JPH04313028A - 液位計測方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分布型光ファイバ温度
計測システムを用いた液位計測方法に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】従来より用いられている液位を検知する
技術としては、フロート式液位計、超音波式液位計など
がある。フロート式液位計は、図９に示すように位置検
出装置１１とこれから吊り下げられたフロート１２から
なり、液面にこのフロート１２を浮かべ液位の変動に伴
うフロート１２の位置変化を位置検出装置１１により機
械的あるいは電気的な方法で測定するものである。一方
、超音波式液位計は、図１０に示すように時間差計測装
置１３と超音波送受信機１４からなり、液面上部に設置
された超音波送受信機１４より液面に向けて超音波を照
射し、液面までの往復時間を時間差計測装置１３により
検出して液面までの距離、すなわち液位を検出するもの
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、たとえば井戸
のように液体が非常に細い管の中にある場合、あるいは
非常に深い位置にある場合に、前記フロート式液位計で
は測定箇所の細さ、深さゆえに設置が困難で使用できな
い場合が多い。又、超音波式液位計の様に反射方式のも
のでは、超音波が届かなかったり、管内での反射が多く
なったりしてやはり使用できない場合が多いという問題
があった。従って、本発明は上記の問題を解決するため
になされたものであって、前記測定機器の設置、使用が
容易な場合はもちろん、従来の方法では測定困難な管状
深部の液位をも測定しうる液位計測方法を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明液位計測方法は、分布型光ファイバ温度計測シ
ステムを用い、そのセンサ部である光ファイバを液中に
浸潰し、光ファイバ長手方向の温度測定を行って、液温
と気温の境界点より液位を検知するものである。又液体
と気体（大気）の熱伝導度の違いから液温と気温の差を
より明確に検知するために、前記分布型光ファイバ温度
計測システムのセンサ部である光ファイバに、その長手
方向に及ぶ光ファイバの加熱手段を設けた。この加熱手
段は、具体的には光ファイバの外周に、絶縁層で隔てら
れ、かつ末端で接続された二重の金属層を設け、このう
ち内側の金属層を電源の一方の端子に接続し、外側の金
属層を電源の他方の端子に接続し、金属層に電流を印加
して光ファイバの加熱を行うものである。又別態様の加
熱手段としては、前記二重の金属層のうち一方の金属層
を、絶縁被覆を有する導線に置換し、これを金属層外周
に巻きつけて、金属層と導線を電流路とした。又、上記
二態様がいずれも金属層を電流路としたのに対して、光
ファイバ外周に設けられた金属層に、その一端から末端
までを往復するように、絶縁被覆を有する導線を巻きつ
け、この導線に電流を印加して光ファイバの加熱を行っ
てもよい。又、外周に金属層を有する２本の光ファイバ
を並列して各金属層同士をその末端で接続し、両光ファ
イバの金属層を電流路として光ファイバの加熱を行って
もよい。この場合、分布型光ファイバ温度計測システム
の本体装置への接続は、一方の光ファイバだけでもよく
、両方の光ファイバとも行ってもよい。又、上記のもの
が光ファイバの加熱を行うのに対して、気化熱による温
度変化から液温と気温の境界点を明確にする手段として
、分布型光ファイバ温度計測システムのセンサ部である
光ファイバの外周に、吸水性の被覆層を設けた。さらに
、上記の各構成において光ファイバを螺旋状に配置して
もよい。

【０００５】

【実施例１】以下、図１から図８に示す実施例に基づい
て本発明を説明する。尚、各図において共通する符号は
同一部分を示す。図１は、本発明計測方法の説明図で、
１は分布型光ファイバ温度計測システムの本体装置であ
る。分布型光ファイバ温度計測システム（ＤＴＳ，Ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　Ｓ
ｅｎｓｏｒ）は光ファイバ自身をセンサとし、このセン
サに沿った物理量を連続的に測定できる技術の１つで、
測定対象物に布設等された光ファイバからなるセンサ部
と本体装置からなり、この本体装置は前記光ファイバの
一端、場合によっては両端に接続され、レーザ光源、受
光回路等からなる計測部、及びコンピュータによる処理
部から構成される。そしてレーザ光源から光ファイバに
光パルスを入射し、その後方散乱光の遅延時間（光パル
スを入射してから後方散乱光が入射端に戻って来るまで
の時間）を計測することによって後方散乱光の発生位置
を求め、さらに後方散乱光に含まれるラマン散乱光の強
度を検出することにより各位置での温度を求めるという
ものである。このＤＴＳのセンサ部である光ファイバ２
をたとえば井戸の中へ入れ、内部の液中に浸漬する。こ
こで用いる光ファイバ２は光ファイバ心線そのものでも
、金属管などの保護層を有するものでもよい。そして、
温度測定を行い、図２に示す光ファイバ長手方向の温度
分布データを得る。同図に示すように液温と気温には一
般に差があるため、温度データに段差（境界点）が現れ
る。従ってこの境界点までの距離に基づいて液面までの
距離１、すなわち液位を検知することができる。

【０００６】

【実施例２】次に上記計測方法に用いるセンサ部に加熱
手段を施した例を図３を用いて説明する。同図はセンサ
部である光ファイバー端の斜視図で、光ファイバ２の外
周には絶縁層４で隔てられた二重の金属層３，５が設け
られている。金属層３，５は例えばステンレス製の管で
、絶縁層４はポリエチレン、ポリビニル、ナイロンなど
の樹脂で作られる。又、図示していないが光ファイバ末
端は、内側の金属層３と外側の金属層５を例えば半田付
けなどによって接続され、さらに場合によっては末端部
を被覆保護して金属層３と光ファイバ２の間隙に液が浸
透しないようにする（後に述べる実施例３〜６において
同じ）。ここで金属層３を電源６の一方の端子へ接続し
、金属層５を電源６の他方の端子へ接続して、光ファイ
バ２を分布型光ファイバ温度計測システムの本体装置｛
実施例１で述べたものと同様のもの（以下同じ）｝に接
続する。

【０００７】そして電源６より両金属層３，５に電流を
流して、光ファイバ２を加熱するとともに、前記実施例
同様、センサ部を液中に浸漬して光ファイバ沿いの温度
分布を測定する。この場合、金属層からの加熱により光
ファイバ２全体を気温より２０〜３０℃程度高温とする
ことが容易にできるが、その一方で大気と液体との熱伝
導度が異なるため、センサ部長手方向において大気中よ
りも液中のほうが顕著に冷却される。従って、大気と液
体の境界、即ち液位に相当する箇所が温度分布データ上
で大きな段差として表される。このように、光ファイバ
を加熱し、大気と液体の熱伝導度の違いからくる光ファ
イバの冷却程度の違いを利用することで、気温と液温の
差がわずかな場合においてもこの差を顕在化し、液位を
検出することができる。この原理は後に述べる実施例３
〜６においても同様である。尚、本例において両金属層
３，５は電流路としての機能と光ファイバの保護層とし
ての機能をもっており、図では絶縁層４と共にかなりの
厚さをもって示されているが、実際は光ファイバが０．
２５ｍｍ径、金属層が１ｍｍ径程度で、外部（液体）の
温度は直ちにセンサ部に伝導する。

【０００８】

【実施例３】次に図４を用いて図３とは異なる態様の加
熱手段について説明する。同図に示すように光ファイバ
２の外周には金属層３が設けられ、さらに金属層３の外
周には導線７が螺旋状に布設されている。本例ではこの
導線７が前記実施例２の金属層５に相当すると考えれば
よく、金属層３及び導線７を各々電源６の異なる端子に
接続し、この両者で電流路を構成する。従って図示はし
ていないが、導線７と金属層３はそれらの末端において
接続されており、又この導線７は例えばポリエチレン、
ポリビニル、ナイロンなどの絶縁被覆層を備えており、
この被覆層が実施例２の絶縁層４と同様の機能を果たす
。そして光ファイバ２が分布型光ファイバ温度計測シス
テムの本体装置に接続される。このような構成の装置に
おいて、実施例２同様センサ部を液中に浸漬し、電流の
印加による光ファイバの加熱と光ファイバ長手方向の温
度分布測定をして液位の検出を行う。

【０００９】

【実施例４】次に図５を用いて上記とは異なる態様の加
熱手段について説明する。同図に示すように光ファイバ
２の外周に金属層３が設けられ、この金属層３の外周に
は導線（加熱線８）が螺旋状に巻きつけられている。前
記実施例２，３ではいずれも金属層に電流が流されたが
本例では金属層は保護層としてのみ機能し、電流路とし
ては機能しない。本例において電流が流され、加熱手段
として機能するのはもっばら加熱線８である。この加熱
線８は例えばニクロム線にエナメルのような耐熱性の高
い絶縁被覆層を施したもので、電流路としての機能上、
又光ファイバ全体を一様に加熱する必要上、光ファイバ
一端から末端までを螺旋状に往復して布設されている。 この場合加熱線同士は当然交差するが、前記絶縁被覆層
により短絡は起こらない。そして加熱線８の一端を電源
６の一方の端子に接続し、他端を他方の端子に接続して
、光ファイバ２を分布型光ファイバ温度計測システムの
本体装置に接続する。このような構成により実施例２同
様、電流の印加による光ファイバの加熱と温度測定から
液位検出を行う。

【００１０】

【実施例５】次に図６に基づいて、さらに異なる態様の
実施例について説明する。本例では図示のように金属層
付光ファイバ２ａ，２ｂを並列し、そのうち１本（２ａ
）の光ファイバを分布型光ファイバ温度計測システムの
本体装置１に接続した。金属層付光ファイバは、光ファ
イバの外周にステンレス管などの金属層を有するもので
、断面は図４、図５の光ファイバ２、金属層３と同様の
構成である。これら金属層付き光ファイバ２ａ，２ｂの
金属層同士を、末端側で接続部９により電気的に接続し
、他端側で金属層付き光ファイバ２ａの金属層を電源の
一方端子に、同２ｂの金属層を電源の他方端子に接続す
る。そしてこれら両金属層に電流を印加して光ファイバ
の加熱を行うと共に、前記実施例同様に温度測定を行っ
て液位を検出する。本例によれば、上記の金属層付光フ
ァイバを２本用意すればよく、これらは実施例２の二重
の金属層を備えた光ファイバに比べれば構成が簡単なた
め、製造性の点で優れている。尚、本例では、金属層付
光ファイバ２ａのみを本体装置１に接続したがこの本体
装置をもう１台用意し、金属層付光ファイバ２ｂの方も
該本体装置に接続して、２台の測定結果より測定値を平
均化し、さらに高精度の計測を行うこともできる。

【００１１】

【実施例６】次に図７に示す実施例に基づいて本発明方
法を説明する。同図はセンサ部の斜視図である。上記実
施例２〜５が光ファイバに加熱手段を施し、大気中と液
中における冷却程度の違いから気温と液温の差を顕在化
させたのに対し、本例は気化熱を利用して前記温度差の
顕在化を図った。即ち、センサ部の構成として分布型光
ファイバ温度計測システムの本体装置に接続された光フ
ァイバ２の外周に、ガーゼなどの液体を浸透しやすいも
のを巻きつけるなどして吸水性被覆層１０を設けた。こ
のセンサ部を液中に浸漬すると、吸水性被覆層１０のあ
る一定部分まで液体が浸透し、センサ部は、■液中に浸
潰された部分、■大気中で吸水性被覆層１０に液体が浸
透した部分、■大気中で吸水性被覆層１０に液体が浸透
していない部分の３か所に分かれる。ここで光ファイバ
長手方向の温度測定を行うと、■部分が気化熱を奪われ
るため、温度データ上に低温箇所として表される。この
ように気化熱を利用して大気と液体の温度差を顕在化す
ることで、前記温度差が僅かな場合においても液位の検
出を容易にすることができる。

【００１２】

【実施例７】さらに別態様の実施例として、上記実施例
の全てがセンサ部となる光ファイバを真直に垂らし、液
中に浸漬しているのに対し、光ファイバを螺旋状に配置
して液中に浸漬することも考えられる。これは、光ファ
イバを螺旋状とすることで単位距離当りに配置される光
ファイバの長さをより長くし、分布型光ファイバ温度計
測システムの距離分解能からくる測定限界を実質的に改
善しようとするものである。この場合、本体装置から液
面までの実際の距離と、その間に配置された光ファイバ
の長さが一致しないことになるが、これは図８に示すよ
うに螺旋ピッチの明確な溝付きスペーサ１６の溝に光フ
ァイバ２を収納することで、あらかじめ本体装置から液
面までの距離と、その間に配置した光ファイバの長さの
関係を知っておけば、正確な液位測定を行うことができ
る。尚、この光ファイバを螺旋状に配置することに、上
述の加熱手段又は吸水層を付加してもよい。例えば、■
溝付スペーサ１６の溝に光ファイバを配置し、このスペ
ーサの外周に絶縁層で隔てられ、かつ末端で接続された
二重の金属層を設け各金属層に通電して加熱を行なう。 ■光ファイバを収納した溝付スペーサ１６の外周に金属
層を設け、この金属層の外周に絶縁被覆を有する導線を
巻きつけ、導線及び金属層に通電して加熱を行なう。■
外周に吸水性被覆層を備える光ファイバを溝付スペーサ
１６の溝に収納し、これを液中に浸漬する、などが考え
られる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明方法によれば
センサ部の光ファイバを浸漬するだけで、フロートのよ
うな可動部を必要とすることなく、細く、深い管内の液
位をも容易に測定することができる。又気温と液温の差
が僅かな場合においても、センサ部の光ファイバに、加
熱手段を設けることで、あるいは吸水性被覆層を設ける
ことで、前記温度差を顕在化し、液位を正確に検出する
ことができる。従って、井戸や地下水測定用ボーリング
の穴での水位計測に利用すれば効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の説明図である。

【図２】本発明方法に用いる温度分布データを示すグラ
フである。

【図３】実施例方法に用いるセンサ部の斜視図である。

【図４】実施例方法に用いるセンサ部の斜視図である。

【図５】実施例方法に用いるセンサ部の斜視図である。

【図６】実施例方法の説明図である。

【図７】実施例方法に用いるセンサ部の斜視図である。

【図８】実施例方法に用いるセンサ部の斜視図である。

【図９】従来からの液位計測装置を示す説明図てるあ。

【図１０】従来からの液位計測装置を示す説明図である
。

【符号の説明】

１　　本体装置 ２　　光ファイバ ２ａ，２ｂ　　金属層付光ファイバ ３，５　　金属層 ４　　絶縁層 ６　　電源 ７　　導線 ８　　加熱線 ９　　接続部 １０　　吸水性被覆層 １１　　位置検出装置 １２　　フロート １３　　時間差計測装置 １４　　超音波送受信機 １６　　溝付スペーサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　分布型光ファイバ温度計測システムの
   センサ部である光ファイバを液中に浸漬し、光ファイバ
   長手方向の温度分布を測定して、液温と気温の境界点よ
   り液位を検知することを特徴とする液位計測方法。
2. 【請求項２】　　センサ部である光ファイバに、その長
   手方向に及ぶ光ファイバの加熱手段を設けたことを特徴
   とする請求項１記載の液位計測方法。
3. 【請求項３】　　センサ部である光ファイバの外周に、
   吸水性被覆層を設けたことを特徴とする請求項１記載の
   液位計測方法。