JPS5836032Y2 - level detection device - Google Patents

level detection device

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JPS5836032Y2
JPS5836032Y2 JP1978116153U JP11615378U JPS5836032Y2 JP S5836032 Y2 JPS5836032 Y2 JP S5836032Y2 JP 1978116153 U JP1978116153 U JP 1978116153U JP 11615378 U JP11615378 U JP 11615378U JP S5836032 Y2 JPS5836032 Y2 JP S5836032Y2
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JP
Japan
Prior art keywords
level
image sensor
detection
dimensional image
detection surface
Prior art date
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Expired
Application number
JP1978116153U
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Japanese (ja)
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JPS5532483U (en
Inventor
晋一郎 林田
Original Assignee
東レ株式会社
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Publication date
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案はレベル検出装置に関するものである。[Detailed explanation of the idea] The present invention relates to a level detection device.

さら(こ詳しくは光学系および電気系よりなるレベル検
出部・演算部を有する、高精度でかつ高追従速度をもっ
たレベル検出装置(こ関するものである。
Furthermore, the present invention relates to a level detecting device (more specifically, a level detecting device having a level detecting section and a calculating section consisting of an optical system and an electric system, with high accuracy and high follow-up speed).

従来、対象物(たとえば槽内の液体、粉体なと)の表面
レベルを非接触で検出しようとする装置は、すでにいく
つか提案されている。
Conventionally, several devices have been proposed that attempt to detect the surface level of an object (for example, a liquid in a tank, powder, etc.) in a non-contact manner.

たとえば、対象物表面での反射散乱光をレンズを通して
集束し、受光器上に投影された像の長さの変化でもって
対象物のレベル変化を検出する装置が提案されている(
特開昭51−60563号公報)。
For example, a device has been proposed that focuses reflected and scattered light on the surface of an object through a lens and detects changes in the level of the object based on changes in the length of the image projected onto a light receiver (
(Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-60563).

しかし、この装置は、受光素子が対象物の形状を明瞭に
識別でき、しかも、対象物の形状が変化しない場合でし
かレベル変化を検出することができないという欠点があ
る。
However, this device has a drawback in that the light-receiving element can clearly identify the shape of the object and can detect a level change only when the shape of the object does not change.

また、対象物上に照射された光束の反射散乱光をレンズ
を通して集束して受光器上に投影し、その集束光の投影
位置の変化でもって対象物レベル変化を検出する方法も
提案されている(特開昭52−57842号公報)。
A method has also been proposed in which the reflected and scattered light of the luminous flux irradiated onto the object is focused through a lens and projected onto a receiver, and the change in the object level is detected by the change in the projection position of the focused light. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-57842).

しかし、この装置では、対象物の表面レベルが高速度に
たえず変化したり、あるいはその表面に発泡が生じてい
たりする場合には、受光器自体の検出速度が小さすぎて
レベル変化に追従できなかったり、あるいは信号/雑音
比が低下して検出精度が落ちたりするという欠点があり
、さらに、照射光源および受光器の位置を近接して設け
ると測定原理上、精度が著しく落ち、検出不能となるの
で、照射光源と受光器とを近接して設け、装置の検出用
窓を小さくすることは困難であった。
However, with this device, if the surface level of the object changes constantly at a high speed or if bubbles occur on the surface, the detection speed of the receiver itself is too slow to follow the level changes. However, if the irradiation light source and receiver are placed close together, the accuracy will drop significantly due to the principle of measurement, making detection impossible. Therefore, it has been difficult to provide the irradiation light source and the light receiver close to each other and to reduce the detection window of the device.

本考案の目的は、このような従来装置の欠点を克服し、
対象物の形状が不明瞭であったり変化したりする場合で
も検出でき、また、対象物の表面レベルの変化が激しい
場合や表面に発泡が生じている場合(こも十分に追従で
き、しかも高精度にレベル検出を行なうことを可能にし
、さらに照射光源および受光器を近接して設け、装置の
検出用窓を小さくすることのできる、すぐれたレベル検
出装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to overcome the drawbacks of such conventional devices,
It can be detected even when the shape of the object is unclear or changing, and it can also be detected when the surface level of the object changes drastically or when bubbles have formed on the surface. It is an object of the present invention to provide an excellent level detection device which enables level detection to be carried out in the same manner, and furthermore, allows the irradiation light source and the light receiver to be disposed close to each other so that the detection window of the device can be made small.

この目的を達成するために、本考案のレベル検出装置は
照光・受光手段よりなるレベル検出部と、該検出部から
の信号を処理する演算部とからなり、前記照光手段は被
検出面の上方で交差する方向にそれぞれの光軸をもつ一
対の光ビームを被検出面に照射する光学系よりなり、前
記受光手段は前記一対の光学系の間に設けられたレンズ
系および一次元イメージセンサよりなり、かつ前記演算
部は前記−次元イメージセンサの出力を統計的に平均化
処理することのできる計算機および出力変換器よりなる
ことを特徴とするものである。
In order to achieve this object, the level detection device of the present invention consists of a level detection section consisting of illumination/reception means, and an arithmetic section that processes signals from the detection section, and the illumination means is located above the surface to be detected. The light receiving means comprises an optical system that irradiates a detection surface with a pair of light beams having respective optical axes in directions that intersect with each other. and the arithmetic unit is characterized by comprising a computer and an output converter capable of statistically averaging the output of the -dimensional image sensor.

以下、図Qこよって本考案を具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Figure Q.

第1図は、本考案の一実施例よりなるレベル検出装置の
概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a level detection device according to an embodiment of the present invention.

同図に示すように、貯溜槽9の上方に設けられたレベル
検出装置1は対象物(この例では液体)の被検出面8の
上方にて交差し、かつ、法線nに対し線対象であるそれ
ぞれの光軸を有する一対のレーザ2,2′と、その光軸
上におかれたシリンドリカルレンズ3,3′、法線nに
垂直に設けられた結像レンズ4、結像レンズ4の像を受
ける一次元イメージセンサ5、−次元イメージセンサ5
の出力を受ける計算機6、および計算機6の出力を変換
するD/A変換器7よりなっている。
As shown in the figure, the level detection device 1 installed above the storage tank 9 intersects above the detection surface 8 of the object (liquid in this example), and is linearly symmetrical to the normal n. A pair of lasers 2, 2' having respective optical axes, cylindrical lenses 3, 3' placed on the optical axes, an imaging lens 4 provided perpendicular to the normal line n, an imaging lens 4 A one-dimensional image sensor 5, a -dimensional image sensor 5 that receives an image of
The computer 6 receives the output of the computer 6, and the D/A converter 7 converts the output of the computer 6.

レーザ2,2’、J:、り発せられた光ビームl、l’
4ま、それぞれシリンドリカルレンズ3,3′を通して
被検出面8上にスリット状に投影像m9m′を形成する
Laser 2, 2', J: emitted light beam l, l'
4, a slit-shaped projected image m9m' is formed on the detection surface 8 through the cylindrical lenses 3 and 3', respectively.

第2図は、法線n上方からみた被検出面8の平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view of the detection surface 8 seen from above the normal line n.

この投影像m 、 m’lま結像レンズ4および一次元
イメージセンサ5によって受光・面像処理される。
The projected images m and m'l are received by the imaging lens 4 and the one-dimensional image sensor 5 and subjected to surface image processing.

−次元イメージセンサ5の出力(第3図に一例を示す。-Output of the dimensional image sensor 5 (an example is shown in FIG. 3).

C:定数、■:雷電圧t:時間)は計算機6によって次
のように演算処理される。
C: constant, ■: lightning voltage t: time) is processed by the computer 6 as follows.

いま投影像m 、 m’間の距離をX、被検出面8結像
レンズ4間の距離をLとすると、XとLとの間には次式
がなりたつ。
Now, assuming that the distance between the projected images m and m' is X, and the distance between the detection surface 8 and the imaging lens 4 is L, the following equation holds between X and L.

L= aX+b (a 、 b :定数)すなわち、一
対のレーザ2,2′による被検出面8での投影像m 、
m’間距離Xを検出することにより、結像レンズ4(
位置固定)と被検出面8との垂直距離りが算出されるの
である。
L=aX+b (a, b: constants) That is, the projected image m on the detection surface 8 by the pair of lasers 2 and 2',
By detecting the distance X between m', the imaging lens 4 (
The vertical distance between the detected surface 8 and the detected surface 8 is calculated.

そのXおよびLの値は計算機において統計的fこ平均化
処理される。
The values of X and L are statistically averaged in a computer.

この計算機6の出力をD/A変換器7によってアナログ
量に変換し、以下レコーダ等(図示せず)に記録させた
りして、被検出面8のレベル変動を監視することができ
る。
The output of the computer 6 is converted into an analog quantity by the D/A converter 7, and then recorded on a recorder or the like (not shown), thereby making it possible to monitor level fluctuations on the detection surface 8.

本考案において、照光手段としては上記実施例のような
レーザばかりでなく、他の光ビーム発生装置をも用いる
ことができる。
In the present invention, not only the laser as in the above embodiment but also other light beam generating devices can be used as the illumination means.

要は被検出面上Oこ明確な投影像を与えることができる
照光手段なら何でも用いることができるが、中でもレー
ザが好ましい。
In short, any illumination means that can provide a clear projected image on the surface to be detected can be used, but a laser is particularly preferred.

またシリンドリカルレンズは投影像をスポット状でなく
スリット状にするために用いられ、より明確な投影像を
得るという点で、あった方が好ましい。
Further, the cylindrical lens is used to make the projected image into a slit shape rather than a spot shape, and it is preferable to have a cylindrical lens in terms of obtaining a clearer projected image.

これら一対の光学系から出る光ビームの光軸は被検出面
の法線に関して対称であることが好ましいが、非対称の
場合にも容易に較正することができる。
The optical axes of the light beams emitted from these pair of optical systems are preferably symmetrical with respect to the normal to the detection surface, but even if they are asymmetrical, they can be easily calibrated.

結像レンズは一枚である必要はなく、たとえばカメラの
ようなレンズ系を用いることもできる。
The imaging lens does not need to be a single lens; for example, a camera-like lens system can also be used.

このレンズ系は被検出面の法線に垂直に設けられること
が好ましいが、非垂直の場合にも容易に較正することが
できる。
This lens system is preferably installed perpendicular to the normal to the surface to be detected, but it can also be easily calibrated even if it is not perpendicular.

一次元イメージセンサは走査機能をも内蔵した自己走査
型撮像素子であり、入射光パターンを電気信号Qこ変換
する多数のフォトダイオードが一次元に密に配列され、
かつ各フォトダイオードをアドレスするアドレススイッ
チ、および走査回路が単一基板上Oこ集積化されている
ものである。
A one-dimensional image sensor is a self-scanning image sensor that also has a built-in scanning function, and has a large number of photodiodes that are densely arranged in one dimension to convert the incident light pattern into electrical signals.
In addition, an address switch for addressing each photodiode and a scanning circuit are integrated on a single substrate.

この−次元イメージセンサの特長は高分解能による高検
出精度、および高走査能による高追従速度(m5ecの
オーダー)にある。
The features of this -dimensional image sensor are high detection accuracy due to high resolution and high tracking speed (on the order of m5ec) due to high scanning ability.

計算機としては、マイクロコンピュータ(含むインター
フェース)等を用いることができる。
As the computer, a microcomputer (including an interface) or the like can be used.

出力変換器は、通常のD/A変換器を用いることができ
る。
A normal D/A converter can be used as the output converter.

さて、このような本考案のレベル検出装置によれば一対
の交差する光ビームを発生する光学系によって被検出面
上の2箇所に投影像を形成させるため、対象物の表面(
こ発泡等が生じているときにも明確な一対の像が被検出
面上に投影され、かつこの投影像を結像レンズを通して
一次元イメージセンサに受光させるため、極めて高精度
に像間距離が検出され、しかも被検出面レベルがたえず
上下動をくりかえしているような場合をこも安定して追
従することができる。
According to the level detection device of the present invention, projection images are formed at two locations on the detection surface using the optical system that generates a pair of intersecting light beams.
Even when bubbling occurs, a pair of clear images is projected onto the detection surface, and this projected image is received by the one-dimensional image sensor through the imaging lens, so the distance between the images can be determined with extremely high precision. It is possible to stably track cases where the level of the surface to be detected is constantly repeating vertical movements.

さら(こ−次元イメージセンサの出力信号を計算機(こ
よって演算処理するため、その計算精度は高く、かつ速
度は大きい。
Furthermore, since the output signals of this dimensional image sensor are processed by a computer, the calculation accuracy is high and the speed is high.

したがって、本考案のレベル検出装置を用いれば、対象
物の形状が不明瞭であったり変化したりする場合でも、
また、従来の装置では精度が落ちたり追従不可能であっ
たりした、表面に泡だちが生じたり上下動の変化が激し
かったりする対象物の場合にも極めて精度よく、かつ高
速度に表面レベルを検出することが可能になる。
Therefore, if the level detection device of the present invention is used, even if the shape of the object is unclear or changes,
In addition, it is also possible to level the surface with extremely high accuracy and high speed even when the target has bubbles on the surface or has severe changes in vertical movement, which would be difficult to track or be impossible to track with conventional equipment. It becomes possible to detect.

特に化学工業における各種反応槽や重合槽などのように
、表面に発泡が生じ、たえず上下動をくりかえしている
ような界面のレベル検知には極めて有効適切である。
In particular, it is extremely effective and suitable for level detection at interfaces where bubbles occur on the surface and are constantly moving up and down, such as in various reaction tanks and polymerization tanks in the chemical industry.

しかも、光ビームの光軸を交差させているので照光手段
および受光手段を近接して設置でき、従って、装置に設
ける検出窓をたいへん小さくすることもできる。
Moreover, since the optical axes of the light beams intersect, the illuminating means and the light receiving means can be installed close to each other, and therefore the detection window provided in the apparatus can be made very small.

また、光ビームとしてレーザースポットを用いれば、温
度、圧力、明るさのような測定環境、対象物形状あるい
は表面組成等に影響されることなく、正確に表面レベル
を検出することができる。
Furthermore, if a laser spot is used as the light beam, the surface level can be accurately detected without being affected by the measurement environment such as temperature, pressure, and brightness, the shape of the object, or the surface composition.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の一実施例よりなるレベル検出装置の概
略構成図、第2図は被検出面の平面図、および第3図は
一次元イメージセンサの出力波形図である。 符号、1ニレベル検出装置、2 、2’:レーザ、4:
結像レンズ、5ニ一次元イメージセンサ、6:計算機、
7:D/A変換器、8:被検出面。
FIG. 1 is a schematic diagram of a level detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a surface to be detected, and FIG. 3 is an output waveform diagram of a one-dimensional image sensor. code, 1 two-level detection device, 2, 2': laser, 4:
Imaging lens, 5 one-dimensional image sensor, 6: computer,
7: D/A converter, 8: detection surface.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 照光・受光手段よりなるレベル検出部と、該検出部から
の信号を処理する演算部とからなり、前記照光手段は、
被検出面の上方で交差する方向にそれぞれの光軸をもつ
一対の光ビームを被検出面に照射する光学系よりなり、
前記受光手段は前記一対の光学系の間に設けられたレン
ズ系および一次元イメージセンサよりなり、該−次元イ
メージセンサは、前記被検出面上の一対の前記光ビーム
像の間隔を電気信号として出力し、かつ前記演算部は前
記−次元イメージセンサの前記出力から前記被検出面の
レベルを数式に従って演算し、さらにこれを統計的に平
均化処理することにより精度を向上させることのできる
計算機および出力変換器よりなることを特徴とするレベ
ル検出装置。
It consists of a level detection section consisting of illumination and light reception means, and a calculation section that processes the signal from the detection section, and the illumination means includes:
It consists of an optical system that irradiates the detection surface with a pair of light beams whose respective optical axes extend in directions that intersect above the detection surface.
The light receiving means includes a lens system and a one-dimensional image sensor provided between the pair of optical systems, and the one-dimensional image sensor detects the distance between the pair of light beam images on the detection surface as an electrical signal. and the calculation unit calculates the level of the detection surface from the output of the -dimensional image sensor according to a mathematical formula, and further statistically averages the results to improve accuracy; and A level detection device comprising an output converter.
JP1978116153U 1978-08-24 1978-08-24 level detection device Expired JPS5836032Y2 (en)

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JP1978116153U JPS5836032Y2 (en) 1978-08-24 1978-08-24 level detection device

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Publication Number Publication Date
JPS5532483U JPS5532483U (en) 1980-03-01
JPS5836032Y2 true JPS5836032Y2 (en) 1983-08-13

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ID=29068439

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5160563A (en) * 1974-11-25 1976-05-26 Nippon Kokan Kk HISETSUSHOKUREBERUSOKUTEIHOHO

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5160563A (en) * 1974-11-25 1976-05-26 Nippon Kokan Kk HISETSUSHOKUREBERUSOKUTEIHOHO

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JPS5532483U (en) 1980-03-01

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