JPH083530B2 - 水深測定装置 - Google Patents

水深測定装置

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JPH083530B2
JPH083530B2 JP1057881A JP5788189A JPH083530B2 JP H083530 B2 JPH083530 B2 JP H083530B2 JP 1057881 A JP1057881 A JP 1057881A JP 5788189 A JP5788189 A JP 5788189A JP H083530 B2 JPH083530 B2 JP H083530B2
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JP
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light
water
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attenuation
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一光 中島
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は水深測定装置に関し、特に光を利用して短時
間で広範囲の水深測定を行なうようにした水深測定装置
に関する。
[従来の技術] 従来、水深の測定は超音波を利用した測定が主力であ
るが、レーザ等の光を利用した測定の可能性が論じられ
始め、諸外国でも実験されつつある。
一般に水中での電磁波の減衰が激しく、青緑色の光を
利用したもの以外は実用化のめどがたっていない。この
青緑色の光ですら減衰が激しいので、水底で反射される
光よりも浅い水中での散乱光の方がはるかに強く、その
まま受光したのでは水底からの反射光が弱すぎ検知でき
ない。そのため、従来のこの種の水深測定装置では、光
検出器にゲートをかけて水底からの反射光が戻ってくる
直前に光検出器が感度を有するように設定し、水中から
の強い散乱光と水底からの弱い反射光とを時間差を利用
して感度特性を変えて識別するようにしている。
[解決すべき課題] 従来の光を利用した水深測定装置は、上述のように光
検出器にゲートをかけることにより水中での強い散乱光
の影響を排除して水底からの反射光による微弱な信号を
検出できるという利点を有するものの、水深が未知の場
合はゲートをかけるタイミングを少しずつ変えながら強
い散乱光を避け、弱い反射光を見付けねばならず、超音
波を利用して測定する方法に比べて短時間で測定できる
という利点を生かしきれていなかった。
本考案は上述した問題点にかんがみてなされたもの
で、水深が不明の場合でも測定操作を繰返すことなく水
深を測定することができる水深測定装置の提供を目的と
する。
[課題の解決手段] 上記目的を達成するために本発明は、パルス光発生
源、該パルス光発生源から射出する光の広がり角を調整
して水中に送出する送光光学系、水底からの反射光を集
光するための受光光学系、該受光光学系から取出した光
の透過量を時間と共に変化させる光減衰器、予め水中か
らの散乱光を受光して求めた水の減衰データにもとづい
て決定した時間特性を有する制御波形信号を、前記光減
衰器に供給する波形整形器、前記光減衰器を透過した光
を検出する光検出器、該光検出器からの出力信号を記録
し解析する波形解析装置、水による減衰と光減衰器によ
る減衰の積が一定となるように計算して前記波形整形器
を制御する計算機からなる構成としてある。
[実施例] 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明
する。
第1図は本発明の一実施例のブロック図である。送光
系はパルス光発生源1と送光光学系2とから構成され、
受光系は、受光光学系3、光減衰器4、波形整形器5、
光検出器6から構成されている。そして光検出器6には
波形解析装置7及びデータ処理手段として計算機8が接
続され、計算機8に波形整形器5を接続してフィードバ
ック系を形成している。
パルス光発生源1から射出したレーザ光は送光光学系
2により広がり角を調整される。送光光学系2から出た
光10は水面11で一部が反射された後に水中12に入り、水
中12にて散乱や吸収により減衰しながら、水底13に当た
る。水底13により乱反射された光の一部14は水中で再度
減衰した後に大気中に戻り、受光光学系3により集光さ
れる。
受光光学系3で集光された光は、予め水中からの散乱
光を受光して測定された水の減衰データを基にデータを
設定された波形整形器5により制御され、時間と共に減
衰量の変化する光減衰器4にて減衰されて光検出器6に
入る。光検出器6からの出力信号は波形解析装置7にて
記録される。
そして波形解析装置7にて記録された信号を計算機8
にて解析し、水深を算出する。
次に、本実施例の動作を光減衰器4と波形整形器5の
動作を中心に説明する。
減衰係数Kw(m-1)なる水中12を伝搬する光が距離L
(m)伝搬した後の光の強さAは、 A=A0*exp(−Kw*L) (但しA0は、もとの光の強さである。) となるので、減衰係数の大きな水中12を透過すると急激
に減衰する。従って水底13からの反射光14は極めて微弱
なものになる。
一方、水底13の反射率に比べると水中12の散乱係数は
十分に小さなものであるが、水面11により近い距離のと
ころ、即ち光が強いところでも散乱される光があり、水
中12での散乱光の強度の方が水底13での反射光の強度よ
りも強くなる。更に復路での減衰も考慮すると水面11に
近いところでの散乱光と水底13からの反射光14とでは、
強度に数桁の違いが出ることもある。第2図にその一例
を示す。第2図は光の伝搬距離に対応した時間に対する
受光強度を示すグラフである。縦軸は検出器の受光強
度、横軸は光の伝搬距離に対応した時間を示す。グラフ
内の曲線21は、減衰係数が小さい場合の例であり、突出
した部分22が水底13からの反射光14である。実際は水底
13に光が到達した後の散乱光はあり得ないが、もっと水
深が深い場合の散乱光を想定して破線23で示した。曲線
24は減衰係数の大きな場合の例である。短時間即ち浅い
水深で受光強度が急激に低下する。
実際の測定においては光検出器6等のダイナミックレ
ンジ等に限度があるので、光検出器6等に何の対策も施
さず出力信号の処理のみによって水面11付近の強い散乱
光に対処することは困難であるので、一般に光検出器6
の前に光シャッター等をおいて強い散乱光をカットした
り、光検出器6にゲートをかける等の対策を講じてい
る。
ここで、104以上のゲート比を得ることは可能である
が、ゲートのタイミングを選び、ゲートONの後の散乱光
の強度が水底からの反射光より弱くなるようにして測定
せねばならないので、水深が不明の場合は直線25に示す
ようなゲートのタイミング時間を少しずつ変えて測定し
ながら水底からの反射光14を検出しなければならない等
の問題がある。ゲートONする以前、即ち直線25より左側
では散乱光強度が強くとも光検出器6の感度がないので
測定には影響がない。そこで、第2図に示すような光の
伝搬距離に対応した時間と共に指数関数的に変化する散
乱光に対し、第3図のようにこれと逆の透過特性を持た
せた光減衰器を通すことにより、第4図のように時間に
かかわらず光検出器6に入る散乱光の強さをほぼ一定に
し、水深のいかんにかかわらず水底13からの反射光14を
検出できるようにしている。
第3図の縦軸は光減衰器4の透過率、第4図の縦軸は
第2図と同様に光検出器6の受光強度である。第4図か
らもわかるように水底13からの反射光強度を示す部分27
は水深がどのような場合でも常に散乱光強度を示す部分
26より強くなっており、ゲートのタイミングを変える必
要はない。
第2図に示すように減衰係数の違いにより受光強度は
大きく変わるので、この変化を補償し、時間に対してほ
ぼ一定の受光強度が得られるように波形整形器5により
光減衰器4の透過率を最適にする信号を出している。こ
の波形整形器5及び光減衰器4に関しては、レーザ増幅
器の飽和特性を補償するために、パーソナルコンピュー
タで制御され、リン酸カリウム〔KDP(KH2PO4:Potassiu
m Dihydrogen Phosphate)〕等の電気光学素子を使用し
た機器を既に実用化しているので、それを利用すれば容
易にこの装置を構成することができる。波形整形器5の
信号は、自由に設定できるので、事前に測定水域での散
乱光の強度を測定し、散乱光を打ち消す特性を持たせる
ことが可能である。
光減衰器4の使用により光検出器6のゲートは実質的
には必要がなくなるが、光減衰器4のダイナミックレン
ジに限度があるので、より深い水深の測定を行なうには
併用することが望ましい。しかし、水深が大きく変わら
ない限りは散乱光の強度が水底13からの反射光14の強度
を上回ることがないのでゲートのタイミングは通常変え
る必要はない。
[発明の効果] 以上説明したように本発明は、予め測定された水の減
衰データを基にデータを設定された波形整形器により制
御され、時間と共に減衰量の変化する光減衰器により、
水面に近いところからの強い散乱光を抑え、常に散乱光
レベルを一定にするようにしたので、水底からの反射光
の検出を容易にし、水深が不明の場合でもただ一度の操
作により水深を測定することができるようになるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図は水深
測定の場合に光検出器へ入る光の強度の光の伝搬距離に
対応した時間変化を示すグラフ、第3図は光減衰器の時
間と共に変化する透過率を示すグラフ、第4図は光減衰
器を通った後に光検出器へ入る光の強度の時間変化を示
すグラフである。 1:パルス光発生源、2:送光光学系 3:受光光学系、4:光減衰器 5:波形整形器、6:光検出器 7:波形解析装置、8:計算機 10:測定用の光、11:水面 12:水中、13:水底 14:水底からの反射光 21:減衰係数の小さい場合の散乱光の受光強度を示す曲
線 22:水底からの反射光の受光強度を示す曲線 23:水深がより深い場合の散乱光の受光強度を示す曲線 24:減衰係数の大きい場合の散乱光の受光強度を示す曲
線 25:ゲートのタイミング時間 26:光減衰器を通った後の散乱光の受光強度を示す曲線 27:光減衰器を通った後の水底からの反射光の受光強度
を示す曲線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パルス光発生源、 該パルス光発生源から射出する光の広がり角を調整して
    水中に送出する送光光学系、 水底からの反射光を集光するための受光光学系、 該受光光学系から取出した光の透過量を時間と共に変化
    させる光減衰器、 予め水中からの散乱光を受光して求めた水の減衰データ
    にもとづいて決定した時間特性を有する制御波形信号
    を、前記光減衰器に供給する波形整形器、 前記光減衰器を透過した光を検出する光検出器、 該光検出器からの出力信号を記録し解析する波形解析装
    置、 水による減衰と光減衰器による減衰の積が一定となるよ
    うに計算して前記波形整形器を制御する計算機 からなることを特徴とした水深測定装置。
JP1057881A 1989-03-13 1989-03-13 水深測定装置 Expired - Lifetime JPH083530B2 (ja)

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