JPH0660937B2 - 液面高さ計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、予め定められている変調信号で変調される
測距光を用いて被検液面の高さを計測させる液面高さ計
測装置に関するものである。

（従来の技術） この種の液面高さ計測装置は、例えば第６図に示した様
な原油タンク１内の被検液面Ｓ（以下単に液面Ｓと略
称）の高さＨを測定するのに用いられている。

この第６図において、液面高さ計測装置は、予め定めら
れた変調信号で変調される測距光が発生させられる光波
測距部２と、測距光出入射用の対物光学手段３と、光波
測距部２からの測距光を対物光学手段３に伝送させる光
ファイバー４を備えている。そして、対物光学手段３
は、原油タンク１の上壁1a内にブラケット５を介して取
り付けられている。

この様な液面高さ計測装置においては、所定波長の測距
光を光波測距部２で発生させると、この測距光が光ファ
イバー４を介して対物光学手段３まで伝送されて此れか
ら液面Ｓに向けて照射される。この照射された測距光が
液面Ｓで反射して反射光となり、この反射光が対物光学
手段３及び光ファイバー４を介して光波測距部２に戻さ
れる。この光波測距部２は、測距光の変調信号に対する
前記反射光の時間遅れを演算して、液面Ｓの高さＨを表
示する。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述した対物光学手段３は、此れの対物レン
ズ（図示せず）の光軸が液面Ｓに対して垂直になる様
に、原油タンク１の上壁1aに取り付けられる。この取付
けは原油タンク１内に原油６が入っていない状態で行な
われる。この様な原油タンク１は内部に原油６が貯蔵さ
れると変形し、その変形量は原油６の貯蔵量によって変
化する。そして、この変形量は原油タンク１の大きさに
よっても異なる。しかも、原油ランプ１が小さい場合に
は、原油６の貯蔵による原油タンク１の変形量が小さい
ので、この変形により対物光学手段３が傾く様なことは
ない。

しかし、原油タンク１が大型化すると、原油タンク１の
側壁1bが内部に貯蔵される原油６によって第７図の如く
側方に大きく湾曲変形させられて、上壁1aが偏平化する
方向に比較的大きく変形させられる。しかも、この場合
には、対物光学手段３が第７図の如く大きく傾くことに
なる。この結果、測距光を対物光学手段３から液面Ｓに
向けて照射しても、液面Ｓからの反射光は対物光学手段
３側に向かわないため、この反射光を対物光学手段３の
対物レンズ（図示せず）で受光して、上述した液面Ｓの
高さＨの計測をすることができないものであった。

また、対物光学手段３と光伝送手段である光ファイバー
４を接続し、これらを原油タンク１内に支持させる場
合、光ファイバー４の配設状態や外部振動等によって
は、対物光学手段３の重心が光ファイバー４自体の重さ
によりズレることが考えられる。そして、この重心ズレ
が生じると、対物光学手段３が液面に対して正対せず、
すなわち、対物光学手段３の指向方向が液面Ｓに対して
垂直な（正常な）方向とならず、液面Ｓの高さＨの計測
が不可能となる虞れもある。

そこで、この発明は、対物光学手段の支持部が種々の条
件によって変形又は変位しても、対物光手段が、常時、
被検液面に正対する液面高さ計測装置を提供することを
目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため、この発明は、予め定められた
変調信号で変調される測距光が発生させられる光波測距
部を設け、測距光出入射用の対物光学手段を被検液面に
対向させて此れの上方の支持部に支持させると共に、前
記光波測距部で発生する測距光を光伝達手段を介して前
記対物光学手段に伝送させることにより、前記測距光を
対物光学手段から被検液面に対し照射して反射させ、該
反射光を前記対物光学手段及び光伝送手段を介して前記
光波測距部に案内させ、該光波測距部内で前記変調信号
と反射光との時間遅れを演算して、此れから前記被検液
面高さを知る様にした液面高さ計測装置において、前記
対物光学手段はジンバル機構を介して前記支持部に支持
され、前記光伝送手段の一部が前記ジンバル機構の回転
軸と同軸に設けられている液面高さ計測装置としたこと
を特徴とするものである。

（作用） この様な構成によれば、被検液面の上方の支持部が種々
の条件によって変形又は変位しても、支持部に支持され
る対物光学手段がジンバル機構を介して常に鉛直方向を
向くことになる。

（実施例） 以下、この発明を第１図〜第５図に基づいて説明する。

第１図〜第３図はこの発明の第１実施例を示したもので
ある。第３図において、７は原油タンク用のベース、８
はベース７上の設置された原油タンク、8aは原油タンク
８の上壁（支持部）、8bは原油タンク８の側壁、９は原
油タンク８に隣接する管理搭である。また、10は原油タ
ンク８内に貯蔵された原油、Ｓは原油10の被検液面（以
下単に液面と略称）、Ｈは液面Ｓの高さである。

原油タンク８内に貯蔵した原油10の液面Ｓの高さＨを測
定する液面高さ計測装置は、予め定められた変調信号で
変調される測距光を発生させる光波測距部11と、測距光
出入射用の対物光学手段12と、この光波測距部11と対物
光学手段12とを光学的に接続させる光伝送手段13を備え
ている。

光波測距部11は、第２図に示した様に測距光を発光させ
る発光ダイオード14と、反射光を受光させる受光ダイオ
ード15と、発光ダイオード14に変調信号を出力し且つ受
光ダイオード15からの出力信号が入力する演算処理制御
回路16と、この演算処理制御回路16からの出力が入力さ
れる表示器17を備えている。この演算処理回路16は、予
め定められた変調信号を発光ダイオード14に入力すると
共に、受光ダイオード15からの出力信号と上述の変調信
号とから反射光の変調信号に対する時間遅れ（位相差）
を演算する。そして、この演算された時間遅れが表示器
17に入力されて、表示器17が液面Ｓの高さＨを表示す
る。また、発光ダイオード14から出た測距光はプリズム
18とレンズ19を介してジョイント光学系20に案内され、
このジョイント光学系20からの反射光はレンズ19とプリ
ズム18を介して受光ダイオード15に入力される。

ジョイント光学系20は、レンズ19に対向するレンズ21と
プリズム22を備えている。また、光伝送手段13は、此の
ジョイント光学系20と一対の光ファイバー23,24から構
成され、光ファイバー23,24の各一端部23a,24aはプリズ
ム22の反射面22a,22bに夫々対向させられている。

対物光学手段12は、第１図、第２図に示した様に、鏡筒
25と、この鏡筒25の上部内に配設されたプリズム26と、
鏡筒25の下端開口部内に装着された対物レンズ27から構
成されている。この鏡筒25の上部には外周面の180°ず
れた部分から突出する支持筒部25a,25bが設けられてい
て、この各支持筒部25a,25bはプリズム26の反射面26a,2
6bに夫々対応させられていると共に同軸上に位置させら
れている。この様な対物光学手段12は、原油タンク８内
に配設されていると共に、原油タンク８の上壁8a側のブ
ラケット28にジンバル機構29を介して装着されている。

このジンバル機構29は、鏡筒25の上部外周に遊嵌された
インナーリング30と、此れの外周に遊嵌されたアウター
リング31を備えている。そして、インナーリング30に
は、180°ずれた位置で内方に突出する支持筒部30a,30b
と、此れから90°ずれた位置で外方に突出する支持筒部
30c,30dが一体に設けられている。また、アウターリン
グ31には180°ずれた位置で内方に突出する支持筒部31
a,31bが一体に設けられている。しかも、支持筒部30a,3
0bは鏡筒25の支持筒部25a,25b内にベアリング32,33を介
して回転自在に支持され、支持筒部30c,30dはアウター
リング31の支持筒部30a,31b内にベアリング34,35を介し
て回転自在に支持されている。なお、支持筒部30a,30b
同士および支持筒部30c,30d同士は夫々同軸上に設けら
れ、又、支持筒部31a,31b同士も同軸上に設けられてい
る。

そして、上述した光ファイバー23の他端部23b側は、ア
ウターリング31の支持筒部31a及びインナーリング30の
支持筒部30cに挿通され、インナーリング30の外周面に
沿わせられていると共に、インナーリング30の支持筒部
30aに挿通されている。これにより、光ファイバー23の
インナーリング30内方に向う部分23cは回転軸となる支
持筒部30aと同軸になり、光ファイバー23のアウターリ
ング31内方に向う部分23dは回転軸となる支持筒部30cと
同軸となる。しかも、光ファイバー23の他端部23b端面
はプリズム26の反射面26aに対応している。

また、光ファイバー24の他端部24b側は、アウターリン
グ31の支持筒部31b及びインナーリング30の支持筒部30d
に挿通され、インナーリング30の外周面に沿わせられて
いると共に、インナーリング30の支持筒部30b内に挿通
されている。これにより、光ファイバー24のインナーリ
ング30内方に向う部分24cは回転軸となる支持筒部30bと
同軸となり、光ファイバー24のアウターリング31内方に
向う部分24dは回転軸となる支持筒部30dと同軸となる。

次に、この様な構成の液面高さ計測装置の作用を説明す
る。

演算処理制約回路16からの変調信号により発光ダイオー
ド14を発光させると、この発光ダイオード14は測距光を
発光する。この測距光は、プリズム18、レンズ19,21、
プリズム22及び光ファイバー23を介して対物光学手段12
内に案内された後、光ファイバー23の他端23bからプリ
ズム26の反射面26aに向けて射出される。この射出され
る測距光は、反射面26a及び対物レンズ27を介して原油
タンク８内の液面Ｓに向けて照射され、液面Ｓで反射す
る。

この液面Ｓで反射した反射光は、対物レンズ27、プリズ
ム26の反射面26b、光ファイバー24、プリズム22、レン
ズ21,19及びプリズム18を介して受光ダイオード15に入
射させられる。これにより、受光ダイオード15から信号
が出力され、この出力信号は演算処理制御回路16に入力
される。そして、この演算処理制御回路16は、変調信号
と受光ダイオード15からの出力信号から反射光の変調信
号に対する時間遅れ演算し、此れを液面高さに変換し
て、表示器17に入力する。これにより、液面Ｓの高さＨ
が表示器17に表示される。

ところで、対物光学手段12を装着した原油タンク８が原
油10の重量、或は、他の原因により変形させられて、原
油タンク８の上壁8aが変形又は変位させられた場合、対
物光学手段12の重量によりジンバル機構29のインナーリ
ング30がベアリング34,35を介して支持筒部30c,30dを中
心に回動し、鏡筒25がベアリング32,33を介してインナ
ーリング30の支持筒部30a,30bを中心に回動する。これ
らの回動は相対的に行なわれる。これにより、対物光学
手段12の対物レンズ27が液面Ｓに対して常時、正対す
る。すなわち、対物レンズ27の光軸が液面Ｓに対して常
に直交させられる。この結果、対物レンズ27から出た光
は、液面Ｓで反射した後に対物レンズ27に確実に受光さ
れる。

以上説明した実施例では、支持筒部30a,30b,30c,30dを
支持筒部25a,25b,31a,31b内にベアリング32,33,34,35で
支持すると共に、光ファイバー23の他端部23b側を支持
筒部30a,25a及び30c,31aに跨って挿通し、光ファイバー
24の他端部24b側を支持筒部30b,25b及び30d,31dに跨っ
て挿通した構成としたが、必ずしもこの構成に限定され
るものではなく、例えば第５図、第６図に示した様に形
成しても良い。

この実施例では、鏡筒25の支持筒部25a,25b及びインナ
ーリング30の支持筒部30c,30dがテーパ状に形成されて
いる。また、インナーリング30の支持筒部30a,30bの先
端部にテーパ孔部30e,30fが形成され、アウターリング3
1の支持筒部31a,31bの先端部にテーパ孔部31c,31dが形
成されている。そして、支持筒部25a,25b,30c,30dの先
端部がテーパ孔部30e,30f,31c,31d内に回転自在に当接
させられている。

しかも、アウターリング31の外周面には、支持筒部31a,
31bと同軸の接続筒部31e,31fが設けられ、この接続筒部
31e,31fの外周には筒状コネクター36,37が螺合され、こ
の筒状コネクター36,37には光ファイバー23,24の他端部
23b,24bが挿入されている。そして、支持筒部30a,30cに
はインナーリング30の外周に沿わせた光ファイバー38の
両端部が嵌着され、支持筒部30b,30dにはインナーリン
グ30の外周に沿わせた光ファイバー39の両端部が嵌着さ
れている。

また、支持筒部25a,30aにはコリメータレンズ40,41が装
着され、支持筒部25b,30bにはコリメータレンズ42,43が
装着され、支持筒部30cと筒状コネクター36にはコリメ
ータレンズ44,45が装着され、支持筒部30dと筒状コネク
ター37にはコリメータレンズ46,47が装着されている。

なお、ジョイント光学系20、光ファイバー23、コリメー
タレンズ45,44、光ダイオード38、コリメータレンズ41,
40等から測距光案内光路が形成されており、又、コリメ
ータレンズ42,43、光ファイバー39、コリメータレンカ
ズ46,47、光ファイバー24及びジョイント光学系20等か
ら反射光案内光路が形成されていて、この測距光案内光
路と反射光案内光路とにより光伝送手段が構成されてい
る。この実施例でも、測距光案内光路の光軸の一部が回
転軸となる支持筒部25a,30c同軸となり、反射光案内光
路の光軸の一部が回転軸となる支持筒部25b,30dと同軸
となる。

このような構成においては、測距光が上述の測距光案内
光路を介して対物光学手段に案内され、この案内された
測距光がプリズム26の反射面26a及び対物レンズ27を介
して液面Ｓに照射される。そして、この照射により液面
Ｓから反射した反射光は対物レンズ27、プリズム236の
反射面26b、上述の反射光案内路を介して光波測距部に
戻される。また、ジンバル機構29も第１図、第２図に示
した実施例と同様に作用する。

この実施例では、ジンバル機構29のインナーリング30と
アウターリング31との結合部に光ファイバー23,24が跨
っていないので、ジンバル機構29を滑らかに作動させる
ことができると共に、対物光学手段12を液面Ｓに対して
確実に正対させることができる。

（発明の効果） この発明は、以上説明したように、予め定められた変調
信号で変調される測距光が発生させられる光波測距部を
設け、測距光出入射用の対物光学手段を被検液面に対向
させて此れの上方の支持部に支持させると共に、前記光
波測距部で発生する測距光を光伝達手段を介して前記対
物光学手段に伝送させることにより、前記測距光を対物
光学手段から被検液面に対し照射して反射させ、該反射
光を前記対物光学手段及び光伝送手段を介して前記光波
測距部に案内させ、該光波測距部内で前記変調信号と反
射光との時間遅れを演算して、此れから前記被検液面高
さを知る様にした液面高さ計測装置において、前記対物
光学手段はジンバル機構を介して前記支持部に支持さ
れ、前記光伝送手段の一部が前記ジンバル機構の回転軸
と同軸に設けられていることを特徴とする液面高さ計測
装置としたので、対物光学手段の支持部が種々の条件に
よって変形又は変位しても、ジンバル機構の作用により
対物光学手段の光軸を常時鉛直方向に自動的に向けて、
対物光学手段を、常時、被検液面に正対させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す液面高さ計測装置
の要部断面図、第２図は第１図のII−II線に沿う断面
図、第３図は第１図、第２図に示した液面高さ計測装置
の使用例を示す説明図、第４図はこの発明の他の実施例
を示す液面高さ計測装置の要部断面図、第５図は第４図
の一部を破断して示した平面図、第６図及び第７図は従
来の液面高さ計測装置の使用例を示す説明図である。 11…光波測距部、12…対物光学手段、 13…光伝送手段、27…対物レンズ、 29…ジンバル機構、30インナーリング、 31…アウターリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め定められた変調信号で変調される測距
   光が発生させられる光波測距部を設け、測距光出入射用
   の対物光学手段を被検液面に対向させて此れの上方の支
   持部に支持させると共に、前記光波測距部で発生する測
   距光を光伝達手段を介して前記対物光学手段に伝送させ
   ることにより、前記測距光を対物光学手段から被検液面
   に対し照射して反射させ、該反射光を前記対物光学手段
   及び光伝送手段を介して前記光波測距部に案内させ、該
   光波測距部内で前記変調信号と反射光との時間遅れを演
   算して、此れから前記被検液面高さを知る様にした液面
   高さ計測装置において、 前記対物光学手段はジンバル機構を介して前記支持部に
   支持され、前記光伝送手段の一部が前記ジンバル機構の
   回転軸と同軸に設けられていることを特徴とする液面高
   さ計測装置。