JPH0736257Y2

JPH0736257Y2 - 光ファイバ液面計

Info

Publication number: JPH0736257Y2
Application number: JP1986202594U
Authority: JP
Inventors: 克之小幡
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1986-12-27
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2001-12-27
Also published as: JPS63105824U

Description

【考案の詳細な説明】「産業上の利用分野」この考案は、容器などに収容されている液体の液面の位
置を検出する光ファイバ液面計に関する。

「従来の技術」第２図は従来の光ファイバ液面計の例を示す図である。
発光素子11の出す照射光L₁は光ファイバ12に導かれ光コ
ネクタ等（図には示してない）により光結合された光分
岐結合器13の入射端13Aに入射され、入出射端13Bから出
射される。その入出射端13Bには光ファイバ14が光結合
して接続されており、照射光L₁はこの光ファイバ14の端
部14Aから入射し、その他端へ伝搬する。この光ファイ
バ14の他端は液位検出端部15とされ、この例ではその端
面15Aは光ファイバ14のファイバ軸に対し、ほゞ45度の
角度で形成され、かつその端面15Aは透明な平滑面とさ
れている。この光ファイバ液面計は、光ファイバ14が被
測定液16面に対しほゞ垂直になるように設置される。従
って、光ファイバ14の液位検出端部15の平滑面15Aは、
被測定液16の液面に対しほゞ45度の角度を成し、光ファ
イバ14の液位検出端部15が被測定液16中にある浸漬状態
から液位が下がって非浸漬状態になる場合に、その端部
平滑面15Aからの液切れが良いように構成されている。

この光ファイバ液面計では光ファイバ14の端部平滑面15
Aが、被測定液16に浸漬され液16と接触している状態
と、浸漬されてない非接触状態とで、平滑面15Aでの光
の屈折反射の態様に差が生じることが利用される。その
態様の差から液位検出端部15が浸漬状態にあるか非浸漬
状態にあるかが判別され、被測定液16の液位が液位検出
端部15の位置より高いか低いかの検出ができるように構
成されている。

即ち、光ファイバ14の屈折率をn₀，光ファイバ14周囲
（被測定液又は空気）の屈折率をn₁とすると、透明な平
滑面15Aを境に光の屈折の式は n₀×sin i＝n₁ sin r （i:入射角、r:屈折角）で表される。

従って、屈折角ｒはｒ＝sin^-1〔（n₀／n₁）sin i〕 ……（１）であるが、n₀＞n₁の場合は入射角ｉより屈折角ｒの方が
大きくなる。

第３図は液位検出端部15が被測定液16に浸漬され、平滑
面15Aが液16と接触状態にある場合の様子を示す図であ
る。例えば、光ファイバ14の屈折率n₀を1.5、被測定液1
6の屈折率n₁を1.3とすると、平滑面15Aを境に屈折率の
差は少なく、この場合は式（１）から計算できるよう
に、光ファイバ14内から平滑面15Aにほゞ45度で入射す
る照射光L₁の入射角は全反射の臨界角より小さいので、
平滑面15Aを透過し、光L₂に示すように被測定液16の中
に散逸してゆく。

第４図は液位検出端部15が被測定液16に浸漬されてない
状態の様子を示す図である。光ファイバ14は空気中にあ
り、空気の屈折率をほゞ１とすると、液位検出端部15の
平滑面15Aを境に、光の媒質の屈折率の差が大きく、こ
の場合は式（１）で計算できるように、光ファイバ14内
から平滑面15Aにほゞ45度で入射する照射光L₁の入射角
は全反射の臨界角より大きくて全反射される。照射光L₁
は平滑面15Aで全反射され進行方向をほゞ90度曲げら
れ、光L₃に示すようにファイバ14の周方向へその進路を
変える。全反射された光L₃の進む光ファイバ14周面には
反射鏡17が設けられ、光L₃はほゞ垂直に反射鏡17に入射
し、その反射光L₄は再び端部平滑面15Aに向かい平滑面1
5Aで再度全反射され、液位検出光L₅として光ファイバ14
内を元来た方向へ戻ってゆく。

光ファイバ14内を元来た方向へ戻ってゆく光L₅は光分岐
結合器13に入出射端13Bから入射し、入射した光は光分
岐結合器13の出射端13Cから出射され、光ファイバ18に
導かれて受光素子19に受光される。

受光素子19は光−電気変換機能により、その受光面に受
ける光の光強度に応じた電気信号を出力する。

第５図は受光素子19が出力する検出信号の例を示す図で
ある。その検出信号が大きければ（S₀）、被測定液16は
光ファイバ14の液位検出端部15が位置する高さH₀より液
面の位置，即ち液位が下であると判断され、また検出信
号が小さければ（S₃）、被測定液16の液位は液位検出端
部15の設置位置H₀よりも高い位置にあると判断される。

「考案が解決しようとする問題点」このように液位検出端部15が周囲雰囲気中に剥き出しに
される構造だと、被測定液16の液位が低くて、液位検出
端部15が液面の上に在る状態のとき、温度環境が変わっ
て暖かい周囲雰囲気が液位検出端部15に接触すると、そ
の部分の雰囲気は急激に冷やされて湿度が上がる。そし
て周囲雰囲気の温度が露点以下になった場合には液位検
出端部15に結露が発生する。

第６図は、周囲雰囲気の温度が低下したゝめに液位検出
端部15に結露21が生じている状態を示す図である。この
ような状態では、端部平滑面15Aの結露が付着していな
い面22に入射する光L₁は全反射され、その全反射光L₃は
反射鏡17で反射され、さらにその反射光L₄は再び面22で
全反射されて液位検出光L₅として受光素子19に受光され
る。しかし、結露21が付着している面23に入射する光L₆
は、その付着面23で全反射されることなく結露21の中に
入射する。結露21の中に入射したこの光L₇の殆どは光フ
ァイバ14の中に戻ることがなく、結露21の球状面から周
囲雰囲気中に散逸してしまう。

温度の低下が大きく、平滑面15Aに生成する結露21が多
くなり、付着面23の割合が大きくなるほど付着面23から
失われる光L₇は多く、従って、第５図の検出信号S₁,S₂
に示すように受光素子19の検出信号レベルは低下してゆ
く。この結果、液位検出端部15が被測定液16の液面より
上に在っても、液位検出端部15が液16に浸漬されている
ものと誤った判定信号が出力される危険がある。

「問題点を解決するための手段」この考案では、液位検出端部は結露防止用箱体に収容さ
れる。この箱体は流体を透過せずかつそれ自体で形状を
保持する材料で構成され、この箱体には、箱体の内外と
連通する貫通孔が上記液位検出部の下側と上部とにそれ
ぞれ設けられ、液面が上記液位検出部の下側の貫通孔と
上部の貫通孔の間で上昇もしくは下降した場合には、被
測定液がこの下側の貫通孔を通じて容器内に自由に流入
もしくは流出することが可能なように構成される。

「考案の作用」液位検出端部は内外に連通する貫通孔をもつ結露防止用
箱体により覆われ、周囲の雰囲気との接触が制限される
ので、液位検出端部に対する雰囲気の急激な温度変化が
緩和される。

「実施例」第１図はこの考案の実施例の要部を示す図である。第２
図と対応する部分には同じ符号を付して示し、重複する
説明は省略する。

この考案の光ファイバ液面計では、その液位検出端部15
は、流体を透過せずかつそれ自体で形状を保持する材料
で構成された箱体25に収納された構造とされる。この箱
体25には箱体25の内部26と外部とを連通する貫通孔28,2
9が設けられる。貫通孔28は、液位検出端部15の下側の
位置に設けられ、貫通孔29は箱体25の上部に設けられ、
被測定液の液面がこれらの貫通孔28,29の間で上昇もし
くは下降するに従って、被測定液16はこの貫通孔28,29
を通じて箱体25の内部26に自由に流入することができ、
また外部27へ自由に流出することができるように構成さ
れる。例えば、この実施例では、貫通孔28は箱体25の底
面に形成され、貫通孔29は箱体の側面の上部に形成され
る。

被測定液16の液面が貫通孔28の位置より上昇してくる
と、被測定液16は貫通孔28から箱体25の内部26へ流入し
てゆくことができる。液16の流入につれ、箱体25の内部
26の雰囲気は貫通孔29から排出される。液16は平滑面15
Aを浸漬し、貫通孔29が設けられている高さにまで液面
を上昇させられる。被測定液16の液位が低下する場合
は、箱体25の内部26にある液16は貫通孔28から外部27へ
排出され、代わって、外部27の雰囲気が貫通孔29から流
れ込んでくる。このように、被測定液16は液位の上記範
囲での昇降に応じて自由に箱体25の内部26に出入りする
ことができる。液位検出端部15が液位を検出する態様
は、従来の光ファイバ液面計と全く変わらない。従っ
て、箱体25が液位検出端部15に取付けられていても液位
検出動作に関して何の支障もない。

次に、この考案の作用効果について説明する。この考案
の構成によれば、貫通孔を通して被測定液が箱体内外に
自由に流出入するから、箱体25の内部の液面位は、被測
定液面位がかなり急に変動した場合でもほゞこれと同じ
になり、遅れを生じない。

箱体25の外部27へ暖かい雰囲気が流れてきても、箱体25
により箱体25の外部27雰囲気と内部26雰囲気との自由な
対流が妨げられ、僅かに貫通孔28及び29を通してのみの
対流現象が起こるだけである。流体の場合、温度の伝導
は対流現象による割合が殆どで、内部26と外部27との温
度の伝達は貫通孔28,29を通しての僅かな対流によるの
と、箱体25の周壁からの熱伝導によるものとなり、従っ
て、急激な外部27の温度変化が緩和されて箱体25の内部
26に伝達される。

このように緩やかに温度が変化する場合には、液位検出
端部15の温度も内部26温度の上昇に応じてその温度が変
化することもでき、内部26雰囲気と平滑面15Aとの温度
差が大きくなることもなく、従って、結露21は大きく成
長することがない。

また、この考案の構成によれば、周囲雰囲気の温度変化
により、箱体25の内部26の雰囲気が結露する場合でも、
内部26の限られた雰囲気の量に較べて結露する面は液位
検出端部15Aの他に箱体25の内面25Aにも等しく結露する
ことになるので、単位面積当たりの結露21の量が少なく
なる。

従って正しい液面位判定ができる。

尚、この考案についてその効果の程を試験してみた例に
よると、外部27雰囲気を５℃から24℃，湿度60％へ短時
間に変化させた場合、従来の光ファイバ液面計では液位
検出端部15に多量の結露21が発生するために受光素子19
の受光量が正常の場合の受光量に対して57％も低下した
が、この考案の光ファイバ液面計では僅かに７％低下し
ただけに留まり、この考案の効果の大なることが確かめ
られた。

「考案の効果」以上に説明したように、この考案によれば、周囲雰囲気
の温度が急激に変化することによる平滑面15A上の結露
の発生を抑えることが可能となった。従って、液位検出
端部の液位検出性能が低下することを防ぐことができ、
液位検出動作の安定した光ファイバ液面計を構成するこ
とができる。

また、この考案の構成によれば、被測定液が激しく容器
内に注入されるような条件でも、液体の飛沫を平滑面15
Aに受けることがなく正確な液位の検出をすることがで
きる利点もある。また、被測定液が激しく泡立つような
状態のものでも、液位の浮動が緩和され、安定して液位
を検出することができる利点もある。

また、この考案では、箱体は流体を透過せずかつそれ自
体で形状を保持する材料で構成され、それに単なる貫通
孔が形成されたものであるから、構造が簡単で製造が容
易であり、また保守も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例の要部を示す図、第２図は従
来の光ファイバ液面計の例を示す図、第３図は光ファイ
バ液面計の液位検出端部の例を示し、液位検出端部が被
測定液にしんせきされ、液と接触している時の光路を示
す図、第４図は液位検出端部が被測定液に浸漬されてい
ない時の光路を示す図、第５図は光ファイバ液面計で検
出される液位検出信号の例を示す図、第６図は液位検出
端部に結露が生じている様子を示す図である。 11:発光素子、12:光ファイバ、13:光分岐結合器、14:光
ファイバ、15:液位検出端部、15A:平滑面、16:被測定
液、17:反射鏡、18:光ファイバ、19:受光素子、21:結
露、22:非付着面、23:付着面、25:箱体、26:箱体内部、
27:箱体外部（周囲雰囲気）、28,29:貫通孔。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】発光素子と、前記発光素子の光が光分岐結合器を介してその端面から
導入される光ファイバと、前記光ファイバの他端面に構成され、被測定液と接触し
ているか否かにより前記導入光が透過される状態と反射
される状態とに切り替わる液面検出部と、前記液面検出部からの反射光が、前記光分岐結合器によ
り前記光ファイバから分岐されて入射する受光素子と、で構成される光ファイバ液面計において、流体を透過せずかつそれ自体で形状を保持する材料で構
成され、前記液面検出部が収容され、その液面検出部の
下端より下側と上部とにそれぞれ被測定液が自由に流出
入することができる貫通孔が形成された結露防止用箱体
が設けられて成る光ファイバ液面計。