(57)【要約】【課題】本発明は、水中探知装置及び水中探知方法に関し、より詳細には、水中で水との電気伝導度が異なる物体の移動を検知するために、二つの直流電極と、多数の測定電極と、を含む水中探知装置に関する。【解決手段】本発明は、二つの直流電極と、多数の測定電極と、前記多数の測定電極の電圧を測定するための制御計測モジュールと、を含み、潮流が強くて騒音が大きい地域や温度及び塩度差がある水層が混合される地域でも移動物体の存在を正確に探知することができ、多数の測定電極にはそれぞれ電極制御モジュールが設けられ、前記電極制御モジュールは、第１スイッチ、第２スイッチ、制御部などを含み、電圧測定線の数が少なく、且つ選択された二つの電極間の電圧を容易に求めることができる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に設置され、直流電源に連結される二つの直流電極と、
前記水中に二列以上の多数の列に設置される多数の測定電極と、
前記多数の測定電極の電圧を測定するための制御計測モジュールと、を含み、
前記多数の測定電極にはそれぞれ電極制御モジュールが設けられ、
前記電極制御モジュールは、第１スイッチと、第２スイッチと、制御部と、前記制御計測モジュールとの通信を可能とする通信部と、を含み、
前記電極制御モジュールには、第１電圧測定線と第２電圧測定線が連結され、
前記第１スイッチの状態に応じて、前記測定電極と前記第１電圧測定線の連結状態が変化し、
前記第２スイッチの状態に応じて、前記測定電極と前記第２電圧測定線の連結状態が変化し、
前記制御部は、前記第１スイッチと第２スイッチの状態を制御し、
前記測定電極の電圧は、前記直流電極の電圧によって発生する電場によるものであることを特徴とする、水中探知装置。
【請求項２】
前記二つの直流電極には、周期的に直流電圧が加えられることを特徴とする、請求項１に記載の水中探知装置。
【請求項３】
前記直流電極と前記測定電極は、水中の底面に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の水中探知装置。
【請求項４】
水中に設置され、直流電源に連結される二つの直流電極と、前記水中に二列以上の多数の列に設置される多数の測定電極と、前記多数の測定電極の電圧を測定するための制御計測モジュールと、を含む水中探知装置を用いて水中移動物体を探知する水中探知方法であって、
前記二つの直流電極に直流電圧を加える段階と、
周期的に前記多数の測定電極の電圧を測定する段階と、
前記電圧測定値を用いて水中移動物体ついて推定する段階と、を含み、
前記測定電極の電圧は、前記直流電極の電圧によって発生する電場によるものであり、
前記多数の測定電極にはそれぞれ電極制御モジュールが設けられ、前記電極制御モジュールは、第１スイッチと、第２スイッチと、前記第１スイッチ及び第２スイッチの状態を制御する制御部と、前記制御計測モジュールとの通信を可能とする通信部と、を含み、二つの測定電極間の電圧を測定する際に、測定対象となる二つの測定電極が選択されると、選択された二つのいずれか一つの測定電極は第１スイッチを介して連結し、他の一つの測定電極は第２スイッチを介して連結して、測定対象となった二つの測定電極間の電圧を測定することを特徴とする、水中探知方法。
【請求項５】
水中に設置され、直流電源に連結される二つの直流電極と、前記水中に二列以上の多数の列に設置される多数の測定電極と、前記多数の測定電極の電圧を測定するための制御計測モジュールと、を含む水中探知装置を用いて水中移動物体を探知する水中探知方法であって、
前記二つの直流電極に直流電圧を加える段階と、
周期的に前記多数の測定電極の電圧を測定する段階と、
前記電圧測定値の変異値を用いて水中移動物体ついて推定する段階と、を含み、
前記測定電極の電圧は、前記直流電極の電圧によって発生する電場によるものであり、
前記多数の測定電極にはそれぞれ電極制御モジュールが設けられ、前記電極制御モジュールは、第１スイッチと、第２スイッチと、前記第１スイッチ及び第２スイッチの状態を制御する制御部と、前記制御計測モジュールとの通信を可能とする通信部と、を含み、二つの測定電極間の電圧を測定する際に、測定対象となる二つの測定電極が選択されると、選択された二つのいずれか一つの測定電極は第１スイッチを介して連結し、他の一つの測定電極は第２スイッチを介して連結して、測定対象となった二つの測定電極間の電圧を測定することを特徴とする、水中探知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中探知装置及び水中探知方法に関し、より詳細には、水中で水との電気伝導度が異なる物体の移動を検知するために、二つの直流電極と、多数の測定電極と、を含む水中探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中の物体を探知するための様々な技術が存在した。
【０００３】
水中物体探知のための方法の一つは、音波を用いることであり、韓国公開特許公報１９９９‐００７８３５１号（公開日：１９９９年１０月２５日）には、音波を用いた水中物体探知装置が開示されている。
【０００４】
しかし、潮流が強くて騒音が大きい地域や温度及び塩度差のある水層が混合される地域では、音波を用いた水中物体探知が難しい問題点がある。
【０００５】
水中物体探知のための方法の他の一つは、電磁気波を用いることであり、米国登録特許５，５９８，１５２号（登録日：１９９７年０１月２８日）には、電磁気波を用いた機雷探知システムが開示されている。
【０００６】
しかし、米国登録特許５，５９８，１５２号における機雷探知システムでは、水中ビヒクル（ＡＵＶ）が移動しながら順次に機雷（mine）を探知する方法を用いるため、停止した機雷の探知には適するが、移動物体を探知するには適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、潮流が強くて騒音が大きい地域や温度及び塩度差のある水層が混合される地域でも移動物体を探知することができる水中探知装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記のような課題を解決しようとする本発明に係る水中探知装置は、水中に設置され、直流電源に連結される二つの直流電極と、前記水中に二列以上の多数の列に設置される多数の測定電極と、前記多数の測定電極の電圧を測定するための制御計測モジュールと、を含み、前記多数の測定電極にはそれぞれ電極制御モジュールが設けられ、前記電極制御モジュールは、第１スイッチと、第２スイッチと、制御部と、前記制御計測モジュールとの通信を可能とする通信部と、を含み、前記電極制御モジュールには、第１電圧測定線と第２電圧測定線が連結され、前記第１スイッチの状態に応じて、前記測定電極と前記第１電圧測定線の連結状態が変化し、前記第２スイッチの状態に応じて、前記測定電極と前記第２電圧測定線の連結状態が変化し、前記制御部は、前記第１スイッチと第２スイッチの状態を制御し、前記測定電極の電圧は、前記直流電極の電圧によって発生する電場によるものであることを特徴とする。
【０００９】
前記二つの直流電極には、周期的に直流電圧が加えられることができる。
【００１０】
前記直流電極と前記測定電極は、水中の底面に設置されることができる。
【００１１】
上記のような課題を解決しようとする本発明に係る水中探知方法は、水中に設置され、直流電源に連結される二つの直流電極と、前記水中に二列以上の多数の列に設置される多数の測定電極と、前記多数の測定電極の電圧を測定するための制御計測モジュールと、を含む水中探知装置を用いて水中移動物体を探知する水中探知方法であって、前記二つの直流電極に直流電圧を加える段階と、周期的に前記多数の測定電極の電圧を測定する段階と、前記電圧測定値を用いて水中移動物体ついて推定する段階と、を含み、前記測定電極の電圧は、前記直流電極の電圧によって発生する電場によるものであり、前記多数の測定電極にはそれぞれ電極制御モジュールが設けられ、前記電極制御モジュールは、第１スイッチと、第２スイッチと、前記第１スイッチ及び第２スイッチの状態を制御する制御部と、前記制御計測モジュールとの通信を可能とする通信部と、を含み、二つの測定電極間の電圧を測定する際に、測定対象となる二つの測定電極が選択されると、選択された二つのいずれか一つの測定電極は第１スイッチを介して連結し、他の一つの測定電極は第２スイッチを介して連結して、測定対象となった二つの測定電極間の電圧を測定することができることを特徴とする。
【００１２】
上記のような課題を解決しようとする本発明に係る水中探知方法は、水中に設置され、直流電源に連結される二つの直流電極と、前記水中に二列以上の多数の列に設置される多数の測定電極と、前記多数の測定電極の電圧を測定するための制御計測モジュールと、を含む水中探知装置を用いて水中移動物体を探知する水中探知方法であって、前記二つの直流電極に直流電圧を加える段階と、周期的に前記多数の測定電極の電圧を測定する段階と、前記電圧測定値の変異値を用いて水中移動物体ついて推定する段階と、を含み、前記測定電極の電圧は、前記直流電極の電圧によって発生する電場によるものであり、前記多数の測定電極にはそれぞれ電極制御モジュールが設けられ、前記電極制御モジュールは、第１スイッチと、第２スイッチと、前記第１スイッチ及び第２スイッチの状態を制御する制御部と、前記制御計測モジュールとの通信を可能とする通信部と、を含み、二つの測定電極間の電圧を測定する際に、測定対象となる二つの測定電極が選択されると、選択された二つのいずれか一つの測定電極は第１スイッチを介して連結し、他の一つの測定電極は第２スイッチを介して連結して、測定対象となった二つの測定電極間の電圧を測定することができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る水中探知装置は、潮流が強くて騒音が大きい地域や温度及び塩度差のある水層が混合される地域でも移動物体の存在を正確に探知することができる。また、電気的方法であることから光学的肉眼識別が不可能な混濁した水中でも探知適用が可能である。また、海水との電気伝導度が異なる場合には、不導体も探知できるだけでなく、伝導体（磁性体の鉄種類だけでなく、非磁性体の非鉄金属物体）も探知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】＋電極と−電極が存在する場合の電気力線と等電位線を示す図である。
【図２】＋電極と−電極との間に導体が存在する場合、等電位線が変化する状態を示す図である。
【図３】二つの直流電極の間に多数の測定電極が存在する状態を示す図である。
【図４】直流電極と測定電極が２列に配置された状態を示す図である。
【図５】多数の測定電極上に移動体が移動する状態を示す図である。
【図６】移動体が移動する際に測定電極の測定値の変異を示すグラフである。
【図７】制御計測モジュールと３２個の測定電極に連結線が連結された状態を示す図である。
【図８】電極制御モジュールを用いた第１実施例の概念図である。
【図９】電極制御モジュールを用いた第２実施例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る水中探知装置及び水中探知方法について添付の図面を参照してより詳細に説明する。以下に紹介される図面は当業者に本発明の思想が充分に伝達されるようにするために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下に提示される図面に限定されず、他の形態に具体化されてもよい。
【００１６】
図１は＋電極と−電極が存在する場合の電気力線と等電位線を示す図である。電気力線は、図１において矢印方向に表示されているが、この電気力線の方向に電流が流れる。等電位線は、電気力線の垂直方向となる。
【００１７】
図１は＋電極と−電極との間に電気伝導度の均一な媒質が存在する場合の電気力線と等電位線を示す図であり、電気伝導度の異なる物体が媒質として現れると、電気力線と等電位線が変化する。
【００１８】
図２は＋電極と−電極との間に導体が存在する場合、等電位線が変化する状態を示す図である。図２の（ａ）は＋電極と−電極との間に導体が位置する前の等電位線の状態を示す図である。図２の（ｂ）は＋電極と−電極との間に円形の導体が位置した後の等電位線の状態を示す図である。図２から確認することができるように、＋電極と−電極との間に導体が位置すると、電場の変化が生じて、等電位線（３次元では等電位面）が変化する。
【００１９】
したがって、＋電極と−電極との間の様々な点で電圧の変化を測定すると、媒質との電気伝導度が異なる物体の存在を探知することができる。図２のように媒質（水または海水）より探知対象物体の電気伝導度が高い場合にも電場の変化が生じるが、媒質より探知対象物体の電気伝導度が低い場合にも電場の変化が生じることから、その存在を探知することができる。
【００２０】
例えば、海で海水との物性及び電気伝導度が異なる淡水や温度の異なる海流が入る場合にも電気伝導度が異なり電場が変化するため、その存在を探知することができる。
【００２１】
図３は二つの直流電極の間に多数の測定電極が存在する状態を示す図である。直流電源に二つの電極、Ｃ＋（＋電極）とＣ−（−電極）に直流電源を供給し、測定電極３２個（Ｅ１、Ｅ２、…、Ｅ３２）の電圧を測定すると、探知対象物体が存在するか否かを推定することができる。この際、二つの直流電極と測定電極は、金属電極ではなく黒鉛電極にしてもよい。二つの直流電極の間には数十アンペアの電流が流れるほどの電圧を加えてもよく、必要に応じて、他の大きさの電圧を加えてもよい。
【００２２】
図４は直流電極と測定電極が２列に配置された状態を示す図である。図３のように多数の測定電極として二つの直流電極と多数の測定電極を１列に配置した場合、探知対象物体の移動方向と移動速度を推定することはできないが、図４のように、測定電極を２列に配置すると、対象物体の移動方向と移動速度も推定することができる。必要に応じて、直流電極と測定電極を二列以上に配置してもよい。
【００２３】
図５は多数の測定電極上に移動体が移動する状態を示す図であり、図６は移動体が移動する際に測定電極の測定値の変異を示すグラフである。
【００２４】
図５と同様に、多数の測定電極が２列に配列された状況で移動体が１番位置から７番位置に順に移動した場合、測定電極で測定された電圧の変異値（対象物体がない場合の電圧値と、対象物体が存在する場合の電圧値との差で、電位変化量で表されることができる）もこれに応じて変化する。測定値の変異値は、移動体と近い測定電極で大きい可能性が高い。
【００２５】
図６の左側のグラフは１監視線の測定電極による測定電圧の変異値であり、右側のグラフは２監視線測定電極による測定電圧の変異値である。図６の左側のグラフのｘ軸は１監視線の多数の電極位置であり、右側のグラフのｘ軸は２監視線の多数の電極位置である。
【００２６】
グラフを見ると、移動物体が測定電極に近くなるほど測定電圧の変異値が大きくなり、移動物体が測定電極から遠くなるほど測定電圧の変異値が小さくなる。また、移動物体が最も近く通過する測定電極で最も大きい電圧変異値が現れる可能性が大きい。
【００２７】
図６は二列の測定電圧の変異値を測定したことから、移動物体の移動方向と移動速度も推定することができる。
【００２８】
直流電極と測定電極は、水中に浮遊するように設置することもできるが、図５のように水中の底部に設置すると、位置が容易に固定されることができ、水や水中移動体によって破損する可能性が少なくなる利点がある。
【００２９】
図７は制御計測モジュールと３２個の測定電極に連結線（電圧測定線）が連結された状態を示す図である。制御計測モジュールで３２個の測定電極の電圧を測定するに際し、３２個の測定電極それぞれに連結線を連結することもできる。しかし、このようにする場合、測定電極の数に比例して多数の連結線が制御計測モジュールに連結されなければならない問題点がある。
【００３０】
このような問題点を解決するためには、それぞれの測定電極にスイッチと制御部とを含む電極制御モジュールを設置して、連結線（電圧測定線）の数を減少させることができる。
【００３１】
（実施例１）
図８は電極制御モジュールを用いた第１実施例の概念図である。
【００３２】
電圧測定線は一つのみ存在し、この電圧測定線は、３２個の電極制御モジュールに連結される。３２個の電極制御モジュールは、それぞれ、スイッチと、制御部と、通信部と、を備える。スイッチの状態に応じて、測定電極Ｅ１‐Ｅ３２と電圧測定線の連結状態が変化する。すなわち、スイッチがオン（on）状態の場合には電圧測定線と該当の測定電極が連結され、スイッチがオフ（off）状態の場合には電圧測定線と該当の測定電極が連結されない。制御部は、スイッチの連結状態を制御する。通信部は、制御計測モジュールと３２個の電極制御モジュールとの通信を可能とする。スイッチとして使用可能な装置の例としては小型リレーがあり、制御部として使用可能な装置の例としてはＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）があり、通信部として使用可能な装置の例としてはＲＳ‐４８５モジュールがある。制御計測モジュールは、各電極制御モジュールの制御部に通信を介して命令を下し、電圧を測定する測定電極のスイッチのみオン（on）状態にし、他の測定電極のスイッチはオフ（off）状態にする。これにより、電極Ｃ−と測定電極との間の電圧を測定することができる。制御電極モジュールは、増幅器を介して電極Ｃ−と測定電極との間の信号（電圧）を増幅した後、ＡＤＣ（アナログ‐デジタルコンバータ）を介してデジタル値に変換した後、主コンピューターにその値を伝送することができる。
【００３３】
（実施例２）
図９は電極制御モジュールを用いた第２実施例の概念図である。第１実施例と異なる点は、電圧測定線が二つ（第１電圧測定線、第２電圧測定線）であり、電極制御モジュールごとに二つのスイッチ（第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２）が存在し、それぞれの測定電極を第１スイッチＳＷ１または第２スイッチＳＷ２に、選択して連結できるようにしたことである。すなわち、第１スイッチの状態に応じて測定電極と第１電圧測定線の連結状態が変化し、第２スイッチの状態に応じて測定電極と第２電圧測定線の連結状態が変化し、制御部は、第１スイッチと第２スイッチの状態を制御可能にするものである。
【００３４】
したがって、制御部の制御に応じて、３２個の測定電極から任意の二つの測定電極を選択し、その二つの測定電極間の電圧を測定することができる。
【００３５】
この際、各測定電極間の差動電圧値を順次に求めることもできるが、対象物体の規模が大きくなると２倍間隔の測定結果を得ることもできる。すなわち、Ｅ１‐Ｅ２、Ｅ２‐Ｅ３、Ｅ３‐Ｅ４ではなく、Ｅ１‐Ｅ３、Ｅ３‐Ｅ５、Ｅ５‐Ｅ７のように一つ飛び越して電圧差を測定することにより、２倍規模の探知対象物体をより効率よく探知することもできる。ここで、２倍間隔だけでなく、３倍間隔、４倍間隔の測定も可能であることは言うまでもない。
【００３６】
上述の実施例１と実施例２では測定電極の数を３２個にしているが、その数の設計上の必要に応じて変更してもよい。また、測定電極間の距離も３０ｍにしてもよく、設計上の必要に応じて適宜変更してもよい。
【００３７】
また、二つの直流電極を継続して直流電源に連結する必要はなく、必要なときにのみ連結してもよい。また、各測定電極の電圧を測定する周期も設計上の必要に応じて変更してもよい。
【００３８】
図７と同様な方法は、電極制御モジュールなく迅速なマルチプレクシング測定が可能な利点があるが、ケーブルの厚さが厚くなり、現場設置費用と時間が増加する欠点がある。
【００３９】
実施例１と実施例２の方法は、別の電極制御モジュールが必要な欠点はあるが、電圧測定線の数が減少して、現場設置費用と時間が減少する利点がある。
【００４０】
実施例１の方法は、実施例２より装置が単純であるが、雑音に脆い欠点がある。実施例２は、実施例２より２倍のスイッチを必要とするが、隣接する測定電極の電圧差のみ測定することから（differential mode測定）、より精密な測定が可能な利点がある。
【００４１】
本発明に係る水中探知方法は、二つの直流電極と、多数の測定電極と、前記多数の測定電極の電圧を測定するための制御計測モジュールと、を含む水中探知装置を用いて水中移動物体を探知する水中探知方法であって、以下の段階を含む。
【００４２】
１段階：前記二つの直流電極に直流電圧を加える段階
２段階：周期的に前記多数の測定電極の電圧を測定する段階
３段階：前記電圧測定値を用いて水中移動物体について推定する段階
電圧測定値を用いて水中移動物体について推定する際、定常状態電圧と比較し差の値、すなわち、電圧変異値を用いて推定することが好ましい。
【００４３】
前記推定の内容は、水中移動物体の存在、大きさ、移動速度と移動方向などであってもよい。
【００４４】
水中移動物体の大きさは、電圧変異値が大きい測定電極の数により推定することができる。水中移動物体の大きさが小さい場合には、１〜２つの測定電極で強い測定値変異が発生し、水中移動物体の大きさが大きい場合には多数の測定電極で強い測定値変異が発生する確率が高い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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