(57)【要約】【課題】簡易な構造で劣化を低減して測定できる、水位測定装置を提供する。【解決手段】本発明の水位測定装置は、第１電極と、第１電極と対になる第２電極と、第１電極および第２電極を内部に収容する本体部と、本体部と対になる接地電極と、第１電極に送信信号を送信し、第２電極からの受信信号を受信する送受信部と、送受信部における送信信号と受信信号との差分もしくは比率に基づいて、水位を測定する測定部とを、備え、本体部は、防水されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極と対になる第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極を内部に収容する本体部と、
前記本体部と対になる接地電極と、
前記第１電極に送信信号を送信し、前記第２電極からの受信信号を受信する送受信部と、
前記送受信部における前記送信信号と前記受信信号との差分もしくは比率に基づいて、水位を測定する測定部とを、備え、
前記本体部は、防水されている、水位測定装置。
【請求項２】
前記第１電極と前記第２電極とは、静電結合可能である、請求項１記載の水位測定装置。
【請求項３】
前記第２電極での受信信号は、前記第１電極に入力された前記送信信号が、前記第２電極に静電結合して伝わる電気信号である、請求項２記載の水位測定装置。
【請求項４】
前記本体部および前記接地電極は、測定対象の水中に浸漬される、請求項１から３のいずれか記載の水位測定装置。
【請求項５】
前記第１電極に入力された前記送信信号は、前記水中においては、前記接地電極に静電結合して伝わり、
前記水中以外においては、前記第２電極に静電結合して伝わる、請求項４記載の水位測定装置。
【請求項６】
前記送受信部は、前記第２電極に静電結合して伝わる電気信号を、前記受信信号として受信する、請求項５記載の水位測定装置。
【請求項７】
前記送信信号および前記受信信号は、電気的な波形を有する波形信号であり、
前記測定部は、前記送信信号の振幅と前記受信信号の振幅の差分もしくは比率に基づいて、前記水位を算出する、請求項６記載の水位測定装置。
【請求項８】
前記送信信号および前記受信信号は、電気的な波形を有する波形信号であり、
前記測定部は、前記送信信号の位相と前記受信信号の位相との差分もしくは比率に基づいて、
もしくは、前記測定部は、前記送信信号の周期と前記受信信号の周期との差分もしくは比率に基づいて、
前記水位を算出する、請求項６または７記載の水位測定装置。
【請求項９】
前記第１電極および前記第２電極の全てが水中外である場合の、前記第１電極から前記第２電極に伝わる前記受信信号を基準値とし、
前記測定部は、前記受信信号と前記基準値を比較して、前記水位を算出する、請求項６記載の水位測定装置。
【請求項１０】
前記基準値に対する前記受信信号の比率と、水位とを対応させる対応表を記憶する記憶部を更に備え、
前記測定部は、前記対応表に基づいて、前記受信信号に基づく水位を算出する、請求項７から９のいずれか記載の水位測定装置。
【請求項１１】
前記送受信部は、前記測定部の測定結果に基づいて、前記送信信号の振幅もしくは周期を増減可能である、請求項８のいずれか記載の水位測定装置。
【請求項１２】
前記送受信部において、前記受信信号を増幅させる増幅器を更に備える、請求項１から１１のいずれか記載の水位測定装置。
【請求項１３】
前記測定部は、測定開始時に実測された水位と測定された水位との差分を誤差として前記記憶部に記憶させ、前記測定部は、前記誤差を考慮して前記水位を測定する、請求項１０から１２のいずれか記載の水位測定装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川などの自然界、あるいは上下水道などの人工物における水位を測定する水位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然界には河川や湖沼などの水（広い意味での水。混合物が含まれていたり、化学的に変質している液体全体を水として説明する）がある。あるいは、ため池、ダム、上下水道、液体タンク、排水管など、様々な人工物に水や液体がある。これらの自然界や人工物に水や液体が溜まっている状態は、様々な場所において存在する。
【０００３】
ここで、河川や湖沼などにおいては、氾濫あるいは水枯れなどの問題を早期に把握するために、その水位を測定することが求められる。これは、ため池やダムなどにおいても同様である。水位が低すぎると水不足の問題につながるし、水位が高すぎると、氾濫や洪水などの問題につながるからである。
【０００４】
同様に、上下水道や配水管なども、水位が高すぎると氾濫などの問題を引き起こす。あるいは、水位が低ければ、より有効活用することが求められる。また、液体タンクにおいても、水位が変化することで、供給や供給停止などの判断をすることが求められる。
【０００５】
このように、自然物や人工物などの様々な場面において、存在している水や液体の水位を測定することが必要となる場面が多々ある。
【０００６】
このため、様々な水位の検出方法が提案されている。
【０００７】
例えば、投げ込み式水位計と呼ばれる技術がある。センサを先端に設けた筒状の部材が水中に投入される。先端のセンサには、水中の水圧が加わる。水位によってセンサに加わる水圧は変化する。センサは、この水圧を電気信号に変換する。水圧と大気圧の差分に基づいて、投げ込み式水位計は、水位を測定する。
【０００８】
しかしながら、このような投げ込み式水位計は、電気素子であるセンサを、直接的に、水や液体に触れさせることになる。このため、電気素子が劣化してしまい、使用継続性が悪い問題がある。
【０００９】
また、小型で筒状形状を有する給水タンクなどに専用に使用される静電容量式の水位計もある。水中に、むき出しの電極（金属電極）を浸す。給水タンクそのものは、この電極の外周を覆うように金属であり、電極と外周の内壁とは、静電容量を有する一種のコンデンサとなる。
【００１０】
このコンデンサとしての静電容量は、電極が水に浸かっている高さによって異なるので、静電容量の変化から、水位を検出する方法である。
【００１１】
しかしながら、金属製の電極が直接的に水に浸かっているので、電極の劣化の問題がある。更には、電極に近接して外周全体を覆う筒状の給水タンク以外においては適用が困難である問題がある。
【００１２】
このような状況で、いくつかの技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１１−２１５１４４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３２８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１は、容器内における液体の水位を検出するための静電型水位センサ１であって、少なくとも一対の電極５と、電極５を支持する支持部材６と、電極５の周囲を覆うように設けられた絶縁部材７とからなり、電極５の間における静電容量を測定して水位検出信号を出力するセンサ部２と、センサ部２と電気的に接続されており、水位検出信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に変換された水位検出信号を出力するＡ／Ｄ変換部３と、センサ部２を収容可能に形成されるとともに、液体が内部に出入りできるように構成されており、電気的に接地されている遮蔽部材４とを備えたことを特徴とする水位センサを、開示する。
【００１５】
しかしながら、特許文献１の水位計は、水中に投入されている装置内部に水を侵入させる。この侵入によって、内部装置の劣化が生じてしまう問題を有している。加えて、センサーや電極などの装置が大がかりで、コストが高くなってしまう問題もある。
【００１６】
特許文献２は、互いの間に水が入り込む隙間を空けて上下に延びる一対の電極を有し、それら一対の電極間の静電容量に基づいて水位を計測する水位計であって、上記一対の電極間に交流信号を印加し、それら一対の電極間のリークに起因する信号の減衰率から水位を計測する水位計測部と、水位計測部により計測された水位に応じて、上記一対の電極間に印加する交流信号の周波数を調整する周波数調整部とを有する水位計を開示する。
【００１７】
しかしながら、特許文献２の技術は、水中でコンデンサがむき出しになっており、水中での劣化が生じる問題がある。また、静電容量の変化が小さい場合には、水位を検出しにくい問題も有している。
【００１８】
このように、特許文献１、２のような従来技術においては、水中や液体中に金属製の電極や電子素子が露出されており、劣化したり、測定精度が劣化していくなどの問題があった。あるいは、構造が複雑で、コストが高くなったり、測定できる対象物を選んでしまったりする問題もあった。
【００１９】
本発明は、これらの課題に鑑み、簡易な構造で劣化を低減して測定できる、水位測定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】
【００２０】
上記課題に鑑み、本発明の水位測定装置は、第１電極と、
第１電極と対になる第２電極と、
第１電極および第２電極を内部に収容する本体部と、
本体部と対になる接地電極と、
第１電極に送信信号を送信し、第２電極からの受信信号を受信する送受信部と、
送受信部における送信信号と受信信号との差分もしくは比率に基づいて、水位を測定する測定部とを、備え、
本体部は、防水されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の水位測定装置は、電極が水中や液体中に直接露出されない。このため、電極を始めとした装置のコア的な要素が劣化することを低減できる。結果として、測定装置としての使用期間を長くてき、測定精度を劣化させることも防止できる。
【００２２】
また、簡易な構造であり、様々な場所において使用が可能である。測定対象の場所や特性を選ばないメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ある液体容器の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における水位測定装置の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における最低水位の場合での水位検出を示す模式図である。
【図４】測定対象物において液体１００がある程度溜まっている状態を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１における最大水位となっている場合の水位測定を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１における送信信号と受信信号を示す模式図である。
【図７】図４の場合に対応する送信信号と受信信号の模式図である。
【図８】図５の場合に対応する送信信号と受信信号の模式図である。
【図９】本発明の実施の形態１における送信信号と受信信号の位相差を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における受信信号の比率と水位を対応させる対応表である。
【図１１】本発明の実施の形態２のおける水位測定装置のブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における水位測定装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の第１の発明に係る水位測定装置は、第１電極と、
第１電極と対になる第２電極と、
第１電極および第２電極を内部に収容する本体部と、
本体部と対になる接地電極と、
第１電極に送信信号を送信し、第２電極からの受信信号を受信する送受信部と、
送受信部における送信信号と受信信号との差分もしくは比率に基づいて、水位を測定する測定部とを、備え、
本体部は、防水されている。
【００２５】
この構成により、電極を液体に接触させることなく、簡易な構成で水位を計ることができる。また、電極での信号の差分等によるので、測定精度が高くなる。
【００２６】
本発明の第２の発明に係る水位測定装置では、第１の発明に加えて、第１電極と第２電極とは、静電結合可能である。
【００２７】
この構成により、第１電極と第２電極とが信号伝達可能となる。
【００２８】
本発明の第３の発明に係る水位測定装置では、第２の発明に加えて、第２電極での受信信号は、第１電極に入力された送信信号が、第２電極に静電結合して伝わる電気信号である。
【００２９】
この構成により、水中以外の場所では、受信信号として第２電極に伝達される。
【００３０】
本発明の第４の発明に係る水位測定装置では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、本体部および接地電極は、測定対象の水中に浸漬される。
【００３１】
この構成により、水中と水中以外での、第１電極から第２電極への信号の伝達挙動の違いにより、水位を測定できる。
【００３２】
本発明の第５の発明に係る水位測定装置では、第４の発明に加えて、第１電極に入力された送信信号は、水中においては、接地電極に静電結合して伝わり、
水中以外においては、第２電極に静電結合して伝わる。
【００３３】
この構成により、受信信号において生じる差分によって、水位を測定することができる。
【００３４】
本発明の第６の発明に係る水位測定装置では、第５の発明に加えて、送受信部は、第２電極に静電結合して伝わる電気信号を、受信信号として受信する。
【００３５】
この構成により、受信信号は、第１電極と第２電極が静電結合できる範囲である空気中で、第２電極において生じる。
【００３６】
本発明の第７の発明に係る水位測定装置では、第６の発明に加えて、送信信号および受信信号は、電気的な波形を有する波形信号であり、
測定部は、送信信号の振幅と受信信号の振幅の差分もしくは比率に基づいて、水位を算出する。
【００３７】
この構成により、測定部は、受信信号の状態から、的確に水位を算出できる。
【００３８】
本発明の第８の発明に係る水位測定装置では、第７の発明に加えて、送信信号および受信信号は、電気的な波形を有する波形信号であり、
測定部は、送信信号の位相と受信信号の位相との差分もしくは比率に基づいて、
もしくは、測定部は、送信信号の周期と受信信号の周期との差分もしくは比率に基づいて、
水位を算出する。
【００３９】
この構成により、測定部は、受信信号の状態から、的確に水位を算出できる。
【００４０】
本発明の第９の発明に係る水位測定装置では、第６の発明に加えて、第１電極および第２電極の全てが水中外である場合の、第１電極から第２電極に伝わる受信信号を基準値とし、
測定部は、受信信号と基準値を比較して、水位を算出する。
【００４１】
この構成により、最低水位である場合を基準とした水位のスカラー量を測定して明示できる。
【００４２】
本発明の第１０の発明に係る水位測定装置では、第７から第９のいずれかの発明に加えて、基準値に対する受信信号の比率と、水位とを対応させる対応表を記憶する記憶部を更に備え、
測定部は、対応表に基づいて、受信信号に基づく水位を算出する。
【００４３】
この構成により、水位の算出が容易となる。
【００４４】
本発明の第１１の発明に係る水位測定装置では、第８の発明に加えて、送受信部は、測定部の測定結果に基づいて、送信信号の振幅もしくは周期を増減可能である。
【００４５】
この構成により、第１電極から第２電極への信号伝達が悪い環境においても、水位に応じた受信信号を発生させることができる。結果として、水位の測定を行うことができる。
【００４６】
本発明の第１２の発明に係る水位測定装置では、第１から第１１のいずれかの発明に加えて、送受信部において、受信信号を増幅させる増幅器を更に備える。
【００４７】
この構成により、第１電極から第２電極への信号伝達が悪い環境においても、水位に応じた受信信号を発生させることができる。結果として、水位の測定を行うことができる。
【００４８】
本発明の第１３の発明に係る水位測定装置では、第１０から第１２のいずれかの発明に加えて、測定部は、測定開始時に実測された水位と測定された水位との差分を誤差として記憶部に記憶させ、測定部は、誤差を考慮して水位を測定する。
【００４９】
この構成により、水質などの違いによる誤差を加味した状態で、より正確に水位を測定できる。
【００５０】
以下、図面を用いながら本発明の実施の形態について説明する。
【００５１】
（実施の形態１）
【００５２】
（全体概要）
図１は、ある液体容器の模式図である。液体容器２００には、液体１００が収容されている。図１は、本発明の水位測定装置が測定する水位を示すために、一つの例として示している。液体容器２００だけでなく、河川や湖沼、管路の水位であっても同様である。
【００５３】
水位は、底面もしくは何らかの基準位置に対する液体２００の高さであり、図１において矢印によって示される部分が水位である。本発明の水位測定装置は、この水位を測定する。
【００５４】
液体容器２００が、何からの液体を収容している場合には、この残量を把握することが必要となる。この残量を示す分かり易い指標が水位であり、この水位が測定されることで、液体１００の残量を把握することができるようになる。
【００５５】
あるいは、液体容器２００などではなく、河川や湖沼など、あるいは管路等であれば、水位は、生活や安全などに影響する。この水位を把握できることは、この観点から重要である。
【００５６】
図２は、本発明の実施の形態１における水位測定装置の模式図である。図２では、水位測定の対象となる液体１００と使用態様を合わせて示しているが、水位測定装置１の要素が示されている。図２において、符号１で示すのは、水位測定装置に係る要素全体であり、液体１００などを含むものではない。
【００５７】
水位測定装置１は、第１電極２、第２電極３、本体部４、接地電極５、送受信部６、測定部７を、を備える。
【００５８】
第１電極２と第２電極３とは、対となっている。更に第１電極２と第２電極３とは、静電結合可能である。第１電極２には、送信信号が入力される。第１電極２に送信信号が入力されるとこの信号によって第２電極３と静電結合する。この静電結合によって、第１電極２に入力された送信信号は、第２電極３に伝わる状態となる。電位が生じて電流が発生し、この電流が、送信信号に従ったものとなるからである。
【００５９】
第２電極３は、第１電極と対であり、対向した位置に設けられる。また、静電結合可能な位置に設けられる。第１電極２も第２電極３も、電気信号を入力可能であるので、導電性の素材で一定の形状を有することが好ましい。
【００６０】
また、第１電極２と第２電極３とは、水位を測定するために、水位測定の対象となる液体１００の深さとこれの測定したい水位とから、その長さが決定されればよい。図２における液体２００の水位の上限と下限との両方をカバーして液体に浸漬した状態となる程度の長さを、第１電極２および第２電極３が有していることが好ましい。
【００６１】
また、第１電極２と第２電極３とは、静電結合可能である距離の離隔で対向することが好ましい。また、静電結合によって得られる受信信号によって水位を測定するので、その長さや形状が同等であることが好ましい。
【００６２】
本体部４は、第１電極２と第２電極３とを内部に収容する。本体部４は、図２に示されるように、液体１００に浸漬される。このため、本体部４は、防水されていることが好ましい。防水されていることで、液体１００に浸漬されても、金属などの導電性素材で形成されている第１電極２と第２電極３とが液体１００に浸からずに済む。
【００６３】
本体部４は、第１電極２と第２電極３とを収容した状態で、液体１００に浸漬される。この浸漬によって、水位を測定できる液体中での信号の移動を確認することができる。
【００６４】
接地電極５は、本体部４と対になって設けられる。また、接地電極５は、本体部４と共に液体１００に浸漬される。接地電極５は、第１電極２に入力された送信信号の、液体１００に導電した一部を受ける。
【００６５】
送受信部６は、第１電極２に送信信号を送信し、第２電極３からの受信信号を受信する。送受信部６は、まず第１電極２に送信信号を送信する。この結果、第１電極２には、送信信号が入力される。上述した通り、第１電極２と第２電極３とは、静電結合可能である。この静電結合によって、第１電極２に入力された送信信号は、第２電極３に伝わる（電位が生じて、送信信号と同様の信号が第２電極３において発生する）。
【００６６】
この結果、第２電極３に受信信号が生じる。すなわち、第２電極３での受信信号は、第１電極２に入力された送信信号が、第２電極３に静電結合して伝わる電気信号である。
【００６７】
送受信部６は、この第２電極３での受信信号を受信する。
【００６８】
送受信部６は、送信信号および受信信号についての情報を、測定部７に出力する。測定部７は、第１電極２に送信された送信信号と、第２電極３が実際に受信した受信信号とを把握することができる。
【００６９】
測定部７は、この送受信部６での送信信号と受信信号との差分もしくは比率に基づいて、水位を測定する。この測定部７での測定結果によって、水位測定装置１は、液体１００の水位を測定できる。
【００７０】
図２に示されるように、本体部４と接地電極５とは、液体１００に浸漬される。このとき、本体部４と接地電極５との位置は、液体１００の増減（水位の上昇や下降）に係らず、一定の位置に固定される。
【００７１】
この一定の位置に固定されることで、本体部４において、液体１００に浸漬されている部分と液体１００から露出している（水面の上に出ている部分）部分とが生じる。もちろん、水位によっては、本体部４は、全て液体１００に浸漬することもある。すべてが水面下となる状態である。
【００７２】
第１電極２と第２電極３とは、静電結合可能である。このため、図２に示されるように、水面より上においては第１電極２に入力された送信信号は、第２電極３に静電結合する。大気への導電性が非常に低く、第１電極２に入力された送信信号は、第２電極３に引っ張られるように静電結合するからである。
【００７３】
しかしながら、本体部４において水面下にある部分においては、水などの液体１００の導電性が高い。加えて、第１電極２に対向する位置に接地電極５が水面下に存在する。このため、第１電極２に入力された送信信号は、接地電極５に引っ張られて流れていく。この結果、水面下においては（液体１００中においては）、第１電極２に入力した送信信号は、第２電極３に伝わらない。
【００７４】
このため、本体部４（より正確には、第１電極２と第２電極３）の内、液体１００に浸漬している部分においては、第２電極３に送信信号の全てが伝わらない。すなわち、受信信号は、送信信号よりも減衰している状態となる。
【００７５】
この減衰によって、受信信号と送信信号との間に差分が生じる。言い換えれば、減衰によって、受信信号の送信信号に対する比率が下がる。この差分や比率は、第１電極２および第２電極３の内、水面下に浸漬している分量を示している。
【００７６】
測定部７は、この差分もしくは比率と、水面下に浸漬している分量との相関関係から水位を算出する。ある差分もしくは比率の時の水位の値を設定しておくことで、差分や比率から、水位を算出することができるからである。
【００７７】
（水位の算出）
水位の算出について説明する。本体部４および接地電極５は、測定対象の水中（液体１００中）に浸漬される。
【００７８】
図３は、本発明の実施の形態１における最低水位の場合での水位検出を示す模式図である。図３においては、測定対象の液体１００が最低水位となっている状態を示している。本体部４（これに収容される第１電極２と第２電極３）は、測定対象の液体１００に対して、固定された所定位置に設置されている。
【００７９】
液体１００が最低水位の場合には、本体部４は、全て水面の上に露出した状態である。送受信部６は、第１電極２に送信信号を送信する。第１電極２に入力された送信信号の全ては、静電結合によって、第２電極３に伝わる。第１電極２と第２電極３とは、全て空気中に露出しているので、液体１００を通じて接地電極５に流れないからである。
【００８０】
このような状態では、静電結合による自然減衰以外での、受信信号の送信信号に対する減衰は生じない。自然減衰を除いた信号が、受信信号として送受信部６で受信される。
【００８１】
送受信部６は、この受信信号を受信する。測定部７は、自然減衰を除いた受信信号と送信信号との差分がゼロであると判断する。あるいは比率が１００であると判断する。このような自然減衰などを考慮した状態での差分ゼロあるいは比率１００となっている場合には、測定部７は、液体１００が最低水位であるとして測定する。
【００８２】
この最低水位を基準として、測定部７は、水位を測定する。測定対象物が河川や湖沼、ダム、液体容器、管路等であれば、最低水位あるいは基準水位として決定する。
【００８３】
図４は、測定対象物において液体１００がある程度溜まっている状態を示す模式図である。この場合には、本体部４（第１電極２および第２電極３）が、一定のところまで液体１００中に浸漬している。すなわち水面下にある。この状態で、送受信部６は、第１電極２に送信信号を送信する。
【００８４】
ここで、第１電極２に入力された送信信号の内、水中においては、接地電極５との間で水中を伝わって接地電極５に流れる。水などの液体は導電率が高く、第２電極３との静電結合よりも、液体１００に送信信号が流れるからである。
【００８５】
一方で、水中以外である水面の上においては、空気の導電率が非常に低いことで、第１電極２に入力された送信信号は、第２電極３と静電結合して第２電極に伝わる。この水面の上にある部分に対応する送信信号が、第１電極２に入力された送信信号の一部として、第２電極３に伝わる。この伝わる信号が受信信号である。
【００８６】
このとき、例えば、図３の最低水位の場合（送信信号の全てが受信信号となる場合）に比較して、受信信号は、送信信号の一部のレベルである。すなわち、受信信号と送信信号は差分がある。言い換えれば、受信信号は送信信号に対して、１００％未満の比率である。
【００８７】
測定部７は、この差分や比率に基づいて、水位を算出する。例えば、受信信号と送信信号の差分を、値「Ａ」ごとで刻み、「Ａ」ごとに水位を１０ｃｍとして計算する相関関係が、測定部７において設定されているとする。図４の場合に、差分が５Ａであるとすると、測定部７は、水位を５０ｃｍであるとして算出する。
【００８８】
もちろん、１０％の比率が水位の１０ｃｍであるとの相関関係を持つ場合に、図４において受信信号が送信信号の５０％であるとすると、水位を５０ｃｍとして算出すればよい。
【００８９】
もちろん、上記差分と比率と、水位の値との相関関係は例であり、実測によって相関関係が設定されればよい。例えば、実際の水中において測定した差分（もしくは比率）とその場合の水位を実測測定しておき、この実測測定の結果から、相関関係を算出しておけばよい。この相関関係をもって、測定部７は、受信信号と送信信号との差分もしくは比率を、相関関係に当てはめて水位の値を算出すればよい。
【００９０】
図５は、本発明の実施の形態１における最大水位となっている場合の水位測定を示す模式図である。この場合も、同じ固定位置に本体部４と接地電極５とが設置されている。この状態では、第１電極２に入力した送信信号の全ては、液体１００の導電率によって接地電極５に向けて流れてしまう。
【００９１】
この結果、第２電極３には、受信信号がほとんど生じない。送受信部６は、受信信号をほぼない状態として受信する。
【００９２】
測定部７は、この受信信号の差分もしくは比率から、同じように水位を算出する。上述のように相関関係に受信信号を当てはめることで、水位を算出できる。例えば、水位が１ｍとして算出される。あるいは、水位を最大水位として算出してもよい。
【００９３】
測定部７は、このように測定した結果を出力する。
【００９４】
管理者などは、この測定部７の結果を見て、対応すべき事項を決定する。例えば、測定対象が河川や湖沼等であれば、水位が高いことで危険であると判断して対応する。あるいは、測定対象が管路等であれば、水位が高いことで危険であると判断する。あるいは、測定対象が液体容器であれば、水位が低いと交換や補充などが必要であると判断する。
【００９５】
以上のように、受信信号の差分や比率と水位との相関関係を予め設定しておき、実際に受信した受信信号の状態から、水位を算出して測定する。この時、水位測定装置１は、第１電極２、第２電極３、接地電極５などの簡便な要素で構成できるので、コストを下げられる。また、簡便な構成により、測定を容易化できる。
【００９６】
また、水位と直接関連する信号の送受信となる第１電極２と第２電極３とが本体部４に収容されており、液体１００に直接接触しない。このため、汚損などが防止され、測定精度が減少していく問題も解決される。
【００９７】
（送信信号と受信信号：振幅）
送信信号および受信信号は、電気的な波形を有する波形信号であればよい。もちろん送受信部６から送信されるのが送信信号であり、静電結合で生じる受信信号も、電気信号である。
【００９８】
図６は、本発明の実施の形態１における送信信号と受信信号を示す模式図である。図６では、送信信号および受信信号が、矩形波として示されている。図６は、図３に示される水位状態での、送信信号と受信信号とを示している。
【００９９】
送信信号は、矩形波の電気信号である。この矩形波の送信信号が、第１電極２に入力される。図６では、図３のように最低水位の場合であるので、第１電極２に入力した送信信号は、自然減衰を除いて、第２電極３に伝わる。結果として、第２電極３での受信信号は、ほぼ送信信号を反映した状態となる。
【０１００】
ここで、測定部７は、送信信号の振幅と受信信号の振幅の差分もしくは比率に基づいて、水位を測定すればよい。図６では、送信信号の振幅は矢印Ａであり、受信信号の振幅は、矢印Ｂである。矢印Ｂで示される受信信号の振幅は、自然減衰を除いて送信号の振幅との差分がほとんどない。
【０１０１】
このため、図６のような状態では、測定部７は、水位をゼロとして算出する。もちろん、予め水位がゼロの場合の送信信号の振幅と受信信号の振幅の差分や比率を測定しておき、測定した実測値がこの状態と同等であることで、測定部７は、水位がゼロであるとして算出する。
【０１０２】
図７は、図４の場合に対応する送信信号と受信信号の模式図である。図４の場合には、水位が一定量ある状態である。この時には、第１電極２に入力した送信信号の一部が、受信信号として第２電極３に伝わる。この結果、矢印Ｂで示される受信信号の振幅は、図７のように半分程度になっている。
【０１０３】
測定部７は、この送信信号の振幅と受信信号の振幅との差分もしくは比率によって、水位を算出する。このときは、水位が５０ｃｍであるなどのように、振幅と水位との相関関係から算出すればよい。
【０１０４】
図８は、図５の場合に対応する送信信号と受信信号の模式図である。図５の場合には、最大水位であって、第１電極および第２電極３が液体１００に完全に浸漬している。この結果、受信信号をほとんど受信できない。この結果、受信信号の振幅はほぼない状態となる。
【０１０５】
このような受信信号の振幅の差分や比率から、測定部７は、水位が１ｍであるあるいは最大水位であるといったように、算出する。もちろん、最初に振幅の差分や比率と実際の水位との相関関係を設定しておき、実際に測定された受信信号の振幅を、これに当てはめることで、測定部７は水位を測定する。
【０１０６】
送信信号と受信信号の振幅が用いられることで、静電結合の範囲が、水位によって変化することを利用した水位測定が確実に行える。
【０１０７】
（送信信号と受信信号：位相）
測定部７は、送信信号と受信信号の位相の差分もしくは比率に基づいて、水位を測定することでもよい。図９は、本発明の実施の形態１における送信信号と受信信号の位相差を示す模式図である。
【０１０８】
図９の矢印Ｃは、位相差を示している。位相差の大きさや比率に基づいて、測定部７は、水位を測定してもよい。
【０１０９】
（送信信号と受信信号：周期）
測定部７は、送信信号と受信信号の周期の差分もしくは比率に基づいて、水位を測定してもよい。例えば、受信信号の周期が、送信信号の周期より小さくなっている場合には、この周期の差分もしくは比率に基づいて水位を測定すればよい。
【０１１０】
水中で接地電極５に流れていく送信信号と、第２電極３に静電結合して伝わる受信信号との分離によって、水位を測定すればよい。
【０１１１】
以上のように、実施の形態１における水位測定装置１は、簡易な構成であって第１電極および第２電極を液体に接触させることなく、確実に水位を測定することができる。
【０１１２】
（実施の形態２）
【０１１３】
次に実施の形態２について説明する。実施の形態２においては、他のバリエーションなどについて説明する。
【０１１４】
（基準値の設定）
図３のような第１電極２および第２電極３の全てが水中外（水面下ではない）である場合の、第１電極２から第２電極３に伝わる受信信号を基準値とする。測定部は、実際の水面の高さがさまざまである場合に、この時の受信信号と基準値とを比較して、水位を算出する。
【０１１５】
（対応表による測定）
図１０は、本発明の実施の形態２における受信信号の比率と水位を対応させる対応表である。図１１は、本発明の実施の形態２のおける水位測定装置のブロック図である。
【０１１６】
図１１の水位測定装置１は、記憶部８を更に備えている。この記憶部８が、図１０に示される対応表を記憶する。対応表は、図１０に示されるように、受信信号の送信信号に対する比率と、水位との対応関係を示している。この対応表の対応関係は、水位のそれぞれにおいて実際に受信信号を実測した結果、得られるものである。
【０１１７】
対応表では、受信信号の送信信号に対する比率が１００％（誤差や自然減衰を除く）の場合の水位は、０ｃｍである（最低水位）。同じく受信信号の送信信号に対する比率が９０％の場合の水位は、１０ｃｍである。受信信号の送信信号に対する比率が８０％の場合の水位は、２０ｃｍである。このように、相関関係をもって実測結果から、対応表が作成されている。
【０１１８】
測定部７は、送受信部６から得られる送信信号と受信信号から、受信信号の送信信号に対する比率を算出できる。この算出した比率を、記憶部８から読み出した対応表に当てはめることで、水位を見いだせる。
【０１１９】
この結果、測定部７は、水位を測定できる。
【０１２０】
このような対応表を備えておき、この対応表に基づいて水位を測定することで、測定部７は、容易かつ高い精度で水位を算出できる。もちろん、対応表だけでなく、対応関係式によって水位を算出してもよい。
【０１２１】
（誤差のオフセット）
測定部７は、上述したように、受信信号の送信信号との差分や比率に基づいて、水位を算出する。ここで、事前に実測した上で、差分や比率と水位との相関関係を有しておき、これに基づいて、水位を算出する。
【０１２２】
ここで、水質などによってこの相関関係が変動することがある。ある綺麗な水での実測で相関関係（対応表）が作成されていたとする。しかしながら、ある測定対象は、非常に汚濁した水であることもある。この場合には、第１電極２から第２電極３に伝わる受信信号は、きれいな水と異なるレベルで伝わることがある。
【０１２３】
この場合には、受信信号と相関関係との整合性がよくない場合もありえる。
【０１２４】
測定開始時に水位を別の手段で実測しておく。測定部７は、この実測された水位と上述のように算出された水位との差分を誤差として、この誤差を相関関係に反映させる。具体的には、記憶部８に記憶させて、相関関係である相関関係式や対応表を補正する。
【０１２５】
この補正された相関関係に基づいて、送受信部６で受信された受信信号の差分や比率に基づいて、測定部７は、水位を算出する。すなわち、誤差が考量された状態で、水位が算出される。
【０１２６】
このように、水質や液体の種類による誤差も考慮して、高い精度で、水位を測定できる。
【０１２７】
（送信信号の制御）
送受信部６は、第１電極２に送信信号を送信する。送信信号は、図６などに示されるような信号である。なお、図６などでは、矩形波が示されているが、矩形波に限られるものではない。
【０１２８】
この送信信号は、水面から露出している部分において第１電極２から第２電極３に伝わる。第２電極３に伝わった信号が受信信号である。測定部７は、この受信信号に基づいて水位を算出する（測定する）。
【０１２９】
ここで、水質やその他の環境状況に応じて、水位の算出が難しい場合がある。例えば、受信信号のレベルが小さくて、差分や比率を適切に見いだせない場合である。このような状況では正確な水位の算出が難しい。
【０１３０】
測定部７は、このような状況である場合に送受信部６に、この点を指示する信号を出力する。送受信部６は、測定部からの指示に基づいて、送信信号の振幅もしくは周期を増減可能である。例えば、振幅を増加させることで、送信信号の振幅が大きくなる。これに合わせて、受信信号の振幅も（水中に流れる減衰を除いても）大きくなる。
【０１３１】
受信信号の振幅が大きくなれば、送信信号に対する比率や差分を、十分に見出すことができる。この結果、測定部７での測定精度を上げることができる。
【０１３２】
あるいは、図１２のように、送受信部６は、受信信号を増幅させる増幅器を備えることも好適である。図１２は、本発明の実施の形態２における水位測定装置のブロック図である。送受信部６において、受信信号を増幅させる増幅器９を備える。
【０１３３】
増幅器９が受信信号を増幅させることで、差分や比率を見出しにくい問題が解消される。結果として測定部７での水位の算出精度を上げることができる。
【０１３４】
以上のように、実施の形態２における水位測定装置は、測定精度を上げたり、測定のバリエーションを上げたりすることができる。
【０１３５】
なお、実施の形態１〜２で説明された水位測定装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。
【符号の説明】
【０１３６】
１    水位測定装置
２    第１電極
３    第２電極
４    本体部
５    接地電極
６    送受信部
７    測定部
８    記憶部
９    増幅器
【図１】
2019120593.tif 000003
【図２】
2019120593.tif 000004
【図３】
2019120593.tif 000005
【図４】
2019120593.tif 000006
【図５】
2019120593.tif 000007
【図６】
2019120593.tif 000008
【図７】
2019120593.tif 000009
【図８】
2019120593.tif 000010
【図９】
2019120593.tif 000011
【図１０】
2019120593.tif 000012
【図１１】
2019120593.tif 000013
【図１２】
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