JP2018169295A - 液面高さ測定装置、該液面高さ測定装置を有する液注入装置、および液面高さ測定装置を用いた液面高さ測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透明な容器内の液面の変化を環境に左右されずに、非接触で正確に測定するか、または測定経路に狭隘部があって液面に直接センサを接触させることが困難な透明容器内の液面の変化を非接触で測定可能にする。【解決手段】液面高さ測定装置５０は、容器３０内の液面高さを基準高さからの変化で測定するものである。レーザ干渉測長器１００は、レーザ光源、ビームスプリッタ及びレーザ検出器を有し、レーザ光を照射可能である。反射材１８は、レーザ干渉測長器から照射されたレーザ光を容器の下方において反射する。レーザ干渉測長器は、容器内の液面高さが基準高さにあるときの、レーザ光源から照射され反射材により反射されたレーザ光の基準光路長Ｌ０と液面高さを変化させた測定時の光路長Ｌｘの差及び測定時に容器に含まれる被測定液体３４の屈折率から、基準高さからの変化として、液面高さを求める。【選択図】 図２

Description

本発明は、容器内の液面高さを測定する測定装置、該液面高さ測定装置を有する液注入装置、およびそれを用いた液面高さ測定方法に係り、特に狭隘部を介して容器内の液面高さを測定する場合に好適な、液面高さ測定装置、該液面高さ測定装置を有する液注入装置、およびそれを用いた液面高さ測定方法に関する。

容器内の液体の液面又は液量を非接触で測定する方法として、超音波を用いて測定する方法が提案されている。例えば特許文献1では、容器底部に取り付けた超音波トランスジューサにより液面を検出する際に、容器底部の板厚による誤差を無くすため、周波数を変化させながら超音波トランスジューサをバースト駆動し、容器の底部を介して液面に向けて超音波を発射している。これにより板厚固有周波数を特定し、液面検知用駆動周波数での液面反射波の受信信号に基づく容器の液面高さ算出の際に、板厚分を補正する。

また特許文献２では、親検体から子検体へ分注する際に、ポンプの先端部の分注チップが装着される部分の先端部と分注チップ間に、超音波を発振・受信する振動子を設け、振動子から超音波が発信されたのちに超音波が分注チップに伝搬し、分注チップ内に吸引された液体試料の液面を経由して分注チップに伝わり、振動子に戻って受信されるまでの、発信から受信までの時間経過から、信号処理回路が液体試料の液面高さを計測している。

他方で、レーザ光を用いて容器内の液面を計測することも行われており、例えば特許文献３では、レーザ式液面計で光軸合わせや測定距離の校正を容易にするため、レーザ距離計が微動回転機構により、左右や前後にレーザ光を調整され、校正体位置をレーザ距離計による距離測定と反射高強度の変化から検出している。そして既知の値と検出値を比較して距離構成している。また特許文献４では、非接触で高さを計測するため、泡表面にレーザ光を照射し、その反射光を集光して入射光と反射光の位相差を算出し、泡の高さを検出している。

特開２０１１−２３２６号公報 特開平１０−２３２２３９号公報 特開２０１４−１４５７５６号公報 特開２００１−２４９０４２号公報

上記特許文献１や特許文献２に記載のように、従来容器内の液面の高さを、超音波の伝播時間を利用して測定する方法が用いられている。その際、超音波は液面で反射するので、超音波の伝播時間に基づきセンサと液面間の距離を算出している。しかしながらこの超音波を利用した液面測定方法では以下の解決すべき課題がある。一つは精度であり他の一つは測定範囲である。精度に関しては、液面測定には超音波の伝播時間および音速値が必要であるが、音速は周囲温度のような雰囲気の状況により大きく変化する。市販されている超音波を用いたセンサの測定精度は１ｍｍ程度になっており、汎用の超音波センサでは、精密な測定には不向きである。また測定範囲に関しては、超音波センサから発信される超音波はある程度の広がりを有している。すなわち、発信信号のスポット径の絞り込みに限界がある。一般的に使用される超音波センサでは数十ｍｍの広がりがあり、正確にどの位置を計測しているのかが判別できない恐れがある。

一方、レーザを使用した上記特許文献３や特許文献４に記載の液面検出装置では、雰囲気温度や発信信号のスポット径の問題は回避できる利点がある。しかしながら、特許文献３に記載のものでは容器内の液面上にレーザ光を反射させるものを配置する必要があり、そのような空間的ゆとりのないまたはそのような邪魔物を配置することが許されない場合には、使用することが困難である。さらに特許文献４に記載の液面計測装置では、容器にレーザ発信源を取り付けているので、容器の振動等の外乱の影響を受けやすい。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は透明な容器内の液面の変化を環境に左右されずに、非接触で正確に測定することにある。本発明の他の目的は、測定経路に狭隘部があって液面に直接センサを接触させることが困難な透明または不透明な容器内の液面の変化を非接触で測定可能にすることである。

上記目的を達成する本発明の特徴は、液体の液面高さ測定装置が容器内の液面高さを基準高さからの変化で測定するものであって、レーザ光源、ビームスプリッタ及びレーザ検出器を有し、レーザ光を照射可能なレーザ干渉測長器と、このレーザ干渉測長器から照射されたレーザ光を前記容器の下方において反射する反射材とを備えることにある。そして、前記レーザ干渉測長器は、前記容器内の液面高さが基準高さにあるときの、前記レーザ光源から照射され前記反射材により反射されたレーザ光の基準光路長と液面高さを変化させた測定時の光路長の差及び測定時に前記容器に含まれる被測定液体の屈折率から、基準高さからの変化として、液面高さを求めることを特徴とする。

上記特徴において、前記容器は透明容器であり、前記反射材は透明容器の底部外面に近接して配置されていてもよく、前記容器はレーザ光が透過しない不透明容器であり、前記反射材は前記容器内部の底面に容器と一体または別体で設けられていてもよい。また前記屈折率を予め格納する記憶手段を備え、予め格納される前記屈折率のデータは、前記容器または異なる容器の基準高さ位置から高さが既知の所定高さ位置まで前記液体を注入して前記レーザ干渉測長器が測定したものであるのが好ましい。屈折率は、テーブルまたは式として記憶することもできる。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、液注入装置が、上記何れかの液面高さ測定装置と、前記容器に液体を注入する液注入手段と、前記液面高さ測定装置の測定値に基づいて前記液注入手段の注入路の開閉を制御する制御手段を備えることにある。

さらに上記目的を達成する本発明の他の特徴は、既知の高さだけ液体が注入された容器の底部に配設した反射材に液面高さ測定装置が有するレーザ干渉測長器からレーザ光を照射し、前記反射材から反射した反射光を前記レーザ干渉測長器が計測するステップと、前記容器に前記液体を追加注入して同様に、前記容器の底部に配設した反射材にレーザ干渉測長器からレーザ光を照射し、前記反射材から反射した反射光を前記レーザ干渉測長器が計測するステップと、２つの測定結果の差で得られた光路長の差を前記液体の屈折率から前記容器内の液面変化量として演算するステップを含むことにある。そしてこの特徴において、前記屈折率を容器近傍に配置した温度センサの検出値に基づいて得るようにしてもよい。

本発明によれば、容器下方にレーザ光の反射体を配置したので、測定経路に狭隘部を有する容器であっても、液面上方から放射されたレーザ光が通過できるだけの空間さえ確保されていれば、反射体からのレーザ光の反射により液面の変化を測定可能になり、環境に左右されずに容器内の液面の変化や液量の変化を、非接触で正確に測定できる。また、測定経路に狭隘部があって液面に直接センサを接触させることが困難な場合であっても、透明または不透明容器内の液面の変化や液量の変化を非接触で測定可能になる。

本発明に係る液面高さ測定装置を用いた測定例を示す部分断面図である。 本発明の測定原理を説明する模式図である。 本発明に係るレーザ測長器の測長原理を説明する図である。 図３で観測された波形の変化を説明する図である。 容器内の液体の物性に応じた補正方法を説明する図である。 容器内の液体物性値の一例を示すグラフである。 本発明に係る液面高さ測定の他の実施例を示す部分断面図である。 本発明に係る液面高さ測定のさらに他の実施例を示す部分断面図である。 本発明に係る液面測定のさらに他の実施例を示す部分断面図である。 本発明の液面高さ方法の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る液面高さ測定装置の一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る液面高さ測定装置５０の一実施例の断面図を示す。シリンジやアンプルのような薬品が収容される透明の容器３０の底面側であって容器３０の外表面には、鏡面が形成された反射材１８が取り付けられている。また、反射材１８は、容器３０の外表面に直接取り付けられるのではなく、後述するように、容器３０の外表面付近に近接配置されても良い。

容器３０には、図示しないポンプのような送液手段により液供給源４０から液注入手段４２に薬品等の液体が送液４５されている。液注入手段４２は容器３０の狭隘部を形成する開口部３２に開口しており、容器３０内に所定量の液体３４が注入されるよう、送液手段が有する弁手段を、図示しない制御手段が制御する。

容器３０内の液体３４の量を計測するため、容器３０の外部にはレーザ干渉測長器１００が配設されている。レーザ干渉測長器１００は、容器３０の開口部３２に向けてレーザ光２４を出射し、出射されたレーザ光２４は容器３０の底面の外表面に取り付けた反射材１８で反射し、レーザ干渉測長器１００の受光部へ戻る。

このレーザ戻り光を受光部が検出して、容器３０内の液体３４の液面高さを検出する。その際、容器３０の近傍または容器内に配置された温度センサ６０で液体３４の温度を検出または近似することにより、本液面高さ測定装置５０が備える図示しない制御装置が含む記憶手段に記憶した液体３４の屈折率カーブまたは屈折率データ（あるいは、屈折率テーブルまたは式）を用いて、温度センサ６０が測定した温度での液体３４の屈折率νから、容器３０内の液体３４の液面高さを求めている。なお、後述するように液体の屈折率νは温度に対して比較的鈍感であるので、この温度センサ６０は必ずしも必要ではない。

以上が本実施例による測定の概要であるが、その詳細を、図２以下を用いて説明する。図２は、図１に示した液面高さ測定装置５０の実施例の模式図である。容器３０の内部容積部の高さがＬ_１であり、液面高さ測定装置５０を用いて液面測定する際の基準となる液面高さ（初期高さ）がＬ_０である。

液注入手段４２を用いて液体３４を容器３０内に注入したときに液面Ｌｓが上昇した途中の状態における、容器３０内の液体３４の液面高さがＬｘであり、計測値として得られる液面高さはＬである。

すなわち、本液面高さ測定は、レーザ干渉測長器１００を用いて初期液面高さＬ_０からの液面高さの変化量Ｌ、すなわち相対液面高さ（Ｌｘ−Ｌ_０）を液面高さＬとして計測するものであり、絶対液面高さＬｘを必要とする場合には、初期液面高さＬ_０を容器３０内に液体が無い状態として求める必要がある。

図３及び図４を用いて、液面Ｌｓの高さ変化を測定するレーザ干渉測長器１００の原理を説明する。図３は、レーザ干渉測長器１００の構成を示す図であり、図４はレーザ干渉測長器１００で発生するレーザ出射光（照射光）及び反射光の波形を示す図である。

レーザ光を発生するレーザ光源１０からハーフミラーであるビームスプリッタ１２に、波長５８９ｎｍの黄色のレーザ光またはレーザビーム２０が照射される。ビームスプリッタ１２に入射して２方向に分けられたレーザ光は、一方が、レーザ干渉測長器１００の筐体１９内に配置された固定反射鏡１４にレーザ光（参照光）２６として照射された後、固定反射鏡１４で反射しビームスプリッタ１２を経由して、同じくレーザ干渉測長器１００の筐体１９内に配置された検出器１６に入射する。

一方、ビームスプリッタ１２で分けられたレーザ光の他方は、容器３０の底部に設けた鏡面を有する反射材１８へ測定光２４として照射され、反射材１８で反射したのちビームスプリッタ１２で固定反射鏡１４からの反射光２６と一緒になり、検出光２２として検出器１６に入射する。

ここで、容器３０内には液体３４が入れられており、液体３４は大気と屈折率νが異なるため、レーザ光（測定光）２４が空間の同一位置にある反射材１８で反射して戻るにもかかわらず、レーザ光の経路長さＬ_１と屈折率νの積で表される光路長は、レーザ光２４の経路における液体３４部分の長さ、すなわち容器３０内の液体３４の液面高さＬｘで変化する。

レーザ干渉測長器１００と容器３０間の隙間を無視して、図２を参照すると、レーザ干渉測長器１００から反射材１８の反射面までの距離はＬ_１であり、液面高さ測定における初期高さは反射材１８の反射面からＬ_０である。

この時レーザ干渉測長器１００から出射され、反射材１８で反射してレーザ干渉測長器１００に戻ったレーザ光（＃２０＋＃２４＋＃２２）の光路長Ａは、Ａ＝２×｛（気柱分）＋（液柱分）｝＝２×｛（Ｌ_１−Ｌ_０）＋２×Ｌ_０×ν｝となる。

ここで、νは屈折率である。一方、液面高さがＬｘまで上昇したときの光路長Ｂは同様に、Ｂ＝２×｛（気柱分）＋（液柱分）｝＝２×｛（Ｌ_１−Ｌｘ）＋２×Ｌｘ×ν｝＝２×｛（Ｌ_１−Ｌ−Ｌ_０）＋２×（Ｌ＋Ｌ_０）×ν｝である。ここで空気の屈折率は１としている。したがって、光路長差（Ａ−Ｂ）は、Ａ−Ｂ＝２Ｌ（ν−１）となり、液面高さＬは、Ｌ＝（Ａ−Ｂ）／２（ν−１）で求められる。

すなわち、レーザ光は同じ物理的位置（反射板１８）で反射するものの、図３内の（ａ）〜（ｄ）で示したように、液面高さＬｘの変化により反射材の位置１８ａ〜１８ｄが見かけ上移動して距離が長くなった、または波長が短くなったように挙動する。

反射材１８の見かけの位置が１８（ａ）〜（ｄ）に移動したときの、対応する液面高さＬｘでの各レーザ光２６、２４、２２の波形の例を、図４に示す。最上段Ｒが固定反射鏡１４からのレーザ光（参照光）２６の波形であり、中段Ｍが反射材１８からのレーザ光（測定光）２４の波形であり、最下段がそれら２つの波形Ｒ、Ｍの合成光２２の波形である。液面高さＬｘが変化し、ある位置に達すると、ビームスプリッタ１２で一緒になるレーザ光（参照光）２６とレーザ光（測定光）２４の位相が一致し、合成光２２の波形は光源１０から出射された元の波形と同じ傾向の波形となる（（ａ）の状態）。

液面高さＬｘが増大したある点で、レーザ光（参照光）２６とレーザ光（測定光）２４の位相が９０°異なってビームスプリッタ１２に戻され、合成光２２の波形は（ａ）の状態の波形よりは小さいが同様の傾向の波形となる（（ｂ）の状態）。

さらに液面高さＬｘが増大してレーザ光（参照光）２６とレーザ光（測定光）２４の位相が１８０°逆転すると、合成光２２の波形は０となる（（ｃ）の状態）。さらに液面高さＬｘが増大すると、レーザ光（参照光）２６とレーザ光（測定光）２４の位相が９０°異なってビームスプリッタ１２に戻され、合成光２２の波形は（ｂ）の波形と同様の傾向の波形となる（（ｄ）の状態）。これが出射光２０の波長の長さに応じた光路長の変化ごとに生じる。したがって、液面高さＬｘが変化してレーザ干渉測長器１００の検出器１６が到達する測定波の波数を計測するとともに、波形を観察して出射光と同傾向（出射光が正弦波であれば正弦波のこと）または波形が０となる波形を見出すことにより、出射光の波長の１／２程度までの分解能で光路長、すなわち液面高さＬを計測できる。

次に、上記液面測定における重要因子である屈折率νについて図５、図６により説明する。本液面測定では屈折率νが既知である必要があるので、屈折率νのデータを予め準備する。図５は屈折率ν測定の様子を示す図であり、図６は屈折率νの温度変化の一例を示すグラフである。図６は、波長λ＝５８９．３ｎｍの黄色のレーザ光を水に照射する場合の屈折率νの温度変化を示す図である。

２０℃の温度変化で屈折率νは０．００２程度（０．００７５％／℃程度）変化しているのが分かる。したがって、精度の高い液面計測が要求された場合には被測定液体３４の液温を一定にするが、液面高さを恒温室雰囲気等で測定する通常測定であれば、屈折率νはほぼ一定とみなせる。

屈折率νの測定は、図２に示した一般の液面高さＬの測定において、液面高さの初期値Ｌ_０を０とした場合に相当する。また、容器３０の所定高さ（測定高さ）Ｌｘも既知とする。測定の誤差をできるだけ少なくするため、この所定高さＬｘは満液状態とするのが望ましく、Ｌｘ＝Ｌ_１である。

初めに、底部外表面に反射材１８が取り付けられた透明容器３０の空容器に、液注入口３２を利用してレーザ光を照射し、反射材１８からの反射光をレーザ干渉測長器１００の検出器１６が受光し、光路長の初期データＡを取得する。次に、被測定液体３４を容器３０に満液となるまで注入する。そして同様に液注入口３２を利用してレーザ光を反射材１８に照射し、反射材１８からの反射光をレーザ干渉測長器１００の検出器が受光し、光路長の測定データＢを得る。光路長が屈折率νと液面高さＬの積であるから、ν＝（Ａ−Ｂ）／２Ｌ_１＋１で求められる。

容器３０内の液体３４の液温を変化させて屈折率νを求めることにより、屈折率νの温度校正曲線が得られ、それをレーザ干渉測長器１００が備える記憶手段に記憶させる。これにより、液面測定時の液体３４の液温が分かれば、屈折率νが容易に得られる。なお上記したように水のような液体の場合には、屈折率νの温度依存性は小さいので、測定室を恒温室等にすることにより温度の影響を無視できるようにすることができる。

次に本液面高さ測定方法を応用した他の実施例を、図７〜図９を用いて説明する。図７は、液面測定対象液体が、各種燃料のような可燃性液体の場合である。可燃性液体であってもレーザ光は透過する場合である。

可燃性液体は一般的に揮発性の高い液体が多く、液面高さを監視することは事故防止の観点から重要視されている。液面高さ測定に従来使用される超音波センサは、センサ部が電気基板で構成されているので、長期の使用により腐食等が起こり、電気火花が発生する可能性を否定できない。

もし電気火花が発生すると、最悪の場合、可燃性液体に引火して爆発が生じる。そこで、本実施例では、干渉計部に一切の電気的な装置を用いないレーザ干渉測長器を用いている。その場合、以下に説明するようにレーザ干渉測長器を容器近傍に配置しても良いし、より引火事故等を避け得るように容器から離れた位置にレーザ干渉測長器を配置しそこから光ファイバで測定部へレーザ光を導くようにしてもよい。

すなわち、容器３０に含まれる液体３４が可燃物のため、容器３０はもはや透明ではなくレーザ光を透過しない金属容器である。そのため、反射材１７は容器３０の底面内側に設けられている。なお容器３０の内側に反射材１７を設ける場合には、容器３０と一体であっても良いし、別体に製作した反射材（鏡）１７を容器３０の内部に接着等で取り付けるようにしてもよい。これにより、従来超音波測定器を使用できなかった液体の場合であっても、高精度に液面高さを測定できる。

図８は、透明な容器３０内の液体３４の液面高さＬを測定する場合に、容器３０の底面の外部に反射材１８を直接取り付けるのではなく、容器３０が載置される載置台３８上面に反射材１８を設ける場合である。載置台３８上面の反射材１８と容器３０の間に隙間があってもなくても、本液面高さ測定ではその隙間の影響はキャンセルされるので、ともに高精度に液面高さＬを測定できる。

本実施例の場合には、各容器３０に反射材１８を取り付ける必要がなく、大量に液面高さＬを測定する場合に有利である。また、載置台３８の上面を透明ガラスとし、そのガラス内部またはガラスの下方に反射材１８を取り付ければ、容器３０の交換により反射材１８を傷付けたり汚したりする恐れが低減し、作業効率が向上する。

図９は、アンプルに薬液を注入する場合等の、大量生産品への応用を示す図である。空の容器３０がベルトコンベア等で液体注入位置に運ばれる。液体注入位置では、液供給源４０から図示しないポンプ等の送液手段で液注入手段４２へ液体３４が送液４５され、図示しない弁等の制御手段により注入路の開閉が制御されることにより、容器３０への液体３４の注入が制御されるようになっている。初めに空の容器３０が液体注入位置に運ばれてくると、レーザ干渉測長器１００から容器３０の下方に配設された反射材１８へレーザ光２４が照射される。この時、反射材１８は図８に示したのと同様に載置台３８側に取り付けられている。

容器３０を透過して反射材１８で反射したレーザ光２４は、レーザ干渉測長器１００へ入射して検出器１６で受光され、液面測定の初期値データの元となる光路長を計測する。次に、図示しない制御手段を制御して液注入手段４２から液体３４を注入する。注入を継続しながらレーザ干渉測長器１００で光路長の変化を継続計測し所定長さになったら、液面高さＬ_Ｄが所定高さになっていると判断し、制御手段が液注入を停止する。

液注入が完了したら、ベルトコンベアを駆動して次の空の容器３０を液体注入位置に載置する。以下同様の手順を繰り返す。本実施例によれば、高精度でかつ効率的に空の容器内へ所定量の液体を注入することができる。

次に、容器３０内の液体３４の液面高さＬを測定する手順を、図１０のフローチャートを用いて説明する。なお本測定の前に、使用する液体３４の温度と照射するレーザ光の波長における、液体３４の屈折率νを予め求めておく。校正に用いるマスタ容器として、測定対象の容器３０と同じまたは別の容器３０を準備する。

マスタ（容器）の内部容積部の全高さを深さゲージ等で計測する。深さゲージが挿入できないような狭隘部しか有しない場合には、重量法等の他の方法を用いて高さを測定する。ここでは、深さゲージを使用する場合について説明する。

ステップＳ１１０で、レーザ干渉測長器１００を用いてマスタが空の状態とマスタに所定液面高さまで液体３４を注入した場合について液面高さＬを測定する。マスタが液体を充満できる場合には液体を充満して計測することにより、図５に示すように、より正確な高さ計測が可能になる。

ここで、高さ計測に用いる深さゲージが、液面Ｌｓに対して垂直方向から傾いていると、垂直からずれた分だけ液面高さＬの校正値に誤差を含むことになる。そこで、ステップＳ１２０で深さゲージの挿入方向と位置の芯ずれを検出する。

この芯ずれの検出はレーザ光を反射材１８に照射してその戻り光が照射光と一致する方向を真の方向とし、この真の方向に対する深さゲージの挿入方向の傾きで検出される。検出された深さゲージの挿入位置の芯ずれに基づいて、ステップＳ１３０で深さゲージの傾きをキャンセルする方向に深さゲージを傾けて挿入位置を補正する。次いで、深さゲージを正規方向から挿入してマスタを再測定する（ステップＳ１４０）。

マスタを用いた校正が完了したので、実際の測定対象であるワーク（容器）３０について測定を開始する（ステップＳ１５０）。すなわち、ワーク３０に対してレーザ干渉測長器１００からレーザ光を照射して初期状態及び液体充填状態を測定する。

その後、レーザ干渉測長器１００のレーザ照射光がワーク３０の軸線からずれている芯ずれ量を検出する（ステップＳ１６０）。芯ずれ量が分かったので、この量だけレーザ干渉測長器１００を用いたワーク３０の液面高さＬの測定結果を補正する（ステップＳ１７０）。ステップＳ１８０に進み、さらに測定対象のワークがあればステップＳ１５０に戻る。

上記本発明の各実施例によれば、超音波液面測定では困難な液面高さ測定であっても、レーザ光を用いることにより非接触で液面測定が可能になる。すなわち、液面高さ位置をレーザ照射光の広がりまでに絞った計測が可能になり、サブミクロン領域の液面高さを測定できる。またレーザ照射光の照射通路が確保されていればよいので、液面高さ測定用の通路を液注入口以上に広げる必要はない。

さらに、容器の液注入口とは別に測定用通路を確保する場合であっても、レーザ照射光の直径程度であればよく、数ｍｍ以下とすることが可能となり、キャピラリー内の液面高さの測定などに好適になる。

また上述したように、本発明の各実施例によれば、計測対象の液体は、レーザ光が液体内を部分的にであっても透過した後、反射材で反射して光源側に戻って来るものであればよく、着色した液体でも計測可能な場合がある。そのため液体が燃料等の可燃物であっても計測手段が電気基板を有するものではないので火花放電の恐れがなく、高価になる特別な防爆等の手段の必要性が低減する。

また通常、高さ測定の分解能は使用するレーザ光の半波長程度であるので、例えば５９３ｎｍのレーザ光を用いれば約３００ｎｍまで理論上可能であるが、レーザ干渉測長器を使用しているので、レーザ干渉測長器の測定精度で制約される。しかしながらそれでも数μｍ程度の精度で測定することが可能になる。なお本実施例によれば、レーザ干渉測長器が有する演算手段を用いて内挿処理することにより、サブミクロンもしくは数十ｎｍ程度まで分解能を向上できる。

したがって、液滴の高さや表面張力等の計測も可能になる。なお上記実施例では黄色のレーザ光で波長５９３ｎｍの場合を説明したが、レーザ光の波長はこれに限るものではなく、４０５、４４５、４６０、４７３、５３２、６３５、６５０ｎｍ等の種々の色のレーザ光を使用できる。

１０…（レーザ）光源、１２…ビームスプリッタ（ハーフミラー）、１４…固定反射鏡、１６…検出器、１７、１８…反射材、１８ａ〜１８ｄ…仮想反射材位置、１９…筐体、２０…レーザ光（出射光）、２２…検出光（合成光）、２４、２４ｘ…レーザ光（測定光）、２６…レーザ光（参照光）、３０…（透明）容器、３０ｂ…（非透明）容器、３２…開口部（液注入口）、３４…（被測定）液体、３４ｂ…可燃性液体、３８…載置台、４０…液供給源、４２…液注入手段、４５…送液、５０…液面高さ測定装置、６０…温度センサ、１００…レーザ干渉測長器、Ｌ_０…基準液面高さ、Ｌ_Ｄ…規定液面高さ、Ｌｘ…測定時液面高さ

Claims (7)

1. 液体の容器内の液面高さを基準高さからの変化で測定する液面高さ測定装置であって、
   レーザ光源、ビームスプリッタ及びレーザ検出器を有し、レーザ光を照射可能なレーザ干渉測長器と、
   このレーザ干渉測長器から照射されたレーザ光を前記容器の下方において反射する反射材と、を備え、
   前記レーザ干渉測長器は、前記容器内の液面高さが基準高さにあるときの、前記レーザ光源から照射され前記反射材により反射されたレーザ光の基準光路長と液面高さを変化させた測定時の光路長の差及び測定時に前記容器に含まれる被測定液体の屈折率から、基準高さからの変化として、液面高さを求めるものであることを特徴とする液面高さ測定装置。
2. 前記容器は透明容器であり、前記反射材は透明容器の底部外面に近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液面高さ測定装置。
3. 前記容器はレーザ光が透過しない不透明容器であり、前記反射材は前記容器内部の底面に容器と一体または別体で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液面高さ測定装置。
4. 前記屈折率を予め格納する記憶手段を備え、
   予め格納される前記屈折率のデータは、前記容器の基準高さ位置から高さが既知の所定高さ位置まで前記液体を注入して前記レーザ干渉測長器が測定したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の液面高さ測定装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の液面高さ測定装置と、前記容器に液体を注入する液注入手段と、前記液面高さ測定装置の測定値に基づいて前記液注入手段の注入路の開閉を制御する制御手段を備えたことを特徴とする液注入装置。
6. 既知の高さだけ液体が注入された容器の底部に配設した反射材に液面高さ測定装置が有するレーザ干渉測長器からレーザ光を照射し、前記反射材から反射した反射光を前記レーザ干渉測長器が計測するステップと、
   前記容器に前記液体を追加注入して同様に、前記容器の底部に配設した反射材にレーザ干渉測長器からレーザ光を照射し、前記反射材から反射した反射光を前記レーザ干渉測長器が計測するステップと、
   ２つの測定結果の差で得られた光路長の差を前記液体の屈折率から前記容器内の液面変化量として演算するステップと、
   を含むことを特徴とする液面高さ測定装置を用いた液面高さ測定方法。
7. 前記屈折率を容器近傍に配置した温度センサの検出値に基づいて得ることを特徴とする請求項６に記載の液面高さ測定装置を用いた液面高さ測定方法。