JP2000097738A - 水深・流速・水温測定装置 - Google Patents
水深・流速・水温測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 河川等の開水路での流量を測定するための音
速・水深・流速測定装置に関するもので簡単な操作で、
精度高く短時間で測定できるようにする。 【解決手段】 水中に配される垂下材１３に滑動子１１
を昇降動自在且つ水面位置に配置可能に組み付け、水底
に位置する垂下材１３下端に第一の超音波トランスデュ
ーサ部１８、第一の超音波トランスデューサ部１８の上
方に第二の超音波トランスデューサ部１９、滑動子１１
の下方位置に第三の超音波トランスデューサ部２１、滑
動子１１に第四の超音波トランスデューサ部２２を相互
に夫々対向して配し、第一の超音波トランスデューサ部
１８と第二の超音波トランスデューサ部１９の区間、及
び第三の超音波トランスデューサ部２１と第四の超音波
トランスデューサ部２２の区間に於ける超音波伝播時間
を測定して音速・水深を測定するもので、この装置を用
い、超音波発受信用の第五のトランスデューサ部２３と
超音波発受信用の第六のトランスデューサ部２４とでの
超音波の伝播時間等を測定して流速を測定する。
速・水深・流速測定装置に関するもので簡単な操作で、
精度高く短時間で測定できるようにする。 【解決手段】 水中に配される垂下材１３に滑動子１１
を昇降動自在且つ水面位置に配置可能に組み付け、水底
に位置する垂下材１３下端に第一の超音波トランスデュ
ーサ部１８、第一の超音波トランスデューサ部１８の上
方に第二の超音波トランスデューサ部１９、滑動子１１
の下方位置に第三の超音波トランスデューサ部２１、滑
動子１１に第四の超音波トランスデューサ部２２を相互
に夫々対向して配し、第一の超音波トランスデューサ部
１８と第二の超音波トランスデューサ部１９の区間、及
び第三の超音波トランスデューサ部２１と第四の超音波
トランスデューサ部２２の区間に於ける超音波伝播時間
を測定して音速・水深を測定するもので、この装置を用
い、超音波発受信用の第五のトランスデューサ部２３と
超音波発受信用の第六のトランスデューサ部２４とでの
超音波の伝播時間等を測定して流速を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主として河川等の開
水路での流量を測定するために垂直平均流速と水深を測
定すると共に、湖、ダム、貯水池、河川等で水深、水温
を測定するための水深・流速・水温測定装置に関するも
のである。
水路での流量を測定するために垂直平均流速と水深を測
定すると共に、湖、ダム、貯水池、河川等で水深、水温
を測定するための水深・流速・水温測定装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、河川等の開水路の所定箇
所の流量を測定する代表的な方法には、所定箇所に於け
る断面積と、その断面部分に於ける流体の流速を測定す
れば良いことが知られており、その具体的な手段は、開
水路の幅方向に沿った仮想線を所定の間隔でいくつかの
区間に分割し、この各区間毎の中央に於いて種々の垂直
水深位置で例えばプロペラ式流速計で局部流速を測定
し、この垂直線上の平均流速を計算し、部分断面積との
積から分割区間毎に部分流量を求め、それらの総和を算
出することから行われていた。
所の流量を測定する代表的な方法には、所定箇所に於け
る断面積と、その断面部分に於ける流体の流速を測定す
れば良いことが知られており、その具体的な手段は、開
水路の幅方向に沿った仮想線を所定の間隔でいくつかの
区間に分割し、この各区間毎の中央に於いて種々の垂直
水深位置で例えばプロペラ式流速計で局部流速を測定
し、この垂直線上の平均流速を計算し、部分断面積との
積から分割区間毎に部分流量を求め、それらの総和を算
出することから行われていた。
【０００３】上記従来の手段の詳細は、本発明者、本出
願人が先に提案した特開平９−１９６７２７号公報の
「河川流量測定装置及び方法」、或いは現時点では未公
開であるけれども特願平９−３４０８７５号「流速測定
装置」に於ける従来説明で明らかにしている。
願人が先に提案した特開平９−１９６７２７号公報の
「河川流量測定装置及び方法」、或いは現時点では未公
開であるけれども特願平９−３４０８７５号「流速測定
装置」に於ける従来説明で明らかにしている。
【０００４】前記した基本流量測定方法の精度は、流水
の断面を分割する垂直線数が多いほど高くなるので、垂
直平均流速測定垂直線数を少なくとも１０以上に選択
し、１つの垂直線に於ける垂直平均流速を測定するため
には、局部流速計（例：プロペラ式流速計）を使用して
該垂直線上の色々な深さで局部流速を測定し、その結果
を公式に代入して該垂直線における垂直平均流速を算出
することになる。正確に測定する場合は、１垂直線あた
り５点ないし１０点の水深に分割して局部流速を測定す
る。
の断面を分割する垂直線数が多いほど高くなるので、垂
直平均流速測定垂直線数を少なくとも１０以上に選択
し、１つの垂直線に於ける垂直平均流速を測定するため
には、局部流速計（例：プロペラ式流速計）を使用して
該垂直線上の色々な深さで局部流速を測定し、その結果
を公式に代入して該垂直線における垂直平均流速を算出
することになる。正確に測定する場合は、１垂直線あた
り５点ないし１０点の水深に分割して局部流速を測定す
る。
【０００５】処が、局部に於ける流速は脈動が激しいの
で、或る１点での測定時間に６０秒以上を必要とし、仮
に垂直平均流速測定垂直線に１０本を設定し、この各線
に対し５点で流速を測定するとすれば３０００秒以上の
時間を要する。また水深測定や流速計を移動するのに必
要な時間を合わせれば、河川流量測定に必要とする時間
は何時間にもなり、それに伴い多くの労力を消費するこ
とになる。
で、或る１点での測定時間に６０秒以上を必要とし、仮
に垂直平均流速測定垂直線に１０本を設定し、この各線
に対し５点で流速を測定するとすれば３０００秒以上の
時間を要する。また水深測定や流速計を移動するのに必
要な時間を合わせれば、河川流量測定に必要とする時間
は何時間にもなり、それに伴い多くの労力を消費するこ
とになる。
【０００６】この作業を簡便化するために、例えばキャ
リア装置を使用して局部流速計をワイヤ−で移動及び昇
降させながら多々の垂直線上で局部流速を自動的に測定
する常設流量観測所もあるが、流速測定時間は減少しな
いし、流量が短時間で変化する場合には、全測定が終了
するまでに流量そのものが変化してしまう。そのため、
局部流速測定点数を減らしたり或いは各局部流速測定時
間を短縮する方策が採られるが、この方法は、部分流量
誤差や脈動誤差を招き、結果として流量測定誤差を大き
くしてしまう。
リア装置を使用して局部流速計をワイヤ−で移動及び昇
降させながら多々の垂直線上で局部流速を自動的に測定
する常設流量観測所もあるが、流速測定時間は減少しな
いし、流量が短時間で変化する場合には、全測定が終了
するまでに流量そのものが変化してしまう。そのため、
局部流速測定点数を減らしたり或いは各局部流速測定時
間を短縮する方策が採られるが、この方法は、部分流量
誤差や脈動誤差を招き、結果として流量測定誤差を大き
くしてしまう。
【０００７】そこで、水中に発射した超音波の伝播速
度、または反射波の周波数が流速により変化することを
利用して流速を測定する装置が開発された。この超音波
を利用した流速測定手段は、従来から主として使用され
ている前述したような機械式測定手段に較べて、流速
分布を乱さない、微流速から高流速まで直線性があ
る、流速成分がわかる、実時間測定ができ、連続自
動観測が可能、機械的動作部分がないので保守が容易
である、等の利点が挙げられている。
度、または反射波の周波数が流速により変化することを
利用して流速を測定する装置が開発された。この超音波
を利用した流速測定手段は、従来から主として使用され
ている前述したような機械式測定手段に較べて、流速
分布を乱さない、微流速から高流速まで直線性があ
る、流速成分がわかる、実時間測定ができ、連続自
動観測が可能、機械的動作部分がないので保守が容易
である、等の利点が挙げられている。
【０００８】この超音波流速測定方法には、伝播時間差
法、位相差法、シングアラウンド法、ドップラー法、ビ
ーム変位法等があり、このうち、伝播時間差法を用いて
開水路の底から水表面までの垂直平均流速を超音波によ
り直接測定する装置の例として、前記した特開平９−１
９６７２７号公報や特願平９−３４０８７５号等で開示
した発明が挙げられる。
法、位相差法、シングアラウンド法、ドップラー法、ビ
ーム変位法等があり、このうち、伝播時間差法を用いて
開水路の底から水表面までの垂直平均流速を超音波によ
り直接測定する装置の例として、前記した特開平９−１
９６７２７号公報や特願平９−３４０８７５号等で開示
した発明が挙げられる。
【０００９】上記した伝播時間差法を用いた超音波流速
測定方法の具体的形態を、特開平９−１９６７２７号公
報の発明にかかる装置で説明するならば、図５に示した
ように、水面に浮くカタマラン浮具４に、その中心から
等間隔に水平距離Ｄで一対の流速測定用トランスデュ−
サ１、１’を水面直下に設け、カタマラン浮具４の中心
水面直下に水深測定用トランスデュ−サ２、この水深測
定用トランスデュ−サ２の下方位置に垂直間隔ｌ（スモ
ールエル）をあけて水深測定用トランスデュ−サ２’を
夫々設け、更に河床に超音波反射装置３を必要に応じて
設置した構成である。
測定方法の具体的形態を、特開平９−１９６７２７号公
報の発明にかかる装置で説明するならば、図５に示した
ように、水面に浮くカタマラン浮具４に、その中心から
等間隔に水平距離Ｄで一対の流速測定用トランスデュ−
サ１、１’を水面直下に設け、カタマラン浮具４の中心
水面直下に水深測定用トランスデュ−サ２、この水深測
定用トランスデュ−サ２の下方位置に垂直間隔ｌ（スモ
ールエル）をあけて水深測定用トランスデュ−サ２’を
夫々設け、更に河床に超音波反射装置３を必要に応じて
設置した構成である。
【００１０】図５で、区間Ｌは水深測定用トランスデュ
−サ２から超音波反射装置３上面までの間隔であり、ま
た、水面から水深測定用トランスデュ−サ２までの間隔
をａ、超音波反射装置３上面から河床までの間隔をｂと
すると、水深Ｈ＝Ｌ＋（ａ＋ｂ）であり、水深測定用ト
ランスデュ−サ２と水深測定用トランスデュ−サ２’と
の垂直間隔ｌ（スモールエル）は、水深Ｈの１／２以下
の既知の長さに設定する。
−サ２から超音波反射装置３上面までの間隔であり、ま
た、水面から水深測定用トランスデュ−サ２までの間隔
をａ、超音波反射装置３上面から河床までの間隔をｂと
すると、水深Ｈ＝Ｌ＋（ａ＋ｂ）であり、水深測定用ト
ランスデュ−サ２と水深測定用トランスデュ−サ２’と
の垂直間隔ｌ（スモールエル）は、水深Ｈの１／２以下
の既知の長さに設定する。
【００１１】先ず、測定部位に於いて、トランスデュ−
サ２から超音波を発射して河床の反射装置３で反射して
トランスデュ−サ２に戻ってくるのまでの伝播時間ｔ2
と、トランスデュ−サ２’から超音波を発射して河床の
反射装置３で反射してトランスデュ−サ２’に戻ってく
るのまでの伝播時間ｔ2'は、式（ａ）で表される。
サ２から超音波を発射して河床の反射装置３で反射して
トランスデュ−サ２に戻ってくるのまでの伝播時間ｔ2
と、トランスデュ−サ２’から超音波を発射して河床の
反射装置３で反射してトランスデュ−サ２’に戻ってく
るのまでの伝播時間ｔ2'は、式（ａ）で表される。
【００１２】
【数１】
【００１３】そして上記特開平９−１９６７２７号公報
の従来発明での表現形態を変えて同一趣旨の説明をする
ならば、垂直間隔ｌ（スモールエル）での部分的な音速
をＣl （シー・スモールエル）とすると、この音速Ｃl
は式（ｂ）となり、一方、区間Ｌでの総平均音速をＣL
とすると、区間Ｌは式（ｃ）で表される。そこで仮に、
Ｃl ＝ＣL としたときの区間Ｌの距離をＬ’とするなら
ば、式（ｃ）に式（ｂ）を代入し、式（ｄ）として具体
的に区間Ｌが算出されるのである（尚、ここでの式
（ｄ）の最右辺は、上記従来発明での数式と同一表現で
ある）。
の従来発明での表現形態を変えて同一趣旨の説明をする
ならば、垂直間隔ｌ（スモールエル）での部分的な音速
をＣl （シー・スモールエル）とすると、この音速Ｃl
は式（ｂ）となり、一方、区間Ｌでの総平均音速をＣL
とすると、区間Ｌは式（ｃ）で表される。そこで仮に、
Ｃl ＝ＣL としたときの区間Ｌの距離をＬ’とするなら
ば、式（ｃ）に式（ｂ）を代入し、式（ｄ）として具体
的に区間Ｌが算出されるのである（尚、ここでの式
（ｄ）の最右辺は、上記従来発明での数式と同一表現で
ある）。
【００１４】
【数２】
【００１５】一方、トランスデュ−サ１で発射した超音
波が超音波反射装置３で反射してトランスデュ−サ１’
まで伝播する時間と、トランスデュ−サ１’から発射さ
れた超音波が超音波反射装置３で反射してトランスデュ
−サ１まで伝播した時間との差Δｔを測定する。
波が超音波反射装置３で反射してトランスデュ−サ１’
まで伝播する時間と、トランスデュ−サ１’から発射さ
れた超音波が超音波反射装置３で反射してトランスデュ
−サ１まで伝播した時間との差Δｔを測定する。
【００１６】ここでの垂直平均流速Ｖ⊥ を求める一般
式は式（ｅ）で、Ｃは流速を測定する瞬間の超音波伝播
経路に於ける平均音速なので、この場合は上記ＣL を用
いるべきであるが、ここでも上記と同様に、仮にＣl ＝
ＣL としたときの垂直平均流速をＶ⊥'とするならば、
式（ｅ）に先に求めた式（ｂ）を代入し、水底（近傍）
から水面（近傍）までの垂直平均流速Ｖ⊥'を式（ｆ）
の如く求めることにしている。尚、ここでの垂直平均流
速Ｖ⊥ の符号「⊥ 」は、垂直平均流速の「垂直」を意
味し、また、Ｄは、トランスデュ−サ１とトランスデュ
−サ１’との間の直線距離である。更にこの式（ｆ）の
最右辺も、上記従来発明に於ける数式と同一表現であ
る。
式は式（ｅ）で、Ｃは流速を測定する瞬間の超音波伝播
経路に於ける平均音速なので、この場合は上記ＣL を用
いるべきであるが、ここでも上記と同様に、仮にＣl ＝
ＣL としたときの垂直平均流速をＶ⊥'とするならば、
式（ｅ）に先に求めた式（ｂ）を代入し、水底（近傍）
から水面（近傍）までの垂直平均流速Ｖ⊥'を式（ｆ）
の如く求めることにしている。尚、ここでの垂直平均流
速Ｖ⊥ の符号「⊥ 」は、垂直平均流速の「垂直」を意
味し、また、Ｄは、トランスデュ−サ１とトランスデュ
−サ１’との間の直線距離である。更にこの式（ｆ）の
最右辺も、上記従来発明に於ける数式と同一表現であ
る。
【００１７】
【数３】
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに水深と流速を測定すると測定誤差が大きくなる。即
ち、ここでは式（ｄ）や式（ｆ）からも明らかなよう
に、Ｌ区間での総平均音速ＣL ではなく、垂直間隔ｌ
（スモールエル）での部分的な音速Ｃl （シー・スモー
ルエル）を用いてＬ区間の距離や流速を求めており、つ
まりトランスデュ−サ２からトランスデュ−サ２’まで
の間の音速Ｃl の測定結果を根拠にしているに過ぎない
からである。
うに水深と流速を測定すると測定誤差が大きくなる。即
ち、ここでは式（ｄ）や式（ｆ）からも明らかなよう
に、Ｌ区間での総平均音速ＣL ではなく、垂直間隔ｌ
（スモールエル）での部分的な音速Ｃl （シー・スモー
ルエル）を用いてＬ区間の距離や流速を求めており、つ
まりトランスデュ−サ２からトランスデュ−サ２’まで
の間の音速Ｃl の測定結果を根拠にしているに過ぎない
からである。
【００１９】周知のように、河川水の温度は水深によっ
て変化し、夏期の表層の水温は高く、水深が深くなると
ともに水温は低くなる。また冬期の表層での水温は河床
での水温よりも低くなることが多い。従って、従来技術
の如く垂直間隔ｌ（スモールエル）という水深の一部に
しか過ぎない表層部分においてのみ音速Ｃl （シー・ス
モールエル）を求めるだけでは、上記水温条件による測
定誤差が大きくなり、この部分的な音速Ｃl を用いて求
めたＬ区間の長さ、即ち水深測定にも大きな誤差を招く
のを始めとして、流速測定、流量測定にも大きな誤差を
招く虞れがあるのである。
て変化し、夏期の表層の水温は高く、水深が深くなると
ともに水温は低くなる。また冬期の表層での水温は河床
での水温よりも低くなることが多い。従って、従来技術
の如く垂直間隔ｌ（スモールエル）という水深の一部に
しか過ぎない表層部分においてのみ音速Ｃl （シー・ス
モールエル）を求めるだけでは、上記水温条件による測
定誤差が大きくなり、この部分的な音速Ｃl を用いて求
めたＬ区間の長さ、即ち水深測定にも大きな誤差を招く
のを始めとして、流速測定、流量測定にも大きな誤差を
招く虞れがあるのである。
【００２０】この水温の温度差による音速測定誤差を具
体的な数値から例証するために、夏期の河川を例にし、
水面から河床まで水深Ｈを三等分して、図６のように各
区間で河川の水温が直線的に分布していると仮定しよ
う。
体的な数値から例証するために、夏期の河川を例にし、
水面から河床まで水深Ｈを三等分して、図６のように各
区間で河川の水温が直線的に分布していると仮定しよ
う。
【００２１】ここでは水面から順に、水面を含む第Ｉ区
間で２４℃から２２℃、中央の第II区間で２２℃から１
８℃、河床側の第III 区間で１８℃から１５℃に変化し
ている。簡略化のため、前記した水深Ｈ＝区間Ｌとし、
垂直間隔ｌ（スモールエル）＝０．２ｍとする。また、
音速は水温によってのみ変化するものとし、温度と音速
の一般的関係式である式（ｇ）（ここでのＴは超音波が
伝播する区間での平均温度である）から音速を求めるこ
とにする。
間で２４℃から２２℃、中央の第II区間で２２℃から１
８℃、河床側の第III 区間で１８℃から１５℃に変化し
ている。簡略化のため、前記した水深Ｈ＝区間Ｌとし、
垂直間隔ｌ（スモールエル）＝０．２ｍとする。また、
音速は水温によってのみ変化するものとし、温度と音速
の一般的関係式である式（ｇ）（ここでのＴは超音波が
伝播する区間での平均温度である）から音速を求めるこ
とにする。
【００２２】そして、水深Ｈが、夫々３，４，５，１０
ｍの各場合に於いて、水面近傍の垂直間隔ｌ（スモール
エル）の部分的な平均音速Ｃl を式（ｇ）から求める
と、表１に示したように、また同様にＬ区間の総平均音
速ＣL は、水深にかかわらずＣL ＝1485.1055m/sと算出
できる。処が上記従来発明では、Ｌ区間の総平均音速Ｃ
L の代わりに垂直間隔ｌ（スモールエル）における部分
的な音速Ｃl のみを測定して、この値を総平均音速ＣL
と看做しているので、式（ｈ）で求めるＣL に対するＣ
l の誤差率δc 、式（ｄ）で算出する区間Ｌが含む誤差
率δL 、及びこの誤差の絶対値ΔＬも夫々表１の通りに
なる。
ｍの各場合に於いて、水面近傍の垂直間隔ｌ（スモール
エル）の部分的な平均音速Ｃl を式（ｇ）から求める
と、表１に示したように、また同様にＬ区間の総平均音
速ＣL は、水深にかかわらずＣL ＝1485.1055m/sと算出
できる。処が上記従来発明では、Ｌ区間の総平均音速Ｃ
L の代わりに垂直間隔ｌ（スモールエル）における部分
的な音速Ｃl のみを測定して、この値を総平均音速ＣL
と看做しているので、式（ｈ）で求めるＣL に対するＣ
l の誤差率δc 、式（ｄ）で算出する区間Ｌが含む誤差
率δL 、及びこの誤差の絶対値ΔＬも夫々表１の通りに
なる。
【００２３】
【数４】
【００２４】
【表１】
【００２５】従ってこの表１から、例えば水深５ｍの場
合、従来発明に基づき式（ｄ）で求める区間Ｌの誤差率
δL 、即ち水深Ｈの誤差率は、ｔ2 、ｔ2'、垂直間隔ｌ
の測定誤差を０としても、０．７０６％となる。この数
値は、表１に於いて見掛けは大きくないが、これを絶対
値に換算したΔＬは３．５３cmである。これに対して、
従来発明が採用される例えば水文計測では、水深Ｈの最
大許容誤差は世界的に±１cmと定められており、上記誤
差は許容不可能である。
合、従来発明に基づき式（ｄ）で求める区間Ｌの誤差率
δL 、即ち水深Ｈの誤差率は、ｔ2 、ｔ2'、垂直間隔ｌ
の測定誤差を０としても、０．７０６％となる。この数
値は、表１に於いて見掛けは大きくないが、これを絶対
値に換算したΔＬは３．５３cmである。これに対して、
従来発明が採用される例えば水文計測では、水深Ｈの最
大許容誤差は世界的に±１cmと定められており、上記誤
差は許容不可能である。
【００２６】一方、式（ｆ）を用いて求める流速の測定
誤差率は、同式にＣl 2を用いているため音速誤差δc の
２倍となり、δV ＝２×０．７０６＝１．４１％にも及
び、更に部分流量ｑは垂直平均流速Ｖ⊥ と水深Ｈから
計算するので、ｑの誤差は上記の測定方法に起因するも
のだけで、δL ＋δV ≒２．１％も生じるのである。
誤差率は、同式にＣl 2を用いているため音速誤差δc の
２倍となり、δV ＝２×０．７０６＝１．４１％にも及
び、更に部分流量ｑは垂直平均流速Ｖ⊥ と水深Ｈから
計算するので、ｑの誤差は上記の測定方法に起因するも
のだけで、δL ＋δV ≒２．１％も生じるのである。
【００２７】勿論、実際の水深測定誤差δL には、
ｔ2 、ｔ2'、垂直間隔ｌ等の測定誤差も加わるので０．
７０６％を超え、同様に流速測定誤差は、上記の他にも
Ｄ、Δｔ等の測定誤差も加わるので必ず１．４１％以上
になり、その結果、部分流量誤差も２．１％を大きく上
回る。これが従来発明の最大の不満点である。
ｔ2 、ｔ2'、垂直間隔ｌ等の測定誤差も加わるので０．
７０６％を超え、同様に流速測定誤差は、上記の他にも
Ｄ、Δｔ等の測定誤差も加わるので必ず１．４１％以上
になり、その結果、部分流量誤差も２．１％を大きく上
回る。これが従来発明の最大の不満点である。
【００２８】次に、大多数の水文観測所での流量測定作
業では、局部流速計と錘をロープに取り付け、橋の上か
ら手動ウインチ等を利用して河川に投入することが多
い。或いは、測定場所の高さが川床から５、６ｍ以下の
場合にはロープの代わりに流速計を桿に取り付けて河川
に差し入れ、流速を測定し、流量を求めている。
業では、局部流速計と錘をロープに取り付け、橋の上か
ら手動ウインチ等を利用して河川に投入することが多
い。或いは、測定場所の高さが川床から５、６ｍ以下の
場合にはロープの代わりに流速計を桿に取り付けて河川
に差し入れ、流速を測定し、流量を求めている。
【００２９】そこで、このようなキャリア装置設備の無
い多くの観測地点では、局部流速計等を携帯して巡回し
ながら流量を測定することになるのであるが、上記した
特に特開平９−１９６７２７号公報の発明は、寸法及び
構造上の点で携帯するのが非常に困難であり、且つ実用
上測定部材を河川等の所定位置に移動・配置するための
キャリア装置を殆どの場合必要とするので常設流量観測
所でしか使用できない、等の不満も存する。
い多くの観測地点では、局部流速計等を携帯して巡回し
ながら流量を測定することになるのであるが、上記した
特に特開平９−１９６７２７号公報の発明は、寸法及び
構造上の点で携帯するのが非常に困難であり、且つ実用
上測定部材を河川等の所定位置に移動・配置するための
キャリア装置を殆どの場合必要とするので常設流量観測
所でしか使用できない、等の不満も存する。
【００３０】更に、所謂水文観測では、前述したように
流量算定のために、水深及び流速、そしてその時の水位
等の観測を行うのであるが、これ等と共に水温の測定が
旧来から行われている。また、環境（水質）問題が大き
く注目されている昨今では、水温測定を始めとした水質
測定が、特に湖沼や貯水池を中心に広く行われているの
で、正確な水温測定が達成されるようにすることも同時
に要求される。
流量算定のために、水深及び流速、そしてその時の水位
等の観測を行うのであるが、これ等と共に水温の測定が
旧来から行われている。また、環境（水質）問題が大き
く注目されている昨今では、水温測定を始めとした水質
測定が、特に湖沼や貯水池を中心に広く行われているの
で、正確な水温測定が達成されるようにすることも同時
に要求される。
【００３１】この点に関し、毎回空中に引き揚げてから
読み取る水銀やアルコールを用いた転倒式温度計、また
は、所定水深の測定値を陸上でリアルタイムで読み取れ
る白金抵抗体やサーミスタを用いた温度計等を従来から
用いているが、いずれにしてもセンサ部分の局所的な水
温しか測れないので、所定の多くの地点で上下方向につ
いての温度分布を測定することになり、手間と時間が多
くかかり、しかも正確性に欠ける不満が残っていた。
読み取る水銀やアルコールを用いた転倒式温度計、また
は、所定水深の測定値を陸上でリアルタイムで読み取れ
る白金抵抗体やサーミスタを用いた温度計等を従来から
用いているが、いずれにしてもセンサ部分の局所的な水
温しか測れないので、所定の多くの地点で上下方向につ
いての温度分布を測定することになり、手間と時間が多
くかかり、しかも正確性に欠ける不満が残っていた。
【００３２】更にこれ等の各種センサは、主にその原理
（水銀やアルコール）またはケーシング構造（白金抵抗
体やサーミスタ）に起因する時定数（応答遅れ）を有す
るため、毎々の測定時間を長く要したり、無理な短縮に
よる誤差を招いていた。その上、局部測定しかできない
が故の多数箇所での測定と、応答遅れとが相俟って、刻
々と水温が変化する地点では正確な測定が不可能であっ
た。
（水銀やアルコール）またはケーシング構造（白金抵抗
体やサーミスタ）に起因する時定数（応答遅れ）を有す
るため、毎々の測定時間を長く要したり、無理な短縮に
よる誤差を招いていた。その上、局部測定しかできない
が故の多数箇所での測定と、応答遅れとが相俟って、刻
々と水温が変化する地点では正確な測定が不可能であっ
た。
【００３３】よって本発明は、上述した従来技術の不満
点を解決するため開発されたもので、測定場所が限定さ
れず、携帯が可能であり、簡単な構造とし、且つ省力化
された極めて容易な操作で、先ず正確な音速を求め、こ
れをもとに極めて精度高く短時間で水深・流速・水温、
流量を測定できるようにすることを目的とする。
点を解決するため開発されたもので、測定場所が限定さ
れず、携帯が可能であり、簡単な構造とし、且つ省力化
された極めて容易な操作で、先ず正確な音速を求め、こ
れをもとに極めて精度高く短時間で水深・流速・水温、
流量を測定できるようにすることを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の請求項１に記載の水深または水温測定装置は、
任意の位置に於いて、複数の超音波トランスデューサ間
に於ける超音波伝播時間の測定並びに音速の演算によ
り、水深または水温を求める装置であって、水中に配さ
れる垂下材に滑動子を昇降動自在に組み付け、前記した
垂下材の下端に第一の超音波トランスデューサ部、この
第一の超音波トランスデューサ部の上方に第二の超音波
トランスデューサ部、この第二の超音波トランスデュー
サ部の上方で前記した滑動子の下方位置に第三の超音波
トランスデューサ部、前記した滑動子に第四の超音波ト
ランスデューサ部を相互に夫々対向して配したことを特
徴とする。
本発明の請求項１に記載の水深または水温測定装置は、
任意の位置に於いて、複数の超音波トランスデューサ間
に於ける超音波伝播時間の測定並びに音速の演算によ
り、水深または水温を求める装置であって、水中に配さ
れる垂下材に滑動子を昇降動自在に組み付け、前記した
垂下材の下端に第一の超音波トランスデューサ部、この
第一の超音波トランスデューサ部の上方に第二の超音波
トランスデューサ部、この第二の超音波トランスデュー
サ部の上方で前記した滑動子の下方位置に第三の超音波
トランスデューサ部、前記した滑動子に第四の超音波ト
ランスデューサ部を相互に夫々対向して配したことを特
徴とする。
【００３５】この場合、請求項５の如く、滑動子をフロ
ートで構成すれば、その浮力により滑動子は垂下材を昇
降動して所定部分に位置し、また請求項６の如く、垂下
材をロープ材や鎖材等の可撓材で構成した場合には、垂
下材の垂直姿勢を保持するべく下端を錘とする。
ートで構成すれば、その浮力により滑動子は垂下材を昇
降動して所定部分に位置し、また請求項６の如く、垂下
材をロープ材や鎖材等の可撓材で構成した場合には、垂
下材の垂直姿勢を保持するべく下端を錘とする。
【００３６】上述した構成で超音波の発信及び受信を行
い、超音波伝播時間を測定する。この測定により、第一
の超音波トランスデューサ部と第二の超音波トランスデ
ューサ部の区間、及び第三の超音波トランスデューサ部
と第四の超音波トランスデューサ部の区間に於ける超音
波伝播時間が数値として得られるので、その数値を所定
の式に代入して演算し、第一の超音波トランスデューサ
部から第四の超音波トランスデューサ部までの区間での
平均音速を求め、また第一の超音波トランスデューサ部
から第四の超音波トランスデューサ部までの間隔を求
め、または水温を求めるのである。
い、超音波伝播時間を測定する。この測定により、第一
の超音波トランスデューサ部と第二の超音波トランスデ
ューサ部の区間、及び第三の超音波トランスデューサ部
と第四の超音波トランスデューサ部の区間に於ける超音
波伝播時間が数値として得られるので、その数値を所定
の式に代入して演算し、第一の超音波トランスデューサ
部から第四の超音波トランスデューサ部までの区間での
平均音速を求め、また第一の超音波トランスデューサ部
から第四の超音波トランスデューサ部までの間隔を求
め、または水温を求めるのである。
【００３７】ここでは、単なる局部的な区間ではなく、
大部分の場合に水温等の条件が正反対となる例えば水面
近傍と水底近傍とに於ける超音波伝播時間を取得して両
区間の音速を算出するのみならず、これ等両区間の区間
音速を平均化するので、水深に沿った垂直全域の総平均
音速とほぼ等しくなり、従ってこれ等から算出する上記
第一から第四の超音波トランスデューサ部までの間隔ま
たは水温の測定精度が極めて高いものになる。
大部分の場合に水温等の条件が正反対となる例えば水面
近傍と水底近傍とに於ける超音波伝播時間を取得して両
区間の音速を算出するのみならず、これ等両区間の区間
音速を平均化するので、水深に沿った垂直全域の総平均
音速とほぼ等しくなり、従ってこれ等から算出する上記
第一から第四の超音波トランスデューサ部までの間隔ま
たは水温の測定精度が極めて高いものになる。
【００３８】また、請求項２の発明は、水中に配される
垂下材に昇降動自在に組み付けられる滑動子の上流寄り
と下流寄り、または前記した垂下材下端の上流寄りと下
流寄りに、超音波発受信用の第五のトランスデューサ部
と超音波発受信用の第六のトランスデューサ部とを夫々
配して、任意の位置に於いて、複数の超音波トランスデ
ューサ間に於ける超音波伝播時間の測定並びに音速の演
算により流速を求める装置である。
垂下材に昇降動自在に組み付けられる滑動子の上流寄り
と下流寄り、または前記した垂下材下端の上流寄りと下
流寄りに、超音波発受信用の第五のトランスデューサ部
と超音波発受信用の第六のトランスデューサ部とを夫々
配して、任意の位置に於いて、複数の超音波トランスデ
ューサ間に於ける超音波伝播時間の測定並びに音速の演
算により流速を求める装置である。
【００３９】そして、垂下材の下端に第一の超音波トラ
ンスデューサ部、この第一の超音波トランスデューサ部
の上方に第二の超音波トランスデューサ部、この第二の
超音波トランスデューサ部の上方で滑動子の下方位置に
第三の超音波トランスデューサ部、滑動子に第四の超音
波トランスデューサ部を相互に夫々対向して配したこと
を特徴とする。
ンスデューサ部、この第一の超音波トランスデューサ部
の上方に第二の超音波トランスデューサ部、この第二の
超音波トランスデューサ部の上方で滑動子の下方位置に
第三の超音波トランスデューサ部、滑動子に第四の超音
波トランスデューサ部を相互に夫々対向して配したこと
を特徴とする。
【００４０】ここでは、前述の場合と同様に、第一の超
音波トランスデューサ部から第四の超音波トランスデュ
ーサ部までの区間での平均音速を求め、次いで第五のト
ランスデューサ部と第六のトランスデューサ部との間で
超音波を発受信し、この超音波の伝播時間差或いは繰返
し周波数の測定から、及び先に求めた音速を利用して、
流速を演算で求めるのである。この場合、前述のように
この音速が流速測定対象である水深に沿った垂直全域の
総平均音速とほぼ等しいため、流速測定精度が極めて高
いものになる。
音波トランスデューサ部から第四の超音波トランスデュ
ーサ部までの区間での平均音速を求め、次いで第五のト
ランスデューサ部と第六のトランスデューサ部との間で
超音波を発受信し、この超音波の伝播時間差或いは繰返
し周波数の測定から、及び先に求めた音速を利用して、
流速を演算で求めるのである。この場合、前述のように
この音速が流速測定対象である水深に沿った垂直全域の
総平均音速とほぼ等しいため、流速測定精度が極めて高
いものになる。
【００４１】或いは請求項３の発明は、先端部に超音波
発受信用の第五のトランスデューサ部を配した水平桿
を、水中に配される垂下材に昇降動自在に組み付けられ
る滑動子と、前記した垂下材の下端の何れか一方に連設
し、他方に、超音波発受信用の第六のトランスデューサ
部を第五のトランスデューサ部に対向して配して、相互
の超音波の伝播時間差または繰り返し周波数を、夫々測
定または算出する構成の流速測定装置である。
発受信用の第五のトランスデューサ部を配した水平桿
を、水中に配される垂下材に昇降動自在に組み付けられ
る滑動子と、前記した垂下材の下端の何れか一方に連設
し、他方に、超音波発受信用の第六のトランスデューサ
部を第五のトランスデューサ部に対向して配して、相互
の超音波の伝播時間差または繰り返し周波数を、夫々測
定または算出する構成の流速測定装置である。
【００４２】そして、請求項１、２の発明と同様、第
一、第二、第三、第四の超音波トランスデューサ部を相
互に夫々対向して配し、第一から第四の超音波トランス
デューサ部までの区間での平均音速を求めることにな
る。
一、第二、第三、第四の超音波トランスデューサ部を相
互に夫々対向して配し、第一から第四の超音波トランス
デューサ部までの区間での平均音速を求めることにな
る。
【００４３】この請求項３の発明にあって、第六のトラ
ンスデューサ部を、第一の超音波トランスデューサ部ま
たは第四の超音波トランスデューサ部で兼用させること
も可能である。
ンスデューサ部を、第一の超音波トランスデューサ部ま
たは第四の超音波トランスデューサ部で兼用させること
も可能である。
【００４４】尚、請求項２、３、４の発明にあっても、
請求項５、６に記載したように、滑動子をフロートで構
成し、或いは垂下材の下端を錘とすると良い。
請求項５、６に記載したように、滑動子をフロートで構
成し、或いは垂下材の下端を錘とすると良い。
【００４５】
【発明の実施の形態】先ず、本発明の水深または水温測
定に関する基本的構造を説明すると、図１にあって、水
中に配される垂下材１３には滑動子１１が昇降動自在且
つ水面位置に配置可能に組み付けられ、水底に位置する
垂下材１３の下端には第一の超音波トランスデューサ部
１８が配され、この第一の超音波トランスデューサ部１
８から所定間隔ｌ1 （スモールエル1 ）をあけた垂下材
１３部分には、昇降動自在に第二の超音波トランスデュ
ーサ部１９が配される。
定に関する基本的構造を説明すると、図１にあって、水
中に配される垂下材１３には滑動子１１が昇降動自在且
つ水面位置に配置可能に組み付けられ、水底に位置する
垂下材１３の下端には第一の超音波トランスデューサ部
１８が配され、この第一の超音波トランスデューサ部１
８から所定間隔ｌ1 （スモールエル1 ）をあけた垂下材
１３部分には、昇降動自在に第二の超音波トランスデュ
ーサ部１９が配される。
【００４６】一方、水面に位置する滑動子１１下面には
細桿２０が着脱自在に垂下設され、この細桿２０の下端
に第三の超音波トランスデューサ部２１が装着され、更
に滑動子１１の下面に第四の超音波トランスデューサ部
２２が配され、第三の超音波トランスデューサ部２１と
第四の超音波トランスデューサ部２２との間に所定間隔
ｌ2 （スモールエル2 ）が形成される。
細桿２０が着脱自在に垂下設され、この細桿２０の下端
に第三の超音波トランスデューサ部２１が装着され、更
に滑動子１１の下面に第四の超音波トランスデューサ部
２２が配され、第三の超音波トランスデューサ部２１と
第四の超音波トランスデューサ部２２との間に所定間隔
ｌ2 （スモールエル2 ）が形成される。
【００４７】従って、第一の超音波トランスデューサ部
１８の上方に第二の超音波トランスデューサ部１９、こ
の第二の超音波トランスデューサ部１９の上方である滑
動子１１の下方位置に第三の超音波トランスデューサ部
２１、滑動子１１下面に第四の超音波トランスデューサ
部２２が、相互に夫々対向して配した構成となる。
１８の上方に第二の超音波トランスデューサ部１９、こ
の第二の超音波トランスデューサ部１９の上方である滑
動子１１の下方位置に第三の超音波トランスデューサ部
２１、滑動子１１下面に第四の超音波トランスデューサ
部２２が、相互に夫々対向して配した構成となる。
【００４８】滑動子１１は水面に配置させるので、その
下面に配された第四の超音波トランスデューサ部２２と
水面との間には間隔ａの差があり、また垂下材１３の下
端では、第一の超音波トランスデューサ部１８の上面と
水底との間に間隔ｂが形成され、第四の超音波トランス
デューサ部２２と第一の超音波トランスデューサ部１８
との間隔を区間Ｌとすると、水深Ｈ＝Ｌ＋（ａ＋ｂ）と
なる。
下面に配された第四の超音波トランスデューサ部２２と
水面との間には間隔ａの差があり、また垂下材１３の下
端では、第一の超音波トランスデューサ部１８の上面と
水底との間に間隔ｂが形成され、第四の超音波トランス
デューサ部２２と第一の超音波トランスデューサ部１８
との間隔を区間Ｌとすると、水深Ｈ＝Ｌ＋（ａ＋ｂ）と
なる。
【００４９】上述した構成にあって、所定測定位置での
水深または水温を測定または算出するには、先ず、各ト
ランスデューサ部での超音波の伝播時間を測定すること
になる。即ち、第一の超音波トランスデューサ部１８を
超音波発射用として超音波を発射すると、この超音波
は、第二の超音波トランスデューサ部１９、第三の超音
波トランスデューサ部２１、第四の超音波トランスデュ
ーサ部２２の順番で受信される。逆に第四の超音波トラ
ンスデューサ部２２を超音波発射用として超音波を発射
して、第三の超音波トランスデューサ部２１、第二の超
音波トランスデューサ部１９、第一の超音波トランスデ
ューサ部１８の順に受信させても良い。
水深または水温を測定または算出するには、先ず、各ト
ランスデューサ部での超音波の伝播時間を測定すること
になる。即ち、第一の超音波トランスデューサ部１８を
超音波発射用として超音波を発射すると、この超音波
は、第二の超音波トランスデューサ部１９、第三の超音
波トランスデューサ部２１、第四の超音波トランスデュ
ーサ部２２の順番で受信される。逆に第四の超音波トラ
ンスデューサ部２２を超音波発射用として超音波を発射
して、第三の超音波トランスデューサ部２１、第二の超
音波トランスデューサ部１９、第一の超音波トランスデ
ューサ部１８の順に受信させても良い。
【００５０】或いは、第二の超音波トランスデューサ部
１９または第三の超音波トランスデューサ部２１を超音
波発射用として超音波を発射し、他の三つで受信させて
も良い。要は、一つ以上のトランスデューサで超音波を
発射し、残った他のトランスデューサ（但し最小一つ）
で受信させれば良い。
１９または第三の超音波トランスデューサ部２１を超音
波発射用として超音波を発射し、他の三つで受信させて
も良い。要は、一つ以上のトランスデューサで超音波を
発射し、残った他のトランスデューサ（但し最小一つ）
で受信させれば良い。
【００５１】例えば、第一の超音波トランスデューサ部
１８から超音波を発射した場合のタイミングチャートを
矩形にして表すと図４のようになる。図４で、左端から
第一の超音波トランスデューサ部１８の発射タイミン
グ、次いで順に第二の超音波トランスデューサ部１９、
第三の超音波トランスデューサ部２１、第四の超音波ト
ランスデューサ部２２の受信タイミングである。
１８から超音波を発射した場合のタイミングチャートを
矩形にして表すと図４のようになる。図４で、左端から
第一の超音波トランスデューサ部１８の発射タイミン
グ、次いで順に第二の超音波トランスデューサ部１９、
第三の超音波トランスデューサ部２１、第四の超音波ト
ランスデューサ部２２の受信タイミングである。
【００５２】第一の超音波トランスデューサ部１８から
第四の超音波トランスデューサ部２２までの伝播時間を
ｔL （ラージエル）とし、第一の超音波トランスデュー
サ部１８から第二の超音波トランスデューサ部１９まで
の伝播時間をｔl1（スモールエル1 ）、第三の超音波ト
ランスデューサ部２１から第四の超音波トランスデュー
サ部２２までの伝播時間をｔl2（スモールエル2 ）、第
一の超音波トランスデューサ部１８から第三の超音波ト
ランスデューサ部２１までの伝播時間をｔL-l2とする
と、ｔl2＝ｔL−ｔL-l2となる。
第四の超音波トランスデューサ部２２までの伝播時間を
ｔL （ラージエル）とし、第一の超音波トランスデュー
サ部１８から第二の超音波トランスデューサ部１９まで
の伝播時間をｔl1（スモールエル1 ）、第三の超音波ト
ランスデューサ部２１から第四の超音波トランスデュー
サ部２２までの伝播時間をｔl2（スモールエル2 ）、第
一の超音波トランスデューサ部１８から第三の超音波ト
ランスデューサ部２１までの伝播時間をｔL-l2とする
と、ｔl2＝ｔL−ｔL-l2となる。
【００５３】このように測定・算出した超音波の伝播時
間ｔL （ラージエル）、ｔl1（スモールエル1 ）、ｔl2
（スモールエル2 ）を用いてＬ区間での音速Ｃを式
（１）で演算し、Ｌ区間の距離を式（２）で演算する。
間ｔL （ラージエル）、ｔl1（スモールエル1 ）、ｔl2
（スモールエル2 ）を用いてＬ区間での音速Ｃを式
（１）で演算し、Ｌ区間の距離を式（２）で演算する。
【００５４】
【数５】
【００５５】式（１）で所定測定位置のＬ区間の音速Ｃ
が求められ、Ｌ区間の距離を式（２）で求めることによ
り、前記した水深Ｈ＝Ｌ＋（ａ＋ｂ）で所定測定位置の
水深が求められる。
が求められ、Ｌ区間の距離を式（２）で求めることによ
り、前記した水深Ｈ＝Ｌ＋（ａ＋ｂ）で所定測定位置の
水深が求められる。
【００５６】ここでは、一般的に水温等の条件が最大と
最小になる水面近傍と水底近傍（或いは逆に水底近傍と
水面近傍）で音速を求め、各条件差を相殺すべく両者を
平均して音速Ｃを求めるので、ここで求めた音速Ｃは、
代表的な水温分布特性のもとでは、所定測定位置に於け
る浅深による水温の相違に殆ど左右されることなく、測
定誤差が極めて小さいものとなり、Ｌ区間の総平均音速
ＣL と一致するのである。
最小になる水面近傍と水底近傍（或いは逆に水底近傍と
水面近傍）で音速を求め、各条件差を相殺すべく両者を
平均して音速Ｃを求めるので、ここで求めた音速Ｃは、
代表的な水温分布特性のもとでは、所定測定位置に於け
る浅深による水温の相違に殆ど左右されることなく、測
定誤差が極めて小さいものとなり、Ｌ区間の総平均音速
ＣL と一致するのである。
【００５７】本発明で、この水温条件による測定誤差が
極めて小さくなる点を、具体的な数値から検討する。対
比のために前述した数値例と全く同条件な図６の水温分
布、そしてｌ1 （スモールエル1 ）＝ｌ2 （スモールエ
ル2 ）＝０．２ｍの下で、同じ式（ｇ）からＣL （シー
・ラージエル）、Ｃl1（シー・スモールエル1 ）、Ｃl2
（シー・スモールエル2 ）を、同様の式（３）から音速
測定誤差率δc 、δc1、δc2を、更に水深測定誤差率δ
L やΔＬを、夫々各水深別に求めると、表２のようにな
る。
極めて小さくなる点を、具体的な数値から検討する。対
比のために前述した数値例と全く同条件な図６の水温分
布、そしてｌ1 （スモールエル1 ）＝ｌ2 （スモールエ
ル2 ）＝０．２ｍの下で、同じ式（ｇ）からＣL （シー
・ラージエル）、Ｃl1（シー・スモールエル1 ）、Ｃl2
（シー・スモールエル2 ）を、同様の式（３）から音速
測定誤差率δc 、δc1、δc2を、更に水深測定誤差率δ
L やΔＬを、夫々各水深別に求めると、表２のようにな
る。
【００５８】
【数６】
【００５９】
【表２】
【００６０】そこで表１と表２とを比較すると、両者は
同一条件なので、ＣL ＝1485.1055m/s、は当然変わら
ず、また、Ｃl1（シー・スモールエル1 ）とＣl2（シー
・スモールエル2 ）は、本発明で図１に示す所定間隔ｌ
1 とｌ2 での部分的な平均音速であり、Ｃl2は、ｌ
2 （スモールエル2 ）＝０．２ｍ＝ｌ（スモールエル）
なので、従来例での水面近傍の垂直間隔ｌ（スモールエ
ル）の部分的な平均音速Ｃl（シー・スモールエル）と
一致する。
同一条件なので、ＣL ＝1485.1055m/s、は当然変わら
ず、また、Ｃl1（シー・スモールエル1 ）とＣl2（シー
・スモールエル2 ）は、本発明で図１に示す所定間隔ｌ
1 とｌ2 での部分的な平均音速であり、Ｃl2は、ｌ
2 （スモールエル2 ）＝０．２ｍ＝ｌ（スモールエル）
なので、従来例での水面近傍の垂直間隔ｌ（スモールエ
ル）の部分的な平均音速Ｃl（シー・スモールエル）と
一致する。
【００６１】処が本発明では、式（１）で求めた音速Ｃ
が持つ誤差率δc は、両表の対比で明らかなように、い
ずれの水深であっても従来発明の約１／１０にまで減少
する。このように本発明の音速誤差率δc が著しく改善
されるのは、表２のように所定間隔ｌ1 とｌ2 に於ける
音速誤差率δc1とδc2の正負の符号が各々逆符号なとこ
ろに対し、式（１）にて音速Ｃを演算するためで、単な
る平均ではなく、各々の誤差を相殺するからである。
が持つ誤差率δc は、両表の対比で明らかなように、い
ずれの水深であっても従来発明の約１／１０にまで減少
する。このように本発明の音速誤差率δc が著しく改善
されるのは、表２のように所定間隔ｌ1 とｌ2 に於ける
音速誤差率δc1とδc2の正負の符号が各々逆符号なとこ
ろに対し、式（１）にて音速Ｃを演算するためで、単な
る平均ではなく、各々の誤差を相殺するからである。
【００６２】例えば水深５ｍの場合、前記した従来発明
の誤差率δc が０．７０６％であるのに対して本発明で
はδc ＝０．０７３８であり、この結果水深測定誤差率
δLやΔＬも当然約１／１０に減少し、従って前述の水
深５ｍの場合の絶対誤差は０．３７cmに過ぎず、たとえ
水深１０ｍであっても０．８cmなので、水文計測に於け
る許容誤差を充分に満足する。同様に、後述する流速測
定誤差は従来発明の１．４１％から０．１５％に、また
流量測定誤差は従来発明の２．１％から０．２２％と、
約１／１０に減少するのである。
の誤差率δc が０．７０６％であるのに対して本発明で
はδc ＝０．０７３８であり、この結果水深測定誤差率
δLやΔＬも当然約１／１０に減少し、従って前述の水
深５ｍの場合の絶対誤差は０．３７cmに過ぎず、たとえ
水深１０ｍであっても０．８cmなので、水文計測に於け
る許容誤差を充分に満足する。同様に、後述する流速測
定誤差は従来発明の１．４１％から０．１５％に、また
流量測定誤差は従来発明の２．１％から０．２２％と、
約１／１０に減少するのである。
【００６３】尚、前述したように、垂下材１３に装着さ
れた第二の超音波トランスデューサ部１９は昇降動自在
となっており、従って所定間隔ｌ1 （スモールエル1 ）
を調整することができ、また、細桿２０も着脱自在とな
っていて所定間隔ｌ2 （スモールエル2 ）を調整するこ
ともできる。
れた第二の超音波トランスデューサ部１９は昇降動自在
となっており、従って所定間隔ｌ1 （スモールエル1 ）
を調整することができ、また、細桿２０も着脱自在とな
っていて所定間隔ｌ2 （スモールエル2 ）を調整するこ
ともできる。
【００６４】間隔ｌ1 と間隔ｌ2 は大きいほど音速、水
深または水温の測定精度が高まり、望ましくは、ｌ1 ＝
ｌ2 ＝Ｌ／３が良い。測定箇所が河川でなく、水深が深
い湖とか貯水池の水深を船等を利用して測定する場合
は、流速が殆どないので、Ｌ区間に対する所定間隔ｌ
（スモールエル）の割合を更に大きくして水深測定精度
を高くすることができる。逆に水深が浅ければ、所定間
隔ｌ（スモールエル）を小さくせざるを得ない。但し垂
下材１３として後述するようにロープ材等の可撓材を使
用した場合、ロープ材が水流で流されて完全に垂直にな
っていなくても、間隔ｌ1 或いはｌ2 が小さければ、当
該部分はほぼ垂直に維持されるので、水深測定誤差の増
加を抑制できる。。
深または水温の測定精度が高まり、望ましくは、ｌ1 ＝
ｌ2 ＝Ｌ／３が良い。測定箇所が河川でなく、水深が深
い湖とか貯水池の水深を船等を利用して測定する場合
は、流速が殆どないので、Ｌ区間に対する所定間隔ｌ
（スモールエル）の割合を更に大きくして水深測定精度
を高くすることができる。逆に水深が浅ければ、所定間
隔ｌ（スモールエル）を小さくせざるを得ない。但し垂
下材１３として後述するようにロープ材等の可撓材を使
用した場合、ロープ材が水流で流されて完全に垂直にな
っていなくても、間隔ｌ1 或いはｌ2 が小さければ、当
該部分はほぼ垂直に維持されるので、水深測定誤差の増
加を抑制できる。。
【００６５】処で、所定区間の超音波伝播時間を測定す
る手段としては、トランスデューサ部を上述のように必
ず四個を用いなければならないというものではなく、第
一の超音波トランスデューサ部１８と第四の超音波トラ
ンスデューサ部２２のいずれか一方或いは両方を省くこ
とも可能である。即ち、第二の超音波トランスデューサ
部１９と第三の超音波トランスデューサ部２１、或いは
これ等に加えて第一の超音波トランスデューサ部１８ま
たは第四の超音波トランスデューサ部２２をもって測定
するのである。
る手段としては、トランスデューサ部を上述のように必
ず四個を用いなければならないというものではなく、第
一の超音波トランスデューサ部１８と第四の超音波トラ
ンスデューサ部２２のいずれか一方或いは両方を省くこ
とも可能である。即ち、第二の超音波トランスデューサ
部１９と第三の超音波トランスデューサ部２１、或いは
これ等に加えて第一の超音波トランスデューサ部１８ま
たは第四の超音波トランスデューサ部２２をもって測定
するのである。
【００６６】この場合には、或るトランスデューサから
発射した超音波が、他のトランスデューサに直接伝播す
る時間、並びに水底体１２や水底、或いは滑動子１１や
水面で反射して戻ってくるまでの時間を測定し、必要区
間の伝播時間を算出するのである。但し、この手段は、
一測定毎に発射を複数回行ったり、発・受信兼用のトラ
ンスデューサ部を設けたり、制御ソフトウェア、演算ソ
フトウェア、更に切替回路等が複雑となり、また、上記
のように水深が深い場合には、ｌ1 やｌ2 を大きくする
ため、超音波が反射によって減衰すると受信しずらくな
る面もある。
発射した超音波が、他のトランスデューサに直接伝播す
る時間、並びに水底体１２や水底、或いは滑動子１１や
水面で反射して戻ってくるまでの時間を測定し、必要区
間の伝播時間を算出するのである。但し、この手段は、
一測定毎に発射を複数回行ったり、発・受信兼用のトラ
ンスデューサ部を設けたり、制御ソフトウェア、演算ソ
フトウェア、更に切替回路等が複雑となり、また、上記
のように水深が深い場合には、ｌ1 やｌ2 を大きくする
ため、超音波が反射によって減衰すると受信しずらくな
る面もある。
【００６７】尚、上記した垂下材１３としては直線棒状
の桿材を想定しているが、この垂下材１３は、ほぼ全て
の流量観測業者が既存のプロペラ式局部流速計用に用い
るため長年にわたって保有している桿材（通称ロッド）
や、更にはロープ材や鎖材等の可撓材を採用しても良
く、このような場合には、水中に配した際に可撓材が水
流によって撓んでしまったりすることのないように（即
ち水中での垂直姿勢が維持できるように）、垂下材１３
の下端に錘としての水底体１２を連係すると良い。
の桿材を想定しているが、この垂下材１３は、ほぼ全て
の流量観測業者が既存のプロペラ式局部流速計用に用い
るため長年にわたって保有している桿材（通称ロッド）
や、更にはロープ材や鎖材等の可撓材を採用しても良
く、このような場合には、水中に配した際に可撓材が水
流によって撓んでしまったりすることのないように（即
ち水中での垂直姿勢が維持できるように）、垂下材１３
の下端に錘としての水底体１２を連係すると良い。
【００６８】また、滑動子１１は、垂下材１３に対して
昇降動自在に組み付けられ、垂下材１３を水中に垂直起
立させた状態での水面位置で所定の締結具（図示省略）
を介して垂下材１３に固定されるが、滑動子１１をフロ
ートで構成すれば、いかなる水深或いは水位であっても
上記垂下材１３の水中での垂直起立姿勢で水面に浮く状
態となり、位置合せの手間が省ける。
昇降動自在に組み付けられ、垂下材１３を水中に垂直起
立させた状態での水面位置で所定の締結具（図示省略）
を介して垂下材１３に固定されるが、滑動子１１をフロ
ートで構成すれば、いかなる水深或いは水位であっても
上記垂下材１３の水中での垂直起立姿勢で水面に浮く状
態となり、位置合せの手間が省ける。
【００６９】そして、フロート構成の滑動子１１の垂下
材１３に対する組み付けは、例えば滑動子１１のほぼ中
心位置に上下方向に貫通孔１４を開設し、桿材或いはロ
ープ材等で構成した垂下材１３を遊挿貫通して昇降動自
在とするものであるが、これに限定されるものではな
く、滑動子１１の一部にリング等を設け（図示省略）、
このリングに遊挿貫通しても良い。
材１３に対する組み付けは、例えば滑動子１１のほぼ中
心位置に上下方向に貫通孔１４を開設し、桿材或いはロ
ープ材等で構成した垂下材１３を遊挿貫通して昇降動自
在とするものであるが、これに限定されるものではな
く、滑動子１１の一部にリング等を設け（図示省略）、
このリングに遊挿貫通しても良い。
【００７０】垂下材１３を桿材で構成した場合には垂下
材１３を水中に垂直起立させることにより、またロープ
材等で構成した場合には垂下材１３を直上に緊張させる
ことにより、滑動子１１は水流を受けてもその位置は水
底体１２の直上で確保されることになる。そして、特に
フロート構成の滑動子１１では、昇降動自在のままいか
なる水深地点であっても自動的に水面を追従することが
できる代わりに、水流を受けて貫通孔１４を中心にして
回転してしまう虞れがある。
材１３を水中に垂直起立させることにより、またロープ
材等で構成した場合には垂下材１３を直上に緊張させる
ことにより、滑動子１１は水流を受けてもその位置は水
底体１２の直上で確保されることになる。そして、特に
フロート構成の滑動子１１では、昇降動自在のままいか
なる水深地点であっても自動的に水面を追従することが
できる代わりに、水流を受けて貫通孔１４を中心にして
回転してしまう虞れがある。
【００７１】よって滑動子１１が水流を受けた際にその
方向が流速方向に対応して一定方向に安定するように、
滑動子１１を流線形に構成すると共に、滑動子１１の末
端に方向舵１５を設けると良い（図２参照）。この方向
舵１５により、流線形の滑動子１１の軸方向を流速方向
に一致させることができる。或いは桿材の場合に限れ
ば、回転防止のために垂下材１３と滑動子１１のいずれ
か一方に溝、他方に突部を設けて係合させても良い（図
示省略）。
方向が流速方向に対応して一定方向に安定するように、
滑動子１１を流線形に構成すると共に、滑動子１１の末
端に方向舵１５を設けると良い（図２参照）。この方向
舵１５により、流線形の滑動子１１の軸方向を流速方向
に一致させることができる。或いは桿材の場合に限れ
ば、回転防止のために垂下材１３と滑動子１１のいずれ
か一方に溝、他方に突部を設けて係合させても良い（図
示省略）。
【００７２】この回転は垂下材１３をロープ材等で構成
した場合の水底体１２の投入時にも考えられるので、水
底体１２にも方向舵１６を設けると良い。これにより、
水底体１２が回転することによって生じるロープ材の捻
れを少なくすると同時に、毎回ほぼ一定の方向に向いた
状態で着底させることができる。尚、水底体１２の底面
には周知の接触センサ１７が設けてあり、水底体１２と
河床の接触を確認することができるようになっている。
した場合の水底体１２の投入時にも考えられるので、水
底体１２にも方向舵１６を設けると良い。これにより、
水底体１２が回転することによって生じるロープ材の捻
れを少なくすると同時に、毎回ほぼ一定の方向に向いた
状態で着底させることができる。尚、水底体１２の底面
には周知の接触センサ１７が設けてあり、水底体１２と
河床の接触を確認することができるようになっている。
【００７３】また、滑動子１１に設けた貫通孔１４に対
して垂下材１３を遊挿貫通させた場合、フロート構成の
滑動子１１の上下（昇降・浮沈）動及び回転が円滑に達
成されるように、貫通孔１４内に摩擦係数の小さい例え
ばポリウレタン材質によるシリンダーを嵌め込んでおく
（図示省略）。
して垂下材１３を遊挿貫通させた場合、フロート構成の
滑動子１１の上下（昇降・浮沈）動及び回転が円滑に達
成されるように、貫通孔１４内に摩擦係数の小さい例え
ばポリウレタン材質によるシリンダーを嵌め込んでおく
（図示省略）。
【００７４】垂下材１３の下端である水底体１２の上面
中心には、第一の超音波トランスデューサ部１８が埋設
されてある。いずれのトランスデューサも、他のトラン
スデューサの影に入って伝播効率が劣化してしまうこと
のないように、各トランスデューサを垂下材１３を中心
にして円周上に配置するのが望ましいが、この場合に超
音波発信用とした例えば第一の超音波トランスデューサ
部１８を円環形の厚み振動をする構成にし、いずれの受
信用トランスデューサに対しても超音波の伝播を直接的
にし、より確実にするのである。
中心には、第一の超音波トランスデューサ部１８が埋設
されてある。いずれのトランスデューサも、他のトラン
スデューサの影に入って伝播効率が劣化してしまうこと
のないように、各トランスデューサを垂下材１３を中心
にして円周上に配置するのが望ましいが、この場合に超
音波発信用とした例えば第一の超音波トランスデューサ
部１８を円環形の厚み振動をする構成にし、いずれの受
信用トランスデューサに対しても超音波の伝播を直接的
にし、より確実にするのである。
【００７５】尚、特に垂下材１３を桿材で構成した場
合、垂下材１３を垂直姿勢にするように上端に水平計を
設けると良いし、垂下材１３の下端が必要以上に深く河
床にもぐったりしないように、及び第一の超音波トラン
スデューサ部１８を保護するべく、水底体１２の下端に
鍔を設けると良い（共に図示省略）。
合、垂下材１３を垂直姿勢にするように上端に水平計を
設けると良いし、垂下材１３の下端が必要以上に深く河
床にもぐったりしないように、及び第一の超音波トラン
スデューサ部１８を保護するべく、水底体１２の下端に
鍔を設けると良い（共に図示省略）。
【００７６】浮力により水に浮いている特にフロート構
成の滑動子１１では、その下面に位置する第四の超音波
トランスデューサ部２２と水面との間には前記したよう
に間隔ａの差があり、また水底体１２を用い、その上面
に第一の超音波トランスデューサ部１８を配した場合に
は、水底体１２の肉厚により第一の超音波トランスデュ
ーサ部１８と水底との間に前記したように間隔ｂが形成
されることになる。
成の滑動子１１では、その下面に位置する第四の超音波
トランスデューサ部２２と水面との間には前記したよう
に間隔ａの差があり、また水底体１２を用い、その上面
に第一の超音波トランスデューサ部１８を配した場合に
は、水底体１２の肉厚により第一の超音波トランスデュ
ーサ部１８と水底との間に前記したように間隔ｂが形成
されることになる。
【００７７】処で、前述したように温度と音速とは関係
式（ｇ）で表されるので、これを変形した式（４）を用
いれば、上述した構成の水深測定装置にあって非常に高
精度な平均音速Ｃが得られるため、副次的に当該測定箇
所に於ける水温Ｔも、この水深測定装置そのままで求め
ることができ、水文観測や、水質測定に必要不可欠な水
温測定が正確に達成される。
式（ｇ）で表されるので、これを変形した式（４）を用
いれば、上述した構成の水深測定装置にあって非常に高
精度な平均音速Ｃが得られるため、副次的に当該測定箇
所に於ける水温Ｔも、この水深測定装置そのままで求め
ることができ、水文観測や、水質測定に必要不可欠な水
温測定が正確に達成される。
【００７８】
【数７】
【００７９】さて、上述した構成の水深または水温測定
装置に加えて、更に超音波発受信用の第五のトランスデ
ューサ部２３と超音波発受信用の第六のトランスデュー
サ部２４とにより、超音波の伝播時間差または繰り返し
周波数を測定して流速を測定する構成とする。
装置に加えて、更に超音波発受信用の第五のトランスデ
ューサ部２３と超音波発受信用の第六のトランスデュー
サ部２４とにより、超音波の伝播時間差または繰り返し
周波数を測定して流速を測定する構成とする。
【００８０】図２で、流線形の滑動子１１には、長さ方
向に沿って水平桿２５が着脱自在に装着されており、こ
の水平桿２５の両端部に、相互に近接離反自在に上記し
た超音波発受信用の第五のトランスデューサ部２３と超
音波発受信用の第六のトランスデューサ部２４とが、所
定間隔Ｄを維持して、滑動子１１の中心から相互に等間
隔で配される。
向に沿って水平桿２５が着脱自在に装着されており、こ
の水平桿２５の両端部に、相互に近接離反自在に上記し
た超音波発受信用の第五のトランスデューサ部２３と超
音波発受信用の第六のトランスデューサ部２４とが、所
定間隔Ｄを維持して、滑動子１１の中心から相互に等間
隔で配される。
【００８１】所定間隔Ｄは、測定精度を高める観点から
すれば大きい方が良いが、水深等との条件から適宜位置
を設定し、水平桿２５に第五のトランスデューサ部２３
と第六のトランスデューサ部２４をスライドまたは回転
（角度調整）固定するのであり、また、第五のトランス
デューサ部２３と第六のトランスデューサ部２４とは、
水面直下に位置するようにする。
すれば大きい方が良いが、水深等との条件から適宜位置
を設定し、水平桿２５に第五のトランスデューサ部２３
と第六のトランスデューサ部２４をスライドまたは回転
（角度調整）固定するのであり、また、第五のトランス
デューサ部２３と第六のトランスデューサ部２４とは、
水面直下に位置するようにする。
【００８２】滑動子１１の上流寄りの水面直下に第五の
トランスデューサ部２３を、下流寄りの水面直下に第六
のトランスデューサ部２４を配した図示実施例で、第五
のトランスデューサ部２３から発射した超音波が、河床
に向かって進行して河床或いは水底体１２、更には水底
体１２の前記第一の超音波トランスデューサ部１８の表
面に到達し、且つここで反射して第六のトランスデュー
サ部２４にまで至る伝播時間ｔ56と、第六のトランスデ
ューサ部２４から発射した超音波が、河床に向かって進
行して河床或いは水底体１２、更には水底体１２の前記
第一の超音波トランスデューサ部１８の表面に到達し、
且つここで反射して第五のトランスデューサ部２３にま
で至る伝播時間ｔ65とを測定し、一般式（ｅ）と同様の
式（５）でＬ区間での垂直平均流速Ｖ⊥ を求める。
トランスデューサ部２３を、下流寄りの水面直下に第六
のトランスデューサ部２４を配した図示実施例で、第五
のトランスデューサ部２３から発射した超音波が、河床
に向かって進行して河床或いは水底体１２、更には水底
体１２の前記第一の超音波トランスデューサ部１８の表
面に到達し、且つここで反射して第六のトランスデュー
サ部２４にまで至る伝播時間ｔ56と、第六のトランスデ
ューサ部２４から発射した超音波が、河床に向かって進
行して河床或いは水底体１２、更には水底体１２の前記
第一の超音波トランスデューサ部１８の表面に到達し、
且つここで反射して第五のトランスデューサ部２３にま
で至る伝播時間ｔ65とを測定し、一般式（ｅ）と同様の
式（５）でＬ区間での垂直平均流速Ｖ⊥ を求める。
【００８３】
【数８】
【００８４】この式（５）に、前記した音速Ｃを得た式
（１）を代入すれば式（６）となるので、同式を演算し
て具体的な垂直平均流速Ｖ⊥ を求めることができ、更
には式（２）及び水深Ｈ＝Ｌ＋（ａ＋ｂ）を利用して部
分断面積を、そしてこれらの積から分割区間毎の部分流
量を求め、それらの総和を算出して流量を測定し、また
は算出することになる。
（１）を代入すれば式（６）となるので、同式を演算し
て具体的な垂直平均流速Ｖ⊥ を求めることができ、更
には式（２）及び水深Ｈ＝Ｌ＋（ａ＋ｂ）を利用して部
分断面積を、そしてこれらの積から分割区間毎の部分流
量を求め、それらの総和を算出して流量を測定し、また
は算出することになる。
【００８５】そして、各トランスデューサ等が接続され
たコントローラー（図示省略）に予め備えたソフトウェ
アにより、分割区間幅Ｂのみを入力すれば、他は全て瞬
時に一括して水深や流速を自動測定し、流量を自動演算
させることも極めて容易である。
たコントローラー（図示省略）に予め備えたソフトウェ
アにより、分割区間幅Ｂのみを入力すれば、他は全て瞬
時に一括して水深や流速を自動測定し、流量を自動演算
させることも極めて容易である。
【００８６】尚、図２の実施例では、水平桿２５を滑動
子１１に装着する構成を示したが、水平桿２５を垂下材
１３下端或いは水底体１２に装着し、第五のトランスデ
ューサ部２３と第六のトランスデューサ部２４とを水底
近傍に位置するようにしても良い。この場合、第五のト
ランスデューサ部２３と第六のトランスデューサ部２４
との間での超音波は、水面或いは滑動子１１下面で反射
させるようにする。また、上記各実施例で水平桿２５を
着脱自在に構成したのは、本装置を水深・水温測定用の
みとして使用する場合には、これが不要となるからであ
る。
子１１に装着する構成を示したが、水平桿２５を垂下材
１３下端或いは水底体１２に装着し、第五のトランスデ
ューサ部２３と第六のトランスデューサ部２４とを水底
近傍に位置するようにしても良い。この場合、第五のト
ランスデューサ部２３と第六のトランスデューサ部２４
との間での超音波は、水面或いは滑動子１１下面で反射
させるようにする。また、上記各実施例で水平桿２５を
着脱自在に構成したのは、本装置を水深・水温測定用の
みとして使用する場合には、これが不要となるからであ
る。
【００８７】河床の凹凸が大きい場合には、正確性の面
で図２の実施例の如く水平桿２５を滑動子１１に装着す
るのが望ましく、またこの構成とすれば、第五のトラン
スデューサ部２３と第六のトランスデューサ部２４との
間隔の調整が容易であり、或いは垂下材１３下端方向へ
の第五のトランスデューサ部２３と第六のトランスデュ
ーサ部２４の角度調整が容易である。
で図２の実施例の如く水平桿２５を滑動子１１に装着す
るのが望ましく、またこの構成とすれば、第五のトラン
スデューサ部２３と第六のトランスデューサ部２４との
間隔の調整が容易であり、或いは垂下材１３下端方向へ
の第五のトランスデューサ部２３と第六のトランスデュ
ーサ部２４の角度調整が容易である。
【００８８】一方、水面近傍は流速が高く流圧が大きい
ため、図２の構成では滑動子１１を含む水平桿２５が安
定しにくく、また滑動子１１をフロート構成とした場合
には大型にして大きな浮力を確保しなければならない。
従って水平桿２５を垂下材１３下端或いは水底体１２に
装着すれば、この問題が解消されることになる。
ため、図２の構成では滑動子１１を含む水平桿２５が安
定しにくく、また滑動子１１をフロート構成とした場合
には大型にして大きな浮力を確保しなければならない。
従って水平桿２５を垂下材１３下端或いは水底体１２に
装着すれば、この問題が解消されることになる。
【００８９】更には、超音波の伝播時間または繰り返し
周波数を測定して流速を測定または算出する装置として
は、図３に示した構成もありえる。即ち、先端部に超音
波発受信用の第五のトランスデューサ部２３を配した水
平桿２５を、滑動子１１と垂下材１３下端或いは水底体
１２との何れか一方に連設し、他方に、超音波発受信用
の第六のトランスデューサ部２４を第五のトランスデュ
ーサ部２３に対向して配するのである。
周波数を測定して流速を測定または算出する装置として
は、図３に示した構成もありえる。即ち、先端部に超音
波発受信用の第五のトランスデューサ部２３を配した水
平桿２５を、滑動子１１と垂下材１３下端或いは水底体
１２との何れか一方に連設し、他方に、超音波発受信用
の第六のトランスデューサ部２４を第五のトランスデュ
ーサ部２３に対向して配するのである。
【００９０】この場合、水平桿２５を垂下材１３下端或
いは水底体１２に装着したならば、この先端部に配した
第五のトランスデューサ部２３に対向させる第六のトラ
ンスデューサ部２４を、滑動子１１下面の第四の超音波
トランスデューサ部２２で兼用させても良いし、水平桿
２５を滑動子１１に連設したならば、第六のトランスデ
ューサ部２４を、水底体１２上面の第一の超音波トラン
スデューサ部１８で兼用させても良い。
いは水底体１２に装着したならば、この先端部に配した
第五のトランスデューサ部２３に対向させる第六のトラ
ンスデューサ部２４を、滑動子１１下面の第四の超音波
トランスデューサ部２２で兼用させても良いし、水平桿
２５を滑動子１１に連設したならば、第六のトランスデ
ューサ部２４を、水底体１２上面の第一の超音波トラン
スデューサ部１８で兼用させても良い。
【００９１】ここでは、第五のトランスデューサ部２３
から発射した超音波が第六のトランスデューサ部２４に
到達するまでの伝播時間ｔ56と、第六のトランスデュー
サ部２４から発射した超音波が第五のトランスデューサ
部２３に到達するまでの伝播時間ｔ65とを測定し、垂直
平均流速Ｖ⊥ を算出することになる（式（７））。
から発射した超音波が第六のトランスデューサ部２４に
到達するまでの伝播時間ｔ56と、第六のトランスデュー
サ部２４から発射した超音波が第五のトランスデューサ
部２３に到達するまでの伝播時間ｔ65とを測定し、垂直
平均流速Ｖ⊥ を算出することになる（式（７））。
【００９２】
【数９】
【００９３】勿論、上記図２及び図３の実施例における
音速の測定方法やその優れた精度は、前述の図１の実施
例の場合と同様であり、また水深測定方法や必要に応じ
て行う水温測定方法も同様である。
音速の測定方法やその優れた精度は、前述の図１の実施
例の場合と同様であり、また水深測定方法や必要に応じ
て行う水温測定方法も同様である。
【００９４】尚、本発明では、第一の超音波トランスデ
ューサ部１８から第四の超音波トランスデューサ部２
２、及び第五のトランスデューサ部２３と第六のトラン
スデューサ部２４との複数組のトランスデューサを用い
る構成となっているが、いずれの対を含む組であっても
その間の超音波伝播時間のみを測定しているだけで他の
測定要素を必要とせず、しかもその測定は瞬時に終了す
る。従って、各組の測定を順次行えば良い（逆に同時に
行うとノイズが発生する）。よって、超音波発信及び伝
播時間測定の機構（回路）のみを僅か一つだけ用意し、
他には切り替えスイッチを備えるだけで良く、極めて簡
易・軽便な構成である。
ューサ部１８から第四の超音波トランスデューサ部２
２、及び第五のトランスデューサ部２３と第六のトラン
スデューサ部２４との複数組のトランスデューサを用い
る構成となっているが、いずれの対を含む組であっても
その間の超音波伝播時間のみを測定しているだけで他の
測定要素を必要とせず、しかもその測定は瞬時に終了す
る。従って、各組の測定を順次行えば良い（逆に同時に
行うとノイズが発生する）。よって、超音波発信及び伝
播時間測定の機構（回路）のみを僅か一つだけ用意し、
他には切り替えスイッチを備えるだけで良く、極めて簡
易・軽便な構成である。
【００９５】更には、上記した実施例では、第一の超音
波トランスデューサ部１８を水底またはその近傍、第四
の超音波トランスデューサ部２２を水面またはその近傍
に位置させ、その間に第二の超音波トランスデューサ部
１９と第三の超音波トランスデューサ部２１位置させ
て、水底から水面までの平均音速、平均水温及び水深を
測定する構成を一貫して説明している。
波トランスデューサ部１８を水底またはその近傍、第四
の超音波トランスデューサ部２２を水面またはその近傍
に位置させ、その間に第二の超音波トランスデューサ部
１９と第三の超音波トランスデューサ部２１位置させ
て、水底から水面までの平均音速、平均水温及び水深を
測定する構成を一貫して説明している。
【００９６】或いは、第五のトランスデューサ部２３と
第六のトランスデューサ部２４とを水面直下に位置さ
せ、または水底近傍に位置させる構成で説明した。
第六のトランスデューサ部２４とを水面直下に位置さ
せ、または水底近傍に位置させる構成で説明した。
【００９７】しかしながらこの夫々のトランスデューサ
部の位置設定は、これに限定されるものではない。即
ち、例えば、水面と水底との中間部位を基準とし、この
中間部位から水底まで、或いは中間部位から水面まで
の、各々の正確な水温、水深を測定しなければならない
要請も皆無ではない。従ってこのような場合、第一の超
音波トランスデューサ部１８を水底に位置させると共に
第四の超音波トランスデューサ部２２をこの中間部位に
位置させ、或いは第一の超音波トランスデューサ部１８
を中間部位に位置させると共に第四の超音波トランスデ
ューサ部２２を水底に位置させる、といった形態も充分
に考えられる。
部の位置設定は、これに限定されるものではない。即
ち、例えば、水面と水底との中間部位を基準とし、この
中間部位から水底まで、或いは中間部位から水面まで
の、各々の正確な水温、水深を測定しなければならない
要請も皆無ではない。従ってこのような場合、第一の超
音波トランスデューサ部１８を水底に位置させると共に
第四の超音波トランスデューサ部２２をこの中間部位に
位置させ、或いは第一の超音波トランスデューサ部１８
を中間部位に位置させると共に第四の超音波トランスデ
ューサ部２２を水底に位置させる、といった形態も充分
に考えられる。
【００９８】或いは同様に、例えば水理学研究等のため
に、中間部位でのみの流速、中間部位以上での流速、中
間部位以下での流速等、部分的範囲での垂直平均流速測
定を行わなければならないこともあろう。
に、中間部位でのみの流速、中間部位以上での流速、中
間部位以下での流速等、部分的範囲での垂直平均流速測
定を行わなければならないこともあろう。
【００９９】
【発明の効果】本発明にかかる水深・流速・水温測定装
置は上述した構成となっているので、水温や浮遊粒子の
偏在に左右されることなく、測定区間全域の平均音速と
良く一致した音速を測定することができ、従ってこれに
基づいて精度の高い水深を測定することができる。
置は上述した構成となっているので、水温や浮遊粒子の
偏在に左右されることなく、測定区間全域の平均音速と
良く一致した音速を測定することができ、従ってこれに
基づいて精度の高い水深を測定することができる。
【０１００】また、流速測定及び水温測定に関してもこ
の測定精度の高い音速の値を利用し超高精度に且つ水面
から水底までの平均流速及び平均水温を一瞬にして測る
ためごく短時間で容易であると同時に、正確な流量の測
定ができる。
の測定精度の高い音速の値を利用し超高精度に且つ水面
から水底までの平均流速及び平均水温を一瞬にして測る
ためごく短時間で容易であると同時に、正確な流量の測
定ができる。
【０１０１】更には、携帯性が良く、測定部材を河川等
の所定位置に配置するためのキャリア装置を必要とせ
ず、プロペラ式等の流速計で使用している既存の桿やロ
ープをそのまま利用することができるため非常に利便性
が高い等、多くの優れた作用効果を奏する。
の所定位置に配置するためのキャリア装置を必要とせ
ず、プロペラ式等の流速計で使用している既存の桿やロ
ープをそのまま利用することができるため非常に利便性
が高い等、多くの優れた作用効果を奏する。
【図１】本発明にかかる水深・水温測定装置の原理説明
図である。
図である。
【図２】本発明にかかる流速測定装置の説明図である。
【図３】他の実施例を示す説明図である。
【図４】超音波の伝播時間を示すタイムチャートであ
る。
る。
【図５】従来例の説明図である。
【図６】河川の水面から河床までの温度分布の断面説明
図である。
図である。
１１；滑動子、１２；水底体、１３；垂下材、１４；貫
通孔、１５；方向舵、１６；方向舵、１７；接触セン
サ、１８；第一の超音波トランスデューサ部、１９；第
二の超音波トランスデューサ部、２０；細桿、２１；第
三の超音波トランスデューサ部、２２；第四の超音波ト
ランスデューサ部、２３；第五のトランスデューサ部、
２４；第六のトランスデューサ部、２５；水平桿。
通孔、１５；方向舵、１６；方向舵、１７；接触セン
サ、１８；第一の超音波トランスデューサ部、１９；第
二の超音波トランスデューサ部、２０；細桿、２１；第
三の超音波トランスデューサ部、２２；第四の超音波ト
ランスデューサ部、２３；第五のトランスデューサ部、
２４；第六のトランスデューサ部、２５；水平桿。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｓ 15/10 Ｇ０１Ｓ 15/10 (72)発明者 ハクソー、チャン 大韓民国 キョンギ−ド ソンナン市 プ ンダン−グ ヤタップ−ドン チャンミマ ウル 102−1301 Ｆターム(参考） 2F035 AA03 DA04 DA14 2F056 CA18 CE08 JG05 VS03 VS04 VS07 VS09 WA01 WA06 2F076 BA01 BB12 BD07 BD12 BD17 BD19 BE09 2G023 BB42 BC04 BD08 5J083 AA02 AA04 AC10 AD06 AD12 AD22 AE10 AF19 CA18 CA42
Claims (6)
- 【請求項１】 任意の位置に於いて、複数の超音波トラ
ンスデューサ間に於ける超音波伝播時間の測定並びに音
速の演算により、水深または水温を求める装置であっ
て、 水中に配される垂下材（１３）に滑動子（１１）を昇降
動自在に組み付け、前記垂下材（１３）下端に第一の超
音波トランスデューサ部（１８）、該第一の超音波トラ
ンスデューサ部（１８）の上方に第二の超音波トランス
デューサ部（１９）、該第二の超音波トランスデューサ
部（１９）の上方で前記滑動子（１１）の下方位置に第
三の超音波トランスデューサ部（２１）、前記滑動子
（１１）に第四の超音波トランスデューサ部（２２）を
相互に夫々対向して配したことを特徴とする水深または
水温測定装置。 - 【請求項２】 水中に配される垂下材（１３）に昇降動
自在に組み付けられる滑動子（１１）の上流寄りと下流
寄り、または前記垂下材（１３）下端の上流寄りと下流
寄りに、超音波発受信用の第五のトランスデューサ部
（２３）と超音波発受信用の第六のトランスデューサ部
（２４）とを夫々配して、任意の位置に於いて、複数の
超音波トランスデューサ間に於ける超音波伝播時間の測
定並びに音速の演算により流速を求める装置であって、 前記垂下材（１３）下端に第一の超音波トランスデュー
サ部（１８）、該第一の超音波トランスデューサ部（１
８）の上方に第二の超音波トランスデューサ部（１
９）、該第二の超音波トランスデューサ部（１９）の上
方で前記滑動子（１１）の下方位置に第三の超音波トラ
ンスデューサ部（２１）、前記滑動子（１１）に第四の
超音波トランスデューサ部（２２）を相互に夫々対向し
て配したことを特徴とする流速測定装置。 - 【請求項３】 先端部に超音波発受信用の第五のトラン
スデューサ部（２３）を配した水平桿（２５）を、水中
に配される垂下材（１３）に昇降動自在に組み付けられ
る滑動子（１１）と前記垂下材（１３）下端の何れか一
方に連設し、他方に、超音波発受信用の第六のトランス
デューサ部（２４）を前記第五のトランスデューサ部
（２３）に対向して配して、任意の位置に於いて、複数
の超音波トランスデューサ間に於ける超音波伝播時間の
測定並びに音速の演算により流速を求める装置であっ
て、 前記垂下材（１３）下端に第一の超音波トランスデュー
サ部（１８）、該第一の超音波トランスデューサ部（１
８）の上方に第二の超音波トランスデューサ部（１
９）、該第二の超音波トランスデューサ部（１９）の上
方で前記滑動子（１１）の下方位置に第三の超音波トラ
ンスデューサ部（２１）、前記滑動子（１１）に第四の
超音波トランスデューサ部（２２）を相互に夫々対向し
て配したことを特徴とする流速測定装置。 - 【請求項４】 第六のトランスデューサ部（２４）を、
第一の超音波トランスデューサ部（１８）または第四の
超音波トランスデューサ部（２２）で兼用させる請求項
３に記載の流速測定装置。 - 【請求項５】 滑動子（１１）をフロートで構成した請
求項１、２、３、４に記載の水深または水温または流速
測定装置。 - 【請求項６】 垂下材（１３）の下端を錘とした請求項
１、２、３、４、５に記載の水深または水温または流速
測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10279306A JP2957576B1 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 水深・流速・水温測定装置 |
| US09/391,229 US6332360B1 (en) | 1998-09-16 | 1999-09-07 | Apparatus for measuring the depth, water velocity or water temperature of an open channel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10279306A JP2957576B1 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 水深・流速・水温測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2957576B1 JP2957576B1 (ja) | 1999-10-04 |
| JP2000097738A true JP2000097738A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17609336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10279306A Expired - Fee Related JP2957576B1 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 水深・流速・水温測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6332360B1 (ja) |
| JP (1) | JP2957576B1 (ja) |
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