JPS60183542A - 液体検知方法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は液体の有無の検知に関する。更に詳しくは、本
発明は液体の有無を光学的に検知し、その結果を電気信
号の変化として出力する液体の検知方法及びそのだめの
装置並びに部品に関する。

（従来技術） 従来、ガソリンや石油タンク内の液量の検出、化学処理
装置の液槽内の液面の検出、ボイラーの自動給水のため
の液面の検出、茎溜水製造装置におけるｌＩＩ／ｉ水量
の検出等に利用するための種々の液体検出方法或いはそ
のための装置か開発されている。このような方法として
は、例えはフロー１−を用いる機械的な方法、電磁誘導
や静電容量の変化等を利用する電気的方法、光の反射や
吸収を利用する光学的方法等が知られている。しかしな
がら、機械的な方法では故障が生ずることか多く、その
精度も十分とはいえず、電気的な方法によっては測定す
る液体の種類に制限が生じたり、装置が複雑となりがら
であり、又光学的に液体表面からの光の反射を測定して
も液体表面の揺らぎによる測定精度が不十分となったり
、光学的に透明な液体の測定は困難である等の欠点があ
った。このような中でも、実公昭４３−２１６７１号明
細書に提案されてい１如（全反射を利用することにより
、透明液体を検出せんとする試みもある。史にこの着想
を現実のものとし、小型化を達成せしめるごとのできた
特開昭４．９−７９２７３号に開示された液体検知素子
は、近年のオブトエレク１−ロニクスを利用したもので
ある。しかしながら、この検知素子は全反射を利用する
封入体であるために、該封入体の内部は、封入体表面と
同し屈折率をイ１する媒質で〆＾５たされていなげれば
ならない。従って、使用できる材質に制限がありこのた
めに製造技術に困難を伴うことが多い」二、特殊の条件
を加えない限り當に全反射の条件を満たしている素子で
あるために、その応用は極めて限定されざるを得す、し
たがって高価な素子とならざるを冑ないという欠点があ
った。

（発明の目的） 従って、本発明の第１の目的は全反射を利用しない簡便
な液体検知方法を提供することである。

本発明の第２の目的は、反射型光電素子を利用して容易
に液体の有無を検知することのできる方法を提供するご
とである。

本発明の第３の１」的は、容易に液体の有無を検知する
ことのできる、小型で移動自在の液体検知装置を提供す
ることにある。

本発明の第４の目的は、検知部品として反射型光電素子
の使用を可能とした新規な液体検知装置を提供すること
にある。

（発明の構成） 本発明のかかる諸口的は、液体と発光素子及び受光素子
との間に、絶対屈折率の異なる媒質によって形成される
１以上の境界面を形成せしめ、該発光素子から発せられ
該境界面の内検出すべき液体側の境界面へ入射する光の
入射角を臨界角以下となし、該境界面からの反射光を該
受光素子によって検出することを特徴とする液体の検出
方法によって達成された。

（発明の開示） 本発明において、発光素子及び受光素子と検出されるべ
き液体の間に設けられる境界面ば、発光素子及び受光素
子と液体の間に、例えば、ガラス、透明セラミックス、
雲母等の無機の固体及び／又はポリスチレン、ボリカー
ボ不−１・、アクリル杉（脂等の公知の高分子化合物を
介在せしめることにより実現することができる。本発明
においては検知すべき液体の種類、その他の検知条件、
耐熱性、耐腐食性、耐溶剤性、コスト等を勘案してこれ
らの材料の中から任意に選択することができるが、特に
屈折率が１．３〜１．８の透明固体を選択することが好
ましい。

本発明において使用する発光素子としＣは、発光ダイオ
ードや半導体レーザー等、通電するごとにより光を発す
る公知の素子の中から任意に選択することができるが、
特に小型であることを必要としない場合には、その他通
當の各種光源をこれらの発光素子として使用することも
できる。

本発明で使用する受光素子としては、例えばホトダイオ
ードやホトトランジスタ等、受光するごとにより電気信
号を発することのできる公知の素子の中から任意に選択
することができる。

上記発光素子と受光素子は一体化され一ζいても良い。

このような素子として、例えば千ノゾ状或いは光ファイ
バーを使用した所謂反射型光電素子を挙げる、二とがで
きる。反射型光電素子は、小型且つ安伸ｊであるのみな
らず、その使用方法も容易であり、本発明においてシト
１）に好ましく使用することができる。

本発明己こおいては、１ｆｆｉ席の明室においても誤動
作を引き起こさないように、発光部及び受光ｒｌ＋に光
学フィルタをｌｊｆ用することもできる。

以下本発明を図に従って説明する。第１図は本発明の液
体検知方法の原理図である。

図において、符号１は発光素子、符号２は受光素子、符
号３は絶対屈折率ｎ２を有する透明固体、符号８は検出
されるべき液体の界面である。この場合には、透明固体
の発光素子及び受光素子側に透明固体と空気の層との境
界面５か形成される外、透明固体の液体側にも透明固体
と空気との境界面６が形成される。空気の絶対屈折率１
’ｌ　］は通明固体の絶対屈折ｎ２より常に小さいから
、発光素子から発せられ境界面（５）に到達した光の１
部は必ず屈折して透明固体中を通過し、他方の境界面（
６）に達し、１部が反射されて境界面（５）を通過して
受光素子（２）に到達する。従ってこのような構成にお
いては、全反射を利用する場合εＪ起ごり得ない。複数
の透明固体を設定すれば、各透明固体の境界面で同様の
光の反射及び屈折がおこり、受光素子には各透明固体か
ら反射してきた光が到達するごとになる。

次に、１１に体の量が変化し液体と透Ｉυ１固体か接触
した場合には、境界面（６）は透明固体の絶対屈折率と
液体の絶対屈折率の相違によって形成されることになる
ために、境界面（６）における光の反射量が変化し、受
光素子に到達ｊ−る光の量が変化する。この変化量を電
気信号の変化量に変換することにより、容易に１Ｉｌｊ
体の有無を判断゛、！１−ることができる。従って、本
発明においては境界面（５）のように透明固体の発光素
子及び受光素子側の面で反射した光はノイズとなるにす
ぎないので、この反射光を減らずように、該境界面の光
大躬側の面に反射防止層を設けるごとが好ましい。又、
境界面（５）での反射を減らずように、通當モールド化
に使用するプラスチックス等によりモールド化し、透明
固体と発光素子及び受光素子を一体化することもできる
が、この場合、特に透明固体と同一の何月を用いた場合
には境界面（５）を消滅せしめることができるので特に
好ましい態様である。一方、境界面（６）に液体が接触
する前後の反射光量の変化を大きくするためζこ、境界
面（６）の液体側の面を粗面化することができる。

本発明の液体検知方法を実現する装置としては種々の提
案をすることができるが、透明固体が唯１つ存在する場
合には、透明固体と発光素子及び受光素子は筐体により
、又はモール１−化することにより透明固体と発光素子
及び受光素子との間に検出すべき液体が侵入しない様に
した液体検知装置とすることが、発光素子及び受光素子
の汚れを防止するために好ましい。しかしながら、２以
上の透明固体を存在せしめる場合には、液体が各透明固
体と接触する毎に受光素子に到達する光の量が変化する
ことが必要であるから、少なくとも発光素子及び受光素
子に最も近接した透明固体に到達するまでは、液体が本
発明液体検知装置の内部に侵入し得る構造とすることが
必要である。

本発明は、」二記の如く液面の上部に検知装置を設定し
て液体の有無を検知することができるのみならず、例え
ば、透明な窓を有する液体タンクの内部に、その窓のと
ころまで液面が達したか否かを検知する場合にも使用す
ることができる。この場合、透明固体の役割はタンクの
窓が果たすごとになる。従って、第２図に示すような例
えば吸着盤を有する反射型光電素子を該窓に取りつげれ
ば、容易に窓を液面が横切るか否かを検知することがで
きる。

又、予め液体の存在しない場合に付いて測定した結果と
比較すれば、更に窓の内部に液体が存在するか否かを直
接検知することもできる。

（発明の効果ン 以上の如く、本発明の方法によれば透明、不透明、着色
、無着色を問わず、あらゆる液体を容易に検知すること
ができる。特に、タンクの窓を通してタンク内の液体の
有無を非接触で検知することができるので、検知装置の
液体によるｌη染を防止することができることはもとよ
り、いかなる液体の検知の場合であっても安全且つ簡便
に検知作業をすることができるので本発明の意義は大き
い。

又、本発明の装置及び部品は容易に入手し得る何科によ
り製造することができるので、従来の場合より安価にな
るのみならずその信頼性をも十分に向上せしめることが
できる上、装置の出力を増幅すればモーターを動作せし
めることも可能であるので、ｉｌ＆Ｉの調節に応用する
こともできる。

次に本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明は
これによって限定されるものではない。

（実施例） 実施例１゜ 第２図は、厚さ約１ｍｍの透明なガラス窓く８）を有す
る水槽（９）の内部の水道水（１１）の有無について、
水槽（９）の外側に配置せしめた反射型光電素子く１０
）を用いて検出を行った場合の１例を示す図である。反
射型光電素子としては、発光部に赤外発光ダイオードを
用い、赤外光フィルターを内蔵した立面電機製の型ＢＥ
−３Ｂ５を使用し、ガラス窓（８）の内壁より約２ｍｍ
の定格の距離に固定した。次に反射型光電素子（１０）
の内部の発光ダイオードに接続されているアノード端子
（１２）に、１５０Ωの発光ダイオードの制限抵抗（１
３）を介して→−５■のＶＬ流電源（１４）により＋５
ｙの電圧を印加し、カソード端子（１５）は直流電源（
ｊ４）のグランド側に接続した。一方、反射型光電素子
（１０）の内部のフォトトランジスタに接続されている
コレクタ端子（１６）に直流電源（１４）により５■の
電圧をかけ、エミッタ端子（１７）をＩＫΩの抵抗（１
８）を通じて直流電源（１４）のグランド側に接続した
。更にエミッタ端子（１７）にデジタル・ボルト計（１
９）を継ぎ、直流電源（１４）のグランｌとの電圧値を
測定した。この場合、反射型光電素子（１０）が検出を
行っているガラス窓（８）に水道水（１１）が達してい
ない時には、デジタル・ボルト計（１９）の値はＱ、Ｌ
９５Ｖを示した。次に水道水（１１）の液面を上昇せし
めてガラス窓（８）を水道水（１１）が覆った場合には
、デジタル　ボルト計（１９）の値は０．０９８Ｖを示
し、検出するのに十分な変化が得られた。

この電圧変化は、通常の電子回路技術によりトランジス
タやオペレーショナル・アンプを用いて増幅して他の電
気回路や表示素子やモーターなどを動かずのに十分な値
であった。

実施例２゜ 第３図に示すように、反射型光電素子（３０）として立
方７Ｉｉ機製の型ＥＥ−３ＭＩ７１−１を用い、透明固
体３】としてエポキシ樹脂（株式会社二。

シリ製の商品名ブラキャストＥＴ）を用いて１４人した
。反射型光電素子（３０）の表面（３２）と、透明固体
と空気の界面（３３）との距離は、反射型光電素子（３
０）によって最大の反射光信号が得られる距離である約
２ｍｍとした。次に反射型光電素子（３０）の内部の発
光グイオートに接続されているアノード端子（３４）に
１５０Ωの発光グイオートの制限抵抗（３５）を介Ｕ７
て千５ｖの直流電源（３６）により→−５■の電圧をか
り、カソード端子（３７）は直流電源（３６）のグラン
ド側に接続した。一方、反射型光電素子（３０）の内部
のフナ１−トランジスタに接続されているコレクタ端子
（３８）に直流電源（３６）により５■の電圧をかけ、
エミッタ端子（３９）を電流計（４０）を通して直流電
源（３６）のグランド側に接続した。この場合、水道水
（４１）が透明固体と空気の界面に接触していない時の
電流計（４０）は０．３９８ｍＡの値を示した。次に水
道水（４１）の液面を上昇せしめて、水道水（４１）が
透明固体と空気の界面（３３）に接触°し透明固体と液
体の界面が構成された時の電流計（４０）は０．０１６
ｍＡの値を示した。このように電流計（４０）の示す値
から、透明固体と空気の界面ぐ３３）に対する水道水（
４１）の接触の有無を検知することにより、水道水（４
１）の検出を行うことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液体検知方法を説明するための原理図
である。図中、符号１は発光素子、２は受光素子、３は
透明固体、４は空気層、５及び６は透明固体（３）と空
気層（４）との境界面、矢印は光の軌跡、７ば液体の界
面、θは透明固体の境界面の内、検出すべき液体側の境
界面への入射角である。 第２図は液体を検知する杢力明の方法の１実施例を示す
図である。図中、符号８は液体タンクの窓、９ばタンク
の壁、１０は反射型光電素子、１１は水道水、１２はア
ノード端子、１３は制限抵抗、１４は直流電源、１５ば
カソード端子、１６はコレクタ端子、１７はエミッタ端
子、１８は抵抗、１９はボルト計２０は吸着盤である。 第３図は本発明の液体検知装置の１実施例である。図中
、符号３０は反射型光電素子、３１は透明固体、３２は
反射型光電素子の表面、３３は透明固体と空気との境界
面、３４は７ノード端子、３５は制限抵抗、３６は直流
電源、３７ばカソード端子、３８はコレクタ端子、３９
はエミッタ端子、４０は電流計、４１は水道水である。 第１図 第３区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）液体と発光素子及び受光素子との間に、絶対屈折率
   の異なる媒質によって形成される１以上の境界面を形成
   せしめ、該発光素子から発せられ該境界面の内検出すべ
   き液体側の境界面へ入射する先の入射角を臨界角以下と
   なし、該境界面からの反射光を該受光素子によって検出
   することを特徴とする液体の検出方法。 ２）発光素子及び受光素子として反射型光電素子を使用
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液
   体の検出方法。 ３）絶対屈折率の異なる媒質によって形成される境界面
   であって、検出すべき液体と接触し得る少なくとも１つ
   の境界面及び発光素子並びに受光素子からなる液体検知
   装置であって、該発光素子から発せられた先の前記検出
   Ｊ−べき液体側の境界面への入射角を臨界角以下となし
   、該境界面からの反射光を受光素子で検出するように、
   前記境界面及び発光素子並びに受光素子を配置せしめた
   ことを特徴とする液体検知装置。 ４）絶対屈折率の異なる媒質によって形成される境界面
   が２以上存在する場合であって、それらの境界面の内発
   光素子側の光入射面に反射防止層を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第３項に記載の液体検知装置。 ５）絶対屈折率の異なる媒質によって形成される境界面
   及び該発光素子並びに該受光素子がモールドされている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の液体検
   知装置。 ６）発光素子及び受光素子として、反射型光電素子を使
   用したことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の
   液体検知装置。