JPH0273160A

JPH0273160A - 超音波潮流測定装置

Info

Publication number: JPH0273160A
Application number: JP22360788A
Authority: JP
Inventors: Sumitaka Kihara; 木原　純孝
Original assignee: UNYUSHO KOWAN GIJUTSU KENKYUSHO
Current assignee: UNYUSHO KOWAN GIJUTSU KENKYUSHO
Priority date: 1988-09-08
Filing date: 1988-09-08
Publication date: 1990-03-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、湾口や海峡のように、船舶航行の輻輪して
いる海峡や、海洋構造物を構築する場合や狭わいな海域
で各種の海洋調査を実施する場合に海洋の流れを観測す
る際必要となる潮流測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

港湾及び海洋土木において、施工計画ないし施工中の管
理に、海洋の潮流の速度や流向を観測する体制が必要で
ある。従来、このような調査では一般に回転式流速計、
発電式流速計、電磁流速計などが使用されている。また
、遠隔探査で観測できるものとしては、ドップラーソー
ナーの技術を応用した超音波ドツプラー流速計がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の回転式、発電式、電磁式などの流速計は
、いずれも点の測定であるため、広い海域を効率よく測
定するのには適さない。また、調査海域が湾口や海峡の
ように船舶の航行が激しく、かつ強流域の場合、従来の
観測装置や手法では非常に困難である。また、超音波ド
ツプラー流速計は、海上の船舶から海底へ向けて（垂直
方向）超音波を放射するため、船舶の少ない大洋におけ
る測定では使用できるが、湾口、海峡や、港湾工事海域
のように船舶の航行の輻帳している海域では測定が困難
である。港湾の大水深化や潮流の早い、流向変化が複雑
な海域での施工が行われる傾向にある今日、海上交通や
港湾、海洋土木施工に支障を与えずに、適確に効率よく
潮流を測定する装置の開発実用化が要請されている。

本発明は、こうした港湾工事や海洋工事従事者の強い要
望に答えるために発明されたもので、特に超音波ドツプ
ラーを使用し、かつ凹面配置パラレルアレイ送受波方式
を用いて海面及び海底からの散乱波による受信妨害を防
ぐために水平方向へ超音波ビームを放射する方式で、海
上を航行する多数の船舶に支障を与えないで潮流を適確
に測定できる装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕本発明の装置は、ドツプラー流速計の原理を応用したも
のである。

ドツプラー流速計の原理は、第１図に示すように、送波
器４より流体中に放射された超音波信号１が、流体２と
一緒に流れている流体中の微少粒子群３で反射６される
ときに受けるドツプラー偏移周波数を受波器５で検出し
て流体の速度を計測する。

流体の速度をＶ、送波器４から周波数ｆｏの超音波信号
を放射するとき、受波器５での受信周波数ｆｒは、ドツ
プラー効果によりＣ：流体中の音速、θ：超音速ビーノ、の進行方向と流
れ方向とのなす角。

ドツプラー偏移周波数ｆｄは、となり、流速Ｖはドツプラー偏移周波数ｆｄに比例する
。流体の流れの方向が送受波器に近づく向きのときには
、ｆｄはｆ「に比べて増加し、遠さかる向きのときには
減少する。

本発明は、上記の流速計を２台ＩＭｉとして、潮流を計
測するもので、第２図に示すように、Ａ流速計７から海
中の測定点９へ向けて海中を水平に送波超音波信号ｌを
送波し、測定点９で反射して受波超音波信号６が受波器
５に帰着する。このとき、ドツプラー偏移周波数ｆｄを
計測し、上記の（２）式で流速Ｖを算出する。このとき
、速度流向成分ｌＯが得られる。同様にしてＢ流速止８
で測定点９の速度流向成分１１が得られる。この速度流
向成分１０．１１をベクトル合成して真の流速及び流向
１２を得るのである。また、本発明によれば、流速計７
及び８の送受波器４．５を垂直方向に俯仰させて海中へ
超音波を斜入射させることによって、垂直方向（深度方
向）の速度及び流向も同時に計測することができる。

而して、本発明装置は、水平方向に広く垂直方向に狭い
超音波ビームを送出するようにした送波器と、この送波
器と同様の形状を有し、この送波器からの超音波を受波
して電気信号に変換する受波器とを送波器による送波超
音波ビームと受波器による受波超音波ビームとが測定位
置で交差するように平行に配置すると共に、前記の送、
受波器の超音波周波数と異なった周波数をもつ前記同様
の送、受波器を、前記送、受波器の測定位置に超音波ビ
ームが投射されるように配置し、それらを各々の送受信
機に接続して、前者の送、受波器による潮流速度成分と
流向成分及び後者の送、受波器による潮流速度成分と流
向成分とを測定し、かつベクトル合成して真の潮流速度
と流向とを算出する演算回路を設けたことを特徴とする
ものである。

〔実施例〕

以下、本発明装置の実施例について第３図〜第６図を参
照して説明する。

第３図において、４は送波器、５は受波器で、送波器に
は送受信機１６で発信させた送信用電気信号が伝送され
、ここで超音波信号に変換される。送波器４は、形状が
水平方向に短く、垂直方向に長く形成されている。その
ため、送波超音波信号１のビーム形状が水平方向のビー
ム幅１４が広く、垂直方向のビーム幅１３が狭い、いわ
ゆるファン状の超音波を水平方向に放射することになっ
て海面及び海底へ向けて伝搬する超音波を減少させて、
残響によるＳ／Ｎの低下を防止することができる。受波
器６は送波器４と近接配置され、その形状は送波器と同
様に、形状が水平方向に短く垂直方向に長く形成されて
おり、送波超音波信号１と同じファンビームの受波超音
波信号６を受波し、電気信号に変換され送受信器１６の
受信増幅器で所要のレベルに増幅されてデータ処理部１
７に伝送される。データ処理部１７では、制御部１８か
らの測定位置ゲート信号を受けて、その位置の流速、流
向及び散乱強度の計算が実時間で処理される。また記録
表示部１９の制御を行う。制御部１８は、送受波器測定
方位や測定位置ゲート信号をデータ処理部１７に伝送す
る機能を有する。

記録表示部１９は、データ処理部１７及びシステムを構
成するもう一台の流速計のデータ処理部２０からの流速
、流向それぞれの成分をベクトル合成し、Ｘ−Ｙプロ・
ンタにて海図の作成並びに流向、流速や散乱強度の分布
を水平図、断面図、立体図で表示する機能を有している
。またこれはプリンタに出力可能であると共に、測定デ
ータの事後処理のため、磁気テープ装置に収録可能とな
っている。

第４図は、送、受波器４．５の形状と送、受波超音波ビ
ームの形状を立体的に示したものである。さきにも述べ
たように、送、受波器４．５は垂直方向の寸法が大きい
ため、送、受波超音波ビームは図のように垂直面で狭い
形状となる。従って同じ測定距離で水平面のビーム幅１
４．１５は広く、垂直面のビーム幅１３は狭くなり、水
平面で４い、いわゆるファンビームとなるのである。そ
して、送波器４の超音波放射面を測定点９に向けて受波
超音波ビーム１を放射し、測定点９で反射された受波超
音波ビーム６を受波器５で受波するようにパラレルアレ
イ方式としている。

第５図は、超音波受波波形からドツプラー偏移周波数を
検出する要領を示した図である。横軸は時間、縦軸はレ
ベルで表されている。（ａ）図はブラウン管オシロスコ
ープで表示された超音波送受波の波形である。２４が送
波波形、２５が水中の浮遊物からの散乱受波波形である
。（ｂ）図は測定したい任意の距離の散乱受波波形のサ
ンプリング用のゲート信号パルス波形２６を示した図で
ある。（Ｃ）図はサンプリングした散乱受波波形２７を
示しである。（ｄ）図は送波波形２４からサンプリング
した散乱受波波形２７を差引いて検出したドツプラー偏
移周波数２８を示したものである。このドツプラー偏移
周波数２８を（２）式に代入することによって流速を算
出することができる。

次に、本発明装置による測定方式について説明すると、
第６図の（ａ）図は測定点の狭い範囲を高精度に測定す
るのに適した方式である。この場合、Ａ流速計７とＢ流
速計８とは水平方向に相当の間隔をおいて配置する。（
ｂ）図は広い海域の潮流を測定するのに適した方式で、
Ａ流速計７とＢ流速計８とを近接させ、測定点９をはさ
んである角度で同一距離の流向、流速をそれぞれの流速
計７及び８で求め、それらをベクトル合成して測定点９
の流向、流速値とする方式である。（ｃ）図は、垂直方
向（深度方向）の潮流を測定するのに適した方式であっ
て、２２は海面、２３は海底である。流速計７及び８を
垂直方向に任意の角度でそれぞれ上下方向に向けて超音
波ビームを放射し、各水平距離における流向、流速を測
定して、これらをベクトル合成して測定点９の流向、流
速を求めるのである。

また、本発明装置による具体的な測定例を説明すると、
陸岸２９．２９にはさまれた海峡の潮流を測定するには
、第７図の（ａ）図に示すように、陸岸２９．２９に近
く流速計７及び８に設置し、測定点９に向けてそれぞれ
超音波を送受波して流向、流速のベクトル成分１ｏ、１
１を求め、これらをベクトル合成して真の流向、流速１
２を得る。なおこの場合、流速計７及び８を適当に旋回
することによって海峡間の測定範１１ｉ１［Ｊ３０をカ
バーできる。また（ｂ）図のように、流速計７及び８を
海底２３に設置した架台３１に取付け、深度方向に上下
させることによって任意の深度の潮流を測定することも
できる。さらに、（Ｃ）図のように、陸岸２９に流速計
７及び８を並べて設置して潮流を測定することもできる
。またさらに、（ｄ）図のように、船３２に流速計７及
び８を取付けてやれば、移動しながら潮流を測定するこ
とも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の装置を湾口や海峡、海洋
構造物を構築している施工海域で潮流測定に使用すれば
、湾口や）ａ峡の船舶の航行や、施工海域における作業
船等の施工を妨害することなく随時潮流を観測すること
ができ、施工の効率及び安全対策上有利である。また、
本発明装置は海洋の潮流観測のみならず、河川、湖沼等
の流速測定に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が利用するドツプラー流速計の原理説明
図、第２図は本発明装置の基本説明図、第３図は同一実
施例を示す装置のブロック図、第４図は同送受波器の形
状と送受波超音波ビームの形状を示した斜視図、第５図
は超音波受波波形からドツプラー偏移周波数を検出する
要領を示した図、第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれ
ぞれ本発明装置の測定方式を示した説明図、第７図（ａ
）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ本発明装置を用
いて潮流を観測する例を示した説明図である。１・・・送波超音波信号　　２・・・流体３・・・流体
中の微少粒子群　　４・・・送波器５・・・受波器　　
６・・・受波超音波信号７・・・Ａ流速計　　８・・・
Ｂ流速計　　９・・・測定点】Ｏ・・・速度流向成分（
Ａ流速計）１１・・・速度流向成分（Ｂ流速計）１２・・・真の流速流向１３・・・送受波超音波の垂直方向のビーム幅１４・・
・送波超音波の水平方向のビーム幅１５・・・受波超音
波の水平方向のビーム幅１６・・・送受信１ａ　　１７
・・・データ処理部１８・・・制御部　　１９・・・記
録・表示部２０・・・Ｂ流速計のデータ処理部２１・・・ファンビーム　　２２・・・淘面２３・・・
海Ｊｉ！　　　２４・・・送波波形２５・・・水中浮遊
物からの散乱受波波計２６・・・ゲート信号パルス波形２７・・・サンプリングした散乱受波波計２８・・・ド
ツプラー偏移周波数　　２９・・・陸岸３０・・・潮流
測定範囲３１・・・流速計取付用架台　　３２・・・観測船第４
図第５図第７（ａ）（ｂ）＜ｃ＞（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

　水平方向に広く垂直方向に狭い超音波ビームを送出す
るようにした送波器と、この送波器と同様の形状を有し
、この送波器からの超音波を受波して電気信号に変換す
る受波器とを、送波器による送波超音波ビームと受波器
による受波超音波ビームとが測定位置で交差するように
平行に配置すると共に、前記の送、受波器の超音波周波
数と異なった周波数をもつ前記同様の送、受波器を、前
記送、受波器の測定位置に超音波ビームが投射されるよ
うに配置し、それらを各々の送受信機に接続して、前者
の送、受波器による潮流速度成分と流向成分及び後者の
送、受波器による潮流速度成分と流向成分とを測定し、
かつベクトル合成して真の潮流速度と流向とを算出する
演算回路を設けたことを特徴とする、超音波潮流測定装
置。