(57)【要約】【課題】動力装置を用いることなく、簡易な構成で水中降下速度を変化させることができる自動変速式の海象観測データ自動測定装置を提供すること。【解決手段】鉛直方向の海象観測データを測定する海象観測データ自動測定装置１において、海象観測センサ５１と海象観測センサ５１により得られた信号を送信する伝送線１１を有する重心位置が先端側にある主要部１０と、内部に空気２６が充填され、可撓性を有する内側容器２５を含む尾部２０とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向の海象観測データを測定する海象観測データ自動測定装置において、
海象観測センサと前記海象観測センサにより得られた信号を送信する伝送線を有する重心位置が先端側にある主要部と、
内部に気体が充填され、可撓性を有する密閉容器を含む尾部と、
を備えたことを特徴とする海象観測データ自動測定装置。
【請求項２】
鉛直方向の海象観測データを測定する海象観測データ自動測定装置において、
海象観測センサと前記海象観測センサにより得られた信号を送信する伝送線を有する重心位置が先端側にある主要部と、
内部に気体が充填され、所定の水圧により解放される弁を有する密閉容器を含む尾部と、
を備えたことを特徴とする海象観測データ自動測定装置。
【請求項３】
鉛直方向の海象観測データを測定する海象観測データ自動測定装置において、
海象観測センサと前記海象観測センサにより得られた信号を送信する伝送線を有する重心位置が先端側にある主要部と、
軸が鉛直方向に沿って配置された内部に気体が充填されたシリンダと、前記シリンダの下端部を塞ぐ蓋体と、前記シリンダの上端部に往復動自在に設けられたピストンと、前記ピストンの圧縮方向の移動に抗する弾性体とを有する尾部と、
を備えていることを特徴とする海象観測データ自動測定装置。
【請求項４】
前記海象観測データ自動測定装置の前記主要部又は前記尾部に姿勢安定装置が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の海象観測データ自動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海中の鉛直方向の海象観測に用いられる海象観測データ自動測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海中の鉛直方向の海象観測には、一般的にＢＴ（bathy thermograph）及びＣＴＤ（conductivity temperature depth）等と呼ばれる多くの計測器が用いられる。これらの計測器は、海中に降下されると、備えられた海象観測センサ（水温センサ、電気伝導度センサ等）が予め定められた時間や圧力毎に海象観測データを計測し、例えば、図６に示すような、各水深における海象観測データのグラフが得られる。計測されたデータは、これらの計測器内のメモリに保存されるか、またはケーブルを介して船上にリアルタイムで伝送される。これらの計測器を用いた海象観測は、ケーブルで繋がれた計測器を曳行したまま航行することはできないため、船を停泊さておく必要があった。このため、これらの計測器を用いた海象観測は停泊時間が多くなり、多数の計測点を必要とする海象観測においては膨大な時間を要していた。そこで、いわゆるＸＢＴ（expendable bathy thermograph）または、ＸＣＴＤ（expendable conductivity temperature depth）と呼ばれる使い捨てタイプの海象観測データ自動測定装置が開発されている。これらの海象観測データ自動測定装置は、計測後に測定装置を引き揚げる必要がないため船を航行させた状態で計測が可能であり、停泊時間を省くことができるため近年の海象観測に多く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５５８７４１号
【特許文献２】米国特許３３３９４０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した海象観測データ自動測定装置には、以下の問題がある。すなわち、これらの海象観測データ自動測定装置は海中へ投下後は自由落下により、海底へ向かってほぼ一定の速度で降下していく。
【０００５】
海象は、一般的に浅海で複雑に変化する一方、水深が増すに従い変化は減少する。このため、海象観測においても詳細な観測データが求められるのは、水温の変化、塩分濃度の変化等の海象観測データがダイナミックに変化する浅海である場合が多い。
【０００６】
しかし、従来の海象観測データ自動測定装置は、水深に関係なく一定の速度で計測をするため、浅海における詳細な計測を目的とした降下速度に海象観測データ自動測定装置を設定すると、計測ポイントの水深に比例して総計測時間が長期化する問題がある。この解決策として動力装置を用いることが考えられるが、原則的に使い捨ての海象観測データ自動測定装置に動力部を設けることは、コスト面及び環境面から望ましい方法ではない。
【０００７】
このため、浅海において水中降下速度を遅く維持し、任意の水深から水中降下速度が速くなる動力装置を用いない自動変速式の海象観測データ自動測定装置の開発が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明は、動力装置を用いることなく、簡易な構成で水中降下速度を変化させることができる自動変速式の海象観測データ自動測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係る鉛直方向の海象観測データを測定する海象観測データ自動測定装置は、海象観測センサとこの海象観測センサにより得られた信号を送信する伝送線を有する重心位置が先端側にある主要部と、内部に気体が充填され、可撓性を有する密閉容器を含む尾部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る海象観測データ自動測定装置の船上からの投下方法の一例を示した説明図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る海象観測データ自動測定装置の断面図である。
【図３】図３は、同海象観測データ自動測定装置の降下速度の変化を示したグラフである。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る海象観測データ自動測定装置の部分断面図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る海象観測データ自動測定装置の部分断面図である。
【図６】図６は、海象観測データ自動測定装置を用いて計測した海象観測データの例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態にかかる海象観測データ自動測定装置の構造について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る海象観測データ自動測定装置１を船１００上から投下した様子を示した説明図である。海象観測データ自動測定装置１は、船１００の船尾から、ランチャ２００により海面に向かって発射され海中へ投下される。海象観測データ自動測定装置１は、ランチャ２００から発射されると、後述する伝送線１１を解きながら降下していく。
【００１３】
図１のランチャ２００として、船尾の甲板上に固定される形式のいわゆるスタンションランチャを示しているが、ランチャのタイプはこれに限られず、例えば、スルーハルランチャ、オートランチャ又は、甲板に固定されていないハンドランチャを用いることもできる。
【００１４】
図２は、第１の実施形態に係る海象観測データ自動測定装置１の断面図を示している。
【００１５】
海象観測データ自動測定装置１は、海象観測センサ５１及び、この海象観測センサ５１により得られた信号を送信する伝送線１１を内包した主要部１０と、降下速度を調節するための尾部２０とを備えている。
【００１６】
主要部１０は、先端部１２が円錐状をなし、先端部１２の図示上方向に円筒形状の円筒部１３が形成され、さらに上に軸方向に延びる細長の円錐状の基端部１４が設けられている。先端部１２は、着水時の対衝撃性を備えた樹脂材料により形成されている。円筒部１３は、金属性の材料により形成されている。基端部１４は、樹脂材料により形成されている。また、第１の実施形態においては、基端部１４の表面には、海中降下時の姿勢を安定させるための３枚の翼１５とスタビライザ１６が設けられている。なお、重心位置は先端側になるように調整されている。
【００１７】
先端部１２には海象観測センサ５１が内蔵されている。海象観測センサ５１としては、例えば、水温、電気伝導度、塩分、音速、密度等を計測するためのセンサが設けられている（図６参照）。海象観測センサ５１により得られた信号は、主要部１０の円筒部１３に内蔵された電気回路５０に伝達される。電気回路５０と船１００に設けられた受信部（例えば、波形処理部、電源部、及びパーソナルコンピュータ等を含む）は、伝送線１１により接続されている。伝送線１１は、例えば被膜金属線、光ケーブル、カーボンケーブル等を用いることができる。
【００１８】
ここで、伝送線１１は、主要部１０の基端部１４側の内部に設けられたボビン１７に巻かれ、降下するにしたがって伝送線１１がボビン１７から円滑に繰り出されるように収容されている。なお、ボビン１７は、伝送線１１の繰り出しにより海象観測データ自動測定装置１の降下速度が妨げられないようにするため、いわゆるスプール構造を有している。
【００１９】
次に、尾部２０について詳細に説明する。
【００２０】
図２に示すように、海象観測データ自動測定装置１の尾部２０は、主要部１０の基端部１４の端部と接続する。尾部２０は、鉛直方向に延びる円筒形状を有し、その中心部を軸方向に沿って伝送線１１が貫通する孔２１が設けられ、円筒の両端に蓋体２３，２４を有する外側容器２２である。外側容器２２の両蓋体２３，２４共に通水可能に複数の孔を有している。そして、外側容器２２の内側には、可撓性の内側容器２５が内蔵され、その内部に空気２６が充填され密閉されている。なお、内側容器２５として、微小空気袋の集合体であるスチロール、ウレタン等による発泡材を用いることもできる。また、蓋体２３，２４の孔の大きさは通水性を有していればよく、網目状のネットを用いることもできる。
【００２１】
続いて、海象観測データ自動測定装置１の動作について説明する。
【００２２】
船１００の甲板に設けられたランチャ２００から海面方向へ発射された海象観測データ自動測定装置１は、重心のある先端部１２から着水して、海中へ降下していく（図１）。海象観測データ自動測定装置１は、ランチャ２００から発射されると伝送線１１を放出しながら降下していく。
【００２３】
海象観測データ自動測定装置１には、先端部１２の中心から中心軸に沿って海水導入口５２が設けられている。そして、この海水導入口５２は、内部で４方向に分岐する。海水導入口５２から流入した海水は、先端部１２の周囲に設けられた４つの海水排出口５３から排出される。この海水導入口５２から海水排出口５３までの通路の途中には、海象観測センサ５１が配置され、流入してくる海水の温度、電気伝導度等を計測する。さらに、この周辺に水深を計測するための圧力計を配置することもできる。なお、電気回路５０へ伝達された信号は、船１００に設けられた受信部へリアルタイムで伝送される。
【００２４】
海象観測データ自動測定装置１は、海中に降下されると、自重により海底へ向かって降下を開始する。ここで、水中を自由落下する物体の降下速度は、下記運動方程式に従う。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
この方程式によると、物体の水中降下速度Ｖは、その物体の水中重量（抗力）Ｄｗ、断面積Ｓと抗力係数ＣＤにより変化する。そして、物体の水中重量 Ｄｗは、その物体の質量と、環境水から受ける浮力により決定される。言い換えれば、物体の水中降下速度Ｖを変化させるためには、少なくとも水中重量（抗力）Ｄｗ、断面積Ｓ又は抗力係数ＣＤのいずれかに変化を与えればよいことになる。言い換えれば、断面積Ｓ又は、抗力係数ＣＤに変化を与えるためには水中降下中の物体の構造変形が必要である。ここで、海象観測データ自動測定装置１の水中降下中において、動力無しに海象観測データ自動測定装置１を構造変形をさせることは困難である。そこで、物体の水中重量 Ｄｗを決定する要素の一つである浮力を用いて物体の水中降下速度Ｖを変化させるようにした。
【００２７】
具体的には、海象観測データ自動測定装置１は、海底へ向かって降下するに従い、その周囲にかかる水圧が上昇していく。すると尾部２０に設けられている可撓性の内側容器２５は、水圧により圧縮される。例えば、海水中の圧力は、水温、塩分等により多少異なるが、概算で１０ｍ毎に１気圧増加する。したがって、内側容器２５が１気圧下において、同じ１気圧の空気２６で満たされているとすると、内側容器２５を水深１０ｍの海中へ沈めた場合には、海水圧１気圧が内側容器２５に加わるため内側容器２５内における空気２６の体積が１／２となる。結果、水深１０ｍにおいて内側容器２５に対して働く浮力は海表における浮力の１／２となる。
【００２８】
このことから、海象観測データ自動測定装置１の各水深における全水中重量は、海表での水中重量から、各水深における内側容器２５に働く浮力を差し引いたものとなる。
【００２９】
図３に上記運動方程式を用いて海象観測データ自動測定装置１の各水深における降下速度の変化を算出したグラフを示した。このグラフによると、海象観測データ自動測定装置１は、尾部２０に設けられた内側容器２５の体積の減少とともに、その降下速度が上昇していく。この結果、例えば、水深１００ｍにおける降下速度は、水深１ｍ時の降下速度の約２倍の速度にまで増速することが示されている。
【００３０】
これより、海象観測データ自動測定装置１は尾部２０の内側容器２５の有する浮力を変化させることにより、海象観測データ自動測定装置１の水中降下速度Ｖを、水深と共に増速させることができる。
【００３１】
したがって、第１の実施形態は、一般的な海象観測データ自動測定装置の基端部に内側容器２５を含む尾部２０を設けるという動力装置を含まない簡易な構成で降下速度を変化させることができる。したがって、海象観測データ自動測定装置１は、浅海域においては、大きな浮力を有する尾部２０により、詳細な計測が可能な所定の降下速度で降下する。そして、水深が増すにつれて、徐々に尾部２０の浮力が減少するとともに、降下速度が増すように設計することができる。このため、浅海域の詳細な海象観測を実現しつつ、総観測時間を短縮することが可能である。
【００３２】
次に、図４は、第２の実施形態に係る海象観測データ自動測定装置１Ａについて説明する。
【００３３】
海象観測データ自動測定装置１Ａは、海象観測センサ５１やこの海象観測センサ５１により得られた信号を送信する伝送線１１を内包した主要部１０と降下速度を調節するための尾部３０とからなる。
【００３４】
主要部１０は、第１の実施形態とその構造は同じであるため詳細な説明は省略する。
【００３５】
続いて、尾部３０について詳細に説明する。
【００３６】
図４に示すように、海象観測データ自動測定装置１Ａの尾部３０は、主要部１０のスタビライザ１６と基端部１４の端部と接続される。尾部３０は、円筒形状の中心部を軸方向に沿って伝送線１１が貫通する孔３１が設けられたスタビライザ１６の外径とほぼ同径の円筒形状の密閉容器３２である。密閉容器３２の内部には空気３３が充填されている。密閉容器３２の外殻の少なくとも一ヶ所には、所定の水圧により解放される圧力弁３４が設けられている。なお、密閉容器３２は、例えば、主要部１０に用いられるものと同じ樹脂等により形成することができる。
【００３７】
続いて、海象観測データ自動測定装置１Ａの動作について説明する。
【００３８】
海象観測データ自動測定装置１Ａの動作において、主要部１０の動作は、上記第１の実施形態で示した海象観測データ自動測定装置１の動作と同様であるため、その説明を省略する。また、尾部３０の、浮力をコントロールして海象観測データ自動測定装置１Ａの降下速度を変化させる基本的な原理は同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
海象観測データ自動測定装置１Ａに設けられた尾部３０に配置された密閉容器３２は、海底に向かって降下するに従い、その周囲にかかる水圧が上昇していく。密閉容器３２は、硬質な樹脂等で形成されているため、第１の実施形態の尾部２０に設けられている可撓性の内側容器２５と異なり、変形して内部の空気の体積を変化させることはない。そこで、海象観測データ自動測定装置１Ａの密閉容器３２には浮力調整器として圧力弁３４が設けられている。
【００４０】
例えば、海象観測データ自動測定装置１Ａの密閉容器３２の圧力弁３４として１０気圧で解放される圧力弁が設けられていた場合について説明する。この場合の海象観測データ自動測定装置１Ａは、水深約１００ｍまでは、海表と同じ浮力を有しているため降下速度が所定の速度に維持される。そして、水深が１００ｍを越えると圧力弁３４が作動する。圧力弁３４が作動すると、密閉容器３２の内部に海水が流入するとともに浮力が消失し、速やかに海象観測データ自動測定装置１Ａの降下速度が上昇する。言い換えれば、海象観測データ自動測定装置１Ａは、圧力弁３４の作動の前後において、降下速度が２段階に変化する。
【００４１】
第２の実施形態の海象観測データ自動測定装置１Ａは、圧力弁３４の解放水圧を変更することにより、第１の実施形態の海象観測データ自動測定装置１と比較して、より海中の深くまで低速降下を維持することができる。このため、より深い水深まで、浅海と同じ精度の観測データを得ることができる。
【００４２】
なお、第２の実施形態において、密閉容器３２の浮力調整器として圧力弁３４を用いているが、浮力調整器としてはこれに限られることはなく、例えば、密閉容器３２の外壁の厚みを一部薄く形成し、任意の圧力で破壊されるようにしてもよい（これにより圧力弁を用いたのと同等の効果が発揮される）。
【００４３】
次に、第３の実施形態に係る海象観測データ自動測定装置１Ｂについて説明する。
【００４４】
図５に示すように、海象観測データ自動測定装置１Ｂは、海象観測センサ５１及び海象観測センサ５１により得られた信号を送信する伝送線１１等を内包した主要部１０と降下速度を調節するための尾部４０とからなる。
【００４５】
主要部１０は、第１の実施形態とその構造は同じであるため詳細な説明は省略する。
【００４６】
続いて、尾部４０について詳細に説明する。
【００４７】
図５に示すように、海象観測データ自動測定装置１Ｂの尾部４０は、主要部１０の基端部１４の端部とスタビライザ１６とに接続される。尾部４０は、軸が鉛直方向に沿って配置された内部に空気４１が充填されたシリンダ４２と、シリンダ４２の図示下端部を塞ぐ蓋体４３と、シリンダ４２の図示上端部側に往復動自在に設けられたシリンダ４２の内径とほぼ同径の外径を有するピストン４４と、ピストン４４の圧縮方向の移動に抗する圧縮バネ４５とを有している。さらに、尾部４０は、第１の実施形態の尾部２０と同様に、鉛直方向に沿って尾部４０の中心を貫通する孔４６が設けられている。そして、孔４６の中に伝送線１１が通されている。ピストン４４の摺動面には、内部の密閉性を高めるためＯリング４７を配置した。そして、シリンダ４２とピストン４４と蓋体４３により密閉された空気室４８が設けられている。なお、シリンダ４２は、例えば、主要部１０に用いられるものと同じ樹脂等により形成することができる。
【００４８】
続いて、海象観測データ自動測定装置１Ｂの動作について説明する。
【００４９】
第３の実施形態の海象観測データ自動測定装置１Ｂの動作についても、主要部１０の機能に基づく動作は、上記第１の実施形態で示した海象観測データ自動測定装置１と同様であるため、その説明を省略する。また、尾部４０についても、浮力をコントロールして海象観測データ自動測定装置１Ｂの降下速度を変化させる原理は海象観測データ自動測定装置１の尾部２０と同様であるため、その基本的な説明は省略する。
【００５０】
海象観測データ自動測定装置１Ｂは、海中へ投下されると海底に向かって降下を開始する。海象観測データ自動測定装置１Ｂの尾部４０のシリンダ４２とピストン４４と蓋体４３により密閉された空気室４８にかかる水圧は、海象観測データ自動測定装置１Ｂの水深が増すにつれて増大していく。
【００５１】
所定の水深を越えると空気室４８内に設けられた圧縮バネ４５の抗力よりも外側からピストン４４を押す水圧の方が高くなり、ピストン４４が蓋体４３の方向へ移動する。言い換えれば、空気室４８の空気４１をピストン４４が圧縮する。これにより、空気室４８の空気４１の体積が減少することにより、尾部４０の浮力が減少する。したがって、海象観測データ自動測定装置１Ｂの降下速度が増大する。
【００５２】
海象観測データ自動測定装置１Ｂは、上記のような尾部４０を有することにより、海象観測データ自動測定装置１Ａと同様に海象観測データ自動測定装置１よりも深い水深まで、降下速度を低速に維持することができる。さらに、第３の実施形態の尾部４０は、海象観測データ自動測定装置１Ａと比較して空気室４８内の空気４１の体積変化が穏やかであることから、降下速度の変化を穏やかにすることができる。第３の実施形態の尾部４０において、ピストン４４が水圧に抗する手段として、圧縮バネ４５を用いたが、用いられる弾性体としてはこれに限られるものではない。例えば、ピストン４４の図示上部に水圧により収縮するシリンダ４２を塞ぐテーパ形状の栓を設け、所定の水圧において、この栓がシリンダ４２の内部へ貫入し、空気室４８を圧縮する方向にピストン４４を押すように配置してもよい。
【００５３】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の主要部１０は、主要部に翼を複数枚取り付け、さらに尾部との間にスタビライザを設けて海象観測データ自動測定装置の降下安定性を向上させているが、海象観測データ自動測定装置の降下安定性を向上させる方法はこれに限られない。また、本実施形態においては、海象観測センサからの信号を伝送線により船上の受信部まで送信しているが、音響を使った通信により行うことも可能である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【符号の説明】
【００５４】
１，１Ａ，１Ｂ…海象観測データ自動測定装置、１０…主要部、１１…伝送線、１２…先端部、１３…円筒部、１４…基端部、１５…翼、１６…スタビライザ、１７…ボビン、２０…尾部、２１…孔、２２…外側容器、２３，２４…蓋、２５…内側容器、２６…空気、３０…尾部、３１…孔、３２…密閉容器、３３…空気、３４…圧力弁、４０…尾部、４１…空気、４２…シリンダ、４３…蓋体、４４…ピストン、４５…圧縮バネ、４６…孔、４７…Ｏリング、４８…空気室、５０…電気回路、５１…海象観測センサ、５２…海水導入口、５３…海水排出口、１００…船、２００…ランチャ。
【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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