(57)【要約】【課題】水位および水位変動を検知し、その水位検知の際に水位情報を無線送信等により送信するための電力を得ることができる水位検知装置を提供する。【解決手段】水位検知装置５０は、筒部材１１の上部に空気孔２１を下部に浸水孔２２を形成してそれを鉛直姿勢に設置し、その内部に鉛直方向に所定の間隔で複数の発電ユニット１６を設けた構造を有しており、筒部材１１内の水位変化に伴って発電ユニットを発電させ、その際の電圧信号をその電力を利用して信号発信装置１４により送信する。発電ユニット１６は、屈曲変位型の圧電素子３１と、圧電素子３１を屈曲させるバネ３２と、圧電素子３１に取り付けられた永久磁石３３と、これらを防水収容するケース３４と、ケース３４外に設けられた浮子２７と、永久磁石３３と近接／離間自在にケース外に設けられた錘２８とを有する。【選択図】図６
2008017655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の形状を有し、鉛直に設置され、その上部には空気孔がその下部には内部に水が浸入できる浸水孔がそれぞれ形成された筒部材と、
前記筒部材の内部に設けられ、強磁性材料からなる錘と、その錘に取り付けられた浮子とを有し、前記筒部材の内部の水位にしたがって昇降するフロートと、
屈曲変位型の圧電素子と、前記圧電素子を屈曲させるバネと、前記圧電素子に取り付けられた永久磁石とをそれぞれ有し、前記筒部材の外部において鉛直方向に所定の間隔で設けられた複数の発電ユニットと、
前記複数の発電ユニットのうちのどの発電ユニットで電圧が発生したのかを特定するためのＩＤ情報を付加した信号を前記圧電素子の発電による電力を利用して送信する信号発信装置とを具備し、
前記筒部材内の水位変化に伴う前記フロートの昇降により、前記錘と前記永久磁石との間に作用する引力が変化することによって前記圧電素子の屈曲状態を変化させ、前記圧電素子を発電させることを特徴とする水位検知装置。
【請求項２】
筒状の形状を有し、鉛直に設置され、その上部には空気孔がその下部には内部に水が浸入できる浸水孔がそれぞれ形成された筒部材と、
前記筒部材の内部に設けられ、強磁性材料からなる錘と、その錘に取り付けられた浮子とを有し、前記筒部材の内部の水位にしたがって昇降するフロートと、
屈曲変位により発電した際の電圧値が個々に異なる圧電素子をそれぞれ有し、かつ、各圧電素子を屈曲させるバネと、各圧電素子に取り付けられた永久磁石とをそれぞれ有し、前記筒部材の外部において鉛直方向に所定の間隔で設けられた複数の発電ユニットと、
前記複数の発電ユニットのうちのどの発電ユニットが発電したのかを発生した電圧値に基づいて特定し、特定された発電ユニットのＩＤ情報を付加した信号をその圧電素子の発電による電力を利用して送信する信号発信装置とを具備し、
前記筒部材内の水位変化に伴う前記フロートの昇降により、前記錘と前記永久磁石との間に作用する引力が変化することによって前記圧電素子の屈曲状態を変化させ、前記圧電素子を発電させることを特徴とする水位検知装置。
【請求項３】
筒状の形状を有し、鉛直に設置され、その上部には空気孔がその下部には内部に水が浸入できる浸水孔がそれぞれ形成された筒部材と、
屈曲変位型の圧電素子と、前記圧電素子を屈曲させるバネと、前記圧電素子に取り付けられた永久磁石と、前記圧電素子と前記バネと前記永久磁石を防水収容するためのケースと、前記ケース外に設けられた浮子と、前記永久磁石と近接／離間自在に前記ケース外に設けられた強磁性材料からなる錘とをそれぞれ有し、前記筒部材の内部において鉛直方向に所定の間隔で設けられた複数の発電ユニットと、
前記圧電素子の発電電力を利用して電圧信号を送信する信号発信装置とを具備し、
前記筒部材内の水位変化に伴う前記浮子の浮力変化と前記錘に作用する重力とのバランスによって、前記錘と前記永久磁石との間に作用する引力を変化させることにより、前記圧電素子を発電させることを特徴とする水位検知装置。
【請求項４】
前記発電ユニットは、前記ケースの外部に設けられた蝶番様部材を具備し、
この蝶番様部材に前記浮子と前記錘とが取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の水位検知装置。
【請求項５】
前記発電ユニットは、前記ケースの外部に取り付けられ、所定位置に孔部が形成された小筒部材をさらに具備し、かつ、前記浮子と前記錘が連結されて前記小筒部材の内部に収容されていることを特徴とする請求項３に記載の水位検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洪水等による水位の変化を検知し、その水位情報を防災センター等の管理施設へ送信するための水位検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
豪雨や津波等によって洪水が発生しそうな場合や発生した場合には、地域の災害監視員等が住宅地での水位の変化を監視し、必要に応じて関係者に通報し、人員を投入して、土嚢を積み上げたり、住民を避難させたりしている。しかしながら、このような人手に頼る監視では、広い地域範囲を一様に監視することは困難である。そこで、このような水位検知を広い範囲でリアルタイムに測定し、防災に役立てるシステムをインフラとして整備することが望まれている。
【０００３】
しかしながら、検出水位がメートルにも達する従来の水位センサは高価であり、また、広範囲に設置するためには莫大な資金投入が必要となる。また、設置した水位センサの水位情報を電波等で防災センター等に送信するための電源として、電池を用いているために、定期的なメンテナンスが必要であり、いざというときに、水位センサが機能しないおそれもある。
【０００４】
このような水位センサに対して、水位変化に応じてフロートを昇降させ、このときのフロートの動きを利用して圧電素子を発電させ、その電力で水位変化が生じていることを監視するシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された監視装置では、水位に変化が生じていることはわかっても水位を検知することができない。すなわち、フロートが上昇しているときでも下降しているときでも、圧電素子が発信する信号（電圧波形）は同じであって、例えば、フロートが、５段上昇してさらに５段上昇した場合と、５段上昇して５段降下した場合とでは、同じ信号が得られるために、水位そのものを検知することができない。また、特許文献１に開示された監視装置では、その構造上、フロートの昇降により動作する作動体から圧電素子へかけての部分に防水対策を施すことが困難である。
【特許文献１】特開２００４−３２０９７５号公報（図６，［実施例３］等参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、水位および水位変動を検知し、その水位検知の際に水位情報を無線送信等により送信するための電力を得ることができ、しかも防水対策が容易である水位検知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】
【０００７】
本発明の第１および第２の観点に係る水位検知装置はともに、筒部材の上部に空気孔を下部にその内部に水が浸入できる浸水孔を形成してそれを鉛直姿勢に設置し、その筒部材の内部に、強磁性材料からなる錘およびこの錘に取り付けられた浮子とかなるフロートを筒部材の内部の水位にしたがって昇降するように配置し、さらに筒部材の外側に鉛直方向に所定の間隔で複数の発電ユニット設け、筒部材内の水位変化に伴うフロートの昇降を利用して、そのフロート高さにある発電ユニットを発電させ、この発電により得られた電力を利用して水位情報を信号発信装置により、例えば、防災管理センター等の施設に送信するものである。
【０００８】
そして第１の観点に係る水位検知装置では、複数の発電ユニットはそれぞれ、屈曲変位型の圧電素子と、圧電素子を屈曲させるバネと、圧電素子に取り付けられた永久磁石とをそれぞれ有しており、永久磁石を筒部材側に配置することによりフロートの昇降によって錘と永久磁石との間に作用する引力を変化させることで圧電素子の屈曲状態を変化させ、圧電素子を発電させる。情報送信の際には、信号発信装置は、複数の発電ユニットのうちのどの発電ユニットで電圧が発生したのかを特定するためのＩＤ情報を付加した信号を送信する。
【０００９】
また本発明の第２の観点に係る水位検知装置では、複数の発電ユニットはそれぞれ、屈曲変位により発電した際の電圧値が個々に異なる圧電素子を有し、かつ、各圧電素子を屈曲させるバネと、各圧電素子に取り付けられた永久磁石とをそれぞれ有しており、永久磁石を筒部材側に配置することによりフロートの昇降によって錘と永久磁石との間に作用する引力を変化させることで圧電素子の屈曲状態を変化させ、圧電素子を発電させる。情報送信の際には、信号発信装置は、複数の発電ユニットのうちのどの発電ユニットで電圧が発生したのかを、発生した電圧値に基づいて特定し、その発電ユニットのＩＤ情報を付加した信号を送信する。
【００１０】
本発明の第３の観点に係る水位検知装置は、筒部材の上部に空気孔を下部にその内部に水が浸入できる浸水孔を形成してそれを鉛直姿勢に設置し、その内部に鉛直方向に所定の間隔で複数の発電ユニットを設けた構造を有しており、筒部材内の水位変化に伴って発電ユニットを発電させ、その際の電圧信号をその電力を利用して信号発信装置により送信する。そのため発電ユニットは、屈曲変位型の圧電素子と、圧電素子を屈曲させるバネと、圧電素子に取り付けられた永久磁石と、圧電素子とバネと永久磁石を防水収容するためのケースと、ケース外に設けられた浮子と、永久磁石と近接／離間自在にケース外に設けられた強磁性材料からなる錘とを有する構造となっており、筒部材内の水位変化に伴う浮子の浮力変化と錘に作用する重力とのバランスによって、錘と永久磁石との間に作用する引力が変化することによって圧電素子を発電させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水位および水位変動を検知することができる。また、圧電素子を用いた水位検知を行い、その水位検知の際の圧電素子の発電を利用して電圧信号をその電力で送信することができる。そのため信号送信のための電池は不要となり、電池交換等のメンテナンスが不要となる。また、発電ユニットの構成が簡単であり、防水対策も容易で、装置全体を安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る水位検知装置の概略構造を示す断面図である。この水位検知装置１０は、筒部材１１と、この筒部材１１の内部に設けられたフロート１２と、筒部材１１の外部に設けられた複数の発電ユニット１３と、これら複数の発電ユニット１３のうちの所定の発電ユニットで発電が生じたことを示す信号を送信するための信号発信装置１４を備えている。
【００１３】
筒部材１１はその長さ方向が鉛直方向となるように設置されており、その上部には空気孔２１が、その下部には浸水孔２２がそれぞれ形成されている。浸水孔２２から筒部材１１の内部に水が浸入すると、内部の空気が空気孔２１から排出される。こうして筒部材１１の内部の水位は筒部材１１の外部の水位と常に同じとなる。筒部材１１は円筒であってもよいし、角筒であってもよい。
【００１４】
フロート１２は、強磁性材料からなる錘２５と、錘２５に取り付けられた浮子２６から構成されている。このフロート１２は、筒部材１１の内部の水位にしたがって昇降する。そのため、浮子２６が水面に浮いている状態では、浮子２６の浮力は錘２５の重力よりも大きくなる設計がなされている。浮子２６は、例えば、発泡スチロール球や中空のプラスチックボール等である。錘２５は、例えば、鉄板であり、錆の発生を防止するためにその表面に樹脂コート等を施すことも好ましい。
【００１５】
錘２５の外周形状は、筒部材１１の断面（長さ方向に垂直な断面）の相似形とし、錘２５の外周と筒部材１１の内壁との間に一定の隙間を形成することで、フロート１２が筒部材１１内の水位変化に伴ってスムーズに昇降することができるようにすることが好ましい。これは、後述するように、錘２５と発電ユニット１３を構成する永久磁石３３との間に引力を生じさせるために、錘２５の筒部材１１内での水平方向の動きは小さいことが好ましいからである。
【００１６】
浮子２６の形状は筒部材１１内をスムーズに昇降できる限りにおいて制限はなく、図１に示すような球体に限定されるものではない。なお、図１では、フロート１２として、錘２５の上側に浮子２６を取り付けた例を示したが、錘２５の下側に浮子２６を設けた形状としてもよい。
【００１７】
発電ユニット１３は、筒部材１１の長さ方向に所定間隔で配置されている。発電ユニット１３どうしの間隔は変化させてもよいが、水位管理の利便性を考慮すると、等間隔とすることが好ましい。
【００１８】
図２に発電ユニット１３の構造および動作態様を示す。発電ユニット１３は、屈曲変位型の圧電素子３１と、圧電素子３１を屈曲させるバネ３２と、圧電素子３１に取り付けられた永久磁石３３を備えており、これら圧電素子３１，バネ３２，永久磁石３３がケース３４に防水収容された構造を有している。
【００１９】
なお、ここでは、圧電素子３１とバネ３２と永久磁石３３は連結棒３５を介して連結されている構造を示しているが、バネ３２と永久磁石３３は直接に圧電素子３１の表裏面に直接取り付けられていてもよい。
【００２０】
屈曲変位型の圧電素子３１とは、具体的には、バイモルフ素子およびユニモルフ素子である。公知の通り、バイモルフ素子は矩形の補強板（金属薄板（シム板）や樹脂板）の両面に圧電板が貼り付けられた構造を有しており、ユニモルフ素子は矩形の補強板の片面に圧電板が貼り付けられた構造を有している。圧電素子３１としては圧電板単体からなるモノモルフ素子を用いることもできるが、耐久性の観点でバイモルフ素子やユニモルフ素子に劣る。
【００２１】
図１および図２では、圧電素子３１の主面は紙面に垂直となっている。圧電素子３１の両端には円柱状の支持部材３８が取り付けられており、この支持部材３８を層通させるための孔部を有する保持部材３９をケース３４の内部に固定している。このような支持部材３８を用いることで、圧電素子３１が屈曲した際に圧電素子３１の両端で屈折が生じ難くなり、圧電素子３１の寿命を延ばすことができ、しかも圧電素子３１のケース３４内への配設を容易に行うことができる。
【００２２】
圧電素子３１の長さ方向が筒部材１１の長さ方向と一致するように、発電ユニット１３は配置されている。これにより、圧電素子３１が長く、筒部材１１が細い場合に、水位検知装置１０全体を細くコンパクトな構成とすることができる。特に、圧電素子３１の発電量を大きくするために圧電素子３１の変位量を大きくしたい場合には、圧電素子３１を長くすることが必要になってくるので、その場合に、圧電素子３１の長さ方向を筒部材１１の長さ方向に一致させる構成は、装置全体のコンパクト化に極めて有利である。
【００２３】
発電ユニット１３における圧電素子３１の動きについて説明する。図２左図に示されるように、フロート１２が発電ユニット１３から離れているときには、圧電素子３１はバネ３２のバネ力（収縮力）によりバネ３２側に凸となるように屈曲した状態になっている。このとき、永久磁石３３は筒部材１１の壁面から離れた位置にある。
【００２４】
フロート１２が発電ユニット１３に近接すると、錘２５と永久磁石３３との間に作用する引力が大きくなり、その引力がバネ３２のバネ力よりも大きくなると、図２右図に示されるように、永久磁石３３が筒部材１１側へスライドしてその引力により永久磁石３３の位置が保持される。この永久磁石３３のスライド時に圧電素子３１の屈曲状態が反転し、圧電素子３１が発電する。このときの圧電素子３１の屈曲変位は、所謂、双安定状態間の遷移であり、変位が急峻に生じることで、大きな電圧を発生させることができる。
【００２５】
図２に示されるように、ケース３４における永久磁石３３と錘２５との間の部分は、構造上の強度を保つことができる限りにおいて、薄くすることが好ましく、これにより圧電素子３１の変位を大きく取りながら、ケース３４自体を薄く構成することができる。ケース３４は永久磁石による磁化を受けない材料、例えば、樹脂やアルミニウム等が好適に用いられる。
【００２６】
さらに水位が変化してフロート１２が発電ユニット１３から離れようとすると、錘２５と永久磁石３３との間に作用する引力は弱くなり、その引力がバネ３２のバネ力（収縮力）よりも小さくなると、図２左図の状態に戻る。このときにも、圧電素子３１の屈曲状態が反転し、電圧が生じる。
【００２７】
圧電素子３１の発電が、フロート１２が発電ユニット１３に接近したことによるものなのか、発電ユニット１３から離間したことによるものなのかは、発生した電圧の波形を解析することで知ることができる。
【００２８】
図３に圧電素子３１で発生する電圧波形の例を示す。図３で＋側にピークのある電圧波形が発電ユニット１３にフロート１２が接近したことによるものである場合、−側にピークの電圧波形はフロート１２が発電ユニット１３から離間したことによるものとなる。このような違いは、圧電素子３１を構成する圧電板の分極の向きによって生じる。
【００２９】
なお、錘２５と永久磁石３３との間に作用する引力の大きさ（つまり永久磁石３３の磁力の強さ）と、バネ３２のバネ力の大きさは、図３に示す圧電素子３１の屈曲状態の変化が生じるように設定される。また、ここでは、錘２５に強磁性材料を用いているが、逆の構成、つまりフロートに永久磁石を、発電ユニットに強磁性材体を用いてもよい。さらに、フロートと発電ユニットの両方に永久磁石を用いてもよい。この場合、２個の永久磁石はＳ極とＮ極とが向かい合うように配置すればよい。
【００３０】
ところで、２個の永久磁石が互いにＳ極どうしまたはＮ極どうしが向かい合うようにすることもできる。つまり、これらの永久磁石が接近すると斥力により圧電素子３１はバネ側に凸になり、これらの永久磁石が離間するとバネの伸張力により圧電素子３１が永久磁石側に凸になるような構成にしてもよい。
【００３１】
信号発信装置１４は、発電ユニット１３の圧電素子３１が発電した際の電力を利用して、水位情報に関する信号を防災管理センター等に設置された管理コンピュータに送信する。信号発信装置１４はできるだけ小さい消費電力で動作する簡単な構成とすることが好ましい。水位情報に関する信号とは、例えば、複数の発電ユニット１３のうちのどの発電ユニットで発電が生じたのかを特定するためのＩＤ情報を発生した電圧信号に付加した信号である。
【００３２】
信号発信装置１４の概略構成を図４に示す。圧電素子３１で発生した電圧は、ブリッジ整流回路４５によって整流された後に平滑回路４６へ送られて、そこでブリッジ整流回路４５の出力する脈流は直流に近い状態に平滑化される。この直流電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ回路４７によって、判断回路４４、制御回路４８、ＲＦ回路４９を動作させるために必要な電圧に調節され、これらに出力される（図４のＶｏｕｔ→Ｖｉｎ）。
【００３３】
例えば、図１では、複数の発電ユニット１３のうち、最も下側に配置されたものは発電後の状態にあり、他のものは発電していない状態にあるが、この状態からさらに水位が上がると、最も下の発電ユニットではフロート１２の離間による発電が起こり、その後に水位が上昇すればフロート１２が上昇して下から２個目の発電ユニットで発電が起こるが、水位が下がったためにフロート１２が２個目の発電ユニットに近接せずに再び最も下に配置された発電ユニットに近接すると、その発電ユニットが発電することになる。
【００３４】
そこで信号発信装置１４は、複数の発電ユニット１３のうちのどの発電ユニットで電圧が発生したのかを特定するための判断回路４４を備えている。例えば、判断回路４４への信号入力ゲートが、図４に示されるように発電ユニット１３ごとに分かれており、どのゲートから電圧信号が入ってきたかを判断することで、どの発電ユニットが発電したのかを特定することができる。
【００３５】
判断回路４４へ入力された電圧信号はデジタル信号に変換されて制御回路４８へ送られる。また、判断回路４４は特定した発電ユニットのＩＤ情報を制御回路４８に送る。制御回路４８は、これらの電圧信号にＩＤ情報を付加した信号を作り、その信号はＲＦ回路４９により無線信号に変調され、発信される。なお、判断回路４４が電圧信号にＩＤ情報を付加した信号を作成するようにしてもよい。
【００３６】
この信号を受信した管理コンピュータは、この電圧信号が図３に示したどちらの波形であるかを解析して、その電圧信号を発した発電ユニットにフロート１２が到達したのか離間したのかを判定することができ、水位および水位変化を知ることができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る水位検知装置について説明する。図５に水位検知装置１０Ａの概略断面図を示す。
【００３８】
この水位検知装置１０Ａが水位検知装置１０と異なる点は、複数の発電ユニット１３がそれぞれ有している圧電素子３１の発生電圧が異なるという点である。例えば、圧電素子３１が実質的に同じ形態（無負荷時に同じ形状）を有する場合には、図５に示すように、圧電素子３１の変位量（屈曲状態）を変えた発電ユニットを構成する。図５では、３個の発電ユニット１３のうち、中央の発電ユニットにおける圧電素子の屈曲が最も大きく、上の発電ユニットにおける圧電素子の屈曲が最も小さい。
【００３９】
圧電素子３１の屈曲状態はバネ３２のバネ定数や長さによって調節することができ、これに合わせて永久磁石３３の磁力を調節する。つまり、屈曲の大きい圧電素子に対しては、磁力の強い永久磁石を使用すればよい。圧電素子３１は変位量が大きいと発生する電圧値が大きくなるので、ピーク電圧値に基づいてどの発電ユニットで電圧が発生したのかを判断することができる。
【００４０】
なお、圧電素子３１の屈曲状態を個々に変えた場合には、変位量が小さいと発生する電圧が小さくなるため、屈曲状態は少なくとも発生した電力で無線信号を発信することができる程度に設定する。
【００４１】
この特性を利用して、水位検知装置１０Ａを構成する信号発信装置１４では、発生した電圧値から複数の発電ユニット１３の中から発電した１つの発電ユニットを特定する判断回路を用いることができる。勿論、先に説明した図４に示した判断回路４４を用いることもできる。
【００４２】
このように湾曲状態を異ならしめる方法に代えて、圧電素子３１が例えばユニモルフ素子やバイモルフ素子である場合、圧電板の幅と厚さは同じであるが長さが異なり、補強板の厚さと幅は同じであるが長さが圧電板の長さに応じて異なるものを用いて、各発電ユニットを構成する方法を用いることができる。この場合、各圧電素子の変位量を同じとすれば、圧電素子の長さの短いものの方が大きく屈曲して発生電圧が大きくなるので、この発生電圧に基づいてどの発電ユニットで電圧が発生したのかを判断することができる。
【００４３】
次に本発明の、第３の実施形態に係る水位検知装置について説明する。図６に水位検知装置５０の概略断面図を示す。この水位検知装置５０は、筒部材１１（水位検知装置１０を構成するものと同じ）の内部に、鉛直方向に所定間隔で発電ユニット１６が配設された構造となっており、発電ユニット１６で発生した電圧信号を信号発信装置１４で送信する。
【００４４】
この発電ユニット１６は、屈曲変位型の圧電素子３１と、圧電素子３１を屈曲させるバネ３２と、圧電素子３１に取り付けられた永久磁石３３と、圧電素子３１とバネ３２と永久磁石３３を防水収容するケース３４と、ケース３４の外部に設けられた蝶番２９と、蝶番２９に取り付けられた浮子２７と、蝶番２９に取り付けられ、浮子２７に作用する浮力を利用して蝶番２９を回動させることにより永久磁石３３と近接／離間自在な強磁性材料からなる錘２８とを有している。
【００４５】
発電ユニット１６を構成するケース３４およびケース３４の内部部分は、水位検知装置１０に用いられている発電ユニット１３と同じであるので、この部分の説明は省略する。図６ではケース３４の内部の構造を簡略化して示している。
【００４６】
図７に発電ユニット１６の動作態様を示す。図７左図に示されるように、水位が浮子２７よりも低い状態では、浮子２７と錘２８に作用する重力によって、錘２８はケース３４から離れた状態となる。水位が上昇すると、浮子２７が浮力により上昇し、これに伴って蝶番２９が回動して錘２８がケース３４に接近する。図７右図に示されるように、こうして錘２８と永久磁石３３との間に作用する引力が大きくなると、永久磁石３３が錘２８側へ引き寄せられ、そのときに、圧電素子３１の屈曲状態が反転して、圧電素子３１が発電する。なお、発電ユニット１６で発生する電圧信号も発電ユニット１３と同じである。
【００４７】
発電ユニット１６では、図７右図の状態となった後に、さらに水位が上昇しても、その状態が維持され、図７右図の状態から図７左図の状態へ戻るのは、水位が下がった場合のみである。
【００４８】
したがって、水位検知装置５０に用いる信号発信装置１４は、原則として、複数の発電ユニット１６のどれが発電したのかを特定する機能を有している必要はない。そのため、信号発信装置１４が有する判断回路としては、どの発電ユニットから電圧信号を入ってきたかを特定することなく、入ってきた電圧信号をデジタル信号に変換して制御回路４８へ送る機能だけを有するものを用いることができる。
【００４９】
しかしながら、複数の発電ユニット１６のうちのある発電ユニットが動作不良を起こしてしまったために、水位が間違って認識される可能性がないとは言えない。そこで、水位検知装置５０でも、先に説明した水位検知装置１０に用いられている図４の信号発信装置１４が好適に用いられる。
【００５０】
図８に水位検知装置５０から発信される信号例を示す。図８に示される信号では、水位上昇を示す正のピーク（ピークＡとする）と、水位降下を示す負のピーク（ピークＢとする）が、ピークＡ，ピークＡ，ピークＡ，ピークＢ，ピークＡ，ピークＢの順番で現れている。各発電ユニット１６に故障がないとすると、これにより、最初の３つのピークＡにより、その時点では下から３個目の発電ユニットまで水位が上昇したことがわかり、次にピークＢが現れていることから、水位の降下が始まったことがわかる。この時点では、水位は下から２個目の発電ユニットと下から３個目の発電ユニットの中間にあることがわかる。次に、再び、ピークＡが現れているので、水位が上昇し、下から３個目の発電ユニットまで水位が再上昇したことがわかり、続いてピークＢが現れていることから、水位低下が生じその時点では、水位は下から２個目の発電ユニットと下から３個目の発電ユニットの中間にあることがわかる。
【００５１】
発電ユニット１６に代替される発電ユニットについて説明する。図９に発電ユニット１６Ａの概略構造および動作態様を示す。
【００５２】
この発電ユニット１６Ａにおけるケース３４およびその内部の構造は、発電ユニット１６のものと同じである。発電ユニット１６Ａでは、永久磁石３３が水位の変動方向である鉛直方向にスライドすることができるように、筒部材１１（図９に示さず）内に配置する。そして、ケース３４の上側に、適所に孔部５１が形成された小筒部材５２が、その長さ方向が鉛直方向となるように配置され、その内部にフロート１２（先に説明した水位検知装置１０に用いられているフロート１２と構成は同じであり、大きさは、小筒部材５２の直径に合わせられる）が収容された構成となっている。
【００５３】
図９左図に示すように、小筒部材５２の下端よりも水位が低い場合には、フロート１２は重力により降下しており、錘２５と永久磁石３３との間の引力によって、圧電素子３１は永久磁石３３側に凸な状態となっている。水位が上昇すると、図９右図に示されるように、浮子２６に作用する浮力が錘２５と永久磁石３３との間に作用する引力よりも大きくなった時点で、フロート１２が上昇し、バネ３２の収縮力により圧電素子３１の屈曲状態が反転し、発電する。この状態から水位が低下すると、フロート１２は降下を開始し、錘２５と永久磁石３３との間に作用する引力が大きくなると、永久磁石３３が錘２５側へ移動し、図９左図の状態に戻る。このような動きにより水位を検知できる。
【００５４】
この発電ユニット１６Ａもまた、図９右図の状態となった後に、さらに水位が上昇しても、その状態が維持され、図９右図の状態から図９左図の状態へ戻るのは、水位が下がった場合のみであるから、複数の発電ユニット１６Ａのどれが発電したのかを特定するためのＩＤ情報を電圧信号に付与する必要はない。
【００５５】
なお、発電ユニット１６Ａは、その構造を上下（鉛直方向）で逆転させた構成としてもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、発電ユニットとして、圧電素子の屈曲状態を制御するためのバネとしてはコイル状のバネ（所謂、弦巻バネ）を用いた形態を示したが、バネとして板バネを用いることもできる。図１０に示す圧電ユニット１６Ｂは、図９に示した圧電ユニット１６Ａの変形例であり、バネ３２として弦巻バネに代えて板バネを用いたものである。板バネを用いることで、圧電ユニットを薄く構成することができるという利点がある。
【００５７】
また、１個の発電ユニットに設けられる圧電素子は１枚に限定されることなく、例えば、その厚み方向に複数の圧電素子を一定の隙間を設けて平行に配置した構成としてもよく、一度に複数の圧電素子を屈曲させることで、より大きな電力を得ることができる。
【００５８】
圧電素子の保持方法はその両端を回動自在に保持する方法に限定されることなく、例えば、１または複数の圧電素子の両端をボルト締め等により固定してもよい。圧電素子を保持する状態は円弧状に限定されることなく、長さ方向の半分どうしがＳ字型となるようにしてもよい。この場合、電極パターンは、圧電素子の長手方向半分の領域において長手方向に２分割（全体で４分割）されたものとすることが好ましく、これにより圧電素子を変位させたときに発生する電力を高い効率で取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水位検知装置の概略構造を示す断面図。
【図２】図１の水位検知装置を構成する発電ユニットの構造および動作態様を示す図。
【図３】図２の発電ユニットを構成する圧電素子で発生する電圧波形例。
【図４】図１の水位検知装置を構成する信号発信装置の概略構成を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水位検知装置の概略構造を示す断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る水位検知装置の概略構造を示す断面図。
【図７】図６の水位検知装置を構成する発電ユニットの動作態様を示す図。
【図８】図６の水位検知装置から発信される信号例。
【図９】図７の発電ユニットに代替される発電ユニットの概略構造および動作態様を示す断面図。
【図１０】図９の発電ユニットに代替される発電ユニットの概略構造および動作態様を示す断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１０・１０Ａ…水位検知装置、１１…筒部材、１２…フロート、１３…発電ユニット、１４…信号発信装置、１６・１６Ａ・１６Ｂ…発電ユニット、２１…空気孔、２２…浸水孔、２５…錘、２６…浮子、２７…浮子、２８…錘、２９…蝶番、３１…圧電素子、３２…バネ、３３…永久磁石、３４…ケース、３５…連結棒、３８…支持部材、３９…保持部材、４４…判断回路、４５…整流回路、４６…平滑回路、４７…ＤＣ−ＤＣコンバータ回路、４８…制御回路、４９…ＲＦ回路、５０…水位検知装置、５１…孔部、５２…小筒部材。
【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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