JPS61269024A

JPS61269024A - レベル計

Info

Publication number: JPS61269024A
Application number: JP60110905A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoshida; 尚吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1985-05-23
Publication date: 1986-11-28

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】〔発明の技術分野〕本発明は、光波を用いて被測定液体のレベルを測定する
レベル計に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来のこの種のレベル計、第１図に示すようにフロート
１を用いて被測定液体２のレベルを測定するフロート式
レベル計が使用されている。具体的には、プーリ３に巻
装されたワイヤローフ４の一端側にフロート１が接続さ
れ、そのロープ他端側には重り５が取付けられている。

このプーリ３は、被測定液体２の増減によってフロート
１が上下動し、かつこのフロート１との重量バランスを
取るために重り５が下降または上昇すると、それに伴っ
て正転または逆転する。このプーリ３の回転は、ベース
６に設置された検出部本体７内に内装された歯車等を用
いた回転伝達機構により減速または増速伝達されて、直
接ペン式レコーダにより被測定液体のレベルとして記録
表示され、あるいは回転伝達機構の回転軸等に設けたタ
コジェネレータ、パルス発信器等によりレベル信号に変
換されて表示部に表示されまたは所定の場所へ伝送され
て例えばプロセス制御に使用される。

〔背景技術の問題点〕

しかし、以上のようなフロート式レベル計は、プーリ３
や回転伝達機構等のメカニカル部品を用いているために
摩耗等の劣化が生じ、比較的に短期で定期的に保守・点
検を行わなければならない。

また、温度によりワイヤーローフ４が伸縮し、それが誤
差となってレベルを高精度に測定できない。

また、フロート式とは全（別方式としては、光波または
超音波を用いたレベル計がある。これらのレベル計は上
部から液面に光波または超音波を送波し、その送波と受
波とからレベルを測定するものであるが、液面に波が生
じると安定してレベルを測定できない欠点がある。

（発明の目的）本発明は以上のような欠点を除去するためになされたも
ので、フロート式の利点を生がしつつ測定に直接関与す
る部分からメカニカル部分をなくしてレベル測定を可能
にし、かつ液面の波の影響を受は難い構成とするレベル
計を提供することにある。

〔発明の概要〕

４本発明は、被測定液体に鉛直姿勢制御機能を持ったフ
ロート式光送受波本体を浮かべるとともに、該フロート
式光送受波本体に光ファイバーの一端を導入し、この光
ファイバーの他端に演算処理部から光を送波し、その送
波と受波とから被測定液体のレベルを算出するものであ
る。

（発明の実施例）以下、本発明の一実施例として例えば油貯蔵タンクに適
用した例について１１図および第２図を参照して説明す
る。図において１１は例えば油等の被測定液体１２が収
容されているタンク１１でＩｆ）−）て、このタンク１
１の一側部上側には開口部１１ａが形成され、この開口
部１１ａよりタンク１１内部に光ファイバー１３が導入
されている。

１１ｂは開口部１１ａ上側より固定または回動可能な状
態で下降傾斜せられ、タンク内部に雨またはごみ等の不
要物が入り難くいようにした片屋根である。

１４は光学系を有しかつ鉛直姿勢制御機能を持ったフロ
ート式光送受波本体であって、この本体１４には外部よ
りタンク開口部１１ａを経て光ファイバー１３の一端側
が導入されている。このフロート式光送受波本体１４は
、集光レンズ１５と前記光ファイバー１３の一端が所定
の位置関係をもって光学系支持部材１６に支持され、さ
らに本体下部が半球形状に形成されて前記光ファイバー
１３の一端から送波される光が常に鉛直方向に照射され
るようになっている。１７は反射体であって、これはタ
ンク上部に吊下され、光ファイバー１３の一端から集光
レンズ１５を介して入射する光を反射させて該光ファイ
バー１３の一端部に戻す機能を持っている。この反射体
１７は、一般的には鏡を用いるが、コーナーキューブを
用いてもよい。

さらに、前記光ファイバー１３の他端側には光フアイバ
ー他端より導入した光と前記反射体１７により反射され
て返ってくる光との位相差から演算によりレベルを算出
する信号処理部１８が接続されている。この信号処理部
１８は、例えばある第１の周波数信号を変調して出力す
る変調手段と、この変調手段によって得られた被変調信
号を受けて発光するＬＥＤ等の発光源と、この発光源の
光を光ファイバー１３の他端に導入し、その光が反射さ
れて返ってくる光を電気信号に変換して出力する受光部
と、この受光部から出力される前記第１の周波数信号と
ある第２の周波数信号とを混合してその差の周波数信号
を得る復調手段と、前記変調手段からの第１の周波数信
号および前記第２の周波数信号を混合して得られる周波
数信号と前記復調手段によって得られる周波数信号との
位相差を求める位相差検出部と、この検出部の出力を所
定の演算式によりて演算してレベル信号に変換する信号
変換手段と、ここで変換されたレベル信号を遠隔地の例
えばセンター等に伝送する伝送部とから成っている。

次に、以上のように構成されたレベル計９作用を説明す
る。まず、信号処理部１８において変調手段により変調
された光は発光源に供給され、ここで被変調信号に応じ
て発光し、光ファイバー１３の他端に導入される。この
とき、信号処理部１８の位相差検出部では変調手段から
の第１の周波数信号をある第２の周波数信号と混合して
画周波数の差の周波数信号（基準用信号）を受けている
。一方、光ファイバー１３に導入された光は光ファイバ
ー１３を通ってフロート式光送受波本体１４の所定位置
に設定された光ファイバー１３の一端から出力される。

このフロート式光送受波本体１４は、その下部側が半円
球の形状となっているために鉛直姿勢制御機能を有し、
この結果、光ファイバー一端からの光が集光レンズ１５
を介して鉛直上方に照射さ１　　　　　れることになる
。そして、集光レンズ１５を通って出力された光は真上
にある反射体１７に当たって反射され、その反射波が同
じく集光レンズ１５を介して前記光ファイバー１３の一
端に入射され、光ファイバー１３を通って前記信号処理
部１８へ伝送される。ここで信号処理部１８は、フロー
ト式光送受波本体１４からの光を受光部で受光して電気
信号に変換した後、この受光部出力である周波数信号と
前記第２の周波数信号との差の周波数信号を検出し、こ
れを位相差検出部に測定用信号として供給する。

従って、位相差検出部は前記基準用信号と測定用信号と
の位相差を検出し、前記タンク１１内部の被測定液体１
２のレベルを求める。つまり、前記両信号の位相差によ
って生じる時間をＴとし、かつ光の速度なＣとすると、
液体のレベルＬは、Ｌ−Ｃ−Ｔ／２によって表わすことができる。このようにして信号処理
部１８で求められたレベル信号は更に光フアイバー１９
等を用いて伝送されてプラントの制御に使用される。

従って、以上のような実施例の構成によれば、フロート
式光送受波本体の下部側が半球形状になりているので光
ファイバー一端からの光を常に鉛直上方に照射できる。

また、フロート式光送受波本体１４は単に光ファイバー
１３の端部を位置決めする程度の機能を有するにすぎな
いので、従来のように特にメカニカル部分を使用するこ
となく液面のレベルを測定できる。また、振動等により
液面に波が生じても鉛直姿勢制御機能が発揮し、従来に
比べて大幅に測定誤差を低減できる。さらに、タンク内
部は光学系が主体であるので、例えばオイルタンク等可
燃性物の測定であっても安全に測定し得、かつ可動部が
ないために長期に亘って無保守で安定に稼動させること
ができる。

なお、上記実施例は、下部側を半球形状としたフロート
式光送受波本体１４を用いたが、例えば第３図のように
ジンバル等により鉛直支持機構を用いたものでもよい。

具体的に述べると、本体ケース２１の内部に例えば上部
に切欠溝部２２ａ１２２ａを有する筒状支持体２２が立
設され、この溝部２２ａ、２２ａにはジンバル部２３が
係合されている。このジンバル部２３は、上部側が開口
された所定長さの光学系支持筒２４と、この支持筒２４
の外周に所定の間隙を有して外環せられた環体２５と、
この環体２５を介して前記ジンバル部２３を前記溝部２
２８．２２ａに係合する第１の軸２６．２６と、これら
２つの軸２６．２６を結ぶ線とほぼ直交する前記支持筒
２４の外側位置に突設され、前記環体２５に対して自由
に回動し得るように支持された第２の軸２７．２７とか
らなり、前記支持筒２４の内側上部に集光レンズ１５が
配置され、かつ該支持筒２４の底部からレンズ１５を臨
むように前記光ファイバー１３の一端が設けられている
。

しかして、上記フロート式光送受波本体１４は、支持筒
２４に取付けられた２つの軸２７が回動自在に環体２５
に支持され、さらに該環体２５が２　　　　゛つの軸２
６により筒状支持体２２に回転自在に支持されているの
で、前記光送受波本体１４が多少傾いても地球の重力に
より常に光ファイバー１３　　　　・の一端を鉛直上方
に向けることができる。

従って、以上のようなジンバルの鉛直支持機構を持った
フロート式光送受波本体１４を用いれば、メカニカル部
分は有するが、従来のように歯車を回転させて直接レベ
ルを測定するような測定部分ではなく、要は姿勢制御機
能さえ発揮すればよいので、測定誤差として生じる度合
が少ない。むしろ、ジンバル機構を有することにより、
液面に波が生じても確実に光を鉛直上方に照射でき、レ
ベルを正確に測定できることになる。勿論、第１図のも
のと同様に、可燃性物でも安全であり、無保守でも長期
に亘って安定に稼動させることができる。

また、上記実施例は、タンク上部に反射体１７を下げた
が、例えばタンク１１の天井自体が光を反射する光沢を
有している金属等であれば、特別に反射体１７を設ける
必要がない。

また、光送受波本体１４はフロート式であるので、液面
上を流れて位置が多少ずれることがある。

このため、通常、反射体１７としてはその面部が比較的
大きなものを用いるが、例えば第４図に示すようにタン
ク内部に多孔性のカイト［１３０を用いれば、光送受波
本体１４の横方向への移動がないので、反射体１７との
位置ずれがなくなり、また反射体１７自体としても面部
の小さいものを使用して実現できる。また、信号処理部
１８の演算手法は上記実施例に限定されないことは言う
までもない。

〔発明の効果〕以上詳記したように本発明によれば、フロート形式をと
りながらメカニカル部分をなくして長期に亘りて安定か
つ無保守によりレベルを測定し得、しかも液面に波が生
じても常に光ファイバーの一端を鉛直上方に向けて光を
照射でき、さらに危険物および危険領域に使用して安全
であるレベル計を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係わるレベル計の一実施
例を説明するためのもので、１１図は一部断面にして示
す模式的な構成図、第２図はフロート式光送受波本体と
反射体の関係を示す図、第３図はフロート式光送受波本
体の他の例を示す図であって、同図（Ａ）は断面図、同
図（Ｂ）は同図（Ａ）のジンバル部のみを示す図、第４
図は他の例を説明する断面図、第５図は従来のレベル計
を示す構成図である。１１・・・タンク、１２・・・被測定液体、１３・・・
光ファイバー、１４・・・フロート式光送受波本体、１
５・・・集光レンズ、１７・・・反射体、１８・・・信
号処理部、２３・・・ジンバル部、３０・・・ガイド筒
。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第４図第５ｒＲ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定液体のレベルを測定するレベル計において
、光ファイバーの一端が導入され、前記被測定液体に浮
かせて上方に光を照射し、かつその反射光を検出する光
学系を内装してなるフロート式光送受波本体と、前記光
ファイバーの他端より光を送波し、この送波と受波とに
より前記被測定液体のレベルを算出する演算処理部とを
有し、光波を用いて前記被測定液体のレベルを測定する
レベル計。
（２）フロート式光送受波本体は、下部側を半球形状と
し、前記被測定液体の液面が変動しても前記光送受波本
体からの光が常に鉛直上方へ照射するようにした特許請
求の範囲第１項記載のレベル計。
（３）フロート式光送受波本体は、その内部にジンバル
等の鉛直支持機構が内装され、この鉛直支持機構により
前記光学系を支持するようにした特許請求の範囲第１項
記載のレベル計。