JPH01132905A - 滴下液滴検出装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、一般的には滴下する液滴の太きさを遠隔で
測定する装置に関し、特に、人が直接近づくことができ
ない例えば放射線環境下での液体の漏洩を連続的に遠隔
検出してその漏洩但を精度よく測定するために好ましく
使用できる滴下液滴の検出装置に関するものである。

〈従来の技術〉 滴下液滴を遠隔的に検出する方法として、本願と同じ出
願人により特願昭６１−１６５１１１　号で提案された
方法がある。この方法は第４図に示したように、平行光
源１からの平行光Ｒ５を滴下液滴２に１つの平面内で入
側させる。滴下液滴２の形状は真球で近似できるので、
入射光の一部は液滴表面で反射された反射光となるとと
もに、一部は液滴内面に透過し屈折したのち再度液滴表
面から射出される透過屈折光となって散乱する。この反
射光と透過屈折光を、平行光Ｒ３と同じ平面内で平行光
の進行方向に対して角度θ（散乱角）だけ回転した方向
からみると、第５図のように液滴２内に２つの輝点、す
なわち反射光による輝点Ａと透過屈折光による輝点Ｂを
みることができる。上記先願発明においては、実際の液
滴２内の輝点を観察する代わりに、散乱角θ方向に伝播
される光をレンズ等の光学結像系３を介して一次元光セ
ンサ４上に結像させ（第６図）、この像における２つの
輝点ａ。

ｂを一次元光センサ４からの信号として得ることができ
る（第７図）。第７図の輝点ａのピークと輝点すのピー
クとの間の距離ｒ１＋ｒ２および光学結像系３の倍率に
よって実際の液滴２の径２Ｒ（第５図）を算出すること
ができる。

この液滴径からざらに液滴の体積を算出し、これに滴下
数を掛けることにより滴下量を求めることができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述した方法においては一般的には反射光強度は透過屈
折光強度より小さくなる。そのため光源強度が弱い場合
には第８図Ａのように反射光の輝点ａのピークはノイズ
レベルＣとの判別が困難となる。逆に光源強度を強くし
た場合には、第８図Ｂのように反射光の輝点ａのピーク
は良く判別できるが、透過屈折光の輝点すのピークは飽
和レベルｄを超えてピーク位置が不明確となる。また、
透過屈折した光は液滴内面において１回以上の反射をし
て第３の輝点ｅを生じ、輝点間距離の計測においてａ、
ｂ間ではなくａ、ｅ間を測定してしまうことがある。従
っていずれの場合においても輝点間距離を正確に求める
のは困難であった。

そこでこの発明は、上述の先願発明の方法を実施するた
めの装置を改良して、一次元光センサ上に結像される液
滴からの反射光と透過屈折の輝点の強度差を小さくする
とともに、液滴内面における１回以上の反射によって生
じる第３の輝点の強度を低減し、これによって液滴から
の反射光と透過屈折光の輝点間距離を正確に計測でき、
滴下液滴径ひいては滴下液滴量を精度よく測定できる装
置を提供することを目的としてなされたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 光が二つの媒体の境界面に入射すると、一部分は反射し
てもとの媒質に戻り、一部分は屈折して第二の媒質に入
っていくことはよく知られている。この時の光の反射率
、透過率は二つの媒質の相対屈折率と入射角とによって
変化し、１算により求めることができる。また光の偏光
状態によっても反射率に差が生じる。直線偏光の場合の
ｐ成分とＳ成分の反射率の変化を相対屈折率ｎ＝１．５
の場合について計算した結果が文献により知られており
、第１図のグラフのようになる（吉原邦夫著「物理光学
」　（共立出版。

昭和５７年）　ｐｐ　１７０−１７８　）。なお水滴の
場合は、相対屈折率ｎ＝　１．３３３程度となりｎ＝１
．５の場合よりは相対的に低い反射率を示すが、傾向は
第１図のグラフと近似する。

ここで透過率と反射率の和は１となるので、前述したよ
うに液滴からの反射光の方が透過屈折光より弱い場合に
は、反射光の反射率を高めればよい。このためには、直
線偏光のＳ成分のみを使用すればよいことが第１図のグ
ラフから理解できる。すなわち、第１図のグラフかられ
かるように、同じ入射角の場合、直線偏光のＳ成分の反
射率（ＲＥ）、はｐ成分の反射率（ＲＥ）１）よりも大
きくなるし、また自然光に相当する１／２　　（（ＲＥ
　＞、　＋　（ＲＥ　＞、　）よりも大きくなるからで
ある。

この発明は上述した考えに基づいてなされたものであっ
て、滴下液滴に向けて水平面で平行光を照射する光源と
、所定の散乱角で該液滴から散乱された反射光と透過屈
折光とからなる散乱光を光学結像系を通して検出する一
次元光センサとからなり、該反射光と透過屈折光とによ
り像中に形成される２つの輝点間の距離から液滴径を算
出する滴下液滴検出装置において、前記光源として直線
偏光またはそれに近い偏光の平行光を照射する装置を使
用し、前記一次元光センサの光学結像系に検偏器を設け
、前記光源および光学結像系の検偏器はその偏光方向を
回転できる機構を有していることを特徴とするものであ
る。

く作　用〉 先願発明におけると同様に、光源からの平行光は液滴に
よって散乱され、反射光と透過屈折光となって光学結像
系を介して一次元光センサ上に２つの輝点として結像す
る。

この発明においては、光源からの平行光を実質的に直線
偏光として液滴を照射し、液滴からの反射光と透過屈折
光を検偏器を通すことによって実質的に直線偏光のＳ成
分のみを光学結像系ざらには一次元光センサヘ透過させ
る。

この際、光源および光学結像系の検偏器に設けた偏光方
向回転機構を用いて、光の進行方向に対し垂直な面内で
偏光方向を回転させることにより、一次元光センサ上に
結像した反射光と透過屈折光との輝点ピークの強度差が
小さくなりかつ強度が比較的大きくなるように偏光方向
を調節することができる。

また、液滴内への透過光が液滴内面で多重反射するため
に生じる第３の輝点も、この発明におけるように直線偏
光を使用することによって、その強度を低減できる。

〈実施例〉 第２図はこの発明の装置の実施例を示すものであって、
基本的には第４図の先願発明の装置と同じであるため第
４図と同じ部材には同じ番号を付１ことにより説明を省
略する。

この発明において特徴となる構成は、ハロゲンランプ等
とコリメータとを組合せた通常の平行光源１からの平行
光の光路に起偏器５を設置して平行光を直線偏光または
それに近いものとする点と、光学結像系３の前に偏光゛
ノイルタ等の検偏器６を設置して、液滴からの散乱光（
反射光および透過屈折光）を偏光して透過させるように
した点である。図示はしていないが、上記の起偏器５お
よび検偏器６は各々偏光方向回転機構を具備し、偏光の
方向を光の進行方向に対して垂直な面内で回転できるよ
うになっている。

なお、光源として上記したハロゲンランプに変えて、直
線偏光タイプのビームを発するレーザ装置を使用しても
よい。この場合には起偏器５は不要になる。

第２図のこの発明の装置は次のように操作する。先ず、
一次元光センサ４の出力における液滴からの反射光と透
過屈折光の輝点ピークの強度を測定しながら、これら２
つの輝点ピークの強度差が小さくなるように起偏器５の
偏光方向回転機構を調節して、液滴２を照射する光の偏
光方向を光の進行方向に対して垂直な面内で回転させる
。その後、さらに一次元光センサ４の出力における上記
２つの輝点ピークの強度差が小さくなりかつ輝点の強度
が比較的大きくなるように検偏器６の偏光方向回転機構
を調節して、光学結像系３さらには一次元光センサ４へ
入る液滴からの反射光と透過屈折光の偏光方向がＳ偏光
となるように光の進行方向に対して垂直な面内で回転さ
せる。

なあ、検偏器６による偏光方向を適当に選定すれば、平
行光源１と同一の偏光方向の光のみを一次元光センサ４
に入射させることができ、平行光源１からの光以外の外
乱光（これはランダム偏光していると考えられる）の影
響を小さくすることも可能である。

光源１として直線偏光タイプのヘリウム−ネオンレーザ
を用い、検偏器６として偏光フィルタを用いたこの発明
の装置によって液滴を検出したときの一次元光センサ４
からの出力信号のグラフを第３図に示す。第３図Ａはｐ
偏光で得られた反射光の輝点ａと透過屈折光の輝点すの
ピークを示し、一方第３図Ｂは第３図Ａと同じ液滴検出
条件においてＳ偏光で１ｑられた反射光の輝点ａと透過
屈折光の輝点すのピークを示している。これらのグラフ
かられかるように、反射光輝点ａのピークは、ｐ偏光の
第３図へにおいてはノイズレベルＣと殆んど判別できな
いが、Ｓ偏光の第３図Ｂでは明確に検知することができ
る。

なお、第２図のこの発明の装置において、起偏器５およ
び検偏器６の偏光方向回転機構は手動操作するものとし
て説明したが、一次元光センサ４の信号出力を読み取っ
てこれら偏光方向回転機構を作動させる信号を出力する
装置を設けることによって、自動的に偏光方向を回転し
て最良の反射光および透過屈折光の輝点ピークが得られ
るようにすることができる。

く考案の効果〉 上述したごとき構成を有するこの発明の装置によれば、
一次元光センサで検出される液滴からの反射光と透過屈
折光との強度差を小さくすることができるから、（１）
光源として要求される強度のとり得る範囲を大きくでき
る、（２）弱い方の光がノイズレベルに埋もれることな
く、また強い方の光が飽和出力レベルを超えることなく
検出できる、（３）液滴内面で反射することにより生じ
た第３の輝点の強度を小さくしてノイズレベル以下とす
ることができる、といった効果をもたらす。その結果、
液滴からの反射光と透過屈折光の２つの輝点間距離を正
確に計測できるようになり、滴下液滴量を精度よく測定
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線偏光の場合のｐ成分とＳ成分の入射角に如
する反射率の変化を示すグラフ、第２図はこの発明の装
置の実施例を示す説明図、第３図△はこの発明の装置に
おいてｐ偏光で１ｑられた一次元光センサの出力信号の
グラフ、第３図Ｂはこの発明の装置においてＳ偏光で得
られた一次元光センサの出力信号のグラフ、第４図は先
願発明の滴下液滴検出装置の原理を示す説明図、第５図
は実際の液滴と２つの輝点を示す説明図、第６図は光学
結像系により得られる液滴と２つの輝点の像を示す説明
図、および第７図は第６図の像から一次元光センサによ
り得られる出力信号のグラフ、第８図Ａは第４図の装置
で光源強度が弱い時に一次元光センサにより得られる出
力信号のグラフ、第８図Ｂは第４図の装置で光源強度が
強い時に一次元光センサにより得られる出力信号のグラ
フである。 １・・・平行光源、２・・・液滴、３・・・光学結像系
、４・・・一次元光センサ、５・・・起偏器、６・・・
検偏器。 笛１図 １１１２１！！ ｇ３図（Ａ） １氷ａ　ｔ ｇ３図（Ｂ） 画　　！　　＆　　置 笛４図 ｆ＄　７図 １１８図（Ａ） 嶺方勺 １１８図（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、滴下液滴に向けて水平面で平行光を照射する光源と
   、所定の散乱角で該液滴から散乱された反射光と透過屈
   折光とからなる散乱光を光学結像系を通して検出する一
   次元光センサとからなり、該反射光と透過屈折光とによ
   り像中に形成される２つの輝点間の距離から液滴径を算
   出する滴下液滴検出装置において、前記光源として直線
   偏光またはそれに近い偏光の平行光を照射する装置を使
   用し、前記一次元光センサの光学結像系に検偏器を設け
   、前記光源および光学結像系の検偏器はその偏光方向を
   回転できる機構を有していることを特徴とする滴下液滴
   検出装置。