(57)【要約】【課題】回流水槽の観測部の流水中に模型などの物体を置いて実験する場合に観測部の開口された自由表面の適正水位を保つために適正水位を測定することのできるレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置及びこの装置を使用した適正水位測定法を提供することにある。【解決手段】適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部３１からレーザー光を観測部１１の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めに発射すると共に、観測部１１の自由表面の水位を、適正水位より低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させて、レーザー光受光部３２での当初の受光状態が変化したときに観測部の自由表面の適正水位とする。【選択図】        図２
2008076108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内の水を強制的に循環させて、観測部内に一定方向の流水を生じさせ、観測部の流水中に置いた模型などの物体によって引き起こされる各種の観測を行うために使用される水位調整機能を備えた回流水槽において、当該回流水槽の前記観測部の開口された自由表面の幅方向外側の一方に、レーザー光発射部のレーザー光軸を自由表面の静止水面に平行に且つ観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過する向きに設け、観測部の幅方向の外側の他方にレーザー光発射部から発射されたレーザー光を受光するレーザー光受光部を設け、観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さにレーザー光発射部とレーザー光受光部を設置すると共に、観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸長さの余弦長さが観測部の流水の流速に応じて生じる波長の半波長以上の長さとなるようにレーザー光発射部のレーザー光軸を傾けて設けたことを特徴とするレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置。
【請求項２】
請求項１の装置を使用し、レーザー光発射部及びレーザー光受光部を観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに設置し、適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部からレーザー光を観測部の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めに発射すると共に、観測部の自由表面の水位を、適正水位より低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させて、レーザー光受光部での当初の受光状態が変化したときに観測部の自由表面の適正水位とすることを特徴とするレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項３】
観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させ、当初水面上方の空気中を通過するレーザー光が水面下のみを通過して初めてレーザー光受光部で受光したときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項２記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項４】
観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させ、当初水面上方の空気中を通過するレーザー光が水面下のみを通過してこれまでレーザー光受光部で受光していたのが初めてレーザー光受光部で受光しなくなったときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項２記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項５】
観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより高い位置から少しずつ下降させ、当初水面下の水中を通過するレーザー光が水面上の空気中のみを通過して初めてレーザー光受光部で受光したときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項２記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項６】
観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより高い位置から少しずつ下降させ、当初水面下の水中を通過するレーザー光が水面上の空気中のみを通過してこれまでレーザー光受光部で受光していたのが初めてレーザー光受光部で受光しなくなったときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項２記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項７】
水槽内の水を強制的に循環させて、観測部内に一定方向の流水を生じさせ、観測部の流水中に置いた模型などの物体によって引き起こされる各種の観測を行うために使用される水位調整機能を備えた回流水槽において、当該回流水槽の前記観測部の開口された自由表面の幅方向外側の一方に、レーザー光発射部のレーザー光軸を自由表面の静止水面に平行に且つ観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過する向きに設け、観測部の幅方向の外側の他方にレーザー光発射部から発射されたレーザー光を受光するレーザー光受光部を設け、観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さにレーザー光発射部とレーザー光受光部を設置すると共に、観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸長さの余弦長さが観測部の流水の流速に応じて生じる波長の半波長以上の長さとなるようにレーザー光発射部のレーザー光軸を傾けて設け、適正水位で上側又は下側に所定高さずらした位置に別個の補助レーザー光発射部をレーザー光発射部に平行に且つ同一向きに設置し、補助レーザー光受光部をレーザー光受光部と同一側に設置したことを特徴とするレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置。
【請求項８】
請求項７の装置を使用し、レーザー光発射部及び補助レーザー光発射部とレーザー光受光部及び補助レーザー光受光部を観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに設置し、適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部及び補助レーザー光発射部からレーザー光を観測部の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めにそれぞれ発射すると共に、観測部の自由表面の水位を、適正水位より低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させて、レーザー光受光部又は補助レーザー光受光部の何れか一方で当初の受光状態が変化したときに観測部の自由表面の適正水位とすることを特徴とするレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項９】
補助レーザー光発射部をレーザー光発射部の上側に設置した請求項７記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置。
【請求項１０】
請求項９の装置を使用し、観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させ、当初水面上方の空気中を通過するレーザー光が水面下のみを通過して初めてレーザー光受光部で受光し且つ引き続き補助レーザー光受光部で受光されていないときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項８記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項１１】
請求項９の装置を使用し、観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させ、当初水面上方の空気中を通過するレーザー光が水面下のみを通過してこれまでレーザー光受光部で受光していたのが初めてレーザー光受光部で受光しなくなり且つ引き続き補助レーザー光受光部で受光しているときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項８記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項１２】
補助レーザー光発射部をレーザー光発射部の下側に設置した請求項７記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置。
【請求項１３】
請求項１２の装置を使用し、観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより高い位置から少しずつ下降させ、当初水面下の水中を通過するレーザー光が水面上の空気中のみを通過して初めてレーザー光受光部で受光し且つ引き続き補助レーザー光受光部で受光されていないときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項８記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項１４】
請求項１２の装置を使用し、観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより高い位置から少しずつ下降させ、当初水面下の水中を通過するレーザー光が水面上の空気中のみを通過してこれまでレーザー光受光部で受光していたのが初めてレーザー光受光部で受光しなくなり且つ引き続き補助レーザー光受光部で受光しているときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項８記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項１５】
水槽内の水を強制的に循環させて、観測部内に一定方向の流水を生じさせ、観測部の流水中に置いた模型などの物体によって引き起こされる各種の観測を行うために使用される水位調整機能を備えた回流水槽において、当該回流水槽の前記観測部の開口された自由表面の幅方向外側の一方に、レーザー光発射部のレーザー光軸を自由表面の静止水面に平行に且つ観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過する向きに設け、観測部の幅方向の外側の他方にレーザー光発射部から発射されたレーザー光を受光するレーザー光受光部を設け、観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さにレーザー光発射部とレーザー光受光部を設置すると共に、観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸長さの余弦長さが観測部の流水の流速に応じて生じる波長の半波長以上の長さとなるようにレーザー光発射部のレーザー光軸を傾けて設け、レーザー光発射部から発射されたレーザー光の一部を上側又は下側に所定高さ平行にずらす分光器を設け、分光器で分光されたレーザー光を受光する補助レーザー光受光部をレーザー光受光部と同一側に設置したことを特徴とするレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置。
【請求項１６】
請求項１５の装置を使用し、レーザー光発射部とレーザー光受光部及び補助レーザー光受光部を観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに設置し、適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部からレーザー光を直接に及びその一部を分光器で上側又は下側に所定高さ平行にずらして分光させて、観測部の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めにそれぞれ発射すると共に、観測部の自由表面の水位を、適正水位より低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させて、レーザー光受光部又は補助レーザー光受光部の何れか一方で当初の受光状態が変化したときに観測部の自由表面の適正水位とすることを特徴とするレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項１７】
分光器は一部のレーザー光を上側に所定高さ平行にずらす請求項１５記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置。
【請求項１８】
請求項１７の装置を使用し、観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させ、当初水面上方の空気中を通過するレーザー光が水面下のみを通過して初めてレーザー光受光部で受光し且つ引き続き補助レーザー光受光部で受光されていないときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項１６記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項１９】
請求項１７の装置を使用し、観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させ、当初水面上方の空気中を通過するレーザー光が水面下のみを通過してこれまでレーザー光受光部で受光していたのが初めてレーザー光受光部で受光しなくなり且つ引き続き補助レーザー光受光部で受光しているときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項１６記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項２０】
分光器は一部のレーザー光を下側に所定高さ平行にずらす請求項１５記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置。
【請求項２１】
請求項２０の装置を使用し、観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより高い位置から少しずつ下降させ、当初水面下の水中を通過するレーザー光が水面上の空気中のみを通過して初めてレーザー光受光部で受光し且つ引き続き補助レーザー光受光部で受光されていないときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項１６記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【請求項２２】
請求項２０の装置を使用し、観測部の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより高い位置から少しずつ下降させ、当初水面下の水中を通過するレーザー光が水面上の空気中のみを通過してこれまでレーザー光受光部で受光していたのが初めてレーザー光受光部で受光しなくなり且つ引き続き補助レーザー光受光部で受光しているときに観測部の自由表面の適正水位とする請求項１６記載のレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水槽内の水を強制的に循環させて、観測部内に一定方向の流水を生じさせ、観測部の流水中に置いた模型などの物体によって引き起こされる各種の観測を行うために使用される回流水槽の技術に係り、特に、回流水槽の観測部の流水中に模型などの物体を置いて実験する場合に観測部の開口された自由表面の適正水位を保つために適正水位を測定するレーザー光を用いた回流水槽の自由表面の適正水位測定法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水槽内の水を強制的に循環させて、観測部内に一定方向の流水を生じさせ、観測部の流水中に置いた模型などの物体によって引き起こされる各種の観測を行うために回流水槽が使用される。
回流水槽を使用して各種観測を行う場合、水槽の水位を適正に保つことは非常に重要である。水位が適正でない場合、定在波と呼ばれる波が生じ、例えば幅２ｍ、長さが５〜６ｍの観測部でわずか数ｍｍの波高のものでも観測結果に大きな影響をおよぼす。定在波は水槽の流速に応じてその波長が変化する為、流速によって適正水位の状態も変化することになる。
適正水位の調整については、水槽の大きさなどによって異なるが、数十トンの容量の水槽で水位調整を行うための給排水量が数リットルと非常に細かい調整が必要な場合もあり、また、流速や水槽に設置される模型などの物体の形状・排水量等によって給排水量が異なる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述したように、必要給排水量は流速だけでなく水槽に設置される模型などの物体の形状・排水量等によっても異なる為、しかも、観測現場に水位調整を行える熟練技術者が常にいるとは限らず、すべての場合において適正水位が保てるわけではない。流速、設置模型などの物体の形状によらず適正水位を保つ為には、適正水位の状態を判断する装置の開発が必要不可欠となる。
【０００４】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、回流水槽の観測部の流水中に模型などの物体を置いて実験する場合に観測部の開口された自由表面の適正水位を保つために適正水位を測定することのできるレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置及びこの装置を使用した適正水位測定法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明に係るレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置は、水槽内の水を強制的に循環させて、観測部内に一定方向の流水を生じさせ、観測部の流水中に置いた模型などの物体によって引き起こされる各種の観測を行うために使用される水位調整機能を備えた回流水槽において、当該回流水槽の前記観測部の開口された自由表面の幅方向外側の一方に、レーザー光発射部のレーザー光軸を自由表面の静止水面に平行に且つ観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過する向きに設け、観測部の幅方向の外側の他方にレーザー光発射部から発射されたレーザー光を受光するレーザー光受光部を設け、観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さにレーザー光発射部とレーザー光受光部を設置すると共に、観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸長さの余弦長さが観測部の流水の流速に応じて生じる波長の半波長以上の長さとなるようにレーザー光発射部のレーザー光軸を傾けて設けた手段よりなるものである。
【０００６】
また、以上の目的を達成するために、請求項２の発明に係るレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法は、請求項１の装置を使用し、レーザー光発射部及びレーザー光受光部を観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに設置し、適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部からレーザー光を観測部の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めに発射すると共に、観測部の自由表面の水位を、適正水位より低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させて、レーザー光受光部での当初の受光状態が変化したときに観測部の自由表面の適正水位とするものである。
【０００７】
また、以上の目的を達成するために、請求項７の発明に係るレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置は、水槽内の水を強制的に循環させて、観測部内に一定方向の流水を生じさせ、観測部の流水中に置いた模型などの物体によって引き起こされる各種の観測を行うために使用される水位調整機能を備えた回流水槽において、当該回流水槽の前記観測部の開口された自由表面の幅方向外側の一方に、レーザー光発射部のレーザー光軸を自由表面の静止水面に平行に且つ観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過する向きに設け、観測部の幅方向の外側の他方にレーザー光発射部から発射されたレーザー光を受光するレーザー光受光部を設け、観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さにレーザー光発射部とレーザー光受光部を設置すると共に、観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸長さの余弦長さが観測部の流水の流速に応じて生じる波長の半波長以上の長さとなるようにレーザー光発射部のレーザー光軸を傾けて設け、適正水位で上側又は下側に所定高さずらした位置に別個の補助レーザー光発射部をレーザー光発射部に平行に且つ同一向きに設置し、補助レーザー光受光部をレーザー光受光部と同一側に設置した手段よりなるものである。
【０００８】
また、以上の目的を達成するために、請求項８の発明に係るレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法は、請求項７の装置を使用し、レーザー光発射部及び補助レーザー光発射部とレーザー光受光部及び補助レーザー光受光部を観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに設置し、適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部及び補助レーザー光発射部からレーザー光を観測部の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めにそれぞれ発射すると共に、観測部の自由表面の水位を、適正水位より低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させて、レーザー光受光部又は補助レーザー光受光部の何れか一方で当初の受光状態が変化したときに観測部の自由表面の適正水位とするものである。
【０００９】
また、以上の目的を達成するために、請求項１５の発明に係るレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置は、水槽内の水を強制的に循環させて、観測部内に一定方向の流水を生じさせ、観測部の流水中に置いた模型などの物体によって引き起こされる各種の観測を行うために使用される水位調整機能を備えた回流水槽において、当該回流水槽の前記観測部の開口された自由表面の幅方向外側の一方に、レーザー光発射部のレーザー光軸を自由表面の静止水面に平行に且つ観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過する向きに設け、観測部の幅方向の外側の他方にレーザー光発射部から発射されたレーザー光を受光するレーザー光受光部を設け、観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さにレーザー光発射部とレーザー光受光部を設置すると共に、観測部内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸長さの余弦長さが観測部の流水の流速に応じて生じる波長の半波長以上の長さとなるようにレーザー光発射部のレーザー光軸を傾けて設け、レーザー光発射部から発射されたレーザー光の一部を上側又は下側に所定高さ平行にずらす分光器を設け、分光器で分光されたレーザー光を受光する補助レーザー光受光部をレーザー光受光部と同一側に設置した手段よりなるものである。
【００１０】
また、以上の目的を達成するために、請求項１６の発明に係るレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置を使用した適正水位測定法は、請求項１５の装置を使用し、レーザー光発射部とレーザー光受光部及び補助レーザー光受光部を観測部の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに設置し、適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部からレーザー光を直接に及びその一部を分光器で上側又は下側に所定高さ平行にずらして分光させて、観測部の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めにそれぞれ発射すると共に、観測部の自由表面の水位を、適正水位より低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させて、レーザー光受光部又は補助レーザー光受光部の何れか一方で当初の受光状態が変化したときに観測部の自由表面の適正水位とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上の記載より明らかなように、この発明に係るレーザー光を利用した回流水槽の自由表面の適正水位測定装置及びこの装置を使用した適正水位測定法によれば、この発明を使用して回流水槽の水位調整を行う場合、これまでと同様に、熟練技術者による検定作業が必要となるが、従来の方式は、流速に応じた必要給排水量を検定するものであり、この方式では回流水槽に模型などの物体を設置した場合等、回流水槽の状態が変化した場合に適正水位を保つことは難しい。これに対し、この発明はあくまで適正水位そのものを判断するものであり、回流水槽の状態によらず適正水位を保つことが可能となる。このように、回流水槽の観測部の流水中に模型などの物体を置いて実験する場合に、レーザー光を利用して観測部の開口された自由表面の適正水位を保つための適正水位を熟練技術者でなくても容易に測定することが可能となる。
また、請求項７〜請求項２２の発明によれば、前記の効果に加えて、上下の２本のレーザー光を利用することにより、上下の２本のレーザー光の間に適正水位が入るように調整することができ、より正確に適正水位を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１は全体概略図、図２は適正水位測定装置の概略平面図、図３は観測部をレーザー光軸方向から見たときの適正水位判断図、図４は補助レーザー光発射部を装備する場合の観測部をレーザー光軸方向から見たときの適正水位判断図、図５は分光器を装備する場合の観測部をレーザー光軸方向から見たときの適正水位判断図である。
【００１３】
図において、回流水槽１は例えば垂直型タイプつまり上下回りに循環する回流水槽からなり、その上部側に、実験用の模型などの物体を浮かべた状態又は沈めた状態で、流水中においた物体によって引き起こされる各種の状況を観測する観測部１１が設けられている。観測部１１は回流水槽の大きさにもよるが例えば水槽幅が２ｍ前後、長さが５〜６ｍ程度の自由表面を有しており、自由表面に生じる定在波は前述の如く観測に影響を与えるので可能な限り小さくするために数ｍｍ単位で適正水位に調整する必要がある。
【００１４】
観測部１１内の流水方向の上流端には観測部１１内に循環流入する水の流入口が開口されている。又流入口と相対向する下流端には観測部１１内を流れた水を排出する排出口が開口されている。これら流入口及び排出口が形成された観測部１１両端の外側には流入管路１２及び排出管路１３が各々設けられている。
【００１５】
流入管路１２及び排出管路１３はその先端側が各々下側方向に向かって約９０度湾曲された上部のコーナー部１４，１４がそれぞれ形成されており、下方に向かって湾曲された先端側は内向きの水平方向に向かって約９０度湾曲された下部のコーナー部１４，１４がそれぞれ形成されて、観測部１１の下方に配設された連通管路１５の端部と接続されている。
【００１６】
そして、回流水槽１は、これらの流入管路１２、排出管路１３、連通管路１５並びに、上下の各コーナー部１４などによって、観測部１１内に流れを起こさせる水の循環経路が構成される。連通管路１５の内部には流水を生じさせるインペラ１６が配置されている。インペラ１６のインペラシャフトは連通管路１５の外側に延びていて、排出管路１３の外側下部に設置されたモーター１７に連動連結されている。
【００１７】
水槽給排水装置２は、回流水槽１の観測部１１の自由表面の水位調整機能を担う装置で、水位調整ホース２１ａを通じて回流水槽１の観測部１１の自由表面の水位を調整するための給排水用の水位調整タンク２１と、水位調整タンク２１を微小昇降させる水位調整用昇降装置２２から構成される。
【００１８】
水槽給排水装置２は、回流水槽１と水位調整タンク２１とが水位調整ホース２１ａを通じて連通状態になっていて同一水位面になるのを利用して、水位調整タンク２１の水位の調整をして水位調整ホース２１ａを通じて給排水により回流水槽１の水位を調整する構造になっている。
【００１９】
回流水槽１の観測部１１は、その両幅側となる左右の側面にはレーザー光が透過できる透明板１１ａがそれぞれ取り付けられている。透明板１１ａには例えば透明アクリル板などが使用される。透明板１１ａが取り付けられた観測部１１の両幅側となる両側面の外側には、適正水位測定装置３を構成するレーザー光発射部３１とレーザー光受光部３２とが観測部１１を挟んで互いに向かい合う側の斜め方向に設けられている。観測部１１の適正水位は流速によって変化するため、これを計測するレーザー光発射部３１は上下方向に高さが調整可能に設置されている。また、レーザー光受光部３２については、受光状態を目視で判断する場合にはレーザー光の上下方向の移動範囲をカバーする受光板等が設置されるが、センサ等を用いて受光する場合はレーザー光が上下に移動した場合でも同じ点で受光できるようにセンサの前面に集光レンズ等を設置する。
【００２０】
このとき、レーザー光軸３１ａは観測部１１の自由表面の静止水面に対し平行とし、レーザー光発射部３１は垂直方向に移動可能なトラバース装置に設置される。予め、流速毎の適正水位状態において、レーザー光が水面直下を通るように、レーザー光発射部３１の高さを調整し、流速に応じたレーザー高さのデータを作成しておく。実際の水位調整においては、データをもとに流速に応じてレーザー光発射部３１の高さを調整し給排水を行うが、水位が低い場合は、レーザー光は定在波の影響により空気中を通過することになり、水面との反射あるいは屈折により受光部に到達しない。この現象を利用して、適正水位を判断する。レーザー光受光部３２にフォトトランジスタ等のセンサを使用し、レーザー高さ調整用のトラバース装置を自動化することで、水槽給排水装置２との組合せによる水位自動調整装置の構築が可能となる。
【００２１】
回流水槽１の観測部１１の開口された自由表面の幅方向外側の一方に配置されるレーザー光発射部３１は、前述のようにそのレーザー光軸３１ａが観測部１１の自由表面の静止水面に平行になるようにその発射向きが設定され、また、レーザー光発射部３１は観測部１１内の水槽の両幅間を斜めに通過する向きに設定されるが、そのレーザー光軸３１ａの傾きは次の条件になるように設定されている。
【００２２】
観測部１１内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸３１ａ長さの余弦長さが、観測部１１の流水の流速に応じて生じる波長の半波長以上の長さとなるように、斜めに傾けて設けられている。即ち、図で示すと、レーザー光軸３１ａと透明板１１ａとのなす角度をθとし、左右の透明板１１ａの間を通過するレーザー光軸３１ａの長さをＳとし、流水の流速に応じて生じる波長をλとすると、
Ｓ・ｃｏｓθ≧λ/２
である。
【００２３】
望ましい条件としては、
Ｓ・ｃｏｓθ≧λ
である。つまり、観測部１１内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸３１ａ長さの余弦長さが、観測部１１の流水の流速に応じて生じる波長の１波長以上の長さである。
【００２４】
観測部１１には実験用の模型などの物体が置かれて、長さ方向に十分なスペースがとれない場合もあり、このような場合には  Ｓ・ｃｏｓθ≧λ/２  つまり、観測部１１の流水の流速に応じて生じる波長の半波長以上の長さとなるが、長さ方向に十分なスペースがとれる場合は  Ｓ・ｃｏｓθ≧λ  の条件が望ましい。
【００２５】
観測部１１内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸３１ａ長さの余弦長さが、観測部１１の流水の流速に応じて生じる波長の１波長以上の長さにする場合には、観測部１１の側面の任意の位置にレーザー光発射部３１及びレーザー光受光部３２を設置することができる。
【００２６】
これに対して、観測部１１内の水槽の両幅間を斜めに通過するレーザー光軸３１ａ長さの余弦長さが、観測部１１の流水の流速に応じて生じる波長の半波長から１波長の長さにする場合には、観測部１１の側面の任意の位置にレーザー光発射部３１及びレーザー光受光部３２を設置することができず、観測部１１の上流端の側面にレーザー光発射部３１又はレーザー光受光部３２を設置する必要があり、その設置位置から下流側に向けてから半波長から１波長の長さの位置に、相対応するレーザー光受光部３２又はレーザー光発射部３１を設置する必要があるからである。
【００２７】
これは、観測部１１の上流端からは流水の流速に応じて生じる波長の山部又は谷部が確実に形成されるのが知られているが、観測部１１の途中の任意位置では波の山部又は谷部の形成箇所が特定されないからである。つまり、波長の山部の一部と谷部の一部とを通過することも考えられるからである。
【００２８】
観測部１１の自由表面の中央部位には図示しない実験用の模型などの物体が置かれる。レーザー光の通過がこの実験用の物体によって妨げられるのを避けるため、レーザー光発射部３１及びレーザー光受光部３２は観測部１１の上流側に一般に設けられることになる。観測部１１の上流端１１ｂには発生する定在波を小さくする例えば制波板が取り付けられている。
【００２９】
また、より正確に適正水位を測定したい場合には、レーザー光発射部３１には適正水位で上側又は下側に所定高さ例えば流速に応じて生じる波長の高さ程度ずらした位置に別個の補助レーザー光発射部３３がレーザー光発射部３１に平行に且つ同一向きに設置されることがある。この場合には、この補助レーザー光発射部３３からのレーザー光を受光する補助レーザー光受光部３４がレーザー光受光部３１と同一側の観測部１１の側面の透明板１１ａの外側に設置される。
【００３０】
また、より正確に適正水位を測定したい場合において補助レーザー光発射部３３を使用せず、レーザー光発射部３１の前部にはこのレーザー光発射部３１から発射されたレーザー光の一部を適正水位で上側又は下側に所定高さ例えば流速に応じて生じる波長の高さ程度ずらす分光器３５が設けられることがある。分光器３５は、例えばレーザー光の一部を透過し一部を反射する半透過反射鏡と半透過反射鏡で反射したレーザー光を全反射する反射鏡から構成される。この場合には、分光器３５で分光されたレーザー光を受光する補助レーザー光受光部３６がレーザー光受光部３１と同一側の観測部１１の側面の透明板１１ａの外側に設置される。
【００３１】
次に、上記発明を実施するための最良の形態の構成に基づく適正水位の測定方法について以下説明する。
【００３２】
回流水槽１の観測部１１の両幅側の側面の透明板１１ａの外側に観測部１１を挟んで向かい合う側に斜めに設置された適正水位測定装置３のレーザー光発射部３１及びレーザー光受光部３２を、観測部１１の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部１１の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに調整する。
また、レーザー光受光部３２は、レーザー光発射部３１から発射されたレーザー光が空気中を通過する場合には受光できず、水中のみを通過する場合に受光する位置に調整して設置される。
適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部３１からレーザー光を観測部１１の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めに発射すると共に、観測部１１の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させる。水位の上昇は水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を少しずつ上昇させることにより行われる。
当初水面上方の空気中を通過するレーザー光はレーザー光受光部３２で受光されないが、水位が上昇してレーザー光が水面下のみを通過すると初めてレーザー光受光部３２で受光されると同時に水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させる。レーザー光受光部３２で初めて受光されたときに観測部の自由表面の適正水位が測定されたことになる。そして、このとき水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させることにより、回流水槽１の観測部１１の自由表面は適正水位となる。
【００３３】
回流水槽１の観測部１１の両幅側の側面の透明板１１ａの外側に観測部１１を挟んで向かい合う側に斜めに設置された適正水位測定装置３のレーザー光発射部３１及びレーザー光受光部３２を、観測部１１の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部１１の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに調整する。このとき、レーザー光受光部３２は、レーザー光発射部３１から発射されたレーザー光が水中を通過する場合には受光できず、空気中のみを通過する場合に受光する位置に調整して設置される。
適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部３１からレーザー光を観測部１１の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めに発射すると共に、観測部１１の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させる。水位の上昇は水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を少しずつ上昇させることにより行われる。
当初水面上方の空気中を通過するレーザー光はレーザー光受光部３２で受光されるが、水位が上昇してレーザー光が水面下のみを通過すると初めてレーザー光受光部３２で全く受光されなくなると同時に水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させる。レーザー光受光部３２で初めて全く受光されなくなったときに観測部の自由表面の適正水位が測定されたことになる。そして、このとき水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させることにより、回流水槽１の観測部１１の自由表面は適正水位となる。
【００３４】
回流水槽１の観測部１１の両幅側の側面の透明板１１ａの外側に観測部１１を挟んで向かい合う側に斜めに設置された適正水位測定装置３のレーザー光発射部３１及びレーザー光受光部３２を、観測部１１の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部１１の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに調整する。このとき、レーザー光受光部３２は、レーザー光発射部３１から発射されたレーザー光が水中を通過する場合には受光できず、空気中のみを通過する場合に受光する位置に調整して設置される。
適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部３１からレーザー光を観測部１１の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めに発射すると共に、観測部１１の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより高い位置から少しずつ下降させる。水位の下降は水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を少しずつ下降させることにより行われる。
当初水面下の水中を通過するレーザー光はレーザー光受光部３２で受光されないが、水位が下降してレーザー光が水面上の空気中のみを通過すると初めてレーザー光受光部３２で受光されると同時に水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させる。レーザー光受光部３２で初めて受光されたときに観測部の自由表面の適正水位が測定されたことになる。そして、このとき水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させることにより、回流水槽１の観測部１１の自由表面は適正水位となる。
【００３５】
回流水槽１の観測部１１の両幅側の側面の透明板１１ａの外側に観測部１１を挟んで向かい合う側に斜めに設置された適正水位測定装置３のレーザー光発射部３１及びレーザー光受光部３２を、観測部１１の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部１１の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに調整する。このとき、レーザー光受光部３２は、レーザー光発射部３１から発射されたレーザー光が空気中を通過する場合には受光できず、水中のみを通過する場合に受光する位置に調整して設置される。
適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部３１からレーザー光を観測部１１の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めに発射すると共に、観測部１１の自由表面の水位をレーザー光が通過する高さより高い位置から少しずつ下降させる。水位の下降は水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を少しずつ下降させることにより行われる。
当初水面下の水中を通過するレーザー光はレーザー光受光部３２で受光されるが、水位が下降してレーザー光が水面上のみを通過すると初めてレーザー光受光部３２で全く受光されなくなると同時に水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させる。レーザー光受光部３２で初めて全く受光されなくなったときに観測部の自由表面の適正水位が測定されたことになる。そして、このとき水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させることにより、回流水槽１の観測部１１の自由表面は適正水位となる。
【００３６】
〔補助レーザー光発射部３３と補助レーザー光受光部３４を装備する場合〕
回流水槽１の観測部１１の両幅側の側面の透明板１１ａの外側に観測部１１を挟んで向かい合う側に斜めに設置された適正水位測定装置３のレーザー光発射部３１及び補助レーザー光発射部３３とレーザー光受光部３２及び補助レーザー光受光部３４を、観測部１１の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部１１の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに調整する。
このとき、補助レーザー光発射部３３はレーザー光受光部３２の上側又は下側に取り付けられている。同様に、補助レーザー光受光部３４もこれに対応してレーザー光受光部３２の上側又は下側に取り付けられている。
また、レーザー光受光部３２及び補助レーザー光受光部３４は、レーザー光発射部３１及び補助レーザー光発射部３３から発射されたレーザー光が空気中を通過する場合には受光できず水中のみを通過する場合に受光する位置に調整して設置されたり、その反対、つまりレーザー光が空気中を通過する場合には受光でき水中のみを通過する場合は受光できない位置に調整して設置されたりする。
適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部３１及び補助レーザー光発射部３３からレーザー光を観測部１１の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めにそれぞれ発射すると共に、観測部１１の自由表面の水位を、レーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させる。水位の上昇又は下降は水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を少しずつ上昇又は下降させることにより行われる。
水位を上昇させる場合において、当初水面上の空気中を通過するレーザー光発射部３１からのレーザー光は、レーザー光受光部３２の設置位置との関係で当初は受光されたり反対に受光されないが、水位が上昇してレーザー光が水面下のみを通過すると当初の受光状態が変化、つまり当初は受光されていたのが受光されなくなり、その反対に当初は受光されていなかったのが受光されることになる。
そして、レーザー光受光部３２での受光状態が初めて変化し、しかも、レーザー光発射部３１の下側に取り付けられた補助レーザー光発射部３３から発射されたレーザー光を受光する補助レーザー光受光部３４では当初の受光状態が未だ変化しない時点、つまり当初受光できている場合には引き続き受光でき、その反対に当初受光できてない場合には引き続き受光できない時点で、水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させることにより、回流水槽１の観測部１１の自由表面は適正水位となる。
また、水位を下降させる場合において、当初水面下の水中を通過するレーザー光発射部３１からのレーザー光は、レーザー光受光部３２の設置位置との関係で当初は受光されたり反対に受光されないが、水位が下降してレーザー光が水面上の空気中のみを通過すると当初の受光状態が変化、つまり当初は受光されていたのが受光されなくなり、その反対に当初は受光されていなかったのが受光されることになる。
そして、レーザー光受光部３２での受光状態が初めて変化し、しかも、レーザー光発射部３１の下側に取り付けられた補助レーザー光発射部３３から発射されたレーザー光を受光する補助レーザー光受光部３４では当初の受光状態が未だ変化しない時点で水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させることにより、回流水槽１の観測部１１の自由表面は適正水位となる。
【００３７】
〔分光器３５と補助レーザー光受光部３６を装備する場合〕
回流水槽１の観測部１１の両幅側の側面の透明板１１ａの外側に観測部１１を挟んで向かい合う側に斜めに設置された適正水位測定装置３の分光器３５を取り付けたレーザー光発射部３１とレーザー光受光部３２及び補助レーザー光受光部３６を、観測部１１の流水中に模型などの物体を置かないときに予め事前検定により得られていた観測部１１の流水の流速に応じた適正水位を測定できる高さに調整する。
このとき、分光器３５はレーザー光受光部３２の上側又は下側にずらすものが取り付けられている。同様に、補助レーザー光受光部３６もこれに対応してレーザー光受光部３２の上側又は下側に取り付けられている。
また、レーザー光受光部３２及び補助レーザー光受光部３６は、レーザー光発射部３１から直接及び分光したレーザー光が空気中を通過する場合には受光できず水中のみを通過する場合に受光する位置に調整して設置されたり、その反対、つまりレーザー光が空気中を通過する場合には受光でき水中のみを通過する場合は受光できない位置に調整して設置されたりする。
適正水位を測定できる高さに設置されたレーザー光発射部からレーザー光を直接に及びその一部を分光器で上側又は下側に所定高さ平行にずらして分光させて、観測部の自由表面の幅方向に向けて流速に応じて生じる波長の少なくとも半波長以上通過するように斜めにそれぞれ発射すると共に、観測部１１の自由表面の水位を、レーザー光が通過する高さより低い位置から少しずつ上昇させ、又は適正水位より高い位置から少しずつ下降させる。水位の上昇又は下降は水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を少しずつ上昇又は下降させることにより行われる。
水位を上昇させる場合において、当初水面上の空気中を通過するレーザー光発射部３１からのレーザー光は、レーザー光受光部３２の設置位置との関係で当初は受光されたり反対に受光されないが、水位が上昇してレーザー光が水面下のみを通過すると当初の受光状態が変化、つまり当初は受光されていたのが受光されなくなり、その反対に当初は受光されていなかったのが受光されることになる。
そして、レーザー光受光部３２での受光状態が初めて変化し、しかも、レーザー光発射部３１に取り付けられた分光器３５により上側に分光されたレーザー光を受光する補助レーザー光受光部３６では当初の受光状態が未だ変化しない時点、つまり当初受光できている場合には引き続き受光でき、その反対に当初受光できてない場合には引き続き受光できない時点で、水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させることにより、回流水槽１の観測部１１の自由表面は適正水位となる。
また、水位を下降させる場合において、当初水面下の水中を通過するレーザー光発射部３１からのレーザー光は、レーザー光受光部３２の設置位置との関係で当初は受光されたり反対に受光されないが、水位が下降してレーザー光が水面上の空気中のみを通過すると当初の受光状態が変化、つまり当初は受光されていたのが受光されなくなり、その反対に当初は受光されていなかったのが受光されることになる。
そして、レーザー光受光部３２での受光状態が初めて変化し、しかも、レーザー光発射部３１に取り付けられた分光器３５により下側に分光されたレーザー光を受光する補助レーザー光受光部３４では当初の受光状態が未だ変化しない時点で水槽給排水装置２の水位調整用昇降装置２２を停止させることにより、回流水槽１の観測部１１の自由表面は適正水位となる。
【００３８】
なお、この発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明を実施するための最良の形態を示す全体概略図である。
【図２】この発明を実施するための最良の形態を示す適正水位測定装置の概略平面図である。
【図３】この発明を実施するための最良の形態を示す観測部をレーザー光軸方向から見たときの適正水位判断図である。
【図４】この発明を実施するための最良の形態を示す補助レーザー光発射部を装備する場合の観測部をレーザー光軸方向から見たときの適正水位判断図である。
【図５】この発明を実施するための最良の形態を示す分光器を装備する場合の観測部をレーザー光軸方向から見たときの適正水位判断図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    回流水槽
１１    観測部
１１ａ  透明板
１１ｂ  上流端
１２    流入管路
１３    排出管路
１４    コーナー部
１５    連通管路
１６    インペラ
１７    モーター
２    水槽給排水装置
２１    水位調整タンク
２１ａ  水位調整ホース
２２    水位調整用昇降装置
３    適正水位測定装置
３１    レーザー光発射部
３１ａ  レーザー光軸
３２    レーザー光受光部
３３    補助レーザー光発射部
３４    補助レーザー光受光部
３５    分光器
３６    補助レーザー光受光部
【図１】
2008076108.tif 000003
【図２】
2008076108.tif 000004
【図３】
2008076108.tif 000005
【図４】
2008076108.tif 000006
【図５】
2008076108.tif 000007