(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサヘッドと、前記センサヘッドに連なる検出装置とからなり、
前記センサヘッドは、
上下方向に延びた下端有底の筒状をなしかつ側壁の少なくとも一部を透明部とした筒状ケースと、
前記筒状ケースの上端開口から内側に挿入された投光用及び受光用の光ファイバと、
前記筒状ケースの内部のうち上下方向の所定位置に固定した固定ブロックと、
前記固定ブロックに設けられて、前記両光ファイバの端部を下方に向けて保持した光ファイバ保持部と、
前記固定ブロックに設けられて、前記両光ファイバの下方に配された鏡面部とを備え、
前記光ファイバ保持部は、前記投光用の光ファイバの端面を、前記鏡面部に向けると共に、前記受光用の光ファイバの端面を、前記透明部側の斜め下方に向けることで、前記投光用光ファイバから前記鏡面部に向けて投光された光が、前記鏡面部にて斜め上方に向けて反射し、前記透明部に投光され、前記透明部の外側に液体がないときには、前記透明部で反射して、前記受光用光ファイバに受光される一方、前記透明部の外側に液体があるときには、前記透明部から外方に放出される構成、
或いは、
前記受光用の光ファイバの端面を、前記鏡面部に向けると共に、前記投光用の光ファイバの端面を、前記透明部側の斜め下方に向けることで、前記投光用光ファイバから前記透明部側に向けて投光された光が、前記透明部の外側に液体がないときには、前記透明部で下方の前記鏡面部に向けて反射し、前記鏡面部で上方に向けて反射して、前記受光用光ファイバに受光される一方、前記透明部の外側に液体があるときには、前記透明部から外方に放出される構成とされ、
前記検出装置は、前記受光用光ファイバの基端側の端面から受けた受光量に基づいて、前記透明部の外側に液体があるか否かを検出することを特徴とする液面センサ。
【請求項２】
前記筒状ケースは、下端有底の筒状に形成された透明な外側ケースと、前記外側ケースの内側に挿入される金属製の内側ケースとで構成され、前記内側ケースの所定位置には、側方に開放して、前記固定ブロックを前記内側ケース内に収容可能とする窓部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の液面センサ。
【請求項３】
前記固定ブロックには、凹所が設けられ、前記投光用光ファイバから投光された光の一部が、前記透明部の外側に液体があるとないとに拘わらず、前記透明部と外側との界面以外の部分で反射し、前記凹所を通って、前記受光用光ファイバに受光されるよう構成され、
前記検出装置は、前記受光用光ファイバを介して受けた受光量が、所定量より小さいときには、異常状態を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液面センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケースに備えた透明部に向けて内側から斜めに投光した光が、ケース内に反射したか外側に放出されたかに基づいて、液面の位置を検出する液面センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の液面センサの一例として、特開平１０−３００５５７号に記載されたものは、図１０に示されており、上下方向に延びた透明のケース１の内部に収容した基板４に、投光部２Ａと受光部２Ｂとが、左右対称に配されて、ケース１の周壁に向けられており、投光部２Ａからケース１の周壁に向けて斜めに光が投光される。すると、ケース１の周囲に液体がないときには、投光部２Ａからの光がケース１の内側に反射して受光部２Ｂに受光され、液体があるときには、光がケース１の外方に放出されて、受光部２Ｂに受光されなくなり、これらの違いが受光部２Ｂからの受光信号として出力される。そして、これの受光信号の大きさが所定以上であるか否かを基板４上の回路が判別して、液体の有無を検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記構成では、ケース１に基板４を収容しているため、液面に浸けらるセンサヘッドが全体的に大きくなるという問題があった。
【０００４】
また、例えば、実開昭６３−１６８８２７号公報に掲載されたもののように、上記ケースの内部に光ファイバを挿入し、回路基板等をケースの外部に配置したものもあるが、投光部と受光部とを左右対称にしてケースの周壁に向けるために、光ファイバを大きく湾曲させなければならず、結局、その湾曲スペースを確保するためにセンサヘッドが大きくなってしまう。
【０００５】
さらに、従来の液面センサでは、光路や電機回路の断線等が生じると、ケース１の周囲に液体がないにも拘わらず、受光信号が検出部に取り込まれず、液体があるという誤検出を行ってしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、センサヘッドの小型化を図ると共に、光路及び電気回路の異常を検知可能な液面センサの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る液面センサは、センサヘッドと、センサヘッドに連なる検出装置とからなり、センサヘッドは、上下方向に延びた下端有底の筒状をなしかつ側壁の少なくとも一部を透明部とした筒状ケースと、筒状ケースの上端開口から内側に挿入された投光用及び受光用の光ファイバと、筒状ケースの内部のうち上下方向の所定位置に固定した固定ブロックと、固定ブロックに設けられて、両光ファイバの端部を下方に向けて保持した光ファイバ保持部と、固定ブロックに設けられて、両光ファイバの下方に配された鏡面部とを備え、光ファイバ保持部は、投光用の光ファイバの端面を、鏡面部に向けると共に、受光用の光ファイバの端面を、透明部側の斜め下方に向けることで、投光用光ファイバから鏡面部に向けて投光された光が、鏡面部にて斜め上方に向けて反射し、透明部に投光され、透明部の外側に液体がないときには、透明部で反射して、受光用光ファイバに受光される一方、透明部の外側に液体があるときには、透明部から外方に放出される構成、或いは、受光用の光ファイバの端面を、鏡面部に向けると共に、投光用の光ファイバの端面を、透明部側の斜め下方に向けることで、投光用光ファイバから透明部側に向けて投光された光が、透明部の外側に液体がないときには、透明部で下方の鏡面部に向けて反射し、鏡面部で上方に向けて反射して、受光用光ファイバに受光される一方、透明部の外側に液体があるときには、透明部から外方に放出される構成とされ、検出装置は、受光用光ファイバの基端側の端面から受けた受光量に基づいて、透明部の外側に液体があるか否かを検出するところに特徴を有する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の液面センサにおいて、筒状ケースは、下端有底の筒状に形成された透明な外側ケースと、外側ケースの内側に挿入される金属製の内側ケースとで構成され、内側ケースの所定位置には、側方に開放して、固定ブロックを内側ケース内に収容可能とする窓部が形成されたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の液面センサにおいて、固定ブロックには、凹所が設けられ、投光用光ファイバから投光された光の一部が、透明部の外側に液体があるとないとに拘わらず、透明部と外側との界面以外の部分で反射し、凹所を通って、受光用光ファイバに受光されるよう構成され、検出装置は、受光用光ファイバを介して受けた受光量が、所定量より小さいときには、異常状態を検出するところに特徴を有する。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の構成では、投光用及び受光用の両光ファイバが、筒状ケース内に設けた固定ブロックにて下向きに保持されて、両光ファイバの端面のいずれか一方が、鏡面部に臨む。そして、投光用光ファイバから投光された光は、透明部の外側に液体がないときには、透明部及び鏡面部に反射して、受光用光ファイバに受光される。このように、両光ファイバを、筒状ケースに沿った状態で収容したから、従来のものでは必要とされた光ファイバを湾曲させるためのスペースを設けずに済み、もって、センサヘッドを小型にすることができる。
【００１１】
＜請求項２の発明＞
請求項２の構成によれば、透明な外側ケースを合成樹脂製やガラス等で形成しても、その内側に挿入される金属製の内側ケースでもって、筒状ケース全体の強度を高くすることができる。
【００１２】
＜請求項３の発明＞
請求項３の構成によれば、液体の有無に拘わらず、投光用光ファイバからの光の一部が、常に、透明部と外側との界面以外の部分で反射し、凹所を通って、受光用光ファイバに受光される。これにより、異常がない場合に、検出装置が受光用光ファイバから受ける受光量は、常に所定量以上となり、これが所定量より小さくなったことをもって、何らかの異常が生じたことを検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の液面センサに備えたセンサヘッド１０が示されており、このセンサヘッド１０には、下端有底の筒状ケース１１を上下方向に延ばして備え、その上端開口から例えば３対の投光用光ファイバ１２及び受光用光ファイバ１３が挿入されている。
【００１４】
筒状ケース１１は、円筒状の外側ケース１４の内側に、円筒状の内側ケース１５を挿入してなる。外側ケース１４は、耐薬品性を有する透明な合成樹脂（例えば、ポリテトラフルオルエチレン。ディポン社の商品名で「テフロン」）にて形成せれた円筒状の樹脂パイプの下端部を、同材料の詰栓１４Ｂにて閉塞してなる。詳細には、樹脂パイプの下端部内面に雌ねじが形成される一方、詰栓１４Ｂの外周に雄ねじが形成され、これら雌雄のねじを螺合して、詰栓１４Ｂと樹脂パイプの下端面同士を面一に溶着にて密閉してある。なお、本実施形態では、外側ケース１４の周壁が、全体的に透明であって、本発明の「透明部」に相当し、この周壁を以下「透明部１４Ａ」という。
【００１５】
内側ケース１５は、例えば、金属パイプを所定の長さに切断してなり、長手方向に沿った３つの所定位置に、側方に開放した窓部１６を備える。窓部１６の１つは、図２に拡大して示されており、縦長の長円形状をなし、ここから固定ブロック１７が内側ケース１５内に収容される。
【００１６】
固定ブロック１７は、合成樹脂の表面に光沢を有するメッキを施してなり、窓部１６への挿入方向の前側に、突起１８を備え、この突起１８を、内側ケース１５のうち窓部１６との対向位置に貫通形成した係合孔１９に貫通させることで、内側ケース１５の軸方向に移動不能に組み付けられる。なお、この突起１８は、図６に示すように、固定ブロック１７が内側ケース１５の奥まで組み付けられた状態で、内側ケース１５から外側に突出した部分がカットされる。
【００１７】
また、固定ブロック１７が内側ケース１５内に収容されると、図３に示すように、固定ブロック１７のうち窓部１６の奥側に位置した奥側曲面２０が、内側ケース１５の内周面１５Ａに密着すると共に、窓部１６側に位置した窓側曲面２１が、外側ケース１４の透明部１４Ａの内面に密着して、固定ブロック１７ががたつきなく保持される。
【００１８】
図２に示すように、固定ブロック１７のうち窓側曲面２１の長手方向の途中部分には、凹所２２が陥没形成されている。この凹所２２は、図４に示すように、窓側曲面２１側から見ると、台形形状をなし、凹所２２の上側内面２３は、同図において斜め左上に向いて延びている。そして、固定ブロック１７のうち凹所２２より上方部分には、第１及び第２の保持部２５，２６が貫通形成されている。
【００１９】
第１保持部２５は、凹所２２より上方部分を、上下に貫通して、固定ブロック１７の上端面１７Ｕと、凹所２２の上側内面２３とに開放しており、内部には、投光用光ファイバ１２が上方から挿入され、その端面１２Ａが、図４に示すように、下方の開口より突き出た状態で、例えば接着剤にて固定されている。
【００２０】
一方、第２保持部２６は、固定ブロック１７の上端部のうち奥側曲面２０寄りに形成した斜面１７Ｔから斜め下方に向けて貫通形成され、その下端側は、窓側曲面２１と上側内面２３の稜線上に位置して、各面２１，２３に半円ずつ開放している。そして、内部には、受光用光ファイバ１３が上方から挿入されて、図６に示すように、受光用光ファイバ１３の端面１３Ａが、窓側曲面２１より突出しない位置で露出され、例えば接着剤にて固定されている。
【００２１】
さて、固定ブロック１７のうち凹所２２より図４の下方に位置した部分は鏡面部２８をなし、この鏡面部２８のうち凹所２２の上向内面を構成する反射面２４は、同図において、若干、斜め右上に傾いている。これにより、投光用光ファイバ１２の端面１２Ａから投光された光は、反射面２４にて、横に傾いて受光用光ファイバ１３側に反射される。
【００２２】
また、反射面２４は、図６に示すように、凹所２２の奥側から窓部１６側に向けて、同図において、若干下方に傾いている。これにより、投光用光ファイバ１２の端面１２Ａから反射面２４へと投光された光は、図６及び図７に示すように、斜めに上方の外側ケース１４の透明部１４Ａに向けて投光される。
【００２３】
図８に示すように、各光ファイバ１２，１３の基端部には、検出装置３４が接続され、その検出装置３４には、各投光用光ファイバ１２の基端側の端面に、投光素子３０が対面して備えられると共に、受光用光ファイバ１３の基端側の端面に受光素子３１が対面して備えられている。また、同図の符号３２は、投受光制御回路であって、各投光素子３０を所定周期で順次に駆動すると共に、それに同期して各受光素子３１が出力した受光信号を、投受光制御回路３２に備えたＣＰＵ３３にＡ／Ｄ変換して取り込む。そして、ＣＰＵ３３は、各受光素子３１が信号を取り込む度に、図９に示したプログラムをランする。
【００２４】
次に、上記構成からなる本実施形態の作用効果を説明する。
まず、本実施形態のセンサヘッド１０を組み付けるには、内側ケース１５の上端開口に３対の投光用光ファイバ１２と受光用光ファイバ１３を挿入して、各窓部１６からそれぞれ一対ずつの投光用光ファイバ１２と受光用光ファイバ１３を引き出し、それらを上記のように固定ブロック１７の各保持部２５，２６に保持させる。そして、固定ブロック１７を窓部１６の奥に押し込み、突起１８を係合孔１９に係合させかつその突起１８の先端をカットする。ここで、３つの固定ブロック１７のうち上側の２つの固定ブロック１７の側方空間には、図４に示すように、下側の固定ブロック１７に保持される光ファイバ１２，１３が挿通される。最後に、内側ケース１５を外側ケース１４の内部に挿入して、両ケース１４，１５の上端部をかしめて抜け止めし、これをもってセンサヘッド１０の組付けが完了する。
【００２５】
そして、センサヘッド１０から延びる各光ファイバ１２，１３の基端部を、検出装置３４（図８参照）に接続し、センサヘッド１０を例えば薬品等が蓄えられたタンクＴ（図１参照）の内部にセットする。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、図５に示すように、両光ファイバ１２，１３を筒状ケース１１に沿った状態で収容したから、従来のものでは必要とされた光ファイバを湾曲させるためのスペースを設けずに済み、よってセンサヘッド１０を小型にすることができる。しかも、筒状ケース１１を、外側ケース１４と内側ケース１５の二重構造することで、筒状ケース１１の外部で、固定ブロック１７を光ファイバ１２，１３に取り付けることができ、その固定ブロック１７を筒状ケース１１の所定位置に取り付ける作業も容易になる。その上、外側ケース１４を合成樹脂製やガラス等で形成しても、その内側に挿入した金属製の内側ケース１５でもって、筒状ケース１１全体の強度を高くすることができる。
【００２７】
次に、本実施形態の液面センサの動作を説明する。
検出装置３４に備えた図示しない起動スイッチをオンする。すると、所定周期で、各投光用光ファイバ１２の端面１２Ａから反射面２４に向けて光が投光され、それが図６に示すように、斜めに上方に向けて反射し、外側ケース１４の透明部１４Ａに投光される。
【００２８】
このとき、光を受けた透明部１４Ａより上方に液面が位置していると、図６に示すように、透明部１４Ａに斜めに投光された光は、透明部１４Ａと外側の液体との界面で反射することなく、外方に放出される。
【００２９】
一方、光を受けた透明部１４Ａより下方に液面が位置していると、図７に示すように、透明部１４Ａに斜めに投光された光は、透明部１４Ａと外側の空気との界面において、筒状ケース１１の内側に向けて反射し、受光用光ファイバ１３の端面１３Ａに受光される。
【００３０】
ところで、本実施形態では、投光用及び受光用の両ファイバ１２，１３の端面を、共に固定ブロック１７の凹所２２に臨ませてあるから、透明部１４Ａの外側に液体があるとないとに拘わらず、投光側から投光された光の一部が、常に、透明部１４Ａと外側との界面（図６の１４Ｄ参照）以外の部分で反射し、凹所２２を通って、受光用光ファイバ１３に所定量の光が受光される。その一例として、図６及び図７に示すように、投光用光ファイバ１２から投光された光の反射光の一部は、液面の位置に拘わらず、外側ケース１４の内表面１４Ｅで筒状ケース１１内に反射し、これが受光用光ファイバ１３に受光される。
【００３１】
これにより、本実施形態のセンサヘッド１０を用いれば、透明部１４Ａのうち光を受けた部分の外側に液体があるときには、僅かな所定量の光が受光用光ファイバ１３を介して検出装置３４の受光素子３１に受光され、その受光素子３１が低レベル（以下、これを「第１基準レベルＶ１」という）の受光信号を出力する。一方、液体がないときには、投光された光が、外側ケース１４の外部に放出されずに、多くの光が受光用光ファイバ１３を介して受光素子３１に受光され、高レベル（以下、これを「第２基準レベルＶ２」という）の受光信号が出力される。そして、検出装置３４に備えたＣＰＵ３３は、対応した投光素子３０の投光タイミングと同期して、受光素子３１の受光信号をＡ／Ｄ変換して取り込み、図９に示したプログラムを実行する。
【００３２】
同プログラムのＳＴＥＰ１では、まず、受光素子３１から取り込んだ受光信号Ｖ３が、第１基準レベルＶ１より低いか否かを判別する。ここで、例えば、投光素子３０又は受光素子３１が正常に起動していない等の回路上の問題や、光ファイバに断線が生じた等の光路上の問題が生じた場合には、ＣＰＵ３３には、第１基準レベルＶ１より小さな受光信号Ｖ３が取り込まれる。すると、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２に進んで、異常が発生したという警告信号を、例えば検出装置３４に備えた表示器３５に出力させる。
【００３３】
上記のように回路上及び光路上の問題が生じていない場合には、受光信号Ｖ３は第１基準レベルＶ１と同じかそれ以上であるから、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３に進み、今度は、受光信号Ｖ３が、第２基準レベルＶ２より小さいか否かが判別される。ここで、透明部１４Ａの外側に液体があるときには、受信信号Ｖ３は第１基準レベルＶ１と同じで、第２基準レベルＶ２より小さいから、ＳＴＥＰ３からＳＴＥＰ４に進み、透明部１４Ａの周りに液体があるという検出結果を表示器３５に出力させる。一方、透明部１４Ａの外側に液体がないときには、受信信号Ｖ３は第２基準レベルＶ２と同じになり、ＳＴＥＰ３からＳＴＥＰ５に進み、液体がないという検出結果を表示器３５に出力させる。
【００３４】
このように、本実施形態の液面センサによれば、液体の有無に拘わらず、投光用光ファイバ１２から投光された光の一部が、常に、透明部１４Ａと外側との界面以外の部分で反射し、凹所２２から受光用光ファイバ１３を通って、検出装置３４に所定量の受光量が取り込まれるから、これが所定量より小さくなることをもって、何らかの異常が生じたことを検出することができる。
【００３５】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３６】
（１）前記実施形態において、投光用光ファイバ１２と受光用光ファイバ１３を、固定ブロック１７の各保持部２５，２６に逆の配置に取り付けてもよい。すると、前記実施形態とは、光の進む方向が逆になるが、このようにしても、前記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３７】
（２）前記実施形態ではＣＰＵ３３によるソフト上の処理にて、受光量が所定量以上であるか否かを判別したが、比較回路でもって判別してもよい。
【００３８】
（３）前記実施形態では、プログラムのＳＴＥＰ１において、受光素子３１から取り込んだ受光信号Ｖ３が、第１基準レベルＶ１より低いか否かを判別する構成であったが、これに代えて、前記第１基準レベルＶ１よりも若干小さな第１設定値を設け、この第１設定値より受光信号Ｖ３が、低いか否かを判別する構成としてもよい。
【００３９】
（４）前記実施形態では、プログラムのＳＴＥＰ３において、受光信号Ｖ３が、第２基準レベルＶ２より小さいか否かを判別する構成であったが、これに代えて、前記第１基準レベルＶ１より大きく前記第２基準レベルＶ２より若干小さい第２設定値を設け、この第２設定値より受光信号Ｖ３が、低いか否かを判別する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る液面センサのセンサヘッドを示す側面図
【図２】  センサヘッドの一部を示す斜視図
【図３】  センサヘッドの平断面図
【図４】  センサヘッドの側断面図
【図５】  固定ブロックの斜視図
【図６】  透明部の外側に液体がある状態のセンサヘッドの側断面図
【図７】  透明部の外側に液体がない状態のセンサヘッドの側断面図
【図８】  検出装置のブロック図
【図９】  検出装置に備えたＣＰＵの動作を示すフローチャート
【図１０】  従来の液面センサの断面図
【符号の説明】
１０...センサヘッド
１１...筒状ケース
１２...投光用光ファイバ
１２Ａ，１３Ａ...端面
１３...受光用光ファイバ
１４...外側ケース
１４Ａ...透明部
１５...内側ケース
１７...固定ブロック
２２...凹所
２５...第１保持部（光ファイバ保持部）
２６...第２保持部（光ファイバ保持部）
２８...鏡面部
３４...検出装置
Ｖ１...第１基準レベル
Ｖ２...第２基準レベル
【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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【図９】
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【図１０】
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