JP3425667B2 - Flow velocity measuring device - Google Patents
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- JP3425667B2 JP3425667B2 JP2000330082A JP2000330082A JP3425667B2 JP 3425667 B2 JP3425667 B2 JP 3425667B2 JP 2000330082 A JP2000330082 A JP 2000330082A JP 2000330082 A JP2000330082 A JP 2000330082A JP 3425667 B2 JP3425667 B2 JP 3425667B2
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、河川、水路、水道
管等の流速を計測するための流速計測装置に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow velocity measuring device for measuring the flow velocity of rivers, waterways, water pipes and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】河川の流速を計測するのに、従来は、水
車式流速計を用いて計測するのが一般的であった。その
水車式流速計で河川の流速を計測する方法は、流速を計
測する必要が生じた時、人が流速計を手で持って河川の
中に入っていき、それを水流の中に差し込んで計測する
というものであった。2. Description of the Related Art Conventionally, to measure the flow velocity of a river, it has been general to use a water turbine type velocity meter. The method of measuring the flow velocity of a river with the water turbine type current meter is that when it becomes necessary to measure the flow velocity, a person holds the velocity meter by hand into the river and inserts it into the water flow. It was to measure.
【0003】また、超音波を利用して管路の流速を計測
するようにした超音波式流速計測装置もある。図8は、
従来の超音波式流速計測装置を示す図である。図8にお
いて、30は超音波式流速計測装置、31は管路、32
は管路31の中を流れる液体である。There is also an ultrasonic type flow velocity measuring device which measures the flow velocity in a pipeline by utilizing ultrasonic waves. Figure 8
It is a figure which shows the conventional ultrasonic type flow velocity measuring device. In FIG. 8, 30 is an ultrasonic flow velocity measuring device, 31 is a pipe line, 32
Is a liquid flowing in the conduit 31.
【0004】管路31の外壁に超音波式流速計測装置3
1を密着させて固定し、管路31の内部に向けて超音波
を照射する。照射した超音波は、管路31の中を流れる
液体の中の気泡,浮遊物及び液流により生じる液密度の
乱れ等により反射して超音波式流速計測装置31に戻っ
てくる。その時、液体32の流れに基づくドップラー効
果により、反射波の周波数は、液体32の流速に比例し
て、照射した周波数より増加又は減少する。ちなみに、
液体32が矢印方向に流れている場合は、反射波の周波
数は、流速に比例して増加する。そして、計測回路によ
り、受信周波数の照射周波数からの変化量を求め、その
変化量から液体32の流速を求める。An ultrasonic flow velocity measuring device 3 is provided on the outer wall of the pipe 31.
1 is closely attached and fixed, and ultrasonic waves are irradiated toward the inside of the conduit 31. The applied ultrasonic waves are reflected by the bubbles in the liquid flowing in the pipe 31, floating matters, and the disturbance of the liquid density caused by the liquid flow, and then return to the ultrasonic flow velocity measuring device 31. At that time, due to the Doppler effect based on the flow of the liquid 32, the frequency of the reflected wave is increased or decreased from the irradiated frequency in proportion to the flow velocity of the liquid 32. By the way,
When the liquid 32 flows in the direction of the arrow, the frequency of the reflected wave increases in proportion to the flow velocity. Then, the amount of change in the reception frequency from the irradiation frequency is obtained by the measuring circuit, and the flow velocity of the liquid 32 is obtained from the amount of change.
【0005】さらに、特開平6-294670号公報に示される
ように、放射した超音波と受信した反射波とを電気回路
を使って混合することにより差周波のうなりを発生さ
せ、そのうなり周波数を計測することにより流速を測定
する技術も開発されている。そのようにすれば、わずか
な周波数の差でも精度良く検出できて、流速を精度良く
計測できるようになる。Further, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-294670, a beat of a difference frequency is generated by mixing an emitted ultrasonic wave and a received reflected wave using an electric circuit, and the beat frequency is changed. A technique for measuring the flow velocity by measuring has also been developed. By doing so, even a slight frequency difference can be accurately detected, and the flow velocity can be accurately measured.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の水車式流速計では、長期間の連続した計測を行う場
合、流速計を河川に固定して設置する必要があるが、長
期間設置している間に河川を流れてくるごみ等が付着し
て水車の回転が減速又は停止してしまい正確な計測がで
きなくなるという問題点があった。However, in the above-mentioned conventional water turbine type velocity meter, when performing continuous measurement for a long period of time, it is necessary to fix the velocity meter to a river and install it for a long period of time. There was a problem that dust and the like flowing through the river adhered during the operation, and the rotation of the water turbine slowed down or stopped, making accurate measurement impossible.
【0007】また、上記従来の受信周波数の変化量に基
づいて流速を計測する超音波式流速計測装置には、流速
の変化に対する反射波の周波数の変化量は極めて小さ
く、周波数の変化量から流速を精度良く求めることは非
常に困難であるという問題点があったFurther, in the conventional ultrasonic type flow velocity measuring device for measuring the flow velocity based on the change amount of the reception frequency, the change amount of the frequency of the reflected wave with respect to the change of the flow velocity is extremely small. There is a problem that it is very difficult to obtain
【0008】そしてまた、上記従来のうなりを利用した
超音波式流速計測装置には、放射した超音波と受信した
反射波とを混合するため、複雑な電気回路が必要になっ
てコスト高になるという問題点があった。Further, in the above-mentioned ultrasonic type flow velocity measuring apparatus utilizing the beat, since the emitted ultrasonic wave and the received reflected wave are mixed, a complicated electric circuit is required and the cost becomes high. There was a problem.
【0009】本発明は、そのような問題点を解決するこ
と、すなわち、流速計を河川に固定して設置し、長期間
の連続した計測を行う場合でも、河川を流れてくるごみ
等の影響を受けずに正確な計測ができる超音波式流速計
測装置を用いながら、簡単でコストを抑えられる構成で
流速を精度良く計測できるようにすることを目的とする
ものである。The present invention solves such a problem, that is, even if the anemometer is fixedly installed in the river and continuous measurement is performed for a long period of time, the influence of dust or the like flowing in the river. It is an object of the present invention to enable accurate measurement of a flow velocity with a simple and cost-saving configuration while using an ultrasonic type flow velocity measuring device capable of performing accurate measurement without being affected.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項1に記載の流速計測装置は、剛性ブロック
と、該剛性ブロックの外面に取り付けられ、流れのある
液体中に向けて一定周波数の超音波を照射する照射用ト
ランスジューサと、前記剛性ブロックの外面に取り付け
られ、前記照射用トランスジューサから前記剛性ブロッ
ク内を通って前記液体中に照射され、液体中から反射し
てきた超音波と前記剛性ブロック内で反射してきた超音
波の両方を受信して電気信号に変換する受信用トランス
ジューサとを有する流速センサと、前記受信用トランス
ジューサの出力の低周波分を検波して、その周波数を流
速に変換する流速測定回路とを具えたことを特徴とす
る。このようにすると、簡単でコストを抑えられる構成
で、河川に設置して長期間、連続して計測を行う場合で
も、河川を流れてくるごみ等の影響を受けずに流速を精
度良く計測できる。In order to solve the above-mentioned problems, a flow velocity measuring apparatus according to claim 1 is provided with a rigid block and an outer surface of the rigid block, and a constant frequency toward a flowing liquid. And an ultrasonic transducer that is attached to the outer surface of the rigid block and is irradiated from the irradiation transducer into the liquid through the rigid block and reflected from the liquid and the rigidity. A velocity sensor having a receiving transducer that receives both of the ultrasonic waves reflected in the block and converts them into an electric signal, and a low frequency component of the output of the receiving transducer is detected, and the frequency is converted into a velocity. And a flow velocity measuring circuit for controlling the flow rate. With this configuration, the flow rate can be accurately measured without being affected by dust flowing in the river even when installed in the river and continuously measuring for a long period of time with a simple and cost-effective configuration. .
【0011】また、請求項2に記載の流速計測装置は、
前記剛性ブロックを、ステンレス鋼で形成したことを特
徴とする。このようにすると、剛性ブロック内で超音波
を効率よく反射させることができるとともに、さびや損
傷に対して強くなる。The flow velocity measuring device according to claim 2 is
The rigid block is made of stainless steel. This makes it possible to efficiently reflect the ultrasonic waves in the rigid block and also to resist rust and damage.
【0012】また、請求項3に記載の流速計測装置は、
船舶の水と接触する部位に固定することにより船舶の速
度測定に利用することを特徴とする。このようにする
と、船舶の速度を簡単に測定できる。Further, the flow velocity measuring device according to claim 3 is
It is characterized in that it is used to measure the speed of a ship by fixing it on the part of the ship that comes into contact with water. In this way, the speed of the ship can be easily measured.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図1は、 本発明の流速計
測装置の原理説明図である。図1において、1は剛性ブ
ロック、2は傾斜面、3は照射用トランスジューサ、4
は受信用トランスジューサ、5は水流である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of the principle of the flow velocity measuring device of the present invention. In FIG. 1, 1 is a rigid block, 2 is an inclined surface, 3 is an irradiation transducer, 4
Is a receiving transducer and 5 is a water stream.
【0014】剛性ブロック1は、ステンレス鋼,アルミ
等のブロックを図2に示すような角型に形成しており、
その一角に所定の角度を持たせて傾斜面2を設け、その
外面に、圧電素子よりなる照射用トランスジューサ3と
受信用トランスジューサ4とを並設している。照射用ト
ランスジューサ3へ供給する発振用電力及び受信用トラ
ンスジューサ4から流速測定回路へ出力される受信信号
は、ケーブル6を介して送られる。なお、図示はしない
が、この剛性ブロック1の外側は、剛性ブロック1及び
照射用トランスジューサ3,受信用トランスジューサ4
を保護するため、ニッケルメッキ鋼板等よりなる金属製
の収納ケースで覆われる。The rigid block 1 is made of a block of stainless steel, aluminum or the like and has a rectangular shape as shown in FIG.
An inclined surface 2 is provided with a predetermined angle in one of the corners, and an irradiation transducer 3 and a reception transducer 4 each made of a piezoelectric element are arranged in parallel on the outer surface thereof. The oscillation power supplied to the irradiation transducer 3 and the reception signal output from the reception transducer 4 to the flow velocity measuring circuit are sent via the cable 6. Although not shown, the rigid block 1 is provided outside the rigid block 1, the irradiation transducer 3, and the reception transducer 4.
In order to protect the housing, it is covered with a metal storage case made of nickel-plated steel plate or the like.
【0015】照射用トランスジューサ3から照射される
超音波Aの一部A1は、剛性ブロック1の内部を透過し
て水流5内に照射され、水流5内の気泡,浮遊物及び水
流により生じる水密度の乱れ等により反射し、反射波a
1として受信用トランスジューサ4に入射する。また、
超音波Aの残りの一部A2は、剛性ブロック1の底面で
反射し、その後、剛性ブロック1内で反射を繰り返した
後、受信用トランスジューサ4に入射する。A part A 1 of the ultrasonic wave A emitted from the irradiating transducer 3 is transmitted through the rigid block 1 and radiated into the water stream 5, and water generated by bubbles, suspended matter and water stream in the water stream 5 is radiated. Reflected due to disturbance of density, etc., reflected wave a
The light enters the receiving transducer 4 as 1 . Also,
The remaining part A 2 of the ultrasonic wave A is reflected by the bottom surface of the rigid block 1 and then repeatedly reflected in the rigid block 1 before entering the receiving transducer 4.
【0016】その際、反射波a1の周波数は、水流5の
流速によるドップラー効果により、照射用トランスジュ
ーサ3から照射された超音波Aの周波数より若干高くな
る。そして、その周波数が高くなる割合は、水流5の流
速に比例する。At this time, the frequency of the reflected wave a 1 is slightly higher than the frequency of the ultrasonic wave A emitted from the irradiation transducer 3 due to the Doppler effect due to the flow velocity of the water flow 5. The rate of increase in the frequency is proportional to the flow velocity of the water flow 5.
【0017】そのように、水中から反射してきた反射波
の周波数の変化を直接検知しても水流5の流速を計測す
ることができるが、流速の変化に対する反射波の周波数
の変化は極めて小さく、周波数の変化量から流速を精度
良く求めることは非常に困難である。As described above, the flow velocity of the water stream 5 can be measured by directly detecting the change in the frequency of the reflected wave reflected from the water, but the change in the frequency of the reflected wave with respect to the change in the flow velocity is extremely small. It is very difficult to accurately obtain the flow velocity from the amount of change in frequency.
【0018】ここで、その点について説明する。流速v
と周波数の変化量Δfとの関係は、数1のようになる。Here, that point will be described. Flow velocity v
And the amount of change in frequency Δf are as shown in Equation 1.
【0019】[0019]
【数1】
ここで、Cは水中での音速(1450m/s)、fTは照
射周波数、θは流れ方向に対する照射角度である。[Equation 1] Here, C is the speed of sound in water (1450 m / s), f T is the irradiation frequency, and θ is the irradiation angle with respect to the flow direction.
【0020】ここで、例えば、照射周波数fTを625
kHz、照射角度θを60°とすると、周波数の変化量
Δfは、流速vが4mのとき1.72kHzとなり、流
速vが2mのとき0.86kHzとなる。すなわち、受
信周波数は、流速vが4mのとき626.72kHzと
なり、流速vが2mのとき625.86kHzとなっ
て、それぞれ、照射周波数fTに対して、0.28%,
0.14%だけ増加することになる。そのような小さな
変動を精度良く検出するのは容易ではない。Here, for example, the irradiation frequency f T is 625
Assuming that the kHz and the irradiation angle θ are 60 °, the frequency change amount Δf is 1.72 kHz when the flow velocity v is 4 m, and 0.86 kHz when the flow velocity v is 2 m. That is, the reception frequency is 626.72 kHz when the flow velocity v is 4 m, and 625.86 kHz when the flow velocity v is 2 m, which is 0.28% with respect to the irradiation frequency f T , respectively.
It will increase by 0.14%. It is not easy to detect such small fluctuations accurately.
【0021】そこで、照射した超音波と反射してきた超
音波とを混合してうなりを発生させ、うなりの周波数を
計測することにより流速を計測するようにした。うなり
は、振動数がわずかに異なる二つの音が同時に存在する
とき、音波の干渉のため音が周期的に強くなったり弱く
なったりする現象で、うなりの周波数は、二つの音の周
波数の差に等しくなる。超音波においても同様である。Therefore, the radiated ultrasonic wave and the reflected ultrasonic wave are mixed to generate a beat, and the flow velocity is measured by measuring the frequency of the beat. Beat is a phenomenon in which when two sounds with slightly different frequencies coexist, the sound periodically becomes stronger or weaker due to sound wave interference.The beat frequency is the difference between the frequencies of the two sounds. Is equal to The same applies to ultrasonic waves.
【0022】そのようなうなりの現象を利用すれば、照
射した超音波と反射してきた超音波との差に等しい周波
数の出力が得られるため、流速の変化に対する反射波の
周波数の変化が小さくても、周波数の変化量を精度良く
検知でき、その結果、流速を精度良く求めることができ
る。そのように反射波の周波数の変化量を検知する上で
うなりの現象を利用するに当たり、本発明では、照射し
た超音波と反射してきた超音波とを混合するのに、複雑
な電気回路を用いることなく、剛性ブロック1を特殊な
構造とすることにより、剛性ブロック1内で両波を混合
するようにした。If such a beat phenomenon is utilized, an output of a frequency equal to the difference between the applied ultrasonic wave and the reflected ultrasonic wave can be obtained, so that the change in the frequency of the reflected wave with respect to the change in the flow velocity is small. Also, the amount of change in frequency can be accurately detected, and as a result, the flow velocity can be accurately obtained. In utilizing the phenomenon of beat in detecting the amount of change in the frequency of the reflected wave, a complicated electric circuit is used in the present invention to mix the emitted ultrasonic wave and the reflected ultrasonic wave. Instead, the rigid block 1 has a special structure so that both waves are mixed in the rigid block 1.
【0023】すなわち、剛性ブロック1を、超音波の伝
導特性及び表面内側での超音波の反射特性が良好なステ
ンレス鋼やアルミニウムで形成し、照射用トランスジュ
ーサ3から照射される超音波Aの一部A2は剛性ブロッ
ク1の底面で反射し、その後、剛性ブロック1内で反射
を繰り返した後、受信用トランスジューサ4に入射する
ように、剛性ブロック1の天井面及び後端面の位置を調
整している。That is, the rigid block 1 is made of stainless steel or aluminum which has excellent ultrasonic wave conduction characteristics and ultrasonic wave reflection characteristics inside the surface, and a part of the ultrasonic wave A emitted from the irradiation transducer 3 is formed. The position of the ceiling surface and the rear end surface of A2 is adjusted so that A2 is reflected on the bottom surface of the rigid block 1 and then repeatedly reflected in the rigid block 1 and then enters the receiving transducer 4. .
【0024】なお、剛性ブロック1の材料としては、良
好な超音波の反射特性が得られるものであればステンレ
ス鋼やアルミニウム以外の金属やプラスチック等を用い
ることもできる。ただ、超音波の反射特性及びさびや損
傷に対する強さ等の点から、ステンレス鋼及びアルミニ
ウム、特にステンレス鋼を用いることが最も望ましい。As the material of the rigid block 1, a metal other than stainless steel or aluminum, a plastic, or the like can be used as long as a good ultrasonic wave reflection characteristic can be obtained. However, it is most desirable to use stainless steel and aluminum, especially stainless steel, from the viewpoints of ultrasonic wave reflection characteristics and strength against rust and damage.
【0025】その結果、照射用トランスジューサ3から
照射される超音波Aは、その一部A 1は剛性ブロック1
の内部を透過して水流5内に照射され、水流5内の気
泡,浮遊物及び水流により生じる水密度の乱れ等により
反射し、反射波a1として受信用トランスジューサ4に
入射する。また、超音波Aの残りの一部A2は剛性ブロ
ック1の底面で反射し、その後、剛性ブロック1内で反
射を繰り返した後、受信用トランスジューサ4に入射す
る。As a result, from the irradiation transducer 3
The ultrasonic wave A to be irradiated is part A 1Is rigid block 1
The water in the water flow 5 is transmitted through the inside of the
Due to disturbance of water density caused by bubbles, suspended matter and water flow
Reflected and reflected wave a1As the receiving transducer 4
Incident. Also, the remaining part A of the ultrasonic wave A2Is a rigid block
Reflected on the bottom surface of the rack 1, and then reflected inside the rigid block 1.
After repeating the irradiation, it is incident on the receiving transducer 4.
It
【0026】その際、反射波a1の周波数は、水流5の
流速によるドップラー効果により、照射用トランスジュ
ーサ3から照射された超音波Aの周波数より高くなる。
そして、周波数が高くなる割合は、水流5の流速に比例
する。受信用トランスジューサ4には、そのような反射
波a1と剛性ブロック1内で反射を繰り返した超音波A
の一部A2とが足し合わされた形で入射する。At this time, the frequency of the reflected wave a 1 becomes higher than the frequency of the ultrasonic wave A emitted from the irradiation transducer 3 due to the Doppler effect due to the flow velocity of the water flow 5.
The rate of increase in frequency is proportional to the flow velocity of the water flow 5. The receiving transducer 4 receives the reflected wave a 1 and the ultrasonic wave A which is repeatedly reflected in the rigid block 1.
And a part A 2 of the incident light is added.
【0027】そのようにして、受信用トランスジューサ
4からは、水流5で反射してきた反射波a1と剛性ブロ
ック1内で反射を繰り返した超音波Aの一部A2とが混
合した入力に対応した出力が得られる。その出力は、流
速測定回路に送られる。In this way, the input from the receiving transducer 4 is a mixture of the reflected wave a 1 reflected by the water stream 5 and a part A 2 of the ultrasonic wave A repeatedly reflected in the rigid block 1. Output is obtained. The output is sent to the flow velocity measuring circuit.
【0028】図3は、流速測定回路のブロック図であ
る。流速センサ13は、図1,図2に示したものに対応
する。基準周波数発振回路10は、水晶振動子により安
定した周波数で矩形波を出力する。波形整形回路11
は、基準周波数発振回路10の出力を整形し、一定周波
数の正弦波に変換する。それを増幅回路12で増幅した
後、流速計測装置13の照射用トランスジューサ3に与
える。FIG. 3 is a block diagram of the flow velocity measuring circuit. The flow velocity sensor 13 corresponds to the one shown in FIGS. The reference frequency oscillation circuit 10 outputs a rectangular wave at a stable frequency by the crystal oscillator. Waveform shaping circuit 11
Shapes the output of the reference frequency oscillation circuit 10 and converts it into a sine wave having a constant frequency. After being amplified by the amplifier circuit 12, it is given to the irradiation transducer 3 of the flow velocity measuring device 13.
【0029】その結果、照射用トランスジューサ3から
超音波が照射され、流速計測装置13の受信用トランス
ジューサ4には、前述したような、水流5で反射してき
た反射波a1と剛性ブロック1内で反射を繰り返した超
音波Aの一部A2とが混合して入力され、それに対応し
た信号が受信用トランスジューサ4から出力される。As a result, ultrasonic waves are emitted from the irradiation transducer 3, and the reception transducer 4 of the flow velocity measuring device 13 receives the reflected wave a 1 reflected by the water flow 5 and the rigid block 1 as described above. A part A 2 of the ultrasonic wave A that has been repeatedly reflected is mixed and input, and a signal corresponding thereto is output from the receiving transducer 4.
【0030】受信用トランスジューサ4からの出力波形
は、図4のようになる。図4に示すように、受信用トラ
ンスジューサ4から出力される波形は、高周波の振幅が
周期Tで振動する。その出力は、高周波増幅回路14で
増幅した後、振幅検波回路15で検波する。その結果、
照射用トランスジューサ3から照射される超音波より格
段に低い周波数で、かつ、水流5の流速に比例した周波
数の信号が得られる。それを、低周波増幅回路16に入
力する。低周波増幅回路16には、上限リミッタ回路が
内蔵されており、低周波増幅回路16からは、振幅が所
定の範囲内に収まる信号が出力される。The output waveform from the receiving transducer 4 is as shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the waveform output from the receiving transducer 4, the high frequency amplitude oscillates in the cycle T. The output is amplified by the high frequency amplification circuit 14 and then detected by the amplitude detection circuit 15. as a result,
A signal having a frequency significantly lower than the ultrasonic waves emitted from the irradiation transducer 3 and a frequency proportional to the flow velocity of the water flow 5 can be obtained. It is input to the low frequency amplifier circuit 16. The low frequency amplifier circuit 16 has a built-in upper limiter circuit, and the low frequency amplifier circuit 16 outputs a signal whose amplitude falls within a predetermined range.
【0031】その出力を周波数−電圧変換回路17に入
力し、水流5の流速に比例した電圧を得る。流速表示器
18では、その電圧を流速に換算して表示する。さら
に、電圧比較選別回路19で、基準値と比較され、流速
が所定の範囲から外れたとき、バッファ回路20を介し
て自動通報装置に警報信号が出力される。The output is input to the frequency-voltage conversion circuit 17, and a voltage proportional to the flow velocity of the water flow 5 is obtained. The flow velocity display 18 converts the voltage into a flow velocity and displays it. Further, the voltage comparison / selection circuit 19 compares with a reference value, and when the flow velocity is out of a predetermined range, an alarm signal is output to the automatic notification device via the buffer circuit 20.
【0032】このような装置を使って実験をした。実験
は、基準周波数発振回路10の発振周波数を625kH
zとして、照射用トランスジューサ3を励振させ、ま
た、内径16mmφのパイプの側面に幅11mm、長さ
51mmの長方形の孔を開け、その孔に図2に示したよ
うな構造の流速計測装置を水密に挿入し、その中にポン
プで水を送って流し、流速と出力電圧との関係を求め
た。計測は、ポンプの回転速度を変化させ、そのときの
1秒当たりの流量をパイプの断面積で割ることにより流
速を算出した。そして、異なる流量毎に周波数−電圧変
換回路17の出力電圧を計測した。なお、周波数−電圧
変換回路17の変換比率は、2kHzの入力のとき2V
の出力が得られるように設定した。An experiment was conducted using such an apparatus. In the experiment, the oscillation frequency of the reference frequency oscillation circuit 10 is 625 kHz.
As z, the irradiation transducer 3 is excited, and a rectangular hole having a width of 11 mm and a length of 51 mm is opened on the side surface of the pipe having an inner diameter of 16 mmφ, and the flow velocity measuring device having the structure shown in FIG. Then, water was sent by a pump through it to flow, and the relationship between the flow velocity and the output voltage was obtained. The measurement was performed by changing the rotational speed of the pump and dividing the flow rate per second at that time by the cross-sectional area of the pipe to calculate the flow velocity. Then, the output voltage of the frequency-voltage conversion circuit 17 was measured for each different flow rate. In addition, the conversion ratio of the frequency-voltage conversion circuit 17 is 2 V when the input is 2 kHz.
Was set so that the output of
【0033】図5は、 流速と出力電圧との関係を示す
実験データであり、図6は、その関係をグラフで示した
ものある。図6から明らかなように、流速と出力電圧と
が比例関係を有しており、周波数−電圧変換回路17の
出力電圧に基づいて流速を正確に計測できることが確認
できた。FIG. 5 is experimental data showing the relationship between the flow velocity and the output voltage, and FIG. 6 is a graph showing the relationship. As is clear from FIG. 6, it has been confirmed that the flow velocity and the output voltage have a proportional relationship, and the flow velocity can be accurately measured based on the output voltage of the frequency-voltage conversion circuit 17.
【0034】この流速計測装置を河川に設置して河川の
流速を連続的に計測することができる。前述したよう
に、電圧比較選別回路19で、基準値と比較され、流速
が所定の範囲から外れたとき、バッファ回路20を介し
て自動通報装置に警報信号が出力される。その警報信号
は、自動通報装置により管理者に通報される。なお、上
記基準値としては、下限値,上限値及び異常上限値等、
複数の基準値を設定できる。This flow velocity measuring device can be installed in a river to continuously measure the flow velocity of the river. As described above, the voltage comparison / selection circuit 19 compares with the reference value, and when the flow velocity is out of the predetermined range, an alarm signal is output to the automatic notification device via the buffer circuit 20. The alarm signal is notified to the manager by the automatic notification device. The above reference values include a lower limit value, an upper limit value, and an abnormal upper limit value,
You can set multiple reference values.
【0035】図7は、自動通報装置のブロック図であ
る。流速信号受信回路21で、前記バッファ回路20か
ら警報信号を受信し、マイコン22に与えられる。マイ
コン22では、自動通報装置の信号処理を一手に引き受
けて実行する。設定回路23には、通報先や通報のタイ
ミング等を設定する。メッセージ登録メモリ24には、
警報の種類に対応したメッセージのデータが記憶されて
いる。電話番号メモリ25には、通報先の電話番号が記
憶されている。FIG. 7 is a block diagram of the automatic notification device. The flow velocity signal receiving circuit 21 receives the alarm signal from the buffer circuit 20 and sends it to the microcomputer 22. The microcomputer 22 takes over the signal processing of the automatic notification device and executes it. In the setting circuit 23, a notification destination, a notification timing, etc. are set. In the message registration memory 24,
Message data corresponding to the type of alarm is stored. The telephone number memory 25 stores the telephone number of the report destination.
【0036】そこで、流速信号受信回路21に警報信号
が送られてくると、マイコン22は、それを受け取っ
て、設定回路23に設定されている時刻になったら、電
話番号メモリ25から電話番号を取り出してダイヤラ回
路26に送るとともに、メッセージ登録メモリ24から
該当するメッセージデータを取り出して音声再生回路2
7に送る。その結果,ダイヤラ回路26は、受け取った
電話番号のトーン信号又はパルス信号を出力して管理者
を呼び出し、音声再生回路27は、受け取ったメッセー
ジデータを音声信号に変換して出力する。その音声信号
は、増幅回路28,電気的絶縁回路29を介して電話回
線に送り出す。Therefore, when an alarm signal is sent to the flow velocity signal receiving circuit 21, the microcomputer 22 receives the alarm signal, and when the time set in the setting circuit 23 arrives, a telephone number is stored in the telephone number memory 25. The voice reproduction circuit 2 retrieves the corresponding message data from the message registration memory 24 while transmitting it to the dialer circuit 26.
Send to 7. As a result, the dialer circuit 26 outputs the tone signal or pulse signal of the received telephone number to call the administrator, and the voice reproduction circuit 27 converts the received message data into a voice signal and outputs it. The voice signal is sent to the telephone line via the amplifier circuit 28 and the electrical insulation circuit 29.
【0037】なお、上記実施形態では、河川の流速を計
測する場合で説明したが、その他の水路や管路等の流速
の計測にも用いることができる。また、水流だけでな
く、水以外の液体の流速を計測する場合にも利用でき
る。さらに、流速センサを船べり等に固定することによ
り、船舶等の速度を計測することも可能である。In the above embodiment, the case of measuring the flow velocity of a river has been described, but it can be used for measuring the flow velocity of other water channels, pipes and the like. It can also be used to measure the flow velocity of liquids other than water, as well as water flow. Further, it is possible to measure the speed of a ship or the like by fixing the flow velocity sensor to the ship's skid or the like.
【0038】[0038]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、次に記載するような効果を奏する。すなわ
ち、請求項1に記載の流速計測装置は、照射用トランス
ジューサから照射された後、液体中から反射してきた超
音波と剛性ブロック内で反射してきた超音波とを受信用
トランスジューサで同時に受信して電気信号に変換し、
その低周波分を検波して流速計測に用いるようにしたの
で、照射した超音波と受信した反射波とを混合するため
の複雑な電気回路が不要になり、簡単でコストを抑えら
れる構成で、河川に設置して長期間、連続して計測を行
う場合でも、河川を流れてくるごみ等の影響を受けずに
流速を精度良く計測できる。Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. That is, in the flow velocity measuring device according to claim 1, after being irradiated from the irradiation transducer, the receiving transducer simultaneously receives the ultrasonic wave reflected from the liquid and the ultrasonic wave reflected in the rigid block. Convert it to an electrical signal,
Since the low frequency component is detected and used for the flow velocity measurement, a complicated electric circuit for mixing the irradiated ultrasonic wave and the received reflected wave is not necessary, and the structure is simple and the cost can be suppressed. Even when installed in a river and continuously measuring for a long period of time, the flow velocity can be accurately measured without being affected by dust or the like flowing in the river.
【0039】また、請求項2に記載の流速計測装置は、
剛性ブロックを、ステンレス鋼で形成するようにしたの
で、剛性ブロック内で超音波を効率よく反射させること
ができるとともに、さびや損傷に対して強くなる。The flow velocity measuring device according to claim 2 is
Since the rigid block is made of stainless steel, ultrasonic waves can be efficiently reflected in the rigid block, and the rigid block is resistant to rust and damage.
【0040】また、請求項3に記載の流速計測装置は、
船舶の水と接触する部位に固定することにより船舶の速
度測定に利用するようにしたので、船舶の速度を簡単に
測定できる。The flow velocity measuring device according to claim 3 is
Since it is used to measure the speed of the ship by fixing it to the part of the ship that comes into contact with water, the speed of the ship can be easily measured.
【図1】本発明の流速計測装置の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a flow velocity measuring device of the present invention.
【図2】本発明で用いる流速センサの外観図である。FIG. 2 is an external view of a flow velocity sensor used in the present invention.
【図3】流速測定回路のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a flow velocity measuring circuit.
【図4】流速センサの受信用トランスジューサの出力波
形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an output waveform of a receiving transducer of a flow velocity sensor.
【図5】流速と出力電圧との関係を示す実験データであ
る。FIG. 5 is experimental data showing the relationship between flow velocity and output voltage.
【図6】流速と出力電圧との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between flow velocity and output voltage.
【図7】自動通報装置のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of an automatic notification device.
【図8】従来の超音波式流速計測装置を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional ultrasonic flow velocity measuring apparatus.
1…剛性ブロック 2…傾斜面 3…照射用トランスジューサ 4…受信用トランスジューサ 5…水流 6…ケーブル 1 ... Rigid block 2 ... Inclined surface 3 ... Transducer for irradiation 4 ... Transducer for reception 5 ... Water flow 6 ... Cable
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−178216(JP,A) 特開 平8−327733(JP,A) 特開 昭63−133019(JP,A) 特開 昭53−114472(JP,A) 特表 平10−508111(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/66 G01F 1/66 103 G01P 5/00 G01P 5/00 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-58-178216 (JP, A) JP-A-8-327733 (JP, A) JP-A 63-133019 (JP, A) JP-A 53- 114472 (JP, A) Special Table 10-508111 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01F 1/66 G01F 1/66 103 G01P 5/00 G01P 5/00
Claims (3)
に取り付けられ、流れのある液体中に向けて一定周波数
の超音波を照射する照射用トランスジューサと、前記剛
性ブロックの外面に取り付けられ、前記照射用トランス
ジューサから前記剛性ブロック内を通って前記液体中に
照射され、液体中から反射してきた超音波と前記剛性ブ
ロック内で反射してきた超音波の両方を受信して電気信
号に変換する受信用トランスジューサとを有する流速セ
ンサと、前記受信用トランスジューサの出力の低周波分
を検波して、その周波数を流速に変換する流速測定回路
とを具えたことを特徴とする流速計測装置。1. A rigid block, an irradiation transducer mounted on the outer surface of the rigid block and irradiating ultrasonic waves of a constant frequency into a flowing liquid, and the irradiation block mounted on the outer surface of the rigid block. Receiving transducer for receiving both the ultrasonic waves reflected from the liquid and the ultrasonic waves reflected in the liquid from the liquid transducer through the rigid block into the liquid and converting them into electric signals. And a flow velocity measuring circuit for detecting a low frequency component of the output of the receiving transducer and converting the frequency into a flow velocity.
成したことを特徴とする請求項1記載の流速計測装置。2. The flow velocity measuring device according to claim 1, wherein the rigid block is made of stainless steel.
により船舶の速度測定に利用することを特徴とする請求
項1又は2記載の流速計測装置。3. The flow velocity measuring device according to claim 1, which is used for speed measurement of a ship by being fixed to a portion of the ship that comes into contact with water.
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