JP5434548B2 - Flow velocity distribution measuring method and flow velocity distribution measuring apparatus - Google Patents

Flow velocity distribution measuring method and flow velocity distribution measuring apparatus Download PDF

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Description

本発明は、超音波を用いて水路の流速分布を測定する流速分布計測方法および流速分布計測装置に関するものである。   The present invention relates to a flow velocity distribution measuring method and a flow velocity distribution measuring apparatus for measuring a flow velocity distribution in a water channel using ultrasonic waves.

水力発電は、水の流量によって発電機出力が変化する。水の流量はダムや取水堰を設けて制御する場合もあるが、小型の水力発電においては自然河川から分岐させて取水する場合もある。この場合において分岐された水路のうち上部に覆いがないものは開水路または開渠と称されており、数mのものから数十mのものまで様々な幅のものがある。このような水路の流量は、水力発電における河川計画や管理上最も重要な観測データの一つである。   In hydroelectric power generation, the generator output varies depending on the flow rate of water. The flow rate of water may be controlled by providing a dam or intake weir, but in small hydroelectric power generation, the water may be diverted from a natural river. In this case, the branched water channel that does not cover the upper part is called an open water channel or open channel, and has various widths from several meters to several tens of meters. Such water flow is one of the most important observation data for river planning and management in hydropower generation.

大規模な水路の流量を計測する上では、水位や水路の断面形状、流速分布を取得する必要があるが、このうち時空間変化が顕著な流速分布の計測が最も重要となる。流速分布を横断面全体で計測するには、多くの一級河川の川幅が数十から数百メートル以上であることを考慮すると、効率よく流速計測を行うことが必須である。   In order to measure the flow rate of a large channel, it is necessary to acquire the water level, the cross-sectional shape of the channel, and the flow velocity distribution. Of these, measurement of the flow velocity distribution with a significant spatiotemporal change is the most important. In order to measure the flow velocity distribution over the entire cross section, it is essential to measure the flow velocity efficiently considering that the width of many first-class rivers is several tens to several hundred meters or more.

流速分布計測装置としては、超音波センサを用いた計測装置およびその手法がよく知られている。この計測装置は、水中に発振した超音波が水中の浮遊物や気泡に反射して戻ってきた反射波を受信して流速分布を計測するものであり、主にドップラー法と相互相関法が利用されている。特にドップラー法を用いた超音波流速分布流量計は、導管が不透明であっても、また流体自体が不透明であっても導管内の液体の流速分布や流量を測定することができるため、懸濁液や水銀、ナトリウム等の液体金属等の様々な不透明流体の流速測定に適応できるという利点を有している(例えば特許文献1)。また市場では、ドップラー法を利用した流量測定装置(ADCP:Acoustic Doppler Current Profiler)が広く提供され、利用されている。   As a flow velocity distribution measuring apparatus, a measuring apparatus using an ultrasonic sensor and its method are well known. This measuring device measures the flow velocity distribution by receiving the reflected wave that is reflected by the ultrasonic wave oscillated in the water and reflected by the suspended matter or bubbles in the water, and mainly uses the Doppler method and the cross-correlation method. Has been. In particular, ultrasonic flow velocity distribution flowmeters using the Doppler method can measure the flow velocity distribution and flow rate of liquid in a conduit even if the conduit is opaque or the fluid itself is opaque. It has an advantage that it can be applied to the measurement of the flow velocity of various opaque fluids such as liquid, mercury, and liquid metals such as sodium (for example, Patent Document 1). In the market, a flow measuring device (ADCP: Acoustic Doppler Current Profiler) using the Doppler method is widely provided and used.

特開2000−97742号公報JP 2000-97742 A

特許文献1に記載の超音波式流速分布流量測定装置に限らず、超音波を利用した流速分布計測装置では、計測に際して、液体の音速(音速値)を入力する必要がある。音速値を算出する方法としては、例えば液体の温度や圧力等の条件と理科年表などの文献値を用いて算出する方法がある。しかし、この方法で求められる音速値はあくまでも理論値であるため、この値が必ずしも測定環境に合致した値であるとは限らなかった。特に、測定対象が河川水や海水であると、状況の変化が著しいためこのような理論値を適用できない場合のほうが多かった。   The flow velocity distribution measuring apparatus using ultrasonic waves is not limited to the ultrasonic flow velocity distribution flow measuring apparatus described in Patent Document 1, and it is necessary to input the sound velocity (sound velocity value) of the liquid at the time of measurement. As a method of calculating the sound velocity value, for example, there is a method of calculating using conditions such as the temperature and pressure of the liquid and literature values such as a science chronology. However, since the sound speed value obtained by this method is a theoretical value, this value is not always a value that matches the measurement environment. In particular, when the measurement object is river water or seawater, there are more cases where such theoretical values cannot be applied because the change in the situation is remarkable.

そこで、他の算出方法として、音速計測用のセンサや計測ユニットを用いる方法がある。これによれば、発射位置からセンサまでの距離が予めわかっているため、流体に発射された超音波がセンサまで戻ってくる時間から音速値を算出することができる。したがって、測定環境に即した値を得ることができる。しかしながら、この方法では、音速計測用のセンサや計測ユニットを用いるためコストが増してしまったり、計測システムの複雑化を招いてしまったりするという課題が生じていた。   Therefore, as another calculation method, there is a method using a sensor for measuring sound velocity or a measurement unit. According to this, since the distance from the launch position to the sensor is known in advance, the sound velocity value can be calculated from the time when the ultrasonic wave emitted to the fluid returns to the sensor. Therefore, a value suitable for the measurement environment can be obtained. However, this method has a problem that the cost is increased because the sound speed measurement sensor and the measurement unit are used, and the measurement system is complicated.

本発明は、このような課題に鑑み、簡略な構成であっても測定環境に即した音速値を算出でき、より高精度の流速分布を計測することが可能な流速分布計測方法および流速分布計測装置を提供することを目的としている。   In view of such problems, the present invention is capable of calculating a sound velocity value suitable for a measurement environment even with a simple configuration, and capable of measuring a flow velocity distribution with higher accuracy and a flow velocity distribution measurement. The object is to provide a device.

上記課題を解決するために、本発明にかかる流速分布計測方法の代表的な構成は、超音波を用いて流体の流速分布を計測する流速分布計測方法であって、超音波を反射させる反射部材を流体中の超音波のサイドローブの発射方向に設置し、流体中に超音波を発射し、発射された超音波のサイドローブが反射部材に反射して生じる反射波を受信し、超音波の発射位置から反射部材までの距離と、超音波を発射してから反射波を受信するまでの時間とを用いて流体の音速値を算出し、音速値と、超音波のメインローブが流体中の反射体に反射して生じる反射波とを用いて流体の流速分布を求めることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a typical configuration of a flow velocity distribution measuring method according to the present invention is a flow velocity distribution measuring method for measuring a flow velocity distribution of a fluid using ultrasonic waves, and a reflecting member that reflects ultrasonic waves. Is installed in the direction of the emission of the ultrasonic side lobe in the fluid, the ultrasonic wave is emitted into the fluid, the reflected ultrasonic wave is reflected on the reflecting member, and the reflected wave is received. The sound speed value of the fluid is calculated using the distance from the launch position to the reflecting member and the time from when the ultrasonic wave is emitted until the reflected wave is received, and the sound speed value and the main lobe of the ultrasonic wave are in the fluid. It is characterized in that a flow velocity distribution of a fluid is obtained using a reflected wave generated by reflection on a reflector.

上記構成によれば、超音波の副極であるサイドローブが反射部材に反射して生じる反射波によって音速値を算出し、超音波の主極であるメインローブが泡などの反射体に反射して生じる反射波から流速を算出する際にその音速値を用いることができる。これにより、簡略な構成であっても測定環境に即した音速値を算出でき、より高精度の流速分布を計測することが可能である。   According to the above configuration, the sound velocity value is calculated by the reflected wave generated by the reflection of the side lobe, which is a sub-polar of the ultrasonic wave, on the reflecting member, and the main lobe, which is the main pole of the ultrasonic wave, is reflected by a reflector such as a bubble. The sound velocity value can be used when calculating the flow velocity from the reflected wave generated by the above. Thereby, even if it is a simple structure, the sound speed value according to the measurement environment can be calculated, and it is possible to measure a more accurate flow velocity distribution.

上記の反射波の受信により得られる信号を所定時間重畳し、重畳により増幅する信号を定在波として検出し、定在波を所定時間で除算した値を、流体の流速分布を求める際に用いる信号から減算して信号を補正し、補正された信号を用いて流体の流速分布を求めるとよい。   The signal obtained by receiving the reflected wave is superimposed for a predetermined time, the signal amplified by the superposition is detected as a standing wave, and the value obtained by dividing the standing wave by the predetermined time is used when obtaining the flow velocity distribution of the fluid. The signal may be corrected by subtracting from the signal, and the fluid flow velocity distribution may be obtained using the corrected signal.

上述した超音波のサイドローブが反射部材に反射して生じる反射波による信号は、音速値の算出には有用であるが、流速分布の算出においてはノイズとなってしまう。しかし、上記構成によれば、定在波を用いた補正により、流体の流速分布を求める際に用いる信号からサイドローブの反射波による信号を除去し、補正された信号を用いて流体の流速分布を求めることができる。   The signal of the reflected wave generated by the reflection of the ultrasonic side lobe described above on the reflecting member is useful for calculating the sound velocity value, but becomes noise in calculating the flow velocity distribution. However, according to the above configuration, the signal using the reflected wave of the side lobe is removed from the signal used when determining the fluid flow velocity distribution by the correction using the standing wave, and the fluid flow velocity distribution using the corrected signal. Can be requested.

上記の求められた流速分布の波形のうち、流速が下降する負のピークを、ピーク前後の値を除外した近似関数により補完して、求められた流速分布を補正するとよい。これにより、信号の重畳等を行うことなく流速分布を補正することができる。したがって、データ処理に要する時間および負荷を削減しつつ、データの精度を高めることが可能となる。   It is preferable to correct the obtained flow velocity distribution by complementing the negative peak at which the flow velocity decreases in the obtained flow velocity distribution waveform with an approximation function excluding values before and after the peak. Thereby, the flow velocity distribution can be corrected without superimposing signals. Therefore, it is possible to improve data accuracy while reducing the time and load required for data processing.

上記課題を解決するために、本発明にかかる流速分布計測装置の代表的な構成は、超音波を用いて流体の流速分布を計測する流速分布計測装置であって、流体中に超音波を発射する超音波発射部と、流体中の超音波のサイドローブの発射方向に設けられ超音波を反射させる反射部材と、超音波が反射部材または流体中の反射体に反射して生じる反射波を受信する反射波受信部と、超音波発射部から反射部材までの距離と、超音波発射部が超音波を発射してから反射波受信部が反射波を受信するまでの時間とを用いて流体の音速値を算出する音速算出部と、音速値と、超音波のメインローブが流体中の反射体に反射して生じる反射波とを用いて流体の流速分布を求める流速分布計算部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a typical configuration of a flow velocity distribution measuring apparatus according to the present invention is a flow velocity distribution measuring apparatus that measures the flow velocity distribution of a fluid using ultrasonic waves, and emits ultrasonic waves into the fluid. Receiving the reflected wave generated by the reflection of the ultrasonic wave to the reflection member or the reflector in the fluid, and the reflection member provided in the emission direction of the side lobe of the ultrasonic wave in the fluid to reflect the ultrasonic wave The reflected wave receiving unit, the distance from the ultrasonic wave emitting unit to the reflecting member, and the time from when the ultrasonic wave emitting unit emits the ultrasonic wave until the reflected wave receiving unit receives the reflected wave, A sound velocity calculation unit that calculates a sound velocity value, a velocity distribution calculation unit that obtains a fluid flow velocity distribution using the sound velocity value and a reflected wave that is generated when the ultrasonic main lobe is reflected by a reflector in the fluid. It is characterized by that.

上述した流速分布計測方法における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該流速分布計測装置にも適用可能である。   The components corresponding to the technical idea in the above-described flow velocity distribution measuring method and the description thereof can be applied to the flow velocity distribution measuring apparatus.

上記の反射部材の形状は、板状または棒状であるとよい。かかる構成であれば超音波が反射しやすく、また流体の流れを阻害しないため流体の流速分布の計測を妨げることがない。   The shape of the reflection member may be a plate shape or a rod shape. With such a configuration, ultrasonic waves are easily reflected, and the flow of the fluid is not hindered, so that measurement of the flow velocity distribution of the fluid is not hindered.

上記の反射部材は、流体の流れ方向に沿う姿勢で設置されているとよい。これにより、流体の流れ方向と反射部材の設置方向が同一となるため、反射部材は流体の流れの支障とならない。したがって、流体の流れが安定し、より正確な流速分布を求めることが可能となる。   The reflection member may be installed in a posture along the fluid flow direction. Thereby, since the flow direction of the fluid is the same as the installation direction of the reflection member, the reflection member does not hinder the flow of the fluid. Therefore, the fluid flow is stabilized, and a more accurate flow velocity distribution can be obtained.

本発明によれば、簡略な構成であっても測定環境に即した音速値を算出でき、より高精度の流速分布を計測することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to calculate a sound velocity value in accordance with a measurement environment even with a simple configuration, and to measure a flow velocity distribution with higher accuracy.

本実施形態にかかる流速分布計測装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the flow-velocity distribution measuring apparatus concerning this embodiment. 本実施形態にかかる流速分布計測装置の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the function structure of the flow-velocity distribution measuring apparatus concerning this embodiment. 反射波の詳細について説明する模式図であるIt is a schematic diagram explaining the detail of a reflected wave 反射波の信号の波形図および計測した流速分布の波形図である。It is a waveform diagram of a reflected wave signal and a waveform diagram of a measured flow velocity distribution. 本実施形態にかかる流速分布計測方法について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the flow-velocity distribution measuring method concerning this embodiment.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

本実施形態にかかる流速分布計測方法および流速分布計測装置は、水路における流体の流速分布を計測するものであり、代表例として水力発電の取水用の水路における流速分布を計測するものである。以下の説明では、理解を容易にするために、本実施形態にかかる流速分布計測装置について詳述した後に、かかる流速分布計測装置を用いた流速分布計測方法について詳細に説明する。   A flow velocity distribution measuring method and a flow velocity distribution measuring apparatus according to the present embodiment measure a flow velocity distribution of a fluid in a water channel, and measure a flow velocity distribution in a water channel for intake of hydroelectric power generation as a representative example. In the following description, in order to facilitate understanding, the flow velocity distribution measuring apparatus according to the present embodiment will be described in detail, and then the flow velocity distribution measuring method using the flow velocity distribution measuring apparatus will be described in detail.

(流速分布計測装置)
図1は、本実施形態にかかる流速分布計測装置の概略構成を示す図である。図1に示すように、当該流速分布計測装置による流速分布計測の測定対象となる水路100には、流体104が白抜矢印の方向に流れており、流体104には、超音波260の反射体となる気泡106が含まれている。これにより、超音波260が気泡106に反射して生じた反射波を受信して流体104の流速分布を計測することが可能となる。なお、気泡106は、例えば流速分布計測装置200より上流側において水路100内に不図示の気泡発生装置を配置することにより発生させることができる。
(Flow velocity distribution measuring device)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a flow velocity distribution measuring apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fluid 104 flows in the direction of the white arrow in the water channel 100 that is the measurement target of the flow velocity distribution measurement by the flow velocity distribution measuring apparatus. Is included. As a result, it is possible to receive the reflected wave generated when the ultrasonic wave 260 is reflected by the bubble 106 and measure the flow velocity distribution of the fluid 104. The bubble 106 can be generated by disposing a bubble generator (not shown) in the water channel 100 on the upstream side of the flow velocity distribution measuring device 200, for example.

また図1に示すように、本実施形態にかかる流速分布計測装置(以下、計測装置200と称する)は、主に、測定端末210と、探触子250と、反射部材270とから構成され、測定端末210と探触子250はケーブル202を介して有線で接続されている。また探触子250と反射部材270は共に固定冶具272に固定されている。   As shown in FIG. 1, the flow velocity distribution measuring device (hereinafter referred to as a measuring device 200) according to the present embodiment is mainly composed of a measuring terminal 210, a probe 250, and a reflecting member 270. The measurement terminal 210 and the probe 250 are connected via a cable 202 by wire. Both the probe 250 and the reflecting member 270 are fixed to a fixing jig 272.

図2は、本実施形態にかかる流速分布計測装置200の機能構成を示すブロック図である。図2に示す測定端末210は、制御部212と、記憶部224と、表示部226と、入力部228とを含んで構成され、後述する探触子250による超音波260の入力を制御し、且つかかる探触子250により受信された反射波を計算処理する。   FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the flow velocity distribution measuring apparatus 200 according to the present embodiment. A measurement terminal 210 shown in FIG. 2 includes a control unit 212, a storage unit 224, a display unit 226, and an input unit 228. The measurement terminal 210 controls input of an ultrasonic wave 260 by a probe 250 described later, The reflected wave received by the probe 250 is calculated.

制御部212は、中央処理装置(CPU)を含む半導体集積回路により計測装置200全体を管理および制御する。また本実施形態では、制御部212は、パルサー214、レシーバ216、A/D変換部218、音速算出部220、流速分布計算部222としても機能する。   The control unit 212 manages and controls the entire measuring apparatus 200 using a semiconductor integrated circuit including a central processing unit (CPU). In this embodiment, the control unit 212 also functions as a pulsar 214, a receiver 216, an A / D conversion unit 218, a sound speed calculation unit 220, and a flow velocity distribution calculation unit 222.

パルサー214は、ケーブル202を介して超音波発射部252に超音波の波形に応じた電気信号(電流)を送信する。電気信号は超音波発射部252を駆動させるための所定の周波数および間隔で送信される。レシーバ216は、反射波受信部254が超音波260の反射波を受けて生じたアナログ信号を増幅する。A/D変換部218は、レシーバ216によって増幅されたアナログ信号としての反射波をデジタル信号に変換する。   The pulser 214 transmits an electrical signal (current) corresponding to the waveform of the ultrasonic wave to the ultrasonic wave emitting unit 252 via the cable 202. The electrical signal is transmitted at a predetermined frequency and interval for driving the ultrasonic emitter 252. The receiver 216 amplifies an analog signal generated when the reflected wave receiving unit 254 receives the reflected wave of the ultrasonic wave 260. The A / D converter 218 converts the reflected wave as an analog signal amplified by the receiver 216 into a digital signal.

音速算出部220は、超音波発射部252から反射部材270までの距離と、超音波発射部252が超音波260を発射してから反射波受信部254が反射波を受信するまでの時間とを用いて流体の音速値を算出する。なお、音速算出部220による音速値の算出の詳細については後に詳述する。   The sound speed calculation unit 220 calculates the distance from the ultrasonic wave emitting unit 252 to the reflecting member 270 and the time from when the ultrasonic wave emitting unit 252 emits the ultrasonic wave 260 until the reflected wave receiving unit 254 receives the reflected wave. To calculate the sound velocity value of the fluid. Details of the calculation of the sound speed value by the sound speed calculation unit 220 will be described later.

流速分布計算部222は、音速算出部220により算出された音速値と、超音波260のメインローブ260aが流体104中の気泡106(流体中の反射体)に反射して生じる反射波とを用いて流速分布を求める。また本実施形態では、流速分布計算部222は、反射波の受信により得られる信号、すなわち流速分布を求める際に用いる信号や流速分布の補正も行う。なお、流速分布計算部222による流速分布の算出および補正については後述する。   The flow velocity distribution calculation unit 222 uses the sound velocity value calculated by the sound velocity calculation unit 220 and the reflected wave that is generated when the main lobe 260a of the ultrasonic wave 260 is reflected by the bubble 106 (the reflector in the fluid) in the fluid 104. To obtain the flow velocity distribution. In the present embodiment, the flow velocity distribution calculation unit 222 also corrects a signal obtained by receiving the reflected wave, that is, a signal used when obtaining the flow velocity distribution and the flow velocity distribution. The calculation and correction of the flow velocity distribution by the flow velocity distribution calculation unit 222 will be described later.

記憶部224は、ROM、RAM、EEPROM、不揮発性RAM、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成され、制御部212で処理されるプログラムを記憶する。表示部226は、液晶ディスプレイ、EL(Electro Luminescence)、PDP(Plasma Display Panel)等で構成され、記憶部224に記憶されたアプリケーションのGUI(Graphical User Interface)を表示することができる。   The storage unit 224 includes a ROM, a RAM, an EEPROM, a nonvolatile RAM, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), and the like, and stores a program processed by the control unit 212. The display unit 226 includes a liquid crystal display, EL (Electro Luminescence), PDP (Plasma Display Panel), and the like, and can display a GUI (Graphical User Interface) of an application stored in the storage unit 224.

入力部228は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等の複数のキー(スイッチ)やマウス等から構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。例えば、入力部228により、超音波発射部252から反射部材270までの距離を入力することができる。   The input unit 228 includes a plurality of keys (switches) such as a keyboard, a cross key, and a joystick, a mouse, and the like, and receives a user operation input. For example, the distance from the ultrasound emitting unit 252 to the reflecting member 270 can be input by the input unit 228.

探触子250は、固定冶具272に取り付けられ、流体104の流れに対して傾斜した状態で先端が流体104中に配置され、流体104中への超音波260の発射、および流体104中を透過した反射波の受信を行う。かかる探触子250は、超音波発射部252と、反射波受信部254とを含んで構成される。   The probe 250 is attached to a fixed jig 272, and a tip is disposed in the fluid 104 while being inclined with respect to the flow of the fluid 104, and the ultrasonic wave 260 is emitted into the fluid 104 and transmitted through the fluid 104. Receive the reflected wave. The probe 250 includes an ultrasonic wave emitting unit 252 and a reflected wave receiving unit 254.

超音波発射部252は流体104中に超音波260を発射する。再度図1を参照すると、超音波発射部252から発射された超音波260は、主にメインローブ260aとサイドローブ260bとなって流体104内を透過する。詳細には、メインローブ260a(主極とも称される)とは、超音波260を発射する探触子250の中心軸方向に指向性を有し、探触子250から実線矢印方向に直進する強い波である。サイドローブ260b(副極とも称される)とは、メインローブ260aの直進方向と一定の角度θをなした外側方向、すなわちメインローブ260aを包囲するように、円錐状に探触子250から破線矢印方向に放射される弱い波である。   The ultrasonic wave emitting unit 252 emits an ultrasonic wave 260 into the fluid 104. Referring to FIG. 1 again, the ultrasonic wave 260 emitted from the ultrasonic wave emitting unit 252 mainly passes through the fluid 104 as a main lobe 260a and a side lobe 260b. Specifically, the main lobe 260a (also referred to as a main pole) has directivity in the central axis direction of the probe 250 that emits the ultrasonic wave 260, and goes straight from the probe 250 in the direction of the solid arrow. It is a strong wave. The side lobe 260b (also referred to as a sub-pole) is a broken line from the probe 250 in a conical shape so as to surround the main lobe 260a in an outer direction that forms a constant angle θ with the straight direction of the main lobe 260a. A weak wave radiated in the direction of the arrow.

なおサイドローブ260bは、図では両側に1つずつのみ描いているが、実際には異なる角度に複数のサイドローブが生じる。複数のサイドローブは、角度θが開くほどに強度が弱くなる。本実施形態では複数のサイドローブのいずれを用いてもよい。強度を考慮すればメインローブ260aに近いものが好ましいが、あまり近いとメインローブ260aから発射された超音波の乱反射が反射部材270に反射してしまうおそれもある。そこで、探触子250の固定冶具272に対する傾斜角度と反射部材270の大きさ(寸法)と、サイドローブの強度とを勘案して、利用するサイドローブ260bを適宜選択することができる。   Although only one side lobe 260b is drawn on each side in the figure, a plurality of side lobes are actually generated at different angles. The strength of the side lobes decreases as the angle θ increases. In the present embodiment, any of a plurality of side lobes may be used. In consideration of the intensity, the one close to the main lobe 260a is preferable, but if it is too close, the irregular reflection of the ultrasonic wave emitted from the main lobe 260a may be reflected on the reflecting member 270. Therefore, the side lobe 260b to be used can be appropriately selected in consideration of the inclination angle of the probe 250 with respect to the fixing jig 272, the size (dimension) of the reflecting member 270, and the strength of the side lobe.

反射波受信部254は、超音波260が反射部材270または気泡106(流体中の反射体)に反射して生じる反射波を受信する。詳細については後述するが、本実施形態では、反射波受信部254が受信した、メインローブ260aの反射波を用いて流速分布を計測し、サイドローブ260bの反射波を用いて音速値を算出する。   The reflected wave receiving unit 254 receives a reflected wave that is generated when the ultrasonic wave 260 is reflected by the reflecting member 270 or the bubble 106 (a reflector in the fluid). Although details will be described later, in the present embodiment, the flow velocity distribution is measured using the reflected wave of the main lobe 260a received by the reflected wave receiving unit 254, and the sound velocity value is calculated using the reflected wave of the side lobe 260b. .

反射部材270(図1参照)は、固定冶具272に固定された状態で、流体中の超音波260のサイドローブ260bの発射方向に設けられ超音波260を反射させる部材である。かかる反射部材270は、サイドローブ260bの通過領域内且つメインローブ260aの通過領域外となる位置に設けられる。これにより、メインローブ260aを反射させずに、サイドローブ260bのみを確実に反射させ音速値の算出を好適に行うことが可能となる。   The reflecting member 270 (see FIG. 1) is a member that reflects the ultrasonic wave 260 provided in the emitting direction of the side lobe 260b of the ultrasonic wave 260 in the fluid while being fixed to the fixing jig 272. The reflecting member 270 is provided at a position that is within the passage region of the side lobe 260b and outside the passage region of the main lobe 260a. Accordingly, it is possible to appropriately calculate only the side lobe 260b without reflecting the main lobe 260a, and to calculate the sound speed value.

上記の反射部材270の形状は、板状または棒状であるとよい。これにより、サイドローブ260b(超音波260)の反射が容易となる。また流体104の流れを阻害しないため流速分布の計測を妨げることがない。また反射部材270は流体104の流れ方向に沿う姿勢で設置されているとよい。これにより、流体104の流れ方向と反射部材270の設置方向が同一となるため、反射部材270が流体104の流れを阻害することがない。したがって、流体104の流れが安定し、より正確な流速分布を求めることが可能となる。   The shape of the reflecting member 270 may be a plate shape or a rod shape. Thereby, reflection of the side lobe 260b (ultrasonic wave 260) becomes easy. Further, since the flow of the fluid 104 is not hindered, measurement of the flow velocity distribution is not hindered. The reflecting member 270 may be installed in a posture along the flow direction of the fluid 104. Thereby, since the flow direction of the fluid 104 and the installation direction of the reflection member 270 become the same, the reflection member 270 does not obstruct the flow of the fluid 104. Therefore, the flow of the fluid 104 is stabilized, and a more accurate flow velocity distribution can be obtained.

(音速算出部220および流速分布計算部222による処理)
次に、音速算出部220による音速値の算出、並びに流速分布計算部222による流速分布の算出および補正について説明する。図3は、反射波の詳細について説明する模式図である。上述したように、探触子250の超音波発射部252から流体104中に超音波260が発射されると、超音波260はメインローブ260aおよびサイドローブ260bとなって流体104内を透過する(図1参照)。
(Processing by the sound velocity calculation unit 220 and the flow velocity distribution calculation unit 222)
Next, calculation of the sound velocity value by the sound velocity calculation unit 220 and calculation and correction of the flow velocity distribution by the flow velocity distribution calculation unit 222 will be described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating details of the reflected wave. As described above, when the ultrasonic wave 260 is emitted into the fluid 104 from the ultrasonic wave emitting unit 252 of the probe 250, the ultrasonic wave 260 passes through the fluid 104 as the main lobe 260a and the side lobe 260b ( (See FIG. 1).

すると、図3(a)に示すように、メインローブ260aの一部は、探触子250先端近傍の気泡106に反射し、メインローブ260aの反射波262a(以下、単に反射波262aと称する)が生じる。またサイドローブ260bは、反射部材270に反射し、サイドローブ260bの反射波262b(以下、単に反射波262bと称する)が生じる。そして、これらの反射波262aおよび262bは、探触子250に到達し、反射波受信部254に受信される。   Then, as shown in FIG. 3A, a part of the main lobe 260a is reflected by the bubble 106 near the tip of the probe 250, and the reflected wave 262a of the main lobe 260a (hereinafter simply referred to as the reflected wave 262a). Occurs. The side lobe 260b is reflected by the reflecting member 270, and a reflected wave 262b (hereinafter simply referred to as a reflected wave 262b) of the side lobe 260b is generated. These reflected waves 262 a and 262 b reach the probe 250 and are received by the reflected wave receiving unit 254.

このとき、超音波260の発射位置すなわち探触子250から反射部材270までの距離Lは、既知であり、略一定である。したがって、反射波受信部254が反射波262bを受信することにより、超音波260を発射してからかかる反射波262bを受信するまでの時間を求められる。これにより、探触子250から反射部材270までの距離L、および超音波260を発射してから反射波262bを受信するまでの時間を用いて音速値を算出することができる。   At this time, the emission position of the ultrasonic wave 260, that is, the distance L from the probe 250 to the reflecting member 270 is known and is substantially constant. Therefore, when the reflected wave receiving unit 254 receives the reflected wave 262b, the time from when the ultrasonic wave 260 is emitted until the reflected wave 262b is received can be obtained. Thereby, the sound velocity value can be calculated using the distance L from the probe 250 to the reflecting member 270 and the time from when the ultrasonic wave 260 is emitted until the reflected wave 262b is received.

上記のようにして算出される音速値は、測定対象となる流体104中に実際に超音波260を発射して得られるので、流体104の水温や水質のような環境影響を含んだ値、すなわち測定環境に即した値である。このため、かかる音速値を用いれば、流体の流速分布を高い精度で計測することが可能となる。   The sound velocity value calculated as described above is obtained by actually emitting the ultrasonic wave 260 into the fluid 104 to be measured. Therefore, the sound velocity value is a value including environmental influences such as the water temperature and water quality of the fluid 104, that is, It is a value according to the measurement environment. For this reason, if such a sound velocity value is used, the flow velocity distribution of the fluid can be measured with high accuracy.

図3(a)において気泡106に反射せず流体104中を更に直進したメインローブ260aは、図3(b)に示すように水路100中を流れる気泡106に反射し、反射波262aが生じる。この反射波262aも探触子250に到達し、反射波受信部254に受信される。そして、図3(a)および(b)のメインローブ260aの反射波262aを所定時間継続して受信することにより、流速分布計算部222は、反射波262aと、音速算出部220により算出された音速値とを用いて流速分布を求めることができる。   In FIG. 3A, the main lobe 260a that has further traveled straight through the fluid 104 without being reflected by the bubble 106 is reflected by the bubble 106 flowing through the water channel 100 as shown in FIG. 3B, and a reflected wave 262a is generated. The reflected wave 262 a also reaches the probe 250 and is received by the reflected wave receiving unit 254. Then, by continuously receiving the reflected wave 262a of the main lobe 260a shown in FIGS. 3A and 3B, the flow velocity distribution calculation unit 222 is calculated by the reflected wave 262a and the sound velocity calculation unit 220. The flow velocity distribution can be obtained using the sound velocity value.

図3(b)においても気泡106に反射せずに流体104中を更に直進したメインローブ260aは、図3(c)に示すように水路100の底面100aに反射し、反射波262cが生じる。この反射波262cも探触子250に到達し、反射波受信部254に受信される。   In FIG. 3B as well, the main lobe 260a that travels further straight in the fluid 104 without being reflected by the bubbles 106 is reflected by the bottom surface 100a of the water channel 100 as shown in FIG. 3C, and a reflected wave 262c is generated. This reflected wave 262 c also reaches the probe 250 and is received by the reflected wave receiving unit 254.

図4は、反射波の信号の波形図および計測した流速分布の波形図である。図3(a)〜(c)に示した反射波262a、262bおよび262cを反射波受信部254が受信すると、反射波の信号の波形は図4(a)に示すような形状となる。詳細には、反射波受信部254では、まずメインローブ260aが探触子250近傍の気泡106に反射した反射波262aが受信され、弱い信号が検出される。その後、反射波受信部254では、かかる反射波262aと共に、サイドローブ260bが反射部材270に反射した反射波262bが受信され、強い信号が検出される。   FIG. 4 is a waveform diagram of a reflected wave signal and a waveform diagram of a measured flow velocity distribution. When the reflected wave receiving unit 254 receives the reflected waves 262a, 262b, and 262c shown in FIGS. 3A to 3C, the waveform of the reflected wave signal has a shape as shown in FIG. Specifically, the reflected wave receiving unit 254 first receives the reflected wave 262a that the main lobe 260a reflects on the bubble 106 in the vicinity of the probe 250, and detects a weak signal. Thereafter, the reflected wave receiving unit 254 receives the reflected wave 262b reflected by the reflecting member 270 along with the reflected wave 262a, and a strong signal is detected.

この強い信号、すなわちサイドローブ260bが反射部材270に反射して生じる反射波262bによる信号は、音速値の算出には極めて有用である。しかし、反射波262bによる信号が強すぎるため、反射波262bと同じ時間帯に受信された反射波262aの信号は、反射波262bによる信号に埋もれてしまう。すなわち、反射波262bによる信号は流速分布の算出においてはノイズとなってしまう。   This strong signal, that is, the signal generated by the reflected wave 262b that is generated when the side lobe 260b is reflected by the reflecting member 270 is extremely useful for calculating the sound velocity value. However, since the signal by the reflected wave 262b is too strong, the signal of the reflected wave 262a received in the same time zone as the reflected wave 262b is buried in the signal by the reflected wave 262b. That is, the signal by the reflected wave 262b becomes noise in the calculation of the flow velocity distribution.

そして、図4(a)のような波形の反射波の信号を用いて流速分布を算出すると、流速分布の波形は図4(b)に示すような形状となり、反射部材270が設置されている距離における流速部分には負のピーク264が生じる。このため、その部分の流速を正確に把握できなくなってしまう。   When the flow velocity distribution is calculated using the reflected wave signal having a waveform as shown in FIG. 4A, the waveform of the flow velocity distribution has a shape as shown in FIG. 4B, and the reflecting member 270 is installed. A negative peak 264 occurs in the flow velocity portion at distance. For this reason, it becomes impossible to accurately grasp the flow velocity at that portion.

そこで、本実施形態では、流速分布計算部222は、反射波の受信により得られる信号、すなわち流速分布を求める際に用いる信号を補正する。かかる補正では、まず流速分布計算部222は、反射波の受信により得られる一連の信号を所定時間(所定回数)重畳し、重畳した回数で除算する。このとき、メインローブ260aによる反射波262aはランダムであるため、ゼロに近づく。一方、上述した超音波260の発射位置(探触子250)から反射部材270までの距離は固定であるため、サイドローブ260bの反射波262bによる信号は常に同じ強度で検出される。このため図4(c)に示すように、信号を所定時間重畳すると反射波262bによる信号は波形が明瞭となり、略一定の定在波266として検出することができる。   Therefore, in the present embodiment, the flow velocity distribution calculation unit 222 corrects a signal obtained by receiving the reflected wave, that is, a signal used when obtaining the flow velocity distribution. In such correction, first, the flow velocity distribution calculation unit 222 superimposes a series of signals obtained by receiving the reflected wave for a predetermined time (predetermined number of times) and divides by the number of times of superimposition. At this time, since the reflected wave 262a by the main lobe 260a is random, it approaches zero. On the other hand, since the distance from the emission position of the ultrasonic wave 260 (probe 250) to the reflecting member 270 is fixed, the signal by the reflected wave 262b of the side lobe 260b is always detected with the same intensity. Therefore, as shown in FIG. 4C, when the signals are superimposed for a predetermined time, the waveform of the reflected wave 262b becomes clear and can be detected as a substantially constant standing wave 266.

次に、流速分布計算部222は、定在波266を流体の流速分布を求める際に用いる信号(図4(a)参照)から減算する。これにより、流体の流速分布を求める際に用いる信号の波形は、図4(a)のような形状から図4(d)に示すような形状となり、反射波262bによる信号からなるノイズが除去され、信号が補正される。これにより、反射部材270と同じ距離にある位置の気泡からの反射波262aも検知することが可能となる。   Next, the flow velocity distribution calculation unit 222 subtracts the standing wave 266 from a signal (see FIG. 4A) used when obtaining the flow velocity distribution of the fluid. As a result, the waveform of the signal used when obtaining the flow velocity distribution of the fluid changes from the shape as shown in FIG. 4A to the shape as shown in FIG. 4D, and noise from the signal due to the reflected wave 262b is removed. The signal is corrected. Thereby, the reflected wave 262a from the bubble at the same distance as the reflecting member 270 can also be detected.

そして、補正された信号および音速値を用いて流速分布を算出すると、流速分布の波形は図4(e)に示す形状となり、負のピーク264が除去される。したがって、上記のように定在波266を用いて信号の補正を行うことにより、サイドローブ260bの反射波262bによる影響を排除し、より精度の高い流速分布を計測することが可能となる。   When the flow velocity distribution is calculated using the corrected signal and sound velocity value, the waveform of the flow velocity distribution has the shape shown in FIG. 4E, and the negative peak 264 is removed. Therefore, by correcting the signal using the standing wave 266 as described above, it is possible to eliminate the influence of the reflected wave 262b of the side lobe 260b and measure the flow velocity distribution with higher accuracy.

以上、流速分布を求める際に用いる信号を補正し、補正された信号を用いた流速分布の算出について説明した。この補正方法であれば流速分布の精度を高めることができるものの、信号を重畳する時間を要するため計測時間および演算処理の負荷が少なからず増してしまう。そこで、信号を重畳することなく流速分布を補正可能な補正方法を次に説明する。   As described above, the signal used for obtaining the flow velocity distribution is corrected, and the calculation of the flow velocity distribution using the corrected signal has been described. Although this correction method can improve the accuracy of the flow velocity distribution, it takes time to superimpose the signal, so that the measurement time and the processing load are increased. Therefore, a correction method capable of correcting the flow velocity distribution without superimposing signals will be described next.

次の補正方法では、まず流速分布計算部222は、反射波262a、262bおよび262cの受信により得られる信号(図4(a)参照)を用いて流速分布を算出する。これにより算出される流速分布の波形は、既に述べたように図4(b)に示す形状である。次に、流速分布計算部222は、求めた流速分布の波形のうち、流速が下降する負のピーク264を、ピーク264前後の値を除外した近似関数により補完する。これにより、流速分布が補正され、その波形は図4(e)に示す形状となる。したがって、信号の重畳等を行うことなく流速分布を補正することができ、データ処理に要する時間および負荷を削減しつつ、データの精度を高めることが可能となる。   In the next correction method, first, the flow velocity distribution calculation unit 222 calculates the flow velocity distribution using signals (see FIG. 4A) obtained by receiving the reflected waves 262a, 262b, and 262c. The waveform of the flow velocity distribution thus calculated has the shape shown in FIG. 4B as already described. Next, the flow velocity distribution calculation unit 222 complements the negative peak 264 in which the flow velocity decreases in the obtained flow velocity distribution waveform with an approximate function excluding values around the peak 264. As a result, the flow velocity distribution is corrected, and the waveform thereof has the shape shown in FIG. Therefore, the flow velocity distribution can be corrected without superimposing signals, and the accuracy of data can be improved while reducing the time and load required for data processing.

(流速分布計測方法)
続いて、上述した流速分布計測装置200を用いた流速分布計測方法について詳細に説明する。図5は、本実施形態にかかる流速分布計測方法について説明するフローチャートである。本実施形態にかかる流速分布計測方法では、まず探触子250および反射部材270を固定した固定冶具272を水路100に挿入し、探触子250および反射部材270を流体104中に設置する(S302)。このとき、反射部材270が超音波260のサイドローブ260bの発射方向に位置するように配置する。また探触子250および反射部材270の設置をより安定させるために、固定冶具272を、水路100の上方に設けられた橋梁等の構造物(不図示)に固定することが好ましい。
(Measurement method of flow velocity distribution)
Then, the flow velocity distribution measuring method using the flow velocity distribution measuring apparatus 200 mentioned above is demonstrated in detail. FIG. 5 is a flowchart for explaining the flow velocity distribution measuring method according to the present embodiment. In the flow velocity distribution measuring method according to the present embodiment, first, the fixing jig 272 to which the probe 250 and the reflecting member 270 are fixed is inserted into the water channel 100, and the probe 250 and the reflecting member 270 are installed in the fluid 104 (S302). ). At this time, it arrange | positions so that the reflection member 270 may be located in the discharge direction of the side lobe 260b of the ultrasonic wave 260. In addition, in order to further stabilize the installation of the probe 250 and the reflecting member 270, it is preferable to fix the fixing jig 272 to a structure (not shown) such as a bridge provided above the water channel 100.

そして、記憶部224は、入力部228を介して入力された探触子250(超音波260の発射位置)から反射部材270までの距離Lを記憶する(S304)。なお、距離Lはあらかじめ定められた設定値であって、距離Lの値に従って固定冶具272に反射部材270が取り付けられる。ただし計算精度を向上させるために、反射部材270を固定した後に探触子250と反射部材270の距離を計測して、現況の値を入力してもよい。またS304の処理は必ずしもS302の後に行われなくてもよく、少なくとも後述するS310より前に行われればよい。   And the memory | storage part 224 memorize | stores the distance L from the probe 250 (launch position of the ultrasonic wave 260) input via the input part 228 to the reflection member 270 (S304). The distance L is a predetermined set value, and the reflecting member 270 is attached to the fixing jig 272 according to the value of the distance L. However, in order to improve calculation accuracy, the distance between the probe 250 and the reflecting member 270 may be measured after the reflecting member 270 is fixed, and the current value may be input. Further, the process of S304 is not necessarily performed after S302, and may be performed at least before S310 described later.

次に、パルサー214は超音波発射部252に電気信号を送信し、超音波発射部252は流体104中に超音波260を発射する(S306)。反射波受信部254は、発射された超音波が気泡106、反射部材270または水路100の底面100aに反射して生じた反射波262a、262bおよび262cを受信する(S308)。そして、超音波260の発射および反射波の受信が所定回数すなわち所定時間に到達するまで、超音波発射部252は超音波260の発射を、反射波受信部254は反射波の受信を繰り返す(S310)。   Next, the pulser 214 transmits an electrical signal to the ultrasonic wave emitting unit 252 and the ultrasonic wave emitting unit 252 emits an ultrasonic wave 260 into the fluid 104 (S306). The reflected wave receiving unit 254 receives the reflected waves 262a, 262b, and 262c generated by reflecting the emitted ultrasonic wave on the bubble 106, the reflecting member 270, or the bottom surface 100a of the water channel 100 (S308). The ultrasonic wave emitting unit 252 repeats the emission of the ultrasonic wave 260 and the reflected wave reception unit 254 repeats the reception of the reflected wave until the emission of the ultrasonic wave 260 and the reception of the reflected wave reach a predetermined number of times, that is, a predetermined time (S310). ).

なお、上記の所定回数については、ユーザが任意に定めることができるが、後述するS316において反射波の信号を重畳する場合には、所定回数を多め、例えば100回程度に設定することが好ましい。反射波の信号を重畳しない場合には、所定回数を少なめ、例えば10回程度に設定すれば十分である。重畳しない場合にも複数回の計測を行うのは、算出した流速の平均を取ることによって計測精度を向上させ信頼性を高めるためである。   The predetermined number of times can be arbitrarily determined by the user. However, when the reflected wave signal is superimposed in S316, which will be described later, it is preferable to set the number of predetermined times higher, for example, about 100 times. If the reflected wave signal is not superimposed, it is sufficient to set the predetermined number of times less, for example, about 10 times. The reason why the measurement is performed a plurality of times even when not superimposed is to improve the measurement accuracy and improve the reliability by taking the average of the calculated flow velocities.

超音波260の発射および反射波の受信が所定回数に到達したら(S310のYES)、音速算出部220は、超音波発射部252が超音波260を発射してから、超音波260のサイドローブ260bが反射部材270に反射して生じた反射波262bを反射波受信部254が受信するまでの時間と、距離Lとを用いて、音速値を算出する(S312)。なお、超音波の発射から反射波の受信までの時間については、所定回数の測定値のうち、いずれかの任意の1回の測定値を参照すればよい。   When the emission of the ultrasonic wave 260 and the reception of the reflected wave reach the predetermined number of times (YES in S310), the sound speed calculation unit 220 emits the ultrasonic wave 260 from the ultrasonic wave emission unit 252 and then the side lobe 260b of the ultrasonic wave 260. The sound speed value is calculated using the time until the reflected wave receiving unit 254 receives the reflected wave 262b generated by being reflected by the reflecting member 270 and the distance L (S312). In addition, what is necessary is just to refer to any one measured value among the measured values of the predetermined number of times from the emission of the ultrasonic wave to the reception of the reflected wave.

次に、反射波の受信により得られる信号(流速分布を求める際に用いる信号)を補正する場合(S314のYES)、流速分布計算部222は、所定回数の反射波の受信により得られた信号を所定回数重畳して除算し(S316)、重畳により増幅した信号を定在波266として検出する(S318)。そして、流速分布計算部222は、定在波266を減算して信号を補正する(S320)。その後、流速分布計算部222は、補正された信号および音速算出部220が算出した音速値を用いて流速分布を求める(S322)。これにより、当該流速分布計測方法における処理が終了する。   Next, when correcting the signal obtained by receiving the reflected wave (the signal used when obtaining the flow velocity distribution) (YES in S314), the flow velocity distribution calculating unit 222 obtains the signal obtained by receiving the reflected wave a predetermined number of times. Is superimposed for a predetermined number of times (S316), and a signal amplified by the superposition is detected as a standing wave 266 (S318). Then, the flow velocity distribution calculation unit 222 corrects the signal by subtracting the standing wave 266 (S320). Thereafter, the flow velocity distribution calculation unit 222 obtains a flow velocity distribution using the corrected signal and the sound velocity value calculated by the sound velocity calculation unit 220 (S322). Thereby, the process in the flow velocity distribution measuring method is completed.

反射波の受信により得られる信号を補正しない場合(S314のNO)、流速分布計算部222は、音速値と、反射波260aの受信により得られた信号をそのまま用いて流速分布を求める(S324)。そして、求めた流速分布を補正する場合(S326のYES)、流速分布計算部222は、求めた流速分布の波形のうち、流速が下降する負のピーク264を、その前後の値を除外した近似関数により補完し、補正された流速分布を求める(S328)。これにより、当該流速分布計測方法における処理が終了する。なお、求めた流速分布を全く補正しない場合(S326のNO)は、そのまま処理を終了する。   When the signal obtained by receiving the reflected wave is not corrected (NO in S314), the flow velocity distribution calculating unit 222 obtains the flow velocity distribution using the sound velocity value and the signal obtained by receiving the reflected wave 260a as they are (S324). . Then, when correcting the obtained flow velocity distribution (YES in S326), the flow velocity distribution calculation unit 222 approximates the negative peak 264 where the flow velocity decreases from the waveform of the obtained flow velocity distribution by excluding values before and after the negative peak 264. Complemented by a function, a corrected flow velocity distribution is obtained (S328). Thereby, the process in the flow velocity distribution measuring method is completed. If the obtained flow velocity distribution is not corrected at all (NO in S326), the process is terminated as it is.

上記説明したように、本実施形態にかかる流速分布計測装置200および流速分布計測方法では、サイドローブ260bが反射部材270に反射して生じる反射波262bによって音速値を算出し、メインローブ260aが気泡106などの反射体に反射して生じる反射波262aから流速を算出する際にその音速値を用いることができる。そして、音速値を算出するために追加される部材が反射部材270のみであるため、装置の簡略な構成を維持し、コストの増大およびシステムの複雑化を回避することができる。したがって、簡略な構成であっても測定環境に即した音速値を算出でき、より高精度の流速分布を計測することが可能である。   As described above, in the flow velocity distribution measuring apparatus 200 and the flow velocity distribution measuring method according to the present embodiment, the sound velocity value is calculated by the reflected wave 262b that is generated when the side lobe 260b is reflected by the reflecting member 270, and the main lobe 260a is a bubble. The sound speed value can be used when calculating the flow velocity from the reflected wave 262a generated by reflection on a reflector such as 106. Since only the reflecting member 270 is added to calculate the sound velocity value, the simple configuration of the apparatus can be maintained, and the increase in cost and the complexity of the system can be avoided. Therefore, even with a simple configuration, it is possible to calculate the sound velocity value in accordance with the measurement environment, and it is possible to measure the flow velocity distribution with higher accuracy.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

なお、本明細書の流速分布計測方法における各手順は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、部分的に並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。   Each procedure in the flow velocity distribution measuring method of the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowchart, and may partially include processing in parallel or a subroutine.

本発明は、超音波を用いて水路の流速分布を測定する流速分布計測方法および流速分布計測装置として利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a flow velocity distribution measurement method and a flow velocity distribution measurement device that measure the flow velocity distribution in a water channel using ultrasonic waves.

100…水路、100a…底面、104…流体、106…気泡、200…計測装置、202…ケーブル、210…測定端末、212…制御部、214…パルサー、216…レシーバ、218…A/D変換部、220…音速算出部、222…流速分布計算部、224…記憶部、226…表示部、228…入力部、250…探触子、252…超音波発射部、254…反射波受信部、260…超音波、260a…メインローブ、260b…サイドローブ、262a・262b・262c…反射波、264…負のピーク、266…定在波、270…反射部材、272…固定冶具 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Water channel, 100a ... Bottom surface, 104 ... Fluid, 106 ... Bubble, 200 ... Measuring device, 202 ... Cable, 210 ... Measuring terminal, 212 ... Control part, 214 ... Pulser, 216 ... Receiver, 218 ... A / D conversion part , 220 ... sound velocity calculation unit, 222 ... flow velocity distribution calculation unit, 224 ... storage unit, 226 ... display unit, 228 ... input unit, 250 ... probe, 252 ... ultrasonic wave emission unit, 254 ... reflected wave reception unit, 260 ... Ultrasonic, 260a ... Main lobe, 260b ... Side lobe, 262a, 262b, 262c ... Reflected wave, 264 ... Negative peak, 266 ... Standing wave, 270 ... Reflecting member, 272 ... Fixed jig

Claims (6)

超音波を用いて流体の流速分布を計測する流速分布計測方法であって、
前記超音波を反射させる反射部材を前記流体中の該超音波のサイドローブの発射方向に設置し、
前記流体中に前記超音波を発射し、
前記発射された超音波のサイドローブが前記反射部材に反射して生じる反射波を受信し、
前記超音波の発射位置から前記反射部材までの距離と、前記超音波を発射してから前記反射波を受信するまでの時間とを用いて前記流体の音速値を算出し、
前記音速値と、前記超音波のメインローブが前記流体中の反射体に反射して生じる反射波とを用いて該流体の流速分布を求めることを特徴とする流速分布計測方法。
A flow velocity distribution measuring method for measuring a flow velocity distribution of a fluid using ultrasonic waves,
A reflecting member for reflecting the ultrasonic wave is installed in a direction in which the side lobe of the ultrasonic wave is emitted in the fluid;
Firing the ultrasound into the fluid;
The reflected ultrasonic wave side lobe is reflected on the reflecting member to receive the reflected wave,
Using the distance from the ultrasonic emission position to the reflecting member and the time from when the ultrasonic wave is emitted until the reflected wave is received, the sound velocity value of the fluid is calculated,
A flow velocity distribution measuring method, wherein the flow velocity distribution of the fluid is obtained using the sound velocity value and a reflected wave generated by reflecting the ultrasonic main lobe on a reflector in the fluid.
前記反射波の受信により得られる信号を所定時間重畳し、
前記重畳により増幅する信号を定在波として検出し、
前記定在波を前記所定時間で除算した値を、前記流体の流速分布を求める際に用いる信号から減算して該信号を補正し、
前記補正された信号を用いて前記流体の流速分布を求めることを特徴とする請求項1に記載の流速分布計測方法。
A signal obtained by receiving the reflected wave is superimposed for a predetermined time,
Detecting a signal amplified by the superposition as a standing wave;
A value obtained by dividing the standing wave by the predetermined time is subtracted from a signal used when obtaining the flow velocity distribution of the fluid to correct the signal,
The flow velocity distribution measuring method according to claim 1, wherein the flow velocity distribution of the fluid is obtained using the corrected signal.
前記求められた流速分布の波形のうち、流速が下降する負のピークを、該ピーク前後の値を除外した近似関数により補完して、該求められた流速分布を補正することを特徴とする請求項1に記載の流速分布計測方法。   The corrected flow velocity distribution is corrected by complementing a negative peak at which the flow velocity decreases in the waveform of the obtained flow velocity distribution with an approximate function excluding values before and after the peak. Item 2. The flow velocity distribution measuring method according to Item 1. 超音波を用いて流体の流速分布を計測する流速分布計測装置であって、
前記流体中に前記超音波を発射する超音波発射部と、
前記流体中の前記超音波のサイドローブの発射方向に設けられ該超音波を反射させる反射部材と、
前記超音波が前記反射部材または前記流体中の反射体に反射して生じる反射波を受信する反射波受信部と、
前記超音波発射部から前記反射部材までの距離と、該超音波発射部が前記超音波を発射してから前記反射波受信部が前記反射波を受信するまでの時間とを用いて前記流体の音速値を算出する音速算出部と、
前記音速値と、前記超音波のメインローブが前記流体中の反射体に反射して生じる反射波とを用いて該流体の流速分布を求める流速分布計算部と、
を備えることを特徴とする流速分布計測装置。
A flow velocity distribution measuring device that measures the flow velocity distribution of a fluid using ultrasonic waves,
An ultrasonic wave emitting unit that emits the ultrasonic wave into the fluid;
A reflecting member provided in the emitting direction of the ultrasonic side lobe in the fluid and reflecting the ultrasonic wave;
A reflected wave receiving unit that receives a reflected wave generated by reflecting the ultrasonic wave on the reflecting member or the reflector in the fluid; and
Using the distance from the ultrasonic wave emitting unit to the reflecting member and the time from when the ultrasonic wave emitting unit emits the ultrasonic wave to when the reflected wave receiving unit receives the reflected wave, A sound speed calculation unit for calculating a sound speed value;
A flow velocity distribution calculation unit for obtaining a flow velocity distribution of the fluid using the sound velocity value and a reflected wave generated by reflecting a main lobe of the ultrasonic wave to a reflector in the fluid;
A flow velocity distribution measuring device comprising:
前記反射部材の形状は、板状または棒状であることを特徴とする請求項4に記載の流速分布計測装置。   The flow velocity distribution measuring apparatus according to claim 4, wherein the shape of the reflecting member is a plate shape or a rod shape. 前記反射部材は、前記流体の流れ方向に沿う姿勢で設置されていることを特徴とする請求項5に記載の流速分布計測装置。   The flow velocity distribution measuring apparatus according to claim 5, wherein the reflection member is installed in a posture along the flow direction of the fluid.
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