JP2002156384A - 流向センサ - Google Patents

流向センサ

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JP2002156384A
JP2002156384A JP2000351538A JP2000351538A JP2002156384A JP 2002156384 A JP2002156384 A JP 2002156384A JP 2000351538 A JP2000351538 A JP 2000351538A JP 2000351538 A JP2000351538 A JP 2000351538A JP 2002156384 A JP2002156384 A JP 2002156384A
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JP
Japan
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flow direction
sensor
water
thin plates
flow
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Pending
Application number
JP2000351538A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryosuke Kosaka
良介 高坂
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲環境に影響されず、多地点の流向を遠隔
より無電源でリアルタイムに検知することを可能とし、
また、長期間にわたり安定かつ低コストで監視が可能な
流向センサを提供する。 【解決手段】 軸方向に垂直な仕切板3で略二等分され
た空間を有し、流向を測定すべき流体の流れに沿って配
置される筒状の筐体1と、両空間内に上記筐体1の軸方
向に沿って配置された薄板4A,4Bと、両薄板4A,
4B上の軸方向に沿ってそれぞれ固定された一対のファ
イバブラッググレーティングゲージ6A,6Bと、両フ
ァイバブラッググレーティングゲージ6A,6Bに直列
に接続され外部に引き出された光ファイバ8と、両薄板
4A,4Bの外側と接触すると共に上記筐体1の両側の
開口部を閉塞するように設けられた一対のダイヤフラム
2A,2Bとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多地点の河川水流
の方向、すなわち流向を検知する流向センサに係り、特
にファイバブラッググレーティングゲージを用いた流向
センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、樋門等の河川施設に設けられる
監視センサの一つとして、河川水流の方向、すなわち流
向を検知する流向センサが知られている。
【0003】従来、流向を検知する方式としては、以下
に示す方式が知られている。 (1)河川等の流れの表面に直接電波を発射し、その反
射波のドップラー効果により流向を監視する方式。 (2)流水に含まれる微粒子をCCDカメラ等により映
像として取り込み、その微粒子の移動軌跡を直接観測
し、演算して流向を監視する方式。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方式は、以下に示すような問題点があった。
【0005】(1)の電波等電気式センサを使用して河
川等の流向を監視する方式は、各センサごとに電源を必
要とするが、山間部を初めとして長距離にわたる河川に
おいて新たに電源の確保を行うことは容易ではなく、さ
らに多地点を同時に監視する場合、それぞれのセンサ設
置部に伝送装置等の機器が必要となる。
【0006】また、降雨、降雪等の悪天候時には、セン
サから発射される電波が不安定な状態となってしまい、
正確な流向を検知することが困難である。
【0007】さらに、センサそのものが高価であると共
に、長期間にわたってセンサを放置した場合、センサの
電波入出力部が汚れ、これにより出力が安定せず、正確
な流向を検知することが困難となるため、設置後のメン
テナンスも容易ではなく、コストもかかる。
【0008】(2)のCCDカメラを用いて流水に含ま
れる微粒子の移動軌跡により流向を監視する方式は、微
粒子の移動軌跡の入力をオペレータが行うため、非常に
水流が速い場合は微粒子の移動速度の入力が困難であ
り、また水面は停滞しているが水中には低水流があるよ
うな場合についての監視は不可能である。
【0009】また、電子式センサと同様に、長期間にわ
たってセンサを放置した場合、カメラのレンズ部が汚れ
てしまい、鮮明な画像の撮影が困難となるため、メンテ
ナンスが必要である。
【0010】さらに、この方式も各センサごとに電源を
必要とするため、長距離にわたる河川などの多地点で流
向を検知するには、新たに電源を確保する必要があり、
多地点の常時監視には適さない。
【0011】そこで、本発明の目的は、従来技術の欠点
を解消し、周囲環境に影響されず、多地点の流向を遠隔
より無電源でリアルタイムに検知することを可能とし、
また、長期間にわたり安定かつ低コストで監視が可能な
流向センサを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明は、軸方向に垂直な仕切板で略二等分
された空間を有し、流向を測定すべき流体の流れに沿っ
て配置される筒状の筐体と、両空間内に上記筐体の軸方
向に沿って配置された薄板と、両薄板上の軸方向に沿っ
てそれぞれ固定された一対のファイバブラッググレーテ
ィングゲージと、両ファイバブラッググレーティングゲ
ージに直列に接続され外部に引き出された光ファイバ
と、両薄板の外側と接触すると共に上記筐体の両側の開
口部を閉塞するように設けられた一対のダイヤフラムと
を備えたものである。
【0013】請求項2の発明は、上記薄板は熱膨張係数
の小さい高分子材料からなるものである。
【0014】上記構成によれば、水流が右方向(矢印r
方向)に流れる場合、左側のダイヤフラムが水圧により
押されて薄板が収縮すると共に右側のダイヤフラムは水
圧の影響を受けず、左側の薄板に貼り付けられたファイ
バブラッググレーティングゲージのみが歪みを検知す
る。また、水流が左方向(矢印l方向)に流れる場合、
右側のダイヤフラムが水圧により押されて薄板が収縮す
ると共に左側のダイヤフラムは水圧の影響を受けず、右
側の薄板に貼り付けられたファイバブラッググレーティ
ングゲージのみが歪みを検知する。また、流向が無く、
温度又は水圧が変動する場合、両側のダイヤフラムが水
圧により押されて薄板が収縮し、これらの薄板に貼り付
けられた両方のファイバブラッググレーティングゲージ
が歪みを検知する。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【0016】図1に本発明にかかる流向センサの正面断
面図を示す。
【0017】図1に示すように、この流向センサは、円
筒体状の筐体(センサ本体)1の両開口部を閉塞するよ
うに円板状のダイヤフラム2A,2Bが設けられた有底
円筒体状に形成されており、両ダイヤフラム2A,2B
が受けた水流による水圧を、加圧されて伸縮する薄板4
A,4Bを介して歪みとしてファイバブラッググレーテ
ィングゲージ(以下、「FBG」と称する。)6A,6
Bで検知することにより流向を検知するFBG型流向セ
ンサである。
【0018】FBG型流向センサの各構成について詳述
すれば、センサ本体としての円筒状の筐体(センサ本
体)1のほぼ中央の側壁に、遠隔にある観測所などに設
置された測定器と結ばれた光ファイバケーブル11を内
部に導入するための導入口が形成されていると共に、光
ファイバケーブル11から光ファイバ8が取り出される
空間C及びその空間Cの両側にそれぞれFBG(6A,
6B)が収容される対称な2つの空間A,Bが、軸方向
に垂直に設けられた2枚の仕切板3,3で仕切られて形
成されている。
【0019】外部から導入される光ファイバケーブル1
1は導入口に光ファイバケーブルクランプ12で固定さ
れていると共に、光ファイバケーブル11に内蔵された
テンションメンバ10が、導入口と対向する側壁の内側
にテンションメンバクランプ13により引っ張られて固
定されている。
【0020】また、FBG(4A,4B)が収容される
空間A,Bには、それぞれ上述した薄板4A,4Bが筐
体1の軸方向に沿って設けられている。
【0021】これらの薄板4A,4Bは、熱の影響を受
けにくくかつ圧力に対して十分に伸縮するように、熱膨
張係数の小さい高分子材料で形成されていると共に、軸
方向の長さがほぼ仕切板3,3からダイヤフラム2A,
2Bまでの長さの長方形に形成されている。そして、薄
板4A,4Bの内側の端部が固定具5B,5Cにより仕
切板3,3に固定されていると共に、薄板4A,4Bの
外側の端部が固定具5A,5Dによりダイヤフラム2
A,2Bの中心部に固定されている。
【0022】また、これらの薄板4A,4B上には、薄
板4A,4Bの伸縮に応じて歪みを受けるように、上述
したFBG(4A,4B)が軸方向に沿って接着剤7
A,7Bにより貼り付けられて設けられていると共に、
光ファイバケーブル11に内蔵された光ファイバ8が、
仕切板3,3を貫通して一本ずつ両側の空間A,Bに導
入され、これらのFBG(4A,4B)と直列に接続さ
れた後、光ファイバ8の両端部同士が接続されている。
【0023】さらに、これらの光ファイバ8は、図2に
示すように、FBG(4A,4B)との接続部が保護さ
れ、かつ曲げによる歪みが発生しないように、2か所ず
つスリーブ9A,9B,9C,9Dにより円形状に保持
されている。
【0024】また、ダイヤフラム2A,2Bは、水圧を
受けやすいように同心円状の波形に形成されていると共
に、外周全体が筐体1と密着され、筐体1内を密閉する
ように設けられている。
【0025】次に、本発明を用いた流向検知方法を作用
と共に説明する。
【0026】まず、この流向センサを、流向を測定すべ
き流体の流れに沿って、例えば左側が川(内水)で右側
が海(外水)である場合、軸の方向が水の流れ方向と同
じになるように配置した後、遠隔にある観測所などに設
置された測定器から光ファイバケーブル11の光ファイ
バ8に光信号を入射させ、FBG(6A,6B)を通過
した入射光の反射波長を検知してそれぞれの歪み量を測
定し、さらにこれらの歪み量の差を測定することで流向
を検知する。
【0027】図1に示すように、水流が無い状態の場
合、センサ本体1の両側に設置したダイヤフラム5A、
ダイヤフラム5Bが共に変形しないか、センサ部の水深
による水圧でダイヤフラム5A、ダイヤフラム5Bが共
に同じだけ内部へ凹むかたちで変形し、それに伴い薄板
4A、薄板4Bが共に同じだけ収縮することで、薄板4
A、薄板4Bに貼り付けたFBG(6A)、FBG(6
B)の歪み量が共に等しく、差が生じないことにより、
水流が無い状態を検知する。
【0028】また、急激な増水で冷たい水が大量に流れ
てきたり、昼夜、季節の変化等によりセンサ部の温度が
変動するような場合、FBG(6A,6B)の歪み量は
温度に敏感に依存する特性を持つので、センサ部の温度
の変動により上述したFBG(6A)、FBG(6B)
が共に同じだけ歪みを受けることにより、水流による水
圧によるFBG(6A,6B)の歪み量と温度の変動に
よるFBG(6A,6B)の歪み量とを識別し、センサ
の温度補正を行う。
【0029】また、水流が左(外水)方向(矢印l方
向)へ流れる場合、図3に示すように、センサ本体1の
右(内水)側に設置したダイヤフラム2Bが水流による
水圧によりセンサ内部に凹むかたちで変形する。薄板4
Bは、このダイヤフラム2Bの凹みによって収縮するの
で、薄板4Bに貼り付けたFBG(6B)が歪みを受け
る。このとき、センサ本体1の左(外水)側に設置した
ダイヤフラム2Aは水流による水圧の影響を受けないた
め、薄板4Aに貼り付けたFBG(6A)は水流による
水圧による歪みを受けない。ここで、センサ部の水深に
よる水圧の変動や温度の変動により、FBG(6A)及
びFBG(6B)が受ける歪み量は共に等しいので、こ
の分を差し引いたFBG(6A)及びFBG(6B)の
受ける歪み量の差を測定すると、FBG(6B)の受け
る歪み量の方が大きいので、センサ部における左(外
水)方向への流向を検知することが可能になる。
【0030】同様に、図示していないが、水流が右(内
水)方向(矢印r方向)へ流れる場合、センサ本体1の
左(外水)側に設置したダイヤフラム2Aが水流による
水圧によりセンサ内部に凹むかたちで変形する。薄板4
Aは、このダイヤフラム2Aの凹みによって収縮するの
で、薄板4Aに貼り付けたFBG(6A)が歪みを受け
る。このとき、センサ本体の右(内水)側に設置したダ
イヤフラム2Bは水流による水圧の影響を受けないた
め、薄板4Bに貼り付けたFBG(6B)は水流による
水圧による歪みを受けない。ここで、センサ部の水深に
よる水圧の変動や温度の変動により、FBG(6A)及
びFBG(6B)が受ける歪み量は共に等しいので、こ
の分を差し引いたFBG(6A)及びFBG(6B)の
受ける歪み量の差を測定すると、FBG(6A)の受け
る歪み量の方が大きいので、センサ部における右(内
水)方向(矢印r方向)への流向を検知することが可能
になる。
【0031】以上説明したように、本発明は、遠隔の観
測所等に設置された測定器より敷設された光ファイバケ
ーブルへの入射光の反射波長を検知することにより流向
を検知するので、新たな電源を必要とせず、さらに光フ
ァイバを分岐させて増設が可能なので、容易に多地点の
河川の流向を検知することができる。
【0032】また、本発明は、内部が密閉されているた
め経時疲労が少ないので、メンテナンスを必要とせず、
さらに構造が簡単であるため、長期間にわたり安定かつ
低コストで流向の常時監視が可能になる。
【0033】また、本発明は、流向とその大きさをダイ
ヤフラム2A,2B及び薄板4A,4Bの大きさや材質
等により検知するので、製造段階でこれらを変更するこ
とにより、流向を検知する最低感度の調整が可能にな
る。
【0034】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、周囲環境
に影響されず、多地点の流向を遠隔より無電源でリアル
タイムに検知することが可能になり、また、長期間にわ
たり安定かつ低コストな監視が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す流向センサの正面
断面図である。
【図2】図1の流向センサの上面断面図である。
【図3】図1の流向センサにより流向検知する方法を説
明するための説明図である。
【符号の説明】
1 筐体(センサ本体) 2A,2B ダイヤフラム 3 仕切板 4A,4B 薄板 6A,6B FBG(Fiber Bragg grating Gage:光フ
ァイバ歪みゲージ) 8 光ファイバ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に垂直な仕切板で略二等分された
    空間を有し、流向を測定すべき流体の流れに沿って配置
    される筒状の筐体と、両空間内に上記筐体の軸方向に沿
    って配置された薄板と、両薄板上の軸方向に沿ってそれ
    ぞれ固定された一対のファイバブラッググレーティング
    ゲージと、両ファイバブラッググレーティングゲージに
    直列に接続され外部に引き出された光ファイバと、両薄
    板の外側と接触すると共に上記筐体の両側の開口部を閉
    塞するように設けられた一対のダイヤフラムとを備えた
    ことを特徴とする流向センサ。
  2. 【請求項2】 上記薄板は熱膨張係数の小さい高分子材
    料からなる請求項1に記載の流向センサ。
JP2000351538A 2000-11-17 2000-11-17 流向センサ Pending JP2002156384A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002257520A (ja) * 2001-03-02 2002-09-11 Toyoko Elmes Co Ltd 光ファイバひずみ検出装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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