JP5448920B2 - ゲート開閉センサ及びゲート開閉監視システム - Google Patents

Description

本発明は、水門や樋門等のゲートの開閉を検知するゲート開閉センサ及びこのゲート開閉センサからの光出力に基づいてゲートの開閉状態を監視するゲート開閉監視システムに関する。

国が管理する河川に設置されている樋門、水門等のゲートの開閉監視に関する分野においては、ＩＴＶカメラや目視による監視では、コスト面や地域住民の協力が不可欠であること等、さまざまな問題がある。そこで、水路ゲートの開閉状態を監視する技術として、光接点を利用した方法が提案されている（例えば、特許文献１）。ここで、光接点とは、ゲートの開閉状態に応じて光ファイバに出射する光を制御する（例えば、光出力のオン／オフを制御する）構成を有するものの総称である。

特許文献１では、一例としてファラデー素子型の光接点を利用したゲート開閉監視システムが開示されている。具体的には、図４に示すように、光ファイバ２の一端に光接点１を設け、この光接点１をゲート５近くの支柱等の支持部材（図示略）に設置し、永久磁石３をゲート５に設置してゲート開閉監視システムを構築している。
このようなゲート開閉監視システムにおいて、磁石３により光接点１に付与される磁界は、光接点１に磁石３が接近したとき（ゲート閉状態）に大きくなり、遠ざかったとき（ゲート開状態）に小さくなる。光接点１は、磁界の強さに応じて光の偏光面を回転させるというファラデー素子の性質を利用して、ゲートの開閉状態に応じて光ファイバ１に出射する光のオン／オフを制御する。すなわち、ゲート開閉監視システムでは、光接点１から光ファイバ２に出射される光の有無に基づいてゲートの開閉状態が判断される。

特許第３６４３７３８号公報

ところで、特許文献１に記載のゲート開閉監視システムにおいて、上下に移動するゲート５に設置されている永久磁石３は、光接点１に付与される磁界の強さがゲートの開閉状態に対応するように、磁力の影響範囲内（磁石３により光接点１に磁界が付与される範囲）で正常に稼動する必要がある。
しかしながら、稼動年月の経過に伴う支柱部材やゲート等の設備の老朽化又は風雨等の影響により、磁力の影響範囲内で正常に稼動しなくなるという問題が生じることがある。例えば、ファラデー素子に付与される磁界の強さは、磁石３との相対距離が数ｃｍずれただけでも著しく変動するため、ゲート５のがたつきをゲート５の開閉状態が変化したものとして誤って判断してしまうことがある。そこで、かかる問題を解決するためのゲート開閉監視システムが要求されている。

本発明は、光接点を利用したゲート開閉センサ及びゲート開閉監視システムにおいて、ゲートの開閉状態を正確に監視できる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、磁界の強さに応じて光ファイバに出射する光を制御する光接点と、
前記光接点に一定の磁界を付与する磁界発生部と、
前記磁界発生部により前記光接点に付与される磁界を、水門や樋門等のゲートの開閉状態に応じて遮蔽する磁界遮蔽部と、を備え、
前記光接点と前記磁界発生部は、前記ゲートの開閉状態に関わらず一定の離間距離を保持するように設置されることを特徴とするゲート開閉センサである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のゲート開閉センサにおいて、前記光接点は、光源から出射された光の偏波面を磁界の強さに応じて回転させるファラデー素子と、
ファラデー素子を通過した光を遮断可能な偏光子と、を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のゲート開閉センサにおいて、前記磁界遮蔽部は、前記光接点と前記磁界発生部とを物理的に隔離可能な板状部材であり、前記ゲートの開閉に連動して移動することにより前記光接点に付与される磁界を遮蔽することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のゲート開閉センサにおいて、前記磁界遮蔽部は、磁性体材料で構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のゲート開閉センサと、
このゲート開閉センサから出射された光を受光することにより前記ゲートの開閉状態を検出する開閉検出装置と、を備えることを特徴とするゲート開閉監視システムである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のゲート開閉監視システムにおいて、前記光接点と前記磁界発生部は、同一の構造物に固定されていることを特徴とする。

本発明に係るゲート開閉センサ及びゲート開閉監視システムによれば、ゲートの開閉状態を正確に監視することができるとともに、稼動年月の経過とは無関係に信頼性を向上することができる。

本発明に係るゲート開閉センサの概要を示す説明図である。 ファラデー素子型の光接点の内部構成の一例を示す説明図である。 ゲート開閉センサの具体的な実装態様の一例を示す説明図である。 従来のゲート開閉センサの概要を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るゲート開閉センサの概要を示す説明図である。図１では、一例として引上式ゲートの水門１００について示している。つまり、図１に示す水門１００では、引き上げ機構７によりゲート５を開閉（昇降）することにより河川等の流路の水位が調整される。

図１に示すように、ゲート開閉センサ１０は、光ファイバ２に光を出射する光接点１と、所定の磁界を発生する磁石３と、光接点１に付与される磁界をゲート５の開閉状態に応じて遮蔽する遮蔽板４と、を備えて構成される。

光接点１は、図２に示すように、例えば、光ファイバ２から出射された光Ｌｉを平行光にするコリメートレンズ１１、特定の直線偏光だけを透過する偏光子１２、磁界の強さに応じて光の偏波面を回転させるファラデー素子１３、ファラデー素子１３を透過した光を反射する反射ミラー１４、を備えて構成されている。

ファラデー素子１３は、例えば、磁石３により磁界Ｂが付与されたときに光の偏波面を４５°回転させるように構成されている。
このように構成すると、ファラデー素子１３に磁界Ｂが付与されたとき、偏光子１２を透過した偏光の偏波面はファラデー素子１３を透過する際に４５°回転する。そして、この透過光は反射ミラー１４で反射され、ファラデー素子１３を再度透過する際にさらに４５°回転する。つまり、ファラデー素子１３に磁界Ｂが付与されると、光ファイバ２から出射され偏光子１２を透過した偏光の偏波面は結果として９０°回転するため、復路で偏光子１２に吸収され、光ファイバ２には出射されない。
一方、ファラデー素子１３に磁界が付与されなければ、偏光子１２を透過した偏光の偏波面はファラデー素子１３を透過する際に回転しないので、反射ミラー１４で反射され、そのまま偏光子１２を透過して光ファイバ２に出射されることとなる。

光ファイバ２の一端には光接点１が接続され、他端には光接点１から出射される光（反射光）を受光することによりゲート５の開閉状態を検出する開閉検出装置（図示略）が接続されている。すなわち、この開閉検出装置とゲート開閉センサ１０により本発明に係るゲート開閉監視システムが構成される。開閉検出装置には光源が内蔵されており、この光源からの光が光ファイバ２を介して光接点１に出射されるようになっている。
光ファイバ２には既設の光ファイバ網を利用することができる。したがって、水門の近傍まで光ファイバ網が敷設されていれば、ゲート開閉センサ１０を容易に適用することができる。

光接点１と磁石３は、ゲートの開閉状態に関わらず一定の離間距離を保持するように支持部６に設置される。例えば、水門本体を構成する壁体などの構造物が支持部６となる。光接点１と磁石３の離間距離は常に一定に保持されているので、磁界Ｂを遮蔽するものがなければ、磁石３により光接点１に一定の磁界Ｂが付与されることとなる。
遮蔽板４は、例えば、鉄、ニッケルなどの磁性体材料で構成され、光接点１と磁石３との間に配置される。すなわち、遮蔽板４は、両者を物理的かつ磁気的に隔離可能となっている。

図３は、ゲート開閉センサ１０の具体的な実装態様の一例を示す説明図である。図３には、水門１００を上方から見た平面図を示している。
図３に示すように、光接点１と磁石３は、水門本体を構成する壁体などの同一構造物（支持部）６に固定される。遮蔽板４は、例えば、鉄製又はニッケル製の板状部材を折り曲げて平面視カギ状に加工されている。そして、この遮蔽板４は、一方の面が光接点１と磁石３との間に介在するように、他方の面の側辺がゲート５に固着されている。

ここで、遮蔽板４の形状及び大きさ、並びに取付位置は、少なくともゲート５が閉状態となっている場合にゲート５のがたつきにより光接点１に付与される磁界が変動しないように、すなわち閉状態ではゲート５のがたつきに関係なく磁界が完全に遮蔽されるように設計されるのが望ましい。

図１（ａ）に示すように、ゲート５が閉状態となっている場合には、対向配置された光接点１と磁石３との間に遮蔽板４が介在することとなるので、光接点１に磁界は全く付与されない。そして、光接点１（ファラデー素子１３）に磁界が全く付与されなければ光接点１から光ファイバ２に最大強度の光が出射されるので、開閉検出装置では、最大強度の光を受光したときをゲート閉状態として検出する。

一方、図１（ｂ）に示すように、ゲート５が完全な開状態の場合には、遮蔽板４が上方に位置し、光接点１と磁石３との間に遮蔽板４が介在しない状態となるので、光接点１に磁界Ｂが付与される。ここで、完全な開状態とは、光接点１に付与される磁界が磁界Ｂとなった状態であり、ゲート５が上昇又は下降するにつれて光接点１に付与される磁界が徐々に変動する状態と区別している。
そして、光接点１（ファラデー素子１３）に磁界Ｂが付与されると光接点１から光ファイバに光は出射されないので、開閉検出装置では、光を受光しないときをゲート開状態（完全な開状態）として検出する。

上述したように、本実施形態に係るゲート開閉センサ１０は、磁界の強さに応じて光ファイバ２に出射する光を制御する光接点１と、光接点１に一定の磁界Ｂを付与する磁石（磁界発生部）３と、磁石３により光接点１に付与される磁界Ｂをゲート５の開閉状態に応じて遮蔽する遮蔽板（磁界遮蔽部）４と、を備えて構成されている。
そして、光接点１と磁石３は、ゲート５の開閉状態に関わらず一定の離間距離を保持するように設置されている。

このように、ゲート開閉センサ１０では、光接点１と磁石３はゲート５の開閉状態に関わらず一定の離間距離を保持するように設置され、光接点１に付与される磁界Ｂを遮蔽板４により遮蔽するようにしているので、ゲート５の開閉状態を正確に監視することができるとともに、稼動年月の経過とは無関係に信頼性を向上することができる。
具体的には、遮蔽板４の大きさや形状などを適宜設計することで、ゲート閉状態において光接点１に付与される磁界を完全に遮断することは容易に実現できる。この光接点１に磁界が全く付与されない状態、すなわち光接点１から最大強度の光が出射される状態をゲート閉状態に対応させておけば、出射光の強度が低下したときはゲート開状態（完全な位階状態とは限らない）となるので、ゲートの開閉を確実に監視することができる。
また、ゲート開閉センサ１０は簡単な構造により実現されるので、容易に製造できるとともに、水門への実装作業も容易化される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、開閉検出装置に内蔵されている光源を利用し、開閉検出装置で入射光と反射光を比較することによりゲート５の開閉状態を監視するが、光接点１が光源を内蔵する構成とし、この光源から出射される出射光を開閉検出装置で検知することによりゲート５の開閉状態を監視することもできる。
また、光接点１の内部構成は、光接点１から光ファイバ２への光の出射状態とゲート５の開閉状態を対応付けることができれば、特に制限されない。

また、ゲート５が閉状態から完全な開状態に移行する場合、又はその逆の場合、光接点１（ファラデー素子１３）には磁界Ｂよりも弱い磁界が付与されることとなる。このとき、偏光子１２を透過した偏光の偏波面は０〜４５°の範囲で回転することとなるので、光接点１から出射される光の強度はゲート閉状態時の最大強度よりも小さくなる。
したがって、光接点１から光ファイバ２に出射される光の強度により、ゲート５の開度（どれくらい開いているか）を検出することも考えられる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 光接点
２ 光ファイバ
３ 磁石（磁界発生部）
４ 遮蔽板（磁界遮蔽部）
５ ゲート
６ 支持部
７ ゲート引き上げ機構
１０ ゲート開閉センサ
１００ 水門

Claims (6)

1. 磁界の強さに応じて光ファイバに出射する光を制御する光接点と、
   前記光接点に一定の磁界を付与する磁界発生部と、
   前記磁界発生部により前記光接点に付与される磁界を、水門や樋門等のゲートの開閉状態に応じて遮蔽する磁界遮蔽部と、を備え、
   前記光接点と前記磁界発生部は、前記ゲートの開閉状態に関わらず一定の離間距離を保持するように設置されることを特徴とするゲート開閉センサ。
2. 前記光接点は、光源から出射された光の偏波面を磁界の強さに応じて回転させるファラデー素子と、
   ファラデー素子を通過した光を遮断可能な偏光子と、を有することを特徴とする請求項１に記載のゲート開閉センサ。
3. 前記磁界遮蔽部は、前記光接点と前記磁界発生部とを物理的かつ磁気的に隔離可能な板状部材であり、前記ゲートの開閉に連動して移動することにより前記光接点に付与される磁界を遮蔽することを特徴とする請求項１又は２に記載のゲート開閉センサ。
4. 前記磁界遮蔽部は、磁性体材料で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のゲート開閉センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のゲート開閉センサと、
   このゲート開閉センサから出射された光を受光することにより前記ゲートの開閉状態を検出する開閉検出装置と、を備えることを特徴とするゲート開閉監視システム。
6. 前記光接点と前記磁界発生部は、同一の構造物に固定されていることを特徴とする請求項５に記載のゲート開閉監視システム。

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