JPH05240718A - 超音波遠隔水温測定装置 - Google Patents

超音波遠隔水温測定装置

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JPH05240718A
JPH05240718A JP7576092A JP7576092A JPH05240718A JP H05240718 A JPH05240718 A JP H05240718A JP 7576092 A JP7576092 A JP 7576092A JP 7576092 A JP7576092 A JP 7576092A JP H05240718 A JPH05240718 A JP H05240718A
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JP
Japan
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wave
transmitter
ultrasonic
water temperature
receiver
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Application number
JP7576092A
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English (en)
Inventor
Takeshi Sakuma
健 佐久間
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Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 船舶等に搭載して超音波を利用して水中下の
温度測定を行う装置で、船体にベンディングが生じた場
合でも精度良く測定できる装置を開発する。 【構成】 水平方向に超音波を発信する送波器と、この
送波器からの超音波を同じ距離に設置した2つの受波器
で受信し、ベンディングが生じた場合2つの受波器が受
信する位相差でこれを検出し、補正演算を行うこととし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば船舶等に搭載し
て水中下の温度分布の測定に使用する超音波遠隔水温測
定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水温の測定には、サーミスタのような感
温素子を用いるものが一般的である。このような感温素
子を用いた水温測定装置は、比較的簡単に構成でき、表
層の水温を測定するには便利であるが、深度が深いとこ
ろの水温測定には適さない。そこで、最近では温度によ
って伝播速度が変化する超音波を用いた、測定装置が提
案されている。
【0003】図3は、現在提案されている超音波遠隔水
温測定装置を説明するための図であり、図において、1
は水中へ超音波を発信する送波器、2はそれぞれ俯角θ
a,θbに設定された2つの受波器で構成される受波器
であり、Aは水中における第1の測定点、Bは同じく第
2の測定点とする。次に測定原理について説明する。船
体に送波器1および受波器2が所定距離(Lm)だけ離
して取り付けられており、送波器1で水中へ垂直方向に
超音波を発信する。そして、俯角θaに設定された受波
器2aで反射音波を受信した場合、その俯角(θa)と
距離(Lm)とにより、超音波の反射点(すなわち、第
1の測定点A)を求めると共に、発信時から受信時まで
の超音波の水中伝播時間を計測し、計測された伝播時間
から水中における超音波の伝播速度を求め、第1の測定
点Aにおける水温(T1 )を測定する。同様にして、俯
角θbに設定された受波器2bで反射音波を受信するこ
とで、第2の測定点Bにおける水温(T2 )を測定す
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の超
音波遠隔水温測定装置は以上のようにして水温を測定し
ているが、積荷の状態や天候状態等が原因で船体にベン
ディング(曲げ)が生じた場合、実際の俯角と設定上の
俯角が異なり、測定される水温に大きな誤差が生じると
いう問題点があった。
【0005】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、船体に曲げが生じた場合でも、そ
の影響を回避して精度良く水中下の温度分布を測定でき
る超音波遠隔水温測定装置を得ることを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる超音波遠
隔水温測定装置は、水平方向に超音波を発信する第2の
送波器と、この第2の送波器からの超音波を同じ距離に
設置した2つの受波器の組合わせからなる第2の受波器
で受信する手段を付加し、ベンディングが生じた場合2
つの受波器の位相差でこれを検出し、補正演算を行うこ
ととした。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図1は本発明の測定原理を説明するための図であ
り、図において、1は第1の送波器、2は第1の受波
器、3は第2の送波器、4は第2の受波器を示し、これ
らの送波器1,3および受波器2,4は、船舶の船底も
しくは舷側に取り付けられている。また、受波器2は、
A点およびB点からの反射音波を受信する2つの受波器
2a,2bで構成される。なお、説明の便宜上、水温分
布はA点を境にして、A点から上の水温をT1 °C、下
の水温をT2 °Cとし、送波器1からパルス性の超音波
が発信された時点を時刻の基準とする。
【0008】受波器2a,2bは、それぞれ俯角θa,
θbに設定されており、送波器1から発信された超音波
は、伝播経路上に存在する微妙浮遊物体や水のゆらぎ等
から、その一部が乱反射するが、それぞれ伝搬経路II
a,IIbを通って受波器2a,2bで受信される。す
なわち、それぞれの受波器2a,2bの受信ビームの方
向は、俯角θa,θbのとき音波Iの経路A,B点にそ
れぞれ向けられ、送波器1より発信された音波IがA点
に達したとき、受波器2の方向に反射される反射音波が
受波器2aによって受信され、また、送波器1より発信
された音波IがB点に達したとき、受波器2の方向に反
射される反射音波が受波器2bによって受信される。
【0009】このようにして、受波器2によって受信さ
れた反射音波の到達時間t1 ,t2と距離との関係は、
次式で示されるようになる。 t1 =(La+Lc)/C(T1 )・・・(1) t2 ={(La+Ld)/C(T1 )}+{(Lb+L
e)/C(T2 )}・・・(2) 但し、La:送波器1とA点との距離 Lb:A点とB点との距離 Lc:受波器2とA点との距離 Ld+Le:受波器2とB点との距離(Ldは水温がT
1 °Cである部分の距離,Leは水温がT2 °Cである
部分の距離) C(T1 ):T1 °Cにおける音波の水中伝播速度 C(T2 ):T2 °Cにおける音波の水中伝播速度
【0010】一方、第2の送波器3は、水平方向に音波
III を発信し、この送波器3の方向に向けられた第2の
受波器4(この受波器4は、図1に示すように垂直方向
に距離nだけ離して設けられた受波器4aと受波器4b
との2つの受波器で構成されている)で受信される。従
って、船体に曲げが生じない場合には、受波器4a,4
bは送波器3からの反射音波を同位相で受信するが、船
体に曲げが生じた場合には、受波器4aと4bとが受信
する反射音波に位相差が生じる。ここで、船体の曲げ角
をΔθ,位相差をφとすると、Δθとφとは次式で示す
関係になる。 Δθ=sin-1{φ・λ/(2π・n)}・・・(3) 但し、λ:超音波の波長 n:受波器4aと4bとの距離
【0011】上述の式(1) ,(2) において、各距離L
a,Lb,Lc,Ld,Leは、送波器1と受波器2と
の距離をLm、それぞれの受波器2a,2bの水面に対
する俯角をθa,θbとすると、次式で示される関係に
なる。 La=Lm×tan(θa+Δθ)・・・(4) Lb=Lm×tan(θb+Δθ)−La・・・(5) Lc=Lm/cos(θa+Δθ)・・・(6) Ld=La/sin(θb+Δθ)・・・(7) Le=Lm/cos(θb+Δθ)−Ld・・・(8)
【0012】従って、受波器2(2a,2b)によって
受信された音波の到達時間t1 ,t2 および船体の曲げ
角Δθが測定できれば、上述の式(1) 〜(8) を用いて超
音波の水中伝播速度C(T1 ),C(T2 )が算出で
き、この結果から較正表に基づいて、温度T1 °C,T
2 °Cを求めることができる。
【0013】図2は本発明の一実施例である装置構成例
を示すブロック図であり、図において、図1と同一符号
は同一又は相当部分を示し、5,6はそれぞれ増幅器、
7,8はそれぞれ検出回路、9はタイマ、10は演算
器、11,12はそれぞれ送信器、13,14はそれぞ
れトリガ回路、15,16はそれぞれ増幅器、17は位
相差検出回路、18は演算回路である。
【0014】次に、図2に示す装置の動作について説明
する。トリガ回路14は、周期的に超音波を送信するた
めのトリガパルスを発生する。このトリガパルスに基づ
いて送信器11は、ある周波数のバースト波を増幅し、
送波器1からパルス状の超音波を発信する。受波器2は
それぞれ俯角θを可変して超音波を受信するようになっ
ており、本実施例では受波器2aの俯角がθa,受波器
2bの俯角がθbに設定され、それぞれ点A,Bからの
反射音波を受信する。
【0015】受波器2a,2bで受信された受信信号
(反射音波)は、それぞれ増幅器5,6に送出され、そ
れぞれ検出に必要な振幅レベルまで受信信号が増幅され
て検出回路7,8に送られ、検出回路7,8でそれぞれ
の受信信号の立上りを検出し、この情報をタイマ9に送
出する。タイマ9ではトリガ回路14からの送信の立上
りを情報として受信しており、送信の立上りから各受信
信号の立上りまでの時間t1 ,t2 を測定し、これらの
測定時間t1 ,t2 を演算器10に入力する。
【0016】一方、トリガ回路13は、トリガ回路14
とは異なる周期のトリガパルスを発生しており、このト
リガパルスに基づいて、送信器12は、送信器11とは
異なる周波数のバースト波を増幅し、送信器3から水平
方向にパルス状の超音波を発信する。受波器4を構成す
る各受波器4a,4bは、送波器3から発信された超音
波を直接受信して各増幅器15,16で増幅し、位相差
検出回路17に送信する。位相差検出回路17では、ト
リガ回路13からの送信トリガを基に、受波器4a,4
bで受信された受信信号間の位相差φを検出し、演算回
路18でこの位相差φから船体のベンディング角Δθを
算出し、演算器10に送出する。演算器10では、測定
時間t1 ,t2 とベンディング角Δθとから上述の式
(1) 〜(8) に基づいて演算を行い、超音波の水中伝播速
度を算出し、上述した校正表と対照させて(一般に演算
器10のメモリに記憶させておき、演算器10で対照さ
せる)、各水温T1 ,T2 を測定する。
【0017】なお、上記実施例では、同時に2箇所(A
点,B点)の水温を測定し、比較できるように、俯角を
異ならせた受波器2a,2bを備えた構成としている
が、受波器は1つとし、俯角を可変させて時間差をおい
て水温を測定する構成としても良い。
【0018】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、積荷の状
態や天候状態等が原因で船体に曲げが生じた場合でも、
その影響を回避して常に精度良く水中下の温度分布を簡
易迅速に測定することができ、応用範囲が極めて広範な
装置を構成できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の測定原理を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施例である装置構成例を示すブロ
ック図である。
【図3】従来提案されている装置を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
1 第1の送波器 2 第1の受波器 3 第2の送波器 4 第2の受波器 5,6 増幅器 7,8 検出回路 9 タイマ 10 演算器 11,12 送信器 13,14 トリガ回路 15,16 増幅器 17 位相差検出回路 18 演算回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水中の垂直方向をX方向,水平方向をY
    方向とするX−Y−Z三次元座標を想定した場合、 それぞれ船舶の船体に取り付けられ、水中でX方向に第
    1の超音波を発信する第1の送波器と、この第1の送波
    器とY方向に所定距離Lmだけ離れた位置に設置され上
    記第1の送波器からの反射音波を受信する第1の受波器
    と、 それぞれ船舶の船体に取り付けられ、水中でY方向に第
    2の超音波を発信する第2の送波器と、この第2の送波
    器とY方向に所定距離だけ離れた位置に設置され且つX
    方向に所定距離nだけ離した2つの受波器の組合せから
    なりそれぞれが上記第2の超音波を受信する第2の受波
    器と、 超音波の発信時から受信時までの伝播時間tを計測する
    タイマ手段と、演算手段とを備え、 上記第1の送波器あるいは(および)上記第1の受波器
    の設定上の俯角から超音波の反射点を算出し、この反射
    点と上記距離Lmおよび上記時間tから超音波の水中伝
    播速度を求め、この伝播速度により水温の測定を行い、 船体にベンディング(曲げ角をΔθとする)が生じ、設
    定上の俯角と実際の俯角とに誤差が生じた場合、上記第
    2の受波器の2つの受波器で受信する第2の超音波(波
    長λ)の位相差φを検出し、 式:Δθ=sin-1{φ・λ/(2π・n)}からΔθ
    の値を求め、上記演算手段で補正することを特徴とする
    超音波遠隔水温測定装置。
JP7576092A 1992-02-28 1992-02-28 超音波遠隔水温測定装置 Pending JPH05240718A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115389046A (zh) * 2022-10-26 2022-11-25 杭州申昊科技股份有限公司 测温方法及装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115389046A (zh) * 2022-10-26 2022-11-25 杭州申昊科技股份有限公司 测温方法及装置
CN115389046B (zh) * 2022-10-26 2023-08-11 浙江大学 测温方法及装置

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