JP3040614B2 - 超音波潮流分布測定装置 - Google Patents
超音波潮流分布測定装置Info
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- JP3040614B2 JP3040614B2 JP4283517A JP28351792A JP3040614B2 JP 3040614 B2 JP3040614 B2 JP 3040614B2 JP 4283517 A JP4283517 A JP 4283517A JP 28351792 A JP28351792 A JP 28351792A JP 3040614 B2 JP3040614 B2 JP 3040614B2
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- tidal current
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波潮流分布測定装
置に関する。
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】河川の管理や船舶航行の安全確保を目的
として、河川の水の流れや潮流の、流向・流速の水平分
布を長期間連続的に測定するため、いわゆる潮流分布測
定装置が用いられる。従来の潮流分布測定装置は、船舶
に搭載するか、又は、図３に示すように送受波器を海底
に設置し、超音波を水中斜め上方（船舶に搭載する場合
は斜め下方）に発射し、水平方向の流向・流速を測定し
表示する。
として、河川の水の流れや潮流の、流向・流速の水平分
布を長期間連続的に測定するため、いわゆる潮流分布測
定装置が用いられる。従来の潮流分布測定装置は、船舶
に搭載するか、又は、図３に示すように送受波器を海底
に設置し、超音波を水中斜め上方（船舶に搭載する場合
は斜め下方）に発射し、水平方向の流向・流速を測定し
表示する。
【０００３】図４は、従来の超音波潮流分布測定装置の
一構成例を示すブロック図であり、図３，図４を用いて
従来の装置を説明する。送信回路３からの送信バースト
波は、送受切換回路２ａ〜２ｄを経由して送受波器１ａ
〜１ｄに供給される。送受波器１ａ〜１ｄは、例えば図
３に示すように海底に設置されており、水平から角度θ
だけ上方に傾けた東西南北の各方向にそれぞれ超音波ビ
ームを発射するようになっており、発射された超音波ビ
ームは、水中の浮遊物で反射し、再び送受波器１ａ〜１
ｄで受波される。送受波器１ａ〜１ｄからの受信信号
は、送受切換回路２ａ〜２ｄを経由して受信回路４ａ〜
４ｄに供給され、それぞれ増幅されて、それぞれ周波数
計数回路５ａ〜５ｄに出力される。各周波数計数回路５
ａ〜５ｄでは、それぞれ受信信号からドップラ偏位を計
数し（東西南北方向のドップラ偏位が計数され）、東西
方向のドップラ偏位が減算回路６ａへ、南北方向のドッ
プラ偏位が減算回路６ｂへ出力される。
一構成例を示すブロック図であり、図３，図４を用いて
従来の装置を説明する。送信回路３からの送信バースト
波は、送受切換回路２ａ〜２ｄを経由して送受波器１ａ
〜１ｄに供給される。送受波器１ａ〜１ｄは、例えば図
３に示すように海底に設置されており、水平から角度θ
だけ上方に傾けた東西南北の各方向にそれぞれ超音波ビ
ームを発射するようになっており、発射された超音波ビ
ームは、水中の浮遊物で反射し、再び送受波器１ａ〜１
ｄで受波される。送受波器１ａ〜１ｄからの受信信号
は、送受切換回路２ａ〜２ｄを経由して受信回路４ａ〜
４ｄに供給され、それぞれ増幅されて、それぞれ周波数
計数回路５ａ〜５ｄに出力される。各周波数計数回路５
ａ〜５ｄでは、それぞれ受信信号からドップラ偏位を計
数し（東西南北方向のドップラ偏位が計数され）、東西
方向のドップラ偏位が減算回路６ａへ、南北方向のドッ
プラ偏位が減算回路６ｂへ出力される。
【０００４】減算回路６ａ，６ｂでは、ドップラ偏位の
減算処理を行い、浮遊物の垂直方向成分（すなわち垂直
方向の流れ等）をキャンセルして、それぞれ成分演算回
路７ａ，７ｂへ出力する。成分演算回路７ａでは東西方
向の速度成分、成分演算回路７ｂでは南北方向の速度成
分が演算され、これらが流向・流速演算回路８に入力さ
れ、流向・流速演算回路８では東西および南北の速度成
分を基にベクトル合成を行い、当該領域の流向・流速を
算出し、表示器９に表示する。
減算処理を行い、浮遊物の垂直方向成分（すなわち垂直
方向の流れ等）をキャンセルして、それぞれ成分演算回
路７ａ，７ｂへ出力する。成分演算回路７ａでは東西方
向の速度成分、成分演算回路７ｂでは南北方向の速度成
分が演算され、これらが流向・流速演算回路８に入力さ
れ、流向・流速演算回路８では東西および南北の速度成
分を基にベクトル合成を行い、当該領域の流向・流速を
算出し、表示器９に表示する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の超
音波潮流分布測定装置は以上のように構成され動作する
ので、測定点を複数設定することが困難であり、そのた
め広い海域で緻密な調査が行えない等の問題点があっ
た。
音波潮流分布測定装置は以上のように構成され動作する
ので、測定点を複数設定することが困難であり、そのた
め広い海域で緻密な調査が行えない等の問題点があっ
た。
【０００６】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、所定距離あるいは所定深度ごと複数
の測定点を設定し、一度に複数の測定点での潮流の流向
・流速データが得られる超音波潮流分布測定装置を提供
することを目的としている。
されたものであり、所定距離あるいは所定深度ごと複数
の測定点を設定し、一度に複数の測定点での潮流の流向
・流速データが得られる超音波潮流分布測定装置を提供
することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる超音波潮
流分布測定装置は、少なくとも２本以上の超音波ビーム
を所定角度αの間隔をもって扇状に送波し、予め定めた
各超音波ビーム同一距離にある複数の測定点からの反射
波だけを受波して、同一距離にある測定点間の潮流の流
向・流速を求め、隣接する同一距離にある全ての測定点
間の潮流の流向・流速を求めて測定データとすることと
した。
流分布測定装置は、少なくとも２本以上の超音波ビーム
を所定角度αの間隔をもって扇状に送波し、予め定めた
各超音波ビーム同一距離にある複数の測定点からの反射
波だけを受波して、同一距離にある測定点間の潮流の流
向・流速を求め、隣接する同一距離にある全ての測定点
間の潮流の流向・流速を求めて測定データとすることと
した。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１（Ａ）は本発明の測定方式を説明するための
概念図であり、図１（Ｂ）は送受信の動作を示すタイム
チャートである。図１において、２１はフェーズドアレ
ー型の送受波器、Ｂ１，Ｂ２，・・・Ｂ５は超音波ビー
ム、Ｐ11，Ｐ12・・・Ｐ53は対水反射層（測定点）、α
は超音波ビームを水平方向で傾ける角度、βは超音波ビ
ームを垂直方向で傾ける角度である。送受波器２１を構
成する各素子の駆動位相差を適当に設定し、始めに超音
波パルスをビームＢ１方向に送波する。次に各素子の駆
動位相差を変更し、超音波パルスをビームＢ２方向に送
波する。このように角度αごと傾け、順次複数本の（実
施例は５本の）超音波ビームを送波する。送波されたそ
れぞれの超音波ビームは海中の浮遊物等により反射さ
れ、再び送受波器２１で受波されるが、送受波器２１の
各素子から出力される受信信号は、ビーム形成回路にて
位相合成され、送波時のビームＢ１方向から順次ビーム
Ｂ５までスキャンされ、対水反射層（測定点）Ｐ11，Ｐ
12，・・・Ｐ53の反射信号だけが取り出される。そし
て、相隣るビームを１つのペアとし、隣接する測定点、
すなわち、ビームＢ１の測定点Ｐ11とビームＢ２の測定
点Ｐ21からの反射信号のドップラ偏位を加減算すること
により、Ｐ11とＰ21との間の潮流の平均流向、流速を算
出する。
する。図１（Ａ）は本発明の測定方式を説明するための
概念図であり、図１（Ｂ）は送受信の動作を示すタイム
チャートである。図１において、２１はフェーズドアレ
ー型の送受波器、Ｂ１，Ｂ２，・・・Ｂ５は超音波ビー
ム、Ｐ11，Ｐ12・・・Ｐ53は対水反射層（測定点）、α
は超音波ビームを水平方向で傾ける角度、βは超音波ビ
ームを垂直方向で傾ける角度である。送受波器２１を構
成する各素子の駆動位相差を適当に設定し、始めに超音
波パルスをビームＢ１方向に送波する。次に各素子の駆
動位相差を変更し、超音波パルスをビームＢ２方向に送
波する。このように角度αごと傾け、順次複数本の（実
施例は５本の）超音波ビームを送波する。送波されたそ
れぞれの超音波ビームは海中の浮遊物等により反射さ
れ、再び送受波器２１で受波されるが、送受波器２１の
各素子から出力される受信信号は、ビーム形成回路にて
位相合成され、送波時のビームＢ１方向から順次ビーム
Ｂ５までスキャンされ、対水反射層（測定点）Ｐ11，Ｐ
12，・・・Ｐ53の反射信号だけが取り出される。そし
て、相隣るビームを１つのペアとし、隣接する測定点、
すなわち、ビームＢ１の測定点Ｐ11とビームＢ２の測定
点Ｐ21からの反射信号のドップラ偏位を加減算すること
により、Ｐ11とＰ21との間の潮流の平均流向、流速を算
出する。
【０００９】この演算方法は、本願出願人と同一出願人
にかかる同日の特許出願「超音波潮流分布測定装置」で
詳しく説明しているが、ビームＢ１，Ｂ２の周波数をｆ
0 ，測定点Ｐ11からの反射波をｆ11，測定点Ｐ21からの
反射波をｆ21，音速をＣとした場合、潮流のＸ軸方向
（ビームＢ１とＢ２との中点を通る線方向）の速度成分
Ｕは、 Ｕ＝｛（ｆ11＋ｆ21）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｓｉｎθ｝ 潮流のＹ軸方向（Ｘ軸と直交する線方向）の速度成分Ｖ
は、 Ｖ＝｛（ｆ11−ｆ21）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｃｏｓθ｝ で求められ、潮流の流向αおよび流速Ｗは、 α＝ａｒｃｔａｎ・Ｕ／Ｖ， Ｗ＝√（Ｕ2 ＋Ｖ2 ）で
求められる。
にかかる同日の特許出願「超音波潮流分布測定装置」で
詳しく説明しているが、ビームＢ１，Ｂ２の周波数をｆ
0 ，測定点Ｐ11からの反射波をｆ11，測定点Ｐ21からの
反射波をｆ21，音速をＣとした場合、潮流のＸ軸方向
（ビームＢ１とＢ２との中点を通る線方向）の速度成分
Ｕは、 Ｕ＝｛（ｆ11＋ｆ21）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｓｉｎθ｝ 潮流のＹ軸方向（Ｘ軸と直交する線方向）の速度成分Ｖ
は、 Ｖ＝｛（ｆ11−ｆ21）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｃｏｓθ｝ で求められ、潮流の流向αおよび流速Ｗは、 α＝ａｒｃｔａｎ・Ｕ／Ｖ， Ｗ＝√（Ｕ2 ＋Ｖ2 ）で
求められる。
【００１０】次に水平面から角度βだけ垂直方向にビー
ムを傾け、上述の方法と同じ方法で流向・流速を計測す
ることにより、水平および垂直の多点の流向・流速を短
時間で測定することができる。
ムを傾け、上述の方法と同じ方法で流向・流速を計測す
ることにより、水平および垂直の多点の流向・流速を短
時間で測定することができる。
【００１１】図２は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。図において、タイマー回路２７は送信繰返し
のタイミング信号を発生し、送受ビーム制御回路２５に
このタイミング信号を出力する。送受ビーム制御回路２
５は、予め定められた俯角および偏角となるように、位
相差を持った信号を生成し、送信回路２３に出力する。
送信回路２３ではこの信号を必要なレベルまで増幅し、
増幅された信号は送受切換回路２２を経由して送受波器
２１に送出される。なお、送受波器２１は多数の振動素
子から構成されており、鉛直方向および水平方向の各素
子に位相差を持った信号を与えることにより、任意の俯
角および偏角を持った超音波信号を送波できるように構
成されている。ここで、送受波器２１は水平方向に超音
波を発射するように装備されている場合、発射された超
音波信号は水中の浮遊物等により反射され、再び送受波
器２１で受信される。この受信信号は、送受切換回路２
２を経由して前置増幅回路２４に入力され、この前置増
幅回路２４で受信信号が増幅され、ビーム形成回路２６
に出力される。
図である。図において、タイマー回路２７は送信繰返し
のタイミング信号を発生し、送受ビーム制御回路２５に
このタイミング信号を出力する。送受ビーム制御回路２
５は、予め定められた俯角および偏角となるように、位
相差を持った信号を生成し、送信回路２３に出力する。
送信回路２３ではこの信号を必要なレベルまで増幅し、
増幅された信号は送受切換回路２２を経由して送受波器
２１に送出される。なお、送受波器２１は多数の振動素
子から構成されており、鉛直方向および水平方向の各素
子に位相差を持った信号を与えることにより、任意の俯
角および偏角を持った超音波信号を送波できるように構
成されている。ここで、送受波器２１は水平方向に超音
波を発射するように装備されている場合、発射された超
音波信号は水中の浮遊物等により反射され、再び送受波
器２１で受信される。この受信信号は、送受切換回路２
２を経由して前置増幅回路２４に入力され、この前置増
幅回路２４で受信信号が増幅され、ビーム形成回路２６
に出力される。
【００１２】ビーム形成回路２６では、入力信号｛Ａ・
ｓｉｎ（ωｔ＋φｋ）｝に送受ビーム制御回路２５から
の信号｛Ｂ・ｓｉｎ（ωｔ−φｋ）｝を乗算し、帯域フ
ィルタを通し、所望するビーム方向の信号（Ａ・Ｂ／
２）ｃｏｓ２ωｔのみを受信増幅回路２８に出力し、必
要なレベルまで増幅する。 但し、 Ａ，Ｂ：振幅 φｋ：ｋ番目の素子の位相 φｋ＝（２π／λ）ｋｄ・ｓｉｎθ λ：波長、ｄ：振動素子間隔、θ：信号の帰来角度、
ω：角周波数である。
ｓｉｎ（ωｔ＋φｋ）｝に送受ビーム制御回路２５から
の信号｛Ｂ・ｓｉｎ（ωｔ−φｋ）｝を乗算し、帯域フ
ィルタを通し、所望するビーム方向の信号（Ａ・Ｂ／
２）ｃｏｓ２ωｔのみを受信増幅回路２８に出力し、必
要なレベルまで増幅する。 但し、 Ａ，Ｂ：振幅 φｋ：ｋ番目の素子の位相 φｋ＝（２π／λ）ｋｄ・ｓｉｎθ λ：波長、ｄ：振動素子間隔、θ：信号の帰来角度、
ω：角周波数である。
【００１３】そして、増幅された信号（Ａ・Ｂ／２）ｃ
ｏｓ２ωｔは周波数計数回路２９に入力され、この周波
数計数回路２９で各測定点Ｐ11，Ｐ12，・・・Ｐ53の反
射信号のドップラ偏位ｆ11，ｆ12，・・・ｆ53が計数さ
れ、流向・流速演算回路３０に出力される。流向・流速
演算回路３０では、相隣るビームを一つのペアとし、例
えば、測定点Ｐ11とＰ21とを結ぶ方向の流速を算出する
ためには、上述のようにｆ11とｆ21との減算を、測定点
Ｐ11とＰ21とを結ぶ線に直交する方向の流速を算出する
ためには、上述のようにｆ11とｆ21との加算を行い、さ
らにベクトル合成することにより、流向・流速を算出す
る。これを相隣るビームの全てのペアについて繰り返
す。そして、これらのデータを表示器３１に表示する。
ｏｓ２ωｔは周波数計数回路２９に入力され、この周波
数計数回路２９で各測定点Ｐ11，Ｐ12，・・・Ｐ53の反
射信号のドップラ偏位ｆ11，ｆ12，・・・ｆ53が計数さ
れ、流向・流速演算回路３０に出力される。流向・流速
演算回路３０では、相隣るビームを一つのペアとし、例
えば、測定点Ｐ11とＰ21とを結ぶ方向の流速を算出する
ためには、上述のようにｆ11とｆ21との減算を、測定点
Ｐ11とＰ21とを結ぶ線に直交する方向の流速を算出する
ためには、上述のようにｆ11とｆ21との加算を行い、さ
らにベクトル合成することにより、流向・流速を算出す
る。これを相隣るビームの全てのペアについて繰り返
す。そして、これらのデータを表示器３１に表示する。
【００１４】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、測定点を
複数設定して広い海域で緻密な調査を行うことができ、
船舶に搭載して測定できない海域等においても長期間に
わたる緻密なデータを収集できる等の効果がある。
複数設定して広い海域で緻密な調査を行うことができ、
船舶に搭載して測定できない海域等においても長期間に
わたる緻密なデータを収集できる等の効果がある。
【図１】本発明の測定方式および動作タイミングを説明
するための図である。
するための図である。
【図２】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図３】従来の装置の測定方式を説明するための図であ
る。
る。
【図４】従来の装置の一構成例を示すブロック図であ
る。
る。
２１ 送受波器 ２２ 送受切換回路 ２３ 送信回路 ２４ 前置増幅回路 ２５ 送受ビーム制御回路 ２６ ビーム形成回路 ２７ タイマー回路 ２８ 受信増幅回路 ２９ 周波数計数回路 ３０ 流向・流速演算回路 ３１ 表示器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−231156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−50367（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−64973（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−109838（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−85286（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−148814（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 15/00 - 15/96
Claims (2)
- 【請求項１】 超音波を送受波しドップラ偏位を利用し
て川や海における水の流れ（以下、これを潮流と仮称す
る）を測定する超音波潮流分布測定装置において、 水平面と略平行な平面をＸ，Ｙ平面とし、水深をＺ軸方
向とするＸ−Ｙ−Ｚ直交座標を想定した場合、 Ｘ，Ｙ平面の１点でＸ軸方向へ少なくとも２本以上の超
音波ビームを所定角度αの間隔をもって扇状に送波し、
予め定めた各超音波ビーム同一距離にある複数の測定点
からの反射波だけを受波して抽出し、 仮に、隣接する超音波ビームＢ１，Ｂ２（共に周波数ｆ
0 ）の同一距離にある測定点をＰ11，Ｐ21とし、これら
の測定点からの反射波のドップラ偏位をｆ11，ｆ21とし
た場合、 Ｐ11，Ｐ21間の潮流のＸ軸方向の速度成分Ｕを、 式 Ｕ＝｛（ｆ11＋ｆ21）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｓｉｎ
α｝により求め、 Ｐ11，Ｐ21間の潮流のＹ軸方向の速度成分Ｖを、 式 Ｖ＝｛（ｆ11−ｆ21）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｃｏｓ
α｝により求め、 測定点Ｐ11，Ｐ21間の潮流の流向・流速を求め、 このようにして隣接する同一距離にある全ての測定点間
の潮流の流向・流速を求めて測定データとする超音波潮
流分布測定装置。 - 【請求項２】 Ｘ，Ｚ平面でＸ軸方向へ少なくとも２本
以上の超音波ビームを所定角度βの間隔をもって扇状に
送波し、同様の測定方法で水深方向での潮流の流向・流
速を求めて測定データとする請求項第１項記載の超音波
潮流分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4283517A JP3040614B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 超音波潮流分布測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4283517A JP3040614B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 超音波潮流分布測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109837A JPH06109837A (ja) | 1994-04-22 |
| JP3040614B2 true JP3040614B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=17666566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4283517A Expired - Fee Related JP3040614B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 超音波潮流分布測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3040614B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP4283517A patent/JP3040614B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06109837A (ja) | 1994-04-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |