JPH11201841A - 圧力変化計測装置 - Google Patents
圧力変化計測装置Info
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- JPH11201841A JPH11201841A JP1765498A JP1765498A JPH11201841A JP H11201841 A JPH11201841 A JP H11201841A JP 1765498 A JP1765498 A JP 1765498A JP 1765498 A JP1765498 A JP 1765498A JP H11201841 A JPH11201841 A JP H11201841A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
- G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 海底水流など外部の流動する媒体による温度
環境の急変に伴う影響を排除する。 【解決手段】 圧力変化を検出する感圧部と該感圧部に
対して基準の信号を発生する基準部とを有する圧力変化
計測装置において、感圧部及び基準部に外側容器５１、
６７を設けると共に、感圧部における外側容器５１に
は、外部と連通する小孔５７を設けて該小孔５７を通し
て外部の圧力を伝達し、基準部における外側容器６７
は、内側容器５２との間に外部の媒体を導入して封入す
る。また、円筒形の外側容器５１、６７と、該外側容器
と同軸の円筒形内側容器５２、５３からなり、光共振器
５６、６３を内側容器５２、５３内に取り付け、内側容
器の変形量を計測する。
環境の急変に伴う影響を排除する。 【解決手段】 圧力変化を検出する感圧部と該感圧部に
対して基準の信号を発生する基準部とを有する圧力変化
計測装置において、感圧部及び基準部に外側容器５１、
６７を設けると共に、感圧部における外側容器５１に
は、外部と連通する小孔５７を設けて該小孔５７を通し
て外部の圧力を伝達し、基準部における外側容器６７
は、内側容器５２との間に外部の媒体を導入して封入す
る。また、円筒形の外側容器５１、６７と、該外側容器
と同軸の円筒形内側容器５２、５３からなり、光共振器
５６、６３を内側容器５２、５３内に取り付け、内側容
器の変形量を計測する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基準部と感圧部から構
成し海底に沈設して水圧を計測し津波を計測するのに好
適な圧力変化計測装置に関する。
成し海底に沈設して水圧を計測し津波を計測するのに好
適な圧力変化計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】海域に大地震が発生した場合、極短時間
のうちに沿岸部での津波の高さを推定し、関係地域に伝
達することは、防災上極めて重要である。気象庁の津波
警報システムでは、地震発生後にその位置や大きさから
の経験式に基づいて波高を予測している。このような予
測システムの上に津波による海面上昇の実測値を付加す
れば、予報の精度が格段に向上することになる。
のうちに沿岸部での津波の高さを推定し、関係地域に伝
達することは、防災上極めて重要である。気象庁の津波
警報システムでは、地震発生後にその位置や大きさから
の経験式に基づいて波高を予測している。このような予
測システムの上に津波による海面上昇の実測値を付加す
れば、予報の精度が格段に向上することになる。
【０００３】従来、津波計としては、例えば気象庁のケ
ーブル式海底地震常時観測システムで利用しているもの
がある。これらは水晶振動式の水圧変化計であり、津波
計測上、圧力変化検出のためには十分な分解能を有して
いるが、周辺海水温の変化の影響を受けやすく、現実に
は純粋な圧力変化だけを検出する上で困難がある。ま
た、搬送装置等が必要となり、単独で使用するときは高
価なものとなる。そこで、このような従来の津波計測の
手段に代わるものとして、本発明者が既に提案している
レーザひずみ計（特許第２５６０２６０号）の地中部分
を水圧計として利用し、光ファイバで陸上までデータ伝
送する方式の津波波高検知システムが考えられる。この
システムによれば、高精度、低価格、低維持費のシステ
ムが実現できる。以下に本発明者が既に提案しているレ
ーザひずみ計について説明する。
ーブル式海底地震常時観測システムで利用しているもの
がある。これらは水晶振動式の水圧変化計であり、津波
計測上、圧力変化検出のためには十分な分解能を有して
いるが、周辺海水温の変化の影響を受けやすく、現実に
は純粋な圧力変化だけを検出する上で困難がある。ま
た、搬送装置等が必要となり、単独で使用するときは高
価なものとなる。そこで、このような従来の津波計測の
手段に代わるものとして、本発明者が既に提案している
レーザひずみ計（特許第２５６０２６０号）の地中部分
を水圧計として利用し、光ファイバで陸上までデータ伝
送する方式の津波波高検知システムが考えられる。この
システムによれば、高精度、低価格、低維持費のシステ
ムが実現できる。以下に本発明者が既に提案しているレ
ーザひずみ計について説明する。
【０００４】図４はレーザひずみ計の構成例を示す図、
図５はレーザひずみ計の平面配置例を示す図である。図
において、１は円筒容器、、２はシール部、３は光ファ
イバ、４と９はコリメータ、５と１０はレンズ、６と１
１は直角プリズム、７と１３は凹面鏡ホルダ、８と１２
は凹面鏡を示す。
図５はレーザひずみ計の平面配置例を示す図である。図
において、１は円筒容器、、２はシール部、３は光ファ
イバ、４と９はコリメータ、５と１０はレンズ、６と１
１は直角プリズム、７と１３は凹面鏡ホルダ、８と１２
は凹面鏡を示す。
【０００５】図４において、円筒容器１は、例えば金属
製やセラミック製等、微小なひずみ変化を口径の変化と
して計測できる耐食性のある耐圧容器であればよい。そ
して、円筒容器１の中は、媒体の温度変化による影響を
排除するため、真空状態にするが、地中に埋設する場合
には、比較的温度が安定しているので、不活性ガスを充
填した状態に維持してもよい。
製やセラミック製等、微小なひずみ変化を口径の変化と
して計測できる耐食性のある耐圧容器であればよい。そ
して、円筒容器１の中は、媒体の温度変化による影響を
排除するため、真空状態にするが、地中に埋設する場合
には、比較的温度が安定しているので、不活性ガスを充
填した状態に維持してもよい。
【０００６】基準用共振器は、凹面鏡ホルダ１３により
一定間隔に固定されてセンサ用共振器の近傍に設置され
た対の凹面鏡１２とコリメータ９とレンズ１０と直角プ
リズム１１とからなり、光ファイバ３からコリメータ９
を通してレーザ光を入射させるようにした多重反射のフ
ァブリペロー型干渉計を用いたものである。これに対し
てセンサ用共振器は、凹面鏡ホルダ７により円筒容器１
の内壁に直径方向が光軸になるように固定された対の凹
面鏡８とコリメータ４とレンズ５と直角プリズム６とか
らなり、光ファイバ３からコリメータ４を通してレーザ
光を入射させるようにした多重反射のファブリペロー型
干渉計を用いたものである。そして、対の凹面鏡８の光
軸が互いに異なる方向になるようにして複数のセンサ用
共振器が配置される。
一定間隔に固定されてセンサ用共振器の近傍に設置され
た対の凹面鏡１２とコリメータ９とレンズ１０と直角プ
リズム１１とからなり、光ファイバ３からコリメータ９
を通してレーザ光を入射させるようにした多重反射のフ
ァブリペロー型干渉計を用いたものである。これに対し
てセンサ用共振器は、凹面鏡ホルダ７により円筒容器１
の内壁に直径方向が光軸になるように固定された対の凹
面鏡８とコリメータ４とレンズ５と直角プリズム６とか
らなり、光ファイバ３からコリメータ４を通してレーザ
光を入射させるようにした多重反射のファブリペロー型
干渉計を用いたものである。そして、対の凹面鏡８の光
軸が互いに異なる方向になるようにして複数のセンサ用
共振器が配置される。
【０００７】各共振器を構成する凹面鏡の配置例を示し
たのが図５であり、凹面鏡８−１と８−１′、８−２と
８−２′、８−３と８−３′の対をセンサ用共振器に用
いそれらの光軸が互いに１２０°の方向をなすように円
筒容器１の内壁に固定することによって、同一平面上に
配置することができる。また、凹面鏡９と９′の対を基
準用共振器に用い、これをセンサ用共振器の凹面鏡の間
隙に配置して一定間隔に固定することによって、やはり
同一平面上に配置することができる。
たのが図５であり、凹面鏡８−１と８−１′、８−２と
８−２′、８−３と８−３′の対をセンサ用共振器に用
いそれらの光軸が互いに１２０°の方向をなすように円
筒容器１の内壁に固定することによって、同一平面上に
配置することができる。また、凹面鏡９と９′の対を基
準用共振器に用い、これをセンサ用共振器の凹面鏡の間
隙に配置して一定間隔に固定することによって、やはり
同一平面上に配置することができる。
【０００８】対をなす凹面鏡８、１２には、特に反射率
の高いものを用い、その固定については、平行度の確保
と光軸の一致について、最大限の注意が払われる。凹面
鏡８および直角プリズム６は、凹面鏡ホルダ７により円
筒容器１の内壁にしっかりと取り付けられる。基準用共
振器では、凹面鏡ホルダ１３に熱膨張率の小さい部材を
用い、円筒容器１の変形が対の凹面鏡１２の間の距離に
影響を与えないように配置することは勿論である。
の高いものを用い、その固定については、平行度の確保
と光軸の一致について、最大限の注意が払われる。凹面
鏡８および直角プリズム６は、凹面鏡ホルダ７により円
筒容器１の内壁にしっかりと取り付けられる。基準用共
振器では、凹面鏡ホルダ１３に熱膨張率の小さい部材を
用い、円筒容器１の変形が対の凹面鏡１２の間の距離に
影響を与えないように配置することは勿論である。
【０００９】このレーザひずみ計では、地上にあるレー
ザ発振器からの光が円筒容器１の外側からシール部２を
通して光ファイバ３により内部に導かれる。そして、コ
リメータ４、９で平行にした光束をレンズ５、１０で共
振器（キャビティ）の中に焦点を結ぶようにし、プリズ
ム６、１１で反射させて凹面鏡８、１２の背後から共振
器内部に入射させる。この共振器内に導かれた光は、凹
面鏡８、１２の間の距離に応じた周波数で共振をする。
ザ発振器からの光が円筒容器１の外側からシール部２を
通して光ファイバ３により内部に導かれる。そして、コ
リメータ４、９で平行にした光束をレンズ５、１０で共
振器（キャビティ）の中に焦点を結ぶようにし、プリズ
ム６、１１で反射させて凹面鏡８、１２の背後から共振
器内部に入射させる。この共振器内に導かれた光は、凹
面鏡８、１２の間の距離に応じた周波数で共振をする。
【００１０】図６はレーザひずみ計の地上側信号処理系
の構成例を示す図であり、２１、２４、３０はカップ
ラ、２２、２８、３１、３２はアイソレータ、２３、３
４はレーザ発振器、２５は高速フォトデテクタ、２６は
カウンタ、２７と３５はフィードバック回路、２９と３
３は低速フォトデテクタを示す。
の構成例を示す図であり、２１、２４、３０はカップ
ラ、２２、２８、３１、３２はアイソレータ、２３、３
４はレーザ発振器、２５は高速フォトデテクタ、２６は
カウンタ、２７と３５はフィードバック回路、２９と３
３は低速フォトデテクタを示す。
【００１１】各共振器には、図４に示すように一対の光
ファイバ３が導かれ、各共振器の対をなす２枚の凹面鏡
８、１２に１本ずつ光学的に接続される。そのうち、一
方の光ファイバ３には、図６に示すような外部にあるレ
ーザ発振器２３、３４からのレーザ光が導かれ、他方の
光ファイバ３を通して共振器内の光がフィードバック回
路２７、３５に導かれる。アイソレータ２２、３１は、
地中部の共振器からの逆向きの光が再びレーザ発振器２
３、３４に入るのを防ぐためのものであり、アイソレー
タ２８、３２は、低速フォトデテクタ２９と３３からの
反射光が地中共振器に入るのを防ぐためのものである。
そして、このフィードバック回路２７、３５により、レ
ーザ発振器２３、３４の共振周波数が共振器の共振周波
数と一致するようにレーザ発振器２３、３４のピエゾ素
子を伸縮してレーザ発振器２３、３４の凹面鏡の間隔を
制御している。
ファイバ３が導かれ、各共振器の対をなす２枚の凹面鏡
８、１２に１本ずつ光学的に接続される。そのうち、一
方の光ファイバ３には、図６に示すような外部にあるレ
ーザ発振器２３、３４からのレーザ光が導かれ、他方の
光ファイバ３を通して共振器内の光がフィードバック回
路２７、３５に導かれる。アイソレータ２２、３１は、
地中部の共振器からの逆向きの光が再びレーザ発振器２
３、３４に入るのを防ぐためのものであり、アイソレー
タ２８、３２は、低速フォトデテクタ２９と３３からの
反射光が地中共振器に入るのを防ぐためのものである。
そして、このフィードバック回路２７、３５により、レ
ーザ発振器２３、３４の共振周波数が共振器の共振周波
数と一致するようにレーザ発振器２３、３４のピエゾ素
子を伸縮してレーザ発振器２３、３４の凹面鏡の間隔を
制御している。
【００１２】このようにして制御されレーザ発振器２
３、３４から共振器内に導かれたレーザ光は、カップラ
２１、３０から計測用として取り込まれる。そして、カ
ップラ２４で、これらそれぞれにカップラ３０を通して
取り込まれたセンサ用共振器の光とカップラ２１を通し
て取り込まれた基準用型共振器の光を足し合わせてフォ
トデテクタ２５に作用させ、各センサ用共振器と基準用
型共振器との共振周波数の差をカウンタ２６で検出す
る。したがって、共振周波数の差が３つ得られるので、
これらを利用すると、次のようにひずみ変化が得られ
る。
３、３４から共振器内に導かれたレーザ光は、カップラ
２１、３０から計測用として取り込まれる。そして、カ
ップラ２４で、これらそれぞれにカップラ３０を通して
取り込まれたセンサ用共振器の光とカップラ２１を通し
て取り込まれた基準用型共振器の光を足し合わせてフォ
トデテクタ２５に作用させ、各センサ用共振器と基準用
型共振器との共振周波数の差をカウンタ２６で検出す
る。したがって、共振周波数の差が３つ得られるので、
これらを利用すると、次のようにひずみ変化が得られ
る。
【００１３】３つの共振周波数の差をΔω1 、Δω2 、
Δω3 とすると
Δω3 とすると
【００１４】
【数１】Δω1 ＝ω1 −ωref Δω2 ＝ω2 −ωref Δω3 ＝ω3 −ωref ここでω1 、ω2 、ω3 およびωref は、３つのセンサ
用共振器および基準用共振器の共振周波数であり、ω1
≒ω2 ≒ω3 ≒ωref であることを考えると
用共振器および基準用共振器の共振周波数であり、ω1
≒ω2 ≒ω3 ≒ωref であることを考えると
【００１５】
【数２】Δω1 ／ω1 ＝Δω1 ／ωref ＝−Δｄ1 ／ｄ
→Δｄ1 ＝−（Δω1 ／ωref ）ｄ ここでΔｄ1 はセンサ方向の直径の伸縮量である。同様
に
→Δｄ1 ＝−（Δω1 ／ωref ）ｄ ここでΔｄ1 はセンサ方向の直径の伸縮量である。同様
に
【００１６】
【数３】Δｄ2 ＝−（Δω2 ／ωref ）ｄ Δｄ3 ＝−（Δω3 ／ωref ）ｄ このようにして独立した３直径の変化量が得られるの
で、既に確立されている孔径変化によるひずみ測定理論
に基づき、ひずみ変化の３成分を求めることができる。
で、既に確立されている孔径変化によるひずみ測定理論
に基づき、ひずみ変化の３成分を求めることができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】図７はレーザひずみ計
の津波計への利用例を示す図である。通常、沖合１００
ｋｍから沿岸まで津波が到達するのに１０〜２０分程度
かかるので、図７に示すようにレーザひずみ計の地中部
をレーザ水圧計４１として例えば沖合１００ｋｍの海底
に沈設して、このレーザ水圧計４１と地上のレーザ装置
４３との間を光ファイバ海底ケーブル４２により接続す
ることにより、到達１０〜２０分前に予測が可能な津波
計として利用することができる。
の津波計への利用例を示す図である。通常、沖合１００
ｋｍから沿岸まで津波が到達するのに１０〜２０分程度
かかるので、図７に示すようにレーザひずみ計の地中部
をレーザ水圧計４１として例えば沖合１００ｋｍの海底
に沈設して、このレーザ水圧計４１と地上のレーザ装置
４３との間を光ファイバ海底ケーブル４２により接続す
ることにより、到達１０〜２０分前に予測が可能な津波
計として利用することができる。
【００１８】しかし、上記のレーザひずみ計の場合、例
えば地中に埋め込み地殻の微小なひずみ変化を口径の変
化として計測するのであれば、ボアホール内の温度は非
常に安定しているので問題ないが、これをそのまま津波
計として利用すると海底水流等による水温の変化により
影響を受けるため問題が生じてくる。
えば地中に埋め込み地殻の微小なひずみ変化を口径の変
化として計測するのであれば、ボアホール内の温度は非
常に安定しているので問題ないが、これをそのまま津波
計として利用すると海底水流等による水温の変化により
影響を受けるため問題が生じてくる。
【００１９】すなわち、上記のレーザひずみ計を津波計
として海底に設置した場合、海底水流等により温度環境
が急変することがあると、この温度変化による円筒容器
の熱膨張あるいは収縮による変形が水位変化による変形
と同じ程度になる可能性がある。また、水温変化があっ
てもセンサ共振器の温度変化と基準共振器の温度変化の
両者が同期していれば問題はないが、両者にズレが生じ
るためその影響が無視できなくなる。
として海底に設置した場合、海底水流等により温度環境
が急変することがあると、この温度変化による円筒容器
の熱膨張あるいは収縮による変形が水位変化による変形
と同じ程度になる可能性がある。また、水温変化があっ
てもセンサ共振器の温度変化と基準共振器の温度変化の
両者が同期していれば問題はないが、両者にズレが生じ
るためその影響が無視できなくなる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、海底水流など外部の流動する媒体
による温度環境の急変に伴う影響を排除するものであ
る。
決するものであって、海底水流など外部の流動する媒体
による温度環境の急変に伴う影響を排除するものであ
る。
【００２１】そのために本発明は、圧力変化を検出する
感圧部と該感圧部に対して基準の信号を発生する基準部
とを有する圧力変化計測装置において、感圧部及び基準
部に外側容器を設けると共に、感圧部における外側容器
には、外部と連通する小孔を設けて該小孔を通して外部
の圧力を伝達し、基準部における外側容器は、内側容器
との間に外部の媒体を導入して封入するように構成した
ことを特徴とするものである。また、円筒形の外側容器
と、該外側容器と同軸の円筒形内側容器からなり、内側
容器に光共振器を取り付け内側容器の変形量を計測する
ことを特徴とするものである。
感圧部と該感圧部に対して基準の信号を発生する基準部
とを有する圧力変化計測装置において、感圧部及び基準
部に外側容器を設けると共に、感圧部における外側容器
には、外部と連通する小孔を設けて該小孔を通して外部
の圧力を伝達し、基準部における外側容器は、内側容器
との間に外部の媒体を導入して封入するように構成した
ことを特徴とするものである。また、円筒形の外側容器
と、該外側容器と同軸の円筒形内側容器からなり、内側
容器に光共振器を取り付け内側容器の変形量を計測する
ことを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】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は本発明に係る圧力変化計
測装置の実施の形態を示す図であり、５１、６７は外側
円筒容器、５２、５３は内側円筒容器、５４は内蓋、５
５は光ファイバ、５６はセンサ用共振器、５７は圧力伝
達用小孔、５８は外部連通部、６１はケーブル接続部、
６２はシール部、６３は基準用共振器、６４は封入部、
６５は封入用小孔、６６は封入用栓を示す。
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る圧力変化計
測装置の実施の形態を示す図であり、５１、６７は外側
円筒容器、５２、５３は内側円筒容器、５４は内蓋、５
５は光ファイバ、５６はセンサ用共振器、５７は圧力伝
達用小孔、５８は外部連通部、６１はケーブル接続部、
６２はシール部、６３は基準用共振器、６４は封入部、
６５は封入用小孔、６６は封入用栓を示す。
【００２３】図１において、本発明に係る圧力変化計測
装置は、連結部と該連結部を挟んだ圧力変化を検出する
感圧部と感圧部に対して基準の信号を発生する基準部と
からなり、感圧部と基準部は、外側円筒容器５１、６７
と同軸にそれぞれ内側円筒容器５２、５３を有してい
る。内側円筒容器５２、５３は、連結部側がそれぞれ内
蓋５４で塞がれて外側円筒容器５１、６７に固定され、
内側円筒容器５２、５３の周りの外側円筒容器５１、６
７との間に外部連通部５８又は封入部６４を設けてい
る。外部連通部５８は、感圧部における外側円筒容器５
１に少なくとも１つの圧力伝達用小孔５７を設け、外側
円筒容器５１の外部と連通する空間を形成し、その内側
円筒容器５２の中に反射鏡、プリズム、コリメータを有
するセンサ用共振器５６を設けている。封入部６４は、
基準部における外側円筒容器６７に少なくとも１つの封
入用小孔６５を設け、外部の媒体（海水やガス等）を導
入して封入用栓６６で封入することにより、外側円筒容
器６７の外部と遮断した空間を形成し、その内側円筒容
器５３の中に反射鏡、プリズム、コリメータを有する基
準用共振器６３を設けている。
装置は、連結部と該連結部を挟んだ圧力変化を検出する
感圧部と感圧部に対して基準の信号を発生する基準部と
からなり、感圧部と基準部は、外側円筒容器５１、６７
と同軸にそれぞれ内側円筒容器５２、５３を有してい
る。内側円筒容器５２、５３は、連結部側がそれぞれ内
蓋５４で塞がれて外側円筒容器５１、６７に固定され、
内側円筒容器５２、５３の周りの外側円筒容器５１、６
７との間に外部連通部５８又は封入部６４を設けてい
る。外部連通部５８は、感圧部における外側円筒容器５
１に少なくとも１つの圧力伝達用小孔５７を設け、外側
円筒容器５１の外部と連通する空間を形成し、その内側
円筒容器５２の中に反射鏡、プリズム、コリメータを有
するセンサ用共振器５６を設けている。封入部６４は、
基準部における外側円筒容器６７に少なくとも１つの封
入用小孔６５を設け、外部の媒体（海水やガス等）を導
入して封入用栓６６で封入することにより、外側円筒容
器６７の外部と遮断した空間を形成し、その内側円筒容
器５３の中に反射鏡、プリズム、コリメータを有する基
準用共振器６３を設けている。
【００２４】外部から感圧部のセンサ用共振器５６及び
基準部の基準用共振器６３に接続する光ファイバ５５
は、それぞれ内側円筒容器５２、５３の内蓋５４のシー
ル部６２を通して連結部に導かれ、この連結部からケー
ブル接続部６１を通して外部に引き出される。なお、連
結部、感圧部の内側円筒容器５２の中及び基準部の内側
円筒容器５３の中には、例えば不活性ガスを封入する。
基準部の基準用共振器６３に接続する光ファイバ５５
は、それぞれ内側円筒容器５２、５３の内蓋５４のシー
ル部６２を通して連結部に導かれ、この連結部からケー
ブル接続部６１を通して外部に引き出される。なお、連
結部、感圧部の内側円筒容器５２の中及び基準部の内側
円筒容器５３の中には、例えば不活性ガスを封入する。
【００２５】次に、上記のように構成した本発明に係る
圧力変化計測装置を、例えば海底に沈設して津波計とし
て使用する場合について説明する。まず、設置に際して
基準部の封入用栓６６を外して封入用小孔６５から海水
を封入部６４に導入した後、封入用小孔６５を封入用栓
６６で塞ぐことにより、封入部６４に海水を封入する。
津波計を海底に沈設した場合、基準部における外側から
の圧力変化は、大部分が外側容器に受け止められるた
め、内側容器外側の圧力変化は、たいへん小さなものと
なる。このことにより、基準部の内側容器５３は、外側
円筒容器６７の外部にかかる圧力変化の影響をほとんど
受けないか、あるいは受けるとしてもたいへん小さなも
のとなる。一方、感圧部における内側円筒容器５２は、
その外側が圧力伝達用小孔５７により外側円筒容器５１
の外部と連通して海水が満たされた外部連通部５８で覆
われているため、外部の圧力変化に応じて円筒は変形
し、このときの直径変化をセンサ用共振器５６により検
出することができる。
圧力変化計測装置を、例えば海底に沈設して津波計とし
て使用する場合について説明する。まず、設置に際して
基準部の封入用栓６６を外して封入用小孔６５から海水
を封入部６４に導入した後、封入用小孔６５を封入用栓
６６で塞ぐことにより、封入部６４に海水を封入する。
津波計を海底に沈設した場合、基準部における外側から
の圧力変化は、大部分が外側容器に受け止められるた
め、内側容器外側の圧力変化は、たいへん小さなものと
なる。このことにより、基準部の内側容器５３は、外側
円筒容器６７の外部にかかる圧力変化の影響をほとんど
受けないか、あるいは受けるとしてもたいへん小さなも
のとなる。一方、感圧部における内側円筒容器５２は、
その外側が圧力伝達用小孔５７により外側円筒容器５１
の外部と連通して海水が満たされた外部連通部５８で覆
われているため、外部の圧力変化に応じて円筒は変形
し、このときの直径変化をセンサ用共振器５６により検
出することができる。
【００２６】感圧部の内外円筒間の海水は、小孔で外部
に通じているとはいうものの、孔の径が小さいことによ
り内外海水の交換はたいへん小さい。また、小孔中の水
の熱伝導度は金属よりはるかに小さい。また、感圧部、
基準部とも幾何学的に同じ形状で、感圧部内側円筒に接
する海水と基準部内外円筒間に封入された海水が物性的
にほぼ同じものであることを考えると、外部温度の変動
による内側円筒の温度による膨張あるいは収縮の時間変
化は、基準部も感圧部もほとんど同じ程度であると考え
られる。
に通じているとはいうものの、孔の径が小さいことによ
り内外海水の交換はたいへん小さい。また、小孔中の水
の熱伝導度は金属よりはるかに小さい。また、感圧部、
基準部とも幾何学的に同じ形状で、感圧部内側円筒に接
する海水と基準部内外円筒間に封入された海水が物性的
にほぼ同じものであることを考えると、外部温度の変動
による内側円筒の温度による膨張あるいは収縮の時間変
化は、基準部も感圧部もほとんど同じ程度であると考え
られる。
【００２７】以上をまとめると、外部の圧力変動は、感
圧部内側円筒には及ぶが、基準部内側円筒には及ばな
い。一方、外部の温度変化は、両円筒部分に同じように
及ぶ。この機構により、感圧部内側円筒の内壁の直径変
化から、基準部内側円筒内壁の直径変化を差し引いたも
のは、温度の影響を受けない純粋な圧力変化だけによる
直径変化となる。
圧部内側円筒には及ぶが、基準部内側円筒には及ばな
い。一方、外部の温度変化は、両円筒部分に同じように
及ぶ。この機構により、感圧部内側円筒の内壁の直径変
化から、基準部内側円筒内壁の直径変化を差し引いたも
のは、温度の影響を受けない純粋な圧力変化だけによる
直径変化となる。
【００２８】以上のことを式で表すと以下のようにな
る。ある基準状態での感圧部及び基準部の内側円筒内径
をＤとする。あるとき、外部海水の温度及び圧力がステ
ップ的にΔＴ、ΔＰだけ変化したとする。このとき、感
圧部及び基準部の内側円筒内径をＤｓ、Ｄｒとすると、
る。ある基準状態での感圧部及び基準部の内側円筒内径
をＤとする。あるとき、外部海水の温度及び圧力がステ
ップ的にΔＴ、ΔＰだけ変化したとする。このとき、感
圧部及び基準部の内側円筒内径をＤｓ、Ｄｒとすると、
【００２９】
【数４】 Ｄｓ＝Ｄ（１＋Ａｓ（ｔ）ΔＴ）（１−ＢｓΔＰ） Ｄｒ＝Ｄ（１＋Ａｒ（ｔ）ΔＴ）（１−ＢｒΔＰ） となる。
【００３０】ここで、Ａｓ（ｔ）及びＡｒ（ｔ）は、感
圧部及び基準部内側円筒が過渡的に温度変化によりどの
ように膨張するかを示す係数（時間の関数）であり、最
終的には円筒構成材料の線熱膨張係数に一致するもので
ある。前述のように感圧部外側円筒に小孔があるもの
の、外から内への熱の伝わり方に大きな影響は与えな
い。従って、
圧部及び基準部内側円筒が過渡的に温度変化によりどの
ように膨張するかを示す係数（時間の関数）であり、最
終的には円筒構成材料の線熱膨張係数に一致するもので
ある。前述のように感圧部外側円筒に小孔があるもの
の、外から内への熱の伝わり方に大きな影響は与えな
い。従って、
【００３１】
【数５】Ａｓ（ｔ）＝Ａｒ（ｔ）＝Ａ（ｔ） と考えてよい。
【００３２】また、Ｂｓ、Ｂｒは、圧力による内側円筒
の縮み方を示す係数であるが、前述のようにＢｒは、た
いへん小さいか０に近いので、
の縮み方を示す係数であるが、前述のようにＢｒは、た
いへん小さいか０に近いので、
【００３３】
【数６】Ｂｓ≫Ｂｒ である。式〔数５〕の関係を式〔数４〕に入れることに
より、感圧部と基準部の内側円筒内径の差は、
より、感圧部と基準部の内側円筒内径の差は、
【００３４】
【数７】Ｄｓ−Ｄｒ＝−Ｄ（１＋Ａ（ｔ）ΔＴ）（Ｂｓ
−Ｂｒ）ΔＰ となる。Ａ（ｔ）の最大値が線熱膨張係数α（≒１
０-5）であり、１に比べてたいへん小さいことを考えた
上で、〔数６〕を〔数７〕に入れると、
−Ｂｒ）ΔＰ となる。Ａ（ｔ）の最大値が線熱膨張係数α（≒１
０-5）であり、１に比べてたいへん小さいことを考えた
上で、〔数６〕を〔数７〕に入れると、
【００３５】
【数８】Ｄｓ−Ｄｒ＝−ＢｓΔＰ となる。ここで、Ｂｓは、計算や圧力変化による検定に
基づき決定できる。このように実際の観測により（Ｄｓ
−Ｄｒ）を得ることにより、温度の影響のないΔＰを知
ることができる。
基づき決定できる。このように実際の観測により（Ｄｓ
−Ｄｒ）を得ることにより、温度の影響のないΔＰを知
ることができる。
【００３６】図２は本発明に係る圧力変化計測装置の他
の実施の形態を示す図、図３は本発明に係る圧力変化計
測装置の変形例を示す図であり、７１、８８は外側円筒
容器、７２、７３は内側円筒容器、７４は内蓋、７５は
外蓋、７６はセンサ用共振器、７７は圧力伝達用小孔、
７８は外部連通部、７９、８７はガス封入部、８０は光
ファイバ、８１はケーブル接続部、８２はシール部、８
３は基準用共振器、８４は封入部、８５は封入用小孔、
８６は封入用栓を示す。
の実施の形態を示す図、図３は本発明に係る圧力変化計
測装置の変形例を示す図であり、７１、８８は外側円筒
容器、７２、７３は内側円筒容器、７４は内蓋、７５は
外蓋、７６はセンサ用共振器、７７は圧力伝達用小孔、
７８は外部連通部、７９、８７はガス封入部、８０は光
ファイバ、８１はケーブル接続部、８２はシール部、８
３は基準用共振器、８４は封入部、８５は封入用小孔、
８６は封入用栓を示す。
【００３７】この実施の形態は、中間の連結部ではな
く、基準部の連結部と反対側に光ファイバを引き出すた
めのケーブル接続部８１を設けたものであり、感圧部の
内側円筒容器７２、基準部の内側円筒容器７３、連結部
の空間を一体にして、例えば不活性ガスを封入してい
る。同様に、内側円筒容器７２、７３のそれぞれの連結
部と反対側に内蓋７４を設けると共に、外側円筒容器７
１、８８のそれぞれの連結部と反対側に外蓋７５を設け
て、内蓋７４と外蓋７５との間をガス封入部７９、８７
としている。そして、内側円筒容器７２、７３をそれぞ
れの両端で外側円筒容器７１、８８に固定することによ
り、それらの外周と外側円筒容器７１、８８との間に外
部連通部７８又は封入部８４を形成している。
く、基準部の連結部と反対側に光ファイバを引き出すた
めのケーブル接続部８１を設けたものであり、感圧部の
内側円筒容器７２、基準部の内側円筒容器７３、連結部
の空間を一体にして、例えば不活性ガスを封入してい
る。同様に、内側円筒容器７２、７３のそれぞれの連結
部と反対側に内蓋７４を設けると共に、外側円筒容器７
１、８８のそれぞれの連結部と反対側に外蓋７５を設け
て、内蓋７４と外蓋７５との間をガス封入部７９、８７
としている。そして、内側円筒容器７２、７３をそれぞ
れの両端で外側円筒容器７１、８８に固定することによ
り、それらの外周と外側円筒容器７１、８８との間に外
部連通部７８又は封入部８４を形成している。
【００３８】このように本発明に係る圧力変化計測装置
は、感圧部及び基準部を外側円筒容器と内側円筒容器か
らなる二重円筒構造とし、外側円筒容器と内側円筒容器
との隙間空間を、感圧部では孔により外部と連通させ、
基準部では封入することにより、外側円筒容器の外部に
温度環境の急変があっても、その影響を排除するように
構成したものである。したがって、図１や図２に示す構
成のほか、直線状の構成ではなく図３に示すように連結
部に対し感圧部、連結部を並べて配置するなど、感圧
部、連結部、基準部の配置構成には、様々な形態を採用
することができる。
は、感圧部及び基準部を外側円筒容器と内側円筒容器か
らなる二重円筒構造とし、外側円筒容器と内側円筒容器
との隙間空間を、感圧部では孔により外部と連通させ、
基準部では封入することにより、外側円筒容器の外部に
温度環境の急変があっても、その影響を排除するように
構成したものである。したがって、図１や図２に示す構
成のほか、直線状の構成ではなく図３に示すように連結
部に対し感圧部、連結部を並べて配置するなど、感圧
部、連結部、基準部の配置構成には、様々な形態を採用
することができる。
【００３９】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、圧力伝達用小孔や封入用小孔を２つ
設けた例で示したが、１つでも圧力伝達や封入は可能で
あり、逆に３つ以上であってもよいことはいうまでもな
い。また、海底に沈設して津波計として用いる場合につ
いて説明したが、潮位計その他の水位計として用いても
よいし、海底に限らず圧力を計測する雰囲気の中であれ
ば、ガス圧、真空度その他の計測に用いてもよい。さら
に、容器は、円筒容器に限らず二重容器であれば他の形
状の容器でも同様に適用してもよいし、レーザひずみ計
を用いた例で説明したが、差動トランスやデジタル変位
センサ等を用いて圧力変化による直径変化を計測するも
のや、ベローズの動きを拡大して差動トランスにより体
積変化を計測するものなどにも同様に適用してもよい。
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、圧力伝達用小孔や封入用小孔を２つ
設けた例で示したが、１つでも圧力伝達や封入は可能で
あり、逆に３つ以上であってもよいことはいうまでもな
い。また、海底に沈設して津波計として用いる場合につ
いて説明したが、潮位計その他の水位計として用いても
よいし、海底に限らず圧力を計測する雰囲気の中であれ
ば、ガス圧、真空度その他の計測に用いてもよい。さら
に、容器は、円筒容器に限らず二重容器であれば他の形
状の容器でも同様に適用してもよいし、レーザひずみ計
を用いた例で説明したが、差動トランスやデジタル変位
センサ等を用いて圧力変化による直径変化を計測するも
のや、ベローズの動きを拡大して差動トランスにより体
積変化を計測するものなどにも同様に適用してもよい。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、感圧部及び基準部に外側容器を設けると共
に、感圧部における外側容器には、外部と連通する少な
くとも１つないし複数の小孔を設けて該小孔を通して外
部の圧力を伝達し、基準部における外側容器には、１つ
ないし複数の小孔を設けて外部の雰囲気を導入して栓に
より封入するので、外部の圧力変化は、感圧部の内側容
器を変形させるが、基準部の内側容器には実質的な影響
を及ぼさない。一方、外部の温度変化は、感圧部と基準
部の内側容器に同じような影響を及ぼす。したがって、
感圧部の内側容器の内径変化と基準部の内側容器の内径
変化の差は、温度の影響を受けず圧力変化によるだけの
ものとして検出することができる。
によれば、感圧部及び基準部に外側容器を設けると共
に、感圧部における外側容器には、外部と連通する少な
くとも１つないし複数の小孔を設けて該小孔を通して外
部の圧力を伝達し、基準部における外側容器には、１つ
ないし複数の小孔を設けて外部の雰囲気を導入して栓に
より封入するので、外部の圧力変化は、感圧部の内側容
器を変形させるが、基準部の内側容器には実質的な影響
を及ぼさない。一方、外部の温度変化は、感圧部と基準
部の内側容器に同じような影響を及ぼす。したがって、
感圧部の内側容器の内径変化と基準部の内側容器の内径
変化の差は、温度の影響を受けず圧力変化によるだけの
ものとして検出することができる。
【図１】 本発明に係る圧力変化計測装置の実施の形態
を示す図である。
を示す図である。
【図２】 本発明に係る圧力変化計測装置の他の実施の
形態を示す図である。
形態を示す図である。
【図３】 本発明に係る圧力変化計測装置の変形例を示
す図である。
す図である。
【図４】 レーザひずみ計の構成例を示す図である。
【図５】 レーザひずみ計の平面配置例を示す図であ
る。
る。
【図６】 レーザひずみ計の地上側信号処理系の構成例
を示す図である。
を示す図である。
【図７】 レーザひずみ計の津波計への利用例を示す図
である。
である。
５１、６７…外側円筒容器、５２、５３…内側円筒容
器、５４…内蓋、５５…光ファイバ、５６…センサ用共
振器、５７…圧力伝達用小孔、５８…外部連通部、６１
…ケーブル接続部、６２…シール部、６３…基準用共振
器、６４…封入部、６５…封入用小孔、６６…封入用栓
器、５４…内蓋、５５…光ファイバ、５６…センサ用共
振器、５７…圧力伝達用小孔、５８…外部連通部、６１
…ケーブル接続部、６２…シール部、６３…基準用共振
器、６４…封入部、６５…封入用小孔、６６…封入用栓
Claims (3)
- 【請求項１】 圧力変化を検出する感圧部と該感圧部に
対して基準の信号を発生する基準部とを有する圧力変化
計測装置において、感圧部及び基準部に外側容器を設け
ると共に、感圧部における外側容器には、外部と連通す
る小孔を設けて該小孔を通して外部の圧力を伝達し、基
準部における外側容器は、内側容器との間に外部の媒体
を導入して封入するように構成したことを特徴とする圧
力変化計測装置。 - 【請求項２】 円筒形の外側容器と、該外側容器と同軸
の円筒形内側容器からなることを特徴とする請求項１記
載の圧力変化計測装置。 - 【請求項３】 内側容器に光共振器を取り付け内側容器
の変形量を計測することを特徴とする請求項１記載の圧
力変化計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1765498A JP2876528B1 (ja) | 1998-01-14 | 1998-01-14 | 圧力変化計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1765498A JP2876528B1 (ja) | 1998-01-14 | 1998-01-14 | 圧力変化計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2876528B1 JP2876528B1 (ja) | 1999-03-31 |
| JPH11201841A true JPH11201841A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11949853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1765498A Expired - Lifetime JP2876528B1 (ja) | 1998-01-14 | 1998-01-14 | 圧力変化計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2876528B1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2414543A (en) * | 2004-05-25 | 2005-11-30 | Polarmetix Ltd | Method and apparatus for detecting pressure distribution in fluids |
| JP2007121008A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Ntt Infranet Co Ltd | 光ファイバによる地震・津波計、地震・津波観測システム |
| JP2007218837A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Ntt Infranet Co Ltd | 津波計 |
| JP5905646B2 (ja) * | 2013-05-31 | 2016-04-20 | 三菱電機株式会社 | 津波監視システム |
| JP2018536187A (ja) * | 2015-11-10 | 2018-12-06 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 近接センサ、リソグラフィ装置、およびデバイス製造方法 |
| JPWO2021075145A1 (ja) * | 2019-10-18 | 2021-04-22 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6206980B2 (ja) * | 2015-01-09 | 2017-10-04 | 国立研究開発法人防災科学技術研究所 | 圧力センサの出力周波数算出方法およびそれを用いた気圧観測による津波警報装置、津波警報システム |
| JP6206981B2 (ja) * | 2015-01-09 | 2017-10-04 | 国立研究開発法人防災科学技術研究所 | 圧力センサの出力周波数平滑化方法およびそれを用いた気圧観測による津波警報装置、津波警報システム |
| CN114112172B (zh) * | 2021-11-15 | 2024-06-04 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种微小压力光学测量方法与校准装置 |
-
1998
- 1998-01-14 JP JP1765498A patent/JP2876528B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2414543A (en) * | 2004-05-25 | 2005-11-30 | Polarmetix Ltd | Method and apparatus for detecting pressure distribution in fluids |
| GB2414543B (en) * | 2004-05-25 | 2009-06-03 | Polarmetrix Ltd | Method and apparatus for detecting pressure distribution in fluids |
| US7940389B2 (en) | 2004-05-25 | 2011-05-10 | Fotech Solutions Limited | Method and apparatus for detecting pressure distribution in fluids |
| JP2007121008A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Ntt Infranet Co Ltd | 光ファイバによる地震・津波計、地震・津波観測システム |
| JP4660645B2 (ja) * | 2005-10-26 | 2011-03-30 | 特定非営利活動法人リアルタイム地震情報利用協議会 | 光ファイバによる地震・津波計、地震・津波観測システム |
| JP2007218837A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Ntt Infranet Co Ltd | 津波計 |
| JP5905646B2 (ja) * | 2013-05-31 | 2016-04-20 | 三菱電機株式会社 | 津波監視システム |
| US9544748B2 (en) | 2013-05-31 | 2017-01-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Tsunami monitoring radar system including transmitting antenna for radiating transmission signal for detecting tsunami as radio wave toward sea |
| JPWO2014192326A1 (ja) * | 2013-05-31 | 2017-02-23 | 三菱電機株式会社 | 津波監視システム |
| JP2018536187A (ja) * | 2015-11-10 | 2018-12-06 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 近接センサ、リソグラフィ装置、およびデバイス製造方法 |
| JPWO2021075145A1 (ja) * | 2019-10-18 | 2021-04-22 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2876528B1 (ja) | 1999-03-31 |
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