JPH11304738A - 湿潤度分布監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成で、湿潤点又は湿潤線の高さを正
確に把握できる湿潤度分布監視装置を提供する。 【解決手段】 河川堤体内の湿潤度の分布を監視する湿
潤度分布監視装置において、河川堤体２の横断方向に間
隔を隔てて複数の箇所に上下方向の連続した湿潤度分布
を測定する湿潤度分布センサ３を埋設し、これら湿潤度
分布センサ３で測定した各個所の上下方向の湿潤度分布
よりそれぞれの箇所の湿潤点４の高さを求め、これら湿
潤点４の高さにより河川堤体２の横断面に形成される湿
潤線５を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川堤体の湿潤度
の分布を監視する湿潤度分布監視装置に係り、特に、簡
素な構成で、湿潤点又は湿潤線の高さを正確に把握でき
る湿潤度分布監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】河川堤体の湿潤度の分布又は湿潤線の分
布を監視する湿潤度分布監視装置は、従来、図８に示さ
れるように、熱電対などの温度センサ１０４を多数並べ
てアレイ化し、この温度センサアレイ１０３を図９に示
されるように、河川１０１の堤体１０２内に埋設し、各
温度センサ１０４により水温（堤体内温度）を測定し、
その測定結果から各温度センサ位置の湿潤度を求め、湿
潤点及び湿潤線１０５を検出している。

【０００３】ここで、湿潤度は堤体内に含まれる水分の
度合いを示す測定量であり、湿潤度が所定の湿潤度とな
る堤体内位置（点）を湿潤点と呼び、同じ湿潤度の複数
の湿潤点を結んだ線を湿潤線と呼ぶ。湿潤度は、例えば
（１）式のように定義することができる。

【０００４】 湿潤度＝（湿潤土壌質量−乾燥土壌質量）÷乾燥土壌質量 …（１）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、温度セ
ンサを多数用いることになり、各温度センサの計測信号
を温度データに変換する変換器１０６と各温度センサ１
０４との間に計測信号を伝送する個々の信号線１０７が
必要となる。これら多数の温度センサと信号線とを堤体
内の各々の箇所に埋設するのは容易でない。

【０００６】また、従来技術では、個別の温度センサを
アレイ化したので温度計測箇所が離散的になり、従って
湿潤度も離散的にしか得られない。特に、上下方向に関
しては、連続した湿潤度分布が測定できないので、湿潤
点の高さが正確に検出できない。図９に示されるよう
に、湿潤点やこれを結んだ湿潤線の高さは、上下方向の
温度センサ間隔により精度が限られる。湿潤点や湿潤線
の高さを正確に把握して監視するには、従来技術では不
十分である。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、簡素な構成で、湿潤点又は湿潤線の高さを正確に把
握できる湿潤度分布監視装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、河川堤体内の湿潤度の分布を監視する湿潤
度分布監視装置において、河川堤体の横断方向に間隔を
隔てて複数の箇所に上下方向の連続した湿潤度分布を測
定する湿潤度分布センサを埋設し、これら湿潤度分布セ
ンサで測定した各個所の上下方向の湿潤度分布よりそれ
ぞれの箇所の湿潤点の高さを求め、これら湿潤点の高さ
により河川堤体の横断面に形成される湿潤線を求めるも
のである。

【０００９】上記湿潤度分布センサの埋設箇所を河川堤
体に沿う沿堤方向と上記横断方向とに格子状に配置し、
各湿潤度分布センサ埋設箇所の湿潤点により上記湿潤線
の沿堤方向及び横断方向の分布を求めてもよい。

【００１０】上記湿潤度分布センサを上下方向に延びた
ヒータに沿わせて温度分布計測用の光ファイバを設けて
構成し、ヒータ加熱時の温度変化から求まる熱時定数に
より湿潤度を表すようにして、上記光ファイバで計測さ
れる温度分布に対応して上下方向の湿潤度分布を求めて
もよい。

【００１１】上記湿潤度分布センサ毎に、上下方向の熱
時定数変化が安定する大きい値の熱時定数の上方に飽和
レベルを設定し、上記熱時定数変化が安定する小さい値
の熱時定数の下方に乾燥土壌レベルを設定し、上記飽和
レベルと乾燥土壌レベルとの間に湿潤判定レベルを設定
し、求めた熱時定数が湿潤判定レベルを示す高さを当該
湿潤度分布センサ埋設箇所の湿潤点としてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１３】図１に示されるように、本発明の湿潤度分
布監視装置は、河川１の堤体２の横断方向に間隔を隔て
て複数の箇所に上下方向の連続した湿潤度分布を測定す
る湿潤度分布センサ３を埋設し、これら湿潤度分布セン
サ３（以下、単にセンサということもある）で測定した
各個所の上下方向の湿潤度分布よりそれぞれの箇所の湿
潤点４の高さを求め、これら複数の湿潤点４により河川
堤体の横断面に形成される湿潤線５を求めるようにした
ものである。

【００１４】湿潤度分布センサ３は、上下方向に延びた
ヒータに沿わせて温度分布計測用の光ファイバを設けて
構成したもので、具体的には、図２に示されるように、
円筒状の容器３０１内にヒータ３０２を収容し、容器３
０１の外周に光ファイバ３０３を取り付けたものであ
る。容器３０１は軸方向に自由な長さに形成することが
できる。ヒータ３０２は容器３０１の内周に沿わせて容
器３０１の一端部から他端部まで設けられ、電源用のリ
ード線３０４が容器３０１の一端部から延出されてい
る。ヒータ３０２の内周は保護層３０５で覆われてい
る。光ファイバ３０３は、その線軸方向に沿った温度分
布を計測するものであり、ここでは容器３０１の外周に
光ファイバ３０３を狭いピッチで螺旋状に巻き付けるこ
とにより、容器３０１の長さに対するファイバ長を大き
くしてある。光ファイバ３０３の巻付け終端は容器３０
１内を通して戻すことにより光ファイバ３０３の巻付け
始端に揃えてある。光ファイバ３０３の外周は保護ケー
ス３０６で覆われている。

【００１５】この湿潤度分布センサ３を堤体の高さに合
わせた長さに形成し、図１のように堤体の底部に届くよ
うにして立てて埋設することにより、光ファイバ３０３
は堤体中の上下方向に連続した温度分布を計測すること
ができる。

【００１６】ヒータ３０２を加熱した時、その熱が堤体
に伝搬して堤体の温度が上昇する。その温度は光ファイ
バ３０３で計測される。堤体の湿潤度によって温度変化
が異なる。従って、温度変化から求まる熱時定数により
湿潤度を表すことができる。光ファイバ３０３では上下
方向の連続した温度分布が計測されるので、対応して上
下方向の連続した湿潤度分布（熱時定数分布）を求める
ことができる。

【００１７】湿潤度分布センサの測定結果を処理するた
めに、図３に示されるように、各埋設箇所の湿潤度分布
センサ３（設置箇所順に３１，３２，３３，３４）は中
央装置６に接続されている。ここでは、各湿潤度分布セ
ンサの光ファイバ３０３を直列接続することにより、配
線を簡素化すると共に、温度分布を一括計測できるよう
になっている。

【００１８】中央装置で行う処理を説明する。

【００１９】中央装置６は、各湿潤度分布センサ３の光
ファイバ３０３から得られた光信号の時間的分布を距離
的な分布に変換して各個所の上下方向の温度分布を常時
計測する。一方、ヒータ３０２を適宜な時間で加熱／非
加熱に切換え動作させることにより、断続的な温度上昇
／自然冷却を発生させる。このヒータ加熱時の温度分布
の変化に対応して上下方向の熱時定数分布が求まる。

【００２０】この熱時定数分布において、熱時定数が湿
潤判定レベルになった高さを湿潤点と判定する。即ち、
図４に示されるように、横軸にセンサの高さ（図の左が
高い位置、右が低い位置に相当する）、縦軸に熱時定数
をとって熱時定数分布を示すと、高い位置では熱時定数
が小さく、低い位置では熱時定数が大きいが、熱時定数
の変化は一律ではなく、変化が少ない高さ範囲と変化が
著しい高さ範囲とに別れている。高さの順に、熱時定数
変化が小さい値で安定する範囲と、熱時定数が小さい値
から大きい値へ変化する範囲と、熱時定数変化が大きい
値で安定する範囲とに区別することができる。熱時定数
変化が大きい値で安定する範囲では、水分が飽和してい
ると考えられる。そこで、大きい値の熱時定数の上方に
飽和レベルＡを設定する。一方、熱時定数変化が小さい
値で安定する範囲では水分が失われていると考えられ
る。そこで、熱時定数変化が安定する小さい値の下方に
乾燥土壌レベルＢを設定する。湿潤判定レベルは、例え
ば、式（２）のように定義される。

【００２１】 Ｂ＋（Ａ−Ｂ）×０．８ （２） これにより、図示のように、水分が飽和する直前の熱時
定数が湿潤判定レベルとして設定される。各湿潤度分布
センサ３の温度分布計測結果から求めた熱時定数分布に
ついて、それぞれ熱時定数が湿潤判定レベルになった高
さを湿潤点と判定する。図５に示されるように、各セン
サの位置に対応させて湿潤点の高さをとる。次に、これ
ら複数の湿潤点（丸印）を近似的に結ぶ曲線をスプライ
ン法等により求めて湿潤線を得る。この湿潤線は、図１
のように各湿潤度分布センサが河川堤体の横断方向に配
列されているならば、堤体の横断面に形成される湿潤線
５を意味することになる。

【００２２】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００２３】図６に示されるように、湿潤度分布センサ
３の埋設箇所を河川１の堤体２に沿う沿堤方向と横断方
向とに格子状に配置する。横断方向のみの配置は前述し
た実施形態に相当するが、ここでは沿堤方向にも同様に
間隔を隔てて湿潤度分布センサ３が埋設される。各横断
方向の湿潤度分布センサ３により、前述のようにそれぞ
れの箇所での湿潤点４及び横断面に形成される湿潤線５
が求まる。そして、これらの湿潤線５により湿潤線５の
沿堤方向の分布が求まる。換言すれば、堤体２内の湿潤
点４の３次元分布が求まる。

【００２４】図７に示されるように、格子状に配置した
湿潤度分布センサ３の光ファイバ３０３を直列接続し、
中央装置６が各温度分布を一括計測するように構成す
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００２６】（１）上下方向の連続した湿潤度分布を測
定するようにしたので、湿潤点又は湿潤線の高さが正確
に把握できる。

【００２７】（２）湿潤度分布の測定に光ファイバを利
用したので、構成が簡素化され、埋設が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す湿潤度分布監視装置
を設置した河川堤体の横断面図である。

【図２】本発明に用いる湿潤度分布センサの構成図であ
る。

【図３】本発明の湿潤度分布監視装置のブロック図であ
る。

【図４】本発明の湿潤度分布センサで得られる熱時定数
分布の特性図である。

【図５】本発明における湿潤線の求め方を示す位置関係
図である。

【図６】本発明の他の実施形態を示す湿潤度分布監視装
置を設置した河川堤体の横断面付き斜視図である。

【図７】本発明の他の実施形態による湿潤度分布監視装
置のブロック図である。

【図８】従来の湿潤度分布監視装置のブロック図であ
る。

【図９】従来の湿潤度分布監視装置を設置した河川堤体
の横断面図である。

【符号の説明】

１ 河川 ２ 堤体 ３ 湿潤度分布センサ ４ 湿潤点 ５ 湿潤線 ３０２ ヒータ ３０３ 光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菱田 康之 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 河川堤体内の湿潤度の分布を監視する湿
   潤度分布監視装置において、河川堤体の横断方向に間隔
   を隔てて複数の箇所に上下方向の連続した湿潤度分布を
   測定する湿潤度分布センサを埋設し、これら湿潤度分布
   センサで測定した各個所の上下方向の湿潤度分布よりそ
   れぞれの箇所の湿潤点の高さを求め、これら複数の湿潤
   点により河川堤体の横断面に形成される湿潤線を求める
   ことを特徴とする湿潤度分布監視装置。
2. 【請求項２】 上記湿潤度分布センサの埋設箇所を河川
   堤体に沿う沿堤方向と上記横断方向とに格子状に配置
   し、各湿潤度分布センサ埋設箇所の湿潤点により上記湿
   潤線の沿堤方向及び横断方向の分布を求めることを特徴
   とする請求項１記載の湿潤度分布監視装置。
3. 【請求項３】 上記湿潤度分布センサを上下方向に延び
   たヒータに沿わせて温度分布計測用の光ファイバを設け
   て構成し、ヒータ加熱時の温度変化から求まる熱時定数
   により湿潤度を表すようにして、上記光ファイバで計測
   される温度分布に対応して上下方向の湿潤度分布を求め
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の湿潤度分布監
   視装置。
4. 【請求項４】 上記湿潤度分布センサ毎に、上下方向の
   熱時定数変化が安定する大きい値の熱時定数の上方に飽
   和レベルを設定し、上記熱時定数変化が安定する小さい
   値の熱時定数の下方に乾燥土壌レベルを設定し、上記飽
   和レベルと乾燥土壌レベルとの間に湿潤判定レベルを設
   定し、求めた熱時定数が湿潤判定レベルを示す高さを当
   該湿潤度分布センサ埋設箇所の湿潤点とすることを特徴
   とする請求項３記載の湿潤度分布監視装置。