JPH11173887A

JPH11173887A - 流速計測装置及び流量計測装置

Info

Publication number: JPH11173887A
Application number: JP9341340A
Authority: JP
Inventors: Kingo Ozawa; 金吾小沢; Katsutoshi Kinoshita; 勝年木下; Michihisa Dou; 通久堂; Ryohei Mogi; 良平茂木
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokimec Inc
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】流体表面の状態に拘わらず高い測定精度を維
持できる流量計測装置を得る。【解決手段】自由水面１ａに水滴を滴下して、水面上
にパターンを形成させ、これをイメージセンサ４で撮像
し、パターン情報を第１メモリ８に取り込む。所定時間
ΔＴ経過後再び水面をイメージセンサ４で撮像し、パタ
ーン情報を第２メモリ９に取り込む。しかる後に第１メ
モリ８のパターン情報と第２メモリ９のパターン情報と
の相関からパターンの変位量を算出し、このパターンの
変位量から水面流速を算出し、この水面流速に基づいて
流量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流路を流れる自
由液面を有する流体の流速及び流量を測定する装置に関
し、特に非接触で流体の流速及び流量を測定するように
した流速計測装置および流量計測装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の流量計測装置として、特
開平４−１３８３２１号公報に開示された流量計測装置
を示すブロック図である。この流量計測装置は、水路１
の上部空間に設けられ、流体表面のパターンを撮像する
複数の素子が配列されたイメージセンサ２２と、イメー
ジセンサ２２の動作指令を行うタイミング回路２１と、
タイミング回路２１の動作指令に基づいてイメージセン
サ２２を駆動する駆動回路２３と、イメージセンサ２２
からの信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２
６と、Ａ／Ｄ変換された第１パターン情報を切換器２７
を介して格納する第１メモリ２８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
報を切換器２７を介して格納する第２メモリ２９とを備
える。

【０００３】また、この流量計測装置は、第１、第２メ
モリ２８、２９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３０と、参照信号回路３２の参照信号により
制御され、メモリ２８、２９から読出されたパターン情
報の相互演算を行う相関器３１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量検出器３
３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４４と、パターン移動速度を
表面流速へ変換する信号変換器４５とを備える。

【０００４】さらに、従来の流量計測装置は、イメージ
センサ２２に近接して配設された水位センサ１３と、水
位センサ１３からの信号により水位を測定する水位計１
４と、水位信号から水位の関数である流水断面積と表面
流速から平均流速への変換係数の積を出力する関数発生
器４２と、関数発生器出力と表面流速の積を出力し流量
信号を算出する流量演算器４３とを備えてなる。

【０００５】従来の流量計測装置は、以上のように構成
され、イメージセンサ２２からの異なる時限における流
体表面のパターン情報をＡ／Ｄ変換して、メモリ２８、
２９に格納しておき、その後メモリ２８、２９から読出
された両者のパターン情報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、これ
によって得られたパターン移動速度からランダム現象を
呈する水路内流体の表面流速を測定する。

【０００６】水路内流体の表面流速が測定されると、こ
の表面流速を、水位計１４から得られた水路内流体水位
で決まる流水断面積Ｓと、表面流速から平均流速への変
換係数Ｋの積ＳＫを出力する関数発生器４２の出力に乗
じて流量Ｑを得ることができる。こうして、従来の流量
計測装置は、流体と非接触にてその流量を計測すること
ができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の流量計測装置は、自由液面のパターンを撮像し、
その移動量を相関関数を用いて検出し、その移動量に基
づいて表面流速を算出することで、流速、流量を算出す
るようにしているので、被撮像対象である水面状態が低
流速、つまり静水に近い状態では、移動量を検出するた
めの自由液面のパターンが得難く、測定精度が低下した
り、測定不能になるという問題点がある。

【０００８】この発明は、かかる従来の問題点を解決す
るためになされたもので、流体表面にパターンを積極的
に形成することにより、流体表面の状態によらず測定精
度を維持できる流速計測装置及び流量計測装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、この発明は、流路内を流れる自由液面を有する流
体の流速を計測する流速計測装置において、前記流体に
擾乱を発生させる擾乱手段と、前記擾乱手段による流体
の擾乱によって流体表面に生じるパターンを撮像するた
めの撮像手段と、前記撮像手段により、所定の時間間隔
だけ異なる時間タイミングで得られた２つのパターン情
報の相関演算（相関関数演算）を行う相関手段と、前記
相関手段により求められた相関関数より得られた前記パ
ターンの変位と前記所定の時間間隔とから前記流体表面
に生じたパターンの移動速度を算出する移動速度算出手
段と、前記移動速度算出手段によって求められたパター
ンの移動速度に基づいて前記流体の表面流速を算出する
流速算出手段とを備えたものである。

【００１０】また、この発明において、前記相関手段
は、前記撮像手段により撮像されたパターン情報を所定
のタイミングで記憶するための第１の記憶手段と、前記
第１の記憶手段がパターン情報を記憶するタイミングと
所定の時間間隔だけ異なるタイミングで前記撮像手段に
より撮像されたパターン情報を記憶するための第２の記
憶手段と、前記第１の記憶手段に記憶されたパターン情
報のうちの所定部分と前記第２の記憶手段に記憶された
パターン情報のうちの前記所定部分と同じ大きさの各部
分との相関演算（相関関数演算）を行う相関演算部とを
備え、前記移動速度算出手段は、前記相関演算部によっ
て求められた相関度（相関関数）が最大となる場合にお
ける前記第１の記憶手段に記憶されたパターン情報のう
ちの所定部分と、前記第２の記憶手段に記憶されたパタ
ーン情報のうちの前記所定部分と同じ大きさの部分との
変位と前記所定の時間間隔とから前記流体表面に生じた
パターンの移動速度を算出するようにしたものである。

【００１１】また、この発明において、前記擾乱手段
は、流体表面に水滴等の液滴を滴下する液滴滴下手段と
したものである。

【００１２】また、この発明において、前記擾乱手段
は、流体表面に空気を吹き付ける空気吹き付け手段とし
たものである。

【００１３】また、この発明において、前記撮像手段
は、光電変換素子が一次元に配列されたラインセンサカ
メラで構成するようにしたものである。

【００１４】また、この発明において、前記撮像手段
は、光電変換素子が二次元に配列されたエリアセンサカ
メラで構成するようにしたものである。

【００１５】また、この発明において、前記相関手段
は、二つのパターン情報間における各情報データの差の
絶対値の総和を求める演算を行うものである。

【００１６】また、この発明において、前記相関手段
は、二つのパターン情報間で正規化相関演算を行うもの
である。

【００１７】また、この発明において、前記相関手段
は、二つのパターン情報間で、各々のパターン情報にお
ける情報データの値からその平均値を引いたのち正規化
相関演算を行うものである。

【００１８】さらに、この発明に係る流量計測装置は、
前記流体の自由液面のレベルを測定するレベル計（例え
ば水位センサと水位計）と、前記流速算出手段で算出さ
れた流体の表面流速と前記レベル計で測定された自由液
面のレベルとに基づいて前記流体の流量を算出する流量
算出手段とを前記流速計測装置に備えたものである。

【００１９】以上のような構成により、この発明に係る
流速計測装置では、擾乱手段により流体に擾乱を発生さ
せ、それによって流体表面に生じるパターンを撮像手段
により撮像する。その撮像信号を例えばＡ／Ｄ変換し
て、異なるタイミングでのパターン情報をそれぞれ第１
及び第２の記憶手段に記憶する。そして、第１の記憶手
段に記憶されたパターン情報のうちの所定部分と、第２
の記憶手段に記憶されたパターン情報のうちの各部分と
の相関演算を行い、相関度が最大となる場合の変位と時
間間隔とからパターンの移動速度を算出し、さらに、パ
ターンの移動速度から流体の表面流速を求める。

【００２０】また、この発明に係る流量計測装置では、
さらにレベル計（水位センサと水位計）から得られた流
体水位から流水断面積を求め、これと流体の表面流速に
基づいて流体の流量を算出する。

【００２１】そして、このような構成によれば、擾乱に
より液面に必ずランダムパターン（周期的でないパター
ン）が形成されるため、撮像された画像信号に対して相
関関数を利用することにより、静水状態等、流体表面の
状態によらずパターンの変位を精度良く測定することが
でき、従って、低流速でも精度を落とすことなく、非接
触にて流体の流速，流量を計測することができる。な
お、擾乱手段は、例えば、水滴を滴下することによっ
て、もしくは空気を吹き付けることによって流体を擾乱
するため、流体や水路に悪影響を与えることがなく、そ
の使用が制限されない。また、ラインセンサカメラを使
用した場合は、相関を用いたパターンの変位算出を簡単
な処理で行うことができる。なお、ラインセンサはその
受光素子の配列方向がパターンの変位方向と同じになる
ように設けられる。また、エリアセンサカメラを使用し
た場合は、相関データを十分増やすことができると共
に、パターンの変位方向と流体の流れ方向が必ずしも一
致しなくとも、相関データ数が減ることはなく、その変
位を高い精度を維持したまま測定することができる。従
って、またエリアセンサの場合はその取り付け方向等の
制約が緩和され、その取り付けが容易となる。

【００２２】なお、この発明は流速や流量を非接触で計
測することができるため、保守点検が容易で、流体内の
異物や気泡の影響を受けることなく、流体や水路に悪影
響を与えずに、流体水位によらずにその流速及び流量を
計測できる。さらに、腐食性流体にも使用できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
を用いて説明する。図１は、実施の形態による流量計測
装置を示すブロック図である。図１において、１は水
路、２は水タンク、３は水タンク２に接続されたディス
ペンサ、４は自由液面である自由水面１ａの上方に設け
られ、水面を撮像するイメージセンサ、５はイメージセ
ンサ４の出力側に接続され、イメージセンサ４により撮
像された画像信号（パターン情報）をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器、６はＡ／Ｄ変換器５の出力側に設けられ、
Ａ／Ｄ変換されたパターン情報を後述する第１、第２メ
モリに切り替えて送るための切替器、７は切替器６に接
続され、切替器６を切り替えるためのタイミング回路で
ある。

【００２４】また、図１において、８、９はそれぞれ切
替器６の出力側に接続され、パターン情報を記憶するた
めの第１メモリ、第２メモリ、１０は第１メモリ８、第
２メモリ９の出力側に接続され、これらメモリ８、９に
記憶されたパターン情報の相関関数を演算するための相
関演算部、１１は相関演算部１０の出力側に接続され、
相関演算部１０により得られた相関関数からパターンの
変位と時間を得て、それらに基づいたパターンの移動速
度を算出する移動速度算出部、１２は移動速度算出部１
１の出力側に接続され、パターンの移動速度に基づいて
水面の流速を算出する流速算出部である。以上の構成に
おいて、切替器６、タイミング回路７、第１メモリ８、
第２メモリ９、相関演算部１０は、この発明の相関手段
２０を構成している。

【００２５】さらに、図１において、１３は水面１ａの
上方に設けられ、水面１ａの水位を検出する水位セン
サ、１４は水位センサ１３の出力側に接続され、水位セ
ンサ１３より得られた検出信号に基づいて水位を出力す
る水位計、１５は水位計１４と流速算出部１２の出力側
に接続され、これらの出力値に基づいて水路１を流れる
水量を算出する流量算出部である。

【００２６】流量算出部１５は、流速算出部１２と水位
計１４の出力側に接続され、自由水面１ａの表面流速と
検出水位とに基づいて水路１を流れる水の平均流速を算
出する平均流速算出部１５１と、水位計１４の出力側に
接続され、検出水位に基づいて流水断面積を算出する流
水断面積算出部１５２と、これら平均流速算出部１５１
と流水断面積算出部１５２の出力側に接続され、平均流
速と流水断面積を乗算して流量を算出する乗算部１５３
とを備えている。

【００２７】以下、実施の形態の動作について説明す
る。水路１には、自由水面を有する水が矢印Ｆの方向に
流れている。水タンク２はディスペンサ３へ供給する水
を蓄えておくためのものであり、ディスペンサ３は水タ
ンク２から供給される水を水路１を流れる流体に定期的
に滴下する。ディスペンサ３から滴下される水滴によっ
て水路１を流れる流体には、その水面１ａに擾乱が発生
する。

【００２８】イメージセンサ４は、上述の擾乱によって
水面１ａに生じるパターンを撮像する。このイメージセ
ンサ４には、例えば光電変換素子が一次元に配列された
ラインセンサカメラが用いられ、水面の流れ方向のパタ
ーンを撮像するように、光電変換素子の配列方向が流れ
方向となるように設置される。Ａ／Ｄ変換器５は、イメ
ージセンサ４から出力される水面１ａのパターンの映像
信号をＡ／Ｄ変換する。

【００２９】タイミング回路７は、Ａ／Ｄ変換器５でデ
ィジタル信号に変換されたパターン情報を、第１メモリ
８及び第２メモリ９にそれぞれ所定のタイミングで格納
するように切替器６を切り替えるためのタイミング信号
を発生する。ここで、第１メモリ８と第２メモリ９と
で、パターン情報を格納するタイミングは所定の微小時
間間隔ΔＴだけ異なる。相関演算部１０は、第１メモリ
８に格納されたパターン情報のうちの所定部分と、それ
と同じ大きさの第２メモリ９に格納されたパターン情報
のうちの各部分との相関演算を行うものである。

【００３０】相関演算部１０の動作を図２によって説明
する。図２において、（ａ）は第１メモリ８に格納され
たパターン情報、（ｂ）は第２メモリ９に格納されたパ
ターン情報の一例を示すもので、ｘ方向は流体の流れ方
向である。一般に、微小時間間隔ΔＴだけ観測時刻が異
なる場合、パターンはほとんど変化せずに流れ方向（ｘ
方向）に移動することになる。ここで、相関演算部１０
は、（ａ）のうちの所定部分Ａと、（ｂ）のうちのＡと
同じ大きさの各部分Ｂ₁、Ｂ₂、・・・との相関演算を行
う。相関度はパターンの類似度を表すものであるから、
Ａに対して微小時間間隔ΔＴにおけるパターンの変位量
だけ離れた位置に相当するＢ_nにおいて相関度は最大と
なる。

【００３１】具体的な相関演算としては、例えば、Ａと
Ｂ_i（ｉ＝１，２，…）のパターン情報を構成する各デ
ータの差の絶対値の総和を次式において算出する。

【００３２】

【数１】Ｄ_i＝Σ｜Ａ（ｋ）−Ｂ_i（ｋ）｜

【００３３】ただし、Ａ（ｋ）、Ｂ_i（ｋ）はそれぞれ
Ａ、Ｂ_iの各データ（点ｋ）の値を表し、Σはすべての
ｋに対する演算結果の総和を表す。Ｄ_iの値が小さいほ
ど相関度は大きいことになる。また、別の相関演算とし
て、例えば、ＡとＢ_i（ｉ＝１，２，…）での正規化相
関演算を次式により行う。

【００３４】

【数２】Ｒ_i＝Σ（Ａ（ｋ）Ｂ_i（ｋ））／（Σ（Ａ
（ｋ））²Σ（Ｂ_i（ｋ））²）^1/2

【００３５】ここでは、Ｒ_iの値が大きいほど相関度は
大きいことになる。さらにまた、別の相関演算として、
例えば、Ａ、Ｂ_i（ｉ＝１，２，…）において各点の値
からその平均値を引いたのち正規化相関演算を次式によ
り行う。

【００３６】

【数３】Ｐ_i＝Σ（Ａ（ｋ）−Ａ_ave）（Ｂ_i（ｋ）−Ｂ_i-ave））
／（Σ（Ａ（ｋ）−Ａ_ave）²Σ（Ｂ_i（ｋ）−Ｂ_i-ave）
２）^1/2 Ａ_ave＝ΣＡ（ｋ）／Σ１Ｂ_i-ave＝ΣＢ_i（ｋ）／Σ１

【００３７】ここでは、Ｐ_iの値が大きいほど相関度は
大きいことになる。次に、移動速度算出部１１は、相関
演算部１０で算出されたＡとＢ_i（ｉ＝１，２，…）と
の相関演算結果に基づいて、相関度が最大となるＢ_i、
すなわち、Ａに対して微小時間間隔ΔＴにおけるパター
ンの変位量だけ離れた位置に相当するＢ_iであるＢ_nを求
め、ＡとＢ_nとの距離ΔＸと、微小時間間隔ΔＴとか
ら、パターンの移動速度を次式によって算出する。

【００３８】

【数４】Ｖ₀＝ｍΔＸ／ΔＴ

【００３９】ただし、ｍはイメージセンサ４における光
学系（レンズ）の倍率である。流速算出部１２は、移動
速度算出部１１で求められたパターンの移動速度Ｖ₀か
ら流体の表面流速を算出するものである。流体の表面流
速Ｖは一般にパターンの移動速度Ｖ₀について、

【００４０】

【数５】Ｖ＝ａ・Ｖ₀＋ｂ

【００４１】と示される。ただし、ａ、ｂは定数であ
る。水位センサ１３は、例えば、超音波を放射して流体
表面での反射エコーを検出し、その超音波伝搬時間信号
を水位計１４に送出する。水位計１４では、その信号に
基づいて空間における超音波伝搬速度から流体表面まで
の距離、さらに水位を求める。

【００４２】流量算出部１５は、流体の表面流速Ｖと流
体水位Ｈに基づいて、流体の流量を算出する。すなわ
ち、流体水位から流水断面積を求めると共に、表面流速
Ｖから平均流速を求め、それらの積として流量を算出す
る。ここで、流水断面積算出部１５２による流水断面積
の算出について、例えば、図３に示す、水路の断面形状
が台形である台形水路において説明すると、台形水路の
開口寸法をＷ₁、底辺寸法をＷ₀、水路の高さをＬ₁、水
位センサ１３の設定高さＬ₀、水位センサ１３から流体
表面までの高さをＬとした場合に、流水断面積Ｓは次式
において得られる。

【００４３】

【数６】Ｓ＝（Ｌ₀−Ｌ）｛Ｗ₀−（Ｌ₀−Ｌ）（Ｗ₁−Ｗ
₀）／２Ｌ₁｝

【００４４】次に、平均流速算出部１５１による、表面
流速Ｖからの平均流速の求め方について説明する。流路
壁面から距離ｙの点の流速ｖ（ｙ）は（１）式で与えら
れる。（１）式において、ｋは壁面の粗さを表す定数で
ある。また、Ｖ_fは摩擦速度であり、ｇを重力加速度、
Ｒを動水半径、ｉを水路勾配として（２）式で示され
る。（２）式において、動水半径Ｒは、流水断面積を潤
辺長で除した値であり、円管の場合（３）及び（４）式
によって与えられる。ただし、Ｄは管直径、ｈは水位で
ある。

【００４５】

【数７】ｖ（ｙ）＝ｖ_f｛（８．４８＋２．５×１ｎ（ｙ／ｋ））｝（１）Ｖ_f＝（ｇ×Ｒ×ｉ）^1/2 （２）Ｒ＝｛１−（ｓｉｎθ／θ）｝（３） θ＝２ｃｏｓ^-1｛１−２（ｈ／Ｄ）｝（４）

【００４６】代表点を水路の中心を通る流水表面上に選
び、水路形状による影響を考慮した表面流速Ｖ（ｈ）を
（５）式で表す。ここで、γは水路形状による補正係数
で、管渠の場合の一例を（６）式に示す。ここで、α、
βは測定により求める。また、Ｍａｎｎｉｎｇの平均流
速公式は（７）式である。ただし、ｎは水路に粗度係数
で、ｋとｎの間には（８）式の関係がある（Ｖ．Ｔ．Ｃ
ｈｏｗ ”Ｏｐｅｎ−ＣｈａｎｎｅｌＨｙｄｒａｕｌ
ｉｃｓ”，ＭｃＧＲＡＷＨＩＬＬ，ｐ．２０６）。

【００４７】

【数８】Ｖ（ｈ）＝Ｖ_f×γ×｛８．４８＋２．５×ｌｎ（ｈ／ｋ）｝（５） γ＝α×（ｈ／Ｄ）＋β （６）Ｖ_m＝Ｒ^2/3×ｉ^1/2／ｎ（７）Ｋ＝１２．２×Ｒ×ｅｘｐ（−０．１２８×Ｒ^1/6／ｎ）（８）

【００４８】（５）、（７）、（８）式より表面流速Ｖ
（ｈ）から平均流速Ｖ_mへの変換係数Ｋは（９）式とな
る。ただし、Ｒ_n＝Ｒ^1/6／ｎである。従って、（９）
式で得られる変換係数Ｋを表面流速Ｖに乗ずることによ
って平均流速が求められ、平均流速算出部１５１はこの
乗算を行う。

【００４９】

【数９】Ｋ＝Ｖ_m／Ｖ（ｈ）＝Ｒ^1/6／［ｎ×ｇ^1/2×｛８．４８＋２．５×ｌｎ（ｈ／ｋ）｝×γ］＝Ｒ_n／［ｇ^1/2×｛２．２３＋２．５×ｌｎ（ｈ／Ｒ）＋０．３２Ｒ_n｝］ ×１／｛α×（ｈ／Ｄ）＋β｝（９）

【００５０】以上のようにして、平均流速Ｖ_mと流水断
面積Ｓが得られると、乗算部１５３はこれらの値を乗算
することによって流量を算出する。

【００５１】なお、相関演算部１０、移動速度算出部１
１、流速算出部１２及び流量算出部１５は、論理回路、
メモリ、ＣＰＵ、ＤＳＰ、専用演算ＬＳＩ等を用いて実
現する。

【００５２】以上の説明において、相関手段２０は第
１、第２のパターン情報を記憶する２つのメモリ８、９
を備えるようにしたが、第１のパターン情報のみを記憶
する第１メモリのみを備えるようにして、第２のパター
ン情報がイメージセンサカメラ４から撮像して送られる
ときにリアルタイムで相関関数演算を行うよう、複数の
カウンタとそれを切り替える切替器で構成するようにし
てもよい。このようにすれば相関関数演算がリアルタイ
ムで行え、したがって流量測定を略リアルタイムで行う
ことができる。

【００５３】また、イメージセンサ４は光電変換素子が
一次元に配列されたラインセンサカメラであったが、光
電変換素子が二次元に配列されたエリアセンサカメラを
用いることも可能である。さらに、水タンク２、ディス
ペンサ３を用いて水滴を滴下する代わりに、図４に示す
ようにコンプレッサ１６、バルブ１７、ノズル１８及び
バルブ制御回路１９によって構成される空気吹き付け装
置を用い、空気を吹き付けることによって流体に擾乱を
発生させてもよい。また、以上は流量計測装置について
説明したが、流体の表面流速を計測する流速計測装置に
おいては水位センサ１３、水位計１４及び流量算出部１
５は不要である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明において
は流体表面に擾乱を発生させ、それによって流体表面に
生じるパターンを撮像して、非接触で流体の表面流速及
び流量を求めるようにしたので、静水状態等_,流体表面
の状態に拘わらず高い測定精度を維持できるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態を示すブロック図である。

【図２】相関演算部の動作を説明する図である。

【図３】流水断面積の一例を示す図である。

【図４】空気吹き付け装置を示すブロック図である。

【図５】従来の技術を示すブロック図である。

【符号の説明】

１水路２水タンク３ディスペンサ４イメージセンサ８第１メモリ９第２メモリ１０相関演算部１１移動速度算出部１２流速算出部１３水位センサ１４水位計１５流量算出部２０相関手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者茂木良平東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社トキメック内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路内を流れる自由液面を有する流体の
流速を計測する流速計測装置において、前記流体に擾乱を発生させる擾乱手段と、前記擾乱手段
による流体の擾乱によって流体表面に生じるパターンを
撮像するための撮像手段と、前記撮像手段により、所定
の時間間隔だけ異なる時間タイミングで得られた２つの
パターン情報の相関演算を行う相関手段と、前記相関手
段により求められた相関関数より得られる前記パターン
の変位と前記所定の時間間隔とから前記流体表面に生じ
たパターンの移動速度を算出する移動速度算出手段と、
前記移動速度算出手段によって求められたパターンの移
動速度に基づいて前記流体の表面流速を算出する流速算
出手段とを備えたことを特徴とする流速計測装置。
【請求項２】請求項１に記載の流速計測装置におい
て、前記相関手段は、前記撮像手段により撮像されたパター
ン情報を所定のタイミングで記憶するための第１の記憶
手段と、前記第１の記憶手段がパターン情報を記憶する
タイミングと所定の時間間隔だけ異なるタイミングで前
記撮像手段により撮像されたパターン情報を記憶するた
めの第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段に記憶され
たパターン情報のうちの所定部分と前記第２の記憶手段
に記憶されたパターン情報のうちの前記所定部分と同じ
大きさの各部分との相関演算を行う相関演算部とを備え
てなり、前記移動速度算出手段は、前記相関部によって
求められた相関関数が最大となる場合における前記第１
の記憶手段に記憶されたパターン情報のうちの所定部分
と、前記第２の記憶手段に記憶されたパターン情報のう
ちの前記所定部分と同じ大きさの部分との変位及び前記
所定の時間間隔とから前記流体表面に生じたパターンの
移動速度を算出することを特徴とする流速計測装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の流速計
測装置において、前記擾乱手段は、流体表面に液滴を滴下する液滴滴下手
段であることを特徴とする流速計測装置。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の流速計
測装置において、前記擾乱手段は、流体表面に空気を吹き付ける空気吹き
付け手段であることを特徴とする流速計測装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の流速計測装置において、前記撮像手段は、光電変換素子が一次元に配列されたラ
インセンサカメラであることを特徴とする流速計測装
置。
【請求項６】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の流速計測装置において、前記撮像手段は、光電変換素子が二次元に配列されたエ
リアセンサカメラであることを特徴とする流速計測装
置。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の流速計測装置において、前記相関手段は、二つのパターン情報間における各情報
データの差の絶対値の総和を求める演算を行うものであ
ることを特徴とする流速計測装置。
【請求項８】請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の流速計測装置において、前記相関手段は、二つのパターン情報間で正規化相関演
算を行うものであることを特徴とする流速計測装置。
【請求項９】請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の流速計測装置において、前記相関手段は、二つのパターン情報間で、各々のパタ
ーン情報における情報データの値からその平均値を引い
たのち正規化相関演算を行うものであることを特徴とす
る流速計測装置。
【請求項１０】前記流体の自由液面のレベルを測定す
るレベル計と、前記流速算出手段で算出された流体の表
面流速と前記レベル計で測定された自由液面のレベルと
に基づいて前記流体の流量を算出する流量算出手段と
を、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の流速計測
装置に備えたことを特徴とする流量計測装置。