(57)【要約】【課題】最大外径管と最小外径管との比が４００％以上異なっても、同一の固定投光部／受光部位置で計測可能な管内液体検出装置を提供する。【解決手段】投光部と受光部とを組合せて円筒形管内の液体の有無を検出する管内液体検出装置であって、光路変更手段を設け、取り付ける円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上異なる場合であっても、光路変更手段により透過光を略一定の透過角度で管内部を屈折／透過するように、投光部を所定の位置に固定して配設すると共に、管内部を透過した検知用透過光を略一定の受光位置のままで受光し、管内液体の有無を検出できるようにし、かつ、円筒形管の外径が変動しても、当該軸芯が、投光部／受光部に対して、所定の位置関係となるように空間配置関係を固定する緊締具とを設ける。【選択図】　図２
2004045319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部と受光部とを組合せて円筒形管内の液体の有無を検出する管内液体検出装置における投光部と受光部との固定位置演算方法であって、
前記投光部及び受光部と、前記円筒形管との間に、内側の面が前記円筒形管の外周面に沿って接合／接触する光路変更手段をそれぞれ設け、
前記管の外部から当該管の中空内部に、ほぼ一定の検出角度で前記液体検知用透過光が屈折して入射するように前記投光部及び光路変更手段からなる光学経路を介して、前記透過光を投射せしめ、かつ、前記管の内部に液体が無い場合、前記屈折光が、直接、前記光路変更手段及び前記受光部により受光されるように前記受光部を配設し、
当該液体検出装置を取り付ける前記円筒形管の外径が最大の外径管の場合、その円筒中心より下方の当該液体検出装置を取り付ける側に、前記検知用透過光が透過するように前記投光部及び受光部の固定位置をそれぞれ幾何方程式及び光学方程式を連立させて演算する工程と、
当該液体検出装置を取り付ける前記円筒形管の外径が最小の外径管の場合、その円筒中心より下方の当該液体検出装置を取り付ける側を、前記検知用透過光が透過するように前記投光部及び受光部の固定位置をそれぞれ幾何方程式及び光学方程式を連立させて演算する工程と、
前記円筒形管の外径が最大の外径管の場合に演算した前記投光部及び受光部の固定位置と、前記円筒形管の外径が最小の外径管の場合に演算した前記投光部及び受光部の固定位置との誤差を演算し、かかる固定位置誤差が少なくなるように、前記円筒形管の外径が最大の場合の前記投光部及び受光部の固定位置、及び／又は、前記円筒形管の外径が最小の外径管の場合の前記投光部及び受光部の固定位置を変更する工程と、
前記固定位置変更工程を、前記最大外径管及び最小外径管の固定位置の間の誤差が、所定の誤差範囲内となるまで繰り返す工程と、を含むことを特徴とする管内液体検出装置における投光部と受光部との固定位置演算方法。
【請求項２】
投光部と受光部とを組合せて円筒形管内の液体の有無を検出する管内液体検出装置であって、
前記投光部及び受光部と前記円筒形管との間に、内側の面が前記円筒形管の外周面に沿って接合／接触する光路変更手段をそれぞれ設け、
前記管の外部から当該管の中空内部に、ほぼ一定の検出角度で前記液体検知用透過光が屈折して入射するように、前記投光部及び光路変更手段を介して前記透過光を投射せしめ、かつ、前記管の内部に液体が無い場合には、前記屈折光が、直接、前記光路変更手段及び受光部により受光されるように前記投光部及び受光部を、それぞれ配設し、
前記管の内部に液体が有る場合には、前記屈折光が当該液体を透過し、直接、前記受光部に到達しないように前記投光部及び受光部を、それぞれ配設し、更に、前記受光部の出力を処理して管内液体の有無を検出する液体有無判定手段とを具え、
当該液体検出装置を取り付ける前記円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上異なる場合であっても、前記光路変更手段により前記検知用透過光を略一定の透過角度で前記管の内部を屈折／透過するように、前記投光部を所定の位置に固定して配設すると共に、前記管の外径が２０％以上異なる場合であっても、前記光路変更手段により、前記管の内部を透過した前記検知用透過光を略一定の受光位置のままで、前記管内液体の有無を検出できるように、前記受光部を所定の位置に固定して配設し、かつ、
前記円筒形管の外径が変動しても、当該軸芯が、前記投光部及び受光部に対して、所定の位置関係となるように、前記円筒形管と前記投光部及び受光部との空間配置関係を固定する緊締具とを具えたことを特徴とする管内液体検出装置。
【請求項３】
投光部と受光部とを組合せて円筒形管内の液体の液位を検出する液位検出装置であって、
前記投光部及び受光部と前記円筒形管との間に、内側の面が前記円筒形管の外周面に沿って接合／接触する光路変更手段をそれぞれ設け、
前記管の外部から当該管の中空内部に、ほぼ一定の検出角度で前記液位検知用透過光を屈折させて入射するように、前記投光部及び光路変更手段を介して、前記透過光を屈折／投射させ、かつ、前記管の内部に液体が無い場合には、前記屈折光が、直接、前記光路変更手段及び受光部により受光されるように、前記投光部及び受光部を、それぞれ配設し、
前記管の内部で、前記投光部及び受光部を取り付けた位置に液体が有る場合には、前記屈折光が当該液体を透過し、直接、前記受光部に到達しないように前記投光部及び受光部を、それぞれ配設し、更に、前記受光部の出力を処理して管内液体の有無を検出する液体有無判定手段を具え、
当該液位検出装置を取り付ける前記円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上異なる場合であっても、前記光路変更手段により前記液位検知用透過光を略一定の角度で前記管の内部を屈折／透過するように前記投光部を所定の位置に固定して配設すると共に、前記管の外径が２０％以上異なる場合であっても、前記光路変更手段により、前記管の内部を透過した前記検知用透過光を略一定の受光位置のままで、前記管内液体の液位を検出できるように、前記受光部を所定の位置に固定して配設し、かつ、
前記円筒形管の外径が変動しても、当該軸芯が前記投光部及び受光部に対して、所定の位置関係となるように、前記円筒形管と前記投光部及び受光部との空間配置関係を固定する緊締具とを具えたことを特徴とする液位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断面が円形の円筒形管（パイプ、チューブ、カテーテルを含む）内に、外部から液体が有るか否かを自動的かつ安定的に検出する管内液体検出装置の改良に関し、又、本発明は、中空円筒形パイプ内の液位を検出するための液位検出装置に関し、更に、本発明は、管内液体検出装置における投光部と受光部との固定位置演算方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タンクや液体貯蔵容器内の液位を検出する場合、タンク底部に接続された小径の液位検出用中空パイプに液位検出装置を装着し、中空パイプ内の液位（タンク内と同レベルの液位）を検出することが行われている。しかして、
ａ１）　米国特許ＵＳＰ５０６５０３７には、Ｆ．Ｊ．Ｍａｒｋらにより、断面が円形の管内の管径の直径方向に変化する液位を検出するため、１つの投光部と、管内を屈折透過した光を２つの異なった検出位置で受光する受光部を設け、これらの２つの受光部の出力を比較して管内の液位を検出する装置が開示されている。又、
ａ２）　特開平９−２８０９２３号には、中空透明パイプ内の管径の軸芯方向に変化する液位を検出するための液位検出装置が開示され、この装置では、ホルダーと、このホルダーに設けられ断面が円形状をなす透明パイプの外周面に接触する一対の支持部と、上記ホルダーに設けられ透明パイプの内周部に投光する投光手段と、ホルダーに設けられ投光手段から投光され透明パイプの内周面で反射された光を受光する受光手段とが設けられ、上記投光手段は、透明パイプの内周部のうち一方の支持部の近傍を通り透明パイプの軸芯線に対して平行な線に沿う内周面に光を投射するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ｂ１）　上記ａ１）のＵＳＰ５０６５０３７の管内液位検出装置では、上記投光部と受光部の空間的配置関係は、予め管径に応じて、例えば、０．７５Ｒの位置と固定されているため、上記液体検出装置を取り付ける円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上異なる場合には、その取付冶具／手段は、それぞれ、取付管径に応じて全く別個に設計し直さなければならないため、例えば、外径が６ｍｍの小径管と、外径が２５ｍｍの大径管とでは、全く外形寸法の異なる液位検出装置を用意しなければならないという問題点があった。又、
ｂ２）　ａ２）の特開平９−２８０９２３号の液位検出装置では、該装置を取り付ける円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上異なっても、その取付冶具／手段を共通化しようとする努力はみられるが、投光手段は、液位検出用管の内周部に検知光を投射し、当該管の内周面で効率良く反射するように調節され（従って、精密／正確に管の内周面からの反射光を受光しようとすると、管の外径が異なれば、投光部の投射角度調節作業が必須である）、かつ、かかる管の内周面の反射光を受光し処理するようになっているので、作業者の技量による検知精度のばらつきは精密な受光動作では避けられず、又、反射光量を受光するために、管が透明部材で形成されるという条件が必須であり、更に、管の内周面に気泡等が付着したり、その近傍空間で気泡が移動していると、受光部の出力が非常に変動し、かかる気泡の反射光量に対する影響は装置側で全く除去できず、非常に気泡に弱い装置であるという根本的な問題点があり、更に又、液体が着色していると、透過光量でなく反射光量を演算処理するため、液体の色に非常に反射光量が影響を受け、安定的に装置が作動できないという問題点もあった。
本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、管径の軸芯方向に変化する液位の検出方法及び装置であって、管径が異なった場合でも、投光部の投射角度調節作業が不要であり、又、当該管が透明な部材で形成されていなくても光が半透明材等の透光可能な透光材で構成されていれば使用可能であり、更に、光を投射する管の外部から、着色した液体や粘度の高く気泡の発生し易い液体であっても非常に安定して作動／検出すると共に、装置を取付ける円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上異なっていても、全く同一のセンサ本体が利用可能であり、装置の設置が簡単で熟練を要しない管内液体検出装置における投光部と受光部との固定位置演算方法及び管内液体検出装置並びに液位検出装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、投光部と受光部とを組合せて円筒形管内の液体の有無を検出する管内液体検出装置における前記投光部と受光部との固定位置演算方法に関し、本発明の目的は、前記投光部及び受光部と、前記円筒形管との間に、内側の面が前記円筒形管の外周面に沿って接合／接触する光路変更手段を設け、前記管の外部から当該管の中空内部に、ほぼ一定の検出角度で前記液体検知用透過光が屈折して入射するように前記投光部及び光路変更手段からなる光学経路を介して、前記透過光を投射せしめ、かつ、前記管の内部に液体が無い場合、前記屈折光が直接前記光路変更手段及び前記受光部により受光されるように前記受光部を配設し、
当該液体検出装置を取り付ける前記円筒形管の外径が最大の外径管の場合、その円筒中心より下方の当該液体検出装置を取り付ける側に、前記検知用透過光が透過するように前記投光部及び受光部の固定位置をそれぞれ幾何方程式及び光学方程式を連立させて演算する工程と、
当該液体検出装置を取り付ける前記円筒形管の外径が最小の外径管の場合、その円筒中心より下方の当該液体検出装置を取り付ける側を、前記検知用透過光が透過するように前記投光部及び受光部の固定位置をそれぞれ幾何方程式及び光学方程式を連立させて演算する工程と、
前記円筒形管の外径が最大の外径管の場合に演算した前記投光部及び受光部の固定位置と、前記円筒形管の外径が最小の外径管の場合に演算した前記投光部及び受光部の固定位置との誤差を演算し、かかる固定位置誤差が少なくなるように、前記円筒形管の外径が最大の場合の前記投光部及び受光部の固定位置、及び／又は、前記円筒形管の外径が最小の外径管の場合の前記投光部及び受光部の固定位置を変更する工程と、
前記固定位置変更工程を、前記最大外径管及び最小外径管の固定位置の間の誤差が、所定の誤差範囲内となるまで繰り返す工程とを含むことによって達成される。
又、本発明は、投光部と受光部とを組合せて円筒形管内の液体の有無を検出する管内液体検出装置にも関し、本発明の上記目的は、前記投光部及び受光部と前記円筒形管との間に、内側の面が前記円筒形管の外周面に沿って接合／接触する光路変更手段をそれぞれ設け、前記管の外部から当該管の中空内部に、ほぼ一定の検出角度で前記液体検知用透過光が屈折して入射するように、前記投光部及び光路変更手段を介して前記透過光を投射せしめ、かつ、前記管の内部に液体が無い場合には、前記屈折光が、直接、前記光路変更手段及び受光部により受光されるように前記投光部及び受光部を、それぞれ配設し、前記管の内部に液体が有る場合には、前記屈折光が当該液体を透過し、直接、前記受光部に到達しないように前記投光部及び受光部を、それぞれ配設し、更に、前記受光部の出力を処理して管内液体の有無を検出する液体有無判定手段とを具え、
当該液体検出装置を取り付ける前記円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上異なる場合であっても、前記光路変更手段により前記検知用透過光を略一定の透過角度で前記管の内部を屈折／透過するように、前記投光部を所定の位置に固定して配設すると共に、前記管の外径が２０％以上異なる場合であっても、前記光路変更手段により、前記管の内部を透過した前記検知用透過光を略一定の受光位置のままで、前記管内液体の有無を検出できるように、前記受光部を所定の位置に固定して配設し、かつ、前記円筒形管の外径が変動しても、当該軸芯が、前記投光部及び受光部に対して、所定の位置関係となるように、前記円筒形管と前記投光部及び受光部との空間配置関係を固定する緊締具とを具えることによっても達成される。
更に、本発明は、投光部と受光部とを組合せて円筒形管内の液体の液位を検出する液位検出装置にも関し、本発明の上記目的は、前記投光部及び受光部と前記円筒形管との間に、内側の面が前記円筒形管の外周面に沿って接合／接触する光路変更手段をそれぞれ設け、前記管の外部から当該管の中空内部に、ほぼ一定の検出角度で前記液位検知用透過光を屈折させて入射するように、前記投光部及び光路変更手段を介して、前記透過光を屈折／投射させ、かつ、前記管の内部に液体が無い場合には、前記屈折光が、直接、前記光路変更手段及び受光部により受光されるように、前記投光部及び受光部を、それぞれ配設し、前記管の内部で、前記投光部及び受光部を取り付けた位置に液体が有る場合には、前記屈折光が当該液体を透過し、直接、前記受光部に到達しないように前記投光部及び受光部を、それぞれ配設し、更に、前記受光部の出力を処理して管内液体の有無を検出する液体有無判定手段を具え、
当該液位検出装置を取り付ける前記円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上異なる場合であっても、前記光路変更手段により前記液位検知用透過光を略一定の角度で前記管の内部を屈折／透過するように前記投光部を所定の位置に固定して配設すると共に、前記管の外径が２０％以上異なる場合であっても、前記光路変更手段により、前記管の内部を透過した前記検知用透過光を略一定の受光位置のままで、前記管内液体の液位を検出できるように、前記受光部を所定の位置に固定して配設し、かつ、前記円筒形管の外径が変動しても、当該軸芯が前記投光部及び受光部に対して、所定の位置関係となるように、前記円筒形管と前記投光部及び受光部との空間配置関係を固定する緊締具とを具えることによっても達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１（Ａ）は、液体貯蔵容器（タンク、カテーテル等）１内の液位検出に本発明の液位検出装置４ｓを応用した１例を示し、管３に本発明の管内液体検出装置４を取り付けた概略図であり、図１（Ｂ）は、その拡大正面図、図１（Ｃ）は、その拡大上面図、図１（Ｄ）は、その拡大側面図である。
図２（Ａ）は、管内液体検出装置４の縦断面図であり、図２（Ｂ）は、透光材ケース４１の上面図、図２（Ｃ）は、その底面図、図２（Ｄ）は、その側面図である。
図３（Ａ）は、不透光材ケース４２の縦断面図であり、図３（Ｂ）は、その上面図、図３（Ｃ）は、その底面図、図３（Ｄ）は、その側面図である。
図４（Ａ）は、緊締具４４の上面図であり、図４（Ｂ）は、その線４Ｂ−４Ｂでの部分断面図、図４（Ｃ）は、その線４Ｃ−４Ｃでの断面図、図４（Ｄ）は、その底面図である。
図５（Ａ）は、締結材４３０の上面図であり、図５（Ｂ）は、その正面図、図５（Ｃ）は、その側面図である。
図６は、本発明の投光部５２から受光部５４までの全体の光学経路を、各屈折点での角度を中心に示した水平断面図である。
図７は、本発明の投光部５２から受光部５４までの全体の光学経路を、各屈折点での位置座標を中心に示した水平断面図である。
図８は、本発明の投光部５２、光路変更手段４０７とケース内径ｒ１の関係を示す図である。
図９は、光路変更手段４０７の屈折点Ｐ２での入射光Ｐ１−Ｐ２、屈折光ｌ２３の関係を示す水平断面図である。
図１０は、光路変更手段４０７の屈折点Ｐ２から円筒形管３の外側屈折点Ｐ３へ透過光が伝播する光学経路を示す水平断面図である。
図１１は、円筒形管３の外側屈折点Ｐ３でその内部に屈折光が伝播する場合の光学経路を示す図である。
図１２は、円筒形管３の管材内部を屈折光がその内部に伝播する光学経路を示す図である。
図１３は、円筒形管３の内側屈折点Ｐ４での屈折光の光学経路を示す図である。
図１４は、円筒形管３の中空内部を屈折光が伝播し、内側屈折点Ｐ５で管材内部に屈折する場合の光学経路を示す図である。
図１５は、円筒形管３の管材内部を屈折光がその外部に伝播する光学経路を示す図である。
図１６は、円筒形管３の外側屈折点Ｐ６でその外部に屈折光が伝播する場合の光学経路を示す図である。
図１７は、円筒形管３の外側屈折点Ｐ６から光路変更手段４１１の屈折点Ｐ７へ透過光が伝播する光学経路を示す図である。
図１８は、光路変更手段４１１の屈折点Ｐ７でその内部に屈折光が伝播する光学経路を示す図である。
図１９は、光路変更手段４１１の屈折点ＰＰから受光部５４に屈折光が伝播する光学経路を示す図である。
図２０は、本発明の液位検出装置４ｓ／管内液体検出装置４を、中程度の外径の管３に取り付けた場合の、光学経路を示す水平断面図である。
図２１は、本発明の液位検出装置４ｓ／管内液体検出装置４を、最大外径の管３ａに取り付けた場合の、光学経路を示す水平断面図である。
図２２は、本発明の液位検出装置４ｓ／管内液体検出装置４を、最小外径の管３ｂに取り付けた場合の、光学経路を示す水平断面図である。
図２３（Ａ）は、本発明の大外径用緊締具４４ａの上面図であり、図２３（Ｂ）は、その線２３Ｂ−２３Ｂでの部分断面図、図２３（Ｃ）は、その線２３Ｃ−２３Ｃでの断面図、図２３（Ｄ）は、その底面図である。
図２４（Ａ）は、本発明の小外径用緊締具４４ｂの上面図であり、図２４（Ｂ）は、その線２４Ｂ−２４Ｂでの部分断面図、図２４（Ｃ）は、その線２４Ｃ−２４Ｃでの断面図、図２４（Ｄ）は、その底面図である。
図２５は、本発明の光路変更手段の内側断面が平面で形成された管内液体検出装置４ａの水平断面図である。
図２６は、本発明の投光部／受光部を非対称に配置して、最大外径管及び最小外径管に対する固定位置の間の誤差が、所定の誤差εの範囲内となる管内液体検出装置４ｂの水平断面図である。
【０００６】
図１（Ａ）は、液体貯蔵容器（タンク、カテーテル等）１内の液位検出に本発明の液位検出装置４ｓを応用した１例を示したもので、液体貯蔵容器１には供給パイプ１ａから液体２が注入され、排出パイプ１ｂから液体２が外部に供給され、同図では、液位ｈ１の位置まで液体２が注入されていると共に、液体貯蔵容器１の底部一端に液位検出用の中空突起１ｃが設けられ、この突起部１ｃに、外形が円筒形状の液位検出用中空管（パイプ、ホース、又は、カテーテル用チューブ等）３が連結・装着され、管継手３ａ等により緊締されると共に、その他端には、外気と連通した防塵用キャップ３ｂ等が装着され、更に管３の所望の高さ位置ｈｆｘには、中空管３内の管径の軸芯方向に変化する液体の液位（容器１内と同レベルの液位で図１（Ａ）ではｈ１）を検出する液位検出装置４ｓが装着、固定され、例えば、液位がｈｆｘに到達した時点で、供給パイプ１ａからの液体２の注入が、液位検出装置４ｓからの停止制御信号により図示しないホンプ制御手段等により停止制御されるようになっている。従って、本発明の液位検出装置４ｓは、装着／固定した管３の部位に液体が存在するか、又は、空気が存在するかを検知する管内液体検出装置４としても利用可能である。
しかして、液位検出装置４ｓ（以下、管内液体検出装置４も同等であるので、液位検出装置４ｓとのみ記す）の管３への固定方法は、例えば、管３を液位検出装置４ｓのケース本体４１、４２とサドル状の緊締具４４との内側円弧形状部により圧接／密着して固定／挟持すると共に、本体両端に配設された棒ネジ４３ａー蝶ナット４３ｂ等の螺着可能な緊締手段４３により、ケース本体４１、４２と、内側圧接面が円筒状で、圧接／密着して固定／挟持する円筒形管の軸芯位置を、その外径が変動しても一定の空間位置関係に保持して固定可能なサドル状緊締具４４とで管３を圧接し挟持した状態で固定するようになっており、具体的には、ケース本体４１、４２の中心線とサドル状緊締具４４の中心線と、円筒形管３の軸芯とが、同一平面上にあるように圧接／密着して固定／挟持するようになっている。又、液位検出装置４ｓの本体裏側（管３を挟持し、投光部／受光部の配設されている面の回路基板５０を介した反対側）には、電源ケーブル／信号ケーブル５９が接続され、更に、液体２の有無を表示するセンシング状態の表示手段（ＬＥＤ、又は、光ファイバ等からなる）４６や、センサの感度調節用可変抵抗器４８等が感度調節の高低方向を示す矢印４７と共に、設けられている。
又、ケース本体４１、４２は、中央に於いて２分割できるように嵌合可能に構成され、本実施例では、ケース本体４１は、投光部５２の発光手段から放射される光源の波長に対して透過可能な透光材で構成され、又、本体４２は、発光手段から放射される光源の波長に対して、完全に、又は、少なくとも５０％以上遮断する不透光材で構成するのが好ましく、投光部５２と受光部５４を制御すると共に、受光部の出力を処理して管内液体の有無を検出する液体有無判定手段（例えば、演算増幅器、反転増幅器等から構成されるものや、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）等を利用してもよい）５５を実装する回路基板５０を中央下部側壁に設けられた溝４２０に嵌合・挟持し、組立て及び受光レベル等の感度調節終了後、図示しないシリコーン充填材等を注入孔４７４，４７６，４７８等から注入して、防水／防爆用に密閉すると共に、完全遮光するようになっている。かかる投光部５２／受光部５４を含む光学系と、ケーブル５９、表示手段４６、可変抵抗器４８等からなる非光学系とを、回路基板５０の前側及び後側に、それぞれ光学的に完全に分離させて配置することにより、装置４ｓの光学系ノイズを最小限に低減できると共に、装置４ｓの設置空間を最小化でき、更に、調整作業や点検／確認作業等の非常にし易い構造となっている。
尚、本発明の投光部５２の発光手段としては、通常ＬＥＤ（半導体発光ダイオード）や赤外レーザー発光素子、光ファイバー（投光レンズ系を含む）等の光源手段が利用可能であり、かかる光源手段から光が放射／投射されるが、防爆構造が特に要求される場合には、投光部５２及び受光部５４は、ガラス又はプラスティク製の光ファイバー並びに結像／集光レンズ系等の光学系部材のみからなる構造の採用が好ましく、回路基板５０等は、遠隔の防爆構造体内部に設け、その間は光ファイバー等の光伝送手段で中継／接続し、図示しない遠隔の電気回路基板により電気信号処理するのが好ましい。又、受光部５４としては、ＭＯＳ構造やＣＣＤ構造の光電変換素子や光ファイバー（集光レンズ系を含む）等が利用可能であるが、防爆構造が特に要求される場合には、投光部５２及び受光部５４は、ガラス又はプラスティク製の光ファイバー等の光学系のみで構成するのが好ましい。
【０００７】
次に、図２を参照して、透光材や透明材及び／又は半透明材からなり光路変更手段４０７，４１１をケースと一体に形成したケース本体４１と装置４ｓの構造を説明すると、透光材からなるケース本体４１の上部殻体中央には、不透光材／遮光材からなるケース本体４２との嵌合用切欠溝４０２が設けられると共に、その下方に凸形状の中空嵌合部４０３が形成され、その接合面側周辺には嵌合可能な重複端部４０１が形成され、又、ケース４１の両側には、本液位検出装置４ｓが装着可能な管３の最大管径に適合させた半径ｒ１の円筒曲面４０６が形成され、円筒曲面４０６の裏側には楔状光路変更手段４０７、４１１が設けられ、更に、上部殻体上面左右端部の嵌合面側に、管３を緊締具４４と密着挟持するための棒ネジ頭部４３ａを有する金属製締結材４３０を埋設し挿通するための半円形穴４２１が設けられ、その上部には半円状凸部（ボス）４２２が形成されている。又、上部殻体上面の半円形穴４２１の中央切欠溝４０２側に、それぞれ、ケース本体４２との嵌合用切欠溝４０４が上下斜方向に形成され、上部殻体上面両側のより中央に近い部位にケース本体４２との嵌合凹部４２４が設けられている。
又、光路変更手段４０７では、円筒状曲面４０６の反対側に、投光部５２を格納する空間４０９が形成され、平面状斜面４０８に投光部５２の発光手段が、好ましくは、透明の接着剤により、後述する所定の投射角度で接着／固定され、その外周側面には遮光部材６０を接着剤により貼着するのが好ましく、更に斜面４０８の上下両側には、左斜下方に向けて平板状の突起部４１０が形成され投光部５２／遮光部材６０を挟持すると共に、上方突起部４１０の上面は、切欠溝４０４の下面を形成するようになっている。
他方、光路変更手段４１１では、円筒曲面４０６の反対側に、ＭＯＳ構造やＣＣＤ構造の光電変換素子や光ファイバー等からなる受光部５４を格納する空間４１３が形成され、平面状斜面４１２に受光部５４の受光手段が、好ましくは、透明の接着剤により後述する所定の投射角度で接着／固定され、その外周側面には遮光部材６０を接着剤により貼着するのが好ましく、更に、斜面４１２の上下両側には、右斜下方に向けて平板状の突起部４１４が形成され受光部５４／遮光部材６０を挟持すると共に、上方突起部４１４の上面は、切欠溝４０４の下面を形成するようになっている。
更に、下部殻体の嵌合面側に、半円形穴４２６，４２８，４４０がそれぞれ形成され、穴４２６は、センサの感度調節用可変抵抗器４８を操作するために使用され、穴４２８は、センサの作動状態表示手段４６の可視窓として使用され、穴４４０は、コネクタを介して電源線及び信号線５９を接続するのに使用され、穴４４０の更に下方には、半円状凸部（ボス）４４２が形成されている。更に又、側部殻体の中央内側には、ケース本体４２との嵌合用凹部４３６が形成され、右外側側壁の凸部４２２の下方には、液位の検出位置決め用マーク４５が刻設されている。
又、透光材からなるケース本体４１は、その上部殻体、下部殻体、底部殻体、側部殻体を、光路変更手段４０７，４１１と共に、一体に形成するのが好ましく、その構成材料としては、ガラス、セラミックス部材、又は、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、メタクリル樹脂、石油樹脂、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、弗素樹脂、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリシクロオレフィン等の熱可塑性樹脂、又は、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、アルキド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、則ち、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等の合成樹脂部材、又は、プラスチック、又は、
ポリ乳酸、ポリアミノ酸、脂肪族ポリエステル、ポリーεーカプロラクトン、ポリビニルアルコール、キトサン、澱粉、セルロース等と汎用性ポリマーとの混合物等の生分解樹脂材、又は、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリエチレン及びポリスチレンの共重合体をポリマーの主成分とする低硬度ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、スチレンーブタジエンゴム、エチレンープロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルーブタジエンゴム、弗素ゴム、多硫化ゴム、ポリエーテルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等の合成ゴム、又は、天然ゴム、又は、これらの組合せから成るグループから選択されたもの、
更に、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリ四弗化エチレン、芳香族ポリエステル、ポリアミノビスマレイミド、トリアジン樹脂等のエンジニアリングプラスチック部材、ガラス又はセラミックス部材、及びこれらの組合せから成るグループから構成されている材料が利用可能であり、
特に、透光材や、透明材及び／又は半透明材を含む光路変更手段４０７、４１１の構成材料としては、ガラス、セラミックス部材、又は、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、メタクリル樹脂、石油樹脂、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、弗素樹脂、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリシクロオレフィン等の熱可塑性樹脂、又は、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、アルキド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、則ち、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等の合成樹脂部材、又は、プラスチック、又は、ポリ乳酸、ポリアミノ酸、脂肪族ポリエステル、ポリーεーカプロラクトン、ポリビニルアルコール、キトサン、澱粉、セルロース等と汎用性ポリマーとの混合物等の生分解樹脂部材、又は、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリエチレン及びポリスチレンの共重合体をポリマーの主成分とする低硬度ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、スチレンーブタジエンゴム、エチレンープロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルーブタジエンゴム、弗素ゴム、多硫化ゴム、ポリエーテルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等の合成ゴム、又は、天然ゴム、又は、これらの組合せから成るグループから選択されたもの、
更に、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリ四弗化エチレン、芳香族ポリエステル、ポリアミノビスマレイミド、トリアジン樹脂等のエンジニアリングプラスチック部材、ガラス又はセラミックス部材、及びこれらの組合せから成るグループから構成されている材料が利用可能である。
尚、ケース本体４１，４２及びキャプ状緊締具４４は、有害な反射光等を防止するため、黒色で着色するのが好ましい。
【０００８】
次に、図３を参照して、不透光材／遮光材からなるケース本体４２の構造を説明すると、ケース本体４２の上部殻体中央に透光材ケース本体４１との嵌合用に断面が凸形状の突起子４５０がケース本体４１との嵌合方向に突出して形成され、その円筒状上面４５１は、半径ｒ１に対して、僅かに＋公差で突出させて形成するのが好ましく、その下方には横方向に、上面４５２及び下面４５３を有する薄板状の嵌合突起子４５０が形成され、ケース本体４１の中空部４０３と嵌合可能になっており、かかる突起子４５０により、投光部５２から発光・投射された透過光が、直接、受光部５４により受光されることを、極力防止するようになっている。従って、図２０乃至図２２に示すように、内周中空円筒の中心軸に対して対称な位置に配置される場合には、不透光部材／遮光部材からなる嵌合突起子４５０の上面４５２より低い位置に、投光部５２及び受光部５４を配置するのが好ましい。
又、ケース本体４２の上部殻体中央で、突起子４５０の突出方向と反対側には、本液位検出装置４ｓが装着可能な管３の最大管径Ｄ４４ａに適合させた半径ｒ１で、軸心方向に所定の幅を有する円筒曲面４６２が形成され、円筒曲面４６２の裏側は、所定の厚さの薄板状円筒殻体で形成され、更に、上部円筒殻体の左右両方端部の嵌合面側に、変形山形状の嵌合突起子４５６が、本体４１の嵌合溝４０４及び凹部４２４と密着嵌合するように突出して形成され、突起子４５６の上曲面４５７は、円筒曲面４６２と同一の曲率半径ｒ１で形成され、右下斜方に形成された薄板状平板部４５８は溝４０４に密着嵌合可能となっている。又、管３を緊締具４４と密着挟持するための棒ネジ状頭部を有する締結材４３０を埋設し挿通するための半円形穴４２１に接合する半円形穴４６６が左右両端部に形成され、その上部にはそれぞれ半円状凸部（ボス）４６８が形成されている。
又、突起子４５６は左右凸部４６８の近傍に形成されているが、中央突起子４５０側には、それぞれ、切欠溝４０４と嵌合する薄板状突起部４６０が形成され、上部殻体上面両側のより中央に近い部位にケース本体４１の嵌合凹部４２４と密着嵌合する断面が円弧状の薄板状突起部４５９が形成され、光路変更手段４０７，４１１に対し上方からのノイズ光を遮断するようになっている。更に、光路変更手段４０７の円筒曲面４６２の反対側に、投光部５２を格納する空間が形成され、又、光路変更手段４１１の円筒曲面４６２の反対側に、受光部５４を格納する空間が形成され、
更に、下部殻体の嵌合面側に、半円形穴４８４，４８８，４９０がそれぞれ形成され、穴４９０は、穴４２６と共に、センサの感度調節用可変抵抗器４８を操作するために使用され、穴４８８は、穴４２８と共に、センサの作動状態表示手段４６の可視窓として使用され、穴４８４は、穴４４０と共に、コネクタを介して電源及び信号線５９を接続するのに使用され、穴４８４の下方周辺には半円状凸部４８６が形成されている。更に又、側部殻体の中央内側には、本体４１との嵌合用突起子４７０が形成され、その先端部４７２は更に鈎状の係合突起が形成され、突起子４７０の下方には、溝４２０に接合し、回路基板５０を嵌合・挟持するための溝部４８２が形成され、正面後方の薄板状殻体には、液体有無判定手段５５の判定閾値／増幅器の増幅度を設定／調節すると共に、シリコーン樹脂等の防水／防爆充填剤（遮光材を兼ねる）の注入孔としても利用可能な穴４７４，４７６，４７８等が形成されている。又、注入する防水充填剤は、投光部、受光部に対する遮光材としても有用である。
又、ケース本体４２は、その上部殻体、下部殻体、底部殻体、側部殻体を、突起子４５０，４５６，４７０と共に、一体に形成するのが好ましく、その構成材料としては、不透光材／遮光材や、不透光材／遮光材構造を含んだものが好ましく、鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン等の金属材料や、木材、紙、ガラス、セラミックス部材、又は、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、メタクリル樹脂、石油樹脂、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、弗素樹脂、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリシクロオレフィン等の熱可塑性樹脂、又は、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、アルキド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、則ち、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等の合成樹脂部材、又は、プラスチック、又は、ポリ乳酸、ポリアミノ酸、脂肪族ポリエステル、ポリーεーカプロラクトン、ポリビニルアルコール、キトサン、澱粉、セルロース等と汎用性ポリマーとの混合物等の生分解樹脂部材、又は、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリエチレン及びポリスチレンの共重合体をポリマーの主成分とする低硬度ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、スチレンーブタジエンゴム、エチレンープロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルーブタジエンゴム、弗素ゴム、多硫化ゴム、ポリエーテルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等の合成ゴム、又は、天然ゴム、又は、これらの組合せから成るグループから選択されたもの、
更に、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリ四弗化エチレン、芳香族ポリエステル、ポリアミノビスマレイミド、トリアジン樹脂等のエンジニアリングプラスチック部材、ガラス又はセラミックス部材、及びこれらの組合せから成るグループから構成されている材料が利用可能である。
又、上記材料４２が、単体では透光性を有する場合（例えば、合成樹脂材）には、光線（可視光、紫外光を含む）／赤外線を遮断する方法としては、光線／赤外線を反射、遮蔽又は吸収する性能を上記材料４２に配合／付与したり、光線遮断性能を有するフィルムを貼り付ける方法がある。例えば、有機ポリマーフィルムの表面にＡｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属薄膜層と該層上に保護層を積層してなる光線反射フィルム材や、光線／近赤外線吸収色素を含有した接着ポリマーをガラス或いは樹脂板に貼り合せた光線／近赤外線吸収板や、透明フィルムの表面にアンチモン含有酸化スズ微粒子、インジウム含有酸化スズ微粒子等の光線／熱線遮蔽性無機微粒子を含有してなる透明遮蔽フィルムや透明樹脂に硫化第二銅を配合してなる近赤外線吸収透明樹脂組成物がある。又、ポリカーボネート樹脂等に酸化チタン被覆マイカを配合してなる光線／赤外線遮断材や、フタロシアニン系近赤外線吸収化合物を用いた赤外線遮蔽材や、合成樹脂とフタロシアニン系近赤外線吸収剤と２種以上の顔料又は染料からなる着色剤とを配合することにより、光線／赤外線を遮蔽してもよく、２種以上、好ましくは３種以上の顔料又は染料からなる着色剤としては、カーボンブラック、シアニン系グリーン有機顔料、アントラキノン系ヴァイオレット染料、キノリン系イエロー染料、アントラキノン系レッド染料があり、又、顔料及び染料を併用して使用することが好ましい。
尚、ケース本体４１，４２及びキャプ状緊締具４４は、有害な反射光等を防止するため、黒色で着色するのが好ましい。
【０００９】
次に、図４を参照して、サドル状緊締具４４の構造を説明すると、本発明の液位検出装置４ｓでは、管３と密着し圧接するケース本体４１、４２の円筒曲面４０６，４６２の曲率半径ｒ１は、装着される管３の外径が変更されても、常時一定の固定した曲率半径ｒ１であるが、サドル状の緊締具４４の下面に形成された円筒曲面５２０の曲率半径ｒ２は、管３に密着して管３を緊締／挟持し、ケース本体４１、４２と、内側圧接面が円筒状で圧接／密着して固定／挟持する円筒形管の軸芯位置を、その外径が変動しても一定の空間位置関係に保持して固定可能なサドル状緊締具４４とで管３を圧接し挟持した状態で固定するため、例えば、ケース本体４１、４２の中心線とサドル状緊締具４４の中心線と、円筒形管３の軸芯とが、同一平面上にあるような空間位置関係に保持し固定可能となるために、装着され挟持される管３の外径Ｄ４４が１５０％以上変動する場合には、曲率半径ｒ２を変化させたものを、複数種類用意するのが好ましく、管３の最大曲率半径と最小曲率半径が、約４〜６倍程度変動する場合には、少なくとも４種類程度、曲率半径ｒ２を変化させたものを用意するのが好ましい。しかして、緊締具４４の中央左右両端部には、棒ネジやボルト４３ａ等を挿通し保持する貫通穴５０２が形成され、その上下両面周辺には、円形凸部（ボス）５０４が形成され、緊締具４４の下面には、管３を緊締保持するため管３の外周半径ｒ２に密着し圧接／接合可能な所定の大きさの半径で、軸心方向に所定の長さを有する円筒曲面５２０が形成され、その反対側上面には、軽量化のため左右方向にリブ５１０が形成され、更に、前後左右の四隅には、略矩形状の凹部５０６が形成され、管３を緊締挟持しても緊締具４４の剛性強度が確保でき、変形しにくい断面構造となっている。
次に、図５を参照して、平行した２つの棒ネジ状頭部４３ａを有する締結材４３０の構造を説明すると、本発明の液位検出装置４ｓでは、検出装置４ｓの管３への固定は、装置４ｓのケース本体４１、４２とサドル状の緊締具４４との内側円弧形状部により圧接／密着して挟持すると共に、本体両端に平行して配設された２つの棒ネジ４３ａー蝶ナット４３ｂ等の螺着可能な緊締手段４３により、ケース本体４１、４２とサドル状緊締具４４とで管３を圧接し挟持した状態で密着固定するようになっている。
則ち、管径の変動する管３を緊締具４４の下面に形成された円筒曲面５２０の曲率半径部により緊締／挟持し、ケース本体４１、４２と、緊締具４４との円筒状内側圧接面で円筒形管３の軸芯位置を、その外径が変動しても絶えず一定の空間位置関係に、安定して精密／高精度に固定可能であるが、変動する外径管３への取付作業は簡単かつ容易とするため、例えば、十分な取付精度を安定して確保するためには、棒ネジ４３ａー連結板４３２からなる締結材４３０は、鉄、ステンレス等の金属材で構成し、２つの棒ネジ４３ａを、図５（Ｃ）に示すようにＬ形状の金属製連結板４３２の上面に、それぞれ、相互の平行度及び対称性を確保して溶接等で固着したものを、ケース本体４１の後部奥側に配設すると、管３の外径が２〜４倍以上変動しても、ケース本体４１、４２の対称中心線と、サドル状緊締具４４の対称中心線と、円筒形管３の軸芯とが、管３の如何なる外径に対しても、同一平面上にあるような一定の空間位置関係に保持した状態で、安定的に固定可能な配置関係を形成することができ好ましい。
かかる一定の空間的配置関係を固定し管３を挟持する力は、棒ネジ４３ａー蝶ナット４３ｂの螺着する力に依存するため、十分な螺着力を安定して確保するためには、棒ネジ４３ａー連結板４３２からなる締結材４３０は、鉄、ステンレス等の金属材で構成し、その表面を黒色塗装するのが好ましく、これらの棒ネジ４３ａをそれぞれ単独で穴４２１に植設するよりは、図５（Ｃ）に示すようにＬ形状の金属製連結板４３２の上面に、それぞれ溶接等で固着したものを、ケース本体４１の後部奥側に配設したほうが、棒ネジ４３ａー蝶ナット４３ｂにより管３を密着挟持するのに十分な大きさの力が確保できると共に、ケース本体４１，４２の穴４２１周辺の局所部位にかかる締結力が直接作用せず、又、連結板４３２により外部の不要な散乱光等を遮断する効果も期待でき好ましい。
【００１０】
かかる構成において、図６乃至図１９を参照して、その動作を説明する。先ず、図２に対応させて示す図６は、本発明の液位検出装置４ｓにおいて、投光部５２から受光部５４までの光学経路の主要部全体を拡大して示すものであり、管３への接合面４０６の断面が半径ｒ１の円形状の光路変更手段４０７，４１１の屈折率をｎ１とし、その円形中心をＯ０とし、管３の屈折率をｎ２とし、管３の最大外径ｒ１より小さい外径をｒ２、内径をｒ３、その中心点をＯ３とし、本発明の液位検出装置４ｓが装着可能な管３の最大外径をｒ１とし、その中心をｘ−ｙ座標の原点Ｏ０（０，０）とし、光路変更手段４０７の投光部５２の取付平面４０８と、光路変更手段４１１の受光部５４の取付平面４１２との交線（交点）Ｐ０と上記原点Ｏ０とを結ぶ直線をｙ軸に採用し、原点と上記交点Ｐ０との距離を、座標（０，−ｙ０）で表記し、原点Ｏ０においてｙ軸に垂直な方向をｘ軸とする。又、上記投光部５２の取付面４０８への固定位置を座標Ｐ１（ーｘ１，−ｙ１）で表記し、受光部５４の取付面４１２への固定位置を座標Ｐ８（ｘ８，−ｙ８）で表記する。かくして、原点Ｏ０と点Ｐ０、Ｐ１とで形成される角度θ１が定義され、原点Ｏ０と点Ｐ０、Ｐ８とで形成される角度θ３１も同様に定義される。
尚、投光部５２／受光部５４の設置／固定位置は、図６に示すように、その透過光の光学的中心が、不透光材／遮光材からなるケース本体４２の凸形状突起子４５０及びその円筒状上面４５１により遮られ、直接、投射光が投光部５２から受光部５４に入射しない空間位置関係で固定するのが好ましく、管３内部の屈折／透過光ｌ４５（又は直線Ｐ４ーＰ５）が、投光部５２と受光部５４との光学的中心を結ぶ直線Ｐ１ーＰ８と略平行に透過する場合には、投光部５２と受光部５４の光学的中心Ｐ１，Ｐ８を、それぞれ円筒状上面４５１よりも下方に配設することで、かかる関係は満たすことが可能である。
次に、投光部５２から受光部５４までの光学経路の主要部を、図６，７により説明すると、先ず、点Ｐ１から、水平面と角度θ１をなす投光部５２の発光手段（ＬＥＤや光ファイバーを含む）の主光束が、図２の取付面４０８に垂直に投射されると、ケース４１と一体に形成された光路変更手段４０７の内部を直進して透過し、図６に示す内側円形で曲率半径ｒ１の断面４０６の点Ｐ２に、入射角θ２で入射し、点Ｐ２において空気中に屈折角θ３で屈折する。更に、空気中を屈折角θ３で直進すると、管３の曲率半径ｒ２の外周面で点Ｐ３の位置に入射角θ４で入射し、屈折率ｎ２の管３の内部に屈折角θ５で屈折し、そのまま直進して、内側円形で曲率半径ｒ３の断面の点Ｐ４に、入射角θ６で入射し、管３の中空内部の空気中に屈折角θ７で屈折する。次に、管３中空内部の空気中を屈折角θ７で直進すると、管３の曲率半径ｒ３の内周面で点Ｐ５の位置に入射角θ８で入射し、屈折率ｎ２の管３の内部に屈折角θ９で屈折し、そのまま直進して、管３の曲率半径ｒ２の外周面で点Ｐ６の位置に入射角θ１０で入射し、管３の外部空気中に屈折角θ１１で屈折し、そのまま空気中を直進して、ケース本体４１と一体に形成された光路変更手段４１１の内側円形で曲率半径ｒ１の断面４０６の点Ｐ７に、入射角θ１２で入射し、屈折率ｎ１の光路変更手段４１１の内部をそのまま直進すると、受光部取付面４１２の点Ｐ８の位置に入射角θ１４で入射し、そこから水平面と角度θ３１をなす受光部５４に受光されるようになっている。上記光路Ｐ１ーＰ２ーＰ３ーＰ４ーＰ５ーＰ６ーＰ７ーＰ８の各屈折点の座標を、図７に示すように、それぞれ、点Ｐ２＝（−ｘ２，−ｙ２）、点Ｐ３＝（−ｘ３，−ｙ３）、点Ｐ４＝（−ｘ４，ｙ４）、点Ｐ５＝（ｘ５，−ｙ５）、点Ｐ６＝（ｘ６，−ｙ６）、点Ｐ７＝（ｘ７，−ｙ７）で表記する。
かくして、管３の最大外径ｒ１が所定の大きさで固定され、光路変更手段４０７の水平面となす角度θ１も、所定の大きさに決定し固定され、投光部５２の取付面４０８への取付位置Ｐ１（ーｘ１，−ｙ１）も、直接、投射光が投光部５２から受光部５４に入射しない空間位置関係で固定位置に設定した場合、本発明の目的は、管の最大外径ｒ１より小さい外径ｒ２及び内径ｒ３を有する管３が外径ｒ２及び内径ｒ３に関して種々の値に変動しても、管３の内部を液体２が無い場合屈折・透過した光ｌ４５を、受光部取付位置Ｐ８が、予め設定した空間的固定位置の受光部取付位置Ｐ８であっても安定的に屈折・透過光の主光束を受光可能となるような位置が存在するか？、存在する場合には、管３の最大外径ｒ１を所定の大きさに固定した場合、上記光路変更手段の設定角度θ１、θ３１の値、及び、投光部５２の取付位置Ｐ１（ーｘ１，−ｙ１）、受光部５４の取付位置Ｐ８（ｘ８，−ｙ８）の値は、どのような値であるか？と置き換えることができ、結論から述べると、後述するように、かかる投光部、受光部の配置関係は、無数に存在し、その具体的求め方を以下に詳述する。
【００１１】
先ず、図６乃至図１９には、管３内部の屈折／透過光ｌ４５（又は直線Ｐ４ーＰ５）が、投光部５２と受光部５４との光学的中心を結ぶ直線Ｐ１ーＰ８と平行でなく斜めに透過する場合の１例を図示してあり、かかる場合、管３の最大外径ｒ１が所定の大きさで固定され、光路変更手段４０７の角度θ１も所定の大きさに決定し固定され、投光部５２の取付面４０８への取付位置Ｐ１（ーｘ１，−ｙ１）も固定位置に設定されると、座標ｘ１とｙ１とは、独立して変更できず、液体検出装置を取り付ける円筒形管の外径が最大の外径管の場合、その円筒中心より下方の液体検出装置を取り付ける側に、液体検知用透過光が透過するように投光部及び受光部の固定位置をそれぞれ幾何方程式及び光学方程式を連立させて演算し、又、液体検出装置を取り付ける円筒形管の外径が最小の外径管の場合、その円筒中心より下方の液体検出装置を取り付ける側を、液体検知用透過光が透過するように投光部及び受光部の固定位置をそれぞれ幾何方程式及び光学方程式を連立させて演算する。
具体的には、図６及び図８に示す半径ｒ１、角度θ１及び交点Ｐ０のｙ座標ｙ０と、点Ｐ１の座標値ｘ１，ｙ１との間には、次の幾何方程式が成り立つ。
ｙ０　＝　ｙ１　＋　ｘ１・ｃｏｔ（θ１）　・・・（１）
次に、図７及び図８に示す点Ｐ２の座標値ｘ２，ｙ２を、点Ｐ１の座標値ｘ１，ｙ１で表すと、光路Ｐ１ーＰ２は、ｘ軸と角度θ１をなし、光路Ｐ１ーＰ２は、内側半径ｒ１の円周とも交わるので、点Ｐ１の座標値ｘ１，ｙ１と、点Ｐ２の座標値ｘ２，ｙ２との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。直線条件より、
ｙ１　＝　（ｘ１−ｘ２）・ｔａｎ（θ１）　＋　ｙ２　・・・（２）
点Ｐ２が半径ｒ１の円周上にあるので、
ｘ２・ｘ２　＋　ｙ２・ｙ２　＝　ｒ１・ｒ１　　　　　　・・・（３）
次に、図９に示す点Ｐ２の位置で、半径Ｐ２ーＯ０がｙ軸となす角度θ２０と、入射角θ２、屈折角θ３、及び空気中への屈折光ｌ２３がｘ軸となす角度θ２１との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。
点Ｐ２が半径ｒ１の円周上にあるので、
ｘ２／ｙ２　＝　ｔａｎ（θ２０）　　　　　　・・・（４）
又、点Ｐ１を通りｘ軸に平行な直線とｙ軸との交点をＰ１０とし、点Ｐ１を通りｘ軸に平行な直線と、直線Ｏ０ーＰ２とが交わる点をＰ１１とすると、角Ｐ２Ｐ１１Ｐ１０は、θ１＋θ２に等しく、三角形Ｏ０Ｐ１１Ｐ１０が直角三角形であるから、
θ１　＋　θ２　＋　θ２０　＝　π／２　　・・・（５）
入射角θ２と屈折角θ３との間には、光路変更手段４０７の屈折率ｎ１より次の光学方程式が成り立つ。
ｓｉｎ（θ３）／ｓｉｎ（θ２）　＝　ｎ１　・・・（６）
更に、直線Ｏ０ーＰ２が、点Ｐ２においてｘ軸となす角度は、θ３＋θ２１に等しいので、
θ３　＋　θ２１　＋　θ２０　＝　π／２　　・・・（７）
尚、図９において、点Ｐ１を、角度θ２０＞４５度とし、点Ｐ１ａの位置で示すように、より上方に配置し、例えば、角度θ２＜０．０とすると、点Ｐ２ａの位置で空気中への屈折光ｌ２ａ３が、直線Ｐ２ａーＯ０より上方に伝搬するので、受光位置が、第４象限から第２象限の位置に変更してしまい、一般に、好ましくない。
次に、図１０に示す点Ｐ３の座標値ｘ３，ｙ３を、点Ｐ２の座標値ｘ２，ｙ２で表すと、光路Ｐ２ーＰ３は、ｘ軸と角度θ２１をなし、光路Ｐ２ーＰ３は、管３の外周半径ｒ２の円周とも交わるので、点Ｐ２の座標値ｘ２，ｙ２と、点Ｐ３の座標値ｘ３，ｙ３との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。直線条件より、
ｙ２　＝　（ｘ２−ｘ３）・ｔａｎ（θ２１）　＋　ｙ３　・・・（８）
点Ｐ３が半径ｒ２の円周上にあるので、
ｘ３・ｘ３　＋　（ｒ１−ｒ２−ｙ３）・（ｒ１−ｒ２−ｙ３）　＝　ｒ２・ｒ２　　・・・（９）
次に、図１１に示す点Ｐ３の位置で、光路Ｐ２ーＰ３がｘ軸となす角度θ２１、半径Ｐ３ーＯ３がｙ軸となす角度θ２２と、入射角θ４、屈折角θ５、及び管３内への屈折光ｌ３４がｘ軸となす角度θ２３との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。
点Ｐ３が半径ｒ２の円周上にあるので、
ｘ３／（ｙ３−ｒ１＋ｒ２）　＝　ｔａｎ（θ２２）　　・・・（１０）
又、直線Ｏ３ーＰ３が、点Ｐ２を通りｘ軸に平行な直線と交わる点をＰ１２とし、点Ｐ２を通りｘ軸に平行な直線がｙ軸と交わる点をＰ１３とすると、角Ｐ３Ｐ１２Ｐ１３は、θ２１＋θ４に等しく、三角形Ｏ３Ｐ１２Ｐ１３が直角三角形であるから、
θ２１　＋　θ４　＋　θ２２　＝　π／２　　・・・（１１）
入射角θ４と屈折角θ５との間には、屈折率ｎ２より次の光学方程式が成り立つ。ｓｉｎ（θ５）／ｓｉｎ（θ４）　＝　ｎ２　・・・（１２）
更に、図１２に示すように、直線Ｏ３ーＰ３が、点Ｐ３においてｘ軸となす角度は、θ５＋θ２３に等しいので、
θ５　＋　θ２３　＋　θ２２　＝　π／２　　・・・（１３）
次に、図１２に示す点Ｐ４の座標値ｘ４，ｙ４を、点Ｐ３の座標値ｘ３，ｙ３で表すと、光路Ｐ３ーＰ４は、ｘ軸と角度θ２３をなし、光路Ｐ３ーＰ４は、管３の内側半径ｒ３の円周とも交わるので、点Ｐ３の座標値ｘ３，ｙ３と、点Ｐ４の座標値ｘ４，ｙ４との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。直線条件より、
ｙ３　＝　（ｘ３−ｘ４）・ｔａｎ（θ２３）　＋　ｙ４　・・・（１４）
点Ｐ４が半径ｒ３の円周上にあるので、
ｘ４・ｘ４　＋　（ｒ１−ｒ２−ｙ４）・（ｒ１−ｒ２−ｙ４）　＝　ｒ３・ｒ３　　・・・（１５）
次に、図１３に示す点Ｐ４の位置で、光路Ｐ３ーＰ４がｘ軸となす角度θ２３、半径Ｐ４ーＯ３がｙ軸となす角度θ２４と、入射角θ６、屈折角θ７、及び管３内部の空気中への屈折光Ｐ４ーＰ５がｘ軸となす角度θ２５との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。
点Ｐ４が半径ｒ３の円周上にあるので、
ｘ４／（ｙ４−ｒ１＋ｒ２）　＝　ｔａｎ（θ２４）　　・・・（１６）
又、直線Ｏ３ーＰ４が、ｘ軸に平行な直線と交わる点をＰ１４とし、このｘ軸に平行な直線がｙ軸と交わる点をＰ１５とすると、角Ｐ４Ｐ１４Ｐ１５は、θ２３＋θ６に等しく、三角形Ｏ３Ｐ１４Ｐ１５が直角三角形であるから、
θ２３　＋　θ６　＋　θ２４　＝　π／２　　・・・（１７）
入射角θ６と屈折角θ７との間には、管３の屈折率ｎ２より次の光学方程式が成り立つ。
ｓｉｎ（θ７）／ｓｉｎ（θ６）　＝　ｎ２　・・・（１８）
更に、直線Ｏ３ーＰ４が、点Ｐ４においてｘ軸となす角度は、θ７＋θ２５に等しいので、
θ７　＋　θ２５　＋　θ２４　＝　π／２　　・・・（１９）
次に、図１４に示す点Ｐ５の座標値ｘ５，ｙ５を、点Ｐ４の座標値ｘ４，ｙ４で表すと、光路Ｐ４ーＰ５は、ｘ軸と角度θ２５をなし、光路Ｐ４ーＰ５は、管３の内側半径ｒ３の円周とも交わるので、点Ｐ４の座標値ｘ４，ｙ４と、点Ｐ５の座標値ｘ５，ｙ５との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。直線条件より、
ｙ４　＝　ｙ５　＋　（ｘ４＋ｘ５）・ｔａｎ（θ２５）　・・・（２０）
点Ｐ５が半径ｒ３の円周上にあるので、
ｘ５・ｘ５　＋　（ｒ１−ｒ２−ｙ５）・（ｒ１−ｒ２−ｙ５）　＝　ｒ３・ｒ３　　・・・（２１）
次に、図１４に示す点Ｐ５の位置で、光路Ｐ４ーＰ５がｘ軸となす角度θ２５、半径Ｐ５ーＯ３がｙ軸となす角度θ２６と、入射角θ８、屈折角θ９、及び管３内部の屈折率ｎ２の部材中への屈折光ｌ５６がｘ軸となす角度θ２７との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。
点Ｐ５が半径ｒ３の円周上にあるので、
ｘ５／（ｙ５−ｒ１＋ｒ２）　＝　ｔａｎ（θ２６）　　・・・（２２）
又、点Ｐ５を通りｘ軸に平行な直線がｙ軸と交わる点をＰ１６とすると、角Ｐ４Ｐ５Ｐ１６は、θ２５に等しく、三角形Ｏ３Ｐ５Ｐ１６が直角三角形であるから、
θ８　−　θ２５　＋　θ２６　＝　π／２　　・・・（２３）
入射角θ８と屈折角θ９との間には、屈折率ｎ２より次の光学方程式が成り立つ。ｓｉｎ（θ８）／ｓｉｎ（θ９）　＝　ｎ２　・・・（２４）
更に、直線Ｏ３ーＰ５が、点Ｐ５においてｘ軸となす角度は、θ９＋θ２７に等しいので、
θ９　＋　θ２７　＋　θ２６　＝　π／２　　・・・（２５）
次に、図１５に示す点Ｐ６の座標値ｘ６，ｙ６を、点Ｐ５の座標値ｘ５，ｙ５で表すと、光路Ｐ５ーＰ６は、ｘ軸と角度θ２７をなし、光路Ｐ５ーＰ６は、管３の外周半径ｒ２の円周とも交わるので、点Ｐ５の座標値ｘ５，ｙ５と、点Ｐ６の座標値ｘ６，ｙ６との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。直線条件より、
ｙ６　＝　（ｘ６ーｘ５）・ｔａｎ（θ２７）　＋　ｙ５　・・・（２６）
点Ｐ６が半径ｒ２の円周上にあるので、
ｘ６・ｘ６　＋　（ｒ１−ｒ２−ｙ６）・（ｒ１−ｒ２−ｙ６）　＝　ｒ２・ｒ２　　・・・（２７）
次に、図１６に示す点Ｐ６の位置で座標値ｘ６，ｙ６、光路Ｐ５ーＰ６がｘ軸となす角度θ２７、半径Ｐ６ーＯ３がｙ軸となす角度θ２８と、入射角θ１０、屈折角θ１１、及び管３内部の屈折率ｎ２の部材から空気中への屈折光ｌ６７がｘ軸となす角度θ２９との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。
点Ｐ６が半径ｒ２の円周上にあるので、
ｘ６／（ｙ６−ｒ１＋ｒ２）　＝　ｔａｎ（θ２８）　　・・・（２８）
又、点Ｐ６を通りｘ軸に平行な直線がｙ軸と交わる点をＰ１７とすると、角Ｐ５Ｐ６Ｐ１７は、θ２７に等しく、三角形Ｏ３Ｐ６Ｐ１７が直角三角形であるから、
θ２７　＋　θ１０　＋　θ２８　＝　π／２　　・・・（２９）
入射角θ１０と屈折角θ１１との間には、屈折率ｎ２より次の光学方程式が成り立つ。
ｓｉｎ（θ１１）／ｓｉｎ（θ１０）　＝　ｎ２　・・・（３０）
更に、直線Ｏ３ーＰ６が、点Ｐ６においてｘ軸となす角度は、θ１１＋θ２９に等しいので、
θ１１　＋　θ２９　＋　θ２８　＝　π／２　　・・・（３１）
次に、図１７に示す点Ｐ７の座標値ｘ７，ｙ７を、点Ｐ６の座標値ｘ６，ｙ６で表すと、光路Ｐ６ーＰ７は、ｘ軸と角度θ２９をなし、光路Ｐ６ーＰ７は、光路変更手段４１１の内周半径ｒ１の円周とも交わるので、点Ｐ６の座標値ｘ６，ｙ６と、点Ｐ７の座標値ｘ７，ｙ７との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。直線条件より、
ｙ７　＝　（ｘ７ーｘ６）・ｔａｎ（θ２９）　＋　ｙ６　・・・（３２）
点Ｐ７が半径ｒ１の円周上にあるので、
ｘ７・ｘ７　＋　ｙ７・ｙ７　＝　ｒ１・ｒ１　　　　　　・・・（３３）
次に、図１８に示す点Ｐ７の位置で座標値ｘ７，ｙ７、光路Ｐ６ーＰ７がｘ軸となす角度θ２９、半径Ｐ７ーＯ０がｙ軸となす角度θ３０と、入射角θ１２、屈折角θ１３、及び空気中から光路変更手段４１１内部の屈折率ｎ１の部材への屈折光ｌ７８がｘ軸となす角度θ３１との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。
点Ｐ７が半径ｒ１の円周上にあるので、
ｘ７／ｙ７　＝　ｔａｎ（θ３０）　　　　　　・・・（３４）
又、点Ｐ７を通りｘ軸に平行な直線がｙ軸と交わる点をＰ１８とすると、角Ｐ６Ｐ７Ｐ１８は、θ２９に等しく、三角形Ｏ０Ｐ７Ｐ１８が直角三角形であるから、
θ２９　＋　θ１２　＋　θ３０　＝　π／２　　・・・（３５）
入射角θ１２と屈折角θ１３との間には、屈折率ｎ１より次の光学方程式が成り立つ。
ｓｉｎ（θ１２）／ｓｉｎ（θ１３）　＝　ｎ１　・・・（３６）
更に、直線Ｏ０ーＰ７が、点Ｐ７においてｘ軸となす角度は、θ１３＋θ３１に等しいので、
θ１３　＋　θ３１　＋　θ３０　＝　π／２　　・・・（３７）
次に、図１９に示す点Ｐ８の座標値ｘ８，ｙ８を、点Ｐ７の座標値ｘ７，ｙ７で表すと、光路Ｐ７ーＰ８は、ｘ軸と角度θ３１をなし、光路Ｐ７ーＰ８は、光路変更手段４１１の取付平面４１２と交わるので、点Ｐ７の座標値ｘ７，ｙ７と、点Ｐ８の座標値ｘ８，ｙ８との間には、以下の幾何方程式が成り立つ。直線条件より、
ｙ８　＝　（ｘ８ーｘ７）・ｔａｎ（θ３１）　＋　ｙ７　・・・（３８）
かくして、
条件１）　管３の最大外径ｒ１を固定し、光路変更手段４０７，４１１の水平面となす角度θ１，θ３１もそれぞれ固定した場合、投光部５２の取付面４０８への取付位置Ｐ１（ーｘ１，−ｙ１）を更に所定の固定位置に設定しても、外径ｒ２及び内径ｒ３が種々の値に変動する管３に対して、管３内部を屈折・透過した光ｌ４５が、予め固定して設定した受光部取付位置Ｐ８であっても安定的に透過光の主光束を受光可能となるような位置Ｐ８が存在するか？となる。
【００１２】
【実施例】
上記図６乃至図１９には、管３内部の屈折／透過光ｌ４５（又は直線Ｐ４ーＰ５）が、投光部５２と受光部５４との光学的中心を結ぶ直線Ｐ１ーＰ８と平行でなく斜めに透過する場合の１例を示したが、解析をより簡単にするために、
条件２）　管３内部の屈折／透過光ｌ４５（又は直線Ｐ４ーＰ５）が、投光部５２と受光部５４との光学的中心を結ぶ直線Ｐ１ーＰ８と略平行（従って、ｘ軸に関しても略平行となる）に透過するように投光部５２の位置／角度を設定すると、図２０に示すように、かかる場合には、光の対称性から光学的対称軸（図２０では、ｙ軸）ｓｊ１に対して、大略対称に光が進行し、従って、角度θ１とθ３１は、それぞれ、ｙ軸ｓｊ１に対して対称であるから、ほぼ等しくなり、同様にして、角度θ７≒θ８、角度θ６≒θ９、角度θ５≒θ１０、角度θ４≒θ１１、角度θ３≒θ１２、角度θ２≒θ１３、角度θ１≒θ３１の関係が、それぞれ、ｙ軸に関する対称性から成立する。又、かかる場合には、光の対称性からｙ軸に対して、投光部５２及び受光部５４の位置もほぼ対称な配置となり、上記光路Ｐ１ーＰ２ーＰ３ーＰ４ーＰ５ーＰ６ーＰ７ーＰ８の中で、光路Ｐ１ーＰ２ーＰ３ーＰ４までの光学経路が解析でき、光路Ｐ４ーＰ５がｘ軸に対して略平行であれば、上記条件１は満たすことが分かる。更に、管３内部の透過光ｌ４５が、投光部５２と受光部５４との光学的中心を結ぶ直線Ｐ１ーＰ８と略平行に透過する場合には、投光部５２から受光部５４までの光学経路が最短となり、後述する投光部５２及び受光部５４を対称的に配置しない場合よりも光学経路が短かく、結果として、投光部５２の発光素子の強度を低減させても、十分なＳ／Ｎ比を確保できる利点がある。
尚、管径の変動する管３を緊締具４４の下面に形成された円筒曲面５２０の曲率半径部により緊締／挟持し、ケース本体４１、４２と、緊締具４４との円筒状内側圧接面で円筒形管３の軸芯位置を、その外径が変動しても絶えず一定の空間位置関係（図２０において、ケース本体４１、４２の対称中心線ｓｊ１と、サドル状緊締具４４の対称中心線ｓｊ１と、円筒形管３の軸芯Ｏ３とが、管３の如何なる外径に対しても、光学的対称軸ｓｊ１＝ｙ軸と一致した同一平面上にあるような一定の空間位置関係）に、安定して精密／高精度に固定するため、管３の外径に応じて、緊締具４４を変更するのが好ましく、中程度の大きさの外径の管３を、図２０に示す光学的対称軸ｓｊ１に物理的に対称に配置するためには、図４に示すような緊締具４４の内側接合円筒面５２０の内径が大きさＤ４４に形成されたものを使用し、最大径を含む大外径の大きさの管３ａを、図２１に示す光学的対称軸ｓｊ２に物理的に対称に配置するためには、図２３に示すような緊締具４４ａの内側接合円筒面５２０ａの内径が大きさＤ４４ａに形成されたものを使用し、最小径を含む小外径の大きさの管３ｂを、図２２に示す光学的対称軸ｓｊ３に物理的に対称に配置するためには、図２４に示すような緊締具４４ｂの内側接合円筒面５２０ｂの内径が大きさＤ４４ｂに形成されたものを使用するのが、好ましい。
そこで、
条件３１）　図２１に示すように、外径ｒ２＝ｒ１の最大外径の管３ａの場合に、ｙ軸に対して、投光部５２及び受光部５４の位置を、ほぼ対称な位置に配置可能とするためには、管３ａの内側屈折点Ｐ４ａの位置を、管の中心Ｏ３（＝Ｏ０）よりも下方の位置に設定する必要がある。この条件と図９より、
ｙ０　ー　ｙ１　＞　ｒ１　　　・・・（３９）
かつ
ｙ１　＞　ｒ１　　　　　　・・・（４０）
又、
条件３２）　図２２に示すように、外径ｒ２ｂの最小外径の管３ｂの場合に、ｙ軸に対して、投光部５２及び受光部５４の位置を、ほぼ対称な位置に配置可能とするためには、管３ｂの内側屈折点Ｐ４ｂの位置を、管の中心Ｏ３ｂよりも下方の位置に設定する必要があり、更に、最小外径の管３ｂの内側屈折点Ｐ４ｂの位置を、管の中心Ｏ３ｂよりも下方で、適切な位置に設定すると、最小外径の管３ｂの管厚（＝ｒ２−ｒ３）の影響を最小限とすることができる。ここで、最大外径ｒ１と最小外径ｒ２ｂとの比をｍとすると、
ｒ１　／　ｒ２ｂ　＝　ｍ　　・・・（４１）
【００１３】
上記条件２〜条件３２を整理し、
ｆ０）　初期設定として、例えば、円筒形管の最大外径ｒ１＝２５．４ｍｍに、最小外径ｒ２ｂ＝６ｍｍに、それぞれ設定すると、
ｍ　＝　最大外径ｒ１／最小外径ｒ２ｂ　＝　４．２　　　・・・（４２）
となる。更に、光路変更手段４０７，４１１を含むケース本体４１の屈折率ｎ１は、一般に、合成樹脂材やガラスの屈折率が、１．２〜２．２の範囲にあるので、
ｎ１　＝　１．２　〜　２．２　　　・・・（４３）
であるが、ポリカーボネイト等の合成樹脂材でケース本体を製作すると、
ｎ１　≒　１．５　　　　　　　　・・・（４４）
となる。次に、図２２及び式４より、以下の近似式が得られる。
ｔａｎ（θ２０）　＝　ｘ２／ｙ２　≒　ｘ１／ｙ１　≒　ｘ１／ｒ１　　・・・（４５）
又、式１を変形すると、
ｔａｎ（θ１）＝　ｘ１／（ｙ０−ｙ１）　≒　ｔａｎ（θ２０）／（ｙ０／ｒ１−１）　・・・（４６）
更に、図２２より、
ｔａｎ（θ１／ｍ）　≒　ｒ２ｂ／（ｙ０−ｒ１＋ｒ２ｂ）
＝１／（ｍ・（ｙ０／ｒ１−１）＋１）　・・・（４７）
であるから、
ｋ１　＝　ｙ０／ｒ１　　　　・・・（４８）
と置くと、式４６及び４７は、次式のように置換できる。
ｔａｎ（θ１）　≒　ｔａｎ（θ２０）／（ｋ１−１）　・・・（４９）
ｔａｎ（θ１／ｍ）　≒　１／（ｍ・（ｋ１−１）＋１）　　・・・（５０）
更に、図２２において、直線Ｐ０ーＰ２とｘ軸との交点を、点Ｑ０とし、点Ｐ２を通りｘ軸に平行な直線とｙ軸との交点を、点Ｑ２とすると、三角形Ｐ０Ｏ０Ｑ０と、三角形Ｐ０Ｑ２Ｐ２とは、相似であるから、
ｒ１／ｙ０　＝　１／ｋ１　≒　ｘ２／（ｙ０−ｙ２）　　　・・・（５１）
これを変形すると、
ｘ２　≒　（ｙ０−ｙ２）／ｋ１　＝　ｒ１・ｋ１／（ｋ１＋１／ｔａｎ（θ２０））　・・・（５２）
又、式４５及び式１から、
ｘ１　≒　ｒ１・ｔａｎ（θ２０）　　・・・（５３）
ｙ１　＝　ｙ０−ｘ１／ｔａｎ（θ１）　＝　ｒ１・（ｋ１ーｔａｎ（θ２０）／ｔａｎ（θ１））　・・・（５４）
例えば、
ｋ１　＝　２．０　　　　　　　　　　　　・・・（５５）
とすると、式５０より
ｔａｎ（θ１／ｍ）　≒　１／（ｍ・（ｋ１−１）＋１）＝１／５．２＝０．１９２３・・・（５６）
従って、θ１は次式のように演算できる。
θ１　≒　ｍ・ａｒｃｔａｎ（１／（ｍ・（ｋ１−１）＋１））・・・（５７）
＝　ｍ・ａｒｃｔａｎ（０．１９２３）　＝４．２＊１０．８９　＝　４５．７２度・・・（５８）
又、θ２０は、式４９より
ｔａｎ（θ２０）　≒　（ｋ１−１）・ｔａｎ（θ１）・・・（５９）
従って、
θ２０　≒　ａｒｃｔａｎ（（ｋ１−１）・ｔａｎ（θ１））・・・（６０）
＝　　θ１　＝　４５．７２度　　　・・・（６１）
次に、式５より
θ２　＝　π／２ーθ１ーθ２０　　　　　　　・・・（６２）
＝　−１．４４度　　　　　　　　　　　・・・（６３）
であるから、式５５の設定を変更し、
ｋ１　＝　２．０＋０．５　＝　２．５　　　　　　　　・・・（６４）
として、上記と同様に演算すると、式５７、６０、６２より、
θ１　≒　ｍ・ａｒｃｔａｎ（１／（４．２・（２．５−１）＋１））　　　　　　・・・（６５）
＝　ｍ・ａｒｃｔａｎ（０．１３７）　＝　４．２＊７．８０　＝　３２．７６度　　　・・・（６６）
θ２０　≒　ａｒｃｔａｎ（（２．５−１）・ｔａｎ（３２．７６））　　　　・・・（６７）
＝　ａｒｃｔａｎ（１．５・０．６４３４）　＝　４３．９９度　　　　　　・・・（６８）
θ２　＝　π／２　ー　θ１　ー　θ２０　　　＝　１３．２５度　　　　　・・・（６９）
かくして、適当に初期設定した倍率ｍ及びｋ１より、適当な初期値θ１，θ２０及びθ２が演算できた。
【００１４】
ｆ１）　次に、液体検出装置４を取り付ける円筒形管の外径が最大の外径管（ｒ２＝ｒ１）の場合、その円筒中心より下方の液体検出装置を取り付ける側を、検知用透過光ｌ４５が透過するように投光部及び受光部の固定位置（ーｘ１，−ｙ１）、（ｘ８，−ｙ８）＝（ｘ１（ｒｍａｘ），−ｙ１（ｒｍａｘ））をそれぞれ幾何方程式及び光学方程式を連立させて演算する。この条件は、式６２のθ２が、０より大きければ、必ず成立する。則ち、
θ２　＝　π／２　−θ１　−θ２０　＞　０．０　　　　　　・・・（７０）
上記式５３、５４と式６５，６７，６９を組み合わせると、次式が得られる。
ｘ１（ｒｍａｘ）　≒　ｒ１・ｔａｎ（θ２０）　＝　ｒ１・０．９６５４　　・・・（７１）
ｙ１（ｒｍａｘ）　＝　ｒ１・（ｋ１ーｔａｎ（θ２０）／ｔａｎ（θ１））　≒　ｒ１　・・・（７２）
尚、液体検出装置を取り付ける円筒形管の外径が最大の外径管（ｒ２＝ｒ１）を含む大外径管（例えば、外径Ｄ４４ａ≒２・ｒ１〜１．６・ｒ１の管）３ａの場合、管３ａを所定の空間位置関係（例えば、ケース本体４１，４２、管３ａ、緊締具４４ａのそれぞれの対称軸が、全て同一平面上にある関係）に固定／保持する緊締具４４ａの内側接合面５２０ａは、外径Ｄ４４ａの円筒形状に形成するのが好ましく、図２３（Ｂ）に示すように、その外側には、蝶ネジ４３ｂが干渉しないように、切欠部５２４を形成するのが、好ましい。
【００１５】
ｆ２）　又、液体検出装置を取り付ける円筒形管の外径が最小の外径管（ｒ２＝ｒ２ｂ）の場合、図２２において、円筒中心Ｏ３より下方の液体検出装置を取り付ける側の部位を、検知用透過光ｌ４５が透過するように、投光部及び受光部の固定位置（ーｘ１，−ｙ１）、（ｘ８，−ｙ８）＝（ｘ１（ｒｍｉｎ），−ｙ１（ｒｍｉｎ））をそれぞれ幾何方程式及び光学方程式を連立させて演算する。
式６より、
θ３　＝　ａｒｃｓｉｎ（ｎ１・ｓｉｎ（θ２））　　　　　・・・（７３）
＝　ａｒｃｓｉｎ（１．５・ｓｉｎ（１３．５６））＝２０．５９度　・・・（７４）
又、式７から
θ２１　＝　π／２　−θ３　−θ２０　　　　　　　　　・・・（７５）
＝　９０　ー２０．５９　−４３．９９　　＝　２５．４２度　　　・・・（７６）
図１１から、
ｘ３　≒　ｒ２　＝　ｒ１／ｍ　　　　　　　　　　　　　・・・（７７）
ｙ３−（ｒ１−ｒ１／ｍ）　≒　ｒ２／２　＝　ｒ１／（２・ｍ）　　　　・・・（７８）
従って、式１０より
ｔａｎ（θ２２）　＝　ｘ３／（ｙ３−ｒ１＋ｒ２）
≒　（ｒ１／ｍ）／（ｒ１／（２・ｍ））　＝　２．０　・・・（７９）
これより、
θ２２　≒　６３．４３度　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（８０）
と演算でき、更に、式１１より、
θ４　＝　π／２　−θ２１　−θ２２　　　　　　　　・・・（８１）
＝　９０　ー２５．４２　ー６３．４３　＝　１．１４５度　　　　・・・（８２）
と演算でき、円筒形管３の屈折率ｎ２を
ｎ２　＝　１．５　　　　　　　　　　　　　・・・（８３）
とすると、式１２及び１３より、角度θ５、θ２３が、以下のように演算できる。
θ５　＝　ａｒｃｓｉｎ（ｎ２・ｓｉｎ（θ４））　　　　　　　　・・・（８４）
＝　ａｒｃｓｉｎ（１．５・ｓｉｎ（１．１４５））　＝　０．７６３３度　・・・（８５）
又、
θ２３　＝　π／２　−θ５　−θ２２　　　　　　　　　　　・・・（８６）
＝　９０　ー０．７６３３　ー６３．４３　＝　２５．８１度　　　　　・・・（８７）
【００１６】
次に、図１３を参照し、上記条件２を満たすとすると、角度θ２５は、以下の値となる。
θ２５　≒　０．０　　　　　　　　　　　　・・・（８８）
又、
θ７　＋　θ２５　　＝　θ２３　＋　θ６　・・・（８９）
であるから、
θ７　≒　θ２３　＋　θ６　　　　　　　・・・（９０）
これを式１８に代入すると、
ｓｉｎ（θ２３＋θ６）　＝　ｎ２＊ｓｉｎ（θ６）　・・・（９１）
この式を変形すると、
ｔａｎ（θ６）　＝　ｓｉｎ（θ２３）／（ｎ２−ｃｏｓ（θ２３））・・・（９２）
より、式８７の値を代入すると、
θ６　＝　ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎ（θ２３）／（ｎ２−ｃｏｓ（θ２３）））　　・・・（９３）
＝　ａｒｃｔａｎ（０．４３５３９／０．５９９７５７）　＝　３５．９８度　・・・（９４）
が、得られ、これを式９０に代入すると、
θ７　≒　θ２３　＋　θ６　　　＝　６１．７９度　　　　　　　・・・（９５）
更に、式１９から、
θ２４　＝　π／２　−θ７　−θ２５　　　　　　　　　　　・・・（９６）
≒　９０　ー６１．４９　＝　２８．５１度　　　　　　　　　　・・・（９７）
が得られる。
上記式８８〜９７の解析においては、ｘ３，ｙ３，ｘ４，ｙ４の座標を一切使用していない。従って、式８１から
θ４　＝　π／２　−θ２１　−θ２２　＞　０．０　　　　　　　・・・（９８）
であれば、円筒中心Ｏ３より下方の液体検出装置を取り付ける側の部位を、検知用透過光ｌ４５が透過するように、投光部及び受光部の固定位置（ーｘ１，−ｙ１）、（ｘ８，−ｙ８）をそれぞれ演算することは可能である。則ち、式９８の条件を満たせば、点Ｐ３、Ｐ４の座標に関係なく、管３内の屈折／透過条件を満たすことが分かる。
例えば、図１３を最小外径ｒ２ｂ＝ｒ１／ｍの管３ｂに適用し、先ず、式９６、９７を式１５、１６に代入すると、点Ｐ４の座標は次式で演算できる。
ｘ４　＝　ｒ３・ｓｉｎ（θ２４）　　　　　　　・・・（９９）
ｙ４　＝　ｒ３・ｃｏｓ（θ２４）　＋　ｙＯ３　　・・・（１００）
次に、点Ｐ３の座標は式９、１０、１４より、次式で演算できる。
ｘ３　＝　ｒ２・ｓｉｎ（θ２２）　　　　　　　・・・（１０１）
ｙ３　＝　ｒ２・ｃｏｓ（θ２２）　＋　ｙＯ３　　・・・（１０２）
又、点Ｐ２の座標は式３、４より、次式で演算できる。
ｘ２　＝　ｒ１・ｓｉｎ（θ２０）　　　　　　　・・・（１０３）
ｙ２　＝　ｒ１・ｃｏｓ（θ２０）　　　　　　　・・・（１０４）
更に、点Ｐ１の座標（ｘ１，ｙ１）は、次式の２つの直線の交点より、演算可能である。
ｙ　＋ｙ２　＝　ｔａｎ（θ１）・（ｘ＋ｘ２）　　　・・・（１０５）
ｙ　＋ｙ０　＝　（−１／ｔａｎ（θ１））・ｘ　　　・・・（１０６）
則ち、
−ｘ１（ｒｍｉｎ）＝ｓｉｎ（θ１）（ｃｏｓ（θ１）・（ｙ０−ｙ２）−ｓｉｎ（θ１）・ｘ２）・・・（１０７）
＝ｓｉｎ（θ１）（ｃｏｓ（θ１）・（２．５・ｒ１−ｒ１・ｃｏｓ（θ２０））−ｓｉｎ（θ１）・ｒ１・ｓｉｎ（θ２０））
＝０．６０６９・ｒ１　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１０８）
−ｙ１（ｒｍｉｎ）＝ｓｉｎ（θ１）＊＊２・ｙ０＋ｃｏｓ（θ１）＊＊２・ｙ２ーｓｉｎ（θ１）・ｃｏｓ（θ１）・ｘ２
・・・（１０９）
＝０．９２４６３・ｒ１　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１１０）
かくして、円筒形管の外径が最小の外径管（ｒ２＝ｒ２ｂ）の場合、条件２を満たす検知用透過光ｌ４５が透過する場合の、投光部及び受光部の固定位置（−ｘ１，−ｙ１）、（ｘ８，−ｙ８）＝（ｘ１（ｒｍｉｎ），−ｙ１（ｒｍｉｎ））が、式１０７、１０８により、それぞれ演算可能である。
尚、液体検出装置を取り付ける円筒形管の外径が最小の外径管（ｒ２＝ｒ２ｂ）を含む小外径管（例えば、外径Ｄ４４ｂ≒２．６・ｒ２ｂ〜２・ｒ２ｂの管）３ｂの場合、管３ｂ内に液体２が注入されると、図２２において、点Ｐ４からの検知用透過光ｌ４５ｂが屈折せず、又は、非常に小さい屈折角で屈折して液体２内を直進し透過する。その結果、管３ｂの外周壁に当たって反射した光が、受光部の固定位置に入射する距離が比較的短く、十分減衰していないので、受光部５４が誤動作する可能性がある。かかる誤動作を確実に防止するためには、小外径管３ｂを所定の空間位置関係（例えば、ケース本体４１，４２、管３ｂ、緊締具４４ｂのそれぞれの対称軸が、全て同一平面上にある関係）に固定／保持する緊締具４４ｂの内側接合面５２０ｂは、外径Ｄ４４ｂの円筒形状に形成するのが好ましく、更に、円筒形状の内側接合面５２０ｂには、図２４（Ｄ）に示すような溝状切欠口５２２を形成しておくと、図２２に示すような略直進した液体透過光ｌ４５ｂが、そのまま、切欠口５２２の内部に誘導／乱反射され、受光部５４に入射する光量を大幅に低減できるので、好ましい。
【００１７】
ｆ３）　更に、上記ｆ１）の円筒形管の外径が最大の外径管の場合に演算した上記投光部及び受光部の固定位置と、上記ｆ２）の円筒形管の外径が最小の外径管の場合に演算した投光部及び受光部の固定位置との誤差を演算し、かかる固定位置誤差が少なくなるように、上記円筒形管の外径が最大の場合の投光部及び受光部の固定位置、及び／又は、上記円筒形管の外径が最小の外径管の場合の投光部及び受光部の固定位置を変更する。
尚、上記投光部及び受光部の固定位置を演算する場合、更に、円筒形管の外径が、最大の外径管（ｒ２＝ｒ１）と最小の外径管（ｒ２＝ｒ２ｂ）の中間の１／２の外径管（ｒ２＝（ｒ１＋ｒ２ｂ）／２）に対しても、上記投光部及び受光部の固定位置を演算すると、上記投光部及び受光部の固定位置の変動がどのような傾向を有するか、より詳細に把握でき好ましい。
更に又、上記ｆ１）の液体検出装置４を取り付ける円筒形管の外径が最大の外径管（ｒ２＝ｒ１）の場合、液体検出装置における投光部及び受光部の固定位置（ーｘ１，−ｙ１）、（ｘ８，−ｙ８）＝（ｘ１（ｒｍａｘ），−ｙ１（ｒｍａｘ））の演算に、上記式８８〜９７の解析結果を応用すると、先ず、図９に対応させて示す図２１において、点Ｐ２の位置での、光路変更手段４０７から管３ａへの屈折条件は、入射角θ２、屈折角θ３２に対して、光路変更手段４０７の屈折率ｎ１と、管３ａの屈折率ｎ２とが等しいことから、次式が成り立つ。
θ３２　＝　θ２　　　　　　　・・・（１１１）
又、図１３に対応させて示す図２１において、点Ｐ４の位置で、光路Ｐ２ーＰ４がｘ軸となす角度θ２３＝θ１であり、半径Ｐ４ーＯ０がｙ軸となす角度θ２４＝θ２０であり、入射角θ６１、屈折角θ７１、及び管３ａ内部の空気中への屈折光Ｐ４ーＰ５がｘ軸となす角度θ２５との間には、式１７の替わりに次式が成り立つ。
θ１　＋　θ６１　＋　θ２０　＝　π／２　　・・・（１１２）
更に、入射角θ６１と屈折角θ７１との間には、管３の屈折率ｎ２より次式が成り立つ。
ｓｉｎ（θ７１）／ｓｉｎ（θ６１）　＝　ｎ２　・・・（１１３）
同様にして、図１４に対応させて示す図２１において、点Ｐ５の位置で、入射角θ８１と屈折角θ９１との間には、管３の屈折率ｎ２より次式が成り立つ。
ｓｉｎ（θ８１）／ｓｉｎ（θ９１）　＝　ｎ２　・・・（１１４）
しかして、式６６及び式１７より、
θ２３＝θ１　≒　３２．７６度　　　　　　・・・（１１５）
とすると、
θ６１　＝　ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎ（θ２３）／（ｎ２−ｃｏｓ（θ２３）））
＝　ａｒｃｔａｎ（０．５４１１２／０．６５９０６）　＝　３９．３９度・・・（１１６）
が得られ、これを式９０に代入すると、
θ７１　≒　θ２３　＋　θ６１　　＝　７２．１５度　　　　　　・・・（１１７）
更に、式１９から、
θ２４　＝　π／２　−θ７１　−θ２５　　　　　　　　　・・・（１１８）
≒　９０　ー７２．１５　＝　１７．８５度　　　　　　　　・・・（１１９）
が、得られる。
又、図２１において、角Ｐ２Ｏ０Ｐ０＝θ２０は、
θ２０　＝　π／２　−θ３２　−θ１　　　　　　　　　　　・・・（１２０）
＝　９０　ー１３．２５　ー３２．７６　＝　４３．９９度　　　　　・・・（１２１）
であるから、点Ｐ２の座標は式１０３、１０４より演算でき、更に、点Ｐ１の座標（ｘ１，ｙ１）は、式１０７、１０９より演算でき、
−ｘ１（ｒｍａｘ）＝ｓｉｎ（θ１）（ｃｏｓ（θ１）・（ｙ０−ｙ２）−ｓｉｎ（θ１）・ｘ２）・・・（１２２）
＝ｓｉｎ（θ１）（ｃｏｓ（θ１）・（２．５・ｒ１−ｒ１・ｃｏｓ（θ２０））−ｓｉｎ（θ１）・ｒ１・ｓｉｎ（θ２０））
＝０．６０６９・ｒ１　　　　　　　・・・（１２３）
−ｙ１（ｒｍａｘ）＝ｓｉｎ（θ１）＊＊２・ｙ０＋ｃｏｓ（θ１）＊＊２・ｙ２−ｓｉｎ（θ１）・ｃｏｓ（θ１）・ｘ２・・・（１２４）
＝０．９２４６３・ｒ１　　　　　・・・（１２５）
従って、上記を整理すると、式７１、７２からは、
ｘ１（ｒｍａｘ）　≒　ｒ１・ｔａｎ（θ２０）　＝　ｒ１・０．９６５４　　・・・（７１）
ｙ１（ｒｍａｘ）　＝　ｒ１・（ｋ１ーｔａｎ（θ２０）／ｔａｎ（θ１））　≒　ｒ１　・・・（７２）
が得られ、、又、式１０８、１１０、１２３、１２５からは、
−ｘ１（ｒｍｉｎ）＝０．６０６９・ｒ１　　　　　　・・・（１０８）
−ｙ１（ｒｍｉｎ）＝０．９２４６３・ｒ１　　　　　・・・（１１０）
が得られるので、上記例では、円筒形管の外径が最大の外径管の場合の投光部（及び受光部）の固定位置ｘ１（ｒｍａｘ），ｙ１（ｒｍａｘ）、及び、円筒形管の外径が最小の外径管の場合の投光部（及び受光部）の固定位置ｘ１（ｒｍｉｎ），ｙ１（ｒｍｉｎ）を、ｘ，ｙ座標共に、その絶対値が大きくなる方向に移動させて、再度、上記演算を繰り返すとよい。
【００１８】
ｆ４）　上記ｆ３）の固定位置変更工程を、最大外径管及び最小外径管の固定位置の間の誤差が、所定の誤差εの範囲内（例えば、最大外径管の外径ｒ１が、１ｍ前後の場合には、半径が数ｍｍの円の範囲内、又、最大外径管の外径が、２５ｍｍ前後の場合には、半径が１．０ｍｍの円の範囲内、好ましくは、半径が０．５ｍｍの円の範囲内）となるまで繰り返す。
更に、円筒形管の外径が最大及び最小の外径管の投光部（及び受光部）の固定位置ｘ１，ｙ１を、ｘ，ｙ座標を変動させて、再度、上記ｆ１）〜ｆ３）の演算を繰り返しても、最大外径管と最小外径管の固定位置の間の誤差が、所定の誤差εの範囲内に収まらない場合には、上記光路変更手段の取付面４０８，４１２の傾斜角θ１及び／又はθ３１を変更させたり、取付面の交点Ｐ０の座標ｙ０を変更させて、上記ｆ１）〜ｆ３）の演算を繰り返すとよい。
かくして、傾斜角θ１及び取付面の交点Ｐ０の座標ｙ０を適切に設定すると、ｍ＝４．２で、かつ、最大外径管の外径が２５ｍｍ前後の場合、所定の誤差εの範囲を、半径が０．１ｍｍの円の範囲内となるまで繰り返し、精密に調整することが可能である。
尚、上記所定の誤差εの範囲は、投光部５２及び受光部５４の指向感度特性及び受光面積の大きさに依存し、受光部５４に株式会社東芝製のシリコン・フォト・ダイオードＴＰＳ７０４を採用した場合には、受光部が１辺の長さ２．６６ｍｍの正方形受光部から構成され、その半値角θ１／２は、±６５度である。従って、比較的大きな管径の計測を実行する場合には、受光部の前面に集光レンズ系を配設することが好ましい。
又、投光部５２に、株式会社松下電器産業製のＧａＡｓ赤外発光ダイオードＬＮ１５５を採用した場合には、指向感度特性の半値角θ１／２は、±８０度となり、更に、投光部５２に、株式会社東芝製のＧａＡｓ赤外発光ダイオードＴＬＮ１０７Ａを採用した場合には、指向感度特性の半値角θ１／２は、±１５度となり、気泡の影響を低減した計測を実行する場合には、指向感度特性の半値角θ１／２が大きな角度の発光素子を利用するのが好ましい。
又、上記例では、光路変更手段４０７、４１１を介在させて、投光部５２及び受光部５４が、直接、管３に接触したり、又は、外部に露出するのを防止したが、光路変更手段４０７、４１１を省略して投光部５２及び受光部５４を構成したり、光路変更手段４０７、４１１を、投光部５２及び受光部５４側に一体に組み込んで形成し、直接、管３に接触させたり、又は、外部に露出せしめても、本発明の液体検出装置４は、構成可能であり、かかる場合には、最大外径管から最小外径管まで、全ての計測対象となる外径管３に対して、投光部５２からの投射光、及び、受光部５４への屈折／透過光が、それぞれ、一定の角度θ２１、及び、θ２９で、管３に投光／受光できるように構成するとよい。
【００１９】
次に、図２０に対応させて示す図２５は、本発明の液体検出装置４ａの別の構成の１例であり、それぞれ、同様の番号を付した装置は、同様の機能を果たすと共に、液体検出装置４ａでは、内側断面形状を、円筒面４０６から平面４０６ａ，４０６ｂに変更し、光路変更手段４０７ａ、４１１ａを平面プリズム状に形成すると共に、ケース本体４２の中央嵌合突起子４５０ａに形成された管３との円筒状接合上面４５１ａの上下方向の長さを、投光部５２から投射した光束が、直接、受光部５４に入射しないように、十分長く形成したもので、かかる投光部５２から受光部５４への光学経路の場合にも、管径の変動する管３を緊締具４４の下面に形成された円筒曲面５２０の曲率半径部により緊締／挟持し、ケース本体４１ａ、４２ａと、緊締具４４との円筒状内側圧接／接合面で円筒形管３の軸芯位置を、その外径が変動しても絶えず一定の空間位置関係（図２５において、ケース本体４１ａの対称中心線ｓｊ４と、サドル状緊締具４４の対称中心線ｓｊ４と、円筒形管３の軸芯Ｏ３とが、管３の如何なる外径に対しても、光学的対称軸ｓｊ４＝ｙ軸と一致した同一平面上にあるような一定の空間位置関係）に、安定して精密／高精度に固定するため、管３の外径に応じて、緊締具４４を変更するのが好ましく、
中程度の大きさの外径の管３を、光学的対称軸ｓｊ４に物理的に対称に配置するためには、図４に示すような緊締具４４の内側接合円筒面５２０の内径が大きさＤ４４に形成されたものを使用し、最大径を含む大外径の大きさの管３ａを、光学的対称軸に物理的に対称に配置するためには、図２３に示すような緊締具４４ａの内側接合円筒面５２０ａの内径が大きさＤ４４ａに形成されたものを使用し、最小径を含む小外径の大きさの管３ｂを、光学的対称軸に物理的に対称に配置するためには、図２４に示すような緊締具４４ｂの内側接合円筒面５２０ｂの内径が大きさＤ４４ｂに形成されたものを使用するのが、好ましい。
又、上記ｆ０）〜ｆ４）の解析工程は、内側断面が平面状であっても、全く同様に実行することができ、管３の中空内部を、屈折透過光が、ｘ軸に、ほぼ平行に伝搬する条件で、従って、光学的対称軸ｓｊ４に対して、対称的に、投光部５２及び受光部５４の固定位置を演算することができる。
【００２０】
次に、図２０に対応させて示す図２６は、本発明の液体検出装置４ｂの別の構成の１例であり、それぞれ、同様の番号を付した装置は、同様の機能を果たすと共に、液体検出装置４ｂでは、液体検出装置４と同様にケース本体４１ｂ，４２ｂの内側断面形状が、円筒面４０６で形成されているが、投光部５２及び受光部５４を、ｙ軸に関して、非対称に配置した１例であり、図２６の配置例でも、上記と同様に、投光部５２から投射した光束が、直接、受光部５４に入射しないように、途中の光学経路に、遮光材４５０ｂを介在させる必要がある。
かかる投光部５２から受光部５４への非対称な配置の光学経路の場合にも、管径の変動する管３を緊締具４４の下面に形成された円筒曲面５２０の曲率半径部により緊締／挟持し、ケース本体４１ｂ、４２ｂと、緊締具４４との円筒状内側圧接／接合面で円筒形管３の軸芯位置を、その外径が変動しても絶えず一定の空間位置関係（図２６において、ケース本体４１ｂの中心線ａｊ５と、サドル状緊締具４４の中心線ａｊ５と、円筒形管３の軸芯Ｏ３とが、管３の如何なる外径に対しても、ｙ軸と一致した同一平面上にあるような一定の空間位置関係）に、安定して精密／高精度に固定するため、管３の外径に応じて、上述と同様に緊締具４４を変更するのが好ましい。しかして、図２６に示すような投光部５２と受光部５４との非対称な配置の光学経路の場合には、上記ｆ０）〜ｆ４）の解析工程は、幾何方程式及び光学方程式を連立させてなる式１〜式３８の非線形方程式を、直接、数値解析により解くことにより実行でき、上記ｆ１）の円筒形管の外径が最大の外径管の場合に演算した投光部及び受光部の固定位置と、上記ｆ２）の円筒形管の外径が最小の外径管の場合に演算した投光部及び受光部の固定位置と、ｆ２−２）円筒形管の外径が、最大の外径管（ｒ２＝ｒ１）と最小の外径管（ｒ２＝ｒ２ｂ）の中間の１／２の外径管（ｒ２＝（ｒ１＋ｒ２ｂ）／２）に対して演算した投光部及び受光部の固定位置とを、相互に比較し、
更に、上記ｆ３）と同様にして、上記ｆ１）の円筒形管の外径が最大の外径管の場合に演算した上記投光部及び受光部の固定位置と、上記ｆ２）の円筒形管の外径が最小の外径管の場合に演算した投光部及び受光部の固定位置との誤差を演算し、かかる固定位置誤差が少なくなるように、上記円筒形管の外径が最大の場合の投光部及び受光部の固定位置、及び／又は、上記円筒形管の外径が最小の外径管の場合の投光部及び受光部の固定位置を変更する。
又、上記ｆ４）と同様にして、上記ｆ３）の固定位置変更工程を、最大外径管及び最小外径管の固定位置の間の誤差が、所定の誤差εの範囲内（例えば、最大外径管の外径ｒ１が、１ｍ前後の場合には、半径が数ｍｍの円の範囲内、又、最大外径管の外径が、２５ｍｍ前後の場合には、半径が１．０ｍｍの円の範囲内、好ましくは、半径が０．５ｍｍの円の範囲内）となるまで繰り返す。更に、円筒形管の外径が最大及び最小の外径管の投光部（及び受光部）の固定位置ｘ１，ｙ１を、ｘ，ｙ座標を変動させて、再度、上記ｆ１）〜ｆ３）の演算を繰り返しても、最大外径管と最小外径管の固定位置の間の誤差が、所定の誤差εの範囲内に収まらない場合には、上記光路変更手段の取付面４０８，４１２の傾斜角θ１及び／又はθ３１を変更させたり、取付面の交点Ｐ０の座標ｙ０を変更させて、上記ｆ１）〜ｆ３）の演算を繰り返すとよい。
但し、図２６に示すような投光部５２と受光部５４との非対称な配置の場合には、最大外径管及び最小外径管の固定位置の間の誤差が、所定の誤差εの範囲内である光学経路が演算できた場合、対称な配置の場合に求まった光学経路と比較すると、投光部５２から受光部５４までの光学経路の長さが、一般に、長くなり、従って、受光光量の低下が観測され、一般には、装置のＳ／Ｎ比が低下する傾向にある。
しかしながら、傾斜角θ１及び取付面の交点Ｐ０の座標ｙ０を適切に設定すると、多少演算時間はかかるが、非対称な投光部／受光部の配置であっても、最大外径と最小外径の比がｍ＝４．２で、かつ、最大外径管の外径が２５ｍｍ前後の場合、上記所定の誤差εの範囲を、誤差半径が０．５ｍｍの円の範囲内となるまで繰り返し、精密に調整することが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投光部と受光部との固定位置演算方法によれば、管径の軸芯方向に変化する管内液体検出装置／液位検出装置において、管径が異なった場合でも、予め上記ｆ４）の工程により、最大外径管及び最小外径管の固定位置の間の誤差が、所定の誤差εの範囲内となる位置を、液体検知用透過光の光学経路に沿って、幾何方程式及び光学方程式を連立させてなる式１〜式３８の非線形方程式を、直接、数値解析により解くことにより精密に求めて、誤差範囲内の投光部及び受光部の固定位置に、それぞれ、投光部及び受光部を配設しているので、投光部の投射角度調節作業が全く不要であり、又、光を投射する管の外部から管内に屈折／透過した検知光により液体の有無を判定しているので、着色した液体や粘度の高く気泡の発生し易い液体であっても非常に安定して液体の有無判定が実行できると共に、装置を取付ける円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上、好ましくは２００％以上、更に好ましくは、４００％以上異なっていても、全く同一のセンサ本体が利用可能であり、装置の設置が簡単で熟練を要しない液体検出装置における投光部と受光部との固定位置演算方法を提供することができる。
又、本発明の管内液体検出装置及び／又は液位検出装置によれば、管径の軸芯方向に変化する液位に対して、当該管が透明部材で形成されていなくても光が半透明材等の透光可能な部材で構成されていれば使用可能であり、又、管径が異なった場合でも、投光部の投射角度調節作業が全く不要であり、更に、光を投射する管の外部から管内に屈折／透過した検知光により液体の有無を判定しているので、着色した液体や粘度の高く気泡の発生し易い液体であっても非常に安定して液体の有無判定が実行できると共に、装置を取付ける円筒形管の外径が大径管の場合と小径管の場合とで、２０％以上、好ましくは２００％以上、更に好ましくは、４００％以上異なっていても、全く同一のセンサ本体が利用可能であり、装置の設置が簡単／確実で、設置空間が非常に狭くて済み、調節が容易で、取扱いに熟練を要しない液体検出装置／液位検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、液体貯蔵容器（タンク、カテーテル等）１内の液位検出に本発明の液位検出装置４ｓを応用した１例で、管３に本発明の管内液体検出装置４を取り付けた概略図であり、図１（Ｂ）は、その拡大正面図、図１（Ｃ）は、その拡大上面図、図１（Ｄ）は、その拡大側面図である。
【図２】図２（Ａ）は、管内液体検出装置４の縦断面図であり、図２（Ｂ）は、透光材ケース４１の上面図、図２（Ｃ）は、その底面図、図２（Ｄ）は、その側面図である。
【図３】図３（Ａ）は、不透光材ケース４２の縦断面図であり、図３（Ｂ）は、その上面図、図３（Ｃ）は、その底面図、図３（Ｄ）は、その側面図である。
【図４】図４（Ａ）は、緊締具４４の上面図であり、図４（Ｂ）は、その線４Ｂ−４Ｂでの部分断面図、図４（Ｃ）は、その線４Ｃ−４Ｃでの断面図、図４（Ｄ）は、その底面図である。
【図５】図５（Ａ）は、締結材４３０の上面図であり、図５（Ｂ）は、その正面図、図５（Ｃ）は、その側面図である。
【図６】本発明の投光部５２から受光部５４までの全体の光学経路を、各屈折点での角度を中心に示した図である。
【図７】本発明の投光部５２から受光部５４までの全体の光学経路を、各屈折点での位置座標を中心に示した図である。
【図８】本発明の投光部５２、光路変更手段４０７とケース内径ｒ１の関係を示す図である。
【図９】光路変更手段４０７の屈折点Ｐ２での入射光Ｐ１−Ｐ２、屈折光ｌ２３の関係を示す図である。
【図１０】光路変更手段４０７の屈折点Ｐ２から円筒形管３の外側屈折点Ｐ３へ透過光が伝播する光学経路を示す図である。
【図１１】円筒形管３の外側屈折点Ｐ３でその内部に屈折光が伝播する場合の光学経路を示す図である。
【図１２】円筒形管３の管材内部を屈折光がその内部に伝播する光学経路を示す図である。
【図１３】円筒形管３の内側屈折点Ｐ４での屈折光の光学経路を示す図である。
【図１４】円筒形管３の中空内部を屈折光が伝播し、内側屈折点Ｐ５で管材内部に屈折する場合の光学経路を示す図である。
【図１５】円筒形管３の管材内部を屈折光がその外部に伝播する光学経路を示す図である。
【図１６】円筒形管３の外側屈折点Ｐ６でその外部に屈折光が伝播する場合の光学経路を示す図である。
【図１７】円筒形管３の外側屈折点Ｐ６から光路変更手段４１１の屈折点Ｐ７へ透過光が伝播する光学経路を示す図である。
【図１８】光路変更手段４１１の屈折点Ｐ７でその内部に屈折光が伝播する光学経路を示す図である。
【図１９】光路変更手段４１１の屈折点ＰＰから受光部５４に屈折光が伝播する光学経路を示す図である。
【図２０】本発明の液位検出装置４ｓ／管内液体検出装置４を、中程度の外径の管３に取り付けた場合の、光学経路を示す横断面図である。
【図２１】本発明の液位検出装置４ｓ／管内液体検出装置４を、最大外径の管３ａに取り付けた場合の、光学経路を示す横断面図である。
【図２２】本発明の液位検出装置４ｓ／管内液体検出装置４を、最小外径の管３ｂに取り付けた場合の、光学経路を示す横断面図である。
【図２３】図２３（Ａ）は、本発明の別の緊締具４４ａの上面図であり、図２３（Ｂ）は、その線２３Ｂ−２３Ｂでの部分断面図、図２３（Ｃ）は、その線２３Ｃ−２３Ｃでの断面図、図２３（Ｄ）は、その底面図である。
【図２４】図２４（Ａ）は、本発明の又別の緊締具４４ｂの上面図であり、図２４（Ｂ）は、その線２４Ｂ−２４Ｂでの部分断面図、図２４（Ｃ）は、その線２４Ｃ−２４Ｃでの断面図、図２４（Ｄ）は、その底面図である。
【図２５】本発明の光路変更手段の内側断面が平面で形成された管内液体検出装置４ａの水平断面図である。
【図２６】本発明の投光部／受光部を非対称に配置して、最大外径管及び最小外径管に対する固定位置の間の誤差が、所定の誤差εの範囲内となる管内液体検出装置４ｂの水平断面図である。
【符号の説明】
２　液体
３，３ａ、３ｂ　円筒形管
４、４ａ、４ｂ　管内液体検出装置
４ｓ　管内液位検出装置
４１　透光材ケース
４２　遮光材ケース
４３　締結部材
４３０
４４，４４ａ，４４ｂ　緊締具
４０７、４１１　光路変更手段
４５０　遮光材突起子
４６　表示手段
５０　回路基板
５２　投光部
５４　受光部
【図１】
2004045319.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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