JP2012132866A - Water level gauge and water level measuring method - Google Patents

Water level gauge and water level measuring method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water level gauge and a water level measuring method which can measure a water level with high accuracy even when the water level drastically changes.SOLUTION: The water level gauge has a pair of electrodes vertically extending with a space therebetween that water enters and measures a water level based on capacitance between the pair of the electrodes. The water level gauge comprises: a water level measurement part for applying AC signals between the pair of electrodes and measuring the water level based on an attenuation factor of the signals due to leakage between the pair of electrodes; and a frequency adjustment part for adjusting frequency of the AC signals to be applied between the pair of electrodes, according to the water level measured by the water level measurement part.

Description

本件は、互いの間に水が入り込む隙間を空けて上下に延びる一対の電極を有し、それら一対の電極間の静電容量に基づいて水位を計測する水位計、およびその水位計を用いた水位計測方法に関する。   This case has a pair of electrodes extending up and down with a gap for water to enter between each other, and used a water level meter that measures the water level based on the capacitance between the pair of electrodes, and the water level meter. It relates to a water level measurement method.
従来より静電容量が水位に応じて変化することを利用して河川やタンク内の水位を計測する水位計が知られており、測定精度向上の提案もなされている。   Conventionally, water level meters that measure the water level in rivers and tanks by utilizing the fact that the capacitance changes according to the water level are known, and proposals have been made to improve measurement accuracy.
例えば、特定の周波数の信号を利用して測定コンデンサと基準コンデンサの静電容量を比較することにより精度向上を図る技術が提案されている。   For example, a technique for improving accuracy by comparing the capacitances of a measurement capacitor and a reference capacitor using a signal having a specific frequency has been proposed.
また、測定キャパシタンスとインデクタンスとにより直列共振回路を形成することにより測定精度を向上させる技術が提案されている。   In addition, a technique for improving measurement accuracy by forming a series resonance circuit with measurement capacitance and index has been proposed.
しかしながら、これらの提案は、ある特定の水位近傍の水位については高精度に測定するものであり、大きく変動する水位をどの水位においても高精度に測定することについての提案ではない。   However, these proposals measure the water level in the vicinity of a specific water level with high accuracy, and are not proposals for measuring the water level that fluctuates greatly at any water level.
特表2003−524784号公報Special table 2003-524784 gazette 特表2009−513965号公報Special table 2009-513965 gazette
本件開示の水位計および水位計測方法の課題は、水位が大きく変動する場合であっても、水位を高精度に測定することにある。   The problem of the water level meter and the water level measuring method disclosed herein is to measure the water level with high accuracy even when the water level fluctuates greatly.
本件開示の水位計は、互いの間に水が入り込む隙間を空けて上下に延びる一対の電極を有し、それら一対の電極間の静電容量に基づいて水位を計測する水位計であって、水位計測部と周波数調整部とを有する。   The water level meter of the present disclosure is a water level meter that has a pair of electrodes extending up and down with a gap for water to enter between each other, and measures the water level based on the capacitance between the pair of electrodes, It has a water level measurement part and a frequency adjustment part.
水位計測部は、上記一対の電極間に交流信号を印加し、それら一対の電極間のリークに起因する信号の減衰率から水位を計測する。   The water level measurement unit applies an AC signal between the pair of electrodes, and measures the water level from the attenuation rate of the signal caused by the leak between the pair of electrodes.
周波数調整部は、水位計測部により計測された水位に応じて、上記一対の電極間に印加する交流信号の周波数を調整する。   The frequency adjusting unit adjusts the frequency of the AC signal applied between the pair of electrodes according to the water level measured by the water level measuring unit.
また、本件開示の水位計測方法は、互いの間に水が入り込む隙間を空けて上下に延びる一対の電極を有し、それら一対の電極間の静電容量に基づいて水位を計測する水位計を用いた水位計測方法であって、水位を計測するステップと、水位を再計測するステップとを有する。   Further, the water level measurement method of the present disclosure has a pair of electrodes extending vertically with a gap for water to enter between each other, and a water level meter that measures the water level based on the capacitance between the pair of electrodes. It is the used water level measuring method, Comprising: It has the step which measures a water level, and the step which measures a water level again.
水位を計測するステップでは、上記一対の電極に交流信号を印加しそれら一対の電極間のリークに起因する信号の減衰率から水位を計測する。   In the step of measuring the water level, an AC signal is applied to the pair of electrodes, and the water level is measured from the attenuation rate of the signal caused by the leak between the pair of electrodes.
また、水位を再計測するステップでは、上記一対の電極間に印加する交流信号の周波数を、計測した水位近傍の水位における水位変化に応じた減衰率の変化が増すように調整して、水位を再度計測する。   In the step of re-measuring the water level, the frequency of the AC signal applied between the pair of electrodes is adjusted so that the change in the attenuation rate corresponding to the change in the water level at the water level near the measured water level increases, and the water level is adjusted. Measure again.
一対の電極間に印加する交流信号の周波数によって、水位変化に対し減衰率が大きく変化する水位が異なる。本件によれば、一対の電極間に印加する交流信号の周波数を調整することにより、水位が大きく変動しても水位を高精度に測定することができる。   Depending on the frequency of the AC signal applied between the pair of electrodes, the water level at which the attenuation rate changes greatly with respect to the change in water level varies. According to the present case, by adjusting the frequency of the AC signal applied between the pair of electrodes, the water level can be measured with high accuracy even if the water level fluctuates greatly.
水位計の外観図である。It is an external view of a water level meter. 図1に示す水位計の模式図である。It is a schematic diagram of the water level meter shown in FIG. 図1に示す構造の水位計についての水位と静電容量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the water level about a water level meter of the structure shown in FIG. 1, and an electrostatic capacitance. 減衰率測定のための電気回路モデルを示す図である。It is a figure which shows the electric circuit model for attenuation factor measurement. 図1に示す水位計についての水位と減衰率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the water level about the water level meter shown in FIG. 1, and an attenuation factor. 減衰率の理論カーブである。It is a theoretical curve of the attenuation rate. 第1実施形態の水位計を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the water level meter of 1st Embodiment. 水位換算テーブルを例示した図である。It is the figure which illustrated the water level conversion table. 第2実施形態の水位計を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the water level meter of 2nd Embodiment. 周波数テーブルを示す図である。It is a figure which shows a frequency table. 第3実施形態の水位計を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the water level meter of 3rd Embodiment. 水位/電圧変換テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a water level / voltage conversion table. 第4実施形態の水位計を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the water level gauge of 4th Embodiment. 周波数テーブル記憶部に記憶されている周波数テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency table memorize | stored in the frequency table memory | storage part. 水位計を河川やダム等に使用した使用例を示した図である。It is the figure which showed the usage example which used the water level gauge for the river, the dam, etc. 水位計を貯水タンクに使用した使用例を示した図である。It is the figure which showed the usage example which used the water level meter for the water storage tank.
以下、静電容量式水位計一般について説明し、次いで実施形態を説明に移る。   Hereinafter, the capacitance type water level gauge in general will be described, and then the embodiment will be described.
図1は、水位計の外観図である。   FIG. 1 is an external view of a water level gauge.
この水位計100は、センサ10を有する。このセンサ10は、センサケーブル11と外部電極12を有する。センサケーブル11は、その中央に内部電極111(図2参照)を有し、その内部電極の周囲が絶縁体112(図2参照)で覆われた構造を有する。外部電極12は、センサケーブル11との間に隙間を形成してセンサケーブル11を取り巻いた円筒形状を有する電極であり、センサケーブル11と外部電極12との間に水が入り込む構造となっている。   This water level gauge 100 has a sensor 10. The sensor 10 includes a sensor cable 11 and an external electrode 12. The sensor cable 11 has an internal electrode 111 (see FIG. 2) in the center, and the periphery of the internal electrode is covered with an insulator 112 (see FIG. 2). The external electrode 12 is an electrode having a cylindrical shape surrounding the sensor cable 11 by forming a gap with the sensor cable 11, and has a structure in which water enters between the sensor cable 11 and the external electrode 12. .
また、この水位計100は、その上方に検出回路20が内蔵されている。この検出回路20は、内部電極111と外部電極12との間に交流信号を印加し、それら内部電極と外部電極との間のリークに起因する信号の減衰率から水位を計測する回路である。この検出回路20の、本実施形態に関する回路構成については後述する。   Further, the water level gauge 100 has a detection circuit 20 built therein. The detection circuit 20 is a circuit that applies an AC signal between the internal electrode 111 and the external electrode 12 and measures the water level from the attenuation rate of the signal caused by leakage between the internal electrode and the external electrode. The circuit configuration of the detection circuit 20 relating to the present embodiment will be described later.
図2は、図1に示す水位計の模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram of the water level gauge shown in FIG.
ここで、この水位計100における静電容量Cは、一般に以下の式で算出される。   Here, the capacitance C in the water level gauge 100 is generally calculated by the following equation.
C=2πεε・L/ln(b/a) ・・・(1)
ここで、εは、真空(空気)の誘電率
εは、センサケーブル11を構成する絶縁体112の比誘電率
aは、センサケーブル11を構成する内部電極111の直径
bは、センサケーブル11の、絶縁体112を含む直径
Lは、水位
である。
C = 2πε 0 ε S · L / ln (b / a) (1)
Where ε 0 is the dielectric constant of the vacuum (air)
ε S is the relative dielectric constant of the insulator 112 constituting the sensor cable 11
a is the diameter of the internal electrode 111 constituting the sensor cable 11
b is the diameter of the sensor cable 11 including the insulator 112
L is a water level.
この水位計100を用いた水位計測にあたっては、内部電極111と外部電極12との間に交流信号Sが印加される。   In measuring the water level using the water level gauge 100, an AC signal S is applied between the internal electrode 111 and the external electrode 12.
図3は、図1に示す構造の水位計についての水位と静電容量との関係を示す図である。ここには、図1に示す構造の水位計について、(1)式に基づく理論値と実測値とが示されている。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the water level and the capacitance of the water level gauge having the structure shown in FIG. Here, the theoretical value and the actual measurement value based on the equation (1) are shown for the water level gauge having the structure shown in FIG.
この図3に示す通り、静電容量は、水位に応じて(1)の理論式通りに、水位の上昇に応じて増加する方向に変化する。   As shown in FIG. 3, the capacitance changes in a direction of increasing according to the rise of the water level, according to the theoretical formula (1), according to the water level.
次に、図1,図2に示す水位計において、内部電極111と外部電極12との間に交流信号を印加したときの、それらの電極間のリークに起因する信号の減衰率について考察する。   Next, in the water level meter shown in FIGS. 1 and 2, when an AC signal is applied between the internal electrode 111 and the external electrode 12, the attenuation rate of the signal due to leakage between the electrodes will be considered.
図4は、減衰率測定のための電気回路モデルを示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing an electric circuit model for measuring the attenuation rate.
この図4において、Vは入力信号、R1は回路の固定抵抗、Cは図3に示す静電容量、R2は水の電気抵抗、Vは出力信号、Iはこの回路を流れる電流である。 In FIG. 4, V i is the input signal, R1 is a fixed resistor circuit, C is the capacitance shown in FIG. 3, R2 is the electric resistance of the water, V 0 is the output signal, I is is a current flowing through the circuit .
この図4より、   From this FIG.
(3)式を(2)式に代入すると、 Substituting equation (3) into equation (2),
よって、減衰率Rは、 Therefore, the attenuation rate R is
図5は、図1に示す水位計についての水位と減衰率との関係を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the water level and the attenuation rate for the water level gauge shown in FIG.
ここには、図1に示す構造の水位計についての、(5)式に基づく理論値と実測値が示されている。信号の周波数は9600Hzである。   Here, theoretical values and actual measurement values based on the equation (5) for the water level gauge having the structure shown in FIG. 1 are shown. The frequency of the signal is 9600 Hz.
この図5に示す通り、減衰率は、(5)の理論式通り、水位の上昇に応じて減少する方向に変化する。   As shown in FIG. 5, the attenuation rate changes in a decreasing direction as the water level rises, according to the theoretical formula (5).
この図5から分かる通り、減衰率カーブは直線的ではなく、特に水位が低い部分と水位が高い部分ではカーブがなだらかになっている。すなわち、これらの部分では、減衰率変化が小さく検出精度を悪化させている。さらに換言すると、検出可能な水位範囲内であっても水位によって検出精度を維持することができない。例えば河川において上流の僅かな水位変化が下流において大きく増幅されることがあり、図5から読み取れる、例えば±5cm程度の精度では十分な精度とは言えない場合がある。また、河川だけでなく、貯水タンクや工場等における液量の管理においても±5cm程度の精度では精度不足の場合が考えられる。   As can be seen from FIG. 5, the attenuation rate curve is not linear, and in particular, the curve is gentle at the low water level and the high water level. That is, in these portions, the attenuation rate change is small and the detection accuracy is deteriorated. In other words, the detection accuracy cannot be maintained depending on the water level even within the detectable water level range. For example, a slight water level change upstream in a river may be greatly amplified downstream, and an accuracy of about ± 5 cm, for example, as can be read from FIG. 5, may not be sufficient. Further, in the case of managing the amount of liquid not only in rivers but also in water storage tanks and factories, there may be a case where accuracy is insufficient with an accuracy of about ± 5 cm.
以上の説明を踏まえ、次に実施形態の特徴的な構成について説明する。   Based on the above description, the characteristic configuration of the embodiment will be described next.
水位計の全体構成は図1に示した水位計と同様である。実施形態の水位計は、検出回路20の構成が工夫されている。詳細は後述する。   The overall configuration of the water level gauge is the same as that of the water level gauge shown in FIG. The configuration of the detection circuit 20 is devised in the water level meter of the embodiment. Details will be described later.
図6は、減衰率の理論カーブである。ここで図6(A)は9600Hzの信号を用いた場合、図6(B)は20kHzの信号を用いた場合である。   FIG. 6 is a theoretical curve of the attenuation rate. Here, FIG. 6A shows a case where a 9600 Hz signal is used, and FIG. 6B shows a case where a 20 kHz signal is used.
図6(A),(B)を比較すると、丸印を付した水位30cmあたりの領域では、減衰率は図6(B)の方が急峻であり、この領域の水位検出精度が大きく向上することがわかる。   Comparing FIGS. 6A and 6B, the attenuation rate is steeper in FIG. 6B in the region around the water level 30 cm marked with a circle, and the water level detection accuracy in this region is greatly improved. I understand that.
以上の考察に基づき、本実施形態の水位計は、水位に応じて周波数の異なる信号を用いて減衰率を測定することを旨とする。   Based on the above consideration, the water level meter of this embodiment is intended to measure the attenuation rate using signals having different frequencies according to the water level.
図7は、第1実施形態の水位計を示すブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram showing the water level gauge of the first embodiment.
この水位計100Aは、センサ10と検出回路21を有する。センサ10は、図1に示す水位計のセンサと同じである。またここでは、第1実施形態についての検出回路であることを表わすために、図1に示す検出回路の符号20に代えて、符号21を採用する。これ以降の他の実施形態についても同様である。   The water level meter 100A includes a sensor 10 and a detection circuit 21. The sensor 10 is the same as the sensor of the water level meter shown in FIG. Here, in order to represent the detection circuit according to the first embodiment, reference numeral 21 is employed instead of reference numeral 20 of the detection circuit shown in FIG. The same applies to other embodiments thereafter.
この図7に示す検出回路21は、発振回路211を有する。この発振回路211の出力Vはバッファ212に入力された後に、整流回路213により直流信号に変換され、さらにバッファ214を介して電圧/水位変換回路217にも入力される。バッファ212の出力Vは、センサ10を構成する内部電極111に印加される。ここで、外部電極12は接地されており、発振回路211の出力Vやバッファ212の出力V等は全て接地電位を基準としている。したがって、ここでは内部電極111と外部電極12との間に交流信号が印加されることになる。 The detection circuit 21 shown in FIG. 7 has an oscillation circuit 211. The output V i of the oscillation circuit 211 is input to the buffer 212, converted to a DC signal by the rectifier circuit 213, and further input to the voltage / water level conversion circuit 217 via the buffer 214. The output V 0 of the buffer 212 is applied to the internal electrode 111 that constitutes the sensor 10. Here, the external electrode 12 is grounded, it is referenced to all ground potential output V 0 and the output V i and a buffer 212 of the oscillating circuit 211. Therefore, an AC signal is applied between the internal electrode 111 and the external electrode 12 here.
バッファ212の出力Vは、発振回路211の出力Vよりも信号レベルが低下している。これは、内部電極111と外部電極12との間の信号リークによるものである。このリークのレベルは、水位によって変化する。 The signal level of the output V 0 of the buffer 212 is lower than that of the output V i of the oscillation circuit 211. This is due to signal leakage between the internal electrode 111 and the external electrode 12. The level of this leak varies with the water level.
またバッファ212の出力Vは、整流回路215により直流信号に変換され、さらにバッファ216を経由して電圧/水位変換回路217に入力される。 The output V 0 of the buffer 212 is converted into a DC signal by the rectifier circuit 215 and further input to the voltage / water level conversion circuit 217 via the buffer 216.
さらに電圧/水位変換回路217には、発振回路211から、現在の発振周波数を表わす信号fも入力される。   Further, the voltage / water level conversion circuit 217 also receives a signal f representing the current oscillation frequency from the oscillation circuit 211.
電圧/水位変換回路217では、発振回路211の出力が整流回路213を経由して入力されてきた、発振回路211の出力Vのレベルを表わす信号Vと、整流回路215を経由して入力されてきた、減衰後の交流信号Vのレベルを表わす信号Vと、さらに発振回路211から入力された周波数を表わす信号fとに基づいて水位が算出される。 In the voltage / water level conversion circuit 217, the signal V i indicating the level of the output V i of the oscillation circuit 211 that has been input via the rectification circuit 213 and the output of the oscillation circuit 211 are input via the rectification circuit 215. The water level is calculated based on the signal V 0 representing the level of the attenuated AC signal V 0 and the signal f representing the frequency input from the oscillation circuit 211.
図8は、水位換算テーブルを例示した図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating a water level conversion table.
この図8には、異なる2つの周波数(10kHzと20kHz)についての、減衰率を水位に換算する水位換算テーブルが示されている。   FIG. 8 shows a water level conversion table for converting attenuation rates into water levels for two different frequencies (10 kHz and 20 kHz).
これらの水位換算テーブル中の減衰率は、
R=V/V ・・・(6)
であらわされる値である。
The attenuation rate in these water level conversion tables is
R = V 0 / V i (6)
It is a value represented by
電圧/水位変換回路217では、現在、発振回路211が10kHzで発振しているときは図8(A)の水位換算テーブルが参照され、発振回路211が20kHzで発振しているときは図8(B)の水位換算テーブルが参照されて、(6)式で表わされる減衰率が水位に換算される。   In the voltage / water level conversion circuit 217, when the oscillation circuit 211 is currently oscillating at 10 kHz, the water level conversion table of FIG. 8A is referred to, and when the oscillation circuit 211 is oscillating at 20 kHz, FIG. With reference to the water level conversion table of B), the attenuation rate represented by the equation (6) is converted into the water level.
尚、図8(A),(B)のいずれの水位換算テーブルも、減衰率が0.2,0.4,0.6,0.8の場合のみ減衰率と水位とが対応づけられているが、それらの中間の減衰率については、補間演算により水位が算出される。補間演算自体は広く知られており、ここでの詳細説明は省略する。   In each of the water level conversion tables of FIGS. 8A and 8B, the attenuation rate is associated with the water level only when the attenuation rate is 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8. However, for the intermediate attenuation rate, the water level is calculated by interpolation. The interpolation calculation itself is widely known, and a detailed description thereof is omitted here.
また、図8には、発振周波数10kHzと20kHzの場合の水位換算テーブルが示されているが、これは例示であり、この水位換算テーブルは、必要な複数の周波数のそれぞれについて準備される。   Moreover, although the water level conversion table in the case of oscillation frequency 10kHz and 20kHz is shown in FIG. 8, this is an illustration, and this water level conversion table is prepared for each of a plurality of necessary frequencies.
電圧/水位変換回路217では上記のようにして水位が算出され、その算出された水位を表わす信号が出力される。この水位を表わす信号は、発振回路211にも入力され、発振回路211はその入力されてきた水位を表わす信号に応じた周波数で発振する。この発振回路211は、本件における周波数調整部の一例を含む構成要素である。発振回路211の詳細は、検出回路についてのこれ以降の各実施形態の説明に譲る。   The voltage / water level conversion circuit 217 calculates the water level as described above and outputs a signal representing the calculated water level. The signal representing the water level is also input to the oscillation circuit 211, and the oscillation circuit 211 oscillates at a frequency corresponding to the input signal representing the water level. The oscillation circuit 211 is a component including an example of the frequency adjustment unit in the present case. Details of the oscillation circuit 211 will be left to the description of each embodiment of the detection circuit thereafter.
図9は、第2実施形態の水位計を示すブロック図である。   FIG. 9 is a block diagram showing a water level meter of the second embodiment.
この図9には、センサ10と検出回路22とを有する水位計100Bが示されている。センサ10は、図1に示すセンサと同一である。検出回路22は、水位検出回路220と、周波数選択回路221と、周波数テーブル記憶部222と、複数(ここでは4台)の発振器223a〜223dと、セレクタ224とを有する。   9 shows a water level gauge 100B having a sensor 10 and a detection circuit 22. The sensor 10 is the same as the sensor shown in FIG. The detection circuit 22 includes a water level detection circuit 220, a frequency selection circuit 221, a frequency table storage unit 222, a plurality (four in this case) of oscillators 223 a to 223 d, and a selector 224.
水位検出回路220は、水位を検出する回路であって、図7に示す第1例の検出回路21における整流回路215や電圧/水位変換回路217等を合わせて1つのブロックで示したものである。水位の検出に関しては、図7に示す第1実施形態で説明済であるため、この第2実施形態以降の各実施形態では、図7の第1実施形態における発振回路211の詳細を中心に説明する。   The water level detection circuit 220 is a circuit that detects the water level, and shows the rectifier circuit 215, the voltage / water level conversion circuit 217, etc. in the detection circuit 21 of the first example shown in FIG. . Since the detection of the water level has already been described in the first embodiment shown in FIG. 7, the second and subsequent embodiments will focus on details of the oscillation circuit 211 in the first embodiment of FIG. To do.
複数台の発振器223a〜223dは、互いに異なる、それぞれ周波数f〜fで発振する発振器である。セレクタ224は、周波数選択回路221からの指示に応じて、それら複数台の発振器223a〜223dのうちのいずれか1台の発振器の発振信号を出力してセンサ10に印加する。水位検出回路220により検出された水位を表わす信号は周波数選択回路221に入力される。周波数選択回路221は、周波数テーブル記憶部222に記憶されている周波数テーブルを参照して、複数台の発振器223a〜223dのうちの、その入力されてきた信号により表わされる水位に応じた発振器の出力を選択するよう、セレクタ224に指令する。 A plurality of oscillators 223a~223d is an oscillator which oscillates different at each frequency f 1 ~f 4. In response to an instruction from the frequency selection circuit 221, the selector 224 outputs an oscillation signal of any one of the plurality of oscillators 223 a to 223 d and applies it to the sensor 10. A signal representing the water level detected by the water level detection circuit 220 is input to the frequency selection circuit 221. The frequency selection circuit 221 refers to the frequency table stored in the frequency table storage unit 222, and outputs the oscillator according to the water level represented by the input signal among the plurality of oscillators 223a to 223d. To the selector 224 to select.
図10は、周波数テーブルを示す図である。この周波数テーブルは、周波数テーブル記憶部222に記憶されている。   FIG. 10 is a diagram showing a frequency table. This frequency table is stored in the frequency table storage unit 222.
この周波数テーブルには、水位の各領域と周波数との対応が示されている。   In this frequency table, the correspondence between each region of the water level and the frequency is shown.
水位検出回路220で、例えば水位70cmが検出されると、周波数選択回路221では、図10に示す周波数テーブルが参照されて周波数fが選択される。そして周波数選択回路221は、セレクタ224に対し、周波数fで発振する発振器223bの発振出力をセンサ10に印加するよう指令を出す。セレクタ224は、その指令に従って発振器223bの出力をセンサ10に印加する。水位検出回路220で他の水位が検出された場合も同様である。 In the water level detecting circuit 220, for example, the water level 70cm is detected, the frequency selection circuit 221, the frequency f 2 is selected is referred to a frequency table shown in FIG. 10. The frequency selection circuit 221 to the selector 224 issues a command to apply the oscillation output of the oscillator 223b which oscillates at a frequency f 2 to the sensor 10. The selector 224 applies the output of the oscillator 223b to the sensor 10 according to the command. The same is true when other water levels are detected by the water level detection circuit 220.
ただし、例えば電源投入直後やリセット直後など、水位検出回路220で水位が未だ検出されていない初回では、周波数選択回路221は、あらかじめ定められたいずれかの発振器を選択するようセレクタ224に指令が出される。このときは水位検出回路220では検出精度の低い水位が検出されることがある。ただしこの場合であっても精度は不十分ながら概略の水位が検出されるため、周波数選択回路221ではその検出された概略の水位に従って周波数が選択し直され、その後は水位検出回路220で高い精度を持って水位が検出される。   However, at the first time when the water level has not yet been detected by the water level detection circuit 220, for example, immediately after power-on or immediately after resetting, the frequency selection circuit 221 issues a command to the selector 224 to select one of the predetermined oscillators. It is. At this time, the water level detection circuit 220 may detect a water level with low detection accuracy. However, even in this case, since the approximate water level is detected with insufficient accuracy, the frequency selection circuit 221 reselects the frequency according to the detected approximate water level, and then the water level detection circuit 220 performs high accuracy. The water level is detected.
図11は、第3実施形態の水位計を示すブロック図である。この図11には、図1と同じセンサ10と、検出回路23とを有する水位計100Cが示されている。検出回路23は、水位検出回路230と、水位/電圧変換回路231と、水位/電圧変換テーブル記憶部232と、電圧出力回路233と、周波数可変型発振器234とを有する。   FIG. 11 is a block diagram showing a water level meter of the third embodiment. 11 shows a water level meter 100C having the same sensor 10 as in FIG. 1 and a detection circuit 23. The detection circuit 23 includes a water level detection circuit 230, a water level / voltage conversion circuit 231, a water level / voltage conversion table storage unit 232, a voltage output circuit 233, and a variable frequency oscillator 234.
水位検出回路230は、水位を検出する回路であって、図9に示す第2実施形態の水位検出回路220と同じである。   The water level detection circuit 230 is a circuit that detects the water level, and is the same as the water level detection circuit 220 of the second embodiment shown in FIG.
電圧出力回路233からは電圧信号が出力され、周波数可変型発振器234はその電圧出力回路233から出力された電圧信号に応じた周波数で発振する。発振器234の発振出力はセンサ10に印加される。   A voltage signal is output from the voltage output circuit 233, and the variable frequency oscillator 234 oscillates at a frequency corresponding to the voltage signal output from the voltage output circuit 233. The oscillation output of the oscillator 234 is applied to the sensor 10.
水位検出回路230により検出された水位を表わす信号は、水位/電圧変換回路231に入力される。水位/電圧変換回路231は、水位/電圧変換テーブル記憶部232に記憶された水位/電圧変換テーブルを参照して、入力されてきた信号によりあらわされる水位に応じた電圧値からなる制御指令値を出力する。その制御指令値は電圧出力回路233に入力され、電圧出力回路233は、その入力された制御指令値に応じた電圧信号を出力する。上述の通り、この電圧信号は周波数可変型発振器234に入力され、周波数可変型発振器234は、その電圧信号に応じた周波数で発振する。   A signal indicating the water level detected by the water level detection circuit 230 is input to the water level / voltage conversion circuit 231. The water level / voltage conversion circuit 231 refers to the water level / voltage conversion table stored in the water level / voltage conversion table storage unit 232, and outputs a control command value including a voltage value corresponding to the water level represented by the input signal. Output. The control command value is input to the voltage output circuit 233, and the voltage output circuit 233 outputs a voltage signal corresponding to the input control command value. As described above, this voltage signal is input to the variable frequency oscillator 234, and the variable frequency oscillator 234 oscillates at a frequency corresponding to the voltage signal.
図12は、水位/電圧変換テーブルの一例を示す図である。この水位/電圧変換テーブルには、水位の各領域と、電圧を数値(Hex値)で示す電圧値との対応が示されている。この水位/電圧変換テーブルは、図11の水位/電圧変換テーブル記憶部232に記憶されている。この水位/電圧変換テーブルには、周波数は明示的にはあらわれていないが、このテーブルに示す電圧値(Hex値)は周波数と一対一に対応しており、したがってこの水位/電圧変換テーブルも周波数テーブルの一例である。したがって図11の水位/電圧変換テーブル記憶部232は、本件における周波数テーブル記憶部の一例に相当する。   FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a water level / voltage conversion table. In the water level / voltage conversion table, correspondence between each region of the water level and a voltage value indicating the voltage with a numerical value (Hex value) is shown. This water level / voltage conversion table is stored in the water level / voltage conversion table storage unit 232 of FIG. Although the frequency does not appear explicitly in this water level / voltage conversion table, the voltage value (Hex value) shown in this table has a one-to-one correspondence with the frequency. Therefore, this water level / voltage conversion table also has a frequency. It is an example of a table. Therefore, the water level / voltage conversion table storage unit 232 in FIG. 11 corresponds to an example of a frequency table storage unit in the present case.
水位検出回路230で例えば水位1.7mが検出されると、水位/電圧変換回路231では、水位/電圧変換テーブル記憶部232に記憶された、図12に示す水位/電圧変換テーブルに従い、電圧値01hが選択される。この電圧値01hは、電圧出力回路233に入力され、この電圧出力回路233は、その電圧値01hに応じた電圧を出力し、周波数可変型発振器234をその電圧に応じた周波数で発振させる。   When the water level detection circuit 230 detects, for example, a water level of 1.7 m, the water level / voltage conversion circuit 231 detects the voltage value according to the water level / voltage conversion table shown in FIG. 12 stored in the water level / voltage conversion table storage unit 232. 01h is selected. The voltage value 01h is input to the voltage output circuit 233. The voltage output circuit 233 outputs a voltage corresponding to the voltage value 01h and causes the variable frequency oscillator 234 to oscillate at a frequency corresponding to the voltage.
水位検出回路230で他の水位が検出された場合も同様である。   The same applies when other water levels are detected by the water level detection circuit 230.
また、図9に示す検出回路22の場合と同様、水位/電圧変換回路231は、電源投入直後等の初期状態ではあらかじめ定められたいずれかの電圧値を出力する。このときは水位検出回路230では精度の低い水位が検出されることがあるが、精度は不十分であっても概略の水位が検出される。そこで、水位/電圧変換回路231では、その検出された水位に従って電圧値が選択し直され、その後は水位検出回路230では高い精度をもって水位が検出される。   Similarly to the detection circuit 22 shown in FIG. 9, the water level / voltage conversion circuit 231 outputs any predetermined voltage value in an initial state such as immediately after power-on. At this time, the water level detection circuit 230 may detect a low-accuracy water level, but an approximate water level is detected even if the accuracy is insufficient. Therefore, the water level / voltage conversion circuit 231 reselects the voltage value according to the detected water level, and then the water level detection circuit 230 detects the water level with high accuracy.
図13は、第4実施形態の水位計を示すブロック図である。   FIG. 13 is a block diagram showing a water level gauge of the fourth embodiment.
この図13に示す水位計100Dは、水位センサ部110と観測部240とを有する。また観測部240は、情報処理部241、周波数テーブル記憶部242、周波数制御部243、および通信部244を有する。   A water level meter 100D shown in FIG. 13 includes a water level sensor unit 110 and an observation unit 240. The observation unit 240 includes an information processing unit 241, a frequency table storage unit 242, a frequency control unit 243, and a communication unit 244.
水位センサ部110は、図9に示す第2実施形態と対比すると、その第2実施形態におけるセンサ10と水検出回路220とを含む構成部分である。   The water level sensor unit 110 is a component including the sensor 10 and the water detection circuit 220 in the second embodiment as compared with the second embodiment shown in FIG. 9.
観測部240を構成する情報処理部241は、周波数制御部243に指令を出す。周波数制御部243は、その指令を受けて、その指令に応じた周波数の発振信号を出力する。その発振信号は水位センサ部110に入力され、水位センサ部110はその発振信号を用いて水位を計測する。   The information processing unit 241 configuring the observation unit 240 issues a command to the frequency control unit 243. The frequency control unit 243 receives the command and outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the command. The oscillation signal is input to the water level sensor unit 110, and the water level sensor unit 110 measures the water level using the oscillation signal.
ここで、周波数テーブル記憶部242には、水位と周波数との対応を表わす周波数テーブルが記憶されている。   Here, the frequency table storage unit 242 stores a frequency table representing the correspondence between the water level and the frequency.
図14は、周波数テーブル記憶部に記憶されている周波数テーブルの一例を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a frequency table stored in the frequency table storage unit.
水位センサ部240で例えば水位25cmが検出されると、図13の情報処理部241は、その周波数テーブルから水位25cmを含む水位領域20〜30cmに対応する周波数20000Hzを知り、周波数制御部243に、発振信号の周波数を20000Hzに調整するよう指令を出す。周波数制御部243はその指令を受けて、水位センサ部240に、その指令に応じた20000Hzの発振信号を出力して水位センサ部240に入力し、水位センサ部110は、その発振信号を用いて水位検出を行なう。   For example, when the water level sensor unit 240 detects a water level of 25 cm, the information processing unit 241 in FIG. 13 knows the frequency 20000 Hz corresponding to the water level region 20 to 30 cm including the water level 25 cm from the frequency table, and the frequency control unit 243 A command is issued to adjust the frequency of the oscillation signal to 20000 Hz. In response to the command, the frequency control unit 243 outputs an oscillation signal of 20000 Hz corresponding to the command to the water level sensor unit 240 and inputs the oscillation signal to the water level sensor unit 240. The water level sensor unit 110 uses the oscillation signal. Perform water level detection.
水位センサ部110で得られた水位検出結果は、通信部244にも入力される。通信部244は、この水位計100Dから離れた基地局等と通信を行ない、水位センサ部110から入力された水位を基地局に向けて送信する。   The water level detection result obtained by the water level sensor unit 110 is also input to the communication unit 244. The communication unit 244 communicates with a base station or the like away from the water level meter 100D, and transmits the water level input from the water level sensor unit 110 to the base station.
ここで、情報処理部241は、以下のような予測を含んだ処理を行なうように構成してもよい。   Here, the information processing unit 241 may be configured to perform processing including the following prediction.
すなわち、情報処理部241は、水位センサ部110から送られてきた水位情報から単位時間あたりの水位変化量を計算する。そして、情報処理部241は、周波数テーブル記憶部242に記憶された周波数テーブルを参照し、その水位変化量に応じてその後の水位を測定するのに最適な周波数を決定する。この決定において、水位の変化量が大きい場合には、周波数変更ステップを1ステップ以上跳びこして変更することも可能である。   That is, the information processing unit 241 calculates a water level change amount per unit time from the water level information sent from the water level sensor unit 110. Then, the information processing unit 241 refers to the frequency table stored in the frequency table storage unit 242, and determines an optimum frequency for measuring the subsequent water level according to the water level change amount. In this determination, when the amount of change in the water level is large, it is possible to change the frequency changing step by jumping one or more steps.
例えば、現在の水位が10cmであって図12のテーブルに従い周波数5000Hzを使用していた時、10秒間に50cmずつ水位が上昇しているような場合、現在の水位10cmから2秒程度で水位20cmに達するはずである。このような急激な水位の上昇が起こっている場合は、次の周波数10000Hzに設定するよりかはさらに1ステップ先の20000Hzもしくはさらに1ステップ先の40000Hzに先行して設定した方が最適なケースも存在する。   For example, when the current water level is 10 cm and a frequency of 5000 Hz is used according to the table of FIG. 12, if the water level rises by 50 cm every 10 seconds, the water level is 20 cm in about 2 seconds from the current water level 10 cm. Should reach. If such a sudden rise in water level occurs, it may be more appropriate to set it ahead of 20000 Hz, which is one step ahead, or 40,000 Hz, which is one step ahead, rather than setting to the next frequency of 10,000 Hz. Exists.
つまり、情報処理部241に、水位の変化速度に応じて予測して、次の測定に最適な周波数を決定するようにしてもよい。   That is, the information processing unit 241 may predict the frequency according to the change speed of the water level and determine the optimum frequency for the next measurement.
また周波数制御部243においては、あらかじめ固定的な周波数の発信器を複数用意しておき、情報処理部241において選択する方式(図9参照)又は、周波数可変型の発振器を用意し、情報処理部241からの電圧制御により周波数を可変する方式(図11参照)等のいずれでも良い。   In the frequency control unit 243, a plurality of fixed frequency transmitters are prepared in advance, and a method of selecting in the information processing unit 241 (see FIG. 9) or a variable frequency oscillator is prepared. Any of the methods of changing the frequency by voltage control from 241 (see FIG. 11) may be used.
この実施形態の水位計100Dによれば、現在観測している水位付近において最も精度の良い状態を、水位変動とともにセンサ自身がリアルタイムに制御する事ができる。例えば、周波数を切り替える単位を水位10cm毎に設定するとした場合、ある水位から水位が10cm変動した場合に新たな水位に見合った周波数を自動設定する事ができる。   According to the water level meter 100D of this embodiment, the sensor itself can control the most accurate state in the vicinity of the currently observed water level together with the water level fluctuation in real time. For example, when the unit for switching the frequency is set for every 10 cm of water level, when the water level fluctuates by 10 cm from a certain water level, the frequency corresponding to the new water level can be automatically set.
図15は、水位計を河川やダム等に使用した使用例を示した図である。   FIG. 15 is a diagram showing a usage example in which the water level gauge is used for a river, a dam, or the like.
この図15に示すように、河川やダムにおいては水位を観測する堤防や土手等に水位計100Xを設置する。ここでは、これまで説明してきた各実施形態の水位計100A〜100Dを代表させて水位計100Xと表現している。この水位計100Xから出力された水位情報は上位の観測装置500により収集される。   As shown in FIG. 15, in a river or dam, a water level meter 100X is installed on a dike or a bank for observing the water level. Here, the water level meters 100A to 100D of the respective embodiments described so far are represented as a water level meter 100X. The water level information output from the water level gauge 100X is collected by the upper observation device 500.
図15に示すように、水位計100Xは必ずしも河川やダムの底から設置する必要はなく、水が氾濫する危険水域基準点よりも少し下まわる水位以上の水位が測定できる個所に設置してもよい。   As shown in FIG. 15, the water level meter 100X does not necessarily need to be installed from the bottom of a river or dam. Good.
また、水位計100Xは、貯水タンク内の液体の深さや工場等で使用される液体の深さを測位する場合にも適用できる。   The water level meter 100X can also be applied to the case of measuring the depth of the liquid in the water storage tank or the depth of the liquid used in a factory or the like.
図16は、水位計を貯水タンクに使用した使用例を示した図である。このような場合、タンク600内の液体の水位は1cm以下の誤差が要求される場合も少なくない。従って、どの水位においても高精度な精度が要求される。   FIG. 16 is a diagram showing an example of use in which a water level gauge is used in a water storage tank. In such a case, the liquid level in the tank 600 often requires an error of 1 cm or less. Therefore, high accuracy is required at any water level.
本実施形態の水位計100Xは、全水位において最適な周波数に調整することが可能であり、この水位計100Xをタンク600内に設置することにより、タンク600内の液体の水位を常に高精度で測定することができる。   The water level meter 100X of the present embodiment can be adjusted to an optimal frequency at all water levels, and by installing the water level meter 100X in the tank 600, the water level of the liquid in the tank 600 is always highly accurate. Can be measured.
10 センサ
11 センサケーブル
12 外部電極
20,21,22,23 検出回路
100,100A,100B,100C,100D,100X 水位計
110 水位センサ部
111 内部電極
211 発振回路
212,215 バッファ
213 直流回路
214,215 整流回路
216 電圧/水位変換回路
220,230 水位検出回路
221 周波数選択回路
222 周波数テーブル記憶部
223a〜223d 発振器
224 セレクタ
231 水位/電圧変換回路
232 水位/電圧変換テーブル記憶部
233 電圧出力回路
234 周波数可変型発振器
240 観測部
241 情報処理部
242 周波数テーブル記憶部
243 周波数制御部
244 通信部
500 観測装置
600 タンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor 11 Sensor cable 12 External electrode 20, 21, 22, 23 Detection circuit 100,100A, 100B, 100C, 100D, 100X Water level meter 110 Water level sensor part 111 Internal electrode 211 Oscillation circuit 212,215 Buffer 213 DC circuit 214,215 Rectifier circuit 216 Voltage / water level conversion circuit 220, 230 Water level detection circuit 221 Frequency selection circuit 222 Frequency table storage unit 223a to 223d Oscillator 224 Selector 231 Water level / voltage conversion circuit 232 Water level / voltage conversion table storage unit 233 Voltage output circuit 234 Frequency variable Type oscillator 240 observation unit 241 information processing unit 242 frequency table storage unit 243 frequency control unit 244 communication unit 500 observation device 600 tank

Claims (5)

  1. 互いの間に水が入り込む隙間を空けて上下に延びる一対の電極を有し、該一対の電極間の静電容量に基づいて水位を計測する水位計であって、
    前記一対の電極間に交流信号を印加し、該一対の電極間のリークに起因する信号の減衰率から水位を計測する水位計測部と、
    前記水位計測部により計測された水位に応じて、前記一対の電極間に印加する交流信号の周波数を調整する周波数調整部とを有することを特徴とする水位計。
    It has a pair of electrodes extending up and down with a gap for water to enter between each other, and is a water level meter that measures the water level based on the capacitance between the pair of electrodes,
    A water level measuring unit that applies an AC signal between the pair of electrodes and measures the water level from the attenuation rate of the signal caused by leakage between the pair of electrodes;
    A water level meter comprising: a frequency adjusting unit that adjusts a frequency of an AC signal applied between the pair of electrodes according to a water level measured by the water level measuring unit.
  2. 前記周波数調整部が、
    互いに異なる周波数の交流信号を出力する複数の発振器と、
    水位と周波数との対応を表わす周波数テーブルを記憶する周波数テーブル記憶部と、
    前記周波数テーブルを参照して、前記複数の発振器のうちの前記水位計測部で計測された水位に対応する周波数に応じた発振器の出力信号を前記水位計測部に伝達する周波数選択部とを有することを特徴とする請求項1記載の水位計。
    The frequency adjusting unit is
    A plurality of oscillators that output alternating signals of different frequencies;
    A frequency table storage unit for storing a frequency table representing the correspondence between water level and frequency;
    A frequency selection unit that refers to the frequency table and transmits an output signal of an oscillator corresponding to a frequency corresponding to a water level measured by the water level measurement unit among the plurality of oscillators to the water level measurement unit. The water level meter according to claim 1.
  3. 前記周波数調整部が、
    制御信号に応じた周波数の交流信号を出力して前記水位計測部に伝達する可変型発振器と、
    水位と周波数との対応を表わす周波数テーブルを記憶する周波数テーブル記憶部と、
    前記周波数テーブルを参照して、前記水位計測部で計測された水位に対応する周波数の交流信号が前記可変型発振器から出力されるように該可変型発振器を制御する周波数制御部とを有することを特徴とする請求項1記載の水位計。
    The frequency adjusting unit is
    A variable oscillator that outputs an AC signal having a frequency according to a control signal and transmits the AC signal to the water level measurement unit;
    A frequency table storage unit for storing a frequency table representing the correspondence between water level and frequency;
    A frequency control unit that controls the variable oscillator so that an AC signal having a frequency corresponding to the water level measured by the water level measurement unit is output from the variable oscillator with reference to the frequency table. The water level gauge according to claim 1, wherein
  4. 前記水位計測部が、前記一対の電極間に印加する交流信号の周波数ごとの、前記減衰率と水位との対応を表わす水位テーブルを記憶しておく水位テーブル記憶部を有し、前記一対の電極間に交流信号を印加し前記減衰率を測定して該交流信号の周波数に応じた水位テーブルを参照することにより水位を求めるものであることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項記載の水位計。   The water level measurement unit has a water level table storage unit that stores a water level table representing a correspondence between the attenuation rate and the water level for each frequency of an AC signal applied between the pair of electrodes, and the pair of electrodes 4. The water level is obtained by applying an AC signal between them, measuring the attenuation rate, and referring to a water level table corresponding to the frequency of the AC signal. The water level meter described in the section.
  5. 互いの間に水が入り込む隙間を空けて上下に延びる一対の電極を有し、該一対の電極間の静電容量に基づいて水位を計測する水位計を用いた水位計測方法であって、
    前記一対の電極に交流信号を印加し該一対の電極間のリークに起因する信号の減衰率から水位を計測し、
    前記一対の電極間に印加する交流信号の周波数を、計測した水位近傍の水位における水位変化に応じた前記減衰率の変化が増すように調整して、水位を再度計測することを特徴とする水位計測方法。
    A water level measurement method using a water level meter that has a pair of electrodes extending up and down with a gap for water to enter between each other, and measures the water level based on the capacitance between the pair of electrodes,
    Applying an AC signal to the pair of electrodes and measuring the water level from the attenuation rate of the signal due to leakage between the pair of electrodes,
    Adjusting the frequency of the AC signal applied between the pair of electrodes so that the change in the attenuation rate according to the change in the water level at the water level near the measured water level is increased, and measuring the water level again. Measurement method.
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