JPH0444204B2 - - Google Patents
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- JPH0444204B2 JPH0444204B2 JP61165111A JP16511186A JPH0444204B2 JP H0444204 B2 JPH0444204 B2 JP H0444204B2 JP 61165111 A JP61165111 A JP 61165111A JP 16511186 A JP16511186 A JP 16511186A JP H0444204 B2 JPH0444204 B2 JP H0444204B2
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- JP
- Japan
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- light
- droplet
- optical sensor
- dimensional optical
- scattered
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 claims description 10
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
- G01N15/0227—Investigating particle size or size distribution by optical means using imaging; using holography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N2015/0023—Investigating dispersion of liquids
- G01N2015/0026—Investigating dispersion of liquids in gas, e.g. fog
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、一般的には滴下する液滴の大きさ
を遠隔で測定する方法に関し、特に、人が直接近
づくことができない例えば放射線環境下での液体
の漏洩を連続的に遠隔検出してその漏洩量を精度
よく測定するために好ましく使用できる、滴下液
滴の検出方法に関するものである。
を遠隔で測定する方法に関し、特に、人が直接近
づくことができない例えば放射線環境下での液体
の漏洩を連続的に遠隔検出してその漏洩量を精度
よく測定するために好ましく使用できる、滴下液
滴の検出方法に関するものである。
〈従来の技術〉
落下する物体によつて光源からの光が遮られた
ときにできる物体の影を検出し、その物体の大き
さを遠隔的に測定する方法は従来から知られてい
る。
ときにできる物体の影を検出し、その物体の大き
さを遠隔的に測定する方法は従来から知られてい
る。
かような従来方法の一例を第６図を参照してさ
らに説明すると、光源１から出た光が固体撮像素
子（CCD）ラインセンサのごとき一次元光セン
サ３により常に受光されている状態にあるとき、
検出対象である落下物体２が光源１と一次元光セ
ンサ３との間を横切つて落下すると光が遮られる
ことになる。このときの光の強さを一次元光セン
サ３で信号として検出したグラフが第７図であ
り、暗部の幅から物体の大きさを測定することが
できる。
らに説明すると、光源１から出た光が固体撮像素
子（CCD）ラインセンサのごとき一次元光セン
サ３により常に受光されている状態にあるとき、
検出対象である落下物体２が光源１と一次元光セ
ンサ３との間を横切つて落下すると光が遮られる
ことになる。このときの光の強さを一次元光セン
サ３で信号として検出したグラフが第７図であ
り、暗部の幅から物体の大きさを測定することが
できる。
〈発明が解決しようとする問題点〉
しかしながら、上記した従来方法を用いて、滴
下液滴のごとき透明な物体を検出しようとする場
合には、第８図に示したように、透明物体中を透
過する光により像の中心部分にも輝点ができてし
まうため信号が二分され、その結果１個の物体を
２個に検出する危険が生ずる。また、光源１から
の光は平行光でないため、光が物体を廻り込んで
一次元光センサ３に達するため、物体の影となる
暗部の境界が不明確になることがあつた。さら
に、一次元光センサ３は光源１からの光を常に受
光し、物体により生ずる影を検出するものである
から、明るい光の中で暗い部分を検出することに
なる。従つて、光センサ３から常に信号が出てい
る状態がバツクグラウンドとなるために、バツク
グラウンド・ノイズが大きくなるという欠点もあ
る。
下液滴のごとき透明な物体を検出しようとする場
合には、第８図に示したように、透明物体中を透
過する光により像の中心部分にも輝点ができてし
まうため信号が二分され、その結果１個の物体を
２個に検出する危険が生ずる。また、光源１から
の光は平行光でないため、光が物体を廻り込んで
一次元光センサ３に達するため、物体の影となる
暗部の境界が不明確になることがあつた。さら
に、一次元光センサ３は光源１からの光を常に受
光し、物体により生ずる影を検出するものである
から、明るい光の中で暗い部分を検出することに
なる。従つて、光センサ３から常に信号が出てい
る状態がバツクグラウンドとなるために、バツク
グラウンド・ノイズが大きくなるという欠点もあ
る。
そこでこの発明は、上述したごとき従来技術の
欠点を解消し、滴下液滴のごとき透明な物体の大
きさを遠隔的にかつ連続的に精度よく計測するこ
とができる方法を提供することを目的としてなさ
れたものである。
欠点を解消し、滴下液滴のごとき透明な物体の大
きさを遠隔的にかつ連続的に精度よく計測するこ
とができる方法を提供することを目的としてなさ
れたものである。
〈問題点を解決するための手段〉
この発明においては平行光源を用い、この光源
から出た平行光を滴下液滴に入射する。この平行
光のビーム幅は液滴の径よりも大きい、すなわち
幅の広いものである。入射光は液滴により散乱さ
れるが、この散乱光は、液滴表面で反射される反
射光と、液滴内に透過し屈折したのち再度液滴表
面より射出される透過屈折光とからなる。従つ
て、ある角度（散乱角）θからこの液滴を見る
と、液滴上に反射光と透過屈折光による２つの輝
点が見える。この発明においては、液滴からのこ
れら反射光と透過屈折光とを光学結像系によつて
一次元光センサ上に結合させ、反射光と透過屈折
光とにより像中に形成される２つの輝点間の距離
を計測し、この距離と光学結像系の倍率とによつ
て液滴の径を検出するのである。
から出た平行光を滴下液滴に入射する。この平行
光のビーム幅は液滴の径よりも大きい、すなわち
幅の広いものである。入射光は液滴により散乱さ
れるが、この散乱光は、液滴表面で反射される反
射光と、液滴内に透過し屈折したのち再度液滴表
面より射出される透過屈折光とからなる。従つ
て、ある角度（散乱角）θからこの液滴を見る
と、液滴上に反射光と透過屈折光による２つの輝
点が見える。この発明においては、液滴からのこ
れら反射光と透過屈折光とを光学結像系によつて
一次元光センサ上に結合させ、反射光と透過屈折
光とにより像中に形成される２つの輝点間の距離
を計測し、この距離と光学結像系の倍率とによつ
て液滴の径を検出するのである。
以下に図面を参照してこの発明を詳述する。
第１図〜第５図はこの発明の方法の原理を説明
するものであつて、第１図における平行光源１１
から出たスリツト状の平行光は滴下液滴１２の径
よりも大きいビーム幅を有し、検出対象である透
明な滴下液滴１２に１つの平面内で入射すると、
滴下液滴の形状は真球で近似できるので、入射光
の一部は液滴表面で反射された反射光となるとと
もに、一部は液滴内に透過し屈折したのち再度液
滴表面から射出される透過屈折光となつて散乱す
る。この反射光と透過屈折光を、平行光と同じ平
面内で平行光の進行方向に対して角度θ（散乱角）
だけ回転した方向からみると、第２図のように液
滴１２内に２つの輝点、すなわち反射光による輝
点Ａと透過屈折光による輝点Ｂをみることができ
る。この発明においては、実際の液滴内の輝点を
観察する代りに、散乱角θ方向に伝播される光を
レンズ等の光学結像系１４を介して一次元光セン
サ１３上に結像させ（第３図）、この像における
２つの輝点ａ，ｂを一次元光センサ１３からの信
号として得ることができる（第４図）。
するものであつて、第１図における平行光源１１
から出たスリツト状の平行光は滴下液滴１２の径
よりも大きいビーム幅を有し、検出対象である透
明な滴下液滴１２に１つの平面内で入射すると、
滴下液滴の形状は真球で近似できるので、入射光
の一部は液滴表面で反射された反射光となるとと
もに、一部は液滴内に透過し屈折したのち再度液
滴表面から射出される透過屈折光となつて散乱す
る。この反射光と透過屈折光を、平行光と同じ平
面内で平行光の進行方向に対して角度θ（散乱角）
だけ回転した方向からみると、第２図のように液
滴１２内に２つの輝点、すなわち反射光による輝
点Ａと透過屈折光による輝点Ｂをみることができ
る。この発明においては、実際の液滴内の輝点を
観察する代りに、散乱角θ方向に伝播される光を
レンズ等の光学結像系１４を介して一次元光セン
サ１３上に結像させ（第３図）、この像における
２つの輝点ａ，ｂを一次元光センサ１３からの信
号として得ることができる（第４図）。
具体的に、入射光が液滴によつてどのような角
度で散乱され、一次元光センサ方向へどのように
伝播されるかを示したものが第５図である。この
図をもとにして、平行光のうち角度θの方向に散
乱される光線の満足する幾何光学的条件を説明す
る。先ず、散乱される光のうちの反射光について
は、液滴１２表面に引かれた垂線に対して入射光
と反射光のなす角は等しいので、これをθ1とする
と、散乱角θとの関係は式(1)のようになる。
度で散乱され、一次元光センサ方向へどのように
伝播されるかを示したものが第５図である。この
図をもとにして、平行光のうち角度θの方向に散
乱される光線の満足する幾何光学的条件を説明す
る。先ず、散乱される光のうちの反射光について
は、液滴１２表面に引かれた垂線に対して入射光
と反射光のなす角は等しいので、これをθ1とする
と、散乱角θとの関係は式(1)のようになる。
θ1＝（π−θ）／２ …(1)
一方、透過屈折光については、液滴１２表面に
引かれた垂線に対して入射光と屈折光のなす角を
それぞれθ2、φとすれば式(2)が成り立つ。
引かれた垂線に対して入射光と屈折光のなす角を
それぞれθ2、φとすれば式(2)が成り立つ。
θ2＝（θ＋2φ）／２ …(2)
ここで、液滴の屈折率をｎとすると、屈折の法
則により式(3)が成り立つ。
則により式(3)が成り立つ。
sinθ2／sinφ＝ｎ …(3)
この液滴１２を一次元光センサ１３の方向より
見れば、式(1)を満足する角度θ1および式(2)と(3)を
満足する角度θ2に対応した２つの輝点Ａ，Ｂが液
滴上に見えることになり（第２図）、一次元光セ
ンサ１３上には光学結像系１４により液滴１２の
像が倍率ｍで結像されることになる（第３図）。
実際の一次元光センサ１３により得られる信号
（第４図）からは、液滴の直径そのものは知るこ
とはできず、一次元光センサ上の２つの輝点ａ，
ｂ間の距離r1＋r2がわかるだけである。
見れば、式(1)を満足する角度θ1および式(2)と(3)を
満足する角度θ2に対応した２つの輝点Ａ，Ｂが液
滴上に見えることになり（第２図）、一次元光セ
ンサ１３上には光学結像系１４により液滴１２の
像が倍率ｍで結像されることになる（第３図）。
実際の一次元光センサ１３により得られる信号
（第４図）からは、液滴の直径そのものは知るこ
とはできず、一次元光センサ上の２つの輝点ａ，
ｂ間の距離r1＋r2がわかるだけである。
なお、平行光のうちの他の光線についても、当
然液滴表面で反対または透過屈折するが、これら
の散乱光は上述した幾何光学的条件を満たさない
ため、角度θ以外の方向に散乱してしまうので一
次元光センサ１３には到達しない。
然液滴表面で反対または透過屈折するが、これら
の散乱光は上述した幾何光学的条件を満たさない
ため、角度θ以外の方向に散乱してしまうので一
次元光センサ１３には到達しない。
上記した関係を用いて実際の液滴の径を求める
には次のようにする。液滴１２の実際の半径を
Ｒ、θ方向からみたときの液滴の中心から反射光
および透過屈折光までの距離をそれぞれR1およ
びR2とし（第２図および第５図）、一方、一次元
光センサ１３上の像における前記各距離に対応す
る距離をそれぞれｒ，r1およびr2とすれば mR＝ｒ；mR1＝r1；mR2＝r2 …(4) となる。
には次のようにする。液滴１２の実際の半径を
Ｒ、θ方向からみたときの液滴の中心から反射光
および透過屈折光までの距離をそれぞれR1およ
びR2とし（第２図および第５図）、一方、一次元
光センサ１３上の像における前記各距離に対応す
る距離をそれぞれｒ，r1およびr2とすれば mR＝ｒ；mR1＝r1；mR2＝r2 …(4) となる。
また、r1およびr2とｒとの関係は
r1＝rsinθ1；r2＝rsinθ2 …(5)
ｒ＝r1＋r2／sinθ1＋sinθ2 …(6)
従つて式(1)、(2)より散乱角θについてのθ1とθ2
を求めておけば、式(6)よりｒが求まり、式(4)の第
１式によつて実際の液滴の半径Ｒは次式により算
出できる。
を求めておけば、式(6)よりｒが求まり、式(4)の第
１式によつて実際の液滴の半径Ｒは次式により算
出できる。
Ｒ＝１／ｍ・r1＋r2／sinθ1＋sinθ2 …(7)
かくして求めた液滴の半径から、真球とみなし
うる液滴の体積を算出し、これに滴下数を掛ける
ことにより滴下量を求めることができる。
うる液滴の体積を算出し、これに滴下数を掛ける
ことにより滴下量を求めることができる。
第１図においては、液滴からの散乱光を直接受
けることができる位置に一次元光センサ１３を設
置したが、散乱光を鏡により一旦反射し、この反
射された散乱光を一次元光センサで受けるように
することもでき、このようにすれば一次元光セン
サの設置位置の制約を低減することができる。ま
た、第１図においてはスリツト状の平行光を光源
１１から出しているが、スリツト状でない平行光
を用いることもできる。この場合には、一次元光
センサ１３の前にビームスリツトを設置し、この
スリツトを透過したスリツト状の散乱光が一次元
光センサに入るようにすればよい。一次元光セン
サ１３に入る散乱光をスリツト状とすることによ
つて、スリツト状としない場合に比べて一次元光
センサによる検出ノイズが減少できシヤープな出
力波形を得ることができる。
けることができる位置に一次元光センサ１３を設
置したが、散乱光を鏡により一旦反射し、この反
射された散乱光を一次元光センサで受けるように
することもでき、このようにすれば一次元光セン
サの設置位置の制約を低減することができる。ま
た、第１図においてはスリツト状の平行光を光源
１１から出しているが、スリツト状でない平行光
を用いることもできる。この場合には、一次元光
センサ１３の前にビームスリツトを設置し、この
スリツトを透過したスリツト状の散乱光が一次元
光センサに入るようにすればよい。一次元光セン
サ１３に入る散乱光をスリツト状とすることによ
つて、スリツト状としない場合に比べて一次元光
センサによる検出ノイズが減少できシヤープな出
力波形を得ることができる。
〈発明の効果〉
以上の説明からわかるようにこの発明によれ
ば、滴下液滴のごとき透明な物体に平行光を入射
させたときにこの物体から散乱される反射光と透
過屈折光とを一次元光センサ上に結像させて検出
することによつて、透明な滴下液滴の大きさを遠
隔的かつ連続的に精度よく計測することができ
る。また、同時に液滴の滴下数も測定できるか
ら、液滴の大きさと滴下数から滴下量を求めるこ
とが可能となる。
ば、滴下液滴のごとき透明な物体に平行光を入射
させたときにこの物体から散乱される反射光と透
過屈折光とを一次元光センサ上に結像させて検出
することによつて、透明な滴下液滴の大きさを遠
隔的かつ連続的に精度よく計測することができ
る。また、同時に液滴の滴下数も測定できるか
ら、液滴の大きさと滴下数から滴下量を求めるこ
とが可能となる。
またこの発明においては、所定の散乱角で液滴
から散乱された光のみを一次元光センサで検出す
ればよいため、液滴への入射光が直接入射しない
ような位置に一次元光センサを設置することがで
きる。従つて、散乱光を検出したときのみセンサ
から信号が出ることになり、前述した従来技術の
ように明るい光の中で暗い部分を検出する方法と
比べて、バツクグラウンド・ノイズを著しく小さ
くすることができ、その結果容易にかつ精度よく
光量検出ができるという利点もある。
から散乱された光のみを一次元光センサで検出す
ればよいため、液滴への入射光が直接入射しない
ような位置に一次元光センサを設置することがで
きる。従つて、散乱光を検出したときのみセンサ
から信号が出ることになり、前述した従来技術の
ように明るい光の中で暗い部分を検出する方法と
比べて、バツクグラウンド・ノイズを著しく小さ
くすることができ、その結果容易にかつ精度よく
光量検出ができるという利点もある。
第１図はこの発明の方法を実施するための基本
的な装置構成を示す説明図、第２図は実際の液滴
と２つの輝点とを示す説明図、第３図は光学結像
系により得られる液滴と２つの輝点の像を示す説
明図、第４図は第３図の像から一次元光センサに
より得られる信号のグラフ、第５図は液滴により
平行光が散乱される際の幾何光学的条件を示す説
明図、第６図は従来の方法を実施するための装置
構成を示す説明図、第７図は第６図の従来方法で
不透明物体を検出する際の一次元光センサにより
得られる信号のグラフ、および第８図は第６図の
従来方法で透明物体を検出する際に一次元光セン
サにより得られる信号のグラフである。 １１…平行光源、１２…滴下液滴、１３…一次
元光センサ、１４…光学結像系、Ａ，Ｂ…液滴中
の輝点、ａ，ｂ…像中の輝点。
的な装置構成を示す説明図、第２図は実際の液滴
と２つの輝点とを示す説明図、第３図は光学結像
系により得られる液滴と２つの輝点の像を示す説
明図、第４図は第３図の像から一次元光センサに
より得られる信号のグラフ、第５図は液滴により
平行光が散乱される際の幾何光学的条件を示す説
明図、第６図は従来の方法を実施するための装置
構成を示す説明図、第７図は第６図の従来方法で
不透明物体を検出する際の一次元光センサにより
得られる信号のグラフ、および第８図は第６図の
従来方法で透明物体を検出する際に一次元光セン
サにより得られる信号のグラフである。 １１…平行光源、１２…滴下液滴、１３…一次
元光センサ、１４…光学結像系、Ａ，Ｂ…液滴中
の輝点、ａ，ｂ…像中の輝点。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 滴下液滴に対して液滴の径より大きいビーム
幅を有する平行光を入射し、所定の散乱角で該液
滴から散乱された反射光と透過屈折光とからなる
散乱光を光学結像系により一次元光センサ上に結
像させ、該反射光と透過屈折光とにより像中に形
成される２つの輝点間の距離と該光学結像系の倍
率から該液滴の径を検出することを特徴とする滴
下液滴の検出方法。 ２ 平行光をスリツト状として液滴に入射する特
許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 散乱光をビームスリツトを通して一次元光セ
ンサ上に結像させる特許請求の範囲第１項記載の
方法。 ４ 散乱光を直接光学結像系により一次元光セン
サ上に結像させる特許請求の範囲第１項記載の方
法。 ５ 散乱光を鏡で反射させたのちに光学結像系に
より一次元光センサ上に結像させる特許請求の範
囲第１項記載の方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165111A JPS6319506A (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 滴下液滴の検出方法 |
| CA000542097A CA1284875C (en) | 1986-07-14 | 1987-07-13 | Method for detecting dripping droplet |
| US07/073,696 US4771181A (en) | 1986-07-14 | 1987-07-14 | Method for detecting dripping droplet with refracted and reflected light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165111A JPS6319506A (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 滴下液滴の検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6319506A JPS6319506A (ja) | 1988-01-27 |
| JPH0444204B2 true JPH0444204B2 (ja) | 1992-07-21 |
Family
ID=15806112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61165111A Granted JPS6319506A (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 滴下液滴の検出方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4771181A (ja) |
| JP (1) | JPS6319506A (ja) |
| CA (1) | CA1284875C (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4859861A (en) * | 1988-05-16 | 1989-08-22 | Becton, Dickinson And Company | Measuring curvature of transparent or translucent material |
| JPH0287045A (ja) * | 1988-09-26 | 1990-03-27 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | 液中気体の検出方法 |
| FR2664698B1 (fr) * | 1990-07-12 | 1994-03-25 | Lecoffre Yves | Procede et dispositif pour la determination de la concentration locale en microbulles d'un liquide ou en goutelettes d'un fluide, et de la dimension de celles-ci. |
| US5120979A (en) * | 1991-03-25 | 1992-06-09 | Becton, Dickinson And Company | Apparatus and method for analysis of a sample medium in a gap between a tube and a float |
| US5859705A (en) * | 1993-05-26 | 1999-01-12 | The Dow Chemical Company | Apparatus and method for using light scattering to determine the size of particles virtually independent of refractive index |
| US6259370B1 (en) * | 1999-08-03 | 2001-07-10 | Technical & Try Co., Ltd. | Leak sensor |
| JP3339024B2 (ja) * | 2000-01-07 | 2002-10-28 | 学校法人 慶應義塾 | 微小気泡及び微小液滴の径及び分布の測定方法及び微小気泡及び微小液滴の径及び分布の測定光学系 |
| CN102425993B (zh) * | 2011-09-20 | 2013-04-10 | 北京航空航天大学 | 水滴流场离散截面水滴平均直径变化曲线测量方法及装置 |
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