| 【発明の名称】 |
光式河床洗掘状態検知センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】長田 拓馬
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| 【要約】 |
【課題】設置環境の温度変化に影響されずに、洗掘深度を容易に、かつ、正確で安全に監視することができる河床洗掘状態検知センサを提供することを目的とする。
【解決手段】一定長の円筒部２ａ〜２ｚを複数個連続して接続した円筒体２の外周に沿って光ファイバ３を螺旋状に巻き付け、この光ファイバ３が巻き付けられた円筒体２を、河川の河床に埋設し、最下部の円筒部２ｚに巻き付けられた光ファイバ３の一端に、光ファイバ損失測定装置を接続し、河床洗掘の発生時に、河床に埋め込んだ複数個の円筒部２ａ〜２ｚの接続部間で生じる光ファイバ３の断線を、光ファイバ損失測定装置で、光ファイバ３の条長変化として検出して、河床の洗掘深度を監視することで解決している。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一定長の円筒部を複数個連続して接続した円筒体の外周に沿って光ファイバを螺旋状に巻き付け、この光ファイバが巻き付けられた円筒体を、河川の河床に埋設し、最下部の円筒部に巻き付けられた光ファイバの一端に、光ファイバ損失測定装置を接続し、河床洗掘の発生時に、河床に埋め込んだ複数個の円筒部の接続部間で生じる光ファイバの断線を、光ファイバ損失測定装置で、光ファイバの条長変化として検出して、河床の洗掘深度を監視することを特徴とする光式河床洗掘状態検知センサ。
【請求項２】 光ファイバは、河床洗掘の発生の際に河川流力により断線しやすいよう、光ファイバ心線である請求項１記載の光式河床洗掘状態検知センサ。
【請求項３】 円筒体に巻かれた光ファイバは、その円筒部の接続部において、最小曲げ半径の円状配線部で接続される請求項１又は２記載の光式河床洗掘状態検知センサ。
【請求項４】 円状配線部を、光ファイバが巻かれた円筒体の外周面に配置すると共にこれを外部固定カバーで覆って固定した請求項１〜３何れかに記載の光式河床洗掘状態検知センサ。
【請求項５】 洗掘発生時に接続された円筒部が水中に露出したとき、円筒部の浮力で、水中に露出した円筒部が円筒体から確実に分離するよう、各円筒部の中心部に水に浮く素材が充填される請求項１〜４何れかに記載の光式河床洗掘状態検知センサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを利用した河床洗掘検知センサに係り、特に河川管理を目的とした河床部の洗掘状態検知センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ケーブルを利用した河床洗掘状態検知センサには、河床部と水中部の温度を光ファイバ温度測定装置で測定し、その温度差より河床の洗掘深度を計測する方法がある。
【０００３】この方法に用いられる河床洗掘状態検知センサは、円筒体に、絶縁被覆で外装したステンレス管入り光ケーブルを螺旋状に巻き付け、これを河床垂直方向に埋設して構成される。円筒体に巻き付けられたステンレス管入り光ケーブルは、地上で、そのステンレス管に交流電源を接続して発熱体として、発熱／冷却を繰り返す。他方ステンレス管に挿入した光ケーブルは、地上に設置した光ファイバ温度測定装置に接続し、その温度測定装置を用いて、ステンレス管の温度上昇幅及び下降幅を測定することにより、河床洗掘状態を検知する。
【０００４】すなわち、河床埋設部では、ステンレス管は、その温度上昇幅が、土の保温効果により、大きなものとなること、また、水中に露出した水中部では、加熱されたステンレス管が、流水により熱が奪われ、温度上昇幅が小さなものとなることを利用するものである。これは冷却時でも同様である。
【０００５】このように光ファイバ温度測定装置で、光ファイバを介して発熱と冷却を繰り返すステンレス管の温度上昇幅及び下降幅を測定することにより、河床部と河川水中部の境界面を判別することができ、その境界面から洗掘深度を常時監視できるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技術の河床洗掘状態検知センサでは、河床に埋設した光ファイバの温度を測定して洗掘深度を測定するが、実際には、設置環境によってはステンレス管を加熱しても、河床の土中と水中とにおける温度変化が小さい場合もあり、必ずしも正確な洗掘状態を監視することは難しいという問題がある。また、環境温度変化に伴う測定データの温度補正作業も必要となる。
【０００７】さらに、ステンレス管を発熱体として使用するため、洗掘発生時に上流より流れてきた石等によりケーブル被覆が破損し、河川へ漏電する恐れがあり、安全性に問題がある。
【０００８】本発明は上記事情を考慮してなされたもので、設置環境の温度変化に影響されずに、洗掘深度を容易に、かつ、正確で安全に監視することができる河床洗掘状態検知センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するために、請求項１の発明は、一定長の円筒部を複数個連続して接続した円筒体の外周に沿って光ファイバを螺旋状に巻き付け、この光ファイバが巻き付けられた円筒体を、河川の河床に埋設し、最下部の円筒部に巻き付けられた光ファイバの一端に、光ファイバ損失測定装置を接続し、河床洗掘の発生時に、河床に埋め込んだ複数個の円筒部の接続部間で生じる光ファイバの断線を、光ファイバ損失測定装置で、光ファイバの条長変化として検出して、河床の洗掘深度を監視する光式河床洗掘状態検知センサである。
【００１０】請求項２の発明は、光ファイバは、河床洗掘の発生の際に河川流力により断線しやすいよう、光ファイバ心線である請求項１記載の光式河床洗掘状態検知センサである。
【００１１】請求項３の発明は、円筒体に巻かれた光ファイバは、その円筒部の接続部において、最小曲げ半径の円状配線部で接続される請求項１又は２記載の光式河床洗掘状態検知センサである。
【００１２】請求項４の発明は、円状配線部を、光ファイバが巻かれた円筒体の外周面に配置すると共にこれを外部固定カバーで覆って固定した請求項１〜３何れかに記載の光式河床洗掘状態検知センサである。
【００１３】請求項５の発明は、洗掘発生時に接続された円筒部が水中に露出したとき、円筒部の浮力で、水中に露出した円筒部が円筒体から確実に分離するよう、各円筒部の中心部に水に浮く素材が充填される請求項１〜４何れかに記載の光式河床洗掘状態検知センサである。
【００１４】上記構成によれば、一定長の円筒部を複数個連続して接続した円筒体の外周に沿って光ファイバを螺旋状に巻き付けて光式河床洗掘状態検知センサとし、洗掘で円筒体の円筒部が水中に露出する際に、この円筒部とその円筒部に巻かれた光ファイバごと切り離されることで、河床に埋設されている円筒体の光ファイバの条長を測定するだけで、設置環境の温度変化に影響されずに、洗掘深度を容易にかつ正確に監視することができ、さらに、電源を必要としないため水中での漏電を防ぐと同時に、システム構成を簡略化でき、センサ設置コストを抑えることができる河床洗掘状態検知センサが実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１６】図１および図２は本発明の好適実施の形態である光式河床洗掘状態検知センサを示し、図１（ａ）は、その平面図、図１（ｂ）は、その全体側面図、図２（ａ）は、その拡大側面図、図２（ｂ）は、その拡大平面図を示したものである。
【００１７】図１および図２に示すように、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１は、一定長の円筒部２ａ〜２ｚを複数個連続して接続した円筒体２の外周に沿って光ファイバ３を螺旋状に巻き付けたものである。
【００１８】この光ファイバ３は、例えば、光ファイバ心線を用い、各円筒部２ａ〜２ｚのそれぞれに一定量巻き付けるようにする。
【００１９】まず、円筒体２を構成する各円筒部２ａ〜２ｚの構成をより具体的に説明する。
【００２０】図１および図２に示すように、各円筒部２ａ〜２ｚの外周面には凹面部が設けられており、この凹面部に光ファイバ３を巻き付けるようにしている。
【００２１】また、各円筒部２ａ〜２ｚは、例えば、その上端の４カ所に凸状接続部４ａ〜４ｚが形成されると共に、その下端の４カ所に凹状接続部５ａ〜５ｚが形成される。これら凸状接続部４ａ〜４ｚと凹状接続部５ａ〜５ｚとで、上下の円筒部同士を確実に接続するようになっている。
【００２２】さらに、凸状接続部４ａ〜４ｚのうち、凸状接続部４ｂ〜４ｚの側面には、溝Ｃが形成される。
【００２３】さて、光ファイバ３は、例えば上部の円筒部２ａから下部の円筒部２ｚにかけて順次巻き付けるが、その際、接続部において、例えば、最小曲げ半径の円状配線部６を形成して巻き付けていくようにする。
【００２４】つまり、円筒体２の外周に沿って螺旋状に巻き付けられる光ファイバ３は、まず、円筒部２ａの外周に沿って巻き付け初め、一定量巻き付けた後、円筒部２ａの外周面に円状配線部６を形成して配置し、円筒部２ａの直下に接続される円筒部２ｂの溝Ｃを介して、今度は円筒部２ｂの外周に沿って巻き付けていく。このようにして、光ファイバ３が、順次、円筒体２の外周に沿って螺旋状に巻き付けるようにしている。
【００２５】そして、これら光ファイバ３および円状配線部６を、例えば、半円筒状に形成される外部固定カバー７、７で覆って固定する。
【００２６】外部固定カバー７、７は、図２に示すように、例えば２層構造にし、光ファイバ３と密着する内側に硬質のゴム層８を形成すると共に、このゴム層８の外側に円筒部２と同じ材質の外部層９を形成する。
【００２７】さらに、各円筒部２ａ〜２ｚには、例えば、各中心部に水に浮く素材として発泡素材１０を充填している。
【００２８】各円筒部２ａ〜２ｚは以上のような構成である。
【００２９】次に、図１に示すように、このような構成を有する円筒体２の最下部となる円筒部２ｚの下部に、円筒体状で上部に凸状接続部１１を有する光接続箱１２を設け、円筒部２ｚの凹状接続部５ｚに、光接続箱１２の凸状接続部１１をはめ込み、円筒部２ｚと光接続箱１２とを接続する。
【００３０】そして、円筒部２ｚに巻き付けられている光ファイバ３の一端と、誘導保護パイプ１３内に設けられるアプローチ光ケーブル１４とを、光接続箱１１を介して接続する。
【００３１】光接続箱１２は、光ファイバ３とアプローチ光ケーブル１４との接続を処理するもので、防水構造とする。
【００３２】誘導保護パイプ１３は、アプローチ光ケーブル１４を河床より地上に誘導・保護するためのものである。
【００３３】以上のようにして、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１が構成される。
【００３４】次に、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１の設置方法を説明する。
【００３５】図３および図４は、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１の設置状態の一例を示し、図３は、その断面図を示し、図４は、その拡大断面図を示したものである。
【００３６】図３および図４に示すように、河川の低水位時に、まず、光式河床洗掘状態検知センサ１を、最上部の円筒体２ａの凸状接続部４ａ先端が、河川１５の河床面１６と一致するように、かつ、センサ１が、河床面１６に対して垂直方向となるように埋設する。
【００３７】このとき、誘導保護パイプ１３もセンサ１に沿うように埋設すると共に、アプローチ光ケーブル１４を地上まで敷設する。
【００３８】そして、このアプローチ光ケーブル１４を、地上に設置した光ファイバ損失測定装置１７および洗掘表示端末１８に接続する。
【００３９】これら光ファイバ損失測定装置１７および洗掘表示端末１８は、別に設けられる電源（図示せず）で動作するようにしている。
【００４０】以上のようにして、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１が設置される。
【００４１】次に、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１の作用を説明する。
【００４２】まず、光式河床洗掘状態検知センサ１を洗掘を監視すべき河床に埋設し、センサ１の状態を、光ファイバ損失測定装置１７および洗掘表示端末１８で常時監視する。
【００４３】通常、河川の低水位時には、河床の洗掘は発生せず、光ファイバ損失測定装置１７および洗掘表示端末１８での表示には変化がないが、図５および図６に示すような高水位時は、流速及び流量変化に伴い、河床での洗掘１９が発生する。
【００４４】この洗掘発生を図５及び図６により説明する。
【００４５】図５および図６は、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１設置後の河川の高水位時における状態を示し、図５はその断面図を示し、図６は、その拡大断面図を示したものである。
【００４６】洗掘１９が発生すると、センサ１の最上部に位置する円筒部２ａが河床より露出し、その内部に充填されている発泡素材１０の浮力により、浮くと同時にその水流の力により流される。
【００４７】流された円筒部２ａ内部では、その直下の円筒部２ｂが固定点として働き、円状配線部６の曲げ半径は、その設置時よりもさらに小さなものとなり、最終的にはキンク２０状態となり、光ファイバ３が断線となる。
【００４８】この光ファイバ３の断線と、センサ１の各円筒部２ａ〜２ｚに光ファイバ３が一定量巻き付けられていることの２つの理由で、光ファイバ３の条長変化を、光ファイバ損失測定装置１７で確実に検出し、洗掘表示端末１８でその河床洗掘深度として監視することができる。
【００４９】なお、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１の外部固定カバー７、７は、センサ１設置時や河床洗掘発生時において、光ファイバ３の外傷を防ぐ機能を有している。さらに、河床洗掘発生時において、円状配線部６のキンク状態および光ファイバ３の断線を確実に誘発させるために、この円状配線部６を固定する機能も併せて持つようにしている。
【００５０】以上説明してきたように、本発明の光式河床洗掘状態検知センサ１は、河川河床の洗掘状態監視に適用され、光ファイバ心線の条長測定をするものであり、設置環境の温度変化に対する影響を考える必要がない。
【００５１】また、本発明のセンサは電源を必要としないため、土中および水中で使用するセンサとして漏電する心配がなく、同時にシステム構成の簡略化ができ、設置コストの低減を図ることが可能となる。
【００５２】なお、本実施の形態では、河川管理を目的とした河床部の洗掘状態を検知する例で説明したが、本発明の光式河床洗掘状態検知センサは、これに限定されるものではなく、例えば、砂防管理の一部である地盤すべり地帯の監視として本センサを適用することにより、地表からすべり面の距離、すなわち、地盤が円弧すべりする際に発生する地盤の可動部と固定部の境界面の剪断を検出することもでき、地下深さ方向の境界面距離を監視することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のごとき優れた効果を発揮する。
【００５４】（１）センサの設置環境の温度変化に影響されずに、洗掘深度を容易に、かつ、正確で安全に監視することができる。
【００５５】（２）機器構成を簡略化でき、センサ設置コストを抑えることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１２０
【氏名又は名称】日立電線株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１７日（１９９９．１１．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８０２１
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１４５５（Ｐ２００１−１４１４５５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２７２４１ |
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