JP2001141455A - 光式河床洗掘状態検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置環境の温度変化に影響されずに、洗掘深
度を容易に、かつ、正確で安全に監視することができる
河床洗掘状態検知センサを提供することを目的とする。 【解決手段】 一定長の円筒部２ａ〜２ｚを複数個連続
して接続した円筒体２の外周に沿って光ファイバ３を螺
旋状に巻き付け、この光ファイバ３が巻き付けられた円
筒体２を、河川の河床に埋設し、最下部の円筒部２ｚに
巻き付けられた光ファイバ３の一端に、光ファイバ損失
測定装置を接続し、河床洗掘の発生時に、河床に埋め込
んだ複数個の円筒部２ａ〜２ｚの接続部間で生じる光フ
ァイバ３の断線を、光ファイバ損失測定装置で、光ファ
イバ３の条長変化として検出して、河床の洗掘深度を監
視することで解決している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを利用
した河床洗掘検知センサに係り、特に河川管理を目的と
した河床部の洗掘状態検知センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ケーブルを利用した河床洗掘状態検知
センサには、河床部と水中部の温度を光ファイバ温度測
定装置で測定し、その温度差より河床の洗掘深度を計測
する方法がある。

【０００３】この方法に用いられる河床洗掘状態検知セ
ンサは、円筒体に、絶縁被覆で外装したステンレス管入
り光ケーブルを螺旋状に巻き付け、これを河床垂直方向
に埋設して構成される。円筒体に巻き付けられたステン
レス管入り光ケーブルは、地上で、そのステンレス管に
交流電源を接続して発熱体として、発熱／冷却を繰り返
す。他方ステンレス管に挿入した光ケーブルは、地上に
設置した光ファイバ温度測定装置に接続し、その温度測
定装置を用いて、ステンレス管の温度上昇幅及び下降幅
を測定することにより、河床洗掘状態を検知する。

【０００４】すなわち、河床埋設部では、ステンレス管
は、その温度上昇幅が、土の保温効果により、大きなも
のとなること、また、水中に露出した水中部では、加熱
されたステンレス管が、流水により熱が奪われ、温度上
昇幅が小さなものとなることを利用するものである。こ
れは冷却時でも同様である。

【０００５】このように光ファイバ温度測定装置で、光
ファイバを介して発熱と冷却を繰り返すステンレス管の
温度上昇幅及び下降幅を測定することにより、河床部と
河川水中部の境界面を判別することができ、その境界面
から洗掘深度を常時監視できるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の河床洗掘状態検知センサでは、河床に埋設した光フ
ァイバの温度を測定して洗掘深度を測定するが、実際に
は、設置環境によってはステンレス管を加熱しても、河
床の土中と水中とにおける温度変化が小さい場合もあ
り、必ずしも正確な洗掘状態を監視することは難しいと
いう問題がある。また、環境温度変化に伴う測定データ
の温度補正作業も必要となる。

【０００７】さらに、ステンレス管を発熱体として使用
するため、洗掘発生時に上流より流れてきた石等により
ケーブル被覆が破損し、河川へ漏電する恐れがあり、安
全性に問題がある。

【０００８】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、設置環境の温度変化に影響されずに、洗掘深度を容
易に、かつ、正確で安全に監視することができる河床洗
掘状態検知センサを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、請求項１の発明は、一定長の円筒部を複数
個連続して接続した円筒体の外周に沿って光ファイバを
螺旋状に巻き付け、この光ファイバが巻き付けられた円
筒体を、河川の河床に埋設し、最下部の円筒部に巻き付
けられた光ファイバの一端に、光ファイバ損失測定装置
を接続し、河床洗掘の発生時に、河床に埋め込んだ複数
個の円筒部の接続部間で生じる光ファイバの断線を、光
ファイバ損失測定装置で、光ファイバの条長変化として
検出して、河床の洗掘深度を監視する光式河床洗掘状態
検知センサである。

【００１０】請求項２の発明は、光ファイバは、河床洗
掘の発生の際に河川流力により断線しやすいよう、光フ
ァイバ心線である請求項１記載の光式河床洗掘状態検知
センサである。

【００１１】請求項３の発明は、円筒体に巻かれた光フ
ァイバは、その円筒部の接続部において、最小曲げ半径
の円状配線部で接続される請求項１又は２記載の光式河
床洗掘状態検知センサである。

【００１２】請求項４の発明は、円状配線部を、光ファ
イバが巻かれた円筒体の外周面に配置すると共にこれを
外部固定カバーで覆って固定した請求項１〜３何れかに
記載の光式河床洗掘状態検知センサである。

【００１３】請求項５の発明は、洗掘発生時に接続され
た円筒部が水中に露出したとき、円筒部の浮力で、水中
に露出した円筒部が円筒体から確実に分離するよう、各
円筒部の中心部に水に浮く素材が充填される請求項１〜
４何れかに記載の光式河床洗掘状態検知センサである。

【００１４】上記構成によれば、一定長の円筒部を複数
個連続して接続した円筒体の外周に沿って光ファイバを
螺旋状に巻き付けて光式河床洗掘状態検知センサとし、
洗掘で円筒体の円筒部が水中に露出する際に、この円筒
部とその円筒部に巻かれた光ファイバごと切り離される
ことで、河床に埋設されている円筒体の光ファイバの条
長を測定するだけで、設置環境の温度変化に影響されず
に、洗掘深度を容易にかつ正確に監視することができ、
さらに、電源を必要としないため水中での漏電を防ぐと
同時に、システム構成を簡略化でき、センサ設置コスト
を抑えることができる河床洗掘状態検知センサが実現で
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適実施の形態
を添付図面にしたがって説明する。

【００１６】図１および図２は本発明の好適実施の形態
である光式河床洗掘状態検知センサを示し、図１（ａ）
は、その平面図、図１（ｂ）は、その全体側面図、図２
（ａ）は、その拡大側面図、図２（ｂ）は、その拡大平
面図を示したものである。

【００１７】図１および図２に示すように、本発明の光
式河床洗掘状態検知センサ１は、一定長の円筒部２ａ〜
２ｚを複数個連続して接続した円筒体２の外周に沿って
光ファイバ３を螺旋状に巻き付けたものである。

【００１８】この光ファイバ３は、例えば、光ファイバ
心線を用い、各円筒部２ａ〜２ｚのそれぞれに一定量巻
き付けるようにする。

【００１９】まず、円筒体２を構成する各円筒部２ａ〜
２ｚの構成をより具体的に説明する。

【００２０】図１および図２に示すように、各円筒部２
ａ〜２ｚの外周面には凹面部が設けられており、この凹
面部に光ファイバ３を巻き付けるようにしている。

【００２１】また、各円筒部２ａ〜２ｚは、例えば、そ
の上端の４カ所に凸状接続部４ａ〜４ｚが形成されると
共に、その下端の４カ所に凹状接続部５ａ〜５ｚが形成
される。これら凸状接続部４ａ〜４ｚと凹状接続部５ａ
〜５ｚとで、上下の円筒部同士を確実に接続するように
なっている。

【００２２】さらに、凸状接続部４ａ〜４ｚのうち、凸
状接続部４ｂ〜４ｚの側面には、溝Ｃが形成される。

【００２３】さて、光ファイバ３は、例えば上部の円筒
部２ａから下部の円筒部２ｚにかけて順次巻き付ける
が、その際、接続部において、例えば、最小曲げ半径の
円状配線部６を形成して巻き付けていくようにする。

【００２４】つまり、円筒体２の外周に沿って螺旋状に
巻き付けられる光ファイバ３は、まず、円筒部２ａの外
周に沿って巻き付け初め、一定量巻き付けた後、円筒部
２ａの外周面に円状配線部６を形成して配置し、円筒部
２ａの直下に接続される円筒部２ｂの溝Ｃを介して、今
度は円筒部２ｂの外周に沿って巻き付けていく。このよ
うにして、光ファイバ３が、順次、円筒体２の外周に沿
って螺旋状に巻き付けるようにしている。

【００２５】そして、これら光ファイバ３および円状配
線部６を、例えば、半円筒状に形成される外部固定カバ
ー７、７で覆って固定する。

【００２６】外部固定カバー７、７は、図２に示すよう
に、例えば２層構造にし、光ファイバ３と密着する内側
に硬質のゴム層８を形成すると共に、このゴム層８の外
側に円筒部２と同じ材質の外部層９を形成する。

【００２７】さらに、各円筒部２ａ〜２ｚには、例え
ば、各中心部に水に浮く素材として発泡素材１０を充填
している。

【００２８】各円筒部２ａ〜２ｚは以上のような構成で
ある。

【００２９】次に、図１に示すように、このような構成
を有する円筒体２の最下部となる円筒部２ｚの下部に、
円筒体状で上部に凸状接続部１１を有する光接続箱１２
を設け、円筒部２ｚの凹状接続部５ｚに、光接続箱１２
の凸状接続部１１をはめ込み、円筒部２ｚと光接続箱１
２とを接続する。

【００３０】そして、円筒部２ｚに巻き付けられている
光ファイバ３の一端と、誘導保護パイプ１３内に設けら
れるアプローチ光ケーブル１４とを、光接続箱１１を介
して接続する。

【００３１】光接続箱１２は、光ファイバ３とアプロー
チ光ケーブル１４との接続を処理するもので、防水構造
とする。

【００３２】誘導保護パイプ１３は、アプローチ光ケー
ブル１４を河床より地上に誘導・保護するためのもので
ある。

【００３３】以上のようにして、本発明の光式河床洗掘
状態検知センサ１が構成される。

【００３４】次に、本発明の光式河床洗掘状態検知セン
サ１の設置方法を説明する。

【００３５】図３および図４は、本発明の光式河床洗掘
状態検知センサ１の設置状態の一例を示し、図３は、そ
の断面図を示し、図４は、その拡大断面図を示したもの
である。

【００３６】図３および図４に示すように、河川の低水
位時に、まず、光式河床洗掘状態検知センサ１を、最上
部の円筒体２ａの凸状接続部４ａ先端が、河川１５の河
床面１６と一致するように、かつ、センサ１が、河床面
１６に対して垂直方向となるように埋設する。

【００３７】このとき、誘導保護パイプ１３もセンサ１
に沿うように埋設すると共に、アプローチ光ケーブル１
４を地上まで敷設する。

【００３８】そして、このアプローチ光ケーブル１４
を、地上に設置した光ファイバ損失測定装置１７および
洗掘表示端末１８に接続する。

【００３９】これら光ファイバ損失測定装置１７および
洗掘表示端末１８は、別に設けられる電源（図示せず）
で動作するようにしている。

【００４０】以上のようにして、本発明の光式河床洗掘
状態検知センサ１が設置される。

【００４１】次に、本発明の光式河床洗掘状態検知セン
サ１の作用を説明する。

【００４２】まず、光式河床洗掘状態検知センサ１を洗
掘を監視すべき河床に埋設し、センサ１の状態を、光フ
ァイバ損失測定装置１７および洗掘表示端末１８で常時
監視する。

【００４３】通常、河川の低水位時には、河床の洗掘は
発生せず、光ファイバ損失測定装置１７および洗掘表示
端末１８での表示には変化がないが、図５および図６に
示すような高水位時は、流速及び流量変化に伴い、河床
での洗掘１９が発生する。

【００４４】この洗掘発生を図５及び図６により説明す
る。

【００４５】図５および図６は、本発明の光式河床洗掘
状態検知センサ１設置後の河川の高水位時における状態
を示し、図５はその断面図を示し、図６は、その拡大断
面図を示したものである。

【００４６】洗掘１９が発生すると、センサ１の最上部
に位置する円筒部２ａが河床より露出し、その内部に充
填されている発泡素材１０の浮力により、浮くと同時に
その水流の力により流される。

【００４７】流された円筒部２ａ内部では、その直下の
円筒部２ｂが固定点として働き、円状配線部６の曲げ半
径は、その設置時よりもさらに小さなものとなり、最終
的にはキンク２０状態となり、光ファイバ３が断線とな
る。

【００４８】この光ファイバ３の断線と、センサ１の各
円筒部２ａ〜２ｚに光ファイバ３が一定量巻き付けられ
ていることの２つの理由で、光ファイバ３の条長変化
を、光ファイバ損失測定装置１７で確実に検出し、洗掘
表示端末１８でその河床洗掘深度として監視することが
できる。

【００４９】なお、本発明の光式河床洗掘状態検知セン
サ１の外部固定カバー７、７は、センサ１設置時や河床
洗掘発生時において、光ファイバ３の外傷を防ぐ機能を
有している。さらに、河床洗掘発生時において、円状配
線部６のキンク状態および光ファイバ３の断線を確実に
誘発させるために、この円状配線部６を固定する機能も
併せて持つようにしている。

【００５０】以上説明してきたように、本発明の光式河
床洗掘状態検知センサ１は、河川河床の洗掘状態監視に
適用され、光ファイバ心線の条長測定をするものであ
り、設置環境の温度変化に対する影響を考える必要がな
い。

【００５１】また、本発明のセンサは電源を必要としな
いため、土中および水中で使用するセンサとして漏電す
る心配がなく、同時にシステム構成の簡略化ができ、設
置コストの低減を図ることが可能となる。

【００５２】なお、本実施の形態では、河川管理を目的
とした河床部の洗掘状態を検知する例で説明したが、本
発明の光式河床洗掘状態検知センサは、これに限定され
るものではなく、例えば、砂防管理の一部である地盤す
べり地帯の監視として本センサを適用することにより、
地表からすべり面の距離、すなわち、地盤が円弧すべり
する際に発生する地盤の可動部と固定部の境界面の剪断
を検出することもでき、地下深さ方向の境界面距離を監
視することも可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のごとき優れた効果を発揮する。

【００５４】（１）センサの設置環境の温度変化に影響
されずに、洗掘深度を容易に、かつ、正確で安全に監視
することができる。

【００５５】（２）機器構成を簡略化でき、センサ設置
コストを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適実施の形態を示す平面図および全
体側面図である。

【図２】図１に示した光式河床洗掘状態検知センサの拡
大側面図および拡大平面図である。

【図３】図１に示した光式河床洗掘状態検知センサの設
置した状態を示す断面図である。

【図４】図３に示した光式河床洗掘状態検知センサの拡
大断面図である。

【図５】図３に示した光式河床洗掘状態検知センサの河
川高水位時における状態を示す断面図である。

【図６】図５に示した光式河床洗掘状態検知センサの拡
大断面図である。

【符号の説明】

１ 光式河床洗掘状態検知センサ ２ 円筒体 ２ａ〜２ｚ 円筒部 ３ 光ファイバ ４ａ〜４ｚ 凸状接続部 ５ａ〜５ｚ 凹状接続部 ７ 外部固定カバー １０ 発泡素材 １２ 光接続箱 １３ 誘導保護パイプ １４ アプローチ光ケーブル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定長の円筒部を複数個連続して接続し
   た円筒体の外周に沿って光ファイバを螺旋状に巻き付
   け、この光ファイバが巻き付けられた円筒体を、河川の
   河床に埋設し、最下部の円筒部に巻き付けられた光ファ
   イバの一端に、光ファイバ損失測定装置を接続し、河床
   洗掘の発生時に、河床に埋め込んだ複数個の円筒部の接
   続部間で生じる光ファイバの断線を、光ファイバ損失測
   定装置で、光ファイバの条長変化として検出して、河床
   の洗掘深度を監視することを特徴とする光式河床洗掘状
   態検知センサ。
2. 【請求項２】 光ファイバは、河床洗掘の発生の際に河
   川流力により断線しやすいよう、光ファイバ心線である
   請求項１記載の光式河床洗掘状態検知センサ。
3. 【請求項３】 円筒体に巻かれた光ファイバは、その円
   筒部の接続部において、最小曲げ半径の円状配線部で接
   続される請求項１又は２記載の光式河床洗掘状態検知セ
   ンサ。
4. 【請求項４】 円状配線部を、光ファイバが巻かれた円
   筒体の外周面に配置すると共にこれを外部固定カバーで
   覆って固定した請求項１〜３何れかに記載の光式河床洗
   掘状態検知センサ。
5. 【請求項５】 洗掘発生時に接続された円筒部が水中に
   露出したとき、円筒部の浮力で、水中に露出した円筒部
   が円筒体から確実に分離するよう、各円筒部の中心部に
   水に浮く素材が充填される請求項１〜４何れかに記載の
   光式河床洗掘状態検知センサ。