JPH08320248A

JPH08320248A - 瓶等の容器内の液体の通過検出方法及びその通過検出器

Info

Publication number: JPH08320248A
Application number: JP7151193A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sakurai; 井俊夫桜
Original assignee: MIYATA KEIMEI; SEMU NETWORK KK
Current assignee: MIYATA KEIMEI; SEMU NETWORK KK
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、操作の簡便と、瓶等の容器
の形状、材質に影響されない広い範囲の瓶等の容器と輸
液等の液体をカバーして効果的に液体の通過を検出する
ことができ、残量警報器の使い勝手を向上せしめた瓶等
の容器内の液体の通過検出方法及びその通過検出器を提
供することにある。【構成】本発明に係る瓶等の容器内の液体の通過検出
方法は、光の反射可能な容器を使用して該容器内の液体
の通過を検出する方法において、該容器の光の反射量が
液の有る箇所の光の反射量と液の無い箇所の光の反射量
をそれぞれ光反射出力信号として検出し、該光反射出力
信号を比較して液面が通過したことを検知する方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は病院での手術時に使用す
る瓶入りの輸液の残量を検出したり、各種実験等におけ
る容器内の液体の残量を効果的に検出する瓶等の容器内
の液体の通過検出方法及びその通過検出器に関する。一
般に、病院での手術時には瓶入りの輸液を使用する。こ
の輸液が手術中に途切れることは避けなければならな
い。輸液の残量警報器を使用することは手術時に輸液瓶
内の輸液残量が少なくなった場合に警報を出し、確実に
輸液瓶を交換する手段として有効である。残量警報器を
使用することで輸液切れを未然に防止することができ、
手術関係者の注意力を患者の手術に集中することができ
る。本発明は液面の通過検出器を残量警報器に応用し、
広い使用範囲と使い易さを目指したもので、瓶の材質は
ガラス、ポリチレン等の合成樹脂で、半透明、透明を問
わず容器の表面で光を反射するものであればよく、また
瓶の断面形状が円形、楕円形等その形状を問わず、また
これらの形状、材質に合わせてセンサの形状を変えるこ
となく、また感度調整をする必要が無く、使用方法が簡
便で容易に瓶にセットでき各種産業分野に広く利用でき
るようにしたものである。本発明では透明な液体が使用
が可能であるから、当然のこととして原理的にも不透明
な液体での使用も可能であり幅広い液体に使用ができ
る。残量の検知位置はセンサの取付位置で決まり一目で
残量位置の確認ができることは使用上非常に便利なこと
は明らかである。

【０００２】

【従来の技術】現在用いられる残量警報器として重量を
量る方式は一定量の輸液残量の瓶の重さを予め設定する
必要がある。この設定は瓶の大きさで異なり瓶ごとにセ
ットするため瓶が限定されていたり、セット操作が煩雑
になり機器の操作知識を必要とする。また瓶が変わった
ことを忘れた場合その設定は誤ったものになり、正常に
残量検知を行わずトラブルの元になる。光の透過量で検
知する方法では透明液体の有無での光の透過量の差は小
さく、予備試験でセンサの感度を調整する必要がある。
また、光の受光部と発光部があり瓶の対向面にそれぞれ
をセットする必要があり、これは瓶の形状が異なればそ
れに合わせた取付具を必要とし使用の簡便さを備えてい
ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
みてなされたもので、操作の簡便と、瓶等の容器の形
状、材質に影響されない広い範囲の瓶等の容器と輸液等
の液体をカバーして効果的に液体の通過を検出すること
ができ、残量警報器の使い勝手を向上せしめた瓶等の容
器内の液体の通過検出方法及びその通過検出器を提供す
ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】瓶等の容器の形状に左右
されないために検出器を瓶等の容器の表面に取り付ける
必要がある。この条件に光反射センサが適しているが、
光反射センサでの反射光量は瓶等の容器の材質、半透
明、透明等の条件で異なる。これを排除すため上下方向
に隣接した２個の光反射センサを用い、液の有る箇所と
無い箇所の比較をすることで上記課題を解決した。該２
個の光反射センサの出力信号の比較した信号を得るため
に該２個の光反射センサを差動増幅器で増幅することで
該２個の光反射センサの出力を比較することができる。
この方法は液面が２個の光反射センサの内１個目を通過
することで液の残量を検知するため通過の検知は一過性
であるので、通過したことを記憶する回路を用意すれば
警報を連続で発することができる。

【０００５】瓶等の容器に液が満たされている場合は２
個の光反射センサの出力差をとるならば、該出力差は瓶
等の容器の材質、透明、半透明に関係なくゼロになる。
ここで瓶等の容器内の液面が下がり、２個の光反射型セ
ンサの間に液面があると上側の光反射センサには液が存
在せず、下側の光反射センサは液が存在するため光の反
射量は上と下では異なることになり、各光反射センサ出
力間に出力差が現れる。すなわち液面がこの位置に達す
ると出力差が現れることになり、この出力差で警報を鳴
らし手術等の作業をしているメンバーに警報を出す。

【０００６】通過検出器は上下方向に隣接した２個の光
反射センサを取り付け、信号の差分を増幅する差動増幅
器や出力差の大きさを判断する電圧比較回路、ブザー、
電池を全て内蔵するか、一部を別ケースに収容するなど
して構成する。２個の光反射センサを収容したユニット
の瓶等の容器への取付は幅広い瓶等の容器の形状に対処
するために、２個の光反射センサを収容したユニットの
左右にバネ弾性のある帯板を設け、その帯板の両端にそ
れぞれベルベットファスナ−を取付る。瓶等の容器に接
する面には薄いゴムを張り２個の光反射センサを収容し
たユニットが滑らないようにすると共に光反射センサと
容器表面の狭い間隔を安定に保つ。ベルベットファスナ
−は接続が簡便であり使用するが、必ずしもこれに限定
されるものではなく、接続が簡便で瓶等の容器の側面で
の摩擦が少ないもので有ればどのようなバンドでもよ
い。

【０００７】上下方向に２個の光反射型センサを収容し
たユニットは左右のベルベットファスナ−を瓶等の容器
に巻き付け、これをを繋ぐ形で瓶等の容器の側面に固定
されるが、この時左右に突き出した帯板が板バネの役割
をする。これにより上下方向に２個の光反射センサを収
容したユニットはしっかりと瓶等の容器に固定される。
以上のように幅広い瓶等の容器での液の一定残量検出器
が可能になる。

【０００８】

【作用】一般的に透明、半透明の瓶等の光を反射する容
器において透明液体等の有無での光の反射量は異なるこ
とは知られている。瓶等の容器の表面に当てた光は瓶等
の容器の表面で反射する光量、これを第１反射量とす
る。さらに光は瓶等の容器の板厚分を通り瓶等の容器内
壁より瓶等の容器の内部へ光が抜ける。ここで反射して
瓶等の容器の外へ戻る光の反射、これを第２反射量とす
る。瓶等の容器の外へ戻ってくる光の量はこの両者の和
になっていると考えられる。もし瓶等の容器の内部が液
体で満たされていれば瓶等の容器内壁と液体とは屈折率
が近いので、光伝達ルート上に境界面が存在しないと考
えられ反射が起こらず、光は全量が瓶等の容器の内部へ
抜けて行き第２反射量は無いことになる。現実は屈折率
が全く同じではないので第２反射量ゼロとはならないが
ほぼ等しいので、第２反射量に液の有る無しの差が現れ
る。その反射の様子を図１に示す。

【０００９】透明液体等の有無で光の反射量は異なり、
反射量の変化で透明液体等の有無は検知できるが、瓶等
の容器の材質が変わればその差が変化量にプラスされ無
調整で使用することはできない。発光部と受光部を持つ
光反射センサの出力を材質に左右されずにデジタル的に
判断できるようにする必要がある。

【００１０】これを解決するために本発明では液体が有
るときにセンサ信号出力が無し、液面が通過するときに
センサ信号出力が有りとしてデジタル化を考えた。発光
部と受光部が一体となった小型の光反射センサは半導体
素子として容易に入手できるので、デジタル化のために
液面の移動軸に沿って容器の外側表面の上下方向に２個
の光反射センサを配置した。それを図２に示す。瓶等の
容器に液体が満たされていれば上下方向に設置した２個
の光反射センサは同一条件に置かれているため個々の出
力は同じである。ここで上側の光反射センサ出力から下
側光反射センサ出力の差をとるために差動増幅回路を通
すことで、２個の光反射センサからの出力をゼロにする
ことができる。２個の光反射センサは同条件に置かれて
いるので瓶等の容器の材質や透明または半透明等には関
係がないことになる。

【００１１】ここで瓶等の容器内の液面が下がり、２個
の光反射センサの間に液面があると上側の光反射センサ
には液が存在しない場合についは、前記したように反射
される光量は下側の光反射センサより多くなり、上側の
光反射センサの信号出力は下側より大きくなる。前記の
ように両者の出力信号の差をとるので差分信号が現れ
る。ここでの差分信号の大小は瓶等の容器がガラスか、
ポリエチレン等の合成樹脂か、透明、半透明等で異なる
が、実験的には最小と最大ケースでの比は１：３程度で
あり、２個の光反射センサの出力信号を適正な増幅度を
持つ差動増幅器を用いて増幅した後、基準電圧と比較す
ることで差分信号の有りに置き換えることができる。

【００１２】以上のように液面が通過するときは信号が
あるので「１」とすれば、液面が上にあり、通過以前は
信号が無いので「０」としてデジタル化することができ
る。このデジタル化の過程で前記したように瓶等の容器
の材質、透明、半透明等の差を排除することになり当初
の目的を達することになる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図３は本発明による液面通過のセンサユニット１を
瓶等の容器２に取り付けて残量警報器３を構成した例で
ある。センサユニット１は短冊型のバネ弾性を有する帯
板４の中央に配置され、短冊形の帯板４の両端にはバン
ド５が取り付けられている。バンド５を締めてセンサユ
ニット１を瓶等の容器２に取り付けることで該帯板４は
バネの役割をし、上下に光反射センサ６、６を納めたセ
ンサユニット１は滑らずに、かつ該ユニット１は上下均
等な位置で瓶等の容器２に固定される。

【００１４】該センサユニット１は瓶等の容器２へ接す
る面から見ると図４に示すように光反射センサ６を中心
上に上下に２個配置されている。中央には瓶等の容器２
との接触を安定に保つために光反射センサ６、６の部分
をカットした帯板４幅相当で矩形のゴムシート７を張っ
てある。このゴムシート７の厚さは光反射センサ６と瓶
等の容器２の表面との空間距離を一定に保つ役割も果た
している。

【００１５】光反射センサ６は発光部６ａとして発光ダ
イオードと受光部６ｂとしてフォトダイオード、または
フォトトランジスターが一体となった半導体素子であ
る。この素子はプリンタなどの紙の検出等に使われる素
子であり安価で広く用いられている。本素子を１ｍｍ程
度の間隔で白紙の検出に使用する場合はＬＥＤの点灯は
直流点灯で十分であるが、本発明では透明体等での反射
であり瓶等の容器のガラス厚も含んでの反射であるた
め、反射量は前例に比較して少ない。また、室内での明
かりは瓶等の容器が透明等であり、その明かりが光反射
センサ６に外乱光として入光するのでＬＥＤの光と区別
をする必要がある。本発明では外乱光が有る条件で一般
的に使用される光変調方式をとる。変調方式はＬＥＤを
変調周波数で点滅させ、受信部が検知した点滅する反射
光の信号を増幅整流することで外乱光を排除する方式で
ある。

【００１６】回路の構成は図５のブロックダイアグラム
で説明する。光反射センサ６を上側と下側の２個使用す
る。該センサのＬＥＤは変調用のスイッチングトランジ
スターで点滅される。そのスイッチングは発信器で作ら
れた矩形波で行われ、周波数は１ＫＨｚ程度である。２
個を同時に光源であるＬＥＤをスイッチングするので反
射光は発信器と同じ周波数でフォトトランジスターに検
出される。フォトトランジスターには抵抗とポテンショ
メータが接続される。この抵抗はフォトトランジスター
に入る反射光に比例した電流を電圧に変換する役目であ
る。ここでポテンショメータの役割は２個の光反射セン
サの特性のばらつきとを調整し、該光反射センサが共に
液の位置に有るときに両光反射センサ出力が等しくなる
ように調整する。

【００１７】上下方向に設置した２個の光反射センサ６
の出力は交流差動増幅器８で増幅する。交流差動増幅器
８はスイッチングされ交流となった反射光の信号を増幅
すると共に、上下２個の光反射センサ出力信号の差分を
増幅する。交流差動増幅器出力＝Ｖｕｐ−ＶｄｏｗｎここにＶｕｐ上側光反射センサの出力Ｖｄｏｗｎ下側光反射センサの出力である。両光反射センサが共に液に位置に有れば交流差
動増幅器出力はゼロである。これは液が規定量以上在る
場合である。瓶等の容器の液が減少し、液面が上下の光
反射センサ６、６の間に在れば、上側の光反射センサ６
の位置では液が無く反射される光量は下側より多くな
る。交流差動増幅器の出力はΔＶが現れる。

【００１８】差動交流増幅器８の出力は外乱ノイズも含
まれるので同期整流と低域濾波器を通して液面に関する
信号にする。同期整流はＬＥＤを点滅させた周波数成分
のみを分離して取り出し、低域濾波器はＬＥＤ点滅周波
数成分とノイズを除く役割をはたすので、これらを通す
ことで液面に関する信号が得られることになる。図５で
のポイント１（Ｐ１）での平滑化された信号と液面との
関係を示すのが図６のグラフである。さらに基準電圧を
設けて液面信号と比較し、基準電圧より大きければ液面
が上下の光反射センサ６、６の中間点にいるとする。こ
の比較器９の出力Ｐ２は図７のグラフに示す。

【００１９】通過信号の立ち上がりでフリップフロップ
をセットし、通過したことを記録する。フリップフロッ
プの出力でブザーを鳴らすことで残量警報器を構成する
ことができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記のようにセンサを瓶等の容
器に取り付け、該瓶等の容器の残量を検知する方法をい
かに簡単に行うかを追求しそれを完成させたものであ
る。操作が簡単であり瓶等の容器の形状を問わずにセン
サをセットできることは残量警報器の普及に役立つこと
になる。また容器への光反射センサの取り付けは、上下
方向に２個の光反射センサを収容したユニットの左右に
バネ弾性を有する帯板を設け、該帯板の両側にベルベッ
トファスナ−等の接続容易なバンドを設け、該ユニット
を容器所定位置にセットした状態で前記バンドを使用し
て容器に巻き付け、前記帯板をバネ弾性を利用して該ユ
ニットに納められた２個の光反射センサを瓶の表面に同
等に固定することができるので、どのような形状の容器
に対しても確実に、かつ安定した状態で取り付けがで
き、液体の通過検出が確実になされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】瓶等の容器での光反射センサの位置と液による
光の反射量を示す説明図である。

【図２】瓶等の容器表面での反射光の振る舞いを示す概
略説明図で、図１（ａ）は液がある場合を示し、図１
（ｂ）は液が無い場合を示す。

【図３】センサの瓶等の容器への取り付け状態を示す斜
視図である。

【図４】上下方向に２個の光反射センサを実装したユニ
ットを示す斜視図である。

【図５】残量警報器ブロックダイアグラムである。

【図６】２個の光反射センサで得られる液面信号を示す
グラフである。

【図７】基準電圧と比較して取り出した液面通過信号を
示すグラフである。

【符号の説明】

１センサユニット２容器３残量警報器４帯板５バンド６光反射センサ７ゴムシ−ト８交流差動増幅器９比較器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の反射可能な容器を使用して該容器内
の液体の通過を検出する方法において、該容器の光の反
射量が液の有る箇所の光の反射量と液の無い箇所の光の
反射量をそれぞれ光反射出力信号として検出し、該光反
射出力信号を比較して液面が通過したことを検知するこ
とを特徴とする瓶等の容器内の液体の通過検出方法。
【請求項２】光の反射可能な容器を使用して該容器内
の液体の通過検出において、該容器の光の反射量が液の
有る箇所の光の反射量と液の無い箇所の光の反射量をそ
れぞれ検出する光反射センサを容器外表面の上下方向近
傍２箇所に設置し、該２箇所からの光反射センサ出力信
号を比較して液面が通過したことを検知する手段を設け
たことを特徴とする瓶等の容器内の液体の通過検出器。
【請求項３】上記光反射センサ出力信号を比較して液
面が通過したことを検知する手段には、比較器で反射光
量差信号が現れた時以後、継続して警報を発する記憶回
路を備えた液体残量警報器を設けたことを特徴とする請
求項２記載の瓶等の容器内の液体の通過検出器。
【請求項４】瓶等の容器の光の反射量を測定するため
に容器表面より極狭い空間を保った上下方向２箇所に光
反射センサを設置し、該２箇所の光反射センサに共に液
が有るときの反射光量を基準値として用いる比較器を設
けたことを特徴とする請求項２又は３記載の瓶等の容器
内の液体の通過検出器。
【請求項５】瓶等の容器の光の反射量を測定するため
に容器表面より極狭い空間を保った上下方向２箇所に光
反射センサを設置し、該２箇所の光反射センサの一方に
は液があり、他方に無いときの反射光量差信号が現れた
とき、該上下方向２箇所の光反射センサの中間に液面が
有るとして、液面が通過していることを検知する検出器
を設けたことを特徴とする請求項２、３又は４記載の瓶
等の容器内の液体の通過検出器。
【請求項６】上下方向に２個の光反射センサを収容し
たユニットの左右にバネ弾性を有する帯板を設け、該帯
板の両側にベルベットファスナ−等の接続容易なバンド
を設け、該ユニットを容器所定位置にセットした状態で
前記バンドを使用して容器に巻き付け、前記帯板をバネ
弾性を利用して該ユニットに納められた２個の光反射セ
ンサを瓶の表面に同等に固定したことを特徴とする瓶等
の容器内の液体の通過検出器。