JPH09243558A

JPH09243558A - 液の比重及び液量の測定方法並びにその装置

Info

Publication number: JPH09243558A
Application number: JP5500096A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kawaguchi; 賢治川口; Yoshikazu Yamakawa; 義和山川
Original assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1997-09-19
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JP2784341B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液の比重及び液量の測定方法並びにその
装置に関し、特にメンテナンスが簡単になる液比重及び
液量測定方法並びにその装置に関する。【解決手段】プリズム面を構成する被検液２の液面Ｌ
に所定の入射角αで平行光線を入射し、該被検液２より
の透過光線を凸レンズ５を介して受光素子上に結像させ
た時の受光位置に基づいて液の屈折率を算出するととも
に、上記凸レンズ５を外した状態で受光素子４に受光さ
せた受光位置と上記算出された屈折率とに基づいて液面
の高さを算出し、上記屈折率と液面の高さより、液比重
と液量を求めることを特徴とする液の比重及び液量の測
定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液の比重及び液量
の測定方法並びにその装置に関し、特にメンテナンスが
簡単になると共に、メンテナンス費用を大幅に削減でき
るようにした液比重及び液量測定方法並びにその装置に
関する。

【０００２】

【従来技術】尿量および尿比重を、人の健康状態を測る
手段として用いることがある。尿量は容器に目盛った目
盛を読むことによって、あるいは赤外線等を用いた液量
センサによって求められる。尿比重は上記尿量に加えて
重量を測定することによって得られることになる。

【０００３】上記尿比重は浮子、振動式密度計、更に、
全反射法による屈折率測定装置などを用いて測定する
と、より正確な値を得ることができる。上記浮子を用い
る場合には、目盛を付けた浮子（浮標）を被検液（尿）
に入れて、液面に位置する目盛を読み取る。

【０００４】振動式密度計は、例えば特公平７−１０４
２４７号公報に記載されているように、Ｕ字状の細管か
らなる振動セルを有し、この振動セルに被検液（尿）を
充填した時の振動セルの振動数あるいは振動周期を測定
し、この振動セルの振動数あるいは振動周期から被検液
（尿）の比重を算出する構成となっている。

【０００５】又、全反射法による屈折率測定装置は、例
えば特開平６−２７３３２９号公報に記載されているよ
うに、測定セルの下面にプリズムを配置し、光源からプ
リズム内を透過してその上面に所定の角度から光を照射
し、プリズムの上面からの反射光の分布を検出すること
によってプリズムの上面と、これに接する試料（尿）と
の境界面からの反射が生じる臨界角を求め、この臨界角
に基づいて試料（尿）の屈折率が算出される。試料
（尿）の屈折率は試料（尿）の比重と対応して増減する
ので、この屈折率から更に試料（尿）の比重が求められ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
方法において、目盛を人の目で読む方法は不正確とな
り、また時間がかかる欠点があった。

【０００７】また、振動式密度計によって密度（比重）
を求める方法、あるいは全反射法による屈折率測定装置
によって屈折率から比重を求める方法は、正確ではある
が装置構成が大がかりとなりコストアップとなる欠点が
あった。

【０００８】更に、上記いずれの方法においても液量を
何らかの器具あるいは装置で測定した後あるいは、上記
液量を測定する前に、別の装置あるいは器具を使用して
重量、密度、屈折率等を測定する必要があり、たとえ上
記２工程を連続的に実行できるように装置を構成して
も、基本的には２つの装置あるいは器具を必要とするの
で装置構成が大がかりとなり、コストアップとなってい
た。

【０００９】本発明は、上記の事情を鑑みて提案された
ものであって、液比重及び液量を屈折率と液面高さに関
連した、被検液を透過した平行光線の受光位置を測定す
るのみで被検液の比重と液量を測定出来る方法と装置を
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液の屈折率
ｎＤ及び液量の測定方法は、上記の目的を達成するた
め、以下の手段を採用している。

【００１１】まず、被検液２は下記に説明するような方
法で、プリズム面を構成するようにしておく。この被検
液２の液面Ｌに平行光線を所定の入射角αで入射し、こ
の液面Ｌに対して傾斜した被検液２の出射面２ａから上
記平行光線を出射させる。この出射光を凸レンズ５を介
して受光素子４に結像させると、図１に示すように、こ
のときの結像位置は液面の高さＬには関係なく、屈折率
ｎＤによって異なる位置Ｐ_0m（ｍ：屈折率に依存する位
置を区分する正の整数）に結像することになる。これに
よって、被検液の屈折率ｎＤが求められることになる。
もっとも、この前提として、屈折率ｎＤの判っている基
準液での結像位置を求めておく必要がある。

【００１２】次に、上記出射光を凸レンズ５を介さない
で受光素子４に受光させると、図２に示すように、この
場合の受光位置は、被検液の屈折率さえ同じであれば液
面の高さＬに依存した異なる位置Ｐ_1n（ｎ：高さに依存
する位置を区分する正の整数）となる。これによって、
被検液の高さが求められることになる。もっとも、液面
Ｌの高さが異なっても被検液の屈折率ｎＤが異なると同
じ位置に受光する場合もあるので、上記被検液の高さは
被検液の屈折率ｎＤにも依存することになる。従って、
上記高さを求める前提として、屈折率ｎＤが判っている
必要があり、さらに、特定の屈折率ｎＤの下での基準の
液面高さでの受光位置を求めておく必要がある。

【００１３】上記の方法を実現する装置には、まず、平
行光線を出射する光源３が備えられ、また、凸レンズ５
が光路に対して出し入れできる構成がとられる。またこ
の凸レンズ５の結像位置には上記受光素子４が配置され
る。

【００１４】また、上記方法を実現するためには、被検
液が入射光に対してプリズム面、すなわち被検液２の液
面Ｌに対して出射面２ａが傾斜している必要がある。従
って、ここに用いられる被検液容器１は、底面の一部が
傾斜しているか、あるいは、上記の方法を実現する装置
が、底面が偏平な容器を傾斜させて上記光源３と受光素
子４の間に配置する構成になっているか、または、上記
光源３から凸レンズ５に至る光路が容器１の側周面を通
過する構成とする必要がある。

【００１５】

【発明の実施の形態】尿量・尿比重測定方法に適用され
た本発明に係る方法の一実施例及びこの方法を実施する
ための本発明装置の一実施例を図面に基づいて具体的に
説明すれば、以下の通りである。

【００１６】図３の構成図に示すように、本発明に係る
屈折率ｎＤ及び液量の測定装置は、光源３を備え、該光
源３は装置内の所定の位置に配置される容器１に充填さ
れてプリズムを構成する被検液２の液面Ｌに所定の入射
角αで平行光線を入射する。又、本発明は上記光源３か
ら上記被検液２を透過した上記平行光線を受光する受光
素子４を備える構成としている。

【００１７】上記光源３の構成は特に限定されないが、
この実施例ではレーザ発射装置３ａを光源とし、この光
線の平行性を確保するために適当な距離を置いて配置し
た２枚のスリット板３ｂ，３ｃが光路上に配置される。

【００１８】この光源３から上記被検液２の液面Ｌに照
射する平行光線の入射角αは零より大きくとられ、これ
により、上記平行光を液面Ｌの入射位置で屈折させて被
検液２内に進入させることができる。上記容器１の形状
を下記のようにすることによって、該容器に充填された
被検液２でプリズム面を構成させることができる。

【００１９】すなわち、図３の例では、被検液容器１の
底面１ａの中央部を、逆円錐状に形成し、周壁１ｂを装
置の基台６上に載置することにより、この底面１ａの中
央部の逆円錐面に一致する出射面２ａが液面Ｌに対して
所定の傾斜角θ（ここでは４５°）だけ傾斜するように
している。これにより、屈折率ｎＤが同じであれば、図
１に実線（又は破線）で示すように、液面Ｌの高さが変
わっても、出射面２ａから出射する平行光線の出射角φ
（φ1 、φ2 ）は変わらなくなる。上記容器１の下方
には例えばＣＣＤからなる受光素子４が配置され、上記
光源３から出射され、容器１内の被検液２及び容器１の
底面中央部１ａを透過した平行光線が、出射面２ａから
出射する時に再度屈折し、上記受光素子４に入射するよ
うにしている。

【００２０】更に、上記容器１と受光素子４との間に平
行光線の光路上に出し入れされる凸レンズ５が配置さ
れ、該凸レンズ５が光路上に位置する時には上記被検液
２から出射した上記平行光線が受光素子４上に結像する
構成とする。

【００２１】これによって、上記凸レンズ５を介しての
受光素子４上の結像位置は被検液の液面高さに依存しな
いで、被検液の屈折率のみに依存する位置Ｐ_01,Ｐ₀₂と
なる。

【００２２】これによって、上記屈折率ｎＤと受光素子
４の位置関係は所定の関係（後述する図５参照）にある
ので、基準となる屈折率ｎＤの被検液の受光素子４上の
結像位置を把握しておくことによって、上記受光位置Ｐ
_0m（Ｐ₀₁，Ｐ₀₂）に基づいて被検液２の屈折率ｎＤを演
算できることになる。

【００２３】次に、上記凸レンズ５を上記光路から外せ
ば、屈折率ｎＤが同じであることを条件にして、図２に
示すように、被検液２の液面Ｌの高さΔＸに応じて液面
Ｌでの屈折位置が変わるので、結果として受光素子４上
の受光位置Ｐ_1n（例えばＰ₁₁，Ｐ₁₂）が変化する。従っ
て、上記のようにして得られた被検液２の屈折率ｎＤ
と、上記凸レンズ５を介さずに受光させた時の受光素子
４上の受光位置Ｐ_1nに基づいて被検液２の液面２の高さ
を演算することができる。

【００２４】特定の屈折率ｎＤの下での上記液面Ｌの高
さと受光素子４上の位置との関係は後述する図６の関係
にあるので、特定の屈折率ｎＤの基準液の基準の高さで
の受光位置Ｐ_1nを把握しておくことによって、被検液の
高さを演算することができる。

【００２５】そして、これらの演算をするために演算手
段が設けられ（図示しない）、上記凸レンズ５を上記光
路上に位置させた時の上記受光素子４の受光位置Ｐ_0mに
基づいて被検液２の屈折率ｎＤを演算し、又、この演算
された屈折率ｎＤに基づいて比重を演算する。

【００２６】更にこのように演算された屈折率ｎＤと、
上記凸レンズ５を上記光路外に位置させた時の上記受光
素子４の受光位置Ｐ_1nとに基づいて被検液２の液面Ｌの
高さを演算し、加えて、この演算された被検液２の液面
Ｌの高さに基づいて液量を演算する構成となっている。

【００２７】上記凸レンズ５を介して受光素子４に平行
光線を入射させた時の処理と、上記凸レンズ５を介さず
に受光素子４に平行光線を入射させた時の処理とのいず
れを先に行うかは自由に選択できるが、処理時間を短縮
するためには、先ず、上記被検液２を透過した平行光線
を凸レンズ５を介して受光する時の受光素子４の受光位
置Ｐ_0mに基づいて被検液２の屈折率ｎＤを演算し、この
演算された屈折率ｎＤに基づいて被検液の比重を得、こ
の後に、この演算された屈折率ｎＤと、上記凸レンズ５
を介さずに受光する時の受光素子４の受光位置Ｐ_1mとに
基づいて液量を得ることが好ましい。

【００２８】図４(a) は本発明装置の更に別の実施例の
主要部を示すものである。この実施例では上記凸レンズ
５を固定にするとともに、上記被検液の出射面から出射
する平行光線の一部を分割する光分割手段１０を備えて
いる。この光分割手段１０は例えばハーフミラー１０ｈ
を用い、該ハーフミラー１０ｈで分割された一方の平行
光線を上記凸レンズ５を介して受光素子４ａに受光させ
るとともに、他方の平行光線を直接受光素子４ｂに入射
するようにしている。これによって、凸レンズ５を回動
することなく、演算に必要な２つの受光位置をもとめる
ことができる。

【００２９】上記図４(a) では受光素子４ａと受光素子
４ｂとを別体としたが、図４(b) に示すように、更に、
ミラー１０ｍを使用することによって共通の受光素子４
ｃを用いることも可能である。

【００３０】このように本発明によれば、プリズムを構
成した被検液に平行光を透過させ、受光素子４上に受光
させているので、該透過光を凸レンズ５を介し受光素子
４上に受光させた場合の受光位置は屈折率のみに依存す
るようになり、該凸レンズ５を介さないで受光させた場
合の受光位置は被検液の高さと屈折率に依存することに
なる。

【００３１】これによって、被検液の屈折率すなわち比
重と、液面高さすなわち被検液の量を１つの装置で求め
ることができ、装置コストを大幅に低下させることがで
きる。

【００３２】なお、被検液２として高精度屈折率計で値
付けされたショ糖水溶液を用い、入射角αを２０°とし
て、屈折率ｎＤと受光素子４としてのＣＣＤのアドレス
（受光位置）との関係を求めたところ、図５に示すよう
に、相関誤差がｎＤ＝±０．０００１以内の高精度の測
定ができることが分かった。図５において、横軸はＣＣ
Ｄのアドレス、縦軸は屈折率ｎＤである。

【００３３】又、被検液２として高精度屈折率計で値付
けされたショ糖水溶液を用い、入射角αを２０°とし
て、液面高さと受光素子４としてのＣＣＤのアドレス
（受光位置）との関係を求めたところ、図６に示すよう
に、液面高さ相関誤差が±１ｍｍ以内の高精度の測定が
できることが分かった。図６において、横軸はＣＣＤの
アドレス、縦軸は液面高さ(mm)であり、屈折率ｎＤ＝1.
33299 ，1.33992 ，1.34752 ，1.35637 の４つの異なる
液について液面高さとＣＣＤのアドレス（受光位置）と
の関係が示されている。

【００３４】なお、上記実施例において、容器１は装置
に備付けの構成とし、各被検者が自分の尿を該容器に入
れるようにすることができ、この場合は洗浄装置をそな
える構成とし、一回の測定が終了すると上記容器を洗浄
する必要がある。

【００３５】また、被検液（尿）２を採取する個々の被
検者に特定の容器１を貸与するようにし、各人が自分の
尿を該容器１に採取して、その容器１を装置の所定の位
置に載置する構成としてもよく、この場合には各人が測
定終了後に自分の容器を洗浄することになる。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は被検液
の屈折率すなわち比重と、液面高さすなわち被検液の量
を１つの装置で求めることができ、装置コストを大幅に
低下させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液比重測定の原理図である。

【図２】本発明の液量測定の原理図である。

【図３】本発明の実施例の構成図である。

【図４】本発明の別の実施例の要部拡大図である。

【図５】本発明の入射角２０°における屈折率・ＣＣＤ
アドレス関係図である。

【図６】本発明の入射角２０°における液面高さ・ＣＣ
Ｄアドレス関係図である。

【符号の説明】

２被検液２ａ出射面３光源４受光素子５凸レンズ α 入射角Ｌ液面ｎＤ屈折率Ｐ_e，Ｐ_e1，Ｐ_e2 受光位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリズム面を構成する被検液の液面に所
定の入射角で平行光線を入射し、該被検液よりの透過光
線を凸レンズを介して受光素子上に結像させた時の受光
位置に基づいて液の屈折率を算出するとともに、上記凸
レンズを外した状態で受光素子に受光させた受光位置と
上記算出された屈折率とに基づいて液面の高さを算出
し、上記屈折率と液面の高さより、液比重と液量を求め
ることを特徴とする液の比重及び液量の測定方法。
【請求項２】プリズム面を構成する被検液の液面に所
定の入射角で平行光線を照射する光源と、上記被検液よ
りの透過光線を受光する受光素子と、上記被検液と上記
受光素子との間の上記平行光線の光路上に出し入れされ
るとともに、上記平行光線上に位置する時に上記平行光
線を受光素子上に結像させる凸レンズと、上記凸レンズ
を上記光路上に位置させた時の上記受光素子の受光位置
に基づいて液の屈折率を演算するとともに、該演算され
た屈折率と上記凸レンズを上記光路外に位置させた時の
上記受光素子の受光位置とに基づいて被検液の液面の高
さを演算し、上記屈折率と基被検液の液面の高さに基づ
いて液の比重と液量を求めることを特徴とする液の比重
及び液量の測定装置
【請求項３】上記凸レンズを固定にするとともに、上
記被検液の出射面から出射する平行光線の一部を分割す
る光分割手段を備え、上記光分割手段によって分割され
た一方の平行光線を上記凸レンズに入射するとともに、
他方の平行光線を直接受光素子に入射する構成とした請
求項２に記載の液の比重及び液量の測定装置。
【請求項４】上記一方の平行光線を受光する受光素子
と、他方の平行光線を受光する受光素子を共通とした請
求項３に記載の液の比重及び液量の測定装置。
【請求項５】上記一方の平行光線と他方の平行光線を
受光するそれぞれ別個の受光素子を備えた請求項３に記
載の液の比重及び液量の測定装置。