JP2014006249A - 固体流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で簡便な機器構成で流砂の質量流量を正確に計測する。
【解決手段】積載台１６と、積載台１６の下方を支持する荷重検出器（ロードセル１９Ａ，１９Ｂ）と、積載台１６上を移動する固体の移動速度を検出する固体速度検出手段３０Ａ〜３０Ｃと、検出した荷重に基づく積載台１６の単位長さ当たりの荷重と固体速度検出手段３０Ａ〜３０Ｃによって検出した移動速度との積に基づいて質量流量を算出する算出手段３１と、を備えた構成とする。第１の固体速度検出手段３０Ａは、積載台１６に作用する力のモーメントの変化量から流砂の移動速度を検出するモーメント式である。第２の固体速度検出手段３０Ｃは、上流側および下流側の荷重検出器１９Ａ，１９Ｂから出力される類似波形の相互相関関数を用いて検出する相互相関式である。第３の固体速度検出手段３０Ｂは、河川の水流速度に基づいて検出する流速式である。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に水や空気の移動によって河床や地面の上を移動する固体である流砂の質量流量を計測する固体流量計測装置に関する。

河岸や渓岸の浸食などによって流出した土砂は、流砂となって河川に流出し、河床やダム湖底へ堆積する。しかし、山地河川においては大雨により大量の土砂が流れ出すと、土石流災害が発生したり、ダム湖が土砂でいっぱいになる場合がある。そのため、山地河川において、流砂の実態把握、降雨に対する流水および流砂の流出の応答を把握することは、砂防基本計画の策定、総合的な土砂管理方針の検討のうえで、極めて重要である。

近年では、コンピューターを用いた河床変動解析を用いて、砂防基本計画等の計画や砂防分野の管理に関する検討が進められている。これらの河床変動解析を実施するうえでは、各流域や各水系が有している地形や地質および流水や流砂の特性を適切に入力条件として設定することが必須となってきている。

また、山地河川の上流域における土砂生産やそれに伴う土砂の流出状況および移動状況の変化を監視することは、総合的な土砂管理のみならず、大規模な土砂災害に対する危機管理、流域監視の観点からも、重要である。一方、国道交通省による、河川砂防技術指針（調査編）の改訂においても、標準的な調査として、山地河川における流水および水文観測が位置付けられている。

河床付近を移動する掃流砂の計測方法としては、大別して直接法（特許文献１，２）と間接法（特許文献３，４）の２種が提案されている。直接法の計測装置は、取水口などから流砂を含む河川水を取り入れ、水と砂を分離して流砂量（重量）を測定する。間接法の計測装置は、河床にパイプや板などの金属体を配設し、流砂が衝突することにより発生する振動や音の発生頻度と大きさから、流量や粒径を推定する。

しかしながら、直接法の計測装置は、流砂を貯留する収容部が必要であるため、設備が大型化するという問題がある。また、収容部が流砂で満たされると、排出しなければ新たに計測することができないため、設備の維持管理が煩雑であるうえ、状況によっては迅速に計測結果が得られない場合がある。

一方、間接法の計測装置は、計測地の環境の影響が大きいため、多くの実験や、直接法との比較検証が必要である。即ち、流砂の粒子である砂や石（固体）は、同じ体積および重量であっても流体速度に伴う移動速度の違いにより、金属体に衝突した際の振動や音の大きさが異なる。よって、各計測地の実際の環境（水流速度）を測定し、その環境に応じた設定を行う必要がある。しかも、例え綿密に検証して設置したとしても、環境は常に変化するため、正確性に欠けるという難点がある。

特開２００３−２６１９２３号公報 特開２００７−７１５６０号公報 特開昭６４−１８０５５号公報 特開２００７−３０３８４７号公報

本発明は、小型で簡便な機器構成で流砂の質量流量を正確に計測することが可能な固体流量計測装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の固体流量計測装置は、平板状をなす積載台と、前記積載台の下方を支持し、前記積載台上に接して移動する複数の固体の荷重を検出する荷重検出器と、前記積載台上を移動する固体の一方向の移動速度を検出する固体速度検出手段と、前記荷重検出器によって検出した荷重に基づく固体の移動方向に沿った前記積載台の単位長さ当たりの荷重と、前記固体速度検出手段によって検出した移動速度との積に基づいて、前記積載台上を通過する固体の質量流量を算出する算出手段とを備える構成としている。
ここで、本発明の固体とは、主に水などの流体により移動される流砂を意味する。
また、前記荷重検出器は、一対の歪検出部を有するロードセルであり、このロードセルを１個または複数個用いることが好ましい。

この固体流量計測装置によれば、荷重検出器と固体速度検出手段の検出値に基づいて積載台上を通過する固体の質量流量を計測するため、間接法の計測装置と比較して正確に測定できる。また、固体を溜めるのではなく積載台上を通過させる構成であり、機械的な可動部も無いため、直接法の計測装置と比較して小型で簡便な機器構成である。よって、建設が容易で安価に設置できるうえ、設備の維持管理も容易である。

この固体流量計測装置の第１の固体速度検出手段は、前記積載台に作用する力のモーメントを検知し、その変化量から前記積載台上を移動する固体の移動速度を検出する。
具体的には、第１の固体速度検出手段は、２つの荷重信号の和および差と荷重検出箇所の間隔とを用い、固体の移動速度（ｖ）を以下の式（１）を用いて算出する。

このようにすれば、計測装置の構成を簡素化できる。
また、前記第１の固体速度検出手段は、前記積載台に固体が流入および流出する際のマイナス値を除外し、移動速度（ｖ）を修正することが好ましい。

また、固体流量計測装置の第２の固体速度検出手段は、前記積載台を、固体の移動方向の上流側と下流側に所定間隔をもって設け、これら積載台にそれぞれ前記荷重検出器を配設し、固体が前記各積載台上を通過することにより、上流側および下流側の前記各荷重検出器から出力される２つの荷重の類似波形の相互相関関数を用いて最大となる遅延時間を算出し、固体の移動速度を検出する。
具体的には、前記第２の固体速度検出手段は、固体の移動速度（ｖ）を以下の式（２−１），（２−２）を用いて算出する。

このようにすれば、確実に固体の移動速度を検出することができる。

さらに、固体流量計測装置の第３の固体速度検出手段は、前記積載台を河床に設置するとともに、河川の水流の速度を検出する水流速度検出手段を設け、前記水流速度検出手段によって検出した水流速度に基づいて固体の移動速度を検出する。このようにすれば、部品点数は増えるが、確実に固体の移動速度を検出することができる。

なお、力のモーメント法による第１の固体速度検出手段、相互相関法による第２の固体速度検出手段、および、水流速度検出手段を用いた第３の固体速度検出手段は、それぞれ独立した３種類の手法として単独で使用することができる。また、第１および第２の固体速度検出手段、第１および第３の固体速度検出手段、第２および第３の固体速度検出手段、そして、第１から第３の全ての固体速度検出手段を、必要に応じて組み合わせて使用することもできる。

また、本発明の固体流量計測装置の算出手段は、前記積載台上を通過する固体の積算質量流量（Ｑ）を以下の式（３−１）を用いて算出する。

式（３−１）中、Ｗは荷重平均値であり、この荷重平均値Ｗは、相加平均、相乗平均および重心平均などの手法によって算出できる。例えば式（３−１）に相加平均法を代入すると式（３−２）となる。なお、ｋは平均に伴う係数であり、相加平均の場合には２である。

さらに、本発明の固体流量計測装置では、前記積載台上を通過する固体の質量流量の他に固体の個別重量を検出し、重量階級別の頻度を算出する頻度算出手段を更に備えることが好ましい。このようにすれば、積載台上を通過する固体の個々の重量と質量流量を算出し、固体の粒径分布の推定も迅速に行うことができる。その結果、計測地の環境変移を十分に推定でき、対策を施すことが可能になる。

なお、前記荷重検出器を、下方に連通穴を有する上方が開口した収納容器内に設置するとともに、前記収納容器の開口を固体が通過しない柔軟な素材によって密封して前記積載台を配設し、前記収納容器を水中に設置して内部を水で満たし、前記連通穴を通して前記収納容器の内外の鉛直水圧分布を同一に保ち、前記積載台上の水の重量が前記荷重検出器に作用しない状態で固体の重量を計測することが好ましい。このようにすれば、河床に作業性よく設置できる。また、収納容器の開口から固体が侵入することを防止できるため、正確に重量を計測することができる。

本発明の固体流量計測装置では、固体を溜めるのではなく積載台上を通過させる構成であり、機械的な可動部も無いため、小型で簡便な機器構成である。よって、建設が容易で安価に設置できるうえ、設備の維持管理も容易である。また、荷重検出器と固体速度検出手段の検出値に基づいて質量流量を計測するため、精度を高めることができる。しかも、固体速度検出手段は、３種類の独立した方法で精度よく検出できるうえ、３種の方法を必要に応じて組み合わせて用いることで更に精度を高めることができるため、質量流量の検出精度を高めることができる。

本発明の第１実施形態の固体流量計測装置を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図、（Ｃ）は荷重計の設置状態を示す概念図である。 固体流量計測装置を構成する荷重計を示す斜視図である。 図２の荷重計を示し、（Ａ）平面図、（Ｂ）は（Ａ）の横断面図、（Ｃ）は（Ａ）の縦断面図である。 （Ａ）はロードセルの正面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部断面図である。 ロードセルのブリッジ回路を示す概略図である。 固体流量計測装置の構成を示すブロック図である。 １個の質量の速度算出原理を説明するための概略図である。 ２個の質量の速度算出原理を説明するための概略図である。 微小時間幅における２個のロードセルの差分補正を説明するための概略図である。 質量が同時に流入および流出する場合の速度算出原理を説明するための概略図である。 力のモーメント法による流量の算出処理を示すフローチャートである。 水流速度による流量の算出処理を示すフローチャートである。 砂礫の移動速度と底面流速計の値との関係を示すグラフである。 第２実施形態の固体流量計測装置の荷重計を示し、（Ａ）平面図、（Ｂ）は（Ａ）の横断面図である。 第２実施形態のロードセルのブリッジ回路を示す概略図である。 第３実施形態の固体流量計測装置の荷重計を示し、（Ａ）平面図、（Ｂ）は（Ａ）の横断面図である。 第３実施形態の固体流量計測装置の構成を示すブロック図である。 第３実施形態の一対のロードセルからの出力波形の一例を示す概略図である。 相互相関法による流量の算出処理を示すフローチャートである。 第４実施形態の固体流量計測装置を示す横断面図である。 第５実施形態の固体流量計測装置を示す横断面図である。 固体流量計測装置の変形例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る第１実施形態の固体流量計測装置を示す。この固体流量計測装置は、河床１（水中）や地面に埋設される荷重計１０と、地上に設置される解析部２６とで構成される。荷重計１０によって検出した固体である流砂の荷重と移動速度に基づいて、解析部２６が荷重計１０上を通過した固体の質量流量を判断する。なお、本実施形態では、河床１に設置する構成を例に挙げるため、以下の説明では計測対象の固体を流砂と称して説明する。

（固体流量計測装置の基本構成）
荷重計１０を設置する河川には、河床１に荷重計１０を埋設するための設置部２が設けられている。この設置部２は、河川の水流に沿って長くなる平面視四角形状である。設置部２は、荷重計１０上への土砂の堆積を抑制するために、河床１の勾配と略同一、または、河床１の勾配より傾斜した急勾配とし、下向きに窪む段差の上流部に設置することが好ましい。また、設置部２の水流に直交する方向の横には、貯水ピット３が形成されている。河床１に位置する貯水ピット３の上端と設置部２の上端とは同一高さ（標高）になっている。また、貯水ピット３には、上端の開口部にフィルタ４を配設し、水の侵入は許容するが砂の侵入は防ぐ処置が施されている。なお、砂の侵入を防ぐ処置はフィルタ４に限定されるものではない。また、貯水ピット３の上端は、砂礫の侵入を防ぐために設置部２の上端縁より若干上方に位置するように設定してもよい。

貯水ピット３は、連通管５によって設置部２内に配設される荷重計１０に連通されている。これにより、河床１の水圧を荷重計１０内に作用させ、荷重計１０内と河床１の水圧を同一に保つことができるようにしている。ここで、連通管５の水の入口６は、網状のフィルタを用いた対策では流砂の詰まりが生じてしまう。そのため、流砂を強制的に沈降させる方法（鉛直管法）や、複数の砂礫や人工材料を詰め込んだフィルタ、ダイヤフラム方式等の手法を用いて、連通管５内への流砂の進入を防ぐ方法などが施されている。これにより、確実に荷重計１０内に河床１の圧力を伝達し、連通管５と荷重計１０の内部の水圧が等しくなるように設定している。

図１（Ｃ）に荷重計１０を設置する部位の鉛直水圧分布を示す。実線は、荷重計１０の上方および内部における静水圧分布であり、破線は、本来あるべき河川内の静水圧分布である。河床１に位置する荷重計１０の上方（高さＴａ）での静水圧はＳａ＝Ｓｂである。また、連通館５によって貯水ピット３内と荷重計１０内とが接続されている状態では、連通館５の位置（高さＴｂ）の静水圧はＳｃ＝Ｓｄとなる。これらの条件を十分に満足するように荷重計１０を設定し、荷重計１０の内外の鉛直水圧分布を同一に保っている。これにより、荷重計１０の上方の水の重量を荷重計１０に作用させない（キャンセルする）ように設定している。

（荷重検出器の構成）
荷重計１０は、河床１の設置部２に配設される収納容器１１を備えている。この収納容器１１は、図２および図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上方を開口している。この収納容器１１の開口に積載台１６を配設するとともに、収納容器１１内に荷重検出器である２個のロードセル１９Ａ，１９Ｂが収納されている。ロードセル１９Ａ，１９Ｂにより積載台１６上に接して移動する流砂の荷重を検出して、解析部２６に出力する。

収納容器１１は、上方の開口の外周に外向きに張り出した板状部材であるフランジ部１２を備えている。この収納容器１１の上方開口は、流砂の粒子が通過しない柔軟な素材である１枚のゴム板１３によって覆われている。このゴム板１３は衝撃緩衝材の役割をなし、フランジ部１２を上側から外側にかけて覆う固定枠１４を複数のボルトでフランジ部１２に固定することにより、フランジ部１２に密着されている。即ち、収納容器１１は、内部に砂が充満すると、荷重計１０としての機能が損なわれるため、密閉構造としている。また、収納容器１１の下部側面には、内外を連通させるための連通穴１５が設けられている。この連通穴１５は連通管５によって設置部２に隣接した貯水ピット３に繋げられる（図１（Ｂ）参照）。この設置状態では、貯水ピット３の上端面と荷重計１０の上端面とは同一高さになっているため、収納容器１１の内外の水圧が同一に保たれる。なお、荷重計１０の上端面より貯水ピット３の上端面を水中内において標高が高い位置に設定しても、連通管５により収納容器１１の内外の水圧は同一に保たれる。

積載台１６は、収納容器１１の上方開口に配設された平板状の一対の内板１７と外板１８とを備える。これら内板１７と外板１８は、ゴム板１３を挟み込んで配設される。具体的には、内板１７が収納容器１１内であるゴム板１３の内面側に配設され、外板１８が収納容器１１外であるゴム板１３の外面側に配設される。これら内板１７および外板１８は、外周寸法（平面視形状）がほぼ同じ寸法であり、複数個のボルトによってゴム板１３を挟み込んで固定される。このように配設された内板１７の上面は、収納容器１１の上方開口とほぼ同一高さである。また、積載台１６は、収納容器１１の内周面との間に所定の隙間が形成されるように、開口より小さい平面視四角形状をなすように形成されている。この構成により、拘束による影響を受けることなく、積載台１６上の荷重をロードセル１９Ａ，１９Ｂによって正確に計量できる。

積載台１６の流れ方向に直交する横断方向の大きさは、水流の速度・摩擦速度と砂礫の粒径を用いて算出される流砂の横断方向の移動量を考慮して、上方を横断方向に流砂が確実に通過する間の移動量と同程度、または、それより大きい寸法である必要がある。また、積載台１６の流れ方向の寸法においては、横断方向における考え方と同様であり、更に流砂の砂礫が少なくとも１回から２回は接触する長さを有することが望ましい。

ロードセル１９Ａ，１９Ｂは中央負荷両端支持型であり、水流に沿って上流側から下流側へ所定間隔をもって配置されている。これらロードセル１９Ａ，１９Ｂは、積載台１６の下方を支持する中央の荷重負荷部２０が、積載台１６の内板１７にボルトによって結合固定されている。これにより、ロードセル１９Ａ，１９Ｂの荷重負荷部２０と積載台１６の外板１８との間に、衝撃緩衝材の役割をなすゴム板１３が位置する。この構成により、積載台１６上を流砂に含まれた小石などが転動して通過する時の衝撃を緩和し、計量値誤差を小さくする。また、ロードセル１９Ａ，１９Ｂの両端の固定部２１は収納容器１１の底にボルトで固定されている。ロードセル１９Ａ，１９Ｂと収納容器１１の底との間には、衝撃緩衝材であるゴム板２２が配設されている。

第１実施形態のロードセル１９Ａ，１９Ｂは、図４（Ａ），（Ｂ）および図５に示すように、１ブリッジタイプのものを使用している。上流側のロードセル１９Ａは第１の荷重信号ｗ１を出力し、下流側のロードセル１９Ｂは第２の荷重信号ｗ２を出力する。具体的には、ロードセル１９Ａ，１９Ｂには、剪断歪みを発生する歪検出部２３ａ，２３ｂが凹設され、その底面に８枚の歪ゲージｓｇ１〜ｓｇ８が接着により貼り付けられている。これら歪ゲージｓｇ１〜ｓｇ８は、１つのホイートストンブリッジ回路を構成し、一対のボルト締結部２４ａ，２４ｂを介して荷重負荷部２０に作用する荷重に比例した電圧出力（荷重信号）が得られるようになっている。なお、ボルト締結部は、例えば荷重負荷部２０の中央に１箇所のみ設ける構成としてもよく、この場合でも一対の歪検出部２３ａ，２３ｂにて剪断歪みを発生させて、荷重信号ｗ１，ｗ２を出力可能である。

ロードセル１９Ａ，１９Ｂから出力される荷重信号ｗ１，ｗ２は、積載台１６上の流砂の荷重を検出するためだけでなく、後述するモーメント式速度検出手段３０Ａによって、流砂の移動速度を検出するためにも使用される。また、本実施形態では、モーメント式速度検出手段３０Ａによる流砂の移動速度検出の他に、河川の水流速度に基づいて流砂の移動速度を検出する手段を備える。

具体的には、荷重計１０の他に、河川の水流の速度を検出する水流速度検出手段である水流検出器２５を更に配設している。本実施形態の水流検出器２５は、底面流速計２５Ａと、表面流速計２５Ｂと、レベル計２５Ｃとで構成されている。底面流速計２５Ａは、荷重計１０の近傍の河床１付近に設置され、川底付近の水流の速度を検出する。表面流速計２５Ｂは、所定の設置台を用いて水面上空に設置され、河川の表面の流速を検出する非接触型である。レベル計２５Ｃは、水面近傍に設置され、河床１から水面までの高さを計測する非接触式である。これらで検出した信号は解析郎２６に送信する構成としている。底面流速計２５Ａは、例えば電磁式流量計や超音波式流量計などが適用可能である。また、表面流速計２５Ｂおよびレベル計２５Ｃは、超音波式、マイクロウェーブ式、光学式などが適用可能である。また、レベル計２５Ｃは水中に設置し、水深を測定する水位計であってもよい。

（信号の解析）
図１（Ａ）および図６に示すように、解析部２６は、河川の横の地上に設置され、ロードセル１９Ａ，１９Ｂから出力された荷重信号ｗ１，ｗ２を解析することにより、積載台１６上を通過する流砂の質量流量等を算出する。この解析部２６は、ロードセルアンプ２７Ａ，２７Ｂと、データロガー２８と、パーソナルコンピュータ（以下「パソコン」と略する。）２９とを備える。

ロードセルアンプ２７Ａ，２７Ｂは、ロードセル１９Ａ，１９Ｂから出力された荷重信号ｗ１，ｗ２の電気ノイズや衝撃変動を除外してデータロガー２８に出力するためのフィルター機能を有する。

データロガー２８は、荷重計１０の２個のロードセル１９Ａ，１９Ｂからの荷重信号ｗ１，ｗ２と、底面流速計２５Ａ、表面流速計２５Ｂおよびレベル計２５Ｃからの信号が入力され、これらの信号を入力時刻とともに収集記憶するとともに、パソコン２９へ適時伝送する。

パソコン２９（具体的には実装したマイコン）は、データロガー２８から入力されたデータを処理し、流量算出処理フロー図（図１１および図１２）に示す手順および後述する原理説明で示す方法で流砂の移動速度や質量流量を算出する。具体的には、本実施形態のパソコン２９は、積載台１６上を移動する固体の一方向の移動速度を検出する速度検出手段３０Ａ，３０Ｂの役割と、積載台１６上を通過する移動方向の単位長さ当たりの流砂の荷重と検出した移動速度との積に基づいて通過する質量流量を算出する算出手段３１の役割とをなす。また、検出した流砂の個別（粒子）重量から、重量階級別ヒストグラムを作成する頻度算出手段３２の役割をなす。

そのうち、モーメント式速度検出手段（第１の固体速度検出手段）３０Ａは、ロードセル１９Ａ，１９Ｂから出力された荷重信号ｗ１，ｗ２によって、積載台１６に作用する力のモーメントを検知し、その変化量から流砂の移動速度を検出する。流速式速度検出手段（第３の固体速度検出手段）３０Ｂは、水流検出器２５から出力された河川の水流速度を、周知の理論式や実験式を用いることにより演算（検出）する。図１１に示すように、流速式速度検出手段３０Ｂによって検出した水流速度により、モーメント法により検出した流砂移動速度を補正する。または図１２に示すように、流速式速度検出手段３０Ｂによって検出した水流速度を、モーメント法により検出した流砂移動速度の代わに使用する。

なお、このパソコン２９には、算出した質量流量や重量階級別ヒストグラムを表示する表示器であるディスプレイ３３と、印刷する印字装置であるプリンタ３４、および、記憶する記憶装置３５が接続されている。また、パソコン２９は、算出した質量流量や重量階級別ヒストグラムを遠隔地に設置した監視用パソコンに自動送信可能に構成し、遠隔地での監視を可能に構成してもよい。

次に、パソコン２９による流砂の流量算出原理について説明する。

（１）モーメント式速度検出手段３０Ａによる流砂移動速度の算出
（１個の質量（固体）が荷重計１０に積載する場合）
図７に示すように、積載台１６を２つのロードセル１９Ａ，１９Ｂで支持する荷重計１０において１つの質量Ｍが荷重計１０上を等速度ｖでロードセル１９Ａからロードセル１９Ｂの方向に滑らかに移動する場合、質量Ｍの移動方向の荷重計１０の積載台１６の長さをＬ０、２つ荷重検出箇所であるロードセル１９Ａ，１９Ｂの間隔をＬａとすると、質量ＭがＬａ間を通過する時間（ｔａ）はｔａ＝Ｌａ／ｖ(sec)となる。

また、ロードセル１９Ａ，１９Ｂからの荷重信号をｗ１，ｗ２、ロードセル１９Ａから質量Ｍまでの距離をｘとすると、力と力のモーメントの釣り合いよりｗ１＝｛１−（ｘ／Ｌａ）｝Ｍ，ｗ２＝（ｘ／Ｌａ）Ｍとなり、質量Ｍの位置（ｘ）に応じて荷重信号ｗ１，ｗ２は直線的に減少または増加する。

そのため、質量Ｍの移動（横軸：時間ｔの経過）により、ロードセル１９Ａ，１９Ｂからの荷重信号ｗ１，ｗ２および和算値ｗ１＋ｗ２（縦軸）は、図７の（ａ）〜（ｃ）に示すように変化する。図７に一点鎖線で示すように、質量Ｍが積載台１６のロードセル１９Ａ上にある時、ｗ１＝Ｍ，ｗ２＝０となり、質量Ｍがロードセル１９Ｂ上にある時ｗ１＝０，ｗ２＝Ｍとなる。

積載台１６の長さＬ０とロードセル１９Ａ，１９Ｂの間隔Ｌａの比率をｋ（ｋ＝Ｌ０／Ｌａ）とすると、図７に破線で示すように、質量Ｍが積載台１６に流入してから流出するまでの荷重信号ｗ１，ｗ２の変化幅はｋに比例し、ｋ×Ｍとなる。また、Ｌ０＞Ｌａの場合、質量Ｍが流入する時にｗ２は負値となり、質量Ｍが流出する時にｗ１は負値となる。また、和算値ｗ１＋ｗ２は荷重計１０上を通過する質量Ｍを検出し、ｗ１＋ｗ２＝Ｍとなり、質量Ｍが積載台１６上を移動する間、理論上は一定値Ｍを保つ。

ここで、図７の（ａ），（ｂ）に示す荷重信号ｗ１，ｗ２の横軸（時間ｔ）に対する傾き（ｄｗ／ｄｔ）に着目すれば、傾き（ｄｗ／ｄｔ）は質量Ｍおよび速度ｖに比例し、間隔Ｌａに反比例する。

ｗ１の傾きより、
dw1/dt = -M/ta
= -M/(La/v)
= -(w1+w2)/(La/v)
となる。従って、ロードセル１９Ａからの荷重信号ｗ１による速度ｖ１は、以下の関係式により算出できる。

同様に、ロードセル１９Ｂからの荷重信号ｗ２による速度ｖ２は、以下の関係式により算出できる。

式（４），（５）のｖ１とｖ２の平均値ｖは、以下のように算出できる。

即ち、速度ｖは２つのロードセル１９Ａ，１９Ｂの出力差（ｗ２−ｗ１）の時間変化率を和算出力（ｗ１＋ｗ２）で除した値として算出することができる。また、質量が積載台１６を通過する間に速度が変化する場合も、滑らかな連続性が保たれている場合、微小時幅において式（６）は成り立つ。

（２）算出手段３１による質量流量の算出
積載台１６の単位長さ当たりの計測荷重をＷ(kg/m)とし、Ｗ＝（ｗ１＋ｗ２）／Ｌ０とする時、荷重計１０を通過する質量Ｍの単位時間当たりの質量流量をｑ(kg/s)とすると、質量流量ｑは、以下のように算出できる。

また、荷重計１０を通過する質量Ｍの合計の積算質量流量をＱ(kg)とすると、積算質量流量Ｑは、以下のように算出できる。

なお、式（８−１）中、Ｗは荷重平均値であり、この荷重平均値Ｗは、相加平均、相乗平均および重心平均などの手法によって算出できる。よって、式（８−１）に相加平均法を代入すると式（８−２）となる。なお、ｋは平均に伴う係数であり、相加平均の場合には２である。勿論、相加平均の代わりに、相乗平均または重心平均を用いてもよい。

そして、式（８−２）に式（６）を代入して変形すると、以下の関係式が成り立つ。

ただし、δ（ｗ２−ｗ１）は微小時間幅Δｔにおける（ｗ２−ｗ１）の差分
Ｌａ＝Ｌ０の場合ｋ＝１で上述の式（４）〜式（９）は成り立つ。また、水流と直交する方向の積載台１６の幅をＢとすると、積算質量流量Ｑを幅Ｂで除した値Ｑ／Ｂは、水流と直交する方向の単位長さ当たりの流砂量を表す。

（複数個の質量が荷重計１０に積載する場合）
図８に示すように、２個の質量ｍ１，ｍ２が荷重計１０上を一定速度で移動する時、個々の質量ｍ１，ｍ２に対する荷重信号ｗ１，ｗ２の時間軸に対する傾きは保持されるので、各質量ｍ１，ｍ２に対する出力変化を重ね合わせると、図８の（ａ）〜（ｅ）の出力変化が得られる。なお、以下、説明を容易にするため、Ｌａ＝Ｌ０の場合を図示して説明するが、Ｌａ≠Ｌ０の場合も同等の関係が得られる。

各質量ｍ１，ｍ２が荷重計１０に乗り降りする時、大きな重量変化が生じ、この時の速度検出に考慮が必要であるが、和算重量ｗ１＋ｗ２が変化しない図中に示す区間I〜IIIにおいて、前述の式（６）で速度ｖを算出し、質量総和の平均速度の近似値を求めることは可能である。また、質量がｎ個の場合も２個の場合と同様に重ね合わせは成り立つ。

式（６）中の｛ｄ（ｗ２−ｗ１）×Ｌａ｝／ｄｔは、荷重計１０上の質量が移動する時の荷重計１０に作用する力のモーメントの時間変化率(kgm/s)を表していると解釈できる。そのため、複数個の質量（ｍ１，ｍ２，・・・・，ｍｎ）が各々速度（ｖ１，ｖ２，・・・・，ｖｎ）で移動する時、質量総和Ｍｎ＝（ｍ１＋ｍ２＋・・・＋ｍｎ）の相当速度をｖｔ＝（ｍ１ｖ１＋ｍ２ｖ２＋・・・・＋ｍｎｖｎ）／Ｍｎと定義すると、式（６）はこの質量総和Ｍｎの相当速度ｖｔを算出する。従って式（６）より荷重計１０上にある質量集合体の重心の移動速度を計算できる。

また、式（８）または式（９）でこの質量集合体の重心の移動速度と積載台１６の単位長さ当たりの計測荷重Ｗ(kg/m)との積を時間積分することにより、積算質量流量Ｑ(kg)を算出すことが出来る。ただし、荷重計１０上を通過する質量が均質な液体や粉体の連続流である場合は荷重計１０に作用する力のモーメントの時間変化が生じないため、式（６）で速度を算出することは出来ない。そして、このような場合には、水流検出器２５および流速式速度検出手段３０Ｂを用い、後述するように流砂の移動速度を検出する。

（質量が荷重計１０に流入流出する時の速度算出に対する考慮）
質量の速度ｖは式（６）より図７の（ｅ）または図８の（ｅ）に示すδ（ｗ２−ｗ１）を和算重量（ｗ１＋ｗ２）で除して算出できるが、質量が流入流出する瞬間はマイナス値のピークを生じ、速度誤差となる。計測対象を一方向の流れに限定すれば、速度ｖは現実にはマイナス値とはならない。また、速度の連続性を考慮して、このマイナス値を除外し、直前または直後の正値に置き換えることにより、修正された図９に示すδ（ｗ２−ｗ１）を使用して式（６）により真値に近い速度ｖを算出することができる。また、流入流出時のｗ１＋ｗ２の変化がΔｗの時δ（ｗ２−ｗ１）をδ（ｗ２−ｗ１）＋ｋ｜Δｗ｜と修正することによっても同様の結果が得られる。

（質量が荷重計１０に同時に流入流出する時の速度算出に対する考慮）
図１０に示すように、荷重計１０に質量ｍ２が流入すると同時に別の質量ｍ１が流出する場合の出力変化などを図１０の（ａ）〜（ｅ）に示す。荷重計１０上に時刻ｔ０で質量ｍ１が流入し、時刻ｔ１でｍ１が流出すると同時に質量ｍ２が流入し、時刻ｔ１で質量ｍ２が荷重計１０から流出する場合、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２でδ（ｗ２−ｗ１）はマイナスのピーク値が生じる。時刻ｔ１では質量ｍ１の流出と質量ｍ２の流入によるマイナス値が加算された値となる。ｍ１＝ｍ２の場合、時刻ｔ１では時刻ｔ０、ｔ２に比べて２倍のマイナスのピーク値が生じる。そのため、前述と同様にこのマイナス値を除外し、直前または直後の正値に置き換えることにより修正されたδ（ｗ２−ｗ１）を使用して式（６）により真値に近い速度ｖを算出することができる。

（３）流速式速度検出手段３０Ｂによる流砂移動速度の算出
河川や渓流を流れる水流速度や速度の鉛直分布は、水力学、流体力学や水理学等の分野で多くの理論式や実験式が示されている。そして、河川のような開水路での流速の鉛直分布は、次式の対数分布則に従うことが広く知られている。

ここで、ｕ（ｚ）は河床１から高さｚの位置の流速、ｕ^＊は摩擦速度、ｚは河床１から上方の高さ、ｌｎは自然対数、Ｋｓは壁面の相当粗度と呼ばれ、河床１の表面粗さ状態に依存する値である。また、Ａｒおよびκは係数であり、それぞれ、Ａｒ＝８．５、κ（カルマン定数）＝０．４であり、略定数として扱わる。

また、河床１に作用する河川せん断力は、次式で定義される。

ここで、τ_０は河床１の面に作用する河川せん断力、ρは水の質量密度である。

底面流量計２５Ａ、表面流速計２５Ｂ、レベル計２５Ｃを用いて、河床１の付近の底面の流速ｕｂと水面の流速ｕｓおよび水深ｈを計測し、これらを式（１０）に適用すれば、摩擦速度ｕ^＊と相当粗度ｋｓを求めることができる。従って、式（１０）により水流の流速分布を求めることができ、その流速分布を用いて水流の流量を算出できる。複数回の計測によって、摩擦速度に対する相当粗度を求めることができ、式（１０）を用いて摩擦速度ｕ^＊が算出されるため、求められた摩擦速度を式（１１）に適用すれば、河川せん断力を求めることができる。

水流の作用で河床１の付近を流れる流砂の移動速度は、図１３に示すように、河川せん断力τ_０や摩擦速度ｕ^＊と密接な関係があり、強い相関がある。具体的には、移動速度は、摩擦速度の１乗または３乗に比例することが周知である。両者の相関に関する実験係数は、流砂の物性（密度、内部摩擦角、反発係数）と土砂濃度で決定される。従って、河川せん断力（あるいは摩擦速度）と流砂の移動速度の関係について、相関関係を用いることで流砂の移動速度を精度よく求めることができる。

（４）算出手段３１による流速検知法を用いた質量流量の算出
砂礫の流れが連続流（砂礫が間欠的でない状態で、かつ、集合的に流動する流れ）の時には、図１２に示すように、概ね２つの独立した手法によって流砂量を算出できる。

第１の手法は、式（８）を用いて流砂量を求める方法である。荷重の値は、荷重計１０の測定値を用い、流砂移動速度ｖは、底面流速計２５Ａ、表面流速計２５Ｂ、レベル計２５Ｃを用いて、前述と同様に摩擦速度ｕ^＊を算出して求める。そして、水理学や流体力学の知見（砂礫の移動速度・流砂移動速度が摩擦速度ｕ^＊の１乗または３乗に比例する関係）を用いて、流砂移動速度を摩擦速度ｕ^＊の関数として求める。

第２の手法は、式（８）を用いることなく、荷重計１０の計測値の平均値を用いる方法である。荷重計１０の計測データの積載台１６内での平均値を求め、データ平均法（移動平均法、重み付け平均法など）により荷重計測値の時系列データを得る。ついで、流砂移動速度は、前述と同様に底面流速計２５Ａ、表面流速計２５Ｂ、レベル計２５Ｃの測定値に基づいて摩擦速度ｕ^＊を算出し、速度を算出する。

荷重計１０の時系列データを砂礫の質量密度と積載台１６の面積で除すことにより、砂礫の単位面積当たりの土砂移動体積が得られる。これに流砂移動速度を乗ずると、流砂量の時系列データを求めることができる。この場合、水流と直交する方向の荷重計１０の単位幅（長さ）当たりの流砂量を求めることができる。

また、流砂の流れが断続的な状態から通過数が増加し、連続流に近づく遷移域では、荷重計１０に作用する力のモーメントの時間変化率が減少して、算出速度ｖが低めになり、Ｑの値が減少する傾向があるため、水流速度Ｕとの相関を実験的に求めてパソコン２９に記憶しておき、算出速度ｖを補正することにより積算質量流量Ｑの誤差を小さくする。

（５）頻度算出手段３２による質量の個別重量の検出と重量階級別ヒストグラムの作成
固体質量ｍの流入流出があるとδ（ｗ２−ｗ１）はマイナスピーク値（−ｍ）を示す。流入流出時の衝撃を除外すれば、この値は流入流出する個別の質量の大きさを示す。ｗ２−ｗ１の値は図７の（ｄ）に示すように、荷重計１０の入側出側の両端で値が大きくなる。また、ｗ２−ｗ１は、積載台１６を支持する２つのロードセル１９Ａ，１９Ｂの出力値の差をとっているため、質量が移動する時の振動の影響が小さくなる効果もあり、固体質量が流入流出する時の重量変化が明確に表れる利点がある。流砂１個の質量がある程度大きい場合、この、δ（ｗ２−ｗ１）のピーク値を検出し、カウントすることにより個別重量の重量階級別ヒストグラムを作成することが出来る。なお、質量が荷重計１０上を通過する時、ピーク値は流入時と流出時に各１回、合計２回生じるので、実際の通過数はカウント値の１／２となる。

このように、パソコン２９のモーメント式速度検出手段３０Ａは、図１１に示すように、２個のロードセル１９Ａ，１９Ｂから入力された荷重信号ｗ１，ｗ２に基づいて積載台１６に作用する力のモーメントを検知し、その変化量から積載台１６上を移動する流砂の移動速度を算出する（第１の固体速度検出手段）。また、力のモーメントの時間変化が生じない場合、図１２に示すように、流速式速度検出手段３０Ｂは、水流検出器２５によって検出した水流速度に基づいて流砂の移動速度を算出する（第３の固体速度検出手段）。そして、算出手段３１は、これらのようにして算出した流砂の移動速度と、荷重計１０によって検出した荷重に基づく移動方向の積載台１６の単位長さ当たりの荷重との積に基づいて、積載台１６上を通過する流砂の質量流量を算出する。

そのため、間接法の計測装置と比較して正確に通過した流砂の質量流量を測定できる。また、荷重計１０は、流砂を溜めるのではなく積載台１６上を通過させる構成であり、機械的な可動部も無いため、直接法の計測装置と比較して小型で簡便な機器構成である。よって、建設が容易で安価に設置できるうえ、設備の維持管理も容易である。

また、本発明の固体流量計測装置では、流砂の質量流量の他に個別重量を検出し、重量階級別の頻度を算出するため、積載台１６上を通過する流砂の個々（粒子）の重量と質量流量を算出し、固体の粒径分布の推定も迅速に行うことができる。その結果、計測地の環境変移を十分に推定でき、対策を施すことが可能になる。

さらに、荷重計１０は、流砂が通過しないように密封し、水中に設置することにより内部を水で満たし、連通穴１５を通して収納容器１１の内外の水圧を同一に保った状態で計測を行うため、作業性よく河床１に設置することができる。また、収納容器１１の開口から固体が侵入することを防止できるため、正確に重量を計測することができる。しかも、密閉するためのゴム板１３は衝撃緩衝材の役割をなすため、角張った石が積載台１６上を転動した際の衝撃を緩和して均すことができる。よって、測定誤差を低減できる。

（第２実施形態）
図１４（Ａ），（Ｂ）は第２実施形態の固体流量計測装置の荷重計１０を示す。この荷重計１０は、積載台１６を１個のロードセル１９で支持する構成とした点で、第１実施形態と大きく相違する。ロードセル１９は、外観は第１実施形態と同一の負荷両端支持型であり、荷重負荷部２０の歪検出部２３ａ，２３ｂが、河川の水流に沿って上流側と下流側に位置するように配置されている。

そして、第２実施形態のロードセル１９の内部のホイートストンブリッジ回路は、図１５に示すように、第１実施形態の１ブリッジタイプとは異なり２ブリッジタイプとしている。即ち、一方の歪検出部２３ａからの歪に比例した電圧出力（荷重信号ｗ１）が、歪ゲージｓｇ１，ｓｇ２，ｓｇ５，ｓｇ６からなるホイートストンブリッジ回路から出力され、他方の歪検出部２３ｂからの歪に比例した電圧出力（荷重信号ｗ２）が、歪ゲージｓｇ３，ｓｇ４，ｓｇ７，ｓｇ８からなるホイートストンブリッジ回路から出力されるようになっている。そして、この２つの出力信号の和算値ｗ１＋ｗ２は、積載台１６上を通過する流砂の質量を検出し、出力差ｗ２−ｗ１は、積載台１６に作用する力のモーメントを検出する。

そして、このように構成した荷重計１０を採用した第２実施形態の固体流量計測装置は、第１実施形態と同様に、積載台１６に接して通過する流砂を検出することが可能であり、同様の作用および効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図１６（Ａ），（Ｂ）は第３実施形態の固体流量計測装置の荷重計１０を示す。この荷重計１０は、収納容器１１の開口に一対の積載台１６Ａ，１６Ｂを配設した点で、各実施形態と大きく相違する。

具体的には、積載台１６Ａ，１６Ｂは、流砂の移動方向である上流側と下流側に位置するように収容容器１１に配設されている。各積載台１６Ａ，１６Ｂは、各一対の内板１７Ａ，１７Ｂと外板１８Ａ，１８Ｂとを備え、ゴム板１３を挟み込んで配設されている。本実施形態の積載台１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ平面視形状が同一寸法で形成されている。

収容容器１１の内部には、積載台１６Ａの中心に位置するようにロードセル１９Ａが配設され、積載台１６Ｂの中心に位置するようにロードセル１６Ｂが配設されている。これらロードセル１６Ａ，１６Ｂは、第１実施形態と同様の１ブリッジタイプであり、上流側のロードセル１９Ａは積載台１６Ａ上を通過する流砂の荷重信号ｗ１を出力し、下流側のロードセル１９Ｂは積載台１６Ｂ上を通過する流砂の荷重信号ｗ２を出力する。

図１７に示すように、第３実施形態のパソコン（マイコン）２９は、モーメント式速度検出手段（第１の固体速度検出手段）３０Ａの代わりに、相互相関式速度検出手段（第２の固体速度検出手段）３０Ｃの役割を兼ねる。この相互相関式速度検出手段３０Ｃは、上流側および下流側の各ロードセル１９Ａ，１９Ｂから出力される２つの荷重の類似波形の相互相関関数を用いて最大となる遅延時間τを算出し、流砂の移動速度Ｖを検出する。

（６）相互相関式速度検出手段３０Ｃによる流砂移動速度の算出
第３実施形態の荷重計１０は、流砂が積載台１６Ａ，１６Ｂ上を通過すると、距離Ｌａを隔てて配置された各ロードセル１９Ａ，１９Ｂからは荷重信号として時系列波形ｗ１（ｔ），ｗ２（ｔ）が得られる。そして、一対の積載台１６Ａ，１６Ｂを複数の流砂が通過する間、各移動速度や相対位置が大幅に変わらなければ、図１８に示すように、ｗ２（ｔ）はｗ１（ｔ）を遅延時間τだけ位相をずらした類似波形となる。波形の特徴から遅延時間τを決定することにより、流砂の平均移動速度は、以下の式（１２）によって算出することができる。

また、遅延時間τは一般的に知られている相互相関法による以下の式（１３）によって算出することができる。

上記式（１３）において、τを０から変化させてＲ（τ）を計算する時、ｗ１（ｔ）とｗ２（ｔ＋τ）が最もよく一致する時、相互相関関数Ｒ（τ）は最大となる。この時のτが遅延時間τとして求まる。このように得られた固体移動速度と、ロードセル１９Ａ，１９Ｂによって検出した荷重に基づく移動方向の積載台１６Ａ，１６Ｂの単位長さ当たりの荷重との積に基づいて、第１および第２実施形態と同様に、積載台１６Ａ，１６Ｂ上を通過する流砂の積算質量流量Ｑを算出することができる。なお、積載台１６Ａ，１６Ｂを通過する流砂の単位長さ当たりの荷重は、２つのロードセル１９Ａ，１９Ｂの出力ｗ１，ｗ２の平均値から（ｗ１＋ｗ２）／２Ｌ０として算出することが望ましい。

このように、第３実施形態の固体流量計測装置の荷重計１０を用いた場合、各実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。しかも、図１９に示すように、相互相関式速度検出手段３０Ｃは、一対の積載台１６Ａ，１６Ｂにそれぞれ配設したロードセル１６Ａ，１６Ｂから出力される類似波形の遅延時間τに基づいて流砂の移動速度を算出するため、検出精度を高めることができる。

なお、発明者らは、第３実施形態の相互相関法を用いた固体流量計測装置を用意し、被測定物として所定重量の角柱（0.5kgと1.0kg）または鋼球（0.025kg、0.05kg、0.1kg、0.2kg）を投入して、重量波形から通過重量を推定する実験を行った。その結果、被測定物の投入重量と推定した通過重量は殆ど一致しており、固体流量計測装置の計測精度が高いことが確認された。

（第４実施形態）
図２０は第４実施形態の固体流量計測装置を示す。この第４実施形態では、貯水ピット３の上端にカバー部材７を配設した点で、各実施形態と相違する。このカバー部材７は通水性が無い素材からなり、外周部に水の取入口８が設けられている。この取入口８は、河川の下流側に位置し、この影響が荷重計１０に及ばないように、河床１に設置される。このようにした第４実施形態では、河川の水流による圧力が、貯水ピット３を通して荷重計１０に作用することを確実に防止できる。また、水流に含まれる塵埃やゴミが侵入し難いため、フィルタ４を用いない構成を実現できる。また、万が一、貯水ピット３に塵埃やゴミが侵入した場合には、これらの荷重計１０への進入は、貯水ピット３の下方に沈砂地を設置することで対処できる。

（第５実施形態）
図２１は第５実施形態の固体流量計測装置を示す。この第５実施形態では、貯水ピット３を河床１ではなく、河岸９に位置するように設けている。この貯水ピット３は、河川の横の地面（護岸）で開口し、河川の水中に連通するように河岸９に連通管５Ａが配設されている。このようにすれば、連通管５への砂礫の侵入を確実に防止できる。また、この場合には連通管５の入口６にフィルタを用いない構成も可能である。このように、荷重計１０内と水を取り入れ、荷重計１０内と河床１の水圧を同一に保つための構成は、希望に応じて変更が可能である。

なお、本発明の固体流量計測装置は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、荷重計１０は、第１，３実施形態では２個のロードセル１９Ａ，１９Ｂを用い、第２実施形態では１個のロードセル１９を用いる構成としたが、３以上のロードセルを用いる構成としてもよい。また、ロードセルを２個以上用いる場合、少なくとも２個の歪検出部２３ａ，２３ｂを水流の上流側と下流側に配置する構成とすれば、他の歪検出部は水流と直交する方向に配置する構成としてもよい。

さらに、流砂の移動速度を算出する固体速度検出手段は、第１実施形態では、モーメント式速度検出手段（第１の固体速度検出手段）３０Ａと、流速式速度検出手段（第３の固体速度検出手段）３０Ｂで構成し、第３実施形態では、相互相関式速度検出手段（第２の固体速度検出手段）３０Ｃと、流速式速度検出手段３０Ｂとで構成したが、図２２に示すように、全ての速度検出手段３０Ａ〜３０Ｃを搭載してもよい。また、モーメント式速度検出手段３０Ａと相互相関式速度検出手段３０Ｃとを組み合わせて構成してもよいうえ、各速度検出手段３０Ａ〜３０Ｃのうち１つの手法だけを単独で搭載してもよい。

さらにまた、第３実施形態では、１個の収納容器１１にロードセル１９Ａ，１９Ｂを有する一対の積載台１６Ａ，１６Ｂを配設したが、３以上の積載台を配設する構成としてもよい。しかも、第１実施形態に示す１個の積載台１６を有する荷重計１０を２個以上、上流側と下流側に距離Ｌａを隔てて設置する構成としてもよい。

また、前記実施形態では、河川の水流の速度を検出する水流速度検出手段として、底面流速計２５Ａ、表面流速計２５Ｂおよびレベル計２５Ｃを有する水流検出器２５を用いたが、水流速度を検出可能な構成であれば種々の変更が可能である。

また、前記実施形態では、中央負荷両端支持型で剪断歪を発生させるロードセルを用いたが、片持ちビーム型のロードセルや、曲げ歪を発生する歪検出部を有するロードセルであっても適用可能であり、同様の作用および効果を得ることができる。但し、片持ちビーム型のロードセルなど、歪検出部を１個しか具備していないロードセルを用いる場合、２個以上配設する必要がある。

さらに、計測地に設置したデータロガー２８からパソコン２９へのデータ伝送は、有線通信および無線通信のいずれでも適用可能である。しかも、データロガー２８またはパソコン２９に、メモリーカードなどの携帯可能な小型の記憶媒体を接続し、検出した荷重信号等を小型記憶媒体に記憶保管し、適時、小型記憶媒体を監視施設に持ち帰ってパソコンを用いて解析する構成としてもよい。

そして、前記実施形態では、河川に設置して流砂を検出する構成を例に挙げ説明したが、緩やかな斜面に埋設し、斜面に沿って流下し、荷重計１０の上方を通過する流砂を検出する構成としても、前記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

１…河床
２…設置部
３…貯水ピット
５…連通管
１０…荷重計
１１…収納容器
１２…フランジ部
１３…ゴム板（衝撃緩衝材）
１５…連通穴
１６，１６Ａ，１６Ｂ…積載台
１９，１９Ａ，１９Ｂ…ロードセル（荷重検出器）
２２…ゴム板
２３ａ，２３ｂ…歪検出部
２４ａ，２４ｂ…締結部
２５…水流検出器
２６…解析部
２９…パソコン
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…固体速度検出手段
３１…算出手段
３２…頻度算出手段

Claims (7)

1. 平板状をなす積載台と、
   前記積載台の下方を支持し、前記積載台上に接して移動する複数の固体の荷重を検出する荷重検出器と、
   前記積載台上を移動する固体の一方向の移動速度を検出する固体速度検出手段と、
   前記荷重検出器によって検出した荷重に基づく固体の移動方向に沿った前記積載台の単位長さ当たりの荷重と、前記固体速度検出手段によって検出した移動速度との積に基づいて、前記積載台上を通過する固体の質量流量を算出する算出手段と
   を備えることを特徴とする固体流量計測装置。
2. 前記荷重検出器は、一対の歪検出部を有するロードセルであり、このロードセルを１個または複数個用いていることを特徴とする請求項１に記載の固体流量計測装置。
3. 第１の前記固体速度検出手段は、前記積載台に作用する力のモーメントを検知し、その変化量から前記積載台上を移動する固体の移動速度を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体流量計測装置。
4. 前記積載台を、固体の移動方向の上流側と下流側に所定間隔をもって設け、これら積載台にそれぞれ前記荷重検出器を配設し、
   第２の前記固体速度検出手段は、固体が前記各積載台上を通過することにより、上流側および下流側の前記各荷重検出器から出力される２つの荷重の類似波形の相互相関関数を用いて最大となる遅延時間を算出し、固体の移動速度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の固体流量計測装置。
5. 前記積載台を河床に設置するとともに、河川の水流の速度を検出する水流速度検出手段を設け、
   第３の前記固体速度検出手段は、前記水流速度検出手段によって検出した水流速度に基づいて固体の移動速度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の固体流量計測装置。
6. 前記積載台上を通過する固体の質量流量の他に固体の個別重量を検出し、重量階級別の頻度を算出する頻度算出手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の固体流量計測装置。
7. 前記荷重検出器を、下方に連通穴を有する上方が開口した収納容器内に設置するとともに、前記収納容器の開口を固体が通過しない柔軟な素材によって密封して前記積載台を配設し、
   前記収納容器を水中に設置して内部を水で満たし、前記連通穴を通して前記収納容器の内外の鉛直水圧分布を同一に保ち、前記積載台上の水の重量が前記荷重検出器に作用しない状態で固体の重量を計測するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の固体流量計測装置。

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