JPS61262638A - 屈折率測定用センサ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、Ｏｆ視光又は非可視光を用いて液体及び／又
は２種の液体の相境界の屈折率を測定するためのセンサ
ーに関し、該センサーは、該液体又は２種の液体の屈折
率よりも大きい屈折率を有するロッドの形の光ガイドを
含み、該ロッド一端は光源及び反射光に対して感受性の
検出素子の両者に接続されており、該ロッドの他端は反
射性であり、そして該ロッドのまわりの被覆層には１個
又はそれ以上の切り抜きが設けられている。

従来の技術 この種のセンサーはドイツ国出願公開第３，０１２．３
２８号に記載されている。

液体の屈折率はその液体の密度とともに変化する二と、
及び溶液の酸の濃度は屈折率の測定に基いて決定するこ
とができ、それはたとえば硫酸を電解質として用いる電
池の充電状態を連続的又は不連続的に監視する際に重要
であること、は知られている。この種のセンサーは「日
本特許抄録」第５巻、第１５７号、第８３（８２９＞頁
、（１９８１年１０月８日）に記載されている。この公
知のセンサーには液中に突出するその端面にのみ反射膜
が設けられており、超透明（ｓｕｐｅｒ　　Ｌｒａｎｓ
ｐａｒｅｓｔ）石英ガラスからなるロッドの被覆層は設
けられていない。このセンサーの欠点は液面レベルを一
定に維持した時にのみ充分正確な測定が達成されるとい
うことである。

更に、タンク又は容器中の液面レベルの位置を、液中に
挿入された光ガイドの被覆層中の開口を通して光の損失
を測定することによって決定できることが知られている
。この目的に適した測定装置は前記ドイツ出願公開第３
，０１２，３２８号に記載されている。後者に用いるセ
ンサーは周囲の屈折率よりも大きい屈折率を有する光７
アイパーの形に構成されている。この７アイパーの一端
は光源及び反射光に対して感受性である検出素子に接続
され、一方ロンドの他端は反射性である。ファイバーの
周りに被覆層が配置され、その屈折率はファイバーの屈
折率よりも小さい。この被覆層には１個又はそれ以上の
長い切り抜きが設けられ、この切り抜きの長さ方向はフ
ァイバーの軸方向に延びている。この切り抜きの反対側
に光を吸収するプラスチック材料の薄膜が位置しており
、これは該切り抜きに対する静水圧によって液中に押さ
れる。この光吸収性薄膜の存在によってこのセンサーは
確かに汚染に対して比較的敏感ではないが、欠点は傷つ
き易いこと、複雑なこと及び（デジタルではなく）アナ
ログ測定のみが可能でありその結果、たとえば、装置の
電子部分のドリフトによっ発明が解決しようとする問題
点 本発明の目的は上記公知のセンサーの欠点を防止するこ
とであり、モして頭初に記載した種類のセンサーであっ
て、屈折率デージに使用する場合に液体レベルとは独立
に測定ができ、又レベルデージとして使用する場合にデ
ジタル測定を可能にし、その結果汚染の害及び電子部分
のドリフＦを簡単で且つ安価な方法で防止することがで
きるセンサーを提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明によればこの目的のための特定の被覆層はロッド
の表面に結合した反射性材料のコーティングからなり、
そして切り抜きは周囲の流体と直接接触している窓から
なっている。

屈折率デージに使用する場合、常に液体のレベル以下に
唯一の窓があるという可能性は排除されない、しかしな
がら、一般に複数の窓がロッドの軸方向に相互に間隔を
置いて設けられることが好ましい。大きいセンサーの長
さにわたって複数の窓を持つことに上りでセンサーのα
においてのみならず液体全体の屈折率についてのデータ
が得られる。結局、液体の密度、そして従って屈折率、
は通常場所から場所へ変化し、これらの差異は一定の又
は既知の勾配に従って必ずしも進行しない。

レベルデージとして使用する場合には、相互の上の複数
の窓はデジタル測定を可能にするための前提条件ですら
ある。その際複数の窓は好ましくは低い高さの複数の開
口、たとえば薄いリング、からなる。一つのリングが液
体レベルを通過する時、検出素子信号のステップ状の変
化が測定される。ステップの数が液面のレベルの高さの
測定である。この測定は事実上汚染に対して鈍感である
。

窓が異なった表面積を有するならば、給体測定が可能で
あり、即ち信号のステップの大きさから、どの窓が通過
されたかを決定することができる。

センサーの作用は、窓がより大きい屈折率を有する相内
にある場合に光ガイド中に放射される光のより多くが失
われるという現象に実際上基いている。相聞の分離線が
移動する時、即ち液体の場合に液面レベルが上下する時
、各窓は上記分離線即ち液面レベルを通過するので、光
損失のステップが生じ、その結果検出素子によって与え
られる信号のステップを生ずる。その信号ステップの極
性は交叉の方向によって決定される。信号が電子的に２
同機分されると、信号のパルスが生成し、その極性は液
面レベルの変化の方向に対応する。補正後液面レベルを
この方法によって電気的パルスカウンターで記録するこ
とができる。異なった表面積を有する窓の場合には、信
号パルスを得るためにこの計算方法（二重微分等）は必
ずしも必要ではない。

一つのそして同じセンサーを液面レベルの測定及び屈折
率の測定に用いることができる。この場合には、軸方向
に相互にある間隔で位置している一連の窓の中で最上部
の窓のみが液面レベルの位置の決定に用いられそして他
の窓は屈折率の測定に用いられる。

センサーはフォーク形状で、光源と検出素子がフォーク
の２つの歯の上に位置し、一方ロッドの他端に反射層を
設けるのが好ましい。その際光源及び検出素子は液体の
外側に位置することができる。

コーティングが金の層の場合には周囲の侵蝕性の液体に
よる攻撃はもはや恐れる必要はない。赤外光を用いる際
には、金の層は又この光に対する高い反射率のために特
に有利である。

本発明は又一つ又はそれ以上の上記特徴に従うセンサー
を組み込んだ再充電可能な電池、特に鉛／硫酸電池に関
する。

実施例 ２つの典型的な実施態様が示されている図を参照するこ
とによって更に詳細に本発明を説明する。

第１図による実施態様は、特に流体の屈折率の測定に対
して意図されており、その測定は通常流体の密度、例え
ば溶液内の物質の濃度の決定のために使用される。

図に示されたフォーク形状の測定装置１の部分２は硫酸
の如き流体内に浸漬される。この測定装置の部分３は流
体のレベル上方に突出しており、日っ２つの脚４乃ｒ／
１１１か且イ自１ｆいス　醐ルめ拙に光源６が配置され
ており、一方脚５はその末端に検出要素７を備えている
。測定装置１は硫酸の上方に突出している部分３のケー
ス内に反射層８を備えており、一方液体内に配置された
部分はロッドの全円周に亘り延びている２つの反射コー
ティング９及び１０を設けられている。液体内に浸漬さ
れた末端に装置１は反射層（ｓｐｅｃｕｌａｒ　　１ａ
ｙｅｒ）１１を設けられている。それぞれの光線１２及
び１３がどのように光源２から出るかが示されている０
部分２の壁上の光線１２の入射角は、反射層ノナい点１
４において、この光線が法線がらそれて流体内に外方に
通過するという結果により臨界角よりも小さい。光線１
３がロッドの部分２で作る角度は位置１５及び１６にお
いて反射が生じ、そして反射された光が検出要素７に当
たる結果により臨界角よりも大きい。もしも測定装置と
この測定装置を取巻いている流体との間の屈折率が小さ
くなれば、即ち硫酸の場合に密度が小さくなれば、臨界
角は小さくなり、このことはより多くの光が反射される
ことを意味する。これが検出要素７によって検出され、
且つ従来技術によって構成されている装置によって読出
されることができる。

流体内に浸漬された装置１の部分２に種々の位置におい
て反射コーティング９．１０を設けることによって、流
体の密度が多くの位置において測定されることができる
。種々の位置における測定の結果として、検出要素７に
よってレノスタされた信号は、該異なる位置における硫
酸の密度の平均である。反射コーティング９．１０は、
良い反射性と硫酸に対する耐蝕特性とを兼ね備えている
金で作られるのが好ましい。赤外線が使用されるときは
、金が特に有利である。また、ロッドが浸漬されている
硫酸の密度の平均測定が行なわれるという結果により最
上方部分を除いて流体内に浸漬された測定装置１の部分
２に反射コーティングを設は無いことも可能であること
は明らかである。

流体の上方に突出している測定装置１の部分３は、望ま
しくない損失を意味しでいる、脚内の既に外方に通過し
でいる光を妨げるために反射層８が設けられている。光
源６によって放射された光は、単色光の光、光スペクト
ルの種々の部分並びにすべての他の電磁波を含むことが
できる。

図示した実施態様は限定的なものではない。従って、光
源及び検出要素は、異なる方法で互に隣に置かれること
ができ、−力源体内に浸漬された部分もまた曲線形状の
如き異なる形状を有することができる。光源は点光源で
あるか、又は方向性の（ｄｉｒｅｃｔｅｄ）光の光束が
発せられるようにすることができる。

光は流体内に突出している部分の金属被覆（ｃｌａｄｄ
ｉｎｇ）表面の異なる部分において出ることができるの
で、屈折率の測定は液体内のある場所に制限されないの
みならず、ある高さに亘り広がることができる。屈折率
計が酸の密度又は濃度を決定するのに使用されれば、非
常に正確な結果が全液体内の密度又は濃度の状態に対し
て達成されることができる。屈折率あるいは密度又は濃
度の記録（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）は連続的に又は
非連続的に行なわれることができる。屈折率の測定は液
体レベルに無関係である。

第２図による実施態様は、特にタンク又は容器内の液体
のレベルの測定に対して意図されている。

この図に示されたフォーク形状のセンサ２１の部分２２
は、硫酸の如き液体内に浸漬される。このセンサの部分
２３は流体のレベルの上方に突出しており、且つ２つの
脚２４及１／２５を具備している。脚２４の端に光＊２
６が配置されており、一方脚２５はその末端に検出要素
２７を備えている。

センサ２１は反射コーティング２８、好ましくは金の層
でカバーされている。後者もまた液体内に浸漬した端部
を含んでいる。部分２２の金属被覆を含む反射層の部分
において、環状の一窓３１が相互の距離（例えば５ｍｍ
）に７ライス加工されている。

窓の幅は、例えば、１００ミリミクロンである。

それぞれ２つの光線３２及び３３がどのように光源から
放射されるかが示されている。部分２２の壁上の光＃Ｉ
３２の入射角は、反射層が存在しない窓３０上に入射す
るとき、この光線は法線からそれて流体内に外方に通過
するという結果によって２の壁に対して有している入射
角は、窓３１に入射するとき、反射のみが生じ、そして
反射された光が検出要素２７に当たるという結果によっ
て、臨界角よりも大さい。液体レベルの降下の結果とし
て、窓３１が液体の代りに空気によってかこまれれば、
臨界角はかなり小さくなり、これは反射の結果としてよ
り多くの光が反射され、そしてより少ない光がロッドの
外側に出ない（ｅｎｄ　　ｕｐ）ことを意味している。

液体レベルが下ると、検出要素２７が反射した光の増加
を段階的に記録し、一方液体レベルが上昇すれば、反射
した光の段階的減少が検出される。極性はステップの方
向によって決定されることができる。この方法は特にデ
ィジタル測定に適している。

窓３１は、検出要素４７によって記録された信号ステッ
プ′の大きさから、どの窓３１が液体レベルによって通
過されているかを決定することが可能であるという結果
によって相互に異なる表面積を有することができる。更
に他の修正が、囲んでいる液体の屈折率の変化に対して
必要であることがある。窓がすべて同じ幅を有していれ
ば、信号ステップは同じマグニチュード（ｍａｇｎｉｔ
ｕｄｅ）を有する。信号を微分すること（ｄｉＨｅｒｅ
ｎｔｉａｔｉｎｇ）によって２つのパルスが発生され、
その極性は流体レベルの変化の方向に対応する。従って
絶対液体レベルが、電気的パルスカウンタによる較正後
記録されることができる。

重要な点は、より多い又はより少い窓が大きな屈折率の
媒体（例えば液体）によって囲まれている場合に光の損
失が測定されることである。この原理は鉛／硫酸セル内
の酸レベルの決定のみならずまた異なる容器、タンク又
は保持器内の異なる相聞の分離位置の決定にも使用され
る。

上記のセンサは、液体レベルの決定のための薄いリング
より成っている上部窓と、非常に大きく、且つセンサが
その中に突出している媒体の屈折率の決定を意図してい
る下部窓とを組合わされ葛という可能性も除外されない
。この液体レベルはステップ数によって決定され、一方
密度は測定自身（できる限り流体レベルに対して修正さ
れる）の絶対マグニチュードによって決定される。

リングはセンサの投手方向に、即ち、液体レベルの運動
の方向に非常に小さい寸法を有している。

これ等の寸法はレベル検出の所望の精度よりも小さい。

上述のセンサは堅牢であり、簡単であり、且つ傷つけら
れない。これによって行われるレベル測定は、測定装置
の電子部分の汚染及びドリフトに敏感ではない。種々の
実施態様に対して、センサ上の金属被覆がロッド表面に
接着された反射材料のコーティングより成っていること
、及び窓が、囲んでいる流体に直接接触している該コー
ティング内に設けられていることが常に肝要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のｉ＆置による流体の屈折率（密度、濃
度）の測定を例示している。 第２図は本発明の装置によるタンク又は容器内の液体の
レベルの測定を例示している。 １・・・測定装置 ４．５，２４．２５・・・脚 ７．２７・・・検出要素 ８・・・反射層 ９．１０．１１・・・コーティング １２．１３．３２・・・光線 ２１・・・センサ ３１・・・窓 ベリーク・オンデルツエク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体及び／又は２種の液体の相境界の屈折率を可視
   光又は非可視光を用いて測定するためのセンサーにして
   、該液体又は２種の液体の屈折率より大きい屈折率を有
   するロッドの形の光ガイドを含み、該ロッドの一端は光
   源及び反射光に対して感受性の検出素子の両方に接続さ
   れ、該ロッドの他端は反射性であり、該ロッドの周りの
   被覆層に１個又はそれ以上の切り抜きが設けられている
   センサーにおいて、該被覆層がロッドの表面に結合した
   反射性材料のコーティングからなり、該切り抜きが周囲
   の液体に直接接触する窓からなることを特徴とするセン
   サー。 ２、複数の窓がロッドの軸方向に相互に間隔を置いて設
   けられている特許請求の範囲第１項記載のセンサー。 ３、窓が操作の間ロッドの周りに位置する液体の液面レ
   ベルの下に位置することを特徴とする、液体の屈折率測
   定のための特許請求の範囲第１項又は第２項記載のセン
   サー。 ４、該窓が低い高さの複数の開口からなり、これらの開
   口は使用の際液面レベルが変動する間の距離の上及び下
   の両方に位置していることを特徴とする、液面のレベル
   測定のための特許請求の範囲第１項又は第２項記載のセ
   ンサー。 ５、該開口が薄いリングからなる特許請求の範囲第４項
   記載のセンサー。 ６、該複数の窓が異なった表面積を有する特許請求の範
   囲第４項又は第５項記載のセンサー。 ７、軸方向に相互に間隔を置いて位置している一連の窓
   の中、最上部の窓は液面レベルの位置を測定するために
   リングからなり、他の窓は大きい表面積を有し屈折率測
   定のためのものであることを特徴とする、液体の屈折率
   及び液面レベルの両方を測定するための特許請求の範囲
   第２項記載のセンサー。 ８、該ロッドがフォーク形状であり、光源及び検出素子
   が該フォークの２つの歯の上に位置している特許請求の
   範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載のセンサー。 ９、該コーティングが金の層である特許請求の範囲第１
   項乃至第８項のいずれかに記載のセンサー。 １０、特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記
   載のセンサーが組込まれている電池、特に鉛／硫酸電池
   。