JPH10300767A - 超音波・圧力式波向・波高計測装置 - Google Patents

超音波・圧力式波向・波高計測装置

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JPH10300767A
JPH10300767A JP9121764A JP12176497A JPH10300767A JP H10300767 A JPH10300767 A JP H10300767A JP 9121764 A JP9121764 A JP 9121764A JP 12176497 A JP12176497 A JP 12176497A JP H10300767 A JPH10300767 A JP H10300767A
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JP
Japan
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wave
liquid
pressure
water pressure
frequency
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Application number
JP9121764A
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English (en)
Inventor
Mineo Iwasaki
峯夫 岩崎
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Kaijo Corp
Original Assignee
Kaijo Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 〔課題〕超音波流速計に併設されている水圧計を利用し
て、簡易・安価な構成のもとに、波向に加えて波高を高
精度で計測可能な超音波・圧力式波向・波高計測装置を
提供する。 〔解決手段〕液中の設置箇所のほぼ水平方向の液体の流
速を計測する超音波流速計(10 、15a-15e 、16、17、1
8) と、前記液中の設置箇所の液圧を検出する圧力計(1
1)と、前記圧力計(11)で検出された液圧が最大の時に検
出された前記液体の流速に含まれる流れの方向を波向と
して検出する波向検出手段(10)と、前記圧力計(11)で検
出された液圧をディジタル信号に変換し、このディジタ
ル信号をディジタル・フィルタに通すことにより、この
ディジタル信号に周波数に応じた倍率H(f)=cosh(2πD/
L)/〔cosh [ 2π(D−z)/L] 〕、[2πL/gtanh(2πD/
L)] ー1/2=f、ただし、g:重力の加速度、D:圧力計
の設置箇所の液の深さ、z:圧力計の深度、を基本とし
必要に応じてこれに修正を加えた補正値を乗算し、波高
の波形として出力する波高検出手段(10,12,13,14) と備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波センサと圧
力センサとを使用して、波の方向(波向)と波の高さ
(波高)とを検出する超音波・圧力式波向・波高計測装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、埠頭などの海中構築物に対する波
浪の影響を調査する目的などから、海中に設置され、波
の方向を検出する波向計や、波の高さを検出する波高計
が使用されてきた。
【0003】従来の波向計として、超音波流速計と水圧
計とを組合せて波の方向(波向)を検出する構成のもの
が使用されてきた。この波向計は、ほぼ水平な平面内の
直交二軸方向に沿って互いに対向して設置される2組の
超音波送受波器の対と伝播時間差検出回路とを備えた超
音波二次元流速計と、歪みゲージと増幅器とを備えた水
圧計とから構成されている。超音波流速計で測定される
水平面内の二次元流速は、波の周期で反転を繰り返すた
め180 o の不確定さが生じ、このような流速計だけでは
波向が特定できない。このため、併設した水圧計により
水圧の変化が同時に検出され、この水圧が最大の時点、
すなわち波高が最大の時点で検出された波向が目的とす
る波向として特定される。
【0004】また、波高計としては海底などの海中に超
音波の送受波器を設置しておき、真上の海面に向けて超
音波を送信したのち海面で反射されて戻って来た反射波
を受信し、送信から受信までに要した時間から海面まで
の距離を検出し、この検出した海面までの距離の時間変
化量を海面の波高として検出するように構成されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の波高計は、
超音波送受波器と伝播遅延時間の検出回路とを使用して
いるため、高価になるという問題がある。この問題を解
決するために、波向計に併設されている水圧計をそのま
ま波高計としても利用することが考えられる。しかしな
がら、これには次のような問題がある。
【0006】まず、波(海面のうねり)に基づいて海中
に伝達される水圧の時間的な変化量は、波の周波数f
(波の周期の逆数)に依存することが知られている。0.
1 Hz以下程度の十分低周波の波に起因する水圧の時間
的変化量はそのまま海中に伝達されるが、波の周波数f
が0.1 Hzの数倍程度と高くなるにつれて、海中に伝播
される水圧の時間変化量が減衰する。この水圧の変化量
の減衰の割合(率減衰)は、井島武士著「海洋工学」
(朝倉書店発行)の第34頁を参照すれば、次のη(f)
で与えられる。
【0007】 η(f) =〔cosh [ 2π(D−z)/L] 〕/cosh(2πD/L) ・・・(1) 〔 2πL/gtanh(2πD/L)〕ー1/2 =f ・・・(2) ただし、g:重力の加速度、D:圧力計の設置箇所の水
深、z:圧力計の深度すなわち、波の周波数fに対して
(2) 式からLの値を算定し、この算定したLの値を(1)
式に代入することにより、周波数fの波に対する水圧の
変化量の減衰率η(f)が求まる。
【0008】従って、水圧計で検出した水圧の時間波形
からこの波形の周波数を検出し、この波形の振幅に減衰
量の逆数である1/η(f) を乗算することにより、周波数
補正された海面の波高を検出できる。そこで、従来は、
水圧計で得られた水圧波形からゼロアップクロス法で波
を抽出するによってその周波数を検出し、この周波数補
正係数を水圧波形の振幅に乗算すれば、海面の波高が検
出できる。
【0009】ところが、波は、周波数の異なる複数の成
分が合成された複雑なものとなる場合が多い。このた
め、水圧の波形から波の周波数を高精度で検出すること
が困難になり、敢えて検出精度を高めようとすれば、そ
のための処理装置が複雑高価になり、結局、超音波送受
波を用いたものよりも高価になってしまうという問題が
あった。なお、波向計に併用されている圧力計は、180
o 異なる二つの波向のどちらが真の波向であるかを特定
するために、水圧が最大の時点を検出できれば十分であ
るため、波高計に要求されるような精度は不要である。
【0010】従って、本発明の目的は、波向計に併設さ
れている圧力計を利用することにより比較的安価な構成
のもとに高精度で波高を検出できる超音波・圧力式波向
・波高計測装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波・圧力式
波向・波高計測装置は、液中の設置箇所のほぼ水平方向
の液体の流速を計測する超音波流速計と、前記液中の設
置箇所の液圧を計測する圧力計と、前記圧力計で検出さ
れた液圧が最大の時に検出された前記液体の流速に含ま
れる流れの方向を波向として検出する波向検出手段と、
前記圧力計で検出された液圧をディジタル信号に変換
し、このディジタル信号をディジタルフィルタに通すこ
とにより、このディジタル信号に周波数に応じた倍率H
(f) H(f)=1/η(f) =cosh(2πD/L)/〔cosh [ 2π(D−z)/L] 〕 〔 2πL/gtanh(2πD/L)〕ー1/2 =f ただし、g:重力の加速度、D:圧力計の設置箇所の液
の深さ、z:圧力計の深度、を基本とし必要に応じてこ
れに修正を加えた補正値を乗算し、波高の波形として出
力する波高検出手段とを備えている。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記液体は海水であり、上記液中の設置箇所は海中
である。
【0013】
【実施例】図1は本発明の一実施例の超音波・圧力式波
向・波高計の構成を示す機能ブロック図(A)と、斜視
図(B)である。この波向・波高計は、(A)の機能ブ
ロック図に示すように、プロセッサ10、水圧センサ1
1、A/D変換器12、ディジタルフィルタ13、デー
タメモリ14、東西方向と南北方向のそれぞれに対向し
て設置された超音波送受波器15a〜15e、送受切替
回器16、送信回路17、受信回路18を備えている。
【0014】水圧センサ11は、図1の(B)に示すよ
うに、海底に構築された適宜な高さの台上に設置された
水密容器Cから直立する円柱体の頂部に設置されてい
る。この水圧センサ11は歪みゲージと、この歪みゲー
ジから出力される電気信号を増幅する増幅器とを備えて
おり、波高の変化に伴う水圧の変化に応じた振幅のアナ
ログ電気信号を出力する。
【0015】水圧センサ11から出力されたアナログ電
気信号は、図1の機能ブロック図(A)に示すように、
A/D変換器12において、一定のサンプリング周波数
でサンプリングされ、ディジタル信号に変換される。デ
ィジタル信号に変換された水圧データは、ディジタルフ
ィルタ13に供給され、0.1 Hz以上の高周波成分が周
波数の増加と共に強調された周波数補正信号に変換され
る。
【0016】このディジタルフィルタ13による各周波
数fの振幅に対する補正倍率H(f)は次式で与えられる。 H(f)=1/η(f) =cosh(2πD/L)/〔cosh [ 2π(D−z)/L] 〕 〔 2πL/gtanh(2πD/L)〕ー1/2 =f ただし、g:重力の加速度、D:圧力計の設置箇所の液
の深さ、z:圧力計の深度である。
【0017】この補正倍率H(f)は、波向・波高計が設置
される水深によっても異なる。例えば、この波向・波高
計測装置が水深12メートルの海底に設置された場合に
は、上記振幅補正係数は図3の曲線で示すように設定さ
れる。すなわち、振幅補正係数は、0.1 Hz程度の周波
数から徐々に増加し始め、0.25Hzで補正倍率が10程度
となり、0.29Hz以上では一定の補正倍率30に固定され
る。このように、補正倍率の増大を途中で打ち切るの
は、信号と同時に雑音の振幅も増大させることの悪影響
を防止するためである。このディジタルフィルタで振幅
が補正されたディジタル水圧データは、データメモリ1
4に書込まれてゆく。
【0018】図3は、上記水圧センサ(圧力計)11の
出力波形(a)と、この出力波形(a)をディジタルフ
ィルター13に通した圧力波形(b)と、比較のために
設置した従来の超音波波高計の出力波形(c)の実験デ
ータを示す図である。ディジタルフィルターを通した圧
力波形(b)は、圧力計11から出力された波形(a)
中の高周波数成分が強調されることにより、超音波波高
計の出力波形(c)に近い形に補正されている。
【0019】上記波高の計測と並行して、東西方向に対
向して設置された1対の超音波送受波器15aと15b
と、南北方向に対向して設置された他の1対の超音波送
受波器15cと15dとによって、流速のベクトル値が
計測される。すなわち、マイクロプロセッサなどで構成
されるプロセッサ10は、送受切替器16を制御するこ
とにより、送信回路17と受信回路18とを超音波送受
波器15a〜15dの対向する対のそれぞれに接続する
ことにより、対向する1対の超音波送受波器の間に正逆
双方向の超音波の伝播経路を形成させ、これらの伝播経
路に沿う正逆双方向の超音波の伝播時間の逆数の差から
これらの伝播経路に沿う海水の流速を検出する。
【0020】プロセッサ10は、上述のようにして検出
した流速の東西成分と南北成分とをベクトル的に合成す
ることにより、流速のベクトル値を検出する。前述した
ように、この流速のベクトル値は180 o の不確定性を含
んでいる。そこで、プロセッサ10は、データメモリ1
4に書込まれている波高値を読出し、この波高値が極大
の時に得られた流速のベクトル値から波向を確定し、こ
れをデータメモリ14に書込む。データメモリ14に書
込まれた波高と波向のデータは、この装置を海中から回
収することにより読取られる。
【0021】以上、データメモリ14やプロセッサ10
を含む波向・波高計測装置全体を海中に設置し、これを
海中から回収することにより波向と波高のデータを収集
する構成を例示した。しかしながら、このような計測装
置をケーブルで海上や地上の装置と接続する構成を採用
することにより、上述した各構成要素のうち水圧センサ
や超音波送受波器を除く適宜なものについては、海上や
地上の装置内に設置する構成とすることができる。
【0022】例えば、水圧センサ11から出力されたア
ナログ形式の水圧波形や、これをディジタル信号に変換
したディジタル形式の水圧波形をそのままデータメモリ
14に保存しておき、これらを海中から回収したデータ
メモリ14から読出した後、ディジタル・フィルタ13
を通すことにより周波数補正を行う構成とすることもで
きる。
【0023】また、海面の波向と波高を測定する場合を
例にとって本発明の波向・波高計測装置を説明した。し
かしながら、本発明の波向・波高計測装置は、河川の水
面(川面)の波や、化学プラントなどの処理対象の液面
に形成される波などを計測の対象とすることもできる。
【0024】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波・圧力式波向・波高計は、圧力計で検出した波から
ゼロアップクロス法で周波数を検出し、この周波数に応
じた補正倍率を乗算する代わりに、アナログの圧力信号
をディジタル信号に変換し、ディジタルフィルタを通す
ことにより補正する構成であるから、複数の周波数成分
が混じりあった複雑な波にも正確に対応でき、比較的安
価な構成のもとで高い検出精度を実現できるという効果
が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の超音波・圧力式波向・波高
計測装置の構成を示す機能ブロック図(A)と外観図
(B)である。
【図2】補正倍率と周波数との関係を例示する特性図で
ある。
【図3】上記実施例の実験データを示す図である。
【符号の説明】
10 プロセッサ 11 水圧センサ 12 A/D変換器 13 ディジタルフィルタ 14 データメモリ 15a 〜15d 超音波送受波器 16 送受切替器 17 送信回路 18 受信回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液中の設置箇所のほぼ水平方向の液体の流
    速を計測する超音波流速計と、 前記液中の設置箇所の液圧を検出する圧力計と、 前記圧力計で検出された液圧が最大の時に検出された前
    記液体の流速に含まれる流れの方向を波向として検出す
    る波向検出手段と、 前記圧力計で検出された液圧をディジタル信号に変換
    し、このディジタル信号をディジタルフィルタに通すこ
    とにより、このディジタル信号に周波数に応じた倍率H
    (f) H(f)=cosh(2πD/L)/〔cosh [ 2π(D−z)/L] 〕 〔 2πL/gtanh(2πD/L)〕ー1/2 =f ただし、g:重力の加速度、D:圧力計の設置箇所の液
    の深さ、z:圧力計の深度、 を基本とし必要に応じてこれに修正を加えた補正値を乗
    算し、波高の波形として出力する波高検出手段とを備え
    たことを特徴とする超音波・圧力式波向・波高計測装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記液体は海水であり前記液中の設置箇所は海中である
    ことを特徴とする超音波・圧力式波向・波高計測装置。
JP9121764A 1997-04-24 1997-04-24 超音波・圧力式波向・波高計測装置 Pending JPH10300767A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208353A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Kaiyo Chosa Kyokai 水圧波から表面波への変換手法
WO2021093378A1 (zh) * 2019-11-11 2021-05-20 安徽理工大学 一种煤矿井下使用的超声波风速传感器
CN113418512A (zh) * 2021-07-22 2021-09-21 中国海洋大学 一种基于差压法的波向测量方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208353A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Kaiyo Chosa Kyokai 水圧波から表面波への変換手法
JP4725883B2 (ja) * 2005-01-31 2011-07-13 社団法人海洋調査協会 水圧波から表面波への変換手法
WO2021093378A1 (zh) * 2019-11-11 2021-05-20 安徽理工大学 一种煤矿井下使用的超声波风速传感器
CN113418512A (zh) * 2021-07-22 2021-09-21 中国海洋大学 一种基于差压法的波向测量方法
CN113418512B (zh) * 2021-07-22 2022-07-26 中国海洋大学 一种基于差压法的波向测量方法

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