(57)【要約】【課題】雨量計測に費やすコストを低減する。【解決手段】転倒升式雨量計１を用いて転倒升１２の一方向への転倒動作で光ファイバセンサ部６に曲げを生じさせ、それによる曲げ損失の変化の回数を転倒升１２の転倒回数として雨量を計測することで、簡易かつ低コストで遠隔地の雨量計測を可能とする。雨量計１に特別の改良を要さず光ファイバセンサに曲げを生じさせるには、転倒升１２の転倒に伴い変位する曲げ付与部兼バランスウェイト１５を利用する。ガイド７，８および止め具９により光ファイバセンサ部６を環状に巻きまわし、曲げ付与部兼バランスウェイト１５に間隙Ｇを持って巻き掛け、ガイド７，８がファイバの逃げによる動作不良を防止し、間隙Ｇにより、ファイバ５の剛性に升１２の転倒が邪魔されず、また、ファイバ５が環状になっているため曲げ損失が生じるまで曲げるための力が少なくて済み、転倒のタイミングのずれをなくすことができ正確な雨量の測定が可能となる。【選択図】図３
2006349370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雨を受ける転倒升１２の転倒回数によって雨量を計測する転倒升式雨量計１と、前記転倒升１２の転倒によって曲げが与えられる光ファイバ５からなる光ファイバセンサ部６と、前記曲げによる光ファイバセンサ部６の曲げ損失を検出する検出機器とからなり、前記検出機器で検出した曲げ損失の変化の回数を前記転倒升１２の転倒回数として雨量を計測する光式雨量計測装置。
【請求項２】
上記転倒升１２の転倒時に上記光ファイバセンサ部６に曲げを与える曲げ付与部と、前記光ファイバセンサ部６の曲げが与えられる受力部６ａとの間に所要の間隙Ｇを形成し、上記転倒升１２が転倒した際、その間隙Ｇを超えて前記曲げ付与部が動いて前記光ファイバセンサ部６の受力部６ａを押して前記曲げを与えるようにした請求項１に記載の光式雨量計測装置。
【請求項３】
上記転倒升式雨量計１は転倒中心の左右に１対の升を設けた転倒升１２を有するものであって、上記光ファイバセンサ部６に曲げを与える曲げ付与部１５を、前記転倒升１２の転倒中心下に一体に設けたバランスウェイト１５とした請求項２に記載の光式雨量計測装置。
【請求項４】
上記転倒升式雨量計１は転倒中心の左右の一方に升を設けた転倒升１２を有するものであって、上記光ファイバセンサ部６に曲げを与える曲げ付与部１５を、前記転倒升１２の転倒中心の左右の他方に一体に設けたバランスウェイト１５とした請求項２に記載の光式雨量計測装置。
【請求項５】
上記光ファイバセンサ部６の形状を環状にし、その環状光ファイバセンサ部６の中に上記曲げ付与部兼バランスウェイト１５を配置した請求項３または４に記載の光式雨量計測装置。
【請求項６】
上記曲げ付与部との係合位置に、上記光ファイバセンサ部６の曲げを与えられる受力部６ａを保持するためのガイド７を設けた請求項２から５のいずれかに記載の光式雨量計測装置。
【請求項７】
上記転倒升式雨量計１は、転倒中心の上部に左右１対の升からなる転倒升１２を有するものであって、上記光ファイバセンサ部６に対する曲げの付与が前記転倒升１２の片側への転倒時にのみなされ、前記光ファイバセンサ部６に対する曲げに基づくその曲げ損失の変化の回数を前記転倒升１２の転倒回数とするようにした請求項１から６のいずれかに記載の光式雨量計測装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光式雨量計測装置を複数の雨量測定地点に設置し、各光式雨量計測装置の光ファイバセンサ部６を一本の光ファイバ５から構成すると共に、前記各光式雨量計測装置の曲げ損失を検出する検出機器を前記１本の光ファイバ５の端末に接続した１つのＯＴＤＲ装置４とした光式雨量計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転倒升式雨量計にその転倒升の転倒を検知する光ファイバセンサを付属させた光式雨量計測装置、及びその光式雨量計測装置を使用した光式雨量計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
雨量観測は、気象観測器メーカが販売している気象庁検定品の機械式の自己記録式観測器や電気式（データロガー式）観測器などを現場（観測点）に設置して行うのが一般的であり、その雨量計には、通常、転倒升式雨量計が使用され、この転倒升式雨量計は、雨を受ける転倒升の転倒回数によって雨量を計測する（実施例参照）。
【０００３】
その転倒升の転倒回数を検出する手段として、転倒升の転倒により磁力を変化させ、その磁力の変化で電圧を発生するウイーガンド素子を利用し、その素子の起電力を利用して発光ダイオードを光らせ、その発光回数をカウントして転倒升の転倒回数とするものがある（特許文献１参照）。
また、監視装置側から雨量計の光ファイバに直流光を出力しておき、転倒升の転倒によりその直流光を遮断し、その遮断回数をカウントして転倒升の転倒回数とするものもある。
【特許文献１】特開昭６０−４９２２７号公報
【０００４】
さらに、ＦＢＧ素子を用いた光ファイバからなる光ファイバセンサを用い、転倒升の転倒時にこの光ファイバセンサに引っ張り歪を与え、光ファイバセンサからの反射波長を計測する反射波長計測装置により、歪みに伴う反射波長変化の回数をカウントして転倒升の転倒回数とするものもある（特許文献２参照）。
このようなＦＢＧ素子を用いた光式雨量計測装置は、観測点からデータを収集して処理する監視点までが長距離の場合にも精度の良い観測が可能であり、また、１芯の光ファイバに複数の雨量計をつなぎデータ収集を行う際には、分波器等を用いる必要がなく簡易である。
【特許文献２】特開２００４−１０９００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
機械式や電気式の観測器は、電源の無いところでは使えず、データを読み取って連絡する監視人なども必要とする。また、雷サージなどで機器が損傷するなどして使用不能になる場合があるなど、多くの問題点を有している。
また、商用電源の無い所では太陽電池を使用し、データを無線で送信することも行われているが、この場合には電源容量とコストの観点からデータの送信頻度が３０分に１回とか、早くても１０分に１回程度に規制され、リアルタイムでのデータ収集ができていない。
【０００６】
これに対し、上記特許文献１記載等の雨量計測装置は、光伝送のため、遠隔地においての観測が可能であり、雷サージなどによる機器の損傷も少ない。また、連続した観測が可能であり、リアルタイムでのデータ収集ができる。
しかし、この光式雨量計測装置は、光の伝送の有無により、転倒升の転倒を検知するため、観測点からデータを収集して処理する監視点までが比較的短距離の場合にしか適用できない。また、１芯の光ファイバに複数の雨量計をつないでデータ収集を行う際には、分波器等を用いて各観測点からの波長を変えないと１台の装置による複数点の監視ができないなどの問題がある。
【０００７】
特許文献２記載の雨量計測装置は、その問題は解決されているが、ＦＢＧ素子は非常に高価であるため、特に複数の地点を観測する場合には多くのＦＢＧ素子を用いる必要があり、雨量計自体が高価となる問題がある。
また、ＦＢＧ素子は特殊な装置により光ファイバの一部を変質させて作り出すため、一度被覆を剥いで、ガラスの状態にして加工する必要があり、一度被覆を剥いだ事や、変質させたことにより、通常の光ファイバより機械的に弱くなってしまう欠点があり、繰り返し曲げ等の歪みに対して、寿命が短くなる問題も有する。
【０００８】
この発明は、光ファイバを用いた雨量計測装置および雨量計測システムにおいて、雨量計測に費やすコストを低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するため、この発明は、転倒升の転倒によって、光ファイバに曲げを与え、その曲げによる曲げ損失の変化を検出し、その曲げ損失の変化の回数を転倒枡の転倒回数として雨量を計測することとしたのである。
このように、通常の光ファイバの曲げに基づく曲げ損失の変化の回数によって雨量を計測するようにしたので、ＦＢＧ素子を用いた光ファイバに比べて、通常の光ファイバを使用できるため、低コストで雨量を計測できる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、転倒升の転倒による光ファイバの曲げによって雨量を検出するようにしたので、安価にして雨量の計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の一実施形態としては、雨を受ける転倒升の転倒回数によって雨量を計測する転倒升式雨量計と、前記転倒升の転倒によって曲げが与えられる光ファイバからなる光ファイバセンサ部と、前記曲げによる光ファイバセンサ部の曲げ損失を検出する検出機器とからなり、前記検出機器で検出した曲げ損失の変化の回数を転倒升の転倒回数として雨量を計測する構成を採用する。
【００１２】
この構成において、上記転倒升の転倒時に上記光ファイバセンサ部に曲げを与える曲げ付与部と、上記光ファイバセンサ部の曲げが与えられる受力部との間に所要の間隙を形成し、上記転倒升が転倒した際、その間隙を超えて前記曲げ付与部が動いて前記光ファイバセンサ部の受力部を押して前記曲げを与えるようにすれば、光ファイバに曲げ付与部が当接して初めて転倒升にその反力が生じるので、転倒升の転倒が光ファイバの剛性に邪魔されて遅れ、転倒升の転倒のタイミングがずれることを軽減でき、より正確な計測が可能となる。
【００１３】
また、上記転倒升式雨量計を、転倒中心の上部に左右１対の升からなる転倒升を有するものとすれば、市販の転倒升式雨量計を採用できる。このとき、光ファイバセンサ部に対する曲げの付与が転倒升の片側への転倒時にのみなされ、その光ファイバセンサ部に対する曲げに基づくその曲げ損失の変化の回数を転倒升の転倒回数とすると、後述するように簡易でありコストもかからず効率的である。
さらに、その転倒升の転倒中心にバランスウエイトを設けて、このバランスウエイトを、光ファイバセンサ部に曲げを与える曲げ付与部とすれば、現在用いられている雨量計に特別な改造を施すことなく、この発明の目的を実現することができる。
【００１４】
また、上記転倒升式雨量計は、転倒中心の左右の一方に升を設けた転倒升を有するものであってもよく、その場合には、転倒中心の左右の他方に一体に設けたバランスウェイトを光ファイバセンサ部に曲げを与える曲げ付与部とすれば簡易である。  
【００１５】
上記光ファイバセンサ部の形状は、直線、弧状などと曲げを与えられる態様であれば任意であるが、環状にして、その環状光ファイバセンサ部の中に上記曲げ付与部兼バランスウエイトを配置することができ、その光ファイバセンサ部を曲げ損失が生じる直前の状態にまで曲げておけば、転倒升の転倒時に、曲げ付与部兼バランスウェイトが光ファイバセンサ部の受力部を曲げ損失が生じるまで曲げるための力が少なくて済むため、転倒のタイミングの遅れをなくすことができる。
【００１６】
さらに、上記曲げ付与部との係合位置に、上記光ファイバセンサ部の曲げを与えられる受力部を保持するためのガイドを設けると、受力部が曲げ付与部から外れるのを防ぐことができ、動作不良が解消される。
【００１７】
上記各構成の光式雨量計測装置によって、複数の地点の雨量を測定するシステムとしては、例えば、その光式雨量計測装置を各雨量測定地点に設置し、その各光式雨量計測装置の光ファイバセンサを一本の光ファイバから構成すると共に、各光式雨量計測装置の曲げ損失を検出する検出機器を前記１本の光ファイバの端末に接続した１つのＯＴＤＲ装置とした構成を採用することができる。
この構成とすれば、ＯＴＤＲ装置は、１本の光ファイバで生じた曲げ損失及びその位置を検出することができるため、複数地点のリアルタイムでの雨量観測を遠隔地において、１台のＯＴＤＲ装置で行うことができ、簡単な構造で比較的低コストで、複数地点のリアルタイムでの雨量観測を行うことができる。
【実施例】
【００１８】
この発明に係る光式雨量計測システムの一実施例を図１〜図５に示す。この実施例は、図１のように、各観測点に設置する転倒升式雨量計１と、遠隔の監視局舎などに設置する監視制御装置２と、必要に応じて設ける光スイッチ３と、曲げ損失の変化を監視するＯＴＤＲ装置４と、光ファイバ５とから構成される。光ファイバ５の本数は特に限られないが、図では２本設けており、それぞれの光ファイバ５に転倒升式雨量計１が直列に多数接続されている。
【００１９】
光式雨量計測装置の内部構造を図２に示す。この光式雨量計測装置は、円筒１１の中に、台座プレート１６、台座プレート１６に回動可能に軸支され、回動中心の左右に雨を受ける升を有し左右交互に転倒運動を行う転倒升１２、雨水を転倒升１２の左右の升に交互に注入する漏斗１３及びその受けた雨水を交互に排出する２個の排水筒１４を設けた転倒升式雨量計１と、転倒升１２の転倒を検知する光ファイバ５からなる光ファイバセンサ部６と後述の付属要素とから成る。なお、光ファイバ５は図示のように転倒升式雨量計１の下部開口より内部に引き込まれる。
【００２０】
図３、図４は、転倒升式雨量計１の要部の詳細を示す。上記付属要素としては、転倒升１２の回動軸１２ａ直下に設けられた曲げ付与部兼バランスウエイト１５や、その曲げ付与部兼バランスウェイト１５に固定されたガイド７、台座プレートから延びるガイド８と、片方の排水筒１４外周の止め具９がある。また、光ファイバセンサ部６は、曲げ付与部兼バランスウエイト１５によって曲げ圧力を受ける受力部６ａを有する。
【００２１】
上記光ファイバ５は、各転倒升式雨量計１内において、ほぼ長円状に巻きまわされて上記光ファイバセンサ部６を形成し、その光ファイバセンサ部６の長円の長軸Ａの一端である受力部６ａは、その光ファイバセンサ部６の曲げ損失が生じる直前の曲率とされている。また、この受力部６ａは、曲げ付与部兼バランスウェイト１５に固定されたガイド７に曲げ付与部兼バランスウェイト１５と間隙Ｇを保った状態で、その外周に沿うように引っ掛けられている。光ファイバセンサ部６の長軸Ａ他端側は片方の排水筒１４を支持具にしてその筒の外周に巻きつけられ、外れないようにゴム等のクッション材を介して止め具９で固定している。さらに、図示のように、光ファイバセンサ部６の長手途中は台座プレート１６から延びるガイド８により受け支えられている。
【００２２】
このように、受力部６ａを曲げ付与部兼バランスウエイト１５から外れ止めして定位置でバランスウエイトに係止させるガイド７や光ファイバの環の長手途中を受け支えるガイド８などを設けておくことにより、受力部６ａが曲げ付与部兼バランスウエイト１５から外れたり、曲げ付与部兼バランスウエイト１５に対するフィット位置がばらついたりして、転倒升１２の転倒検知が不安定になったり検知不能になったりするのを防止することができる。図示のガイド７は曲げ付与部兼バランスウエイト１５のバランスの崩れを防ぐために突き出し長さを短くするのがよいが、この実施例のように、ガイド８があると、ガイド７の突き出し長さをあまり長くせずに済む。
【００２３】
なお、排水筒１４に対する光ファイバセンサ部６の固定は、曲げ半径を３５ｍｍ以上にして巻きつけによる曲げ損失をできるだけ発生させないようにしておくのがよい。また、光ファイバ５が周囲の物体に引っ掛ったりすると、断線等につながる恐れがあるので、それを防止する保護カバー１７も設けておくのがよく、既存の転倒升式雨量計１の回転中心を支える台座プレート１６と一体成形すれば、余分な付属品を必要としなくなって好ましい。
【００２４】
この実施例の転倒升式雨量計１は、転倒升１２に雨水が注入されてその転倒升１２が片側に転倒すると、曲げ付与部兼バランスウエイト１５が変位し、受力部６ａとの間の間隙Ｇが小さくなる。その間隙Ｇが、転倒升１２が転倒し終える前に無くなり（図５参照）、転倒升１２の更なる転倒で光ファイバセンサ部６の受力部６ａに曲げが生じる。受力部６ａに曲げが生じると、曲げ損失が変化し、後方散乱光のパワーが変化するため、その様子は、ＯＴＤＲ装置４により逐次チェックされる。
【００２５】
このとき、受力部６ａが図５のように引っ張られてその受力部６ａの曲げ半径が小さくなりすぎると、受力部６ａの曲げ伸ばしが繰り返されるため耐久性の面で好ましくないので、バランスウエイト１５による曲げの付与のみで検知に必要な曲げ損失の変化を生じさせ得る場合には、受力部６ａの曲げ半径の変化をあまり大きくしない方がよい。
【００２６】
転倒升１２が中立位置に戻り、或いは反対側に転倒すると、受力部６ａに与えられていた張力は無くなる。従って、受力部６ａの曲げの有無による曲げ損失の変化の繰り返し数をカウントすることで、雨量をある単位、例えば枡の容量に応じて０．５ｍｍ単位或いは１ｍｍ単位で計測することができる。
【００２７】
このようにして、各転倒升式雨量計１について、ＯＴＤＲ装置４によるチェックが逐次されて、その各雨量計１が設置された地点の雨量がリアルタイムで計測される。
【００２８】
この実施例では、転倒升１２の片側への転倒のみを検出している。これはＯＴＤＲ装置４の距離分解能状の制約から、監視距離が長くなると分解能が悪くなることに起因する。というのは上記した理由から、左右の転倒升１２の転倒をそれぞれ検出するとなると、２つの曲げ損失発生場所を区別するには、その間に一定の距離を必要とする。そのため、左右の転倒升１２の転倒によって歪む両受力部６ａ間の検出距離を離すためのダミーファイバを転倒升式雨量計１内に設けなければならなくなる。その所定の長さの光ファイバを準備する手間とそのためのスペースを確保することを考えると煩雑でありコストがかかるから片側への転倒のみを検出するほうが効率的である。
【００２９】
ガイドの他例としては、図６に示すようなもの等が考えられ、このガイド７Ａは光ファイバをＵスロットに収納して保持するものであり、光ファイバセンサ部６の曲げ伸ばしの変位が起こり難いため、耐久性が向上する。
【００３０】
また、この実施例では転倒中心の左右に升を有する転倒升１２を用いたが、転倒中心の左右の一方に升を設けた転倒升１２を用いてもよい。この場合には、バランスを取るために転倒中心の左右の他方に一体に設けられたバランスウェイトを曲げ付与部１５とすることで、上記した実施例と同様の作用によりこの発明の目的を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施例の雨量計測装置を用いた観測システムの全体構成を示す図
【図２】同実施例の転倒升式雨量計の全体構成を示す図
【図３】同転倒升式雨量計の要部の詳細を示す正面図
【図４】同上の要部の平面図
【図５】同実施例の升の転倒時の作用平面図
【図６】（ａ）ガイドの他の例を示す平面図、（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図
【符号の説明】
【００３２】
１  転倒升式雨量計
２  監視制御装置
３  光スイッチ
４  ＯＴＤＲ装置
５  光ファイバ
６  光ファイバセンサ部
６ａ  受力部
７、７Ａ、８  ガイド
９  止め具
１１  円筒
１２  転倒升
１２ａ  回動軸
１３  漏斗
１４  排水筒
１５  曲げ付与部兼バランスウェイト
１６  台座プレート
１７  保護カバー
Ｇ  間隙
Ａ  長軸
【図１】
2006349370.tif 000003
【図２】
2006349370.tif 000004
【図３】
2006349370.tif 000005
【図４】
2006349370.tif 000006
【図５】
2006349370.tif 000007
【図６】
2006349370.tif 000008