(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川の堤防や河川敷等の土地部の地中又は河川内に、吸水することにより膨潤する吸水膨潤材と光ファイバとを撚り合わせた撚り合わせ体を上下方向に延ばして敷設し、光ファイバ歪み分布測定器により前記光ファイバに沿った歪み分布を測定し、歪み分布が変化する上下位置を水位として検出する河川の水位センサにおいて、前記撚り合わせ体を直径Ｄの円筒面上に円周方向に軸方向のピッチＬｚで巻き付けて円筒型センサを形成し、この円筒型センサを起立させて設置することを特徴とする河川の水位センサ。
【請求項２】
前記撚り合わせ体を地中又は河川内の複数箇所に設置し、各撚り合わせ体の光ファイバ間を光ファイバで接続したことを特徴とする請求項１記載の河川の水位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを利用した河川の水位センサに係り、特に、電源が不要な河川の水位センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
河川の堤防や河川敷等の土地部における地中の水位又は河川内における水位を計測するセンサとして、光ファイバと線状発熱体とを内蔵する複合線状体を上下方向に延ばして敷設し、発熱体に通電すると共に光ファイバ温度分布測定装置により光ファイバに沿った温度分布を測定し、温度分布が大きく変化する上下位置を水位として検知する方式が特開平４−３８５２６号公報に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、発熱体に十分な電力を供給するための電源や電源供給ラインが必要であり、このような電源設備を確保することが難しい場所には適用が難しい。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電源が不要な河川の水位センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、河川の堤防や河川敷等の敷地部分の地中又は河川内に、吸水することにより膨潤する吸水膨潤材と光ファイバとを撚り合わせた撚り合わせ体を上下方向に延ばして敷設し、光ファイバ歪み分布測定器により前記光ファイバに沿った歪み分布を測定し、歪み分布が変化する上下位置を水位として検出する河川の水位センサにおいて、前記撚り合わせ体を直径Ｄの円筒面上に円周方向に軸方向のピッチＬｚで巻き付けて円筒型センサを形成し、この円筒型センサを起立させて設置するものである。
【０００７】
前記撚り合わせ体を複数箇所に設置し、各撚り合わせ体の光ファイバ間を光ファイバで接続してもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【０００９】
まず、本発明の原理を説明する。図１（ａ）に示されるように、本発明に係る撚り合わせ体は、吸水することにより膨潤する吸水膨潤材２と光ファイバ１とを撚り合わせたものである。図１（ｂ）に示されるように、吸水膨潤材２が膨潤して径が拡大すると、光ファイバ１に歪みが印加されるようになっている。
【００１０】
この撚り合わせ体を河川の土地部又は河川内に上下に延ばして設置する。土地部では、撚り合わせ体を地中に埋設し、河川内では、撚り合わせ体を水中から水上に亘って敷設する。土地部においても河川内においても、水位に応じて、撚り合わせ体の下部分は水中にあり、上部分は水上にあることになる。
【００１１】
水中にある部分では、図１に示すように吸水膨潤材２が膨潤して外径が大きくなるため、光ファイバ１が引き延ばされ伸び歪みが印加される。この状態を光ファイバ端末に接続した光ファイバ歪み分布測定器（ＢＯＴＤＲ：光ファイバの歪み分布を光ファイバ中で発生するブリルアン散乱光の光周波数シフト量の距離分布を測定することによって求める計測器）で計測すると、図２に示されるように、撚り合わせ体が水中にある部分では歪みが大きくなる。歪みの大きさの変化する位置から水位を求めることができる。
【００１２】
図３に光ファイバ１と吸水膨潤体２とを撚り合わせた撚り合わせ体３の構造を示す。図示した撚り合わせ体３では、所定の径を有する円柱状の吸水膨潤材２の周囲に光ファイバ１が螺旋状に巻き付けてある。
【００１３】
光ファイバ１には、図４に示すように、コア１１を囲むクラッド１２の上にカーボン１３を被覆し、その上にシリコーン１４及びナイロン１５を被覆した外径０．９ｍｍのシングルモード光ファイバ等を用いる。クラッド１２の上にカーボン被覆１３を施したのは、水の中の水素がクラッド１２やコア１１中に浸透してきて光ファイバの伝送損失が増加するのを防止するためである。
【００１４】
吸水膨潤体２としては、例えば、図５に示すように金属等の線の心材の周囲にアクリル酸ビニルアルコール共重合体等のハイドロゲル２２を厚さ０．５ｍｍで被覆した構造のものを用いる。心材としては、例えば、素線径１ｍｍの亜鉛メッキ鋼線２１を７本撚り合わせたもの（外径３ｍｍ）等を用いることができる。撚り合わせ体３の外径は４ｍｍとなる。
【００１５】
この撚り合わせ体３を図６に示すような螺旋状に溝を切った円筒４１に巻き付けることにより、図７に示すような円筒型センサ４を形成する。この実施形態では、円筒４１の軸方向の長さは５ｍ、円筒４１の直径は１９０ｍｍ、溝の深さは５ｍｍ、溝のピッチは６ｍｍとした。円筒４１の軸方向の長さ１０ｍｍ当たりの撚り合わせ体３の巻き付け長さは約１ｍである。円筒４１には塩化ビニル製のものを用い、螺旋状の溝は旋盤で加工した。この円筒型センサ４の光ファイバの１端をＢＯＴＤＲ６に接続する。
【００１６】
円筒型センサ４の光ファイバ１の１端をＢＯＴＤＲ６に接続して歪み分布を測定した結果を図８に示す。図８は、円筒型センサ４を水槽に垂直に立てて、水位を２．５ｍに設定して歪み分布を測定した結果である。水に浸されている部分の歪みはほぼ一定であり、水に浸されていない部分の歪みもほぼ一定である。しかし、水に浸されている部分の歪みは、水に浸されていない部分の歪みより、約５００μＳｔｒａｉｎ大きくなっている。このように、水中と水上とで光ファイバに加わる歪みが大きく異なるので、歪み分布の変化する位置から水位を求めることができる。
【００１７】
ＢＯＴＤＲの距離分解能は２ｍのものを用いた。円筒型センサ４に巻き付けた撚り合わせ体の長さ２ｍは、円筒型センサ４の軸方向長さ２ｃｍに対応するので、水位の計測分解能は２ｃｍとなる。
【００１８】
本発明の他の実施形態を説明する。
【００１９】
図９のように円筒型センサ４を複数個用い、敷地部分や河川内の複数箇所に設置する。これらの円筒型センサ４を構成する光ファイバ１を接続用光ファイバケーブル５で直列に接続することにより、１つのＢＯＴＤＲ６で一括に複数箇所の水位を計測することができる。
【００２０】
円筒型センサ４に巻き付けてある撚り合わせ体２（光ファイバ１）の長さは約５００ｍであり、ＢＯＴＤＲ６の計測波長１．５５μｍでの光ファイバの伝送損失は０．３ｄＢ／ｋｍであり、したがって、円筒型センサ４の１個あたりの伝送損失は０．１５ｄＢであった。ＢＯＴＤＲ６のダイナミックレンジが２ｍの距離分解能の設定のとき８ｄＢであったので、最大５３個の円筒型センサ４を直列に接続できることになる。実際は、センサ間の接続用光ファイバが必要であるが、河川に沿って３００ｍ毎にセンサを設置する場合、１０ｋｍの区間での円筒型センサ４と接続用光ファイバとの合計伝送損失は８ｄＢとなるので、本発明を用いて計測可能である。
【００２１】
以上要するに本発明によれば、河川の堤防や河川敷等の土地部や河川内の水位をセンサに供給する電源を用いずに計測することができるようになる。また、複数個の撚り合わせ体を河川に沿って配置し、これらの撚り合わせ体を直列に接続することにより、河川に沿った水位の分布を把握することができ、堤防の安全管理などに利用できる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２３】
（１）発熱用の電源や電源供給ラインが不要であるため、敷設が容易であると共に電源設備を確保することが難しい場所にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撚り合わせ体の構造図であり、（ａ）は膨潤前の状態、（ｂ）は膨潤後の状態を示す。
【図２】本発明における光ファイバに沿った歪み分布図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す撚り合わせ体の構造図であり、（ａ）は断面、（ｂ）は側面を示す。
【図４】本発明の一実施形態に用いる光ファイバの断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いる心材付き吸水膨潤体の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いる円筒の構造図であり、（ａ）は横断面、（ｂ）は縦断面を示す。
【図７】本発明の一実施形態に用いる円筒型センサ部の構造図である。
【図８】本発明の一実施形態で実測された光ファイバに沿った歪み分布図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示すセンサ配置図である。
【符号の説明】
１  光ファイバ
２  吸水膨潤材
３  撚り合わせ体
４  円筒型センサ
６  光ファイバ歪み分布測定器（ＢＯＴＤＲ）
【図１】
0003557093.tif 000002
【図２】
0003557093.tif 000003
【図３】
0003557093.tif 000004
【図４】
0003557093.tif 000005
【図５】
0003557093.tif 000006
【図６】
0003557093.tif 000007
【図７】
0003557093.tif 000008
【図８】
0003557093.tif 000009
【図９】
0003557093.tif 000010