JP2000162226A - 流速センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 個々のセンサに観測データの伝送装置を設置
することなく流速の計測ができる流速センサを提供す
る。 【解決手段】 容器１と、容器先端に形成されて水流圧
により変形する受圧部２とを具える。容器内には固定シ
ーブ12と、受圧部２の変形に連動する可動シーブ13とが
収納され、両シーブ12,13 の間に光ファイバ11が架け渡
される。受圧部２の変形に伴って可動シーブ12が固定シ
ーブ13から離れる方向に移動されると、光ファイバ11に
伸び歪が付与される。この歪みをＢＯＴＤＲなどで観測
して流速を監視する。水深表示メジャー６でセンサの潜
水深度を計測すれば、任意の深さにおける流速を計測で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は河川などの流速を観
測するセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】河川の流速計測に関しては、従来から水
車式，ピトー管方式およびフロート式のセンサが用いら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種のセン
サは、複数の測定箇所で得られたデータを収集するため
に無線などの伝送装置を設ける必要がある。この場合、
伝送装置の電源も必要になる。一方、伝送装置がない場
合、各センサの測定データを直接作業者が収集しなけれ
ばならず、時間的，労力的負担が大きい。また、前述の
各センサは表面流速の観測が主体であり、水深方向の流
速の分布を検知することができない。

【０００４】従って、本発明の主目的は、個々のセンサ
に伝送装置を設置することなく流速の計測ができる流速
センサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明センサは上記の目
的を達成するためになされたもので、水中に沈めて利用
され、流速の変化に伴って変位する受圧部の動きに合わ
せて光ファイバに張力を付与し、光ファイバに生じた歪
の変化から流速を検知するものである。

【０００６】すなわち、容器と、容器先端に形成され水
流圧を受けて変位する受圧部と、容器に内蔵された固定
シーブと、受圧部の変位に連動する可動シーブと、固定
シーブと可動シーブとの間に架け渡され受圧部の変位に
対応して伸び歪が付与される光ファイバとを具えること
を特徴とする。

【０００７】ここで、容器先端部に受圧部の変位に連動
する第一のベローズを設け、容器末端部にはこの第一の
ベローズに連動する第二のベローズを設けて、両ベロー
ズ間の容器内を閉鎖空間とすることが望ましい。これに
より、受圧部の変位に係わらず閉鎖空間内の気圧を一定
に保持することができる。

【０００８】また、可動シーブを固定シーブ側に付勢す
る弾性体を具えることが好ましい。この弾性体により、
流速が低下したときは可動シーブを固定シーブ側に自動
的に復帰させて光ファイバの歪を低減する。弾性体とし
ては、可動シーブを固定シーブ側に引き寄せる引張ばね
や可動シーブを固定シーブ側に押圧する圧縮ばねが利用
できる。

【０００９】計測中のセンサの姿勢を一定に保持するた
めには、容器に水平翼と垂直翼とを設けることが望まし
い。特に、垂直翼にウェイトを着脱自在とすることで、
センサ自体の重量を変え、センサの潜水深度を調整する
ことができる。

【００１０】センサの潜水深度を計測するには、容器に
水深表示メジャーを設ける。この水深表示メジャーには
目盛りに対応した複数の電球を設けることが好ましい。
これにより、夜間計測時にもセンサの潜水深度を容易に
計測できる。もちろん、この電球の電源もセンサのいず
れかの箇所に設ける。

【００１１】そして、光ファイバをブリルアン散乱光を
用いる歪測定器に接続し、この測定器で観測された歪の
値から流速を求める。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明センサの平面図、図２は側面図、図
３は正面図、図４は内部構成図である。

【００１３】図１〜３に示すように、本発明センサは円
筒状の容器１を具え、その先端部には受圧部２が、両側
には水平翼３が、後部下方には垂直翼４が設けられてい
る。

【００１４】容器１は流速の変化に対応して光ファイバ
に張力を付与する張力付与機構（後述する）を内蔵す
る。容器の材質は特に限定されない。プラスチックや耐
食性に優れた金属が適切である。容器１の後方は径が小
さく構成され、さらに後端に向かってこの小径部５がテ
ーパ状に形成されている。容器１の上部には、水深表示
メジャー６、ケーブル引出部７およびセンサをつり下げ
るためのフック８が突設されている。

【００１５】受圧部２はセンサの先端で水流圧を受けて
変位する球状体で、受圧部２の変位動作が後述する張力
付与機構を作動させる。本例では、水流圧を受けて変位
し易くするために、容器１をガイドとしてスライドする
構造とし、かつ水の抵抗をある程度低減できる形状とし
て受圧部を球状体とした。他の構造としては円板状でも
良い。受圧部２の材質としてはプラスチックや金属が挙
げられる。

【００１６】水平翼３および垂直翼４は流速計測時にセ
ンサの姿勢を一定方向に保持するために設けられてい
る。ここでは容器１の両側における対向する位置に台形
型の水平翼３を設け（図１）、容器後方の小径部５の下
部にほぼ矩形の垂直翼４を設けた（図２）。垂直翼４に
はウェイト（図示せず）を着脱することができ、センサ
全体の重さを変えることで、センサの潜水深度を調整す
ることができる。

【００１７】このセンサの内部構造を図４に示す。受圧
部２の内部には前部ベローズ９が、小径部５の内部には
後部ベローズ10が設けられ、これらベローズ９，10の間
において、容器内には光ファイバ11に張力を付与するた
めの固定シーブ12と可動シーブ13とが収納されている。
また、受圧部１と容器先端との接合部には前部仕切板14
が、容器後端と小径部５との接合部には後部仕切板15が
設けられている。

【００１８】前部ベローズ９は一端が受圧部１の内面に
接合され、他端が前部仕切板14に接合されている。ま
た、後部ベローズ10は一端が自由端で、他端が後部仕切
板15に接合されている。そして、両ベローズ９，10の内
部を通って両仕切板14,15 を貫通するロッド16が前部ベ
ローズ９の一端と後部ベローズ10の一端とを連結し、受
圧部２の変位に対応して両ベローズ９，10を伸縮させ
る。

【００１９】各仕切板14,15 にベローズ９，10が取り付
けられることにより、容器内における両仕切板14,15 の
間は閉鎖空間に構成される。これにより、水などが侵入
して閉鎖空間内の可動シーブ13などの動作に支障が生じ
ることを防止する。さらに、小径部５は水の導入孔17が
形成されて後部ベローズ10の外周を外部の水圧と等しく
でき、受圧部２の変位に伴って前部ベローズ９が収縮
（伸長）しても、後部ベローズ10が伸長（収縮）するこ
とで閉鎖空間内の圧力を一定に保持する。

【００２０】一方、固定シーブ12と可動シーブ13の取り
付けにはシーブホルダ18が用いられている。シーブホル
ダ18は、一端が前部仕切板14に、他端が端部金具19に保
持される一対の板状体で、この端部金具19は容器１の内
壁に固定されている。固定シーブ12と可動シーブ13は各
々シーブホルダ18に軸支される軸20,21 に回転自在に取
り付けられる。本例では、二対の固定シーブ12と一対の
可動シーブ13を用い、ロッド16とシーブホルダ18との間
に各シーブ12,13 を配置した。

【００２１】固定シーブの軸20はロッド16に貫通され、
ベローズ９の伸縮に伴ってロッド16が作動しても固定シ
ーブ12は移動しない。これに対して、可動シーブの軸21
はロッド16に固定されると共にシーブホルダ18に形成さ
れた長孔22の範囲でスライド自在に構成され、ベローズ
９の伸縮に伴ってロッド16が作動すると前記長孔22の範
囲でロッド16に連動する。

【００２２】さらに両シーブ12,13 の間に引張ばね23を
設けた。この引張ばね23の作用により、可動シーブ13は
固定シーブ側に付勢され、常時は両シーブ12,13 の間隔
を狭い状態に保持する。従って、両シーブ12,13 に光フ
ァイバ11を巻回しておき受圧部２に水流圧が作用する
と、引張ばね23の収縮力に逆らって可動シーブ13を固定
シーブ12から離れる方向に移動させ、光ファイバ11に張
力を付与することになる。そして、受圧部２に作用する
水流圧が低下すると、引張ばね23の作用により両シーブ
12,13 の間隔は狭められ、光ファイバ11の張力が低減さ
れる。この引張ばね23の代わりに、端部金具19と可動シ
ーブ13（軸21）との間に介在される圧縮ばねを用いても
よい。

【００２３】なお、各シーブ12,13 の外周面には光ファ
イバ11を巻回し易いようにほぼ周方向に沿った溝を形成
することが好ましい。

【００２４】これら両シーブ12,13 に光ファイバ11が架
け渡されて巻回されている。すなわち、光ファイバ11は
固定シーブ12と可動シーブ13との間を数回往復するよう
に巻回される。

【００２５】ここで、光ファイバ11は光ファイバ芯線と
した。この光ファイバ11はシーブホルダに一旦固定さ
れ、さらに余長収納部24を介して、ケーブル引出部７
（図２）から光ケーブルとして引き出される。

【００２６】なお、水深表示メジャー６（図２）はセン
サの潜水深度を容易に計測するためのものである。この
メジャーは目盛りが記載された棒状体で、センサを水中
に沈めたときに、水面よりも上に突出するメジャーの目
盛りを読むことでセンサの潜水深度を計測する。

【００２７】本例では、このメジャー６に複数の電球25
を設けた。各電球25は主な目盛りの間隔に対応して取り
付けられ、水面上で光って見える電球25の個数を確認す
ることで夜間でも潜水深度の計測を容易に行うことがで
きる。電球25の電源には乾電池が最適である。乾電池は
容器内やメジャー６の取付部などセンサにおける適宜な
箇所に内蔵すればよい。

【００２８】このようなセンサの使用状態を図５に示
す。流速測定を行う際には、ケーブル引出部７につなが
る光ケーブル26を歪測定装置27に接続する。この歪測定
装置27としては、例えばＢＯＴＤＲ(Brillouin Optical
Time Domain Refrectometer)装置を用いればよい。こ
れは、光ファイバに光パルスを入射し、その後方散乱光
強度を測定することで光ファイバのブリルアン散乱光の
発生波長を検知する。そして、光パルスを入射してから
後方散乱光が入射端に戻るまでの時間によりある波長の
ブリルアン散乱光の生じた位置を特定する。同時に、光
ファイバの長手方向に沿ったブリルアン散乱光のデータ
から光ファイバの張力変化に伴う歪の変化を検知するこ
とができる。従って、張力の大きさに対応した歪とその
発生箇所を特定でき、この歪の大きさを受圧部２に作用
した流速に換算する手段を歪測定装置27内に設けておけ
ば、流速を観測することができる。

【００２９】センサを水中に沈めるにあたっては、セン
サのフック８にロープ28をつなげ、垂直翼４に装着する
ウェイトの重量を調整してセンサが適宜な深度に位置す
るよう調整する。水中に沈められたセンサは、水平翼３
と垂直翼４の作用により、受圧部２を川上にして水面と
ほぼ平行な姿勢に保持される。

【００３０】水流圧により受圧部２が押圧されると受圧
部２がスライドし、前部ベローズ９が収縮される（図
４）。これに伴ってロッド16がセンサ後方に移動され、
可動シーブ13も固定シーブ12から離れる方向に連動され
る。それにより、両シーブ12,13 に巻回された光ファイ
バ11に張力が付与され、その張力を歪測定装置27で観測
することで流速を監視できる。また、前部ベローズ９が
収縮されたとき、後部ベローズ10が伸長されることで両
仕切板14,15 の間に形成される閉鎖空間内の圧力は一定
に保持される。

【００３１】逆に流速が低下すると、受圧部２に作用す
る水流圧が緩和され、引張ばね23の作用によって前部ベ
ローズ９は伸長される。測定結果は歪測定装置27の設置
箇所で一括して監視できるため、各センサに測定データ
の伝送装置やその電源を設ける必要がない。

【００３２】特に、情報伝送用に敷設された光ケーブル
の１心の一端を流速測定箇所に光コンセントの状態で設
置しておき、他端を事務所などに設置した歪測定装置に
接続しておけば、流速計測時にセンサを測定箇所に持っ
ていき、センサの光ファイバ11を前記光コンセントにコ
ネクタ接続するだけで流速の計測が可能になる。もちろ
ん、測定箇所が複数ある場合でも、各測定箇所の測定結
果を歪測定装置に一括集約して監視することができる。
また、必要に応じて任意の深さの流速の測定もでき、河
川の流量管理精度の向上を図ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明センサによ
れば、光ファイバの歪から流速を求めることで、各セン
サに測定データの伝送装置を設ける必要がない。また、
水深表示メジャーを設けることで、センサの潜水深度も
測定でき、深さ方向の流速の分布も計測することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明センサの平面図である。

【図２】本発明センサの側面図である。

【図３】本発明センサの正面図である。

【図４】本発明センサの内部構造を示す構成図である。

【図５】本発明センサの使用状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 容器 ２ 受圧部 ３ 水平翼 ４ 垂直翼 ５
小径部 ６ 水深表示メジャー ７ ケーブル引出部 ８ フッ
ク ９ 前部ベローズ 10 後部ベローズ 11 光ファイバ 12 固定シーブ
13 可動シーブ 14 前部仕切板 15 後部仕切板 16 ロッド 17 導
入孔 18 シーブホルダ 19 端部金具 20 軸 21 軸 22
長孔 23 引張ばね 24 余長収納部 25 電球 26 光ケーブル 27 歪測
定装置 28 ロープ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 那倉 裕二 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 保科 俊治 大阪府枚方市新町２−２−10 建設省近畿 地方建設局淀川工事事務所内 (72)発明者 中西 勲 大阪府枚方市新町２−２−10 建設省近畿 地方建設局淀川工事事務所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA00 AA09 AA22 AA65 CC00 FF12 FF32 FF44 GG08 LL01 LL02 PP01 PP22 SS12 2H038 AA02 AA09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器と、 容器先端に形成され、水流圧を受けて変位する受圧部
   と、 容器に内蔵された固定シーブと、 受圧部の変位に連動する可動シーブと、 固定シーブと可動シーブとの間に架け渡され、受圧部の
   変位に対応して伸び歪が付与される光ファイバとを具え
   ることを特徴とする流速センサ。
2. 【請求項２】 容器先端部に設けられて受圧部の変位に
   連動する第一のベローズと、 容器末端部に設けられて第一のベローズに連動する第二
   のベローズとを具え、 両ベローズ間の容器内を閉鎖空間とし、受圧部の変位に
   係わらず閉鎖空間内の気圧を一定に保持する構成とした
   ことを特徴とする請求項１記載の流速センサ。
3. 【請求項３】 光ファイバに接続されたブリルアン散乱
   光を用いる歪測定器と、歪の値から流速を求める手段と
   を具えることを特徴とする請求項１記載の流速センサ。
4. 【請求項４】 可動シーブを固定シーブ側に付勢する弾
   性体を具えることを特徴とする請求項１記載の流速セン
   サ。
5. 【請求項５】 計測中のセンサの姿勢を一定に保持する
   ために、容器に水平翼と垂直翼とを設けたことを特徴と
   する請求項１記載の流速センサ。
6. 【請求項６】 容器には水深表示メジャーが設けられ、 この水深表示メジャーには目盛りに対応した複数の電球
   が具えられ、 さらにこの電球の電源を具えることを特徴とする請求項
   １記載の流速センサ。