(57)【要約】【課題】本発明は、光センサを用いた液位検知装置の構成を大きく変えることなく、発光素子の発光タイミングと受光素子の受光結果から状態を検知し、適切な報知を行うことができる液位検知装置を実現する。【解決手段】液体２を収容する容器１の液位を示す液位管３と、発光素子４と受光素子５によって構成され前記液位管に付設された液位検知手段６を備え、前記発光素子４を発光させるタイミングと前記受光素子５の受光を参照するタイミングを変更することにより前記液位管３の状態を検知することで外光などによる異常状態を検知することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する容器と、前記容器の液位を示す液位管と、前記液位管に付設された発光素子と受光素子と、前記発光素子と受光素子による光の検出に応じて前記液位管の液位を検出する液位検知手段とを備え、前記液位検知手段は、前記発光素子を発光させるタイミングと前記受光素子の受光を参照するタイミングを所定の要件に応じて変更する液位検知装置。
【請求項２】
発光素子が発光しているタイミングと発光していないタイミングでの受光素子の受光結果から液位管の状態を検知する請求項１に記載の液位検知装置。
【請求項３】
液位検知手段を複数備え、複数の発光素子を発光させる順序が変更できる請求項１または２に記載の液位検知装置。
【請求項４】
所定の基準タイミングを発生する基準タイミング発生手段を備え、発光素子を発光させる発光タイミングを決定するとともに前記発光タイミングを変更可能とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の液位検知装置。
【請求項５】
商用電源のゼロボルトクロス点を検出するゼロボルトクロス検出手段を備え、発光素子をゼロボルトクロス点から所定時間経過後発光し、前記所定時間を変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の液位検知。
【請求項６】
液位管の状態の検知結果に応じた報知ができる報知手段を備えた請求項１〜５のいずれか１項に記載の液位検知装置。
【請求項７】
発光素子を発光させないタイミングに受光素子が受光を検知したとき外光による異常状態であると検知し、報知手段が外光による異常状態であることを報知する請求項６に記載の液位検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光センサを使用し、液体を収容する容器の液位を検知する液位検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は液位検知装置の液位管３の軸方向に垂直な断面図である。図８において４は発光ダイオードなどの発光素子、５はフォトトランジスタなどの受光素子であり、発光素子４と受光素子５は液位管３の側面に対向して取り付けられている。１６は遮光性の材質によるホルダーであり、発光素子４と受光素子５を液位管３に固定する。
【０００３】
以下、前記構成における作用について述べる。発光素子４が発光した光は液位管３の外壁面に達し液位管３の材質による屈折率に応じて液位管３の中心方向に屈折して進む。このとき図８（ａ）のように液位管３に液体がない場合は図８（ａ）の矢印のように光は内壁面から出る時に液位管３の中心から離れる方向に屈折し進み、再び内壁面にぶつかった時にさらに液位管３の中心から外側に屈折し、受光素子５に達する。一方、図８（ｂ）のように液位管３に液体２がある場合には液位管３の材料の屈折率と液体の屈折率の差異が液位管３の材料の屈折率と空気の屈折率の差異よりも小さいため発光素子４から発光された光は内壁面から液体に到達するときにあまり屈折せず直進する。このことから液位管３内部に液体が存在するときには発光素子４が発光しても受光素子５は光を受光せず、逆に液位管３内部に液体が存在しないときには発光素子４が発光したときに受光素子５は光を受光する。よって、発光素子４の発光タイミングと受光素子５の受光結果から液位を検知することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成だけでは、外光の影響で外光が受光素子に到達したときに液位管に液体があるにもかかわらず受光素子が受光状態となるため液位を誤検知し、液位検知装置を使用した機器が誤動作を起こす問題がある。
【０００５】
本発明は、従来の液位検知装置の構成を大きく変えることなく、発光素子を動作させるタイミングと受光素子の受光結果から正常状態、異常状態を検知し適切な報知を行うことで液位検知装置の誤動作を防止することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、液体を収容する容器と、前記容器の液位を示す液位管と、前記液位管に付設された発光素子と受光素子と、前記発光素子と受光素子による光の検出に応じて前記液位管の液位を検出する液位検知手段とを備え、前記液位検知手段は、前記発光素子を発光させるタイミングと前記受光素子の受光を参照するタイミングを所定の要件に応じて変更する構成とし、これにより、発光素子の発光タイミングと受光素子の受光結果の組み合わせから液位管の状態を検知することができ、正常状態であれば液位管の液位を示し、異常状態であれば異常状態であることを示すことで液位検知装置を使用した機器の誤動作をなくすことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、液体を収容する容器と、前記容器の液位を示す液位管と、前記液位管に付設された発光素子と受光素子と、前記発光素子と受光素子による光の検出に応じて前記液位管の液位を検出する液位検知手段とを備え、前記液位検知手段は、前記発光素子を発光させるタイミングと前記受光素子の受光を参照するタイミングを所定の要件に応じて変更する構成とし、これにより、発光素子を発光させるタイミング以外で受光素子が受光を検知しているときは外的要因による異常状態であることが検知できる。また、発光素子を発光させるタイミングを変えることで周期ノイズによる影響を回避することができ、液位検知装置を使用した機器の誤動作をなくすことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記発光素子が発光しているタイミングと発光していないタイミングの前記受光素子の受光結果から前記液位管の状態を検知するよう構成することで、発光素子を発光させていないときに受光素子が常に受光しているときは定常的に発光している光源が近くにあるといった異常状態や、発光素子を発光させていないときに不定期に受光素子が受光しているときは不定期なパルスノイズを発生させる他の機器のリモコンが近傍で操作されているといった異常状態を検知することができ、液位検知装置を使用した機器の誤動作をなくすことができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記液位検知手段を複数備え、複数の前記発光素子を発光させる順序を変更できるよう構成することにより、一定の周期で入力されるパルスノイズの影響で特定の発光素子を発光させるタイミングに受光素子が受光状態と検知してしまうという異常状態を発光素子の発光順序を変更することで検知することができ、液位検知装置を使用した機器の誤動作をなくすことができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、所定の基準タイミングを発生する基準タイミング発生手段を備え、前記発光素子を発光させる発光タイミングを基準タイミング発生手段に基づき決定するとともに前記発光タイミングを変更可能とすることにより、一定の周期で入力されるパルスノイズの影響で特定の発光素子を発光させるタイミングに受光素子が受光状態と誤検知してしまうという異常状態を回避することができ、液位検知装置を使用した機器の誤動作をなくすことができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、商用電源のゼロボルトクロス点を検出するゼロボルトクロス検出手段を備え、前記発光素子をゼロボルトクロス点から所定時間経過後発光することができ、前記所定時間を変更することができるよう構成することで、新たに基準タイミング発生手段を設けることなくマイコンを用いて容易に基準タイミングを発生でき、商用電源に同期して入力されるパルスノイズによる異常状態を効果的に回避することができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、液位管の状態の検知結果に応じた報知ができる報知手段を備えた構成とすることにより、使用者に現在の状態を報知することができ、正常状態であれば液位を示し、異常状態であれば異常状態であることを使用者に知らせることができる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記発光素子を発光させないタイミングに前記受光素子が受光を検知したとき、その受光状態に応じて、定常的に発光している光源による異常状態、もしくは不定期なパルスノイズを発生させるリモコンなどによる異常状態であると検知し、前記報知手段はその旨を報知できるよう構成することで、使用者に異常状態の要因を知らせることができ、その要因の排除を喚起できる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本実施例における構成図である。図１（ａ）において、１は液体２を収容することのできる容器であり、容器１の下方の接続部で液位管３と接続されており、液位管３内部の液体２の液面は容器１内部の液体２の液面と同じ液位で保たれる。
【００１６】
液位管３の上方側面には発光素子４ａと受光素子５ａが対向して取り付けられており、下方側面には発光素子４ｂと受光素子５ｂが対向して取り付けられている。
【００１７】
６は液位検知手段であり、発光素子４ａ、４ｂと受光素子５ａ、５ｂにより構成される。液位検知手段６は発光素子４ａ、４ｂを発光させることができ、発光素子４ａを発光させたときの受光素子５ａの受光結果から液位管３の上部まで液体が満たされているかどうかを検知することができる。同様に発光素子４ｂと受光素子５ｂにより液位管３の下部に液体があるかどうかを検知することができる。
【００１８】
７はマイコンであり、発光素子４ａ、４ｂの発光タイミング並びに受光素子５ａ、５ｂの受光結果を記憶できる記憶手段８と記憶手段８の記憶内容から液位管３の状態を検知する状態検知手段９と基準タイミング発生手段として商用電源のゼロボルトクロス点を検出するゼロボルトクロス検出手段１０を備えている。
【００１９】
１１は報知手段であり、ブザー１２と表示板１３から構成されている。ブザー１２は状態検知手段９が異常状態を検知したときに報知音を鳴らす。なお、異常状態の種類によって報知音を変えるもしくは、ＯＮ／ＯＦＦの周期を変える。
【００２０】
図１（ｂ）は表示板１３の構成図である。表示板１３はＬＣＤ１４とＬＥＤ１５から構成されている。ＬＣＤ１４は状態検知手段９が正常状態を検知し液位管３の液位を検知できているとき液位レベルを表示し、異常状態であるときは液位を表示しない。また、ＬＥＤ１５は状態検知手段９が正常状態のときは消灯し、異常状態のとき点滅する。なお、異常状態の種類によって点滅する周期を変更する。
【００２１】
ここで、液位レベルは受光素子の数＋１段階検知することができ、本実施例では液位管３の受光素子５ｂが取り付けられている位置よりも低い位置に液体２の液面があるとき液位レベルを０とし、その際ＬＣＤ１４の表示は図１（ｂ）Ｂのようになる。液面が受光素子５ａと受光素子５ｂの間にあるとき液位レベルを１とし、その際ＬＣＤ１４の表示は図１（ｂ）Ｃのようになる。受光素子５ａよりも高い位置に液面があるときに液位レベル２とし、ＬＣＤ１４の表示は図（ｂ）Ｄのようになる。
【００２２】
図２を用いてマイコン７並びに液位検知手段６の構成について詳しく説明する。マイコン７の出力ポートＰ００、Ｐ０１をＯＮすることで発光素子４ａ、４ｂをそれぞれ独立に発光させることができる。マイコン７の入力ポートＡＩＮは受光素子５ａ、５ｂがどちらも受光していないときにはＤＣ電源１７の電圧が入力され、受光素子５ａ、５ｂのどちらか一方が受光しているときにはＧＮＤ１８に近い電圧が入力される。
【００２３】
以上のように構成された液位検知装置について、以下にその動作作用について詳しく説明する。
【００２４】
まず、図３を用いて、液位検知装置が外的要因を受けることなく正常に動作する場合について説明する。
【００２５】
図３（ａ）は液位管３と液位検知手段６を表した模式図である。液位管３内部の液体２は液位管３の中間まで満たされている。図３（ａ）Ａは発光素子４ａ、４ｂが発光していない状態を表し、図３（ａ）Ｂは発光素子４ａ、４ｂが発光している状態を表しており、白抜きの矢印は発光素子から発光された光を表している。図３（ｂ）は液位検知手段６の動作とマイコン７の入力のタイミングチャートであり、添え字付の矢印はマイコン７に入力された電圧を読み取るタイミングを示しており、このタイミングでの電圧により各受光素子５ａ、５ｂの受光検知を行う。図３（ｃ）はマイコン内部の記憶手段８に記憶される内容と、状態検知手段９による検知結果の表である。以降、図３（ｂ）を用いて液位検知手段６の動作を説明する。
【００２６】
始めに、ゼロボルトクロス検出手段１０によって商用電源のゼロボルトクロス点を検出したときを開始位置として発光素子４ａを発光時間（本実施例では発光時間を２．５ミリ秒とする）だけ発光させる。その際、マイコン７はタイミングｘ１で入力ポートの電圧を参照し、受光素子５ａ、５ｂが受光しているかどうかを検知し、その結果を記憶手段８に記憶する。発光素子４ａの発光時間終了後、発光素子４ａ、４ｂを発光させない無発光時間（本実施例では無発光時間を７．５ミリ秒とする）を設け、その間にマイコン７はタイミングｙ１、ｚ１で入力ポートの電圧を参照し、受光素子５ａ、５ｂが受光しているかどうかを検知し、その結果を記憶手段８に記憶する。
【００２７】
次に、発光素子４ｂを所定の発光時間だけ発光させる。その際、発光素子４ａの時と同様にタイミングｘ２時の受光素子５ａ、５ｂの受光結果を記憶手段８に記憶する。また、発光素子４ｂの発光時間終了後、発光素子４ａの時と同様に所定の無発光時間を設け、タイミングｙ２、ｚ２時の受光素子５ａ、５ｂの受光結果を記憶手段８に記憶する。発光素子４ａ、４ｂを発光させ、それぞれの後ろに無発光時間を持たせた時間を液位検知時間（本実施例では２０ミリ秒である）とし、一連の動作を液位検知とする。
【００２８】
１回目の液位検知で得られる記憶手段８の記憶内容は図３（ｃ）Ａのようになる。１回の液位検知から得られる記憶内容だけからでも液位管３の状態ならびに液位を検知することは可能である。しかし、より正確に状態ならびに液位を検知するため、本実施例では図３（ｂ）のように１回目の液位検知が終了後、再び液位検知を行い、図３（ｃ）のように２回の液位検知の結果から状態検知手段９により液位管３の状態を検知する。
【００２９】
状態検知手段９は図３（ｃ）Ａ、Ｂの記憶内容から液位管３の状態を図３（ｃ）Ｃの表のように検知する。検知方法は、１回目の液位検知の結果である図３（ｃ）Ａの内容と２回目の図３（ｃ）Ｂの内容が一致しているかどうかを判断すると共に、発光素子４ａ、４ｂが発光していないタイミングで受光を検知しているかどうかを判断する。図３の状態では１回目の液位検知の結果と２回目の液位検知の結果は一致しており、発光素子４ａ、４ｂが発光していないタイミングで受光を検知していないため液位管３は正常状態であると検知し、液位レベルは１と検知する。
【００３０】
２回液位検知を行い液位管３の状態と液位を検知したときに報知手段１１は状態検知手段９の結果に伴い報知を行う。図３（ｃ）Ｃの場合はブザー１２をならさず、ＬＣＤ１４は図１（ｂ）Ｃの様に液位レベル１を表示し、ＬＥＤ１５は消灯させる。
【００３１】
次に、図４を用いて定常的なノイズにより液位検知装置が異常状態になる場合の動作について説明する。
【００３２】
図４（ａ）は液位管３と液位検知手段６を表した模式図であり、１９ａは外光を表している。図４（ｂ）は液位検知手段６の動作と外光１９ａによるノイズとマイコン７の入力のタイミングチャートであり、添え字付の矢印はマイコン７に入力された電圧を読み取るタイミングを示している。図４（ｃ）はマイコン内部の記憶手段８に記憶される内容と、状態検知手段９による検知結果の表である。
【００３３】
図４（ｂ）における液位検知手段６の動作は図３（ｂ）を用いて以前説明したのと同じ動作である。図４（ｂ）では外光１９ａの影響で受光素子５ａ、５ｂが常に受光しているため記憶手段８に記憶される内容は図４（ｃ）Ａ、Ｂのようになる。
【００３４】
図４（ｃ）Ａと図（ｃ）Ｂは一致しているが、発光素子４ａ、４ｂが発光していないタイミングで常に受光を検知しているため、状態検知手段９は液位管３が定常的に発光している光源が近くにある異常状態であると検知し、液位レベルは検知不可能とする。
【００３５】
状態検知手段９の検知結果が図４（ｃ）Ｃになったとき報知手段１１はブザー１２を一定時間ＯＮ／ＯＦＦ（本実施例では３秒周期でＯＮ／ＯＦＦする）させ、ＬＣＤ１４を図１（ｂ）Ａのように無表示にし、ＬＥＤ１５を点滅（本実施例では３秒周期でＯＮ／ＯＦＦする）させる。
【００３６】
次に、図５を用いて不定期なパルスノイズにより液位検知装置が異常状態になる場合の動作について説明する。
【００３７】
図５（ａ）は液位管３と液位検知手段６を表した模式図であり、１９ｂは外光を表している。図５（ｂ）は液位検知手段６の動作と外光１９ｂによるノイズとマイコン７の入力のタイミングチャートであり、添え字付の矢印はマイコン７に入力された電圧を読み取るタイミングを示している。図５（ｃ）はマイコン内部の記憶手段８に記憶される内容と、状態検知手段９による検知結果の表である。
【００３８】
図５（ｂ）における液位検知手段６の動作は図３（ｂ）を用いて以前説明したのと同じ動作である。図５（ｂ）では外光１９ｂの影響で受光素子５ａ、５ｂが不定期に受光状態になるため記憶手段８に記憶される内容は図５（ｃ）Ａ、Ｂのようなる。
【００３９】
図５（ｃ）Ａと図５（ｃ）Ｂは一致しておらず、発光素子４ａ、４ｂが発光していないタイミングでも受光を検知しているため、状態検知手段９は液位管３が不定期なパルスノイズを発生させるリモコンなどが近傍で操作されていると検知し、液位レベルは検知不可能とする。
【００４０】
状態検知手段９の検知結果が図５（ｃ）Ｃになったとき報知手段１１はブザー１２を一定時間ＯＮ／ＯＦＦ（本実施例では１秒周期でＯＮ／ＯＦＦする）させ、ＬＣＤ１４を無表示にし、ＬＥＤ１５を点滅（本実施例では１秒周期でＯＮ／ＯＦＦする）させる。
【００４１】
以上述べたように発光素子を発光させるタイミング以外の受光結果を参照することで外的要因による異常状態を検知することができる。以降、一定の周期で入力されるパルスノイズによる異常状態を検知するための動作について説明する。
【００４２】
図６を用いて一定の周期でパルスが発生するような周期ノイズにより液位検知装置が異常状態になる場合の動作について説明する。図６（ａ）は液位管３と液位検知手段６を表した模式図である。図６（ｂ）は商用電源の電源電圧と電源電圧に重畳されたパルスノイズと液位検知手段６の動作とマイコン７の入力のタイミングチャートであり、添え字付の矢印はマイコン７に入力された電圧を読み取るタイミングを示している。図６（ｃ）はマイコン内部の記憶手段８に記憶される内容と、状態検知手段９による検知結果の表である。
【００４３】
図６（ｂ）における液位検知手段６の動作は図５（ｂ）と１回目の液位検知までは同じであるが、２回目以降の液位検知をスタートさせる際に発光素子４ａ、４ｂの発行させる順序を入れ替える。発光素子４ａ、４ｂの順序を入れ替えない場合、図６（ｂ）の状態において記憶手段８の記憶内容は液位管３の実際の液位が変わらない限り常に図（ｃ）Ａとなり、状態検知手段９は正常状態で液位レベルを１と検知してしまう。順序を入れ替えることで記憶手段８の記憶内容は図６（ｃ）Ａ、Ｂとなる。ここで、状態検知手段９が状態ならびに液位を検知するのに使用する液位検知の回数を液位検知手段６の数の倍以上とすることでノイズが周期ノイズであることを検知することができる。状態検知手段９は状態ならびに液位を図６（ｃ）Ｃのように検知する。
【００４４】
報知手段１１はブザー１２を一定時間ＯＮ／ＯＦＦ（本実施例では２秒周期でＯＮ／ＯＦＦする）させ、ＬＣＤ１４を無表示にし、ＬＥＤ１５を点滅（本実施例では２秒周期でＯＮ／ＯＦＦする）させる。
【００４５】
次に、周期ノイズにより液位検知装置が異常状態である場合に周期ノイズを回避して液位を検知する動作について図７を用いて説明する。
【００４６】
これまで図３〜６を用いて説明してきた液位検知ではゼロボルトクロス検出手段１０によって検出されたゼロボルトクロス点からのみ検知を開始しており、図７（ｂ）のように電源電圧に重畳されたパルスノイズに対して異常状態であることを検知することができない。そこで、液位検知の開始地点を図７（ｃ）のようにゼロボルトクロス点から一定時間（本実施例では２．５ミリ秒とする）ずらして液位検知を行うことで図７（ｂ）のようなパルスノイズによる異常状態を検知することができる。
【００４７】
ここで、状態検知手段９が状態ならびに液位を検知するのに使用する液位検知の回数をこれまでは説明を簡単にするために２回としてきたが１０回とし、液位検知をスタートさせるタイミングを図７（ｃ）のように毎回ずらすようにする。状態検知手段９は記憶内容の発光タイミングでの受光結果を参照し、１０回中ある閾値（８回とする）以上同じ液位を検知したときに液位を確定する。
【００４８】
以上述べたように発光素子を発光させるタイミングと受光素子の受光結果を参照するタイミングを変更可能とすることで、周期的なパルスノイズによる異常状態を検知すると共に周期ノイズを回避して液位を検知することができる。
【００４９】
なお、本実施例の液位検知手段６は２対の発光素子と受光素子により構成されているが発光素子と受光素子の対の数を増やすことにより細かな液位の検知ができる。
【００５０】
また、本実施例の発光素子と受光素子は液位管の側面に対向して取り付けているが、発光素子の発光した光を受光素子が受光できる構成であれば同様の効果が得られる。
【００５１】
また、本実施例では液位検知の開始地点を決めるトリガとしてゼロボルトクロス点を用いているが電源電圧のピーク点をトリガとして用いても同等の動作を行うことができる。
【００５２】
また、本実施例では無発光時間中の受光検知タイミングを２回としているが、受光検知タイミングをより増やすことでパルスノイズによる異常状態の検知漏れが少なくなり、より正確に状態を検知することができる。
【００５３】
また、本実施例で説明した液位検知装置を電気湯沸かし器や給湯浄水器などの液体を使用する機器に適用することで、液位検知装置から得られる状態ならびに液位を使用し、液位検知装置を使用する機器の各種制御を容易に行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来の液位検知装置の構成を大きく変えることなく、外光などによる異常状態を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す構成図
【図２】本発明の実施例の液位検知手段を示す回路図
【図３】本発明の実施例の液位検知装置が正常状態である時の液位検知手段、記憶手段と状態検知手段を示す図
【図４】本発明の実施例の液位検知装置が定常ノイズによる異常状態である時の液位検知手段、記憶手段と状態検知手段を示す図
【図５】本発明の実施例の液位検知装置が不定期ノイズによる異常状態である時の液位検知手段、記憶手段と状態検知手段を示す図
【図６】本発明の実施例の液位検知装置が周期ノイズによる異常状態である時の液位検知手段、記憶手段と状態検知手段を示す図
【図７】本発明の実施例の液位検知装置が周期ノイズによる異常状態である時の液位検知手段を示す図
【図８】従来の液位検知手段を示す構成図
【符号の説明】
３　液位管
４ａ　発光素子
５ａ　受光素子
６　液位検知手段
８　記憶手段
９　状態検知手段
１０　ゼロボルトクロス検出手段（基準タイミング発生手段）
【図１】
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【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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