KR20230123523A - 액체 종별 판별 센서 - Google Patents

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KR20230123523A
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liquid
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KR1020217026450A
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기요시 히라카와
승우 이
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도요코가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

액체 종별 판별 센서 (1) 는, 평볼록 렌즈 (10), 평볼록 렌즈 (10) 를 그 렌즈의 에지 (10a) 에서 지지하는 렌즈 홀더 (11), 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 에 맞닿아 광을 출사하는 출사용 광 파이버 (12), 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 에 맞닿아 광을 수광하는 수광용 광 파이버 (13), 출사용 광 파이버 (12) 에 접속한 발광부, 및 수광용 광 파이버 (13) 에 접속하여 광량을 계측하는 광량 계측부를 구비한다. 출사용 광 파이버의 단면 (12a) 이 평볼록 렌즈의 에지 (10a) 상에 위치하고, 바람직하게는 그 단면 (12a) 에 있어서의 중심축 (A1) 이 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 을 관통하도록 출사용 광 파이버 (12) 가 형성되어 있다.

Description

액체 종별 판별 센서
본 발명은, 액체 종별 판별 센서에 관한 것이다.
화학 반응조에 있어서의 반응의 진행도를 조사할 수 있는 장치로서, 평볼록 렌즈의 볼록면을 화학 반응조 내의 액체와 접촉시켜, 그 평볼록 렌즈의 평면에 광을 광 파이버로 입사시키고, 그 평볼록 렌즈의 볼록면에서 전반사를 반복하여, 평볼록 렌즈의 평면으로부터 출사한 광을 수광하고, 그 수광한 광의 파장을 분석함으로써 전반사에 의해 흡수된 파장을 특정하고, 그 파장에 의해 화학 반응조에 있어서의 반응의 진행도를 조사하는 장치가 제안되어 있다 (특허문헌 1).
일본 공개특허공보 2014-238333호
상기 서술한 장치에 의하면, 액체를 분석 대상으로 했을 경우에 액체의 종류를 어느 정도 특정할 수 있다. 그러나, 액체의 종류를 특정하기 위해서 평볼록 렌즈로부터 출사한 광의 분광 분석을 할 필요가 있게 된다.
이에 대하여, 본 발명은 평볼록 렌즈와 액체의 계면의 전반사를 이용하여 액체의 종류를 특정하는 장치에 있어서, 보다 간편 그리고 고정밀도로 액체의 종류를 특정하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는, 평볼록 렌즈의 볼록면에 액체를 접촉시켜, 평볼록 렌즈의 평면에 출사용 광 파이버로 광을 입사시키고, 평볼록 렌즈의 볼록면에서 전반사를 반복한 광을 수광용 광 파이버로 수광하는 경우에, (a) 수광용 광 파이버에 있어서의 수광 광량은, 평볼록 렌즈의 볼록면에 액체가 접촉하고 있지 않을 때의 수광 광량에 대하여 감소하고 있고, 이 감소량은 액체의 굴절률과 색에 관계하는 것으로부터, 미리 분석 대상이 되는 것이 예상되는 액체의 색과 굴절률과 수광 광량의 관계를 조사해 두면, 분광 분석을 하지 않고 간편하게 액체의 종류를 특정할 수 있는 것, 또한 (b) 평볼록 렌즈에 에지를 형성해 두면, 평볼록 렌즈를 용이하게 안정적으로 유지하는 것이 가능해지는 것, (c1) 출사용 광 파이버의 단면, 특히 코어를 평볼록 렌즈의 에지 상에 배치하면, 평볼록 렌즈의 볼록면 전체를 센싱 에어리어 (전반사를 반복하는 영역) 로서 기능시키는 것이 가능해지고, 볼록면에 접촉하고 있는 액체의 분석 정밀도가 향상되는 것, (c2) 특히 출사용 광 파이버의 단면에 있어서의 중심축을 평볼록 렌즈의 평면을 관통하도록 하면, 평볼록 렌즈 내에 입사한 광에 있어서, 평볼록 렌즈의 평면에 수직인 방향의 광의 비율을 높일 수 있고, 그것에 의해 평볼록 렌즈의 볼록면에 액체가 접촉하고 있을 때의 수광용 광 파이버에 있어서의 수광 광량과, 볼록면에 액체가 접촉하고 있지 않을 때의 수광용 광 파이버에 있어서의 수광 광량의 차가 커져, 볼록면에 접촉하고 있는 액체의 분석 정밀도가 향상되는 것, 을 알아내고, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, 평볼록 렌즈, 평볼록 렌즈를 그 렌즈의 에지에서 지지하는 렌즈 홀더, 평볼록 렌즈의 평면에 맞닿아 광을 출사하는 출사용 광 파이버, 평볼록 렌즈의 평면에 맞닿아 광을 수광하는 수광용 광 파이버, 출사용 광 파이버에 접속한 발광부, 및 수광용 광 파이버에 접속하여 광량을 계측하는 광량 계측부를 구비한 액체 종별 판별 센서로서,
출사용 광 파이버의 단면이 평볼록 렌즈의 에지 상에 위치하도록 출사용 광 파이버가 형성되어 있는 액체 종별 판별 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은, 평볼록 렌즈, 평볼록 렌즈를 그 렌즈의 에지에서 지지하는 렌즈 홀더, 평볼록 렌즈의 평면에 맞닿아 광을 출사하는 출사용 광 파이버, 평볼록 렌즈의 평면에 맞닿아 광을 수광하는 수광용 광 파이버, 출사용 광 파이버에 접속한 발광부, 및 수광용 광 파이버에 접속하여 광량을 계측하는 광량 계측부를 구비한 액체 종별 판별 센서로서,
출사용 광 파이버의 단면이 평볼록 렌즈의 에지 상에 위치하고, 또한 출사용 광 파이버의 상기 단면에 있어서의 중심축이 평볼록 렌즈의 평면을 관통하도록 출사용 광 파이버가 형성되어 있는 액체 종별 판별 센서를 제공한다.
본 발명에 의하면, 출사용 광 파이버의 단면, 특히 코어가 평볼록 렌즈의 에지 상에 위치하도록 출사용 광 파이버가 형성되어 있기 때문에, 평볼록 렌즈의 볼록면 전체를, 전반사를 반복하는 영역인 센싱 에어리어로서 기능시키는 것이 가능해진다. 따라서, 평볼록 렌즈의 볼록면에서 전반사를 반복하여, 수광용 광 파이버에서 수광된 광의 광량에 기초하여 평볼록 렌즈가 접하고 있는 액체의 종별을 판별할 때의 판별 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 양태에 있어서는, 출사용 광 파이버의 단면이 평볼록 렌즈의 에지 상에 위치하고, 또한 그 단면에서의 출사용 광 파이버의 중심축이 평볼록 렌즈의 평면을 관통하도록 출사용 광 파이버가 형성되어 있기 때문에, 출사용 광 파이버로부터 평볼록 렌즈에 입사하는 광에 있어서, 파이버의 중심축 방향의 강도가 큰 광의 비율을 높게 할 수 있다. 따라서, 평볼록 렌즈의 볼록면에서 전반사를 반복하여, 수광용 광 파이버에서 수광된 광의 광량에 기초하여 평볼록 렌즈가 접하고 있는 액체의 종별을 판별할 때의 판별 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 수광용 광 파이버에서 수광한 광의 광량에 기초하여 액체의 종별을 판별할 수 있기 때문에 장치 구성이 간편해지고, 장치의 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 액체 종별 판별 센서는 종전부터 액체의 판별에 이용되고 있는 Charge Coupled Device (CCD) 분광 광도계, 추와 로드 셀을 사용한 프로세스용 비중계 등과 비교하여 제조 비용을 1/5 이하로 할 수 있다.
도 1 은, 실시예의 액체 종별 판별 센서의 개략 구성도이다.
도 2 는, 실시예의 액체 종별 판별 센서의 검지부의 정면도이다.
도 3A 는, 실시예의 액체 종별 판별 센서의 검지부의 단면도이다.
도 3B 는, 실시예의 액체 종별 판별 센서의 검지부의 단면도이다.
도 3C 는, 실시예의 액체 종별 판별 센서의 검지부의 단면도이다.
도 3D 는, 반사판을 형성한 상태의 실시예의 액체 종별 판별 센서의 검지부의 단면도이다.
도 4 는, 실시예의 액체 종별 판별 센서의 검지부의 분해도이다.
도 5A 는, 평볼록 렌즈가 액체와 접하고 있지 않은 상태에 있어서, 출사용 광 파이버로부터 평볼록 렌즈에 입사한 광의 전파 상태의 설명도이다.
도 5B 는, 평볼록 렌즈가 액체와 접하고 있는 상태에 있어서, 출사용 광 파이버로부터 평볼록 렌즈에 입사한 광의 전파 상태의 설명도이다.
도 6 은, 비교예의 검지부의 평볼록 렌즈가 액체와 접하고 있는 상태에 있어서, 출사용 광 파이버로부터 평볼록 렌즈에 입사한 광의 전파 상태의 설명도이다.
도 7A 는, 레벨 표시부와 경고등의 점등 상태의 설명도이다.
도 7B 는, 레벨 표시부와 경고등의 점등 상태의 설명도이다.
도 7C 는, 레벨 표시부와 경고등의 점등 상태의 설명도이다.
도 7D 는, 레벨 표시부와 경고등의 점등 상태의 설명도이다.
도 8 은, 수광 광량에 대응한 검출 전압과 액체의 굴절률의 관계도이다.
도 9 는, 레벨 표시부와 경고등의 램프의 임계값의 설정예이다.
도 10A 는, 액체 종별 판별 센서의 누액 센서로서의 용도의 설명도이다.
도 10B 는, 액체 종별 판별 센서의 누액 센서로서의 용도의 설명도이다.
도 11 은, 액체 종별 판별 센서의 배관 내의 액체 종별 판별 센서로서의 용도의 설명도이다.
도 12 는, 액체 종별 판별 센서의 액면 센서로서의 용도의 설명도이다.
도 13 은, 액체 종별 판별 센서의 조내 관리 센서로서의 용도의 설명도이다.
도 14 는, 실시예에서 시험한, 출사용 광 파이버와 수광용 광 파이버의 평볼록 렌즈에 있어서의 맞닿음 위치의 설명도이다.
도 15 는, 실시예에서 계측한, 출사용 광 파이버와 수광용 광 파이버의 피치와 액체 비접촉시의 전압의 관계도, 및 마찬가지의 피치와 굴절률이 상이한 액체의 전압차의 관계도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일 부호는 동일 또는 동등한 구성 요소를 나타내고 있다.
(전체 구성)
도 1 은, 본 발명의 일 실시예의 액체 종별 판별 센서 (1) 의 개략 구성도이다. 이 액체 종별 판별 센서 (1) 는, 검출 또는 판별해야 하는 액체에 접촉시키는 평볼록 렌즈를 구비한 검지부 (2), 및 제어부 (3) 를 갖는다. 도 2 는 검지부 (2) 의 정면도, 도 3A ∼ 3D 는 검지부 (2) 의 단면도, 도 4 는 검지부 (2) 의 분해도이다.
검지부 (2) 는, 평볼록 렌즈 (10), 평볼록 렌즈 (10) 를 그 렌즈의 에지 (10a) 에서 지지하는 렌즈 홀더 (11), 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 에 맞닿아 광을 출사하는 출사용 광 파이버 (12), 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 에 맞닿아 광을 수광하는 수광용 광 파이버 (13) 를 가지고 있다 (도 3A ∼ 3D). 한편, 제어부 (3) 는, 출사용 광 파이버 (12) 에 접속하는 출사용 광 커넥터 (31), 그 커넥터 (31) 에 접속한 발광부, 수광용 광 파이버 (13) 에 접속하는 수광용 광 커넥터 (32), 그 커넥터 (32) 에 접속하여 수광용 광 파이버 (13) 에서 수광된 광의 광량을 계측하는 광량 계측부, 계측한 광량의 레벨 표시부 (33) 등을 가지고 있다 (도 1).
(검지부)
도 3A 등에 나타낸 바와 같이 검지부 (2) 에 있어서, 렌즈 홀더 (11) 는 내약품성 수지로 저부에 개구부를 갖는 유저 통상으로 형성되어 있고, 이 개구부에 평볼록 렌즈 (10) 가 끼워지고, 개구부의 내벽 전체 둘레가 에지 (10a) 의 전체 둘레를 누르고 있다. 이와 같이 렌즈 홀더 (11) 가 에지 (10a) 에서 평볼록 렌즈 (10) 를 지지함으로써 렌즈 홀더 (11) 에 있어서의 평볼록 렌즈 (10) 의 지지 상태가 안정되어, 이들이 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 또한, 렌즈 홀더 (11) 내의 기밀성이 향상되어, 방수 방진을 확보할 수 있기 때문에, 검지부 (2) 는 옥외 설치에도 바람직해진다. 더하여, 평볼록 렌즈 (10) 와 렌즈 홀더 (11) 가 진공 밀착의 상태가 되기 때문에, 평볼록 렌즈 (10) 를 렌즈 홀더 (11) 에 끼워 넣는 것만으로 고정되어, 잘 벗어나지 않게 된다. 또한, 렌즈 홀더 (11) 의 굴절률을 출사용 광 파이버 (12) 의 클래드의 굴절률에 맞춤으로써, 출사용 광 파이버 (12) 의 코어로부터 평볼록 렌즈 (10) 에 입사한 광을, 평볼록 렌즈 (10) 의 에지 (10a) 와 렌즈 홀더 (11) 의 계면에서 효율적으로 전반사시킬 수 있다.
여기서, 렌즈 홀더 (11) 의 형성 재료로는, 퍼플루오로알콕시알칸 (PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 등의 불소계 수지, 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE) 등의 내약품성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 평볼록 렌즈 (10) 로는, 합성 석영, 합성 수지, 고굴절률 유리 등으로 형성된, 곡률 반경 3 ∼ 4 ㎜, 렌즈 직경 4 ∼ 6 ㎜, 에지 두께 1 ∼ 3 ㎜ 의 렌즈를 사용할 수 있다.
렌즈 홀더 (11) 내에서는, 그 렌즈 홀더 (11) 에 지지된 평볼록 렌즈 (10) 상에 차광 부품 (14) 이 형성되고, 그 위에 렌즈 홀더 (11) 와 마찬가지로 내약품성 수지로 형성된 부시 (15) 가 형성되어 있다. 렌즈 홀더 (11) 의 내면에 있어서 평볼록 렌즈 (10) 를 둘러싸는 부분은, 평볼록 렌즈 (10) 의 평면 (10b) 과 면일의 면 (11a) 이 되어 있다.
출사용 광 파이버 (12) 는 부시 (15) 내에 압입되고, 차광 부품 (14) 을 통과하여, 출사용 광 파이버 (12) 의 단면 (12a) 이 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 과 렌즈 홀더 (11) 의 내측의 면 (11a) 에 맞닿는다. 이 때 단면 (12a), 특히 코어는 평볼록 렌즈의 에지 (10a) 상에 위치한다 (도 3A ∼ 3C). 또한, 출사용 광 파이버 (12) 의 단면 (12a) 에 있어서의 중심축 (A1) 은, 에지 (10a) 로부터 렌즈 홀더 (11) 측으로 시프트하고 있어도 되지만 (도 3A, 3B), 바람직하게는 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 을 관통하고 있다 (도 3C).
수광용 광 파이버 (13) 도 부시 (15) 내에 압입되고, 차광 부품 (14) 을 통과하여, 수광용 광 파이버 (13) 의 단면 (13a) 이 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 및 렌즈 홀더 (11) 의 내측의 면 (11a) 에 맞닿는다. 이 때 단면 (13a), 특히 코어는 평볼록 렌즈의 에지 (10a) 상에 위치하고 있다 (도 3A ∼ 3C). 그리고, 수광용 광 파이버 (13) 의 단면 (13a) 에 있어서의 중심축 (A2) 은, 에지 (10a) 로부터 렌즈 홀더 (11) 측으로 시프트하고 있어도 되고 (도 3A), 평볼록 렌즈의 평면 (10b) 을 관통하고 있어도 된다 (도 3B, 3C). 수광용 광 파이버 (13) 의 단면 (13a) 은, 평볼록 렌즈 (10) 의 평면 (10b) 의 중심을 대칭의 중심으로 하여 출사용 광 파이버 (12) 의 단면 (12a) 과 대칭의 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다 (도 3A, 3C).
출사용 광 파이버 (12) 와 수광용 광 파이버 (13) 를 상기 서술한 위치에 형성함으로써, 이 검지부 (2) 에서는, 도 5A 에 나타내는 바와 같이, 출사용 광 파이버 (12) 로부터 평볼록 렌즈 (10) 에 입사하는 광에서는, 그 중심축 (A1) 방향의 고강도의 광의 비율이 높아진다. 또한, 출사용 광 파이버 (12) 로부터 출사된 광이 평볼록 렌즈의 볼록면 (10c) 에서 전반사를 반복하는 센싱 에어리어 (D) 로서 그 볼록면 (10c) 의 전체 직경을 넓게 이용할 수 있다.
도 5B 에 나타내는 바와 같이 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 이 액체 (x) 에 접촉하면, 출사용 광 파이버 (12) 로부터 입사한 광은 볼록면 (10c) 에서 전반사를 반복하거나, 혹은 검지부 (2) 의 설치면 (P) 에서 반사되어 수광용 광 파이버 (13) 에서 수광된다. 이 수광 광량은 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 이 액체 (x) 와 접촉하고 있지 않은 경우에 비교하여 저감되어 있고, 저감량은 액체 (x) 의 굴절률과 색에 의존하기 때문에 수광 광량으로부터 액체 종별을 판별하는 것이 가능해진다. 따라서, 상기 서술한 바와 같이 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 에 있어서의 센싱 에어리어 (D) 를 넓게 하여, 평볼록 렌즈 (10) 에 입사하는 광에 있어서 출사용 광 파이버 (12) 의 중심축 (A1) 방향의 고강도의 광의 비율이 높아짐으로써 액체 종별의 판별 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
이에 반하여 도 6 에 나타낸 바와 같이, 출사용 광 파이버 (12) 의 단면 (12a) 과 수광용 광 파이버 (13) 의 단면 (13a) 을 각각 완전히 평볼록 렌즈 (10) 의 평면 (10b) 내에 배치하면, 평볼록 렌즈 (10) 에 입사하는 광의 강도과 방향의 편차가 커져, 센싱 에어리어 (D) 도 좁아지기 때문에, 액체 (x) 의 종류의 판별 정밀도가 저하된다.
한편, 렌즈 홀더 (11) 에 끼워진 부시 (15) 는, 폴리염화비닐 (PVC), 폴리에테르에테르케톤 수지 (PEEK), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 퍼플루오로알콕시알칸 (PFA), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE) 등의 내약품성 수지로 형성된 브래킷 (16) 과 걸어맞춤된다 (도 3A ∼ 3C). 이 걸어맞춤에 의해, 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 과 그 볼록면 (10c) 에 대향하는 검지부 (2) 의 설치면 (P) 의 거리 (h) 가 0.4 ∼ 0.6 ㎜ 로 유지되는 것이 바람직하다. 이와 같은 거리 (h) 로 함으로써, 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 과 검지부 (2) 의 설치면 (P) 사이에 액체가 침투하여 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 이 액체로 젖기 쉬워진다. 이에 반하여, 거리 (h) 가 지나치게 넓으면 평볼록 렌즈 (10) 의 센싱 에어리어 (D) 를 액체 (x) 로 적시기 위해서 볼록면 (10c) 과 설치면 (P) 사이에 유지시킬 필요가 있게 되는 액체가 불필요하게 많아진다. 반대로, 거리 (h) 가 지나치게 좁으면 조립 공차의 설정이 어려워진다.
검지부 (2) 의 설치면 (P) 에 요철이 있음으로써 출사용 광 파이버 (12) 로부터 출사된 광 중 설치면 (P) 에서 반사된 광이 수광용 광 파이버 (13) 에서 수광되기 어려운 경우, 설치면 (P) 이 돌, 콘크리트 등으로 형성되어 있음으로써 검지부 (2) 의 설치시에 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 에 흠집이 생길 우려가 있는 경우 등에 있어서는, 도 3D 에 나타내는 바와 같이, 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 에 대향하도록 반사판 (17) 을 검지부 (2) 의 설치면 (P) 에 형성해도 된다. 이 경우, 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 과 반사판 (17) 사이에는, 상기 서술한 거리 (h) 가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
브래킷 (16) 에는, 검지부 (2) 를 소정 설치 위치에 나사 등으로 고정시킬 수 있도록 구멍부 (37) 와 절결부 (38) 가 형성되어 있다 (도 1). 또한, 브래킷 (16) 의 상면에 내려온 액체가 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 아래로 유도되도록 하는 유로 (18) 나 사면 (19) 이 형성되어 있다 (도 2). 이로써 검지부 (2) 의 설치 지점에 약간의 액체가 내려왔을 경우에도, 그 액체의 종별을 판별하는 것이 가능해진다.
또한, 이 검지부 (2) 에서는 상기 서술한 바와 같이 광 파이버 (12, 13) 와 평볼록 렌즈 (10) 를 사용하여 액체 종별을 판별하기 때문에, 판별해야 할 액체가 가솔린 등의 가연물로 발화의 위험을 갖는 것이어도, 검지부 (2) 의 설치 지점이 방폭 에어리어여도, 안전하게 사용할 수 있다.
(제어부)
제어부 (3) 는, 그 케이싱 (30) 의 표면에, 출사용 광 파이버 (12) 에 접속하는 출사용 광 커넥터 (31) 와, 수광용 광 파이버 (13) 에 접속하는 수광용 광 커넥터 (32) 를 갖는다. 출사용 광 커넥터 (31) 는 케이싱 (30) 내에 조립된 발광부와 접속하고, 수광용 광 커넥터 (32) 는 케이싱 (30) 내에 조립된 광량 계측부와 접속하고 있다 (도 1).
발광부는 발광 다이오드 (light emitting diode, 이하, LED) 광원 등으로 구성되고, 소정 파장의 광을 출사용 광 커넥터 (31) 에 보낸다. 발광부에는 시판되는 LED 라이트, 광 파이버 앰프 등을 사용할 수 있다. 출사용 광 커넥터 (31) 에 보내는 광의 파장을 가변으로 해도 된다. 출사용 광 커넥터 (31) 에 보내는 광으로서 적색 광을 사용했을 경우, 평볼록 렌즈 (10) 에 접촉하고 있는 액체가 적색 광을 흡수하기 쉬운 청색계의 액체이면, 적색 광이 평볼록 렌즈 (10) 에 출사되고 나서 수광용 광 파이버 (13) 에서 수광될 때까지의 동안에 적색 광이 액체에 흡수되기 쉽고, 평볼록 렌즈 (10) 가 액체와 접촉하고 있는 것에 의한 수광 광량의 감소량이 많아지기 때문에 액체의 판별 정밀도가 향상된다. 또한 적색 광은, 가시광이기 때문에, 평볼록 렌즈 (10) 에 광이 출사되고 있는 것을 육안으로 확인할 수 있고, 일반적으로 위험을 나타내는 색이라고 인식되는 점에서도 바람직하다. 또한, 자외선은 렌즈 홀더 (11) 를 형성하는 수지를 열화시키기 때문에 바람직하지 않고, 또한, 검지부 (2) 를 옥외 설치한 경우에는 태양광을 오검지할 우려가 있기 때문에 검지부의 차광이 필요해지는 점에서도 바람직하지 않다.
한편, 광량 계측부는 포토 다이오드 등의 수광 소자로 구성되고, 수광용 광 파이버 (13) 에서 수광된 광의 광량이 전압으로서 계측된다. 제어부 (3) 는, 그 케이싱 (30) 의 표면에 수광 광량의 레벨을 나타내는 레벨 표시부 (33), 경고등 (34), 임계값 설정용 로터리 딥 스위치 (35), 감도 조정용 트리머 (36) 를 가지고 있다. 레벨 표시부 (33) 에서는 복수의 LED 램프가 배열되어 있고, 광량 계측부에서 계측된 광량에 따른 수의 LED 램프가 점등한다. LED 램프로서 발광색이 상이한 것을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광량 계측부에서 계측된 광량이, 평볼록 렌즈 (10) 가 액체에 접촉하고 있지 않은 상태에 상당하는 경우, 도 7A 에 나타내는 바와 같이 녹색 램프 (G) 의 일부를 점등시키고, 다른 램프를 소등시킨다. 광량 계측부에서 계측된 광량이, 평볼록 렌즈 (10) 가 물에 접촉하고 있는 상태에 상당하는 경우, 도 7B 에 나타내는 바와 같이 녹색 램프 (G) 및 황색 램프 (Y) 의 일부를 점등시키고, 다른 램프를 소등시킨다. 마찬가지로 소정 제 1 액체 (예를 들어, 에틸알코올) 와의 접촉에 상당하는 경우에는 도 7C 에 나타내는 바와 같이 녹색 램프 (G), 황색 램프 (Y) 및 적색 램프 (R) 의 일부를 점등시키고, 다른 램프를 소등시킨다. 마찬가지로 소정 제 2 액체 (예를 들어, 이소프로필알코올) 와의 접촉에 상당하는 경우에는 도 7D 에 나타내는 바와 같이 녹색 램프 (G), 황색 램프 (Y) 및 적색 램프 (R) 를 점등시킨다.
또한, 필요에 따라 경고등 (34) 을 점등시켜도 된다. 경고등 (34) 도 발광색이 상이한 LED 램프로 구성할 수 있고, 경고의 레벨에 따라 점등시키는 램프의 색을, 예를 들어 녹색으로부터 황색 또는 적색으로 바꾸어도 된다. 또한, 검출된 액체가, 검지부 (2) 의 설치 지점에 있어서의 비정상적인 누액의 우려를 나타내는 경우에, 설치 지점의 관리 시스템에 경고 신호가 발신되도록 해도 된다.
수광 광량에 따라 레벨 표시부 (33) 의 LED 램프나 경고등 (34) 을 어떻게 점등시키는가는, 미리, 광량 계측부에서 계측된 전압과 액체의 굴절률의 관계를, 예를 들어, 여러 가지 농도의 자당 수용액으로 이루어지는 굴절률 표준액 (이하, 표준액이라고 한다) 을 사용하여 계측해 두고, 개개의 LED 램프를 점등시키는 임계값을 설정하면 된다. 예를 들어, 표준액의 굴절률과 광량 계측부에서 계측된 전압에 도 8 의 관계가 있는 경우에, 도 9 에 나타내는 바와 같이 레벨 표시부 (33) 의 녹색 램프 (G), 황색 램프 (Y) 및 적색 램프 (R), 그리고 경고등 (34) 의 황색 램프 (Y) 및 적색 램프 (R) 를 점등시키는 전압의 임계값 (1) ∼ (5) 를 설정하고, 검출된 전압이 임계값을 하회했을 경우에 대응하는 램프를 점등시킨다. 이 임계값 (1) ∼ (5) 는 적절히 변경할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 임계값 (1) 을, 평볼록 렌즈 (10) 가 물에 접촉한 상태에 대응시키기 위해서 800 ㎷ 로 설정하고, 검출 전압이 800 ㎷ 를 초과하고 있는 경우에는 레벨 표시부 (33) 에서 녹색 램프 (G1 또는 G2) 가 점등하고, 800 ㎷ 이하가 되면 램프 (G1, G2) 에 더하여 황색 램프 (Y3) 가 점등하고, 경고등 (34) 도 황색으로 점등하도록 하고 있다. 임계값 (2) ∼ (5) 는 도 9 에 나타낸 임계값으로 설정하고 있고, 예를 들어 검출 전압이 610 ㎷ 이하가 되면 녹색 램프 (G1, G2), 황색 램프 (Y3, Y4) 에 더하여 적색 램프 (R5) 가 점등하고, 경고등 (34) 도 적색으로 점등한다. 임계값 (2) ∼ (5) 는 임계값 설정용 로터리 딥 스위치 (35) 로 변경 가능하다.
또한, 수광 광량에 대응하는 전압과, 굴절률의 관계만으로는, 평볼록 렌즈 (10) 가 접촉하고 있는 액체의 종류의 판별을 할 수 없지만, 검지부 (2) 를 설치하는 개개의 장소에 따라 검출되는 액체의 종류는 한정되기 때문에, 검지부 (2) 를 설치하는 장소 별로 검출해야 할 액체의 종류에 따라 경고등 (34) 의 점등의 임계값을 정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가솔린의 옥외 배관의 이음새 부근에 검지부 (2) 를 설치했을 경우, 판별 대상이 되는 액체는 가솔린과, 빗물이 되는데, 가솔린과 빗물은 굴절률이 상이한 것으로부터, 검출된 당해 액체가, 빗물인지 가솔린인지, 그들의 혼합액인지를 판별할 수 있고, 가솔린 또는 가솔린의 혼합액인 것이 검출된 경우에는 이음새에 있어서의 누액이 문제가 되기 때문에, 경고등 (34) 이 점등하여, 경고 신호가 발신되도록 한다.
또한, 본 발명에 있어서 광량 계측부에 의한 계측 결과의 표시 방법은, LED 램프의 발광색과 발광한 LED 램프의 개수를 이용하여 광량을 나타내는 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 계측 결과를 수치로 표시해도 된다.
(용도)
· 누액 센서
본 발명의 액체 종별 판별 센서는, 누액의 위험성이 있는 지점에 설치하여 누액의 유무를 검지하는 누액 센서로서 사용할 수 있다. 그 경우, 단순한 액체의 검지가 아니라, 누액이 문제가 되는 소정 종류의 액체의 검지를 항상 실시하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 도 10A 에 나타내는 바와 같이, 옥외 설치되어 있는 배관 (40) 의 이음새 부분 (41) 아래에 검지부 (2) 를 설치하고, 그 배관 (40) 을 통과하는 액체의 굴절률을 미리 조사해 둠으로써, 검지부 (2) 가 빗물 (w) 에 접촉하고 있는 경우에는 경고등 (34) 에 황색 램프를 점등시키고, 도 10B 에 나타내는 바와 같이, 검지부 (2) 가 이음새 부분 (41) 으로부터 누출된 액체 (x) 에 접촉하고 있는 경우에는, 그것이 빗물 (w) 에 의해 희석되어 있는 경우에도, 경고등 (34) 에 적색 램프를 점등시킬 수 있다. 또한, 비정상적인 누액에 대한 경고의 발신 기능에 의해, 액 누출의 유무를 24 시간 체제로 항상 감시하는 것이 가능해진다. 동일하게 하여, 배관의 경년 열화나 부식 등에 의한 누액, 각종 장치로부터의 액 누출도 항상 감시하는 것이 가능해진다. 이 경우, 렌즈 홀더 (11) 나 부시 (15) 를 내약품성 수지로 형성함으로써, 누액이 문제가 되는 액체가 산성 또는 알칼리성이어도, 부식성이어도, 누액된 액체에 검지부 (2) 를 접촉시키는 것이 가능해진다.
· 배관 내의 액체 종별의 판별 센서
도 11 에 나타내는 바와 같이, 상이한 액체 (x) 또는 액체 (y) 가 통과하는 배관 (42) 에 검지부 (2) 를 설치함으로써, 검지부 (2) 의 설치 지점에서 액체 (x) 또는 액체 (y) 중 어느 것이 배관 (42) 내를 흐르고 있는지를 판별할 수 있다.
· 액면 센서
도 12 에 나타내는 바와 같이, 액체조 (43) 의 소정 액면의 높이에 검지부 (2) 를 설치함으로써, 액체조 (43) 내에 있어서 액면 센서로서 사용할 수 있다. 또한, 이 액체조 (43) 를, 액체가 소정 반응을 실시하는 반응조로서 사용하는 경우에는, 이 액체조 (43) 에 장착한 검지부 (2) 를, 조 내에서 진행되고 있는 반응 경과의 체크에 사용할 수 있다.
· 조 내 관리 센서
도 13 에 나타내는 바와 같이, 약액 (x) 을 저류하고 있던 액체조 (43) 를 물 (w) 로 세정하는 경우의 배관 (42) 에 검지부 (2) 를 설치함으로써, 액체조 (43) 내에 약액 (x) 이 남아 있는 상태와, 세정이 완료되어 액체조 (43) 내에 물 (w) 만이 존재하는 경우를 구별하는 조 내 관리 센서로서 사용할 수 있다. 이로써, 불필요하게 세정을 거듭하는 것을 생략할 수 있어, 효율적으로 조 내를 세정하는 것이 가능해진다. 이 외에, 본 발명의 액체 종별 판별 센서는 여러 가지 장면에서 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
출사용 광 파이버와 수광용 광 파이버를 평볼록 렌즈에 맞닿음시키는 데에 있어서, 그것들의 바람직한 위치를 조사하기 위해서, 도 3C, 3D 에 나타낸 검지부 (2) 에 있어서, 평볼록 렌즈 (10) 에 대하여 출사용 광 파이버 (12) 의 중심축 (A1) 과, 수광용 광 파이버 (13) 의 중심축 (A2) 의 거리 (피치) 를 도 14 에 나타내는 바와 같이 바꾸었다. 그리고 각각의 피치에 있어서, 출사용 광 파이버 (12) 의 코어 및 수광용 광 파이버 (13) 의 코어가 평볼록 렌즈 (10) 의 평면 (10b) 에 맞닿아 있는 부분의 면적과 이들 코어의 단면적의 비율 (％) 을 구하였다. 결과를 도 14 에 나타낸다. 이 경우, 평볼록 렌즈 (10) 의 사양은 다음과 같다.
평볼록 렌즈의 사양
렌즈 재료 : 합성 석영
평면 (10b) 의 직경 : 5.0 ㎜
볼록면 (10c) 의 곡률 반경 : 3.69 ㎜
에지 (10a) 의 두께 : 1.5 ㎜
각각의 피치에 있어서, 평볼록 렌즈 (10) 에 액체가 접촉하고 있지 않을 때의 광량 계측부에 있어서의 전압을 구하였다. 결과를 도 15 에 나타낸다 (동 도면의 우측 세로축). 또한, 평볼록 렌즈 (10) 의 볼록면 (10c) 을 굴절률 1.33 의 액체 (물) 에 침지시킨 상태와, 굴절률 1.44 의 액체 (가솔린) 에 침지시킨 상태의 각각에 있어서 광량 계측부에서 전압을 계측하고, 그것들의 차를 구하였다. 이 전압차도 도 15 에 나타낸다 (동 도면의 좌측 세로축).
도 15 로부터, 출사용 광 파이버 (12) 의 코어와 수광용 광 파이버 (13) 의 코어가 평볼록 렌즈 (10) 의 에지 (10a) 상에 배치되어 있으면, 평볼록 렌즈 (10) 에 접촉시키는 액체의 굴절률을 바꾸었을 경우에, 각 피치에 있어서 광량 계측부에서 전압의 차를 계측할 수 있는 것을 알 수 있고, 이 경우에 계측되는 전압의 차가 큰 것은, 출사용 광 파이버와 수광용 광 파이버의 각각의 코어의 평볼록 렌즈에 맞닿아 있는 부분의 면적의 코어의 단면적에 대한 면적이 95 ∼ 73 ％ 인 경우 (즉, 출사용 광 파이버와 수광용 광 파이버의 피치가 4.2 ∼ 4.6 ㎜ 인 경우) 이고, 광 파이버 단면의 전체면이 평볼록 렌즈에 맞닿아 있는 경우는 아닌 것을 알 수 있다.
또한, 출사용 광 파이버와 수광용 광 파이버의 피치가 4.2 ∼ 4.6 ㎜ 인 경우에, 평볼록 렌즈가 액체와 접촉하고 있지 않을 때의 전압이 가장 큰 것은 피치 4.6 ㎜ 인 것, 따라서, 이 측정계에서는 액체 종별의 판별 정밀도를 높게 하기 위해서, 피치를 4.6 ㎜ 로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
1 ; 액체 종별 판별 센서
2 ; 검지부
3 ; 제어부
10 ; 평볼록 렌즈
10a ; 에지
10b ; 평면
10c ; 볼록면
11 ; 렌즈 홀더
11a ; 면
12 ; 출사용 광 파이버
12a ; 단면
13 ; 수광용 광 파이버
13a ; 단면
14 ; 차광 부품
15 ; 부시
16 ; 브래킷
17 ; 반사판
18 ; 유로
19 ; 사면
30 ; 케이싱
31 ; 출사용 광 커넥터
32 ; 수광용 광 커넥터
33 ; 레벨 표시부
34 ; 경고등
35 ; 로터리 딥 스위치
36 ; 감도 조정용 트리머
37 ; 구멍부
38 ; 절결부
40 ; 배관
41 ; 이음새 부분
42 ; 배관
43 ; 액체조
A1, A2 ; 중심축
D ; 센싱 에어리어
h ; 평볼록 렌즈의 볼록면과 액체 종별 판별 센서의 설치면의 거리
P ; 설치면
w ; 빗물 (물)
x ; 액체 (약액)
y ; 액체

Claims (11)

  1. 평볼록 렌즈, 평볼록 렌즈를 그 렌즈의 에지에서 지지하는 렌즈 홀더, 평볼록 렌즈의 평면에 맞닿아 광을 출사하는 출사용 광 파이버, 평볼록 렌즈의 평면에 맞닿아 광을 수광하는 수광용 광 파이버, 출사용 광 파이버에 접속한 발광부, 및 수광용 광 파이버에 접속하여 광량을 계측하는 광량 계측부를 구비한 액체 종별 판별 센서로서,
    출사용 광 파이버의 단면이 평볼록 렌즈의 에지 상에 위치하도록 출사용 광 파이버가 형성되어 있는 액체 종별 판별 센서.
  2. 평볼록 렌즈, 평볼록 렌즈를 그 렌즈의 에지에서 지지하는 렌즈 홀더, 평볼록 렌즈의 평면에 맞닿아 광을 출사하는 출사용 광 파이버, 평볼록 렌즈의 평면에 맞닿아 광을 수광하는 수광용 광 파이버, 출사용 광 파이버에 접속한 발광부, 및 수광용 광 파이버에 접속하여 광량을 계측하는 광량 계측부를 구비한 액체 종별 판별 센서로서,
    출사용 광 파이버의 단면이 평볼록 렌즈의 에지 상에 위치하고, 또한 출사용 광 파이버의 상기 단면에 있어서의 중심축이 평볼록 렌즈의 평면을 관통하도록 출사용 광 파이버가 형성되어 있는 액체 종별 판별 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    수광용 광 파이버의 단면이 평볼록 렌즈의 에지 상에 위치하고 있는 액체 종별 판별 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    수광용 광 파이버의 단면이, 평볼록 렌즈의 평면의 중심을 대칭의 중심으로 하여 출사용 광 파이버의 단면과 대칭의 위치에 형성되어 있는 액체 종별 판별 센서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    수광용 광 파이버의 단면이 평볼록 렌즈의 에지 상에 위치하고, 수광용 광 파이버의 단면에 있어서의 중심축이 평볼록 렌즈의 평면을 관통하고 있는 액체 종별 판별 센서.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    렌즈 홀더를 장착하는 브래킷을 갖고, 브래킷이 그 브래킷의 상면에 내려온 액체를 평볼록 렌즈의 볼록면 아래로 유도하는 유로 또는 사면을 갖는 액체 종별 판별 센서.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평볼록 렌즈, 렌즈 홀더, 출사용 광 파이버 및 수광용 광 파이버를 포함하는 검지부의 설치면과 평볼록 렌즈의 볼록면의 거리가 0.4 ∼ 0.6 ㎜ 로 유지되는 액체 종별 판별 센서.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평볼록 렌즈의 볼록면에 대향하여 형성되는 반사판을 구비하고, 그 반사판과 평볼록 렌즈의 볼록면의 거리가 0.4 ∼ 0.6 ㎜ 로 유지되는 액체 종별 판별 센서.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광량 계측부가, 광량에 따라 상이한 색의 광을 발광시키는 레벨 표시부를 갖는 액체 종별 판별 센서.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광량 계측부가, 광량에 따라 소정 램프를 발광시키는 경고등을 갖는 액체 종별 판별 센서.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발광부가 적색 광을 발광하는 액체 종별 판별 센서.
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