JPH01197633A - 流体屈折計およびこれを用いた流体密度計 - Google Patents

流体屈折計およびこれを用いた流体密度計

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JPH01197633A
JPH01197633A JP63023042A JP2304288A JPH01197633A JP H01197633 A JPH01197633 A JP H01197633A JP 63023042 A JP63023042 A JP 63023042A JP 2304288 A JP2304288 A JP 2304288A JP H01197633 A JPH01197633 A JP H01197633A
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Kazuo Sanada
和夫 真田
Kazumitsu Nukui
一光 温井
Kenji Nakamura
賢二 中村
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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】 [産業上の利用分野コ この発明は液体や気体などの流体屈折計およびこれを用
いた流体密度計に関し、プローブを分離することによっ
て、測定流体のサンプリングを行うことなく測定流体の
屈折率および密度を常時オンラインで計測できるように
したものである。
[従来技術とその問題点 J 従来、流体たとえば液体の屈折率を測定する装置として
は、プリズムによる光の屈折角を測定するアツベ法、最
小偏角法のほか、測定液体の屈折率に依存して変化する
焦点距離を測定するデュク・ド・ショルヌ法などの光の
屈折法則に基づく液体屈折計が広く知られている。また
、測定液体の屈折率と密度との間には、後述するように
一定の関係式が成り立つことから、上記液体屈折計を用
いた液体密度計も知られている。しかしながら、上記液
体屈折計およびこれを用いた液体密度計はいずれら測定
液体の屈折率および密度を検出するプローブが他の構成
要素である光源や処理部と、直接、接続されておりプロ
ーブのみの分離が困難である。したがって、測定時には
測定液体をその都度サンプリングしなければならないの
で、測定液体の屈折率および密度を常時オンラインで計
測することは不可能であった。
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
、プローブと光源および処理部とを光ファイバからなる
ライトガイドまたはイメージガイドにより接続すること
によってプローブのみを測定流体内に、直接、浸漬して
常時オンラインで流体の屈折率および密度を計測するこ
とができるようにした流体屈折計およびこれを用いた流
体密度計を提供することを目的としている。
[問題点を解決するための手段] この発明にあっては、一つの面を測定流体に接触させる
ようにしたプリズムを備えたプローブ内に、測定光を上
記プリズムに導く送光部と、上記プリズムからの測定光
を受ける受光部とを収容し、上記送光部に測定光を導波
するライトガイドを光源と送光部とに接続し、上記受光
部からの測定光を導波するイメージガイドを受光部と処
理部とに接続し、上記処理部において受光部で検出され
た受光位置情報に基づいて測定流体の屈折率を求めるよ
うにすることにより、また、一つの面を測定流体に接触
させるようにしたプリズムを備えたプローブ内に、測定
光を上記プリズムに導く送光部と、上記プリズムからの
測定光を受ける受光部とを収容し、上記送光部に測定光
を導波するライトガイドを光源と送光部とに接続し、上
記受光部からの測定光を導波するイメージガイドを受光
部と処理部とに接続し、上記処理部において受光部で検
出された受光位置情報に基づいて測定流体の密度を求め
るようにすることにより、上記の問題を解決している。
[作用 ] この発明の流体屈折計およびこれを用いた流体密度計に
あっては、光ファイバからなるライトガイドまたはイメ
ージガイドによって、プローブと各部とを接続したので
、プローブのみを測定流体内に浸漬することができる。
また、プローブのみを遠隔地に設置することができる。
したがって、測定時に測定流体のサンプリングを行うこ
となく、常時オンラインで流体の屈折率および密度を計
測することができる。
[実施例] 以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。
第1図および第2図はこの発明を、液体の屈折率を測定
するために用いた一実施例を示すもので、第1図におい
て符号lは液体屈折計である。この液体屈折計1は、屈
折率測定用の測定光PAを射出する光源2と、測定液体
3に浸漬され測定液体3との接触面における測定光PA
の臨界角を検知するプローブ4と、上記臨界角から屈折
率を求める処理部5とから概略措成されており、また、
プローブ4と光源2とはライトガイド6により、プロー
ブ4と処理部5とはイメージガイド7により、それぞれ
接続されている。上記光源2はランプと適宜、単色の干
渉フィルタとからなり、たとえば、ナトリウムランプと
ナトリウムD線のみを選択的に透過さける干渉フィルタ
とを組み合わせたものを用いることができる。これらの
ランプおよびフィルタは測定波長領域に応じて好適なも
のを選択することができる。また、第2図に示すように
上記プローブ4は、プリズム8と、このプリズム8に測
定光PAを入射させる送光部9と、プリズム8から射出
された測定光PBを受光させる受光部10とからなるも
のである。上記プリズム8には三つの光学的平面a、b
S cからなる3角柱状の透明体(例えば、石英ガラス
)が用いられ、その−面aを測定液体3に接触させ、−
面すには測定光PAが入射するようにし、−而Cからは
測定液体との接触界面7こおいて全反射された測定光P
[3が射出されるようにしている。また、上記送光部9
はコンデンサレンズ11およびミラー!2の光学部材に
より構成されている。上記コンデンサレンズ11の物空
間側にはライトガイド6の終端部Aが取り付けられてお
り、コンデンサレンズIfはこれに入射する測定光PA
を、たとえば、測定液体3とプリズム8の一面Cとの接
触界面において集光するように配されている。上記ミラ
ーI2はコンデンサレンズ11とプリズム8との間に設
けられ、測定光PAがプリズム8に所定の角度で入射す
るようにその取り付は位置が調整されている。また、上
記ライトガイド6の始端部は光源2に取り付けられてい
る。ここで、ライトガイド6としては、複数のファイバ
を束ねたファイババンドルが用いられる。また、上記受
光部夏0は対物レンズI3からなる光学系により構成さ
れており、この対物レンズ13はプリズム8により全反
射され射出された測定光PBの光路上に配されている。
上記受光部IOには対物レンズI3の結像面にイメージ
ガイド7の受光面fが重なるようにイメージガイド7の
始端部Bが取り付けられている。
他方、イメージガイド7の終端部は処理部5に取り付け
られている。ここでイメージガイド7としては二次元画
像を忠実に伝送し得るイメージファイバが用いられる。
この処理部5はイメージガイド7により伝送されてきた
測定光FBの臨界角情報に基づいて、たとえば、プログ
ラム演算処理をすることにより、あるいは目盛りで目測
することにより屈折率を求めるようになされている。な
お、この例の液体屈折計1にあっては、プローブ4は測
定液体3の流入を防ぐために液密とされた保護容器14
に収納されている。この保護容器14に用いられる材料
としては測定液体3中に溶出しないものが適当で、たと
えば、ステンレスなどの金属材料、ガラスなどの無機材
料、硬質プラスチック材料などが好適である。さらに、
ライトガイド6およびイメージガイド7のうち、測定液
体3中に浸漬される部分に対しても可撓性の保護チュー
ブI5で覆うようになされている。
以上の構成の液体屈折計1を用いて測定液体3の屈折率
を測定するには、第1図に示すように、まず、プローブ
4を測定液体3中に浸漬して、プリズム8の一面aを測
定液体3に接触させる。次に、所定の波長の測定光PA
をライトガイド6によりプローブ4に導く。このように
して導波された測定光PAは送光部9により収束光にさ
れてプリズム8に入射させられ、その−而aにおいて集
光される。このようにしてプリズム8の一面λには広い
角度から測定光PAが入射し、入射した測定光PAのう
ち臨界角以下の測定光PCは屈折光となって測定液体3
に向かって射出される。他方、臨界角以上の測定光PB
は全反射されてプリズム8の一面Cから射出され、受光
*ioに入射される。受光部10に入射した測定光FB
は対物レンズ13により、受光部IOに取り付けられた
イメージガイド7の始端部Bの受光面fに受光される。
このため、第3図に示すように、この受光面f上には、
臨界角を境とした明暗の境界像が形成される。上記臨界
角は測定液体3の屈折率n+qntによって異なり、臨
界角に対応した位置に明暗の境界線りが現れる境界像か
結ばれ、この明暗の境界像はイメージガイド7により処
理部5に画像伝送される。処理部5では、伝送されてき
た境界像を基に明暗の境界位置を検知して、光学理論に
基づくプログラム演算処理を行う。プログラム演算処理
は、たとえば、境界位置より臨界角を求め、得られた臨
界角より屈折率を求めるようにする。
これにより測定波長における測定液体3の屈折率が求め
られる。また、他の算出方法として、屈折率既知の液体
を用いてあらかじめ境界位置と屈折率との相関を求めて
おき、これにより屈折率を算出しても良い。
次に、この発明を、液体の密度を測定するために用いた
一実施例について説明する。この例の液体密度計は処理
部を異にする以外は、第1図および第2図に示した液体
屈折計と同様の構成のものであるので、第3図に示した
と同様の境界線の位置情報がイメージガイドより処理部
に導かれるまでは上記例の液体屈折計と同様である。こ
の例の処理部においては、下記に示すローレンツ・ロー
レンツの式を利用したアルゴリズムにより、まず、測定
液体の屈折率を求め、求められた屈折率から容易にその
密度を求めることができろようになされている。
ρ=(n”−1)/r  (n’+2)(ここで、ρは
測定液体の密度、nは測定液体の屈折率、rは測定液体
に固有の比屈折をそれぞれ表す。) 以上の構成の液体屈折計1およびこれを用いた液体密度
計によれば、光源2および処理部5からプローブ4を分
離して、プローブ4のみを測定液体3内に浸漬すること
ができる。したがって、測定時に測定液体3のサンプリ
ングを行うことなく、常時オンラインで、かつ、離隔さ
れた液体の屈折率および密度を計測することかできる。
特に、通常、サンプリングの不可能な液化ガスなどの極
低温液体や流動中の液体などの屈折率測定や密度測定に
好適である。
また、上記境界線の時間的位置変化(ΔX)を検出する
ことにより、屈折率および密度の時間的変化を知ること
もできる。また、測定液体内で、プローブを移動させる
ことにより、測定液体内の屈折率分布および密度分布を
知ることらできる。
このようにすれば、巨大タンクに貯蔵された液体(たと
えば、液化天然ガスなど)の製造および品質管理などに
有用である。
なお、上記の例ではイメージガイド7としてイメージフ
ァイバを用いるようにしたが、これに限らず、−次元画
像を伝送し得るファイバアレイを用いるようにしても良
い。この場合にあっては、プローブ光PBによる境界線
の代わりに境界点か伝送されることになる。
さらに、CCDラインセンサを受光面fに配しても良い
。この場合にあっては、イメージファイバに代えて、電
気ケーブルが用いられることになる。
また、他の構成例として送光部9内においてライトガイ
ド6の終端部Aとコンデンサレンズ11との間に拡散板
を設けるようにしても良い。このようにすれば、プリズ
ムの一面aにおいてより広い角度から測定光PAを集光
させることができ、より鮮明な境界像を得ることができ
る。
さらにまた、処理部5においては境界像をモニタテレビ
などに検出しても良い。この場合にあっては、画像の平
均化や微分を行うことにより境界像を鮮明化することが
望ましい。
また、境界像としては上記の例の他、第4図に示すよう
に境界線りに対し垂直な方向の光分面強度を微分して得
られる微分画像としても良い。この場合、微分画像のピ
ーク位置の移動量ΔXより屈折率の変化を知ることがで
きる。
なお、この発明の液体密度計について上記した例では、
まず、測定液体の屈折率を求め、求められた屈折率から
容易にその密度を求める場合について述べたが、境界線
の位置情報から直接的に密度を求めるように構成しても
良い。
以上、実施例においては液体の屈折率および密度を測定
する例について説明したが、気体の屈折率および密度を
測定する場合にも同犠になし得る。
[発明の効果 ] 以上説明したように、この発明の流体屈折計およびこれ
を用いた流体密度計は、光源とプローブとを光ファイバ
からなるライトガイドにより接続し、かつ、プローブと
処理部とを光ファイバからなるイメージガイドにより接
続した乙のであるので、プローブのみを測定流体内に浸
漬することができる。また、プローブのみを遠隔地に設
置することができる。したがって、測定時に測定流体の
サンプリングを行うことなく、常時オンラインで流体の
屈折率および密度を計測することができる。
特に、通常、サンプリングの不可能な液化ガスなどの極
低温液体や流動中の液体などの屈折率測定や密度測定に
好適である。
また、巨大タンクに貯蔵された液体中の屈折率分布や密
度分布の測定を容易に行うことができるので、たとえば
、液化天然ガスなどの製造および品質管理などに有用で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はこの発明の液体屈折計の一実施例
を示すもので、第1図はその全体構成を示す概略構成図
、第2図はこの液体屈折計の検出部の要部構成を示す要
部拡大図、第3図および第4図は測定液体の屈折率の違
いにより境界像の境界位置が異なる模様を示す説明図で
ある。 1・・・・・・液体屈折計 2・・・・・・光源 3・・・・・・測定液体 4・・・・・・プローブ 5・・・・・・処理部 6・・・・・・ライトガイド 7・・・・・・イメージガイド 8・・・・プリズム PA、PB・・・・・・測定光 9・・・・・・送光部 10・・・・・・受光部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一つの面を測定流体に接触させるようにしたプリ
    ズムを備えたプローブ内に、 測定光を上記プリズムに導く送光部と、上記プリズムか
    らの測定光を受ける受光部とを収容し、上記送光部に測
    定光を導波するライトガイドを光源と送光部とに接続し
    、 上記受光部からの測定光を導波するイメージガイドを受
    光部と処理部とに接続し、 上記処理部において受光部で検出された受光位置情報に
    基づいて測定流体の屈折率を求めるようにしたことを特
    徴とする流体屈折計。
  2. (2)一つの面を測定流体に接触させるようにしたプリ
    ズムを備えたプローブ内に、 測定光を上記プリズムに導く送光部と、上記プリズムか
    らの測定光を受ける受光部とを収容し、上記送光部に測
    定光を導波するライトガイドを光源と送光部とに接続し
    、 上記受光部からの測定光を導波するイメージガイドを受
    光部と処理部とに接続し、 上記処理部において受光部で検出された受光位置情報に
    基づいて測定流体の密度を求めるようにしたことを特徴
    とする流体密度計。
JP63023042A 1988-02-03 1988-02-03 流体屈折計およびこれを用いた流体密度計 Expired - Lifetime JPH0652238B2 (ja)

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