JPS62187222A - 光学的液面検出器 - 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−ｊ−ｌ　　　Ｊ 本発明は、液面の光学的検出器に関し、とくに簾中な構
造の光源監視手段を有する光学的液面検出器に関する。

え久五且遣 液面の検出手段として電気的センサーは便利であるが、
被検出液の性質によっては、電極汚染、気泡による誤動
作、センサーの腐食などの問題があるので、光学的手段
がかえって有利となる場合がある。

第２図を参照して従来の光学的液面検出法を説明する。

絶対屈折率ｎ１の媒質Ｍｌ　と絶対屈折率ｎ２の媒質Ｍ
２との境界面Ｓへ入射角θ、で入射光Ｉが入ると、その
入射角０１が臨界角Ｏｃより小であれば、入射光■の一
部は反射角０１で反射して反射光Ｒとなり他の一部は屈
折角θ２をもって媒体Ｍ２へｄ人し透過光りとなる。入
射角が臨界角Ｏｃに等しい場合には、入射光Ｉｃは矢印
Ｔで示される境界面Ｓに平行な光線となり、入射角が臨
界角Ｏｃより犬である場合には、入射光は全反射して反
射光となる。臨界角Ｏｃは次式で与えられる。

５ｉｎＯｃ　＝　（ｒ＋＋／ｌ＋ｚ） ガラスから空気へ進行する入射光に対する臨界角は約４
２″であり、ガラスから水へ進行する入射光に対する臨
界角は約８０１であることが知られている。

第１図に示すプローブ１の検出面２に対し入射角４５°
で入射光を１ｊえると、検出面２が水中にある場合には
入射角が臨界角より小であるから入射光の大部分が透過
光りとなる。他方、検出面２が空気中にある場合には入
射角が臨界角より大であるから入射光の大部分が同図に
点線で示される様に全反射を２回行ない入射光Ｉと平行
な反射光Ｒとなる。従って、反射光Ｒの有無を検出すれ
ば、この場合水面である液面りを検出することができる
。

しかし、上記の従来法では、第１図の光源３に障害が発
生し入射光Ｉが消滅又は著しく減少した場合に特に対策
を施さない限り反射光Ｒが検出されなくなるから、現実
の液面の存否とは無関係に液面が検出される不都合が生
ずる。例えば、液面検出器を満水位検出に適用した場合
に現実の水位が満水位以下である場合にも満水と判断さ
れ不都合である。この不都合を解決するため、第３図に
示される様に光源３の脇に監視用検出素子７を設け、光
源３の劣化を監視することが考えられる。

この解決法には、本来の検出素子以外に余分の監視用検
出素子７及びそのハウジング７ａが必要となり、構造の
複雑化とコスト増を招く欠点がある。

が　　しよ−と　るＵへ 従って、本発明が解決しようとする問題点は、光学的液
面検出器における光源３の劣化監視の簡易化にある。

４．１　古　　　　るための　。

第１図を参照するに、本発明の好ましい実施例において
は、プローブｌの入射光Ｉの光源側光路４Ｉにプローブ
の入射端に接する空隙９を設け、プローブ入射端の端面
を一部反射面１０とし、入射光■の一部ｐをその一部反
射面１０で反射させて一部反射光ｑとしこれを検出面２
からの反射光Ｈの光路５１へ向ける。上記の一部反射面
１０は、必ずしも空隙９によって構成する必要はなく、
ハーフミラ−その他の手段によって形成してもよい。

なお、第１図の光源側光ファイバ４を単にプローブｌに
直接に結合するだけでは、一部反射面ｉ。

を形成することはできない。

忙凹 第１図において、反射光Ｒの光路５１にフォトダイオー
ド等の光検出素子６を配置し光路５１の光量。

を検出する。（一部属射光ｑのみ）及び（一部反射光ｑ
十検出而２からの反射光Ｒ）に対する光検出素子６の出
力をそれぞれ第５図のＥＯ及びＥ、であるとすれば、出
力ＥＯのみの存在により液面の存在を検出し、出力Ｅ１
の存在により液面の不存在を検出することができる。光
３７．３の劣化又は喪失の場合には、出力ＥＯが低下又
は消滅するので、液面の存在とは区別できる。

従って、本発明によれば入射側光路４１における部分反
射面１０の形成という極めて簡便なＦ段により、光源３
の劣化を監視することができる。

笈五町 本発明の一実施例を第１図により説明する。発光ダイオ
ード等の光１！Ａ３に結合された光フィバ４の一端及び
フォトダイオード等の光検出素子５に結合された光フィ
バ６の一端を中空ホルダー８に固定し、その中空ホルダ
ー８をプローブｌの光源側に嵌合することにより、光源
側光ファイバ４とプローブ１の受光端との間に空隙９を
形成する。

光源側光ファイバ４から出る光束は必ずしも完全なモ行
光線ではないから、入射光Ｉの一部ｐはプローブ１の受
光端端面で反射し一部反射光ｑとなる。空隙９の形状寸
法及び光ファイバ４．６の取付は位置を適当に選択し、
上記一部反射光ｑを反射光Ｒの光路５１へ向ける。こう
してプローブｌの上記受光端端面は一部反射面ｌＯとし
て作用する。

図示例のプローブ１は石英ガラス製であり、円筒形部分
と円錐形先端部とが一体に形成されている。先端部の頂
角が適当に選ばれ、その円錐面によって検出面２が形成
され１円筒部の軸線と平行に進行する入射光■が入射角
的４５°で検出面２へ入射する。空気にと被検出液Ｗと
の界面即ち液面りが検出面２の上方にある場合には、入
射光Ｉの大部分は被検出液Ｗ中へ屈折光りとして進行し
、検出面２における反射光は少ない。被検出液面りがプ
ローブｌの下方にあって検出面２の外側が空気にのみで
ある場合には、入射光Ｉは第１図の点線で示される様に
検出面２で２回反射し入射光■とモ行な反射光Ｒとなる
。

第１図のパルス発生回路１１は１発光ダイオード等の光
源３に駆動パルスをチえ、パルス状の光東即ち入射光Ｉ
を発生させる。

反射光Ｈの光路５１における光、即ち上記反射光Ｒ及び
一部反射光ｑは光ファイバ６を介してフォトダイオード
等の光検出素子５に加えられ電気信号に変換される。検
出回路１２は、光検出素子５の出力を解析して液面りを
検出し、検出結果を表示器１３に表示する。検出回路１
２が第４図の増幅回路２０のみからなる場合には、増幅
器出力端Ａにおける出力は第５図の様になる。即ち、一
部反射光ｑのみに対する出力Ｅｏの検出により液面りが
プローブｌの位置又はそれ以上にあることを判断し必要
に応じこれを表示する。（一部反射光ｑ十検出面２から
の反射光Ｒ）に対する出力Ｅ■の検出により液面りがプ
ローブ１より下にあることを判断し必要に応じこれを表
示する。一部反射光ｑのみに対する出力Ｅａの欠如の検
出により光源３の劣化又は損傷を判断し必要に応じこれ
をも表示することができる。

上記出力Ｅ、が外乱である場合の誤動作を防止するため
、パルス状の出力Ｅ、が連続的に複数個あることを計数
した上で判断することとし、そのためのカウンタ（図示
せず）を設けた構成の検出回路１２としてもよい。

第５図を参照するに外乱Ｅ２が（一部反射光ｑ＋検出面
２からの反射光Ｒ）に対する出力Ｅ、ｌに比して大きく
１反射光Ｒの存在の検出が困難である場合には、外乱光
の影響を除去するため第４図に示される様に、検出回路
１２にパルス発生回路のパルスと同期した切換スイッチ
２１．正負変換回路２２）及び積分回路２３を含めるこ
とができる。切換スイッチ２！は、第４図に示される様
に入射光Ｉがない期間のみ出力を反転するので、外乱Ｅ
２のみが反転される。

従って、反射光Ｒが存在するとき即ち液面りがプローブ
１より下方にあるときには、検出回路１２が適当な積分
時間Ｔｉの後に第７図に示される様な有限出力Ｖｉを発
生する。他方１反射光Ｒが存在しないとき即ち液面りが
プローブ１の位置又はそれ以１；にあるときには、検出
回路１２は適当な積分時間Ｔｉの後にも第８図に示され
る様に有意の出力を発生しない、これにより、外乱が大
きい場合にも正確な液面検出をすることができる。

魚且立差」 以上説明した如く、本発明の光学的液面検出器はプロー
ブの入射光光路に部分的反射面を設けるので、次の効果
を奏する。

（イ）光源劣化監視用の光検出素子及びそのハウジング
を省略することができる。

（ロ）光源と共に光伝送路の劣化も監視することがで、
きる。

（ハ）正負変換回路及び積分回路を組込むことにより外
乱が検出に及ぼす影響を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学的液面検出器の図式的説明図
、第２図は臨界角の説明図、第３図は従来の光学的液面
検出器の図式的説明図、第４図は検出回路の回路図、第
５図ないし第８図は検出回路の動作説明図である。 ■・・・入射光、　Ｒ・・・反射光、　ｐ・・・入射光
の一部、　　ｑ・・・一部反射光、　Ｋ・・・空気、　
　Ｌ・・・液面、　Ｗ・・・被検出液、　　ｌ・・・プ
ローブ、　　２・・・検出面、　　３・・・光源、　４
．６・・・光ファイバ、５・・・光検出素子、　　７・
・・監視用検出素子、　　８・・・ホルダー、　９・・
・空隙、　ｌＯ・・・一部反射面、１１・・・パルス発
生回路、　１２・・・検出回路、　　１３・・・表示器
、　　２０・・・増幅回路、　　２１・・・切換スイッ
チ、　２２・・・正負変換回路、　２３・・・積分回路
、４１・・・光源側光路、　５１・・・反射光の光路。 特許出願人　　大倉電気株式会社 特許出願代理人　　　弁理士　　市東禮次部第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）プローブ内からその検出面への入射光の入射角が
   プローブ材質と空気との間の臨界角より大きくプローブ
   材質と被検出液との間の臨界角より小である光学系を有
   する液面検出器において、上記入射光の一部を上記検出
   面からの反射光の光路方向へ反射する一部反射面を上記
   プローブに備えてなる光学的液面検出器。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の光学的液面検出器に
   おいて、上記入射光の光源側光路に上記プローブの入射
   端に接する空隙を設け、上記プローブの入射端の端面を
   上記一部反射面としてなる光学的液面検出器。
3. （３）プローブ内から検出面への入射光の入射角がプロ
   ーブ材質と空気との間の臨界角より大きくプローブ材質
   と被検出液との間の臨界角より小である光学系、上記入
   射光を間欠的に上記プローブへ投射する光源、上記プロ
   ーブの上記入射光の光路に適当に設けられて上記入射光
   の一部を上記検出面からの反射光の光路方向へ反射させ
   る一部反射面、上記反射光の光路に適当に設けられて当
   該光路の光量に比例した電気出力を発生する光検出素子
   、上記光源の間欠的投射に同期された反転スイッチを介
   して上記光検出素子の出力に適当に接続されて上記入射
   光の投射時に上記光検出素子出力と同一極性出力を発生
   し且つ上記入射光の非投射時に上記光検出素子出力の反
   転出力を発生する反転回路、及び上記反転回路の出力に
   接続された積分回路を備えてなる光学的液面検出器。