(57)【要約】【課題】メンテナンスの負担を軽減できる液面状態監視装置を提供する。【解決手段】記憶部２３には、基準点の気温および水温が記憶されている。温度測定部２１は、管渠１００内に敷設された光ファイバセンシングケーブル１の所定の位置の温度を測定する。判定部２４は、記憶部２３に記憶された気温および水温と、温度測定部１により測定された温度とを比較し、この比較結果に基づいてその所定の位置に液体が存在するか否かを判定することができる。したがって、従来の水位センサのような複雑な構造を有する装置が不要となる。温度センシングについては、光ファイバセンシングケーブルそのものが温度検出することを測定原理としているためであり、検出部のメンテナンスの負担を軽減することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を液体が流通する管渠内に前記管渠に沿って敷設された光ファイバと接続され、前記光ファイバの任意の位置の温度を測定する温度測定部と、
前記管渠内の気温および前記液体の液温を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記気温および液温と、前記温度測定部により測定された前記任意の位置の温度とを比較し、この比較結果に基づいて前記任意の位置に液体が存在するか否かを判定する判定部と
を備えたことを特徴とする液面状態監視装置。
【請求項２】
前記温度測定部は、
前記光ファイバに光パルスを入射する光パルス入射部と、
前記光パルスが入射された前記光ファイバからの戻り光を受光する受光部と、
前記戻り光に基づいて前記光ファイバの前記任意の位置における温度を検出する検出部とを備える
ことを特徴とする請求項１記載の液面状態監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管渠内の液体の状態を監視する液面状態監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生活排水、汚水、雨水など（以下、「下水」と言う。）を地下に埋設した管渠を用いて下水処理場まで運ぶ下水道においては、下水を迅速に処理したり、局所的な集中豪雨などで浸水の可能性が生じたときに住民への避難勧告を行ったりするために、管渠内の水位を監視する監視装置が用いられている。この監視装置において、管渠内の水位は、水位センサにより測定されている（例えば、特許文献１参照。）。この水位センサは、水圧を検出する検出部を水中に設置し、この検出部が検出した水圧と大気圧との差圧から水位を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０３９７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の監視装置では、水位センサは水中に設置して差圧を検出するために防水性および耐水性を求められるので複雑な構造を採らざるを得ず、このために検出部は定期的にメンテナンスが必要となっていた。また、下水道の管渠は一般に地下に埋設されているので、水位センサの検出部のメンテナンスを実施するために作業員が地下に侵入するといったメンテナンスの前準備にも手間をかかるために、水位センサ自体のメンテナンスも合わせると全体で相当な手間を必要とするものとなっていた。さらに、下水道では管渠を長距離に亘って埋設するので、水位センサを各所に設けなければならず、これらの水位センサそれぞれの設置箇所について上述したメンテナンスを必要とするためさらに手間がかかるものとなっていた。このため、水位センサの検出部のメンテナンスの負担を軽減できる監視システムが望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は、メンテナンスの負担を軽減できる液面状態監視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】
【０００６】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る液面状態監視装置は、内部を液体が流通する管渠内に管渠に沿って敷設された光ファイバと接続され、光ファイバの任意の位置の温度を測定する温度測定部と、管渠内の気温および液体の液温を記憶した記憶部と、記憶部に記憶された気温および液温と、温度測定部により測定された任意の位置の温度とを比較し、この比較結果に基づいて任意の位置に液体が存在するか否かを判定する判定部とを備えたことを特徴とするものである。温度センシングについては、光ファイバそのものが温度をセンシング可能であることを測定原理としており、水位センシングのような特別な構造を必要としないことに着目したものである。
【０００７】
上記液面状態監視装置において、温度測定部は、光ファイバに光パルスを入射する光パルス入射部と、光パルスが入射された光ファイバからの戻り光を受光する受光部と、戻り光に基づいて光ファイバの任意の位置における温度を検出する検出部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、管渠内の気温および液温と、管渠内に敷設された光ファイバの任意の位置の温度とを比較し、この比較結果に基づいてその任意の位置に液体が存在するか否かを判定することができる。したがって、従来の水位センサのような複雑な構造を有する装置が不要となり、温度を測定するための簡単な構造だけでよいので、メンテナンスの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る液面状態監視装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１の監視装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、下水の有無の判定方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
［液面状態監視装置の構成］
図１に示すように、本実施の形態に係る液面状態監視装置は、下水道の管渠１００内に管渠１００に沿って敷設された光ファイバセンシングケーブル１と、この光ファイバセンシングケーブル１と光カプラ１１を介して接続された監視装置２とを備えている。ここで、管渠１００には、マンホール１０１〜１０４が設けられている。
【００１２】
光ファイバセンシングケーブル１は、公知の光ファイバからなり、管渠の内壁に固定されることにより、管渠１００内において管渠１００の長さ方向に沿って敷設されている。光ファイバセンシングケーブル１の一端は、管渠１００に接続されたマンホール１０１から地上に導出され、光カプラ１１を介して監視装置２に接続されている。このような光ファイバセンシングケーブル１は、管渠１００内において鉛直水深方向における所定の位置、すなわち、所定の水位レベルに対応する高さに固定されている。この高さは、例えば浸水の警戒水位に設定される。
【００１３】
監視装置２は、光ファイバセンシングケーブル１の任意の位置の温度を測定する温度測定部２１と、基準点の気温および水温を取得する温度信号受信取得部２２と、この温度信号受信取得部２２により取得された気温および水温を記憶する記憶部２３と、管渠１００内の任意の位置に下水があるか否かを判定する判定部２４と、この判定部２４による判定結果を出力する液面状態出力部２５とを備えている。
【００１４】
ここで、温度測定部２１は、公知の光ファイバセンサからなり、光パルス入射部２１１と、入射光検出部２１２と、戻り光検出部２１３と、温度検出部２１４とを備えている。
【００１５】
光パルス入射部２１１は、半導体レーザなどからなり、光パルスを生成する。そして、生成した光パルスを、光カプラ１１を介して光ファイバセンシングケーブル１の一端に入射するとともに、入射光検出部２１２に入射する。
【００１６】
入射光検出部２１２は、光パルス入射部２１１から入射した光パルス（以下、「入射光」と言う。）の周波数スペクトルの波形と、入射光が入射した時刻（以下、「入射時刻」と言う。）とを検出する検出部である。検出した周波数スペクトルの波形と入射時刻は、温度検出部２１４に出力する。
【００１７】
戻り光検出部２１３は、入射光が光ファイバセンシングケーブル１の長手方向の各位置で散乱して光ファイバセンシングケーブル１の一端から光カプラ１１を通って戻ってくる光（以下、「戻り光」と言う。）の周波数スペクトルの波形を検出する検出部である。検出した戻り光の周波数スペクトルの波形は、温度検出部２１４に出力する。
【００１８】
温度検出部２１４は、光パルス反射法（Optical Time Domain Reflectometer）に基づいて、入射光検出部２１２または戻り光検出部２１３から入力された入射光および戻り光の周波数スペクトルの波形を比較して光強度を解析することにより、光ファイバセンシングケーブル１の所定の位置における温度を検出する演算回路である。ここで、温度を検出する所定の位置は、入射時刻から戻り光を受光した時刻までの遅れ時間を、ユーザが任意に所定の位置に合わせることにより設定される。したがって、遅れ時間を適宜設定することにより、光ファイバセンシングケーブル１の各位置の温度を検出することができる。光ファイバセンシングケーブル１の温度は、この光ファイバセンシングケーブル１近傍の温度の影響を受ける。したがって、光ファイバセンシングケーブル１の温度を測定することは、この光ファイバセンシングケーブル１が設けられた位置における管渠１００内の温度を測定することを意味することとなる。なお、本実施の形態においては、マンホール１０１〜１０４毎に温度の測定位置X101〜X104が設定されている。
【００１９】
温度信号受信取得部２２は、管渠１００内の気温と下水の水温とを受信して取得するセンサ装置からなる。本実施の形態においては、任意の基準点における管渠１００内の気温と下水の水温は、温度測定部２１から取得する。ここで、気温の基準点X0aおよび水温の基準点X0wは、例えば、管渠１００近傍など適宜自由に設定することができる。
【００２０】
記憶部２３は、温度信号受信取得部２２により受信取得された基準点の気温および水温を記憶するメモリ装置からなる。本実施の形態では、温度測定部２１により測定された気温の基準点X0aの気温Ｔａおよび水温の基準点X0wの気温Ｔａが記憶される。この場合、温度信号受信取得部２２において、継続して温度の測定を行い、リアルタイムの基準点の気温および水温を用いるようにしてもよい。これにより、より精度の高い検出結果を得ることができる。
【００２１】
判定部２４は、温度測定部２１により測定された温度と、記憶部２３に記憶された気温Ｔａおよび気温Ｔａとを比較し、この比較結果に基づいて光ファイバセンシングケーブル１の所定の位置に下水が存在するか否かを判定する演算回路である。ここで、判定部２４は、判定結果を記憶するようにしてもよい。このような判定部２４による下水の有無の判定方法の詳細については後述する。
【００２２】
液面状態出力部２５は、判定部２４による判定結果をユーザに対して出力するインターフェース装置である。
【００２３】
［下水の有無の判定方法］
次に、図３を参照して、判定部２４による下水の有無の判定方法について説明する。なお、以下においては、任意の位置としてマンホール１０１に設定した測定位置X101について下水の有無を判定する場合を例に説明する。
【００２４】
まず、判定部２４は、温度測定部２１から光ファイバセンシングケーブル１の測定位置X101における温度Ｔｘ、記憶部２３から気温の基準点X0aの気温Ｔａおよび水温の基準点X0wの気温Ｔａをそれぞれ受信取得する（ステップＳ１，Ｓ２）
【００２５】
続いて、判定部２４は、気温Ｔａと温度Ｔｘの差の絶対値と、水温Ｔｗと温度Ｔｘの差の絶対値とを算出し、これらの値を比較する（ステップＳ３）。
【００２６】
温度Ｔｘと気温Ｔａの差の絶対値の方が温度Ｔｘと水温Ｔｗの差の絶対値よりも大きい場合（ステップＳ３：|Ta-Tx|>|Tw-Tx|）、温度Ｔｘが気温Ｔａよりも水温Ｔｗの方に近いので、判定部２４は、マンホール１０１に設定した測定位置X101における光ファイバセンシングケーブル１が下水中にあると判定する（ステップＳ４）。
【００２７】
逆に、温度Ｔｘと水温Ｔｗの差の絶対値の方が温度Ｔｘと気温Ｔａの差の絶対値よりも大きい場合（ステップＳ３：|Ta-Tx|<|Tw-Tx|）、温度Ｔｘが水温Ｔｗよりも気温Ｔａの方に近いので、判定部２４は、マンホール１０１に設定した測定位置X101における光ファイバセンシングケーブル１が下水中にないと判定する（ステップＳ５）。
【００２８】
また、温度Ｔｘと気温Ｔａの差の絶対値と温度Ｔｘと水温Ｔｗの差の絶対値とが同じ場合（ステップＳ３：|Ta-Tx|<|Tw-Tx|）、判定部２４は、記憶しておいた前回の検出結果と同じ結果を出力する（ステップＳ６）。なお、初回の計測時において同じとなった場合には、例えば計測不能と出力するようにしてもよい。
【００２９】
判定部２４は、このようにして判定した結果を液面状態出力部２５に出力する（ステップＳ７）。例えば、監視装置２の表示画面には、マンホール１０１に設定した測定位置X101に下水が存在するか否か、すなわち、測定位置X101における下水が光ファイバセンシングケーブル１が敷設された高さまで達しているか否かが表示される。これにより、ユーザは、監視装置２の表示画面を見ることにより、測定位置X101における下水の水位について、所定の水位に下水が達しているか否かを確認することができる。このとき、光ファイバセンシングケーブル１の所定の位置を浸水の警戒水位に設定した場合には、監視装置２の表示画面からまたは状態信号を外部警報回路に接続することで避難が必要か否かをすぐに知ることが可能となる。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、記憶部２３に記憶された気温および水温と、温度測定部２１により測定された管渠１００内に配設された光ファイバセンシングケーブル１の所定の位置の温度とを比較し、この比較結果に基づいてその所定の位置に下水が存在するか否かを判定することができる。したがって、従来の水位センサのような複雑な構造を有する検出部が不要となるので、検出部のメンテナンスの負担を軽減することができる。
【００３１】
特に本実施の形態では、下水に接触する構成要素は光ファイバセンシングケーブル１のみである。この光ファイバセンシングケーブル１は、従来の水位センサと比較してはるかに単純な構成となるので、メンテナンスも容易である。このように、本実施の形態は、従来の水位センサよりもメンテナンスの負担が軽減されるものである。
【００３２】
なお、本実施の形態において判定部２４は、測定位置X101という１つの所定の位置について下水が存在するか否かを判定する場合を例に説明したが、例えば測定位置X101〜X104など複数の位置について下水が存在するか否かを判定することも可能である。この場合、温度検出部２１４において、温度を検出する複数の位置それぞれに対応する遅れ時間を設定して、各位置の温度を検出することにより実現することができる。これにより、下水道の管渠全体に亘って、所定の高さまで下水が達しているか否かを監視することが可能となる。
【００３３】
また、本実施の形態では、温度測定部２１により測定された気温および水温を用いる場合を例に説明したが、基準点の気温および水温は、他のセンサ装置により測定された値やユーザが適宜設定して記憶部２３に記憶させた値を用いるようにしてもよい。この気温および水温を取得する位置や装置については、ユーザが適宜自由に設定できる。また、気温および水温は、測定したものに限定されず、経験などに基づいてユーザが適宜自由に設定するようにしてもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、下水道の水位を監視する監視装置に適用した場合を例に説明したが、例えば、上水道や原油のパイプラインなど管内に流体が流通するシステムであれば各種液面状態監視装置に適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、上水道や下水道など管内に液体と気体とが流通する各種液面状態監視装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…光ファイバセンシングケーブル、２…監視装置、１１…光カプラ、２１…温度測定部、２２…温度信号受信取得部、２３…記憶部、２４…判定部、２５…液面状態出力部、１００…管渠、１０１〜１０４…マンホール、２１１…光パルス入射部、２１２…入射光検出部、２１３…戻り光検出部、２１４…温度検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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