JPH0961165A

JPH0961165A - 波高・潮位センサ、液面計及び波高・潮位測定方法

Info

Publication number: JPH0961165A
Application number: JP7057396A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; 弘高橋; Kazuaki Onoe; 和晃尾上; Hajime Morioka; 肇森岡; Kiyoshi Horii; 清志堀井
Original assignee: Idec Izumi Corp; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Idec Izumi Corp; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JP3734561B2

Abstract

(57)【要約】【課題】設置作業が容易で、定期的なメンテナンスが殆
ど不要になるとともに、誘爆環境等の危険地域における
波高・潮位や引火性の液体等の危険物の液面位置を安全
に測定できるようにする。【解決手段】オプティカルヘッド２、電子回路ボックス
３およびコンピュータ４に分割して構成し、オプティカ
ルヘッド２および電子回路ボックス３を危険地域に設置
する。電子回路ボックス３は耐圧防爆容器６に収納し、
オプティカルヘッド２は、光ファイバ７，８のみを介し
て電子回路ボックス３に接続する。オプティカルヘッド
２は、照射レンズ２１および受光レンズ２２が海面５に
対向するように海面５の上方に設置する。オプティカル
ヘッド２は海面５下に水没しておらず、容易に設置で
き、表面に海中生物等が付着することがない。

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、海上において波
高または潮位を測定する波高・潮位センサ、タンク等に
貯溜された液体の液面位置を測定する液面計、及び、波
高・潮位センサ又は液面計における波高・潮位又は液面
の計測方法に関し、特に、メンテナンスの容易化、保全
費用の削減を実現し、誘爆環境等の危険地域に設置し得
る波高・潮位センサ、液面計及び液面計測方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】船舶を桟橋等において停泊させる場合、
波浪の影響による事故を防止するために海象状態を判断
する必要がある。そこで、従来より海面の波高および潮
位を測定するセンサが用いられている。

【０００３】従来より、静電容量方式または超音波方式
の波高・潮位センサが知られている。静電容量方式の波
高・潮位センサは、例えば図１３に示すように、絶縁被
覆された電極４２を海面４５下に水没させ、海面水位の
変化による静電容量の変動を測定して波高または潮位を
検出するようにしている。この波高・潮位センサにおい
て、海面水位がＷＬ１からＷＬ２にΔＬだけ増加する
と、電極における静電容量は、ΔＣｏ＝Ｃｏ・ΔＬだけ
変動する。従って、ΔＣｏを測定することにより海面水
位の変動量ΔＬを求めることができる。

【０００４】また、タンク内に貯溜された液体の液面位
置を測定するものとしては、上記静電容量方式やフロー
ト方式の液面計がある。静電容量式のセンサの長さに比
較してタンクの高さがきわめて高い場合には、静電容量
式のセンサを長手方向に複数連結して設置する。また、
フロート方式の液面計では、テープによって吊り下げら
れたフロートを液面に浮かべ、テープの張力を一定に維
持した状態におけるテープの巻取長さによって液面位置
を測定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
波高・潮位センサでは、検出装置の一部が海水中に水没
していたため、海草や貝などの海中生物等が表面に付着
し、測定結果に誤差を生じ、正確な波高または潮位を測
定することができない問題がある。また、保守・点検作
業には港湾管理者の作業許可が必要で、センサ等の表面
から付着物を除去するには潜水作業の有資格者が必要で
あり、作業は気象や海象の影響を受けやすいためにメン
テナンスが煩雑になり、また、その頻度も多くなる問題
がある。

【０００６】特に、従来の静電容量方式およびフロート
方式の液面計においては、液面計がタンク内に貯溜され
た液体中に浸漬されているため、液面計のメンテナンス
を行うためには、液体をタンク内から全て排出して内部
を空気置換した後に作業者がタンク内に入らなければな
らず、液体の取扱いや点検作業が煩雑になる問題があっ
た。

【０００７】また、タンカー等の危険物を積載した船舶
が入港する港湾は、誘爆雰囲気状態にある危険地域と見
做され、このような港湾における波高または潮位を測定
する装置は、電気機器による誘爆や火災を防止するた
め、波高・潮位センサの設置場所が限定される。このよ
うな問題は、例えば、タンク内に貯溜された引火性の液
体の液面位置を測定する液面計においても同様に生じ
る。

【０００８】この発明の目的は、装置の一部を海中や液
体中に水没させることなく容易に設置でき、海面水位お
よび液面位置を測定することができ、表面に海中生物等
が付着することがなく、定期的なメンテナンスが殆ど不
要になるとともに、誘爆環境等の危険地域や引火性の液
体等の危険物を貯溜するタンク内においても安全に波
高、潮位および液面位置を測定することができる波高・
潮位センサおよび液面計を提供することにある。

【０００９】また、制御装置の演算処理の負荷を過大に
することなく、波面の挙動を正確に測定することがで
き、波高及び潮位の測定精度を向上することができる波
高・潮位測定方法及び波高・潮位センサを提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
の波高・潮位センサは、検出光を照射する照射レンズお
よび反射光を受光する受光レンズを備え、照射レンズお
よび受光レンズが水面に対向する位置に配置された光学
装置と、光学装置の照射レンズに照射用光ファイバを介
して接続された発光手段と、光学装置の受光レンズに受
光用光ファイバを介して接続され、受光信号を出力する
受光センサと、受光センサの出力信号に基づいて水面ま
での距離を算出する演算手段と、を備えた回路装置と、
回路装置に信号線を介して接続され、演算手段の算出結
果に基づいて波高または潮位を測定する制御装置と、か
ら構成したことを特徴とする。

【００１１】請求項２に記載した発明の波高・潮位セン
サは、前記演算手段が、一定時間間隔における所定数の
受光センサの出力信号に基づいて水面までの距離の平均
を算出する手段であり、前記制御装置が、第１の設定時
間内に入力された複数の算出結果の平均値、最大値及び
最小値を求め、平均値が基準値より高い場合は最大値を
波データとするとともに、平均値が基準値より低い場合
は最小値を波データとする波データ選択手段と、第２の
設定時間において予め設定された有効エリアに含まれな
い設定個数の波データ以外の波データを測位データとす
る測位データ選択手段と、を含むことを特徴とする。

【００１２】請求項３に記載した発明の波高・潮位測定
方法は、一定時間間隔における所定数の受光センサの出
力信号に基づいて水面までの距離の平均を回路装置にお
いて算出し、この算出結果を制御装置に入力し、制御装
置において、第１の設定時間内に入力された複数の算出
結果の平均値、最大値及び最小値を求め、平均値が基準
値より高い場合は最大値を波データとするとともに、平
均値が基準値より低い場合は最小値を波データとして選
択し、次いで、第２の設定時間において予め設定された
有効エリアに含まれない設定個数の波データ以外の波デ
ータを測位データとし、さらに、この測位データに基づ
いて波高または潮位を測定することを特徴とする。

【００１３】請求項４に記載した発明の液面計は、検出
光を照射する照射レンズおよび反射光を受光する受光レ
ンズを備え、照射レンズおよび受光レンズが液面に対向
する位置に配置された光学装置と、光学装置の照射レン
ズに照射用光ファイバを介して接続された発光手段と、
光学装置の受光レンズに受光用光ファイバを介して接続
され、受光信号を出力する受光センサと、受光センサの
出力信号に基づいて液面までの距離を算出する演算手段
と、を備えた回路装置と、回路装置に信号線を介して接
続され、前記演算手段の算出結果の平均を液面位置とし
て算出する制御装置と、から構成したことを特徴とす
る。

【００１４】請求項５に記載した発明の波高・潮位セン
サおよび液面計は、検出光を照射する照射レンズおよび
反射光を受光する受光レンズを備え、照射レンズおよび
受光レンズが水面に対向する位置に配置された光学装置
と、光学装置の照射レンズに照射用光ファイバを介して
接続された発光手段と、光学装置の受光レンズに受光用
光ファイバを介して接続され、受光信号を出力する受光
センサと、受光センサの出力信号に基づいて水面までの
距離を算出する演算手段と、を備えた回路装置と、回路
装置に信号線を介して接続され、演算手段の算出結果に
基づいて波高または潮位を測定する制御装置と、前記回
路装置を収納する耐圧防爆容器を備えたことを特徴とす
る。

【００１５】請求項１に記載した発明に係る波高・潮位
センサは、光学装置、回路装置および制御装置により構
成される。光学装置は、照射レンズおよび受光レンズを
備え、照射レンズおよび受光レンズは水面に対向する。
照射レンズおよび受光レンズは、それぞれ照射用光ファ
イバおよび受光用光ファイバを介して回路装置の発光手
段および受光センサに接続される。

【００１６】発光手段が駆動されると、発光手段の光が
照射用光ファイバを介して照射レンズから水面に照射さ
れる。水面における反射光は受光レンズにより受光さ
れ、受光用光ファイバを介して受光センサに入光する。
受光センサの出力信号は演算手段に入力され、演算手段
は水面までの距離を算出する。この算出結果が制御装置
に入力され、制御装置は入力された算出結果に基づいて
波高または潮位を測定する。

【００１７】図１において、センサ１０１から水面１０
２に照射された光は水面１０２で反射し、この反射光が
センサ１０１に受光される。水面１０２における反射光
のうち入射方向に対して略１８０度の反射角で反射した
反射光のみが受光される。このとき、時間ｔと水面の高
さＨとの関係は、Ｈ＝Ｆ（ｔ）で表され、この式を時間について微分し、Ｆ’（ｔ）＝０となるような時間ｔのとき、Ｆ（ｔ）が波の峰または波
の谷の高さを表す。このとき水面は、光の入射方向に対
して垂直となることから反射光は反射角１８０度で反射
する。したがって、受光センサが出力信号を出力するタ
イミングは、波の峰または波の谷の付近を計測している
時である。以上のことから波の峰と谷との位置を欠落す
ることなく的確に測定するためには、波の周期と光の照
射間隔との関係が重要となる。そこで、速い周期の波を
計測する際には光の照射間隔を短くして計測する。計測
位置が波の峰の部分であるか波の谷の部分であるかの区
別は、直前に測定したデータとの大小の比較により判断
できる。センサ部から波の峰または波の谷までの距離
は、光の照射タイミングから受光タイミングまでの時間
間隔を計時し、光の飛行時間に基づいて算出する。この
算出値をセンサ部の取付位置の高さから差し引くことに
より、その時々の水面の高さが求まる。

【００１８】得られた水面の高さから波高および潮位を
求める。先ず、波高Ｈについては、図２に示すように、
１周期内での最大距離Ｓｍａｘ（波の谷部までの距離）
と、最小距離Ｓｍｉｎ（波の山部までの距離）とから、Ｈ＝Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎにより求まる。ここに、波の１周期とは、図３に示すよ
うに、波の峰部が測定されてから次に波の峰部が測定さ
れるまでの間をいう。

【００１９】次に、潮位Ｌは、基準値からのセンサの設
置高さＨｃおよび測定距離Ｓから、Ｌｉ＝Ｈｃ−Ｓｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｎ）Ｌ＝（ΣＬｉ）／Ｎにより求まる。

【００２０】請求項２に記載した発明に係る波高・潮位
センサは、回路装置において、一定時間間隔における所
定数の受光センサの出力信号に基づいて水面までの距離
の平均を算出し、制御装置において、第１の設定時間内
に入力された複数の算出結果の平均値、最大値及び最小
値を求め、平均値が基準値より高い場合は最大値を波デ
ータとするとともに、平均値が基準値より低い場合は最
小値を波データとして選択し、第２の設定時間において
予め設定された有効エリアに含まれない設定個数の波デ
ータ以外の波データを測位データとする。したがって、
波高・潮位の測定精度を向上すべく、受光センサの出力
信号の読取時間間隔を短くしても、制御装置における演
算処理の負荷が過大になることがないとともに、波面以
外の測定結果である不良データを除去して波面の測定結
果のみに基づいて波高及び潮位を正確に測定することが
できる。

【００２１】請求項３に記載した発明に係る波高・潮位
測定方法は、回路装置において、一定時間間隔における
所定数の受光センサの出力信号に基づいて水面までの距
離の平均を算出し、制御装置において、第１の設定時間
内に入力された複数の算出結果の平均値、最大値及び最
小値を求め、平均値が基準値より高い場合は最大値を波
データとするとともに、平均値が基準値より低い場合は
最小値を波データとして選択し、第２の設定時間におい
て予め設定された有効エリアに含まれない設定個数の波
データ以外の波データを測位データとする。したがっ
て、波高・潮位の測定精度を向上すべく、受光センサの
出力信号の読取時間間隔を短くしても、制御装置におけ
る演算処理の負荷が過大になることがないとともに、波
面以外の測定結果である不良データを除去して波面の測
定結果のみに基づいて波高及び潮位を正確に測定するこ
とができる。

【００２２】請求項４に記載した発明に係る液面計は、
光学装置、回路装置および制御装置により構成される。
光学装置は、照射レンズおよび受光レンズを備え、照射
レンズおよび受光レンズは液面に対向する。照射レンズ
および受光レンズは、それぞれ照射用光ファイバおよび
受光用光ファイバを介して回路装置の発光手段および受
光センサに接続される。

【００２３】発光手段が駆動されると、発光手段の光が
照射用光ファイバを介して照射レンズから液面に照射さ
れる。液面における反射光は受光レンズにより受光さ
れ、受光用光ファイバを介して受光センサに入光する。
受光センサの出力信号は演算手段に入力され、演算手段
は液面までの距離を算出する。この算出結果が制御装置
に入力され、制御装置はセンサの設置高さから入力され
た演算手段の算出結果を差し引いてその平均を求め、液
面位置として算出する。したがって、液面計は液体中に
浸漬することがなく、また、光学装置のみが液面の上方
に配置される。

【００２４】請求項５に記載した発明においては、回路
装置が耐圧防爆容器に収納され、光学装置は光ファイバ
のみを介して回路装置に接続されており、光学装置に対
して電気信号は入出力されない。したがって、光学装置
および回路装置は、制御装置から分離して誘爆雰囲気中
に設置することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図４は、請求項１に記載した発明
の実施形態の一例である波高・潮位センサの構成を示す
ブロック図である。波高・潮位センサ１は、光学装置で
あるオプティカルヘッド２、回路装置である電子回路ボ
ックス３および制御装置であるコンピュータ４によって
構成されている。オプティカルヘッド２は、内部に照射
レンズ２１および受光レンズ２２を備え、海面５に対向
する位置に配置されている。電子回路ボックス３は投光
素子３１、受光素子３２、駆動回路３３、アンプ３４、
制御回路３５および電源回路３６を備え、耐圧防爆型容
器６に収納されている。耐圧防爆型容器６は、アルミ合
金または鉄を素材として例えば、図５に示す形状に鋳造
されたものである。耐圧防爆型容器６は、本体６ａと蓋
６ｂとからなり、本体６ａと蓋６ｂとの間に、耐圧防爆
型容器６の防水性を向上するＯリング６ｃを備えてい
る。耐圧防爆型容器６は、容器内に外部から爆発性ガス
が侵入し、内部で点火爆発した場合にも、外部に影響を
与えることのないようにされており、点火源を実質的に
容器内に隔離するものである。

【００２６】耐圧防爆型容器６に収納される電子回路ボ
ックス３は、前述のように光ファイバ７，８および信号
ライン９によりオプティカルヘッド２およびコンピュー
タ４に接続され、電源ライン１０を介して外部電源１１
から電源の供給を受ける。このため、耐圧防爆型容器６
の容器６ａには、耐圧パッキン式または耐圧固着式等の
引込器具６ｄ〜６ｆが設けられている。信号ライン９お
よび電源ライン１０は、引込器具６ｄ，６ｅに貫通し、
光ファイバ７，８は１本にされて引込器具６ｆに貫通す
る。なお、光ファイバ７，８が個別に貫通する２個の引
込器具を設けることもできる。

【００２７】電子回路ボックス３が有する投光素子３１
は、例えばレーザダイオードにより構成されており、投
光素子３１の光は照射用光ファイバ７を介してオプティ
カルヘッド２の照射レンズ２１から海面５に照射され
る。また、オプティカルヘッド２の受光レンズ２２は、
受光用光ファイバ８を介して受光素子３２に接続されて
いる。電子回路ボックス３の制御回路３５は、信号ライ
ン９を介してコンピュータ４に接続されている。また、
電源回路３６は、電源ライン１０を介して外部電源１１
に接続されており、電子回路ボックス３の各電子部品に
電源を供給する。以上の構成において、危険物を運搬す
るタンカーなどの船舶が停泊する港湾における海面の波
高または潮位を測定する場合には、オプティカルヘッド
２を海面の垂直上方に配置し、耐圧防爆型容器６に収納
された電子回路ボックス３を港湾の桟橋近傍の危険地域
に設置する。また、コンピュータ４は桟橋から遠く離れ
た危険地域外に設置する。このように設置することによ
り、海上には比較的軽量なオプティカルヘッド２のみを
設置すればよく、設置作業が容易になる。また、海中に
水没していないため、海中生物等が付着することがな
く、メンテナンスを簡略化できる。

【００２８】なお、電子回路ボックス３は投光素子３１
からの光の照射タイミングから受光素子３２による反射
光の受光タイミングまでの時間を測定し、この間の投光
素子のパルス光の飛行時間を測定することにより、オプ
ティカルヘッド２の設置位置から海面５までの距離を測
定する。この測定結果を信号線９を介してコンピュータ
４に入力する。

【００２９】図６は、上記波高・潮位センサを構成する
コンピュータの処理手順を示すフローチャートである。
コンピュータ４は、電子回路ボックス３から入力される
測定データを例えば２０ｍｓの周期でサンプリングし
（ｓ１）、測定不能のデータを削除する処理を行い（ｓ
２）、正常な測定データ潮位の基準値（例えばＴＰ）と
オプティカルヘッド２との間の距離に基づく補正データ
から測定データを差し引く補正処理を行う（ｓ３）。こ
の基準値は、潮位の測定の基準となる値として各港湾に
おいて予め定められた値である。コンピュータ４は、補
正処理後の測定データを順次記憶する（ｓ４）。この測
定データのサンプリングを例えば１０分程度の所定のデ
ータ計測時間にわたって継続して実行する（ｓ５）。

【００３０】データ計測時間にわたる測定データの計測
が終了すると、コンピュータ４は、記憶している測定デ
ータから不良データを削除する処理を行う（ｓ６）この
不良データの削除処理においては、例えば、所定個数の
測定データのうち、前回の測定に係るデータの最大値＋
α以上のデータおよび最小値−β以下のデータを不良デ
ータとして今回の測定データから削除する。ここで、α
およびβは、予め任意に設定された値である。なお、不
良データが所定個数以上存在する場合には、今回の測定
データの全てを削除するようにしてもよい。

【００３１】この後、コンピュータ４は、不良データを
除く測定データの平均値を潮位データとして算出する
（ｓ７）。この潮位データの算出は、例えば、１＋ｍ個
目〜２４００＋ｍ個目（ｍ＝０，１，２，・・・）の平
均値を１０分程度の予め定められた処理時間において平
均化する移動平均処理によって求めることができる。こ
の移動平均処理の算出結果を以後例えば１時間における
潮位データとして用いることにより、信頼性の高い潮位
データを得ることができるとともに、常に潮位データを
算出する場合に比べて演算処理を簡略化できる。

【００３２】さらに、コンピュータ４は、不良データを
削除した測定データおよび潮位データを用いて図７
（Ａ）に示すような海面変位線図を作成する（ｓ８）。
この海面変位線図から、Ｐ−Ｐ(Peak to Peak)法および
Ｚ−Ｃ(Zero up Cross) 法により波高Ｈおよび周期Ｔを
読み取る（ｓ９）。Ｐ−Ｐ法では、図７（Ａ）に示すよ
うに、海面変位線図の最初の峰と次の谷との差を波高Ｈ
として読み取り、最初の峰と次の峰との時間間隔を周期
Ｔとする。また、Ｚ−Ｃ法では、図７（Ｂ）に示すよう
に、平均水面を下から上に横切った後、再び平均水面を
下から上に横切るまでの間を１つの波とし、その間にあ
る最も高い峰と最も低い谷との差を波高Ｈとし、周期Ｔ
はその時の高い峰から再び平均水面を下から上に横切っ
た後、最も高い峰までの時間間隔を計測する。このよう
にして、海面変位線図から一連の波高Ｈｉおよび周期Ｔ
ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）を読み取る。

【００３３】以上のようにしてＰ−Ｐ法およびＺ−Ｃ法
により求めた波高Ｈおよび周期Ｔを用いて、最大波高お
よび最大波周期を含む、平均波高Ｈｍおよび平均周期Ｔ
ｍ、有義波高Ｈｓおよび有義波周期Ｔｓ、１／ｎ最大波
高Ｈ１／ｎおよび１／ｎ最大波周期Ｔ１／ｎを、下記第
１式〜第３式により、波浪解析に用いる統計量として算
出する（ｓ１０〜ｓ１３）。なお、有義波高Ｈｓおよび
有義波周期Ｔｓは、外洋波浪解析等に用いられ、一連の
波高Ｈｉおよび周期Ｔｉを波高の大きい順に並べ替え、
波高の大きい１／３の波について平均したものである。
また、１／ｎ最大波高Ｈ１／ｎおよび１／ｎ最大波周期
Ｔ１／ｎは、波高の大きい１／ｎの波について平均した
ものである。

【００３４】

【数１】

【００３５】図８は、請求項４に記載した発明の実施形
態の一例である液面計の使用状態を示す概略図である。
液面計５１は、図４に示す波高・潮位センサ１と同様に
構成されており、一例として、加圧タンク６２内に貯溜
された液体６３の液面位置を測定する。液面計５１のオ
プティカルヘッド５２は、加圧タンク６２の上面に設置
し、電子回路ボックス５３は、タンク６２の外壁に設置
する。オプティカルヘッド５２は、加圧タンク６２の上
面に取り付けられた耐圧レンズ６１およびバルブ６４を
介して液体６３の液面に対向する。バルブ６４は、開閉
自在にされており、このバルブ６４を開放した状態で液
体６３の液面位置を測定する。また、バルブ６４を閉鎖
した状態で、バルブ６４と耐圧レンズ６１との間の加圧
ガスを空気置換した後に耐圧レンズ６１の清掃等を行
う。

【００３６】このように、加圧タンク６２の上面に、比
較的軽量な液面計５１のオプティカルヘッド５２を設置
すればよく、取付作業を極めて容易に行うことができ
る。また、液面計５１は加圧タンク６２の外部に設置さ
れているため、液面計５１のメンテナンス時に加圧タン
ク６２から液体を排出して空気置換する必要がなく、メ
ンテナンス作業を極めて容易に行うことができる。さら
に、電子回路ボックス５３を図５に示す耐圧防爆型容器
６に収納することにより、一般的に加圧タンク６２が設
置される危険地域内においても、安全に加圧タンク６２
内に貯溜された液体６３の液面位置を測定できる。

【００３７】図９〜図１１は、請求項２に記載した発明
の実施形態である波高・潮位センサにおいて実施される
請求項３に記載した発明の波高・潮位測定方法を示すフ
ローチャートである。この波高・潮位測定方法では、図
６に示したｓ１〜ｓ６の処理に代えて、センサ取込処理
（ｓ２０）及び波データ算出処理（ｓ３０）を実行す
る。センサ取込処理は図４に示した電子回路ボックス３
内の制御回路３５の演算手段において行われ、波データ
算出処理は図４に示したコンピュータ４において行われ
る。即ち、センサ取込処理は、計測精度を向上すべくセ
ンサの計測サンプリング時間を短くした場合に、コンピ
ュータ４における演算処理の負荷が過大になることを防
止するために行われる。

【００３８】このセンサ取込処理は図１０に示すよう
に、先ず、予め設定された一定時間Ｔｓにおいて、予め
設定された一定個数Ｎｓのデータの取込を行う（ｓ２
１，ｓ２２）。このデータの取込は、水面の挙動に対し
て十分に速い例えば１msec程度のサンプリング時間で、
受光素子３２の受光信号を読み取ることにより行う。ま
た、一定時間Ｔｓとしては例えば２０msec、一定個数Ｎ
ｓとしては例えば１０個程度の値が設定される。この場
合、図１２（Ａ）に示すように、時間Ｔｓ２０msecが経
過するまでの間に１msecの間隔で１０個のデータＤ₁〜
Ｄ₁₀が読み取られる。

【００３９】一定個数のデータの取込が完了すると、読
み取った一定個数のデータのうちで誤差の大きい特異デ
ータを削除し（ｓ２３）、特異データを除いたデータの
平均値を求める（ｓ２４）。この処理で削除される特異
データとは、波の表面における乱反射光や外部の光の反
射光等を測定したデータであり、１msec程度のサンプリ
ング時間において生じるはずのない誤差を有するデータ
である。例えば、読み取った１０個のデータが、10.00
m、10.02m、10.06m、10.08m、9.96m 、9.98m 、9.96m
、7.00m 、15.00m、9.94m である場合、7.00m と15.00
mとを削除し、それ以外の８個のデータの平均値を算出
する。この平均値を測定データＤｓとしてコンピュータ
４に送信する（ｓ２５）。

【００４０】波データ算出処理は、前述のようにコンピ
ュータ４において実行され、図１１に示すように、ま
ず、制御回路３５から送信された測定データＤｓを受信
し（ｓ３１）、この測定データＤｓから基準位置とセン
サの設置位置との距離から差し引くことにより、測定デ
ータＤｓの補正を行う（ｓ３２）。この後、補正後の測
定データＤｓについて、演算レンジから外れている無効
データを削除する（ｓ３３）。この演算レンジは、図１
２（Ｂ）に示すように、潮位・波高センサの使用状況に
応じて計測する必要のない測定データＤｓを除くために
予め設定された上限値Ｒｍａｘと下限値Ｒｍｉｎとの間
の範囲である。例えば、通常時の潮位・波高のみを測定
する使用状況では、台風時等に生じる高低差が極端に大
きいデータが無効データとして削除される。このｓ３１
〜ｓ３３の処理を、予め設定された時間Ｔｗにおいて継
続して行う（ｓ３４）。設定時間Ｔｗはこの発明の第１
の設定時間であり、例えば、２５０msec又は５００msec
等の時間である。

【００４１】この設定時間Ｔｗにおいて得られた有効な
測定データＤｓの平均値、最大値及び最小値を算出し
（ｓ３５）、算出した平均値Ｄｓａと零線ＺＲとを比較
して波データを選択する（ｓ３６）。即ち、図１２
（Ｂ）に示す時間Ｔｗ１の場合のように、測定データの
平均値Ｄｓａが零線ＺＲより大きい場合は最大の測定デ
ータＤｓｍａｘを波データＤｗとし、時間Ｔｗｎの場合
のように、平均値Ｄｓａが零線ＺＲより小さい場合は最
小の測定データＤｓｍｉｎを波データＤｗとする。な
お、零線ＺＲは、過去の複数の平均値Ｄｓａを一定時間
間隔で移動平均した値である。

【００４２】次いで、得られた波データＤｗが有効エリ
ア内に存在するか否かを判断する（ｓ３７）。この有効
エリアとは、図１２（Ｃ）に示すように、予め設定され
た所定時間における最大値＋αを上限値Ｅｍａｘとし、
最小値−βを下限値Ｅｍｉｎとする範囲である。波デー
タＤｗが有効エリアに含まれる場合には、正常な測位デ
ータＤａとして記憶する（ｓ３８）。波データＤｗが有
効エリアに含まれない場合には、カウンタＣをインクリ
メントし（ｓ３９）、カウンタＣの内容が予め設定され
た値Ｎａを越えるまで不良データとして削除する（ｓ４
０，ｓ４１）。カウンタＣの内容が設定値Ｎａを越えた
場合は、その波データを正常な測位データＤａとして記
憶する（ｓ４０→ｓ３８）。このカウンタＣの内容は、
この発明の第２の設定時間として予め設定された一定時
間Ｔｅを経過する毎にクリアする（ｓ４２，ｓ４３）。
即ち、設定値Ｎａとして“５”が設定されている場合、
図１２（Ｃ）に示す時間Ｔｅにおいて、６個目の有効エ
リアを越えるデータＤｗｅ６以降のデータは正常な測位
データＤａとされる。

【００４３】この処理により、センサの下方を通過した
鳥や波の飛沫等の測定データを不良データとして排除す
ることができる。また、有効エリア外のデータが予め設
定された個数以上連続する場合には、波高が急激に変化
したものと判断し、設定個数を越えたデータを正常な測
位データとして扱うことができる。

【００４４】このようにして得られた測位データに基づ
いて図６に示したｓ７〜ｓ１３の処理を行うことによ
り、より正確な波高及び潮位を測定することができる。
また、制御回路３５において予めデータＤの平均値を求
め、この平均値を測定データＤｓとしてコンピュータ４
に供給するため、コンピュータ４に過大な演算処理の負
荷が生じることがなく、コンピュータ４として汎用のパ
ーソナルコンピュータ等を用いることができる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１および４に記載した発明によれ
ば、光学レンズのみを備えた光学装置を回路装置から分
離して水面または液面に対向する位置に設置するように
しているため、設置スペースが小さくなって装置の設置
作業が容易であるとともに、海中生物等が付着すること
がなく、保守、点検時にこれらを除去する必要がなく、
メンテナンスを容易化できるとともに、その頻度を減少
することができる。

【００４６】請求項２及び３に記載した発明によれば、
制御装置に過大な演算処理の負荷を与えることなく、波
面の計測精度を向上するとともに、不良データを排除し
て正確な波高及び潮位を計測することができる。

【００４７】請求項５に記載した発明によれば、回路装
置は耐圧防爆容器に収納されるとともに、回路装置と光
学装置とは光ファイバのみで接続されるため、誘爆環境
等の危険地域における安全性を損なうことがなく、波高
・潮位センサおよび液面計の設置場所を選ばない。

【図面の簡単な説明】

【図１〜図３】一般的な波高および潮位の測定方法を示
す図である。

【図４】請求項１に記載した発明の実施形態の一例であ
る波高・潮位センサの構成を示すブロック図である。

【図５】同波高・潮位センサが有する耐圧防爆容器の構
造を示す図である。

【図６】同波高・潮位センサを構成するコンピュータの
処理手順を示すフローチャートである。

【図７】同コンピュータにおける処理中に作成される海
面変位線図である。

【図８】請求項４に記載した発明の実施形態の一例であ
る液面計の使用状態を示す概略図である。

【図９】請求項２に記載した発明の実施形態の一例であ
る波高・潮位センサにおける処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図１０】同波高・潮位センサを構成する制御回路の処
理手順を示すフローチャートである。

【図１１】同波高・潮位センサを構成するコンピュータ
の処理手順を示すフローチャートである。

【図１２】同波高・潮位センサにおけるデータの処理状
態を示す図である。

【図１３】従来の波高・潮位センサの構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１−波高・潮位センサ２，５２−オプティカルヘッド３，５３−電子回路ボックス４−コンピュータ５−海面６−耐圧防爆容器７−照射用光ファイバ８−受光用光ファイバ２１−照射レンズ２２−受光レンズ３１−半導体レーザ３２−受光センサ５１−液面計６２−タンク６３−液体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森岡肇大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者堀井清志大阪市淀川区西宮原１丁目７番31号和泉電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出光を照射する照射レンズおよび反射光
を受光する受光レンズを備え、照射レンズおよび受光レ
ンズが水面に対向する位置に配置された光学装置と、光学装置の照射レンズに照射用光ファイバを介して接続
された発光手段と、光学装置の受光レンズに受光用光フ
ァイバを介して接続され、受光信号を出力する受光セン
サと、受光センサの出力信号に基づいて水面までの距離
を算出する演算手段と、を備えた回路装置と、回路装置に信号線を介して接続され、演算手段の算出結
果に基づいて波高または潮位を測定する制御装置と、から構成したことを特徴とする波高・潮位センサ。
【請求項２】前記演算手段が、一定時間間隔における所
定数の受光センサの出力信号に基づいて水面までの距離
の平均を算出する手段であり、前記制御装置が、第１の設定時間内に入力された複数の
算出結果の平均値、最大値及び最小値を求め、平均値が
基準値より高い場合は最大値を波データとするととも
に、平均値が基準値より低い場合は最小値を波データと
する波データ選択手段と、第２の設定時間において予め
設定された有効エリアに含まれない設定個数の波データ
以外の波データを測位データとする測位データ選択手段
と、を含む請求項１に記載の波高・潮位センサ。
【請求項３】一定時間間隔における所定数の受光センサ
の出力信号に基づいて水面までの距離の平均を回路装置
において算出し、この算出結果を制御装置に入力し、制
御装置において、第１の設定時間内に入力された複数の
算出結果の平均値、最大値及び最小値を求め、平均値が
基準値より高い場合は最大値を波データとするととも
に、平均値が基準値より低い場合は最小値を波データと
して選択し、次いで、第２の設定時間において予め設定
された有効エリアに含まれない設定個数の波データ以外
の波データを測位データとし、さらに、この測位データ
に基づいて波高または潮位を測定することを特徴とする
波高・潮位測定方法。
【請求項４】検出光を照射する照射レンズおよび反射光
を受光する受光レンズを備え、照射レンズおよび受光レ
ンズが液面に対向する位置に配置された光学装置と、光学装置の照射レンズに照射用光ファイバを介して接続
された発光手段と、光学装置の受光レンズに受光用光フ
ァイバを介して接続され、受光信号を出力する受光セン
サと、受光センサの出力信号に基づいて液面までの距離
を算出する演算手段と、を備えた回路装置と、回路装置に信号線を介して接続され、前記演算手段の算
出結果の平均を液面位置として算出する制御装置と、から構成したことを特徴とする液面計。
【請求項５】前記回路装置を収納する耐圧防爆容器を備
えた請求項１に記載の波高・潮位センサ、または、前記
回路装置を収納する耐圧防爆容器を備えた請求項２に記
載の液面計。