JP2019158463A - Water level sensor, point flow speed sensor, and opening degree sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水位センサ、点流速センサ、及び開度センサに関する。 The present invention relates to a water level sensor, a point flow velocity sensor, and an opening degree sensor.
水位センサは、河川の水位または河川の水が内水側にあふれ出て浸水したときの水位を検出する(特許文献1参照)。点流速センサは河川の点流速を検出する(特許文献2参照)。樋門のゲートは開度が適切に管理されることが必要である(特許文献3参照)。 The water level sensor detects the water level when the river level or the river water overflows into the inland water and is submerged (see Patent Document 1). The point flow velocity sensor detects the point flow velocity of the river (see Patent Document 2). The gate of Xiamen needs to be properly managed in opening (see Patent Document 3).
水位を低コストでありながら高精度に検出できる水位センサ、河川の点流速を低コストでありながら高精度に検出できる点流速センサが求められる。樋門に設けられた自重式フラップゲートの開度を低コストでありながら高精度に検出することができる開度センサが求められる。 There is a need for a water level sensor that can detect the water level with high accuracy while being low cost, and a point flow velocity sensor that can detect the point flow velocity of the river with high accuracy while being low cost. There is a need for an opening sensor that can detect the opening of a self-weight flap gate provided in Xiamen with high accuracy while being low in cost.
本発明は、水位を低コストでありながら高精度に検出できる水位センサ、河川の点流速を低コストでありながら高精度に検出できる点流速センサ、樋門に設けられた自重式フラップゲートの開度を低コストでありながら高精度に検出することができる開度センサを提供することを目的とする。 The present invention provides a water level sensor that can detect a water level with high accuracy while being low-cost, a point flow velocity sensor that can detect point flow velocity of a river with high accuracy while being low-cost, and the opening of a self-weighted flap gate provided in a lock gate. An object of the present invention is to provide an opening degree sensor capable of detecting the degree of accuracy with high accuracy at a low cost.
本発明は、回転軸を中心として所定の角度の範囲で正逆方向に回転自在のベースと、
前記ベースに取り付けられ、水位に応じた高さ方向の位置に浮上して、前記ベースを回転させるフロートと、前記ベースに取り付けられ、前記ベースの回転方向の角度を検出するための加速度センサを有する加速度センサユニットとを備える水位センサを提供する。
The present invention includes a base that is rotatable in a forward and reverse direction within a predetermined angle range around a rotation axis;
A float that is attached to the base and floats to a position in the height direction according to the water level to rotate the base, and an acceleration sensor that is attached to the base and detects an angle in the rotation direction of the base. A water level sensor comprising an acceleration sensor unit is provided.
本発明は、水流によって回転軸を中心として所定の角度の範囲で正逆方向に回転する回転体と、前記回転体に取り付けられ、前記回転体の角度を検出するための加速度センサを有する加速度センサユニットとを備える点流速センサを提供する。 The present invention relates to an acceleration sensor having a rotating body that rotates in a forward / reverse direction within a predetermined angle range around a rotation axis by a water flow, and an acceleration sensor that is attached to the rotating body and detects the angle of the rotating body. A point flow rate sensor comprising the unit.
本発明は、樋門に設けられた自重式フラップゲートに取り付けられるケースと、前記自重式フラップゲートの開度を検出するための加速度センサを有し、前記ケースの内部に所定の角度の範囲で回転自在に設けられており、前記ケースに対する角度が調整された状態で固定された加速度センサユニットとを備える開度センサ。
を提供する。
The present invention has a case attached to a self-weight type flap gate provided in a lock and an acceleration sensor for detecting the opening degree of the self-weight type flap gate, and within a predetermined angle range inside the case. An opening degree sensor provided with an acceleration sensor unit which is rotatably provided and is fixed in a state where an angle with respect to the case is adjusted.
I will provide a.
本発明の水位センサによれば、水位を低コストでありながら高精度に検出できる。本発明の点流速センサによれば、河川の点流速を低コストでありながら高精度に検出できる。本発明の開度センサによれば、樋門に設けられた自重式フラップゲートの開度を低コストでありながら高精度に検出することができる。 According to the water level sensor of the present invention, the water level can be detected with high accuracy while being low in cost. According to the point flow velocity sensor of the present invention, the point flow velocity of a river can be detected with high accuracy while being low in cost. According to the opening sensor of the present invention, it is possible to detect the opening of the self-weight flap gate provided in the lock gate with high accuracy while being low in cost.
以下、各実施形態の水位センサ、点流速センサ、及び開度センサについて、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, the water level sensor, the point flow velocity sensor, and the opening degree sensor of each embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.
<水位センサ>
図1において、水位センサ11は蓋を外した状態を示している。例えばステンレスよりなるケース111の底面に取り付けられた回転軸21には、所定の長さを有する矩形状のベース22が正逆方向に回転自在に取り付けられている。図1において、時計方向の回転を正方向の回転とすれば、反時計方向の回転が逆方向の回転である。
<Water level sensor>
In FIG. 1, the
ベース22の回転軸21の近傍位置には、加速度センサユニット23が取り付けられている。加速度センサユニット23は、回路基板24と、回路基板24上に実装された加速度センサ25とを有する。
An
ベース22の回転軸21とは反対側の端部には、円筒状の中空のフロート26が取り付けられている。フロート26は、例えば、一面が開放した円筒状のパイプ26a及び26bの開放した面側を対向させて気密性を保つように溶着することによって形成されている。パイプ26a及び26bは例えば塩化ビニルによって形成されている。
A cylindrical
ケース111の下面には3つの円形の水流入穴112が形成され、上面には3つの円形の排気穴113が形成されている。水流入穴112及び排気穴113の形状及び個数は限定されない。
Three circular
一例として、水位センサ11が河川の堤防よりも人家側(内水側)の所定の支柱に取り付けられているとする。河川の越水または堤防の決壊によって内水側が浸水すると、水が水流入穴112から侵入し、水位が上昇する。すると、図1に二点鎖線で示すように、フロート26は水位に応じた高さ方向の位置に浮上して、ベース22を正方向に回転させる。ベース22及びフロート26は、水位に応じて所定の角度の範囲で正逆方向に回転する。
As an example, it is assumed that the
ベース22の回転に伴って加速度センサユニット23も回転するから、加速度センサ25はベース22の回転方向の角度を検出する。加速度センサ25の生成した検出値(電圧値)は、ケーブルCBを介して水位センサ11の外部へと出力される。加速度センサ25には、ケーブルCBを介して外部より電力が供給される。
Since the
図2を用いて、回路基板24及び加速度センサ25の詳細を説明する。加速度センサ25は、X軸、Y軸、Z軸の3軸の加速度を検出する加速度センサであり、X軸の加速度を検出した検出値が抵抗R2を介して端子246より取り出されるように構成されている。加速度センサ25の5V端子及びイネーブル(EN)端子には、端子245より供給された電力が抵抗R1を介して供給されるように構成されている。加速度センサ25の0V端子及び自己テスト(ST)端子は、抵抗R3を介して端子247へと接続されている。
Details of the
回路基板24は、抵抗R1〜R3と、サージアブソーバ241〜244とが図示のように結線された保護回路240を有する。保護回路240は、加速度センサ25に誘導雷サージによる高電圧が印加しないように降圧して、加速度センサ25を保護する。回路基板24は、図示のように結線されたリップル電圧を除去するコンデンサC1及びC2を有する。
The
図3に示すように、加速度センサユニット23は、上面が開放した例えば塩化ビニルによって形成されたケース230を有する。ケース230の底面には、加速度センサ25が実装された回路基板24が配置されている。回路基板24及び加速度センサ25は軟質樹脂231で覆われており、軟質樹脂231の上方にはケース230の上端面まで硬質樹脂232が充填されている。よって、回路基板24及び加速度センサ25が水に触れることはない。
As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、水位センサ11には、データ送信部50が接続されている。データ送信部50は、水位センサ11が取り付けられている支柱の上方に、水位センサ11とは所定距離だけ離隔した状態で取り付けられている。
As shown in FIG. 4, a
データ送信部50は、ケーブルCBを介して水位センサ11から供給される検出値をA/D変換するA/D変換器51、デジタル値の検出値を水位データに変換する中央処理装置52(以下、CPU52)、水位データを無線送信する無線機53を備える。また、データ送信部50は、データ送信部50内の各部及び水位センサ11に電力を供給する電源部54を備える。電源部54は、ソーラーパネル及び充電池であってもよいし、予め充電された充電池または乾電池であってもよい。
The
無線機53は、水位センサ11が検出したベース22の回転方向の角度に基づく水位データを中継局または河川を監視する監視事務所へと送信する。
The
図5に示すように、フロート26がフロート26の側面が地面と平行の状態まで回転した状態を角度0度とすると、フロート26は−61度から61度の範囲で回転する。このときの角度θと水位Hとの関係は図6に示すようになる。図7は、−60.0度から−58.0度の範囲を小数点一桁の単位で変化させたときの水位Hを示している。図7に示すように、水位センサ11によれば、角度を0.1度の分解能で検出でき、水位を1mm単位で高精度に検出することができる。しかも、加速度センサ25は安価であるから、水位センサ11を低コストで作製することができる。
As shown in FIG. 5, when the state in which the
図8は、フロート26(ベース22)の角度と、水位Hとの関係をグラフにて示している。CPU52は、図8に示すような角度θと水位Hとの関係に基づいて、水位センサ11が検出したベース22の角度を水位Hに変換して、水位データを生成することができる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the angle of the float 26 (base 22) and the water level H. The
<点流速センサ>
図9に示す点流速センサ12は、図1に示す水位センサ11を構成する部品と共通の部品を用いて構成することができる。そこで、図9において、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略することがある。
<Point flow velocity sensor>
The point
図9において、点流速センサ12は蓋を外した状態を示している。例えばステンレスよりなるケース121の底面に取り付けられた回転軸21には、ベース22が正逆方向に回転自在に取り付けられている。図9において、反時計方向の回転を正方向の回転とすれば、時計方向の回転が逆方向の回転である。ベース22の回転軸21の近傍位置には、加速度センサユニット23が取り付けられている。
In FIG. 9, the point
ベース22の回転軸21とは反対側の端部には、検知アーム27が取り付けられている。ケース121の下面には、開口122が形成されている。ケース121の下面は、点流速センサ12を水中に設置したときに下方(河床側)に向ける面である。検知アーム27の一部は、開口122よりケース121の外部へと突出している。開口122は、検知アーム27が通る程度のスリットであってもよい。
A
加速度センサユニット23には、バランスウェイト28が取り付けられている。バランスウェイト28は、ねじ等の固定具によって加速度センサユニット23のケース230に取り付けられている。バランスウェイト28は、点流速センサ12が検出する水流の最低流速(例えば流速0m/s)時に、検知アーム27を所定の角度だけ予め回転させるために設けられている。図9に示すように、加速度センサユニット23にバランスウェイト28が取り付けられていることによって、流速が0m/sであるときに検知アーム27を開口122の一方側の端部に位置させることができる。バランスウェイト28を取り外すことによって、検知アーム27を開口122の中央に位置させることもできる。
A
バランスウェイト28は、検知アーム27を上流側に予め所定の角度だけ回転させて、検知アーム27が一方側の端部に回転したときの0点を定める。0点は、点流速センサ12が検出する最低流速となる。即ち、バランスウェイト28は最低流速を決定する。最低流速を流速0m/sより大きい流速に設定することも可能である。
The
検知アーム27は例えば円柱状の棒である。検知アーム27は四角柱状の棒であってもよいし、板であってもよい。検知アーム27は例えばステンレスよりなる。検知アーム27の長さまたは太さを変えることによって流水断面積を変えることができる。これにより、点流速センサ12による点流速の測定範囲を、例えば、0〜1m/sまたは0〜5m/sのように変えることができる。
The
ベース22、加速度センサユニット23、及び検知アーム27は一体的に、回転軸21を中心として所定の角度の範囲で回転する。回転する角度の範囲は、例えば一点鎖線で示す中心線を中心として左右方向にそれぞれ30度である。図9に示す構成では、ベース22と検知アーム27とを別体としているが、両者を一体化してもよい。点流速センサ12は、水流によって回転軸を中心として所定の角度の範囲で正逆方向に回転する回転体を備え、回転体に加速度センサユニット23が取り付けられていればよい。
The
検知アーム27が水流によって図9の右方向へと回転すると、加速度センサユニット23の回転方向の角度が変化する。よって、加速度センサ25は検知アーム27の回転方向の角度を検出することができる。加速度センサ25の生成した検出値(電圧値)は、ケーブルCBを介して点流速センサ12の外部へと出力される。
When the
図4に示すデータ送信部50には、水位センサ11に代えて、点流速センサ12からの検出値が供給される。なお、点流速センサ12は、例えば、河川に設けられた河川構造物の一例であるH鋼に固定され、データ送信部50は、水面よりも上方に位置するようにH鋼に固定されている。無線機53は、点流速センサ12が検出した検知アーム27の回転方向の角度に基づく点流速データを中継局または河川を監視する監視事務所へと送信する。
The
図10は、加速度センサ25が生成する電圧値と検知アーム27の角度との関係を示している。図9に示す構成では、検知アーム27は−90度から90度の範囲では回転しないが、図10では、−90度から90度の範囲の電圧値を示している。図11は、検知アーム27の角度と点流速との関係を示している。CPU52は、図10に示すような加速度センサ25が生成する電圧値と検知アーム27の角度との関係、及び、図11に示すような検知アーム27の角度と点流速との関係に基づいて、点流速データを生成することができる。
FIG. 10 shows the relationship between the voltage value generated by the
CPU52は、加速度センサ25が生成する電圧値を直接点流速に変換する変換テーブルまたは変換式に基づいて、点流速データを生成してもよい。
The
<開度センサ>
図12に示す開度センサ13は、図1に示す水位センサ11を構成する部品と共通の部品を用いて構成することができる。そこで、図12において、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略することがある。
<Opening sensor>
The
図12において、開度センサ13は蓋を外した状態を示している。例えばステンレスよりなるケース131の底面に取り付けられた回転軸21には、ベース22が所定の角度の範囲で正逆方向に回転自在に取り付けられている。図12において、時計方向と反時計方向のいずれか一方の方向の回転を正方向の回転とすれば、他方の方向の回転が逆方向の回転である。ベース22の回転軸21の近傍位置には、加速度センサユニット23が取り付けられている。
In FIG. 12, the
ケース131の底面には、ベース22の回転軸21とは反対側の端部が通過する円弧状の軌跡に沿って、複数のねじ孔32が形成されている。ねじ31を複数のねじ孔32のうちのいずれかに固定することによって、ベース22をケース131に対して所定の角度で固定できるように構成されている。これにより、加速度センサユニット23は、ケース131に対して所定の角度で固定される。
A plurality of screw holes 32 are formed on the bottom surface of the
図13に示すように、堤防60の下には、川表と川裏とを貫通するように樋門70が設けられている。樋門70には、自重式フラップゲート80が設けられている。平水時は、自重式フラップゲート80は川裏側から川表側へと流れる水によって開き、水が隙間から河川90へと排水される。洪水時に河川90の水位が上昇すると、川表側からの水圧によって自重式フラップゲート80が全閉し、川裏側への逆流が防止される。
As shown in FIG. 13, a
ところが、流木または堆砂等により自重式フラップゲート80が全閉しないと、河川90の水が川裏側へと逆流して内水側が氾濫するおそれがある。そこで、自重式フラップゲート80の開度を監視することが必要である。
However, if the self-
図12に示す開度センサ13は、例えば、自重式フラップゲート80における上方に突出する上方突出部81に装着されている。図4に示すデータ送信部50には、水位センサ11に代えて、開度センサ13からの検出値(電圧値)が供給される。データ送信部50は、自重式フラップゲート80(上方突出部81)に設けられていてもよいし、自重式フラップゲート80とは離隔した位置に設けられていてもよい。
The
図10に示すように、加速度センサ25は角度に応じた検出値を出力するので、CPU52は検出値を角度に変換することにより、自重式フラップゲート80の開度を検出することができる。なお、開度センサ13の開度は0度から90度(または0度から−90度)の範囲が検出されれば十分である。無線機53は、開度センサ13が検出した加速度センサ25の角度に基づく自重式フラップゲート80の開度を中継局または河川を監視する監視事務所へと送信する。
As shown in FIG. 10, since the
ベース22(加速度センサユニット23)をケース131に対して所定の角度で固定できるように構成しているのは次の理由による。図10に示すように、加速度センサ25で検出される角度は、90度及び−90度近傍の領域では電圧に応じた角度の変化が大きい。そこで、加速度センサ25は、電圧に応じた角度の変化が小さい0度近傍の領域で用いられるのがよい。
The reason why the base 22 (acceleration sensor unit 23) can be fixed to the
図12は、加速度センサ25の角度が0度となっている状態の開度センサ13を示している。開度センサ13を自重式フラップゲート80に取り付けるとき、必ずしも図12に示す状態を維持して開度センサ13が自重式フラップゲート80に取り付けられるとは限らない。取り付け位置によっては予め開度センサ13に所定の角度を設ける必要がある場合がある。
FIG. 12 shows the opening
図12に示す構成では、ベース22をケース131に対して所定の角度で固定できるように構成しているので、開度センサ13を自重式フラップゲート80に取り付ける際の姿勢に応じて加速度センサ25の角度ができるだけ0度に近付くように加速度センサユニット23を回転させることができる。
In the configuration shown in FIG. 12, the
図12においては、ベース22を回転させることにより加速度センサユニット23の角度を調整するよう構成しているが、ケース131の内部に加速度センサユニット23のみが回転自在に設けられていて、加速度センサユニット23がケース131に対して所定の角度で固定できるように構成されていてもよい。
In FIG. 12, the angle of the
ベース22または加速度センサユニット23の角度を調整して固定する機構は、ねじ31とねじ孔32との組み合わせに限定されない。開度センサ13は、ケース131に対する加速度センサユニット23の角度を調整して固定する任意の固定機構を有していればよい。
The mechanism for adjusting and fixing the angle of the base 22 or the
本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
11 水位センサ
12 点流速センサ
13 開度センサ
21 回転軸
22 ベース(回転体)
23 加速度センサユニット
24 回路基板
25 加速度センサ
26 フロート
27 検知アーム(回転体)
28 バランスウェイト
31 ねじ
32 ねじ孔
50 データ送信部
60 堤防
70 樋門
80 自重式フラップゲート
90 河川
111,121,131 ケース
112 水流入穴
113 排気穴
122 開口
240 保護回路
11
23
28
Claims (7)
前記ベースに取り付けられ、水位に応じた高さ方向の位置に浮上して、前記ベースを回転させるフロートと、
前記ベースに取り付けられ、前記ベースの回転方向の角度を検出するための加速度センサを有する加速度センサユニットと、
を備える水位センサ。 A base that is rotatable in the forward and reverse directions within a predetermined angle range around the rotation axis;
A float attached to the base, levitating to a position in the height direction according to the water level, and rotating the base;
An acceleration sensor unit attached to the base and having an acceleration sensor for detecting an angle in a rotation direction of the base;
A water level sensor.
前記回路基板は、前記加速度センサに誘導雷サージによる高電圧が印加しないように保護する保護回路を有する
請求項1に記載の水位センサ。 The acceleration sensor unit includes a circuit board for supplying electric power to the acceleration sensor and outputting a detection value generated by the acceleration sensor;
The water level sensor according to claim 1, wherein the circuit board includes a protection circuit that protects the acceleration sensor from being applied with a high voltage due to an induced lightning surge.
前記回転体に取り付けられ、前記回転体の角度を検出するための加速度センサを有する加速度センサユニットと、
を備える点流速センサ。 A rotating body that rotates forward and backward in a range of a predetermined angle around a rotation axis by a water flow;
An acceleration sensor unit attached to the rotating body and having an acceleration sensor for detecting an angle of the rotating body;
A point flow velocity sensor comprising:
前記回転体は、
前記回転軸を中心として前記所定の角度の範囲で正逆方向に回転自在のベースと、
前記ベースに取り付けられ、一部が前記開口より前記ケースの外部へと突出し、水流によって前記回転軸を中心として回転して、前記ベースを回転させる検知アームと、
を有し、
前記加速度センサユニットは、前記ベースに取り付けられている
請求項3に記載の点流速センサ。 It further includes a case having a lower surface that faces downward when installed in water, and an opening is formed in the lower surface,
The rotating body is
A base rotatable in the forward and reverse directions within a range of the predetermined angle around the rotation axis;
A detection arm attached to the base, a part of which protrudes from the opening to the outside of the case, rotates around the rotation axis by a water flow, and rotates the base;
Have
The point flow velocity sensor according to claim 3, wherein the acceleration sensor unit is attached to the base.
前記回路基板は、前記加速度センサに誘導雷サージによる高電圧が印加しないように保護する保護回路を有する
請求項3または4に記載の点流速センサ。 The acceleration sensor unit has a circuit board for supplying electric power to the acceleration sensor and outputting a detection value detected by the acceleration sensor;
The point flow velocity sensor according to claim 3, wherein the circuit board includes a protection circuit that protects the acceleration sensor from being applied with a high voltage due to an induced lightning surge.
前記自重式フラップゲートの開度を検出するための加速度センサを有し、前記ケースの内部に所定の角度の範囲で回転自在に設けられており、前記ケースに対する角度が調整された状態で固定された加速度センサユニットと、
を備える開度センサ。 A case attached to a self-weight flap gate provided in Xiamen;
It has an acceleration sensor for detecting the opening degree of the self-weight flap gate, is rotatably provided within a predetermined angle range inside the case, and is fixed in a state where the angle with respect to the case is adjusted. Acceleration sensor unit,
An opening sensor comprising:
前記回路基板は、前記加速度センサに誘導雷サージによる高電圧が印加しないように保護する保護回路を有する
請求項6に記載の開度センサ。 The acceleration sensor unit has a circuit board for supplying electric power to the acceleration sensor and outputting a detection value detected by the acceleration sensor;
The opening sensor according to claim 6, wherein the circuit board includes a protection circuit that protects the acceleration sensor from being applied with a high voltage due to an induced lightning surge.
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