JP2013036854A - Flow velocity distribution measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、河川、水路等の流量を正確に把握するためや、構造物の設計のための基礎情報としての流速分布測定、さらには、地すべり対策や排水計画を目的に実施するボーリング孔の地下水流速分布測定等に好適な光ファイバを用いた流速分布測定装置に関する。 The present invention is intended to accurately understand the flow rate of rivers, waterways, etc., to measure the flow velocity distribution as basic information for the design of structures, and to provide groundwater in boreholes for landslide countermeasures and drainage planning. The present invention relates to a flow velocity distribution measuring apparatus using an optical fiber suitable for a flow velocity distribution measurement or the like.
光ファイバを用いて、地下水位あるいは流動状態を調査する方法は、例えば、特許文献1に開示されている。 A method for investigating the groundwater level or the flow state using an optical fiber is disclosed in Patent Document 1, for example.
特許文献1では、光ファイバに沿って電熱線を近接配置して流体・流動センサを構成し、地盤に形成されたボーリング孔に該流体・流動センサを埋設し、光ファイバにレーザパルス光を入射して、ボーリング孔内での深さ位置に関しての温度差分布を得て、その温度の変化から地下水の存在や流動状態を知ることとしている。 In Patent Document 1, a heating / heating wire is arranged close to an optical fiber to form a fluid / flow sensor, the fluid / flow sensor is embedded in a borehole formed in the ground, and laser pulse light is incident on the optical fiber. Then, the temperature difference distribution with respect to the depth position in the borehole is obtained, and the existence and flow state of groundwater are known from the change in temperature.
光ファイバにパルス光を入射すると、光ファイバ中で発生する後方散乱光のラマン散乱によりストークス光及び反ストークス光が生ずる。ストークス光に対し反ストークス光が強い温度依存性を有しているので、ストークス光と反ストークス光の強度比が温度の関数となることを利用して、逐次受ける後方散乱光を受信する時刻から反射位置を算出しつつ上記強度比からこの位置での温度を得るという原理のもとで、光ファイバの長手方向における温度分布を得ることができる。特許文献1では、熱電線で加熱される光ファイバが地盤の深さ位置で異なる温度を検知した場合、例えば、光ファイバの長手方向の或る範囲で、他に比して急激に温度が低くなっている場合、上記範囲では、光ファイバが多くの熱を奪われていることとなるので、このことにもとづいて上記範囲に対応する深さで地下水が存在あるいは流動していると判断することとしている。 When pulsed light is incident on the optical fiber, Stokes light and anti-Stokes light are generated by Raman scattering of the backscattered light generated in the optical fiber. Since the anti-Stokes light has a strong temperature dependence with respect to the Stokes light, the time ratio of the backscattered light that is sequentially received is received by using the intensity ratio of the Stokes light and the anti-Stokes light as a function of temperature. Based on the principle of obtaining the temperature at this position from the intensity ratio while calculating the reflection position, the temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber can be obtained. In Patent Document 1, when an optical fiber heated by a hot wire detects a different temperature at the depth of the ground, for example, in a certain range in the longitudinal direction of the optical fiber, the temperature is drastically lower than others. In the above range, the optical fiber is deprived of a lot of heat in the above range. Based on this, it is determined that groundwater exists or flows at a depth corresponding to the above range. It is said.
特許文献1によると、特定の範囲での温度低下から、この範囲で地下水が存在あるいは流動していることは判断できる。また、深さ位置による温度低下の程度の差から、流動の大小も相対的には判断できる。しかしながら、特許文献1では、特定範囲と他との比較で地下水やその流動の存否についての判断がなされるのみであって、地下水の流速そのものの値を測定することはできない。 According to Patent Document 1, it can be determined from the temperature drop in a specific range that groundwater exists or flows in this range. In addition, the magnitude of the flow can be relatively determined from the difference in the degree of the temperature decrease depending on the depth position. However, in patent document 1, only the judgment about the presence or absence of groundwater or its flow is made by comparing the specific range with others, and the value of the flow rate of the groundwater itself cannot be measured.
本発明は、かかる点に鑑み、流体の流速の値をもって、流速分布を測定することのできる装置を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the apparatus which can measure flow velocity distribution with the value of the flow velocity of a fluid in view of this point.
<第一発明>
本発明に係る流速分布測定装置は、流体の流れに対して交差する方向に延びて該流体中に配される光ファイバと、流体中で上記光ファイバに沿って近接配置され該光ファイバを加熱する発熱体と、上記光ファイバに対してパルス光を送受信して光ファイバの温度分布を計測する温度計測部と、上記発熱体を発熱させるための電力を該発熱体へ通電・非通電の切換可能に供給する発熱体用電源と、光ファイバの温度分布から流体の流速分布を算出する流速分布算出手段とを有し、上記温度計測部は、光ファイバの一端が接続され該光ファイバの他端に向けてパルス光を入射する送信器と、光ファイバから後方散乱光を受信する受信器と、該受信器から後方散乱光を受けて光ファイバの温度分布を算出する信号処理部とを有し、流速分布算出手段は、発熱体の非通電時と通電時における光ファイバの温度分布を該信号処理部から受け、光ファイバの同一位置における非通電時温度と通電時温度の温度差から流速分布を算出するようになっていることを特徴としている。
<First invention>
An apparatus for measuring a flow velocity distribution according to the present invention includes an optical fiber that extends in a direction intersecting with a fluid flow and is disposed in the fluid, and is disposed in close proximity along the optical fiber in the fluid to heat the optical fiber. A heating element, a temperature measurement unit that measures the temperature distribution of the optical fiber by transmitting and receiving pulsed light to and from the optical fiber, and switching between energization and de-energization of the power for heating the heating element A heating element power supply that can be supplied, and a flow velocity distribution calculating means for calculating a flow velocity distribution of the fluid from the temperature distribution of the optical fiber, wherein the temperature measuring unit is connected to one end of the optical fiber and connected to the other end of the optical fiber. A transmitter that receives pulsed light toward the end, a receiver that receives backscattered light from the optical fiber, and a signal processing unit that receives the backscattered light from the receiver and calculates the temperature distribution of the optical fiber. Flow velocity distribution calculation means The temperature distribution of the optical fiber when the heating element is de-energized and energized is received from the signal processing unit, and the flow velocity distribution is calculated from the temperature difference between the non-energized temperature and the energized temperature at the same position of the optical fiber. It is characterized by having.
かかる流速分布測定装置では、温度分布が計測される光ファイバの測定範囲の全長にわたり発熱体が該光ファイバに対して近接配置されていて、温度計測部の信号処理部が、上記光ファイバの測定範囲全体にわたり発熱体の非通電時および通電時について、光ファイバの温度分布を算出するようになっている。そして、流速分布算出手段が、該温度分布から温度差分布を算出し、さらに、既知の温度差と流速の関係を用いて該温度差分布から、流体の流速の値をもって流速分布を算出する。 In such a flow velocity distribution measuring device, the heating element is disposed close to the optical fiber over the entire length of the measurement range of the optical fiber in which the temperature distribution is measured, and the signal processing unit of the temperature measuring unit measures the optical fiber. The temperature distribution of the optical fiber is calculated over the entire range when the heating element is not energized and when it is energized. Then, the flow velocity distribution calculating means calculates the temperature difference distribution from the temperature distribution, and further calculates the flow velocity distribution from the temperature difference distribution using the relationship between the known temperature difference and the flow velocity and the fluid flow velocity value.
<第二発明>
本発明に係る流速分布測定装置は、流体の流れに対して交差する方向に延びて該流体中に配され折返部を経て連続し且つ互いに間隔をもって並行に位置する第一光ファイバ部と第二光ファイバ部を備える光ファイバと、流体中で上記第一光ファイバ部に沿って近接配置され該第一光ファイバ部を加熱する発熱体と、上記光ファイバに対してパルス光を送受信して光ファイバの温度分布を計測する温度計測部と、上記発熱体を発熱させるための電力を該発熱体へ供給する発熱体用電源と、光ファイバの温度分布から流体の流速分布を算出する流速分布算出手段とを有し、上記温度計測部は、光ファイバの一端が接続され該光ファイバの他端に向けてパルス光を入射する送信器と、光ファイバから後方散乱光を受信する受信器と、該受信器から後方散乱光を受けて光ファイバの温度分布を算出する信号処理部とを有し、流速分布算出手段は、第一光ファイバ部と第二光ファイバ部の温度分布を該信号処理部から受け、光ファイバの第一光ファイバ部と第二光ファイバ部の長手方向位置における温度差から流速分布を算出するようになっていることを特徴としている。
<Second invention>
The flow velocity distribution measuring apparatus according to the present invention includes a first optical fiber portion and a second optical fiber portion that extend in a direction intersecting with a fluid flow, are arranged in the fluid, continue through the folded portion, and are located in parallel with a distance from each other. An optical fiber having an optical fiber part, a heating element that is disposed in close proximity along the first optical fiber part in fluid, and heats the first optical fiber part, and transmits and receives pulsed light to and from the optical fiber. A temperature measurement unit that measures the temperature distribution of the fiber, a power supply for the heating element that supplies power to the heating element to generate heat, and a flow velocity distribution calculation that calculates the flow velocity distribution of the fluid from the temperature distribution of the optical fiber And a temperature measuring unit comprising: a transmitter to which one end of an optical fiber is connected and incident pulsed light toward the other end of the optical fiber; a receiver to receive backscattered light from the optical fiber; After the receiver A signal processing unit that receives the scattered light and calculates the temperature distribution of the optical fiber, and the flow velocity distribution calculating unit receives the temperature distribution of the first optical fiber unit and the second optical fiber unit from the signal processing unit, The flow velocity distribution is calculated from the temperature difference at the longitudinal position of the first optical fiber portion and the second optical fiber portion of the fiber.
本発明では、光ファイバの第一光ファイバ部のみに沿って発熱体が該第一光ファイバ部に対して近接配置されていて、該第一光ファイバ部が加熱されるようになっており、該第一光ファイバに対して間隔をもって位置する第二光ファイバ部は加熱されない。そして、温度計測部の信号処理部が、光ファイバ全体にわたる光ファイバの温度分布を算出する。さらに、流速分布算出手段が、第一光ファイバ部と第二光ファイバ部の長手方向位置での温度差分布を算出し、既知の温度差と流速の関係を用いて該温度差分布から、流体の流速の値をもって流速分布を算出する。 In the present invention, the heating element is disposed close to the first optical fiber portion only along the first optical fiber portion of the optical fiber, and the first optical fiber portion is heated, The second optical fiber portion located at a distance from the first optical fiber is not heated. Then, the signal processing unit of the temperature measurement unit calculates the temperature distribution of the optical fiber over the entire optical fiber. Further, the flow velocity distribution calculating means calculates the temperature difference distribution at the longitudinal position of the first optical fiber portion and the second optical fiber portion, and uses the relationship between the known temperature difference and the flow velocity to calculate the fluid difference from the temperature difference distribution. The flow velocity distribution is calculated with the flow velocity value.
第一発明および第二発明において、光ファイバは金属管で覆われていて、該金属管が発熱体となっていることとしてもよい。光ファイバが金属管で覆われた構成をもともと有する光ファイバケーブルを用いて流体の流速分布を測定する場合、上記金属管を発熱体として利用することにより、発熱体として他の部品を用意する必要がないので、部品点数の増加を抑制できる。また、光ファイバの金属管を発熱体として利用しなくても、該金属管の外側に発熱体が配されていることとしてもよい。 In the first invention and the second invention, the optical fiber may be covered with a metal tube, and the metal tube may be a heating element. When measuring the flow velocity distribution of a fluid using an optical fiber cable that originally has an optical fiber covered with a metal tube, it is necessary to prepare other parts as the heating element by using the metal tube as a heating element. Therefore, the increase in the number of parts can be suppressed. In addition, a heating element may be disposed outside the metal tube without using the metal tube of the optical fiber as a heating element.
本発明は、以上のように、光ファイバを流体の流れに対して交差する方向に延びるように配すると共に、該光ファイバを加熱する発熱体をも配して、光ファイバの非加熱時あるいは非加熱部分での光ファイバの温度分布と、加熱時あるいは加熱部分での温度分布との温度差分布を得ることで、既知の温度差と流速との関係から、流体の流速分布を得ることとしたので、流体中には光ファイバと発熱体とを配置するだけのきわめて簡単な構成で、流速そのものの値の分布を測定することができる。 In the present invention, as described above, the optical fiber is arranged so as to extend in a direction crossing the fluid flow, and a heating element for heating the optical fiber is also arranged, so that the optical fiber is not heated or By obtaining the temperature difference distribution between the temperature distribution of the optical fiber at the non-heated part and the temperature distribution at the time of heating or at the heated part, the flow velocity distribution of the fluid can be obtained from the relationship between the known temperature difference and the flow velocity. Therefore, the distribution of values of the flow velocity itself can be measured with a very simple configuration in which an optical fiber and a heating element are arranged in the fluid.
以下、添付図面に基いて本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<第一実施形態>
本実施形態では、流速分布測定装置を用いて河川の流速分布を測定する例について説明する。図1は、本実施形態に係る流速分布測定装置1の構成を示す概念図であり、河川の流速分布を測定する状態を示している。図1にて二点鎖線で示される部分(後述の第二光ファイバ部6Bおよび折返部6C)は後述の第二実施形態に係る部分であり、本実施形態に係る流速分布測定装置1には、この二点鎖線の部分は含まれない。図2は、本実施形態における光電気複合ケーブル2のケーブル軸線方向に対して直角な面での断面図である。この図2では、説明の便宜上、断面を示すハッチングは、後述の発熱体7のみに付しており、光ファイバ6および絶縁体8に対しては省略されている。
<First embodiment>
This embodiment demonstrates the example which measures the flow velocity distribution of a river using a flow velocity distribution measuring apparatus. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a flow velocity distribution measuring apparatus 1 according to the present embodiment, and shows a state in which a flow velocity distribution of a river is measured. The portions (second
図1に見られるように、流速分布測定装置1は、後述の光ファイバ6および発熱体7を有し河川R内で水の流れに対して交差する方向(図1では直交する方向)に延びる光電気複合ケーブル2と、河川R外(地上)にて該光電気複合ケーブル2の光ファイバ6の一端に接続され該光ファイバ6の温度分布を計測するための温度計測部3と、該温度計測部3と接続され河川Rの流速分布を算出する流速分布算出手段4と、該河川R外にて上記光電気複合ケーブル2の発熱体7の一端に接続され該発熱体7に定電流を供給する発熱体用電源としての定電流電源5とを備えている。
As seen in FIG. 1, the flow velocity distribution measuring apparatus 1 has an
図1では、説明の便宜上、光電気複合ケーブル2の光ファイバ6が発熱体7の外部に位置しているように示されているが、実際には、図2に示されるように、金属管として形成された発熱体7によって光ファイバ6が被覆され、さらに絶縁体8によって該発熱体7が被覆されている構成になっている。つまり、発熱体7は光ファイバ6に沿って該光ファイバ6に近接配置されている。
In FIG. 1, for convenience of explanation, the
図1に見られるように、光電気複合ケーブル2は、一端(右端)が河川R外の一方の川岸に位置しているとともに、他端(左端)が流水中に位置し対岸近傍で接地されている。該光電気複合ケーブル2の発熱体7の一端には、定電流電源5が接続されている。該定電流電源5は、発熱体7へ通電・非通電の切換可能に電力を供給するようになっている。発熱体7は、通電時にて、上記定電流電源5から電力を供給されてジュール熱により発熱して、発熱体7たる金属管内の光ファイバ6を加熱するようになっている。また、図1に見られるように、該発熱体7の他端は水中で接地されている。
As shown in FIG. 1, the photoelectric
温度計測部3は、光ファイバ6の一端が接続され該光ファイバ6の他端に向けてパルス光を該一端から入射する送信器としてのパルス光源9と、光ファイバ6へのパルス光の入射および該光ファイバ6中からの後方散乱光の通過を許容するカプラ10と、カプラ10を通過した後方散乱光を受信する受信器11と、該受信器11から後方散乱光を受けて該後方散乱光の反射位置および光ファイバ6の温度分布を算出する信号処理部12とを有している。
The
上記温度計測部3のパルス光源9は、例えば1550nmの波長のパルス光を出力する半導体で構成される。また、信号処理部12は、受信器11が受信した後方散乱光の受信時刻から後方散乱光の各反射位置を算出するとともに、後方散乱光のうちのストークス光および反ストークス光の強度比を算出して、該強度比を平均化処理することにより、上記各反射位置での温度を算出する。この結果、光ファイバ6のうち河川R内に位置し該河川Rの流れに対して交差する方向に延びる部分(以下、「第一光ファイバ部6A」という)の長手方向での温度分布が信号処理部12によって算出される。
The
上記温度計測部3の信号処理部12には、流速分布算出手段4が接続されている。該流速分布算出手段4は、発熱体7の非通電時および通電時における第一光ファイバ部6Aの温度分布を信号処理部12から受け、各反射位置について、第一光ファイバ部6Aの同一位置における非通電時の温度と通電時の温度との温度差を算出し、第一光ファイバ部6Aの長手方向での温度差分布を得る。また、該流速分布算出手段4は、既知のデータとして、第一光ファイバ部6Aの非通電時温度と通電時温度との温度差と、これに対応する水の流速との対応関係のデータ(以下、「対応関係データ」という)を予め保持している。そして、該流速分布算出手段4は、上記対応関係データを参照することにより、信号処理部12からの温度分布に基いて算出した上記温度差分布に対応する流速分布を、流水の流速の値をもって算出する。この流速分布の算出には、以下の公知の式(1)が用いられる。
A flow rate distribution calculating unit 4 is connected to the
以下、本実施形態に係る流速分布測定装置1の動作について説明する。まず、光電気複合ケーブル2が水の流れに対して交差(図1では直交)して延びるように、該光電気複合ケーブル2を河川Rの水中に敷設し位置を安定させる。そして、発熱体7が非通電の状態で、すなわち発熱体7が発熱せず光ファイバ6が加熱されていない状態で、温度計測部3のパルス光源9からカプラ10を介してパルス光を光ファイバ6へ入射する。パルス光が入射すると、光ファイバ6中にて後方散乱光が発生し、該後方散乱光のラマン散乱によりストークス光および反ストークス光が生じる。この後方散乱光は、カプラ10を介して受信器11によって受信される。
Hereinafter, the operation of the flow velocity distribution measuring apparatus 1 according to the present embodiment will be described. First, the photoelectric
次に、上記温度計測部3の信号処理部12が、受信器11で受信された後方散乱光の受信時刻から後方散乱光の反射位置を算出するとともに、後方散乱光のうち、ラマン散乱光のストークス光と反ストークス光との強度比から上記反射位置での温度を算出することにより、第一光ファイバ部6Aの温度分布を算出する。この時点において、光ファイバ6は加熱されていないので、算出された第一光ファイバ部6Aの温度分布は、光電気複合ケーブル2に沿った流水の温度分布にほぼ等しくなる。
Next, the
次に、発熱体7を通電の状態として、該発熱体7に電力を供給して発熱させることにより、光ファイバ6を加熱する。発熱体7で発生した熱量は絶縁体8を介して河川R中の流水に奪われるので、流れが定速であれば、該発熱体7の温度は流水に対して一定の温度差をもって安定する。そして、発熱体7の温度が安定した時点で、上述した非通電の場合と同様に、温度計測部3の信号処理部12が第一光ファイバ部6Aの温度分布を算出する。
Next, the
流速分布算出手段4は、第一光ファイバ部6Aの同一位置における、通電時の温度から非通電時の温度を差し引いて温度差を算出することにより、第一光ファイバ部6Aの長手方向での温度差分布を得る。そして、流速分布算出手段4は、既述の対応関係データを参照することにより、上記温度差分布に基づいて流速分布を、流水の流速の値をもって算出する。
The flow velocity distribution calculating means 4 calculates the temperature difference by subtracting the non-energized temperature from the energized temperature at the same position of the first
本実施形態では、信号処理部12は、ストークス光および反ストークス光の強度比に基づいて光ファイバの温度分布を算出することとしたが、これに代えて、例えば、後方散乱光のうち、ラマン散乱光の反ストローク光とレーリー散乱光との強度比を算出し、これを平均化処理することにより温度分布を得ることとしてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、発熱体は、図2に示したように光ファイバを覆う金属管によって形成されているが、これに代えて、例えば図3に示されるように、上記金属管の外側に別途配されていてもよい。 In this embodiment, the heating element is formed by a metal tube that covers the optical fiber as shown in FIG. 2, but instead of this, for example, as shown in FIG. 3, the heating element is separately provided outside the metal tube. It may be arranged.
図3は、本実施形態の変形例における光電気複合ケーブルのケーブル軸線方向に対して直角な方向での断面図である。同図では、説明の便宜上、断面を示すハッチングが省略されている。この変形例における光電気複合ケーブル2は、図3に示されるように、一本の光ファイバケーブル21および金属製の複数の鎧装線22が、後述の芯線23の外周面に沿って撚られて形成されている。上記光ファイバケーブル21は、一本の光ファイバ6が金属管24で被覆された構成となっている。この変形例では、該金属管24は発熱体としての機能を有していない。また、上記鎧装線22は、上記芯線23を保護する機能とともに、テンションメンバーとしての機能をも有していて、光電気複合ケーブル2の耐久性を高めている。上記芯線23は、例えば絶縁物から成る介在25と、該介在25を被覆する金属層としての発熱体7と、該発熱体7をさらに被覆する絶縁層26とで構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the cable axial direction of the photoelectric composite cable in the modification of the present embodiment. In the figure, for convenience of explanation, hatching indicating a cross section is omitted. As shown in FIG. 3, in the photoelectric
このような図3の光電気複合ケーブル2では、上記介在25の金属層としての発熱体7の一端(図1にて右端)に定電流電源5が接続され、該発熱体7は該定電流電源5から電力を供給されて発熱し、上記絶縁層26および金属管24を介して光ファイバ6を加熱するようになっている。
3, the constant
<第二実施形態>
第一実施形態では、非通電時の温度分布を算出した後に通電時の温度分布を算出することとしたが、本実施形態は、非通電状態で得られる温度分布と通電状態で得られる温度分布とを同時に算出する点で第一実施形態と異なる。
<Second embodiment>
In the first embodiment, the temperature distribution at the time of energization is calculated after calculating the temperature distribution at the time of non-energization. However, in the present embodiment, the temperature distribution obtained in the non-energized state and the temperature distribution obtained in the energized state are calculated. Is different from the first embodiment in that both are calculated simultaneously.
図1に基づいて本実施形態を説明する。本実施形態に係る流速分布測定装置1は、光ファイバ6が、図1にて二点鎖線で示される部分をも含んでいる点で、この二点鎖線の部分を含まない第一実施形態の流速分布測定装置1と構成が異なっている。具体的には、本実施形態の光ファイバ6は、図1にて実線で示される第一実施形態での光ファイバ6が、同図にて二点鎖線で示されるように、その端部(図1での左端)で折り返されて延長されていて、以下に述べるように、第一および第二光ファイバ部を有している。
This embodiment will be described with reference to FIG. The flow velocity distribution measuring apparatus 1 according to the present embodiment is that the
本実施形態では、光ファイバ6における、河川R内で互いに間隔をもって並行して位置する部分を、それぞれ「第一光ファイバ部6A」(図1にて実線で図示)、「第二光ファイバ部6B」(図1にて二点鎖線で図示)とし、該第一光ファイバ部6Aと第二光ファイバ部6Bとを連結する折り返し部分を「折返部6C」(図1にて二点鎖線で図示)とする。後述するように、本実施形態では、上記第一光ファイバ部6Aのみが加熱され、第二光ファイバ部6Bは加熱されない。
In the present embodiment, the portions of the
図4は、本実施形態における光電気複合ケーブル2の軸線方向に対して直角な方向での断面図である。この図4では、説明の便宜上、発熱体7のみに断面を示すハッチングを付しており、その他の部分のハッチングは省略されている。光電気複合ケーブル2は、例えば絶縁物から成る主介在31の外周面に沿って複数(図4では6本)の側線32A〜32Fが撚られた状態で図1における左端まで延びている。
FIG. 4 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the axial direction of the photoelectric
図4に示される側線32A〜32Fのうち、図4での上側に位置する側線32Aは、一本の光ファイバケーブル33および金属製の複数の鎧装線34が、芯線35の外周面に沿って撚られて形成されている。上記光ファイバケーブル33は、第一光ファイバ部6Aが金属管36に被覆されて形成されている。本実施形態では、第一光ファイバ部6Aを被覆する金属管36は発熱体としての機能を有していない。また、上記芯線35は、金属線で形成された発熱体7と、該発熱体7を被覆する絶縁層37とで構成されている。
Among the side lines 32 </ b> A to 32 </ b> F shown in FIG. 4, the side line 32 </ b> A located on the upper side in FIG. 4 includes one
図4に示される側線32A〜32Fのうち、図4での下側に位置する側線32Dは、芯線が、絶縁物から成る副介在38で構成されており、一本の光ファイバケーブル33および金属製の複数の鎧装線34が、上記副介在38の外周面に沿って撚られて形成されている。また、上記側線32Dでは、上記光ファイバケーブル33は、第二光ファイバ部6Bが金属管36に被覆されている。
Among the
側線32A,32D以外の側線32B,32C,32E,32Fは、芯線としての副介在38の外周面に沿って複数の鎧装線34が撚られて形成されている。
Side lines 32B, 32C, 32E, and 32F other than the
図4に示される構成の光電気複合ケーブル2では、同図に見られるように、発熱体7は、第一光ファイバ部6Aに近接するとともに第二光ファイバ部6Bから離れた位置に配されている。したがって、発熱体7の通電時にて、該定電流電源5から上記発熱体7へ電力が供給されて該発熱体7が発熱すると、上記第一光ファイバ部6Aは加熱されるが、第二光ファイバ部6Bは加熱されない。
In the optical / electrical
本実施形態では、上記通電時に、温度計測部3の信号処理部12が光ファイバ6の長手方向全体にわたる温度分布を算出した後、流速分布算出手段4が、第一光ファイバ部6Aの範囲での温度分布から第二光ファイバ部6Bの範囲での温度分布を差し引いて温度差分布を算出する。さらに、流速分布算出手段4は、該既知データとしての対応関係データを参照することにより、上記温度差分布に基づいて流速分布を、流水の流速の値をもって算出する。
In this embodiment, after the
つまり、既述した第一実施形態では、非通電時、すなわち光ファイバ6の非加熱時の温度分布を算出した後、通電時、すなわち光ファイバ6の加熱時の温度分布を算出していたが、本実施形態によれば、発熱体7を通電させた状態で、第一光ファイバ部6Aで加熱時の温度分布をそして第二光ファイバ部6Bで非加熱部分の温度分布を同時に算出できる。したがって、加熱時の温度分布の算出時刻と非加熱部分の温度分布の算出時刻に差がないので、これらの温度分布に基づいて流速分布を算出することにより、より精度の高い流速分布を得ることができる。
That is, in the first embodiment described above, after calculating the temperature distribution when not energized, that is, when the
光電気複合ケーブルは、図4に示される構成に限定されない。該光電気複合ケーブルは、第一光ファイバ部と第二光ファイバ部とが互いに間隔をもって並行して延び、発熱体が一方の光ファイバ部に近接して位置するとともに他方の光ファイバ部から離れて位置していて、該発熱体により一方の光ファイバ部が加熱され、他方の光ファイバ部が加熱されない構成を有していればよい。 The photoelectric composite cable is not limited to the configuration shown in FIG. In the optical / electrical composite cable, the first optical fiber portion and the second optical fiber portion extend in parallel with each other, the heating element is located close to one optical fiber portion, and is separated from the other optical fiber portion. It is sufficient that one optical fiber portion is heated by the heating element and the other optical fiber portion is not heated.
以上、本実施形態に係る流速分布測定装置1を用いて河川での流速分布を測定する例について説明したが、該流速分布測定装置1を適用できる環境はこれに限られず、例えば、河川以外の水路での流速分布を測定してもよいし、また、地下水の流速分布を測定することも可能である。 As mentioned above, although the example which measures the flow velocity distribution in a river using the flow velocity distribution measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment was demonstrated, the environment which can apply this flow velocity distribution measuring apparatus 1 is not restricted to this, For example, other than a river The flow velocity distribution in the water channel may be measured, or the flow velocity distribution of groundwater can be measured.
図5は、本実施形態に係る流速分布測定装置1の構成を示す概念図であり、地下水の流速分布を測定する状態を示している。この図5に示されるように、流速分布測定装置1は、光電気複合ケーブル2が上下方向に延びた状態で地中に形成されたボーリング孔H内に埋設されており、本実施形態にて既述した要領で、該上下方向に対して交差する方向に流れる地下水の流速分布を算出する。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the configuration of the flow velocity distribution measuring apparatus 1 according to this embodiment, and shows a state in which the flow velocity distribution of groundwater is measured. As shown in FIG. 5, the flow velocity distribution measuring apparatus 1 is embedded in a borehole H formed in the ground in a state where the photoelectric
この図5の実施形態では、図4に示される光電気複合ケーブル2の第一光ファイバ部6Aと第二光ファイバ部6Bとを置き換えた構成の光電気複合ケーブルが使用されている。したがって、図5に示されているように、発熱体7は、第二光ファイバ部6Bに近接して位置しており、該第二光ファイバ部6Bのみを加熱している。また、発熱体7は、図1の構成とは異なり、水中で接地されておらず、図5に見られるように、両端が定電流電源5に接続されていて、発熱体7に供給された電流が該定電流電源5へ帰還するようになっている。
In the embodiment of FIG. 5, an optical / electrical composite cable having a configuration in which the first
1 流速分布測定装置
3 温度計測部
4 流速分布算出手段
5 定電流電源(発熱体用電源)
6 光ファイバ
6A 第一光ファイバ部
6B 第二光ファイバ部
6C 折返部
7 発熱体
9 パルス光源(送信器)
11 受信器
12 信号処理部
24 金属管
36 金属管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flow velocity
6
11
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CN110146722A (en) * | 2019-05-23 | 2019-08-20 | 重庆交通大学 | The measuring method and measurement device of groundwater velocity and direction based on temperature tracer |
-
2011
- 2011-08-08 JP JP2011173094A patent/JP2013036854A/en not_active Withdrawn
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CN110146722A (en) * | 2019-05-23 | 2019-08-20 | 重庆交通大学 | The measuring method and measurement device of groundwater velocity and direction based on temperature tracer |
CN110146722B (en) * | 2019-05-23 | 2021-11-23 | 重庆交通大学 | Method and device for measuring flow velocity and flow direction of underground water based on temperature tracing |
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