JPH01118723A - 液面検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液面検知装置に係り、特に液面に対して非接触
の光学式液面検知装置に関する。

〔従来の技術〕

非接触の光学式液面検知装置としては、従来第３図に示
す装置が知られていた。第３図に示す液面検知装置では
、測定すべき液体の側面に複数の投受光ユニット９１．
９２・・・・・・・・・を配置して、この投受光ユニッ
ト間の液体中に光を透過させて、その光の適不適によっ
て液体の有無を検出して、それによって液面の高さを判
断するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、第３図に示す液面検知装置では、測定すべき
液体をビーカ状の透明な容器に収容したうえで、その容
器側面に投受光ユニットを配置しなければならないため
、容器の周囲に投受光ユニットを設置するためのスペー
スを確保する必要があることや、測定すべき液体が透光
性を有していな゛ければ測定ができない点、また測定精
度を緻密に向上させるためには、投受光ユニットを多数
設置する必要がある点など、測定装置としての制約条件
が多いという問題点がある。

そこで、その改良として、第４図、第５図に示す液面検
知装置を提案し新たに検討してみた。

これらの液面検知装置では、いずれも測定すべき液体表
面に向けて１組の投受光ユニット９１．９２を配置して
、液体表面に光を反射させて、この反射された光の光量
や位相、遅延時間等の物理量変化によって液面高さを判
定しようとするものである。

しかしながら、これらの液面検知装置では、不透明な液
体にても利用でき、かつ１セウトの投受光ユニットのみ
で測定を可能にしようとするものではあるが、実際上は
反射された光の物理量変化で液面の高さを精度よく測定
することは、多くの場合、反射光量がきわめてわずかに
なることからむずかしく、現時点の技術レベルでは、せ
いぜい液体の有無判別を行う程度のことしか実現されて
いないのが現状である。

さらに、第３図、第４図、第５図のいずれの液面検知装
置においても、測定すべき液体の液面高さを測定するた
めだけのシステムであるから、これに加えて液体自体の
表面観察を行うためには、ＴＶカメラとモニタ装置等の
観察手段を別途構じなければならないという難点も有す
る。

〔問題点を解決するための手段〕

炉 本発明の液面検出装置は上述の問題点に鑑みなされたも
ので、光ファイバを複数本集束してなる画像伝送用のイ
メージガイドと、前記イメージガイドの観察者側一端ン
こ設けられた接眼部と、他端に設けられた対物部とを有
する液面観察手段と、前記対物部は検知すべき液面の上
方に、所定長離隔して対面配置されており、前記対物部
近傍には、前記液面に向けて設置されたた第１の投光手
段および第２の投光手段とが具備されて、前記第、１０
投光手段から発せられた第１の光ビームと前記第２の投
光手段から発せられた＠２の光ビームとが交差するよう
に、前記第１の投光手段および第２の投光手段とが配置
され、前記液面観察手段の接眼部は、その視野内に前記
液面の画像とともに、前記第１の光ビームおよび第２の
光ビームとがそれぞれ液面Ｖこ投影されて生ずる第１マ
ーカースポットおよび第２マーカースポットとが同時に
観察されるように配置されてなることを特徴とするもの
である。

〔作用〕

本発明の液面検知装置は、上述の構成とすることによっ
て、検知すべき液面自体と、その液面１こ投影された２
つのマーカースポットとを液面観察手段を通じて一度に
観察することができる。ここで、この液面に投影された
２つのマーカースポットの位置関係の状態は、液面観察
手段の対物部端面と液面との距離に応じて、定まつてく
るから、これをあらかじめ較正しておくことによって、
マーカースポットの位置関係をみることによって、液面
お高さを求めることができるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の液面検知装置の一実施例について図面を
参照して説明する。

第１図は本発明の液面検知装置の一実施例の概略説明図
である。同図において、１はイメージガイド、２は接眼
部、３は対物部、４は第１り 光源、尊は第２光源、４４は第１の投光手段、５４は第
２の投光手段を示す。

イメージガイド１はコアとクラッドとを有する光ファイ
バを複数本集束してなるもので、例えば数百本から数万
本程度からなる光ファイバの束である。このイメージガ
イドの両端面は整列配置によって１対１に対応した状態
で固定されており、画像を伝送しうる構造となって、い
る。

イメージガイド１の観察者側一端には接眼レンズ等（図
示せず）を有する接眼部２が設けられており、観察者は
これをのぞくことによって、液面を観察することができ
る。なお、接眼部２に各種カメラ用マウントリングを設
けることによって、スチールカメラやＩＴＶカメラに接
続して画像を映像として記録することもできる。

イメージガイド１の他端には対物部３が設けられている
。対物部３は検知すべき液面の上方に所定長離隔して対
面配置されている。々お、イメージガイド１は所望によ
り適度な可撓性を有することができるから、長尺で使用
することができる。これによって、液体の設置場所から
隔別された任意の場所までイメージガイドを引き回して
配設することも可能である。したがって、第１図におい
てはイメージガイドの中間部分を一部省略して抽いてい
る。ここでイメージガイド１と接眼部２と対物部３とを
合わせて液面観察手段という。

対物部３の近傍には液面に対して所定角度傾斜された状
態に向けて２つの光の出射用端部が設けられており、そ
れぞれ第１の投光手段４４、第２の投光手段５４という
。

第１の投光手段４４は第１光源４から発せられた第２色
光が光ファイバ５１、を伝送し、第２投光部５２、コリ
メータレンズ５３を介して液面に向けて出射されている
。第１の投光手段４４および第２の投光手段５４から出
射されたそれぞれの光ビーム４８，５８は液面にそれぞ
れ第１マーカースポット４９、第２マーカースポット５
９として投影される。

ここで第１の投光手段４４および第２の投光手段５４と
も、液面に対してそれぞれ所定の角度を傾斜された状態
で設置することによって、光ビーム４８．５８は液面に
到達するまでの所定の空間の途中で一旦交差された状態
で液面に投影されることとなる。

第１光源４および第２光源５としては任意の光源装置を
使用することができ、例えばレーザ、発光ダイオード、
各種電球等から適宜選定しうるものである。ただし、イ
メージガイドを通じて目視にて各マーカースポットを観
察する場合には可視光線であることが前提条件となり、
またイメージガイドの光の透過特性上、イメージガイド
伝送中に光量や色調に変化のない波長の光を用いること
が好しい。本実施例では第１光源として青色のアルゴン
レーザを、また第２光ｅ 源として赤色のＨｅ−〜レーザを用いた。しかしながら
何もこれに限定されるものではなく、黄、緑、紫等の適
宜の可視光を、測定すべき液体や周囲の状況に応じて選
定すれば良い。また、イメージガイドを直接、目視する
のではなくて、コンピュータ等によって一旦画像処理を
行う場合には可視光線以外の波長の光を用いても良い。

第１光源４および第２光源５から発せられた第１色光（
以下、青色光という）と、第２色光（以下、赤色光とい
う）はそれぞれ光ファイバ４１．５１を伝送し各投光手
段から出射される。

この際に各コリメータレンズにて平行光線とすることで
各光ビーム幅を一定に保持できるから、液面に投影され
た各マーカースポットサイズを観察した際の遠近感把握
の目安となり好しい。

ここで液面高さ（以下、液位という）を仮に７、イ、つ
、工、オの状態であると仮定して説明する。

第２図は、本発明の液面検知装置の液面観察手段で観察
した画像である。液位ア、イ、つ、工、オにおける各画
像は第１図に示す液位の各符号に対応している。また、
横縞臼（Ｏ）は青色光を、縦縞臼（・）は赤色光を示す
。

液位アの状態では画像は向かって左が赤色光、右が青色
光となっており、液位イては両者が完全に重複している
。液位つ、工、オでは左右のもに、各マーカースポット
サイズＰが小さくなっている。

２つの光ビームが交差する液位イは、第１の投光手段４
４および第２の投光手段５４の設置角度を適当に選ぶこ
とにより、所望の液位部分に設定できるこ゛とはいうま
でもない。

このように、イメージガイドの対物部端面と８１スポツ
トサイズＰが変化することがわかる。

したがって、あらかじめこれら２個のマーカースポット
の左右の位置関係、中心間距離Ｓを較正しておくことに
より、液位が７、イ、つ、工、オのどの状態であるかを
求めることができるものである。

ここで、これらの関係について数式を用いて説明する。

具体例として、液位工状態における２個のマーカースポ
ットの中心間距離Ｓを測定することによって、対物部３
から液位工までの距離ｔを求める場合を説明する。

まず、第１図において、次のとおり定義する。

２θ：対物部３の視野角 Ｄ　＝観察しうる視野径 ｔ　：対物部３から液位工までの距離 Ｌ　：対物部３から２′つの光ビームや交差位置（液位
イ）までの距離で、各液面検 知装置として所定値が決まってくるの で、同装置における定数となる。

Δｔ！２つの光ビームの交差位置（液位イ）から液位工
までの距離（Δｔ＝ｔ−Ｌ）まず、ＤとＳとの関係は、 Ｄ　＝　２１　ｔａｎθ Ｓ　−△ｔｔａｎθ＋ΔＬ　ｔａｎθ２！ ＝ΔＬ　（ｔａｎθ　＋ｔａｎθ　） ＝　２Δｔ　ｔａｎθ 　−ｔ ＆　　Ｌ＋Δｔ ａＬ　　　＋　　　ａ　　Δｔ＝Δｔ ΔＬ−ａ　Δｔ　　＝ａＬ Δｔ（１−ａつ＝ａＬ したがって、△ｔを求めるためには、 とがてきる。

このようにして得られたΔｔとあらかじめ定められたＬ
とにより、 ｔ＝Δｔ＋Ｌ として、対物部３から液位工までの距離を算出すること
ができる。

したがって、対物部３から液位工までの距離がわかれば
、検知すべき液体の液面高さを求めることができる。

上述の計算式によって演算すれば、液位がたとえアとイ
との中間というような任意の状態であっても、液面高さ
を測定することが可能である。また、算出された結果を
アナログ、デジタプル等の適宜の手段で表示することも
できる。

なお、第２図において、各マーカースポットは７、イ、
つ、工、オの順に順次小さくなっているが、これは、液
位が低い程、イメージガイドの観察しうる画角が広範囲
となるために、コリメータレンズにて平行光線となった
光ビームの直径が相対的に小さくとらえられるためであ
る。

なお、人間が目視によって液位を求めるのではなくて、
コンピュータ等を用いた画像処理によって分析ことによ
って、液位を精密に測定することができるとともに、各
株自動制御に応用することが可能となる。

また、本実施例では第１光源および第２光源から各投光
手段までは光ファイバを介して伝送しているが、何もこ
れに限定されるものではなくて、光ファイバを用いずに
第１光源および第２光源を対物部３近傍に直接設置して
、投光してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述のとおり、本発明の液面検知装置は上述の構成
としたから、従来の装置のように測定すべき液体を収容
する容器の側面に投受光ユニットを多数設置するための
スペースを確保する必要が表い。また、液体の透光性に
係わらず測定することができるという、液面検知装置と
しての制約条件の少ない凡用性に富んだものである。

また、１セツトの投受光ユニットで十分に緻密な測定精
度を得られるという効果も奏する。

さらに、本発明では液面高さを測定するのみ力らず、イ
メージガイドの画像によって、液体自体の表面観察をも
同時に行うことができるという液面検知装置として付加
価値の高い能力を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液面検知装置の一実施例を示す概略説
明図、第２図は本発明の液面検知装置の液面観察手段で
観察した１ｉｉｉｉ儂、第３囚、第４図、第５図は従来
の液面検知装置を示す説明図である。 １はイメージガイド１．２は接眼部、３は対物部、４は
第１光源、５は第２光源、４４は第１の投光手段、５４
は第２の投光手段、４９は第１マーカースポット、５９
は第２マーカースポットである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ファイバを複数本集束してなる画像伝送用のイメージ
   ガイドと、前記イメージガイドの観察者側一端に設けら
   れた接眼部と、他端に設けられた対物部とを有する液面
   観察手段と、前記対物部は検知すベき液面の上方に、所
   定長離隔して対面配量されており、前記対物部近傍には
   、前記液面に向けて設置された第１の投光手段および第
   ２の投光手段とが具備されて、前記第１の投光手段から
   発せられた第１の光ビームと、前記第２の投光手段から
   発せられた第２の光ビームとが交差するように、前記第
   １の投光手段および第２の投光手段とが配置され、前記
   液面観察手段の接眼部は、その視野内に前記液面の画像
   とともに、前記第１の光ビームおよび第２の光ビームと
   がそれぞれ液面に投影されて生ずる第１マーカースポッ
   トおよび第２マーカースポットとが同時に観察されるよ
   うに配置されてなることを特徴とする液面検知装置。