【手続補正書】
【提出日】平成17年8月5日(2005.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】    明細書
【発明の名称】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
【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ビームとしての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、
流体表面で反射した第１ビームを感知するステップと、
前記第１ビームの入射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、表面における流体の速度に相当する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更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、
流体表面に向けて信号源より第２エネルギビームを送信し、
表面で反射した第２ビームより、前記信号源と流体表面との間の空間距離を決定し、
前記基準信号に応じ、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り得られる請求項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、表面に対して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】
前記反射した第２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更に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１０】
前記処理ステップが、流体内の小波又は波から生じる水位計測値の変動を除去することを含む請求項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、小波又は波による水位計測値の前記変動分を分析して問題となる周波数を決定するとともに、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ことを含む請求項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、流体表面に乱れを発生させるステップを更に含む請求項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、表面での流体の速度に相当する表面速度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、検出される流体表面の前記一定位置に応じ、修正因子により前記表面速度信号を修正して、平均速度信号を生成する手段と、
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更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、パイプの入口及び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て上方に伸張するための手段とを含んで構成される請求項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更に含んで構成され、前記支柱及び前記伸張手段が、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更に含んで構成され、前記アングルブラケットが、前記支柱及び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と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更に含んで構成される請求項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、前記伸縮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、及び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、表面で反射した第１ビームを感知し、更に前記第１ビームの入射及び反射ビーム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更に生成し、前記水位信号と前記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、更に、流体表面に向けて第２エネルギビームを送信し、表面で反射した第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３０に記載の流体速度の計測装置。
【請求項３２】
前記第２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ビームが、流体表面に向け、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、前記反射した第２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更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３５】
前記処理手段が、流体内の小波又は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、小波又は波から生じる水位計測値の前記変動分を分析して問題となる周波数を決定し、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、更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更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る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、及び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３８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、及び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】
前記センサが、パイプが満たされた場合に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、及び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】
前記センサからの第２ビームを、流体表面に向けてほぼ垂直に再び方向付けるための、前記センサと流体との間に配置された反射手段を更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】
超過流れ状態下でマンホール内へのパイプの頂上部を超える流体水位を計測する第２センサを更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。
【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が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、また、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】
現在では、多数の開水路用流量計が存在するが、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、その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し得る速度及び面積に関連する技術を利用する。一般的に、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又は毒性ガスのため、概してこの作業は極めて危険である。この結果、殆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。殆どの場合に、移動式ガス検出器、換気設備、更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及び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、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、流速及び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、更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号には、本分野において従来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。この浸水する電磁センサにより、流体内の特定点又は位置における流体の局所速度を感知する。局所速度信号が修正されて、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、既知の形状及び寸法を有するパイプ内部を流れる流体の断面積とが決定される。平均速度信号と面積信号とが乗算されて、流量信号が生成される。
【０００６】
非浸水式の流量計測法もまた、Ｂａｉｌｅｙ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が、開水路内を流れる流体の表面に向けて送信される。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。この信号の少なくとも一部が流体表面で反射し、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。速度及び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、パイプ又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、表面速度の計測値が、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。更に、流体表面に乱れがない場合は、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、フルパイプ流れ又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、パイプ又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、及び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、又はレーザエネルギによる第１ビームを送信する。このセンサは、流体表面で反射したビームを感知し、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、表面における流体の速度に相当する表面速度信号を生成する。マイクロプロセッサがセンサと接続し、速度が検出される表面部分に応じて表面速度信号を修正して、平均速度信号を生成する。流体上方に同様に取り付けられた同一の又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、又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が反射した第２ビームを処理して、流動していない表面で反射したビーム部分を除去する。マイクロプロセッサは、更に流体内の小波又は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又は出口に、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又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る。取り付け用ブラケットから、１以上のケーブル、ロッド、又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、又は支柱を伸張させて、マンホールの側壁及びパイプの頂上部に固定する。センサは、アングルブラケットに相互に固定した又は自動調整の位置関係で接続される。
【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又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、流体表面上方の信号源から、第１ビームとしての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、流体表面で反射した第１ビームを感知するステップと、第１ビームの入射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、表面における流体の速度に相当する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、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、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、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更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、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、流体表面に向けて信号源より第２エネルギビームを送信し、表面で反射した第２ビームより、前記信号源と流体表面との間の空間距離を決定し、前記基準信号に応じ、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り得られることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明は、前記第２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、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、前記第２ビームが、流体表面に向け、表面に対して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、前記反射した第２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更に含んで構成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に係る発明は、前記処理ステップが、流体内の小波又は波から生じる水位計測値の変動を除去することを含むことを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、前記処理ステップが、小波又は波による水位計測値の前記変動分を分析して問題となる周波数を決定するとともに、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含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項１２に係る発明は、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ことを含むことを特徴とする。
請求項１３に係る発明は、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、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ステップを更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、表面での流体の速度に相当する表面速度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、検出される流体表面の前記一定位置に応じ、修正因子により前記表面速度信号を修正して、平均速度信号を生成する手段と、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、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、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更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、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、前記取り付け手段が、側壁と点検用窓とを備えるマンホールに対し、パイプの入口及び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、前記取り付け手段が、前記センサをマンホールの側壁に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て上方に伸張するための手段とを含んで構成されることを特徴とする。
【００２４】
請求項２１に係る発明は、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更に含んで構成され、前記支柱及び前記伸張手段が、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、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更に含んで構成され、前記アングルブラケットが、前記支柱及び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と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、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更に含んで構成されることを特徴とする。
請求項２４に係る発明は、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、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、前記伸縮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、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、及び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、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、表面で反射した第１ビームを感知し、更に前記第１ビームの入射及び反射ビーム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２８に係る発明は、前記第１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。
【００２８】
請求項２９に係る発明は、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更に生成し、前記水位信号と前記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、前記センサが、更に、流体表面に向けて第２エネルギビームを送信し、表面で反射した第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、前記第２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３２に係る発明は、前記第２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、前記第２ビームが、流体表面に向け、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、前記センサと接続し、前記反射した第２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更に含んで構成されることを特徴とする。
【００３１】
請求項３５に係る発明は、前記処理手段が、流体内の小波又は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、前記処理手段が、小波又は波から生じる水位計測値の前記変動分を分析して問題となる周波数を決定し、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、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、更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、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更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、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る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、前記乱れ発生手段が、一本の紐、ロッド、及び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、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、前記第２の流体が、ガス、及び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、前記センサが、パイプが満たされた場合に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、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、及び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、前記センサからの第２ビームを、流体表面に向けてほぼ垂直に再び方向付けるための、前記センサと流体との間に配置された反射手段を更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、超過流れ状態下でマンホール内へのパイプの頂上部を超える流体水位を計測する第２センサを更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、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、第１エネルギビームを流体表面の一定領域に入射し、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される表面速度信号を、前記一定領域に応じた修正因子により修正することで、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ともに、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とに応じてエネルギ信号の種類を選択することができる。
【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を計測することで、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、流体表面に向けて第２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とに応じてエネルギ信号の種類を選択することができる。
請求項７に係る発明によれば、単一のセンサで表面速度及び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、あらゆる環境下で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、流体内の小波又は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、小波又は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更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でも正確に流体の表面速度を計測することができる。
【００４５】
請求項１５に係る発明によれば、パイプを横断する一定位置における表面速度に相当する信号（すなわち、表面速度信号）を、前記一定位置に応じた修正因子により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、表面速度信号を簡易に生成することができる。
【００４６】
請求項１７に係る発明によれば、取り付け手段を設けることで、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取り付け手段を構成することができるため、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、パイプの入口及び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、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、パイプの入口及び出口のうちの一方にセンサを取り付ける手段を、センサをマンホールの側壁に圧着させるための剛性支柱と、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、センサを頂上部に対し、所望の（又は既知の）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、取り付け手段を、取り付け用ブラケットを更に含んで構成することで、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、点検用窓と隣接させ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、取り付け手段を、マンホールの側壁とパイプの頂上部とに対して固定されたアングルブラケットを更に含んで構成することで、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、センサとアングルブラケットとを接続する自在継ぎ手を更に含むことで、センサを自動調整に取り付けることができ、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伸張手段を構成することで、取り付け手段を簡易に構成することができる。
請求項２５に係る発明によれば、前記支柱及び伸張手段を、それぞれ伸縮セグメントを含んで構成し、この伸縮セグメントのうちの少なくとも１つを、圧縮力のかかる傾いた支柱を含んで構成することで、取り付け手段を簡易に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ともに、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向上させることができる。
請求項２７に係る発明によれば、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、流体を侵さずに表面速度信号を生成することができる。
【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とに応じてエネルギ信号の種類を選択することができる。
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、表面速度信号と水位信号とを組み合わせることで、信頼性の高い流量を算出することができる。
【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とに応じて第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及び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、流体の流量を簡易に算出することができる。
請求項３３に係る発明によれば、あらゆる環境下で最も正確に流体の深さを計測することができる。
【００５４】
請求項３４に係る発明によれば、第２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することができる。
請求項３５に係る発明によれば、流体内の小波又は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することができる。
【００５５】
請求項３６に係る発明によれば、小波又は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更に増大することができる。
【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を計測することができる。
請求項３９に係る発明によれば、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含んで乱れ発生手段を構成することで、パイプ直径に達する流れにおいて、効果的にパイプを延伸し、かつ流体表面の乱れを発生させることで、表面速度と水位とを正確に計測することができる。
【００５７】
請求項４０に係る発明によれば、一本の紐、ロッド、及び空気の流れのうちの１つを含んで乱れ発生手段を構成することで、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４１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更に含むことで、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、流体速度を正確に計測することができる。
【００５８】
請求項４２に係る発明によれば、ガス、及び低誘電性液体のうちの１つを含んで第２の流体を構成することで、被計測流体の最も壁面近傍の層が固定されるのを簡易に防止し、流体速度を正確に計測することができる。
請求項４３に係る発明によれば、センサを、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、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、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、及び差圧式センサのうちの１つとすることで、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ともに、使用者の選択と流れの決定される環境とに応じてエネルギの種類を選択することができる。
【００６０】
請求項４５に係る発明によれば、反射手段を更に含むことで、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の頂上部を超える流体水位を計測する第２センサを更に含むことで、超過流れ状態においても流体水位を計測することができる。
【００６１】
請求項４７に係る発明によれば、圧力変換装置を含んで前記第２センサを構成することで、超過流れ状態における流体水位を簡易に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ところより明らかとなる。
図１は、パイプ４に連結するマンホール２を示す。パイプ４は、ベンチ６に隣接するマンホール２の底部を通過しており、更にパイプ４を通過する流体１０の流量を計測するための浸水式流量計８を備えている。流体には、水、油、汚水、又は他のあらゆる流動性液体が含まれる。流量計８は、電磁又は超音波センサ１２のようなセンサを含む。このセンサ１２は、このセンサ１２を流体中に沈めるマウンティングバンド１４と接続する。水位計測装置をセンサ１２の内部に含んでもよい。センサ１２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、技術者が自らマンホールに入り、センサ１２及びマウンティングバンド１４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される。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、この安全基準により、流量計取り付け位置の設置及び決定にかかる時間及び経費が増大することになる。
【００６４】
図２は、マンホール内において、流量が計測される流体１０の表面上方に吊り下げられた、本実施形態に係る非浸水式流量計１８を示す。以下に詳細に説明するように、流量計１８は、表面における流体の速度と関係する表面速度信号を生成する少なくとも１つの速度センサ２０と、このセンサ２０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とを備える。第２センサ２４が設けられ、このセンサ２４により流体深度に相当する信号が生成される。速度信号及び深度信号は、マイクロプロセッサ２２により組み合わされ、流体の流量に相当する出力が生成される。
【００６５】
速度センサ２０は、第１エネルギビーム（以下「第１ビーム」という。）２６を生成し、第１ビーム２６は、流体１０の表面の一定領域に向け、流体表面に対して３０°から５０°の間の鋭角αで送信される。第１ビーム２６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、パイプ側面の間における流体表面のどの部分にでも送信することができる。図２５Ａ，図２５Ｂ，及び図２６Ｂの速度分布図に示すように、流体の表面速度は、流体表面の端から端に渡って変動する。第１ビーム２６の一部が流体表面で反射してセンサ２０に返る。センサ２０は、元の第１ビームと反射した第１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。この信号ＳＶ１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、まず信号ＳＶ１が、入射角αに対し、式：ＳＶ１／ｃｏｓα＝ＳＶにより補正される。以下に詳述するように、補正された局所表面速度信号Ｓｖが次に修正されて、平均速度信号が生成される。
【００６６】
第１ビーム２６を生成するため、エネルギが流体表面で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、及びレーザによるエネルギ源がある。Ｂａｉｌｅｙによる米国特許第５３１５８８０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又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ができる。このセンサは、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（以下「第２ビーム」という。）３０を生成し、第２ビーム３０は、第１ビーム２６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ビーム３０も同様に、マイクロ波、超音波、又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で反射する。第２ビーム３０の反射波は、第２センサ２４により感知される。また、入射ビーム及び反射ビームから、第２センサ２４により、このセンサ２４と流体表面との間の空間距離が決定される。この空間距離の変動は、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、あらゆる環境下で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２６と同時に、第２ビーム３０を一方向へ送信することも可能である。これは、第１及び第２ビーム２６，３０の両方を単一のセンサで発生させる場合に、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、更に第１及び第２反射ビームを受信するのに利用して、表面速度及び流体水位の両方を決定することができる。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は、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付けることができる。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、最も正確に流量が計算され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に、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す。マイクロプロセッサ２２は、速度信号処理装置３２を含み、速度信号処理装置３２は、水路又はパイプの側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、及び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で、図２５Ａ、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、ならびに入口及び出口の条件から生じる。マイクロプロセッサ２２は、また、水位信号処理装置３４をも含み、水位信号処理装置３４は、反射した第２ビームを処理して、パイプの側面及び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３４は、また、流体中の小波及び波から生じる水位計測値の変動を除去する。小波及び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、それらの周波数を表面からの速度ドップラー信号から除去することで、小波及び波から生じる、
表面における速度計測値の変動が除去される。
【００７０】
処理された深度信号ＳＤ及び局所表面速度信号ＳＶは、処理装置３６へ伝達される。また、深度信号ＳＤは、流量計算機３８へ伝達され、流量計算機３８は、入力として、パイプの寸法及び形状の表示を受信する。処理装置３６は、局所表面速度信号ＳＶを入力するとともに、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、及び表面速度の流体水位に対する比率により、独自に定義される現地信号Ｖｓを生成する。現地信号Ｖｓは、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。比較器４０からの信号ＶＭは、流量乗算器４４から流量係数を選択するのに使用され、流量乗算器４４は、感知した局所表面速度信号ＳＶ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、流量乗算器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ともに、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で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、又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、Ｍａｎｎｉｎｇ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】
以上のように、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、これらのうちの幾つかは、他のものよりも正確である。感知した表面速度に定因子を乗じる方法により、平均速度の一次推定値が得られ、この乗算方法は、一定の条件下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、乗数が水位及び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％又はそれ以上の正確さを提供する。
【００７２】
流量計測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。しかしながら、速度及び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させることができる。このような装置は、現地データから感知された水位及び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、この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、これに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、水位及び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、水位と流量との間の関係が分かっていれば、水位のみを計測する流量計を利用することができる。図４を参照すると、各々の対応水位の出力Ｑをメモリ４６に記憶させ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。このよう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、より簡便な流量計を利用することができ、各水位計測値に対し、マイクロプロセッサ４８は、メモリ（又は参照用テーブル）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、気泡式計測器又は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、流量計をマンホール内にしっかりと取り付けるための取り付け装置である。図５から図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は、取り付けリング又はブラケット５０を示す。このリング又はブラケット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、固定される。一対のケーブルタイ５４と支柱固定装置５６とがブラケット５０の内側表面と接続しており、ケーブルタイ５４及び支柱固定装置５６は、以下のように、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は、取り付けブラケット５０の代わりに、マンホール２の点検用窓５２を横断して延伸するねじジャッキ５８を示す。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とを備える。
【００７５】
ここで、マンホール２の断面を示す図９を参照すると、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が示されている。図５及び図６の取り付けリング５０（図７及び図８におけるねじジャッキ５８）が改め口５２に配置され、一対のケーブル６０がケーブルタイ５４より吊り下げられる。また、伸縮式支柱６２が支柱固定装置５６より吊り下げられる。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、アングルブラケット６４は、流量計センサ６６と接続する。本実施形態において、センサ６６は、単体装置であり、パイプ４を流れる流体１０の表面速度及び水位を計測するため、第１ビーム及び第２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と接続する。支柱６２をマンホール内で下方に向けて伸ばすことと、ケーブル６０を上方へ引き上げることとにより、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固定される。センサ６６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６６を流体上方に正確に位置付け、かつ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て割り出された位置に適切に保持し得ることである。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に示す取り付け装置の第２の実施の形態では、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が取り付けられる。支柱７０は、伸縮式支柱６２及びケーブル６０の側端部と接続される。水平支柱７０の長さがマンホールの直径より長いため、伸縮式支柱６２及びケーブル６０にかかる上向きの力により、支柱７０は、マンホール２の対向する側壁部に隣接するパイプ頂上部に固定される。センサ６６は、伸縮式支柱６２及び水平支柱７０と、これらの接合点で接続されて、パイプ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及びケーブル６０は、取り付けリング、又はねじ上の同一の位置から吊り下げられる。図１１に示す別の実施の形態では、支柱６２及びケーブル６０は、図９の実施の形態のように、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る。図１１において、水平支柱７０は、止め具７２を備える。止め具７２は、水平支柱７０とセンサ６６とをパイプ頂上部の所望の場所に位置付けるのに役立つ。図１０及び図１１の説明では、取り付け装置を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ものとしたのに対し、支柱又はケーブルのみを含んで構成される装置でも十分に機能し得ることが明らかである。
【００７８】
図１２は、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は、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７４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とがしっかりと接続される。図１３に示す固定センサ接続の代わりに、図１４に示すように、センサ６６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ため、図１５から図１８に示すようなシュラウド７８を用いることができる。シュラウド７８により、パイプ４がマンホール内に効果的に延長される。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、センサ６６は、シュラウド７８の頂上部において、シュラウド７８に隣接して取り付けられる。図１６の実施の形態では、気体及び／又は液体からなる流体の供給装置８０が設けられ、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、パイプ若しく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に、この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ー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、表面速度及び水位を計測するための、第１及び第２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及び図１８に示すように、１本の紐、ロープ若しくは他の柔軟なフィラメント８４、又はピボットロッド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。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、補助センサは、フルパイプ状態で速度出力を供給するための、浸水する超音波ドップラー式又は電磁式とすることができる。超過状態の場合は、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に備えることができる。圧力変換器９０は、超過分に比例してマンホールへ沈められる。圧力変換器９０により検出された圧力は、超過分の深度の関数である。圧力変換器９０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又は水路内の、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及び図２１は、内部隆起又はくぼみ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及び図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及び水位センサ２４は、パイプの外側に配置される。
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、直立パイプ９６の内部に、表面速度及び水位を計測する複合センサ９８が取り付けられる。このセンサ９８は、例えば、マイクロ波センサ、超音波センサ、又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とに応じ、流量計の多用性が増す。
【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す断面図
【図２０】更に別の形状のシュラウドの側面断面図
【図２１】更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