JPH11351924A

JPH11351924A - 表面速度検出装置とルックダウン水位検出装置とを利用した開水路用流量計

Info

Publication number: JPH11351924A
Application number: JP10149544A
Authority: JP
Inventors: B Marsh Laurence; ビー．マーシュローレンス; B Heckman Donald; ビー．ヘックマンドナルド
Original assignee: Marsh McBirney Inc
Current assignee: Marsh McBirney Inc
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】表面速度センサ及びルックダウン水位センサ
を利用する非浸水式流量計と、前記流量計を、作業者に
よるマンホール内への進入を必要とせずにマンホール内
部に設置する装置とを提供する。【解決手段】速度センサ及び水位センサが、第１及び
第２エネルギビームを生成し、該第１及び第２エネルギ
ビームは、流体表面における互いに近い位置に送信され
る。該流体表面は、前記信号電波をセンサに向けて反射
する。表面速度信号は、入射及び反射第１ビーム間のド
ップラーシフトから生成される。該信号は、平均速度信
号を生成するために修正される。水位信号は、入射及び
反射第２ビームから、センサと流体表面との間の空間距
離を決定し、パイプ形状に応じて、空間距離の変動を流
体水位に対して関係付けることにより生成される。流体
の流量は、平均速度信号及び流体水位信号より算出する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開水路流れに用い
る流量計に関し、特に表面速度検出装置とルックダウン
水位検出装置とを利用した計測技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水道処理は、重要な作業ではあるが、
経費を要するため、都市上水道、及び下水道の配管網に
おける開水路流れの計測は、ますます重要になりつつあ
る。正確な流れの計測は、請求書作成、工学研究、流入
や浸透の決定に必要であり、さらに、実際の流れ自体を
制御して、下水道処理施設でのピーク流れの衝撃を最小
限に抑えるために必要なものである。

【０００３】現在、多数の開水路用流量計が存在する。
ある種の流量計は、トイやセキのような基本装置を用い
て、水位計測値を利用し、既知の横断面における水位の
流れに対する関係を決定する。別の種の流量計は、該技
術により、基本装置を不要にして、速度及び水位計測装
置を、修正せずに現存する配管網に設置できる速度と面
積に関連する技術を利用している。一般に、上記両方の
流量計測装置の使用者は、基本装置か、あるいは代わり
に速度及び水位変換器を含むマウンティングバンドを設
置するため、マンホールなどの狭い場所に入らなくては
ならない。水流や、配管網内部に存在する可能性がある
可燃性または毒性ガスのため、概してこの作業は極めて
危険である。この結果、ほとんどの国の管轄機関は、こ
のような狭い場所へ入る際の要件に関する規準を設ける
に至った。殆どの場合、移動式ガス検出器、換気設備、
さらに非常時にマンホール内の作業者を他の２人が素早
く引き上げるための巻き上げ装置と吊手を備えた三脚台
が必要とされる。このように、マンホールに入ること
は、危険であり、時間を費やし、さらに経費のかさむ作
業である。

【０００４】従って、マンホール内において、流れの上
方（一般的にはパイプ頂上部の真上）に設置可能な非浸
水式の水位センサ及び速度センサによる、流速と水位の
両方を計測するための流量計が必要となる。速度信号及
び水位信号は、パイプ直径に関する情報と関係付けるこ
とができ、さらに表面速度修正器を利用して、電子計器
により感知した表面速度を変換し、流れの平均速度を概
算する。

【０００５】Ｍａｒｓｈの米国特許第４０８３２４６号
において、本分野において従来より知られる種の浸水式
流量計が開示されている。電磁センサがマウンティング
バンドにより、パイプ底部に設置される。浸水する該電
磁センサは、流体内の特定点または位置における流体の
局所速度を感知する。局所速度信号は、修正されて、平
均速度信号が生成される。圧力変換器を利用して流体の
深さと、既知の形状と寸法を有するパイプ内部を流れる
流体の断面積を決定する。平均速度信号と面積信号が乗
算されて流量信号が生成される。

【０００６】非浸水式の流量計測法もまた、Ｂａｉｌｅ
ｙによる米国特許第５３１５８８０号から明らかなよう
に、特許先行技術において公知である。ここで開示され
るように、マイクロ波周波数信号を、開水路内を流れる
流体の表面に向かって送信する。より具体的には、信号
は流体の流れ方向に対し、上流側の流体表面に向かう線
に沿って送信される。該信号の少なくとも一部が流体表
面より反射し、入射信号と反射信号との間のドップラー
シフトが、流体表面速度の尺度として用いられる。流体
深度の非浸水式計測には超音波計測技術が利用される。
速度と深度の計測値より流量が算出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のような従来型の流量計には、以下に述べるような欠点
が存在する。Ｍａｒｓｈによる流量計の主な欠点は、技
術者がマンホール内に入り、計測流体の流れるパイプ底
部に自らセンサを設置しなければならないことである。
他の欠点は、センサ及びマウンティングバンドに流体内
のクズが溜まり、感知した速度信号の精度が低下するこ
とである。

【０００８】Ｂａｉｌｅｙによる非浸水式の流量計測技
術は、それ以前の流量計測方法論を改良するものではあ
るが、幾つかの欠点がある。例えば、上流方向にマイク
ロ波信号を送信することによる流量計測は、周囲環境に
よっては常に可能なわけではない。特に、より小さなマ
ンホールや、パイプまたは導管への接近が制約されるよ
うな状況がこれに当たる。他の欠点は、表面速度の計測
値は必ずしも流れが計測されている流体の平均速度を表
すものではないことである。さらに、流体表面において
乱れがない場合は、表面速度の正確な計測値を得るのが
困難となる。この問題は、フルパイプ流れまたは超過流
れの状態でより深刻になる。技術者にとって、パイプに
連結するマンホールに自ら入ることなく、パイプまたは
導管内の流体の上方に、流れセンサをしっかりと取り付
けることも同様に困難である。

【０００９】本発明は、非浸水式流量計と取り付け装置
とを提供することにより、上記の、さらに他の欠点を克
服するために開発されたものであり、種々の流体の速度
及び水位の計測技術を利用した、より正確な流量計測を
もたらすものである。従って、本発明の第１の目的は、
パイプ内の流体の流量を計測するための改良型非浸水式
方法及び装置を提供することである。センサが流体の上
方に取り付けられ、流体表面の一定領域に向けて鋭角
に、マイクロ波、超音波、またはレーザエネルギによる
第１ビームを送信する。該センサは、流体表面から反射
されたビームを感知し、入射信号と反射信号との間のド
ップラーシフトを決定して、表面速度信号を生成する。
マイクロプロセッサが該センサと接続し、平均速度信号
を生成するためにその速度が検出される表面部分に応じ
て、該表面速度信号を修正する。流体上方に同様に取り
付けられた同一または異なるセンサから、流体表面の一
定領域に向けてマイクロ波、超音波、またはレーザエネ
ルギによる第２ビームが送信される。センサと流体表面
との間の空間距離の変動が、第２エネルギビームの表面
からの反射波から決定される。これらの変動は、パイプ
形状に相当する基準に応じて水位の変動と関連する。平
均速度信号と水位信号とを組み合わせて、パイプにおけ
る流量が計算される。

【００１０】本発明の他の目的によれば、マイクロプロ
セッサは反射された第２エネルギビームを処理して、流
動していない表面から反射されたビーム部分を除去す
る。マイクロプロセッサはさらに、流体内の小波や波に
よる変動を除去し、流体表面の起伏に応じて修正した表
面速度信号を調整する。本発明の更に別の目的は、パイ
プの頂上部、好ましくはマンホールに対するパイプの入
口または出口に、センサを取り付ける装置を提供するこ
とである。１つの実施の形態によれば、取り付け用ブラ
ケットまたはジャッキが、点検用窓に隣接するマンホー
ルの一部に結合されている。取り付け用ブラケットか
ら、１以上のケーブル、ロッド、または圧縮支柱が延伸
し、その底部にアングルブラケットが設けられて、ケー
ブル、ロッド、または支柱を伸張させて、マンホールの
側壁やパイプの頂上部に固定する。センサは該アングル
ブラケットに相互に固定したまたは自動調整の位置関係
で接続されている。

【００１１】本発明の更に別の目的は、流体表面上に乱
れを発生させて、より正確な表面速度計測及び水位計測
を提供することである。１つの実施の形態では、溝を付
けたシュラウドがマンホール内におけるパイプの延長部
として設けられて、流体表面に乱れを発生させる。他の
実施の形態では、マイクロ波を透過する第２の流体を、
速度計測する流体とパイプの内側表面との間に付加す
る。

【００１２】本発明は、第１にマンホール内のパイプま
たは水路の開区域において使用するために設計されたも
のであるが、センサから送信されるエネルギビームを透
過する材料で形成された閉鎖パイプ内の流体の流れを計
測するために使用することも可能である。

【００１３】

【発明を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、体表面上方の信号源から、第１ビームの形
状でエネルギ信号を生成するステップと、前記第１ビー
ムを、パイプを横断する流体表面の一定領域に向けて鋭
角に送信するステップと、流体表面から反射したビーム
を感知するステップと、入射ビーム及び反射ビームか
ら、これらの間のドップラーシフトを決定して、表面速
度信号を生成するステップと、前記表面速度信号を、検
出される流体表面の前記一定領域に応じて修正因子によ
り修正して、平均速度信号を生成するステップと、を含
んで流体を侵さずにパイプ内を流れる流体の速度を計測
する方法を構成する。

【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
流体速度の計測方法であり、前記表面速度信号が、流体
深度、パイプ直径、パイプ形状、パイプ壁間の表面速度
分布、及び表面速度の流体水位に対する比率のうちの、
少なくとも１つに応じて修正されることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の流体速度の計
測方法であり、前記エネルギ信号が、マイクロ波、超音
波、及びレーザエネルギのうちの１つを含んで構成され
ることを特徴とする。

【００１５】請求項４に係る発明は、請求項１に記載の
流体速度の計測方法であり、前記一定領域の付近におい
て、流体水位を計測するステップをさらに含んで構成さ
れることを特徴とする。請求項５に係る発明は、請求項
４に記載の流体速度の計測方法であり、前記水位計測値
が、パイプ形状に相当する基準信号を供給し、流体表面
に向かって信号源より第２エネルギビームを送信し、表
面から反射された第２ビームより、信号源と流体表面と
の間の空距離を決定し、前記基準信号に応じて、空間距
離の変動を流体水位の変動に関係付けることによって得
られることを特徴とする。

【００１６】請求項６に係る発明は、請求項５に記載の
流体速度の計測方法であり、前記第２エネルギビーム
が、マイクロ波、超音波、及びレーザエネルギのうちの
１つを含んで構成されることを特徴とする。請求項７に
係る発明は、請求項５に記載の流体速度の計測方法であ
り、前記第２ビームが、前記第１ビームと同時に流体表
面に向けて送信されることを特徴とする。

【００１７】請求項８に係る発明は、請求項５に記載の
流体速度の計測方法であり、前記第２ビームが、流体表
面に向けて、表面に対し略垂直に送信されることを特徴
とする。請求項９に係る発明は、請求項５に記載の流体
速度の計測方法であり、前記反射された第２エネルギビ
ームを処理して非流動面からの反射ビーム部分を除去す
るステップをさらに含んで構成されることによって、流
体水位計測の精度を増大することを特徴とする。

【００１８】請求項１０に係る発明は、請求項９に記載
の流体速度の計測方法であり、前記処理ステップが、流
体内の小波及び波から生じる水位計測値の変動を除去す
る機能を含むことを特徴とする。請求項１１に係る発明
は、請求項１０に記載の流体速度の計測方法であり、前
記処理ステップが、問題となる周波数を決定するために
小波及び波による水位計測値の前記変動分を分析する機
能と、前記表面速度のドップラー信号から前記問題の周
波数を除去する機能とをさらに含むことを特徴とする。

【００１９】請求項１２に係る発明は、請求項９に記載
の流体速度の計測方法であり、前記処理ステップが、前
記流体表面の起伏を分析し、表面の起伏に応じて前記修
正された表面速度信号を調整するステップをさらに含む
ことを特徴とする。請求項１３に係る発明は、請求項５
に記載の流体速度の計測方法であり、前記第１及び第２
ビームが、パイプの頂上部に対して割り出された位置か
ら生成されることを特徴とする。

【００２０】請求項１４に係る発明は、請求項１に記載
の流体速度の計測方法であり、前記パイプの少なくとも
一部が満たされた場合に、流体表面において乱れを発生
させるステップをさらに含むことを特徴とする。請求項
１５に係る発明は、流体の上方に配置されて、パイプを
横断する一定位置における流体の表面速度に相当する信
号を生成する手段と、前記表面速度信号生成手段と接続
されて、平均速度信号を生成するために検出される流体
表面の前記一定位置に応じて、修正因子により前記表面
速度信号を修正する手段と、を含んで流体を侵さずにパ
イプを流れる流体の速度を計測する装置を構成する。

【００２１】請求項１６に係る発明は、請求項１５に記
載の流体速度の計測装置であり、前記表面速度信号生成
手段が、１つのセンサを含んで構成されることを特徴と
する。請求項１７に係る発明は、請求項１６に記載の流
体速度の計測装置であり、前記センサを、パイプの頂上
部に対して割り出された位置に取り付ける手段をさらに
含んで構成されることを特徴とする。

【００２２】請求項１８に係る発明は、請求項１７に記
載の流体速度の計測装置であり、前記取り付け手段が、
マンホールとパイプとの間の開口部の両側領域の２つの
パイプの頂上部に対して上方に伸張されることを特徴と
する。請求項１９に係る発明は、請求項１７に記載の流
体速度の計測装置であり、前記センサ取り付け手段が、
側壁と点検用窓とを備えるマンホールに対して、パイプ
の入口と出口のうちの一方に配置されることを特徴とす
る。

【００２３】請求項２０に係る発明は、請求項１９に記
載の流体速度の計測装置であり、前記取り付け手段が、
前記センサをマンホールの側壁に対し圧着させるための
剛性支柱と、前記センサをパイプの頂上部に対し上方に
伸張するための手段とをを含んで構成されることで、前
記センサが頂上部に対し、既知の位置にしっかりと取り
付けられることを特徴とする。

【００２４】請求項２１に係る発明は、請求項１７に記
載の流体速度の計測装置であり、前記取り付け手段が、
点検用窓に隣接して前記マンホールと接続する取り付け
用ブラケットをさらに含んで構成され、前記支柱と前記
伸張手段が、前記取り付け用ブラケットから吊り下がる
ことを特徴とする。請求項２２に係る発明は、請求項２
０に記載の流体速度の計測装置であり、前記取り付け手
段が、前記センサと接続するアングルブラケットをさら
に含んで構成され、前記アングルブラケットが、前記支
柱と前記伸張手段により、マンホールの側壁とパイプの
頂上部に対して固定されることを特徴とする。

【００２５】請求項２３に係る発明は、請求項２２に記
載の流体速度の計測装置であり、前記センサと前記アン
グルブラケットとを接続する自在継ぎ手をさらに含んで
構成されることにより、前記センサが自動調整となるこ
とを特徴とする。請求項２４に係る発明は、請求項２０
に記載の流体速度の計測装置であり、前記伸張手段が、
１本のケーブルを含んで構成されることを特徴とする。

【００２６】請求項２５に係る発明は、請求項２０に記
載の流体速度の計測装置であり、前記支柱と前記伸張手
段とが、それぞれ伸縮セグメントを含んで構成され、前
記セグメントのうちの少なくとも１つが、圧縮力のかか
る傾いた支柱を含んで構成されることを特徴とする。請
求項２６に係る発明は、請求項１６に記載の流体速度の
計測装置であり、前記修正因子が、流体深度、パイプ直
径、パイプ形状、パイプ壁間の表面速度分布、さらに表
面速度の流体深度に対する比率のうちの少なくとも１つ
の関数であることを特徴とする。

【００２７】請求項２７に係る発明は、請求項２６に記
載の流体速度の計測装置であり、前記センサが、第１エ
ネルギビームを流体表面に向けて鋭角に送信し、流体表
面から反射されたビームを感知し、さらに前記入射ビー
ムと反射ビームとの間のドップラーシフトを決定して前
記表面速度信号を生成することを特徴とする。請求項２
８に係る発明は、請求項２７に記載の流体速度の計測装
置であり、前記第１エネルギビームが、マイクロ波、超
音波、さらにレーザエネルギのうちの１つを含んで構成
されることを特徴とする。

【００２８】請求項２９に係る発明は、請求項２６に記
載の流体速度の計測装置であり、前記センサが、前記一
定領域の近傍における流体の水位に相当する出力信号を
さらに生成して、前記水位信号と平均速度信号とを組み
合わせて流体の流量を算出することを特徴とする。請求
項３０に係る発明は、請求項２９に記載の流体速度の計
測装置であり、前記センサが、流体表面に向けて第２エ
ネルギビームをさらに送信し、表面から反射された第２
エネルギビームから、センサと流体表面との間の空間距
離を決定して、さらにパイプ形状に相当する基準に応じ
て、空間距離の変動を流体水位の変動と関係付けること
を特徴とする。

【００２９】請求項３１に係る発明は、請求項３０に記
載の流体速度の計測装置であり、前記第２エネルギビー
ムが、マイクロ波、超音波、さらにレーザエネルギのう
ちの、１つを含んで構成されることを特徴とする。請求
項３２に係る発明は、請求項３０に記載の流体速度の計
測装置であり、前記第２エネルギビームが、前記第１ビ
ームと略同時に流体表面に向けて送信されることを特徴
とする。

【００３０】請求項３３に係る発明は、請求項３０に記
載の流体速度の計測装置であり、前記第２エネルギビー
ムが、流体表面に向けて、表面と略垂直に送信されるこ
とを特徴とする。請求項３４に係る発明は、請求項３０
に記載の流体速度の計測装置であり、前記センサと接続
し、前記反射された第２エネルギビームを処理して非流
動面からの前記反射ビーム部分を除去する処理手段をさ
らに含んで構成されることで、流体水位計測の精度を増
大することを特徴とする。

【００３１】請求項３５に係る発明は、請求項３４に記
載の流体速度の計測装置であり、前記処理手段が、流体
内の小波や波から生じる水位計測値の変動を除去するこ
とを特徴とする。請求項３６に係る発明は、請求項３５
に記載の流体速度の計測装置であり、前記処理手段が、
小波や波から生じる水位計測値の前記変動分をさらに分
析して問題の周波数を決定し、さらに前記表面速度のド
ップラー信号から前記周波数を除去することを特徴とす
る。

【００３２】請求項３７に係る発明は、請求項３４に記
載の流体速度の計測装置であり、前記処理手段が、前記
流体水位信号を処理して流体表面の起伏を分析し、さら
に表面の起伏に応じて前記修正手段を調整することを特
徴とする。請求項３８に係る発明は、請求項１６に記載
の流体速度の計測装置であり、前記パイプの少なくとも
一部が満たされた場合に、流体表面に乱れを発生させる
手段をさらに含んで構成されることを特徴とする。

【００３３】請求項３９に係る発明は、請求項３８に記
載の流体速度の計測装置であり、前記乱れ発生手段が、
前記センサに隣接する前記パイプから延伸すシュラウド
を含んで構成され、前記シュラウドは起伏した内側表面
を有することを特徴とする。請求項４０に係る発明は、
請求項３８に記載の流体速度の計測装置であり、前記乱
れ発生手段が、一本の紐、ロッド、さらに空気の流れの
うちの１つを含んで構成されることを特徴とする。

【００３４】請求項４１に係る発明は、請求項３８に記
載の流体速度の計測装置であり、前記乱れ発生手段が、
被計測流体とパイプの内表面との間に付加される第２の
流体を含んで構成され、前記第２の流体はマイクロ波を
透過することを特徴とする。請求項４２に係る発明は、
請求項４１に記載の流体速度の計測装置であり、前記第
２の流体が、ガスと低誘電性液体のうちの１つを含んで
構成されることを特徴とする。

【００３５】請求項４３に係る発明は、請求項１６に記
載の流体速度の計測装置であり、パイプが満たされた場
合に、前記センサが流体速度を感知するための前記取り
付け手段下方に延伸する補助センサを含むことを特徴と
する。請求項４４に係る発明は、請求項４３に記載の流
体速度の計測装置であり、前記補助センサが、電磁式、
超音波ドップラー式、マイクロ波ドップラー式、さらに
差圧式センサのうちの１つであることを特徴とする。

【００３６】請求項４５に係る発明は、請求項３０に記
載の流体速度の計測装置であり、本来は流体表面に略垂
直に向かう前記センサからの、本来流体表面と並行な第
２エネルギビームを再び方向付けるために、前記センサ
と流体との間に配置された反射手段をさらに含んで構成
されることを特徴とする。請求項４６に係る発明は、請
求項２９に記載の流体速度の計測装置であり、超過流れ
状態において、マンホール内へのパイプ頂上部を超える
流体水位を計測する第２センサをさらに含んで構成され
ることを特徴とする。

【００３７】請求項４７に係る発明は、請求項４６に記
載の流体速度の計測装置であり、前記第２センサが、圧
力変換装置を含んで構成されることを特徴とする。

【００３８】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、ビーム形
状のエネルギ信号を流体表面の一定領域に入射し、反射
ビームとの間のドップラーシフトから生成される表面速
度信号に、前記一定領域に応じた修正因子を乗じること
で、流体を侵さずに流体平均速度信号を生成することが
できる。

【００３９】請求項２に係る発明によれば、表面速度
信号の修正に対し、様々なパイプ及び水路の形状を対応
させると共に、流体表面の端から端に渡って現れる異な
る表面速度を考慮することができる。請求項３に係る発
明によれば、使用者の選択と流れの決定される環境に応
じて、エネルギ信号の種類を選択することができ、流体
速度計測方法の多用性を増大することができる。

【００４０】請求項４に係る発明によれば、流体表面の
隣接する領域で表面速度及び水位が計測できることで、
信頼性の高い流量を算出することができる。請求項５に
係る発明によれば、前記水位計測値が、流体表面に向け
てエネルギビームを送信することで決定される空間距離
を、基準信号に応じて流体水位に関係付けて得られるこ
とで、流体を侵さずに流体水位を計測することができ
る。

【００４１】請求項６に係る発明によれば、使用者の選
択と流れの決定される環境に応じて、エネルギ信号の種
類を選択することができ、流体水位計測方法の多用性を
増大することができる。請求項７に係る発明によれば、
単一のセンサで表面速度と流体水位の両方を決定するこ
とができる。

【００４２】請求項８に係る発明によれば、あらゆる環
境下において最も正確に流体の深さを計測することがで
きる。請求項９に係る発明によれば、非流動面からの反
射ビームの影響を除去することで、流体水位計測の精度
を増大することができる。請求項１０に係る発明によれ
ば、流体内の小波や波による影響を排除することで、流
体水位計測の精度を増大することができる。

【００４３】請求項１１に係る発明によれば、小波や波
による水位計測値の変動分を分析することで決定される
問題となる周波数を、表面速度のドップラー信号から除
去することで、表面速度計測の精度を増大することがで
きる。請求項１２に係る発明によれば、流体表面の起伏
に応じて修正された表面速度信号を調整することで、表
面速度計測の精度をさらに増大することができる。

【００４４】請求項１３に係る発明によれば、第１及び
第２ビームを所望の場所から生成することができる。請
求項１４に係る発明によれば、流体表面が滑らかな場合
にも正確に流体の表面速度を計測できることで、流体速
度計測方法の多用性及び信頼性を増大することができ
る。

【００４５】請求項１５に係る発明によれば、パイプを
横断する一定領域の表面速度に相当する信号を、修正因
子で修正して平均速度信号を生成することで、流体を侵
さずに流体の速度を計測する装置を提供することができ
る。請求項１６に係る発明によれば、流体の表面速度と
関係する信号を１つのセンサを含んだ装置により生成す
ることで、簡易に表面速度信号を生成できる。

【００４６】請求項１７に係る発明によれば、取り付け
手段をさらに設けることで、前記表面速度センサを所望
の位置に取り付けることができる。請求項１８に係る発
明によれば、水平に配置された支柱を含んで前記取り付
け手段を構成できるため、前記取り付け手段の多用性が
増大する。請求項１９に係る発明によれば、パイプの入
口と出口のうちの一方にセンサを取り付ける手段を提供
することで、前記取り付け手段の多用性が増大する。

【００４７】請求項２０に係る発明によれば、パイプの
入口と出口のうちの一方にセンサを取り付ける手段を、
前記センサをマンホールの側壁に対し圧着させるための
剛性支柱と前記センサを上方に伸張するための手段とを
含んで構成することで、前記センサを頂上部に対して、
所望の位置にしっかりと取り付けることができる。請求
項２１に係る発明によれば、前記取り付け手段を、取り
付け用ブラケットをさらに含んで構成することで、前記
センサを頂上部に対して、所望の位置にしっかりと取り
付けるため、前記支柱及び伸張手段を、点検用窓と隣接
してマンホールに接続することができる。

【００４８】請求項２２に係る発明によれば、前記取り
付け手段を、マンホール側壁とパイプ頂上部に対して固
定されたアングルブラケットをさらに含んで構成するこ
とで、前記センサの流体表面に対する角度を簡易に補完
することができる。請求項２３に係る発明によれば、前
記センサと前記アングルブラケットを接続する自在継ぎ
手をさらに含むことで、センサを自動調整に取り付ける
ことができ、前記センサの流体表面に対する角度を簡易
に補完することができる。

【００４９】請求項２４に係る発明によれば、１本のケ
ーブルを含んで前記伸張手段を構成できることで、簡易
に前記取り付け手段を構成することができる。請求項２
５に係る発明によれば、前記支柱と前記伸張手段とが、
それぞれ伸縮セグメントを含んで構成され、前記セグメ
ントのうちの少なくとも１つが、圧縮力のかかる傾いた
支柱を含んで構成されることで、簡易に前記取り付け手
段を構成することができる。

【００５０】請求項２６に係る発明によれば、修正因子
を、様々なパイプ及び水路の形状に対応させると共に、
表面速度分布を考慮し、水位及び表面速度の関数とし
た、最も正確なものとすることで、流体速度計測装置の
信頼性をさらに向上させることができる。請求項２７に
係る発明によれば、前記表面速度信号の生成を、第１エ
ネルギビームを流体表面に鋭角で送信して、入射ビーム
と反射ビームとの間のドップラーシフトから生成するこ
とで、流体を侵さずに前記表面速度信号を生成できる。

【００５１】請求項２８に係る発明によれば、使用者の
選択と流れの決定される環境に応じて、エネルギ信号の
種類を選択することができ、流体速度計測装置の多用性
を増大することができる。請求項２９に係る発明によれ
ば、流体表面の隣接する領域の表面速度及び水位に相当
する信号を生成し、前記速度信号と前記水位信号とを組
み合わせて流体の流量を算出することで、流量計測値の
信頼性をさらに向上させることができる。

【００５２】請求項３０に係る発明によれば、流体表面
に向けて第２エネルギビームをさらに送信することで決
定される、センサと流体表面との間の空間距離を、パイ
プ形状に相当する基準信号に応じて流体水位の変動と関
係付けることで、流体を侵さずに流体水位の変動を計測
することができる請求項３１に係る発明によれば、使用
者の選択と流れの決定される環境に応じて、第２エネル
ギビームの種類を選択することができ、流体水位計測の
多用性を増大することができる。

【００５３】請求項３２に係る発明によれば、単一のセ
ンサで表面速度と流体水位の両方を決定する流体速度計
測装置を提供することで、簡易に流体の流量を算出する
ことができる。請求項３３に係る発明によれば、あらゆ
る環境下において最も正確に流体の深さを計測でき、流
体速度計測装置の信頼性をさらに向上させることができ
る。

【００５４】請求項３４に係る発明によれば、第２エネ
ルギビームの非流動面からの反射ビーム部分による影響
を除去することで、流体水位計測の精度を増大させ、流
体速度計測装置の信頼性をさらに向上させることができ
る。請求項３５に係る発明によれば、流体内の小波や波
から生じる水位計測値の変動を排除することで、流体水
位計測の精度を増大させ、流体速度計測装置の信頼性を
さらに向上させることができる。

【００５５】請求項３６に係る発明によれば、小波や波
による水位計測値の変動分を分析することで決定される
問題となる周波数を、表面速度のドップラー信号から除
去することで、表面速度計測の精度を増大させ、流体速
度計測装置の信頼性をさらに向上させることができる。
請求項３７に係る発明によれば、流体表面の起伏に応じ
て修正された表面速度信号を調整することで、表面速度
計測の精度をさらに増大させ、流体速度計測装置の信頼
性をさらに向上させることができる。

【００５６】請求項３８に係る発明によれば、流体表面
が滑らかな場合にも正確に流体の表面速度が計測できる
ことで、流体速度計測装置の多用性及び信頼性を増大す
ることができる。請求項３９に係る発明によれば、乱れ
発生手段に、前記パイプから延伸する起伏した内側表面
を有するシュラウドをさらに含んで構成することで、パ
イプ径に達する流れにおいても、効果的に前記パイプを
延伸でき、また簡易に流体表面の乱れを発生させること
で、正確に速度と水位とを計測することができる。

【００５７】請求項４０に係る発明によれば、前記乱れ
発生手段に、一本の紐、ロッド、空気の流れのうちの１
つを含んで構成することで、過度にクズを溜めることな
く流体表面に乱れを発生させることができる。請求項４
１に係る発明によれば、被計測流体とパイプの内側表面
との間に、マイクロ波を透過する第２の流体を付加する
手段をさらに含むことで、前記被計測流体の最も壁面近
傍の層が固定されるのを防止し、正確に流体速度を計測
することができる。

【００５８】請求項４２に係る発明によれば、前記第２
の流体を、ガスと低誘電性液体のうちの１つを含んで構
成することで、簡易に前記被計測流体の最も壁面近傍の
層が固定されるのを防止し、正確に流体速度を計測する
ことができる。請求項４３に係る発明によれば、前記セ
ンサに、前記取り付け手段下方に延伸する補助センサを
含んで構成することで、パイプが満たされた場合にも簡
易に流体速度を計測することができる。

【００５９】請求項４４に係る発明によれば、前記補助
センサを、電磁式、超音波ドップラー式、マイクロ波ド
ップラー式、さらに差圧式センサのうちの１つとするこ
とで、前記主センサとは異なる種類のエネルギにするこ
とができると共に、使用者の選択と流れの決定される環
境に応じて、エネルギの種類を選択でき、補助センサの
多用性を増大することができる。

【００６０】請求項４５に係る発明によれば、反射手段
をさらに含むことで、水位センサの取り付け位置が速度
計則の選択位置上方に制限される場合でも、表面速度と
流体水位との両方を決定することができる。請求項４６
に係る発明によれば、マンホール内へのパイプ頂上部を
超える流体水位を計測する第２センサをさらに含むこと
で、超過流れ状態においても流体水位を計測するとがで
きるため、流体速度計測装置の多用性を増大することが
できる。

【００６１】請求項４７に係る発明によれば、前記第２
センサに、少なくともパイプ頂上部上方に超過した深度
を計測する圧力変換装置を含んで構成することで、簡易
に超過流れ状態における流体水位を計測することができ
る。

【００６２】

【発明の実施の形態】本発明の目的及び利点は、添付の
図面を参照して以下に説明することより明らかとなる。
図１において、パイプ４に連結するマンホール２が示さ
れている。該パイプ４は、ベンチ６に隣接するマンホー
ル底部を通過しており、さらにパイプを通過する流体１
０の流量を計測するための浸水式流量計８を備えてい
る。流体は、水、油、汚水、またはあらゆる他の流動性
液体を含んで構成される。流量計は、電磁または超音波
センサ１２のようなセンサを含む。該センサは、該セン
サを流体中に沈めるマウンティングバンド１４と接続す
る。水位計測装置を、該センサ内部に含んでもよい。該
センサは、マンホール内に取り付けられた処理及び記録
装置１６と接続する。

【００６３】マンホール内に流量計センサ１２を取り付
けるために、技術者が自らマンホールに入り、センサと
マウンティングバンドの位置を正しく配置して、正確な
流体速度信号及び水位信号が得られるようにする必要が
あることが理解できる。これは、比較的危険であり、安
全基準に従って実行しなければならず、該安全基準によ
り、流量計取り付け位置の設置及び決定に、時間及び経
費が増大することになる。

【００６４】ここで図２を参照すると、マンホール内
で、その流量が計測される流体１０の表面上方に吊り下
げられた、本発明に係る非浸水式流量計１８が示されて
いる。以下に詳細に説明するように、該流量計は、流体
の表面速度と関係する信号を生成する少なくとも１つの
速度センサ２０と、該センサと接続し、表面速度信号を
修正して流体の平均速度を概算するマイクロプロセッサ
２２とを含む。第２センサ２４が設けられて、流体深度
に相当する信号を生成する。速度信号及び深度信号は、
マイクロプロセッサにより組み合わされて、流体の流量
に相当する出力を生成できる。

【００６５】センサ２０は、第１エネルギビーム２６を
生成し、該第１ビーム２６は、流体１０の表面の一定領
域に向けて、流体表面に対し３０°から５０°の間の鋭
角αで送信される。該第１ビームは、流体の高さが変動
しても、流体表面にビームが達し続ける限り、パイプ側
面間における流体表面のどの部分にでも送信できる。図
２５Ａ，図２５Ｂ，及び図２６Ｂの速度分布図に示され
るように、流体の表面速度は、流体表面の端から端に渡
って変動している。第１ビームの一部が流体表面より反
射してセンサに返る。該センサは、元の第１エネルギビ
ームと反射された第１エネルギビームとの間のドップラ
ーシフトを決定し、局所表面速度信号Ｓｖ１を生成す
る。該信号は、ケーブル２８を経由してマイクロプロセ
ッサ２２に伝達され、ここで、まず表面速度信号が、入
射角αに対して、式Ｓｖ１／ｃｏｓα＝Ｓｖにより補正
される。以下の詳細に述べるように、補正された局所速
度信号Ｓｖは、次に修正されて平均速度信号が生成され
る。

【００６６】第１ビームを生成するため、エネルギが流
体表面より反射する限り任意の適切なエネルギ源をセン
サ２０に組み込むことができる。このようなエネルギ源
の例としてマイクロ波、超音波、さらにレーザによるエ
ネルギ源がある。Ｂａｉｌｅｙによる米国特許第５３１
５８８０号に開示された種類の非浸水式流量計とは反対
に、本発明による流量計は、第１エネルギビームを上流
方向または下流方向のどちらかへ送信する速度センサを
備えることできる。該センサは、このような機能によ
り、表面速度測定の信頼性を低下させることなく、限ら
れた領域で使用することができる。

【００６７】第２センサ２４は、第２エネルギビーム３
０を生成し、該ビーム３０は、第１エネルギビームが送
信された流体表面の一定領域付近に向けて送信される。
第２エネルギビームも同様にマイクロ波、超音波、また
はレーザエネルギのいずれかであり、ビームの少なくと
も一部が、流体表面から反射する。第２ビームの反射波
は、第２センサ２４により感知される。さらに、入射ビ
ーム及び反射ビームから、該センサにより、該センサと
流体表面との間の空間距離が決定される。該空間距離の
変動は、パイプ４の形状に相当する基準信号に応じた、
流体水位の変動と関連する。

【００６８】第２エネルギビーム３０は、図２に示すよ
うに、流体表面に対して垂直に入射するのが好ましい。
このようにすることで、帰還信号を最大とし、あらゆる
環境下において最も正確に流体の深さを計測することが
できる。しかしながら、第１ビームと同時に、第２ビー
ムを一方向へ送信することも可能である。これは、第１
ビームと第２ビームの両方を単一のセンサで発生させる
場合、特に便利である。つまり、単一のセンサを、第１
及び第２入射ビームを送信し、さらに第１及び第２反射
ビームを受信するのに利用して、表面速度と流体水位の
両方を決定できる。設置要件により、水位センサの取り
付け位置が、速度計測の選択位置上方に制限される場
合、図２７に示すように、反射装置１００を利用して、
第２ビームを選択位置へ再び方向づけることができる。
どちらの場合にしても、表面速度と流体水位とは、流体
表面の隣接する位置で計測して、連続方程式により、最
も正確に流量を計算できるようにすることが重要であ
る。

【００６９】Ｑ＝Ｖ×ＡここでＱ＝流量Ｖ＝流体の平均速度Ａ＝流体の面積図３はマイクロプロセッサ２２により実行される流量計
算を詳細に示したものである。該マイクロプロセッサ
は、速度信号処理装置３２を含み、該速度信号処理装置
３２は、水路またはパイプの測面に対する感知領域の位
置、流体深度、パイプ直径、パイプ形状、さらに流体水
位に対する表面速度の比率のうちの少なくとも１つに応
じて局所表面速度信号を修正することによって、図２５
Ａ、図２５Ｂ、図２６Ｂに示すように流体表面の端から
端に渡って現れる異なる表面速度を考慮する。この表面
速度の違いは水位の変動、パイプ形状、及び入口と出口
の条件から生じる。マイクロプロセッサは、また、水位
信号処理装置３４をも含み、該水位信号処理装置３４
は、反射された第２エネルギビームを処理して、パイプ
の側面や底部等の非流動面からの反射ビームを除去し、
流体水位計測の精度を増大させる。水位信号処理装置３
４は同様に、流体中の小波や波から生じる水位計測値の
変動を除去する。小波や波から生じる水位計測値の変動
要素を分析して問題となる周波数を決定し、さらに、こ
れら問題となる周波数を表面速度のドップラー信号から
除去することで、小波や波から生じる表面速度の計測値
の変動も同様に除去される。

【００７０】処理された深度信号及び速度信号は、処理
装置３６へ伝達される。さらに深度信号は流量計算機３
８へ伝達され、該計算機３８は、また、入力として、パ
イプの寸法及び形状の表示を受信する。該処理装置３８
は、第１ビーム２６が流体表面に達する位置における流
体深度、パイプ直径、パイプ形状、さらに表面速度の流
体水位に対する比率によって、独自に定義される現地信
号Ｖｓを生成する。該現地信号は、流量乗算器４４から
流量係数を選択するため、比較器４０において、メモリ
４２からの保存比較データと比較される。該流量乗算器
４４は、感知された速度を修正して、平均速度Ｖを概算
するのに使用される。異なる流体深度、パイプ寸法及び
形状、多重速度センサ等による、流体表面に渡る表面速
度の違いに従って、乗算器４４に異なる係数が提供され
る。平均速度Ｖが最終的な結果である一方、係数は通
常、パイプに関する情報と共に、公知の数学的関係式を
利用して流量信号Ｑを生成する流量計算機３８において
水位信号と組み合わされる。これらの関係式は、様々な
パイプ及び水路の形状に対応する。従って、本発明に係
る流量計を使用して丸形、正方形型、長方形型の導管、
または不規則に形成された水路内を流れる流体を計測す
ることができる。マイクロプロセッサはまた、Ｍａｎｎ
ｉｎｇの方程式に従い、水位信号を処理するために使用
することができる。

【００７１】以上に述べたように、表面速度は、パイプ
内を流れる流体の平均速度を直接計測した値ではない。
しかしながら、表面速度を修正して、平均速度を概算す
ることができる。修正の方式は数種類あり、これらの内
幾つかは、他のものよりも正確である。感知された表面
速度を、定因子により乗じることで、平均速度の一次推
定値が得られると共に、この乗算方法は一定の条件のも
とで用いることができる。しかしながら、一定の配管形
状に対する最も正確な修正技術は、乗数が水位と表面速
度の両方の関数となる技術である。この可変修正因子
は、±５％またはそれ以上の正確さを提供する。

【００７２】流量計装置が直接の流量出力を必要とする
場合は、修正技術を直接流量計に組み込むことが必要と
なる。しかし、速度と水位が次回の計算に使用するため
に記録されているのであれば、乗数を異なる装置内の方
程式に記憶することができる。この様な装置は、現地デ
ータから、感知された水位と速度のデータを取り出す、
別のコンピュータを含んで簡単に構成することができ、
該コンピュータにパイプ直径を入力して、平均速度を算
出し、これより現地における流量を算出することができ
る。

【００７３】上記のように、水位と速度の両方を計測す
る流量計を、水位、速度及び流量の間の変動関係に適応
させることができる。しかしながら、開水路流れの状態
は、たいてい安定した状態であり、水位と流量の関係が
分かっていれば、水位のみを計測する流量計が利用でき
る。図４を参照すると、各々の対応水位の出力Ｑをメモ
リ４６に記憶することができるので、水位の流量に対す
る関係が、特定の現地位置に対して定義される。この様
な水位の流量に対する関係が、速度／水位流量計を通じ
て定義されている場合は、水位装置のみを利用した、よ
り簡便な流量計が利用でき、各水位計測値に対し、マイ
クロプロセッサ４８は、メモリ（または参照用テーブ
ル）から、対応水位の流量を引き出す。前記のより簡便
な流量計に使用される水位装置は、図２に関して説明さ
れた水位／速度流量計に使用される水位装置と同種類で
ある必要はない。例えば、水位／速度計内の水位装置が
超音波ルックダウン水位検出器である場合に、水位のみ
を計測する流量計内の水位装置を、気泡式計測器や圧力
変換水位計とすることもできる。

【００７４】本発明の重要な様態は、作業者が自らマン
ホール内に入ることを要さずに、マンホール内に、流量
計をしっかりと取り付けるための取り付け装置である。
図５から１５を参照して、多数の取り付け装置を説明す
る。図５及び図６に取り付けリングまたはブラケット５
０を示す。該リングまたはブラケット５０は、マンホー
ル２内において、点検用窓５２に隣接して配置、固定さ
れている。一対のケーブルタイ５４と支柱固定装置５６
がブラケット５０の内側表面と接続しており、該ケーブ
ルタイ５４及び支柱固定装置５６は、以下に述べるよう
に、それぞれ取り付けケーブル及び伸縮式支柱と接続す
る。図７及び図８において、取り付けブラケット５０の
代わりに、ねじジャッキ５８がマンホール２の点検用窓
５２を横断して延伸する。該ねじジャッキ５８は、これ
と接続する一対のケーブルタイ５４と支柱固定装置５６
とを備えている。

【００７５】ここで図９を参照すると、マンホール２
と、本発明に係る第１の実施の形態による流量計取り付
け装置の断面図が示されている。図５と図６における取
り付けリング５０（図７と図８におけるねじジャッキ５
８）が改め口５２に配置されており、一対のケーブル６
０がケーブルタイ５４より吊り下げられている。同様
に、伸縮式支柱６２が支柱固定装置５６より吊り下げら
れている。該伸縮式支柱６２の反対側端部がアングルブ
ラケット６４と接続し、該アングルブラケット６４は流
量計のセンサ６６と接続している。本実施の形態におい
て、該センサ６６は単体装置であり、パイプ４を流れる
流体１０の表面速度と水位を計測するため、第１エネル
ギビーム及び第２エネルギビームの両方を送信する。ケ
ーブル６０の側端部は、アングルブラケット６４に隣接
する支柱６２と接続している。支柱６２をマンホール内
に下方に向かって伸ばすことと、ケーブル６０を上方へ
引き上げることにより、アングルブラケット６４はマン
ホール２の側壁に隣接するパイプ頂上部に対して固定さ
れる。センサからの信号は、ケーブル６８を経由してマ
イクロプロセッサ（図示せず）へ伝達される。図９の取
り付け装置の特徴は、センサを流体上方に正確に位置付
けることができ、さらに技術者が自らマンホール内に入
る必要なしに、パイプ頂上部に対し割り出された位置に
適切に保持できることである。流量計に係る全ての設
置、監視、及び補修作業をマンホールの外部より操作す
ることができる。

【００７６】図１０に示される取り付け装置の第２の実
施の形態において、アングルブラケットの代わりに、水
平に配置された支柱７０が取り付けられている。該支柱
７０は、伸縮式支柱６２とケーブル６０の側端部と接続
されている。水平支柱７０の長さはマンホールの直径よ
り長いため、伸縮式支柱６２とケーブル６０にかかる上
向きの力により、支柱はマンホールの対向する側壁部に
隣接するパイプ頂上部に対し固定される。センサ６６
は、伸縮式支柱６２及び水平支柱７０と、これらの接合
点において接続されて、パイプの頂上部に位置付けるこ
とができる。

【００７７】図１０の実施の形態において、伸縮式支柱
６２とケーブル６０は、取り付けリング、またはねじ上
の同一の位置から吊り下げられている。図１１の別の実
施の形態では、支柱６２及びケーブル６０は、図９の実
施の形態に示すように、独立したケーブルタイ及び支柱
固定装置から吊り下げられている。図１１において、水
平支柱７０は止め具７２を含んでいる。該止め具７２
は、水平支柱７０とセンサ６６をパイプ頂上部の所望の
場所に位置づけるのに役立つ。図１０と図１１の取り付
け装置が伸縮式支柱とケーブルとの組み合わせを含んで
構成されるように説明されているのに対して、支柱或い
はケーブルのみを含んで構成される装置で十分に機能で
きることが明らかである。

【００７８】図１２の実施の形態において、アングルブ
ラケット６４をパイプ頂上部に隣接するマンホールの側
壁に対して固定するために用いる、一対の伸縮式支柱を
含んで構成される取り付け装置を示す。図１３におい
て、センサ６６のアングルブラケット６４との接続部を
示す。アングルブラケット６４は、第１エネルギビーム
２６が、センサ６６より流体表面に向かって送信される
際の鋭角を補完する、固定の鈍角αを有する。ボルト７
４のような適切な固定具により、センサ６６とアングル
ブラケット６４がしっかりと接続されている。図１３に
示される固定センサ接続の代わりに、図１４に示すよう
に、センサに対してボールジョイント７６のような自動
調整取り付け機構を用いることができる。

【００７９】パイプ直径に達する流れの深度を計測する
には、図１５から図１８に示されるようなシュラウド７
８を用いることができる。該シュラウド７８により、パ
イプ４はマンホール内に効果的に延長される。該シュラ
ウド７８は、センサ６６からのエネルギビームを透過
し、該センサ６６は、シュラウドの頂上部において、シ
ュラウドに隣接して取り付けられる。図１６の実施の形
態において、気体及び／または液体からなる流体の供給
装置８０が設けられて、該供給装置８０は、エネルギビ
ームを透過する流体からなる緩衝層を、被計測流体の表
面とパイプまたはシュラウドの上部との間に供給する。
そのようにしなければ、被計測流体がシュラウドのパイ
プ内側と物理的に接触する場合、該計測流体の最も壁面
近傍の層がほぼ固定し、速度計測の精度に影響を及ぼす
可能性がある。

【００８０】流体表面がより滑らかになると、表面速度
の正確な計測がより困難になる。流体がその表面に、エ
ネルギビームを反射して、正確な表面速度計測に必要な
ドップラシフト変動をもたらす目標点を含むことが望ま
しい。しかしながら、全ての被計測流体がそのような目
標点を含むとは限らない。従って、本発明の他の様態
は、流体表面に乱れを発生させるメカニズムを提供する
ことになる。このような乱れにより、速度及び水位を計
測するための、第１及び第２エネルギビームの反射が容
易となる。この乱れは、図１８に示すように、シュラウ
ド上に、溝が流れと垂直方向に延伸する溝表面８２を備
えることで発生する。図１７、図１８に示すように、１
本の紐、ロープまたは他の柔軟なフィラメント８４、ま
たはピボットロッド８６により、過度にクズを溜めるこ
となく、流体表面に乱れを発生させることもできる。

【００８１】図１９に示すように、超過（フルパイプ）
状態の開水路流れにおける流体速度の計測は、アングル
ブラケット上に設置された補助流れセンサ８８により実
行可能である。該補助センサ８８は、主センサ６６とは
異なる種類のエネルギによることが好ましい。例えば、
該補助センサは、フルパイプ状態で速度出力を供給する
するための、浸水する超音波ドップラ式または電磁式と
することができる。超過状態の場合、圧力変換器９０
を、少なくともパイプ頂上部上方に超過した深度を計測
するため備えることができる。変換器９０は、超過分に
比例してマンホールへ沈められる。変換器９０により検
出された圧力は、超過分の深度の関数である。変換器９
０は、気泡式計測器により検出される圧力に反応するタ
イプのものや、深度の関数としての流体の重量から生じ
る静圧に反応する浸水式ピエゾクリスタルタイプのもの
のような、任意の公知の種類のものでよい。

【００８２】本発明による流量計は、マイクロ波エネル
ギを透過する材料で形成された閉鎖パイプまたは水路内
の、表面速度と流体水位とを計測するために用いること
ができる。図２０と図２１において、内部隆起またはく
ぼみ９４内にセンサを埋め込んだ閉鎖パイプ９２を示
す。同様のくぼみを図１５から図１８に示したシュラウ
ド７８に組み込むことができる。本発明の主要な利点
は、フルパイプ状態が発生した場合に、パイプ壁から離
れた速度計測を可能とすることである。

【００８３】図２２と図２３の実施の形態において、パ
イプ９２はマイクロ波を透過する材料から形成され、速
度センサ２０と水位センサ２４は、パイプの外側に配置
されている。最後に、図２４の実施の形態において、閉
鎖パイプ９２は直立パイプ９６を含み、該直立パイプ９
６の内部には、表面速度と水位を計測する複合センサ９
８が取り付けられている。該センサは、例えば、マイク
ロ波センサ、超音波センサ、またはレーザセンサを組み
合わせたものとすることができる。

【００８４】本発明による非浸水式流量計によれば、表
面速度と流体水位とを計測するために以下のエネルギ信
号の組み合わせを用いることができる：速度水位マイクロ波超音波マイクロ波マイクロ波超音波マイクロ波超音波超音波レーザレーザこれらの組み合わせにより、使用者の選択と、流体の流
れが決定される環境に応じて、流量計の多用性が増大す
る。

【００８５】特許法令の規定に従い、本発明に係る好ま
しい形態及び実施例を図示し、説明したが、上記発明の
概念から逸脱することなく、種々の変更及び修正ができ
ることは当業者には明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】パイプ内の流体の流量を計測するために取り
付けられた、従来の浸水式の流量計測計を備えるマンホ
ールの部分破断図

【図２】本発明による非浸水式流量計をその内部に配
置したマンホールの断面図

【図３】本発明に従い、図２の流量計を用いて流量を
計算するために使用される構成要素を示すブロック図

【図４】流量計算要素の別の実施の形態のブロック図

【図５】マンホールの点検用窓における、流量計取り
付けブラケットの斜視図

【図６】マンホールの点検用窓における、流量計取り
付けブラケットの平面図

【図７】マンホールの点検用窓における、別の流量計
取り付けジャッキの斜視図

【図８】マンホールの点検用窓における、別の流量計
取り付けジャッキの平面図

【図９】種々の流量計取り付け装置の断面図

【図１０】種々の流量計取り付け装置の断面図

【図１１】種々の流量計取り付け装置の断面図

【図１２】種々の流量計取り付け装置の断面図

【図１３】取り付け装置のアングルブラケットとセンサ
とを接続する別の実施の形態の詳細な断面図

【図１４】取り付け装置のアングルブラケットとセンサ
とを接続する別の実施の形態の詳細な断面図

【図１５】流体表面に乱れを発生させるためのシュラウ
ドを含む、発明による流量計の断面図

【図１６】流体表面に乱れを発生させるためのシュラウ
ドを含む、発明による流量計の斜視図

【図１７】異なる形状のシュラウドの斜視図

【図１８】異なる形状のシュラウドの斜視図

【図１９】補助センサを含む、本発明に係る流量計の別
の実施の形態を示した断面図

【図２０】さらに別の形状のシュラウドの側面断面図

【図２１】さらに別の形状のシュラウドの端部断面図

【図２２】閉鎖パイプ内の流量を計測するために用い
る、本発明による流れセンサの側面断面図

【図２３】閉鎖パイプ内の流量を計測するために用い
る、本発明による流れセンサの端部断面図

【図２４】直立パイプ内に取り付けられた、本発明に係
る流れセンサの側面全体図

【図２５】異なる高さまで部分的に満たされた円形導管
内を流れる流体の速度分布図

【図２６】円形導管の湾曲部及び部分的に満たされた前
記導管内を流れる流体の速度分布図

【図２７】反射装置を含む流量計センサ装置の概略断面
図

【符号の説明】

２マンホール４パイプ１０流体２６第１エネルギビーム３０第２エネルギビーム５０取り付けブラケット５２点検用窓５４ケーブルタイ５６支柱固定装置６０ケーブル６２伸縮式支柱６４アングルブラケット６６流量計センサ７８シュラウド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドナルドビー．ヘックマンアメリカ合衆国、バージニア 22132、パーセルヴィレ、ジョンウォルフォードロード、38286

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体表面上方の信号源から、第１ビームの
形状でエネルギ信号を生成するステップと、前記第１ビームを、パイプを横断する流体表面の一定領
域に向けて鋭角に送信するステップと、流体表面から反射したビームを感知するステップと、入射ビーム及び反射ビームから、これらの間のドップラ
ーシフトを決定して、表面速度信号を生成するステップ
と、前記表面速度信号を、検出される流体表面の前記一定領
域に応じて修正因子により修正して、平均速度信号を生
成するステップと、を含んで構成される流体を侵さずにパイプ内を流れる流
体の速度を計測する方法。
【請求項２】前記表面速度信号が、流体深度、パイプ直
径、パイプ形状、パイプ壁間の表面速度分布、及び表面
速度の流体水位に対する比率のうちの、少なくとも１つ
に応じて修正される請求項１に記載の流体速度の計測方
法。
【請求項３】前記エネルギ信号が、マイクロ波、超音
波、及びレーザエネルギのうちの１つを含んで構成され
る請求項２に記載の流体速度の計測方法。
【請求項４】前記一定領域の付近において、流体水位を
計測するステップをさらに含んで構成される請求項１に
記載の流体速度の計測方法。
【請求項５】前記水位計測値が、パイプ形状に相当する基準信号を供給し、流体表面に向かって信号源より第２エネルギビームを送
信し、表面から反射された第２ビームより、信号源と流体表面
との間の空距離を決定し、前記基準信号に応じて、空間距離の変動を流体水位の変
動に関係付けることによって得られる請求項４に記載の
流体速度の計測方法。
【請求項６】前記第２エネルギビームが、マイクロ波、
超音波、及びレーザエネルギのうちの１つを含んで構成
される請求項５に記載の流体速度の計測方法。
【請求項７】前記第２ビームが、前記第１ビームと同時
に流体表面に向けて送信される請求項５に記載の流体速
度の計測方法。
【請求項８】前記第２ビームが、流体表面に向けて、表
面に対し略垂直に送信される請求項５に記載の流体速度
の計測方法。
【請求項９】前記反射された第２エネルギビームを処理
して非流動面からの反射ビーム部分を除去するステップ
をさらに含んで構成されることによって、流体水位計測
の精度を増大する請求項５に記載の流体速度の計測方
法。
【請求項１０】前記処理ステップが、流体内の小波及び
波から生じる水位計測値の変動を除去する機能を含む請
求項９に記載の流体速度の計測方法。
【請求項１１】前記処理ステップが、問題となる周波数
を決定するために小波及び波による水位計測値の前記変
動分を分析する機能と、前記表面速度のドップラー信号
から前記問題の周波数を除去する機能とをさらに含む請
求項１０に記載の流体速度の計測方法。
【請求項１２】前記処理ステップが、前記流体表面の起
伏を分析し、表面の起伏に応じて前記修正された表面速
度信号を調整するステップをさらに含む請求項９に記載
の流体速度の計測方法。
【請求項１３】前記第１及び第２ビームが、パイプの頂
上部に対して割り出された位置から生成される請求項５
に記載の流体速度の計測方法。
【請求項１４】前記パイプの少なくとも一部が満たされ
た場合に、流体表面において乱れを発生させるステップ
をさらに含む、請求項１に記載の流体速度の計測方法。
【請求項１５】流体の上方に配置されて、パイプを横断
する一定位置における流体の表面速度に相当する信号を
生成する手段と、前記表面速度信号生成手段と接続されて、平均速度信号
を生成するために検出される流体表面の前記一定位置に
応じて、修正因子により前記表面速度信号を修正する手
段と、を含んで構成される流体を侵さずにパイプを流れる流体
の速度を計測する装置。
【請求項１６】前記表面速度信号生成手段が、１つのセ
ンサを含んで構成される請求項１５に記載の流体速度の
計測装置。
【請求項１７】前記センサを、パイプの頂上部に対して
割り出された位置に取り付ける手段をさらに含んで構成
される請求項１６に記載の流体速度の計測装置。
【請求項１８】前記取り付け手段が、マンホールとパイ
プとの間の開口部の両側領域の２つのパイプの頂上部に
対して上方に伸張される請求項１７に記載の流体速度の
計測装置。
【請求項１９】前記センサ取り付け手段が、側壁と点検
用窓とを備えるマンホールに対して、パイプの入口と出
口のうちの一方に配置される請求項１７に記載の流体速
度の計測装置。
【請求項２０】前記取り付け手段が、前記センサをマン
ホールの側壁に対し圧着させるための剛性支柱と、前記
センサをパイプの頂上部に対し上方に伸張するための手
段とをを含んで構成されることで、前記センサが頂上部
に対し、既知の位置にしっかりと取り付けられる請求項
１９に記載の流体速度の計測装置。
【請求項２１】前記取り付け手段が、点検用窓に隣接し
て前記マンホールと接続する取り付け用ブラケットをさ
らに含んで構成され、前記支柱と前記伸張手段が、前記
取り付け用ブラケットから吊り下がる請求項１７に記載
の流体速度の計測装置。
【請求項２２】前記取り付け手段が、前記センサと接続
するアングルブラケットをさらに含んで構成され、前記
アングルブラケットが、前記支柱と前記伸張手段によ
り、マンホールの側壁とパイプの頂上部に対して固定さ
れる請求項２０に記載の流体速度の計測装置。
【請求項２３】前記センサと前記アングルブラケットと
を接続する自在継ぎ手をさらに含んで構成されることに
より、前記センサが自動調整となる請求項２２に記載の
流体速度の計測装置。
【請求項２４】前記伸張手段が、１本のケーブルを含ん
で構成される請求項２０に記載の流体速度の計測装置。
【請求項２５】前記支柱と前記伸張手段とが、それぞれ
伸縮セグメントを含んで構成され、前記セグメントのう
ちの少なくとも１つが、圧縮力のかかる傾いた支柱を含
んで構成される請求項２０に記載の流体速度の計測装
置。
【請求項２６】前記修正因子が、流体深度、パイプ直
径、パイプ形状、パイプ壁間の表面速度分布、さらに表
面速度の流体深度に対する比率のうちの少なくとも１つ
の関数である請求項１６に記載の流体速度の計測装置。
【請求項２７】前記センサが、第１エネルギビームを流
体表面に向けて鋭角に送信し、流体表面から反射された
ビームを感知し、さらに前記入射ビームと反射ビームと
の間のドップラーシフトを決定して前記表面速度信号を
生成する請求項２６に記載の流体速度の計測装置。
【請求項２８】前記第１エネルギビームが、マイクロ
波、超音波、さらにレーザエネルギのうちの１つを含ん
で構成される請求項２７に記載の流体速度の計測装置。
【請求項２９】前記センサが、前記一定領域の近傍にお
ける流体の水位に相当する出力信号をさらに生成して、
前記水位信号と平均速度信号とを組み合わせて流体の流
量を算出する請求項２６に記載の流体速度の計測装置。
【請求項３０】前記センサが、流体表面に向けて第２エ
ネルギビームをさらに送信し、表面から反射された第２
エネルギビームから、センサと流体表面との間の空間距
離を決定して、さらにパイプ形状に相当する基準に応じ
て、空間距離の変動を流体水位の変動と関係付ける請求
項２９に記載の流体速度の計測装置。
【請求項３１】前記第２エネルギビームが、マイクロ
波、超音波、さらにレーザエネルギのうちの、１つを含
んで構成される請求項３０に記載の流体速度の計測装
置。
【請求項３２】前記第２エネルギビームが、前記第１ビ
ームと略同時に流体表面に向けて送信される請求項３０
に記載の流体速度の計測装置。
【請求項３３】前記第２エネルギビームが、流体表面に
向けて、表面と略垂直に送信される請求項３０に記載の
流体速度の計測装置。
【請求項３４】前記センサと接続し、前記反射された第
２エネルギビームを処理して非流動面からの前記反射ビ
ーム部分を除去する処理手段をさらに含んで構成される
ことで、流体水位計測の精度を増大する請求項３０に記
載の流体速度の計測装置。
【請求項３５】前記処理手段が、流体内の小波や波から
生じる水位計測値の変動を除去する請求項３４に記載の
流体速度の計測装置。
【請求項３６】前記処理手段が、小波や波から生じる水
位計測値の前記変動分をさらに分析して問題の周波数を
決定し、さらに前記表面速度のドップラー信号から前記
周波数を除去する請求項３５に記載の流体速度の計測装
置。
【請求項３７】前記処理手段が、前記流体水位信号を処
理して流体表面の起伏を分析し、さらに表面の起伏に応
じて前記修正手段を調整する請求項３４に記載の流体速
度の計測装置。
【請求項３８】前記パイプの少なくとも一部が満たされ
た場合に、流体表面に乱れを発生させる手段をさらに含
んで構成される請求項１６に記載の流体速度の計測装
置。
【請求項３９】前記乱れ発生手段が、前記センサに隣接
する前記パイプから延伸すシュラウドを含んで構成さ
れ、前記シュラウドは起伏した内側表面を有する請求項
３８に記載の流体速度の計測装置。
【請求項４０】前記乱れ発生手段が、一本の紐、ロッ
ド、さらに空気の流れのうちの１つを含んで構成される
請求項３８に記載の流体速度の計測装置。
【請求項４１】前記乱れ発生手段が、被計測流体とパイ
プの内表面との間に付加される第２の流体を含んで構成
され、前記第２の流体はマイクロ波を透過する請求項３
８に記載の流体速度の計測装置。
【請求項４２】前記第２の流体が、ガスと低誘電性液体
のうちの１つを含んで構成される請求項４１に記載の流
体速度の計測装置。
【請求項４３】パイプが満たされた場合に、前記センサ
が流体速度を感知するための前記取り付け手段下方に延
伸する補助センサを含む請求項１６に記載の流体速度の
計測装置。
【請求項４４】前記補助センサが、電磁式、超音波ドッ
プラー式、マイクロ波ドップラー式、さらに差圧式セン
サのうちの１つである請求項４３に記載の流体速度の計
測装置。
【請求項４５】本来は流体表面に略垂直に向かう前記セ
ンサからの、本来流体表面と並行な第２エネルギビーム
を再び方向付けるために、前記センサと流体との間に配
置された反射手段をさらに含んで構成される請求項３０
に記載の流体速度の計測装置。
【請求項４６】超過流れ状態において、マンホール内へ
のパイプ頂上部を超える流体水位を計測する第２センサ
をさらに含んで構成される請求項２９に記載の流体速度
の計測装置。
【請求項４７】前記第２センサが、圧力変換装置を含ん
で構成される請求項４６に記載の流体速度の計測装置。