JP2021508028A - 液面検出システム及び液面検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液面位置測定の精度を向上させることができる液面検出システムを提供する。【解決手段】液面検出システムは、光源と、導光媒体と、光電変換受光器と、処理モジュールと、を備える。導光媒体は、入射面と、第１反射面と、出射面とを有し、第１反射面及び出射面は両方とも平面状であり、第１反射面は、液体面と交差し、第１反射面は、液体面を境界線として、第１副反射面と第２副反射面とを含み、光源によって放射された光ビームは、入射面を通って導光媒体内に放射され、第１反射面に入射し、導光媒体から出射面を通って放射され、光電変換受光器に入射し、光ビームは、第１副反射面、第２副反射面、及び第１副反射面と第２副反射面との境界に同じ角度で入射し、処理モジュールは、光電変換受光器が受光した光ビームの強度に応じて光強度画像を生成し、光強度画像の急激な変化の位置に従って液体面の位置を計算する。【選択図】図１

Description

本発明は、液面位置検出の分野、特に液面検出システム及び液面検出方法に関する。

液面は、工業プロセスにおける最も重要かつ一般的な測定パラメータのうちの１つである。液面の測定は、主に、気液、液液及び液固界面を測定するための測定技術を指し、これは、化学、石油、及び発電プラントなどの液体貯蔵装置において広く使用されている。既存の液面測定方法としては、圧力レベル測定法、浮遊液面測定法、静電容量液面測定法、超音波液面測定法などが挙げられる。上記の測定方法は、液体密度若しくは温度が変化するとき、又は液体が他の点で環境によって影響を受けるとき、低解像度、大きな誤差を有するか、又は測定を実行できない。

本発明によって解決される技術的問題は、液面位置測定の精度を向上させることができる液面検出システム及び液面検出方法を提供することである。

本発明の液面検出システムの実施態様は、光源と、導光媒体と、光電変換受光器と、処理モジュールと、を備え、導光媒体は、入射面と、第１反射面と、出射面とを有する。入射面、第１反射面、及び出射面は全て平面状である。第１反射面は液体面と交差し、第１反射面は、液体面を境界線として、第１副反射面と第２副反射面とを含む。

光源によって放射された光ビームは、入射面を通って導光媒体内に放射され、その後、第１反射面に入射し、最終的に、導光媒体から出射面を通って放射され、光電変換受光器に入射する。光ビームは、第１副反射面、第２副反射面、及び第１副反射面と第２副反射面との境界に同じ角度で入射する。

処理モジュールは、光電変換受光器が受光した光強度に応じて光強度画像を生成し、光強度画像の急激な変化の位置に従って液面位置を計算するように構成されている。

光源によって放射される光ビームは、入射面に垂直である。

光ビームは、第１副反射面によって全反射され、第２副反射面によって反射され、屈折される。

光源は、導光媒体に対して固定的に配置され、光源によって放射される光ビームは、平行光である。光ビームは、第１副反射面、第２副反射面、及び第１副反射面と第２副反射面との境界に同時に入射するか、又は、第１直線移動機構上に光源が取り付けられ、この光源は、第１副反射面及び第２副反射面上に光ビームを順次放射するために、第１直線移動機構によって導光媒体に対して直線的に移動される。

光電変換受光器は、導光媒体に対して固定的に配置され、光電変換受光器の光ビーム受光部が平面であり、第１副反射面及び第２副反射面により反射された光ビームを同時に受光することができ、又は、光電変換受光器は、第２直線移動機構に接続され、光電変換受光器は、第１副反射面及び第２副反射面により反射された光ビームを順次受光するために、第２直線移動機構により、導光媒体に対して直線移動する。

導光媒体は、第２反射面を更に有し、光ビームは、第２反射面によって反射され、次いで、出射面を通って放射される。

第１反射面及び第２反射面は、軸対称であり、２つの面の対称軸は、液体面に対して垂直である。第１反射面によって反射された光ビームは、第２反射面に向かって液体面に平行に方向付けられ、第２反射面は、液体面と交差する。

第２反射面は、液体面を境界線として、第３副反射面と第４副反射面とを含む。光ビームは、第３副反射面によって全反射され、第４副反射面によって反射され、屈折される。

第１反射面は、第２反射面に垂直である。

導光媒体は、直角二等辺プリズムであり、２つの直角面はそれぞれ第１反射面及び第２反射面を形成し、出射面及び入射面は直角二等辺プリズムの斜辺上に形成される。

入射面及び入射面は、同一平面上にある。

出射面に入射する導光媒体内の光ビームは、出射面に垂直である。

導光媒体は、直角二等辺プリズムであり、２つの直角面はそれぞれ、出射面及び入射面を形成し、第１反射面は直角二等辺プリズムの斜辺上に形成される。

本発明の液面検出方法の実施態様は、入射面と、第１反射面と、出射面とを有する導光媒体を提供する工程であって、入射面、第１反射面、及び出射面は平面である工程と、導光媒体を液体面に配置する工程であって、第１反射面が液体面と交差し、第１反射面が液体面を境界線として、第１副反射面及び第２副反射を含む工程と、入射面を通して導光媒体内に光ビームを放射する工程であって、光ビームはその後、第１反射面に入射し、最終的には、出射面を通って導光媒体から放射される工程と、を含む。光ビームは、第１副反射面、第２副反射面、及び第１副反射面と第２副反射面との境界に同じ角度で入射する。

出射面から放射される光ビームの光強度に基づいて光強度画像が生成され、光強度画像の急激な変化の位置から、液体面の位置が得られる。

光ビームは、第１副反射面によって全反射され、第２副反射面によって反射され、屈折される。

導光媒体は、第２反射面を更に有し、第２反射面は液体面と交差し、第２反射面は、液体面を境界線として、第３副反射面と第２副反射面とを含む。光ビームは、第１副反射面によって全反射され、第３副反射面によって全反射され、その後、出射面に入射する。第２副反射面により反射された光ビームは、第４副反射面によって反射され、屈折され、第４副反射面により反射された光ビームは、出射面に向けて放射される。

出射面及び入射面は、両方とも液体面に平行に配置されている。

入射面に垂直な導光媒体に光ビームが入射し、入射面を通って放射される光ビームは、入射面に対して垂直である。

光ビームは、第１副反射面、第２副反射面、及び第１副反射面と第２副反射面との境界に同時に入射するか、又は、光ビームは、第１副反射面及び第２副反射面の上に順に移動可能に放射される。

光電変換受光器は、導光媒体に対して固定的に配置することができ、光電変換受光器の光ビーム受光部は、平面であり得、出射面から放射される全ての光ビームを同時に受光することができ、又は光電変換受光器は、導光媒体に対して移動するように配置され、光電変換受光器は、第１副反射面及び第２副反射面により反射した光ビームを受光する。

本発明の液面検出システム及び液面検出方法によれば、導光媒体は、液体面の位置に位置し、液体面は、第１反射面を第１副反射面と第２副反射面とに分割する。光ビームが第１副反射面及び第２副反射面に入射するとき、屈折角は異なり、光強度損失は異なり、結果として第１副反射面及び第２副反射面を通って光電変換受光器に入射する光ビームは異なる。処理モジュールによって生成された光強度画像における光強度曲線は、急激な変化を有し、急激な変化の位置は、第１副反射面と第２副反射面との境界線の位置に対応し、急激な変化の位置はまた、液体面の位置である。したがって、光ビームが導光媒体を通過した後の光強度の急激な変化の位置に従って、液面の位置を得ることができる。液体密度若しくは温度が変化する、又は液体が他の点で環境によって影響される場合であっても、光ビームは、第１副反射面と第２副反射面との境界における光強度変化を依然として有し、したがって試験精度を確保する。

本発明の実施形態又は先行技術における技術的解決策をより明確に示すために、実施形態又は先行技術の記載において使用される図面を、以下に簡潔に記載する。以下の説明における図面は、本開示の一部の実施形態に過ぎないことが明らかである。当業者は、これらの図面に基づき、創造的労力なしでその他の実施形態を得ることもできる。
本開示の第１の実施形態による、液面検出システムの構造の概略図である。 本開示の第２の実施形態による、液面検出システムの構造の概略図である。 本開示の第３の実施形態による、液面検出システムの構造の概略図である。 本開示の第４の実施形態による、液面検出システムの構造の概略図である。 本開示の第５の実施形態による、液面検出システムの構造の概略図である。

本発明の実施形態における技術的解決策は、本発明の実施形態における図面に関して以下に明確かつ完全に記載される。

本開示の好ましい実施形態によって提供される液面検出システムは、光源１と、導光媒体２と、光電変換受光器３と、処理モジュール４と、を備える。光源１は、導光媒体２に光を放射し、導光媒体２によって光ビームが変換され、次いで導光媒体２から放射され、光電変換受光器３に入る。光電変換受光器３は、受光された光ビームを光電変換することができ、すなわち、光強度信号を電気信号に変換することができる。処理モジュール４は、変換された電気信号を分析して光強度画像を生成し、光強度画像の急激な変化の位置に従って液面位置を計算する。

導光媒体２は、入射面２１と、第１反射面２２と、出射面２３と、を有する。入射面２１、第１反射面２２、及び出射面２３は、全て平面状であり、第１反射面２２は、液体面９０と交差する。第１反射面２２は、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂを含み、境界線として液体面９０を有する。光源１から放射された光ビームは、入射面２１を通って導光媒体２内に放射され、その後、第１反射面２２に更に入射し、最終的に、導光媒体２から出射面２３を通って放射され、光電変換受光器３に入射する。光ビームは、第１副反射面２２ａ、第２副反射面２２ｂ、及び第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの境界に同じ角度で入射する。処理モジュール４は、光電変換受光器３が受光した光強度に応じて光強度画像を生成し、光強度画像の急激な変化の位置に従って液体面９０の位置を計算するように構成されている。

使用中に、導光媒体２は、液体面９０の位置に位置し、液体面９０は、導光媒体２の第１反射面２２を、第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとに分割する。第１副反射面２２ａの両側は、導光媒体２及び空気にそれぞれ対向し、第２副反射面２２ｂの両側は、導光媒体２及び液体にそれぞれ対向する。光ビームは、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂに同じ角度で入射する。屈折角が異なるとき、光強度損失は異なり、したがって、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂを介して光電変換受光器３に入射する光ビームの光強度は、異なる。処理モジュール４によって生成された光強度画像における強度曲線は、急激な変化を有し、急激な変化の位置は、第１副反射面と第２副反射面との境界線の位置に対応し、急激な変化の位置はまた、液体面９０の位置である。光強度は、導光媒体２を通過する光ビームに従って決定することができる。したがって、光ビームが導光媒体２を通過した後の光強度の急激な変化の位置に従って、液体面９０の位置を得ることができる。液体密度若しくは温度が変化する、又は液体が他の点で環境によって影響される場合であっても、光ビームは、第１副反射面と第２副反射面との境界における光強度の変化を依然として提供することになり、したがって試験精度を確保するだろう。

好ましくは、光源１は、受光及び光電変換に役立つ赤外線光源である。

好ましくは、光源１によって放射される光ビームは、入射面２１に対して垂直であり、この光ビームは、屈折による入射面２１における光強度の損失を低減し、所定の角度での第１反射面２２上の光ビームの照射を容易にすることができる。他の実施形態では、光ビームは、他の角度で入射面に入射することができる。導光媒体２と液体との間の第２副反射面２２ｂにおける光ビームの屈折を促進して光強度の損失を増加させるために、第１反射面２２における光ビームの入射角は、導光媒体２と空気との間の屈折率の臨界角であることが好ましい。

光ビームは、第１副反射面２２ａによって全反射され、第２副反射面２２ｂによって反射され、屈折される。光ビームは、第１副反射面２２ａによって屈折することを防止されて、結果として、第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの間の反射ビームの光強度の差が大きくなり、光強度の急激な変化の位置に応じて、液体面９０の位置を後で判定することがより容易になる。ここで、光ビームが第１反射面２２に入射する角度は、導光媒体２の屈折率によって決定することができ、その結果、光ビームは、第１副反射面２２ａによって全反射され、第２副反射面２２ｂによって反射され、屈折される。

好ましくは、導光媒体２内の出射面２３に入射する光ビームは、出射面２３に対して垂直であり、出射面２３における光ビームの光強度損失を低減する。他の実施形態では、出射面２３に方向付けられた光ビームは、出射面２３から他の角度で放射されてもよい。

出射面２３及び入射面２４は、出射角制御に有利な導光媒体２の処理及び形成を容易にするために平行に配置され得る。更に、出射面２３及び入射面２４は、導光媒体２の処理及び調製を更に有利に促進し、出射面２３及び入射面２４が互いに平行であることを確実にし得る同じ平面上に位置してもよい。

導光媒体２は、第２反射面２４を更に有し、光ビームは、第２反射面２４によって反射され、次いで、出射面２３を通って放射される。第２反射面２４は、出射面２３に向けて光ビームを反射するために使用することができる。当然のことながら、他の実施形態では、第２反射面２４は提供されなくてもよく、光ビームは第１反射面２２によって反射され、出射面２３を通って直接放射される。

第１反射面２２及び第２反射面２４は、軸対称であり、２つの対称軸は、液体面９０に対して垂直である。第２反射面２４は、液体面９０と交差し、第２反射面２４は、液体面９０で分けられて、液体面９０を境界線として、第３副反射面２４ａ及び第４副反射面２４ｂを形成する。第１反射面２２によって反射された光ビームは、液体面９０に平行である。第１副反射面２２ａによって反射された光ビームは、第３副反射面２４ａに向けられてもよく、その後、出射面２３に入射する。第２副反射面２２によって反射された光ビームは、第４副反射面２４ｂに入射し、その後、出射面２３に入射する。第１反射面２２及び第２反射面２４の対称軸は、液体面９０に対して垂直であるため、光ビームは、第１副反射面２２ａによって全反射され、次いで第３副反射面２４ａによって全反射される。光ビームは、第２副反射面２２ｂで屈折及び反射し、また、第４副反射面２４ｂで屈折及び反射し、液体面９０の下の位置における光強度の損失を増加させることができる。これにより、液体面９０の境界線における光ビームの光強度差を増大させることにより、変化の急峻性を増大させ、これは、液体面９０の位置を正確に得るのに役立つ。

この実施形態では、より具体的には、導光媒体２は直角二等辺プリズムであり、２つの直角面はそれぞれ、第１反射面２２及び第２反射面２４を形成する。斜辺面は、液体面９０と平行に配置され、出射面２３及び入射面２１は、両方とも直角二等辺プリズムの斜辺面上に形成される。すなわち、入射面２１及び入射面２１は同一平面上にあり、第１反射面２２は、第２反射面２４に対して垂直である。導光媒体２は、単純な全体構造を有し、処理及び形成に好適である。

更に、光源１から放射された光ビームは、平行光であり、第１副反射面２２ａ、第２副反射面２２ｂ、及び第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの境界に同時に入射する。光電変換受光器３の光ビーム受光部は平面状であってもよく、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂにより反射された光ビームを同時に受光して光強度画像を生成してもよい。

本実施形態で提供される液面検出システムでは、導光媒体２は液体容器に配置され、導光媒体２の上面（直角二等辺プリズムの斜辺面）が光源１及び光電変換受光器３の下方に位置し、液体面９０に平行に配置されている。光源１及び光電変換受光器３は、直線状に、かつ導光媒体２の縁部に垂直に配置されている。光ビームは直角二等辺プリズムに垂直に入射し、第１反射面である直角面と交差する。交点が液体面９０の上方にある（すなわち、光ビームは、第１副反射面２２ａに入射する）とき、光ビームは、交点で全反射される。光ビームは、導光媒体２（すなわち、第３副反射面２４ａ）の反対側で再び全反射され、最終的に光ビームは、導光媒体２を透過し、光電変換受光器３によって受光される。交点が液体面９０の下にあるとき、光ビームは、光ビームを全反射しない第２副反射面２２ｂ及び第４副反射面２４ｂに入射し、２つの反射及び屈折を生じさせる。最後に、反射光は、導光媒体２を透過して、光電変換受光器３に入射する。これにより、光電変換受光器３によって収集された光の強度は、比較的弱い。画像信号は、このため、液体面９０の対応する位置で急激に変化し、この光強度信号の特性は、光電変換器によって取得された画像信号に反映される。液体面９０の位置は、光電変換受光器３の強度信号の出力値によって決定することができる。

上記実施形態では、光源１は、導光媒体２に対して固定的に配置することができる。図２に示すように、本開示の第２の実施形態によって提供される液面検出システムでは、光源１は、可動光源１であってもよい。光源１は、第１直線移動機構（図示せず）上に取り付けられ、光源１は、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂ上に光ビームを順次放射するために、第１直線移動機構によって導光媒体２に対して直線的に移動される。光電変換受光器３は、静止していてもよく、光ビーム受光部は、平面であってもよく、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂによって反射された光ビームを順次受光してもよい。

上記実施形態では、光電変換受光器３は、導光媒体２に対してそれぞれ固定的に配置され、光ビーム受光部は、平面であり、第１副反射面及び第２副反射面により反射された光ビームを同時に受光することができる。別の実施形態として、光電変換受光器３はまた、移動可能であるように構成することができる。図３に示されるように、本開示の第３実施形態による液面検出システムでは、光源１によって放射された光ビームは、平行光であり、第１副反射面２２ａ、第２副反射面２２ｂ、及び第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの境界に同時に入射する。光電変換受光器３は、第２直線移動機構（図には示されていない）に接続されている。光電変換受光器３は、第２直線移動機構によって駆動されて、導光媒体２に対して直線的に移動して、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂによって反射された光ビームを順次受光する。システムの導光媒体２は、第１の実施形態と同じであってもよく、詳細は本明細書で再び説明されない。

図４に示すように、本開示の第４の実施形態による液面検出システムにおいて、導光媒体２は、第１の実施形態と同じであり、光源１は、第１直線移動機構（図示せず）に取り付けられている。光源１は、第１直線移動機構によって直線的に移動されて、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂに光ビームを順次放射する。光電変換受光器３は、第２直線移動機構に接続され、光電変換受光器３は、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂからの反射を順次受光するために、第２直線移動機構により直線移動する。光ビーム、光源１、及び光電変換受光器３は、反射光ビームを対応して受光することができるように、同じ速度で移動する。第１直線移動機構及び第２直線移動機構は、同じモータによって駆動されて、２つの機構の移動速度が同じであることを確実にすることができる。

図５に示すように、本開示の第５の実施形態による液面検出システムが提供される。導光媒体２の入射面２１及び第１反射面２２は、先の実施形態と同様であり、本明細書で再び説明されない。前述の実施形態とは異なり、本実施形態では、第２反射面は、導光媒体２上に配置されず、平行に配置される代わりに出射面２３と入射面２１との間に角度が形成され、第１反射面２２を通過する光ビームは、第１反射面２２によって反射された後、出射面２３を通って直接放射される。導光媒体２は、容器の側面上に取り付けることができ、出射面２３は、容器の外側に位置することができる。光電変換受光器３は、出射面２３に対応して配置され、光電変換受光器３は、容器の壁の外側に位置している。ここで、容器の壁が透明な材料で作製される場合、出射面２３は、容器の内側に位置していてもよく、出射面２３から放射された光ビームを光電変換受光器に向けてもよい。出射面２３及び入射面２１は、垂直に配置されてもよい。具体的には、導光媒体２は、直角二等辺プリズムであり、２つの直角面はそれぞれ、出射面２３及び入射面２１を形成し、第１反射面２２は、直角二等辺プリズムの斜辺上に形成される。

光源１は、第１の実施形態と同様に固定的に配置されていてもよく、又は第２の実施の形態と同様に直線的に移動してもよく、光電変換受光器３は、第１の実施形態と同様に固定的に配置されていてもよく、第３の実施形態と同様に直線状に移動してもよい。

上述の第２〜第４の実施形態における直線運動機構では、モータ駆動ボールねじ機構、ラック及びピニオン機構、又はシリンダなどの様々な既知の直線運動機構を使用することができる。図１を参照すると、本開示は、液面検出システムに対応する液面検出方法を更に提供し、これは以下を含む。

導光媒体２が、提供される。導光媒体２は、入射面２１と、第１反射面２２と、出射面２３と、を有する。入射面２１、第１反射面２２、及び出射面２３は全て平面状である。導光媒体２は、液体面９０に定置され、第１反射面２２は、液体面９０と交差する。第１反射面２２は、液体面９０を境界線として、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂを含む。光ビームは、入射面２１を通って導光媒体２に放射され、その後、第１反射面２２に入射し、最終的に、導光媒体２から出射面２３を通って放射される。光ビームは、第１副反射面２２ａ、第２副反射面２２ｂ、及び第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの境界に同じ角度で入射する。

出射面２３から放射される光ビームの光強度に従って光強度画像が生成され、光強度画像の急激な変化の位置から、液体面９０の位置が得られる。ここで、光電変換受光器３の電気信号は、処理モジュール４によって処理されて光強度画像を生成することができる。

導光媒体２は、液体面９０の位置に位置し、液体面９０は、導光媒体２の第１反射面２２を、第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとに分割する。第１副反射面２２ａは、液体面９０の上方に位置し、その両側は、導光媒体２及び空気にそれぞれ隣接している。第２副反射面２２ｂは、液体面９０の下方に位置し、両側は、導光媒体２及び液体にそれぞれ隣接している。光ビームが第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂに同じ角度で入射するとき、屈折角は異なり、光強度損失は異なる。このため、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂにより反射された後に出射面から放射される光ビームは、光強度が異なる。生成された光強度画像上で、光強度曲線は急激な変化を有し、急激な変化の位置は、液体面９０でもある、第１副反射面と第２副反射面２２ｂとの境界線の位置に対応する。光ビームが導光媒体２を通過した後の光強度の急激な変化の位置から、液体面９０の位置を得ることができる。液体密度若しくは温度が変化する、又は液体が他の点で環境によって影響される場合であっても、光ビームは、第１副反射面と第２副反射面２２ｂとの境界における光強度の変化を依然として提供し、それにより試験精度を確保する。ここで、出射面２３から出射された光強度は、光電変換受光器３によって受光することができ、光電変換受光器３は、処理モジュール４に電気的に接続されている。光強度画像は、処理モジュール４によって生成され、液体面９０の位置を決定することができる。

光ビームは、第１副反射面２２ａによって全反射され、第２副反射面２２ｂによって反射され、屈折される。第１副反射面２２ａにおける光ビームの屈折による光強度の損失を回避することが可能である。第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの間の反射ビームの光強度の差の増加は、光強度の急激な変化の位置に応じて、液体面９０の位置を判定することにとって有利である。ここで、光ビームが第１反射面２２に入射する角度は、導光媒体２及び液体の屈折率によって決定することができ、その結果、光ビームは、第１副反射面２２ａによって全反射され、第２副反射面２２ｂによって反射され、屈折される。

導光媒体２の構造は、第１の実施形態又は第５の実施形態と同様であってよい。本実施形態では、導光媒体２の構造は図１に示すとおりである。入射面２１を通じて導光媒体２内に光ビームが受光されると、光ビームは、入射面２１に対して垂直に入射して、出射面２３における光ビームの光強度損失を低減することができる。出射面２３に向けられた光ビームを、出射面２３に対して垂直にして、光ビームの出射面２３における光強度の損失を低減することができる。

この実施形態では、導光媒体２は、第２反射面２４を更に有し、第１反射面２２及び第２反射面２４は、軸対称構造を有する。２つの対称軸は、液体面に対して垂直である。第１反射面２２により反射された光ビームは、液体面９０に平行な第２反射面２４に入射し、第２反射面２４は、液体面９０と交差する。第２反射面２４は、液体面９０を境界線として、第３副反射面２４ａ及び第２副反射面２４ｂを含む。光ビームは、第１副反射面２２ａによって全反射され、その後、第３副反射面２４ａによって全反射され、その後、出射面２３に入射する。第２副反射面２２ｂによって反射された光ビームは、第４副反射面２４ｂで反射され、屈折される。第４副反射面２４ｂによって反射された光ビームは、出射面２３に入射する。

光ビームは、導光媒体２内で２回反射され得る。光ビームが第１副反射面２２ａ上で１回、及び第１反射面２２の液体面の上の第３副反射面２４ａで再度の２回全反射される場合、光強度損失は比較的小さい。光ビームが第２副反射面２２ｂ上で１回、及び第４副反射面２４ｂで再度の２つの反射及び２つの屈折を有する場合、光強度損失が大きくなる。出射面から放射された光ビームによって生成された光強度画像から、液体面と液体面との間の光ビームの急激な変化の位置を明確に得ることができ、その結果、液体面の位置を決定することができる。

この実施形態では、光ビームは、第１副反射面２２ａ、第２副反射面２２ｂ、及び２つの面２２ａと２２ｂとの境界に同時に入射することができる。光電変換受光器は、導光媒体に対して固定的に配置することができ、光電変換受光器の光ビーム受光部は平面状とすることができ、出射面から放射される全てのビームを同時に受光することができる。他の実施形態では、光電変換受光器を導光媒体に対して配置することができ、受光面を相対的に小さくすることができ、光電変換受光器は、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂから反射した光を順次受光するために、直線移動機構により直線移動することができる。加えて、光源は、光ビームが第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂに順に移動可能に入射するように、移動可能に配置されてもよい。

上記の実施形態では、「液面」は、液体と気体との間の界面と呼ばれる。他の実施形態では、「液面」はまた、異なる液体間の界面であってもよい。

上記の実施形態は、技術的解決策の保護の範囲を制限するものではない。上述の実施形態の趣旨及び原理内で行われる任意の修正、同等の置換及び改善は、技術的解決策の範囲内に含まれることが意図されている。

入射面及び出射面は、同一平面上にある。

導光媒体は、第２反射面を更に有し、第２反射面は液体面と交差し、第２反射面は、液体面を境界線として、第３副反射面と第４副反射面とを含む。光ビームは、第１副反射面によって全反射され、第３副反射面によって全反射され、その後、出射面に入射する。第２副反射面により反射された光ビームは、第４副反射面によって反射され、屈折され、第４副反射面により反射された光ビームは、出射面に向けて放射される。

入射面に垂直な導光媒体に光ビームが入射し、出射面を通って放射される光ビームは、入射面に対して垂直である。

好ましくは、光源１によって放射される光ビームを、入射面２１に対して垂直に入射することにより、屈折による入射面２１における光強度の損失を低減し、所定の角度での第１反射面２２上の光ビームの照射を容易にすることができる。他の実施形態では、光ビームは、他の角度で入射面２１に入射することができる。導光媒体２と液体との間の第２副反射面２２ｂにおける光ビームの屈折を促進して光強度の損失を増加させるために、第１反射面２２における光ビームの入射角は、導光媒体２と空気との間の屈折率の臨界角であることが好ましい。

出射面２３及び入射面２１は、出射角制御に有利な導光媒体２の処理及び形成を容易にするために平行に配置され得る。更に、出射面２３及び入射面２１は、導光媒体２の処理及び調製を更に有利に促進し、出射面２３及び入射面２１が互いに平行であることを確実にし得る同じ平面上に位置してもよい。

この実施形態では、より具体的には、導光媒体２は直角二等辺プリズムであり、２つの直角面はそれぞれ、第１反射面２２及び第２反射面２４を形成する。斜辺面は、液体面９０と平行に配置され、出射面２３及び入射面２１は、両方とも直角二等辺プリズムの斜辺面上に形成される。すなわち、入射面２１及び出射面２３は同一平面上にあり、第１反射面２２は、第２反射面２４に対して垂直である。導光媒体２は、単純な全体構造を有し、処理及び形成に好適である。

上記実施形態では、光電変換受光器３は、導光媒体２に対してそれぞれ固定的に配置され、光ビーム受光部は、平面であり、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂにより反射された光ビームを同時に受光することができる。別の実施形態として、光電変換受光器３はまた、移動可能であるように構成することができる。図３に示されるように、本開示の第３実施形態による液面検出システムでは、光源１によって放射された光ビームは、平行光であり、第１副反射面２２ａ、第２副反射面２２ｂ、及び第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの境界に同時に入射する。光電変換受光器３は、第２直線移動機構（図には示されていない）に接続されている。光電変換受光器３は、第２直線移動機構によって駆動されて、導光媒体２に対して直線的に移動して、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂによって反射された光ビームを順次受光する。システムの導光媒体２は、第１の実施形態と同じであってもよく、詳細は本明細書で再び説明されない。

図５に示すように、本開示の第５の実施形態による液面検出システムが提供される。導光媒体２の入射面２１及び第１反射面２２は、先の実施形態と同様であり、本明細書で再び説明されない。前述の実施形態とは異なり、本実施形態では、第２反射面は、導光媒体２上に配置されず、平行に配置される代わりに出射面２３と入射面２１との間に角度が形成され、第１反射面２２を通過する光ビームは、第１反射面２２によって反射された後、出射面２３を通って直接放射される。導光媒体２は、容器の側面上に取り付けることができ、出射面２３は、容器の外側に位置することができる。光電変換受光器３は、出射面２３に対応して配置され、光電変換受光器３は、容器の壁の外側に位置している。ここで、容器の壁が透明な材料で作製される場合、出射面２３は、容器の内側に位置していてもよく、出射面２３から放射された光ビームを光電変換受光器３に向けてもよい。出射面２３及び入射面２１は、垂直に配置されてもよい。具体的には、導光媒体２は、直角二等辺プリズムであり、２つの直角面はそれぞれ、出射面２３及び入射面２１を形成し、第１反射面２２は、直角二等辺プリズムの斜辺上に形成される。

導光媒体２は、液体面９０の位置に位置し、液体面９０は、導光媒体２の第１反射面２２を、第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとに分割する。第１副反射面２２ａは、液体面９０の上方に位置し、その両側は、導光媒体２及び空気にそれぞれ隣接している。第２副反射面２２ｂは、液体面９０の下方に位置し、両側は、導光媒体２及び液体にそれぞれ隣接している。光ビームが第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂに同じ角度で入射するとき、屈折角は異なり、光強度損失は異なる。このため、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂにより反射された後に出射面２３から放射される光ビームは、光強度が異なる。生成された光強度画像上で、光強度曲線は急激な変化を有し、急激な変化の位置は、液体面９０でもある、第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの境界線の位置に対応する。光ビームが導光媒体２を通過した後の光強度の急激な変化の位置から、液体面９０の位置を得ることができる。液体密度若しくは温度が変化する、又は液体が他の点で環境によって影響される場合であっても、光ビームは、第１副反射面２２ａと第２副反射面２２ｂとの境界における光強度の変化を依然として提供し、それにより試験精度を確保する。ここで、出射面２３から出射された光強度は、光電変換受光器３によって受光することができ、光電変換受光器３は、処理モジュール４に電気的に接続されている。光強度画像は、処理モジュール４によって生成され、液体面９０の位置を決定することができる。

この実施形態では、光ビームは、第１副反射面２２ａ、第２副反射面２２ｂ、及び２つの面２２ａと２２ｂとの境界に同時に入射することができる。光電変換受光器３は、導光媒体２に対して固定的に配置することができ、光電変換受光器の光ビーム受光部は平面状とすることができ、出射面２３から放射される全てのビームを同時に受光することができる。他の実施形態では、光電変換受光器３を導光媒体２に対して配置することができ、受光面を相対的に小さくすることができ、光電変換受光器３は、第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂから反射した光を順次受光するために、直線移動機構により直線移動することができる。加えて、光源１は、光ビームが第１副反射面２２ａ及び第２副反射面２２ｂに順に移動可能に入射するように、移動可能に配置されてもよい。

Claims (20)

1. 液面検出システムであって、
   光源と、
   導光媒体と、
   光電変換受光器と、
   処理モジュールと、
   を備え、
   前記導光媒体は、入射面と、第１反射面と、出射面とを有し、
   前記第１反射面及び前記出射面は両方とも平面状であり、
   前記第１反射面は、液体面と交差し、
   前記第１反射面は、前記液体面を境界線として、第１副反射面と第２副反射面とを含み、
   前記光源によって放射された光ビームは、前記入射面を通って前記導光媒体内に放射され、前記第１反射面に入射し、前記導光媒体から前記出射面を通って放射され、前記光電変換受光器に入射し、
   前記光ビームは、前記第１副反射面、前記第２副反射面、及び前記第１副反射面と前記第２副反射面との境界に同じ角度で入射し、
   前記処理モジュールは、前記光電変換受光器が受光した前記光ビームの強度に応じて光強度画像を生成し、前記光強度画像の急激な変化の位置に従って前記液体面の位置を計算するように構成されている、液面検出システム。
2. 前記光源により放射される前記光ビームが、前記入射面に対して垂直である、請求項１に記載の液面検出システム。
3. 前記光ビームは、前記第１副反射面によって全反射され、前記第２副反射面によって反射され、屈折される、請求項１に記載の液面検出システム。
4. 前記光源は、前記導光媒体に対して固定的に配置され、前記光源によって放射された前記光ビームは、平行光であり、前記光ビームは、前記第１副反射面、前記第２副反射面、及び前記第１副反射面と前記第２副反射面との境界に同時に入射するか、又は、
   第１直線移動機構上に前記光源が取り付けられ、前記光源は、前記第１副反射面及び前記第２副反射面上に前記光ビームを順次放射するために、前記第１直線移動機構によって前記導光媒体に対して直線的に移動される、請求項１に記載の液面検出システム。
5. 前記光電変換受光器は、前記導光媒体に対して固定的に配置され、前記光ビーム受光部は、平面であり、前記第１副反射面及び前記第２副反射面により反射された前記光ビームを同時に受光するか、又は、
   前記光電変換受光器は、第２直線移動機構に接続され、前記光電変換受光器は、前記第１副反射面及び前記第２副反射面により反射された光ビームを順次受光するために、前記第２直線移動機構により、前記導光媒体に対して直線移動する、請求項１に記載の液面検出システム。
6. 前記導光媒体が、第２反射面を更に有し、
   前記光ビームが、前記第２反射面によって反射され、次いで、前記出射面を通って放射される、請求項１に記載の液面検出システム。
7. 前記第１反射面及び前記第２反射面が、軸対称であり、
   前記第１反射面及び前記第２反射面の対称軸が、前記液体面に対して垂直であり、
   前記第１反射面によって反射された前記光ビームは、前記第２反射面に向かって前記液体面に平行に方向付けられ、前記第２反射面は、前記液体面と交差する、請求項６に記載の液面検出システム。
8. 前記第２反射面は、前記液体面を前記境界線として、第３副反射面と第４副反射面とを含み、
   前記光ビームは、前記第３副反射面によって全反射され、前記第４副反射面によって反射され、屈折される、請求項７に記載の液面検出システム。
9. 前記第１反射面が、前記第２反射面に対して垂直である、請求項７に記載の液面検出システム。
10. 前記導光媒体は、直角二等辺プリズムであり、
    ２つの直角面はそれぞれ、前記第１反射面及び前記第２反射面を形成し、
    前記出射面及び前記入射面は、両方とも前記直角二等辺プリズムの斜辺上に形成される、請求項６に記載の液面検出システム。
11. 前記入射面及び前記入射面が同一平面上にある、請求項１に記載の液面検出システム。
12. 前記出射面に入射する前記導光媒体において前記光ビームは、前記出射面に垂直である、請求項１に記載の液面検出システム。
13. 前記導光媒体は、直角二等辺プリズムであり、
    ２つの直角面はそれぞれ、前記出射面及び前記入射面を形成し、
    前記第１反射面は、前記直角二等辺プリズムの斜辺上に形成される、請求項１に記載の液面検出システム。
14. 液面検出方法であって、
    入射面と、第１反射面と、出射面とを有する導光媒体を提供する工程であって、前記入射面、前記第１反射面、及び前記出射面は平面である工程と、
    前記導光媒体を液体面に配置する工程であって、前記第１反射面は、前記液体面と交差し、前記第１反射面は、前記液体面を境界線として、第１副反射面と第２副反射面とを含む工程と、
    前記入射面を通して前記導光媒体内に光ビームを放射する工程であって、前記光ビームは、次いで、前記第１反射面に入射して前記出射面を通って前記導光媒体から放射される工程と、
    を含み、
    前記光ビームは、前記第１副反射面、前記第２副反射面、及び前記第１副反射面と前記第２副反射面との境界に同じ角度で入射し、
    前記出射面から放射された前記光ビームの強度に従って光強度画像が生成され、
    前記液体面の位置は、前記光強度画像の急激な変化の位置から得られる、液面検出方法。
15. 前記光ビームは、前記第１副反射面によって全反射され、前記第２副反射面によって反射され、屈折される、請求項１４に記載の液面検出方法。
16. 前記導光媒体が、第２反射面を更に有し、
    前記第２反射面は、前記液体面と交差し、
    前記第２反射面は、前記液体面を前記境界線として、第３副反射面と第２副反射面とを含み、
    前記光ビームは、前記第１副反射面によって全反射され、前記第３副反射面によって全反射され、次いで前記出射面に入射され、
    前記第２副反射面により反射された前記光ビームは、前記第４副反射面によって反射され、屈折され、前記第４副反射面により反射された前記光ビームは、前記出射面に向けて方向付けられる、請求項１５に記載の液面検出方法。
17. 前記出射面及び前記入射面が、両方とも前記液体面に対して平行に配置されている、請求項１４に記載の液面検出方法。
18. 前記光ビームは、前記入射面に垂直な前記導光媒体に入射し、
    前記入射面を通って放射される前記光ビームは、前記入射面に垂直である、請求項１７に記載の液面検出方法。
19. 前記光ビームは、前記第１副反射面、前記第２副反射面、及び前記第１副反射面と前記第２副反射面との前記境界に同時に入射するか、又は、
    前記光ビームは、前記第１副反射面及び前記第２副反射面の上に順に移動可能に放射される、請求項１４に記載の液面検出方法。
20. 前記光電変換受光器は、前記導光媒体に対して固定的に配置され、前記光電変換受光器の前記受光面は、前記出射面から放射された全ての前記光ビームを同時に受光する平面であるか、又は、
    前記光電変換受光器は、前記導光媒体に対して移動するように配置され、前記光電変換受光器は、前記第１副反射面及び前記第２副反射面により反射された前記光ビームを受光する、請求項１４に記載の液面検出方法。