(57)【要約】      （修正有）【課題】光路に砂などが詰まることによる河床面測定データの欠測を無くし、また、時々刻々変化する河床面直上の流砂量を測量する砂面変動測定装置を提供する。【解決手段】基材７と複数の散乱光計測ユニットからなる砂面変動測定装置１である。散乱光計測ユニットは、光源、出射部１２ａ、１２ｂ、１２ｅ等、入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｅ等と光量計からなる。該出射部は基材７の側面に開口し、該入射部は基材７の側面に開口している。光源からの光を該出射部から出射し、基材を取り囲む環境に存在する砂粒により散乱される散乱光を該入射部で受光し、受光した光の光量を光量計で計測し、環境中の砂粒量を計測する。【選択図】図１
0003182056.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
砂面変動測定装置において、
柱形状の基材と複数の散乱光計測ユニットからなり、
前記散乱光計測ユニットは、光源、出射部、入射部と光量計からなり、前記出射部は前記基材の側面に開口し、前記入射部は前記基材の側面に開口し、
前記光源からの光を前記出射部から出射し、前記基材を取り囲む環境に存在する砂粒により散乱される散乱光を前記入射部で受光し、前記受光した光の光量を光量計で計測し、前記環境中の砂粒量を計測する砂面変動測定装置。
【請求項２】
単一の前記散乱光計測ユニットにかかる前記出射部と前記入射部について、前記出射部と前記入射部が隣接していて前記出射部の輪郭線と前記入射部輪郭線が一部一致する状態にある請求項１に記載した砂面変動測定装置。
【請求項３】
前記散乱光計測ユニットは出射光ファイバーと散乱光ファイバーを有し、
前記出射光ファイバーの一方端部は入光端であり、他方端部は出射端であり、前記出射光ファイバーは前記光源からの光を前記入光端から入光して前記出射端から出射し、前記出射部は前記出射端であり、
前記散乱光ファイバーの一方端部は入射端であり、他方端部は検知端であり、前記散乱光ファイバーは前記入射端に入射した光を前記検知端から前記光量計に出光し、前記入射部は前記入射端である請求項１乃至２いずれかに記載した砂面変動測定装置。
【請求項４】
前記出射部は円形状であり、前記出射部の直径をＤｏとして、Ｄｏは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、
前記入射部は円形状であり、前記入射部の直径をＤｉとして、Ｄｉは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である請求項１乃至３いずれかに記載した砂面変動測定装置。
【請求項５】
複数の前記散乱光計測ユニットにかかる複数の前記入射部が前記基材の長手方向に均等間隔に配置されている請求項１乃至４いずれかに記載した砂面変動測定装置。
【請求項６】
複数の前記散乱光測定ユニットにかかる前記光源が単一の光源である請求項１乃至５いずれかに記載した砂面変動測定装置。
【請求項７】
複数の前記散乱光計測ユニットにかかる複数の前記光源はその発光波長スペクトルの極大値が波長６２０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下であるＬＥＤである請求項１乃至６いずれかに記載した砂面変動測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、河底、海底、湖底等の床面（以下河床と称する）の高さ（位置）と河水、海水、湖水等（以下河川水と称する）の浮遊砂量を測定する砂面変動測定装置に関し、特に、後方散乱光計測方式を用いる砂面変動測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
出水時の河床高さの時系列での変動把握は、河道管理計画、流下能力の適正な評価などの観点から重要である。
【０００３】
従来、土砂の堆積観測に用いられる光電式砂面計（例えば特許文献１参照）が知られている。この光電式砂面計は河床に垂直に挿入する棒状のセンサー部を有し、このセンサー部の中心線に平行し、かつ互いに対向するように同一方向に突出した２本の突堤を設けている。
【０００４】
そして、一方の突堤部に設けた発光器と他方の突堤部に設けた受光器から成るセンサーペアを上記センサー部に均等間隔に複数個設けている。この光電式砂面計のセンサー部を河床に挿入しておくと、河床を形成する砂面の上下に従ってセンサーペアの光軸が、砂面下では遮られ、砂面より上では開放される。このため複数の（センサーペアの）受光器の出力は発生と停止の状態となる。発生、停止状態の受光器の位置から測定時の砂面位置を知ることができる。
【０００５】
しかし、上記した従来の光電式砂面計は、一対のセンサーペア間の光路に砂粒などが詰まると正常な動作が不能となる。
【０００６】
また、河床高さの変動は掃流砂、浮遊砂などの流砂により生じる。流砂懸濁水の濁度を計測して流砂量を観測できると考えられる。そして、河床面の変動を把握するには河床面の直上を移動する掃流砂の観測がより好ましいと考えられる。しかし、時々刻々変化する河床面から一定距離掃流砂用の観測点は必然的に時々刻々その位置が変化するから、当該観測点での濁度観測は容易でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平０３−４８９５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
本考案はセンサーペアの光路に砂などが詰まることによる河床面測定データの欠測を無くした砂面変動測定装置を得ることを課題とする。また本考案は時々刻々変化する河床面直上の流砂量を測量する砂面変動測定装置を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に課題を解決するための手段を述べる。理解を容易にするために、本考案の実施態様に対応する符号を付けて説明するが、本考案は当該実施態様に限定されるものではない。また、符号である数字は部品などを集合的に示すものであり、後に説明する実施例において個別の部品などを示す場合に、当該数字のあとにアルファベットの添字を付けているものがある。
【００１０】
本考案にかかる砂面変動測定装置は、
砂面変動測定装置(1)において、
柱形状の基材(7)と複数の散乱光計測ユニット(6)からなり、
前記散乱光計測ユニットは、光源(11)、出射部(12)、入射部(13)と光量計(14)からなり、前記出射部は前記基材の側面に開口し、前記入射部は前記基材の側面に開口し、
前記光源からの光を前記出射部から出射し、前記基材を取り囲む環境に存在する砂粒により散乱される散乱光を前記入射部で受光し、前記受光した光の光量を光量計で計測し、前記環境中の砂粒量を計測する。
【００１１】
本考案の好ましい実施態様にかかる砂面変動測定装置は、
単一の前記散乱光計測ユニットにかかる前記出射部と前記入射部について、前記出射部と前記入射部が隣接していて前記出射部の輪郭線と前記入射部の輪郭線が一部一致する状態にあってもよい。
【００１２】
本考案の他の好ましい実施態様にかかる砂面変動測定装置は、
前記散乱光計測ユニットが出射光ファイバー(21)と散乱光ファイバー(31)を有し、
前記出射光ファイバーの一方端部は入光端(22)であり、他方端部は出射端(23)であり、前記出射光ファイバーは前記光源からの光を前記入光端から入光して前記出射端から出射し、前記出射部(12)は前記出射端(23)であり、
前記散乱光ファイバー(31)の一方端部は入射端(32)であり、他方端部は検知端(33)であり、前記散乱光ファイバーは前記入射端に入射した光を前記検知端から前記光量計に出光し、前記入射部(13)は前記入射端(32)であってもよい。
【００１３】
本考案のその他の好ましい実施態様にかかる砂面変動測定装置は、
前記出射部が円形状であり、前記出射部の直径をＤｏとして、Ｄｏは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、前記入射部が円形状であり、前記入射部の直径をＤｉとして、Ｄｉは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であってもよく、また、複数の前記散乱光計測ユニットにかかる複数の前記入射部が前記基材の長手方向に均等間隔に配置されていてもよい。
【００１４】
本考案の好ましい実施態様にかかるその他の砂面変動測定装置は、
複数の前記散乱光測定ユニットにかかる前記光源が単一の光源であってもよく、また、
複数の前記散乱光計測ユニットにかかる複数の前記光源はその発光波長スペクトルの極大値が波長６２０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下であるＬＥＤであってもよい。
【００１５】
以上説明した本考案、本考案の好ましい実施態様、これらに含まれる構成要素は可能な限り組み合わせて実施することができる。
【考案の効果】
【００１６】
本考案にかかる砂面変動測定装置は、その他の考案を特定する事項に加えて、複数の散乱光計測ユニットを有していて、出射部と入射部が共に基材の側面に開口しているから、光路砂詰まりによる観測値欠測が生じない。また、流砂堆積により河床が上昇した場合は、それまで河床よりも長距離離れていた散乱光計測ユニットが新たに河床直上の掃流砂観測用の散乱光計測ユニットとなる。一方河床が掘削により下降した場合は、それまで河床下に埋没していた散乱光測量ユニットが河床直上に出現して掃流砂観測用の散乱光計測ユニットとなる。このようにして、河床が変化しても、河床鉛直距離に応じた濁度（砂量）分布観測が可能となる。
【００１７】
さらに、光源を備えた自発光式の散乱光計測であるため、水面からの距離が長い深部での観測が可能であり、同様に夜間の観測も可能である。また大型の構造物を使用しないので、砂面変動測定装置の設置点周辺の洗掘を抑制できる利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本考案にかかる砂面変動測定装置の外観図である。
【図２】図２は散乱光計測ユニットの説明図である。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本考案の実施例にかかる砂面変動測定装置をさらに説明する。本明細書において参照する各図は、本考案の理解を容易にするため、一部の構成要素を誇張して表現するなど模式的に表しているものがある。このため、構成要素間の寸法や比率などは実物と異なっている場合がある。本考案の実施例に記載した部材や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載のない限りは、この考案の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２０】
図１は砂面変動測定装置１の外観図である。砂面変動測定装置１は柱形状の基材７と基材７の上端に付された制御部９から構成され、複数の散乱光計測ユニット６を有している。散乱光計測ユニット６は光源、出射部、入射部と光量計からなる。
【００２１】
図１に図示した砂面変動測定装置１は５個の散乱光計測ユニットを有していて、当該ユニットにかかる５個の出射部１２ａ、１２ｂ、−−１２ｅを有している。出射部１２は光源からの光を砂面変動測定装置１の外部に出射する。図１に光源は図示していない。
【００２２】
また、砂面変動測定装置１は、５個の散乱光計測ユニットにかかる５個の入射部１３ａ、１３ｂ、−−１３ｅを有している。入射部１３は外部からの光を受光するものである。当該受光した光は光量計に受け渡される。図１に光量計は図示していない。
【００２３】
出射部と入射部は円形であることが好ましいが、楕円形、正方形、正六角形等の正多角形、多角形、不定形等であってもよい。
【００２４】
単一の散乱光計測ユニットにかかる出射部と入射部（例えば出射部１２ａと入射部１３ａ、又は出射部１２ｂと入射部１３ｂ）は近接して設ける。より広範囲からの散乱光を測定できるからである。好ましい近接状態は出射部１２ａと入射部１２ｂが隣接している状態である。すなわち、出射部１２ａと入射部１２ｂのいずれかが円形であれば、出射部１２ａの輪郭線と入射部１２ｂの輪郭線が一点で一致する状態である。また、出射部１２ａと入射部１２ｂが両者共に円形以外の形状であれば、出射部１２ａの輪郭線と入射部１２ｂの輪郭線が一部一致する状態である。
【００２５】
散乱光計測ユニットは河川水の濁度を測定するものである。すなわち河川水に光を照射し、河川水に懸濁している砂微粒子により散乱される光を測定する。一定の標準となる微粒子を懸濁した溶液を作成して散乱光を測定して検量線を作成し、その後実際の河川水を測定すれば、河川水中の浮遊砂量を測定できる。
【００２６】
基材７は柱形状であり、円柱、多角柱（三角柱、四角柱等）の形状にすればよい。河川水の流れを妨害しないことから円柱が好ましい。なお、円柱形状にした場合、基材の側面は回転軸に平行な曲面である。
【００２７】
基材７の上端に制御部９を形成してもよい。制御部９は光源、光量計等の電源、光量計の制御回路、観測値のメモリー、観測値等の外部への出力装置等を収納する筐体にすることができる。基材７の先端８を細くして尖らせてもよい。砂面変動測定装置１を河床２に埋め込んで立設が容易となる。
【００２８】
基材７と制御部９の材料は特に制限なく、公知の材料を使用できる。材料を例示すれば、ステンレススチールやアルミニウム等の金属、合成樹脂、繊維強化合成樹脂、木材等である。
【００２９】
図２は散乱光計測ユニット６の説明図である。
【００３０】
散乱光計測ユニット６は光ファイバーである出射光ファイバー２１と同じく光ファイバーである散乱光ファイバー３１を含んでいる。
【００３１】
出射光ファイバー２１の一方端部は入光端２２であり、他方端部は出射端２３である。入光端２２は光源１１と対面している。出射光ファイバー２１は入光端２２から光を取り入れて出射端２３から出光する。出射光ファイバー２１の出射端２３は、すなわち上述の出射部１２である。
【００３２】
散乱光ファイバー３１の一方端部は入射端３２であり、他方端部は検知端３３である。検知端３３は光量計１４と対面している。散乱光ファイバー３１は入射端３２に入射した光を伝送し、検知端３３から出光する。散乱光ファイバー３１の入射端３２は、すなわち上述の入射部１３である。
【００３３】
本実施例にあって、出射端２３と入射端３２は基材７の側面に配置されていて、入光端２２と検知端３３は制御部９内に配置されている。このように出射光ファイバー２１と散乱光ファイバー３１を使用することにより、光源１１と光量計１４の配置位置の自由度が高まる。同様に出射部１２（すなわち出射端２３）と入射部１３（すなわち入射端３２）を、基材７に密に配置することができ、砂面変動測定装置１の河床高における測定分解能を高めることができる。
【００３４】
光量計１４は例えばフォトダイオードを使用すればよい。散乱光ファイバーを用いる場合にはフォトダイオードアレイを使用することもできる。フォトダイオードアレイを使用すれば、砂面変動測定装置のより一層の小型化、低廉化を図ることができる。
【００３５】
光源１１は特に制限なく、光学測定機器の分野で公知の光源を用いることができる。これらの中でＬＥＤを用いることが好ましい。小さな電力量で動作し発光光量が大である点で、無人の観測装置に相応しいからである。
【００３６】
ＬＥＤの中では赤色ＬＥＤが特に好ましい。赤色ＬＥＤは発光波長スペクトルの極大値が６２０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下であるＬＥＤを意味している。出射光を視認することができ、砂面変動測定装置１の動作を確認できるからである。
【００３７】
光源１を複数の散乱光計測ユニットについて単一にしてもよい。光源からの発光を効率良く使用するためであり、砂面変動測定装置のより一層の低廉化を図ることができる。
【００３８】
出射部１２と入射部１３の形状は円形が好ましい。出射光、入射光を、光学レンズを用いて操作する場合に最も容易な形状は、光路に垂直な平面内で円形の光だからであり、また、光ファイバーも、通常、その断面が円形だからである。
【００３９】
出射部１２の好ましい大きさは、その直径をＤｏとして、Ｄｏが１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。入射部１３の好ましい大きさは、その直径をＤｉとして、Ｄｉが１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。ＤｏとＤｉがこの範囲にあれば、微細な砂粒に由来する散乱光の分析が可能であり、また、河川床観測にとって十分な短い間隔で、基材に散乱光計測ユニットを配置できるからである。
【００４０】
散乱光計測ユニットは単一の基材に複数個取り付ける。散乱光計測ユニットの配置間隔は、入射部の配置間隔として表現することができる。複数個の入射部１３は基材７の長手方向に均等間隔で配置することが好ましい。河床から高さに関して、観測位置を最も客観的に配置するためである。
【００４１】
入射部の配置の一例を挙げれば、基材に１００ｍｍの均等間隔で２０個の入射部を配置することである。
【００４２】
次に砂面変動測定装置の使用方法を説明する。観測地点の河床に砂面変動測定装置の先端を埋め込む。このとき、砂面変動測定装置は基材が鉛直になるように設置する。同時に、河床面よりも下部に少なくとも数個の入射部が埋まる深さで埋設する。
【００４３】
散乱光の計測は、各々の散乱光計測ユニットについて例えば１０分間の間隔で行う。河床面よりも下部に位置する散乱光計測ユニットは、光量最大値を出力する。河川水中に位置する散乱光計測ユニットは、懸濁砂粒量に応じた光量を出力する。
【００４４】
流砂堆積により河床が上昇した場合は、それまで河床よりも長距離離れていた散乱光計測ユニットが新たに河床直上の散乱光計測ユニットとなる。一方河床が掘削により下降した場合は、それまで河床下に埋没していた散乱光測量ユニットが河床直上に出現して新たな散乱光計測ユニットが加わる。
【符号の説明】
【００４５】
１    砂面変動測定装置
２    河床
６    散乱光計測ユニット
７    基材
８    先端
９    制御部
１１    光源
１２    出射部
１３    入射部
１４    光量計
２１    出射光ファイバー
２２    入光端
２３    出射端
３１    散乱光ファイバー
３２    入射端
３３    検知端
【図１】
0003182056.tif 000003
【図２】
0003182056.tif 000004