特許 7629375 水位センサ

(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】

(24)【登録日】2025-02-04

(45)【発行日】2025-02-13

(54)【発明の名称】水位センサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/2962 20220101AFI20250205BHJP

【ＦＩ】

G01F23/2962

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021145448

(22)【出願日】2021-09-07

(65)【公開番号】P2023038632

(43)【公開日】2023-03-17

【審査請求日】2024-03-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000002462

【氏名又は名称】積水樹脂株式会社

(72)【発明者】

【氏名】出来 信久

(72)【発明者】

【氏名】高木 一誠

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 大悟

【審査官】細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－２０４５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２６４１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３４６２７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ ２３／２８－２３／２９６

Ｇ０１Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の方向に超音波を送波し、前記送波した超音波の反射波を受波する送受波部と、
超音波の送波情報と受波情報を通信する通信部と、
給電するための電源部と、
前記電源部からの給電とその停止を切り替えるための開閉器と、を備えたセンサ本体と、
前記センサ本体が収納された筐体と、
前記筐体が固定される連結部材と、を備え、
前記連結部材には、前記筐体が左右に２個取付けられ、
左側の前記筐体においては、該筐体の左側方側から操作可能な位置に前記開閉器が配置されており、
右側の前記筐体においては、該筐体の右側方側から操作可能な位置に前記開閉器が配置されている
ことを特徴とする水位センサ。

【請求項2】

前記開閉器は、マグネットスイッチである
ことを特徴とする請求項１に記載の水位センサ。

【請求項3】

前記筐体の下壁部は、前記送受波部から送信される超音波が通過するホーンが取付けられ、
左側の前記筐体は、下壁部の左側に前記ホーンが取付けられており、
右側の前記筐体は、下壁部の右側に前記ホーンが取付けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の水位センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、並列型のセンサ本体を備えた水位センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、河川の水位の変化や道路の冠水を観測する測量装置が利用されている。装置としては、主に実際に水位を測量するセンサと、測量したデータを管理者等に通信するための通信部とから構成されている。センサとしては、水位を直接感知する直接方式と、水位を間接的に測量する間接方式とが挙げられる。

【0003】

直接方式の場合は、水圧センサが多く用いられており、そのセンサの先端側が通常の水位箇所にある。センサは水位が上昇しても水没しない箇所に設置されるので、装置自体が大掛かりになりやすい。また、水位を計測するためには、設置現場で原点位置の設定する作業が必要であり、専門知識を有する技術者でなれれば施工が困難であった。

【0004】

間接方式の場合は、例えば、超音波発信器より超音波を送波し、対象物、例えば、水面や地面等で反射する反射波を受波する時間から距離を算出する超音波センサが用いられている。例えば、引用文献１には、河川の水位及び流速を観測する河川観測システムにおいて、第１の超音波送受信器を用いて所定のタイミングで超音波を送信するとともにその反射波を受信して、その送受信の時間差に基づき河川を流れる水の水位を検出する水位計測手段と、第２の超音波送受信器を用いて前記水位計測手段とは異なるタイミングで超音波を送信するとともにその反射波を受信して、その送受信の周波数変化に基づき前記水の流速を検出する流速計測手段とを備えることを特徴とする河川観測システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許３７０１８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

測量装置への給電手段としては、主に商用電源、太陽電池、内蔵電池を挙げることができる。商用電源による給電が最も汎用的と考えられるが、設備が大掛かりになりやすいので、設置費用がかかる。加えて、河川の水位や、道路の冠水等を観測するために超音波センサを利用する場合、河川の水位上昇や道路の冠水は、荒天時に生じるところ、停電により商用電源から給電できない場合があり、つまり、最も必要な時に超音波センサが稼働しないおそれがある。太陽電池の場合は、荒天が続くと、装置に給電されなくなるおそれがあり、商用電源と同様に最も必要な時に超音波センサが稼働しないおそれがある。

【0007】

内蔵電池の場合は、荒天時においても給電が可能であるが、定期的に内蔵電池の交換作業又は充電作業が必要となるため、この作業時期と荒天時が重なると、やはり、最も必要な時に超音波センサが稼働しないおそれがあった。

【0008】

本発明は、前記の如き問題点を解消し、荒天時においても継続的に観測が可能であって、しかも、施工性に優れた水位センサを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成としている。
すなわち本発明に係る水位センサは、所定の方向に超音波を送波し、前記送波した超音波の反射波を受波する送受波部と、超音波の送波情報と受波情報を通信する通信部と、給電するための電源部と、前記電源部からの給電とその停止を切り替えるための開閉器と、を備えたセンサ本体と、前記センサ本体が収納された筐体と、前記筐体が固定される連結部材と、を備え、前記連結部材には、前記筐体が左右に２個取付けられ、左側の前記筐体においては、該筐体の左側方側から操作可能な位置に前記開閉器が配置されており、右側の前記筐体においては、該筐体の右側方側から操作可能な位置に前記開閉器が配置されていることを特徴とするものである。

【0010】

本発明において、前記開閉器は、マグネットスイッチとしてもよい。

【0011】

また、本発明において、前記筐体の下壁部は、前記送受波部から送信される超音波が通過するホーンが取付けられ、左側の前記筐体は、下壁部の左側に前記ホーンが取付けられ、右側の前記筐体は、下壁部の右側に前記ホーンが取付けられたものとしてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る水位センサによれば、電源部を有するセンサ本体を２台有しているので、一方のセンサ本体が測定不能となっても、他方のセンサ本体で測定可能であるので、荒天時においても継続的に観測が可能である。しかも、左側の筐体においては、左側方側から開閉器の操作が可能であり、右側の筐体においては、右側方側から開閉器の操作が可能であるので、左右両側のセンサ本体の通電、つまり計測の開始作業が容易になされる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る水位センサの実施の一形態を示す正面図である。

【図2】本発明に係る水位センサのセンサ本体の模式図である。

【図3】図１において水位センサ付近の拡大正面図である。

【図4】図３の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照し、具体的に説明する。

【0015】

図面において、１０は水位を計測するセンサ本体、２０はセンサ本体１０が収納された筐体、３０は筐体２０が固定される連結部材であって、本発明に係る水位センサ１００は、主に、センサ本体１０、筐体２０及び連結部材３０から構成されている。

【0016】

図１は本発明に係る水位センサ１００の実施の一形態を示す正面図である。水位センサ１００は、河川の水位を計測するものであって、水面の上方に位置するように固定されている。本形態における固定構造は、河川の土手に設置された防護柵の支柱２００に固定されて河川側に突出する支持材３００の先端部付近に水位センサ１００が取付けられたものである。本形態では、センサ本体１０が収納された筐体２０を並設しており、交互測定や、一方のセンサ本体１０が故障した際に他方のセンサ本体１０で継続計測可能なものである。ここで、特に説明しない限り、水位センサ１００の前側とは図１の手前側、後側とは図１の奥側、左右方向とは図１の左右方向のことであって、これに基づき説明する。また、本形態においては、水位センサ１００は、防護柵の支柱２００に固定されているが、水位センサ１００の設置場所は、これに限られるものではなく、本形態以外に、例えば、高欄、手すり、標識（柱）等の道路付帯設備を挙げることができる。更に、道路付帯設備に設置されるとは、道路付帯設備に対して、本形態のような支持材３００を介して取付けられる場合、道路付帯設備に取付金具等によって直接的に取付けられる場合を含む。

【0017】

図２は、水位センサ１００のセンサ本体１０の模式図である。センサ本体１０は、図１に示すように河川の水面側に向けて超音波を送波し、水面で反射した反射波を受波する送受波部１１と、送受波部１１での超音波の送波情報及び受波情報を通信する通信部１２と、電力を供給するための電源部１３と、電源部１３からの給電とその停止を切り替えるための開閉器１４と、センサ本体１０の動作を制御するための制御部１５を備えており、これが、筐体２０内に収納されている。

【0018】

図３は図１において水位センサ１００付近の拡大正面図、図４は図３の側面図である。筐体２０は、左右前後の側壁部２１と、下壁部２２と、蓋部２３と、を有しており、左右前後の側壁部２１と、下壁部２２とからなる箱型内にセンサ本体１０が収納され、開口された上面側に蓋部２３が取付けられて開口が塞がれる。下壁部２２は、一部が上下方向に貫通しており、そこに、送受波部１１から送信される超音波が通過するホーン１６が下向きに取付けられている。筐体２０は、本形態では矩形状であるが、センサ本体１０が収納されて、雨水等が内部に容易には浸入しない構造であれば、特に限定されるものではない。

【0019】

送受波部１１は、内蔵された超音波素子から発生する超音波を所定の方向に送波するとともに、送波した超音波が測定対象で反射して、その反射波を受波するものである。本形態では、所定の方向とは河川の水面に向かう方向であって略鉛直下向きである。

【0020】

通信部１２は、送波情報と受波情報を管理者に送信するものである。送波情報には、少なくとも送波した時刻及び送波した時の超音波の強度を含むものであり、受波情報とは、少なくとも反射波を受波した時刻及び受波した超音波の強度を含むものである。通信手段としては、本形態ではＬＰＷＡ無線通信手段であって、設置場所に近接する箇所に新たに設置した受信基地局、又は設置場所に近接する既存の受信基地局で受信し、インターネットを通じて管理者の受信端末で各情報を受信するものである。

【0021】

電源部１３は、本形態では電池が用いられている。これにより、センサ本体１０が収納された筐体２０の外部からの給電が不要となり、また、設置環境の天候には関係なく継続的に給電することができる。

【0022】

開閉器１４は、筐体２０内に収納されているので、センサ本体１０を稼働させるためには、開閉器１４を操作してセンサ本体１０を導通状態にする必要がある。

【0023】

開閉器１４を操作するには、センサ本体１０が収納された筐体２０をあけて直接操作する方法と、筐体２０の外部から操作する方法とがある。前者の方法では、設置現場で筐体２０をあける操作が必要となるところ、筐体２０の開閉操作により、センサ本体１０、特に送受波部１１の送波方向の向きがずれたり、筐体２０の閉鎖作業が不十分で筐体２０に内外へ通じる隙間が生じて雨水が侵入してセンサ本体１０がショートしたりするおそれがあるので、開閉器１４は後者である外部から操作できるものとしている。

【0024】

本形態では、開閉器１４はマグネットスイッチ１４ａであって、筐体２０内の側壁部２１付近に配置されている。これにより、マグネットスイッチ１４ａが配置された側壁部２１付近の側方側から専用の磁石を接近させると、マグネットスイッチ１４ａが作動して、センサ本体１０が導通状態となり、水位の計測、つまり、送受波部１１からの超音波の送波が開始される。その後は、センサ本体１０の制御部１５に設定された計測プログラムに基づいて所定の間隔で水位が計測されて、その計測結果が通信部１２から管理者に送信される。

【0025】

開閉器１４は、本形態に限られるものではない。図示しないが、いわゆる、押しボタン型スイッチでもよい。具体的には、筐体２０の側壁部２１の一部に、外側から内側に向けて弾性変形可能な押圧部と、筐体２０内であって押圧部付近に配置されたスイッチ部とを有するものであって、筐体２０の外側から押圧部を内側に押圧して、スイッチを入れることで、センサ本体１０が通電状態となるものである。

【0026】

開閉器１４として、本形態のように、マグネットスイッチ１４ａを利用する場合、スイッチの位置が外観上は視認できないため、通行人等の第三者が、誤って、又は故意にマグネットスイッチ１４ａを操作することは困難となる。また、マグネットスイッチ１４ａは筐体２０内に配置された状態で外部からの操作が可能であるので、筐体２０に対して操作のための窓のようなものは不要となる。マグネットスイッチ１４ａは、専用の磁石を接近させて作動させる際、通電状態と場合と、切断状態と場合とが分かるように、本形態では、通電状態となった場合は連続音が発せられ、切断状態となった場合は、単音が発せされるようになされている。これにより、作業者はセンサ本体１０の通電状態を認識しやすくなる。

【0027】

水位センサ１００において、マグネットスイッチ１４ａは、図３に示すように、左側の筐体２０においては左側の側壁部２１付近に配置され、右側の筐体２０においては右側の側壁部２１付近に配置されている。これにより、作業者は、左側の筐体２０に配置されたマグネットスイッチ１４ａを操作する時は、筐体２０の左側方側から専用の磁石を接近させる必要があり、右側の筐体２０に配置されたマグネットスイッチ１４ａを操作する時は、筐体２０の右側方側から専用の磁石を接近させる必要がある。そのため、左右どちらの筐体２０に対して操作しているかを容易に認識することができる。したがって、左右の筐体２０内のセンサ本体１０を確実に通電状態とすることができるので、測定開始の作業が容易になされ、一方のセンサ本体１０のみが通電した状態を避けることができる。

【0028】

一方、開閉器１４として、マグネットスイッチ１４ａを利用する場合は、作業者も外観ではマグネットスイッチ１４ａの位置を視認することができない。そこで、本形態では、ホーン１６の取付位置と同じ側にマグネットスイッチ１４ａが配置されている。

【0029】

具体的には、本形態では、筐体２０は左右に２個一対に併設されており、マグネットスイッチ１４ａ及びホーン１６は、左右一対の筐体２０の側端側、つまり、左側の筐体２０においてはいずれも左側、右側の筐体２０においてはいずれも右側に配置されており、これにより、作業者は、ホーン１６の位置によりマグネットスイッチ１４ａの位置を認識することができるので、マグネットスイッチ１４ａの操作が可能となる。

【0030】

次に、水位センサ１００の設置方法の一例を説明する。設置場所は、本形態では河川の土手であるが、その他の箇所としては河川の橋も想定される。土手や橋に設置される防護柵や手すりの支柱２００に支持材３００を取付ける。支持材３００は、防護柵や手すりの設置方向に沿って配置して、支持材３００の長手方向の一端部を支柱２００に固定金具３１０を介して仮止めし、他端部にセンサ本体１０が収納された筐体２０を２個取付ける。

【0031】

本形態では、２個の筐体２０は、連結部材３０に取付けられており、この連結部材３０を支持材３００の他端部に固定することによって、支持材３００に２個の筐体２０が取付けられた状態となる。連結部材３０は、底板部３１と側板部３２とを備えた断面Ｌ型であり、側板部３２は支持材３００の側面部に固定されている。また、底板部３１の下面側に２個の筐体２０の蓋部２３が配置され、締結具４０を介して固定されている。締結具４０は、筐体２０及び底板部３１を上下方向に貫通するボルト部材４１と、ボルト部材４１に締結されているナット部材４２とからなる。本形態では、蓋部２３と底板部３１との間にシート状の制震部材４３を配置している。これにより、橋や土手を通過する自動車によって生じる振動が水位センサ１００に伝播することが抑えられて、水位の計測に対して影響が生じにくくなる。

【0032】

２個の筐体２０を連結部材３０に固定する作業は、設置場所で実施してもよいが、出荷前に予め固定しておいてもよい。出荷前に固定しておけば、現地での筐体２０の取付け向きの間違い、例えば、２個の筐体２０においてホーン１６の位置がいずれも右側とか、逆のいずれも左側とか、中央側に寄って配置されることが生じなくなる。

【0033】

次に、２個の筐体２０に対して、専用の磁石を（図示せず）を用いて各筐体２０のマグネットスイッチ１４ａを作動させセンサ本体１０を通電させて計測を開始する。マグネットスイッチ１４ａを作動させるのは、連結部材３０を支持材３００に固定する前でもよく、固定した後でもよい。

【0034】

センサ本体１０が通電状態になったら、支柱２００に仮止めされた支持材３００の向きを防護柵等の設置方向とは交差する方向、通常は、設置方向と直交する方向に変更して、その位置で固定金具３１０を固定する。これにより、筐体２０は、通行人等から手の届かない位置となる。

【0035】

本形態では、設置場所に２個のセンサ本体１０が配置されているので、管理者には、一方のセンサ本体１０の計測不良が生じた場合は、都度、設置現場でセンサ本体１０を交換してもよいし、天候不良等により設置現場で取り替え等のメンテナンスが困難な場合は、他方の正常なセンサ本体１０のみ計測を継続して、河川の水位の監視を実施できる。

【0036】

次に、水位センサ１００の交換方法の一例を説明する。支持材３００の固定金具３１０を緩めて、支持材３００を防護柵等の設置方向に沿わせて、支持材３００の他端に取付けられた水位センサ１００を防護柵等に近づける。そして、支持材３００から連結部材３０を取り外して、交換用の水位センサ１００を支持材３００に取付けて、水位センサ１００の交換前の位置に再配置して、計測を再開する。交換の際は、前述のように、水位センサ１００毎交換した方が設置作業の不具合が生じにくく好ましい。

【0037】

前述の通り、本発明に係る水位センサ１００は、所定の方向に超音波を送波し、前記送波した超音波の反射波を受波する送受波部１１と、超音波の送波情報と受波情報を通信する通信部１２と、給電するための電源部１３と、電源部１３からの給電とその停止を切り替えるための開閉器１４と、を備えたセンサ本体１０と、センサ本体１０が収納された筐体２０と、筐体２０が固定される連結部材３０と、を備え、連結部材３０には、筐体２０が左右に２個取付けられ、左側の前記筐体２０においては、該筐体２０の左側方側から操作可能な位置に前記開閉器が配置されており、右側の前記筐体２０においては、該筐体２０の右側方側から操作可能な位置に前記開閉器が配置されていることを特徴とするものである。

【0038】

これにより、電源部１３を有するセンサ本体１０を２台有しているので、一方のセンサ本体１０が測定不能となっても、他方のセンサ本体１０で測定可能であるので、荒天時においても継続的に観測が可能である。しかも、左側の筐体２０においては、左側方側から開閉器１４の操作が可能であり、右側の筐体２０においては、右側方側から開閉器１４の操作が可能であるので、左右両側のセンサ本体１０の通電、つまり計測の開始作業が容易になされる。

【0039】

本発明に係る水位センサ１００において、開閉器１４をマグネットスイッチ１４ａとしてもよい。

【0040】

これにより、外観上、開閉器１４は視認されないので、通行人等の第三者が、故意に、又は誤って、センサ本体１０のスイッチを入れたり、切ったりするような不具合は生じにくくなる。

【0041】

また、本発明に係る水位センサ１００において、前記筐体２０の下壁部２２は、前記送受波部１１から送信される超音波が通過するホーン１６が取付けられ、左側の前記筐体２０は、下壁部２２の左側に前記ホーン１６が取付けられており、右側の前記筐体２０は、下壁部２２の右側に前記ホーン１６が取付けられたものとしてもよい。

【0042】

これにより、マグネットスイッチ１４ａは視認することができないが、ホーン１６を目印として、マグネットスイッチ１４ａの操作可能位置を認識することができるので、マグネットスイッチ１４ａによる通電操作を確実に実施することができる。

【符号の説明】

【0043】

１０ センサ本体
１１ 送受波部
１２ 通信部
１３ 電源部
１４ 開閉器
１４ａ マグネットスイッチ
１５ 制御部
１６ ホーン
２０ 筐体
２１ 側壁部
２２ 下壁部
２３ 蓋部
３０ 連結部材
３１ 底板部
３２ 側板部
４０ 締結具
４１ ボルト部材
４２ ナット部材
４３ 制震部材
１００ 水位センサ
２００ 支柱
３００ 支持材
３１０ 固定金具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】