(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路内の流れを測定する流れ測定装置であって、
上端の開放端が前記水路の想定される最高水位よりも高い位置に位置する一方、下端の閉鎖端が前記水路の底壁側に位置する上下方向に延びた保持手段を有し、前記水路の側壁に配置された架台と、
前記開放端を介して前記保持手段に差し込んで前記閉鎖端側から上方に向けて積み重ねて配置可能であり、かつ前記開放端を介して前記保持手段から抜き出し可能な複数の被保持体と、
前記複数の被保持体のうちの少なくとも１つに取り付けられた、前記水路内の流れを測定する測定手段と、
を備える、流れ測定装置。
【請求項２】
前記架台は、前記想定される最高水位よりも高い位置に前記水路の壁面への固定部を備える、請求項１に記載の流れ測定装置。
【請求項３】
前記被保持体は、前記保持手段からの抜き出し操作用の治具が係合可能な係合手段を備える、請求項１又は２に記載の流れ測定装置。
【請求項４】
前記被保持体は板状部材であり、
前記保持手段は前記板状部材の両側部が差し込まれる一対の保持溝である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流れ測定装置。
【請求項５】
前記板状部材の高さが複数種類ある、請求項４に記載の流れ測定装置。
【請求項６】
前記保持溝の前記開放端に着脱可能に取り付けられる保護手段を備える、請求項４に記載の流れ測定装置。
【請求項７】
前記測定手段は超音波センサである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の流れ測定装置。
【請求項８】
水路内の流れを測定する流れ測定装置であって、
平面視で前記水路の流れに対して角度をなして対向する第１及び第２の測定ユニットを備え、
前記第１及び第２の測定ユニットは、
上端の開放端が前記水路の想定される最高水位よりも高い位置に位置する一方、下端の閉鎖端が前記水路の底壁側に位置する上下方向に延びた保持手段を有し、前記水路の側壁に配置された架台と、
前記開放端を介して前記保持手段に差し込んで前記閉鎖端側から上方に向けて積み重ねて配置可能であり、かつ前記開放端を介して前記保持手段から抜き出し可能な複数の被保持体と、
前記複数の被保持体のうちの少なくとも１つに取り付けられた、前記水路内の流れを測定する測定手段と、
をそれぞれ備える、流れ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水路内の流れ（流量や流速）を測定するための流れ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水路内の流れ、具体的には流量や流速を測定する流れ測定装置としては、水路壁面に固定した一対の超音波センサから超音波を投射する方式が知られている。例えば、非特許文献１には、一対の超音波センサを水路壁面に固定し、互いのセンサから交互に超音波を投射し合うことで流れを測定する装置が記載されている。
【０００３】
しかし、超音波センサを水路壁面に固定すると、水位の変動等に応じて超音波センサの高さ位置を変更することができない。又、超音波センサを水路壁面に固定すると、設置、メンテナンス時の取り外し、及びメンテナンス後の再設置のためには、水路内の水を抜くかダイバーによる水中作業を行う必要がある。
【０００４】
【非特許文献１】社団法人  日本計量機器工業連合会編集兼発行「流量計の実用ナビ−初心者からエキスパートまで−」2005年3月25日、p.220
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、超音波センサの高さ位置の変更が可能であり、設置やメンテナンスが容易である流れ測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、水路内の流れを測定する流れ測定装置であって、上端の開放端が前記水路の想定される最高水位よりも高い位置に位置する一方、下端の閉鎖端が前記水路の底壁側に位置する上下方向に延びた保持手段を有し、前記水路の側壁に配置された架台と、前記開放端を介して前記保持手段に差し込んで前記閉鎖端側から上方に向けて積み重ねて配置可能であり、かつ前記開放端を介して前記保持手段から抜き出し可能な複数の被保持体と、前記複数の被保持体のうちの少なくとも１つに取り付けられた、前記水路内の流れを測定する測定手段と、を備える流れ測定装置を提供する。
【０００７】
測定手段を設置するには、水路の想定される最高水位よりも高い位置に位置する開放端を介して被保持体を保持手段に閉鎖端から積み重ねて設置すればよい。いったん測定手段を設置した後も、開放端を介して保持手段から被保持体を抜き出すことでメンテナンスを行うことができる。又、メンテナンス後に測定手段を再設置する場合には、開放端を介して被保持体を保持手段に閉鎖端から積み重ねて設置すればよい。従って、設置やメンテナンスのために水路内の水を抜く必要がなく、ダイバーによる水中作業も必要がない。この点で、測定手段の設置やメンテナンスが容易である。
【０００８】
被保持体は、水路内を上下方向に延びた保持手段に差し込んで積み重ねて配置され、かつ保持手段から抜き出される。又、測定手段は被保持体の少なくとも１つに取り付けられる。言い換えれば、測定手段が取り付けられた被保持体を保持手段から抜き出し、その下方へ新たに被保持体を保持手段に差し込む、又はその下方の被保持体を保持手段から抜き出すことができる。この点で測定手段の高さ位置を変更できる。
【０００９】
具体的な１つの手段として、前記架台は、前記想定される最高水位よりも高い位置に前記水路の壁面への固定部を備えるものである。
【００１０】
水路の水面よりも上方で、架台を水路の壁面に設置することができる。従って、架台を水路壁面に設置する際には、水路内の水を抜くこともダイバーによる水中作業も不要である。この点で、架台の設置が容易である。
【００１１】
前記被保持体は、前記保持手段からの抜き出し操作用の治具が係合可能な係合手段を備えることが好ましい。
【００１２】
治具を使用して被保持体を保持手段から抜き出すことができるため、保持手段からの被保持体の抜き出しが容易である。
【００１３】
前記被保持体は例えば板状部材であり、前記保持手段は前記板状部材の両側部が差し込まれる一対の保持溝である。ただし、必要な強度が確保でき、被保持体を保持手段に積み重ねて配置でき、かつ抜き出し可能である限り、被保持体及び保持手段の具体的な構造は特に限定されない。例えば、被保持体の裏面に中空の楕円形又は四角形状の断面を形成する保持管を有し、この保持管を楕円形又は四角形状の断面を形成する保持手段に挿通する構成でもよい。
【００１４】
前記板状部材の高さが複数種類あることが好ましい。必要な強度が確保でき、測定手段を取り付けるスペースを確保する限り、高さサイズは特に限定されない。
【００１５】
前記保持溝の前記開放端に着脱可能に取り付けられる保護手段を備えることが好ましい。保護手段により、架台の開放端を覆うことができる。この点で、ゴミの進入の防止や、プレートの紛失を防止することができる。
【００１６】
前記測定手段は例えば、超音波センサである。他のセンサとしては電磁式センサを用いてもよい。
【００１７】
本発明の第２の態様は、水路内の流れを測定する流れ測定装置であって、平面視で前記水路の流れに対して角度をなして対向する第１及び第２の測定ユニットを備え、前記第１及び第２の測定ユニットは、上端の開放端が前記水路の想定される最高水位よりも高い位置に位置する一方、下端の閉鎖端が前記水路の底壁側に位置する上下方向に延びた保持手段を有し、前記水路の側壁に配置された架台と、前記開放端を介して前記保持手段に差し込んで前記閉鎖端側から上方に向けて積み重ねて配置可能であり、かつ前記開放端を介して前記保持手段から抜き出し可能な複数の被保持体と、前記複数の被保持体のうちの少なくとも１つに取り付けられた、前記水路内の流れを測定する測定手段と、をそれぞれ備える流れ測定装置を提供する。
【００１８】
水路の両岸に設置された一対の測定手段の間で超音波の発信及び受信を行い、流速によって流体中の超音波伝播速度や超音波の周波数が変化する現象を利用して流速を測定し、それに基づいて流量を算出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の流れ測定装置によれば、水路の想定される最高水位よりも高い位置に位置する架台の開放端を介して保持手段に閉鎖端から上方へ向けて積み重ねて配置可能であり、かつ開放端を介して保持手段から抜き出し可能な被保持体に測定手段が取り付けられているため、水路内の水を抜くことやダイバーによる水中作業を行うことなく、測定手段の設置やメンテナンスのための取り外し及びメンテナンス後の再設置が可能であるので、測定手段の設置やメンテナンスが容易である。
【００２０】
又、水路内を上下方向に延びた保持手段に差し込んで積み重ねて配置され、かつ保持手段から抜き出される被保持体のうちの少なくとも１つに測定手段が取り付けられる。従って、測定手段が取り付けられた被保持体を保持手段から抜き出し、その下方へ新たに被保持体を保持手段に差し込む、又はその下方の被保持体を保持手段から抜き出すことによって測定手段の高さ位置を容易に変更することができる。
【００２１】
更に、架台は、想定される最高水位よりも高い位置に水路の壁面への固定部を備えるため、水路内の水を抜くことやダイバーによる水中作業を必要とせずに、架台を水路壁面に設置することができ、架台の設置が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る流量測定装置（流れ測定装置）１を示す。この流量測定装置１は、水路２の側壁３に配置された架台４と、この架台４の一部をなす保持手段５に差し込む、及び抜き出し可能に配置された複数のプレート（被保持体）６と、複数のプレート６の中の１枚又は複数のプレート６に取り付けられた超音波センサ（測定手段）７ａ、７ｂと、をそれぞれ備える一対の第１の測定ユニット８ａ及び第２の測定ユニット８ｂから構成されている。
【００２４】
第１及び第２の測定ユニット８ａ、８ｂがそれぞれ備える架台４は同一形状であるため、一方の架台４について説明する。図２（ａ）を参照すると、本実施形態の架台４は、Ｌ字鋼からなる第１固定部１１と、第１固定部１１から鉛直下方に延びる保持手段５と、平板鋼からなる第２固定部１３と、を備える。架台４は、ＳＵＳ製のＬ字鋼や鋼板を溶接で接合して構成した構造体である。
【００２５】
架台４の保持手段５は、水路２内を上方から下方に向かって延びる保持レール１４を備え、この保持レール１４の中に、対向するように配置された一対のＬ字断面１５と、このＬ字断面の更に内側に配置されたこれよりも小さな一対のＬ字断面１６から構成される保持溝１７が形成されている。ただし、耐腐食性を有し被保持体６を差し込んで保持し抜き出すことができる限り、保持手段５の構造は特に限定されない。例えば、保持手段５は、開放端１８から閉鎖端１９に向かって延びる、断面が楕円形又は四角形状である棒状であってもよい。
【００２６】
又、保持手段５は、上端に開口する開放端１８が形成され、この開放端１８から水路２の底壁に向かって下方に延び、保持手段５の下端に接合された一枚の鋼板からなる閉鎖端１９が形成されている。開放端１８は水路２の想定される最高水位よりも高い位置に位置している。閉鎖端１９は水路２の底壁側に位置している。
【００２７】
保持手段５の外側には、開放端１８から閉鎖端１９まで延び、側壁３に対して所定の角度をなす一対の防波鋼２１が配置されてもよい。防波鋼２１によって水の流れが直接保持手段５へ当たることを防止し、保持手段５が水流により腐食され強度が低下することを防ぐ。
【００２８】
架台４の第１固定部１１は、保持手段５の上端に接合され、水路２の上面２３に設置される。具体的には第１固定部１１には一直線上に４つの取り付け孔２２ａが形成されている。一方で水路２の上面２３には４本の取り付けボルト２４ａが鉛直方向上向きに突出する姿勢で設置され、これらの取り付けボルト２４ａを取り付け孔２２ａに挿通し、ナット（図示せず）を締め付けることにより、架台４の上端を水路２に対して鉛直方向に着脱可能に設置することができる。
【００２９】
同様に、架台４の第２固定部１３は、想定される最高水位よりも高い位置で水路２の壁面に設置されるように保持手段５の上部に接合されている。具体的には第２固定部１３の両側に上下２つの取り付け孔２２ｂが形成されている。一方で壁面には４本の取り付けボルト２４ｂが水平方向に突出する姿勢で設置されている。これらの取り付けボルト２４ｂを取り付け孔２２ｂに挿通し、ナット（図示せず）を締め付けることにより、架台４を水路２に対して水平方向に着脱可能に取り付けることができる。
【００３０】
架台４は、必要な強度と耐腐食性が確保される限り、架台４を構成する材料、架台４の構造、及び架台４を水路２に対して固定する機構は実施形態のものに限定されない。又、本実施形態では水路２の底壁に対して垂直な側壁３に固定されているが、水路２の傾斜壁面に固定する構成も採用し得る。
【００３１】
架台４の上端には一対のカバー（保護手段）取り付け孔２５が形成されている。カバー取り付け孔２５と、カバー２６の立壁に形成された一対のカバー側取り付け孔２６ａとがネジ（図示せず）を介して嵌合し、カバー２６（図２（ｂ））が取り付けられる。カバー２６は、架台４の開放端１８を覆うように開放端１８に沿って伸びるＬ字形状である。この点で架台４の保持溝１７にゴミが入らないための保護及びプレート６の紛失を防止することができる。
【００３２】
次に、図２（ａ）及び図３（ａ）を参照して、プレート６を説明する。プレート６はＳＵＳ製で矩形である。プレート６は例えば、高さ方向が２００ｍｍ、３００ｍｍ、５００ｍｍである３種類のサイズのプレート６ａ、６ｂ、６ｃである。ただし、架台４の保持手段５に差し込んで積み重ねて配置可能であり、かつ保持手段５から抜き出し可能な構造であり、必要な強度が確保されるという条件を満たす限り、プレート６の構造やサイズ、プレート６を構成する材料は実施形態のものに限定されない。例えば、前述のように保持手段５が棒状である実施形態においては、プレート６の裏面に断面が中空の楕円形又は四角形状で、保持手段５に挿通できるため保持管を備えてもよい。
【００３３】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように超音波センサ７は、３種類のプレート６ａ、６ｂ、６ｃのうち、例えば最大サイズのプレート６ｃの、その表面に形成された１つの中心孔２７及びその同心円上に形成された３つの周辺孔２８に、ボルト（図示せず）を介して取り付けられる。ただし、超音波センサ７を取り付けるための表面積が確保されれば、どのようなサイズのプレート６に取り付けてもよい。
【００３４】
本実施形態における超音波センサ７ａ、７ｂは、超音波の発信及び受信を行うためのピエゾ素子を備えている。図１を参照すると、超音波センサ７ａ、７ｂは水路２中の流水の流れ方向Ａに対して直角でない所定の角度をなすように対向して配置されている。超音波センサ７ｂが上流側に位置し、超音波センサ７ａが下流側に位置している。又、超音波センサ７ａ、７ｂは川底から同一の高さに配置されている。
【００３５】
超音波センサ７ａ、７ａは、架台４に沿って延びるケーブル（図示せず）を介して水路２外に設置された処理装置２９に接続されている。この処理装置２９は、ピエゾ素子を駆動するためのパルス電圧を発信側の超音波センサ７ａに印加し、超音波のパルス状信号を超音波センサ７ａに発信させる。超音波センサ７ａから発信されたパルス状信号は水路２内を流れと逆方向に伝搬して超音波センサ７ｂに到達する。同様に、超音波センサ７ｂから発信されたパルス状信号は水路２内を流れの方向に伝搬して超音波センサ７ａに到達する。超音波センサ７ａから発信され超音波センサ７ｂに到達するパルス状信号の伝播時間と、超音波センサ７ｂから発信され超音波センサ７ａに到達するパルス状信号の伝搬時間の差から水路２の流速の測定値を計算し、この測定値から水路２の流量を計算する。
【００３６】
超音波センサ７ａ、７ｂ及び処理装置２９は、伝播時間差方式以外の方式（例えば、相互相関法やドップラ法）により流量を算出するものでもよい。また、水位測定は架台４に設置した超音波水位計やマイクロ波水位計で行ってもよい。又、投げ込み式水位計でもよい。さらに、超音波センサ７ａ、７ｂ及び処理装置２９は、流量を測定するものに限定されず、流速分布を測定するものでもよい。さらにまた、超音波センサ７ａ、７ｂ以外の他の原理で流れ測定を行うためのセンサを、架台４に取り付けてもよい。この種のセンサとしては、例えば電磁式センサがある。
【００３７】
又、１つの架台４に設置する超音波センサ７は１つに限定されない。水路２両岸の超音波センサ７を複数水深位置に互いに対向するように複数対の超音波センサ７を設置し、超音波到達時間又は周波数の変化から水路２の総流量を推定する方法を採用してもよい。
【００３８】
超音波センサ７は、プレート６と係合する面と平行な面内で回動することで、角度調整が可能なものでもよく、傾斜壁面に設置する構成も採用できる。
【００３９】
図４（ａ）を参照して、抜き出し操作用の治具３１を説明する。抜き出し操作用の治具３１は、棒状に伸びた持ち手部３２と、その先端に取り付けられたＬ字金具３３とからなる。プレート６の上側中央部に形成された引っ張り孔３４に挿通するために、Ｌ字金具３３の直径は引っ張り孔３４の直径よりも小さい。治具３１は、プレート６を開放端１８よりも上方から引っ張り上げることができ、かつ必要な強度が確保できる限り、治具３１を構成する材料、治具３１の構造、及びプレート６を上方から引っ張り上げる機構は本実施形態のものに限定されない。
【００４０】
次に、この流量計測装置１の動作を説明する。前述のように、プレート６が架台４に保持されており、このプレート６に取り付けられた超音波センサ７のピエゾ素子から投射される超音波により、水路２内の流量を測定できる。
【００４１】
架台４の設置について説明する。まず、架台４の第１固定部１１を取り付けボルト２４ａを介して水路２の上面に固定する。続いて第２固定部１３を、取り付けボルト２４ｂを介して水路２の想定される最高水位よりも高い側壁３に固定する。このように水路２の水面よりも上方で、架台４を側壁３に設置することができる。従って、架台４を設置する際には水路２内の水を抜くこともダイバーによる水中作業も不要である。この点で、架台４の設置が容易である。
【００４２】
続いて図４（ｂ）を参照して、プレート６の保持手段５（保持溝１７）への差し込み、及び抜き出し動作について説明する。超音波センサ７の設置時には、水路２の想定される最高水位よりも高い位置に位置する架台４の開放端１８を介して保持溝１７にプレート６の両側を差し込んで、下方へ降下させる。この時、サイズの異なるいずれのプレート６の幅も例えば３１５ｍｍで厚さ４ｍｍであるのに対し、保持溝１７の横方向距離は３３０ｍｍで厚さは４ｍｍのプレート６が嵌るように形成されているため、プレート６は保持溝１７に嵌って降下する。同様に、超音波センサ７を備えたプレート６を、開放端１８を介して保持溝１７に差し込んで降下させる。超音波センサ７を備えたプレート６が、他の降下されたプレート６と共に閉鎖端１９から上方へ向かって順に積み重ねられることにより超音波センサ７は設置される。
【００４３】
いったん超音波センサ７を設置した後も、開放端１８を介して、積み重ねられている上のプレート６から順に保持溝１７に沿って持ち上げて抜き出す。同様に超音波センサ７を備えたプレート６を抜き出すことでメンテナンスを行うことができる。
【００４４】
以上のように、超音波センサ７を設置するには、水路２の想定される最高水位よりも高い位置に位置する開放端１８を介してプレート６を保持手段５に閉鎖端１９から積み重ねて設置すればよい。いったん超音波センサ７を設置した後も、開放端１８を介して保持手段５からプレート６を抜き出すことでメンテナンスを行うことができる。又、メンテナンス後に超音波センサ７を再設置する場合には、開放端１８を介してプレート６を保持手段５に閉鎖端１９から積み重ねて設置すればよい。従って、設置やメンテナンスのために水路２内の水を抜く必要がなく、ダイバーによる水中作業も必要がない。この点で、超音波センサ７の設置やメンテナンスが容易である。
【００４５】
又、治具３１の持ち手部３２を持ち、Ｌ字金具３３の先端をプレート６の引っ張り孔３４に挿通しプレート６を取り外すことができる。従って、治具３１を使用して、保持手段５の下方に配置されたプレート６を水路２の上方から開放端１８を介して取り外すことができ、保持手段５からプレート６の抜き出しが容易である。
【００４６】
次に、本実施形態の超音波センサ７の高さ位置調整について説明する。例えば、図２（ａ）に示すように超音波センサ７が保持手段５の閉鎖端１９から２つ目のプレート６に配置されている場合には、まずこれよりも上方にあるプレート６を保持手段５から抜き出した後、超音波センサ７を備えたプレート６を同様に抜き出す。超音波センサ７より下方のプレート６の高さが、超音波センサ７の目標の高さ位置よりも低い場合には、よりサイズの大きいプレート６に交換する、又はプレート６を追加する。その上へ超音波センサ７を備えたプレート６を差し込み、設置することで超音波センサ７の設置位置を高くし、目標の高さ位置へ合わせることができる。例えば、超音波センサ７を備えたプレート６を取り外した後の、架台４に保持されているプレート６の上端の高さが、超音波センサ７を設置する高さよりも４５０ｍｍ低い場合には、高さ方向の寸法が３００ｍｍのプレート６を差し込み、次に超音波センサ７を備えたプレート６を差し込み、設置する。この時、超音波センサ７はこれを備えたプレート６下端から約１５１ｍｍ上方に位置するため、超音波センサ７を目標の高さ位置付近に設置することができる。
【００４７】
反対に、超音波センサ７を備えたプレート６より下方のプレート６の上端の高さが、超音波センサ７の目標の高さ位置よりも高い場合には、超音波センサ７より下方のプレート６をサイズの小さいプレート６に交換する、又は下方のプレート６を取り外し、その上に超音波センサ７を備えたプレート６を設置することで超音波センサ７の設置位置を低くし、目標の高さ位置に合わせることができる。
【００４８】
以上のように、プレート６は、水路２内を上下方向に延びた保持手段５に差し込んで積み重ねて配置され、かつ保持手段５から抜き出される。又、超音波センサ７はプレート６の少なくとも１つに取り付けられる。従って、超音波センサ７が取り付けられたプレート６を保持手段５から抜き出し、その下方へ新たにプレート６を保持手段５に差し込む、又はその下方のプレート６を保持手段５から抜き出すことができる。この点で超音波センサ７の高さ位置を容易に変更できる。
【００４９】
本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
【００５０】
架台４に関しては図５に示すように、架台４の第１固定部３５及び第２固定部３６を側壁３の上部及び下部で水路２に固定する構成でもよい。第１固定部３５及び第２固定部３６にはそれぞれ、両側に上下２つの取り付け孔３５ａ及び３６ｂが形成されおり、ボルト（図示せず）を介して側壁３に設置される。
【００５１】
いったん架台４を設置した後は、水を抜かなくても超音波センサ７の設置、メンテナンスのための取り外し、及び再設置が可能であるという効果が得られる。又、水位の変化に対応して超音波センサ７の高さ調整が容易であるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る流量測定装置を水路に設置した状態の斜視図。
【図２】（ａ）は本発明の実施形態に係る流量測定装置の正面図、上面図及び側面図（ｂ）はカバーの斜視図。
【図３】（ａ）は複数のサイズのプレートの正面図（ｂ）は超音波センサの上面図及び超音波センサを取り付けるプレートの正面図。
【図４】（ａ）は引き上げ棒の側面図（ｂ）は引き上げ棒を介してプレートを架台から持ち上げる状態の斜視図。
【図５】架台の変形例を水路の側面に設置した状態の斜視図。
【符号の説明】
【００５３】
１  流量測定装置（流れ測定装置）
２  水路
３  側壁
４  架台
５  保持手段
６，６ａ，６ｂ，６ｃ  プレート（被保持体）
７，７ａ，７ｂ  超音波センサ（測定手段）
８ａ  第１の測定ユニット
８ｂ  第２の測定ユニット
１１  第１固定部
１３  第２固定部
１７  保持溝
１８  開放端
１９  閉鎖端
２６  カバー（保護手段）
３１  治具
【図１】
0004895949.tif 000002
【図２】
0004895949.tif 000003
【図３】
0004895949.tif 000004
【図４】
0004895949.tif 000005
【図５】
0004895949.tif 000006