JPS6018767A

JPS6018767A - 超音波流速計

Info

Publication number: JPS6018767A
Application number: JP12743583A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Takeuchi; 竹内　倶佳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-12
Filing date: 1983-07-12
Publication date: 1985-01-30
Also published as: JPH035552B2

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】ｍ−産業上の利用分野一一本発明は船等の移１１１体から超音波を送波し、その周
ｔＢｌ数のドツプラーシフトに基いて潮流等の流速を計
る超音波流速計の改良に関するものである。

−一従来技術一一従来この種の流速計として７例えば特公昭４５−２８８
１４号公報所載のもの（超音波潮流計）が既に開発され
ている。この原理は、第１図に示す如く船速Ｖ、で航行
中の観測船１の船底に装備した超音波送波器より海底４
に対して俯角θで鋭いビームのパルス状超音波（送波パ
ルス）２を発射し、水中の所定の深度の層（水塊）８で
起こるプランクトン等による散乱波と海底４よりの反射
波のそれぞれについて生じるドツプラー効果を検出し、
各反射波の周波数のドツプラーシフト量の差に基いへて
潮流の流速Ｖを知るものである。この場合、水深の深い
ところでも海底４からの反射波を受波することができる
ようにするには、超音波送波器より送波する超音波を出
来るだけ低い周波数のものにする必要がある。これは周
波数が低い程超音波の減衰が少ないからである。

しかしながら上述の従来の装置では、水深の深いところ
での測定を可能にするため超音波送波器より送波する超
音波として１周波数の極めて低いものを適用すると、水
中のプランクトン等の小物体に関する反射率が極端に低
下して氷塊反射波を受けられなくなってしまうという問
題があった。

また、低周波の送波器は大型で重量も重く高価である。

ｍ−発明の目的−一本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、水深の深
いところでの測定を可能ならしめるとともに、小型軽量
で安価なこの種の装置を提供しようとするものである。

ｍ−発明の構成−一本発明の構成の概要をその作用と共に以下に説明する。

先づ本発明は、基本的に、パラメトリックリナーの原理
を応用したものである。第２図は本発明の原理を示す図
である。船速Ｖ１で航行中の観測船１の船底には、互い
に接近した周波数の複数種類〔例えば２種類）の高周波
（ｆｌ、ｆ２）の各超音波パルスを、所定の俯角θをも
って且つ合波が相互干渉してパラメトリックビーム波２
′を生ずるように送波すべく送波器が設けられている。

既に種々の文献（例えば、日本音響学会誌、８５巻、１
０号（１９７９）　、第５７８〜５８６ページ；航海、
７４号（航法特集・抄録）、第８９〜９８ページ）等に
明らかにされているとおり、上述のようなパラメトリッ
クビーム波２′は測高周波ｆ、、ｆ２の差の周波数（ｆ
ｌ。

ｆｌの差が少ないので低い周波数となる）を有するサイ
ドローブのない指向性の鋭いビームである。

前記測高周波の超音波パルスは所定深度の水塊８におい
て高効率で反射し、その反射波が観測船１に設けられた
高周波用の第１の受波器で受波される。また低周波のパ
ラメトリックビーム波２′は、水中での減衰が少ないの
で、水深の深いところでも容易に水底（海底）４に達し
、その反射波（対地反射波）が観測船１に設けられた低
周波用の第２の受波器で受波される。この第２図におい
ては図示が省略されているが、観測船ｌには上記第１の
受波器の出力から周波数のドツプラーシフト量を検出す
る手段、上記第２の受波器の出力から周波数のドツプラ
ーシフト量を検出する手段、及び前記両ドツプラーシフ
ト鼠に対応する信号に基いて水流の対地速度を算出する
ための演算手段が装備され、目的とする流速が測定され
るようになされている。

一一実施例一一第８図は本発明の実施例を示すブロック図である。この
実施例では、超音波パルスの送波器として送受波兼用の
トランスデユーサ１０１　、１０２　。

１２１　、１２２が設けられている。トランスデユーサ
１０１は船佇方向（ｎｆｌ　）に向けて、トランスデユ
ーサ１０２は船尾方向（後）に向けて、トランスデユー
サ１２１は左舷方向（左）に向けて、またトランスデユ
ーサ１２２は右舷方向（右）に向けて、且つ所定の俯角
（例えばトランスデユーサ１０１　、１０２゜１２１　
、１２２とも各６００）をもって、高周波の超音波パル
スを送波すべ（航行体（観測船）の船底に配置されてい
る。前記各トランスデユーサ１０１　。

１０２　、１２１　、１２２はそれらにより送波された
高周波の超音波パルス波の氷塊による散乱波（反射波）
を受けるための第１の受波器としても兼用されている。

一方、比較的低周波の超音波を受けるための第２の受波
器としてのトランスデユーサ１１８゜１１４　、１８８
　、１８４が設けられている。トランスデユーサ１１８
は船首方向（前）からの、トランスデユーサ１１４は船
尾方向〔後）からの、トランスデユーサ１８８は左舷方
向（左）からの、及びトランスデユーサ１８４は右舷方
向〔右）からの超音波パルスをそれぞれ受波すべく、各
々船底に配置されている。前記各トランスデユーサのう
ち、船の前後方向に関するトランスデユーサ１０１　、
１０２　。

１１８　、１１４は信号処理回路Ｓ１を介して演算手段
としての中央処理装置ＣＰＵに接続されている。また。

船の左右方向に関するトランスデユーサ１２１゜１２２
　、１８８　、１８４は信号処理回路Ｓ２を介して前記
中央処理装置ＣＰＵに接続されている。前記両信号処理
回路Ｓｌ及びＳ２はそれらの構成及び作用が全く同様な
ものであるため、以下においては信号処理回路Ｓｌに関
する系統についてのみ詳述する。前記トランスデユーサ
１０１　、１０２は、高周波信号を増幅してそれらのト
ランスデユーサから高周波の超音波パルスを送波させる
ための出力増幅回路２００に接続されるとともに、それ
ぞれの受波パルスを周波数選択して増幅するための炉液
増幅器２１１及ヒ２１２に各接続されている。−万前記
トランスデューサ１１８　、１１４に対しても、同様に
、受波されたパルスを周波数選択して増幅するための炉
液増幅器２１Ｂ及び２１４が各接続されている。所定の
周波数〔例えば１００〜Ｂｏｏ　ＫＨｚ　：特に本実施
例において望ましい一例としては２００ＫＨｚ　）で発
振する高周波発振器８００及びこの高周波発振器８００
の出力信号を所定の分周比（例えば１／１０）に分周す
る分周器８１０が設けられている。前記高周波発振器８
００及び分周器８１０の各出力信号がＡ　Ｍ変調回路４
００に入力されるように構成されている。このＡＭ変調
回路４００は前記高周波発振器ａＯＯの出力信号を前記
分局器８１０の出力信号によってＡＭ変調するものであ
り、その変調された出力信号がゲート回路４５０を介し
て前記出力増幅回路２００に入力されるように構成され
ている。−万曲記各ろ波増幅器２１１及び２１２の出力
信号が各対応する氷塊エコー検出回路２２１及び２２２
並びに各対応する周波数追尾回路２４１及び２４２に入
力されるように構成されている。また同様に、前記各Ｐ
波増幅器２１８及び２１４の出力信号が各対応する水底
エコー検出回路２８８及び２３４．並びに各対応する周
波数追尾回路２４８及び２４４に入力されるように構成
されている。前記氷塊エコー検出回路２２１　、２２２
は前述のＰ波増幅器２１１　、２１２の出力信号Ｈ、Ｈ
’であるトランスデユーサ１０１　、１０２の受波パル
スに対応する信号から氷塊反射波の信号を検出し、水塊
検出信号Ｅｌ、　Ｅｌ’を発する。氷塊エコー検出回路
２２１　、２２２には前記Ｐ波増幅器２１１　、２１２
からの信号Ｈ、Ｈ’のほか後述の水深設定回路６００か
らのタイミング信号りが各入力されるように構成されて
いる。一方前記水底エコー検出回路２８８゜２８４は、
前述のＰ波増幅器２１８　、２１４の出力信号Ｐ　、　
Ｐ’であるトランスデユーサ１１８　、１１４の受波パ
ルスに対応する信号から水底反射波の信号を検出し水底
検出信号Ｅ２．　Ｅ２’を発する。また、前記各周波数
追尾回路２４１　、２４２　、２４８　、２４４は、そ
れぞれ各対応する前記Ｐ波増幅器２１１　、２１２　。

２１８　、２１４の出力信号であるパルス状の信号を周
波数の等しい連続波の信号に変換するものである。

この周波数追尾回路としては特公昭５１−４８９５　’
Ｆｔ公報所載の１周波数追Ｉｕ装置′の態様のものを適
用することができる。周波数追尾回路２４１及び２４２
には更に水深設定回路６００からのタイミング信号りが
入力されるように構成されている。

前述の分局器８１０の出力信号は伝播時間カウンタ８５
１及び８５２にも各入力されるように構成されている。

ｌｉｉ前記各伝播時間カウンタ８５１及び８５２には、
それぞれのカウンタにおける計数値を受けるようになさ
れたラッチ回路８６１及び８６２が各対応して接続され
ている。Ｏｉｌ記ラッチ回路８６１は前述の氷塊エコー
検出回路２２１の出力信号Ｅ１及び水底エコー検出回路
２８８の出力信号Ｅ２がそれぞれ入力されるように構成
され、これら２つの信号の何れによってもラッチ動作が
なされ且つラッチされた計数値を中央処理装置ｆＪ、　
ＣＰＵに与えた後直ちにラッチが解除されるようになさ
れている。また、１ｌｔｌ記ラッチ回路８６２は、前述
の氷塊エコー検出回路２２２の出力信号Ｅｌ’及び水底
エコー検出回路２８４の出力信号Ｅ２’がそれぞれ入力
されるように構成され、これら２つの信号の何れによっ
てもラッチ動作がなされ且つラッチされた計数値を中央
処理装置ＣＰＵに与えた後直ちにラッチが解除されるよ
うになされている。

一方、前記周波数追尾回路２４１の出力信号及び前記高
周波発振器８００の出力信号がそれぞれ入力されるドツ
プラーシフト検出回路２５１が設けられている。このド
ツプラーシフト検出回路２５１は入力された両信号の周
波数の差、即ち氷塊反射波の周波数のドツプラーシフト
量を検出する。同様に前記周波数追尾回路２４２の出力
信号及び前記高周波発振器８００の出力信号がそれぞれ
入力されるドツプラーシフト検出回路２５２が設けられ
ている。

このドツプラーシフト検出回路２５２は入力された両信
号の周波数の差、即ち前述のドツプラーシフト量、を検
出する。前記両ドツプラーシフト検出回路２５１及び２
５２の各出力信号は平均化回路２６０にそれぞれ入力さ
れるように構成されている。前記平均化回路２６０は２
つの入力値の平均値出力を得、この出力を前記中央処理
装置ＣＰＵに与えるように構成されている。

他方、ｌＩ前記周波数追尾回路２４８の出力信号及び前
記分局器８１０の出力信号が入力されるようになされ、
両信号の周波数の差、即ち水底反射波の周波数のドツプ
ラーシフト量、を検出するドツプラーシフト検出回路２
５８が設けられている。また同様に０１前記周波数追尾
回路２４４の出力信号及び前記分局器８１０の出力信号
がそれぞれ入力されるようになされ両信号の周波数の差
、即ち前述のドツプラーシフト量、を検出するドツプラ
ーシフト検出回路２６４が設けられている。前記両ドツ
プラーシフト検出回路２５８　、２５４の各出力信号は
平均化回路２７０にそれぞれ入力されるように構成され
ている。前記平均化回路２７０は２つの入力値の平均値
出力を得、この出力をｍｌ記中央処理装置ＣＰＵに与え
るように構成されている〇前述の両伝播時間カウンター８５１　、８５２及び両ラ
ッチ回路８６１　、８６２並びにゲート回路４５０のそ
れぞれに対しタイミング信号りを与えるべくロジック制
御回路５００が設けられている。前記ロジック制御回路
５００にはパルス幅設定回路５１０、測定周期設定回路
５２０及び中央処理装置ＣＰＵが、それらの各出力信号
が入力されるように接続されている。前記パルス幅設定
回路５１０は、前記分局器８１０の出力信号を受けて、
前記トランスデユーサ１０１及び１０２から送波する毎
回の（即ち測定周期毎の）超音波パルスの送出時間ｔ１
を規制すべく。

前記ロジック制御回路５００より出力されるタイミング
信号（パルス信号）のパルスの立下りのタイミングを決
定する信号を発するように構成された例えば公知のカウ
ンタ態様のものである。また。

前記測定周期設定回路５２０は、前記分局器８１０の出
力信号及び中央処理装置ＣＰＵからの設定信号を受ける
べく接続されている。この測定周期設定回路５２０は、
前記トランスデユーサ１０１及び１０２から送波する超
音波パルスの時間間隔ｔ２を決定すべく、前記ロジック
制御回路６００より出力されるタイミング信号りのパル
スの立上りのタイミングを決定する信号を発するように
構成された例えば公知のカウンタ回路態様のものである
。

中央処理装ｆｇＪ　ＣＰＵからの設定信号を受けて流速
測定を行なおうとする水深値（より詳細にはこの水深値
に対応する超音波パルスの伝播時間）に対応するタイミ
ング信号Ｄ（パルス信号）を前記氷塊エコー検出回路２
２１　、２２２及び前記周波数追尾回路２４１　、２４
２に与える水深設定回路６００が設けられている。この
水深設定回路６００としては例えば公知のカウンタ回路
態様のものを適用することができる。中央処理装置ＣＰ
Ｕには本装置において得られる各種のｄ１測値を表示す
るための表示装置７００（例えばブラウン管表示装置）
が接続されている０尚、中央処理装置ＣＰＵは、ジャイ
ロコンパス等の外部の４器から少なくとも方位（真北位
）及び船位に対応する各倍旧がそれぞれ入力されるよう
に構成されている。更に要すれば、水温、塩分濃度、雑
音等の各種データが中央処理装置ＣＰＵに入力されるよ
うに構成し得る。

上述の本発明の装置は以下のように動作する。

前記高周波発振器８００は所定の高周波（例えば２００
ＫＨｚ　）で常時発振動作をしている。高周波発振器８
００の出力信号は前記ＡＭ変調回路４００に入力され、
同時に分局器８１０に入力される。分局器８１０は前記
高周波発振器８００の出力信号を例えば”／１０に分周
し低周波（例えば２０ＫＨｚ　）の出力信号を発する。

この低周波の出力信号も前記ＡＭ変調回路４００に入力
され、この回路において前述の高周波（２００ＫＨｚ　
）が低周波（２０ＫＨｚ　）によりＡＭ変調され、複数
の高周波成分〔例えば２２０ＫＨｚ　、　２００ＫＨｚ
　、　１８０ＫＨ２の８種類）を含んだ変調出力信号が
得られる。この変調出力信号はゲート回路４５０を介し
て、このゲート回路４５０が開いている期間中出力増幅
回路２００に入力される。ゲート回路４５０は前記ロジ
ック制御回路５００より与えられるタイミング信号Ｌ（
パルス信号］のオン時間ｔｌ（例えば正論理の場合）開
かれ前述の変調出力信号を通過させる。出力増幅回路２
００はこのき）に与える。本実施例では、両トランスデ
ユーサ１０１　、１０２はこの増幅された信号により観
測船の船底から所定の俯角（例えば６０°）をもって水
中に前記８種類の周波数成分（２２０ＫＩＩｚ　、２０
０ＫＨｚ。

１８０ＫＨｚ　）を含む高周波の超音波パルスを送波す
る。このようにして送波された上記超音波パルスは水中
を伝播するうちに相互に干渉し、それらの前記周波数成
分間の差の周波数（特に２２０ＫＨｚ　−２００ＫＨｚ
　−２０ＫＨｚ　、　２００ＫＨｚ　−１８０ＫＨｚ　
−２０ＫＨｚ　）を有する低周波のパラメトリックビー
ム波が形成される。

前記両トランスデユーサ１０１　、１０２よりそれぞれ
送波された高周波の超音波パルスは第２図を用いて説明
したように、水塊８により効率良く反射（散乱）され、
再び両トランスデユーサ１０１゜１０２に戻ってそれぞ
れ受波される。

また、前述のパラメトリックビーム波は低周波であるた
め減衰が少なく、容易に水底に達して反射され、前述の
低周波用の各トランスデユーサ１１８（船首向き）　、
　１１４　（船尾向き）により受波される。

前述のように高周波用のトランスデユーサ１０１゜１０
２で受波された超音波パルスは各トランスデユーサによ
り電気信号に変換されて各対応するＰ波増幅器２１１及
び２１２にそれぞれ入力される。ろ波増幅器２１１及び
２１２は前述の超音波パルス波の８種類の周波数成分Ｃ
２２０ＫＨｚ　、　２００ＫＩ（ｚ　、　１８０ＫＨｚ
　）のうちの所定の１つの成分０本例では２００ＫＨｚ
　）の周波数を中心周波数とする狭い帯域の信号成分の
みを抽出して増幅し出力する。Ｐ波増幅器２１１゜２１
２の出力信号（パルス信号）は各対応する氷塊エコー検
出回路２２１　、２２２及び周波数追尾回路２４１　、
２４２にそれぞれ入力される。各周波数追尾回路２４１
　、２４２は上述のように入力されたパルス状の信号を
同一周波数の連続波状の信号に変換し、この信号を各対
応するドツプラーシフト検出回路２５１　、２５２のそ
れぞれ２つの入力信号のうちの各−万の入力信号として
入力させる。各ドツプラーシフト検出回路２５１　、２
５２では、上述のようにして入力された一方の入力信号
である周波数追尾回路２４１　、２４２からの信号の周
波数と、他方の入力信号である置局波発振器８００の発
する信号の周波数との差、即ち、前述のようにトランス
デユーサ１０１　、１０２により送波された超音波パル
スの周波数と受波された超音波パルスの周波数とのドツ
プラーシフト量をそれぞれ検出する。そしてこの両検出
信号をそれぞれ平均化回路２６０に一対の入力信号とし
て入力させる。平均化回路２６０は上述の面入力信号の
平均値に対応する信号、即ち船首向きのトランスデユー
サ１０１による信号のドツプラーシフトと船尾向きのト
ランスデユーサ１０２による信号のドツプラーシフトと
の平均値に対応する信号、を得て、この信号を中央処理
装置ＣＰＵに入力する。

また１ｍ丁記低周波用の各トランスデユーサ１１８゜１
１４により受波された低周波〔前述のパラメトリックビ
ーム波の反射波）は各トランスデユーサ１１８　、１１
４により電気信号に変換される。これらの電気信号は前
述の高周波用の各トランスデユーサ１０１　、１０２に
よる信号の処理過程と全く同様な過程を経て処理される
。即ち１両電気信号は各対応するＰ波増幅器２１８　、
２１４において前記パラメトリックビーム波の周波数０
本例では２０ＫＨｚ　）を中心周波数とする狭い帯域の
周波数成分が抽出されて増幅される。Ｐ波増幅器２１８
　、　ｊｉｊ１４の出力信号（パルス信号）は各対応す
る水底エコー検出回路２８８　、２８４及び周波数追尾
回路２４８　、２４４にそれぞれ入力される。各周波数
追尾回路２４８　、２４４は上述のように入力されたパ
ルス状の信号を同一周波数の連続波状の信号に変換し、
この信号を各対応するドツプラーシフト検出回路２５８
　、２５４のそれぞれ２つの入力信号のうちの各一方の
入力信号としてそれぞれ入力させる。各ドツプラーシフ
ト検出回路２５８　、２５４では、上述のようにして入
力された一方の入力信号である周波数追尾回路２４８　
、２４４からの信号の周波数と、他方の入力信号である
分局器３１０からの信号の周波数との差。

即ち、前述のパラメトリックビーム波〔分周器８１０の
出力信号に等しい周波数を有する音波）の周波数のドツ
プラーシフト量、をそれぞれ検出する。そしてこの両検
出信号をそれぞれ平均化回路２７０に一対の入力信号と
して入力させる。平均化回路２７０は上述の面入力信号
の平均値に対応する倍旧、即ち船首向きのトランスデユ
ーサ１１８による信号のドツプラーシフトと船尾向きの
トランスデユーサ１１４による信号のドツプラーシフト
との平均値に対応する信号、を得て、この信号を中央処
理袋ｗｉ、　ＣＰＵに入力する。

以下に本発明装置の動作のタイミング図である第４図を
参照しつつ、動作の説明を更に続ける。

前述のようにパルス幅設定回路５１０は、分周器８１０
からの信号を受けて、トランスデユーサ１０１゜１０２
から送波する毎回の超音波パルスの送出時間ｔ１を規制
するため％ｍｆ記ロジック制御回路５００から出力され
る第４図（Ｌ）のタイミング信号りのパルスの立下りの
タイミング決定する信号を、ロジック制御回路５００に
与える。また測定周期設定回路５２０は、前記分周器８
１０からの信号及び中央処理装置ＣＰＵからの設定信号
を受けて、トランスデユーサ１０１　、１０２から送波
する超音波パルスの時間間隔ｔ２を決定するため、ロジ
ック制御回路５００から出力される第４図（Ｌ）のタイ
ミング信号りのパルスの立上りのタイミングを決定する
信号を、ロジック制御回路５００に与える。ロジック制
御回路５００は上述のようにしてパルス幅設定回路５１
０及び測定周期設定回路５２０からの信号を受け更に中
央処理袋ＨＣＰＵから同期パルス信号を受けて、第４図
ＣＩ、）に示すタイミング信号りを形成する。このタイ
ミング信号りは前記各ラッチ回路８６１　、８６２及び
各伝播時間カウンタ８５１　、８５２にそれぞれ与えら
れる。各伝播時間カウンタ８５１　、８５２は分周器３
１０からの入力信号を計数する。この計数動作は前記タ
イミング信号りのパルスを受ける毎に計数が更新される
ようにしてなされる。伝播時間カウンタ８５１　、８５
２の計数値は常時ラッチ回路８６１゜８６２に与えられ
ている。

前述のように高周波用のトランスデユーサ１０１゜１０
２による受波信号はろ渡場幅器２１１　、２１２で増幅
され、それらの各出力信号Ｈ、Ｈ’　（第４図σＤ）は
各対応する氷塊エコー検出回路２２１　、２２２に入力
される。

各氷塊エコー検出回路２２１．　、２２２にはまた前述
の水深設定回路６００からのタイミング信号Ｄ〔第４図
の））が入力される。氷塊エコー検出回路２２１゜２２
２は、ｆｆ１ｌ記タイミング信号りのパルスが到来して
いる期間中に各対応するＰ渡場幅器２１１　、２１２か
らの出力信号Ｈ、ｉ（’が所定のレベル以上であること
を検出した場合に氷塊検出信号であるラッチ信号Ｅｌ、
　Ｅｌ’　（第４図（Ｅｌ））を各対応するラッチ回路
８６１　、８６２に与える。各ラッチ回路８６１゜８６
２はこのラッチ信号Ｅ１．．　Ｅｌ’を受けた時点で伝
播時間カウンタ８５１　、８５２から受けた計数値をそ
れぞれラッチし、ラッチデータを中央処理装置ＣＰＵに
入力させる。この各計数値は氷塊の深度に対応するもの
である。各ラッチ回路８６１　、８６２におけるラッチ
動作は一■−述のように中央処理装置ＣＰＵヘラツチデ
ータを与えた直後に解除され、ラッチ回路８６１　、８
６２には再び伝播時間カウンタ８５１　、８５２からそ
の時々刻々の計数値が与えられるようになる。上述のよ
うにして氷塊深度に対応した計数がなされるタイミング
を第４図（Ｃ１）に示す。

一方前述のように低周波用のトランスデユーサ１１８　
、１１４による受波信号はろ渡場幅器２１８゜２１４で
増幅され、それらの各出力信号Ｐ、Ｐ’（第４図ＣＰ）
　）は各対応する水底エコー検出回路２２８゜２２４に
入力される。水底エコー検出回路２２８゜２２４はＰ渡
場幅器２１８　、２１４の出力信号Ｐ、Ｐから水底反射
波の信号を検出した時点で水底検出信号であるラッチ信
号Ｅ２．　Ｅ２’　（第４図（Ｅ２））を各対応するラ
ッチ回路８６１　、８６２に与える。各ラッチ回路８６
１　、８６２１．ｔ　、前述のラッチ信号Ｅｌ、　Ｅｌ
’を受けた場合同様に、ラッチ信号Ｅ２．　Ｅ２’を受
けた時点で伝播時間カウンタ８５１　、８５２から受け
た計数値をそれぞれラッチし、そのラッチデータを中央
処理装置ＣＰＵに与える。このときのラッチ回［８６１
、８６２における各計数値は水底の深度に対応するもの
である。上述のようにして水底の深度に対応した計数が
なされるタイミングを第４図（Ｃ２）に示す。

上述においては船首方向及び船尾方向に向けて配置され
た高周波用のトランスデユーサ１０１及び１０２並びに
低周波用のトランスデユーサ１１Ｂ及び１１４に関する
信号処理回路Ｓ１における信号処理過程についてのみ詳
述したが、左舷方向及び右舷方向に向けて配置された高
周波用のトランスデユーサ１２１及び１２８並びに低周
波用のトランスデユーサ１８８及び１８４に関する信号
処理回路Ｓｌにおいても、信号処理回路Ｓ１と全く同様
の信号処理がなされ、中央処理装置ＣＰＵとの信号の授
受が行なわれる。中央処理装置ＣＰＵには、更に外部の
ジャイロコンパスその他の計器から、方位、船位、ピッ
チ。

ロール、更に要すれば水温、塩分濃度、水中雑音等の各
種データが入力される。上述の各種データのうち水中雑
音は、そのレベルが設定レベルより高（なったとき測定
値が信用できないものとなるため、「測定不可」等の表
示を出すために入力されるものである。中央処理装置Ｃ
ＰＵは上述のようにして入力された各種の信号に基いて
以下のような動作をする。

（１）　ｎ記平均化回路２６０の出力信号（水塊反射波
に関するドツプラーシフト）に基いて観測船の船首−船
尾方向の対水船速の大きさＶｌを算出する。

（２）前記平均化回路２７０の出力信号（水底反射波に
関するドツプラーシフト）に基いて観測船の船首−船尾
方向の対地船速の大きさｖ２を算出する。

（３）　Ｖｏ　”　Ｖｌ　−Ｖ２なる演算により、船首
−船尾方向の絶対潮流（流速）　ＶＯをめる。

（４）左舷向き及び右舷向きの前記トランスデユーサ１
２１　、１２２　；　１８８　、１８４の出力信号に基
いて得られたデータから、上記（１）　、　（２）　。

（３）と全く同様の手順で左舷−右舷方向の絶対潮流（
流速）ｖＯ′　をめる。

（５）上記（３）においてめた船首−船尾方向の絶対潮
流ｖＯと、上記（４）においてめｔこ左舷−右舷方向の
絶対潮流ｖＯ′　とのベクトル演算により、潮流Ｖの方
向（当該観測船に対する方向）と、流速Ｖ（対地流速）
をめる。

（６）ジャイロコンパス等の外部の８１器より入力され
た絶対方位のデータを用いてζ・潮流Ｖの絶対方位をめ
る。

（７）上記（１）〜（６）項においてめられた全データ
または必要なデータのみを表示装置７００において数字
表示またはベクトル表示するための信号を表示装置７０
０に出力する。

表示装置７００は中央処理装置ＣＰＵからの上記（７）
項における動作に基づく信号を受けて潮流Ｖの絶対方位
及び流速Ｖ、更に要すれば他の諸計測データを数字表示
又はベクトル表示する。

尚上述においては、中央処理装置ＣＰＵから水深設定回
路６００に成る一定の水深に対応する設定信号が与えら
れて、その水深における潮流（流速）が計測される場合
の動作について詳述したが、中央処理装置ＣＰＵからの
設定信号を海面（水面）附近から海底（水底）に向けて
経時的に深い深度に対応するように変化させることによ
って、水深に対する潮流測定をさせることもできること
は勿論である。この場合本装置は潮流のプロファイラ−
として機能する。なお上述の実施例においては。

対地潮流値をめるのにドツプラーシフト量の差を取った
が、受波信号の周波数にはドツプラー成分を含むので、
受波信号の周波数ｃ対水）から対地周波数を直接差し引
いてもドツプラーシフト量の差を取るのと同等の結果が
得られる。

対地や対水船速を潮流と同時にめる場合には、必ずドツ
プラーシフト量をめなければならないので、上述の実施
例の方法が便利である。

−一発明の効果−一本発明の装置では送波器（トランスデユーサ）から送波
する超音波パルスとして周波数の接近した複数の種類の
高周波パルスが送波され、これら複数の高周波パルスの
相互干渉により指向性が鋭く副極のない低周波のパラメ
トリックビーム波が形成される。氷塊（プランクトン等
の小物体）からの反射を得るためには低周波より高周波
の方が反射率が良いので上記送波器から送波される高周
波パルスが有効に作用する。−万水深の深い水域におい
て十分なレベルの水底反射波を得るためには減衰の少な
い低周波パルスを用いる必要があり。

このためには上述のパラメトリックビーム波が有効に作
用する。従って本発明の装置は特定の単一の周波数の超
音波パルスを送波して計測を行なう従来の装置に比し＃
１測可能な水深範囲が極めて広い。また、本発明の装置
は送波器として高周波用のトランスデユーサのみを適用
しているため送波器が小型軽量で安価である。

また特に第８図を用いて説明した実施例の装置では、適
当な帯域幅を有するトランスデユーサを送受波器として
適用しているため、複数の種類の高周波の送受に対して
周波数に応じた各別の送受波器を設ける必要がない。ま
た、複数の種類の高周波を得るために一つの高周波を低
周波でＡＭ変調し、このＡＭ変調された高周波中の複数
の周波数成分を利用する構成をとっているため１周波数
間隔の等しい複数組の成分からは同一周波数のパラメト
リックビーム波が得られ、水深の深い水域での計測が有
効に行なわれ得る。更に、前述の各ドツプラーシフト量
の検出値は、前向きのトランスデユーサに関するシフト
量と後向きのトランスデユーサに関するシフト量との平
均がとられるようになされているため、航行体（観測船
）のピッチングによる計測誤差が相殺・補正される。同
様に右向きのトランスデユーサに関するシフト量と左向
きのトランスデユーサに関するシフト量との平均がとら
れるようになされているため、航行体のローリングによ
る計測誤差が相殺・補正される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波流速計の原理を示す図。第２図は本発明の原理を示す図、第８図は本発明の実施
例を示すブロック図、第４図は第８図の装置の動作を説
明するに供するタイミング図である。１・・・観測船、２・・・送波パルス、２′・・・パラ
メトリックビーム、８・・・水塊、４・・・水底、１０
１．１０２゜１１８、１１４．１２１．１２２．１８８
．１８４　・・・トランスデユーサ、２００・・・出力
増幅回路、　２１１．２１２．２１８．２１４・・・Ｐ
渡場幅器、　２２１．２２２　・・・氷塊エコー検出回
路。２８８　、２８４・・・水底エコー検出回路、２４１　
、２４２　。２４８　、２４４・・・周波数追尾回路、　２５１．２
５２．２５８　。２５４・・・ドツプラーシフト検出回路、２６０　、２
７０　ｏ゛平均化回路、８００・・・高周波発振器、８
１０・・・分局器、８５１　、８５２・・・伝播時間カ
ウンタ、　８６１　、８６２・・・ラッチ回路、４００
・・・ＡＭ変調回路、４５０・・・ゲート回路、５００
・・・ロジック制御回路、５１０・・・パルス幅設定回
路、５２０・・・測定周期設定回路、６００・・・水深
設定回路、７００・・・表示装置ｈｓｔ、Ｓ２・・・信
号処理回路。ＣＰＵ・・・中央処理装置代理人　弁理士　東島騒治第１図第２図／／々／／４７７７７７フー乙乙７

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに接近した周波数の複数の高周波の超音波パ
ルス波をそれぞれ所定の俯角をもって月つ６波が相互干
渉してパラメトリックビーム波を生ずるように送波すべ
く配置された送波器＋ｉｉＩ記複数の高周波の超音波パ
ルス波のうち所定のものの所定深度における氷塊反射波
を受波する第１の受波器、前記パラメトリックビーム波
の水底反射波を受波する第２の受波器、前記第１の受波
器の受波信号から周波数のドツプラーシフト周波数成分
を含む信号を検出する手段、前記第２の受波器の受波信
号から周波数のドツプラーシフト周波数成分を含む信号
を検出する手段、及び前記両信号をこ基づいて水流の対
地速度を算出する演算手段、を具備した超音波流速計。
（２）前記送波器及び第１の受波器は前記複数の種類の
高周波の各々を含む有効帯域特性を有する送受波兼用の
１種類の超音波トランスデユーサにより構成されたもの
である特許請求の範囲第１項記載の超音波流速Ｊ１゜
（３）前記送波器、第１の受波器及び第２の受波器は航
行体にその進行方向の前及び後向きに各一対また前記進
行方向と垂直な方向の左及び右向きに各一対設けられ、
０１■記第１の受波器の受波信号から周波数のドツプラ
ーシフト成分を含む信号を検出する手段は前記進行方向
及びこれに垂直な方向の前記第１の受波器の各対毎に両
受波器の受波信号のドツプラーシフト成分を含む信号の
平均値を得るように構成され、前記第２の受波器の受渡
信号から周波数のドツプラーシフト成分を含む信号を得
る手段は前記進行方向及びこれに垂直な方向の前記第２
の受波器の各対毎に両受波器の受波信号のドツプラーシ
フト成分を含む信号の平均値を得るように構成されたも
のである特許請求の範囲第１項または第２項記載の超音
波流速計。
（４）所定の高周波信号を所定の低周波信号によってＡ
Ｍ変調することにより互いに接近した周波数の複数の高
周波成分を含む信号を得る手段、ｌ￥ｉ前記複数の高周
波成分を含む信号に基いて複数の高周波の超音波パルス
波をそれぞれ所定の俯角をもって且つ合波が相互干渉し
てパラメトリックビーム波を生ずるように送波すべく配
置された前記複数の高周波成分の全てを包含する有効帯
域特性を有する送波器、前記複数の高周波成分のうち所
定のものの所定深度における氷塊反射波を受波する第１
の受波器、前記パラメトリックビーム波の水底反射波を
受波する第２の受波器、前記第１の受波器の受波信号か
ら周波数のドツプラーシフト成分を含む信号を検出する
手段、前記第２の受波器の受波信号から周波数のドツプ
ラーシフト成分を含む信号を検出する手段、及び前記両
ドツプラーシフト成分を含む信号に基いて水流の対地速
度を算出する演算手段、を具備した超音波流速計。
（５）前記送波器及び第１の受波器は前記複数の高周波
成分の全てを包含する有効帯域特性を冶する送受波兼用
の１種類の超音波トランスデユーサにより構成されたも
のである特許請求の範囲第４項記載の超音波パルス。
（６）前記送波器、第１の受波器及び第２の受波器は航
行体にその進行方向前及び後向きに各一対また前記進行
方向と垂直な方向の左及び右向きに各一対設けられｂ　
ｉｉＪ記第１の受波器の受波信号から周波数のドツプラ
ーシフト成分を含む信号を検出する手段は前記進行方向
及びこれに垂直な方向の前記第１の受波器の各対毎に両
受波器の受波信号のドツプラーシフト量の平均値を得る
ように構成され、前記第２の受波器の受波信号から周波
数のドツプラーシフト成分を含む信号を検出する手段は
前記進行方向及びこれに垂直な方向の前記第２の受波器
の各対何に両受波器の受波信号のドツプラーシフト量の
平均値を得るように構成されたものである特許請求の範
囲第４項または第５項記載の超音波流速計。