JP2000258212A - Method and apparatus for measuring flow velocity in open channel and calibration inspecting method - Google Patents

Method and apparatus for measuring flow velocity in open channel and calibration inspecting method

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JP2000258212A
JP2000258212A JP11061630A JP6163099A JP2000258212A JP 2000258212 A JP2000258212 A JP 2000258212A JP 11061630 A JP11061630 A JP 11061630A JP 6163099 A JP6163099 A JP 6163099A JP 2000258212 A JP2000258212 A JP 2000258212A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simply measure the flow velocity and the flow rate at high accuracy, utilizing the deflection phenomenon appearing during propagating of an ultrasonic wave in water. SOLUTION: A transmitting transducer 1 is disposed in one end of on a virtual measuring straight line B of an open channel, a pair of receiving transducers 2 with a remove d are disposed perpendicularly to the virtual line B. The receiving transducers 2 (21, 22) are displaced or the transmitting transducer 1 is turned, the pair of receiving transducers 2 receive an ultrasonic wave to provide output signals, the deflection distance 1 is obtained from the time when these output signals are equal in magnitude or the turn angle of the turned transducer 1 is obtained as a deflection angle, thereby calculating the flow velocity in the open channel.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、河川や大きな人工開水
路での流量を測定するために、一種類以上の水深に於け
る水平平均流速を超音波で測定するのに使用される技術
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique used to ultrasonically measure the horizontal average flow velocity at one or more water depths for measuring flow in rivers and large artificial open channels. .

【0002】[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。
2. Description of the Related Art As is well known, a typical method for measuring the flow rate at a predetermined location in an open channel such as a river is to measure a cross-sectional area at a predetermined location and a flow velocity of a fluid at the cross-sectional portion. It is known that the imaginary line along the width of the open channel is divided into several sections at predetermined intervals, and various means are provided at the center of each section. Measure the local flow velocity at the vertical water depth position using, for example, a propeller type current meter, calculate the average flow velocity on this vertical line, obtain the partial flow rate for each divided section from the product with the partial cross-sectional area, and calculate the sum of them Was done from

【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許第2863748号公報の「流
速測定装置」、或いは特開平9−196727号公報の
「河川流量測定装置及び方法」に於ける従来説明で明ら
かにしている。
The details of the above conventional means are described in "Flow velocity measuring apparatus" in Japanese Patent No. 2863748 previously proposed by the present inventor and the applicant, or in "River flow rate measuring apparatus and apparatus" in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-196727. The method has been clarified in the conventional description.

【0004】そして、前記提案した発明は、或る固定点
から水中に発信した超音波が他の或る固定点に達するま
での伝播時間が流速により変化することを利用して、流
速を測定する装置及び方法である。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且つ局部的測定手段に較べて、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、流量の実時間測定ができ、
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。
[0004] The proposed invention measures the flow velocity by utilizing the fact that the propagation time required for an ultrasonic wave transmitted into water from a certain fixed point to reach another certain fixed point varies with the flow velocity. Apparatus and method. The flow velocity measuring means using this ultrasonic wave does not disturb the flow velocity distribution and has linearity from a fine flow velocity to a high flow velocity, as compared with the mechanical and local measuring means as described above, which is mainly used conventionally. Real-time measurement of flow rate is possible, knowing the flow velocity component,
The advantages are that continuous automatic observation is possible, and maintenance is easy because there is no mechanical operation part.

【0005】この超音波を利用した基本的な流速測定手
段を図11以下及び演算の数式から説明すると、河川等
の開水路での流量を測定するために、超音波を利用して
一種類以上の水深における水平平均流速を測定する方法
は次の通りである。
The basic flow velocity measuring means using ultrasonic waves will be described with reference to FIG. 11 and the following formulas. In order to measure the flow rate in an open channel such as a river, at least one kind of ultrasonic flow is used. The method of measuring the horizontal average flow velocity at the water depth is as follows.

【0006】図11(a)の横断断面で示したように河
川等の開水路の両岸に、水深によっていくつかのトラン
スデュ−サ(超音波変換器)をA1 とB1 、A2 とB2
……等の如く一対ずつ対向させ、図11(b)の河川平
面図で示したように水流方向に対して一定の角度φを形
成するように配置しておいて、トランスデュ−サA1
ら超音波を発信してトランスデュ−サB1 に到達する時
間tABと、反対にトランスデュ−サB1 から発信した超
音波がトランスデュ−サA1 に到達する時間t BAを測定
すると、時間tABと時間tBAは式(a)と(b)であ
り、この式(a)と(b)から超音波伝播時間の差Δt
=tBA−tABは式(c)となり、この式(c)により流
速Vは式(d)となる。ここでcは河川水での音速であ
り、Vは水平平均流速、Lは一対のトランスデュ−サ
A、B間の距離である。
As shown in the cross section of FIG.
Depending on the water depth, some
A transducer (ultrasonic transducer)1 And B1 , ATwo And BTwo 
.., Etc., facing each other one by one,
Form a fixed angle φ with respect to the water flow direction as shown in the plan view
So that the transducer A1Or
Transmits ultrasonic waves from the transducer B1 When you reach
Interval tABAnd conversely, transducer B1 Super sent from
Sound wave is transducer A1 Time t to reach BAMeasure
Then, time tABAnd time tBAAre the equations (a) and (b)
From this equation (a) and (b), the difference Δt
= TBA-TABIs given by equation (c).
The speed V is given by equation (d). Where c is the speed of sound in river water
V is the horizontal average flow velocity and L is a pair of transducers.
This is the distance between A and B.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】音速の2乗c2 は、式(a)と(b)の積
から実質的に式(e)なので、これを式(d)に代入す
れば、最も多く使用する流速測定式(f)になる。この
流速測定式(f)が超音波伝播時間差(transit time d
iffrence)法である。流速測定式に関し式(g)も使用
されているが、結局式(f’)となり同じである。
The square of sound velocity c 2 is substantially the equation (e) from the product of the equations (a) and (b), and if this is substituted into the equation (d), the most frequently used flow velocity measurement equation ( f). This flow velocity measurement formula (f) is used to calculate the ultrasonic propagation time difference (transit time d
iffrence) method. The equation (g) is also used for the flow rate measurement equation, but it is finally the equation (f '), which is the same.

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】開水路だけでなく、現在もっとも広く知ら
れている閉水路(例えば管路)用超音波流量計でも超音
波伝播時間差法で流速を測定している。この方法以外に
周波数差法、位相差法等もあるが、何れにしても超音波
伝播時間差法に基づいているし、対をなすトランスデュ
−サも図11と同様に流速Vに対し一定の角度φで配置
されている。
In addition to an open channel, an ultrasonic flowmeter for a closed channel (for example, a pipe), which is currently most widely known, measures the flow velocity by the ultrasonic propagation time difference method. In addition to this method, there are a frequency difference method, a phase difference method, and the like. In any case, the ultrasonic wave propagation time difference method is used, and the paired transducers are fixed with respect to the flow velocity V as in FIG. They are arranged at an angle φ.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来技術によって、幅の広い河川において水平平均流
速を測定しようとすると、次のような問題が発生する。
However, the following problems occur when trying to measure the horizontal average flow velocity in a wide river by such a conventional technique.

【0012】先ず一番目の問題は、(各種水深での)水
平平均流速を測定して流量を演算するには、水の流れに
対して直角な流水断面積Sを選択しなければならない
が、測定した水平平均流速に対応する断面積Sの選定が
不確定であり、決定できない点である。
The first problem is that, in order to calculate the flow rate by measuring the horizontal average flow velocity (at various water depths), it is necessary to select the cross section S of the flow perpendicular to the flow of the water. The point is that the selection of the cross-sectional area S corresponding to the measured horizontal average flow velocity is uncertain and cannot be determined.

【0013】流量Qを求めるには、各種水深での水平平
均流速Vi を測定して断面Sと直交する総平均流速VS
を演算し、式(h)から求める方法もあるし、または水
平平均流速Vi を測定して、式(i)のように部分断面
積Si にVi を掛けた部分流量の総和からQを求める方
法もある。(図11)。
To obtain the flow rate Q, the horizontal average flow velocity V i at various water depths is measured, and the total average flow velocity V S orthogonal to the cross section S is determined.
Calculating a, to some methods for obtaining the formula (h), or by measuring the horizontal average flow velocity V i, Q from the sum of the partial flow rate multiplied by V i in the partial cross-sectional area S i as in equation (i) There is also a way to ask. (FIG. 11).

【0014】[0014]

【数3】 (Equation 3)

【0015】処で、超音波は流速の影響を受けながらL
線に沿って伝播するが、L線上の各地点における流速
は、この点に釣合する開水路形態によって様々な値とな
る。処が上記のどの方法を使用したとしても、超音波が
伝播する河川の区間D=Lcosφに於ける断面は、図1
2に示した平面と断面とを合成して表した説明図から明
らかなように、川幅は勿論のこと、川床の深浅・凹凸に
よって同一でなく多様となるので、測定した水平平均流
速がどの断面に適合するものなのか明確に知るこができ
ない。従ってD区間内の任意の地点の断面積Sを選択す
ることになり、その結果、流量の測定誤差は明らかに大
きくなる。
Here, the ultrasonic wave is affected by the flow velocity,
Although it propagates along the line, the flow velocity at each point on the L line has various values depending on the open channel form balanced with this point. No matter which of the above methods is used, the cross section in the section D = Lcosφ of the river where the ultrasonic wave propagates is shown in FIG.
As is clear from the explanatory diagram in which the plane and the cross section shown in FIG. 2 are synthesized, not only the river width but also the depth and depth of the riverbed are not the same but various. I do not know clearly that it is compatible with. Therefore, the cross-sectional area S at an arbitrary point in the section D is selected, and as a result, the measurement error of the flow rate is clearly increased.

【0016】例えば河川の幅Bが500mでφ=45°
ならD=500mになるが、D=500mの区間全域で
河川断面が同じな自然河川はまず無いだろう。上記図1
2に示したように川床の深浅・凹凸等によって多様とな
る筈であり、唯一コンクリートの人工開水路のうちの極
く一部が例外となるだけである。
For example, when the river width B is 500 m and φ = 45 °
Then D = 500m, but there will be few natural rivers with the same river cross section in the entire section of D = 500m. Figure 1 above
As shown in Fig. 2, it should be varied depending on the depth and unevenness of the riverbed, and only a part of the artificial artificial open channel is the exception.

【0017】二番目の問題は、河川では流速の斜流成分
が発達していることにより生じる。図13に示したよう
に、正確な流量を算出するために測定しなければならな
い流速Vは、断面Sに対して直角な直角流速成分V
ある。もし流速の方向が直角流速成分Vと一致してお
り、L線とφの角度を成していれば、時間差法等の従来
技術で測定した流速Vは直角流速成分Vになるが、流
速の方向がL線に対してφ+αの角度を成す斜流の場合
は、式(f)で算出した流速Vは真の直角流速成分V
とは大きく異なり、Vの測定誤差が大きくなる。従っ
て上述の場合は、従来技術が故に生じる斜流角度αの影
響分を考慮し、先ず式(j)で流速Vを求め、次に式
(k)でその直角流速成分Vを算出すべきである。
The second problem is caused by the development of a diagonal flow velocity component in a river. As shown in FIG. 13, the flow velocity V that must be measured in order to calculate an accurate flow rate is a right-angle flow velocity component V perpendicular to the cross section S. If the direction of the flow velocity coincides with a right angle velocity components V ⊥, if an angle of the L-lines and phi, the flow velocity V measured by conventional techniques such as time difference method is a right angle velocity components V ⊥, In the case of a mixed flow in which the direction of the flow velocity forms an angle of φ + α with the L line, the flow velocity V calculated by the equation (f) is a true right-angle flow velocity component V
In this case, the measurement error of V⊥ becomes large. Therefore, in the above-mentioned case, the flow velocity V is first determined by the equation (j), and then the right-angle flow velocity component V is calculated by the equation (k) in consideration of the influence of the mixed flow angle α caused by the conventional technique. It is.

【0018】[0018]

【数4】 (Equation 4)

【0019】このように、流量を測定するための本来の
流速Vは式(k)であるにも拘らず、従来技術では実
際の斜流角度αを知り得ないので、前記した式(f)に
基づき式(l)で流速V’を演算することになり、この
流速V’をVとしてしまうので、流速Vの測定誤差
δV は式(m)のようになる。
As described above, although the actual flow velocity V す る for measuring the flow rate is expressed by the equation (k), the conventional technique cannot know the actual oblique flow angle α. ), The flow velocity V ′ is calculated by the equation (1), and the flow velocity V ′ is set to V⊥. Therefore, the measurement error δ V of the flow velocity V⊥ is represented by the equation (m).

【0020】φ=45°ならtan φ=1なので、測定誤
差δV =−tan αになる。斜流の角度がα=1°〜10
°の範囲ならδV =1.75 〜17.63%である。自然河川で
α=2°〜3°は一般的なので、δV =3.5〜5.2%にな
るのは普通であり、このような誤差が発生してしまうこ
とが問題である。
If φ = 45 °, tan φ = 1, so that the measurement error δ V = −tan α. Angle of mixed flow is α = 1 ° -10
In the range of °, δ V is 1.75 to 17.63%. Since α = 2 ° to 3 ° is common in natural rivers, it is normal that δ V = 3.5 to 5.2%, and such an error is a problem.

【0021】次に3番目の問題は、超音波パルスを利用
するために発生する問題である。先ずトランスデュ−サ
はその原理上、例えば矩形波のように完全な1パルスの
み超音波を発信することは不可能で、実際には図14
(a)左図の如く最初の3〜4波で順次振幅が増大して
最大となり、そこから数波で徐々に減衰して収束される
鐘形パルスであり、結局数波から10波程度の音波が発
信される。また、図14(b)左図の如きラジオパルス
は発信できない。
The third problem is a problem that occurs due to the use of ultrasonic pulses. First, a transducer cannot transmit an ultrasonic wave by one complete pulse like a square wave, for example, due to its principle.
(A) As shown in the figure on the left, the amplitude gradually increases in the first 3 to 4 waves, becomes a maximum, and then gradually attenuates and converges with several waves. Sound waves are emitted. A radio pulse as shown in the left diagram of FIG. 14B cannot be transmitted.

【0022】そこで、上記したトランスデュ−サがパル
スを受信する瞬間は、通常、超音波を受信したトランス
デュ−サの出力信号が或る一定のレベル(チェックレベ
ル、CL)に達した時を基準としているので、このレベ
ルに達する波になった時に始めて受信瞬間として検知
し、この受信瞬間と発射瞬間との時間差を超音波伝播時
間としている。
Therefore, the moment when the above-mentioned transducer receives a pulse is usually when the output signal of the transducer which has received the ultrasonic wave reaches a certain level (check level, CL). Since it is used as a reference, it is detected as the reception instant only when the wave reaches this level, and the time difference between the reception instant and the emission instant is defined as the ultrasonic propagation time.

【0023】しかしながら、超音波パルスは水中を伝播
することによって減衰変形する。それは、発信パルスが
衝撃波で周波数スペクトルバンドが広いことにより、超
音波が水中を伝播する際にパルスの高周波(higher har
monic )成分が早く減衰するためで、鐘形パルスは図1
4(a)右図の如く、パルス形状が変わると共に基本波
も大きく減衰してしまう。また、仮に理想的なラジオパ
ルスを発信できたとしても、結局は図14(b)右図の
ように減衰・変形した音波を受信することになる。
However, the ultrasonic pulse is attenuated by propagation in water. This is because the transmitted pulse is a shock wave and the frequency spectrum band is wide, so that when the ultrasonic wave propagates in water, the high frequency (higher har
monic) Because the component decays quickly, the bell-shaped pulse is
4 (a) As shown in the right figure, the fundamental wave is greatly attenuated as the pulse shape changes. Even if an ideal radio pulse can be transmitted, an attenuated and deformed sound wave is eventually received as shown in the right diagram of FIG. 14B.

【0024】鐘形パルスの振幅が変化すると、図14
(c)で明らかにしたように、受信の瞬間をチェックす
る時に、超音波の1〜2周期程度の誤差が発生するのが
一般的である。鐘形パルスが減衰すると、チェックレベ
ル(CL)に達する波がずれるからである。
When the amplitude of the bell-shaped pulse changes, FIG.
As clarified in (c), when checking the instant of reception, an error of about one to two cycles of ultrasonic waves generally occurs. This is because when the bell-shaped pulse is attenuated, the wave reaching the check level (CL) shifts.

【0025】そして、超音波パルスを受信して増幅する
際、パルスの波形が歪曲されないように広帯域増幅器
(wide band amplifier )を使用するので、幅広いスペ
クトルに渡って雑音も増幅され、特にパルス形状のノイ
ズが高効率に増幅され、前記チェックレベルに達して超
音波伝播時間測定に混乱をきたす危険がある。
When an ultrasonic pulse is received and amplified, a wide band amplifier is used so that the waveform of the pulse is not distorted. Therefore, noise is also amplified over a wide spectrum, and especially the pulse shape is increased. There is a risk that the noise will be amplified with high efficiency and reach the check level, which will confuse the ultrasound transit time measurement.

【0026】更には、一対のトランスデュ−サ間の間隔
Lが長かったり、流体の流れに様々な過流(vortex, ed
dy)が発生したり、浮遊粒子の濃度が変化したり、また
浮遊粒子濃度や水温の境界があると、超音波パルスの屈
折拡散度や吸収減衰度が著しく変化するので、受信点に
於ける超音波強度(音圧)が瞬時瞬時で激しく脈動す
る。このため超音波が受信(到達)した瞬間をチェック
するのが難しくなり、超音波伝播時間測定誤差が大きく
なったり、または全波ともチェックレベルに達せずに測
定が不可能になる場合もあった。
Furthermore, the distance L between the pair of transducers is long, or the fluid flow has various overcurrents (vortex, ed).
If dy) occurs, the concentration of suspended particles changes, or if there is a boundary between the concentration of suspended particles and the water temperature, the refraction diffusivity and absorption attenuation of the ultrasonic pulse will change significantly. Ultrasonic intensity (sound pressure) pulsates violently instantaneously. For this reason, it is difficult to check the moment when the ultrasonic wave is received (arrived), and there is a case where the measurement error of the ultrasonic wave propagation time becomes large, or the measurement becomes impossible because all the waves do not reach the check level. .

【0027】即ち前述したように、受信トランスデュ−
サの出力信号が或る一定のレベル(CL)に達する波と
なった時を基準として受信瞬間を決定しているので、図
14(c)から明らかなように、何番目の波がチェック
レベル(CL)に達するかによって超音波の1〜2周期
程度の誤差が発生することになり、この誤差の発生要因
として、上記したマクロ過流、浮遊粒子、浮遊粒子濃度
や水温の境界等によって生じる超音波強度(音圧)の脈
動が、挙げられるのである。
That is, as described above, the receiving transducer
Since the instant of reception is determined based on the time when the output signal of the sensor reaches a certain level (CL), as shown in FIG. An error of about 1 to 2 cycles of the ultrasonic wave is generated depending on whether or not (CL) is reached. The cause of the error is caused by the above-mentioned macro overflow, suspended particles, suspended particle concentration, water temperature boundary, and the like. The pulsation of ultrasonic intensity (sound pressure) is mentioned.

【0028】逆に、受信トランスデュ−サの出力信号を
過剰増幅すると、本来チェックすべきでない波がチェッ
クレベルに達して1〜2周期程度早く検出してしまった
り、または全く無関係なノイズさえもチェックレベルに
達してしまい、受信瞬間と看做してしまうといった不都
合となる。このため超音波伝播時間差流速測定法を利用
できる河川の広さや流水状態が制限されるのである。
Conversely, if the output signal of the receiving transducer is over-amplified, a wave that should not be checked reaches the check level and is detected about one to two cycles earlier, or even irrelevant noise is detected. This causes an inconvenience of reaching the check level and being regarded as the reception moment. This limits the size of rivers and the state of flowing water where the ultrasonic propagation time difference velocity measurement method can be used.

【0029】従来の技術ではこのような三つの主な問題
によって、幅の広い自然河川で水平平均流速を測定する
のが難しく、また測定したとしても誤差が大きくなる可
能性が高いので、河川流量を超音波を利用して測定する
例が殆ど無い。唯一、割と幅が狭く、断面が一定で流水
状態が一様で安定した人工開水路で利用されているのみ
である。
In the prior art, these three main problems make it difficult to measure the horizontal average flow velocity in a wide natural river, and even if it is measured, the error is likely to be large. There is hardly any example of measuring by using ultrasonic waves. The only thing that is used is the artificial open channel, which is relatively narrow, has a constant cross section, and has a uniform and stable water flow.

【0030】以上説明してきたように、流速を測定する
手段としての、周波数差法、位相差法等を含む超音波伝
播時間差法に対しては、流量を演算するべく任意の地点
での水の流れに対して直角な流水断面積Sを選択しなけ
ればならないが、測定する平均流速と対応した断面積S
が不確定で選定できないため流量測定誤差が大きくなる
点、河川では流速の斜流成分が発達していることにより
生じる誤差の点、利用する超音波パルスが鐘形且つ高周
波成分を多く含むので減衰が激しく受信強度を保証する
のが難しくて、また伝播時間測定誤差の原因になり、更
に減衰度が脈動するので同じく伝播時間測定誤差の原因
になる点等、種々の欠点を指摘することができる。
As described above, the ultrasonic propagation time difference method including the frequency difference method, the phase difference method, etc., as a means for measuring the flow velocity, requires the water at any point to calculate the flow rate. The cross section S of the flowing water perpendicular to the flow must be selected, but the cross section S corresponding to the average velocity to be measured
Is uncertain and cannot be selected, resulting in large flow rate measurement errors, river flow errors due to the development of mixed flow components, and attenuation due to the use of ultrasonic pulses that are bell-shaped and contain many high-frequency components It is difficult to guarantee the receiving strength, and it causes a measurement error of the propagation time, and furthermore, the pulsation of the attenuation causes the measurement error of the propagation time. .

【0031】そこで、この欠点を解消する手段として、
超音波が水中を伝播する際に生じる偏向現象を利用する
ことが着目される。即ちこの偏向現象とは、流量測定断
面に沿って超音波の連続波(サイン波)が水中を伝播す
る時に、伝播媒体である水が或る流速で移動しているた
めに不動の河川岸に超音波が到達する地点が、水が流れ
ていない時に到達する地点から流速方向に離れた地点に
なる現象である。
Therefore, as a means for solving this drawback,
Attention is paid to utilizing the deflection phenomenon that occurs when ultrasonic waves propagate in water. In other words, this deflection phenomenon means that when a continuous wave (sine wave) of ultrasonic waves propagates underwater along the flow measurement cross section, the water, which is the propagation medium, moves at a certain flow velocity, so that it is immovable on the riverbank. This is a phenomenon in which the point at which the ultrasonic wave reaches is a point away from the point at which water does not flow in the direction of flow velocity.

【0032】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、超音波が水中を伝
播する際に生じる偏向現象を利用して、流速・流量を簡
単且つ精度高く測定できるようにすることを目的とす
る。
Accordingly, the present invention has been developed in order to solve the above-mentioned dissatisfaction points of the prior art, and utilizes a deflection phenomenon generated when an ultrasonic wave propagates in water to easily and accurately adjust a flow velocity and a flow rate. The purpose is to be able to measure.

【0033】[0033]

【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に記載の超音波流速測定方法は、開水
路の流速を測定する方法であって、開水路にほぼ直交す
る任意の仮想測定直線Bの開水路他側端との交叉地点を
原点aとして設定し、開水路の仮想測定直線B上の一側
端内に発信トランスデュ−サ部を配置すると共に、他側
端内に仮想測定直線Bに直交する方向に間隔dをあけた
一対の受信トランスデュ−サ部を配し、受信トランスデ
ュ−サ部の少なくとも一つを仮想測定直線Bに直交する
方向に変位させ、一対の受信トランスデュ−サ部の夫々
が、発信トランスデュ−サ部がその指向特性の中心を原
点aに向けて発信した超音波を受信してその出力信号の
大きさが等しくなる位置での、超音波の指向特性の中心
を測定地点bとして求めて、この測定地点bと前記した
原点aとの間の距離から偏向距離l(スモールエル)を
求め、偏向距離lと超音波が発信トランスデュ−サ部か
ら受信トランスデュ−サ部に到達するまでの時間t、ま
たは偏向距離lと超音波の音速cと仮想測定直線距離B
の値から、開水路の流速を演算することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic flow velocity measuring method for measuring a flow velocity in an open channel, the method comprising measuring an arbitrary flow rate substantially perpendicular to the open channel. The intersection point of the virtual measurement straight line B with the other end of the open channel is set as the origin a, and the transmitting transducer part is arranged within one end of the virtual measurement straight line B of the open channel, and the other end is set. And a pair of receiving transducer sections spaced at a distance d in a direction perpendicular to the virtual measurement line B, and displacing at least one of the reception transducer sections in a direction perpendicular to the virtual measurement line B. Each of the pair of receiving transducer units receives an ultrasonic wave transmitted from the transmitting transducer unit with the directional characteristic centered toward the origin a, and at a position where the magnitude of the output signal becomes equal. The center of the directional characteristics of the ultrasonic wave is the measurement point b. Then, a deflection distance 1 (small el) is obtained from the distance between the measurement point b and the origin a, and the deflection distance 1 and the ultrasonic wave reach the reception transducer section from the transmission transducer section. T or the deflection distance l, the sound velocity c of the ultrasonic wave, and the virtual measurement linear distance B
The flow velocity of the open channel is calculated from the value of (1).

【0034】発信トランスデュ−サ部が開水路の仮想測
定直線B上の一側端からその指向特性の中心を原点aに
向けて発信した超音波は、流体である水中を伝播する際
に生じる偏向現象によって開水路他側端の原点aより下
流の或る地点に到達する。
The ultrasonic wave transmitted by the transmitting transducer portion from one end on the virtual measurement straight line B of the open channel with the center of the directivity characteristic directed toward the origin a is generated when the ultrasonic wave propagates in the water which is a fluid. Due to the deflection phenomenon, it reaches a certain point downstream of the origin a at the other end of the open channel.

【0035】この場合、受信トランスデュ−サ部の少な
くとも一つを仮想測定直線Bに直交する方向に変位させ
るので、一対の受信トランスデュ−サ部の受信出力信号
の大きさU21とU22が夫々等しくなる時点(地点)に於
ける二つの受信トランスデュ−サ部の位置によって、発
信トランスデュ−サ部から発信された超音波の指向特性
の中心の到着地点を把握することができ、この点を測定
地点bとして、原点aとの間の偏向距離lを求めること
になる。
In this case, since at least one of the receiving transducer sections is displaced in a direction orthogonal to the virtual measurement line B, the magnitudes of the reception output signals U 21 and U 22 of the pair of receiving transducer sections are obtained. The arrival point at the center of the directional characteristics of the ultrasonic waves transmitted from the transmitting transducer unit can be grasped from the positions of the two receiving transducer units at the time (points) at which the two are equal to each other. With this point as the measurement point b, the deflection distance 1 between the point a and the origin a is determined.

【0036】そこで、この求められた偏向距離lと超音
波が発信トランスデュ−サ部から受信トランスデュ−サ
部に到達するまでの時間t、または偏向距離lと超音波
の音速cと仮想測定直線距離Bの値を用いて、開水路の
流速を演算することができる。
Therefore, the obtained deflection distance 1 and the time t until the ultrasonic wave reaches the receiving transducer unit from the transmitting transducer unit, or the deflection distance 1 and the sound speed c of the ultrasonic wave, are virtually measured. Using the value of the linear distance B, the flow velocity in the open channel can be calculated.

【0037】また、請求項2に記載の超音波流速測定方
法は、開水路の流速を測定する方法であって、開水路に
ほぼ直交する任意の仮想測定直線Bの開水路他側端との
交叉地点を原点aとして設定し、開水路の仮想測定直線
B上の一側端内に発信トランスデュ−サ部を配置すると
共に、他側端内に仮想測定直線Bに直交する方向に間隔
dをあけた一対の受信トランスデュ−サ部を、超音波の
指向特性の中心が原点aに到達したときに夫々の出力信
号の大きさが等しくなる位置に配し、発信トランスデュ
−サ部を回動させ、一対の受信トランスデュ−サ部の夫
々が、発信トランスデュ−サ部が発信した超音波を受信
して、その出力信号の大きさが等しくなる時の仮想測定
直線Bに対する前記発信トランスデュ−サ部の回動角度
を偏向角度θとし、偏向角度θと超音波の音速cの値か
ら、開水路の流速を演算することを特徴とする。
An ultrasonic flow velocity measuring method according to a second aspect of the present invention is a method for measuring the flow velocity of an open channel, wherein an arbitrary virtual measurement line B substantially orthogonal to the open channel is connected to the other end of the open channel. The intersection point is set as the origin a, and the transmitting transducer part is arranged in one end on the virtual measurement line B of the open channel, and the distance d in the direction perpendicular to the virtual measurement line B in the other end. Are arranged at positions where the magnitudes of the respective output signals become equal when the center of the directional characteristic of the ultrasonic wave reaches the origin a, and the transmitting transducer section is formed. Is rotated, each of the pair of receiving transducer units receives the ultrasonic wave transmitted by the transmitting transducer unit, and transmits the ultrasonic wave to the virtual measurement line B when the magnitudes of the output signals are equal. The rotation angle of the transducer is defined as the deflection angle θ. From the value of the deflection angle θ and the ultrasonic speed of sound c, characterized by calculating the flow velocity of the open channel.

【0038】従って、発信トランスデュ−サ部が発信し
た超音波は、流速がV≠0のときは、流体である水中を
伝播する際に生じる偏向現象によって発信方向より下流
寄りの開水路他側端の或る地点に到達するが、この到達
地点が原点aと一致する、即ち出力信号が等しくなるよ
うに、発信トランスデュ−サ部を仮想測定直線B方向か
ら回動させれば、この回動角度を偏向角度θとして求め
ることができ、この偏向角度θと超音波の音速cの値を
用いて、開水路の流速を演算することができる。
Therefore, when the velocity of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting transducer portion is V ≠ 0, the other side of the open channel downstream from the transmitting direction due to a deflection phenomenon generated when the ultrasonic wave propagates in the water which is a fluid. When the transmitting transducer section is rotated from the direction of the virtual measurement straight line B so that the reaching point coincides with the origin point a, that is, the output signal becomes equal, a certain point at the end is reached. The moving angle can be obtained as the deflection angle θ, and the flow velocity in the open channel can be calculated using the deflection angle θ and the value of the sound speed c of the ultrasonic wave.

【0039】次に請求項3に記載の超音波流速測定方法
は、請求項1、2にあって、一対の受信トランスデュ−
サ部の夫々の出力を差動増幅器に入力して、差動増幅器
の出力信号がΔU=0となる位置から測定地点b、また
は差動増幅器の出力信号がΔU=0となる回動角度から
偏向角度θを求める。
Next, an ultrasonic flow velocity measuring method according to a third aspect is directed to the first and second aspects of the present invention.
The respective outputs of the differential section are input to the differential amplifier, and from the position where the output signal of the differential amplifier becomes ΔU = 0, the measurement point b, or from the rotation angle at which the output signal of the differential amplifier becomes ΔU = 0 Obtain the deflection angle θ.

【0040】本発明では、上述したように、一対の受信
トランスデュ−サ部の夫々が超音波を受信して、位置移
動並びに回動角度変化に対する出力信号の大きさが夫々
等しくなる時点(地点)を求めるのであるが、このため
の大小比較は両者を増幅すれば多少行い易くなるもの
の、全く等しい増幅度で増幅するには、及び都度異なる
任意な二つの信号の大小を比較するには、手間がかか
る。
According to the present invention, as described above, each of the pair of receiving transducer units receives the ultrasonic wave, and the point in time at which the magnitude of the output signal with respect to the position movement and the change in the rotation angle becomes equal (point). The magnitude comparison for this purpose is somewhat easier if both are amplified, but in order to amplify with exactly the same amplification degree and to compare the magnitudes of any two different signals each time, It takes time and effort.

【0041】そこで請求項3の如く差動増幅器を用い
る。これにより先ず第一に、両者の差が一つの信号とし
て出力されるため、等しくなる位置または角度を探すた
めに二つの信号の大小比較をする必要はなく、単に出力
がゼロになった時を検知し、その時の位置から偏向距離
l或いは偏向角度θを求めれば良い。また次に、大きく
増幅すれば出力のゼロ付近を極めて精密且つ容易にチェ
ック可能になるが、この場合は両者を各々増幅する訳で
はないので、増幅度が等しくないための上記したような
エラーは発生し得ない。そして求めるべき点はゼロなの
で、例えば増幅度が瞬間瞬間において変動したとして
も、常にゼロはゼロである。
Therefore, a differential amplifier is used. First of all, since the difference between the two signals is output as one signal, it is not necessary to compare the magnitudes of the two signals in order to search for an equal position or angle. Then, the deflection distance l or the deflection angle θ may be obtained from the position at that time. Next, if the amplification is large, it becomes possible to check the output near zero very precisely and easily. In this case, however, it is not necessary to amplify both of them, so that the above-described error due to the unequal amplification degree is caused. It cannot occur. Since the point to be determined is zero, even if the amplification degree fluctuates at the moment, for example, zero is always zero.

【0042】次に請求項4に記載の超音波流速測定方法
は、請求項1または2にあって、一方の受信トランスデ
ュ−サ部の受信出力信号をU1 、他方の受信トランスデ
ュ−サ部の受信出力信号をU2 とし、U2 /U1 が最大
或いはU1 /U2 が最小となる、他方の受信トランスデ
ュ−サ部の位置を測定地点b、または他方の受信トラン
スデュ−サ部を原点aに一致させた状態での発信トラン
スデュ−サ部の回動角度を偏向角度θとする。
A fourth aspect of the present invention is directed to an ultrasonic flow velocity measuring method according to the first or second aspect, wherein the reception output signal of one of the receiving transducer units is U 1 , and the other receiving transducer is U 1 . The reception output signal of the unit is U 2, and the position of the other receiving transducer unit at which U 2 / U 1 is maximum or U 1 / U 2 is minimum is measured point b or the other receiving transducer. The turning angle of the transmitting transducer unit in a state where the sensor unit coincides with the origin a is defined as a deflection angle θ.

【0043】ここでは、受信音圧が刻々と脈動したとし
ても、この音圧の増減は一方の受信トランスデュ−サ部
と他方の受信トランスデュ−サ部とに同じ割合で影響す
るので、求めるべき両者の比率には何等の変化も生じな
いことになり、安定した状態のままで比率が最大または
最小となる時点を正確に検知できることになる。
Here, even if the received sound pressure pulsates every moment, the increase / decrease in the sound pressure affects the one receiving transducer section and the other receiving transducer section at the same rate, and is thus obtained. No change occurs in the ratio between the power and the power, and the time when the ratio becomes maximum or minimum can be accurately detected in a stable state.

【0044】次に請求項5に記載の超音波流速測定装置
は、開水路の流速を測定する装置であって、開水路に直
交する任意の仮想測定直線Bの開水路他側端との交叉地
点を原点aとして設定し、開水路の仮想測定直線B上の
一側端内に配置される発信トランスデュ−サ部と、他側
端内に仮想測定直線Bに直交する方向に間隔dをあけて
配され、発信トランスデュ−サ部からの超音波を受信す
る一対の受信トランスデュ−サ部と、少なくとも一つが
前記直交方向に変位する一対の受信トランスデュ−サ部
の夫々の出力信号の大きさが等しくなる位置での、超音
波の指向特性の中心を変位地点bとして測定してこの測
定地点bと前記した原点aとの間の距離から偏向距離l
を求め、超音波が発信トランスデュ−サ部から受信トラ
ンスデュ−サ部に到達するまでの時間tの測定、超音波
の音速c測定、等の何れかまたは全てを行う演算・制御
装置、とを有することを特徴とする。
An ultrasonic flow velocity measuring device according to a fifth aspect of the present invention is a device for measuring the flow velocity in an open channel, wherein an arbitrary virtual measurement line B orthogonal to the open channel intersects with the other end of the open channel. A point is set as an origin a, and a transmitting transducer portion disposed at one end on the virtual measurement straight line B of the open channel and a distance d in a direction orthogonal to the virtual measurement straight line B at the other end. Output signals of a pair of receiving transducer units arranged at intervals and receiving ultrasonic waves from the transmitting transducer unit, and at least one of the pair of receiving transducer units displaced in the orthogonal direction. The center of the directional characteristic of the ultrasonic wave at the position where the magnitudes of the ultrasonic waves are equal is measured as the displacement point b, and the deflection distance l
An arithmetic and control unit that performs any or all of the measurement of the time t until the ultrasonic wave reaches the receiving transducer unit from the transmitting transducer unit, the measurement of the sound speed c of the ultrasonic wave, and the like. It is characterized by having.

【0045】次に請求項6に記載の超音波流速測定装置
は、請求項5にあって、一方の受信トランスデュ−サ部
の受信出力信号をU1 、他方の受信トランスデュ−サ部
の受信出力信号をU2 とし、U2 /U1 が最大或いはU
1 /U2 が最小となる、他方の受信トランスデュ−サ部
の位置を測定地点bとして、この測定地点bと前記した
原点aとの間の距離を偏向距離lとして求め、超音波が
発信トランスデュ−サ部から前記受信トランスデュ−サ
部に到達するまでの時間tの測定、超音波の音速c測
定、等の何れかまたは全てを行う演算・制御装置を有す
る開水路の流速測定装置である。
The ultrasonic flow velocity measuring device according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that, in the fifth aspect, the reception output signal of one of the receiving transducer units is U 1 , and that of the other receiving transducer unit is U 1 . The reception output signal is defined as U 2, and U 2 / U 1 is the maximum or U
1 / U 2 is minimum, the other received trans du - the position of the support portion as a measurement point b, determine the distance between the origin a described above with the measurement point b as a deflection distance l, ultrasound transmitter A flow rate measuring device for an open channel having an arithmetic and control unit for performing any or all of the measurement of the time t from the transducer unit to the receiving transducer unit, the measurement of the sound speed c of the ultrasonic wave, and the like. It is.

【0046】次に請求項7に記載の超音波流速測定装置
は、開水路の流速を測定する装置であって、開水路に直
交する任意の仮想測定直線Bの開水路他側端との交叉地
点を原点aとして設定し、開水路の仮想測定直線B上の
一側端内に回動自在に配置される発信トランスデュ−サ
部と、他側端内に、仮想測定直線Bに直交する方向に間
隔dをあけ、且つ超音波の指向特性の中心が原点aに到
達したときに夫々の出力信号の大きさが等しくなる位置
に配される一対の受信トランスデュ−サ部と、この発信
トランスデュ−サ部と受信トランスデュ−サ部とに接続
され、発信トランスデュ−サ部を回動させて、一対の受
信トランスデュ−サ部の夫々が、発信トランスデュ−サ
部が発信した超音波を受信して、その出力信号の大きさ
が等しくなる、仮想測定直線Bに対する発信トランスデ
ュ−サ部の回動角度を偏向角度θとして測定し、超音波
の音速c測定、等を行う演算・制御装置、とを有するこ
とを特徴とする。
The ultrasonic flow velocity measuring device according to claim 7 is a device for measuring the flow velocity in an open channel, wherein an arbitrary virtual measurement line B orthogonal to the open channel intersects with the other end of the open channel. A point is set as the origin a, and the transmitting transducer section is rotatably disposed in one end on the virtual measurement straight line B of the open channel, and is orthogonal to the virtual measurement straight line B in the other end. A pair of receiving transducers arranged at positions where the distances are spaced in the direction and the magnitudes of the respective output signals are equal when the center of the directional characteristic of the ultrasonic wave reaches the origin a; The transmitting transducer section is connected to the receiving transducer section, and the transmitting transducer section is rotated so that each of the pair of receiving transducer sections transmits the signal from the transmitting transducer section. After receiving the ultrasonic waves, the output signals are equal in magnitude. Outgoing transformer du for measuring linear B - measuring the rotational angle of the support portion as a deflection angle theta, the sound velocity c measurement of ultrasound, such as arithmetic and control unit that performs, characterized by having a city.

【0047】請求項8に記載の超音波流速測定装置は、
請求項7にあって、開水路の仮想測定直線B上の一側端
内に回動自在に配置される発信トランスデュ−サ部と、
他側端内に、仮想測定直線Bに直交する方向に間隔dを
あけ、且つ他方の受信トランスデュ−サ部を原点aに一
致させて配される一対の受信トランスデュ−サ部と、こ
の発信トランスデュ−サ部と受信トランスデュ−サ部と
に接続され、発信トランスデュ−サ部を回動させて、発
信トランスデュ−サ部が発信した超音波を受信した、一
方の受信トランスデュ−サ部の受信出力信号をU1 、他
方の受信トランスデュ−サ部の受信出力信号をU2
し、U2 /U1 が最大或いはU1 /U2 が最小となる、
仮想測定直線Bに対する発信トランスデュ−サ部の回動
角度を偏向角度θとして測定し、超音波の音速c測定、
等を行う演算・制御装置、とを有する。
The ultrasonic flow velocity measuring device according to claim 8 is
8. The transmitting transducer unit according to claim 7, wherein the transmitting transducer unit is rotatably disposed within one end of the open channel on the virtual measurement straight line B;
A pair of receiving transducers arranged in the other end at intervals d in a direction orthogonal to the virtual measurement line B, and with the other receiving transducer being aligned with the origin a; One of the receiving transducers connected to the transmitting transducer section and the receiving transducer section and rotating the transmitting transducer section to receive the ultrasonic waves transmitted by the transmitting transducer section. The reception output signal of the receiving section is U 1 and the reception output signal of the other receiving transducer section is U 2, and U 2 / U 1 is maximum or U 1 / U 2 is minimum;
The rotation angle of the transmitting transducer unit with respect to the virtual measurement straight line B is measured as a deflection angle θ, and the sound speed c of the ultrasonic wave is measured.
Calculation / control device for performing the above-mentioned operations.

【0048】また請求項9に記載の超音波流速測定装置
は、請求項5、6、7、8にあって、開水路他側端内に
配される受信トランスデュ−サ部を、仮想測定直線Bに
直交する方向に羅列する多数のトランスデュ−サ片で構
成し、各トランスデュ−サ片の夫々を演算・制御装置に
接続した構成である。
The ultrasonic flow velocity measuring apparatus according to the ninth aspect of the present invention is the apparatus according to the fifth, sixth, seventh, and eighth aspects, wherein the receiving transducer section disposed in the other end of the open channel is virtually measured. In this configuration, a plurality of transducer pieces are arranged in a direction orthogonal to the straight line B, and each of the transducer pieces is connected to an arithmetic and control device.

【0049】ここでは、受信トランスデュ−サ部を多数
のトランスデュ−サ片で構成し、その何れかのトランス
デュ−サ片を選択することにより、トランスデュ−サを
機械的に移動させることなく、結果的に少なくとも一方
の受信トランスデュ−サ部を変位させたのと同等の作用
を得る。
Here, the receiving transducer section is composed of a large number of transducer pieces, and any one of the transducer pieces is selected to mechanically move the transducer. As a result, an operation equivalent to displacing at least one of the receiving transducer units is obtained.

【0050】そして請求項10に記載の較正検査方法
は、水槽内の一側端に発信トランスデュ−サ部を配置す
ると共に、他側端内に、発信トランスデュ−サ部の発信
方向と直交する方向に間隔dをあけた一対の受信トラン
スデュ−サ部を配し、発信トランスデュ−サ部と受信ト
ランスデュ−サ部とを様々な位置に、間隔d方向に沿っ
て平行移動させて、この様々な位置での一対の受信トラ
ンスデュ−サ部の夫々が、発信トランスデュ−サ部から
の超音波を受信して、夫々の出力信号がU21=U 22で等
しくなる、または出力信号U21とU22を差動増幅器に入
力して差動増幅器の出力信号がΔU=0となる、または
夫々の出力信号U1 とU2 の比率が最大か最小となる、
一対の受信トランスデュ−サ部の位置を検出し、夫々対
応する発信トランスデュ−サの移動量と比較することを
特徴とする。
The calibration inspection method according to claim 10
Has a transmitter transducer at one end in the tank.
In addition, the transmission of the transmission transducer part
A pair of receiving transformers spaced at a distance d in the direction orthogonal to the
A transducer section is arranged, and a transmitting transducer section and a receiving transducer are arranged.
Along with the transducer at various positions along the direction d
And translate it to a pair of receiving
Each of the transducer units receives a call from the outgoing transducer unit.
And the respective output signals are Utwenty one= U twenty twoEtc.
Or output signal Utwenty oneAnd Utwenty twoInput to the differential amplifier.
And the output signal of the differential amplifier becomes ΔU = 0, or
Each output signal U1 And UTwo Is the largest or smallest ratio,
Detect the position of the pair of receiving transducers, and
To compare with the corresponding outgoing transducer travel.
Features.

【0051】この請求項10の発明は、上記した発明の
方法や装置の特性や精度を検査したり調整(較正)を容
易に達成するためのもので、発信トランスデュ−サ部が
水平平均流速と同じ速度で所定時間移動したとすれば、
この移動距離が超音波偏向距離と同一になるために成立
する。
The tenth aspect of the present invention is to easily inspect and adjust (calibrate) the characteristics and accuracy of the method and apparatus according to the present invention. If you move at the same speed for a predetermined time,
This is established because the moving distance is equal to the ultrasonic deflection distance.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】先ず、本発明の原理を図1に従っ
て説明すると、開水路にほぼ直交する任意の仮想測定直
線Bにあって、開水路の仮想測定直線B上の一側端内に
発信トランスデュ−サ部1を配置すると共に、他側端内
に受信トランスデュ−サ部2を配した場合、図1は不動
点0から不動点aに向かって出発した超音波が、水中を
伝播して不動点aまたはbに到達する現象を誇大にして
説明するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the principle of the present invention will be described with reference to FIG. 1. An arbitrary virtual measurement line B substantially orthogonal to an open channel, and one side end on the virtual measurement line B of the open channel. When the transmitting transducer unit 1 is arranged and the receiving transducer unit 2 is arranged in the other end, FIG. 1 shows that the ultrasonic wave starting from the fixed point 0 to the fixed point a is transmitted through the water. The phenomenon of propagation and reaching the fixed point a or b is exaggeratedly described.

【0053】水が静止している場合、即ち流速V=0の
時、0点から伝播する超音波はa点に到達するが、水が
Vの流速で流れていると超音波が到達する地点はbにな
る。この時、a点とb点間の距離l(スモールエル)は
式(1)のようになる。ここでBは0点とa点との距
離、cは流体における音速、tは超音波が伝播するのに
要した時間である。また、0a線と0b線が成す角度θ
は、式(2)のようになる。
When the water is stationary, that is, when the flow velocity is V = 0, the ultrasonic wave propagating from the point 0 reaches the point a, but when the water flows at the flow velocity V, the ultrasonic wave reaches the point. Becomes b. At this time, the distance 1 (small L) between the point a and the point b is as shown in Expression (1). Here, B is the distance between point 0 and point a, c is the speed of sound in the fluid, and t is the time required for the ultrasonic wave to propagate. Also, the angle θ formed by the 0a line and the 0b line
Is as shown in Expression (2).

【0054】[0054]

【数5】 (Equation 5)

【0055】式(1)のl(スモールエル)を超音波の
偏向距離、式(2)のθを超音波の偏向角度とし、両式
から流速Vは式(3)(4)のようになり、偏向距離l
と音速cまたは伝播時間t、或いは偏向角度θと音速
c、を測定して流速Vを求めることができるのである。
In Equation (1), l (small L) is the deflection distance of the ultrasonic wave, θ in Equation (2) is the deflection angle of the ultrasonic wave, and from both equations, the flow velocity V is expressed as in Equations (3) and (4). The deflection distance l
And the sound velocity c or the propagation time t, or the deflection angle θ and the sound velocity c, to obtain the flow velocity V.

【0056】尚、ここでの偏向角度θは図示上の幾何学
的角度であり、超音波の伝播方向がθの角度に変化して
伝播するのではない。伝播し始めた方向は不変である
が、伝播媒体が移動するために、結果的に見かけ上の幾
何学的角度θが生じるだけである。図1の曲線0b線に
於ける複数の矢視は、伝播し始めた方向が不変であると
いう、この現象を示している。
Note that the deflection angle θ here is a geometric angle in the drawing, and the ultrasonic wave does not propagate while changing its propagation direction to the angle θ. The direction in which propagation began is unchanged, but only the apparent geometric angle θ results from the movement of the propagation medium. A plurality of arrows on the curve 0b line in FIG. 1 indicate this phenomenon that the direction in which propagation starts is unchanged.

【0057】式(3)(4)によって偏向距離lと音速
cまたは伝播時間t、或いは偏向角度θと音速c、を測
定して水平平均流速Vを求めるなら、従来の技術を利用
して流量を測定する時に発生する前記した三つの問題が
一度に解消される。その理由は、現実的な流速域に於い
ては、超音波が流量測定断面Sとほぼ等しい線上を伝播
するので、測定する平均流速と1対1に対応する断面積
Sを特定することができるし、パルスではなく連続した
サイン波を使用することができるので、伝播による減衰
が少なくなるからである。
If the horizontal average flow velocity V is obtained by measuring the deflection distance 1 and the sound velocity c or the propagation time t or the deflection angle θ and the sound velocity c according to the equations (3) and (4), the conventional technique is used. The above-mentioned three problems that occur when measuring are solved at once. The reason is that, in a practical flow velocity region, since the ultrasonic wave propagates on a line substantially equal to the flow measurement cross section S, the cross-sectional area S corresponding to the average flow velocity to be measured can be specified. However, since a continuous sine wave can be used instead of a pulse, attenuation due to propagation is reduced.

【0058】減衰度が時々で変化し、受信信号レベルが
脈動しても、チェックレベルを使用している訳ではない
ので、受信信号を適度に増幅さえすれば充分であり、誤
って取り込んでしまったり逆に取り込み損ねることはあ
り得ない。
Even if the degree of attenuation changes from time to time and the received signal level pulsates, the check level is not used. Therefore, it is enough to amplify the received signal appropriately, and it is erroneously taken in. You can't miss it.

【0059】更には、斜流成分流速の角度αがいくら大
きくなっても、直接的に測定する流速は常に断面Sに対
して直角な成分のみである。仮に流速の方向が超音波伝
播方向と一致する場合は、l(スモールエル)=0、θ
=0になるし、超音波伝播方向に対して90±αの角度
になるとl(スモールエル)とθは式(5)のようにな
る。ここでVcos α=Vであり、即ち断面積Sに対し
て直角な測定すべき流速成分のみを適切に測定すること
になる。
Furthermore, no matter how large the angle α of the oblique flow component flow velocity, the flow velocity directly measured is always only the component perpendicular to the cross section S. If the direction of the flow velocity coincides with the ultrasonic wave propagation direction, l (small L) = 0, θ
= 0, and at an angle of 90 ± α with respect to the ultrasonic wave propagation direction, l (small L) and θ are as shown in Expression (5). Here, Vcos α = V⊥, that is, only the flow velocity component to be measured perpendicular to the cross-sectional area S is appropriately measured.

【0060】次に図2は、本発明に於ける偏向距離lの
測定方法と装置の概略を示すもので、開水路にほぼ直交
する任意の仮想測定直線B(流量測定断面S)の開水路
他側端との交叉地点を原点aとして設定し、開水路の仮
想測定直線B上の一側端内に発信トランスデュ−サ部1
を配置すると共に、他側端内に前記した仮想測定直線B
に直交する方向に所定間隔dをあけて一対の受信トラン
スデュ−サ部21 、2 2 を配し、発信トランスデュ−サ
部1には超音波発振器3が接続され、必要に応じて一対
の受信トランスデュ−サ部21 、22 の夫々は差動増幅
器4に接続される。尚、図示実施例では、受信トランス
デュ−サ部21 を上流側に、受信トランスデュ−サ部2
2 を下流側に配置するものとする。
Next, FIG. 2 is a graph showing the relationship between the deflection distance l in the present invention.
This shows the outline of the measurement method and equipment, and is almost perpendicular to the open channel
Open channel of any virtual measurement straight line B (flow measurement cross section S)
The point of intersection with the other end is set as the origin a, and the temporary
The transmitting transducer part 1 is located at one end on the imaginary measuring line B.
And the above-mentioned virtual measurement line B in the other end.
At a predetermined interval d in the direction orthogonal to
Sducer part 21 , 2 Two Outgoing transducer
An ultrasonic oscillator 3 is connected to the unit 1, and a pair is provided as necessary.
Receiving transducer section 21 , 2Two Each is differential amplification
Connected to the vessel 4. In the illustrated embodiment, the receiving transformer
Ducer part 21 On the upstream side, the receiving transducer unit 2
Two Is located downstream.

【0061】発信トランスデュ−サ部1は、開水路の仮
想測定直線B上の一側端から超音波をその指向特性の中
心を他側端の原点aに向けて発信するが、ここではその
指向性は左右対称で、指向角の小さい鋭い指向性で超音
波を発信するものとし、以下の説明も同様とする。
The transmitting transducer unit 1 transmits an ultrasonic wave from one end on the virtual measurement straight line B of the open channel toward the center a of the directional characteristic toward the origin a of the other end. The directivity is bilaterally symmetric, and the ultrasonic waves are transmitted with a sharp directivity having a small directivity angle. The same applies to the following description.

【0062】図2(a)は、例えば測定開始に備えて待
機中等に、一対の受信トランスデュ−サ部21 、22
中心を原点aに一致するように配置した場合で、受信ト
ランスデュ−サ部21 と原点a、受信トランスデュ−サ
部22 と原点aとは、夫々d/2間隔で等距離にある。
[0062] FIG. 2 (a), for example, the standby secondary includes a measurement start, a pair of receiving transformer du - in the case of arranging the center of the support portion 2 1, 2 2 to match the origin a, reception trans du - Sa 2 1 and the origin a, reception trans du - the support part 2 2 and the origin a, are equidistant in each d / 2 intervals.

【0063】図2(a)のように流速がV=0の場合、
超音波の指向特性の中心は原点aに到達するので、一対
の受信トランスデュ−サ部21 と22 の夫々の出力信号
の大きさU21とU22は互いに同じになり(U21
22)、この出力を差動増幅器4に入力すれば、その出
力はΔU=K(U22−U21)=0になる。ここでKは差
動増幅器4の増幅度である。
When the flow velocity is V = 0 as shown in FIG.
Since the center of the directivity of the ultrasonic wave reaches the origin a, a pair of receiving transformer du - Sa 2 1 and 2 the magnitude of the second respective output signals U 21 and U 22 become identical to each other (U 21 =
U 22 ), when this output is input to the differential amplifier 4, the output becomes ΔU = K (U 22 −U 21 ) = 0. Here, K is the amplification degree of the differential amplifier 4.

【0064】これに対し流速がV≠0の場合、一側端か
らの超音波は式(1)で求められる偏向距離lだけ偏向
して他側端に到達するので、上流側である受信トランス
デュ−サ部21 の出力信号は下流側の受信トランスデュ
−サ部22 の出力信号より小さくなり、ΔU=K(U22
−U21)>0になる。
On the other hand, when the flow velocity is V ≠ 0, the ultrasonic wave from one end deflects by the deflection distance 1 obtained by the equation (1) and reaches the other end, so that the receiving transformer on the upstream side du - output signal Sa 2 1 receiving transformer du downstream - smaller than the output signal of the sub unit 2 2, ΔU = K (U 22
−U 21 )> 0.

【0065】そこで図2(b)のように、受信トランス
デュ−サ部21 と22 を仮想測定直線Bに直交する下流
方向(即ちd方向)に同時に変位させると、それに伴い
ΔUは減少し、ΔU=0となり、更に変位を続行すると
ΔUの符号が逆転して、負の値として増加する(ΔU<
0)。
[0065] Therefore, as shown in FIG. 2 (b), the reception trans du - when is simultaneously displaced in a downstream direction (i.e. the direction d) perpendicular to Sa 2 1 and 2 2 in the virtual measuring linear B, the ΔU with it decreased Then, ΔU = 0, and when the displacement is further continued, the sign of ΔU is reversed and increases as a negative value (ΔU <
0).

【0066】このΔU=0になった時点とは、受信トラ
ンスデュ−サ部21 と22 が超音波を受信してその出力
信号の大きさが等しくなるということであり、従って発
信トランスデュ−サ部1から発信された超音波の音圧ピ
ーク到着位置は、この実施例では指向性が左右対称なの
で、両受信トランスデュ−サ部21 、22 の中間点であ
るd/2点であり、この点が測定地点bとなり、測定地
点bと原点aとの間の距離が、測定しようとする超音波
偏向距離lである。
[0066] The .DELTA.U = became point A to 0, the reception trans du - it means that service unit 2 1 and 2 2 are the magnitude of the output signal by receiving ultrasonic waves are equal, thus originating trans du - the sound pressure peak arrival position of the transmitting ultrasound from Sa unit 1, since the directivity in this embodiment is symmetrical, both received trans du - Sa 2 1, 2 2 d / 2 points are intermediate points This point becomes the measurement point b, and the distance between the measurement point b and the origin a is the ultrasonic deflection distance 1 to be measured.

【0067】一方、一対の受信トランスデュ−サ部21
と22 のうち一つだけを変位させる場合、例えば図2
(b)に於いて、受信トランスデュ−サ部21 を同図の
位置に常に固定しておき、受信トランスデュ−サ部22
のみを変位させ、U21=U22(ΔU=0)になった時点
のd’/2(d’は受信トランスデュ−サ部22 の変位
と共に増減する)点が前記と同様に音圧ピーク到着点と
なり、まさに図2(b)がこの時点を表している。従っ
て、このd’/2点と原点aとの距離が偏向距離lとし
て求められる。
On the other hand, a pair of receiving transducer sections 2 1
When only one of 2 and 2 is displaced, for example, FIG.
In (b), the reception trans du - a support portion 2 1 keep always fixed at the position in the figure, the reception trans du - Sa 2 2
Only be displaced, U 21 = U 22 (ΔU = 0) d of when it becomes '/ 2 (d' is received trans du - increases or decreases along with displacement of the support part 2 2) points the same sound pressure This is the peak arrival point, and FIG. 2 (b) shows this point. Therefore, the distance between this d '/ 2 point and the origin a is obtained as the deflection distance l.

【0068】そして仮に流速Vが図2(b)の場合より
ももう少し大きいときは、受信トランスデュ−サ部21
の出力信号U21は同図の場合より小さく受信トランスデ
ュ−サ部22 の出力信号U22は大きいが、受信トランス
デュ−サ部22 を変位させると出力信号U22は減少して
いく一方、固定された受信トランスデュ−サ部21 の出
力信号U21は不変なので、或る時点でU21=U22(ΔU
=0)になる受信トランスデュ−サ部22 の変位点が生
じる。音圧ピーク到着点は、この時のd’の中間点(即
ち1/2点)なので、この点と原点aとの間の距離が偏
向距離lとなる。
[0068] Then if when the flow velocity V is a little greater than in the case of FIG. 2 (b), receives trans du - Sa 2 1
Output signal U 21 of less reception trans Du than in FIG - the output signal U 22 of the support unit 2 2 is large, the reception trans du - as to displace the support part 2 2 Output signal U 22 is decreasing On the other hand, the fixed reception trans du - the output signal U 21 of the support unit 2 1 is immutable, at some point U 21 = U 22 (ΔU
= 0) becomes the reception trans du - displacement point of the support part 2 2 occurs. The arrival point of the sound pressure peak is the middle point of d 'at this time (that is, 1/2 point), and the distance between this point and the origin a is the deflection distance l.

【0069】尚、上記説明では、上流側に位置する受信
トランスデュ−サ部21 を図示上は原点aに固定する例
を用いたが、測定範囲や現場の諸条件によっては下流側
の受信トランスデュ−サ部22 を固定したり、或いは固
定された受信トランスデュ−サ部2に対し、移動する受
信トランスデュ−サ部2をこの固定された受信トランス
デュ−サ部2を越えて、上流側から下流側へ或いは下流
側から上流側へ変位させることも有り得る。
[0069] In the above description, the receiving transformer du located upstream - but on illustrated support portion 2 1 was used an example of fixing the origin a, receiving the downstream by the terms of the measurement range and field trans du - to support unit 2, the mobile receives trans du - - or fixing the support part 2 2, or a fixed reception trans du support section 2 the fixed received trans du - beyond the support section 2 , From the upstream side to the downstream side or from the downstream side to the upstream side.

【0070】処で、上記した実施例で、受信トランスデ
ュ−サ部21 と22 を共に変位させる手段と何れか一方
だけを変位させる手段とを比較すると、後者の方が変位
のための移動装置を小型軽量化することができる。
[0070] In processing, in the embodiments described above, the reception trans du - Comparing the means for displacing only either one means for displacing both support portions 2 1 and 2 2, the latter is for the displacement The moving device can be reduced in size and weight.

【0071】また、固定側の受信トランスデュ−サ部2
の配置位置を適切に選定すれば、前者の手段に比較する
と移動側の受信トランスデュ−サ部2の変位量が増大す
るので、変位量を測定する際の分解能が高くなり、精度
が向上する。特に図2(b)の如く、固定側の受信トラ
ンスデュ−サ部2を原点aに配置すれば、上述した間隔
d’/2がそのまま偏向距離lに等しく、即ちd’=2
l(2スモールエル)になる。従って川幅が比較的小さ
い場合には偏向距離lも小さいので、後者が最適な手段
となる。
The fixed-side receiving transducer unit 2
If the disposition position is appropriately selected, the displacement amount of the receiving transducer unit 2 on the moving side is increased as compared with the former means, so that the resolution in measuring the displacement amount is increased and the accuracy is improved. . In particular, as shown in FIG. 2B, if the fixed-side receiving transducer section 2 is arranged at the origin a, the above-mentioned distance d '/ 2 is equal to the deflection distance 1 as it is, that is, d' = 2.
1 (2 small el). Therefore, when the river width is relatively small, the deflection distance l is also small, and the latter is the optimal means.

【0072】これに対して前者の手段は、川幅や流速V
が大きく、そして流速Vの変化範囲(測定範囲)が大き
い場合に効果的となる。更には、この前者の手段は、後
述するように、発信トランスデュ−サ部1の指向特性に
合わせて変位量に対する音圧変化勾配を著しく大きく得
られる間隔dを選定し、且つその間隔dを常用すること
も可能なので、U21=U22(ΔU=0)時点をチェック
する精度を常に高くすることができる。
On the other hand, the former means uses the river width and the flow velocity V
Is large, and the change range (measurement range) of the flow velocity V is large. Further, the former means selects an interval d at which the sound pressure change gradient with respect to the displacement amount can be remarkably increased in accordance with the directional characteristics of the transmitting transducer unit 1, as described later, and sets the interval d to Since it can be used regularly, the accuracy of checking the time point U 21 = U 22 (ΔU = 0) can always be increased.

【0073】処で、他側端に一対の受信トランスデュ−
サ部2を配する上述したような構成ではなく、一つの受
信トランスデュ−サ部2のみを配して直接的に音圧ピー
クを探す手段も考えられる。即ちこの受信トランスデュ
−サ部2を仮想測定直線Bと直交する方向に変位させつ
つ、発信トランスデュ−サ部1から発信された超音波を
受信して、その出力信号Uが最大となる上記受信トラン
スデュ−サ部2の変位位置を、測定地点bとするのであ
る。
At this point, a pair of receiving transducers is provided at the other end.
Instead of the above-described configuration in which the transmitter 2 is disposed, a means for directly searching for the sound pressure peak by disposing only one receiving transducer 2 may be considered. That is, while the receiving transducer unit 2 is displaced in a direction orthogonal to the virtual measurement line B, the ultrasonic wave transmitted from the transmitting transducer unit 1 is received, and the output signal U is maximized. The displacement position of the receiving transducer unit 2 is set as a measurement point b.

【0074】しかしながら超音波の音圧ピークはさほど
明確に表れないので、この変位する受信トランスデュ−
サ部2のみの単独で、且つ単一受信出力信号の最大値を
もってして、最大音圧の受信位置を特定するには大きな
誤差が生じる。
However, since the sound pressure peak of the ultrasonic wave does not appear so clearly, this displacing receiving transducer is displaced.
There is a large error in specifying the maximum sound pressure receiving position using only the sub-unit 2 alone and with the maximum value of the single received output signal.

【0075】また、そのために出力信号Uを大きく増幅
すれば今度はノイズも増幅され、やはり真の音圧(信
号)ピーク点検知に誤差を招く。更に、超音波の受信強
度が瞬時瞬時に於いて変動し脈動するので、当然音圧ピ
ーク点の音圧も脈動し、ピーク点に於ける受信出力信号
が他点に於けるそれよりも小さくなる瞬間も度々発生
し、最大音圧到着点を検知するのに補充的誤差が発生す
るばかりでなく、測定不能になることも多い。これは、
後述の受信トランスデュ−サ部2を固定配置して偏向角
度θを求める場合でも同様である。
If the output signal U is greatly amplified for this purpose, noise is also amplified this time, which also causes an error in the detection of the true sound pressure (signal) peak point. Further, since the reception intensity of the ultrasonic wave fluctuates and pulsates instantaneously, the sound pressure at the sound pressure peak point naturally also pulsates, and the reception output signal at the peak point becomes smaller than that at the other points. Instantaneous occurrences often occur, and not only a supplementary error occurs in detecting the maximum sound pressure arrival point, but also measurement often becomes impossible. this is,
The same applies to the case where the receiving transducer unit 2 described later is fixedly arranged and the deflection angle θ is obtained.

【0076】そこで、上記発明では二つの受信トランス
デュ−サ部2を用いて、受信トランスデュ−サ部21
2 が受信する、超音波の出力信号の大きさが夫々等し
くなる、または出力信号U1 とU2 の比率が最大か最小
値となる時点(地点)を求めるのである。
[0076] Therefore, in the above invention two receiving transformer du - with support portion 2, the reception trans du - receiving service unit 2 1 and 2 2, the magnitude of the ultrasonic output signal are equal respectively, or The point (point) at which the ratio between the output signals U 1 and U 2 reaches the maximum or minimum value is determined.

【0077】これにより、図3(a)から明らかなよう
に、変位量に対する音圧変化勾配が最も小さな音圧ピー
ク付近ではなく、音圧変化勾配の大きな部分で受信でき
るので、無理な増幅は不要になり、増幅ノイズの支障を
受けずに求めたい時点(地点)を正確に把握することが
可能となる。
As a result, as can be seen from FIG. 3 (a), the signal can be received not in the vicinity of the sound pressure peak where the gradient of the sound pressure change with respect to the displacement amount but in the portion where the gradient of the sound pressure change is large. It becomes unnecessary, and it is possible to accurately grasp the time point (point) to be obtained without being affected by amplification noise.

【0078】また、受信音圧が刻々と脈動したとして
も、この音圧の増減は両受信トランスデュ−サ部2にほ
ぼ同量が作用するので、受信出力信号の大小比較には殆
ど影響が生ぜず、特にU21=U22(ΔU=0)の時点
(地点)に於いては同量が作用するため完全に相殺さ
れ、全く影響が生じない。このことは、偏向角度θを求
める場合でも同様である。
Even if the received sound pressure pulsates every moment, the increase and decrease of the sound pressure have almost the same amount on both the receiving transducer units 2, so that the comparison of the magnitude of the received output signal is hardly affected. In particular, at the time point (point) of U 21 = U 22 (ΔU = 0), the same amount acts and is completely cancelled, so that no effect occurs. This is the same even when the deflection angle θ is obtained.

【0079】処で、二つの有限の出力信号の大きさを度
々比較して夫々が等しくなる時点を単純に求めるより
も、差動増幅器4を介してその出力信号ΔU(=U21
22)一つだけが0か否かをチェックする方が更に高分
解能で、確実・容易であり、より総合的な精度向上が実
現できる。更に、変化する信号が或る一定値になったの
を最も精密にチェックする方法は、信号が0になる瞬間
であることは広く知られている。
Here, the output signal ΔU (= U 21 −) is output through the differential amplifier 4 rather than simply comparing the magnitudes of the two finite output signals and simply finding the point in time at which they become equal.
U 22 ) It is more reliable, easier and more accurate to check whether only one is 0 or not, and more comprehensive improvement in accuracy can be realized. Furthermore, it is widely known that the most accurate way to check that a changing signal has reached a certain value is at the moment when the signal goes to zero.

【0080】図3(b)は、受信トランスデュ−サ部2
の変位に対する差動増幅器4の出力信号ΔUが、増幅度
Kによって変化する様子を示した。差動増幅器4の増幅
度Kを大きくするのは極めて容易で、この増幅度Kが大
きいほど出力信号勾配は大きくなり、先の距離dの値に
起因する音圧変化勾配の増大と相俟ってΔU=0か否か
の精密なチェックが更に容易となる。
FIG. 3B shows the receiving transducer unit 2
This shows how the output signal ΔU of the differential amplifier 4 changes with the degree of amplification K with respect to the displacement. It is very easy to increase the amplification K of the differential amplifier 4, and the larger the amplification K, the larger the output signal gradient becomes, which is coupled with the increase in the sound pressure change gradient caused by the value of the distance d. This makes it easier to precisely check whether ΔU = 0.

【0081】このように差動増幅器4を用いて電気的に
後処理を行うなら、たとえ大きく増幅する場合であって
も、超音波中や電気回路に於いて生じて出力信号U21
22に等しく含まれるノイズは、前述の受信音圧脈動も
含め全て除去されるばかりでなく、ΔUは直流信号とし
て出力されるため、整流回路等も不要である。
If the post-processing is performed electrically by using the differential amplifier 4, the output signals U 21 and U 22 which are generated in the ultrasonic wave or in the electric circuit, even if the amplification is large, are performed. Is not only completely removed, including the above-mentioned received sound pressure pulsation, but since ΔU is output as a DC signal, a rectifying circuit or the like is not required.

【0082】そして、例えば差動増幅器4の出力を比較
器(comparator)に入力して、ΔU=0の瞬間に単安定
パルス発振器(mono stable multivibrator )を作動さ
せ、パルスを発信させれば、このパルスによって受信ト
ランスデュ−サ部21 と22の出力信号の大きさが等し
くなったことを知ることができる。勿論、偏向角度θを
求める場合でも同様の効果が得られる。
For example, when the output of the differential amplifier 4 is input to a comparator, and a monostable pulse oscillator (mono stable multivibrator) is activated at the moment of ΔU = 0, a pulse is transmitted. received by the pulse transformer du - it can know the size of the support portion 2 1 and 2 2 of the output signal becomes equal. Of course, the same effect can be obtained when the deflection angle θ is obtained.

【0083】このように音圧自体の変化勾配が大きい理
想的な一対の受信トランスデュ−サ部21 と22 の間隔
dは、式 d≧2B・tan β から選択する。ここで
は、発信トランスデュ−サ部1の指向特性図である図3
(a)及び図4に示したように、発信トランスデュ−サ
部1の指向特性の最大音圧をPmax 、受信トランスデュ
−サ2が受信しようとする超音波の音圧をP1 、指向特
性の原点とPmax 点及びP1 点を結ぶ線が成す角度をβ
とする。
[0083] The gradient of change of the sound pressure itself so large ideal pair of reception trans du - spacing d of Sa 2 1 and 2 2 is selected from formula d ≧ 2B · tan β. Here, FIG. 3 is a directional characteristic diagram of the transmitting transducer unit 1.
As shown in FIG. 4A and FIG. 4, the maximum sound pressure of the directional characteristic of the transmitting transducer unit 1 is P max , the sound pressure of the ultrasonic wave which the receiving transducer 2 intends to receive is P 1 , The angle formed by the line connecting the origin of the directivity and the points P max and P 1 is β
And

【0084】例えばP1 =0.95Pmax になる角度がβ=
0.05°なら、上記式から、d/B=2・tan 0.05°=0.
001745になる。従って、仮想測定直線Bが、仮に100 m
(メートル)、500 m、1000mならば、間隔dは、夫々
0.175 m(メートル)、0.873 m、1.75mになる。
For example, if the angle at which P 1 = 0.95 P max is β =
If 0.05 °, d / B = 2 · tan 0.05 ° = 0.
001745. Therefore, if the virtual measurement line B is 100 m
(Meter), 500m, 1000m, the distance d is
0.175m (meter), 0.873m, 1.75m.

【0085】そして、P1 /Pmax が多少小さくなって
も前述の通り指向特性を参考にしつつ、大きめの間隔d
を定めれば、前述の音圧変化勾配が大きくなり、高感度
に時点・地点の検知が可能になる。逆に省スペースや装
置の小型軽量化のために間隔dを小さくする時には、発
信トランスデュ−サ1の指向角を小さくすれば良い(指
向角を2〜3°にするのは難しくない)。またはP1
max を比較的大きく選定しても良いが、この場合は電
気的に補完するべく差動増幅器4の感度と増幅度を高く
する必要がある。これは、偏向角度θを求める場合でも
同様である。
Even if P 1 / P max becomes slightly smaller, a larger distance d is obtained while referring to the directional characteristics as described above.
Is determined, the above-described gradient of the change in sound pressure becomes large, and the detection of the time point and the point can be performed with high sensitivity. Conversely, when the distance d is reduced to save space and reduce the size and weight of the apparatus, it is only necessary to reduce the directional angle of the transmitting transducer 1 (it is not difficult to make the directional angle 2-3 °). Or P 1 /
Although P max may be selected to be relatively large, in this case, it is necessary to increase the sensitivity and the degree of amplification of the differential amplifier 4 in order to complement electrically. This is the same even when the deflection angle θ is obtained.

【0086】また、測定地点bを求める手段として、受
信トランスデュ−サ部21 と22 の夫々の出力信号の比
率が最も大きくなる時点を測定することも考えられる。
即ち図2(c)に於いて、例えば一方の受信トランスデ
ュ−サ部を21 として、その超音波受信出力信号をU
1 、他方の受信トランスデュ−サ部を22 としてその受
信出力信号をU2 とし、間隔d''を保ったまま受信トラ
ンスデュ−サ部21 と2 2 を、或いは図2(d)では他
方の受信トランスデュ−サ部22 のみを、鎖線から実線
に示した如く変位させ、U2 /U1 が最大値となる、ま
たはU1 /U2 が最小値となる地点を検知する。
As means for obtaining the measurement point b,
Shin transducer unit 21 And 2Two Of each output signal
It is also conceivable to measure when the rate is highest.
That is, for example, in FIG.
21 And the ultrasonic reception output signal
1 , The other receiving transducer section is 2Two As its receiving
Output signal to UTwo While receiving the interval d ''
Transducer part 21 And 2 Two Or in FIG. 2 (d)
Receiving transducer part 2Two Only the solid line from the chain line
Displaced as shown inTwo / U1 Is the maximum value.
Or U1 / UTwo Detects the point where is the minimum value.

【0087】U2 /U1 が最大値となる、またはU1
2 が最小値となる地点とは、発信トランスデュ−サ部
1から発信された超音波の音圧ピークを受信する位置で
あり、従って変位した他方の受信トランスデュ−サ部2
2 の位置を測定地点bとして決定できるのである。尚、
2 /U1 等は、U2 とU1 を割算回路4’に入力すれ
ば容易に得られるし、必要に応じて行う整流方法も周知
の通りである。
U 2 / U 1 becomes the maximum value, or U 1 / U 1
The point where U 2 is the minimum value, originating trans du - a position for receiving the sound pressure peaks of the outgoing ultrasound from sub unit 1, therefore displaced the other received trans du - Sa 2
The position of 2 can be determined as the measurement point b. still,
U 2 / U 1 and the like can be easily obtained by inputting U 2 and U 1 to the division circuit 4 ′, and a rectification method performed as necessary is well known.

【0088】勿論、何れの受信トランスデュ−サ部を2
1 と22 として割り当てるかは任意であり、且つ上記実
施例の割り当てに於いて逆に、少なくとも受信トランス
デュ−サ部21 を変位させ、U1 /U2 が最大値、また
はU2 /U1 が最小値となる時点の受信トランスデュ−
サ部21 の位置が音圧ピーク到着点であり、求めるべき
測定地点bとすることも可能である。また、一方の受信
トランスデュ−サ部2のみを変位させる場合に於いて、
他方である固定側の受信トランスデュ−サ部2の両側に
わたって変位させることもある。
Of course, any of the receiving transducer units is
1 and an arbitrary or assigned as 2 2, and conversely at the assignment of the above embodiments, at least receive trans du - to displace the support part 2 1, U 1 / U 2 is the maximum value, or U 2 / receiving transformer du at which U 1 is the minimum value -
Position of the service unit 2 1 is the sound pressure peak arrival point, it is also possible to measure the point b to be determined. In the case where only one receiving transducer unit 2 is displaced,
It may be displaced on both sides of the other fixed-side receiving transducer unit 2.

【0089】さて、このように音圧のピーク点を二つの
受信トランスデュ−サ部2のうちの一つが直接的に検出
する手段は前述の通りであり、ピーク点付近は変位量に
対する音圧変化勾配が少ないために、ここを検知する他
方の受信トランスデュ−サ部22 の出力信号変化勾配も
少なくなる点では、先に説明した一つの受信トランスデ
ュ−サ部2のみでピーク点を直接的に検出する場合と同
様である。
The means by which one of the two receiving transducer units 2 directly detects the peak point of the sound pressure as described above is as described above. to change gradient is small, the other of the receiving transformer du detecting here - output signal change gradient of the sub unit 2 2 in terms of fewer, one of the receiving transformer du described earlier - the peak point only support part 2 This is similar to the case of directly detecting.

【0090】しかしながら、二つの受信トランスデュ−
サ部2のうちの一つで音圧のピーク点を検出する手段で
は、高精度の検知が実現できる。なぜならば、一つの受
信トランスデュ−サ部2のみで検出する場合と異なり、
他方の受信トランスデュ−サ部22 のみならず、一方の
受信トランスデュ−サ部21 でも受信し、両出力信号の
比率を取って最大または最小を検知するからである。
However, the two receiving transducers
The means for detecting the peak point of the sound pressure by one of the sub-units 2 can realize highly accurate detection. This is because, unlike the case where detection is performed by only one receiving transducer unit 2,
The other received trans du - not only the support portion 2 2, one of the receive transformer du - because received any support unit 2 1, to detect the maximum or minimum by taking the ratio of the two output signals.

【0091】即ち、他方の受信トランスデュ−サ部22
の出力信号変化勾配が少なくても、一方の受信トランス
デュ−サ部21 の出力信号変化勾配は大きくできるの
で、両者の比率の変化勾配は大きいものになるのであ
る。更に、受信音圧が刻々と脈動しても、この音圧の増
減は一方の受信トランスデュ−サ部と他方の受信トラン
スデュ−サ部とに同じ割合で影響するので、求めるべき
両者の比率には何等の変化も生じないこと、前述の通り
である。
That is, the other receiving transducer section 2 2
Even if the output signal changes less slope, one of the receive transformer du - the output signal change gradient of the sub unit 2 1 can be increased, variation gradient of both ratios is become larger. Further, even if the received sound pressure pulsates every moment, the increase / decrease of the sound pressure affects the one receiving transducer part and the other receiving transducer part at the same rate, so that the ratio of the two to be determined is required. Does not cause any change as described above.

【0092】また、受信トランスデュ−サ部21 と22
を間隔d''を保ったまま同時に変位させる場合には、図
2(c)や図4から明らかなようにd''=d/2なの
で、d''≧B・tan θから、U2 /U1 の変化勾配が大
きく得られる間隔d''を求めることができる。
[0092] In addition, the reception transformer du - support unit 2 1 and 2 2
The distance d '' when left to simultaneously displace maintaining the, and FIG. 2 (c) and 4 as apparent from d '' = d / 2, so, from d '' ≧ B · tan θ , U 2 An interval d ″ at which a large change gradient of / U 1 is obtained can be obtained.

【0093】以上、出力信号U1 とU2 の比率から指向
特性の中心を検知する手段の原理は、偏向角度θを求め
る場合でも応用できる。但しこの場合には、一対の受信
トランスデュ−サ部2は固定配置しておけば良く、また
何れか一方を原点aに位置させることになる。
As described above, the principle of the means for detecting the center of the directional characteristic from the ratio of the output signals U 1 and U 2 can be applied to the case where the deflection angle θ is obtained. In this case, however, the pair of receiving transducer units 2 may be fixedly arranged, and one of them is located at the origin a.

【0094】上述した図2の実施例は、偏向距離lを求
めるにつき、受信トランスデュ−サ部21 と22 、或い
は一対のうちの少なくとも一つの受信トランスデュ−サ
部2を、仮想測定直線Bに直交する方向に機械的に変位
させ、発信トランスデュ−サ部1から発信された超音波
の音圧ピークを、受信出力信号が等しくなること、また
は比率が最大・最小になることから、測定地点bとして
決定するようにしている。
[0094] embodiment of FIG. 2 described above, per seek deflection distance l, the reception trans du - Sa 2 1 and 2 2 or at least one receiving transformer Du of the pair, - a support unit 2, the virtual measurement By mechanically displacing in the direction perpendicular to the straight line B, the sound pressure peak of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting transducer unit 1 is determined because the received output signal becomes equal or the ratio becomes maximum / minimum. , Measurement point b.

【0095】これに対して図5に示した実施例は、前述
したような発信トランスデュ−サ部1や受信トランスデ
ュ−サ部2を回動させたり移動変位させたりする構成で
はなく、受信トランスデュ−サ部21 は例えば原点a位
置させると共に、受信トランスデュ−サ部22 は、仮想
測定直線Bに直交する方向に、l(スモールエル)ma x
からl(スモールエル)min の区間全体に羅列する多数
のn個のトランスデュ−サ片2iを一体的に構成して固
定配置し、受信トランスデュ−サ部21 及び各トランス
デュ−サ片2iの夫々を割算回路4’に接続する。
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 5, the transmitting and receiving transducer units 1 and 2 are not rotated or displaced as described above. trans du - Sa 2 1 causes the example origin a position, reception trans du - Sa 2 2, in a direction perpendicular to the virtual measuring linear B, l (small El) ma x
From l (Small El) number of n transformer Du which enumerated the entire section of the min - Sa piece 2i fixedly arranged integrally configure the reception trans du - Sa 2 1 and the transformers du - Sa piece 2i are connected to a dividing circuit 4 '.

【0096】この場合、n個の割算回路4’を用いる方
法もあるが、各トランスデュ−サ片2iの各出力を切り
替えスイッチ(sw)に接続し、一つづつ順次切り替え
て一つの割算回路4’に接続し、Ui /U1 を算出して
も良い。この場合、割算回路4’の他の入力端には受信
トランスデュ−サ部21 が接続される。
In this case, there is a method of using n division circuits 4 '. However, each output of each transducer piece 2i is connected to a switch (sw), and is sequentially switched one by one to form one division. It may be connected to the arithmetic circuit 4 'to calculate U i / U 1 . In this case, the other input terminal of the divider circuit 4 'receives trans du - Sa 2 1 is connected.

【0097】そして、原点aに向けて発信した超音波
が、流速によって音圧のピークが或るトランスデュ−サ
片2iに加わり、これの出力信号比Ui /U1 が最大等
になったとすれば、このトランスデュ−サ片2iを上述
した受信トランスデュ−サ部2 2 とするのである。即
ち、多数のトランスデュ−サ片2iの何れかを選択して
受信トランスデュ−サ部22 と決定するのであり、結果
的に受信トランスデュ−サ部22 が変位するのと同じこ
とになる。
Then, the ultrasonic wave transmitted toward the origin a
However, there is a peak of the sound pressure depending on the flow velocity.
2i, and its output signal ratio Ui / U1 Is the largest
, The transducer piece 2i is
Receiving transducer unit 2 Two That is. Immediately
That is, selecting one of the many transducer pieces 2i
Receiving transducer unit 2Two And the result
Receiving transducer section 2Two Is the same as
And

【0098】例えばl(スモールエル)max からl(ス
モールエル)min の区間を100に分割して、100個
のトランスデュ−サ片2iでモザイクを作れば、Vmax
からVmin を1/100の分解能で測定することにな
る。仮に、ΔV=Vmax −Vmi n =3m/s−0.5m
/sとすれば、2.5/100=0.025m/sの分
解能で流速を測定することができ、この場合最悪条件と
なるVmin の測定誤差は、δV min =0.025×10
0/0.5=5%になる。
For example, if a section from l (small L) max to l (small L) min is divided into 100 and a mosaic is made up of 100 transducer pieces 2i, V max
The V min will be measured with a resolution of 1/100. If, ΔV = V max -V mi n = 3m / s-0.5m
If / s, 2.5 / 100 = 0.025m / s resolution flow rate can be measured at the measurement error in this case becomes the worst condition V min is, [delta] V min = 0.025 × 10
0 / 0.5 = 5%.

【0099】勿論、出力信号がU1 =Ui 、または受信
トランスデュ−サ部21 と受信トランスデュ−サ部2i
の出力を作動増幅器4に入力してΔU=0になった時点
のd/2を測定地点bと認知する方法もあり、この場合
は距離d及び測定範囲に応じて受信トランスデュ−サ部
2 の配置位置が前記と異なり、またd/2が故に分解
能が1/200になり、δV min も0.25%になる。
[0099] Of course, the output signals U 1 = U i or reception trans Du, - service unit 2 1 and the receiving transformer du - Sa 2 i
Is input to the operational amplifier 4 and d / 2 at the time when .DELTA.U = 0 is recognized as the measuring point b. In this case, the receiving transducer unit 2 is selected according to the distance d and the measuring range. The arrangement position of 2 is different from the above, and the resolution becomes 1/200 and δ V min also becomes 0.25% because of d / 2.

【0100】更に、測定範囲が流速0からの場合等は、
受信トランスデュ−サ部21 を用いず、最上流のトラン
スデュ−サ片2iを原点aに配置すると同時に、この出
力を、上述の受信トランスデュ−サ部21 の出力の代わ
りに用いることも可能である。
Further, when the measurement range is from a flow velocity of 0, etc.,
Receiving trans du - without using the support unit 2 1 trans du most upstream - at the same time placing the support piece 2i origin a, the output, the receiving transformer du described above - be used instead of the output of the sub unit 2 1 Is also possible.

【0101】そして、間隔d或いはd''だけ隔たった、
トランスデュ−サ片2iとトランスデュ−サ片2i +d
或いはトランスデュ−サ片2iとトランスデュ−サ片2
i +d ''、の出力を順次チェックし、U1 =U2 (ΔU=
0)或いはU2 /U1 が最大か最小になった時点から測
定地点bを得ることも可能である。尚、受信トランスデ
ュ−サ部21 に相当する受信トランスデュ−サ部2の配
置位置は、何れの場合であっても原点aに限定されるも
のではない。
Then, at a distance d or d ″,
A transducer piece 2i and a transducer piece 2 i + d ,
Alternatively, the transducer piece 2i and the transducer piece 2
i + d , and U 1 = U 2 (ΔU =
0) or U 2 / U 1 is also possible to obtain a measurement point b after the timing when the maximum or minimum. The reception trans Du - reception trans Du corresponding to the sub unit 2 1 - position of the support portion 2 is not limited to the origin a in any case.

【0102】処で、上述した各請求項に於ける本発明及
びその実施例にあって、受信トランスデュ−サ部2は、
一対に限定されるものではない。流速測定範囲や測定現
場の状況に応じて複数対、或いは複数個(特に奇数)で
あっても良いものである。
In the present invention and its embodiments in the above-mentioned claims, the receiving transducer unit 2 comprises:
It is not limited to a pair. A plurality of pairs or a plurality (particularly an odd number) may be used depending on the flow rate measurement range or the situation at the measurement site.

【0103】例えば図6(a)は、間隔d1 とd2 を有
する一対の受信トランスデュ−サ部21 と22 を一体的
に用いて、夫々適当な受信トランスデュ−サ部2対でU
21=U22(ΔU=0)時点を検知したり、図6(b)の
如く、複数から成る一方の受信トランスデュ−サ部2を
適宜配置し、最適なU2 /U21やU222の値等から音
圧ピーク点(または測定地点b)を検知したり、更に
は、図6(c)の如く、例えば三個の受信トランスデュ
−サ部2を用いて、U21=U22(ΔU=0)並びにU2
/U21やU222等を複合的に活用して測定地点bを検
知することもできる。
[0103] For example, FIG. 6 (a), a pair of receiving transformer Du with a spacing d 1 and d 2 - with support portions 2 1 and 2 2 integrally, each suitable reception trans du - Sa 2 pairs U
21 = U 22 (ΔU = 0), or as shown in FIG. 6 (b), one of a plurality of receiving transducer units 2 is appropriately arranged to provide optimum U 2 / U 21 or U 2. / 22 or the like, the sound pressure peak point (or the measurement point b) is detected. Further, as shown in FIG. 6 (c), for example, using three reception transducer units 2, U 21 = U 22 (ΔU = 0) and U 2
/ A U 21 and U 2/22 or the like can also be detected measurement point b by utilizing in combination.

【0104】次に図7は、本発明に於ける偏向角度θの
測定方法と装置の概略を示すもので、開水路にほぼ直交
する任意の仮想測定直線B(流量測定断面S)の開水路
他側端との交叉地点を原点aとして設定し、開水路の仮
想測定直線B上の一側端内に発信トランスデュ−サ部1
を回動自在に配置すると共に、他側端内に前記した仮想
測定直線Bに直交する方向に所定間隔dをあけた一対の
受信トランスデュ−サ部21 、22 を、d/2点を原点
aに一致させて固定配置した構成である。
Next, FIG. 7 schematically shows a method and an apparatus for measuring the deflection angle θ in the present invention, in which the open channel of an arbitrary virtual measurement straight line B (flow measurement cross section S) substantially orthogonal to the open channel. The point of intersection with the other side end is set as the origin a, and the transmitting transducer unit 1 is located within one side end on the virtual measurement straight line B of the open channel.
The rotatably with placing a pair of receiving transformer Du spaced a predetermined distance d in a direction perpendicular to the virtual measuring line B described above in the other end - the support unit 2 1, 2 2, d / 2 points Are fixedly arranged so as to coincide with the origin a.

【0105】流速がV=0の場合、発信トランスデュ−
サ部1が原点aに向けて発信した超音波は仮想測定直線
Bに沿って伝播するが、流速がV≠0の場合、超音波は
偏向して他側端のb’地点に到達する。そこで超音波の
音圧ピークが原点aに到達するように発信トランスデュ
−サ部1を上流方向に回動させるのであり、超音波が原
点aに到達する時点に、回動方向が原点a方向と成す角
度が、偏向角度θとなる。
When the flow velocity is V = 0, the transmission transducer
The ultrasonic wave transmitted by the sub-unit 1 toward the origin a propagates along the virtual measurement straight line B, but when the flow velocity is V ≠ 0, the ultrasonic wave is deflected and reaches the point b ′ on the other end. Therefore, the transmitting transducer unit 1 is rotated in the upstream direction so that the sound pressure peak of the ultrasonic wave reaches the origin a. When the ultrasonic wave reaches the origin a, the rotation direction is changed to the origin a. Is the deflection angle θ.

【0106】前述した平行移動させる装置・方法と異な
り、ここでは発信トランスデュ−サ部1のみの単純な回
転運動なので、主として駆動装置が簡易となると同時
に、各種の水深での流速を測定する場合には、一本の回
動柱に全ての発信トランスデュ−サ部1を配することが
可能である。
Unlike the above-described apparatus and method for performing parallel movement, here, since only the transmitting transducer unit 1 has a simple rotational movement, the driving device is mainly simplified, and the flow velocity at various water depths is measured. It is possible to arrange all the transmitting transducer units 1 on one rotating column.

【0107】尚、回動角度が偏向角度θとなった時点
を、出力信号U21=U12から、或いは差動増幅器4の出
力信号ΔU=0から求める手段、及び出力信号U1 とU
2 の比率から求める手段等は、トランスデュ−サ片2i
を用いる例を含めて前述の偏向距離lの測定の場合と同
様である。但し、比率を求める場合には、受信トランス
デュ−サ部21 と22 の何れかを原点aに配置する。ま
た発信トランスデュ−サ部1の回動は、精密に微小角度
で正確にステップ回転等の制御が必要である。
Means for obtaining the time when the rotation angle becomes the deflection angle θ from the output signal U 21 = U 12 or from the output signal ΔU = 0 of the differential amplifier 4, and the output signals U 1 and U
Means for obtaining from the ratio of 2 are transducer pieces 2i
This is the same as the above-described case of measuring the deflection distance 1 including an example of using. However, when determining the ratio, the reception trans du - placing either support portions 2 1 and 2 2 in origin a. Further, the rotation of the transmitting transducer unit 1 requires precise control such as step rotation at a minute angle.

【0108】さて、超音波偏向距離lまたは偏向角度θ
を測定して、流速Vを式(3)または式(4)で演算す
るためには、仮想測定直線B区間を超音波が伝播する時
間t、または水中での音速cを測定しなければならない
が、伝播時間tまたは音速cの測定方法は広く知られて
いるので、適切な方法を選択すれば良い(例えば音速c
についてなら特開平9−189590号公報や特願平1
0−279306号の発明)。
Now, the ultrasonic deflection distance l or the deflection angle θ
In order to calculate the velocity V by the equation (3) or the equation (4), the time t during which the ultrasonic wave propagates through the virtual measurement straight line B section or the sound velocity c in water must be measured. However, since the method of measuring the propagation time t or the sound speed c is widely known, an appropriate method may be selected (for example, the sound speed c).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-189590 and Japanese Patent Application No. Hei.
Invention of No. 0-279306).

【0109】[0109]

【実施例】次に、図8は本発明の偏向距離lを求める装
置の受信トランスデュ−サ部2の具体的な一実施例を示
すもので、水中に河床に向かって立てられる管桿5に
は、複数のラック桿6が上下方向に所定間隔で、夫々水
平且つ仮想測定直線Bと直交方向姿勢で装着されてい
る。
FIG. 8 shows a specific embodiment of the receiving transducer section 2 of the apparatus for determining the deflection distance 1 according to the present invention. , A plurality of rack rods 6 are mounted at predetermined intervals in the up-down direction and in a posture that is horizontal and orthogonal to the virtual measurement straight line B, respectively.

【0110】ラック桿6は、管桿5内のピニオン7の回
転方向に応じて左右に水平移動し、一対の受信トランス
デュ−サ部21 と22 は、所定間隔dをあけてラック桿
6に固定され、管桿5内に挿通されているピニオン7の
軸8はモ−タ−9の回転数を減速する減速機10に連結
されている。
[0110] rack rod 6 is horizontally moved to the left or right depending on the direction of rotation of the pinion 7 in Kan桿5, a pair of receiving transformer du - Sa 2 1 and 2 2, rack at predetermined intervals d rod The shaft 8 of the pinion 7 fixed to 6 and inserted into the tube rod 5 is connected to a speed reducer 10 for reducing the rotation speed of the motor 9.

【0111】モ−タ−9には、モ−タ−9の回転数測定
装置11が接続され、また、タイマ12、タイマ12の
信号によって動作する電源スイッチ13が接続される。
The motor 9 is connected to a rotation speed measuring device 11 of the motor 9, and also connected to a timer 12 and a power switch 13 operated by a signal from the timer 12.

【0112】一方、一対の受信トランスデュ−サ部21
と22 に接続される差動増幅器4は、比較器14に接続
される。この比較器14は差動増幅器4の出力信号の大
きさがΔU=0になった時に、出力信号を発して比較器
14と連結されている単安定パルス発振器15を作動さ
せる。
On the other hand, a pair of receiving transducer sections 2 1
And 2 2 are connected to the comparator 14. The comparator 14 generates an output signal when the magnitude of the output signal of the differential amplifier 4 becomes ΔU = 0, and operates the monostable pulse oscillator 15 connected to the comparator 14.

【0113】単安定パルス発振器15と前記した回転数
測定装置11とはデジタルコンバ−タ16に接続され
る。このデジタルコンバ−タ16は、モ−タ−9の回転
数をラック桿6の移動距離に換算し、単安定パルス発振
器15のパルスが入力された時に、その瞬間に測定した
偏向距離lの値をコード信号として流速演算装置17の
メモリ回路に送るようになっている。流速演算装置17
は、流速Vの式(3)を演算してV値のコード信号を流
量演算装置18に伝達する
The monostable pulse oscillator 15 and the rotation speed measuring device 11 are connected to a digital converter 16. The digital converter 16 converts the number of rotations of the motor 9 into the moving distance of the rack 6, and when the pulse of the monostable pulse oscillator 15 is input, the value of the deflection distance 1 measured at that moment. As a code signal to the memory circuit of the flow velocity calculating device 17. Flow velocity calculator 17
Calculates the equation (3) of the flow velocity V and transmits the code signal of the V value to the flow rate calculation device 18.

【0114】尚、流速演算装置17には、測定された音
速cの値(コード信号)が流速測定を始める時に入力さ
れるようになっている(音速測定装置、時間測定装置及
びラック桿6を基準点に待機させる制御装置等は図示省
略)。
The measured value of the sound velocity c (code signal) is input to the flow velocity calculating device 17 when the flow velocity measurement is started (the sound velocity measuring device, the time measuring device, and the rack rod 6 are connected). A control device and the like that wait at the reference point are not shown).

【0115】また、流速演算装置17のメモリ回路に
は、流速V演算に用いるために様々な水深毎の仮想測定
直線Bが(但し時間測定の場合は不要)、更に流量演算
装置18には、河川の幅(広さ)を始めとした流量Q演
算に用いる各種データが、夫々入力・記録されている。
ピニオン7とラック桿6は水中で作動するために、例え
ばポリウレタン等の合成樹脂材で製作されることもあ
る。
In the memory circuit of the flow velocity calculating device 17, virtual measurement straight lines B at various water depths are used for the flow velocity V calculation (however, it is unnecessary in the case of time measurement). Various data used for the flow rate Q calculation including the width (width) of the river are input and recorded.
Since the pinion 7 and the rack rod 6 operate in water, they may be made of a synthetic resin material such as polyurethane.

【0116】次に図9(a)は、仮想測定直線Bと平行
な垂直断面、図9(b)はその部分の平面を表すもの
で、上下に複数個が配置された発信トランスデュ−サ部
1には、この発信トランスデュ−サ部1を励振する超音
波サイン波発振器3が接続され、同時に全ての発信トラ
ンスデュ−サ部1から超音波を発信させても良いよう
に、超音波発射周波数を互いに異なる周波数にしてあ
り、受信トランスデュ−サ部21 と22 との共振周波数
も、夫々対応する発信トランスデュ−サ部1の周波数と
一致させてある。
Next, FIG. 9A is a vertical cross section parallel to the virtual measurement line B, and FIG. 9B is a plan view of the portion, and a plurality of transmitting transducers are arranged above and below. An ultrasonic sine wave oscillator 3 for exciting the transmitting transducer unit 1 is connected to the transmitting unit 1, and the ultrasonic wave is transmitted from all the transmitting transducer units 1 at the same time. Yes in the different frequencies the emitted frequencies from each other, the reception trans du - resonance frequency of the service unit 2 1 and 2 2 are also respectively corresponding outgoing trans du - are to match the frequency of the service unit 1.

【0117】尚、超音波サイン波発振器3には、タイマ
19とタイマ19によって動作する電源スイッチ20が
接続されている。このタイマ19は、前記した受信側の
タイマ12と同期していて、指定された流量測定周期に
基づき、電源スイッチ13と20がONになって装置が
動作するようになっている。
Incidentally, a timer 19 and a power switch 20 operated by the timer 19 are connected to the ultrasonic sine wave oscillator 3. The timer 19 is synchronized with the above-described timer 12 on the receiving side, and the power switches 13 and 20 are turned on based on the designated flow rate measurement cycle to operate the apparatus.

【0118】上記した装置の動作は、先ず流量測定時刻
になったら受信側のタイマ12と発信側の19が夫々電
源スイッチ13と20を動作させて測定を始めさせる。
そして、発信トランスデュ−サ部1が超音波を連続して
発信して、モーター9が回転を始めると共に、回転数測
定装置11がモ−タ−9の回転数を連続測定して、出力
信号をコンバ−タ16に入力する。
In the operation of the above-described apparatus, first, when the flow rate measurement time comes, the timer 12 on the receiving side and the transmitter 19 operate the power switches 13 and 20, respectively, to start the measurement.
Then, the transmitting transducer unit 1 continuously transmits ultrasonic waves, the motor 9 starts rotating, and the rotation speed measuring device 11 continuously measures the rotation speed of the motor 9, and outputs an output signal. Is input to the converter 16.

【0119】モ−タ−9が回転するとピニオン7が回転
するので、ラック桿6が水平移動し、従って受信トラン
スデュ−サ部21 と22 は、定められた位置から仮想測
定直線Bに対して直角な方向に移動を開始する。そして
移動しながら受信トランスデュ−サ部21 と22 の出力
信号の大きさが同一になった瞬間、差動増幅器4の出力
はΔU=0になり、単安定パルスが発生してコンバータ
16に入力されるので、この瞬間に測定された受信トラ
ンスデュ−サ部21 と22 の原点aからの距離、即ち超
音波偏向距離lを流速演算装置17に入力するのであ
る。
[0119] mode - because the motor -9 rotates the pinion 7 is rotated, the rack rod 6 moves horizontally, thus receiving trans du - Sa 2 1 and 2 2, from the defined position in the virtual measuring line B Start moving in a direction perpendicular to the direction. And while moving the received trans Du - instant the magnitude of the difference 2 1 and 2 2 of the output signal becomes the same, the output of the differential amplifier 4 becomes .DELTA.U = 0, converter monostable pulse is generated 16 since the input to, measured at this moment reception trans du - distance from the origin a Sa 2 1 and 2 2, that is, to enter the ultrasonic deflection distance l in a flow rate calculation unit 17.

【0120】一般に表層の流速は高く、河床付近の流速
は低いので、原点aから下流方向へ移動させた場合は、
ΔU=0になる順序は河床に近い受信トランスデュ−サ
部2から始まり、水面に近くの受信トランスデュ−サ部
2で終わる。尚、受信トランスデュ−サ部2は、下流側
から原点aへ向かって移動させても良い。
Generally, the flow velocity in the surface layer is high and the flow velocity in the vicinity of the riverbed is low.
The order of ΔU = 0 starts from the receiving transducer section 2 near the riverbed and ends at the receiving transducer section 2 near the water surface. Incidentally, the receiving transducer unit 2 may be moved from the downstream side toward the origin a.

【0121】流量測定に必要な時間は、ラック桿6の移
動速度と河川の広さによって決まる。減速器10の減速
係数、ピニオン7の1回転当りのラック桿6の移動距
離、モータ9の回転数測定装置の分解能などを適当に選
択し、超音波偏向距離lを精度高く測定することができ
る。
The time required for measuring the flow rate is determined by the moving speed of the rack rod 6 and the width of the river. By appropriately selecting the deceleration coefficient of the speed reducer 10, the moving distance of the rack rod 6 per rotation of the pinion 7, the resolution of the rotation speed measuring device of the motor 9, etc., the ultrasonic deflection distance l can be measured with high accuracy. .

【0122】前述したように、図8、図9は本発明の偏
向距離lを求める装置の実施例であるが、偏向角度θを
求める装置もほぼ同様の構成で良い。但し、上下方向に
所定間隔で複数の発信トランスデュ−サ部1を装着した
ロッドは、精度高く軸回転できるようにし、その駆動
源、駆動制御装置、回動角度測定装置等が必要となる。
また、受信トランスデュ−サ部2は固定配置するので、
水平移動させるための装置や変位量を測定する装置は不
要である(共に図示省略)。
As described above, FIGS. 8 and 9 show an embodiment of the apparatus for obtaining the deflection distance 1 according to the present invention, but the apparatus for obtaining the deflection angle θ may have substantially the same configuration. However, a rod on which a plurality of transmitting transducer parts 1 are mounted at predetermined intervals in the vertical direction is required to be able to rotate the shaft with high precision, and a drive source, a drive control device, a rotation angle measuring device, and the like are required.
Also, since the receiving transducer unit 2 is fixedly arranged,
There is no need for a device for horizontal movement or a device for measuring the amount of displacement (both not shown).

【0123】また、前記した全ての流量測定方法と装置
は、発信トランスデュ−サ部1と一対の受信トランスデ
ュ−サ部2とを対にしなければならない限定はなく、水
路形状や流速分布状況によっては流量演算精度が多少劣
化することはあっても、例えば一基の発信トランスデュ
−サ部1に対して受信トランスデュ−サ部2をほぼ水深
方向に沿って複数対用いて構成されることもある。
Further, in all the above-mentioned flow measuring methods and apparatuses, there is no limitation that the transmitting transducer unit 1 and the pair of receiving transducer units 2 have to be paired. In some cases, the flow rate calculation accuracy may be slightly degraded, but for example, a plurality of pairs of receiving transducer units 2 are used for one transmitting transducer unit 1 along the depth direction. Sometimes.

【0124】さて、本発明の開水路の流速測定方法とそ
の装置は、上述したような構成で作用を営むが、一般に
測定装置の場合、装置の特性や精度を検査したり調整
(較正)することが容易にできなくてはならなず、この
特性を較正または検査するための装置及び方法の一実施
例を図10に示した。
The method and apparatus for measuring the flow velocity of an open channel according to the present invention operate in the above-described configuration. In general, in the case of a measuring apparatus, the characteristics and accuracy of the apparatus are inspected or adjusted (calibrated). One embodiment of an apparatus and method for calibrating or testing this characteristic is shown in FIG.

【0125】図10(a)は較正検査装置の平面図、図
10(b)は同じく断面図を示すものにして、水槽21
の一方側に発信トランスデュ−サ部1を、他方側に間隔
dをあけた受信トランスデュ−サ部21 と22 から成る
受信トランスデュ−サ部2を浸し、何れも外部に取り付
けたマイクロメータ23と連結されている送りネジ22
に装着し、水槽21内の側端に沿って相互にd方向に平
行移動自在なものにする。
FIG. 10 (a) is a plan view of the calibration inspection apparatus, and FIG. 10 (b) is a sectional view thereof.
The transmitting transducer 1 is immersed on one side of the device, and the receiving transducer 2 composed of the receiving transducers 21 and 22 spaced at the other side is immersed on the other side. Lead screw 22 connected to micrometer 23
So that they can move in parallel in the d direction along the side ends in the water tank 21.

【0126】この構成にあって、先ず発信トランスデュ
−サ部1を基準点b'0に配置すると共に受信トランスデ
ュ−サ部2に向けて超音波を発信し、マイクロメータ2
3を操作して受信トランスデュ−サ部2を左右(d方
向、図では上下)に移動させながらΔU=0(U21=U
22)になる位置を探す。
[0126] According to this configuration, first outgoing trans Du - reception trans du with arranging the support portion 1 to the reference point b '0 - transmits ultrasonic waves toward the support unit 2, micrometers 2
3 to move the receiving transducer unit 2 left and right (d direction, up and down in the figure) while ΔU = 0 (U 21 = U
22 ) Find the position that will be.

【0127】仮に発信トランスデュ−サ部1の指向特性
が完全に左右対称になっていれば、受信トランスデュ−
サ部21 と22 の中心点d/2が、発信トランスデュ−
サ部1の基準点b'0の正対位置と一致する。非対称の場
合は、中心点d/2は正対位置と一致しないが、これは
問題にならない。ΔU=0(U21=U22)になる点b 0
の位置を記録・表示しておけば良い。
Suppose the directional characteristics of the transmitting transducer unit 1
Is completely symmetric, the receiving transducer
Sub part 21 And 2Two The center point d / 2 of the
Reference point b 'of sub part 10Matches the exact position of. Asymmetric field
In this case, the center point d / 2 does not coincide with the directly opposite position,
It doesn't matter. ΔU = 0 (Utwenty one= Utwenty twoB) 0 
Should be recorded and displayed.

【0128】次にマイクロメータ23を操作して、発信
トランスデュ−サ部1をl(スモールエル)'1だけ変位
させb'1の位置に移動固定した後、再び受信トランスデ
ュ−サ部21 と22 を移動させてΔU=0(U21
22)になった瞬間の位置b1 の変位量l(スモールエ
ル)1 をマイクロメータ23で測定し、上記l(スモー
ルエル)'1と比較して変位量l(スモールエル)1 の差
異を検査する。
[0128] Next, by operating the micrometer 23, originating trans du - after moving fixing the support part 1 l (the small El) 'is only displaced b' 1 position, again received trans du - Sa 2 By moving 1 and 2 2 , ΔU = 0 (U 21 =
The displacement amount l (small el) 1 of the position b 1 at the moment when the moment reaches U 22 ) is measured by the micrometer 23, and the difference of the displacement amount l (small el) 1 is compared with the above l (small el) ′ 1. To inspect.

【0129】このようにして、発信トランスデュ−サ部
1をb'1、b'2、b'3、b'4………b'maxの位置に移動
・固定の上、受信トランスデュ−サ部2を移動させΔU
=0(U21=U22)になった瞬間の位置bn の変位量l
(スモールエル)n を測定し、これ等を発信トランスデ
ュ−サ部1の変位量l(スモールエル)'nと夫々比較し
て、l(スモールエル)全域に於ける測定誤差を検査し
たり、電子回路を調整して必要な特性に較正することが
できる。水槽21の長さは約5m位あれば充分である。
[0129] In this way, the outgoing trans du - a support portion 1 b '1, b' 2 , b '3, b' 4 on the mobile and fixed to the position of ......... b 'max, reception trans du - Move the unit 2 to ΔU
= 0 (U 21 = U 22 ) Displacement l of the position b n at the moment
(Small L) n is measured, and these are compared with the displacement l (Small L) ' n of the transmitting transducer unit 1, respectively , to inspect the measurement error in the entire l (Small L). The electronic circuit can be adjusted to calibrate to the required characteristics. About 5 m is sufficient for the length of the water tank 21.

【0130】較正検査をして、l(スモールエル)の測
定誤差δl が分かれば、実際の総流速測定誤差δV は式
(6)のようになる。ここでδc とδB は、音速cの測
定誤差及び発信トランスデュ−サ部1から原点aまでの
距離の測定誤差である。
[0130] In the calibration test, knowing measurement error [delta] l of l (small El), the actual total flow rate measurement error [delta] V is as equation (6). Here, δ c and δ B are the measurement error of the sound velocity c and the measurement error of the distance from the transmitting transducer unit 1 to the origin a.

【0131】[0131]

【数6】 (Equation 6)

【0132】このように簡単に較正検査を実施すること
ができるのは、仮に発信トランスデュ−サ部1が測定現
場に於ける水平平均流速と同じ速度Vで、発信トランス
デュ−サ部1から受信トランスデュ−サ部22 までの超
音波伝播時間t=B/cと同じ時間だけ移動したとすれ
ば、数式(1)のVt=l(スモールエル)となり、こ
れは超音波偏向距離と同一になるためである。
The reason why the calibration test can be easily carried out in this way is that the transmitting transducer unit 1 is supposed to transmit from the transmitting transducer unit 1 at the same speed V as the horizontal average flow velocity at the measurement site. receiving trans du - if moved by the ultrasonic wave propagation time until the support part 2 2 t = B / c the same time, Vt = l (Small El) of equation (1), which is an ultrasonic deflection distance This is because they are the same.

【0133】尚、この較正検査方法は、差動増幅器4を
用いずに出力信号U21=U22を用いた装置、或いは受信
トランスデュ−サ部21 または22 の何れかを変位させ
出力信号(U21=U22(ΔU=0))を得る装置、更に
は出力信号U1 とU2 の比率が最大または最小となる時
点を利用する装置にも、応用可能である。
[0133] Incidentally, the calibration inspection method, apparatus using an output signal U 21 = U 22 without using the differential amplifier 4, or the reception trans du - Sa 2 1 or 2 2 or a displaces output The present invention can be applied to a device for obtaining a signal (U 21 = U 22 (ΔU = 0)), and further to a device utilizing a point in time when the ratio between the output signals U 1 and U 2 becomes maximum or minimum.

【0134】また、発信トランスデュ−サ部1と受信ト
ランスデュ−サ部2を平行移動させ、夫々の変位量l
(スモールエル)'nと変位量l(スモールエル)n を測
定・比較する代わりに、両者を各々同軸上で回動させ、
同様に回動角度θn とθ'nを測定・比較することによ
り、水槽21内で較正検査する方法もある。
Further, the transmitting transducer unit 1 and the receiving transducer unit 2 are moved in parallel, and the respective displacements l
Instead of measuring and comparing the (small L) ' n and the displacement l (small L) n , both are rotated coaxially,
Likewise By measuring and comparing the rotational angle theta n and theta 'n, there is a method of calibrating and testing in the water tank 21.

【0135】[0135]

【発明の効果】本発明にかかる開水路の流速測定方法と
その装置によれば、流体に於ける超音波の偏向現象を利
用して精度高く且つ簡単に流体の流速を測定し、またそ
の流速から流量を測定することができ、本発明の較正検
査方法によればこの装置の較正検査が容易且つ正確に達
成できる等、多くの優れた作用効果を奏する。
According to the method and the apparatus for measuring the flow velocity of an open channel according to the present invention, the flow velocity of a fluid can be measured accurately and easily by utilizing the deflection phenomenon of ultrasonic waves in the fluid. Thus, according to the calibration inspection method of the present invention, many excellent operational effects can be obtained, such as that the calibration inspection of this device can be easily and accurately achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理である超音波の偏向現象の説明図
である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a deflection phenomenon of an ultrasonic wave which is a principle of the present invention.

【図2】本発明に於ける偏向距離lの測定方法と装置の
概略を示すもので、受信トランスデュ−サ部2の様々な
位置での説明図である。
FIG. 2 schematically shows a method and an apparatus for measuring a deflection distance 1 according to the present invention, and is an explanatory view at various positions of a receiving transducer unit 2.

【図3】(a)は、超音波の音圧変化勾配を示す説明
図、(b)は、受信トランスデュ−サ部の変位に対する
差動増幅器の出力信号ΔUが、増幅度Kによって変化す
る様子を示した説明図である。
3A is an explanatory diagram showing a sound pressure change gradient of an ultrasonic wave, and FIG. 3B is a diagram illustrating an output signal ΔU of a differential amplifier with respect to a displacement of a receiving transducer section, which varies with an amplification degree K. It is explanatory drawing which showed the situation.

【図4】受信トランスデュ−サ間の間隔選択原理図であ
る。
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of selecting an interval between receiving transducers.

【図5】受信トランスデュ−サ部の一実施例を示す説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing one embodiment of a receiving transducer unit.

【図6】一対以上の受信トランスデュ−サ部を使用する
場合の実施例を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an embodiment in which one or more pairs of receiving transducer units are used.

【図7】本発明に於ける偏向角度θの測定方法と装置の
概略を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a method and an apparatus for measuring a deflection angle θ in the present invention.

【図8】受信トランスデュ−サ部の他の実施例を示す説
明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing another embodiment of the receiving transducer unit.

【図9】本発明の装置の全体を示す実施例であって、
(a)は仮想測定直線Bと平行な垂直断面、(b)はそ
の部分の平面を表す説明図である。
FIG. 9 is an embodiment showing the entire apparatus of the present invention,
(A) is an explanatory view showing a vertical section parallel to the virtual measurement line B, and (b) is a plane view of the portion.

【図10】本発明の較正・検査装置及の一実施例で、
(a)は平面図、(b)は断面図を示す。
FIG. 10 is a diagram illustrating a calibration / inspection apparatus and an embodiment of the present invention;
(A) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view.

【図11】従来技術にあって、(a)は横断断面図、
(b)は河川平面図である。
11 (a) is a cross-sectional view of the prior art,
(B) is a river plan view.

【図12】河川に於ける流水断面の変化図である。FIG. 12 is a change diagram of a cross section of flowing water in a river.

【図13】従来技術にあって、斜流流速の測定誤差を示
す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a measurement error of a mixed flow velocity in the related art.

【図14】超音波パルスの形態とその変化を示す説明図
である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a form of an ultrasonic pulse and its change.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;発信トランスデュ−サ部、2;受信トランスデュ−
サ部、3;発振器、4;差動増幅器、5;管桿、6;ラ
ック桿、l(スモールエル);偏向距離、θ;偏向角
度。
1; transmitting transducer section; 2; receiving transducer
Subunit, 3; oscillator, 4; differential amplifier, 5; tube rod, 6: rack rod, l (small el); deflection distance, θ: deflection angle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 伊藤 康夫 東京都杉並区宮前1−4−7 Fターム(参考) 2F035 AA03 DA07 DA23  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Haksaw, Chang Pang-Dang, Yatap-dong, Changmima, Gyeonggi-do, Songnan, Korea 102-1301 (72) Inventor, Yasuo Ito 1-4-7, Miyamae, Suginami-ku, Tokyo F term (reference) 2F035 AA03 DA07 DA23

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 開水路の流速を測定する方法であって、
開水路にほぼ直交する任意の仮想測定直線Bの開水路他
側端との交叉地点を原点aとして設定し、開水路の仮想
測定直線B上の一側端内に発信トランスデュ−サ部を配
置すると共に、他側端内に前記仮想測定直線Bに直交す
る方向に間隔dをあけた一対の受信トランスデュ−サ部
を配し、受信トランスデュ−サ部の少なくとも一つを仮
想測定直線Bに直交する方向に変位させ、前記一対の受
信トランスデュ−サ部の夫々が、発信トランスデュ−サ
部がその指向特性の中心を前記原点aに向けて発信した
超音波を受信してその出力信号の大きさが等しくなる位
置での、超音波の指向特性の中心を測定地点bとして求
めて、該測定地点bと前記原点aとの間の距離から偏向
距離l(スモールエル)を求め、偏向距離lと超音波が
前記発信トランスデュ−サ部から前記受信トランスデュ
−サ部に到達するまでの時間t、または偏向距離lと超
音波の音速cと前記仮想測定直線距離Bの値から、開水
路の流速を演算することを特徴とする開水路の流速測定
方法。
1. A method for measuring the flow velocity of an open channel, comprising:
An intersection point of an arbitrary virtual measurement straight line B substantially orthogonal to the open channel with the other end of the open channel is set as the origin a, and the transmitting transducer unit is disposed within one end on the virtual measurement straight line B of the open channel. A pair of receiving transducer units are arranged in the other end and spaced apart in a direction perpendicular to the virtual measurement line B by at least one of the reception transducer units. B, and each of the pair of receiving transducer units receives an ultrasonic wave transmitted from the transmitting transducer unit with its directional characteristic centered toward the origin a, and receives the ultrasonic wave. The center of the directional characteristic of the ultrasonic wave at the position where the magnitude of the output signal is equal is determined as the measurement point b, and the deflection distance 1 (small el) is determined from the distance between the measurement point b and the origin a. , The deflection distance l and the ultrasonic wave are transmitted by the transmission transformer. Calculating the flow velocity in the open channel from the time t until the laser reaches the receiving transducer section or the value of the deflection distance l, the sound velocity c of the ultrasonic wave, and the virtual measurement linear distance B. Characteristic method of measuring flow velocity in open channels.
【請求項2】 開水路の流速を測定する方法であって、
開水路にほぼ直交する任意の仮想測定直線Bの開水路他
側端との交叉地点を原点aとして設定し、開水路の仮想
測定直線B上の一側端内に発信トランスデュ−サ部を配
置すると共に、他側端内に前記仮想測定直線Bに直交す
る方向に間隔dをあけた一対の受信トランスデュ−サ部
を、超音波の指向特性の中心が前記原点aに到達したと
きに夫々の出力信号の大きさが等しくなる位置に配し、
発信トランスデュ−サ部を回動させ、前記一対の受信ト
ランスデュ−サ部の夫々が、発信トランスデュ−サ部が
発信した超音波を受信して、その出力信号の大きさが等
しくなる時の前記仮想測定直線Bに対する前記発信トラ
ンスデュ−サ部の回動角度を偏向角度θとし、偏向角度
θと超音波の音速cの値から、開水路の流速を演算する
ことを特徴とする開水路の流速測定方法。
2. A method for measuring the flow velocity of an open channel, comprising:
An intersection point of an arbitrary virtual measurement straight line B substantially orthogonal to the open channel with the other end of the open channel is set as the origin a, and the transmitting transducer unit is disposed within one end on the virtual measurement straight line B of the open channel. A pair of receiving transducers arranged at an interval d in a direction orthogonal to the virtual measurement line B in the other side end when the center of the directional characteristic of the ultrasonic wave reaches the origin a. Arrange at the position where the magnitude of each output signal is equal,
When the transmitting transducer section is rotated, and each of the pair of receiving transducer sections receives the ultrasonic waves transmitted by the transmitting transducer section and the output signals have the same magnitude. The rotation angle of the transmitting transducer unit with respect to the virtual measurement line B is defined as a deflection angle θ, and the flow velocity in the open channel is calculated from the deflection angle θ and the value of the sound speed c of the ultrasonic wave. A method for measuring the flow velocity of a channel.
【請求項3】 一対の受信トランスデュ−サ部の夫々の
出力を差動増幅器に入力して、差動増幅器の出力信号が
ΔU=0となる位置から測定地点b、または差動増幅器
の出力信号がΔU=0となる回動角度から偏向角度θを
求める請求項1または2に記載の開水路の流速測定方
法。
3. An output of each of a pair of receiving transducer sections is input to a differential amplifier, and a measurement point b or an output of a differential amplifier is output from a position where an output signal of the differential amplifier becomes ΔU = 0. 3. The method for measuring the flow velocity of an open channel according to claim 1, wherein the deflection angle θ is obtained from the rotation angle at which the signal becomes ΔU = 0.
【請求項4】 一方の受信トランスデュ−サ部の受信出
力信号をU1 、他方の受信トランスデュ−サ部の受信出
力信号をU2 とし、U2 /U1 が最大或いはU1 /U2
が最小となる、他方の受信トランスデュ−サ部の位置を
測定地点b、または他方の受信トランスデュ−サ部を原
点aに一致させた状態での発信トランスデュ−サ部の回
動角度を偏向角度θとする請求項1または2に記載の開
水路の流速測定方法。
4. The receiving output signal of one receiving transducer section is U 1 , the receiving output signal of the other receiving transducer section is U 2, and U 2 / U 1 is maximum or U 1 / U. Two
When the position of the other receiving transducer section is the measurement point b or the other receiving transducer section is coincident with the origin a, the rotation angle of the transmitting transducer section is minimized. The method for measuring the flow velocity of an open channel according to claim 1 or 2, wherein the deflection angle is θ.
【請求項5】 開水路の流速を測定する装置であって、 開水路に直交する任意の仮想測定直線Bの開水路他側端
との交叉地点を原点aとして設定し、 開水路の仮想測定直線B上の一側端内に配置される発信
トランスデュ−サ部と、他側端内に前記仮想測定直線B
に直交する方向に間隔dをあけて配され、前記発信トラ
ンスデュ−サ部からの超音波を受信する一対の受信トラ
ンスデュ−サ部と、 少なくとも一つが前記直交方向に変位する前記一対の受
信トランスデュ−サ部の夫々の出力信号の大きさが等し
くなる位置での、超音波の指向特性の中心を変位地点b
として測定して該測定地点bと前記原点aとの間の距離
から偏向距離lを求め、超音波が前記発信トランスデュ
−サ部から前記受信トランスデュ−サ部に到達するまで
の時間tの測定、超音波の音速c測定、等の何れかまた
は全てを行う演算・制御装置、とを有することを特徴と
する開水路の流速測定装置。
5. An apparatus for measuring the flow velocity of an open channel, wherein an intersection point of an arbitrary virtual measurement line B orthogonal to the open channel with the other end of the open channel is set as an origin a, and a virtual measurement of the open channel is performed. A transmitting transducer portion disposed at one end of the straight line B, and the virtual measurement straight line B disposed at the other end.
A pair of receiving transducer sections arranged at an interval d in a direction orthogonal to the direction and receiving the ultrasonic waves from the transmitting transducer section; and the pair of receiving transducers at least one of which is displaced in the orthogonal direction. Displacement point b at the center of the directional characteristic of the ultrasonic wave at the position where the magnitude of each output signal of the transducer section becomes equal.
The deflection distance 1 is determined from the distance between the measurement point b and the origin a, and the time t required for the ultrasonic wave to reach the reception transducer section from the transmission transducer section is calculated. An arithmetic and control device for performing any or all of the measurement, the ultrasonic sound velocity c measurement, and the like, and a flow velocity measuring device for an open channel.
【請求項6】 一方の受信トランスデュ−サ部の受信出
力信号をU1 、他方の受信トランスデュ−サ部の受信出
力信号をU2 とし、U2 /U1 が最大或いはU1 /U2
が最小となる他方の受信トランスデュ−サ部の位置を測
定地点bとして測定して該測定地点bと前記原点aとの
間の距離から偏向距離lを求め、超音波が発信トランス
デュ−サ部から前記受信トランスデュ−サ部に到達する
までの時間tの測定、超音波の音速c測定、等の何れか
または全てを行う演算・制御装置を有する請求項5に記
載の開水路の流速測定装置。
6. A receiving output signal of one receiving transducer section is U 1 , and a receiving output signal of the other receiving transducer section is U 2, and U 2 / U 1 is maximum or U 1 / U. Two
Is measured as the measurement point b and the deflection distance 1 is determined from the distance between the measurement point b and the origin a. 6. The flow velocity in an open channel according to claim 5, further comprising a calculation and control device for performing any or all of a measurement of a time t required for reaching the receiving transducer unit from the unit and a measurement of a sound speed c of the ultrasonic wave. measuring device.
【請求項7】 開水路の流速を測定する装置であって、 開水路に直交する任意の仮想測定直線Bの開水路他側端
との交叉地点を原点aとして設定し、 開水路の仮想測定直線B上の一側端内に回動自在に配置
される発信トランスデュ−サ部と、他側端内に、前記仮
想測定直線Bに直交する方向に間隔dをあけ、且つ超音
波の指向特性の中心が前記原点aに到達したときに夫々
の出力信号の大きさが等しくなる位置に配される一対の
受信トランスデュ−サ部と、 該発信トランスデュ−サ部と受信トランスデュ−サ部と
に接続され、前記発信トランスデュ−サ部を回動させ、
前記一対の受信トランスデュ−サ部の夫々が、発信トラ
ンスデュ−サ部が発信した超音波を受信して、その出力
信号の大きさが等しくなる、前記仮想測定直線Bに対す
る前記発信トランスデュ−サ部の回動角度を偏向角度θ
として測定し、超音波の音速c測定、等を行う演算・制
御装置、とを有することを特徴とする開水路の流速測定
装置。
7. An apparatus for measuring the flow velocity of an open channel, wherein an intersection point of an arbitrary virtual measurement line B orthogonal to the open channel with the other end of the open channel is set as an origin a, and the virtual measurement of the open channel is performed. A transmitting transducer portion rotatably disposed in one end on a straight line B, and a spacing d in the other end in a direction perpendicular to the virtual measurement line B and directing ultrasonic waves. A pair of receiving transducer sections arranged at positions where the magnitudes of the respective output signals become equal when the center of the characteristic reaches the origin a; the transmitting transducer section and the receiving transducer section; Connected to the section, to rotate the transmission transducer section,
Each of the pair of receiving transducer units receives the ultrasonic wave transmitted by the transmitting transducer unit, and the transmitting transducer with respect to the virtual measurement line B, in which the magnitude of the output signal becomes equal. The rotation angle of the
A flow rate measuring device for an open channel, comprising: an arithmetic and control device for measuring and measuring a sound speed c of an ultrasonic wave.
【請求項8】 開水路の仮想測定直線B上の一側端内に
回動自在に配置される発信トランスデュ−サ部と、他側
端内に、前記仮想測定直線Bに直交する方向に間隔dを
あけ、且つ他方の受信トランスデュ−サ部を原点aに一
致させて配される一対の受信トランスデュ−サ部と、 該発信トランスデュ−サ部と受信トランスデュ−サ部と
に接続され、前記発信トランスデュ−サ部を回動させ
て、前記発信トランスデュ−サ部が発信した超音波を受
信した、一方の受信トランスデュ−サ部の受信出力信号
をU1 、他方の受信トランスデュ−サ部の受信出力信号
をU2 とし、U2 /U1 が最大或いはU1/U2 が最小
となる、前記仮想測定直線Bに対する前記発信トランス
デュ−サ部の回動角度を偏向角度θとして測定し、超音
波の音速c測定、等を行う演算・制御装置、とを有する
請求項7に記載の開水路の流速測定装置。
8. A transmitting transducer portion rotatably disposed in one end of the open channel on a virtual measurement line B, and a transmitting transducer portion in the other end thereof in a direction orthogonal to the virtual measurement line B. A pair of receiving transducers arranged with an interval d and the other receiving transducer being made coincident with the origin a; and a pair of the transmitting transducer and the receiving transducer. Connected, the transmitting transducer unit is rotated to receive the ultrasonic wave transmitted by the transmitting transducer unit. The reception output signal of one receiving transducer unit is U 1 , and the other is U 1 . The reception output signal of the reception transducer unit is U 2, and the rotation angle of the transmission transducer unit with respect to the virtual measurement line B where U 2 / U 1 is maximum or U 1 / U 2 is minimum. Is measured as the deflection angle θ, and the sound speed c of the ultrasonic wave is measured. The flow velocity measuring device for an open channel according to claim 7, further comprising a calculation / control device.
【請求項9】 開水路他側端内に配される受信トランス
デュ−サ部を、仮想測定直線Bに直交する方向に羅列す
る多数のトランスデュ−サ片で構成し、各トランスデュ
−サ片の夫々を演算・制御装置に接続した請求項5、
6、7、8に記載の開水路の流速測定装置。
9. The receiving transducer section disposed in the other end of the open channel is constituted by a number of transducer pieces arranged in a direction orthogonal to the virtual measurement line B, and each of the transducer sections is provided. 5. The method according to claim 5, wherein each of the pieces is connected to an arithmetic and control unit.
The flow velocity measuring device for an open channel according to 6, 7, or 8.
【請求項10】 水槽内の一側端に発信トランスデュ−
サ部を配置すると共に、他側端内に、前記発信トランス
デュ−サ部の発信方向と直交する方向に間隔dをあけた
一対の受信トランスデュ−サ部を配し、発信トランスデ
ュ−サ部と受信トランスデュ−サ部とを様々な位置に、
前記間隔d方向に沿って平行移動させて、該様々な位置
での前記一対の受信トランスデュ−サ部の夫々が、発信
トランスデュ−サ部からの超音波を受信して、夫々の出
力信号がU21=U22で等しくなる、または出力信号U21
とU22を差動増幅器に入力して差動増幅器の出力信号が
ΔU=0となる、または夫々の出力信号U1 とU2 の比
率が最大か最小となる、一対の受信トランスデュ−サ部
の位置を検出し、夫々対応する発信トランスデュ−サの
移動量と比較することを特徴とする較正検査方法。
10. A transmitting transducer at one end in a water tank.
And a pair of receiving transducers arranged at a distance d in a direction orthogonal to the transmitting direction of the transmitting transducer in the other end. Section and the receiving transducer section at various positions,
Translated along the direction of the interval d, each of the pair of receiving transducer units at the various positions receives the ultrasonic wave from the transmitting transducer unit, and outputs each output signal. Are equal to U 21 = U 22 or the output signal U 21
An output signal of the differential amplifier becomes .DELTA.U = 0 to input U 22 to the differential amplifier, or the ratio of the output signals U 1 and U 2 each is maximum or minimum, a pair of receiving transformer du - Sa A calibration inspection method comprising: detecting a position of each of the parts and comparing the detected position with a movement amount of a corresponding transmitting transducer.
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