(57)【要約】【課題】設置に際して制限の少ない振動センサを提供する。【解決手段】種類の異なる第一流体４１及び第二流体４２を密閉する容器４０に、流体界面４３に向けて投光する投光用光ファイバ２０と、その光を受光する受光用光ファイバ３０とを設置して、センサヘッド部５０とする。振動により流体界面４３が揺動すると受光用光ファイバ３０の受光量が変化するので、本体部１０が受光量の変化に基づいて振動を検知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二種類の異なる流体を密閉する容器と、
前記容器内の流体界面に向けて光を投光する投光用光ファイバと、
前記投光用光ファイバが前記流体界面に向けて投光した光を受光する受光用光ファイバと、
前記受光用光ファイバが受光した光量の変化に基づいて振動を検知する振動検知部とを備え、
前記容器の壁面のうち、前記投光用光ファイバの投光側の先端部及び前記受光用光ファイバの受光側の先端部に対面する壁面が透光性部材で形成されることを特徴とする振動センサ。
【請求項２】
投光用光ファイバの投光側の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部が、流体界面の同じ側に向けて設置されることを特徴とする請求項１記載の振動センサ。
【請求項３】
投光用光ファイバと受光用光ファイバを一体に束ねて形成したバンドルファイバを用いることを特徴とする請求項２記載の振動センサ。
【請求項４】
投光用光ファイバの投光側の先端部が流体界面の一方側に向けて設置され、受光用光ファイバの受光用の先端部が前記流体界面の他方側に向けて設置されることを特徴とする請求項１記載の振動センサ。
【請求項５】
投光用光ファイバの投光側の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部が、流体界面と同じ高さに、当該流体界面に向けて設置されることを特徴とする請求項１記載の振動センサ。
【請求項６】
投光用光ファイバの投光側の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部のうち少なくとも一方に、レンズが装着されることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の振動センサ。
【請求項７】
投光用光ファイバの投光側の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部のうち少なくとも一方に、プリズムが装着されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の振動センサ。
【請求項８】
投光用光ファイバの投光側の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部のうち少なくとも一方に、反射鏡が装着されることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の振動センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光電センサを用いて流体表面の揺動を測定することにより振動を検知する振動センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液面状態の変動を利用した振動センサとして、例えば特許文献１には、底部に光を反射する液体が入った逆円錐形状の容器と、該液体の上方に容器内を照射する光源と、光源が発する光のうち液体表面からの反射光を受光してその光量を電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子の出力信号が所定値よりも大きいとき出力を発する信号処理部とを設ける構成が記載されている。このような従来の振動センサは、エレベータ等の特定箇所に据え置いて設置され、液体が振動により揺動を起こすとこの液体表面からの反射光の変化を検出して、振動が発生したことを検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平６−７６８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の振動センサは以上のように構成されているので、センサ本体に光源、光電変換素子及び信号処理部といった電気回路を内蔵することによってセンサ本体が大きくなり、設置スペースが制約されてしまった。また、電気回路が発火点になり得るために可燃性ガスを含む環境下では使えず、防爆構造が必要となる等、設置環境も制約されていた。さらに、光源と光電変換素子が液体容器内に固定されているため、設置方向も制約されていた。このように、従来の振動センサは設置に際して制約が多いという課題があった。
また、電気回路をセンサ本体に内蔵することにより、ノイズの影響を受けやすいという課題もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、設置に際して制限の少ない振動センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明に係る振動センサは、二種類の異なる流体を密閉する容器と、容器内の流体界面に向けて光を投光する投光用光ファイバと、投光用光ファイバが流体界面に向けて投光した光を受光する受光用光ファイバと、受光用光ファイバが受光した光量の変化に基づいて振動を検知する振動検知部とを備え、容器の壁面のうち、投光用光ファイバの投光側の先端部及び受光用光ファイバの受光側の先端部に対面する壁面が透光性部材で形成されるようにしたものである。
【０００７】
請求項２の発明に係る振動センサは、投光用光ファイバの投光側の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部が、流体界面の同じ側に向けて設置されるようにしたものである。
【０００８】
請求項３の発明に係る振動センサは、投光用光ファイバと受光用光ファイバを一体に束ねて形成したバンドルファイバを用いるようにしたものである。
【０００９】
請求項４の発明に係る振動センサは、投光用光ファイバの投光側の先端部が流体界面の一方側に向けて設置され、受光用光ファイバの受光用の先端部が流体界面の他方側に向けて設置されるようにしたものである。
【００１０】
請求項５の発明に係る振動センサは、投光用光ファイバの投光側の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部が、流体界面と同じ高さに、当該流体界面に向けて設置されるようにしたものである。
【００１１】
請求項６乃至請求項８に係る振動センサは、投光用光ファイバの投光側の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部のうち少なくとも一方に、レンズ／プリズム／反射鏡が装着されるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１から請求項８の発明によれば、二種類の異なる流体を密閉する容器に、投光用光ファイバの投光用の先端部と受光用光ファイバの受光用の先端部を取り付け、容器と振動検知部とを光ファイバで接続するようにしたので、容器側は電気回路を含まず小さく構成できるようになり、設置に際して制限の少ない振動センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る振動センサの構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す本体部１０の内部構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る振動センサのうち、センサヘッド部５０を抜粋した模式図である。
【図４】図３に示すセンサヘッド部５０の設置方向を９０度回転した設置例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る振動センサの構成を示す模式図である。図１に示す振動センサは、本体部１０と、投光用光ファイバ２０と、受光用光ファイバ３０と、センサヘッド部５０とから構成される。なお、図において各部材間の縮尺は理解の容易のため実際とは異なる場合がある。
【００１５】
図２は、本体部１０の内部構成を示すブロック図であり、本体部１０は電源線１１によって外部から電源供給を受ける。この本体部１０は、投光用光ファイバ２０に光を供給する光源を有する投光部１２と、受光用光ファイバ３０からの光を受光して、受光量に応じた電気信号に変換する光電変換素子を有する受光部１３と、受光部１３が出力する電気信号に基づいて振動を検知する振動検知部１４とを備える。振動検知部１４の処理は後述する。
【００１６】
投光用光ファイバ２０は、センサヘッド部５０側の先端にファイバヘッド２１を備え、投光部１２が供給する光をファイバヘッド２１へ導光する。他方、受光用光ファイバ３０は、センサヘッド部５０側の先端にファイバヘッド３１を備え、ファイバヘッド３１で受光した光を受光部１３へ導光する。
【００１７】
容器４０には、第一流体４１及び第二流体４２を入れた状態で、これら流体が容器４０から流れ出ることの無いよう封止する。第一流体４１及び第二流体４２は少なくとも、容器４０を所定時間静置したときに互いに分離して界面を形成する流体である必要がある。また、種類が異なり、かつ相互に混ざらないものであることが好ましい。このような性質を有する限り第一流体４１、第二流体４２にはどのような流体を用いてもよいが、更に好ましくは第一流体４１と第二流体４２との相対屈折率が高い流体を用いる。ここでは説明の便宜上、２種類の流体のうち比重が小さい方を第一流体４１、比重が大きい方を第二流体４２と称す。
【００１８】
この容器４０の上側には投光用光ファイバ２０のファイバヘッド２１を設置して、図１に矢印で示すように、ファイバヘッド２１から第一流体４１と第二流体４２の流体界面４３に向けて光を投光する。同様に、容器４０の上側に受光用光ファイバ３０のファイバヘッド３１を設置して、流体界面４３で反射した反射光を受光する。なお、ファイバヘッド２１とファイバヘッド３１の設置角度は適宜決定すればよく、また、ファイバヘッド２１が投光する光の光芒特性、光量、波長も適宜決定すればよい。
【００１９】
第一流体４１及び第二流体４２と、ファイバヘッド２１，３１との間には、仕切りとして透光性壁面４４を設置し、この透光性壁面４４が容器４０を密閉している。
以上、容器４０、第一流体４１、第二流体４２、透光性壁面４４、ファイバヘッド２１及びファイバヘッド３１がセンサヘッド部５０を構成する。なお、容器４０の外から容器４０内へ入射する外乱光の影響を避けることにより検出の精度を向上すべく、容器４０は遮光性材料を用い、あるいは遮光性を有するような表面加工を施すことが好ましい。
【００２０】
次に、振動センサの測定原理を説明する。
センサヘッド部５０が静止状態に置かれている場合は、容器４０内の第一流体４１及び第二流体４２も静止状態にあり、従って流体界面４３も静止状態にある。そのため、図１に矢印で示すように、ファイバヘッド２１から投光され、流体界面４３で反射してファイバヘッド３１に入る光の光量（以下、受光量）は、略一定である。
他方、センサヘッド部５０が振動すると、容器４０内の第一流体４１及び第二流体４２が揺動して流体界面４３の形状が変化するので、ファイバヘッド２１から投光された光の反射の態様も変化する。そのため、ファイバヘッド３１の受光量も変化する。
振動検知部１４は、受光部１３から電気信号として入力される、ファイバヘッド３１の受光量の変化量が所定範囲内であれば振動が発生していないと判定して静止状態にあると判断し、一方、受光量の変化量が所定範囲以上であれば振動が発生していると判定して振動状態にあると判断する。なお、静止状態を確認するための受光量の変化量と、振動を検知するための受光量の変化量とに、異なる値を設定してもよいし、同一の値を設定してもよい。
【００２１】
このように、振動センサの全体が振動せずとも、センサヘッド部５０が振動すれば、その振動を本体部１０により検知することができる。従って、このセンサヘッド部５０のみを測定場所に設置すればよいため、設置スペースの制約が少ない。また、センサヘッド部５０は電気回路を含まないため、可燃性ガスを含む環境及び防爆機器を要求される環境等にも設置することができる。
【００２２】
また、センサヘッド部５０は電気回路を含まないため、ノイズの影響を低減できる。
さらに、電気回路を含む本体部１０は、センサヘッド部５０と同一場所に設置しなくてもよいので、本体部１０は大きくても構わない。そこで、本体部１０にノイズ対策用の部材を追加して、ノイズの影響をさらに低減する構成にしてもよい。これにより、本体部１０に含まれる電気回路内の微小信号ラインに影響を与えるような、外部から来るノイズの影響を低減できる。
【００２３】
以上より、実施の形態１によれば、種類の異なる第一流体４１及び第二流体４２を密閉する容器４０と、投光部１２が発した光を容器４０内の流体界面４３に向けて投光する投光用光ファイバ２０と、投光用光ファイバ２０が流体界面４３に向けて投光した光を受光する受光用光ファイバ３０と、受光用光ファイバ３０が受光した光量を電気信号に変換する受光部１３と、受光部１３が変換する電気信号が表す受光量の変化に基づいて振動を検知する振動検知部１４とを備え、容器４０のファイバヘッド２１，３１と第一流体４１及び第二流体４２を仕切る壁面を透光性壁面４４にする構成にした。このため、センサヘッド部５０に電気回路を含めず小さく構成できるので、設置に際して制限の少ない振動センサを提供することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態１では、ファイバヘッド２１，３１を所定角度に傾けてＶ字状に容器４０に取り付けたが、これに限定されるものではなく、ファイバヘッド２１，３１を平行に並べて容器４０に取り付ける構成にしてもよい。なお、容器４０へのファイバヘッド２１，３１設置方法はどのような方法であってもよく、例えば図１に示すようにファイバヘッド２１，３１を直接容器４０に取り付ける構成にしてもよいし、別体の取付部材を用いて容器４０にファイバヘッド２１，３１を固定する構成にしてもよい。
【００２５】
また、上記実施の形態１では、投光用光ファイバ２０と受光用光ファイバ３０を別体のケーブルで構成したが、これに限定されるものではなく、中心側に投光用光ファイバ２０を、その周囲に受光用光ファイバ３０を束ねて同心円型に一体化したバンドルファイバを用いる構成にしてもよい。又は、中心側に受光用光ファイバ３０を、その周囲に投光用光ファイバ２０を束ねて一体化したバンドルファイバでもよいし、同心円型に限らず、いわゆるランダムミックスや２分割型などの形態としてもよい。
【００２６】
また、上記実施の形態１では、静止状態の場合に、投光用光ファイバ２０が投光した光が流体界面４３に反射してファイバヘッド３１へ入るように構成したが、これに限定されるものではなく、静止状態の場合にファイバヘッド２１が投光した光が流体界面４３に反射してもファイバヘッド３１へ直接入らないようにしておき、流体界面４３が揺動すると反射した光がファイバヘッド３１へ入るように、ファイバヘッド２１，３１の設置角度を調整して構成してもよい。この構成の場合にも、振動検知部１４は、受光部１３から電気信号として入力される、ファイバヘッド３１の受光量の変化量が所定範囲内であれば振動が発生していないと判定し、一方、受光量の変化量が所定範囲以上であれば振動が発生していると判定すればよい。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る振動センサのうち、センサヘッド部５０を抜粋して示した模式図である。図３において図１と同一又は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、本実施の形態２の振動センサも図２に示す本体部１０を備える。
【００２８】
図３に示すセンサヘッド部５０は、容器４０の上側にファイバヘッド２１を設置し、容器４０の下側にファイバヘッド３１を設置して、ファイバヘッド２１が投光した光が流体界面４３を透過してファイバヘッド３１に入る構成である。センサヘッド部５０が振動すると、容器４０内の第一流体４１及び第二流体４２が揺動して流体界面４３の形状が変化するので、ファイバヘッド２１から投光された光の反射及び屈折の態様も変化する。そのため、流体界面４３を透過する光量が変動し、ファイバヘッド３１の受光量も変化する。
振動検知部１４は、上記実施の形態１と同様に、ファイバヘッド３１の受光量の変化量が所定範囲内であれば振動が発生していないと判定し、一方、受光量の変化量が所定範囲以上であれば振動が発生していると判定する。
【００２９】
以上より、実施の形態２によれば、センサヘッド部５０を、投光用光ファイバ２０のファイバヘッド２１が流体界面４３の一方側に向けて設置され、受光用光ファイバ３０のファイバヘッド３１が流体界面４３の他方側に向けて設置されるように構成して、振動検知部１４が流体界面４３を透過した光の変化に基づいて振動を検知するようにした。このため、上記実施の形態１と同様に、センサヘッド部５０に電気回路を含めず小さくできるので、設置に際して制限の少ない振動センサを提供することができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態２では、ファイバヘッド２１を容器４０の上側、ファイバヘッド３１を下側に設置したが、逆にファイバヘッド３１を容器４０の上側、ファイバヘッド２１を下側に設置してもよい。
【００３１】
また、センサヘッド部５０を、図３に示す状態から任意の角度に傾けた状態に設置してもよい。この設置方向でも、ファイバヘッド２１から投光した光が流体界面４３を透過してファイバヘッド３１へ入るので、振動検知部１４が受光量の変化に基づいて振動を検知することができる。あるいは、ファイバヘッド２１とファイバヘッド３１の容器４０への取り付け位置を、図３に示すような重力方向上の対向位置から、例えば重力方向に交差するような斜めの対角線上の対向位置へ変更してもよい。このように、センサヘッド部５０の設置方向又はファイバヘッド２１，３１の取り付け位置を測定場所に応じて変更することができるので、上記実施の形態２と同様の効果に加えて、設置方向の制約が少ないという効果もある。
【００３２】
図３に示す状態からさらにセンサヘッド部５０を傾けて、図４へ示す状態へ、センサヘッド部５０を９０度回転して設置することもできる。図４は、図３に示すセンサヘッド部５０の設置方向を９０度回転した設置例を示す模式図である。
図４に示す設置方向の場合には、ファイバヘッド２１とファイバヘッド３１が流体界面４３と略同一の高さになるように調整して、ファイバヘッド２１が投光した光が揺動する流体界面４３で反射及び屈折して変化するようにしておく。そして、流体界面４３の形状変化に起因した受光量の変化を振動検知部１４が検知すればよい。
このように、センサヘッド部５０を、投光用光ファイバ２０のファイバヘッド２１と受光用光ファイバ３０のファイバヘッド３１が流体界面４３と同じ高さに、当該流体界面４３に向けて設置される構成にした場合にも、上記実施の形態２と同様の効果を奏する。
【００３３】
また、上記実施の形態１，２のファイバヘッド２１，３１に対して、レンズ、プリズム、あるいは反射鏡等のユニットを装着して、投光及び受光の方向を調整する構成にしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  本体部
１１  電源線
１２  投光部
１３  受光部
１４  振動検知部
２０  投光用光ファイバ
２１  ファイバヘッド
３０  受光用光ファイバ
３１  ファイバヘッド
４０  容器
４１  第一流体
４２  第二流体
４３  流体界面
４４  透光性壁面
５０  センサヘッド部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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