JP2018200176A - 水面距離測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に波の強い衝撃から保護することが可能な水面距離測定機を提供する。【解決手段】水面に対して間隔をあけて配される本体部２と、前記本体部２のうち前記水面に対向する対向面２ａに取り付けられ、前記対向面２ａから前記水面に向けて延びる筒状体３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、水面距離測定機に関する。

水面上を航走する船舶や、水面上に建てられる構造物には、水面の波浪状態を把握するための波高計や水位を把握するための水位計などの水面距離測定機が設けられることがある。水面距離測定機には、電波を水面の所定領域に向けて照射し、かつ、水面において反射した電波（反射波）を受信するアンテナ部を備えたものがある。この種の水面距離測定機では、アンテナ部によって波の高さ（波高）や水位などを測定できる。
非特許文献１には、マイクロ波によるドップラーレーダー方式の波高計が開示されている。

安田明生、金居康文、桑島進、「マイクロ波を用いた舶用簡易波高計の開発」、日本航海学会論文集、昭和57年2月、第66号、p.31-38

ところで、水面の波浪状態が激しい場合や船舶の航走速度が速い場合には、波の強い衝撃が水面距離測定機のアンテナ部に作用して、アンテナ部が故障したり、破損したりすることがある。
従来では、アンテナ部を波の衝撃から保護するために、アンテナ部をガラス繊維からなるレドームによって覆うことが考えられている。しかしながら、レドームは非常に高価であるため、好ましくない。

本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、安価に波の強い衝撃から保護することが可能な水面距離測定機を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、水面に対して間隔をあけて配される本体部と、前記本体部のうち前記水面に対向する対向面に取り付けられ、前記対向面から前記水面に向けて延びる筒状体と、を備える水面距離測定機である。

上記構成の水面距離測定機では、本体部の対向面に向けて上昇する波（水）が筒状体の内部に入り込んだ際に、筒状体内部の空気を筒状体内部に入り込んだ波（水）によって圧縮することができる。このため、上昇する波のエネルギーが、筒状体内部の空気を圧縮するエネルギーとして消費されて弱められる。その結果、本体部に伝わる波の衝撃を弱めることができる。すなわち、本体部を波の強い衝撃から保護することが可能となる。また、筒状体はレドームと比較して安価に製造することができる。

前記水面距離測定機では、前記本体部が、前記対向面から前記水面に向けて電波を照射し、かつ、前記水面において反射した前記電波を受信するアンテナ部を備え、前記筒状体が、前記筒状体の軸方向から見て前記アンテナ部を囲むように配されてもよい。

また、前記水面距離測定機では、軸方向における前記筒状体の長さ寸法が、前記筒状体の内径寸法よりも長くてもよい。

さらに、前記水面距離測定機は、耐衝撃性を有し、前記本体部の対向面に重ねて配される補強板を備え、前記筒状体は、前記補強板を介して前記本体部の対向面に取り付けられてもよい。

また、前記水面距離測定機では、前記筒状体の内周面が撥水性を有してもよい。

また、前記水面距離測定機では、前記筒状体と前記本体部との間に隙間が形成され、前記筒状体の内部空間が、前記隙間を通して前記筒状体の外部につながっていてもよい。

本発明によれば、安価に水面距離測定機の本体部を波の強い衝撃から保護することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る水面距離測定機を船舶に設けた一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る水面距離測定機を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る水面距離測定機を示す概略断面図である。

以下、図１，２を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る水面距離測定機は、波浪状態を把握するための波高計である。図１，２に示すように、本実施形態の波高計１は、本体部２と、筒状体３と、を備える。

本体部２は、水面ＷＳに対して間隔をあけて配される。本体部２は、例えば水面ＷＳ上に建てられる構造物に設けられてもよいが、本実施形態では水面ＷＳ上を航走する船舶１００に設けられている。図１において、本体部２は船舶１００の船体１０１の上部（例えば甲板）から張り出す支持部材１０２の部位に取り付けられているが、これに限ることはない。本体部２は、例えば船体１０１上に設けられたブリッジ（船橋）のうち船体１０１から張り出す部位（サイドブリッジ）に設けられてもよい。

本体部２は、水面ＷＳの水位や波の高さ（波高）を測定する機能を有する。具体的に、本実施形態の本体部２は、アンテナ部１１を備える。アンテナ部１１は、水面ＷＳに対向する本体部２の対向面２ａから水面ＷＳに向けて電波を照射し、かつ、水面ＷＳにおいて反射した電波（以下、反射波と呼ぶ。）を受信する。アンテナ部１１が反射波を受信することで、水面ＷＳの水位や波高を測定することができる。アンテナ部１１の具体的な構成は、マイクロ波を用いたドップラーレーダーなど任意であってよい。

また、本実施形態の本体部２は、アンテナ部１１を収容するケース１２を備える。ケース１２は、本体部２の対向面２ａを構成している。ケース１２のうち少なくとも本体部２の対向面２ａをなす部位は、アンテナ部１１から出射される電波、及び、水面ＷＳからの反射波が透過する性質を有するとよい。図示例において、アンテナ部１１は本体部２の対向面２ａをなすケース１２の部位に接触しているが、例えば接触しなくてもよい。

筒状体３は、本体部２の対向面２ａに取り付けられ、本体部２の対向面２ａから水面ＷＳに向けて延びている。
具体的に、筒状体３は、軸方向の両端が開口する筒状に形成されている。筒状体３は、筒状体３の第一開口３Ａが本体部２によって覆われるように本体部２に取り付けられている。筒状体３の第二開口３Ｂは、本体部２の対向面２ａよりも水面ＷＳの近くに位置し、水面ＷＳ側に向いている。筒状体３の軸線Ａ１は、例えば湾曲していてもよいが、本実施形態では直線状に延びている。筒状体３の軸線Ａ１は、例えば本体部２の対向面２ａの法線方向（図２における上下方向）に対して傾斜してもよいが、本実施形態では対向面２ａの法線方向に対して傾斜せず平行している。

軸方向から見た筒状体３の形状（軸線Ａ１に直交する筒状体３の形状）は、多角形状、円形状、楕円形状など任意であってよい。
軸線Ａ１に直交する筒状体３の大きさ（特に筒状体３内部の大きさ）は、例えば筒状体３の軸方向において変化してもよい。具体的に、筒状体３は、例えば第一開口３Ａから第二開口３Ｂに向かうにしたがって小さくなる先細り状に形成されてもよい。また、筒状体３は、例えば第一開口３Ａから第二開口３Ｂに向かうにしたがって大きくなる形状に形成されてもよい。本実施形態において、軸線Ａ１に直交する筒状体３の大きさは、筒状体３の軸方向において変化しない。

軸方向における筒状体３の長さ寸法ｌと、筒状体３の内径寸法ｄとの関係は任意であってよい。本実施形態において、筒状体３の長さ寸法ｌは筒状体３の内径寸法ｄよりも長い。筒状体３の内径寸法ｄは、例えば本体部２から離れて位置する筒状体３の第二開口３Ｂにおける筒状体３の内径寸法ｄであってよい。また、軸方向から見た筒状体３の形状が多角形状や楕円形状である場合、筒状体３の内径寸法ｄには、例えば最長となる対角線や内径（長径）の寸法が採用されてもよいし、例えば最短となる対角線や内径（短径）の寸法が採用されてもよい。

本実施形態の筒状体３は、筒状体３の軸方向から見て本体部２のアンテナ部１１を囲むように配されている。具体的に、筒状体３は、筒状体３の軸方向から見てアンテナ部１１全体が筒状体３の第一開口３Ａの縁よりも内側に位置するように配されている。また、本実施形態の筒状体３は、筒状体３の軸方向から見てアンテナ部１１全体が筒状体３の第二開口３Ｂの縁よりも内側に位置するように配されている。

筒状体３は、例えば本体部２の対向面２ａに直接取り付けられてもよいが、本実施形態では補強板４を介して本体部２の対向面２ａに取り付けられている。すなわち、本実施形態の波高計１は、耐衝撃性を有し、本体部２の対向面２ａに重ねて配される補強板４を備える。補強板４は、例えば本体部２（特にケース１２）よりも高い耐衝撃性を有するとよい。また、補強板４は、アンテナ部１１から出射される電波、及び、水面ＷＳからの反射波が透過する性質を有するとよい。補強板４を構成する材料は、任意であってよいが、本実施形態ではポリカーボネートである。

また、本実施形態の波高計１において、筒状体３は本体部２の対向面２ａに対して隙間なく取り付けられている。具体的に、筒状体３は補強板４に対して隙間なく取り付けられている。言い換えれば、筒状体３の第一開口３Ａは補強板４によって塞がれている。このため、筒状体３の内部空間は、第二開口３Ｂのみを通して筒状体３の外部につながっている。

また、本実施形態の波高計１において、筒状体３の内周面３ｃは撥水性を有する。例えば、筒状体３を構成する材料自体が撥水性を有してもよいが、本実施形態では筒状体３の内周面３ｃに撥水性を有する塗料（不図示）が塗布されている。例えば筒状体３と同様に、本体部２や補強板４のうち筒状体３の内側に向く面も撥水性を有してよい。

また、本実施形態の筒状体３は、アンテナ部１１から出射される電波や反射波を反射又は吸収する性質を有する。筒状体３の構成材料は、任意であってよいが、例えばアルミニウム等の金属材料であってよい。

以上説明したように、本実施形態の波高計１によれば、筒状体３が本体部２の対向面２ａから延びるように設けられていることで、波高計１の本体部２を波の強い衝撃から保護することができる。以下、この点について具体的に説明する。
本実施形態の波高計１において、本体部２の対向面２ａに向けて上昇する波（水）が筒状体３の第二開口３Ｂを塞ぐように筒状体３の内部に入り込んだ際には、筒状体３内部の空気が筒状体３内部に入り込んだ波（水）によって圧縮される。このため、上昇する波のエネルギーが、筒状体３内部の空気を圧縮するエネルギーとして消費されて弱められる。その結果、本体部２に伝わる波の衝撃を弱めることができる。また、本体部２に波が到達することを効果的に抑制できる。すなわち、本体部２を波の強い衝撃から保護することが可能となる。
また、筒状体３は、従来のレドームと比較して安価に製造することができる。したがって、本実施形態の波高計１によれば、安価に波高計１の本体部２を波の強い衝撃から保護することができる。

また、本実施形態の波高計１によれば、筒状体３が、筒状体３の軸方向から見て本体部２のアンテナ部１１を囲むように配されている。このため、アンテナ部１１から水面ＷＳに向けて出射された電波を筒状体３の内周面３ｃで反射させることができる。これにより、ビーム幅が広いアンテナ部１１を用いても、水面ＷＳに対する電波の照射領域を制限することができる。また、水面ＷＳにおける電波の照射領域のうち所定領域よりも外側の領域において反射した電波（反射波）を、筒状体３の外周面において反射させることもできる。すなわち、所定領域よりも外側の領域からの反射波がアンテナ部１１に到達することも防止できる。以上のことから、ビーム幅が広いアンテナ部１１を用いても、水面ＷＳの狭い領域における波高や水位を測定できる。これにより、波高や水位を精度よく測定することが可能となる。

また、ビーム幅が広いアンテナ部１１の小型化（特に本体部２の対向面２ａにおけるアンテナ部１１の面積を小さくすること）は、容易である。このため、アンテナ部１１に伝わる波の衝撃をさらに小さくすることができる。すなわち、アンテナ部１１を効果的に保護することができる。

また、本実施形態の波高計１では、軸方向における筒状体３の長さ寸法ｌが、筒状体３の内径寸法ｄよりも長い。このため、筒状体３の長さ寸法ｌが筒状体３の内径寸法ｄ以下である場合と比較して、筒状体３内部に入り込んだ波は、本体部２の対向面２ａからより離れた位置において筒状体３内部の空気をより大きく圧縮することができる。すなわち、本体部２の対向面２ａからより離れた位置において波のエネルギーをさらに効果的に弱めることができる。これにより、波が本体部２の対向面２ａに到達することを効果的に抑制できる。また、仮に波が本体部２の対向面２ａに到達したとしても本体部２に伝わる波の衝撃をさらに弱めることができる。

また、本実施形態の波高計１では、本体部２と筒状体３との間に補強板４が設けられている。このため、筒状体３内部に入り込んだ波が本体部２の対向面２ａに直接到達することを防止できる。また、補強板４によって筒状体３の内部に入り込んだ波の衝撃が本体部２に伝わることを効果的に抑制し、本体部２に伝わる波の衝撃をさらに弱めることができる。

また、本実施形態の波高計１では、筒状体３の内周面３ｃが撥水性を有する。このため、筒状体３の内周面３ｃに水（水滴）が付着することを効果的に抑制できる。これにより、本体部２の対向面２ａから筒状体３の内部を通して水面ＷＳに向けて照射される電波及び水面ＷＳから筒状体３内部を通して本体部２の対向面２ａに向かう反射波が、筒状体３の内周面３ｃに付着した水（水滴）において反射することを効果的に抑制できる。

水（水滴）が筒状体３の内周面３ｃに付着し難くなることは、波高計１周囲の温度が変化する場合に特に有効である。以下、この点について具体的に説明する。
例えば、筒状体３の内周面３ｃに付着した水が凍結すると氷になる。そして、筒状体３の内周面３ｃに付着した氷が溶けかかっている状態では、氷の表面に水が留まる。氷の表面に留まっている水は、電波（反射波）を反射するため、波高や水位を誤って測定する可能性が高くなる。これに対し、本実施形態の波高計１では、筒状体３の内周面３ｃに対する氷の付着を抑制できる。その結果として、筒状体３の内周面３ｃに付着した水（水滴）において反射することを効果的に抑制できる。これにより、波高や水位を正しく測定することが可能となる。

以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

上記実施形態の波高計においては、例えば図３に示すように、本体部２と筒状体３との間に隙間Ｇが形成されてもよい。また、図示しないが、本体部２と筒状体３との間に上記実施形態と同様の補強板４（図２参照）が設けられる場合には、補強板４と筒状体３との間に隙間Ｇが形成されてもよい。そして、筒状体３の内部空間が、前述の隙間Ｇを通して筒状体３の外部につながっていてもよい。隙間Ｇは、例えば筒状体３の周方向の一部に形成されていればよい。隙間Ｇは、例えば筒状体３の第二開口３Ｂを塞ぐように筒状体３内部に入り込んだ波（水）による空気の圧縮を阻害しない程度に小さく形成されるとよい。隙間Ｇは、例えば一つだけ形成されてもよいし、複数形成されてもよい。複数の隙間Ｇは、筒状体３の周方向に間隔をあけて配列されていればよい。

図３に例示した波高計によれば、本体部２の対向面２ａに向けて上昇して筒状体３の内部に入り込んだ波（水）を、筒状体３と本体部２との間の隙間Ｇから筒状体３の外側に排出することができる。これにより、筒状体３内部において上昇する波のエネルギーが弱められ、本体部２に伝わる波の衝撃を弱めることができる。このため、本体部２の対向面２ａに向けて上昇する波（水）が、仮に、筒状体３の第二開口３Ｂを塞がないように筒状体３の内部に入り込んできて、波による筒状体３内部の空気の圧縮が不十分であっても、本体部２を波の強い衝撃から保護することができる。

本発明は、波高計に限らず、水位計などの他の水面距離測定機にも適用可能である。

１ 波高計（水面距離測定機）
２ 本体部
２ａ 対向面
３ 筒状体
３Ａ 第一開口
３Ｂ 第二開口
３ｃ 内周面
４ 補強板
１１ アンテナ部
１２ ケース
Ｇ 隙間

Claims (6)

1. 水面に対して間隔をあけて配される本体部と、
   前記本体部のうち前記水面に対向する対向面に取り付けられ、前記対向面から前記水面に向けて延びる筒状体と、を備える水面距離測定機。
2. 前記本体部が、前記対向面から前記水面に向けて電波を照射し、かつ、前記水面において反射した前記電波を受信するアンテナ部を備え、
   前記筒状体が、前記筒状体の軸方向から見て前記アンテナ部を囲むように配されている請求項１に記載の水面距離測定機。
3. 軸方向における前記筒状体の長さ寸法が、前記筒状体の内径寸法よりも長い請求項１又は請求項２に記載の水面距離測定機。
4. 耐衝撃性を有し、前記本体部の対向面に重ねて配される補強板を備え、
   前記筒状体は、前記補強板を介して前記本体部の対向面に取り付けられている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水面距離測定機。
5. 前記筒状体の内周面が撥水性を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水面距離測定機。
6. 前記筒状体と前記本体部との間に隙間が形成され、
   前記筒状体の内部空間が、前記隙間を通して前記筒状体の外部につながっている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の水面距離測定機。

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