JPH0367579B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0367579B2 JPH0367579B2 JP61211060A JP21106086A JPH0367579B2 JP H0367579 B2 JPH0367579 B2 JP H0367579B2 JP 61211060 A JP61211060 A JP 61211060A JP 21106086 A JP21106086 A JP 21106086A JP H0367579 B2 JPH0367579 B2 JP H0367579B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid level
- light
- optical fiber
- optical
- amount
- 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.)
- Expired - Lifetime
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は光伝送路内を伝搬する光が気相と液相
の屈折率差に対応して漏洩する性質を利用した光
学式液面レベルセンサに関する。
の屈折率差に対応して漏洩する性質を利用した光
学式液面レベルセンサに関する。
（従来の技術）
近年、産業計測分野における液面計測において
光フアイバなどの光伝送路を用いた計測センサが
種々提案されている。例えば、光フアイバのクラ
ツド部の一部を剥離してコア部を露出させ、光フ
アイバ中の光透過量の変化により液体の有無もし
くは液面を検出するセンサ、もしくは特開昭58−
18126号公報には入射光を伝送する第１の光路と
反射光を伝送する第２の光路を光フアイバで形成
し、前記光路の開放端となる光フアイバの一端に
プリズムを付設した液面センサなどが開示されて
いる。
光フアイバなどの光伝送路を用いた計測センサが
種々提案されている。例えば、光フアイバのクラ
ツド部の一部を剥離してコア部を露出させ、光フ
アイバ中の光透過量の変化により液体の有無もし
くは液面を検出するセンサ、もしくは特開昭58−
18126号公報には入射光を伝送する第１の光路と
反射光を伝送する第２の光路を光フアイバで形成
し、前記光路の開放端となる光フアイバの一端に
プリズムを付設した液面センサなどが開示されて
いる。
（発明が解決しようとする問題点）
上記従来の液面計測センサの前者においては、
光フアイバのクラツド剥離部が、後者においては
プリズムの部分がセンサとして機能している。こ
のため液面レベルの測定領域はポイントであり、
１個のセンサで連続した液面レベルの変化を測定
することは不可能であつた。仮に連続した液面レ
ベルの変化を測定するためには、同様のセンサを
多数並べる必要があり、コストが高く分解能も不
十分であるという問題があつた。
光フアイバのクラツド剥離部が、後者においては
プリズムの部分がセンサとして機能している。こ
のため液面レベルの測定領域はポイントであり、
１個のセンサで連続した液面レベルの変化を測定
することは不可能であつた。仮に連続した液面レ
ベルの変化を測定するためには、同様のセンサを
多数並べる必要があり、コストが高く分解能も不
十分であるという問題があつた。
そこで本発明は、１本の光伝送路をある曲率半
径で曲げることにより、連続した液面レベルの変
化を測定可能とした簡易で安価な光伝送路を用い
た光学的液面レベルセンサを提供することを解決
すべき技術的課題とするものである。
径で曲げることにより、連続した液面レベルの変
化を測定可能とした簡易で安価な光伝送路を用い
た光学的液面レベルセンサを提供することを解決
すべき技術的課題とするものである。
（問題点を解決するための手段）
上記課題解決のための技術的手段は、光フアイ
バの途中部分を液面レベル変化範囲に配置したう
え、前記光フアイバの一端部から入射された所定
光量の光が他端部において受光されたときの受光
量に基づいて液面のレベルを検出する光学式液面
レベルセンサにおいて、前記光フアイバの途中部
分を、巻き中心軸方向が前記液面レベル変化方向
に一致するように複数回巻きの単層コイル状に形
成したうえ、液面が低い場合の光の漏洩を抑制す
る一方、液面が高い場合の光の漏洩量を増加させ
ることによつて前記液面レベルの変化に対応して
前記受光量が直線的に変化するように前記コイル
状部の巻きピツチ、あるいは巻き直径を次第に変
化させた構成にすることである。
バの途中部分を液面レベル変化範囲に配置したう
え、前記光フアイバの一端部から入射された所定
光量の光が他端部において受光されたときの受光
量に基づいて液面のレベルを検出する光学式液面
レベルセンサにおいて、前記光フアイバの途中部
分を、巻き中心軸方向が前記液面レベル変化方向
に一致するように複数回巻きの単層コイル状に形
成したうえ、液面が低い場合の光の漏洩を抑制す
る一方、液面が高い場合の光の漏洩量を増加させ
ることによつて前記液面レベルの変化に対応して
前記受光量が直線的に変化するように前記コイル
状部の巻きピツチ、あるいは巻き直径を次第に変
化させた構成にすることである。
（作用，原理）
次に、本発明の光学的液面レベルセンサにおけ
る液面計測の原理を第１図〜第３図に従つて説明
する。
る液面計測の原理を第１図〜第３図に従つて説明
する。
最初に第１図を参照し屈折率nfを有する光伝送
路１の空気２中での光３の伝搬を考える。光伝送
路１と空気２との境界面に対して角度θで光３が
入射した場合、入射角θに対して光３の伝搬角は
θa＝sin-1（na／nf）（但しnaは空気の屈折率）で
与えられる。すなわち入射角θがθa＜θ≦90゜の
範囲では光３は左右の境界面で全反射を繰り返
し、光伝送路１内を伝搬していく。
路１の空気２中での光３の伝搬を考える。光伝送
路１と空気２との境界面に対して角度θで光３が
入射した場合、入射角θに対して光３の伝搬角は
θa＝sin-1（na／nf）（但しnaは空気の屈折率）で
与えられる。すなわち入射角θがθa＜θ≦90゜の
範囲では光３は左右の境界面で全反射を繰り返
し、光伝送路１内を伝搬していく。
次に第２図に示すように、上記光伝送路１の一
部が屈折率nlを有する液相４と接している場合を
考える。液相４では光３の伝搬角はθl＝sin-1
（nl／nf）で与えられ、入射角θがθl＜θ≦90゜の
範囲では光３は減衰することなく伝搬していく。
しかし入射角θがθa＜θ＜θlの範囲の光３は放射
モードとなり急速に減衰していく。換言すれば、
光伝送路１のある範囲が液に浸されることによ
り、放射モードとなつた光３が漏洩光６として漏
洩してしまえば、あとは液面レベル５によらず一
定光量が伝搬する。このため所望の高さにわたる
液面レベル５の変化を、透過光強度により測定す
ることはできない。
部が屈折率nlを有する液相４と接している場合を
考える。液相４では光３の伝搬角はθl＝sin-1
（nl／nf）で与えられ、入射角θがθl＜θ≦90゜の
範囲では光３は減衰することなく伝搬していく。
しかし入射角θがθa＜θ＜θlの範囲の光３は放射
モードとなり急速に減衰していく。換言すれば、
光伝送路１のある範囲が液に浸されることによ
り、放射モードとなつた光３が漏洩光６として漏
洩してしまえば、あとは液面レベル５によらず一
定光量が伝搬する。このため所望の高さにわたる
液面レベル５の変化を、透過光強度により測定す
ることはできない。
次に第３図に示すように、前記光伝送路１を半
径Ｒで曲げた場合を考える。光伝送路１の直線部
より無反射で伝搬してきた光７は、光伝送路１の
Ｒ部の外側面で反射される。同様に液相４中を反
射しながら伝搬してきた光８も、光伝送路１の外
側及び内側Ｒ部で反射され伝搬していく。このと
き光伝送路１が半径Ｒで曲がつているために、伝
搬光の反射角度が変化する。このため反射角が
θa＜θ＜θlの範囲に変換されたものは新たに液相
放射モードとなり、液面レベル５の上昇に伴い、
透過光量が減少することになる。
径Ｒで曲げた場合を考える。光伝送路１の直線部
より無反射で伝搬してきた光７は、光伝送路１の
Ｒ部の外側面で反射される。同様に液相４中を反
射しながら伝搬してきた光８も、光伝送路１の外
側及び内側Ｒ部で反射され伝搬していく。このと
き光伝送路１が半径Ｒで曲がつているために、伝
搬光の反射角度が変化する。このため反射角が
θa＜θ＜θlの範囲に変換されたものは新たに液相
放射モードとなり、液面レベル５の上昇に伴い、
透過光量が減少することになる。
この原理を応用して光伝送路１を大きな半径か
ら徐々に小さな半径となるように曲げることによ
り液面レベル５に応じて透過光量を減少させるこ
とが可能となり、この透過光量を計測することに
より液面レベル５を連続的に測定することができ
る。
ら徐々に小さな半径となるように曲げることによ
り液面レベル５に応じて透過光量を減少させるこ
とが可能となり、この透過光量を計測することに
より液面レベル５を連続的に測定することができ
る。
（実施例）
次に本発明による光伝送路を用いた光学式液面
レベルセンサの実施例を図面に従つて説明する。
レベルセンサの実施例を図面に従つて説明する。
第４図ａ，ｂは光フアイバ１３を円柱１４に巻
き付け、連続的に任意の曲率半径を持たせること
により形成した液面レベルセンサである。この液
面レベルセンサは図示していない発光ダイオード
などの光源からの光を光フアイバ１３の一端１１
より入射し、光フアイバ１３を透過した光を受光
するための例えばフオトトランジスタを光フアイ
バ１３の他端１２側に設けたものである。第４図
ａは光フアイバ１３の巻きピツチを一定にした液
面レベルセンサである。この液面レベルセンサの
出力は、第５図ａのような特性を有し、液面レベ
ルセンサの下部が、液相に浸つているときの光の
漏洩量が多く、液面レベルが上部に達するに従い
透過光量変化は少なくなる。そこで、第４図ｂに
示すように光フアイバの巻きピツチを始めは大き
くそして上になるに従つて徐々に小さくしていく
ことにより、液面が低い場合の光の急激な漏洩を
防ぎ、液面が高い場合の光の漏洩量を増加させ、
全体として第５図ｂのようなリニアな出力特性が
得られる。
き付け、連続的に任意の曲率半径を持たせること
により形成した液面レベルセンサである。この液
面レベルセンサは図示していない発光ダイオード
などの光源からの光を光フアイバ１３の一端１１
より入射し、光フアイバ１３を透過した光を受光
するための例えばフオトトランジスタを光フアイ
バ１３の他端１２側に設けたものである。第４図
ａは光フアイバ１３の巻きピツチを一定にした液
面レベルセンサである。この液面レベルセンサの
出力は、第５図ａのような特性を有し、液面レベ
ルセンサの下部が、液相に浸つているときの光の
漏洩量が多く、液面レベルが上部に達するに従い
透過光量変化は少なくなる。そこで、第４図ｂに
示すように光フアイバの巻きピツチを始めは大き
くそして上になるに従つて徐々に小さくしていく
ことにより、液面が低い場合の光の急激な漏洩を
防ぎ、液面が高い場合の光の漏洩量を増加させ、
全体として第５図ｂのようなリニアな出力特性が
得られる。
また、光フアイバ１３を巻く支柱の形状を第６
図に示すような上方になるに従つて徐々に曲率半
径が小さくなる形状の支柱１４ａ，１４ｂとする
ことによつてもリニアな出力特性が得られる。第
６図ａ及びｃは円錐状の支柱１４ａの平面図及び
正面図であり、第６図ｂ及びｄは四角柱状の支柱
１４ｂの平面図及び正面図である。
図に示すような上方になるに従つて徐々に曲率半
径が小さくなる形状の支柱１４ａ，１４ｂとする
ことによつてもリニアな出力特性が得られる。第
６図ａ及びｃは円錐状の支柱１４ａの平面図及び
正面図であり、第６図ｂ及びｄは四角柱状の支柱
１４ｂの平面図及び正面図である。
第６図ｂは四角柱のコーナーにＲを持たせ、そ
の曲率半径を上にいくに従い小さくしたものであ
る。この支柱に巻かれた光フアイバは直線部とＲ
部を持つことになる。このように直線部とＲ部を
組合せてセンサ部を構成することにより光の漏洩
量を制御しやすく、より広範囲の液面計測ができ
る。
の曲率半径を上にいくに従い小さくしたものであ
る。この支柱に巻かれた光フアイバは直線部とＲ
部を持つことになる。このように直線部とＲ部を
組合せてセンサ部を構成することにより光の漏洩
量を制御しやすく、より広範囲の液面計測ができ
る。
第７図は光フアイバ１３を蛇行状にくねらせ連
続的に任意の曲率半径を持たせた液面レベルセン
サであり、並列に並べた支柱１４に沿つて光フア
イバ１３を蛇行状にくねらせている。
続的に任意の曲率半径を持たせた液面レベルセン
サであり、並列に並べた支柱１４に沿つて光フア
イバ１３を蛇行状にくねらせている。
また、光フアイバとしてプラスチツクフアイバ
を用いる場合は、これを円柱１４に巻いて熱変形
させた後、支柱１４を取り除いてもよい。尚、支
柱１４は１本の棒でなく何本もの細い棒で構成し
てもよい。このことにより、光フアイバの液切れ
がよくなり、応答時間が短かくなる。しかし自動
車のガソリン液面レベル測定用としては、一般に
応答時間が遅い方が良いのでこの必要はない。
を用いる場合は、これを円柱１４に巻いて熱変形
させた後、支柱１４を取り除いてもよい。尚、支
柱１４は１本の棒でなく何本もの細い棒で構成し
てもよい。このことにより、光フアイバの液切れ
がよくなり、応答時間が短かくなる。しかし自動
車のガソリン液面レベル測定用としては、一般に
応答時間が遅い方が良いのでこの必要はない。
第８図は、光学的に透明な誘電体基板１０上
に、任意の曲率半径で曲げたリツジ形光伝送路９
を形成した液面レベルセンサである。発光ダイオ
ードなどの光源からの光をリツジ形光伝送路９の
一端１１より入射し、透過光を受光する例えばフ
オトトランジスタをリツジ形光伝送路９の他端側
１２に設けるものである。また、リツジ形光伝送
路９の曲率半径は、タンク底面で大きく、上にい
くに従つて徐々に小さくしていく。このことによ
り液面が低い位置での光の漏洩量を少なくし、液
面レベルに対してリニアな出力特性が得られる。
この光の漏洩量はリツジ形光伝送路９の曲率半
径，巾，屈折率及び被測定液体の屈折率によつて
決まる。
に、任意の曲率半径で曲げたリツジ形光伝送路９
を形成した液面レベルセンサである。発光ダイオ
ードなどの光源からの光をリツジ形光伝送路９の
一端１１より入射し、透過光を受光する例えばフ
オトトランジスタをリツジ形光伝送路９の他端側
１２に設けるものである。また、リツジ形光伝送
路９の曲率半径は、タンク底面で大きく、上にい
くに従つて徐々に小さくしていく。このことによ
り液面が低い位置での光の漏洩量を少なくし、液
面レベルに対してリニアな出力特性が得られる。
この光の漏洩量はリツジ形光伝送路９の曲率半
径，巾，屈折率及び被測定液体の屈折率によつて
決まる。
また第８図のリツジ形光伝送路９（屈折率nf）
に屈折率nc（nc＜nf）の光学的に透明な材質によ
りクラツド層を設けると、クラツド層の作用によ
り、光伝送路より大きな屈折率を持つ液相に対し
ても液面レベルの連続した変化を測定できる。
に屈折率nc（nc＜nf）の光学的に透明な材質によ
りクラツド層を設けると、クラツド層の作用によ
り、光伝送路より大きな屈折率を持つ液相に対し
ても液面レベルの連続した変化を測定できる。
（発明の効果）
以上のように本発明によれば、光フアイバの途
中部分を液面レベル変化範囲に配置したうえ、前
記光フアイバの一端部から入射された所定光量の
光が他端部において受光されたときの受光量に基
づいて液面のレベルを検出する光学式液面レベル
センサにおいて、前記光フアイバの途中部分を、
巻き中心軸方向が前記液面レベル変化方向に一致
するように複数回巻きの単層コイル状に形成した
うえ、液面が低い場合の光の漏洩を抑制する一
方、液面が高い場合の光の漏洩量を増加させるよ
うに前記コイル状部の巻きピツチ、あるいは巻き
直径を次第に変化させる構成にしたため、簡単な
構成で安価に前記液面レベルを直線的に検出する
ことができるという効果がある。
中部分を液面レベル変化範囲に配置したうえ、前
記光フアイバの一端部から入射された所定光量の
光が他端部において受光されたときの受光量に基
づいて液面のレベルを検出する光学式液面レベル
センサにおいて、前記光フアイバの途中部分を、
巻き中心軸方向が前記液面レベル変化方向に一致
するように複数回巻きの単層コイル状に形成した
うえ、液面が低い場合の光の漏洩を抑制する一
方、液面が高い場合の光の漏洩量を増加させるよ
うに前記コイル状部の巻きピツチ、あるいは巻き
直径を次第に変化させる構成にしたため、簡単な
構成で安価に前記液面レベルを直線的に検出する
ことができるという効果がある。
第１図は光伝送路の光の伝搬特性を示す原理説
明図、第２図は光伝送路の１部が液相と接してい
るときの光の伝搬特性を示す原理説明図、第３図
は半径Ｒで曲げた光伝送路の１部を液相に浸した
ときの光の伝搬特性を示す原理説明図である。以
下図面は実施例に係り、第４図ａは光フアイバを
円柱面にピツチ一定で巻いた液面レベルセンサの
外観図、第４図ｂは光フアイバを円柱面にピツチ
を徐々に変化させて巻いた液面レベルセンサの外
観図、第５図ａは第４図ａに示した液面レベルセ
ンサの出力特性図、第５図ｂは第４図ｂに示した
液面レベルセンサの出力特性図、第６図ａは液面
レベルセンサにリニアな出力特性を持たせるため
の円錐形支柱の平面図、第６図ｃは第６図ａの正
面図、第６図ｂは四角柱状支柱の平面図、第６図
ｄは第６図ｂの正面図である。第７図は光フアイ
バを蛇行状に形成した液面レベルセンサの外観
図、第８図ａは基板上に形成されたリツジ形光伝
送路を備えた液面レベルセンサの外観図、第８図
ｂは第８図ａのＡ−A′矢視断面図である。 ９…リツジ形光伝送路、１０…基板、１１…光
入射位置、１２…フオトトランジスタ取付位置、
１３…光フアイバ、１４…円柱、１４ａ…円錐形
支柱、１４ｂ…四角柱状支柱。
明図、第２図は光伝送路の１部が液相と接してい
るときの光の伝搬特性を示す原理説明図、第３図
は半径Ｒで曲げた光伝送路の１部を液相に浸した
ときの光の伝搬特性を示す原理説明図である。以
下図面は実施例に係り、第４図ａは光フアイバを
円柱面にピツチ一定で巻いた液面レベルセンサの
外観図、第４図ｂは光フアイバを円柱面にピツチ
を徐々に変化させて巻いた液面レベルセンサの外
観図、第５図ａは第４図ａに示した液面レベルセ
ンサの出力特性図、第５図ｂは第４図ｂに示した
液面レベルセンサの出力特性図、第６図ａは液面
レベルセンサにリニアな出力特性を持たせるため
の円錐形支柱の平面図、第６図ｃは第６図ａの正
面図、第６図ｂは四角柱状支柱の平面図、第６図
ｄは第６図ｂの正面図である。第７図は光フアイ
バを蛇行状に形成した液面レベルセンサの外観
図、第８図ａは基板上に形成されたリツジ形光伝
送路を備えた液面レベルセンサの外観図、第８図
ｂは第８図ａのＡ−A′矢視断面図である。 ９…リツジ形光伝送路、１０…基板、１１…光
入射位置、１２…フオトトランジスタ取付位置、
１３…光フアイバ、１４…円柱、１４ａ…円錐形
支柱、１４ｂ…四角柱状支柱。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光フアイバの一端から入射された所定光量の
光が気相と液相の屈折率差に応じて漏洩したあと
の受光光量に基づいて液面レベルを検出する光学
式液面レベルセンサにおいて、 前記受光光量が液面レベルの変化に対してリニ
アに変化するように巻きピツチを次第に変化させ
る形状に前記光フアイバを円柱状、もしくは円筒
状の巻芯に単層コイル状に巻いたことを特徴とす
る光学式液面レベルセンサ。 ２ 光フアイバの一端から入射された所定光量の
光が気相と液相の屈折率差に応じて漏洩したあと
の受光光量に基づいて液面レベルを検出する光学
式液面レベルセンサにおいて、 前記受光光量が液面レベルの変化に対してリニ
アに変化するように前記光フアイバを円錐状、も
しくは角錐状の巻芯に単層コイル状に巻いたこと
を特徴とする光学式液面レベルセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21106086A JPS6365321A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 光学式液面レベルセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21106086A JPS6365321A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 光学式液面レベルセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6365321A JPS6365321A (ja) | 1988-03-23 |
| JPH0367579B2 true JPH0367579B2 (ja) | 1991-10-23 |
Family
ID=16599732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21106086A Granted JPS6365321A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 光学式液面レベルセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6365321A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2294950B1 (es) * | 2006-09-28 | 2009-02-01 | Universidad De Cantabria | Sistema sensor de fibra optica para medida de nivel de liquido en tanques. |
| ES2339205B1 (es) * | 2008-02-13 | 2011-03-11 | Universidad Carlos Iii De Madrid | Sistema de medicion del nivel de combustible en ultraligeros. |
| CN105444839B (zh) * | 2015-11-18 | 2019-09-20 | 中北大学 | 基于光时域反射技术的塑料光纤液位传感器及测量方法 |
| GB2576773A (en) | 2018-08-31 | 2020-03-04 | Advanced Fibreoptic Eng Ltd | Fluid level sensing device and method |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5199049A (ja) * | 1975-02-10 | 1976-09-01 | Shiro Okamura | |
| JPS55134321A (en) * | 1979-04-06 | 1980-10-20 | Toshiba Corp | Liquid level detector |
| JPS55134322A (en) * | 1979-04-06 | 1980-10-20 | Toshiba Corp | Liquid level detector |
| SE7903175L (sv) * | 1979-04-10 | 1980-10-11 | Asea Ab | Fiberoptiskt metdon |
| DE3144541C2 (de) * | 1981-11-10 | 1984-05-24 | Wolfram 8501 Allersberg Henning | Stabähnliche Vorrichtung zum Erfassen des Niveaus von Flüssigkeiten in Behältern, Kanälen o. dgl. |
-
1986
- 1986-09-08 JP JP21106086A patent/JPS6365321A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6365321A (ja) | 1988-03-23 |
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