JP4693200B2 - Pressure measuring device - Google Patents

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JP4693200B2
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欣也 田辺
博 斉藤
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THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Tokyo Metropolitan Sewerage Service Corp
Metawater Co Ltd
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THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Tokyo Metropolitan Sewerage Service Corp
Metawater Co Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はげ、外部から加わる圧力に基づき、下水道内の水位を測定する圧力測定装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
従来、この種の圧力測定装置では、上記圧力を検出する圧力計を有し、例えば図13に示すように、下水道内の水位を測定する水位計として用いられており、水位の変動に伴い圧力計にかかる圧力の変化を測定するものがあった。
このような圧力計では、一般に大気圧補正のため検出部に大気圧を導入する方法がとられている。例えば下水道における水位を測定する場合には、圧力計10内部に大気圧を導入するため、図13に示すように圧力計10のリードケーブル11内に中空パイプ12を設け、そのリードケーブル11をマンホール13等から地上に出し、一端が測定室14内にて大気圧に開放する構成がとられている。圧力計10からの水位信号(圧力値を示す信号)は地上の測定室14に送られ、リードケーブル11に接続された変換器15で水位値に変換される。
【0003】
圧力計10の受圧部は外部圧力として、水の比重をρとすると大気圧P0とρ×Hの和、即ち、P0+ρ×Hが加わる。受圧部の内部圧力を大気圧P0にすれば、受圧部にρ×Hの圧力が加わることとなり、この圧力から水位を求めることが可能であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記装置では、地上で大気圧導入を行うが、実際には道路や歩道等に測定室を設けることが困難な場合が非常に多く、設置場所に制約を受けるという問題点があった。
また、上記装置では、地上から下水道内の水位計内部に大気圧を導入しているが、下水マンホール等の下水道内は地上とは閉塞された空間であり、例えば下水道の水位変化に基づいてこの下水道内の大気圧と地上大気圧が異なる場合があり、このために測定された圧力に誤差が生じて水位を正確に測定できないという問題点があった。
【0005】
本発明は,上記問題点に鑑みなされたもので、設置場所にかかわらず圧力計に加わる外部圧力、即ち、下水道内の水位を正確に測定することができる圧力測定装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、幹線ケーブルが接続され且つ下水道内の空間に位置づけられる接続箱と、下水中に位置づけられる圧力計と、接続箱と圧力計を接続するリードケーブルとを備えて下水道内の水位を測定する圧力測定装置であって、接続箱から外部に延出した大気圧導入パイプと、この大気圧導入パイプの延出端に気密に接続して設けられ、接続箱の外側にて下水道内の大気圧に対して密閉され且つ下水道内の大気圧を受ける単一且つ袋状の容積可変部とを更に備え、リードケーブルは、圧力計における圧力検出のための光を伝送する光ファイバと、容積可変部から接続箱を経て圧力計に至る圧力測定装置の内部を外部から密閉すべく接続箱と圧力計とを接続し、下水道内の大気圧を受ける容積可変部と協働して下水道内の大気圧と圧力計の内部圧力とを接続箱内を通じてほぼ同一にさせる中空パイプとを内蔵し、容積可変部はこの容積可変部を除く圧力測定装置の前記内部の容積の少なくとも75%以上の容積を有し、圧力計は、光ファイバの光伝搬方向の一部に形成され、外部の圧力を前記圧力計の受圧部を介して受けるファイバブラッググレーディングを有し、圧力測定装置は、外部の圧力を受ける受圧部の歪み量に基づいてファイバブラッググレーディングが伸縮し、光ファイバを通じてファイバブラッググレーディングに伝搬する光の特定波長領域の反射特性が変化することで、受圧部に加わる外部の圧力を測定し、この外部の圧力と圧力計内部の圧力との差から水位を測定する(請求項1)。
【0007】
すなわち、請求項1に記載の圧力測定装置は、圧力計が設置された下水道内の空間と同じ空間から圧力計内部に大気圧を導入し、大気圧変動を相殺してこれに伴う測定圧力に誤差が生じないようにする。また、容積可変部が下水道内の大気圧に対して密閉されていることにより、圧力計内部への水分及び湿気の流入を防ぐことができる。また請求項の圧力測定装置は、ファイバブラッググレーディングからの反射光の波長変化を検出することで圧力を測定できるから、簡単な構成で応答性が速く、かつ測定精度が向上でき、また電源が不要だから、設置場所を選ぶこともない
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧力測定装置を図1乃至図の図面に基づいて説明する。なお、以下の図においては、図13と同様の構成部分については説明の都合上、同一符号を付記する。
【0009】
図1は、本発明に係る圧力測定装置の構成の第1実施例を示す構成図である。図において、本実施例では、幹線光ケーブル1の途中に中継用の接続箱25を設け、幹線光ケーブル1及び圧力計用のリードケーブル27同士をその接続箱内で接続してケーブルの交換や保守点検等を容易にしている。なお、幹線光ケーブル1は、例えば図示しないポンプ場等の遠隔制御局30に設けられた光源31と接続される本発明の幹線ケーブルである。
【0010】
本実施例の圧力測定装置は、ファイバブラッググレーティング(以下、「FBG」という)10aを有する光式圧力計10と、大気圧導入及び光式圧力計10からの圧力検出信号(圧力情報)を光伝送するリードケーブル27と、一端17aを有し、かつ接続箱25に取り付けられたステンレス製の大気圧導入パイプ17と、大気圧導入パイプ17の一端17aに接続された容積可変部18とから構成されている。
【0011】
圧力計10、大気圧導入パイプ17、容積可変部18、接続箱25及びリードケーブル27は、同じ空間である下水道の内部に設けられ、かつこれら構成要素の内部は、外部から密閉されている。
光式圧力計10では、図2に示すように、光ファイバの光伝搬方向の一部に形成されたFBG10aが、ケース10b内の下部に配設されており、圧力によって歪むダイアフラム10cの受圧部に接着された構造になっている。FBG10aでは、グレーティングによる光のグレーティング特性(反射特性)が,ダイアフラム10cを介して外部から加わる圧力に基づいて変化することとなる。
【0012】
圧力計10と接続箱25を繋ぐ圧力計用光ケーブル27内には、大気圧を圧力計10内に導入するための中空パイプ27aと、FBG10aが形成された光ファイバ27bが設けられている。中空パイプ27aは、接続箱25内で大気圧導入パイプ17と接続されて、圧力計10内への大気圧導入を可能にして圧力計10内の大気圧と外部の大気圧を一致させている。光ケーブル27bは、接続箱25内で幹線の光ケーブル1と接続されており、上記遠隔制御局30の光源31からの光を光ケーブル1,27bを介してFBG10aに伝搬させている。
【0013】
FBG10aは、光源31から伝搬してきた光のうち、ブラッグ波長と呼ばれるある特定の波長領域の光を反射させ、その他の波長領域の光を透過させる機能を持っている。FBG10aは、ダイアフラム10cがたわむと、伸び縮みがFBG10aに発生し、図3に示すようにFBG10aの反射特性が変化する。すなわち、このFBG10aに光源31から光が入射している時に、FBG10aが外部からの力を受けて歪むと、入射光に対してFBG固有の波長が変化し、その反射光が光の入射側に戻ることとなる。その波長の変移は、FBGに加わる歪み量に応じて変化するので、この波長変移量からダイアフラム10cに加わる圧力を、例えば上記遠隔制御局30に設けられた光スペクトルアナライザ等の波長測定器33及びパソコン等の情報処理装置34で求めることができる。なお、32は、光を分配するためのカップラである。
【0014】
また、情報処理部34は、波長測定器33で測定された波長変移量から水位を求めることが可能となる。つまり、FBGの波長変移量と水位の関係を図4の模式図に示すと、測定水位hは、
h=基準水位h0+水位変動Δh
ここで、h0=0m
で表される。すなわち、測定水位hは、予め設定された基準水位h0と上記基準値からの水位変動値Δhの和で表される。
【0015】
従って、水位変動値Δhが測定できれば、測定水位hが求まる。
ここで、基準波長をλ0と設定した時に、受圧部であるダイアフラムの歪みεに対する測定波長をλ1とすると、FBGの波長変移Δλは、
Δλ=|λ0−λ1|
となり、上記ダイアフラムの歪みεに比例する。上記ダイアフラムの歪みεは、圧力変移に比例し、このことは、すなわち基準水位に対する水位差に比例することを示す。
【0016】
このことを関係式で表すと、以下のようになる。
Δλ=|λ0−λ1|
∝ε
∝|p0−p1|
∝Δh=|h0−h1|
ここで、p0:基準波長λ0の時の基準圧力で、「0」
p1:測定波長λ1の時の測定圧力
h1:測定波長λ1の時の測定水位で、h=h1
従って、FBGの波長変移Δλを測定すれば、水位変動値Δh、すなわち水位測定hの測定が可能となる。
【0017】
本実施例では、FBGからの反射光の波長変化を検出することにより、外部から加わった圧力を求めることができるので、簡単な構成で応答性が速く、かつ測定精度が向上できる。
また、本実施例の圧力計は、電源が不要で設置場所を選ぶことがなく、電気がないので発火の恐れもない
【0018】
第1実施例の容積可変部18は、図5の断面図に示すように、ビニル製のベロ−ズ18aから構成され、圧力測定装置の内圧と下水道内の大気圧との小さな差圧で容積が可変できて、上記内圧と大気圧をほぼ同圧力にすることで、圧力測定装置の大気圧補正を行うものである。
大気圧導入パイプ17と容積可変部18との接続は、ベローズ18aの開口部18bに自己融着性の粘着テープ19で固定及びシールされたステンレスパイプ20を、大気圧導入パイプ17と嵌合させることによって行われる。この嵌合部は、気密性が要求されるためにOリング21でシールされている。
【0019】
次に、容積可変部18の初期容積の設定について説明する。まず、圧力測定装置において、その内部容積と内部圧力及び温度との関係は、以下の(1)式で表される。
P×V=k×(273+t) …(1)
ただし、P:圧力測定装置の内部圧力
V:圧力測定装置(容積可変部を含む)の内部容積
k:定数
t:温度
この(1)式では、温度tが一定の場合には、内部圧力Pと内部容積Vは互いに反比例の関係にあることを意味している。すなわち、大気圧に対して上記圧力Pが高い時には、その比率だけ上記容積Vが増加することにより、内部圧力を減少させ、また上記圧力Pが低い時には、その比率だけ上記容積Vが減少することにより、内部圧力を増加させればよいのである。
【0020】
容積が変わることにより、内部圧力Pと大気圧P0が同一になる時、
V/V0=P/P0
ただし、P:圧力測定装置の内部圧力
P0:大気圧
V:変化後の内部容積
V0:容積可変部の初期容積
が成立する。すなわち、大気圧変動の比率だけ容積が変化すれば良いことになる。
【0021】
また、温度が変化しても圧力測定装置内部の気体の膨張・収縮があるため、内部圧力Pは変化する。この内部圧力Pを一定に保つためには、初期温度をt0、初期容量をV0とすると、
V/V0=(273+t)/(273+t0)
ただし、t:圧力測定装置の温度
の式が成立する。すなわち、周囲温度変化の変化分だけ容積が可変すれば良いことになる。
【0022】
従って、容積可変部の初期容積は、少なくとも以下の容積があれば良いことになる。
V0=(圧力測定装置の容積)×(温度変化率+大気圧変化率)
大気圧は、通常850hPa〜1100hPa程度を考えれば良く、圧力測定装置の内部容量は、最低大気圧(850hPa)を基準にすると、0〜−30%程度変動する。
【0023】
また、温度変動は、圧力計が使用される環境により異なるが、例えば下水道分野に用いる水位計では、0〜40℃程度である。このため、圧力測定装置の内部容量は、40℃の温度を基準にすると、約0〜−13%程度変動する。
従って、温度と大気圧変動を考慮すると、初期容量V0では、圧力測定装置全容積の43%の容積が可変することとなる。
【0024】
容積可変部の初期容積は、圧力計、大気導入パイプ(この他に圧力測定装置を構成する要素があればその要素も含む。ただし、容積可変部の初期容積は除く。)の合計容積をV1、容積可変部の容量をk・V1とすると、以下の式が成立する容積であれば良いことになる。
0.43×(V1+kV1)<k×V1
ただし、k:V1に対する容積可変部の容積比率
従って、k>0.75となる。このことから、容積可変部の容積は、容積可変部の容積を除いた圧力測定装置の内部容積の75%以上を1つの目安として選定することができる。なお、容積可変部の容積は、大きければ大きいほど容積可変部に働く力が大きくなり、圧力測定装置の内圧と下水道内の大気圧との差圧や温度変化に対して可変しやすくなる。ところが、経済性や設置作業性を考慮すると、容積可変部の容積が大きくなるほど実現性が困難となるので、容積可変部の容積は、現実には圧力測定装置の内部容積の75%から数倍程度で使用されるのが好ましい。
【0025】
このように、本実施例の圧力測定装置では、圧力計が設置された空間と同じ空間から容積可変部大気圧導入パイプ及び中空パイプを介して圧力計内部に大気圧を導入することによって、大気圧変動を相殺してこれに伴う測定圧力に誤差が生じないようにするので、設置場所にかかわらず正確に圧力計に加わる外部圧力を測定することができる。
【0026】
また、本実施例では、大気圧導入パイプに気密に接続された容積可変部を設けることにより、圧力計内部への水分及び湿気の流入を防ぐことができ、水分や湿気の多い環境下でも良好な圧力測定を行うことができる。
なお、容積可変部は、上記構成に限らず、例えば図6のように構成させることもできる。図6は、第2実施例の容積可変部の断面図であり、容積可変部は、例えば2組のプラスチック製の側板18c,18dと、側板18c,18d間に設けられて両端が側板18c,18dにそれぞれ固定されたバネ18eと、側板18c,18d及びバネ18eを覆うプラスチック製フィルム18fとから構成され、圧力測定装置の内圧と下水道内の大気圧をほぼ同圧力にすることで、圧力測定装置の大気圧補正を行うものである。
【0027】
容積可変部18では、側板18c,18d間にバネ18eを挟み込み、外側を蛇腹状のプラスチック製フィルム18fで覆い、上記フィルム18fと側板18c,18dを接着剤で固定及びシールしている。
大気圧導入パイプ17と容積可変部18との接続は、ゴムパッキン22を介して側板18cに例えば固定ビスで固定されたステンレスパイプ23を、大気圧導入パイプ17と嵌合させることによって行われる。この嵌合部は、気密性が要求されるためにOリング24でシールされている。
【0028】
また、容積可変部は、この他にゴム製の袋を、大気圧導入パイプに自己融着性の粘着テープで固定及びシールさせる構成にすることも可能である。
このような容積可変部を用いることにより、圧力測定装置では、大気変動の影響を受けることなく、精度良く圧力測定ができ、例えば上記圧力測定装置下水道内の水位を精度良く測定ができ、かつ大気圧導入パイプから下水や湿気の浸入がない信頼性の高い水位測定を行うことができる。
【0029】
図7は、本発明に係る第3実施例の圧力測定装置の構成を示す構成図である。図において、本実施例では、接続箱25に、大気圧導入パイプ17を取り付け、その端部に容積可変部18を気密に接続した構成からなっている。なお、1は、ポンプ場等の遠隔制御局30と接続される幹線ケーブルである。
図7に示した第3実施例の容積可変部18は、ゴム製の袋18gからなり、上記端部が下方に向いたL字型の大気圧導入パイプ17に自己融着性の粘着テープで固定及びシールされている。
【0030】
これにより、本実施例では、ゴム製の袋18g垂れ下がった状態で、大気圧導入パイプ17の端部に接続されて接続箱25に連通し、大気圧変動を相殺してこれに伴う測定圧力に誤差が生じないようにするので、設置場所にかかわらず正確に圧力計に加わる外部圧力を測定することができる。
また、本実施例では、上記実施例と同様に、大気圧導入パイプと気密に接続される容積可変部を設けることによって、圧力計内部への水分及び湿気の流入を防ぐことができ、水分や湿気の多い環境下でも良好な圧力測定を行うことができる。
【0031】
8及び図9は、本発明の実施例ではないが、第1参考例の圧力測定装置の構成を示す構成図である。図において、第1参考例では、図7に示したゴム製の袋18gからなる容積可変部18を、接続箱25の開口部25aに直接、自己融着性の粘着テープで固定及びシールするものである。
これにより、第1参考例では、大気圧導入パイプを用いることなく、容積可変部接続箱の開口部に接続され、この場合でも、圧力計内部及び接続箱内部外部から密閉されることにより、圧力計内部への水分及び湿気の流入を防ぐことができる。
【0032】
第1参考例の圧力測定装置において、光源31からの光がカップラ32及び光ケーブル1を介して圧力測定装置のFBG10aに伝搬されることから、圧力測定装置は、水位に基づく水圧をダイアフラムで受圧し、上記ダイアフラムは上記水圧により歪み、この歪みをFBG10aで検出する。FBG10aが歪むと、FBGで反射される光の波長はシフトし、この波長のシフトを情報処理部34で検出し、情報処理部34は検出した波長シフト量から圧力計に10に加わる外部圧力を測定し、さらにこの外部圧力に基づく水位を求めることができる。
【0033】
さらに、図10は、第2参考例の圧力測定装置の構成を示す構成図である。図において、第2参考例では、接続箱25内に隔壁部28が設けられて隔壁室29を作成しており、その隔壁室29内に容積可変部18を取り付けた構成からなっている。第2参考例では、隔壁部28によって密閉された接続箱25内と隔壁室29とを隔てている。また、隔壁室29には、開口部29aが設けられ、隔壁室29内に大気圧が導入されている。なお、開口部29aには保護用の網を取り付けることも可能である。
【0034】
第2参考例の容積可変部18は、図5の第1実施例に示したものと同様のもので、一端が光ケーブル27内の中空パイプと接続され、かつ隔壁部28を貫通した大気圧導入パイプ17の他端と接続されて、大気圧変動を相殺している。
このように、第2参考例でも、上記実施例と同様に、良好な圧力測定を行うことができるとともに、容積可変部が接続箱内部に設けられて外部に突き出していないので、容積可変部の容積に制約を受けてしまう代わりに、下水等の浮遊物によって容積可変部が損傷を受けるのを防ぐことができる。
【0035】
図11は、第3参考例の容積可変部の構成図である。図において、容積可変部18は、U字管18hと、上記U字管18h内に挿入されたシリコンオイル等を用いたオイルシール部18iとを有して構成されている。U字管18hの一端は、結合部35によって大気圧導入パイプ17の端部と結合されており、他端は、大気圧の導入が可能なように開放されている。
【0036】
このように、第3参考例では、大気圧変動が生じると、オイルシール部がU字管18h内を移動して、大気圧と図示しない圧力計の内部圧力差により容積を可変するので、大気圧変動を相殺してこれに伴う測定圧力に誤差が生じないようにできる。
また、図12は、第4参考例の容積可変部の構成図であり、第3参考例のU字管の代わりに、螺旋管18jを用いた場合の容積可変部を示す。第4参考例でも、第3参考例と同様に、大気圧変動が生じると、オイルシール部が螺旋管18j内を移動して、大気圧と圧力計の内部圧力差により容積を可変するので、大気圧変動を相殺してこれに伴う測定圧力に誤差が生じないようにできる。
【0037】
なお、上記U字管及び螺旋管には、ステンレスパイプ、プラスチックパイプ、透明塩化ビニル管等を用いることが可能である。
本発明は、上述の第1〜第3実施例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で種々の変形実施が可能である
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る圧力測定装置は、圧力計が設置される下水道内の空間と同じ空間から圧力計内部に大気圧を導入し、大気圧変動を相殺してこれに伴う測定圧力に誤差が生じないようにすることができ、したがって、設置場所にかかわらず正確に圧力を測定することが可能となる。もちろん、容積可変部大気圧導入パイプに気密に接続されていることで、圧力計内部への水分及び湿気の流入を防ぐことができる。また、本発明に係る圧力測定装置は、簡単な構成で応答性が速く、かつ測定精度が向上でき、また電源が不要だから、設置場所を選ぶことがなく且つ発火の恐れもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る第1実施例の圧力測定装置の構成を示す構成図である。
【図2】 図1に示した圧力計の拡大断面図である。
【図3】 図1に示した圧力計の反射特性を示す特性図である。
【図4】 FBGの波長変移量と水位の関係を示す模式図である。
【図5】 図1に示した第1実施例の容積可変部の断面図である。
【図6】 第2実施例の圧力測定装置の容積可変部の断面図である。
【図7】 第3実施例の圧力測定装置を示す構成図である。
【図8】 第1参考例の圧力測定装置を示す構成図である。
【図9】 図8に示した圧力測定装置の要部を示す要部拡大図である。
【図10】 第2参考例の圧力測定装置を示す構成図である。
【図11】 第3参考例の容積可変部の構成図である。
【図12】 第4参考例の容積可変部の構成図である。
【図13】 従来の圧力測定装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
1 幹線の光ケーブル
2〜4 圧力測定装置
5 下水道
10 圧力計
10a FBG
10c ダイアフラム
11 リードケーブル
12,27a 中空パイプ
13 マンホール
14 測定室
15 変換器
17 大気圧導入パイプ
17a 大気圧導入パイプの一端
18 容積可変部
18a ベローズ
18f プラスチック製フィルム
18g ゴム製の袋
18h U字管
18i オイルシール部
18j 螺旋管
25 接続箱
27 圧力計用光ケーブル
28 隔壁部
29 隔壁室
30 遠隔制御局
31 光源
32 カップラ
33 波長測定器
34 情報処理部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure measuring device for measuring a water level in a sewer based on pressure applied from the outside.
[0002]
[Related background]
Conventionally, this type of pressure measuring device has a pressure gauge for detecting the pressure, and is used as a water level gauge for measuring the water level in a sewer, for example, as shown in FIG. Some measured changes in pressure applied to the gauge.
In such a pressure gauge, generally, a method of introducing atmospheric pressure to the detection unit for atmospheric pressure correction is employed. For example, when measuring the water level in the sewer, in order to introduce atmospheric pressure into the pressure gauge 10, a hollow pipe 12 is provided in the lead cable 11 of the pressure gauge 10 as shown in FIG. A configuration is adopted in which one end is exposed to the ground from 13 etc. and one end is opened to the atmospheric pressure in the measurement chamber 14. A water level signal (a signal indicating a pressure value) from the pressure gauge 10 is sent to the measurement chamber 14 on the ground, and is converted into a water level value by a converter 15 connected to the lead cable 11.
[0003]
The pressure receiving portion of the pressure gauge 10 is external pressure, and when the specific gravity of water is ρ, the sum of the atmospheric pressure P0 and ρ × H, that is, P0 + ρ × H is applied. If the internal pressure of the pressure receiving portion is set to the atmospheric pressure P0, a pressure of ρ × H is applied to the pressure receiving portion, and the water level can be obtained from this pressure.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the above apparatus introduces atmospheric pressure on the ground, there are many cases where it is actually difficult to provide a measurement room on a road, a sidewalk or the like, and there is a problem that the installation place is restricted.
In the above apparatus, atmospheric pressure is introduced from the ground into the water level gauge in the sewer, but the sewer in the sewer manhole or the like is a closed space, for example, based on a change in the water level of the sewer. There is a case where the atmospheric pressure in the sewer system and the atmospheric pressure on the ground are different, which causes a problem that an error occurs in the measured pressure and the water level cannot be measured accurately.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, an external pressure on the pressure gauge irrespective the installation location, i.e., object to provide a pressure measuring device which can accurately measure the water level in the sewer And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention comprises a junction box trunk cable is positioned in the space in and sewerage are connected, a pressure gauge positioned in the sewage, and a lead cable connecting the junction box and a pressure gauge A pressure measuring device for measuring the water level in the sewer, provided with an atmospheric pressure introduction pipe extending from the connection box to the outside, and connected to the extended end of the atmospheric pressure introduction pipe in an airtight manner. anda single and variable volume portion of the bag-like receiving an atmospheric pressure closed and the sewer the atmospheric pressure in the sewer at the outer lead cable transmits light for pressure detection of the pressure gauge Connecting the connection box and the pressure gauge to seal the inside of the pressure measuring device from the outside to the pressure gauge through the connection box to the pressure gauge, in cooperation with the volume variable part receiving the atmospheric pressure in the sewer. Working sewer A hollow pipe that makes the atmospheric pressure of the pressure gauge and the internal pressure of the pressure gauge substantially the same through the connection box, and the volume variable portion is at least 75% or more of the internal volume of the pressure measuring device excluding the volume variable portion. The pressure gauge is formed in a part of the optical fiber in the light propagation direction, and has a fiber Bragg grading that receives an external pressure through the pressure receiving portion of the pressure gauge. The fiber Bragg grading expands and contracts based on the amount of strain of the pressure receiving part that receives pressure, and the reflection characteristics of a specific wavelength region of light propagating through the optical fiber to the fiber Bragg grading changes, thereby measuring the external pressure applied to the pressure receiving part Then, the water level is measured from the difference between the external pressure and the pressure inside the pressure gauge (claim 1).
[0007]
That is, the pressure measuring device according to claim 1 introduces atmospheric pressure into the pressure gauge from the same space as the space in the sewer where the pressure gauge is installed, cancels fluctuations in atmospheric pressure, and adjusts to the measurement pressure associated therewith. Avoid errors. Moreover, since the volume variable part is sealed with respect to the atmospheric pressure in the sewer, inflow of moisture and moisture into the pressure gauge can be prevented. Further, since the pressure measuring device of claim 1 can measure the pressure by detecting the wavelength change of the reflected light from the fiber Bragg grading , the responsiveness can be improved with a simple configuration, the measurement accuracy can be improved, and the power source can be Because it is unnecessary, there is no need to choose a location.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The pressure measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. 1-7. In the following drawings, the same components as those in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals for convenience of explanation.
[0009]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the configuration of the pressure measuring device according to the present invention. In the figure, in this embodiment, a junction box 25 for relay is provided in the middle of the trunk optical cable 1, and the trunk optical cable 1 and the lead cable 27 for the pressure gauge are connected to each other in the junction box to replace the cable or perform maintenance inspection. Etc. are easy. The trunk optical cable 1 is a trunk cable of the present invention connected to a light source 31 provided in a remote control station 30 such as a pump station (not shown).
[0010]
The pressure measuring device of this embodiment uses an optical pressure gauge 10 having a fiber Bragg grating (hereinafter referred to as “FBG”) 10a, and an atmospheric pressure introduction and pressure detection signal (pressure information) from the optical pressure gauge 10 as light. a lead cable 27 for transmitting has an end 17a, and the atmospheric pressure introduction pipe 17 made of attached stainless to the junction box 25, a variable volume portion 18 connected to one end 17a of the atmospheric pressure introduction pipe 17 It is composed of
[0011]
The pressure gauge 10, the atmospheric pressure introduction pipe 17, the volume variable section 18, the connection box 25, and the lead cable 27 are provided inside the sewer, which is the same space, and the inside of these components is sealed from the outside.
In the optical pressure gauge 10, as shown in FIG. 2, the FBG 10a formed in a part of the optical propagation direction of the optical fiber is disposed in the lower part in the case 10b, and the pressure receiving part of the diaphragm 10c distorted by pressure. It has a structure that is adhered to. In the FBG 10a, the grating characteristics (reflection characteristics) of light due to the grating changes based on the pressure applied from the outside through the diaphragm 10c.
[0012]
In a pressure gauge optical cable 27 connecting the pressure gauge 10 and the connection box 25, a hollow pipe 27a for introducing atmospheric pressure into the pressure gauge 10 and an optical fiber 27b in which the FBG 10a is formed are provided. The hollow pipe 27a is connected to the atmospheric pressure introduction pipe 17 in the connection box 25 to enable the introduction of the atmospheric pressure into the pressure gauge 10 so that the atmospheric pressure in the pressure gauge 10 matches the external atmospheric pressure. . The optical cable 27b is connected to the trunk optical cable 1 in the connection box 25, and propagates light from the light source 31 of the remote control station 30 to the FBG 10a via the optical cables 1 and 27b.
[0013]
The FBG 10 a has a function of reflecting light in a specific wavelength region called a Bragg wavelength among light propagated from the light source 31 and transmitting light in other wavelength regions. When the diaphragm 10c bends in the FBG 10a, expansion and contraction occur in the FBG 10a, and the reflection characteristics of the FBG 10a change as shown in FIG. That is, when light is incident on the FBG 10a from the light source 31, if the FBG 10a is distorted by an external force, the wavelength inherent to the FBG changes with respect to the incident light, and the reflected light is incident on the light incident side. Will return. Since the wavelength shift changes according to the strain applied to the FBG, the pressure applied to the diaphragm 10c from the wavelength shift is changed to a wavelength measuring device 33 such as an optical spectrum analyzer provided in the remote control station 30, for example. It can be obtained by an information processing device 34 such as a personal computer. Reference numeral 32 denotes a coupler for distributing light.
[0014]
Further, the information processing unit 34 can obtain the water level from the wavelength shift amount measured by the wavelength measuring device 33. That is, when the relationship between the wavelength shift amount of the FBG and the water level is shown in the schematic diagram of FIG. 4, the measured water level h is
h = reference water level h0 + water level fluctuation Δh
Where h0 = 0m
It is represented by That is, the measured water level h is represented by the sum of a preset reference water level h0 and a water level fluctuation value Δh from the reference value.
[0015]
Therefore, if the water level fluctuation value Δh can be measured, the measured water level h can be obtained.
Here, when the reference wavelength is set to λ0 and the measurement wavelength with respect to the strain ε of the diaphragm serving as the pressure receiving portion is λ1, the wavelength shift Δλ of the FBG is
Δλ = | λ0−λ1 |
And is proportional to the strain ε of the diaphragm. The strain ε of the diaphragm is proportional to the pressure transition, which indicates that it is proportional to the water level difference with respect to the reference water level.
[0016]
This can be expressed as a relational expression as follows.
Δλ = | λ0−λ1 |
∝ε
∝ | p0−p1 |
∝Δh = | h0−h1 |
Here, p0 is the reference pressure at the reference wavelength λ0, and is “0”.
p1: Measurement pressure at the measurement wavelength λ1 h1: Measurement water level at the measurement wavelength λ1, h = h1
Therefore, if the FBG wavelength shift Δλ is measured, the water level fluctuation value Δh, that is, the water level measurement h can be measured.
[0017]
In the present embodiment, since the pressure applied from the outside can be obtained by detecting the wavelength change of the reflected light from the FBG, the responsiveness is fast with a simple configuration and the measurement accuracy can be improved.
The pressure meter of the present embodiment, the power supply rather than the name to choose the unnecessary and installation site, electrodeposition is a no fear of fire in Ino air.
[0018]
As shown in the cross-sectional view of FIG. 5 , the volume variable section 18 of the first embodiment is made up of a bellows 18a made of vinyl, and has a small differential pressure between the internal pressure of the pressure measuring device and the atmospheric pressure in the sewer. Can be varied, and the atmospheric pressure of the pressure measuring device is corrected by making the internal pressure and the atmospheric pressure substantially equal to each other.
The connection between the atmospheric pressure introduction pipe 17 and the volume variable portion 18 is performed by fitting the stainless steel pipe 20 fixed and sealed to the opening 18 b of the bellows 18 a with the self-adhesive adhesive tape 19 with the atmospheric pressure introduction pipe 17. Is done by. The fitting portion is sealed with an O-ring 21 because airtightness is required.
[0019]
Next, setting of the initial volume of the volume variable unit 18 will be described. First, in the pressure measuring device, the relationship between the internal volume, the internal pressure, and the temperature is expressed by the following equation (1).
P × V = k × (273 + t) (1)
However, P: Internal pressure of the pressure measuring device V: Internal volume of the pressure measuring device (including the variable volume portion) k: Constant t: Temperature In this equation (1), when the temperature t is constant, the internal pressure P It means that the internal volume V and the internal volume V are in inverse proportion to each other. That is, when the pressure P is higher than the atmospheric pressure, the volume V increases by the ratio, thereby reducing the internal pressure. When the pressure P is low, the volume V decreases by the ratio. Thus, the internal pressure may be increased.
[0020]
When the internal pressure P and the atmospheric pressure P0 become the same by changing the volume,
V / V0 = P / P0
However, P: internal pressure P0 of pressure measuring device: atmospheric pressure V: internal volume after change V0: initial volume of the variable volume section is established. That is, it is only necessary to change the volume by the ratio of the atmospheric pressure fluctuation.
[0021]
Even if the temperature changes, the internal pressure P changes because the gas inside the pressure measuring device expands and contracts. In order to keep this internal pressure P constant, assuming that the initial temperature is t0 and the initial capacity is V0,
V / V0 = (273 + t) / (273 + t0)
However, the equation of t: temperature of the pressure measuring device is established. That is, it is only necessary to change the volume by the change in ambient temperature.
[0022]
Accordingly, the initial volume of the variable volume portion may be at least the following volume.
V0 = (volume of pressure measuring device) × (temperature change rate + atmospheric pressure change rate)
The atmospheric pressure is generally considered to be about 850 hPa to 1100 hPa, and the internal capacity of the pressure measuring device varies about 0 to −30% based on the lowest atmospheric pressure (850 hPa).
[0023]
Moreover, although a temperature fluctuation changes with the environment where a pressure gauge is used, it is about 0-40 degreeC, for example in the water level gauge used for the sewer field | area. For this reason, the internal capacity | capacitance of a pressure measuring apparatus fluctuates about 0 to -13% when the temperature of 40 degreeC is made a reference | standard.
Therefore, considering the temperature and atmospheric pressure fluctuation, the initial capacity V0 varies 43% of the total volume of the pressure measuring device.
[0024]
The initial volume of the variable volume portion, the pressure gauge, the total volume of the atmosphere pressure introduction pipe (if any elements of the pressure measuring device In addition to this also includes that element. However, the initial volume of the variable volume portion is excluded.) Assuming that V1 and the capacity of the variable volume portion are k · V1, any volume that satisfies the following expression is sufficient.
0.43 × (V1 + kV1) <k × V1
However, the volume ratio of the variable volume portion to k: V1 Therefore, k> 0.75. From this, the volume of the variable volume portion can be selected as one guideline with 75% or more of the internal volume of the pressure measuring device excluding the volume of the variable volume portion. Note that the larger the volume of the volume variable section, the greater the force acting on the volume variable section, and it becomes easier to vary with respect to the differential pressure between the internal pressure of the pressure measuring device and the atmospheric pressure in the sewer and the temperature change. However, in consideration of economy and installation workability, the larger the volume of the variable volume part, the more difficult the realization becomes. Therefore, the volume of the variable volume part is actually 75% to several times the internal volume of the pressure measuring device. It is preferable to be used in a degree.
[0025]
Thus, in the pressure measuring device of the present embodiment, by introducing atmospheric pressure into the pressure gauge from the same space as the space where the pressure gauge is installed, through the volume variable portion , the atmospheric pressure introduction pipe, and the hollow pipe , Since the atmospheric pressure fluctuations are offset so that no error occurs in the measurement pressure associated therewith, the external pressure applied to the pressure gauge can be accurately measured regardless of the installation location.
[0026]
Further, in this embodiment, by providing a volume variable section that is airtightly connected to the atmospheric pressure introduction pipe, it is possible to prevent the inflow of moisture and moisture into the pressure gauge, which is good even in an environment with a lot of moisture and moisture. Pressure measurement can be performed.
Note that the variable volume portion is not limited to the above configuration, and may be configured as shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the volume variable portion of the second embodiment . The volume variable portion is provided between, for example, two sets of plastic side plates 18c and 18d and side plates 18c and 18d, and both ends are side plates 18c and 18c. It is composed of a spring 18e fixed to each of 18d, and a plastic film 18f covering the side plates 18c, 18d and the spring 18e, and the pressure measurement is performed by making the internal pressure of the pressure measuring device and the atmospheric pressure in the sewer system substantially the same pressure. This is for correcting the atmospheric pressure of the apparatus.
[0027]
In the variable volume portion 18, a spring 18e is sandwiched between the side plates 18c and 18d, the outside is covered with a bellows-like plastic film 18f, and the film 18f and the side plates 18c and 18d are fixed and sealed with an adhesive.
The connection between the atmospheric pressure introduction pipe 17 and the volume variable portion 18 is performed by fitting a stainless steel pipe 23 fixed to the side plate 18c with, for example, a fixing screw via the rubber packing 22 with the atmospheric pressure introduction pipe 17. The fitting portion is sealed with an O-ring 24 because airtightness is required.
[0028]
In addition, the variable volume portion may be configured to fix and seal a rubber bag to the atmospheric pressure introduction pipe with a self-adhesive adhesive tape.
By using such a variable volume portion, a pressure measuring device, without being affected by air fluctuations, accurately can pressure measurement, for example, the pressure measuring apparatus the water level in the sewer can accuracy be measured, In addition, it is possible to perform highly reliable water level measurement without intrusion of sewage and moisture from the atmospheric pressure introduction pipe.
[0029]
Figure 7 is a block diagram showing the configuration of the pressure measuring device of the third embodiment according to the present invention. In the figure, in this embodiment, an atmospheric pressure introduction pipe 17 is attached to a connection box 25, and a volume variable portion 18 is hermetically connected to an end thereof. Reference numeral 1 denotes a trunk cable connected to a remote control station 30 such as a pump station.
The volume variable section 18 of the third embodiment shown in FIG. 7 is made of a rubber bag 18g, and is formed of a self-adhesive adhesive tape on an L-shaped atmospheric pressure introduction pipe 17 whose end is directed downward. Fixed and sealed.
[0030]
Thus, in this embodiment, the bag 18g made of rubber in a state of Tsu Taresaga communicates connected to the junction box 25 to the end of the atmospheric pressure introduction pipe 17, to offset the change in atmospheric pressure Since the accompanying measurement pressure is prevented from causing an error, the external pressure applied to the pressure gauge can be accurately measured regardless of the installation location.
Further, in the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, by providing a volume variable portion that is airtightly connected to the atmospheric pressure introduction pipe, it is possible to prevent the inflow of moisture and moisture into the pressure gauge. Good pressure measurement can be performed even in a humid environment.
[0031]
8 and 9, but not in the embodiment of the present invention, it is a block diagram showing the configuration of the pressure measuring device of the first embodiment. In the figure, the first reference example, the variable volume portion 18 made of rubber bag 18g shown in FIG. 7, directly into the opening 25a of the connection box 25 is fixed and sealed with self-bonding of the adhesive tape Is.
Thus, in the first reference example, without using the atmospheric pressure introduction pipe, the variable volume portion is connected to the opening of the junction box, even in this case, the internal pressure gauge internal及beauty connection box is sealed from the outside Thus, the inflow of moisture and moisture into the pressure gauge can be prevented.
[0032]
Also in the pressure measuring apparatus of the first reference example, pressure from being propagated to FBG10a pressure measuring device light via the coupler 32 and the optical cable 1 from the light source 31, a pressure measuring device, a pressure based on the water level in the diaphragm The diaphragm is distorted by the water pressure, and the distortion is detected by the FBG 10a. When the FBG 10a is distorted, the wavelength of the light reflected by the FBG shifts, and the shift of the wavelength is detected by the information processing unit 34. The information processing unit 34 applies the external pressure applied to the pressure gauge 10 from the detected wavelength shift amount. It is possible to measure and further determine the water level based on this external pressure.
[0033]
Further, FIG. 10 is a view to diagram the configuration of the pressure measuring device of the second embodiment. In the figure, in the second reference example , a partition wall portion 28 is provided in the connection box 25 to create a partition chamber 29, and the volume variable portion 18 is attached in the partition chamber 29. In the second reference example , the inside of the connection box 25 sealed by the partition wall portion 28 is separated from the partition wall chamber 29. The partition chamber 29 is provided with an opening 29 a, and atmospheric pressure is introduced into the partition chamber 29. It is also possible to attach a protective net to the opening 29a.
[0034]
The volume variable section 18 of the second reference example is the same as that shown in the first embodiment of FIG. 5, and one end is connected to the hollow pipe in the optical cable 27 and introduces atmospheric pressure through the partition wall section 28. is connected to the other end of the pipe 17, it is offset atmospheric pressure fluctuations.
Thus, in the second reference example as well as in the above embodiment, good pressure measurement can be performed, and the volume variable portion is provided inside the junction box and does not protrude to the outside . Instead of being restricted by the volume, it is possible to prevent the variable volume portion from being damaged by floating substances such as sewage.
[0035]
Figure 11 is a configuration diagram of a variable volume portion of the third reference example. In the figure, the variable volume portion 18 includes a U-shaped tube 18h and an oil seal portion 18i using silicon oil or the like inserted into the U-shaped tube 18h. One end of the U-shaped pipe 18h is coupled to the end of the atmospheric pressure introduction pipe 17 by a coupling portion 35, and the other end is opened so that atmospheric pressure can be introduced.
[0036]
As described above, in the third reference example , when the atmospheric pressure fluctuation occurs, the oil seal moves in the U-shaped pipe 18h, and the volume is changed by the difference between the atmospheric pressure and the internal pressure of the pressure gauge (not shown). It is possible to cancel the fluctuation in the atmospheric pressure and to prevent an error in the measured pressure.
Further, FIG. 12 is a configuration diagram of a variable volume portion of the fourth reference example, in place of the U-shaped tube of the third reference example, showing a variable volume portion of the case of using a spiral tube 18j. Also in the fourth reference example , as in the third reference example , when the atmospheric pressure fluctuation occurs, the oil seal portion moves in the spiral tube 18j, and the volume is changed by the difference between the atmospheric pressure and the internal pressure of the pressure gauge. It is possible to cancel the atmospheric pressure fluctuation and prevent an error in the measured pressure.
[0037]
In addition, a stainless steel pipe, a plastic pipe, a transparent vinyl chloride pipe | tube, etc. can be used for the said U-shaped pipe and a spiral pipe.
The present invention is not limited to the first to third embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention .
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the pressure measurement equipment according to the present invention is to introduce the atmospheric pressure from the same space as the space in the sewer pressure gauge Ru placed inside a pressure gauge, accompanying to offset atmospheric pressure variation An error can be prevented from occurring in the measurement pressure, and therefore the pressure can be accurately measured regardless of the installation location. Of course, since the volume variable portion is airtightly connected to the atmospheric pressure introduction pipe, the inflow of moisture and moisture into the pressure gauge can be prevented. The pressure measurement equipment according to the present invention, fast response with a simple structure, and can improve the measurement accuracy, also because the power is it not necessary, no and fear of fire without choosing a location.
[Brief description of the drawings]
1 is a block diagram showing the configuration of the pressure measuring device of the first embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the pressure gauge shown in FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing reflection characteristics of the pressure gauge shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the amount of FBG wavelength shift and the water level.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the variable volume portion of the first embodiment shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a cross-sectional view of a variable volume portion of the pressure measuring device according to the second embodiment .
7 is a block diagram showing a pressure measurement equipment of the third embodiment.
8 is a block diagram showing a pressure measurement equipment of the first embodiment.
9 is a main part enlarged view showing a main part of the pressure measuring device shown in FIG. 8;
10 is a block diagram showing a pressure measurement equipment of the second reference example.
FIG. 11 is a configuration diagram of a volume variable section of a third reference example .
FIG. 12 is a configuration diagram of a volume variable section of a fourth reference example .
FIG. 13 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional pressure measuring device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main line optical cable 2-4 Pressure measuring device 5 Sewer 10 Pressure gauge 10a FBG
10c Diaphragm 11 Lead cable 12, 27a Hollow pipe 13 Manhole 14 Measuring chamber 15 Converter 17 Atmospheric pressure introduction pipe 17a One end of atmospheric pressure introduction pipe 18 Volume variable part 18a Bellows 18f Plastic film 18g Rubber bag 18h U-shaped pipe 18i Oil seal part 18j Spiral tube 25 Connection box 27 Optical cable for pressure gauge 28 Bulkhead part 29 Bulkhead room 30 Remote control station 31 Light source 32 Coupler 33 Wavelength measuring instrument 34 Information processing part

Claims (1)

幹線ケーブルが接続され且つ下水道内の空間に位置づけられる接続箱と、下水中に位置づけられる圧力計と、前記接続箱と前記圧力計を接続するリードケーブルとを備えて前記下水道内の水位を測定する圧力測定装置であって、
前記接続箱から外部に延出した大気圧導入パイプと、
前記大気圧導入パイプの延出端に気密に接続して設けられ、前記接続箱の外側にて前記下水道内の大気圧に対して密閉され且つ前記下水道内の大気圧を受ける単一且つ袋状の容積可変部と
を更に備え、
前記リードケーブルは、前記圧力計における圧力検出のための光を伝送する光ファイバと、前記容積可変部から前記接続箱を経て前記圧力計に至る前記圧力測定装置の内部を外部から密閉すべく前記接続箱と前記圧力計とを接続し、前記下水道内の大気圧を受ける前記容積可変部と協働して前記下水道内の大気圧と前記圧力計の内部圧力とを前記接続箱内を通じてほぼ同一にさせる中空パイプとを内蔵し
前記容積可変部は、前記容積可変部を除く前記圧力測定装置の前記内部の容積の少なくとも75%以上の容積を有し、
前記圧力計は、前記光ファイバの光伝搬方向の一部に形成され、外部の圧力を前記圧力計の受圧部を介して受けるファイバブラッググレーディングを有し、
前記圧力測定装置は、外部の圧力を受ける前記受圧部の歪み量に基づいて前記ファイバブラッググレーディングが伸縮し、前記光ファイバを通じて前記ファイバブラッググレーディングに伝搬する光の特定波長領域の反射特性が変化することで、前記受圧部に加わる外部の圧力を測定し、この外部の圧力と前記圧力計内部の圧力との差から前記水位を測定することを特徴とする圧力測定装置。
A connection box to which a main line cable is connected and positioned in a space in the sewer, a pressure gauge positioned in the sewer, and a lead cable connecting the connection box and the pressure gauge are used to measure the water level in the sewer. A pressure measuring device,
An atmospheric pressure introduction pipe extending from the junction box to the outside;
A single and bag-shaped airtightly connected to the extended end of the atmospheric pressure introduction pipe, sealed against the atmospheric pressure in the sewer outside the connection box, and receiving the atmospheric pressure in the sewer With variable volume part
Further comprising
The lead cable includes an optical fiber that transmits light for pressure detection in the pressure gauge, and the inside of the pressure measurement device that reaches the pressure gauge from the volume variable section through the connection box to the outside. The connection box and the pressure gauge are connected, and in cooperation with the volume variable unit that receives the atmospheric pressure in the sewer, the atmospheric pressure in the sewer and the internal pressure of the pressure gauge are substantially the same throughout the connection box. Built-in hollow pipe and
The volume variable portion has a volume of at least 75% or more of the internal volume of the pressure measuring device excluding the volume variable portion,
The pressure gauge is formed in a part of the optical fiber in the light propagation direction, and has a fiber Bragg grading that receives an external pressure through a pressure receiving portion of the pressure gauge,
In the pressure measuring device, the fiber Bragg grading expands and contracts based on the strain amount of the pressure receiving part that receives external pressure, and the reflection characteristic of light propagating to the fiber Bragg grading through the optical fiber changes. Thus, an external pressure applied to the pressure receiving unit is measured, and the water level is measured from a difference between the external pressure and the pressure inside the pressure gauge .
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