JPH10253355A

JPH10253355A - 超音波式波高計

Info

Publication number: JPH10253355A
Application number: JP9055898A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Kitahata; 光昭北畑; Akira Hayashi; 昭林; Takashi Nakada; 隆史中田; Teru Okubo; 輝大久保; Yasunori Watanabe; 泰則渡辺; Yoshihisa Oizumi; 好央大泉
Original assignee: KYOWA SHOKO KK; UNYUSHO DAISAN KOWAN KENSETSU KYOKUCHO; Kaijo Corp
Current assignee: KYOWA SHOKO KK; UNYUSHO DAISAN KOWAN KENSETSU KYOKUCHO; Kaijo Corp
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】水深の深いところで使用でき、潜水夫が設置
する必要のない超音波式波高計を提供する。【解決手段】超音波振動素子２を振り角の大きいジン
バル機構に取り付けた波高計と、該波高計にワイヤー１
６で接続されたアンカー１７と、該アンカー１７に接続
され無線で操作される切離し装置１９を備えたブイ２０
と、該ブイとアンカーとの間に収納されたロープ２２
と、チェーン２４と錨２５とからなる。まず、錨２５を
海底に降ろし、順次波高計本体Ａ及び浮上装置Ｂを降ろ
す。ジンバル機構は振り角が３５゜あるので、波高計本
体Ａが海底に多少傾いて設置されても振動子は垂直方向
に超音波を発信でき、波高測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波式の波高計
に関し、特に、設置する際に潜水夫が不要で、水深の深
い海域でも設置や回収の容易な波高計に関する。

【０００２】

【従来の技術】海洋での海象状況を知ることは、港湾に
おける工事や荷扱いなどの安全に直接影響を与える重要
な事項である。また、海象情報は、気象情報と合わせて
活用すると、その効果も非常に大きくなる。このような
状況の下、最近の波高の観測は、観測域が広がり、次第
に水深の深い海域に移行しつつある。

【０００３】一方、波高を測定する波高計としては、主
に、水圧式と超音波式が使用されている。このうち、水
圧式は、水底における水圧をベローズなどを介して半導
体圧力センサで受け、水圧の変動を電気信号に変換し、
この電気信号をコンピュータなどで処理して波高データ
を得るものである。この水圧式波高計は、長周期の波の
観測には適しているが、短周期の波の観測には不向きで
ある。そのため、つぎの超音波式波高計の方が多用され
ている。

【０００４】超音波式波高計は、水底から水面に向けて
超音波を発信し、水面から反射されて戻って来る時間を
測定して水面までの距離を求め、これから波高データを
得るものである。この方式では超音波の発振インタバル
を０．１〜１．０秒の間で自由に設定でき、３〜７秒周
期程度の短周期の波の観測も可能となる。ただし、超音
波方式は常に水底から水面に垂直に音波を発射しなけれ
ば、戻ってくる反射波をキャッチできない。そこで、従
来の超音波波高計ではジンバル機構を使用し、振動子が
常に水平を保つようにして、垂直に音波を発振するよう
にしている。この従来のジンバル機構を図３により説明
する。

【０００５】図３において、１はチタン製の椀型をした
ケースで、図示を省略するが、図の下方に、電源、制御
装置及び記録装置などの収納された大型の制御ケースが
取り付けられ、この制御ケースがやはり図示しない架台
に固定される。このケース１の中に円板状の振動子２が
ジンバル機構を介して設置されている。ジンバル機構
は、振動子２を支持する環状の内枠３と、この内枠３が
ｙ軸を中心に軽く回動できるように支持する２本の軸
４，４と、この２本の軸４，４が固定される環状の外枠
５と、この外枠５をｙ軸と直交するｘ軸を中心に回動自
在に支持する２本の軸６，６とからなる。２本の軸６，
６は、ケース１に直接、又はケース１に一体的に設けら
れたフレームに、固定されている。

【０００６】振動子２の下方には、錘り７があり、振動
子２が常に上方に向くようにしている。また、振動子２
は、その上面を除く外周をゴム層８で被覆されており、
超音波が内枠３や錘７に伝達されないようにしている。

【０００７】内枠３には、９０゜間隔で四方からビス９
が取り付けられており、これらをねじ込むことによっ
て、架台を水平に設置したとき、振動子２も水平になる
ように微調整できるようになっている。

【０００８】ケース１内には音波の伝達速度が海水と同
じになるように、ひまし油が充填され、上方は海水に強
いネオプレンゴム或いは、生ゴム等の膜１０で封鎖され
る。

【０００９】この後、ケース１は、架台に組み付けら
れ、船舶によって設置海域まで運ばれ、潜水夫により海
底に沈められ、架台がほぼ水平になるように海底に設置
される。架台の水平が若干狂っていても、ジンバル機構
によって、振動子２は水平状態を保つことができる。

【００１０】定期点検などで、波高計を引き揚げる必要
がある場合には、人工衛星を利用した位置計測装置によ
り設置海域に行き、潜水夫が潜水して引き揚げていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の波高計は、潜水
夫により海底に設置されることから、その取り扱いを容
易にするために、小型に形成されている。したがって、
ケース１の深さＤ´が浅く、振り角は１０゜程度となっ
ていた。もっとも、海底に設置する場合、人手によって
設置するので、かなり水平に近くセットできることか
ら、振り角は１０゜あれば、十分であった。

【００１２】しかし、前述したように、最近になって、
波高計を設置する海域が、水深が３０〜５０ｍといった
深い海域に移行してきた。この深さになると、潜水夫の
作業時間が大幅に制限され、設置作業が非常に困難にな
る。一方、超音波式波高計には、水圧式にはない短周期
の波の測定が正確にできるという特性がある。

【００１３】本発明は、このような事実に鑑みてなされ
たもので、水深の深いところで使用でき、潜水夫が設置
する必要のない超音波式波高計を提供することを目的と
している。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、超音波振動素子を振り角の大きいジンバ
ル機構に取り付けた波高計本体と、該波高計本体にワイ
ヤーで接続された浮上装置とからなり、該浮上装置が、
アンカーと、該アンカーに接続され無線で操作される切
離装置を備えたブイと、該ブイとアンカーとの間に収納
されたロープ手段とからなることを特徴としている。

【００１５】上記ジンバル機構が３５゜〜２５゜の振り
角を有する構成とすることが望ましい。

【００１６】また、上記波高計本体がさらに水圧式波高
計を備えた構成としてもよい。さらに、上記波高計が傾
斜計を備え、該傾斜計が波高計の傾斜度を無線により発
信できることがのぞましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
にしたがって説明する。図１は、本発明の波高計の要部
構成を示す断面図で、図２は本発明の波高計を海底に設
置した状態を示す斜視図である。図１は、図２に示す波
高計本体Ａの要部を示す。波高計内部の構成は従来例で
説明したのと同じであるが、本発明では、ケース１の内
部の高さＤを大きくしたことを特徴としている。このよ
うな構成上の特徴から、本発明の波高計は大型で重量も
重くなるが、そのジンバル機構は、その振り角θが大き
くなり、最大で約３５゜の傾斜が可能になった。すなわ
ち、この波高計は制御ケース１１に取り付けられ、制御
ケースのフランジ部分１２で架台１３に取り付けられる
が、架台１３が３５゜傾斜しても、振動子２は水平状態
を保つことができることとなる。

【００１８】また、ケース１の内部に、水圧式波高計１
４を取り付けている。これは、ケース１とその外側の海
水とは、ゴム膜１０で隔てられているので、ケース１内
のひまし油には、海水とおなじ水圧が加わっていること
を利用したものである。なお、水圧式波高計は、概略垂
直に設置されればよく、ジンバル機構を用いる必要はな
い。

【００１９】制御ケース１１の内部には、制御装置、デ
ータ記録装置及び電源などが収納されている。この実施
例の制御ケースでは、波高データを一旦制御ケース内の
記録装置に記録し、定期的に引き揚げてその記録を取り
出して分析するのであるが、制御ケース内に送受信器を
設け、海上に浮かせたブイに取り付けたアンテナによっ
て地上局との間でリアルタイムにデータの送受ができる
ようにすることもできる。

【００２０】また、この制御ケース１１の外側には、傾
斜計１５が取り付けられ、架台１３の傾斜角度を電気信
号に変換して発信し、船上等に設けられた受信器に伝達
する。傾斜計１５は、架台１３の傾斜角度を測定できれ
ば、設置場所は図示の位置に限定されない。

【００２１】架台１３の左側には、ワイヤー１６を介し
て浮上装置Ｂが設けられる。浮上装置Ｂは、アンカーと
なるコンクリートブロック１７、これに立設された支柱
１８、その頂部に取り付けられた切離し装置１９、及び
切離し装置１９の先端のブイ２０とからなる。さらに、
支柱１８には篭２１があり、この中にロープ手段として
のロープ２２が収容されている。ロープ２２は、その一
方の端部は切離し装置１９のブイ２０側に接続され、他
方の端部は支柱１８に接続される。架台１３の右側に
は、チェーン２４を介して錨２５が接続されている。以
上の構成において、ワイヤー１６、ロープ２２及びチェ
ーン２４は、いずれも水深の１．２倍程度の長さで、一
方に接続された機器などが海上に浮上したとき、他方側
の機器が海底に止まることができる長さとしている。ま
た、ロープ手段には、チェーンやワイヤーなどが含まれ
る。同じく、ワイヤーにはロープやチェーンが含まれ、
チェーンにはロープやワイヤーが含まれる。

【００２２】切離し装置１９は、船上等の離れた位置か
ら無線により指示が与えられると、ブイ２０を支柱１８
から離反させるものである。離反されたブイ２０は浮力
により海上に浮上し、浮き上がったブイ２０を見つける
ことによって波高計の回収ができることとなる。

【００２３】次に、本発明の波高計の使用の仕方を説明
する。図２に示すように組み立てられた波高計は、船舶
に積み込まれて運ばれる。設置海域に到着したら、超音
波探知機などで海底の状態を調査し、海底の平坦な所を
選んで、まず錨２５を降ろす。錨２５が海底に達して
も、チェーン２４には若干余裕があり、端部は船上に残
っている。次にワイヤー１６を少し張りながら波高計本
体Ａを降ろす。

【００２４】波高計本体Ａが海底に達したとき、ワイヤ
ー１６の端部もまだ船上に残った状態である。この状態
で、傾斜計１５から送ってくる架台１３の傾斜角度を船
上で受信し、傾斜角度が２５度以内であれば、引き続き
浮上装置Ｂ、すなわち、ブイ２０からコンクリートブロ
ック１７までを降ろす。

【００２５】もし、架台１３の傾斜角度が２５度を越え
ていたら、浮上装置Ｂを投下せずに、ワイヤー１６を引
っ張って架台１３の姿勢を変えさせる。そして、２５度
以下になったのを確認して浮上装置Ｂを降ろす。最終的
に全てが投下され、海底に達すると、図２に示すように
配置され、波高測定が開始される。

【００２６】波高測定は、超音波式波高計を中心に行わ
れる。とくに、３〜７秒周期程度の短周期の波は、超音
波式検出部で得られる。７秒から１２秒周期の比較的長
い波は、超音波式と水圧式の双方からデータが得られ
る。荒天時には波頭が砕けるいわゆる砕波現象が起こる
が、砕波については、超音波式では正確な波高測定がで
きない。そこで、このような場合には水圧式波高計を使
用することとなる。

【００２７】波高測定は、サンプリングのインタバルを
上述した０．１〜１．０秒間隔とし、所定の時間の測定
と休止をプログラムに従って行い、得られたデータを磁
気テープまたはフロッピーディスクの形態で記憶手段に
記録しておく。そして、たとえば、１月に１回の割合い
で波高計を回収し、記録されたデータを取り出す。

【００２８】波高計の回収は次のようにしておこなう。
まず、ＧＰＳ（人工衛星を利用した位置割り出し装置）
を使用して波高計を設置した海域に出掛ける。位置がき
まったら、遠隔操作によって切離し装置１９を作動させ
る。すると、ブイ２０は支柱１８から離れ、ロープ２２
を解きながら海上に浮上する。このブイを見つけて船上
に引き上げ、ロープ２２を引っ張れば架台１３とともに
波高計が浮上してくる。さらに、架台１３に付いている
チェーン２４を手繰り上げれば、錨２５も回収すること
ができる。この後、データを回収し、装置の点検や電池
の補給等を行い、再び前述したようにして海中に投下す
る。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ジンバル機構の振り角を大きくしたので、装置を単
に投下すればよくなり、設置が容易になり、潜水夫によ
る設置作業を不要にした。また、浮上装置を設けたの
で、装置の回収も簡単になり、潜水夫が不要になった。

【００３０】波高計本体に傾斜計を取り付けると、投下
した波高計の設置角度を確認しながら設置できるので、
正確な設置が確実になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波式波高計の要部構成を示す断面
図である。

【図２】本発明の超音波式波高計の設置状態を説明する
斜視図である。

【図３】従来のシンバル機構を示す図で、（ａ）は上面
図、（ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

Ａ波高計本体Ｂ浮上装置２超音波振動素子１４水圧式波高計１５傾斜計１６ワイヤー１７アンカー１９切離し装置２０ブイ２２ロープ手段

フロントページの続き (72)発明者北畑光昭神戸市垂水区本多聞４−１−261−103 新多聞中央住宅 (72)発明者林昭神戸市垂水区霞ケ丘５−１−20 (72)発明者中田隆史明石市大久保町大窪323−１−701 (72)発明者大久保輝東京都東久留米市中央町３−11−２ (72)発明者渡辺泰則東京都小平市大沼町１−18−33 (72)発明者大泉好央埼玉県日高市武蔵台１−26−16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波振動素子を振り角の大きいジンバ
ル機構に取り付けた波高計本体と、該波高計本体にワイ
ヤーで接続された浮上装置とからなり、該浮上装置が、
アンカーと、該アンカーに接続され無線で操作される切
離装置を備えたブイと、該ブイとアンカーとの間に収納
されたロープ手段とからなることを特徴とする超音波式
波高計。
【請求項２】上記ジンバル機構が３５゜〜２５゜の振
り角を有することを特徴とする請求項１記載の超音波型
波高計。
【請求項３】上記波高計本体が、さらに水圧式波高計
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波
式波高計。
【請求項４】上記波高計が傾斜計を備え、該傾斜計が
波高計の傾斜度を無線により発信できることを特徴とす
る請求項１から３のいずれかに記載の超音波式波高計。