(57)【要約】【課題】  河川等を流れる流体の流量を非接触状態で計測する。【解決手段】  河川等を流れる流体（水）の流れの一部（ダム、堰等の段差部１０、流れの分岐部、流れの合流部等）に発生する気泡を撮像手段２により画像情報として捉え、この撮像手段２が捉えた画像情報を無線又は有線によって制御手段５に伝送し、この画像情報を制御手段５で処理し、制御手段５に予め記憶させておいた規定値と比較することにより、流体の流量として出力する。非接触状態で流体の流量を計測することができるので、メンテナンスフリーの状態で一定の性能が長期的に得られる。流体の流れを導く流量を配管等で形成する必要がなく、また、撮像手段２として市販のデジタルカメラ等を使用でき、さらに、制御手段５として市販のパーソナルコンピュータ等を使用できるので、設置費用を安く抑えることができ、ランニングコストを低減させることもできる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れの一部を画像情報として捉える撮像手段と、この画像手段が捉えた画像情報を処理し、この画像情報の中から流れの一部に発生する気泡の情報を抽出し、この気泡の情報を基にして流体の流量を算出し、出力する制御手段とを備えてなることを特徴とする流量計測装置。
【請求項２】
前記制御手段には、所定流量のときの流体の画像情報から、気泡の発生している箇所と発生していない箇所との画素数比を求め、この画素数比が基準値として予め記憶されており、この基準値と前記撮像手段が捉えた画像情報を処理することにより得られた画素数比とを比較することにより、流体の流量が出力されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量計測装置。
【請求項３】
前記制御手段には、各流量の流体の画像情報から、気泡の発生している箇所と発生していない箇所との画素数比をそれぞれ求め、これらの画素数比と各流量との関係を表した関係式が予め記憶されており、この関係式を基にして、前記撮像手段が捉えた画像情報を処理することにより得られた画素数比を処理することにより、流体の流量が出力されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量計測装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、デジタルカメラ、又はデジタルビデオカメラであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の流量計測装置。
【請求項５】
前記撮像手段が捉えた画像情報を、無線又は有線により前記制御手段に伝送するようにしたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の流量計測装置。
【請求項６】
流体の流れの一部を撮像手段により画像情報として捉え、この画像手段が捉えた画像情報を無線又は有線によって制御手段に伝送し、この画像情報の中から流体の流れの一部に発生する気泡の情報を抽出し、この気泡の情報を制御手段で処理することにより、流体の流量として出力することを特徴とする流量計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計測装置及び流量計測システムに関し、特に、流体の流量を非接触状態で計測する流量計測装置及び流量計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量を計測する流量計の一例として、流体に電極を接触させ、流体に生じる起電力を検出することにより流体の流量を計測するように構成した電磁流量計、流体に生じる起電力を流体と電極との間の静電容量により検出することにより、流体の流量を計測するように構成した電磁流量計等の流量計が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、流量計の他の例として、超音波が伝達する時間を計測することにより、流体の移動速度を測定し、その測定値から流体の流量を計測するように構成した超音波流量計が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに、流量計の他の例として、流体の流れ内に渦発生体を配置し、渦発生体の下流の両側に流体の流速に比例したカルマン渦を発生させ、このカルマン渦によって圧電素子が受ける電化量の変化を周波数として測定し、流量に比例した流量信号として出力することにより、流体の流量を計測するように構成したカルマン渦流量計が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２２６３９４号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１６４２号公報
【特許文献３】特開２００１−８２９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような各種の流量計にあっては、流体を流量計に導く流路を配管等により形成し、その流路の中に設置しなければならないため、設置に手間がかかり、設置コストが高くなるとともに、設置箇所が狭い範囲に制限されてしまう。また、流量計の計測部に流体を直接接触させなければならないため、一定の性能を得るためには定期的なメンテナンスが必要になる。
【０００６】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、設置が容易で設置コストが安く済むとともに、設置箇所が狭い範囲に制限されることがなく、さらに、メンテナンスフリーの状態で一定の性能が長期的に得られる流量計測装置及び流量計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、流体の流れの一部を画像情報として捉える撮像手段と、この画像手段が捉えた画像情報を処理し、この画像情報の中から流れの一部に発生する気泡の情報を抽出し、この気泡の情報を基にして流体の流量を算出し、出力する制御手段とを備えてなることを特徴とする。
本発明による流量計測装置によれば、流体の流れの一部を撮像手段により画像情報として捉え、この画像情報を制御手段に伝送して処理し、この画像情報の中から流れの一部に発生する気泡の情報を抽出し、この気泡の情報を基にすることにより流体の流量が出力されることになる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の流量計測装置であって、前記制御手段には、所定流量のときの流体の画像情報から、気泡の発生している箇所と発生していない箇所との画素数比を求め、この画素数比が基準値として予め記憶されており、この基準値と前記撮像手段が捉えた画像情報を処理することにより得られた画素数比とを比較することにより、流体の流量が出力されるように構成されていることを特徴とする。
本発明による流量計測装置によれば、撮像手段が捉えた画像情報を制御手段に伝送し、この画像情報を制御手段で処理することにより、気泡の発生している箇所と発生していない箇所との画素数比が求められ、この画素数比が制御手段に予め記憶されている基準値と比較されることにより、流体の流量が出力されることになる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の流量計測装置であって、前記制御手段には、各流量の流体の画像情報から、気泡の発生している箇所と発生していない箇所との画素数比をそれぞれ求め、これらの画素数比と各流量との関係を表した関係式が予め記憶されており、この関係式を基にして、前記撮像手段が捉えた画像情報を処理することにより得られた画素数比を処理することにより、流体の流量が出力されるように構成されていることを特徴とする。
本発明による流量計測装置によれば、撮像手段が捉えた画像情報を制御手段に伝送し、この画像情報を制御手段で処理することにより、気泡の発生している箇所と発生していない箇所との画素数比が求められ、この画素数比が制御手段に予め記憶されている関係式を基にして処理されることにより、流体の流量が出力されることになる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載の流量計測装置であって、前記撮像手段は、デジタルカメラ、又はデジタルビデオカメラであることを特徴とする。
本発明による流量計測装置によれば、流体の流れの一部をデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像手段により画像情報として捉え、この画像情報が制御手段に伝送され、所定の処理が施されることにより、流体の流量が出力されることになる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１から４の何れかに記載の流量計測装置であって、前記撮像手段が捉えた画像情報を、無線又は有線により前記制御手段に伝送するようにしたことを特徴とする。
本発明による流量計測装置によれば、流体の流れの一部を撮像手段により画像情報として捉え、この画像情報が無線又は有線によって制御手段に伝送され、所定の処理が施され、流体の流量が出力されることになる。
【００１２】
請求項６に係る発明は、流体の流れの一部を撮像手段により画像情報として捉え、この画像手段が捉えた画像情報を無線又は有線によって制御手段に伝送し、この画像情報の中から流体の流れの一部に発生する気泡の情報を抽出し、この気泡の情報を制御手段で処理することにより、流体の流量として出力することを特徴とする。
本発明による流量計測システムによれば、流体の流れの一部を撮像手段により画像情報として捉え、この撮像手段が捉えた画像情報は無線又は有線によって制御手段に伝送され、この画像情報の中から流体の流れの一部に発生する気泡の情報が抽出され、この気泡の情報に所定の処理が施されることにより、流体の流量が出力されることになる。
【発明の効果】
【００１３】
以上、説明したように、本発明による流量計測装置及び流量計測システムによれば、流体の流れの一部をデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像手段で画像情報として捉え、この撮像手段が捉えた画像情報を無線又は有線によって制御手段に伝送し、制御手段で所定の処理を施すことにより、流体の流量が出力されることになる。
従って、流体の流れを導く流路を配管等によって形成する必要はなく、また、流体の流れの一部に設けられている既存の堰、ダム等の段差部、流れの分岐部、流れの合流部等をそのまま利用することができ、さらに、市販のデジタルカメラ等を撮像手段として使用でき、市販のパーソナルコンピュータ等を制御手段として使用することができるので、設置費用が安く済み、流量計測装置全体としての価格を安く抑えることができる。
また、流体に非接触の状態で流量を計測することができるので、一定の計測性能を得るために定期的なメンテナンスを必要とするようなことはなく、メンテナンスフリーの状態で一定の性能が長期的に得られることになる。
さらに、気泡が発生する箇所さえあれば、どのような箇所であっても殆ど利用することができるので、汎用性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図７には、本発明による流量計測装置及び流量計測システムの一実施の形態が示されていて、図１及び図２は流量計測装置及び流量計測システムの全体を示す概略図、図３は流量計測システムの全体のフロー図、図４は基準値の求め方を示すフロー図、図５は図４に示す基準値を用いた流量の求め方を示すフロー図、図６は関係式の求め方を示すフロー図、図７は関係式を用いた流量の求め方を示すフロー図である。
【００１５】
すなわち、この流量計測システムは、河川等を流れる流体（水）の流量を非接触状態で計測するように構成したものであって、河川等の一部に発生する気泡を測定対象物とし、この測定対象物である気泡の発生状態を画像情報として捉え、この画像情報を処理することにより流体の流量として出力し、河川等を流れる流体の流量を計測するように構成したものである。
【００１６】
河川等においては、河川等の一部に設けられる堰、ダム等の段差部、流れの分岐部、合流部等に気泡が発生し、この気泡の量は、河川等を流れる流体の流量と一定の相関関係にあることが予測できる。そこで、本願発明者らは、流体の流れの一部に発生する気泡の量に着目し、気泡の状態を画像情報として捉えることにより、流体の流量を計測するようにした。
【００１７】
本実施の形態の流量計測システムに使用する流量計測装置１は、図３に示すように、河川等の流れの一部を画像情報として捉える撮像手段２と、撮像手段２が捉えた画像情報を処理することにより、河川等を流れる流体（水）の流量を出力する制御手段５とを備えている。
【００１８】
撮像手段２は、図１〜図３に示すように、例えば、河川等の堰、ダム等の段差部１０の下流側の流れの一部、すなわち気泡の発生している部分を画像情報として捉え、この画像情報を後述する制御手段５に伝送する。
【００１９】
撮像手段２は、気泡の発生している部分を画像情報として捉える撮像部３と、撮像部３が捉えた画像情報を適宜の伝送信号（電気、電波、光信号）に変換して送信する送信部４とを備えており、送信部４から無線又は有線通信によって後述する制御手段５に伝送信号を送信する。
【００２０】
撮像手段２としては、例えば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ付きの携帯電話等が挙げられる。これらは市販されているものであって、改良等することなくそのままの状態で使用することができるので、流量計測システムを構築する場合に、全体の価格を安く抑えることができる。
【００２１】
撮像手段２によって流れの一部を画像情報として捉える場合、図１及び図２に示すように、気泡１１の発生している箇所の全体を捉えてもよいし、一部のみを捉えてもよい。但し、気泡１１の発生している箇所と気泡１１の発生してない箇所とを対比できるような画像情報を捉えることが必要である。
【００２２】
撮像手段２によって気泡１１の発生している箇所の画像情報を捉える場合、撮像手段２を気泡１１の発生している箇所の垂直方向上方に配置することが好ましいが、発生箇所の状態によってはその方向から捉えることが困難になるので、側方等から角度を変えて捉えてもよい。ただし、捉えた画像情報に角度補正等の補正が必要となる。
【００２３】
制御手段５は、撮像手段２の送信部４から送信される伝送信号を受信する受信部６と、受信部６が受信した伝送信号を処理する制御部７と、制御部７で処理した信号を出力する出力部８とを備えている。
【００２４】
制御部７は、予め記憶させておいた基準値Ｘと受信部６が受信した撮像手段２からの画像情報と比較することにより、流体の流量Ｑとして出力する。または、予め記憶させておいた関係式Ｚを基にし、その関係式Ｚにより受信部６が受信した撮像手段２からの画像情報を処理することにより、流体の流量Ｑとして出力する。
【００２５】
ここで、基準値Ｘを求めるには、図４に示すように、ステップ（１）において、流体の流量Ｑを所定の値に設定し、ステップ（２）において、撮像手段２により流体の流れの一部の画像情報を取得し、ステップ（３）において、画像情報から気泡の発生している箇所の情報（Ａ）と発生していない箇所の情報（Ｂ）を抽出し、ステップ（４）において、気泡の発生している箇所（Ａ）と発生していない箇所（Ｂ）の情報から画素数比Ｙを求め、ステップ（５）において、ステップ（４）で求めた画素数比Ｙを基準値Ｘとする。そして、この基準値Ｘを制御手段５の制御部７に記憶させる。
【００２６】
また、流量Ｑと気泡量との関係式Ｚを求めるには、図６に示すように、ステップ（１）において、流量Ｑを初期の所定の値に設定し、ステップ（２）において、流量Ｑのときの流体の流れの一部の画像情報を撮像手段２により取得し、ステップ（３）において、画像情報から気泡の発生している箇所の情報（Ａ）と発生していない箇所の情報（Ｂ）を抽出し、ステップ（４）において、気泡の発生している箇所の情報（Ａ）と発生していない箇所の情報（Ｂ）とから、両者の画素数比Ｙを求める、そして、ステップ（５）において、流量Ｑ＝Ｑ＋ｉ（ｉ＝変数）とし、上記ステップ（２）〜（４）をＱ＝Ｍまで繰り返す。このようにして、各流量Ｑに対する画素数比Ｙを求め、これを関係式Ｚとして制御手段５の制御部７に記憶させる。
【００２７】
そして、撮像手段２が捉えた画像情報から基準値Ｘを用いて流体の流量Ｑを実際に求めるには、図５に示すように、ステップ（１）において、撮像手段２によって流体の流れの一部の画像情報を取得し、ステップ（２）において、制御手段５により撮像手段２が取得した画像情報から、気泡の発生している箇所の情報（Ａ）と発生していない箇所の情報（Ｂ）とを抽出し、ステップ（３）において、ステップ（２）で抽出した情報（Ａ）及び（Ｂ）を基にして、気泡の発生している箇所と発生していない箇所の画素数比Ｙを求め、ステップ（４）において、制御手段５の制御部７に記憶されている基準値Ｘと画素数比Ｙとを比較し、流体の流量Ｑとして出力する。
【００２８】
また、制御部７に記憶されている関係式Ｚを用いる場合には、図７に示すように、ステップ（１）において、撮像手段２によって流体の流れの一部の画像情報を取得し、ステップ（２）において、制御手段５により撮像手段２が取得した画像情報から、気泡の発生している箇所の情報（Ａ）と発生していない箇所の情報（Ｂ）とを抽出し、ステップ（３）において、ステップ（２）で抽出した情報（Ａ）及び（Ｂ）を基にして、気泡の発生している箇所と発生していない箇所の画素数比Ｙを求め、ステップ（４）において、制御手段５の制御部７に記憶されている関係式Ｚに画素数比Ｙを代入し、流体の流量Ｑとして出力する。
【００２９】
なお、制御手段５の制御部７に記憶させておく基準値Ｘとしては、上記の画素数比Ｙの他に、気泡の発生している箇所と発生していない箇所との面積比、明度、彩度、色彩の相違等が挙げられる。また、制御部７に記憶させておく関係式Ｚとしては、上記の流量Ｑと画素数比Ｙとの関係の他に、流量Ｑと面積比、明度、彩度、色彩との関係等が挙げられる。要は、撮像手段２が捉えた画像情報を処理することによって得られるものであればよい。
【００３０】
そして、制御部７から流体の流量Ｑが出力部８に伝送され、出力部８に流体の流量Ｑが表示される。出力部８としては、各種のディスプレイ等が挙げられる。
【００３１】
上記の場合、制御手段５としては、例えば、パーソナルコンピュータ等のコンピュータが挙げられる。パーソナルコンピュータは、携帯可能なタイプのものもあるので、流量の計測箇所の近傍において使用することも可能となる。また、撮像手段２からの伝送信号を、遠隔に配置されているコントロールセンター等のコンピュータに送信し、コントロールセンター等において流体の流量Ｑをリアルタイムで管理してもよい。
【００３２】
上記のように構成した本実施の形態による流量計測装置１及び流量計測システムにあっては、河川等を流れる流体（水）の流量を非接触状態で計測することができるので、一定の性能を得るために定期的なメンテナンスを必要とすることはなく、メンテナンスフリーの状態で一定の性能を長期的に得ることができる。
【００３３】
また、流体の流れを導く流路を配管等により形成する必要がなく、流体の流れの一部に設けられている既存の堰、ダム等の段差部１０、流れの分岐部、流れの合流部等に発生する気泡１１をそのまま利用することができ、さらに、市販のデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等を撮像手段２として使用でき、さらに市販のパーソナルコンピュータ等を制御手段５として使用することができるので、設置費用が安く済み、流量計測装置１全体としての価格を安く抑えることができる。さらに、設置費用が安く済むので、ランニングコストを低減させることもできる。
【００３４】
さらに、さらに、気泡１１が発生する箇所さえあれば、どのような箇所であっても殆ど利用することができるので、河川等の他に、農業用水路、各種の工場、施設、家庭内でも簡単に利用することができ、汎用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による流量計測装置及び流量計測システムの一実施の形態を示した概略図であって、流体の流量が小さい場合の計測状態を示す説明図である。
【図２】流体の流量が多い場合の計測状態を示す説明図である。
【図３】本発明による流量計測装置及び流量計測システムの一実施の形態を示したフロー図である。
【図４】基準値の求め方を示したフロー図である。
【図５】基準値を用いた流量の求め方を示したフロー図である。
【図６】関係式の求め方を示したフロー図である。
【図７】関係式を用いた流量の求め方を示したフロー図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  流量計測装置
２  撮像手段
３  撮像部
４  送信部
５  制御手段
６  受信部
７  制御部
８  出力部
１０  段差部
１１  気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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