JPS62249028A - 細長物の歪及び／又は角度の測定機構及び方法 - 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】 本発明は、固締機構によって船舶の船体に締着され丸巻
出し、又は巻取りリールを介して海中を通る細長物中の
内部縦歪；及び／又は船舶から出る、或いは船舶に入る
細長物の傾斜角を測定する装置に関する。

特に本発明は深海域でケーブル操作ベッセルにより巻取
り、或いは巻出された可撓性ｔ！イブ又は電カケープル
中の機械的歪；及び／又はベッセルから出る、或いはベ
ッセルに入るケーブルの傾斜角を測定する装置に関する
。

上記特性を測定するため種々の装置が公知である。例え
ば歪測定装置に関しては、以下の引例がある。

英国特許第７４３，８６２号−共通の回転キャリアに載
置された２つのプーリを有するケーブル支持、制動、又
は巻上げ装置。

ドイツ国特許明細書第２１．４１．０９５号−突然の歪
変化を補正し、かつケーブル歪を表示する弾性部材を有
するケーブル巻出し装置。

英国特許第１，２４１，７７６号−歪ゲージを歪力検出
のため使用し、最終歪を理想カテナリー線計算と測定結
果との比較によって求める撃留ライン用負荷表示器。

英国特許第１，４２２，９４６号−測定結果を目視可能
に表示するモニターステージ冒ンにおいて、複数の撃留
ロープの張力が測定され、かつ比較される撃留ラインシ
ステム。

ベッセルから出るケーブルの傾斜角を測定する装置に関
しては引例を掲げないが、公知装置にはケーブルに接し
、ケーブルによってガイドされる大きな機械的アームを
有するものがある。

公知のあらゆる初期技術には激しい海洋環境で非現実的
であり、信頼性が無いもの、調整困難なもの、又、得ら
れる精度が所望のものより低い等の欠陥がある。

本発明の目的は変動する現場条件に左右され易い複雑な
機械的機構を使用することなく、全細長物歪及び／又は
細長物傾斜角を検出可能にする方法を提供するととくあ
る。

又、さらなる目的は船の加速による測定値への影響を補
正可能にする方法及び／又は手段を提供することにある
。

本発明により一層明瞭に理解するため、以下の実施例を
詳細に説明する。

第１図ではケーブル布設ベッセル（船舶）１の船体フロ
ント細部が海２の上に位置し、船１の船首又は船尾で支
持機ｓ４により締着されるｊイドホイール３を示してい
る。海へ導かれるか、又は海から持ち上げられるか又は
不動位置で停止しているかのいずれかのケーブル５はレ
イアウトされたホイール３上の６で曲げられ、最終的に
は点７で海中に入っている。図中、傾斜角は値αで示す
。

ケーブルの総重量は深海の場合を考えると数千キロにも
なり得る。第１図に示す機構には本発明の解釈上不要で
あるモータ、ブレーキ、プーリー等は示していない。

第２図には不必要な部分は示さず、レイアウトされた装
置の力、及び配置が簡単に示されている。

力Ｓｌ及びＳｏは夫々、ホイールの各サイドでのケーブ
ル自体の応力を示す。力Ｆ！及びＦｙは夫々、Ｘ＋ｙ一
方向での支持力の検出値である。又、角度αは傾斜角、
ｅｂはベアリング４の摩擦損失によるベアリング効率、
ｅｃはホイール３の周シでケーブルを曲げるために必要
とされる内部摩擦仕事によるケーブル効率を示す。各効
率の値には損失が含まれ、全効率・ｔｏｔは上述した効
率値の和として計算される。即ち、 ’ｔｏｔ　”　ｅｂ”　ｅｃ　　　　　　　　（式：１
）例に今、ホイールに作用する力を考慮し、平衡が保た
れており、そしてホイール、ケーブル、船に加速がなく
ケーブルが停止、或いはその移動速度が一定でおる時に
は、以下の条件が得られる。

Ｆｘ＝　８１　＋　８６　・ｓｋｎα　　　　　　（式
：２）Ｆｙ＝　８０・部α　　　　　　　　（式：３）
そして式２を式３で割ると、新しい式が得られる。

（Ｆｚ）／　（Ｆｙ）　＝（８ｇ　（ｅｔ□ｔ＋ｄｎα
））／（Ｓｏ’ｍｑα）”　（”ｔｏｔ　）／　（Ｃｘ
Ｍα）十−α　　　　（式：４）この新しい式は第３図
に図表として示されており、システムにおける全効率の
２つの異なる値、即ちｅｔｏｔ　＝　１．００　、　ｅ
ｔｏｔ＝　０．９５が夫々示されている。

これらの式から明らかなように、検出されたノクラメー
タにより所望の値を求め得る異なる方法がある。最も確
実な直接法は特定の検出器により傾斜角を測定し、例え
ば秤量セルにより結果としての支持力の２成分夫々を測
定することである。次いで海上レベルでのケーブル中の
機械的応力Ｓ０と、システムの全効率の正確な値が式４
と、２又は３とより計算される。

異なるアプローチは、支持力のｘ、ｙ成分のみを測定し
、実験的方法により全損失から全効率の顕値を推定する
ことであシ、第３図の表に相当する計算により傾斜角α
の値が決定される。これにより上記式２又は３でＳｏが
簡単に算出される。そして効率ｅｃは計算に含まれてい
るためケーブル剛性による支持力成分への影響も又、こ
の簡単な計算に考慮されている。

上記計算は静的条件の仮定に基づくものである。

即ち、加速は考朦されていない。当然全ての方向に於い
て加速が予想される海上環境では特に現実からはかけ離
れたものである。そして船、ホイール、ケーブル自体の
加速は、同様にケーブル応力に影響することなく測定さ
れた支持力成分に影響をおよぼす。しかしながらそれら
加速力を補正することは困難なことではない。何故なら
それらは既知の加速計により検出することができ、これ
ら加速計からの信号をシステムに導き、誤差を補正する
ことができるからである。最も激しい誤差はかなり重い
ホイール３の垂直方向の加速による加速力により発生し
、これは測定される成分Ｆ、に影響を与える。これはホ
イール３に近接して配［される垂直方向加速計１７によ
り補正され得る。

この加速計からの信号は次に適当な方法によりて目盛り
付けされ測定成分Ｆｙを示す信号に加味される。他の方
向の加速影響も同様に補正され得るが通常重要視されな
い。

通常、所望の機械的応力値はケーブルに実際存在するも
のである。本発明の意図は過大応力による損傷の回避を
確実にするケーブルの本当の応力条件を検出することに
ある。

加速信号がシステムにどの様に導ひかれるかを第４図に
も示す。第４図では、ケーブル５はホイール３上で曲げ
られ、加えて検出された変数から所望の値を得るのに必
要な装置が示されている。

第４図において検出器１０及び１１は例えば歪グーツタ
イブの秤量セル又は同等の検出器であ択ベアリング４に
働く力の垂直成分を連続して測定する。次にホイール３
の重量、ホイールに支承されるケーブル部分の重量、ケ
ーブルを曲げることＫよる影響、及び全方向での船自体
の加速による全ての加・減速力及び回転特性の加速を含
めたケーブル、ホイールの加速を含む総合力が測定され
る。

加えてタコメータ１２がホィール３０角速度及び加速度
を決定するため使用され得る。このタコメータ１２は図
示のようにホイール中央に配置しても良く、或いはホイ
ール周勺、ケーブル上の他の場所、ケーブル索引装置に
配置しても良い。

この３つの検出器１０，１１．１２からの信号は夫々、
接続１３，１４．１５を介して増幅器１６に導かれる。

前述したように、これらは少くとも１つの加速計１７に
導かれ得る。その加速計１７は少くとも１方向の加速を
検出し接続１９及び２０を介してこれらの加速を示す信
号を上述した増幅器（計算ユニット）１６に送る。

信号が増幅された際、信号はパス２３を経由してシグナ
ルプロセッサ２２（計算ユニット）に導かれる。そして
ここで信号は、接続２６及び２７によりシグナルプロセ
ッサ２２に取り付けられた表示ユニット２４及び記録ユ
ニット２５に表示されるべき値に変換される。

図では、ケーブル面と機械的に接し、角度α（第１図及
び第２図）としての値を与え、接続２１を介して増幅器
１６に送る角度検出器１８も又示されている。又、この
角度検出器１８は例えば音波又は超音波反響原理により
角度検出するものでもよい。明らかではあるが、付帯装
置は第４図では点線で示され、簡単な形態において本発
明に必須な装置は実線で示されている。

本発明によれば海面での傾斜角とケーブル応力の値は、
応力や角度等の値を測定することにより直接得られるも
のでなく、ホイール３のベアリングに作用する機械的力
の異なる２成分を測定し、かつこれら２つの読みから所
望の値を求めることで間接的に得られるものである。

例えば仮りに支持力の水平成分と垂直成分とが測定され
、これらの成分が水平方向における支持力成分Ｆｘと垂
直方向における支持力成分Ｆｙとに示されたならば、所
望の値、すなわち海上での傾斜角αとケーブル応力Ｓ０
は上述したように測定値より計算される。

以下のパラメータは、より正確な計算に必要な式に含ま
れる。

ｅｂ＝支持効率＃０．９９８ ｅｃ＝９０°曲げの際のケーブル効率２＋１０．９９８
０＝海上でのケーブル応力 Ｓ工＝ホイールを超えたケーブル応力 Ｗ工＝ホイールの回転慣性 〜＝ホイールの回転角加速度 ｍ１＝ホイールの質量 〜＝ホイールの加速度 ｍｃ＝ホイールに連結されたケーブルの質量ａｅ＝ケー
ブルの加速度 そして加速度の影響が含まれた時、次の式が巻出し状態
の間成立する。

Ｓ、　−Ｓ、−損失 Ｓ、＝ｚ　Ｗ、−ωｗ＋ｍｃ”ａ”ｗ”ｗ＋Ｓ１／ｅｃ
’ｅｂ（式：５） 当然のことながら、測定成分を直交軸系に配置すること
は必要としない。異なる方向でなされたいかなる測定で
も明瞭な一組の結果をもたらす。

しかしながらその様な他の測定法は、計算が複雑になる
だけでその原理は変わることはないので、記述する必要
はないと判断する。

ｅｃがαと共に変化すると、傾斜角の値に小さな間違い
が発生する可能性があるが、与えられた装置ではその効
率がそれほど変わることはないため最終的な値も正しい
値から逸脱することはない。

実際、最終的な角度に及ぼすこの影響は０．３０を超え
ないことが計算で判明している。従って普通、実際の結
果においてはαに伴う因子ｅｃの変動は考慮されない。

この方法を実際に使用する場合、機械的ベアリングの中
に２つのセンサーを設け、これらの検出器からの記録を
、例えば最終値を算出するマイクｏｆロセッサなどの演
算ユニットにもたらすことのみが必要とされる。即ち、
あらゆるタイプの複雑かつ機械的な装置を必要としない
。

本発明による測定装置には大きな利点として非常に高度
なフレキシビリティ（柔軟性）がある。

即ち、異なる誤差源の補正を簡単にする特徴がある。こ
の誤差源には、ケーブル作動の加速、船１の異方向への
加速、ホイール３の加速による誤差、及び巻取り、巻出
し工程間に発生し得る損失値の変動による誤差等たくさ
んの誤差がある。−例として、ケーブル自体の摩擦損失
はケーブルの釉類によって変わるのみならずレイアウト
角度によっても変わる。即ち、レイアウト角度はケーブ
ルの曲げ角度を決定し、曲げが大きくなる程、曲げ損失
が大きくなる。又、テスト装置において値０９５〜１．
０間のシステム全効率ｅｔｏｔのｐ］贅がなされた結果
としての支持力成分Ｆｘ、　Ｆ、値のみを測定すること
により非常に良好な結果が得られた。その際Ｓ０．αの
算出値は真の値に極めて近似した値、即ち１、Ｏチ以内
になることが認められた。

以上の記述は好ましい実施例を示すものであって、本発
明は特許請求の範囲内で変わり得るものである。即ち、
本発明の変形実施例として以下の特徴が掲げられる。

記録ユニット２５（第４図）は歪、傾斜角、巻出しケー
ブル長さを調整可能な間隔、例えば１０秒毎、又は７２
秒毎、で規則的にかつ自動的にプリントアウトするプリ
ンタによっても満たされ得る。

又、仮りに船に音響測深機が設置されているならば、本
発明の測定機構をこの測深機に適用して、深さも一定間
隔で記録するようＫしても良い。

又、瞬間的な値でなくかなり平均的な値が各間隔毎に得
られる様に測定値を補整し得ることも考慮されるべきで
ある。その様な補整は、測定値や計算された関数を示す
信号を電子的にフィルタにかける既知手段により容易に
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原則としてベッセルが組み立てられた船上での
ケーブル巻出し７巻取り機構を示す図；第２図は第１図
の巻出し７巻取り機構に作用する力を示す図；第３図は
傾斜角αと支持力成分間の比の関係を示す簡略図；第４
図は原則的に組み立てられる本発明の機構図。 １・・・船舶、２・・・海、３・・・ホイール（ローラ
）、４・・・軸（ベアリング）、５・・・細長物（ケー
ブル）、１０．１１・・・電気的検出器、１２・・・タ
コメータ、１６・・・増幅器（計算ユニット）、１７・
・・加速計、１３．１４，１５，１９，２０．２１・・
・接続、２２・・・シグナルプロセッサ（計算ユニット
）、２４・・・表示ユニット、２５・・・記録ユニット
。 以下余白 Ｆ々・３・ 〜・２・ Ｓ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、船舶上の巻出し又は巻取り機構により海中を通る細
   長物中の縦歪、及び／又は船舶から出る細長物の傾斜角
   を測定する方法であって、少くとも２つの異なる軸に沿
   って巻出し／巻取り機構が受ける歪成分は上記細長物の
   縦歪及び／又は傾斜角を算出するのに利用されることを
   特徴とする測定方法。 ２、上記歪成分は好ましくは１垂直軸と１水平軸なる少
   なくとも２つの直交軸に沿って測定され、垂直平面にお
   いて細長物が船舶より出ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ３、細長物の加速又は巻出し／巻取り機構の局部的加速
   も又測定され、得られた結果は細長物内の歪でない動的
   質量の力によって発生する、測定歪成分の幾分かを補正
   するのに利用されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載の方法。 ４、例えば音波又は超音波反響原理（１８）により傾斜
   角も又直接測定され、測定結果が正常なシステム作動を
   制御、或いは算出結果の精度を向上するための豊富な情
   報として利用されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項、第２項、第３項のいずれか１つに記載の方法。 ５、船舶上の巻出し又は巻取り機構により海中を通る細
   長物中の縦歪、及び／又は船舶から出る細長物の傾斜角
   を測定すると共に少なくとも１つの電気的測定器を有す
   る測定機構であって、上記巻出し又は巻取り機構の分離
   された一軸に沿った各歪成分（Ｆ＿ｘ、Ｆ＿ｙ）を検出
   する少なくとも２つの電気的検出器（１０、１１）と、
   その検出された歪成分より縦歪（Ｓ＿０）及び／又は船
   舶（１）から出る細長物（５）の傾斜角（α）を推定す
   る計算ユニット（１６、２２）とを備えることを特徴と
   する測定機構。 ６、細長物作動の加速又は減速を測定する加速計（１７
   ）及び／又は巻出し／巻取り機構近傍の船舶（１）の局
   部的加速を測定する加速計（１７）の少なくとも１つを
   有し、この又はこれらの加速計からの信号は接続（１９
   、２０）を介して計算ユニット（１６、２２）に導かれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の測定
   機構。 ７、上記検出器は一垂直面における水平又は垂直歪成分
   を測定する機械／電気変換器であって、検出器からの信
   号は、Ｆ＿ｘを水平ｘ方向の支持力成分、Ｆ＿ｙを垂直
   ｙ方向の支持力成分、Ｓ＿１をホイール３上の細長物歪
   、Ｓ＿０を海面近傍の細長物歪、αを海面近傍の傾斜角
   とすると、 Ｆ＿ｘ＝Ｓ＿１＋Ｓ＿０・ｓｉｎα Ｆ＿ｙ＝Ｓ＿０・ｃｏｓα となり、計算ユニット（１６、２２）は上記式と、推定
   された損失値とから細長物（５）の歪（Ｓ＿０）と傾斜
   角（α）を計算するマイクロプロセッサを有することを
   特徴とする特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の測
   定機構。 ８、巻出し／巻取り機構と、検出された歪値に影響を与
   える細長物部分との測定加速（ω＿ｗ、ａ＿ｃ＿ｉａ＿
   ｗ）及び質量（ｍ＿ｗ、ｍ＿ｃ）とから補正値が推定さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の測
   定機構。 ９、細長物（５）と機構における摩擦力の実験値より補
   正値が推定されることを特徴とする特許請求の範囲第７
   項又は第８項に記載の測定機構。 １０、巻出し／巻取り器は細長物ローラ又はホイール（
   ３）であり、検出器（１０、１１、１２、１７）はロー
   ラ又はホイール軸（４）に配置されることを特徴とする
   特許請求の範囲第５〜第９項のいずれか１つに記載の測
   定機構。