JPS5827034A - 遠隔水温測定方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水面下の水温を音波の伝播時間を利用して遠
隔測定する水温測定方式に関する。

従来、水面下の温度測定は、水中に水温センサを投下ま
たは吊下げることにより行っているが２例えば海上を航
行する船舶において航行状態でこのような温度測定を行
うことは面倒であり、航路上の適正な位置に゛おける水
温測定も困難となる等の難点があった。

本発明は、このような従来の水温測定の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、水温セ
ンサを使用する直接測定法に代えて２水温により音波の
伝播速度が変わるという現象を利用して、所定距離離間
した位置における音波の伝播時間を測定することによっ
て間接的に水温測定を行うことができる遠隔水温測定方
式を提供することにある。

次に１本発明に係る遠隔水温測定方式の原理について説
明する。第１図は本発明方式の原理を示すモデル図であ
り、第２図はその動作波形を示すタイムチャートである
。第１図において。

■は送波器、２は受波器を示し、これらの送波器１と受
波器２は船舶の船底もしくは舷側に取り付げられる。送
波器１と受波器２とは、所定間隔離間して配置され、送
波器１は水面下に向って音波Ｉ（図示の斜線部分）を発
信し、また受波器２はそれぞれ所定方向に受信ビームＩ
ＩＡ。

ＩＩＢ（図示の斜線部分）を指向させる。

従って、受波器２は、Ａ点およびＢ点からの２種の受信
ビームＩＩＡ、　ＩＩＢの反射音波を受信する受波器２
ａ、　２ｂが設けられるものとする。説明の便宜上、水
温の分布は水深Ｌａ下におけるレベルを境にして上方を
Ｔ１℃とし、下方を７２℃と、１−る。

そして、送波器１よりパルス性の音波が発振された時点
を基準時間０反する。（第２図ａ）。

このようにして、送波器１より発信された音波Ｉは、そ
の経路に従って伝播していく。音波は。

伝播経路上に存在する微少浮遊物体や水のゆらぎ等から
、その一部が乱反射するが、受波器２ａ。

２ｂの受信ビームＵｐ、、　ＩＩＢ　と交差すると受波
器２の方向に反射される。すなわち、受波器２ａ、　２
ｂの受信ビームＩｂ、　ＪＩＢは、音波Ｉの経路Ａ、Ｂ
点にそれぞれ向けられ、送波器１より発信された音波■
がＡ点に達したとき、受波器２の方向に反射される音波
が受波器２ａによって受信され（第２図すのＲ１）、ま
た音波ＩがＢ点に達したとき、受波器２の方向に反射さ
れる音波が受波器２ｂによって受信される（第２図Ｃの
Ｒ５２）。

このようにして、受波器２によって受信された音波の到
達時間１１．　ｔｚと距離との関係は次式％式％ 但し、　Ｌａ　：　　送波器１とＡ点との距離Ｌｂ：Ａ
点とＢ点との距離 ＬＣ：　　受波器２とＡ点との距離 Ｃ（ｔ＋）　：　Ｔ１℃における音波の水中伝播速度Ｃ
（ｔｚ）　：　７２℃における音波の水中伝播速度なお
、一般に音波の水中伝播速度は、塩分や圧力によって変
化するが、この場合その量は僅かであり、無視すること
ができる。また音波の経路は、水温差のあるところでは
屈折するが。

得られた値に適当な比例係数をかけて補正することがで
きる。

前記式（１）、　（２）において、距離Ｌａ、　Ｌｂ、
　ＬＣ，ＴＡ。

Ｌｅは、送波器１と受波器２との離間距離Ｉノｎと。

受波器２ａ、　２ｂの受信ビームＩＩＡ、　［ｌＢの水
面に対する傾角θａ、θｂがそれぞれ所定値に定められ
ることにより、全て計算により求められる。従って。

受波器２によって受信された音波の到達時間ｔｌ。

ｔｚが測定されれば、前記式（１１，（２１に基づいて
音波の水中伝播速度Ｃ（ｔｌ）、　Ｃ（ｔｚ）が算出さ
れる。

この結果から、較正表に基づいて温度ＴＩ’Ｃ，Ｔ２℃
を求めることができる。

以上の原理に基づいて２本発明に係る遠隔水温測定方式
の実施例につき添付図面を参照して以下詳細に説明する
。

第３図は、第１図に示す原理に基づいて１本発明を実施
するための具体的な回路図を示すものである。

すなわち、第３図において、■は送波器、　２ａ、２ｂ
は受波器を示す。送波器１は送信波発生回路３に接続さ
れ、また受波器２ａ、　２ｂはそれぞれ受信増幅回路４
，６に接続される。５は周期的に送信を行うためのトリ
ガパルス発生回路、　７ａ、　７ｂはフリップフロップ
回路、８ａ、８ｂはゲート回路。

９はパルス列発生回路、　　１０ａ、１０ｂは計数回路
。

そして１１は計算機を示す。

次に、このように構成した回路の動作につき。

第２図に示す動作波形を参照しながら説明する。

トリガパルス発生回路５によって２周期的に音波送信を
行うためのトリガパルス（第２図Ｍ）を発生する。この
トリガパルスに基づいて、送波器１は一定時間パルス状
の音波を発信する（第２図ａ）。一方、受波器２ａ、　
２ｂは送波器１から水中に発信される音波の経路と交差
する方向にそれぞれ受信ビームを指向させる。フリップ
フロップ回路７ａは、トリガパルス発生回路５から送出
されるトリガパルスによってセント状態となり、受波器
２ａが反射音波を受信し、受信増幅回路４に受信波Ｒ１
（第２図ｂ）が現われた時にリセットされる（第２図ｄ
）。これに対し。

フリ、プフロソプ回路７ｂは、前記フリップフロップ回
路７ａが反射音波を受信し、受信増幅回路５に受信波Ｒ
ｚ　（第２図Ｃ）が現われた時にリセットされる（第２
図ｅ）。

一方、パルス列発生回路９は、連続したパルス列を発生
しく第２図ｆ）、このパルス列をそれぞれゲート回路８
ａ、　８ｂに供給する。この結果。

ゲート回路８ａ、　８ｂでは、それぞれフリップフロッ
プ回路７ａ、　７ｂの動作状態の間、前記パルス列を出
力することになる（第２図ｇ、ｈ）。これらのゲート回
路８ａ、８ｂの出力となるパルス列は。

計数回路１０ａ、　１０ｂで計数する。このようにして
得られた計数結果は１時間ｔｌ、　１２に比例した量で
あるため、計算機１１により積分等の演算を行うと共に
前記式（１）、　（２）に基づく演算を行うことにより
、音波の水中伝播速度を算出する。そして、この音波の
水中伝播速度を前述した較正表と対照して水温を求める
ことができる。

前述の実施例から明らかなように１本発明によれば、水
中において無数に存在する微少浮遊物等からなる反射体
を、送波器１から所定距離離間配置した受波器２の受信
ビーム角（有角θａ。

θｂ等）により特定し、これにより音波の伝播距離を定
め、この結果測定された音波の水中伝播時間から水温を
簡便に求めることができる。

このため、精度のよい水温測定を行うには、受波器にお
ける受信ビーム幅が狭いことと、受信ビーム角が精密に
測定できることが条件となる。

この場合、受信ビーム幅は使用周波数と送受波器の面積
を適当に選択することにより実現できるが、受信ビーム
角を精密に測定することは。

一般的に困難である。

そこで、精度のよい水温測定を行うための受信ビームの
決定方法について検討すれば２次の通りである。第４図
（ａ）は、第１図に示す受波器２ａの受信ビームＩＩＡ
のみを示したものである。

この場合、受信ビ〒ムｎＡの有角θａはビーム幅ψ１の
範囲内で不確実である。そこで、この受信ビームＨＡを
第４図（ｂ）に示すように、２つのビームＶ、Ｗとし、
一方のビームＶをやや上方に指向させると共に他方のビ
ームＷをやや下方に指向させ、これらビーム■、Ｗの大
部分は重畳するように設定する。このようにビーム■、
Ｗを設定することにより、各ビームＶ、Ｗで捕える反射
体からの反射信号は、第５図のタイムチャートで示すよ
うに、ビームＶからの信号ＶａがビームＷからの信号Ｗ
ａよりも上方に向いてしる分だけ早く到達する。従って
、これらの信号Ｖａ。

Ｗａを検波した波形ｖＲ，ｗＲからその差（ＶＲ−ＷＲ
）を求めると、第５図に示すような振幅波ＶＲ−ＷＲが
得られ、この振幅波ＶＲ−ＷＲの基準レベルＯと交点Ｋ
が正確に受信ビーム府角がθａである場合の温度測定値
を示すことになる。

なお１本発明においては、第１図に示され゛・るように
、送波器１から発信される音波は、直下に指向されてい
る必要はな（、有角が既知であれば斜めに指向させても
よ（、この場合前記式（１）、　（２）の演算に何らの
支障もない。また、船体のローリングやピッチングによ
る送受信の影響を防止するため、ビームの形状を扇形状
とすれば好適である。

さらに、前述した実施例において、受波器は２つの独立
した受信ビームを有する場合について説明したが、移相
回路を備えた単体の受波器で構成することができること
は勿論である。また、受信ビーム数も２つに限らず、多
数あればある程多点の水温測定を同時に行うことができ
る利点がある。この場合、受波素子をアレイ状に配列し
た受波器を使用することにより、マルチビームを構成し
て容易に多点温度測定が可能となる。

以上２本発明の好適な実施例について説明したが１本発
明方式は船舶に固定配置した音波の送波器および受波器
により、船舶の航行状態において航路上の適正位置にお
ける水中下の温度分布を簡易迅速に測定することができ
、この種装置の応用範囲は極めて広範である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る遠隔温度測定方式の原理を示す説
明図、第２図は本発明方式の動作波形を示すタイムチャ
ート図、第３図は本発明方式の一実施例を示すブロック
回路図、第４図（ａ）。 （ｂ）は本発明方式において使用する受信ビームの一例
とその変形例を示す説明図、第５図は第４図（ｂ）に示
す受信ビームによる受信波の動作波形を示すタイムチャ
ート図である。 １・・・送波器　２．・・・受波器　３．・・・送信波
発生回路４６・・・受信増幅回路　５．・　トリガパル
ス発生回路７ａ、　７ｂ・・・フリップフロップ回路８
ａ、　８ｂ・・・ゲート回路　９．・・・パルス列発生
回路１０ａ、　１０ｂ・・・計数回路　Ｉｌ、・・・計
算機特許出願人　　日本無線株式会社 第３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）送波器と受波器とを所定距離離間して配置し、送
   波器から水中に一定の音波を発信し。 −力受波器において前記送波器からの音波経路の異なる
   点でそれぞれ反射波を受信するよう複数の受信ビームを
   所定方向に指向させ。 前記受送器の各受信ビームの府角から水中における各音
   波の反射点を演算し、これら音波の反射点と送波器と受
   波器との相関距離及び測定された水中伝般時間から音波
   の水中伝播速度を演算し、さらにこの音波の水中伝播速
   度から水温を演算することを特徴とする遠隔水温測定方
   式。 （２、特許請求の範囲第１項記載の遠隔水温測定方式に
   おいて、受波器は複数の受波器を使用て複数の受信ビー
   ムを所定方向に指向させてなる遠隔水温測定方式。 （３）特許請求の範囲第１項記載の遠隔水温測定方式に
   おし・て、単一の受波器の場合移相回路を使用して複数
   の受信ビームを合成するようにした遠隔水温測定方式。 （４）特許請求の範囲第１項記載の遠隔水温測定方式に
   おし・て、受信ビームそれぞれ府角が若干異なりかつ互
   いに重畳する２つのビームで構成し、各ビームで捕えた
   受信信号の差信号と基準レベルとの交点の位置によって
   適正な反射点を演算してなる遠隔水温測定方式。