JP2015025702A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より正確な流砂量を得ることが可能な測定装置を提供する。【解決手段】乾燥密度算出部は、第１の卓越周波数、第２の卓越周波数、信号強度の平均及び信号強度の分散に基づいて、単位体積当たりの流体に含まれる懸濁物質の質量を示す乾燥密度を算出する。流砂量算出部は、算出された流速、乾燥密度、流路の幅及び懸濁物質の流れる水深に基づいて、流砂量を算出する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、超音波流速計を応用した測定装置に関する。

超音波流速計は、超音波のドップラーシフトを利用して流体の流速を測定する装置である。超音波流速計は、産業分野や医療分野等で幅広く用いられている。

たとえば、河川に流れる水の流速を測定するための超音波流速計がある。この超音波流速計は、川底や河岸側壁等に固定された状態で水中から超音波の送受信を行う。送信された超音波は、河川に流れる水に含まれる懸濁物質（気泡、微細有機物粒子、微小動物、ウォッシュロード、流砂等）で反射される。超音波流速計は、この信号（反射信号）を計測することで超音波のドップラーシフト量を求めることができる。この場合に得られるドップラーシフト量は、水の流速を主要因として比例的に変化することが知られている。超音波流速計は、求められたドップラーシフト量に基づいて水の流速を算出する。

ところで、河川の安全の持続的な保持（河道や河川施設等の安全性の確保）においては、河川を流れる水の流量（流速・水位）と合わせて、流砂量を持続的に観測することが重要となる。流砂量とは、ある流路（たとえば、河川）の断面を単位時間あたりに通過する流体（たとえば、水）に含まれる懸濁物質の量である。

流砂量Ｑｂ（ｇ／ｓ）は、一般的には、以下の式（１）で求めることが可能である。なお、Ｃは、単位体積当たりの流体に含まれる懸濁物質の質量を示す乾燥密度（ｇ／ｍ^３）である。Ｖは、流路を流れる水の流速（ｍ／ｓ）である。Ｌは、流路の幅（ｍ）である。Ｄは、懸濁物質の流れる水深（ｍ）である。

ここで、反射信号の強度は、懸濁物質の量に対して比例的に変化することが知られている。

特開２０００−１１１３７５号公報 特開２００３−３２２６０４号公報 特開２００６−２２６９０４号公報

しかし、実際に得られる反射信号の強度は、流体の流速、懸濁物質の種類や形状等、様々な要因により変化する。また、超音波流速計と懸濁物質との距離が離れている場合に生じる反射信号（信号強度）の減衰も考慮しなければならない。すなわち、上述のように反射信号の強度が懸濁物質の量に対して比例的に変化するからといって、流砂量を単純に信号強度の関数とした場合には正確な流砂量を求めることは困難である。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、より正確な流砂量を得ることが可能な測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の測定装置は、ある流路の断面を単位時間当たりに通過する流体に含まれる懸濁物質の量である流砂量を求める。測定装置は、送信機と、受信機と、フィルタ群と、演算部とを有する。送信機は、流路を流れる流体に対して超音波信号を送信する。受信機は、流路を流れる流体に含まれる懸濁物質で反射された超音波信号に対応する反射信号を受信する。フィルタ群は、それぞれ特定の通過帯域特性を有する複数のフィルタにより構成される。フィルタ群は、反射信号から、複数のフィルタの通過帯域に対応する複数の信号を抽出する。演算部は、平均値算出部と、卓越周波数算出部と、信号強度算出部と、流速算出部と、乾燥密度算出部と、流砂量算出部とを有する。平均値算出部は、所定期間に抽出された複数の信号それぞれの信号強度に基づいて、各信号強度の平均値及び各信号強度の分散値を算出する。卓越周波数算出部は、各信号強度の平均値に基づいて第１の卓越周波数を算出し、且つ各信号強度の分散値に基づいて第２の卓越周波数を算出する。信号強度算出部は、所定期間に抽出された複数の信号の信号強度の総和に基づいて、信号強度の平均及び信号強度の分散を算出する。流速算出部は、第１の卓越周波数または第２の卓越周波数に基づいて流体の流速を算出する。乾燥密度算出部は、第１の卓越周波数、第２の卓越周波数、信号強度の平均及び信号強度の分散に基づいて、単位体積当たりの流体に含まれる懸濁物質の質量を示す乾燥密度を算出する。流砂量算出部は、算出された流速、乾燥密度、流路の幅及び懸濁物質の流れる水深に基づいて、流砂量を算出する。
また、上記課題を解決するために、請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置であって、乾燥密度算出部は、以下の式を用いることにより、乾燥密度を算出する。

但し、
Ｃ：乾燥密度
Ｍ：第１の卓越周波数と第２の卓越周波数との比
Ｓ_１：信号強度の平均
Ｓ_２：信号強度の分散

本発明の測定装置によれば、乾燥密度算出部は、第１の卓越周波数、第２の卓越周波数、信号強度の平均及び信号強度の分散に基づいて、単位体積当たりの流体に含まれる懸濁物質の質量を示す乾燥密度を算出する。流砂量算出部は、算出された流速、乾燥密度、流路の幅及び懸濁物質の流れる水深に基づいて、流砂量を算出する。従って、本発明の測定装置は、より正確な流砂量を得ることが可能となる。

実施形態に係る測定装置を示す図である。 実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。 実施形態に係る演算部の構成を示す図である。 実施形態に係る測定装置の動作を示すフローチャートである。

＜実施形態＞
図１〜図４を参照して、実施形態に係る測定装置について説明を行う。

［測定装置の使用例］
図１は、本実施形態に係る測定装置１を使用する場合の一例を示す図である。測定装置１は、たとえば、河川１００の川底１０１に固定具等（図示なし）で固定される。測定装置１は、水中に配置されるため、水密構造となっている。測定装置１は、河川を流れる水Ｗに対して超音波の送受信を行う。送信された超音波（図１の実線矢印）は、水中の懸濁物質で反射され（図１の破線矢印）、測定装置１で受信される。河川１００は、「流路」の一例である。水Ｗは、「流体」の一例である。

なお、実際には、測定装置１は、複数の懸濁物質それぞれで反射された信号を受信する。すなわち、あるタイミングで受信される反射信号は、異なる周波数を持った複数の信号を含んでいる。

［測定装置の構成］
図２は、本実施形態に係る測定装置１の概略を示すブロック図である。測定装置１は、送信機１０と、受信機２０と、フィルタ群３０と、処理部４０と、演算部５０と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）６０とを含んで構成される。本発明における測定装置１は、少なくとも送信機１０と、受信機２０と、フィルタ群３０と、演算部５０とを有する。

（送信機）
送信機１０は、河川を流れる水（水に含まれる懸濁物質）に対して所定の送信周波数で超音波信号を送信する。送信機１０は、発振器１０ａ及び超音波振動子１０ｂを含む。発振器１０ａは、たとえば、６５０ＫＨｚの高周波信号を発振する。超音波振動子１０ｂは、発振器１０ａからの高周波信号に応じた超音波信号を発生する。

（受信機）
受信機２０は、河川を流れる水に含まれる懸濁物質で反射された超音波信号に対応する反射信号（送信機１０から送信された超音波信号の反射信号）を受信する。受信機２０は、超音波振動子２０ａ及び増幅器２０ｂを含む。超音波振動子２０ａは、反射信号を受信する。この反射信号は、水の流速に対応したドップラーシフト周波数を含んだ信号である。増幅器２０ｂは、超音波振動子２０ａで受信した反射信号を増幅し、フィルタ群３０に送信する。

（フィルタ群）
フィルタ群３０は、それぞれ特定の通過帯域特性を有する複数のバンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）により構成されている。また、フィルタ群３０は、受信機２０から受信した反射信号から、複数のフィルタの通過帯域に対応する複数の信号を抽出する。抽出された信号は、処理部４０に送信される。

たとえば、フィルタ群３０は、中心周波数が０．１、０．５６、１、３．１６、１７．８、３１．６、１００、３１６、５６２、１０００、３１６２、１００００ＨｚのＢＰＦから任意の５つ（第１のフィルタ〜第５のフィルタ）を選択して製作したものを用いる。第１のフィルタ〜第５のフィルタそれぞれは、反射信号から各々の通過帯域に対応する信号（第１の信号〜第５の信号）を抽出する。

（処理部）
処理部４０は、フィルタ群３０で抽出された信号に対して各種処理を行う。処理部４０は、たとえば、デコーダ、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄ変換器等を含んで構成される。処理部４０は、処理した信号を演算部５０に送信する。

（演算部）
演算部５０は、処理部４０で処理された信号（フィルタ群３０で抽出された複数の信号）に対して各種の演算処理を実行する。図３に示すように、演算部５０は、平均値算出部５０ａと、卓越周波数算出部５０ｂと、信号強度算出部５０ｃと、流速算出部５０ｄと、乾燥密度算出部５０ｅと、流砂量算出部５０ｆとを有する。

＝＝平均値算出部＝＝
平均値算出部５０ａは、所定期間に抽出された複数の信号それぞれの信号強度に基づいて、各信号強度の平均値を算出する。

河川等においては、流れる水の流速は一定ではない。従って、流速計を用いて流速を測定する場合、所定期間（たとえば、２０ｓｅｃ或いは４０ｓｅｃ）を設けて連続的に流速の測定を行う。そして、流速計は、その平均値を用いて流速を算出することが一般的である。

そこで、本実施形態における測定装置１は、信号強度を平均値として算出するために、所定期間を設けて反射信号の受信を行う。フィルタ群３０は、所定期間に得られた複数の信号それぞれの抽出を行う。

たとえば、２つのＢＰＦを含むフィルタ群３０は、第１の信号と第２の信号を抽出するとする。また、処理部４０におけるＡ／Ｄ変換の速度が０．２ｓｅｃであるとする。この場合に、所定期間として２０ｓｅｃの測定（超音波の送受信）を行った場合、フィルタ群３０は、第１の信号及び第２の信号をそれぞれ１００回抽出する。すなわち、第１の信号の信号強度（信号強度データ）及び第２の信号の信号強度（信号強度データ）は、それぞれ１００得られる。

この場合、平均値算出部５０ａは、所定期間に得られた１００の第１の信号の信号強度データの平均を求めることで、第１の信号の信号強度の平均値を算出する。また、平均値算出部５０ａは、所定期間に得られた１００の第２の信号の信号強度データの平均を求めることで、第２の信号の信号強度の平均値を算出する。

また、本実施形態において、平均値算出部５０ａは、所定期間に抽出された複数の信号それぞれの信号強度に基づいて、各信号強度の分散値を算出する。

先の例で示したように、第１の信号の信号強度データ及び第２の信号の信号強度データがそれぞれ１００得られたとする。この場合、平均値算出部５０ａは、所定期間に得られた１００の第１の信号の信号強度データの分散を求めることで、第１の信号の信号強度の分散値を算出する。また、平均値算出部５０ａは、所定期間に得られた１００の第２の信号の信号強度データの分散を求めることで、第２の信号の信号強度の分散値を算出する。

＝＝卓越周波数算出部＝＝
本実施形態における卓越周波数算出部５０ｂは、平均値算出部５０ａで算出された各信号強度の平均値に基づいて第１の卓越周波数を算出し、且つ平均値算出部５０ａで算出された各信号強度の分散値に基づいて第２の卓越周波数を算出する。

卓越周波数は、フィルタ群３０で抽出された複数の信号の信号強度に基づいて算出することができる。

たとえば、フィルタ群３０が２つのＢＰＦで構成されている場合、２つの信号の信号強度が得られる。この場合、卓越周波数Ｆは以下の式（２）で示すことができる。Ｐ_Ｈは、フィルタ群３０で抽出された信号のうち、中心周波数が高い側の信号の信号強度である。Ｐ_Ｌは、フィルタ群３０で抽出された信号のうち、中心周波数が低い側の信号強度である。Ｋ_１は、２つの信号の中心周波数で決まる係数である。

また、フィルタ群３０が３つのＢＰＦで構成されている場合、３つの信号の信号強度が得られる。この場合、卓越周波数Ｆは以下の式（３）で示すことができる。Ｐ_ＨＬは、フィルタ群３０で抽出された信号のうち、中間の中心周波数の信号の信号強度である。基づいて卓越周波数は、以下の式（３）で示すことができる。Ｋ_２は、３つの信号の中心周波数で決まる係数である。

また、フィルタ群３０が４つのＢＰＦで構成されている場合、４つの信号の信号強度が得られる。この場合、卓越周波数Ｆは以下の式（４）で示すことができる。ここでは、フィルタ群３０で抽出された信号の信号強度のうち、中心周波数の高い順に信号強度Ｐ_Ｈ２、信号強度Ｐ_Ｈ１、信号強度Ｐ_Ｌ２、信号強度Ｐ_Ｌ１で示す。Ｋ_３は、４つの信号の中心周波数で決まる係数である。

また、上述のようにフィルタ群３０が５つのＢＰＦで構成されている場合、５つの信号の信号強度が得られる。この場合、卓越周波数Ｆは以下の式（５）で示すことができる。ここでは、フィルタ群３０で抽出された信号の信号強度のうち、中心周波数の高い順に信号強度Ｐ_Ｈ２、信号強度Ｐ_Ｈ１、信号強度Ｐ_ＨＬ、信号強度Ｐ_Ｌ２、信号強度Ｐ_Ｌ１で示す。Ｋ_４は、５つの信号の中心周波数で決まる係数である。

ところで、式（２）〜（５）により得られる卓越周波数は、あるタイミングにおける周波数である。一方、上述の通り、河川等を流れる水は流速が一定でないため、その中に含まれる懸濁物質の状態も一定でない。よって、卓越周波数もタイミング毎に異なる値となるため、平均値として求めることが望ましい。ここで、平均値算出部５０ａは、複数の信号の信号強度それぞれの平均値及び分散値を算出している。従って、それらの値を用いることで、平均値から算出した卓越周波数（第１の卓越周波数）及び分散値から算出した卓越周波数（第２の卓越周波数）を求めることができる。

つまり、卓越周波数算出部５０ｂは、所定期間に得られた各信号強度の平均値に基づいて第１の卓越周波数ＡＦ_ｍを算出する。また、卓越周波数算出部５０ｂは、所定期間に得られた各信号強度の分散値に基づいて第２の卓越周波数ＡＦ_ｖを算出する。信号強度の平均値及び分散値に基づいて卓越周波数を算出することにより、流況と懸濁物質の挙動を反映するパラメーターを求めることができる。

具体例として、たとえば、平均値算出部５０ａで算出された第１の信号の信号強度の平均値をＡＰ_Ｈとし、第２の信号の信号強度の平均値をＡＰ_Ｌとする。この場合、各信号強度の平均値から算出した卓越周波数ＡＦ_ｍ（第１の卓越周波数）は、以下の式（６）で示すことができる。Ｋ_５は、２つの信号の中心周波数で決まる係数である。

また、平均値算出部５０ａで算出された第１の信号の信号強度の分散値をＶＰ_Ｈとし、第２の信号の信号強度の平均値をＶＰ_Ｌとする。この場合、各信号強度の分散値から算出した卓越周波数ＡＦ_ｖ（第２の卓越周波数）は、以下の式（７）で示すことができる。Ｋ_６は、２つの信号の中心周波数で決まる係数である。

＝＝信号強度算出部＝＝
信号強度算出部５０ｃは、所定期間に抽出された複数の信号の信号強度の総和に基づいて、信号強度の平均及び信号強度の分散を算出する。

たとえば、上記例のように、第１の信号の信号強度（信号強度データ）及び第２の信号の信号強度（信号強度データ）が、それぞれ１００得られたとする。この場合、信号強度算出部５０ｃは、これらの信号強度の総和を求め、その平均をＳ_１（信号強度の平均Ｓ_１）とする。また、信号強度算出部５０ｃは、これらの信号の総和を求め、その分散をＳ_２（信号強度の分散Ｓ_２）とする。

＝＝流速算出部＝＝
本実施形態における流速算出部５０ｄは、卓越周波数算出部５０ｂで算出された第１の卓越周波数ＡＦ_ｍに基づいて流体の流速を算出する。

具体的に、流速算出部５０ｄは、超音波信号のドップラーシフトを利用して流速を求める。ここで、送信される超音波の周波数ｆ、超音波の音速ｖ_０とした場合、流速Ｖは以下の式（８）で示すことができる。

流速算出部５０ｄは、式（８）に基づいて流体の流速Ｖを算出する。本実施形態においては信号強度の平均値から算出した卓越周波数（第１の卓越周波数）を用いて流速Ｖを算出するため、流速Ｖは所定期間における平均値となる。なお、流速算出部５０ｄは、式（８）における信号強度の平均値から算出した卓越周波数ＡＦ_ｍの代わりに、信号強度の分散値から算出した卓越周波数ＡＦ_ｖを用いて流速Ｖを算出することも可能である。

＝＝乾燥密度算出部＝＝
乾燥密度算出部５０ｅは、第１の卓越周波数ＡＦ_ｍ、第２の卓越周波数ＡＦ_ｖ、信号強度の平均Ｓ_１及び信号強度の分散Ｓ_２に基づいて、単位体積当たりの流体に含まれる懸濁物質の質量を示す乾燥密度Ｃを算出する。

乾燥密度Ｃは、式（９）で示すことができる。Ｍは、第１の卓越周波数ＡＦ_ｍと第２の卓越周波数ＡＦ_ｖとの比（ＡＦ_ｖ／ＡＦ_ｍ）である。ｆは関数であることを示す。

ここで、Ｍは懸濁物質の量に比例する関係となっている。その根拠は、懸濁物質の量が多いほど分散が大きくなることによる。たとえば、Ｍが１．０より小さい場合、すなわち、第１の卓越周波数ＡＦ_ｍに比して第２の卓越周波数ＡＦ_ｖが小さい場合、水中には反射に十分な懸濁物質がないということを示す。また、Ｍが１．０より大きい場合、すなわち、第１の卓越周波数ＡＦ_ｍに比して第２の卓越周波数ＡＦ_ｖが大きい場合、水中には様々な懸濁物質が含まれるということを示す。なお、式（９）における（Ｓ_２）^１／２／Ｓ_１は、信号強度の変動係数であり、Ｍと類似の挙動となる。

＝＝流砂量算出部＝＝
流砂量算出部５０ｆは、算出された流速Ｖ、乾燥密度Ｃ、流路の幅Ｌ及び懸濁物質の流れる水深Ｄに基づいて、流砂量Ｑｂを算出する。

具体的に、流砂量算出部５０ｆは、流速算出部５０ｄで算出された流速Ｖ、乾燥密度算出部５０ｅで算出された乾燥密度Ｃ、流路の幅Ｌ、及び懸濁物質の流れる水深Ｄの値を用いて式（１）により流砂量Ｑｂを算出する。

流路の幅Ｌ及び懸濁物質の流れる水深Ｄは、予め計測した値をデータベース化し、測定装置１のメモリ等（図示なし）に記憶しておくことができる。或いは、流砂量Ｑｂを測定する際に都度、計測を行い、入力部等（図示なし）を介して計測値を入力することでもよい。

このように、乾燥密度Ｃを求める際に、信号強度の平均値から算出した卓越周波数（第１の卓越周波数）と信号強度の分散値から算出した卓越周波数（第２の卓越周波数）との比、及び信号強度の変動係数（（Ｓ_２）^１／２／Ｓ_１）をパラメーターとして加えることにより、信号強度の平均のみに基づいて算出するよりも、正確な乾燥密度Ｃを算出することができる。すなわち、より正確な流砂量Ｑｂを算出することができる。

（インターフェース）
インターフェース６０は、測定装置１と外部装置（たとえば、モニタ等。図示なし）とを接続する部分である。インターフェース６０は、ケーブル（図示なし）等を介して測定装置１と外部装置とを接続する。外部装置には、たとえば、測定装置１による測定結果が数値或いは画像（グラフ）として示される。なお、測定装置１自体が、モニタ等を有していてもよい。

なお、測定装置１の構成のうち、送信機１０及び受信機２０は川底等の水中に配置されている必要があるが、それ以外の構成は必ずしも水中に配置されている必要はない。すなわち、測定装置１は図１に示すような一の筐体で構成される必要はなく、水中に配置される筐体及び陸上等に配置される筐体等、複数の筐体からなる構成であってもよい。

［動作］
次に図４を参照して、本実施形態に係る測定装置１の動作について説明する。

ここでは、フィルタ群３０は、５つのＢＰＦ（第１のフィルタ〜第５のフィルタ）を有する例について述べる。第１のフィルタは、反射信号から、その通過帯域に対応する第１の信号を抽出する。第２のフィルタは、反射信号から、その通過帯域に対応する信号であって、第１の信号よりも周波数の高い第２の信号を抽出する。第３のフィルタは、反射信号から、その通過帯域に対応する信号であって、第２の信号よりも周波数の高い第３の信号を抽出する。第４のフィルタは、反射信号から、その通過帯域に対応する信号であって、第３の信号よりも周波数の高い第４の信号を抽出する。第５のフィルタは、反射信号から、その通過帯域に対応する信号であって、第４の信号よりも周波数の高い第５の信号を抽出する。また、第１の信号の信号強度をＰ_Ｌ１、第２の信号の信号強度をＰ_Ｌ２、第３の信号の信号強度をＰ_ＨＬ、第４の信号の信号強度をＰ_Ｈ１、第５の信号の信号強度をＰ_Ｈ２とする。

測定装置１（送信機１０及び受信機２０）は、河川を流れる水に対して水中から超音波の送受信を行う（Ｓ１０）。その結果、測定装置１は、送信した超音波が水に含まれる懸濁物質で反射された信号（反射信号）を得る。

５つのＢＰＦからなるフィルタ群３０は、Ｓ１０で得られた反射信号から、第１の信号〜第５の信号を抽出する（Ｓ１１）。

測定装置１は、予め設定した期間（所定期間）中、Ｓ１０及びＳ１１を繰り返す（Ｓ１２）。従って、フィルタ群３０は、第１の信号〜第５の信号それぞれを複数（たとえば、１００）抽出する。なお、抽出された信号は、処理部４０で処理された後、演算部５０に送信される。

平均値算出部５０ａは、Ｓ１２の所定期間に抽出された第１の信号〜第５の信号それぞれの信号強度に基づいて、第１の信号強度の平均値〜第５の信号強度の平均値を算出する（Ｓ１３）。具体的には、平均値算出部５０ａは、第１の信号の信号強度の平均値ＡＰ_Ｌ１、第２の信号の信号強度の平均値ＡＰ_Ｌ２、第３の信号の信号強度の平均値ＡＰ_ＨＬ、第４の信号の信号強度の平均値ＡＰ_Ｈ１、第５の信号の信号強度の平均値ＡＰ_Ｈ２を算出する。

また、平均値算出部５０ａは、Ｓ１２の所定期間に抽出された第１の信号〜第５の信号それぞれの信号強度に基づいて、第１の信号強度の分散値〜第５の信号強度の分散値を算出する（Ｓ１４）。具体的には、平均値算出部５０ａは、第１の信号の信号強度の分散値ＶＰ_Ｌ１、第２の信号の信号強度の分散値ＶＰ_Ｌ２、第３の信号の信号強度の分散値ＶＰ_ＨＬ、第４の信号の信号強度の分散値ＶＰ_Ｈ１、第５の信号の信号強度の分散値ＶＰ_Ｈ２を算出する。なお、Ｓ１３とＳ１４の処理は逆の順番で行われてもよいし、同時に行われてもよい。

卓越周波数算出部５０ｂは、Ｓ１３で算出された各信号強度の平均値に基づいて第１の卓越周波数ＡＦ_ｍを算出する（Ｓ１５）。具体的には、卓越周波数算出部５０ｂは、以下の式（１０）により第１の卓越周波数ＡＦ_ｍを算出する。Ｋ_７は、５つの信号の中心周波数で決まる係数である。

また、卓越周波数算出部５０ｂは、Ｓ１４で算出された各信号強度の分散値に基づいて第２の卓越周波数ＡＦ_ｖを算出する（Ｓ１６）。具体的には、卓越周波数算出部５０ｂは、以下の式（１１）により第２の卓越周波数ＡＦ_ｖを算出する。Ｋ_８は、５つの信号の中心周波数で決まる係数である。

なお、Ｓ１５とＳ１６の処理は逆の順番で行われてもよいし、同時に行われてもよい。或いは、Ｓ１３及びＳ１５の処理を先に行い、Ｓ１４及びＳ１６の処理を後で行う（或いはその逆）も可能である。

信号強度算出部５０ｃは、Ｓ１１で抽出された信号の信号強度の総和に基づいて、信号強度の平均Ｓ_１及び信号強度の分散Ｓ_２を算出する（Ｓ１７）。なお、Ｓ１５及びＳ１６の処理よりも先にＳ１７の処理を行ってもよい。

流速算出部５０ｄは、Ｓ１５で算出された第１の卓越周波数ＡＦ_ｍに基づいて流体の流速Ｖを算出する（Ｓ１８）。

乾燥密度算出部５０ｅは、Ｓ１５で算出された卓越周波数ＡＦ_ｍ、Ｓ１６で算出された卓越周波数ＡＦ_ｖ、Ｓ１７で算出された信号強度の平均Ｓ_１及び信号強度の分散Ｓ_２を式（９）に適用することで、乾燥密度Ｃを算出する（Ｓ１９）。

流砂量算出部５０ｆは、Ｓ１８で算出された流速Ｖ、Ｓ１９で算出された乾燥密度Ｃ、予め記憶された流路の幅Ｌ及び懸濁物質の流れる水深Ｄを式（１）に適用することで、流砂量Ｑｂを算出する（Ｓ２０）。測定装置１は、Ｓ２０で算出された流砂量Ｑｂを外部装置に送信する。外部装置は、送信された値を数値化（或いはグラフ化）し、表示する。

１ 測定装置
１０ 送信機
１０ａ 発振器
１０ｂ 超音波振動子
２０ 受信機
２０ａ 超音波振動子
２０ｂ 増幅器
３０ フィルタ群
４０ 処理部
５０ 演算部
５０ａ 平均値算出部
５０ｂ 卓越周波数算出部
５０ｃ 信号強度算出部
５０ｄ 流速算出部
５０ｅ 乾燥密度算出部
５０ｆ 流砂量算出部
６０ インターフェース

Claims (2)

1. ある流路の断面を単位時間当たりに通過する流体に含まれる懸濁物質の量である流砂量を求める測定装置であって、
   測定装置は、送信機と、受信機と、フィルタ群と、演算部とを有し、
   前記送信機は、流路を流れる流体に対して超音波信号を送信し、
   前記受信機は、前記流路を流れる流体に含まれる懸濁物質で反射された前記超音波信号に対応する反射信号を受信し、
   前記フィルタ群は、それぞれ特定の通過帯域特性を有する複数のフィルタにより構成され、
   前記フィルタ群は、前記反射信号から、前記複数のフィルタの通過帯域に対応する複数の信号を抽出し、
   前記演算部は、平均値算出部と、卓越周波数算出部と、信号強度算出部と、流速算出部と、乾燥密度算出部と、流砂量算出部とを有し、
   前記平均値算出部は、所定期間に抽出された前記複数の信号それぞれの信号強度に基づいて、各信号強度の平均値及び各信号強度の分散値を算出し、
   前記卓越周波数算出部は、前記各信号強度の平均値に基づいて第１の卓越周波数を算出し、且つ前記各信号強度の分散値に基づいて第２の卓越周波数を算出し、
   前記信号強度算出部は、所定期間に抽出された前記複数の信号の信号強度の総和に基づいて、信号強度の平均及び信号強度の分散を算出し、
   前記流速算出部は、前記第１の卓越周波数または前記第２の卓越周波数に基づいて前記流体の流速を算出し、
   前記乾燥密度算出部は、前記第１の卓越周波数、前記第２の卓越周波数、前記信号強度の平均及び前記信号強度の分散に基づいて、単位体積当たりの前記流体に含まれる前記懸濁物質の質量を示す乾燥密度を算出し、
   前記流砂量算出部は、算出された前記流速、前記乾燥密度、前記流路の幅及び前記懸濁物質の流れる水深に基づいて、前記流砂量を算出する。
2. 前記乾燥密度算出部は、以下の式を用いることにより、前記乾燥密度を算出することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
   

   

   
   但し、
   Ｃ：乾燥密度
   Ｍ：第１の卓越周波数と第２の卓越周波数との比
   Ｓ_１：信号強度の平均
   Ｓ_２：信号強度の分散

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