JP2014041054A - Moisture sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば土中の水分量などを検出・測定する水分センサに係り、特に受感部に水分量に応じて膨潤・収縮する膨潤材料(以下、膨潤材料と略記する)を用いた水分センサに関するものである。 The present invention relates to a moisture sensor that detects and measures the amount of moisture in soil, for example, and in particular, moisture using a swelling material (hereinafter abbreviated as a swelling material) that swells and shrinks according to the amount of moisture in the sensitive part. It relates to sensors.
放射性廃棄物の地層処分における安全評価や地下空洞の建設では、地下水流動場を把握することは非常に重要である。表層地盤の不飽和帯における土壌水分の観測を行うことで、直接的にその地点の地下水涵養量を求めることができる。また、廃棄体周辺の粘土(ベントナイト)で作られた緩衝材層への水分の侵入を検出・計測することも重要となる。 It is very important to understand the groundwater flow field in the safety evaluation of geological disposal of radioactive waste and the construction of underground cavities. By observing the soil moisture in the unsaturated zone of the surface ground, the groundwater recharge at that point can be obtained directly. It is also important to detect and measure moisture intrusion into the buffer material layer made of clay (bentonite) around the waste.
従来、土中の水分量などを検出・測定する方法として、ADRやFDRなどの誘電率を利用した電気式センサが用いられていたが、下記のような問題点を有している。 Conventionally, an electric sensor using a dielectric constant such as ADR or FDR has been used as a method for detecting and measuring the amount of moisture in the soil, but has the following problems.
(a)電気的ノイズに弱いので、例えば変電所、送電線あるいは特殊な工場の付近などでは、ノイズ対策が必要であり、場合によればモニタリングができないことがある。
(b)微弱でも電流が流れるので、防爆が要求される場所や環境では使用できない。
(c)長期間使用して伝送ケーブルの絶縁性が低下してくると、データの信頼性が問題となる。
(d)伝送ケーブルが比較的太いので、多点計測の場合には膨大な伝送ケーブルの引き回しが必要となり、センサの配置などが煩雑で、場合によっては構造物本体に弱部を形成することになる。
(e)落雷でセンサならびに測定システムにダメージを受けやすく、最悪の場合は全壊することもある。
(A) Since it is vulnerable to electrical noise, noise countermeasures are necessary near, for example, substations, power transmission lines, or special factories, and monitoring may not be possible in some cases.
(B) Since current flows even if it is weak, it cannot be used in a place or environment where explosion protection is required.
(C) The reliability of data becomes a problem when the insulation of the transmission cable is lowered after long-term use.
(D) Since the transmission cable is relatively thick, in the case of multipoint measurement, it is necessary to route a large amount of the transmission cable, the arrangement of the sensor is complicated, and in some cases, a weak part is formed in the structure body. Become.
(E) Lightning strikes can easily damage the sensor and measurement system, and in the worst case, they can be completely destroyed.
これに対して光ファイバーを用いた測定システムでは前述した電気的手法の欠点を解消して、下記のような特長があり、次世代のモニタリングシステムとして有望視されている。 In contrast, a measurement system using an optical fiber eliminates the drawbacks of the electrical methods described above, has the following features, and is promising as a next-generation monitoring system.
(a)電気的ノイズの影響が一切ない。
(b)本質的に完全防爆であるから、使用環境に制限されることがない。
(c)電気的な絶縁不良は発生しない。
(d)光ファイバーは緩衝層を含めた外径が通常、0.25mmと電線に比べて細いので、ケーブルの引き回しが問題にはならない。
(e)本質的に絶縁体なので落雷による影響はない。
(A) There is no influence of electrical noise.
(B) Since it is completely explosion-proof in nature, it is not limited to the use environment.
(C) No electrical insulation failure occurs.
(D) The outer diameter of the optical fiber including the buffer layer is usually 0.25 mm, which is thinner than that of the electric wire, so that the cable routing does not become a problem.
(E) Since it is essentially an insulator, it is not affected by lightning.
従来、土壌水分などの観測において光ファイバーを用いた方法としては、例えば下記のような非特許文献3,4などを挙げることができる。
非特許文献3:Alessi,R.S.,L.Prunty :Soil-water Determination Using Fiber Optics,Soil Sci,Soc.Am,Vol.50,pp.860-863,1986.
この非特許文献3に記載の研究では、光ファイバーセンサにより、ガラスビーズと砂質土に対して含水量を測定している。具体的には、容器内に試料を詰め、空気圧を増加させて水分量を調整した上で、得られた電圧と圧力及び体積含水率のそれぞれの関係から、線形関係で相関できる結果を得ている。
Conventionally, as a method using an optical fiber in observing soil moisture and the like, for example, the following non-patent
Non-Patent Document 3: Alessi, RS, L. Prunty: Soil-water Determination Using Fiber Optics, Soil Sci, Soc. Am, Vol. 50, pp. 860-863, 1986.
In the research described in Non-Patent
非特許文献4:Texier,S.,S.Pamukcu,J.Toulouse:Advances in subsurface water content measurement with a distributed Brillouin scattering fiber-optic sensor,Proceedings of SPIE,Vol.5855, pp.555-558,2005.
この非特許文献4に記載の研究では、分布型ブルリアン散乱光ファイバーセンサを用いて低透水性物質の水分を吸収し、ポリマーが膨潤することによる光ファイバーの引っ張り歪,ポリマーが乾燥することによる光ファイバーの圧縮歪をブルリアン散乱シフトとして、そのシフト量を計測している。
またその他に土中の水分センサに関しては、例えば下記特許文献1,2ならびに非特許文献1,2などを挙げることができる。
Non-Patent Document 4: Texier, S., S. Pamukcu, J. Toulouse: Advances in subsurface water content measurement with a distributed Brillouin scattering fiber-optic sensor, Proceedings of SPIE, Vol.5855, pp.555-558, 2005.
In the research described in Non-Patent
In addition, regarding the moisture sensor in soil, for example, the following
前記特許文献1,2ならびに非特許文献1〜4には、後述する本発明に係る水分センサの具体的な構造などについては記載されていない。
The above-mentioned
また、前記非特許文献3の従来技術では、直径約1mmの光ファイバーセンサでの水分量を測定する手法としての課題を有しており、過渡的に局所的な値を求める可能性があることが記載されている。
さらに、前記非特許文献4の従来技術では、計測可能な含水率が0〜30%の範囲であり、飽和状態に近い含水率の計測は難しいことが記載されている。
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、正確に水分量の測定が可能で実用的な水分センサを提供することにある。
In addition, the conventional technique of Non-Patent
Furthermore, in the prior art of the said
An object of the present invention is to provide a practical moisture sensor that eliminates the drawbacks of the prior art and can accurately measure the amount of moisture.
前記目的を達成するため本発明の第1の手段は、
吸水あるいは乾燥の状態によって膨潤・収縮する膨潤材料と、
その膨潤材料を充填・保持する膨潤材料保持部と、
その膨潤材料保持部に充填された前記膨潤材料の吸水による膨潤圧で弾性変形するメンブレムと、
そのメンブレムの歪量を検出する圧力センサを備えたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the first means of the present invention is as follows:
A swelling material that swells and shrinks depending on water absorption or dryness;
A swelling material holding portion for filling and holding the swelling material;
A membrane that is elastically deformed by a swelling pressure due to water absorption of the swelling material filled in the swelling material holding portion;
A pressure sensor for detecting the amount of distortion of the membrane is provided.
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、
前記圧力センサが、前記メンブレムの歪量を検出するセンサ部を設けた光ファイバーを有し、
前記メンブレムの弾性変形によって生じる歪が前記光ファイバーの光軸方向に作用するように構成されていることを特徴とするものである。
According to a second means of the present invention, in the first means,
The pressure sensor has an optical fiber provided with a sensor unit for detecting the amount of strain of the membrane;
The strain generated by elastic deformation of the membrane is configured to act in the optical axis direction of the optical fiber.
本発明の第3の手段は前記第2の手段において、
前記膨潤材料保持部が断面凹型の収納部を有し、その収納部の底部または(ならびに)周壁に多数の透孔が形成され、
前記収納部内に前記膨潤材料が充填されて、前記収納部の開口部が前記メンブレムによって閉塞され、
前記圧力センサを収納したケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞されていることを特徴とするものである。
According to a third means of the present invention, in the second means,
The swelling material holding portion has a concave-shaped storage section, and a large number of through holes are formed in the bottom or (and) the peripheral wall of the storage section,
The storage portion is filled with the swelling material, and the opening of the storage portion is closed by the membrane,
The opening of the casing that houses the pressure sensor is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane.
本発明の第4の手段は前記第2の手段において、
前記膨潤材料保持部が、筒体と、その筒体の一方の開口部を閉塞する連続した細孔を有する多孔質体から構成され、
前記筒体内に前記膨潤材料が充填されて、前記筒体の他方の開口部が前記メンブレムによって閉塞されて、
前記圧力センサを収納したケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞されていることを特徴とするものである。
According to a fourth means of the present invention, in the second means,
The swelling material holding part is composed of a cylindrical body and a porous body having continuous pores that block one opening of the cylindrical body,
The cylindrical body is filled with the swelling material, the other opening of the cylindrical body is closed by the membrane,
The opening of the casing that houses the pressure sensor is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane.
本発明の第5の手段は前記第2の手段において、
前記膨潤材料保持部が両端に開口部を有する筒形をしており、
その膨潤材料保持部の一方の開口部が前記メンブレムによって閉塞されて、
前記圧力センサを収納したケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞され、
前記膨潤材料保持部の周壁と前記メンブレムによって形成される断面形状が凹状の空間部内に前記膨潤材料が充填されて、
水分が含有される被測定物の面に前記膨潤材料保持部の他方の開口部を当接して、前記膨潤材料の一部を前記被測定物の面に直接接触させたことを特徴とするものである。
According to a fifth means of the present invention, in the second means,
The swelling material holding part has a cylindrical shape having openings at both ends,
One opening of the swelling material holding part is closed by the membrane,
The opening of the casing housing the pressure sensor is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane,
The swelling material is filled in a space portion having a concave cross-sectional shape formed by the peripheral wall of the swelling material holding portion and the membrane,
The other opening of the swelling material holding portion is brought into contact with the surface of the object to be measured containing moisture, and a part of the swelling material is directly in contact with the surface of the object to be measured. It is.
本発明の第6の手段は前記第3ないし第5のいずれかの手段において、
前記ケーシングがコップ形をしており、そのケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞され、
前記圧力センサが、
側面形状が略コ字状をした変位−歪変換部材を有し、その変位−歪変換部材の一端が前記メンブレムに取り付けられ、変位−歪変換部材の他端が前記ケーシングの底部に取り付けられて、
前記変位−歪変換部材の中間部で一方側に突出した橋状部の側面に、前記光ファイバーのセンサ部が貼り付けられていることを特徴とするものである。
According to a sixth means of the present invention, in any one of the third to fifth means,
The casing has a cup shape, and an opening of the casing is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane,
The pressure sensor is
A displacement-strain conversion member having a substantially U-shaped side surface, one end of the displacement-strain conversion member attached to the membrane, and the other end of the displacement-strain conversion member attached to the bottom of the casing; ,
The sensor part of the optical fiber is affixed to the side surface of the bridge-like part protruding to one side at the intermediate part of the displacement-strain converting member.
本発明の第7の手段は前記第3ないし第5のいずれかの手段において、
前記ケーシングがコップ形をしており、そのケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞され、
前記圧力センサが、
前記メンブレムから前記ケーシングの底部に向けて取り付けられた変位伝達部材と、
前記ケーシングの底部から前記変位伝達部材に向けて取り付けられたファイバー支持部材と、
前記変位伝達部材と前記ファイバー支持部材の間に形成された隙間部に前記センサ部が配置されるように、前記変位伝達部材から前記ファイバー支持部材に掛けて固定された光ファイバーから構成されていることを特徴とするものである。
According to a seventh means of the present invention, in any one of the third to fifth means,
The casing has a cup shape, and an opening of the casing is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane,
The pressure sensor is
A displacement transmission member attached from the membrane toward the bottom of the casing;
A fiber support member attached from the bottom of the casing toward the displacement transmission member;
It is comprised from the optical fiber fixed on the said fiber support member from the said displacement transmission member so that the said sensor part may be arrange | positioned in the clearance gap formed between the said displacement transmission member and the said fiber support member. It is characterized by.
本発明の第8の手段は前記第2ないし第7のいずれかの手段において、
前記センサ部が、当該光ファイバーのコア部の光軸線上に屈折率の異なる回折格子を一定の間隔で並設した構成によっていることを特徴とするものである。
According to an eighth means of the present invention, in any one of the second to seventh means,
The sensor unit is characterized by having a configuration in which diffraction gratings having different refractive indexes are arranged in parallel at regular intervals on the optical axis of the core of the optical fiber.
本発明の第9の手段は、前記第8の手段のセンサ部が1本の光ファイバーに対して任意の間隔をおいて複数個取り付けることができることを特徴とするものである。 The ninth means of the present invention is characterized in that a plurality of sensor sections of the eighth means can be attached to one optical fiber at an arbitrary interval.
本発明の第10の手段は前記第2ないし第7のいずれかの手段において、
前記センサ部が、当該光ファイバーのコア部の光軸線上に第1の半透過ミラーと第2の半透過ミラーを空隙を介して対向・配置して、前記第1の半透過ミラーで反射した第1の反射光と、前記第2の半透過ミラーで反射した第2の反射光を、波長毎に分離して干渉させる構成になっていることを特徴とするものである。
According to a tenth means of the present invention, in any one of the second to seventh means,
The sensor unit includes a first semi-transmissive mirror and a second semi-transmissive mirror that are opposed to each other with a gap on the optical axis of the core of the optical fiber, and reflected by the first semi-transmissive mirror. The first reflected light and the second reflected light reflected by the second transflective mirror are separated for each wavelength and interfere with each other.
本発明の第11の手段は前記第1ないし第10のいずれかの手段において、
前記膨潤材料が、ウレタン系の膨潤性ゴム材料であることを特徴とするものである。
The eleventh means of the present invention is any one of the first to tenth means,
The swelling material is a urethane-based swelling rubber material.
本発明は前述のような構成になっており、正確に水分量の測定が可能で実用的な水分センサを提供することができる。 The present invention is configured as described above, and can provide a practical moisture sensor that can accurately measure the amount of moisture.
(光ファイバー式圧力センサの原理)
光ファイバーを用いた水分センサを検討する上で、計測システムの精度や大きさなどを考慮すると、FBG方式またはFPI方式が例えばOTDR方式、B−OTDR方式、R−OTDR方式などの他の方式に比べて特に好適である。
前記FBGは、Fiber Bragg Gratingの略で、光ファイバーのコア部の一部に回折格子と呼ばれる屈折率の異なる部分を一定間隔で格子状に並べることにより、その間隔に比例した特定の波長の光だけが反射される。この部分をFBGセンサ部として利用するものである。真空中の光の速度に対応した反射波長λ0は、下記(1)式によって示される。
λ0=2nD・・・(1)
式中λ0は反射波長、nは屈折率、Dは回折格子の間隔である。
(Principle of optical fiber type pressure sensor)
Considering the accuracy and size of the measurement system when considering a moisture sensor using an optical fiber, the FBG method or the FPI method is compared with other methods such as the OTDR method, the B-OTDR method, and the R-OTDR method. Are particularly suitable.
The FBG is an abbreviation of Fiber Bragg Grating. By arranging portions of different refractive indexes called diffraction gratings in a lattice pattern at regular intervals in a part of the core of an optical fiber, only light of a specific wavelength proportional to the interval is arranged. Is reflected. This part is used as an FBG sensor part. The reflection wavelength λ 0 corresponding to the speed of light in vacuum is expressed by the following equation (1).
λ 0 = 2nD (1)
In the equation, λ 0 is a reflection wavelength, n is a refractive index, and D is a distance between diffraction gratings.
また、波長、圧力、温度の関係は下記(2)式によって示される。
(∂λ/λ)=Aε+BdT・・・(2)
式中λは波長、A、Bは係数、εは歪、Tは温度である。
The relationship between wavelength, pressure, and temperature is expressed by the following equation (2).
(∂λ / λ) = Aε + BdT (2)
In the equation, λ is a wavelength, A and B are coefficients, ε is strain, and T is temperature.
このように反射波長λ0は(1)式により回折格子の間隔Dが伸縮すると、それに応じて反射波長λ0が変化する。従ってこの反射波長λ0を計測すればFBG歪εが分かる。その歪εに基づいて圧力の大きさを知ることができる。なお、屈折率nは温度Tによって変化する。 With such reflection wavelength lambda 0 is elastic spacing D of the grating equation (1), the reflection wavelength lambda 0 is changed accordingly. Therefore, the FBG distortion ε can be found by measuring the reflection wavelength λ 0 . The magnitude of the pressure can be known based on the strain ε. The refractive index n varies with the temperature T.
次に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図4は、FBG方式における光ファイバー式圧力センサの原理説明図で、同図(a)は複数個のFBGセンサ部を備えた光ファイバーの側面図、同図(b)はFBGセンサ部の内部の状態を示す拡大図である。図5はFBG圧力・温度センサの一例を示す構成図、図6はFBGセンサ部に入射される入力光、FBGセンサ部の回折格子で反射される反射光、FBGセンサ部の回折格子を透過する透過光の波形図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
4A and 4B are explanatory views of the principle of an optical fiber type pressure sensor in the FBG system. FIG. 4A is a side view of an optical fiber having a plurality of FBG sensor units, and FIG. 4B is an internal state of the FBG sensor unit. FIG. FIG. 5 is a block diagram showing an example of the FBG pressure / temperature sensor. FIG. 6 shows the input light incident on the FBG sensor, the reflected light reflected by the diffraction grating of the FBG sensor, and the diffraction grating of the FBG sensor. It is a wave form diagram of transmitted light.
図4(a)に示すように、1本の光ファイバー1の光軸方向に沿って任意の間隔をおいて複数個(例えば6〜7個)のFBGセンサ部2を設けることができる。本実施例で用いる光ファイバー1は、緩衝層3b(図4(b)参照)を含めて外径が0.25mmである。
As shown in FIG. 4A, a plurality of (for example, 6 to 7)
前記FBGセンサ部2の内部には図4(b)に示すように、光ファイバー1のコア部3aに屈折率の異なる回折格子4が光軸方向に一定間隔で並設されている。このFBGセンサ部2は、光ファイバー1の先端部あるいは光ファイパー1の途中の任意の箇所を特殊加工することにより形成される。
As shown in FIG. 4B,
前記FBGセンサ部2に入射される入力光5は図6(a)に示すような波長波形を有し、その入力光5の一部はFBGセンサ部2の回折格子4で反射され、反射光6として戻る。この反射光6は、図6(b)に示すような波長波形を有している。
The
FBGセンサ部2の回折格子4を透過した透過光7は図6(c)に示すように、当該FBGセンサ部2に入射された入力光5からFBGセンサ部2で反射した反射光6が部分的に抜け落ちた形の波長波形となり、次に波長の異なる隣のFBGセンサ部2に入力光5としてそのまま入射される仕組みになっている。
As shown in FIG. 6C, the transmitted
このようなことからFBG方式の圧力センサには、レーザー光のような単一波長ではなく、幅広い周波数帯域を有する広帯域光が用いられ、実用的には1本の光ファイバー1で6〜7点の多連装計測が可能であり、FBG方式の大きな特長となっている。 For this reason, the FBG type pressure sensor uses broadband light having a wide frequency band instead of a single wavelength such as laser light. Multiple continuous measurement is possible, which is a major feature of the FBG method.
FBGセンサ部2の具体的な構成は図5に示すように、光ファイバー1がステンレス管などの保護チューブ8内に収納されており、保護チューブ8の一方の開口端は薄い弾性変形可能なメンブレム9の固定により閉塞されている。このメンブレム9の内面に光ファイバー1の先端部が接着剤などによって固定10され、また、光ファイバー1のFBGセンサ部2以外の箇所が保護チューブ8の内周面に接着剤などによって固定10されている。前記保護チューブ8は、合成樹脂や合成ゴムなどの電気絶縁性チューブで構成されている。
As shown in FIG. 5, the
FBGセンサ部2には予め光軸方向に沿って引っ張り応力が掛けられており、図5に示すようにメンプレム9に圧力11が作用するとメンプレム9の中央部がFBGセンサ部2側に押圧変形され、その度合によりFBGセンサ部2が歪、FBGセンサ部2で生じる反射光6(図4(b)参照)の波長が変化する。
A tensile stress is applied to the
前記FPIは、Fabry-Perot Interferometerの略で、図7はFPIセンサ部の構成図である。 The FPI is an abbreviation for Fabry-Perot Interferometer, and FIG. 7 is a configuration diagram of the FPI sensor unit.
図7に示すように、光ファイバー1の光軸線上に、2枚の第1の半透過ミラー12aと第2の半透過ミラー12bが空隙13を介して対向・配置されている。第1の半透過ミラー12aは伝播用光ファイバー1aに支持され、第2の半透過ミラー12bは反射用光ファイバー1bに支持されている。このFPIセンサ部は、光ファイバー1の先端部を特殊加工することによって形成される。
As shown in FIG. 7, two first semi-transmissive mirrors 12 a and second semi-transmissive mirrors 12 b are opposed to each other with a
白色光を入力光5として入射し、そして第1の半透過ミラー12aで反射した第1の反射光6aと、第2の半透過ミラー12bで反射した第2の反射光6bを、波長毎に分離して干渉させる方式である。
White light is incident as
前記空隙13(0〜数十μm)が空洞長(I)となり、センサ内部では伝播用光ファイバー1aと反射用光ファイバー1bが3〜10mmのゲージ長(Lg)で、保護チューブ8あるいはメンブレム9に固定10されている。水圧11にともなう圧力は、ゲージ長(Lg)に対する空洞長(I)の比率(I/Lg)として測定される。単純な干渉では、出力は縞模様として現れるから、縞模様上の縞数を数えることで圧力を計測することができる。
The gap 13 (0 to several tens of μm) becomes the cavity length (I), and the propagation optical fiber 1a and the reflection
このFPI方式における光ファイバー式圧力センサは、±0.1μmの高精度測定が可能で、分解性能ならびに温度特性も優れており、動的な変化の計測ができる。 The optical fiber type pressure sensor in this FPI system can measure with high accuracy of ± 0.1 μm, has excellent decomposition performance and temperature characteristics, and can measure dynamic changes.
本発明に係る光ファイバーを用いた水分センサの測定原理は、前述の光ファイバーを用いたFBG方式またはFPI方式の圧力センサを、土中水分量の変化に応じて伸縮させることで測定するものである。そのため水分センサのセンサ部を効果的に伸縮させるのに膨潤材料が用いられる。 The measurement principle of the moisture sensor using the optical fiber according to the present invention is to measure by expanding or contracting the FBG type or FPI type pressure sensor using the optical fiber described above according to the change in the moisture content in the soil. Therefore, a swelling material is used to effectively expand and contract the sensor part of the moisture sensor.
(膨潤材料の選択)
一般に膨潤材料は、合成ゴム、スポンジ状ゴム、高吸水高吸湿繊維(不織布)、高分子ポリマーの4種類に分類される。図8は各膨潤材料の試料No.と材料名(記号で簡略表示)と材料形状をまとめた図表、図9は各膨潤材料の膨潤性、収縮性、耐久性、加工性ならびに水質依存性について検討した結果をまとめた図表である。
(Selection of swelling material)
Generally, swelling materials are classified into four types: synthetic rubber, sponge-like rubber, highly water-absorbing and highly hygroscopic fibers (nonwoven fabric), and polymer polymers. FIG. 8 shows the sample No. of each swelling material. FIG. 9 is a table summarizing the results of examining the swelling, shrinkage, durability, workability and water quality dependence of each swelling material.
図8に示すように試料No.1〜9の合成ゴムに関しては、材料形状が固形状(試料No.1,2)、ペースト状(試料No.3,4)、ウレタン原液からなる液状(試料No.5〜9)のものがある。また、図9に示す高分子ポリマーは紙おむつなどに使用される材料であり、膨潤性は他の材料に比べて優れているが、収縮性に関しては前記試料No.5〜9の液状合成ゴムよりも劣り、膨潤特性は水質に強く依存するという欠点があり、水分センサ用としては不適格と判断した。そのため図8には高分子ポリマーを掲載していない。
As shown in FIG. Regarding the
次に図8に示す試料No.1〜13について膨潤・収縮特性試験を行い、その結果を図10にまとめて示した。この膨潤・収縮特性試験は、各材料からなる供試体を開放した(拘束しない)状態で蒸留水に浸漬して膨潤させ、その後に乾燥収縮させて、そのときの体積変化量を測定した。体積変化は、供試体に付けたマーカーを基準にその変化量をノギスで測定して、膨潤体積倍率を算出した。 Next, sample No. shown in FIG. The swelling / shrinkage property test was conducted for 1 to 13, and the results are summarized in FIG. In this swelling / shrinkage characteristic test, specimens made of each material were swollen by immersing them in distilled water in an open (unconstrained) state, then dried and shrunk, and the volume change at that time was measured. The volume change was determined by measuring the amount of change with a vernier caliper based on the marker attached to the specimen, and calculating the swelling volume magnification.
この膨潤・収縮特性試験の結果、試料No.1(固形状合成ゴム),2(固形状合成ゴム),3(ペースト状合成ゴム),4(ペースト状合成ゴム),10(スポンジ状ゴム),12(スポンジ状ゴム)は、膨潤過程で4〜8日以上、収縮過程で3〜5日以上の長時間を要した。土中の水分量を計測するセンサとしては、反応時間が非常に重要な要素である。従って、これらの材料は水分センサの膨潤材料としては不適格と判断した。 As a result of this swelling / shrinkage property test, sample No. 1 (solid synthetic rubber), 2 (solid synthetic rubber), 3 (paste synthetic rubber), 4 (paste synthetic rubber), 10 (sponge rubber), 12 (sponge rubber) It took 4-8 days or more, and 3-5 days or more in the contraction process. As a sensor for measuring the amount of moisture in the soil, reaction time is a very important factor. Therefore, these materials were judged to be unsuitable as swelling materials for moisture sensors.
試料No.5(液状合成ゴム),6(液状合成ゴム)は、膨潤体積倍率が1.02〜1.05倍と他の膨潤材料と比較して小さい。試料No.7(液状合成ゴム)は、材料が硬化しなかったため、膨潤材料から除外した。試料No.8(液状合成ゴム)は、膨潤および収縮時間は1日で、膨潤体積倍率も3.4倍と比較的大きい値であったが、収縮過程において初期よりも材料が収縮したため、膨潤材料から除外した。 Sample No. 5 (liquid synthetic rubber) and 6 (liquid synthetic rubber) have a swelling volume ratio of 1.02 to 1.05 times smaller than other swelling materials. Sample No. 7 (liquid synthetic rubber) was excluded from the swollen material because the material did not cure. Sample No. 8 (liquid synthetic rubber) had a relatively large swelling and shrinkage time of 1 day and a swelling volume ratio of 3.4 times, but was excluded from the swelling material because the material shrunk from the initial stage in the shrinking process. did.
試料No.9(液状合成ゴム),13(不織布)は、膨潤過程で数秒〜1日で膨潤し、収縮過程では1日で収縮して反応時間は短時間であった。また試料No.11(スポンジ状ゴム)は、1日で膨潤し、収縮過程においては2日を要したが、膨潤体積倍率においては2倍以上の高倍率であり、水分センサの受感部に圧力を与えるものとして好適であると判断した。これらの判定結果は、図10の判定の欄に記載されている。 Sample No. 9 (liquid synthetic rubber) and 13 (nonwoven fabric) swelled within a few seconds to one day during the swelling process, and contracted within one day during the shrinking process, resulting in a short reaction time. Sample No. 11 (sponge-like rubber) swells in one day and takes two days in the contraction process, but the swelling volume magnification is at least two times higher and gives pressure to the sensitive part of the moisture sensor As suitable. These determination results are described in the determination column of FIG.
次に試料No.9,11,13の3種類の膨潤材料について、繰り返し膨潤・収縮試験を行い、その結果を図11に示す。この試験方法は、膨潤・収縮過程における測定時間をそれぞれ1日と設定し、供試体を拘束しない状態で膨潤・収縮を5回繰り返して、体積変化量の経時変化を測定した。
Next, sample no. For the three types of
この図から明らかなように、試料No.11,13は、形状の再現性が得られず、重量も減少する傾向を示した。この原因として、膨潤・収縮を繰り返すことにより、材料中の高吸水性樹脂が溶出していることが考えられる。これに対して試料No.9は形状の再現性があり、水分センサ受感部の膨潤材料として安定した材料であることを確認した。本実施例で使用する試料No.9はウレタン系の膨潤性ゴム材料で、例えば株式会社アデカ 商品名A−50Nなどがある。この商品名A−50Nは、ウレタンプレポリマーと可塑剤とトルエンジイソシアネートを含んだウレタン系の液状ゴム材料である。 As is apparent from this figure, the sample No. Nos. 11 and 13 showed a tendency for shape reproducibility to be obtained and weight to decrease. As a cause of this, it is considered that the superabsorbent resin in the material is eluted by repeating the swelling and shrinking. In contrast, sample no. No. 9 has a shape reproducibility and was confirmed to be a stable material as a swelling material for the moisture sensor sensing part. Sample No. used in this example. 9 is a urethane-based swellable rubber material such as Adeka Co., Ltd., trade name A-50N. This trade name A-50N is a urethane-based liquid rubber material containing a urethane prepolymer, a plasticizer and toluene diisocyanate.
本発明の光ファイバーを用いた水分センサは、図5あるいは図7で説明した光ファイバー式圧力センサの原理を応用した水分センサである。例えば土中の水分センサのように土圧や耐久性の面で様々な影響があることから、土中への設置を考慮した構造になっている。 The moisture sensor using the optical fiber of the present invention is a moisture sensor that applies the principle of the optical fiber pressure sensor described in FIG. 5 or FIG. For example, there are various effects in terms of soil pressure and durability, such as a moisture sensor in the soil, so that the structure is designed for installation in the soil.
(第1実施例)
図1は、本発明の第1実施例に係る水分センサの断面図である。
図1に示すように、コップ形をした例えばステンレス鋼などの金属あるいは硬質合成樹脂からなるケーシング21の下端開口部は、蓋形をした例えばステンレス鋼あるいは硬質合成樹脂などの剛性材料からなる保持ブロック22で閉塞されている。具体的には、ケーシング21の下端開口部に保持ブロック22が螺合されている。保持ブロック22の略中央部には平面形状が円形で容器型(断面凹型)をした収納部23が一体に設けられており、収納部23はケーシング21の下端部よりも若干突出して凸型構造になっている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a moisture sensor according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the lower end opening of a
その収納部23の底部ならびに周壁には、孔径が例えば1〜2mm程度の多数の透孔24が形成されている。
収納部23の内側には、ウレタン系の膨潤性ゴム材料からなる前記試料No.9の膨潤材料25が充填されている。断面凹型をした収納部23の上方開口部は、薄くて弾性変形可能な金属製のメンブレム26によって閉塞されている。メンブレム26の周辺部は、収納部23の開口部に固定されている。
A large number of through
On the inner side of the
後述するメンブレム26の押圧変形は、ケーシング21内に収納されている圧力センサ27によって検出される。本発明で適用される圧力センサ27の具体的な構成については後で説明する。
A pressure deformation of the
この水分センサを土中に埋設すると、土中の水分28が収納部23の底部ならびに周壁の透孔24から内部に浸透して、それを膨潤材料25が吸収して膨潤し、その膨潤圧29によってメンブレム26の中央部が盛り上がるように押圧変形される。
When this moisture sensor is embedded in the soil,
そしてこのメンブレム26の押し上げ力30(圧力)大きさは圧力センサ27によって計測され、それによって土中の水分量が検出できる。
Then, the magnitude of the pushing force 30 (pressure) of the
土中の水分量が多いと、膨潤材料25は多量の水分を吸収して大きく膨潤し、その膨潤圧29によりメンブレム26の押し上げ力30は大きい。反対に土中の水分量が少ないと、膨潤材料25の吸水に伴う膨潤圧29は低く、押し上げ力30は小さい。
When the amount of moisture in the soil is large, the swelling
図2は、外径6mm、高さ4.5mmの収納部23に膨潤材料25を充填した圧力発生部を有する水分センサの膨潤・収縮試験を行った結果を示す特性図である。この試験は、恒温室内の温度を23℃、湿度を50%と一定にし、蒸留水を入れた容器内に水分センサを浸漬させて、膨潤圧力の経時変化を見たものである。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the result of a swelling / shrinkage test of a moisture sensor having a pressure generating portion in which a
この膨潤・収縮試験の結果、膨潤時間は約10時間、膨潤圧力は4.5MPaで、短時間で膨潤し、膨潤圧力も十分であることから、土中水分センサとして好適であることが分かった。なお、圧力発生部における膨潤材料25の充填量を調整することにより、膨潤圧力の調整が可能である。
As a result of this swelling / shrinkage test, it was found that the swelling time was about 10 hours, the swelling pressure was 4.5 MPa, it swelled in a short time, and the swelling pressure was sufficient, so it was suitable as a soil moisture sensor. . Note that the swelling pressure can be adjusted by adjusting the filling amount of the swelling
本実施例では保持ブロック22の略中央部に収納部23を設けて、その収納部23が保持ブロック22の底部から突出した凸状構造になっているが、全体が容器状をした保持ブロック22を用いて、その容器状保持ブロック22の底部あるいは必要に応じて周壁部に、多数の透孔24を形成することも可能である。
In the present embodiment, a
(第2実施例)
図3は、本発明の第2実施例に係る水分センサの断面図である。本実施例で前記第1実施例と相違する点は、圧力発生部の構成である。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a moisture sensor according to a second embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the pressure generating unit.
ケーシング21の下端開口部に装着される保持ブロック22が、例えばステンレス鋼などの金属からなる筒体31と、その筒体31の下端開口部を閉塞する円盤状の硬質多孔質体32から構成されている。この多孔質体32は、所定の大きさの金属粒子を互いに焼結したポーラスメタルからなり、径が1〜2mm程度の連続した細孔を有し、複数本のネジ33によって筒体31に固定されている。
The holding
この多孔質体32の上面と筒体31の内周面によって形成される空間部内には、ウレタン系の膨潤性ゴム材料からなる前記試料No.9の膨潤材料25が充填されている。保持ブロック22(筒体31)の上端開口部は、薄くて弾性変形可能なメンブレム26によって閉塞されており、メンブレム26の周辺部は保持ブロック22(筒体31)の上端開口部に固定されている。
In the space formed by the upper surface of the
この水分センサを土中に埋設していると、土中の水分28が多孔質体32の細孔から内部に浸透して、それを膨潤材料25が吸収して膨潤し、その膨潤圧29によってメンブレム26の中央部が盛り上がるように押圧変形される。
When this moisture sensor is embedded in the soil,
そしてこのメンブレム26の押し上げ力30の大きさは圧力センサ27によって計測され、それによって土中の水分量が検出できる。
The magnitude of the pushing
本実施例では金属焼結体からなる多孔質体を用いたが、無機粒子の焼結体からなる透水性の多孔質体を用いることも可能である。
また本実施例では円盤状の多孔質体32を用いたが、例えば底部と周壁部とを一体に形成した容器状の多孔質体を用いることも可能である。
In this embodiment, a porous body made of a sintered metal is used, but a water-permeable porous body made of a sintered body of inorganic particles can also be used.
In this embodiment, the disk-shaped
図12は圧力センサ27の第1の具体例を示す水分センサの断面図で、この具体例ではFBG方式の圧力センサが用いられている。
図12に示すように、側面形状が略コ字状をした金属板からなる変位−歪変換部材33がケーシング21内に配置されており、変位−歪変換部材33の一端34aがメンブレム26の中央部に接合され、変位−歪変換部材33の他端34bがケーシング21の底部35に接合されている。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a moisture sensor showing a first specific example of the
As shown in FIG. 12, a displacement-
この変位−歪変換部材33の中間部で一方側に突出した橋状部36の側面に、光ファイバー1の先端部に設けられたFBG圧力センサ部2が、張力を付与した状態で貼り付けられている。
The FBG
前述のように土中の水分28を膨潤材料25が吸収して膨潤し、その膨潤圧29によってメンブレム26の中央部が盛り上がるように押圧変形すると、その押し上げ力30は変位−歪変換部材33に作用して、変位−歪変換部材33の橋状部36が外側に向けて湾曲する。この橋状部36には光ファイバー1のFBG圧力センサ部2が貼り付けられているため、橋状部36の湾曲度合いから歪量を検出することができる。
なお、土中の水分量と歪量との関係は予め把握されており、歪量を検出すると土中の水分量が分かるようになっている。
As described above, when the swelling
Note that the relationship between the amount of moisture in the soil and the amount of strain is known in advance, and the amount of moisture in the soil can be known by detecting the amount of strain.
図13は圧力センサ27の第2の具体例を示す水分センサの断面図で、この具体例でもFBG方式の圧力センサが用いられている。
この具体例の場合図13に示すように、メンブレム26の中央部からケーシング21の底部35に向けて金属板からなる変位伝達部材37が立設されている。また、ケーシング21の底部35から前記変位伝達部材37に向けて金属板からなるファイバー支持部材38が垂設されており、変位伝達部材37とファイバー支持部材38の間には隙間部39が形成されている。
FIG. 13 is a sectional view of a moisture sensor showing a second specific example of the
In the case of this specific example, as shown in FIG. 13, a
そして光ファイバー1の先端部が変位伝達部材37からファイバー支持部材38に掛けて貼り付けられており、光ファイバー1に設けられたFBG圧力センサ部2が隙間部39の位置において、張力を付与した状態で架設されている。
The tip of the
この具体例の場合、土中水分28の吸収に伴う膨潤材料25の膨潤圧29によってメンブレム26の中央部が盛り上がり、その押し上げ力30(圧力)は変位伝達部材37を介して光ファイバー1のFBG圧力センサ部2に伝達され、メンブレム26の歪量を検出することができる。
In the case of this specific example, the central portion of the
前記第1ならびに第2の具体例における変位−歪変換部材33ならびに変位伝達部材37は、メンブレム26の歪をFBG圧力センサ部2の光軸方向に伝達する機能を有している。
The displacement-
図14は圧力センサ27の第3の具体例を示す水分センサの断面図で、この具体例では歪ゲージ式の圧力センサが用いられている。
この具体例の場合図14に示すように、メンブレム26の上面に抵抗ブリッジからなる歪ゲージ40が貼られており、押し上げ力30によって変化するメンブレム26の歪量を電圧変化として検出することができる。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a moisture sensor showing a third specific example of the
In the case of this specific example, as shown in FIG. 14, a
なお、メンブレム26の位置によって歪量が違う場合があるため、複数個所(本具体例では4個所)にわたって歪ゲージ40を貼り着けて、検出値の偏りを抑制している。図中の41は中継基板、42はセンサケーブルである。
Since the amount of strain may vary depending on the position of the
前記具体例では、FBG方式の圧力センサや電気式圧力センサを用いた場合について説明したが、本発明はFPI方式、OTDR方式、B−OTDR方式のなどの他の光学式センサを用いる場合、あるいは不純物拡散によって形成されたシリコンゲージが形成されたシリコンチップを有する半導体式圧力センサを用いる場合にも適用可能である。 In the specific example, the case where an FBG type pressure sensor or an electric pressure sensor is used has been described. However, the present invention uses another optical sensor such as an FPI type, an OTDR type, or a B-OTDR type, or The present invention is also applicable when using a semiconductor pressure sensor having a silicon chip on which a silicon gauge formed by impurity diffusion is formed.
図15は、FBG方式の複数個(本実施例7個)の水分センサ部47a〜47gを土中45の深さ方向に連続して埋設することにより、各深さでの水分量を計測する多連装計測が可能な水分センサ群を示している。なお、図中の符号25はセンサ内部に装填された膨潤材料、26はメンブレムである。
FIG. 15 shows the measurement of the amount of moisture at each depth by continuously embedding a plurality of FBG-type (seven in the present embodiment)
図15に示すように、各水分センサ部47a〜47gを様々な方向に向けて埋設することにより、土中45のあらゆる方面の水分量計測が可能となる。
As shown in FIG. 15, by embedding each of the
各水分センサ部47a〜47gからのデータは計測装置43に入力されて土中45の水分量が計測され、得られた計測データは記録装置44に記録されて、土中水分量の監視が行われる。
Data from each of the
本実施例のように土中45の深さ方向に所定の間隔をおいて複数個の水分センサ部47a〜47gを埋設しておけば降水46の土中45での浸透状況を直接的確に把握することができる。
If a plurality of
図16は、FBG方式あるいはFPI方式の複数個の水分センサ部48a〜48cを土中45に個別に埋設して、土中45の水分量を計測する水分センサ群を示している。この場合、各水分センサ部48a〜48cの深さを変えて土中45に埋設しているが、同じ深さで埋設位置をそれぞれ変えることも可能である。
FIG. 16 shows a moisture sensor group in which a plurality of
この場合も各水分センサ部48a〜48cのデータは計測装置43に入力されて土中45の水分量が計測され、得られた計測データは記録装置44に記録されて、土中水分量の監視が行われる。
Also in this case, the data of each of the
前記個々の水分センサ部47、48は、図1または図3に示す構造を有している。
また、個々の水分センサ部47、48は、監視対象領域の土中に孔を形成して、その孔の中に水分センサ部を埋め込むことができる。また、廃棄体周辺に緩衝材層を設ける場合には、緩衝材層を形成する際に粘土(ベントナイト)と一緒に水分センサ部をそれぞれの位置・向きに配置して、水分センサ付きの緩衝材層を形成することもできる。
Each of the moisture sensor units 47 and 48 has the structure shown in FIG.
In addition, each of the moisture sensor units 47 and 48 can form a hole in the soil of the monitoring target region and embed the moisture sensor unit in the hole. In addition, when providing a cushioning material layer around the waste body, when forming the cushioning material layer, the moisture sensor unit is placed in each position and orientation together with clay (bentonite), and the cushioning material with the moisture sensor is provided. Layers can also be formed.
前記実施例では土中の水分量を計測する場合について説明したが、本発明は例えば硬化後のコンクリートに孔を開けて、その孔に水分センサを埋めて、コンクリート中の水分量など他の対象物中の水分の検出・測定にも適用可能である。 In the above-described embodiment, the case where the moisture content in the soil is measured has been described. It can also be applied to the detection and measurement of moisture in objects.
図17は、本発明の第3の実施例に係るコンクリート中の水分量を測定する水分センサの一部断面図である。
コップ形をしたケーシング21の下端開口部には両端に開口部を有する筒形の保持ブロック22が装着され、保持ブロック22の高さ方向の中間部内側はメンブレム26によって閉塞されており、メンブレム26の周辺部はその保持ブロック22の中間部に固定されている。
FIG. 17 is a partial cross-sectional view of a moisture sensor for measuring the moisture content in concrete according to the third embodiment of the present invention.
A
ケーシング21の内側には前記具体例で説明したうちの1つの圧力センサ27が装着されている。保持ブロック22の略下半分の内周面とメンブレム26の下面によって形成される断面形状が凹状の空間部内には、ウレタン系の膨潤性ゴム材料からなる前記試料No.9の膨潤材料25が充填されている。
One of the
この膨潤材料25を充填した保持ブロック22の下端開口部を、水分量を測定しようとするコンクリート49の面50に当接して、前記下端開口部をコンクリート面50に接着剤51で固定する。そのため膨潤材料25の一部が、コンクリート面50に直接接触する構造になる。
The lower end opening of the holding
コンクリート49中の水分28は保持ブロック22の下端開口部から膨潤材料25に吸収され、それに伴って発生する膨潤圧29はメンブレム26に作用し、メンブレム26の歪量が圧力センサ27によって計測され、コンクリート49中の水分量が検出できる。
The
なお、図1に示す収納部23の透孔24内、あるいは図3に示す多孔質体32内の細孔内に水分28が溜まるが、この実施例の場合は膨潤材料25がコンクリート面50に直接接触しているため、膨潤材料25に直に吸収されるという特長を有している。
It should be noted that
1:光ファイバー、
2:FBGセンサ部、
4:回折格子、
5:入力光、
6:反射光、
7:透過光、
9:メンブレム、
11:圧力、
12a:第1の半透過ミラー、
12b:第2の半透過ミラー、
13:空隙、
21:ケーシング、
22:保持ブロック、
23:収納部、
24:透孔、
25:膨潤材料、
26:メンブレム、
27:圧力センサ、
28:水分、
29:膨潤圧、
30:押し上げ力、
31:筒体、
32:多孔質体、
45:土中、
47,48:水分センサ部。
1: optical fiber,
2: FBG sensor part,
4: Diffraction grating,
5: Input light,
6: reflected light,
7: transmitted light,
9: membrane,
11: pressure,
12a: first transflective mirror,
12b: second transflective mirror,
13: void,
21: casing,
22: holding block,
23: storage section,
24: through hole,
25: swelling material,
26: Memblem,
27: Pressure sensor,
28: moisture,
29: swelling pressure,
30: Pushing force,
31: cylinder,
32: porous body,
45: In the ground,
47, 48: Moisture sensor unit.
Claims (11)
その膨潤材料を充填・保持する膨潤材料保持部と、
その膨潤材料保持部に充填された前記膨潤材料の吸水による膨潤圧で弾性変形するメンブレムと、
そのメンブレムの歪量を検出する圧力センサを備えたことを特徴とする水分センサ。 A swelling material that swells and shrinks depending on water absorption or dryness;
A swelling material holding portion for filling and holding the swelling material;
A membrane that is elastically deformed by a swelling pressure due to water absorption of the swelling material filled in the swelling material holding portion;
A moisture sensor comprising a pressure sensor for detecting a distortion amount of the membrane.
前記圧力センサが、前記メンブレムの歪量を検出するセンサ部を設けた光ファイバーを有し、
前記メンブレムの弾性変形によって生じる歪が前記光ファイバーの光軸方向に作用するように構成されていることを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to claim 1,
The pressure sensor has an optical fiber provided with a sensor unit for detecting the amount of strain of the membrane;
The moisture sensor is configured so that strain caused by elastic deformation of the membrane acts in an optical axis direction of the optical fiber.
前記膨潤材料保持部が断面凹型の収納部を有し、その収納部の底部または(ならびに)周壁に多数の透孔が形成され、
前記収納部内に前記膨潤材料が充填されて、前記収納部の開口部が前記メンブレムによって閉塞され、
前記圧力センサを収納したケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞されていることを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to claim 2,
The swelling material holding portion has a concave-shaped storage section, and a large number of through holes are formed in the bottom or (and) the peripheral wall of the storage section,
The storage portion is filled with the swelling material, and the opening of the storage portion is closed by the membrane,
A moisture sensor, wherein an opening of a casing housing the pressure sensor is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane.
前記膨潤材料保持部が、筒体と、その筒体の一方の開口部を閉塞する連続した細孔を有する多孔質体から構成され、
前記筒体内に前記膨潤材料が充填されて、前記筒体の他方の開口部が前記メンブレムによって閉塞されて、
前記圧力センサを収納したケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞されていることを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to claim 2,
The swelling material holding part is composed of a cylindrical body and a porous body having continuous pores that block one opening of the cylindrical body,
The cylindrical body is filled with the swelling material, the other opening of the cylindrical body is closed by the membrane,
A moisture sensor, wherein an opening of a casing housing the pressure sensor is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane.
前記膨潤材料保持部が両端に開口部を有する筒形をしており、
その膨潤材料保持部の一方の開口部が前記メンブレムによって閉塞されて、
前記圧力センサを収納したケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞され、
前記膨潤材料保持部の周壁と前記メンブレムによって形成される断面形状が凹状の空間部内に前記膨潤材料が充填されて、
水分が含有される被測定物の面に前記膨潤材料保持部の他方の開口部を当接して、前記膨潤材料の一部を前記被測定物の面に直接接触させたことを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to claim 2,
The swelling material holding part has a cylindrical shape having openings at both ends,
One opening of the swelling material holding part is closed by the membrane,
The opening of the casing housing the pressure sensor is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane,
The swelling material is filled in a space portion having a concave cross-sectional shape formed by the peripheral wall of the swelling material holding portion and the membrane,
Moisture characterized in that a part of the swelling material is brought into direct contact with the surface of the object to be measured by bringing the other opening of the swelling material holding part into contact with the surface of the object to be measured containing water Sensor.
前記ケーシングがコップ形をしており、そのケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞され、
前記圧力センサが、
側面形状が略コ字状をした変位−歪変換部材を有し、その変位−歪変換部材の一端が前記メンブレムに取り付けられ、変位−歪変換部材の他端が前記ケーシングの底部に取り付けられて、
前記変位−歪変換部材の中間部で一方側に突出した橋状部の側面に、前記光ファイバーのセンサ部が貼り付けられていることを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to any one of claims 3 to 5,
The casing has a cup shape, and an opening of the casing is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane,
The pressure sensor is
A displacement-strain conversion member having a substantially U-shaped side surface, one end of the displacement-strain conversion member attached to the membrane, and the other end of the displacement-strain conversion member attached to the bottom of the casing; ,
The moisture sensor, wherein the sensor part of the optical fiber is affixed to a side surface of a bridge-like part protruding to one side at an intermediate part of the displacement-strain converting member.
前記ケーシングがコップ形をしており、そのケーシングの開口部が、前記膨潤材料ならびに前記メンブレム付きの前記膨潤材料保持部によって閉塞され、
前記圧力センサが、
前記メンブレムから前記ケーシングの底部に向けて取り付けられた変位伝達部材と、
前記ケーシングの底部から前記変位伝達部材に向けて取り付けられたファイバー支持部材と、
前記変位伝達部材と前記ファイバー支持部材の間に形成された隙間部に前記センサ部が配置されるように、前記変位伝達部材から前記ファイバー支持部材に掛けて固定された光ファイバーから構成されていることを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to any one of claims 3 to 5,
The casing has a cup shape, and an opening of the casing is closed by the swelling material and the swelling material holding portion with the membrane,
The pressure sensor is
A displacement transmission member attached from the membrane toward the bottom of the casing;
A fiber support member attached from the bottom of the casing toward the displacement transmission member;
It is comprised from the optical fiber fixed on the said fiber support member from the said displacement transmission member so that the said sensor part may be arrange | positioned in the clearance gap formed between the said displacement transmission member and the said fiber support member. Moisture sensor characterized by
前記センサ部が、当該光ファイバーのコア部の光軸線上に屈折率の異なる回折格子を一定の間隔で並設した構成によっていることを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to any one of claims 2 to 7,
The moisture sensor according to claim 1, wherein the sensor unit has a configuration in which diffraction gratings having different refractive indexes are arranged in parallel at regular intervals on the optical axis of the core of the optical fiber.
前記センサ部が、当該光ファイバーのコア部の光軸線上に第1の半透過ミラーと第2の半透過ミラーを空隙を介して対向・配置して、前記第1の半透過ミラーで反射した第1の反射光と、前記第2の半透過ミラーで反射した第2の反射光を、波長毎に分離して干渉させる構成になっていることを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to any one of claims 2 to 7,
The sensor unit includes a first semi-transmissive mirror and a second semi-transmissive mirror that are opposed to each other with a gap on the optical axis of the core of the optical fiber, and reflected by the first semi-transmissive mirror. A moisture sensor, wherein the reflected light of 1 and the second reflected light reflected by the second semi-transmissive mirror are separated for each wavelength and interfere with each other.
前記膨潤材料が、ウレタン系の膨潤性ゴム材料であることを特徴とする水分センサ。 The moisture sensor according to any one of claims 1 to 10,
A moisture sensor, wherein the swelling material is a urethane-based swelling rubber material.
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