JP2007033075A - 光学式水位計 - Google Patents
光学式水位計 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007033075A JP2007033075A JP2005213079A JP2005213079A JP2007033075A JP 2007033075 A JP2007033075 A JP 2007033075A JP 2005213079 A JP2005213079 A JP 2005213079A JP 2005213079 A JP2005213079 A JP 2005213079A JP 2007033075 A JP2007033075 A JP 2007033075A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- light intensity
- reflected light
- water
- water pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
【解決手段】 水圧により変位するダイヤフラムあるいはベローズからなる変位部材を内蔵する水圧検出器に、入射用光ファイバ、第1反射用光ファイバおよび第2反射用光ファイバからな3本の光ファイバが連結され、これら3本の光ファイバの先端は前記変位部材の変位面と空隙をあけて対向配置されると共に、入射用光ファイバと第1反射用光ファイバとは軸線が前記変位部材の変位面で交差するように傾斜させて配置される一方、第2反射用光ファイバは第1反射用光ファイバより入射用光ファイバからの距離を離反させた位置に配置され、前記第1反射用光ファイバの他端に第1反射光強度センサ、第2反射用光ファイバの他端に第2反射光センサが取り付けられると共に、これら第1、第2反射光センサに演算手段が接続され、前記演算手段で、前記第1反射光強度と第2反射光強度との光強度比を演算し、予め取得している光強度比と水圧との相関関係より水圧を求め、求められた水圧よる水位を求める構成としている。
【選択図】 図1
Description
さらに、電線と接続されるコネクタや避雷素子等の電気部品も無くして、構成を簡単化しながら、測定精度と信頼性を高めることを課題としている。
前記第1反射用光ファイバの他端に第1反射光強度センサ、第2反射用光ファイバの他端に第2反射光センサが取り付けられると共に、これら第1、第2反射光センサに演算手段が接続され、
前記演算手段で、前記第1反射光強度と第2反射光強度との光強度比を演算し、予め取得している光強度比と水圧との相関関係より水圧を求め、求められた水圧よる水位を求める構成としていることを特徴とする光学式水位計を提供している。
かつ、ダイヤフラム等の変位面(反射面)と3本の光ファイバとの距離によって、第1反射用光ファイバで受光する第1反射光強度と、第2反射用光ファイバで受光する第2反射光強度の光強度およびピークの時期を相違させている。
即ち、距離が大となり反射面が離れていくと、まず、入射用光ファイバからの入射地点(言い換えれば、出射地点)に近い第1反射用光ファイバで受光される第1反射光強度が強く、そのピークが現れる。さらに、反射面が離れると、第2反射用光ファイバで受光される第2反射光強度が第1反射光強度よりも大となり、そのピークが現れる。この第1、第2反射光強度の光強度比(パワー比)をとることにより、光ファイバとダイヤフラム等の反射面との距離変化を光強度変化に変換することができる。
このように、変位面に発生する反射光を、第1、第2反射用光ファイバで受光させて、これら反射光同士の光強度の比を求めているため、例えば、光源強度と反射光強度との光強度比より水圧→水位を求める場合と比較して、光源から入射するまでの経路での光強度変動の影響を受けないことから、より高精度の測定を行うことができる。
このように、本発明では光源からの光を入射用光ファイバを光導波路として、水中に投入される水圧検出器内のダイヤフラムあるいはベローズに入射し、対向するダイヤフラムあるいはベローズの反射面から反射させ、ダイヤフラムあるいはベローズが水位に応じて変位すると、第1、第2出射用光ファイバで受光する反射光強度が変化することを利用する光学式測定とし、測定対象の水面から十分に離れた位置で、第1、第2反射用光ファイバで受光する反射光強度を光強度センサで検出して、光電気変換している。
これにより、光ファイバの途中で、雷や電気ノイズを避ける事が出来る。更に水位を測定する液が可燃性の液体である場合には、該液体から光電気変換するセンサを十分離す事が可能であり、危険域で電気を使わず信頼性の高い測定が出来る。
よって、電線を途中電路に配線する必要がなくなり、耐雷性、耐ノイズ性、防爆性を飛躍的に向上させることができる。
即ち、入射用光ファイバからの入射光がダイヤフラムあるいはベローズからなる反射面に入射される地点を入射地点とすると、該入射地点からの垂直線に対して入射光を4〜10°の範囲で傾斜させて入射させ、第1反射用光ファイバは該垂直線を対称線として略同一角度傾斜させている。この傾斜させた固定角度を変化させることで、距離変化に対する感度を調整することが可能である。
前記ステンレスとしては、特許文献1で提示したCr−Ni−Moタイプの析出硬化性セミオーステナイト系ステンレスが好適に用いられる。
なお、ダイヤフラム、ベローズの底板の素材自体が反射ミラーとならない素材から形成している場合には、光ファイバとの対向面に反射ミラーとなる膜を設けてもよい。
ベローズの底板あるいはダイヤフラムとして、前記のように薄金属板からなる高感度のバネ板とすると、水圧の変化に対する高精度に変位させることができ、例えば、1〜10μm/kPaの変位が得られるようにしている。
さらに、光源としてはレーザーダイオード光源またはLED光源を用いることが好ましい。
図1および図2は、本発明の水中投込み式の水位計1を示し、水中Wに投入される水圧検出器2は、中空部3を有するボックス形状のハウジング4を備え、その底壁に水流入穴4aを設けている。詳細には、上面開口の凹状のハウジング本体4−1と、上壁を構成する蓋4−2とからなり、ハウジング本体4−1と蓋4−2とをボルトBで結合して前記中空部3を形成している。
ダイヤフラム6の下面と中空部下面3bとの間は空間S2は水流入穴4aからの水流入部としている。
蓋4−2への貫通穴4bに挿入する部分を前記結合状態に保持するため、3本の光ファイバ11〜13の貫通穴挿入部分は、遮光性の樹脂材15でモールドして一体的に結合している。
また、第1反射用光ファイ12と第2反射用光ファイバ13の下端位置の中心間距離は150〜300μmの範囲とし、本実施形態では200μmとしている。
また、第1反射用光ファイバ12の先端には第1光強度センサ21を接続すると共に、第2反射用光ファイバ13の先端には第2光強度センサ22を接続している。
これら第1、第2光強度センサとしてフォトダイオードを用いている。
前記コンピュータ26で、第1反射光強度と第2反射光強度との光強度比(パワー比)を演算し、予め求めている図4に示すキャリブレーションカーブによって、測定された光強度比から水圧を求め、該水圧から水位を逆演算して求めている。
一方、第2反射光強度P2は0〜1000μmまで次第に強くなり、800μmを越えると第1反射光強度P1より強くなり、1000μmでピークを示し、1000μmを越えると次第に弱くなる。
前記第1反射光強度P1と第2反射光強度P2とから、(P2−P1)/(P1+P2)として求めたパワー比も図5に示している。
取得したパワー比を図4に示すキャリブレーションカーブに当てはめて、圧力を求め、例えば、パワー比がー0.5であれば、200kPaの圧力とし、該圧力より水位を求めている。
前記第1実施形態の金属ダイヤフラムを備え、かつ、入射用光ファイバ11および第1反射用光ファイバ12との固定角度を5°とした試験装置を設けた。
試験装置ではハウジング3の中空部S2に0kPa→400kPaの圧縮空気を導入し、ダイヤフラムへの印加圧力を0→400KPaに変化させて、圧力上昇と下降とを10分毎に40KPa刻みで10段階で上昇と下降を1サイクルとして10サイクルを行った。
その結果は図6に示すように、測定ばらつきは±0.2%以下で高精度に測定できることが確認できた。
該金属ベローズ30は、断面を波状としたステンレス製の円環板31を上下に複数配置し、上下の円環板の内周部と外周部を交互に溶接して上下に伸縮するバネ性をもたせており、上端の円環板31aの外周縁をハウジング4の蓋4−2に溶接し、下端の円環板31bに鏡面仕上げのステンレス製の底板32を溶接し、該底板32の中央部を前記3本の光ファイバ11〜13の下端面に所要距離をあけて対向配置させている。
第2実施形態においても、光源20から入射用光ファイバ11を通してベローズ30の底板32に入射した光が底板32から反射し、この反射光を第1反射用光ファイバ12、第2反射用光ファイバ13で受光している。この第1、第2反射用光ファイバ12、13の反射光を第1、第2光強度センサ21、22は検出され第1実施形態と同様にコンピュータ26で水位が求められる。
3 中空部
4 ハウジング
4a 水流入穴
6 ダイヤフラム
10 光ファイバ結合体
11 入射用光ファイバ
12 第1反射用光ファイバ
13 第2反射用光ファイバ
20 光源
21 第1反射光強度センサ
22 第2反射光強度センサ
26 コンピュータ
30 ベローズ
Claims (4)
- 水圧により変位するダイヤフラムあるいはベローズからなる変位部材を内蔵する水圧検出器に、入射用光ファイバ、第1反射用光ファイバおよび第2反射用光ファイバからな3本の光ファイバが連結され、これら3本の光ファイバの先端は前記変位部材の変位面と空隙をあけて対向配置されると共に、入射用光ファイバと第1反射用光ファイバとは軸線が前記変位部材の変位面で交差するように傾斜させて配置される一方、第2反射用光ファイバは第1反射用光ファイバより入射用光ファイバからの距離を離反させた位置に配置され
前記第1反射用光ファイバの他端に第1反射光強度センサ、第2反射用光ファイバの他端に第2反射光センサが取り付けられると共に、これら第1、第2反射光センサに演算手段が接続され、
前記演算手段で、前記第1反射光強度と第2反射光強度との光強度比を演算し、予め取得している光強度比と水圧との相関関係より水圧を求め、求められた水圧よる水位を求める構成としていることを特徴とする光学式水位計。 - 前記水圧検出器のハウジングは水流入穴から水が流入する中空部を備え、該中空部を囲繞する上面に前記3本の光ファイバの下端面が露出して配置され、これら光ファイバの下端面と空隙をあけて前記ベローズあるいはダイヤフラムの上面側の反射面を水密に封止させて取り付けられ、前記ベローズあるいはダイヤフラムの下面側に前記水流入部から水を流入させる構成としている請求項1に記載の光学式水位計。
- 前記水圧検出器のハウジングに固定される前記3本の光ファイバのうち、入射用光ファイバと第1反射用光ファイバとは前記変位部材の変位面の中心を通る垂線に対して夫々4〜10°の固定角度をあけて配置されていると共に、第2反射用光ファイバは第1反射用光ファイバに平行状態に結合させて入射用光ファイバとの反対側に配置され、かつ、前記中空部に露出する下端面では前記3本の光ファイバを並列状態で隣接配置されている請求項2に記載の光学式水位計。
- 前記3本の光ファイバの下端面と前記変位部材の反射面との寸法は、100〜4500μmとされている請求項1乃至請求項3のいずれか1項の記載の光学式水位計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005213079A JP2007033075A (ja) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | 光学式水位計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005213079A JP2007033075A (ja) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | 光学式水位計 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007033075A true JP2007033075A (ja) | 2007-02-08 |
Family
ID=37792539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005213079A Pending JP2007033075A (ja) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | 光学式水位計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007033075A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014109465A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | E-System Corp | 水圧計用容器およびそれを用いた水圧計 |
JP2014153139A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Seiko Epson Corp | 液圧計、液位計および警報システム |
JP6060237B1 (ja) * | 2015-10-13 | 2017-01-11 | 株式会社トランスコア | 水圧計 |
KR20210034084A (ko) | 2018-10-09 | 2021-03-29 | 가부시키가이샤 후지킨 | 압력 센서 |
CN116519088A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-08-01 | 深圳市柏金科技有限公司 | 无源涉水传感器、检测方法及液位测量的系统 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58165028A (ja) * | 1982-03-25 | 1983-09-30 | Shimadzu Corp | 光回折型圧力センサ |
JPS6348294B2 (ja) * | 1981-02-06 | 1988-09-28 | Shimadzu Corp | |
JPH07151624A (ja) * | 1993-08-27 | 1995-06-16 | Hughes Aircraft Co | 光ファイバ高温度圧力センサ |
JPH11201800A (ja) * | 1998-01-08 | 1999-07-30 | Kawatetsu Advantech Kk | 水位計 |
US6433350B2 (en) * | 2000-06-08 | 2002-08-13 | Industrial Technology Research Institute | Multi-range fiber-optic reflective displacement micrometer |
-
2005
- 2005-07-22 JP JP2005213079A patent/JP2007033075A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6348294B2 (ja) * | 1981-02-06 | 1988-09-28 | Shimadzu Corp | |
JPS58165028A (ja) * | 1982-03-25 | 1983-09-30 | Shimadzu Corp | 光回折型圧力センサ |
JPH07151624A (ja) * | 1993-08-27 | 1995-06-16 | Hughes Aircraft Co | 光ファイバ高温度圧力センサ |
JPH11201800A (ja) * | 1998-01-08 | 1999-07-30 | Kawatetsu Advantech Kk | 水位計 |
US6433350B2 (en) * | 2000-06-08 | 2002-08-13 | Industrial Technology Research Institute | Multi-range fiber-optic reflective displacement micrometer |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014109465A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | E-System Corp | 水圧計用容器およびそれを用いた水圧計 |
JP2014153139A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Seiko Epson Corp | 液圧計、液位計および警報システム |
JP6060237B1 (ja) * | 2015-10-13 | 2017-01-11 | 株式会社トランスコア | 水圧計 |
KR20210034084A (ko) | 2018-10-09 | 2021-03-29 | 가부시키가이샤 후지킨 | 압력 센서 |
US11768123B2 (en) | 2018-10-09 | 2023-09-26 | Fujikin Incorporated | Diaphragm type pressure sensor arrangement having corrosion resistance and yield strength |
CN116519088A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-08-01 | 深圳市柏金科技有限公司 | 无源涉水传感器、检测方法及液位测量的系统 |
CN116519088B (zh) * | 2023-07-03 | 2023-10-17 | 深圳市柏金科技有限公司 | 无源涉水传感器、检测方法及液位测量的系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ripka et al. | Modern sensors handbook | |
RU2464537C2 (ru) | Волоконно-оптический датчик температуры | |
CN106153978B (zh) | 基于光纤mems法珀微腔的流速测试方法 | |
EP0007312A1 (en) | OPTICAL SENSOR APPARATUS. | |
JP2007033075A (ja) | 光学式水位計 | |
CN103557984B (zh) | 一种差压传感器探头的封装方法及结构 | |
JP2007033449A (ja) | 力を測定するための装置およびシステム | |
CN108139284B (zh) | 光纤压力传感器及方法 | |
EP2325597B1 (en) | Non-contact optical probe and measuring machine | |
CN105806543A (zh) | 一种光纤法珀高温压力传感器 | |
US7057154B2 (en) | Optical displacement sensor and external force detecting device | |
JPS6166936A (ja) | 物理パラメータ測定用の光・電気・機械的装置 | |
JPH0311644B2 (ja) | ||
JP2006242608A (ja) | 光学式水位計 | |
CN205664972U (zh) | 一种高温压力传感器 | |
JP3499487B2 (ja) | センサ付面積式流量計 | |
US6341526B1 (en) | Micromachined diffractive pressure sensor system | |
RU2567176C2 (ru) | Дифференциальный волоконно-оптический датчик разности давления | |
US20210199496A1 (en) | Chromatic confocal sensor | |
CN107677341B (zh) | 基于空气折射率的光纤干涉水位传感装置及方法 | |
JP2013170832A (ja) | 光ファイバ液面スイッチ | |
KR20190012921A (ko) | 광섬유 격자를 이용한 누수 및 침수 감지센서 | |
KR101979291B1 (ko) | 진공부와 fbg 센서를 이용한 안전진단용 압력측정장치 | |
CN103557986B (zh) | 一种差压传感器强度补偿方法及装置 | |
JP3489496B2 (ja) | 光式圧力センサ及びそれを用いた圧力計測方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070420 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090402 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100525 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100726 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110201 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111220 |