(57)【要約】      （修正有）【課題】廉価で長期耐久性のある水圧計を提供する。【解決手段】高い光弾性係数を持つポリカーボネートを水圧受感素子として用いる。ポリカーボネート製受圧板１に直交してプラスチック製光ファイバ２を向かい合わせ、ポリカーボネート製受圧板１に水圧を作用させることによって、ポリカーボネート製受圧板１内部の複屈折状態を変化させる。この複屈折の状態変化を直交偏光板３を通して、干渉色の変化（レターデーション）、すなわち色相の変化としてとらえる。色相の変化はイメージセンサを用いることで、廉価に容易に実現できる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ポリカーボネートに水圧を作用させることによって、ポリカーボネート内部の複屈折状態を変化させ、その結果生じる干渉色の変化を水圧の変化としてとらえる水圧測定機構及び構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、地下水位や水深を観測するための水圧計測に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下水位や水深を知るための手段として、センサヘッドを水中に浸漬してその位置の水圧を計測することが実用に供されている。
実用の水圧計は、ダイアフラムに半導体式歪みゲージを固着して直接にダイアフラムの変形を見る手法や、ダイアフラムの裏側に静電容量ギャップを設けてギャップ変化に応じた微弱電流の量を見る手法、他には軸方向に伸縮可能なように外周にちょうちん状の深いひだを持った薄肉円筒状の物（ベローズ）を用いてそのばね変形量から見る手法などがある。
【０００３】
しかし、いずれも微細で且つ精密な材料加工が必要であり高価であること、また電気式原理に基づくためセンサ筺体内部に存在する湿分の凝固によって絶縁不良を起こしやすいという欠点があった。
【０００４】
一方で地下水位の上昇と地盤表層崩落の相関性は広く知られており、昨今の地滑りによる甚大な被害を防ぐ目的において、広範な地点における地下水位計測を実施することは防災・減災の観点から有効である。しかし、これらの欠点は予算に限りのあるユーザーにとっては障害であり、これまで廉価で長寿命な地下水位計測は困難であった。
【０００５】
この改善策として、プラスチック製光ファイバ、高い光弾性係数を持つポリカーボネート製の受圧板、LEDとイメージセンサを組み合わせて、廉価な水圧計測システムを構築する構造を考案した。図１はこの方法によるセンサヘッドの実装形態の一例を示すための説明図であって、側面図である。１はポリカーボネート製の受圧板、２は１を挟んで対向させたプラスチック製光ファイバ、３は１の内部で生じる複屈折の位相差を干渉色として取り出すための直交偏光板、４は１に作用する水圧である。図２は、センサヘッドに接続配置する測定器の構成図である。５はLED、６はイメージセンサ、７は制御回路、８は記録用コンピュータ、９は図1のセンサヘッドである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】平島健一ら  「光弾性ゲージを用いた砂質土中の応力測定に関する二、三の考察」  昭和４８年  土木学会論文集
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、より廉価に且つ高耐久性を有する水圧計測の機構及び構造である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案は、高い光弾性係数を持つポリカーボネートを水圧受感素子として用いる機構及び構造である。ポリカーボネートに水圧が作用することで変形し、その変形によってポリカーボネート内部の複屈折の状態が変化する。この複屈折の状態変化を直交偏光板を通して、干渉色の変化（レターデーション）、すなわち色相の変化としてとらえる機構及び構造である。色相の変化はイメージセンサを用いることで、廉価に容易に実現できることを特徴とする。
【考案の効果】
【０００９】
本考案の水圧センサ機構及び構造は、一切電気的構造を持たないため、結露による絶縁不良、落雷による誘電破壊を起こさない、且つ廉価に製造が可能という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１はセンサヘッドの構造を示した説明図である。
【図２】図２はレターデーションと色相の相関関係を示した説明図である。
【図３】図３は測定装置の構造を示した説明図である。
【図４】図４は本考案センサから得られる色相値（縦軸；この場合、Green/Blue値）と作用させている水圧（横軸）、との整合性を示したデータである。
【図５】図５は本考案センサ（縦軸）と従来型の水位計（横軸）、との出力の線形性を示したデータである。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
図１はセンサヘッドの実装形態を示すための説明図であって、側面図である。１はポリカーボネート製の受圧板、２は１を挟んで対向させたプラスチック製光ファイバ、３は１の内部で生じる複屈折の位相差を干渉色として取り出すための直交偏光板、４は１に作用する水圧である。
【００１２】
透明な樹脂などの材料に外力が加わると、材料内部に働く主応力差に応じて、その材料に複屈折が生じることがある。この現象は光弾性効果と呼ばれている。複屈折が生じた材料内では、透過光は速度の異なる二つの偏光に別れて進み、その結果、二つの偏光の間にはレターデーションと呼ばれる位相差が発生する。このため、複屈折をもつ材料に単色光あるいは白色光を透過させ、直交ニコルで観察すると、この位相差によって生じる干渉縞や干渉色があらわれる。光弾性効果によるレターデーション（R；波長単位でナノメーター）は、下記の数式１によって求まるということがわかっている。
【数１】
0003201948.tif 000003
【００１３】
上記の数式において、Cは光弾性係数、tは材料の厚み、σx、σyは外部から作用する2次元の主応力である。
【実施例】
【００１４】
図２はレターデーションと色相の相関関係を示した図である。図３は測定装置の構造を示した説明図である。レターデーションは、図３に示す測定装置内のイメージセンサを用いて、Red、Green、Blueの強度として検出することができる。これら3色の強度から色相の数値を求め、この数値の変化と作用している応力、すなわち水圧の相関性を較正の上、求めて水圧値として出力する。
【００１５】
但し個体としてのポリカーボネートは、材料固有の配向複屈折やその製造過程に生じる加工残留応力などにより光弾性係数が異なるので、センサ素子個体別に較正作業を行うことが望ましい。
【００１６】
あるいは高価ではあるが、レンズ用の低配向複屈折PCを使う手段もある。
【００１７】
図１のプラスチック製光ファイバ２は、石英ガラス製光ファイバでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
廉価で長期耐久性のある水位計測システムを実現できる。
【符号の説明】
【００１９】
１    ポリカーボネート製受圧板
２    プラスチック製光ファイバ
３    直交偏光板
４    LED
５    作用する水圧
６    イメージセンサ
７    制御回路
８    記録用コンピュータ
９    センサヘッド
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年10月9日(2015.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ポリカーボネート板に直交して光ファイバを向かい合わせ、当該ポリカーボネートに水圧を作用させることによって、ポリカーボネート内部の複屈折状態を変化させ、その結果生じる干渉色の変化を水圧の変化としてとらえる水圧計。