JPS6035618B2 - 水中における垂直温度分布の測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水中における垂直温度分布を測定する方法に関
するものである。

水中における垂直温度分布を計測する方法は数多〈ある
。

それらの方法には、ＢＴやＸＢＴに代表されるように、
深度情報と温度情報とを、全く別の手段で計測しなけれ
ばならないという問題点がある。これらの方法では、深
度情報を得るためにべローズなどを用いたり、落下物の
落下速度を時間で積分したりしていた。そのため、前者
の方法による装置は高価であり、機械的動作である故に
形状が大きくなるという欠点を有し、また後者の方法に
よる装置は精度が悪いという欠点を有している。そして
、温度情報は、サーミスタの温度による抵抗変化を利用
したり、金属線の熱駒彰張係数を利用することによって
得ていた。そのため、前者の方法による装置の欠点は、
サ−ミスタの温度変化による抵抗変化には応答時間を必
要とすることや、物理的な力に対して弱いということで
あり、後者の方法による装置の欠点は形状が大きくなる
こと、機械的に精密度が要求されるため、高価でしかも
取り扱いがむずかしいということである。本発明にかか
る方法は上記のような従来の方法にあった問題点を解決
するもので、信号波に搬送波をパルスで変調した信号を
用い、受信した信号波の周波数やパルス間隔の変化分を
読み取るだけで、簡単で精度よく水中の垂直温度分布を
得ることのできる方法を提供するものである。

以下、本発明の方法について、その一実施例にもとづい
て説明する。

第１図はこの実施例にもとづく測定系のブロック図であ
り、１は送信系である。この系１において２は発振回路
、たとえば発振周波数の安定した水晶発振器、３はパル
ス変調回路、４は増中回路、５は電気−音響変換部であ
る。６は受信系である。

この系６において、７は音響−電気変換部、８は受信し
たパルス間隔を読み取る回路、９はパルス信号の搬送波
の周波数を読み取る回路、１０は前記回路部８，９から
の情報を処理する回路、１１はしコーダである。上託送
信系１において、発振回路２によって発生させられた周
波数ｆの搬送波信号は、パルス変調回路３において、間
隔ｔで間欠的に断続するパルス信号に変調される。送信
系１において、この周波数ｆおよび間隔ｔは一定に保持
されている。この変調された信号は、電気−音響変換部
において、音響信号に変換され、水中に放射される。音
波は水中を伝播し、受信系６で受信され、その音響−電
気変換部７で電気信号に変換される。そして、回路８で
信号パルス間隔が検出されるとともに、回路９でその搬
送波周波数が読取られる。これらによって得られた情報
は、回路１０で処理され、送信系１の深度、およびその
位置での温度が得られる。深度および温度に関する情報
はしコーダ１１に記録される。第２図および第３図を用
いて、深度情報および温度情報を得る方法について述べ
る。

投下された送信系１は第２図Ａに示すような搬送波周波
数ｆおよび間隔ｔのパルス信号を発生しながら、第３図
に示すように、水中を降下する。深度および温度に応じ
て、受信系６に達する信号の間隔およびキャリア周波数
は変化し、第２図Ｂに示すような波形となる。第３図に
おいて、点ｉはパルス信号を送信する位置、△ｘｉは点
ｉと点ｉ十１との間の距離、Ｖ′ｉは点ｉにおける音速
、Ｖｉは点ｉと点ｉ＋１における平均音速である。

Ｖ′，は水面の温度を実測して算出する。

例えば、次のＷａｙｎｅＤ．Ｗｍｓｏｎの実験式を使う
。Ｖ＝１４４９．２２十△ＶＴ＋△ＶＰ十△Ｖｓ十△Ｖ
ｓＴＰ△ＶＴ＝４．６２３３Ｔ−５．４５８５ｘｌｏ‐
？ｒ２十２・８２２×１０−４Ｔマ−５・０７×１０−
７Ｔ４△ＶＰ：１．６０５１８×１０‐ＩＰ＋１．０２
７９ｘｌｏ‐５Ｐ２十３．４５１×１０‐９Ｐ３一３．
５０３×１０‐１４４△Ｖｓ＝１．３９１（Ｓ−３５）
−７．８×１０‐２（Ｓ一３５）２ △ＶＭｐ＝（Ｓ一３５）（一１．１９７×１０‐２Ｔ＋
２．６１×１０‐４Ｐ−１．９６×１０‐７２−２．０
９ＸＩＯ‐やＴ）十Ｐ（一２．７９６ｘｌｏ‐４Ｔ＋１
．３３０２ｘｌｏ−５Ｔ２‐６．６４４ｘｌｏ‐８で）
十平（一２．３９１×１０‐７Ｔ＋９．２８６ｘｌ０‐
ｌＯＴ２）ーー，７４５ｘｌｏ−１叩汀ここでＶ：音速
（ｍ／ｓ），Ｔ：水温（００）Ｐ：静水圧（ｋ９／洲）
，Ｓ：塩分（％）実際には、音速Ｖは塩分に影響は比較
的小さいので、水温Ｔと静水圧Ｐを知れば音速Ｖが求ま
る。

点１より送られて来たパルス信号の搬送周波数から、あ
らかじめ設定したキャリア周波数〆を減ずれば、変化分
△ｆ，が既知になり、点１の速度ｖ，が下式より求めら
れる。ＶＩ＝−△ｆｒＶＩ ”
イー１ｆ＋△ｆ，ここで、送信系１において、送信信号
のパルス中ｔを短くとれば、この時間ｔ内に水面より点
１まで降下する間の水温変化は非常に小さく、｛１’式
における水温変化の影響を無視することができる。

次に送信系１が点２において発生したパルス信号を受信
し、受波信号のパルス間隔ｔ＋△ｔ，を知れば、△上Ｖ
三≦寸 …【２１ であるから、点１，２における平均音速はＶ，は次の式
より求まる。

Ｖ．＝器〜…‘３’ 送信パルス間隔ｔは短いため、この時間ｔ内に送信系１
の落下する距離が小さく、次の近似ができる。

Ｖ′２＝ＶＩ ”‐（
４，以下同様にして、一般に−△ｆｒＶ′ｉ
…【５１Ｖｉ＝了≠交「Ｖｉ＝器＋Ｗ
刊 となり、深度情報は‘５｝式より、投下された送信系の
各点１，２，３，・・・，１，・・・での落下速度計，
が求まり、従ってｎ Ｄ＝ｉ≧ｌｔ・ｖ，（Ｄ：深度） ・・・【７’で、
求めることができる。

また温度情報は、‘６｝式によって得た点ｉにおける音
速Ｖｉより、前記したＷａ叩ｅ○．Ｗｍｓｏｎの実験式
で塩分の項を無視し、静水圧は深度より算出して求める
ことができる。以上のように、本発明の方法は、キャリ
ア周波数が一定で、間隔一定のパルス信号を発生する送
信系を水中に降下させ、水中を伝播して来るパルス信号
を受信し、受信信号の搬送波周波数の変化分とパルス間
隔の変化分とから、深度情報と温度情報とを得ることを
特徴とする。

この方法によれば、キャリア周波数および間隔が一定の
信号を送り、水中において生じた変化分より、深度と温
度に関する情報を得ることができる。そして、深度およ
び温度とも、特別にセンサーを設ける必要性がなく、き
わめて小型で、構造が簡単で、堅固にして安価な装置を
得ることができる。さらに、ドップラー効果という、応
答時間の不要な原理を用いているので、応答時間による
測定誤差がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水中における垂直温度分布の測定方法
を説明するための、送信系と受信系の構成の一例を示す
図、第２図Ａは送信信号の波形を、また同図Ｂは受信信
号の波形をそれぞれ示す図、第３図は第１図に示すた構
成を用いて、深度情報と温度情報とを得ることを説明す
るための図である。 １・・・・・・送信系、２・・・・・・発振回路、３・
・・・・・パルス変調回路、４・・・・・・増中回路、
５・・・・・・電気−音響変換部、６・・・・・・受信
系、７・・・・・・音響−電気変換部、８・・・・・・
パルス間隔を読取るための回路、９・・・…搬送波の周
波数を謙取る回路、１０・・・・・・回路８，９の出力
を処理する回路、１１・・・・・・レコーダ。 籍１図第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ キヤリア周波数が一定で、間隔一定のパルス信号を
   発生する発信系を水中に降下させ、水中を伝播して来る
   パルス信号を受信して、受信信号のキヤリア周波数の変
   化分と、パルス間隔の変化分とから、深度情報と温度情
   報とを得ることを特徴とする水中における垂直温度分布
   の測定方法。