JPH0723702Y2 - 光ファイバを用いた水位検知装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、光ファイバを用いて水位を測定する水位検知
装置に関するものである。

［従来の技術］ ダムあるいは水槽等の水位を測定する水位計には、各種
の水位センサが用いられているが、特に測定ストローク
の大きなものには、センサ本体に、フロート式のような
可動部のある水位検知装置が用いられるのが一般的であ
る。勿論、可動部のない電波式や超音波式などの水位検
知装置も開発され、また水圧検知式の投込みタイプの水
位検知装置も一部使用されると聞く。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、可動部のある水位計では、浮遊するゴミや錆に
よって、可動部のフロート，滑車等が動かなくなる虞れ
があり、信頼度にやや難がある。また超音波，電波式で
は、その原理上、浮遊物や波立ちの影響を受けやすい欠
点がある。特に、無人測定が要求されるダムでは、その
保守管理の面で問題がある。

本考案の目的は、センサ本体の可動部をなくし、浮遊物
があっても精度の高い水位測定を行える水位検知装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案の光ファイバを用いた水位検知装置は、光ファイ
バと線状発熱体とを内蔵して遮水層を被覆した複合線状
体を、測定対象の空気中から水中に向かって水深方向に
沿って設置された円筒状支柱に巻き付けると共に、その
外周に穴あきの筒状カバーを設けて配設し、該複合線状
体の一端側において上記線状発熱体を発熱体給電装置
に、上記光ファイバを温度分布測定装置に接続し、該温
度分布測定装置によりそのOTDR温度分布測定波形上の水
面を境界とする温度分布の大きく変化する距離位置を水
位レベルとして検知する構成のものである。

［作用］ 光ファイバと線状発熱体とを内蔵する複合線状体はセン
サ部として、ダム等の測定対象たる水溜部の水深方向に
沿って配置しておくと、一部は水中に没し一部は空気中
に残ることになり、水と空気の熱伝導率の差から、水中
の複合線状体温度は空気中の複合線状体温度に比較して
低くなる。従って、少なくとも測定時において、線状加
熱体（ヒータ線等）により補助的に熱を発生させ、光フ
ァイバを適当に加温するようにしておくと、水面を境界
として光ファイバの線状温度分布が著しく変化するよう
になる。

光ファイバ温度分布測定装置は、この光ファイバに沿っ
た線状温度分布を精度良く測定することができる装置で
あり、そのOTDR温度分布測定波形上の水面を境界とする
温度分布の大きく変化する距離位置が認識され、これが
水位レベルとして検出される。

［実施例］ 以下、本考案を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は、センサ部に用いる複合線状体の例として、光
ファイバ３と線状発熱体４とを内蔵した複合ケーブル７
の断面を示す。

２はテンションメンバ１を中心に有するスペーサであ
り、このスペーサ２の周囲には、複数条の溝、この例で
は４つの溝2aが、互いに直径方向に対向して形成され、
それらの溝2aの１つには光ファイバ３が、残りの溝の２
つにはヒータ線等の線状発熱体４が収納され、一体化さ
れている。これらテンションメンバ1,スペーサ2,光ファ
イバ３及び線状発熱体４は、複合ケーブル７のコア部を
構成しており、このコア部は水中で使用されるために更
に遮水層５を被覆して防水対策を行った上で、防蝕層６
を施す。

第２図は、上記複合ケーブル７を利用した水位測定シス
テムを示す。

10は水位測定対象となるダム等の水溜部に水深方向に沿
って設置された円筒状支柱であり、この円筒状支柱10に
は、その全長に亘り等ピッチで、上記複合ケーブル７が
巻き付けられている。

更に複合ケーブル７を巻き付けた円筒状支柱10の外側に
は、パンチングメタル（穴あき板）による筒状カバーが
施されている。

筒状カバーは複合ケーブル７に水が接触するように穴が
設けられると共に、複合ケーブル７が波や降雨，降雪，
浮遊物からの損傷を防止するための保護カバーとして作
用するものである。上記実施例において、円筒状支柱10
の表面に複合ケーブル７を巻き付けて使用しているが、
これは、現状の光ファイバ温度分布測定装置８ではその
距離分解能が1m程度なので、巻き付けによって光ファイ
バ長を増やし、水深方向の分解能、つまり水位検出分解
能を上げるためである。

本実施例水位測定システムの測定時には、水位測定対象
とする水面11が、円筒状支柱10に巻き付けられた複合ケ
ーブル７に接していることが必要である。すなわち、複
合ケーブル７が巻き付けられている円筒状支柱10の領域
が、水位測定領域となる。

上記円筒状支柱10に巻き付けた複合ケーブル７は、その
上端側が測定端まで延在され、測定端で光ファイバ３と
線状発熱体４とに分離され、光ファイバ３は光ファイバ
温度分布測定装置８に接続され、線状発熱体４は発熱体
給電装置９に接続されている。

発熱体給電装置９は、線状発熱体４に給電して発熱さ
せ、また光ファイバ温度分布測定装置８はOTDR（Optica
l Time Domain Reflectometry）装置と同じ手法により
光ファイバ３に沿った温度分布を測定する。

今、第２図の如く円筒状支柱10の水位測定領域と途中に
水面11が在る場合、水面11を境界にして光ファイバ３の
温度分布が大きく変化することになる。何故なら、水面
11より上の領域では線状発熱体４による熱的影響が支配
的で光ファイバ３が昇温し、水面下の領域では水による
冷却作用の方が支配的となって光ファイバ３の温度が低
くなるからである。

光ファイバ温度分布測定装置８は、光ファイバ３の温度
分布を測定し、上記水面11を境界とする温度分布の大き
く変化する地点を認識することにより、水位（水面位
置）を検出する。詳述するに、光ファイバ温度分布測定
装置８は、内蔵する光源からセンサ用光ファイバ３に、
その一端よりパルス光を入射する。この光はセンサ用光
ファイバ３中を伝播し、その各通過位置で後方散乱光を
発生させる。この後方散乱光の一部は、上記センサ用光
ファイバ３の入射端側に戻って来る。光ファイバ温度分
布測定装置８のOTDR測定系は、この後方散乱光をOTDR測
定し、その後方散乱光のストークス光とアンチストーク
ス光との光強度比の時間変化より、センサ用光ファイバ
３に沿った線状の温度分布を測定する。

第３図は、光ファイバ温度分布測定装置８による測定温
度グラフを示す。第３図の横軸の左端は上記円筒状支柱
10の水位測定領域の最下限、右端は最上限に当る。第２
図の水面11に対応して、OTDR温度分布測定波形12は、そ
の波形の途中で急峻に立ち下がる波形変化を生じてお
り、この急な温度下降の生ずる地点、つまり原点（最下
限）からの距離位置13が、水位レベルであるとして検出
される。

上記の温度分布測定に際し、発熱体給電装置９は線状発
熱体４を常時給電して発熱させていても良いが、エネル
ギーの損失を考慮した場合、あまり得策でない。そこで
省エネルギー化を図るため、通常は、水温と気温の差で
温度分布測定波形上の変化点の距離位置を自動測定し、
判定のつかない時にのみ、最小限のエネルギーでヒータ
加熱をする。

尚、複合ケーブル７の巻き付けは、マイクロベンドによ
る著しい光損失を光ファイバ３に与えないような許容曲
げ半径を満足していれば良い。従って、円筒状支柱10は
円柱でも角柱でも良い。また、巻き付けのピッチは等ピ
ッチでなくとも、測定時にソフトで対応させることがで
きる。

［考案の効果］ 以上述べたように、本考案は、線状発熱体により発生し
た熱を光ファイバで検知させるため、線状発熱体と光フ
ァイバを内蔵した複合線状体をセンサ部とし、これと光
ファイバ温度分布測定装置とを組み合わせて、温度の急
峻な変化部を見い出すことにより水位を検知するもので
ある。従って、次のような優れた効果を奏する。

（１）可動部がないため故障が少なく、保守が容易であ
る。

（２）浮遊物の影響を受けない。

（３）凍結時にも、線状発熱体の発熱量を制御すること
により測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例におけるセンサ部の複合ケーブ
ルの断面図、第２図は本考案の実施例の水位検知装置の
構成図、第３図は光ファイバ温度分布測定装置で測定さ
れる線状温度分布を例示した図である。 図中、１はテンションメンバ、２はスペーサ、３は光フ
ァイバ、４は線状発熱体、５は遮水層、６は防蝕層、７
は複合ケーブル（複合線状体）、８は光ファイバ温度分
布測定装置、９は発熱体給電装置、10は円筒状支柱、11
は水面、12はOTDR温度分布測定波形、13は温度下降箇所
（距離位置）を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバと線状発熱体とを内蔵して遮水
   層を被覆した複合線状体を、測定対象の空気中から水中
   に向かって水深方向に沿って設置された円筒状支柱に巻
   き付けると共に、その外周に穴あきの筒状カバーを設け
   て配設し、該複合線状体の一端側において上記線状発熱
   体を発熱体給電装置に、上記光ファイバを温度分布測定
   装置に接続し、該温度分布測定装置によりそのOTDR温度
   分布測定波形上の水面を境界とする温度分布の大きく変
   化する距離位置を水位レベルとして検知することを特徴
   とする光ファイバを用いた水位検知装置。