(57)【要約】【課題】センサーを少なくでき、効率的に流路断面の流れ場を計測できる超音波断面流量／流速測定装置および超音波断面流量／流速測定方法を提供する。【解決手段】センサー３は直線上の速度分布を検知できる。移動機構５はセンサー３を基準線に対して所定の角度に設定すると共に高さ方向にも設定できる。信号処理制御装置７は移動機構５に対して制御信号を出力すると共に測定線の座標を求める。速度分布計６は、センサー３からの信号を入力し速度分布を計算する。演算回路８は、速度分布計６からの信号を入力し信号処理制御装置７からの測定座標を入力し画像処理装置９でデータ処理した後、表示装置１０で統計諸量が表示される。【選択図】    図１
2004347580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線上に超音波を送受信できるセンサーと、
上記センサーを基準軸に対して所定の角度と高さに移動する移動機構と、
上記移動機構に対して制御信号を入出力する信号処理制御装置と、
上記センサーからの信号を入力し速度分布を計算する速度分布計と、
上記速度分布計からの信号を入力するとともに、上記信号処理制御装置からの測定座標を入力し配管断面の速度分布を演算する演算回路と、
上記演算回路からの信号を入力し画像処理する画像処理装置と
上記画像処理機構からの信号を出力する出力装置を有する超音波断面流量／流速測定装置。
【請求項２】
センサーよりパルス超音波を発信し、流れ場に混入している反射体からの超音波エコーを受信する行程と、
速度分布計においてセンサーから送られた信号を処理して測定線方向の速度分布を算出する行程と、
信号処理制御装置において、移動機構へ基準線からの角度を設定し、測定座標を求める行程と、
速度分布計からの測定線方向の速度分布データを入力し、信号処理制御装置からの測定座標を入力して、流路断面での速度分布を算出する行程と、
演算回路からの信号を入力し画像処理する行程と、
画像処理装置からの信号を出力する行程を有する超音波断面流量／流速測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉の循環水や冷却水の配管流れ、汚水施設や下水施設などの配管流れや、汚水・上下水道などの管内流の流れ場解析や流れ場モニタリングへ応用できる超音波断面流量／流速測定装置および超音波断面流量／流速測定方法。
【０００２】
【従来の技術】
パルス超音波を用いた流量計は、従来、流体の流速を測定し、これに既知の流路断面積や補正係数を乗算することにより流量を測定するものであり、浄水場や配水場の流入量や流出量の管理、工場内の各所の配管流量の定期的モニタリングおよび農業用水や排水など開水路の流量管理などに用いられている。パルス超音波を用いた流量／流速計における上記の流速測定手法としては、超音波の伝播時間差を用いた方法や、ドップラーシフトを用いた方法がある。
【０００３】
伝播時間差法によるものは、配管の外側に一組の超音波センサーを取り付け、配管内の流体に超音波を流れと同方向、および逆方向に伝搬させ、それらの伝搬時間差から流速および流量を測定するものである。これに対してドップラーシフト法は、一つの超音波センサーからパルス超音波を発射し、流体中に混入している反射体からのドップラー信号を同じ超音波センサーで受信してドップラーシフト周波数から速度および流量を求めるものである。さらに、超音波のドップラーシフトから速度を、また計測された瞬時流速の時間遅れから位置を同定することにより瞬時流速分布を求め、この瞬時流速分布を積分して流量を算出する超音波流速分計測法がある。
【０００４】
測定線上の速度分布を用いたフローマッピングシステムは、従来、基準点からの一本のセンサーを移動させて二種類以上の位置と測定線角度を用いて複数の交差点を得る方法と、複数本のセンサーを二種類以上の位置と測定線角度を用いて配置しその複数の交差点を用いてベクトル場を得る方法とがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の流速分布測定装置および流速分布測定方法では、センサーの移動に労力と時間を要し、かつ、センサーの位置決めの精度向上が困難である。また、複数本のセンサーを用いる方法ではセンサーを固定するホルダーの準備費用とセンサーを多数用意するので多くの費用がかかる。そして、センサーの位置と角度が固定されているため、測定する領域が限られ、また、測定領域の分解能も固定され、高さ方向の測定も変更が困難である。また、設定されたパラメータのみで動作するため、測定器の速度分解能の変更ができない。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、センサーを少なくでき、効率的に流路断面の流れ場を計測できる超音波断面流量／流速測定装置および超音波断面流量／流速測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の流速分布測定装置は、直線上に超音波を送受信できるセンサーと、上記センサーを基準軸に対して所定の角度と高さに移動する移動機構と、上記移動機構に対して制御信号を入出力する信号処理制御装置と、上記センサーからの信号を入力し速度分布を計算する速度分布計と、上記速度分布計からの信号を入力するとともに、上記信号処理制御装置からの測定座標を入力し配管断面の速度分布を演算する演算回路と、上記演算回路からの信号を入力し画像処理する画像処理装置と上記画像処理装置からの信号を出力する出力装置を有するものである。
【０００８】
また、本発明の流速分布測定装置および流速分布測定方法は、センサーよりパルス超音波を発信し、流れ場に混入している反射体からの超音波エコーを受信する行程と、速度分布計においてセンサーから送られた信号を処理して測定線方向の速度分布を算出する行程と、信号処理制御装置において、移動機構へ基準線からの角度および高さを設定し測定座標を求める行程と、速度分布計からの測定線方向の速度分布データを入力し、信号処理器からの測定座標を入力してその測定点でのベクトルを算出する行程と、演算回路からの信号を入力し画像処理する行程と、画像処理装置からの信号を出力する行程を有する方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の装置を説明するもので、図２は本発明の方法を説明するものである。また、図３および図４は本発明の実施例を説明するものである。
【００１０】
本発明は、少ないセンサーを用いて、効率的に流路断面の流れ場を計測できる、超音波断面流量／流速測定装置および超音波断面流量／流速測定方法を提供するものであるが、この断面流速分布測定装置は図１に示すように、測定部１と制御部２から成り立っている。
【００１１】
センサー３よりパルス超音波を発信する。そして、流れ場に混入しているゴミや気泡などの反射体からの超音波エコーを同じセンサー３で受信する。受信した信号は、速度分布計６に出力する。この送受信を繰り返す。
【００１２】
速度分布計６においては、センサー３から送られた信号を入力する。そして、入力信号を処理して測定線方向の速度分布を算出する。
【００１３】
移動機構５は、信号処理制御装置８からの信号により、基準線からの所定の角度φおよび高さにセンサーガイド４の所定の位置にセンサー３を設定する。
【００１４】
信号処理制御装置８では、基準線からのセンサー３の角度φを基に、測定線の位置情報を求める。
【００１５】
演算回路７では、速度分布計６からの速度分布情報を入力する。そして、信号処理制御装置８からの測定線の位置情報を入力する。そして得られた速度分布データと位置情報から流路断面の速度情報を計算する。
【００１６】
計算された流路断面の速度情報は画像処理装置９により最適化され、表示装置１０に表示される。
【００１７】
なお、速度分布計６と、センサー３はスイスＭｅｔＦｌｏｗ社製のＵＶＰ  Ｍｏｎｉｔｏｒ  ｍｏｄｅｌ  Ｘ３ＰＳｉを使用した。
【００１８】
次に測定方法について図２をもちいて説明する。
１により測定が開始されると、３に示すように、信号処理制御装置において、移動機構へ基準線からの角度の制御信号を出力する。
４に示すように移動機構において、信号処理制御装置からの制御信号をもとにセンサーガイドの所定の角度にセンサーを移動する。
５に示すようにセンサーよりパルス超音波を発信する。
６に示すように流れ場に混入しているゴミや気泡などの反射体からの超音波エコーを同じセンサーにて受信する。
７に示すように、速度分布計においてセンサーから送られた信号を入力し、入力信号を処理して測定線方向の速度分布を算出する。
８に示すように、信号処理制御装置で基準線からのセンサーの角度および高さを基に、測定線の座標を求める。
９に示すように、速度分布計からのセンサーの測定線方向の速度分布データを入力し、信号処理制御装置から測定線の座標を入力する。そして、速度分布データと測定線の座標から、その測定線上の速度分布を演算回路に蓄積する。
１０に示すように、所定の測定領域を終了したかを判定する。
１１に示すように、所定の測定領域を終了していない場合は、センサー角度を変更する。その後２に戻り、同様の操作を繰り返す。
また、所定の測定領域を終了した場合は、高さ方向の測定が終わっているかどうか１２で判断する。１２で、高さ方向の測定が終わっていない場合は、高さ方向の設定を行う。
その後２に戻る。
高さ方向の測定が終わっている場合は、１３において得られたデータを画像処理装置を用いて流路断面の平均流速、標準偏差、高次モーメント等の統計処理を行う。
１４において得られた統計処理結果の画像データを表示装置に表示する。
１５で終了する。
【００１９】
なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００２０】
図３を用いて、測定結果について説明する。円筒形配管の断面流速測定の例である。
センサーを配管軸周りに回転させながら、センサーからの測定線方向に速度分布が求まると、それぞれの角度における速度分布を演算処理および画像処理を行い、断面速度分布が求まる。
また、測定領域の高さを変えることにより、高さ方向にも断面速度分布が求まる。
これにより、配管内の流動分布が３次元的に表示される。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について、図４を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではないことはもちろんである。
たとえば原子炉内の配管において、従来の流量計測器では十分助走区間がとれない曲がり管直後の流れ場を測定する。図４のように全体の流れ場は曲がり管直後の速度分布は、遠心力の影響で軸方向に均一に流れておらず、断面速度分布および軸方向の流れの変化や乱れが詳細に分かる。
さらに、検査したい領域のポイントを細かく取ることにより、その領域の流れ場を詳細に調べることが出来る。
【００２２】
以上のことから、本実施の形態によれば、従来の装置に比べセンサーの位置と角度を任意に設定できるため、効率的に流路断面の流れ場を計測できる。
また、センサーの位置を任意に設定できるため測定領域の分解能を自由に設定できる。
また、高さ方向に測定でき、基準線の長さを変えることにより、速度分解能を調整できる。
そして、センサーの数を少なく使用することにより、装置の簡素化ができ、経済的である。
【００２３】
上述では、速度分布を測定するのに一つセンサーを用いて、流速／流量測定について説明したが、これに限定されない。たとえば、センサーを３本使用することにより、これを周方向に移動させて、より効率的に計測を行うことができる。また、測定部と制御部が分かれているので、測定部の遠隔操作が可能である。測定する対象は、原子炉の循環水や給水配管、汚水施設や下水施設などの配管や、汚水・上下水道などの管内流の計測に限定されず、高分子材料・工業材料プロセスの流動場や食品加工プロセスに関する流速／流量計測などにも適用できるばかりか、気液二相流や液膜流の流速／流量計測にも適応できる。
超音波を透過する材質のものであれば、壁の外にセンサーを設置して、測定できる。
通常センサーには一つの素子が使用されている。なお、この素子は一つに限定されない。たとえばアレー素子を用いてより効率よく測定できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
直線上の速度分布を検知できるセンサーと、センサーを基準線に対して所定の角度に設定すると共に高さ方向にも設定できる移動機構とを有するので、センサーを少なくでき、効率的に流路断面の流れ場を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波断面流量／流速測定装置の一実施例を示す概略構成の説明図である。
【図２】本発明の超音波断面流量／流速測定方法の一実施例を示す説明図である
【図３】本発明の超音波断面流量／流速測定装置および超音波断面流量／流速測定方法を用いた一実施例の結果図である。
【図４】本発明の超音波断面流量／流速測定装置および超音波断面流量／流速測定方法を用いた一実施例の図である。
【符号の説明】
１  測定部
２  制御部
３  センサー
４  センサーガイド
５  移動機構
６  速度分布計
７  演算回路
８  信号処理制御装置
９  画像処理装置
１０  表示装置
【図１】
2004347580.tif 000003
【図２】
2004347580.tif 000004
【図３】
2004347580.tif 000005
【図４】
2004347580.tif 000006