JPH08166365A - 土壌の含有水分計測センサ及び同センサを用いた計測システム - Google Patents
土壌の含有水分計測センサ及び同センサを用いた計測システムInfo
- Publication number
- JPH08166365A JPH08166365A JP30771294A JP30771294A JPH08166365A JP H08166365 A JPH08166365 A JP H08166365A JP 30771294 A JP30771294 A JP 30771294A JP 30771294 A JP30771294 A JP 30771294A JP H08166365 A JPH08166365 A JP H08166365A
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- Japan
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- optical fiber
- sensor
- soil
- temperature
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 土壌の水分含有率の常時の多点オンライン計
測が可能なシステムを提供する。 【構成】 熱絶縁性の円柱４に、光ファイバ入ステンレ
スチューブ５を密巻き部６と粗巻き部７が存在するよう
に巻付け、電極１０からステンレスチューブ５ｂに電気
を流してこのチューブの密巻き部を発熱させる。そして
一定時間経過後の内部光ファイバの温度上昇値をその光
ファイバを測温子とする光ファイバ分布型温度検出装置
で測定し、予めモデル化したその上昇温度と土壌中の水
分含有率との関係から水分含有率を求める。このため、
オンライン計測が信号の伝送装置なしで行える。
測が可能なシステムを提供する。 【構成】 熱絶縁性の円柱４に、光ファイバ入ステンレ
スチューブ５を密巻き部６と粗巻き部７が存在するよう
に巻付け、電極１０からステンレスチューブ５ｂに電気
を流してこのチューブの密巻き部を発熱させる。そして
一定時間経過後の内部光ファイバの温度上昇値をその光
ファイバを測温子とする光ファイバ分布型温度検出装置
で測定し、予めモデル化したその上昇温度と土壌中の水
分含有率との関係から水分含有率を求める。このため、
オンライン計測が信号の伝送装置なしで行える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、河川の堤防などの含水
率のオンライン計測を可能にする土壌の含有水分計測セ
ンサとこれを用いた計測システムに関する。
率のオンライン計測を可能にする土壌の含有水分計測セ
ンサとこれを用いた計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】土壌の含有水分の計測には、水分計が用
いられている。
いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】河川が増水した場合、
堤防の含水率変化が起こることが予想される。堤防の含
水率変化は堤防の強度変化を意味するが、現状では無監
視の状態に近い。
堤防の含水率変化が起こることが予想される。堤防の含
水率変化は堤防の強度変化を意味するが、現状では無監
視の状態に近い。
【０００４】この堤防の含水率変化の常時観測が行えれ
ば、洪水による堤防破壊の未然防止が図れるが、前述の
水分計は、試験的抜取計測を目的としたもので、その都
度現地に持参して測定を行うため、常時観測には向いて
いない。また、現場適用を考えると、データ伝送用の端
末機が必要であり、オンラインでの多点観測を行う場
合、システムが複雑かつ高価なものになる。
ば、洪水による堤防破壊の未然防止が図れるが、前述の
水分計は、試験的抜取計測を目的としたもので、その都
度現地に持参して測定を行うため、常時観測には向いて
いない。また、現場適用を考えると、データ伝送用の端
末機が必要であり、オンラインでの多点観測を行う場
合、システムが複雑かつ高価なものになる。
【０００５】本発明は、これ等の問題点を解決した土壌
の含有水分計測センサと計測システムを提供することを
課題としている。
の含有水分計測センサと計測システムを提供することを
課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題の解決策とし
て提供する本発明の土壌の含有水分計測センサは、熱絶
縁性の円柱に光ファイバ分布型温度検出装置の測温子と
なる光ファイバ入金属チューブを局部的に密に、その他
の部分では粗に巻き、前記円柱の上部に前記光ファイバ
の光ケーブルへの接続部と電気ヒータとして機能させる
金属チューブへの通電部を設けて成る。
て提供する本発明の土壌の含有水分計測センサは、熱絶
縁性の円柱に光ファイバ分布型温度検出装置の測温子と
なる光ファイバ入金属チューブを局部的に密に、その他
の部分では粗に巻き、前記円柱の上部に前記光ファイバ
の光ケーブルへの接続部と電気ヒータとして機能させる
金属チューブへの通電部を設けて成る。
【０００７】このセンサは、チューブの材質をステンレ
スとし、さらに、この光ファイバ入ステンレスチューブ
を巻いた熱絶縁性円柱の外側を保護筒で覆っておくのが
望ましい。また、光ファイバ入金属チューブの密巻き部
を円柱の長手方向に複数箇所設けると、土壌の深さ方向
各部の含水率を何箇所かに分けて計測することができ
る。
スとし、さらに、この光ファイバ入ステンレスチューブ
を巻いた熱絶縁性円柱の外側を保護筒で覆っておくのが
望ましい。また、光ファイバ入金属チューブの密巻き部
を円柱の長手方向に複数箇所設けると、土壌の深さ方向
各部の含水率を何箇所かに分けて計測することができ
る。
【０００８】本発明の計測システムは、上述したセンサ
と、このセンサの光ファイバを光ファイバケーブルで光
パルス発信器と温度演算装置に接続して測温子となす光
ファイバ分布型温度検出装置と、前記チューブに通電す
る電源と、チューブ通電後の測温子による測定温度の上
昇値と経過時間の関係からセンサを埋めた土壌の光ファ
イバ入金属チューブ密巻き部の水分含有率を演算して表
示する中央処理、表示装置を具備して構成される。
と、このセンサの光ファイバを光ファイバケーブルで光
パルス発信器と温度演算装置に接続して測温子となす光
ファイバ分布型温度検出装置と、前記チューブに通電す
る電源と、チューブ通電後の測温子による測定温度の上
昇値と経過時間の関係からセンサを埋めた土壌の光ファ
イバ入金属チューブ密巻き部の水分含有率を演算して表
示する中央処理、表示装置を具備して構成される。
【０００９】
【作用】金属チューブを抵抗体としてこれに電流を流す
と、密巻き部が加熱され、その周囲の土壌の水分含有率
と熱抵抗に応じて一定時間内での光ファイバの温度上昇
値が決まる。図４は、密巻き部の光ファイバによる検出
温度の通電開始後の温度上昇モデルである。
と、密巻き部が加熱され、その周囲の土壌の水分含有率
と熱抵抗に応じて一定時間内での光ファイバの温度上昇
値が決まる。図４は、密巻き部の光ファイバによる検出
温度の通電開始後の温度上昇モデルである。
【００１０】同一測定部での土壌の熱抵抗を一定とする
と、同図Ａ、Ｂ、Ｃのモデルの昇温状態の相違は、含有
水分率の差によると考えることができる。そこで、今、
モデルＢを例に採ると、チューブの負荷電流Ｉ1 時の時
間ｔ1 経過後の温度上昇値は約５度である。
と、同図Ａ、Ｂ、Ｃのモデルの昇温状態の相違は、含有
水分率の差によると考えることができる。そこで、今、
モデルＢを例に採ると、チューブの負荷電流Ｉ1 時の時
間ｔ1 経過後の温度上昇値は約５度である。
【００１１】一方、一定時間経過後の温度上昇値と水分
計で測定した水分含有率の関係から、図５に示すような
データを予め得ることができる。この図５は、金属チュ
ーブの負荷電流がＩ1 の場合とＩ2 の場合の地中の水分
含有量と上昇温度の関係を校線曲線にして表示したもの
である。
計で測定した水分含有率の関係から、図５に示すような
データを予め得ることができる。この図５は、金属チュ
ーブの負荷電流がＩ1 の場合とＩ2 の場合の地中の水分
含有量と上昇温度の関係を校線曲線にして表示したもの
である。
【００１２】図４のモデルＣの場合、負荷電流Ｉ1 、経
過時間ｔ1 の条件で約５度の温度上昇となっているの
で、これを図５のＩ1 の曲線に当てはめると、ほぼ９８
％と云う水分含有率が求まる。
過時間ｔ1 の条件で約５度の温度上昇となっているの
で、これを図５のＩ1 の曲線に当てはめると、ほぼ９８
％と云う水分含有率が求まる。
【００１３】本発明の計測システムにおいては、図５に
示すような校正データを収集して中央処理表示装置に事
前にインプットして記憶させておき、装置内の回路でセ
ンサにより検出した一定時間経過後の土中の温度上昇値
が何％の地中含有水分率のときに当てはまるかの判断を
行って該当する数値を表示する。従って、同一点での常
時観測がオンラインで行え、また、現地に信号伝送用の
機器を必要としない。
示すような校正データを収集して中央処理表示装置に事
前にインプットして記憶させておき、装置内の回路でセ
ンサにより検出した一定時間経過後の土中の温度上昇値
が何％の地中含有水分率のときに当てはまるかの判断を
行って該当する数値を表示する。従って、同一点での常
時観測がオンラインで行え、また、現地に信号伝送用の
機器を必要としない。
【００１４】
【実施例】図１に、本発明の計測システムの全体の概要
を示す。図に示すように、この計測システムは、各観測
点の土中に差し込むセンサ１と、遠隔の観測所に設ける
中央処理、表示装置２と、その装置２に各センサの光フ
ァイバをつなぐＧＩ型光ファイバと電源（図示せず）に
つなぐ電力線とを複合した電力光複合ケーブル３とで構
成されている。
を示す。図に示すように、この計測システムは、各観測
点の土中に差し込むセンサ１と、遠隔の観測所に設ける
中央処理、表示装置２と、その装置２に各センサの光フ
ァイバをつなぐＧＩ型光ファイバと電源（図示せず）に
つなぐ電力線とを複合した電力光複合ケーブル３とで構
成されている。
【００１５】センサ１は、図２（ａ）に示すように、熱
絶縁性の円柱４に、光ファイバ入ステンレスチューブ５
を、密巻き部６と粗巻き部７が存在するように巻き付
け、さらにその外側に保護筒８を被せ、円柱の最上端に
電力光複合ケーブル３との接続箱９を設けた構造にして
ある。密巻き部６は、間隔をあけて複数箇所設けてもよ
い。
絶縁性の円柱４に、光ファイバ入ステンレスチューブ５
を、密巻き部６と粗巻き部７が存在するように巻き付
け、さらにその外側に保護筒８を被せ、円柱の最上端に
電力光複合ケーブル３との接続箱９を設けた構造にして
ある。密巻き部６は、間隔をあけて複数箇所設けてもよ
い。
【００１６】光ファイバ入ステンレスチューブ５は、図
２（ｂ）に示すように、表面に防食層５ｃを有するステ
ンレスチューブ５ｂ内にＧＩ型光ファイバ５ａを挿入し
てあり、ここではこの光ファイバ入ステンレスチューブ
５を長手方向中間でターンさせて往路部分と復路部分を
寄り添わせたものを巻き付けている。
２（ｂ）に示すように、表面に防食層５ｃを有するステ
ンレスチューブ５ｂ内にＧＩ型光ファイバ５ａを挿入し
てあり、ここではこの光ファイバ入ステンレスチューブ
５を長手方向中間でターンさせて往路部分と復路部分を
寄り添わせたものを巻き付けている。
【００１７】光ファイバ５ａの端部は、接続箱９内で電
力光複合ケーブル３中のＧＩ型光ファイバに接続され、
その光ファイバを介して図１の中央処理、表示装置２内
に設けられている光ファイバ分布型温度検出装置の光パ
ルス発信器と、温度演算装置につながれる。また、接続
箱９内でケーブル３中の電力線に、密巻き部６の部分に
設けた陰、陽の電極１０からのリード線（図示せず）が
つながれる。
力光複合ケーブル３中のＧＩ型光ファイバに接続され、
その光ファイバを介して図１の中央処理、表示装置２内
に設けられている光ファイバ分布型温度検出装置の光パ
ルス発信器と、温度演算装置につながれる。また、接続
箱９内でケーブル３中の電力線に、密巻き部６の部分に
設けた陰、陽の電極１０からのリード線（図示せず）が
つながれる。
【００１８】陰、陽の電極１０は、密巻き部のステンレ
スチューブ５ｂに接しており、ここからの通電でステン
レスチューブ５ｂが発熱し、その熱が図３に示すよう
に、周りの土壌Ａに流れる。土壌Ａによる熱吸収は、熱
抵抗と水分含有率によって異なるが、熱抵抗は水分含有
率と違って変動因子ではなく、従って、密巻き部６の部
分の通電から一定時間経過後の上昇温度を調べて校正曲
線と照らし合わせることにより、先に述べたように土壌
中の水分含有率を計測することができる。電極１０は、
金属製の保護筒８を用いる場合には当然にその筒との間
を絶縁する。
スチューブ５ｂに接しており、ここからの通電でステン
レスチューブ５ｂが発熱し、その熱が図３に示すよう
に、周りの土壌Ａに流れる。土壌Ａによる熱吸収は、熱
抵抗と水分含有率によって異なるが、熱抵抗は水分含有
率と違って変動因子ではなく、従って、密巻き部６の部
分の通電から一定時間経過後の上昇温度を調べて校正曲
線と照らし合わせることにより、先に述べたように土壌
中の水分含有率を計測することができる。電極１０は、
金属製の保護筒８を用いる場合には当然にその筒との間
を絶縁する。
【００１９】なお、光ファイバを測温子として温度を測
定する光ファイバ分布型温度検出装置は、光パルス発信
器から光ファイバに光パルスを送り込んで光ファイバ中
で発生するラマン散乱光を測定し、そのラマン散乱光の
２つの成分であるストークス光とアンチストーク光の強
度比から光ファイバの長手方向各部の温度を演算装置に
より演算して求めるようにしてあり、一本の光ファイバ
に測温子となる部分を多数直列につないで多点観測を行
うことができる。これは、周知技術であるので、これに
ついての詳細説明は省く。
定する光ファイバ分布型温度検出装置は、光パルス発信
器から光ファイバに光パルスを送り込んで光ファイバ中
で発生するラマン散乱光を測定し、そのラマン散乱光の
２つの成分であるストークス光とアンチストーク光の強
度比から光ファイバの長手方向各部の温度を演算装置に
より演算して求めるようにしてあり、一本の光ファイバ
に測温子となる部分を多数直列につないで多点観測を行
うことができる。これは、周知技術であるので、これに
ついての詳細説明は省く。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のセンサ及び
これを用いた計測システムは、土壌に熱を加え、その熱
の残留状態を光ファイバ分布型温度検出装置で検出して
熱の拡散状態と密接に関連している土壌中の水分含有量
を求める構成としたので、簡素なシステムによるオンラ
インでの常時多点観測が可能であり、洪水時の堤防の安
全性チェックシステム、植物育成や地盤監視のための水
分管理、排水管理システムなどへの有効利用が図れる。
これを用いた計測システムは、土壌に熱を加え、その熱
の残留状態を光ファイバ分布型温度検出装置で検出して
熱の拡散状態と密接に関連している土壌中の水分含有量
を求める構成としたので、簡素なシステムによるオンラ
インでの常時多点観測が可能であり、洪水時の堤防の安
全性チェックシステム、植物育成や地盤監視のための水
分管理、排水管理システムなどへの有効利用が図れる。
【図１】本発明の土壌の含有水分計測システムの概要を
示す図
示す図
【図２】（ａ）：本発明の土壌の含有水分計測センサの
一例を示す断面図 （ｂ）：光ファイバ入ステンレスチューブの断面図
一例を示す断面図 （ｂ）：光ファイバ入ステンレスチューブの断面図
【図３】本発明のセンサの使用状態を示す図
【図４】通電開始後の温度上昇モデルを示す図表
【図５】一定時間経過後の温度上昇値と地中の水分含有
率との関係を示す図表
率との関係を示す図表
１ センサ ２ 中央処理、表示装置 ３ 電力光複合ケーブル ４ 熱絶縁性の円柱 ５ 光ファイバ入ステンレスチューブ ６ 密巻き部 ７ 粗巻き部 ８ 保護筒 ９ 接続箱 １０ 電極 Ａ 土壌
Claims (4)
- 【請求項１】 熱絶縁性の円柱に光ファイバ分布型温度
検出装置の測温子となる光ファイバ入金属チューブを局
部的に密に、その他の部分では粗に巻き、前記円柱の上
部に前記光ファイバの光ケーブルへの接続部と電気ヒー
タとして機能させる金属チューブへの通電部を設けて成
る土壌の含有水分計測センサ。 - 【請求項２】 光ファイバ入金属チューブの密巻き部を
円柱の長手方向に複数箇所設けた請求項１記載の土壌の
含有水分計測センサ。 - 【請求項３】 前記チューブの材質をステンレスとし、
さらに、この光ファイバ入ステンレスチューブを巻いた
熱絶縁性円柱の外側を保護筒で覆ってある請求項１又は
２記載の土壌の含有水分計測センサ。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３記載のセンサと、こ
のセンサの光ファイバを光ファイバケーブルで光パルス
発信器と温度演算装置に接続して測温子となす光ファイ
バ分布型温度検出装置と、前記チューブに通電する電源
と、チューブ通電後の測温子による測定温度の上昇値と
経過時間の関係からセンサを埋めた土壌の光ファイバ入
金属チューブ密巻き部の水分含有率を演算して表示する
中央処理、表示装置を具備して構成される土壌の含有水
分計測システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30771294A JPH08166365A (ja) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | 土壌の含有水分計測センサ及び同センサを用いた計測システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30771294A JPH08166365A (ja) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | 土壌の含有水分計測センサ及び同センサを用いた計測システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08166365A true JPH08166365A (ja) | 1996-06-25 |
Family
ID=17972336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30771294A Pending JPH08166365A (ja) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | 土壌の含有水分計測センサ及び同センサを用いた計測システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08166365A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11304739A (ja) * | 1998-04-16 | 1999-11-05 | Kasen Joho Center | 湿潤度分布測定方法 |
| JP2011174768A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 地盤の深さ方向における水分量測定装置 |
| JP2011174767A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 地盤の深さ方向における水分量測定方法 |
| CN107300654A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-10-27 | 国家电网公司 | 一种便携式线缆校验检测仪 |
| CN107390083A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-11-24 | 国家电网公司 | 一种便携式线缆校验及线缆带电检测仪 |
| CN113406007A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-17 | 南京大学 | 一种基于热脉冲全同弱光纤光栅阵列的土壤含水率智能监测系统及原位标定方法 |
-
1994
- 1994-12-12 JP JP30771294A patent/JPH08166365A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11304739A (ja) * | 1998-04-16 | 1999-11-05 | Kasen Joho Center | 湿潤度分布測定方法 |
| JP2011174768A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 地盤の深さ方向における水分量測定装置 |
| JP2011174767A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 地盤の深さ方向における水分量測定方法 |
| CN107300654A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-10-27 | 国家电网公司 | 一种便携式线缆校验检测仪 |
| CN107390083A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-11-24 | 国家电网公司 | 一种便携式线缆校验及线缆带电检测仪 |
| CN107390083B (zh) * | 2017-06-12 | 2024-02-23 | 国家电网公司 | 一种便携式线缆校验及线缆带电检测仪 |
| CN107300654B (zh) * | 2017-06-12 | 2024-02-27 | 国家电网公司 | 一种便携式线缆校验检测仪 |
| CN113406007A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-17 | 南京大学 | 一种基于热脉冲全同弱光纤光栅阵列的土壤含水率智能监测系统及原位标定方法 |
| CN113406007B (zh) * | 2021-06-16 | 2022-07-12 | 南京大学 | 一种基于热脉冲全同弱光纤光栅阵列的土壤含水率智能监测系统及原位标定方法 |
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