JPH04168324A - 水位分布検出装置 - Google Patents

水位分布検出装置

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JPH04168324A
JPH04168324A JP29562090A JP29562090A JPH04168324A JP H04168324 A JPH04168324 A JP H04168324A JP 29562090 A JP29562090 A JP 29562090A JP 29562090 A JP29562090 A JP 29562090A JP H04168324 A JPH04168324 A JP H04168324A
Authority
JP
Japan
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optical fiber
temperature
water level
temperature sensing
optical fibers
Prior art date
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Pending
Application number
JP29562090A
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English (en)
Inventor
Takao Shioda
塩田 孝夫
Fumio Wada
和田 史生
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

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】
この発明は、地下のトンネルなどにおける出水を検出す
る等に好適な水位分布検出装置に関する。
【従来の技術】
地中の施設として従来より鉱山でのトンネルや汽車、自
動車のためのトンネルなどが知られている。この他に、
たとえば地下に洞道(トンネル)を設けて、電力、通信
ケーブルを埋めたり、地中に建造物を作り地下街として
いる。 これら地下のトンネル、地下街等では地下水などの出水
がつねに問題となる。そこで、電力、通信ケーブル用洞
道では、たとえばマンホール部分に水位センサを設置し
て、マンホールとマンホールとの間で出水があったこと
を推定している。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の水位センサはそのセンサが設けら
れた部分での水位を検出するものであり、いわゆる点型
のセンサであって広い範囲での水位の分布を検出するも
のではない。そのため、従来では特定の点での水位を検
出して、その周囲での出水等を推定することになるが、
これでは出水箇所を直ちに確定することが困難であると
いう問題がある。 この発明は、上記に鑑み、広い範囲での水位の分布を安
価・容易に検出することのできる、水位分布検出装置を
提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明による水位分布検出
装置においては、鉛直方向の異なる各位  。 1において、実質的に水平方向に配置された複数の温度
センシング用の光ファイバと、該光ファイバの一端に接
続され該光ファイバからの後方散乱光を計測する後方散
乱光計測装置とを備えることが特徴となっている。
【作  用】
一般に、光ファイバの一部を加温すると、その温度上昇
した部分での散乱光が増大する。そこで、光ファイバの
一端からパルス光を入射し、その−端に戻ってくる後方
散乱光を観測し、後方散乱光の強度によりその温度が計
測され、またパルス光の入射から後方散乱光が戻ってく
るまでの時間により温度上昇した位置が計測されること
になる。 一方、上記のような温度センシング用の光ファイバを地
下トンネルなどの中に水平方向に敷設する。そしてこの
ような光ファイバを複数本、鉛直方向の位置を違えて上
記のトンネル内に配置する。 すると、出水などがあったとき、トンネル内で部分的に
水位が高くなり、その部分で光ファイバが水に浸ること
になり、その浸った箇所だけが他の部分と温度が異なる
ことになる。 そこで、この温度センシング用光ファイバの一端に後方
散乱光計測装置を接続して、その光ファイバの後方散乱
光を計測すれば、温度が変化した箇所つまり水位の高く
なった場所が検出できる。 温度センシング用光ファイバは上記のようにトンネル内
で鉛直方向に位置を違えて配置されているので、出水が
あったとき、水面より下の光ファイバは水没し、それよ
り上の光ファイバは水に浸らないことになる。そのため
、どの光ファイバで温度が変化したかにより、水位がど
れほどであるかを検出できる。
【実 施 例】
以下、この発明の一実施例について図面を参照しながら
詳細に説明する。第1図及び第2図に示す実施例はこの
発明を電力、通信ケーブル用の地下のトンネル(洞道)
1の出水を監視する場合に適用したものである。この第
1図及び第2図では、地下のトンネル1内に、複数本の
温度センシング用光ファイバ4が水平方向に配置されて
いる。これら複数本の温度センシング用光ファイバ4の
鉛直方向の位置は第2図に示すようにそれぞれ異なる位
置とされている。これら複数本の温度センシング用光フ
ァイバ4の一端は、この実施例の場合、電話局、電力所
、変電所などの監視センター2内に設けられた後方散乱
光計測装置3に接続される。 トンネル1で出水事故が生じると、その出水箇所付近で
水があふれ、その付近の水位が上昇し、温度センシング
用光ファイバ4がその水に浸されることになる。すると
、温度センシング用光ファイバ4の温度が変化すること
になるため、この温度センシング用光ファイバ4の一端
に接続された後方散乱光計測装置3により、その温度変
化箇所つまり出水箇所を検出することができる。すなわ
ち、このトンネル1は地中に設けられていて、その中の
温度はほぼ一定と考えられるのに対し、地下水が出水し
たとき、その水の温度はトンネル1内の温度よりも2℃
〜3℃程度低く、下水道の水が出水したときは、工業用
・家庭用の温排水により5℃〜10℃程高くなるからで
ある。 そして、温度センシング用光ファイバ4は複数本がそれ
ぞれ上下方向に異なる位置となるように配置されている
。そのため、出水があったとき、水面より下の光ファイ
バ4は水没し、それより上の光ファイバ4は水に浸らな
いことになる。そのため、どの光ファイバ4において温
度が変化したかを後方散乱光計測装置3で捉えることに
より、水位がどれほどであるかを検出できる。 実際に、複数本の温度センシング用光ファイバ4を上下
方向に所定の間隔としてI・ンネル1内に敷設する際に
は、それら複数本の光ファイバ4の全体をテープ化、あ
るいは部分的にテープ化してそれらの間の間隔が一定に
保たれるようにしておいて、このテープ化されたものを
トンネル1の内壁に取り付けるようにすれば、作業が容
易となる。 このように複数本の温度センシング用光ファイバ4の長
さ方向及び配列方向(上下方向)での温度分布を検出で
きるため、出水時の出水箇所及び水位のみならず、火災
などの災害によってトンネル1内の温度が上昇したこと
をも検出できる。 温度センシング用光ファイバ4としては、通常の通信用
光ファイバを用いることができる。たとえばエポキシア
クリレートやウレタン樹脂などのプライマリ−コートを
持ち、さらにその上に金属管やFRP、CFRPなどの
シースを設けた、シングルモード用の石英系光ファイバ
や、GI型光ファイバなどを用いることができる。なお
プライマリ−コートとしてはヤング率の大きい材料を薄
くつけることが好ましい。この実施例では、温度センシ
ング用光ファイバ4としてコア径50μm、外径125
μmのGI型光ファイバにステンレススチール被覆した
ものを用いている。 後方散乱光計測装置3から温度センシング用光ファイバ
4の一端にパルス光を入射すると、そのパルス光が温度
センシング用光ファイバ4を長さ方向に伝搬して行くと
き、その長さ方向の各位置で散乱を生じる。これによる
後方散乱光は、温度センシング用光ファイバ4の長さ方
向各位置に対応した時間遅れで順次戻ってくるため、時
間ごとの後方散乱光強度を計測することにより、各位置
での散乱光強度を求めることができる。そしてこの散乱
光強度は温度依存性を有しているため、温度センシング
用光ファイバ4の長さ方向各位置での温度、すなわち長
さ方向の各位置が水に浸かっているかを検出することが
できる。 光ファイバの後方散乱光の計測法としては、0TDR(
Optical Time Domain Refle
ctometry)法、R−OTDR(Raman 0
ptical Time Domain Reflec
tometry)法、○F D R(0ptical 
Frequency  DomainRef lect
ometry)法等を採用できる。この実施例では後方
散乱光計測装置3として、第3図で示すような、温度分
解能±1℃、距離分解能1mのラマン散乱光検出型0T
DR装置(R−OTDR装置)を用いている。 温度センシング用光ファイバ4を複数本用いているので
、そのそれぞれに後方散乱光検出装置を接続してもよい
が、この実施例では複数の温度センシング用光ファイバ
4を切り換えてそれらの後方散乱光を順次計測すること
により、一つの後方散乱光計測装置3で一括監視してい
る。この第3図で示す後方散乱光計測装置の場合、複数
の温度センシング用光ファイバ4を機械式光スィッチ7
で切り換える構成をとっている。 すなわち、第3図で示す後方散乱光計測装置では、レー
ザ光源5からのレーザ光を分光器6を経て機械式光スィ
ッチ7に送り、各温度センシング用光ファイバ4に順次
入射するようにしている。 レーザ光源5としてはここではレーザダイオードで励起
したNd : YLFレーザを用い、コンピュータ11
の制御下、波長1.3μmのレーザをパルス状に発生し
ている。温度センシング用光ファイバ4の数はたとえば
10本とし、これらを機械式光スィッチ7で切り換える
。この機械式光スィッチ7は光コネクタを機械的に移動
して切り換えるもので、ここでは切換寿命100万回、
挿入損失0.7dBのものを用いた。この機械式光スィ
ッチ7はコンピュータ11で制御され、100 m5e
cの切換速度で切り換えられる。 温度センシング用光ファイバ4において戻ってきた後方
散乱光は機械式光スィッチ7を経て分光器6に送られ、
ストークス光の成分と反ストークス光の成分とに分けら
れ、それぞれ受光素子8により電気信号に変換された後
、アンプ9を通してデジタル平均化処理回路10に送ら
れる。このようなパルス光入射−後方散乱光検出のプロ
セスを機械式光スィッチ7を高速に切り換えながら多数
回繰り返してストークス光成分と反ストークス光成分の
多数のデータを得て、それらを各温度センシング用光フ
ァイバ4ごとに平均化処理し、その結果をコンピュータ
11に送る。コンピュータ11ではストークス光成分の
データと反ストークス光成分のデータとの比をとるとと
もに、その結果の時間軸方向の分布を得て、それを各温
度センシング用光ファイバ4ごとに表示する。これによ
り、トンネル1内での地下水の出水箇所及びその水位の
即時の検出ができた。 なお、機械式光スィッチ7は損失は低く且つ切換光フア
イバ数も多数とすることができるという長所があるが、
切換速度、寿命に制限があり、そのため、これに代えて
電気的切換スイッチを用いることも考えられる。電気的
切換スイッチを用いる場合、後方散乱光計測装置3はた
とえば第4図のように構成できる。すなわち、レーザ光
源5からのパルス光は光フアイバカプラ12で分配して
分光器6を経て各温度センシング用光ファイバ4に同時
に入射する。温度センシング用光ファイバ4の後方散乱
光は分光器6によりストークス光成分と反ストークス光
成分とに分離され、それぞれの温度センシング用光ファ
イバ4につきこれらの各成分の光が受光素子8により電
気信号に変換されアンプ9により増幅される。この電気
信号が、電気的切換スイッチ13により各成分ごとに切
り換えられる。この電気的切換スイッチ13により、温
度センシング用光ファイバ4の各々についての、各成分
の電気信号がデジタル平均化処理装置1゜に送られる。 このような電気的切換スイッチ13を用いた場合、温度
センシング用光ファイバ4の数に制限があるが、損失が
低く、且つ信頼性が高いという利点が得られる。 なお、上記ではこの発明を電力、通信ケーブル用の洞道
の出水を監視する場合に適用した実施例について説明し
たが、このような場合だけに限らず、水平方向の広い範
囲で水位の分布を検出する必要のある場合に適用すれば
効果が大きい。
【発明の効果】
この発明の水位分布検出装置によれば、トンネルなどの
全長のどこで出水が生じても、その出水箇所の位置及び
その箇所での水位を即時に検出することが可能となる。 また、温度センシング用の光ファイバは、防爆性であっ
て本質的に安全性が高く、しかも安価・小型・軽量で敷
設も容易であるから、長いトンネルなどにおいてきわめ
て安全、安価且つ容易に出水の監視を行うことができる
。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を模式的に示す模式図、第
2図は上記実施例の断面を模式的に示す模式図、第3図
は同実施例にかかる後方散乱光計測装置の構成を表すブ
ロック図、第4図は他の実施例にかかる後方散乱光計測
装置の構成を表すブロック図である。 1・・・トンネル、2・・・監視センター、3・・・後
方散乱光計測装置、4・・・温度センシング用光ファイ
バ、5・・・レーザ光源、6・・・分光器、7・・・機
械式光スィッチ、8・・・受光素子、9・・・アンプ、
10・・・デジタル平均化処理装置、11・・・コンピ
ュータ、12・・・光フアイバカブラ、13・・・電気
的切換スイッチ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鉛直方向の異なる各位置において、実質的に水平
    方向に配置された複数の温度センシング用の光ファイバ
    と、該光ファイバの一端に接続され該光ファイバからの
    後方散乱光を計測する後方散乱光計測装置とを備えるこ
    とを特徴とする水位分布検出装置。
JP29562090A 1990-10-31 1990-10-31 水位分布検出装置 Pending JPH04168324A (ja)

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JPH04168324A true JPH04168324A (ja) 1992-06-16

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ID=17822992

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012184947A (ja) * 2011-03-03 2012-09-27 Occ Corp 水位計システム
GB2525142A (en) * 2013-11-19 2015-10-21 Radio Data Networks Ltd A method & apparatus for detecting and measuring the level of liquid within a channel
JP2019529952A (ja) * 2016-09-08 2019-10-17 マーク アンドリュー エングルンド、 分散音響センシングのための方法およびシステム

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