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JPH023938B2 - - Google Patents
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JPH023938B2 - - Google Patents

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JPH023938B2
JPH023938B2 JP57052834A JP5283482A JPH023938B2 JP H023938 B2 JPH023938 B2 JP H023938B2 JP 57052834 A JP57052834 A JP 57052834A JP 5283482 A JP5283482 A JP 5283482A JP H023938 B2 JPH023938 B2 JP H023938B2
Authority
JP
Japan
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light
liquid
refractive index
measured
measurement
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JP57052834A
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English (en)
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Inventor
Reiji Takeda
Shozo Oikawa
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Nippon Beet Sugar Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Nippon Beet Sugar Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Priority to SE8301800A priority patent/SE460561B/sv
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Priority to FR8305312A priority patent/FR2524643B1/fr
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/24Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by observing the transmission of wave or particle radiation through the material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体の密度、濃度、比重等を測定す
るための測定装置に関するものであり、さらに詳
しくは、光学系を利用した液体の密度、濃度、比
重等を測定するための測定装置に関するものであ
る。
従来から、光学系を利用した液体の密度、濃
度、比重等を測定するための測定装置が知られて
いる。このものは、被測定液体に透過体を浸漬
し、測定光をこの被測定液体との界面を形成する
界面壁に向かつて投光し、この界面壁において反
射された反射光を受光素子で受光し、この反射光
の反射光量に基いて前記被測定液体の密度、濃
度、比重等の測定を行なうようになつている。
ところで、受光素子は、反射光と反射光以外の
外光とを受光しており、反射光の光量が少ない場
合には、受光素子は外光の影響を大きく受け、こ
らがために、この種の従来の測定装置は、液体の
密度、濃度、比重等の正確な測定を行ない難いと
いう欠点を有している。
この欠点を改良するために、特開昭53−139560
号公報に開示されているように、界面壁に反射鏡
を設け、入射光を全反射させて、反射光量が極力
減少しないようにしたものが提案されているが、
この特開昭53−139560号公報に開示されているも
のは、反射鏡の取り付け方そのものが難しく、ま
た入射光の入射角が固定されているため或る特定
された条件にあるときのみ全反射するので測定に
当り光量変化が小さく、外乱光が測定結果に大き
く影響し測定精度を低くする等の問題を有するほ
か、安価に製作し難いという欠点を有している。
本発明は、上記従来の有する欠点に鑑みてなさ
れたもので、本発明の目的は、反射光量の減衰を
極力防止しうると共に、かつ、その製作をも容易
にできる測定装置を提供することにあり、本発明
の特徴は、光の全反射法則を有効に利用すべく、
界面壁の形状を工夫したところにある。
以下に本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。
第1図、第2図において、1は屈折率n1を有す
る被測定液体、2は屈折率n2を有する光透過体2
であり、屈折率n2は屈折率n1より大とされてい
る。この光透過体2は、第2図に示すようにガラ
ス、プラスチツク等の素材から成る適当厚さの板
状体で製作されるもので、入光口3と受光口4と
界面壁5とを有しており、入光口3には光源6が
レンズ7を介して臨んでおり、受光口4には受光
素子8が臨んでいる。入光口3は、所定の幅tを
とる入光口案内壁9,10を有し、受光口4は受
光口案内壁11,12を有している。
光透過体2は、光の反射域と透過域を有する測
定光の光路とされており、光源6から発せられた
光は、レンズ7の存在により平行光線に変換さ
れ、測定光として入光口3から入光し、界面壁5
において反射され、反射光として受光口4から取
り出されるものである。
13は測定には直接関与しない部分で、通常は
平面状としてある。界面壁5は、第1図及び第2
図に示すようにその形状が点Oを中心とする半径
Rの仮想円に沿う円筒曲面状の円弧面で、入光口
案内壁10と受光口案内壁12とは、この仮想円
に接する接線上に存在している。
この界面壁5の形状は、入光口3から入光する
全ての直進測定光が、所定の条件の下において有
効に反射されるべく選択されるもので、案内壁9
に沿つて入光する直進測定光Lが界面壁5の点P
において反射されるものとすると、点OPを結ぶ
直線が法線Mとなり、直進測定光Lと法線Mとな
す角が入射角βとなるものであり、この入射角β
が被測定液体1の屈折率n1と光透過体2の屈折率
n2で定まる臨界角(臨界角α=Sin−1n1/n2但しn2 >n1)よりも大であつて、かつ、直角よりも小で
あるとき、直進測定光Lはこの範囲において全反
射されるものであるから、界面壁5の円弧面の形
状は、この条件を満足するものでなければならな
い。
界面壁5の点Pにおける直進測定光Lの入射角
βを臨界角よりも大で直角よりも小とするこの条
件は、例えば糖水溶液を被測定液体とする場合に
当てはめると、糖分濃度が0%(純水)の液体に
界面壁5を浸漬したときの入射角βが純水の屈折
率と光透過体の屈折率で定まる全反射の臨界角よ
りも大で直角よりも小となることを意味し、これ
は、糖水溶液を被測定液体とするときの測定下限
に対応することになる(以下測定下限という。) 一方において、案内壁10に沿つて入光する直
進測定光L′が界面壁5の点Qにおいて反射される
ものとすると、点OQを結ぶ線が法線Nとなり、
この法線Nと直進測定光L′とのなす角が入射角
β′となるものであり、この入射角β′が被測定液体
1の屈折率と光透過体2の屈折率で定まる臨界角
よりも大でかつ、直角以下であるとき、直進測定
光L′は点Qにおいて全反射されるものであるか
ら、界面壁5の形状はこの条件をも満足するもの
でなければならない。
界面壁5の点Qにおける直進測定光L′の入射角
β′を臨界角よりも大で直角よりも小とするこの条
件は、例えば糖水溶液を被測定液体とする場合に
当てはめると、測定しようとする最大糖分濃度の
液体に界面壁5を浸漬したときの入射角β′が最大
糖分濃度の糖水溶液の屈折率と光透過体の屈折率
で定まる全反射の臨界角よりも大で直角よりも小
となることを意味し、これは、糖水溶液を被測定
液体とするときの測定上限に対応することになる
(以下測定上限という。) すなわち、界面壁5の形状を測定下限であるP
点と測定上限であるQ点を通る仮想円に沿う円弧
面とするとき、例えば濃度測定についていえば、
純水から過飽和までの全域にわたつて、その時々
の被測定液体の屈折率n1に対応した臨界角との関
係において、全反射されることになる。
次に、上記条件を満足する仮想円の半径Rは次
のようにして定まる。即ち、法線Nと直進測定光
L′とのなす角が直角であり、かつ、入光口案内壁
9と10が平行であるとき、法線Nと直進測定光
Lとのなす角が直角であるから法線Nと直進測定
光Lとの交点をSとして、点OS間の距離OSが
Rsinβで求められ、かつ、この距離OSに案内壁
9,10の幅tを加算したものが、仮想円の半径
Rにほかならないことから、似下に説明する(1)、
(2)式に基いて求められる。
R=Rsinβ+t ……(1) R=t/(1−sinβ) ……(2) また、点QP間の距離lは、法線Mと法線Nと
が点Oにおいてなす角(π/2−β)となることか
ら、 l=R・(π/2−β) ……(3) として求められることとなる。
次に、この光透過体2の具体的設計例について
説明する。
ここでは、庶糖濃度が0%(測定下限)から約
65%(測定上限)までの庶糖液の濃度を測定する
場合についての設計例について説明を行なうこと
とし、光透過体2の材質としてガラスを使用する
ものとする。
その場合、光透過体2の屈折率n2は、20度Cに
おいて1.520のものを使用する。また、庶糖濃度
が0%における庶糖液(水)の屈折率n1は、20度
Cにおいて1.330であるとすると、点Pにおける
直進測定光Lの入射角βを臨界角と等しくした場
合、入光口案内壁の幅tを3mmとすると、臨界角
αは α=sin-11.330/1.520 の式により求められ、 α=61.05(度) となる。
また、半径Rは、 R=3/1−sin61.05 式より求められ、 R=24.01(mm) となる。
また、点PQ間の距離lは、 l=(90−61.05)・24.01・2π/360 式より求められ、 l=12.13mm となる。
上記で求めた点PQ間の距離lは、前記した直
進測定光LおよびL′がそれぞれ必要とする入射角
βおよびβ′の条件を満足するもので、実装置にあ
つては、距離lの始点(測定下限側)をこれら条
件を界面壁5に含むように入射角βが臨界角に等
しいか、これに近接して小となるようにする。
次に、この具体例における側定装置の測定方法
について説明する。
被測定液体1の光透過体2の界面壁5を浸漬す
る。
被測定液体1としての庶糖液の濃度が0%であ
る場合、光源6から発せられて入光口3から入光
する全ての直進測定光は、界面壁5の点QP間に
おいて、全反射され、受光口4から取り出され
る。受光素子8において受光される反射光量は、
被測定液体1の濃度が0%であるとき、最大とな
る。
被測定液体1としての庶糖液の濃度が高くなる
と、光透過体2の屈折率n2と被測定液体1の屈折
率n1とによつて決定される臨界角αが変化する。
すなわち、庶糖液の濃度が高くなると共に臨界角
αが大きくなり、界面壁5のQP部分において、
入射角が界面角に近い範囲すなわち全反射域が点
Pから点Qの方向に向けて徐々に狭くなり、直進
測定光Lに近い測定光から順次に全反射側を満た
さなくなるので、受光素子8において受光される
受光量が減少する。
この場合、界面壁5を半径Rの仮想円上の円弧
面とし、この円弧面に測定光を入光口案内壁9に
沿う平行光として照射するので、測定光の反射は
この円弧面のみにて起り、受光素子へ向う受光量
の減少は庶糖液の濃度変化によつて定まる臨界角
に対応する全反射域の変化のみ起因することにな
る。
光透過体2の屈折率n2と被測定液体1の屈折率
n1とが等しくなるとき、全反射は界面壁5の点Q
においてのみ生じ、受光素子8において受光され
る反射光量は最小となる。
したがつて、各濃度毎に受光素子8が発生する
起電力を求めておけば、未知の濃度をこの測定装
置を使用して測定できることとなる。
本発明は、以上説明したように、界面壁の形状
を円弧面として、レンズを通過することにより平
行化されて入光口に入光する全ての直進測定光を
所定の条件下において全反射させるようにしたの
で、測定光の減衰を極力防止して、受光素子に達
する光量変化を大きくするので、正確に測定で
き、かつ、製作も簡単な測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る測定装置の主要部の構成
を示す側面図、第2図は第1図の−線に沿う
断面図である。 1……被測定液体、2……光透過体、3……入
光口、4……受光口、5……界面壁、8……受光
素子、9,10……入光口案内壁、11,12…
…受光口案内壁、R……半径、M,N……法線、
l……点PQ間の距離、α……臨界角、β,β′…
…入射角。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 入光口3と界面壁5と受光口4とを有し、か
    つ、屈折率n2が被測定液体1の有する屈折率n1
    りも大きな測定光透過体2を、前記被測定液体1
    に浸漬し測定光を前記界面壁5に向かつて投光し
    て、前記界面壁5において反射された反射光を受
    光素子8で受光し、該反射光の反射光量に基いて
    前記被測定液体1の密度、濃度、比重等のうち少
    くとも1つを測定するようにした測定装置であつ
    て、前記光透過体2が板状体からなり界面壁5の
    形状は半径Rの仮想円に沿う円弧面で、この円弧
    面は前記入光口3の一方の入光口案内壁9に沿つ
    て界面壁5に入光する直進測定光Lの入射角βが
    前記被測定液体1の測定下限濃度に対応する屈折
    率と前記光透過体2の屈折率によつて定まる全反
    射の臨界角よりも大で直角よりも小となり、前記
    入光口3の他方の入光口案内壁10に沿つて界面
    壁5に入光する直進測定光L′の入射角β′が前記被
    測定液体1の測定上限濃度に対応する屈折率と前
    記光透過体2の屈折率によつて定まる全反射の臨
    界角よりも大で直角よりも小となるように選択さ
    れた半径Rの仮想円に沿う円筒曲面状の円弧面
    で、該円弧面の接線上に入光口案内壁10が存在
    し、前記入光口案内壁9が入光口案内壁10に巾
    tで平行することを特徴とする液体の密度、濃
    度、比重等を測定するための測定装置。
JP5283482A 1982-03-31 1982-03-31 液体の密度、濃度、比重等を測定するための測定装置 Granted JPS58169050A (ja)

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DE19833311202 DE3311202A1 (de) 1982-03-31 1983-03-26 Geraet zur bestimmung der dichte, der konzentration, des spezifischen gewichtes und dergleichen einer fluessigkeit
DK147083A DK158166C (da) 1982-03-31 1983-03-30 Apparat til bestemmelse af taetheden, koncentrationen og massefylden af en vaeske
SE8301800A SE460561B (sv) 1982-03-31 1983-03-30 Apparat foer bestaemning av en vaetskas densitet, densitetstal, koncentration, etc
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BE0/210442A BE896319A (fr) 1982-03-31 1983-03-30 Appareil pour la determination de la densite, concentration, masse volumique, etc... d'un liquide
IT8320383A IT1161809B (it) 1982-03-31 1983-03-30 Apparecchiatura per determinare densita',concentrazione,peso specifico eccetera di un liquido
FR8305312A FR2524643B1 (fr) 1982-03-31 1983-03-31 Appareil pour determiner la concentration ou d'autres caracteristiques physiques d'un liquide par examen des variations de caracteristiques d'un faisceau lumineux emis a travers ce liquide
NL8301172A NL8301172A (nl) 1982-03-31 1983-03-31 Inrichting voor het bepalen van de dichtheid, de concentratie, het soortelijk gewicht, enz. van een vloeistof.
CA000425055A CA1207553A (en) 1982-03-31 1983-03-31 Apparatus for determining the density, concentration, specific gravity, etc. of a liquid

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