JP3280551B2 - 光式液面計 - Google Patents
光式液面計Info
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- JP3280551B2 JP3280551B2 JP28997895A JP28997895A JP3280551B2 JP 3280551 B2 JP3280551 B2 JP 3280551B2 JP 28997895 A JP28997895 A JP 28997895A JP 28997895 A JP28997895 A JP 28997895A JP 3280551 B2 JP3280551 B2 JP 3280551B2
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- liquid
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス管等の透明
容器内の液面位置を光学的に測定する光式液面計に係
り、特に、少ない部品で構成でき、しかも長尺に適用で
きる光式液面計に関するものである。
容器内の液面位置を光学的に測定する光式液面計に係
り、特に、少ない部品で構成でき、しかも長尺に適用で
きる光式液面計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】容器内の液面位置を測定する装置として
実開昭６３−１７７７１９号が知られている。この装置
は、図２に示されるように、容器２１の一側に光源２２
及びライトガイド２３が配置され、反対側にイメージガ
イド２４及びラインセンサカメラ２５が配置されてい
る。ライトガイド２３は複数本の光ファイバを並べた一
端に半円柱状のシリンドリカルレンズ２６を装備させた
ものである。シリンドリカルレンズ２６は、その軸を容
器２１に沿わせて起立させ曲面側を容器２１に臨ませ
る。平面側にはライトガイド２３の各光ファイバを接続
する。イメージガイド２４は、同様に複数本の光ファイ
バを並べたものであり、シリンドリカルレンズ２６に対
向するように対物側２７を容器に臨ませ、接眼側２８に
はラインセンサカメラ２５を接続する。ラインセンサカ
メラ２５の画像の縦方向が容器２１の高さ方向に相当す
る。ラインセンサカメラ２５には液面位置を判定する信
号処理部やその判定結果を表示する液面表示部が接続さ
れる。ラインセンサカメラ２５が撮像する容器の高さ方
向の直線画像の各画素を明暗に基づいて２値化し、その
明暗が反転する画素の位置から液面位置を判定・表示す
る。
実開昭６３−１７７７１９号が知られている。この装置
は、図２に示されるように、容器２１の一側に光源２２
及びライトガイド２３が配置され、反対側にイメージガ
イド２４及びラインセンサカメラ２５が配置されてい
る。ライトガイド２３は複数本の光ファイバを並べた一
端に半円柱状のシリンドリカルレンズ２６を装備させた
ものである。シリンドリカルレンズ２６は、その軸を容
器２１に沿わせて起立させ曲面側を容器２１に臨ませ
る。平面側にはライトガイド２３の各光ファイバを接続
する。イメージガイド２４は、同様に複数本の光ファイ
バを並べたものであり、シリンドリカルレンズ２６に対
向するように対物側２７を容器に臨ませ、接眼側２８に
はラインセンサカメラ２５を接続する。ラインセンサカ
メラ２５の画像の縦方向が容器２１の高さ方向に相当す
る。ラインセンサカメラ２５には液面位置を判定する信
号処理部やその判定結果を表示する液面表示部が接続さ
れる。ラインセンサカメラ２５が撮像する容器の高さ方
向の直線画像の各画素を明暗に基づいて２値化し、その
明暗が反転する画素の位置から液面位置を判定・表示す
る。
【０００３】明暗を反転させるために、気体の透明度と
液体の透明度との相違、表面張力で変形した液面による
乱反射、屈折率の相違による光路の変位などが利用され
る。例えば、図３に示されるように、ライトガイド２３
とイメージガイド２４とが容器２１の中心を外して向き
合うような位置関係に配置されるとき、屈折率の相違か
ら容器２１内が液相であれば破線の光路３１となりイメ
ージガイド２４に光が届かず、容器２１内が気相であれ
ば実線の光路３２となりイメージガイド２４に光が届く
ため、図４に示されるように、画像は縦方向に液面４１
のところで明暗が反転する。
液体の透明度との相違、表面張力で変形した液面による
乱反射、屈折率の相違による光路の変位などが利用され
る。例えば、図３に示されるように、ライトガイド２３
とイメージガイド２４とが容器２１の中心を外して向き
合うような位置関係に配置されるとき、屈折率の相違か
ら容器２１内が液相であれば破線の光路３１となりイメ
ージガイド２４に光が届かず、容器２１内が気相であれ
ば実線の光路３２となりイメージガイド２４に光が届く
ため、図４に示されるように、画像は縦方向に液面４１
のところで明暗が反転する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術をＯＦケーブ
ルの油槽に設けられたガラス管油面ゲージに適用しよう
とすると、このガラス管油面ゲージの長さが２０ｃｍ〜
３０ｃｍあるのに対し、ラインセンサカメラの撮像部の
長さが通常４ｃｍ以下であるから、両者をつなぐイメー
ジガイドの作成が容易でない。ラインセンサカメラを用
いずに個別の受光素子を多数並べるとするとその部品個
数が多大になりコスト高になる。このように液面の高低
差が分解能に比して長大な光式液面計は実用的なものを
提供することが困難であった。
ルの油槽に設けられたガラス管油面ゲージに適用しよう
とすると、このガラス管油面ゲージの長さが２０ｃｍ〜
３０ｃｍあるのに対し、ラインセンサカメラの撮像部の
長さが通常４ｃｍ以下であるから、両者をつなぐイメー
ジガイドの作成が容易でない。ラインセンサカメラを用
いずに個別の受光素子を多数並べるとするとその部品個
数が多大になりコスト高になる。このように液面の高低
差が分解能に比して長大な光式液面計は実用的なものを
提供することが困難であった。
【０００５】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、少ない部品で構成でき、しかも長尺に適用できる光
式液面計を提供することにある。
し、少ない部品で構成でき、しかも長尺に適用できる光
式液面計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、円筒状のガラス管内の液面位置を光学的に
測定するために、上記ガラス管の一側に沿わせて拡散光
を発光する線状の発光体を配し、他側に沿わせて３つの
線状の受光素子を並べ、これら受光素子の長さと受光光
量とから液面位置を算出する演算部を設けたものであ
る。
に本発明は、円筒状のガラス管内の液面位置を光学的に
測定するために、上記ガラス管の一側に沿わせて拡散光
を発光する線状の発光体を配し、他側に沿わせて３つの
線状の受光素子を並べ、これら受光素子の長さと受光光
量とから液面位置を算出する演算部を設けたものであ
る。
【０００７】上記受光素子は、ガラス管内の常時液相と
なる液相部に臨む液相部用受光素子と、常時気相となる
気相部に臨む気相部用受光素子と、液相・気相共に含む
中間部全域に臨み液面位置に応じて受光光量が変わる中
間部用受光素子とからなってもよい。
なる液相部に臨む液相部用受光素子と、常時気相となる
気相部に臨む気相部用受光素子と、液相・気相共に含む
中間部全域に臨み液面位置に応じて受光光量が変わる中
間部用受光素子とからなってもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に示されるように、円筒状の
ガラス管１からなる液面ゲージ１ａには測定対象となる
液体Ａが導入される。この液面Ｓの位置を測定すること
で図示されない液体貯槽の液量等を知ることができる。
本発明の光式液面計は、このガラス管１内の液面位置を
光学的に測定するために、ガラス管１の一側に沿わせて
線状の発光体２が配置され、他側に沿わせて線状の受光
素子３が配置されている。受光素子３は３つの部分から
なる。即ち、ガラス管１内の常時液相となる液相部Ｅに
臨む液相部用受光素子３E と、常時気相となる気相部Ｋ
に臨む気相部用受光素子３K と、液相・気相共に含む中
間部Ｔの全域に臨み液面位置に応じて受光光量が変わる
中間部用受光素子３T とからなる。各受光素子３はそれ
ぞれ長手方向に所定の長さの受光面を有する。各受光素
子３の長さは、気相部用受光素子３K がＬ1 、中間部用
受光素子３T がＬ2 、液相部用受光素子３E がＬ3 とな
っている。これに対し、発光体２はＬ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 の
全長に亘り均一な光を照射することができる。気相部用
受光素子３K は常に気相を透過した気相透過光を受光
し、逆に液相部用受光素子３E は常に液相を透過した透
過光を受光することになる。中間部用受光素子３T は測
定しようとする液面位置より上部にて気相を透過した気
相透過光を受光し、かつ液面位置より下部にて液相を透
過した透過光を受光し、これらの和の受光光量を検出す
ることになる。
ガラス管１からなる液面ゲージ１ａには測定対象となる
液体Ａが導入される。この液面Ｓの位置を測定すること
で図示されない液体貯槽の液量等を知ることができる。
本発明の光式液面計は、このガラス管１内の液面位置を
光学的に測定するために、ガラス管１の一側に沿わせて
線状の発光体２が配置され、他側に沿わせて線状の受光
素子３が配置されている。受光素子３は３つの部分から
なる。即ち、ガラス管１内の常時液相となる液相部Ｅに
臨む液相部用受光素子３E と、常時気相となる気相部Ｋ
に臨む気相部用受光素子３K と、液相・気相共に含む中
間部Ｔの全域に臨み液面位置に応じて受光光量が変わる
中間部用受光素子３T とからなる。各受光素子３はそれ
ぞれ長手方向に所定の長さの受光面を有する。各受光素
子３の長さは、気相部用受光素子３K がＬ1 、中間部用
受光素子３T がＬ2 、液相部用受光素子３E がＬ3 とな
っている。これに対し、発光体２はＬ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 の
全長に亘り均一な光を照射することができる。気相部用
受光素子３K は常に気相を透過した気相透過光を受光
し、逆に液相部用受光素子３E は常に液相を透過した透
過光を受光することになる。中間部用受光素子３T は測
定しようとする液面位置より上部にて気相を透過した気
相透過光を受光し、かつ液面位置より下部にて液相を透
過した透過光を受光し、これらの和の受光光量を検出す
ることになる。
【０００９】この光式液面計は、受光素子の受光光量が
ガラス管内の液相を透過した透過光光量と気相を透過し
た透過光光量との和であることに基づき、これら受光素
子の長さと受光光量とから液面位置を算出する演算部
（図示せず）を有している。演算部の演算内容、即ち、
本発明の液面位置測定の原理を説明する。液相における
透過率が高さ方向に一様とみなし、かつ気相における透
過率も高さ方向に一様とみなし、気相部用受光素子３K
の受光光量をＯ1 、中間部用受光素子３T の受光光量を
Ｏ2 、液相部用受光素子３E の受光光量をＯ3 とし、液
面位置を中間部Ｔにおける高さＬで表すとすると、これ
らの間には、 Ｏ2 ＝（中間部気相の総受光光量）＋（中間部液相の総受光光量） ＝（気相透過光の単位長当たり受光光量）×（中間部気相の長さ） ＋（液相透過光の単位長当たり受光光量）×（中間部液相の長さ） ＝（Ｏ1 ／Ｌ1 ）・（Ｌ2 −Ｌ）＋（Ｏ3 ／Ｌ3 ）・Ｌ ・・（１） の関係がある。この式（１）から、Ｏ1 、Ｏ2 、Ｏ3 の
３つの受光光量を測定すれば液面位置Ｌが求まることが
判る。
ガラス管内の液相を透過した透過光光量と気相を透過し
た透過光光量との和であることに基づき、これら受光素
子の長さと受光光量とから液面位置を算出する演算部
（図示せず）を有している。演算部の演算内容、即ち、
本発明の液面位置測定の原理を説明する。液相における
透過率が高さ方向に一様とみなし、かつ気相における透
過率も高さ方向に一様とみなし、気相部用受光素子３K
の受光光量をＯ1 、中間部用受光素子３T の受光光量を
Ｏ2 、液相部用受光素子３E の受光光量をＯ3 とし、液
面位置を中間部Ｔにおける高さＬで表すとすると、これ
らの間には、 Ｏ2 ＝（中間部気相の総受光光量）＋（中間部液相の総受光光量） ＝（気相透過光の単位長当たり受光光量）×（中間部気相の長さ） ＋（液相透過光の単位長当たり受光光量）×（中間部液相の長さ） ＝（Ｏ1 ／Ｌ1 ）・（Ｌ2 −Ｌ）＋（Ｏ3 ／Ｌ3 ）・Ｌ ・・（１） の関係がある。この式（１）から、Ｏ1 、Ｏ2 、Ｏ3 の
３つの受光光量を測定すれば液面位置Ｌが求まることが
判る。
【００１０】式（１）を液面位置Ｌについてまとめ、 Ｌ＝Ｌ3 ・（Ｌ1 ・Ｏ2 −Ｌ2 Ｏ1 ）／（Ｌ1 ・Ｏ3 −Ｌ3 ・Ｏ1 ） ・・（２） となる。従って、Ｏ1 、Ｏ2 、Ｏ3 の３つの受光光量を
測定し、式（２）に代入すると液面位置Ｌが求まること
になる。
測定し、式（２）に代入すると液面位置Ｌが求まること
になる。
【００１１】本発明の光式液面計をＯＦケーブルの油面
計測を例に説明する。ＯＦケーブルの油槽にはガラス管
１からなる油面ゲージが設けられている。このガラス管
１の一側に沿わせて、線状の発光体２としてのＬＥＤア
レイ（発光ダイオードアレイ）を配置する。ガラス管１
を挟んで反対側にはＬＥＤアレイに対向する受光素子３
としての線状のフォトダイオードを配置する。通常市販
の線状のフォトダイオードは長さが４ｃｍ程度であるの
で液面の変化する中間部Ｔ全域に臨む中間部用受光素子
３T としては、この市販のフォトダイオードを複数個並
べ、これらの出力を電気的に並列に接続し演算部に入力
する。気相部用受光素子３K 及び液相部用受光素子３E
もそれぞれ演算部に入力する。このようにして、気相部
用受光素子３K がＬ1 、中間部用受光素子３T がＬ2 、
液相部用受光素子３E がＬ3 の長さを占めることにな
る。なお、気相部Ｋはこのガラス管１からなる油面ゲー
ジで計ろうとする最高油面より上に設定し、液相部Ｅは
最低油面より下に設定しておくとよい。
計測を例に説明する。ＯＦケーブルの油槽にはガラス管
１からなる油面ゲージが設けられている。このガラス管
１の一側に沿わせて、線状の発光体２としてのＬＥＤア
レイ（発光ダイオードアレイ）を配置する。ガラス管１
を挟んで反対側にはＬＥＤアレイに対向する受光素子３
としての線状のフォトダイオードを配置する。通常市販
の線状のフォトダイオードは長さが４ｃｍ程度であるの
で液面の変化する中間部Ｔ全域に臨む中間部用受光素子
３T としては、この市販のフォトダイオードを複数個並
べ、これらの出力を電気的に並列に接続し演算部に入力
する。気相部用受光素子３K 及び液相部用受光素子３E
もそれぞれ演算部に入力する。このようにして、気相部
用受光素子３K がＬ1 、中間部用受光素子３T がＬ2 、
液相部用受光素子３E がＬ3 の長さを占めることにな
る。なお、気相部Ｋはこのガラス管１からなる油面ゲー
ジで計ろうとする最高油面より上に設定し、液相部Ｅは
最低油面より下に設定しておくとよい。
【００１２】演算部にはその演算結果を表示する表示部
を併設してもよい。この演算表示部にはＡ／Ｄ変換器を
備えたシングルチップマイコンを用いてもよい。
を併設してもよい。この演算表示部にはＡ／Ｄ変換器を
備えたシングルチップマイコンを用いてもよい。
【００１３】発光体２と受光素子３とガラス管１との水
平方向の位置関係は、これらをほぼ一列に配置し、光が
ガラス管１のほぼ中央を通って受光されるように構成す
る。光軸は多少ずれていても測定は可能である。これは
液相を透過して受光される光量と気相を透過して受光さ
れる光量とがかなり相違するからである。即ち、発光体
２である発光ダイオードアレイの各発光ダイオードから
の光は広がる傾向があり、ガラス管１内の液相は円柱状
であるためこれを集光し、受光光量を大きくする。気相
では集光されないので、受光光量は小さい。このように
拡散する光を用い、液相のレンズ効果で光量を相違させ
ることができる。なお、従来技術で説明したように気相
で受光光量を大きくし液相で受光光量を小さくする光学
系配置であっても本発明は適用可能である。
平方向の位置関係は、これらをほぼ一列に配置し、光が
ガラス管１のほぼ中央を通って受光されるように構成す
る。光軸は多少ずれていても測定は可能である。これは
液相を透過して受光される光量と気相を透過して受光さ
れる光量とがかなり相違するからである。即ち、発光体
２である発光ダイオードアレイの各発光ダイオードから
の光は広がる傾向があり、ガラス管１内の液相は円柱状
であるためこれを集光し、受光光量を大きくする。気相
では集光されないので、受光光量は小さい。このように
拡散する光を用い、液相のレンズ効果で光量を相違させ
ることができる。なお、従来技術で説明したように気相
で受光光量を大きくし液相で受光光量を小さくする光学
系配置であっても本発明は適用可能である。
【００１４】このような光式液面計を用いたＯＦケーブ
ルの油面計測にあっては、気相部用受光素子３K 、中間
部用受光素子３T 、液相部用受光素子３E の各受光光量
Ｏ1 、Ｏ2 、Ｏ3 を測定し、予め各受光素子３の長さＬ
1 、Ｌ2 、Ｌ3 が知られている式（２）に代入するとた
だちに液面位置Ｌが求まることになる。このように液面
の高低差が長大であっても僅か３つの受光光量を測定す
るだけでよいので、測定が簡単である。また、受光素子
３の個数が少なく構成できるのでコストが低減できる。
ルの油面計測にあっては、気相部用受光素子３K 、中間
部用受光素子３T 、液相部用受光素子３E の各受光光量
Ｏ1 、Ｏ2 、Ｏ3 を測定し、予め各受光素子３の長さＬ
1 、Ｌ2 、Ｌ3 が知られている式（２）に代入するとた
だちに液面位置Ｌが求まることになる。このように液面
の高低差が長大であっても僅か３つの受光光量を測定す
るだけでよいので、測定が簡単である。また、受光素子
３の個数が少なく構成できるのでコストが低減できる。
【００１５】以上の実施形態にあってはガラス管１から
なる油面ゲージに沿わせて受光素子３を設けたが、ライ
トガイドを用いて他の位置の受光素子に光を導いてもよ
い。この場合、ライトガイドの光ファイバはガラス管側
では縦一列に並べることになるが、この光ファイバは中
間部用受光素子の側では順序通りに整列させる必要がな
く、適当な円形等に束ねてよい。また、この場合、中間
部用受光素子３T は円形等のフォトダイオードで構成
し、上記束ねたライトガイドに臨ませればよい。このよ
うに、液面位置を明暗の反転位置で判定するのではな
く、光量の比例関係から求めるようにしたので、ライト
ガイドの形状や寸法に制約がなくなり、ライトガイドが
容易に作成できる。
なる油面ゲージに沿わせて受光素子３を設けたが、ライ
トガイドを用いて他の位置の受光素子に光を導いてもよ
い。この場合、ライトガイドの光ファイバはガラス管側
では縦一列に並べることになるが、この光ファイバは中
間部用受光素子の側では順序通りに整列させる必要がな
く、適当な円形等に束ねてよい。また、この場合、中間
部用受光素子３T は円形等のフォトダイオードで構成
し、上記束ねたライトガイドに臨ませればよい。このよ
うに、液面位置を明暗の反転位置で判定するのではな
く、光量の比例関係から求めるようにしたので、ライト
ガイドの形状や寸法に制約がなくなり、ライトガイドが
容易に作成できる。
【００１６】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００１７】（１）受光光量の測定箇所が少なく測定が
簡単であると共に、受光素子の個数が少なく構成でき、
コストが低減できる。
簡単であると共に、受光素子の個数が少なく構成でき、
コストが低減できる。
【図１】本発明の光式液面計の側断面図である。
【図２】従来の光式液面計の側断面図である。
【図３】光式液面計の光学系配置の一例を示す水平断面
図である。
図である。
【図４】液面位置で生じる透過光量の相違の一例を示す
図である。
図である。
１ ガラス管 ２ 発光体 ３ 受光素子 ３E 液相部用受光素子 ３K 気相部用受光素子 ３T 中間部用受光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 亮滋 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社オプトロシステム研究所 内 (72)発明者 菱田 康之 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社オプトロシステム研究所 内 (56)参考文献 特開 平６−26909（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 23/00 - 25/00
Claims (2)
- 【請求項１】 円筒状のガラス管内の液面位置を光学的
に測定するために、上記ガラス管の一側に沿わせて拡散
光を発光する線状の発光体を配し、他側に沿わせて３つ
の線状の受光素子を並べ、これら受光素子の長さと受光
光量とから液面位置を算出する演算部を設けたことを特
徴とする光式液面計。 - 【請求項２】 上記受光素子は、ガラス管内の常時液相
となる液相部に臨む液相部用受光素子と、常時気相とな
る気相部に臨む気相部用受光素子と、液相・気相共に含
む中間部全域に臨み液面位置に応じて受光光量が変わる
中間部用受光素子とからなることを特徴とする請求項１
記載の光式液面計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28997895A JP3280551B2 (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 光式液面計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28997895A JP3280551B2 (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 光式液面計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133569A JPH09133569A (ja) | 1997-05-20 |
| JP3280551B2 true JP3280551B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=17750200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28997895A Expired - Fee Related JP3280551B2 (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 光式液面計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3280551B2 (ja) |
-
1995
- 1995-11-08 JP JP28997895A patent/JP3280551B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09133569A (ja) | 1997-05-20 |
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