JP4009696B2 - Fluid flow rate calculation method - Google Patents

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Description

この発明は流体の流速算出方法に関し、特に流体中にセンサ構造体を設置することによって流速を測定するための流体の流速算出方法に関するものである。   The present invention relates to a fluid flow velocity calculation method, and more particularly to a fluid flow velocity calculation method for measuring a flow velocity by installing a sensor structure in the fluid.

河川における水流量の検知及び監視は、近年の災害の多発によってその必要性が増大している。通常、従来の河川の流量検知・監視技術は、河川に浮子を浮かべ、これが一定の距離を流れるのに要する時間を測る、「浮子法」によって観測を行っている。しかし、「浮子法」では、1)専門観測員確保の困難、2)洪水等に対して観測員到着の遅れが生じることによる緊急対処の遅延・困難、3)連続的観測の困難、及び4)誤差の可能性、等の多くの問題が存在する。   The need for detection and monitoring of water flow in rivers has increased due to the frequent occurrence of disasters in recent years. Conventional river flow detection and monitoring techniques usually use the “floating method”, which measures the time it takes for a float to float over the river and flow over a certain distance. However, in the “Floating Method”, 1) difficulty in securing specialized observers, 2) delays and difficulties in emergency response due to delays in arrival of observers due to floods, etc., 3) difficulties in continuous observation, and 4 ) There are many problems such as possible errors.

とりわけ近年の災害においては、かってないほど集中豪雨が多発し、河川が氾濫するまでの時間が短くなっており、リアルタイム情報がますます必要となっている。現在,国土交通省や都道府県ではテレメータを使い、雨量と水位はリアルタイムの観測を公開しているが、河川下流の氾濫は上流での流量が大きく影響しており、リアルタイムの流量・流速計測が非常に重要となってきている。   Especially in recent disasters, torrential rains have occurred more frequently than ever before, and the time until rivers are flooded has become shorter, and real-time information has become increasingly necessary. Currently, the Ministry of Land, Infrastructure and Transport and prefectures use telemeters to publish real-time observations of rainfall and water levels. However, flooding downstream of rivers has a large influence on upstream flow, and real-time flow and flow velocity measurements are not possible. It has become very important.

このため特許文献1から特許文献3に示されているように、各種の非接触型流量計の開発が進められている。   For this reason, as shown in Patent Document 1 to Patent Document 3, various non-contact type flow meters are being developed.

特許公開2004−117119Patent Publication 2004-117119 特許公開2003−344049Patent Publication 2003-344049 特許公開2000−111375Patent Publication 2000-111375

特許文献1にあっては、ビデオカメラと水位計を用いて河川の表面水流の画像信号と水位データを解析して表面流速や流量を計測する方法であるが、夜間時等の撮影で画像が不鮮明なときには正確に測定できない。   In Patent Document 1, a video camera and a water level meter are used to analyze the surface water flow image signal and the water level data to measure the surface flow velocity and flow rate. When it is unclear, it cannot be measured accurately.

特許文献2にあっては、河川の段差のある部分をテレビカメラで下流側から撮影し、デジタル処理して段差の高い側の水位と流量を求める方法であるが、特許文献1と同じような問題点がある。   Patent Document 2 is a method in which a stepped portion of a river is photographed from the downstream side with a TV camera and digitally processed to obtain a water level and a flow rate on the higher step side. There is a problem.

特許文献3にあっては、音響ドップラー流速計、水位計及び河床形状を計測する音響測深器によって、流速、水位、川床位を同時に計測して流量を連続計測する方法である。ドップラー効果による流速計測は、大量降雨時には浮遊土砂、気泡などによって音波が減衰して測定不能になるという問題がある。   In Patent Document 3, a flow rate is continuously measured by simultaneously measuring a flow velocity, a water level, and a river bed level by an acoustic Doppler velocimeter, a water level meter, and an acoustic sounding instrument that measures a river bed shape. The flow velocity measurement by the Doppler effect has a problem that the sound wave is attenuated due to suspended sediment, bubbles, etc. during heavy rainfall and becomes impossible to measure.

さらに上記いずれの方法も費用が高く、1台数千万円かかるといわれ、全国多数の河川に適用するにはコスト上に問題がある。   Furthermore, each of the above methods is expensive, and it is said that it costs 10 million yen per unit, and there is a problem in cost when applied to many rivers nationwide.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、コスト的に有利で且つ測定の信頼性が高い流体の流速算出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fluid flow velocity calculation method that is advantageous in cost and has high measurement reliability.

上記の目的を達成するために、請求項1記載の発明は、球状体の赤道面に平行に流れる流体の流速算出方法であって、球状体の赤道上であって、流体の流れ方向に平行な球状体の中心軸に対して非対称の位置における2箇所の圧力を測定し、測定された圧力から、流体のレイノルズ数を決定し、決定されたレイノルズ数から、流体の動粘性係数及び球状体の直径に基づいて、流体の流速を算出するものである。
このように構成すると、球状体の赤道上の所定の2箇所の圧力によって、流体のレイノルズ数が決定される。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の構成において、球状体は、センサ構造体に含まれ、センサ構造体は、赤道上に取り付けられ、その位置における流体の圧力を測定し得る少なくとも2個の圧力センサと、球状体の流体の流れに対する姿勢を所望の位置に固定する固定手段とを備えたものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method for calculating the flow velocity of a fluid flowing parallel to the equator plane of a spherical body, which is on the equator of the spherical body and parallel to the fluid flow direction. Measure the pressure at two locations asymmetrically with respect to the central axis of the spherical body, determine the Reynolds number of the fluid from the measured pressure, and determine the kinematic viscosity coefficient and the spherical body of the fluid from the determined Reynolds number. The flow velocity of the fluid is calculated based on the diameter of the fluid.
With this configuration, the Reynolds number of the fluid is determined by two predetermined pressures on the equator of the spherical body.
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the invention, the spherical body is included in the sensor structure, and the sensor structure is mounted on the equator and can measure the pressure of the fluid at that position. At least two pressure sensors and a fixing means for fixing the attitude of the spherical body with respect to the fluid flow to a desired position are provided.

このように構成すると、球状体の赤道上の流れに対して非対称で且つ異なった位置における圧力が測定される。   With this configuration, pressures at different positions that are asymmetric with respect to the flow on the equator of the spherical body are measured.

請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明の構成において、球状体は、センサ構造体に含まれ、センサ構造体は、赤道上に取り付けられ、その位置における前記流体の圧力を測定し得る少なくとも3個の圧力センサとを備えたものである。   According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the invention, the spherical body is included in the sensor structure, the sensor structure is mounted on the equator, and the pressure of the fluid at the position is measured. And at least three pressure sensors to be obtained.

このように構成すると、球状体の赤道上の異なった3点の位置における圧力が測定される。   If comprised in this way, the pressure in the position of three different points on the equator of a spherical body will be measured.

請求項4記載の発明は、請求項2又は3記載の発明の構成において、球状体に組み込まれた三次元加速度センサを更に備えたものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the second or third aspect of the present invention, a three-dimensional acceleration sensor incorporated in a spherical body is further provided.

このように構成すると、球状体の絶対位置が判別される。   If comprised in this way, the absolute position of a spherical body will be discriminate | determined.

請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明の構成において、球状体は、センサ構造体に含まれ、センサ構造体は、赤道上に取り付けられ、その位置における流体の圧力を測定し得る少なくとも1個の圧力センサと、球状体の北極と南極とを通る方向を回転軸として球状体を回転させる回転手段とを備えたものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the invention, the spherical body is included in the sensor structure, and the sensor structure is mounted on the equator and can measure the pressure of the fluid at that position. It comprises at least one pressure sensor and rotating means for rotating the spherical body about the direction passing through the spherical north pole and south pole as a rotation axis.

このように構成すると、一つの圧力センサによって球状体の赤道上の所望の異なった位置における圧力が測定される。   If comprised in this way, the pressure in the desired different position on the equator of a spherical body will be measured with one pressure sensor.

請求項6記載の発明は、円柱体の長手方向に直交する断面に平行に流れる流体の流速算出方法であって、円柱体の断面の1つにおける周壁上であって、流体の流れ方向に平行な円柱体の中心軸に対して非対称の位置における2箇所の圧力を測定し、測定された圧力から、流体のレイノルズ数を決定し、決定されたレイノルズ数から、流体の動粘性係数及び球状体の直径に基づいて、流体の流速を算出するものである。
このように構成すると、円柱体の周壁上の所定の2箇所の圧力によって、流体のレイノルズ数が決定される。
請求項7記載の発明は、前記円柱体は、センサ構造体に含まれ、
前記センサ構造体は、周壁上の位置であって、流れに対して非対称の位置に取り付けられ、その位置における流体の圧力を測定し得る少なくとも2個の圧力センサとを備えたものである。
The invention according to claim 6 is a method for calculating a flow velocity of a fluid flowing in parallel to a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the cylindrical body, on a peripheral wall in one of the cross sections of the cylindrical body and parallel to the fluid flow direction. Measure the pressure at two locations asymmetric with respect to the central axis of the cylindrical body, determine the Reynolds number of the fluid from the measured pressure, and determine the kinematic viscosity coefficient and the spherical body of the fluid from the determined Reynolds number. The flow velocity of the fluid is calculated based on the diameter of the fluid.
With this configuration, the Reynolds number of the fluid is determined by two predetermined pressures on the peripheral wall of the cylindrical body.
In the invention according to claim 7, the cylindrical body is included in a sensor structure,
The sensor structure includes at least two pressure sensors that are attached to a position on the peripheral wall and asymmetric with respect to the flow and that can measure the pressure of the fluid at the position.

このように構成すると、円柱体の特定の周壁上の流れに対して非対称で且つ異なった位置における圧力が測定される。   If comprised in this way, the pressure in the asymmetrical and different position with respect to the flow on the specific surrounding wall of a cylinder will be measured.

以上説明したように、請求項1記載の発明は、球状体の赤道上の所定の2箇所の圧力によって、流体のレイノルズ数が決定されるので、流速の測定の信頼性が向上する。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の効果に加えて、球状体の赤道上の圧力の測定が効率的に実行できる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the Reynolds number of the fluid is determined by two predetermined pressures on the equator of the spherical body, so that the reliability of the flow velocity measurement is improved.
In addition to the effect of the first aspect, the invention according to the second aspect can efficiently measure the pressure on the equator of the spherical body.

請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明の効果に加えて、球状体の赤道上の異なった3点の位置における圧力が測定されるので、球状体の姿勢にかかわらず必要な圧力を確実に入手できる。   In the invention described in claim 3, in addition to the effect of the invention described in claim 1, since the pressure at three different positions on the equator of the spherical body is measured, the pressure required regardless of the posture of the spherical body. Is definitely available.

請求項4記載の発明は、請求項2又は3記載の発明の効果に加えて、球状体の絶対位置が判別されるので、球状体に対する流れの方向を加味することによって基準方向に対する流体の流れ方向が判別される。   In the invention according to claim 4, in addition to the effect of the invention according to claim 2 or 3, since the absolute position of the spherical body is discriminated, the flow of the fluid with respect to the reference direction is taken into consideration by adding the direction of the flow with respect to the spherical body. The direction is determined.

請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明の効果に加えて、一つの圧力センサによって球状体の赤道上の所望の異なった位置における圧力が測定される。   In the invention according to claim 5, in addition to the effect of the invention according to claim 1, the pressure at a desired different position on the equator of the spherical body is measured by one pressure sensor.

請求項6記載の発明は、円柱体の周壁上の所定の2箇所の圧力によって、流体のレイノルズ数が決定されるので、流速の測定の信頼性が向上する。   According to the sixth aspect of the present invention, since the Reynolds number of the fluid is determined by two predetermined pressures on the peripheral wall of the cylindrical body, the reliability of the flow velocity measurement is improved.

図1はこの発明の第1の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す斜視図であり、図2は図1のII−IIラインの断面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an external shape of a sensor structure according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

これらの図を参照して、センサ構造体101は、例えばステンレススチールよりなる球状体1を中心として構成され、その赤道上の表面に圧力センサ3a〜3dがその中心から互いに90度の間隔で取り付けられている。又、その上方側、即ち北極側には球状体1を支持するための中空柱状の支持体2が取り付けられている。更に、球状体1の下方側、即ち南極側には、圧力センサ3a〜3dと同様の圧力センサ3eが取り付けられている。   Referring to these drawings, a sensor structure 101 is configured around a spherical body 1 made of, for example, stainless steel, and pressure sensors 3a to 3d are attached to the surface on the equator at intervals of 90 degrees from the center. It has been. Further, on the upper side, that is, the north pole side, a hollow columnar support 2 for supporting the spherical body 1 is attached. Further, a pressure sensor 3e similar to the pressure sensors 3a to 3d is attached to the lower side of the spherical body 1, that is, the south pole side.

圧力センサ3a〜3eの各々は感圧ゴムセンサを検知手段として構成されている。感圧ゴムセンサは、柔らかいゴムの中へ導電性物質及び強化素材をナノサイズに均一に分散複合化したものである。流体からの外力によって当該ゴムが加圧変形すると、内部導電物質の連結状態が変化して電気抵抗変化を示すことを利用して圧力を計測するものである。   Each of the pressure sensors 3a to 3e is configured with a pressure-sensitive rubber sensor as a detection means. The pressure-sensitive rubber sensor is obtained by uniformly dispersing and compounding a conductive substance and a reinforcing material in a nano size in a soft rubber. When the rubber is pressurized and deformed by an external force from the fluid, the pressure is measured by utilizing the fact that the connection state of the internal conductive material changes to show a change in electrical resistance.

又、球状体1の中心には、三次元加速度センサ4が取付けられている。このセンサ4の出力によって、センサ構造体101の初期の設置位置及び設置方向に基づく絶対位置及び絶対的方向が検出される。したがって、センサ構造体101が特定の場所に固定されていないような使用状態であっても、センサ構造体101の絶対位置が把握できる。その結果、センサ構造体101の周囲を流れる流体の流速方向のみならず流れの方向の絶対的方向も正しく検出することが可能となる。   A three-dimensional acceleration sensor 4 is attached to the center of the spherical body 1. Based on the output of the sensor 4, the absolute position and the absolute direction based on the initial installation position and installation direction of the sensor structure 101 are detected. Therefore, the absolute position of the sensor structure 101 can be grasped even in a use state where the sensor structure 101 is not fixed at a specific place. As a result, it is possible to correctly detect not only the flow velocity direction of the fluid flowing around the sensor structure 101 but also the absolute direction of the flow direction.

尚、支持体2は、球状体1を支持するのみならず、圧力センサ3a〜3eや三次元加速度センサ4からの出力を外部に伝達するための導線等がその内部に収容されている。   Note that the support 2 not only supports the spherical body 1 but also accommodates therein conductors and the like for transmitting outputs from the pressure sensors 3a to 3e and the three-dimensional acceleration sensor 4 to the outside.

図3は図2で示された“X”部分の拡大図である。   FIG. 3 is an enlarged view of the “X” portion shown in FIG.

図を参照して、球状体1の表面からその中心まで到達する開口が形成され、その表面側にOリング9を介してセンサ前カバー5が防水状態に取り付けられる。センサ前カバー5の内面側には ロッドガイド6が取り付けられ、センサ前カバー5とロッドガイド6との間には防水ゴム11が設置される。防水ゴム11の中央にはセンサロッド10が取り付けられ、ロッドガイド6に対して摺動自在となるように構成されている。   Referring to the drawing, an opening reaching the center from the surface of spherical body 1 is formed, and sensor front cover 5 is attached to the surface side via O-ring 9 in a waterproof state. A rod guide 6 is attached to the inner surface side of the sensor front cover 5, and a waterproof rubber 11 is installed between the sensor front cover 5 and the rod guide 6. A sensor rod 10 is attached to the center of the waterproof rubber 11 so as to be slidable with respect to the rod guide 6.

センサロッド10の内部側の端部はフランジ形状となっており、その外方側とロッドガイド6の内面側との間には負圧用の感圧ゴムセンサ14が装着されている。ロッドガイド6の内方側にはセンサハウジング7が取り付けられており、センサハウジング7は複数の締付けねじ8によってロッドガイド6を通してセンサ前カバー5にねじこまれ、これらは一体化されている。   An end portion on the inner side of the sensor rod 10 has a flange shape, and a pressure-sensitive rubber sensor 14 for negative pressure is mounted between the outer side of the sensor rod 10 and the inner surface side of the rod guide 6. A sensor housing 7 is attached to the inner side of the rod guide 6. The sensor housing 7 is screwed into the sensor front cover 5 through the rod guide 6 by a plurality of fastening screws 8, and these are integrated.

センサハウジング7の中央部を貫通するようにセンサ調整ロッド12が取り付けられている。センサ調整ロッド12の外方側はフランジ状に形成されており、その外面とセンサロッド10の内面側との間には正圧用の感圧ゴムセンサ13が装着されている。   A sensor adjustment rod 12 is attached so as to penetrate the central portion of the sensor housing 7. The outer side of the sensor adjustment rod 12 is formed in a flange shape, and a pressure-sensitive rubber sensor 13 for positive pressure is mounted between the outer surface of the sensor adjustment rod 12 and the inner surface side of the sensor rod 10.

使用状態にあっては、球状体1の外面に負圧が生じたときセンサロッド10は図においては右側に移動し、その結果、感圧ゴムセンサ14を圧縮することになる。この圧縮度合いを測定することによって負圧を測定することができる。一方、球状体1の外面に正圧が生じたときセンサロッド10は図においては左側に移動し、その結果、感圧ゴムセンサ13を圧縮することになる。この圧縮度合いを測定することによって正圧を測定することができる。   In use, when a negative pressure is generated on the outer surface of the spherical body 1, the sensor rod 10 moves to the right side in the drawing, and as a result, the pressure sensitive rubber sensor 14 is compressed. The negative pressure can be measured by measuring the degree of compression. On the other hand, when a positive pressure is generated on the outer surface of the spherical body 1, the sensor rod 10 moves to the left in the drawing, and as a result, the pressure-sensitive rubber sensor 13 is compressed. The positive pressure can be measured by measuring the degree of compression.

尚、センサ調整ロッド12を調整することによって、測定前の感圧ゴムセンサ13及び感圧ゴムセンサ14の圧縮度合いを所望の値に調整することができる。   By adjusting the sensor adjustment rod 12, the degree of compression of the pressure-sensitive rubber sensor 13 and the pressure-sensitive rubber sensor 14 before measurement can be adjusted to a desired value.

図4は図1に示したセンサ構造体を流体中に設置し、その上方から見た図である。   FIG. 4 is a view of the sensor structure shown in FIG. 1 installed in a fluid and viewed from above.

図を参照して、圧力センサ3a〜3dは球状体1の赤道上に配置されており、圧力センサ3aが球状体1の前部岐点に位置するいわゆる正対状態に設置されている。又、この実施の形態にあっては流体は赤道面に平行な流れを前提としている。   Referring to the figure, pressure sensors 3 a to 3 d are arranged on the equator of spherical body 1, and pressure sensor 3 a is installed in a so-called facing state where the front side of spherical body 1 is located. In this embodiment, the fluid is assumed to flow parallel to the equator plane.

図5は図4の状態において、所定のレイノルズ数(1.62×10)に設定した流体中で静止状態に設置された球状体1の赤道上に実際に現れる実験上の圧力分布を示した概略図である(実験例A)。 FIG. 5 shows an experimental pressure distribution actually appearing on the equator of the spherical body 1 placed in a stationary state in a fluid set to a predetermined Reynolds number (1.62 × 10 5 ) in the state of FIG. (Experimental example A).

図を参照して、この圧力分布は静圧による影響を除外しており、動圧のみよるものを記載している。ここでU∞は流速を表し、ρは流体の密度を表し、Pは球状体の表面に実際に現れる圧力を表し、P∞は球状体の表面に加わる静圧を表す。したがって、(P−P∞)は球状体の表面に実際に現れる動圧を表すことになる。   Referring to the figure, this pressure distribution excludes the influence of static pressure, and describes only the dynamic pressure. Here, U∞ represents the flow velocity, ρ represents the density of the fluid, P represents the pressure that actually appears on the surface of the spherical body, and P∞ represents the static pressure applied to the surface of the spherical body. Therefore, (P−P∞) represents the dynamic pressure that actually appears on the surface of the spherical body.

又、図においては、動圧の圧力分布を、球状体1の前部岐点における圧力係数を1とする係数Cpで表している。   In the figure, the pressure distribution of the dynamic pressure is represented by a coefficient Cp where the pressure coefficient at the front branch point of the spherical body 1 is 1.

臨界レイノルズ数前後のあるレイノルズ数のとき、球表面に沿う圧力分布は、静圧を除いた状態にあっては、球体の流れの前方では、正(+)の圧力が発生するが、球の前方からの角度40数度から負(−)の圧力となり、それ以降も負圧力となって図に示すような圧力分布となる。このような実験データから球の表面の非対称の複数の個所の圧力から圧力分布が判明すると、センサ構造体が設置されている流体の流速、圧力及び流れの方向を算出することが可能となる。   At a certain Reynolds number around the critical Reynolds number, the pressure distribution along the surface of the sphere is positive (+) pressure in front of the sphere flow in the state excluding the static pressure, The pressure is negative (−) from an angle of 40 degrees from the front, and thereafter, the pressure is negative and the pressure distribution is as shown in the figure. If the pressure distribution is determined from the pressures at a plurality of asymmetric points on the surface of the sphere from such experimental data, the flow velocity, pressure and flow direction of the fluid in which the sensor structure is installed can be calculated.

図6は図4の状態において、他のレイノルズ数(3.18×10)に設定した流体中で静止状態に設置された球状体の赤道上に実際に現れる実験上の圧力分布を示した概略図である(実験例B)。又、図においても、動圧の圧力分布を、球状体1の前部岐点における圧力係数を1とする係数Cpで表している。 FIG. 6 shows the experimental pressure distribution that actually appears on the equator of a spherical body placed stationary in a fluid set to another Reynolds number (3.18 × 10 5 ) in the state of FIG. It is a schematic diagram (Experiment B). Also in the figure, the pressure distribution of the dynamic pressure is represented by a coefficient Cp where the pressure coefficient at the front branch point of the spherical body 1 is 1.

図7は図4の状態において、更に他のレイノルズ数(1.14×10)に設定した流体中において静止状態に設置された球状体の赤道上に実際に現れる実験上の圧力分布を示した概略図である(実験例C)。又、図においても、動圧の圧力分布を、球状体1の前部岐点における圧力係数を1とする係数Cpで表している。 FIG. 7 shows the experimental pressure distribution actually appearing on the equator of a spherical body placed stationary in a fluid set to another Reynolds number (1.14 × 10 6 ) in the state of FIG. (Experimental example C). Also in the figure, the pressure distribution of the dynamic pressure is represented by a coefficient Cp where the pressure coefficient at the front branch point of the spherical body 1 is 1.

次にこの発明の第1の実施の形態によるセンサ構造体を用いた流速の算出方法について説明する。   Next, a method for calculating the flow velocity using the sensor structure according to the first embodiment of the present invention will be described.

まず、センサ構造体101が流れに対して正対状態に設置されている場合について説明する。流体の種類及び流速を仮定して得られた例えば図5から図7の実験例から、図4に示す圧力センサ3aと圧力センサ3bの取付位置に相当するA点及びB点における圧力比Pcはレイノルズ数によって相違していることが判明する。一方、流体中に設置されたセンサ構造体101は、その正対状態から圧力センサ3aと圧力センサ3bの出力がA点及びB点の圧力に相当する。したがって、これらの圧力を取得し、この圧力比Pcを算出する。   First, the case where the sensor structure 101 is installed in a state of facing the flow will be described. The pressure ratio Pc at the points A and B corresponding to the mounting positions of the pressure sensor 3a and the pressure sensor 3b shown in FIG. It turns out that there is a difference depending on the Reynolds number. On the other hand, in the sensor structure 101 installed in the fluid, the outputs of the pressure sensor 3a and the pressure sensor 3b correspond to the pressures at the points A and B from the facing state. Therefore, these pressures are acquired and the pressure ratio Pc is calculated.

次に、この圧力比Pcがどの実験例の圧力比に相当するか、即ち該当するレイノルズ数を見出す。レイノルズ数が決定すると、流体の動粘性係数及び球状体1の直径から流速を算出することができる。   Next, find out which experimental example the pressure ratio Pc corresponds to, ie, the corresponding Reynolds number. When the Reynolds number is determined, the flow velocity can be calculated from the kinematic viscosity coefficient of the fluid and the diameter of the spherical body 1.

この時、合致するレイノルズ数がない場合、近くのレイノルズ数を基としてその数値を順に増加、又は減少させ、変化させたレイノルズ数における圧力比Pcを算出して実測例と比較する。これを繰り返すことによって実測例に合致するレイノルズ数を見出す。見出されたレイノルズ数に基づいて、流体の動粘性係数及び球状体1の直径から流速を算出することができる。   At this time, if there is no matching Reynolds number, the numerical value is sequentially increased or decreased based on the nearby Reynolds number, and the pressure ratio Pc at the changed Reynolds number is calculated and compared with the actual measurement example. By repeating this, the Reynolds number matching the actual measurement example is found. Based on the found Reynolds number, the flow velocity can be calculated from the kinematic viscosity coefficient of the fluid and the diameter of the spherical body 1.

したがって、センサ球状体が流れに正対している状態で設置している事が判明している場合は、圧力センサはその圧力比がレイノルズ数によって異なる値を示す位置に取り付けられるものであれば、少なくとも2箇所あれば良いことになる。   Therefore, if it is known that the sensor sphere is installed in a state of facing the flow, the pressure sensor can be attached at a position where the pressure ratio shows a different value depending on the Reynolds number. There should be at least two locations.

次に、センサ構造体101が流れに対して正対状態に設置されていない場合について説明する。   Next, a case where the sensor structure 101 is not installed in a state of facing the flow will be described.

図8はこのような状態における圧力センサの赤道面における測定位置を示した図である。   FIG. 8 is a diagram showing measurement positions on the equator plane of the pressure sensor in such a state.

図を参照して、この例においてはセンサ構造体101が反時計方向周りに角度αだけ回転している状態が示されている。即ち、圧力センサ3aは前部岐点の圧力P0の代わりに圧力P0αを出力し、圧力センサ3dは圧力P1の代わりに圧力P1αを出力し、圧力センサ3bは圧力P2の代わりに圧力P2αを出力する。   Referring to the drawing, in this example, a state in which the sensor structure 101 is rotated counterclockwise by an angle α is shown. That is, the pressure sensor 3a outputs a pressure P0α instead of the pressure P0 at the front branch point, the pressure sensor 3d outputs a pressure P1α instead of the pressure P1, and the pressure sensor 3b outputs a pressure P2α instead of the pressure P2. To do.

図9は縦軸に図8に示されている圧力P1及び圧力P2から算出される圧力差(P1−P2)を採り、横軸に流れに対するセンサ構造体の変位角度を採ったものである。即ち、センサ構造体101の正対位置から反時計方向に回転させ、その状態で得られた圧力P1及び圧力P2の差を変位角度毎にプロットしたものである。そして、このプロットを上記の実験例、即ち異なったレイノルズ数毎に行っている。図からこの圧力差は各レイノルズ数に応じて異なった曲線になることが判明する。   FIG. 9 shows the pressure difference (P1−P2) calculated from the pressure P1 and the pressure P2 shown in FIG. 8 on the vertical axis, and the displacement angle of the sensor structure relative to the flow on the horizontal axis. That is, the sensor structure 101 is rotated counterclockwise from the directly facing position, and the difference between the pressure P1 and the pressure P2 obtained in this state is plotted for each displacement angle. This plot is performed for the above experimental example, that is, for each different Reynolds number. It can be seen from the figure that this pressure difference becomes a different curve depending on each Reynolds number.

次に実際に測定した圧力センサ3dから出力された圧力P1αと圧力センサ3bから出力された圧力P2αとの差を算出する。この差を基に各レイノルズ数毎の曲線との交点からこの例であれば変位角度を3個算出する。この段階では、正しいレイノルズ数が判明せず変位角度の候補が3個存在することになる。   Next, the difference between the actually measured pressure P1α output from the pressure sensor 3d and the pressure P2α output from the pressure sensor 3b is calculated. Based on this difference, three displacement angles are calculated from the intersection with the curve for each Reynolds number in this example. At this stage, the correct Reynolds number cannot be determined and there are three displacement angle candidates.

図10は縦軸に図8に示されている圧力P0及び圧力P1から算出される圧力差(P0−P1)を採り、横軸に流れに対するセンサ構造体の変位角度を採ったものである。即ち、センサ構造体101の正対位置から反時計方向に回転させ、その状態で得られた圧力P0及び圧力P1の差を変位角度毎にプロットしたものである。そして、このプロットを上記の実験例、即ちレイノルズ数毎に行っている。図からこの圧力差も各レイノルズ数に応じて異なった曲線になることが判明する。   FIG. 10 shows the pressure difference (P0−P1) calculated from the pressure P0 and the pressure P1 shown in FIG. 8 on the vertical axis, and the displacement angle of the sensor structure relative to the flow on the horizontal axis. That is, the sensor structure 101 is rotated counterclockwise from the directly facing position, and the difference between the pressure P0 and the pressure P1 obtained in this state is plotted for each displacement angle. This plot is performed for each of the above experimental examples, that is, for each Reynolds number. It can be seen from the figure that this pressure difference also has a different curve depending on each Reynolds number.

そこで、実際に測定した圧力センサ3aから出力された圧力P0αと圧力センサ3dから出力された圧力P1αとの差を算出する。そしてこの差と上記で算出した3個の変位角度との交点を通る実験例、即ち上記実測例に合致するレイノルズ数を決定する。決定されたレイノルズ数に基づいて、流体の動粘性係数及び球状体1の直径から流速と正しい変位角度αを算出することができる。   Therefore, the difference between the actually measured pressure P0α output from the pressure sensor 3a and the pressure P1α output from the pressure sensor 3d is calculated. Then, an experimental example passing through the intersection of this difference and the three displacement angles calculated above, that is, a Reynolds number that matches the actual measurement example is determined. Based on the determined Reynolds number, the flow velocity and the correct displacement angle α can be calculated from the kinematic viscosity coefficient of the fluid and the diameter of the spherical body 1.

尚、出力された値が実験結果の中間値にあるような場合は、近いレイノルズ数を基準としてその値を増減して繰り返して計算すればよい。そして、最終的に実測例と合致するレイノルズ数を見出し、流速等を算出する。   In the case where the output value is an intermediate value of the experimental result, the value may be increased / decreased repeatedly based on the close Reynolds number. Finally, the Reynolds number that matches the actual measurement example is found, and the flow velocity and the like are calculated.

図11はこの発明の第2の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す斜視図である。   FIG. 11 is a perspective view showing the appearance of a sensor structure according to the second embodiment of the present invention.

図を参照して、センサ構造体101は、垂直方向に延びる一対の支持体121a及び121bの間に取り付けられた水平方向に延びる円柱体120と、円柱体120の長手軸方向に対して直交する断面上に現れる複数の周壁の表面に取り付けられた複数の圧力センサ3とから構成されている。圧力センサ3の構造は先の第1の実施の形態によるものと同様である。   Referring to the figure, a sensor structure 101 is orthogonal to a longitudinal axis direction of a cylindrical body 120, and a horizontally extending cylindrical body 120 attached between a pair of support bodies 121a and 121b extending in a vertical direction. It comprises a plurality of pressure sensors 3 attached to the surfaces of a plurality of peripheral walls appearing on the cross section. The structure of the pressure sensor 3 is the same as that according to the first embodiment.

この実施の形態にあっても球状体と同様に円柱体120の表面に生じる圧力分布が、流体の性質及び流速から定まることになる、したがって、各圧力センサ3の出力から流速を測定することが可能となる。尚、この実施の形態では圧力センサ3が円柱体120の長手軸方向に複数列設置されているが、圧力センサ3は単列に設置されていても良い。   Even in this embodiment, the pressure distribution generated on the surface of the cylindrical body 120 is determined from the properties of the fluid and the flow velocity similarly to the spherical body. Therefore, the flow velocity can be measured from the output of each pressure sensor 3. It becomes possible. In this embodiment, the pressure sensors 3 are arranged in a plurality of rows in the longitudinal axis direction of the cylindrical body 120, but the pressure sensors 3 may be arranged in a single row.

又、この実施の形態にあっては、各列毎に流れに非対称の位置に2箇の圧力センサ3が取り付けられているが、3個以上であればその位置は同一周壁上のどの位置であっても良い。   Further, in this embodiment, two pressure sensors 3 are attached at positions asymmetric to the flow for each row, but if there are three or more, the position is any position on the same peripheral wall. There may be.

図12はこの発明の第3の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す斜視図である。   FIG. 12 is a perspective view showing the appearance of a sensor structure according to the third embodiment of the present invention.

図を参照して、センサ構造体101は、垂直方向に延びる円柱体123と、その各周壁の表面に取り付けられた複数の圧力センサ3とから構成されている。圧力センサ3の構造は先の第1の実施の形態によるものと同様である。   Referring to the drawing, the sensor structure 101 includes a cylindrical body 123 extending in the vertical direction and a plurality of pressure sensors 3 attached to the surface of each peripheral wall. The structure of the pressure sensor 3 is the same as that according to the first embodiment.

この実施の形態にあっても球状体と同様に円柱体123の表面に生じる圧力分布が、流体の性質及び流速から定まることになる、したがって、各圧力センサ3の出力から流速を測定することが可能となる。尚、この実施の形態では圧力センサ3が円柱体123の長手軸方向に複数列設置されているが、圧力センサ3は単列でも良い。   Even in this embodiment, the pressure distribution generated on the surface of the cylindrical body 123 is determined from the properties of the fluid and the flow velocity similarly to the spherical body. Therefore, the flow velocity can be measured from the output of each pressure sensor 3. It becomes possible. In this embodiment, the pressure sensors 3 are arranged in a plurality of rows in the longitudinal direction of the cylindrical body 123, but the pressure sensors 3 may be a single row.

又、この実施の形態にあっては、各列毎に流れに非対称の位置に2箇の圧力センサ3が取り付けられているが、3個以上であればその位置は同一周壁上のどの位置であっても良い。   Further, in this embodiment, two pressure sensors 3 are attached at positions asymmetric to the flow for each row, but if there are three or more, the position is any position on the same peripheral wall. There may be.

尚、このセンサ構造体101を例えば河川中に垂直に設置するときには、圧力センサ3の各々が水と接触しているかどうかも検知することが可能となる。したがって、圧力センサ3の各々の垂直方向の絶対位置を前もって定めておけば、流速の検知と共に水位の検知も可能となる。   For example, when the sensor structure 101 is installed vertically in a river, it is possible to detect whether each of the pressure sensors 3 is in contact with water. Therefore, if the absolute position of each pressure sensor 3 in the vertical direction is determined in advance, the water level can be detected together with the flow velocity.

図13はこの発明の第4の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す斜視図である。   FIG. 13 is a perspective view showing the appearance of a sensor structure according to the fourth embodiment of the present invention.

図を参照して、センサ構造体101は、垂直方向に且つ互いに平行延びる一対の垂直板25a及び25bと、その下端に掛け渡されるように取り付けられた水平方向に延びる水平板26と、垂直板25a及び25b並びに水平板26の内面側に取り付けられた複数の圧力センサ3とから構成されている。圧力センサ3の構造は先の第1の実施の形態によるものと同様である。   Referring to the figure, a sensor structure 101 includes a pair of vertical plates 25a and 25b extending in parallel with each other in the vertical direction, a horizontal plate 26 extending in the horizontal direction attached so as to be stretched over the lower ends thereof, and a vertical plate. 25a and 25b and a plurality of pressure sensors 3 attached to the inner surface side of the horizontal plate 26. The structure of the pressure sensor 3 is the same as that according to the first embodiment.

この実施の形態にあっても球状体や円柱体と同様にその表面に生じる圧力分布が、流体の性質及び流速から定まることになる、したがって、各圧力センサ3の出力から流速を測定することが可能となる。又、垂直板25a及び25bに取り付けられている圧力センサ3の各々が水と接触しているかどうかも検知することが可能となる。したがって、これらの圧力センサ3の各々の垂直方向の絶対位置を前もって定めておけば、流速の検知と共に水位の検知も可能となる。   Even in this embodiment, the pressure distribution generated on the surface thereof is determined from the properties of the fluid and the flow velocity as in the case of the spherical body or the cylindrical body. Therefore, the flow velocity can be measured from the output of each pressure sensor 3. It becomes possible. It is also possible to detect whether each of the pressure sensors 3 attached to the vertical plates 25a and 25b is in contact with water. Therefore, if the absolute position in the vertical direction of each of these pressure sensors 3 is determined in advance, it is possible to detect the water level as well as the flow velocity.

図14は、先の第1の実施の形態によるセンサ構造体の取り付け状況を示した概略図である。   FIG. 14 is a schematic view showing a mounting state of the sensor structure according to the first embodiment.

図を参照して、球状体1から突き出る支持体2が鉛直上方に伸び、これにフランジを介して鋼管等からなる固定体16が接続されている。固定体16は後述するように例えば橋体等に取り付けるものである。   Referring to the drawing, a support body 2 protruding from a spherical body 1 extends vertically upward, and a fixed body 16 made of a steel pipe or the like is connected to the support body 2 via a flange. The fixed body 16 is attached to, for example, a bridge body as will be described later.

このような取り付け状態にあっては、センサ構造体101の真上部分に固定部2が位置するため、球状体1の真上部分の圧力データを検知することはできないが、左右及び底部に設置された感圧センサ3によって流速算出に必要な圧力データを得ることができる。   In such an attached state, since the fixing portion 2 is located directly above the sensor structure 101, pressure data of the portion directly above the spherical body 1 cannot be detected. The pressure sensor 3 can obtain pressure data necessary for calculating the flow velocity.

図15は先の第1の実施の形態によるセンサ構造体の他の取り付け状況を示した概略図である。   FIG. 15 is a schematic view showing another mounting state of the sensor structure according to the first embodiment.

図を参照して、球状体1から突き出る支持体2が水平後方に伸びた後上方に屈曲し、これにフランジを介して上下に延びる鋼管等からなる固定体16が接続されている。固定体16は後述するように例えば橋体等に取り付けるものである。   Referring to the drawing, a support body 2 protruding from a spherical body 1 extends horizontally rearward and then bends upward, and a fixed body 16 made of a steel pipe or the like extending vertically is connected to this via a flange. The fixed body 16 is attached to, for example, a bridge body as will be described later.

このような取り付け状態にあっては、センサ構造体101の真後ろ部分に固定部2があるため球状体1の真後ろ部分の圧力データを検知することはできないが、その他の部分は流れに対して対称状態にあるので正確な圧力検知が可能である。尚、固定部16等の垂直部分の球状体1からの距離は、流れの乱れを招かぬように球状体1の直径の5倍程度とすることが好ましい。   In such an attached state, the pressure data of the rear part of the spherical body 1 cannot be detected because the fixing part 2 is in the rear part of the sensor structure 101, but the other parts are symmetrical with respect to the flow. Since it is in a state, accurate pressure detection is possible. In addition, it is preferable that the distance from the spherical body 1 of vertical parts, such as the fixing | fixed part 16, shall be about 5 times the diameter of the spherical body 1 so that a flow disturbance may not be caused.

図16は図14に示したセンサ構造体を、河川の流速検知に応用した例を示す図であり、図17は図16のXVII−XVIIラインから見た図である。   FIG. 16 is a diagram showing an example in which the sensor structure shown in FIG. 14 is applied to river flow velocity detection, and FIG. 17 is a diagram seen from the XVII-XVII line in FIG.

これらの図を参照して、センサ構造体101は、固定体16を介して橋梁28に固定された昇降装置15に取り付けられている。センサ構造体101の設置位置は、河川46のあまり流れの乱れのない部分を選び、水流の圧力等の検出を行なう。設計仕様を超えた洪水等の異常な状態においては、昇降装置15を作動させ、センサ構造体101を水面上に上昇させてこれを保護する。   With reference to these drawings, the sensor structure 101 is attached to a lifting device 15 fixed to a bridge 28 via a fixed body 16. As the installation position of the sensor structure 101, a portion of the river 46 where the flow is not disturbed is selected, and the pressure of the water flow is detected. In an abnormal state such as a flood exceeding the design specification, the lifting / lowering device 15 is actuated to raise the sensor structure 101 above the water surface to protect it.

尚、図ではセンサ構造体を橋の下流側に設置してある例を示すが、上流側に設置してもよい。又、昇降させる代わりにセンサ構造体101を下流側に跳ね上げるように構成しても良い。   Although the figure shows an example in which the sensor structure is installed on the downstream side of the bridge, it may be installed on the upstream side. Moreover, you may comprise so that the sensor structure 101 may be flipped up instead of raising / lowering.

図18図は14に示したセンサ構造体を、河川の流速検知に応用した他の例を示す図であり、図19は図18のXIX−XIXラインから見た図である。   18 is a view showing another example in which the sensor structure shown in FIG. 14 is applied to river flow velocity detection, and FIG. 19 is a view as seen from the XIX-XIX line in FIG.

これらの図を参照して、センサ構造体101は完全に固定せずに取付けられている。ワイヤロープ21a及び21bは、川岸47a及び47bに設置されているロ−プ固定装置22a及び22bと川底33側に設置されているロープ固定装置23との間に張られ、そのワイヤロープ21a及び21bの途中から鋼材等の剛体124a及び124bを介して所望の深さの位置にセンサ構造体101が設置される。   Referring to these drawings, the sensor structure 101 is attached without being completely fixed. The wire ropes 21a and 21b are stretched between the rope fixing devices 22a and 22b installed on the riverbanks 47a and 47b and the rope fixing device 23 installed on the river bed 33 side, and the wire ropes 21a and 21b. From the middle of the sensor structure 101, the sensor structure 101 is installed at a desired depth via rigid bodies 124a and 124b such as steel.

センサ構造体101には前述のように三次元加速度センサが組込まれているので、センサ構造体101自体が移動しても三次元加速度センサからその絶対位置が検出される。そして、その絶対位置を基にセンサ構造体101の圧力センサからのリアルタイムのデータを演算処理することによって,流速、水圧及び流れの方向を検出することができる。   Since the sensor structure 101 incorporates the three-dimensional acceleration sensor as described above, even if the sensor structure 101 itself moves, its absolute position is detected from the three-dimensional acceleration sensor. Then, by calculating and processing real-time data from the pressure sensor of the sensor structure 101 based on the absolute position, the flow velocity, the water pressure, and the flow direction can be detected.

尚、この例では川岸47a及び47b側のロープ固定装置22a及び22bを2箇所設置したが、この装置を1箇所に設置し、一本のワイヤロープをその位置から斜めに反対側の岸に近い川底33に渡し、このワイヤロープに剛体を介してセンサ構造体を取り付けても良い。   In this example, the two rope fixing devices 22a and 22b on the riverbanks 47a and 47b are installed at one location, but this device is installed at one location, and one wire rope is obliquely close to the opposite shore from that position. A sensor structure may be attached to the wire rope 33 via a rigid body.

図20は図14に示したセンサ構造体を、河川の流速検知に応用した更に他の例を示す図であり、図21は図20のXXI−XXIラインから見た図である。   FIG. 20 is a view showing still another example in which the sensor structure shown in FIG. 14 is applied to river flow velocity detection, and FIG. 21 is a view seen from the XXI-XXI line of FIG.

これらの図を参照して、センサ構造体101は河川46に浮かべた浮体24の下面に取付けられている。ワイヤロープ21aは一方が川岸47a側に設置されているロープ固定装置22に連結され、他方が浮体24に連結されている。同様に、ワイヤロープ21bは一方が反対の川岸47b側に設置されているロープ固定装置22bに連結され、他方が浮体24に連結されている。   With reference to these drawings, the sensor structure 101 is attached to the lower surface of the floating body 24 floating on the river 46. One of the wire ropes 21 a is connected to the rope fixing device 22 installed on the riverbank 47 a side, and the other is connected to the floating body 24. Similarly, one of the wire ropes 21b is connected to the rope fixing device 22b installed on the opposite riverbank 47b side, and the other is connected to the floating body 24.

浮体24の下方にはセンサ構造体101が取り付けられていて、例えば河川46の平均流速に近い水深の6割程度の位置等の所望の水深位置に設置される。センサ構造体101は流れの影響を受け,若干前後左右に移動するが,前述のようにセンサ構造体101に組み込まれている三次元加速度センサの働きにより正しいデータを得ることができる。   A sensor structure 101 is attached below the floating body 24 and is installed at a desired water depth position such as a position of about 60% of the water depth close to the average flow velocity of the river 46. The sensor structure 101 is slightly moved back and forth and left and right under the influence of the flow, but correct data can be obtained by the action of the three-dimensional acceleration sensor incorporated in the sensor structure 101 as described above.

図22は図14に示したセンサ構造体を、河川の流速検知に応用した更に他の例を示す図である。   FIG. 22 is a diagram showing still another example in which the sensor structure shown in FIG. 14 is applied to flow velocity detection of a river.

図を参照して、センサ構造体101は浮体24の下方に取り付けられ、浮体24を河川46に流しながらセンサ構造体101によって流速等が測定されている。この方法は浮体24が流される二点間の距離が判っている箇所で行われる。センサ構造体101には時計機能が組み込まれているので、二点間の通過する時間から河川46の水面流速が得られる。この水面の流速から河川46の平均流速が計算される。一方、センサ構造体101から、その水深における相対流速が測定できるので、浮体24の移動によって得られる水面流速とこの相対流速とからセンサ構造体101の位置における絶対的な流速を算出することも可能となる。   Referring to the figure, sensor structure 101 is attached below floating body 24, and the flow velocity and the like are measured by sensor structure 101 while floating body 24 flows through river 46. This method is performed at a location where the distance between two points through which the floating body 24 is flowed is known. Since the timepiece function is incorporated in the sensor structure 101, the water surface flow velocity of the river 46 can be obtained from the passing time between two points. The average flow velocity of the river 46 is calculated from the flow velocity on the water surface. On the other hand, since the relative flow velocity at the water depth can be measured from the sensor structure 101, the absolute flow velocity at the position of the sensor structure 101 can be calculated from the water surface flow velocity obtained by the movement of the floating body 24 and the relative flow velocity. It becomes.

尚、浮体24には電池装置を搭載しておき、センサ構造体101で得られた圧力データを無線で河川の現場管理センタへ転送しても良い。あるいは浮体24には回収用のロープを接続しておく必要があるので、このロープを利用して浮体24へキャブタイヤケーブルを配置して電源を供給し、有線で測定データをセンサ構造体101から転送する方式をとっても良い。   A battery device may be mounted on the floating body 24, and the pressure data obtained by the sensor structure 101 may be wirelessly transferred to the river site management center. Alternatively, since it is necessary to connect a recovery rope to the floating body 24, a cabtyre cable is arranged to the floating body 24 using this rope and power is supplied, and the measurement data is wired from the sensor structure 101. A transfer method may be used.

図23は図14に示したセンサ構造体を、河川、湖、海洋等の流速検知に応用した更に他の例を示す図である。   FIG. 23 is a diagram showing still another example in which the sensor structure shown in FIG. 14 is applied to flow velocity detection of rivers, lakes, oceans, and the like.

図を参照して、船から河川の場合よりもかなり海洋48の深い位置にセンサ構造体1をキャブタイヤケーブル27で吊り下げ、三次元加速度センサと圧力センサとの組合せによって流速と流れの方向とを検知することが可能である。このような測定を行うと、海峡を結ぶ橋梁の建設工事や海洋構造物の敷設,海底電線の敷設工事,海底資源の探索等に大いに役に立つ。   Referring to the figure, the sensor structure 1 is suspended by a cabtyre cable 27 at a position deeper in the ocean 48 than from the case of a river from a ship, and the flow velocity and the flow direction are determined by a combination of a three-dimensional acceleration sensor and a pressure sensor. Can be detected. Such measurements are very useful for construction of bridges connecting the strait, construction of offshore structures, construction of submarine cables, search for submarine resources, and the like.

又、センサ構造体101に温度センサを同時に組込むと、海洋48中の潮の流速,方向,温度情報を船舶31上にてリアルタイムで正しく検知することが可能である。その結果、漁業資源の観測や予測、魚群の観測、赤潮の発生予測と回避等に寄与することができる。   If a temperature sensor is incorporated into the sensor structure 101 at the same time, it is possible to correctly detect the flow velocity, direction, and temperature information of the tide in the ocean 48 on the ship 31 in real time. As a result, it can contribute to fishery resource observation and prediction, fish school observation, red tide occurrence prediction and avoidance, and the like.

図24はこの発明の第5の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す側面図である。   FIG. 24 is a side view showing the appearance of a sensor structure according to the fifth embodiment of the present invention.

図を参照して、センサ構造体101は球状体1の外表面に圧力センサ3が設けられている点は先の各実施の形態によるものと同様であるが、この実施の形態にあっては、圧力センサ3が水平赤道面に一個のみ設けられている点が異なっている。そして、球状体の北極側に固定され、垂直上方に延びる支持体2にフランジを介して接続している固定体16がその軸を中心として回転できるように図示しない駆動装置に接続されている。   Referring to the drawing, the sensor structure 101 is the same as that according to each of the previous embodiments in that the pressure sensor 3 is provided on the outer surface of the spherical body 1, but in this embodiment, The difference is that only one pressure sensor 3 is provided on the horizontal equator plane. The fixed body 16 fixed to the north pole side of the spherical body and connected to the support body 2 extending vertically upward via a flange is connected to a driving device (not shown) so as to be able to rotate around its axis.

駆動装置を駆動すると、球状体1が回転し圧力センサ3は水平赤道面上を移動する。したがって、圧力センサ3を所望の回転角度で停止させ、その位置における圧力を順次測定することが可能となる。各回転位置における測定の時間的ずれは数十秒程度であるが、通常河川等の流れの時間的変化はもっと緩やかであるので、このずれは実際上の問題とはならない。したがって、この実施の形態によれば、赤道周りの全ての箇所の圧力を一つの圧力センサ3のみによって測定できることになる。このようにして測定した複数の圧力データを基に上述の方法を用いて流速等を算出することが可能となる。   When the driving device is driven, the spherical body 1 rotates and the pressure sensor 3 moves on the horizontal equator plane. Therefore, it is possible to stop the pressure sensor 3 at a desired rotation angle and sequentially measure the pressure at that position. Although the time lag of measurement at each rotational position is about several tens of seconds, this time lag is not a practical problem because the time change of the flow of rivers and the like is usually more gradual. Therefore, according to this embodiment, the pressures at all points around the equator can be measured by only one pressure sensor 3. The flow velocity and the like can be calculated using the above-described method based on the plurality of pressure data thus measured.

尚、この実施の形態にあっては、圧力センサ3を一個としたが、複数の圧力センサを球状体3に取り付け、これを回転させるように構成しても良い。又、回転軸は上下方向としたが、用途に応じて回転軸の方向を所望の方向に設定すれば良い。   In this embodiment, one pressure sensor 3 is used. However, a plurality of pressure sensors may be attached to the spherical body 3 and rotated. Further, although the rotation axis is the vertical direction, the direction of the rotation axis may be set to a desired direction according to the application.

図25は図24で示したセンサ構造体を河川の流速検知に応用した例を示す図である。   FIG. 25 is a diagram showing an example in which the sensor structure shown in FIG. 24 is applied to river flow velocity detection.

図を参照して、センサ構造体101の斜め下方部に音響測深センサ30が取り付けられている。このセンサ構造体101を河川46の中央部において水中に配置し、上述の図示しない駆動装置を用いて垂直軸周りに回転させる。これによって、音響測深センサ30から川底33に超音波ビームが広範囲に照射され、その反射ビームを測定して川底33の断面形状を具体的に計測することができる。   With reference to the figure, an acoustic sounding sensor 30 is attached to an obliquely lower part of the sensor structure 101. This sensor structure 101 is placed in the water at the center of the river 46, and is rotated around the vertical axis using the drive device (not shown). As a result, the acoustic depth sensor 30 irradiates the riverbed 33 with an ultrasonic beam over a wide range, and the reflected beam can be measured to specifically measure the cross-sectional shape of the riverbed 33.

一方、センサ構造体101からは赤道周りの所望の圧力データを得ることができるため、河川46の流速が算出される。その結果、音響測深センサ30によって計測された川底33の断面形状と合わせると、この河川46のより正確な流量を得ることができる。   On the other hand, since the desired pressure data around the equator can be obtained from the sensor structure 101, the flow velocity of the river 46 is calculated. As a result, when combined with the cross-sectional shape of the riverbed 33 measured by the acoustic sounding sensor 30, a more accurate flow rate of the river 46 can be obtained.

尚、上記では音響測深センサ30は1個としたが、川底33の形状によっては必要な照射範囲をカバーするために複数個を球状体1に取り付けても良い。   In the above description, only one acoustic depth sensor 30 is used. However, depending on the shape of the riverbed 33, a plurality of acoustic depth sensors 30 may be attached to the spherical body 1 in order to cover a necessary irradiation range.

図26は図14に示したセンサ構造体を、水槽等の流速検知に応用した例を示す図である。   FIG. 26 is a diagram showing an example in which the sensor structure shown in FIG. 14 is applied to flow velocity detection in a water tank or the like.

図を参照して、支持体2及び固定体16を下方に向けてセンサ構造体101がタンクや水族館の水槽35の底面36に固定されている。このような使用方法は、上部からの取り付けが困難な場合や、取り付けが可能であってもその取り付け長さが長くなってしまう場合等に用いられる。この方法によると、底面36にセンサ構造体101を取り付けるため美観を損なう虞が少なく、又、センサ構造体101の上部に構造物が存在しないため使い勝手が良い。そして、上述のようにセンサ構造体101の出力によって、水槽35の保有水49の底面36側の水流の変化等を検出することが可能となる。   Referring to the drawing, sensor structure 101 is fixed to bottom surface 36 of tank 35 or aquarium water tank 35 with support 2 and fixed body 16 facing downward. Such a method of use is used when it is difficult to attach from above, or when the attachment length becomes long even if attachment is possible. According to this method, since the sensor structure 101 is attached to the bottom surface 36, there is little possibility of damaging the appearance, and since there is no structure above the sensor structure 101, it is easy to use. As described above, it is possible to detect a change in the water flow on the bottom surface 36 side of the retained water 49 in the water tank 35 based on the output of the sensor structure 101.

図27は上述のセンサ構造体による流体測定及び流体管理システムの構成を示したブロック図である。   FIG. 27 is a block diagram showing a configuration of a fluid measurement and fluid management system using the sensor structure described above.

図を参照して、センサ構造体を河川等に設置して得られた圧力,水位及び方位の諸データは,ISDN等の回線を使って速やかに河川管理事務所あてに送られる。そこでアナログ値のデータはデジタル値に変換され、上述のように流体力学理論に基づいた流れの数値シミュレーション及び実験結果から確立された、表面圧力から水流を予測する計算アルゴリズムを用いてコンピュータにて演算される。その結果得られた水圧、流速、流量、水位,方向等のデータは、リアルタイムにインターネット等を介して公共事業体等の河川総合管理センター等に送られ,流量の監視・管理がリアルタイムに的確に行われる。   Referring to the figure, various data on pressure, water level and direction obtained by installing the sensor structure in a river or the like are promptly sent to a river management office using a line such as ISDN. Therefore, the analog value data is converted to digital values and calculated by the computer using the calculation algorithm that predicts the water flow from the surface pressure established from the numerical simulation and experimental results of the flow based on the fluid dynamics theory as described above. Is done. The data such as water pressure, flow velocity, flow rate, water level, direction, etc. obtained as a result are sent to the river management center such as a public entity over the Internet in real time, and the flow rate monitoring and management is accurately performed in real time. Done.

図28はこの発明の第6の実施の形態によるセンサ構造体の概略断面図であって、先の第1の実施の形態による図2に対応した図であり、図29は図28に示した“Y”部分の拡大図である。   FIG. 28 is a schematic sectional view of a sensor structure according to a sixth embodiment of the present invention, which corresponds to FIG. 2 according to the first embodiment, and FIG. 29 is shown in FIG. It is an enlarged view of "Y" part.

これらの図を参照して、球状体1の表面に取り付けられる圧力センサ3の構造は基本的には第1の実施の形態によるものと同一である。しかし、この実施の形態にあっては、圧力センサ3cの外方側に球状体1と表面が整列するセンサホルダ38が取り付けられている点が大きく異なっている。センサホルダ38の中央には開口39が形成され、その内部にセンサロッド10が露出する大きさの流体淀み部40が形成されている。尚、流体淀み部40の径は開口38の径より大きく設定されている。これによって、センサロッド10が直接外方に露出する第1の実施の形態による構成に比べて、検出する圧力値が安定すると共に検出誤差が減少する。   Referring to these drawings, the structure of the pressure sensor 3 attached to the surface of the spherical body 1 is basically the same as that according to the first embodiment. However, this embodiment is greatly different in that a sensor holder 38 whose surface is aligned with the spherical body 1 is attached to the outer side of the pressure sensor 3c. An opening 39 is formed at the center of the sensor holder 38, and a fluid stagnation portion 40 having a size that exposes the sensor rod 10 is formed therein. The diameter of the fluid stagnation part 40 is set larger than the diameter of the opening 38. As a result, the detected pressure value is stabilized and the detection error is reduced as compared with the configuration according to the first embodiment in which the sensor rod 10 is directly exposed to the outside.

又、流体淀み部40には放射状に形成された流体噴出孔41が接続され、流体噴出孔41はリング状に形成された流体保有部43を介して流体供給孔44が接続される。流体の条件によっては、開口39や流体淀み部40に異物が堆積する可能性がある。このような場合には、支持体2から空気又は水等の流体を定期的に流体供給孔44に噴出させるようにすれば良い。流体供給孔44に噴出された流体は流体噴出孔41を介して流体淀み部40に吹き込まれ、流体淀み部40の異物を開口39を介して外方に除去することが可能となる。尚、この実施の形態にあっては流体噴出孔41は流体淀み部40に対して斜めに入るように形成されているため、噴出流が渦流を生じるようになり、異物の除去効果を更に向上させている。   Further, a fluid ejection hole 41 formed in a radial shape is connected to the fluid stagnation part 40, and the fluid supply hole 44 is connected to the fluid ejection hole 41 via a fluid holding part 43 formed in a ring shape. Depending on the fluid conditions, foreign matter may accumulate in the opening 39 or the fluid stagnation part 40. In such a case, a fluid such as air or water may be periodically ejected from the support 2 to the fluid supply hole 44. The fluid ejected into the fluid supply hole 44 is blown into the fluid stagnation part 40 through the fluid ejection hole 41, and foreign matter in the fluid stagnation part 40 can be removed outward through the opening 39. In this embodiment, since the fluid ejection hole 41 is formed so as to enter obliquely with respect to the fluid stagnation portion 40, the ejection flow generates a vortex, further improving the foreign matter removal effect. I am letting.

尚、上記の第1の実施の形態では、圧力センサは赤道上の4箇所に取り付けられているが、流速方向に対して所望の非対称位置に固定できる固定手段を有している場合は、圧力センサは2箇所の取付けで良い。固定手段がない場合には、3箇所以上あれば良い。   In the first embodiment, the pressure sensors are attached at four locations on the equator. However, if there are fixing means that can be fixed at desired asymmetric positions with respect to the flow velocity direction, The sensor may be installed in two places. If there is no fixing means, three or more locations are sufficient.

又、上記の第1の実施の形態では、三次元加速度センサが組み込まれているが、このセンサは必ずしもなくても良い。   In the first embodiment, the three-dimensional acceleration sensor is incorporated, but this sensor is not necessarily required.

更に、上記の各実施の形態では、圧力センサとして感圧ゴムセンサを用いているが、他の構成によるセンサであっても良い。   Further, in each of the above embodiments, a pressure-sensitive rubber sensor is used as a pressure sensor, but a sensor having another configuration may be used.

更に、上記の第1の実施の形態では、圧力から流速を算出する方法を示しているが、この方法は一例に過ぎず、他の方法によって圧力から流速を算出することも可能である。   Furthermore, in the first embodiment, the method for calculating the flow velocity from the pressure is shown. However, this method is merely an example, and the flow velocity can be calculated from the pressure by another method.

更に、上記の各実施の形態では、流速に対して一定の方向に収束するような形状ではないが、例えば船形や流線型等の形状の本体を採用してこれに圧力センサを組み込むように構成しても良い。この場合、流速に対して本体の向きが自動的に固定されるため、より簡易に測定圧力から流速を算出することが可能となる。   Further, in each of the above-described embodiments, the shape does not converge in a certain direction with respect to the flow velocity. May be. In this case, since the orientation of the main body is automatically fixed with respect to the flow velocity, the flow velocity can be calculated more easily from the measured pressure.

この発明の第1の実施形態によるセンサ構造体の外観形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance shape of the sensor structure by 1st Embodiment of this invention. 図1のII−IIラインの断面図である。It is sectional drawing of the II-II line of FIG. 図2で示されている“X”部分の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of an “X” portion shown in FIG. 2. 図1に示したセンサ構造体を流体中に設置し、その上方から見た図である。It is the figure which installed the sensor structure shown in FIG. 1 in the fluid, and was seen from the upper direction. 図4の状態において、所定のレイノルズ数(1.62×10)に設定した流体中で静止状態に設置された球状体の赤道上に実際に現れる実験上の圧力分布を示した概略図である(実験例A)。In the state of FIG. 4, it is the schematic which showed the experimental pressure distribution which actually appears on the equator of the spherical body installed in the stationary state in the fluid set to the predetermined Reynolds number (1.62 × 10 5 ). Yes (Experimental Example A). 図4の状態において、他のレイノルズ数(3.18×10)に設定した流体中で静止状態に設置された球状体の赤道上に実際に現れる実験上の圧力分布を示した概略図である(実験例B)。In the state of FIG. 4, it is the schematic which showed the experimental pressure distribution which actually appears on the equator of the spherical body installed in the stationary state in the fluid set to other Reynolds number (3.18 × 10 5 ). Yes (Experimental Example B). 図4の状態において、他のレイノルズ数(1.14×10)に設定した流体中で静止状態に設置された球状体の赤道上に実際に現れる実験上の圧力分布を示した概略図である(実験例C)。In the state of FIG. 4, it is the schematic which showed the experimental pressure distribution which actually appears on the equator of the spherical body installed in the stationary state in the fluid set to other Reynolds numbers (1.14 × 10 6 ). Yes (Experimental Example C). 図4に示したセンサ構造体101が流れに対して正対状態に設置されていない場合において、圧力センサの赤道面における測定位置を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a measurement position on the equator plane of the pressure sensor when the sensor structure 101 illustrated in FIG. 4 is not installed in a state of facing the flow. 縦軸に図8に示されている圧力P1及び圧力P2から算出される圧力差(P1−P2)を採り、横軸に流れに対するセンサ構造体の変位角度を採ったものである。The pressure difference (P1-P2) calculated from the pressure P1 and the pressure P2 shown in FIG. 8 is taken on the vertical axis, and the displacement angle of the sensor structure relative to the flow is taken on the horizontal axis. 縦軸に図8に示されている圧力P0及び圧力P1から算出される圧力差(P0−P1)を採り、横軸に流れに対するセンサ構造体の変位角度を採ったものである。The pressure difference (P0-P1) calculated from the pressure P0 and the pressure P1 shown in FIG. 8 is taken on the vertical axis, and the displacement angle of the sensor structure relative to the flow is taken on the horizontal axis. この発明の第2の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance shape of the sensor structure by 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance shape of the sensor structure by 3rd Embodiment of this invention. 先のこの発明の第4の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance shape of the sensor structure by 4th Embodiment of this previous this invention. 先の第1の実施の形態によるセンサ構造体の取り付け状況を示した概略図である。It is the schematic which showed the attachment condition of the sensor structure by previous 1st Embodiment. 先の第1の実施の形態によるセンサ構造体の他の取り付け状況を示した概略図である。It is the schematic which showed the other attachment condition of the sensor structure by previous 1st Embodiment. 図14に示したセンサ構造体を、河川の流速検知に応用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the sensor structure shown in FIG. 14 to the flow velocity detection of a river. 図16のXVII−XVIIラインから見た図である。It is the figure seen from the XVII-XVII line of FIG. 図14に示したセンサ構造体を、河川の流速検知に応用した他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example which applied the sensor structure shown in FIG. 14 to the flow velocity detection of a river. 図18のXIX−XIXラインから見た図である。It is the figure seen from the XIX-XIX line of FIG. 図14に示したセンサ構造体を、河川の流速検知に応用した更に他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example which applied the sensor structure shown in FIG. 14 to the flow velocity detection of a river. 図20のXXI−XXIラインから見た図である。It is the figure seen from the XXI-XXI line of FIG. 図14に示したセンサ構造体を、河川の流速検知に応用した更に他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example which applied the sensor structure shown in FIG. 14 to the flow velocity detection of a river. 図14に示したセンサ構造体を、河川、湖、海洋等の流量検知に応用した更に他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example which applied the sensor structure shown in FIG. 14 to flow volume detection, such as a river, a lake, and the ocean. この発明の第5の実施の形態によるセンサ構造体の外観形状を示す側面図である。It is a side view which shows the external appearance shape of the sensor structure by 5th Embodiment of this invention. 図24で示したセンサ構造体を河川の流速検知に応用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the sensor structure shown in FIG. 24 to the flow velocity detection of a river. 図14に示したセンサ構造体を、水槽等の流速検知に応用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the sensor structure shown in FIG. 14 to the flow velocity detections, such as a water tank. 各実施の形態によるセンサ構造体による流体測定及び流体管理システムの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the fluid measurement and fluid management system by the sensor structure by each embodiment. この発明の第6の実施の形態によるセンサ構造体の概略断面図であって、先の第1の実施の形態による図2に対応した図である。It is a schematic sectional drawing of the sensor structure by 6th Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure corresponding to FIG. 2 by previous 1st Embodiment. 図28で示されている“Y”部分の拡大図である。FIG. 29 is an enlarged view of a “Y” portion shown in FIG. 28.

符号の説明Explanation of symbols

1…球状体
2…支持体
3…圧力センサ
4…三次元加速度センサ
13,14…感圧ゴムセンサ
38…センサホルダ
39…開口
40…流体淀み部
41…流体噴出孔
42…ホルダ本体
101…センサ構造体
120,123…円柱体
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spherical body 2 ... Support body 3 ... Pressure sensor 4 ... Three-dimensional acceleration sensor 13,14 ... Pressure-sensitive rubber sensor 38 ... Sensor holder 39 ... Opening 40 ... Fluid squeezing part 41 ... Fluid ejection hole 42 ... Holder main body 101 ... Sensor structure Body 120, 123... Cylindrical body The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.

Claims (7)

球状体の赤道面に平行に流れる流体の流速算出方法であって、
前記球状体の赤道上であって、前記流体の流れ方向に平行な前記球状体の中心軸に対して非対称の位置における2箇所の圧力を測定し、
前記測定された圧力から、前記流体のレイノルズ数を決定し、
前記決定されたレイノルズ数から、前記流体の動粘性係数及び前記球状体の直径に基づいて、前記流体の流速を算出する、流体の流速算出方法。
A method for calculating the flow velocity of a fluid flowing parallel to the equatorial plane of a sphere,
Measuring two pressures on the equator of the spherical body at positions asymmetric with respect to the central axis of the spherical body parallel to the fluid flow direction;
Determining the Reynolds number of the fluid from the measured pressure;
A fluid flow velocity calculation method that calculates the fluid flow velocity from the determined Reynolds number based on a kinematic viscosity coefficient of the fluid and a diameter of the spherical body.
前記球状体は、センサ構造体に含まれ、
前記センサ構造体は、
前記赤道上に取り付けられ、その位置における前記流体の圧力を測定し得る少なくとも2個の圧力センサと、
前記球状体の前記流体の流れに対する姿勢を所望の位置に固定する固定手段とを備えた、請求項1記載の流体の流速算出方法。
The spherical body is included in the sensor structure,
The sensor structure is
At least two pressure sensors mounted on the equator and capable of measuring the pressure of the fluid at that location;
The fluid flow velocity calculation method according to claim 1, further comprising a fixing unit that fixes a posture of the spherical body with respect to the fluid flow to a desired position.
前記球状体は、センサ構造体に含まれ、
前記センサ構造体は、
前記赤道上に取り付けられ、その位置における前記流体の圧力を測定し得る少なくとも3個の圧力センサとを備えた、請求項1記載の流体の流速算出方法。
The spherical body is included in the sensor structure,
The sensor structure is
The fluid flow velocity calculation method according to claim 1, further comprising at least three pressure sensors mounted on the equator and capable of measuring the pressure of the fluid at the position.
前記球状体に組み込まれた三次元加速度センサを更に備えた、請求項2又は3記載の流体の流速算出方法。 The fluid flow velocity calculation method according to claim 2, further comprising a three-dimensional acceleration sensor incorporated in the spherical body. 前記球状体は、センサ構造体に含まれ、
前記センサ構造体は、
前記赤道上に取り付けられ、その位置における前記流体の圧力を測定し得る少なくとも1個の圧力センサと、
前記球状体の北極と南極とを通る方向を回転軸として前記球状体を回転させる回転手段とを備えた、請求項1記載の流体の流速算出方法。
The spherical body is included in the sensor structure,
The sensor structure is
At least one pressure sensor mounted on the equator and capable of measuring the pressure of the fluid at that position;
The fluid flow velocity calculation method according to claim 1, further comprising: a rotating unit that rotates the spherical body with a direction passing through the north pole and the south pole of the spherical body as a rotation axis.
円柱体の長手方向に直交する断面に平行に流れる流体の流速算出方法であって、
前記円柱体の前記断面の1つにおける周壁上であって、前記流体の流れ方向に平行な前記円柱体の中心軸に対して非対称の位置における2箇所の圧力を測定し、
前記測定された圧力から、前記流体のレイノルズ数を決定し、
前記決定されたレイノルズ数から、前記流体の動粘性係数及び前記円柱体の直径に基づいて、前記流体の流速を算出する、流体の流速算出方法。
A flow velocity calculation method for fluid flowing parallel to a cross section perpendicular to the longitudinal direction of a cylindrical body,
Measuring two pressures on a peripheral wall in one of the cross sections of the cylindrical body at positions asymmetric with respect to the central axis of the cylindrical body parallel to the fluid flow direction;
Determining the Reynolds number of the fluid from the measured pressure;
A fluid flow velocity calculation method for calculating a fluid flow velocity from the determined Reynolds number based on a kinematic viscosity coefficient of the fluid and a diameter of the cylindrical body.
前記円柱体は、センサ構造体に含まれ、
前記センサ構造体は、
前記円柱体の前記周壁上の位置であって、流れに対して非対称の位置に取り付けられ、その位置における前記流体の圧力を測定し得る少なくとも2個の圧力センサとを備えた、請求項6記載の流体の流速算出方法。
The cylindrical body is included in a sensor structure,
The sensor structure is
A position on the peripheral wall of the cylindrical body, which is attached to a position asymmetric with respect to the flow, and includes at least two pressure sensors capable of measuring the pressure of the fluid at the position. Of calculating the flow velocity of the fluid.
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