JPS5824757Y2 - 超音波堆砂検知装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はダム沈砂池あるいは河川の底等に堆積した土砂
その他の堆積物の堆積量を超音波の伝播を利用して検知
する超音波堆砂検知装置に関するものである。

水力発電用あるいは水道用等のダム、水取入れ口等に於
ける沈砂地では沈殿した土砂が一定量以上堆積したら排
砂ゲートの操作等によって堆積物を除く必要がある。

また、船舶の航行している河川では、その安全面からも
土砂等の堆積、流失に伴う河床の変動を常に監視してお
く必要がある。

これらの目的のため土砂等の堆積物の量の把握にこれま
で種々の装置が考案されて来た。

第１図にその代表的ないくつかを示す。

第１図ａは測定ワイヤを用いた堆砂検知器を示すもので
ある。

同図に於て１は前述のダム沈砂池の断面を示すものであ
り、２はその底に堆積した土砂その他の堆積物、３は水
面位置を示す記号である。

また、４は測定用の長さ目盛が付けられた測定ワイヤで
あり、５はこの測定ワイヤ４の先端に取付けられた重錘
である。

この様な堆砂検知器で堆積土砂の量を知るには、測定者
が測定時に前述の測定ワイヤ４を沈砂池１中に投込み、
先端に取付けた重錘５が堆積物２の上面に達するまで測
定ワイヤ４を繰出し、達した時の測定ワイヤの目盛を測
定者の目によって読取り、その値から堆積物の堆積量を
知るものである。

従って、堆積量の検知には必ず人手を煩られすものであ
り、遠隔地からの自動計測、自動制御には極めて不向き
なものであった。

さらに流れの早い河川に於ては測定ワイヤ４に流速によ
って異るたるみが生じて測定誤差を生ずることになる。

同図すは超音波測深儀を用いた堆砂検知器を示すもので
ある。

図に於て６は超音波測深儀の送受波器であって、水面３
以下の所定の位置に固定されている。

堆積量の検知に際しては前記送受波器６から超音波信号
を送出してその超音波信号が堆積物２の上面で反射され
たエコーを同一の送受波器６で受信し、超音波信号の往
復に要した時間から堆積物２の堆積量を知るものである
。

この様に超音波測深儀を用いる場合には送受波器６が水
面３の上に出てしまうと水面３での反射波によって測定
不能となってしまうため、水面３の変動の大きな所では
使用できないという欠点を有するものであった。

また、第１図Ｃは重錘式自動堆砂針を用いたものである
。

この重錘式自動堆砂針は同図ａに示す測定ワイヤ式のも
のを自動読取化したものである。

図に於て、７は測定ワイヤ４が掛けられたプーリで、ポ
テンショメータ等（図示省略）がこれに連動している。

測定に際しては、このプーリを回転させながり重錘５が
堆積物２の表面に達するまで測定ワイヤ４を繰出し、そ
の繰出し量を前記プーリ７に連動するポテンショメータ
等から電気的に読取るものである。

８はこの時測定ワイヤ４に弛みを生じさせないためのバ
ランス用の重錘である。

従って、測定ワイヤ４の繰出し量の読取を自動化するこ
とは容易であるが、測定ワイヤ４の繰出し、引上げ等ま
で上動化するには大袈裟な機構が必要となるため、完全
に人手を省くことは難かしく、さらに流速による測定ワ
イヤ４のたるみ、測定ワイヤ４とプーリ７との滑り等に
起因する誤差が生じ易いという欠点を有するものである
。

また、これら３種の従来の堆砂検知器には次の様な共通
の欠点もあった。

即ち、各検知器とも、測定はある１点を行うものであっ
て、水流その他諸条件によってたまたま測定点近傍のみ
に異常に多くの（あるいは少しの）堆積物が堆積した場
合これが直接その測定値となり、その測定値の信頼性を
著るしく低下させるものであるため複数点に於ける測定
が不可欠なものとなって来る。

本考案はこれらの点に鑑みてなされたものであって、ダ
ム沈砂池等に於て堆積物の堆積が許容される限界面の周
辺部分に複数個の送波器と受渡器とを配置し、この各送
波管から順番に超音波信号を発生させてこれを前記受波
器の各々で受信し、この各受信信号が信号を発信した送
波器とそれを受信した受渡器との距離および超音波の伝
播速度から決められる所定のタイミングで検出できたか
どうかによって堆積物の堆積量を検出し、堆積限界を超
えた場合には自動的に排砂指令等の送出ができるように
したものである。

以下図面に示す実施例に従って詳細に説明する。

第２図は本考案の一実施例を示す図であって、同図ａに
その機能ブロック図と送波器および受波器の平面図的な
配置を示し、同図すに送波器および受波器の側面図的な
配置を示している。

同図に於て、１，２および３は第１図に示すそれらと同
様のダム沈砂池、土砂等の堆積物および水面位置を示す
記号であって、２１，２２は前記堆積物の堆積表面を示
している。

また４１．４２はダム沈砂池の左岸側壁に取付けられた
送波器で、このダム沈砂池１で許される土砂の堆積量に
応じた高さＨの位置に間隔ｄを隔てて固定されるもので
あり、５１．５２はダム沈砂池１の右岸側壁に前述と同
様の条件で固定取付けられた受渡器である。

６１はトリガ発生器、６２．６３はこのトリガ発生器６
１からのトリガ信号を受けて所定の周波数の信号を発生
させる送信器で、夫々交互に動作して前記送波器４１．
４２を交互に励起するものである。

７１はウィンドゲート回路、７２．７３はこのウィンド
ゲート回路７１の制御によって指定された時間だけ動作
する選択増幅器、７４．７５は選択増幅器７２．７３の
出力信号の有無を判定する信号弁別器、７６は信号弁別
器７４．７５の出力信号の論理和をとるオアゲートであ
り、７７はセット・リセット形のフリップフロップ、７
８はそのリセット信号入力端子、７９は出力端子である
。

次に第３図に示すタイムチャートに従って本実施例の動
作を説明する。

トリガ発生器６１は所定のインタバルでトリガ信号を発
生させ、このトリガ信号によって送信器の一方例えば６
２が動作して所定の周波数の信号を短時間発生させる。

送波器４１はこの信号を受けるとこれを超音波信号に変
換して水中に送出する。

第３図のＡはこの超音波信号を示す波形である。

送波器４１は充分広い指向特性を有するものであり、前
記超音波信号は水中を均等に伝播して受波器５１および
５２で受信される。

この場合、送波器４１と受波器５１および５２との距離
がＬｌ、Ｌ２と異るため、前記超音波信号の伝達時間も
Ｔ１．Ｔ２と異ったものとなる。

この超音波信号は受渡器５１．５２で電気信号に変換さ
れて夫々選択増幅器７２あるいは７３に送られる。

第３図のＣおよびＤにａｌ、ａ２で示す波形が受波器５
１および５２によるその受信信号である。

選択増幅器７２゜７３には夫々第３図のＧ１あるいはＧ
２で示す様なゲートパルスがウィンドゲート回路７１か
ら供給されている。

このゲートパルスはａｌ等の受信信号の幅より若干広い
パルス幅を有し、超音波の伝送時間を考慮して設定した
タイミングで発生するものであり、選択増幅器７２．７
３はこのゲートパルスが到来した時にのみ動作して入力
信号を増幅する。

従ってａｌ等の受信信号以外はその出力から完全にシャ
ットアウトされ、信号弁別器７４．７５には受信信号ａ
１あるいはａ２だけが増幅されて入力される。

信号弁別器７４．７５は選択増幅器７２あるいは７３か
らの信号を検知すると、セット信号を作成してオアゲー
ト７６を介してフリップフロップ７７へ送り、これをセ
ットする。

第３図Ｆにこのフリップフロップ７７の出力波形を示す
。

ここで、何等かの理由によって送波器４１と受波器５１
との間に堆積が進み、その高さが許容値Ｈを越えた場合
には、送波器４１で発生した超音波信号は堆積物に邪魔
されて受波器で充分受信できなくなり、信号弁別器７４
からはセット信号が送出されない。

しかしながら、受波器５２では送波器４１との間に特に
障害物がないので確実に受信が行われ、信号弁別器７５
からはセット信号が出力される。

従って、フリップフロップ７７は第３図のＦにｔｌで示
されるタイミングではセットされないがｔ２で示される
タイミングに於てセットされる。

次に、トリガ発生器６１の出力する次のトリガ信号によ
って、送信器６３が動作して所定の周波数の信号を短時
間発生させ、送波器４２によって超音波信号に変換して
水中に送出する。

第３図のＢがこの超音波信号を示す波形であって、以下
前述の場合と全く同様な動作が進行する。

従って、第２図すに２２で示す様に堆積物２の表面がほ
ぼ全域にわたって堆積許容値Ｈを越えた場合等、送波器
４１および４２からの超音波信号が受渡器５１．５２の
いずれによっても受信し得なくなるまでは、信号弁別器
７４あるいは７５のいずれかからはセット信号が出力さ
れるため、フリップフロップ７７ いずれかのタイミングで必ずセットされる。

このフリップフロップ７７の状態を出力端子７９から読
出すことによって、このダム沈砂池１の堆積量が許容値
に達したか否か容易に判断できる。

このフッツブフロップ７７は第３図のＲに示すリセット
パルスによって一定時間経過後にリセットされる。

以上詳細に述べた如く、本考案による超音波堆砂検知装
置によれば、堆積物の堆積許容限界面の周辺部分に配置
された複数個の送波器と受渡器とでその堆積量を検知す
るものであるため、その検知は点で行われず面で行われ
、堆積のかたより等による検知誤差が防止できるばかり
か、その検知過程で全く人手を要さないため、遠隔地か
らの自動計測、さらには排砂指令送出等の自動制御も可
能となる。

以上の如く、本考案の堆砂検知装置は水力発電用あるい
は水道用等の取水口等の沈砂池に設置して、その土砂等
の堆積量を自動監視し、排砂指令等のゲート操作の自動
化に適用して極めて有効であるばかりか、河川において
は河床の変動を常時監視してその結果によって船舶を安
全に航行させるパイロット的な面でも利用できる。

さらに、電気回路の構成を多少変える事によって、送波
器４１と受波器５２の組合せ、また送波器４２と受波器
５１の組合せにより、シンクアラウンド方式あるいは時
間差方式による超音波流速計を構成することも可能であ
り、これによれば流速を測定しながら同時に堆砂量の監
視も行える堆砂量・流速検知装置も実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来より行われている堆積物の量を検知するた
めの装置の代表例を示す図、第２図は本考案の一実施例
を説明するための送波器、受渡器の配置および機能ブロ
ックの接続を示す図、第３図はその動作を説明するため
のタイムチャートである。 １・・・・・・ダム沈砂池、２・・・・・・堆積物、２
１．２２・・・・・・堆積物表面、４１．４２・・・・
・・送波器、５１．５２・・・・・・受渡器、６１・・
・・・・トリガ発生器、６２ 、６３・・・・・・送信
器、７１・・・・・・ウィンドゲート回路、７２ 、７
３・・・・・・選択増幅器、７４。 ７５・・・・・・信号弁別器、７６・・・・・・オアゲ
ート、７７・・・・・・フリップフロップ、７８・・・
・・・リセット信号入力端子、７９・・・・・・出力端
子、Ｈ・・・・・・堆積許容値、ｄ・・・・・・送波器
あるいは受渡器の配置間隔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 夫々が堆積物の堆積限界面の周辺部分に配置されて直接
   波を送受する複数個の送波器および受波器と、トリガ発
   生器を備えて前記送波器の各々から順番に超音波信号を
   発生させる駆動手段と、送波器と受渡器との間を超音波
   信号が伝播するに必要な時間に基いて設定される所定の
   タイミングでゲートパルスを発生するウィンドゲート回
   路を備えて前記各受渡器で受けた超音波信号を選択検知
   する検知手段とによって構成される超音波堆砂検知装置
   。