JPH09196956A - 電磁ログセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取り付けられる船体が水上に浮上しつつ航行
する船舶であっても、該船舶の航行速度を安定した精度
で測定することが可能である電磁ログセンサを提供す
る。 【解決手段】 水中に磁界を発生させる励磁コイル４と
水中の磁界中に発生する起電力を検出する電極５とを有
するセンサユニット２１と、電極５によって検出される
起電力の値から得られる情報を処理する処理回路と情報
を表示する表示装置とを有するマスタユニット７との間
の信号ラインに挿入される前置アンプユニット３１に、
センサユニット２１の接地電位とマスタユニット７の接
地電位とを遮断し且つ起電力を増幅するアイソレーショ
ンアンプ３３を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、船舶の航行速度
を測定する電磁ログセンサであって、特に水上を浮上航
走する船舶に用いて好適な電磁ログセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】船舶の航行速度計（船速計）として、電
磁ログセンサと呼ばれるものがある。図２は、電磁ログ
センサのセンサユニットの構成例を示した図であり、図
２（ａ）は正断面図、また図２（ｂ）は底面図である。

【０００３】一般に電磁ログセンサのセンサユニット１
は、船底２を貫通させ、その先端部を水中に突出させて
使用する。このセンサユニット１の先端部には、コア３
に巻かれた励磁コイル４と、船舶の進行方向に対して左
右に一対の電極５、５とが配されている。この励磁コイ
ル４に励磁電流ｉoを流すと、水中に磁界Φが発生する。

【０００４】水中に磁界Φが存在する時に、船舶（図示
省略）が図２中の矢印で示す進行方向に沿って移動する
と、電極５、５からは起電力ｅoが検出される。これは、
水（海水）を導体と考えた場合、磁界中を移動する導体
中に起電力が発生することを示した、ファラデーの電磁
誘導の法則を応用したものである。こうして、磁界Φの
強度が一定である場合に電極５からは、船底２と水との
相対速度に比例した大きさの速度信号（起電力）が検出
される。

【０００５】図３（ａ）は、従来の電磁ログセンサ（航
行速度計）の構成、ならびに取り付けの一例を示すブロ
ック図である。図３（ａ）に示すように、電磁ログセン
サは大きく分けてセンサユニット１と前置アンプユニッ
ト６、ならびにマスタユニット７とから構成される。

【０００６】図３(ａ）に示す例では、励磁コイル４に
供給する励磁電流ｉoを生成する励磁回路８をもセンサ
ユニット１の内部に有しており、先端部１ａが水中に突
出するように船体９に取り付けられる。

【０００７】このセンサユニット１が有する電極５、５
に生じた起電力ｅoは、ブリッジ(操舵室）等に取り付け
られたマスタユニット７によって処理され、船速として
表示される。

【０００８】ところで、電極５、５に生じる起電力ｅo
は、一例として２００μＶ／ｋｔ(ｋｔ：ノット、時速
１浬）と極めて微弱である。そこで、センサユニット１
とマスタユニット７との間に、船体９の底部等に取り付
けられた前置アンプユニット６を接続し、起電力ｅoを
増幅して速度信号ｅvとしてマスタユニット７に供給す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図３（ｂ）は、従来の
電磁ログセンサの構成、ならびに取り付けの別の例を示
すブロック図である。図３（ｂ）に示す例では、船体１
０は水中翼船（ハイドロフォイル）である。このためセ
ンサユニット１は、翼１０ａあるいは翼１０ａを船体１
０に支持するための脚１０ｂ（図３（ｂ）では翼１０
ａ）に、その先端部１ａが水中に突出するように取り付
けられる。

【００１０】この水中翼船にあっては、停泊中あるいは
低速航行時には、アルキメデスの原理に基づいて、船体
の浮力によって水面に浮いている（この状態で走行する
ことを艇走ともいう）。一方、航行速度が上昇するにし
たがって翼の揚力（浮力）が大きくなるために、船体は
徐々に水面から水上へと浮上する。さらに、対水速度が
所定の値を超えると、船体は完全に離水し、水中に存在
する翼の全部あるいは一部のみが航行中の浮力を担う
（この状態を翼走という）。

【００１１】図４は、図３（ｂ）に示す構成の電気的モ
デル図であり、図４（ａ）は上述の艇走状態を示し、図
４（ｂ）は翼走状態を示している。図４（ａ）に示すよ
うに、センサユニット１と前置アンプユニット６との間
は、ケーブル１１によって接続されている。

【００１２】上述のケーブル１１は、センサユニット１
から前置アンプユニット６へ速度信号を送る信号線１１
ａと、センサユニット１に電源を供給する電源線１１ｂ
と、これらを覆うシールド線１１ｃとから構成されてい
る。

【００１３】船体１０が艇走状態である場合には、図４
（ａ）に示すように船体１０は海水面１２ａに接し、脚
１０ｂは海水１２中を潜航する。従って、これら船体１
０と脚１０ｂとのグランドレベル（接地電位）は、ほぼ
等しい。

【００１４】一方、船体１０が翼走状態になると、図４
（ｂ）に示すように脚１０ｂは海水面１２ａ付近まで浮
上し、船体１０は海水１２から離水する。図４（ｂ）に
示すＣ_bは船体１０と海水面１２ａとの間の静電容量、
Ｒ_aは船体１０の抵抗値、またＣ_aは船体１０の絶縁部が
有する静電容量である。

【００１５】このように船体１０が翼走状態になると、
センサユニット１と前置アンプユニット６との間のグラ
ンドラインがケーブル１１のシールド線１１ｃのみにな
る。このため、シールド線１１ｃに船体１０に搭載され
た他の電子機器のグランド電流が流れ込み、この電磁ロ
グセンサのグランドレベルが不安定になる。

【００１６】上述のように、センサユニット１の電極
５、５に生じる起電力ｅoは微弱である。このため不安定
なグランド電位は直接ノイズ源となり、船速の測定精度
を著しく低下させる。この発明は、このような背景の下
になされたもので、取り付けられる船体が水上に浮上し
つつ航行する船舶であっても、該船舶の航行速度を安定
した精度で測定することが可能である電磁ログセンサを
提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載の発明にあっては、（ａ）水中
に磁界を発生させるコイルと、前記水中の磁界中に発生
する起電力を検出する電極とを有する速度検出手段と、
（ｂ）前記電極によって検出される起電力の値から得ら
れる情報を処理する処理回路と、前記情報を表示する表
示装置とを有する処理手段と、（ｃ）前記速度検出手段
と前記処理手段との間の信号ラインに挿入され、前記速
度検出手段の接地電位と前記処理手段の接地電位とを遮
断し且つ前記起電力を増幅するアイソレーションアンプ
を有する前置増幅手段とを具備することを特徴とする。

【００１８】また、請求項２に記載の発明にあっては、
請求項１に記載の電磁ログセンサでは、前記速度検出手
段と前記前置増幅手段との間は、複数の芯線と、前記複
数の芯線を覆い前記速度検出手段の接地電位に接続され
た第１の遮蔽導体と、前記複数の芯線と前記第１の遮蔽
導体とを覆い前記前置増幅手段の接地電位に接続された
第２の遮蔽導体とから構成される遮蔽線路によって接続
されることを特徴とする。

【００１９】また、請求項３に記載の発明にあっては、
請求項１あるいは２の何れかに記載の電磁ログセンサで
は、前記速度検出手段は前記起電力を増幅する緩衝増幅
回路を有し、前記前置増幅手段は、当該前置増幅手段の
接地電位とは絶縁され、入力された電圧とは異なる１つ
あるいは複数の電力を前記速度検出手段に供給する直流
電圧変換回路を有することを特徴とする。

【００２０】また、請求項４に記載の発明にあっては、
請求項１ないし３の何れかに記載の電磁ログセンサで
は、前記処理手段は、前記速度検出手段が有する前記コ
イルに供給する励磁電力を生成する励磁回路を有し、前
記励磁電力は、前記前置増幅手段を介して前記遮蔽線路
によって前記速度検出手段に供給されることを特徴とす
る。

【００２１】

【作用】この発明によれば、水中に磁界を発生させるコ
イルと水中の磁界中に発生する起電力を検出する電極と
を有する速度検出手段と、電極によって検出される起電
力の値から得られる情報を処理する処理回路と情報を表
示する表示装置とを有する処理手段との間の信号ライン
に挿入される前置増幅手段に、速度検出手段の接地電位
と処理手段の接地電位とを遮断し且つ起電力を増幅する
アイソレーションアンプを具備する。また、速度検出手
段と前置増幅手段との間を、複数の芯線と、複数の芯線
を覆い速度検出手段の接地電位に接続された第１の遮蔽
導体と、第１の遮蔽導体とを覆い前置増幅手段の接地電
位に接続された第２の遮蔽導体とから構成される遮蔽線
路によって接続する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態にか
かる電磁ログセンサについて説明する。図１は、本実施
の形態の電磁ログセンサの構成を示すブロック図であ
る。本実施の形態の電磁ログセンサは、センサユニット
２１と前置アンプユニット３１、ならびに図１では図示
省略したがマスタユニット７とから構成される。

【００２３】本実施の形態の電磁ログセンサが適用され
る船舶は水中翼船であり、マスタユニット７は当該船舶
のブリッジ部分に取り付けられ、入力された信号を処理
する処理回路や速度を表示する表示装置（何れも図示省
略）、さらにセンサユニット２１が有する励磁コイル４
に励磁電流を供給する励磁回路等から構成される。

【００２４】センサユニット２１は、図示省略したが例
えば水中翼船の翼あるいは脚部分に取り付けられ、水中
に突出する先端部２１ａ側に、水中に磁界を発生させる
励磁コイル４と、磁界中の起電力を検出する電極５とを
有している。一方、前置アンプユニット３１は当該船舶
の脚部分近傍の船底部等に取り付けられる。

【００２５】これらセンサユニット２１と前置アンプユ
ニット３１との間は、ケーブル４１によって接続されて
いる。このケーブル４１は、芯線４１_-1、４１_-2、４１
_-3・・・ならびにシールド線４１ａから構成される多芯
シールドケーブルが、シールドカバー４１ｂによって覆
われた構成となっている。

【００２６】上述のケーブル４１を構成するシールド線
４１ａは、センサユニット２１のグランド（接地電位）
に接続され、一方シールドカバー４１ｂは、前置アンプ
ユニット３１のフレームグランド（筐体接地電位）に接
続されている。

【００２７】上述の励磁コイル４には、芯線４１_-5、４
１_-6によって、前置アンプユニット３１を介して励磁電
流が供給される。一方、電極５はバッファアンプ２２の
入力端子に接続されている。

【００２８】バッファアンプ２２の出力端子は、芯線４
１_-1を介して前置アンプユニット３１が有するバッファ
アンプ３２の入力端子の一方に接続されている。なお、
このバッファアンプ３２は差動増幅器であり、他方の入
力端子は芯線４１_-3を介してセンサユニット２１のグラ
ンドに接続されている。

【００２９】バッファアンプ３２の出力端子が接続され
ている３３は、アイソレーションアンプである。このア
イソレーションアンプ３３は、入出力端子間に極めて高
い絶縁特性を有したものである。

【００３０】このアイソレーションアンプには様々な形
式のものがあり、例えばチョッパ回路やトランス等から
構成されるものや、バッファアンプやフォトカプラから
構成されるもの等がある。アイソレーションアンプ３３
の出力信号はマスタユニット７で処理され、船速として
表示される。

【００３１】前置アンプユニット３１が有する３４は、
ＤＣ−ＤＣコンバータである。このＤＣ−ＤＣコンバー
タ３４は、マスタユニット７から単一の直流電源の供給
を受け、正負の２電源を生成する。

【００３２】ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、一例として
発振回路と昇圧トランス、ならびに整流、安定化回路等
から構成される。即ち、このＤＣ−ＤＣコンバータ３４
も、入出力間の絶縁特性は極めて高い。

【００３３】上述のＤＣ−ＤＣコンバータ３４の正電圧
出力および負電圧出力は、芯線４１_-2あるいは芯線４１
_-4を介してセンサユニット２１に送られ、バッファアン
プ２２等に供給される。またＤＣ−ＤＣコンバータ３４
のグランド（Ｇ）端子は、芯線４１_-3に（即ち、センサ
ユニット２１のグランドに）接続されている。

【００３４】図１に示す構成によれば、まず前置アンプ
ユニット３１にはマスタユニット７から電源電力と励磁
電流が供給される。前置アンプユニット３１は、正負の
２電源を生成し、励磁電流とともにケーブル４１を介し
てセンサアンプ２１に供給する。

【００３５】センサユニット２１は、励磁コイル４によ
って水中に磁界を発生させ、この磁界中に発生した起電
力を電極５によって検出するとともにバッファアンプ２
２によって増幅し、速度信号をケーブル４１によって前
置アンプユニット３１に供給する。

【００３６】前置アンプユニット３１では、センサユニ
ット２１側のグランドとマスタユニット７側のグランド
とを絶縁させ、入力された速度信号をマスタユニット７
に入力させる。

【００３７】ここでケーブル４１は、センサユニット２
１のグランドに接続されたシールド線４１ａと、前置ア
ンプユニット３１のグランド（マスタユニット７のグラ
ンド）に接続されたシールドカバー４１ｂとによって覆
われ、これらの間には導通はない。

【００３８】また、アイソレーションアンプ３３とＤＣ
−ＤＣコンバータ３４も、その入出力のグランド電極間
には導通がない。このため、センサユニット２１とマス
タユニット７との間では、グランドラインを介して電流
が流れることはない。

【００３９】従って図１に示す構成によれば、前置アン
プユニット３１が出力する速度信号は、他の電子機器の
グランド電流の影響を受けることがない。またケーブル
４１によって伝送される起電力ｅoは微弱である。しかし
芯線４１_-1〜４１_-6は、シールド線４１ａとシールドカ
バー４１ｂとによって遮蔽されているため外来ノイズの
影響は極めて少ない。

【００４０】なお上述の実施の形態では、水中翼船の航
行速度計に適用した例を挙げて説明したが、本発明は船
体が水面上に浮上した状態で航走する船舶に搭載される
電子機器全般に適用可能である。

【００４１】また、各ユニットの取り付け位置は一例で
あり、本発明はこれらに限定されたものではない。さら
に、各ユニット間を接続するケーブルはシールド線に限
定されたものではなく、二重の電気遮蔽あるいは電磁遮
蔽が施された多芯線路であればよい。アイソレーション
アンプ、ならびにＤＣ−ＤＣコンバータの詳細な回路構
成にあっても、本実施の形態のものに限定されたもので
はない。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、水中に磁界を発生させるコイルと水中の磁界中に発
生する起電力を検出する電極とを有する速度検出手段
と、電極によって検出される起電力の値から得られる情
報を処理する処理回路と情報を表示する表示装置とを有
する処理手段との間の信号ラインに挿入される前置増幅
手段に、速度検出手段の接地電位と処理手段の接地電位
とを遮断し且つ起電力を増幅するアイソレーションアン
プを具備する。また、速度検出手段と前置増幅手段との
間を、複数の芯線と、複数の芯線を覆い速度検出手段の
接地電位に接続された第１の遮蔽導体と、第１の遮蔽導
体とを覆い前置増幅手段の接地電位に接続された第２の
遮蔽導体とから構成される遮蔽線路によって接続するの
で、取り付けられる船体が水上に浮上しつつ航行する船
舶であっても、該船舶の航行速度を安定した精度で測定
することが可能である電磁ログセンサ実現可能であると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態にかかる電磁ログセンサ
の構成を示すブロック図である。

【図２】電磁ログセンサのセンサユニットの構成例を示
す構成図である。

【図３】従来の電磁ログセンサの構成、ならびに取り付
けの一例を示すブロック図である。

【図４】図３（ｂ）に示す構成の電気的モデル図であ
る。

【符号の説明】

４ 励磁コイル（コイル） ５ 電極 ７ マスタユニット（処理手段） ２１ センサユニット（速度検出手段） ２２ バッファアンプ（緩衝増幅回路） ３１ 前置アンプユニット（前置増幅手段） ３３ アイソレーションアンプ ３４ ＤＣ−ＤＣコンバータ（直流電圧変換回路） ４１ ケーブル（遮蔽線路） ４１_-1、４１_-2・・・ 芯線 ４１ａ シールド線（第１の遮蔽導体） ４１ｂ シールドカバー（第２の遮蔽導体）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）水中に磁界を発生させるコイル
   （４）と、 前記水中の磁界中に発生する起電力を検出する電極
   （５）とを有する速度検出手段（２１）と、 （ｂ）前記電極によって検出される起電力の値から得ら
   れる情報を処理する処理回路と、 前記情報を表示する表示装置とを有する処理手段（７）
   と、 （ｃ）前記速度検出手段と前記処理手段との間の信号ラ
   インに挿入され、 前記速度検出手段の接地電位と前記処理手段の接地電位
   とを遮断し且つ前記起電力を増幅するアイソレーション
   アンプ（３３）を有する前置増幅手段（３１）とを具備
   することを特徴とする電磁ログセンサ。
2. 【請求項２】 前記速度検出手段と前記前置増幅手段と
   の間は、 複数の芯線（４１_-1、４１_-2・・・）と、 前記複数の芯線を覆い前記速度検出手段の接地電位に接
   続された第１の遮蔽導体（４１ａ）と、 前記複数の芯線と前記第１の遮蔽導体とを覆い前記前置
   増幅手段の接地電位に接続された第２の遮蔽導体（４１
   ｂ）とから構成される遮蔽線路（４１）によって接続さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の電磁ログセン
   サ。
3. 【請求項３】 前記速度検出手段は前記起電力を増幅す
   る緩衝増幅回路（２２）を有し、 前記前置増幅手段は、 当該前置増幅手段の接地電位とは絶縁され、入力された
   電圧とは異なる１つあるいは複数の電力を前記速度検出
   手段に供給する直流電圧変換回路（３４）を有すること
   を特徴とする請求項１あるいは２の何れかに記載の電磁
   ログセンサ。
4. 【請求項４】 前記処理手段は、 前記速度検出手段が有する前記コイルに供給する励磁電
   力を生成する励磁回路を有し、 前記励磁電力は、 前記前置増幅手段を介して前記遮蔽線路によって前記速
   度検出手段に供給されることを特徴とする請求項１ない
   し３の何れかに記載の電磁ログセンサ。