JPH0334568B2 - - Google Patents
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- JPH0334568B2 JPH0334568B2 JP58153369A JP15336983A JPH0334568B2 JP H0334568 B2 JPH0334568 B2 JP H0334568B2 JP 58153369 A JP58153369 A JP 58153369A JP 15336983 A JP15336983 A JP 15336983A JP H0334568 B2 JPH0334568 B2 JP H0334568B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- path
- container
- level
- modulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/284—Electromagnetic waves
- G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は貯蔵タンクあるいは容器中の異なつた
材料間の境界面の位置を測定するための方法と装
置に関する。
材料間の境界面の位置を測定するための方法と装
置に関する。
２つあるいはそれ以上の異なつた材料間の境界
面位置を測定するために、現在入手できる多くの
装置がある。そのような装置は、たとえば、（貯
蔵）容器中に存在する材料（たとえば液体）のレ
ベルを決定するために使用できるであろう。その
ようなレベルあるいは境界面位置の測定を提供す
る各種の技術が知られている。そのような既知技
術の一例はマイクロ波の使用である。
面位置を測定するために、現在入手できる多くの
装置がある。そのような装置は、たとえば、（貯
蔵）容器中に存在する材料（たとえば液体）のレ
ベルを決定するために使用できるであろう。その
ようなレベルあるいは境界面位置の測定を提供す
る各種の技術が知られている。そのような既知技
術の一例はマイクロ波の使用である。
この既知の技術によれば、高周波電磁波がタン
ク中の液体レベルに指し向けられ、そこでそれら
は液体表面から反射される。液体の上方のガス中
の伝搬時間がレベル指示を与える。
ク中の液体レベルに指し向けられ、そこでそれら
は液体表面から反射される。液体の上方のガス中
の伝搬時間がレベル指示を与える。
この技術はガスおよび液体の性質には殆んど関
係がないが、比較的高価である。
係がないが、比較的高価である。
さらに、容器の壁からの望ましくないスプリア
ス反射は屡々検知上の問題を起こす。
ス反射は屡々検知上の問題を起こす。
また、１つあるいはそれ以上の個別の周波数を
使用し、反射光の変調の位相を測定する光学距離
計が存在している。しかしながら、位相および位
相差の測定は技術的な困難性をもたらし、よい精
度は必ずしも得られない。
使用し、反射光の変調の位相を測定する光学距離
計が存在している。しかしながら、位相および位
相差の測定は技術的な困難性をもたらし、よい精
度は必ずしも得られない。
したがつて本発明の目的は、正確で、安価であ
り、そして、液体の物理的性質の変化によつて影
響されない、材料のレベル、あるいは、異なつた
材料間の境界面の位置を測定する方法および装置
を提供することである。
り、そして、液体の物理的性質の変化によつて影
響されない、材料のレベル、あるいは、異なつた
材料間の境界面の位置を測定する方法および装置
を提供することである。
本発明の別な目的は、本質安全作業に合致する
電力レベルの使用を可能にする、無線周波数の位
相測定を含む、タンク中のレベルを決定する方法
と装置を提供することである。
電力レベルの使用を可能にする、無線周波数の位
相測定を含む、タンク中のレベルを決定する方法
と装置を提供することである。
したがつて本発明は、無線周波数ｆにより放射
ビームを電気的に変調し、該ビームを材料の表面
に伝達し、該表面から反射されたビームを受信す
ることによつて、貯蔵タンクあるいは容器中の材
料の表面レベル、または相異なる複数の材料の間
の界面の位置を測定する方法において、光学ビー
ムが該表面へ移動するときに通過した通路である
測定路中における変調と、該光学ビームが前記表
面に移動しないときの通路である参照路中におけ
る変調との位相の一致を得るために、適切な範囲
にわたつて連続的に可変である前記周波数を調整
し、そしてこの調整から、前記タンクまたは容器
中の前記レベルに関する情報を誘導することを特
徴とする、前記貯蔵タンクあるいは容器中の材料
の表面レベル、もしくは、相異なる複数の材料の
間の界面の位置を測定する方法に関するものであ
る。
ビームを電気的に変調し、該ビームを材料の表面
に伝達し、該表面から反射されたビームを受信す
ることによつて、貯蔵タンクあるいは容器中の材
料の表面レベル、または相異なる複数の材料の間
の界面の位置を測定する方法において、光学ビー
ムが該表面へ移動するときに通過した通路である
測定路中における変調と、該光学ビームが前記表
面に移動しないときの通路である参照路中におけ
る変調との位相の一致を得るために、適切な範囲
にわたつて連続的に可変である前記周波数を調整
し、そしてこの調整から、前記タンクまたは容器
中の前記レベルに関する情報を誘導することを特
徴とする、前記貯蔵タンクあるいは容器中の材料
の表面レベル、もしくは、相異なる複数の材料の
間の界面の位置を測定する方法に関するものであ
る。
さらにまた本発明は、放射ビームを無線周波数
ｆによつて電気的に変調する手段と、該ビームを
材料の表面に伝達させる手段と、該表面から反射
されたビームを受信する手段とを備えた貯蔵タン
クまたは容器内の材料の表面レベルまたは相異な
る複数の材料の間の界面の位置を測定する装置に
おいて、光学ビームが該表面へ移動するときに通
過した通路である測定路中における変調と、該光
学ビームが前記表面に移動しないときの通路であ
る参照路中における変調との位相の一致を得るた
めに、適切な範囲にわたつて連続的に可変である
前記周波数を調整する手段と、この調整から、前
記タンクまたは容器中の前記レベルに関する情報
を誘導する手段とを有することを特徴とする、前
記貯蔵タンクあるいは容器中の材料の表面レベル
もしくは相異なる複数の材料の間の界面の位置を
測定する装置にも関する。
ｆによつて電気的に変調する手段と、該ビームを
材料の表面に伝達させる手段と、該表面から反射
されたビームを受信する手段とを備えた貯蔵タン
クまたは容器内の材料の表面レベルまたは相異な
る複数の材料の間の界面の位置を測定する装置に
おいて、光学ビームが該表面へ移動するときに通
過した通路である測定路中における変調と、該光
学ビームが前記表面に移動しないときの通路であ
る参照路中における変調との位相の一致を得るた
めに、適切な範囲にわたつて連続的に可変である
前記周波数を調整する手段と、この調整から、前
記タンクまたは容器中の前記レベルに関する情報
を誘導する手段とを有することを特徴とする、前
記貯蔵タンクあるいは容器中の材料の表面レベル
もしくは相異なる複数の材料の間の界面の位置を
測定する装置にも関する。
既に記載した如く、本発明は、連続的に可変で
ある周波数による、レーザの如き光学ビームの変
調（特に振幅変調）、および、光学測定路と参照
路中の変調の位相一致を得るために、周波数を調
整することに基づいている。
ある周波数による、レーザの如き光学ビームの変
調（特に振幅変調）、および、光学測定路と参照
路中の変調の位相一致を得るために、周波数を調
整することに基づいている。
さて、本発明の原理を系統的に示す添付図面を
参照して、実施例によつて本発明をより詳細に記
載する。
参照して、実施例によつて本発明をより詳細に記
載する。
図面を参照すると、たとえばレーザダイオード
の如き適切な光学発振器１が、タンクの屋根（明
瞭化のため図示せず）に取付けられ、タンク中の
液体表面（図示せず）へレンズ２を経て放射ビー
ム“Ａ”を伝達する。
の如き適切な光学発振器１が、タンクの屋根（明
瞭化のため図示せず）に取付けられ、タンク中の
液体表面（図示せず）へレンズ２を経て放射ビー
ム“Ａ”を伝達する。
さらに、レンズ３を経て、液体表面から反射さ
れた放射“Ｂ”を受信するために受信器４が取付
けられている。受信器４は、たとえば、遅延ライ
ン５として使用される光フアイバーを経、かつ、
光フアイバースイツチ６を経て、反射された光を
受取る、たとえば、ピン（PIN）ダイオードより
なつている。
れた放射“Ｂ”を受信するために受信器４が取付
けられている。受信器４は、たとえば、遅延ライ
ン５として使用される光フアイバーを経、かつ、
光フアイバースイツチ６を経て、反射された光を
受取る、たとえば、ピン（PIN）ダイオードより
なつている。
レーザは、適切な範囲にわたつて可変である、
周波数ｆで、無線周波数発振位器により、電気的
に変調される。光は液体表面へ伝達され、液体表
面から反射され、反射された光は遅延ライン５と
して使用される光フアイバー上に収歛され、そこ
から、反射光を代表する信号を得るため、ピンフ
オトダイオード４へ導かれる。
周波数ｆで、無線周波数発振位器により、電気的
に変調される。光は液体表面へ伝達され、液体表
面から反射され、反射された光は遅延ライン５と
して使用される光フアイバー上に収歛され、そこ
から、反射光を代表する信号を得るため、ピンフ
オトダイオード４へ導かれる。
光フアイバースイツチ６の手段により、フオト
ダイオードはまたスイツチの第２の位置により、
液体表面へ未だ移動しないレーザからの光信号
（参照路）を見ることができる。これら２つの光
信号の強度は、何らかの適切な方法により概略等
しいように構成される。フオトダイオード４の出
力は、ｆ周波数に同調された実質的にスーパヘテ
ロダイン無線受信器８へもたらされる。無線受信
器８は、当該技術においてよく知られているもの
であるため、詳細には示されていない。周波数発
信器の出力はまた、適切な装置、たとえば、ミキ
サー（図示せず）および適切な増幅器（図示せ
ず）を経て、何らかの適切な方法で小さなマイク
ロコンピユータシステム１０（詳細には示してい
ない）に接続されている位相コンパレータ９へ接
続されている。発信器周波数、受信器の同調、光
フアイバースイツチの位置はすべて、タンクレベ
ルを決定するためのプログラムを実行する小さな
マイクロコンピユータシステム１０により制御さ
れる。これはたとえば次の如くして実行される：
最初にｆはその範囲の最大値に設定され、つい
で、プログラム制御のもとに減少され、光フアイ
バースイツチのいずれの位置に対しても受取つた
信号の位相が同じである最高周波数f1を求める。
一度f1が測定されると、同じ工程が繰り返され
て、同じ条件が保たれる第２の最高周波数f2が決
定される。f1とf2の両者において、光フアイバー
スイツチに到達する光の変調は、両光学経路に対
して同じである。
ダイオードはまたスイツチの第２の位置により、
液体表面へ未だ移動しないレーザからの光信号
（参照路）を見ることができる。これら２つの光
信号の強度は、何らかの適切な方法により概略等
しいように構成される。フオトダイオード４の出
力は、ｆ周波数に同調された実質的にスーパヘテ
ロダイン無線受信器８へもたらされる。無線受信
器８は、当該技術においてよく知られているもの
であるため、詳細には示されていない。周波数発
信器の出力はまた、適切な装置、たとえば、ミキ
サー（図示せず）および適切な増幅器（図示せ
ず）を経て、何らかの適切な方法で小さなマイク
ロコンピユータシステム１０（詳細には示してい
ない）に接続されている位相コンパレータ９へ接
続されている。発信器周波数、受信器の同調、光
フアイバースイツチの位置はすべて、タンクレベ
ルを決定するためのプログラムを実行する小さな
マイクロコンピユータシステム１０により制御さ
れる。これはたとえば次の如くして実行される：
最初にｆはその範囲の最大値に設定され、つい
で、プログラム制御のもとに減少され、光フアイ
バースイツチのいずれの位置に対しても受取つた
信号の位相が同じである最高周波数f1を求める。
一度f1が測定されると、同じ工程が繰り返され
て、同じ条件が保たれる第２の最高周波数f2が決
定される。f1とf2の両者において、光フアイバー
スイツチに到達する光の変調は、両光学経路に対
して同じである。
ｌを送受信器ユニツトから液体表面までの距離
とし、l0を二経路間のフアイバー長さの差とフア
イバーの屈折率の積とする。共通のフアイバー長
さと、フオトダイオードの一定応答時間と、そし
て受信器の一定帯域幅に関連する電気的遅れとに
より、両経路中に追加の位相遅れが導入される。
それらの合計の大きさをφ〔ｆ〕とする。ここで
〔 〕は関数依存を示す。極めて安定しているl0
とは違つて、φ〔ｆ〕は温度および供給電圧の変
化に敏感である。
とし、l0を二経路間のフアイバー長さの差とフア
イバーの屈折率の積とする。共通のフアイバー長
さと、フオトダイオードの一定応答時間と、そし
て受信器の一定帯域幅に関連する電気的遅れとに
より、両経路中に追加の位相遅れが導入される。
それらの合計の大きさをφ〔ｆ〕とする。ここで
〔 〕は関数依存を示す。極めて安定しているl0
とは違つて、φ〔ｆ〕は温度および供給電圧の変
化に敏感である。
周波数f1において、同一位相は下記を必要とす
る： 2πf1／Ｃ（2l＋l0）＋φ〔f1〕＝2nπ＋φ〔f1〕…(1) ここでＣは光速度で、ｎは正の整数である。同
様に、f2において： 2πf2／Ｃ（2l＋l0）＋φ〔f2〕 ＝２（ｎ−１）π＋φ〔f2〕 …(2) (1)および(2)からｎを決定することができる：す
なわち、 ｎ＝f1／f1−f2 …(3) そして丁度の整数値に丸められる。すると、タ
ンクレベルは下記から決定することができる。
る： 2πf1／Ｃ（2l＋l0）＋φ〔f1〕＝2nπ＋φ〔f1〕…(1) ここでＣは光速度で、ｎは正の整数である。同
様に、f2において： 2πf2／Ｃ（2l＋l0）＋φ〔f2〕 ＝２（ｎ−１）π＋φ〔f2〕 …(2) (1)および(2)からｎを決定することができる：す
なわち、 ｎ＝f1／f1−f2 …(3) そして丁度の整数値に丸められる。すると、タ
ンクレベルは下記から決定することができる。
ｌ＝１／２（nc／f1−l0）
測定順序および引続く計算は毎秒数回マイクロ
プロセツサーにより繰り返される。
プロセツサーにより繰り返される。
周波数f1とf2は必ずしも最高周波数ではないけ
れども、一般により高い周波数はよりよい精度を
与えることが理解されよう。
れども、一般により高い周波数はよりよい精度を
与えることが理解されよう。
しかしながら、与えられた液体レベルに対して
は、周波数で等分に分離された、位相一致条件を
満足させる無限の周波数の組が存在する。レベル
はこの組の如何なる２つの隣接する周波数、ある
いは、中間の数が知られているならば、如何なる
２つの隣接していない周波数の知識から明瞭に計
算することができる。かくして、可変周波数発振
器の範囲内にある最高および最高につぐ周波数と
してのf1とf2の選択は、領域としては最もよい選
択ではあるが、使用できるシステムとしての唯一
の可能な選択ではない。かくして、本発明は最高
周波数の選択に制限されるものではないことが明
らかとなろう。
は、周波数で等分に分離された、位相一致条件を
満足させる無限の周波数の組が存在する。レベル
はこの組の如何なる２つの隣接する周波数、ある
いは、中間の数が知られているならば、如何なる
２つの隣接していない周波数の知識から明瞭に計
算することができる。かくして、可変周波数発振
器の範囲内にある最高および最高につぐ周波数と
してのf1とf2の選択は、領域としては最もよい選
択ではあるが、使用できるシステムとしての唯一
の可能な選択ではない。かくして、本発明は最高
周波数の選択に制限されるものではないことが明
らかとなろう。
本目的のために適切である如何なる光源および
変調も使用されるであろうことが理解されよう。
変調も使用されるであろうことが理解されよう。
また本目的のために適切である如何なる周波数
範囲も使用されることが理解されよう。
範囲も使用されることが理解されよう。
一般にはスペクトルのV.H.F.領域が使用され
る。
る。
本発明の有利な実施例においては、約85−
200MHzの実際的運転周波数が使用される。送受
信器から液体表面までの最大許容距離は光学系の
SN比によつて決められる。
200MHzの実際的運転周波数が使用される。送受
信器から液体表面までの最大許容距離は光学系の
SN比によつて決められる。
上記の説明および添付図面から、当該技術に従
事するものにとつては、本発明の各種の変形が明
らかとなろう。そのような変形は特許請求の範囲
内にあることを意図するものである。
事するものにとつては、本発明の各種の変形が明
らかとなろう。そのような変形は特許請求の範囲
内にあることを意図するものである。
添付図面は本発明の原理を示す系統図である。
１…光学発信器、２，３…レンズ、４…受信
器、５…遅延ライン、６…光フアイバースイツ
チ、７…無線周波数発振器、８…ヘテロダイン無
線受信器、９…位相コンパレータ、１０…マイク
ロコンピユータシステム。
器、５…遅延ライン、６…光フアイバースイツ
チ、７…無線周波数発振器、８…ヘテロダイン無
線受信器、９…位相コンパレータ、１０…マイク
ロコンピユータシステム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 無線周波数ｆにより放射ビームを電気的に変
調し、該ビームを材料の表面に伝達し、該表面か
ら反射されたビームを受信することによつて、貯
蔵タンクあるいは容器中の材料の表面レベル、ま
たは相異なる複数の材料の間の界面の位置を測定
する方法において、光学ビームが該表面へ移動す
るときに通過した通路である測定路中における変
調と、該光学ビームが前記表面に移動しないとき
の通路である参照路中における変調との位相の一
致を得るために、適切な範囲にわたつて連続的に
可変である前記周波数を調整し、そしてこの調整
から、前記タンクまたは容器中の前記レベルに関
する情報を誘導することを特徴とする、前記貯蔵
タンクあるいは容器中の材料の表面レベル、もし
くは、相異なる複数の材料の間の界面の位置を測
定する方法。 ２ 周波数ｆを最初にその範囲の最高値に設定す
る段階、ついでそれを減少させて、測定路に沿う
受信々号の位相と、参照路の位相が同じである最
高周波数を求める段階、そして、同じ条件が保た
れる第２の最高周波数f2を決定するため、この工
程を繰り返す段階を含む特許請求の範囲第１項に
記載の方法。 ３ 光学放射ビームがレーザビームである特許請
求の範囲第１項あるいは第２項に記載の方法。 ４ 周波数をマイクロコンピユータシステムによ
り制御する段階を含む特許請求の範囲第２項ある
いは第３項に記載の方法。 ５ 放射ビームを無線周波数ｆによつて電気的に
変調する手段と、該ビームを材料の表面に伝達さ
せる手段と、該表面から反射されたビームを受信
する手段とを備えた貯蔵タンクまたは容器内の材
料の表面レベルまたは相異なる複数の材料の間の
界面の位置を測定する装置において、光学ビーム
が該表面へ移動するときに通過した通路である測
定路中における変調と、該光学ビームが前記表面
に移動しないときの通路である参照路中における
変調との位相の一致を得るために、適切な範囲に
わたつて連続的に可変である前記周波数を調整す
る手段と、この調整から、前記タンクまたは容器
中の前記レベルに関する情報を誘導する手段とを
有することを特徴とする、前記貯蔵タンクあるい
は容器中の材料の表面レベルもしくは相異なる複
数の材料の間の界面の位置を測定する装置。 ６ 周波数ｆを最初にその範囲の最高値に設定す
る手段と、受信々号の位相が、伝達手段および受
信手段間で、スイツチ手段のいずれの位置に対し
ても同じである最高周波数を求めるために、周波
数を減少させる手段と、同じ条件が保たれる第２
の最高周波数f2を決定するための手段とを含む特
許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７ 光フアイバースイツチを備えている特許請求
の範囲第５項あるいは第６項に記載の装置。 ８ 85−200MHz可変周波数発振器を備えている
特許請求の範囲第５項ないし第７項のいずれか一
項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8224564 | 1982-08-26 | ||
| GB8224564 | 1982-08-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5965221A JPS5965221A (ja) | 1984-04-13 |
| JPH0334568B2 true JPH0334568B2 (ja) | 1991-05-23 |
Family
ID=10532538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58153369A Granted JPS5965221A (ja) | 1982-08-26 | 1983-08-24 | ダイオ−ドレ−ザおよび光フアイバ−を使用するタンクレベルのゲ−ジング方法および装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4689489A (ja) |
| EP (1) | EP0102102B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5965221A (ja) |
| CA (1) | CA1205648A (ja) |
| DE (1) | DE3371561D1 (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2172101B (en) * | 1985-03-05 | 1988-08-17 | Plessey Co Plc | Improvements relating to optical sensing systems |
| JPS6444819A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-17 | Nitto Machinery | Level gage utilizing laser light |
| US4953972A (en) * | 1988-12-27 | 1990-09-04 | Environmental Research Institute Of Michigan | Range dispersion sensor |
| GB2249448B (en) * | 1990-10-30 | 1995-01-25 | Roke Manor Research | Improvements in or relating to radar systems |
| US5194747A (en) * | 1991-10-21 | 1993-03-16 | Midland Manufacturing Corp. | Liquid level gauge comparing moldulations of incident and reflected loser beams |
| US5291031A (en) * | 1992-04-06 | 1994-03-01 | Telecommunications Research Laboratories | Optical phase difference range determination in liquid level sensor |
| JPH0676157U (ja) * | 1993-04-07 | 1994-10-25 | 力 山田 | 箸 袋 |
| US5648844A (en) * | 1995-11-20 | 1997-07-15 | Midland Manufacturing Corp. | Laser liquid level gauge with diffuser |
| US5831719A (en) * | 1996-04-12 | 1998-11-03 | Holometrics, Inc. | Laser scanning system |
| JP3587466B2 (ja) * | 2002-10-02 | 2004-11-10 | 三菱電機株式会社 | 車両周辺監視装置 |
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| US8659749B2 (en) * | 2009-08-07 | 2014-02-25 | Faro Technologies, Inc. | Absolute distance meter with optical switch |
| US8619265B2 (en) | 2011-03-14 | 2013-12-31 | Faro Technologies, Inc. | Automatic measurement of dimensional data with a laser tracker |
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| US9772394B2 (en) | 2010-04-21 | 2017-09-26 | Faro Technologies, Inc. | Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker |
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