JP2012127878A - 液面変位検知システムおよび液面変位検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の液位の異常を外部から監視することのできる液面変位検知システムを提供する。
【解決手段】容器２内に配設される光ファイバーケーブル４と、容器２内の液体３に浮遊し，光ファイバーケーブル４に接続されて，液面３ａの上昇又は下降に伴って光ファイバーケーブル４を押し上げて又は引き下げて屈曲させるフロート５とを備え、光ファイバーケーブル４内に伝送される検査用光８の反射光９の減衰量４３を演算処理部３７によって求めて、その反射光９の減衰量４３が規定の値を超えた場合に発信部３８によって警報又は信号を発することを特徴とする液面変位検知システム１ａ，１ｂによる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液面上に配設された光ファイバーケーブルに、液面近傍を浮遊するフロートを取り付け、液位の変化に伴って上下動するフロートにより光ファイバーケーブルを強制的に屈曲させ、その屈曲の程度から間接的に液面の水位の適否を検知することのできる液面変位検知システムおよび液面変位検知方法に関する。

従来、発電所や変電所などの制御用や通信用の電源として多数の蓄電池を配備しているが、これらの蓄電池から確実に電力を供給するためには、常に電槽内の電解液の液位を適切に保っておく必要があり、見回りが欠かせなかった。
この作業は煩雑であるため、蓄電池の電解液の液位を外部から監視することのできる液面変位検知システムや液面変位検知方法が必要であった。
このような事情に鑑み、電解液の液位を外部から監視するための先行技術がいくつか開示されている。

特許文献１には「密閉鉛蓄電池」という名称で充放電状態を検出するセンサを備えた密閉鉛蓄電池に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示される発明である密閉鉛蓄電池は、電解液と平衡する水蒸気圧を湿度として検出し、この湿度から電池の充放電状態を検出する密閉鉛蓄電池であって、湿度センサとして、光ファイバーの一部の表面を微多孔質のシリカとして感湿部を構成し、感湿部の水分吸着量と光ファイバーの透過光量減衰率との相関関係を利用した湿度センサを用いることを特徴とするものである。
上記特許文献１に開示される発明によれば、電池の容量を検出するための湿度センサとして光ファイバー界面における相対湿度と透過光量減衰率の関係という光の変化を使った物理現象を利用しているため劣化がなく、電池の寿命終了までセンサの取り替えを必要としないという効果が期待できる。

特許文献２には「光式センサ、これを用いた監視システム及び船舶用水位監視システム」という名称で、電源等を必要としない構成にしてコストダウンを図り、また光学系と流動体とを物理的に切り離して光学系に汚れが生じないようにした光式センサ、及び光伝送系に光部品を配置せずに済むようにした監視システム及び船舶に適用する水位監視システムに関する発明が開示されている。
上記特許文献２に開示される発明は、文献中の符号をそのまま用いて説明すると、ケース３１内の空間３２には、光ファイバ３４ａ，３４ｂに結合された直角プリズム３３ａ，３３ｂが対向配置され、これらによる光学系の下部に形成された空間３５には、液面変動に伴って上下動すると共に永久磁石３７を装着したフロート３６が配設されている。空間３５内には上下を仕切る隔壁３８が設けられ、空間３２と空間３５の間を隔離している。隔壁３８上には上下動可能に且つ永久磁石３７に同一極性で対向するようにして永久磁石３９が配設され、この永久磁石３９に遮光板４０が立設されていることを特徴とするものである。
上記構成の特許文献２に開示される発明によれば、液面変動に応じてフロート３６と永久磁石３７が上昇すると、遮光板４０によって直角プリズム３３ａ，３３ｂによる光路が遮光され、光ファイバ３４ｂに光が出射されないことから液面上昇を検出することができるという効果を有する。

特許文献３には「蓄電池の電解液量検出装置」という名称で、車両等に搭載される蓄電池に係るものであり、特に、蓄電池に封入されている電解液量の液面検出装置に関する考案が開示されている。
特許文献３に開示される考案は、蓄電池の電池カバーに一端を固定して電解液にその一部を浸漬させた円筒状のケースと、このケース内に収容され前記電解液の液面レベルに追従して誘導するフロートと、このフロート面に固定された反射板と、前記蓄電池の外部から前記フロート面上に光信号を入力する光ファイバと、この光ファイバに前記光信号を入力する光源と、前記反射板を反射した光信号を受光して前記光信号の信号強度に応じた電気信号を発する変換器を備えたことを特徴とするものである。
上記特許文献３に開示される考案によれば、電解液の液面にフロートを浮かべさせているので、液面レベルを連続的に検出することができる。また、光信号の入射部・反射部は、電解液に対して耐蝕性があるため、各部の腐食によって信号が検出できないという事態は生じない。さらに、電気信号による液面レベルを検出するものではないため、短絡等により蓄電池を破壊するおそれもない。

特開平０５−１６６５４５号公報 特開２００５−１６４５５７号公報 実開平２−１２４６６５号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される発明の場合、光ファイバーケーブルに特殊な加工を施す必要があるので、センサを設置するためのコストが嵩むという課題があった。また、特許文献１に開示される湿度センサで監視することのできる蓄電池は１つであるため、多数の電槽内の電解液の液位を常時監視する必要がある場合には導入し難かった。

特許文献２に開示される発明の場合も、水位を監視できる対象は１つであるため、多数の電槽内の電解液の液位を常時監視する必要がある場合には導入しづらいという課題があった。また、特許文献２に開示される発明の場合、液位の過度な下降については検知することができないという課題があった。

特許文献３に開示される考案の場合も、電解液の液位を監視することができる対象は１つであるため、多数の電槽内の電解液の液位を常時監視する必要がある場合には導入し難いという課題があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、その目的は、液位の過度な上昇又は低下を検知することができ、監視対象である液位が単数の場合も複数の場合も同じ構成を利用して外部から監視することのできる液面変位検知システムおよび液面変位検知方法を提供することにある。

上記目的を達成するため請求項１記載の発明である液面変位検知システムは、容器内に収容される液体の液面の変位を検知するための液面変位検知システムであって、容器内に収容される液体の液面上に液体と接触しないように配設される光ファイバーケーブルと、液体の液面近傍に浮遊するとともに，光ファイバーケーブルに直接又は間接的に接続されて，液面の上昇又は下降に伴って，光ファイバーケーブルを押し上げて又は引き下げて局所的に屈曲させるフロートと、フロートと光ファイバーケーブルの接続部を挟んだ両側において，光ファイバーケーブルの鉛直方向への移動を妨げるケーブル支持部と、光ファイバーケーブルの一の端部側に配設され，光ファイバーケーブルの端部から検査用光を伝送するとともに，光ファイバーケーブルから返送される反射光を受光する計測部と、光ファイバーケーブルが屈曲していない状態における反射光の受光入力と，計測部において計測された反射光の受光入力とから，反射光の減衰量を演算処理により求める演算処理部と、反射光の減衰量の大小を光ファイバーケーブルの屈曲量の大小と見なし，光ファイバーケーブルの屈曲量の大小を液面の変位の大小と見なして，反射光の減衰量が規定の値を超えた場合に警報又は信号を発する発信部とを有することを特徴とするものである。
上記構成の発明において、光ファイバーケーブルは検査用光を伝送するとともに、液面の上昇又は下降に伴って上下動するフロートにより強制的に屈曲されて，その屈曲部においてレイリー散乱現象を起こして検査用光の反射光を減衰させるという作用を有する。
また、フロートは、液体の液面近傍を浮遊し、液面の上昇又は下降が生じた際に、光ファイバーケーブルとの接続部分を押し上げて又は引き下げて、強制的に光ファイバーケーブルを屈曲させるという作用を有する。
さらに、フロートと光ファイバーケーブルの接続部を挟んだ両側に設けられるケーブル支持部は、フロートが液位の上昇又は下降に伴って上下動し、光ファイバーケーブルに押し上げる力又は引き下げる力が作用するときに、光ファイバーケーブルが鉛直上下方向にスライド移動するのを妨げて、光ファイバーケーブルに屈曲を生じやすくするという作用を有する。
そして、計測部は、光ファイバーケーブルの端部から検査用光を伝送するとともに、同じく光ファイバーケーブルの端部において光ファイバーケーブルから返送される検査用光の反射光を受光するという作用を有する。
加えて、演算処理部は、予め計測された，光ファイバーケーブルが屈曲していない状態の反射光の受光入力と，計測部において計測された反射光の受光入力とから，反射光の減衰量を演算処理により求めるという作用を有する。
さらに、発信部は、反射光の減衰量が規定の値を超えた場合に警報又は信号を発するという作用を有する。
光ファイバーケーブルは、屈曲部においてレイリー散乱現象が起きて入射される光信号の反射光が減衰することが知られている。本願請求項１記載の発明では、このような光ファイバーケーブルの特性を利用して、液体の液位の上昇又は下降現象をフロートの上下動に変換し、さらに、このフロートの上下動を光ファイバーケーブルの屈曲部の形成とその解除という状態に変換することで、検査用光の反射光の減衰量を求めることにより間接的に液体の液位の変位を検知するという作用を有する。

請求項２記載の発明である液面変位検知システムは、請求項１記載の液面変位検知システムであって、液体を収容した少なくとも２つ以上の容器を直列につなぐように光ファイバーケーブルを配設し、容器内に１つずつ前記フロートが設けられ、計測部において反射光を時間領域で計測することで，光ファイバーケーブルの屈曲位置に関する位置情報データを取得可能であることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１記載の発明と同じ作用に加えて、光ファイバーケーブルを、液体を収容した複数の容器を直列につなぐように配設し、各容器内にそれぞれフロートを設けることで、複数の容器に収容される液体の液面の液位の変化を同時に監視可能にするという作用を有する。
また、計測部において、反射光を時間領域で計測することで、検査用光の反射光の減衰が生じている個所の位置情報データの取得を可能にするという作用を有する。
つまり、時間軸上において反射光が急激に減衰する個所の位置情報データとは、光ファイバーケーブルにおいて屈曲が生じている個所の位置情報データであり、さらに、光ファイバーケーブルに屈曲が生じている個所の位置情報データとは、液体の液位の過度な上昇又は低下が生じている個所（容器）の位置情報データである。
よって、請求項２記載の発明は、液体を収容する複数の容器の中から液体の液位の過度な上昇又は低下が生じている個所を、単数でも複数でもその位置も含めて検出するという作用を有する。

請求項３記載の発明である液面変位検知システムは、請求項１又は請求項２に記載の液面変位検知システムであって、液体は、電池の電解液であることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、監視対象である液体を電池の電解液に限定したものであり、それ以外の構成は、請求項１又は請求項２記載の発明と同じである。
よって、請求項３に記載の発明によれば、蓄電池のような電池の容器（電槽）が少なくとも１つ以上ある場合に、電解液の液位が過度に上昇している又は低下している状態を検知して警報又は信号を発するという作用を有する。また、複数の容器を直列につないで光ファイバーケーブルを配設し、容器内に１つずつフロートが設けられるような場合には、電解液の液位の上昇又は低下が生じている容器の位置情報データも含めて警報又は信号を発するように作用する。

請求項４記載の発明である液面変位検知方法は、液体に接触することがないよう液面上に配設された光ファイバーケーブルに、液体の液面近傍に浮遊し，液面の上昇又は下降に伴って鉛直上下方向に上下動するフロートを取り付け、光ファイバーケーブルとフロートの接続部を挟んだ両側における光ファイバーケーブルが鉛直上下方向に移動しないよう固定しておき、液面の変位に伴うフロートの上下動によって光ファイバーケーブルを強制的に屈曲させ、光ファイバーケーブルの屈曲に伴って生じるレイリー散乱現象による検査用光の反射光減衰量を求めることにより間接的に液面の変位を検出することを特徴とするものである。
上記構成の発明において、光ファイバーケーブルおよびフロートは請求項１記載の発明における光ファイバーケーブルおよびフロートと同じ作用を有する。また、光ファイバーケーブルとフロートの接続部を挟んだ両側における光ファイバーケーブルを固定しておくことで、液位の上昇・下降に伴ってフロートが上下動した際に、それに伴って光ファイバーケーブルが局所的に屈曲することなく鉛直上下方向にスライドするのを妨げるという作用を有する。別の言い方をすると、フロートが上下動した際に、光ファイバーケーブルを屈曲させやすくするという作用を有する。
さらに、光ファイバーケーブルの屈曲に伴って生じるレイリー散乱現象による検査用光の反射光減衰量を求めることで間接的に液面の変位を検出するという作用を有する。よって、被測定対象である液体に電流等を流すことなく外部から、その液位の変位を常時監視するという作用を有する。

請求項５記載の発明である液面変位検知方法は、請求項４記載の液面変位検知方法であって、液体は、複数の容器内に独立した状態で収容され、光ファイバーケーブルは、複数の容器を直列につなぐように配設され、フロートは、容器内に１つずつ配設され、反射光の計測を時間領域において行うことで，光ファイバーケーブルの屈曲位置に関する位置情報データを取得可能であることを特徴とするのである。
上記構成の発明は、請求項４記載の発明と同じ作用に加えて、光ファイバーケーブルを、液体を収容した複数の容器を直列につなぐように配設し，かつ，個々の容器内に１つずつフロートを設けることで、１本の光ファイバーケーブルを用いて複数の容器内に収容される液体の液位を同時に監視可能にするという作用を有する。
また、光ファイバーケーブルの端部において、反射光の計測を時間領域で行うことで、光ファイバーケーブルの屈曲位置に関する位置情報データを取得するという作用を有する。
つまり、光ファイバーケーブルの屈曲位置に関する位置情報データを取得することは、光ファイバーケーブルの屈曲位置において液体の液位が過度に上昇又は下降している状態が生じていることを意味しているので、検視対象である液体を収容した容器が複数ある場合でも、どの容器において液位が過度に上昇又は下降しているかを推定可能にするという作用を有する。

請求項６記載の発明である液面変位検知方法は、請求項４又は請求項５記載の液面変位検知方法であって、液体は、電池の電解液であることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項４又は請求項５記載の発明における監視対象である液体を電池の電解液に限定したものである。よって、請求項４又は請求項５記載の発明によれば、電槽内の電解液の液位が過度に上昇又は下降した状態を検知するという作用を有する。
また、請求項５記載の発明を引用する場合には、電解液を収容する電槽が複数ある場合でも、電解液の液位が過度に上昇又は低下した電槽を単数でも複数でも、その位置も含めて検出するという作用を有する。

本発明の請求項１記載の発明によれば、容器内に収容される液体の液位を外部から常時監視することができ、かつ、この液体の液位が適切な状態を超えて上回った場合、又は、適切な状態を超えて下回った場合に、作業員が現地に直接行かなくともその状態が生じたことを知ることができる。よって、請求項１記載の発明によれば、外部から常時容器内の液位を監視することができるので、作業員による定期的な巡視を行う必要がない。このため、業務効率を改善することができる。
また、容器内の液位を監視する際に、液体に電流を流したり、電気信号を送信したりする必要が一切ないので、請求項１記載の発明は、例えば蓄電池の電槽内の電解液の監視に特に適している。
また、請求項１記載の発明における液面変位検知システムは、１つの容器内の液体の液位を監視する場合にも、複数の容器内にそれぞれ収容される液体の液位を同時に監視する場合にも、使用する光ファイバーケーブルは１本のみであるため液体の液面を監視するための設備をシンプルかつコンパクトにすることができる。
つまり、請求項１記載の発明によれば、被監視対象である液体が単数でも複数でも計測部，演算処理部および発信部はそれぞれ１つずつで対応できるので、汎用性の高い液面変位検知システムを提供することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の液面変位検知システムにより複数の液面の液位を同時に監視する場合の構成を具体的に記載したものであり、請求項１記載の発明と同じ効果を有する。
また、請求項２記載の発明では特に計測部において検査用光の反射光の減衰量に加えて、検査用光の発光出力と反射光の受光入力との時間差を測定することにより、光ファイバーケーブルに屈曲が生じている個所の位置情報データ（座標データ）を取得することができる。
これにより、警報又は信号が発信される程度の変化がどの容器の液面の液位に生じたのかを知ることができる。よって、複数の容器内の液体の液位を監視している際に警報又は信号が発信された場合に、作業者は、メンテナンスが必要な容器があるという情報に加えて、どの容器の液体のメンテナンスが必要なのかについても知ることができる。この場合、作業者は警報又は信号を認識した後で、メンテナンスが必要な容器を探す必要がないので、作業効率を向上することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明における監視対象である液体を、電池の電解液に限定したものである。
請求項１記載の発明は、液体の液位の監視を、液体に電流を流したり、電気信号等を発信したりすることなく実施することができるので、外部からの液位の観察が難しく、かつ、恒常的な液位の観察が必要であり、しかも、被観察対象である液体に対して電気的又は化学的なアクションを行わないことが望ましい電槽の電解液の監視に特に適している。
従って、請求項３記載の発明によれば、被監視対象である電槽が単数でも複数の場合でも、電槽が設置されている現場に作業員が直接足を運ぶことなく、外部から常時、電槽内の液位の変化を観察することができる。また、任意の電槽の電解液の液位に異常が認められた場合、作業員は目的とする電槽に対してのみメンテナンスを行えばよいので、無駄な作業を省くことができる。
よって、原子力発電所又は火力発電所等における作業員の業務効率を改善することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明を方法の発明として捉えたものであり、その効果は請求項１記載の発明と同じである。

請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明を方法の発明として捉えたものであり、その効果は請求項２記載の発明と同じである。

請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明を方法の発明として捉えたものであり、その効果は請求項３記載の発明と同じである。

（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の実施例１に係る液面変位検知システムの概念図である。 本発明の実施例１に係る液面変位検知システムにおいて液位の変位が検知されるまでの工程を示すフロー図である。 （ａ）は本発明の実施例２に係る液面変位検知システムの概念図であり、（ｂ）は反射光を時間領域で測定した際の測定結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施例２に係る液面変位検知システムにおいて液位の変位が検知されるまでの工程を示すフロー図である。 本発明の実施例１に係る液面変位検知システム１ａを蓄電池の電解液の監視に利用した場合を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る液面変位検知システム１ａを蓄電池の電解液の監視に利用した場合を示す概念図である。 複数の蓄電池の電解液の液面を外部から監視するために実施例２に係る液面変位検知システム１ｂを用いた場合の一例を示す概念図である。

本発明の実施の形態に係る液面変位検知システム及び液面変位検知方法について実施例１乃至実施例３を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例１に係る液面変位検知システム及び液面変位検知方法について図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。
図１の（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の実施例１に係る液面変位検知システムの概念図である。
実施例１に係る液面変位検知システム１ａは、容器２内に収容される液体３の液位を外部から、液体３に電気信号や電流等を発することなく監視するためのものであり、容器２内に収容される液体３の液面３ａ上に、液体３に接触しないように光ファイバーケーブル４が配設され、この光ファイバーケーブル４に液体３の液面３ａ近傍を浮遊するフロート５が接続されて、液体３の液位の上昇又は下降に伴って鉛直上下方向に上下動するフロート５によって光ファイバーケーブル４が押し上げられ又は押し下げられることで、光ファイバーケーブル４が局所的に屈曲するよう構成されている。
また、フロート５が上下動する際に、光ファイバーケーブル４が屈曲することなく鉛直上下方向にスライド移動してしまうことがないよう、フロート５と光ファイバーケーブル４の接続部７を挟んだ両側は、ケーブル支持部６（ケーブル支持部６ａ，６ｂ）により支持されている。なお、ケーブル支持部６は光ファイバーケーブル４を強固に固定するものではなく、フロート５が上下動して光ファイバーケーブル４を押し上げ又は引き下げた際に、容易に光ファイバーケーブル４を撓ませることができる程度に光ファイバーケーブル４を支持するものである。
さらに、光ファイバーケーブル４の一の端部４ａ側には、検査用光（入射光８；パルス光）を光ファイバーケーブル４に入射するとともに、光ファイバーケーブル４から返送される反射光を受光する計測部３６が設けられ、さらに、光ファイバーケーブル４が屈曲していない状態で予め計測された反射光９の受光入力（以下、「受光入力Ａ」とよぶ）と、計測部３６において計測された反射光９の受光入力とから、反射光９の減衰量を演算処理により求める演算処理部３７を備え、さらに、演算処理部３７において求められた反射光９の減衰量が規定の値を超えた場合に、例えば、電気通信回線等４０を通じて受信部３９（表示部）に警報又は信号を発信する発信部３８を備えている。

一般に光ファイバーケーブル４は、その屈曲部においてレイリー散乱現象が起きて入射光８が光ファイバーケーブル４の他の端部４ｂにおいて反射して生じる反射光９が減衰することが知られている。
よって、光ファイバーケーブル４を屈曲させない状態で入射光８（検査用光）を伝送した際の反射光９の受光入力（受光入力Ａ）を予め計測しておき、光ファイバーケーブル４に別途入射光８（検査用光）を入射した際に計測される反射光９の受光入力の，受光入力Ａに対する減衰量を演算処理により求めることで、光ファイバーケーブル４の屈曲の程度を推定することができる。

また、実施例１に係る液面変位検知システム１ａにおいては、図１（ａ）に示すように、光ファイバーケーブル４にフロート５が接続部７を介して接続されているので、フロート５が液体３の液面３ａの上昇又は下降に伴って鉛直方向に上下動すると、接続部７における光ファイバーケーブル４はフロート５により押し上げられ又は引き下げられる一方、接続部７の両側はケーブル支持部６により鉛直上下方向への上下動が妨げられて、接続部７における光ファイバーケーブル４は屈曲した状態となる。
図１（ｂ）では、適正な液位Ｘよりも液面３ａが低下して液位Ｙの位置にあり、この現象によりフロート５が下降して光ファイバーケーブル４が引き下げられ、接続部７における光ファイバーケーブル４が鉛直下向きに屈曲した状態になっている。
また、図１（ｃ）では、適正な液位Ｘよりも液面３ａが上昇して液位Ｚの位置にあり、この現象によりフロート５が上昇して光ファイバーケーブル４が引き上げられ、接続部７における光ファイバーケーブル４が鉛直上側に屈曲した状態になっている。
よって、実施例１に係る液面変位検知システム１ａでは、フロート５を利用して液体３の液面３ａの上下動を、光ファイバーケーブル４との接続部７における屈曲状態に変換し、この光ファイバーケーブル４の屈曲状態を光ファイバーケーブル４に伝送する検査用光（入射光８）の反射光の減衰量として求めることで、間接的に液体３の液面３ａの上下動を監視することができる。

なお、実施例１に係る液面変位検知システム１ａに用いられるフロート５は、液面３ａが上昇又は下降した際に、液面３ａから浮き上がることなく光ファイバーケーブル４に対して押し上げる又は引き下げる力を作用させることができるよう構成されるのであればその形状や大きさ特に問題としない。例えば、図１に示すように、平板状のフロート本体５ａの上面側に突起部５ｂを設け、この突起部５ｂの上端部において光ファイバーケーブル４に連結してもよい。また、フロート５に突起部５ｂを設ける場合には、バランスを考慮してフロート本体５ａの中央部（略中央の概念も含む）に設けることが望ましい。
この場合、フロート本体５ａの表面積を大きくすることで、液体３からフロート５を離間しにくくすることができる。なお、フロート５の材質を、より具体的にはフロート本体５ａの材質を、液体３の比重と同じか、やや小さいものを用いることで、液体３の液面３ａ近傍に好適にフロート５を浮遊させることができる。

次に、図１（ａ）及び図２を参照しながら実施例１に係る液面変位検知システム１ａにおいて、液体３の液面３ａの過度な上昇又は下降が検知される工程について詳細に説明する。
図２は本発明の実施例１に係る液面変位検知システムにおいて液位の変位が検知されるまでの工程を示すフロー図である。なお、図１に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
実施例１に係る液面変位検知システム１ａにより、容器２内の液体３の液位の過度な上昇又は下降を検知するには、まず、図１（ａ）に示す光計測部３６から光ファイバーケーブル４に対して検査用光（入射光８；パルス光）を入射し（ステップＳ１１）、次いで、光ファイバーケーブル４から返送される反射光９を計測部３６において計測する（ステップＳ１２）。
この後、演算処理部３７において、ステップＳ１２で取得された反射光９の受光入力の、受光入力Ａに対する減衰量を演算処理により求め（ステップＳ１３）、次に、発信部３８において、反射光９の受光入力の減衰量が規定値を上回っているか否かが判定され（ステップＳ１４）、受光入力の減衰量が規定値を上回っている場合には、例えば、図１（ａ）に示すような電気通信回線等４０を介して、例えば、受信部３９（表示部）に警報又は信号が発信され（ステップＳ１５）、受光入力の減衰量が規定値を下回っていた場合には、再び、ステップＳ１１に戻ってステップＳ１１〜Ｓ１４までの工程が繰り返される。

このような実施例１に係る液面変位検知システム１ａによれば、作業員が容器２の設置場所を定期的に巡視しなくとも、容器２の設置場所から離れた場所で容器２内の液位の適否を監視することができる。
この結果、作業員の巡視の手間を省くことができるので、業務効率を改善することができる。
また、実施例１に係る液面変位検知システム１ａでは、液体３の液位の異常が液面３ａの上昇であるのか，あるいは，下降であるのかまでは判別することはできないが、液体３の液面３ａの上昇による異常、又は、下降による異常の両方を同時に監視することができる。この結果、汎用性の高い液面変位検知システム１ａを提供することができる。
なお、実施例１に係る液面変位検知システム１ａによる監視対象が、液面３ａの低下だけの場合には、図１に示すケーブル支持部６（ケーブル支持部６ａ，６ｂ）のうち、光ファイバーケーブル４の鉛直上方へのスライド移動を防止するためのケーブル支持部６ａは必ずしも設けなくともよい。
また、ケーブル支持部６は、図１に示される形態に限定される必要はなく、光ファイバーケーブル４の鉛直方向の移動を妨げるよう構成されるものであればその形態は特に問題としない。

また、実施例１に係る液面変位検知システム１ａを方法の発明として捉えると、実施例１に係る液面変位検知方法は、液体３に接触することがないように液面３ａ上に配設された光ファイバーケーブル４に、液体３の液面３ａ近傍に浮遊し、液面３ａの上昇又は下降に伴って鉛直上下方向に上下動するフロート５を取り付け、光ファイバーケーブル４とフロート５の接続部７を挟んだ両側における光ファイバーケーブル４が鉛直上下方向に移動しないように固定しておき、液面３ａ（液位）の変位に伴うフロート５の上下動によって光ファイバーケーブル４を強制的に屈曲させ、光ファイバーケーブル４の屈曲によって生じるレイリー散乱現象による検査用光の反射光９減衰量を求めることにより間接的に液面３ａの変位を検出することを特徴とするものである。
このような実施例１に係る液面変位検知方法によれば、被監視対象である液体３に対して電気的又は化学的なアクションを何ら行うことなく液位の変化を外部から恒常的に監視することができる。
よって、上述の実施例１に係る液面変位検知システム１ａと同じ効果を有する。

以下に、図３及び図４を参照しながら本発明の実施例２に係る液面変位検知システムについて詳細に説明する。
実施例２に係る液面変位検知システムは、上述の実施例１に係る液面変位検知システム１ａの原理を利用して、複数の容器２に独立して収容される液体３の液面３ａの変位を１本の光ファイバーケーブル４を用いて監視可能に構成したものである。
図３（ａ）は本発明の実施例２に係る液面変位検知システムの概念図であり、（ｂ）は反射光を時間領域で測定した際の測定結果の一例を示すグラフである。また、図４は本発明の実施例２に係る液面変位検知システムにおいて液位の変位が検知されるまでの工程を示すフロー図である。なお、図１及び図２に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
まず、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂの構成について図３を参照しながら詳細に説明する。
実施例２に係る液面変位検知システム１ｂは、図３に示すように、先の図１（ｂ）又は（ｃ）に示すような、液体３を収容した容器２内に，フロート５が接続された光ファイバーケーブル４を配設したものを複数個直列に連結したものである。そして、その光ファイバーケーブル４の一の端部４ａ側に計測部３６、演算処理部３７及び発信部３８を備え、この発信部３８からを発信された警報又は信号を、電気通信回線等４０を通じて受信部３９に発信できるよう構成されている。

光ファイバーケーブル４は、光ファイバーケーブル４の一の端部４ａ（入射端）から検査用光（入射光８；パルス光）を入射し、そのパルス光により一の端部４ａに戻ってくる微弱な反射光９を時間領域で測定することで、反射光９の減衰量及びその現象が生じている地点までの距離を演算処理により求めることができる。
先にも述べたように、実施例１に係る液面変位検知システム１ａにおいて、光ファイバーケーブル４から返送される反射光９が減衰するのは、光ファイバーケーブル４に破損等の不具合がない限り、屈曲部が生じていることによると推定することができる。
従って、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂでは、計測部３６において反射光９を特に時間領域で測定することで、光ファイバーケーブル４における屈曲部の有無のみならず、それが生じている位置（地点）までも推定することができるので、複数の容器２に収容される液体３の液面３ａの変位を同時に監視することができるのである。

ここで、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂを用いて、複数の容器２に収容される液体３の液面３ａの変位を同時に監視する際の手順について、図３及び図４を参照しながら説明する。
実施例２に係る液面変位検知システム１ｂにより複数の液体３の液面３ａを同時に監視するには、まず、図３（ａ）に示すように、液体３を収容した複数の容器２を直列につなぐように光ファイバーケーブル４を配設し、個々の容器２内の液面３ａ近傍にフロート５を浮遊させ、それぞれのフロート５を，接続部７を介して光ファイバーケーブル４に接続する。
そして、この状態で図４に示すように、光ファイバーケーブル４の一の端部４ａに設けられる計測部３６から、検査用光（入射光８；パルス光）を入射し（ステップＳ２１）、光ファイバーケーブル４から返送される反射光９を計測部３６において時間領域において測定する（ステップＳ２２）。次に、演算処理部３７において、受光入力Ａに基づいた反射光９の受光入力の減衰量、ならびに、光ファイバーケーブル４の一の端部４ａから受光入力の減衰が生じている個所までの距離を演算処理により求める（ステップＳ２３）。
そして、発信部３８において、反射光９の減衰が生じていると推定される光ファイバーケーブル４のそれぞれの地点において、反射光９の減衰量が規定値以内か否かが判定され（ステップＳ２４）、反射光９の減衰量が規定値を上回っている場合は、反射光９の減衰が生じていると推定される光ファイバーケーブル４の位置データとともに警報又は信号が発信される（ステップＳ２５）。他方、反射光９の減衰が生じたと推定される光ファイバーケーブル４のそれぞれの地点における反射光９の減衰量が規定値以内の場合には、再びステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１〜Ｓ２４の工程が繰り返される。

なお、光ファイバーケーブル４上において屈曲していると推定される個所が複数認識された場合でも、反射光９の減衰量が規定値を上回っている個所が１つもない場合には、発信部３８から信号又は警報は発信されない。
また、光ファイバーケーブル４上において屈曲していると推定される個所が複数認識された場合で、かつ、反射光９の減衰量が規定値を上回っている個所が１つの場合でも，複数の場合でも、発信部３８から信号又は警報が発信されるが、光ファイバーケーブル４の屈曲位置に関する位置データも併せて発信されるため、作業者は光ファイバーケーブル４の屈曲が生じていると推定される個所（容器２の位置）を容易に特定することができる。

実施例２に係る液面変位検知システム１ｂにおいて、光ファイバーケーブル４の屈曲位置に関する位置データが取得される仕組みについて図３（ｂ）を参照しながらさらに詳細に説明する。
Ｘ軸に経過時間を、計測部３６において計測される受光入力値をＹ軸にプロットしたものが図３（ｂ）である。
図３（ｂ）において、パルス光４１ａとパルス光４１ｂの間に示されるラインが、計測された反射光９の受光入力値であり、Ｘ軸上の原点Ｏに近い位置にあるほど光ファイバーケーブル４の一の端部４ａから近い位置からの反射光９であることを示している。なお、図３（ｂ）において、図３（ａ）中に示すＰ地点、Ｑ地点、Ｒ地点、Ｓ地点に相当する位置にそれぞれ波線を記入した。
図３（ｂ）に示すように、光ファイバーケーブル４から返送される反射光９は、一の端部４ａからの距離が遠ざかるにつれて一定の割合で減衰する。そして、図３（ａ）に示すように、Ｑ地点及びＲ地点の間、又は、Ｒ地点Ｓ地点の間のように光ファイバーケーブル４が局所的に屈曲している個所においては、光ファイバーケーブル４内においてレイリー散乱現象が起こるので、図３（ｂ）に示すように、その地点における反射光９の受光入力値が急激に低下する。
そして、反射光９の急激な減衰が生じたそれぞれの個所について、反射光９の減衰量４３が規定の値を上回った場合に、発信部３８から警報又は信号が、例えば、電気通信回線等４０を通じて受信部３９などに発信されるのである。

また、図３（ｂ）に示すグラフにおいて、反射光９の急激な減衰が生じている個所に関する時間データは、演算処理部３７における演算処理により光ファイバーケーブル４上における屈曲位置を示す位置データに変換することができるので、警報又は信号を確認した作業員は、光ファイバーケーブル４のどの位置で屈曲が生じているのかを、すなわち、どの容器２内の液位が異常を示しているのかについても認識することができる。
ただし、図３（ａ），（ｂ）に示すように、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂでは、容器２内の液体３の液面３ａが適正液位４２よりも上昇している場合でも下降している場合でも区別なく、その異常は反射光９の急激な減衰として認識されるため、液体３の上昇、下降のどちらの異常が生じているかを知るためには作業員が現地で直接確認する必要がある。

このように、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂによれば、複数の容器２内の液体３の液位を同時に監視することができる。よって、作業員が定期的に複数の監視対象を巡視する必要がないので、業務効率を改善することができる。
また、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂは、上述の実施例１に係る液面変位検知システム１ａの構成を、光ファイバーケーブル４上に単純に繰り返すだけで上記効果が発揮されるので、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂの設備をコンパクトかつシンプルにすることができる。従って、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂを実施するための設備投資を最小限度にすることができる。

また、実施例２に係る液面変位検知システム１ａを方法の発明として捉えた場合、実施例２に係る液面変位検知方法は、上記実施例１に係る液面変位方法において、液体３は複数の容器内に独立した状態で収容され、光ファイバーケーブル４はこの複数の容器２を直列につなぐように配設され、フロート５は各容器に１つずつ配設され、光ファイバーケーブル４の一の端部４ａにおいて検査用光の反射光の計測を時間領域において行うことで光ファイバーケーブル４の屈曲位置に関する位置情報データを取得可能であることを特徴とするものである。
このような実施例２に係る液面変位検知方法によれば、光ファイバーケーブル４上における屈曲個所の有無だけでなく、光ファイバーケーブル４のどの位置において屈曲が生じているかについても知ることができるので、上記実施例２に係る液面変位検知システム１ｂと同じ効果を有する。
なお、実施例２に係る液面変位検知システム１ｂの計測部３６として、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）を用いてもよい。この場合も同様の効果を発揮させることができる。

また、本発明に係る液面変位検知システム又は液面変位検知方法の技術思想は、監視対象である液面が単数の場合にも複数の場合にも適用することができるので、汎用性の高い液面変位検知システム又は液面変位検知方法を提供することができる。
また、本発明に係る液面変位検知システム又は液面変位検知方法は、監視対象である液体に対して電気的又は化学的アクションを何ら行う必要がないので、例えば、化学組成や電気的作用が重要な電解液等の恒常的な監視に特に適している。

実施例１，２に係る液面変位検知システム１ａ，１ｂの使用例を実施例３として図５乃至図７を参照しながら説明する。なお、図１乃至図４に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図５，６はいずれも、本発明の実施例１に係る液面変位検知システム１ａを蓄電池の電解液の監視に利用した場合を示す概念図である。
上述の実施例１に係る液面変位検知システム１ａを蓄電池１０の電解液３１の監視に利用するには、図５に示すように、電極板等１６及び電解液１５が収容された電槽１１内を満たす電解液１５に触れないように光ファイバーケーブル４を配設し、この光ファイバーケーブル４に電解液１５の液面１５ａ近傍を浮遊するフロート５を，接続部７を介して接続し、さらに、この接続部７を挟んだ光ファイバーケーブル４の両側にケーブル支持部６を設けて、フロート５が下降した際に光ファイバーケーブル４が鉛直下方にスライド移動しないように係止すればよい。また、電槽１１の開口部には蓋１４が覆設され、この蓋１４には電極や栓が設けられている。
また、特に図示しないが、光ファイバーケーブル４の一の端部４ａ（紙面左側）には、計測部３６、演算処理部３７、発信部３８が設けられている。

さらに、電槽１１の側面には、電解液１５の収容量の上限を示す最高液面線１２及び、電解液１５の下限を示す最低液面線１３が、例えば、突状線等により表示されている。
通常、蓄電池１０の電解液１５は、常温で放置した場合に次第に減少することはあっても増加することはないので、実施例３に係る液面変位検知システム１ａでは、最高液面線１２を適正液位とし、電解液１５の液面１５ａが最低液面線１３に近づいた際に生じる光ファイバーケーブル４の屈曲が検知されるように設定している。
なお、図６では、電槽１１に挿通孔１７を設けて光ファイバーケーブル４を挿通させている場合を例に挙げて説明しているが、挿通孔１７からの水分の出入りを防ぐために、光ファイバーケーブル４と挿通孔１７の間の隙間を埋める気密材を取り付けておくことが望ましい。

そして、図５に示すような実施例１に係る液面変位検知システム１ａを備えた蓄電池１０によれば、何らかの原因で電槽１１内の電解液１５の液面１５ａが低下した場合に、図６に示すように、フロート５が下降して光ファイバーケーブル４に強制的に屈曲部１８が形成されて、この屈曲部１８の形成に伴って反射光９の減衰が生じることにより電解液１５の液面１５ａの低下が認識されて、電気通信回線等４０を通じて受信部３９に警報又は信号が発信される。
このような実施例３に係る液面変位検知システム１ａによれば、作業員は、巡視をしなくとも、電解液１５の液位の異常を知ることができ、警報又は信号が発信された電解液１５を追加する等の適切な処置を迅速に施すことができる。
この場合、電槽１１を透孔材により構成し、かつ、フロート５を電槽１１の外からも認識できるような目立つ色にしておき、さらに、フロート５の材質を電解液１５の比重と同じか近似させておくことで、より望ましくはフロート５の比重を電解液１５の比重よりもやや小さくすることで、電槽１１に電解液１５を補充した際に液面１５ａが適切な位置にあるか否かを電槽１１の外から容易に判断することができる。

図７は複数の蓄電池の電解液の液面を外部から監視するために実施例２に係る液面変位検知システム１ｂを用いた場合の一例を示す概念図である。なお、図１乃至図６に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図７に示すように、上述の実施例２に係る液面変位検知システム１ｂを用いて複数の蓄電池１０の電解液１５の液面１５ａを監視するには、複数の蓄電池１０を並べて設置し、この蓄電池１０の電槽１１を直列につなぐように光ファイバーケーブル４を配設し、さらに、個々の電槽１１内の電解液１５にそれぞれフロート５を浮遊させ、光ファイバーケーブル４とフロート５の接続部７の両側をケーブル支持部６により支持し、電解液１５の液面１５ａが下降した際に光ファイバーケーブル４に強制的に屈曲部１８が形成されるようにすればよい。
そして、光ファイバーケーブル４の一の端部４ａから検査用光（入射光８；パルス光）を入射し、光ファイバーケーブル４から返送された反射光９を時間領域で計測することにより、電槽１１内の電解液１５の液位が過度に低下した場合に、その位置情報とともに警報又は信号が、例えば、電気通信回線等４０を介して受信部３９に発信され、作業員はこの信号又は警報により電解液１５の液面１５ａの異常を認識して、異常が生じた全ての蓄電池１０の電槽１１に電解液１５を補充する等の処置を迅速に施すことができる。
よって、多数の蓄電池１０を有する場合でも、人手によらず外部から常時その電解液１５の液位を監視することができ、液位に異常が生じた時だけ作業員が対処すればよいので、業務効率を大幅に改善することができる。

以上説明したように本発明は、単数又は複数の容器に収容される液体の液位の異常を、電気的又は化学的アクションを何ら行うことなく外部から監視することのできる液面変位検知システム及び液面変位検知方法に関するものであり、原子力発電所や火力発電所等の施設や、研究設備、あるいは、製造設備等において単数又は複数の液面の液位を監視する必要がある分野において利用可能である。

１ａ，１ｂ…液面変位検知システム ２…容器 ３…液体 ３ａ…液面 ４…光ファイバーケーブル ４ａ…一の端部 ４ｂ…他の端部 ５…フロート ５ａ…フロート本体 ５ｂ…突起部 ６，６ａ，６ｂ…ケーブル支持部 ７…接続部 ８…入射光 ９…反射光 １０…蓄電池 １１…電槽 １２…最高液面線 １３…最低液面線 １４…蓋 １５…電解液 １５ａ…液面 １６…電極板等 １７…挿通孔 １８…屈曲部 ３６…計測部 ３７…演算処理部 ３８…発信部 ３９…受信部（表示部） ４０…電気通信回線等 ４１ａ，４１ｂ…パルス光 ４２…適正液位 ４３…減衰量

Claims (6)

1. 容器内に収容される液体の液面の変位を検知するための液面変位検知システムであって、
   前記容器内に収容される前記液体の液面上に前記液体と接触しないように配設される光ファイバーケーブルと、
   前記液体の液面近傍に浮遊するとともに，前記光ファイバーケーブルに直接又は間接的に接続されて，前記液面の上昇又は下降に伴って，前記光ファイバーケーブルを押し上げて又は引き下げて局所的に屈曲させるフロートと、
   前記フロートと前記光ファイバーケーブルの接続部を挟んだ両側において，前記光ファイバーケーブルの鉛直方向への移動を妨げるケーブル支持部と、
   前記光ファイバーケーブルの一の端部側に配設され，前記光ファイバーケーブルの端部から検査用光を伝送するとともに，前記光ファイバーケーブルから返送される反射光を受光する計測部と、
   前記光ファイバーケーブルが屈曲していない状態における前記反射光の受光入力と，前記計測部において計測された前記反射光の受光入力とから，前記反射光の減衰量を演算処理により求める演算処理部と、
   前記反射光の前記減衰量の大小を前記光ファイバーケーブルの屈曲量の大小と見なし，前記光ファイバーケーブルの前記屈曲量の大小を前記液面の変位の大小と見なして，前記反射光の前記減衰量が規定の値を超えた場合に警報又は信号を発する発信部とを有することを特徴とする液面変位検知システム。
2. 前記液体を収容した少なくとも２つ以上の前記容器を直列につなぐように前記光ファイバーケーブルを配設し、
   前記容器内に１つずつ前記フロートが設けられ、
   前記計測部において前記反射光を時間領域で計測することで，前記光ファイバーケーブルの屈曲位置に関する位置情報データを取得可能であることを特徴とする請求項１記載の液面変位検知システム。
3. 前記液体は、電池の電解液であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液面変位検知システム。
4. 液体に接触することがないよう液面上に配設された光ファイバーケーブルに、前記液体の前記液面近傍に浮遊し，前記液面の上昇又は下降に伴って鉛直上下方向に上下動するフロートを取り付け、前記光ファイバーケーブルと前記フロートの接続部を挟んだ両側における光ファイバーケーブルが鉛直上下方向に移動しないよう固定しておき、前記液面の変位に伴う前記フロートの上下動によって前記光ファイバーケーブルを強制的に屈曲させ、前記光ファイバーケーブルの屈曲に伴って生じるレイリー散乱現象による検査用光の反射光減衰量を求めることにより間接的に前記液面の変位を検出することを特徴とする液面変位検知方法。
5. 前記液体は、複数の容器内に独立した状態で収容され、
   前記光ファイバーケーブルは、複数の前記容器を直列につなぐように配設され、
   前記フロートは、前記容器内に１つずつ配設され、
   前記反射光の計測を時間領域において行うことで，前記光ファイバーケーブルの屈曲位置に関する位置情報データを取得可能であることを特徴とする請求項４記載の液面変位検知方法。
6. 前記液体は、電池の電解液であることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の液面変位検知方法。