(57)【要約】【課題】機械的な駆動部や歪発生部等の複雑な構成を設けず、簡易な構成で正確に河川等の流速を測定することが可能な流速センサを提供する。【解決手段】ヒーター電極５が設けられたヒーター３の両面に加熱板２が貼り付けられ、センサケーブル１と接続されたＦＢＧ４がその加熱板２上にエポキシ樹脂で固定され、更にヒーター３、加熱板２、ＦＢＧ４が耐水モールド６により耐水性の材料で一体にモールドされた流速センサとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段の両面に測定板がそれぞれ設けられ、該測定板に光ファイバブラッググレーティングがそれぞれ固定されていることを特徴とする流速センサ。
【請求項２】
前記加熱手段、前記測定板、及び前記光ファイバブラッググレーティングが耐水性材料により一体にモールドされていることを特徴とする請求項１記載の流速センサ。
【請求項３】
加熱手段の両面にそれぞれ設けられた測定板の温度を光ファイバブラッググレーティングにより測定し、両測定板の温度を比較して温度の低い方を上流側と流向判定することを特徴とする流向判定方法。
【請求項４】
前記加熱手段の電源を定期的に入り切りして加熱及び自然冷却を繰り返し、前記両測定板の加熱時の温度上昇勾配を比較して、温度勾配の低い方を上流側と流向判定することを特徴とする請求項３記載の流向判定方法。
【請求項５】
加熱手段の両面にそれぞれ設けられた測定板の温度を光ファイバブラッググレーティングにより測定して両測定板の平衡温度差を算出し、予め求めておいた流体の衝突速度と流体の衝突面及び裏面の平衡温度差との関係に基づき流体の衝突速度を検出することを特徴とする流速判定方法。
【請求項６】
前記加熱手段の電源を定期的に入り切りして加熱及び自然冷却を繰り返し、前記両測定板の加熱時の温度上昇勾配を測定し、予め求めておいた流体の衝突速度と温度上昇勾配との関係に基づき流体の衝突速度を検出することを特徴とする請求項５記載の流速判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）を用いて、河川等の流向や流速を検知する流速センサ、流向判定方法及び流速判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
台風や大雨の洪水時には、河川の水位が堤防を越えて河川氾濫が起きたり、河川敷や河床の洗掘により、堤防や橋等の破壊が起きたりする。そこで、河川氾濫や洗掘現象を予測するために、河川の流速を常時監視しておくことが重要となる。
【０００３】
流速測定の手段に光ファイバを用いた従来技術の例として以下のものがある。
（１）流体の流れにより風杯式回転子を回転させ、その回転毎に光ファイバ式歪みセンサに歪みを与え、風杯式回転子の回転数から流速を求める方法（特許文献１参照）。
（２）受圧板が受けた水圧を光ファイバの歪みに変換して、この歪みを光ファイバ歪測定器により検出する方法（特許文献２、３参照）
【特許文献１】特開２００１−１９４３７８号公報
【特許文献２】特開２００２−２０２１６３号公報
【特許文献３】特開２０００−１６２２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の方法では風杯式回転子を回転させる機械的な駆動部があるため、水中の障害物が絡まった場合は正確な測定が行えなくなってしまうという課題があった。また、特許文献２記載の方法では受圧板及び歪発生部を設ける必要があるため、特許文献３記載の方法では張力付加機構を設ける必要があるため、共にセンサの構成が複雑になり、センサ本体が大型化してしまうという不都合があった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、機械的な駆動部や歪発生部等の複雑な構成を設けず、簡易な構成で正確に河川等の流速を測定することが可能な流速センサ、及び該流速センサを用いた流向判定方法及び流速判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の流速センサは、加熱手段の両面に測定板がそれぞれ設けられ、該測定板に光ファイバブラッググレーティングがそれぞれ固定されていることを特徴とする。
【０００７】
前記加熱手段、前記測定板、及び前記光ファイバブラッググレーティングを耐水性材料により一体にモールドすることが望ましい。
【０００８】
また、本発明の流向判定方法は、加熱手段の両面にそれぞれ設けられた測定板の温度を光ファイバブラッググレーティングにより測定し、両測定板の温度を比較して温度の低い方を上流側と流向判定することを特徴とする。
【０００９】
前記加熱手段の電源を定期的に入り切りして加熱及び自然冷却を繰り返し、前記両測定板の加熱時の温度上昇勾配を比較して、温度勾配の低い方を上流側と流向判定することもできる。
【００１０】
更に、本発明の流速判定方法は、加熱手段の両面にそれぞれ設けられた測定板の温度を光ファイバブラッググレーティングにより測定して両測定板の平衡温度差を算出し、予め求めておいた流体の衝突速度と流体の衝突面及び裏面の平衡温度差との関係に基づき流体の衝突速度を検出することを特徴とする。
【００１１】
前記加熱手段の電源を定期的に入り切りして加熱及び自然冷却を繰り返し、前記両測定板の加熱時の温度上昇勾配を測定し、予め求めておいた流体の衝突速度と温度上昇勾配との関係に基づき流体の衝突速度を検出することもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の流速センサは、加熱手段、測定板、光ファイバブラッググレーティングを設けた簡素な構成であるため、センサ自体を小型化することが可能である。また、従来の歪みセンサのように歪みを与えるための駆動部等を必要としないため、水中の障害物によって測定が行えなくなってしまうことが無い。
【００１３】
また、本発明の流向判定方法は、光ファイバブラッググレーティングにより測定した両測定板の温度を比較して温度の低い方を上流側と流向判定しているため、簡易な方法で正確な流向判定が可能となる。
【００１４】
更に、本発明の流速判定方法は、光ファイバブラッググレーティングにより測定した両測定板の平衡温度差を、予め求めておいた流体の衝突速度と流体の衝突面及び裏面の平衡温度差との関係と照らし合わせることにより流体の衝突速度を検出しているので、簡易な方法であるにもかかわらず正確な流速判定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の流速センサの実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）に、本発明の流速センサの一実施形態を示す。
【００１７】
この流速センサは、ヒーター電極５が設けられたヒーター３の両面に加熱板２が貼り付けられ、センサケーブル１と接続されたＦＢＧ４がその加熱板２上にエポキシ樹脂で固定され、更にヒーター３、加熱板２、ＦＢＧ４が耐水モールド６により耐水性の材料で一体にモールドされて構成されている。
【００１８】
加熱板２は金属や高分子系プラスチック材料などの熱伝導率の高い材料で出来た薄板である。加熱板２上に固定されたＦＢＧ４は加熱板２上の温度を測定するのに使用される。ＦＢＧ４の反射波長は温度によって変化し、その変化量は１℃につき１０〜６０ｐｍ程度であり、これはＦＢＧ４を貼り付ける加熱板２の材質によって変化する。そこで、流速センサ製作完了時にＦＢＧ４の反射波長と温度の関係を求めておく事で温度測定が可能となる。ＦＢＧ４によって測定された両面の加熱板２上の温度から流向、流速を検出する方法を以下に記す。
【００１９】
このセンサを流体中に置いて、ヒーター３に通電加熱した場合、ヒーター３の発熱量と流体によって奪われる熱量が等しくなる温度で平衡する。流体の衝突する面では流体による冷却効果が高いため、裏面よりも平衡温度は低くなる。ＦＢＧ４により加熱板２両面の温度は常時測定されているため、加熱板２両面の平衡温度を比較する事で流向判定ができ、温度の低い面が上流側となる。
【００２０】
流体が衝突する面の平衡温度は流体の温度および流体の衝突速度によって変化する。流体の衝突する速度によって、流体に奪われる熱量は変わるため、流体の衝突速度が影響する。裏面の平衡温度は周囲流体の温度の影響のみで決まるとすると、流体の衝突面と裏面の平衡温度の差が流速に関係する。そこで、ヒーター３に通電加熱した状態で、流体の衝突速度と流体の衝突面と裏面の平衡温度差の関係を求めておけば、その関係からから流速が測定できる。
【００２１】
このように、ＦＢＧ４の貼り付けられた面での熱移動を利用して流向、流速を測定するため、ＦＢＧ４の貼り付けられた両面の条件（耐水モールド６の厚さや加熱板２の厚さ、加熱板２の面積等）を等しくする必要がある。また、センサ表面に凹凸があると流体の流れが変化するため、センサ表面はなるべく平面にする必要がある。
【００２２】
また、ヒーター３の電源を定期的に入り切りして、加熱及び自然冷却を操り返した場合も、流体の衝突する面では流体による冷却効果が高いため、裏面に比べて温度上昇勾配が小さくなる。これより流向を判定することが可能となる。また、流体の衝突速度と加熱時の温度上昇勾配の関係をあらかしめ求めておくことで流速を検出する事も出来る。
【００２３】
以上のように、本実施形態の流速センサはヒーター３、加熱板２、ＦＢＧ４を設けた簡素な構成であるため、センサ自体を小型化することが可能である。また流体の衝突側と裏面側との平衡温度差から流速を求めているため、従来のような駆動部等を必要とせず、このため水中の障害物によって測定が行えなくなってしまうことが無い。
【００２４】
図２に本実施形態の流速センサの適用例を示す。
本実施形態の流速センサ１０はＦＢＧの反射波長の変化から流向、流速を測定するので、センサケーブル１の片端に光源（図示せず）、ＦＢＧ反射波長測定器８および演算装置９を接続する。センサケーブル１を長くする事で光源、反射波長測定器８および演算装置９を遠隔地に置き、監視施設７により流向、流速を遠隔監視することが可能となる。また、流速センサ１０を直列に繋ぐ事で、一本のセンサケーブル１上に流速センサ１０が繋がるので、複数個のセンサを監視することが出来、場所による流速の相違等を監視することが可能になる。
【００２５】
本実施形態の流速センサ１０を河川１２に設置する場合、河川１２の岸壁に固定するか、もしくは河川１２に柱を立てて、その側面に固定する。本実施形態の流速センサ１０は構成が簡素であるため、従来の流速センサに比べて小型化が可能である。そのため従来の流速センサは河川の底面に沈めるタイプが多かったが、本流速センサ１０は任意の深さに容易にセンサを設置する事ができる。
【００２６】
なお、本実施形態の流速センサ１０は正確な流速の測定のためには流れに対して垂直に設置する必要があるが、小型で設置が容易なため、設置角度を変えて複数個設置することによりさらに正確な測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態の流速センサの一例であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図２】本実施形態の流速センサの実際の適用例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  センサケーブル（光ファイバ）
２  加熱板（測定板）
３  ヒーター（加熱手段）
４  ＦＢＧ
５  ヒーター電極
６  耐水モールド
７  監視施設
８  ＦＢＧ反射波長測定器
９  演算装置
１０  流速センサ
【図１】
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【図２】
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