JPS61212716A - 加速度センサを用いた波浪観測装置 - Google Patents

加速度センサを用いた波浪観測装置

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JPS61212716A
JPS61212716A JP5378685A JP5378685A JPS61212716A JP S61212716 A JPS61212716 A JP S61212716A JP 5378685 A JP5378685 A JP 5378685A JP 5378685 A JP5378685 A JP 5378685A JP S61212716 A JPS61212716 A JP S61212716A
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wave
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acceleration
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Yuji Sato
勇自 佐藤
Masayuki Tsutsumi
堤 正之
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Zeni Lite Buoy Co Ltd
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ZENIRAITO V KK
Toyo Communication Equipment Co Ltd
Zeni Lite Buoy Co Ltd
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は加速度センサを用い九波浪観測装置、殊にその
トレンド成分を除去したものに関する。
(従来技術) 海洋波浪の問題は船舶の運航や設計、或は海岸構造物1
港湾の護岸構造等に密接に関連し波浪現象の研究解明は
重要な課題である。
従来、波浪観測は所望海域に船舶或は航空機を航行して
目視による観測にたよっていたが台風等に於ける波浪観
測には多大な経費を要するのみならず搭乗員の危険を伴
うと云う問題があった。
このため近年各種の波浪観測方法及び装置が提案される
ようになり、その一つに加速度センサを塔載したブイを
海面に浮遊させ波高、波動周期酸は波動方向を観測する
ものがある。
その−例として加速度センサを用いた従来の波高観測装
置、殊にその加速度/変位変換部について説明する。
@2図(a)は従来の加速度センサを用いた波高観測装
置の加速度/変位変換gを示すプロック°図であって、
1は上下加速度センサであり、その出力を直流増幅器2
?介して二回積分器3に入力するよう構成したものであ
る。
これは加速度成分を一回積分すれば速度成分を得、更に
もう一度積分すれば距離即ち変位金求めることができる
ことを利用したものであって、前記加速度/f位変喚装
[?塔載したブイが波浪に追従して運動する除虫ずる加
速度成分全上下の変位として抽出し波高値を求めるもの
である。
加速度センサ金剛いた波浪観測には上述の上下加速度セ
ンサによる波高観測装置の他、水平方向加速度センサを
設けて波動方向を観測するもの或は立体的に直交する3
軸(χe Y m Z軸)方向夫々に加速度センサを設
は各々のセンサに生ずる加速[1−前記3軸の夫々の成
分に分離し抽出することによって前記ブイの傾斜を補正
しつつ波高、波動方向及び波動周期等金より正確かつ同
時に観測するもの等種々の波浪観測が考えられる。
このように、加速度センサを塔載したブイを海面に浮遊
せしめて行う波浪観測は、従来性なわれていた他の方法
例えば、海面下或は海底に圧力(水圧)センサを設ける
波高観測方法、超音波パルスを海面に反射させて海面位
置を検出する音波式観測方法或は目盛を付しt数mの波
浪柱の下に30〜70mのワイヤでおもりをつるし前記
波浪柱の−g金海面上に立役固定せしめ目視等によって
波高を観測するフルード波高計等に比して波浪の動きに
対する追従性がよいので一1定可能な波高範囲が大きく
かつ正確であると云う優れた特長を有することから、今
後の波浪観測の一手段として注目されている。
しかしながら、上述した如き加速度センサ會用いた波浪
観測方法に於いては、加速度を速度或は変位に変換する
除用いる積分器の出力に種々の原因によって波浪周期に
比しかなり長周期の変動成分所謂トレンド(trend
又はドリフトとも云う)成分が重畳し以後のデータ処理
が複雑化し装置が高価となる欠点があった。
本発明の理解を助ける念め以下トレンドの発生及び従来
の対策全詳細に説明する。
即ち、海洋上に浮遊するブイは波浪に追従して運動する
他、大きな波頭から落下して海面に着水する際又は魚そ
の他漂流物に衝突する際過大な加速度成分を生ずること
がある。又、電源として乾電池を内蔵し消費電流軽減の
ため間欠的に電源投入する際発生する電気的インパルス
によりあ友かも過大な加速度音生じたかの如く作用する
。このような原因によって生ずる加速電成分は波浪によ
る連続的なものと異なりインパルス的な単発成分である
一方、fR分器にインパルス成分が入力するとその出力
には周知の如く若干遅れて最大値を有し以後時定数によ
って決定される曲線に従って減衰するよりな応答波形を
生ずるが2通常これら積分器は演算増幅器を用いかつ積
分出力の飽和を避けるため負帰還機能を付加するよう構
成するのが一役的であるから前記応答波は振動波となる
従って、上述した積分器に衝撃性インパルスが入力する
と結果的に第2図(blに示す如<*@減衰波成分が出
力され、一般に該振動波成分周期は大略20乃至30秒
種度の長周期となる。
又、前記積分器に付された負帰還作用は前段の直流増幅
器等から生ずる微少雑音入力成分が時間とともに蓄積さ
れ所定の出力レベルとなっ九場合にも働き結果的に前記
第2図(blと類似し  ゛た振動減衰波成分即ちトレ
ンド成分を生ずる。
斯かる応答特性をもった加速度/変位変換装置を用いた
波浪観測では波動に追従して生ずる加速度成分が前記ト
レンドに重畳した波形となって出力されるから、求めた
変位量の絶対値から波高を読みとることが不可能である
このため、従来は軍2図(C)に示すようにトレンド成
分に重畳する波浪成分の半周期ごとに最高値と最低値と
の差(p−p値)を求めたうえで両者の平均値を得、更
に該平均値と前記最高値との差又は最低値との和のいづ
れかを算出して得た結果をトレンド成分とみなし、該成
分と前記最高値及び最低値との差を検出することによっ
て波浪成分を抽出すること金行っていた。
換言すれば長周期のトレンド成分に重畳する短周期波浪
成分の各周期に於ける平均値を新らたな基準値とするこ
とによって波浪成分のみを抽出していた。
一般にこれらの処理は演算過程で行っており、処理すべ
きデータ量が多く、故に装置が複雑高価となるばかりで
なく測定精度金高く出来ないと云う問題があった。
特に、前記観測ブイ金海洋に浮遊せしめ無線回線によっ
てデータ収集する場合には伝送し得る情報の制限上極め
て大きな問題となってい友。
(発明の目的) 本発明は上述し几ような従来の加速度センサを用いた波
浪観−1装置、殊にその加速度/速度又は加速度/変位
変換部の問題点を解決する几めになされ念ものであって
、従来必然的に生じていたトレンド成分の影11e除去
し波浪成分の抽出を容易にした波浪観測装置を提供する
こと金目的とする。
(発明の概要) この目的の為本発明は前記積分器の後段に所要帯域含有
する高域F波器又は帯域f波器全介在せしめることによ
って一般に長周期であるトレンド成分を除去するよう波
浪観測装置1’!−構成する。
(実施例) 以下本発明を図示し之実施例に基づいて詳細に説明する
W、1図は本発明に係かる波高観測装置の加速度/変位
変換部の一実施例を示すブロック図である。
同図に於いて、1,2及び3は前記第2図(alと同様
上下加速度センサ、直流増幅器及び二回積分器でろって
2本発明では前記積分器3の後段に以下に詳説する如き
帯域Flli器(BPF)4を挿入接続する。
即ち、前記B P F 4は低域迩断周期金20(秒)
かつ周期30(秒)成分に対する減衰量を10(dB)
以上とし念高域f波器と、高域遮断周期を3(秒)とし
かつ周期l(秒)における減衰量を20(dB)以上と
した低域r波器とを組合せて帯域f波器を構成したもの
である。
尚参考までに説明すれば周期T(秒)と周波数F(Hz
)との関係はF=1/Tであるから、上述ノ各周期は夫
々T=30(秒)はp=Q、Q 33 (Hz)、T=
20(秒)はF=0.05 (Hz ) 、 ’[’=
3 (秒)は’ F=0.33 (Hz )及びT=1
(秒)はF= 1 (Hz )である。
又、このような超低量tflP@器は例えば演算増幅器
を用いたアクティブフィルタによって実現可能であって
、この際使用する容量及び抵抗器等の部品は直流IJ−
−特性に優れたものを選択する必要がある。
更に、フィルタの設計法は既存のどんなものでもよいが
通過帯域内のりップルを小さくする必要性から最大平担
持性設計法即ちバタワース型フィルタが最適であろう。
纂3図(at (bl及び(clに前記フィルタの一実
施例として四次バターワース高域1ろ波器及び低域f波
器の回路図及び夫々の特性図を示す。
即ち、同図(alは演算増幅器OPを用いたバターワー
ス型高域r波器を示す回路図であって。
一般にアクティブフィルタ一段はR・Cフィルタの2段
に相当するから四次バターワースフィルタは同図に示す
如くアクティブフィルタ2段によって実現できる。
同様に箪3図(blは四次バターワース型低域f波器の
回路図を示し1以上2つのr波器を直列接続することに
よって所望の帯域r波器全実現することができる。
参考までに、前記回路図の主要素子の数値とそのときの
帯域r波特性を第3図(C)に示す。
先づ、同図(atに於いて、P波特性を決定する回路素
子の各値はR1→13にΩ、R・3≠300にΩ、c、
、C2:1/7F、R,,:620にΩ*R’6≠36
0にΩ* C4+ 05≠2.277Fである。
又同図(blに於いては” 9 * FL10≠950
にΩ、C7+ C+o+0.4711F 、 Cg≠Q
、417 F 、 R1121R147” 2.3MO
,C+tT=O8068μFである。f4可’f抵抗V
R−1及びVR2はレベル調整用である。各回路素子を
以上の如く決定した時の総合特性はtII、3図(cl
に示す通りである。
以上詳細に説明し友ようなP波器を積分器の後段に位置
せしめることによって該積分器出力に含まれるトレンド
成分が除去されフィルタの通過埴周期信号のみを抽出す
ることが可能となりこの出力から波浪成分の波高値を直
ちに求めることができる。
伺、上述の実施例では帯域Fl!1iSt−用いた場合
を示したがこれはトレンド成分と同時に高域雑音成分を
も除去するためであって、トレンド成分のみを除去する
Kは高域r波器のみで充分であるから9例えば前記@3
図(a) K示した如く遮断周期’ji20(秒)とし
たバターワース型アクティブフィルタを使用すればよい
更に9本発明は波高観測装置に限定される必要はなく例
えば、水平方向加速度センサを用いて波浪方向及び周期
を観測する装置或は波浪観測以外にも加速度出力を積分
して速度成分又は変位成分を求め所望の計測を行う装置
等に広く応用可能なること説明を要しないであろう。
(発明の効果) 本発明は以上説明した如〈従来加速度成分を積分して速
度成分或は変位成分を得る際必然的に発生してい友トレ
ンド成分を極めて簡単な構成によって除去するものであ
るから、これら加速度/速度或は加速度/変位変換装置
を用いる各種装置のデータ処理tを減少せしめ無線によ
るデータ伝送を容易としかつ装置の大幅な県純化をもた
らすうえで著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る波高観測装置の加速度/変位変換
部の一実施例を示すブロック図、第2図(al (bl
及び(c)は夫々従来の加速度/変位変換部のブロック
図、その応答特性及び従来の波高値検出原理金示す図、
第3図(al (bl及び(c)は本発明に於いて用い
るf波器の一実施例を示す回路図及び特性図である。 1・・・・・・・・・加速度センサ、  2・・・・・
・・・・直流増幅器、  3・・・・・・・・・積分器
  4・・・・・・・・・帯域r波器、  OP・・・
・・・・・・演算増幅器。 C1乃至C)2・・・・・・・・・コンデンサ。 R1乃至Rta・・・・・・・・・抵抗器。 VRl及びVR,z・・・・・・・・・可変抵抗器。 、第 1  図 第 3 図 (α) (b) 第う1沿 CC)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)加速度センサの出力を積分して速度成分を得、又
    は該速度成分を更に積分することによって変位成分を得
    るように構成した波浪観測装置等に於いて、前記抽出し
    た速度成分又は変位成分を所要の通過域を有する高域ろ
    波器に通ぜしめることにより前記成分に重畳するトレン
    ド(trend)成分を除去するようにしたことを特徴
    とする加速度センサを用いた波浪観測装置。
  2. (2)前記高域ろ波器が所要の通過帯域を有した帯域ろ
    波器であることを特徴とする特許請求の範囲1項記載の
    加速度センサを用いた波浪観測装置。
JP5378685A 1985-03-18 1985-03-18 加速度センサを用いた波浪観測装置 Granted JPS61212716A (ja)

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