JPH08278130A

JPH08278130A - 波高計測ブイ

Info

Publication number: JPH08278130A
Application number: JP10817595A
Authority: JP
Inventors: Yuji Aso; 裕司麻生; Shigenori Komori; 茂典小森
Original assignee: ZENIRAITO V KK; Zeni Lite Buoy Co Ltd
Current assignee: ZENIRAITO V KK; Zeni Lite Buoy Co Ltd
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の波高計測ブイは加速度計をジンバル装置
で支持するか、あるいは単に固定した場合は傾斜を別に
設けていたので、波高計測ブイは大形で、取扱いも不便
であり、あるいは解析システムも複雑であった。本発明
は加速度計を単純固定し、小形とし、取扱い容易で、計
測精度も出るようにした波高計測ブイである。【構成】円筒型の標体の上部にリング状フロートを取付
け、標体下端に重錘兼用十字状抵抗板を設け、フロート
外径を０．６ｍ以下でブイの重量を４０ｋｇ以下とし、
フロート没水部側面投影の縦横比を５分の１以下とし、
ブイの固有周期を１．５秒以下にし、加速度計の感心点
をブイの重心位置に一致するように固定した波高計測ブ
イである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海上工事の安全作業管
理のための波高計測や、各種海上実験時の波高を測定す
るための波高計測ブイの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の波高計測ブイでは、加速度計をジ
ンバル装置で常時鉛直に支持した構造が主流である。ま
たブイに単に固定した場合は傾斜計を別に設け、ブイ傾
斜の影響を加速度計出力から差し引き補正した上で、波
高を解析していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来波高計測ブイは、
加速度計を取り付ける場合に２軸回転機構のあるジンバ
ルを介して取り付け、常に垂直を保つとか、またはブイ
に単に固定した場合傾斜計が必要となり、システムが複
雑になり工費が多大になる。

【０００４】また、ブイ自体の重量が１００ｋｇ以上と
なるので設標、回収および運搬に重機（クレーン船、ク
レーン車等）が必要となり、作業に多大な工費がかか
る。

【０００５】ブイは、波浪中でフロート底面がほぼ波面
に追従しながら波高を直径とした円運動するが、この時
ブイの固有周期揺れが重疊してくる。従ってブイに加速
度計を単に固定した場合には、波浪とブイの固有周期揺
れが混在したデータが入ってくるが、あまりシャープで
ない高波浪ノイズ成分除去フィルターを用いても測定対
象波周期（２〜３秒以上）に対し、ブイの固有周期が
１．５秒以下であればブイの固有周期揺れの影響が容易
に除去できる。また、ブイ固有周期と波周期が同調しな
いためにもブイの固有周期が１．５秒以下であることが
望ましい。

【０００６】ブイの形状が相似であれば、ブイの寸法を
ｎ倍すればブイの横揺れ固有周期はｎの平方根倍にな
る。即ち、寸法が半分になれば周期は０．７倍に減少す
る。またブイの重量は寸法比の３乗に比例している。従
って寸法が小さければ軽量にできるが、ブイの中に収容
する加速度計取付用ジンバルあるいは傾斜計、データ送
信制御機、機器ラック等を収容する容積および重量が最
少限必要であり、従来の波高計測ブイの重量が１００ｋ
ｇ以上、浮体径が０．８ｍ以上と大形になっていた。そ
こで本発明はジンバルや傾斜計は使用せず、加速度計を
ブイに単に固定して重量および収容容積を削減し、浮体
径を０．６ｍ以下とすれば、ブイ重量は４０ｋｇ程度と
なり、人力で扱える大きさの重量および形状とし、しか
もブイの横揺れおよび上下揺れ固有周期を１．５秒以下
なるようにしたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明では、加速度計を内蔵し海面に浮遊して波面
に追従し、ブイに加わる加速度を検出し波高を計測する
ようにした波高計測ブイにおいて、円筒型の標体の上部
にリング状フロートを取付け、標体内下部に電池を収容
し、標体下端に重錘兼用十字状抵抗板を設け、リング状
フロートの外径を０．６ｍ以下で、ブイの重量を４０ｋ
ｇ以下とし、フロート水没部側面投影の縦横比を５分の
１以下とし、ブイの横揺れおよび上下揺れ固有周期を
１．５秒以下にし、加速度計の感心点がブイの重心位置
に一致するように加速度計をブイに固定し、ブイの係留
位置をブイの重心位置に一致するようにした波高計測ブ
イである。

【０００８】また、上記の波高計測ブイにおいて、十字
状抵抗板の平面交角の一方を直角＋αとした波高計測ブ
イである。

【０００９】また、頭記の波高計測ブイにおいて、リン
グ状フロートに外側面の吃水線下に、周方向等間隔に放
射状に横孔と竪孔の逆Ｌ字状管路とその角部を連通した
円環孔の管路を設けた波高計測ブイである。

【００１０】また、頭記の波高計測ブイにおいて、標体
上部の蓋体下面に固定した機器ラックの下段に設けた電
池押圧板中央に加速度計を固定した波高計測ブイであ
る。

【００１１】また、前記の波高計測ブイにおいて、電池
上面中央に凹入孔を設け。該凹入孔に加速度計を挿入可
能とした波高計測ブイである。

【００１２】

【作用】本発明を実施した波高計測ブイは、重心位置Ｇ
が浮心Ｂより下にある。このため波浪で反転した場合で
も自動的に復帰する。また、ジンバルや傾斜計は使用せ
ず、加速度計をブイに単に固定し小形化したこと、リン
グ状フロート径を０．６ｍ以下と小形化したことにより
ブイの重量を４０ｋｇ以下とし、フロート浸水部側面投
影の縦横比を５分の１以下になるようにし、ブイの横揺
れおよび上下揺れの固有周期が１．５秒以下となり、測
定対象波周期（２〜３秒以上）に対し充分区別できる周
期となり、加速度計出力よりブイの固有周期揺れの影響
を容易に除去できる。さらにブイが測定対象波周期と同
調動揺することがさけられる。また、十字状抵抗板を設
けたことにより、ブイの動揺と回転運動を抑えるととも
に早急に減衰し加速度計出力への影響をさけている。ま
たブイの重心位置と加速度計の感心点を一致させたこと
および係留位置とも一致させたことにより加速度計出力
にブイの横揺れ以外の運動の悪影響が出るのを避け、係
留系による悪影響が出るのも防止できる。

【００１３】また、十字状抵抗板の平面交角を直角＋α
と直角より少し広くすれば、その補角側は少し鋭角とな
る。鈍角側の２等分線の方向が波浪の方向（水流の方
向）と一致して安定し、その安定度は等辺直交状十字状
抵抗板の安定度より更に高い安定度を示し、ブイに回動
運動が起らず、ブイにヨーイングは起らず、加速度計の
出力に悪影響がない。

【００１４】また、リング状フロートに通水孔の管路を
設けたことにより、ブイの横揺れに対しては、横孔から
円環孔、反対側の横孔へと水が流れる。この管路摩擦に
よって流体エネルギーが消耗され、横揺れに対する減衰
力となり、揺れが小さくなる。浅海域の波浪中では水分
子の楕円運動によって更に横孔に流入し易くなり、減衰
効果を増す。また、上下揺れに対しては、竪孔と横孔の
逆Ｌ字状管路中をブイの上下動により水が逆方向に流
れ、この管路摩擦により運動エネルギーが消耗され、減
衰効果となる。

【００１５】加速度計を機器ラック下段の電池押圧板に
設ければ、機器の点検時に同時に加速度計を点検でき加
速度計取付位置調整にも便利であり、重心位置に一致す
る位置に正確に固定できる。

【００１６】電池に加速度計挿入用凹孔を設ければ、標
体の高さをさらに短くすることができ、ブイ全体の大き
さ、重量を更に減少し、ブイの固有動揺周期をさらに減
少し、波高計測出力よりブイの固有周期揺れの影響除去
を容易とし波高計の精度を良くするとともに波高計測ブ
イの取扱いをさらに容易とする。

【００１７】

【実施例】図１は本発明を実施した波高計測ブイの１部
切断正面図である。１は波高計測ブイ、２は標体でアル
ミニウム合金等の軽金属製である。３はリング状フロー
トで独立気泡性発泡樹脂例えばウレタンフォームに樹脂
コーティングしたもので、フロートの比重は０．１以下
と軽量化している。フロートの浸水部の深さをＨ、フロ
ートの外径をＤとすれば、フロート没水部側面投影の縦
横比はＨ／Ｄとなる。４は機器室の側壁、５はフロート
の取付板、６は標体２の底板、７は十字状の抵抗取付板
でアルミニウム合金板、８は重錘兼用の抵抗板で鋼板製
で合成ゴム板を挾んでボルト締めで取り付けている。９
は合成樹脂製の上部カバー、１０はアルミニウム合金製
の機器ラックで、１０Ａはラック取付板、１０Ｂは制御
機取付板、１０Ｃは電池抑え板、１０Ｄはこれらを連結
した支柱である。ラック取付板１０Ａは上部カバー９に
ビスで固定されている。上部カバー９はビスにより機器
室側壁４に固定されＯリング１１で水密を保っている。
１２は送信機、１３はデータ送信制御機、１４は電池抑
え板１０Ｃの中央に取り付けた加速度計である。１５は
電源用の電池で、本実施例では多数の乾電池を所定電圧
および容量にパックした電池である。Ｇは波高計測ブイ
の重心位置で、加速度計の感心点と一致し、かつ、ブイ
の係留力作用位置とも一致するように重心高さ位置に、
かつ、十字状抵抗板の平面交角の二等分線を含む垂直面
内に一対の係留環１６が取付けられ、係留枝索１７の端
部が係止されている。１８はスポンジ製のクッション材
である。図２は図１の底面図、図３は図１のＡ−Ａ視図
である。図２のＡ−Ａ視図を図１１に示す。また、波高
計測ブイは水底の沈錘に浮遊状態に１本の係留索で係留
した状態で波高を計測する事があるが、この場合は標体
下端の十字状の抵抗取付板７の標体中心線上に設けた係
留環１６Ａ（図１１参照）に係留索を取り付ければ、ブ
イの重心位置および加速度計の感心点と係留力の作用位
置が一致し、加速度計に係留系による悪影響は出ない。

【００１８】フロート没水部の縦横比Ｈ／Ｄが１／５以
下として理由について述べる。ブイの横揺れ固有周期Ｔ
¢の計算式はＴ¢＝２π｛（Ｉ＋Ｉ′）／（ｍ・ｇ・ＧＭ）｝^1/2 ……（１）Ｉ：質量慣性モーメントＩ′：付加質量慣性モーメントｍ：質量ｇ：重力加速度ＧＭ：傾心高ブイの縦揺れ固有周期Ｔｚの計算式Ｔｚ＝２π｛（ｍ＋ｍ′）／（γｗ・Ａｗ）｝^1/2 ……（２）ｍ′：付加質量 γｗ：海水の比重量Ａｗ：吃水断面積でここで、Ａｗ＝π・Ｄ²／４傾心高ＧＭは（Ｇはブイの重心位置、Ｍはメタセンタ
ー）ＧＭ＝ＫＢ＋ＢＭ−ＫＧ ……………（３）ＫＧ：重心距離（Ｋは標体底板の中心位置）ＫＢ：浮心距離（Ｂはブイの浮力中心位置）ＢＭ：ＢＭ＝Ｊ／ＶＶ：排水量Ｊ：水線の面積２次モーメントで、ここで、Ｊ＝π・Ｄ
⁴／６４

【００１９】円筒状フロートの場合、同一排水量の条件
下では、フロート没水部の縦横比Ｈ／Ｄが小さくなると
吃水断面積が大きくなる。式４よりＤ²とＨとは反比例
の関係にある。Ｖ＝π・Ｄ²・Ｈ／４∝Ｄ²・Ｈ＝一定 ……………（４）ここでＤをｎ倍にするとＨはｎ^-2倍、Ｈ／Ｄはｎ^-3倍に
なる。フロートの排水量一定の場合のＤ，ＨおよびＨ／
Ｄの関係を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】上下揺れ固有周期Ｔｚは式（２）よりｍ＋
ｍ′≒一定とみなすとＡｗはＤ²に比例するからＴｚは
１／Ｄに比例する。Ｔｚ∝１／Ｄ ……………………（５）横揺れ固有周期Ｔ¢は式１よりＩ＋Ｉ′＝一定およびｍ
＝一定とするとＧＭが大きい程小さくなる。ＧＭは式
（３）よりＢＧは一定とみなすと、ＧＭ＝ＢＭ＋ＫＢ−ＫＧ＝π・Ｄ⁴／（６４・Ｖ）＋ＢＧ ……………（６）

【００２２】本発明の実施対象の１例のブイのフロート
径Ｄを５５〓、重量Ｗを４０ｋｇｆ、ＧＭ＝０．１８２
ｍ、ＢＭ＝０．０６６ｍ、Ｈ／Ｄ＝０．１８１、ｍ＋
ｍ′＝６．５３ｋｇｆ〓²／ｍ、Ｉ＋Ｉ′＝０．３２６
ｋｇｆ〓²／ｍ・ｍ²とすれば、式（２）より、Ｔｚ＝１．０３秒また（６）式と（１）式より、Ｔ¢＝１．３３秒となる。ここで没水部の縦横比Ｈ／Ｄを変えて表１も利
用してＴｚ、Ｔ¢を計算し、グラフにした図を図４に示
す。この図でＨ／Ｄを０．２（１／５）以下とすれば、
Ｔｚ、Ｔ¢は１．５秒以下となり、加速度計出力よりブ
イの固有周期揺れの影響を除去容易とし、さらにブイの
横揺れ、上下揺れの固有周期と波周期の同調を避けるこ
とができる。

【００２３】ブイは波浪中でフロート底面がほぼ波面に
追従しながら波高を直径とし円運動するが、この時ブイ
の固有周期揺れが重畳してくる。また外乱要因として波
面には小波が重畳し、ブイがさらに動揺しようとする。
ブイの動揺を極力抑えるため、重錘兼用の十字状抵抗板
を取り付け、ブイの動揺および回転運動を抑制してい
る。

【００２４】等辺直交十字状抵抗板（図５のＡ）は水流
中で抵抗板の狭角の二等分線が水流に正対した状態で安
定することが知られている。今回、等辺十字状ダンパー
の一方の狭角を直角＋αと少し鈍角とし、他方の狭角は
直角−αと少し鋭角とした等辺非直交十字状抵抗板（図
５のＢ）を水流中で中心軸を回動自在に軸支して、等辺
直交十字状抵抗板と安定度の比較実験を行った。その結
果、等辺非直交十字状抵抗板の方が安定度が良く、外乱
を加えた場合でもより安定性を示した。

【００２５】図６は本発明の波高計測ブイの波高計測状
態を示した図である。波高計測ブイ１は途中に数個の浮
き２０を有する係留索１９で計測船に係留され、ブイ１
は係留環１６に係留枝索１７に連結されている。ブイ１
は波の進行方向に位置している。２１は送信用アンテナ
である。図２は抵抗板８が直交する取付板７に対し同一
角側に取り付けてあるので、抵抗板８の板厚だけ等辺非
直交十字状抵抗板となり、安定度をます。係留環は鈍角
側の２等分線上に１個設け１本の係留索で連結すればよ
いが、本実施例では鋭角側の角度の２等分線上に係留環
１６を１対設け、枝索を連結すれば、より安定度を増
す。図７はその状態を示し、図７のＡは取付板７の交角
は９０°で抵抗板８を同一角側に取り付けた場合、図７
のＢは取付板の一方の交角を９０°＋αと少し鈍角にし
た場合を示している。

【００２６】波高計測ブイは図６に示したように計測船
から係留索に連結されて波面に浮べられるが、波の進行
方向に流される。ブイは波面にそって波の進行方向の面
内で波高を直径とした円運動（水深が深い場合）又は波
高を短径とした楕円運動（水深が浅い場合）をするが、
ブイと水との相対速度は多少あり、ブイの抵抗板は等辺
非直交十字状抵抗板の方向安定性を示し、波の進行方向
に鈍角側が正対して安定する。これは小波や多少の風等
の外乱要因によっても殆んど乱されず、方向が安定し、
回転運動は起らず、係留索もからまることはない。さら
に抵抗板はその動揺方向への投影面積に比例して動揺の
抵抗力が働くが、ブイの十字状抵抗板の鈍角側が波の進
行方向に正対し、即ち円運動又は楕円運動の運動方向面
にブイの十字状抵抗板の投影面積が最大になるように正
対して安定するので、減揺効果は最大に発揮される。即
ち、等辺直交十字状抵抗板より等辺非直交十字状抵抗板
の方が減揺効果も大きい。

【００２７】また波高計測ブイは標体下端の係留環１６
Ａ（図１１参照、１６Ｂはステンレス製の補強環）を係
留索に連結し、水底の沈錘に浮遊状態に係留して波高を
計測する場合もあるが、この場合も等辺非直交十字状抵
抗板を用いれば潮流あるいは波の進行方向にブイの十字
状抵抗板の鈍角側の角の２等分線方向が流れあるいは波
の進行方向に一致し、方向安定性を示し、同様の効果を
発揮する。なおこの等辺非直交十字状抵抗板は波高計測
ブイ以外の一般の浮遊式ブイにも適用できることは勿論
である。

【００２８】図８はフロート３の平面図、図９は図８の
１部切断正面図である。３Ａは逆Ｌ字状管路、３Ｂはそ
れらを連結した円環孔の管路である。

【００２９】図１０は本発明の別の実施例を示した１部
切断正面図で、電池１５の上面中央に凹孔２２を設け、
加速度計１４を挿入可能とし、標体２の高さを縮小し、
波高計測ブイの大きさおよび重量をさらに減少し、ブイ
の固有周期をさらに減らし、波高計測精度をよくすると
ともに取り扱いを容易とするものである。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載の波高計測ブイを用いれ
ば、加速度計をブイに単に固定でき、ブイは小型、軽量
にでき、ブイの横揺れおよび上下揺れの固有周期は１．
５秒以下となり測定対象波周期（２〜３秒以上）に対
し、加速度計出力からブイの固有周期揺れの影響除去が
容易となり、加速度計をジンバル装置を用いず単純固定
し、傾斜計も備えずに波高計測精度が得られ、しかも取
り扱いが容易となる効果がある。

【００３１】請求項２記載の波高計測ブイを用いれば、
ブイが波の進行方向あるいは水流の方向に安定し、外乱
要因が多少加わっても方向が安定しブイの回転運動は避
けられ、十字状抵抗板の減揺効果も最大に発揮され、波
高計測出力にノイズが入りにくく、係留索がブイにから
むこともない。

【００３２】請求項３記載の波高計測ブイを用いれば、
ブイの横揺れ、上下揺れにより管路内に生じる水の流れ
による管路摩擦により動揺エネルギーを消耗し、動揺抵
抗となり、ブイの動揺を急速に減衰させ、波高計測ブイ
の計測精度をさらによくする効果がある。さらに、一般
の動揺減衰装置のようにブイに余分な突出部を設けるも
のではなく、その取扱いにも支障を来さない。

【００３３】請求項４記載の波高計測ブイをもちいれ
ば、ブイ内部機器の取扱い、点検、整備が容易となる。
請求項５記載の波高計測ブイを用いれば、ブイの標体の
高さ、容積をさらに減少して小形化でき、ブイの重量を
減ずると共にブイの動揺の固有周期をさらに減少でき、
波高計測ブイの計測精度に好影響を及ぼすと共に取り扱
いをさらに容易とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した波高計測ブイの１部切断正面
図、

【図２】図１の底面図、

【図３】図１のＡ−Ａ視図、

【図４】Ｈ／Ｄと固有周期の関係図、

【図５】（Ａ）等辺直交十字状抵抗板の説明図、
（Ｂ）等辺非直交十字状抵抗板の説明図、

【図６】波高計測ブイの計測状況説明図、

【図７】（Ａ）取付板７の交角は直角で抵抗板８の取
付方により等辺非直交十字状抵抗板とした場合の説明
図、（Ｂ）取付板７の交角を非直交とした場合の十字
状抵抗板の説明図、

【図８】フロートに管路を設けた場合の平面図、

【図９】図８の１部切断正面図、

【図１０】本発明の別の実施例の１部切断正面図、

【図１１】図２のＡ−Ａ視図である。

【符号の説明】

１波高計測ブイ２標体３フロート３Ａ逆Ｌ字状管路３Ｂ円環孔の管路７抵抗取付板８抵抗板９上部カバー１０機器ラック１０Ｃ電池抑え板１４加速度計１５電池１６，１６Ａ係留環１７係留枝索

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加速度計を内蔵し海面に浮遊して波面に追
従し、ブイに加わる加速度を検出し波高を計測するよう
にした波高計測ブイにおいて、円筒型の標体の上部にリング状フロートを取付け、標体
内下部に電池を収容し、標体下端に重錘兼用十字状抵抗
板を設け、リング状フロートの外径を０．６ｍ以下でブ
イの重量を４０ｋｇ以下とし、フロート没水部側面投影
の縦横比を５分の１以下とし、ブイの横揺れおよび上下
揺れの固有周期を１．５秒以下にし、加速度計の感心点
がブイの重心位置に一致するように加速度計をブイに固
定し、ブイの係留位置をブイの重心位置に一致するよう
にしたことを特徴とする波高計測ブイ。
【請求項２】請求項１記載の波高計測ブイにおいて、十
字状抵抗板の平面交角の一方を直角＋αとしたことを特
徴とする波高計測ブイ。
【請求項３】請求項１記載の波高計測ブイにおいて、リ
ング状フロートに外側面の吃水線下に、周方向等間隔に
放射状に横孔と竪孔の逆Ｌ字状管路とその角部を連通し
た円環孔の管路を設けたことを特徴とする波高計測ブ
イ。
【請求項４】請求項１記載の波高計測ブイにおいて、標
体上部の蓋部下面に固定した機器ラックの下段に設けた
電池押圧板中央に加速度計を固定したことを特徴とする
波高計測ブイ。
【請求項５】請求項４記載の波高計測ブイにおいて、電
池上面中央に凹入孔を設け、加速度計を挿入可能とした
ことを特徴とする波高計測ブイ。