JP6569112B1 - 流量検出装置及び流量検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の流れに応じて平面上で回転する回転体の回転数を検出する場合でも、投光手段の位置合わせについてロバスト性を有する流量検出装置及び流量検出方法を提供する。【解決手段】上記課題を解決するため、流体の流れに応じて平面上で回転する回転体１１の回転数を検出する流量検出装置１であって、上記回転体１１へ向けて平行光を発する投光部３と、回転体１１で反射された平行光における光路の変化を検知する受光部４と、投光部３と回転体１１との間に配置され、上記平面に対する入射角が９０度より小さな正の角度となるよう上記平行光を屈折させると共に、上記反射された平行光を受光部４へ受光させる光路変更部５とを備えた流量検出装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、水道管等を流れる水等の流体の流量を検出する技術に関するものである。

水道メータが出荷される際には、水道メータに設けられたパイロットに光を当てて反射光を検知し、上記パイロットの回転数を検出することによって、上記水道メータの計量値を計測するといった検査が行われている。本検査において用いられる装置や方法は、例えば以下の特許文献１に開示されている。

特開２０１５−０１０９７６号公報

特許文献１に開示された流量検出装置１では、同文献の段落［００２４］に記載されているように、八面体からなる通水パイロット９２の直上からその直径より大きな径を持つ光線が照射されるため、検査の際にたとえ投光部２の位置が通水パイロット９２の直上から多少ずれた場合でも上記反射光の検知に影響を与えないという堅牢性（ロバスト性）が実現されている。

しかし、上記パイロットが、特許文献１に開示された上記のような多面体からなるもの（以下、「多面体パイロット」という。）ではなく、図６（ａ），（ｂ）に示されるような平面反射板１１ｂの上で中心軸１１ｃの周りに回転する平面形状の羽根車１１ａからなるもの（以下、「平面反射パイロット」という。）である場合には、上記ロバスト性の実現は容易でないという課題がある。なお、図６においては、羽根車１１ａは黒塗りで表示されている（図１でも同じ）。

すなわち、上記と同様に平面反射パイロット１１の直上からその直径より大きな径を持つ光線を照射した場合には、多面体パイロットと異なり平面反射板１１ｂで反射するため、検知する反射光全体の輝度は羽根車１１ａの回転により変化しない。

一方、平面反射パイロット１１へ照射する光線の径を小さくすれば、投光手段の平面反射パイロット１１に対する位置合わせに正確性が要求されることになる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、流体の流れに応じて平面上で回転する回転体の回転数を検出する場合でも、投光手段の位置合わせについてロバスト性を有する流量検出装置及び流量検出方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、流体の流れに応じて平面上で回転する回転体の回転数を検出する流量検出装置であって、上記回転体へ向けて平行光を発する投光手段と、上記回転体で反射された平行光における光路の変化を検知する受光手段と、投光手段と上記回転体との間に配置され、上記平面に対する入射角が９０度より小さな正の角度となるよう上記平行光を屈折させると共に、上記反射された平行光を受光手段へ受光させる光路変更手段とを備えた流量検出装置を提供する。

また、本発明は上記課題を解決するため、流体の流れに応じて平面上で回転する回転体の回転数を検出する流量検出方法であって、投光手段に上記回転体へ向けて平行光を投光させる第１のステップと、光路変更手段に上記平行光を上記平面に対する入射角が９０度より小さな正の角度となるよう屈折させて上記回転体に照射させる第２のステップと、受光手段に上記回転体で反射された平行光における光路の変化を検知させる第３のステップを有する流量検出方法を提供する。

本発明によれば、流体の流れに応じて平面上で回転する回転体の回転数を検出する場合でも、投光手段の位置合わせについてロバスト性を有する流量検出装置及び流量検出方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る流量検出装置１の構成を示す図である。 図１に示された光路変更部５の構成例を示す斜視図である。 図１に示された平面反射パイロット１１において反射された光により受光部４に形成された像を示す図である。 図１に示された受光部４の動作を説明するための図である。 図１に示された流量検出装置１を用いて多面体パイロット１２の回転数を検出する場合について説明するための図である。 図１に示された平面反射パイロット１１の構成を示す図であり、図６（ａ）は平面反射パイロット１１を側面から見たときの構成を示す側面図、図６（ｂ）は平面反射パイロット１１を上方から見たときの構成を示す平面図である。

以下において、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１は、本発明の実施の形態に係る流量検出装置１の構成を示す図である。図１に示されるように、本発明の実施の形態に係る流量検出装置１は、水などの流体の流量を計測する水道メータ１０に設けられ、上記流体の流れに応じて平面反射板１１ｂの上で回転する平面状の羽根車１１ａからなる平面反射パイロット１１の回転数を検出する流量検出装置１であって、平面反射パイロット１１へ向けて平行光を発する投光部３と、平面反射板１１ｂで反射された上記平行光における光路の変化を検知する受光部４と、投光部３と平面反射パイロット１１との間に配置され、平面反射板１１ｂに対する入射角が９０度より小さな正の角度となるよう上記平行光を屈折させると共に、平面反射板１１ｂで反射された上記平行光を受光部４へ受光させる光路変更部５とを備える。なお、受光部４は後述する受光センサ４ａ，４ｂを含む。

ここで、例えば、投光部３と受光部４を共通の筐体に格納して流量計測部２を構成すると共に、光路変更部５を上記筐体とは別体として構成することにより、検査対象とする水道メータ１０に対して光路変更部５を着脱可能としても良い。なお、このような構成とした場合のメリットについては後述する。

また、光路変更部５は、円形の凸レンズを任意の直径に沿って切断した一方が、上記凸レンズの光軸が平面反射パイロット１１へ向けて発せられる上記平行光の進行方向と一致するよう配置された半円レンズ７と、平面反射板１１ｂで反射された上記平行光を受光部４へ直射させる間隙部６とを含む。なお、図１において、半円レンズ７は横縞模様で表示され（図２でも同じ）、間隙部６は網目模様で表示されている。

ここで、図２に示されるように、間隙部６はレンズホルダＬＨの底面に設けられた円形などの孔からなり、半円レンズ７はこの孔のおよそ半分の領域を覆うようにレンズホルダＬＨに載置される。なお、図２においては、上記のように凸レンズを任意の直径に沿って切断して得られる半円レンズ７の断面が縦縞模様で表示されている。

光路変更部５は、このような構成を有することにより、半円レンズ７で受光した平行光を集光して平面反射パイロット１１へ照射すると共に、平面反射板１１ｂで反射された上記平行光をレンズで再度集光することなく間隙部６を通過させて受光部４へ直接検知させる作用を奏する。

ここで、半円レンズ７によれば、受光した平行光を集光することにより、平面反射パイロット１１へ照射する光の輝度を上げ、その結果として当該反射光の輝度も上げることができるため、受光部４における検知における信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させて検知の信頼性を高める効果を得ることができる。

また、間隙部６によれば、通過させる平面反射板１１ｂで反射された上記平行光は発散光となり、形成される像は平面反射板１１ｂからの距離に比例して拡大されるため、受光部４までの距離を大きくとることによって上記受光センサ４ａ，４ｂの構造設計を容易にすることができるという効果を得ることができる。

そして、間隙部６を通過した上記平行光は受光部４において、図３に示されるように、羽根車１１ａの各羽根で遮光されることにより形成される影部ＤＩと、隣り合う羽根の間を透過する光により形成される明部ＢＩが円弧上に交互に並んだ像を形成する。

ここで、半円レンズ７は、受光した平行光を羽根車１１ａの平面反射板１１ｂ上における回転領域の半分を覆うよう集光する機能を有すれば好適である。半円レンズ７がこのような機能を有すれば、平面反射板１１ｂで反射された上記平行光により、受光部４において図３に示される像、すなわち、上記回転領域の半分に対する像が形成される。

次に、本発明の実施の形態に係る流量検出方法について、上記のような構成を有する流量検出装置１の動作により実現する場合を例に挙げて説明する。なお、本流量検出方法は上記流量検出装置１を用いる場合に限られないことは言うまでもない。

第１のステップでは、投光部３に、平面反射パイロット１１へ向けて平行光を投光させる。第２のステップでは、光路変更部５に、上記平行光を平面反射板１１ｂに対する入射角が９０度より小さな正の角度となるよう屈折させて平面反射パイロット１１に照射させる。第３のステップでは、受光部４に、平面反射パイロット１１で反射された平行光における光路の変化を検知させる。

ここで、図４に示されるように、受光部４に結像した明部ＢＩは、羽根車１１ａの回転に伴って例えば矢印の向きに回転する。このため、第３のステップにおける受光部４による検知は、互いに離隔した二つの受光センサ４ａ，４ｂを明部ＢＩが横切る際に生じる輝度の変化をこれらの受光センサ４ａ，４ｂで同時的にセンシングし差動を得ることにより実現される。

なお、このような差動を得ることにより回転体の回転数を計測する技術については、特許文献１の図６及びその説明箇所などにおいて既に開示されているので説明を割愛する。

このような流量検出方法によれば、平行光を平面反射板１１ｂに対する入射角が９０度より小さな正の角度となるよう屈折させて平面反射パイロット１１に照射させることにより、たとえ上記平行光が平面反射板１１ｂで反射される場合であっても、多面体パイロット１２を検査対象とした図５からも容易に分かるように、傾斜角を有する反射面で受光した光を反射させる多面体パイロット１２へ直上から平行光を当てた場合と物理的に等価な作用を生じさせることができる。

このため、投光部３から多面体パイロット１２へ平行光を照射する場合に、投光部３が多面体パイロット１２の直上から多少ずれたときでも受光部４による検知結果に与える影響を小さくできるといった位置合わせにおけるロバスト性を、検査対象が平面反射パイロット１１である場合においても実現することができる。

このとき、光路変更部５に、受光した平行光を羽根車１１ａの平面反射板１１ｂ上における回転領域の半分を覆うよう集光させるようにすれば好適である。

このように集光された範囲内で平面反射パイロット１１の位置がずれても、受光部４による当該反射光の検知に全く影響を与えないようにすることができるためである。

また、第３のステップにおいて、受光部４に、平面反射パイロット１１で反射された平行光を直接検知させると好適である。上記のように、受光部４の構造設計を容易にすることができるためである。

なお、上記において、図６に示された平面反射パイロット１１は、平面反射板１１ｂではなく羽根車１１ａの表面において光を反射する構造であっても良い。この場合には、図３の影部ＤＩと明部ＢＩが入れ替わることになるに過ぎず、流量検出装置１は上記と同様に動作することができる。

以上のように、本発明の実施の形態に係る流量検出装置１及び流量検出方法によれば、水などの流体の流れに応じて平面反射板１１ｂの上で回転する羽根車１１ａからなる平面反射パイロット１１の回転数を検出する場合に、たとえ投光部３が平面反射パイロット１１の直上からずれた場合においても受光部４による当該反射光の検知結果に与える影響を小さくできるといった位置合わせにおけるロバスト性を有する流量検出装置１及び流量検出方法を提供することができる。

また、図５に示されるように、多面体パイロット１２を有する水道メータ１０を検査対象とする場合には、図１に示された流量検出装置１から光路変更部５を取り外して流量計測部２を用いて多面体パイロット１２の回転数を検出することにより、投光部３が多面体パイロット１２の直上からずれたときでも受光部４による当該反射光の検知結果に与える影響を小さくできるといった位置合わせにおけるロバスト性を実現することもできる。

１ 流量検出装置、２ 流量計測部、３ 投光部、４ 受光部、５ 光路変更部、６ 間隙部、７ 半円レンズ、１１ 平面反射パイロット、１１ａ 羽根車、１１ｂ 平面反射板。

Claims (5)

1. 流体の流れに応じて平面上で回転する回転体の回転数を検出する流量検出装置であって、
   前記回転体へ向けて平行光を発する投光手段と、
   前記回転体で反射された前記平行光における光路の変化を検知する受光手段と、
   前記投光手段と前記回転体との間に配置され、前記平面に対する入射角が９０度より小さな正の角度となるよう前記平行光を屈折させると共に、前記反射された前記平行光を前記受光手段へ受光させるものであり、
   円形の凸レンズを任意の直径に沿って切断した一方が、前記凸レンズの光軸が前記回転体へ向けて発せられる前記平行光の進行方向と一致するよう配置された半円レンズと、
   前記反射された前記平行光を前記受光手段へ直射させる間隙部を含む光路変更手段とを備えた流量検出装置。
2. 前記半円レンズは、受光した前記平行光を前記回転体の前記平面上における回転領域の半分を覆うよう集光する請求項１に記載の流量検出装置。
3. 前記投光手段と前記受光手段は共通の筐体に格納され、前記光路変更手段は前記筐体と別体である、請求項１に記載の流量検出装置。
4. 流体の流れに応じて平面上で回転する回転体の回転数を検出する流量検出方法であって、
   投光手段に、前記回転体へ向けて平行光を投光させる第１のステップと、
   光路変更手段に、前記平行光を前記平面に対する入射角が９０度より小さな正の角度となるよう屈折させて前記回転体に照射させると共に、受光した前記平行光を前記回転体の前記平面上における回転領域の半分を覆うよう集光させる第２のステップと、
   受光手段に、前記回転体で反射された前記平行光における光路の変化を検知させる第３のステップを有する流量検出方法。
5. 前記第３のステップでは、前記受光手段に、前記回転体で反射された前記平行光を直接検知させる請求項４に記載の流量検出方法。
   

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