JPS5872058A

JPS5872058A - 超音波潮流計

Info

Publication number: JPS5872058A
Application number: JP17241181A
Authority: JP
Inventors: Shozo Uchihashi; 内橋　昭三; Shozo Shibuya; 渋谷　正三
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1981-10-26
Publication date: 1983-04-28

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、水中へ送波された超首波の海底等における反
射波に基づいて副流速度を測定する超音波潮流計に関す
る。

観測船の船底善に装備された超音波送受波器から海底に
向けて超音波を送波し、胡底等におけるその反射波を受
波して両流速度を測定する場合、−収には、ｍ　１氏か
らの反射波（以下、海）民度制波という）と、４＼中の
気泡やプランクトン等の潮流と一諸に移動する＠体から
の反射波Ｃ以下、水中反射波という）とをそれぞれ受波
し、それぞれの反射波のドツプラー周波数を比敗して、
Ｈ流迷度を画定している。ところで、このようにして副
流速度を画定するためには、７ｍ底反射波と水中反射波
とを周波畝的に選別する必要があり、このため、先行技
術では、フィルタ回路を利用することによって、上記選
別を行っている。したがって、この先行技術では、龍底
や水Ｉｌｌからの反射波を安定して検出するためには、
フィルタ回１１￥ｉのＩｒｄ波数通過帯域幅を狭くして
、そのＳ／Ｎ比を向上させる必要がある。特に、水深に
対応する中層や下層からの水中反射波では、気泡やブラ
ンクＩ・ン善が一収には１ｉ７Ｊ・しか存在していない
水中からの反射波であるために、その反射波レベルが非
常に小さくなっており、したか−２て、中層や下／ｌΔ
ｌこおける水中反射波の安定した検出を行うためには、
フィルタ回路の周波数通過帯域幅をできる限り狭くして
５ｌｒＵ比を向上させる必要性か待にｄＯ８ところが、
ＩｔＵ底反射波や水中反射波のそれぞれのＩ？１１波数
は、ドツプラ効米によって、船運や副流速度に対応して
変化するので、フィルタ回路の周波数通過帯域幅をその
反射波周波数の上記変化範囲よりも狭くすることかでき
す、したがってＳ／Ｎ比を向上させて水中反射波、待に
中層や下層からの水中反射波を安定して検出することか
できない。

したかって、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決
し、水中反射波を特に中Ｊ繭や下層においても安定して
検出することのできる超音波Ｍ流計を提供することであ
る。なお、本件明細筈において、フィルタ回路の周波数
通過帯域とは、帯域勉過させる信号の周波数上における
位置をあられし、また、その帯域幅とは、帯域通過させ
ることのできる信号の周波数範囲をあられすものと解釈
される。

本発明を一層理解し易くするために、本発明の原理につ
いて説明する。先行技術では、海の表ｊ−中層、および
下層からそれぞれ反則されてくる水中反射波の祈周取数
の全てを一律に通過させるこトカテきるように、フィル
タ回路の周波数通過帯域幅を当初から７疋ぼりに広く設
定してあつ１こので。

中層や下層からの水中反則波の場合ＳｌＮ比の悪い信号
しか得られない。ところが、　７１σの表１１１＝”４
は、それより下方の層に比較して、（］）　Ａ　ｌ肋光
線の影薔でプラックトンが比較的豊富であること、（２
）風や教の作用で水中に気泡か多数発生していること、
ならびに（３）超音波の発射音諒からの距ＩＩＩＩＬが
短かいので送波される超音波のエネルキが大きいこと、
等の理由から反射波のレベルが大きいという事実かある
。したがって、この事実に石目して、各層からの水中反
射波の、ドツプラ効果によって釉自多する周波数を一律
に通過させるように当初からフィルタ回路の周波数通過
帯域幅を設定せずに、その代わりに例えば、先ず表層か
らの水中反射波の、１１ｄ波数に対しては、反射波レベ
ルが大きいので、フィルタ回路の周波数通過帯域幅を広
くする。この場合、表層からの水中反射波のレベルが大
きいので、フィルタ回路の周波数通過帯域１１１１ｉ１
を広くしてＳ／／ＩＶＪ比が悪くなっても、その水中反
射波を比較的容易に検出することができる。次に、衣層
からの水中反射波を帯域通匙させたフィルタ回路の出刃
に基づいて、１くソプラ効果による周波数偏移量を得、
この偏移型と、側流速度の変化か表層から下層へいく【
こしたがって連続ｂ９に変化すること、とを利用して表
層より下方の層、例えば中層からの水中反射波の周波数
を帯域通過させるようにフィルタ回路の周波数通過帯域
を自動的に制−１する。

この場合、中層からの水中反射波は、表層からの水中反
射波と比較して、レベルが非常に小さくなっているので
、Ｓ／Ｎ比を向上させるためにフィルタ回路の細波数通
過帯域幅は狭くされる。続いて、中層からの水中反射波
の周波数を帯域通過させたフィルタ回路の出力に基づい
て、上述と同様にして、中層より更に下方の層からの水
中反射波の周波数を帯域通過させるようにフィルタ回路
の周波数通過帯域を自動的に制御する。

この場合も、中層におけると同様の理由で、フィルタ回
路の周波数通過帯域幅は狭くされる。ここで、縄波数ｍ
適缶域の自動制御は、その帯域における中心周波数を、
ドツプラ効果による反射波の周波数偏移量（ドツプラシ
フト量）に対応して変化させることによって行われ、フ
ィルタ回路の周波数通過帯域幅は、表１−からの水中反
射波を検出するときは広く、中層および下層からの水中
反波を検出するときは一定のまま狭くされる。

このようにして、表層からの水中反射波の周波数を検出
するときは、フィルタ回路の周波数通過帯域幅を、潮流
速度の変化に対応する最大のドツプラシフト量を考慮し
て設定し、中層および下層からの水中反射波の周波数を
検出するときは、表層からの水中反射波の周波数を検出
して得られるドツプラシフト量に基づいて、中ＪＡＷか
ら下層へいくにしたがって、順次、フィルタ回路の周波
数通過帯域を設定していく。こうすることによって、反
射波レベルの小さい中層や下層からの水中反射波の周波
数を検出するためｌこ、フィルタ回路の周波数通過帯域
幅を狭く、即ち、ＳｌＮ比を向上させることができ、し
たかって、中層や下層からの水中反射波を安定して検出
することかできる。本発明は、このような原理に基づい
てなされたものである。

以下、図面を俗照して本発明の一実施例を詳潤１１（こ
説明する。

第１図は、本発明の一実施例のブロック回路図である。

観測船の船底等に装ｖｎ４される超音波受波器１は、送
振器２からの嘔気信号によって、超音波を船ｊ代から肋
）氏へ向けて送波するとともに、海底反射波および水中
反射波を受波する。超音波受波器１および送振器２、等
による超音波の送波とその反射波の受波は、時分割的（
こ行われる。

超音波送受波器１で受波された海底反射波および水中反
射波は、電気１浩号に変侠された後、前置増幅器３に入
力される。前直増１陥器３で増幅されたこれらの各反射
波に係る電気信号は、フィルタ回路４、および、５１ま
たは５２へ送出される。一方のフィルタ回路４は、胡底
反躬波の周波数の最大のドツプラシフト塩に対応する広
い周波数通過帯域幅を有している。このように、Ｓ／Ｎ
比がある硅度悪くなるにもかかわらず、フィルタ回１晒
４の周波数通過帯域１而を広くすることができるのは、
その反射波レベルが比軟的に大きいためである。

７Ｒ低反射波検出回路６は、ｎｎ底反射Ｕのレベルが他
の反射波のレベルに比奴して最も大きいことを利用して
、フィルタＬＬｊＪ路４の出力から、７ｔＢ　１ｍ反射
激の信号のみを検出する。海底反射波検出回路６で選出
された肋ｊ氏反則波信号は、比牧回趙７の一方の入力部
に送出さｔ′１．る。Ｌｔ＋蚊回路７の他方の入力部に
は、可変発振器８からの発振局波信号が入力される。比
１収回路７は、Ｎ方の入力部にそれぞれ入力されてきた
海ｊ比反射波信吋と発振１．’ｉＪ波信号のそれぞれの
周波数を比１設するとともに、その比較結果に基づいて
、可変発振器８の発振周波数を海底反射波の周波数〔こ
一致さぜる」：う番こ、可変発振器８に対して、その出
力部から比較信号を送出する。このような周肢数制′＠
１は、；４．ｊ知の自！助周波数制眸回路によって行う
ことができる。

このようにして、海底反射波の周波数に一双するように
自動的に周波数Ｈ１制御された町変発賊器８からの発振
周波信号は、演算回路９の一方の入力部に送出される。

一方、′ＲＡ百波送波送受波器１送度された吋佼にその
送受波器１に帰米してくる水中反射波は、上述の表層に
おける反射波であるので、上述した押出によって、その
レベルは、それより下方の層からの水中反射波のレベル
と比軟して大きい。表層からの水中反射波のレベルは海
底反射波とは＼゛同同次ベルあるいは測定するに足りる
レベルであることを利用して、トリガ回路１０で、単安
定マルチバイブレーク１１をトリガし、これによって単
安定マルチバイブレーク１１から一定幅の電気パルスを
出力させる。そうすると、この電気パルスによって、ス
イッチ切換回路１２Ｉよ、作動させられる。スイッチ切
換回路１２は、１８ｒＪ動接点１２１と、２つの個別接
点１２２および１２３とを含み、通常、可動接点１２１
は一方の個別接点１２２に接触するようにばね付勢され
ているが、単安定マルチバイブレーク１１からの電気パ
ルスの印加によって、１８ｉＪ動接点１２１が他方の個
別接点１２３に接触するように電力付勢される。したが
って、トリガ回路１０によって１へリガされた単安定マ
ルチバイブレーク１１から電気）くルスが出力されてい
る間は、前Ｗ　ｋｍ　＋ｐ／１１鈷ｓは、スイッチ切換
回路１２を介して、ｊム帝域フィルタ回１烙５２に接抗
されている。

したがって、トリガ回１晴１０でトリカされた送振：指
２からの嘔気信号（こまって超首波を水中へ放射した超
音波送受波器１の方へ帰来してきた衣層がらの水中反射
波は、その送受波器１で１−１工気信号に変便された後
、前置増幅器３、スイッチ切戻回路１２を介して、広帯
域フィルタ回路５２の方へ入力させられる。広帯域フィ
ルタ回路５２１．ｔ、表層からの水中反射波の周波数の
最大のドツプラシフト量に対応する広い周波数通過帯域
幅を有している。この最大のドツプラシフト量は、潮流
速度の変化範囲を考慮して定められている。

広帯域フィルタ回路５２を通過した表層からの水中反射
波の信号は、水中反射波検出回路１２で検出される。こ
の検出は、超音波送波後一定の時聞円番こ水中反射波が
５市来してくるので、この時間内に帰来する反射波を選
出することによって、行われる。こうして、水中反射波
検出回路１２で検出された水中反射波の信号は、比１１
反回路１３の一方の人力部に送出される。

比較回路１３の他方の入力部には、可変発振器１４から
の可変周波信号が、入力される。比較回路１３の両方の
入力部に、上述のようにそれぞれ入力された信号は、こ
の比較回路１３において周波数比較される。比較回路１
３は、その比較結果に基づいて、比較信号を、その出力
部から送出させる。可変発振器１４は、比較回路１３か
らの比較信号によって、上述と同様にして、可変周波信
号の周波数を、水中反射波の周波数に一致させるように
、動作する。

こうして、発振周波数を自動制御ｊさ−また可変発振器
１４からの可変周波信号か、演算回路９の他方の入力部
に送出される。

演算回路９は、両方の入力部にそれぞれ入力された／１
σ底反射波の周波数に一致する周波数を有する可変周波
信号と、表層からの水中反射波の周１反数に一眠する周
波数を有する可変周波信号と、〔こ基づいて、表層にお
ける潮流速度に対１・６するドツプラ周波数を検出して
、潮流速度を演算する。

一方、可友プロ振器１肋・らの可変周波信号は、ｗ１算
回路９の他に、制御電圧発生回路１５にも入力される。

制御電圧発生回路１５は、町変元振ｋｉ＜’１４がらの
可変周波信号の周波数に対応した制御電圧を発生するも
のである。

単安定マルチバイフレーク１１カらの電気パルスが、ス
イッチ切換回路１２ｉこ印加されなくなると、スイッチ
切換回路１２の可動接点１２１は、一方の個別接点１２
２の方に切換れる。そうすると、前置増幅器３を介して
入力されてくる水中反射波の信号１は、狭帯域フィルタ
５１の方へ送出される。ここで、可変発振器１３からの
可変周波信号の周波数は、水中反射波の周波数のトノブ
ランフト量に追従してに化するので、制御電圧発生回路
１５からの１ｉｌＪ　御？Ｍ圧は、水中反射波の周波数
のドツプラシフ１〜量【こ刈１応して変化する。したが
って、狭帯域フィルタ回路５１の周波数通過帯域を制御
電圧発生回路１（支））らの制御電圧の変化に追従して
変化させると、狭帯域フィルタ回路５１は、局紋数通過
イ１）域ｌｌ’ｌ＋ｉを狭くされていても、各層からの
水中反ＬＪＪ’　Ｗの１．’ａ波数を帯域通過させるこ
とかできる。なお、３ｙ＜　’：１ｆ域フィルタ回路５
１は、同調回路を使用して構成されており、制御電圧の
変化に対ｊ、６シて同調回路内の容重を変化させ、その
容重変化によって同調周波数を変化させる。

第２図は、水深（ｍ）に対する潮流速度〔Ｉη７仝〕の
に化を示すグラフである。第２凶によると、副流速度の
変化によるドツプラシフ！・星の貧化範囲は比較的小さ
くなることが示される。したがって、狭帯域フィルタ回
路５１の周波数通過帯域を、潮流速度の変化によるドツ
プラシフト量の変化に対応させて、変化させるようにす
れば、狭帯域フィルタ回路５１の周波数通過帯域幅を狭
くしても、検出されるべき水中反射波の周波数成分を通
過させることが可能である。

第３図は、＠ＩＩＩ！ｌｌｌを海底反射波および水中反
射波のレベル（ｄＢ）に、また、横軸を周波数にとるグ
ラフであり、その実線は、広帯域フィルタ回路４および
５２の周波数通過帯域をあられすとともに、その破線は
、狭帯域フィルタ回路５１の周波数通過帯域をあられし
ている。狭帯域フィルタ回路５１の周波数通過帯域の中
心周牧数は、第３図の破線に示すように、ドツプラシフ
ト量変化範囲内で、制１ＩＩ１１電圧発生Ｉｌ！ＪＩ＠
１５からの制御電圧の変化に追従して変化する。

したがって、先ず、表層からの水中反則波に対応する可
変発振器１３からの発振周波信置によって、制御電圧発
生回路１５は、所定の制御１１１１屯圧を発生し、この
制御電圧【こよって、狭帯域フィルタ回路５１の周波数
通過帯域が制御される。次に、超音波送受波器１におい
て表層からの水中反射波が受波されなくなり、単安定マ
ルチバインレータ１１から電気パルスが出力されなくな
ると、スイッチ切換回路１２は、前置増幅器３が、広帯
域フィルタ回路５２から狭帯域フィルタ回路５１に接続
される」：うに、切換動作する。そうすると、中層から
の水中反射波の信号は、狭帯域フィルタ回路５１に入力
される。

狭帯域フィルタ回路５１は、第８図の破線に示すごとき
非常に狭い周波数通過帯域（＋’！？＋を有しており、
上述のように、表層からの水中反射波ｆこ基づいてその
周波数通過帯域を制御されているので、入力されてきた
中層からの水中反射波の信号を艮好なＳ／Ｎ比でもって
帯域通過させることができる。

狭帯域フィルタ回路５１を帯域通過した中ノーからの反
射波信号は、水中反射波検出回路１２で検出された後、
比較回路１３の一方の入力部に入力されるとともに、」
二連のように、比軟回路１３で、可変発振器１４からの
可変周波信号と比較される。演算回路９は、」−述した
ように、中層における潮流速度を演算する。制御電圧発
生回路１５は、中層における潮流速度に対応したドツプ
ラシフ１〜量をあらイ）す制御電圧を発生し、この制御
電圧によって狭帯域フィルタ回路５１の周波数通過帯域
が定められる。

次に、下層からの水中反射波が狭帯域フィルタ回路５１
に入力されると、上述と同様にして、下層からの水中反
射波の信号かこの回路５１を、非常に艮好なＳ／Ｎ比で
もって帯域通過させられる。このようにして狭帯域フィ
ルタ回路５１を帯域通過した下ｊ−からの水中反射波の
信号に基づいて、下層における潮流速度も演算されるこ
とができる。

なお、本件実施例において、魚淋などからＯ〕反帽波信
号は、ドツプラシフト輩かグ（なるので、フィルタ回路
の周波数通過ｈｚ域外となり、潮流速度の測定精度に対
するルーはない。

上述の実施例は、ドツプラソナー、ドソブラロク等（こ
も適用することができるとともに、ｎσ底反射波のみの
ドツプラ周波数を測定して対地船速、また水中反射波の
みのドツプラ周波数を測定して相対船速を測定すること
にも適用することかできる。また、上述の実施例におい
ては、海底反射波を検出するための回路系と、水中反射
波を検出するための回路系とを使用しているけれども、
海底反射波が、水中反射波よりも遅く超音波送受波器に
帰来してくることを利用すれば、１つの回路系で本件実
施例と同様の回路構成を得ることもできる。

以上説明したよう（こ、本発明によれば、水中反射波を
、特に中層や下層齋こおいても安定して検出することか
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は５本発明の一実施例のブロック回鯖図、第２図
は水深に対する潮流速度の変化量を示すグラフ、第３図
は、フィルタ回路の周波数通過帯域の特性を示すグラフ
である。１・・・超音波送受波器、２・・・送振８ｈ、３・・・
耐直増幅器、４　、５１　、５２・・・フィルタ回路、
６・・・海底反射波検出回路、７，１３・・・比較回路
、８，１４・・・可変発振回路、９・・・演算回路、１
０・・・トリカ回路、１１・・・単安定マルチバイブレ
ーク、１２・・・スイッチ切換回路、１５・・・制御電
圧発生回路代青【　１里１　　田自知入

Claims

【特許請求の範囲】

表層からの水中反射波に係る信号を帯域通過させる広帯
域フィルタ回路と、前記信号に奉づいて、表層より下方
の層からの水中反射波に係る信号を帯域通過させるよう
ｌこ、周波数通過帯域を制御される狭帯域フィルタ回路
とを含むことを特徴とする、超音波潮流計。