JPH0374778B2 - - Google Patents
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- JPH0374778B2 JPH0374778B2 JP58240288A JP24028883A JPH0374778B2 JP H0374778 B2 JPH0374778 B2 JP H0374778B2 JP 58240288 A JP58240288 A JP 58240288A JP 24028883 A JP24028883 A JP 24028883A JP H0374778 B2 JPH0374778 B2 JP H0374778B2
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- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 239000002352 surface water Substances 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/22—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
- G01K11/24—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of the velocity of propagation of sound
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は水中の水温測定装置に関し、詳しく
は水中における超音波の伝播速度及び屈折と水温
との関係を利用して間接的に水底付近の水温を測
定する装置に関する。
は水中における超音波の伝播速度及び屈折と水温
との関係を利用して間接的に水底付近の水温を測
定する装置に関する。
海洋計測、漁業資源の探査のため海中、特に海
底付近の水温を測定する場合、従来にあつては目
的の深度まで検温素子を潜降させ、直接的に海水
温等を測定することが行われていたが、かかる手
段は、検温素子近傍の温度の測定しか行い得ず、
広範囲にわたる温度の分布又は変化状況を迅速に
知ることが困難である欠点があつた。
底付近の水温を測定する場合、従来にあつては目
的の深度まで検温素子を潜降させ、直接的に海水
温等を測定することが行われていたが、かかる手
段は、検温素子近傍の温度の測定しか行い得ず、
広範囲にわたる温度の分布又は変化状況を迅速に
知ることが困難である欠点があつた。
このような欠点に鑑み本願出願人は特開昭58−
184525号に開示されているように、水中における
超音波の伝播速度及び屈折と水温との間に一定の
関係が存在することに着目し、水中の水温を超音
波を利用して、迅速に、かつ、広範囲にわたり水
温を測定し得る水中の水温測定装置を提案した。
184525号に開示されているように、水中における
超音波の伝播速度及び屈折と水温との間に一定の
関係が存在することに着目し、水中の水温を超音
波を利用して、迅速に、かつ、広範囲にわたり水
温を測定し得る水中の水温測定装置を提案した。
上記水温測定装置の測定原理及びその作用の詳
細な内容は当該公報の記載説明に委ねるが、その
概要は船底の離れた２点に超音波送波器と同受波
器とをそれぞれ指向角可変に設け、互いの送受波
器の指向角を変化させて最大受信量となる角度を
見い出し、この角度情報と別途測定した表層部分
の水温情報、及び測定点の水深を基に、超音波の
水中伝播速度と温度との相関関係を利用して水底
付近の水温を間接的に算出できるように構成した
ものである。
細な内容は当該公報の記載説明に委ねるが、その
概要は船底の離れた２点に超音波送波器と同受波
器とをそれぞれ指向角可変に設け、互いの送受波
器の指向角を変化させて最大受信量となる角度を
見い出し、この角度情報と別途測定した表層部分
の水温情報、及び測定点の水深を基に、超音波の
水中伝播速度と温度との相関関係を利用して水底
付近の水温を間接的に算出できるように構成した
ものである。
しかしながら、上記水温測定装置は、超音波送
波器と同受波器とをそれぞれ船底の離れた２点に
設ける必要があるので設置条件が限定され、２点
間の距離が取れない小型船の場合は設置が困難と
なり、さらに送波器よりの送波量に対しその最大
受信量を探す際、両者の指向角が共に可変とされ
ているのでその角度測定に手間が掛かる問題が生
じた。
波器と同受波器とをそれぞれ船底の離れた２点に
設ける必要があるので設置条件が限定され、２点
間の距離が取れない小型船の場合は設置が困難と
なり、さらに送波器よりの送波量に対しその最大
受信量を探す際、両者の指向角が共に可変とされ
ているのでその角度測定に手間が掛かる問題が生
じた。
本願発明は上記欠点に鑑み、水中の水温測定作
業が非常に簡単にかつ正確に出来るよう、前出の
測定装置を改良することを目的としてなされたも
のである。
業が非常に簡単にかつ正確に出来るよう、前出の
測定装置を改良することを目的としてなされたも
のである。
この発明は水平面に対し垂直下方へと超音波を
発射し、この方向での水底反射波を受信する第１
の超音波送受波器と、水平面に対し一定角度の傾
斜した方向へ超音波を発射しこの方向での水底反
射波を受信する第２の超音波送受波器と、水面の
表層温度を測定する検温素子と、前記第１及び第
２の超音波送受波器より得たそれぞれの反響時間
と前記検温素子よりの温度情報が入力され、これ
らより水中における超音波の伝播速度及び屈折率
と水温との間における一定の相関より水底付近の
水温を算出する演算回路と算出水温値を表示する
表示装置とから構成されたことを特徴とするもの
である。
発射し、この方向での水底反射波を受信する第１
の超音波送受波器と、水平面に対し一定角度の傾
斜した方向へ超音波を発射しこの方向での水底反
射波を受信する第２の超音波送受波器と、水面の
表層温度を測定する検温素子と、前記第１及び第
２の超音波送受波器より得たそれぞれの反響時間
と前記検温素子よりの温度情報が入力され、これ
らより水中における超音波の伝播速度及び屈折率
と水温との間における一定の相関より水底付近の
水温を算出する演算回路と算出水温値を表示する
表示装置とから構成されたことを特徴とするもの
である。
以下、この発明を実施例により説明する。
第１図はこの発明の実施例の説明図、第２図は
実施例の作用説明図である。
実施例の作用説明図である。
この発明の水中の水温測定装置Ａは、船舶Ｖの
船底に設けられており、水平面Ｗに対し垂直下方
へと超音波S1を発射し、この方向での水底反射音
波を受信する第１の超音波送受波器１と、水面Ｗ
に対し一定角度θ1（例えばθ1＝45°）の傾斜した方
向へ超音波S2を発射し、この方向での水底反射音
波を受信する第２の超音波送受波器２と、水面Ｗ
の表層温度を測定する検温素子３と、第１及び第
２の送受波器１，２により得たそれぞれの超音波
S1，S2の反響時間t1，t2と検温素子よりの温度情
報Ｔ（℃）が入力され、これらより水中における
超音波の伝播速度C1，C2及び屈折率と水温との
間における一定の相関関係より水底WB付近の水
温を算出する演算回路４と、この演算回路４の算
出水温値を表示する表示装置５、例えばデジタル
表示装置とから構成されている。
船底に設けられており、水平面Ｗに対し垂直下方
へと超音波S1を発射し、この方向での水底反射音
波を受信する第１の超音波送受波器１と、水面Ｗ
に対し一定角度θ1（例えばθ1＝45°）の傾斜した方
向へ超音波S2を発射し、この方向での水底反射音
波を受信する第２の超音波送受波器２と、水面Ｗ
の表層温度を測定する検温素子３と、第１及び第
２の送受波器１，２により得たそれぞれの超音波
S1，S2の反響時間t1，t2と検温素子よりの温度情
報Ｔ（℃）が入力され、これらより水中における
超音波の伝播速度C1，C2及び屈折率と水温との
間における一定の相関関係より水底WB付近の水
温を算出する演算回路４と、この演算回路４の算
出水温値を表示する表示装置５、例えばデジタル
表示装置とから構成されている。
上記実施例において、第１及び第２の超音波送
受波器１，２はいずれも測定精度向上のため、指
向性を有したものが望ましく、例えば超音波送受
波器１，２の送波器には、ペンシルビームの送波
振動子を用いたものが使用される。
受波器１，２はいずれも測定精度向上のため、指
向性を有したものが望ましく、例えば超音波送受
波器１，２の送波器には、ペンシルビームの送波
振動子を用いたものが使用される。
又、検温素子としてはサーミスタなどが使用さ
れる。
れる。
次に、この発明の作用について説明する。
まず、第１及び第２の送受波器１，２を作動さ
せると、それぞれにおける超音波の水底WBより
の反響時間t1，t2（秒）が演算回路４に入力され、
同時に、表層水温Ｔ（℃）も入力される。
せると、それぞれにおける超音波の水底WBより
の反響時間t1，t2（秒）が演算回路４に入力され、
同時に、表層水温Ｔ（℃）も入力される。
演算回路４における演算過程については以下の
論理により演算される。
論理により演算される。
即ち、一般に音波の水中伝播速度は塩分や圧力
によつて変化するが水深200〜300ｍより浅い場合
その量は僅かであり無視することができる。従つ
て、水中での水深Ｈ（ｍ）における音速Ｃ（ｍ／
ｓ）は、水温をＴ（℃）とすると、実験式より Ｃ＝1449.22＋4.6233T−5.4585×10-2T2 ＋1.60518×10-2H として、水温の関数Ｆ（Ｔ）として表わせること
ができる。
によつて変化するが水深200〜300ｍより浅い場合
その量は僅かであり無視することができる。従つ
て、水中での水深Ｈ（ｍ）における音速Ｃ（ｍ／
ｓ）は、水温をＴ（℃）とすると、実験式より Ｃ＝1449.22＋4.6233T−5.4585×10-2T2 ＋1.60518×10-2H として、水温の関数Ｆ（Ｔ）として表わせること
ができる。
ところで、通常水中の水温の変化はきわめて複
雑であり、上記関数も水深を変数として考慮すれ
ばさらに複雑となるが説明の簡略化のため水中の
水温Ｔ（℃）が第２図に示すように深さＨ／２ｍ
で層状に変化しているものと仮定し、上層におけ
る水温をT1（℃）、下層における水温をT2（℃）と
し、それぞれ水温T1，T2における水中音速C1
（ｍ／ｓ）、C2（ｍ／ｓ）とすると、第１の超音波
送受波器１の反響時間t1との関係は、 t1＝（Ｈ／2C1＋Ｈ／2C2）×２＝Ｈ／C1＋Ｈ／C2……
となり、又、第２の超音波送受波器２の反響時間
t2との関係は、 t2＝（Ｈ／2C1sinθ1＋Ｈ／2C2sinθ2）×２ ＝Ｈ／C1sinθ1＋Ｈ／C2sinθ2 …… （但し、θ2は水温変化層における超音波S2の屈折
角を示す）となる。
雑であり、上記関数も水深を変数として考慮すれ
ばさらに複雑となるが説明の簡略化のため水中の
水温Ｔ（℃）が第２図に示すように深さＨ／２ｍ
で層状に変化しているものと仮定し、上層におけ
る水温をT1（℃）、下層における水温をT2（℃）と
し、それぞれ水温T1，T2における水中音速C1
（ｍ／ｓ）、C2（ｍ／ｓ）とすると、第１の超音波
送受波器１の反響時間t1との関係は、 t1＝（Ｈ／2C1＋Ｈ／2C2）×２＝Ｈ／C1＋Ｈ／C2……
となり、又、第２の超音波送受波器２の反響時間
t2との関係は、 t2＝（Ｈ／2C1sinθ1＋Ｈ／2C2sinθ2）×２ ＝Ｈ／C1sinθ1＋Ｈ／C2sinθ2 …… （但し、θ2は水温変化層における超音波S2の屈折
角を示す）となる。
一方、超音波の水温変化層における屈折角θ1、
θ2と音速C1、C2との間には、スネルの公式より C1／cosθ1＝C2／cosθ2 …… の関係がある。
θ2と音速C1、C2との間には、スネルの公式より C1／cosθ1＝C2／cosθ2 …… の関係がある。
上記、、式において、t1，t2は第１及び
第２の超音波送受波器１，２により既知であり、
C1も水面付近の温度Ｔ（℃）より算出可能で既知
として扱え、さらにθ1は第２の超音波送受波器２
の取付角であり、定数として扱えるので、未知数
はC2、θ2、Ｈの三つとなり、式の数と一致するた
め上式は連立方程式として解くことができる。
第２の超音波送受波器１，２により既知であり、
C1も水面付近の温度Ｔ（℃）より算出可能で既知
として扱え、さらにθ1は第２の超音波送受波器２
の取付角であり、定数として扱えるので、未知数
はC2、θ2、Ｈの三つとなり、式の数と一致するた
め上式は連立方程式として解くことができる。
例えばC2について解けば、
式より
Ｈ＝（C1＋C2／C1C2）t1 ……′
式より
cosθ2＝C2／C1cosθ1∴sinθ2＝√C1 2−C2 2cos2θ1
／C1 ……′ ′、′を式に代入して、 従つて、 とあらわせる。
／C1 ……′ ′、′を式に代入して、 従つて、 とあらわせる。
これを解いてC2が求まれば水深（Ｈ／２〜Ｈ）
における水温T2（℃）は、 Ｆ（T2）＝C2−1449.22−4.6233T2＋5.4585 ×10-2T2 2−1.60518×10-2×１／２（C1＋C2／C1C2
） t1 ＝C2−1449.22−4.6233T2＋5.4585×10-2T2 2 −0.80259×10-2×（C1＋C2／C1C2）t1 となり、Ｆ（T2）＝０を解けば水底における水温
Ｔ（℃）が判明するのである。なお、Ｆ（T2）の
解は二つあるが２分法で解けば解の範囲を現実的
な例えば０℃〜50℃などと限定できる。
における水温T2（℃）は、 Ｆ（T2）＝C2−1449.22−4.6233T2＋5.4585 ×10-2T2 2−1.60518×10-2×１／２（C1＋C2／C1C2
） t1 ＝C2−1449.22−4.6233T2＋5.4585×10-2T2 2 −0.80259×10-2×（C1＋C2／C1C2）t1 となり、Ｆ（T2）＝０を解けば水底における水温
Ｔ（℃）が判明するのである。なお、Ｆ（T2）の
解は二つあるが２分法で解けば解の範囲を現実的
な例えば０℃〜50℃などと限定できる。
上記理論式は、単純化した二層モデルについて
のものであり、実際上においては、第１図に示し
たように水温の複雑な分布により音波の伝播経路
は非直線的となる。従つて、上記理論式により得
た値は水底付近における平均的な水温の水面付近
に対する値との相対値となり、このため実測によ
つて予め水底水温と複層モデルを想定して得た理
論式で求めた水温との比較により各種の補正値を
得ておき、これを基に演算回路４で各種の補正を
も行い最終的に水底の水温T2（℃）を表示器に表
示するのである。
のものであり、実際上においては、第１図に示し
たように水温の複雑な分布により音波の伝播経路
は非直線的となる。従つて、上記理論式により得
た値は水底付近における平均的な水温の水面付近
に対する値との相対値となり、このため実測によ
つて予め水底水温と複層モデルを想定して得た理
論式で求めた水温との比較により各種の補正値を
得ておき、これを基に演算回路４で各種の補正を
も行い最終的に水底の水温T2（℃）を表示器に表
示するのである。
この発明は以上のように構成されているから、
水深情報を得るための超音波送受波器の他に必要
な水中の角度情報を得るための超音波送受波器と
設置点が一箇所で済み、送波器と受波器とを別々
に離れて設置しなくても良いので大型船舶の他小
型の船舶でも容易に設置可能となり、また送受波
方向の設定角度が一種類とできるので演算も容易
となり、迅速な測定が可能となり、広範囲の水底
水温の測定が短時間にかつ容易に測定することが
可能となるのである。
水深情報を得るための超音波送受波器の他に必要
な水中の角度情報を得るための超音波送受波器と
設置点が一箇所で済み、送波器と受波器とを別々
に離れて設置しなくても良いので大型船舶の他小
型の船舶でも容易に設置可能となり、また送受波
方向の設定角度が一種類とできるので演算も容易
となり、迅速な測定が可能となり、広範囲の水底
水温の測定が短時間にかつ容易に測定することが
可能となるのである。
第１図はこの発明の実施例の説明図、第２図は
実施例の作用説明図である。 Ａ……水中の水温測定装置、Ｖ……船舶、Ｗ…
…水平面、S1，S2……超音波、１……第１の超音
波送受波器、２……第２の超音波送受波器、３…
…検温素子、４……演算回路、５……表示装置。
実施例の作用説明図である。 Ａ……水中の水温測定装置、Ｖ……船舶、Ｗ…
…水平面、S1，S2……超音波、１……第１の超音
波送受波器、２……第２の超音波送受波器、３…
…検温素子、４……演算回路、５……表示装置。
Claims (1)
- １ 水平面に対し垂直下方へと超音波を発射し、
この方向での水底反射波を受信する第１の超音波
送受波器と、水平面に対し一定角度の傾斜した方
向へ超音波を発射しこの方向での水底反射波を受
信する第２の超音波送受波器と、水面の表層温度
を測定する検温素子と、前記第１及び第２の超音
波送受波器より得たそれぞれの反響時間と前記検
温素子よりの温度情報が入力され、得られた前記
傾斜角度、表層水温及び反響時間を既知数とし
て、水中における超音波の伝播速度及び屈折率と
水温との間における一定の相関式に代入し、未知
数として残る水底付近の水温を算出する演算回路
と算出水温値を表示する表示装置とから構成され
たことを特徴とする水中の水温測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24028883A JPS60131436A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 水中の水温測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24028883A JPS60131436A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 水中の水温測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60131436A JPS60131436A (ja) | 1985-07-13 |
| JPH0374778B2 true JPH0374778B2 (ja) | 1991-11-28 |
Family
ID=17057246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24028883A Granted JPS60131436A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 水中の水温測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60131436A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1203936B1 (de) * | 2000-11-06 | 2012-01-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zum Erfassen der Raumtemperatur mit Hilfe von Schallwellen |
| JP6075388B2 (ja) * | 2012-11-27 | 2017-02-08 | 日本電気株式会社 | 環境計測システム及び環境計測方法 |
| JP6242325B2 (ja) * | 2014-11-18 | 2017-12-06 | 三菱電機株式会社 | 水温計測装置および水温計測方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5821129A (ja) * | 1981-07-29 | 1983-02-07 | Furuno Electric Co Ltd | 水温測定装置 |
| JPS58184525A (ja) * | 1982-04-22 | 1983-10-28 | Furuno Electric Co Ltd | 水中の水温測定装置 |
-
1983
- 1983-12-19 JP JP24028883A patent/JPS60131436A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5821129A (ja) * | 1981-07-29 | 1983-02-07 | Furuno Electric Co Ltd | 水温測定装置 |
| JPS58184525A (ja) * | 1982-04-22 | 1983-10-28 | Furuno Electric Co Ltd | 水中の水温測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60131436A (ja) | 1985-07-13 |
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