JP2978984B2 - 超音波式トンネル内風速測定システム - Google Patents

超音波式トンネル内風速測定システム

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JP2978984B2 JP13746695A JP13746695A JP2978984B2 JP 2978984 B2 JP2978984 B2 JP 2978984B2 JP 13746695 A JP13746695 A JP 13746695A JP 13746695 A JP13746695 A JP 13746695A JP 2978984 B2 JP2978984 B2 JP 2978984B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル内の風速を超
音波を用いて測定する超音波式トンネル内風速測定シス
テムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】高速自動車道路や一般道路に設けられて
いるトンネルのうち、距離の長いトンネルには、トンネ
ル内に滞留する自動車の排気ガスをトンネル外に排気す
る送風機が設けられている。そしてこの送風機の駆動制
御は、トンネル内の排気ガス濃度の検知と共に、トンネ
ル外の自然の風の影響により生ずるトンネル内の風や、
自動車の走行によって生ずる風などの風速を検知して制
御するようにしている。このトンネル内の風速の従来の
測定システムは、図4(a)に示すトンネルの断面図お
よび図4(b)に示すトンネルの長手方向の一部横断面
図(図4(a)の矢印A−A’)から明らかなように、
トンネル1の側壁2に一般的気象観測に使用されている
プロペラ式風速計3を設置したり、或るいは気象観測等
に使用されている超音波風速計4などを設置して、トン
ネル内の側壁付近の風速を測定している。なお、超音波
風速計4は、図5に示してあるように、若干ずれた2つ
の平面上で超音波が所定の角度で交差するように設けら
れた2対の超音波送受波器41,42および43,44
を設け、この各組の超音波送受波器相互間で送受される
超音波の各伝搬時間差から、別の設けられた演算装置を
含む変換器により、ベクトル合成値として平均風速、平
均風向を測定するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の風速の測定は、いずれもトンネルの側壁に測定手段
を設けたものであるため、トンネル内の風速を正確に測
定することができず、送風機の駆動制御が効果的に、或
るいは効率的にできないという問題があった。即ち、ト
ンネル1内を風が流れる場合は、トンネル1の真ん中が
強く左右の側壁に近付くにつれて弱くなるという特性が
あるため、従来の風速測定においては実際の平均的風速
よりも弱い風速として検出されることになる。従って、
送風機の駆動制御も実情にそぐわない制御になるという
問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明によ
る超音波式トンネル内風速測定システムは、トンネル内
の左右側壁の同じ高さに、該トンネルの長手方向の中心
部における仮想垂直断面に対して所定の角度をもって設
置される一対の超音波送受波器と、該一対の超音波送受
波器の一方の超音波送受波器から他方の超音波送受波器
に送波される超音波の伝搬時間と他方の超音波送受波器
から一方の超音波送受波器に送波される超音波の伝搬時
間との時間差から、当該トンネル内の前記超音波送受波
器の設置高さの風速を求める変換器とから構成されたも
のである。本発明の第2の発明による超音波式トンネル
内風速測定システムは、第1の発明において、前記トン
ネル内の左右側壁に設置される超音波送受波器を異なる
高さに複数対設けると共に、前記変換器により前記超音
波送受波器の各対毎に風速を求め、かつ前記複数対の超
音波送受波器の設置高さ範囲の平均的風速を求めるよう
に構成されたものである。本発明の第3の発明による超
音波式トンネル内風速測定システムは、第1または第2
の発明において、前記トンネル内の左右側壁に設置され
る超音波送受波器を、該超音波送受波器の送受される超
音波が上方から透視した状態でクロスするような位置関
係に複数対設け、前記変換器により該複数対の超音波送
受波器の超音波送受の各伝搬時間から、当該トンネル内
の前記超音波送受波器の設置高さ又設置高さ範囲の平均
的風速を求めるように構成されたものである。
【0005】
【実施例】図1(a)(b)は、本発明の超音波式トン
ネル内風速測定システムの実施例を説明する模式図で、
図1(a)はトンネル1の断面図、図1(b)はトンネ
ル1の長手方向の一部横断面図(図1(a)の矢視A−
A’)である。図1から明らかなように、トンネル1の
左右側壁2,2に一対の超音波送受波器51,52が設
けられ、交互に超音波を送波し、これを交互に受波する
ようになっている。この超音波送受波器51,52は、
トンネル1の道路面6からほぼ同じ高さに設置されると
共に、トンネル1の長手方向の中心部の仮想垂直断面S
に対して、所要の角度θをもって向き合うように設置さ
れる。この超音波送受波器51,52は、それぞれ送受
波兼用トランジューサーと送波用振動子とから構成され
ている。
【0006】また、超音波送受波器51,52は、ケー
ブル7により演算装置を含む変換器8に接続されてお
り、超音波送受波器51から超音波送受波器52に送波
される超音波の伝搬時間t1 と、超音波送受波器52か
ら超音波送受波器51に送波される超音波の伝搬時間t
2 との伝搬時間差から、風速を求めるものである。従っ
て、超音波送受波器51,52を結ぶ線上の平均的な風
速が求められるものである。また、本発明においては、
トンネル内を流れる風の方向も測定することができるも
ので、必要に応じて送風機の正逆の回転も含めて制御す
ることができる。なお、前述した伝搬時間差から風速V
を求める式は、次の通りである。
【数1】 である。なお、Lは送受波器相互間の距離、t1 は一方
の送受波器から他方の送受波器まで超音波が伝送される
伝搬時間、t2 は他方の送受波器から一方の送受波器ま
で超音波が伝送される伝搬時間、Cは超音波の音速、θ
はトンネルの仮想垂直断面Sに対する両送受波器の対向
角度である。また、本発明において用いられる超音波の
周波数は、20kHz〜30kHzが適している。これ
はトンネル内に設けられる送受波器相互間の距離、即ち
超音波の伝搬距離の関係と、トンネル内の環境ノイズに
係るS/N比の関係とから求められたものである。
【0007】次に、本発明の他の実施例を図2(a)
(b)に示した模式図により説明する。なお、図2
(a)(b)は、前述した図1(a)(b)と同様な模
式図である。図2の実施例は、超音波送受波器を複数対
設置したもので、図1で示した一対の超音波送受波器5
1,52の上下に超音波送受波器91,92と超音波送
受波器101,102をそれぞれ一対ずつ設置したもの
である。そしてこの三対(3組)の超音波送受波器5
1,52、91,92および101,102は、変換器
8にケーブル7で接続されており、各対はそれぞれ超音
波の送受を交互に行い、その送波される超音波の伝搬時
間差から変換器8でそれぞれの高さにおける風速を求
め、更に超音波送受波器の設置高さの範囲における平均
的風速を求めることができる。図2の実施例では、三対
の超音波送受波器を設置したが、更に多くの超音波送受
波器を設置して、トンネル1の断面全体の平均的風速を
求めることにより、単位時間当りの風量を測定すること
も可能になる。
【0008】次に、本発明の更に他の実施例を図3
(a)(b)に示した模式図により説明する。図3の実
施例は、二対の超音波送受波器を、この各対超音波送受
波器の送受される超音波が、トンネルの上方から透視し
た状態でクロスするような位置関係に設置したもので、
図1で示した一対の超音波送受波器51,52の送受さ
れる超音波とクロスするように、もう一対の超音波送受
波器111,112をトンネル1の左右の側壁2に設置
し、この二対の超音波送受波器の超音波送受の各伝搬時
間から、当該トンネル1内の風速の平均値を変換器8で
求めるようにしたものである。トンネル1内は可成り広
い空間であるため、風の流れも常に一様ではなく渦を巻
きながら流れる場合もあるが、このように設置すること
により不均一な風の流れによる測定誤差を排除し、更に
測定精度の向上を図ることができる。また、この実施例
では二対の超音波送受波器の超音波がクロスするように
設置したが、それぞれ複数対の超音波送受波器を図2の
実施例のように上下方向に複数段設置して測定精度を向
上させることもできる。なお、本発明におけるトンネル
内の超音波送受波器の設置場所は、トンネルの入口付
近、出口付近、中間地点など送風機設置場所との関連に
より適宜設置するものである。
【0009】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、トン
ネル内の所定の高さ又は所定の高さ範囲の風速を正確に
測定することができるので、トンネル内で発生してトン
ネル内に滞留している排気ガスを、効果的にかつ効率的
にトンネル外に排気するよう送風機の駆動制御を行うこ
とが可能となり、トンネル内の排気ガスによる汚染環境
を改善することができると共に、送風機駆動電力の適正
な使用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を説明するトンネルの模式図で
ある。
【図2】本発明の他の実施例を説明するトンネルの模式
図である。
【図3】本発明の更に他の実施例を説明するトンネルの
模式図である。
【図4】従来例を説明するトンネルの模式図である。
【図5】従来例の測定システムにおける超音波風速計の
風速検出部の外観図である。
【符号の説明】
1 トンネル 2 トンネルの側壁 3 プロペラ式風速計 4 超音波風速計の風速検出部 41〜44,51,52,91,92,101,10
2,111,112 超音波送受波器 6 道路面 7 ケーブル 8 変換器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01P 5/00 E21F 1/00 G01F 1/66 101

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トンネル内の左右側壁の同じ高さに、該
    トンネルの長手方向の中心部における仮想垂直断面に対
    して所定の角度をもって設置される一対の超音波送受波
    器と、該一対の超音波送受波器の一方の超音波送受波器
    から他方の超音波送受波器に送波される超音波の伝搬時
    間と他方の超音波送受波器から一方の超音波送受波器に
    送波される超音波の伝搬時間との時間差から、当該トン
    ネル内の前記超音波送受波器の設置高さの風速を求める
    変換器とから構成された超音波式トンネル内風速測定シ
    ステム。
  2. 【請求項2】 前記トンネル内の左右側壁に設置される
    超音波送受波器を異なる高さに複数対設けると共に、前
    記変換器により前記超音波送受波器の各対毎に風速を求
    め、かつ前記複数対の超音波送受波器の設置高さ範囲の
    平均的風速を求めるように構成された請求項1記載の
    超音波式トンネル内風速測定システム。
  3. 【請求項3】 前記トンネル内の左右側壁に設置される
    超音波送受波器を、該超音波送受波器の送受される超音
    波が上方から透視した状態でクロスするような位置関係
    に複数対設け、前記変換器により該複数対の超音波送受
    波器の超音波送受の各伝搬時間から、当該トンネル内の
    前記超音波送受波器の設置高さ又設置高さ範囲の平均的
    風速を求めるように構成された請求項1または2記載
    の超音波式トンネル内風速測定システム。
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