JPH0234582Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は光フアイバーを使用したレベルセン
サに関するものである。

従来から光を使用した光学的な手段により被測
定体の表面のレベルを検出するレベルセンサが使
用されている。

第１図にその検出端部を拡大してその要部の構
成を示すのは、従来使用されているレベルセンサ
の一例であり、この例はＵ字形光導体１１を使用
してレベルセンサが構成されたものである。光導
体１１は断面がほゞ円形とされ、その延長方向の
中央位置がＵ字形に屈曲され、光導体１１はこの
Ｕ字形屈曲部分を被測定液との接触側の端部とし
て互に平行に接近配設される。このＵ字形屈曲部
分が被測定液面との接触部１２とされる。互に平
行に接近配設される光導体１１の一端側は光源１
３に光学的に接続され、その先端側は受光器１４
に光学的に接続される。

光源１３から発せられる放射光１５は外周面が
空気層と接する光導体１１の内周面で全反射を繰
り返して接触部１２に達するように光導体１１に
対して光学的条件が設定されている。被測定液面
１６が接触部１２と非接触のレベルにある場合に
は接触部１２の光導体１１の外周面は他の部分と
同様に空気層と接触している。この状態では放射
光１５は接触部１２においても他の部分と光学的
条件を変えることなく、光導体１１の内周面で全
反射を繰り返し、検出光１７として光導体１１内
を伝播し、受光器１４によりこの検出光１７が検
出される。

従つてこの状態で被測定液面１６は接触部１２
に達しない液面レベルにあることが検出される。

液面レベルが接触部１２に接触するレベルに達
して第１図に示す被測定液面１８となると、接触
部１２は被測定液と接触する。この状態では接触
部１２において光導体１１の外周面が空気層との
接触からこれと屈曲率の異なる被測定液との接触
に変ることにより光学的条件が変化する。この光
学的条件の変化で放射光１５は接触部１２で被測
定液中にほゞ直進して検出光１７が殆んど遮断さ
れる。

従つて光受器１４に達する検出光１７が殆んど
なくなり、受光器１４がこの検出光１７の遮断を
検出することによつて被測定液面が接触部１２に
接触するレベルに変化したことが検知される。

第２図に第１図と同一部分に対して同一符号を
付してその要部の構成を示すのは、従来使用され
ているレベルセンサの他の例であり、この例はプ
リズム２１を使用してレベルセンサを構成したも
のである。

即ちプリズム２１がその全反射面を被測定液面
側に対向するようにして配設され、このプリズム
２１の全反射面部分が接触部１２とされる。この
プリズム２１に対して光導体２２及び２３が互に
ほゞ平行にその一端側において光学的に接続され
る。光導体２２の延長端部には光源１３が、又光
導体２３の延長端部には受光器１４が接続され
る。

この例においては放射光１５及び検出光１７は
それぞれ光導体２２及び２３内を直進する。被測
定液面１６の位置にある時には、プリズム２１の
全反射面部分は空気層と接触しているために、プ
リズム２１に達する放射光１５には全反射条件が
与えられ、放射光１５はプリズム２１内で全反射
して検出光１７となつて、光導体２３内を伝播し
て受光器１４に達する。

液面レベルが変化して被測定液面が１８の位置
に達すると、接触部１２が空気層とは屈曲率の異
なる被測定液と接触するため、この接触部１２で
放射光１５に対する光学的条件が変化する。この
ために放射光１５は接触部１２から被測定液中に
直進するようにその光路を変化する。従つて検出
光１７が殆んど遮断され、受光器１４がこれを検
知するので液面レベルの変化が検出される。

これら従来使用されているレベルセンサでは、
被測定液面と接触する接触部から２本の光導体を
平行に光源１３及び受光器１４部分まで延長配設
することが必要であり、光源１３及び受光器１４
が被測定液面より離れて配置されている場合には
全体が大型化しその装置構成上の費用も増大す
る。又第１図及び第２図いずれに示す構成のもの
でも粘度の高い液体に使用する場合に、液切れ効
果が少なく被測定液がいつまでも残存するという
欠点も存在した。

さらにＵ字形屈曲部分を有するものでは、被測
定液の温度が大幅に変化するような場合には、こ
のＵ字形屈曲部分が応力により弱くなり、その強
度保持が困難であつた。一方、プリズムを使用す
るものではプリズムと光導体との接続に接着剤が
使用されていて温度変化により接着剤が解離する
ことがある。又いずれの方式でも浸食性の被測定
液には使用できないことも難点の一つである。

この考案は前述の従来のレベルセンサにおける
諸難点を解決し、全体の構成を堅固で小型化する
ことができると共に、大幅に温度が変化する被測
定体や、浸食性の被測定体に対しても適用可能な
ものを容易に構成し得るレベルセンサを提供する
ものである。

この考案では光フアイバーの先端にその光路軸
方向に対してほゞ45゜の角度を有し、被測定体面
との接触部となる傾斜面が形成される。この傾斜
面に対向して光路軸に平行な反射面を有する反射
板が光フアイバーの先端側に取り付けられる。一
方光フアイバーの傾斜面と反対側の端部には方向
性結合器の一結合端が接続され、この方向性結合
器の他の二結合端はそれぞれ光源及び受光器に接
続されてレベルセンサが構成される。

以下この考案のレベルセンサをその実施例に基
づき図面を使用して詳細に説明する。

第３図はこの考案のレベルセンサの実施例の全
体の構成を示すもので、光フアイバー３１の先端
にその光路軸方向に対して傾斜角度θがほゞ45゜
となるように傾斜面３２が形成され、この傾斜面
３２が被測定体との接触部とされる。この傾斜面
３２に対向して光フアイバー３１の光路軸に平行
な反射面を有する光反射体３３が光フアイバー３
１の先端側に取り付けられる。

この光フアイバー３１の傾斜面３２と反対側の
端部は、方向性結合器３４の結合端t₁に光学的に
接続される。この方向性結合器３４の他の結合端
t₂，t₃はそれぞれ光導体３５，３６を介して光源
３７及び受光器３８に接続される。方向性結合器
３４は結合端t₂から入射する光は結合端t₁に伝播
され、結合端t₁に入射される光は結合端t₂，t₃に
伝播されるような光学的構成となつている。

この考案においては光反射体３３が光フアイバ
ー３１の外周面に接触した状態で配設される場合
と、光反射体３３が対向する光フアイバー３１の
外周面との間に間隔を置いて配設される場合があ
る。即ち第３図において光反射体３３と光フアイ
バー３１の外周面間距離ｔが所定値を保持して光
反射体３３が光フアイバー３１に対して配設され
る場合と、ｔ＝０、即ち光反射体３３が光フアイ
バー３１の外周面に対して接触した状態で配設さ
れる場合とがある。

第４図に要部の構成を示すのは、この考案の第
１の実施例であり、この実施例では傾斜面３２に
対向して光フアイバー３１の外周面に光反射体３
３が接触して配設された構成となつている。この
実施例においては例えば光反射体３３を光フアイ
バー３１の外周面にメツキ或は真空蒸着の手段で
形成することが可能である。

このように直接メツキ或は真空蒸着の手段で光
反射体３３を形成すれば接着剤を使用することが
ないので、被測定体が低温或は高温状態になるよ
うな場合でも、或は各種の化学薬品を被測定体と
する場合でも接着剤が解離して測定が不可能とな
ることがない。

傾斜面３２が被測定体と接触せず被測定体表面
が第４図に示す４１の位置にある場合には、光フ
アイバー３１の傾斜面３２は空気層と接触してい
る。この状態では傾斜面３２が全反射面となるよ
うに光学的条件が設定されている。

即ち図示していない光源から光導体及び方向性
結合器を介して光フアイバー３１に対して入射さ
れる放射光１５は、この状態では傾斜面３２によ
り全反射されて光反射体３３方向に放射される。
この放射光は光反射体３３で反射して再度傾斜面
３２で全反射され、検出光１７として光フアイバ
ー３１内を方向性結合器側に伝播する。第３図に
対応して説明すれば、方向性結合器３４の結合端
t₁に達した検出光１７は、結合端t₃から光導体３
６内を伝播して受光器３８に達し、受光器３８で
検出光１７が検出される。

一方、被測定体の表面レベルが変化して第４図
に点線で示す４２の位置に達し、傾斜面３２が被
測定体と接触した状態においては、傾斜面３２位
置での光学的条件が変化し、放射光１５の殆んど
が第４図に点線で示すように光路を変更して光フ
アイバー３１から被測定液中に直進する。このた
め傾斜面３２で反射される検出光１７が殆んど遮
断されるので、図示していない受光器３８には検
出光１７が殆んど達せず、受光器３８の検出出力
が遮断される。このようにして受光器３８での検
出光１７の検出状態に対応付けて被測定体表面の
レベルを判定することが可能である。

第５図に第４図と同一部分に同一符号を付して
その要部の構成を示したのはこの考案の第２の実
施例であり、この実施例は第１の実施例に対して
光反射体３３の端部を光路軸方向において傾斜面
３２から突出配設させたものである。

この第２の実施例における被測定体表面のレベ
ル変化による検出光１７の有無を受光器３８で検
出してそのレベル判定を行う原理は、第１の実施
例と同様なのでその重複説明は省略する。

この第２の実施例のものは、例えば被測定体が
高粘度の液体である場合にレベルセンサの液切れ
をよくするという効果がある。即ちこの第２の実
施例では光フアイバー３１の端部が高粘度の被測
定液に浸されていた状態から、端部を引き上げる
際に高粘度の被測定液が傾斜面３２を伝わり、光
反射体３３の突出部分から速やかに被測定液側に
落下し、その液切れが迅速に行われる。

第６図に他の実施例と同一部分に対して同一符
号を付してその構成を示すのは、この考案の第３
の実施例であり、この実施例では光反射体３３を
環状に形成して光フアイバー３１の傾斜面３２の
廻りに取り付けた構造のものである。

例えば光フアイバー３１の外径より僅かに大き
な内径の環状体を形成し、この環状体の一端面側
を傾斜面３２と同一傾斜に切断する。このような
環状の光反射体３３を切断端面が傾斜面３２にほ
ぼ一致するように光フアイバー３１の端部に取り
付ける。或は光反射体３３を外周面にメツキ或は
真空蒸着の手段で形成することも可能である。

この第３の実施例のものも被測定体が高粘度液
体である場合に、光フアイバー３１を被測定液か
ら引上げる際に、高粘度液体が傾斜面３２及びこ
れとほゞ一致して形成されている光反射体３３の
端面を伝わつてその突出端部側から速やかに被測
定液側に落下するので、その液切れが迅速に行わ
れる。

第７図に他の実施例と同一部分に対して同一符
号を付してその構成を示すのは、この考案の第４
の実施例で、この実施例は前述の第３図において
ｔ＞０とした例である。この実施例は被測定体が
粉体の場合に利用される。

この第４の実施例においては、傾斜面３２に対
向して光フアイバー３１の外周面と間隔４５を保
持した状態で、光反射体３３を光フアイバー３１
に対して取り付ける。第７図は光フアイバー３１
の傾斜面３２及び光反射体３３と粉状測定体の表
面４３とが非接触の状態を示す。この状態では傾
斜面３２は空気層と接触していて、傾斜面３２は
全反射面を構成している。

図示していない光源から発せられた放射光１５
は光フアイバー３１内を伝播し、傾斜面３２で全
反射して光反射体３３に入射し、光反射体３３で
反射して再び傾斜面３２で全反射され、検出光１
７として光フアイバー３１内を伝播し、図示して
いないが第３図に対応して方向性結合器３４を介
して受光器３８に入射して受光器３８により検出
される。

第８図は粉体試料の表面４４のレベル位置が変
化して、被測定粉体試料が傾斜面３２及び光反射
体３３と接触した状態となつた場合を示す。この
状態では試料が粉体の粉体粒間に空気層が存在す
るために、傾斜面３２の表面とこれに接する粉体
試料間には等価的に薄い空気層が存在する。同様
にして光反射体３３の表面と、これに接する粉体
試料間にも等価的に薄い空気層が存在する。

従つて図示していない光源からの放射光１５が
光フアイバー３１内を伝播して傾斜面３２に達す
ると、傾斜面３２の外周面に存在する空気薄層の
ために傾斜面３２では放射光１５は全反射する。
傾斜面３２で全反射した放射光１５は光フアイバ
ー３１の周面から粉体試料内に放射され、光反射
体３３方向に光路をとる。しかし光フアイバー３
１と光反射体３３間に存在する粉体試料のために
光反射体３３に達する光は大幅に減衰する。更に
光反射体３３で反射された光は、再度この間隔４
５を通過する間に減衰されるので、光反射体３３
で反射されて傾斜面３２に達する光は殆んど存在
しなくなる。従つてこの状態では光フアイバー３
１内を図示していない受光器に達する検出光は
ほゞ完全に遮断される。

従つてこの第４の実施例のものを使用して粉体
試料表面のレベルを検出することが可能である。
粉体試料に対して第１〜第３の実施例のものを使
用すると、傾斜面３２と被測定体とが接触した状
態でも、傾斜面３２と被測定体間に等価的に薄い
空気層が存在するために、液体試料に対して説明
したような動作が実現されない。このような場合
には第４の実施例で述べた構成のもので測定する
ことが可能であり、第４の実施例は特にこのよう
に粉体試料に対するレベルセンサとして使用して
優れた効果を奏することができる。

いずれの実施例においても方向性結合器３４と
被測定体との接触端部間を１本の光フアイバー３
１で構成することができるので、例えば光源３７
及び受光器３８が被測定体と離れて配設されるよ
うな場合でも、レベルセンサ全体の構成を小型化
することができる。

光フアイバー３１を例えば石英系の材質で作成
し、光反射体の材質も適当に選択することにより
耐熱性及び耐食性に優れたレベルセンサを形成す
ることができる。従つて従来は測定できなかつた
高温或は低温で温度が大幅に変化する被測定体や
浸食性の被測定体の表面レベルの検出が可能なレ
ベルセンサを提供することが可能となる。

以上詳細に説明したように、この考案によると
構成が簡単で全体が小型化され、温度変化幅の大
きい液体及び粉体状の被測定体や、浸食性の被測
定体の表面レベルを精度よく検出することが可能
なレベルセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来使用されているレベル
センサの要部の構成を示す図、第３図はこの考案
のレベルセンサの構成原理を示す原理構成図、第
４図乃至第６図はそれぞれこの考案のレベルセン
サの第１乃至第３の実施例の要部の構成を示す要
部構成図、第７図及び第８図はこの考案のレベル
センサの第４の実施例の要部の構成を示す要部構
成図である。 １１，３５，３６：光導体、１２：接触部、１
５：放射光、１７：検出光、２１：プリズム、
t₁，t₂，t₃：結合端、３１：光フアイバー、３
２：傾斜面、３３：光反射体、３４：方向性結合
器、３７：光源、３８：受光器、４２，４４：被
測定体面。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光フアイバーの先端にその光路軸方向に対して
   ほゞ45゜の角度を有し被測定体面との接触部とな
   る傾斜面が形成され、この傾斜面に対向して前記
   光路軸に平行な反射面を有する反射板が前記光フ
   アイバーの先端側に取り付けられ、前記光フアイ
   バーの前記傾斜面と反対側の端部には方向性結合
   器の一結合端が接続され、前記方向性結合器の他
   の二結合端はそれぞれ光源及び受光器に接続され
   てなることを特徴とするレベルセンサ。