面積式流量計
【課題】 画像センサから被写体となるフロートまでの距離を短縮して小型化を可能とし、フロート位置に対する精度の良い電気信号出力を得る。
【解決手段】 透光性材料から成るテーパ管１３が鉛直方向に向けて配置され、テーパ管１３内にはフロート１４が挿入されている。テーパ管１３の長手方向に沿って照明手段１５が配置され、テーパ管１３の側方には、複数組の光学レンズ１６、画像センサ１７から成る画像センサユニット１８が配置されている。複数組の画像センサユニット１８を設けることにより、フロート１４の検出範囲が長手方向に分担され、画像センサ１７とテーパ管１３との距離が短縮される。画像センサ１７で得られたフロート１４の像の位置を基に、テーパ管１３に対するフロート１４の位置を求め、流量を検出できる。
【解決手段】 透光性材料から成るテーパ管１３が鉛直方向に向けて配置され、テーパ管１３内にはフロート１４が挿入されている。テーパ管１３の長手方向に沿って照明手段１５が配置され、テーパ管１３の側方には、複数組の光学レンズ１６、画像センサ１７から成る画像センサユニット１８が配置されている。複数組の画像センサユニット１８を設けることにより、フロート１４の検出範囲が長手方向に分担され、画像センサ１７とテーパ管１３との距離が短縮される。画像センサ１７で得られたフロート１４の像の位置を基に、テーパ管１３に対するフロート１４の位置を求め、流量を検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロートの動きを光学的に検出する面積式流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面積式流量計は構造が簡素で使い易く、応答性が良く微小な流量の測定に適し、更には低コストである等の長所があり、広く実用に供せられている。
【０００３】
特許文献１には、精度良く小型で安価な光学的に検出を行う面積式流量計が開示されている。この特許文献１では図４に示すように、透光性を有するテーパ管１内に、流体の流量に追従して上下動するフロート２が設けられている。テーパ管１に沿って照明用ＬＥＤ３が配置され、テーパ管１を挟んでレンズ４、画像センサ５が配置されている。画像センサ５で得られたフロート２のデジタル画像からフロート２の位置を検知して、流量を示す電気信号が出力される。
【０００４】
また、特許文献２の面積式流量計においては、レンズと画像センサから成る複数組の画像センサユニットをテーパ管に沿って配列し、フロートの動きを検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８１４３１号公報
【特許文献２】特開２００１−２２１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の面積式流量計においては、１個の画像センサ５の撮像範囲内にフロート２の全ての可動範囲を投影する必要があるため、通常のレンズを用いた場合にはテーパ管１と画像センサ５の間隔が相当に大きくなり、装置が大型化する。また、テーパ管１までの距離の延長に伴って、画像センサ５に映るフロート２の幅が狭くなるため、カメラ方位の調整が困難となり、フロート２の全位置に対応する電気信号出力の直線性が十分に得られないという問題がある。
【０００７】
画角が大きな特殊なレンズを用いることにより、寸法を或る程度は縮小することができるが、視野の端部においては画像が歪んだり、ぼけたりすることがあって、フロート２の位置検出精度が低下する。また、特殊なレンズの製作を必要とし、コストが高くなる等の問題も生ずる。
【０００８】
特許文献２は複数組の画像センサユニットを使用しているので、撮像光路を短縮することが可能である。しかし、テーパ管に沿った照明手段を採用してないので、環境の明るさによってはフロートの画像が得られないことがある。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決し、複数の画像センサを用いてフロートまでの距離を短縮して小型化が可能で、フロート位置の電気信号出力を良好な特性で出力する面積式流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る面積式流量計は、鉛直方向に支持した透光性材料から成るテーパ管内に被測定流体を流し、前記被測定流体の流量に依存して上下方向に変位するフロートを前記テーパ管内に配置し、前記フロートの位置を検知することにより流量を求める面積式流量計において、前記テーパ管に沿って長尺の発光体を該発光体の長手方向と直交する方向に照射光を出射するように配置し、前記テーパ管に沿って複数組の画像センサユニットを配置し、前記発光体により照射された前記フロートの画像を前記画像センサユニットにより光学的に検知して前記フロートの位置を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る面積式流量計によれば、画像センサから被写体となるフロートまでの距離を短縮して小型化を可能とし、長尺の発光体を用いることにより、フロート位置に対する精度の良い電気信号出力を出力できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の面積式流量計の構成図である。
【図２】実施例２の上方から見た断面図である。
【図３】実施例２の出力特性図である。
【図４】従来例の面積式流量計の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は実施例１の構成図である。被測定流体の入口部１１と出口部１２との間に、透光性材料から成るテーパ管１３が鉛直方向に向けて配置され、テーパ管１３内には被測定流体の流量に依存して上下動するフロート１４が挿入されている。
【００１５】
テーパ管１３の長手方向に沿って照明手段１５が配置され、テーパ管１３の側方には、その長手方向に沿ってフロート１４の位置を検知するための複数組の光学レンズ１６、画像センサ１７から成る画像センサユニット１８が配置されている。
【００１６】
照明手段１５はテーパ管１３の長手方向に沿って配置された例えば直径１０ｍｍ程度の長尺の棒状体から成る照明ロッド或いは蛍光灯等の発光体とされている。この照明手段１５は図示しないマイクロプロセッサ等を含む電気回路とインタフェース回路を介して接続され、長手方向と直交する方向のテーパ管１３に向けて、必要に応じてコリメータ等を用いて平行光を発するようにされている。
【００１７】
照明ロッドは散乱材が混在された例えば合成樹脂材で製造され、ＬＥＤからの光が両端部から内部に入射されると、散乱材により散乱され、外部に照明光が出射するようにされている。この照明ロッドの原材料としては、ポリスチレン等の透明材料が使用され、また混入する散乱材として、シリコン樹脂粒子を使用することができる。
【００１８】
画像センサ１７には、例えばＣＣＤ式、ＣＭＯＳ式、ＰＯＣ式等が使用できるが、目的に合ったものを選択して使用すればよい。
【００１９】
各画像センサユニット１８においては、光学レンズ１６に関してテーパ管１３の中心つまりフロート１４の通過位置と画像センサ１７が光学的に共役にされている。
【００２０】
また、画像センサユニット１８を複数組設けることにより、フロート１４の検出範囲を長手方向に分担され、画像センサ１７とテーパ管１３との距離が短縮される。更に必要に応じて、上下に隣り合う２つの画像センサユニット１８の撮像範囲の一部が互いに重なり合うようにされ、フロート１４の像は少なくとも何れかの画像センサ１７に結像するようになっている。
【００２１】
ここで、全ての画像センサ１７の出力である画像信号を、マイクロプロセッサに送ることにより、少なくとも１つの画像センサ１７で得られるフロート１４の像の位置を基に、テーパ管１３に対するフロート１４の位置を求めることができる。
【００２２】
なお、隣り合う２つの画像センサユニット１８の撮像範囲が重複する領域にフロート１４がある場合には、これらの２つの画像センサ１７の両方からフロート１４の画像信号が出力される。この場合には、例えば像の面積の大きい方を採択する等の一定の規則に従って、一方の画像センサ１７からの出力を択一的に選択すればよい。
【００２３】
照明手段１５をテーパ管１３に沿って配置することにより、テーパ管１３は均質に照明され、複数組の画像センサユニット１８によりフロート１４の位置を正確にかつ容易に検知することができる。マイクロプロセットは予め得られているフロート１４の位置と流量との特性関係から、画像センサ１７で得られたフロート１４の位置を基に、被測定流体の流量を求めて電気信号として出力する。
【００２４】
更に、高精度な流量変化を検出すべき場合には、照明手段１５から照射光をより水平に受光するように、画像センサユニット１８の設置数を増加すればよい。
【実施例２】
【００２５】
図２は実施例２の面積式流量計の上方から見た断面図である。また、図１と同じ符号は同じ部材を示している。テーパ管１３と画像センサ１７の間の光路中には、照明手段１５からの光束を反射する反射体１９が配置されている。画像センサユニット１８は実施例１と同様にテーパ管１３の長手方向に沿って複数組が配置され、例えばミラー、プリズム等から成る反射体１９は、各画像センサユニット１８ごとに設けてもよいし、複数の画像センサユニット１８に対し共通に設けてもよい。
【００２６】
テーパ管１３に沿った照明手段１５から出射された照明光は、テーパ管１３内のフロート１４に照射され、フロート１４の画像は反射体１９により光路を屈曲し、光学レンズ１６を介して画像センサ１７で撮像する。
【００２７】
このように、反射体１９を使用することにより、画像センサ１７を適当なスペースに配置することにより、空間を有効に利用することができ、面積式流量計の小型化に通ずる。
【００２８】
なお図２において、フロート１４を検知するための光束はテーパ管１３の中心を通らずにフロート１４の周縁を照射するようにしている。これはフロート１４の周縁にフランジ等を形成して、撮像に際してフランジを検出対象とするためである。
【００２９】
図３は実施例２で得られたフロート１４の位置に対する画像センサ１７からの電気信号出力のグラフ図である。測定値において、直線性が欠如している個所は、２つの画像センサユニット１８の切換え部分である。
【００３０】
なお、実施例１、２においては、フロート１４の画像については透過像としたが、反射像として検出することもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１３ テーパ管
１４ フロート
１５ 照明手段
１６ 光学レンズ
１７ 画像センサ
１８ 画像センサユニット
１９ 反射体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロートの動きを光学的に検出する面積式流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面積式流量計は構造が簡素で使い易く、応答性が良く微小な流量の測定に適し、更には低コストである等の長所があり、広く実用に供せられている。
【０００３】
特許文献１には、精度良く小型で安価な光学的に検出を行う面積式流量計が開示されている。この特許文献１では図４に示すように、透光性を有するテーパ管１内に、流体の流量に追従して上下動するフロート２が設けられている。テーパ管１に沿って照明用ＬＥＤ３が配置され、テーパ管１を挟んでレンズ４、画像センサ５が配置されている。画像センサ５で得られたフロート２のデジタル画像からフロート２の位置を検知して、流量を示す電気信号が出力される。
【０００４】
また、特許文献２の面積式流量計においては、レンズと画像センサから成る複数組の画像センサユニットをテーパ管に沿って配列し、フロートの動きを検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８１４３１号公報
【特許文献２】特開２００１−２２１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の面積式流量計においては、１個の画像センサ５の撮像範囲内にフロート２の全ての可動範囲を投影する必要があるため、通常のレンズを用いた場合にはテーパ管１と画像センサ５の間隔が相当に大きくなり、装置が大型化する。また、テーパ管１までの距離の延長に伴って、画像センサ５に映るフロート２の幅が狭くなるため、カメラ方位の調整が困難となり、フロート２の全位置に対応する電気信号出力の直線性が十分に得られないという問題がある。
【０００７】
画角が大きな特殊なレンズを用いることにより、寸法を或る程度は縮小することができるが、視野の端部においては画像が歪んだり、ぼけたりすることがあって、フロート２の位置検出精度が低下する。また、特殊なレンズの製作を必要とし、コストが高くなる等の問題も生ずる。
【０００８】
特許文献２は複数組の画像センサユニットを使用しているので、撮像光路を短縮することが可能である。しかし、テーパ管に沿った照明手段を採用してないので、環境の明るさによってはフロートの画像が得られないことがある。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決し、複数の画像センサを用いてフロートまでの距離を短縮して小型化が可能で、フロート位置の電気信号出力を良好な特性で出力する面積式流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る面積式流量計は、鉛直方向に支持した透光性材料から成るテーパ管内に被測定流体を流し、前記被測定流体の流量に依存して上下方向に変位するフロートを前記テーパ管内に配置し、前記フロートの位置を検知することにより流量を求める面積式流量計において、前記テーパ管に沿って長尺の発光体を該発光体の長手方向と直交する方向に照射光を出射するように配置し、前記テーパ管に沿って複数組の画像センサユニットを配置し、前記発光体により照射された前記フロートの画像を前記画像センサユニットにより光学的に検知して前記フロートの位置を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る面積式流量計によれば、画像センサから被写体となるフロートまでの距離を短縮して小型化を可能とし、長尺の発光体を用いることにより、フロート位置に対する精度の良い電気信号出力を出力できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の面積式流量計の構成図である。
【図２】実施例２の上方から見た断面図である。
【図３】実施例２の出力特性図である。
【図４】従来例の面積式流量計の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は実施例１の構成図である。被測定流体の入口部１１と出口部１２との間に、透光性材料から成るテーパ管１３が鉛直方向に向けて配置され、テーパ管１３内には被測定流体の流量に依存して上下動するフロート１４が挿入されている。
【００１５】
テーパ管１３の長手方向に沿って照明手段１５が配置され、テーパ管１３の側方には、その長手方向に沿ってフロート１４の位置を検知するための複数組の光学レンズ１６、画像センサ１７から成る画像センサユニット１８が配置されている。
【００１６】
照明手段１５はテーパ管１３の長手方向に沿って配置された例えば直径１０ｍｍ程度の長尺の棒状体から成る照明ロッド或いは蛍光灯等の発光体とされている。この照明手段１５は図示しないマイクロプロセッサ等を含む電気回路とインタフェース回路を介して接続され、長手方向と直交する方向のテーパ管１３に向けて、必要に応じてコリメータ等を用いて平行光を発するようにされている。
【００１７】
照明ロッドは散乱材が混在された例えば合成樹脂材で製造され、ＬＥＤからの光が両端部から内部に入射されると、散乱材により散乱され、外部に照明光が出射するようにされている。この照明ロッドの原材料としては、ポリスチレン等の透明材料が使用され、また混入する散乱材として、シリコン樹脂粒子を使用することができる。
【００１８】
画像センサ１７には、例えばＣＣＤ式、ＣＭＯＳ式、ＰＯＣ式等が使用できるが、目的に合ったものを選択して使用すればよい。
【００１９】
各画像センサユニット１８においては、光学レンズ１６に関してテーパ管１３の中心つまりフロート１４の通過位置と画像センサ１７が光学的に共役にされている。
【００２０】
また、画像センサユニット１８を複数組設けることにより、フロート１４の検出範囲を長手方向に分担され、画像センサ１７とテーパ管１３との距離が短縮される。更に必要に応じて、上下に隣り合う２つの画像センサユニット１８の撮像範囲の一部が互いに重なり合うようにされ、フロート１４の像は少なくとも何れかの画像センサ１７に結像するようになっている。
【００２１】
ここで、全ての画像センサ１７の出力である画像信号を、マイクロプロセッサに送ることにより、少なくとも１つの画像センサ１７で得られるフロート１４の像の位置を基に、テーパ管１３に対するフロート１４の位置を求めることができる。
【００２２】
なお、隣り合う２つの画像センサユニット１８の撮像範囲が重複する領域にフロート１４がある場合には、これらの２つの画像センサ１７の両方からフロート１４の画像信号が出力される。この場合には、例えば像の面積の大きい方を採択する等の一定の規則に従って、一方の画像センサ１７からの出力を択一的に選択すればよい。
【００２３】
照明手段１５をテーパ管１３に沿って配置することにより、テーパ管１３は均質に照明され、複数組の画像センサユニット１８によりフロート１４の位置を正確にかつ容易に検知することができる。マイクロプロセットは予め得られているフロート１４の位置と流量との特性関係から、画像センサ１７で得られたフロート１４の位置を基に、被測定流体の流量を求めて電気信号として出力する。
【００２４】
更に、高精度な流量変化を検出すべき場合には、照明手段１５から照射光をより水平に受光するように、画像センサユニット１８の設置数を増加すればよい。
【実施例２】
【００２５】
図２は実施例２の面積式流量計の上方から見た断面図である。また、図１と同じ符号は同じ部材を示している。テーパ管１３と画像センサ１７の間の光路中には、照明手段１５からの光束を反射する反射体１９が配置されている。画像センサユニット１８は実施例１と同様にテーパ管１３の長手方向に沿って複数組が配置され、例えばミラー、プリズム等から成る反射体１９は、各画像センサユニット１８ごとに設けてもよいし、複数の画像センサユニット１８に対し共通に設けてもよい。
【００２６】
テーパ管１３に沿った照明手段１５から出射された照明光は、テーパ管１３内のフロート１４に照射され、フロート１４の画像は反射体１９により光路を屈曲し、光学レンズ１６を介して画像センサ１７で撮像する。
【００２７】
このように、反射体１９を使用することにより、画像センサ１７を適当なスペースに配置することにより、空間を有効に利用することができ、面積式流量計の小型化に通ずる。
【００２８】
なお図２において、フロート１４を検知するための光束はテーパ管１３の中心を通らずにフロート１４の周縁を照射するようにしている。これはフロート１４の周縁にフランジ等を形成して、撮像に際してフランジを検出対象とするためである。
【００２９】
図３は実施例２で得られたフロート１４の位置に対する画像センサ１７からの電気信号出力のグラフ図である。測定値において、直線性が欠如している個所は、２つの画像センサユニット１８の切換え部分である。
【００３０】
なお、実施例１、２においては、フロート１４の画像については透過像としたが、反射像として検出することもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１３ テーパ管
１４ フロート
１５ 照明手段
１６ 光学レンズ
１７ 画像センサ
１８ 画像センサユニット
１９ 反射体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に支持した透光性材料から成るテーパ管内に被測定流体を流し、前記被測定流体の流量に依存して上下方向に変位するフロートを前記テーパ管内に配置し、前記フロートの位置を検知することにより流量を求める面積式流量計において、前記テーパ管に沿って長尺の発光体を該発光体の長手方向と直交する方向に照射光を出射するように配置し、前記テーパ管に沿って複数組の画像センサユニットを配置し、前記発光体により照射された前記フロートの画像を前記画像センサユニットにより光学的に検知して前記フロートの位置を検知することを特徴とする面積式流量計。
【請求項２】
前記フロートと前記複数組の画像センサユニットとを結ぶ光路において、該光路中に反射体を配置し、前記光路を前記反射体を用いて屈曲させたことを特徴とする請求項１に記載の面積式流量計。
【請求項３】
前記画像センサユニットは光学レンズと画像センサとから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の面積式流量計。
【請求項４】
前記フロートの画像は透過像又は反射像とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の面積式流量計。
【請求項１】
鉛直方向に支持した透光性材料から成るテーパ管内に被測定流体を流し、前記被測定流体の流量に依存して上下方向に変位するフロートを前記テーパ管内に配置し、前記フロートの位置を検知することにより流量を求める面積式流量計において、前記テーパ管に沿って長尺の発光体を該発光体の長手方向と直交する方向に照射光を出射するように配置し、前記テーパ管に沿って複数組の画像センサユニットを配置し、前記発光体により照射された前記フロートの画像を前記画像センサユニットにより光学的に検知して前記フロートの位置を検知することを特徴とする面積式流量計。
【請求項２】
前記フロートと前記複数組の画像センサユニットとを結ぶ光路において、該光路中に反射体を配置し、前記光路を前記反射体を用いて屈曲させたことを特徴とする請求項１に記載の面積式流量計。
【請求項３】
前記画像センサユニットは光学レンズと画像センサとから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の面積式流量計。
【請求項４】
前記フロートの画像は透過像又は反射像とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の面積式流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１４５４３７（Ｐ２０１２−１４５４３７Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９１２（Ｐ２０１１−３９１２）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（３９００２６９９６）東京計装株式会社 (57)
【出願人】（３９４００７５３９）東京マグネットエンジニアリング株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（３９００２６９９６）東京計装株式会社 (57)
【出願人】（３９４００７５３９）東京マグネットエンジニアリング株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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