JPS61134639A - 水温の垂直分布測定方法 - Google Patents
水温の垂直分布測定方法Info
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- JPS61134639A JPS61134639A JP25799784A JP25799784A JPS61134639A JP S61134639 A JPS61134639 A JP S61134639A JP 25799784 A JP25799784 A JP 25799784A JP 25799784 A JP25799784 A JP 25799784A JP S61134639 A JPS61134639 A JP S61134639A
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- water temperature
- waves
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01K11/22—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
- G01K11/24—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of the velocity of propagation of sound
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、水温の垂直分布測定方法に関し、詳しくは
、超音波を利用して水中の水温を間接的に測定すること
により水温の垂直分布状況を一時に測定する方法に関す
る。
、超音波を利用して水中の水温を間接的に測定すること
により水温の垂直分布状況を一時に測定する方法に関す
る。
従来の技術
海洋研究、漁業資源の開発において、海洋の水中の水温
、とりわけ水温の深度に応じた垂直分布を知ることは非
常に重要な意義を有する。
、とりわけ水温の深度に応じた垂直分布を知ることは非
常に重要な意義を有する。
従来、海水中の水温を知る手段としては、感温素子（サ
ーミスタ）などを用い所定深度の水温を直接的に測定す
ることが一般的に行なわれてりるが、これら直接的測定
手段は、感温素子を所定深度に正確に沈めた後、所定の
温度表示に落ち付くまでに一定の時間を必要とするので
、測定点一個毎についての測定に手間が掛り、また、−
回の測定で一個の特定された水温情報しか知り得ないの
で、広く分布した水域の温度を知るためには多数回の観
測を繰り返す必要があり、深度に応じた水温分布を測定
するのは非常に面倒で６るといった欠点がめった。
ーミスタ）などを用い所定深度の水温を直接的に測定す
ることが一般的に行なわれてりるが、これら直接的測定
手段は、感温素子を所定深度に正確に沈めた後、所定の
温度表示に落ち付くまでに一定の時間を必要とするので
、測定点一個毎についての測定に手間が掛り、また、−
回の測定で一個の特定された水温情報しか知り得ないの
で、広く分布した水域の温度を知るためには多数回の観
測を繰り返す必要があり、深度に応じた水温分布を測定
するのは非常に面倒で６るといった欠点がめった。
一方、このような問題を解決する手段として、水中の音
波伝播速度と水温との相関関係を利用し、水中での超音
波伝播時間より水中の水温を間接的に測定する手段も種
々提案されかつ、実施が試みられている（例えば、特開
昭５６−５３４２８号、特開昭５８−２７０３４号）。
波伝播速度と水温との相関関係を利用し、水中での超音
波伝播時間より水中の水温を間接的に測定する手段も種
々提案されかつ、実施が試みられている（例えば、特開
昭５６−５３４２８号、特開昭５８−２７０３４号）。
しかし、これらの手段も、測定し得る水温は、−個の測
定点毎のものに限られ、面状に広がる水温分布を測定す
るには多数の特定点を選定し、各測定点毎に測定を繰り
返す必要があり、例えば潮目などのように水温分布の変
化の敏しい海域においては有効な水温分布状況を知るこ
とは困難であるといった問題がめった。
定点毎のものに限られ、面状に広がる水温分布を測定す
るには多数の特定点を選定し、各測定点毎に測定を繰り
返す必要があり、例えば潮目などのように水温分布の変
化の敏しい海域においては有効な水温分布状況を知るこ
とは困難であるといった問題がめった。
発明の解決しようとする問題点
この発明は上記問題点に鑑み、極く短時間のうちに所定
の水域の垂直面に沿った水温分布を一括して測定し、い
わば、水温に関する海水の断層写真的な情報を得ること
を目的としてなされたものである。
の水域の垂直面に沿った水温分布を一括して測定し、い
わば、水温に関する海水の断層写真的な情報を得ること
を目的としてなされたものである。
問題点を解決する技術
この発明の水温の垂直分布測定方法は、垂直下方の相同
性超音波発信装置及び無指同性超音波受波装置を一組と
し、該一組の超音波発信受波装置を水中に一定間隔毎水
平方回に複数組配置し、前記すべての超音波発信装置か
ら超音波を発射し、該超音波の水底反射波及び直接到来
波を前記すべての超音波受波装置で、各超音波発信装置
毎に受信し、かくして得られた超音波の水中伝播時間を
基にして超音波発信受波装置の配列方向を含む水中の垂
直面内を前記超音波発信受波装置の組数に応じ続横四故
に区画し、 １この区画した氷塊毎の超音波の水中
伝播の累積として、該氷塊一個毎についての音速を連立
方程式により解き、得られた各氷塊毎の音速より音速と
水温との相関を利用して各氷塊の水温を算出することを
特徴とするものでろる。
性超音波発信装置及び無指同性超音波受波装置を一組と
し、該一組の超音波発信受波装置を水中に一定間隔毎水
平方回に複数組配置し、前記すべての超音波発信装置か
ら超音波を発射し、該超音波の水底反射波及び直接到来
波を前記すべての超音波受波装置で、各超音波発信装置
毎に受信し、かくして得られた超音波の水中伝播時間を
基にして超音波発信受波装置の配列方向を含む水中の垂
直面内を前記超音波発信受波装置の組数に応じ続横四故
に区画し、 １この区画した氷塊毎の超音波の水中
伝播の累積として、該氷塊一個毎についての音速を連立
方程式により解き、得られた各氷塊毎の音速より音速と
水温との相関を利用して各氷塊の水温を算出することを
特徴とするものでろる。
作用
階洋中における超音波の音速は伝播する水中の温度に大
きく依存しておシ、その他塩分濃度、水深等によりも影
響されるが、わずかでろって、音速をＣ（ｍ ／ｓｅｃ
）、水温を’Ｉ’ （ｔ：）、塩分濃度をＳ（０１０
０）、水深をＺ（→とすれば Ｃ＝ １４１０ ＋ ４．２１Ｔ −０，０３７’Ｉ”
＋ １．１４ｓ ＋、０．０１６８Ｚ・・・・・・■
の関係かめることが知られている。
きく依存しておシ、その他塩分濃度、水深等によりも影
響されるが、わずかでろって、音速をＣ（ｍ ／ｓｅｃ
）、水温を’Ｉ’ （ｔ：）、塩分濃度をＳ（０１０
０）、水深をＺ（→とすれば Ｃ＝ １４１０ ＋ ４．２１Ｔ −０，０３７’Ｉ”
＋ １．１４ｓ ＋、０．０１６８Ｚ・・・・・・■
の関係かめることが知られている。
上式より明らかなように、水中での音波の伝播速度は、
主として水温に影響され、水温が高ければ速く、また水
温が低くければ遅く伝播する。従って、水中の音波の伝
播経路に水温の高低差がある場合、水中に発射されやが
て水底で反射されて戻って来る音波の反響時間は、水中
の温度分布の情報を担っている筈である。
主として水温に影響され、水温が高ければ速く、また水
温が低くければ遅く伝播する。従って、水中の音波の伝
播経路に水温の高低差がある場合、水中に発射されやが
て水底で反射されて戻って来る音波の反響時間は、水中
の温度分布の情報を担っている筈である。
今、水中を第１図忙示すように４つの区画Ｎ１゜Ｎ２＋
Ｎ３＋ Ｎ４に分け、水線面ＷＬより超音波を発信し
、夫々の伝播経路ＰＩｎ Ｐ２ｔ Ｐ３＋ Ｐ４及びＰ
５で超音波を受信したとすると、この水中において経路
ｐ、で伝播する超音波はＮ ｔ−Ｎ ３−Ｎ２、また、
経 。
Ｎ３＋ Ｎ４に分け、水線面ＷＬより超音波を発信し
、夫々の伝播経路ＰＩｎ Ｐ２ｔ Ｐ３＋ Ｐ４及びＰ
５で超音波を受信したとすると、この水中において経路
ｐ、で伝播する超音波はＮ ｔ−Ｎ ３−Ｎ２、また、
経 。
路Ｐ２ではＮ ２−Ｎ ４−＊ Ｎい以下同様に経路Ｐ
３ではＮ１→Ｎ３→Ｎ１、経路Ｐ、ではＮ２−Ｎ ４−
Ｎ ２、経路Ｐ５ではＮ Ｉ−Ｎ ２と伝播し、各区面
Ｎ、・・・Ｎ４での水温の影響を受けて伝播する。
３ではＮ１→Ｎ３→Ｎ１、経路Ｐ、ではＮ２−Ｎ ４−
Ｎ ２、経路Ｐ５ではＮ Ｉ−Ｎ ２と伝播し、各区面
Ｎ、・・・Ｎ４での水温の影響を受けて伝播する。
一方、各経路Ｐ１・・・Ｐ、での超音波発信より受信ま
での時間差をｓｐ、、 ｓｐ２． ｓｐ３． ｓｐ４．
ｓｐ、とすれば、これら時間差は、区画Ｎ１・・・Ｎ
、毎を超音波が伝播するのでめるから、これらを基にし
て各区画の伝播速度を知ることが出来る。
での時間差をｓｐ、、 ｓｐ２． ｓｐ３． ｓｐ４．
ｓｐ、とすれば、これら時間差は、区画Ｎ１・・・Ｎ
、毎を超音波が伝播するのでめるから、これらを基にし
て各区画の伝播速度を知ることが出来る。
即ち、各区画での温度に依存した音速を０１゜Ｃ２＋Ｃ
３，Ｃい水深をＤ各区面の深さｄ（＝−）とすると、 の連立方程式が成立する。ここで、ＳＰ、・・・ＳＰ５
は計測値として既知でるり、Ｄ及びｄも測深によって判
明可能でろって、儒θ及びｄ′の値も、水深りと超音波
送受波器の位置より根回学的に定まるから結局未知数は
Ｃ１・・・Ｃ４の４つとなり、上記連立方程式を解くこ
とが可能となる。
３，Ｃい水深をＤ各区面の深さｄ（＝−）とすると、 の連立方程式が成立する。ここで、ＳＰ、・・・ＳＰ５
は計測値として既知でるり、Ｄ及びｄも測深によって判
明可能でろって、儒θ及びｄ′の値も、水深りと超音波
送受波器の位置より根回学的に定まるから結局未知数は
Ｃ１・・・Ｃ４の４つとなり、上記連立方程式を解くこ
とが可能となる。
この解を求めれば、各区画Ｎ１・・・Ｎ４の超音波の音
速が求まり、この音速より前述の０式よシ各区画内の水
深を知ることが出来るのである。
速が求まり、この音速より前述の０式よシ各区画内の水
深を知ることが出来るのである。
上記説明は、本発明の作用説明のため単純化したもので
あり、実際の水中の温度分布をさらに詳細に知るために
は、第２図に示すように超音波発信及び受波装置Ｅを多
数（図示例は１０組）所足間隔毎に配置し、この超音波
発信及び受波装置Ｅの数だけ縦横に水中を区画し、各区
画Ｎｉｊについて音速の連立方程式を立て、これらを解
くことにより各区画の音速を求め、これらより水温を算
出することが行なわれる。
あり、実際の水中の温度分布をさらに詳細に知るために
は、第２図に示すように超音波発信及び受波装置Ｅを多
数（図示例は１０組）所足間隔毎に配置し、この超音波
発信及び受波装置Ｅの数だけ縦横に水中を区画し、各区
画Ｎｉｊについて音速の連立方程式を立て、これらを解
くことにより各区画の音速を求め、これらより水温を算
出することが行なわれる。
なお、超音波の水中伝播経路の特定のため、超音波発信
装置としては指向性を有する超音波発信装置が、また、
超音波受波装置としては、無指向性の受波装置が用いら
れる。
装置としては指向性を有する超音波発信装置が、また、
超音波受波装置としては、無指向性の受波装置が用いら
れる。
また、区画を第２図に示すように多数にした場合、例え
ば第２図のＰで示す部分では、音波の伝播経路が、Ｎ４
３とＮ４４の区画にかかる場合かめるが、いずれか多く
かかる区画に属するもの（図示例ではＮ４４区画）とし
て式を立てても差し支えない。
ば第２図のＰで示す部分では、音波の伝播経路が、Ｎ４
３とＮ４４の区画にかかる場合かめるが、いずれか多く
かかる区画に属するもの（図示例ではＮ４４区画）とし
て式を立てても差し支えない。
実施例
次に、この発明の方法を実施例により説明する。
第３図は、この発明の方法を実施するだめの装置の概念
図である。
図である。
第３図において、船体Ｖの船底にペンシルビームの指向
性超音波発信装置ＩＡと無指同性超音波受波装置１Ｂを
１組としてこれを船体Ｖの船首尾方向に一定間隔ｌ毎に
配置する。
性超音波発信装置ＩＡと無指同性超音波受波装置１Ｂを
１組としてこれを船体Ｖの船首尾方向に一定間隔ｌ毎に
配置する。
次に、上記１組の超音波発信受波装置のうち超音波発信
装置ＩＡを短かい時間間隔で順次作動すせ水中に超音波
を発射し、このときの水底反射波及び直接到来波の時間
差Ｓｔを各受波装置１Ｂ・・・１Ｂで受波し、測定する
。
装置ＩＡを短かい時間間隔で順次作動すせ水中に超音波
を発射し、このときの水底反射波及び直接到来波の時間
差Ｓｔを各受波装置１Ｂ・・・１Ｂで受波し、測定する
。
このとき、各組の超音波発信、受波装置ＩＡ。
ＩＢを船首より船尾方向に順にＥ、、Ｂ２・・・ＥＩｏ
とすると°、Ｅｌの発信音波は、Ｊ ＋ Ｂ２ ＋ ”
３ ＋ Ｂ４ ”’ ＪＯで受信され、Ｂ２の発信音波
はＥ１＋ Ｅ２＋ ”３・・・Ｅｌ。で受信され、以下
同様に受信される結果、全部で１００組の時間差Ｓｔが
測定され、がっ、このとき同時に隣接する受波装置に、
直接到来波として、Ｅ、−ｍＢ２． Ｂ２−＋Ｅｉ３（
Ｅ、） 、 Ｂ３−＋Ｅｔ、（Ｂ２）、 Ｂ４→”５（
Ｆｉ３）＋以下同様にして、１０個の時間差が測定され
る。このうち、Ｂ９−ＥｌｏとＥｌＯＬ、Ｂ９の到来波
のデータは、同じとなる筈であるから、これらより、全
部で１０９本の連立方程式が成立することとなり、未知
数１００個の値を解くことは充分可能となる。
とすると°、Ｅｌの発信音波は、Ｊ ＋ Ｂ２ ＋ ”
３ ＋ Ｂ４ ”’ ＪＯで受信され、Ｂ２の発信音波
はＥ１＋ Ｅ２＋ ”３・・・Ｅｌ。で受信され、以下
同様に受信される結果、全部で１００組の時間差Ｓｔが
測定され、がっ、このとき同時に隣接する受波装置に、
直接到来波として、Ｅ、−ｍＢ２． Ｂ２−＋Ｅｉ３（
Ｅ、） 、 Ｂ３−＋Ｅｔ、（Ｂ２）、 Ｂ４→”５（
Ｆｉ３）＋以下同様にして、１０個の時間差が測定され
る。このうち、Ｂ９−ＥｌｏとＥｌＯＬ、Ｂ９の到来波
のデータは、同じとなる筈であるから、これらより、全
部で１０９本の連立方程式が成立することとなり、未知
数１００個の値を解くことは充分可能となる。
かくして得られた各区画Ｎｉｊの音速より前述の弐〇よ
り各区画の水温を算出すれば、第４図に示すように垂直
断面内における水温の分布状況が判明するのである。
り各区画の水温を算出すれば、第４図に示すように垂直
断面内における水温の分布状況が判明するのである。
なお、上記連立方程式を解くにあたっては、未知数の数
が非常に多くなるため、コンピュータによるガウスジヨ
ルダンの消去法、ガウスザイデルの反復法、逐次近似法
、フーリエ変換法、フィルタードバックグロジェクショ
ン法、コンボリューション法などの演算方式で演算され
る。
が非常に多くなるため、コンピュータによるガウスジヨ
ルダンの消去法、ガウスザイデルの反復法、逐次近似法
、フーリエ変換法、フィルタードバックグロジェクショ
ン法、コンボリューション法などの演算方式で演算され
る。
また、本発明の方法を実施するにめたシ、区画Ｎｉｊの
設定が直接温度分布の精度に影響するから水深り及びｄ
（＝Ｄ／ｎ ）は予め精密に測定した水深が用いられ
、また、反射角に関する咲θの値も前記で得だ水深及び
超音波発信受波装置の位置の相関より幾何学的に正確に
設定される。
設定が直接温度分布の精度に影響するから水深り及びｄ
（＝Ｄ／ｎ ）は予め精密に測定した水深が用いられ
、また、反射角に関する咲θの値も前記で得だ水深及び
超音波発信受波装置の位置の相関より幾何学的に正確に
設定される。
上述のごとくにして、各区画毎の水温が求められる訳で
めるが、これらの水温値は、各区画の音速の推定より得
た値であり、相対的なものでめるため、必要ならば、水
深に応じた音速分布の変化等を加味した補正計算を行な
い、さらに正確な水温分布とすることも可能でろる。た
だし、漁業資源探査等で、水温の分布状態を知る場合な
どについては、補正計算を要ざずとも充分に実用に耐え
得る。
めるが、これらの水温値は、各区画の音速の推定より得
た値であり、相対的なものでめるため、必要ならば、水
深に応じた音速分布の変化等を加味した補正計算を行な
い、さらに正確な水温分布とすることも可能でろる。た
だし、漁業資源探査等で、水温の分布状態を知る場合な
どについては、補正計算を要ざずとも充分に実用に耐え
得る。
効 果
この発明は以上説明したように、多数組の超音波発信受
波装置により水底反射波の時間差等を測定するだけで、
当該／超音波発信受波装置の数に応じて区画した水中の
水温分布を知ることが出来、従って区画数を多くするほ
ど、正確な水中の水温分布が知ることが可能となり、ま
た、ＣＲＴなどにより、水温の分布状態を、いわば断層
写真のように表示することも可能となる。また、水温の
分布状態を知るためには、各超音波発信、受波装置を一
周回作動させれば良いので、迅速に測定が行なえ、航走
中の船舶上からでもその測定が可能であるほか、潮目な
ど水温の分布状況が刻々と変化する場合でめっでも、こ
レヲ追跡観測することも可能となるのでめる。
波装置により水底反射波の時間差等を測定するだけで、
当該／超音波発信受波装置の数に応じて区画した水中の
水温分布を知ることが出来、従って区画数を多くするほ
ど、正確な水中の水温分布が知ることが可能となり、ま
た、ＣＲＴなどにより、水温の分布状態を、いわば断層
写真のように表示することも可能となる。また、水温の
分布状態を知るためには、各超音波発信、受波装置を一
周回作動させれば良いので、迅速に測定が行なえ、航走
中の船舶上からでもその測定が可能であるほか、潮目な
ど水温の分布状況が刻々と変化する場合でめっでも、こ
レヲ追跡観測することも可能となるのでめる。
第１図、第２図はこの発明の方法の作用説明図、第３図
はこの発明の方法を実施するための装置の概念図、第４
図はこの発明の方法により得られる水温分布状態図でろ
る。 １Ａ・・・相同性超音波発信装置、ＩＢ・・・無指同性
超音波受波装置、Ｎｉｊ・・・区画。 γ／Ｉ ２ＩｆＪ
はこの発明の方法を実施するための装置の概念図、第４
図はこの発明の方法により得られる水温分布状態図でろ
る。 １Ａ・・・相同性超音波発信装置、ＩＢ・・・無指同性
超音波受波装置、Ｎｉｊ・・・区画。 γ／Ｉ ２ＩｆＪ
Claims (1)
- （１）垂直下方の指向性超音波発信装置、及び無指同性
超音波受波装置を一組とし、該一組の超音波発信、受波
装置を水中に一定間隔毎水平方向に複数組配置し、前記
すべての超音波発信装置から超音波を発射し、該超音波
の水底反射波及び直接到来波を前記すべての超音波受波
装置で、各超音波発信装置毎に受信し、かくして得られ
た超音波の水中伝播時間を基にして超音波発信、受波装
置の配列方向を含む水中の垂直面内を前記超音波発信、
受波装置の組数に応じ、縦横同数に区画し、この区画し
た氷塊毎の超音波の水中伝播の累積として、該氷塊一個
毎についての音速を連立方程式により解き、得られた各
氷塊毎の音速より、音速と水温との相関を利用して各氷
塊の水温を算出することを特徴とする水温の垂直分布測
定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25799784A JPS61134639A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 水温の垂直分布測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25799784A JPS61134639A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 水温の垂直分布測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61134639A true JPS61134639A (ja) | 1986-06-21 |
| JPH0376852B2 JPH0376852B2 (ja) | 1991-12-06 |
Family
ID=17314098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25799784A Granted JPS61134639A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 水温の垂直分布測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61134639A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5181778A (en) * | 1991-09-30 | 1993-01-26 | Eg&G Idaho, Inc. | Ultrasonic tomography for in-process measurements of temperature in a multi-phase medium |
| US6764215B2 (en) * | 2001-07-04 | 2004-07-20 | Amersham Biosciences Uk Ltd. | Method, a measuring cell and a system for measuring very small heat changes in a sample |
| US6786633B2 (en) * | 2001-02-07 | 2004-09-07 | Maquet Critical Care Ab | Method and arrangement for acoustically determining a fluid temperature |
| WO2014083790A1 (ja) * | 2012-11-27 | 2014-06-05 | 日本電気株式会社 | 環境計測システム及び環境計測方法 |
-
1984
- 1984-12-05 JP JP25799784A patent/JPS61134639A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5181778A (en) * | 1991-09-30 | 1993-01-26 | Eg&G Idaho, Inc. | Ultrasonic tomography for in-process measurements of temperature in a multi-phase medium |
| US6786633B2 (en) * | 2001-02-07 | 2004-09-07 | Maquet Critical Care Ab | Method and arrangement for acoustically determining a fluid temperature |
| US6764215B2 (en) * | 2001-07-04 | 2004-07-20 | Amersham Biosciences Uk Ltd. | Method, a measuring cell and a system for measuring very small heat changes in a sample |
| WO2014083790A1 (ja) * | 2012-11-27 | 2014-06-05 | 日本電気株式会社 | 環境計測システム及び環境計測方法 |
| JPWO2014083790A1 (ja) * | 2012-11-27 | 2017-01-05 | 日本電気株式会社 | 環境計測システム及び環境計測方法 |
| US9702973B2 (en) | 2012-11-27 | 2017-07-11 | Nec Corporation | Environment measurement system and environment measurement method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0376852B2 (ja) | 1991-12-06 |
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