JP2008298510A - Liquid level gauge - Google Patents

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Futoshi Kishida
太 岸田
Ken Iimura
憲 飯村
Yoji Nakabayashi
洋司 中林
Akizo Ikeda
顕蔵 池田
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Taiyo Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Taiyo Nippon Sanso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive liquid level gauge having high precision for liquid such as low temperature liquefied gas mainly stored in a very low temperature container. <P>SOLUTION: The liquid level gauge includes: a light source; a first optical fiber bundle 1 waveguiding measurement light from the light source; a light receiving element; a second optical fiber bundle 2 waveguiding reflected light onto the light receiving element; one or more sensor fiber bundles 13 in which the tip part is cut obliquely to form a reflective surface, while the measurement light is waveguided onto the reflective surface and the reflected light from the reflective surface is waveguided in order to bring the reflective surface into contact with the liquid; an interface part 10 in which the measurement light from the first optical fiber bundle is optically coupled to the sensor fiber bundle and the reflected light from the sensor fiber bundle is optically coupled to the second optical fiber bundle; and an arithmetic processing part determining the level of the liquid by processing an electric signal on the basis of the reflected light received by the light receiving element. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、光ファイバを利用して液体の液面位置を測定する液面計に関し、特に液化窒素、液化酸素、液化炭酸ガス、液化アルゴン、液化水素などの低温液化ガスの液面位を好適な測定対象とするものである。   The present invention relates to a level gauge that measures the level of a liquid using an optical fiber, and particularly suitable for the level of a low-temperature liquefied gas such as liquefied nitrogen, liquefied oxygen, liquefied carbon dioxide, liquefied argon, or liquefied hydrogen. It is intended for measurement.

低温液化ガスは、通常低温断熱容器に納められている。低温断熱容器は、金属製の真空二重構造であり、外部から低温液化ガスの液面位置を確認することはできない。そのためフロート(浮子)を用い、フロートの一部を容器外に配置し、フロートの上下動で液面を確認する液面計が従来から用いられている。この液面計は、構造がフロートとバネとを用いた簡単な構造の液面計である。   The low temperature liquefied gas is usually stored in a low temperature insulating container. The low temperature insulation container has a metal vacuum double structure, and the liquid level position of the low temperature liquefied gas cannot be confirmed from the outside. Therefore, a liquid level gauge is conventionally used in which a float (floating element) is used, a part of the float is disposed outside the container, and the liquid level is confirmed by the vertical movement of the float. This level gauge is a level gauge with a simple structure using a float and a spring.

しかしながら、この液面計では、フロートの接触抵抗やバネの経年劣化等により正しい液面を表示しないことが多々あり、実際の現場では液面計の表示が正しいかどうか、重量や断熱容器内部を目視確認しているのが実態である。このように、フロート式の液面計では、精度、応答性に問題があった。   However, this liquid level gauge often does not display the correct liquid level due to the contact resistance of the float or the aging of the spring, and so on. The actual situation is that they are visually confirmed. As described above, the float type liquid level gauge has a problem in accuracy and responsiveness.

液体の液面を検知する別の方法として、検知素子にダイオードもしくは抵抗器を用いた液面計が市販されている。この液面計は、検知素子に通電する必要があるので電源を準備する必要があり、検知素子に電流が流れるため支燃性ガスには用いることができない。
また、別の方法として、特開平8−184484号公報には、「液面測定装置および光液面計付き液体容器」が開示されている。この先行発明には、光透過性を有する棒状部材と、その棒状部材に光を導入する光源部と、当該棒状部材から導出される光量を測定する受光部と、導入光と導出光の強度差に基づいて液体容器の液面高さを算出する演算手段とを備えている装置が開示されている。
As another method of detecting the liquid level, a liquid level gauge using a diode or a resistor as a detection element is commercially available. Since this level gauge needs to energize the sensing element, it is necessary to prepare a power source, and since current flows through the sensing element, it cannot be used as a combustion-supporting gas.
As another method, Japanese Patent Laid-Open No. 8-184484 discloses “a liquid level measuring device and a liquid container with an optical liquid level gauge”. This prior invention includes a light-transmitting rod-shaped member, a light source portion that introduces light into the rod-shaped member, a light-receiving portion that measures the amount of light derived from the rod-shaped member, and an intensity difference between the introduced light and the derived light. And a calculating means for calculating the liquid level of the liquid container based on the above.

しかしながら、この先行発明にあっては、光検知部に一本の光ケーブルを用いているので、振動や衝撃で折れたり、亀裂がはいった場合には液面検知ができなくなる。また、液面を検知するために、液面から反射した光の到達時間を計測するので、高性能な演算部が必要となりコストアップとなる。
さらに、電気信号と照射光の変調のための電気信号との位相差を求めて光路距離に換算し、この換算した光路距離から液面レベルを割り出し、残量を連続的に測定するので、照射光の変調する機構も必要となり、コストアップとなる。液体の残量を測定することが主であるため、光ファイバが液中の場合には液面検知ができないといった問題がある。
However, in this prior invention, since one optical cable is used for the light detection unit, the liquid level cannot be detected when it is broken or cracked by vibration or impact. Further, since the arrival time of the light reflected from the liquid surface is measured in order to detect the liquid surface, a high-performance arithmetic unit is required, resulting in an increase in cost.
Furthermore, the phase difference between the electrical signal and the electrical signal for modulation of the irradiation light is obtained and converted into the optical path distance. The liquid level is determined from the converted optical path distance, and the remaining amount is continuously measured. A mechanism for modulating light is also required, which increases costs. Since it is mainly to measure the remaining amount of liquid, there is a problem that the liquid level cannot be detected when the optical fiber is in liquid.

この他、光導波路を用いた液面計として、特開平6−167376号公報に液面計測デバイスが開示されている。
特開平8−184484号公報 特開平6−167376号公報
In addition, as a liquid level gauge using an optical waveguide, a liquid level measuring device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-167376.
JP-A-8-184484 JP-A-6-167376

本発明における課題は、主に極低温容器に貯えられた低温液化ガスなどの液体を対象に、安価で精度の良い液面計を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an inexpensive and accurate liquid level gauge mainly for liquids such as low-temperature liquefied gas stored in a cryogenic container.

前記課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、光源と、この光源からの測定光を導波する第1光ファイババンドルと、
受光素子と、この受光素子に反射光を導波する第2光ファイババンドルと、
先端部分が斜めに切断されて反射面とされ、測定光をこの反射面に導波し、反射面からの反射光を導波するとともに反射面が液体に接触するようにされた1本以上のセンサーファイババンドルと、
第1光ファイババンドルからの測定光をセンサーファイババンドルに光結合し、センサーファイババンドルからの反射光を第2光ファイババンドルに光結合するインターフェイス部と、
前記受光素子で受光された反射光に基づく電気信号を処理して液体の液面位を判定する演算処理部を備えたことを特徴とする液面計である。
In order to solve the problem,
The invention according to claim 1 is a light source and a first optical fiber bundle that guides measurement light from the light source,
A light receiving element and a second optical fiber bundle for guiding reflected light to the light receiving element;
One or more end portions cut obliquely to form a reflecting surface, guide the measurement light to the reflecting surface, guide the reflected light from the reflecting surface, and the reflecting surface is in contact with the liquid A sensor fiber bundle,
An interface unit for optically coupling measurement light from the first optical fiber bundle to the sensor fiber bundle and optically coupling reflected light from the sensor fiber bundle to the second optical fiber bundle;
It is a liquid level gauge provided with the arithmetic processing part which processes the electric signal based on the reflected light received with the said light receiving element, and determines the liquid level of a liquid.

請求項2にかかる発明は、前記センサーファイババンドルとして、その長さを変えたものが2本以上備えられていることを特徴とする請求項1記載の液面計である。   The invention according to claim 2 is the liquid level gauge according to claim 1, wherein two or more sensor fiber bundles having different lengths are provided.

請求項3にかかる発明は、光源からの測定光を第1光ファイババンドルおよびインターフェイス部を介して、先端部分が斜めに切断されて反射面とされ、この反射面が液体に接触するようにされた1本以上のセンサーファイババンドルに導き、これの反射面で反射された反射光をセンサーファイババンドルおよびインターフェイス部を介して第2光ファイババンドルに導き、さらに受光素子に送り、受光素子からの電気出力に基づいて液体の液面位を判定することを特徴とする液面判定方法である。   According to a third aspect of the present invention, the measurement light from the light source is cut off at an end portion obliquely through the first optical fiber bundle and the interface portion to be a reflection surface, and the reflection surface is in contact with the liquid. Then, the light is guided to one or more sensor fiber bundles, and the reflected light reflected by the reflecting surface thereof is guided to the second optical fiber bundle through the sensor fiber bundle and the interface unit, and further sent to the light receiving element. The liquid level determination method is characterized in that the liquid level of the liquid is determined based on the output.

本発明によれば、低コストで高精度な液面計を実現することができる。すなわち、柔軟性を有する光ファイババンドルを用いることにより、振動や衝撃で壊れることが無い。光ファイババンドルの熱容量が小さく、これを液体窒素などの低温液化ガスに浸すだけであるから、低温液化ガスの無駄な消費はない。
また、第1光ファイババンドルおよび第2光ファイババンドルとセンサーファイババンドルとを分離させた構造であるから、仮に一方が破損した場合でも、破損した部分のみを交換すれば良い。
According to the present invention, a highly accurate liquid level gauge can be realized at low cost. That is, by using a flexible optical fiber bundle, it is not broken by vibration or impact. Since the optical fiber bundle has a small heat capacity and is only immersed in a low-temperature liquefied gas such as liquid nitrogen, there is no wasteful consumption of the low-temperature liquefied gas.
In addition, since the first optical fiber bundle and the second optical fiber bundle are separated from the sensor fiber bundle, even if one of them is damaged, only the damaged portion needs to be replaced.

さらに、容器内部には光しか照射されないため、発熱が無く、安全で確実に計測することができる。
また、光ファイバの材質を変えることにより、常温から極低温までの多種類の液体の液面計測が多段で検出可能である。
Furthermore, since only light is irradiated inside the container, there is no heat generation, and safe and reliable measurement can be performed.
In addition, by changing the material of the optical fiber, it is possible to detect the liquid level of various types of liquids from room temperature to extremely low temperatures in multiple stages.

図1は、本発明の液面計の本体の一例を示すものである。図1において、符号1は第1光ファイババンドルを、符号2は第2光ファイババンドルを示す。
第1光ファイババンドル1は、図示略の発光ダイオードやレーザーダイオードなどの光源からの測定光を導波して、後述のインターフェイス部を介してセンサーファイババンドルに送るものである。
FIG. 1 shows an example of the main body of the liquid level gauge of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first optical fiber bundle, and reference numeral 2 denotes a second optical fiber bundle.
The first optical fiber bundle 1 guides measurement light from a light source such as a light-emitting diode or a laser diode (not shown) and sends it to the sensor fiber bundle via an interface section described later.

この第1光ファイババンドル1は、例えば径50μmの石英系光ファイバを500本用いたもので、その測定光の入射端部3は、500本の光ファイバを束ねたバンドルとなっており、合成樹脂からなる保護被覆で保護されている。
第2光ファイババンドル2は、センサーファイババンドルからの反射光をインターフェイス部を介して導波して図示略のホトダイオードやアバランシェホトダイオードなどの受光素子に送るものである。
The first optical fiber bundle 1 uses, for example, 500 silica optical fibers having a diameter of 50 μm, and the incident end 3 of the measurement light is a bundle of 500 optical fibers bundled together. It is protected with a protective coating made of resin.
The second optical fiber bundle 2 guides the reflected light from the sensor fiber bundle through the interface unit and sends it to a light receiving element such as a photodiode (not shown) or an avalanche photodiode.

この第2光ファイババンドル2は、例えば径50μmの石英系光ファイバを500本用いたもので、その反射光の出射端部4は、500本の光ファイバを束ねたバンドルとなっており、合成樹脂からなる保護被覆で保護されている。
第1および第2光ファイババンドル1、2のそれぞれの入射端部3および出射端部4以外の部分は、それぞれを構成する光ファイバ群が1本のバンドルに纏めて束ねられて共通バンドルとされ、金属製フレキシブルパイプからなる保護管5内に納められている。
この保護管5の端部は、合成樹脂などからなるスリーブ6a内に納められている。
This second optical fiber bundle 2 uses, for example, 500 silica optical fibers having a diameter of 50 μm, and the reflected light exit end 4 is a bundle of 500 optical fibers bundled together. It is protected with a protective coating made of resin.
The portions of the first and second optical fiber bundles 1 and 2 other than the entrance end portion 3 and the exit end portion 4 are bundled into a single bundle of optical fiber groups constituting each of them. , And is housed in a protective tube 5 made of a metal flexible pipe.
The end of the protective tube 5 is housed in a sleeve 6a made of synthetic resin or the like.

共通バンドルでは、第1光ファイババンドル1をなす光ファイバと第2光ファイババンドル2をなす光ファイバとをランダムに束ねてバンドルとしてもよく、また図2に示すように、両者の光ファイバを規則正しく配置して束ねてバンドルとしてよい。図2において、符号7は共通バンドルを示し、8、8・・は第1光ファイババンドル1を構成する光ファイバを、9、9・・は第2光ファイババンドル2を構成する光ファイバを示す。   In the common bundle, the optical fibers forming the first optical fiber bundle 1 and the optical fibers forming the second optical fiber bundle 2 may be randomly bundled to form a bundle. As shown in FIG. They may be arranged and bundled to form a bundle. 2, reference numeral 7 indicates a common bundle, 8, 8,... Indicate optical fibers constituting the first optical fiber bundle 1, and 9, 9,... Indicate optical fibers that constitute the second optical fiber bundle 2. .

インターフェイス部10は、第1光ファイババンドル1からの測定光をセンサーファイババンドルに光結合すると同時にセンサーファイババンドルからの反射光を第2光ファイババンドル2に光結合するものである。このインターフェイス部10は、概略円筒状の筒部11から構成され、この筒部11の長さ方向の中間部分には透明な仕切り板12が筒部11をその長手方向に二分するように設けられている。
前記筒部11の一方の内部には、前記共通バンドルの端部のスリーブ6aが嵌め込まれ、共通バンドルの端部が仕切り板12に対向するようになっている。
The interface unit 10 optically couples the measurement light from the first optical fiber bundle 1 to the sensor fiber bundle and simultaneously couples the reflected light from the sensor fiber bundle to the second optical fiber bundle 2. The interface unit 10 is composed of a substantially cylindrical tube portion 11, and a transparent partition plate 12 is provided at an intermediate portion in the longitudinal direction of the tube portion 11 so as to bisect the tube portion 11 in the longitudinal direction. ing.
The sleeve 6 a at the end of the common bundle is fitted into one of the cylindrical portions 11 so that the end of the common bundle faces the partition plate 12.

図1中符号13は、センサーファイババンドルを示す。このセンサーファイババンドル13は、例えば径300μmの石英系光ファイバを7本束ねて一体化したもので、その先端部分は図3に示すように、金属パイプ14で保護されているととも先端面が斜めに切断され、研磨されて反射面15とされている。
また、センサーファイババンドル13の基端部分は、合成樹脂などからなるスリーブ6b内に納められ、このスリーブ6bは、前記インターフェイス部10をなす筒部11の他方の内部に嵌め込まれ、センサーファイババンドル13の端部が仕切り板12に対向するようになっている。
Reference numeral 13 in FIG. 1 denotes a sensor fiber bundle. For example, the sensor fiber bundle 13 is formed by bundling seven silica optical fibers having a diameter of 300 μm, and the tip portion thereof is protected by a metal pipe 14 as shown in FIG. The reflecting surface 15 is cut obliquely and polished.
Further, the base end portion of the sensor fiber bundle 13 is housed in a sleeve 6b made of synthetic resin or the like, and this sleeve 6b is fitted into the other inside of the tube portion 11 forming the interface portion 10, and the sensor fiber bundle 13 is inserted. Is opposed to the partition plate 12.

センサーファイババンドル13には、第1光ファイババンドル1からの測定光がインターフェイス部10を介して光結合されて導波され、その反射面15に至るようになっている。測定光は、反射面15で反射されて反射光として再びセンサーファイババンドル13内を導波され、インターフェイス部10を経て第2光ファイババンドル2に伝送されて図示しない受光素子に入射されるようになっている。   Measurement light from the first optical fiber bundle 1 is optically coupled to the sensor fiber bundle 13 through the interface unit 10 and guided to the reflection surface 15. The measurement light is reflected by the reflecting surface 15, is again guided through the sensor fiber bundle 13 as reflected light, is transmitted to the second optical fiber bundle 2 through the interface unit 10, and is incident on a light receiving element (not shown). It has become.

そして、センサーファイババンドル13の反射面15が液体に接すると、反射面15に接する媒質の屈折率が変化するので、反射面15での反射光量が変化(減少)し、この光量変化を受光素子が検知して、センサーファイババンドル13の先端部分が液面に接したことを知ることができる。
すなわち、反射面15が液体中に浸かっているときには、測定光は反射面15では反射せず、屈折して液体中へと進む。一方、反射面15が液体中に浸からず気相中にあるときには、光はこの反射面15で反射し、測定光は液体中へ進むことなく、反射面15で反射して反射光として、センサーファイババンドル13、インターフェース部10を経て第2光ファイババンドル2へと伝送する。
When the reflection surface 15 of the sensor fiber bundle 13 comes into contact with the liquid, the refractive index of the medium in contact with the reflection surface 15 changes, so that the amount of light reflected on the reflection surface 15 changes (decreases), and this light amount change is detected by the light receiving element. Is detected, and it can be known that the tip portion of the sensor fiber bundle 13 is in contact with the liquid surface.
That is, when the reflecting surface 15 is immersed in the liquid, the measurement light is not reflected by the reflecting surface 15 but is refracted and proceeds into the liquid. On the other hand, when the reflecting surface 15 is not immersed in the liquid but in the gas phase, the light is reflected by the reflecting surface 15, and the measurement light is reflected by the reflecting surface 15 without going into the liquid, and is reflected as The data is transmitted to the second optical fiber bundle 2 through the sensor fiber bundle 13 and the interface unit 10.

このため、図1に示すように、センサーファイババンドル13として、その長さの異なるものを複数本設けることで液面の変化を知ることができ、液面計としての機能を発揮することなる。
すなわち、液体の液面が高い(液量が多い)場合には多くのセンサーファイババンドル13が液体に浸かっており、逆に液面が低い(液量が少ない)場合には、浸かっているセンサーファイババンドル13の数は少なくなる。液体の液面の高さにより、各センサーファイババンドル13、13・・での反射もしくは屈折が起き、液面位置により反射光の量が異なる。この光量を検知することにより、液量を表示することができる。
Therefore, as shown in FIG. 1, by providing a plurality of sensor fiber bundles 13 having different lengths, the change in the liquid level can be known, and the function as a liquid level gauge is exhibited.
That is, when the liquid level of the liquid is high (the amount of liquid is large), many sensor fiber bundles 13 are immersed in the liquid. Conversely, when the liquid level is low (the amount of liquid is small), the sensor is immersed. The number of fiber bundles 13 is reduced. Depending on the height of the liquid surface, reflection or refraction occurs at each sensor fiber bundle 13, 13,..., And the amount of reflected light varies depending on the position of the liquid surface. By detecting this amount of light, the amount of liquid can be displayed.

前記センサーファイババンドル13の反射面15の角度θは、下記(1)式によって決められ、反射面15が接する液体(媒質)によって最適な角度が異なる。   The angle θ of the reflection surface 15 of the sensor fiber bundle 13 is determined by the following equation (1), and the optimum angle varies depending on the liquid (medium) with which the reflection surface 15 is in contact.

Figure 2008298510
Figure 2008298510

表1には、各種液体(媒質)についての好適な角度が示してある。この表1から角度θを42度にすればほぼすべての低温液化ガスに適用でき、便宜上好ましい。   Table 1 shows suitable angles for various liquids (mediums). If the angle θ is set to 42 degrees from Table 1, it can be applied to almost all low-temperature liquefied gases, which is preferable for convenience.

Figure 2008298510
Figure 2008298510

図4は、図1に示した液面計本体を用いた液面計の全体構成例を示すものである。
液面計本体16のインターフェイス部10を断熱容器17の上部壁を貫通するように取り付け、複数本のセンサーファイババンドル13、13・・を断熱容器17内に垂らし、液化ガスなどの液体に一部のセンサーファイババンドル13が浸されるようにする。
FIG. 4 shows an example of the overall configuration of a liquid level gauge using the liquid level gauge main body shown in FIG.
The interface unit 10 of the level gauge main body 16 is attached so as to penetrate the upper wall of the heat insulating container 17, and the plurality of sensor fiber bundles 13, 13. The sensor fiber bundle 13 is soaked.

第1光ファイババンドル1の入射端部3および第2光ファイババンドル2の出射端部4を受発光部18に光学的に接続する。受発光部18には、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの光源およびホトダイオードやアバランシェホトダイオードなどの受光素子が設けられており、光源からの波長640nmの測定光が第1光ファイババンドル1に入射され、第2光ファイババンドル2からの反射光が受光素子に送られ、ここで電気信号に変換される。
この電気信号は、演算処理部19に送られ、ここで信号中のノイズを除去し、移動平均化処理を行って、反射光に比例した出力信号とする。
The incident end 3 of the first optical fiber bundle 1 and the emission end 4 of the second optical fiber bundle 2 are optically connected to the light emitting / receiving unit 18. The light receiving / emitting unit 18 is provided with a light source such as a light emitting diode or a laser diode and a light receiving element such as a photodiode or an avalanche photodiode, and measurement light having a wavelength of 640 nm from the light source is incident on the first optical fiber bundle 1. The reflected light from the two optical fiber bundles 2 is sent to the light receiving element, where it is converted into an electrical signal.
This electrical signal is sent to the arithmetic processing unit 19 where noise in the signal is removed and a moving averaging process is performed to obtain an output signal proportional to the reflected light.

液化窒素などの低温液化ガスは、極低温の液体であるため、蒸発等により液面は揺れなどが生じているため、それらが要因となり反射光量にはノイズがのる。また、センサーファイババンドル13から屈折し、液体中に出た光が断熱容器内にて反射し、センサーファイババンドル13の反射面15に再入射した場合にはノイズとなる。そのため、ノイズカットのため移動平均操作を行ってノイズ平滑化を行う必要がある。   Since the low-temperature liquefied gas such as liquefied nitrogen is a cryogenic liquid, the liquid surface is shaken due to evaporation or the like, which causes noise in the amount of reflected light. In addition, when the light refracted from the sensor fiber bundle 13 and emitted into the liquid is reflected in the heat insulating container and re-enters the reflection surface 15 of the sensor fiber bundle 13, it becomes noise. Therefore, it is necessary to perform noise smoothing by performing a moving average operation in order to cut noise.

このような演算処理を各センサーファイババンドル13からの反射光について行うことで、いずれのセンサーファイババンドル13の反射面15が液体に浸されているかを知ることができ、この情報を表示部20に送って液面位の表示をすることができる。   By performing such arithmetic processing on the reflected light from each sensor fiber bundle 13, it is possible to know which sensor fiber bundle 13 has the reflecting surface 15 immersed in the liquid, and this information is displayed on the display unit 20. It can be sent to display the liquid level.

また、この構成例では、演算処理部19で得られた液面情報をRFID部21に送るようになっている。このRFID部21は、前記液面情報と、断熱容器17が設置されている室内の温度を計測する温度計22からの室温情報と、断熱容器17の容器自体の温度を計測する温度計23からの容器温度情報とを記憶するメモリとこのメモリからのこれら情報を受けてこれを無線で発信する送信部を備えたものである。
このRFID部21を設けることにより、液面集中管理が可能になる。
In this configuration example, the liquid level information obtained by the arithmetic processing unit 19 is sent to the RFID unit 21. The RFID unit 21 includes the liquid level information, room temperature information from a thermometer 22 that measures the temperature of the room in which the heat insulating container 17 is installed, and a thermometer 23 that measures the temperature of the heat insulating container 17 itself. And a transmitter for receiving the information from the memory and transmitting the information wirelessly.
By providing this RFID unit 21, liquid level centralized management becomes possible.

図5は、前記液面集中管理の例を示すものである。室内には、複数の断熱容器17、17・・が設置されており、これら断熱容器17にはそれぞれ液面計が取り付けられている。液面計には、前記RFID部21が取り付けられており、個々の断熱容器17についての液面情報、室温情報、容器温度情報が無線で送信されるようになっている。   FIG. 5 shows an example of the liquid level centralized management. A plurality of heat insulating containers 17, 17,... Are installed in the room, and a liquid level gauge is attached to each of the heat insulating containers 17. The RFID unit 21 is attached to the liquid level gauge, and liquid level information, room temperature information, and container temperature information about each heat insulating container 17 are transmitted wirelessly.

室内の天井には、アンテナ24、24が設置され、各RFID部21から送信される電波を受信してその信号をレシーバ25で受信し、その信号をネットワーク経由でパソコン26に取り込んで常時監視を行う。
細胞などの生体試料を断熱容器17内に凍結保存するようなシステムでは、液体窒素を常に一定量貯蔵しておく必要がある。また断熱容器17の異常があれば、液体窒素の消費量が急激に増加するため、早急に感知して、所定の断熱性能を有した断熱容器を使用する必要がある。
Antennas 24, 24 are installed on the ceiling of the room, receive radio waves transmitted from each RFID unit 21, receive the signal by the receiver 25, and take the signal into the personal computer 26 via the network for constant monitoring. Do.
In a system in which biological samples such as cells are cryopreserved in the heat insulating container 17, it is necessary to always store a certain amount of liquid nitrogen. Further, if there is an abnormality in the heat insulating container 17, the consumption amount of liquid nitrogen increases rapidly. Therefore, it is necessary to detect immediately and use a heat insulating container having a predetermined heat insulating performance.

液面を表示する部分の機能としては、表示スイッチを押した時に液面計測を行う。液面計測の間隔は1秒以上の任意に設定可能とする。表示は例えば5秒とする。液面表示は発光ダイオードを用いた表示部により行い、High、75%、50%、25%、Lowの5段階としてLowの場合にはブザー等でアラーム音を数秒間鳴動する。
また、液量がLow以上である場合には、同時に温度計22により室温を計測し、断熱容器17の表面温度を温度計23により測定し、その断熱容器17の表面温度が室温よりも設定値(例えば5℃)よりも低い場合には断熱容器17の断熱性能が劣化していると判断し、アラーム音を出すことにより、容器管理をすることができる。
As a function of the portion for displaying the liquid level, the liquid level is measured when the display switch is pressed. The interval of the liquid level measurement can be set arbitrarily for 1 second or more. The display is, for example, 5 seconds. The liquid level display is performed by a display unit using a light emitting diode, and an alarm sound is sounded for several seconds with a buzzer or the like in the case of Low as five levels of High, 75%, 50%, 25%, and Low.
Further, when the liquid amount is Low or more, the room temperature is simultaneously measured by the thermometer 22, the surface temperature of the heat insulating container 17 is measured by the thermometer 23, and the surface temperature of the heat insulating container 17 is a set value that is higher than the room temperature. When the temperature is lower than (for example, 5 ° C.), it is determined that the heat insulating performance of the heat insulating container 17 is deteriorated, and the container can be managed by making an alarm sound.

なお、第1光ファイババンドル1、第2光ファイババンドル2およびセンサーファイババンドル13を構成する光ファイバとしては、特に限定されるものではなく、石英を主成分とした石英系ファイバ、多成分系ガラス光ファイバ、プラスチック光ファイバ等を使用することができる。また、その太さも限定されず、バンドルを構成する光ファイバの本数も限定されない。   In addition, it does not specifically limit as an optical fiber which comprises the 1st optical fiber bundle 1, the 2nd optical fiber bundle 2, and the sensor fiber bundle 13, Quartz fiber which has quartz as a main component, multicomponent glass An optical fiber, a plastic optical fiber, etc. can be used. Further, the thickness is not limited, and the number of optical fibers constituting the bundle is not limited.

光ファイバの本数が多くなれば光を伝送する面積が広くなり好ましい。そのため、要求される液面計の精度、断熱容器17に対する取り付け位置、構造などから光ファイバの太さ、本数を適宜選択、決定すれば良い。さらに第1光ファイババンドル1と第2光ファイババンドル2の光ファイバの本数は必ずしも同数とする必要もない。   Increasing the number of optical fibers is preferable because the area for transmitting light is increased. Therefore, the thickness and number of optical fibers may be appropriately selected and determined from the required accuracy of the liquid level gauge, the mounting position with respect to the heat insulating container 17, the structure, and the like. Furthermore, the number of optical fibers of the first optical fiber bundle 1 and the second optical fiber bundle 2 is not necessarily the same.

以下、具体例を示す。
コアに石英を、クラッドにコアよりも屈折率が低い石英を用い、ポリイミドとアクリレートで被覆した光ファイバを使用し、反射面15の角度θを42度としたセンサーファイババンドル13を10本用意し、液化窒素を用い、光源に発光ダイオードを用いて作動を確認した。
Specific examples are shown below.
Ten sensor fiber bundles 13 are prepared using quartz for the core, quartz having a lower refractive index than the core for the clad, and an optical fiber coated with polyimide and acrylate, and an angle θ of the reflecting surface 15 of 42 degrees. The operation was confirmed using liquefied nitrogen and a light emitting diode as a light source.

図6に示すように、横軸に液体窒素に浸かっているセンサーファイババンドル13の本数をとり、縦軸にそれぞれのセンサーファイババンドル13からの反射光量を電圧に変化した値をとると、液面レベルと反射光量との関係を明確に示すことができ、液体窒素に浸かっているセンサーファイババンドル13の本数に対し、ほぼ比例して電圧が変化していることが判る。   As shown in FIG. 6, the horizontal axis represents the number of sensor fiber bundles 13 immersed in liquid nitrogen, and the vertical axis represents the value obtained by changing the amount of reflected light from each sensor fiber bundle 13 to voltage. The relationship between the level and the amount of reflected light can be clearly shown, and it can be seen that the voltage changes almost in proportion to the number of sensor fiber bundles 13 immersed in liquid nitrogen.

液面計として用いるためには、例えば浸かっている本数が10、9本の場合には液面高さ表示とし「HIGH」を、8、7、6本の場合には「75%」、5、4本の場合には「50%」、3、2、1本の場合には「25%」、0本の場合には「LOW」と示すことにより液面計とすることができた。   In order to use it as a liquid level gauge, for example, when the number of immersed liquids is 10 or 9, the liquid level is displayed as “HIGH”, and when 8, 7, or 6 are used, “75%”, 5 A liquid level gauge could be obtained by indicating “50%” in the case of four, “25%” in the case of 3, 2, 1, and “LOW” in the case of zero.

本発明の液面計の本体の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the main body of the liquid level gauge of this invention. 共通バンドル内での光ファイバの配列状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the arrangement | sequence state of the optical fiber in a common bundle. 本発明でのセンサーファイババンドルの反射面近傍を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the reflective surface vicinity of the sensor fiber bundle in this invention. 本発明の液面計の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the liquid level meter of this invention. 本発明の液面計を利用した液面集中管理状況を示す図面である。It is drawing which shows the liquid level centralized management condition using the liquid level meter of this invention. 本発明での具体例の結果を示す図表である。It is a graph which shows the result of the specific example in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・第1光ファイババンドル、2・・第2光ファイババンドル、10・・インターフェイス部、13・・センサーファイババンドル、19・・演算処理部 1 ·· First optical fiber bundle 2 ·· Second optical fiber bundle 10 ·· Interface portion 13 ·· Sensor fiber bundle 19 ·· Operation processing portion

Claims (3)

光源と、この光源からの測定光を導波する第1光ファイババンドルと、
受光素子と、この受光素子に反射光を導波する第2光ファイババンドルと、
先端部分が斜めに切断されて反射面とされ、測定光をこの反射面に導波し、反射面からの反射光を導波するとともに反射面が液体に接触するようにされた1本以上のセンサーファイババンドルと、
第1光ファイババンドルからの測定光をセンサーファイババンドルに光結合し、センサーファイババンドルからの反射光を第2光ファイババンドルに光結合するインターフェイス部と、
前記受光素子で受光された反射光に基づく電気信号を処理して液体の液面位を判定する演算処理部を備えたことを特徴とする液面計。
A light source, and a first optical fiber bundle for guiding measurement light from the light source;
A light receiving element and a second optical fiber bundle for guiding reflected light to the light receiving element;
One or more end portions cut obliquely to form a reflecting surface, guide the measurement light to the reflecting surface, guide the reflected light from the reflecting surface, and the reflecting surface is in contact with the liquid A sensor fiber bundle,
An interface unit for optically coupling measurement light from the first optical fiber bundle to the sensor fiber bundle and optically coupling reflected light from the sensor fiber bundle to the second optical fiber bundle;
A liquid level gauge, comprising: an arithmetic processing unit that processes an electrical signal based on reflected light received by the light receiving element and determines a liquid level of the liquid.
前記センサーファイババンドルとして、その長さを変えたものが2本以上備えられていることを特徴とする請求項1記載の液面計。   The liquid level gauge according to claim 1, wherein two or more sensor fiber bundles having different lengths are provided. 光源からの測定光を第1光ファイババンドルおよびインターフェイス部を介して、先端部分が斜めに切断されて反射面とされ、この反射面が液体に接触するようにされた1本以上のセンサーファイババンドルに導き、これの反射面で反射された反射光をセンサーファイババンドルおよびインターフェイス部を介して第2光ファイババンドルに導き、さらに受光素子に送り、受光素子からの電気出力に基づいて液体の液面位を判定することを特徴とする液面判定方法。   One or more sensor fiber bundles, in which the measurement light from the light source is cut into a reflective surface by obliquely cutting the tip portion through the first optical fiber bundle and the interface unit, and the reflective surface comes into contact with the liquid The reflected light reflected by the reflection surface of the light is guided to the second optical fiber bundle through the sensor fiber bundle and the interface unit, and further sent to the light receiving element, and the liquid level of the liquid is determined based on the electrical output from the light receiving element A liquid level determination method characterized by determining a position.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011145157A (en) * 2010-01-14 2011-07-28 Yamatake Corp Vibration sensor
JP2012103022A (en) * 2010-11-08 2012-05-31 Seiko Epson Corp Measuring sensor, capacitive sensor, and measuring system

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