JP2020003307A - Water level detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冠水しやすい道路における降雨時の水位の把握に用いられる水位検出システムに関する。 The present invention relates to a water level detection system used for grasping a water level at the time of rainfall on a road that is easily flooded.
例えば、アンダーパスなどの道路は、台風や降雨の雨水等により構造上冠水しやすいことから、各自治体などにおいては、上記のような冠水しやすい道路における降雨時の水位を把握したい、というニーズが存在する。 For example, roads such as underpasses are likely to be flooded structurally due to typhoons and rainwater from rainfall.Therefore, in each municipality, there is a need to grasp the water level during rainfall on roads that are easily flooded as described above. Exists.
このようなニーズに応えるために、例えば、特許文献1(特開2017−181054号公報)には、道路の水位を計測する水位計測装置であって、上方が開放された道路に設けられる水位計測ユニットと、前記水位計測ユニットから無線により情報が送信される通信集約ユニットとを備え、前記水位計測ユニットは、筒状体により囲まれると共に当該筒状体の取水口から流入する道路の水位を検出する電極部及び前記電極部により検出された水位情報を出力する出力部を有する静電容量式の水位計と、前記水位計の前記出力部から出力される水位情報を前記通信集約ユニットに送信する水位情報送信手段と、前記水位計と前記水位情報送信手段とにケーブルを介して電力を供給するバッテリーと、前記水位計の前記出力部、前記水位情報送信手段及び前記バッテリーを内部に収容するとともに、前記水位計の前記電極部よりも上方に配置される防水ケースとを有し、前記通信集約ユニットは、前記水位情報送信手段から送信された水位情報を受信する水位情報受信手段と、前記水位情報受信手段により受信した水位情報を公衆電気通信網を介してサーバーに送信する通信手段とを有する水位計測装置が提案されている。
特許文献1記載の水位計測装置は、水位計20及び水位情報送信部40に電力を供給するバッテリー50を有することによって、水位計20及び水位情報送信部40に電力を供給する商用電源等を直接接続する作業を省略することが可能となるように構成されている。
The water level measurement device described in
上記のような水位計測装置のように、バッテリーを採用しこの電源により、水位情報を取得し、水位情報を転送する構成とすることは好ましい。しかしながら、特許文献1記載の水位計測装置においては、バッテリーは、常時、水位計及び水位情報送信部に対して給電を行っているので、バッテリーの消耗が激しく、バッテリーの交換のための保守作業を頻繁に行わなければならなかったり、雨水の水位を把握したい肝心な降雨時にバッテリーの容量が使い尽くされており水位情報を取得できなかったりする、といった課題を有していた。
As in the above-described water level measuring device, it is preferable to adopt a configuration in which a battery is used, water level information is acquired by this power source, and the water level information is transferred. However, in the water level measurement device described in
この発明は、上記のような課題を解決するものであり、本発明に係る水位検出システムは、長手方向が鉛直方向に配される水位検出電極対と、前記水位検出電極対の下端と同じ高さに下端を有し、前記水位検出電極対の長さより短い第1参照電極対と、前記水位検出電極対と前記第1参照電極対とに対して選択的に駆動信号を印可し増幅する電極駆動回路と、前記水位検出電極対と前記第1参照電極対それぞれの電極対間の静電容量値を記憶するデータ記憶部と、前記電極駆動回路に対してオンオフ指令を出力する主制御部と、を有し、前記主制御部は、前記データ記憶部に記憶される前記第1参照電極対の静電容量値に
基づいて、前記水位検出電極対に対して駆動信号を印可するかを決定し、前記電極駆動回路にオンオフ指令を出力することを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and a water level detection system according to the present invention has a water level detection electrode pair whose longitudinal direction is arranged in a vertical direction, and the same height as the lower end of the water level detection electrode pair. A first reference electrode pair having a lower end and being shorter than the length of the water level detection electrode pair, and an electrode for selectively applying and amplifying a drive signal to the water level detection electrode pair and the first reference electrode pair. A drive circuit, a data storage unit that stores a capacitance value between the electrode pair of each of the water level detection electrode pair and the first reference electrode pair, and a main control unit that outputs an on / off command to the electrode drive circuit. The main control unit determines whether to apply a drive signal to the water level detection electrode pair based on the capacitance value of the first reference electrode pair stored in the data storage unit. Output an on / off command to the electrode drive circuit. The features.
また、本発明に係る水位検出システムは、前記水位検出電極対と前記第1参照電極対それぞれの電極対間の静電容量値を送信するデータ通信部をさらに有し、前記主制御部は、前記データ記憶部に記憶される前記第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記データ通信部にオンオフ指令を出力することを特徴とする。 Further, the water level detection system according to the present invention further includes a data communication unit that transmits a capacitance value between the electrode pair of the water level detection electrode pair and the first reference electrode pair, and the main control unit includes: An on / off command is output to the data communication unit based on a capacitance value of the first reference electrode pair stored in the data storage unit.
また、本発明に係る水位検出システムは、前記水位検出電極対の上端と同じ高さに下端を有し、前記第1参照電極対と長さが同じである第2参照電極対と、をさらに有し、前記電極駆動回路は前記第2参照電極対に対しても選択的に駆動信号を印可後増幅し、前記データ記憶部は前記第2参照電極対の電極対間の静電容量値を記憶し、前記主制御部は、前記データ記憶部に記憶される前記第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記第2参照電極対に対しても駆動信号を印可するかを決定し、前記電極駆動回路にオンオフ指令を出力することを特徴とする。 Further, the water level detection system according to the present invention further includes a second reference electrode pair having a lower end at the same height as an upper end of the water level detection electrode pair and having the same length as the first reference electrode pair. Wherein the electrode drive circuit selectively amplifies the drive signal also applied to the second reference electrode pair, and the data storage unit stores the capacitance value between the electrode pair of the second reference electrode pair. The main control unit determines whether to apply a drive signal to the second reference electrode pair based on the capacitance value of the first reference electrode pair stored in the data storage unit. And outputting an on / off command to the electrode drive circuit.
また、本発明に係る水位検出システムは、前記水位検出電極対と前記第1参照電極対と前記第2参照電極対それぞれの電極対間の静電容量値を送信するデータ通信部をさらに有し、前記主制御部は、前記データ記憶部に記憶される前記第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記データ通信部にオンオフ指令を出力することを特徴とする。 In addition, the water level detection system according to the present invention further includes a data communication unit that transmits a capacitance value between each of the water level detection electrode pair, the first reference electrode pair, and the second reference electrode pair. The main control unit outputs an on / off command to the data communication unit based on a capacitance value of the first reference electrode pair stored in the data storage unit.
なお、本発明の実施例は第1参照電極対と第2参照電極対をそれぞれ持つ構成を示したが、第1参照電極対のみを持ち第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記電極駆動回路のオンオフおよび前記データ通信部にオンオフ指令を出力する構成も可能である。 Although the embodiment of the present invention has shown the configuration having the first reference electrode pair and the second reference electrode pair respectively, it has only the first reference electrode pair, and based on the capacitance value of the first reference electrode pair, A configuration in which the electrode drive circuit is turned on and off and an on / off command is output to the data communication unit is also possible.
本発明に係る水位検出システムは、前記第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記水位検出電極対と前記第2参照電極対とに対して駆動信号を印可後増幅するかを決定し、前記電極駆動回路にオンオフ指令を出力するので、このような本発明に係る水位検出システムによれば、非降雨時で水位が0である際には、検出が不要な電極対に対する給電を行わず、バッテリーの容量の消費を抑制することができ、バッテリーの交換のための保守作業の頻度を抑制することが可能となると共に、降雨時にバッテリーの容量が使い尽くされ水位情報を取得できなくなる確率を抑制することも可能となる。 The water level detection system according to the present invention determines whether a drive signal is applied to the water level detection electrode pair and the second reference electrode pair and then amplified based on the capacitance value of the first reference electrode pair. Then, since the on / off command is output to the electrode drive circuit, according to such a water level detection system according to the present invention, when the water level is 0 during non-rainfall, power is supplied to the electrode pairs that need not be detected. Without doing so, it is possible to suppress the consumption of battery capacity, it is possible to reduce the frequency of maintenance work for battery replacement, and it is not possible to acquire water level information because the battery capacity is exhausted during rainfall It is also possible to suppress the probability.
さらに、本発明に係る水位検出システムによれば、バッテリーの容量の消費が激しいデータ通信部の駆動を、降雨時のみに限定することができ、さらなるバッテリーの容量の消費抑制を実現できる。 Furthermore, according to the water level detection system according to the present invention, the driving of the data communication unit that consumes a large amount of battery capacity can be limited to only during rainfall, and further reduction in battery capacity consumption can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係る水位検出システム1の概要構成を示す図であり、図2は本発明の実施形態に係る水位検出システム1のブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a water
本発明に係る水位検出システム1は、雨水等が接触し、この水位を検出するセンサー部分である水位センサー100と、当該水位センサー100と第1コネクタ151を介して接続されるフラットケーブル160と、フラットケーブル160と第2コネクタ172を介して接続されるコントロールボックス170と、を有している。フラットケーブル160は、水位センサー100とコントロールボックス170とを電気的に安定に接続する所定長を有するケーブルである。コントロールボックス170には、図2の100で示す点線で囲まれた以外の構成が含まれる。
The water
水位センサー100は静電容量方式で、水位センサー100に接触した雨水等の水位を検出する。ただし、水位センサー100は水位を直接的に検出するものではない。水位センサー100には、水位の算出に供される静電容量値を検出する水位検出電極対110と、水位の算出の際に較正のために参照される静電容量値を検出する第1参照電極対111と、第2参照電極対112とが2つの樹脂層間に封止された構造を有している。
The
図3は本発明の実施形態に係る水位センサー100の電極の配置を説明する図である。本図は、封止に用いられる樹脂層の外形状に、電極を配して示した図である。なお、以下の各電極対はいずれも互いに平行であり、同じ幅(長手方向に対して紙面内において直交する方向の長さ)を有している。また、電極対の間には容量素子が形成される。電極対をなす一方の電極は静電容量の測定電極として、また、他方は駆動電極として用いられる。
FIG. 3 is a diagram illustrating the arrangement of the electrodes of the
電極対の間に形成される容量素子の静電容量は、測定電極及び駆動電極(電極対)の表面積と、電極間距離と、誘電率とで定まる。誘電率は、空気の誘電率に対して液体(水)の誘電率が十分に大きい。したがって、測定電極及び駆動電極との間の静電容量は、液面に浸漬している表面積、つまり各電極対の下端から液面レベルまでの長さに略比例する。 The capacitance of the capacitance element formed between the electrode pair is determined by the surface area of the measurement electrode and the drive electrode (electrode pair), the distance between the electrodes, and the dielectric constant. The permittivity of the liquid (water) is sufficiently larger than the permittivity of air. Therefore, the capacitance between the measurement electrode and the drive electrode is substantially proportional to the surface area immersed in the liquid surface, that is, the length from the lower end of each electrode pair to the liquid surface level.
本発明に係る水位センサー100の水位検出電極対110は、長手方向を有しており、水位センサー100はこの長手方向を鉛直方向と平行として用いることが想定されている。これにより、水位センサー100の下端部102から上端部103へと上昇する水位に基づく静電容量値を取得する。
The water level
この長手方向に沿ったz座標を仮定し、水位検出電極対110の下端をz=0cmとする。本実施形態では、水位検出電極対110の上端はz=25cmである。すなわち、水位検出電極対110の長さは25cmに設定されている。水位検出電極対110の長さが
これに限定されるわけではないが、道路の冠水による水位を計測するためには実務的に好適な長さである。
Assuming the z coordinate along this longitudinal direction, the lower end of the water level
第1参照電極対111は、水位検出電極対110の下端と同じ高さに下端を有し、水位検出電極対110の長さより短い構成となっている。本実施形態では、第1参照電極対111の下端はz=0cmであり、上端はz=1cmである。すなわち、第1参照電極対111の長さは1cmに設定されている。
The first reference electrode pair 111 has a lower end at the same height as the lower end of the water level
ただし、第1参照電極対111の長さがこれに限定されるものではない。また、水位検出電極対110の幅と、第1参照電極対111の幅とは等しく設定することは、静電容量値に基づいた水位の算出が簡便となりより好ましいが、必須ではない。
However, the length of the first reference electrode pair 111 is not limited to this. Setting the width of the water level
第2参照電極対112は、水位検出電極対110の上端と同じ高さに下端を有している。本実施形態では、第2参照電極対112の下端はz=25cmであり、上端はz=26cmである。すなわち、第2参照電極対112の長さは1cmに設定されている。第2参照電極対112の長さは、第1参照電極対111の長さと等しく設定されている。
The second
また、第1参照電極対111の幅と、第2参照電極対112の幅は等しいので、第1参照電極対111で検出される静電容量値と、第2参照電極対112で検出される静電容量値とを同列的に扱うことができる。なお、第2参照電極対112の長さも1cmに限定されるものではない。
Further, since the width of the first reference electrode pair 111 is equal to the width of the second
導電ライン115は、水位検出電極対110及び第1参照電極対111及び第2参照電極対112の各電極対それぞれに対して設けられている。これらの導電ライン115は、各電極対から導電ライン引き出し端部105へと導電部を導いている。導電ライン引き出し端部105においては、各導電ライン115は、第1コネクタ151の導電部(不図示)と電気接続がなされている。
The
各電極対、導電ライン115は、例えば、銅などの導電性材料が貼り付けられた樹脂層において、導電性材料を部分的にエッチングして形成することができる。
Each electrode pair and the
図4は水位センサー100の断面構造を示す図である。より具体的には水位センサー100における図3のX−X’に相当する箇所の断面をきってみた図である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of the
水位検出電極対110や導電ライン115は、基材樹脂層134の一方の主面に設けられている。基材樹脂層134の他方の主面にはグランド電極120が設けられている。このグランド電極120は図3においては点線で示されている。このようなグランド電極120が設けられているために、水位センサー100においては、一方の主面に接触する水に基づく静電容量のみを勘案すればよい。
The water level
上記のように水位検出電極対110や導電ライン115が一方の主面に、グランド電極120が他方の主面に設けられた基材樹脂層134は、ホットメルト層が設けられた裏面側樹脂層131及び表面側樹脂層132によってサンドイッチされ、加熱加圧されることで、各電極対や導電ライン115が封止される。前記ホットメルト層が融けて形成された層を、融着樹脂層135として称している。
As described above, the
裏面側樹脂層131、表面側樹脂層132、基材樹脂層134には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)や、ポリエステル、ナイロン、液晶ポリマなど、吸水率の低い絶縁部材を用いることができる。
For the back
表面側樹脂層132は、本発明に係る水位センサー100において水位を計測するためのセンシング面として機能するが、その他の機能を付与することもできる。図5は本発明の実施形態に係る水位センサー100の表面側樹脂層132の利用例を示す図である。図5では、表面側樹脂層132に「災害時避難場所 ○△□小学校」の印刷を施すことによって、広報の利用に供している例を示している。水位センサー100は例えば、電柱等に取り付けて利用することを想定している。このような場合、表面側樹脂層132のスペースを広報用として有効に活用することが可能となる。
The surface
上述したように、本発明に係る水位センサー100は電柱等の街中に既設されている柱状の構造物に取り付けられることが想定されている。このために、裏面側樹脂層131側には粘着層140が設けられている。図6は本発明の実施形態に係る水位検出システム1の設置例を説明する図である。水位センサー100は電柱等の構造物の下方側に当該粘着層140を利用して貼り付けられる。一方、フラットケーブル160を介して水位センサー100に接続されているコントロールボックス170は、例えば締結バンド175などによって、電柱等の構造物の上方側に取り付けられる。
As described above, it is assumed that the
以上のような本発明に係る水位センサー100によれば、低コストでセンサーを製造することが可能となる。また、このような安価な水位センサー100を用いた水位検出システム1は、冠水しやすい道路複数箇所に設置して運用することが可能となる。
According to the
さらに、本発明に係る水位センサー100によれば、粘着層140によって電柱等に貼着させるだけで簡単に設置を行うことが可能となる。
Further, according to the
さらに、本発明に係る水位センサー100によれば、表面側樹脂層132を広報等に利用することが可能となる。
Further, according to the
上記のように構成されてなる本発明に係る水位センサー100と接続されているコントロールボックス170の詳細について、図2のブロック図を参照しつつ説明する。
The details of the
図2において、主制御部180は例えばマイクロコンピューターなどであり、接続される各構成に対して制御指令を送信したり、データを受信したり、演算処理を実行したりするものである。主制御部180は、少なくとも、電極駆動回路185及びデータ通信部187に対してオンオフ指令の制御信号を送信することができるようになっている。
In FIG. 2, a
電極駆動回路185は、水位検出電極対110、第1参照電極対111、第2参照電極対112それぞれの一方の駆動電極に対して、所定の電圧(「駆動信号」とも言う)を印可するものである。電極駆動回路185はこのような駆動信号を、それぞれの電極対に対して選択的に印可することができるようになっている。すなわち、電極駆動回路185は、例えば、第1参照電極対111のみに駆動信号を印可し、水位検出電極対110及び第2参照電極対112に対する駆動信号の印可を停止したり、或いは、水位検出電極対110、第1参照電極対111、第2参照電極対112の全てに対して駆動信号を印可したりすることができるようになっている。
The
主制御部180は、水位検出電極対110、第1参照電極対111、第2参照電極対112で検出され、不図示のAD変換回路でデジタル化された静電容量データ(それぞれ「水位電極静電容量値」、「第1参照電極静電容量値」、「第2参照電極静電容量値」とも言う)を受信する。主制御部180は、受信した各静電容量データを不揮発性の記憶素子であるデータ記憶部186に記憶する。
The
データ通信部187は、無線によってデータを送受することが可能なものであり、主制
御部180によって制御されるようになっている。このデータ通信部187には、WWANを用いることができる。本発明に係る水位検出システム1では、このデータ通信部187によって、主として電極対で検出された静電容量データを、不図示のサーバーなどの情報収集手段に送信することが想定されている。当該サーバーにおいては、受信した静電容量データに基づいて、水位検出システム1が設置されている各所における水位を算出する。
The
バッテリー183は、主制御部180、電極駆動回路185、データ記憶部186、データ通信部187に対して電源を供給するものである。本発明に係る水位検出システム1では、このようなバッテリー183を設けることで、商用電源を利用できない箇所にも設置することが可能となる。一方で、バッテリー183を採用することで交換作業などの保守が必要となる。このような保守作業の頻度は可能な限り少なくすることが好ましいので、本発明に係る水位検出システム1では、バッテリー183の容量を可能な限り節約するような制御処理が採用されている。
The
次に、以上のように構成される水位検出システム1のデータ処理について説明する。図7及び図8は本発明の実施形態に係る水位センサー100による水位検出を説明する図である。図は雨水による水位を計測するために設置された水位センサー100を模式的に示したものである。
Next, data processing of the water
また、図7及び図8などにおいては、水位センサー100における水位検出電極対110、第1参照電極対111、第2参照電極対112が透過的に示されている。
7 and 8, the water level
図7は非降雨時で雨水が存在していない状態を示している。本発明に係る水位検出システム1では、バッテリー183の容量の節約のために、非降雨時においては、第1参照電極対111のみを駆動して、その静電容量をモニターするようになっている。すなわち、非降雨時においては、水位検出電極対110、第2参照電極対112は駆動せず、これらの静電容量を取得しないようになっている。
FIG. 7 shows a state in which no rainwater exists when there is no rainfall. In the water
図9は、図7に示される状態での第1参照電極静電容量値の推移例を示している。図9などの図において、横軸は時間を示しており、縦軸はpF単位の第1参照電極静電容量値を示している。ここで、第1参照電極静電容量値をCr1と記す。図9に示すように、非降雨時においては、第1参照電極静電容量値Cr1は、ほぼ一定の値をとる。 FIG. 9 shows an example of transition of the first reference electrode capacitance value in the state shown in FIG. In figures such as FIG. 9, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the first reference electrode capacitance value in pF. Here, mark the first reference electrode capacitance value C r1. As shown in FIG. 9, when no rainfall occurs, the first reference electrode capacitance value C r1 takes a substantially constant value.
図8は、降雨が始まり雨水がたまりだし、所定の水位が形成されつつある状態を示している。このような状態における第1参照電極静電容量値(Cr1)の推移例を図10に示す。 FIG. 8 shows a state where rainfall has started and rainwater has started to collect, and a predetermined water level is being formed. FIG. 10 shows an example of transition of the first reference electrode capacitance value (C r1 ) in such a state.
雨水の水位の上昇に伴い、図中(A)のタイミングで第1参照電極対111の下端に水位がさしかかると、第1参照電極静電容量値(Cr1)の値は徐々に上昇していく。 When the water level approaches the lower end of the first reference electrode pair 111 at the timing (A) in the figure with the rise of the water level of the rainwater, the value of the first reference electrode capacitance value (C r1 ) gradually increases. Go.
さらなる水位の上昇に伴い、水位が第1参照電極対111の上端を通過し、第1参照電極対111が完全に水没してしまう図中(B)のタイミング以降は、第1参照電極静電容量値(Cr1)の値はほぼ変動することがない。 As the water level further rises, the water level passes through the upper end of the first reference electrode pair 111 and the first reference electrode pair 111 is completely submerged. The value of the capacitance value (C r1 ) hardly fluctuates.
本発明に係る水位検出システム1では、第1参照電極対111が完全に水没する(B)のタイミングを検知するようにしている。そして、これを検知すると、水位検出電極対110や第2参照電極対112による静電容量データの取得を開始し、それに伴いデータ通信部187からのデータ送信も開始するようにしている。このように本発明に係る水位検出システム1においては、第1参照電極対111の完全水没以降のタイミングとなりはじ
めて、水位の検出・送信に必要な全ての機能を実行するようにしているので、バッテリー183の容量を節約することが可能となる。
In the water
なお、水位検出システム1において、データ通信部187による電力の消費割合は特に高く、非降雨時において、基本的にデータ通信部187を停止するようにしておくことで、効果的にバッテリー183の容量を節約することができる。
In the water
次に、上記のような(B)のタイミングを検知するためのデータ処理の一例について説明する。図11は本発明の実施形態に係る水位検出システム1のデータ処理アルゴリズムのフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、主制御部180によって実行されるものである。
Next, an example of data processing for detecting the timing (B) as described above will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating a flowchart of a data processing algorithm of the water
ステップS100でデータ処理が開始される。このようなデータ処理の開始は、例えば、バッテリー183の交換直後などのタイミングである。
Data processing is started in step S100. The start of such data processing is, for example, immediately after the replacement of the
ステップS101では、第1参照電極対111から第1参照電極静電容量値(Cr1)を取得し、ステップS102では、データ記憶部186にこれを記憶する。
In step S101, the first reference electrode capacitance value (C r1 ) is obtained from the first reference electrode pair 111, and in step S102, this is stored in the
続く、ステップS103では、データ記憶部186に記憶された静電容量値に基づきAvg1(Cr1)、Avg2(Cr1)、Avg3(Cr1)を算出する。
Subsequently, in step S103, the
Avg1(Cr1)は、現在の時間からT1時間前までの、第1参照電極静電容量値(Cr1)の平均値であり、また、Avg2(Cr1)は、現在の時間からT2時間前までの、第1参照電極静電容量値(Cr1)の平均値であり、また、Avg3(Cr1)は、現在の時間からT3事件前までの、第1参照電極静電容量値(Cr1)の平均値である。ここで、T1<T2<T3である。(T1、T2、T3のおよその時間の目安については、図9、図10を参照
。)
続いて、ステップS104では、
|Avg1(Cr1)−Avg2(Cr1)|<δ
かつ
Avg1(Cr1)−Avg3(Cr1)>ΔC
を満足するか否かが判定される。
Avg1 (C r1 ) is the average value of the first reference electrode capacitance value (C r1 ) from the current time to T 1 hours before, and Avg2 (C r1 ) is Tg from the current time. The average value of the first reference electrode capacitance value (C r1 ) up to two hours before, and Avg3 (C r1 ) is the first reference electrode capacitance value from the current time to before the T 3 incident. This is the average value of the capacitance value (C r1 ). Here, T 1 <T 2 <T 3 . (Refer to FIG. 9 and FIG. 10 for approximate times of T 1 , T 2 , and T 3. )
Subsequently, in step S104,
| Avg1 (C r1) -Avg2 ( C r1) | <δ
And Avg1 (C r1) -Avg3 (C r1)> ΔC
Is determined.
ここで、δは微小な値であり、Avg1(Cr1)の値も、Avg2(Cr1)の値もほぼ差異がないことを確認するために用いられる値である。 Here, [delta] is a small value, the value of Avg1 (C r1) is also a value used to confirm that almost no difference also values Avg2 (C r1).
|Avg1(Cr1)−Avg2(Cr1)|<δが満たされる場合、Avg1(Cr1)の値も、Avg2(Cr1)の値もほぼ差異がないことを意味している。 | Avg1 (C r1) -Avg2 ( C r1) | If <[delta] is satisfied, the value of Avg1 (C r1), which means that almost no difference also values Avg2 (C r1).
また、ΔCは所定の定数であり、Avg1(Cr1)とAvg3(Cr1)との差分の値でみて、第1参照電極対111が完全に水没したものと断定するための値である。ΔCの値は、T1、T2、T3の時間の長さ設置で変わり得るものであるが、ΔCの値のイメージが
図10に示されている。
Avg1(Cr1)−Avg3(Cr1)>ΔCが満たされる場合、第1参照電極静電容量値(Cr1)に所定以上の上昇があったことを意味している。
ΔC is a predetermined constant, and is a value for determining that the first reference electrode pair 111 is completely submerged in view of the value of the difference between Avg1 (C r1 ) and Avg3 (C r1 ). The value of ΔC can be changed by setting the time lengths of T 1 , T 2 and T 3 , and an image of the value of ΔC is shown in FIG.
Avg1 If (C r1) -Avg3 (C r1 )> ΔC is satisfied, which means that there is more than a predetermined increase in the first reference electrode capacitance value (C r1).
図9に示すように第1参照電極静電容量値(Cr1)が推移している場合は、ステップS104における判定がNOとなる。ステップS104における判定がNOの場合には、ステップS101に戻る。 As shown in FIG. 9, when the first reference electrode capacitance value (C r1 ) is changing, the determination in step S104 is NO. If the determination in step S104 is NO, the process returns to step S101.
一方、図10に示すように第1参照電極静電容量値(Cr1)が推移している場合は、ステップS104における判定がYESとなる。この場合は、ステップS105に進み、水位検出電極対110に対する電極駆動回路185をオンとし、水位検出電極対110による検出を開始する。さらに、ステップS106に進み、第2参照電極対112に対する電極駆動回路185をオンとし、第2参照電極対112による検出を開始する。
On the other hand, when the first reference electrode capacitance value (C r1 ) is changing as shown in FIG. 10, the determination in step S104 is YES. In this case, the process proceeds to step S105, where the
次のステップS107においては、第1参照電極対111から第1参照電極静電容量値(Cr1)、水位検出電極対110から水位検出電極静電容量値(C0という)、第2参照
電極対112から第2参照電極静電容量値(Cr2という)を取得し、これらの各データを、オンとしたデータ通信部187によって前記のサーバーに対して送信する。
In the next step S107, the first reference electrode pair 111 to the first reference electrode capacitance value (C r1 ), the water level
ステップS107における静電容量値の計測は、第1参照電極対111が水没した以降の、例えば図12に示すような状況が想定されるものである。このような状況では、水位検出電極対110は長さ(x)の水没部を有し、長さ(25−x)の非水没部を有した状態で、水位検出電極静電容量値(C0)が出力される。このときサーバー側では、水没部
のxの較正のために、第1参照電極静電容量値(Cr1)を用い、また、非水没部の(25−x)の較正のために、第2参照電極静電容量値(Cr2)を用いて、水位に関連するxを算出するようになっている。
The measurement of the capacitance value in step S107 assumes a situation as shown in FIG. 12 after the first reference electrode pair 111 is submerged. In such a situation, the water level
なお、降雨下では、水位検出電極対110の非水没部には、雨滴が付着している状態が想定されるが、そのことは第2参照電極対112についても同様であるので、第2参照電極対112による第2参照電極静電容量値(Cr2)が前記のような較正に用いることができるのである。
In addition, under rainfall, it is assumed that raindrops are attached to the non-submerged portion of the water level
ここで、本発明に係る水位検出システム1において、水位検出電極静電容量値(C0)
、第1参照電極静電容量値(Cr1)、第2参照電極静電容量値(Cr2)を用いて、水位に関連するxを算出する原理について説明する。図16は水位検出電極対110の等価回路を説明する図である。
Here, in the water
The principle of calculating x relating to the water level using the first reference electrode capacitance value (C r1 ) and the second reference electrode capacitance value (C r2 ) will be described. FIG. 16 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the water level
水位検出電極対110が水没している部分xの静電容量をC1とし、水位検出電極対1
10が水没していない部分(25−x)の静電容量をC2とすると、水位検出電極静電容
量値C0は、静電容量C1と静電容量C2と並列接続とみることができるので、
C0=C1+C2・・・・(1)
計測される水位検出電極静電容量値C0は、xの関数C0=C0(x)であり、このC0(x)は、
ε1:水没部の単位長さ[cm]当たりの電極間の誘電率
ε2:非水没部の単位長さ[cm]当たりの電極間の誘誘電率
とすると、
C0(x)= =ε1x+ε2(25−x)・・・・(2)
が成立する。
The capacitance of the portion x where the water level
10 is not submerged portion capacitance of (25-x) When C 2, the water level detecting electrode capacitance value C 0, it regarded as the capacitance C 1 and the capacitance C 2 connected in parallel So you can
C 0 = C 1 + C 2 (1)
The measured water level detection electrode capacitance value C 0 is a function C 0 = C 0 (x) of x, and this C 0 (x) is
ε 1 : dielectric constant between electrodes per unit length [cm] of submerged part ε 2 : dielectric constant between electrodes per unit length [cm] of non-submerged part
C 0 (x) == ε 1 x + ε 2 (25−x) (2)
Holds.
誘電率ε1は第1参照電極静電容量値(Cr1)に基づいて求めることができ、誘電率ε2は第2参照電極静電容量値(Cr2)に基づいて求めることができ、さらにC0(x)は計
測することができるので、(2)を解くことによって、水位検出電極対110の水没部の長さxを算出することができる。
The permittivity 1 1 can be obtained based on the first reference electrode capacitance value (C r1 ), the permittivity 2 2 can be obtained based on the second reference electrode capacitance value (C r2 ), Furthermore, since C 0 (x) can be measured, the length x of the submerged portion of the water level
なお、本実施形態においては、第2参照電極対112を設けて第2参照電極静電容量値Cr2を計測し、これに基づいて誘電率ε2を算出しているが、第2参照電極対112は基
本的に空気中に露出しているだけであると考え、仮に誘電率ε2が一定であるものとする
と、第2参照電極対112を省略することも可能である。本発明においては、このように
第2参照電極対112が省略された実施形態もその範疇に含まれるものである。
In the present embodiment, the second
誘電率(比誘電率)とは、気体、液体、固体を問わず、媒質の持つ基本的な電気的定数である。 The dielectric constant (relative dielectric constant) is a basic electrical constant of a medium irrespective of gas, liquid, or solid.
真空状態の誘電率εは1.0である。空気の場合はε2≒1.0であり、水の場合はε1≒80.4(20℃)の誘電率を有している。 The dielectric constant ε in a vacuum state is 1.0. In the case of air, ε 2 ≒ 1.0, and in the case of water, ε 1 ≒ 80.4 (20 ° C.).
拠って、水没している部位と水没していない部位において、誘電率が約80倍異なるので、静電容量測定を通じて誘電率の変化による水位の測定が可能になる。 Therefore, since the dielectric constant of the submerged part and the non-submerged part is different by about 80 times, it is possible to measure the water level by changing the dielectric constant through the capacitance measurement.
一方、水は温度により誘電率が変化するので正確に水位を測定するには何らかの補正手段が必要である。本実施例では第1参照電極を用いてε1を補正している。しかし、空気
の場合の誘電率ε2は、温度依存性が少ないので補正を省くこともできる。
On the other hand, since the permittivity of water changes depending on the temperature, some corrective means is required to accurately measure the water level. In this embodiment, ε 1 is corrected using the first reference electrode. However, the correction of the dielectric constant ε 2 in the case of air can be omitted because the temperature dependency is small.
ただし、第2参照電極対112を設けた実施形態に依れば、浸水水位に係る情報に加えて降雨中であるか否かの情報なども取得することが可能である、というメリットはある。
However, according to the embodiment in which the second
ステップS107では、さらに、取得した静電容量値(静電容量データ)を、データ通信部187からサーバー側に送信する処理も実行される。その際、送信されるデータについて説明する。図13はデータ通信部187から送信されるデータD0の構造例を示す図
である。
In step S107, a process of transmitting the acquired capacitance value (capacitance data) from the
データ通信部187から送信されるデータD0には、データD1 「自機IDデータ(XXXXX)」が含まれている。それぞれの水位検出システム1に対しては、唯一無二のIDがふられており、データD1 にはこのIDが記述されている。これにより、前記のサ
ーバー側では、どの場所に設置された水位検出システム1から送信された情報であるのかを把握することができる。
Data D 0 transmitted from
また、データ通信部187から送信されるデータD0には、データD2 「日付データ(yyyy/mm/dd)」、データD3 「時間データ(hh:mm:ss)」が含まれ
ている。ステップS107において、水位検出電極対110、第1参照電極対111、第2参照電極対112からデータ取得する頻度は、例えば、1分に1回程度の頻度とすることができる。このために、データ通信部187から送信されるデータには、このような日付データD2時間データD3が含まれる。
The data D 0 transmitted from the
また、データ通信部187から送信されるデータD0には、データD4 「第1参照電極静電容量データ(Cr1)」、データD5 「水位検出電極静電容量データ(C0)」、データD6 「第2参照電極静電容量データ(Cr2)」が含まれている。これらのデータによ
り、前記のサーバーでは、水位検出システム1が設置されている場所における水位を算出することが可能となる。
The data D 0 transmitted from the
ステップS108においては、|Avg1(Cr1)−Avg2(Cr1)|<δ1である
か否かが判定される。ここで、δ1は微小な値であり、Avg1(Cr1)の値も、Avg
2(Cr1)の値もほぼ差異がないことを確認するために用いられる値である。
In step S108, | Avg1 (C r1) -Avg2 (C r1) | < whether [delta] 1 is determined. Here, δ 1 is a minute value, and the value of Avg1 (C r1 ) is also Avg1 (C r1 ).
The value of 2 (C r1 ) is also a value used to confirm that there is almost no difference.
|Avg1(Cr1)−Avg2(Cr1)|<δ1が満たされる場合、Avg1(Cr1)
の値も、Avg2(Cr1)の値もほぼ差異がないことを意味している。このステップでは、図14のように水位が減少して、第1参照電極対111が水没しない状態となったか否かを判定している。
| Avg1 (C r1) -Avg2 ( C r1) | If <[delta] 1 is satisfied, Avg1 (C r1)
Means that there is almost no difference in the value of Avg2 (C r1 ). In this step, it is determined whether the water level has decreased as shown in FIG. 14 and the first reference electrode pair 111 has not been submerged.
ステップS108における判定結果がNOであれば、雨水の水位が引いていないことを意味しているので、ステップS107に戻り、全ての電極対による計測を継続する。 If the decision result in the step S108 is NO, it means that the water level of the rainwater is not lowered, so the process returns to the step S107 and the measurement by all the electrode pairs is continued.
一方、ステップS108における判定結果がYESであれば、雨水の水位が引いて、第1参照電極対111が水没状態から脱したことを意味する。この場合、続いて、ステップS109に進み、水位検出電極対110及び第2参照電極対112による検出を停止(すなわち、電極駆動回路185による水位検出電極対110及び第2参照電極対112に対する駆動電圧の印加停止)し、さらにデータ通信部187からのデータ送信も停止する。
On the other hand, if the decision result in the step S108 is YES, it means that the water level of the rainwater has dropped and the first reference electrode pair 111 has escaped from the submerged state. In this case, subsequently, the process proceeds to step S109, in which the detection by the water level
以上のように、本発明に係る水位検出システム1によれば、非降雨時で水位が0である際には、検出が不要な電極対に対する給電を行わず、バッテリー183の容量の消費を抑制することができ、バッテリー183の交換のための保守作業の頻度を抑制することが可能となると共に、降雨時にバッテリー183の容量が使い尽くされ水位情報を取得できなくなる確率を抑制することも可能となる。
As described above, according to the water
さらに、本発明に係る水位検出システム1によれば、バッテリーの容量の消費が激しいデータ通信部187の駆動を、降雨時のみに限定することができ、さらなるバッテリー183の容量の消費抑制を実現できる。
Furthermore, according to the water
なお、図11に示したフローチャートにおいては、水位検出電極対110や第2参照電極対112が水没してしまうことは想定していない。しかしながら、水位検出電極対110や第2参照電極対112が水没する可能性があるような場合には、それぞれの電極対において、図10に示すような静電容量データの推移を検知することで、それぞれの水没を把握することが可能である。
Note that the flowchart shown in FIG. 11 does not assume that the water level
また、水位検出システム1の設置箇所において、25cm以上の水位上昇が予想されるような場合には、水位センサー100を多段で用いるようにすることができる。図15は水位センサー100を多段で用いた水位検出を示す図である。すなわち、下方側に設けられた水位センサー100における水位検出電極対110の上端の高さが、上方側に設けられた水位センサー100’における水位検出電極対110’の下端の高さと等しくなるように配置することにより、25cm以上の水位の計測が可能となる。
Further, in a case where a rise in the water level of 25 cm or more is expected at the installation location of the water
1・・・水位検出システム
100・・・水位センサー
102・・・下端部
103・・・上端部
105・・・導電ライン引き出し端部
110・・・水位検出電極対
111・・・第1参照電極対
112・・・第2参照電極対
115・・・導電ライン
120・・・グランド電極
131・・・裏面側樹脂層
132・・・表面側樹脂層
134・・・基材樹脂層
135・・・融着樹脂層
140・・・粘着層
151・・・第1コネクタ
160・・・フラットケーブル
170・・・コントロールボックス
172・・・第2コネクタ
175・・・締結バンド
180・・・主制御部
183・・・バッテリー
185・・・電極駆動回路
186・・・データ記憶部
187・・・データ通信部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記水位検出電極対の下端と同じ高さに下端を有し、前記水位検出電極対の長さより短い第1参照電極対と、
前記水位検出電極対と前記第1参照電極対とに対して選択的に駆動信号を印可後増幅する電極駆動回路と、
前記水位検出電極対と前記第1参照電極対それぞれの電極対間の静電容量値を記憶するデータ記憶部と、
前記電極駆動回路に対してオンオフ指令を出力する主制御部と、を有し、
前記主制御部は、前記データ記憶部に記憶される前記第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記水位検出電極対に対して駆動信号を印可するかを決定し、前記電極駆動回路にオンオフ指令を出力することを特徴とする水位検出システム。 A water level detection electrode pair whose longitudinal direction is arranged vertically,
A first reference electrode pair having a lower end at the same height as the lower end of the water level detection electrode pair, and having a shorter length than the length of the water level detection electrode pair,
An electrode drive circuit for selectively amplifying after applying a drive signal to the water level detection electrode pair and the first reference electrode pair,
A data storage unit for storing a capacitance value between the electrode pair of the water level detection electrode pair and each of the first reference electrode pair,
A main control unit that outputs an on / off command to the electrode drive circuit,
The main control unit determines whether to apply a drive signal to the water level detection electrode pair based on a capacitance value of the first reference electrode pair stored in the data storage unit, and A water level detection system which outputs an on / off command to a circuit.
前記主制御部は、前記データ記憶部に記憶される前記第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記データ通信部にオンオフ指令を出力することを特徴とする請求項1に記載の水位検出システム。 Further comprising a data communication unit for transmitting a capacitance value between the electrode pair of the water level detection electrode pair and the first reference electrode pair,
The said main control part outputs an on / off command to the said data communication part based on the electrostatic capacitance value of the said 1st reference electrode pair memorize | stored in the said data storage part, The claim of Claim 1 characterized by the above-mentioned. Water level detection system.
前記電極駆動回路は前記第2参照電極対に対しても選択的に駆動信号を印可し、
前記データ記憶部は前記第2参照電極対の電極対間の静電容量値を記憶し、
前記主制御部は、前記データ記憶部に記憶される前記第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記第2参照電極対に対しても駆動信号を印可するかを決定し、前記電極駆動回路にオンオフ指令を出力することを特徴とする請求項1に記載の水位検出システム。 A second reference electrode pair having a lower end at the same height as the upper end of the water level detection electrode pair and having the same length as the first reference electrode pair,
The electrode drive circuit selectively applies a drive signal to the second reference electrode pair,
The data storage unit stores a capacitance value between the electrode pair of the second reference electrode pair,
The main control unit determines whether to apply a drive signal also to the second reference electrode pair based on the capacitance value of the first reference electrode pair stored in the data storage unit, The water level detection system according to claim 1, wherein an on / off command is output to the electrode drive circuit.
前記主制御部は、前記データ記憶部に記憶される前記第1参照電極対の静電容量値に基づいて、前記データ通信部にオンオフ指令を出力することを特徴とする請求項3に記載の水位検出システム。 A data communication unit that transmits a capacitance value between the electrode pair of the water level detection electrode pair, the first reference electrode pair, and the second reference electrode pair,
The said main control part outputs an on / off command to the said data communication part based on the electrostatic capacitance value of the said 1st reference electrode pair memorize | stored in the said data storage part, The claim of Claim 3 characterized by the above-mentioned. Water level detection system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021159282A (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 大和ハウス工業株式会社 | Excrement disposal device |
-
2018
- 2018-06-27 JP JP2018122190A patent/JP2020003307A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021159282A (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 大和ハウス工業株式会社 | Excrement disposal device |
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