JPH0376852B2 - - Google Patents
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- JPH0376852B2 JPH0376852B2 JP25799784A JP25799784A JPH0376852B2 JP H0376852 B2 JPH0376852 B2 JP H0376852B2 JP 25799784 A JP25799784 A JP 25799784A JP 25799784 A JP25799784 A JP 25799784A JP H0376852 B2 JPH0376852 B2 JP H0376852B2
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- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
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- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
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- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
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- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- 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)
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。
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。
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。
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。
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いる
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、一回の測
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あるといつた
欠点があつた。
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いる
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、一回の測
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あるといつた
欠点があつた。
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関
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、一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
化の激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つた問題があつた。
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関
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、一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
化の激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つた問題があつた。
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つた水温分布を一括
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。
ちに所定の水域の垂直面に沿つた水温分布を一括
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
方の指向性超音波発信装置及び無指向性超音波受
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、この区画した水塊毎の超
音波の水中伝播の累積として、該水塊一個毎につ
いての音速を連立方程式により解き、得られた各
水塊毎の音速より音速と水温との相関を利用して
各水塊の水温を算出することを特徴とするもので
ある。
方の指向性超音波発信装置及び無指向性超音波受
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、この区画した水塊毎の超
音波の水中伝播の累積として、該水塊一個毎につ
いての音速を連立方程式により解き、得られた各
水塊毎の音速より音速と水温との相関を利用して
各水塊の水温を算出することを特徴とするもので
ある。
作 用
海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り、その他塩分濃度、水
深等によりも影響されるが、わずかであつて、音
速をＣ（ｍ／sec）、水温をＴ（℃）、塩分濃度をＳ
（０／00）、水深をＺ（ｍ）とすれば Ｃ＝1410＋4.21T−0.037T2 ＋1.14S＋0.0168Z … の関係があることが知られている。
温度に大きく依存しており、その他塩分濃度、水
深等によりも影響されるが、わずかであつて、音
速をＣ（ｍ／sec）、水温をＴ（℃）、塩分濃度をＳ
（０／00）、水深をＺ（ｍ）とすれば Ｃ＝1410＋4.21T−0.037T2 ＋1.14S＋0.0168Z … の関係があ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
つて、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
戻つて来る音波の反響時間は、水中の温度分布の
情報を担つている筈である。
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
つて、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
戻つて来る音波の反響時間は、水中の温度分布の
情報を担つている筈である。
今、水中を第１図に示すように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P1，P2，P3，P4及びP5で
超音波を受信したとすると、この水中において経
路P1で伝播する超音波はN1→N3→N2、また、経
路P2でN2→N4→N1、以下同様に経路P3ではN1
→N3→N1、経路P4ではN2→N4→N2、経路P5で
はN1→N2と伝播し、各区画N1…N4での水温の
影響を受けて伝播する。
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P1，P2，P3，P4及びP5で
超音波を受信したとすると、この水中において経
路P1で伝播する超音波はN1→N3→N2、また、経
路P2でN2→N4→N1、以下同様に経路P3ではN1
→N3→N1、経路P4ではN2→N4→N2、経路P5で
はN1→N2と伝播し、各区画N1…N4での水温の
影響を受けて伝播する。
一方、各経路P1…P5での超音波発信より受信
までの時間差をSP1，SP2，SP3，SP4，SP5とす
れば、これら時間差は、区画N1…N4毎を超音波
が伝播するのであるから、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。
までの時間差をSP1，SP2，SP3，SP4，SP5とす
れば、これら時間差は、区画N1…N4毎を超音波
が伝播するのであるから、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C1，
C2，C3、C4、水深をＤ各区画の深さｄ（＝Ｄ／２） とすると、 SP1＝ｄ／C1＋ｄ／C3＋ｄ／cosθ／C3＋ｄ／cosθ／C
2 SP2＝ｄ／C2＋ｄ／C4＋ｄ／cosθ／C4＋ｄ／cosθ／C
1 SP3＝ｄ／C1＋ｄ／C3＋ｄ／C3＋ｄ／C1 SP4＝ｄ／C2＋ｄ／C4＋ｄ／C4＋ｄ／C2 SP5＝d′／２／C1＋d′／２／C2 （d′…区画N1…N4の幅） の連立方程式が成立する。ここで、SP1…SP5は
計測値として既知であり、Ｄ及びｄも測深によつ
て判明可能であつて、cosθ及びd′の値も、水深Ｄ
と超音波送受波器の位置より機可学的に定まるか
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。
C2，C3、C4、水深をＤ各区画の深さｄ（＝Ｄ／２） とすると、 SP1＝ｄ／C1＋ｄ／C3＋ｄ／cosθ／C3＋ｄ／cosθ／C
2 SP2＝ｄ／C2＋ｄ／C4＋ｄ／cosθ／C4＋ｄ／cosθ／C
1 SP3＝ｄ／C1＋ｄ／C3＋ｄ／C3＋ｄ／C1 SP4＝ｄ／C2＋ｄ／C4＋ｄ／C4＋ｄ／C2 SP5＝d′／２／C1＋d′／２／C2 （d′…区画N1…N4の幅） の連立方程式が成立する。ここで、SP1…SP5は
計測値として既知であり、Ｄ及びｄも測深によつ
て判明可能であつて、cosθ及びd′の値も、水深Ｄ
と超音波送受波器の位置より機可学的に定まるか
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式より各区
画内の水深を知ることが出来るのである。
音速が求まり、この音速より前述の式より各区
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）所定間
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。
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）所定間
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。
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。
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、N43とN44の区画にかかる場合がある
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。
合、例えば第２図のＰで示す部分では、音波の伝
播経路が、N43とN44の区画にかかる場合がある
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。
る。
第３図は、この発明の方法を実施するための装
置の概念図である。
置の概念図である。
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１Ａと無指向性超音波
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。
ムの指向性超音波発信装置１Ａと無指向性超音波
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１Ａを短かい時間間隔で順次作動さ
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…１
Ｂで受波し、測定する。
音波発信装置１Ａを短かい時間間隔で順次作動さ
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…１
Ｂで受波し、測定する。
このとき、各組の超音波発信、受波装置１Ａ，
１Ｂを船首より船尾方向に順にE1，E2…E10とす
ると、E1の発信音波は、E1，E2，E3，E4…E10で
受信され、E2の発信音波はE1，E2，E3…E10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、かつ、このとき同時に
隣接する受波装置に、直接到来波として、E1→
E2，E2→E3（E1），E3→E4（E2），E4→E5（E3）、以
下同様にして、10個の時間差が測定される。この
うち、E9→E10とE10→E9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、全体で109
本の連立方程式が成立することとなり、未知数
100個の値の解くことは充分可能となる。
１Ｂを船首より船尾方向に順にE1，E2…E10とす
ると、E1の発信音波は、E1，E2，E3，E4…E10で
受信され、E2の発信音波はE1，E2，E3…E10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、かつ、このとき同時に
隣接する受波装置に、直接到来波として、E1→
E2，E2→E3（E1），E3→E4（E2），E4→E5（E3）、以
下同様にして、10個の時間差が測定される。この
うち、E9→E10とE10→E9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、全体で109
本の連立方程式が成立することとなり、未知数
100個の値の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
式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。
式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。
なお、上記連立方程式を解くにあつては、未知
数の数が非常に多くなるため、コンピユータによ
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、フイルタ
ードバツクプロジエクシヨン法、コンボリユーシ
ヨン法などの演算方式で演算される。
数の数が非常に多くなるため、コンピユータによ
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、フイルタ
ードバツクプロジエクシヨン法、コンボリユーシ
ヨ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あたり、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Ｄ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cosθ値も
前記で得た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。
Nijの設定が直接温度分布の精度に影響するから
水深Ｄ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cosθ値も
前記で得た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
れる訳であるが、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、相対的なものである
ため、必要ならば、水深に応じた音深分布の変化
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ある。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、補正計算を要さずとも充分に実用に耐え
得る。
れる訳であるが、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、相対的なものである
ため、必要ならば、水深に応じた音深分布の変化
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ある。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、補正計算を要さ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、
従つ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、受信装置
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
する場合であつても、これを追跡観測することも
可能となるのである。
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、
従つ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、受信装置
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
する場合であつても、これを追跡観測することも
可能となるのである。
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ある。 １Ａ……指向性超音波発信装置、１Ｂ……無指
向性超音波受波装置、Nij……区画。
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ある。 １Ａ……指向性超音波発信装置、１Ｂ……無指
向性超音波受波装置、Nij……区画。
Claims (1)
- １ 垂直下方の指向性超音波発信装置、及び無指
向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、
この区画した水塊毎の超音波の水中伝播の累積と
して、該水塊一個毎についての音速を連立方程式
により解き、得られた各水塊毎の音速より、音速
と水温との相関を利用して各水塊の水温を算出す
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 JPS61134639A (ja) | 1986-06-21 |
| JPH0376852B2 true 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) |
Families Citing this family (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 |
| SE0100379D0 (sv) * | 2001-02-07 | 2001-02-07 | Siemens Elema Ab | Arrangement for and method of acoustic determination of fluid temperature |
| GB2379743B (en) * | 2001-07-04 | 2005-05-25 | Amersham Pharm Biotech Uk Ltd | A method, a measuring cell and a system for measuring very small heat changes in a sample |
| US9702973B2 (en) | 2012-11-27 | 2017-07-11 | Nec Corporation | Environment measurement system and environment measurement method |
-
1984
- 1984-12-05 JP JP25799784A patent/JPS61134639A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61134639A (ja) | 1986-06-21 |
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