水位計システム
【課題】シンプルな構成で水位を計測できる水位計システムを提供する。
【解決手段】水位計システム１００は、光源１から入射する光が光ケーブル４１を伝搬して光サーキュレータ３のポート３１に到達する。ポート３１に到達した光がポート３２から出力され、光ケーブル４３を伝搬して全反射ミラー５に到達する。全反射ミラー５に到達した全ての光が反射され反射光として、再び光ファイバ４３を伝搬してポート３２に到達する。ポート３２に到達した反射光がポート３３から出力され、光ケーブル４２を伝搬して光パワーメータ２に到達する。この光ケーブル４３を水位が計測される水底に設置すると、光ケーブル４３の光ファィバ４３ａ部分に水圧がかかり、伝搬される光に水圧に比例した損失が発生する。水圧は水位に比例するので、光パワーメータ２がポート３３から出力される反射光の光パワーを測定することで水位を計測する。
【解決手段】水位計システム１００は、光源１から入射する光が光ケーブル４１を伝搬して光サーキュレータ３のポート３１に到達する。ポート３１に到達した光がポート３２から出力され、光ケーブル４３を伝搬して全反射ミラー５に到達する。全反射ミラー５に到達した全ての光が反射され反射光として、再び光ファイバ４３を伝搬してポート３２に到達する。ポート３２に到達した反射光がポート３３から出力され、光ケーブル４２を伝搬して光パワーメータ２に到達する。この光ケーブル４３を水位が計測される水底に設置すると、光ケーブル４３の光ファィバ４３ａ部分に水圧がかかり、伝搬される光に水圧に比例した損失が発生する。水圧は水位に比例するので、光パワーメータ２がポート３３から出力される反射光の光パワーを測定することで水位を計測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水位計システムに係り、特に光ファイバを用いて水位を計測する水位計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いる水位計システムの技術として特開２００１−９１３３４号公報（特許文献１）と特開２００２−２７９５７５号公報（特許文献２）を挙げることができる。特許文献１の光式水位センサでは、圧力が加わると膨張するブルドン管を備えたセンサヘッドを河川などの水底に配置し、このブルドン管に水圧が加わることで、ブルドン管の表面に橋渡しされた圧力／歪み変換部材あるいは光式歪みセンサが光学的な変化を生じ、この光学的な変化が光ファイバを介して地上に配置された水位検出器に送信される。そして、光式水位センサの水位検出器が光学的な変化を検出することで、センサヘッドが配置された位置の水位を計測している。また、特許文献２の状態変化の監視システムでは、水位レベルが警報レベルに到達したかを検出するフロート部を備えたセンサを複数地点に配置し、浸水が始まり水位レベルが警報レベルに到達するとフロート部でフロートが押し上げられ、フロートの浮力による上向きの力が連結部材を介して曲げ付与手段に伝達されると、これに挿通されている光ファイバ部分に曲げを付与する。この光ファイバの曲げによって生じる後方散乱光の伝達損失分布の変化を多点位置に配置されたセンサが検知することでセンサが作動する。そして、状態変化の監視システムの光ファイバに接続されている処理装置が作動したセンサを検出することで、センサの位置を特定して浸水を監視している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９１３３４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７９５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、特許文献１の光式水位センサでは、圧力が加わると膨張するブルドン管を備えたセンサヘッドを河川などの水底に配置しなければならない。また、特許文献２の状態変化の監視システムでは、水位レベルが警報レベルに到達したかを検出するフロート部を備えたセンサを、浸水地点に配置しなければならない。このように、特許文献１と特許文献２では、水位を検出するセンサが水中に置かれるので、水圧や水流などによる影響を受けるためセンサを堅牢にしなければならない。また、下水道のような汚染水の水位を測定する場合には、センサが汚染水で浸食されることで故障や劣化する頻度が高くなる。このため、センサとしての信頼性を確保するために、これらのセンサについて頻繁にメンテナンスを行わなければならないという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決できる水位計システム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】
【０００６】
本発明の水位計システムは、光源と、前記光源から入射する光を反射光として反射する反射手段と、前記光と前記反射光を伝搬する光ファイバと、前記反射光の光パワーを測定する光パワー測定手段と、前記光ファイバを挟む凹凸基材とを備えたことを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、前記光ファイバ、前記反射手段及び前記凹凸基材が防水された収納箱に収納されていることを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、前記光ファイバが渦巻き状の状態でかつ前記凹凸基材に挟まれた状態で前記収納箱に収納されていることを特徴としている。
また、本発明の水位計システムの前記収納箱の表面は、撓みが発生し易い素材で作られていることを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、光源と、前記光源から入射する光を反射光として反射する反射手段と、前記光と前記反射光を伝搬する光ファイバと、前記反射光の光パワーを測定する光パワー測定手段と、前記光ファィバを挟む凹凸基材と、溝を有するケーブルを備え、前記光ファイバ及び前記凹凸基材を前記溝に収納することを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、前記反射手段を前記溝に収納することを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、前記凹凸基材が水圧伝達部材で挟まれていることを特徴としている。
また、本発明の水位計システムの前記ケーブルの表面は、撓みが発生し易い素材で作られていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の水位計システムによれば、シンプルな構成で水位を計測することができるので、汚染水などの水位を計測するときに必要とされる測定器としての堅牢性、汚染水などの浸食に対する耐食性、及び故障や劣化に対する信頼性に対する対策を低減することができ、これによってメンテナンスを極力行わないメンテナンスフリーとすることが可能になる。更に、本発明の水位計システムは、従来技術のような後方散乱光ではなく、反射ミラーによる反射光を利用するので、高精度で高速な水位の計測が可能な水位計システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１における水位計システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す光ケーブルが水圧により１箇所曲げられた状態を示す図である。
【図３】図１に示す光ケーブルが水圧により２箇所曲げられた状態を示す図である。
【図４】光ファイバの押圧構造の側面とその断面を示す図である。
【図５】図１から図４における時間の経過による光パワーを示すグラフである。
【図６】押圧構造の光ファイバを収納する防水箱の断面図である。
【図７】光ファイバを防水箱に収納する場合の変形例の断面図である。
【図８】本発明の実施形態２における水位計システムのケーブルの断面図である。
【図９】複数箇所が計測できるように適用させた水位計システムを示す図である。
【図１０】複数箇所が計測できるように適用させた水位計システムの他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態の詳細について説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明を実施するための第１の実施形態(以下、実施形態１という)の水位計システム１００の構成について図１を用いて説明する。
【００１１】
図１に示す水位計システム１００は、光源１、光パワーメータ２、光サーキュレータ３、全反射ミラー５、光ケーブル４１、光ケーブル４２、及び光ケーブル４３を有している。また、光サーキュレータ３は、ポート３１、ポート３２、及びポート３３の３つのポート（端子）を備えている。光源１、光パワーメータ２、光サーキュレータ３、光ケーブル４１、及び光ケーブル４２が地上に設置される機器であり、光ケーブル４３及び全反射ミラー５が水底に設置される機器である。
【００１２】
光源１は、光ファイバ４１を介して光サーキュレータ３のポート３１に接続され、広帯域に出力が一様の自然放出光の光源である。全反射ミラー５は、光ケーブル４３を介して光サーキュレータ３のポート３２に接続され、光サーキュレータ３から受光した全ての光を反射（以下、全反射という）させる。光パワーメータ２は、光ケーブル４２を介して光サーキュレータ３のポート３３に接続され、光サーキュレータ３からの反射光を受光し、その光の強さ（以下、光パワーという）を測定する。光サーキュレータ３は、ポート３１で光源１の光を受光すると、その光をポート３２から全反射ミラー５に出力する。また、光サーキュレータ３は、ポート３２で全反射ミラー５が反射する反射光を受光すると、その反射光をポート３３から光パワーメータ２に出力する。
【００１３】
光ケーブル４１、光ケーブル４２、及び光ケーブル４３は、光ファイバを用いて光を伝搬するケーブルである。光ファイバは、ガラスやプラスチックなどの透明な誘導体でできた細い繊維で、その中心部分である軸に光を通すことで光が伝搬される。光ケーブル４１及び光ケーブル４２は、地上に敷設されるケーブルであるが、光ケーブル４３は、水底に敷設されるケーブルである。このため、光ケーブル４３に水圧がかかると光ファイバが曲がり、光の伝搬で一部の光が失われる現象（以下、損失という）が発生する。つまり、水圧が大きくなると光ファイバが大きく曲がるようになり、光ケーブル４３の損失が大きくなる。従って、水位が高ければ水圧が大きくなるので光ケーブル４３の損失が大きくなり、水位が低ければ水圧が小さくなるので光ケーブル４３の損失が小さくなる。このように、光ケーブル４３にかかる水圧と光ケーブル４３の損失が比例する。
【００１４】
次に、水位計システム１００により水位を計測する原理について光ケーブル４３の状態を示す図１、図２、及び図３と、時間の経過による光パワーを示すグラフである図５の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を用いて説明する。
【００１５】
図１は、光ケーブル４３に水圧がかかっていない状態であり、光ファイバは曲がっていない。図２は、光ケーブル４３に水圧がかかり、１箇所に曲がりが生じている状態であり、光ファイバが曲がっている。図３は、光ケーブル４３に大きな水圧がかかることで、２箇所の曲がりが生じている状態であり、光ファイバが大きく曲がっている。
【００１６】
水位計システム１００は、光源１から入射する光が光ケーブル４１を伝搬して光サーキュレータ３のポート３１に到達する。次いで、ポート３１に到達した光がポート３２から出力され、光ケーブル４３を伝搬して全反射ミラー５に到達する。このとき、光ケーブル４３で伝搬される光は水位に比例した損失が発生する。次いで、全反射ミラー５に到達した全ての光が反射され反射光として、再び光ファイバ４３を伝搬してポート３２に到達する。このときに、光ケーブル４３で伝搬される反射光も水位に比例した損失が発生する。
【００１７】
例えば、図１に示すような光ケーブル４３に水圧がかかっていない光ファイバが曲がっていない状態であれば、光がケーブル４３を伝搬しても損失せずに全反射ミラー５に到達する。また、反射光が光ケーブル４３を伝搬しても損失せずに光サーキュレータ３のポート３２に到達する。図５の（ａ）は、図１の光ケーブル４３に水圧がかからず光ファイバが曲がっていないときの時間の経過による光パワーを示すグラフである。このようなときには、図５（ａ）に示すように時間が経過しても光パワーは低下せず一定となる。
【００１８】
しかし、図２に示すような光ケーブル４３に水圧がかかり光ファイバが符号６で示した部分（以下、屈曲部６という）が時間ｔ１で曲がった状態になると、光が光ケーブル４３を伝搬するときに屈曲部６で損失して全反射ミラー５に到達する。また、反射光が光ケーブル４３を伝搬するときにも屈曲部６で損失して光サーキュレータ３のポート３２に到達する。図５の（ｂ）は、図２の光ケーブル４３に水圧がかかることで光ファイバの１箇所（屈曲部６）が時間ｔ１で曲がったとしたときの時間の経過による光パワーを示すグラフである。このようなときには、図５（ｂ）に示すように光ファイバが曲がった時間（ｔ１）から光パワーが低下する。
【００１９】
更に、図３に示すように光ケーブル４３に大きな水圧がかかり光ファイバが符号７で示した部分（以下、屈曲部７という）でも時間ｔ2で曲がった状態になると、光が光ケーブル４３を伝搬するときに屈曲部６と屈曲部７との２箇所で損失して全反射ミラー５に到達する。また、反射光が光ケーブル４３を伝搬するときにも屈曲部６と屈曲部７とで損失して光サーキュレータ３のポート３２に到達する。図５の（ｃ）は、図３の光ケーブル４３に大きな水圧がかかることで光ファイバの２箇所（屈曲部６と屈曲部７）とが時間ｔ１、ｔ2で曲がったとしたときの時間の経過による光パワーを示すグラフである。このようなときには、図５（ｃ）に示すように光ファイバが屈曲部６で１箇所曲がった時間（ｔ１）から１段目の光パワー低下があり、更に屈曲部７でもう１個所が曲がった時間（ｔ２）から更に２段目の光パワー低下がある。
【００２０】
次いで、光サーキュレータ３のポート３２に到達した反射光がポート３３から出力され、光ケーブル４２を伝搬して光パワーメータ２に到達する。そして、光パワーメータ２がこの反射光の光パワーを測定する。このように光ケーブル４３の光ファイバが曲がることにより、光ケーブル４３で伝搬される光源１から入射する光とその反射光に損失が発生し、光パワーメータ２は、損失が発生したこの反射光の光パワーを測定することになる。つまり、この光パワーメータ２がこの反射光の光パワーを測定することで、光源１から入射する光パワーが水圧でどのぐらい低下するかがわかる。
【００２１】
このように、水位計システム１００によれば、光源１から入射し、全反射ミラー５により反射される反射光の光パワーを光パワーメータ２で測定することで、光源１から入射する光と全反射ミラー５から反射される反射光が光ケーブル４２によりどのぐらい光パワーが損失したかを測定できる。この光ケーブル４２による光パワーの損失は、光ケーブル４２にかかる水圧に比例し、この水圧は水位に比例するので、光パワーメータ２が光源１から入射し、全反射ミラー５により反射される反射光の光パワーを測定することで、水位が測定できる。
【００２２】
次に、実施形態１の水位計システム１００において、図２、図３に示した屈曲部６、屈曲部７の発生を効果的に実現し、水位を測定するための押圧構造１１０について説明する。この押圧構造１１０を備えることで、水位を測定する水底に設置される光ケーブル４３により大きな圧力をかけることができる。光ケーブル４３の押圧構造１１０を図４に示す。図４（１）は、押圧構造１１０の側面図（Ｂ−Ｂ断面）である。図４（２）は、図４（１）の押圧構造１１０のＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、押圧構造１１０は、テープ状の比較的硬い基材８ａの片方の面に凹凸部８ｂを形成した凹凸基材８で光ケーブル４３の光ファイバ４３ａ部分のみを上下から挟む構造であり、凹凸基材８における凹凸部８ｂの一つひとつの凸部が屈曲部６、屈曲部７のそれぞれを実現する押圧構造となっている。光ファイバ４３ａの上面と下面を、凹凸基材８で挟む押圧構造１１０を水面に設置すると、水位により水圧が僅かに変化した場合でも、多数の凹凸部により光ファイバ４３ａにより大きな圧力をかけることができる。このため、水圧の僅かな変化でも大きな押圧が光ファイバ４３ａにかかることで光パワーの損失が大きくなるので、僅かな水位の変化も測定できる。
【００２３】
図５の（ｄ）に示す時間の経過による水圧の変化に対する光パワーを示すグラフを用いて、図４の押圧構造１１０におけ時間の経過により光パワーの変化について説明する。図５の（ｄ）は、図４の光ファイバ４３ａに大きな水圧がかかるときの時間の経過による光パワーを示すグラフである。このようなときには、図５（ｄ）に示すように光ファイバ４３ａに１段目の小さな押圧がかけられた時間（ｔ１）から光パワーが低下する。次に、１段目より大きな２段目の押圧がかけられた時間（ｔ２）から更に光パワーが低下する。光ファイバ４３ａを押圧構造１１０とすることで、押圧が小さい場合でも、光パワーが変化するので、水位計システム１００は小さな水位の変化でも測定できる。
【００２４】
次に、図６に示す防水箱９について説明する。防水箱９は、図４に示す押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを収納する防水加工された箱で、水位を測定する水底に設置される。このように押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを防水箱９に収納することで、汚染水による浸食を防止することができる。図６（１）は、図６（２）の防水箱９のＤ−Ｄ断面図である。図６（２）は、図６（１）の防水箱９のＣ−Ｃ断面図である。図６（３）は、図６（２）のＥ−Ｅ断面図である。図７は、図６における光ファイバ４３ａを防水箱に収納する場合の変形例で、図６（２）のＥ−Ｅ断面図に同じである。防水箱９は、表面に水圧がかけられたときに防水箱９に収納される凹凸基材８に撓みが発生し易いようにするために、撓みが発生し易く腐食が生じない樹脂製の材料、例えばポリエチレンなどが適当である。
【００２５】
図６に示すように、押圧構造１１０の光ファイバ４３ａと全反射ミラー５が防水箱９に収納される。押圧構造１１０の光ファイバ４３ａは、防水箱９の中央を通り、光ファイバ４３ａの終端側に設置される全反射ミラー５に接続される。防水箱９の外側の押圧構造１１０でない光ファイバ４３ａは、光ケーブル１０などで被覆する。このような防水箱９に押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを収納することで、防水箱９の表面にかかる全ての水圧が光ファイバ４３ａの上面と下面を挟む凹凸基材８にかかるようになり、効果的に光パワーを低下させることができる。図７は、押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを防水箱９に渦状に配置するものである。図７に示すように、押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを防水箱９に渦状に配置することで、図６に示すように光ファイバ４３ａを防水箱９の中央に通すのに比べ、光ファイバ４３ａが押圧される距離を長くすることができる。この結果、防水箱９に渦状に光ファイバ４３ａを配置すると、光ファイバ４３ａを防水箱９の中央に通すのに比べ、光ファイバ４３ａの光の損失が大きくなり、光パワーが更に低下するのでごく僅かな水位の変化も測定できる。
【００２６】
このように実施形態１の水位計システム１００は、光源１から入射する光が水底に敷設される光ケーブル４３を伝搬して全反射ミラー５に到達し、更に全反射ミラー５で反射される反射光が光ケーブル４３を伝搬して光パワーメータ２に到達し、光パワーメータ２で反射光の光パワーを測定することで、光ファイバ４３ａの光の損失を計測する。そして、この計測された光の損失が水位に比例するので、水位を測定することができる。このように、シンプルな構成とすることで、多数の機器で構成される水位計システムに比べ、汚染水などの水位を計測するときに必要とされる測定器としての堅牢性、汚染水などの浸食に対する耐食性、及び故障や劣化に対する信頼性に対する対策を低減することができ、更に高精度で高速に水位の計測ができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
本発明を実施するための第２の実施形態(以下、実施形態２という)の水位計システム２００について説明する。水位計システム２００の構成は、実施形態１における光ファイバ４３ａを覆う溝付きケーブル（以下、スロットケーブルという）２１０が設けられている以外は、実施形態１の水位計システム１００の構成に同じである。光ファイバ４３ａと全反射ミラー５を覆うスロットケーブル２１０の構造について、図８を用いて説明する。
【００２８】
図８（１）は、図８（２）の水位計システム２００のスロットケーブル２１０のＦ−Ｆ断面図である。図８（２）は、図８（１）のスロットケーブル２１０のＧ−Ｇ断面図である。図８に示すように、水位計システム２００のスロットケーブル２１０は、スロットケーブル２１０に幅が約１０ｍｍのスロット構造の溝１１（以下、スロット溝１１という）を形成し、そのスロット溝１１に光ファイバ４３ａ、凹凸基材１２、及び全反射ミラー５を収納している。また、スロットケーブル２１０は、表面を覆う表面素材１３、中心軸１４、及びスロット溝１１以外の部分である内部素材１５により形成されている。
【００２９】
光ファイバ４３ａと全反射ミラー５は、実施形態１に同じである。スロット溝１１は、スロットケーブル２１０の上部に形成される溝である。凹凸基材１２は、上面部分と下面部分からなり、その上面部分と下面部分で光ファイバ４３ａを挟んでいる。凹凸基材１２の上面部分は、水圧を光ファイバ４３ａに伝達し易い部材１２ａ（以下、水圧伝達部材１２ａという）とその下側の凹凸部１２ｂから形成されている。凹凸基材１２の下面部分は、水圧伝達部材１２ｃとその上側の凹凸部１２ｄから形成されている。表面素材１３は、スロットケーブル２１０の表面を被覆するためのもので、水圧が伝わり易い薄い素材である。中心軸１４は、スロットケーブル２１０の中心に通され軸とするためのもので、鋼のような硬い素材である。内部素材１５は、スロットケーブル２１０を形成するためにスロット溝１１の外側部分に注入される素材で、ポリエチレンなどの樹脂である。
【００３０】
このように、実施形態２の水位計システム２００は、光ファイバ４３ａの上面と下面を凹凸基材１２で挟み、スロットケーブル２１０の上部に形成したスロット溝１１に収納することで、水圧の小さな変化でも押圧が光ファイバ４３ａにかかるので、水位の小さな変化を計測することができる。また、光ファイバ４３ａと全反射ミラー５をスロットケーブル２１０のスロット溝１１に収納するので、汚染水などの水位を計測する場合でも、光ファイバ４３ａと全反射ミラー５を汚染水などによる浸食を防止できる。
【００３１】
尚、本発明の実施形態１と実施形態２は、シンプルな構成で１箇所の水位を計測することができる水位計システムとしたが、複数箇所の水位を計測できるよう適用させることも可能である。図９に実施形態１と実施形態２を複数箇所の水位を計測できるように適用した水位計システム３００の構成を示す。このような水位計システム３００において、光ケーブル４３に複数の光分岐カプラー１６を接続し、各々の光分岐カプラー１６と波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、及び波長選択性ミラー１７ｃを光ケーブル４４で接続する。また、光ファイバ４４ａの水圧かかる部分については、図８に示すような凹凸基材１２で挟み、波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、波長選択性ミラー１７ｃと凹凸基材１２については、水位を測定する水底に設置される図６に示すような防水箱９に収納する。このような構成とすることで、光サーキュレータ３から出力される光が複数の光分岐カプラー１６により分岐され、光ケーブル４４を伝搬して波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、波長選択性ミラー１７ｃに到達する。また、波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、波長選択性ミラー１７ｃによってそれぞれ反射する波長が異なっており、複数の波長の異なる反射光が光分岐カプラー１６と光サーキュレータ３を経由して光パワーメータ２に到達する。光パワーメータ２は、反射光の波長でどの光分岐カプラー１６を経由して来た光かを識別でき、また、水位を測定する水底に設置される防水箱９の光ファイバ４４ａにかかる水圧による光パワーの損失を計測することができるので、複数地点の水位が計測可能となる。波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、波長選択性ミラー１７ｃについては、光を反射するＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）とすることも可能である。
【００３２】
更に、実施形態１と実施形態２を複数箇所の水位を計測できるように適用した他の水位計システム４００の構成を図１０に示す。図１０に示す水位計システム４００は、図９に示す水位計システム３００における複数の光分岐カプラー１６を複数の光サーキュレータ１８に代え、波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、及び波長選択性ミラー１７ｃを全反射ミラー１９に代え、更に光ケーブル４３にＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃを設けている以外は、水位計システム３００の構成に同じである。このような構成の水位計システム４００では、光サーキュレータ３から出力される光が光ケーブル４３を伝搬して光サーキュレータ１８を通過すると、ＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃに到達する。ＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃは、所定の波長と同じ波長の光のみを反射する特性があるので、反射波長の異なるＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃを用いることでそれぞれ特定の波長の光を各々の光サーキュレータ１８に反射する。次いで、ＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃの各々により反射された反射光は、光サーキュレータ１８から光ケーブル４４を伝搬して全反射ミラー１９に到達する。そして、全反射ミラー１９によって反射された反射光が、光ケーブル４４を伝搬し、光ケーブル４３に設けられた光サーキュレータ１８と光サーキュレータ３を経由して光パワーメータ２に到達する。光パワーメータ２は、反射光の波長でどの光サーキュレータ１８を経由して来た光かを識別でき、また、水位を測定する水底に設置される防水箱９の光ファイバ４４ａにかかる水圧による光パワーの損失を計測することができるので、複数地点の水位が計測可能となる。
【００３３】
以上のように、本発明の水位計システムによれば、シンプルな構成で水位を計測し、更に高精度で高速応答が可能な水位計システムを提供することができる。また、堅牢性、汚染水などの浸食に対する耐食性、及び故障や劣化に対する信頼性に対する対策を必要最小限にすることができるので、メンテナンスを極力行わないメンテナンスフリーとすることが可能になる。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・光源
２・・・光パワーメータ
３・・・光サーキュレータ
５・・・全反射ミラー
６・・・屈曲部
７・・・屈曲部
８・・・凹凸基材
８ａ・・基材
８ｂ・・凹凸部
９・・・防水箱
１０・・・光ケーブル
１１・・・スロット溝
１２・・・凹凸基材
１２ａ・・水圧伝達部材
１２ｂ・・凹凸部
１２ｃ・・水圧伝達部材
１２ｄ・・凹凸部
１３・・・表面素材
１４・・・中心軸
１５・・・内部素材
１６・・・光分岐カプラー
１７ａ・・波長選択性ミラー
１７ｂ・・波長選択性ミラー
１７ｃ・・波長選択性ミラー
１８・・・光サーキュレータ
１９・・・全反射ミラー
２０ａ・・ＦＢＧ
２０ｂ・・ＦＢＧ
２０ｃ・・ＦＢＧ
３１・・・ポート
３２・・・ポート
３３・・・ポート
４１・・・光ケーブル
４２・・・光ケーブル
４３・・・光ケーブル
４３ａ・・光ファイバ
４４・・・光ケーブル
４４ａ・・光ファイバ
１００・・・水位計システム
１１０・・・押圧構造
２００・・・水位計システム
２１０・・・スロットケーブル
３００・・・水位計システム
４００・・・水位計システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水位計システムに係り、特に光ファイバを用いて水位を計測する水位計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いる水位計システムの技術として特開２００１−９１３３４号公報（特許文献１）と特開２００２−２７９５７５号公報（特許文献２）を挙げることができる。特許文献１の光式水位センサでは、圧力が加わると膨張するブルドン管を備えたセンサヘッドを河川などの水底に配置し、このブルドン管に水圧が加わることで、ブルドン管の表面に橋渡しされた圧力／歪み変換部材あるいは光式歪みセンサが光学的な変化を生じ、この光学的な変化が光ファイバを介して地上に配置された水位検出器に送信される。そして、光式水位センサの水位検出器が光学的な変化を検出することで、センサヘッドが配置された位置の水位を計測している。また、特許文献２の状態変化の監視システムでは、水位レベルが警報レベルに到達したかを検出するフロート部を備えたセンサを複数地点に配置し、浸水が始まり水位レベルが警報レベルに到達するとフロート部でフロートが押し上げられ、フロートの浮力による上向きの力が連結部材を介して曲げ付与手段に伝達されると、これに挿通されている光ファイバ部分に曲げを付与する。この光ファイバの曲げによって生じる後方散乱光の伝達損失分布の変化を多点位置に配置されたセンサが検知することでセンサが作動する。そして、状態変化の監視システムの光ファイバに接続されている処理装置が作動したセンサを検出することで、センサの位置を特定して浸水を監視している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９１３３４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７９５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、特許文献１の光式水位センサでは、圧力が加わると膨張するブルドン管を備えたセンサヘッドを河川などの水底に配置しなければならない。また、特許文献２の状態変化の監視システムでは、水位レベルが警報レベルに到達したかを検出するフロート部を備えたセンサを、浸水地点に配置しなければならない。このように、特許文献１と特許文献２では、水位を検出するセンサが水中に置かれるので、水圧や水流などによる影響を受けるためセンサを堅牢にしなければならない。また、下水道のような汚染水の水位を測定する場合には、センサが汚染水で浸食されることで故障や劣化する頻度が高くなる。このため、センサとしての信頼性を確保するために、これらのセンサについて頻繁にメンテナンスを行わなければならないという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決できる水位計システム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】
【０００６】
本発明の水位計システムは、光源と、前記光源から入射する光を反射光として反射する反射手段と、前記光と前記反射光を伝搬する光ファイバと、前記反射光の光パワーを測定する光パワー測定手段と、前記光ファイバを挟む凹凸基材とを備えたことを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、前記光ファイバ、前記反射手段及び前記凹凸基材が防水された収納箱に収納されていることを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、前記光ファイバが渦巻き状の状態でかつ前記凹凸基材に挟まれた状態で前記収納箱に収納されていることを特徴としている。
また、本発明の水位計システムの前記収納箱の表面は、撓みが発生し易い素材で作られていることを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、光源と、前記光源から入射する光を反射光として反射する反射手段と、前記光と前記反射光を伝搬する光ファイバと、前記反射光の光パワーを測定する光パワー測定手段と、前記光ファィバを挟む凹凸基材と、溝を有するケーブルを備え、前記光ファイバ及び前記凹凸基材を前記溝に収納することを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、前記反射手段を前記溝に収納することを特徴としている。
また、本発明の水位計システムは、前記凹凸基材が水圧伝達部材で挟まれていることを特徴としている。
また、本発明の水位計システムの前記ケーブルの表面は、撓みが発生し易い素材で作られていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の水位計システムによれば、シンプルな構成で水位を計測することができるので、汚染水などの水位を計測するときに必要とされる測定器としての堅牢性、汚染水などの浸食に対する耐食性、及び故障や劣化に対する信頼性に対する対策を低減することができ、これによってメンテナンスを極力行わないメンテナンスフリーとすることが可能になる。更に、本発明の水位計システムは、従来技術のような後方散乱光ではなく、反射ミラーによる反射光を利用するので、高精度で高速な水位の計測が可能な水位計システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１における水位計システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す光ケーブルが水圧により１箇所曲げられた状態を示す図である。
【図３】図１に示す光ケーブルが水圧により２箇所曲げられた状態を示す図である。
【図４】光ファイバの押圧構造の側面とその断面を示す図である。
【図５】図１から図４における時間の経過による光パワーを示すグラフである。
【図６】押圧構造の光ファイバを収納する防水箱の断面図である。
【図７】光ファイバを防水箱に収納する場合の変形例の断面図である。
【図８】本発明の実施形態２における水位計システムのケーブルの断面図である。
【図９】複数箇所が計測できるように適用させた水位計システムを示す図である。
【図１０】複数箇所が計測できるように適用させた水位計システムの他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態の詳細について説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明を実施するための第１の実施形態(以下、実施形態１という)の水位計システム１００の構成について図１を用いて説明する。
【００１１】
図１に示す水位計システム１００は、光源１、光パワーメータ２、光サーキュレータ３、全反射ミラー５、光ケーブル４１、光ケーブル４２、及び光ケーブル４３を有している。また、光サーキュレータ３は、ポート３１、ポート３２、及びポート３３の３つのポート（端子）を備えている。光源１、光パワーメータ２、光サーキュレータ３、光ケーブル４１、及び光ケーブル４２が地上に設置される機器であり、光ケーブル４３及び全反射ミラー５が水底に設置される機器である。
【００１２】
光源１は、光ファイバ４１を介して光サーキュレータ３のポート３１に接続され、広帯域に出力が一様の自然放出光の光源である。全反射ミラー５は、光ケーブル４３を介して光サーキュレータ３のポート３２に接続され、光サーキュレータ３から受光した全ての光を反射（以下、全反射という）させる。光パワーメータ２は、光ケーブル４２を介して光サーキュレータ３のポート３３に接続され、光サーキュレータ３からの反射光を受光し、その光の強さ（以下、光パワーという）を測定する。光サーキュレータ３は、ポート３１で光源１の光を受光すると、その光をポート３２から全反射ミラー５に出力する。また、光サーキュレータ３は、ポート３２で全反射ミラー５が反射する反射光を受光すると、その反射光をポート３３から光パワーメータ２に出力する。
【００１３】
光ケーブル４１、光ケーブル４２、及び光ケーブル４３は、光ファイバを用いて光を伝搬するケーブルである。光ファイバは、ガラスやプラスチックなどの透明な誘導体でできた細い繊維で、その中心部分である軸に光を通すことで光が伝搬される。光ケーブル４１及び光ケーブル４２は、地上に敷設されるケーブルであるが、光ケーブル４３は、水底に敷設されるケーブルである。このため、光ケーブル４３に水圧がかかると光ファイバが曲がり、光の伝搬で一部の光が失われる現象（以下、損失という）が発生する。つまり、水圧が大きくなると光ファイバが大きく曲がるようになり、光ケーブル４３の損失が大きくなる。従って、水位が高ければ水圧が大きくなるので光ケーブル４３の損失が大きくなり、水位が低ければ水圧が小さくなるので光ケーブル４３の損失が小さくなる。このように、光ケーブル４３にかかる水圧と光ケーブル４３の損失が比例する。
【００１４】
次に、水位計システム１００により水位を計測する原理について光ケーブル４３の状態を示す図１、図２、及び図３と、時間の経過による光パワーを示すグラフである図５の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を用いて説明する。
【００１５】
図１は、光ケーブル４３に水圧がかかっていない状態であり、光ファイバは曲がっていない。図２は、光ケーブル４３に水圧がかかり、１箇所に曲がりが生じている状態であり、光ファイバが曲がっている。図３は、光ケーブル４３に大きな水圧がかかることで、２箇所の曲がりが生じている状態であり、光ファイバが大きく曲がっている。
【００１６】
水位計システム１００は、光源１から入射する光が光ケーブル４１を伝搬して光サーキュレータ３のポート３１に到達する。次いで、ポート３１に到達した光がポート３２から出力され、光ケーブル４３を伝搬して全反射ミラー５に到達する。このとき、光ケーブル４３で伝搬される光は水位に比例した損失が発生する。次いで、全反射ミラー５に到達した全ての光が反射され反射光として、再び光ファイバ４３を伝搬してポート３２に到達する。このときに、光ケーブル４３で伝搬される反射光も水位に比例した損失が発生する。
【００１７】
例えば、図１に示すような光ケーブル４３に水圧がかかっていない光ファイバが曲がっていない状態であれば、光がケーブル４３を伝搬しても損失せずに全反射ミラー５に到達する。また、反射光が光ケーブル４３を伝搬しても損失せずに光サーキュレータ３のポート３２に到達する。図５の（ａ）は、図１の光ケーブル４３に水圧がかからず光ファイバが曲がっていないときの時間の経過による光パワーを示すグラフである。このようなときには、図５（ａ）に示すように時間が経過しても光パワーは低下せず一定となる。
【００１８】
しかし、図２に示すような光ケーブル４３に水圧がかかり光ファイバが符号６で示した部分（以下、屈曲部６という）が時間ｔ１で曲がった状態になると、光が光ケーブル４３を伝搬するときに屈曲部６で損失して全反射ミラー５に到達する。また、反射光が光ケーブル４３を伝搬するときにも屈曲部６で損失して光サーキュレータ３のポート３２に到達する。図５の（ｂ）は、図２の光ケーブル４３に水圧がかかることで光ファイバの１箇所（屈曲部６）が時間ｔ１で曲がったとしたときの時間の経過による光パワーを示すグラフである。このようなときには、図５（ｂ）に示すように光ファイバが曲がった時間（ｔ１）から光パワーが低下する。
【００１９】
更に、図３に示すように光ケーブル４３に大きな水圧がかかり光ファイバが符号７で示した部分（以下、屈曲部７という）でも時間ｔ2で曲がった状態になると、光が光ケーブル４３を伝搬するときに屈曲部６と屈曲部７との２箇所で損失して全反射ミラー５に到達する。また、反射光が光ケーブル４３を伝搬するときにも屈曲部６と屈曲部７とで損失して光サーキュレータ３のポート３２に到達する。図５の（ｃ）は、図３の光ケーブル４３に大きな水圧がかかることで光ファイバの２箇所（屈曲部６と屈曲部７）とが時間ｔ１、ｔ2で曲がったとしたときの時間の経過による光パワーを示すグラフである。このようなときには、図５（ｃ）に示すように光ファイバが屈曲部６で１箇所曲がった時間（ｔ１）から１段目の光パワー低下があり、更に屈曲部７でもう１個所が曲がった時間（ｔ２）から更に２段目の光パワー低下がある。
【００２０】
次いで、光サーキュレータ３のポート３２に到達した反射光がポート３３から出力され、光ケーブル４２を伝搬して光パワーメータ２に到達する。そして、光パワーメータ２がこの反射光の光パワーを測定する。このように光ケーブル４３の光ファイバが曲がることにより、光ケーブル４３で伝搬される光源１から入射する光とその反射光に損失が発生し、光パワーメータ２は、損失が発生したこの反射光の光パワーを測定することになる。つまり、この光パワーメータ２がこの反射光の光パワーを測定することで、光源１から入射する光パワーが水圧でどのぐらい低下するかがわかる。
【００２１】
このように、水位計システム１００によれば、光源１から入射し、全反射ミラー５により反射される反射光の光パワーを光パワーメータ２で測定することで、光源１から入射する光と全反射ミラー５から反射される反射光が光ケーブル４２によりどのぐらい光パワーが損失したかを測定できる。この光ケーブル４２による光パワーの損失は、光ケーブル４２にかかる水圧に比例し、この水圧は水位に比例するので、光パワーメータ２が光源１から入射し、全反射ミラー５により反射される反射光の光パワーを測定することで、水位が測定できる。
【００２２】
次に、実施形態１の水位計システム１００において、図２、図３に示した屈曲部６、屈曲部７の発生を効果的に実現し、水位を測定するための押圧構造１１０について説明する。この押圧構造１１０を備えることで、水位を測定する水底に設置される光ケーブル４３により大きな圧力をかけることができる。光ケーブル４３の押圧構造１１０を図４に示す。図４（１）は、押圧構造１１０の側面図（Ｂ−Ｂ断面）である。図４（２）は、図４（１）の押圧構造１１０のＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、押圧構造１１０は、テープ状の比較的硬い基材８ａの片方の面に凹凸部８ｂを形成した凹凸基材８で光ケーブル４３の光ファイバ４３ａ部分のみを上下から挟む構造であり、凹凸基材８における凹凸部８ｂの一つひとつの凸部が屈曲部６、屈曲部７のそれぞれを実現する押圧構造となっている。光ファイバ４３ａの上面と下面を、凹凸基材８で挟む押圧構造１１０を水面に設置すると、水位により水圧が僅かに変化した場合でも、多数の凹凸部により光ファイバ４３ａにより大きな圧力をかけることができる。このため、水圧の僅かな変化でも大きな押圧が光ファイバ４３ａにかかることで光パワーの損失が大きくなるので、僅かな水位の変化も測定できる。
【００２３】
図５の（ｄ）に示す時間の経過による水圧の変化に対する光パワーを示すグラフを用いて、図４の押圧構造１１０におけ時間の経過により光パワーの変化について説明する。図５の（ｄ）は、図４の光ファイバ４３ａに大きな水圧がかかるときの時間の経過による光パワーを示すグラフである。このようなときには、図５（ｄ）に示すように光ファイバ４３ａに１段目の小さな押圧がかけられた時間（ｔ１）から光パワーが低下する。次に、１段目より大きな２段目の押圧がかけられた時間（ｔ２）から更に光パワーが低下する。光ファイバ４３ａを押圧構造１１０とすることで、押圧が小さい場合でも、光パワーが変化するので、水位計システム１００は小さな水位の変化でも測定できる。
【００２４】
次に、図６に示す防水箱９について説明する。防水箱９は、図４に示す押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを収納する防水加工された箱で、水位を測定する水底に設置される。このように押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを防水箱９に収納することで、汚染水による浸食を防止することができる。図６（１）は、図６（２）の防水箱９のＤ−Ｄ断面図である。図６（２）は、図６（１）の防水箱９のＣ−Ｃ断面図である。図６（３）は、図６（２）のＥ−Ｅ断面図である。図７は、図６における光ファイバ４３ａを防水箱に収納する場合の変形例で、図６（２）のＥ−Ｅ断面図に同じである。防水箱９は、表面に水圧がかけられたときに防水箱９に収納される凹凸基材８に撓みが発生し易いようにするために、撓みが発生し易く腐食が生じない樹脂製の材料、例えばポリエチレンなどが適当である。
【００２５】
図６に示すように、押圧構造１１０の光ファイバ４３ａと全反射ミラー５が防水箱９に収納される。押圧構造１１０の光ファイバ４３ａは、防水箱９の中央を通り、光ファイバ４３ａの終端側に設置される全反射ミラー５に接続される。防水箱９の外側の押圧構造１１０でない光ファイバ４３ａは、光ケーブル１０などで被覆する。このような防水箱９に押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを収納することで、防水箱９の表面にかかる全ての水圧が光ファイバ４３ａの上面と下面を挟む凹凸基材８にかかるようになり、効果的に光パワーを低下させることができる。図７は、押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを防水箱９に渦状に配置するものである。図７に示すように、押圧構造１１０の光ファイバ４３ａを防水箱９に渦状に配置することで、図６に示すように光ファイバ４３ａを防水箱９の中央に通すのに比べ、光ファイバ４３ａが押圧される距離を長くすることができる。この結果、防水箱９に渦状に光ファイバ４３ａを配置すると、光ファイバ４３ａを防水箱９の中央に通すのに比べ、光ファイバ４３ａの光の損失が大きくなり、光パワーが更に低下するのでごく僅かな水位の変化も測定できる。
【００２６】
このように実施形態１の水位計システム１００は、光源１から入射する光が水底に敷設される光ケーブル４３を伝搬して全反射ミラー５に到達し、更に全反射ミラー５で反射される反射光が光ケーブル４３を伝搬して光パワーメータ２に到達し、光パワーメータ２で反射光の光パワーを測定することで、光ファイバ４３ａの光の損失を計測する。そして、この計測された光の損失が水位に比例するので、水位を測定することができる。このように、シンプルな構成とすることで、多数の機器で構成される水位計システムに比べ、汚染水などの水位を計測するときに必要とされる測定器としての堅牢性、汚染水などの浸食に対する耐食性、及び故障や劣化に対する信頼性に対する対策を低減することができ、更に高精度で高速に水位の計測ができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
本発明を実施するための第２の実施形態(以下、実施形態２という)の水位計システム２００について説明する。水位計システム２００の構成は、実施形態１における光ファイバ４３ａを覆う溝付きケーブル（以下、スロットケーブルという）２１０が設けられている以外は、実施形態１の水位計システム１００の構成に同じである。光ファイバ４３ａと全反射ミラー５を覆うスロットケーブル２１０の構造について、図８を用いて説明する。
【００２８】
図８（１）は、図８（２）の水位計システム２００のスロットケーブル２１０のＦ−Ｆ断面図である。図８（２）は、図８（１）のスロットケーブル２１０のＧ−Ｇ断面図である。図８に示すように、水位計システム２００のスロットケーブル２１０は、スロットケーブル２１０に幅が約１０ｍｍのスロット構造の溝１１（以下、スロット溝１１という）を形成し、そのスロット溝１１に光ファイバ４３ａ、凹凸基材１２、及び全反射ミラー５を収納している。また、スロットケーブル２１０は、表面を覆う表面素材１３、中心軸１４、及びスロット溝１１以外の部分である内部素材１５により形成されている。
【００２９】
光ファイバ４３ａと全反射ミラー５は、実施形態１に同じである。スロット溝１１は、スロットケーブル２１０の上部に形成される溝である。凹凸基材１２は、上面部分と下面部分からなり、その上面部分と下面部分で光ファイバ４３ａを挟んでいる。凹凸基材１２の上面部分は、水圧を光ファイバ４３ａに伝達し易い部材１２ａ（以下、水圧伝達部材１２ａという）とその下側の凹凸部１２ｂから形成されている。凹凸基材１２の下面部分は、水圧伝達部材１２ｃとその上側の凹凸部１２ｄから形成されている。表面素材１３は、スロットケーブル２１０の表面を被覆するためのもので、水圧が伝わり易い薄い素材である。中心軸１４は、スロットケーブル２１０の中心に通され軸とするためのもので、鋼のような硬い素材である。内部素材１５は、スロットケーブル２１０を形成するためにスロット溝１１の外側部分に注入される素材で、ポリエチレンなどの樹脂である。
【００３０】
このように、実施形態２の水位計システム２００は、光ファイバ４３ａの上面と下面を凹凸基材１２で挟み、スロットケーブル２１０の上部に形成したスロット溝１１に収納することで、水圧の小さな変化でも押圧が光ファイバ４３ａにかかるので、水位の小さな変化を計測することができる。また、光ファイバ４３ａと全反射ミラー５をスロットケーブル２１０のスロット溝１１に収納するので、汚染水などの水位を計測する場合でも、光ファイバ４３ａと全反射ミラー５を汚染水などによる浸食を防止できる。
【００３１】
尚、本発明の実施形態１と実施形態２は、シンプルな構成で１箇所の水位を計測することができる水位計システムとしたが、複数箇所の水位を計測できるよう適用させることも可能である。図９に実施形態１と実施形態２を複数箇所の水位を計測できるように適用した水位計システム３００の構成を示す。このような水位計システム３００において、光ケーブル４３に複数の光分岐カプラー１６を接続し、各々の光分岐カプラー１６と波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、及び波長選択性ミラー１７ｃを光ケーブル４４で接続する。また、光ファイバ４４ａの水圧かかる部分については、図８に示すような凹凸基材１２で挟み、波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、波長選択性ミラー１７ｃと凹凸基材１２については、水位を測定する水底に設置される図６に示すような防水箱９に収納する。このような構成とすることで、光サーキュレータ３から出力される光が複数の光分岐カプラー１６により分岐され、光ケーブル４４を伝搬して波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、波長選択性ミラー１７ｃに到達する。また、波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、波長選択性ミラー１７ｃによってそれぞれ反射する波長が異なっており、複数の波長の異なる反射光が光分岐カプラー１６と光サーキュレータ３を経由して光パワーメータ２に到達する。光パワーメータ２は、反射光の波長でどの光分岐カプラー１６を経由して来た光かを識別でき、また、水位を測定する水底に設置される防水箱９の光ファイバ４４ａにかかる水圧による光パワーの損失を計測することができるので、複数地点の水位が計測可能となる。波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、波長選択性ミラー１７ｃについては、光を反射するＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）とすることも可能である。
【００３２】
更に、実施形態１と実施形態２を複数箇所の水位を計測できるように適用した他の水位計システム４００の構成を図１０に示す。図１０に示す水位計システム４００は、図９に示す水位計システム３００における複数の光分岐カプラー１６を複数の光サーキュレータ１８に代え、波長選択性ミラー１７ａ、波長選択性ミラー１７ｂ、及び波長選択性ミラー１７ｃを全反射ミラー１９に代え、更に光ケーブル４３にＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃを設けている以外は、水位計システム３００の構成に同じである。このような構成の水位計システム４００では、光サーキュレータ３から出力される光が光ケーブル４３を伝搬して光サーキュレータ１８を通過すると、ＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃに到達する。ＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃは、所定の波長と同じ波長の光のみを反射する特性があるので、反射波長の異なるＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃを用いることでそれぞれ特定の波長の光を各々の光サーキュレータ１８に反射する。次いで、ＦＢＧ２０ａ、ＦＢＧ２０ｂ、及びＦＢＧ２０ｃの各々により反射された反射光は、光サーキュレータ１８から光ケーブル４４を伝搬して全反射ミラー１９に到達する。そして、全反射ミラー１９によって反射された反射光が、光ケーブル４４を伝搬し、光ケーブル４３に設けられた光サーキュレータ１８と光サーキュレータ３を経由して光パワーメータ２に到達する。光パワーメータ２は、反射光の波長でどの光サーキュレータ１８を経由して来た光かを識別でき、また、水位を測定する水底に設置される防水箱９の光ファイバ４４ａにかかる水圧による光パワーの損失を計測することができるので、複数地点の水位が計測可能となる。
【００３３】
以上のように、本発明の水位計システムによれば、シンプルな構成で水位を計測し、更に高精度で高速応答が可能な水位計システムを提供することができる。また、堅牢性、汚染水などの浸食に対する耐食性、及び故障や劣化に対する信頼性に対する対策を必要最小限にすることができるので、メンテナンスを極力行わないメンテナンスフリーとすることが可能になる。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・光源
２・・・光パワーメータ
３・・・光サーキュレータ
５・・・全反射ミラー
６・・・屈曲部
７・・・屈曲部
８・・・凹凸基材
８ａ・・基材
８ｂ・・凹凸部
９・・・防水箱
１０・・・光ケーブル
１１・・・スロット溝
１２・・・凹凸基材
１２ａ・・水圧伝達部材
１２ｂ・・凹凸部
１２ｃ・・水圧伝達部材
１２ｄ・・凹凸部
１３・・・表面素材
１４・・・中心軸
１５・・・内部素材
１６・・・光分岐カプラー
１７ａ・・波長選択性ミラー
１７ｂ・・波長選択性ミラー
１７ｃ・・波長選択性ミラー
１８・・・光サーキュレータ
１９・・・全反射ミラー
２０ａ・・ＦＢＧ
２０ｂ・・ＦＢＧ
２０ｃ・・ＦＢＧ
３１・・・ポート
３２・・・ポート
３３・・・ポート
４１・・・光ケーブル
４２・・・光ケーブル
４３・・・光ケーブル
４３ａ・・光ファイバ
４４・・・光ケーブル
４４ａ・・光ファイバ
１００・・・水位計システム
１１０・・・押圧構造
２００・・・水位計システム
２１０・・・スロットケーブル
３００・・・水位計システム
４００・・・水位計システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から入射する光を反射光として反射する反射手段と、
前記光と前記反射光を伝搬する光ファイバと、
前記反射光の光パワーを測定する光パワー測定手段と、前記光ファイバを挟む凹凸基材とを備えた
ことを特徴とする水位計システム。
【請求項２】
前記光ファイバ、前記反射手段及び前記凹凸基材が防水された収納箱に収納されていることを特徴とする請求項１に記載の水位計システム。
【請求項３】
前記光ファイバが渦巻き状の状態でかつ前記凹凸基材に挟まれた状態で前記収納箱に収納されていることを特徴とする請求項２に記載の水位計システム。
【請求項４】
前記収納箱の表面は、撓みが発生し易い素材で作られていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の水位計システム。
【請求項５】
光源と、
前記光源から入射する光を反射光として反射する反射手段と、
前記光と前記反射光を伝搬する光ファイバと、
前記反射光の光パワーを測定する光パワー測定手段と、
前記光ファィバを挟む凹凸基材と、
溝を有するケーブルを備え、
前記光ファイバ及び前記凹凸基材を前記溝に収納することを特徴とする水位計システム。
【請求項６】
前記反射手段を前記溝に収納することを特徴とする請求項５に記載の水位計システム。
【請求項７】
前記凹凸基材が水圧伝達部材で挟まれていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の水位計システム。
【請求項８】
前記ケーブルの表面は、撓みが発生し易い素材で作られていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の水位計システム。
【請求項１】
光源と、
前記光源から入射する光を反射光として反射する反射手段と、
前記光と前記反射光を伝搬する光ファイバと、
前記反射光の光パワーを測定する光パワー測定手段と、前記光ファイバを挟む凹凸基材とを備えた
ことを特徴とする水位計システム。
【請求項２】
前記光ファイバ、前記反射手段及び前記凹凸基材が防水された収納箱に収納されていることを特徴とする請求項１に記載の水位計システム。
【請求項３】
前記光ファイバが渦巻き状の状態でかつ前記凹凸基材に挟まれた状態で前記収納箱に収納されていることを特徴とする請求項２に記載の水位計システム。
【請求項４】
前記収納箱の表面は、撓みが発生し易い素材で作られていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の水位計システム。
【請求項５】
光源と、
前記光源から入射する光を反射光として反射する反射手段と、
前記光と前記反射光を伝搬する光ファイバと、
前記反射光の光パワーを測定する光パワー測定手段と、
前記光ファィバを挟む凹凸基材と、
溝を有するケーブルを備え、
前記光ファイバ及び前記凹凸基材を前記溝に収納することを特徴とする水位計システム。
【請求項６】
前記反射手段を前記溝に収納することを特徴とする請求項５に記載の水位計システム。
【請求項７】
前記凹凸基材が水圧伝達部材で挟まれていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の水位計システム。
【請求項８】
前記ケーブルの表面は、撓みが発生し易い素材で作られていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の水位計システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−３６７７５（Ｐ２０１３−３６７７５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１０７１（Ｐ２０１１−１７１０７１）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（３０３０４０５８５）株式会社オーシーシー (47)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（３０３０４０５８５）株式会社オーシーシー (47)
【Ｆターム（参考）】
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