JPH0476411A - 超音波式水中スタッフ - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、水中での２点間の距離を測定する装置に関
し、特に簡便に測定が行えるように棒状に形成した超音
波式水中スタッフに関する。

［従来の技術］ 昨今、海洋土木工事が盛んに行なわれるようになり、そ
れにつれて水中での距離測定においても地上での測定と
同程度の精度が必要とされる場合もある。しかるに従来
は、水中２点間の距離を測定する場合、一般には潜水士
によるメジャーを用いて行う方法や、あるいは地上の距
離測定で用いられている、棒状の測定補助用具（スタッ
フという）を水中２点に突き立てて、それらのスタッフ
の水面より突き出た部分間の距離を、水上でトランシッ
ト等を用いて測定を行なう方法があるが、前者の測定法
では、工事海域で水中が濁っている場合や測定距離が長
いときには測定が困難となり、又、測定２点で高低差が
有る場合には水平距離は得られず、一方、後者の測定法
では、水中で長いスタッフを垂直に立てるのが困難であ
り、いずれの測定法においても測定精度が低（、又、手
間がかかるため作業能率も低い。

そこでこれらの問題点を解決すべく、超音波信号を用い
た水中距離測定装置なるものが提案されている。例えば
、特開昭５１−１３５６７５号公報では、第８図に示す
ように、測定したい２点間にマスター発振器Ｍと、スレ
ーブ発振器Ｓとを配置し、マスター発振器Ｍより第９図
（イ）に示すように、超音波パルスＰ１を発振すると、
このパルスＰ、が水中を伝搬して１時間後に、第９図（
ロ）に示すように、スレーブ発振器Ｓで受波されると、
コノスレーブ発振器Ｓより直ちにパルスＰ、が発振され
る。一方、別の箇所に設けてあった受信機Ｒでは、第９
図（ハ）のごとく、これらのパルスＰＰ、が受波される
が、パルスＰ、とＰ、との時間づれＴを計測することに
より、マスター発振器Ｍとスレーブ発信器Ｓ間の距離が
求められる。

又、特回昭５５−７０７６３号公報によれば、第１０図
に示すように、距離計測器８１の制御に基づき、制御ビ
ーコン８２から超音波信号Ｓ、が発振され、この信号Ｓ
ｌがサーボビーコン８３で受波されると、このサーボビ
ーフン８３よす直ちに超音波信号Ｓｌが発振される。制
御ビーコン８２が前記信号Ｓ、を発振してからサーボビ
ーコン８３よりの信号Ｓ、を受渡するまでの時間から、
制御ビーコン８２とサーボビーコン８３との間の距離が
距離計測［８１によって求められる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記の受信機Ｒの本体計測部や距離計測器８
１は、別のケーブルを介して測定場所とは別の計測船等
に積み込む必要があるために、測定に手間がかかるとい
う欠点があり、潜水士が距離を測りつつ作業を行うとい
った場合に不向きであった。

この発明は、上述した問題点をなくすためになされたも
のであり、簡便に水中での距離測定が行える超音波式水
中スタッフを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の超音波式水中スタッフは、第１図に示すよう
に、水中２点に設けた親局５０°と子局１００’との間
の水平路ｌＩＨを測定する超音波式水中スタッフであり
、 親局５０’は、当該親局５０゛の深度り、を計測する深
度計測手段（不図示）と、超音波Ｕ１を送受波する送受
波手段５１′と、前記送受波手段５１から子局１００′
への送波の結果、子局１００’より送波される応答信号
の受波タイミングから両局間の直距離りを演算するとと
もに、前記応答信号から得た子局１００°の深度り、と
、前記深度計測手段で計測した親局の深度Ｄ１とから両
局間の深度差ＩＤ、−Ｄ、ｌを演算し、該深度差ＩＤ、
−Ｄ、ｌと前記直距離りとから両局の水平距離Ｈを演算
する演算手段（不図示）と、前記演算手段で演算された
距離を表示する表示手段５３′とを備えており、子局１
００’は、当該子局１００’の深度り、を計測する深度
計測手段（不図示）と、超音波Ｕ、を送受波する送受波
手段１０１°と、親局５０°より送波した超音波Ｕ１を
前記送受波手段５１″が受波したとき、この超音波Ｕ１
の受波に呼応して前記深度計測手段で計測した深度り、
の情報を応答信号として前記送受波手段１０１′より親
局へ超音波Ｕｔを送波する制御手段（不図示）とを備え
ている。

又、水中２点に設けた超音波式水中スタッフのいずれの
局からも親局として測定可能とするには、請求項３のご
とく、請求項１記載の親局に請求項２項の子局の応答機
能を付加すればよい。

［作用コ ニ人の潜水士により、親局５０’と子局１００とを、そ
れぞれ測定したい地点にほぼ垂直に立てた状態で親局５
０°の送受波手段５１′より超音波を送波する。この超
音波が子局１００’の送受波手段１０１゛で受波される
と、制御手段の制御により、該超音波Ｕ１の受波に呼応
して送受波手段１０１′より、応答信号として超音波Ｕ
、が放射される。この超音波Ｕ、が親局５０′の送受波
手段５１′で受波されると、演算手段により、前記超音
波Ｕ１を放射した時点から、子局１００’よりの超音波
Ｕ、を受波した時点までに要した時間に基づき、両局間
を超音波が伝搬するのに要した時間が求められ、この伝
搬時間から親局５０’と子局１００°との間の直距離り
が演算されるとともに、応答信号から得た子局１００゛
の深度り、と、前記深度計測手段で計測した親局の深度
り、とから両局間の深度差ＩＤ、−Ｄｔｌが演算され、
この深度差り、−Ｄ、ｌと前記直距離りとから両局の水
平距離Ｈが演算されて表示手段５３°に表示される。

［実施例］ 第２図及び第３図に、この発明の装置の一実施例である
、親局５０及び子局１００の正面図を示している。

第２図において、親局５０は、底部となる一端が円錐状
にとがった細長い円筒体をなす筐体Ｘを有する。この筐
体Ｘの他端である頂部には、超音波の送受を行うための
送受波器５１が設けられる。

この筺体Ｘの寸法としては、計測者が当該親局５０を垂
直に立てたとき、頂部の送受波器５１より放射される超
音波が計測者で遮られる恐れのないように、全長り、を
２ｆｆ１程度とし、又、容易に握持できるように、筺体
Ｘの径をほぼ５ｃｍとした。５２は、送受波器５１を制
御するとともに、受波信号より距離を演算する制御回路
である。５３は、当該親局５０の傾き角度や測定距離等
を表示するための表示器であり、この表示器５３が、計
測者のほぼ目の高さとなるよう、底部Ｘよりの取り付は
高さり、をほぼ１５０ｃｍとした。５４は、計測した距
離を記憶するデータ記憶部であり、最大で１００件の計
測距離を記憶する。５５は、前記制御回路５２のための
電池である。５６は、計測時に押す計測釦であり、５７
は、送受波器５１より超音波を送波したときに確認のた
めに点灯する送信表示灯である。５８は、前記計測釦５
３の押動により計測された距離を前記データ記憶部５４
に記憶させるためのデータ記憶部である。５９は、デー
タ記憶部５４に記憶された測定済みの距離を表示させる
ための表示釦であり、この表示釦５８を押す毎に、測定
番号とともに、測定距離が順次表示される。６０は、デ
ータ記憶部５４に記憶されたデータをクリアするための
リセット釦である。

第３図において、子局１００も親局５０と同じ寸法の筐
体Ｘを有し、頂部には、送受波器１０１を備える。１．
０２は、当該子局１００を制御する制御回路であり、１
０３は、制御回路１０２のための電池である。１０４は
、当該子局１００の傾きを表示するために設けられた、
５個のＬＥＤよりなるＬＥＤ表示器であり、内部の傾斜
計の検出に基づき、この子局１００が例えば図中右側に
所定角度以上に傾いたとき、ＬＥＤｒか点灯し、後方に
傾いたときはＬＥＤｓか点灯し、はぼ直立状態に保持さ
れているときのみ中央のＬＥＤｔか点灯するようになっ
ている。このＬＥＤ表示器１０４も、親局５０における
表示器５３とほぼ同し高さに設けられる。＋０５は、親
局５０より放射した超音波を子局１００の送受波器１０
１て受波したときに点灯する受信表示灯である。

上記の親局５０及び子局１００は、水中において手を離
しても、浮いてしまわないように適当な比重を有し、又
、筺体Ｘの上部に適当な浮力を与えることにより、手を
離しても完全に倒れてしまわないようにしている。

上記親局５０及び子局１００の制御ブロック図をそれぞ
れ第４図及び第５図に示しており、同一の部分にはそれ
ぞれ共通の符号を付している。

第４図において、７０は、親局５０の傾きを検出する傾
斜計である。７１は、送信開始用のトリガを発生するト
リガ発生回路であり、計測釦５６が押されたとき、傾斜
計７０の検出信号により、当該親局５０が所定の傾き角
度内に保持されいてるときに限り、該トリ力発生回路７
１よりトリガか出力される。７２は、トリ力発生回路７
１よりのトリガにより、リニアに周波数か変化する超音
波帯域のＦＭ信号を出力するＬＦＭ信号発生回路であり
、７３は、ＬＦＭ信号発生回路７２よりのＬＦＭ信号を
電力増幅する送信器であり、この送信器７３が動作した
ときに送信表示灯５７が点灯する。７４は、送受切替器
であり、送信時に送信器７３よりの出力を送受波器５１
に印加し、受信時においては、送受波器５１て受波され
た信号を増幅する受信器７５に印加する。７６は、受信
器７５から出力される尾を引いた受信信号から受信タイ
ミングの検出を容易とするためにパルスに圧縮するパル
ス圧縮回路である。７７は、前記トリが発生回路７１に
おけるトリガ発生時点ｔ１からパルス圧縮回路７６より
パルスが出力される時点ｔ、まての時間を計時するため
のタイマである。

７８は、両局間の水平距離Ｈを演算する距離演算部であ
り、その演算内容については後で詳しく述べる。表示器
５３は、測定待機時には、傾斜計７０で検出された傾き
と、前記水温及び深度を表示し、測定時には、距離演算
部７８て演算された測定データを表示する。表示器５３
に測定データか表示されているときに、データ記憶用５
８を押せば、このときの測定データがデータ記憶部５４
に記憶される。

前記７０〜７７の各回路が第２図における制御回路５２
に対応し、又、距離演算部７８が上記演算手段に相当す
る。

次に第５図の子局１００について説明する。

１１０は、送受切換器であり、受信待機時には送受波器
１０１よりの受信信号は、この送受切換器１１０を介し
て受信器１１１に入力される。受信器１１１に受信信号
が入力されると、受信表示灯１０５が点灯するとともに
、送受切換器１１０は送信状態に切替わる。１１２は、
受信機１１１て増幅された受信信号をパルスに圧縮する
パルス圧縮回路である。１１３は、可変遅延回路であり
、パルス圧縮回路１１２よりのパルスを、深度計１１４
で計測した当該子局１００の深度り、に応じて遅延させ
るが、この深度情報を区別して親局５０に送出てきるよ
う、この遅延動作は後で述べるように２回に１回の割合
で機能し、その他のときは遅延時間Ｏとなる。尚、前記
深度計１１４および上記水温・深度計７９における水圧
センサを用いた深度計測の際、波の変化により計測され
た深度も変化して正確な値が得られないので深度を平均
化処理して波の影響をなくしている。１１５は、送信開
始用のトリガを発生するトリガ発生回路であり、傾斜計
１１６により当該子局１００の傾きが所定の範囲内のと
き、即ち、ＬＥＤ表示器１０４における中央のＬＥＤｔ
（第３図図示）が点灯しているときに限り、可変遅延回
路１１３よりパルスが入力されると、このトリガ発生回
路１１５よりトリガが出力される。１１７は、トリガ発
生回路１１５よりのトリガに基っきＬＭＦ信号を出力す
るＬＭＦ信号発生回路であり、１１８は、ＬＭＦ信号発
生回路１１７よりのＬＭＦ信号を電力増幅する送信器で
あり、この送信器１１８の出力信号は送受切換器１］０
を介して送受波器１０１に印加される。

以下に、上記の親局５０及び子局１００における動作を
説明する。

親局５０及び子局１００を、第１図に示したように、計
測者により測定したい２点間に立て、不図示の電源スィ
ッチをオンにすると、親局５０においては、表示器５３
に水温及び深度とともに親局５０の傾きが表示されるの
で、当該親局５０の傾きが極小となるように垂直に保持
する。一方、子局１００においても、ＬＥＤ表示器１０
４の中央のＬＥＤｔか点灯するように垂直に立てる。こ
の状態で親局５０の計測釦５６を押すと、このとき親局
５０をほぼ垂直に保持しているときに限り親局５０の送
受波器５１より超音波か送波されるとともに、タイマ７
７の計時が開始され、又、送信表示灯５７か点灯される
。

親局５０よＩ）送波した超音波か子局］Ｏ○の送受波器
１０１で受波されると、受信表示灯１０５が点灯される
とともに、この受波信号はパルス圧縮回路１１２にてパ
ルス圧縮された後、可変遅延回路１１３に送出される。

この可変遅延回路１１４では最初は、遅延時間をＯにし
てパルス圧縮回路１１２よりのパルスをトリガ発生回路
１１５に送出する。このとき子局１００をほぼ垂直に保
持しているときに限り、トリガ発生回路１１５よりトリ
ガが発生されるので、この子局１００より応答信号とし
て超音波が送波される。可変遅延回路１１３での遅延時
間をＯとしたときに子局か、親局５０よりの超音波を受
波してから応答信号を送波するまでの時間（応答時間）
をＴ。とする。

子局１００から応答信号として送波した超音波は親局５
０の送受波器５１で受波され、その受波信号は、送受切
換器７４．受信器７５を介してパルス圧縮回路７６でパ
ルス圧縮されてタイマ７７に送出されることにより、タ
イマ７７は計時を停止して、前記トリガ発生回路７１の
トリガ発生時点ｔ１からパルス圧縮回路７６よりのパル
ス出力時点ｔ、まで計時した時間Ｔ＋（＝　ｔ　ｔ−ｔ
　、＞が距離演算部７８に送出される。

今述べた動作でわかるように、正確な測定を期すために
親局５０にて計測釦５６を押しても両局が垂直でなけれ
ば送波は行われず、又、送波が行われても超音波が計測
者によって遮られたときには測定できない。そこで計測
釦Ｉを一回押せば、トリガ発生回路７１より所定の時間
間隔をおいて継続してトリガが出力されるようになって
いる。

この制御により、親局５ｏがら次に超音波が出力され、
その超音波が子局１００て受波されたとき、今度は可変
遅延回路］１３において、パルス圧縮回路１１２より出
力されたパルスは、深度計１１４で計測された子局１０
０の深度り、に対応した遅延時間ＴＤｔだけ遅延されて
トリガ発生回路１１５に送出されるので、このときの子
局１００での応答時間は（Ｔ　ｏ＋　Ｔ　Ｄりとなる。

子局１００よりこのときに応答信号として送波した超音
波が親局５０て受波され、このときにタイマ７７て計時
された時間をＴ、（＞Ｔ、）とする。

このように可変遅延回路１１３では、遅延時間として０
とＴ。１とが交互に設定されるので、親局５０では二つ
の計時時間Ｔ、、Ｔ、が得られることになる。Ｔ、−Ｔ
、＝ＴＤ、であり、この遅延時間Ｔ　Ｄｔは子局１００
０）ｆｉ度り、を表す。又、Ｔ、−Ｔ。

は、両局間の直距離りを超音波が往復するのに要した正
味の伝搬時間である。

距離演算部７８では、水温・深度計７９で測定された水
温および深度Ｄ１がら測定時の超音波の水中伝搬速度Ｖ
Ｘが演算され、この速度ＶＸに、片道の超音波の伝搬時
間（Ｔ’、−Ｔ。）／２を乗じることにより、両局間の
直距離りが演算される。又、深度Ｄ１と、前記の遅延時
間Ｔ　Ｄｔがら得た深度り。

とから両局の深度差ＩＤ、−Ｄ、ｌが演算され、この深
度差ＩＤ、−Ｄ、ｌと前記直距離りとから三平方の定理
を用いて両局間の水平距離Ｈが演算される。

表示器５３には、測定された水平距離Ｈ１直距離りや深
度ＤＩ、深度差ＩＤ、−Ｄ、ｌが表示される。

この状態でデータ記憶部５８を押せば、データ番号と共
にこれらのデータかデータ記憶部５４に記憶される。デ
ータ記憶部５４に記憶させたデータは表示釦５９を押す
ことにより測定順に順次表示される。

子局１００での深度情報を送出する他の方法としては、
子局１００か受波すると、まず遅延時間０で第１のパル
スを送波しくこの場合の応答時間Ｔ、）、続いて深度り
、に対応する遅延時間ＴＤ、で第２のパルスを送波しく
応答時間はＴ。＋Ｔ　Ｄ、）、親局では、第１のパルス
の受信タイミングから両局間の直距離りを、そして、第
１と第２のパルス間隔から子局１００の深度り、を得る
といった方法も考えられる。

又、−台の親局５０て２台の子局１００を用いて同時に
距離測定を行うには、送波する超音波の周波数を変える
とともに送波タイミングを異ならせればよい。

尚、上記実施例では、両局の深度差を検出することによ
り正確な水平距離を得るようにしたが、測定２点間に高
度差がないとき、あるいは深度差が僅かなためにこれを
無視するならば、子局１００において深度計１１４およ
び可変遅延回路１１３は不要であり、親局５０において
は、演算された直距離りを水平距１１１ｆＨとすればよ
い。

又、上記の実施例では、超音波式水中スタッフとして親
局５０と子局１００とに区別して親局５０側においての
み測定可能としたが、親局５０に子局１００の応答機能
を持たせたものを２基用いることにより、いずれの局か
らも測定可能とすることもできる。即ち、第６図に示し
たように、第４図図示の親局５０に対して、子局として
機能させるために、受信器７５に受信表示８Ｉが付加さ
れるとともに、パルス圧縮回路７６よりのパルスを、水
温・深度計７９で計測された深度に応じて遅延させるた
めの可変遅延回路８１か付加され、この可変遅延回路８
１より出力されるパルスをトリガ発生回路７１に対する
トリガ信号としている。

又、データ記憶部５４に記憶された測定データを外部の
パーソナルコンピニータに送出できるように、Ｒ３２３
２Ｃ等のインタフェースを設けてもよい。

第７図（Ａ）は、第２図および第３図に示した超音波式
水中スタッフの別の形態例であり、各制御回路は、上部
の筐体７１内に収納され、７２は、表示器のための表示
窓である。筐体７１の頂部には送受波器７３が設けられ
、筐体７１の下端からは細長い棒状の円柱７４．７５が
２段に設けられており、下部の円柱７５の下端部に位置
するのは、軟弱な海底で安定して保持できるようにした
台座７６である。下部の円柱７５内に電池が収納され、
上部の円柱７４を切り離すことにより第７図（Ｂ）のよ
うにり、全長を短くすることもできる。

「考案の効果コ 以上説明したように、この発明は、扱い易いようにスタ
ッフ形状とし、かつ、両測定装置を接続するようなケー
ブルを用いずに超音波を用いて距離測定を行うようにし
たので、水中の測定困難な場所においても簡便にかつ正
確に２点間の距離測定か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超音波式水中スタッフにおける使用
方法を示す斜視図、 第２図及び第３図は、この発明の一実施例を示す親局及
び子局の外観を示す正面図、 第４図及び第５図は、第２図及び第３図における親局及
び子局の制御ブロック図、 第６図は、この発明の別の構成になる超音波式水中スタ
ッフの制御ブロック図、 第７図（Ａ）および第７図（Ｂ）は、別の形態になる超
音波式水中スタッフの外観を示す図、第８図は、従来の
水中距離計測装置の概略構成図、 第９図は、第８図の装置の動作を示すタイムチャート 第１０図は従来の別の水中距離測定装置の概略構成を示
す図である。 ８１．１１３　・可変遅延回路、 １０４・・ＬＥＤ表示器。 ５Ｑ・・・親局、１０岬・・子局、 ５１．１０１・・送受波器、 ５２．１０２・・・制御回路、 ５３・・・表示器、５４・・・データ記憶部、５５．１
０３・・・電池、５６・・計測釦、５７・・・送信表示
灯、５８・・・データ記憶部、５９・表示釦、６０　・
リセット釦、 ７０．１１６・・・傾斜計、 ７１．１１５・・トリガ発生回路、 ７２．１１７・・・ＬＭＦ信号発生回路、７３．１１８
・送信器、 ７４．１１０・・送受切換、 ７５．１１１・・・受信器、 ７６．１１２・・・パルス圧縮回路、 ７７・・タイマ、７８・・距離演算部、７９・・・水温
・深度計、 ８０．１０５・・・受信表示灯、

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中２点に設けた親局と子局との間の水平距離を
   測定する超音波式水中スタッフであり、親局は、当該親
   局の深度を計測する深度計測手段と、超音波を送受波す
   る送受波手段と、前記送受波手段から子局への送波の結
   果、子局より送波される応答信号の受波タイミングから
   両局間の直距離を演算するとともに、前記応答信号から
   得た子局の深度と、前記深度計測手段で計測した親局の
   深度とから両局間の深度差を演算し、該深度差と前記直
   距離とから両局の水平距離を演算する演算手段と、前記
   演算手段で演算された距離を表示する表示手段とを備え
   たことを特徴とする超音波式水中スタッフ。
2. （２）水中２点に設けた親局と子局との間の水平距離を
   測定する超音波式水中スタッフであり、子局は、当該子
   局の深度を計測する深度計測手段と、超音波を送受波す
   る送受波手段と、親局より送波した超音波を前記送受波
   手段が受波したとき、この超音波の受波に呼応して前記
   深度計測手段で計測した深度の情報を応答信号として前
   記送受波手段より親局へ超音波を送波する制御手段とを
   備えたことを特徴とする超音波式水中スタッフ。
3. （３）水中２点に設けて２点間の距離を測定する超音波
   式水中スタッフであり、 当該スタッフの深度を計測する深度計測手段と、超音波
   を送受波する送受波手段と、前記送受波手段から応答局
   としての他のスタッフへの送波の結果、他のスタッフよ
   り送波される応答信号から他のスタッフとの直距離を演
   算するとともに、前記応答信号から得た他のスタッフの
   深度と、当該スタッフの深度計測手段で計測した深度と
   から他のスタッフとの深度差を演算し、該深度差と前記
   直距離とから他のスタッフとの水平距離を演算する演算
   手段と、前記演算手段で演算された距離を表示する表示
   手段とを備え、当該スタッフを応答局として用いたとき
   は、他のスタッフより送波した超音波を当該スタッフの
   送受波手段が受波したとき、この超音波の受波に呼応し
   て当該スタッフの深度計測手段で計測した深度の情報を
   応答信号として前記送受波手段より他のスタッフへ送波
   することを特徴とする超音波式スタッフ。
4. （４）上記子局あるいは応答局は、他の局よりの送波信
   号の受波に呼応して応答信号を出力し、次の受波タイミ
   ングで深度計測手段で計測した深度に対応した遅延時間
   後に応答信号を出力する請求項１ないし３のいずれかに
   記載の水中スタッフ。
5. （５）筐体の傾きを検出する傾斜検出手段を備え、該傾
   斜検出手段の検出により、筐体がほぼ垂直に保たれてい
   るときに限り測定を許可する請求項１ないし４のいずれ
   かに記載の超音波式水中スタッフ。
6. （６）握持可能な径及び人の身長を上回る長さとした筒
   状の筐体を有し、かつ該筐体の下端は先細りの形状をな
   し、上端には上記送受波手段が設けられる請求項１ない
   し５のいずれかに記載の超音波式水中スタッフ。