JPH04120467A - 流速計 - Google Patents

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］ この発明は例えば水路を流れる自由水面を有する流体の
表面流速を測定する流速計、特に表血流速の非接触測定
に関する。

］従来の技ｉホｊ］ 自由水面を有する流体が流れる水路における表面流速測
定には、ピトー管、カップメータや羽根式メータを用い
たカレントメータ、浮子なと各種流速計か用いられるか
、特に水路内の自由水面の水位の変動や流体に異物の混
入ならびに浮遊物か市るときにも測定できる浮子か利用
されている。

流体中に浮遊する浮子は流体の水平分速と殆んど同じ速
さで流れ、その流下距離と時間より流速が得られる。浮
子には表面流速の測定に用いられる木製円盤で吃水が高
さの０．８〜０゜９をなす表面浮子と、平均流速の測定
に用いられる細長い円筒状の竿の下端におもりをつけ吃
水をなるへく水深に近いものとした竿浮子があり、表面
浮子により測定された表面流速から平均流速への変換に
は係数が用いられ、また竿浮子により測定された流速か
ら平均流速への変換には浮子の吃水などにて決まる補正
係数を用いて補正する。

表面流速の測定は、水路の上流側中央位置へ表面浮子を
投入して、流下距離に相当する２つの見通し線間を浮子
か通過するのを目視しその時の経過時間を計測する。上
記流下距離と浮子の経過時間より流速を算出し、このと
きの浮子個有の補正係数に基づいて補正を行って表面流
速か得られる。

５発明か解決しようとする課題： 上記のような従来の流速計では、水路の上流側中央位置
へ表面浮子を投入する、水路の幅が大きいときには投下
装置か用いられる。

流下距離の始点と終点位置に相当する見通し線間を浮子
が通過することを目視しその間の経過時間を計測する。

表面流速算出のため流速ならびに補正係数による補正の
演算を行う。上記内容は凡て人手を介するので実行に際
し要所にそれぞれ人員を配置する。従って流速測定に多
数の人員を要するので費用か高額になり測定か容易且つ
迅速に行えない。

流速測定は水路５へ浮子を投入して行われるので測定か
間欠的となり連続して行えないので、流速測定の自動化
ならびに測定データの自動記録かできないという問題点
があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、流体表面がランダムに変動する各種流体の表面流速
測定が流体に接触することなく常時連続して且つ自動的
に行える流速計を得ることを目的とする。

；課題を解決するための手段２ この発明に係る流速計は、水路の上部空間に設けられ流
体表面のパターンに感応する複数の素子が配列されたイ
メージセンサと、イメージセンサからの信号をディジタ
ル信号に変換するＡ−Ｄ変換器と、Ａ−Ｄ変換された第
１パターン情報を格納する第１メモリと、所定時間遅延
後のイメージセンサからのＡ−Ｄ変換された第２パター
ン情報を格納する第２メモリと、メモリから読出される
両パターン情報のアドレスを指定しパターン情報相互間
の位相を調節する読出し制御回路と、メモリから読出さ
れたパターン情報の相関演算を１１う相関器と、相関関
数か所定値に達したときのパターン移動量を検出する移
動検出器と、パターン移動量と遅延時間よりパターン移
動速度を算出する移動速度演算器と、パターン移動速度
を表面流速へ変換する信号変換器とを設けたものである
。

１作用］ この発明においては、自由水面を有する流体か流れる水
路の上部空間に流れ方向に沿って流体表面のパターンに
感応するイメージセンサを設け、異なる時限の流体表面
のパターン情報をそれぞれのメモリへ格納する。メモリ
から読出された両者のパターン情報の相互間の位相を調
節してその相関関数が極大になる時のパターン移動量を
求め、パターン移動速度からランダム現象を呈する水路
向流体の表面流速を測定する。

流速計に用いるイメージセンサは流体と非接触にて動作
できるので、腐食性流体など各種流体の流速測定に利用
できる。

またセンサは流体内に浸漬しないので流体水位か低下し
ても正しい流速測定か行える。

センサの使用は１個のみでその装着や変換か迅速且つ容
易にでき、流速計の保守点検が随時行えて作業効率の改
善が図れる。

流体内に異物や気泡などの夾雑物が混入してもこれらの
干渉を受けないのて欠測の発生が抑制され動作が安定化
できる。

流速測定にあけるレンジの拡大は、レンズの倍率を変え
センサの視野幅を調節して対応で之る。

［実施例］ この発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は水路の一例を示す上面図である。

図において、１は動作指令を行うタイミング回路、２は
流体表面の進行波や波紋などのパターンに感応して電気
信号を出力するイメージセンサ、３はイメージセンサ２
への動作指令を与える駆動回路、４はレンズ、５は水路
、６はＡ−Ｄ変換器、７はタイミング回路１からの指令
により動作する切換器、８は流体表面の第１パターン情
報か格納される第１メモリ、９は異なる時限の第２パタ
ーン情報が格納される第２メモリ、１０はメモリからの
両パターン情報の読出しアドレスを指定する読出し制御
回路、１１は第１メモリ８と第２メモリ９からの各パタ
ーン情報の相関演算を行う相関器、１２は相関器１１の
動作を制御する参照信号を発生する参照信号回路、１３
はパターン情報の相関関数が極大になる偏位置を求める
移動検出器、１４はパターン移動速度を算出する移動速
度演算器、１５はパターン移動速度から流速への変換を
行う信号変換器、矢示は流れの方向を示している。

上記のように構成された流速計においては、自由水面を
有する流体が流れる水路５の上部空間にレンズ４を介し
てイメージセンサ２を流れの方向に沿って装着する。

イメージセンサ２としては例えば複数のホトダイオード
なとの光電変換器が一次元に配列され、順次変換信号を
読出すための転送部をそなえたＣＣＤ即ち電荷転送素子
よりなるラインセンサが用いられる。

タイミング回路１からの指令により駆動回路３か作動し
て例えば２相駆動信号が出力される。

イメージセンサ２内に配列されたホトダイオードには、
それぞれレンズ４を介して対応する流体表面のランダム
なパターンに関する実像が結ばれており、イメージセン
サ２へ蓄積された映像信号は上記駆動信号により転送部
が作動して順次高速度にて出力され、Ａ−Ｄ変換器６に
てディジタル信号に変換される。タイミング回路１から
の最初の指令に基づき切換器７が作動して、イメージセ
ンサ２にて順次サンプリングされた流体表面の第１パタ
ーン情報は第１メモリ８へ格納される。引続いて所定時
間遅延された指令に基づいて切換器７が切換えられ、イ
メージセンサ２からの第２パターン情報は第２メモリ９
へ格納される。

第３図はパターン情報の一例を示す動作波形であり、 ■は第１メモソ８へ格納される第１パターン情報；ｆ　
（ｉ）、■は第２メモリ９へ格納される第２パターン情
報：ｇ（ｉ）、流体表面のパターンは何れもランダム信
号で時間と共に変化する非定常性を呈する。第１メモリ
８と第２メモリ９へそれぞれ格納されたパターン情報は
その読出しに際し、相互間の位相が順次所定の値となる
ように読出し制御回路１０により調節される。メモリか
ら読出された第１パターン情報と第２パターン情報は相
関器１１へ加えられ、相互位相τが調節され、次式によ
る相関演算か行われる。

ここに、Ｒ（τ）；相関関数、τ＝Ｏ〜τ、Ｎはイメー
ジセンサ２の画素数を示す。

例えばイメージセンサ２に用いられる配列されたホトダ
イオードによる画素数を＼＝５１２とする。読出し制御
回路１０により第１メモリ８ならびに第２メモリ９がら
読出された第１がターン情報と第２パターン情報は、相
互相関演算されτをＯ〜笥ｑまで変えたときＲ（τ）が
極大値となるときのτの値を△Ｘとして移動検出器１２
から出力される。移動速度演算器１３において、パター
ンのサンプリング時間間隔即ち遅延時間Δ丁とパターン
移動距離△Ｘより、流体表面のパターン移動速度Ｖは、 となる。ここでｍはレンズ倍率である。

上記相関演算には時間を要するので、参照信号回路１２
からの時間関数よりなる参照信号を相関器１１へ供給し
て、演算が行われるパターン領域を制限して演算時間の
短縮が図られている。即ち式（１）において入に代わり
Ｏ＜Ｍ＜へなるＭを採用して相関演算を行っている。

また相関器１１は第１パターン情報と、第２が極大とな
るパターンマツチング動作をさせても同等の作用か行え
る。

上記パターン移動速度Ｖは流１本表面のランダムな現象
を呈するパターンの移動に係わるもので、パターンは流
体の流れ方向への移動の他にパターン形状（流体表面の
凹凸、進行波や波紋なと）変化の要素か介入して表面流
速とは一般に異なる。従って信号変換器１５においてパ
ターン移動速度から表面流速せへの変換が行われる。

流体表面のパターン移動速度は一般に表面流速、水路形
状、水深などに係わり、流体の表面流速ひは流体表面の
パターン移動速度■について、 Ｗ＝α■÷β　　　　　（４） と示すことができる。但しα、βは定数て必る。上式に
よりパターン移動速度から流体の表面流速が求められる
。

イメージセンサ２はレンズ４を介して水路５の上部空間
に流れ方向に沿って１個設けられるので、その装着や交
換が容易で流速計の保守点検か随時効率良〈実施できる
。

またレンズ４の倍率の調節により、センサの視野幅が変
えられて測定レンジの拡大が図れる。

水路５は開水路の他に閉された形式の暗渠または管渠に
おいても、内部に照明を設けてイメージセンサ２を用い
た流速測定が行える。

イメージセンサ２はセンサが直線状に配列された一次元
のラインセンサであるが、Ｘ、Ｙ両方向の二次元に配列
された平面センサを用いて、フレーム毎のパターン情報
によりフレーム間の相関を行っても同様に流速が得られ
、更に他の方向への移動も検出できるので測定精度の向
上が図れる。

流速計は流体と接触しないので、流体の種類ならびに流
体内の異物や気泡などの夾雑物の影響から避けられる。

また水路５内の流体表面がランダムに変動しても所定の
流速測定精度が確保され、上水、下水、農水、河川など
の表面流速測定に広く利用できる。

：発明の効果： この発明は以上説明したとおり、自由水面を有する流体
表面のパターンに感応するイメージセンサと、異なるタ
イミングのパターン情報を得る読出し制御回路と、パタ
ーン情報か７Ｊ（１えられる相関器ならびにこれら信号
にて動作する移動速度演算器を設ける簡単な構造により
、各種流体の表面流速か非接触にて測定できる。

イメージセンサの装着や交換が容易で機器の保守点検が
随時効率良く行える。

上水、下水、農水、河川などの表面流速測定に利用でき
且つ流体内部の夾雑物の影響から避けじれ安定した測定
ができる。

水路内の流体表面がランダムに変動しても所定の流速測
定精度が確保てきるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は水路の一例を示す上面図、第３図はパターン情報の一
例を示す動作波形である。 図において、２はイメージセンサ、８は第１メモリ、９
は第２メモリ、１０は読出し制御回路、１１は相関器、
１３は移動検出器、１４は移動速度演算器、１５は信号
変換器である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 特許出願人　　　株式会社　　トキメック′ＩＩＰＪｉ
図 イメージセンサ 第１メモリ １２メモリ 言売出し脂」鄭口路 ４目間名号 移動検出器 枠動速度ｍｌ巷

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）水路内を流れる自由水面を有する流体の流速を測
   定する流速計において、 上記水路の上部空間に設けられ流体表面のパターンに感
   応する複数の素子が配列されたイメージセンサと、上記
   イメージセンサからの信号をディジタル信号に変換する
   Ａ−Ｄ変換器と、上記Ａ−Ｄ変換された第１パターン情
   報を格納する第１メモリと、所定時間遅延後の上記イメ
   ージセンサからのＡ−Ｄ変換された第２パターン情報を
   格納する第２メモリと、上記メモリから読出される両パ
   ターン情報のアドレスを指定しパターン情報相互間の位
   相を調節する読出し制御回路と、上記メモリから読出さ
   れたパターン情報の相関演算を行う相関器と、相関関数
   が所定値に達したときのパターン移動量を検出する移動
   検出器と、上記パターン移動量と上記遅延時間よりパタ
   ーン移動速度を算出する移動速度演算器と、パターン移
   動速度を表面流速へ変換する信号変換器とを備えたこと
   を特徴とする流速計。
2. （２）イメージセンサは複数のセンサが一次元に配列さ
   れたラインセンサである請求項１記載の流速計。
3. （３）イメージセンサは複数のセンサが二次元に配列さ
   れた平面センサである請求項１記載の流速計。
4. （４）相関器は相互に位相の異なる第１パターン情報と
   第２パターン情報の相互相関を行う請求項１記載の流速
   計。
5. （５）相関器は相互に位相の異なる第１パターン情報と
   第２パターン情報の差の絶対値の和演算を行う請求項１
   記載の流速計。