JP3512717B2 - 水位測定装置 - Google Patents
水位測定装置Info
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- JP3512717B2 JP3512717B2 JP2000239342A JP2000239342A JP3512717B2 JP 3512717 B2 JP3512717 B2 JP 3512717B2 JP 2000239342 A JP2000239342 A JP 2000239342A JP 2000239342 A JP2000239342 A JP 2000239342A JP 3512717 B2 JP3512717 B2 JP 3512717B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
- G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、河川、湖
沼、地盤、液体タンクなどに設置し、その水位（液位）
を測定する水位測定装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の河川、湖沼、地盤、液体タンクな
どに設置され、その水位を測定する水位測定装置におい
ては、センサ部（すなわち、水位測定部、水位計）に例
えばひずみ抵抗計等の電気的な部品や、例えば浮き等の
可動部品を用いていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】センサ部にひずみ抵抗
計等の電気的な部品を用いた従来の水位測定装置におい
ては、雷、高圧電線等の誘導の影響を受けたり、センサ
の電源が必要だったり、耐食性に劣る課題があった。 【０００４】また、センサ部に浮き等の可動部がある従
来の水位測定装置においては、屋外等の厳しい環境下で
故障が生じやすく、信頼性が低い課題があった。 【０００５】本発明の目的は、雷、高圧電線等の誘導の
影響を受けず、センサの電源が不要で、耐食性に優れ、
さらに、屋外等の厳しい環境下で故障が生じにくく、信
頼性の高い水位測定装置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の水位測定装置は、水圧により変形可能な筒
状部品と、前記筒状部品の外面、内面、もしくは内部に
螺旋状に設けた光ファイバと、前記筒状部品の外側に配
置され、前記筒状部品と前記光ファイバを保護する外管
と、前記筒状部品の底面に設けられ、前記筒状部品内に
液体以外の異物が侵入するのを防止するフィルタと、前
記光ファイバのひずみ分布を測定するひずみ分布測定器
と、前記ひずみ分布測定器により測定したひずみ分布に
基いて水位を演算して求める計算機とを備え、前記筒状
部品の内部に侵入する前記液体の水圧の変化を計測、水
位を測定することを特徴とする。 【０００７】本発明の水位測定装置では、センサ部に電
気的な部品を用いないので、雷、高圧電線等の誘導の影
響を受けず、センサの電源が不要で、耐食性に優れ、さ
らに、センサ部に可動部がないので、屋外等の厳しい環
境下で故障が生じにくく、信頼性の高い水位測定装置を
実現することができる。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。 【０００９】図１は本発明の実施の形態の水位測定装置
の構成を示す図である。 【００１０】１は水位測定装置、２は水位計（すなわ
ち、センサ、水位測定部）、３は水圧により変形する例
えばゴム等の弾性係数の大きい材質からなる筒状部品で
ある内管、４は内管３の例えば外面に螺旋状に設けた光
ファイバ、５は内管３および光ファイバ４を保護する例
えばプラスチック等からなる外管、６は内管３の底面に
設けられ、内管３内に水や測定対象となる液体以外の異
物が侵入するのを防止するフィルタ、７は光ファイバ４
のひずみ分布を測定するひずみ分布測定器、例えばＢ−
ＯＴＤＲ（Brillouin Optical-fiber Time Domain Refl
ectometer：歪・損失統合型光パルス試験器）、８はひ
ずみ分布測定器７で測定されたひずみ分布のデータに基
いて水位を演算して求めるパーソナルコンピュータ等の
計算機である。 【００１１】本実施の形態の水位測定装置１は、例え
ば、河川、湖沼、地盤、液体タンクなどに設置され、そ
の水位（液位）を測定する。本実施の形態の水位測定装
置１は、水圧により変形する筒状部品である内管３と、
内管３に螺旋状に設けた光ファイバ４と、光ファイバ４
のひずみ分布を測定し、該ひずみ分布から水位を求める
水位測定手段とを有する。本実施の形態では、該水位測
定手段は、光ファイバ４のひずみ分布を測定するひずみ
分布測定器７と、ひずみ分布測定器７で測定されたひず
み分布のデータに基いて水位を演算して求めるパーソナ
ルコンピュータ等の計算機８で構成される。 【００１２】図２は図１のひずみ分布測定器７の構成を
示す本実施の形態の水位測定装置の図である。 【００１３】７はひずみ分布測定器、例えばＢ−ＯＴＤ
Ｒ、２１は光源、２２は信号光、２３は光周波数変換
器、２４は光パルス変調器、２５は入射光である光パル
ス、２６は参照光、２７は後方散乱光、２８はコヒーレ
ント光受信器、８は計算機、２、２′、…は水位計、４
は光ファイバである。 【００１４】ひずみ分布測定器７の光源２１から信号光
（レーザ光）２２と参照光２６が出力され、信号光２２
は光周波数変換器２３で光周波数が変換され、光パルス
変調器２４で光パルス２５が発生され、水位計２、
２′、…に送られる。水位計２、２′、…から戻ってき
た後方散乱光２７はコヒーレント光受信器２８で受信さ
れ、該コヒーレント光受信器２８でひずみ分布が測定さ
れる。この水位演算に必要なひずみ分布を示す電気信号
が計算機８に入力され、水位が演算され求められる。 【００１５】なお、ＯＴＤＲ（Optical-fiber Time Dom
ain Reflectometer）法では、入射したパルスの反射光
や後方散乱光を受光して、光ファイバの破断点、ひずみ
分布、温度分布等を求めることができる。本実施の形態
によるＢ−ＯＴＤＲでは、そのうちのブリルアン（Bril
louin）散乱光を利用する。 【００１６】図１、図２に示すように、内管３に巻き付
けられた光ファイバ４の一端は、ひずみ分布測定器７に
接続されている。Ｂ−ＯＴＤＲからなるひずみ分布測定
器７は、光ファイバ４中に入射した光パルス２５（図
２）の光ファイバ４のひずみに対応するブリルアン散乱
光の周波数シフト量を検出することにより、光ファイバ
４のひずみ量を測定する。また、その光ファイバ４のひ
ずみ発生位置を、光パルス２５の入射から散乱光２８の
到達までの時間および光ファイバ４の長さによって測定
する。 【００１７】図３（ａ）、（ｂ）は本実施の形態におけ
る内管および光ファイバの変形の様子を示す図である。 【００１８】水位測定場所で、図３（ａ）の内管３の内
部の水位９が変化すると、図３（ｂ）に示すように、弾
性係数の大きいゴム等の材質からなる内管３が外圧（水
圧）に応じて変形し、内管３の内壁に作用する水圧の分
布が変化し、内管３が変形する。このとき、内管３に巻
き付けられた光ファイバ４にはひずみが生じ、そのひず
み分布も変化する。内管３の膨らんでいる部分では、光
ファイバ４に引張ひずみが生じ、内管３のへこんでいる
部分では圧縮ひずみが生じる。このときの散乱光２７
（図２）の周波数シフト量を検出することにより、螺旋
状に巻き付けた光ファイバ４に生じたひずみ量を測定
し、ひずみ分布の変化を測定することによって、ひずみ
分布のパターンから水位９を間接的に測定する。 【００１９】図４は本実施の形態の水位測定装置１を河
川に設置した様子を示す図である。 【００２０】４１は河川堤防、４２は河川水面、４３は
地下水面、４４は地下水位、４は光ファイバ、２、
２′、２″、…は水位計である。 【００２１】ここでは、本実施の形態による水位計２の
設置の一例として、河川堤防４１内の地下水位４４を測
定する。本実施の形態による水位計２、２′、２″、…
を１本の光ファイバ４により複数個連続して設置するこ
とにより、それぞれの地点での地下水位４４を測定する
ことができる。 【００２２】本実施の形態の水位測定装置１では、水位
計（センサ部）２に電気的な部品を用いないので、雷、
高圧電線等の誘導の影響を受けず、センサの電源が不要
で、耐食性に優れ、さらに、センサ部に可動部がないの
で、屋外等の厳しい環境下で故障が生じにくく、信頼性
の高い水位測定装置を実現することができる。 【００２３】なお、本発明に似た従来技術として、特開
平５−１８０６８４号公報に記載された装置がある（以
下、従来装置と称す）。しかし、本実施の形態の水位測
定装置１は、この従来装置とは明らかに構成が異なる。
まず、水位計（センサ部）２の光ファイバ４の配置は、
本実施の形態の装置１では、内管３に螺旋状に巻き付け
ている。これに対して、従来装置では、光ファイバが鉛
直方向に配置され、止めがねで点的に固定されている。
また、ひずみの発生位置は、本発明の装置１では、螺旋
状の光ファイバ４において連続的である。これに対し
て、従来装置では、鉛直方向に配置された光ファイバの
止めがねまたは圧力変換材料の位置で点的に発生する。 【００２４】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば、上記実施の形
態の水位測定装置１では、光ファイバ４を内管３の外壁
面に螺旋状に設けたが、内管３の内壁面または内部に螺
旋状に設けてもよい。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
雷、高圧電線等の誘導の影響を受けず、センサの電源が
不要で、耐食性に優れ、さらに、屋外等の厳しい環境下
で故障が生じにくく、信頼性の高い水位測定装置を提供
することができる。
沼、地盤、液体タンクなどに設置し、その水位（液位）
を測定する水位測定装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の河川、湖沼、地盤、液体タンクな
どに設置され、その水位を測定する水位測定装置におい
ては、センサ部（すなわち、水位測定部、水位計）に例
えばひずみ抵抗計等の電気的な部品や、例えば浮き等の
可動部品を用いていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】センサ部にひずみ抵抗
計等の電気的な部品を用いた従来の水位測定装置におい
ては、雷、高圧電線等の誘導の影響を受けたり、センサ
の電源が必要だったり、耐食性に劣る課題があった。 【０００４】また、センサ部に浮き等の可動部がある従
来の水位測定装置においては、屋外等の厳しい環境下で
故障が生じやすく、信頼性が低い課題があった。 【０００５】本発明の目的は、雷、高圧電線等の誘導の
影響を受けず、センサの電源が不要で、耐食性に優れ、
さらに、屋外等の厳しい環境下で故障が生じにくく、信
頼性の高い水位測定装置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の水位測定装置は、水圧により変形可能な筒
状部品と、前記筒状部品の外面、内面、もしくは内部に
螺旋状に設けた光ファイバと、前記筒状部品の外側に配
置され、前記筒状部品と前記光ファイバを保護する外管
と、前記筒状部品の底面に設けられ、前記筒状部品内に
液体以外の異物が侵入するのを防止するフィルタと、前
記光ファイバのひずみ分布を測定するひずみ分布測定器
と、前記ひずみ分布測定器により測定したひずみ分布に
基いて水位を演算して求める計算機とを備え、前記筒状
部品の内部に侵入する前記液体の水圧の変化を計測、水
位を測定することを特徴とする。 【０００７】本発明の水位測定装置では、センサ部に電
気的な部品を用いないので、雷、高圧電線等の誘導の影
響を受けず、センサの電源が不要で、耐食性に優れ、さ
らに、センサ部に可動部がないので、屋外等の厳しい環
境下で故障が生じにくく、信頼性の高い水位測定装置を
実現することができる。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。 【０００９】図１は本発明の実施の形態の水位測定装置
の構成を示す図である。 【００１０】１は水位測定装置、２は水位計（すなわ
ち、センサ、水位測定部）、３は水圧により変形する例
えばゴム等の弾性係数の大きい材質からなる筒状部品で
ある内管、４は内管３の例えば外面に螺旋状に設けた光
ファイバ、５は内管３および光ファイバ４を保護する例
えばプラスチック等からなる外管、６は内管３の底面に
設けられ、内管３内に水や測定対象となる液体以外の異
物が侵入するのを防止するフィルタ、７は光ファイバ４
のひずみ分布を測定するひずみ分布測定器、例えばＢ−
ＯＴＤＲ（Brillouin Optical-fiber Time Domain Refl
ectometer：歪・損失統合型光パルス試験器）、８はひ
ずみ分布測定器７で測定されたひずみ分布のデータに基
いて水位を演算して求めるパーソナルコンピュータ等の
計算機である。 【００１１】本実施の形態の水位測定装置１は、例え
ば、河川、湖沼、地盤、液体タンクなどに設置され、そ
の水位（液位）を測定する。本実施の形態の水位測定装
置１は、水圧により変形する筒状部品である内管３と、
内管３に螺旋状に設けた光ファイバ４と、光ファイバ４
のひずみ分布を測定し、該ひずみ分布から水位を求める
水位測定手段とを有する。本実施の形態では、該水位測
定手段は、光ファイバ４のひずみ分布を測定するひずみ
分布測定器７と、ひずみ分布測定器７で測定されたひず
み分布のデータに基いて水位を演算して求めるパーソナ
ルコンピュータ等の計算機８で構成される。 【００１２】図２は図１のひずみ分布測定器７の構成を
示す本実施の形態の水位測定装置の図である。 【００１３】７はひずみ分布測定器、例えばＢ−ＯＴＤ
Ｒ、２１は光源、２２は信号光、２３は光周波数変換
器、２４は光パルス変調器、２５は入射光である光パル
ス、２６は参照光、２７は後方散乱光、２８はコヒーレ
ント光受信器、８は計算機、２、２′、…は水位計、４
は光ファイバである。 【００１４】ひずみ分布測定器７の光源２１から信号光
（レーザ光）２２と参照光２６が出力され、信号光２２
は光周波数変換器２３で光周波数が変換され、光パルス
変調器２４で光パルス２５が発生され、水位計２、
２′、…に送られる。水位計２、２′、…から戻ってき
た後方散乱光２７はコヒーレント光受信器２８で受信さ
れ、該コヒーレント光受信器２８でひずみ分布が測定さ
れる。この水位演算に必要なひずみ分布を示す電気信号
が計算機８に入力され、水位が演算され求められる。 【００１５】なお、ＯＴＤＲ（Optical-fiber Time Dom
ain Reflectometer）法では、入射したパルスの反射光
や後方散乱光を受光して、光ファイバの破断点、ひずみ
分布、温度分布等を求めることができる。本実施の形態
によるＢ−ＯＴＤＲでは、そのうちのブリルアン（Bril
louin）散乱光を利用する。 【００１６】図１、図２に示すように、内管３に巻き付
けられた光ファイバ４の一端は、ひずみ分布測定器７に
接続されている。Ｂ−ＯＴＤＲからなるひずみ分布測定
器７は、光ファイバ４中に入射した光パルス２５（図
２）の光ファイバ４のひずみに対応するブリルアン散乱
光の周波数シフト量を検出することにより、光ファイバ
４のひずみ量を測定する。また、その光ファイバ４のひ
ずみ発生位置を、光パルス２５の入射から散乱光２８の
到達までの時間および光ファイバ４の長さによって測定
する。 【００１７】図３（ａ）、（ｂ）は本実施の形態におけ
る内管および光ファイバの変形の様子を示す図である。 【００１８】水位測定場所で、図３（ａ）の内管３の内
部の水位９が変化すると、図３（ｂ）に示すように、弾
性係数の大きいゴム等の材質からなる内管３が外圧（水
圧）に応じて変形し、内管３の内壁に作用する水圧の分
布が変化し、内管３が変形する。このとき、内管３に巻
き付けられた光ファイバ４にはひずみが生じ、そのひず
み分布も変化する。内管３の膨らんでいる部分では、光
ファイバ４に引張ひずみが生じ、内管３のへこんでいる
部分では圧縮ひずみが生じる。このときの散乱光２７
（図２）の周波数シフト量を検出することにより、螺旋
状に巻き付けた光ファイバ４に生じたひずみ量を測定
し、ひずみ分布の変化を測定することによって、ひずみ
分布のパターンから水位９を間接的に測定する。 【００１９】図４は本実施の形態の水位測定装置１を河
川に設置した様子を示す図である。 【００２０】４１は河川堤防、４２は河川水面、４３は
地下水面、４４は地下水位、４は光ファイバ、２、
２′、２″、…は水位計である。 【００２１】ここでは、本実施の形態による水位計２の
設置の一例として、河川堤防４１内の地下水位４４を測
定する。本実施の形態による水位計２、２′、２″、…
を１本の光ファイバ４により複数個連続して設置するこ
とにより、それぞれの地点での地下水位４４を測定する
ことができる。 【００２２】本実施の形態の水位測定装置１では、水位
計（センサ部）２に電気的な部品を用いないので、雷、
高圧電線等の誘導の影響を受けず、センサの電源が不要
で、耐食性に優れ、さらに、センサ部に可動部がないの
で、屋外等の厳しい環境下で故障が生じにくく、信頼性
の高い水位測定装置を実現することができる。 【００２３】なお、本発明に似た従来技術として、特開
平５−１８０６８４号公報に記載された装置がある（以
下、従来装置と称す）。しかし、本実施の形態の水位測
定装置１は、この従来装置とは明らかに構成が異なる。
まず、水位計（センサ部）２の光ファイバ４の配置は、
本実施の形態の装置１では、内管３に螺旋状に巻き付け
ている。これに対して、従来装置では、光ファイバが鉛
直方向に配置され、止めがねで点的に固定されている。
また、ひずみの発生位置は、本発明の装置１では、螺旋
状の光ファイバ４において連続的である。これに対し
て、従来装置では、鉛直方向に配置された光ファイバの
止めがねまたは圧力変換材料の位置で点的に発生する。 【００２４】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば、上記実施の形
態の水位測定装置１では、光ファイバ４を内管３の外壁
面に螺旋状に設けたが、内管３の内壁面または内部に螺
旋状に設けてもよい。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
雷、高圧電線等の誘導の影響を受けず、センサの電源が
不要で、耐食性に優れ、さらに、屋外等の厳しい環境下
で故障が生じにくく、信頼性の高い水位測定装置を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の水位測定装置１の構成を
示す図である。 【図２】図１のひずみ分布測定器７の構成を示す本実施
の形態の水位測定装置の図である。 【図３】（ａ）、（ｂ）は本実施の形態における内管３
および光ファイバ４の変形の様子を示す図である。 【図４】本実施の形態の水位測定装置１を河川に設置し
た様子を示す図である。 【符号の説明】 １…水位測定装置、２、２′、２″…水位計、３…内管
（筒状部品）、４…光ファイバ、５…外管、６…フィル
タ、７…ひずみ分布測定器、８…計算機、９…水位、２
１…光源、２２…信号光、２３…光周波数変換器、２４
…光パルス変調器、２５…光パルス、２６…参照光、２
７…後方散乱光、２８…コヒーレント光受信器、４１…
河川堤防、４２…河川水面、４３…地下水面、４４…地
下水位。
示す図である。 【図２】図１のひずみ分布測定器７の構成を示す本実施
の形態の水位測定装置の図である。 【図３】（ａ）、（ｂ）は本実施の形態における内管３
および光ファイバ４の変形の様子を示す図である。 【図４】本実施の形態の水位測定装置１を河川に設置し
た様子を示す図である。 【符号の説明】 １…水位測定装置、２、２′、２″…水位計、３…内管
（筒状部品）、４…光ファイバ、５…外管、６…フィル
タ、７…ひずみ分布測定器、８…計算機、９…水位、２
１…光源、２２…信号光、２３…光周波数変換器、２４
…光パルス変調器、２５…光パルス、２６…参照光、２
７…後方散乱光、２８…コヒーレント光受信器、４１…
河川堤防、４２…河川水面、４３…地下水面、４４…地
下水位。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−198454（ＪＰ，Ａ)
特開2001−188021（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 23/28
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】水圧により変形可能な筒状部品と、 前記筒状部品の外面、内面、もしくは内部に螺旋状に設
けた光ファイバと、 前記筒状部品の外側に配置され、前記筒状部品と前記光
ファイバを保護する外管と、 前記筒状部品の底面に設けられ、前記筒状部品内に液体
以外の異物が侵入するのを防止するフィルタと、 前記光ファイバのひずみ分布を測定するひずみ分布測定
器と、 前記ひずみ分布測定器により測定したひずみ分布に基い
て水位を演算して求める計算機と を備え 、前記筒状部品の内部に侵入する前記液体の水圧の変化を
計測し、水位を測定する ことを特徴とする水位測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000239342A JP3512717B2 (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | 水位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000239342A JP3512717B2 (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | 水位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002054974A JP2002054974A (ja) | 2002-02-20 |
| JP3512717B2 true JP3512717B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=18730898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000239342A Expired - Lifetime JP3512717B2 (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | 水位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3512717B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014083931A1 (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-05 | ニューブレクス株式会社 | 光ファイバ式圧力計 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004025237B4 (de) * | 2003-09-08 | 2011-07-07 | Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e.V., 07973 | Textiler Druck- und Zugsensor |
| GB2414543B (en) | 2004-05-25 | 2009-06-03 | Polarmetrix Ltd | Method and apparatus for detecting pressure distribution in fluids |
| JP4954687B2 (ja) * | 2006-12-05 | 2012-06-20 | 株式会社フジクラ | 光ファイバセンサケーブル |
| JP4824593B2 (ja) * | 2007-02-07 | 2011-11-30 | 智深 呉 | 風力監視装置 |
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| JP7409521B2 (ja) * | 2020-10-28 | 2024-01-09 | 日本電気株式会社 | 特定システム、特定装置、及び特定方法 |
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