(57)【要約】【課題】低コストで製造することができ、冠水しやすい道路複数箇所に設置して運用することが可能な水位センサーを提供する。【解決手段】本発明に係る水位センサー１００は、長手方向が鉛直方向に配される水位検出電極対１１０と、前記水位検出電極対１１０の下端と同じ高さに下端を有し、前記水位検出電極対１１０の長さより短い第１参照電極対１１１と、が２つの樹脂層の間に封止されてなることを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向が鉛直方向に配される水位検出電極対と、
前記水位検出電極対の下端と同じ高さに下端を有し、前記水位検出電極対の長さより短い第１参照電極対と、
が２つの樹脂層の間に封止されてなることを特徴とする水位センサー。
【請求項２】
２つの前記樹脂層の間に、
前記水位検出電極対の上端と同じ高さに下端を有し、前記第１参照電極対と長さが同じである第２参照電極対がさらに封止されてなることを特徴とする請求項１に記載の水位センサー。
【請求項３】
前記樹脂層の一方には粘着層が配されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水位センサー。
【請求項４】
前記樹脂層の他方には印刷が施されてなる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の水位センサー。
【請求項５】
前記水位センサーの水位は検出電極対の静電容量値に基づいて求めることができ、前記静電容量値は参照電極対の静電容量値に基づいて求めることができることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水位センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冠水しやすい道路における水位を検出する水位検出システムに用いられる水位センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、アンダーパスなどの道路は、台風や降雨の雨水等により構造上冠水しやすいことから、各自治体などにおいては、上記のような冠水しやすい道路における降雨時の水位を把握したい、というニーズが存在する。
【０００３】
このようなニーズに応えるために、例えば、特許文献１（特開２０１７−１８１０５４号公報）には、道路の水位を計測する水位計測装置であって、上方が開放された道路に設けられる水位計測ユニットと、前記水位計測ユニットから無線により情報が送信される通信集約ユニットとを備え、前記水位計測ユニットは、筒状体により囲まれると共に当該筒状体の取水口から流入する道路の水位を検出する電極部及び前記電極部により検出された水位情報を出力する出力部を有する静電容量式の水位計と、前記水位計の前記出力部から出力される水位情報を前記通信集約ユニットに送信する水位情報送信手段と、前記水位計と前記水位情報送信手段とにケーブルを介して電力を供給するバッテリーと、前記水位計の前記出力部、前記水位情報送信手段及び前記バッテリーを内部に収容するとともに、前記水位計の前記電極部よりも上方に配置される防水ケースとを有し、前記通信集約ユニットは、前記水位情報送信手段から送信された水位情報を受信する水位情報受信手段と、前記水位情報受信手段により受信した水位情報を公衆電気通信網を介してサーバーに送信する通信手段とを有する水位計測装置が提案されている。
【特許文献１】特開２０１７−１８１０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の水位計測装置は、水位を検出するセンサー部分には、筒状体３０により囲まれると共に当該筒状体３０の取水口３１から流入する道路１の水位を検出する電極部２１及び電極部２１により検出された水位情報を出力する出力部２２を有する水位計２０が用いられている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の水位計測装置においては、センサー部分の構造が複雑で、部品点数も多く、コストが高い、という課題があった。水位計測装置は、例えば自治体における冠水しやすい道路複数箇所に設置して運用する必要があるが、コストが高い水位計測装置を用いると、このような運用を行うことができない、という問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するものであり、本発明に係る水位センサーは、長手方向が鉛直方向に配される水位検出電極対と、前記水位検出電極対の下端と同じ高さに下端を有し、前記水位検出電極対の長さより短い第１参照電極対と、が２つの樹脂層の間に封止されてなることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る水位センサーは、２つの前記樹脂層の間に、前記水位検出電極対の上端と同じ高さに下端を有し、前記第１参照電極対と長さが同じである第２参照電極対がさらに封止されてなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る水位センサーは、前記樹脂層の一方には粘着層が配されることを特
徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る水位センサーは、前記樹脂層の他方には印刷が施されてなる。
【００１０】
また、本発明に係る水位センサーは、前記水位センサーの水位は検出電極対の静電容量値に基づいて求めることができ、前記静電容量値は参照電極対の静電容量値に基づいて求めることができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る水位センサーは、水位検出電極対と、第１参照電極対と、第２参照電極対と、が２つの樹脂層の間に封止されてなる構造であり、このような本発明に係る水位センサーによれば、低コストでセンサーを製造することが可能となる。また、このような安価な水位センサーを用いた水位検出システムは、冠水しやすい道路複数箇所に設置して運用することが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明に係る水位センサーによれば、粘着層によって電柱に貼着させるだけで簡単に設置を行うことが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明に係る水位センサーによれば、樹脂層を広報等に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る水位検出システム１の概要構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る水位検出システム１のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る水位センサー１００の電極の配置を説明する図である。
【図４】水位センサー１００の断面構造を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る水位センサー１００の表面側樹脂層１３２の利用例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る水位検出システム１の設置例を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態に係る水位センサー１００による水位検出を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態に係る水位センサー１００による水位検出を説明する図である。
【図９】第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の推移例を示す図である。
【図１０】第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の推移例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る水位検出システム１のデータ処理アルゴリズムのフローチャートを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る水位センサー１００による水位検出を説明する図である。
【図１３】データ通信部１８７から送信されるデータの構造例を示す図である。
【図１４】第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の推移例を示す図である。
【図１５】水位センサー１００を多段で用いた水位検出を示す図である。
【図１６】水位検出電極対１１０の等価回路を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る水位検出システム１の概要構成を示す図であり、図２は本発明の実施形態に係る水位検出システム１のブロック図である。
【００１６】
本発明に係る水位検出システム１は、雨水等が接触し、この水位を検出するセンサー部分である水位センサー１００と、当該水位センサー１００と第１コネクタ１５１を介して接続されるフラットケーブル１６０と、フラットケーブル１６０と第２コネクタ１７２を介して接続されるコントロールボックス１７０と、を有している。フラットケーブル１６０は、水位センサー１００とコントロールボックス１７０とを電気的に安定に接続する所定長を有するケーブルである。コントロールボックス１７０には、図２の１００で示す点線で囲まれた以外の構成が含まれる。
【００１７】
水位センサー１００は静電容量方式で、水位センサー１００に接触した雨水等の水位を検出する。ただし、水位センサー１００は水位を直接的に検出するものではない。水位センサー１００には、水位の算出に供される静電容量値を検出する水位検出電極対１１０と、水位の算出の際に較正のために参照される静電容量値を検出する第１参照電極対１１１と、第２参照電極対１１２とが２つの樹脂層間に封止された構造を有している。
【００１８】
図３は本発明の実施形態に係る水位センサー１００の電極の配置を説明する図である。本図は、封止に用いられる樹脂層の外形状に、電極を配して示した図である。なお、以下の各電極対はいずれも互いに平行であり、同じ幅（長手方向に対して紙面内において直交する方向の長さ）を有している。また、電極対の間には容量素子が形成される。電極対をなす一方の電極は静電容量の測定電極として、また、他方は駆動電極として用いられる。
【００１９】
電極対の間に形成される容量素子の静電容量は、測定電極及び駆動電極（電極対）の表面積と、電極間距離と、誘電率とで定まる。誘電率は、空気の誘電率に対して液体（水）の誘電率が十分に大きい。したがって、測定電極及び駆動電極との間の静電容量は、液面に浸漬している表面積、つまり各電極対の下端から液面レベルまでの長さに略比例する。
【００２０】
本発明に係る水位センサー１００の水位検出電極対１１０は、長手方向を有しており、水位センサー１００はこの長手方向を鉛直方向と平行として用いることが想定されている。これにより、水位センサー１００の下端部１０２から上端部１０３へと上昇する水位に基づく静電容量値を取得する。
【００２１】
この長手方向に沿ったｚ座標を仮定し、水位検出電極対１１０の下端をｚ＝０ｃｍとする。本実施形態では、水位検出電極対１１０の上端はｚ＝２５ｃｍである。すなわち、水位検出電極対１１０の長さは２５ｃｍに設定されている。水位検出電極対１１０の長さがこれに限定されるわけではないが、道路の冠水による水位を計測するためには実務的に好適な長さである。
【００２２】
第１参照電極対１１１は、水位検出電極対１１０の下端と同じ高さに下端を有し、水位検出電極対１１０の長さより短い構成となっている。本実施形態では、第１参照電極対１１１の下端はｚ＝０ｃｍであり、上端はｚ＝１ｃｍである。すなわち、第１参照電極対１１１の長さは１ｃｍに設定されている。
【００２３】
ただし、第１参照電極対１１１の長さがこれに限定されるものではない。また、水位検出電極対１１０の幅と、第１参照電極対１１１の幅とは等しく設定することは、静電容量値に基づいた水位の算出が簡便となりより好ましいが、必須ではない。
【００２４】
第２参照電極対１１２は、水位検出電極対１１０の上端と同じ高さに下端を有している。本実施形態では、第２参照電極対１１２の下端はｚ＝２５ｃｍであり、上端はｚ＝２６ｃｍである。すなわち、第２参照電極対１１２の長さは１ｃｍに設定されている。第２参照電極対１１２の長さは、第１参照電極対１１１の長さと等しく設定されている。
【００２５】
また、第１参照電極対１１１の幅と、第２参照電極対１１２の幅は等しいので、第１参照電極対１１１で検出される静電容量値と、第２参照電極対１１２で検出される静電容量値とを同列的に扱うことができる。なお、第２参照電極対１１２の長さも１ｃｍに限定されるものではない。
【００２６】
導電ライン１１５は、水位検出電極対１１０及び第１参照電極対１１１及び第２参照電極対１１２の各電極対それぞれに対して設けられている。これらの導電ライン１１５は、各電極対から導電ライン引き出し端部１０５へと導電部を導いている。導電ライン引き出し端部１０５においては、各導電ライン１１５は、第１コネクタ１５１の導電部（不図示）と電気接続がなされている。
【００２７】
各電極対、導電ライン１１５は、例えば、銅などの導電性材料が貼り付けられた樹脂層において、導電性材料を部分的にエッチングして形成することができる。
【００２８】
図４は水位センサー１００の断面構造を示す図である。より具体的には水位センサー１００における図３のＸ−Ｘ’に相当する箇所の断面をきってみた図である。
【００２９】
水位検出電極対１１０や導電ライン１１５は、基材樹脂層１３４の一方の主面に設けられている。基材樹脂層１３４の他方の主面にはグランド電極１２０が設けられている。このグランド電極１２０は図３においては点線で示されている。このようなグランド電極１２０が設けられているために、水位センサー１００においては、一方の主面に接触する水に基づく静電容量のみを勘案すればよい。
【００３０】
上記のように水位検出電極対１１０や導電ライン１１５が一方の主面に、グランド電極１２０が他方の主面に設けられた基材樹脂層１３４は、ホットメルト層が設けられた裏面側樹脂層１３１及び表面側樹脂層１３２によってサンドイッチされ、加熱加圧されることで、各電極対や導電ライン１１５が封止される。前記ホットメルト層が融けて形成された層を、融着樹脂層１３５として称している。
【００３１】
裏面側樹脂層１３１、表面側樹脂層１３２、基材樹脂層１３４には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、ポリエステル、ナイロン、液晶ポリマなど、吸水率の低い絶縁部材を用いることができる。
【００３２】
表面側樹脂層１３２は、本発明に係る水位センサー１００において水位を計測するためのセンシング面として機能するが、その他の機能を付与することもできる。図５は本発明の実施形態に係る水位センサー１００の表面側樹脂層１３２の利用例を示す図である。図５では、表面側樹脂層１３２に「災害時避難場所  ○△□小学校」の印刷を施すことによって、広報の利用に供している例を示している。水位センサー１００は例えば、電柱等に取り付けて利用することを想定している。このような場合、表面側樹脂層１３２のスペースを広報用として有効に活用することが可能となる。
【００３３】
上述したように、本発明に係る水位センサー１００は電柱等の街中に既設されている柱状の構造物に取り付けられることが想定されている。このために、裏面側樹脂層１３１側には粘着層１４０が設けられている。図６は本発明の実施形態に係る水位検出システム１の設置例を説明する図である。水位センサー１００は電柱等の構造物の下方側に当該粘着層１４０を利用して貼り付けられる。一方、フラットケーブル１６０を介して水位センサー１００に接続されているコントロールボックス１７０は、例えば締結バンド１７５などによって、電柱等の構造物の上方側に取り付けられる。
【００３４】
以上のような本発明に係る水位センサー１００によれば、低コストでセンサーを製造す
ることが可能となる。また、このような安価な水位センサー１００を用いた水位検出システム１は、冠水しやすい道路複数箇所に設置して運用することが可能となる。
【００３５】
さらに、本発明に係る水位センサー１００によれば、粘着層１４０によって電柱等に貼着させるだけで簡単に設置を行うことが可能となる。
【００３６】
さらに、本発明に係る水位センサー１００によれば、表面側樹脂層１３２を広報等に利用することが可能となる。
【００３７】
上記のように構成されてなる本発明に係る水位センサー１００と接続されているコントロールボックス１７０の詳細について、図２のブロック図を参照しつつ説明する。
【００３８】
図２において、主制御部１８０は例えばマイクロコンピューターなどであり、接続される各構成に対して制御指令を送信したり、データを受信したり、演算処理を実行したりするものである。主制御部１８０は、少なくとも、電極駆動回路１８５及びデータ通信部１８７に対してオンオフ指令の制御信号を送信することができるようになっている。
【００３９】
電極駆動回路１８５は、水位検出電極対１１０、第１参照電極対１１１、第２参照電極対１１２それぞれの一方の駆動電極に対して、所定の電圧（「駆動信号」とも言う）を印可するものである。電極駆動回路１８５はこのような駆動信号を、それぞれの電極対に対して選択的に印可することができるようになっている。すなわち、電極駆動回路１８５は、例えば、第１参照電極対１１１のみに駆動信号を印可し、水位検出電極対１１０及び第２参照電極対１１２に対する駆動信号の印可を停止したり、或いは、水位検出電極対１１０、第１参照電極対１１１、第２参照電極対１１２の全てに対して駆動信号を印可したりすることができるようになっている。
【００４０】
主制御部１８０は、水位検出電極対１１０、第１参照電極対１１１、第２参照電極対１１２で検出され、不図示のＡＤ変換回路でデジタル化された静電容量データ（それぞれ「水位電極静電容量値」、「第１参照電極静電容量値」、「第２参照電極静電容量値」とも言う）を受信する。主制御部１８０は、受信した各静電容量データを不揮発性の記憶素子であるデータ記憶部１８６に記憶する。
【００４１】
データ通信部１８７は、無線によってデータを送受することが可能なものであり、主制御部１８０によって制御されるようになっている。このデータ通信部１８７には、ＷＷＡＮを用いることができる。本発明に係る水位検出システム１では、このデータ通信部１８７によって、主として電極対で検出された静電容量データを、不図示のサーバーなどの情報収集手段に送信することが想定されている。当該サーバーにおいては、受信した静電容量データに基づいて、水位検出システム１が設置されている各所における水位を算出する。
【００４２】
バッテリー１８３は、主制御部１８０、電極駆動回路１８５、データ記憶部１８６、データ通信部１８７に対して電源を供給するものである。本発明に係る水位検出システム１では、このようなバッテリー１８３を設けることで、商用電源を利用できない箇所にも設置することが可能となる。一方で、バッテリー１８３を採用することで交換作業などの保守が必要となる。このような保守作業の頻度は可能な限り少なくすることが好ましいので、本発明に係る水位検出システム１では、バッテリー１８３の容量を可能な限り節約するような制御処理が採用されている。
【００４３】
次に、以上のように構成される水位検出システム１のデータ処理について説明する。図７及び図８は本発明の実施形態に係る水位センサー１００による水位検出を説明する図で
ある。図は雨水による水位を計測するために設置された水位センサー１００を模式的に示したものである。
【００４４】
また、図７及び図８などにおいては、水位センサー１００における水位検出電極対１１０、第１参照電極対１１１、第２参照電極対１１２が透過的に示されている。
【００４５】
図７は非降雨時で雨水が存在していない状態を示している。本発明に係る水位検出システム１では、バッテリー１８３の容量の節約のために、非降雨時においては、第１参照電極対１１１のみを駆動して、その静電容量をモニターするようになっている。すなわち、非降雨時においては、水位検出電極対１１０、第２参照電極対１１２は駆動せず、これらの静電容量を取得しないようになっている。
【００４６】
図９は、図７に示される状態での第１参照電極静電容量値の推移例を示している。図９などの図において、横軸は時間を示しており、縦軸はｐＦ単位の第１参照電極静電容量値を示している。ここで、第１参照電極静電容量値をＣr1と記す。図９に示すように、非降雨時においては、第１参照電極静電容量値Ｃr1は、ほぼ一定の値をとる。
【００４７】
図８は、降雨が始まり雨水がたまりだし、所定の水位が形成されつつある状態を示している。このような状態における第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の推移例を図１０に示す。
【００４８】
雨水の水位の上昇に伴い、図中（Ａ）のタイミングで第１参照電極対１１１の下端に水位がさしかかると、第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の値は徐々に上昇していく。
【００４９】
さらなる水位の上昇に伴い、水位が第１参照電極対１１１の上端を通過し、第１参照電極対１１１が完全に水没してしまう図中（Ｂ）のタイミング以降は、第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の値はほぼ変更することがない。
【００５０】
本発明に係る水位検出システム１では、第１参照電極対１１１が完全に水没する（Ｂ）のタイミングを検知するようにしている。そして、これを検知すると、水位検出電極対１１０や第２参照電極対１１２による静電容量データの取得を開始し、それに伴いデータ通信部１８７からのデータ送信も開始するようにしている。このように本発明に係る水位検出システム１においては、第１参照電極対１１１の完全水没以降のタイミングとなりはじめて、水位の検出・送信に必要な全ての機能を実行するようにしているので、バッテリー１８３の容量を節約することが可能となる。
【００５１】
なお、水位検出システム１において、データ通信部１８７による電力の消費割合は特に高く、非降雨時において、基本的にデータ通信部１８７を停止するようにしておくことで、効果的にバッテリー１８３の容量を節約することができる。
【００５２】
次に、上記のような（Ｂ）のタイミングを検知するためのデータ処理の一例について説明する。図１１は本発明の実施形態に係る水位検出システム１のデータ処理アルゴリズムのフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、主制御部１８０によって実行されるものである。
【００５３】
ステップＳ１００でデータ処理が開始される。このようなデータ処理の開始は、例えば、バッテリー１８３の交換直後などのタイミングである。
【００５４】
ステップＳ１０１では、第１参照電極対１１１から第１参照電極静電容量値（Ｃr1）を取得し、ステップＳ１０２では、データ記憶部１８６にこれを記憶する。
【００５５】
続く、ステップＳ１０３では、データ記憶部１８６に記憶された静電容量値に基づきＡｖｇ１（Ｃr1）、Ａｖｇ２（Ｃr1）、Ａｖｇ３（Ｃr1）を算出する。
【００５６】
Ａｖｇ１（Ｃr1）は、現在の時間からＴ1時間前までの、第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の平均値であり、また、Ａｖｇ２（Ｃr1）は、現在の時間からＴ2時間前までの、第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の平均値であり、また、Ａｖｇ３（Ｃr1）は、現在の時間からＴ3事件前までの、第１参照電極静電容量値（Ｃr1）の平均値である。ここで、Ｔ1＜Ｔ2＜Ｔ3である。（Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3のおよその時間の目安については、図９、図１０を参照
。）
続いて、ステップＳ１０４では、
｜Ａｖｇ１（Ｃr1）−Ａｖｇ２（Ｃr1）｜＜δ
かつ
Ａｖｇ１（Ｃr1）−Ａｖｇ３（Ｃr1）＞ΔＣ
を満足するか否かが判定される。
【００５７】
ここで、δは微小な値であり、Ａｖｇ１（Ｃr1）の値も、Ａｖｇ２（Ｃr1）の値もほぼ差異がないことを確認するために用いられる値である。
【００５８】
｜Ａｖｇ１（Ｃr1）−Ａｖｇ２（Ｃr1）｜＜δが満たされる場合、Ａｖｇ１（Ｃr1）の値も、Ａｖｇ２（Ｃr1）の値もほぼ差異がないことを意味している。
【００５９】
また、ΔＣは所定の定数であり、Ａｖｇ１（Ｃr1）とＡｖｇ３（Ｃr1）との差分の値でみて、第１参照電極対１１１が完全に水没したものと断定するための値である。ΔＣの値は、Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3の時間の長さ設置で変わり得るものであるが、ΔＣの値のイメージが
図１０に示されている。
Ａｖｇ１（Ｃr1）−Ａｖｇ３（Ｃr1）＞ΔＣが満たされる場合、第１参照電極静電容量値（Ｃr1）に所定以上の上昇があったことを意味している。
【００６０】
図９に示すように第１参照電極静電容量値（Ｃr1）が推移している場合は、ステップＳ１０４における判定がＮＯとなる。ステップＳ１０４における判定がＮＯの場合には、ステップＳ１０１に戻る。
【００６１】
一方、図１０に示すように第１参照電極静電容量値（Ｃr1）が推移している場合は、ステップＳ１０４における判定がＹＥＳとなる。この場合は、ステップＳ１０５に進み、水位検出電極対１１０に対する電極駆動回路１８５をオンとし、水位検出電極対１１０による検出を開始する。さらに、ステップＳ１０６に進み、第２参照電極対１１２に対する電極駆動回路１８５をオンとし、第２参照電極対１１２による検出を開始する。
【００６２】
次のステップＳ１０７においては、第１参照電極対１１１から第１参照電極静電容量値（Ｃr1）、水位検出電極対１１０から水位検出電極静電容量値（Ｃ0という）、第２参照
電極対１１２から第２参照電極静電容量値（Ｃr2という）を取得し、これらの各データを、オンとしたデータ通信部１８７によって前記のサーバーに対して送信する。
【００６３】
ステップＳ１０７における静電容量値の計測は、第１参照電極対１１１が水没した以降の、例えば図１２に示すような状況が想定されるものである。このような状況では、水位検出電極対１１０は長さ（ｘ）の水没部を有し、長さ（２５−ｘ）の非水没部を有した状態で、水位検出電極静電容量値（Ｃ0）が出力される。このときサーバー側では、水没部
のｘの較正のために、第１参照電極静電容量値（Ｃr1）を用い、また、非水没部の（２５−ｘ）の較正のために、第２参照電極静電容量値（Ｃr2）を用いて、水位に関連するｘを
算出するようになっている。
【００６４】
なお、降雨下では、水位検出電極対１１０の非水没部には、雨滴が付着している状態が想定されるが、そのことは第２参照電極対１１２についても同様であるので、第２参照電極対１１２による第２参照電極静電容量値（Ｃr2）が前記のような較正に用いることができるのである。
【００６５】
ここで、本発明に係る水位検出システム１において、水位検出電極静電容量値（Ｃ0）
、第１参照電極静電容量値（Ｃr1）、第２参照電極静電容量値（Ｃr2）を用いて、水位に関連するｘを算出する原理について説明する。図１６は水位検出電極対１１０の等価回路を説明する図である。
【００６６】
水位検出電極対１１０が水没している部分ｘの静電容量をＣ1とし、水位検出電極対１
１０が水没していない部分（２５−ｘ）の静電容量をＣ2とすると、水位検出電極静電容
量値Ｃ0は、静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2と並列接続とみることができるので、
Ｃ0＝Ｃ1＋Ｃ2・・・・（１）
計測される水位検出電極静電容量値Ｃ0は、ｘの関数Ｃ0＝Ｃ0（ｘ）であり、このＣ0（ｘ）は、
ε1：水没部の単位長さ［ｃｍ］当たりの電極間の誘電率
ε2：非水没部の単位長さ［ｃｍ］当たりの電極間の誘誘電率
とすると、
Ｃ0（ｘ）＝ ＝ε1ｘ＋ε2（２５−ｘ）・・・・（２）
が成立する。
【００６７】
誘電率ε1は第１参照電極静電容量値（Ｃr1）に基づいて求めることができ、誘電率ε2は第２参照電極静電容量値（Ｃr2）に基づいて求めることができ、さらにＣ0（ｘ）は計
測することができるので、（２）を解くことによって、水位検出電極対１１０の水没部の長さｘを算出することができる。
【００６８】
なお、本実施形態においては、第２参照電極対１１２を設けて第２参照電極静電容量値Ｃr2を計測し、これに基づいて誘電率ε2を算出しているが、第２参照電極対１１２は基
本的に空気中に露出しているだけであると考え、仮に誘電率ε2が一定であるものとする
と、第２参照電極対１１２を省略することも可能である。本発明においては、このように第２参照電極対１１２が省略された実施形態もその範疇に含まれるものである。
【００６９】
誘電率（比誘電率）とは、気体、液体、固体を問わず、媒質の持つ基本的な電気的定数である。
【００７０】
真空状態の誘電率εは１．０である。空気の場合はε2≒１．０であり、水の場合はε1≒８０．４（２０℃）の誘電率を有している。
【００７１】
拠って、水没している部位と水没していない部位において、誘電率が約８０倍異なるので、静電容量測定を通じて誘電率の変化による水位の測定が可能になる。
【００７２】
一方、水は温度により誘電率が変化するので正確に水位を測定するには何らかの補正手段が必要である。本実施例では第１参照電極を用いてε1を補正している。しかし、空気
の場合の誘電率ε2は、温度依存性が少ないので補正を省くこともできる。
【００７３】
ただし、第２参照電極対１１２を設けた実施形態に依れば、浸水水位に係る情報に加えて降雨中であるか否かの情報なども取得することが可能である、というメリットはある。
【００７４】
ステップＳ１０７では、さらに、取得した静電容量値（静電容量データ）を、データ通信部１８７からサーバー側に送信する処理も実行される。その際、送信されるデータについて説明する。図１３はデータ通信部１８７から送信されるデータＤ0の構造例を示す図
である。
【００７５】
データ通信部１８７から送信されるデータＤ0には、データＤ1  「自機ＩＤデータ（ＸＸＸＸＸ）」が含まれている。それぞれの水位検出システム１に対しては、唯一無二のＩＤがふられており、データＤ1  にはこのＩＤが記述されている。これにより、前記のサ
ーバー側では、どの場所に設置された水位検出システム１から送信された情報であるのかを把握することができる。
【００７６】
また、データ通信部１８７から送信されるデータＤ0には、データＤ2  「日付データ（ｙｙｙｙ／ｍｍ／ｄｄ）」、データＤ3  「時間データ（ｈｈ：ｍｍ：ｓｓ）」が含まれ
ている。ステップＳ１０７において、水位検出電極対１１０、第１参照電極対１１１、第２参照電極対１１２からデータ取得する頻度は、例えば、１分に１回程度の頻度とすることができる。このために、データ通信部１８７から送信されるデータには、このような日付データＤ2時間データＤ3が含まれる。
【００７７】
また、データ通信部１８７から送信されるデータＤ0には、データＤ4  「第１参照電極静電容量データ（Ｃr1）」、データＤ5  「水位検出電極静電容量データ（Ｃ0）」、データＤ6  「第２参照電極静電容量データ（Ｃr2）」が含まれている。これらのデータによ
り、前記のサーバーでは、水位検出システム１が設置されている場所における水位を算出することが可能となる。
【００７８】
ステップＳ１０８においては、｜Ａｖｇ１（Ｃr1）−Ａｖｇ２（Ｃr1）｜＜δ1である
か否かが判定される。ここで、δ1は微小な値であり、Ａｖｇ１（Ｃr1）の値も、Ａｖｇ
２（Ｃr1）の値もほぼ差異がないことを確認するために用いられる値である。
【００７９】
｜Ａｖｇ１（Ｃr1）−Ａｖｇ２（Ｃr1）｜＜δ1が満たされる場合、Ａｖｇ１（Ｃr1）
の値も、Ａｖｇ２（Ｃr1）の値もほぼ差異がないことを意味している。このステップでは、図１４のように水位が減少して、第１参照電極対１１１が水没しない状態となったか否かを判定している。
【００８０】
ステップＳ１０８における判定結果がＮＯであれば、雨水の水位が引いていないことを意味しているので、ステップＳ１０７に戻り、全ての電極対による計測を継続する。
【００８１】
一方、ステップＳ１０８における判定結果がＹＥＳであれば、雨水の水位が引いて、第１参照電極対１１１が水没状態から脱したことを意味する。この場合、続いて、ステップＳ１０９に進み、水位検出電極対１１０及び第２参照電極対１１２による検出を停止（すなわち、電極駆動回路１８５による水位検出電極対１１０及び第２参照電極対１１２に対する駆動電圧の印加停止）し、さらにデータ通信部１８７からのデータ送信も停止する。
【００８２】
以上のように、本発明に係る水位検出システム１によれば、非降雨時で水位が０である際には、検出が不要な電極対に対する給電を行わず、バッテリー１８３の容量の消費を抑制することができ、バッテリー１８３の交換のための保守作業の頻度を抑制することが可能となると共に、降雨時にバッテリー１８３の容量が使い尽くされ水位情報を取得できなくなる確率を抑制することも可能となる。
【００８３】
さらに、本発明に係る水位検出システム１によれば、バッテリーの容量の消費が激しい
データ通信部１８７の駆動を、降雨時のみに限定することができ、さらなるバッテリー１８３の容量の消費抑制を実現できる。
【００８４】
なお、図１１に示したフローチャートにおいては、水位検出電極対１１０や第２参照電極対１１２が水没してしまうことは想定していない。しかしながら、水位検出電極対１１０や第２参照電極対１１２が水没する可能性があるような場合には、それぞれの電極対において、図１０に示すような静電容量データの推移を検知することで、それぞれの水没を把握することが可能である。
【００８５】
また、水位検出システム１の設置箇所において、２５ｃｍ以上の水位上昇が予想されるような場合には、水位センサー１００を多段で用いるようにすることができる。図１５は水位センサー１００を多段で用いた水位検出を示す図である。すなわち、下方側に設けられた水位センサー１００における水位検出電極対１１０の上端の高さが、上方側に設けられた水位センサー１００’における水位検出電極対１１０’の下端の高さと等しくなるように配置することにより、２５ｃｍ以上の水位の計測が可能となる。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・水位検出システム
１００・・・水位センサー
１０２・・・下端部
１０３・・・上端部
１０５・・・導電ライン引き出し端部
１１０・・・水位検出電極対
１１１・・・第１参照電極対
１１２・・・第２参照電極対
１１５・・・導電ライン
１２０・・・グランド電極
１３１・・・裏面側樹脂層
１３２・・・表面側樹脂層
１３４・・・基材樹脂層
１３５・・・融着樹脂層
１４０・・・粘着層
１５１・・・第１コネクタ
１６０・・・フラットケーブル
１７０・・・コントロールボックス
１７２・・・第２コネクタ
１７５・・・締結バンド
１８０・・・主制御部
１８３・・・バッテリー
１８５・・・電極駆動回路
１８６・・・データ記憶部
１８７・・・データ通信部
【図１】
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【図２】
2020003308.tif 000004
【図３】
2020003308.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020003308.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020003308.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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