(57)【要約】【課題】小さな油膜でも検出可能な油膜検出装置を提供する。【解決手段】水面に向けて光を照射する発光部１２と、水面での反射光を受光する受光部１３と、受光部１３で受光した反射光量から水面上の油膜の有無を検出する検出回路１６とを備えた油膜検出装置であって、発光部１２から発せられた光を発散させ発散ビームとして水面に照射する凹レンズ１４と、凹レンズ１４と水面との間に設置され、発散ビームの水面での反射光が入射したとき、その入射光を入射経路と略同じ経路で水面に向けて反射する回帰性のリフレクタ１５とを備え、リフレクタ１５で反射された光は、水面で反射し収束ビームとなって凹レンズ１４を透過して受光部１３で受光される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に向けて光を照射する発光部と、前記水面での反射光を受光する受光部と、前記受光部で受光した反射光量から前記水面上の油膜の有無を検出する検出手段とを備えた油膜検出装置であって、
前記発光部から発せられた光を発散させ発散ビームとして前記水面に照射するレンズ部材と、
前記レンズ部材と前記水面との間に設置され、前記発散ビームの前記水面での反射光が入射したとき、その入射光を入射経路と略同じ経路で前記水面に向けて反射する回帰性反射部材とを備え、
前記回帰性反射部材で反射された光が、前記水面で反射し収束ビームとなって前記レンズ部材を透過して前記受光部で受光されることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の油膜検出装置において、
前記レンズ部材は凹レンズであることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の油膜検出装置において、
前記回帰性反射部材には中央部に光が透過可能な貫通孔が形成され、前記レンズ部材は、その中心軸が前記貫通孔の中心に合致していることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の油膜検出装置において、
前記回帰性反射部材は複数に分割されて前記レンズ部材の周囲に配置されていることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項５】
請求項１，３又は４に記載の油膜検出装置において、
前記回帰性反射部材は、板上に正四面体のプリズムまたは透光性を有するビーズが多数配列されたリフレクタであることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項６】
請求項１又は３に記載の油膜検出装置において、
前記回帰性反射部材は、凹面鏡であることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項７】
請求項１に記載の油膜検出装置において、
前記発光部と前記受光部は一体に形成されていることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の油膜検出装置において、
前記発光部から発せられる光はレーザ光であることを特徴とする油膜検出装置。
【請求項９】
円筒体と逆円錐状の筒体とが一体成形され、取水した水の一部をサンプル水として前記円筒体に円周方向から取り込むことにより、前記サンプル水に渦を生じさせるとともに、その渦を利用して前記サンプル水を前記逆円錐状の筒体下部の穴から排出する油捕集部と、
前記円筒体の中央部上方に設置され、前記サンプル水の油膜の有無を検出する油膜検出部と、
前記油膜検出部が油膜を検出したときに警報を発する警報手段と、を備えた油膜検出システムであって、
前記油膜検出部として、請求項１〜８のいずれか１項に記載の油膜検出装置を設置したことを特徴とする油膜検出システム。
【請求項１０】
発光部から水面に向けて光を照射するとともに、前記水面での反射光を受光部で受光して、その受光した反射光量から前記水面上の油膜の有無を検出する油膜検出方法であって、
前記発光部からの光を凹レンズによって発散させて、発散ビームとして前記水面に照射する一方、
前記発散ビームの前記水面での反射光を回帰性反射部材に入射させ、その入射光を、前記回帰性反射部材によって前記入射光の経路と略同じ経路で前記水面に反射させるとともに、前記水面での反射光を収束ビームとして前記凹レンズを透過させ、その透過光を前記受光部で受光することを特徴とする油膜検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水面上の油膜の有無を検出する油膜検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浄水場においては、河川等から取水した原水に対し、通常、凝集沈殿処理により濁質の除去、および塩素注入によるアンモニアや重金属の除去と滅菌を行った後に、その水を飲料水として配水している。
【０００３】
取水時には原水に有害物質が含まれているか否かの監視が行われている。例えば、魚が泳ぐ水槽内に原水を流し、魚の様子に変化が起こるか否かで有害物質の有無を監視している。
【０００４】
しかし、水槽内の魚によって有害物質の有無を監視する方法は、原水中に毒物が含まれているときはその毒物検知に有効であるが、原水の水面に油が浮いているときは魚に変化が起こらず、油検知を行うことができない。
【０００５】
そこで、発光部から水面に向けてレーザ光を照射し、そのときの水面でのレーザ光の反射光を受光部で受光することにより、水面での反射光量を測定し、その測定結果から水面上の油（油膜）の有無を検出する油膜検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）
【０００６】
ところで、上記構成の油膜検出装置では、水面にレーザ光を照射したときに水面が波打っていると、レーザ光の水面での反射光が受光部から外れてしまい、反射光量を正確に測定することができなくなる。
【０００７】
このような問題点を解消するために、例えば図７に示すような油膜検出装置が知られている。この油膜検出装置１はケース２を有し、そのケース２内には、発光部３および受光部４と、発光部３および受光部４が取り付けられた支持体５と、支持体５に回転軸が連結されたモータ６とが設けられている。そして、モータ６によって支持体５を矢印Ｒ１方向に回転させて、発光部３からのレーザ光７を矢印Ｒ２方向に回転させることにより、レーザ光７の水面での反射光８も同Ｒ２方向に回転するので、反射光８が受光部４に当たる確率が高くなって、反射光量の測定が可能となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１５３８００号公報（第３−４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、発光部から照射されたレーザ光が水面上に点状に当たるため、小さな油膜は見落としてしまい油膜を正確に検出できないという欠点がある。すなわち、水面上のレーザ光照射位置（レーザ光照射点）を油膜が丁度通過し、油膜での反射光が受光部に入力されれば、その油膜の存在を正確に検出できるが、油膜は均一に流れてくるとは限らず、しかも小さな油膜がレーザ光照射点から外れた所を流れてきた場合、レーザ光が油膜に当たらず、油膜の存在を検出できない。
【００１０】
本発明の課題は、小さな油膜でも検出可能な油膜検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、水面に向けて光を照射する発光部と、前記水面での反射光を受光する受光部と、前記受光部で受光した反射光量から前記水面上の油膜の有無を検出する検出手段とを備えた油膜検出装置であって、前記発光部から発せられた光を発散させ発散ビームとして前記水面に照射するレンズ部材と、前記レンズ部材と前記水面との間に設置され、前記発散ビームの前記水面での反射光が入射したとき、その入射光を入射経路と略同じ経路で前記水面に向けて反射する回帰性反射部材とを備え、前記回帰性反射部材で反射された光が、前記水面で反射し収束ビームとなって前記レンズ部材を透過して前記受光部で受光されることを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、発光部から発せられた光はレンズ部材を透過する際に発散し発散ビームとして水面に照射され、水面で反射した後、回帰性反射部材に入射する。回帰性反射部材に入射した光は該回帰性反射部材で反射され、その反射光は入射経路と略同じ経路を辿って水面に入射し、その入射光は水面で再度反射されて収束ビームとなって、レンズ部材を介して受光部で受光される。このとき、水面上に油膜が存在していれば、受光部が受光する反射光量が多くなるので、油膜の有無を検出することができる。
【００１３】
また、上記構成においては、水面上には発光部からの光が発散ビームとして広い範囲に照射されるので、小さな油膜でも容易に検出することができる。
【００１４】
上記レンズ部材としては、請求項２のように、凹レンズを使用するのが好ましい。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記回帰性反射部材には中央部に光が透過可能な貫通孔が形成され、前記レンズ部材は、その中心軸が前記貫通孔の中心に合致していることを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、発光部からの光は回帰性反射部材中央の貫通孔を通って水面に照射されることになる。
【００１７】
また、回帰性反射部材は、請求項４のように、複数に分割されてレンズ部材の周囲に配置されたものでよい。
【００１８】
前記回帰性反射部材としては、請求項５のように、平板上に正四面体のプリズムまたはビーズが多数配列されたリフレクタでもよいし、請求項６のように、凹面鏡でもよい。
【００１９】
また、前記発光部と前記受光部は、請求項７のように、一体に形成することができる。
【００２０】
さらに、前記発光部から発せられる光は、請求項８のように、レーザ光であるのが好ましい。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、円筒体と逆円錐状の筒体とが一体成形され、取水した水の一部をサンプル水として前記円筒体に円周方向から取り込むことにより、前記サンプル水に渦を生じさせるとともに、その渦を利用して前記サンプル水を前記逆円錐状の筒体下部の穴から排出する油捕集部と、前記円筒体の中央部上方に設置され、前記サンプル水の油膜の有無を検出する油膜検出部と、前記油膜検出部が油膜を検出したときに警報を発する警報手段とを備えた油膜検出システムであって、前記油膜検出部として、請求項１〜８のいずれか１項に記載の油膜検出装置を設置したことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、取水した水の一部をサンプル水として円筒体に円周方向から取り込むことにより、サンプル水に渦を生じるため、サンプル水に油が混じっているときは、その油が渦の水面中央に集められ比較的大きな油膜が形成される。その結果、油膜検出部によって油膜を容易に検出することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、発光部から水面に向けて光を照射するとともに、前記水面での反射光を受光部で受光して、その受光した反射光量から前記水面上の油膜の有無を検出する油膜検出方法であって、前記発光部からの光を凹レンズによって発散させて、発散ビームとして前記水面に照射する一方、前記発散ビームの前記水面での反射光を回帰性反射部材に入射させ、その入射光を、前記回帰性反射部材によって前記入射光の経路と略同じ経路で前記水面に反射させるとともに、前記水面での反射光を収束ビームとして前記凹レンズを透過させ、その透過光を前記受光部で受光することを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係る油膜検出装置の全体構成図である。図１に示すように、本発明の油膜検出装置１０は水面から所定距離上方位置に設置される。この油膜検出装置１０は筒状のケース１１を有し、そのケース１１内には、発光部１２および受光部１３と、発光部１２および受光部１３の下方に配置されたレンズ部材としての凹レンズ１４とが設けられている。本実施の形態では、発光部１２として半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子が、受光部１３としてアバランシャフォトダイオードやＰＩＮフォトダイオード等の受光素子がそれぞれ使用されている。
【００２５】
ケース１１の底壁中央部には貫通孔１１Ａが形成され、凹レンズ１４はその中心軸が貫通孔１１Ａの中心軸に合致するように配置されている。また、ケース１１の底壁には、回帰性反射部材としてのリフレクタ１５が固定されている。リフレクタ１５は板状をなし、その中央部には貫通孔１５Ａが形成されている。貫通孔１５Ａはその中心軸がケース１１底壁の貫通孔１１Ａの中心軸に合致しており、つまり、凹レンズ１４、ケース１１底壁の貫通孔１１Ａ、および貫通孔１５Ａは一直線上に配置されている。
【００２６】
ここではリフレクタ１５は一つであるが、複数に分割された小型のリフレクタを凹レンズ１４の周囲に配置した構成でもよい。なお、リフレクタ１５は外周が四角形または円形をなしている。
【００２７】
発光部１２および受光部１３には、検出手段としての検出回路１６が電気的に接続され、また、検出回路１６には警報手段としての警報部１７が接続されている。
【００２８】
次に、リフレクタ１５の詳細について説明する。
図２はリフレクタ１５の正面図である。リフレクタ１５は自転車等の後部に取り付けられる反射板と同様なもので、表面が図２に示すように凸凹に形成されている。リフレクタ１５には正四面体のプリズム（図の太線で囲んだ部分）１８が多数規則正しく配列されている。すなわち、プリズム１８は６個を一組として六角形（図２の破線）に配置され、この六角形に配置されたプリズム群が縦横にハニカム構造に配列されている。
【００２９】
正四面体のプリズム１８は、図３に示すように、正三角形の３つの側面１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃと、これら側面１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃと同形状の底面１８Ｄを有している。そして、例えば側面１８Ａに矢印Ａ１方向から光が入射すると、その光は側面１８Ａで屈折してプリズム１８内に入り、側面１８Ｂの裏面、さらに側面１８Ｃの裏面で反射し、側面１８Ａで再び屈折して矢印Ａ２方向に出射する。これにより、入射した光を入射経路と略同じ経路で反射することができる。
【００３０】
また、プリズム１８の代わりに、図４に示すように、板２０の上に透光性を有する球体状のビーズ２１を配列したものでもよい。この場合は、例えば矢印Ｂ１方向から光が入射すると、その光はビーズ２１の球表面２１Ａで屈折してビーズ２１内に入り、球表面２１Ａの裏面で反射し、さらに球表面２１Ａで再び屈折して矢印Ｂ２方向に出射する。これにより、入射した光を入射経路と略同じ経路で反射することができる。なお、図４において、２２はビーズ２１を板２０に固定する接着剤である。
【００３１】
次に、上記構成の油膜検出装置の作用について説明する。
発光部１２から出射されたレーザ光は、図１に示すように、凹レンズ１４によって発散されて発散ビームとなり、その発散ビームはケース１１底壁の貫通孔１１Ａおよびリフレクタ１５の貫通孔１５Ａを通って水面上に円形状に照射される。図１において、Ｓは発散ビームの照射領域である。
【００３２】
照射された発散ビームは水面で反射して、リフレクタ１５に入射する。リフレクタ１５に入射した光は、プリズム１８（またはビーズ２１）で反射され、その反射光は入射経路と略同じ経路を通って水面に入射する。その入射光は水面で再度反射されて収束ビームとなり、リフレクタ１５の貫通孔１５Ａおよびケース１１底壁の貫通孔１１Ａを通って凹レンズ１４に導かれ、さらに凹レンズ１４を透過して受光部１３で受光される。そして、受光部１３で受光した光量についてのデータ信号は検出回路１６に取り込まれる。
【００３３】
このとき、検出回路１６には光量の閾値が予め記憶されており、検出回路１６は取り込んだデータ信号と閾値とを比較して、データ信号が閾値以下であれば、水面上には油膜は存在しないと判定し、データ信号が閾値を超えていれば、水面上に油膜が存在していると判断する。
【００３４】
また、水面上に油膜が存在していると判断したとき、検出回路１６は警報部１７に警報信号を送り、警報部１７は警報信号を取り込んで警報を発する。なお、警報部１７が発する警報は音であってもよいし、表示画面上に文字等で表示させてもよい。また、音を発すると同時に表示画面上に文字等を表示してもよい。
【００３５】
本実施の形態によれば、水面上には発光部１２からのレーザ光が発散ビームとして広い範囲に照射されるので、水面上の小さな油膜でも容易に検出することができる。
【００３６】
また、発光部１２と受光部１３とを一体で構成してもよい。このように構成すれば、受発光部がコンパクト化され、油膜検出装置１０全体を小型化することができる。
【００３７】
なお、図示してないが、リフレクタ１５の代わりに、ケース１１の底壁に凹面鏡を設けた場合でも、凹レンズ１４による発散ビームの水面での反射光が前記凹面鏡に入射したときに、その入射光を入射経路と略同じ経路で水面に向けて反射することができ、プリズム１８（またはビーズ２１）を有するリフレクタ１５と同様な作用効果を得ることができる。また、凹レンズ１４として、フレネル凹レンズを用いてもよい。
【００３８】
（実施の形態２）
図５および図６は実施の形態２による油膜検出システムを示しており、図５はその概略構成図、図６は図５のＣ−Ｃ線に沿った矢視図である。本実施の形態の油膜検出システム３０は、図５に示すように、円筒体３１Ａと逆円錐状の筒体３１Ｂとが一体成形され、筒体３１Ｂ底部に排水口３１Ｃが設けられた油捕集部として内部水槽３１と、内部水槽３１を収納するとともに円筒体３２Ａと逆円錐状の筒体３２Ｂとが一体成形された外部水槽３２とを有している。なお、内部水槽３１と外部水槽３２との間には隙間Ｇが形成されている。
【００３９】
内部水槽３１には、その円筒体３１Ａの側壁にサンプル水流入管３３が設けられている。このサンプル水流入管３３は内部水槽３１内にサンプル水を流入させるためのもので、水平に配置され、外部水槽３２の円筒体３２Ａを貫通し、さらに円筒体３１Ａに対して接線方向に取り付けられている。
【００４０】
外部水槽３２の円筒体３２Ａにはサンプル水が流出するサンプル水流出管３４が取り付けられている。このサンプル水流出管３４は円筒体３２Ａから水平に突出し、その先端部が斜め下方に折り曲げられている。また、サンプル水流出管３４はサンプル水流入管３３よりも高い位置に配置されている。
【００４１】
また、内部水槽３１の上方には、内部水槽３１内の水面（サンプル水の水面）から所定距離間隔を空けて、実施の形態１で示した油膜検出装置１０が設置されている。
【００４２】
次に、上記構成の油膜検出システム３０の作用について説明する。
浄水場などにおいて、河川等から取水した水の一部はサンプル水としてサンプル水流入管３３を介して内部水槽３１に流入する。サンプル水流入管３３は円筒体３１Ａに対して接線方向に取り付けられているので、サンプル水流入管３３を介して流入したサンプル水は内部水槽３１内で渦を生じる。このとき、サンプル水の水面上に油膜が浮いていれば、その油膜は渦中心部に集められる。
【００４３】
内部水槽３１の上方には油膜検出装置１０が設置されており、渦中心部に集められた油膜に対して油膜検出装置１０は発散ビームを照射し、検出回路１６は、そのときの反射光の光量からサンプル水に油膜が浮いていると判定する。そして、検出回路１６は、サンプル水に油膜が浮いていると判定したときは、警報部１７から警報を発する。
【００４４】
なお、サンプル水に油膜が浮いていると判定したときに、検出回路１６は取水バルブ（図示省略）を自動的に閉操作するようにすれば、油が浮いている水を取水してしまうのを未然に防ぐことができる。
【００４５】
内部水槽３１にはサンプル水が連続的に流入しており、内部水槽３１内に先に流入したサンプル水は渦を巻きながら、内部水槽３１底部の排水口３１Ｃから排出され、内部水槽３１と外部水槽３２との間の隙間Ｇを通り、さらにサンプル水流出管３４を介して外部に流出する。
【００４６】
本実施の形態によれば、内部水槽３１内でサンプル水に渦を生じさせているので、多数に分散した小さな油膜でも渦中央部に集めて大きくすることができ、油膜の検出を容易かつ迅速に行うことが可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水面上には発光部からの光が発散ビームとして広い範囲に照射されるので、小さな油膜でも容易かつ確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による油膜検出装置の全体構成図である。
【図２】リフレクタの正面図である。
【図３】プリズムによって入射方向に光を反射する原理を説明した図である。
【図４】ビーズによって入射方向に光を反射する原理を説明した図である。
【図５】実施の形態２による油膜検出システムの概略構成図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿った矢視図である。
【図７】従来技術による油膜検出装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１０  油膜検出装置
１２  発光部
１３  受光部
１４  凹レンズ（レンズ部材）
１５  リフレクタ（回帰性反射部材）
１６  検出回路（検出手段）
１７  警報部（警報手段）
３０  油膜検出システム
３１  内部水槽
３２  外部水槽
３３  サンプル水流入管
３４  サンプル水流出管
【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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