JP2006194609A - Liquid level indicator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光の反射を利用して、容器内の液面高を測定する液面計に関する。 The present invention relates to a liquid level gauge that measures the liquid level in a container using reflection of light.
光を利用して液面の高さを測定する装置としては、液面からの直接反射を利用する方式、あるいは液面に浮かせたフロート上に反射板を設置し、これからの反射光を利用する方式などが用いられている。
図1は、後者の例である。液体を貯蔵する容器100の液面110にフロート105を浮かせ、この上に支持具107を介して反射体106を設置し、光式距離計101の発光部103から放射される光線を該反射体106で反射させ、これを受光部102で受光し、光の往復伝播時間から液面高を測定する形になっている。またこの例では、反射体106が光束から外れることを防ぐため、ガイド104を設け、フロート105がこのガイドに沿って上下するようにしてある。図2はこのフロート105の部分を光距離計101側から見た図である。
As a device for measuring the height of the liquid surface using light, either a method using direct reflection from the liquid surface, or a reflecting plate installed on a float floated on the liquid surface, and the reflected light from now on is used. A method is used.
FIG. 1 is an example of the latter. A float 105 is floated on a liquid surface 110 of a
また回転することにより色が変わる着色磁石を装着した円筒を、液体を入れた容器に設置し、液面に浮かせたフロート上の磁石により、前記着色磁石を回転させ、その変色位置より液面高を測定する方式などが用いられている。
図3は、その一例である。
この例では、容器100の外部に液体が流入できる円筒を設け、その中の液面に磁石をつけたフロート111を浮かべ、このフロート上の磁石により表示機112内の回転着色磁石113を回転させその変色位置から液面高を読み取る形になっている。
FIG. 3 shows an example.
In this example, a cylinder into which liquid can flow is provided outside the
従来の光式距離計を用いた方法では、反射鏡面が測定物である液体・気体に直接曝されている。このためたとえ反射鏡面と液面との距離をとったとしても時間と共に鏡面に汚れが付着し、反射光が減衰し受信が困難になる。また振動などにより鏡面に液滴が付着したような場合には、その液滴の屈折により光の反射方向が変わり、反射光の受信が困難になる。 In the conventional method using an optical distance meter, the reflecting mirror surface is directly exposed to a liquid or gas as a measurement object. For this reason, even if the distance between the reflecting mirror surface and the liquid surface is taken, dirt adheres to the mirror surface with time, and the reflected light attenuates, making reception difficult. When a droplet adheres to the mirror surface due to vibration or the like, the reflection direction of the light changes due to refraction of the droplet, and it becomes difficult to receive the reflected light.
光反射による遅延を測定するためには光式距離計が必要で、従来の光の波長による干渉を利用した方式ではこの測定部が高価なものとなっている。 In order to measure the delay due to light reflection, an optical distance meter is required, and this measuring unit is expensive in the conventional method using interference due to the wavelength of light.
磁気的な結合を用いた測定の例では着色部分を目視測定する形になり、自動的な測定および記録が不可能であったり、精度を上げるためには、回転磁石の大きさを薄くかつ小さくする必要があり複雑になる嫌いがある。 In the example of measurement using magnetic coupling, the colored part is visually measured, and automatic measurement and recording are impossible. To increase accuracy, the size of the rotating magnet is made thin and small. There is a hating that needs to be complicated.
本発明は、被測定液体内にその内部が被測定液体とは気密的に分離された筒を挿入し、この筒の外周に被測定液面上に浮かせたフロートを配置するとともに、筒内部には外部フロートと磁気的に結合してこの動きに追随する移動体を配置し、この移動体の位置を測定することにより液面高を測定するようにし、測定空間が直接被測定液体に曝されないようにしている。 In the present invention, a cylinder whose inside is hermetically separated from the liquid to be measured is inserted into the liquid to be measured, and a float floated on the surface of the liquid to be measured is disposed on the outer periphery of the cylinder, Arranges a moving body that magnetically couples with the external float and follows this movement, and measures the position of the moving body to measure the liquid level, so that the measurement space is not directly exposed to the liquid to be measured. Like that.
同時に 筒内部の移動体には再帰型反射鏡を設置し、反射鏡の角度や位置づれに対しても受光できないような事態が発生しないようにしている。 At the same time, a retro-reflective mirror is installed on the moving body inside the cylinder to prevent the situation where light cannot be received even when the angle or position of the reflector is changed.
また、光式距離計としては発光源から受光素子までの光の伝播時間および電気回路内の時間遅れを含めた遅延時間で周波数が定まる弛張発振機を構成し、この発振周波数を測定することにより液面高を求める。この多くは電子回路で構成され、安価に製造可能となる。 In addition, as an optical distance meter, a relaxation oscillator whose frequency is determined by the delay time including the propagation time of light from the light source to the light receiving element and the time delay in the electric circuit is constructed, and this oscillation frequency is measured. Find the liquid level. Many of these are composed of electronic circuits and can be manufactured at low cost.
さらに参照ルートを装置内に設けることにより、測定対象の光反射ルート以外の部分の時間変動を除去することが可能となり、精度の良い測定を可能とするとともに保守の必要性を減らしている。 Further, by providing a reference route in the apparatus, it is possible to eliminate time fluctuations in portions other than the light reflection route to be measured, enabling accurate measurement and reducing the need for maintenance.
また選択として、筒内部に液体を充填し円筒内移動体系の浮力を利用して、筒内部の移動体および磁石の重力による重さを相殺し、外部磁石への追従をより容易に行えるようにする。これにより外部磁石との磁気結合により移動体が容易に外部フロートに追従することを可能とすることが出来る。 Also, as an option, liquid can be filled inside the cylinder and the buoyancy of the moving system in the cylinder can be used to offset the weight of the moving body and magnet inside the cylinder due to gravity, making it easier to follow the external magnet. To do. Thereby, the moving body can easily follow the external float by magnetic coupling with the external magnet.
また別の選択として筒に円筒を使い内部・外部に螺旋のガイドを設置し移動体を螺旋に沿い回転しながら上下させる。これにより移動体の空間での外部フロートの高さ位置に対する追従に回転力を使うことが出来、安定した追従を可能とし、また衝撃等による落下を防ぐことも可能となる。 Another option is to use a cylinder as a cylinder and install spiral guides inside and outside to move the moving body up and down while rotating along the spiral. As a result, the rotational force can be used to follow the height position of the external float in the space of the moving body, enabling stable follow-up and preventing falling due to impact or the like.
本発明では、気密円筒内部での外部フロートに磁力により追随する移動体の位置を光の伝播時間で測定するため、光反射体が溶液などにより汚されることが無く、少ない保守で安定した測定を可能としている。 In the present invention, since the position of the moving body that follows the external float inside the hermetic cylinder by the magnetic force is measured by the propagation time of the light, the light reflector is not contaminated by the solution or the like, and stable measurement can be performed with little maintenance. It is possible.
また光ファイバを用いて発光部および受光部を被測定液体から離れた位置に設置することにより、測定系の電気回路等により発火などの現象が発生しないようにでき極めて防爆性の高い系が実現できる。 In addition, by installing the light emitting and receiving parts away from the liquid to be measured using optical fibers, it is possible to prevent the occurrence of ignition and other phenomena due to the electrical circuit of the measurement system, etc., realizing an extremely high explosion-proof system it can.
また、測定光の発光源から受光までの時間遅れにより、その発振周波数が決定される弛張発振を用い、その発振周波数を測定することにより液面高を求める。この方式は簡単な電気回路で構成できるため、安価に製造可能となる。 Further, the liquid surface height is obtained by measuring the oscillation frequency using the relaxation oscillation in which the oscillation frequency is determined by the time delay from the light emission source to the reception of the measurement light. Since this method can be configured with a simple electric circuit, it can be manufactured at low cost.
さらに光反射ルート以外の遅延変動に対しては、校正ルートを設けることにより、除去することが可能となる。この為きわめて精度が高い測定が可能となり、同時に保守が容易な液面計が提供できる。 Furthermore, delay fluctuations other than the light reflection route can be eliminated by providing a calibration route. For this reason, measurement with extremely high accuracy is possible, and at the same time, a level gauge that is easy to maintain can be provided.
また、必要により円筒内部に液体を充填し円筒内移動体系の浮力を利用し重力と相殺することにより、移動体のフロートに対する追従を容易にし、精度の良い安定した測定が可能となる。 In addition, if necessary, the liquid is filled in the cylinder, and the buoyancy of the moving system in the cylinder is used to cancel the gravity, thereby facilitating the tracking of the moving body to the float and enabling accurate and stable measurement.
さらに必要により円筒内部・外部に螺旋のガイドを用意し移動体系の空間での外部フロート位置に対する追従を安定にし、衝撃による落下等による測定誤りを防ぐことが可能となる。 Furthermore, if necessary, spiral guides can be prepared inside and outside the cylinder to stabilize the follow-up to the external float position in the space of the moving system, and it is possible to prevent measurement errors due to dropping due to impact.
図4および図5は本発明の1実施例である。図4は被測定液体と測定器の側面断面図、図5は測定器のB−B’ 部分から下を見た平面図である。
本発明における液面高測定は以下のように行われる。
光式距離計101の発光部103から出た光は送光ファイバ115で被測定液体の入った容器100に取り付けられた光ケーブル接続部114に導かれ、ここで送光コリメータ117-1で平行光線に変換され、密閉円筒118内に設けられた移動体123上の再帰反射体122に向けて放射される。再帰反射体122で反射された光は受光コリメータ117-2を通り受光ファイバ116で導かれて光式距離計101に入力される。
液面高は、光が光式距離計101から発射された時刻と受光された時刻との差から後述する簡単な計算で求められる。
4 and 5 show an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a side sectional view of the liquid to be measured and the measuring device, and FIG. 5 is a plan view of the measuring device as viewed from the BB ′ portion.
The liquid level measurement in the present invention is performed as follows.
The light emitted from the light emitting unit 103 of the optical distance meter 101 is guided to the optical cable connecting unit 114 attached to the
The liquid level is obtained by a simple calculation described later from the difference between the time when the light is emitted from the optical distance meter 101 and the time when the light is received.
以上の測定系において密閉円筒118は、再帰反射体122の反射面が容器100内の液体により汚染されたり、揮発性の液体の蒸気により光の伝播が妨げられるのを防ぐために用いられており、再帰反射体122は密閉円筒118の取り付け時の傾きや測定液面の傾き等に関係なく反射光が確実に受光コリメータ117-2で受光できるようにするために用いられている。
In the above measurement system, the sealed cylinder 118 is used to prevent the reflection surface of the retroreflector 122 from being contaminated by the liquid in the
以上説明した測定方法では、再帰反射体122の反射面と被測定液面が同一平面にあることが重要であるが、本発明ではこれを以下のようにして実現している。
密閉円筒118には、その外周に沿って上下する浮き119が液面110に浮く形で設けられており、この浮き119の密閉円筒118側には外部永久磁石120が固着されている。また密閉円筒118の内部の移動体123にも密閉円筒118側に内部永久磁石121が固着されている。この2つの永久磁石はその磁力が互いに引き合うように設定されており、これにより浮き119が液面110の動きにつれて動けば、移動体123も連動して動き、結局は液面位置と再帰反射体122の反射面位置は同じになる。実際の液面位置と反射面の位置は取り付け方法によって異なる場合があるが、このずれは校正により補正できることは明らかである。
またこの場合密閉円筒118は磁力を遮らないものでなければならないが、非磁性体を使用すれば容易に実現できることも明らかである。具体的にはプラスチック等で実現可能である。
In the measurement method described above, it is important that the reflection surface of the retroreflector 122 and the liquid surface to be measured are on the same plane. In the present invention, this is realized as follows.
A floating cylinder 119 that rises and falls along the outer periphery of the sealed cylinder 118 is provided so as to float on the liquid surface 110, and an external permanent magnet 120 is fixed to the floating cylinder 119 on the sealed cylinder 118 side. An internal permanent magnet 121 is also fixed to the movable body 123 inside the sealed cylinder 118 on the sealed cylinder 118 side. These two permanent magnets are set so that their magnetic forces attract each other, so if the float 119 moves with the movement of the liquid level 110, the moving body 123 will also move together, eventually the liquid level position and the retroreflector The position of the reflecting surface 122 is the same. Although the actual liquid surface position and the reflective surface position may differ depending on the mounting method, it is clear that this deviation can be corrected by calibration.
Further, in this case, the sealed cylinder 118 must be one that does not block the magnetic force, but it is obvious that it can be easily realized by using a non-magnetic material. Specifically, it can be realized with plastic or the like.
また磁力の効率を良くする為に永久磁石を磁性体のヨークで補強することや浮き119や移動体123と密閉容器118との摩擦を小さくするために、その接触面にころなどを設けることにより、液面と反射面の追従性を良くする。 In order to improve the efficiency of the magnetic force, the permanent magnet is reinforced with a magnetic yoke, and the contact surface is provided with rollers to reduce the friction between the float 119 and the moving body 123 and the sealed container 118. , Improve the followability of the liquid surface and the reflective surface.
移動体123を浮き119の動きに追従させるための磁石の配置方法は種々考えられる。図6では、クロスする形で4個の棒磁石を配置した例を示し、図7にはシリンダー型磁石を配置した例を示している。いずれの場合も、浮き119に固着した外部永久磁石120と移動体123に固着した内部永久磁石121はNSの極がお互いに対向する位置に固定する必要があるが、この条件はそれぞれの極数を等しくしておくことと、浮き119と移動体123が密閉円筒118に対して自由に回転できるようにしておくことにより容易に実現できることは自明である。 Various arrangement methods of the magnet for causing the moving body 123 to follow the movement of the float 119 are conceivable. FIG. 6 shows an example in which four bar magnets are arranged in a crossing manner, and FIG. 7 shows an example in which cylinder-type magnets are arranged. In either case, the external permanent magnet 120 fixed to the float 119 and the internal permanent magnet 121 fixed to the moving body 123 need to be fixed at positions where the NS poles face each other. Obviously, it can be easily realized by making the floats 119 and the movable body 123 freely rotatable with respect to the sealed cylinder 118.
以上の説明では、移動体123は磁力により空間に浮いた状態になっている。これを安定に実現するためには、移動体123の重さを支えるための強力な磁石を必要とする。さもなければ衝撃などで移動体123が密閉円筒118の底面に落下する可能性がある。
本発明では、この問題を解決する一手段として、密閉円筒118 内に透明液体124を充填し、この中に移動体123を置いている。このようにすれば、移動体123に働く重力と透明液体124による浮力を釣り合わせることが可能になり、移動体123の重さを等価的にゼロにすることが可能である。また液体の粘性により、衝撃力などによる急激な移動も抑制できるから、移動体123を浮き119と同一高さに安定に保持することが容易になる。
In the above description, the moving body 123 is in a state of floating in space due to the magnetic force. In order to realize this stably, a strong magnet for supporting the weight of the moving body 123 is required. Otherwise, the moving body 123 may fall onto the bottom surface of the sealed cylinder 118 due to an impact or the like.
In the present invention, as one means for solving this problem, a transparent liquid 124 is filled in a sealed cylinder 118, and a moving body 123 is placed therein. In this way, it is possible to balance the gravity acting on the moving body 123 and the buoyancy caused by the transparent liquid 124, and the weight of the moving body 123 can be made equal to zero. Moreover, since the liquid can be prevented from abruptly moving due to an impact force or the like, it is easy to stably hold the moving body 123 at the same height as the float 119.
この場合、再帰反射体122は充填された透明液体124の環境での再帰反射性を有するものを用いる必要がある。また密閉円筒118内で移動体123の移動が透明液体124の粘性抵抗を受けにくくするため移動体123に液体抜き穴125を用意することも有効である。
本実施例では、容器内の液面高測定の例を示しているが、該円筒を川、湖沼、海等に設置すれば、これらの水面等の高さを測定できることは、明白である。
In this case, the retroreflector 122 needs to have a retroreflective property in the environment of the filled transparent liquid 124. It is also effective to prepare a liquid drain hole 125 in the moving body 123 so that the movement of the moving body 123 within the sealed cylinder 118 is less susceptible to the viscous resistance of the transparent liquid 124.
In the present embodiment, an example of measuring the liquid level in the container is shown, but it is clear that the height of the water level and the like can be measured by installing the cylinder in a river, a lake, the sea, or the like.
図8は液面計に用いる、光式距離計101と液面高測定の構成を示す図である。
本発明では、光源から出た光を再帰反射体に放射し、そこで反射した光が受光されるまでの時間差で液面高を測定する構成になっている。具体的にはこの時間差で周波数が決定される弛張発振機126を構成し、その周波数から液面高を測定するように構成してある。以下詳細に説明する。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the optical distance meter 101 and the liquid level measurement used for the liquid level gauge.
In the present invention, the light level emitted from the light source is emitted to the retroreflector, and the liquid level is measured by the time difference until the reflected light is received. Specifically, the relaxation oscillator 126 whose frequency is determined by this time difference is configured, and the liquid level is measured from the frequency. This will be described in detail below.
弛張発振機126は、電気光変換器129、光電気変換器128-2および128-1を境として電気回路部分と光経路部分とから構成される。電気回路部分は、反転増幅器132、その2値出力の高低により光のオンオフが制御される光電気変換器129、再帰反射体122で反射されて戻ってきた反射光を受光し電気信号に変換する光電気変換器128-2および128-1、その出力を増幅する増幅器130-1および130-2、計数演算処理部138から出力される切り替え信号140により増幅器130-1、130-2の出力のいずれかを選択し、その出力が反転増幅器132の反転入力端子に入力する切り替え回路131および反転増幅器132の非反転入力端子に接続されている基準電圧源133で構成される。
この電気回路部分から見れば、光経路部分は、単に発光から受光までの時間差を有する遅延回路とみなすことができる。
The relaxation oscillator 126 includes an electric circuit portion and an optical path portion with the electro-optical converter 129 and the photoelectric converters 128-2 and 128-1 as a boundary. The electric circuit portion receives the reflected light returned by the inverting amplifier 132, the photoelectric converter 129 whose light output is controlled by the level of its binary output, and the retroreflector 122, and converts it into an electrical signal. The photoelectric converters 128-2 and 128-1, the amplifiers 130-1 and 130-2 that amplify the outputs, and the switching signal 140 output from the counting operation processing unit 138, the outputs of the amplifiers 130-1 and 130-2. One of them is selected, and the output thereof is composed of a switching circuit 131 for inputting to the inverting input terminal of the inverting amplifier 132 and a reference voltage source 133 connected to the non-inverting input terminal of the inverting amplifier 132.
From the viewpoint of this electric circuit portion, the optical path portion can be regarded as a delay circuit having a time difference from light emission to light reception.
また切り替え回路131で選択される2つの光電気変換器128-1と128-2は128-1が液面高を測定するための光経路の出力であり、128-2は液面高の測定には直接関係のない共通の時間遅れ分を測定する校正用出力である。
この系で反転増幅器132の出力レベルが高い場合は、液面高に関係して決定される時間遅れの後、その反転入力に高いレベルの信号が入力され、反転増幅器132の出力を低いレベルに反転させる。 逆に出力が低いレベルの場合には、上記時間遅れの後低いレベルが入力され、反転増幅器132の出力を高いレベルに反転させる。
ここでレベルの高い低いは、反転増幅器132の非反転入力に接続されている基準電圧133を基準として判定されるものである。
したがって光経路を含むこの回路は、上記時間遅れを半周期としてオンオフを繰り返す弛張発振機になっている。
The two photoelectric converters 128-1 and 128-2 selected by the switching circuit 131 are outputs of the optical path for measuring the liquid level by 128-1, and 128-2 is the measurement of the liquid level. Is a calibration output that measures a common time delay that is not directly related to.
When the output level of the inverting amplifier 132 is high in this system, after a time delay determined in relation to the liquid level, a high level signal is input to the inverting input, and the output of the inverting amplifier 132 is set to a low level. Invert. On the contrary, when the output is at a low level, the low level is input after the time delay, and the output of the inverting amplifier 132 is inverted to a high level.
Here, whether the level is high or low is determined based on the reference voltage 133 connected to the non-inverting input of the inverting amplifier 132.
Therefore, this circuit including the optical path is a relaxation oscillator that is repeatedly turned on and off with the time delay as a half cycle.
光経路部分は以下のように構成される。
電気光変換器129の光出力は送光ファイバ115により、密閉円筒118の頭部に設置された光:ケーブル結合部114に導かれここでコリメータ117-1により平行光線束に変換されハーフミラー145に放射される、光束はここでその電力の1/2が再帰反射体122に放射され、残りの1/2はコリメータ117-2および受光ファイバ116-1を通り光電気変換器128-2に入力される。再帰反射体122に放射された光束はここで入射方向に反射されハーフミラー145を通り光電気変換器128-1に入力される。
The optical path portion is configured as follows.
The light output of the electro-optic converter 129 is guided to the light: cable coupling unit 114 installed at the head of the sealed cylinder 118 by the light transmission fiber 115, where it is converted into a parallel beam by the collimator 117-1 and the half mirror 145. In this case, half of the power of the luminous flux is emitted to the retroreflector 122, and the other half passes through the collimator 117-2 and the receiving fiber 116-1 to the photoelectric converter 128-2. Entered. Here, the light beam emitted to the retroreflector 122 is reflected in the incident direction, passes through the half mirror 145, and is input to the photoelectric converter 128-1.
ここで、受光ファイバ116-1、116-2およびコリメータ117-1、117-2の長さおよびこれらとハーフミラー145との距離は等しく設定されており、ファイバ116-1と116-2を通る光路長の差はハーフミラー145と再帰反射体122との距離の2倍になっている。
したがって、ファイバ116-1および光電気変換器128-2を通る校正用経路の電気回路部分を含めた時間差を測定し、フアィバ116-2および光電気変換器128-1を通る測定用経路の時間差の測定値から差し引けば、ハーフミラー145と再帰反射鏡122間の往復の時間差を求めることができる。
Here, the lengths of the receiving fibers 116-1 and 116-2 and the collimators 117-1 and 117-2 and the distance between them and the half mirror 145 are set to be equal and pass through the fibers 116-1 and 116-2. The difference in optical path length is twice the distance between the half mirror 145 and the retroreflector 122.
Therefore, the time difference including the electric circuit portion of the calibration path passing through the fiber 116-1 and the photoelectric converter 128-2 is measured, and the time difference of the measurement path passing through the fiber 116-2 and the photoelectric converter 128-1 is measured. By subtracting from this measured value, the time difference between the half mirror 145 and the retroreflective mirror 122 can be obtained.
この発振機の周波数は、以下のようになる。
反転増幅器132の出力点Aを時間の基準として考える。
反転増幅器132の出力が変化した後、電気光変換器の出力の光レベルが変化するまでの時間、光電気変換器128-1あるいは128-2の入力光のレベルが変化した後、その出力の電気信号のレベルが変化するまでの時間、その出力電気信号が増幅器130-1あるいは130-2および切り替え回路131を通り反転増幅器132の入力に到達するまでの時間、および反転増幅器132の入力から出力までの時間遅れの総和を電気回路の時間遅れTeとする。ここで光電気変換器128-1を通る系と光電気変換器128-2を通る系はその回路構成を同じにしてあるので、いずれの場合もこの時間遅れTeは等しくなっている。
The frequency of this oscillator is as follows.
The output point A of the inverting amplifier 132 is considered as a time reference.
After the output of the inverting amplifier 132 changes, the time until the optical level of the output of the electro-optical converter changes, the level of the input light of the photoelectric converter 128-1 or 128-2 changes, The time until the level of the electric signal changes, the time until the output electric signal reaches the input of the inverting amplifier 132 through the amplifier 130-1 or 130-2 and the switching circuit 131, and the output from the input of the inverting amplifier 132 The sum of the time delay until is the time delay Te of the electric circuit. Here, the system passing through the photoelectric converter 128-1 and the system passing through the photoelectric converter 128-2 have the same circuit configuration, and in this case, the time delay Te is equal.
電気光変換器129の出力光の変化がハーフミラー145に到達するまでの時間をTo1、再帰反射体122で反射しハーフミラー145に到達するまでの時間をTo2、 ハーフミラー145から光電気変換器128-1あるいは128-2に到達するまでの時間をTo3とすると、測定経路での全体の時間遅れTd1は
Td1=To1+ To2+To3 +Teで与えられる。したがって弛張発振機の周期は2Td1であり周波数は
F1=1/2Td1=1/2(Te+To1+To2+To3)
で与えられる。
一方校正経路での周波数は
F2=1/2(Te+To1+To3)
で与えられる。
この2つの式から、ハーフミラー145から再帰反射体122までの往復時間は、
To2=(F2−F1)/2F1*F2
で与えられる。
The time until the change of the output light of the electro-optic converter 129 reaches the half mirror 145 is To1, the time until it is reflected by the retroreflector 122 and reaches the half mirror 145 is To2, and the time from the half mirror 145 to the photoelectric converter If the time to reach 128-1 or 128-2 is To3, the total time delay Td1 in the measurement path is
It is given by Td1 = To1 + To2 + To3 + Te. Therefore, the period of the relaxation oscillator is 2Td1 and the frequency is
F1 = 1 / 2Td1 = 1/2 (Te + To1 + To2 + To3)
Given in.
On the other hand, the frequency in the calibration path is
F2 = 1/2 (Te + To1 + To3)
Given in.
From these two equations, the round trip time from the half mirror 145 to the retroreflector 122 is
To2 = (F2−F1) / 2F1 * F2
Given in.
上記周波数は、周波数カウンター134で反転増幅器132の出力パルス数を一定時間計数することによって求められる。この計数時間は、発振器135の出力を時間カウンター136で一定数計数することにより作り出される。図8の計数演算処理回路137および周波数液面高変換回路138は前記周波数を測定するための制御および測定した周波数から液面高を計算するための回路であり、表示制御出力139は結果を表示するためのマンマシーンインタフェースである。
前記校正測定および液面高測定の切り替え信号はあらかじめ回路内に蓄えられたプログラムにより、この部分で作り出され、切り替え回路131に送り出され、制御を行なっている。
The frequency is obtained by counting the number of output pulses of the inverting amplifier 132 by a frequency counter 134 for a predetermined time. This counting time is created by counting a fixed number of outputs of the oscillator 135 by the time counter 136. The counting operation processing circuit 137 and the frequency liquid level conversion circuit 138 in FIG. 8 are circuits for controlling the frequency and calculating the liquid level from the measured frequency, and the display control output 139 displays the result. It is a man-machine interface for
The switching signal for the calibration measurement and the liquid level measurement is generated in this portion by a program stored in the circuit in advance, and sent to the switching circuit 131 for control.
図9および図10は本発明の1実施例である。図9は被測定液体と測定器の側面断面図、図10は本実施例の特徴である螺旋ガイドの構造を示すものである。
本発明における液面高測定は以下のように行われる。
光式距離計101の発光部103から出た光は送光ファイバ115で被測定液体の入った容器100に取り付けられた図示していない光ケーブル接続部114に導かれ、ここで送光コリメータ117-1で平行光線に変換され、密閉円筒118内に設けられた移動体123上の再帰反射体122に向けて放射される。再帰反射体122で反射された光は受光コリメータ117-2を通り受光ファイバ116で導かれて光式距離計101に入力される。
以上の測定系において再帰反射体122を乗せた移動体123は、密閉円筒118の外部の浮き119との磁力結合により、液面高の位置に引き寄せられる。さらに移動体123および浮き119は、密閉円筒118の内外部に設けられた螺旋ガイド141および142に沿って上下する。
9 and 10 show an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a side sectional view of the liquid to be measured and the measuring device, and FIG. 10 shows the structure of the spiral guide which is a feature of this embodiment.
The liquid level measurement in the present invention is performed as follows.
The light emitted from the light emitting unit 103 of the optical distance meter 101 is guided to an optical cable connecting unit 114 (not shown) attached to the
In the above measurement system, the moving body 123 on which the retroreflector 122 is placed is attracted to the position of the liquid level by magnetic coupling with the float 119 outside the sealed cylinder 118. Further, the moving body 123 and the float 119 move up and down along the spiral guides 141 and 142 provided inside and outside the sealed cylinder 118.
この螺旋ガイドは。図10に示すような構造になっており、移動体123および浮き119は、この螺旋ガイドに沿い回転しながら上下するかたちになる。
このようにすれば、移動体123は内側螺旋ガイド143との摩擦力および外側永久磁石120と内側永久磁石121との間の磁気的な回転力との関係から出てくる保持力に支えられることになり、移動体123を浮き119と同一高さに安定に保持することが容易になる。
This spiral guide. 10 has a structure as shown in FIG. 10, and the moving body 123 and the float 119 are moved up and down along the spiral guide.
In this way, the moving body 123 is supported by the holding force generated from the relationship between the frictional force with the inner spiral guide 143 and the magnetic rotational force between the outer permanent magnet 120 and the inner permanent magnet 121. Thus, it becomes easy to stably hold the moving body 123 at the same height as the float 119.
図9では、密閉円筒118の内側、外側の両方に螺旋ガイドを設けているが、内側螺旋ガイド141だけを装着した構造でも、ほぼ同様な効果が得られる。 In FIG. 9, the spiral guides are provided on both the inside and the outside of the sealed cylinder 118, but a substantially similar effect can be obtained with a structure in which only the inner spiral guide 141 is mounted.
電気信号を扱う信号処理系を測定位置から分離できるため防爆性が非常に高い装置が提供でき、ガソリンを等の引火性の高い液体を含め各種の液面高の測定に適用できる。 Since the signal processing system that handles electrical signals can be separated from the measurement position, it is possible to provide an extremely high explosion-proof device, and it can be applied to various liquid level measurements including gasoline and other highly flammable liquids.
また反射鏡を含めて光経路が完全密閉型であるため、この部分が汚染されず揮発性の高い液体を含めて全ての液体の液面高の測定に適用できる。
また河川、湖沼および海などの水面高の測定にも、光ファイバ部分を長くすることにより、遠隔測定が可能になる。
In addition, since the optical path including the reflecting mirror is completely sealed, this part is not contaminated and can be applied to the measurement of the liquid level of all liquids including highly volatile liquids.
Remote measurement is also possible by lengthening the optical fiber part to measure the water level of rivers, lakes, and seas.
100 容器
101 光式距離計
102 受光部
103 発光部
104 ガイド
105 フロート
106 反射体
107 支持具
108 ガイドトレーサ
109 ガイド用穴
110 液面
111 フロート磁石
112 表示機
113 回転着色磁石
114 光ケーブル接続部
115 送光ファイバ
116 受光ファイバ
117 コリメータ
118 密閉円筒
119 浮き
120 外部永久磁石
121 内部永久磁石
122 再帰反射体
123 移動体
124 透明液体
125 液体抜き穴
126 弛張発振機
127 測定制御部
128 光電気変換器
129 電気光変換器
130 増幅器
131 切り替え回路
132 反転増幅器
133 基準電圧
134 周波数カウンタ
135 発振器
136 時間カウンタ
137 計数演算処理器
138 周波数液面高変換器
139 表示/制御出力
140 切り替え信号
141 内側螺旋ガイド
142 外側螺旋ガイド
143 内側トレーサ
144 外側トレーサ
145 ハーフミラー
146 測定光
100 containers
101 Optical distance meter
102 Receiver
103 Light emitter
104 Guide
105 Float
106 reflector
107 Support
108 Guide tracer
109 Guide hole
110 Liquid level
111 Float magnet
112 Display
113 Rotating colored magnet
114 Optical cable connection
115 Optical fiber
116 Receiving fiber
117 collimator
118 Sealed cylinder
119 float
120 External permanent magnet
121 Internal permanent magnet
122 Retroreflector
123 mobile
124 clear liquid
125 Fluid hole
126 Relaxation oscillator
127 Measurement controller
128 photoelectric converter
129 electro-optic converter
130 Amplifier
131 switching circuit
132 Inverting amplifier
133 Reference voltage
134 Frequency counter
135 Oscillator
136 hour counter
137 Counting processor
138 Frequency level converter
139 Display / Control output
140 Switching signal
141 Inside spiral guide
142 Outer spiral guide
143 Inner tracer
144 Outer tracer
145 half mirror
146 Measuring light
Claims (6)
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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- 2005-01-11 JP JP2005003766A patent/JP2006194609A/en active Pending
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