特許 6833365 水位測定装置および水位測定装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6833365

(24)【登録日】2021年2月5日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】水位測定装置および水位測定装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/18 20060101AFI20210215BHJP

   G21C 17/02 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   G01F23/18

   G21C17/02

【請求項の数】11

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-133645(P2016-133645)

(22)【出願日】2016年7月5日

(65)【公開番号】特開2018-4518(P2018-4518A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2019年6月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100111121

【弁理士】

【氏名又は名称】原 拓実

(74)【代理人】

【識別番号】100200115

【弁理士】

【氏名又は名称】杉山 元勇

(74)【代理人】

【識別番号】100138601

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 正成

(72)【発明者】

【氏名】深井 亘

【審査官】 羽飼 知佳

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２０２６９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ ２３／１４−２３／１８ 等

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水面下にて水頭圧と大気圧との差圧を検出する差圧センサおよび、前記差圧センサの検出値を電気信号に変換する電子回路を有する検出器と、
前記電気信号に基づいて水位を算出するハウジング部と、
前記検出器と前記ハウジング部とを接続し、前記大気圧および前記電気信号を伝送するケーブルと、
を具備し、
前記検出器または前記電子回路の少なくともいずれか一方には予め所定の積算放射線量が照射されている水位測定装置。

【請求項2】

前記電子回路はアナログ回路から構成される、請求項１に記載の水位測定装置。

【請求項3】

前記電子回路は前記電気信号を増幅する増幅器を有する、請求項１または請求項２に記載の水位測定装置。

【請求項4】

前記電子回路の増幅器には予め所定の積算放射線量が照射されている、請求項３に記載の水位測定装置。

【請求項5】

前記ハウジング部は前記電気信号を増幅する増幅器を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の水位測定装置。

【請求項6】

前記ハウジング部には予め所定の積算放射線量が照射されている請求項５に記載の水位測定装置。

【請求項7】

前記ハウジング部の増幅器には予め所定の積算放射線量が照射されている請求項５または請求項６に記載の水位測定装置。

【請求項8】

前記所定の積算放射線量は１ｋＧｙ〜３ｋＧｙの積算放射線量である、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の水位測定装置。

【請求項9】

水面下にて水頭圧と大気圧との差圧を検出する差圧センサの検出値を電気信号に変換する電子回路に所定の積算放射線量を照射した後に熱処理をし、
前記電子回路を検出器に組み込み、
前記検出器と前記電気信号に基づいて水位を算出するハウジング部とを、前記大気圧および前記電気信号を伝送するケーブルで接続した、
水位測定装置の製造方法。

【請求項10】

水面下にて水頭圧と大気圧との差圧を検出する差圧センサおよび、前記差圧センサの検出値を電気信号に変換する電子回路を有する検出器に所定の積算放射線量を照射した後に熱処理をし、
前記検出器と前記電気信号に基づいて水位を算出するハウジング部とを、前記大気圧および前記電気信号を伝送するケーブルで接続した、
水位測定装置の製造方法。

【請求項11】

水面下にて水頭圧と大気圧との差圧を検出する差圧センサおよび、前記差圧センサの検出値を電気信号に変換する電子回路を有する検出器と、前記電気信号に基づいて水位を算出するハウジング部とを、前記大気圧および前記電気信号を伝送するケーブルで接続し、
前記検出器または前記ハウジング部の少なくとも一方に予め所定の積算放射線量を照射した後に熱処理をした、
水位測定装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、水位測定装置および水位測定装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、湖畔やプールなどの水位を測定するものとして投込み式の水位測定装置がある。水位測定装置は大気圧と水頭圧との差圧を電気信号に変換し、電子回路により水位を測定している。

【0003】

しかし、高い放射線が存在する環境においては、電子回路が放射線を受けることにより、正常に動作せず、正確な水位を測定できないという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５−３０２８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、高い放射線が存在する環境にて、放射線による電子回路の影響を抑制し、精度よく水位を測定することができる水位測定装置および水位測定装置の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、実施形態の水位測定装置は、水面下にて水頭圧と大気圧との差圧を検出する差圧センサおよび、前記差圧センサの検出値を電気信号に変換する電子回路を有する検出器と、前記電気信号に基づいて水位を算出するハウジング部と、前記検出器と前記ハウジング部とを接続し、前記大気圧および前記電気信号を伝送するケーブルと、を具備し、前記検出器または前記電子回路の少なくともいずれか一方には予め所定の積算放射線量が照射されている。

【0007】

上記課題を解決するため、実施形態の水位測定装置の製造方法は、水面下にて水頭圧と大気圧との差圧を検出する差圧センサの検出値を電気信号に変換する電子回路に所定の積算放射線量を照射した後に熱処理をし、前記電子回路を検出器に組み込み、前記検出器と前記電気信号に基づいて水位を算出するハウジング部とを、前記大気圧および前記電気信号を伝送するケーブルで接続したものである。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態である水位測定装置の構成図。

【図2】検出器の構成図およびケーブルの断面図。

【図3】ＯＰアンプを用いた反転増幅回路の図。

【図4】第１の実施形態である水位測定装置のハウジング部の構成図。

【図5】積算放射線量と出力変動率の相関図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、水位測定装置の実施形態を図面に基づき説明する。

【0010】

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態である水位測定装置の構成図である。本実施形態の水位測定装置は検出器１０とケーブル２０とハウジング部３０とを有している。検出器１０とハウジング部３０とはケーブル２０により接続されている。

【0011】

本実施形態の水位測定装置は水面４０の下に検出器１０を投入し、ケーブル２０より供給される大気圧と、水面４０下の水頭圧との差圧から電気信号を生成する。生成された電気信号はケーブル２０を介してハウジング部３０に伝送される。その後、ハウジング部３０にて電気信号に基づいて水位を算出する。

【0012】

検出器１０の下部には水底に配置するための配置部１０ａを有しており、検出器１０を水底に配置することで、安定した水位の値を測定することが可能である。ただし、配置部１０ａは本実施形態において及び、以下の実施形態において必須の構成要素ではない。また、検出器１０の下部に配置部１０ａを設けたとしても、図１の形状に限定されるものではない。

【0013】

図２（ａ）は検出器１０の構成図であり、（ｂ）はケーブル２０の断面図である。本実施形態における検出器１０は先端部に開口部１０ｂが設けられた筒状の形状の本体１３を有している。ただし、図２において、開口部１０ｂは２個設けているが、開口部１０ｂの個数はこれに限定されない。検出器１０の本体１３の後端部にはケーブル２０が接続されており、ケーブル２０を介してハウジング部３０と接続されている。ケーブル２０の内部には中空ケーブル２１を有しており、検出器１０の内部に大気圧を供給することが可能である。

【0014】

検出器１０の本体１３の内部には差圧センサ１１とプリアンプ１２とを有している。差圧センサ１１には接液ダイヤフラム１１ａと封入液１１ｂを介して水頭圧が加わる。

【0015】

差圧センサは１１半導体拡散抵抗式のセンサで構成されており、水頭圧と大気圧の差分値をプリアンプ１２に伝送している。

【0016】

ただし、半導体拡散抵抗式のセンサは一例であり、差圧センサ１１はこれに限定されるものではない。

【0017】

プリアンプ１２は差圧センサ１１とケーブル２０とに電気的に接続されており、差圧センサ１１より伝送された電圧を増幅し、ケーブル２０に伝送している。差圧センサ１１から伝送される電圧は小電圧であるため、プリアンプ１２にて電圧を増幅してケーブル２０を介してハウジング部３０へ伝送する。

【0018】

プリアンプ１２は一例としてアナログ回路であるＯＰアンプを用いた反転増幅回路１２ａがある。図３はＯＰアンプ１２ｂを用いた反転増幅回路１２ａである。ＯＰアンプ１２ｂの入力（−）には差圧センサ１１から伝送される電圧Ｖｉｎを、抵抗Ｒ１を介して入力する。ＯＰアンプ１２ｂの他方の入力（＋）は接地されており、出力は抵抗Ｒ２を介して入力（−）にフィードバックされている。このときの出力電圧Ｖｏｕｔは以下の式（１）のようになる。

【0019】

Ｖｏｕｔ＝−（Ｒ２／Ｒ１）Ｖｉｎ…式（１）
抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１よりも大きい場合は電圧Ｖｏｕｔの絶対値がＶｉｎよりも大きくなり増幅される。また、反転増幅回路１２ａにより電圧を増幅した後、電圧−電流変換回路を付加して電流値として出力しても良い。なお、図３の反転増幅回路１２ａはプリアンプ１２の一例であり、プリアンプ１２はこれに限定されるものでは無い。

【0020】

ケーブル２０は検出器１０へ大気圧を供給し、かつプリアンプ１２で増幅された電圧を電気信号としてハウジング部３０へ伝送する。図２（ｂ）は図２（ａ）のケーブル２０におけるＡ１―Ａ２間の断面図である。ケーブル２０は大気圧を検出器１０へ供給する中空ケーブル２１と、プリアンプ１２で増幅された電圧を電気信号としてハウジング部３０へ伝送する信号ケーブル２２とを有している。

【0021】

図２（ｂ）ではケーブル２０の中央に中空ケーブル２１を設け、ケーブル２０と中空ケーブル２１との空隙部分に信号ケーブル２２を８本設けている。ただし、本実施形態および以下の実施形態において、中空ケーブル２１および信号ケーブル２２の配置、信号ケーブル２２の本数についてはこれに限定されるものでは無い。

【0022】

中空ケーブル２１は大気圧をハウジング部３０から検出器１０へ供給するための空隙を有している。信号ケーブル２２はケーブル内部にアルミ線や銅線などからなる導通部２２ａを有しており、導通部２２ａにてプリアンプ１２で増幅された電圧を電気信号としてハウジング部３０へ伝送する。

【0023】

図４は本実施形態におけるハウジング部３０の構成図である。ハウジング部３０はケーブル２０と接続されており、ケーブル２０の中空ケーブル２１が検出器１０へ大気圧を供給するため、ハウジング部３０の内または外に伸びている。また、ハウジング部３０は演算部３１を有している。演算部３１はケーブル２０の信号ケーブル２２と電気的に接続されており、プリアンプ１２から伝送された電圧に基づいて水位を算出する。

【0024】

ハウジング部３０は例えば表示部３２を有しており、演算部３１にて算出した水位を表示してもよい。また、ハウジング部３０は例えば送信部を有しており、高い放射線環境から離れた場所にいる観測者へ当該演算データを送信してもよい。ただし、表示部３２や送信部は本実施形態および以下の実施形態において、ハウジング部３０に必須の構成要件ではなく、図４の構成に限定されるものではない。

【0025】

本実施形態の水位測定装置は高い放射性物質が存在する環境下における水位の測定を行うこともある。水が高濃度の放射性物質を含有している場合、検出器１０内の差圧センサ１１やプリアンプ１２などの電子回路が放射線の影響を受け、出力が変動することがある。これらの電子回路について、メモリなどを用いたディジタル回路を用いた場合、放射線の影響によりメモリ内部のデータの破損が発生し、水位の測定に大きな誤差を生じさせることがある。このため、本実施形態および以下の実施形態の水位測定装置に用いられる電子回路はアナログ回路であることが望ましい。

【0026】

図５は水位測定装置に用いられているアナログの電子回路が放射線を受けている場合の積算放射線量と出力変動率の相関図である。横軸は電子回路が受けた積算放射線量であり、縦軸は当該電子回路の出力の変動率である。

【0027】

水位測定装置内の電子回路はＯＰアンプを用いた場合、０〜１ｋＧｙの積算放射線量を受けている場合（図５のＡ１領域）、受けている放射線量に比例して出力が大きく変動する。１〜３ｋＧｙの積算放射線量を受けている場合（図５のＡ２領域）、電子回路の出力変動率はおよそ２〜３％程度であるが変動率が増加した後に減少する。そして、３ｋＧｙ以上の積算放射線量を受けた後は（図５のＡ３領域）、積算の放射線量に比例して出力の変動率は再び増加するが増加の変動率の変化は少ない。

【0028】

アナログ回路の電子回路は１〜３ｋＧｙの積算放射線量を受けている場合は比較的安定していることがわかっている。特に３ｋＧｙ近傍の積算放射線量を受けている場合が一番安定した出力であることがわかっている。

【0029】

このため、本実施形態の水位測定装置は検出器１０に電子回路の出力が安定する範囲内の所定の積算放射線量を予め照射している。電子回路にＯＰアンプを用いた場合は所定の積算放射線量とは、１ｋＧｙ〜３ｋＧｙとなる。ただし、本実施形態および以下の実施形態において予め照射する積算放射線量は１ｋＧｙ〜３ｋＧｙに限定されない。例えば、事前に電子回路の積算放射線量と出力の変動率を計測し、出力の変動率が安定している範囲内の積算放射線量を照射しても良い。

【0030】

予め積算放射線量を照射する方法として、たとえば１００Ｇｒ／時間の放射線を電子回路であるプリアンプ１２に１０時間〜３０時間照射した後、約８５℃の環境下で熱処理（アニール処理）することにより、積算放射線量を１ｋＧｒ〜３ｋＧｒとすればよい。この方法であれば１ｋＧｒ〜３ｋＧｒの積算放射線量を照射した結果、破損するプリアンプが存在したとしてもそのプリアンプのみを廃棄すれば済む。

【0031】

また、本実施形態の水位測定装置は電子回路を検出器１０に組み込んだ後に、検出器１０に放射線を照射し、熱処理をしてもよい。このため、熱処理の温度は検出器１０が破損しないよう、約６０℃の環境下での熱処理としている。以上の製造方法により電子回路のみならず、検出器１０に放射線照射できるため、水位測定装置全体として出力が安定する。また、検出器１０とハウジング部３０とをケーブル２０で接続し、水位測定装置を完成させた後に、検出器１０に放射線を照射し、熱処理をしてもよい。

【0032】

ハウジング部３０の演算部３１は、熱処理後に残った放射線の影響を補正したうえで、プリアンプ１２から出力された電圧値を４−２０ｍＡの出力信号に変換する。演算部３１は電圧値を出力信号への変換するための増幅器を有していても良い。

【0033】

以上により、本実施形態の水位測定装置は高い放射性物質が存在する環境にて、放射線を受けることによる電子回路の出力変動を抑制し、精度よく水位を測定することができる。

【0034】

（第２の実施形態）
第２の実施形態である水位測定装置の構成は第1の実施形態と同じである。

【0035】

本実施形態では、高濃度の放射性物質が含有する水中から検出器１０内の差圧センサ１１やプリアンプ１２は水中から放射線を受け、高い放射線を有する大気中からハウジング部３０内の演算部３１は放射線を受けている。このため、演算部３１はアナログ回路であることが望ましい。

【0036】

電子回路の出力変動率について放射線の影響を補正させるために、本実施形態の水位測定装置は検出器１０だけでなく、ハウジング部３０にも出力が安定する範囲内の所定の放射線量を予め照射している。なお、ケーブル２０にも放射線を照射して、水位測定装置全体に所定の放射線量を予め照射していても良い。

【0037】

ハウジング部３０のアナログの電子回路の積算放射線量と出力変動率の相関図は図５と同様である。演算部３１にＯＰアンプを用いた場合は所定の放射線量とは、１ｋＧｙ〜３ｋＧｙとなる。ただし、本実施形態において予め照射する放射線量は１ｋＧｙ〜３ｋＧｙに限定されない。例えば、事前に電子回路の積算放射線量と出力の変動率を計測し、出力の変動率が安定している範囲内の積算放射線量を照射しても良い。

【0038】

予め積算放射線量を照射する方法は第１の実施形態と同様である。本実施形態の水位測定装置は電子回路を検出器１０に組み込んで、検出器１０とハウジング部３０とをケーブル２０で接続し、水位測定装置を完成させた後に、水位測定装置全体に積算放射線量を照射し、熱処理をする。

【0039】

以上の製造方法により電子回路のみならず、水位測定装置全体に積算放射線量を照射できるため、測定装置全体として出力が安定する。

【0040】

ハウジング部３０の演算部３１は差圧センサ１１やプリアンプ１２から出力された電圧値について、出力変動率分を補正して水位を算出することで、正確な水位を測定することができる。

【0041】

ハウジング部３０の演算部３１は、熱処理後に残った放射線の影響を補正したうえで、プリアンプ１２から出力された電圧値を４−２０ｍＡの出力信号に変換する。演算部３１は電圧値を出力信号への変換するための増幅器を有していても良い。

【0042】

以上により、本実施形態の水位測定装置は高い放射性物質が存在する環境にて、放射線を受けることによる電子回路の出力変動を抑制し、精度よく水位を測定することができる。

【0043】

（第３の実施形態）
第３の実施形態である水位測定装置は電子回路に予め所定の積算放射線量を照射している。即ち、第１の実施形態では電子回路を有する検出器１０に予め所定の積算放射線量が照射されており、第２の実施形態では検出器１０とハウジング部３０に予め所定の積算放射線量が照射されているが、本実施形態では検出器１０やハウジング部３０に格納される前の段階で電子回路に所定の積算放射線量を照射している。これらの電子回路が、水位測定装置の構成の内、放射線による影響を受けやすいからである。

【0044】

本実施形態の場合、検出器１０のプリアンプ１２のみに所定の積算放射線量を予め照射しても良く、プリアンプ１２のほかに差圧センサ１１や演算部３１にも所定の積算放射線量を予め照射しても良い。

【0045】

（第３の実施形態の変形例）
第３の実施形態の変形例として、プリアンプ１２内の増幅器１２ａのみに所定の積算放射線量を予め照射しても良い。増幅器１２ａがＯＰアンプの場合、所定の積算放射線量とは、１ｋＧｙ〜３ｋＧｙとなる。

【0046】

電子回路の内、放射線による出力の変動に大きく起因する素子は増幅器のため、予め増幅器１２ａに所定の積算放射線量を照射し、その後、検出器１０に格納する。また、ハウジング部３０の演算部３１に予め所定の積算放射線量を照射してハウジング部３０に格納してもよい。

【0047】

予め放射線を照射する方法として、たとえば１００Ｇｒ／時間の放射線を検出器１０に１０時間〜３０時間照射した後、８５℃以上の環境下で熱処理（アニール処理）することにより、積算放射線量を１ｋＧｒ〜３ｋＧｒとすればよい。

【0048】

第３の実施形態および変形例の水位測定装置は予め電子回路に放射線を照射し、熱処理をする。このため、電子回路の部品にダメージの無いよう、約８５℃の環境下での熱処理としている。

【0049】

以上の製造方法により電子回路に放射線を照射して動作が安定したもののみを検出器１０またはハウジング部３０に組み込むことができる。

【0050】

また、プリアンプ１２内の増幅器１２ａおよびハウジング部３０内の演算部３１にＯＰアンプを使用した場合、ＯＰアンプはバイポーラトランジスタを使用する。当該バイポーラトランジスタの製造過程（プロセス過程）において所定の放射線をバイポーラトランジスタに照射した後、熱処理をしても良い。プロセス過程における熱処理については例えば、２００〜６００℃程度の環境下で行う。

【0051】

プリアンプ１２内の増幅器１２ａやハウジング部３０内の演算部３１に予め所定の積算放射線量を照射し、演算部３１が電圧値についての出力変動率分を補正して水位を算出することで、正確な水位を測定することができる。

【0052】

以上により、本実施形態の水位測定装置は高い放射性物質が存在する環境にて、放射線を受けることによる電子回路の出力変動を抑制し、精度よく水位を測定することができる。

【0053】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0054】

１０‥‥検出器、
１０ａ‥‥配置部、
１０ｂ‥‥開口部、
１１‥‥差圧センサ、
１１ａ‥‥接液ダイヤフラム、
１１ｂ‥‥封入液、
１２‥‥プリアンプ、
１２ａ‥‥増幅器、
１２ｂ‥‥ＯＰアンプ、
２０‥‥ケーブル、
２１‥‥中空ケーブル、
２２‥‥信号ケーブル、
２２ａ‥‥導電部、
３０‥‥ハウジング部、
３１‥‥演算部、
３２‥‥表示部、
４０‥‥水面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】