JPS62140029A

JPS62140029A - 液面位置測定装置

Info

Publication number: JPS62140029A
Application number: JP28253685A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Takano; 高野　克明
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-12-16
Filing date: 1985-12-16
Publication date: 1987-06-23

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］本発明は液面位置測定装置、特に容器に満たされた液体
の液面位置を光を用いて測定する装置に関する。

［従来の技術］容器中の液体の液面位置を測定する装置は、例えば試料
容器中の試料溶液の容量測定等、化学、医学の分野で盛
んに用いられている。この種の装置では、一般に光を測
定手段として用いることが多い。第２図（ａ）、（ｂ）
、（ｃ）に、従来の一般的な°測定装置の原理図を示す
、同図（ａ）に示す装置は、容器ｌに満たされた液体２
の側面から、光源３によって光を照射し、反対側から射
出する透過光を位置セ／す４で検出する構成を採ったも
のである。位置センサ４は受光素子を複数配した撮像ユ
ニフト等から構成されている。液体２が着色されている
場合等、光をかなり吸収する場合には、透過光を受けた
位ｎセンサ４上に明暗の領域が形成され、その境界位置
（図の破線で示す位置）を電気信号として取出すことに
より液面位置の測定ができる。液体２が透明な場合であ
っても、液面上における反射、表面張力による容器界面
における屈折等の影響で、位置センサ４上に液面の位置
情報が投影されるため、測定が可能である。第２図（ａ
）に示す装置は、別な原理を用いた装置である。即ち、
容器１に満たされた液体２に対して、容器１の底面から
垂直」三方に向かって光源３からの光を入射させるので
ある。垂直に入射した光は、界面で屈折することなく液
面からも垂直上方に射出するので、この透過光を光量計
５で受光する。入射光量をＩＯ，透過光量をＩ、透過距
離をｄ、液体の吸収係数をｋとすれば、Ｉ＝Ｉｏ　　ｅ
ＸＰ　（−ｋｄ）なる関係が成り立つから、光量計５によて透過光ＩＴを
測定すれば、透過圧ｆｅｄ、即ち液面位置が求まること
になる。

第２図（Ｃ）に示す装置は、レーザ発振器等の光ビーム
発生器６を、液面上方の斜め位置に配置し、光ビームを
斜めから液面に照射し、ここからの反射ビームを位置セ
ンサ４で受光するものである。液面に対して入射角と反
射角とが等しくなるので、光ビーム発生器６と位置セン
サ４とを位置固定しておけば、液面位置に応じて、反射
ビームの位置センサ４上における投影位置が決定される
ことになる。従って、位置センサ４を、複数の受光素子
から成る撮像ユニット等で構成しておけば、受光素子の
出力信号を検出することにより、液面位置を求めること
ができる。

［発明が解決しようとする問題点］上述の各装置には、測定条件によっては精確な測定がで
きないという問題点がある。例えば、第２図（ａ）に示
す装置では、側面から光を入射されるため、容器側面に
ラベルが貼付されている場合等、側面に遮閉物があるよ
うな条件では精確な測定ができなくなる。また、第２図
（ｂ）に示す装置では、吸収係数の大きな液体の場合に
は、入射光Ｎ　Ｉ　ｏ　と透過光量工との差が大きくと
れ、ある程度の精度をもった測定を行うことができるが
、吸収係数の小さな透明な液体の場合、ＩＯと工との差
が非常に小さくなり、十分な精度をもった測定を行うこ
とができなくなる。更に、第２図（Ｃ）に示す装置では
、開口部の小さな容器の場合、入射角が非常に小さくな
るため、反射ビームの光量が微小となり、精確な測定を
行うことができない。

そこで本発明は、どのような条件でも精確な測定を行う
ことができる液面位置測定装置を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明の特徴
は、容器に満たされた液体の液面位置を測定する液面位
置測定装置において、容器の底面下方から液中へまたは
液面上方から液中へ、境界面にたてた法線から傾いた所
定角で光を入射させる光学手段と、液面または底面から
射出してきた光学手段からの光を受光し、射出位置を検
出する位置検出手段と、を設け、検出された射出位置に
基づいて液面位置に関する情報を得るようにし、従来装
置より精確な測定を行うことができるようにしてた点に
ある。

［実施例］以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第１
図（ａ）は、本発明の第１の実施例に係る装置の原理図
である。容器ｌの下方には、光ビーム発生器６が設けら
れている。これは例えばレーザ発振器を用いればよい、
この光ビーム発生器６から射出した光ビームは容器１の
底面から液中に入射し、液体２中を上方に進行し、液面
から上方に射出する。このとき、液中へ入射する際の角
度が、境界面に立てた法線から傾いた所定角をなすよう
にする。別言すれば、境界面に垂直とはならない所定方
向から、液体２中へ入射させるようにする。このような
入射条件では、液体２への入射により必ず屈折が生じ、
液中に進行方向も境界面に対して垂直から傾いたものと
なる。従って、この光ビームは液体２から上方に射出す
る際、液面で再び屈折することになる。ところが、屈折
後の光ビームの光路は、液面位置によって異なることに
なる。例えば、図で、液面位置が実線位置と破線位置に
ある場合の光路は、図の実線と破線の矢印で示すように
別々の光路となる。そこで、液面上方に位はセンサ４を
設けておき、この光路の違いを検出すれば、この検出結
果に幾何学的演算を施すことにより液面位置を求めるこ
とができる。位こセンサ４としては、従来装置と同様、
複数の受光素子を配した撮像ユニット等を用いることが
できる。

第１図（ｂ）は、本発明の第２の実施例に係る装置の原
理図である。この装はは、前述の装置における上下の関
係を逆にしたもので、光ビーム発生器６が液面上方に、
位置センサ４が容器１の底面下方に設けられている。光
ビームは液面上方から液中に入射し、底面から下方へ射
出することになる。この場合の、各境界面で屈折が生じ
るような角度で光ビームを入射させれば、屈折後の光路
は液面位置によって異なり、前述の装置と同様の液面位
置検出が可能となる。

本発明に係る装置を、従来装置とて比較し利点を掲げる
と次のようになる。まず、第２図（ａ）に示す装置では
、容器側面にラベル等の遮閉物があった場合に精確な測
定ができなかったが、本発明に係る装置では、容器側面
の状態に影響されることはない０次に、第２図（ｂ）に
示す装置では、透明な液体の精度のよい測定ができなっ
かったが、本発明に係る装置では、屈折を利用するため
、透明な液体についても高精度な測定が回部である。ま
た、第３図（ａ）に示す装置では、反射光を利用するた
め、光量不足による問題が生じたが、本発明に係る装置
では、屈折光を利用するため、十分な光量を得ることが
でき、高精度の測定を行うことができる。

［発明の効果］以上のとおり本発明によれば、液面位２１Ｍ定装置にお
いて、液面における光の屈折を利用して液面位置を求め
るようにしたため、従来装置より精確な測定を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液面位置測定装置の原理図、第２
１２ｉｆｆは従来の液面位置測定装置の原理図である。１・・・容器２・・・液体３・・・光源４・・・位置センサ５・・・光量計６・・・光ビーム発生器第１図（ａ）第２図（ａ）（ｂ）　　　　　　　　（ｃ）手糸光ネ市ｊＴＥ？、！？　（自発）昭和６１年１月２０日特１１乍庁り５官　宇　賀　道　部　殿１・１′；件の
表示昭和６０年特許願第２８２５３６号２、発明の名称府　　面　　位　　置　　測　　定　　装　　ｉＭ３　
、　？＋ｌｉ　Ｕ：をする名・１１件との関係　　特　許　出　順　人住　　所　東
京都渋谷区幅ケ谷２丁目４３番２号名　称　（０３？）
オリンパス光学ｆ業株式会社代表者　下　山　敷部４代　理　人明細書の「特許請求の範囲」の欄別　　　　　　　　紙２、特許請求の範囲容器に満たされた液体の液面位置をδ１１１定する装置
であって、前記容器の底面ド方から液中へまたは前記液
面り方から液中へ、境界面にケてた法線から傾いた所定
角で光を入射させる光学ｒ段と、前記液面または前記底
面から射出してきた前記光学丁段からの光を受光し、射
出位置を検出する位置検出ｆ段と、をそなえ、検出され
た前記射出位置に基づいて液面位置に関する情報を得る
ことを特徴とする液面位置測定装置。

Claims

【特許請求の範囲】

容器に満たされた液体の液面位置を測定する置であって
、前記容器の底面下方から液中へまたは前記液面上方か
ら液中へ、境界面に立てた法線から傾いた所定角で光を
入射させる光学手段と、前記液面または前記底面から射
出してきた前記光学手段からの光を受光し、射出位置を
検出する位置検出手段と、をそなえ、検出された前記射
出位置に基づいて液面位置に関する情報を得ることを特
徴とする液面位置測定装置。