(57)【要約】【課題】測定スパンが数１０ｍ以上のダム水位、深井戸の水位測定はフロート式水位計または圧力式水位計によっている。これらの水位を高精度、非接触方式で測定することが課題である。【解決手段】従来の非接触水位計として超音波式水位計、電波式水位計は超音波、電波の放射角度が広く距離が長い水位測定が困難であった。消波管内の水面に浮かべたフロートにレーザー光を投射し、反射によるレーザーをレーザー距離計で測定するレーザー式水位計により解決した。本レーザー式水位計は斜め擁壁に設置した消波管内の水位測定、測定スパンの小さい水路の水位測定にも利用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）測定水面下に内部が空胴の消波管を設けレーザー距離計を消波管の上部に配置して、消波管の中にレーザー距離計より送波レーザー光を送出する。
（ロ）消波管の内部の水面にフロートを浮力で浮かべておく、フロートは水面の上下によって水面と同じ距離を上下する。
（ハ）送波レーザー光はフロートに投射され、その反射をレーザー距離計で受信してフロートまで距離を求める。
（ニ）フロートは磁性を有する構成とし、フロートの保守時において、消波管上部からワイヤ付き磁石を管内に降下させフロートを磁力で吸引してワイヤを引き上げてフロートを消波管の上部から取り出しができるものとする。
以上の方法と構成よりなるレーザー式水位計
【請求項２】
請求項１によるレーザー式水位計において、消波管を垂直に対して斜めに設置した時に消波管内のフロートの上面が常に消波管中心軸に対して、浮力により直角になるように、フロート内部の質量分布を調整したレーザー式水位計
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】本発明は測定水面にセンサー部を接触させないで、センサー部と水面間の障害物の影響をうけることなく水面の高さを高精度で測定するレーザー式水位計を提供するものである。直進性の良いレーザー光を利用するために、ダム貯水池等の深い水位までの測定が高精度で可能である。水位計取付上の制約が小さく、ため池などの斜め擁壁にも取付可能である。
【背景技術】
【０００２】レーザーを用いた距離計またはレーザー測長システムとして、下記の方法等が実用化されている。
（１）光レーダーレーザーレベル計
この方法には光パルス法と位相差検出法がある。
光パルス法は狭いパルス状のレーザー光を測定対象物に投射して、発射時と反射波到達  時の時間を測定することによって測定対象物までの距離を求めるものである。この方法  はＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）法とも呼ばれている。
位相差検出法は周波数変調したレーザー光の送受信波の位相差が伝搬時間に比例するこ  とを利用して距離を測定する。
送信器から変調周波数により振幅変調したレーザー光を発射して、測定対象物から乱反  射して戻ってきた波と送信波の位相差を測定する。
（２）三角測量レーザーレベル計
三角測量の原理を応用したもので、測定対象物に送信波を垂直に照射して測定対象物ま  での距離によって、乱反射して戻ってくる受信波の角度が変化することを利用したもの  である。受信波の角度はラインセンサー型のＣＣＤなどで検出する。
これら（１）光レーダーレーザーレベル計、（２）三角測量レーザーレベル計は、測定  対象物が水面のためレーザーが反射しないなどの理由で河川、ダム、貯水地などの水位  計としてほとんど応用されていない。
本発明では、これら既知のレーザー距離計、レーザー測長システムを消波管、フロート  および磁力を用いたフロート引上げ装置と組合せてレーザー式水位計を構成するもので  ある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】従来、河川、ダム、貯水地などの水位計には、機械的な方法としてフロート式が使用されている。この方式は水面の上昇下降にしたがつて上下するフロートに取付けたワイヤを巻き込むリールの回転角度から水位を換算するもので水位計測精度として±１ｃｍ程度が得られるが、土木構造物として大きな測水筒を必要とする。このために最近ではダム、大河川などの他はあまり使用されていない。
測定水面に接触して測定する接触式水位計として水圧式水位計が多く使用されている。
この方式は水深に比例した水圧を感圧素子で測定するもので、大気圧と比較して測定するために大気開放チューブを必要とし、このチューブから感圧部に湿気が入ったり、感圧部が河川等の土砂に埋もれると測定誤差の原因となる。このため、経年的な安定性が課題となっている。
非接触水位計としては超音波式水位計と電波式水位計が用いられている。
これらは、水面にセンサー部が接触しないために、経年的に安定な測定ができる。
しかし、超音波式、電波式ともセンサーからの距離によって、放射角度が広がり、放射角度内に超音波または電波を遮蔽する障害物が存在すれば使用できない等の理由により、実用的に測定できる水位は２０ｍ程度である。
なお、電波式は超音波式に比較して測定精度が良く、測定スパンに関係なく±１ｃｍの精度が得られる。
本発明のレーザー式水位計はフロート式のように規模の大きい測水筒を必要とせず、水圧式水位計のように経年的な測定精度劣化の問題がなく、超音波式または電波式のように測定水深の制限がない水位計である。
また、測定精度はレーザーを用いた距離計またはレーザー測長システムと同等とすることが期待できる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】測定水面下に内部が空胴の消波管を設置する。レーザー距離計を消波管の上部に設置し、消波管の中にレーザー距離計より送波レーザー光を送出する。
消波管内部の水面にフロートを浮力で浮かべておく、フロートは水面の上下によって水面と同じ距離を上下する。送波レーザー光はフロートにあたり、その反射をレーザー距離計で受信してフロートまで距離を求める。
フロート上端と水面との距離はフロートの浮力によって、常に一定に保たれているため、フロート上端と水面との距離をレーザー距離計で測定した距離に加えることにより、レーザー距離計と水面の距離を正確に求めることができる。
消波管は水面の波浪によりフロートの上下を押さえる機能とレーザー距離計とフロート間に障害物が入り込まないようにする機能を有するものとする。
また、消波管には水の浸入、排出および砂塵の排出用の複数の小孔またはメッシュ状の孔を設けるものとする。
フロートは部分的に磁性体によって構成し、保護管上部から保護管内にワイヤ付き磁石を垂らしてフロートを吸引して外部に引きあげて保守できるものとする。【０００５】ダム、河川、調整池において水位測定個所の擁壁が垂直でなく、傾斜のある擁壁の場合には消波管を垂直に対して斜めに設置する必要がある。この場合、消波管内フロートの上面が常に消波管中心軸に対して直角とし、消波管が垂直の場合と同様にレーザー光を反射するようにする必要がある。
本発明では、消波管の垂直から傾き角度に応じてフロートの内部の質量分布を調整することによりフロートの浮力により、常にフロート上面が消波管中心軸に対して直角になるようにしている。
【発明の効果】
【０００６】従来の水位計の課題を解決することにより得られる効果は以下による。
第１に、従来の機械式のフロート式水位計のように浮力とバランスしてワイヤを巻き込むリール機構などが不要のために、フロート式水位計設置のために必要な口径の大きい測水筒が不要である。
第２に、水圧式水位計のように感圧部を水中に沈めて使用する接触式でないために、長期に亘って安定な測定ができる。
第３に、レーザー式水位計の送信レーザービームは超音波式または電波式水位計のように送信超音波、送信電波ビームに比べて放射角度が小さく直進性に優れているために、大きな測定スパンが確保できる。
第４に、測定精度は送受信器としてレーザー距離計と同様の精度が期待でき、従来方式で最も高精度である電波式水位計の精度と同等の精度が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】本発明の基本構成を図１および図２に示す。図１は測定時の構成を示す。図２は保守時においてフロートを引き上げる状態の構成を示す。
図３は１３消波管中心軸を測定水面に対して垂直ではなく、垂直に対して角度θで設置した場合に１４フロート上面が１３消波管中心軸に対して、常に直角になるように構成した場合の構成を示す。
測定時の構成は６送信器、７受信器、８保護ケース、１０処理回路  等により構成するレーザー距離計、３消波管、２フロートにより構成する。
保守時の構成は３消波管、２フロート、１１磁石、１２フロート引き上げ用ワイヤにより構成する。【０００８】測定時はレーザー距離計の６送信器より、狭いビームの４送波レーザー光を２フロートに向けて放射する。フロートの上面で反射した５反射レーザー光をレーザー距離計の７受信器で受信する。レーザー距離計の１０処理回路によって４送波レーザー光、５反射レーザー光は処理されて、処理回路より９水位出力信号を出力する。【０００９】保守時において。フロートを引き上げて点検を行う必要がある場合のフロートの引き上げ方法を図２に示す。２フロートの一部分または全体を磁性体により構成する。まず、図１の３消波管の上部に固定設置しているレーザー距離計をとりはずす。つぎに、図２に示す１１磁石を取りつれた１２フロート引き上げ用ワイヤを１１磁石の重力によって２消波管内に２フロートに密着するまで降ろす。密着状態で１１磁石と２フロートが磁力で吸着した状態で１２フロート引き上げ用ワイヤを引き上げて、３消波管の上部で２フロートを回収する。点検保守が終了したフロートを水面に戻す方法は２種類の方法がある。第１は３消波管の上部より消波管内に自然落下させる方法である。第２は図２において１１磁石を電磁石とし、引き上げ時と同様に２フロートを１１磁石に吸着した状態で１２フロート引き上げ用ワイヤを徐々に伸ばし、３消波管の中に２フロートを降ろし、フロートが水面近くに達した時に１１磁石の磁力の電源を断にすることにより開放して１１磁石を２フロートと引き離す方法である。【００１０】図３は１３消波管中心軸を垂直ではなく、垂直に対してθの角度に傾けて設置した場合である。レーザー距離計より発射した送波レーザー光を効率良く受信器に向けて反射させるためには、１４フロート上面と１３消波管中心軸がなす角度は常に、直角になるようにフロート内の質量分布を調整する。
すなわち、１３消波管中心軸を垂直に対して角度θとした場合、フロート内の質量分布を調整することで、フロートが垂直軸に対して角度θだけ回転して浮力のバランスを保ち、図３において、１３消波管中心軸と１４フロート上面の角度を直角に保つことができる。
【実施例１】
【００１１】図４はフロート上部に方向性の反射材料を配置した場合の実施例である。一般にフロートの上部は４送波レーザー光を効率良く反射するために、反射部分は白色等として反射率の良い処理を行うが図４はフロート上部に１５方向性反射材料を配置して、５反射レーザー光を４送波レーザー光の方向に反射させるようにした例である。１５方向性反射材料から反射した５反射レーザー光は４送波レーザー光と同一方向に対して狭い１６反射角で反射し７受信器で効率良く受信できる。１５方向性反射材料は小さなプリズムを多数並べてシート状としたものが実用化されている。
また、３消波管は鋼管、塩化ビニル管などが用いられるが管の内面が光学的な反射率が大きい場合、反射を小さくするために黒色塗装処理を行い、反射率を小さくする。
【実施例２】
【００１２】図５は水深が浅く、１測定水面が水路底面に近い場合の実施例である。３消波管の周辺の１９水路底面に２０水路底面落ち込み部を作り、３消波管下部を２０水路底面落ち込み部まで下げて設置する。これによって２フロートの上面は１測定水面より既定の高さまで浮力で浮き上がり１８水路底面までの１測定水面の測定が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】本発明によるレーザー式水位計は従来使用されている水位計と比較して以下の効果が期待できる。
【００１４】フロート式水位計と比較して、機械的な機構が無く、大きな測水筒が必要としない測定が可能である。
【００１５】水晶式水位計、半導体等の圧力式水位計と比較して、水にセンサー部分が接触しない非接触式のために、経年変化する要素が小さく、大気解放チューブを必要としないために安定な測定ができる。
【００１６】非接触式の超音波式水位計、電波式水位計と比較して第１にレーザーは伝搬上で広がりが小さく、管内にレーザー光を閉じ込めて測定するために伝搬路上の障害物の影響が無く、ダム水位などのように数１０ｍ以上の長い測定スパンの測定が可能となる。第２に傾斜断面を有する擁壁に消波管を沿わして水位の測定ができる。
第３に消波管を用いているために水面浮遊物の影響のない測定ができる。
第４に測定精度はレーザー距離計と同程度の高精度測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】測定時の基本構成
【図２】保守時の基本構成
【図３】消波管中心軸が垂直でない場合の構成
【図４】実施例１の説明図
【図５】実施例２の説明図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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