JP7105722B2 - Radio current meter - Google Patents
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Description
本発明は、電波式流速計に関する。 The present invention relates to a radio wave current meter.
下記特許文献1には、河川に架かる橋等に設けられ、川面に放射した送信波の反射波を検出することにより河川の流速を計測する電波式流速計が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200001 discloses a radio current meter that is installed on a bridge over a river or the like and measures the flow velocity of the river by detecting a reflected wave of a transmitted wave that is radiated to the surface of the river.
しかしながら、上記従来技術では、流速計測時の外乱を十分に考慮していない。すなわち、電波式流速計で河川の流速を計測する場合、例えば送信波及び反射波の伝搬路に侵入してくる雨等の異物が外乱となる。電波式流速計で計測精度を向上させるためには、このような外乱の影響を抑制あるいは排除する必要がある。 However, the above-described prior art does not sufficiently consider disturbances during flow velocity measurement. That is, when measuring the flow velocity of a river with a radio current meter, for example, foreign matter such as rain entering the propagation path of the transmitted wave and the reflected wave becomes a disturbance. In order to improve the measurement accuracy of a radio current meter, it is necessary to suppress or eliminate the influence of such disturbances.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、外乱の影響を抑制あるいは排除することにより計測精度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the present invention is to improve measurement accuracy by suppressing or eliminating the influence of disturbance.
上記目的を達成するために、本発明では、電波式流速計に係る第1の解決手段として、観測対象の計測点に送信波を照射し、該送信波が前記計測点で反射して発生する反射波に基づいて計測信号を取得し、該計測信号に含まれるドップラー信号に基づいて前記計測点の流速を計測する電波式流速計であって、前記計測信号のスペクトラムにピーク部が複数含まれていた場合に、複数の前記ピーク部の属性値を評価することによって前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部を認定する、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution related to the radio wave current meter, a transmission wave is irradiated to a measurement point of an observation target, and the transmission wave is reflected at the measurement point and generated A radio wave current meter that acquires a measurement signal based on a reflected wave and measures the flow velocity at the measurement point based on the Doppler signal included in the measurement signal, wherein the spectrum of the measurement signal includes a plurality of peaks. If the Doppler signal is detected, a measure peak portion corresponding to the Doppler signal is identified by evaluating the attribute values of the plurality of peak portions.
電波式流速計に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記スペクトラムに周波数軸上で隣り合う2つの前記ピーク部が存在する場合において、周波数の低い前記ピーク部の前記属性値である半値幅が規定の半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の高い前記ピーク部が周波数の低い前記ピーク部よりも前記属性値である半値幅が大きかった場合は、周波数の低い前記ピーク部を前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部と認定する、という手段を採用する。 As a second solution to the radio wave current meter, in the first solution, when the spectrum has two adjacent peaks on the frequency axis, the attribute of the low frequency peak If the half-value width that is the value is included in the specified half-value width range, and if the half-value width that is the attribute value is larger in the peak portion with a higher frequency than in the peak portion with a lower frequency, the lower frequency A means of recognizing the peak portion as a measurement peak portion corresponding to the Doppler signal is employed.
電波式流速計に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記スペクトラムに周波数軸上で隣り合う2つの前記ピーク部が存在する場合において、周波数の高い前記ピーク部の前記属性値である半値幅が規定の半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の低い前記ピーク部が周波数の高い前記ピーク部よりも前記属性値である半値幅が小さかった場合には、周波数の高い前記ピーク部を前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部と認定する、という手段を採用する。 As a third solution to the radio wave current meter, in the first or second solution, when the spectrum has two adjacent peak portions on the frequency axis, the peak portion with a high frequency If the half-value width that is the attribute value of is included in the prescribed half-value width range, and the half-value width that is the attribute value of the low-frequency peak portion is smaller than the high-frequency peak portion , recognizing the high-frequency peak portion as the measurement peak portion corresponding to the Doppler signal.
電波式流速計に係る第4の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記属性値は、ピーク電力EPの周波数変動幅ΔfP、前記ピーク電力EPの電力変動幅ΔEP、前記ピーク電力EPから第1の減衰量d1だけ低下した低域側周波数f1及び低域側周波数f2との周波数差fT1及び当該周波数差fT1の変動幅ΔfT1を少なくとも含む、という手段を採用する。 As a fourth solution means related to the radio wave current meter, in the first solution means, the attribute values are the frequency fluctuation width Δf P of the peak power E P , the power fluctuation width ΔE P of the peak power E P , the It includes at least the frequency difference f T1 between the low-side frequency f 1 and the low - side frequency f 2 that is reduced by the first attenuation amount d 1 from the peak power EP, and the fluctuation width Δf T1 of the frequency difference f T1 . adopt means.
電波式流速計に係る第5の解決手段として、上記第1~第4のいずれかの解決手段において、前記計測信号に強度ピークが存在した場合、前記強度ピークを除外した期間の前記計測信号に基づいて前記計測点の流速を計測する、という手段を採用する。 As a fifth solution to the radio wave current meter, in any one of the first to fourth solutions, if an intensity peak exists in the measurement signal, the measurement signal in a period excluding the intensity peak is A means of measuring the flow velocity at the measurement point based on the measurement point is adopted.
電波式流速計に係る第6の解決手段として、上記第5の解決手段において、前記流速が所定のしきい値を越える場合に前記強度ピークの除外処理を行う、という手段を採用する。 As a sixth solution for the radio-wave current meter, in the fifth solution, a means is adopted in which the intensity peak is excluded when the flow velocity exceeds a predetermined threshold value.
電波式流速計に係る第7の解決手段として、上記第1~第4のいずれかの解決手段において、振動センサを備え、当該振動センサが規定値以上の振動を検出している期間を除外した期間の前記計測信号に基づいて前記計測点の流速を計測する、という手段を採用する。 As a seventh solution to the radio-wave current meter, any one of the first to fourth solutions is provided with a vibration sensor, and the period during which the vibration sensor detects vibration equal to or greater than a specified value is excluded. A means of measuring the flow velocity at the measuring point based on the measuring signal of the period is employed.
本発明によれば、外乱の影響を抑制あるいは排除することにより計測精度を向上させることが可能である。 According to the present invention, it is possible to improve measurement accuracy by suppressing or eliminating the influence of disturbance.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
最初に、本発明の第1実施形態について説明する。
本第1実施形態に係る電波式流速計Aは、図1及び図2に示すように、河川等の観測対象Kの計測点Pから得られる反射波のドップラー周波数fdに基づいて観測対象Kの流速Vを計測する装置である。ドップラー周波数fdに基づく流速Vの計測方式としてCWドップラ方式、多周波CW方式、FM-CW方式が知られているが、この電波式流速計Aは、CWドップラ方式を採用するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
First, a first embodiment of the invention will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the radio current meter A according to the first embodiment is an observation target K based on the Doppler frequency f d of the reflected wave obtained from the measurement point P of the observation target K such as a river. It is a device for measuring the flow velocity V of A CW Doppler method, a multi-frequency CW method, and an FM-CW method are known as methods for measuring the flow velocity V based on the Doppler frequency fd .
この電波式流速計Aは、図1に示すように、観測対象K(水面)から所定距離だけ離れた場所に設置されており、観測対象Kの計測点Pに対して所定の仰角θとなるように送信波(電波)を照射し、当該送信波が観測対象Kで反射して発生する反射波を受信する。すなわち、電波式流速計Aは、橋梁等の構造物Bに取り付けられることにより、観測対象K(水面)に対して斜め上方から送信波を照射する。 As shown in FIG. 1, the radio current meter A is installed at a predetermined distance from the observation target K (water surface), and has a predetermined elevation angle θ with respect to the measurement point P of the observation target K. A transmission wave (radio wave) is emitted as shown in FIG. That is, the radio current meter A is attached to a structure B such as a bridge, and irradiates the observation target K (water surface) with transmission waves from obliquely above.
また、電波式流速計Aは、図2に示すように、観測対象K(水面)における水の流れ方向Fに対して上流側に向けて送信波を放射する。すなわち、電波式流速計Aは、計測点Pの下流側に設けられた構造物B上に固定設置されており、構造物Bよりも上流側に設定された計測点Pに向けて送信波を放射することにより反射波を取得する。なお、送信波の放射方向については、観測対象K(水面)の下流側に向けて放射してもよい。 In addition, as shown in FIG. 2, the radio current meter A emits a transmission wave toward the upstream side with respect to the flow direction F of the water in the observation target K (water surface). That is, the radio wave current meter A is fixedly installed on the structure B provided on the downstream side of the measurement point P, and transmits a transmission wave toward the measurement point P set on the upstream side of the structure B. A reflected wave is acquired by radiating. As for the radiation direction of the transmitted wave, the transmitted wave may be radiated toward the downstream side of the observation target K (water surface).
なお、図2では水平面内における水の流れ方向Fと送信波の放射方向とが平行になる計測点Pを示しているが、観測対象K(水面)には、計測点P以外にも複数の計測点が予め設定されている。 In addition, although FIG. 2 shows a measurement point P where the direction of water flow F in the horizontal plane is parallel to the radiation direction of the transmitted wave, there are a plurality of measurement points other than the measurement point P on the observation target K (water surface). Measurement points are set in advance.
上記構造物Bに何らかの振動が作用した場合、電波式流速計Aも振動することになる。この振動の原因としては、風や地震、また水の流れ等が考えられるが、例えば構造物Bが橋梁であった場合には橋梁状を通過する車両が考えられる。車両の通過による振動は、比較的短い期間に亘る一過性の振動として電波式流速計Aに作用する。 When some vibration acts on the structure B, the radio current meter A also vibrates. This vibration may be caused by wind, earthquake, water flow, or the like. For example, if the structure B is a bridge, vehicles passing through the bridge may be considered. Vibrations caused by passing vehicles act on the radio current meter A as transient vibrations over a relatively short period of time.
また、構造物Bが橋梁の場合、電波式流速計Aには橋梁の構造等に起因して所定周波数かつ連続的な振動が作用する。このような連続的な振動は、周囲環境の変化に強度が変動する。なお、電波式流速計Aに作用する振動は、橋梁に対する取り付け位置に応じても変化する。すなわち、電波式流速計Aを橋梁の本体に固定した場合と電波式流速計Aを橋梁の欄干に固定した場合とでは、電波式流速計Aに作用する振動は異なる形態となる。 Further, when the structure B is a bridge, the radio current meter A is subjected to continuous vibration at a predetermined frequency due to the structure of the bridge and the like. Such continuous vibrations fluctuate in intensity with changes in the surrounding environment. It should be noted that the vibration acting on the radio current meter A also changes depending on the mounting position with respect to the bridge. That is, the form of vibration acting on the radio current meter A differs between when the radio current meter A is fixed to the main body of the bridge and when the radio current meter A is fixed to the balustrade of the bridge.
さて、このような電波式流速計Aは、図1に示すように、アンテナ1、送受信回路2、振動センサ3、信号処理部4、表示部5、通信部6及び記録部7を備えている。アンテナ1は、例えばパラボラアンテナであり、送受信回路2から入力される所定周波数の送信信号に基づいて送信波を観測対象Kに向けて放射する一方、反射波を受信して反射信号として送受信回路2に出力する。
As shown in FIG. 1, such a radio wave current meter A includes an antenna 1, a transmission/
上記送信波は、空中を伝搬路Dとして観測対象K(水面)に照射され、この観測対象K(水面)で反射された送信波の一部が反射波となる。なお、この送信波は、例えばマイクロ波である。また、上記反射波は、送信波の周波数(波長)が観測対象K(水面)における水の流速によってドップラーシフトした周波数成分(ドップラー周波数fd)を持つドップラー信号を含む電波である。 The transmission wave is irradiated to the observation target K (water surface) through the air as a propagation path D, and part of the transmission wave reflected by the observation target K (water surface) becomes a reflected wave. In addition, this transmission wave is, for example, a microwave. The reflected wave is a radio wave containing a Doppler signal having a frequency component (Doppler frequency f d ) in which the frequency (wavelength) of the transmitted wave is Doppler-shifted by the flow velocity of water on the observation target K (water surface).
また、上記送信波は、アンテナ1と観測対象K(水面)との間の伝搬路Dに存在する異物の影響を受ける。また、上記反射波は、上記ドップラー信号を含むだけではなく、異物に起因するノイズ信号を含む。すなわち、伝搬路Dの異物は、反射波のドップラーシフトつまりドップラー信号が含む観測対象K(水面)の流速Vに起因するドップラー周波数fdに対して外乱として作用する。このような異物の典型的なものは雨、つまり伝搬路Dに侵入する虞のある水滴である。この雨の通過方向(落下方向)は、鉛直方向(重力方向)とは限らず、風等の影響により不規則に変化するものであり、よって送信波及び反射波の進行方向に対して絶えず変動し得るものである。 Further, the transmitted wave is affected by a foreign object present in the propagation path D between the antenna 1 and the observation target K (water surface). Moreover, the reflected wave includes not only the Doppler signal but also a noise signal caused by a foreign object. That is, the foreign matter on the propagation path D acts as a disturbance on the Doppler frequency fd caused by the Doppler shift of the reflected wave, that is, the flow velocity V of the observation target K (water surface) included in the Doppler signal. A typical example of such foreign matter is rain, that is, water droplets that may enter the propagation path D. FIG. The passing direction (falling direction) of this rain is not limited to the vertical direction (gravitational direction), but it changes irregularly due to the influence of wind, etc. Therefore, it constantly fluctuates with the traveling direction of the transmitted and reflected waves. It is possible.
送受信回路2は、送信信号を発生する発振器、送信信号を分波するサーキュレータ及び送信信号と反射信号とをミキシングして差分信号を生成するミキサ等から構成されており、上記送信信号をアンテナ1に供給すると共に上記反射信号と送信信号との差分信号を取り出し、当該差分信号を計測信号として信号処理部4に出力する。
The transmission/
振動センサ3は、上述した振動を検出し、当該振動を示す振動信号を信号処理部4に出力する。この振動センサ3は、例えば所定の感応軸を有する加速度センサである。 The vibration sensor 3 detects the vibration described above and outputs a vibration signal indicating the vibration to the signal processing unit 4 . This vibration sensor 3 is, for example, an acceleration sensor having a predetermined sensitive axis.
信号処理部4は、予め記憶された流速計測プログラムに基づいて上記計測信号及び振動信号に所定のデジタル信号処理を施すことにより観測対象K(水面)の流速Vを演算する。すなわち、この信号処理部4は、アナログ信号である計測信号及び振動信号をデジタル信号(計測データ及び振動データ)に変換するA/D変換器、流速計測プログラム等を記憶する不揮発性メモリ、流速Vを演算する演算回路、演算回路の計算値等を一時的に臆する揮発性メモリ、また表示部5、通信部6及び記録部7とデータの授受を行うインタフェース回路等を含む。
The signal processing unit 4 calculates the flow velocity V of the observation target K (water surface) by performing predetermined digital signal processing on the measurement signal and the vibration signal based on a pre-stored flow velocity measurement program. That is, the signal processing unit 4 includes an A/D converter that converts analog measurement signals and vibration signals into digital signals (measurement data and vibration data), a nonvolatile memory that stores a flow velocity measurement program, etc., a flow velocity V , a volatile memory that temporarily stores the calculated values of the arithmetic circuit, and an interface circuit that exchanges data with the
このような信号処理部4は、演算結果である流速Vを表示部5、通信部6及び記録部7に適宜出力する。すなわち、信号処理部4は、流速Vを表示部5に出力して画面表示させ、流速Vを通信部6に出力して外部に送信させ、また流速Vを記録部7に出力して記録させる。
Such a signal processing unit 4 appropriately outputs the flow velocity V, which is a calculation result, to the
表示部5は、液晶表示装置等のパネル型表示装置であり、信号処理部4から入力された流速Vを所定の表示態様で画面表示する。通信部6は、信号処理部4から入力された流速Vを所定の通信回線を介して外部に送信する。この通信部6は、例えばインターネットの通信プロトコルに準拠したものであり、所定の送信先アドレス(IPアドレス)に流速Vを送信する。
The
記録部7は、記憶容量が比較的大きな不揮発性の記憶両機器を有する記憶装置であり、例えばハードディスク、各種のメモリーカードあるいは/及びUSBメモリである。この記録部7は、所定期間に亘って取得された複数時刻の流速Vを時系列データとして保存する。なお、信号処理部4は、通信部6が上記時系列データの送信要求を受信すると、要害送信要求に応じて時系列データを要求先に送信させる。
The
次に、このように構成された電波式流速計Aの動作について、図3、図4を参照して詳しく説明する。 Next, the operation of the radio wave current meter A configured in this manner will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.
電波式流速計Aの全体的な動作について先に説明すると、信号処理部4は、送受信回路2から入力される計測信号に所定の信号処理を施すことにより計測点Pの流速Vに起因するドップラー周波数fdを特定し、当該ドップラー周波数fdを下式(1)に代入することにより計測点Pの流速Vを演算する。
First, the overall operation of the radio wave current meter A will be described. The signal processing unit 4 performs predetermined signal processing on the measurement signal input from the transmission/
ここで、式(1)における定数cは、送信波(反射波)の伝搬速度(光速)である、また、定数f0は送信波(反射波)の周波数(基本周波数)である。さらに、定数θは、上述した仰角である。 Here, the constant c in equation (1) is the propagation velocity (light velocity) of the transmitted wave (reflected wave), and the constant f 0 is the frequency (fundamental frequency) of the transmitted wave (reflected wave). Furthermore, the constant θ is the elevation angle discussed above.
このような流速Vを演算(計測)において、電波式流速計Aを支持する構造物Bの振動及び送信波(反射波)の伝搬路Dにおける異物は、信号処理部4が計測信号に基づいてドップラー周波数fdを特定する際の外乱となる。以下では、このような外乱を排除してドップラー周波数fdを特定する信号処理部4の信号処理について、図3に沿って詳しく説明する。 In the calculation (measurement) of such a flow velocity V, the vibration of the structure B that supports the radio current meter A and the foreign matter in the propagation path D of the transmission wave (reflected wave) are detected by the signal processing unit 4 based on the measurement signal. It becomes a disturbance when specifying the Doppler frequency fd. The signal processing of the signal processing unit 4 that excludes such disturbances and specifies the Doppler frequency fd will be described in detail below with reference to FIG.
信号処理部4は、計測信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号(計測データ)に変換して時系列データとして順次取り込むが(ステップS1)、この計測データ(時系列データ)に強度ピークQ、つまり図4(a)に示すように振幅が一時的(局所的)に大きい部位が存在するか否かを判定する(ステップS2)。 The signal processing unit 4 converts the measurement signal into a digital signal (measurement data) at a predetermined sampling period and sequentially captures it as time-series data (step S1). As shown in FIG. 4(a), it is determined whether or not there is a portion having a temporarily (locally) large amplitude (step S2).
そして、信号処理部4は、上記ステップS2の判断結果が「Yes」の場合、つまり計測データに強度ピークQが存在する場合には、計測データから強度ピークQを除外する処理を行い(ステップS3)、この除外処理を行った計測データについてステップS4のFFT処理を行う。なお、信号処理部4は、上記ステップS2の判断結果が「No」の場合、つまり計測データに強度ピークQが存在しない場合には、FFT処理(ステップS4)を直接行う。 Then, when the determination result of step S2 is "Yes", that is, when the intensity peak Q exists in the measurement data, the signal processing unit 4 performs processing to exclude the intensity peak Q from the measurement data (step S3 ), the FFT processing of step S4 is performed on the measurement data subjected to this exclusion processing. The signal processing unit 4 directly performs FFT processing (step S4) when the determination result of step S2 is "No", that is, when the intensity peak Q does not exist in the measurement data.
ここで、このような強度ピークQは、構造物Bに比較的短時間の振動が作用した場合、例えば構造物Bが橋梁の場合において車両が橋梁を通過した場合等に発生する。したがって、強度ピークQの除外処理(ステップS3)によって、電波式流速計Aに比較的短時間の振動が作用することによる外乱を排除することができる。 Here, such a strength peak Q occurs when a relatively short-time vibration acts on the structure B, for example, when the structure B is a bridge and a vehicle passes over the bridge. Therefore, the process of excluding the intensity peak Q (step S3) can eliminate the disturbance caused by the vibration acting on the radio current meter A for a relatively short period of time.
なお、このような短時間の振動は、振動センサ3によっても検出され、強度ピークQに対応する振動ピーク部Qsが振動信号に存在する。すなわち、信号処理部4は、振動センサ3が規定値以上の振動を検出している期間、つまり振動信号に振動ピーク部Qsが存在する場合においても、強度ピークQの除外処理(ステップS3)を実行して、電波式流速計Aに比較的短時間の振動が作用することによる外乱を排除する。 Such a short-time vibration is also detected by the vibration sensor 3, and a vibration peak portion Qs corresponding to the intensity peak Q exists in the vibration signal. That is, the signal processing unit 4 performs the process of excluding the intensity peak Q (step S3) even during the period when the vibration sensor 3 detects vibrations equal to or greater than a specified value, that is, even when the vibration peak portion Qs exists in the vibration signal. to eliminate disturbance due to relatively short-time vibration acting on the radio wave current meter A.
信号処理部4は、上記FFT処理(ステップS4)によって計測信号のスペクトラム(周波数特性)を取得する。図4(b)、(c)は、上記計測信号のスペクトラムの一例を示している。これら2つのスペクトラムのうち、図4(b)のスペクトラムは、電波式流速計Aに連続的な振動(連続振動)が作用した場合を示しており、一方、図4(c)のスペクトラムは、降雨の場合つまり伝搬路Dに雨粒が存在する場合を示している。 The signal processing unit 4 acquires the spectrum (frequency characteristics) of the measurement signal through the FFT processing (step S4). FIGS. 4(b) and 4(c) show an example of the spectrum of the measurement signal. Of these two spectra, the spectrum in FIG. 4(b) shows the case where continuous vibration (continuous vibration) acts on the radio current meter A, while the spectrum in FIG. The case of rainfall, that is, the case where raindrops are present in the propagation path D, is shown.
信号処理部4は、このような計測信号のスペクトラムを取得すると、当該スペクトラムの振幅変化を評価することにより、スペクトラムに複数のピーク部が存在するか否か、つまり計測信号のスペクトラムにピーク部が複数含まれているか否かを判断する(ステップS5)。 When acquiring such a spectrum of the measurement signal, the signal processing unit 4 evaluates the amplitude change of the spectrum to determine whether or not there are a plurality of peaks in the spectrum, that is, whether there are peaks in the spectrum of the measurement signal. It is determined whether or not a plurality of items are included (step S5).
電波式流速計Aに連続振動が作用している場合、計測信号のスペクトラムは、図4(b)に示すように、計測点Pの流速Vに起因するピーク部Rvつまり正規ドップラー信号に相当する計測ピーク部に加えて、当該ピーク部Rvよりも低い周波数帯に連続振動に起因するピーク部Rs(第1外乱信号)を含む。すなわち、電波式流速計Aに連続振動が作用している場合において、計測信号のスペクトラムには周波数軸上で隣り合う少なくとも2つのピーク部Rv、Rsが含まれる。 When continuous vibration acts on the radio current meter A, the spectrum of the measurement signal, as shown in FIG. In addition to the measurement peak portion, a peak portion Rs (first disturbance signal) caused by continuous vibration is included in a frequency band lower than the peak portion Rv. That is, when continuous vibration acts on the radio current meter A, the spectrum of the measurement signal includes at least two adjacent peaks Rv and Rs on the frequency axis.
ここで、計測点Pの流速Vに起因するピーク部Rv(正規ドップラー信号)については、ピーク部Rvの属性値である半値幅の取り得る範囲(流速半値幅範囲)が事前検証等によって確認されており、この流速半値幅範囲が信号処理部4に予め記憶されている。また、連続振動に起因するピーク部Rs(第1外乱信号)については、ピーク部Rsの属性値である半値幅の取り得る範囲(連続振動半値幅範囲)が事前検証等によって上記流速半値幅範囲よりも大幅に小さいことが確認されている。 Here, for the peak portion Rv (regular Doppler signal) caused by the flow velocity V at the measurement point P, the possible range of the half width (flow velocity half width range), which is the attribute value of the peak portion Rv, is confirmed by prior verification or the like. This flow velocity half width range is stored in the signal processing unit 4 in advance. In addition, regarding the peak portion Rs (first disturbance signal) caused by continuous vibration, the possible range of the half-value width (continuous vibration half-value width range), which is the attribute value of the peak portion Rs, is determined by prior verification or the like. confirmed to be significantly smaller than
また、連続振動に起因するピーク部Rs(第1外乱信号)については、そのピーク周波数を下記式(1)に基づいて流速に換算した場合に、数m/s以下となることが事前検証等によって確認されている。さらに、上記連続振動半値幅範囲は、流速半値幅範囲と同様に信号処理部4に予め記憶されている。 In addition, regarding the peak part Rs (first disturbance signal) caused by continuous vibration, when the peak frequency is converted into the flow velocity based on the following formula (1), it is verified in advance that it will be several m / s or less. has been confirmed by Further, the continuous vibration half-value width range is stored in advance in the signal processing section 4, similarly to the flow velocity half-value width range.
信号処理部4は、このような連続振動の発生時における計測信号のスペクトラムの特徴を利用することにより、当該スペクトラムに対して第1のピーク部評価処理を行う(ステップS6)。すなわち、信号処理部4は、周波数の低い方のピーク部Rsの半値幅が規定の連続振動半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の高い方のピーク部Rvが周波数の低い方のピーク部Rsよりも半値幅が大きいことを第1の評価条件として、周波数軸上で隣り合う2つのピーク部Rv、Rsを評価する。 The signal processing unit 4 uses the characteristics of the spectrum of the measurement signal when such continuous vibration occurs to perform the first peak portion evaluation process on the spectrum (step S6). That is, the signal processing unit 4 determines that the half-value width of the lower frequency peak Rs is included in the specified continuous vibration half-value width range, and that the higher frequency peak Rv is the lower frequency peak. Two adjacent peak portions Rv and Rs on the frequency axis are evaluated under the first evaluation condition that the half width is larger than that of the portion Rs.
そして、信号処理部4は、上記第1の評価条件が満足された場合に、周波数軸上で隣り合う2つのピーク部Rv、Rsのうち、周波数が低い方のピーク部Rsを第1外乱信号として排除する。すなわち、信号処理部4は、周波数が高い方のピーク部Rvを計測点Pの流速Vに起因するピーク部つまり正規ドップラー信号と認定する。 Then, when the first evaluation condition is satisfied, the signal processing unit 4 selects the peak portion Rs having the lower frequency among the two adjacent peak portions Rv and Rs on the frequency axis as the first disturbance signal. Eliminate as That is, the signal processing unit 4 recognizes the peak portion Rv with the higher frequency as the peak portion caused by the flow velocity V at the measurement point P, that is, the normal Doppler signal.
続いて、計測信号のスペクトラムには、図4(c)に示すように、計測点Pの流速Vに起因するピーク部Rv(正規ドップラー信号)に加えて、当該ピーク部Rvよりも高い周波数帯に降雨に起因するピーク部Ra(第2外乱信号)が含まれる。すなわち、伝搬路Dに降雨が発生している場合においても、計測信号のスペクトラムには周波数軸上で隣り合う少なくとも2つのピーク部Rv、Raが含まれる。 Subsequently, in the spectrum of the measurement signal, as shown in FIG. 4C, in addition to the peak portion Rv (normal Doppler signal) caused by the flow velocity V at the measurement point P, a frequency band higher than the peak portion Rv includes a peak portion Ra (second disturbance signal) caused by rainfall. That is, even when rainfall occurs on the propagation path D, the spectrum of the measurement signal includes at least two adjacent peaks Rv and Ra on the frequency axis.
ここで、計測点Pの流速Vに起因するピーク部Rv(正規ドップラー信号)については、上述したように流速半値幅範囲が信号処理部4に予め記憶されている。また、降雨に起因するピーク部Ra(第2外乱信号)については、ピーク部Raの属性値である半値幅の取り得る範囲(降雨半値幅範囲)が上述した流速半値幅範囲よりも大幅に大きいことが事前検証等によって確認されており、上述した流速半値幅範囲及び連続振動半値幅範囲と同様に信号処理部4に予め記憶されている。 Here, for the peak portion Rv (regular Doppler signal) caused by the flow velocity V at the measurement point P, the flow velocity half width range is stored in advance in the signal processing unit 4 as described above. In addition, for the peak portion Ra (second disturbance signal) caused by rainfall, the possible range of the half-value width (rainfall half-value width range), which is the attribute value of the peak portion Ra, is significantly larger than the above-described flow velocity half-value width range. This has been confirmed by preliminary verification or the like, and is stored in advance in the signal processing unit 4 in the same manner as the above-described flow velocity half-value width range and continuous vibration half-value width range.
信号処理部4は、このような降雨時における計測信号のスペクトラムの特徴を利用することにより、当該スペクトラムに対して第2のピーク部評価処理を行う(ステップS7)。すなわち、信号処理部4は、周波数の高い方のピーク部Raの半値幅が規定の降雨半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の低い方のピーク部Rvが周波数の高い方のピーク部Raよりも半値幅が小さいことを第2の評価条件として、周波数軸上で隣り合う2つのピーク部Rv、Raを評価する。 The signal processing unit 4 uses the characteristics of the spectrum of the measurement signal during rain to perform the second peak evaluation process on the spectrum (step S7). That is, the signal processing unit 4 determines that the half-value width of the higher frequency peak Ra is included in the specified rainfall half-value width range, and that the lower frequency peak Rv Using the second evaluation condition that the half-value width is smaller than Ra, two adjacent peak portions Rv and Ra on the frequency axis are evaluated.
そして、信号処理部4は、上記第2の評価条件が満足された場合に、周波数軸上で隣り合う2つのピーク部Rv、Raのうち、周波数が高い方のピーク部Raを第2外乱信号として排除する。すなわち、信号処理部4は、周波数が低い方のピーク部Rvを計測点Pの流速Vに起因するピーク部つまり正規ドップラー信号と認定する。 Then, when the second evaluation condition is satisfied, the signal processing unit 4 converts the peak portion Ra having the higher frequency from the two adjacent peak portions Rv and Ra on the frequency axis to the second disturbance signal. Eliminate as That is, the signal processing unit 4 recognizes the peak portion Rv with the lower frequency as the peak portion caused by the flow velocity V at the measurement point P, that is, the normal Doppler signal.
ここで、図4(b)では流速Vに起因するピーク部Rvと連続振動に起因するピーク部Rsとのみが含まれ、図4(c)では計測信号のスペクトラムに流速Vに起因するピーク部Rvと降雨に起因するピーク部Raとのみが含まれるスペクトラムを示したが、連続振動と降雨とが同時に発生する場合もあり得る。このような場合おけるスペクトラムは、周波数軸上で隣り合う3つのピーク部Rv、Rs、Raを含むものとなる。 Here, in FIG. 4B, only the peak portion Rv caused by the flow velocity V and the peak portion Rs caused by the continuous vibration are included, and in FIG. Although the spectrum including only Rv and the peak Ra due to rainfall is shown, continuous vibration and rainfall may occur at the same time. A spectrum in such a case includes three adjacent peaks Rv, Rs, and Ra on the frequency axis.
このような場合に対して、本第1実施形態では、流速Vに起因するピーク部Rv、連続振動に起因するピーク部Rs及び降雨に起因するピーク部Raの特徴を示す流速半値幅範囲、連続振動半値幅範囲及び降雨半値幅範囲を用いて3つのピーク部Rv、Rs、Raを評価するので、計測点Pの流速Vに起因するピーク部Rv(正規ドップラー信号)を的確に特定することが可能である。 For such a case, in the first embodiment, the flow velocity half width range and continuous Since the three peak portions Rv, Rs, and Ra are evaluated using the vibration half-value width range and the rainfall half-value width range, the peak portion Rv (normal Doppler signal) caused by the flow velocity V at the measurement point P can be accurately specified. It is possible.
信号処理部4は、このようにして計測点Pの流速Vに起因するピーク部Rv(正規ドップラー信号)を特定すると、ピーク部Rvにおいて振幅が最も大きい周波数(ピーク周波数)をドップラー周波数fdとして抽出する(ステップS8)。このドップラー周波数fdの抽出処理では、小刻みにレベル変動するピーク部Rvについて、例えば移動平均処理を施して平滑化することによりドップラー周波数fdを特定する。 When the signal processing unit 4 identifies the peak portion Rv (normal Doppler signal) caused by the flow velocity V at the measurement point P in this way, the frequency (peak frequency) having the largest amplitude in the peak portion Rv is set as the Doppler frequency fd . Extract (step S8). In this extraction process of the Doppler frequency fd , the Doppler frequency fd is specified by smoothing the peak portion Rv whose level fluctuates in small increments, for example, by performing a moving average process.
このようにしてドップラー周波数fdを特定すると、信号処理部4は、上述した式(1)にドップラー周波数fdを代入することにより計測点Pの流速Vを演算する(ステップS9)。そして、信号処理部4は、流速Vを表示部5、通信部6あるいは/及び記録部7に出力することにより、画面表示、送信あるいは/及び記録させる。
After specifying the Doppler frequency fd in this manner, the signal processing unit 4 calculates the flow velocity V at the measurement point P by substituting the Doppler frequency fd into the above equation (1) (step S9). Then, the signal processing unit 4 outputs the flow velocity V to the
このような本第1実施形態によれば、電波式流速計Aに作用する振動及び送信波(反射波)の伝搬路Dに存在する異物に起因する外乱の影響を抑制あるいは排除することが可能であり、以って流速Vの計測精度を従来よりも向上させることが可能である。 According to the first embodiment as described above, it is possible to suppress or eliminate the influence of the vibration acting on the radio current meter A and the disturbance caused by foreign matter present in the propagation path D of the transmission wave (reflected wave). Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the flow velocity V as compared with the conventional technique.
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について、図5及び図6を参照して説明する。
上述した第1実施形態は、3つのピーク部Rv、Rs、Raについて周波数の大小関係が明確になっていることを前提としているが、本第2実施形態は、この前提を必要としないものである。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.
The above-described first embodiment is based on the premise that the three peaks Rv, Rs, and Ra have a clear frequency magnitude relationship, but the second embodiment does not require this premise. be.
本第2実施形態に係る電波式流速計A’は、図1に示すように機能構成が第1実施形態に係る電波式流速計Aと同等であるが、信号処理部4とは異なる信号処理を行う信号処理部4’を備える。すなわち、本第2実施形態に係る電波式流速計A’と第1実施形態に係る電波式流速計Aとの機能上の相違点は、計測信号及び振動信号に対する信号処理の内容である。 As shown in FIG. 1, the radio wave current meter A' according to the second embodiment has the same functional configuration as the radio wave current meter A according to the first embodiment, but has signal processing different from that of the signal processing unit 4. is provided with a signal processing unit 4' for performing That is, the functional difference between the radio wave current meter A' according to the second embodiment and the radio wave current meter A according to the first embodiment lies in the content of signal processing for measurement signals and vibration signals.
この信号処理部4’は、第1実施形態の信号処理部4と同様に図3に示した処理手順に基づいて観測対象K(水面)の流速Vを演算するが、図3のステップS5~S7に代えて図6に示したステップSa1~Sa11の処理を行う。すなわち、信号処理部4’は、計測信号及び振動信号のスペクトラム(複数のピーク部を含むスペクトラム)から計測点Pの流速Vに起因するピーク部Rv(計測ピーク部)を認定する手法が第1実施形態の信号処理部4とは異なっている。以下では信号処理部4’におけるピーク部の評価処理の詳細について図5及び図6を参照して説明する。 This signal processing unit 4', like the signal processing unit 4 of the first embodiment, calculates the flow velocity V of the observation target K (water surface) based on the processing procedure shown in FIG. Steps Sa1 to Sa11 shown in FIG. 6 are performed instead of S7. That is, the signal processing unit 4 ′ recognizes the peak portion Rv (measurement peak portion) caused by the flow velocity V at the measurement point P from the spectrum of the measurement signal and the vibration signal (spectrum including a plurality of peak portions). It differs from the signal processing unit 4 of the embodiment. Details of the evaluation processing of the peak portion in the signal processing unit 4' will be described below with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.
最初に、上記ピーク部の評価処理に用いるパラメータについて、図5を参照して説明する。このパラメータは、計測信号及び振動信号のFFT処理によって得られたスペクトラムに関するピーク部の属性値であり、スペクトラムに含まれるピーク部毎に固有の値である。このパラメータは、具体的には、図5に示すようにピーク電力EP、当該ピーク電力EPにおける周波数(ピーク周波数fP)の周波数変動幅ΔfP、ピーク電力EPの電力変動幅ΔEPである。 First, the parameters used in the evaluation process of the peak portion will be described with reference to FIG. This parameter is an attribute value of a peak portion related to the spectrum obtained by FFT processing of the measurement signal and the vibration signal, and is a unique value for each peak portion included in the spectrum. Specifically, as shown in FIG. 5, the parameters are the peak power E P , the frequency fluctuation width Δf P of the frequency (peak frequency f P ) at the peak power E P , the power fluctuation width ΔE P of the peak power E P is.
また、このパラメータは、ピーク電力EPから第1の減衰量d1だけ低下した低域側周波数f1及び低域側周波数f2との周波数差(第1周波数幅fT1)と当該第1周波数幅fT1の変動幅(第1変動幅ΔfT1)、またピーク電力EPから第2の減衰量d2だけ低下した低域側周波数f3及び低域側周波数f4との周波数差(第2周波数幅fT2)と変動幅(第2変動幅ΔfT2)である。 Also, this parameter is the frequency difference (first frequency width f T1 ) between the low-side frequency f 1 and the low-side frequency f 2 , which are lowered by the first attenuation amount d 1 from the peak power E P , and the first frequency width f T1 . The fluctuation width of the frequency width f T1 ( first fluctuation width Δf T1 ) , and the frequency difference ( second frequency width f T2 ) and fluctuation width (second fluctuation width Δf T2 ).
信号処理部4’は、このような各ピーク部に関する各パラメータを用いて図6に示す評価処理を行うことにより、計測点Pの流速Vに起因するピーク部Rvつまり正規ドップラー信号に相当する計測ピーク部に認定する。すなわち、信号処理部4’は、計測信号及び振動信号を所定のタイムインターバルで順次取り込むことによりFFT処理(ステップS3)を順次行って複数のスペクトラムを取得し、スペクトラム毎に含まれる全てのピーク部について各パラメータを取得する(ステップSa1)。 The signal processing unit 4′ performs the evaluation process shown in FIG. 6 using each parameter related to each peak portion, thereby obtaining the peak portion Rv caused by the flow velocity V at the measurement point P, that is, the measurement corresponding to the normal Doppler signal. Certified as a peak. That is, the signal processing unit 4′ acquires a plurality of spectra by sequentially performing FFT processing (step S3) by sequentially capturing the measurement signal and the vibration signal at predetermined time intervals, and all peaks included in each spectrum Each parameter is obtained for (step Sa1).
ここで、信号処理部4’は、複数のスペクトラムの全ピーク部について上述した各パラメータを取得するので、個々のピーク部について同一種のパラメータがスペクトラムの数だけ取得される。 Here, since the signal processing unit 4' acquires the above-described parameters for all peak portions of a plurality of spectra, the same parameters for the individual peak portions are acquired for the number of spectra.
そして、信号処理部4’は、全てのピーク部のピーク電力EPを第1閾値TH1と比較することにより、ピーク電力EPが第1閾値TH1以上のピーク部が存在するか否かを判断する(ステップSa2)。すなわち、信号処理部4’は、全てのピーク部のうち、ピーク電力EPが第1閾値TH1以上のピーク部をピーク部Rv(計測ピーク部)の候補とする。 Then, the signal processing unit 4′ compares the peak power E P of all peak parts with the first threshold TH 1 to determine whether there is a peak part whose peak power E P is equal to or greater than the first threshold TH 1 . (step Sa2). In other words, the signal processing unit 4' selects peak portions having a peak power E P equal to or greater than the first threshold value TH1 among all the peak portions as candidates for the peak portions Rv (measurement peak portions).
ここで、各ピーク部については、ステップSa1において複数のピーク電力EPがパラメータの1つとして取得されているので、信号処理部4’は、各ピーク部におけるピーク電力EPの代表値(例えば平均値)と第1閾値TH1とを比較することによりステップSa2の判断を行う。 Here, for each peak portion, since a plurality of peak powers E P are acquired as one of the parameters in step Sa1, the signal processing unit 4' obtains a representative value (for example, The determination in step Sa2 is made by comparing the average value) with the first threshold value TH1.
そして、信号処理部4’は、全てのピーク部のうち、ピーク電力EPが最も大きいピーク部R1を初期的に選択する(ステップSa3)。そして、信号処理部4’は、このピーク部R1に関するパラメータを参照することにより、ピーク部R1の電力変動幅ΔEPが第2閾値TH2以下か否かを判断する(ステップSa4)。上記第2閾値TH2は、複数の観測対象Kから事前に得られた各種ピーク部Rv、Rs、Raの電力変動幅(教示データ)に基づいて設定された単一の値である。 Then, the signal processing section 4' initially selects the peak portion R1 having the largest peak power E P among all the peak portions (step Sa3). Then, the signal processing unit 4' determines whether or not the power variation width ΔEP of the peak portion R1 is equal to or less than the second threshold TH2 by referring to the parameters related to the peak portion R1 (step Sa4). The second threshold TH2 is a single value set based on the power variation width (teaching data) of various peaks Rv, Rs, and Ra previously obtained from a plurality of observation targets K.
すなわち、複数の観測対象Kについて各種ピーク部Rv、Rs、Raの性質を確認した結果、ピーク部Rv(計測ピーク部)の電力変動幅は比較的小さいが、連続振動に起因するピーク部Rs及び降雨に起因するピーク部Raの電力変動幅は比較的大きいことが確認された。上記第2閾値TH2は、このようなピーク部Rv(計測ピーク部)とピーク部Rs,Raとにおける電力変動幅の特徴に基づいて設定されたものであり、両者を識別し得る値である。 That is, as a result of confirming the properties of various peak portions Rv, Rs, and Ra for a plurality of observation targets K, the power fluctuation width of the peak portion Rv (measurement peak portion) is relatively small, but the peak portion Rs and It was confirmed that the power fluctuation width of the peak portion Ra due to rainfall is relatively large. The second threshold TH 2 is set based on the characteristics of the power fluctuation range in the peak portion Rv (measurement peak portion) and the peak portions Rs and Ra, and is a value capable of distinguishing between the two. .
続いて、信号処理部4’は、ピーク部R1の周波数変動幅ΔfPが第3閾値TH3以内か否かを判断する(ステップSa5)。上記第3閾値TH3は、複数の観測対象Kから事前に得られた各種ピーク部Rv、Rs、Raの周波数変動幅(教示データ)に基づいて設定された値であり、上述した第2閾値TH2(単一値)とは違って下限値と上限値とからなる。 Subsequently, the signal processing unit 4' determines whether or not the frequency fluctuation width ΔfP of the peak portion R1 is within the third threshold TH3 (step Sa5). The third threshold TH 3 is a value set based on the frequency variation width (teaching data) of various peak portions Rv, Rs, and Ra obtained in advance from a plurality of observation targets K, and the above-described second threshold Unlike TH 2 (single value), it consists of a lower limit and an upper limit.
すなわち、複数の観測対象Kについて各種ピーク部Rv、Rs、Raの性質を確認した結果、ピーク部Rv(計測ピーク部)の周波数変動幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Rsの周波数変動幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Raの周波数変動幅は比較的大きいことが確認された。上記第3閾値TH3は、このようなピーク部Rv(計測ピーク部)及びピーク部Rs,Raにおける周波数変動幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Rv(計測ピーク部)をピーク部Rs,Raに対して識別し得る。 That is, as a result of confirming the properties of various peak portions Rv, Rs, and Ra for a plurality of observation targets K, the frequency fluctuation width of the peak portion Rv (measurement peak portion) is medium, but the peak portion Rs due to continuous vibration It was confirmed that the frequency variation width of the peak portion Ra due to rainfall was relatively large. The third threshold TH3 is set based on the characteristics of the frequency fluctuation width in the peak portion Rv (measurement peak portion) and the peak portions Rs and Ra, and the peak portion Rv (measurement peak portion) is It can be discriminated against the peak portions Rs and Ra.
そして、信号処理部4’は、ピーク部R1の第1周波数幅fT1が第4閾値TH4以内か否かを判断する(ステップSa6)。上記第4閾値TH4は、複数の観測対象Kから事前に得られた各種ピーク部Rv、Rs、Raの周波数変動幅(教示データ)に基づいて設定された値であり、上述した第3閾値TH3と同様に下限値と上限値とからなる。 Then, the signal processing unit 4' determines whether or not the first frequency width fT1 of the peak portion R1 is within the fourth threshold TH4 (step Sa6). The fourth threshold TH 4 is a value set based on the frequency variation width (teaching data) of various peaks Rv, Rs, and Ra obtained in advance from a plurality of observation targets K, and the above-described third threshold Like TH 3 , it consists of a lower limit value and an upper limit value.
すなわち、複数の観測対象Kについて各種ピーク部Rv、Rs、Raの性質を確認した結果、ピーク部Rv(計測ピーク部)の第1周波数幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Rsの第1周波数幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Raの第1周波数幅は比較的大きいことが確認された。上記第4閾値TH4は、このようなピーク部Rv(計測ピーク部)及びピーク部Rs,Raにおける第1周波数幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Rv(計測ピーク部)をピーク部Rs,Raに対して識別し得る。 That is, as a result of confirming the properties of various peak portions Rv, Rs, and Ra for a plurality of observation targets K, the first frequency width of the peak portion Rv (measurement peak portion) is medium, but the peak portion caused by continuous vibration It was confirmed that the first frequency width of Rs is relatively small, and that the first frequency width of the peak Ra caused by rainfall is relatively large. The fourth threshold TH 4 is set based on the characteristics of the first frequency width in the peak portion Rv (measurement peak portion) and the peak portions Rs and Ra, and the peak portion Rv (measurement peak portion) can be identified for the peaks Rs, Ra.
そして、信号処理部4’は、ピーク部R1の第1変動幅ΔfT1が第5閾値TH5以内か否かを判断する(ステップSa7)。上記第5閾値TH5は、複数の観測対象Kから事前に得られた各種ピーク部Rv、Rs、Raの周波数変動幅(教示データ)に基づいて設定された値であり、上述した第4閾値TH4と同様に下限値と上限値とからなる。 Then, the signal processing unit 4' determines whether or not the first variation width ΔfT1 of the peak portion R1 is within the fifth threshold TH5 (step Sa7). The fifth threshold TH 5 is a value set based on the frequency variation width (teaching data) of various peak portions Rv, Rs, and Ra obtained in advance from a plurality of observation targets K, and the above-described fourth threshold Like TH 4 , it consists of a lower limit value and an upper limit value.
すなわち、複数の観測対象Kについて各種ピーク部Rv、Rs、Raの性質を確認した結果、ピーク部Rv(計測ピーク部)の第1変動幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Rsの第1変動幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Raの第1変動幅は比較的大きいことが確認された。上記第5閾値TH5は、このようなピーク部Rv(計測ピーク部)及びピーク部Rs,Raにおける第1変動幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Rv(計測ピーク部)をピーク部Rs,Raに対して識別し得る。 That is, as a result of confirming the properties of various peak portions Rv, Rs, and Ra for a plurality of observation targets K, the first fluctuation width of the peak portion Rv (measurement peak portion) is medium, but the peak portion caused by continuous vibration It was confirmed that the first variation width of Rs is relatively small, and the first variation width of the peak portion Ra caused by rainfall is relatively large. The fifth threshold TH 5 is set based on the characteristics of the first fluctuation width in the peak portion Rv (measurement peak portion) and the peak portions Rs and Ra, and the peak portion Rv (measurement peak portion) can be identified for the peaks Rs, Ra.
そして、信号処理部4’は、ピーク部R1の第2周波数幅fT2が第6閾値TH6以内か否かを判断する(ステップSa8)。上記第6閾値TH6は、複数の観測対象Kから事前に得られた各種ピーク部Rv、Rs、Raの周波数変動幅(教示データ)に基づいて設定された値であり、上述した第5閾値TH5と同様に下限値と上限値とからなる。 Then, the signal processing unit 4' determines whether or not the second frequency width fT2 of the peak portion R1 is within the sixth threshold TH6 (step Sa8). The sixth threshold TH 6 is a value set based on the frequency variation width (teaching data) of various peak portions Rv, Rs, and Ra obtained in advance from a plurality of observation targets K, and is a value set based on the above-described fifth threshold Like TH 5 , it consists of a lower limit and an upper limit.
すなわち、複数の観測対象Kについて各種ピーク部Rv、Rs、Raの性質を確認した結果、ピーク部Rv(計測ピーク部)の第2周波数幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Rsの第2周波数幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Raの第2周波数幅は比較的大きいことが確認された。上記第6閾値TH6は、このようなピーク部Rv(計測ピーク部)及びピーク部Rs,Raにおける第2周波数幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Rv(計測ピーク部)をピーク部Rs,Raに対して識別し得る。 That is, as a result of confirming the properties of various peak portions Rv, Rs, and Ra for a plurality of observation targets K, the second frequency width of the peak portion Rv (measurement peak portion) is medium, but the peak portion caused by continuous vibration It was confirmed that the second frequency width of Rs is relatively small, and that the second frequency width of the peak Ra caused by rainfall is relatively large. The sixth threshold TH 6 is set based on the characteristics of the second frequency width in the peak portion Rv (measurement peak portion) and the peak portions Rs and Ra, and the peak portion Rv (measurement peak portion) can be identified for the peaks Rs, Ra.
さらに、信号処理部4’は、ピーク部R1の第2変動幅ΔfT2が第7閾値TH7以内か否かを判断する(ステップSa9)。上記第7閾値TH7は、複数の観測対象Kから事前に得られた各種ピーク部Rv、Rs、Raの周波数変動幅(教示データ)に基づいて設定された値であり、上述した第6閾値TH6と同様に下限値と上限値とからなる。 Further, the signal processing unit 4' determines whether or not the second variation width ΔfT2 of the peak portion R1 is within the seventh threshold TH7 (step Sa9). The seventh threshold TH 7 is a value set based on the frequency variation width (teaching data) of various peak portions Rv, Rs, and Ra obtained in advance from a plurality of observation targets K, and the above-described sixth threshold Like TH6 , it consists of a lower limit and an upper limit.
すなわち、複数の観測対象Kについて各種ピーク部Rv、Rs、Raの性質を確認した結果、ピーク部Rv(計測ピーク部)の第2変動幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Rsの第2変動幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Raの第2変動幅は比較的大きいことが確認された。上記第7閾値TH7は、このようなピーク部Rv(計測ピーク部)及びピーク部Rs,Raにおける第2変動幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Rv(計測ピーク部)をピーク部Rs,Raに対して識別し得る。 That is, as a result of confirming the properties of various peak portions Rv, Rs, and Ra for a plurality of observation targets K, the second fluctuation width of the peak portion Rv (measurement peak portion) is medium, but the peak portion caused by continuous vibration It was confirmed that the second variation range of Rs is relatively small, and the second variation range of peak portion Ra caused by rainfall is relatively large. The seventh threshold TH 7 is set based on the characteristics of the second fluctuation width in the peak portion Rv (measurement peak portion) and the peak portions Rs and Ra, and the peak portion Rv (measurement peak portion) can be identified for the peaks Rs, Ra.
そして、信号処理部4’は、ピーク部R1について上記ステップSa4~Sa9の条件を満足した場合に計測ピーク部であると認定する(ステップSa10)。一方、信号処理部4’は、ステップSa4~Sa9のいずれかの条件を満足しない場合には、ピーク電力EPが次に大きいピーク部R2を選択し(ステップSa11)、この上でステップSa4~Sa9の条件を満足するか否かを判断することによりピーク部R2がピーク部Rv(計測ピーク部)であるか否かを評価する。 Then, the signal processing unit 4' recognizes that the peak portion R1 is a measurement peak portion when the conditions of steps Sa4 to Sa9 are satisfied (step Sa10). On the other hand, if the signal processing section 4' does not satisfy any of the conditions of steps Sa4 to Sa9, it selects the peak section R2 having the next largest peak power EP (step Sa11 ), and then selects the peak section R2 (step Sa11). It is evaluated whether or not the peak portion R2 is the peak portion Rv (measurement peak portion) by judging whether or not the conditions of ˜Sa9 are satisfied.
信号処理部4’は、ステップSa2で検出されたピーク部Rv(計測ピーク部)の候補についてステップSa4~Sa9の条件を満足するか否かを判断することにより、各候補がピーク部Rv(計測ピーク部)であるか否かを評価する。なお、信号処理部4’は、ステップSa2でピーク部が検出されなかった場合には、ピーク部Rv(計測ピーク部)はスペクトラムに含まれていないと判定する(ステップSa12)。 The signal processing unit 4′ determines whether or not the candidates for the peak portion Rv (measurement peak portion) detected in step Sa2 satisfy the conditions of steps Sa4 to Sa9, so that each candidate becomes the peak portion Rv (measurement peak portion). peak). If no peak portion is detected in step Sa2, the signal processing section 4' determines that the peak portion Rv (measured peak portion) is not included in the spectrum (step Sa12).
このような本第2実施形態によれば、3つのピーク部Rv、Rs、Raについて周波数の大小関係が明確になっていない場合であっても、電波式流速計A’に作用する振動及び送信波(反射波)の伝搬路Dに存在する異物に起因する外乱の影響を抑制あるいは排除することが可能であり、以って流速Vの計測精度を従来よりも向上させることが可能である。 According to the second embodiment as described above, even if the magnitude relationship of the frequencies of the three peaks Rv, Rs, and Ra is not clear, the vibration and transmission acting on the radio wave current meter A' It is possible to suppress or eliminate the influence of disturbance caused by foreign matter present in the propagation path D of the wave (reflected wave), thereby improving the measurement accuracy of the flow velocity V compared to the conventional art.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記各実施形態では、流速Vの測定についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電波式流速計Aが河川等の観測対象Kにおける計測点Pの流速V(水の流速)を測定する動作モード(流速計測モード)の他に観測対象Kにおける土石流の流速Vを計測する動作モード(土石流計測モード)を備える場合、土石流計測モードでは計測データに土石流によって一過性の振動が発生する場合がある。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are conceivable.
(1) In each of the above embodiments, only the measurement of the flow velocity V was described, but the present invention is not limited to this. For example, in addition to the operation mode (flow velocity measurement mode) in which the radio current velocity meter A measures the flow velocity V (flow velocity of water) at the measurement point P in the observation target K such as a river (flow velocity measurement mode), the flow velocity V of the debris flow at the observation target K is measured. When the operation mode (debris flow measurement mode) is provided, transient vibration may occur in the measurement data due to the debris flow in the debris flow measurement mode.
このような場合には、土石流に起因する一過性の振動と車両が橋梁を通過した場合等の一過性の振動とを性質の違いを利用して識別する。すなわち、計測信号に強度ピークQが含まれる場合、あるいは振動センサ3が規定値以上の振動を検出している期間においてステップS3の除外処理を行うことなく流速Vの演算処理を行い、連続振動に起因するピーク部Rsのピーク周波数に基づいて演算される流速(速度)が所定のしきい値を越える場合にステップS3の除外処理を行う。 In such a case, the difference in properties is used to distinguish between transient vibrations caused by a debris flow and transient vibrations such as when a vehicle passes over a bridge. That is, when the intensity peak Q is included in the measurement signal, or during the period when the vibration sensor 3 detects vibrations equal to or greater than a specified value, the calculation processing of the flow velocity V is performed without performing the exclusion processing in step S3, and continuous vibration is performed. If the flow velocity (velocity) calculated based on the peak frequency of the resulting peak portion Rs exceeds a predetermined threshold value, the exclusion process of step S3 is performed.
(2)上記各実施形態では、計測信号のスペクトラムのみ、あるいは計測信号のスペクトラムと振動センサ3の振動信号との組み合わせに基づいて連続振動に起因するピーク部Rs及び降雨に起因するピーク部Raを外乱として排除したが、本発明はこれに限定されない。例えば降雨センサを設けることによって計測現場における降雨の有無を検出する場合には、降雨がある場合と降雨がない場合とで場合分けして外乱となるピーク部を排除してもよい。 (2) In each of the above embodiments, the peak portion Rs caused by continuous vibration and the peak portion Ra caused by rainfall are detected based on only the spectrum of the measurement signal or the combination of the spectrum of the measurement signal and the vibration signal of the vibration sensor 3. Although excluded as a disturbance, the present invention is not limited to this. For example, when detecting the presence or absence of rainfall at the measurement site by providing a rainfall sensor, the peak portion that causes disturbance may be excluded depending on whether it is raining or not.
(3)上記各実施形態では、周波数軸上で隣り合う2つのピーク部Rv、Rs、周波数軸上で隣り合う2つのピーク部Rv、Raあるいは周波数軸上で隣り合う3つのピーク部Rv、Rs、Raから流速Vに起因するピーク部Rv(正規ドップラー信号)を抽出して計測点Pの流速Vを演算したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、外乱信号については、連続振動に起因するピーク部Rs(第1外乱信号)及び降雨に起因するピーク部Ra(第2外乱信号)に限定されない。 (3) In each of the above embodiments, two peak portions Rv and Rs adjacent on the frequency axis, two peak portions Rv and Ra adjacent on the frequency axis, or three peak portions Rv and Rs adjacent on the frequency axis , Ra to calculate the flow velocity V at the measurement point P by extracting the peak portion Rv (normal Doppler signal) caused by the flow velocity V, but the present invention is not limited to this. That is, the disturbance signal is not limited to the peak portion Rs (first disturbance signal) caused by continuous vibration and the peak portion Ra (second disturbance signal) caused by rainfall.
(4)上記第1実施形態において、図3に示した信号処理部4の処理手順はあくまでも一例であり、本発明はこれに限定されない。必要に応じて他の順番を採用してもよい。 (4) In the first embodiment, the processing procedure of the signal processing unit 4 shown in FIG. 3 is merely an example, and the present invention is not limited to this. Other orders may be used if desired.
(5)上記各実施形態では、図2に示すように観測対象K(水面)の上流側に向けて送信波を放射する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、下流側に向けて送信波を放射してもよい。 (5) In each of the above-described embodiments, a case has been described in which transmission waves are emitted toward the upstream side of the observation target K (water surface) as shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this. That is, the transmission wave may be radiated toward the downstream side.
(6)上記第2実施形態では、スペクトラムに含まれる各ピーク部の属性値であるパラメータとして周波数変動幅ΔfP、電力変動幅ΔEP、第1周波数幅fT1、第1変動幅ΔfT1、第2周波数幅fT2及び第2変動幅ΔfT2を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第2周波数幅fT2及び第2変動幅ΔfT2を割愛してもよく、また第1周波数幅fT1、第1変動幅ΔfT1、第2周波数幅fT2及び第2変動幅ΔfT2に加えて、第3周波数幅fT3及び第3変動幅ΔfT3を追加してもよい。 (6) In the above-described second embodiment, the parameters that are the attribute values of each peak included in the spectrum are the frequency fluctuation width Δf P , the power fluctuation width ΔE P , the first frequency width f T1 , the first fluctuation width Δf T1 , Although the second frequency width f T2 and the second variation width Δf T2 are employed, the present invention is not limited thereto. For example, the second frequency width f T2 and the second variation width Δf T2 may be omitted, and the first frequency width f T1 , the first variation width Δf T1 , the second frequency width f T2 and the second variation width Δf T2 , a third frequency width f T3 and a third variation width Δf T3 may be added.
A,A’ 電波式流速計
B 構造物
D 伝搬路
K 観測対象
P 計測点
1 アンテナ
2 送受信回路
3 振動センサ
4,4’ 信号処理部
5 表示部
6 通信部
7 記録部
A, A' Radio current meter B Structure D Propagation path K Observation target P Measuring point 1
Claims (6)
前記計測信号のスペクトラムにピーク部が複数含まれていた場合に、複数の前記ピーク部の属性値を評価することによって前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部を認定し、
前記スペクトラムに周波数軸上で隣り合う2つの前記ピーク部が存在する場合において、周波数の低い前記ピーク部の前記属性値である半値幅が規定の半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の高い前記ピーク部が周波数の低い前記ピーク部よりも前記属性値である半値幅が大きかった場合は、周波数の低い前記ピーク部を前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部と認定することを特徴とする電波式流速計。 A measurement point of an observation target is irradiated with a transmission wave, a measurement signal is obtained based on a reflected wave generated by reflection of the transmission wave at the measurement point, and the measurement point is obtained based on a Doppler signal included in the measurement signal. A radio wave current meter that measures the flow velocity of
If the spectrum of the measurement signal includes a plurality of peaks, the measurement peak corresponding to the Doppler signal is identified by evaluating the attribute values of the plurality of peaks ,
When the spectrum has two adjacent peak portions on the frequency axis, the half-value width, which is the attribute value of the low-frequency peak portion, is included in a specified half-value width range, and When the half width, which is the attribute value, of the high peak portion is larger than that of the low frequency peak portion, the low frequency peak portion is recognized as the measurement peak portion corresponding to the Doppler signal . Radio wave current meter.
前記計測信号のスペクトラムにピーク部が複数含まれていた場合に、複数の前記ピーク部の属性値を評価することによって前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部を認定し、
前記属性値は、ピーク電力EPの周波数変動幅Δf P 、前記ピーク電力E P の電力変動幅ΔE P 、前記ピーク電力E P から第1の減衰量d 1 だけ低下した低域側周波数f 1 及び低域側周波数f 2 との周波数差f T1 及び当該周波数差f T1 の変動幅Δf T1 を少なくとも含むことを特徴とする電波式流速計。 A measurement point of an observation target is irradiated with a transmission wave, a measurement signal is obtained based on a reflected wave generated by reflection of the transmission wave at the measurement point, and the measurement point is obtained based on a Doppler signal included in the measurement signal. A radio wave current meter that measures the flow velocity of
If the spectrum of the measurement signal includes a plurality of peaks, the measurement peak corresponding to the Doppler signal is identified by evaluating the attribute values of the plurality of peaks,
The attribute values are a frequency variation width Δf P of the peak power EP, a power variation width ΔE P of the peak power EP, a low - side frequency f 1 that is lower than the peak power EP by a first attenuation amount d 1 , and A radio current meter characterized by including at least a frequency difference f T1 from a low frequency side frequency f 2 and a variation width Δf T1 of the frequency difference f T1 .
当該振動センサが規定値以上の振動を検出している期間を除外した期間の前記計測信号に基づいて前記計測点の流速を計測することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の電波式流速計。 Equipped with a vibration sensor,
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the flow velocity at the measurement point is measured based on the measurement signal during a period excluding a period during which the vibration sensor detects vibrations equal to or greater than a specified value. The radio-controlled current meter described.
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