JPS6013233A - 水温測定装置 - 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】 この発明は水温測定装置に関し、詳しくは超音波を利用
して水温を間接的に測定する装置に関する。

従来、水中の温度測定を行う装置には、サーミスタのよ
うな感温素子が多く用いられている。

この種測定装置は比較的精度良く温度測定ができる利点
を有する反面、局部的にしか測定ができず、例えば海洋
観測、漁業資源調査などのように広範囲にわたる水中の
温度分布を短時間のうちに測定するといったことは不可
能であった。

この発明は上記に鑑み、水中の広範囲にわたる温度及び
その分布が比較的正確に、かつ迅速に測定し得、しかも
、航走中の船舶よりこれを行える水温測定装置を提供す
ることを目的としてなされたものであって、船底の一個
所より９０゜以内の俯角で超音波を送信しその反射波を
受信する送受波器と、該送受波器によって受信された上
記反射波の周波数を測定する周波数測定器と、上記反射
波を船首尾線方向に一定間隔隔てた少なくとも２個所で
受信する受波器と、上記送受波器の送受信周波信号と上
記船首尾線上に配置された受波器の各受波信号とに基づ
いて水中音速を演算する演算回路と、該演算回路で得ら
れた水中音速値を水温を変数として得られる水中音速の
関数に代入し、水温を算出する回路とから構成されたこ
とを特徴とするものである。

次に、この発明を実施例により説明する。

第１図はこの発明の構成概念図であり、海洋観測船、あ
るいは漁船などの船体Ｂの船底ｌの一個所より９０°以
内の俯角β（＝　９０’−α）で超音波を発射する送波
器ａと、この送波器２よりの海底反射波を受信し、該受
信波のドツプラー変位周波数（ｆｄ）を測定する第１の
受波器３Ａと、前記送波器２より船首尾線方向（矢印Ｆ
Ａ　）に隔てた位置で船首尾線方向に一定間隔ｄ隔てた
２個所に配置された海底線測定用の第２、第３の受波器
３Ｂ、３０と、前記送波器２の発信周波数（ｆｏ”）及
び第１の受波器の受信ドツプラー変位周波数（ｆｄ）と
前記第８、第３の受波器３Ｂ、３０より得られるドツプ
ラー効果に関する情報（船速ｖ１俯角β）より水中音速
（ａ）を演算する回路４と、この回路で得た水中音速値
を、水温（１）を変数として得られる水中音速の関数（
ａ　＝　Ｆ　（ｔ）　）に代入し、水温（１）を算出す
る回路５とから構成されている。

次に、この発明の水温測定装置の作動を作用と共に説明
する。

まず、第１図において、航走中の船舶Ｂの船底１より俯
角β（−９０°−α）で超音波（ｆｏ）を連続的に発信
する。

このとき、超音波（ｆｏ　）は海底Ｍで反射し、それぞ
れの受波器３Ａ、３Ｂ、３０にて受信される。

なお、この場合反射波は上述の海底反射波の場合のほか
、温度跳躍層からの反射波の場合もあるが、いずれの反
射波であってもよい。

そこで、時刻ｈｏにおける第２の受波器３Ｂと時刻ｈｏ
＋Ｈにおける第３の受波器３０の音波経路について着目
すれば、第２図に示すように、船舶Ｂが矢印Ｘ方向へ航
走している場合、時刻ｈＯにおける第２の受波器３Ｂの
音波の経路は、実線で示すように、２→α→３Ｂとなり
、又、時刻ｈａ−）Ｈにおける第３の受波器３Ｃの音波
の経路は、点線で示すように、２→α→３Ｃとなる。な
お、このとき船位も点線で示す位置となっている。

水深が充分に深く、スキャツタリングセンターαが充分
遠方にある場合、−・ｓｉｎα’＝　−ｓ　ｉｎα２　
２ が成立するから、時刻ｈｏに発射された音波の経路（実
線）と時刻ｈｏ＋Ｈに発射された音波の経路（点ｍ）は
近似的に等しくなる。

このとき、船舶Ｂと共に、送受波器２，３Ａ〜３Ｃが時
間Ｈの間に距離−だけ動いたとすると、船速をＶとすれ
ば、 ■　＝−・　− Ｈ の関係となる。

一方、第２の受波器３Ｂ、及び第３の受波器３Ｃの受信
エンベロープ３　Ｂ’　、　３０’は、第３図に示すよ
うに、時間Ｈだけずれてあられれるため、それぞれの受
信エンベロープ３　Ｂ’　、　３σが時間Ｈだけずれて
全く同一であることを確認できれば上記Ｈより船速Ｖは で与えられる。

又、送波器２より発射された音波は、海底で反射した後
、海底に対する船速（対地速力）に応じたドツプラー変
位を受け第１の受波器３Ａで受信される。

第２図に示すように９、このときの超音波の発射角度を
β（＝９０°−α）、発射周波数をｆｏｓ船速をＶ、ド
ツプラー周波数をｆｃｌ、水中音速をＣとすると、 の関係があり、０式と０式より となる。

０式において、ｃｌ、、ｆｏ、αはそれぞれ概知の値で
あり、又、Ｈ，ｆｄはそれぞれ測定された値であるから
、これら、が演算回路４に人力され、Ｃの値が算出され
る。

ところで、海水中の音速Ｃと海水温度との間には、海水
温度をｔ　’Ｃとすると ０　＝　１４４８．６−１−４．６１８ｔ−０，０５２
３ｔ　＋２．３Ｘｌｏ　ｔ＋１．２５（Ｓ−３５）−０
，０１１（Ｓ−３５）ｔ　−−−−−−■〔但し、Ｓ：
海水塩分濃度（翫）〕 の関係があり、ＳΦ３５とすると、■式は近似的に ０　＝　１４４８．６＋４．６１８ｔ−０，０５２３ｔ
　−１−２，３Ｘ１０　ｔ　−・・■であられされるこ
ととなる。

さて、海水はその温度、塩分が一様でないため、音速の
分布は一様でなく、又、静水圧のため水深に比例して音
速は増大する。従って、音速は常時一定とはならず、音
波伝播経路も第２図に図示のように直線とはならず、音
速の変化に従って連続的に屈折すると考えられるが、一
般にドツプラー・ソナーは超音波の発射俯角を境界面に
おいて全反射が生じない程度に大きくとっているので、
音波は主として温度傾度により下方（海底方向）へ屈折
し、海底で反射して戻る。ここで境界面において屈折の
法則が成り立ち、送信波の音波経路と反射波の音波経路
は等しくなり、ドツプラー現象の原理よりドツプラー周
波数ｆｃｌは送波器８表面の音速と俯角β（−９０°−
α）によりのみ決定され、途中の音速の変化には全く影
響されない。

従って、０式と０式のＣの値は等価となり、故に、 Ｆ（ｔ）＝　２．３ＸＩＯｔ　−０，０５２３ｔ　−４
−４，６１８ｔ＋１４４８．６が成り立ち、０式のＦ　
（ｔ）　＝　Ｏとなるｔを演算回路５で演算すれば、送
波器２近傍−帯の水温ｔＣＣ）を知ることができるので
ある。

そして、上記作動は送波器２より連続的に超音波を発射
している限り、船舶Ｂの航走中であっても順次水温ｔ　
’Ｃが算出されるため、広範囲の水温の分布状態を短時
間のうちに知ることが可能となるのである。

この発明は以上のように構成されているので、船舶の船
底のそれぞれ所定位置に超音波送受波器を設置し、それ
らの送受波の状態を計測するのみで、連続的な水温測定
が可能となり、広範囲の水温測定が短時間に行えるとい
った効果を有するのである。

なお、第１図あるいは第２図において、超音波受波器３
Ｂ、３０は２個所に配置されているが、２個所に限らず
３個所あるいはそれ以上の個所に配置して各受波信号を
用いて上記と同様な演算を行ってもよい。又、受波器３
Ｂあるいは３Ｃのうちいずれか一つはβ方向の超音波信
号を受波する受波器３Ａの受波信号を用いて上記演算を
行ってもよい。又、上記において、それぞれの受波器は
海底反射波を受波するごとくなされているが、海底反射
波に限らず水中の特定物からの反射波が得られる場合は
その反射波を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の概念図、第２図は実施例の
作用説明図、第３図は実施例の一部作用説明図である。 １・・・船底、２・・・送波器、３Ａ・・・第１の受波
器、３Ｂ・・・第２の受波器、３Ｃ・・・第３の受波器
、４・・・水中音速演算回路、５・・・水温演算回路、
Ｍ・・・海底、α・・・スキャツタリングセンター。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　船底の一個所より９００以内の俯角で超音波を
   送信しその反射波を受信する送受波器と、該送受波器に
   よって受信された上記反射波の周波数を測定する周波数
   測定器と、上記反射波を船首尾線方向に一定間隔隔てた
   少なくとも２個所で受信する受波器と、上記送受波器の
   送受信周波信号と上記船首尾線上に配置された受波器の
   各受波信号とに基づいて水中音速を演算する演算回路と
   、該演算回路で得られた水中音速値を水温を変数として
   得られる水中音速の関数に代入し、水温を算出する回路
   とから構成されたことを特徴とする水温測定装置。
2. （２）　−室間隔隔てた少なくとも２個所で受波する受
   波器の−っが送受波器と共用されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の水温測定装置。