(57)【要約】【課題】  雨量測定精度の向上を図る。【解決手段】  所定量の雨水が溜まると転倒を繰り返す転倒升と、外部に接続される伝送用光ファイバと、該伝送用光ファイバの途中部位に設けられ、曲がると光伝送損失が増大する光曲げセンサと、転倒升の転倒力を当該転倒升の転倒途中で受けて光曲げセンサを湾曲させる曲付与部とを具備する。【選択図】      図１
2005221372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の雨水が溜まると転倒を繰り返す転倒升と、
外部に接続される伝送用光ファイバと、
該伝送用光ファイバの途中部位に設けられ、曲がると光伝送損失が増大する光曲げセンサと、
前記転倒升の転倒力を当該転倒升の転倒途中で受けて前記光曲げセンサを湾曲させる曲付与部と、
を具備することを特徴とする雨量計。
【請求項２】
曲付与部は、
転倒升に固定され、転倒升の転倒に基づいて振り子運動を行うカムピンと、
周縁部に前記カムピンが係合する第１溝部が形成され、該第１溝部がカムピンに係合することによって回動するカムと、
該カムの中心から偏心した位置に設けられ、カムの回動に基づいて光曲げセンサを押圧する押ピンと、
光曲げセンサを前記押ピンと対峙する姿勢に支持するセンサ支持手段と
から成ることを特徴とする請求項１記載の雨量計。
【請求項３】
曲付与部は、
転倒升に固定され、転倒升の転倒に基づいて振り子運動を行うカムピンと、
周縁部に前記カムピンが係合する第１溝部が形成され、該第１溝部がカムピンに係合することによって回動するカムと、
該カムの中心から偏心した位置に設けられ、光曲げセンサの一端部が固定された固定ピンと、
光曲げセンサの他端部を片持ち支持するセンサ支持手段と
から成ることを特徴とする請求項１記載の雨量計。
【請求項４】
光曲げセンサは、コア径が局部的に変化した構造を有することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の雨量計。
【請求項５】
所定量の雨水が溜まると転倒を繰り返す転倒升と、
外部に接続される伝送用光ファイバと、
該伝送用光ファイバの途中部位に設けられ、コア径が局部的に変化した構造を有し曲がると光伝送損失が増大する光曲げセンサと、
前記転倒升の転倒運動に基づいて前記光曲げセンサを湾曲させる曲付与部と、
を具備することを特徴とする雨量計。
【請求項６】
コア径が局部的に変化した構造を有する光曲げセンサは、コアがヘテロ構造を有するヘテロコアセンサであることを特徴とする請求項４あるいは５記載の雨量計。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載され、各々の伝送用光ファイバが直列接続された複数の雨量計と、
一端に位置する雨量計の伝送用光ファイバにパルス状の測定光を出射すると共に、前記伝送用光ファイバから入射される各々の雨量計における後方散乱光に基づいて各々の雨量計における光伝送損失の変化を個別に測定するＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）と、
該ＯＴＤＲの測定信号に基づいて各々の雨量計における転倒升の転倒回数を計数することによって各雨量計の降雨量を算出する個別雨量演算器と
を具備することを特徴とする雨量計測システム。
【請求項８】
請求項１〜６の何れかに記載された雨量計と、
前記伝送用光ファイバからの戻り光を電気信号に変換する光電変換器と、
前記電気信号に基づいて転倒升の転倒回数を計数することによって降雨量を算出する雨量演算器と
を具備することを特徴とする雨量計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雨量計及び雨量計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特開２０００−３５６６８６号公報には、設置個所に伝送装置および電源を必要としない簡易な構成の雨量計測装置が開示されている。この雨量計測装置は、降雨による転倒升の転倒運動を利用して光ファイバを曲げることにより転倒升の転倒回数を光ファイバの伝送損失の変化として検出するもの、すなわち光ファイバをセンサ兼情報伝達媒体として利用することにより、電気的な伝送装置や電源を必要とすることなく光ファイバ中を伝播する光信号を用いて雨量を計測するものである。
【０００３】
また、この雨量計測装置では、転倒升の転倒を十分な感度で検出するために、凹部を有する曲げ付与部と転倒升に固定されると共に上記凹部と適合する凸部とによって光ファイバを挟み込むことにより、当該光ファイバを局部的に湾曲させる構造を採用している。
【特許文献１】特開２０００−３５６６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記雨量計測装置では、光伝送に使用される一般的な光ファイバをセンサとして使用しているため、転倒升の転倒を十分な感度で検出するために光ファイバを十分に湾曲させる必要がある。そして、この十分な湾曲を実現するために、凹部を有する曲げ付与部と転倒升に固定されると共に凹部と適合する凸部とからなる構成を採用している。
【０００５】
しかしながら、このような光ファイバを湾曲させるための構造は複雑であり、装置コストの上昇を招く。また、転倒升に固定された凸部が転倒升の転倒開始時に湾曲状態の光ファイバから反力を受ける構造なので、この反力が外乱として転倒升に作用して転倒運動が影響を受け、この結果として雨量測定精度が低下するという問題がある。
また、センサとしての光ファイバを局部的に大きく湾曲させる必要があるためセンサの寿命が短く、よって装置寿命が短いという問題点もある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）装置コストの低下を図る。
（２）雨量測定精度の向上を図る。
（３）装置寿命の長寿命化を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、所定量の雨水が溜まると転倒を繰り返す転倒升と、外部に接続される伝送用光ファイバと、該伝送用光ファイバの途中部位に設けられ、曲がると光伝送損失が増大する光曲げセンサと、転倒升の転倒力を当該転倒升の転倒途中で受けて光曲げセンサを湾曲させる曲付与部とを具備する、という構成を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、転倒升の転倒力を当該転倒升の転倒途中で受けて光曲げセンサを湾曲させるので、転倒升の転倒開始時には転倒タイミングをずらすような外乱力が転倒升に作用しない。したがって、本発明によれば、従来技術のように計測精度が低下することがなく、従来よりも計測精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔雨量計の第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る雨量計の要部構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図である。これら図面において、符号Ａ1は雨量計、１はベース板、２は補助支持板、３は転倒升、４は軸、５はカムピン取付金具、６Ａ，６Ｂはスペーサ、７はカムピン、８は錘、９はカム、１０はカム支持板、１１はファイバ支持具、１２は押ピン、１３は位置決バネ、１４は伝送用光ファイバ（光曲げセンサ）、１６はガイド棒である。また、この図では、外筒、受水器及び濾水器等の周知構成要素については省略してある。
【００１０】
ベース板１は、下側に脚が設けられた台座上に立設された板状金属部材である。補助支持板２は、ベース板１に平行対峙するように同じく台座上に立設された板状金属部材である。転倒升３は、上記ベース板１と補助支持板２との間に差し渡すように設けられた軸４を介してベース板１及び補助支持板２に転倒自在に支持されている。
【００１１】
転倒升３の上方には濾水器が設けられ、受水器から濾水器に供給された雨水が上方から供給される。転倒升３の内部には所定容積の升部が左右に形成されており、この濾水器から供給された雨水が一方の升部に所定量だけ溜まると、転倒升３は軸４を中心として転倒して升部の雨水を排水すると共に他方の升部に濾水器から雨水が供給される。すなわち、転倒升３は、左右に２つ形成された各升部に所定量の雨水が溜まる度に軸４を中心として転倒を繰り返す。
【００１２】
このような転倒升３の側面には、スペーサ６Ａ，６Ｂを介することによりベース板１を挟んで転倒升３と平行対峙するようにカムピン取付金具５が固定されている。このカムピン取付金具５は、正面図に示すように略十文字形状の板状金属部材であり、上記転倒升３から下方に突出する部位の端部にはカムピン７が設けられ、上記軸４から上方に突出する部位の端部には錘８が設けられている。
【００１３】
カム９は円盤状部材であり、その中心がカム支持板１０に回動自在に支持されている。このカム９の周縁部には、上記カムピン７が係合する第１溝部９ａと位置決バネ１３が係合する２つの第２溝部９ｂとがそれぞれ形成されている。また、このカム９上には、中心から偏心した位置に伝送用光ファイバ１４を押圧する押ピン１２が設けられている。上記カム支持板１０は、Ｌ字状に屈曲した板状金属部材であり、ファイバ支持具１１を介してベース板１に固定されている。
【００１４】
ファイバ支持具１１は、正面図に示すようにＬ字状部材であり、一端部で伝送用光ファイバ１４を挟み込むことにより片持ち支持する。また、このファイバ支持具１１上には、位置決バネ１３及びガイド棒１６が固定されている。位置決バネ１３は、カム９に形成された第２溝部９ｂに係合することによってカム９の回動状態を位置規制する。
【００１５】
伝送用光ファイバ１４は、光通信等に用いられる一般的な光ファイバであり、光を伝送する機能に加え、光曲げセンサとしても機能するものである。すなわち、本実施形態は、専用の光曲げセンサを別途設けるでではなく、伝送用光ファイバ１４を光曲げセンサとしても兼用するものである。曲げることによって光ファイバの光伝送損失が増大することは、従来技術に示すように周知である。
【００１６】
ガイド棒１６は、一部位がファイバ支持具１１によって片持ち支持された伝送用光ファイバ１４の他部位をフリー状態に係止する。上記ファイバ支持具１１とガイド棒１６とは、伝送用光ファイバ１４を押ピン１２に対峙する姿勢に支持するセンサ支持手段を構成している。伝送用光ファイバ１４は、正面図に示すようにループ状に設けられており、一部位がファイバ支持具１１によって片持ち支持される一方、他部位がガイド棒１６によってフリー状態に係止されている。
【００１７】
次に、このように構成された雨量計の要部動作について説明する。
本雨量計では、カムピン７が転倒升３の転倒運動に連動して軸４を中心として振り子運動を行う。そして、この振り子運動においてカムピン７はカム９の周縁部に形成された第１溝部９ａに係合する（落ち込む）ので、カム９は転倒升３の転倒運動に連動して回動運動を行い、この結果として押ピン１２が転倒升３の転倒運動に連動して伝送用光ファイバ１４を略側方から押圧して湾曲させて、光伝送損失を増大させる。
【００１８】
ここで、押ピン１２が伝送用光ファイバ１４を押圧する状態と押ピン１２が伝送用光ファイバ１４から乖離する状態とは、位置決バネ１３が２つの第２溝部９ｂの何れか一方に係合する（落ち込む）ことによって、転倒升３の次の転倒まで維持されることになる。
【００１９】
このような本雨量計では、転倒升３の転倒による力（転倒力）を転倒升３の転倒途中にカム９が受けて伝送用光ファイバ１４を湾曲させる、つまり転倒升３の転倒開始時ではなく転倒途中でカムピン７がカム９の第１溝部９ａへの係合してカム９を回動させて押ピン１２を伝送用光ファイバ１４に押し付ける。換言すると、カムピン７は転倒升３の転倒開始時には第１溝部９ａへ係合していないので、カム９から力を受けない。
【００２０】
すなわち、本実施形態によれば、転倒升３は転倒開始時に転倒タイミングをずらすような外乱力を受けないので、従来技術のように計測精度が低下することがなく、よって従来よりも計測精度を向上させることができる。
【００２１】
〔雨量計の第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態に係る雨量計の要部構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図である。本第２実施形態も、上記第１実施形態と同様に、専用の光曲げセンサを別途設けるでではなく、伝送用光ファイバ１４を光曲げセンサとしても兼用するものである。なお、図２では、上述した図１の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付しており、以下ではこれら同一の構成要素については説明を省略する。
【００２２】
図２（ａ）を図１（ａ）と比較すると分かるように、本第２実施形態に係る雨量計Ａ2は、第１実施形態の押ピン１２に代えて、カム９上の中心から偏心した位置に伝送用光ファイバ１４の一部位が固定された固定ピン１７を備えている。すなわち、本雨量計Ａ2は、伝送用光ファイバ１４は、ファイバ支持具１１と固定ピン１７との２箇所で支持される構造になっている。
【００２３】
このような構造の本雨量計Ａ2では、転倒升３の転倒運動に連動してカム９が回動運動をするので、当該カム９上の固定ピン１７は、カム９上の中心を支点として振り子運動を行い、これによって上記２箇所の間の伝送用光ファイバ１４が正面図に示すようにまっすぐな状態と少量だけ湾曲した状態とに変形する。
【００２４】
このような本雨量計Ａ2によれば、カムピン７がカム９の第１溝部９ａに係合するタイミングは転倒升３の転倒途中になるので、転倒開始時には計測精度を低下させるような外乱力が転倒升３に作用せず、よって計測精度を向上させることができる。
【００２５】
〔雨量計の第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態に係る雨量計の要部構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図である。なお、図３では、上述した図１の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付しており、以下ではこれら同一の構成要素については説明を省略する。
【００２６】
本実施形態に係る雨量計Ａ3は、上述したカム９を介することなく、スペーサ６Ａ，６Ｂ及び取付金具１８を介して転倒升３に固定された押圧部材１２Ａによって伝送用光ファイバ１４の途中部位に設けられたヘテロコアセンサ１９（光曲げセンサ）を押圧して湾曲させるものである。取付金具１８は、スペーサ６Ａ，６Ｂを介することによって転倒升３の側面に固定された十文字状の板状金属部材である。押圧部材１２Ａは、円筒状部材であり、上記取付金具１８において転倒升３から下方に突出する部位の端部に設けられている。
【００２７】
ヘテロコアセンサ１９は、コア径が局所的に段差を有する構造（ヘテロ構造）を有する光ファイバであり、特許第３１８０９５９号公報に詳細が開示されている。このようなヘテロコアセンサ１９は、湾曲することにより光伝送損失が急激に変化する高感度の光曲げセンサである。
【００２８】
また、本雨量計Ａ3では、正面図に示すように伝送用光ファイバ１４がファイバ支持具１１Ａ及びガイド棒１６Ａ，１６Ｂによって、押圧部材１２Ａの周囲を取り囲むループ状に設けられている。すなわち、ファイバ支持具１１Ａは伝送用光ファイバ１４の２箇所を固定支持し、このファイバ支持具１１Ａの上方左右に各々位置するようにベース板１に固定された２つのガイド棒１６Ａ，１６Ｂは、伝送用光ファイバ１４の一部位をフリー状態にそれぞれ係止する。ヘテロコアセンサ１９は、ファイバ支持具１１Ａの一方の固定点とガイド棒１６Ｂとの間に位置する伝送用光ファイバ１４の途中部位に設けられている。
【００２９】
このような本雨量計Ａ3では、転倒升３の転倒運動に連動して押圧部材１２Ａが振り子運動を行うが、押圧部材１２Ａがヘテロコアセンサ１９．に当接しない状態では当該ヘテロコアセンサ１９はほぼまっすぐな状態にあり、押圧部材１２Ａがヘテロコアセンサ１９に当接した状態ではヘテロコアセンサ１９は押圧部材１２Ａによって略側方から押圧されて少量だけ湾曲する。この結果、ヘテロコアセンサ１９の光伝送損失は転倒升３の転倒運動に同期して変化することになる。
【００３０】
本雨量計Ａ3によれば、上述した第１及び第２実施形態のように伝送用光ファイバ１４を光曲げセンサとして利用するのではなく、曲げに対する光伝送損失の変化が伝送用光ファイバ１４よりも大きいヘテロコアセンサ１９を光曲げセンサとして用いるので、ヘテロコアセンサ１９を少量だけ湾曲させても十分な光伝送損失の変化が得られる。
【００３１】
すなわち、ヘテロコアセンサ１９を少量だけ湾曲させれば良いので、転倒升３の転倒に基づいてヘテロコアセンサ１９を押圧する際に押圧部材１２Ａ等を介して転倒升３に作用する反力が小さく、よって該反力による計測精度の低下が従来技術よりも小さい。したがって、本実施形態によれば、従来技術よりも計測精度を向上させることができる。
【００３２】
また、ヘテロコアセンサ１９を少量だけ湾曲させれば良いので、押圧部材１２Ａがヘテロコアセンサ１９に与える衝撃が小さく、よってヘテロコアセンサ１９の寿命を長寿命化することが可能であり、よって装置の耐久性を向上させることができる。
さらに、ヘテロコアセンサ１９を湾曲させるための機構系が単純なので、装置コストを従来よりも低下させることができる。
【００３３】
以上に本発明に関わる３種類の雨量計Ａ1〜Ａ3について説明したが、次にこれら雨量計Ａ1〜Ａ3を用いた雨量計測システムについて図４及び図５を参照して説明する。
【００３４】
〔雨量計測システムの第１実施形態〕
図４は、本発明の第１実施形態に係る雨量計測システムのシステム構成図であり、単一の雨量計Ａに対応した雨量計測システムを示している。なお、当該雨量計Ａとしては、上述した３種類の雨量計Ａ1〜Ａ3の何れであっても良い。
【００３５】
本雨量計測システムは、雨量計Ａと計測装置Ｂとから構成されており、この計測装置Ｂは、光源ｂ1、光電変換器ｂ2及び雨量演算器ｂ3等から構成されている。光源ｂ1は、一定の光強度の測定光を上述した伝送用光ファイバ１４の一端から雨量計Ａに供給する。光電変換器ｂ2は、上記伝送用光ファイバ１４の他端から入射される雨量計Ａからの戻り光を電気信号（検出信号）に変換して雨量演算器ｂ3に出力する。
【００３６】
ここで、上述したように降雨による転倒升３の転倒に連動して伝送用光ファイバ１４あるいはヘテロコアセンサ１９の光伝送損失が変化するので、上記戻り光は、転倒升３の転倒に同期してパルス状に減衰する光強度となる。したがって、このような戻り光を光電変換した検出信号は、電圧レベルが転倒升３の転倒に同期してパルス状に変化する信号となる。雨量演算器ｂ3は、この検出信号の所定単位時間におけるパルス数（つまり転倒升３の転倒回数）を計数することによって降雨量を算出する。
【００３７】
〔雨量計測システムの第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係る雨量計測システムのシステム構成図であり、複数の雨量計Ａに対応した雨量計測システムを示している。この雨量計Ａとしては、上述した３種類の雨量計Ａ1〜Ａ3の何れであっても良く、降雨量を計測しようとする各地点１〜ｎに設置されている。
【００３８】
本雨量計測システムは、雨量計Ａと計測装置Ｃとから構成されており、この計測装置Ｃは、ＯＴＤＲｃ1及び雨量演算器ｃ2等から構成されている。各地点１〜ｎに設置された雨量計Ａは伝送用光ファイバ１４を介して直列接続されており、当該直列接続状態の各雨量計Ａのうち、一端に位置する雨量計Ａ（例えば図示するように地点１の雨量計Ａ）は伝送用光ファイバ１４を介してＯＴＤＲｃ1に接続されている。
【００３９】
周知のようにＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）は、パルス状の測定光を光伝送媒体に出射し、当該測定光による光伝送媒体からの後方散乱光の強度及び受光時間を検出することにより光伝送媒体の光伝送損失や当該光伝送損失の発生箇所を測定するものである。本雨量計測システムのＯＴＤＲｃ1は、パルス状の測定光を地点１の雨量計Ａの伝送用光ファイバ１４に出射すると共に、当該伝送用光ファイバ１４を介して各地点１〜ｎの雨量計Ａから入射される後方散乱光の強度と受光時間を測定することによって各雨量計Ａにおける転倒升３の転倒（光伝送損失の変化）を示す測定信号を地点別雨量演算器ｃ2に出力する。
【００４０】
地点別雨量演算器ｃ2は、上記検出信号に基づいて各地点１〜ｎの雨量計Ａにおける光伝送損失の変化回数を計数することによって各地点１〜ｎの降雨量を算出する。すなわち、本雨量計測システムによれば、各雨量計Ａの伝送用光ファイバ１４を互いに直列接続し、これら伝送用光ファイバ１４の一端をＯＴＤＲｃ1に接続することにより複数地点の降雨量を同時に計測することができる。
【００４１】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記雨量計の第１、２実施形態では、カム９を用いることにより転倒升３の転倒開始時に転倒タイミングをずらすような外乱力が転倒升３に作用させないセンサ押圧部を採用したが、本発明におけるセンサ押圧部の構成はこれに限定されることなく、各種の変形例が考えられる。
【００４２】
（２）上記雨量計の第３実施形態では、光曲げセンサとしてヘテロコアセンサ１９を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、曲げに対する光伝送損失が一般の光ファイバよりも高感度に変化するもの、つまりコア径が局所的に変化する構造を有することによって湾曲すると光伝送損失が急激に変化する性質を有するであれば、他の構造を有する光曲げセンサであっても良い。このような光曲げセンサとして、例えばテーパ状センサが考えられる。このテーパ状センサは、光ファイバを局部的に加熱して張力を加えることによってコア径を局部的にテーパ状に細くした構造を有する。
【００４３】
（３）上記雨量計の第１、２実施形態では、伝送用光ファイバ１４を光曲げセンサとして用いたが、伝送用光ファイバ１４の途中部位に雨量計の第３実施形態におけるヘテロコアセンサ１９や上記テーパ状センサ等、コア径が局所的に変化する構造を有することによって湾曲した際に光伝送損失が急激に変化する性質を有する光曲げセンサを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる雨量計の要部構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係わる雨量計の要部構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係わる雨量計の要部構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係わる雨量計測システムのシステム構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係わる雨量計測システムのシステム構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ1〜Ａ3…雨量計、1…ベース板、２…補助支持板、３…転倒升、４…軸、５…カムピン取付金具、６Ａ，６Ｂ…スペーサ、７…カムピン、８…錘、９…カム、１０…カム支持板、１１…ファイバ支持具、１２…押ピン、１３…位置決バネ、１４…伝送用光ファイバ（光曲げセンサ）、１６…ガイド棒、
【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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