JPH07139943A - 導電性液体の波高検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測定液体の温度や水質等の変化による電気抵抗
の変化に係わり無くしかも高調波成分を含む波でも忠実
にその波高を検出することができる、導電性液体の波高
検出器を提供する。 【構成】下端をＬ字形に屈曲させた支持管３を本体ケー
ス１の底部に突設し、この支持管３の先端に設けられた
電極ホルダ６に補償電極５を設けてＯＰアンプ９の出力
に接続する。またアースに接続された接地電極線４ａ
と、非反転入力を交流電圧源７に接続されたＯＰアンプ
９の反転入力に接続された帰還電極線４ｂを、本体ケー
ス１と電極ホルダ５の間に並列して張り付ける。ＯＰア
ンプ９の出力はローパスフィルタ１０及び絶縁トランス
１１を介して信号変換部８に接続する。使用中は、交流
電圧を非反転増幅するＯＰアンプの負帰還回路の抵抗
を、液体の電気抵抗で形成させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海上で発生する実際の
波及び実験水槽で発生させる小規模な波の波高を電気的
手段で測定する波高測定に使用される波高検出器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、波高検出の方式として次のような
各種の形式のものが使用されている。その一つは、容量
式と称されるものであって、図４に示すように絶縁被覆
４２を施した導線４３と電極線４４を水中に浸して導線
４３と水との間に絶縁被覆４２を誘電体としたコンデン
サを形成し、液面の上下動による静電容量の変化を容量
−電圧変換部４１で電圧に変換することによって波高を
検出するものである。

【０００３】他の一つは、液体の電気抵抗を検出する電
気抵抗方式であって、図５に示すように２本の電極線５
２，５３を並べてその先端部を測定液中に浸し、電極線
５２，５３の液中先端部の近傍には補償電極５４，５５
を沈め、電極線５２，５３及び補償電極５４，５５の各
々をブリッジ回路５１に接続し、液面の上下動による電
極線５２，５３間の電気抵抗変化を電圧変化に変換して
波高を検出するものである。水の電気抵抗は水温，水質
に因って変化するが、補償電極５４，５５によってブリ
ッジ補正し、水温，水質が変化しても検出値に誤差が生
じないようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記容量式は、信号の
応答が遅く３Ｈｚ以上の周期を持つ波の成分は検出する
ことができない。また前記電気抵抗方式は、液体の温度
や水質の変化による電気抵抗の変化を補償するために補
償電極を設けなければならないので回路が複雑になる。
また使用に際してはブリッジ回路の平衡を取らなければ
ならないので操作が面倒である。本発明は、従来の技術
の有する上記のような欠点を除くためになされたもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の導電性液体の波高検出器は、下記の構成に
よりなるものである。 （イ）下部先端に電極ホルダ６が設けられたＬ字形の支
持管３を本体ケース１に取り付ける。 （ロ）接地電極線４ａと帰還電極線４ｂを平行に並べて
それぞれの上端を本体ケース１に絶縁して支持し下端を
前記電極ホルダ６に支持する。 （ハ）前記電極ホルダ６に補償電極５を設ける。 （ニ）前記接地電極線４ａの上部とアースを接続し、非
反転入力を交流電圧源７と接続されたＯＰアンプ９の反
転入力を前記帰還電極線４ｂの上部と接続し、前記ＯＰ
アンプ９の出力を前記補償電極５と接続する。 （ホ）交流電圧源の周波数は、測定対象となる波の周期
よりも十分に高い周波数とする。 （ヘ）前記ＯＰアンプ９の出力をハイパスフィルタ１０
と接続し、そのハイパスフィルタ１０の出力を絶縁トラ
ンス１１を介して信号変換部８の入力と接続する。

【０００６】

【作用】以上のように構成された本発明の導電性液体の
波高検出器は、交流電圧を非反転増幅するＯＰアンプの
負帰還回路の抵抗を、被測定液体の電気抵抗で形成させ
て、液面の変化に比例した振幅変化を有する交流電圧を
得ることを特徴とするもので、次のようにして使用され
る。接地電極線４ａと帰還電極線４ｂの２本の電極線は
その先端を測定液中に浸され、補償電極５は常に水没さ
せらた状態で使用される。センサ部２の下部が測定液中
に浸されると、前記２本の電極線４ａ，４ｂ及び補償電
極５の相互間には、測定液体による電気抵抗が図３に示
されるように形成される。接地電極線４ａと帰還電極線
４ｂ間の電気抵抗をＲ１、帰還電極線４ｂと補償電極５
間の電気抵抗をＲ２、接地電極線４ｂと補償電極５間の
電気抵抗をＲ３とすれば、Ｒ１とＲ２によってＯＰアン
プ９の負帰還回路が構成され、ＯＰアンプの応用回路と
してよく知られた非反転増幅回路になる。ＯＰアンプ９
の非反転入力に印加される交流電圧をｅとすれば、ＯＰ
アンプ９の出力電圧Ｖｏは数１で表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】測定液体の液面が上下動すると、接地電極
線４ａと帰還電極線４ｂの水没した部分の長さが変化し
Ｒ１が変化する。一方この場合Ｒ２も変化するものの補
償電極５は常に水没しているのでその変化量はＲ２の変
化量に比して微少であり無視できる。またＲ３は単にＯ
Ｐアンプ９の負荷として機能するが、液面の上下動によ
るＲ３の変化はＲ２同様に少なく出力Ｖｏへの影響も無
視できる。また、測定液体の温度や水質などの変化によ
って液体の電気抵抗が変化した場合はＲ１とＲ２が同じ
割合で変化するから、前記Ｖｏは液体の電気抵抗の変化
の影響を受けることが無い。

【０００９】いま液面が上昇すると、接地電極線４ａと
帰還電極線４ｂの水没した部分の長さが長くなり、両電
極線間の電気抵抗は減少し前記Ｒ１は小さくなるから、
Ｖｏは数１により大きくなる。液面が下降すると接地電
極線４ａと帰還電極線４ｂの水没した部分の長さが短く
なり、両電極線間の電気抵抗は逆に増加し前記Ｒ１は大
きくなるから、Ｖｏは数１により小さくなる。したがっ
てセンサ部２の出力電圧Ｖｏは、液面の上下動つまり波
の高低変化に比例した振幅変化を有する交流電圧とな
る。交流電圧の周波数は、検出される波の周波数成分よ
り十分に高い周波数であるからＶｏの振幅変化も波の高
低変化に忠実なものとなる。

【００１０】ハイパスフィルタ１０は、Ｖｏに混入した
低周波ノイズを除去する。また絶縁トランス１１は、セ
ンサ部のアースを大地側のアースと絶縁することによっ
てノイズを軽減するものである。信号変換部８は入力信
号を整流及び平滑しさらに増幅して、波の波高に比例し
て変化する信号電圧に変換する。また 信号変換部８か
ら出力される信号電圧を例えばペンレコーダやコンピュ
ータなどの記録装置に入力して、波高の時間的変化を記
録することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。まず図２に示される実施例において、下端
をＬ字形に屈曲させた直径７ｍｍのステンレス管で作ら
れた支持管３を本体ケース１の底部に突設し、その支持
管３の下端にＡＢＳ等の絶縁材で作られた電極ホルダ６
を設ける。なお支持管３の長さは、後述する２本の電極
線４ａ，４ｂの長さに応じた長さとする。また共に直径
０．５ｍｍのステンレス線などの導電材料で作られた接
地電極線４ａと帰還電極線４ｂを平行に並べて、各々の
上端を本体ケース１に絶縁して支持し下端を前記電極ホ
ルダ６にワイヤホルダ６ａで支持する。ここで接地電極
線４ａと帰還電極線４ｂの長さ及び間隔は測定対象とな
る波の高さによって異なるが、測定波高が４０ｃｍ以内
ならば線の長さは若干余裕を持たせて例えば４５ｃｍと
する。また線の間隔は任意でよいが、５ｍｍ程度の間隔
が実用的である。さらに前記電極ホルダ６には、白金な
どの良導電材料で作られた直径２ｍｍの円柱を５ｍｍ程
度突出させた補償電極５を設ける。本体ケース１の内部
にはプリント基板などを使用して電気回路が組み込ま
れ、上部にコネクタ１４を設けて、回路の電源や検出信
号出力を接続する。

【００１２】次に図１に示されるブロック図において、
前記接地電極線４ａの上部とアースを接続し、非反転入
力を交流電圧源７と接続されたＯＰアンプ９の反転入力
を前記帰還電極線４ｂの上部と接続し、前記ＯＰアンプ
９の出力を支持管３の管内を通された絶縁被覆導線３ａ
を介して前記補償電極５と接続する。また前記ＯＰアン
プ９の出力をハイパスフィルタ１０と接続し、ハイパス
フィルタ１０の出力を絶縁トランス１１を介して信号変
換部８の入力と接続する。

【００１３】交流電圧源７は、発振回路７１で交流電圧
を発生させバッファ７２を介して抵抗器７３，７４で分
圧し、およそ１２０ｍＶｐ−ｐの振幅を出力する。発振
回路７１は、正弦波発振回路として公知の例えばウイー
ンブリッジ形とし、７．５ｋＨｚで発振させる。なお交
流電圧の波形は、正弦波に限るものではなく例えば方形
波でも良いし三角波でも良い。また発振周波数も測定対
象となる波の周期よりも十分に高い周波数であれば良
く、７．５ｋＨｚに限定するものではないことはいうま
でもない。

【００１４】信号変換部８は、整流回路８１とローパス
フィルタ８２とＤＣアンプ８３の回路でで構成され、整
流回路８１とローパスフィルタ８２で高周波電圧成分を
除去して波の波高変化に対応する信号電圧成分が取り出
されＤＣアンプ８３で増幅される。なお図１には図示し
ていないが、ＤＣアンプ８３には、出力信号の直流レベ
ルを調節する回路や感度を切り換えるための増幅度切り
換え回路などを、付加してもよい。

【００１５】信号変換部８の出力信号電圧をコネクタ１
４に接続する。またコネクタ１４には＋Ｖ１，−Ｖ１，
ＧＮＤ等の回路電源を接続する。また絶縁形ＤＣ−ＤＣ
コンバータ１２で＋Ｖ２，−Ｖ２，及び絶縁アース１３
を作成し、センサ部２から絶縁トランス１１に至る回路
に供給する。

【００１６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。 （イ）交流電圧源に十分高い周波数を使用しているの
で、基本波はもちろん高調波を含んだ複雑な波形の波で
あっても、その波高が忠実に検出される。 （ロ）使用中に測定液体の温度や水質が変化して、液体
の電気抵抗が変化した場合でも、Ｒ１とＲ２が共に同じ
割合で変化するから、検出信号電圧は測定液体の温度や
水質の影響を受けることなく正確な波高の検出を続ける
ことができる。 （ハ）センサ部において検出用電圧に交流電圧を使用し
ているので、直流電圧を使用した場合のような電気分解
による電極線の劣化が、防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】本発明の一実施例の斜視図である。

【図３】センサ部の等価回路図である。

【図４】従来の方式１のブロック図である。

【図５】従来の方式２のブロック図である。

【符号の説明】

１ 本体ケース ２ センサ部 ３ 支持管 ４ａ 接地電極線 ４ｂ 帰還電極線 ５ 補償電極 ６ 電極ホルダ ７ 交流電圧源 ８ 信号変換部 ９ ＯＰアンプ １０ ハイパスフィルタ １１ 絶縁トランス １２ ＤＣ−ＤＣコンバータ １３ 絶縁アース ７１ 発振回路 ７２ バッファ ７３，７４ 抵抗器 ８１ 整流回路 ８２ ローパスフィルタ ８３ ＤＣアンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （イ）下部先端に電極ホルダ（６）が設けられたＬ字形
   の支持管（３）を本体ケース（１）に取り付ける。 （ロ）接地電極線（４ａ）と帰還電極線（４ｂ）を並列
   して、各々の上端を本体ケース（１）に絶縁して支持
   し、各々の下端を前記電極ホルダ（６）に支持する。 （ハ）前記電極ホルダ（６）に補償電極（５）を設け
   る。 （ニ）前記接地電極線（４ａ）の上部とアースを接続
   し、非反転入力を交流電圧源（７）と接続されたＯＰア
   ンプ（９）の反転入力を前記帰還電極線（４ｂ）の上部
   と接続し、前記ＯＰアンプ（９）の出力を前記補償電極
   （５）と接続する。 （ホ）前記ＯＰアンプ（９）の出力をハイパスフィルタ
   （１０）と接続し、ハイパスフィルタ（１０）の出力を
   絶縁トランス（１１）を介して信号変換部（８）の入力
   と接続する。 以上の構成によりなる導電性液体の波高検出器。