JPS63188726A - 液位検知センサ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、地下に埋設された各種タンク、たとえば石油
タンク類またはその他の地下埋設物の水による被害を事
前に防止するため、地下から自然に浸透し浸入する水を
検知すると共に、どの程度の水位又は水圧の水が浸入し
たかを光学的に検知する液位検知センサに関する。

（従来技術） 従来、液面の位置を光学的に検知する液面センサとして
は、光ファイバをＵ字状に膨曲させたもの、２本の光フ
ァイバの先端を互に加熱融着して球状に形成させたもの
、又はその先端に光学的なプリズムを取付けたものが知
られている。

これらのセンサは、いずれもセンサの一端から光を入射
させて、センサの先端が液面に触れた場合、光ファイバ
の気体中と液体中との屈折率に差があるため、センサの
先端部で光伝送損失が起り、この損失差によって液面の
位置が検出されるものである。ニ）シ、液面がそれ以上
に上昇すると、液位を定量的に検知することができない
問題がある。

一方、地下に埋設された石油タンク類は、自然に浸透し
、浸入する水からの被害を防止するために、止水板やコ
ンクリート隔壁などで重厚に保護されているが、地盤の
ゆるみや腐食などによって亀裂やピンホールなどが生じ
、水が浸入しはじめると急激に水位が上昇する。しもそ
の水は汚泥水である場合が多い。このような地下から浸
入する水を検知するには、検知環境に適合したものでな
ければならない。すなわち、零虐以下の低温である場合
が多いので雰囲気中に含まれる水分が結露又は凍結し、
更に汚泥水にさらされ汚損されるので、従来の液面セン
サでは、その機能が低下し且つ誤動作を起すという問題
がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記のかかる問題を解決することを目的とす
るもので、水分の結露又は凍結および汚泥水等による汚
損の影響を受けることなく、浸入する液体の検知と共に
、その液位又は液圧を連続的に、光学的に検知できる液
位検知センサを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上記の目的を解決するために鋭意検討を
重ねた結果、本発明を完成させたものである。

本発明の構成は、下端を開口した筒部の上方に軸部を備
えて成る内筒と、前記内筒の一部又は全部を内包し、下
端を開口した筒部の上方に適宜数の通液孔を有する外筒
と、光フアイバケーブル部の片端が前記内筒の軸部に内
蔵され、その先端が前記筒部内の中空部と通光可能に設
けられ、他端が光損失測定部に接続された光センサと、
通気管と光フアイバケーブル挿通孔とを有し、前記内筒
と外筒から成る光センサ本体を内部に載置し、光フアイ
バケーブル部を光フアイバケーブル挿通孔に挿通した圧
力調整用チャンバーとを備えたものである。

次に、本発明の構成について、更に説明する。

本発明に使用する内筒は、加工性がよく、耐食性があり
、強度の大きい材料であればよく、ステンレス材、真鍮
材が好ましいが、透明プラスチック材又はガラス材でも
よく、特に限定されない。本発明に使用する外筒は、透
明プラスチック材又はガラス材が用いられるが、特に限
定されない。外筒の通液孔から被検知液よりも比重が大
きく、被検知液に難溶で混合せず、且つ低融点、高沸点
の液体を注入し、内、外筒６供充液して本発明の液位検
知センサを使用する。

充液する液体としては、シリコーン油、アルキルビフェ
ニル類、四塩化炭素等が使用可能である。

（作　用） 第１図に示すように、本発明では下端を開口（２）シた
内筒（１）を、通液孔（５）を有する外筒（４）で内包
し、通液孔（５）から被検知液よりも比重が大きく、被
検知液に難溶で混合せず、且つ低融点、高沸点の液体を
注入し、内筒（１）外筒（４）に充液する。被検知液が
通液孔（５）から外筒（４）内に入ると、内筒（１）内
の中空部（１１）の充液が液位に対応して上昇すること
になり、その液位の変化を光センサで検知することがで
きる。一方、光センサとしては、光フアイバケーブル部
（６）の片端を内筒（１）の軸部（３）に内蔵させその
るので、充液（１０）の液面が少なくとも内筒（１）の
下端より上に来るようにしておけば光センサとして使用
する光を出射する光ファイバ（６゛）と光を受光する光
ファイバ（６゛″）が外気とは完全に遮断され保護され
て外気の変化による影響、例えば、雰囲気中に含まれる
水分の結露又は凍結を受けることがなく、又汚泥水に汚
損されることもなく、測定することができる。

又、第２図（ａ）　、　（ｂ）に示すように、通気管（
１３）と光フアイバケーブル挿通孔（１４）を備えた圧
力調整用チャンバー（１５）内に光センサ本体（１２）
を載置しているので、地中に埋設して使用しても、通気
管（１３）を地上と通じるようにしておけば、圧力調整
用チャンバー（１５）内をいつでも大気圧に維持するこ
とができる。また、必要に応じて、通気管から圧縮空気
を送ることにより圧力調整用チャンバー（１５）内の気
圧を高くすることもできる。

（実施例） 以下、実施例にもとづいて本発明を説明する。

実施例１ 第１図は、本発明の液位検知センサの実施例で、第１図
（ａ）は光センサ本体の一例、第１図（ｂ）は全体の説
明図である。

第１図（ａ）において、（１）は下端に開口部（２）を
有し、上方に光フアイバケーブル部（６）を内蔵する軸
部（３）を備えた金属製の内筒、（４）は内筒（１）を
外方から内包し、内筒（１）の開口部（２）した筒部の
上方に適宜数の通液孔（５）を有する外筒、（６）は光
フアイバケーブル部、（６′）は光を出射する光ファイ
バ、（６′’）、（６”’）は光を受光する光ファイバ
、（７）は光フアイバケーブル部（６）を軸部（３）内
に気密に固定する接着剤、（８）は発光素子と受光素子
を有する光伝送損失測定部、（９）は光伝送損失測定部
（８）に光フアイバケーブル部（６）の他端を接続した
光センサ、（１０）は外筒（４）の通液孔（５）から外
筒（４）と内筒（１）に光波された比重１．０５のシリ
コーン油、（１１）は内筒（１）内に形成れる中空部で
ある。

ここで、内筒（１）外筒（４）に光波されたシリコーン
油（１０）の液位は、大気中、Ｘｌの位置で平衡に保た
れる。

しかるとき、内筒（１）内の中空部（１１）上端に備え
られた光ファイバ（６′）から出射された光は、シリコ
ーン油（１０）の液位ｘ１の表面で反射し、光ファイバ
（６”）で受光される。

次に、第１図（ｂ）において、（１２）は光センサ本体
、（１３）は通気管、（１４）は光フアイバケーブル挿
通孔、（１５）は圧力調整用チャンバーである。

第２図（ａ）　、　（ｂ）は、本発明の使用例を示す説
明図で、（１６）は地下から浸入する水の止水板、（１
７）は地下から浸入する水を防止するコンクリート隔壁
、（１８）は地下埋設タンクで、光センサ本体（１２）
は圧力調整用チャンバー（１５）内に載置され、光フア
イバケーブル部（６）は光フアイバケーブル挿通孔（１
４）内に挿通され、その他端は光伝送損失測定部（８）
に接続されている。図中の矢印は、浸透または浸入する
水の径路を単に示したものである。

ここで、第１図を参照し、予告なく地下から浸入した被
検知液である水の水位が第１図（ａ）のＹ位置に達した
とき、外筒（４）内の四塩化炭素液（１０）の液位は第
１図のｘ２に下ると共に、内筒（１）内のシリコーン油
（１０）の液位は第１図のＸ３に上昇し、中空部（１１
）内を圧縮する。

この場合、光ファイバ（６゛）から出射された光は、×
３位に上昇したシリコーン油（１０）内に吸収されて光
の量が損失し、受光する光ファイバ（６”）で受ける光
の量は大きく滅失される。しかし、受光する隣接の光フ
ァイバ（６”’）では、光ファイバ（６“）から出射さ
れた光をシリコーン油面ｘ３の位置で反射された光を感
度よく受光する。このように、光センサ（９）として、
光を出射する光ファイバ（６’）　１本と光を受光する
光ファイバ（６”）＋（６””）を多数本を組合せたも
のにすることにより、水の検知と水位の上昇および低下
の変化を光センサ本体（１２）で連続的に、定量的に測
定することができる。

次に、中空部（１１）内の液位変化と浸入する水位の関
係、すなわち、水位又は水圧を検知する理論を以下に説
明する。

今、中空部内の気体が理想気体の状態方程式にしたがう
ものとすると、気体の状態方程式により、 ＰＶ＝ｎＲＴ　　　・・・・・・・・・・・・・・・（
Ａ）Ｐ：圧力、■：体積、ｎ：気体のモル分率Ｒ：気体
定数、Ｔ：絶対温度〔Ｋ６〕 中空部内の気体の最初の圧力、体積、温度をそれぞれＰ
。ｓ　ＶＯ％　Ｔｏとし、中空部の断面積、高さをそれ
ぞれ５Ｓｈａとすると、 Ｐ、Ｖ、＝Ｐ、ｈ、Ｓ＝　ｎ　ＲＴｏ−・−−−−−（
Ｂ　）但し、Ｐｏ：常圧（大気圧） 一方、水位の上昇によって、中空部内の四塩化炭素液の
液位が上昇する高さをｈ、中空部内の気体の圧力および
温度をそれぞれＰ、Ｔとすると、 Ｐ　　（ｈａ　　　ｈ）　　５＝ｎＲＴ　　　・・・・
・・・・・・・・・・・　（Ｃ）（Ｂ）　、　（Ｃ）式
より、 □＝α　とおくと・・・・・・・・・・・・（Ｅ）Ｏ 他方、Ｐ＝ＰＯ＋Ｐｗ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（Ｇ）Ｐｏ：大気圧、Ｐｗ：
水による圧力 （Ｆ）　、　（Ｇ）式より、 ここに、Ｔ＝Ｔ、と近似することができ、且つＰ０＝１
　（ａｔｍ）であるとき、水圧ｐ、は、（１）のように
簡単となる。

α 従って、（１）式のαの設定から、浸入する水位を検知
することができる。そこで（１）式から浸入する水位Ｙ
　（ｍ）の換算式を求めると、１　　（ａｔｍ）　＝１
．０１３　ＸＩＯ’（Ｎ）／（ｍ”）水位Ｙ（ｍ）の圧
力九は、 Ｐ、　＝　０．９８　Ｘ　１０’　Ｙ　（Ｎ）　／　（
ｍ”）＝０．９６７　ｘｘｏ−’ｙ　（ａ　ｔ　ｍ）　
・・”　（Ｊ）であるから、（１）、（Ｊ）式より水位
Ｙ　（ｍ）は、Ｙ　（ｍ）　＝１０．３４　　（−）　
−（Ｋ）１−α （１）、（Ｋ）式をαに対してプロットすると第３図が
得られる。

光センサ本体（１２）の内筒（１）にシリコーン油（１
０）を光波すると、中空部（１１）の高さ点ｈ０が既知
となり、浸入する水位によって内筒（１）内のシリコー
ン油（１０）が上昇し、高さがｈだけ増加する。ｈ／ｈ
ｏ＝αであり、αの変化を光センサ（９）で検知できる
ので、浸入する水位又は水圧を定量的に測定することが
できる。又、ｈｏの値が大きい程、感度よく水位又は水
圧を検知することができるので、測定精度が向上する。

実施例では図示していないが、地下埋設タンクに対して
は、光センサ本体（１２）をたとえば８方向、高さ３位
置、計２４１所程度載置するのが好ましく、管理室で浸
入する水の監視をする。

実膳例２ 第４図は、第１図とは異なる実施例による光センサ本体
（１２）で、光を出射する光ファイバ備えた光フアイバ
ケーブル部（６）を内筒（１）の軸部（３）内に気密に
固定する接着剤（７）で固着し、前記、光フアイバケー
ブル部（６）の他端を光伝送損失測定部（８）に接続し
た光センサ（９）を設けたものである。次に、実施例１
と同様に、外筒（４）の通液孔（５）から外筒（４）と
内筒（１）にシリコーン油（１０）を光波して、中空部
（１１）を形成させる。ここで、内筒（１）と外筒（４
）に光波されたシリコーン油（１０）の液位は、大気中
、Ｘｌの位置で平衡に保たれる。次に、例えば、第２図
に示すような圧力調整用チャンバー（１５）内に、光セ
ンサ本体（１２）を設置し、予告なく地下より浸入した
水の水位がＹ位置に達したとき、外筒（４）内のシリコ
ーン油（１０）の液位はＸ２の位置に下ると共に、内筒
（１）内のシリコーン油（１０）の液位ばＸ３に上昇し
、中空部（１１）内は圧縮される。このとき、光を出射
する光ファイバ（６゛）と光を受光する光ファイバ（６
”）の先端に取付けられたプリズム（１９）が、シリコ
ーン油（１０）に触れると、屈折率の差によって受光す
る光ファイバ（６”）で光伝送損失が起り、この撰失差
とｈ／ｈｏの比によって浸入した水の水位又は水圧を定
量的に測定することができる。更に、内筒（１）内のシ
リコーン油（１０）の液位がＸ、よりも上昇して、ｈ、
／ｈＱ、ｈｚ／ｂ＋、ｔ＋＋／ｈｏの比に位置するプリ
ズム（１９”）。

（１９”）、（１９”’）に触れると、それぞれの水位
又は水圧を定量的に測定することができる。水位又は水
圧を検知できるのは、実施例１で説明した理論と同様で
あり、理解できよう。

ここで使用した光センサ（９）は、光を出射する光ファ
イバ（６゛）と光を受光する光ファイバ（６”）の先端
にプリズム（１９）を取付けた光ファイバケーブル部（
６）を光伝送損失測定部（８）に接続したものを使用す
るが、これに代えて、光ファイバをＵ字状に杉油さ廿た
もの、２本の光ファイバの先端を互に加熱融着して球状
に形成させたものを用いてもよいことはいうまでもない
。

実施例３ 第５図は、別に実施例による光センサ本体（１２）で、
内筒（１）内に、鏡板（２０）を通液可能に取付け、光
を出射する光ファイバ（６′）と光を受光する光ファイ
バ（６”）の一対を、内筒（１）の軸部（３）内に気密
に固定する接着剤（７）で固着し、前記光フアイバケー
ブル部（６）の他端を光伝送損失測定部（８）に接続し
た光センサ（９）を設けたものである。次に、実施例１
と同様に、外筒（４）の通液孔（５）から、内筒（１）
内に取付けられた鏡板（２０）面の位置までシリコーン
油（１０）を光波して、中空部（１１）を形成させる。

ここで、内筒（１）と外筒（４）に光波されたシリコー
ン油（１０）の液位は、大気中、島の位置で平衡に保た
れる。しかるとき、内筒（１）内の中空部（１１）上端
に備えられた光ファイバ（６゛）から出射された光は、
鏡板（２０）の表面で反射され、光ファイバ（６”′）
で受光される。

次に、例えば第２図に示すような圧力調整用チャンバー
（１５）内に、光センサ本体（１２）を設置し、予告な
く地下より浸入した水の水位がＹ位置に達したとき、外
筒（４）内のシリコーン油（１０）の液位はｘ２に下る
と共に、内筒（１）内のシリコーン油（１０）の液位は
×３に上昇し、中空部（１１）内を圧縮する。

この場合、光ファイバ（６゛）から出射された光は、×
３位に上昇したシリコーン油（１０）内に吸収されて光
の量が損失し、受光する光ファイバ（６”）で受ける光
の量は大きく滅失される。この光の損失差とｈ／ｈａＯ
比によって、浸入した水の水位又は水圧を定量的に測定
することができる。更に、内筒（１）内のシリコーン油
（１０）の液位がｘ３よりも上昇して、ｈ＋／ｈｏ、ｈ
２／ｈｏ、ｈｚ／ｈ。

の比に刻々変化すると、出射される光の量はその比にし
たがって吸収され、滅失することになり、光伝送損失測
定部（８）で連続的にそれぞれの比の水位又は水圧を定
量的に測定することができる。水位又は水圧を検知でき
るのは、実施例１で説明した理論を同様に適用゛する。

ここで用いるシリコーン油または水と混合しない比重１
．００以上の液体には、光損失の大きさを高めるために
必要に応じて着色しても良い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の液位検知センサは、光セ
ンサが内筒の中空部と通光可能に備えられ、光波をその
液面が少なくとも内筒の下端より上に来るようにして用
いれば光ファイバの先端が外気とは完全に遮断され保護
されており、光波として被検知液よりも比重が大きく、
被検知液に難溶で混合せず、かつ低融点、高沸点のもの
を用いれば光ファイバの先端が水分の結露又は凍結を受
けることもなく、又、汚泥水等に汚損されることもない
ので、その機能低下や誤動作を起すこともなく、地下埋
設タンクに予告な（浸入する液体の検知と共に増加又は
減少する液位又は液圧を連続的に精度よく定量的に測定
でき、さらに、圧力調整用チャンバーを備えているので
、地下に埋設して使用する場合においても、基準圧力を
一定に保つことができるので測定値を正確に保つことが
できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液位検知センサの断面図で第１図
（ａ）は光センサ本体、第１図（ｂ）は全体の説明図、
第２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の液位検知センサの
使用状態の一例を示す説明図、第３図は本発明で用いる
α値と水位又は水圧との関係図、第４図および第５図は
本発明の光センサ本体の他の実施例を示す断面図である
。 符号の説明 （１）・・・・・・内筒、（２）・・・・・・内筒下端
の開口部、（３）・・・・・・軸部、（４）・・・・・
・外筒、（５Ｌ（５′）、（５”）・・・・・・外筒に
備えた通液孔、（６）・・・・・・光フアイバケーブル
部、（６′）・・・・・・光を出射する光ファイバ、（
６”）、（６”’）・・・・・・光を受光する光ファイ
バ、（７）・・・・・・接着剤、（８）・・・・・・発
光素子と受光素子を有する光伝送損失測定部、（９）・
・・・・・光センサ、（１０）・・・・・・シリコーン
油、（１１）・・・・・・中空部、（１２）・・・・・
・光センサ本体、（１３）・・・・・・通気管、（１４
）・・・・・・光フアイバケーブル挿通孔、（１５）・
・・・・・圧力調整用チャンバー、（１６）・・・・・
・止水板、（１７）・・・・・・コンクリート隔壁、（
１８）・・・・・・地下埋設タンク、（１９）・・・・
・・プリズム、（２０）・・・・・・鏡板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 下端を開口した筒部の上方に軸部を備えて成る内筒と、
   前記内筒の筒部の一部または全部を内包し、前記内筒筒
   部の開口端面より上方に適宜数の通液孔を有する外筒と
   、光ファイバケーブル部の片端が前記内筒の軸部に内蔵
   され、その先端が前記筒部内の中空部と通光可能に設け
   られ、他端が光損失測定部に接続された光センサと、通
   気管と光ファイバケーブル挿通孔とを有し、前記内筒と
   外筒から成る光センサ本体を内部に載置し、光ファイバ
   ケーブル部を光ファイバケーブル挿通孔に挿通した圧力
   調整用チャンバーとを備えたことを特徴とする液位検知
   センサ。