(57)【要約】【課題】監視水槽内の水棲生物の異常行動を迅速に検知し、警報を発することのできる、安価な水質監視装置を提供する。【解決手段】水質監視装置を、少なくとも被検水を滞流させ内部に単数又は複数の水棲生物が飼育されている透明材質の監視水槽と、この監視水槽の外部に設けられ複数の光束を前記監視水槽の内部に向けて放射する光放射手段と、この光放射手段の対向面に前記監視水槽を介して設置された前記光放射手段から放射された複数の光束を各光束ごとに受光する受光手段と、前記監視水槽内の水棲生物が前記光束を遮断して移動することにより生ずる前記受光手段からの信号に基づいて前記水棲生物の単位時間当りの移動平均値を計算する計算手段と、この計算手段から送られて来る前記水棲生物の単位時間当りの移動平均値と予め記憶させてある平常時の移動平均値を比較する判定手段と、この判定手段が異常を検知した場合に外部へ警報を報知する報知手段とで構成する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検水を滞流させ内部に単数又は複数の水棲生物が飼育されている透明材質の監視水槽と、この監視水槽の外部に設けられ複数の光束を前記監視水槽の内部に向けて放射する光放射手段と、この光放射手段の対向面に前記監視水槽を介して設置された前記光放射手段から放射された複数の光束を各光束ごとに受光する受光手段と、前記監視水槽内の水棲生物が前記光束を遮断して移動することにより生ずる前記受光手段からの信号に基づいて前記水棲生物の単位時間当りの移動平均値を計算する計算手段と、この計算手段から送られて来る前記水棲生物の単位時間当りの移動平均値と予め記憶させてある平常時の移動平均値を比較する判定手段と、この判定手段が異常を検知した場合に外部へ警報を報知する報知手段とを含むことを特徴とする、水質監視装置。
【請求項２】
前記光放射手段が前記監視水槽の少なくとも２面に設けられ、前記受光手段が前記複数の光放射手段に対向して設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の水質監視装置。
【請求項３】
前記光放射手段は、複数のＬＥＤ光源によって構成されていることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれかに記載の水質監視装置。
【請求項４】
前記受光手段は、前記それぞれの光束に対応して受光した光を各受光素子ごとに集光拡大させるズームレンズが設置されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の水質監視装置。
【請求項５】
前記監視水槽の回りには、そのくもりを防止する送風手段が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の水質監視装置。
【請求項６】
前記監視水槽の近傍には、該監視水槽の内部を見る監視カメラが設置されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の水質監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は浄水場の源水や処理水、或は食品産業における原料取水などへの毒物の混入を監視する水質監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間が口にする水が毒物で汚染されると、人の生命に関わることから、浄水場においては、一般的に水質検査の対象となる被検水の中に、魚を放しておき、魚の活動状況が正常であるか異常であるか、或は魚が生きているか死んでいるかによって、目視により水質を判断している。
【０００３】
しかしながら、浄水場等の施設の無人化により、この監視方法では充分でなくなったことから、被検水を入れた水槽の中で金魚、鯉、鮒、ウグイ、オイカワ、モツゴ、タナゴなどの水棲生物を飼育し、その動きを自動的に監視する装置が開発されている。このような水質監視装置として次の特許文献に示されたものが公知である。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３２４０３１号公開特許公報
【特許文献２】特開平１１−８３８３７号公開特許公報
【０００５】
このうち、特許文献１のものは、監視水槽の一定領域に魚影があるか否かを光センサーによって検知し、魚影がなくなった後、所定時間の経過後、異常と判断し警報を発するものであり、特許文献２のものは、光センサーを用いて監視水槽内の魚の位置を検知し、その位置が水槽の上か下かを検知した後、所定時間の経過後異常を判断し警報を発するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１と２のものは、いずれも魚の行動の異常を検知するまでに時間がかかる上に、この異常検知の時より所定時間を経過した後に警報を発するものであったので、警報を発するまでに時間がかかることから、警報を発した時には既に飲料水として配水されている危険性が大である上に、装置構成が複雑であり、かつ高価部品を使用しているので，製作コストが高くつという問題があった。
【０００７】
この発明の目的は、監視水槽内の水棲生物の異常行動を迅速に検知し、警報を発することのできる、安価な水質監視装置を提供せんとするにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するためにこの発明は、被検水を滞流し内部に単数又は複数の水棲生物が飼育されている透明材質の監視水槽と、この監視水槽の外部に設けられ複数の光束を前記監視水槽の内部に向けて放射する光放射手段と、この光放射手段の対向面に前記監視水槽を介して設置された前記光放射手段から放射された複数の光束を各光束ごとに受光する受光手段と、前記監視水槽内の水棲生物が前記光束を遮断して移動することにより生ずる前記受光手段の信号に基づいて前記水棲生物の単位時間当りの移動速度を計算する計算手段と、この計算手段から送られて来る単位時間当りの移動平均値と予め記憶させてある平常時の移動平均値を比較する判定手段と、この判定手段が異常を検知した場合に外部へ警報を報知する報知手段とを含むことを特徴とする。
【０００９】
その際にこの発明は、前記光放射手段を、前記監視水槽の少なくとも２面に設けられ、前記受光手段が前記複数の光放射手段に対向して設置させることができる。
【００１０】
この発明はまた、前記光放射手段を、複数のＬＥＤ光源によって構成することができる。
【００１１】
この発明はまた、前記受光手段に、前記それぞれの光束に対応して受光した光を各受光素子ごとに集光拡大させるズームレンズを設置するものである。
【００１２】
この発明はまた、前記監視水槽の回りに、そのくもりを防止する送風手段を設けることができる。
【００１３】
そして、この発明は、前記監視水槽の近傍に、該監視水槽の内部を見る監視カメラを設置することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面はこの発明の一実施の形態を示し、図１乃至図２において、指示記号１で示したものは監視水槽である。この監視水槽は、ガラス、或は強化合成樹脂製の透明な材料で構成されており、内部には例えば水道の源水のような被検水２が滞流されている。即ち、監視水槽１には、給水管３ａより例えば水道の源水が注ぎ込まれ、排水管３ｂより外へ排出される。この監視水槽１への源水の流入量は、例えば「水道維持管理指針（厚生省環境衛生局水道部監修）」に基づいて、例えば２〜３リットル／分とし、３０〜４０分程度で入れ替わるように定めて連続的に供給するものである。滞流とはかかる状態を意味している。勿論、被検水の流入量はこのものに限定されず、流入方法は間欠的であっても良い場合もある。監視水槽１には、図２に示したように受水槽１ａとオーバーフロー手段１ｂを設けることが望ましい。受水槽１ａは給水時に監視水槽１内の水が泡立って、光束を遮り誤動作が生ずることを防止するものである。さらに、オーバーフロー手段１ｂは、何らかの原因で排水管３ｂが詰まった時に、被検水が監視水槽１より外へあふれ出ないようにするためのものである。この監視水槽１内には、複数匹のタナゴである水棲生物４が飼育されている。本願発明がこのタナゴを使用するのは，タナゴは水生生物の中で最も水質に敏感であること，成長しても体長が３０ｍｍから１００ｍｍ程度にしかならないこと等を考慮したものである。勿論，このタナゴ以外にも、上述したように，金魚、鮒、鯉、ウグイ、等の淡水魚を用いることができる。
【００１５】
監視水槽１の外側の後部と左側部には、図１乃至図４に示したように、光源５，６と複数の小孔７ａ，８ａを千鳥格子状に配置した光放射板７，８とから成る光放射手段９，１０が設けられ、この光放射手段９，１０と監視水槽１を挟んで対向する位置に受光板１１，１２から成る受光手段１３，１４が設置されている。受光板１１，１２には、前記光放射板７，８の各小孔７ａ，８ａと対向した位置に、同じく千鳥格子状に配置した受光素子１１ａ，１２ａが取り付けられている。
【００１６】
監視水槽１は、図示したもので、横幅４５０ｍｍ、奥行き２９０ｍｍ、高さが２９０ｍｍのものであり、受光版１１，１２はそれぞれ監視水槽１より６００ｍｍ離れた位置に設置してある。光放射板７，８に設けた小孔７ａ，８ａは、図３に示したように、直径が５ｍｍ、間隔を上下左右３０ｍｍとし、光放射板７，８を監視水槽１に接して取り付けてある。後部の監視水槽１に接して設けた光放射板７に設けた小孔７ａと、同じく監視水槽１の右側に接して設けた光放射板８に設けた小孔８ａとの間は、上下方向に１５ｍｍずつずらしてあり、光束が監視水槽１の中で互いに交叉しないように工夫されている。尚、指示記号１５のものは、監視水槽１の内部状態を見るためのテレビカメラである。そして、監視水槽１の外側にその外壁に風を吹き付けて乾燥させ、くもりを防止するために送風手段２６を設置すると良い。
【００１７】
次に、とくに図１において、指示記号１６，１７で示されたものは、受光手段１３，１４からの信号が入力される信号入力部である。指示記号１８で示されたものは、信号入力部１６，１７からの出力信号に基づいてタナゴの単位時間当りの移動平均値を計算する計算手段である。指示記号１９で示されたものは判定手段であり、予め記憶させておいた過去１〜６０分間のタナゴの移動平均値と、刻々と入力される近時間（１〜１０秒程度）のタナゴ４の移動平均値とを対比して、大きな変化があれば異常発生と判断し、信号を発する。指示記号２０のものは、報知手段であり、判定手段１９からの信号に基づいて動作し、リレー接点出力、音声、警報ランプ、その他のさまざまな手段で警報を発するものである。
【００１８】
次に動作について説明する。まず、監視水槽１を、静かで１日の温度変化と明度変化のあまりない部屋に設置し、給水管３ａのバルブ３ｃを開いて水源からの水を受水槽１ａを介して監視水槽１の中に導き、規定水位にした後、排水管３ｂのバルブ３ｄを開いて調節し、監視水槽１内の水が内部に滞流して３０〜４０分程度で入れ替わるようにしてから、単数又は複数匹のタナゴ４を中に入れる。タナゴ４が監視水槽１内で落ち着いたのを見計らって、装置の電源をＯＮさせて内部で泳いでいるタナゴ４が水中で移動する速度を計測する。この計測は、光放射板７，８より放射された光束を遮るタナゴ４がどの方向へどれ位の速度で移動したかを受光素子１１ａ，１２ａからの信号を信号入力手段１６，１７で集約し、座標値で記憶することによって測定して、その単位時間当りの移動平均値を計算手段１８で求めるもので、１〜６０分の間の任意に定めた時間の移動平均値を求め、判定手段１９へ記憶させる。一般にタナゴ４に限らず水棲生物は、夜間は動きがにぶくなり、餌を食べる時や、人が近ずいたり、大きな物音がした時には動きが速くなるので、この点は除外しなくてはならない。
【００１９】
次いで、監視水槽１の監視を開始し、タナゴ４が１〜１０秒間に移動する速度の平均値を信号入力部１６，１７及び計算手段１８で求め、判定手段１９へ送信し、上述したように、予めこの判定手段１９へ記憶させてある１〜６０分の間の任意に定めた時間の移動平均値を比較して異常行動か否かを判断する監視態勢に入る。
【００２０】
尚、タナゴ４の状態変化の検出は、監視水槽１内のゴミ、タナゴからの反射光等によって、受光素子が該動作する場合のあることを考慮し、この実施の形態のものは、計算手段１８は受光素子１１ａの受光・非受光の有無を５０ｍｓｅｃ間に２回読み込み、同一の状態にあった時のみ、判定手段１９で判別し異常と判断することにした。判定手段１９が最終的に異常と判断した場合には、報知手段２０により警報が発せられる。この警報は、リレー接点出力、ブザー、ベル、アナウンス等の音声による警報、警報ランプの点灯、或はテレメーターやメール、及びＰＨＳ等の通信手段によってなされ、必要に応じて監視カメラを作動させて監視水槽１の中を確認することになる。
【００２１】
また、タナゴ４の単位時間（１〜１０秒）当りの移動平均値は、５段階程度のレベルに設定し、例えば、レベル１〜２の場合は正常、レベル３〜４の場合は警戒準備、レベル５〜６の場合は軽度警戒、レベル７〜８の場合は重度警戒、レベル９〜１０の場合は非常事態というようにである。移動速度が速くても、隣接する座標であれば正常と判断し、遠くの座標へ移動するほど異常度を高くして運転すると良い。さらに、タナゴ４のほとんどが監視水槽１の上部に移動した場合やタナゴ４が監視水槽１の上部や底部で動かなくなってしまった場合も、異常と判断して警報を発するようにする。但し、タナゴのような水棲生物は一般に夜間は動きがにぶり、監視水槽１の底部付近で動かなくなるので、この点を考慮する必要がある。
【００２２】
尚、上述したように、監視水槽１の置かれた部屋の照明や温度等の変化は、受光素子１１ａ，１２ａの誤動作及びタナゴ４の移動速度に変化をもたらすので、極力一定となるように留意することが望ましいが、太陽光が直接に当たる場所以外の部屋の中でであれば、そう神経を尖らせることもないことは実験で確かめた。また、過去のタナゴの移動平均値を算出する時間、近時間の平均値幅、レベル等の設定は、使用者が任意に設定できることは言うまでもない。さらに、監視カメラ１５は必要に応じて遠隔操作して、監視水槽１の中を見るのにも使用される。
【００２３】
尚、上記した光放射手段９，１０は、上記した光源５，６と光放射板７，８の複数の小孔７ａ，８ａに代えて、該各小孔７ａ，８ａに該当する位置に、図５に示したように、例えばＬＥＤのような発光ダイオード２１を千鳥格子状や碁盤目状に複数個取り付けた光放射板２２とすることができる。この場合には各発光ダイオード２１は光度３０００ｔｒｐのものを用いることが望ましい。このように構成すると、先の実施の形態のもののように、各小孔７ａ，８ａの各光源５，６からの距離の違いからくる照度にバラつきが生じることなく、かつ長寿命となりメンテナンスが楽になるという利点がある。また、指向性が良いものとしては、レーザーや赤外線を使う方法もあるが、高価となってしまうという問題もある。レーザーを用いた場合には、ズームレンズを省略できる場合も考えられる。尚、各透孔や受光素子、さらには発光ダイオードのような発光素子の配置は、千鳥格子状に限定されるものではなく、碁盤目状その他の規則的な配置とすることができる。さらに、各発光ダイオード２１の取付手段としては、図５に示した以外にも、各発光ダイオードをナットによって光放射版へ固着する方法もある。
【００２４】
次に、光源５，６に蛍光ランプや白熱ランプ等を用いると、光放射板７，８の各小孔７ａ，８ａより放射された線状の光束は、監視水槽１の内部を通って受光板１１，１２に達するまでに拡散してしまい、魚影を正しく検知することができなくなってしまう。そこで、受光板２４に取り付けた各受光素子２４ａの前に、図６に示したように、ズームレンズ２５を取り付けると、拡散した光はこのズームレンズ２５によって集光拡大され、受光素子２４ａに対して対置された光放射板からの受光及び遮光を正しく検知することができるものである。実施例では約５倍のズームで受光素子２４ａが対向する光放射手段の光放射板からの光束の受光、遮光を正確に検知することができた。
【００２５】
図７は、ズームレンズが拡散した光源からの光を再び集光拡大する現象を説明するもので、ズーム前のズームレンズ２５には、図７の（ａ）に示されたように複数の小孔７ａ，８ａ及び発光ダイオード２１からの光束が４個捉えられている。しかし、この段階では光束をタナゴが横切っても、受光素子が複数の光束を捉えており、タナゴが１個の光束を遮っても残りの光束を同時に捉えているので、受光素子は反応しない。これをズームレンズ２５でズームアップして行くと、図７の（ｂ）に示されたように、複数の小孔７ａ，８ａ及び発光ダイオード２１からの一つの光束に絞られて来るが、まだこの段階では受光素子は反応しない。図７の（ｃ）に示したように、小孔７ａ，８ａ及び発光ダイオード２１からの光束が約５倍にズームアップされた時に、受光素子は確実に反応し、光束をタナゴが横断したことを検出することができるものである。尚、このズームレンズ２５は、光源に指向性の良い、例えばレーザービームのような光源を用いた場合には、不要となる場合もある。
【００２６】
以上は水道の源水の水質を監視する場合について説明したが、この発明はこれ以外にも動植物の取水管理池の水管理、野外プールや健康ランドの水質管理、飲料水、飲食料品の製造工場での取水管理等々、幅広く応用が可能である。
【００２７】
この発明はさらに、付帯設備として源水の受入バルブを緊急遮断させるリレー出力を設けたり、給餌時や水槽清掃時に水棲生物の単位時間当りの移動量が増大したことを異常と見做さないように、機能停止ボタンを設けたり、フードタイマーによる自動給餌装置を設けることができる。さらに光源が切れた場合に異常発生と判断しないように、電源電流を検出して自動通報させる機能を設けたり、監視水槽１のメンテナンスを容易とするために、内部の汚れを自動的に落とせる装置を付け加えることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は以上のように構成したので、次のような効果を奏し得る。
【００２９】
請求項１のように構成すると、簡単かつ製造コストの安価な構成で監視水槽内の水棲生物の異常を迅速に検知して自動的に警報を発することにより、人手を省略し、飲料水、その他の被検水の安全性を高めることができるという効果を奏し得る。
【００３０】
請求項２のように構成すると、監視水槽内の水棲生物の行動を３次元で追うことができ、誤動作の生じない、より正確な被検水の異常検知を行うことができるという効果を奏し得る。
【００３１】
請求項３のように構成すると、照度の一定した長寿命の光源を揃えることができ、メンテナンスが楽になるという効果を奏し得る。
【００３２】
請求項４のように構成すると、水中を通過することにより拡散した光束を再び集光拡大できるので、受光素子が対向する光放射手段より放射した光束の受光・非受光を正確に検知することができるという効果を奏し得る上に、このようなズームレンズを用いる他の通信機器のように、光の位相、振幅、波長を重視する必要はないので、ズームレンズに多少の歪みがあっても問題が生じないからズームレンズに安価なものを用いることができるという効果を奏し得る。また、光源として、高価な発光ダイオードやレーザービームを用いなくとも、ズームレンズにより受光素子が光束の遮断を正確に検出するので、この面からも製造コストを安価に押えることができるという効果を奏し得る。
【００３３】
請求項５のように構成すると、監視水槽の側面のくもりを防止でき、このくもりによって光束が拡散してしまうのを可及的に防止することができるという効果を奏し得る。
【００３４】
請求項６のように構成すると、異常を検知した時に監視水槽の状況を目で確認できるという効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る水質監視装置の一実施の形態を説明する説明図である。
【図２】この発明に係る水質監視装置のとくに監視水槽の部分の説明図である。
【図３】この発明に係る水質監視装置の光放射手段を構成する受光板を概略的に示す斜視図である。
【図４】この発明に係る水質監視装置の受光手段を構成する受光板を概略的に示す斜視図である。
【図５】この発明に係る水質監視装置の光放射手段の他の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図６】この発明に係る水質監視装置の受光手段の他の実施の形態を示す説明図である。
【図７】この発明に係る水質監視装置の受光手段のズームレンズの機能について説明する説明図である。
【符号の説明】
１  監視水槽
２  被検水
４  タナゴ（水棲生物）
５，６  光源
７，８  光放射板
７ａ，８ａ  小孔
９  光放射手段
１０  光放射手段
１１ａ，１２ａ  受光素子
１３，１４  受光手段
１５  テレビカメラ
１８  計算手段
１９  判定手段
２０  報知手段
２１  発光ダイオード
２５  ズームレンズ
２６  送風手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004301706.tif 000006
【図５】
2004301706.tif 000007
【図６】
2004301706.tif 000008
【図７】
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