JPH0621808B2 - 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

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10cm〜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
停止時期は経験に頼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熱練度が要
求される上に、作業の自動化もはか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、近似した技術分野へ
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ァイバ先
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
光ファ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、光ファイバ先端が上澄水中に
存在するときは光ファ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、光ファイバ先端が汚泥界面と接触したと
きには、光ファイバ先端面では全反射に近い反射が行わ
れる結果、反射光が光ファ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、
光ファ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、受光電圧はほほ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、光ファ
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、特に光ファ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
触する光ファイバ外周面が、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ァイバ表面が汚損し
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
電圧レベ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。ま
た光量変化量曲線の偏曲点を検出する場合、管状の光透
過体の検出端部の降下速度変化が光量変化量曲線に影響
を与えることが懸念されるが、本発明者はこの点につい
ても検討を行い、この問題を解決するには、発光素子と
受光素子を基端に配した光透過体を２組用い、これら両
光透過体の検出端部の設定位置を光透過体の軸方向に所
定長さ離間させるようにすれば解決できることをも見出
した。

このような着想にもとづいてなされた本発明の汚泥界面
検知方法は、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ことを特
徴としている。また、前記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〕

本発明の汚泥界面検知方法は、管状の光透過体の基端側
に発光素子と受光素子とを配置して構成したセンサを、
それぞれの光透過体の検出端部が所定長さ離間するよう
にして２組並設し、この一体化された２組のセンサを、
上澄水中を汚泥界面に向けて降下させ、この過程におい
て両光透過体内を帰還する反射光量を個別に測定すると
とともに、両光量の差を算出して監視する。両光透過体
の光量差は、例えば単一の光透過体を用いた場合におけ
る所定深さ浸漬移動させた際に検出される移動前と移動
後の光量変化量と実質的に等しい。２組のセンサから得
られる光量差の監視は、光量差の変化曲線における最大
値を検出するように監視され、この最大値を検出したと
きにセンサの検出端部が汚泥界面に達したと判断するも
のである。本方法によれば、両光透過体先端間の離間距
離は一定であるから、深度変化に伴う光量変化量が、光
透過体の降下速度に影響されずに検出可能となる。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検知でき
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、濁度差界
面の存在する液体における濁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、異媒質間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1a，1b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、
光ファ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１cm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２cmである。図からわ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２
cm以上、上方に離れている場合は、光ファイバ内を直進
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、検出端部から射出した光
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れることは
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、光ファ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、一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、
光ファ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ず、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攪拌
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。
横軸は攪拌後の経過時間であり、縦軸は受光電圧差であ
る。

グラフからわかるように、攪拌後10分の段階では汚濁粒
子は攪拌状態にある為、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、攪拌後20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攪拌した汚濁水が固液分離と
して鎮静化する迄には攪拌後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、余裕をみて攪拌後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１cm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Ia,Ibに変換する定電流変換回
路8a，8b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,I
b 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、Eb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２Hzローパスフィルタ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ON/OFF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、更に図例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Ｅmin 、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Ｅmax とした
ときに、Ｅmin ＜Ｖrf＜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ローパスフィルタ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を通じて上澄
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へ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20cm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20mV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cm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
したならば光ファ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ローパスフィルタ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10cm〜15cm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20mV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。

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
質間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
濁水における濁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〕

本発明の汚泥界面検知方法は、管状の光透過体の基端側
に発光素子と受光素子とを配置して構成したセンサを、
それぞれの光透過体の検出端部が所定長さ離間するよう
にして２組並設し、この一体化された２組のセンサを、
上澄水中を汚泥界面に向けて降下させ、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、汚泥界面は光量差の変化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。また検出端部の降下速
度を一定に維持する必要もないから、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検知できる。

また、前記汚泥界面検知方法を具体化した汚泥界面検知
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
の基端に前記光送受器と同特性の光送受器を配し、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、濁度差界
面の存在する液体における濁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、異媒質間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（ロ）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、 1a,1b:光ファイバ、2a,2b:発光素子、 3a,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,6b: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ローパスフィルタ、 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：バーグラフレベル表示器、 18：スタートスイッチ、 19：ストップスイッチ、 20：フロート、21：沈澱池、 22：支柱、23：下向開口部、 24：排出管、25：ホース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−118188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182526（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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。
2. 【請求項２】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。
3. 【請求項３】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２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。
4. 【請求項４】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２項記載の汚
   泥界面検知装置。
5. 【請求項５】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査し続けるととも
   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。