JPS60162915A - 波高測定方法及び検出器 - Google Patents

波高測定方法及び検出器

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JPS60162915A
JPS60162915A JP1895384A JP1895384A JPS60162915A JP S60162915 A JPS60162915 A JP S60162915A JP 1895384 A JP1895384 A JP 1895384A JP 1895384 A JP1895384 A JP 1895384A JP S60162915 A JPS60162915 A JP S60162915A
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豊 小牧
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C13/00Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
    • G01C13/002Measuring the movement of open water
    • G01C13/004Measuring the movement of open water vertical movement

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  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

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】 本発明は波高測定方法及び該方法の実施に使用する検出
器に関するものである。
波高測定は海上で発生する実際の大きな波及び実験装置
で発生させる小規模な波の波高を電気的手段で計測する
ものである。
従来、波高測定に用いる検出器には2種類あって、その
1つは検出器先端部を液中に浸し、検出器の液中部分の
静電容量を検出するものであり、他は液体の電気抵抗を
検出するものである。
前者の静電容量検出方式のものは、第6図に示す如く検
出器(80)中に絶縁被覆された検出線(84)を張°
つており、該検出線(84)を水中に浸して検出線(8
4)の芯の金属導体と水との間にコンデンサを形成し、
水深Hの変動による静電容量変化を検出するものである
検出器(80)と測定装置本体(8)が伝送回線(81
)と検出信号回線(82)によって連繋され、測定装置
本体(8)の正弦波発振部(83)からの高周波信号を
伝送回線(81)を介して検出器(80)中の検出線(
84)に送り、又水深の変動による容量変化を検出器(
80)中の容量−電圧変換部(85)において、容量に
比例した電圧変化に変換し変換後の電圧信号を検出信号
回路(82)を介して測定装置本体(8)に内蔵する直
流増幅器(86)に送り、メーター出力部(8カ及び/
又は記録器(88)に出力するものである。
後者の液体の電気抵抗検出方式のものは第7図に示す如
く、縦方向に並列配備した一対の測定電極(91+90
+を液中任意の深さまで沈め、該測定電極(9)(90
)の液中先端近傍に補償電極(93) [93)を配置
して、測定電極(9) +90+及び補償電極+93+
 +93+の各々をブリッジ(92)に接続し、更に電
圧を印加して静水時のバランスをとり、測定開始後の水
位変化によって、測定電極(9) +90+の抵抗変化
を検出して波高を測定するものである。水の電気抵抗は
水温、水質に因って変化するが、補償電極(93) +
93)によってブリッジ補正し、水温、水質が変化して
も測定誤差を生じない様にした測定方式である。
従来の」1記装置には次のとおり種々の問題がある。先
ず、静電容量検出方式は信号の応答が遅く3Hz以」−
の周期を持つ波の測定は行なえず、又液中に気泡が混じ
ると静電容量が変化して正しいデータ採取が出来ない。
電気抵抗検出方式は2木の測定電極間を波が通過する際
に、波の持つ角度によって各々の測定電極の水深が異な
る。そのことによってブリッジのの抵抗値は両電極の平
均値となるため、真値のデータは得られず、液中に気泡
が混じると抵抗値が変化して正しいデータ採取が出来な
い。
本発明は波の基本波及び高調波を含んだ複雑な波形に忠
実に追従して波動に伴ない変動する波高を正確に測定出
来る測定方法及び該方法の実施に用いる検出器を明らか
にすることを目的とする。
本発明に於ける波高測定の原理は、発振側の電極棒を電
気抵抗材料によって作り、交流定電圧を該電極棒の両端
間に加えると、電極棒の液中又は液面」二に出ている長
さは液の波高に比例又は反比例して変わり、電極棒の液
中又は液面」二の部分の電位差は液面高さに対応するか
ら、上記発振電極棒近傍の液面電位を測定することによ
って、液面高さを知ることが出来るのである。
本発明の検出器は電気抵抗材料で作られた発振線及び導
電材料で作られた検出線を並列して検出器に配備し、発
振線には交流信号の発振部が接続され、検出線には信号
出力部を接続したことを特徴とする。
本発明方法は上記検出器の発振線及び検出線を先端から
中間部までの任意の位置で液中に沈め、抵抗材料で作ら
れた発振線上端と先端の間に正弦波電圧を印加する。検
出線は液面の電位を検出して、発振線の浸水位置を表示
し、それを較正することによって波高を表示することを
特徴とする特に本発明の方法は発振線に加える交流信号
を波の周波数に比べて十分に高い周波数の高周波信号と
することによって、波の変動する波高に忠実に追従して
各瞬間の波高を出力表示出来る利点がある。
本発明の具体例を、水面の波画測定に実施した場合につ
いて説明するが、本発明の装置及び方法ハ水に対しての
みでなく、アルコール・酸・アルカリ液等の導電性の液
体に対しても実施出来る。
又波高の測定に限らず、タンク或いは槽の液面計として
使用出来ることは勿論である。
測定装置は第1図の如(、装置本体(1)に検出器(4
)が信号回線(3)によって連繋されており、装置本体
(1)は検出器(4)が検出する液面高さを電気的に計
測し、計測値をプリンタ又はレコーダ等の記録器(6)
及びオランログラフ等の表示器(61)に出力するもの
である。
装置本体(1)の操作面には、」二方より検出電圧を表
示する電圧計(11)と、波の規模に応じて表示幅をボ
ルトレンジで選択する切替スイッチ(]2)と、計測前
に基準液面を設定する調整用ボリューム(13)と、信
号回線(3)への接続用のコネクター(7)が縦方向に
配列されて1チヤンネル分を構成し、図示の実施例は3
チャンネル分を具えている。
装置本体(1)は信号出力部(2)と信号変換部(5)
を有しており、信号出力部(2)は二相発振回路(20
)によって正弦波信号を発振し、これをアンプ(21)
で増幅して検出器(4)に送る。
検出器(4)には、発振線(40)と検出線(41)が
並列して張られており、発振線(40)は伝送回線(3
2)を介して装置本体(1)の信号出力部(2)に接続
され、検出線(41)は検出信号回線(35)を介して
装置本体(1)の信号変換部(5)に接続されている。
信号変換部(5)は検出器(4)からの信号を受けて先
ずACアンプ(50)で増幅し、次にバイパスフィルタ
ーf5])で設定利得を取り出して全波整流器(52)
で信号を直流変換した後、DCアンプ(53)で増幅し
てローパスフィルター髄)で設定利得を取り出し、DC
アンプ(57)lこ送られ、最終的に記録器(6)、表
示器(60)にて信号は出力表示される。
装置本体(1)の信号出力部(2)は、信号回線(3)
の内部抵抗及び経路に関係なく検出器(4)の発振線(
40)に一定電圧の交流信号を加えるものであって、そ
の−例を第3図に示している。
信号出力部(2)は公知の二相発振回路(20)を具え
、発振周波数を2.3KHz1電圧を250mVに設定
し、これをアンプ(21)に入力する。アンプ(21)
の基本出力電圧はオペアンプ(22)によって制御され
るもので、出力端子(70)の電圧は伝送回線(32)
を介して発振線(40)の発振端子(42)に印加し、
同時に発振端子(42)より分枝するフィードバック回
線+31)を経て、オペアンプ(22)の入力側に接続
する。従って検出器(4)の発振線(40)に印加され
る電圧は、フィードバック回線(31)によってオペア
ンプ(22)に帰って来る電圧が設定値となる様にオペ
アンプ(22)が出力をコントロールし、発振端子(4
2)には一定電圧が印加される。
信号回線(3)は実施例では長さ30?7+、であり、
7極の同軸ケーブルで形成され、両端にコネクタを設け
ている。正弦波信号の伝達を行なう伝送回線(32)及
び検出信号回線(35)の各々はアース線+331 +
36+とのツイスト・ペア線である。更に各ツイスト・
ペア線にはシールドアースf34) (37)が取られ
ている。又伝送回線(2)(32)に対するシールドア
ース(34)は前述したフィードバック回線(31)を
含めている。
検出器(4)は第4図に示す如く、絶縁材料で作られた
ケース(45)の」二面に信号回線(3)の一端を固定
し、ケース(佃下面にはステンレス管で作られ下端をL
字状に屈曲した支持杆(44)を突設している。
支持杆(44)とケース(45)中の支持板(49)と
の間に、発振線(40)及び検出線(41)が夫々並列
して、バネf481 (4s)を介して張られている。
発振線(40)と検出線(41)の長さ及び間隔は測定
対象となる波の波高によって異なるが、測定波高が50
CII以内ならば線の長さは50crnとする。又間隙
は任意でよいが、1.5cm程度の間隔が実用的である
発振線(40)はニクロム線等の電気抵抗材料によって
作られた抵抗線であって、測定すべき液の電気抵抗より
も十分に小さい値に決められており、02Ω/a程度の
負荷を有す。測定上端部P1は前記信号回線(3)中の
伝送回線(32)に接続され、測定下端部P2は、支持
杆(44)中に挿通したアース線(46)に導通して、
0■に維持されている。該アース線(46)は、支持杆
(44)中を通って上端をケース(45)中に引き出し
、信号回線(3)中のアース線+33) +36+及び
シールドアース(34) (37)に通じる共通アース
端子(4ηに接続される。
又支持杆(44)の表面及び発振線(40)の測定下端
部P2より下方は塗装絶縁されている。
検出線(41)はステンレス線であって下端は支持杆(
44)に対し絶縁材料を介して固定され、支持杆(44
)及び発振線(40)とは電気的に絶縁している。検出
線(41)は検出器(4)を導電性液体中に沈めたとき
、導電性流体を通じてのみ発振線(40)と導通する。
又検出線(41)の上端は信号回線(3)中の検出信号
回線(a5)に連繋される。
検出線(41)からの信号処理は前述した如く第2図の
信号変換部(5)によって処理され、記録器(6)、表
示器(60)に夫々波高が表示される。
波高測定の実施に際しては、基準液面を調整用ボリュー
ム(13)によって設定し、記録器(6)、表示器(6
0)に対する出力レンジを切替スイッチ(12)によっ
て200rn、v/crn又は100mV/cmの何れ
かのレンジに設定した後、測定を開始する。
第5図は本発明の他の実施例を示しており、複数の検出
器+4.+ +4+を波の進行方向に並べて槽中に配備
し、波高測定並びに瞬間の波形を計測することが出来る
ものである。検出器(4)と装置本体(1)との信号授
受は出力側及び入力端の各々のマルチプレクサf23+
 +59+に依って振り分けられ、各検出器(4)は信
号出力部(2)及び信号変換部(5)との導通を次々と
切り替え、信号変換部(5)の出力端子(58)にグラ
フィックプロセッサー(62)を接続して表面波の形状
を表示するものである。
本発明は上記の如(波高測定に際して、検出器(4)に
加えられた高周波信号を波の表面で受信検出する新規な
発想に基つくものである。検出線(40)に加える画周
波信号を波の周期より十分側く設定することにより、液
体表面に発生する高次高調波よりも更に小さな値を読み
取ることが可能となり、測定精度は従来の静電容量検出
タイプとは比較にならぬ程に高精度となる。例えば従来
の静電容量型の検出器によって海岸の波高を測定すると
き、波の周期は0〜3Hzであるから、第9図の如きグ
ラフを描くことが予想されるが、本発明では発振周期2
.3KHzの信号を加えることにより、第8図の如く波
高の変動を忠実に追従出来るのである。
又従来の装置では水質、水温の変化による水の電気抵抗
が変化することによって、測定値の誤差が生じるのに対
し、本発明は発振線に触れる液表面の筒さが発振線(4
0)の液面」二の長さを決め、恰も可変抵抗器の如(電
気抵抗を変化させるから検出線(41)に流れる電流を
検出して波の旨さを表わすので誤差は殆んど生じない。
更に本発明は発振側に交流を使用するから、直流を使用
した場合のように、イオン発生によって 。
検出器(4)の寿命が短かくなることは防止される。
゛ 測定に際し水の流速が速く然も気泡が混入している
場合、従来は測定不可能であったが本発明では液中での
液の状態と関係な(、波面によって波高を直接に測定出
来る等の優れた効果を有するものである。
尚、本発明はL記構酸に限定されることはなく、特許請
求の範囲に記載の技術範囲内で種々の変形が可能である
のは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す斜面図、第2図は装置本
体のブロック図、第3図は装置本体と検出器の配線及び
結線を示す概略図、第4図は検出器の断面図、第5図は
検出器の他の実施例を示すブロック図、第6図及び第7
図は従来装置のブロック図、第8図は本発明方法による
波高の時間的変化を示すグラフ、第9図は従来方法によ
る同上のグラフである。 (1)・・・装置本体 (2)・・・信号出力部(3)
・・・信号回線 (4)・・・検出器(40)・・・発
振線 (41)・・・検出線(5)・・・信号変換部 
(6)・・・記録器出願人 小 牧 豊 −一フJ 特開口U60−162915(6) 特許庁長官殿 1.事件の表示 特願昭59−189532、発明の名
称 波高測定方法及び検出器3、補正をする者 出願人 氏名°名称 小 牧 豊 [i1#6□ul+l’f11Q+、イ1,7.□ff
i、l#f。61951−25461 外2名5、補正
の対象 (1)図面中「第3図」を別紙のとおり補正。 (2)明細書下4頁20行目 「ブリッジの」を 「ブリッジ」に補正。 以 」ニ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■ 2本の電極線を並べて夫々の先端部を測定すべき液
    中に沈めて波高を測定する方法に於て、電極線の一方は
    電気抵抗材料で作られた発振線であり、他方の電極線は
    良導電性利料で作られた検出線であって、両電極線の先
    端部を測定すべき導電性液中に沈め、発振線側に交流電
    圧を印加し、液面が発振線に接する位置での発振線の電
    圧を液面近傍を通じて検出線によって検出し、液面高さ
    を表示することを特徴とする波高測定方法。 ■ 発振線に加える交流電圧は、波の周期に比して十分
    に高周波の正弦波電圧である特許請求の範囲第1項の方
    法。 ■ 発振線及び検出線で構成された一対の電極線は、複
    数組を波の進行方向に沿って配置し、各対の発振線及び
    検出線による交流電圧の印加及び発振線から液面を介し
    て行なう電圧の検出はマルチプレクサ−によって順次切
    り替えて行なわれる特許請求の範囲第1項の方法。 ■ 2本の電極線を並べて夫々の先端部を測定すべき液
    中に沈めて波高を測定する検出器に於て一方の電極線は
    電気抵抗材料によって作られ、他方の電極線は導電材料
    によって作られていることを特徴とする検出器。 ■ 電気抵抗材料によって作られた電極線の上端は交流
    電圧源への端子に接続され下端はアース線に接続され、
    他方の導電材料で作られた電極線の−L端は、信号変換
    部への端子に接続され下端は絶縁利料に接続されている
    特許請求の範囲第4項の検出器
JP1895384A 1984-02-02 1984-02-02 波高測定方法及び検出器 Granted JPS60162915A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013205311A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 National Maritime Research Institute 液面計測システム、船舶

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS431327Y1 (ja) * 1965-01-27 1968-01-22

Patent Citations (1)

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JP2013205311A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 National Maritime Research Institute 液面計測システム、船舶

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