JP2003050148A - 水位計装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水晶等の物質の歪を変換して水位を計測する
水位計の水位計測値のオフセット量を補正して正確な水
位を計測できるようにすること。 【解決手段】 水圧変化を機械的な歪として検出し、そ
の歪みの度合いを水位に変換して計測する水位計１と、
水位計に対する水平方向設置間隔は水面が動揺しても同
水位となる近距離で、垂直方向設置間隔は通常水位と最
高水位の間の所望距離に設置され、水の有無を検知する
水検知センサ２と、水位計の水位計測値と水検知センサ
からの水位検知信号を受けたタイミングで予め記憶され
ている基準水位に対して設置された水検知センサの垂直
方向距離（水位）とを比較し、その差を水位計のオフセ
ット量として求め、それ以降は変動する水位に対して検
出した水位計の水位計測量からオフセット量を差し引い
て求めた補正値を正しい水位計測値として出力する水位
補正演算手段３とを備えて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水位計が検出した水
位計測値のオフセット量を自動補正する水位計装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水位計では水圧変化を機械的な歪
として検出し、その歪みの度合いを水位に変換してい
た。例えば水晶式水位計では、水晶内の歪の大きさによ
り水晶から発振される周波数が変化することを利用して
水位を計測している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような水晶等の物質の歪を変換して水位を計測する水位
計では、物質のクリープ現象等により経時的に０点やダ
イナミックレンジにオフセットが生じ、正確な水位を計
測することができないという問題点があった。

【０００４】

【課題を解決しようとする手段】本発明に係る水位計装
置は、水圧変化を機械的な歪として検出し、その歪みの
度合いを水位に変換して計測する水位計と、水位計に対
する水平方向設置間隔は水面が動揺しても同水位とみな
せるくらい近距離で、水位計に対する垂直方向設置間隔
は通常水位と最高水位の間の所望距離に設置され、水の
有無を検知する水検知センサと、水位計が検出した水位
計測値と水検知センサが検出した水位検知信号が入力さ
れ、水位計の水位計測値と水検知センサからの水位検知
信号を受けたタイミングで予め記憶されている設定水位
に設置された水検知センサの垂直方向距離とを比較し、
その差を水位計のオフセット量として求め、それ以降は
変動する水位に対して検出した水位計の水位計測量から
オフセット量を差し引いて求めた補正値を正しい水位計
測値として出力する水位補正演算手段とを備えて構成さ
れている。

【０００５】本発明においては、水位補正演算手段が水
位計の水位計測値と水検知センサからの水位検知信号を
受けたタイミングで予め記憶されている設定水位に対す
る垂直方向距離（水位）とを比較し、その差を水位計の
オフセット量として求め、それ以降は変動する水位に対
して検出した水位計の水位計測量からオフセット量を差
し引いて求めた補正値を正しい水位計測値として出力す
るようにして補正処理を自動化したので、水位計にクリ
ープ現象等によるオフセットが生じても自動補正がで
き、計測精度の向上や省力化が可能となった。また、水
検知センサの垂直方向設置位置を洪水にならなければ到
達しないような水位である高水位側に設置し、水位補正
演算手段に通常水位に対する高水位側垂直方向距離（水
位）を記憶させておけば、洪水等高水位時の水位が高精
度で測定することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】実施の形態１． （第１の実施例）の説明 （構成）の説明 図１は本発明の実施の形態１の水位計装置の構成をを示
すブロック図である。図において、１は水圧変化を機械
的な歪として検出する例えば水晶式の水位計、２は水の
有無を検知できる水検知センサで、水の有無を検知でき
れば水晶式の水位計でも湿潤度センサでも何でもよい。
これら水位計１と水検知センサ２の水平方向設置間隔
は、隣接する程の距離でもよいが、最低限の距離として
は水位計１と水検知センサ２の水位が水面が動揺しても
同水位とみなせるくらい近距離であること。

【０００７】また、水位計１と水検知センサ２の垂直方
向設置間隔は、通常水位と最高水位の間の所定水位に設
置されている。そして、水検知センサ２の垂直方向位置
は基準水位に対して既知され、不変とされている。３は
水位計が検出した水位計測値と水検知センサが検出した
水位検知信号がそれぞれ信号線４を介して入力され、水
位計１が検出した水位計測値のオフセット量を演算によ
り補正して出力する水位補正演算手段で、水検知センサ
２の基準水位に対する垂直方向距離（水位）が記憶され
ている。

【０００８】（動作）の説明 次に、本発明の実施の形態１の水位計装置の動作につい
て説明する。水位が通常水位より上昇して水検知センサ
２が設置されている水位に達すると、水検知センサ２は
水位を検知した水位検知信号を発信して水位補正演算手
段３に出力する。水位補正演算手段３には水位計１の水
位信号が常に入力されており、水検知センサ２からの水
位検知信号を受けたタイミングで水位計１の水位計測値
を補正演算する。

【０００９】即ち、水位計１が検出した水位計測値には
物質のクリープ現象等によりオフセット量が生じてい
る。そこで、水位補正演算手段３では水位計１の水位計
測値と水検知センサ２からの水位検知信号を受けたタイ
ミングで予め記憶されている基準水位に対する垂直方向
距離（水位）とを比較し、その差を水位計１のオフセッ
ト量として求め、それ以降は変動する水位に対して検出
した水位計１の水位計測量からオフセット量を差し引い
て求めた補正値を正しい水位計測値として出力するよう
にしたものである。

【００１０】（効果）の説明 以上のように本発明の実施の形態１によれば、水位補正
演算手段３が水位計１の水位計測値と水検知センサ２か
らの水位検知信号を受けたタイミングで予め記憶されて
いる基準水位に対する垂直方向距離（水位）とを比較
し、その差を水位計１のオフセット量として求め、それ
以降は変動する水位に対して検出した水位計１の水位計
測量からオフセット量を差し引いて求めた補正値を正し
い水位計測値として出力するようにして補正処理を自動
化したので、水位計にクリープ現象等によるオフセット
が生じても自動補正ができ、計測精度の向上や省力化が
可能となった。

【００１１】また、水検知センサ２の垂直方向設置位置
を洪水にならなければ到達しないような水位である高水
位側に設置し、水位補正演算手段３に通常水位に対する
高水位側垂直方向距離（水位）を記憶させておけば、洪
水等高水位時の水位が高精度で測定できるという効果が
ある。さらに、水検知センサ２を高水位側に設置し、水
検知センサ２が例えば水晶式水位計の場合には水圧を受
ける時間が僅かになり、水検知センサ２のオフセット量
が大幅に抑制でき、結果的に水位計装置の精度が長期的
に維持できるという効果がある。

【００１２】実施の形態２． （構成）の説明 図２は本発明の実施の形態２の水位計装置の構成をを示
すブロック図である。この実施の形態２は、基本的な構
成は実施の形態１と同じであるが、水位計１と水検知セ
ンサ２の種類が異なるものである。この実施の形態２で
は、水位計１と水検知センサ２とに、いずれも光学的セ
ンサである光ファイバ水位計１１と光ファイバ水検知セ
ンサ１２とを用いている。５は光ファイバ水位計１１と
光ファイバ水検知センサ１２とに接続された光ファイバ
信号線、６は光ファイバ水位計１１の光学的な水位計測
値と光ファイバ水検知センサ１２の光学的な水位検知信
号をそれぞれ電気的信号に変換して水位補正演算手段３
に入力する光／電気信号変換手段である。

【００１３】（動作）の説明 この実施の形態２の基本的な動作は実施の形態１と同じ
であるが、光ファイバ水位計１１と光ファイバ水検知セ
ンサ１２はいずれも光学的なセンサのため、１本の光フ
ァイバ信号線５で各センサの信号を多重化し、光／電気
信号変換手段６を介して水位補正演算手段３に出力する
ようにしている。

【００１４】（効果）の説明 この実施の形態２では、実施の形態１と同様の効果が得
られるほか、光ファイバ信号線５を１本にできるため、
信号線敷設工事が容易になり、また、光学的センサであ
るため電源も不要となるという効果がある。

【００１５】実施の形態３． （構成）の説明 図３は本発明の実施の形態３の水位計装置の構成をを示
すブロック図である。この実施の形態３は、基本的な構
成は実施の形態１と同じであり、水検知センサ２に実施
の形態２と同様に光ファイバ水検知センサを用いている
点では同じであるが、光ファイバ水検知センサの構成が
実施の形態２と相違するものである。この実施の形態３
の光ファイバ水検知センサ２２は水位を検出する浮子部
２３と測定柱２４で構成されている。浮子部２３は水、
海水等の測定対象より比重が軽い発砲ウレタン等の合成
樹脂製の浮子２３ａに永久磁石２３ｂが取り付けられ、
塩化ビニル管やオーステナイト系ステンレス鋼鋼管のよ
うな非磁性体の保護管２５内に内蔵されている。測定柱
２４は水密封止された容器２６に光学スイッチ２５が固
定状態に設置されて構成されている。

【００１６】光学スイッチ２５の垂直方向設置位置に特
に制約は無いが、光学スイッチ２５は通常水位と最高水
位の間に設置されている。光学スイッチ２５の垂直方向
水位（位置）は既知で、不変のものでなければならな
い。そして、光学スイッチ２５の垂直方向位置は基準水
位に対して既知され、不変とされている。３は水位計１
が検出した水位のオフセット量を演算により補正して出
力する水位補正演算手段で、光学スイッチ２５の基準水
位に対する垂直方向距離（水位）が記憶されている。そ
の光学スイッチ２５は偏波面保持光ファイバ２５ａ、光
偏波フィルタ２５ｂ、磁性ガーネット２５ｃ及びミラー
２５ｄで基本的に構成されているが、光学性能向上のた
め、集光レンズ、コア拡大ファイバ等、他の光学部品を
組み込んでも構わない。

【００１７】なお、水位計１は信号線４を介して水位補
正演算手段３と接続されているが、光ファイバ水検知セ
ンサ２２の光スイッチ２５は光ファイバ信号線５を介し
て光／電気信号変換手段６に接続され、光／電気信号変
換手段６は光スイッチ２５の光学的な水位検知信号を電
気的信号に変換して水位補正演算手段３に入力するよう
にしている。

【００１８】（動作）の説明 この実施の形態３の基本的な動作は実施の形態１と同じ
であり、相違する点について説明する。この光ファイバ
水検知センサ２２では、水位の上下動に伴い浮子部２３
も同様に上下動し、浮子部２３が光学スイッチ２５のと
ころまでくると、浮子２３ａに取り付けられた永久磁石
２３ｂの磁力により光学スイッチ２５がＯＮの状態にな
る。

【００１９】この光学スイッチ２５のＯＦＦ時の動作
は、偏波面保持光ファイバ２５ａを伝播してきた偏波状
態が一定の連続光又はパルス光が光偏波フィルタ２５
ｂ、磁性ガーネット２５ｃを通過し、ミラー２５ｄにて
反射され、往路と同じ経路を反射波として伝播してい
く。また、光学スイッチ２５のＯＮの状態、すなわち浮
子部２３が近づいた時は、伝播中の連続光又はパルス光
が磁性ガーネット２５ｃにより偏波面が回転し、反射波
が光偏波フィルタ２５ｂにより遮断又は弱められる。こ
の反射波の有無又は強弱を検知することにより水の有無
を検知する。

【００２０】（効果）の説明 実施の形態３では、実施の形態１と同様の効果が得られ
るほか、光ファイバ水検知センサ２２は保護管２５に内
蔵された浮子部２３と、水密封止された容器２６に光学
スイッチ２５が固定状態に設置されて構成された測定柱
２４とからなるクリープ現象等が発生しない構造のた
め、長期的に高精度に計測できるという効果がある。ま
た、水位計１に光ファイバ水位計を用いれば、１本の光
ファイバ信号線５にできるため、信号線敷設工事が容易
になり、また、光学的センサであるため電源も不要にな
るという効果がある。

【００２１】実施の形態４ （構成）の説明 図４は本発明の実施の形態４の水位計装置の構成をを示
すブロック図である。この実施の形態４は、基本的な構
成は実施の形態３と同じであるが、光ファイバ水検知セ
ンサ２２の構成品である光学スイッチ３５の構成が実施
の形態３の光学スイッチ２５の構成と異なる。この光学
スイッチ３５の基本的な構成は、フェライト等の磁歪素
子３５ａにＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）３５ｂを書
き込んだ光ファイバ３５ｃのＦＢＧ３５ｂ部分を接着固
定したものである。

【００２２】（動作）の説明 この実施の形態４の基本的な動作は実施の形態３と同じ
であるが、光ファイバ水検知センサ２２の光学スイッチ
３５の動作が異なる。この光学スイッチ３５のＯＦＦ時
の動作は、光ファイバ３５ｃを伝播してきた連続光又は
パルス光は、その光の波長で反射するよう設定されたＦ
ＢＧ３５ｂで反射され、往路を返っていく。また、光学
スイッチ３５のＯＮの状態、すなわち浮子部１が近づい
た時は磁歪素子３５ａが伸び（又は縮む）、それに伴い
ＦＢＧ３５ｂも伸びる（又は縮む）。これによリＦＢＧ
３５ｂで反射される波長が変化するため、伝播してきた
光はＦＢＧ３５ｂを透過し、反射波は返ってこない。こ
の反射波の有無又は強弱を検知することにより水の有無
を検知する。ただし、ＦＢＧ３５ｂの反射波長の設定
は、温度変化等の環境ストレスで反射が無くならない程
度に帯域を持たせて設定する必要がある。 （効果）の発明 実施の形態４では実施の形態３と同様の効果が得られ
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、水位補正
演算手段が水位計の水位計測値と水検知センサからの水
位検知信号を受けたタイミングで予め記憶されている基
準水位に対する垂直方向距離（水位）とを比較し、その
差を水位計のオフセット量として求め、それ以降は変動
する水位に対して検出した水位計の水位計測量からオフ
セット量を差し引いて求めた補正値を正しい水位計測値
として出力するようにして補正処理を自動化したので、
水位計にクリープ現象等によるオフセットが生じても自
動補正ができ、計測精度の向上や省力化が可能となると
いう効果がある。また、水検知センサの垂直方向設置位
置を洪水にならなければ到達しないような水位である高
水位側に設置し、水位補正演算手段に通常水位に対する
高水位側垂直方向距離（水位）を記憶させておけば、洪
水等高水位時の水位が高精度で測定することができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の水位計装置の構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態２の水位計装置の構成を示
すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態３の水位計装置の構成を示
すブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態４の水位計装置の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１ 水位計 ２ 水検知センサ ３ 水位補正演算手段 ４ 信号線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 英俊 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 南 誠 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F013 AA04 BC04 2F014 AA05 BA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水圧変化を機械的な歪として検出し、そ
   の歪みの度合いを水位に変換して計測する水位計と、 水位計に対する水平方向設置間隔は水面が動揺しても同
   水位とみなせるくらい近距離で、水位計に対する垂直方
   向設置間隔は通常水位と最高水位の間の所望距離に設置
   され、水の有無を検知する水検知センサと、 水位計が検出した水位計測値と水検知センサが検出した
   水位検知信号が入力され、水位計の水位計測値と水検知
   センサからの水位検知信号を受けたタイミングで予め記
   憶されている設定水位に設置された水検知センサの垂直
   方向距離とを比較し、その差を水位計のオフセット量と
   して求め、それ以降は変動する水位に対して検出した水
   位計の水位計測量からオフセット量を差し引いて求めた
   補正値を正しい水位計測値として出力する水位補正演算
   手段とを備えていることを特徴とする水位計装置。
2. 【請求項２】 前記水位計が光ファイバ水位計、前記水
   検知センサが光ファイバ水検知センサであることを特徴
   とする請求項１記載の水位計装置。
3. 【請求項３】 前記水検知センサは、保護管に内蔵さ
   れ、水位の上下動により上下動する永久磁石が取り付け
   られた浮子と、水密封止された容器に設置され、永久磁
   石の離接により光学的に出力がオン・オフ又は強弱する
   光学的スイッチとからなることを特徴とする請求項１記
   載の水位計装置。