JPH05180676A - 流量計測装置 - Google Patents
流量計測装置Info
- Publication number
- JPH05180676A JPH05180676A JP3346299A JP34629991A JPH05180676A JP H05180676 A JPH05180676 A JP H05180676A JP 3346299 A JP3346299 A JP 3346299A JP 34629991 A JP34629991 A JP 34629991A JP H05180676 A JPH05180676 A JP H05180676A
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- JP
- Japan
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- wave
- flow rate
- water
- emitted
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 構成の簡素化および低コスト化を図るととも
に、濁度などに左右されずに流量を計測でき、しかも適
用範囲の制約を受けないようにする。 【構成】 開水路１上に設けた送受信器２から超音波も
しくは電波を水面に発射し、発射波Ｕ0 と反射波Ｕ1 と
の周波数差（ｆ1 −ｆ0 ）をもとに流速Ｖを求め、発射
波Ｕ0 と反射波Ｕ1 との位相差Δｔをもとに水位Ｈを求
め、これら流速Ｖおよび水位Ｈと水路幅Ｂとから流量Ｑ
を算出するように構成する。
に、濁度などに左右されずに流量を計測でき、しかも適
用範囲の制約を受けないようにする。 【構成】 開水路１上に設けた送受信器２から超音波も
しくは電波を水面に発射し、発射波Ｕ0 と反射波Ｕ1 と
の周波数差（ｆ1 −ｆ0 ）をもとに流速Ｖを求め、発射
波Ｕ0 と反射波Ｕ1 との位相差Δｔをもとに水位Ｈを求
め、これら流速Ｖおよび水位Ｈと水路幅Ｂとから流量Ｑ
を算出するように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一定水路幅を有する開
水路での流量の計測に使用される流量計測装置に関する
ものである。
水路での流量の計測に使用される流量計測装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の流量計測装置は、図４に
示すように一定水路幅Ｂの開水路４１に取り付けた水位
計４２により水位Ｈを計測し、上記開水路４１の側面に
取り付けた超音波流速計４３Ａ，４３Ｂにより超音波を
送受信させて流速Ｖを計測し、上記水路幅Ｂ、水位Ｈお
よび流速Ｖを、流量の計算式、Ｑ＝Ｂ・Ｈ・Ｖに当ては
めて、開水路４１における流量Ｑを算出するように構成
されていた。
示すように一定水路幅Ｂの開水路４１に取り付けた水位
計４２により水位Ｈを計測し、上記開水路４１の側面に
取り付けた超音波流速計４３Ａ，４３Ｂにより超音波を
送受信させて流速Ｖを計測し、上記水路幅Ｂ、水位Ｈお
よび流速Ｖを、流量の計算式、Ｑ＝Ｂ・Ｈ・Ｖに当ては
めて、開水路４１における流量Ｑを算出するように構成
されていた。
【０００３】また、上記とは別にパーシャルフリューム
法、すなわち、開水路に水路幅方向で絞った部位を形成
し、この絞り部位とその他の部位の水位を計測し、実験
的に求められている水位データから流量を求めるように
したものも知られている。
法、すなわち、開水路に水路幅方向で絞った部位を形成
し、この絞り部位とその他の部位の水位を計測し、実験
的に求められている水位データから流量を求めるように
したものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の流量計
測装置のうち、前者のものは、水位計と流速計の双方を
用意しなければならず、部品点数が増加し、施工コスト
が高くなる。しかも、超音波流速計を水中で使用するた
め、濁度が大きいと、超音波の送受信が正常に行なえな
いといったように濁度等の影響を受け易く、計測誤差を
招きやすい難点がある。
測装置のうち、前者のものは、水位計と流速計の双方を
用意しなければならず、部品点数が増加し、施工コスト
が高くなる。しかも、超音波流速計を水中で使用するた
め、濁度が大きいと、超音波の送受信が正常に行なえな
いといったように濁度等の影響を受け易く、計測誤差を
招きやすい難点がある。
【０００５】また、後者のものは、開水路の水路幅形状
を大幅に変更しなければならないので、幅広の開水路で
は設置施工が難しく、したがって、適用範囲が制約され
てしまう問題がある。
を大幅に変更しなければならないので、幅広の開水路で
は設置施工が難しく、したがって、適用範囲が制約され
てしまう問題がある。
【０００６】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、構成が簡素で、かつ低コスト化が
図れ、しかも適用範囲の制約もなく、かつ信頼性の高い
流量計測装置を提供することを目的としている。
めになされたもので、構成が簡素で、かつ低コスト化が
図れ、しかも適用範囲の制約もなく、かつ信頼性の高い
流量計測装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る流量計測装置は、一定水路
幅の開水路上に、水面に対して斜め方向から超音波もし
くは電波を発射し、水面からの反射波を受信する送受信
器を配設し、上記発射波と反射波との周波数差、発射波
の波長および発射波の水面に対する入射角度から求めら
れた流速と、上記発射波と反射波との位相差、発射波の
伝搬速度、上記入射角度、発射波の伝搬距離および送受
信器の設置高さから求められた水位と、上記水路幅とか
ら流量を算出するように構成したものである。
め、本発明の請求項１に係る流量計測装置は、一定水路
幅の開水路上に、水面に対して斜め方向から超音波もし
くは電波を発射し、水面からの反射波を受信する送受信
器を配設し、上記発射波と反射波との周波数差、発射波
の波長および発射波の水面に対する入射角度から求めら
れた流速と、上記発射波と反射波との位相差、発射波の
伝搬速度、上記入射角度、発射波の伝搬距離および送受
信器の設置高さから求められた水位と、上記水路幅とか
ら流量を算出するように構成したものである。
【０００８】また、本発明の請求項２に係る流量計測装
置は、一定水路幅の開水路上に、水面に対して斜め方向
からパルス状の超音波もしくは電波を発射し、かつ水面
からの反射波を受信する送受信器を配設し、上記発射波
と反射波との周波数差、発射波の波長および反射波の水
面に対する入射角度から求められた流速と、上記発射波
と反射波の時間差、発射波の伝搬速度、上記入射角度、
発射波の伝搬距離および送受信器の設置高さから求めた
水位と、上記水路幅とから流量を算出するように構成し
たものである。
置は、一定水路幅の開水路上に、水面に対して斜め方向
からパルス状の超音波もしくは電波を発射し、かつ水面
からの反射波を受信する送受信器を配設し、上記発射波
と反射波との周波数差、発射波の波長および反射波の水
面に対する入射角度から求められた流速と、上記発射波
と反射波の時間差、発射波の伝搬速度、上記入射角度、
発射波の伝搬距離および送受信器の設置高さから求めた
水位と、上記水路幅とから流量を算出するように構成し
たものである。
【０００９】
【作用】本発明の請求項１によれば、開水路上の送受信
器から水面に対して斜め方向から超音波もしくは電波を
発射し、水面からの反射波を受信することによって、流
速や水位が求められるので、流速計や水位計を別々に設
ける必要がなくなり、構成が簡素となって、安価に製作
することがてきるうえ、濁度等に左右されずに流量の計
測が行なえ、さらに開水路に絞りを形成するなどの特殊
な改造を施さなくてもよいので、広幅の開水路にも容易
に適用することができる。
器から水面に対して斜め方向から超音波もしくは電波を
発射し、水面からの反射波を受信することによって、流
速や水位が求められるので、流速計や水位計を別々に設
ける必要がなくなり、構成が簡素となって、安価に製作
することがてきるうえ、濁度等に左右されずに流量の計
測が行なえ、さらに開水路に絞りを形成するなどの特殊
な改造を施さなくてもよいので、広幅の開水路にも容易
に適用することができる。
【００１０】また、本発明の請求項２のように、パルス
状の超音波もしくは電波を水面に発射させるものでは、
発射波の伝搬距離が長い場合にも、対応可能である。
状の超音波もしくは電波を水面に発射させるものでは、
発射波の伝搬距離が長い場合にも、対応可能である。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１は本発明の一実施例による流量計測装置を
示す構成図である。
明する。図１は本発明の一実施例による流量計測装置を
示す構成図である。
【００１２】図１において、１は一定水路幅Ｂの開水路
であり、この開水路１の上方には、超音波もしくは電波
（図２）を水面に対して入射角度αをもって斜め上方か
ら発射する送信部２Ａと、水面Ｓからの反射波を受信す
る受信部２Ｂとを備えた送受信器２が配設されている。
３は上記送受信器２に接続された演算回路であり、発射
波Ｕ0 と反射波Ｕ1 との周波数差ｆ0 −ｆ1 、発射波Ｕ
0 の波長λ、および上記入射角度αから流速Ｖを求め、
さらに発射波Ｕと反射波Ｕ0 との位相差Δｔ（＝θ1 −
θ0 ）、発射波Ｕの伝搬速度Ｃ、上記入射角度α、発射
波Ｕの伝搬距離ｌおよび送受信器２の設置高さＤから水
位Ｈを求め、これら流速Ｖ、水位Ｈおよび水路幅Ｂから
流量Ｑを、Ｑ＝Ｂ・Ｈ・Ｖの式に基づいて演算するよう
になっている。
であり、この開水路１の上方には、超音波もしくは電波
（図２）を水面に対して入射角度αをもって斜め上方か
ら発射する送信部２Ａと、水面Ｓからの反射波を受信す
る受信部２Ｂとを備えた送受信器２が配設されている。
３は上記送受信器２に接続された演算回路であり、発射
波Ｕ0 と反射波Ｕ1 との周波数差ｆ0 −ｆ1 、発射波Ｕ
0 の波長λ、および上記入射角度αから流速Ｖを求め、
さらに発射波Ｕと反射波Ｕ0 との位相差Δｔ（＝θ1 −
θ0 ）、発射波Ｕの伝搬速度Ｃ、上記入射角度α、発射
波Ｕの伝搬距離ｌおよび送受信器２の設置高さＤから水
位Ｈを求め、これら流速Ｖ、水位Ｈおよび水路幅Ｂから
流量Ｑを、Ｑ＝Ｂ・Ｈ・Ｖの式に基づいて演算するよう
になっている。
【００１３】つぎに、上記構成の動作について説明す
る。送受信器２から水面Ｓに対して超音波もしくは電波
Ｕが発射され、水面Ｓで反射された反射波Ｕ1 は送受信
器２で受信される。この時、送受信器２の出力を受けた
演算回路３では、以下のような演算を行なう。
る。送受信器２から水面Ｓに対して超音波もしくは電波
Ｕが発射され、水面Ｓで反射された反射波Ｕ1 は送受信
器２で受信される。この時、送受信器２の出力を受けた
演算回路３では、以下のような演算を行なう。
【００１４】いま、送受信器２からの発射波Ｕ0 が、Ｕ
0 ＝Ａｃｏｓ（ω0t＋θ0 ）として表され、水面Ｓから
の反射波Ｕ1 ＝Ａｃｏｓ（ω1t＋θ1 ）として表される
ものとする（但し、Ａは定数）。上記発射波Ｕ0 の周波
数ｆ0 ＝ω0 ／２πは、水面Ｓで反射されると、ドップ
ラー効果により、ｆ1 ＝ω1 ／２πに変化する。ここ
で、ｆ0 ＝Ｃ／λ、ｆ1 ＝（Ｃ＋Ｖｃｏｓα）／λであ
るので、周波数差ｆ1 −ｆ0 ＝（Ｖｃｏｓα）λとな
る。したがって、流速Ｖは、Ｖ＝λ（ｆ1 −ｆ0 ）／ｃ
ｏｓαから求められる。
0 ＝Ａｃｏｓ（ω0t＋θ0 ）として表され、水面Ｓから
の反射波Ｕ1 ＝Ａｃｏｓ（ω1t＋θ1 ）として表される
ものとする（但し、Ａは定数）。上記発射波Ｕ0 の周波
数ｆ0 ＝ω0 ／２πは、水面Ｓで反射されると、ドップ
ラー効果により、ｆ1 ＝ω1 ／２πに変化する。ここ
で、ｆ0 ＝Ｃ／λ、ｆ1 ＝（Ｃ＋Ｖｃｏｓα）／λであ
るので、周波数差ｆ1 −ｆ0 ＝（Ｖｃｏｓα）λとな
る。したがって、流速Ｖは、Ｖ＝λ（ｆ1 −ｆ0 ）／ｃ
ｏｓαから求められる。
【００１５】また、発射波Ｕ0 と反射波Ｕ1 の位相差Δ
ｔを時間で測り、発射波伝搬速度Ｃを乗算することによ
り、発射波Ｕ0 の伝搬距離ｌを求める。すなわち、ｌ＝
（Ｃ×Δｔ）／２から算出する（但し、Δｔ＝θ1 −θ
0 ）である。上記開水路１の底面から送受信器２までの
距離である送受信器２の高さをＤとすると、上記水位Ｈ
は、Ｈ＝Ｄ−ｌｓｉｎθから求められる。
ｔを時間で測り、発射波伝搬速度Ｃを乗算することによ
り、発射波Ｕ0 の伝搬距離ｌを求める。すなわち、ｌ＝
（Ｃ×Δｔ）／２から算出する（但し、Δｔ＝θ1 −θ
0 ）である。上記開水路１の底面から送受信器２までの
距離である送受信器２の高さをＤとすると、上記水位Ｈ
は、Ｈ＝Ｄ−ｌｓｉｎθから求められる。
【００１６】上記演算回路３では、上記開水路１の水路
幅Ｂ、上記流速Ｖおよび水位Ｈから、θ＝Ｂ・Ｈ・Ｖを
基にして、流量θを算出する。
幅Ｂ、上記流速Ｖおよび水位Ｈから、θ＝Ｂ・Ｈ・Ｖを
基にして、流量θを算出する。
【００１７】ここで、上記開水路１の上方に設置した超
音波送受信器２から超音波を水面Ｓに対して送信して出
射波Ｕ0 と反射波Ｕ1 を利用して流速や水位を求めるの
で、流速計や水位計を別々に設ける場合に比して部品点
数も少なくなり、低コスト化が図れるとともに、水中に
計器を設置しないので、濁度の影響を受けたり、トラブ
ルを起こすことなく、安定した流量計測を行なうことが
できる。また、開水路１に絞り部分を設ける等の形状改
造を施す必要がないので、適用範囲を広げることが可能
となる。
音波送受信器２から超音波を水面Ｓに対して送信して出
射波Ｕ0 と反射波Ｕ1 を利用して流速や水位を求めるの
で、流速計や水位計を別々に設ける場合に比して部品点
数も少なくなり、低コスト化が図れるとともに、水中に
計器を設置しないので、濁度の影響を受けたり、トラブ
ルを起こすことなく、安定した流量計測を行なうことが
できる。また、開水路１に絞り部分を設ける等の形状改
造を施す必要がないので、適用範囲を広げることが可能
となる。
【００１８】ところで、上記の実施例では、水位を計測
する際に発射波Ｕ0 と反射波Ｕ1 の位相差Δｔを時間で
測ってから伝搬距離ｌを求めたが、実際には、発射波Ｕ
0 と反射波Ｕ1 とで周波数が変わるので、上記伝搬距離
ｌが大きくなると、上記周波数の変化を考慮する必要が
ある。この場合は、以下の様な方式により水位Ｈを求め
て、流量Ｑを算出すればよい。
する際に発射波Ｕ0 と反射波Ｕ1 の位相差Δｔを時間で
測ってから伝搬距離ｌを求めたが、実際には、発射波Ｕ
0 と反射波Ｕ1 とで周波数が変わるので、上記伝搬距離
ｌが大きくなると、上記周波数の変化を考慮する必要が
ある。この場合は、以下の様な方式により水位Ｈを求め
て、流量Ｑを算出すればよい。
【００１９】すなわち、図３に示すようなパルス状の超
音波もしくは電波（発射波）Ｐ0 を送受信器２から送信
し、その反射波Ｐ1 を受信させるようにし、その時、流
速Ｖについては、上記の例と同様の方法で算出する。そ
して、発射波Ｐ0 と反射波Ｐ1 との時間差（時間遅れ）
ｔ0 から上記伝搬距離ｌを、ｌ＝（Ｃ0 ×ｔ0 ）／２か
ら算出して、これから水位Ｈを求める。最後に、水路幅
Ｂ、流速Ｖおよび水位値Ｈから流量Ｑを算出する。この
場合、上記伝搬距離ｌが大きくなっても、発射波Ｐ0 と
反射波Ｐ1 との周波数の変化に左右されずに、水位Ｈが
求められる。
音波もしくは電波（発射波）Ｐ0 を送受信器２から送信
し、その反射波Ｐ1 を受信させるようにし、その時、流
速Ｖについては、上記の例と同様の方法で算出する。そ
して、発射波Ｐ0 と反射波Ｐ1 との時間差（時間遅れ）
ｔ0 から上記伝搬距離ｌを、ｌ＝（Ｃ0 ×ｔ0 ）／２か
ら算出して、これから水位Ｈを求める。最後に、水路幅
Ｂ、流速Ｖおよび水位値Ｈから流量Ｑを算出する。この
場合、上記伝搬距離ｌが大きくなっても、発射波Ｐ0 と
反射波Ｐ1 との周波数の変化に左右されずに、水位Ｈが
求められる。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明の請求項１によれ
ば、一定水路幅の開水路上に設けた送受信器から超音波
もしくは電波を斜め方向から水面に対して発射し、発射
波と反射波との周波数差をもとに流速を求め、発射波と
反射波との位相差をもとに水位を求め、上記水路幅、流
速および水位から流量を算出するように構成したので、
構成の簡素化と低コスト化を図れるとともに、水の濁り
等の影響を受けずに適確な流量計測を行なうことがで
き、さらに開水路を改造する必要がなく、様々の開水路
に幅広く適用することができる。
ば、一定水路幅の開水路上に設けた送受信器から超音波
もしくは電波を斜め方向から水面に対して発射し、発射
波と反射波との周波数差をもとに流速を求め、発射波と
反射波との位相差をもとに水位を求め、上記水路幅、流
速および水位から流量を算出するように構成したので、
構成の簡素化と低コスト化を図れるとともに、水の濁り
等の影響を受けずに適確な流量計測を行なうことがで
き、さらに開水路を改造する必要がなく、様々の開水路
に幅広く適用することができる。
【００２１】また、本発明の請求項２によれば、一定水
路幅の開水路上に設けた送受信器からパルス状の超音波
もしくは電波を斜め方向から水面に対して発射し、発射
波と反射波との周波数差をもとに流速を求め、発射波と
反射波との時間差をもとに水位を求め、水路幅、流速お
よび水位から流量を算出するように構成したので、発射
波の伝搬距離が長い場合でも、比較的精度良く流量を計
測することが可能となる。
路幅の開水路上に設けた送受信器からパルス状の超音波
もしくは電波を斜め方向から水面に対して発射し、発射
波と反射波との周波数差をもとに流速を求め、発射波と
反射波との時間差をもとに水位を求め、水路幅、流速お
よび水位から流量を算出するように構成したので、発射
波の伝搬距離が長い場合でも、比較的精度良く流量を計
測することが可能となる。
【図１】本発明の一実施例による流量計測装置を示す構
成図である。
成図である。
【図２】同流量計測装置に用いられる送受信器からの超
音波もしくは電波の発射波と反射波を示す図である。
音波もしくは電波の発射波と反射波を示す図である。
【図３】本発明の他の例で使用されるパルス状の超音波
もしくは電波の発射波と反射波を示す図である。
もしくは電波の発射波と反射波を示す図である。
【図４】従来の流量計測装置を示す構成図である。
１ 開水路 ２ 底面 Ｄ 送受信器設置高さ Ｈ 水位 Ｐ0 ，Ｕ0 発射波 Ｐ1 ，Ｕ1 反射波 Ｓ 水面 Δｔ 位相差 ｔ0 時間差 Ｖ 流速 α 入射角度
Claims (2)
- 【請求項１】 一定水路幅の開水路上に、水面に対して
斜め方向から超音波もしくは電波を発射し、かつ水面か
らの反射波を受信する送受信器を配設し、上記発射波と
反射波との周波数差、発射波の波長および発射波の水面
に対する入射角度から求められた流速と、上記発射波と
反射波との位相差、発射波の伝搬速度、上記入射角度、
発射波の伝搬距離および送受信器の設置高さから求めら
れた水位と、上記水路幅とから流量を算出するように構
成したことを特徴とする流量計測装置。 - 【請求項２】 一定水路幅の開水路上に、水面に対して
斜め方向からパルス状の超音波もしくは電波を発射し、
かつ水面からの反射波を受信する送受信器を配設し、上
記発射波と反射波との周波数差、発射波の波長および発
射波の水面に対する入射角度から求められた流速と、上
記発射波と反射波の時間差、発射波の伝搬速度、上記入
射角度、発射波の伝搬距離および送受信器の設置高さか
ら求められた水位と、上記水路幅とから流量を算出する
ように構成したことを特徴とする流量計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3346299A JPH05180676A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 流量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3346299A JPH05180676A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 流量計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180676A true JPH05180676A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=18382458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3346299A Pending JPH05180676A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 流量計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05180676A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006038873A (ja) * | 2001-08-30 | 2006-02-09 | Toto Ltd | 健康管理装置 |
| JP2015111097A (ja) * | 2013-11-07 | 2015-06-18 | 株式会社 メカトロ技研 | 水際から離隔した位置からの水面挙動の計測方法 |
| JP2016114358A (ja) * | 2014-12-10 | 2016-06-23 | 横河電子機器株式会社 | 電波式水位計 |
| KR101982009B1 (ko) * | 2017-12-26 | 2019-05-24 | 한국수자원공사 | 수위 변동을 고려한 비접촉식 표층 유속 모니터링 시스템 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP3346299A patent/JPH05180676A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006038873A (ja) * | 2001-08-30 | 2006-02-09 | Toto Ltd | 健康管理装置 |
| JP2015111097A (ja) * | 2013-11-07 | 2015-06-18 | 株式会社 メカトロ技研 | 水際から離隔した位置からの水面挙動の計測方法 |
| JP2016114358A (ja) * | 2014-12-10 | 2016-06-23 | 横河電子機器株式会社 | 電波式水位計 |
| KR101982009B1 (ko) * | 2017-12-26 | 2019-05-24 | 한국수자원공사 | 수위 변동을 고려한 비접촉식 표층 유속 모니터링 시스템 |
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