(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源からの光の出力先を変更する光出力先変更手段と、
該光出力先変更手段から出力される特定波長の光を反射する特定波長反射手段と、
該特定波長反射手段によって反射された前記光を伝播する光ファイバと、
該光ファイバの先端に設けられ、温度変化に応じて前記光ファイバにより伝播される光の反射波長をシフトさせる温度変化検出手段と、
該温度変化検出手段からの反射光のスペクトルを観測する反射光観測手段とを備え、
前記温度変化検出手段は、前記特定波長反射手段と同じ特定波長の光を反射する第２の特定波長反射手段であり、
あらかじめ前記温度変化検出手段を空中の特定位置に配置しておき、前記温度変化検出手段が水中に浸かり前記温度変化検出手段で温度変化が検出されたことをもって、水位が変化したと認識する
ことを特徴とする水位計システム。
【請求項２】
前記特定波長反射手段を複数備え、それぞれの前記特定波長反射手段に１対１で対応する複数の前記温度変化検出手段を備え、それぞれの前記温度変化検出手段は高さの異なる位置に配置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】
前記温度検出手段は同一の保護管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】
光源と、
該光源からの光の出力先を変更する光出力先変更手段と、
該光出力先変更手段から出力される特定波長の光を反射する特定波長反射手段と、
該特定波長反射手段によって反射された前記光を伝播する光ファイバと、
該光ファイバの先端に設けられ、水圧変化に応じて前記光ファイバにより伝播される前記特定波長反射手段と同じ特定波長の光の特性を変化させる水圧変化検出手段と、
該水圧変化検出手段からの反射光の光の特性の変化を観測する反射光観測手段とを備え、
あらかじめ前記水圧変化検出手段を空中の特定位置に配置しておき、前記水圧変化検出手段が水中に浸かり前記水圧変化検出手段で水圧変化が検出されたことをもって、水位が変化したと認識する
ことを特徴とする水位計システム。
【請求項５】
前記特定波長反射手段を複数備え、それぞれの前記特定波長反射手段に１対１で対応する複数の前記水圧変化検出手段を備え、ぞれぞれの前記水圧変化検出手段は高さの異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の水位計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水位計センサとなる光ファイバを用いた水位計システムに係り、特に河川、ダム、下水道等の水位を計測するものに適した水位計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、河川等の水位を計測するものとして、フロート式水位計、静電容量式水位計、圧力式水位計、測定柱式水位計、超音波式水位計、音波式水位計、電極式水位計等のように、その水位を何らかの物理量（フロートの位置、静電容量、水頭圧等）として計測し、それを水位に変換する様々な水位計測装置が知られている。
【０００３】
ところが、これらの水位計測装置では、計測結果に、風や放流等で発生する湖面波動等による外乱の影響が含まれてしまう。そのため、過去に計測した水位との移動平均をとる等の水位の平滑化によりその影響を相殺するようにしているが、完全に外乱の影響を取り除くことができず、外乱の影響を含まない真の水位を計測することが困難となっていた。
【０００４】
このような不具合を解消するようにしたものとして、特許文献１に示されているような水位計測装置が知られている。この装置は、光ファイバセンサ及びそれを覆う保護管を河川水面上部から水中に進入するように設置しておき、河川水位の持つ特性をまず光ファイバセンサ上の温度分布として計測して演算表示装置に送信し、演算表示装置により受信した温度分布が水温から気温に変化する地点を水面の存在する地点とみなすようにすることで、温度分布が水位に変換されるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−３０４１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１での水位計測装置では、光ファイバセンサを用いた温度分布測定を利用し温度分布の変化を元にして水位に変換されるようになっているため、外乱の影響を含まない真の水位を計測することができるようになっている。
【０００７】
ところが、このような水位計測装置では、温度分布が水温から気温に変化する地点を水面の存在する地点とみなすようにしているものの、光ファイバセンサ上の温度分布はある部分で水温部分から気温部分に瞬間的に変化するのでなく、ある程度の幅を持って変化しており、それぞれの幅での平均温度を元に温度の変化位置を見極めるようになっているため、水位の計測位置を絞り込むことができず、水位の計測位置の精度が低いものとなってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、水位の計測位置の精度を高めることが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】
【０００９】
本発明の水位計システムは、光源と、該光源からの光の出力先を変更する光出力先変更手段と、該光出力先変更手段から出力される特定波長の光を反射する特定波長反射手段と、該特定波長反射手段によって反射された前記光を伝播する光ファイバと、該光ファイバの先端に設けられ、温度変化に応じて前記光ファイバにより伝播される光の反射波長をシフトさせる温度変化検出手段と、該温度変化検出手段からの反射光のスペクトルを観測する反射光観測手段とを備え、前記温度変化検出手段は、前記特定波長反射手段と同じ特定波長の光を反射する第２の特定波長反射手段であり、あらかじめ前記温度変化検出手段を空中の特定位置に配置しておき、前記温度変化検出手段が水中に浸かり前記温度変化検出手段で温度変化が検出されたことをもって、水位が変化したと認識することを特徴とする。
また、前記特定波長反射手段を複数備え、それぞれの前記特定波長反射手段に１対１で対応する複数の前記温度変化検出手段を備え、それぞれの前記温度変化検出手段は高さの異なる位置に配置されていることを特徴とする。
また、前記温度検出手段は同一の保護管に収納されていることを特徴とする。
本発明の水位計システムは、光源と、該光源からの光の出力先を変更する光出力先変更手段と、該光出力先変更手段から出力される特定波長の光を反射する特定波長反射手段と、該特定波長反射手段によって反射された前記光を伝播する光ファイバと、該光ファイバの先端に設けられ、水圧変化に応じて前記光ファイバにより伝播される前記特定波長反射手段と同じ特定波長の光の特性を変化させる水圧変化検出手段と、該水圧変化検出手段からの反射光の光の特性の変化を観測する反射光観測手段とを備え、あらかじめ前記水圧変化検出手段を空中の特定位置に配置しておき、前記水圧変化検出手段が水中に浸かり前記水圧変化検出手段で水圧変化が検出されたことをもって、水位が変化したと認識することを特徴とする。
また、前記特定波長反射手段を複数備え、それぞれの前記特定波長反射手段に１対１で対応する複数の前記水圧変化検出手段を備え、ぞれぞれの前記水圧変化検出手段は高さの異なる位置に配置されていることを特徴とする。
本発明の水位計システムでは、たとえば光源からの光の出力先が光出力先変更手段により変更されて光ファイバに出力されると、特定波長反射手段により光出力先変更手段から出力される特定波長の光が反射され、該特定波長反射手段によって反射された光を伝播する光ファイバの先端に設けられた温度変化に応じて反射波長をシフトさせる温度変化検出手段からの反射光反射光のスペクトルを反射光観測手段により観測することで、特定位置で温度変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができることにより、水位の変化を確認することができる。
また、本発明の水位計システムでは、たとえば光源からの光の出力先が光出力先変更手段により変更されて光ファイバに出力されると、特定波長反射手段により光出力先変更手段から出力される特定波長の光が反射され、該特定波長反射手段によって反射された光を伝播する光ファイバの先端に設けられた水圧変化に応じて光ファイバにより伝播される光の特性を変化させる水圧変化検出手段からの反射光の光の特性の変化を反射光観測手段により観測することで、特定位置で水圧変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができることにより、水位の変化を確認することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水位計システムによれば、たとえば温度変化に応じて反射波長をシフトさせる温度変化検出手段からの反射光のスペクトルを反射光観測手段により観測することで、特定位置で温度変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができることにより、水位の変化を確認することができるようにしたので、水位の計測位置の精度を高めることができる。
また、本発明の水位計システムによれば、たとえば水圧変化に応じて光ファイバにより伝播される光の特性を変化させる水圧変化検出手段からの反射光の光の特性の変化を反射光観測手段により観測することで、特定位置で水圧変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができることにより、水位の変化を確認することができるようにしたので、水位の計測位置の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の水位計システムの第１実施形態を説明するための図である。
【図２】図１の水位計システムにおける水位の計測を説明するための図である。
【図３】図１の水位計システムにおける水位の計測を説明するための図である。
【図４】図１の水位計システムにおける水位の計測を説明するための図である。
【図５】図１の水位計システムにおける水位の計測を説明するための図である。
【図６】図１の水位計システムの構成を変えた場合の第２実施形態を説明するための図である。
【図７】図１の水位計システムの構成を変えた場合の第３実施形態を説明するための図である。
【図８】図７の水位計システムの構成を変えた場合の第４実施形態を説明するための図である。
【図９】図７の水圧変化検出部の構成の詳細及びその変形例を模式的に示す図である。
【図１０】図７の水圧変化検出部のさらに他の変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の詳細について説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の水位計システムの一実施形態を説明するための図であり、図２〜図５は図１の水位計システムにおける水位の計測を説明するための図である。
【００１３】
図１に示す水位計システムは、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源１、光サーキュレータ２、２ａ、空中ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ）３〜７、水中ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ）８〜１２、光スペクトラムアナライザ１３、細径ステンレス管１４、空中部筐体１５、光ファイバ２０を有している。なお、光出力先変更手段は光サーキュレータ２ａであり、特定波長反射手段は空中ＦＢＧ３〜７であり、温度変化検出手段は水中ＦＢＧ８〜１２である。
【００１４】
ＡＳＥ光源１は、光ファイバ２０を介して光サーキュレータ２に接続され、広帯域に亘り出力が一様の自然放出光を出す光源である。なお、第１実施形態では、ＡＳＥ光源１の代わりに、可変波長ＬＤ光源を用いることも可能である。
【００１５】
光サーキュレータ２、２ａは、複数のポート（端子）を有しているものであり、たとえば３ポート（端子）を有しているとすると、たとえば第１のポートに入力した光が第２のポートにのみ出力され、第２のポートに入力した光が第３のポートにのみ出力され、第３ポートに入力した光が第１のポートにのみ出力されるといったような特性を持っている。
【００１６】
空中ＦＢＧ３〜７は、屈折率変調の周期に比例したブラッグ波長と呼ばれる特定の波長の光のみを反射するといった特性を持っている。ここで、たとえば空中ＦＢＧ３はλ１、空中ＦＢＧ４はλ２、空中ＦＢＧ５はλ３、空中ＦＢＧ６はλ４、空中ＦＢＧ７はλ５の特定の波長の光のみを反射するものとなっている。なお、ＦＢＧの長手方向に歪が加わったり、また温度が変化したりすると、ブラッグ波長は変化する。その変化量はＦＢＧに加わった歪や温度の変化に対して線形に変化する。
【００１７】
水中ＦＢＧ８〜１２は、それぞれ空中ＦＢＧ３〜７と同じ波長の光のみを反射するといった特性を持っている。つまり、たとえば水中ＦＢＧ８は空中ＦＢＧ３と同様のλ１、水中ＦＢＧ９は空中ＦＢＧ４と同様のλ２、水中ＦＢＧ１０は空中ＦＢＧ５と同様のλ３、水中ＦＢＧ１１は空中ＦＢＧ６と同様のλ４、水中ＦＢＧ１２は空中ＦＢＧ７と同様のλ５の波長の光のみを反射するものとなっている。
【００１８】
また、上記同様に、ＦＢＧの長手方向に歪が加わったり、また温度が変化したりすると、ブラッグ波長は変化し、その変化量はＦＢＧに加わった歪や温度の変化に対して線形に変化する。つまり、水中ＦＢＧ８〜１２は、水位の変化に伴い、水中に浸かることで温度が下がるが、そのときのブラッグ波長は短波長側にシフトする。
【００１９】
光スペクトラムアナライザ１３は、光ファイバ２０を介して光サーキュレータ２に接続され、それぞれの水中ＦＢＧ８〜１２の反射波長（たとえばλ１〜λ５）のスペクトルを観測する。なお、第１実施形態では、光スペクトラムアナライザ１３を用いた場合で示しているが、光スペクトラムアナライザ１３を光パワーメータとしてもよい。
【００２０】
細径ステンレス管１４は、水中ＦＢＧ８〜１２及び光ファイバ２１を収容する。また、細径ステンレス管１４は、直径が１〜４ｍｍ程度であり、その先端が密封されることで内部の水密性が保たれている。これにより、水中ＦＢＧ８〜１２及び光ファイバ２１が直に水に触れることが無くなり、水中ＦＢＧ８〜１２及び光ファイバ２１の劣化が防止されるようになっている。なお、その内部には、熱伝導を考慮してゼリーを充填してもよい。
【００２１】
空中部筐体１５は、光サーキュレータ２ａ及び空中ＦＢＧ３〜７を収容する。また、空中部筐体１５の内部は水密処理されている。これにより、内部の光サーキュレータ２ａ及び空中ＦＢＧ３〜７が空気から遮断されることで、劣化が防止されるようになっている。
【００２２】
また、光サーキュレータ２に近い空中部筐体１５は、光ファイバ２０を介して光サーキュレータ２に接続されている。また、空中部筐体１５同士も、光ファイバ２０を介して互いに接続されている。
【００２３】
なお、図中Ｌ１〜Ｌｎは、空中部筐体１５同士の間隔である、光ファイバ２０同士の間隔を示している。
【００２４】
次に、水位計システムにおける水位の計測について説明する。まず、ＡＳＥ光源１から、図２に示すような広帯域に亘り出力が一様の自然放出光が出力される。そして、ＡＳＥ光源１からの光は、全ての光サーキュレータ２、２ａを通過し、最終まで伝播する。
【００２５】
ここで、空中ＦＢＧ３ではλ１の波長の光が反射し、光サーキュレータ２ａから光ファイバ２１を介して水中ＦＢＧ８側に入射する。同様に、空中ＦＢＧ４ではλ２の波長の光が反射し、光サーキュレータ２ａから光ファイバ２１を介して水中ＦＢＧ９側に入射し、空中ＦＢＧ５ではλ３の波長の光が反射し、光サーキュレータ２ａから光ファイバ２１を介して水中ＦＢＧ１０側に入射し、空中ＦＢＧ６ではλ４の波長の光が反射し、光サーキュレータ２ａから光ファイバ２１を介して水中ＦＢＧ１１側に入射し、空中ＦＢＧ７ではλ５の波長の光が反射し、光サーキュレータ２ａから光ファイバ２１を介して水中ＦＢＧ１２側に入射する。
【００２６】
このとき、空中ＦＢＧ３〜７と対となる水中ＦＢＧ８〜１２とが同じ温度の場合には、空中ＦＢＧ３と水中ＦＢＧ８、空中ＦＢＧ４と水中ＦＢＧ９、空中ＦＢＧ５と水中ＦＢＧ１０、空中ＦＢＧ６と水中ＦＢＧ１１、空中ＦＢＧ７と水中ＦＢＧ１２がそれぞれ同じ波長で反射する様に選択されていることから、大気中では大気の温度が変化しても対となるＦＢＧの反射波長は同等に変化する。
【００２７】
これにより、水中ＦＢＧ８〜１２のそれぞれからλ１〜λ５の波長の光が光スペクトラムアナライザ１３側に反射し、光スペクトラムアナライザ１３ではそれぞれのλ１〜λ５の反射波長のスペクトルを観測することができる。
【００２８】
このとき、光スペクトラムアナライザ１３での観測結果は、たとえば図３に示すようなものとなる。すなわち、λ１、λ２、λ３、λ４、λ５はそれぞれ、空中ＦＢＧ３と水中ＦＢＧ８、空中ＦＢＧ４と水中ＦＢＧ９、空中ＦＢＧ５と水中ＦＢＧ１０、空中ＦＢＧ６と水中ＦＢＧ１１、空中ＦＢＧ７と水中ＦＢＧ１２による反射光のスペクトラムを示している。
【００２９】
一方、水中ＦＢＧ８〜１２のうち、たとえば水位が上昇して水中ＦＢＧ８が水中に浸かり、その水温により温度が下がった場合、反射波長が短波長側にシフトするので、対応する空中ＦＢＧ３とは異なった反射波長となる。この場合、水中ＦＢＧ８での反射光量が減少するため、光スペクトラムアナライザ１３で観測されるスペクトルは図４に示すようになり、水中ＦＢＧ８が水中に浸かって水位が変化したことの確認が可能になる。
【００３０】
また、水中ＦＢＧ８〜１２のうち、たとえば水中ＦＢＧ８と水中ＦＢＧ９とが水中に浸かり、その水温により温度が下がった場合、上記同様に、反射波長が短波長側にシフトするので、対応する空中ＦＢＧ３と空中ＦＢＧ４とは異なった反射波長となる。この場合、水中ＦＢＧ８と水中ＦＢＧ９での反射光量が減少するため、光スペクトラムアナライザ１３で観測されるスペクトルは図５に示すようになり、水中ＦＢＧ８と水中ＦＢＧ９とが水中に浸かって水位が変化したか否かの確認が可能となる。
【００３１】
このように、第１実施形態では、光サーキュレータ２を介して出力される光源であるＡＳＥ光源１からの光が光出力先変更手段である光サーキュレータ２ａにより所定方向に出力され、該光サーキュレータ２ａからの光のうち、特定波長（たとえばλ１）の光が特定波長反射手段であるたとえば空中ＦＢＧ３により反射され、該光サーキュレータ２ａを介して光ファイバ２１に出力されると、該光ファイバ２１の先端に設けられ、たとえば空中ＦＢＧ３と同じ特定波長（たとえばλ１）の光を反射するとともに、少なくとも温度の変化に伴い反射波長をシフトさせる温度変化検出手段であるたとえば水中ＦＢＧ８により反射される際、その反射波長がシフトされるため、反射光観測手段である光スペクトラムアナライザ１３によりその反射光のスペクトルを観測することで、特定位置で温度変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができることから、水位の計測位置の精度を高めることができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、複数の光サーキュレータ２ａと、これらの光サーキュレータ２ａのそれぞれに対応し、これらの光サーキュレータ２ａからの光のうち、それぞれ特定波長の光を反射する空中ＦＢＧ３〜７とを空中部筐体１５に収容し、さらに、それぞれの光サーキュレータ２ａを介して出力される空中ＦＢＧ３〜７からの光を伝播する光ファイバ２１の先端に、それぞれ空中ＦＢＧ３〜７と同じ特定波長の光を反射し、少なくとも温度の変化に伴い反射波長をシフトさせる水中ＦＢＧ８〜１２を設け、これら水中ＦＢＧ８〜１２からの反射光のスペクトルを光スペクトラムアナライザ１３により観測するようにしたので、上述した水位の計測位置の精度を高めることができることに加え、複数の地点の水位を計測できるとともに、その複数の地点の水位の平均をとることで、さらに水位計測の精度を向上させることができる。
【００３３】
また、光ファイバ２１と水中ＦＢＧ８〜１２は、水密処理された細径の管であるたとえば細径ステンレス管１４に収納されているようにしているため、水中ＦＢＧ８〜１２及び光ファイバ２１が直に水に触れることが無くなり、水中ＦＢＧ８〜１２及び光ファイバ２１の劣化を防止することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図６は、図１の水位計システムの構成を変えた場合の第２実施形態を示す図である。なお、以下に示す図において、図１と共通する部分には同一符号を付し重複する説明は適宜行うものとする。なお、光出力先変更手段は光サーキュレータ２ａであり、特定波長反射手段は空中ＦＢＧ５０〜５５であり、温度変化検出手段は水中ＦＢＧ２２〜２７である。
【００３５】
同図に示す水位計システムは、それぞれの空中部筐体１５に、３個の光サーキュレータ２ａと３個の空中ＦＢＧ５０〜５２、５３〜５５とが収納されている。また、細径ステンレス管１４には、それぞれ３個の空中ＦＢＧ５０〜５２、５３〜５５と対となる水中ＦＢＧ２２〜２４、２５〜２７と光ファイバ２１とが収納されている。また、それぞれの空中部筐体１５間の光ファイバ２０は、たとえば細径ステンレス管２０ａ内に収納されるようになっている。この細径ステンレス管２０ａにより、それぞれの空中部筐体１５間の光ファイバ２０は、風雨等から保護されるようになっている。
【００３６】
なお、図６では、１本の細径ステンレス管１４に３個の水中ＦＢＧ２２〜２４、２５〜２７と３本の光ファイバ２１とが収納されている場合で示しているが、これに限らず、水中ＦＢＧ２２〜２４、２５〜２７と光ファイバ２１とのそれぞれを１本の細径ステンレス管１４に収納させるようにしてもよい。
【００３７】
また、細径ステンレス管１４内での水中ＦＢＧ２２〜２４、２５〜２７は、順にその高さが高くなるように配置されている。つまり、水中ＦＢＧ２２、２５が一番低く、水中ＦＢＧ２３、２６が中程度で、水中ＦＢＧ２４、２７が一番高くなるように配置されている。
【００３８】
このような構成では、水中ＦＢＧ２２〜２４、２５〜２７の何れかが水中に浸かると、上記同様に、反射波長が短波長側にシフトするので、対応する空中ＦＢＧ５０〜５２、５３〜５５とは異なった反射波長となる。
【００３９】
この場合、たとえば水中ＦＢＧ２２、２５が水中に浸かったとすると、水中ＦＢＧ２２、２５での反射光量が減少するため、光スペクトラムアナライザ１３で観測されるスペクトルは上記の図４に示すようになり、水中ＦＢＧ２２、２５が水中に浸かったか否かの確認が可能となる。
【００４０】
また、たとえば水中ＦＢＧ２２、２３、２５、２６が水中に浸かったとすると、水中ＦＢＧ２２、２３、２５、２６での反射光量が減少するため、光スペクトラムアナライザ１３で観測されるスペクトルは上記の図５に示したようになり、水中ＦＢＧ２２、２３、２５、２６が水中に浸かったか否かの確認が可能となる。
【００４１】
このように、第２実施形態では、水中ＦＢＧ２２〜２４、２５〜２７が順に水中に浸かることで、光スペクトラムアナライザ１３で観測されるスペクトルがその水中に浸かった水中ＦＢＧ２２〜２４、２５〜２７に対応して変化することから、上述した作用効果に加え、温度変化に伴った現在の水位の変化を観測することができ、さらに詳細な水深データを得ることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
図７は、図１の水位計システムの構成を変えた場合の第３実施形態を示す図である。第３実施形態における水位計システムの構成においては、図１のＡＳＥ光源１が可変波長ＬＤ光源２８に、図１の光スペクトラムアナライザ１３が光パワーメータ２９に、水中ＦＢＧ８〜１２がダイヤフラム３５〜３９等を有する水圧変化検出部４０にそれぞれ変更されている点で図１の水位計システムとは構成が異なっている。その他の構成は図１と同様である。なお、光出力先変更手段は光サーキュレータ２ａであり、特定波長反射手段は空中ＦＢＧ３０〜３４であり、水圧変化検出手段は水圧変化検出部４０である。
【００４３】
水圧変化検出部４０内部は水密処理されており、ダイヤフラム３５〜３９が直に水に浸されるのを防止する役目も担っている。これにより、ダイヤフラム３５〜３９の劣化が防止されるようになっている。
【００４４】
また、可変波長ＬＤ光源２８からのＬＤ光の波長は、空中ＦＢＧ３０〜３４のそれぞれの反射波長に対応させて可変されるようになっている。なお、第３実施形態では、後述のように、干渉光の強度の変化を観測するため、光源としては上記のＡＳＥ光源１を用いてもよいが、ＬＤ光源の方が適している。また、ダイヤフラム３５〜３９に光ファイバ２１の先端が接続される。
【００４５】
ここで、水圧変化検出部４０の詳細の一例を、図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、図９（ａ）（ｂ）は、複数の水圧変化検出部４０のうち、ダイヤフラム３５を有するものを代表して示している。すなわち、図９（ａ）に示すように、水圧変化検出部４０は、ベローズ４０ａ、底板４０ｂ、光透過性介在部材３５ａ及び全反射ミラー３５ｂを有し、光透過性介在部材３５ａ及び全反射ミラー３５ｂがいわゆるダイヤフラム３５を構成している。ベローズ４０ａは、水圧に応じて矢印ａ−ｂ方向に伸縮する。底板４０ｂはスチール等の剛板であり、ベローズ４０ａの下端に水密処理された状態で取り付けられている。
【００４６】
光透過性介在部材３５ａ及び全反射ミラー３５ｂは、光ファイバ２１の端面に取り付けられている。また、図９（ｂ）に示すように、光透過性介在部材３５ａは、ベローズ４０ａの矢印ａ−ｂ方向への伸縮により、底板４０ｂが矢印ａ方向へ移動することによって変位し、光ファイバ２１に圧力の変動を伝える。また、全反射ミラー３５ｂは、光ファイバ２１の端面で光を反射させる。
【００４７】
このような構成により、光ファイバ２１の端面から全反射ミラー３５ｂ側に入射した光が反射を繰り返すとき、水圧によるベローズ４０ａの伸縮に応じたダイヤフラム３５〜３９の変位により、光路差に変位を伴う。このとき、圧力の変化にほぼ比例して干渉光の強度が変化することになる。よって、光パワーメータ２９により、その干渉光の強度の変化を観測することで、特定位置で圧力変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができることから、水位の計測が可能となる。
【００４８】
このような構成の水位計システムでは、たとえば可変波長ＬＤ光源２８からのＬＤ光の波長が空中ＦＢＧ３０の反射波長に対応するものである場合、光空中ＦＢＧ３０で反射したＬＤ光がダイヤフラム３５に伝播する反射光による干渉が生じる。
【００４９】
このとき、ダイヤフラム３５を有する水圧変化検出部４０が水中に浸かると、水圧変化検出部４０を介してダイヤフラム３５に水圧が加わり、その水圧によりダイヤフラム３５での反射光による干渉の強度が変化する。
【００５０】
よって、光パワーメータ２９により、その反射光による干渉の強度の変化を観測することで、上記の図４で説明した内容とほぼ同様の結果となり、ダイヤフラム３５を有する水圧変化検出部４０が水中に浸かったか否かの確認が可能となる。なお、第３実施形態では、光パワーメータ２９を用いた場合で説明したが、光パワーメータ２９の代わりに光スペクトルアナライザを用いてもよい。
【００５１】
また、たとえばダイヤフラム３５、３６を有する２つの水圧変化検出部４０が水中に浸かったとすると、図５で説明した内容とほぼ同様の結果となり、ダイヤフラム３５、３６を有する２つの水圧変化検出部４０が水中に浸かったか否かの確認が可能となる。
【００５２】
このように、第３実施形態では、可変波長ＬＤ光源２８からの光が光出力先変更手段である光サーキュレータ２ａにより所定方向に出力され、該光サーキュレータ２ａからの光のうち、特定波長の光が特定波長反射手段であるたとえば空中ＦＢＧ３０により反射され、該光サーキュレータ２ａを介して光ファイバ２１に出力されると、該光ファイバ２１の先端に設けられ、さらに内部が水密処理された水圧変化検出手段である水圧変化検出部４０内に収容されるとともに、該水圧変化検出部４０を介して得られる圧力の変化に比例して干渉光の強度を変化させるたとえばダイヤフラム３５による干渉光の強度の変化を、干渉光観測手段である光パワーメータ２９により観測することで、特定位置で圧力変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができることから、上述した作用効果に加え、水圧変化に伴った干渉光の強度の変化による観測結果が得られるまでの応答性と水圧変化検出部４０が水中に浸かって水位が変化したことの観測結果の精度とを高めることができる。
【００５３】
すなわち、第３実施形態では、観測結果が水圧変化検出部４０を介して得られる圧力の変化に比例した干渉光の強度の変化に基づき得られるため、第１実施形態での水中ＦＢＧ８〜１２や第２実施形態での水中ＦＢＧ２２〜２７からの反射光のスペクトルによる観測結果が得られるものに比べてその応答性が良く、第１実施形態及び第２実施形態に比べ、より高速に観測結果を得ることができる。また、第３実施形態では、水圧変化検出部４０を介して得られる圧力の変化に比例した干渉光の強度の変化による観測結果が得られるため、第１実施形態及び第２実施形態での反射光のスペクトルによる観測結果に比べ、より精度の良い観測結果を得ることができる。
【００５４】
また、第３実施形態では、複数の光サーキュレータ２ａと、これらの光サーキュレータ２ａのそれぞれに対応し、これらの光サーキュレータ２ａからの光のうち、それぞれ特定波長の光を反射する特定波長光反射手段である空中ＦＢＧ３０〜３４とを空中部筐体１５に収容し、さらに、それぞれの光サーキュレータ２ａを介して出力される空中ＦＢＧ３０〜３４からの光を伝播する光ファイバである光ファイバ２１の先端に、内部が水密処理された水圧変化検出手段である水圧変化検出部４０内に収容されるとともに、該水圧変化検出部４０を介して得られる圧力の変化に比例して干渉光の強度を変化させるダイヤフラム３５〜３９を設け、これらダイヤフラム３５〜３９による干渉光の強度の変化を光パワーメータ２９により観測することで、特定位置で圧力変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができることから、上述した作用効果に加え、複数の地点の水位を計測することができる。
【００５５】
また、光ファイバ２１は水密処理された細径の管であるたとえば細径ステンレス管１４に収納され、ダイヤフラム３５〜３９は内部が水密処理された水圧変化検出部４０内に収容されるようにしているため、光ファイバ２１及びダイヤフラム３５〜３９が直に水に触れることが無くなり、光ファイバ２１及びダイヤフラム３５〜３９の劣化を防止することができる。なお、第３実施形態では、水圧変化検出手段を、ベローズ４０ａ、底板４０ｂ、光透過性介在部材３５ａ及び全反射ミラー３５ｂを有し、光透過性介在部材３５ａ及び全反射ミラー３５ｂがいわゆるダイヤフラム３５とされた水圧変化検出部４０とした場合で説明したが、この例に限らず、圧力変化を干渉光の強度の変化として検出できるような他の構成であってもよい。
【００５６】
（第４実施形態）
図８は、図７の水位計システムの構成を変えた場合の第４実施形態を示す図である。同図に示す水位計システムは、それぞれの空中部筐体１５に、３個の光サーキュレータ２ａと３個の空中ＦＢＧ４１〜４３、４４〜４６とが収納されている。また、それぞれの空中部筐体１５には、３個の細径ステンレス管１４が連結されている。なお、光出力先変更手段は光サーキュレータ２ａであり、特定波長反射手段は空中ＦＢＧ４１〜４６であり、水圧変化検出手段は水圧変化検出部４０である。
【００５７】
また、３個の細径ステンレス管１４の水圧変化検出部４０内のダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２は、順にその高さが高くなるように配置されている。つまり、ダイヤフラム４７、５０が一番低く、ダイヤフラム４８、５１が中程度で、ダイヤフラム４９、５２が一番高くなるように配置されている。また、それぞれの空中部筐体１５間の光ファイバ２０は、上述した第２実施形態と同様に、細径ステンレス管２０ａ内に収納されるようになっている。この細径ステンレス管２０ａにより、上記同様に、それぞれの空中部筐体１５間の光ファイバ２０は、風雨等から保護されるようになっている。
【００５８】
このような構成では、ダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２を有する水圧変化検出部４０の何れかが水中に浸かると、上記同様に、水圧変化検出部４０を介して何れかかのダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２に水圧が加わり、その水圧により何れかのダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２が収縮し、光ファイバ２１の端面での反射光による干渉の強度が変化する。
【００５９】
この場合、ダイヤフラム４７、５０を有する水圧変化検出部４０が水中に浸かったとすると、そのダイヤフラム４７、５０が水圧により収縮し、光ファイバ２１の端面での反射光による干渉の強度が変化するため、光パワーメータ２９で観測される反射光による干渉の強度の変化は上記の図４で説明した内容とほぼ同様の結果となり、ダイヤフラム４７、５０を有する水圧変化検出部４０が水中に浸かったことの確認が可能となる。
【００６０】
また、たとえばダイヤフラム４７、４８、５０、５１を有する水圧変化検出部４０が水中に浸かったとすると、上記同様に、光パワーメータ２９で観測される反射光による干渉の強度の変化は上記の図５で説明した内容とほぼ同様の結果となり、ダイヤフラム４７、４８、５０、５１を有する水圧変化検出部４０が水中に浸かったことの確認が可能となる。
【００６１】
このように、第４実施形態では、ダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２が順に水中に浸かることで、光パワーメータ２９で観測される反射光による干渉の強度はその水中に浸かったダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２に対応して変化することから、上述した作用効果に加え、現在の水位の変化を観測することで、特定位置で圧力変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができ、さらに詳細な水深データを得ることができる。
【００６２】
また、第４実施形態では、ダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２による干渉光の強度の変化の応答性が高いため、ダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２の位置をたとえば互いに数ミリ程度異なるように配置し、ダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２の反応時間差とダイヤフラム４７〜４９、５０〜５２の位置の差とから、所定時間（たとえば１時間）の降水量の推定を行うことも可能である。
【００６３】
なお、上述の水圧変化に伴った干渉光の強度の変化を観測する第３〜第４実施形態では、ベローズ４０ａを用いた場合で説明したが、この例に限らず、図９（ｃ）（ｄ）に示すように、そのベローズ４０ａを省いて水位の計測を行うことも可能である。
【００６４】
なお、図９（ｃ）（ｄ）は、ダイヤフラム３５を有するものを代表して示している。すなわち、図９（ｃ）に示すように、水圧変化検出部４０の筐体４０Ａの底部には、薄膜４０ｃが水密処理された状態で取り付けられている。また、薄膜４０ｃと光ファイバ２１の端面との間には、上述した光透過性介在部材３５ａ及び全反射ミラー３５ｂを有するダイヤフラム３５が取り付けられている。
【００６５】
このような構成では、図９（ｄ）に示すように、水圧の変化、すなわち矢印ａ方向に水圧が加わると、薄膜４０ｃは筐体４０Ａの内側に撓み、ダイヤフラム３５を押し付ける。このとき、上述したように、光透過性介在部材３５ａが歪みを生じることで、ダイヤフラム３５が変位する。これにより、ベローズ４０ａを用いた場合と同様に、水圧変化に伴った干渉光の強度が変化するため、その変化を観測するこで、特定位置で圧力変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができ、水位の計測を行うことが可能となる。
【００６６】
また、水圧変化検出部４０は、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、ダイヤフラム３５の光透過性介在部材３５ａを省いた構成を用いることも可能である。すなわち、図１０（ａ）に示すように、水圧変化検出部４０は、ベローズ４０ａ、底板４０ｂ、全反射ミラー３５ｂを備えている。
【００６７】
この場合、図１０（ｂ）に示すように、ベローズ４０ａが水圧に応じて矢印ａ−ｂ方向に伸縮する際、底板４０ｂが矢印ａ方向へ移動することによって、全反射ミラー３５ｂ及び光ファイバ２１の端面を押し付ける。これにより、光ファイバ２１に曲がりが生じて光損失が変化する。このとき、上述した光源であるＡＳＥ光源１又は可変波長ＬＤ光源２８からの光が全反射ミラー３５ｂで反射する際、光ファイバ２１の曲がりが生じた部分での漏光等により、上述した光スペクトラムアナライザ１３又は光パワーメータ２９側への反射光に光損失が生じることになる。そこで、その反射光の光損失を観測することで、特定位置で圧力変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができ、上記同様に、現在の水位の変化等の観測が可能となる。
【００６８】
また、水圧変化検出部４０は、図１０（ｃ）（ｄ）に示すような構成とすることも可能である。すなわち、図１０（ｃ）に示すように、水圧変化検出部４０の筐体４０Ｂの側面は可撓性を有するように形成されている。その筐体４０Ｂの内側には、複数の押圧突起４０ｄが光ファイバ２１の軸心に向けて突設されている。このような構成では、図１０（ｄ）に示すように、矢印ｃ−ｄに水圧が加わると、筐体４０Ｂの側面が内側に撓み、各押圧突起４０ｄが光ファイバ２１を押し付け、光ファイバ２１に曲げを生じさせる。
【００６９】
そして、この場合も、上記同様に、光ファイバ２１の曲げが生じた付近での漏光等により、上述した光スペクトラムアナライザ１３又は光パワーメータ２９側への反射光に光損失が生じることになるため、その反射光の光損失を観測することで、特定位置で圧力変化があったとして認識でき、水位が変化したと見なすことができ、現在の水位の変化等の観測が可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１  ＡＳＥ光源
２、２ａ  光サーキュレータ
３〜７、３０〜３４、４１〜４６、５０〜５５  空中ＦＢＧ
８〜１２、２２〜２７  水中ＦＢＧ
１３  光スペクトラムアナライザ
１４、２０ａ  細径ステンレス管
１５  空中部筐体
２０、２１  光ファイバ
２８  可変波長ＬＤ光源
２９  光パワーメータ
３５〜３９、４７〜５２  ダイヤフラム
３５ａ  光透過性介在部材
３５ｂ  全反射ミラー
４０  水圧変化検出部
４０Ａ、４０Ｂ  筐体
４０ａ  ベローズ
４０ｂ  底板
４０ｃ  薄膜
４０ｄ  押圧突起
【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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【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】
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