまでの応答時間を検出する検出回路と、を有する制御部７０と、を備え、第２のＩＤＴ電極６０が液体に浸漬される位置によって生じる応答時間の変化から液位を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液位検出装置に関する。詳しくは、弾性表面波素子を液位検出センサとして備える液位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性表面波の伝播面上のずり変位の垂直方向に凹凸のあるすべり弾性表面波センサと、凹凸のない平坦なすべり弾性表面波センサとを、同一の弾性表面波素子に設置し、両センサにより液体の密度と粘度を分離測定する液体の密度と粘度の分離測定方法というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１１７０５号公報（第４頁、図２，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１では、凹凸がある弾性表面波センサと凹凸のない弾性表面波センサにて、標準液体を供給したときの弾性表面波の位相速度と被測定液体を負荷したときの弾性表面波の位相速度の変化により液体の密度と粘性率の分離測定を行っている。
【０００５】
しかしながら、このような方法では微量な液体を被検出液体として用いており、標準液体と被測定液体の位相速度の変化を検出要素としていることから、容器等に収容された液体の量を測定することができない。
【０００６】
また、少なくとも入力端子と出力端子とを二対必要としているため、入出力端子数が多く、被測定物として容器等に収容される液体内外にそれら複数の入出力端子及び接続配線を配設することは構造面で複雑となる。
【０００７】
さらに、弾性表面波素子と制御回路とを無線通信手段により接続する場合には、入力側と出力側に二つのアンテナが必要であり、構造が複雑になることからコスト高になることが推測される。
【０００８】
本発明の目的は、上述した課題を解決することを要旨とし、弾性表面波素子を液位検出センサとして備える簡単な構造で、液体の量を液位として検出することができる液位検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液位検出装置は、圧電基板の主面に形成される第１のＩＤＴ電極と当該第１のＩＤＴ電極から弾性表面波の伝搬方向に離間して配設される第２のＩＤＴ電極と、前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極との共通の入出力端子とを備え、弾性表面波の伝搬方向が液面に対して略垂直に配設される弾性表面波素子と、少なくとも、前記入出力端子に入力信号を入力する発信回路と、前記入力信号の入力から応答信号が出力されるまでの応答時間を検出する検出回路と、を有する制御部と、を備え、前記第２のＩＤＴ電極が液体に浸漬される位置によって生じる前記応答時間の変化から液位を検出することを特徴とする。
ここで、液位とは、液面位置（つまり、液面の高さ位置）を意味する。
【００１０】
弾性表面波素子は、二つのＩＤＴ電極（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を有し、この二つのＩＤＴ電極に同時に入力信号を入力すると、遅延時間を伴って応答信号が出力される。一方のＩＤＴ電極（仮に第２のＩＤＴ電極）が液体に浸漬されると、浸漬された範囲の振動が液体中に放射されることにより著しく減衰し、入力信号の入力から上述の応答信号の最大レベルまでの遅延時間（つまり応答時間、群遅延時間と呼ぶことがある）が発生する。従って、ＩＤＴ電極が液体に浸漬する位置差により応答時間が変化する。この弾性表面波素子の応答時間を検出することにより、液体の液位を検出することができる。
【００１１】
また、液体が容器等に収容されている場合、容器の底面積と液位の積から液体の収容容積、収容容積と液体の密度の積から液体の重量等の液量を測定することが可能となる。
【００１２】
また、前記入出力端子が、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極それぞれのバスバーを直列に接続する接続電極から延在され形成されていることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、外部の制御部と接続される入出力端子は一つ設ければよく、入出力端子と制御部との接続配線が容易にできるという効果を有する。
【００１４】
また、接続電極を、第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極それぞれのバスバーを直列に接続していることから、弾性表面波素子上の配線も簡素化できる。
【００１５】
また、前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極とが一方向性電極からなり、前記第１のＩＤＴ電極領域から発生する弾性表面波の伝搬方向と前記第２のＩＤＴ電極領域から発生する弾性表面波の伝搬方向とが、それぞれ対向する方向となるように構成されていることが好ましい。
【００１６】
各ＩＤＴ電極を上述のように構成すれば、第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極それぞれの領域から発生する弾性表面波が、相互に他方のＩＤＴ電極の方向に伝搬する。従って、一般的な弾性表面波が双方向に伝搬する弾性表面波素子よりも検出感度を高めることができる。
【００１７】
また、前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極との離間距離が、前記入力信号を入力した直後に発生するノイズと前記第１のＩＤＴ電極または前記第２のＩＤＴ電極から発生する出力信号との時間差と、弾性表面波の位相速度との積から求められる時間距離よりも大きいことが望ましい。
【００１８】
このようにすれば、第１のＩＤＴ電極から発生するノイズが第２のＩＤＴ電極から発生する出力信号に対して影響することを抑制し、検出感度を高めることができる。
なお、第２のＩＤＴ電極側のノイズも、第１のＩＤＴ電極と第２のＩＤＴ電極の時間距離を上述した関係に設定することで、第１のＩＤＴ電極側の出力信号への影響を抑制することができる。
【００１９】
また、前記第２のＩＤＴ電極を構成する電極指の数が、前記第１のＩＤＴ電極を構成する電極指の数より多く形成されていることが望ましい。
【００２０】
第１のＩＤＴ電極と第２のＩＤＴ電極それぞれの電極指の数は特に限定されない。しかし、液体中に浸漬される第２のＩＤＴ電極の電極指の数を多くすることで、第１のＩＤＴ電極と第２のＩＤＴ電極それぞれの電極指の総和を一定にすれば、圧電基板のサイズを大きくしなくても、液位の測定範囲を広くすることができる。
【００２１】
また、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極の表面に絶縁性保護膜が形成されていることが好ましい。
【００２２】
第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極は、一般にＡｌ等によって形成される金属電極である。従って、被測定物としての液体の種類によってはＩＤＴ電極が腐食されることがある。そこで、ＩＤＴ電極を保護する被膜を形成することによってＩＤＴ電極を保護し、多様な液体に使用することができる。
さらに、保護膜が絶縁性を有することから、電導性を有する液体についても液位を検出することができる。
【００２３】
また、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極の表面にさらに撥液性膜が形成されているか、または、前記絶縁性保護膜の表面に撥液性膜が形成されているか、または絶縁性保護膜が撥液性を有していることが好ましい。
【００２４】
液体がＩＤＴ電極に接触した位置から移動、または液体から離間した際に、液体がＩＤＴ電極表面に付着していることがある。このような場合、弾性表面波素子の駆動が不安定になる。そこで、本発明では、各ＩＤＴ電極の液体と接触する表面に撥液性膜を形成することで、ＩＤＴ電極に付着する液体の除去を促進するという効果を奏する。
【００２５】
また、絶縁性保護膜の表面に撥液性膜を形成する構造、または絶縁性保護膜が撥液性を有している構造においても同様な効果が得られる。
【００２６】
さらに、本発明の液位検出装置が、前記弾性表面波素子と前記制御部それぞれにアンテナを含む無線送受信部を備え、前記弾性表面波素子と前記制御部とが無線通信にて接続されていることを特徴とする。
【００２７】
液位検出センサとしての弾性表面波素子は液体側に配設され、制御部は外部に配設される。従って、弾性表面波素子と制御部との間の入出力を無線通信にて接続すれば、弾性表面波素子と制御部との接続配線が不用であり、接続構造を簡単にすることができる。また、制御部の配設位置の制約を低減することができる。
また、従来は入力側と出力側に二つのアンテナが必要であったが、本発明によればアンテナが一つだけでよいという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は実施形態１に係る液位検出装置及び弾性表面波素子を示し、図６は実施形態２に係る弾性表面波素子、図７は実施形態３に係る液位検出装置を示している。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）
【００２９】
図１は、本発明の実施形態１に係る液位検出装置の概略構成を示す斜視図である。図１において、液位検出装置１０は、液体が収容される容器２０の内部側壁２１に固着される液位検出センサとしての弾性表面波素子３０と、容器２０の外部に配設される制御部７０とから構成されている。
【００３０】
容器２０は、本実施形態では立方体の容器を例示しているが、その形状は立方体に限らず任意に選択することが可能である。また、弾性表面波素子３０は、弾性表面波の伝播方向を液面に対して垂直となるように配設されている。
【００３１】
弾性表面波素子３０には、圧電基板４０の主面（表面と表すことがある）に第１のＩＤＴ電極５０（以降、単にＩＤＴ電極５０と表すことがある）と第２のＩＤＴ電極６０（以降、単にＩＤＴ電極６０と表すことがある）とが形成されている。ＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０は、液面に対して弾性表面波の伝播方向が垂直になるように構成されている。また、圧電基板４０の表面には、ＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０共通の入出力端子５８が設けられている。
【００３２】
制御部７０と弾性表面波素子３０とは、容器２０の内部側壁２１を挟んで図示しないリードで接続される。このリードは、液体及び容器２０に対して電気的に絶縁されると共に、容器２０との間において防水処置が施されている。この制御部７０には、図示を省略するが、入出力端子５８に入力信号を入力する発信回路と、入力信号の入力から応答信号が出力されるまでの応答時間を検出する検出回路、電源及び検出した応答時間から液位を求める演算回路、検出した液位を表示する表示部等を含んでいる。
【００３３】
次に、本実施形態にて用いられる弾性表面波素子３０の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る弾性表面波素子３０を模式的に表す平面図である。図２において、弾性表面波素子３０には、圧電基板４０の同一表面上にＩＤＴ電極５０，６０とが直列に接続され形成されている。
【００３４】
ＩＤＴ電極５０は、交差指電極５２と交差指電極５１とが、それぞれの電極指が交互に並設されて構成される。具体的には、図２にて上方から電極指５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５１ｃ，５２ｂの順に配列される。このように各電極指が構成されるＩＤＴ電極を一方向性電極と呼び、弾性表面波の大部分が一方向、つまり、矢印Ａ方向に伝搬する。
【００３５】
上述した各電極指の幅、電極の間隔（電極間ピッチと表す）について説明を加える。弾性表面波の波長をλとしたとき、電極指５１ａの幅Ｗ１を（３／８）λ、電極指５２ａの幅Ｗ２を（１／８）λ、電極指５１ｂの幅Ｗ３を（１／８）λ、電極指５１ｃの幅Ｗ４を（３／８）λに設定している。
【００３６】
また、各電極間ピッチＷｐ１，Ｗｐ２，Ｗｐ３，Ｗｐ４をそれぞれ（１／８）λに設定している。従って、交差指電極５１のピッチは、Ｗ１＋Ｗｐ１＋Ｗ２＋Ｗｐ２＋Ｗ３＋Ｗｐ３＝λで表される。交差指電極５２のピッチは、Ｗ２＋Ｗｐ２＋Ｗ３＋Ｗｐ３＋Ｗ４＋Ｗｐ４＝λで表される。
【００３７】
ここで、電極指５１ａ，５２ａ，５１ｂのかたまりを１対としたとき、本実施形態のＩＤＴ電極５０は、４対の電極指で構成されている。なお、電極指の対数は４対に限定されない。
【００３８】
次に、ＩＤＴ電極６０の構成について説明する。ＩＤＴ電極６０の交差指電極６１，６２の基本的な構成は、ＩＤＴ電極５０の構成と同じであるため詳細な説明を省略するが、交差指電極６１，６２の各電極指の配列順序がＩＤＴ電極５０とは逆になるように配設されている。つまり、ＩＤＴ電極６０も一方向性電極であり、弾性表面波の伝搬方向が矢印Ｂ方向となる。
【００３９】
また、本実施形態のＩＤＴ電極６０は、６対の電極指で構成されており、ＩＤＴ電極５０よりも電極指の対数が多く設定されている。これは、詳しくは後述するが、液位検出の際に液体中に浸漬されるＩＤＴ電極６０の電極指を多くすることにより液位の検出範囲を広くすることを目的としている。本実施形態の弾性表面波素子３０においては、ＩＤＴ電極５０とＩＤＴ電極６０の電極指の対数を適宜割り振ることで、弾性表面波素子のサイズを大きくせずに液位検出範囲を広くすることができるのである。
【００４０】
ＩＤＴ電極５０とＩＤＴ電極６０とは、それぞれのバスバー５３，６３とを接続電極５６にて直列接続し、この接続電極５６の中間位置から入出力端子５８が延在されている。入出力端子５８と容器２０の外部に設けられている制御部７０と（図１、参照）が図示しないリードにて接続される。
【００４１】
ここで、ＩＤＴ電極５０の長手方向中央とＩＤＴ電極６０の長手方向中央との距離を弾性表面波実効伝搬長さＬ０（平均伝搬長さと表すことがある）とし、ＩＤＴ電極５０とＩＤＴ電極６０との離間距離をＩＤＴ電極間距離Ｄと表す。
【００４２】
続いて、本実施形態による液位検出における基本作用について図面を参照して説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、弾性表面波素子の基本作用について模式的に表す説明図である。まず、図３（ａ）において、入出力端子５８に入力信号ＳINを入力すると、ＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０それぞれに弾性表面波Ｒ１，Ｒ２（簡略化して図示している）が発生する。そして弾性表面波Ｒ１は矢印Ａ方向に、弾性表面波Ｒ２は矢印Ｂ方向に伝搬する。
【００４３】
図３（ｂ）は、弾性表面波の伝搬の途中を表している。弾性表面波Ｒ１，Ｒ２は徐々にそれぞれ矢印Ａ、矢印Ｂ方向に伝搬して弾性表面波実効伝搬長さＬ０の中央部で交差し、なお伝搬を続ける。
【００４４】
そして、図３（ｃ）に示す位置に到達すると、弾性表面波Ｒ２がＩＤＴ電極５０、弾性表面波Ｒ１がＩＤＴ電極６０の形成領域において共振する。そのときの弾性表面波をＲ１’、Ｒ２’で表す。ここで弾性表面波実効伝搬長さＬ０が示す位置（各ＩＤＴ電極の中央位置）で最大レベルの応答信号が発生する（図４も参照する）。
【００４５】
つまり、入出力端子５８に入力信号を入力すると、弾性表面波の位相速度をＶｓａｗとすると、弾性表面波実効伝搬長さＬ０間をＬ０／Ｖｓａｗで表される遅延時間を伴い応答信号（出力信号Ｓｏｕｔに相当する）が出力される。この遅延時間（群遅延時間と呼称することがある）を応答時間τ１と表す。図３では、弾性表面波素子３０が液体に浸漬されていない状態であるため、この応答時間τ１が基準応答時間である。本実施形態では、ＩＤＴ電極６０が液体に浸漬されたときに応答時間が変化することを利用して液位を測定するのである。
【００４６】
続いて、液位検出作用について具体例を図４，５に例示して説明する。
図４（ａ）は弾性表面波素子が液体に浸漬されていない状態、（ｂ）はこの状態における応答時間について模式的に表す説明図である。図４（ａ）において、弾性表面波素子３０は、液体に浸漬されておらず、従って、ＩＤＴ電極６０も液体に接触していない。
この状態で入出力端子５８に入力信号を入力するとＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０が励振されて弾性表面波が発生し、それぞれ矢印Ａ及び矢印Ｂ方向に伝搬する。
【００４７】
図４（ｂ）において、入力信号ＳINを入力すると直後にノイズＮが発生する。ノイズＮは時間経過とともに減衰する。弾性表面波は、弾性表面波実効伝搬長さＬ０を伝搬してＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０の中央部に達したときに最大の信号レベルの出力信号Ｓｏｕｔを出力する。入力信号ＳIN入力から最大の信号レベル（グラフのピーク位置）までの時間が応答時間τ１として検出される。
【００４８】
なお、ノイズＮが減衰した時間から出力信号Ｓｏｕｔの立ち上がり位置までには時間差ｄを設けている。時間差ｄを設けることによって、このノイズＮが出力信号Ｓｏｕｔに影響を与えることはない。時間差ｄは、所望の時間差と弾性表面波の位相速度の積から求められる時間距離に換算し、ＩＤＴ電極間距離Ｄをこの時間距離よりも大きくすることによって得られる。しかし、その大きさは限定されない。
【００４９】
図５（ａ）は、弾性表面波素子３０の一部が液体中に浸漬された状態、（ｂ）はこの状態における応答時間について模式的に表す説明図である。図５（ａ）において、弾性表面波素子３０は、液体に浸漬されており、ＩＤＴ電極６０が液体中に浸漬されている。ＩＤＴ電極６０の液体中に浸漬されている範囲では、発生する弾性表面波は著しく減衰されるため、有効励振部は液体に浸漬されない部位のみと考えられる。従って、ＩＤＴ電極６０の有効励振位置は液体から突出しているＩＤＴ電極の中央部となることから弾性表面波実効伝搬長さはＬ１で表される。
【００５０】
図５（ａ）の状態における応答時間について図５（ｂ）を参照して説明する。入力信号ＳINを入力すると直後にノイズＮが発生する。ノイズＮは時間経過とともに減衰する。弾性表面波は、弾性表面波実効伝搬長さＬ１を伝搬してＩＤＴ電極５０の中央部及びＩＤＴ電極６０の液体から突出した範囲の中央部において最大の信号レベルの出力信号Ｓｏｕｔを出力する。そして、入力信号ＳIN入力から最大の信号レベル（グラフのピーク位置）までの時間が応答時間τ２として検出される。
【００５１】
従って、図５（ｂ）に示す応答時間τ２は、図４（ｂ）に示す状態のときの応答時間τ１よりも短くなる。応答時間は、ＩＤＴ電極６０が液体中に浸漬される位置、つまり液位によって弾性表面波実効伝搬長さＬ１が変化することにより変化する。この変化量は、応答時間が、弾性表面波実効伝搬長さを弾性表面波の位相速度で除して算出されることから、液位に対応して線形変化する。従って、予め、液位と応答時間の関係を求めておけば、応答時間の検出により液位の測定を行うことができる。
【００５２】
なお、ノイズＮが減衰した時間から出力信号Ｓｏｕｔの立ち上がり位置までの時間差ｄは、ＩＤＴ電極５０，６０の構成が同じであれば変化はなく、ノイズＮの影響はない。
【００５３】
また、ＩＤＴ電極６０が液体中に全浸漬された状態では、ＩＤＴ電極６０側からは出力信号は著しく減衰し、弾性表面波実効伝搬長さが存在しないことから応答出力が検出されない。
【００５４】
従って、前述した実施形態１によれば、弾性表面波素子３０は、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０とを有し、この二つのＩＤＴ電極に同時に入力信号ＳINを入力することにより、遅延時間を伴って応答信号（出力信号Ｓｏｕｔ）が出力され、応答信号出力までの応答時間を検出する。ＩＤＴ電極６０の一部が液体に浸漬されると、浸漬位置（液位）によって応答時間が変化することを利用して液位を容易に検出することができる。
【００５５】
また、液体が容器２０等に収容されている場合、容器２０の底面積と液位の積から液体の収容容積、収容容積と液体の密度の積から液体の重量等の液量を測定することが可能となる。
【００５６】
さらに、本発明における液位の検出は、弾性表面波実効伝搬長さの変化と位相速度から求められるが、それぞれ、液体内外に関係しないＩＤＴ電極の構成により決定する項目であるため、液体の粘度、密度には関わりなく検出することができる。
【００５７】
また、入出力端子５８が、第１のＩＤＴ電極５０のバスバー５３及び第２のＩＤＴ電極６０のバスバー６３とを直列接続する接続電極５６から延在されて形成されているため、外部の制御部７０と接続する入出力端子は一つ設ければよく、入出力端子５８と制御部７０との接続配線が容易にできる。さらに、弾性表面波素子上の配線も簡素化できるという効果を有する。
【００５８】
また、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０とが一方向性電極からなり、それぞれの領域から発生する弾性表面波の伝搬方向とが、それぞれ対向する方向となるように構成されているため、一般的な弾性表面波が双方向に伝搬する弾性表面波素子よりも検出感度を高めることができる。
【００５９】
また、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０とのＩＤＴ電極間距離Ｄが、入力信号を入力した直後に発生するノイズＮと出力信号Ｓｏｕｔとの時間差ｄと位相速度から求められる時間距離よりも大きく設定していることから、出力信号Ｓｏｕｔへの影響を抑制し、検出感度を高めることができる。
【００６０】
さらに、本実施形態では、第２のＩＤＴ電極６０を構成する電極指の数（対数）が、第１のＩＤＴ電極５０を構成する電極指の数（対数）より多く形成されている。従って、液体中に浸漬される第２のＩＤＴ電極６０の電極指の数を増加することで、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０それぞれの電極指の総和を一定とすれば、圧電基板４０のサイズを大きくしなくても、液位の測定範囲を広くすることができる。
（実施形態２）
【００６１】
続いて、本発明の実施形態２に係る液位検出装置について図面を参照して説明する。実施形態２は、液位検出装置を構成する弾性表面波素子の構造に特徴を有している。従って、前述した実施形態１による弾性表面波素子（図２、参照）との相違個所のみ図示し説明する。共通要素には同じ符号を附している。
【００６２】
図６は、本実施形態に係る弾性表面波素子の平面図を示している。図６において、弾性表面波素子３０は、圧電基板４０の表面に形成されるＩＤＴ電極５０，６０と、これらＩＤＴ電極５０，６０の全体を被覆する絶縁性保護膜９０と、から構成されている。ＩＤＴ電極５０，６０の構成は、前述した実施形態（図２、参照）と同じ構成である。
【００６３】
この絶縁性保護膜９０はＳｉＯ2等からなり、ＩＤＴ電極５０，６０がＡｌ等の金属で形成される場合、ＩＤＴ電極５０，６０が液体により腐食されることを防止するために設けられるものである。
【００６４】
また、図示は省略するが、ＩＤＴ電極５０，６０の全体を被覆する撥液性膜を形成することができる。つまり、図６に示す絶縁性保護膜９０と撥液性膜を置き換えて形成する。撥液性膜を設ける目的は、ＩＤＴ電極５０，６０に付着する液滴の除去を促進することにより、励振効率の低下を防止することである。
【００６５】
他の構造として、絶縁性保護膜９０の表面に、さらに撥液性膜を形成する構造としてもよく、さらには、絶縁性保護膜として撥液性を有する材料を採用すれば製造工程の短縮化を図ることもできる。
【００６６】
従って、上述した実施形態２によれば、ＩＤＴ電極５０，６０の表面に絶縁性保護膜９０を形成することによりＩＤＴ電極５０，６０を保護し、多様な種類の液体に使用することができる。また、保護膜が絶縁性を有することから、電導性を有する液体についても液位を検出することができる。
【００６７】
さらに、ＩＤＴ電極５０，６０の表面に撥液性膜を形成している。ＩＤＴ電極５０，６０が液体に浸漬されていない部位に液体が付着することが考えられるが、このような場合、弾性表面波素子３０の駆動が不安定になることがある。そこで、本実施形態では撥液性膜を形成することで、ＩＤＴ電極５０，６０の表面に付着する液体の除去を促進するという効果を奏する。
（実施形態３）
【００６８】
続いて、本発明の実施形態３について図面を参照して説明する。実施形態３は、液位検出装置において、液位検出センサとしての弾性表面波素子と制御部との間を無線通信にて接続することを特徴としている。
【００６９】
図７は、実施形態３に係る液位検出装置の概略構成を示す斜視図である。図７において、液位検出装置１０は、容器２０の内部に取り付けられた弾性表面波素子３０と、容器２０の外部に備えられた制御部７０とから構成されている。
【００７０】
弾性表面波素子３０の近傍には、アンテナと無線受送信回路を含む無線受送信部８０が配設されている。無線受送信部８０は、セラミックス等の基板上に形成されている。従って、アンテナは平面アンテナが好ましい。また、無線受送信部８０は絶縁性保護膜（図示せず）によって被覆されている。
【００７１】
アンテナと無線受送信回路とＩＤＴ電極５０のバスバー５３とは、図示しない配線によって接続されている。
なお、アンテナと無線受送信回路とは、弾性表面波素子３０の圧電基板４０上にＩＤＴ電極５０，６０と並設する構造としてもよい。
【００７２】
制御部７０は、図示しない発信回路、検出回路、演算回路、電源、及び無線送受信回路とアンテナを含む無線送受信部８５と、検出結果を表示する表示部等（図示せず）を含んでいる。
【００７３】
制御部７０の無線送受信部８５から発信された入力信号は、無線受送信部８０にて受信されＩＤＴ電極５０，６０が励振される。そして、前述した応答信号（出力信号Ｓｏｕｔ）が無線受送信部８０から発信され、無線送受信部８５に入力される。応答信号は演算回路にて応答時間、そして液位に変換し表示部にて表示する。
【００７４】
従って、上述した実施形態３によれば、弾性表面波素子３０と制御部７０とは無線通信によって信号の入出力を行うことができるため、液位検出センサとしての弾性表面波素子３０と、制御部７０の配設位置の制約を低減することができる。つまり、容器２０の形状の制約を排除し、弾性表面波素子３０と制御部７０との接続リードの形成が困難な場合、さらには容器がない環境における液位の検出を可能にするという効果を有する。
【００７５】
また、実施形態１（図２、参照）で示したように、ＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０共通の入出力端子５８が設けられていることから、従来は入力側と出力側に二つのアンテナが必要であったが、本実施形態によればアンテナが一つだけでよいという効果がある。
【００７６】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述した実施形態１〜実施形態３では、液位を検出する例を示して説明したが、出力信号Ｓｏｕｔを単純な応答信号としてとらえ、液体が定量以上存在するか定量以下であるかの残量検出装置として使用することも可能である。
【００７７】
また、前述した実施形態１〜実施形態３では、１個の弾性表面波素子を用いる場合を例示したが、複数個の弾性表面波素子を並設することもできる。このような場合、複数の弾性表面波素子それぞれの第２のＩＤＴ電極を液体の深さ方向において交差しないように配設する。このようにすれば、液位の検出範囲をより一層広げることができる。
【００７８】
従って、本実施形態によれば、二つのＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子を用いて、液位によって変化する応答時間を検出することによって、簡単な構造で液体の量を液位として検出することができる液位検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態１に係る液位検出装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子を模式的に表す平面図。
【図３】本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子の基本作用について模式的に表す説明図であり、（ａ）は入力信号を入力した直後の状態、（ｂ）は弾性表面波が伝搬する途中の状態、（ｃ）は出力信号が出力された直後の状態を示す説明図。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子が液体に浸漬されていない状態を示し、（ｂ）はこの状態における応答時間について模式的に表す説明図。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子の一部が液体に浸漬されている状態、（ｂ）はこの状態における応答時間について模式的に表す説明図。
【図６】本発明の実施形態２に係る弾性表面波素子を示す平面図。
【図７】本発明の実施形態３に係る液位検出装置の概略構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００８０】
１０…液位検出装置、３０…弾性表面波素子、４０…圧電基板、５０…第１のＩＤＴ電極、５８…入出力端子、６０…第２のＩＤＴ電極、７０…制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液位検出装置に関する。詳しくは、弾性表面波素子を液位検出センサとして備える液位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性表面波の伝播面上のずり変位の垂直方向に凹凸のあるすべり弾性表面波センサと、凹凸のない平坦なすべり弾性表面波センサとを、同一の弾性表面波素子に設置し、両センサにより液体の密度と粘度を分離測定する液体の密度と粘度の分離測定方法というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１１７０５号公報（第４頁、図２，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１では、凹凸がある弾性表面波センサと凹凸のない弾性表面波センサにて、標準液体を供給したときの弾性表面波の位相速度と被測定液体を負荷したときの弾性表面波の位相速度の変化により液体の密度と粘性率の分離測定を行っている。
【０００５】
しかしながら、このような方法では微量な液体を被検出液体として用いており、標準液体と被測定液体の位相速度の変化を検出要素としていることから、容器等に収容された液体の量を測定することができない。
【０００６】
また、少なくとも入力端子と出力端子とを二対必要としているため、入出力端子数が多く、被測定物として容器等に収容される液体内外にそれら複数の入出力端子及び接続配線を配設することは構造面で複雑となる。
【０００７】
さらに、弾性表面波素子と制御回路とを無線通信手段により接続する場合には、入力側と出力側に二つのアンテナが必要であり、構造が複雑になることからコスト高になることが推測される。
【０００８】
本発明の目的は、上述した課題を解決することを要旨とし、弾性表面波素子を液位検出センサとして備える簡単な構造で、液体の量を液位として検出することができる液位検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液位検出装置は、圧電基板の主面に形成される第１のＩＤＴ電極と当該第１のＩＤＴ電極から弾性表面波の伝搬方向に離間して配設される第２のＩＤＴ電極と、前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極との共通の入出力端子とを備え、弾性表面波の伝搬方向が液面に対して略垂直に配設される弾性表面波素子と、少なくとも、前記入出力端子に入力信号を入力する発信回路と、前記入力信号の入力から応答信号が出力されるまでの応答時間を検出する検出回路と、を有する制御部と、を備え、前記第２のＩＤＴ電極が液体に浸漬される位置によって生じる前記応答時間の変化から液位を検出することを特徴とする。
ここで、液位とは、液面位置（つまり、液面の高さ位置）を意味する。
【００１０】
弾性表面波素子は、二つのＩＤＴ電極（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を有し、この二つのＩＤＴ電極に同時に入力信号を入力すると、遅延時間を伴って応答信号が出力される。一方のＩＤＴ電極（仮に第２のＩＤＴ電極）が液体に浸漬されると、浸漬された範囲の振動が液体中に放射されることにより著しく減衰し、入力信号の入力から上述の応答信号の最大レベルまでの遅延時間（つまり応答時間、群遅延時間と呼ぶことがある）が発生する。従って、ＩＤＴ電極が液体に浸漬する位置差により応答時間が変化する。この弾性表面波素子の応答時間を検出することにより、液体の液位を検出することができる。
【００１１】
また、液体が容器等に収容されている場合、容器の底面積と液位の積から液体の収容容積、収容容積と液体の密度の積から液体の重量等の液量を測定することが可能となる。
【００１２】
また、前記入出力端子が、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極それぞれのバスバーを直列に接続する接続電極から延在され形成されていることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、外部の制御部と接続される入出力端子は一つ設ければよく、入出力端子と制御部との接続配線が容易にできるという効果を有する。
【００１４】
また、接続電極を、第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極それぞれのバスバーを直列に接続していることから、弾性表面波素子上の配線も簡素化できる。
【００１５】
また、前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極とが一方向性電極からなり、前記第１のＩＤＴ電極領域から発生する弾性表面波の伝搬方向と前記第２のＩＤＴ電極領域から発生する弾性表面波の伝搬方向とが、それぞれ対向する方向となるように構成されていることが好ましい。
【００１６】
各ＩＤＴ電極を上述のように構成すれば、第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極それぞれの領域から発生する弾性表面波が、相互に他方のＩＤＴ電極の方向に伝搬する。従って、一般的な弾性表面波が双方向に伝搬する弾性表面波素子よりも検出感度を高めることができる。
【００１７】
また、前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極との離間距離が、前記入力信号を入力した直後に発生するノイズと前記第１のＩＤＴ電極または前記第２のＩＤＴ電極から発生する出力信号との時間差と、弾性表面波の位相速度との積から求められる時間距離よりも大きいことが望ましい。
【００１８】
このようにすれば、第１のＩＤＴ電極から発生するノイズが第２のＩＤＴ電極から発生する出力信号に対して影響することを抑制し、検出感度を高めることができる。
なお、第２のＩＤＴ電極側のノイズも、第１のＩＤＴ電極と第２のＩＤＴ電極の時間距離を上述した関係に設定することで、第１のＩＤＴ電極側の出力信号への影響を抑制することができる。
【００１９】
また、前記第２のＩＤＴ電極を構成する電極指の数が、前記第１のＩＤＴ電極を構成する電極指の数より多く形成されていることが望ましい。
【００２０】
第１のＩＤＴ電極と第２のＩＤＴ電極それぞれの電極指の数は特に限定されない。しかし、液体中に浸漬される第２のＩＤＴ電極の電極指の数を多くすることで、第１のＩＤＴ電極と第２のＩＤＴ電極それぞれの電極指の総和を一定にすれば、圧電基板のサイズを大きくしなくても、液位の測定範囲を広くすることができる。
【００２１】
また、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極の表面に絶縁性保護膜が形成されていることが好ましい。
【００２２】
第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極は、一般にＡｌ等によって形成される金属電極である。従って、被測定物としての液体の種類によってはＩＤＴ電極が腐食されることがある。そこで、ＩＤＴ電極を保護する被膜を形成することによってＩＤＴ電極を保護し、多様な液体に使用することができる。
さらに、保護膜が絶縁性を有することから、電導性を有する液体についても液位を検出することができる。
【００２３】
また、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極の表面にさらに撥液性膜が形成されているか、または、前記絶縁性保護膜の表面に撥液性膜が形成されているか、または絶縁性保護膜が撥液性を有していることが好ましい。
【００２４】
液体がＩＤＴ電極に接触した位置から移動、または液体から離間した際に、液体がＩＤＴ電極表面に付着していることがある。このような場合、弾性表面波素子の駆動が不安定になる。そこで、本発明では、各ＩＤＴ電極の液体と接触する表面に撥液性膜を形成することで、ＩＤＴ電極に付着する液体の除去を促進するという効果を奏する。
【００２５】
また、絶縁性保護膜の表面に撥液性膜を形成する構造、または絶縁性保護膜が撥液性を有している構造においても同様な効果が得られる。
【００２６】
さらに、本発明の液位検出装置が、前記弾性表面波素子と前記制御部それぞれにアンテナを含む無線送受信部を備え、前記弾性表面波素子と前記制御部とが無線通信にて接続されていることを特徴とする。
【００２７】
液位検出センサとしての弾性表面波素子は液体側に配設され、制御部は外部に配設される。従って、弾性表面波素子と制御部との間の入出力を無線通信にて接続すれば、弾性表面波素子と制御部との接続配線が不用であり、接続構造を簡単にすることができる。また、制御部の配設位置の制約を低減することができる。
また、従来は入力側と出力側に二つのアンテナが必要であったが、本発明によればアンテナが一つだけでよいという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は実施形態１に係る液位検出装置及び弾性表面波素子を示し、図６は実施形態２に係る弾性表面波素子、図７は実施形態３に係る液位検出装置を示している。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）
【００２９】
図１は、本発明の実施形態１に係る液位検出装置の概略構成を示す斜視図である。図１において、液位検出装置１０は、液体が収容される容器２０の内部側壁２１に固着される液位検出センサとしての弾性表面波素子３０と、容器２０の外部に配設される制御部７０とから構成されている。
【００３０】
容器２０は、本実施形態では立方体の容器を例示しているが、その形状は立方体に限らず任意に選択することが可能である。また、弾性表面波素子３０は、弾性表面波の伝播方向を液面に対して垂直となるように配設されている。
【００３１】
弾性表面波素子３０には、圧電基板４０の主面（表面と表すことがある）に第１のＩＤＴ電極５０（以降、単にＩＤＴ電極５０と表すことがある）と第２のＩＤＴ電極６０（以降、単にＩＤＴ電極６０と表すことがある）とが形成されている。ＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０は、液面に対して弾性表面波の伝播方向が垂直になるように構成されている。また、圧電基板４０の表面には、ＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０共通の入出力端子５８が設けられている。
【００３２】
制御部７０と弾性表面波素子３０とは、容器２０の内部側壁２１を挟んで図示しないリードで接続される。このリードは、液体及び容器２０に対して電気的に絶縁されると共に、容器２０との間において防水処置が施されている。この制御部７０には、図示を省略するが、入出力端子５８に入力信号を入力する発信回路と、入力信号の入力から応答信号が出力されるまでの応答時間を検出する検出回路、電源及び検出した応答時間から液位を求める演算回路、検出した液位を表示する表示部等を含んでいる。
【００３３】
次に、本実施形態にて用いられる弾性表面波素子３０の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る弾性表面波素子３０を模式的に表す平面図である。図２において、弾性表面波素子３０には、圧電基板４０の同一表面上にＩＤＴ電極５０，６０とが直列に接続され形成されている。
【００３４】
ＩＤＴ電極５０は、交差指電極５２と交差指電極５１とが、それぞれの電極指が交互に並設されて構成される。具体的には、図２にて上方から電極指５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５１ｃ，５２ｂの順に配列される。このように各電極指が構成されるＩＤＴ電極を一方向性電極と呼び、弾性表面波の大部分が一方向、つまり、矢印Ａ方向に伝搬する。
【００３５】
上述した各電極指の幅、電極の間隔（電極間ピッチと表す）について説明を加える。弾性表面波の波長をλとしたとき、電極指５１ａの幅Ｗ１を（３／８）λ、電極指５２ａの幅Ｗ２を（１／８）λ、電極指５１ｂの幅Ｗ３を（１／８）λ、電極指５１ｃの幅Ｗ４を（３／８）λに設定している。
【００３６】
また、各電極間ピッチＷｐ１，Ｗｐ２，Ｗｐ３，Ｗｐ４をそれぞれ（１／８）λに設定している。従って、交差指電極５１のピッチは、Ｗ１＋Ｗｐ１＋Ｗ２＋Ｗｐ２＋Ｗ３＋Ｗｐ３＝λで表される。交差指電極５２のピッチは、Ｗ２＋Ｗｐ２＋Ｗ３＋Ｗｐ３＋Ｗ４＋Ｗｐ４＝λで表される。
【００３７】
ここで、電極指５１ａ，５２ａ，５１ｂのかたまりを１対としたとき、本実施形態のＩＤＴ電極５０は、４対の電極指で構成されている。なお、電極指の対数は４対に限定されない。
【００３８】
次に、ＩＤＴ電極６０の構成について説明する。ＩＤＴ電極６０の交差指電極６１，６２の基本的な構成は、ＩＤＴ電極５０の構成と同じであるため詳細な説明を省略するが、交差指電極６１，６２の各電極指の配列順序がＩＤＴ電極５０とは逆になるように配設されている。つまり、ＩＤＴ電極６０も一方向性電極であり、弾性表面波の伝搬方向が矢印Ｂ方向となる。
【００３９】
また、本実施形態のＩＤＴ電極６０は、６対の電極指で構成されており、ＩＤＴ電極５０よりも電極指の対数が多く設定されている。これは、詳しくは後述するが、液位検出の際に液体中に浸漬されるＩＤＴ電極６０の電極指を多くすることにより液位の検出範囲を広くすることを目的としている。本実施形態の弾性表面波素子３０においては、ＩＤＴ電極５０とＩＤＴ電極６０の電極指の対数を適宜割り振ることで、弾性表面波素子のサイズを大きくせずに液位検出範囲を広くすることができるのである。
【００４０】
ＩＤＴ電極５０とＩＤＴ電極６０とは、それぞれのバスバー５３，６３とを接続電極５６にて直列接続し、この接続電極５６の中間位置から入出力端子５８が延在されている。入出力端子５８と容器２０の外部に設けられている制御部７０と（図１、参照）が図示しないリードにて接続される。
【００４１】
ここで、ＩＤＴ電極５０の長手方向中央とＩＤＴ電極６０の長手方向中央との距離を弾性表面波実効伝搬長さＬ０（平均伝搬長さと表すことがある）とし、ＩＤＴ電極５０とＩＤＴ電極６０との離間距離をＩＤＴ電極間距離Ｄと表す。
【００４２】
続いて、本実施形態による液位検出における基本作用について図面を参照して説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、弾性表面波素子の基本作用について模式的に表す説明図である。まず、図３（ａ）において、入出力端子５８に入力信号ＳINを入力すると、ＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０それぞれに弾性表面波Ｒ１，Ｒ２（簡略化して図示している）が発生する。そして弾性表面波Ｒ１は矢印Ａ方向に、弾性表面波Ｒ２は矢印Ｂ方向に伝搬する。
【００４３】
図３（ｂ）は、弾性表面波の伝搬の途中を表している。弾性表面波Ｒ１，Ｒ２は徐々にそれぞれ矢印Ａ、矢印Ｂ方向に伝搬して弾性表面波実効伝搬長さＬ０の中央部で交差し、なお伝搬を続ける。
【００４４】
そして、図３（ｃ）に示す位置に到達すると、弾性表面波Ｒ２がＩＤＴ電極５０、弾性表面波Ｒ１がＩＤＴ電極６０の形成領域において共振する。そのときの弾性表面波をＲ１’、Ｒ２’で表す。ここで弾性表面波実効伝搬長さＬ０が示す位置（各ＩＤＴ電極の中央位置）で最大レベルの応答信号が発生する（図４も参照する）。
【００４５】
つまり、入出力端子５８に入力信号を入力すると、弾性表面波の位相速度をＶｓａｗとすると、弾性表面波実効伝搬長さＬ０間をＬ０／Ｖｓａｗで表される遅延時間を伴い応答信号（出力信号Ｓｏｕｔに相当する）が出力される。この遅延時間（群遅延時間と呼称することがある）を応答時間τ１と表す。図３では、弾性表面波素子３０が液体に浸漬されていない状態であるため、この応答時間τ１が基準応答時間である。本実施形態では、ＩＤＴ電極６０が液体に浸漬されたときに応答時間が変化することを利用して液位を測定するのである。
【００４６】
続いて、液位検出作用について具体例を図４，５に例示して説明する。
図４（ａ）は弾性表面波素子が液体に浸漬されていない状態、（ｂ）はこの状態における応答時間について模式的に表す説明図である。図４（ａ）において、弾性表面波素子３０は、液体に浸漬されておらず、従って、ＩＤＴ電極６０も液体に接触していない。
この状態で入出力端子５８に入力信号を入力するとＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０が励振されて弾性表面波が発生し、それぞれ矢印Ａ及び矢印Ｂ方向に伝搬する。
【００４７】
図４（ｂ）において、入力信号ＳINを入力すると直後にノイズＮが発生する。ノイズＮは時間経過とともに減衰する。弾性表面波は、弾性表面波実効伝搬長さＬ０を伝搬してＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０の中央部に達したときに最大の信号レベルの出力信号Ｓｏｕｔを出力する。入力信号ＳIN入力から最大の信号レベル（グラフのピーク位置）までの時間が応答時間τ１として検出される。
【００４８】
なお、ノイズＮが減衰した時間から出力信号Ｓｏｕｔの立ち上がり位置までには時間差ｄを設けている。時間差ｄを設けることによって、このノイズＮが出力信号Ｓｏｕｔに影響を与えることはない。時間差ｄは、所望の時間差と弾性表面波の位相速度の積から求められる時間距離に換算し、ＩＤＴ電極間距離Ｄをこの時間距離よりも大きくすることによって得られる。しかし、その大きさは限定されない。
【００４９】
図５（ａ）は、弾性表面波素子３０の一部が液体中に浸漬された状態、（ｂ）はこの状態における応答時間について模式的に表す説明図である。図５（ａ）において、弾性表面波素子３０は、液体に浸漬されており、ＩＤＴ電極６０が液体中に浸漬されている。ＩＤＴ電極６０の液体中に浸漬されている範囲では、発生する弾性表面波は著しく減衰されるため、有効励振部は液体に浸漬されない部位のみと考えられる。従って、ＩＤＴ電極６０の有効励振位置は液体から突出しているＩＤＴ電極の中央部となることから弾性表面波実効伝搬長さはＬ１で表される。
【００５０】
図５（ａ）の状態における応答時間について図５（ｂ）を参照して説明する。入力信号ＳINを入力すると直後にノイズＮが発生する。ノイズＮは時間経過とともに減衰する。弾性表面波は、弾性表面波実効伝搬長さＬ１を伝搬してＩＤＴ電極５０の中央部及びＩＤＴ電極６０の液体から突出した範囲の中央部において最大の信号レベルの出力信号Ｓｏｕｔを出力する。そして、入力信号ＳIN入力から最大の信号レベル（グラフのピーク位置）までの時間が応答時間τ２として検出される。
【００５１】
従って、図５（ｂ）に示す応答時間τ２は、図４（ｂ）に示す状態のときの応答時間τ１よりも短くなる。応答時間は、ＩＤＴ電極６０が液体中に浸漬される位置、つまり液位によって弾性表面波実効伝搬長さＬ１が変化することにより変化する。この変化量は、応答時間が、弾性表面波実効伝搬長さを弾性表面波の位相速度で除して算出されることから、液位に対応して線形変化する。従って、予め、液位と応答時間の関係を求めておけば、応答時間の検出により液位の測定を行うことができる。
【００５２】
なお、ノイズＮが減衰した時間から出力信号Ｓｏｕｔの立ち上がり位置までの時間差ｄは、ＩＤＴ電極５０，６０の構成が同じであれば変化はなく、ノイズＮの影響はない。
【００５３】
また、ＩＤＴ電極６０が液体中に全浸漬された状態では、ＩＤＴ電極６０側からは出力信号は著しく減衰し、弾性表面波実効伝搬長さが存在しないことから応答出力が検出されない。
【００５４】
従って、前述した実施形態１によれば、弾性表面波素子３０は、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０とを有し、この二つのＩＤＴ電極に同時に入力信号ＳINを入力することにより、遅延時間を伴って応答信号（出力信号Ｓｏｕｔ）が出力され、応答信号出力までの応答時間を検出する。ＩＤＴ電極６０の一部が液体に浸漬されると、浸漬位置（液位）によって応答時間が変化することを利用して液位を容易に検出することができる。
【００５５】
また、液体が容器２０等に収容されている場合、容器２０の底面積と液位の積から液体の収容容積、収容容積と液体の密度の積から液体の重量等の液量を測定することが可能となる。
【００５６】
さらに、本発明における液位の検出は、弾性表面波実効伝搬長さの変化と位相速度から求められるが、それぞれ、液体内外に関係しないＩＤＴ電極の構成により決定する項目であるため、液体の粘度、密度には関わりなく検出することができる。
【００５７】
また、入出力端子５８が、第１のＩＤＴ電極５０のバスバー５３及び第２のＩＤＴ電極６０のバスバー６３とを直列接続する接続電極５６から延在されて形成されているため、外部の制御部７０と接続する入出力端子は一つ設ければよく、入出力端子５８と制御部７０との接続配線が容易にできる。さらに、弾性表面波素子上の配線も簡素化できるという効果を有する。
【００５８】
また、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０とが一方向性電極からなり、それぞれの領域から発生する弾性表面波の伝搬方向とが、それぞれ対向する方向となるように構成されているため、一般的な弾性表面波が双方向に伝搬する弾性表面波素子よりも検出感度を高めることができる。
【００５９】
また、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０とのＩＤＴ電極間距離Ｄが、入力信号を入力した直後に発生するノイズＮと出力信号Ｓｏｕｔとの時間差ｄと位相速度から求められる時間距離よりも大きく設定していることから、出力信号Ｓｏｕｔへの影響を抑制し、検出感度を高めることができる。
【００６０】
さらに、本実施形態では、第２のＩＤＴ電極６０を構成する電極指の数（対数）が、第１のＩＤＴ電極５０を構成する電極指の数（対数）より多く形成されている。従って、液体中に浸漬される第２のＩＤＴ電極６０の電極指の数を増加することで、第１のＩＤＴ電極５０と第２のＩＤＴ電極６０それぞれの電極指の総和を一定とすれば、圧電基板４０のサイズを大きくしなくても、液位の測定範囲を広くすることができる。
（実施形態２）
【００６１】
続いて、本発明の実施形態２に係る液位検出装置について図面を参照して説明する。実施形態２は、液位検出装置を構成する弾性表面波素子の構造に特徴を有している。従って、前述した実施形態１による弾性表面波素子（図２、参照）との相違個所のみ図示し説明する。共通要素には同じ符号を附している。
【００６２】
図６は、本実施形態に係る弾性表面波素子の平面図を示している。図６において、弾性表面波素子３０は、圧電基板４０の表面に形成されるＩＤＴ電極５０，６０と、これらＩＤＴ電極５０，６０の全体を被覆する絶縁性保護膜９０と、から構成されている。ＩＤＴ電極５０，６０の構成は、前述した実施形態（図２、参照）と同じ構成である。
【００６３】
この絶縁性保護膜９０はＳｉＯ2等からなり、ＩＤＴ電極５０，６０がＡｌ等の金属で形成される場合、ＩＤＴ電極５０，６０が液体により腐食されることを防止するために設けられるものである。
【００６４】
また、図示は省略するが、ＩＤＴ電極５０，６０の全体を被覆する撥液性膜を形成することができる。つまり、図６に示す絶縁性保護膜９０と撥液性膜を置き換えて形成する。撥液性膜を設ける目的は、ＩＤＴ電極５０，６０に付着する液滴の除去を促進することにより、励振効率の低下を防止することである。
【００６５】
他の構造として、絶縁性保護膜９０の表面に、さらに撥液性膜を形成する構造としてもよく、さらには、絶縁性保護膜として撥液性を有する材料を採用すれば製造工程の短縮化を図ることもできる。
【００６６】
従って、上述した実施形態２によれば、ＩＤＴ電極５０，６０の表面に絶縁性保護膜９０を形成することによりＩＤＴ電極５０，６０を保護し、多様な種類の液体に使用することができる。また、保護膜が絶縁性を有することから、電導性を有する液体についても液位を検出することができる。
【００６７】
さらに、ＩＤＴ電極５０，６０の表面に撥液性膜を形成している。ＩＤＴ電極５０，６０が液体に浸漬されていない部位に液体が付着することが考えられるが、このような場合、弾性表面波素子３０の駆動が不安定になることがある。そこで、本実施形態では撥液性膜を形成することで、ＩＤＴ電極５０，６０の表面に付着する液体の除去を促進するという効果を奏する。
（実施形態３）
【００６８】
続いて、本発明の実施形態３について図面を参照して説明する。実施形態３は、液位検出装置において、液位検出センサとしての弾性表面波素子と制御部との間を無線通信にて接続することを特徴としている。
【００６９】
図７は、実施形態３に係る液位検出装置の概略構成を示す斜視図である。図７において、液位検出装置１０は、容器２０の内部に取り付けられた弾性表面波素子３０と、容器２０の外部に備えられた制御部７０とから構成されている。
【００７０】
弾性表面波素子３０の近傍には、アンテナと無線受送信回路を含む無線受送信部８０が配設されている。無線受送信部８０は、セラミックス等の基板上に形成されている。従って、アンテナは平面アンテナが好ましい。また、無線受送信部８０は絶縁性保護膜（図示せず）によって被覆されている。
【００７１】
アンテナと無線受送信回路とＩＤＴ電極５０のバスバー５３とは、図示しない配線によって接続されている。
なお、アンテナと無線受送信回路とは、弾性表面波素子３０の圧電基板４０上にＩＤＴ電極５０，６０と並設する構造としてもよい。
【００７２】
制御部７０は、図示しない発信回路、検出回路、演算回路、電源、及び無線送受信回路とアンテナを含む無線送受信部８５と、検出結果を表示する表示部等（図示せず）を含んでいる。
【００７３】
制御部７０の無線送受信部８５から発信された入力信号は、無線受送信部８０にて受信されＩＤＴ電極５０，６０が励振される。そして、前述した応答信号（出力信号Ｓｏｕｔ）が無線受送信部８０から発信され、無線送受信部８５に入力される。応答信号は演算回路にて応答時間、そして液位に変換し表示部にて表示する。
【００７４】
従って、上述した実施形態３によれば、弾性表面波素子３０と制御部７０とは無線通信によって信号の入出力を行うことができるため、液位検出センサとしての弾性表面波素子３０と、制御部７０の配設位置の制約を低減することができる。つまり、容器２０の形状の制約を排除し、弾性表面波素子３０と制御部７０との接続リードの形成が困難な場合、さらには容器がない環境における液位の検出を可能にするという効果を有する。
【００７５】
また、実施形態１（図２、参照）で示したように、ＩＤＴ電極５０及びＩＤＴ電極６０共通の入出力端子５８が設けられていることから、従来は入力側と出力側に二つのアンテナが必要であったが、本実施形態によればアンテナが一つだけでよいという効果がある。
【００７６】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述した実施形態１〜実施形態３では、液位を検出する例を示して説明したが、出力信号Ｓｏｕｔを単純な応答信号としてとらえ、液体が定量以上存在するか定量以下であるかの残量検出装置として使用することも可能である。
【００７７】
また、前述した実施形態１〜実施形態３では、１個の弾性表面波素子を用いる場合を例示したが、複数個の弾性表面波素子を並設することもできる。このような場合、複数の弾性表面波素子それぞれの第２のＩＤＴ電極を液体の深さ方向において交差しないように配設する。このようにすれば、液位の検出範囲をより一層広げることができる。
【００７８】
従って、本実施形態によれば、二つのＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子を用いて、液位によって変化する応答時間を検出することによって、簡単な構造で液体の量を液位として検出することができる液位検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態１に係る液位検出装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子を模式的に表す平面図。
【図３】本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子の基本作用について模式的に表す説明図であり、（ａ）は入力信号を入力した直後の状態、（ｂ）は弾性表面波が伝搬する途中の状態、（ｃ）は出力信号が出力された直後の状態を示す説明図。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子が液体に浸漬されていない状態を示し、（ｂ）はこの状態における応答時間について模式的に表す説明図。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態１に係る弾性表面波素子の一部が液体に浸漬されている状態、（ｂ）はこの状態における応答時間について模式的に表す説明図。
【図６】本発明の実施形態２に係る弾性表面波素子を示す平面図。
【図７】本発明の実施形態３に係る液位検出装置の概略構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００８０】
１０…液位検出装置、３０…弾性表面波素子、４０…圧電基板、５０…第１のＩＤＴ電極、５８…入出力端子、６０…第２のＩＤＴ電極、７０…制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の主面に形成される第１のＩＤＴ電極と当該第１のＩＤＴ電極から弾性表面波の伝搬方向に離間して配設される第２のＩＤＴ電極と、前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極との共通の入出力端子とを備え、弾性表面波の伝搬方向が液面に対して略垂直に配設される弾性表面波素子と、
少なくとも、前記入出力端子に入力信号を入力する発信回路と前記入力信号の入力から応答信号が出力されるまでの応答時間を検出する検出回路とを有する制御部と、を備え、
前記第２のＩＤＴ電極が液体に浸漬される位置によって生じる前記応答時間の変化から液位を検出することを特徴とする液位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液位検出装置において、
前記入出力端子が、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極それぞれのバスバーを直列に接続する接続電極から延在され形成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液位検出装置において、
前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極とが一方向性電極からなり、
前記第１のＩＤＴ電極の領域から発生する弾性表面波の伝搬方向と前記第２のＩＤＴ電極の領域から発生する弾性表面波の伝搬方向とが、それぞれ対向する方向となるように構成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液位検出装置において、
前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極との離間距離が、前記入力信号を入力した直後に発生するノイズと前記第１のＩＤＴ電極または前記第２のＩＤＴ電極から発生する出力信号との時間差と、弾性表面波の位相速度との積から求められる時間距離よりも大きいことを特徴とする液位検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液位検出装置において、
前記第２のＩＤＴ電極を構成する電極指の数が、前記第１のＩＤＴ電極を構成する電極指の数より多く形成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の液位検出装置において、
前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極の表面に絶縁性保護膜が形成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の液位検出装置において、
前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極の表面にさらに撥液性膜が形成されているか、または、前記絶縁性保護膜の表面に撥液性膜が形成されているか、または絶縁性保護膜が撥液性を有していることを特徴とする液位検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の液位検出装置において、
前記弾性表面波素子と前記制御部それぞれにアンテナを含む無線送受信部を備え、
前記弾性表面波素子と前記制御部とが無線通信にて接続されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項１】
圧電基板の主面に形成される第１のＩＤＴ電極と当該第１のＩＤＴ電極から弾性表面波の伝搬方向に離間して配設される第２のＩＤＴ電極と、前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極との共通の入出力端子とを備え、弾性表面波の伝搬方向が液面に対して略垂直に配設される弾性表面波素子と、
少なくとも、前記入出力端子に入力信号を入力する発信回路と前記入力信号の入力から応答信号が出力されるまでの応答時間を検出する検出回路とを有する制御部と、を備え、
前記第２のＩＤＴ電極が液体に浸漬される位置によって生じる前記応答時間の変化から液位を検出することを特徴とする液位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液位検出装置において、
前記入出力端子が、前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極それぞれのバスバーを直列に接続する接続電極から延在され形成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液位検出装置において、
前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極とが一方向性電極からなり、
前記第１のＩＤＴ電極の領域から発生する弾性表面波の伝搬方向と前記第２のＩＤＴ電極の領域から発生する弾性表面波の伝搬方向とが、それぞれ対向する方向となるように構成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液位検出装置において、
前記第１のＩＤＴ電極と前記第２のＩＤＴ電極との離間距離が、前記入力信号を入力した直後に発生するノイズと前記第１のＩＤＴ電極または前記第２のＩＤＴ電極から発生する出力信号との時間差と、弾性表面波の位相速度との積から求められる時間距離よりも大きいことを特徴とする液位検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液位検出装置において、
前記第２のＩＤＴ電極を構成する電極指の数が、前記第１のＩＤＴ電極を構成する電極指の数より多く形成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の液位検出装置において、
前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極の表面に絶縁性保護膜が形成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の液位検出装置において、
前記第１のＩＤＴ電極及び前記第２のＩＤＴ電極の表面にさらに撥液性膜が形成されているか、または、前記絶縁性保護膜の表面に撥液性膜が形成されているか、または絶縁性保護膜が撥液性を有していることを特徴とする液位検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の液位検出装置において、
前記弾性表面波素子と前記制御部それぞれにアンテナを含む無線送受信部を備え、
前記弾性表面波素子と前記制御部とが無線通信にて接続されていることを特徴とする液位検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−６４６４６（Ｐ２００８−６４６４６Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４３７５１（Ｐ２００６−２４３７５１）
【出願日】平成１８年９月８日（２００６．９．８）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月８日（２００６．９．８）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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