(57)【要約】【課題】  浮遊反射物からの反射や繰り返し反射および他音源からの超音波送波の影響を受けない超音波波高計の提供。【解決手段】  水圧計２と、水圧値から超音波が水面までの距離を往復するのに要する時間ＴＰを算出する水圧・時間換算器６とを設け、ゲート発生器８で、送信時点を基準にして、時間ＴＰから予め定めた一定時間ｔ１だけ前の時点から予め定めた一定時間ｔ２だけ後の時間までの時間幅を有するゲート信号を発生し、これをゲート回路７へ送り、超音波受信器４からの信号をゲート幅時間の間だけ記録表示器９へ送る。ｔ１およびｔ２は水圧計の測定誤差および水圧値の海面高低変化に対する追随遅れ誤差を考慮して実験統計的に定める。【選択図】        図１
2006329813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の各手段を具備することを特徴とする超音波波高計。
（イ）水中の置かれた位置の水圧を測定する水圧計
（ロ）水圧計で測定された水圧値から、超音波が水面までの距離を往復するのに要する時間ＴＰを算出する水圧・時間換算器
（ハ）超音波パルスの送信タイミング信号と前記時間データＴＰを受けて、送信タイミングを基準として、（ＴＰ−ｔ１）の時点から（ＴＰ＋ｔ２）の時点（但しｔ１，ｔ２は誤差や水面状況によって定められる時間値）までのゲート信号を発生するゲート発生器
（ニ）超音波受信器から記録・表示器への信号通過経路の途中にあって、ゲート発生器からのゲート信号を受けてゲート信号の時間幅の間だけ超音波受信器からの受信信号を記録・表示器へ送るゲート回路
【請求項２】
下記の各手段を具備することを特徴とする超音波波高計。
（イ）水中の置かれた位置の水圧を測定する水圧計
（ロ）水圧計で測定された水圧値から、超音波が水面までの距離を往復するのに要する時間ＴＰを算出する水圧・時間換算器
（ハ）超音波パルスの送信タイミング信号と前記時間データＴＰを受けて、送信タイミングを基準として、（ＴＰ−ｔ１）の時点と（ＴＰ＋ｔ２）の時点（但しｔ１，ｔ２は誤差や水面状況によって定められる時間値）にスイッチング信号を出力するスイッチング信号器
（ニ）超音波受信器から記録・表示器への信号通過経路の途中にあって、スイッチング信号器からのスイッチング信号を受けて（ＴＰ−ｔ１）時点で信号通過を開始し、（ＴＰ＋ｔ２）時点で信号通過を遮断する信号通過オン・オフ回路
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大深度海域から浅深度海域までの広い深度範囲で波浪観測を行うために高い精度で波高を測定できる超音波波高計の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波波高計は、海中或いは海底に設置され、超音波送受波器から超音波パルスを波の変化よりは速い周期で海面へ向けて繰り返し送波し、海面で反射されて送受波器まで戻ってくるまでの時間をパルス毎に計測してこれを送受波器から海面までの距離に換算し、この距離の変化を海面の上下変化と見做して距離変化の山と谷の差を波高として測定している。
ただ、従来の超音波波高計は、受波した超音波が海面からの反射波であるか否かの識別手段は具備していない（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２７２９７７号公報（[０００７]、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、超音波波高計が海面へ向けて超音波を送波した場合、反射されて戻って来るのは海面だけからとは限らない。波高計と海面との間に魚群その他の反射物体が到来・浮遊したり、海が荒れた時などの砕波による泡が水中に巻き込まれたりしたときなどは、これらからも反射される。
また、浅海域などでは、音波の減衰が少ないため、海面で反射されて戻って来た超音波が海底で再反射して海面へ向い、海面でまた反射して戻って来るというようなことが繰り返され、１パルスの送波に対して複数回に渡って海面から反射（繰り返し反射）されて来ることもある。
更には、反射ではないが、波高観測場所付近を航行する船舶から超音波測探機の超音波が海底へ向けて送波され、波高計に達することもある。
【０００４】
しかるに、従来の超音波波高計は前述のように受波した音波が、海面からの反射であるのか、それ以外の反射物体からの反射であるのか、また、海面からの反射であるとしてもそれが１回目の反射であるのか否か、更には波高計自身の発した超音波の反射であるのか、或いは他の音源からの音波なのか等を識別する機能は具備していない。
そのため、送波後受波された超音波信号に対して区別なく波高計算の処理動作をしてしまう。その結果、得られたデータが、真の海面の波高データではなかったり、或いは非常に不正確なデータが出力されるという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、魚群その他の反射物体の到来・浮遊や砕波による水中泡があったり、浅海域での多重反射や他音源からの音波発射があったりしても、高い確率でこれらの妨害による誤測定を回避し、本来の波高データの観測が可能な超音波波高計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の各構成を有する。
本発明の第１の構成は、下記の各手段を具備することを特徴とする超音波波高計である。
（イ）水中の置かれた位置の水圧を測定する水圧計
（ロ）水圧計で測定された水圧値から、超音波が水面までの距離を往復するのに要する時間ＴＰを算出する水圧・時間換算器
（ハ）超音波パルスの送信タイミング信号と前記時間データＴＰを受けて、送信タイミングを基準として、（ＴＰ−ｔ１）の時点から（ＴＰ＋ｔ２）の時点（但しｔ１，ｔ２は誤差や水面状況によって定められる時間値）までのゲート信号を発生するゲート発生器
（ニ）超音波受信器から記録・表示器への信号通過経路の途中にあって、ゲート発生器からのゲート信号を受けてゲート信号の時間幅の間だけ超音波受信器からの受信信号を記録・表示器へ送るゲート回路
【０００７】
本発明の第２の構成は、下記の各手段を具備することを特徴とする超音波波高計である。
（イ）水中の置かれた位置の水圧を測定する水圧計
（ロ）水圧計で測定された水圧値から、超音波が水面までの距離を往復するのに要する時間ＴＰを算出する水圧・時間換算器
（ハ）超音波パルスの送信タイミング信号と前記時間データＴＰを受けて、送信タイミングを基準として、（ＴＰ−ｔ１）の時点と（ＴＰ＋ｔ２）の時点（但しｔ１，ｔ２は誤差や水面状況によって定められる時間値）にスイッチング信号を出力するスイッチング信号器
（ニ）超音波受信器から記録・表示器への信号通過経路の途中にあって、スイッチング信号器からのスイッチング信号を受けて（ＴＰ−ｔ１）時点で信号通過を開始し、（ＴＰ＋ｔ２）時点で信号通過を遮断する信号通過オン・オフ回路
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超音波波高計は水圧計を具備しており、超音波波高計が設置された位置の水深或いは深度における水圧を測定している。この水圧値は水面の僅かな変動を検出することは困難であるが、砕波による水中泡や、魚群の存在、繰り返し反射、他船舶の超音波測探機の音波発射等に全く影響されることなく、水深或いは深度に比例するので水面までの距離の見当をつけることができる。
従ってこれにより、波高計が発した超音波が水面までの距離を往復する時間ＴＰを算出することができる。即ち時間ＴＰは水面迄の距離に対応する。
従って、波高計から発した超音波パルスが水面に達して反射されて戻って来るまでの時間は、前記時間ＴＰの近傍ということになる。
【０００９】
本発明では、この時間ＴＰの前後に−ｔ１，＋ｔ２の幅を設け、波高計の超音波パルスの送信タイミング（送信時点）から（ＴＰ−ｔ１）の時点と（ＴＰ＋ｔ２）の時点の間の時点に受波された超音波のみを記録・表示器へ送るようにしているので、ｔ１，ｔ２の設定によって水面近傍からの反射波のみを利用することになる。
ｔ１，ｔ２は水圧計の水圧測定誤差や、水面の上下変動に対する水圧測定値の応答速度が超音波の往復時間の応答速度に較べて遅いことによる差などの他水面の状況を考慮して経験的に定められることになる。
【００１０】
以上のように、受波された超音波のうち、波高データとして利用する範囲を水面近傍からの反射波によるものに限定しているので、この範囲外にある魚群その他の反射物体や砕波による巻き込み泡からの反射や、繰り返し反射や他船舶音響測深機からの発信音には感知しないこととなる。偶々これらの反射や発信音が上記範囲内に入ることがあるとしてもそれは非常に確率の低いものであり、全体として、本発明波高計の波高測定の正確さは極めて向上することになるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
水面以外からの反射や繰り返し反射や他音源からの発信が存在する場合における、本発明超音波波高計の測定確度は、前記ｔ１，ｔ２の設定にかかってくる。あまり小さく設定すると水面からの反射音の受波時間が（ＴＰ−ｔ１）〜（ＴＰ＋ｔ２）の範囲から外れてしまうことが考えられるし、ｔ１，ｔ２を大きくし過ぎると水面反射以外の反射音や、他音源からの発射音を捉えてしまう確率が高くなってしまう。
従って、水面からの反射音を外してしまわない範囲でできる限り狭いことが望ましい。
そこで、このｔ１，ｔ２の設定は、水圧計自身の水圧測定誤差による算出時間誤差と、水面の上下変動に対する水圧測定値の応答速度と、超音波の往復時間の応答速度の違いによる時間差の和を越えるできるだけ短い範囲を設定するのが最良の形態ということになる。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施例１を図面を参照して説明する。
図１は、本発明超音波波高計の実施例１の構成を示すブロック図である。
図２は、超音波波高計が海底に設置された状況図である。超音波送信器３は、タイミング回路５から一定周期の送信タイミントリガー信号を受け、超音波パルス電気信号を発生し、これを超音波送受波器１へ送り、超音波送受波器１は超音波パルスを海面へ向けて送波する。
【００１３】
図２の（ａ）に示すように、超音波パルスは海面で反射されて超音波波高計へ戻って来る。これを超音波送受波器で受波し電気信号に変換して超音波受信器４へ送り、ここで増幅・検波される。
水中での音速は、水温や塩分濃度によって変化するが概ね１５００ｍ／ｓである。このように水中音速が既知であるから超音波パルスを送波してから戻って来るまでの時間を計測することにより波高計設置位置から海面までの距離が分かる。海面は波によって上下するから、この上下の周期より短い周期で超音波パルスの送受波を繰り返すことにより海面の上下の変化、即ち波を観測することができる。
【００１４】
図２の（ｂ）のように海面下に、例えば砕波による水中泡や魚群のような浮遊反射物１０が存在すると超音波パルスはこれからも反射されて超音波送受波器１に達し、超音波受信器４で増幅検波されて出力される。
【００１５】
図２の（ｃ）は繰り返し反射の場合を示している。
他方、水圧計２は波高計設置箇所の水圧を測定し水圧値信号を水圧・時間換算器６へ送る。この水圧値は、海面の僅かな変動を検出することは困難であるが、水深或いは深度に比例するのでこれより海面までの距離の見当をつけることができ、従って、超音波の海面までの往復時間ＴＰを算出することができる。こうして水圧・時間換算器６では水圧値を往復時間ＴＰに換算してゲート発生器８へ送る。ゲート発生器８は、タイミング回路５から送信タイミング（送信時点）信号を受けており、この送信時点を基準としてＴＰより予め設定した時間ｔ１だけ短い（早い）時点から予め設定した時間ｔ２だけ長い（遅い）時点までのゲート信号を生成する。
【００１６】
図３は横軸を時間軸とした反射信号とゲート信号を示す図である。
（ａ）では、超音波の海面までの往復所要時間の位置に海面反射信号１１が現われ、その他に、海面反射信号１１より短い時間位置に浮遊物反射信号１２が示されている。
また、浅海域では、音波の減衰が少ないため海面で反射され海底へ戻って来た超音波が海底で再び反射されて海面へ向い海面でもう一度反射されて受波される繰り返し反射信号１６が最初の海面反射信号の時間位置の整数倍の位置に現れることもある。
【００１７】
（ｂ）には水圧値から換算された海面までの往復時間ＴＰの前後の（ＴＰ−ｔ１）時点と（ＴＰ＋ｔ２）時点を両端とするゲート信号１３が示されている。
ｔ１およびｔ２は、水圧計の測定誤差および水圧値の海面高低変化に対する追随が遅いことに起因する追随遅れ誤差（応答誤差）や水面の状況を考慮して実験統計的に定められる。
このゲート信号１３はゲート回路７へ送られて、ゲート信号１３のゲート幅時間の間だけ超音波受信器４の出力信号を記録表示器９へ送ることにより浮遊物反射信号１２や繰り返し反射信号１６を除去するものである。
従って、このゲート幅は、前記測定誤差や追随誤差を考慮したうえでできるだけ狭い方が浮遊物反射信号１２を除去する確率が高くなる。
【００１８】
このように、海面からの１回目反射波受信信号近傍の狭い範囲（ゲート幅内）の受波信号だけを取り出すようにしているので、浮遊物反射は勿論のこと、繰り返し反射や航行船舶の超音波測深機の送信等による受波信号も除去され、確実な波高の観測が可能となる。
なお、図１中のゲート発生器８、タイミング回路５、水圧・時間換算器６、記録表示器９、ゲート回路７等はマイコン等で構成することも可能である。
【実施例２】
【００１９】
図４は本発明の実施例２の構成を示すブロック図である。
図１の構成との相違点は、図１のゲート発生器８に代えてスイッチング信号器１４とし、図１のゲート回路７に代えて信号通過オン・オフ回路１５とした点である。
スイッチング信号器１４は、図３の（ｂ）の（ＴＰ−ｔ１）の時点でオン信号を出力し、（ＴＰ＋ｔ２）の時点でオフ信号を出力する。このオン信号、オフ信号を受けた信号通過オン・オフ回路１５はオン信号を受けたら超音波受信器４からの信号を入力側から出力側へ通過させる状態を継続させ、オフ信号を受けたら通過を停止させるよう動作する。図１の場合と同様に、（ＴＰ−ｔ１）時点から（ＴＰ＋ｔ２）時点までの間に受波された反射受信信号を記録表示器９へ送ることになる。
他の部分の動作は図１の場合と同じである。
なお、スイッチング信号器１４、信号通過オン・オフ回路１５もマイコン等で構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明超音波波高計の第１の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】超音波波高計が海底に設置され海面に向けて音波を送波する状況を示す図である。
【図３】横軸を時間軸とした反射信号とゲート信号を示す図である。
【図４】本発明超音波波高計の第２の実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  超音波送受波器
２  水圧計
３  超音波送信器
４  超音波受信器
５  タイミング回路
６  水圧・時間換算器
７  ゲート回路
８  ゲート発生器
９  記録表示器
１０  浮遊反射物
１１  海面反射信号
１２  浮遊物反射信号
１３  ゲート信号
１４  スイッチング信号器
１５  信号通過オン・オフ回路
１６  繰り返し反射信号
【図１】
2006329813.tif 000003
【図２】
2006329813.tif 000004
【図３】
2006329813.tif 000005
【図４】
2006329813.tif 000006