JPH0321870A

JPH0321870A - 流速測定ヘッドとその使用装置並びに使用方法

Info

Publication number: JPH0321870A
Application number: JP15721989A
Authority: JP
Inventors: Kiyoushirou Murakami; 村上　恭四郎; Yoshitsugu Kanbayashi; 神林　喜次
Original assignee: IKEDA KEIKI SEISAKUSHO KK
Current assignee: IKEDA KEIKI SEISAKUSHO KK
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1991-01-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は流速測定ヘッドとその使用装置並びに使用方法
に関し、特には河川の自動的な流量観測等に用いられる
ものである。

（従来の技術）河川の流量測定はかつてボート又は篭に観測者がのって
測器を降すような方法で行なわれたが、危険を伴なうた
め徐々に遠隔操作で行なわれるようになって来た。従来
の遠隔操作による測定では、河川を横断するワイヤより
流速計と重錘からなる測器を吊下げ、定点毎に測器を水
中に降し、その点に於る所定水深の流速を測定する方法
が採用されている。なお、流速測定には、約４０秒間の
パルス数をストップウォッチを用いてカウントするもの
とされている。

（技術的課題）前述のような従来の方法では、流れの横断方向や昇降方
向のワイヤ操作をする者と、測定水深、着床を看視する
者、パルス計測者、測桿の角度を測定する者など多くの
作業者が必要になる。またそれらの者の連繋した動きで
作業が進められるのでチームの熟練度によって、測定に
長時間を要したりばらつきが生じ、両日に亘るような場
合は、最初と最後で水位が大きく変わったりするためデ
ータが使えず、再計測という事態も起る。

なお、測定ヘッドについては更に次のような問題があっ
た。例えば従来の測定ヘッドは、測器部分と重錘とが２
階建式に組合わされていたため、着床する重錘が邪魔に
なって水底の流速が計測できない、水深も補正しなけれ
ば得られない、重錘が着床してから昇降ワイヤのたるみ
を目視する方法では不正確である等々である。また重錘
の下面に着床検出器を具えたものでも、河床が荒れてい
ると着床信号が発信されないことがある。重錘が岩石に
当り、その間に検出器が入った場合などである。それで
も手動であれば位置をずらせて着床信号を発信させ得る
が、自動化装置では、着床信号が発せられない限り次の
動作に移れないため障害となる。

本発明は前記の問題点や欠点等を解決するものでその目
的は、測器部分と重錘とが一体的に設けられ、流速とそ
の測定深度が正確に測定できる小型の流速測定ヘッドを
提供することにある。

本発明の他の目的は、前記流速測定ヘッドを用いて実際
の測定を行なうに当り、測定流れを横断する所定の測定
点に、該ヘッドを的確かつ迅速に位置せしめるとともに
、極く少人数で短時間に流速観測を行なうことができ、
かつ着床の検出が正確に行なえる流速測定ヘッドの使用
装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、流速並びに深度等の測定が、
河幅等の数値をセツ１〜し、流速測定ヘッドを使用装置
によって、河幅方向へ順次移動させながら昇降を繰返す
ことで、流速の測定が自動的に行なえるようにした流速
測定ヘッドの使用方法を提供することにある。

（技術的手段）前記目的は、吊下手段によって、水中に略水平に吊下げ
られ、任意の深度に沈められる、重錘を兼ねた、流線形
の外形を有する本体を具えており、その本体の後部に方
向、水中姿勢を安定させる安定板が設けられ、また測定
流れからの入力により流速に応じたパルスを゛発生する
流速パルス発生手段と、その流速を測定した深度を計測
する深度計測手段とが本体に一体に設けられた構成によ
り達せられる。

また本発明の第２の目的は、測定流れを横断可能な方向
で流れの両側に対向して設けられた支持体と、該支持体
間に張設されたワイヤによって測定流れを横断するトロ
リと、トロリに設けられた昇降ワイヤの繰出し、巻取り
により昇降可能に設けられた昇降体と、該昇降体に流速
測定ヘッドを吊下げた吊下手段にかかる荷重の変化を検
出するため、吊下手段の適所に設けられた荷重測定手段
と、昇降体から水中に吊下げられ、測定流れの流速に応
じたパルスを発生する流速パルス発生手段並びにその流
速を測定した深度を計測する深度計測手段が具えられた
前記流速測定ヘッドと、該へッドによって測定された測
定データを演算装置へ送信するため昇降体又はその近く
の部材に設けられた送信機とによって構成された流速測
定ヘッドの使用装置によって達成される。

そしてこの装置は、測定流れの幅と、流速計の係数・補
正係数を入力することにより、測定流れの幅に応じた測
定点数を決め、各測定点に於る測定水深へ、流速測定ヘ
ッドを運び昇降させて順次流速測定を行なうことが望ま
しい。

ここで流速測定ヘッドによる測定の結果は、般にＶを１
秒間の流速、Ｎを１秒間の流速計回転翼の回転数、αお
よびβを定数とすれば、■＝αＮ十β・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１）という式で示され
る。

例えば、Ｖ　＝　　０．６９４Ｎ　＋　０．００６ここに、Ｎは
１秒間の回転数であるから、但し回転数：流速計が発し
た１音間の回転数音　数；流速計が測定時間内に発した
音数したがって、Ｔを測定時間（秒数）、ＳをＴ時間内
に発した音数、Ｒを１音間に要する回転数とすれば、Ｉ′ これを（１）式に代入すれば、ｌ上式において、Ｒ＝５（すなわち５回転毎にｌ音発する
機械）である時、Ｔ＝４０とすれば、．’．Ｖ＝　　０
．０８６７５−　　Ｓ＋　　０．００６・・−−−−−
−　　（２）故に（２）式によりパルス数Ｓから流速を
直ちに計算できることがわかる。

（実施例）以下図面を参照して詳細に説明する。

図示では河川の観測地点に於る流量観測を例としており
、第１図に於て１は河床、２、３は両岸に設置された柱
状の支持体、４はトロリ５を懸架させた主ワイヤ、６は
トロリ５を横行させる横行ワイヤ、７はトロリ５に吊下
げられた昇降体、８はその吊下げ用昇降ワイヤ、９は昇
降体８に流速測定ヘッド１０を吊下げた吊下手段を示す
。このような設備は河川の要所に予め必要数設置される
。

流速測定ヘッド１０は第２図に示されており、その本体
は細長く流線形に形成された中実の前部１１と後部１２
とから成っている。前部１ｌと後部ｌ２は測定ヘッド全
体の水中に於る重心位置よりやや後方で接続されている
。ｌ３はその接続手段を示す。本体前部１ｌは例えば黄
銅材により、また後部は鋼材により製造することができ
、このように比重（密度）の異なる材料を組合せること
で全体の大きさを考慮しながら、釣合いを取り易くして
いる。

流速計１４は本体前部１１の先端部より前方へ突出する
ように設けられており、該流速計ｌ４はプロペラ状の羽
根からなる水車ｌ５と、それを本体軸線上に軸支した軸
ｌ６の取付部材ｌ７及び該部材ｌ７内に組込まれたパル
ス信号発生器１８とを具えており、取付部材１７の後端
部で本体前端部に接続部材ｌ９を介して固定されている
。パルス信号発生器ｌ８はリードスイッチその他通常使
用されるもので良い。２０は信号線で、取付部材ｌ７内
のパルス信号発生器ｌ８より本体前部ｌｌ内に導かれて
いる。２１，　２２は信号線導出、導入各部に設けられ
たコネクタを示す。

本体前部ＩＩの前記重心位置付近には収容部２３が形成
され、そこに深度計測手段である水位計２４が収められ
ている（第４図参照）。水位計２４には半導体歪ゲージ
２５が用いられており（第５図参照）、それがシリコン
オイル２６を封入した受圧部のダイヤフラム２７から深
度に応じた水圧と大気圧を受けるようになっている。２
８はそのための導圧口で、水位計２４を封入したキャッ
プ２９に複数形成されている。３０は温度補償回路並び
に増幅器で水位計ケーシング３Ｉ内に封入されているの
で、出力信号は既に温度補正がなされた状態にある。水
位計２４に於で、３２は信号線、３３は電源線、３４は
大気開放用パイプで、これらは前記流速計１４の信号線
２０と共に本体上部の引出口３５から送信機５０へ向け
て導出される。なお、３６は流速計信号線２０を本体内
に水密に導入するためのゴムプッシュ、３７は押ねじな
示す。また３８は水位計２４の取付部を閉止した蓋で、
各部要所と同様０リングのようなシール部材３９で水密
処理されている。４０は本体をバランスを取って吊下げ
る吊り環を示す。

さらに本体後部ｌ２には垂直安定板４ｌと水平安定板４
２が十字状に設けられ、流れに対する水平安定と方向安
定を得ている。垂直安定板４１の上部には本体前後方向
にのびた長孔４３が重り取付手段として形成されており
、そこに前後方向へ位置調整可能に止具４４によって釣
合重り４５が取付けられている。垂直安定板４１の下部
には該安定板４１よりも下方に突出する可動垂直板４６
が支軸４７の回りに回動可能なように取付けられており
、着水時に優先して水流を受けることによって本体の向
きを流れと平行にする一方、着床するときは押し上げら
れ本体の位置を河床に近付けるように図られている。

このため垂直安定板４ｌの下端は、前記流速計１４の保
護のために、本体前部１１より前方へ突出するように設
けられた一対のソリ状の保護脚４８、４８と共に、本体
から余り離れないように設定されている．４９は可動垂
直板４６の下げ位置を規定するビンを示す。なお、保護
脚４８は釣合調整にも利用でき、バランスを向上させる
。

この流速測定ヘッド１０は前記のように、吊下手段９と
送信機５０を介して昇降体７に吊下げられているが、そ
の吊下手段９には荷重センサ５１を設けて着床検出機能
を発揮させている。即ち、第７図に示されている荷重セ
ンサ５ｌは、吊下手段９に接続される下部接続環５２と
、送信機５０に接続される上部接続環５３の間に介在さ
せた弾性体５４を有し、その弾性体５４に生ずる歪みの
変化を歪みゲージ５５で検出する。出力値は温度補償回
路及び増幅器５６によって補正される。５７はケーシン
グ、５８は信号線で、送信機５０に導かれる。

送信機５０は流速に関する測定データ，各流速測定深度
の測定データ等を演算装置８０へ送信するもので、昇降
体７に吊手５９により吊下げられており、昇降体７と共
に昇降する。昇降体７は旋回を防ぐため２個設けられた
ブーり６１，　６１を有し、これらにトロリ５の２個の
昇降ブーり６２、６２から降ろされた前述の昇降ワイヤ
８が掛回され吊下げられており、上面にトロリ５への接
触を探知する上限検出器６３と姿勢検知器６４が設けら
れている。

昇降ワイヤ８は一端が一方の支持体２に固定され、他端
はトロリ、昇降体を経て、他方の支柱３に取付けられた
ブーり６５、６６より機械室６７に据置けられた昇降電
動機巻ドラム６８に導かれているので、ワイヤ８の繰出
し、巻取りにより昇降体７を昇降させることができる。

横行ワイヤ６はトロリ５の移動方向両端に接続された端
部６９、６９′を有し、これらを夫々移動方向へ引張る
ように両支柱各所に取付けられたブーり７１，　７２、
７３、７４、７５にワイヤ掛けがなされ、ワイヤ端は機
械室６７内の横行巻ドラム７０、７０′に導かれている
。７６はその電動機である。第４ブーりにはテンション
ウェイト７７が吊下げられ張力のバランスをとっている
。

以上のシステムによる測定方法、測定点の割り付りは次
のように行なうことができる。

ｌ）河幅の計測。

２）河幅に応じた測定間隔の決定。このとき、河幅１０
０ｍ以上の場合は１０ｍ毎、同５０ｍ以上は５ｍ毎、同
５０ｍ以下は２〜４ｍ毎・・・等とする。

３）測定点に一連の番号を付けたとき、偶数に当る点で
は例えば水深（水位）のみを測定する。

４）奇数点では水深と流速を測定し、断面積と流速から
ブロック毎の流速を求める。その際流速は水深により、
１点法、２点法、３点注等により求めた平均流速が使わ
れる。測定深度は、１点法；　Ｖ　．．”　Ｖ　０．　６２点法；　Ｖ，＝１／２　　（Ｖｏ１＋Ｖｏ．ａ　）３
点法；　Ｖ−　＝１／４　　（Ｖ０．２　＋ｖ．，，　
＋Ｖｏ．ｅ　）ただし、■，は流速測線上の平均流速Ｖ１は水面よりｉ割の深さでの流速。

これらのデータ等が演算装置に入力されると、自動的に
測定点がＹ軸（河幅）、Ｚ軸（水深）方向に設定され、
トロリ５の横行と、測定ヘッド１０の昇降が自動的に繰
返されて測定が行なわれる。

而して流速はパルス信号発生器ｌ８によって発生したパ
ルス数をカウントすることで行なわれるが、ごの計数は
一定秒時例えば４０秒間行なう必要がある。これは流速
に脈動的変化、渦などがあり一瞬の測定値が実際を反映
しないからであるが、このパルスのカウントに際して本
発明ではカウントされたパルス数を所定時間だけ記憶さ
せておき、最新のデータと最旧のデータが順次入れ換わ
って常にその時点での最新のデータ群が得られるような
方ｌ去を採る。それ故、いつでも所定時間内の計数値が
瞬時に得られる。

（作用）上述した構成の流速測定ヘッド１０により河川などの測
定流れの流量観測を行なうには、演算装置８０に河幅そ
の他の所要のデータを人力するなどして、制１卸盤を操
作する。

所定の操作がなされると、トロリ５が測定流れを横断す
る方向に移動し、例えば第１図に示される測定点１に横
行ワイヤ６によって運ばれ、その点で昇降ワイヤ８が降
下し、流速測定ヘッド１０を演算により予め定められた
水深０．２ｉに沈めその点での流速と深度の測定が行な
われる。　流速測定ヘッド１０が降されるとき、本体の
向きは流れに正対し易いように吊下げられているが、正
対しているとは限らないので、安定板４ｌが水流により
本体を正対させるように作用し２０〜３０秒間ののちに
は流れに正対する。

しかし本発明では垂直安定板４ｌの下部より突出する可
動垂直板４６が最初に接水し、その流れの影響を受けて
本体の向きを流れと平行するように変えるので、数秒間
以内には流速測定ヘッド１０の向きが流れに正対しかつ
流線に沿った姿勢に整い、信頼できる？Ｊｉ！Ｉ定デー
タが得られる態勢となって、直ちに流速とその測定点の
水深が測定され、それらのデータは流速計１４、水位計
２４から送信機５０を経て演算装置８０に入力される。

この測定の際のヘッドの状態は第７図に示されたような
ものであり、吊下手段９であるワイヤの撓みにより、実
測定位置から離れる虞れがあり、特に従来はワイヤ繰出
量で水深を見ていたため重要な因子である水深の測定値
に誤差が生じた。しかし本発明によれば、水位計２４に
より流速計１４の位置を直接測定しているためこのよう
な誤差はなく、しかも補正の必要がない。

第１図の河床状態に従えば、第１測定点の一定深度での
流速、深度の測定の次はこの点の水深、そして第２測定
点で水深のみが測定されるが、水深測定の場合には流速
測定ヘッド１０を着床させる必要が生ずる．流速測定ヘ
ッド１０が河床１に着くときは保護脚４８と垂直安定板
４ｌの下端で支えられる。このとき可動垂直板４６は着
床により上にはね上がり、それを取付けた安定板４１．
保護脚４８共本体から僅かしか離れていないので、流速
計１４、水位計２４は可能な限り河床に近付いた状態に
あり、要すれば僅かな補正で正確な水深と流速の測定値
が得られる。また流速計１４は保護脚４８によって保護
されるので、河床の岩石等により破損することはない。

このように流速測定測定ヘッド１０は、使用ｇ置により
順次定められた測定点に移動し、その点で昇降され、こ
の動作が繰返されて測定を自動的に行なうことができる
ので、１人でも十分に正確な流量観測を実行できる。ま
た測定値は、従来測定開始時点から所定時間経過しなけ
れば決めることができなかったけれども、これも本発明
によれば随時、しかも連続して知り、必要なら記録する
ことができる。即ち過去から現時点に向かって所定時間
、常に測定データが継続して入力されているので所定時
間の経過を待つ必要がない。

（効果）本発明は以上の如く構成され、かつ作用するので、測器
部分と重錘とが一体化した流速測定ヘッドにより、測定
点に於る流速とその測定の深度を非常に正確に測定でき
る効果が発揮される。しかも魚雷型本体内に全て組込ま
れるため全体が小型化され、水流から受ける抵抗が小さ
くなり、かつ測定精度の向上にも寄与する。

また本発明の使用装置によれば、流速測定ヘッドを用い
て測定を行なうに当り、測定流れを横断する所定の測定
点に、該ヘッドを的確かつ迅速に位置させることができ
、従って小人数で速やかに正確な測定を実施できる効果
が得られ、時間のかかり過ぎにより測定が無駄になって
しまうような問題も起らない。この装置では吊下手段で
あるワイヤの撓みなどを検出する必要もないので、測定
ヘッドの着床とその深度測定も確実、正確なものとなり
、自動流量観測を容易に実行できる。

このように本発明によれば河川等の流量観測を安全に、
早く、正確になし得るので水利計画等に寄与するところ
が非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に関するもので、第１図は本発明
の流速測定ヘッドとその使用装置の全体を示す断面説明
図、第２図は流速測定ヘッドの一部破断側面図、第３図
は正面図、第４図は水位計部分の断面図、第５図は水位
計の構造を模式的に示す断面図、第６図はトロリに吊下
げられた流速ヘッドの側面図、第７図は使用状態の側面
説明図、第８図は本発明に係る使用装置のブロック図で
ある。１・・・河床、２、３・・・支持体、４・・・主ワイヤ
、５・・・トロリ、６・・・横行ワイヤ、７・・・昇降
体、８・・・昇降ワイヤ、９・・・吊下手段、１０・・
・流速測定ヘッド、１４・・・流速計、２４・・・水位
計、４ｌ・・・垂直安定板、４２・・・水平安定板、４
６・・・可動垂直板、５０・・・送信機、５１・・・荷
重センサ。第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）吊下手段によって、水中に略水平に吊下げられ、
任意の深度に沈められる、重錘を兼ねた、流線形の外形
を有する本体を具えており、その本体の後部に方向、水
中姿勢を安定させる安定板が設けられ、また測定流れか
らの入力により流速に応じたパルスを発生する流速パル
ス発生手段と、その流速を測定した深度を計測する深度
計測手段とが本体に一体に設けられていることを特徴と
する流速測定ヘッド。
（２）本体は、その先端部に測定流れに正対して回転す
る水車を有し、該水車の回転数をパルス変換する流速パ
ルス発生手段を内蔵しており、さらに水中に於る本体重
心付近で水車と略等深となる位置に深度計測手段が設け
られている請求項第１項記載の流速測定ヘッド。
（３）本体は、その先端部に設けられた水車又はその他
の部材が水底又は異物と接触するのを防ぐ、ソリ状の保
護脚を前部に有する請求項第２項記載の流速測定ヘッド
。
（４）本体の後部又は安定板に、着水時に本体より下向
きに突出し、本体の着床により水底から押されて上方へ
移動する可動垂直板を設けた請求項第１項記載の流速測
定ヘッド。
（５）本体の後部又は安定板に、本体前後方向に沿った
重り取付手段を設け、該手段を介して本体の姿勢を調節
する釣合重りを前後移動可能に設けた請求項第１項記載
の流速測定ヘッド。
（６）本体は、深度計測手段の設置部等を除く略全体が
中実に形成され、かつ風部分を境に前後が比重の異なる
材料によって形成されており、それによつても前後の釣
合いがとられるように構成された請求項第１項記載の流
速測定ヘッド。
（７）測定流れを横断する方向で流れの両側に対向して
設けられた支持体と、該支持体間に張設されたワイヤに
よって測定流れを横断可能なトロリと、トロリに設けら
れた昇降ワイヤの繰出し、巻取りにより昇降可能に設け
られた昇降体と、該昇降体に流速測定ヘッドを吊下げた
吊下手段にかかる荷重の変化を検出するため、吊下手段
の適所に設けられた荷重測定手段と、昇降体から水中に
吊下げられ、測定流れの流速に応じたパルスを発生する
流速パルス発生手段並びにその流速を測定した深度を計
測する深度計測手段が具えられた前記流速測定ヘッドと
、該ヘッドによって測定された測定データを演算装置へ
送信するため昇降体又はその近くの部材に設けられた送
信機とによって構成された流速測定ヘッドの使用装置。
（８）トロリは、対向設置されている支持体間に張設さ
れた主ワイヤによって荷重が支えられ、両支持体間を回
動するエンドレス状の横行ワイヤによって測定流れを横
断する方向へ移動する請求項第７項記載の流速測定ヘッ
ドの使用装置。
（９）荷重センサは、流速測定ヘッドの吊下げによって
生ずる荷重等を歪みに変換し、これを検出する歪みゲー
ジによって構成された請求項第７項記載の流速測定ヘッ
ドの使用装置。
（１０）測定流れの幅と、流速計の係数・補正係数を入
力することにより、測定流れの幅に応じた測定点数を決
め、各測定点に於る測定水深へ、流速測定ヘッドを運び
昇降させて順次流速測定を行なうことを特徴とする流速
測定ヘッドの使用方法。
（１１）流速測定ヘッドに具えられた、流速パルス発生
手段から送信された測定データを所定時間遡及した時点
から記憶装置に記憶させ、かつ現時点の最新の測定デー
タによつて最初のデータが随時更新されるように構成さ
れた請求項第１０項記載の流速測定ヘッドの使用方法。