JPH03246423A - 汚泥界面検知方法及び濃度差界面検知方法及び汚泥界面検知装置並びに該装置を用いた上澄水排出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、水処理施設に設置される貯水池や調整池、更
には沈澱池等において固液分離された汚泥物質と上澄水
のうち、上澄水を排出する際に必要となる汚泥界面位置
の検知を高精度に行うことができると同時にその検知を
機械によって自動的に行うことも可能となる方法と該方
法を具体化した装置に関するとともに、更にこの装置を
用いた上澄水排出装置に関し、加えて同技術を用いて液
体や積層沈澱物中の濃度差界面の検知が可能となる方法
に関する。

〔従来の技術〕

例えば、沈澱池において固液分離した上澄水を排出する
装置としては、上向開口の排出管を水面下に位置づけ、
該排出管を水位に追従させて降下させることによって上
澄水を排出するものや、又本出願人にかかる特願昭６３
−１１１１４８号に記載されるように、下部に下向開口
部が形成され、上部にホースが連結された排出管をフロ
ートに取付けて構成したフロート式上澄水排出装置を液
面に浮かせ、これを水位に追従させながら降下させるこ
とによって上澄水を沈澱池外部へ排出する技術等がある
。このような装置による上澄水の排出は、装置が汚泥界
面に接近しすぎると汚泥の吸い込みが懸念されることか
ら、通常、汚泥界面からｌ０ＣＩＩＩ〜２０ｃｍの距離
に近接した段階で排出を停止させて排出管の降下を止め
る必要がある。そして、この為には汚泥界面位置を正確
に知る必要があるが、従来これを知る具体的手段は存在
しない為、排出の停止時期は経験に鯨っているのが実情
である。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような方法では作業者に熟練度が要
求される上に、作業の自動化もはがれず上澄水排出作業
の効率化がはかれなかった。

本発明はかかる現況に鑑みてなされたものであり、汚泥
界面位置を高精度に検知することが可能な方法とその装
置を提供せんとするものであり、加えてこの装置を既存
のフロート方式の上澄水排出装置に付設することによっ
て上澄水排出作業の自動化を可能にせんとするものであ
る。

〔課題を解決する為の手段〕

本発明者は上記課題を解決する手段として、光ファイバ
等の柱状若しくは管状の光透過体を用いることを着想し
た。光ファイバを用いて汚泥界面位置を検出する方法及
び装置は従来装置にはないものの、近イ以した技術分野
への応用としては光ファイバを用いた液面計がある。こ
の技術は、先端を平滑処理して検知端部となした光ファ
イバの基端に、発光素子と受光素子を組み込んだ光送受
器を配して構成したセンサを用いるもので、第８図（イ
）、（ロ）に示す如く検出端部である光フアイバ先端が
空気中に存在するときと液中に存在するときとでは光フ
アイバ内を帰還して来る光量が相違する事実を利用し、
この光量の変化を検知することによって液面位置を検知
せんとするものである。

そこで本発明者はこの方法で汚泥界面検知が可能である
か否かを先ず試みた。第９図（イ）、（ロ）がこの可能
性を探る為に行った実験の概念を示す説明図である。石
英製の光ファイバと上澄水とはその光学的性質（絶対屈
折率）が近似している為、光フアイバ先端が上澄水中に
存在するときは光フアイバ先端面から出射する光はその
ほとんどが水中に入射することが予想される。これに対
して汚泥の場合はその光学的性質が光ファイバとは著し
く相違する為、光フアイバ先端が汚泥界面と接触したと
きには、光フアイバ先端面では全反射に近い反射が行わ
れる結果、反射光が光フアイバ内を帰還して受光素子に
達し受光電圧を高めることが予想される。したがって、
光フアイバ内を帰還する光量を測定し続ければ、汚泥界
面位置の検知は可能であるかのように思われた。

しかしながら、実際に実験を行ってみるとこの方法には
様々な解決すべき問題点が存在することがあきらかにな
った。

第１０図として示すものが本方法により測定した沈澱池
内の深さ位置に対応する光量変化を示すグラフであり、
縦軸は汚泥界面位置を中心とした離間距離を表し、横軸
は受光電圧を表している。図中Ｐとして示す部分が汚泥
界面に相当する。実験開始前の予測では、汚泥界面を通
過して検出端部である光ファイバの先端面が汚泥内に没
入した後は、想像線で示す如く検出端部からの反射光量
の増加はなくなって、受光電圧はほぼ一定値を示すもの
と思われた。しかしながら実際の受光電圧の変化特性は
実線で示す如く、汚泥界面通過後も増加を続け、グラフ
上において汚泥界面位置は明確には現れないことがわか
った。そこで、本発明者はこの原因の追求をおこなった
結果、汚泥界面通過後も受光電圧が増加するのは、光フ
アイバ内を帰還する光は光ファイバの先端面以外からも
反射供給されており、特に光フアイバ先端が汚泥中に没
入したときは汚泥がシール効果を発揮することで汚泥と
接触する光フアイバ外周面が、反射面となって反射光量
を増加させることとなり、この為、汚泥中に没入する光
ファイバの長さが長くなるにしたがって反射光量も増加
する傾向があることを見出した。

汚泥界面位置を検出することは図中Ｐとして示した偏曲
点を検出することに尽きるが、図から窺えるようにこの
光強度の偏曲点を機械で直接検出することは極めて困難
である。又、使用過程において光フアイバ表面が汚損し
た場合には、図中破線で示す如く受光電圧レベルが全体
として低下する現象が生じ、この為、同一の沈澱池であ
っても偏曲点の受光電圧レベルは一定でははなく、この
ことが偏曲点を検出することを益々困難なものとしてい
る。

本発明はかかる現況に鑑みて成されたものであり、受光
電圧レヘルの大きさに変動があったり、又、偏曲点の存
在が不明確な場合であっても偏曲点の検出が可能となる
方法を提供することを目的とするものである。そして鋭
意研究を重ねた結果、この目的を達成する為には前述し
たように光量の大きさを直接測定するのではなく、光量
の変化量の経時的変化を示す曲線である光量変化量曲線
における偏曲点を検出すればよいことを着想した。

本発明にかかる汚泥界面検知方法は、光ファイバ等の柱
状若しくは管状の光透過体の基端に発光素子と受光素子
を配して構成したセンサの検出端部を、上澄水中を汚泥
界面に向かって降下させ、前記発光素子から発せられた
光のうち、光透過体内を帰還する光を前記受光素子で捉
えて、光ファイバの降下に伴う帰還光量の変化量を測定
しつづけるとともに、この帰還光量の変化量曲線におけ
る偏曲点を検出することで汚泥界面位置を特定してなる
ことを特徴としている。

又、前記方法を改良した第２発明である汚泥界面検知方
法は、光ファイバ等の柱状若しくは管状の光透過体の基
端に発光素子と受光素子を配して構成したセンサを、そ
れぞれの光透過体の先端位置を光透過体の軸方向に向か
って所定長さ離間させて２個並設するとともに、両セン
サの検出端部を上澄水中を汚泥界面に向かって降下させ
ながら、両センサの受光素子によって検知される光量の
差を監視し続けるとともに、前記光量差の変化曲線にお
ける偏曲点を検出することで汚泥界面位置を特定してな
ることを特徴としている。更に、前記第２発明である汚
泥界面検知方法を具体化した汚泥界面検知装置の要旨は
、先端面を検出端部となした光ファイバ等の柱状若しく
は管状の光透過体の基端に発光素子と受光素子を組み込
んだ光送受器を配してなる界面検知センサと、先端面を
検出端部となした柱状若しくは管状の光透過体の基端に
前記光送受器と同特性の光送受器を配し、且つその検出
端部を前記界面検知センサの検出端部よりも光透過体の
軸方向上方へ向けて所定長離間させてなる比較用センサ
と、界面検知センサと比較用センサによって検出される
受光電圧の差を計算する差動回路と、前記受光電圧差の
変化を常時監視するとともに、変化後の受光電圧差と変
化前の受光電圧差を比較して、両受光電圧差のうち大き
い方を常に保持若しくは更新して現状における最大受光
電圧差を記録するピークホールダと、変化後の受光電圧
差が最大受光電圧差に比べて減少し、且つその減少幅が
所定値以上となったときに偏曲点の通過を認識して判別
信号を送出する比較回路と、前記比較回路から送出され
る判別信号を受けて外部機器を制御するリレー回路とよ
り構成したことを特徴とする。

又、この汚泥界面検知装置は既存の上澄水排出装置に組
み込むことも可能であり、例えば、下向開口部を有し、
且つ上部にホースを連設した排出管をフロートに取付け
て構成したフロート形式の上澄水排出装置において、排
出管の下向開口部より下部位置にその検出端部が位置す
るようにして取付けてもよい。

又、汚泥没入後の光透過体側面からの反射光の増加を防
ぐ為に、光透過体外周面には反射性の遮光コーティング
を施すことが好ましい。

又、上記汚泥界面検知方法は汚泥界面の検知に限定され
ず、被測定対象物中に存在する濃度差界面を検知する方
法としても有効である。

〔作用〕

第１発明である汚泥界面検知方法は、光ファイバ等の柱
状若しくは管状の光透過体の基端に発光素子と受光素子
を配して構成した単一のセンサを、上澄水中を汚泥界面
に向けて一定速度で降下させ、この過程において光透過
体内を帰還する反射光量を測定する。そして、最新の光
量と直前の光量の差を求め、該光量差の変化曲線の傾向
を監視しつづけ、その曲線中に存在する偏曲点を検出し
、該偏曲点を検出したときにはセンサの検出端部は汚泥
界面に達していると判断するものである。本方法は受光
素子で検知された光量の大きさを直接測定するのではな
く、検出端部の降下に伴う光量の変化量の変化傾向、即
ち光量差の大きさを測定して光量差の変化傾向を監視す
るものであるがら、享量変化曲線においては不明確な偏
曲点しが示さない汚泥界面位置であっても、光量差の変
化曲線においては汚泥界面位置は最大値を示す偏曲点と
して明確に現れる。従って、汚泥界面位置の検出は光量
差の変化曲線における最大値を求める作業に帰着させる
ことができ、汚泥界面の検知は容易である。

又、前記第１発明の改良案である第２発明としての汚泥
界面検知方法は、前記第１発明におけるセンサの検出端
部の降下速度の制限をなくしたものである。即ち、第１
発明は単一のセンサにおける検出端部の降下前と降下後
の光量の差の変化傾向を監視するものであるから、その
降下速度は一定にする必要があるが、第２発明はこの制
約を解除したものである。この改良された第２発明は、
検出端部が所定長さ離間した２本の光透過体によって検
出される各光透過体内を帰還する光量を個別に測定し、
両光量の差を計算することによって、単一の光透過体を
用いて、深度を所定長降下させたときに得られる光量変
化量と実質的に等しい光量差を得るものである。そして
この光景差の変化曲線における最大値、即ち最も光量差
の大きい部分を検出することで汚泥界面位置を検出する
ものである。本方法によれば、両光透過体先端間の距離
差は一定であるから、深度変化に伴なう光量変化量が、
光透過体の降下速度に影響されず検出可能となる。

又、前記汚泥界面検知装置を具備させたフロート方式の
上澄水排出装置は、排出作業に伴って降下する排出管が
汚泥界面に接近したか否かを、汚泥界面検知装置により
監視し続け、排出管の下向開口部が汚泥界面に接近した
ならば排出を停止してフロートの降下を中止させるもの
である。

更に、光透過体の外周面に反射性の遮光コーティングを
施した場合は、検出端部の存在位置が上澄水中であるか
汚泥中であるかにかかわらず、光透過体外周面からの光
の漏れはなくなるので、光透過体先端が汚泥中に没入し
た後に発生する反射光量の増加傾向を抑制することがで
き、光量変化量曲線における偏曲点の存在を顕著なもの
とすることができる。

又、汚泥界面検知方法を一般的な被測定対象物中の濃度
差界面を検知する方法として応用した場合は、温度差界
面の存在する液体における温度差界面の検出は勿論のこ
と、積層沈澱物中の濃度差界面、更には油水界面や沈澱
塩層と土砂との界面等、異媒質問の境界位置の検出も可
能となる。

〔実施例〕

次に本発明の詳細を図示した実施例に基づき説明する。

第１図は本発明の基本原理を実証する為に行った模擬実
験に用いた汚泥界面検知装置の検出部の要部断面説明図
である。検知部Ａは、一定長の光ファイバ１ａの基端に
発光素子２ａと受光素子３ａを一体的に組み込んだ光送
受器４ａを配して構成した界面検知センサ５ａと、前記
光ファイバ１ａよりもその検出端部が１ｃｍ上方に位置
づけられた光ファイバ１ｂの基端に前記光送受器４ａと
同一特性の光送受器４ｂを配して構成した比較用センサ
と５ｂを並設して構成される。光ファイバｌａ、　ｌｂ
は外周面に銀鍍金や銀蒸着等の手段により反射性の遮光
コーティング６ａ、６ｂを施して、光フアイバ先端が汚
泥中に没入した後に反射光が増加しないようにしている
。

尚、本実施例では光透過体として光ファイバを用いたが
、柱状若しくは管状の光透過体であれば他のものを用い
ることも任意であり、例えば石英ロッドやＦＲＰロッド
等を用いることもできる。

発光素子と受光素子は同一ケース内に一体的に収納され
、発光素子としては発光ダイオード等が、又、受光素子
としてはフォトダイオード等が使用される。

界面検知センサ５ａの検出端部と、比較用センサ５ｂの
検出端部との離間距離ｄは１ｃｍ以上であってもよいが
、測定精度を上げる為にはＩＣＩ＋以下とすることが好
ましく、ここでは単位長離間させる構成とした。

第２図は前記構成の検知部Ａを用いて行った汚泥界面位
置を検出する為の実験の概略であって、実験用沈澱池に
検知部Ａを浸漬降下する過程を示し、第３図は前記降下
過程に伴って界面検知センサ５ａによって検出される受
光電圧の大きさの変化曲線の一例であり、第４図は界面
検知センサ５ａによって検出される受光電圧と比較用セ
ンサ５ｂによって検出される受光電圧との差の変化曲線
を示したものである。

第３図の変化曲線は縦軸を汚泥界面を中心として上下に
沈澱池内の深さ位置を対応させ、横軸は受光電圧に対応
させている。図中破線が交叉した部分が汚泥界面位置に
相当し、縦軸方向の表示範囲は汚泥界面を挟んで上方に
４ｃｍ、下方に２ｃである。図かられかるように受光電
圧は汚泥界面の上方２ｃｍあたりから急激に上昇して汚
泥界面に到達するまで上昇しつづけ、汚泥界面を通過し
ての検出端部が汚泥中に没入した後は、受光電圧の上昇
カーブが急激に鈍化してほぼ飽和状態となり、汚泥界面
で偏曲点が検知される。これは光ファイバが汚泥界面か
ら２ｃｍ以上、上方に離れている場合は、光フアイバ内
を直進して検出端部に達した光は、光ファイバと上澄水
のそれぞれの絶対屈折率が近似している為その殆どが反
射することなく上澄水中へ出射吸収されるのに対し、検
出端部が汚泥界面に近接した場合は、検出端部がら射出
した光は上澄水とはその絶対屈折率が著しく相違する汚
泥界面で反射してセンサ内部に帰還し、受光電圧を増加
させる為である。そしてこの増加傾向は検出端部が汚泥
界面と接触した段階でほぼ飽和点に達し、後はセンサ検
出端部の汚泥内への没入に伴って受光電圧が微増を続け
るものである。

汚泥界面位置を検知することはこのグラフにおいて前記
偏曲点を検知する問題に帰着する。しかしながら、グラ
フからもわかるように受光電圧は汚泥界面通過後はその
上昇傾向は著しく鈍化はするものの、上昇傾向は維持さ
れる為、前記偏曲点を機械で自動的に判別させることは
極めて困難である。本発明はこの偏曲点の検出を第３図
に示したように光量に対応する受光電圧の大きさの変化
に基づいて行うのではなく、界面検知センサ５ａによっ
て検出される受光電圧と比較用センサ５ｂによって検出
される受光電圧の差の変化曲線に基づいて行わんとする
ものである。第４図は先端面位置を単位長離間させた界
面検知センサと比較用センサによってそれぞれ検出され
る受光電圧の差の変化曲線を表したもので、両センサの
電圧差を測定することで、１本の光ファイバを単位長降
下させたときに降下前と降下後で得られる受光電圧差と
実質上同じ電圧差を得んとしたものである。第４図のグ
ラフは横軸を汚泥界面からの離間距離となし、汚泥界面
を中心として左に汚泥界面位置からの高さを、右には汚
泥界面からの深さを示し、縦軸は受光素子３ａ、　３ｂ
によって検出される受光電圧の差を示している。実線で
示したものが、光フアイバ表面に汚泥等の汚れが付着し
ていない場合であり、破線で示したものは少し汚れを付
着させた場合、−点鎖線で示したものが汚れ量を増やし
た場合である。

受光電圧の大きさを測定するだけでは第３図に示したよ
うに、不明確な偏曲点としてしか観測されなかった汚泥
界面位置が、第４図のグラフでは明確な偏曲点であると
同時に最大値として検出されていることがわかる。又、
光フアイバ表面が汚損したときでも最大値が小さくなる
だけで、偏曲点がなくなることはあり得す、しかもこの
最大値の存在する深さ位置は光ファイバの汚損状態と無
関係に常に一定であることもわかるのである。

第５図は、第１図として開示した検知部を用いて付随的
に行った他の実験結果である。この実験は曝気して撹拌
状態にある汚濁水が時間経過とともに鎮静化して固液分
離状態となる過程を観測したものである。実験は検出端
部を汚濁水面下１０ｃｍに位置づけ、鎮静化の過程で汚
泥界面の降下がどのような速度で進行するのかを観測し
た。横軸は撹拌後の経過時間であり、縦軸は受光電圧差
である。

グラフかられかるように、撹拌後１０分の段階では汚濁
粒子は撹拌状態にある為、汚泥界面は明確には存在せず
、この為データーもばらついた状態にあるが、撹拌後２
０分経過した段階では固液分離が成されるとともにその
界面位置が検出端部を通過していることがわかる。そし
て３０分経過した段階では固液分離は更に進み汚泥は沈
澱降下して検出端部から遠ざかっていることがわかる。

一般に沈澱池において曝気撹拌した汚濁水が固液分離し
て鎮静化する迄には撹拌後３０分が必要であるといわれ
ているが、この経験則の妥当性はこの実験結果からも確
かめられた。又、実際の排出作業は汚濁水の種類等によ
る鎮静化傾向の相違を考慮して、余裕をみて撹拌後１時
間〜２時間に設定しているのが普通であるが、上記実験
のように、排出処理する沈澱池の固液分離状況を実測す
ることとすれば、排出開始時期を早めることが可能とな
り、全体作業の効率化が可能となる。

次に上記発明方法を具体化した汚泥界面検知装置につい
て説明する。第６図（イ）は前述した検知部の回路構成
を示すブロック図であり、第６図（ロ）は、前記検知部
から送出された電気的信号を受けて演算処理する為の本
体装置のブロック図である。

検知部は、発光素子２ａと受光素子３ａを同一ケース内
に一体的に収容した光送受器４ａを光ファイバ１ａの基
端に配して構成した界面検知センサ５ａと、前記光ファ
イバ１ａの先端位置よりもＩｃｍ上位置にその先端を位
置づけた光ファイバ１ｂの基端に前記光送受器４ａと同
特性の光送受器４ｂを配して構成した比較用センサ５ｂ
と、両送受器４ａ、　４ｂの信号が互いに干渉しないよ
うに時分割発光及び時分割受光させるとともに外乱光雑
音の打ち消しを行う送受器制御部７を有し、更に送受器
制御部７から出力された受光電圧Ｅａ、　Ｅｂを遠隔地
に設けた本体装置に減衰させることなく送給する為に受
光電流１ａ、１ｂに変換する定電流変換回路８ａ、　８
ｂを設けた構成としている。

又、本体装置は前記検知部から供給される受光電流Ｉａ
、　Ｉｂを再度、受光電圧Ｅａ、　Ｅｂに復元する為の
電流／電圧変換回路９ａ、９ｂ　、受光電圧Ｅａ、　Ｅ
ｂの受光電圧差Ｅｃを算出する為の差動回路１０．受光
電圧差ＥＣ中に含まれるノイズ成分をカットする為の２
Ｈｚローパスフイルタ１１、時々刻々と変化する受光電
圧差Ｅｃの最大値を更新しながら記憶するピークホール
ダ１２、前記ピークホールダによって保持された最大受
光電圧差Ｅｃｃと最新の電圧差Ｅｃとを比較して、最新
の受光電圧差Ｅｃが最大受光電圧差Ｅｃｃよりも小さく
且つその差が２０ｍＶ以上になったときには、前記最大
受光電圧差Ｅｃｃを記録したときが検知部の検出端部が
汚泥界面を通過したときであったと判断して判定信号を
出力するコンパレータ１３、該コンパレータ１３から送
出される判定信号を受けて外部機器を制御する為のリレ
ー回路１４を０Ｎ１０ＦＦするとともにマニュアル操作
による本体装置自体の作動開始指令や作動停止指令及び
作動条件を判断して本体装置全体を制御するロジックコ
ントローラ１５とから基本構成され、更に回倒のブロッ
ク図では誤動作を防止する為に、検出端部が上澄水最上
位に存在するときに検出される受光電圧をＥＩＩｌｉｎ
、検出端部が汚泥界面付近に存在するときに検出される
受光電圧をＥ　ｍａｘとしたときに、Ｅｍｉｎ　＜　Ｖ
ｒｆ＜　Ｅｍａｘの関係式を満足する比較用電圧Ｖｒｆ
を予め登録しておき、該比較用電圧Ｖｒｆと最新の受光
電圧Ｅａの大きさを比較し、受光電圧Ｅａの大きさが比
較用電圧Ｖｒｆより大きいときにのみコンパレータ１３
からの判定指令を正当なものと判断する誤動作防止用コ
ンパレータ１６とを設け、且つ受光電圧Ｅａの変化を表
示することによって前記判断の過程を目視によっても確
認できるバーグラフレベル表示器１７を付設した構成と
している。

又、図中１８はロジックコントローラに対し、本装置全
体の作動開始指令を指示する為のスタートスイッチであ
り、１９は作動停止指令を指示する為のストップスイッ
チである。

２Ｈｚローパスフイルタ１１は、汚泥界面に存在する微
小な凹凸面に対応して発生する受光電圧Ｅａ、Ｅｂの変
動を除去する為に設けたものである。

又、ピークホールダ１２としては、測定時間が長時間に
及ぶことから、ピーク値を長時間にわたって保持できる
デジタル／アナログ方式ピークホールダを用いている。

本装置は例えば第７図に示す如く、上澄水排出装置に組
み込まれて使用される。即ち、図中２０は沈澱池２１に
立設した支柱２２．２２に上下動可能に取付けたフロー
トであり、該フロート２０には拡開した下向開口部２３
を有する排出管２４が取りつけられている。そして排出
管２４の基端にはホース２５が取りつけられ、このホー
ス２５を通して上澄水を沈澱池外部へ排出できるように
している。図中Ａとして示すものが汚泥界面検知装置に
取付けられる検知部であり、該検知部Ａの検出端部は下
向開口部２３の下縁より約２０ｃｍ下部位置に設定して
いる。排出管２４は、排出管２４うの汚泥の吸い込みを
防止する為に、最も接近したときでも汚泥界面との間に
約１５ｃｍの距離をあける必要がある。検出端部を排出
管下面位置より２０ａｎ下方となして排出管下面が所定
高さに達したときに検出端部が汚泥内に約５ｃｍ没入す
る構成としているのは、汚泥界面の検知は最大受光電圧
差Ｅｃｃを検出した時点ではまだ判定することはできず
、その後、受光電圧差Ｅｃが２０１１Ｉｖ以上減少して
初めて判定できるものであるからである。

このように汚泥界面検知装置を組み込んだ上澄水排出装
置は、フロートによって常に液面に浮遊しながら、排出
を行い、液面の降下とともに沈澱池内における高さ位置
を徐々に降下させる。汚泥界面検知装置は排出開始と同
時に作動を開始して、沈澱池内においてその検出端部を
高さ方向に単位長離間させた界面検知センサ５ａと比較
用センサ５ｂから得られる受光電圧の差を監視しつづけ
る。受光電圧差Ｅｃは汚泥界面に近接するまで殆ど変化
はなく、汚泥界面から数１の距離に接近した段階で、第
４図に示す如く急激に増加しはじめる。従ってこの段階
に達したならば光フアイバ先端が汚泥界面に近づいたも
のと判断して排出速度を低下させて、排出管２４の降下
速度を減速させ、偏曲点の検出が容易となるようにする
。

受光電圧Ｅａ、　Ｅｂには汚泥界面の凹凸に対応してノ
イズが混在しているが、このノイズは２Ｈｚローパスフ
イルタ１１によって除去される。

ピークホールダ１２に入力された最新の受光電圧差ＥＣ
は、ピークホールダ１２に記憶されている最大受光電圧
差Ｅｃｃと比較され、最新の受光電圧差Ｅｃが最大受光
電圧差Ｅｃｃよりも大きければ最新の受光電圧差Ｅｃを
新たな最大受光電圧差Ｅｃｃとして記憶する。他方、最
新の受光電圧差Ｅｃが最大受光電圧差Ｅｃｃよりも小さ
いときは、現在記憶されている最大受光電圧差Ｅｃｃは
偏曲点であると判断されるから最大受光電圧差Ｅｃｃを
更新せずにそのまま維持する。そして検出端部の降下に
伴って次々に受信される新たな受光電圧差Ｅｃと前記最
大受光電圧差Ｅｃｃとをコンパレータ１３に送出して両
電圧差を比較を行ない、その差が２０ｍＶ以上となった
ならば、前記最大電圧差Ｅｃｃは汚泥界面位置に対応す
る偏曲点であったとロジックコントローラ１５により判
断するものである。この段階では検出端部は汚泥内に没
入した状態となっているが、検出端部は排出管２４の下
向開口部下縁よりも２０ｃｍ程度下方に設定されている
から、この段階でリレー回路１４の接点を切り換えて排
出を停止を行ない、上澄水排出装置の降下を停止すれば
、下向開口部２３を汚泥を吸い込まない範囲内において
汚泥に最も近接した高さ位置、即ち、汚泥界面位置から
１０α〜１５ＣＩ１１程度離間した位置に正確に停止さ
せることができるのである。

尚、最新の受光電圧差Ｅｃが、偏曲点である最大受光電
圧差Ｅｃｃを記録した後、その差が２０１１１ｖに達す
る前に再び大きくなるようであれば、前記偏曲点は汚泥
界面を示すものではなく異物等の存在によるノイズであ
ると判断するものである。

このように、本考案の汚泥界面検知装置によれば、汚泥
界面の検知が機械によって容易になされる上に、検知端
部の降下速度も一定にする必要がないので上澄水排出装
置の排出速度を一定にする必要がなく、汚泥界面近傍に
達したときには排出速度を低下させることができるので
汚泥を吸い上げることなく汚泥界面近傍まで上澄水の排
出を行うことができるのである。

又、本汚泥界面検知装置は単体で用いることも可能であ
り、降下速度を一定にする必要がないことから、手動に
よる降下も可能であり、各種沈澱池や貯水池の汚泥界面
を手軽に検知することができる。

尚、上記した実施例では界面検知センサと比較用センサ
を並設した場合についてのみ述べたが、降下速度を一定
に維持できるならば単一のセンサだけを用いて汚泥界面
を検知することができることは勿論である。

又、上記実施例においては汚泥界面を検知対象とした場
合についてのみ述べたが、本発明は汚泥界面の検知以外
の用途に用いることもできる。即ち、本発明は、隣接す
る媒質の光学的性質（絶対屈折率）の相違を利用して、
両媒質問の界面位置を検知せんとするものであるから、
被測定対象物としては種々ものが採用可能であり、例え
ば汚濁水における温度差界面や積層沈澱物における濃度
差界面、更には油水界面や沈澱塩層と土砂との界面等、
異媒質の界面を検知することもできる。

〔発明の効果〕

第１発明である汚泥界面検知方法は、光ファイバ等の柱
状若しくは管状の光透過体の基端に発光素子と受光素子
を配して形成したセンサの検出端部を汚泥界面に向かっ
て降下させ、光透過体内を帰還する光を前記受光素子で
捉えて、降下に伴う光量の変化量を検知し続けるととも
に、この光量変化量曲線における偏曲点を検出すること
で汚泥界面位置を特定することとしたから、汚泥界面は
光量変化量曲線における最大値でもある偏曲点として明
確に表れるので偏曲点の検知が容易であり、しかも使用
過程で検出端部が汚損して光量が変化した場合でも偏曲
点は必ず存在するから、機械による偏曲点の自動検知が
可能となる。

前記第１発明を改良した第２発明は、検出端部を光透過
体の長さ方向に所定長さ離間させた界面検知センサと比
較用センサを並設し、各センサによって検知される光量
差を監視し続けて該光量差の変化曲線の偏曲点を検出す
ることで汚泥界面位置を特定してなるから、検出端部の
障下達度を一定にする必要がなくなる。したがって、検
知部を手動により降下させることが可能であり各種沈澱
池や貯水池の汚泥界面を簡単な設備で手軽に検知できる
のである。

第３発明として開示した汚泥界面検知装置は、光ファイ
バ等の柱状若しくは管状の光透過体の基端に発光素子と
受光素子を組み込んだ光送受器を配してなる界面検知セ
ンサと、柱状若しくは管状の光透過体の基端に前言己光
送受器と同特性の光送受器を配し７、且つその光透過体
の検出端部を界面検知センサにおける光透過体検出端部
よりも光透過体の軸方向上方へ向けて所定長離間させて
なる比較用センサと、前記界面検知センサと比較用セン
サによって検知される受光電圧の差を計算する差動回路
と、前記受光電圧差の変化を常時監視するとともに変化
後の受光電圧差と変化前の受光電圧差を比較して、両受
光電圧差のうち大きい方を常に保持若しくは更新して現
状における最大受光電圧差を記録するピークホールダと
、変化後の受光電圧差が最大受光電圧差に比べて減少し
、且つその減少幅が所定値以上となったときに偏曲点の
通過を認識して判別信号を送出するコンパレータと、前
記コンパレータから送出される判別信号を受けて外部機
器を制御するリレー回路とから構成したので、汚泥界面
の検知が自動化することが可能となる。

そして、この装置を組み込んだ第４発明である上澄水排
出装置は、汚泥を巻き上げることのない範囲内において
最も汚泥に接近した位置まで上澄４゜ 水を排出することが可能となり、理想的な排出処理が可
能となる。しかも排出停止時期は汚泥界面検知装置によ
り自動的に検知されるから上澄水排出処理工程の無人化
が可能となる。

そして、上記各方法及び装置において用いる検知部を構
成する光透過体の外周面に反射性の遮光コーティングを
施した場合は、光量変化曲線における偏曲点の存在が明
確化するので、汚泥界面の検知は一層容易且つ確実なも
のとなる。

又、汚泥界面検知方法を一般的な被測定対象物中の濃度
差界面を検知する方法として応用した場合は、温度差界
面の存在する液体における温度差界面の検出は勿論のこ
と、積層沈澱物中の濃度差界面、更には油水界面や沈澱
塩層と土砂との界面等、異媒質問の境界位置の検出も可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法において用いた検知部の構成を示す
要部断面説明図、第２図は汚泥界面検知方法の原理を説
明する為に行った実験の説明図、第３図は同実験によっ
て得られた界面検知センサの受光電圧の変化を示すグラ
フ、第４図は同実験方法によって得られた受光電圧差の
変化を示すグラフ、第５図は汚濁水の鎮静化傾向を調べ
る為に行った実験結果を示すグラフ、第６図（イ）は検
知部の回路構成を示すブロック図、第６図Ｃ口）は本体
装置の回路構成を示すブロック図、第７図は本汚泥界面
検知装置を取付けた上澄水排出装置の一実施例を示す説
明図、第８図（イ）、（ロ）は光ファイバ等の柱状若し
くは管状の光透過体を用いた液面検知方法の原理図、第
９図（イ）、（ロ）は光ファイバを用いた汚泥界面検知
実験の概念説明図、第１０図は同実験により得られた受
光電圧の変化を示すグラフである。 Ａ：検知部、 ｌａ、ｌｂ：光フ１イハ、　２ａ、２ｂ：発光素子、３
ａ、３ｂ：受光素子、　　４ａ、４ｂ：光送受器、５ａ
：界面検知センサ、５ｂ＝比較用センサ、６ａ　、　６
ｂ　：遮光コーティング、７：送受器制御部、　８ａ、
８ｂ：定電流変換回路、９ａ　、　９ｂ　：電流／電圧
変換回路、１０：差動回路、 １１：２Ｈｚローパスフイルタ、 １２：ピークホールダ、１３：　コンパレータ、１４：
リレー回路、 １５：　ロジックコントローラ、 １６：誤動作防止用コンパレータ、 １７：ハーグラフレベル表示器、 １８ニスタートスイツチ、 １９ニストツプスイツチ、 ２０：フロート、　　　２１：沈澱池、２２：支柱、　
　　　　２３：下向開口部、２４：排出管、　　　　２
５：ホース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）先端面を検出端部となした光ファイバ等の柱状若し
   くは管状の光透過体の基端に発光素子と受光素子を配し
   て構成したセンサの前記検出端部を、汚泥界面に向かっ
   て上澄水中を降下させ、前記発光素子から発せられた光
   のうち、光透過体内を帰還する光を前記受光素子で捉え
   て光透過体の降下に伴う帰還光量の変化量を監視し続け
   、この帰還光量の変化量曲線における偏曲点を検出する
   ことで汚泥界面位置を特定してなる汚泥界面検知方法。 ２）先端面を検知端部となした光ファイバ等の柱状若し
   くは管状の光透過体の基端に発光素子と受光素子を配し
   て構成したセンサが２個並設され、且つ各センサの検出
   端部は一方が他方に対して光透過体の軸方向に所定長さ
   離間させられた構成とされ、両センサの検出端部を上澄
   水中を汚泥界面に向かって降下させながら、両センサの
   受光素子によって検知される光量の差を監視し続けると
   ともに、前記光量差の変化曲線における偏曲点を検出す
   ることで汚泥界面位置を特定してなる汚泥界面検知方法
   。 ３）先端面を検出端部となした光ファイバ等の柱状若し
   くは管状の光透過体の基端に発光素子と受光素子を組み
   込んだ光送受器を配してなる界面検知センサと、 先端面を検出端部となした柱状若しくは管状の光透過体
   の基端に前記光送受器と同特性の光送受器を配し、且つ
   その検出端部を前記界面検知センサの検出端部よりも光
   透過体の軸方向上方に所定長さ離間させてなる比較用セ
   ンサと、 界面検知センサと比較用センサによって検出される受光
   電圧の差を計算する差動回路と、前記受光電圧差の変化
   を常時監視するとともに、変化後の受光電圧差と変化前
   の受光電圧差を比較して、両受光電圧差のうち大きい方
   を常に保持若しくは更新して現状における最大受光電圧
   差を記憶するピークホールダと、 変化後の受光電圧差が最大受光電圧差に比べて減少し、
   且つその減少幅が所定値以上となったときには偏曲点の
   通過を認識して判別信号を送出するコンパレータと、 前記比較回路から送出された判別信号を受けて外部機器
   を制御するリレー回路と、 よりなる汚泥界面検知装置。 ４）下向開口部を有する排出管がフロートに取りつけら
   れて水位に追従して降下するフロート形式の上澄水排出
   装置において、排出管の下向開口部より下部位置に界面
   検知センサの検出端部が位置するように第３請求項記載
   の汚泥界面検知装置を取付けてなる上澄水排出装置。 ５）光透過体の外周面には反射性の遮光コーティングを
   施してなる前記特許請求の範囲第３項記載の汚泥界面検
   知装置。 ６）先端面を検知端部となした光ファイバ等の柱状若し
   くは管状の光透過体の基端に発光素子と受光素子を配し
   て構成したセンサが２個並設され、且つ各センサの検出
   端部は一方が他方に対して光透過体の軸方向に所定長離
   間させられた構成とされ、両センサの検出端部を被測定
   対象物中を降下させながら、両センサの受光素子によっ
   て検出される光量の差を監視し続けるとともに、前記光
   量差の変化曲線における偏曲点を検出することで被測定
   対象物内における濃度差界面を検知してなる濃度差界面
   検知方法。