JP4910134B2 - Self-supporting river monitoring device - Google Patents

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Description

本発明は、河川を流れる水流等の監視に好適な電力自立型河川監視装置に関するものである。 The present invention relates to a power self-supporting river monitoring apparatus suitable for monitoring a water flow or the like flowing through a river.

近年、異常気象に起因する自然災害が多発するようになった。特に短時間に限られた地域に多量の降雨をもたらす集中豪雨による水害が増加している。一般に日本の河川は急勾配な中小河川が多く、そのような中小河川の上流域に集中豪雨があると、短時間のうちに河川の流量が増大して堤防決壊等の重大な災害をもたらす。   In recent years, natural disasters caused by abnormal weather have frequently occurred. In particular, flood damage due to torrential rains that cause a large amount of rainfall in a limited area is increasing. In general, there are many small and medium-sized rivers in Japan, and if there is heavy rain in the upstream area of such small and medium rivers, the river flow increases within a short period of time, causing serious disasters such as levee breaks.

このような集中豪雨による水害の被害を低減するためには、できるだけ早期に河川の流量や水位変化を把握することが必要になる。可能ならばリアルタイムでデータを取得して対策を講ずることが有効である。   In order to reduce the damage caused by such heavy rain, it is necessary to grasp the river flow rate and water level changes as early as possible. If possible, it is effective to acquire data in real time and take measures.

このようなリアルタイムの河川監視システムは、すでに比較的大きな一級河川では実施されつつある(例えば、特許文献1参照)。しかし、リアルタイムの河川監視システムは大規模で高価なこともあって、中小河川では殆んど実施されていない。また、一級河川であっても、必要とされる監視箇所に対して量的には不十分な程度に留まっているのが現状である。
特開2002−256525号公報
Such a real-time river monitoring system is already being implemented in relatively large first-class rivers (see, for example, Patent Document 1). However, real-time river monitoring systems are rarely implemented in small and medium-sized rivers because they are large and expensive. Even in the case of a first-class river, the current situation is that the amount of monitoring required is still insufficient.
JP 2002-256525 A

河川監視による防災システムの確立は緊急の課題であるにも拘わらず、その整備には多額の費用を要することもあって、多くの中小河川では未だに実現していない。そのため、自然環境下で安定した性能を発揮し、信頼性の高い河川監視を行うことができる小型で安価な河川監視装置の実現が切望されている。   Although establishment of a disaster prevention system by river monitoring is an urgent issue, it has not been realized in many small and medium-sized rivers because it can be expensive. Therefore, realization of a small and inexpensive river monitoring apparatus capable of performing stable river monitoring in a natural environment and performing highly reliable river monitoring is eagerly desired.

かかる事情に鑑み、本発明の発明者は、作動原理が単純で堅牢な構造を有し、低コストで実現可能なカルマン渦の周波数検出器と、この周波数検出器の出力から流速を算出するプログラマブルで低消費電力な制御装置により、自然環境下での信頼性が高く、小型で汎用性に富む河川監視装置を提供することを課題として研究した。また、流体振動に関する新しい知見である縦渦励振現象を発電装置に適用することにより、商用電源からの電力供給が困難な河川環境においても安定的に動作可能な電力自立型河川監視装置を提供することを課題とする。   In view of such circumstances, the inventor of the present invention has a structure that is simple and robust in operation principle and can be realized at low cost, and a programmable flow rate calculation from the output of the frequency detector. In addition, research was conducted on the issue of providing a river monitoring device that is highly reliable in the natural environment, small in size, and versatile with a low power consumption control device. In addition, by applying the vertical vortex excitation phenomenon, which is a new knowledge about fluid vibration, to a power generator, a power self-supporting river monitoring device that can operate stably in a river environment where power supply from a commercial power source is difficult is provided. This is the issue.

請求項1記載の発明は、流体中に配設されるリングと、前記リングを支持する支持体と、前記支持体と固定ベースとの間に配設され前記リングに作用する抗力を検出する抗力検出器と、前記抗力検出器からの信号を処理する制御装置と、前記制御装置に電力を供給する発電装置と、を備えることを特徴とするものである。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a ring that is disposed in a fluid, a support that supports the ring, and a drag that is disposed between the support and the fixed base and detects a drag that acts on the ring. A detector, a control device that processes a signal from the drag detector, and a power generation device that supplies electric power to the control device are provided.

また、請求項1記載の発明は、電力自立型河川監視装置において、前記発電装置が流体の流れ方向に対し長手方向が交差するように配設された第1の柱状体と、前記第1の柱状体に対し離間して長手方向が交差するように配設された第2の柱状体と、前記第1の柱状体と前記固定ベースとの間に配設された振動発電装置と、を備えることを特徴とするものである。 The power supply self-supporting river monitoring device according to the first aspect of the present invention is the first columnar body in which the power generation device is disposed so that the longitudinal direction intersects the fluid flow direction; A second columnar body disposed to be separated from the columnar body and intersecting the longitudinal direction; and a vibration power generator disposed between the first columnar body and the fixed base. It is characterized by this.

請求項記載の発明は、請求項記載の電力自立型河川監視装置において、前記振動発電装置が電磁誘導方式であることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the invention, in the power freestanding river monitoring device according to claim 1, wherein the vibration generator device is characterized in that an electromagnetic induction method.

請求項記載の発明は、請求項記載の電力自立型河川監視装置において、前記振動発電装置が圧電素子と該圧電素子を押圧する押圧体からなる発電装置であることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the invention, characterized in that the power freestanding river monitoring device according to claim 1, wherein the vibration generator unit is a power generating apparatus comprising a pressing member for pressing the piezoelectric element and the piezoelectric element is there.

請求項記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置において、前記抗力検出器が歪みゲージ式検出器であることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the power self-supporting river monitoring device according to any one of the first to third aspects, the drag detector is a strain gauge type detector.

請求項記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置において、前記制御装置が河川監視情報を送信する送信機を備えることを特徴とするものである。 The invention according to claim 5 is the power self-supporting river monitoring device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the control device includes a transmitter for transmitting river monitoring information. is there.

請求項記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置において、前記制御装置が河川監視情報を表示する表示器を備えることを特徴とするものである。 A sixth aspect of the present invention is the power self-supporting river monitoring device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the control device includes a display for displaying river monitoring information. is there.

請求項記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置において、前記発電装置が発生する電力を蓄える蓄電器を備えることを特徴とするものである。 A seventh aspect of the present invention is the power self-supporting river monitoring device according to any one of the first to sixth aspects, further comprising a capacitor for storing the power generated by the power generation device.

請求項記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置において、前記固定ベースが水中に固定されることを特徴とするものである。 The invention according to claim 8 is the power self-supporting river monitoring device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the fixed base is fixed in water.

請求項記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置において、前記固定ベースが水面に浮上係留されることを特徴とするものである。 A ninth aspect of the present invention is the power self-supporting river monitoring device according to any one of the first to seventh aspects, wherein the fixed base is levitated and moored on the water surface.

請求項1記載の電力自立型河川監視装置によれば、電力網の整備されていない場所でも河川の監視を行うことができる。また、コンパクトで安価な河川監視装置を実現できる。   According to the self-supporting river monitoring apparatus of the first aspect, the river can be monitored even in a place where the power grid is not maintained. In addition, a compact and inexpensive river monitoring device can be realized.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、河川の流水が有する流体エネルギを広範囲の流速域にわたって電力に変換することができるので、電力供給の安定性が向上する。 According to the power freestanding river monitoring device according to claim 1, it is possible to convert the fluid energy possessed by the flowing water of rivers power over a wide range of flow rates range, thereby improving the stability of the power supply.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、発電装置の主要部が磁石とコイルから構成されるので、長期間にわたって信頼性の高い発電を行うことができる。 According to the power self-supporting river monitoring device of the second aspect , since the main part of the power generation device is composed of the magnet and the coil, it is possible to perform highly reliable power generation over a long period.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、発電装置が圧電素子と該圧電素子を押圧する押圧体から構成されるので、コンパクトな発電装置を実現できる。 According to the power self-supporting river monitoring device of the third aspect , since the power generation device includes the piezoelectric element and the pressing body that presses the piezoelectric element, a compact power generation device can be realized.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、流体の渦により励振されるリングの周波数をひずみゲージ式検出器の抵抗変化として容易に検出できる。 According to the power self-supporting river monitoring apparatus of the fourth aspect, the frequency of the ring excited by the vortex of the fluid can be easily detected as a resistance change of the strain gauge type detector.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、送信機により河川監視情報を遠隔地に無線送信することが可能となる。 According to the power self-supporting river monitoring apparatus of the fifth aspect, the river monitoring information can be wirelessly transmitted to the remote place by the transmitter.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、表示器により河川監視情報を現場で目視にて把握できる。 According to the power self-supporting river monitoring device of the sixth aspect, the river monitoring information can be grasped visually at the site by the display.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、一時的に発電装置に不具合が発生しても、蓄電器に蓄えられた電力により制御装置を駆動することができる。 According to the self-supporting river monitoring device of the seventh aspect , even if a malfunction occurs in the power generation device temporarily, the control device can be driven by the power stored in the capacitor.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、水面上を流れる流木等によって監視装置が損傷を受けることを防止できる。 According to the power self-supporting river monitoring device of the eighth aspect , the monitoring device can be prevented from being damaged by driftwood or the like flowing on the water surface.

請求項記載の電力自立型河川監視装置によれば、水深の浅い河川においても容易に設置することができる。 According to the self-supporting river monitoring device of the ninth aspect, it can be easily installed even in a river with a shallow water depth.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係る電力自立型河川監視装置1の正面図であり、図2はその側面視を示すA−A断面図である。電力自立型河川監視装置1は、流体中に配設されるリング2と、前記リング2を支持する支持体3と、前記支持体3と固定ベース4との間に配設され前記リング2に作用する抗力を検出する抗力検出器5と、前記抗力検出器5からの信号を処理する制御装置6と、前記制御装置6に電力を供給する発電装置7と、を備える。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a power self-supporting river monitoring apparatus 1 according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA showing a side view thereof. The power self-supporting river monitoring apparatus 1 includes a ring 2 disposed in a fluid, a support 3 that supports the ring 2, and a support 3 that is disposed between the support 3 and the fixed base 4. A drag detector 5 that detects an acting drag, a controller 6 that processes a signal from the drag detector 5, and a power generator 7 that supplies electric power to the controller 6 are provided.

流体中に配設されるリング2は、金属またはプラスチック材料からなる環状体をしている。その断面形状は円形または多角形をしており、リング2は流体の流れ方向8に対して略直角になるよう配設される。リング2をこのように配設することによりリング2には流体の抗力が作用し、流体の流れによるカルマン渦が生ずる。リング2の後流側には支持体3の一部を構成する支持棒9が2箇所に接続され、リング2に作用する流体による抗力をそのまま支持体3を構成する支持翼10に伝えるべく、支持棒9の他端は支持翼10に接続されている。支持翼10はリング2に生じる抗力を受けるとともに、その抗力を抗力検出器5に伝えるためのものであるが、支持翼10自体が流体から受ける抗力を少なくするため、支持翼10の断面形状は図3に示すように流線型に形成されている。   The ring 2 disposed in the fluid has an annular body made of a metal or plastic material. The cross-sectional shape is circular or polygonal, and the ring 2 is disposed so as to be substantially perpendicular to the fluid flow direction 8. By disposing the ring 2 in this manner, a drag force of the fluid acts on the ring 2 and a Karman vortex is generated due to the flow of the fluid. Support rods 9 constituting a part of the support 3 are connected to two positions on the downstream side of the ring 2, so that the drag due to the fluid acting on the ring 2 can be transmitted as it is to the support wing 10 constituting the support 3. The other end of the support rod 9 is connected to the support wing 10. The support wing 10 receives the drag generated in the ring 2 and transmits the drag to the drag detector 5. However, in order to reduce the drag received by the support wing 10 itself from the fluid, the cross-sectional shape of the support wing 10 is As shown in FIG. 3, it is formed in a streamline shape.

支持体3の上部には歪みゲージを組み込んだ抗力検出器5が固定ベース4との間に配設されている。具体的には、固定ベース4の下面に固定された第2の柱状体12の下端に歪みゲージ式検出器5が固定されている。したがって、リング2に流体からの抗力が作用すると、その抗力は支持体3に伝達され、抗力検出器たる歪みゲージ式検出器5に曲げモーメントが作用することになる。そして、流体の流れによりリング2にカルマン渦が生じると、効力検出器5によって検出される抗力は一定の値とはならずに振動的な値となる。抗力検出器5からの出力は信号線(図示せず)を介して固定ベース4内に収納された制御装置6に送られる。   A drag detector 5 incorporating a strain gauge is disposed between the fixed base 4 and the support 3. Specifically, the strain gauge type detector 5 is fixed to the lower end of the second columnar body 12 fixed to the lower surface of the fixed base 4. Therefore, when a drag force from the fluid acts on the ring 2, the drag force is transmitted to the support 3, and a bending moment acts on the strain gauge type detector 5 which is a drag detector. When a Karman vortex is generated in the ring 2 due to the flow of fluid, the drag detected by the effectiveness detector 5 does not become a constant value but becomes a vibration value. The output from the drag detector 5 is sent to the control device 6 accommodated in the fixed base 4 via a signal line (not shown).

固定ベース4は、金属またはプラスチック材料から製作され、水面13に浮上係留される。固定ベース4を水面13に浮上係留することにより、水深の浅い河川においても河川監視装置1を容易に設置することができる。一方、設置場所によっては、流木等の浮遊物の衝突が避けがたいこともある。そのような設置環境においては、固定ベース4を水中に固定して水面下に設置することもできる。   The fixed base 4 is made of a metal or plastic material and is levitated and moored on the water surface 13. By levitation and mooring the fixed base 4 on the water surface 13, the river monitoring device 1 can be easily installed even in shallow rivers. On the other hand, depending on the installation location, it may be difficult to avoid floating objects such as driftwood. In such an installation environment, the fixed base 4 can be fixed underwater and installed below the surface of the water.

固定ベース4には発電装置7が備えられている。発電装置7は、流体の流れ方向8に対し長手方向が交差するように配設された第1の柱状体11と、前記第1の柱状体11に対し離間して長手方向が交差するように配設された第2の柱状体12と、前記第1の柱状体11と固定ベース4との間に配設された振動発電装置7とからなる。   The fixed base 4 is provided with a power generator 7. The power generation device 7 includes a first columnar body 11 disposed so that the longitudinal direction intersects with the fluid flow direction 8, and the longitudinal direction intersects with a distance from the first columnar body 11. It comprises a second columnar body 12 disposed, and a vibration power generator 7 disposed between the first columnar body 11 and the fixed base 4.

ここで、振動発電装置7の作動原理である縦渦励振について簡単に説明する。縦渦励振は、流体の流れ方向8に対し長手方向が交差するように配設された第1の柱状体11と、前記第1の柱状体11に対し離間して長手方向が交差するように配設された第2の柱状体12とを有する装置において、第1の柱状体11と第2の柱状体12との離間間隔(s)が第1の柱状体11の直径(d)に対して所定の値になる場合に生ずる。   Here, the vertical vortex excitation, which is the operating principle of the vibration power generator 7, will be briefly described. In the longitudinal vortex excitation, the first columnar body 11 arranged so that the longitudinal direction intersects with the fluid flow direction 8 is separated from the first columnar body 11 and the longitudinal direction intersects. In the apparatus having the second columnar body 12 arranged, the separation distance (s) between the first columnar body 11 and the second columnar body 12 is larger than the diameter (d) of the first columnar body 11. This occurs when a predetermined value is reached.

図4は、流体の流れ方向8に対し長手方向が交差するように配設された第1の柱状体11と、前記第1の柱状体11に対し離間して長手方向が交差するように配設された第2の柱状体12とを有する装置における縦渦の形態を示すものであり、図4(a)に示す形態をトレーリング渦と呼び、図4(b)に示す形態をネックレス渦と呼ぶことにする。トレーリング渦は、第1の柱状体11と第2の柱状体12との離間間隔(s)が、第1の柱状体11の直径(d)に対して小さな値となる場合に発生する。一方、ネックレス渦は、第1の柱状体11と第2の柱状体12との離間間隔(s)が、第1の柱状体11の直径(d)に対して比較的大きな値となる場合に発生する。例えば、図4(a)に示すトレーリング渦は、s/d=0.08、流速が12.8cm/secの水流において観察されたものである。また、図4(b)に示すネックレス渦は、s/d=0.28、流速が12.5cm/secの水流において観察されたものである。第1の柱状体11と第2の柱状体12との交差部近傍から周期的に縦渦が発生する。縦渦は第1の柱状体11と第2の柱状体12との離間隙間(s)を僅かに変化させると、2種類の形態をとることが観察される。また、これら2種類の縦渦による励振力は、従来のカルマン渦による励振力に対して3倍以上の大きな励振力を有するとともに、2つの柱状体の離間間隔(s)を僅かに変えることで広範囲の流速域においても振動を維持することが判明した。これら2種類の縦渦による励振、すなわちトレーリング渦励振およびネックレス渦励振とも、従来のカルマン渦励振とは異なる形態を示すものである。   FIG. 4 shows a first columnar body 11 arranged so that the longitudinal direction intersects with the fluid flow direction 8, and is arranged so that the longitudinal direction intersects with a distance from the first columnar body 11. FIG. 4 shows a form of a vertical vortex in an apparatus having a second columnar body 12 provided, the form shown in FIG. 4A is called a trailing vortex, and the form shown in FIG. 4B is a necklace vortex. I will call it. The trailing vortex is generated when the distance (s) between the first columnar body 11 and the second columnar body 12 is smaller than the diameter (d) of the first columnar body 11. On the other hand, the necklace vortex is generated when the distance (s) between the first columnar body 11 and the second columnar body 12 is a relatively large value with respect to the diameter (d) of the first columnar body 11. appear. For example, the trailing vortex shown in FIG. 4A is observed in a water flow with s / d = 0.08 and a flow velocity of 12.8 cm / sec. The necklace vortex shown in FIG. 4B is observed in a water flow with s / d = 0.28 and a flow velocity of 12.5 cm / sec. Longitudinal vortices are periodically generated from the vicinity of the intersection between the first columnar body 11 and the second columnar body 12. It is observed that the vertical vortex takes two forms when the separation gap (s) between the first columnar body 11 and the second columnar body 12 is slightly changed. In addition, the excitation force generated by these two types of longitudinal vortices has a large excitation force that is more than three times the excitation force generated by the conventional Karman vortex, and the distance (s) between the two columnar bodies is slightly changed. It was found that the vibration was maintained even in a wide range of flow velocity. These two types of longitudinal vortex excitation, that is, trailing vortex excitation and necklace vortex excitation, show different forms from the conventional Karman vortex excitation.

因みに、縦渦の発生は流体が水等の液体の場合のみならず、流体が空気等の気体の場合においても発生する。図5は、空気の流れ方向に対し長手方向が交差するように配設された第1の柱状体と、前記第1の柱状体に対し離間して長手方向が交差するように配設された第2の柱状体とを有する装置における、空気の流速と第1の柱状体の振幅との関係を示す実験結果である。図中、(1)のデータは、単独柱状体における渦、すなわち通常のカルマン渦励振による流速に対する振幅の関係を示す。流速に対する振幅の変化は極めて敏感であり、共振振動数に相当する流速から僅かでも流速が変動すると、振幅は急激に減少する。(2)のデータは、s/d=0.08におけるトレーリング渦励振による流速に対する振幅の関係を示す。トレーリング渦励振は、カルマン渦励振に較べると流速の速い領域で発生し、流速に対する振幅の変化は鈍感である。(3)のデータは、s/d=0.28におけるネックレス渦励振による流速に対する振幅の関係を示す。ネックレス渦励振はトレーリング渦励振よりもさらに流速の速い領域で発生する。そして、ネックレス渦励振による流速に対する振幅の変化は極めて鈍感であり、広範囲の流速域において振幅が減衰することなく大きな値を維持する。図5の例では7.5〜13m/sec にわたる広範囲の流速域で大きな振幅を維持していることが分かる。これらのデータからネックレス渦励振を風力発電や水力発電に利用することができれば、広範囲の風速や水流速に適用可能な発電装置を実現できることが分かる。   Incidentally, the generation of the vertical vortex occurs not only when the fluid is a liquid such as water but also when the fluid is a gas such as air. FIG. 5 shows a first columnar body arranged so that the longitudinal direction intersects with the air flow direction, and a longitudinal direction spaced apart from the first columnar body. It is an experimental result which shows the relationship between the flow velocity of air and the amplitude of a 1st columnar body in the apparatus which has a 2nd columnar body. In the figure, the data of (1) shows the relationship of the amplitude to the vortex in a single columnar body, that is, the flow velocity by normal Karman vortex excitation. The change of the amplitude with respect to the flow velocity is extremely sensitive, and when the flow velocity fluctuates even slightly from the flow velocity corresponding to the resonance frequency, the amplitude decreases rapidly. The data of (2) shows the relationship of the amplitude to the flow velocity due to the trailing vortex excitation at s / d = 0.08. The trailing vortex excitation occurs in a region where the flow velocity is higher than that of the Karman vortex excitation, and the change in amplitude with respect to the flow velocity is insensitive. The data of (3) shows the relationship of the amplitude to the flow velocity due to necklace vortex excitation at s / d = 0.28. Necklace vortex excitation occurs in a region where the flow velocity is higher than that of trailing vortex excitation. And the change of the amplitude with respect to the flow velocity due to the necklace vortex excitation is extremely insensitive, and maintains a large value without the amplitude being attenuated in a wide flow velocity region. In the example of FIG. 5, it can be seen that a large amplitude is maintained in a wide range of flow velocity ranging from 7.5 to 13 m / sec. From these data, it can be seen that if the necklace vortex excitation can be used for wind power generation and hydropower generation, a power generation device applicable to a wide range of wind speeds and water flow velocities can be realized.

本発明に係る電力自立型河川監視装置1においては、上記に説明したような縦渦励振の原理を応用した振動発電装置7を備えている。図1および図2に示すように、第1の柱状体11は流体の流れ方向8に対して長手方向が交差するように配設される。第2の柱状体12は第1の柱状体11に対して離間して長手方向が交差するように配設される。第1の柱状体11の両端は、固定ベース4に一端が固定された固定軸14の下端に設けられた板ばね15により弾性支持されている。すなわち、第1の柱状体11は流体の流れ方向8に対しての剛性は高いが、流体の流れ方向8と交差する方向(図中の上下方向)に対する剛性は低く、外力により容易に上下振動するよう支持されている。第1の柱状体11の両端または一端には棒状の永久磁石16が取り付けられており、第1の柱状体11が水中で上下方向に振動すると、永久磁石16も上下方向に振動することになる。永久磁石16の周囲には導電材料からなるコイル17が配設され、コイル装着体(図示省略)によりコイル17は固定ベース4に取付けられている。そして、コイル17の巻線端は制御装置6に接続され、コイル17に発生する電力を制御装置6に供給するようにされている。すなわち、流体の流れにより第1の柱状体11の周囲に縦渦が生ずると、第1の柱状体11は上下方向に振動し、第1の柱状体11の端部に設けられた永久磁石16はコイル17に対して相対運動をする。そうすると、コイル17には電磁誘導作用により交流の電力が発生することになり、制御装置6に電力を供給することができる。また、制御装置6には整流器と充電器および蓄電器が設けられており、振動発電装置7により発生した交流電力を安定した直流電力として制御装置6に供給することができるようにされている。なお、振動発電装置7としては上記したような永久磁石16とコイル17による電磁誘導方式とする他に、第1の柱状体11と固定ベース4との間に圧電素子と該圧電素子を押圧する押圧体からなる発電装置を設けることもできる。   The power self-supporting river monitoring apparatus 1 according to the present invention includes a vibration power generation apparatus 7 that applies the principle of longitudinal vortex excitation as described above. As shown in FIGS. 1 and 2, the first columnar body 11 is disposed so that the longitudinal direction intersects the fluid flow direction 8. The second columnar body 12 is disposed so as to be spaced apart from the first columnar body 11 and in the longitudinal direction. Both ends of the first columnar body 11 are elastically supported by leaf springs 15 provided at the lower end of a fixed shaft 14 whose one end is fixed to the fixed base 4. That is, the first columnar body 11 has high rigidity with respect to the fluid flow direction 8, but has low rigidity with respect to the direction intersecting with the fluid flow direction 8 (vertical direction in the figure), and easily vibrates up and down due to external force. It is supported to do. A rod-shaped permanent magnet 16 is attached to both ends or one end of the first columnar body 11, and when the first columnar body 11 vibrates in the vertical direction in water, the permanent magnet 16 also vibrates in the vertical direction. . A coil 17 made of a conductive material is disposed around the permanent magnet 16, and the coil 17 is attached to the fixed base 4 by a coil mounting body (not shown). The winding end of the coil 17 is connected to the control device 6 so that the electric power generated in the coil 17 is supplied to the control device 6. That is, when a vertical vortex is generated around the first columnar body 11 due to the flow of fluid, the first columnar body 11 vibrates in the vertical direction, and the permanent magnet 16 provided at the end of the first columnar body 11. Moves relative to the coil 17. Then, AC power is generated in the coil 17 by electromagnetic induction, and power can be supplied to the control device 6. Further, the control device 6 is provided with a rectifier, a charger, and a capacitor so that the AC power generated by the vibration power generator 7 can be supplied to the control device 6 as stable DC power. In addition to the electromagnetic induction system using the permanent magnet 16 and the coil 17 as described above, the vibration power generator 7 presses the piezoelectric element and the piezoelectric element between the first columnar body 11 and the fixed base 4. A power generation device made of a pressing body can also be provided.

次に、リング渦流量計について説明する。リング渦流量計は既知の技術であるカルマン渦流量計に属するものであり、流体中に配設されたリング2によりカルマン渦を生じさせてカルマン渦の周波数変化から流速を求めるものである。流体の流れ方向8に対して交差するように配設されたリング2には流速に対応した周波数を有するカルマン渦が発生する。すなわち、カルマン渦列の周波数は流体の流速に応じて変化する。カルマン渦列の周波数が変化すると、リング2が流体から受ける抗力も変化する。そして、リング2は支持体3により支持され、該支持体3と固定ベース4との間に配設された抗力検出器である歪みゲージ5に歪み変化を生じさせる。すなわち、リング2に生じるカルマン渦列による周波数変化は、歪みゲージ5の抵抗変化として検出されることになる。   Next, a ring vortex flowmeter will be described. The ring vortex flowmeter belongs to the Karman vortex flowmeter, which is a known technique, and generates a Karman vortex by the ring 2 disposed in the fluid and obtains the flow velocity from the frequency change of the Karman vortex. A Karman vortex having a frequency corresponding to the flow velocity is generated in the ring 2 arranged so as to intersect the fluid flow direction 8. That is, the frequency of the Karman vortex street changes according to the flow velocity of the fluid. When the frequency of the Karman vortex street changes, the drag that the ring 2 receives from the fluid also changes. The ring 2 is supported by a support 3 and causes a strain change in a strain gauge 5 which is a drag detector disposed between the support 3 and the fixed base 4. That is, the frequency change due to the Karman vortex street generated in the ring 2 is detected as a resistance change of the strain gauge 5.

図6は、制御装置6の構成を示すブロック図である。この制御装置6の構成自体は既知の技術に属するものであり、概略を簡単に説明する。抗力検出器としての歪みゲージ5の抵抗変化はチャージアンプ21により増幅される。なお、初期設定作業として歪みゲージ5とチャージアンプ21との校正が実施される。チャージアンプ21からの出力は低域フィルタ22により基本周波数のみが抽出され、高次の振動周波数はカットされる。流速情報としてのカルマン渦列の振動数は基本周波数に含まれるからである。低域フィルタ22を通過した後の信号は、A/D変換器23を経由して演算装置たるCPU24に入力される。CPU24に入力された信号は、液晶表示器または発光ダイオードからなる表示器25に出力され、人間が流速を直接認識できるよう表示される。また、必要に応じてCPU24に入力された信号は、送信機26を介してアンテナから無線送信され、遠隔地の河川監視局等に送信される。また、制御装置6には、振動発電装置7で発電された電力を蓄電するための蓄電器27、および蓄電器27に蓄電する際に必要となる充電器等が備えられている。   FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the control device 6. The configuration of the control device 6 belongs to a known technique, and the outline will be briefly described. A change in resistance of the strain gauge 5 as a drag detector is amplified by the charge amplifier 21. Note that calibration of the strain gauge 5 and the charge amplifier 21 is performed as an initial setting operation. Only the fundamental frequency is extracted from the output from the charge amplifier 21 by the low-pass filter 22, and the higher-order vibration frequency is cut. This is because the frequency of the Karman vortex street as the flow velocity information is included in the fundamental frequency. The signal after passing through the low-pass filter 22 is input to the CPU 24 which is an arithmetic device via the A / D converter 23. The signal input to the CPU 24 is output to a display 25 consisting of a liquid crystal display or a light emitting diode, and displayed so that a human can directly recognize the flow velocity. Further, a signal input to the CPU 24 as needed is wirelessly transmitted from the antenna via the transmitter 26 and transmitted to a remote river monitoring station or the like. Further, the control device 6 includes a battery 27 for storing the power generated by the vibration power generator 7, a charger necessary for storing the power in the battery 27, and the like.

上記実施例による電力自立型河川監視装置1によれば、流体のエネルギを利用して発電を行なうことができるので、商用電力網の整備されていない場所でも河川状況の監視を行うことができる。また、コンパクトで安価な河川監視装置1を実現でき、長期間にわたって信頼性の高い発電を行うことができる。さらに、送信機26により河川監視情報を遠隔地に無線送信することもできるし、表示器25により河川監視情報を現場で目視にて把握することもできる。また、一時的に発電装置7に不具合が発生しても、蓄電器27に蓄えられた電力により制御装置6を確実に駆動することができる。   According to the power self-supporting river monitoring apparatus 1 according to the above-described embodiment, it is possible to generate power using fluid energy, and therefore it is possible to monitor the river situation even in a place where a commercial power network is not provided. In addition, a compact and inexpensive river monitoring device 1 can be realized, and highly reliable power generation can be performed over a long period of time. Further, the river monitoring information can be wirelessly transmitted to a remote location by the transmitter 26, and the river monitoring information can be grasped visually at the site by the display unit 25. Further, even if a malfunction occurs in the power generation device 7, the control device 6 can be reliably driven by the electric power stored in the battery 27.

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。たとえば上記実施例においては、第1の柱状体11を両端において支持した場合について説明したが、第1の柱状体11は両端支持される場合に限定されるものではなく、片持支持とすることもできる。また、発電装置7を第1の柱状体11の両端ではなく、第1の柱状体11の一端と固定ベース4との間に設けるようにしてもよい。さらに、上記実施例においては、発電装置として流体による振動発電装置7だけを用いたが、必要に応じて固定ベース4に太陽電池パネルを装着して太陽電池と振動発電装置7とを併用することとしてもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention can carry out various deformation | transformation implementation. For example, in the above embodiment, the case where the first columnar body 11 is supported at both ends has been described. However, the first columnar body 11 is not limited to being supported at both ends, and cantilevered support is used. You can also. Further, the power generation device 7 may be provided not between both ends of the first columnar body 11 but between one end of the first columnar body 11 and the fixed base 4. Furthermore, in the said Example, only the vibration power generation device 7 by the fluid was used as a power generation device, However, A solar cell panel is attached to the fixed base 4 as needed, and a solar cell and vibration power generation device 7 are used together. It is good.

本発明の実施例を示す電力自立型河川監視装置の正面図である。It is a front view of the electric power self-supporting river monitoring device showing an embodiment of the present invention. 図1中のA−A矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing in FIG. 図1中のB−B矢視図である。It is a BB arrow line view in FIG. 縦渦の様子を示すものであり、(a)はトレーリング渦励振を、(b)はネックレス渦励振を示す。The state of a longitudinal vortex is shown, (a) shows a trailing vortex excitation, and (b) shows a necklace vortex excitation. 流体の流速と柱状体の振幅との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the flow velocity of a fluid, and the amplitude of a columnar body. 制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a control apparatus.

1 電力自立型河川監視装置(河川監視装置)
2 リング
3 支持体
4 固定ベース
5 抗力検出器(歪みゲージ式検出器、歪みゲージ)
6 制御装置
7 発電装置(振動発電装置)
11 第1の柱状体
12 第2の柱状体
25 表示器
26 送信機
27 蓄電器
1 Electric power self-supporting river monitoring device (river monitoring device)
2 Ring 3 Support 4 Fixed base 5 Drag detector (strain gauge type detector, strain gauge)
6 Control device 7 Power generation device (vibration power generation device)
11 First columnar body
12 Second columnar body
25 Display
26 Transmitter
27 Battery

Claims (9)

流体中に配設されるリングと、前記リングを支持する支持体と、前記支持体と固定ベースとの間に配設され前記リングに作用する抗力を検出する抗力検出器と、前記抗力検出器からの信号を処理する制御装置と、前記制御装置に電力を供給する発電装置とを備え、前記発電装置が流体の流れ方向に対し長手方向が交差するように配設された第1の柱状体と、前記第1の柱状体に対し離間して長手方向が交差するように配設された第2の柱状体と、前記第1の柱状体と前記固定ベースとの間に配設された振動発電装置と、を備えることを特徴とする電力自立型河川監視装置。 A ring disposed in a fluid; a support for supporting the ring; a drag detector disposed between the support and a fixed base for detecting a drag acting on the ring; and the drag detector A first columnar body that includes a control device that processes a signal from the power generation device and a power generation device that supplies power to the control device, the power generation device being disposed so that a longitudinal direction intersects a fluid flow direction And a second columnar body arranged to be separated from the first columnar body and intersecting in the longitudinal direction, and a vibration disposed between the first columnar body and the fixed base. A power self-supporting river monitoring device comprising: a power generation device. 前記振動発電装置が電磁誘導方式であることを特徴とする請求項記載の電力自立型河川監視装置。 The vibration power generator power freestanding river monitoring device according to claim 1, characterized in that the electromagnetic induction method. 前記振動発電装置が圧電素子と該圧電素子を押圧する押圧体からなる発電装置であることを特徴とする請求項記載の電力自立型河川監視装置。 The vibration power generator power freestanding river monitoring device according to claim 1, characterized in that the power generating apparatus comprising a pressing member for pressing the piezoelectric element and the piezoelectric element. 前記抗力検出器が歪みゲージ式検出器であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置。 The power self-supporting river monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the drag detector is a strain gauge type detector. 前記制御装置が河川監視情報を送信する送信機を備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置。 The power self-supporting river monitoring device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the control device includes a transmitter that transmits river monitoring information. 前記制御装置が河川監視情報を表示する表示器を備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置。 The said control apparatus is provided with the indicator which displays river monitoring information, The electric power self-supporting river monitoring apparatus of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記発電装置が発生する電力を蓄える蓄電器を備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置。 The power self-supporting river monitoring device according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a capacitor that stores electric power generated by the power generation device. 前記固定ベースが水中に固定されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置。 The power self-supporting river monitoring device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the fixed base is fixed in water. 前記固定ベースが水面に浮上係留されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の電力自立型河川監視装置。 The power self-supporting river monitoring device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the fixed base is levitated and moored on a water surface.
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