JPH073350B2 - 流体速度測定方法およびその装置 - Google Patents
流体速度測定方法およびその装置Info
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- JPH073350B2 JPH073350B2 JP3274811A JP27481191A JPH073350B2 JP H073350 B2 JPH073350 B2 JP H073350B2 JP 3274811 A JP3274811 A JP 3274811A JP 27481191 A JP27481191 A JP 27481191A JP H073350 B2 JPH073350 B2 JP H073350B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流路内を流れる流体の
平均速度を測定する方法およびその装置に関する。
平均速度を測定する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】流路内を流れる流体の速度を測定する装
置の一つに、ドップラーシフトを利用したものがあり、
例えば特開昭61−7417号公報に開示されたものがある。
この装置は、図７に示すように、送信信号としての特定
周波数の電気信号を発生する信号発生手段51と、この信
号発生手段51からの送信信号を超音波信号に変換して、
管路52内を流れる流体53中に超音波信号ビームとして送
信する送信用トランスデューサ54と、前記流体53中に存
在する固体粒子55からの、前記超音波信号ビームの反射
波としての超音波信号を受信して電気信号に変換して出
力する受信用トランスデューサ56と、信号発生手段51か
らの送信信号の周波数と受信用トランスデューサ56から
の受信信号の周波数の差の周波数を検出して、この周波
数を表すドップラーシフト信号を出力するドップラーシ
フト検出手段57，58，59とからなるものである。なお、
60は補正器である。
置の一つに、ドップラーシフトを利用したものがあり、
例えば特開昭61−7417号公報に開示されたものがある。
この装置は、図７に示すように、送信信号としての特定
周波数の電気信号を発生する信号発生手段51と、この信
号発生手段51からの送信信号を超音波信号に変換して、
管路52内を流れる流体53中に超音波信号ビームとして送
信する送信用トランスデューサ54と、前記流体53中に存
在する固体粒子55からの、前記超音波信号ビームの反射
波としての超音波信号を受信して電気信号に変換して出
力する受信用トランスデューサ56と、信号発生手段51か
らの送信信号の周波数と受信用トランスデューサ56から
の受信信号の周波数の差の周波数を検出して、この周波
数を表すドップラーシフト信号を出力するドップラーシ
フト検出手段57，58，59とからなるものである。なお、
60は補正器である。
【０００３】そして、この装置においては、特に、送信
用トランスデューサ54を、この送信用トランスデューサ
54から送信される超音波信号ビームの軸61が管路52の中
心軸62に対して斜交するように、管路52の管壁上に設け
ると共に、受信用トランスデューサ56を、この受信用ト
ランスデューサ56により受信される反射波に対する指向
性の中心軸が、前記超音波信号ビームの軸61とほぼ共通
になるように、送信用トランスデューサ54に隣接して配
設することにより、流体53中における管路52の内壁面に
最も近い位置の固体粒子55からの反射波のみを、波長の
測定に関与させるようにしている。
用トランスデューサ54を、この送信用トランスデューサ
54から送信される超音波信号ビームの軸61が管路52の中
心軸62に対して斜交するように、管路52の管壁上に設け
ると共に、受信用トランスデューサ56を、この受信用ト
ランスデューサ56により受信される反射波に対する指向
性の中心軸が、前記超音波信号ビームの軸61とほぼ共通
になるように、送信用トランスデューサ54に隣接して配
設することにより、流体53中における管路52の内壁面に
最も近い位置の固体粒子55からの反射波のみを、波長の
測定に関与させるようにしている。
【０００４】しかしながら、この従来の装置は、満管状
態で流れる流体の速度を求めるものであると共に、管路
52を流れる流体53の一点における速度しか求めることが
できず、平均速度を正確に測定することが困難である。
また、管路52内の流体53の流れる方向を検出することが
できないといった極めて大きい欠点がある。
態で流れる流体の速度を求めるものであると共に、管路
52を流れる流体53の一点における速度しか求めることが
できず、平均速度を正確に測定することが困難である。
また、管路52内の流体53の流れる方向を検出することが
できないといった極めて大きい欠点がある。
【０００５】ところで、上述の従来の装置を用いて開水
路（非満管路）を流れる流体の平均速度を求めることが
できないことはないが、その場合、流体53の深さ、管路
52の内径や表面粗さなどの水力学的パラメータを考慮に
入れなければならないなど面倒であると共に、得られた
平均速度に大きな誤差が生ずる不都合がある。
路（非満管路）を流れる流体の平均速度を求めることが
できないことはないが、その場合、流体53の深さ、管路
52の内径や表面粗さなどの水力学的パラメータを考慮に
入れなければならないなど面倒であると共に、得られた
平均速度に大きな誤差が生ずる不都合がある。
【０００６】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、例えば 1.5cm／秒と
いった低速度から６ｍ／秒といった高速度までの広い速
度領域にわたって流路を流れる流体の平均流速およびそ
の流れる方向を極めて簡単に、しかも、精度よく測定す
ることができる流体速度測定方法およびその装置を提供
することにある。
もので、その目的とするところは、例えば 1.5cm／秒と
いった低速度から６ｍ／秒といった高速度までの広い速
度領域にわたって流路を流れる流体の平均流速およびそ
の流れる方向を極めて簡単に、しかも、精度よく測定す
ることができる流体速度測定方法およびその装置を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、信号発生器において発生された
特定周波数の電気信号を発信用トランスデューサを介し
て流路内を流れる流体に発信し、流体中の物体から反射
される反射波を受信用トランスデューサで受信し、発信
用トランスデューサから発信された発信信号の周波数と
受信用トランスデューサで受信された受信信号の周波数
との差信号に基づいて前記流体の速度を測定するドップ
ラーシフトを利用した流体速度測定方法において、発信
用トランスデューサおよび受信用トランスデューサを互
いに近接した状態で流路の底部に設けると共に、前記差
信号を、一定の周波数幅を持った所定の周波数帯でスキ
ャンすることにより各周波数帯の強度を求めた後、加重
平均法を適用することにより前記流体の平均流速を求め
ると共に、前記特定周波数の電気信号を90°移相して得
られる90°移相信号の周波数と前記受信信号の周波数と
の差信号を前記差信号と比較することにより前記流体の
流れる方向を検出するようにしている。
め、本発明においては、信号発生器において発生された
特定周波数の電気信号を発信用トランスデューサを介し
て流路内を流れる流体に発信し、流体中の物体から反射
される反射波を受信用トランスデューサで受信し、発信
用トランスデューサから発信された発信信号の周波数と
受信用トランスデューサで受信された受信信号の周波数
との差信号に基づいて前記流体の速度を測定するドップ
ラーシフトを利用した流体速度測定方法において、発信
用トランスデューサおよび受信用トランスデューサを互
いに近接した状態で流路の底部に設けると共に、前記差
信号を、一定の周波数幅を持った所定の周波数帯でスキ
ャンすることにより各周波数帯の強度を求めた後、加重
平均法を適用することにより前記流体の平均流速を求め
ると共に、前記特定周波数の電気信号を90°移相して得
られる90°移相信号の周波数と前記受信信号の周波数と
の差信号を前記差信号と比較することにより前記流体の
流れる方向を検出するようにしている。
【０００８】また、本発明においては、信号発生器にお
いて発生された特定周波数の電気信号を発信用トランス
デューサを介して流路内を流れる流体に発信し、流体中
の物体から反射される反射波を受信用トランスデューサ
で受信し、発信用トランスデューサから発信された発信
信号の周波数と受信用トランスデューサで受信された受
信信号の周波数との差信号に基づいて前記流体の速度を
測定するドップラーシフトを利用した流体速度測定装置
において、発信用トランスデューサおよび受信用トラン
スデューサを流路の底部に設けると共に、受信用トラン
スデューサの出力側に、発信用トランスデューサから発
信された発信信号の周波数と受信用トランスデューサで
受信された受信信号の周波数との差を得るための第１ミ
キサーと、前記特定周波数の電気信号を90°移相して得
られる90°移相信号の周波数と前記受信信号の周波数と
の差を得るための第２ミキサーとを互いに並列的に設け
てなる差信号検出部を設けると共に、この差信号検出部
の後段に、第１ミキサーの出力を一定の周波数幅を持っ
た所定の周波数帯でスキャンすることにより各周波数帯
の強度を求める周波数弁別部と、第１ミキサーの出力と
第２ミキサーの出力とを比較する位相比較部とを設け、
さらに、周波数弁別部および位相比較部からの出力を処
理する回路とを設けている。
いて発生された特定周波数の電気信号を発信用トランス
デューサを介して流路内を流れる流体に発信し、流体中
の物体から反射される反射波を受信用トランスデューサ
で受信し、発信用トランスデューサから発信された発信
信号の周波数と受信用トランスデューサで受信された受
信信号の周波数との差信号に基づいて前記流体の速度を
測定するドップラーシフトを利用した流体速度測定装置
において、発信用トランスデューサおよび受信用トラン
スデューサを流路の底部に設けると共に、受信用トラン
スデューサの出力側に、発信用トランスデューサから発
信された発信信号の周波数と受信用トランスデューサで
受信された受信信号の周波数との差を得るための第１ミ
キサーと、前記特定周波数の電気信号を90°移相して得
られる90°移相信号の周波数と前記受信信号の周波数と
の差を得るための第２ミキサーとを互いに並列的に設け
てなる差信号検出部を設けると共に、この差信号検出部
の後段に、第１ミキサーの出力を一定の周波数幅を持っ
た所定の周波数帯でスキャンすることにより各周波数帯
の強度を求める周波数弁別部と、第１ミキサーの出力と
第２ミキサーの出力とを比較する位相比較部とを設け、
さらに、周波数弁別部および位相比較部からの出力を処
理する回路とを設けている。
【０００９】
【作用】上記構成の流体速度測定方法およびその装置に
よれば、流路を流れる流体の広い速度領域における平均
流速およびその方向を極めて簡単に、しかも、精度よく
測定することができる。
よれば、流路を流れる流体の広い速度領域における平均
流速およびその方向を極めて簡単に、しかも、精度よく
測定することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。
ら説明する。
【００１１】先ず、図２は、本発明に係る流体速度測定
方法において用いる速度センサ１を測定対象である流体
としての下水２（流れる方向が例えば矢印Ｘとする）が
流れる開水路３内に配置した状態を示し、速度センサ１
は、開水路３の水路底にセットされている。そして、こ
の速度センサ１の傾斜した面には、発信用トランスデュ
ーサ４と受信用トランスデューサ５とが互いに近接した
状態で組み込まれている。なお、６は下水２中に含まれ
る固体粒子などの物体である。
方法において用いる速度センサ１を測定対象である流体
としての下水２（流れる方向が例えば矢印Ｘとする）が
流れる開水路３内に配置した状態を示し、速度センサ１
は、開水路３の水路底にセットされている。そして、こ
の速度センサ１の傾斜した面には、発信用トランスデュ
ーサ４と受信用トランスデューサ５とが互いに近接した
状態で組み込まれている。なお、６は下水２中に含まれ
る固体粒子などの物体である。
【００１２】図１は、本発明に係る装置の回路構成の一
例を示す。前記発信用トランスデューサ４は、アンプ７
を介して例えば水晶発振器よりなる信号発生器８に接続
されており、信号発生器８によって発生された電気信号
Ａ（周波数ａ）を、開水路３内を流れる下水２に向けて
斜め方向に発信するように構成されている。なお、信号
発生器８は、後述する第１ミキサー11および90°移相回
路13にも接続されている。
例を示す。前記発信用トランスデューサ４は、アンプ７
を介して例えば水晶発振器よりなる信号発生器８に接続
されており、信号発生器８によって発生された電気信号
Ａ（周波数ａ）を、開水路３内を流れる下水２に向けて
斜め方向に発信するように構成されている。なお、信号
発生器８は、後述する第１ミキサー11および90°移相回
路13にも接続されている。
【００１３】前記受信用トランスデューサ５は、発信用
トランスデューサ４からの発信信号Ａが下水２中の物体
６で反射して反射波となった信号を受信するもので、そ
の出力である受信信号Ｂ（周波数ｂ）は、アンプ９を介
して差信号検出部10に送られる。
トランスデューサ４からの発信信号Ａが下水２中の物体
６で反射して反射波となった信号を受信するもので、そ
の出力である受信信号Ｂ（周波数ｂ）は、アンプ９を介
して差信号検出部10に送られる。
【００１４】前記差信号検出部10の構成は次のとおりで
ある。11, 12は互いに並列的に配置された第１ミキサー
および第２ミキサーで、これら両ミキサー11, 12には、
アンプ９を経た受信信号Ｂが入力されるようにしてあ
る。また、13は信号発生器８において発生された電気信
号Ａを90°移相する90°移相回路で、その出力である直
角位相信号Ａ´は、第２ミキサー12に入力される。
ある。11, 12は互いに並列的に配置された第１ミキサー
および第２ミキサーで、これら両ミキサー11, 12には、
アンプ９を経た受信信号Ｂが入力されるようにしてあ
る。また、13は信号発生器８において発生された電気信
号Ａを90°移相する90°移相回路で、その出力である直
角位相信号Ａ´は、第２ミキサー12に入力される。
【００１５】前記第１ミキサー11は、同相ミキサーで、
信号発生器８の出力である信号Ａとアンプ９を経た受信
信号Ｂ（信号Ａと同相）とが入力され、この第１ミキサ
ー11からは、信号Ａ＋Ｂと信号｜Ａ−Ｂ｜とが出力され
る。
信号発生器８の出力である信号Ａとアンプ９を経た受信
信号Ｂ（信号Ａと同相）とが入力され、この第１ミキサ
ー11からは、信号Ａ＋Ｂと信号｜Ａ−Ｂ｜とが出力され
る。
【００１６】前記第２ミキサー12は、直角位相ミキサー
で、90°移相回路13からの直角移相信号Ａ´（前記信号
Ａ，Ｂと位相が90°異なる）と受信信号Ｂとが入力さ
れ、この第２ミキサー12からは、信号Ａ´＋Ｂと信号｜
Ａ´−Ｂ｜とが出力される。
で、90°移相回路13からの直角移相信号Ａ´（前記信号
Ａ，Ｂと位相が90°異なる）と受信信号Ｂとが入力さ
れ、この第２ミキサー12からは、信号Ａ´＋Ｂと信号｜
Ａ´−Ｂ｜とが出力される。
【００１７】そして、第１ミキサー11の出力側には、ロ
ーパスフィルタ14とアンプ15が接続され、また、第２ミ
キサー12の出力側には、ローパスフィルタ16とアンプ17
が接続されている。従って、アンプ15, 17の出力側に
は、それぞれ信号｜Ａ−Ｂ｜、信号｜Ａ´−Ｂ｜が出力
される。
ーパスフィルタ14とアンプ15が接続され、また、第２ミ
キサー12の出力側には、ローパスフィルタ16とアンプ17
が接続されている。従って、アンプ15, 17の出力側に
は、それぞれ信号｜Ａ−Ｂ｜、信号｜Ａ´−Ｂ｜が出力
される。
【００１８】ところで、前記アンプ15から出力される信
号｜Ａ−Ｂ｜は、開水路３中を流れる下水の様々な点
（例えば下水２中に浮遊する物体６など）から反射され
る信号によって得られる様々な速度に比例した周波数の
合成された波（以下、合成波Ｃと云う）である。そし
て、ドップラーシフトスペクトル（図形で言えば、Ｘ軸
に周波数、Ｙ軸に強度を取ったときに得られる信号Ｃの
曲線）を解析するには、各周波数帯の強度を求める必要
がある。
号｜Ａ−Ｂ｜は、開水路３中を流れる下水の様々な点
（例えば下水２中に浮遊する物体６など）から反射され
る信号によって得られる様々な速度に比例した周波数の
合成された波（以下、合成波Ｃと云う）である。そし
て、ドップラーシフトスペクトル（図形で言えば、Ｘ軸
に周波数、Ｙ軸に強度を取ったときに得られる信号Ｃの
曲線）を解析するには、各周波数帯の強度を求める必要
がある。
【００１９】18は前記合成波Ｃ（信号｜Ａ−Ｂ｜）に含
まれる各周波数帯（流速比例）の強度を調べるための周
波数弁別部で、プログラマブル信号発生器19、ミキサー
20、バンドパスフィルタ21、ディテクタ22から構成され
ている。
まれる各周波数帯（流速比例）の強度を調べるための周
波数弁別部で、プログラマブル信号発生器19、ミキサー
20、バンドパスフィルタ21、ディテクタ22から構成され
ている。
【００２０】より詳しくは、前記プログラマブル信号発
生器19は、ディジタルコントローラ23内のＣＰＵ24によ
って制御され、例えば10ＫＨz 〜15ＫＨz の周波数の信
号を出力する。そして、ミキサー20は、前記ミキサー1
1, 12と同様の機能を備えている。また、バンドパスフ
ィルタ21は、例えば常に10ＫＨz （10Ｈz の幅を持つ）
の周波数の波だけを通過させる。さらに、ディテクタ22
は入力波の振幅に比例した電圧信号を出力する。
生器19は、ディジタルコントローラ23内のＣＰＵ24によ
って制御され、例えば10ＫＨz 〜15ＫＨz の周波数の信
号を出力する。そして、ミキサー20は、前記ミキサー1
1, 12と同様の機能を備えている。また、バンドパスフ
ィルタ21は、例えば常に10ＫＨz （10Ｈz の幅を持つ）
の周波数の波だけを通過させる。さらに、ディテクタ22
は入力波の振幅に比例した電圧信号を出力する。
【００２１】そして、特定の周波数において、前記ドッ
プラーシフトスペクトル内に存在する強度を求めるため
に、前記プログラマブル信号発生器19は、その特定の周
波数＋10ＫＨz を与えるようにプログラムされている。
また、ミキサーー20は、10ＫＨz に中心を持つ成分を有
し、ドップラーシフトスペクトル内の所望の振幅に比例
する振幅を有する出力信号を発生する。
プラーシフトスペクトル内に存在する強度を求めるため
に、前記プログラマブル信号発生器19は、その特定の周
波数＋10ＫＨz を与えるようにプログラムされている。
また、ミキサーー20は、10ＫＨz に中心を持つ成分を有
し、ドップラーシフトスペクトル内の所望の振幅に比例
する振幅を有する出力信号を発生する。
【００２２】例えば前記合成波Ｃの中から、１ＫＨz の
強度を求める場合、前記プログラマブル信号発生器19
は、11ＫＨz の信号（例えばＤとする）を発生する。す
ると、ミキサー20は、信号Ｃ＋Ｄと信号｜Ｃ−Ｄ｜とを
出力するので、その中には10ＫＨz と12ＫＨz の波も含
まれる。そして、この中から10ＫＨz の波だけをバンド
パスフィルタ21を通過させる。ここで、１ＫＨz の波の
強度が大きければ、バンドパスフィルタ21を通過した波
の振幅も大きいはずであり、強度が小さければ振幅も小
さいはずである。このようにすることにより、合成波Ｃ
から０〜５ＫＨzの範囲で各周波数帯の強度を調べるこ
とができる。
強度を求める場合、前記プログラマブル信号発生器19
は、11ＫＨz の信号（例えばＤとする）を発生する。す
ると、ミキサー20は、信号Ｃ＋Ｄと信号｜Ｃ−Ｄ｜とを
出力するので、その中には10ＫＨz と12ＫＨz の波も含
まれる。そして、この中から10ＫＨz の波だけをバンド
パスフィルタ21を通過させる。ここで、１ＫＨz の波の
強度が大きければ、バンドパスフィルタ21を通過した波
の振幅も大きいはずであり、強度が小さければ振幅も小
さいはずである。このようにすることにより、合成波Ｃ
から０〜５ＫＨzの範囲で各周波数帯の強度を調べるこ
とができる。
【００２３】つまり、周波数弁別部18においては、第１
ミキサー11の出力を所定の周波数幅でスキャンすること
により各周波数帯の強度を求めることができ、この各周
波数帯の強度は、Ａ−Ｄ変換器25を介してＣＰＵ24に入
力される。ＣＰＵ24において、各周波数帯の強度に加重
平均法を適用することにより、下水２の平均流速を求め
ることができる。
ミキサー11の出力を所定の周波数幅でスキャンすること
により各周波数帯の強度を求めることができ、この各周
波数帯の強度は、Ａ−Ｄ変換器25を介してＣＰＵ24に入
力される。ＣＰＵ24において、各周波数帯の強度に加重
平均法を適用することにより、下水２の平均流速を求め
ることができる。
【００２４】ところで、実際のドップラースペクトル
は、図３（Ａ）に示すようなものであるが、周波数弁別
部18では、適当な間隔の周波数帯でこれをスキャンし、
バンドパスフィルタ21を通過させることにより、図３
（Ｂ）に示すような滑らかなスペクトルとなる。
は、図３（Ａ）に示すようなものであるが、周波数弁別
部18では、適当な間隔の周波数帯でこれをスキャンし、
バンドパスフィルタ21を通過させることにより、図３
（Ｂ）に示すような滑らかなスペクトルとなる。
【００２５】再び図１において、26は位相比較部で、位
相比較器27とフィルタ28とからなる。この位相比較部26
は、差信号検出部10のアンプ15, 17から出力される信号
｜Ａ−Ｂ｜と信号｜Ａ´−Ｂ｜とを比較して、それらの
位相関係から下水２の流れる方向を判別するもので、こ
のような位相比較器27としては、例えばＤ型フリップフ
ロップを用いることができる。また、フィルタ28として
は、例えば高周波フィルタを用いることができ、これに
よって、ジッターを除去することができる。
相比較器27とフィルタ28とからなる。この位相比較部26
は、差信号検出部10のアンプ15, 17から出力される信号
｜Ａ−Ｂ｜と信号｜Ａ´−Ｂ｜とを比較して、それらの
位相関係から下水２の流れる方向を判別するもので、こ
のような位相比較器27としては、例えばＤ型フリップフ
ロップを用いることができる。また、フィルタ28として
は、例えば高周波フィルタを用いることができ、これに
よって、ジッターを除去することができる。
【００２６】先ず、図４および図５を参照しながら、下
水２の流れの方向検出の原理について説明する。図４
は、下水２が図１において矢印Ｘ方向に流れている場合
の波形図であり、また、図５は、下水２が前記矢印Ｘと
反対方向に流れている場合の波形図である。
水２の流れの方向検出の原理について説明する。図４
は、下水２が図１において矢印Ｘ方向に流れている場合
の波形図であり、また、図５は、下水２が前記矢印Ｘと
反対方向に流れている場合の波形図である。
【００２７】今、下水２が図１において矢印Ｘ方向に流
れている場合を考えてみると、この場合、受信信号Ｂの
周波数ｂは、発信信号Ａの周波数ａよりも高くなってい
るから、両信号Ａ，Ｂは、図４（Ａ）においてそれぞれ
実線、点線で示すような波形となる。
れている場合を考えてみると、この場合、受信信号Ｂの
周波数ｂは、発信信号Ａの周波数ａよりも高くなってい
るから、両信号Ａ，Ｂは、図４（Ａ）においてそれぞれ
実線、点線で示すような波形となる。
【００２８】そして、前記両信号Ａ，Ｂの排他的論理和
をとることにより、図４（Ｂ）において実線で示す波形
が得られる。そして、この場合、ドップラー波は、点線
で示すようになる。
をとることにより、図４（Ｂ）において実線で示す波形
が得られる。そして、この場合、ドップラー波は、点線
で示すようになる。
【００２９】一方、前記発信信号Ａを90°移相した信号
Ａ´は、図４（Ｃ）において実線で示すようになるか
ら、この信号Ａ´と前記信号Ｂとの排他的論理和をとる
ことにより、図４（Ｄ）において実線で示す波形が得ら
れる。この場合、基準波は、太い実線で示すようにな
る。
Ａ´は、図４（Ｃ）において実線で示すようになるか
ら、この信号Ａ´と前記信号Ｂとの排他的論理和をとる
ことにより、図４（Ｄ）において実線で示す波形が得ら
れる。この場合、基準波は、太い実線で示すようにな
る。
【００３０】図４（Ｅ）は、図４（Ｂ）におけるドップ
ラー波と図４（Ｄ）における基準波とを同時に表したも
のである。そして、太い実線で表される基準波が正から
負に向かってゼロ点をクロスするとき、ドップラー波は
必ず負の値でローレベルＬとなっている。
ラー波と図４（Ｄ）における基準波とを同時に表したも
のである。そして、太い実線で表される基準波が正から
負に向かってゼロ点をクロスするとき、ドップラー波は
必ず負の値でローレベルＬとなっている。
【００３１】一方、下水２が図１において矢印Ｘと反対
方向に流れている場合は、受信信号Ｂの周波数ｂは、発
信信号Ａの周波数ａよりも低くなっているから、両信号
Ａ，Ｂは、図５（Ａ）においてそれぞれ実線、点線で示
すような波形となる。以下、上記図４における場合と同
様の処理を施すと、図５（Ｂ）〜図５（Ｅ）に示すよう
な波形が得られる。そして、この場合、図５（Ｅ）に示
すように，太い実線で表される基準波が正から負に向か
ってゼロ点をクロスするとき、ドップラー波は必ず正の
値でハイレベルＨとなっている。
方向に流れている場合は、受信信号Ｂの周波数ｂは、発
信信号Ａの周波数ａよりも低くなっているから、両信号
Ａ，Ｂは、図５（Ａ）においてそれぞれ実線、点線で示
すような波形となる。以下、上記図４における場合と同
様の処理を施すと、図５（Ｂ）〜図５（Ｅ）に示すよう
な波形が得られる。そして、この場合、図５（Ｅ）に示
すように，太い実線で表される基準波が正から負に向か
ってゼロ点をクロスするとき、ドップラー波は必ず正の
値でハイレベルＨとなっている。
【００３２】つまり、前記位相比較器27において、信号
｜Ａ−Ｂ｜と信号｜Ａ´−Ｂ｜とを比較して、それらの
位相関係を判別することにより、下水２の流れる方向を
検出することができる。
｜Ａ−Ｂ｜と信号｜Ａ´−Ｂ｜とを比較して、それらの
位相関係を判別することにより、下水２の流れる方向を
検出することができる。
【００３３】ところで、発信用トランスデューサ４によ
って下水２に発せられた発信信号Ａは、下水２中の物体
６や気泡のみならず、水面29（図２参照）によっても反
射され、この水面29による反射波は、物体６などによる
反射波に比べて10倍も大きく、経験的に、図６に示すよ
うに、上述した速度測定や方向検出における大きなノイ
ズとなる。このようなノイズを放置しておくと、算出さ
れる平均流速は、実際の平均流速より小さくなる。
って下水２に発せられた発信信号Ａは、下水２中の物体
６や気泡のみならず、水面29（図２参照）によっても反
射され、この水面29による反射波は、物体６などによる
反射波に比べて10倍も大きく、経験的に、図６に示すよ
うに、上述した速度測定や方向検出における大きなノイ
ズとなる。このようなノイズを放置しておくと、算出さ
れる平均流速は、実際の平均流速より小さくなる。
【００３４】そこで、本発明においては、下水２の流れ
る方向を決定する際、例えば 200回以上判断して、５回
以上逆方向を検知した場合には乱流であるとし、ノイズ
であると決定するのである。
る方向を決定する際、例えば 200回以上判断して、５回
以上逆方向を検知した場合には乱流であるとし、ノイズ
であると決定するのである。
【００３５】本発明は、上記実施例に限られるものでは
なく、例えば高速Ａ−Ｄ変換器を介して前記信号｜Ａ−
Ｂ｜, ｜Ａ´−Ｂ｜をＣＰＵ24に直接入力することによ
ってスペクトル分析を行ってもよい。また、フーリエ変
換アルゴリズムを用いてデータを分析することによって
下水２の流れる方向とその平均速度とを求めてもよい。
なく、例えば高速Ａ−Ｄ変換器を介して前記信号｜Ａ−
Ｂ｜, ｜Ａ´−Ｂ｜をＣＰＵ24に直接入力することによ
ってスペクトル分析を行ってもよい。また、フーリエ変
換アルゴリズムを用いてデータを分析することによって
下水２の流れる方向とその平均速度とを求めてもよい。
【００３６】そして、本発明は、開水路内を流れる流体
のみならず、満管状態で流れる流体の速度測定にも適用
できる。また、本発明に係る流体速度測定装置を水位セ
ンサと組み合わせることにより、流体の流量を測定する
ことができる。
のみならず、満管状態で流れる流体の速度測定にも適用
できる。また、本発明に係る流体速度測定装置を水位セ
ンサと組み合わせることにより、流体の流量を測定する
ことができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流路内の流れの深さや流路内の水力学的パラメータを用
いることなく、広い速度領域にわたって流路内における
流体の平均速度を精度よく測定できる。
流路内の流れの深さや流路内の水力学的パラメータを用
いることなく、広い速度領域にわたって流路内における
流体の平均速度を精度よく測定できる。
【図１】本発明の流体速度測定方法に用いる装置の回路
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】前記流体速度測定方法で用いる速度センサを、
流体が流れる流路内に設けた状態を示す断面図である。
流体が流れる流路内に設けた状態を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は、ドップラーシフトスペクトルの一般
的な波形を示す図、（Ｂ）は、平滑処理後のスペクトル
を示す図である。
的な波形を示す図、（Ｂ）は、平滑処理後のスペクトル
を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、流体が速度センサに近づい
てくるように流れている場合の波形図である。
てくるように流れている場合の波形図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、流体が速度センサから遠ざ
かっていくように流れている場合の波形図である。
かっていくように流れている場合の波形図である。
【図６】スペクトルに表面波ノイズが重畳された状態を
示す図である。
示す図である。
【図７】従来の流体速度測定装置の構成を示す図であ
る。
る。
２…流体、３…流路、４…発信用トランスデューサ、５
…受信用トランスデューサ、６…物体、８…信号発生
器、10…差信号検出部、11…第１ミキサー、12…第２ミ
キサー、18…周波数弁別部、24…処理回路、26…位相比
較部、Ａ…発信信号、Ａ´…90°移相信号、Ｂ…受信信
号。
…受信用トランスデューサ、６…物体、８…信号発生
器、10…差信号検出部、11…第１ミキサー、12…第２ミ
キサー、18…周波数弁別部、24…処理回路、26…位相比
較部、Ａ…発信信号、Ａ´…90°移相信号、Ｂ…受信信
号。
Claims (2)
- 【請求項１】 信号発生器において発生された特定周波
数の電気信号を発信用トランスデューサを介して流路内
を流れる流体に発信し、流体中の物体から反射される反
射波を受信用トランスデューサで受信し、発信用トラン
スデューサから発信された発信信号の周波数と受信用ト
ランスデューサで受信された受信信号の周波数との差信
号に基づいて前記流体の速度を測定するドップラーシフ
トを利用した流体速度測定方法において、発信用トラン
スデューサおよび受信用トランスデューサを互いに近接
した状態で流路の底部に設けると共に、前記差信号を、
一定の周波数幅を持った所定の周波数帯でスキャンする
ことにより各周波数帯の強度を求めた後、加重平均法を
適用することにより前記流体の平均流速を求めると共
に、前記特定周波数の電気信号を90°移相して得られる
90°移相信号の周波数と前記受信信号の周波数との差信
号を前記差信号と比較することにより前記流体の流れる
方向を検出するようにしたことを特徴とする流体速度測
定方法。 - 【請求項２】 信号発生器において発生された特定周波
数の電気信号を発信用トランスデューサを介して流路内
を流れる流体に発信し、流体中の物体から反射される反
射波を受信用トランスデューサで受信し、発信用トラン
スデューサから発信された発信信号の周波数と受信用ト
ランスデューサで受信された受信信号の周波数との差信
号に基づいて前記流体の速度を測定するドップラーシフ
トを利用した流体速度測定装置において、発信用トラン
スデューサおよび受信用トランスデューサを流路の底部
に設けると共に、受信用トランスデューサの出力側に、
発信用トランスデューサから発信された発信信号の周波
数と受信用トランスデューサで受信された受信信号の周
波数との差を得るための第１ミキサーと、前記特定周波
数の電気信号を90°移相して得られる90°移相信号の周
波数と前記受信信号の周波数との差を得るための第２ミ
キサーとを互いに並列的に設けてなる差信号検出部を設
けると共に、この差信号検出部の後段に、第１ミキサー
の出力を一定の周波数幅を持った所定の周波数帯でスキ
ャンすることにより各周波数帯の強度を求める周波数弁
別部と、第１ミキサーの出力と第２ミキサーの出力とを
比較する位相比較部とを設け、さらに、周波数弁別部お
よび位相比較部からの出力を処理する回路とを設けたこ
とを特徴とする流体速度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3274811A JPH073350B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 流体速度測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3274811A JPH073350B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 流体速度測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587608A JPH0587608A (ja) | 1993-04-06 |
| JPH073350B2 true JPH073350B2 (ja) | 1995-01-18 |
Family
ID=17546899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3274811A Expired - Lifetime JPH073350B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 流体速度測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH073350B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4640627B2 (ja) * | 1999-09-06 | 2011-03-02 | 耕司 戸田 | 超音波ドップラー流速計 |
| JP3669580B2 (ja) | 2002-05-24 | 2005-07-06 | 学校法人慶應義塾 | 超音波流速分布及び流量計 |
| JP5168722B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2013-03-27 | 東京電力株式会社 | 超音波流量計及び超音波流量計用の吸音材 |
| US8126642B2 (en) | 2008-10-24 | 2012-02-28 | Gray & Company, Inc. | Control and systems for autonomously driven vehicles |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP3274811A patent/JPH073350B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0587608A (ja) | 1993-04-06 |
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