(57)【要約】【課題】段差がある被測定箇所の突然の浸水時における氾濫水の浸水深を正確に長期間連続的に計測でき、かつ予想浸水深の変化に対応できるセンサーを提供する。【解決手段】浸水深を計測する連結センサーを、水位電極２が絶縁基板上に一定の間隔で設けられているユニット電極と、前記ユニット電極に対向する共通電極１と、電流が各水位電極２と前記共通電極あの間に流れる際、通電している水位電極２の数に比例する電圧を出力する電流電圧変換回路を有し、複数の前記ユニット電極が電気的に接続されているようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水位電極が絶縁基板上に一定の間隔で設けられているユニット電極と、
前記ユニット電極に対向する共通電極と、
電流が各水位電極と前記共通電極の間に流れる際、通電している水位電極の数に比例する電圧を出力する電流電圧変換回路を有し、
複数の前記ユニット電極が電気的に接続されている、浸水深を計測する連結センサー。
【請求項２】
前記ユニット電極同士が接触している、請求項１に記載された浸水深を計測する連結センサー。
【請求項３】
前記ユニット電極同士が接触していない、請求項１に記載された浸水深を計測する連結センサー。
【請求項４】
被測定箇所が浸水していない場合、請求項１〜３のいずれか１項に記載された浸水深を計測する連結センサーで得られた情報が１日に１回に送信され、被測定箇所が浸水している場合、前記情報が１日に１回以上の頻度で送信される、浸水深の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突然の浸水時における氾濫水の浸水深を正確に長期間連続的に測定でき、かつ予想浸水深の変化に対応できるセンサーと、当該センサーによる氾濫水の浸水深の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水位を測定する水位計が検討されてきた。複数の電極を離間して直線上に配置した電極式検出器と、前記各電極からの信号をスキャニングして順次受け取り、前記電極式検出器の水位を検出する電極検出部と、前記電極式検出器の下端に設けられた水圧式検出器と、前記水圧式検出器からの信号を受けて水位を検出する圧力検出部と、前記水圧式検出器の水位を補正して真の水位を算出する演算装置を有する水圧式・電極式併用型水位測定装置が検討された（例えば、特許文献１参照）。更に、水中に投入設置する水位検出部の内部に、深さの順序にシフトレジスタ−を構成する順送り走査回路を内蔵し、かつ、当該水位検出部の深さの方向に多数の水位電極を並べると同時に当該多数の水位電極に対向する形に共通電極が設置され、当該水位電極を入力端として各水位電極と共通電極の間に流れる電流の値が所定のしきい値を越えるか否かによって前記シフトレジスタ−が駆動され、該シフトレジスタ−の出力で水位検出を行う多電極水位検出器が検討された（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
最近、低地にある道路、アンダーパス部の道路凹地、地下室、地下駐車場、地下街、地下通路等の低地における浸水が、豪雨、台風等の自然現象によって突然発生し、道路規制等の緊急対策が間に合わず、走行中の車両が浸水に気づかずに浸水部に進入し、車両が水没して、運転手が死傷する事件、突然の浸水時に居合わせた人が避難できずに溺れる事件が各地で発生している。そこで、低地の突然の浸水時における氾濫水の浸水深を計測するセンサーの設置が検討された。しかし、被測定箇所に段差が存在し（例えば、車道と歩道）、安全上の理由から下段への前記センサーの設置が困難な場合、下段における氾濫水の浸水深は、上記水圧式・電極式併用型水位測定装置及び上記多電極水位検出器により計測できない。更に、被測定箇所の予想浸水深は幅広く、氾濫水の浸水深が大量生産された特定規格のセンサーにより計測できるとは限らない。従って、段差がある被測定箇所の突然の浸水時における氾濫水の浸水深を正確に長期間連続的に計測でき、かつ予想浸水深の変化に対応できるセンサーの開発が要求されている。しかしながら、このようなセンサーを提供する有効な手段は見出されていなかった。
【特許文献１】特開平８−１４９８３号公報
【特許文献２】特開平５−７９８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、段差がある被測定箇所の突然の浸水時における氾濫水の浸水深を正確に長期間連続的に計測でき、かつ予想浸水深の変化に対応できるセンサーの提供である。本発明が解決しようとする別の課題は、当該センサーによる氾濫水の浸水深の測定方法の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発明者は、上記課題を解決するため、浸水深を計測するセンサーを鋭意検討し、水位電極が絶縁基板上に一定の間隔で設けられているユニット電極が電気的に接続されている構成のセンサーが有効であると見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
本発明は、水位電極が絶縁基板上に一定の間隔で設けられているユニット電極と、前記ユニット電極に対向する共通電極と、電流が各水位電極と前記共通電極の間に流れる際、通電している水位電極の数に比例する電圧を出力する電流電圧変換回路を有し、複数の前記ユニット電極が電気的に接続されている、浸水深を計測する連結センサーである。
本発明の好ましい実施態様では、前記ユニット電極同士が接触している。
本発明の好ましい別の実施態様では、前記ユニット電極同士が接触していない。
【０００７】
本発明は、被測定箇所が浸水していない場合、上記浸水深を計測する連結センサーで得られた情報が１日に１回送信され、被測定箇所が浸水している場合、前記情報が１日に１回以上の頻度で送信される、浸水深の測定方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の浸水深を計測する連結センサーは、水位電極が絶縁基板上に一定の間隔で設けられているユニット電極が電気的に接続されている構成を有しているから、電気的に接続されるユニット電極の数の調整により、予想浸水深の変化に対応できる。更に、本発明の浸水深を計測する連結センサーは、段差がある被測定箇所の各段毎にユニット電極の設置を可能ならしめ、各段毎の浸水深の測定を可能にする。しかも、本発明の浸水深を計測する連結センサーは、市販の乾電池を電源とし、頻繁な維持管理を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の浸水深を計測する連結センサーの１実施態様を示すブロック図である。本実施態様の連結センサーは、共通電極１、水位電極２、電流検出及びスイッチング回路、ラダー抵抗及び電流電圧変換回路を有している。２以上の水位電極２が、浸水の深さ方向に一定の間隔で並んでいる。共通電極１が、水位電極２に対向して設けられている。パルス電圧が共通電極１と水位電極２の間に一定の間隔で印加される。当該パルス電圧が被測定箇所の浸水時に印加されると、種々の物質が溶解している氾濫水は電気伝導性を有しているから、微小パルス電流が浸水した水位電極２と共通電極１の間に流れる。水位電極２に流れた微小パルス電流は、電流検出及びスイッチング回路で検出され、ラダー抵抗に流れていく。ラダー抵抗は並列に接続されている。
【００１０】
図２は、電流検出及びスイッチング回路の詳細を示す回路図である。電圧が共通電極１に印加されると、微小電流が水を通して抵抗Ｒ５に流れる。半導体素子Ｑ２は電流検出回路（電流増幅回路）であり、微小電流を増幅し抵抗Ｒ３に充分な電流を流す。半導体素子Ｑ１はスイッチング回路であり、抵抗Ｒ５に流れる電流値に関わらず電流があるときオン、電流がないときオフとなる。前記スイッチング回路がオフのとき、電流は後段のラダー抵抗Ｒ６には流れず、前記スイッチング回路がオンのとき、ＶＣＣ（単位；Ｖ）／（ラダー抵抗Ｒ６の抵抗値Ｒ6＋抵抗Ｒ７の抵抗値Ｒ7）（単位；Ω）の電流が流れる。Ｒ6／ｎ＞＞Ｒ7であるとき、当該電流の値は常に一定である。図１に示される電流電圧変換回路のオペレーショナルアンプの＋入力側の電圧（Ｖｉｎ+）は、下記式（１）で示される。
【００１１】
Ｖｉｎ+＝Ｖｃｃ×Ｒ7／（Ｒ6／ｎ＋Ｒ7）                          （１）
ここで、ｎは通電しているラダー抵抗の数、すなわち、浸水している水位電極２の数である。Ｒ6／ｎ＞＞Ｒ7であるとき、
Ｖｉｎ+≒ｎ×Ｖｃｃ×Ｒ7／Ｒ6                                  （２）
式（２）は、電流電圧変換回路からの出力電圧Ｖｏｕｔは、浸水している水位電極２の数に比例することを示している。従って、浸水深は、下記式（３）で求められる。
浸水深＝（浸水している水位電極２の数）×（水位電極２同士の距離）  （３）
【００１２】
ステンレス等の錆難く導電性を有する材質からなるチップが水位電極２として使用される。チップの形状は特定の形状に特定されない。当該形状の具体例は、円柱、平板である。少なくとも１つの水位電極２が絶縁基板２１上に一定の間隔でビス止め２２等の固着手段で設けられ、ユニット電極が構成される。
【００１３】
図３は、ユニット電極同士が接触して電気的に接続されている状態を示す図である。図３（ａ）は接触している２つのユニット電極２の断面、図３（ｂ）は接触している２つのユニット電極２のビス止め側を示している。２つのユニット電極は、これらの端部が接触するように連結金具２３により連結されている。連結金具２３は、接触する２つのユニット電極の端部の水位電極２により絶縁基板２１にビス止めされている。接触する２つのユニット電極は、電源ライン２４、ラダー抵抗出力側ライン２５及びグランドライン２６（接地）により電気的に接続されている。ユニット電極同士が接触して電気的に接続されている本実施態様の浸水深を計測する連結センサーは、接触して電気的に接続されるユニット電極の数の調整により、予想浸水深の変化に対応できる。
【００１４】
図４は、ユニット電極同士が接触せずに電気的に接続されている状態を示す図である。図４（ａ）は接触していない２つのユニット電極２の断面、図４（ｂ）は接触していない２つのユニット電極２のビス止め側を示している。２つの電極ユニットは、電源ライン２４、ラダー抵抗出力側ライン２５及びグランドライン２６により電気的に接続されている。連結金具２３が、電気的に接続されている２つの電極ユニットの端部のそれぞれに水位電極２により絶縁基板２１にビス止めされている。ユニット電極同士が接触せずに電気的に接続されている本実施態様の浸水深を計測する連結センサーのユニット電極は、段差がある被測定箇所の各段の側面に設置され、各段毎の浸水深の測定が本実施態様の浸水深を計測する連結センサーにより可能である。
【００１５】
図５は、本発明の浸水深を計測する連結センサーで得られた情報を処理し、かつ送信するデータロガーの１実施態様を示すブロック図である。本発明の浸水深を計測する連結センサーの電源及び本実施形態のデータロガーの電源は特定の電源に特定されない。当該電源の具体例は、乾電池３１、太陽電池（ソーラ電源回路３２及びソーラパネル３３）である。電源から供給された電力の電圧は電圧変換器３４で調節され、電力がワンチップコンピュータ３８、ＡＤコンバータ３６、外部メモリ４０及び時計４１に供給される。電源から供給された電力の電圧は同様に別の電圧変換器４２、別の電圧変換器４６でも調節され、それぞれ、通信モジュール４３、表示部４５にも供給される。本発明の浸水深を計測する連結センサーで得られた情報はＡＤコンバータ３６を介してワンチップコンピュータ３８に入力され、次いで、ワンチップコンピュータ３８で処理された情報が通信モジュール４３を介してアンテナ４４から送信される。本発明の浸水深を計測する連結センサーから出力される電圧は、浸水している水位電極２の数に比例しているから、上記式（３）により浸水深が求められる。計測されたデータは通信モジュール４３から公共の既存通信設備を介して利用者のサーバーに送られ利用される。情報処理の手順は操作スイッチ３９の操作によりワンチップコンピュータ３８に入力され適宜設定される。ワンチップコンピュータ３８に入力された情報は表示部４５に表示される。利用者はプログラム転送コネクタ３７を利用しプログラムを変更できる。
【００１６】
本実施形態のデータロガーは、軽量で筒状の容器に収容されている。本実施形態のデータロガーは通常待機状態にあり、本発明の浸水深を計測する連結センサーで得られた情報は、本発明の浸水深を計測する連結センサーの作動状況を観測者に知らせるため１日に１回（２４時間毎に）送信される。被測定箇所の浸水深がゼロである場合、データロガーの待機状態は維持される。被測定箇所の浸水が確認された場合、データロガーはデータ送信状態になり、本発明の浸水深を計測する連結センサーで得られた情報が１日に１回以上の頻度で、好ましくは２分〜１２時間毎に１回の頻度で送信される。データ送信頻度は、予めワンチップコンピュータ３８に入力されている。
【００１７】
上記実施形態の連結センサーにより浸水が確認されず、上記実施形態のデータロガーが待機状態（上記連結センサーで得られた情報が２４時間毎に送信される状態）にある場合、上記実施形態の連結センサー及び上記実施形態のデータロガーを備える浸水深測定システムの平均消費電力は約９０μＡ／秒である。上記実施形態の連結センサーにより浸水が確認され、上記実施形態のデータロガーがデータ送信状態になって、上記連結センサーで得られた情報が１０分毎に送信される場合、上記浸水深測定システムの平均消費電力は約１２ｍＡ／秒である。上記実施形態の連結センサー及び上記実施形態のデータロガーを備える浸水深測定システムの電源が６個の単３乾電池である場合、上記待機状態の上記浸水深測定システムの連続計測期間は９００日間であり、データが１０分毎に送信されるデータ送信状態の上記浸水深測定システムの連続計測期間は７日間である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の浸水深を計測する連結センサーは、被測定箇所の突然の浸水時における氾濫水の浸水深の正確で長期間連続的な計測を可能にする。本発明の道路浸水深を計測する連結センサーで得られた情報は、道路規制等の安全を確保するための緊急対策に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】連結センサーのブロック図
【図２】電流検出及びスイッチング回路の詳細を示す回路図
【図３】ユニット電極同士が接触して電気的に接続されている状態を示す図
【図４】ユニット電極同士が接触せずに電気的に接続されている状態を示す図
【図５】データロガーのブロック図
【符号の説明】
【００２０】
１…共通電極、２…水位電極、２１…絶縁基板、２２…ビス止め、２３…連結金具、２４…電源ライン、２５…ラダー抵抗出力側ライン、２６…グランドライン
【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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