JP2010203865A - Ultrasonic type method and device for measuring flow rate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水路の流速分布を超音波で測定し、水路全体の流量を測定する超音波式流量測定方法およびその装置に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic flow rate measuring method and apparatus for measuring the flow velocity distribution of a water channel with ultrasonic waves and measuring the flow rate of the entire water channel.
水力発電は、水の流量によって発電機出力が変化する。水の流量はダムや取水堰を設けて制御する場合もあるが、小型の水力発電においては自然河川から分岐させて取水する場合もある。この場合において分岐された水路は開水路または開渠と称されており、数mのものから数十mのものまで様々な幅のものがある。このような水路の流量は、水力発電における河川計画や管理上最も重要な観測データの一つである。 In hydroelectric power generation, the generator output varies depending on the flow rate of water. The flow rate of water may be controlled by providing a dam or intake weir, but in small hydroelectric power generation, the water may be diverted from a natural river. In this case, the branched water channel is called an open channel or open channel, and there are various widths from several meters to several tens of meters. Such water flow is one of the most important observation data for river planning and management in hydropower generation.
大規模な水路の流量を測定する上では、水位や水路の断面形状、流速分布を取得する必要があるが、このうち時間変化が顕著な流速の測定が重要となる。 In order to measure the flow rate of a large-scale channel, it is necessary to acquire the water level, the cross-sectional shape of the channel, and the flow velocity distribution.
点測定の測定装置としては、1方向の流速が測定できるプロペラ式流速計や電磁流速計、超音波式測定装置等があるが、いずれにしても測定装置を水中に配置する必要がある。測定装置の水中への配置方法としては、足場を組んでプロペラ式などの測定装置を固定したり、沿岸に台座を設けて電磁流速計を固定したり、超音波式測定装置を底面に沈めたり水面に浮かべたりしている。 As the measuring device for the point measurement, there are a propeller-type velocimeter, an electromagnetic velocimeter, an ultrasonic measurement device, and the like that can measure a unidirectional flow velocity. In any case, it is necessary to arrange the measurement device in water. The measuring device can be placed in the water by setting a scaffold and fixing a propeller type measuring device, installing a pedestal on the coast to fix an electromagnetic current meter, or sinking the ultrasonic measuring device to the bottom. It floats on the surface of the water.
特許文献1に記載の超音波式流速測定装置によれば、沿岸に超音波センサを設置する構成が記載されている。なお特許文献1においては、水深方向に昇降させる昇降機構を有し、一対の超音波センサが同一水深位置となるように昇降機構を制御することにより、開水路の横断面における流量分布を測定することができ、高精度での流量測定が可能であるとしている。 According to the ultrasonic flow velocity measuring apparatus described in Patent Document 1, a configuration in which an ultrasonic sensor is installed on the coast is described. In Patent Document 1, an elevating mechanism that elevates and lowers in the water depth direction is measured, and the flow rate distribution in the cross section of the open channel is measured by controlling the elevating mechanism so that the pair of ultrasonic sensors are at the same water depth position. It is possible to measure the flow rate with high accuracy.
しかし、流量測定は必ずしも常時測定する必要があるとは限らず、必要に応じて測定すれば足りる場合も多い。その一方、測定すべき地点が複数存在する場合もある。そのため、流量測定装置を常設ではなく、可搬性のある持ち運び可能な装置も広く用いられている。可搬性の流量測定装置としては、例えば棹状のセンサ治具に、1ないし複数の流速計を取り付けて、水中に浸漬する構成が取られることが多い。 However, it is not always necessary to measure the flow rate, and it is often sufficient to measure it as necessary. On the other hand, there may be a plurality of points to be measured. Therefore, not a permanent flow measuring device but a portable portable device is also widely used. As a portable flow measuring device, for example, a configuration in which one or a plurality of current meters are attached to a bowl-shaped sensor jig and immersed in water is often used.
しかし、可搬式の流量測定装置は、可搬性の代償として位置または姿勢が不安定であるという問題がある。例えば超音波センサを取り付けた棹状のセンサ治具を水中に垂下した場合、センサ治具が水路の幅方向または流れ方向に傾いてしまっても、作業者には判別がつきにくい。傾いてしまうと超音波センサによって測定される流速が顕著に変化するため、測定精度が低下するという問題がある。 However, the portable flow rate measuring device has a problem that its position or posture is unstable as a price for portability. For example, when a bowl-shaped sensor jig to which an ultrasonic sensor is attached is suspended in water, even if the sensor jig is inclined in the width direction or the flow direction of the water channel, it is difficult for the operator to distinguish. If tilted, the flow rate measured by the ultrasonic sensor changes remarkably, resulting in a problem that the measurement accuracy is lowered.
また水の流れが超音波センサやセンサ治具にあたることによって、センサ治具に振動が生じる。特に回転方向の(水平方向の)振動は測定される流速に無視できない影響を与えうるため、この場合も測定精度が低下してしまうという問題がある。 Further, when the water flow hits the ultrasonic sensor or the sensor jig, the sensor jig vibrates. In particular, vibration in the rotational direction (horizontal direction) can have a non-negligible effect on the measured flow velocity, and in this case as well, there is a problem that the measurement accuracy is lowered.
このため、センサ治具の位置や姿勢の情報を取得することが考えられる。これらの情報を得るために、センサ治具にジャイロや変位計、加速度計、傾斜計などを設置してセンサ治具の位置や姿勢情報を得ることは可能であるが、各種センサやそれに伴うケーブル、データ収集装置が必要であり、労力やコスト面から好ましくない。 For this reason, it is conceivable to acquire information on the position and orientation of the sensor jig. In order to obtain this information, it is possible to obtain information on the position and orientation of the sensor jig by installing a gyroscope, displacement meter, accelerometer, inclinometer, etc. on the sensor jig. A data collection device is required, which is not preferable from the viewpoint of labor and cost.
また、流量を測定するにあたって時間変化するのは流速だけではなく、水位も変化する。そのため、従来は目盛りのついた測定棒を水路に差し込んで水位を測定し、既知の水路断面形状とあわせて水の断面積を算出していることから、精度の高い測定がなされない場合がある。 Further, not only the flow velocity but also the water level change with time in measuring the flow rate. Therefore, conventionally, a measuring rod with a scale is inserted into the water channel, the water level is measured, and the cross-sectional area of the water is calculated together with the known cross-sectional shape of the water channel. .
そこで本発明は、流速分布を測定すると共に、センサ治具の姿勢を検知し、流速分布を補正することによって精度の高い流量の測定が可能な超音波式流量測定方法および流量測定装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides an ultrasonic flow measuring method and a flow measuring device capable of measuring a flow velocity distribution, detecting the posture of a sensor jig, and correcting the flow velocity distribution to measure a flow rate with high accuracy. The purpose is that.
上記課題を解決するために、本発明にかかる超音波式流量測定方法の代表的な構成は、水路の中にセンサ治具を配置し、センサ治具の上下方向に水路の壁面の片側につき2以上の超音波センサを配置し、超音波センサによって流速分布を測定すると共に、壁面の位置を測定し、壁面の位置と水路の形状に基づいてセンサ治具の姿勢を検知し、流速分布を補正することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a typical configuration of the ultrasonic flow rate measuring method according to the present invention is that a sensor jig is disposed in a water channel, and 2 per side of the wall surface of the water channel in the vertical direction of the sensor jig. The above ultrasonic sensors are arranged, the flow velocity distribution is measured by the ultrasonic sensor, the position of the wall surface is measured, the posture of the sensor jig is detected based on the wall surface position and the shape of the water channel, and the flow velocity distribution is corrected. It is characterized by doing.
上記構成によれば、速度分布を測定するための超音波センサを用いて、容易にセンサ治具の位置および姿勢情報を得ることができる。そして、このように取得した姿勢情報を用いて流速分布を補正し、精度の高い流量を算出することができる。 According to the above configuration, the position and orientation information of the sensor jig can be easily obtained using the ultrasonic sensor for measuring the velocity distribution. Then, the flow rate distribution can be corrected using the posture information acquired in this way, and a highly accurate flow rate can be calculated.
本発明に係る超音波式流量測定方法の他の代表的な構成は、水路の中にセンサ治具を配置し、センサ治具に水路の両側の壁面に向けてそれぞれ1以上の超音波センサを配置し、超音波センサによって流速分布を測定すると共に、壁面の位置を測定し、壁面の位置の変動からセンサ治具の回転振動を検知し、流速分布を補正することを特徴とする。 In another typical configuration of the ultrasonic flow rate measuring method according to the present invention, a sensor jig is arranged in the water channel, and one or more ultrasonic sensors are respectively provided on the sensor jig toward the wall surfaces on both sides of the water channel. And measuring the flow velocity distribution with an ultrasonic sensor, measuring the position of the wall surface, detecting rotational vibration of the sensor jig from the fluctuation of the wall surface position, and correcting the flow velocity distribution.
上記構成によれば、速度分布を測定するための超音波センサを用いて、水の流れによって超音波センサに生じるセンサ治具の回転振動を容易に得ることができる。そして、回転振動による影響を排除し、精度の高い流量を算出することができる。 According to the said structure, the rotational vibration of the sensor jig which arises in an ultrasonic sensor by the flow of water can be easily obtained using the ultrasonic sensor for measuring speed distribution. Then, it is possible to calculate the flow rate with high accuracy by eliminating the influence of rotational vibration.
本発明に係る超音波式流量測定方法の他の代表的な構成は、水路の中にセンサ治具を配置し、センサ治具に異なる角度または異なる高さから水路の底面に向けた2以上の超音波センサを配置し、超音波センサによって流速分布を測定すると共に、底面の位置を測定し、2以上の超音波センサが測定した底面の位置からセンサ治具の流れ方向の傾き角度を検知し、流速分布を補正することを特徴とする。 Another typical configuration of the ultrasonic flow rate measuring method according to the present invention is that a sensor jig is arranged in the water channel, and two or more of the sensor jig are directed to the bottom surface of the water channel from different angles or different heights. An ultrasonic sensor is arranged, the flow velocity distribution is measured by the ultrasonic sensor, the position of the bottom surface is measured, and the tilt angle in the flow direction of the sensor jig is detected from the position of the bottom surface measured by two or more ultrasonic sensors. The flow velocity distribution is corrected.
上記構成によれば、容易にセンサ治具の流れ方向への傾きを検知することができる。このように取得した流れ方向の傾きを用いて流速分布を補正し、精度の高い流量を算出することができる。 According to the said structure, the inclination to the flow direction of a sensor jig can be detected easily. The flow rate distribution can be corrected using the gradient of the flow direction acquired in this way, and a highly accurate flow rate can be calculated.
水面方向へ向けて配置した超音波センサをさらに備え、その超音波センサによって水路の水位を測定してもよい。これにより、超音波センサから水面までの高さがわかり、超音波センサの設置高さと合わせて、水位が得られる。この水位と、既知である水路形状および寸法から、流水断面積を求めることが可能であり、上述の測定された流速とで流量を算出することができる。 An ultrasonic sensor arranged toward the water surface direction may be further provided, and the water level of the water channel may be measured by the ultrasonic sensor. Thereby, the height from the ultrasonic sensor to the water surface is known, and the water level is obtained together with the installation height of the ultrasonic sensor. From this water level and the known channel shape and dimensions, it is possible to determine the cross-sectional area of the flowing water, and the flow rate can be calculated from the measured flow velocity.
さらに、超音波センサから一定距離に超音波を反射する反射治具を配置し、前記反射治具を用いて超音波の反射波の到達時間を測定し、反射波の到達時間から水中の音速を算出し、流速分布を補正してもよい。 Furthermore, a reflection jig that reflects ultrasonic waves at a certain distance from the ultrasonic sensor is arranged, the arrival time of the reflected wave of the ultrasonic wave is measured using the reflection jig, and the sound speed in water is calculated from the arrival time of the reflected wave. It may be calculated to correct the flow velocity distribution.
これにより、水温や水質のような環境影響を含んだ音速を測定することが可能であり、上述の流速を計測するための校正値の変化を逐次反映させることができる。したがって、水路の流速および流量を精度良く計測することができる。 Thereby, it is possible to measure the speed of sound including environmental effects such as water temperature and water quality, and it is possible to sequentially reflect the change in the calibration value for measuring the above-mentioned flow velocity. Therefore, the flow velocity and flow rate of the water channel can be measured with high accuracy.
また上記課題を解決するために、本発明にかかる流量測定装置の代表的な構成は、水路の中央付近に設置されるセンサ治具と、センサ治具に水路の壁面または底面へ向けて2以上配置した超音波センサと、超音波センサを用いて水路の流速分布および壁面または底面の位置を測定する制御部と、壁面または底面の位置と水路の形状に基づいてセンサ治具の姿勢を検知し、流速分布を補正する補正部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a typical configuration of the flow rate measuring device according to the present invention includes a sensor jig installed near the center of the water channel, and two or more sensor jigs facing the wall surface or bottom surface of the water channel. Detects the posture of the sensor jig based on the placed ultrasonic sensor, the control unit that measures the flow velocity distribution of the water channel and the position of the wall surface or the bottom surface using the ultrasonic sensor, and the position of the wall surface or the bottom surface and the shape of the water channel. And a correction unit that corrects the flow velocity distribution.
かかる構成によれば、速度分布を測定するための超音波センサを用いて、水路中のセンサ治具の姿勢を検知しうると共に、センサ治具の姿勢に基づく流速分布の誤差を補正することができ、より精度の高い流量を算出することができる。 According to such a configuration, it is possible to detect the attitude of the sensor jig in the water channel using the ultrasonic sensor for measuring the velocity distribution, and to correct the error in the flow velocity distribution based on the attitude of the sensor jig. And a more accurate flow rate can be calculated.
本発明によれば、流速分布を測定すると共に、センサ治具の姿勢を検知し、流速分布を補正することによって精度の高い流量の測定が可能な超音波式流量測定方法および流量測定装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an ultrasonic flow measuring method and a flow measuring device capable of measuring a flow velocity distribution, detecting the attitude of a sensor jig, and correcting the flow velocity distribution to measure a flow rate with high accuracy. can do.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は流量測定装置の概略構成を説明する図、図2は水路の流れに直交する方向の断面図、図3は水路での流量計測の模式図である。本実施形態にかかる超音波式流量計測方法および流量計測装置は、水路の流量を計測するものであり、代表例として水力発電の取水用の水路においてその流量を計測するものである。 FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a flow rate measuring device, FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the flow of the water channel, and FIG. 3 is a schematic diagram of flow rate measurement in the water channel. The ultrasonic flow measurement method and the flow measurement device according to the present embodiment measure the flow rate of a water channel, and measure the flow rate in a water channel for intake of hydroelectric power generation as a representative example.
図1に示す流量測定装置200は、棹状のセンサ治具202に、複数の超音波センサを取り付けている。超音波センサとしては、壁面方向(水平方向)へ向けて配置した複数の流速検知センサ204を備えている。
A
また流量測定装置200は制御部250に電気的に接続されている。制御部250は、計測の開始や終了を操作するための操作部252、超音波センサのデータを記録するための記録部254、処理したデータを出力するための表示部258を備えている。なお処理したデータは表示部258に表示するのみではなく、データとして記録部254に保存したり、ネットワークを通じて転送したりしてもよい。なお具体例として、制御部250はコンピュータと制御プログラムを用いて構成することができる。
The
図2および図3に示すように、流量測定装置200は、橋などの上から水路100の中央に向かって差し込み、センサ治具202の下端が水路100の底面104に当接するまで下ろして配置する。そして両側の流速検知センサ204がそれぞれ左右の壁面102に対向するように、センサ治具202の向きが定められる。さらにこのとき、流速検知センサ204から発信される超音波が図3に示したように上流向きとなるよう設置する。この状態で流速検知センサ204から超音波を発振し、反射波を受信して、流速分布測定が行われる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the flow
センサ治具202は複数の超音波センサを保持するための治具であり、例えば圧力配管用鋼管を好適に利用することができる。また超音波センサを横に並べる場合などには、鉛直に設置される主材に対し、水平に設置される横材を設けて、これに超音波センサを取り付けてもよい。
The
本実施形態において流速検知センサ204は、センサ治具202の上下方向に、水路100の壁面の片側につき2以上の流速検知センサ204を配置している。図1では、片側につき6つ(6段)の流速検知センサ204を配置している。流速を測定するためには流れに対して超音波の出力方向を傾ける必要があり、例えば流れに直交する方向から15°とすることができる。流速検知センサ204としては、例えば200kHzの振動子を備えたものを好適に用いることができる。
In the present embodiment, the flow
測定したデータは制御部250において所定の演算を行って、各位置における流速を取得する。流速はドップラー法または相互相関法を利用することができる。
The measured data is subjected to a predetermined calculation in the
図4は流速の測定例を示すグラフであって、横軸は位置(グラフの中心が水路の中心)、縦軸は流速である。壁面102付近では極端に超音波の反射波の強度が強くなるため、流速分布のデータとしては信頼性が低い。そのため通常は壁面102近傍のデータはカットし、図4に示されるようなデータを取得する。
FIG. 4 is a graph showing a measurement example of the flow velocity, where the horizontal axis is the position (the center of the graph is the center of the water channel), and the vertical axis is the flow velocity. In the vicinity of the
図5はセンサ治具202の姿勢と測定結果例を示す模式図である。図5に示すように、センサ治具202が鉛直方向から水路100の幅方向に傾いていた場合、流速分布に狂いが生じる。水路100を流れる水の流速は、壁面または底面から遠ざかるほど速くなることはよく知られている。そのためセンサ治具202が傾いていると、傾いた方向と逆側の超音波の走査線が水面106に近づくため、流速分布が速くなる傾向にずれてしまう。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the posture of the
しかし、そのようにセンサ治具202が傾くと、同時に傾いた方向と逆側の壁面102までの距離が長くなる。このため、センサ治具202が傾いていることをデータとして取得することができる。そして、水路100の形状は既知であるから、壁面102の位置と水路100の形状に基づいてセンサ治具202の姿勢を検知し、この姿勢情報に基づいて流速分布を補正することができる。
However, when the
ここで、流速検知センサ204が一対(1段)であった場合であっても、傾けば左右の壁面102までの距離に差が生じる。しかし1段である場合、センサ治具202の設置位置が水路100中心からずれていた場合と区別がつかない。そのため、センサ治具202の上下方向に少なくとも2つ(2段)の流速検知センサ204を設けることが好ましい。
Here, even if the flow
上記構成によれば、速度分布を測定するための流速検知センサ204を用いて、容易にセンサ治具202の位置および姿勢情報を得ることができる。そして、このように取得した姿勢情報を用いて流速分布を補正し、精度の高い流量を算出することができる。
According to the above configuration, the position and orientation information of the
またセンサ治具202は水流の中に差し込まれているから、センサ治具202および流速検知センサ204の下流側にはカルマン渦が発生し、全体的に回転振動を開始する。センサ治具202が回転振動すると流速検知センサ204の水流に対する角度が変化してしまうため、測定する流速分布に狂いが生じる。上述したように流速検知センサ204の走査線は流れに対して角度を持たせているが、角度が浅くなる(流れに直交する方向に回転する)と、流速を低く検出してしまう。なお、流量測定装置200は10m程度の長尺の装置になるため、水流でねじれないほどの剛性を持たせると可搬性を失ってしまうおそれがある。
Further, since the
しかし、上記のようにセンサ治具202を水路100の略中央に配置し、水路100の両側の壁面102に向けてそれぞれ流速検知センサ204を配置したことにより、センサ治具202の鉛直方向を軸心とする回転角度が変わると、壁面102までの距離が変化することになる。したがって流速分布を測定する際に壁面102の位置を継続して測定することにより、壁面102の位置の変動からセンサ治具202の回転振動を検知し、この姿勢情報に基づいて流速分布を補正することができる。
However, as described above, the
上記構成によれば、速度分布を測定するための流速検知センサ204を用いて、水の流れによって流速検知センサ204に生じるセンサ治具202の回転振動を容易に得ることができる。そして、回転振動による影響を排除し、精度の高い流量を算出することができる。
According to the above configuration, the rotational vibration of the
さらに、センサ治具202を水路に配置する際に、センサ治具202が予定された設置方向に対して回転方向にずれて設置してしまうことも考えられる。しかし、このような場合においても、上述の如くセンサ治具202を水路100の略中央に配置し、水路100の両側の壁面102に向けてそれぞれ流速検知センサ204を配置したことで、壁面102までの左右の距離の差異により、センサ治具202が回転していることをデータとして取得することができる。上述の如く、水路100の形状は既知であるから、壁面102の位置と水路100の形状に基づいてセンサ治具202の姿勢を検知し、この姿勢情報に基づいて流速分布を補正することができる。
Furthermore, when the
また、水流の垂直方向の速度変化によっては、1部の段の流速検知センサ204が回転してしまうことも考えられる。このような場合においても、壁面102までの左右の距離の差異から、1部の流速検知センサ204が回転していることをデータとして取得することができる。水路100の形状は既知であるから、壁面102の位置と水路100の形状に基づいて流速検知センサ204の姿勢を検知し、この姿勢情報に基づいて流速分布を補正することができる。
It is also conceivable that the flow
上記構成によれば、速度分布を測定するための流速検知センサ204を用いて、容易にセンサ治具202の設置時の位置および姿勢情報や、設置後の1部の流速検知センサ204のずれをも得ることができる。そして、このように取得した姿勢情報を用いて流速分布を補正し、精度の高い流量を算出することができる。
According to the above configuration, by using the flow
図6は流量測定装置200の他の構成を示す図、図7は水路での流量計測の模式図である。
FIG. 6 is a diagram showing another configuration of the flow
図6に示す流量測定装置200は、上記のセンサ治具202に、水面106方向へ向けて配置した水面検知センサ206と、補正用センサ208と、底面検知センサ212a、212bを備えた例である。また補正用センサ208の超音波出力方向には、補正用センサ208から特定の距離を隔てた位置に、板状の反射治具210を備えている。
A flow
水面検知センサ206は、センサ治具202の水中位置から水面106に向かって超音波を出力するように、仰角に取り付けられている。また水面検知センサ206は、センサ治具202に対して例えば流れ方向(上流側または下流側のいずれでもよい)に向かって配置されている。図7に示すように、水面検知センサ206の取り付け角度は、例えば鉛直から30°と設定することができる。水面検知センサ206としては、例えば300kHzの振動子を備えたものを好適に用いることができる。水面検知センサ206は距離計として用いるものであるから、反射波の強度のみによって水面106を識別することができる。
The water
水面検知センサ206から水面106までの高さがわかることにより、水面検知センサ206の設置高さと合わせて、水位が得られる。この水位と、既知である水路形状および寸法から、流水断面積を求めることが可能であり、上述の計測された流速とで流量を算出することができる。従来は目盛りのついた測定棒を川に差し込んで水位を測定していたが、このように超音波センサを用いてデータとして水位を取得することにより、一括して演算することができるため、データ処理が簡便となる。また長時間に亘って測定する場合に、水位の推移を把握することができ、より正確な流量を測定することができる。
By knowing the height from the water
補正用センサ208は、同様にセンサ治具202に取り付けた反射治具210に対して超音波を送受信するものである。そして補正用センサ208によって反射治具210に向かって超音波のパルス波を出力し、反射波の到達時間を計測する。補正用センサ208から反射治具210までの距離はわかっているから、反射波の到達時間から水中の音速を算出し、流速分布を補正することができる。これにより、水温や水質のような環境影響を含んだ音速を測定することが可能であり、上述の流速を計測するための校正値の変化を逐次反映させることができる。したがって、水路の流速および流量を精度良く計測することができる。
Similarly, the
補正用センサ208は反射治具210の反射面に対向していればよく、センサ治具202に対する取り付け角度は任意でよい。例えば補正用センサ208と反射治具210の両方をセンサ治具202に取り付けるとすれば、補正用センサ208の出力方向はセンサ治具202の主材の軸方向と平行に設定することができる。補正用センサ208は、例えば300kHzの振動子を備えたものを好適に用いることができる。
The
なお図6では1組の補正用センサと反射治具210を設けて図示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、水深方向(上下方向)に複数組備えてもよい。これにより、水路100を流れる水の温度分布が大きいときであっても、適切に流量を測定することができる。
In FIG. 6, one set of the correction sensor and the
底面検知センサ212a、212bは、センサ治具202の異なる高さに設置され、異なる角度で水路100の底面に向けられて配置されている。また底面検知センサ212a、212bは、センサ治具202に対して例えば流れ方向(上流側または下流側のいずれでもよい)に向かって配置されている。底面検知センサ212a、212bはいずれも底面104の位置を測定する。異なる角度の例として、底面検知センサ212aは鉛直方向から30°、底面検知センサ212bは鉛直方向から15°の角度で配置されている。底面検知センサ212a、212bは、例えば300kHzの振動子を備えたものを好適に用いることができる。
The bottom
このように2つの超音波センサによって底面104の位置(底面104までの距離)を測定すると、それぞれのセンサの取り付け位置(センサ治具202の下端からの高さ)はわかっているから、底面104に対するセンサ治具202の流れ方向の傾き角度を検知し、この姿勢情報に基づいて流速分布を補正することができ、より精度の高い流量を算出することができる。
Thus, when the position of the bottom surface 104 (distance to the bottom surface 104) is measured by two ultrasonic sensors, the mounting position of each sensor (the height from the lower end of the sensor jig 202) is known. The inclination angle of the flow direction of the
図8は流量測定装置200の他の構成を示す図である。図8に示す流量測定装置200は、さらに水面106方向へ向けて複数の水面検知センサ206a、206bを配置している。水面検知センサ206a、206bは、センサ治具202の異なる高さに設置され、異なる角度で水面106に向けられて配置されている。また水面検知センサ206a、206bは、センサ治具202に対して例えば流れ方向(上流側または下流側のいずれでもよい)に向かって配置されている。水面検知センサ206a、206bはいずれも水面106の位置を測定する。異なる角度の例として、水面検知センサ206aは鉛直方向から30°、206bは鉛直方向から15°の角度で配置されている。水面検知センサ206a、206bは、例えば300kHzの振動子を備えたものを好適に用いることができる。
FIG. 8 is a diagram showing another configuration of the flow
上記の底面検知センサ212a、212bによれば水路100の底面104から流れ方向の傾きを知ることができるが、底面104が必ずしも平坦であるとは限らない。一方、水面106は、激しく乱れていなければ水平面を生成し、またある程度乱れていたとしても、しばらく(所定時間:数秒〜数分程度)継続して測定した位置を平均すれば、水平を取得できる。このように、水面106を基準にすることによっても流れ方向の傾きを検知し、この姿勢情報に基づいて流速分布を補正することができ、精度の高い流量を算出することができる。
Although the bottom
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
本発明は水路の流速分布を超音波で測定し、水路全体の流量を測定する超音波式流量測定方法および流量測定装置として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an ultrasonic flow measurement method and a flow measurement device that measures the flow velocity distribution of a water channel using ultrasonic waves and measures the flow rate of the entire water channel.
100 …水路
102 …壁面
104 …底面
105 …流向
106 …水面
120 …中央部
130 …周辺部
140 …外縁部
150 …渦発生地点
160 …分岐点
200 …流量測定装置
202 …センサ治具
204 …流速検知センサ
206 …水面検知センサ
206a、206b …水面検知センサ
208 …補正用センサ
210 …反射治具
212a、212b …底面検知センサ
250 …制御部
252 …操作部
254 …記録部
258 …表示部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記センサ治具の上下方向に前記水路の壁面の片側につき2以上の超音波センサを配置し、
前記超音波センサによって、流速分布を測定すると共に、前記壁面の位置を測定し、
前記壁面の位置と前記水路の形状に基づいて前記センサ治具の姿勢を検知し、前記流速分布を補正することを特徴とする超音波式流量測定方法。 Place the sensor jig in the waterway,
Two or more ultrasonic sensors are arranged on one side of the wall surface of the water channel in the vertical direction of the sensor jig,
With the ultrasonic sensor, the flow velocity distribution is measured, and the position of the wall surface is measured.
An ultrasonic flow rate measuring method, comprising: detecting an attitude of the sensor jig based on a position of the wall surface and a shape of the water channel and correcting the flow velocity distribution.
前記センサ治具に前記水路の両側の壁面に向けてそれぞれ1以上の超音波センサを配置し、
前記超音波センサによって、流速分布を測定すると共に、前記壁面の位置を測定し、
前記壁面の位置の変動から前記センサ治具の回転振動を検知し、前記流速分布を補正することを特徴とする超音波式流量測定方法。 Place the sensor jig in the waterway,
One or more ultrasonic sensors are arranged on the sensor jig toward the wall surfaces on both sides of the water channel,
With the ultrasonic sensor, the flow velocity distribution is measured, and the position of the wall surface is measured.
An ultrasonic flow rate measuring method, wherein rotational vibration of the sensor jig is detected from a change in the position of the wall surface, and the flow velocity distribution is corrected.
前記センサ治具に、異なる角度または異なる高さから前記水路の底面に向けた2以上の超音波センサを配置し、
前記超音波センサによって、流速分布を測定すると共に、前記底面の位置を測定し、
前記2以上の超音波センサが測定した底面の位置から前記センサ治具の流れ方向の傾き角度を検知し、前記流速分布を補正することを特徴とする超音波式流量測定方法。 Place the sensor jig in the waterway,
Two or more ultrasonic sensors facing the bottom surface of the water channel from different angles or different heights are arranged on the sensor jig,
With the ultrasonic sensor, the flow velocity distribution is measured, and the position of the bottom surface is measured,
An ultrasonic flow rate measuring method, wherein an inclination angle in a flow direction of the sensor jig is detected from a position of a bottom surface measured by the two or more ultrasonic sensors, and the flow velocity distribution is corrected.
前記超音波センサによって、前記水路の水位を測定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波式流量測定方法。 It further includes an ultrasonic sensor arranged toward the water surface direction,
The ultrasonic flow rate measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the water level of the water channel is measured by the ultrasonic sensor.
前記反射治具を用いて前記超音波の反射波の到達時間を測定し、
前記反射波の到達時間から水中の音速を算出し、
前記流速分布を補正することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波式流量測定方法。 A reflection jig that reflects ultrasonic waves at a certain distance from the ultrasonic sensor is arranged,
Measure the arrival time of the reflected wave of the ultrasonic wave using the reflection jig,
Calculate the underwater sound speed from the arrival time of the reflected wave,
The ultrasonic flow rate measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the flow velocity distribution is corrected.
前記センサ治具に前記水路の壁面または底面へ向けて2以上配置した超音波センサと、
前記超音波センサを用いて前記水路の流速分布および前記壁面または底面の位置を測定する制御部と、
前記壁面または底面の位置と前記水路の形状に基づいて前記センサ治具の姿勢を検知し、前記流速分布を補正する補正部と、を備えることを特徴とする流量測定装置。 A sensor jig installed near the center of the waterway,
Two or more ultrasonic sensors arranged on the sensor jig toward the wall surface or bottom surface of the water channel,
A control unit for measuring the flow velocity distribution of the water channel and the position of the wall surface or the bottom surface using the ultrasonic sensor;
A flow rate measuring device comprising: a correction unit that detects the posture of the sensor jig based on the position of the wall surface or the bottom surface and the shape of the water channel, and corrects the flow velocity distribution.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012202981A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Ultrasonic transmission/reception unit |
CN113483832A (en) * | 2020-11-07 | 2021-10-08 | 济南和一汇盛科技发展有限责任公司 | Online measuring device for water flow of channel |
-
2009
- 2009-03-02 JP JP2009048578A patent/JP2010203865A/en active Pending
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