JPS5965221A - 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 - Google Patents

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】 本発明は貯ｉＷタンクあるいは容器中の異なった、Ｍ　
１１間の境界面の位置を測定するだめの方法と装置に関
する。

２つあるいはそ１１以上の異なっ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，！］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わは、高周波電磁波かタンク中の液
体レベルに指し向けら』］、そこでそＪｌらは液体表面
から反射さ」１る。液体の上方のカス中の伝搬時間かレ
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。

ざらに、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。

また、７つあるいはそｉ１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用ｈｔ泪か存在し
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Ｊｌな
い。

したがって本発明の目的は、正確で、安価であり、そし
て、液体の物理的性質の変化によって影響さｉｌない、
４オオ′１のレベル、あるいは、異なった材料間の境界
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１ｒｔを提供ずる
ことである。

したがって、本発明は、適切な範囲にわたって連た，′
？的に可変である、無線周波数丁により、電気的に光学
放射ビームを変調させること、該ビームを材料の表面に
伝達ざせること、該表面から反射さｉｌをビームを受信
すること、ビームが該表面へ移動した測定路中の変調と
、ビームが該表面に移動しない参１ｊＱ路中の変調との
位相一致を得るためＭ　＋ｉ’ｅ周波数を調整すること
、そして、この調整から、タンクあるいけ容器のレベル
に関する情報を誘導することの各段階よりなることを特
徴とする貯蔵タンクあるいは容器中の材料の表面レベル
を決定する方法を提供する。

本発明はさらに、適切な範囲にわたって連続的に可変で
ある、無線周波数ｆにより、電気的に光学放射ビームを
変調させる装置と、該ビームを材料の表面に伝達させる
装置と、該表面から反射さオ］たビームを受信する装置
と、ビームが該表面へ移動したｉｉＩｌｌ定路中の変調
と、ビームが該表面に移動しない参照路中の変調との位
相一致を得るために、該周波数を調整するための装置と
、そして、このＷ１′１整から、タンクあるいは容器中
のレベルに関する情報を誘導するための装置とよりなる
ことを特徴とする貯蔵タンクあるいは容器中の材Ｆ１の
表面レベルを決定する装置を提供する。

既に記載した如く、本発明は、連続的にｎｆ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ノｊ（ついて
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
、実施例によっ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／が、タンクの屋根（明瞭化のため図示
せず）に取付けらね、タンク中の〃支体表面（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ｔが取付けらねてい
る。受信器ｌは、たとえば、遅延ラインｊとして使用さ
ノ］る光ファイバーを経、かっ、九ファイバースイッチ
乙を釘で、反射さねた光を受取る、たとえば、ピン（Ｐ
ＩＮ　）ダイオードよりなっている。

レーザは、適切な範囲にわたって可変である、周波数ｆ
で、無線周波数発振位器により、電気的に変調ざノする
。光は液体表面へ伝達さオ９、液体表面から反射さＡ１
、反射さＪ］だ光は遅延ラインｊとして使用される光フ
ァイバー」二に収斂さ」］、そこから、反射光を代表す
る信号を得るため、ピンフォトダイオードケへ導かＪ］
る。

光ファイバースイッチ乙の手段により、フ、１　トダイ
オードはまたスイッチの第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」］らの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オ］る。フ
ォトダイオ−トゲの出力は、ｆ周波数に同調さＪ］た実
質的にスーパヘテロゲイン無線受信器ｇへもたらさｉ］
る。無＆ｊ受信器ｇは、当該技術においてよく知らＡ１
ているものであるため、詳細には示さねていない。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ュータシ
ステム１０（詳細には示していない）に接続さノ１てい
る位相フン・ξレータタヘ接続されている。発信器周波
数、受信器の同調、光フアイバースイッチの位置はすべ
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ュータシステム１０に、１ｍ　
ＩＩＪ　制？ａｌｌ　サわる。こ」１はたとえば次の如
くして実行さＪ］る：最初に１はその範囲の最大値に設
定さλ］、ついで、プログラム制御のもとに減少さね、
光フアイバースイッチのいずＡ１の位置にス・１しても
受取った信号の位相が同しである最高周波数（ｆｌ）を
求める。

一度ｆ、妙・４１１ｊ定されると、同り工程が繰り返さ
ねて、同し条件が保プζＡ］る第！の最高周波数ｆ２が
決定される。「ｌとｆ２の両者において、光ファイパー
ス・ｒノチに到達する尤の変調は、両光学紅路に対して
同しである。

−ｅを送受信器ユニットから液体表面までの距離とし、
石。を二経路間のファイバー長さの差とファイバーの屈
）Ｊ？率の積とする。共通のファイバー長さと、フォト
ダイ副−ドの一定１＋ｊｉ答時間と、そして受ｆ１−；
器の一定イｉシ域幅に関連する電気的遅れとにより、両
紅路中に追加の位相遅わが導入さ」１・る。

そ」コらの合泪の大きさをφ（ｆ）とする。ここで〔〕
は関数依（ｆを示す。極めて安定している右とけ違つて
、φ（ｆ）は湿度および供給電圧の変化に敏感である。

周波数ｆｌにおいて、同一位相は下記を必要とする：”
は（，２−ｅ　＋　−ｅｏ　）＋φ（ｆｔ）−２ｎπ＋
φ〔ｆ１〕（１）にでＣは光速度で、ｎは正の整数であ
る。

同様に、ｆ２において： ”　’　２（，２−ｅ　−ｔ−４）＋φ（ｆ２）−，２
（ｎ−１）π十φ（ｆ２）−（ｚ）（１）および（２）
からｎを決定することができる：ずなわも、ｆｌ　　　
　　　　　　　・・・（３）１−ｆ２ そして丁度の整数値に丸めら、＋する。すると、タンク
レベルは下記から決定することができる。

１＝＋（ニー為） ｆｌ 測定順序および引続く４算は毎秒数回マイクロプロ七ツ
サーにより繰り返さλ］る。

周波数ｆｌとｆ２け必らずしも最高周波数ではないけね
ども、一般により高い周波数はよりよい柘度を与えるこ
とが理解されよう。

しかしながら、与えらオ′また液体レベルに対しては、
周波数で等分に分離さｉまた、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。レベルはこの絹の如何
なる２つの隣接する周波数、あるいは、中間の数か知ら
」１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泪３１１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１１とｆ２の選択は、領域としては
最もよい選択ではあるか、使用できるシステムとしての
唯一の用能な選択でにない。かくして、本発明は最高周
波数の選択に制限さ」するものではないことが明らかと
なろう。

木目的のために適切である如何なる光源および変調も使
用キ、！］るであろうことか理解ざλ）よう。

また木目的のために適９Ｊである如何なる周波数範囲も
使用さ１＋ることか理解さねよう。

一般にはスペクトルのＶ、Ｈ，Ｆ、領域が使用される。

本発明のイＪ利な実施例においては、約ｇ！；−２００
へ旧７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１での最大許容距離は光学系のＳＮ比によって
決めらねる。

」１記の説明および添付図面から、当該技術に径小する
ものにとっては、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。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の原理を示す系統図である。 ／・・光学発信器、２，３・・・レンズ、グ・・・受信
器、Ｓ・・・遅延ライン、乙・・・光フアイバースイッ
チ、７・・・無線周波数発振器、ｇ・・・ヘテロゲイン
無線受信？５．９・・位相コンパレータ、１０・・マイ
クロコンピュータシステム。 代理人の氏名　　川原１）−Ｄｊ、ｉ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｔｒｉ’蔵タンクあるいけ容器中の材料の表面レ
   ベルを決定する方法において、適切な範囲にわたって連
   続的に可変である、無線周波数ｆにより、？ｌＬ気的に
   光学放射ビームを変調させること、該ビームを拐利の表
   面に伝達させること、該表面から反射さλまたビームを
   受信すること、ビームが該表面へ移動した測定路中の変
   調と、ビームが該表面に移動しない参照路中の変調との
   位相一致を得るために該周波数を調整すること、そして
   、この調整から、タンクあるいは容器のレベルに関する
   情報を誘導することの各段階よりなることを特徴とする
   前記１１’　＋１１Ｍタンクあるいは容器中の月利の表
   面レベルを決定する方法。
2. （２）　　周波数「を最初にその範囲の最高値に設定す
   る段階、ついてそ」］を減少させて、測定路に沿う受信
   ４号の位相と、参照路の位相か同し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
   むことよりなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。
3. （３）光学放射ビームがレーザビームであることを特徴
   とす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. （４）　　周波’ｆｌｔをマイクロコンピュータシステ
   ムにより制御する段階を含むことよりなることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項あるいけ第３項のいずれか１
   つに記載の方法。
5. （５）　　貯蔵タンクあるいは容器中の材料の表面レベ
   ルを決定する装置において、適切な範囲にわたって連続
   的に可変である、無線周波数ｆにより、電気的に光学放
   射ビームを変調させる装置と、該ビームを材料の表面に
   伝達させる装置と、診表面から反射されたビームを受信
   する装置と、ビームが該表面へ移動した測定路中の変調
   と、ビームが該表面に移動しない参照路中の変調との位
   相一致を得るために、該周波数を調整するだめの装置と
   、そして、この調整から、タンクあるいは容器のレベル
   に関する情報を誘導するだめの装置とよりなることを特
   徴とする前記貯蔵タンクあるいけ容器中の利ｆ゛１の表
   面レベルを決定する装置。
6. （６）周波数ｆを最初にその範囲の最高値に設定する装
   置？ｌと、受信々号の位相か、伝達装置および受信装置
   間でスイッチ装置のいず」１の位置に対しても回しある
   最高周波数を求めるために、周波数を減少σせる装置と
   、そして、同じ条件が保たれる第２の最高周波数ｆ２を
   決定するための装置を含むことよりなることを９．テ徴
   とする特許請求の範囲第５項に記４曳の装置。
7. （７）　　光フアイバースイッチを備えていることを１
   、テ徴とするＱ’４ｒ　ｒ１’ｌ°晶求の範囲第５項あ
   るいけ第乙項のいずわか１つに記載の装置。
8. （８）　　ｇ３−２００　ＭＩ１２可変周波数発振器を
   備えていることを特徴とする特許 瑣のいずわか７つに記載の装置。