JP3040615B2 - 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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- JP3040615B2 JP3040615B2 JP4283518A JP28351892A JP3040615B2 JP 3040615 B2 JP3040615 B2 JP 3040615B2 JP 4283518 A JP4283518 A JP 4283518A JP 28351892 A JP28351892 A JP 28351892A JP 3040615 B2 JP3040615 B2 JP 3040615B2
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- tidal current
- axis
- ultrasonic
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【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
方向のながれ等）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
方向のながれ等）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、それぞ
れ４つの送受波器，送受切換回路，受信回路および周波
数計数回路が必要となり、部品点数が多く、廉価な装置
とできず、装置の信頼性も低下する等の問題点があっ
た。
音波潮流分布測定装置は以上のように構成され、それぞ
れ４つの送受波器，送受切換回路，受信回路および周波
数計数回路が必要となり、部品点数が多く、廉価な装置
とできず、装置の信頼性も低下する等の問題点があっ
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、水平面と平行なＸ，Ｙ平面に所定
角度で２つの超音波ビームを送受波する方式により、送
受波器，送受切換回路，受信回路および周波数計数回路
を半減した構成とす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。
なされたものであり、水平面と平行なＸ，Ｙ平面に所定
角度で２つの超音波ビームを送受波する方式により、送
受波器，送受切換回路，受信回路および周波数計数回路
を半減した構成とす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、水平面と略平行な平面をＸ，Ｙ平面
とする任意のＸ−Ｙ直交座標軸を想定した場合、Ｘ軸，
Ｙ軸の直交点Ｐに２つの超音波送受波器１Ａ，１Ｂを設
置し、それぞれの送受波器１Ａ，１ＢがＸ軸に対象で且
つＹ軸からそれぞれ角度θ傾けた方向に周波数ｆ0 の超
音波ビームを送波し、潮流と共に移動する浮遊物で反射
してドップラ偏位を受けたそれぞれの反射波ｆｄ1 ，ｆ
ｄ2 を受波し、潮流（浮遊物）のＸ軸方向の速度成分Ｕ
とＹ軸方向の速度成分Ｖとを反射波ｆｄ1 ，ｆｄ2 の加
算および減算により求めることを特徴とする。
流分布測定装置は、水平面と略平行な平面をＸ，Ｙ平面
とする任意のＸ−Ｙ直交座標軸を想定した場合、Ｘ軸，
Ｙ軸の直交点Ｐに２つの超音波送受波器１Ａ，１Ｂを設
置し、それぞれの送受波器１Ａ，１ＢがＸ軸に対象で且
つＹ軸からそれぞれ角度θ傾けた方向に周波数ｆ0 の超
音波ビームを送波し、潮流と共に移動する浮遊物で反射
してドップラ偏位を受けたそれぞれの反射波ｆｄ1 ，ｆ
ｄ2 を受波し、潮流（浮遊物）のＸ軸方向の速度成分Ｕ
とＹ軸方向の速度成分Ｖとを反射波ｆｄ1 ，ｆｄ2 の加
算および減算により求めることを特徴とする。
【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に示すように、本発明は水平面と平行な平
面をＸ，Ｙ平面とするＸ−Ｙ直交座標軸を想定する場
合、直交点Ｐに送受波器１Ａ，１Ｂを設置する。そし
て、送受波器１Ａ，１Ｂからは、それぞれＹ軸から角度
θだけ傾けた方向で且つＸ軸に対して対象となる、２つ
の方向へ超音波ビームを発射する。発射された超音波ビ
ームは、水中の浮遊物２０で反射し再び送受波器１Ａ，
１Ｂで受波される。今、浮遊物２０が潮流に乗って、Ｘ
軸方向には速度Ｕで、Ｙ軸方向には速度Ｖで移動してい
るとすると、受信信号の周波数はドップラ効果により以
下のような偏位を受ける。
する。図１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に示すように、本発明は水平面と平行な平
面をＸ，Ｙ平面とするＸ−Ｙ直交座標軸を想定する場
合、直交点Ｐに送受波器１Ａ，１Ｂを設置する。そし
て、送受波器１Ａ，１Ｂからは、それぞれＹ軸から角度
θだけ傾けた方向で且つＸ軸に対して対象となる、２つ
の方向へ超音波ビームを発射する。発射された超音波ビ
ームは、水中の浮遊物２０で反射し再び送受波器１Ａ，
１Ｂで受波される。今、浮遊物２０が潮流に乗って、Ｘ
軸方向には速度Ｕで、Ｙ軸方向には速度Ｖで移動してい
るとすると、受信信号の周波数はドップラ効果により以
下のような偏位を受ける。
【０００９】すなわち、送信周波数をｆ0 、水中の音速
をＣとすると、象限（Ａ）におけるドップラ偏位ｆｄ1
と、象限（Ｂ）におけるドップラ偏位ｆｄ2 は、それぞ
れ次式で表される。 ｆｄ1 ＝（２ｆ0 ／Ｃ）・（Ｖ・ｃｏｓθ＋Ｕ・ｓｉｎθ）・・・(1) ｆｄ2 ＝（２ｆ0 ／Ｃ）・（−Ｖ・ｃｏｓθ＋Ｕ・ｓｉｎθ）・・・(2) 式(1) から式(2) を減算すると、 ｆｄ1 −ｆｄ2 ＝（４ｆ0 ／Ｃ）・Ｖ・ｃｏｓθ・・・(3) となり、Ｙ軸方向の速度成分Ｖは、 Ｖ＝｛（ｆｄ1 −ｆｄ2 ）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｃｏｓθ｝・・・(4) で求められる。
をＣとすると、象限（Ａ）におけるドップラ偏位ｆｄ1
と、象限（Ｂ）におけるドップラ偏位ｆｄ2 は、それぞ
れ次式で表される。 ｆｄ1 ＝（２ｆ0 ／Ｃ）・（Ｖ・ｃｏｓθ＋Ｕ・ｓｉｎθ）・・・(1) ｆｄ2 ＝（２ｆ0 ／Ｃ）・（−Ｖ・ｃｏｓθ＋Ｕ・ｓｉｎθ）・・・(2) 式(1) から式(2) を減算すると、 ｆｄ1 −ｆｄ2 ＝（４ｆ0 ／Ｃ）・Ｖ・ｃｏｓθ・・・(3) となり、Ｙ軸方向の速度成分Ｖは、 Ｖ＝｛（ｆｄ1 −ｆｄ2 ）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｃｏｓθ｝・・・(4) で求められる。
【００１０】一方、式(1) に式(2) を加算すると、 ｆｄ1 ＋ｆｄ2 ＝（４ｆ0 ／Ｃ）・Ｕ・ｓｉｎθ・・・(5) となり、Ｘ軸方向の速度成分Ｕは、 Ｕ＝｛（ｆｄ1 ＋ｆｄ2 ）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｓｉｎθ｝・・・(6) で求められる。従って、浮遊物の速度、すなわち、流向
α（Ｙ軸からの方位）および流速Ｗは次式で算出され
る。 α＝ａｒｃｔａｎ・Ｕ／Ｖ・・・(7) Ｗ＝√（Ｕ2 ＋Ｖ2 ）・・・(8)
α（Ｙ軸からの方位）および流速Ｗは次式で算出され
る。 α＝ａｒｃｔａｎ・Ｕ／Ｖ・・・(7) Ｗ＝√（Ｕ2 ＋Ｖ2 ）・・・(8)
【００１１】図２は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。送信回路３で発生した送信バースト波は、送
受切換回路２Ａ，２Ｂを経由して、送受波器１Ａ，１Ｂ
に供給される。送受波器１Ａ，１Ｂからは、図１で説明
したように水平方向に２つの超音波が発射される。発射
された超音波信号は水中の浮遊物で反射し、再び送受波
器１Ａ，１Ｂで受波され、送受切換回路２Ａ，２Ｂを経
由して受信回路４Ａ，４Ｂ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，５Ｂに出力され
る。そして、周波数計数回路５Ａはドップラ偏位ｆｄ1
を、周波数計数回路５Ｂはドップラ偏位ｆｄ2 を計数す
る。そして計数されたドップラ偏位ｆｄ1 およびｆｄ2
は、減算回路６および加算回路１０に入力され、減算回
路６では上述のｆｄ1 −ｆｄ2 の演算が、加算回路１０
では上述のｆｄ1 ＋ｆｄ2 の演算が行われ、その演算結
果がそれぞれ成分演算回路７，８に出力される。成分演
算回路７，８では、それぞれ上述の式(4) および式(6)
の演算が行われ、Ｙ軸方向速度成分ＶおよびＸ軸方向速
度成分Ｕが求められる。流向・流速演算回路８では、こ
の速度成分ＶおよびＵを入力し、演算式(7) および(8)
により、流向αおよび流速Ｗを算出し、表示器１５にこ
れらの値を表示する。
図である。送信回路３で発生した送信バースト波は、送
受切換回路２Ａ，２Ｂを経由して、送受波器１Ａ，１Ｂ
に供給される。送受波器１Ａ，１Ｂからは、図１で説明
したように水平方向に２つの超音波が発射される。発射
された超音波信号は水中の浮遊物で反射し、再び送受波
器１Ａ，１Ｂで受波され、送受切換回路２Ａ，２Ｂを経
由して受信回路４Ａ，４Ｂ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，５Ｂに出力され
る。そして、周波数計数回路５Ａはドップラ偏位ｆｄ1
を、周波数計数回路５Ｂはドップラ偏位ｆｄ2 を計数す
る。そして計数されたドップラ偏位ｆｄ1 およびｆｄ2
は、減算回路６および加算回路１０に入力され、減算回
路６では上述のｆｄ1 −ｆｄ2 の演算が、加算回路１０
では上述のｆｄ1 ＋ｆｄ2 の演算が行われ、その演算結
果がそれぞれ成分演算回路７，８に出力される。成分演
算回路７，８では、それぞれ上述の式(4) および式(6)
の演算が行われ、Ｙ軸方向速度成分ＶおよびＸ軸方向速
度成分Ｕが求められる。流向・流速演算回路８では、こ
の速度成分ＶおよびＵを入力し、演算式(7) および(8)
により、流向αおよび流速Ｗを算出し、表示器１５にこ
れらの値を表示する。
【００１２】
【発明の効果】本発明は以上説明したように水平面と平
行なＸＹ平面に所定角度で２つの超音波ビームを送受波
する方式により、部品点数を半減した構成で従来の装置
と同等に潮流の流向・流速の水平分布を長期間連続的に
測定できる装置が得られ、廉価で信頼性の高い装置を提
供できる等の効果がある。
行なＸＹ平面に所定角度で２つの超音波ビームを送受波
する方式により、部品点数を半減した構成で従来の装置
と同等に潮流の流向・流速の水平分布を長期間連続的に
測定できる装置が得られ、廉価で信頼性の高い装置を提
供できる等の効果がある。
【図１】本発明の測定方式を説明するための概念図であ
る。
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。
１Ａ，１Ｂ 送受波器 ２Ａ，２Ｂ 送受切換回路 ３ 送信回路 ４Ａ，４Ｂ 受信回路 ５Ａ，５Ｂ 周波数計数回路 ６ 減算回路 ７ 成分演算回路 ８ 流向・流速演算回路 ９ 表示器 １０ 加算回路 １１ 成分演算回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−109837（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−231156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−50367（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−64973（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 (1)
- 【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平方向の水の流れ（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平面とする任意のＸ−Ｙ
直交座標軸を想定した場合、Ｘ軸，Ｙ軸の直交点Ｐに２
つの超音波送受波器１Ａ，１Ｂを設置し、それぞれの送
受波器１Ａ，１ＢがＸ軸に対象で且つＹ軸からそれぞれ
角度θ傾けた方向に周波数ｆ0 の超音波ビームを送波
し、潮流と共に移動する浮遊物で反射してドップラ偏位
を受けたそれぞれの反射波ｆｄ1 ，ｆｄ2 を受波する手
段、 潮流（浮遊物）のＸ軸方向の速度成分Ｕを、 式 Ｕ＝｛（ｆｄ1 ＋ｆｄ2 ）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｓｉ
ｎθ｝ （但しＣは音速） を用いて演算によりにより求め、 潮流（浮遊物）のＹ軸方向の速度成分Ｖを、 式 Ｖ＝｛（ｆｄ1 −ｆｄ2 ）・Ｃ｝／｛４ｆ0 ・ｃｏ
ｓθ｝ を用いて演算によりにより求め、 潮流（浮遊物）の移動方向αを、 式 α＝ａｒｃｔａｎ・Ｕ／Ｖ を用いて演算により求め、 潮流（浮遊物）の流速Ｗを、 式 Ｗ＝√（Ｕ2 ＋Ｖ2 ）を用いて演算により求める手
段、 を備えたことを特徴とする超音波潮流分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4283518A JP3040615B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP4283518A JP3040615B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 超音波潮流分布測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109838A JPH06109838A (ja) | 1994-04-22 |
| JP3040615B2 true JP3040615B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=17666577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4283518A Expired - Fee Related JP3040615B2 (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) | JP3040615B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP4283518A patent/JP3040615B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06109838A (ja) | 1994-04-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |