JP2015075371A - Level detector and level monitoring system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a level detector and level monitoring system capable of detecting the water level or the like of a river in detail with a sensor without consuming electric power.SOLUTION: The level detector 10 includes: a support body 12; a plurality of environmental power generation elements 11 that are arranged on the support body 12 and convert non-electric energy latent in the environment into electric energy; and an electronic circuit unit 14 for detecting the position of the boundary of a detection object on the basis of the output from each of the plurality of environmental power generation elements 11. As the environmental power generation elements 11, thermoelectric conversion elements can be used, for example.

Description

本発明は、レベル検出装置及びレベル監視システムに関する。   The present invention relates to a level detection device and a level monitoring system.

近年、集中豪雨やゲリラ豪雨による浸水被害が多発しており、水害に対する対策が今まで以上に重要になってきた。   In recent years, flood damage due to torrential rain and guerrilla heavy rain has occurred frequently, and countermeasures against flood damage have become more important than ever.

現在、水害に対する対策の一つとして、河川の水位や雨量などの情報を収集する観測局を河川に沿って10km〜15km程度の間隔で設置し、それらの観測局で収集した情報をセンタ局で処理して、必要に応じて警報を発生するシステムが開発されている。   Currently, as one of the countermeasures against flood damage, observation stations that collect information such as river level and rainfall are installed at intervals of about 10 km to 15 km along the river, and the information collected by those stations is collected at the center station. Systems have been developed that process and generate alarms as needed.

この種のシステムでは、センタ局から観測局に一定の時間毎(例えば、1時間毎)にポーリング(問合せ)を行い、それに応じて観測局からセンタ局に情報が送信される。センタ局は、観測局から送られてきた情報に異常値がないかを調べ、異常値がある場合にはポーリングの間隔を短縮して、水位や雨量の変化を詳細に観測する。   In this type of system, polling (inquiry) is performed from the center station to the observation station at regular intervals (for example, every hour), and information is transmitted from the observation station to the center station accordingly. The center station checks whether there is an abnormal value in the information sent from the observation station, and if there is an abnormal value, shortens the polling interval and observes changes in water level and rainfall in detail.

特開2007−47878号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-47878 特開2010−170190号公報JP 2010-170190 A

外部電力の供給なしに、河川の水位等、検出対象の境界の位置を検出できるレベル検出装置及びレベル監視システムを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a level detection device and a level monitoring system that can detect the position of a detection target boundary such as a river water level without supplying external power.

開示の技術の一観点によれば、支持体と、前記支持体に配列し、非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の環境発電素子と、前記複数の環境発電素子のそれぞれからの出力に基づいて検出対象の境界の位置を検出する電子回路部とを有するレベル検出装置が提供される。   According to one aspect of the disclosed technology, based on outputs from a support, a plurality of energy harvesting elements arranged on the support and converting non-electric energy into electrical energy, and the plurality of energy harvesting elements Thus, a level detection device having an electronic circuit unit for detecting the position of the boundary of the detection target is provided.

開示の技術の他の一観点によれば、検出対象の境界の位置を検出する複数のレベル検出装置と、前記複数のレベル検出装置から前記検出対象の境界の位置の情報を収集するセンタ局とを有し、前記レベル検出装置は、支持体と、前記支持体に配列して、非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の環境発電素子と、前記複数の環境発電素子のそれぞれからの出力に基づいて前記検出対象の境界の位置を検出する電子回路部とを有するレベル監視システムが提供される。   According to another aspect of the disclosed technology, a plurality of level detection devices that detect a position of a detection target boundary, and a center station that collects information on the detection target boundary position from the plurality of level detection devices, The level detection device includes: a support; a plurality of energy harvesting elements that are arranged on the support and convert non-electric energy into electrical energy; and outputs from each of the plurality of energy harvesting elements. There is provided a level monitoring system having an electronic circuit unit for detecting a position of a boundary of the detection target based on the electronic circuit unit.

前記一観点に係るレベル検出装置によれば、非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の環境発電素子を用いて、外部電力の供給なしに、検出対象の境界の位置を検出することができる。また、前記一観点に係るレベル監視システムによれば、外部電力の供給なしに境界位置を検出できるレベル検出装置を用いるので、レベル検出に多くのセンサを使用でき、河川の水位等を詳細に検出できる。   According to the level detection device according to the one aspect, it is possible to detect the position of the boundary of the detection target without supplying external power by using a plurality of energy harvesting elements that convert non-electric energy into electric energy. Further, according to the level monitoring system according to the above aspect, since the level detection device that can detect the boundary position without supplying external power is used, many sensors can be used for level detection, and the water level of the river is detected in detail. it can.

図1は、第1の実施形態に係るレベル検出装置(水位測定装置)を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a level detection device (water level measurement device) according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態において環境発電素子として使用する熱電変換素子の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a thermoelectric conversion element used as an energy harvesting element in the first embodiment. 図3は、電子回路部の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the electronic circuit unit. 図4(a)は第1の実施形態に係る水位測定装置を河川に設置した例を示す模式図、図4(b)は各環境発電素子の出力状態を示す図(イメージ図)である。FIG. 4A is a schematic diagram illustrating an example in which the water level measuring device according to the first embodiment is installed in a river, and FIG. 4B is a diagram (image diagram) illustrating an output state of each energy harvesting element. 図5は、水面を決定する際の処理フローの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a processing flow when determining the water surface. 図6(a)〜(c)は、環境発電素子の位置と起電力、起電力差又は起電力のばらつきとの関係を示す図である。6A to 6C are diagrams showing the relationship between the position of the energy harvesting element and the electromotive force, the electromotive force difference, or the electromotive force variation. 図7は、補助電源を用いる場合の電子回路部のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of an electronic circuit unit when an auxiliary power supply is used. 図8は、第2の実施形態に係るレベル検出装置を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a level detection apparatus according to the second embodiment. 図9は、第3の実施形態に係る水位測定装置を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a water level measuring apparatus according to the third embodiment. 図10は、第4の実施形態に係る水位測定装置の電子回路部の構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic circuit unit of the water level measurement device according to the fourth embodiment. 図11は、トリガセンサを示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the trigger sensor. 図12は、第4の実施形態に係る水位測定装置の動作を説明するフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the water level measurement device according to the fourth embodiment. 図13は、第5の実施形態に係るレベル監視システムを示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a level monitoring system according to the fifth embodiment. 図14は、水門開閉装置を含んだレベル監視システムを示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing a level monitoring system including a sluice gate opening and closing device. 図15は、補正用水位計を含んだレベル監視システムを示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram showing a level monitoring system including a correction water level gauge. 図16は、第6の実施形態に係るレベル検出装置(粉体レベル検出装置)を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing a level detection device (powder level detection device) according to the sixth embodiment.

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。   Hereinafter, before describing the embodiment, a preliminary matter for facilitating understanding of the embodiment will be described.

前述した従来のシステムでは、観測局の設置間隔が10km以上とまばらであるため、水位や雨量の情報を十分に取得できているとはいえない。観測局の設置間隔を短くすることも考えられるが、そのためには多大な費用が必要となる。   In the conventional system described above, since the installation intervals of observation stations are sparse as 10 km or more, it cannot be said that sufficient information on water level and rainfall can be acquired. Although it is conceivable to shorten the installation interval of the observation stations, this requires a great deal of cost.

また、ポーリングの間隔が1時間程度と長いため、集中豪雨などによる河川の急激な増水に迅速に対応することが困難であり、観測局から送られてきた情報から異常値を検出したときには、既に水害が発生していたということもある。   Also, because the polling interval is as long as about 1 hour, it is difficult to respond quickly to a sudden increase in the river due to heavy rain, etc. When an abnormal value is detected from information sent from the observation station, There was also a flood.

このような問題に対応すべく、自立型水位測定装置の開発が進んでいる。自立型水位測定装置は、水位センサと、太陽電池と、通信装置と、それらを取り付ける支柱とを有し、水位測定のみに機能を特化することで構成を簡略化し、低コスト化を実現している。また、電源として太陽電池が使用される。このため、自立型水位測定装置は、河川に沿って比較的短い間隔で柔軟に設置することができる。   In order to cope with such a problem, development of a self-supporting water level measuring apparatus is progressing. The self-supporting water level measurement device has a water level sensor, solar cell, communication device, and a support column to which they are attached. The function is specialized only for water level measurement, which simplifies the configuration and reduces costs. ing. Moreover, a solar cell is used as a power source. For this reason, the self-supporting water level measuring device can be flexibly installed at relatively short intervals along the river.

ところで、自立型水位測定装置では、水位センサとして、フロート式水位計、水圧式水位計、超音波式水位計、又は水晶式水位計などが用いられている。センサの数を増やせば詳細な水位の変化の測定が可能となり、信頼性も向上する反面、電力消費も大きくなる。   By the way, in the self-supporting water level measuring device, a float type water level meter, a hydraulic pressure level meter, an ultrasonic water level meter, a crystal type water level meter or the like is used as a water level sensor. Increasing the number of sensors makes it possible to measure changes in water level in detail, improving reliability but increasing power consumption.

上記水位センサに対して電力を供給する電源は、長期にわたり使用するため、汚れや遮蔽物の除去などのメンテナンスが行われる。また、自立型水位測定装置の設置後に周囲に高層建築物が建築され、太陽電池パネルへ照射される光が遮蔽されて、発電できなくなるおそれがある。   Since the power source that supplies power to the water level sensor is used for a long period of time, maintenance such as removal of dirt and shielding is performed. In addition, a high-rise building is built around the installation of the self-supporting water level measurement device, and light applied to the solar cell panel may be shielded, which may prevent power generation.

電源として太陽電池の代わりにバッテリーを用いる場合は、所定期間毎にバッテリーの交換を必要とする。   When a battery is used as a power source instead of a solar cell, the battery needs to be replaced every predetermined period.

以下の実施形態では、外部電力の供給なしに、河川の水位等を詳細に検出できるレベル検出装置及びレベル監視システムについて説明する。   In the following embodiments, a level detection device and a level monitoring system that can detect the water level of a river in detail without supplying external power will be described.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るレベル検出装置を示す模式図である。本実施形態は、河川の水位を検出する自立型水位測定装置に適用した例について説明している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a level detection apparatus according to the first embodiment. The present embodiment describes an example applied to a self-supporting water level measuring device that detects the water level of a river.

図1に示すように、本実施形態に係る自立型水位測定装置10は柱状の形状を有し、その長手方向の一部が河川52に浸かるように設置される。また、水位測定装置10は、基準温度設定部12と、複数の環境発電素子11と、電子回路部14と、断熱部材13とを有する。水位測定装置10の外周は断熱部材13で覆われており、環境発電素子11の一方の面のみが断熱部材13から露出している。   As shown in FIG. 1, the self-supporting water level measurement device 10 according to the present embodiment has a columnar shape, and is installed so that a part of its longitudinal direction is immersed in a river 52. Further, the water level measuring device 10 includes a reference temperature setting unit 12, a plurality of energy harvesting elements 11, an electronic circuit unit 14, and a heat insulating member 13. The outer periphery of the water level measuring device 10 is covered with a heat insulating member 13, and only one surface of the energy harvesting element 11 is exposed from the heat insulating member 13.

基準温度設定部12は、細長い板状又は柱状の部材である。この基準温度設定部12は銅等の熱伝導率が高い材料により形成されており、そのため長手方向の温度差が小さく、全体がほぼ同一の温度とみなすことができる。第1の実施形態において、基準温度設定部12は複数の環境発電素子11と、電子回路部14と、断熱部材13を支持している。   The reference temperature setting unit 12 is an elongated plate-like or columnar member. The reference temperature setting unit 12 is formed of a material having high thermal conductivity such as copper, and therefore, the temperature difference in the longitudinal direction is small and the whole can be regarded as substantially the same temperature. In the first embodiment, the reference temperature setting unit 12 supports a plurality of energy harvesting elements 11, an electronic circuit unit 14, and a heat insulating member 13.

基準温度設定部12の断熱部材13に被覆されない部分は、年間を通じて温度変化の少ない川底51に接触又は埋設されている。   The portion of the reference temperature setting unit 12 that is not covered with the heat insulating member 13 is in contact with or buried in the riverbed 51 where the temperature changes little throughout the year.

なお、第1の実施形態の基準温度設定部12が備える複数の環境発電素子11等の支持機能については、基準温度設定部12とは別の支持体が担ってもよい。   In addition, about the support functions, such as the some energy harvesting element 11 with which the reference temperature setting part 12 of 1st Embodiment is provided, the support body different from the reference temperature setting part 12 may bear.

環境発電素子11は、基準温度設定部12の一方の面に、基準温度設定部12の長手方向に沿って一定の間隔(例えば5cm〜10cm間隔)で配置されている。環境発電素子11は、環境中に潜在する光、振動、熱又は電磁波などの非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。   The environmental power generation elements 11 are arranged on one surface of the reference temperature setting unit 12 at a constant interval (for example, an interval of 5 cm to 10 cm) along the longitudinal direction of the reference temperature setting unit 12. The energy harvesting element 11 is an element that converts non-electric energy such as light, vibration, heat, or electromagnetic wave that is latent in the environment into electrical energy.

環境発電素子11として、熱電変換素子、圧電素子、太陽電池及び振動発電素子などを使用することができる。本実施形態では、環境発電素子11として、熱電変換素子を使用している。熱電変換素子の詳細は、後述する。   As the environmental power generation element 11, a thermoelectric conversion element, a piezoelectric element, a solar cell, a vibration power generation element, or the like can be used. In the present embodiment, a thermoelectric conversion element is used as the energy harvesting element 11. Details of the thermoelectric conversion element will be described later.

電子回路部14は水位測定装置10の上部に配置されており、環境発電素子11に電気的に接続されている。また、電子回路部14は無線又は有線によりセンタ局と接続し、環境発電素子11により検出した水位の情報をセンタ局に送信する。電子回路部14の詳細も、後述する。なお、センタ局は、外部の設備の一例である。   The electronic circuit unit 14 is disposed on the upper part of the water level measuring device 10 and is electrically connected to the energy harvesting element 11. The electronic circuit unit 14 is connected to the center station wirelessly or by wire, and transmits information on the water level detected by the energy harvesting element 11 to the center station. Details of the electronic circuit unit 14 will also be described later. The center station is an example of an external facility.

断熱部材13は、環境発電素子11、基準温度設定部12及び電子回路部14を水や腐食性ガス等から保護するとともに、基準温度設定部12の急激な温度変化を防止し、基準温度設定部12の長手方向の温度差を小さくするという役目がある。このため、断熱部材13は、耐水性が良好であるとともに、熱伝導率及び電気伝導率が低く、物理的及び化学的安定性が高いことが重要である。例えば断熱部材13の材料として、アクリルや塩化ビニル、発泡スチロール等を用いることができる。   The heat insulating member 13 protects the energy harvesting element 11, the reference temperature setting unit 12, and the electronic circuit unit 14 from water, corrosive gas, and the like, and prevents a rapid temperature change of the reference temperature setting unit 12. 12 serves to reduce the temperature difference in the longitudinal direction. For this reason, it is important that the heat insulating member 13 has good water resistance, low thermal conductivity and low electrical conductivity, and high physical and chemical stability. For example, acrylic, vinyl chloride, styrene foam, or the like can be used as the material of the heat insulating member 13.

図2は、本実施形態において環境発電素子11として使用する熱電変換素子の一例を示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a thermoelectric conversion element used as the energy harvesting element 11 in the present embodiment.

本実施形態で使用する熱電変換素子20は、図2に示すように、一対の伝熱板24a,24b間にp型熱電構造体21aとn型熱電構造体21bとを交互に配置した構造を有する。それらのp型熱電構造体21a及びn型熱電構造体21bは、伝熱板24a,24b側にそれぞれ配置された電極22により、電気的に直列接続されている。p型熱電構造体21aとn型熱電構造体21bとの間の隙間には、水や腐食ガスなどから熱電構造体21a,21bを保護するために、保護部材23を充填してもよい。   As shown in FIG. 2, the thermoelectric conversion element 20 used in the present embodiment has a structure in which p-type thermoelectric structures 21a and n-type thermoelectric structures 21b are alternately arranged between a pair of heat transfer plates 24a and 24b. Have. The p-type thermoelectric structure 21a and the n-type thermoelectric structure 21b are electrically connected in series by electrodes 22 arranged on the heat transfer plates 24a and 24b side, respectively. A protective member 23 may be filled in the gap between the p-type thermoelectric structure 21a and the n-type thermoelectric structure 21b in order to protect the thermoelectric structures 21a and 21b from water, corrosive gas, and the like.

このような構造の熱電変換素子20では、伝熱板24a,24b間の温度差に応じた電力を発生する。本実施形態では、伝熱板24a,24bのうちの一方が基準温度設定部12と熱的に接続され、他方が水位測定装置10の側面に露出して水又は大気と接触する。   In the thermoelectric conversion element 20 having such a structure, electric power corresponding to the temperature difference between the heat transfer plates 24a and 24b is generated. In the present embodiment, one of the heat transfer plates 24 a and 24 b is thermally connected to the reference temperature setting unit 12, and the other is exposed to the side surface of the water level measurement device 10 and comes into contact with water or the atmosphere.

熱電変換素子20として市販品(例えば、KELK社製、又はMicropelt社製)を用いることができるが、新たに作製してもよい。   A commercial product (for example, manufactured by KELK or manufactured by Micropelt) can be used as the thermoelectric conversion element 20, but may be newly prepared.

新たに作製する場合、p型熱電構造体21a及びn型熱電構造体21bの直径は例えば5μm〜100μmとすればよく、高さは例えば50μm〜500μmとすればよい。また、p型熱電構造体21a及びn型熱電構造体21bのアスペクト比(直径と高さとの比)は、例えば2〜40とすればよい。更に、隣り合うp型熱電構造体21aとn型熱電構造体21bとの間隔は、例えば5μm〜100μmとすればよい。一つの熱電変換素子20は、例えば100対〜1000対のp型熱電構造体21a及びn型熱電構造体21bを備える。   When newly produced, the diameters of the p-type thermoelectric structure 21a and the n-type thermoelectric structure 21b may be 5 μm to 100 μm, for example, and the height may be 50 μm to 500 μm, for example. The aspect ratio (ratio of diameter to height) of the p-type thermoelectric structure 21a and the n-type thermoelectric structure 21b may be 2 to 40, for example. Furthermore, the distance between adjacent p-type thermoelectric structures 21a and n-type thermoelectric structures 21b may be set to 5 μm to 100 μm, for example. One thermoelectric conversion element 20 includes, for example, 100 to 1000 pairs of p-type thermoelectric structures 21a and n-type thermoelectric structures 21b.

熱電構造体21a,21bの材料として、テルライド、酸化物材料、シリサイド、スクッテルダイト等を用いることができる。例えばp型熱電構造体21aの材料としてBi0.3Sb1.7Te3等を用いることができ、n型熱電構造体21bの材料としてBi2Te3等を用いることができる。 As the material of the thermoelectric structures 21a and 21b, telluride, oxide material, silicide, skutterudite, or the like can be used. For example, Bi 0.3 Sb 1.7 Te 3 or the like can be used as the material of the p-type thermoelectric structure 21a, and Bi 2 Te 3 or the like can be used as the material of the n-type thermoelectric structure 21b.

保護部材23には、絶縁性が高く、熱伝導率が低く、機械的強度及び化学的安定性が高いものを使用することが好ましい。保護部材23として、例えばガラス又は樹脂等を使用することができる。   As the protective member 23, it is preferable to use a protective member having high insulation, low thermal conductivity, high mechanical strength and chemical stability. As the protection member 23, for example, glass or resin can be used.

電極22として、例えばスパッタリング法や蒸着法により形成した積層膜(Ti又はCr等の下地膜と、Pt等の拡散防止層及びAu又はCu等の配線層)や、インクジェット法又はその他の印刷法により形成したAu又はAgの膜を使用できる。伝熱板24a,24bは少なくとも表面が絶縁性であり、例えばアルミナや窒化アルミニウム等のように熱伝導率が高い材料により形成される。   As the electrode 22, for example, a laminated film formed by sputtering or vapor deposition (a base film such as Ti or Cr, a diffusion prevention layer such as Pt, and a wiring layer such as Au or Cu), an inkjet method, or other printing methods. The formed Au or Ag film can be used. The heat transfer plates 24a and 24b are at least insulative on the surface, and are formed of a material having high thermal conductivity such as alumina or aluminum nitride.

図3は、電子回路部14の構成を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the electronic circuit unit 14.

この図3に示すように、電子回路部14は、主制御部25と、通信部26と、電源制御部27と、蓄電素子28とを有する。   As shown in FIG. 3, the electronic circuit unit 14 includes a main control unit 25, a communication unit 26, a power supply control unit 27, and a storage element 28.

前述したように、本実施形態では環境発電素子11として熱電変換素子を使用している。そして、熱電変換素子の一対の伝熱板のうちの一方は基準温度設定部12に接触し、他方は河川52を流れる水又は大気に接触している。従って、水と接触している環境発電素子11は水と基準温度設定部12との温度差に応じた電力を発生し、大気と接触している環境発電素子11は大気と基準温度設定部12との温度差に応じた電力を発生する。   As described above, in this embodiment, a thermoelectric conversion element is used as the energy harvesting element 11. One of the pair of heat transfer plates of the thermoelectric conversion element is in contact with the reference temperature setting unit 12, and the other is in contact with water flowing through the river 52 or the atmosphere. Therefore, the energy harvesting element 11 in contact with water generates electric power according to the temperature difference between the water and the reference temperature setting unit 12, and the energy harvesting element 11 in contact with the atmosphere is in the atmosphere and the reference temperature setting unit 12. Electric power is generated according to the temperature difference.

電源制御部27はDC(直流)−DC(直流)変換器を備え、環境発電素子11で発生した電力を所定の電圧に変換して、蓄電素子28に蓄積する。蓄積素子28として、例えばリチウムイオン電池等の二次電池を使用することができる。   The power supply control unit 27 includes a DC (direct current) -DC (direct current) converter, converts the electric power generated by the energy harvesting element 11 into a predetermined voltage, and accumulates it in the power storage element 28. As the storage element 28, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery can be used.

また、電源制御部27は、主制御部25及び通信部26が駆動する際に、蓄電素子28に蓄積されている電力を駆動電力として供給する。   Further, the power supply control unit 27 supplies the electric power stored in the power storage element 28 as the driving power when the main control unit 25 and the communication unit 26 are driven.

ところで、大気の温度と河川52に流れる水の温度とは異なる場合が多い。例えば大気の温度は夏季には水温よりも高く、逆に冬季では水温よりも低い。すなわち、基準温度設定部12を一定温度とすれば、水に接触している環境発電素子11と大気に接触している環境発電素子11とでは起電力が異なる。このため、主制御部25は、各環境発電素子11から出力される電力から、水に接触している環境発電素子11と、大気に接触している環境発電素子11とを判別することができる。そして、主制御部25は、その判別結果から河川52の水位(水面の位置)を判定する。   By the way, the temperature of the atmosphere and the temperature of the water flowing in the river 52 are often different. For example, the temperature of the atmosphere is higher than the water temperature in summer, and conversely lower than the water temperature in winter. That is, if the reference temperature setting unit 12 is set to a constant temperature, the electromotive force differs between the energy harvesting element 11 in contact with water and the energy harvesting element 11 in contact with the atmosphere. For this reason, the main control unit 25 can discriminate the energy harvesting element 11 in contact with water and the energy harvesting element 11 in contact with the atmosphere from the power output from each energy harvesting element 11. . And the main control part 25 determines the water level (position of the water surface) of the river 52 from the determination result.

主制御部25は、通信部26を介してセンタ局30と通信接続し、環境発電素子11により検出した水位の情報をセンタ局30に送信する。   The main control unit 25 is connected to the center station 30 through the communication unit 26 and transmits information on the water level detected by the energy harvesting element 11 to the center station 30.

図4(a)は本実施形態に係る水位測定装置10を河川52に設置した例を示す模式図である。また、図4(b)は、横軸に時間をとり、縦軸に起電力(V)をとって、各環境発電素子の出力状態を示す図(イメージ図)である。また、ここでは気温が水温よりも高い夏季での使用を想定している。   FIG. 4A is a schematic diagram showing an example in which the water level measuring device 10 according to the present embodiment is installed in the river 52. FIG. 4B is a diagram (image diagram) showing the output state of each energy harvesting element with time on the horizontal axis and electromotive force (V) on the vertical axis. Here, it is assumed that it is used in summer when the temperature is higher than the water temperature.

ここでは、説明を簡単にするために、図4(a)のように水位測定装置10には、8個の環境発電素子11a〜11hが、垂直方向に一定の間隔で配置されているものとする。そして、環境発電素子11a〜11dは河川52の中(水中)に位置し、環境発電素子11f〜11hは大気中に位置し、環境発電素子11eは水面近傍に位置しているものとする。   Here, in order to simplify the description, as shown in FIG. 4A, the water level measuring device 10 has eight energy harvesting elements 11a to 11h arranged at regular intervals in the vertical direction. To do. The energy harvesting elements 11a to 11d are located in the river 52 (underwater), the energy harvesting elements 11f to 11h are located in the atmosphere, and the energy harvesting element 11e is located near the water surface.

基準温度設定部12には、環境発電素子11a〜11hを介して河川52を流れる水や大気から熱が伝達される。そのため、基準温度設定部12の温度は、河川を流れる水の温度と大気の温度との間の温度となる。直射日光などの影響を極力受けないよう、基準温度設定部12は断熱部材13で覆われている。   Heat is transmitted to the reference temperature setting unit 12 from water or the air flowing through the river 52 via the energy harvesting elements 11a to 11h. Therefore, the temperature of the reference temperature setting unit 12 is a temperature between the temperature of water flowing through the river and the temperature of the atmosphere. The reference temperature setting unit 12 is covered with a heat insulating member 13 so as not to be affected by direct sunlight or the like as much as possible.

例えば図4(b)に示すように、大気中に位置する環境発電素子11f〜11hの起電力と、水中に位置する環境発電素子11a〜11dの起電力とは大きく異なる。   For example, as shown in FIG. 4B, the electromotive force of the energy harvesting elements 11f to 11h located in the atmosphere is greatly different from that of the energy harvesting elements 11a to 11d located in the water.

また、水面近傍に位置する環境発電素子11eは、水面のうねりによって水に晒されたり大気に晒されたりするので、環境発電素子11eの起電力は大きく変動する。   Moreover, since the energy harvesting element 11e located in the vicinity of the water surface is exposed to water or air due to the undulation of the water surface, the electromotive force of the energy harvesting element 11e varies greatly.

このように、水中に位置する環境発電素子11a〜11d、水面近傍に位置する環境発電素子11e、及び大気中に位置する環境発電素子11f〜11gでは起電力及びその経時的変化が大きく異なる。そのため、主制御部25は、各環境発電素子11a〜11hの起電力から、水面の位置(水位)を判定することができる。   As described above, the electromotive force and its change with time are greatly different between the energy harvesting elements 11a to 11d located in the water, the energy harvesting element 11e located near the water surface, and the energy harvesting elements 11f to 11g located in the atmosphere. Therefore, the main control unit 25 can determine the position (water level) of the water surface from the electromotive force of each of the energy harvesting elements 11a to 11h.

例えば図4(b)に示す例では、環境発電素子11f〜11gの起電力は、環境発電素子11a〜11eの起電力よりも大きい。また、環境発電素子11eの起電力は、他の環境発電素子11a〜11d,11g〜11bよりも経時変化が大きい。そのため、主制御部25は、各環境発電素子11a〜11fの起電力から、水面の位置(水位)を判定することができる。   For example, in the example illustrated in FIG. 4B, the electromotive forces of the energy harvesting elements 11f to 11g are larger than the electromotive forces of the energy harvesting elements 11a to 11e. Further, the electromotive force of the energy harvesting element 11e has a greater change with time than the other energy harvesting elements 11a to 11d and 11g to 11b. Therefore, the main control unit 25 can determine the position (water level) of the water surface from the electromotive force of each of the energy harvesting elements 11a to 11f.

水面を決定するフローチャートを図5に示し、出力値と水面の関係を図6に示す。ここでは、隣接する各環境発電素子の起電力差ΔVから水面を検出する方法と、各環境発電素子の起電力の時間変化(dV/dt)から水面を検出する方法の2種類を述べる。   A flow chart for determining the water surface is shown in FIG. 5, and the relationship between the output value and the water surface is shown in FIG. Here, two types of methods are described: a method for detecting the water surface from the electromotive force difference ΔV between adjacent energy harvesting elements, and a method for detecting the water surface from the time variation (dV / dt) of the electromotive force between each energy harvesting element.

図5は、ある配列(a[m])から最大値を検出する方法と同様である。すなわち、隣接する環境発電素子の起電力差ΔVもしくは起電力の時間変化dV/dtの最大値を示す環境発電素子を検出し、その環境発電素子の位置がほぼ水面の位置と判定する。   FIG. 5 is the same as the method for detecting the maximum value from a certain array (a [m]). That is, an environmental power generation element that shows the maximum value of the electromotive force difference ΔV between adjacent energy generation elements or the time variation dV / dt of the electromotive force is detected, and the position of the energy generation element is determined to be substantially the position of the water surface.

図6は横軸に環境発電素子11a〜11hの位置をとり、縦軸に起電力(図6(a))、起電力差(図6(b))、又は起電力のばらつき(図6(c))をとって、それらの関係を示す図である。   In FIG. 6, the horizontal axis indicates the positions of the energy harvesting elements 11a to 11h, and the vertical axis indicates the electromotive force (FIG. 6 (a)), the electromotive force difference (FIG. 6 (b)), or variations in the electromotive force (FIG. 6 ( It is a figure which takes c)) and shows those relationship.

まず、図6(b)によると、環境発電素子11fの起電力差が最大であることがわかる。これにより、水面は環境発電素子11f付近と判断する。但し、先頭の環境発電素子11aは比較対象がないため、値をゼロとしている。また、図6(c)の環境発電素子の起電力の時間変化(起電力のばらつきdV/dt)をみると、環境発電素子11eの値が最大値である。従って、水面は環境発電素子11e付近と判断する。   First, FIG. 6B shows that the electromotive force difference of the energy harvesting element 11f is the maximum. Thereby, it is determined that the water surface is near the energy harvesting element 11f. However, since the first energy harvesting element 11a has no comparison object, the value is set to zero. Moreover, when the time change (electromotive force variation dV / dt) of the electromotive force of the energy harvesting element in FIG. 6C is seen, the value of the energy harvesting element 11e is the maximum value. Therefore, it is determined that the water surface is near the energy harvesting element 11e.

2種類の方法による水面検出はセンサ1〜2個分の誤差がある可能性があるが、河川の氾濫に備えるには十分な精度である。   The water level detection by the two types of methods may have an error corresponding to one or two sensors, but is accurate enough to prepare for river flooding.

より具体的な例として、気温が30℃、水温が25℃、基準温度設定部の温度が28℃とし、起電力が0.14V/Kの熱電変換素子を使用した場合について考える。   As a more specific example, consider a case where a thermoelectric conversion element having an air temperature of 30 ° C., a water temperature of 25 ° C., a reference temperature setting unit temperature of 28 ° C., and an electromotive force of 0.14 V / K is used.

このとき、環境発電素子11a〜11dの起電力はマイナス0.4V程度となり、環境発電素子11f〜11gの起電力はプラス0.3V程度となる。   At this time, the electromotive force of the energy harvesting elements 11a to 11d is about minus 0.4V, and the electromotive force of the energy harvesting elements 11f to 11g is about plus 0.3V.

環境発電素子11eの起電力は0V付近でばらついでいる。従って、水面は起電力の差が大きい環境発電素子11dと環境発電素子11fとの間にあり、起電力の経時変化(dV/dt)が大きい環境発電素子11eの近傍と判定できる。   The electromotive force of the energy harvesting element 11e varies in the vicinity of 0V. Therefore, the water surface is between the energy harvesting element 11d and the energy harvesting element 11f having a large electromotive force difference, and can be determined to be in the vicinity of the energy harvesting element 11e having a large electromotive force change (dV / dt).

以上説明したように本実施形態では、センサとして温度差により電力を発生する環境発電素子11(熱電変換素子20)を使用しているので、センサによる電力消費量は0であり、水位測定装置10に多くのセンサを搭載することができる。これにより、河川52の水位を詳細に検出することができる。一方、気温が水温よりも低い冬季でも、起電力の符号が逆になるものの、同様の方法で水位を検出することが可能である。   As described above, in the present embodiment, since the environmental power generation element 11 (thermoelectric conversion element 20) that generates electric power due to a temperature difference is used as a sensor, the power consumption by the sensor is 0, and the water level measurement device 10 Many sensors can be mounted on the. Thereby, the water level of the river 52 can be detected in detail. On the other hand, even in winter when the temperature is lower than the water temperature, the water level can be detected by the same method although the sign of the electromotive force is reversed.

また、本実施形態では、センサとして使用する環境発電素子11で発生した電力を蓄電素子28に蓄積し、主制御部25及び通信部26の駆動電力として使用するので、ランニングコスト及びメンテナンスコストが削減される。   Further, in the present embodiment, the electric power generated by the energy harvesting element 11 used as a sensor is stored in the power storage element 28 and used as driving power for the main control unit 25 and the communication unit 26, thereby reducing running costs and maintenance costs. Is done.

なお、環境発電素子11に加え、補助電源として、図7に示すように太陽電池29又はその他の電源を併用してもよい。図7に示す例では、太陽電池29で発生した電力を電源制御部27で所定の電圧に昇圧し、蓄電素子28に蓄積することができる。例えば、環境発電素子11の発電量が少なくなったとき、主制御部25及び通信部26の駆動電力を賄ってもよい。   In addition to the energy harvesting element 11, a solar battery 29 or other power source may be used in combination as an auxiliary power source as shown in FIG. In the example shown in FIG. 7, the power generated in the solar cell 29 can be boosted to a predetermined voltage by the power supply control unit 27 and stored in the power storage element 28. For example, when the power generation amount of the energy harvesting element 11 decreases, the driving power of the main control unit 25 and the communication unit 26 may be covered.

以下、環境発電素子の発電量を試算した結果について説明する。   Hereinafter, the result of trial calculation of the power generation amount of the energy harvesting element will be described.

環境発電素子11として、KELK社製の熱電変換素子(KTGS066A00)を4個用いるものとし、通信部26としてTOCOS社製の無線通信モジュール(TEW−001)を用いるものとする。また、電源制御部27には、変換効率が30%のDC−DCコンバータを用いるものとする。   It is assumed that four thermoelectric conversion elements (KTGS066A00) manufactured by KELK are used as the environmental power generation element 11, and a wireless communication module (TEW-001) manufactured by TOCOS is used as the communication unit 26. Further, it is assumed that a DC-DC converter having a conversion efficiency of 30% is used for the power supply control unit 27.

この場合、4個の熱電変換素子11を直列に接続し、DC−DCコンバータで昇圧した後の電力は、約30μW/(K2)となる。一方、通信部26の1回の情報送信に必要な電力は、約200μWsとなる。 In this case, the power after the four thermoelectric conversion elements 11 are connected in series and boosted by the DC-DC converter is about 30 μW / (K 2 ). On the other hand, the power required for one transmission of information by the communication unit 26 is about 200 μWs.

従って、熱電変換素子の一方の面と他方の面との温度差が1℃の場合、無線通信モジュールは、7秒間に1回の割合で情報送信が可能である。すなわち、少なくとも4個の熱電変換素子の一方の面と他方の面との温度差が1℃以上であれば、無線通信モジュールで消費する電力を賄うことができる。   Therefore, when the temperature difference between one surface and the other surface of the thermoelectric conversion element is 1 ° C., the wireless communication module can transmit information at a rate of once every 7 seconds. That is, if the temperature difference between one surface and the other surface of at least four thermoelectric conversion elements is 1 ° C. or more, the power consumed by the wireless communication module can be covered.

(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態に係るレベル検出装置(水位測定装置)を示す模式図である。図8において、図1と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram showing a level detection device (water level measurement device) according to the second embodiment. 8, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態に係る水位測定装置10aは、基準温度設定部12の裏面(環境発電素子11が配置された面と反対側の面)側を川岸(土)53に直接接触させて設置する。川岸53の土の部分は地中深くでは年間を通して温度の変化が小さく、河川52を流れる水の温度又は大気の温度との温度差を比較的大きく保つことができる。   The water level measurement device 10a according to the present embodiment is installed by bringing the back surface (surface opposite to the surface where the environmental power generation element 11 is disposed) side of the reference temperature setting unit 12 into direct contact with the riverbank (soil) 53. The soil portion of the riverbank 53 has a small temperature change throughout the year deep in the ground, and can maintain a relatively large temperature difference from the temperature of the water flowing through the river 52 or the temperature of the atmosphere.

基準温度設定部12は、地中深くに接する部分のみ、杭のような構造体を備える。上述のように地中深くでは年間を通して温度が均一なため、本構造は基準温度設定部12を定温に維持することに寄与する。また、基準温度設定部12の他の部分は断熱部材13に覆われており、大気や水との熱エネルギーの交換をできる限り小さくする。このため、本実施形態に係る水位測定装置10aのほうが、図1に示すように河川52の中央に設置した水位測定装置10よりも、水位の検出が容易になると考えられる。   The reference temperature setting unit 12 includes a structure such as a pile only in a portion that is in deep contact with the ground. As described above, since the temperature is uniform throughout the year deep in the ground, this structure contributes to maintaining the reference temperature setting unit 12 at a constant temperature. Moreover, the other part of the reference temperature setting part 12 is covered with the heat insulation member 13, and exchange of thermal energy with air | atmosphere or water is made as small as possible. For this reason, it is considered that the water level measurement device 10a according to the present embodiment is easier to detect the water level than the water level measurement device 10 installed at the center of the river 52 as shown in FIG.

(第3の実施形態)
第1の実施形態では環境発電素子11として熱電変換素子を使用した場合について説明したが、環境発電素子11として他の発電素子を使用することもできる。
(Third embodiment)
In the first embodiment, the case where a thermoelectric conversion element is used as the energy harvesting element 11 has been described. However, another energy generation element may be used as the energy harvesting element 11.

図9は、第3の実施形態に係る水位測定装置を示す模式図である。   FIG. 9 is a schematic diagram showing a water level measuring apparatus according to the third embodiment.

本実施形態に係る水位測定装置10bは、水車と、水車の動力により発電する発電機(図示せず)とを有する発電素子(環境発電素子)16を、支柱15の長手方向に沿って一定の間隔で取り付けた構造を有する。発電素子16は、水流による発電機に連結した水車が回転して電力を発生する。   The water level measuring device 10b according to the present embodiment has a power generation element (environmental power generation element) 16 having a water wheel and a power generator (not shown) that generates power by the power of the water wheel, along a longitudinal direction of the support column 15. It has a structure attached at intervals. The power generation element 16 generates electric power by rotating a water wheel connected to a water-based generator.

この水位測定装置10bでは、最も大きな電力差を発生している2つの発電素子16間を水面の位置と判定することができる。また、この水位測定装置10bは第1の実施形態と同様の電子回路部(図3参照)を備え、発電素子16により発生した電力を蓄電素子に蓄積し、主制御部及び通信部に駆動電力を供給する。   In this water level measuring device 10b, it is possible to determine the position between the two power generating elements 16 that generate the largest power difference as the position of the water surface. The water level measuring device 10b includes an electronic circuit unit (see FIG. 3) similar to that of the first embodiment, accumulates the power generated by the power generation element 16 in the storage element, and drives the main control unit and the communication unit to drive power. Supply.

(第4の実施形態)
第1の実施形態では、主制御部25において各環境発電素子11の発電量を常時監視している。そのため、各環境発電素子11で発生した電力の一部は常時主制御部25に直接流れ、蓄電素子28に蓄積される電力が少なくなることが考えられる。
(Fourth embodiment)
In the first embodiment, the main controller 25 constantly monitors the power generation amount of each energy harvesting element 11. Therefore, it is conceivable that part of the electric power generated in each energy harvesting element 11 always flows directly to the main control unit 25 and the electric power accumulated in the power storage element 28 is reduced.

本実施形態では、水害のおそれがないときには特定の環境発電素子の発電量のみを監視し、他の環境発電素子で発生した電力を蓄電素子に蓄積することで、蓄電素子により多くの電力を蓄積する。   In this embodiment, when there is no fear of flooding, only the amount of power generated by a specific energy harvesting element is monitored, and the power generated by other energy harvesting elements is stored in the energy storage element, thereby accumulating more power in the energy storage element. To do.

図10は、第4の実施形態に係る水位測定装置の電子回路部の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態が第1の実施形態と異なる点は電子回路部の構成が異なることにあり、その他の構成は基本的に第1の実施形態と同様である。そのため、第1の実施形態と重複する部分の説明は省略する。   FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic circuit unit of the water level measurement device according to the fourth embodiment. Note that this embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the electronic circuit unit is different, and other configurations are basically the same as those of the first embodiment. Therefore, the description of the part which overlaps with 1st Embodiment is abbreviate | omitted.

本実施形態に係る水位測定装置の電子回路部14aは、主制御部25と、通信部26と、電源制御部27と、蓄電素子28と、切替回路部32とを有する。   The electronic circuit unit 14 a of the water level measurement device according to the present embodiment includes a main control unit 25, a communication unit 26, a power supply control unit 27, a storage element 28, and a switching circuit unit 32.

主制御部25は、環境発電素子11のうちの一つをトリガセンサとし、水面の位置がトリガセンサよりも下か否かを判定する。そして、主制御部25は、その判定結果に基づいて切替回路部32を制御する。   The main control unit 25 uses one of the energy harvesting elements 11 as a trigger sensor, and determines whether the position of the water surface is below the trigger sensor. The main control unit 25 controls the switching circuit unit 32 based on the determination result.

トリガセンサとして、平常時の河川52の水位よりもある程度上方の位置に配置された環境発電素子を使用する。ここでは、図11に示す環境発電素子11eをトリガセンサとする。   As the trigger sensor, an energy harvesting element disposed at a position somewhat higher than the water level of the river 52 at normal times is used. Here, the energy harvesting element 11e shown in FIG. 11 is a trigger sensor.

図12は、本実施形態に係る水位測定装置の動作を説明するフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the water level measuring apparatus according to this embodiment.

まず、ステップS11において、主制御部25は、切替回路部32を平常時モードとする。すなわち、主制御部25は、切替回路部32を制御して、トリガセンサ(環境発電素子11e)を含む一部の環境発電素子のみを主制御部25と接続し、他の環境発電素子で発生した電力は全て電源制御部27を介して蓄電素子28に蓄積する。また、主制御部25は、通信部26への電力供給を停止する。   First, in step S11, the main control unit 25 sets the switching circuit unit 32 to the normal mode. That is, the main control unit 25 controls the switching circuit unit 32 to connect only a part of the energy harvesting elements including the trigger sensor (the energy harvesting element 11e) to the main control unit 25, and is generated by other energy harvesting elements. All the electric power is stored in the power storage element 28 via the power supply control unit 27. Further, the main control unit 25 stops power supply to the communication unit 26.

本実施形態では、平常時モードのときは、環境発電素子のうち、トリガセンサである環境発電素子11eと水中に配置される環境発電素子11bと大気中に配置される環境発電素子11hとの3つのみが切替回路部32を介して主制御部25に接続される。そして、他の環境発電素子は電源制御部27を介して蓄電素子28に接続され、他の環境発電素子で発生した電力は蓄電素子28に蓄積される。このため、平常時モードのときは、蓄電素子28に多くの電力が蓄積される。   In the present embodiment, in the normal mode, among the energy harvesting elements, the energy harvesting element 11e that is a trigger sensor, the energy harvesting element 11b that is disposed in water, and the energy harvesting element 11h that is disposed in the atmosphere. Only one is connected to the main control unit 25 via the switching circuit unit 32. The other energy harvesting elements are connected to the energy storage element 28 via the power supply control unit 27, and the electric power generated by the other energy harvesting elements is stored in the energy storage element 28. For this reason, a large amount of electric power is stored in the storage element 28 in the normal mode.

次に、ステップS12に移行し、主制御部25は、環境発電素子11b,11e,11hの発電量から、水面がトリガセンサよりも下か否かを判定する。   Next, it transfers to step S12 and the main control part 25 determines whether the water surface is lower than a trigger sensor from the electric power generation amount of the environmental power generation elements 11b, 11e, and 11h.

例えば環境発電素子11e(トリガセンサ)の発電量が、水中に配置された環境発電素子11bの発電量よりも大気中に配置された環境発電素子11fの発電量に近い場合、主制御部25は水面が環境発電素子11eの位置よりも下であると判定する。   For example, when the power generation amount of the energy harvesting element 11e (trigger sensor) is closer to the power generation amount of the energy harvesting element 11f disposed in the atmosphere than the power generation amount of the energy harvesting element 11b disposed in the water, the main control unit 25 It is determined that the water surface is below the position of the energy harvesting element 11e.

一方、環境発電素子11e(トリガセンサ)の発電量が、大気中に配置された環境発電素子11hの発電量よりも水中に配置された環境発電素子11bの発電量に近い場合、主制御部25は水面が環境発電素子11eの位置に到達したと判定する。   On the other hand, when the power generation amount of the energy harvesting element 11e (trigger sensor) is closer to the power generation amount of the energy harvesting element 11b disposed in the water than the power generation amount of the energy harvesting element 11h disposed in the atmosphere, the main control unit 25 Determines that the water surface has reached the position of the energy harvesting element 11e.

ステップS12において水面がトリガセンサの位置よりも下であると判定した場合(YESの場合)は、ステップS12からステップS11に戻り、平常時モードを継続する。   If it is determined in step S12 that the water surface is below the position of the trigger sensor (in the case of YES), the process returns from step S12 to step S11, and the normal mode is continued.

ステップS12において水位がトリガセンサの位置に到達したと判定した場合(NOの場合)は、ステップS13に移行する。   When it determines with the water level having reached the position of the trigger sensor in step S12 (in the case of NO), it transfers to step S13.

ステップS13において、主制御部25は切替回路部32を制御して、非常時モードに移行する。非常時モードでは全ての環境発電素子11a〜11hが主制御部25に接続されるとともに、通信部26にも電力が供給される。   In step S13, the main control unit 25 controls the switching circuit unit 32 to shift to the emergency mode. In the emergency mode, all of the energy harvesting elements 11 a to 11 h are connected to the main control unit 25 and power is also supplied to the communication unit 26.

そして、主制御部25は、環境発電素子11a〜11hの出力に基づき水面の位置を詳細に検出するとともに、通信部26を介してセンタ局30に非常事態の発生を通知する。その後、主制御部25は、センタ局30からのポーリングに応じて水位の情報をセンタ局30に送信する。   The main control unit 25 detects the position of the water surface in detail based on the outputs of the energy harvesting elements 11a to 11h, and notifies the center station 30 of the occurrence of an emergency via the communication unit 26. Thereafter, the main control unit 25 transmits water level information to the center station 30 in response to polling from the center station 30.

非常時モードになると、ステップS12で水面の位置がトリガセンサの位置よりも下と判定されるまで、非常時モードは継続される。   When the emergency mode is entered, the emergency mode is continued until it is determined in step S12 that the position of the water surface is below the position of the trigger sensor.

上述したように、本実施形態では、水面の位置がトリガセンサの位置よりも低く、水害のおそれがないときには、通信部26を休止状態とし、平常時モードで動作する。そして、平常時モードでは、主制御部25は特定の環境発電素子(本実施形態では環境発電素子11b,11e,11h)の出力のみを監視し、他の環境発電素子で発生した電力は蓄電素子28に蓄積される。これにより、蓄電素子28に、多くの電力が蓄積される。   As described above, in the present embodiment, when the position of the water surface is lower than the position of the trigger sensor and there is no risk of flooding, the communication unit 26 is put into a sleep state and operates in the normal mode. In the normal mode, the main control unit 25 monitors only the output of a specific energy harvesting element (in this embodiment, the energy harvesting elements 11b, 11e, and 11h), and the electric power generated by the other energy harvesting elements is stored in the energy storage element. 28 is accumulated. As a result, a large amount of electric power is stored in the power storage element 28.

一方、水面の位置がトリガセンサの位置に到達し、水害のおそれがあるときは、全ての環境発電素子が切替回路部32を介して主制御部25に接続され、水面の位置が詳細に検出される。また、通信部26にも駆動電力が供給され、主制御部25は通信部26を介してセンタ局30と通信を行う。これにより、センタ局30では、河川の水位の変化を詳細に知ることができる。   On the other hand, when the position of the water surface reaches the position of the trigger sensor and there is a risk of water damage, all the energy harvesting elements are connected to the main control unit 25 via the switching circuit unit 32, and the position of the water surface is detected in detail. Is done. The driving power is also supplied to the communication unit 26, and the main control unit 25 communicates with the center station 30 via the communication unit 26. Thereby, the center station 30 can know the change in the water level of the river in detail.

なお、本実施形態ではトリガセンサの位置よりも水面の位置が下の場合は平常時モードとなり、通信部26を休止状態としている。しかし、平常時モードのときに一定の時間毎に通信部26を駆動し、水位測定装置10が正常に稼働中であることをセンタ局30に通知するようにしてもよい。   In the present embodiment, when the position of the water surface is lower than the position of the trigger sensor, the normal mode is set, and the communication unit 26 is in a dormant state. However, the communication unit 26 may be driven at regular time intervals in the normal mode to notify the center station 30 that the water level measuring device 10 is operating normally.

(第5の実施形態)
図13は、第5の実施形態に係るレベル監視システムを示す模式図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 13 is a schematic diagram showing a level monitoring system according to the fifth embodiment.

図13に示すように、本実施形態に係るレベル監視システムは、河川に沿って配置された複数の水位測定装置10と、それらの水位測定装置10との間で通信を行うセンタ局30とを有する。本実施形態では、水位測定装置10として第1の実施形態の装置(図1参照)を使用する。   As shown in FIG. 13, the level monitoring system according to the present embodiment includes a plurality of water level measurement devices 10 arranged along a river and a center station 30 that performs communication between the water level measurement devices 10. Have. In the present embodiment, the apparatus of the first embodiment (see FIG. 1) is used as the water level measuring device 10.

センタ局30は、例えば一定の時間毎にポーリングを行い、各水位測定装置10から河川の水位の情報を収集する。また、センタ局30は、それらの水位測定装置10から送られてくる情報に異常値がある場合、ポーリング間隔を短縮して各水位測定装置10からより詳細な水位の情報を収集する。   The center station 30 performs polling at regular intervals, for example, and collects the water level information of the river from each water level measuring device 10. Further, when there is an abnormal value in the information sent from these water level measurement devices 10, the center station 30 collects more detailed water level information from each water level measurement device 10 by shortening the polling interval.

そして、センタ局30は、それらの情報から河川の各位置の水位がわかるように画像化したデータを作成し、通信網38を介してクライアント36に提供する。また、河川の水位が異常に上昇して水害が発生するおそれがある場合、センタ局30はクライアント36に警報を発生する。   Then, the center station 30 creates imaged data so that the water level at each position in the river can be understood from the information, and provides the data to the client 36 via the communication network 38. When the river level rises abnormally and may cause flooding, the center station 30 issues an alarm to the client 36.

このように、本実施形態に係るレベル監視システムでは、多数の水位測定装置10により収集した河川の各位置の水位の情報がセンタ局30に集約される。そして、センタ局30では、それらの情報を一括管理し、水害が発生するおそれがあるときにはクライアント36に警報を発生する。これにより、水害による被害を最小に抑えることが可能になる。   As described above, in the level monitoring system according to the present embodiment, the information on the water level at each position of the river collected by a large number of water level measuring devices 10 is collected in the center station 30. The center station 30 manages these pieces of information collectively, and issues a warning to the client 36 when there is a risk of flooding. This makes it possible to minimize damage caused by water damage.

なお、図14に示すように、センタ局30と水門開閉装置39とを通信接続し、水位測定装置10で測定した河川の水位の情報に基づいて水門を自動的に開閉するようにしてもよい。   As shown in FIG. 14, the center station 30 and the sluice gate opening / closing device 39 may be communicatively connected to automatically open and close the sluice gate based on information on the river water level measured by the water level measuring device 10. .

また、図15に示すように、特定の水位測定装置10と同じ場所に補正用水位計40を設置し、水位測定装置10により測定した水位と補正用水位計40で測定した水位とをセンタ局30で比較するようにしてもよい。補正用水位計40として、例えば比較的高精度で水位を測定できる超音波式水位計等を用いることができる。   Further, as shown in FIG. 15, a correction water level meter 40 is installed at the same location as the specific water level measurement device 10, and the water level measured by the water level measurement device 10 and the water level measured by the correction water level meter 40 are center stations. You may make it compare by 30. As the correction water level meter 40, for example, an ultrasonic water level meter that can measure the water level with relatively high accuracy can be used.

これにより、水位測定装置10により測定した水位を補正して測定精度を向上させることができ、測定の信頼性が向上する。また、水位測定装置10により測定した水位と補正用水位計で測定した水位とが大きく異なる場合は、水位測定装置10の故障と判定することもできる。   Thereby, the water level measured by the water level measuring device 10 can be corrected to improve the measurement accuracy, and the measurement reliability is improved. Further, when the water level measured by the water level measuring device 10 and the water level measured by the correction water level meter are greatly different, it can be determined that the water level measuring device 10 has failed.

(第6の実施形態)
図16は、第6の実施形態に係るレベル検出装置を示す模式図である。本実施形態は、容器内に収納された粉体のレベルを検出する粉体レベル検出装置に適用した例について説明している。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a level detection apparatus according to the sixth embodiment. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a powder level detection device that detects the level of powder stored in a container is described.

図16に示すように、粉体レベル検出装置70は、支柱71と、支柱71の長手方向に沿って一定の間隔で配置された複数の太陽電池(環境発電素子)72と、外部の装置(外部の設備)との間で通信を行う電子回路部73を有する。この粉体レベル検出装置70は、粉体76が装入された容器75内に、長手方向を垂直にして配置される。   As shown in FIG. 16, the powder level detection device 70 includes a support 71, a plurality of solar cells (environmental power generation elements) 72 arranged at regular intervals along the longitudinal direction of the support 71, and an external device ( An electronic circuit unit 73 that communicates with an external facility) is provided. The powder level detection device 70 is disposed in a container 75 in which powder 76 is charged, with the longitudinal direction being vertical.

各太陽電池72は、光源77から放射される光の受光量に応じた電力を発生する。従って、粉体76のレベルよりも上に配置された太陽電池72では、光源77から放出される光を遮るものがないので、発電量は多い。しかし、粉体76のレベルよりも下に配置された太陽電池72では、粉体76により光が遮られるので、発電量は少ない。電子回路部73は、各太陽電池72の発電量により、粉体76のレベルを検出する。   Each solar cell 72 generates electric power according to the amount of light received from the light source 77. Therefore, in the solar cell 72 arranged above the level of the powder 76, there is nothing to block the light emitted from the light source 77, so the amount of power generation is large. However, in the solar cell 72 arranged below the level of the powder 76, light is blocked by the powder 76, so the amount of power generation is small. The electronic circuit unit 73 detects the level of the powder 76 based on the power generation amount of each solar cell 72.

電子回路部73は、第1の実施形態と同様に、主制御部、通信部、電源制御部及び蓄電素子を備え、通信部を介して粉体76のレベルの情報を外部の装置に送信する。   Similar to the first embodiment, the electronic circuit unit 73 includes a main control unit, a communication unit, a power supply control unit, and a power storage element, and transmits information on the level of the powder 76 to an external device via the communication unit. .

本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、センサによる電力消費量は0であり、多数のセンサを使用して粉体のレベルを詳細に検出することができる。また、センサ(太陽電池)で発生した電力を用いて電子回路を駆動するので、ランニングコスト及びメンテナンスコストが低いという利点がある。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the power consumption by the sensor is 0, and the powder level can be detected in detail using a large number of sensors. In addition, since the electronic circuit is driven using the electric power generated by the sensor (solar cell), there is an advantage that the running cost and the maintenance cost are low.

なお、開示した技術は、河川の水位や粉体のレベルの検出以外の用途として、積雪量の検出や土砂崩れの検出などにも適用ができる。   The disclosed technology can also be applied to the detection of the amount of snow and the detection of landslides as uses other than the detection of river water level and powder level.

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。   The following additional notes are disclosed with respect to the above embodiments.

(付記1)支持体と、
前記支持体に配列し、非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の環境発電素子と、
前記複数の環境発電素子のそれぞれからの出力に基づいて検出対象の境界の位置を検出する電子回路部と
を有することを特徴とするレベル検出装置。
(Appendix 1) a support;
A plurality of energy harvesting elements arranged on the support and converting non-electric energy into electric energy;
An electronic circuit unit that detects a position of a boundary of a detection target based on outputs from each of the plurality of energy harvesting elements.

(付記2)前記複数の環境発電素子は複数の熱電変換素子であり、
更に、前記支持体を被覆し、前記支持体よりも低い熱伝導率を有する断熱部材を有することを特徴とする付記1に記載のレベル検出装置。
(Appendix 2) The plurality of energy harvesting elements are a plurality of thermoelectric conversion elements,
The level detection apparatus according to appendix 1, further comprising a heat insulating member that covers the support and has a lower thermal conductivity than the support.

(付記3)前記電子回路部は、外部の設備に通信接続する通信部を備えることを特徴とする付記1又は2に記載のレベル検出装置。   (Additional remark 3) The said electronic circuit part is equipped with the communication part which carries out communication connection to an external installation, The level detection apparatus of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

(付記4)前記電子回路部は、前記環境発電素子からの出力に基づき、前記検出対象の境界を判定する主制御部と、前記環境発電素子から出力される電力を蓄積する蓄電素子と、前記複数の環境発電素子で発生した電極を前記蓄積素子に蓄積する電源制御部とを備えることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載のレベル検出装置。   (Supplementary Note 4) The electronic circuit unit includes a main control unit that determines a boundary of the detection target based on an output from the energy harvesting element, a power storage element that accumulates power output from the energy harvesting element, The level detection apparatus according to any one of supplementary notes 1 to 3, further comprising: a power supply control unit configured to store electrodes generated by a plurality of energy harvesting elements in the storage element.

(付記5)更に、前記蓄電素子に電気エネルギーを供給する補助電源を有することを特徴とする付記4に記載のレベル検出装置。   (Supplementary note 5) The level detection device according to supplementary note 4, further comprising an auxiliary power source for supplying electric energy to the power storage element.

(付記6)前記検出対象が液体であり、前記複数の環境発電素子の一部が前記液体に接触することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載のレベル検出装置。   (Supplementary note 6) The level detection device according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein the detection target is a liquid, and a part of the plurality of energy harvesting elements is in contact with the liquid.

(付記7)前記検出対象が粉体であり、前記複数の環境発電素子の一部が前記粉体に接触することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載のレベル検出装置。   (Supplementary note 7) The level detection apparatus according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein the detection target is powder, and a part of the plurality of energy harvesting elements is in contact with the powder.

(付記8)前記検出対象が河川を流れる水であり、前記複数の環境発電素子のうちの一部が前記河川を流れる水に接触し、前記電子回路部は前記複数の環境発電素子のそれぞれから出力される電力に基づいて前記河川の水位を検出することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載のレベル検出装置。   (Supplementary note 8) The detection target is water flowing through a river, a part of the plurality of energy harvesting elements is in contact with water flowing through the river, and the electronic circuit unit is connected to each of the plurality of energy harvesting elements. 6. The level detection apparatus according to any one of appendices 1 to 5, wherein the level of the river is detected based on output electric power.

(付記9)前記支持体は、前記河川の川岸に接して配置されることを特徴とする付記8に記載のレベル検出装置。   (Additional remark 9) The said support body is arrange | positioned in contact with the riverbank of the said river, The level detection apparatus of Additional remark 8 characterized by the above-mentioned.

(付記10)前記電子回路部は、前記複数の環境発電素子のうちの特定の環境発電素子をトリガセンサとし、前記河川の水位が前記トリガセンサよりも下か否かにより動作モードを切り替えることを特徴とする付記8又は9に記載のレベル検出装置。   (Additional remark 10) The said electronic circuit part uses a specific environmental power generation element of the said plurality of environmental power generation elements as a trigger sensor, and changes an operation mode by whether the water level of the said river is lower than the said trigger sensor. Item 10. The level detection apparatus according to appendix 8 or 9, which is characterized.

(付記11)前記環境発電素子は、圧電素子、太陽電池及び振動発電素子のいずれかであることを特徴とする付記1に記載のレベル検出装置。   (Supplementary note 11) The level detection device according to supplementary note 1, wherein the environmental power generation element is any one of a piezoelectric element, a solar cell, and a vibration power generation element.

(付記12)
検出対象の境界の位置を検出する複数のレベル検出装置と、
前記複数のレベル検出装置から前記検出対象の境界の位置の情報を収集するセンタ局とを有し、
前記レベル検出装置は、
支持体と、
前記支持体に配列して、非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の環境発電素子と、
前記複数の環境発電素子のそれぞれからの出力に基づいて前記検出対象の境界の位置を検出する電子回路部と
を有することを特徴とするレベル監視システム。
(Appendix 12)
A plurality of level detection devices for detecting the position of the boundary of the detection target;
A center station that collects information on the position of the detection target boundary from the plurality of level detection devices,
The level detection device includes:
A support;
A plurality of energy harvesting elements arranged on the support to convert non-electric energy into electrical energy;
An electronic circuit unit that detects a position of a boundary of the detection target based on outputs from each of the plurality of energy harvesting elements.

(付記13)前記物質が河川を流れる水であり、前記レベル検出装置の前記複数の環境発電素子のうちの一部が前記河川を流れる水に接触し、
前記センタ局は前記複数のレベル検出装置から取得した水位の情報から水害のおそれの有無を判定し、水害のおそれがあると判定したときには警報を発生することを特徴とする付記12に記載のレベル監視システム。
(Supplementary note 13) The substance is water flowing through a river, and a part of the plurality of energy harvesting elements of the level detection device is in contact with water flowing through the river,
13. The level according to appendix 12, wherein the center station determines whether or not there is a risk of water damage from water level information acquired from the plurality of level detection devices, and generates a warning when determining that there is a risk of water damage. Monitoring system.

(付記14)更に、補正用水位計を有し、前記レベル検出装置で検出した水位を前記補正用水位計で検出した水位を用いて補正することを特徴とする付記13に記載のレベル監視システム。   (Supplementary note 14) The level monitoring system according to supplementary note 13, further comprising a correction water level meter, wherein the water level detected by the level detection device is corrected using the water level detected by the correction water level meter. .

10,10a,10b…水位測定装置(レベル検出装置)、11…環境発電素子、12…基準温度設定部、13…断熱部材、14…電子回路部、15…支柱、16…発電素子、20…熱電変換素子、21a…n型熱電構造体、21b…p型熱電構造体、22…電極、23…保護部材、24a,24b…伝熱板、25…主制御部、26…通信部、27…電源制御部、28…蓄電素子、29…太陽電池、30…センタ局、32…切替回路部、36…クライアント、38…通信網、39…水門開閉装置、40…補正用水位計、52…河川、53…川岸、70…粉体レベル検出装置、71…支柱、72…太陽電池、73…電子回路部、75…容器、76…粉体、77…光源。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10a, 10b ... Water level measurement apparatus (level detection apparatus), 11 ... Environmental power generation element, 12 ... Reference temperature setting part, 13 ... Thermal insulation member, 14 ... Electronic circuit part, 15 ... Support | pillar, 16 ... Power generation element, 20 ... Thermoelectric conversion element, 21a ... n-type thermoelectric structure, 21b ... p-type thermoelectric structure, 22 ... electrode, 23 ... protective member, 24a, 24b ... heat transfer plate, 25 ... main control unit, 26 ... communication unit, 27 ... Power control unit, 28 ... electric storage element, 29 ... solar cell, 30 ... center station, 32 ... switching circuit unit, 36 ... client, 38 ... communication network, 39 ... sluice open / close device, 40 ... correction water level meter, 52 ... river 53 ... River bank, 70 ... Powder level detection device, 71 ... Column, 72 ... Solar cell, 73 ... Electronic circuit part, 75 ... Container, 76 ... Powder, 77 ... Light source.

Claims (11)

支持体と、
前記支持体に配列し、非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の環境発電素子と、
前記複数の環境発電素子のそれぞれからの出力に基づいて検出対象の境界の位置を検出する電子回路部と
を有することを特徴とするレベル検出装置。
A support;
A plurality of energy harvesting elements arranged on the support and converting non-electric energy into electric energy;
An electronic circuit unit that detects a position of a boundary of a detection target based on outputs from each of the plurality of energy harvesting elements.
前記複数の環境発電素子は複数の熱電変換素子であり、
更に、前記支持体を被覆し、前記支持体よりも低い熱伝導率を有する断熱部材を有することを特徴とする請求項1に記載のレベル検出装置。
The plurality of energy harvesting elements are a plurality of thermoelectric conversion elements,
The level detection apparatus according to claim 1, further comprising a heat insulating member that covers the support and has a lower thermal conductivity than the support.
前記電子回路部は、外部の設備に通信接続する通信部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のレベル検出装置。   The level detection apparatus according to claim 1, wherein the electronic circuit unit includes a communication unit that communicates with an external facility. 前記電子回路部は、前記環境発電素子からの出力に基づき、前記検出対象の境界を判定する主制御部と、前記環境発電素子から出力される電力を蓄積する蓄電素子と、前記複数の環境発電素子で発生した電力を前記蓄電素子に蓄積する電源制御部とを備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレベル検出装置。   The electronic circuit unit includes: a main control unit that determines a boundary of the detection target based on an output from the energy harvesting device; a power storage device that accumulates power output from the energy harvesting device; and the plurality of energy harvesting devices The level detection apparatus according to claim 1, further comprising: a power control unit that accumulates electric power generated by the element in the power storage element. 更に、前記蓄電素子に電気エネルギーを供給する補助電源を有することを特徴とする請求項4に記載のレベル検出装置。   The level detection apparatus according to claim 4, further comprising an auxiliary power supply that supplies electric energy to the power storage element. 前記検出対象が河川を流れる水であり、前記複数の環境発電素子のうちの一部が前記河川を流れる水に接触し、前記電子回路部は前記複数の環境発電素子のそれぞれから出力される電力に基づいて前記河川の水位を検出することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレベル検出装置。   The detection target is water flowing through a river, a part of the plurality of energy harvesting elements is in contact with the water flowing through the river, and the electronic circuit unit outputs power output from each of the plurality of energy harvesting elements The level detection apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the level of the river is detected on the basis of the level. 前記支持体は、前記河川の川岸に接して配置されることを特徴とする請求項6に記載のレベル検出装置。   The level detection apparatus according to claim 6, wherein the support is disposed in contact with a riverbank of the river. 前記電子回路部は、前記複数の環境発電素子のうちの特定の環境発電素子をトリガセンサとし、前記河川の水位が前記トリガセンサよりも下か否かにより動作モードを切り替えることを特徴とする付記6又は7に記載のレベル検出装置。   The electronic circuit unit uses a specific energy harvesting element of the plurality of energy harvesting elements as a trigger sensor, and switches an operation mode depending on whether or not a water level of the river is lower than the trigger sensor. The level detection device according to 6 or 7. 前記環境発電素子は、圧電素子、太陽電池及び振動発電素子のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のレベル検出装置。   The level detection apparatus according to claim 1, wherein the environmental power generation element is any one of a piezoelectric element, a solar battery, and a vibration power generation element. 検出対象の境界の位置を検出する複数のレベル検出装置と、
前記複数のレベル検出装置から前記検出対象の境界の位置の情報を収集するセンタ局とを有し、
前記レベル検出装置は、
支持体と、
前記支持体に配列して、非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の環境発電素子と、
前記複数の環境発電素子のそれぞれからの出力に基づいて前記検出対象の境界の位置を検出する電子回路部と
を有することを特徴とするレベル監視システム。
A plurality of level detection devices for detecting the position of the boundary of the detection target;
A center station that collects information on the position of the detection target boundary from the plurality of level detection devices,
The level detection device includes:
A support;
A plurality of energy harvesting elements arranged on the support to convert non-electric energy into electrical energy;
An electronic circuit unit that detects a position of a boundary of the detection target based on outputs from each of the plurality of energy harvesting elements.
前記検出対象が河川を流れる水であり、前記レベル検出装置の前記複数の環境発電素子のうちの一部が前記河川を流れる水に接触し、
前記センタ局は前記複数のレベル検出装置から取得した水位の情報から水害のおそれの有無を判定し、水害のおそれがあると判定したときには警報を発生することを特徴とする請求項10に記載のレベル監視システム。
The detection target is water flowing through a river, a part of the plurality of energy harvesting elements of the level detection device is in contact with water flowing through the river,
11. The center station according to claim 10, wherein the center station determines whether or not there is a risk of water damage from information on the water level acquired from the plurality of level detection devices, and generates an alarm when determining that there is a risk of water damage. Level monitoring system.
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