JP7162252B2 - 液体検出センサ - Google Patents

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Description

本開示は、透光性を有する管体内の液体の有無を光学的に検出する液体検出センサに関する。
従来、透光性を有する管体内の液体の有無を光学的に検出する液体検出センサとしては、特許文献1に記載の液体センサが知られている。この種の液体センサは、弧状の本体の内周面に管体を嵌合した状態で、発光素子からチューブに向けて光を照射し、管体からの反射光を受光素子によって受光する。管体内の液体の有無に応じて光の反射状態が異なるため、受光素子の受光量に基づいて管体内の液体の有無を光学的に検出する。
特開平8-293234号公報
ところで、上記文献に記載の液体センサでは、例えば本体に対して細い管体等のように、本体に対して所望の位置に管体が配置されない虞がある。このような場合には、管体に対する保持力が不充分となり、液体の有無を安定して掲出できない場合がある。
本開示の目的は、液体の有無を安定して検出できる液体検出センサを提供することにある。
本開示による一態様による液体検出センサは、ケースと、前記ケースの第1の面と平行な第1の方向に並んで配置された投光部及び受光部と、前記ケースに設けられ、少なくとも前記投光部及び受光部を挟む位置であり、前記ケースの前記第1の面側から視た場合に前記第1の方向に直交する第2の方向に並んで配置された保持部と、前記第1の方向と前記第2の方向とに直交する第3の方向に移動可能な押圧部と、前記押圧部を前記第3の方向であって前記保持部側に向けて付勢する付勢部材と、を備え、前記保持部は、前記第2の方向に沿った方向から視て前記第3の方向と異なる方向に開口を有する。
また、本開示による別の一態様による液体検出センサは、透光性を有する管体内の液体を検出する液体検出センサであって、ケースと、前記ケースの第1の面と平行な第1の方向に並んで配置された投光部及び受光部と、前記ケースに設けられ、少なくとも前記投光部及び受光部を挟む位置であり、前記ケースの前記第1の面から視て前記第1の方向と直交する第2の方向に並んで配置され、前記第2の方向に沿って前記管体を保持する保持部と、前記第1の面と垂直な第3の方向に突出するように前記ケースに内設された押圧部と、前記押圧部を前記第3の方向に向けて付勢する付勢部材と、を備え、前記保持部は、前記第2の方向に沿った方向から視て前記第3の方向と異なる方向に開口を有する。
本開示の一態様によれば、液体の有無を安定して検出できる液体検出センサを提供できる。
第一実施形態の液体検出センサを正面左上方から視た斜視図。 第一実施形態の液体検出センサを背面右下方から視た斜視図。 第一実施形態の液体検出センサの正面図。 第一実施形態の液体検出センサの背面図。 第一実施形態の液体検出センサの上面図。 第一実施形態の液体検出センサの下面図。 第一実施形態の液体検出センサの右側面図。 第一実施形態の液体検出センサの左側面図。 第一実施形態の液体検出センサの使用状態を示す斜視図。 第一実施形態の液体検出センサの概略平断面図。 第一実施形態の液体検出センサの概略側断面図。 第一実施形態の液体検出センサの一部拡大図。 第一実施形態のホルダを正面左上方から視た斜視図。 第一実施形態のホルダを背面右下方から視た斜視図。 第一実施形態のホルダの正面図。 第一実施形態のホルダの背面図。 第一実施形態のホルダの上面図。 第一実施形態のホルダの下面図。 第一実施形態のホルダの右側面図。 第一実施形態のホルダの左側面図。 液体検出装置の概略構成図。 第二実施形態の液体検出センサを正面左上方から視た斜視図。 第二実施形態の液体検出センサを背面右下方から視た斜視図。 第二実施形態の液体検出センサの正面図。 第二実施形態の液体検出センサの背面図。 第二実施形態の液体検出センサの上面図。 第二実施形態の液体検出センサの下面図。 第二実施形態の液体検出センサの右側面図。 第二実施形態の液体検出センサの左側面図。 変更例の液体検出センサの斜視図。
以下、各実施形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。
図21に示すように、液体検出センサ1は、ファイバアンプ2とともに液体検出装置3を構成する。
図9に示すように、液体検出センサ1は、管体P1を保持し、その管体P1の中の液体の有無を検出するためのものである。
図21に示すように、液体検出センサ1は、投光部11と受光部12とを有している。投光部11と受光部12は、光ファイバケーブル13,14を介してファイバアンプ2に接続される。ファイバアンプ2は、発光素子と受光素子とを有している。ファイバアンプ2は、発光素子を駆動する。発光素子の光は、光ファイバケーブル13を介して液体検出センサ1の投光部11に導かれる。受光素子は、受光部12によって受光されて光ファイバケーブル14により伝達された光を電気信号に変換する。そして、ファイバアンプ2は、電気信号の電圧レベルに基づいて、検出信号を出力する。
本実施形態において、投光部11は光ファイバケーブル13の先端のファイバヘッドであり、このファイバヘッドは投光レンズを含む。投光レンズは、光ファイバケーブル13の先端から出射された光を略平行光とする。本実施形態において、受光部12は、光ファイバケーブル14の先端のファイバヘッドであり、このファイバヘッドは受光レンズを含む。受光レンズは、受光部12に入射する光を光ファイバケーブル14に集光する。
(第一実施形態)
図1~図8は、第一実施形態の液体検出センサ1を示す。
図9は、液体検出センサ1の使用状態を示す。
図1に示すように、液体検出センサ1は、ホルダ20と、ホルダ20に収容した光学ユニット40と、を有している。
図13~図20は、第一実施形態のホルダ20を示す。
ホルダ20は、ケース21と、第1の保持部22及び第2の保持部23と、第1の取付部24及び第2の取付部25と、を有している。
ケース21は、第1の面21aに開口21bを有する箱状であり、その開口21bから図1等に示す光学ユニット40を収容する。開口21bは、第1の面21aに垂直な方向から視て、第1の面21aと平行な第1の方向D1に沿った長方形状である。このケース21は、上板31、下板32、側板33,34、及び背板35を有している。図2、図4、図11に示すように、背板35には、その背板35を厚さ方向に貫通する2つの貫通孔35a,35bが形成されている。
第1の保持部22は、上板31の上面31aと垂直な第2の方向D2である上方向から視てC字状に形成され、開口22aを有している。同様に、第2の保持部23は、下板32の下面32aと垂直な第2の方向D2である下方向から視てC字状に形成され、開口23aを有している。第1の保持部22と第2の保持部23は同軸状に配設されている。なお、本実施形態において、上板31の上面31aはケース21の上面であり、下板32の下面32aはケース21の下面である。
図5に示すように、第1の保持部22の開口22aは、図3に示す第2の方向D2に沿った方向から視て、第1の面21aと垂直な第3の方向D3と異なる方向に向けて形成されている。つまり、第1の保持部22は、図3に示す第2の方向D2に沿った方向から視て第1の面21aと垂直な第3の方向D3を除く方向に向いた開口22aを有している。本実施形態において、第1の保持部22は、図3に示す第2の方向D2に沿った方向から視てその中心軸O1を通る第3の方向D3において内周面22bが存在するように、開口22aが形成されている。
図6に示すように、第2の保持部23の開口23aは、図3に示す第2の方向D2に沿った方向から視て、第1の面21aと垂直な第3の方向D3と異なる方向に向けて形成されている。つまり、第2の保持部23は、図3に示す第2の方向D2に沿った方向から視て第1の面21aと垂直な第3の方向D3を除く方向に向いた開口23aを有している。本実施形態において、第2の保持部23は、図3に示す第2の方向D2に沿った方向から視てその中心軸O1を通る第3の方向D3において内周面23bが存在するように、開口23aが形成されている。
さらに、図1に示すように、本実施形態において、第1の保持部22の開口22aと、第2の保持部23の開口23aは、第1の保持部22及び第2の保持部23の中心軸O1から同一方向に開口している。
図3に示すように、第1の取付部24は、ケース21の上面となる上板31の上面31aから第2の方向D2、つまり図3の上方向に延びている。第2の取付部25は、ケース21の下面となる下板32の下面32aから第1の取付部24と反対方向、図3の下方向に延びている。第1の取付部24と第2の取付部25には、それぞれ貫通孔24a,25aが形成されている。液体検出センサ1は、これら貫通孔24a,25aに挿通されるネジ等の固定部材により、壁面等の所望箇所に固定される。
図10に示すように、光学ユニット40は、ユニットケース41、投光部11及び受光部12を備えている。ユニットケース41は、投光部11及び受光部12を収容する。投光部11及び受光部12は、ユニットケース41がホルダ20に収容された状態で、第1の方向D1に所望の間隔で並んで配置されている。投光部11及び受光部12は、第1の面21aに対して所定の角度で傾斜している。これにより、投光部11は、管体P1に対して所定の角度で光を出射する。なお、投光部11及び受光部12は、図5及び図6に示す中心軸O1を通り第3の方向D3に沿う方向の面に対して互いに対称となる位置に配置されている。ユニットケース41は、光ファイバケーブル13,14を導出するための開口41aを有している。
図12に示すように、ユニットケース41は、円弧状をなす凹部41bを有している。この凹部41bは、図11に示す第1の保持部22及び第2の保持部23により保持される管体P1の外周面P1aに応じた弧状に形成されている。なお、図11に示す第1の保持部22及び第2の保持部23における管体P1の延在方向の中心軸が、円弧状の凹部41bの中心と重なっていることが好ましい。また、図8に示す第1の保持部22の内周面22bおよび第2の保持部23の内周面23bもまた管体P1の外周面に応じた弧状に形成されている。なお、図11に示す第1の保持部22及び第2の保持部23における管体P1の延在方向の中心軸が、第1の保持部22及び第2の保持部23の中心軸O1の直線に重なるように配置されることが好ましい。また、第1の保持部22の内周面22bおよび第2の保持部23の内周面23bの中心軸O1からの半径は、管体P1の外周面P1aの半径と等しいことが好ましい。
図10に示すように、ユニットケース41には、図12に示す凹部41bの側から内部に向かう概略台形状の窪み部51を有している。この窪み部51の内壁52には、上述の投光部11から出射される光が通過する貫通孔52aと、図9~図12に示す管体P1からの反射光が通過して受光部12に入射するための貫通孔52bとが形成されている。
また、窪み部51には、遮光板53が設けられている。遮光板53は、管体P1の外周面P1aで反射された投射光を遮る。そのため、遮光板53の先端53aは、第3の方向D3において管体P1の軸中心を通る線と平行な線に沿う所定部分で遮光板53の先端が管体P1の外周面P1aと接触する。なお、遮光板53の先端53aは、管体P1の外周面P1aに応じた弧状に形成されている。さらに、管体P1を装着した状態において、遮光板53の弧状の先端53aの中心は、中心軸O1と一致することが好ましい。また、第2の方向D2に沿う方向から視た場合に、遮光板53は、管体P1の中心軸を通過し第3の方向D3に沿う面に対し、貫通孔52bに近い側(受光部12側)に配置されている。さらに、遮光板53において貫通孔52bに近い側の先端は、第1の面21aに対し第1の方向D1の反対方向へ向かうにしたがって、第1の面21aから離れる方向に所定の角度で傾斜している。これにより、不要な光が受光部12へ入ることを抑制できる。
図11に示すように、ユニットケース41は、上下両側に係止片45a,45bを有している。これらの係止片45a,45bは、ホルダ20のケース21の内部に設けられた係止部21c,21dと、図11の左右方向である第3の方向D3にて係合し、ケース21に対してユニットケース41を抜け止めする。
ホルダ20のケース21の背板35形成された貫通孔35a,35bは、ホルダ20から光学ユニット40の取り外しに利用される。貫通孔35a,35bから所定の工具を挿入してユニットケース41の係止片45a,45bとケース21の係止部21c,21dとの係合を解除する。これにより、ユニットケース41をホルダ20から取り出すことができる。
図10に示すように、ホルダ20のケース21の背板35は、内面に収容凹部35cを有している。この収容凹部35cには、付勢部材60が収容されている。なお、第1の保持部22及び第2の保持部23へ管体P1を装着していない状態で、図12に示す凹部41bは内周面22bおよび内周面23bから突出している。そのために、ユニットケース41は、第3の方向D3に沿ってスライド可能な状態でホルダ20に収納されている。そして、この付勢部材60は、ケース21の背板35とユニットケース41との間に介在されている。付勢部材60は、ユニットケース41を第3の方向D3に沿ってケース21の第1の面21aから第3の方向D3に沿ってユニットケース41の外側に向かって、ユニットケース41を付勢する。付勢部材60としては、ゴムや各種のばね等の弾性部材を用いることができる。
(作用)
この液体検出センサ1は、図9等に示すように、第1の保持部22及び第2の保持部23の開口22a,23aから管体P1を第1の保持部22及び第2の保持部23内に挿入し、管体P1を第1の保持部22及び第2の保持部23により保持する。ケース21に収容され、且つ同ケース21内の付勢部材60によって付勢された光学ユニット40のユニットケース41が、管体P1を押圧する。したがって、ユニットケース41は、管体P1を押圧する押圧部として機能する。なお、本実施形態では、図12に示す凹部41bと図10に示す遮光板53が押圧部として機能しているが、この構成に限られず凹部41bと遮光板53のいずれかが押圧部として機能する構成でも良い。
第1の保持部22及び第2の保持部23において、開口22a,23aは、ユニットケース41が付勢部材60によって付勢する第3の方向D3以外の方向に形成されている。したがって、管体P1は、第1の保持部22及び第2の保持部23の内周面22b,23b(図13に示す)と、ユニットケース41とによって挟持される。
管体P1の内部に液体が無い場合、図10において投光部11から出射された検出光は、管体P1の内周面P1bにおける屈折率差により管体P1の内周面P1bにおいて検出光の多くが反射し、その反射光は受光部12に入射する。一方、管体P1の内部に液体がある場合、検出光は、管体P1の内周面P1bにおける屈折率差が小さくなり、内周面P1bにおける反射量が、液体が無い場合と比べて少なくなる。そして、内周面P1bにおける反射光は、受光部12に入射する。従って、受光部12における入射光量により、管体P1における液体の有無を検出できる。
このように、液体検出センサ1は、図9に示すように、第1の保持部22及び第2の保持部23の内周面と、ユニットケース41とによって管体P1を挟持する。このように、液体検出センサ1は、管体P1を安定して保持できる。これにより、管体P1の中の液体の有無を安定して検出できる。
例えば、特許文献1に開示された検出器のように、弧状の本体の内周面に対して管体を嵌合するものでは、本体の内周面よりも管体が細いと、管体を保持できない。また、太い管体や弾性力の小さな管体では、本体の内周面に嵌合できないので、管体と投光部及び受光部との位置関係にずれが生じる虞がある。これらの場合には、液体の有無に対して検出光のレベルの変化を受光部にて受光することが出来ない虞がある。
本実施形態の液体検出センサ1の場合、光学ユニット40は、ユニットケース41と、ユニットケース41に収容された投光部11及び受光部12とを有している。従って、管体P1の外周面に対して、ユニットケース41の凹部41bが押し当てられることにより、管体P1の外周面に対して、投光部11及び受光部12の位置を略一定とすることができる。このため、管体P1と投光部及び受光部12との位置関係にずれ等が生じ難くなり、管体P1の液体の有無を安定して検出できる。
光学ユニット40のユニットケース41は、図10に示すように、凹部41bの側から内部に向かう概略台形状の窪み部51を有している。凹部41bが管体P1の外周面に対して押圧されると、投光部11から検出光を照射する管体P1の部分がユニットケース41により覆われるため、その検出する部分に対する外乱光の入射が抑制される。また、窪み部51の内壁52に、受光部12に入射する検出光が通過する貫通孔を設けているため、その受光部12に対する外乱光の入射が抑制される。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)液体検出センサ1は、第1の保持部22及び第2の保持部23の開口22a,23aから管体P1を第1の保持部22及び第2の保持部23内に挿入し、管体P1を第1の保持部22及び第2の保持部23により保持する。ケース21に収容され、且つ同ケース21内の付勢部材60によって付勢された光学ユニット40のユニットケース41が、管体P1を押圧する。このようなユニットケース41は、管体P1を押圧する押圧部として機能する。
第1の保持部22及び第2の保持部23において、開口22a,23aは、ユニットケース41が付勢部材60によって付勢する第3の方向D3以外の方向に形成されている。したがって、管体P1は、第1の保持部22及び第2の保持部23の内周面22b,23bと、ユニットケース41とによって挟持される。このように、液体検出センサ1は、管体P1を安定して保持できる。これにより、管体P1の中の液体の有無を安定して検出できる。
(2)液体検出センサ1の光学ユニット40は、ユニットケース41と、ユニットケース41に収容された投光部11及び受光部12とを有している。従って、管体P1の外周面に対して、ユニットケース41の凹部41bが押し当てられることにより、管体P1の外周面に対して、投光部11及び受光部12の位置を略一定とすることができる。このため、管体P1と投光部及び受光部12との位置関係にずれ等が生じ難くなり、管体P1の液体の有無を安定して検出できる。
(3)光学ユニット40のユニットケース41は、凹部41bの側から内部に向かう概略台形状の窪み部51を有している。凹部41bが管体P1の外周面に対して押圧されると、投光部11から検出光を照射する管体P1の部分がユニットケース41により覆われるため、その検出する部分に対する外乱光の入射を抑制でき、管体P1の液体の有無を安定して検出できる。
(4)窪み部51の内壁52に、受光部12に入射する検出光が通過する貫通孔を設けているため、その受光部12に対する外乱光の入射を抑制でき、管体P1の液体の有無を安定して検出できる。
(第二実施形態)
図22~図29は、第二実施形態の液体検出センサ101を示す。
なお、この実施形態において、上記実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付してその説明の一部又は全てを省略する。
この液体検出センサ101は、第一実施形態の液体検出センサ1と同様に、図21に示すファイバアンプ2に接続されて液体検出装置を構成する。
図22~図29に示すように、液体検出センサ101は、第一実施形態において図1等に示すホルダ20に代えてホルダ120を有している。すなわち、液体検出センサ101は、ホルダ120と、ホルダ120に収容した光学ユニット40と、光学ユニット40を所定方向に付勢する付勢部材60とを有している。
ホルダ120は、第一実施形態において図1等に示すケース21に代えてケース121を有している。すなわち、ホルダ120は、ケース121と、第1の保持部22及び第2の保持部23と、第1の取付部24及び第2の取付部25と、を有している。
ケース121は、図11に示す係止部21c,21d及び貫通孔35a,35bに代えて、図22及び図23に示す貫通孔131b,132bを有している。ケース121は、第1の方向D1と平行な第1の面121aに開口121bを有する箱状であり、その開口121bから図1等に示す光学ユニット40を収容する。このケース121は、上板131、下板132、側板133,134、及び背板135を有している。上板131には、その上板131を厚さ方向に貫通する貫通孔131bが形成されている。下板132には、その下板132を厚さ方向に貫通する貫通孔132bが形成されている。両貫通孔131b,132bは、光学ユニット40の装着状態の維持、及び光学ユニット40をケース121から取り外す際に利用される。図22、図23、図26、図27に示す貫通孔131b,132bから所定の工具を挿入してユニットケース41の係止片45a,45bとケース121の貫通孔131b,132bとの係合を解除する。これにより、ユニットケース41をホルダ120から取り出すことができる。
以上記述した本実施形態の液体検出センサ101は、上述の第一実施形態の液体検出センサ1と同様の効果を奏する。
<変更例>
尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記各実施形態に対し、液体検出センサ101の投光部11に発光素子を含む構成としてもよい。また、液体検出センサ101の受光部12に受光素子を含む構成としてもよい。
・上記実施形態では、光学ユニット40が管体P1を押圧する押圧部として機能したが、光学ユニットに対して押圧部を別途設けてもよい。
・上記実施形態では、第1の保持部22の開口22aと第2の保持部23の開口23aとを同じ方向に形成したが、図30に示すように、互いに異なる方向としてもよい。この場合、第1の保持部22と第2の保持部23との間隔が管体P1の直径以上であることが好ましい。
・上記実施形態において、第1の保持部22と第2の保持部23とが弾性変形可能としてもよい。
・上記実施形態において、ホルダ20,120の第1の取付部24及び第2の取付部25の少なくとも一方を省略してもよい。
・上記実施形態並びに上記各変形例は適宜組み合わせてもよい。
1,101…液体検出センサ、11…投光部、12…受光部、20,120…ホルダ、21,121…ケース、21a…第1の面、21b…開口、22…第1の保持部、22a…開口、23…第2の保持部、23a…開口、60…付勢部材、D1…第1の方向、D2…第2の方向、D3…第3の方向、P1…管体。

Claims (5)

  1. ケースと、
    前記ケースの第1の面と平行な第1の方向に並んで配置された投光部及び受光部と、
    前記ケースに設けられ、少なくとも前記投光部及び受光部を挟む位置であり、前記ケースの前記第1の面側から視た場合に前記第1の方向に直交する第2の方向に並んで配置された保持部と、
    前記第1の方向と前記第2の方向とに直交する第3の方向に移動可能な押圧部と、
    前記押圧部を前記第3の方向であって前記保持部側に向けて付勢する付勢部材と、
    を備え、
    前記保持部は、前記第2の方向に沿った方向から視て前記第3の方向と異なる方向に開口を有する、
    液体検出センサ。
  2. 透光性を有する管体内の液体を検出する液体検出センサであって、
    ケースと、
    前記ケースの第1の面と平行な第1の方向に並んで配置された投光部及び受光部と、
    前記ケースに設けられ、少なくとも前記投光部及び受光部を挟む位置であり、前記ケースの前記第1の面から視て前記第1の方向と直交する第2の方向に並んで配置され、前記第2の方向に沿って前記管体を保持する保持部と、
    前記第1の面と垂直な第3の方向に突出するように前記ケースに内設された押圧部と、
    前記押圧部を前記第3の方向に向けて付勢する付勢部材と、
    を備え、
    前記保持部は、前記第2の方向に沿った方向から視て前記第3の方向と異なる方向に開口を有する、
    液体検出センサ。
  3. 前記投光部と前記受光部の少なくとも一方は、前記押圧部に設けられている、請求項1又は請求項2に記載の液体検出センサ。
  4. 前記押圧部は、前記投光部と前記受光部とを有する光学ユニットであり、
    前記付勢部材は、前記光学ユニットを付勢する、
    請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の液体検出センサ。
  5. 前記投光部及び前記受光部は、前記受光部が前記保持部に保持される管体の内周面からの反射光を受光するように配設されている、
    請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の液体検出センサ。
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