JP2002243523A - 液面高さ計測方法および液面計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体の液面高さを確実に計測する。 【解決手段】 光ファイバ１２と受圧器１５をタンク１
内の液体２中に浸漬する。光ファイバ１２の一端１２ａ
を光ファイバ歪み計測装置１６に接続し、液体２中に浸
漬されている他端部の一部を２つの固定部材１４，１７
に固定し、これらの固定部材１４，１７間のファイバ部
分を歪み検出部１２Ａとする。受圧容器１５をシリンダ
からなる容器本体１５Ａと、ピストンからなる可動部１
５Ｂとで密閉容器を構成し、可動部１５Ｂの受圧面に前
記ファイバ固定部材１７を取付ける。可動部１５Ｂが水
圧によって移動すると光ファイバ１２の歪み検出部１２
Ａには張力が加わり、歪みが発生する。この歪みを光フ
ァイバ歪み計測装置１６によって検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体がもつ静水圧
の原理を利用して液面高さを計測する方法および液面計
に関し、特に液体中に浸漬した物体が液圧によって受け
る力を光ファイバの歪みとして測定することにより、液
面高さを計測する方法および液面計に関する。

【０００２】

【従来の技術】液面高さを計測する液面計としては、従
来から種々の原理を用いたものが提案されている。例え
ば、静電容量式液面計（特開２０００−０９７７５０号
公報、特開平１１−０３０５４４号公報）、気圧式液面
計（特開２０００−０８８６２９号公報）、フロート式
液面計（特開平１０−１４８５６５号公報、特開平１１
−３２６０１５号公報）、電極式液面計（特開平１１−
０２３３４６号公報）、電波式液面計（特開平１０−１
９７６１７号公報）等が知られている。このうち、本発
明は、気圧式またはこれに準ずるもので、特に光ファイ
バを用いた液面高さ計測方法および液面計を提供するも
のである。

【０００３】図１０に従来の気圧式液面計の一例を示
す。この気圧式液面計は、タンク１内の液体２中に下端
が開放する給気管３を鉛直方向に挿入し、この給気管３
内にポンプ４によって圧縮空気５を供給するようにして
いる。圧縮空気５を給気管３に供給すると、給気管３内
には、タンク１内の液体２の圧力に抗して空気が充満し
ていく。そして給気管３内が飽和状態になると、給気管
３の下端開口部から気泡６となって液体２中に放出され
る。このとき、給気管３内の圧力Ｐは、液面上部にガス
圧がかかっていない場合、タンク１内の液面レベルを
Ｈ、液体２の密度をρとすると、水頭圧ρＨと等しいの
で、給気管３内の圧力Ｐを圧力センサ７によって測定
し、その測定値を液面高さに換算して指示計に表示す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の気圧式液面計は、圧縮空気５を給気管３に供給
するためのポンプ４を必要とし、しかも測定中は常時ポ
ンプ４を駆動して圧縮空気５を供給しなければならない
という問題があった。

【０００５】そこで、本発明者らは気圧式またはこれに
準ずる形式であって、液面の変動に伴い受圧部材が液体
から受ける力の変化に着目して種々の検討を重ね実験を
行ったところ、液圧の変化により受圧部材を変位させ、
この変位によって光ファイバに張力を加えて歪みを発生
させ、この歪みを検出することにより、液面高さを計測
することができることを確認した。

【０００６】本発明は、上記した従来の問題と実験結果
に基づいてなされたもので、その目的とするところは、
液面の上下変動による液圧の変化により受圧部材を変位
させ、この変位によって光ファイバに張力を加えて歪み
を発生させ、この歪みを検出することにより、液面高さ
を確実に計測することができるようにした液面高さ計測
方法および液面計を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明に係る液面高さ計測方法は、液圧により光
ファイバに歪みを発生させ、この歪みを検出することに
より液面高さを計測する方法であって、前記光ファイバ
の液体中に浸漬される部分の一部を固定部材と受圧器に
設けた受圧部材とに固定し、前記受圧部材の液圧による
変位によって前記固定部材と前記受圧部材間のファイバ
部分に張力が加えられて歪みが発生し、この歪みを光フ
ァイバ歪み計測装置によって検出するものである。

【０００８】第２の発明に係る液面計は、長尺の光ファ
イバと、液圧によって変位する受圧部材を有する受圧器
と、前記光ファイバを固定する固定部材と、前記光ファ
イバの歪みを検出する光ファイバ歪み計測装置とを備
え、前記光ファイバの液体中に浸漬される部分の一部を
液体中において前記受圧部材と前記固定部材とに固定す
るとともに、一端を前記光ファイバ歪み計測装置に接続
したものである。

【０００９】第３の発明に係る液面計は、上記第２の発
明において、受圧器を耐圧型の容器本体とし、受圧部材
を前記容器本体の開口部を気密に覆うように設けられた
移動可能なピストンとしたものである。

【００１０】第４の発明に係る液面計は、上記第２の発
明において、受圧器を耐圧型の容器本体とし、受圧部材
を受圧板を有し前記容器本体の開口部を気密に覆うベロ
ーズとしたものである。

【００１１】第５の発明に係る液面計は、上記第２、第
３または第４の発明において、容器本体に受圧部材の移
動を一定範囲内に規制するストッパを設けたものであ
る。

【００１２】第６の発明に係る液面計は、上記第２、第
３、第４または第５の発明において、光ファイバに、液
体の深さ方向に離間し、それぞれ受圧部材と固定部材と
によって固定される複数の部分を設けたものである。

【００１３】第１〜第４の発明において、液面高さが変
動すると液圧が変化するため、液体中に浸漬されている
受圧部材にかかる圧力の大きさも変化し、受圧部材を変
位（移動または変形）させる。液面高さの変動の大きさ
は、受圧器の置かれた位置における圧力の変化と、その
圧力変化を受ける受圧部材の受圧面積を乗じた力の大き
さに比例する。受圧部材が液圧によって変位すると、光
ファイバは受圧部材の変位に比例して歪む。すなわち、
液面高さが高くなり、受圧部材にかかる液圧が大きくな
ると、これに比例して光ファイバに加わる張力が増大す
るため、歪みも増大する。一方、液面高さが低くなり、
受圧部材にかかる液圧が小さくなると、これに比例して
光ファイバに生じる張力が減少するため歪みも減少す
る。したがって、予め液面高さと歪みの相関関係を求め
ておき、光ファイバ歪み計測装置で受圧部材に作用する
液圧またはその変化を光ファイバに生じる歪みまたはそ
の変化として検出すると、液面高さと歪みとの相関から
液面高さを正確に計測することができる。

【００１４】第５の発明において、ストッパは受圧部材
の移動を規制し、液圧が上昇したときに光ファイバに過
大な張力が加わり断線するのを防止する。

【００１５】第６の発明において、光ファイバに液体の
深さ方向に離間し、それぞれ受圧部材と固定部材とによ
って固定される複数の部分を設けると、各部分毎にその
位置からの液面高さを計測することができる。例えば、
受圧部材と固定部材とによって固定された３つの部分を
設けた場合、最も下の部分は低液位の測定を担当し、中
間の部分は中間液位の測定を担当し、最も上の部分は高
液位の測定を担当する。つまり、最も下の部分はこの位
置から中間の部分までの深さを測定し、中間の部分はこ
の位置から最も上の部分までの深さを測定し、最も上の
部分は液面からこの最も上の部分までの深さを測定す
る。したがって、測定に際して例えば、中間の部分が液
体中に浸漬されてしている場合は、当該中間部分に生じ
た歪みを検出することにより、液面から中間の部分まで
の深さが測定され、この深さと、最も下の部分から中間
部分までの深さを加えると、実際の液面高さが求められ
る。最も上の部分まで浸漬している場合は、最も上の部
分に生じた歪みを検出することにより、液面から最も上
の部分までの深さが測定され、この深さと、最も下の部
分から中間部分までの深さおよび中間の部分から最も上
の部分までの深さを加えると、実際の液面高さが求めら
れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る液
面計の第１の実施の形態を示す図、図２は受圧器の断面
図である。これらの図において、符号１で示すものは測
定対象である液体２を収容した開放型のタンク、１１は
液体２の水面２ａの高さ（液面高さ）を計測する液面計
である。

【００１７】前記液面計１１は、一端１２ａがタンク１
の外部に位置し、他端側が液体２中に浸漬された光ファ
イバ１２と、前記タンク１の底に設置された支持台１３
と、この支持台１３上に配設された固定部材１４および
受圧器１５と、前記タンク１の上に設置された光ファイ
バ歪み計測装置（以下、Ｂ−ＯＴＤＲと称する：Brillo
uin-Optical Time Domain Reflectometer ）１６と、前
記受圧器１５の受圧部材１５Ｂに設けられた固定部材１
７等で構成されている。

【００１８】前記光ファイバ１２は、一端１２ａが前記
Ｂ−ＯＴＤＲ１６に接続され、他端１２ｂにはシリコー
ンオイルの塗布によって反射防止処理が施されている。
光ファイバ１２の液体２中に浸漬されている他端側にお
ける適宜な中間部の適当長さの一部（Ａ−Ｂ間の部分）
は、前記各固定部材１４，１７に設けた固定パイプ１
８，１９をそれぞれ貫通し、かつ接着剤２０（図２）等
によって固定されることにより歪み検出部１２Ａを形成
している。光ファイバ１２を各固定パイプ１８，１９に
挿通して固定する場合は、弛みがなくかつ歪み検出部１
２Ａに初期張力が加わらないように固定する。光ファイ
バ１２の前記固定部材１７より他端１２ｂまでの部分は
余長部分１２Ｂを形成している。

【００１９】前記光ファイバ１２としては単線であって
もよいが、これに限らず断線するおそれがあるときは、
光ファイバテープ、光ファイバコード、その他光ファイ
バ１２を保護、補強するものと一体に用いられるもので
あることが好ましい。

【００２０】前記固定部材１４は、前記支持台１３の一
端部上面に立設されており、上端部に前記光ファイバ１
２の歪み検出部１２Ａの一端が前記固定パイプ１８を介
して固定されている。

【００２１】図２において、前記受圧器１５は、シリン
ダを構成する耐圧型の容器本体１５Ａと、この容器本体
１５Ａの開口部２２を気密に塞ぐ前記受圧部材１５Ｂと
で構成されることにより、受圧器１５が空気中にあると
きは内圧が大気圧と同じ密閉容器を形成している。前記
容器本体１５Ａは、内径が一定で十分な剛性を有する一
端が開放した筒状に形成され、前記支持台１３の上面で
前記固定部材１４側とは反対側の端部に、前記開口部２
２が前記固定部材１４と対向するように設置されてい
る。容器本体１５Ａの内部には、前記受圧部材１５Ｂの
移動を一定範囲内に規制し、光ファイバ１２の断線を防
止するストッパ２４が設けられている。

【００２２】前記受圧部材１５Ｂは、前記容器本体１５
Ａ内に移動可能に収納された円板状のピストン２５と、
このピストン２５の外周に設けた環状溝に嵌着されたＯ
リング２６とで構成されている。ピストン２５の前記開
口部２２から外部に露呈する面は、液圧Ｐを受ける受圧
面２５ａを形成している。また、この受圧面２５ａには
前記固定部材１７の一端が固定されており、この固定部
材１７の先端部に前記光ファイバ１２の歪み検出部１２
Ａの他端Ｂが前記固定パイプ１９を介して固定されてい
る。

【００２３】前記Ｂ−ＯＴＤＲ１６は、光ファイバ中の
自然ブリリアン散乱光や後方レーリー散乱光またはブリ
リアン増幅光等を検出して解析することにより、光ファ
イバの長手方向の歪みの分布や損失分布を測定する装置
である。

【００２４】図３にＢ−ＯＴＤＲ１６の基本構成を示
す。Ｂ−ＯＴＤＲ１６は、スペクトル線幅が狭い連続光
を出射するコヒーレント光源３０、コヒーレント光源
（レーザー光源）３０から出射した連続光を信号光３２
と参照光３３に分岐する光合分波器３１、信号光３２の
光周波数を時系列で段階的に変化させ、２μｓｅｃ程度
の時間幅を有する光パルス列に変換（光周波数変換）す
る光周波数変換器３４を備えている。また、前記光パル
ス列を時間幅が１０ｎｓｅｃ〜１μｓｅｃ程度の光パル
ス３６に変換する光パルス変調器３５、前記光パルス３
６を光ファイバ１２に入射させる光合分波器３７、前記
光合分波器３１からの参照光３３が入射するとともに、
光ファイバ１２中に生じたレーリー散乱やブリリアン散
乱等の後方散乱光３８が前記光合分波器３７を経て入射
するコヒーレント光受信器３９を備えている。

【００２５】ブリリアン散乱光は、光が媒質（光ファイ
バ）中を通過するときに生じる散乱光の１つであり、入
射光に対して光ファイバの媒質に固有の周波数だけシフ
トして散乱され、さらに歪みや温度変化があるときは、
そのシフト量は、光ファイバの歪みや温度に比例して変
化する。したがって、ブリリアン周波数シフトの変化量
を求めることにより、光ファイバに加わった歪みを長さ
方向に沿って連続的に測定することができる。温度によ
る周波数シフトの変化量は、歪みによる変化量に比べて
きわめて少ない（０．００２％／°Ｃ）ため、歪みによ
るブリリアン周波数シフトの変化量を測定する上で温度
変化が小さい場合（５°Ｃ程度）には、温度の影響を無
視することができる。

【００２６】次に、本発明に係る液面計１１の測定原理
について図１を用いて説明する。先ず、光ファイバ１２
を支持台１３、固定部材１４，１７、受圧器１５ととも
に液体２中に浸漬する。受圧器１５を液体２中に浸漬す
ると、ピストン２５は受圧面２５ａに液圧Ｐが加わるた
め、この液圧Ｐと容器本体１５Ａ内の空気とが圧力平衡
するまで容器本体１５Ａ側に移動し、固定部材１４，１
７間の距離を拡大させる。このため、光ファイバ１２の
歪み検出部１２Ａに張力が加わり、歪みが発生する。こ
の歪みは液圧Ｐの変化に比例して変化する。すなわち、
タンク１内の液体２の量が増加して液圧Ｐが上昇する
と、ピストン２５の受圧面２５ａに作用する力が大きく
なるので、光ファイバ１２の歪み検出部１２Ａには大き
な張力が加わり、歪みが増大する。反対に液体２の量が
減少して液圧Ｐが低下すると、ピストン２５の受圧面２
５ａに作用する力が小さくなるので、歪み検出部１２Ａ
に発生する歪みも減少する。

【００２７】そして、この歪み検出部１２Ａに発生した
歪みの変化をＢ−ＯＴＤＲ１６によって計測する。すな
わち、図３に示すようにコヒーレント光源３０から出射
されたスペクトル線幅が狭い連続光を光合分波器３１に
よって信号光３２と参照光３３に分岐し、信号光３２を
光周波数変換器３４によってその光周波数を時系列で段
階的に変化させるとともに、２μｓｅｃ程度の時間幅を
有する光パルス列に変換（光周波数変換）し、さらに光
パルス変調器３５によって時間幅が１０ｎｓｅｃ〜１μ
ｓｅｃ程度の光パルス３６に変換した後、光合分波器３
７を経て光ファイバ１２に入射させる。光パルス３６が
光ファイバ１２に入射すると、光ファイバ１２の歪み検
出部１２Ａ中で歪みによるレーリー散乱やブリリアン散
乱が起き、後方散乱光３８が生じる。この後方散乱光３
８は光合分波器３７を通りコヒーレント光受信器３９に
入射する。また、前記参照光３３もコヒーレント光受信
器３９に入射し、これら両光を信号処理することによ
り、歪み検出部１２Ａにおける歪みの変化を検出する。

【００２８】この場合、ブリリアン散乱の後方散乱光３
８の強度は、レーリー散乱光強度の約１００分の１と微
弱であるが、コヒーレント検波技術、光周波数変換技術
を採用することにより、光ファイバ１２中のブリリアン
散乱光を高精度に検出することができる。なお、光ファ
イバの歪みを計測するこの種のＢ−ＯＴＤＲ１６は、従
来公知であり（例えば、特開平１０−９０１２１号公
報、特開平９−８９７１４号公報、特開平５−２３１９
２３号公報、特開平１０−１９７２９８号公報等）、市
販のものを使用することができる。

【００２９】測定に際しては、予め光ファイバ１２の歪
み検出部１２Ａにおける歪みの変化と液面高さの変化を
実験によって測定し、その相関を求めておく。そして、
歪みの変化をＢ−ＯＴＤＲ１６で計測した後、その値に
対応する液面高さを前記相関から読み取ることにより、
液体２の液面高さＨ（受圧面２５ａの中心から液面２ａ
までの距離）を測定する。

【００３０】ここで、上記した実施の形態においては、
Ｂ−ＯＴＤＲ１６を用いて光ファイバ１２の歪みを検出
したが、これに限らず他の測定原理を用いた光ファイバ
歪み計測装置、例えばファイバ・ブラッグ・グレーティ
ング法を用いた光ファイバ歪み計測装置（以下、ＦＢＧ
という）を用いて計測してもよい。このＦＢＧは、光フ
ァイバのコア部の屈折率をファイバ軸方向に周期的に変
化させたものを検出素子に用いるもので、検出素子に入
った光のうち、屈折率の周期に対応した特定の波長（ブ
ラッグ波長）のみがファイバグレーティングにおいて選
択的に反射されることになる。検出素子に歪みが加えら
れると、ファイバグレーティングの周期が変化するた
め、反射光の周波数にシフトが生じる。そのシフト量
は、光ファイバの歪みに比例して変化する。したがっ
て、ブラッグ反射の周波数シフトの変化量を求めること
により、光ファイバの歪みを測定することができる。

【００３１】『荷重設計法』受圧器１５と光ファイバ１
２を液体２中に浸漬すると、ピストン２５は受圧面２５
ａに作用する液圧Ｐで移動し、光ファイバ１２の歪み検
出部１２Ａに張力を加える。光ファイバ１２の剛性が大
きい場合は、液圧Ｐによる容器本体１５Ａ内の空気が圧
力平衡するまで圧縮されず光ファイバ１２の歪み検出部
１２Ａに受圧器１５にかかる液圧Ｐと内圧の差分の力が
かかる。この場合、歪み検出部１２Ａの歪みは、通常荷
重が印加された場合と同じ挙動をする。歪み検出部１２
Ａに生じる歪み（ε）は次式（１）によって求められ
る。 Ｌ＝｛（L_V／L_F）／（L_V／L_F−ε）Ｐ_O −Ｐ_O＋ （E_F・ε・D_F ²／D_V ²）｝／（ρ・ｇ） ・・・（１） 但し、 Ｌ：水深 ε：光ファイバ心線の歪み D_V：受圧器の内径 L_V：大気圧下における耐圧容器の内側長さ（ピストンの
内側の面から底までの距離） D_F：光ファイバ心線の外径 L_F：大気圧下における固定部材間の光ファイバ心線の距
離 ρ：液体の密度 ｇ：重力の加速度 E_F：光ファイバ心線の等値弾性率 P_O：大気圧

【００３２】図４は本発明の第２の実施の形態を示す図
である。この実施の形態においては、支持台１３を抗張
力線４０によって水中に吊り下げ、Ｂ−ＯＴＤＲ１６を
液面２ａに浮かべた船舶等の浮き体４１に設置してい
る。その他の構成は上記した第１の実施の形態と同一で
あるため、同一構成部材については同一符号をもって示
し、その説明を省略する。

【００３３】このような構造においても、上記した実施
の形態と同様に液体２の液面高さを測定することができ
ることは明らかであろう。

【００３４】図５は本発明の第３の実施の形態を示す構
成図、図６は受圧器の断面図である。この実施の形態で
は、受圧器１５の受圧部材１５Ｂを受圧板５１を備えた
ベローズ５０で構成している。ベローズ５０は、一端が
開放する筒状に形成された耐圧型の容器本体１５Ａの開
口端面１５ａに固定されることにより容器本体１５Ａの
開口部２２を気密に閉塞しており、他端開口部に前記受
圧板５１が設けられている。容器本体１５Ａの開口端面
１５ａは、ベローズ５０の移動を規制するストッパとし
て機能する。受圧板５１の受圧面である表面には、固定
部材１７が取付けられている。その他の構成は上記した
実施の形態と全く同一である。

【００３５】このような液面計において、受圧板５１は
液圧Ｐが加わると、その圧力に応じて変位し、ベローズ
５０を圧縮変形させる。このため、光ファイバ１２の歪
み検出部１２Ａに張力が加わり歪みが発生する。この歪
みは液圧Ｐの大きさの変化に比例して変化する。したが
って、この歪みの変化をＢ−ＯＴＤＲ１６によって計測
すれば、上記した実施の形態と同様に予め実測した液体
の液位と歪みの変化の相関から液面高さを計測すること
ができる。

【００３６】ベローズ５０を用いた液面計においては、
ピストン２５を用いた上記第１の実施の形態に比べて容
器本体１５Ａのシールが確実である。

【００３７】図７は本発明の第４の実施の形態を示す図
である。この実施の形態は、１本の光ファイバ１２の液
体２中に浸漬されるファイバ部分に、３つの歪み検出部
１２Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3を所定間隔をおいて設
け、前記各歪み検出部１２Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3を
液体２の深さ方向に離間させて略水平にそれぞれ配置す
るとともに、それぞれ３つからなる固定部材１４と受圧
器１５を液体２中に前記各歪み検出部１２Ａ-1，１２Ａ
-2，１２Ａ-3に対応してそれぞれ浸漬し、各歪み検出部
１２Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3の一端Ａを対応する固定
部材１４にパイプ１８を介してそれぞれ固定し、他端Ｂ
を対応する受圧器１５の受圧部材に設けた固定部材１７
にパイプ１９を介してそれぞれ固定したものである。

【００３８】最も下の歪み検出部１２Ａ-1の一端Ａを固
定する固定部材１４と、他端Ｂを固定する固定部材１７
を備えた受圧器１５とは、タンク１の底に設置した支持
台１３上に設置されている。中間の歪み検出部１２Ａ-2
の一端Ａを固定する固定部材１４と、他端を固定する固
定部材１７を備えた受圧器１５とは、タンク１の内壁に
設けた第１の棚６０上に支持台１３を介して設置されて
いる。最も上の歪み検出部１２Ａ-3の一端Ａを固定する
固定部材１４と、他端を固定する固定部材１７を備えた
受圧器１５とは、タンク１の内壁に設けた第２の棚６１
上に支持台１３を介して設置されている。なお、各歪み
検出部１２Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3に対して設けられ
る３つの受圧器１５は全く同一であり、図２に示した受
圧部材１５Ｂがピストン型の受圧器または図６に示した
ベローズ型の受圧器が用いられる。

【００３９】このような液面計において、最も下の歪み
検出部１２Ａ-1は低液位、すなわち中間の歪み検出部１
２Ａ-2の受圧器１５までの液位Ｈ1 の測定を担当する。
中間の歪み検出部１２Ａ-2は中間液位、すなわち最も上
の歪み検出部１２Ａ-3の受圧器１５までの液位Ｈ2 の測
定を担当する。そして、最も上の歪み検出部１２Ａ-3は
高液位、すなわち中間の歪み検出部１２Ａ-2の受圧器１
５を超える液位Ｈ3 の測定を担当する。

【００４０】測定に際しては、液体２の量が少なく、実
際の液位ＨがＨ1 の範囲内、言い換えれば最も下の歪み
検出部１２Ａ-1の受圧器１５のみが液体２中に浸漬して
いる場合、最も下の歪み検出部１２Ａ-1の受圧器１５に
のみ液圧が加わる。このため、歪み検出部１２Ａ-1には
張力が加わり、歪みが発生する。この歪みをＢ−ＯＴＤ
Ｒ１６によって測定した後、その値に対応する液面高さ
を予め測定した歪みの変化と液面高さの相関から読み取
る。

【００４１】液体２の量が増加して実際の液位ＨがＨ2
の範囲内となり、中間の歪み検出部１２Ａ-2の受圧器１
５が液体２中に浸漬すると、最も下の歪み検出部１２Ａ
-1と中間の歪み検出部１２Ａ-2の受圧器１５に液圧が加
わる。このため、両歪み検出部１２Ａ-1，１２Ａ-2に張
力が加わり、歪みが発生する。最も下の歪み検出部１２
Ａ-1は測定可能な最大液位がＨ1 であり、歪み検出部１
２Ａ-1には最大の張力が加わり、最大の歪みが生じてい
る。最も下の歪み検出部１２Ａ-1と中間の歪み検出部１
２Ａ-2の歪みをＢ−ＯＴＤＲ１６によって測定した後、
その値に対応する液面高さ（Ｈ1＋Ｈ2）を予め測定した
歪みの変化と液面高さの相関から読み取る。つまり、中
間の歪み検出部１２Ａ-2の歪みによる液面高さを求め、
この液面高さに、最も下の歪み検出部１２Ａ-1の歪みに
よって測定される液位Ｈ1 を加算し、実際の液面高さと
する。

【００４２】液体２の量がさらに増加して実際の液位Ｈ
がＨ1＋Ｈ2＋Ｈ3 となり、最も上の歪み検出部１２Ａ-3
の受圧器１５が液体２中に浸漬すると、全ての歪み検出
部１２Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3に張力が加わり、歪み
が発生する。最も下の歪み検出部１２Ａ-1は、測定可能
な最大液位がＨ1 であり、中間の歪み検出部１２Ａ-2は
測定可能な範囲がＨ2 であり、最大の張力が加わり、最
大の歪みがそれぞれ生じている。全ての歪み検出部１２
Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3の歪みをＢ−ＯＴＤＲ１６に
よって測定した後、その値に対応する液面高さ（Ｈ1＋
Ｈ2＋Ｈ3 ）を予め測定した歪みの変化と液面高さの相
関から読み取る。つまり、最も上の歪み検出部１２Ａ-3
の歪みによる液面高さ（Ｈ3 ）を求め、この液面高さ
（Ｈ3 ）に、最も下の歪み検出部１２Ａ-1と中間の歪み
検出部１２Ａ-2の歪みによって測定される液位Ｈ1 ，Ｈ
2 を加算し、実際の液面高さとする。

【００４３】このような構造においては、個々の歪み検
出部１２Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3が計測する液位の範
囲を区分けしているので、液面高さに関係なく、各歪み
検出部１２Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3に加わる最大張力
を等しくすることができる。

【００４４】図８は本発明の第５の実施の形態を示す図
である。この実施の形態は、１本の光ファイバ１２の液
体２中に浸漬される他端部側をタンク１の内壁面に沿っ
て略垂直に垂下させて３つの歪み検出部１２Ａ-1，１２
Ａ-2，１２Ａ-3を液体２の深さ方向に所定間隔をおいて
設け、各歪み検出部１２Ａ-1，１２Ａ-2，１２Ａ-3の一
端Ａを固定部材１４にそれぞれ固定し、他端Ｂを受圧器
１５の受圧部材に設けた固定部材１７にそれぞれ固定し
たものである。つまり、歪み検出部１２Ａ-1，１２Ａ-
2，１２Ａ-3を垂直に設けた点が、図７に示す水平に設
けた第４の実施の形態と異なるものである。

【００４５】このような構造においても、上記した第４
の実施の形態と同様に液面高さを確実に測定することが
できることは明らかであろう。

【００４６】図９は本発明の第６の実施の形態を示す図
である。この実施の形態は、光ファイバ１２の歪み検出
部１２Ａの一端Ａを受圧器１５の受圧部材に設けた固定
部材１７に固定し、他端Ｂを固定部材１４に固定したも
のである。この場合、光ファイバ１２は他端Ｂを一方の
端とし、他方では一端ＡからさらにＢ−ＯＴＤＲ１６ま
で延びている。このような構造においても、上記した第
１、第２、第３の実施の形態と同様に液面高さを確実に
測定することができることは明らかであろう。

【００４７】なお、上記した実施の形態においては、い
ずれもタンク１内の液体２の液面高さを計測する例を示
したが、これに限らず静液圧状態であれば、貯水池の液
位等の計測にも用いることができる。また、本発明は液
体が水に限らず、オイル、薬品等の各種液体の液面高さ
の測定にも用いることができる。また、上記した実施の
形態はいずれも受圧部材１５Ｂに固定部材１７を介して
歪み検出部１２Ａの端部（ＡまたはＢ）を固定したが、
これに限らず直接受圧部材１５Ｂに固定してもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る液面高
さ計測方法および液面計は、液圧の変化に伴い受圧器の
受圧部材に作用する力の大きさを光ファイバの歪みの変
化として検出することにより、液体の液位を計測するよ
うに構成したので、構造が著しく簡単で、部品点数が少
なく、メンテナンスが容易で、故障したりすることが少
なく、また、特に光ファイバは電磁誘導に強く、外乱の
影響を受けず、可燃性や非導電性の流体にも適用するこ
とができ、各種液体の液位を確実に計測することができ
る。また、受圧器に受圧部材の移動を一定範囲内に規制
するストッパを設けているので、光ファイバの歪み検出
部が断線するのを防止することができる。さらに、複数
の歪み検出部を設けることにより、計測する液位の範囲
を区分けしているので、液面高さに関係なく各歪み検出
部に加わる最大張力を等しくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る液面計の第１の実施の形態を示
す断面図である。

【図２】 受圧器の断面図である。

【図３】 光ファイバ歪み計測装置の基本構成を示す図
である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図５】 本願発明の第３の実施の形態を示す図であ
る。

【図６】 受圧器の断面図である。

【図７】 本願発明の第４の実施の形態を示す図であ
る。

【図８】 本願発明の第５の実施の形態を示す図であ
る。

【図９】 本願発明の第６の実施の形態を示す図であ
る。

【図１０】 従来の気圧式液面計の従来例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…タンク、２…液体、１２…光ファイバ、１２Ａ…歪
み検出部、１３…支持台、１４…固定部材、１５…受圧
器、１５Ａ…容器本体、１５Ｂ…受圧部材、１６…光フ
ァイバ歪み計測装置、１７…固定部材、２４…ストッ
パ、２５…ピストン、５０…ベローズ、５１…受圧板。

フロントページの続き (72)発明者 望月 論 東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 吉冨 崇晴 東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F014 AA07 AA16 AB02 BA10 2F055 AA39 BB19 CC04 CC06 DD20 EE31 FF45 GG11 HH11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液圧により光ファイバに歪みを生じさ
   せ、この歪みを検出することにより液面高さを計測する
   方法であって、前記光ファイバの液体中に浸漬される部
   分の一部を固定部材と受圧器に設けた受圧部材とに固定
   し、前記受圧部材の液圧による変位によって前記固定部
   材と前記受圧部材間のファイバ部分に張力が加えられて
   歪みが発生し、この歪みを光ファイバ歪み計測装置によ
   って検出することを特徴とする液面高さ計測方法。
2. 【請求項２】 長尺の光ファイバと、液圧によって変位
   する受圧部材を有する受圧器と、前記光ファイバを固定
   する固定部材と、前記光ファイバの歪みを検出する光フ
   ァイバ歪み計測装置とを備え、前記光ファイバの液体中
   に浸漬される部分の一部を液体中において前記受圧部材
   と前記固定部材とに固定するとともに、一端を前記光フ
   ァイバ歪み計測装置に接続したことを特徴とする液面
   計。
3. 【請求項３】 請求項２記載の液面計において、 受圧器が耐圧型の容器本体で、受圧部材が前記容器本体
   の開口部を気密に覆うように設けられた移動可能なピス
   トンであることを特徴とする液面計。
4. 【請求項４】 請求項２記載の液面計において、 受圧器が耐圧型の容器本体で、受圧部材が受圧板を有し
   前記容器本体の開口部を気密に覆うベローズであること
   を特徴とする液面計。
5. 【請求項５】 請求項２，３または４記載の液面計にお
   いて、 受圧器に受圧部材の移動を一定範囲内に規制するストッ
   パを設けたことを特徴とする液面計。
6. 【請求項６】 請求項２，３，４または５記載の液面計
   において、 光ファイバに、液体の深さ方向に離間し、それぞれ受圧
   部材と固定部材とによって固定される複数の部分を設け
   たことを特徴とする液面計。