(57)【要約】【課題】液面の変化に対する追従性を向上させたフロート式の波高計を提供する。【解決手段】ウェーブガイド１、フロートポインタ３及び制御部４を具備する波高計を用いる。ウェーブガイド１は、一端側が液体中へ挿入され、他端側が液体から露出した棒である。フロートポインタ３は、第１磁場を発生する磁石２を含み、ウェーブガイド１に摺動自在に取り付けられている。そして、液体に浮かんだ状態で、液面Ｓに平行な断面積としての液面平行断面積が、上側よりも比較して下側で小さい。液面平行断面積は、下側へ向かって単調に減少、又は、段階的に減少している。制御部４は、ウェーブガイド１に電流を流す。次に、電流ｉで発生する第２磁場とフロートポインタ３に含まれる磁石２の第１磁場との相互作用で発生する弾性波を計測する。そして、電流を流してから弾性波を計測するまでの時間に基づいて、液面Ｓの位置を算出する。【選択図】　　　図１
2004077246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側が液体中へ挿入され、他端側が前記液体から露出した棒状のウェーブガイドと、第１磁場を発生する磁石を含み、前記ウェーブガイドに摺動自在に取り付けられ、前記液体に浮かぶフロートポインタと、前記ウェーブガイドに電流を流し、前記電流で発生する第２磁場と前記第１磁場との相互作用で発生する弾性波を計測し、前記電流を流してから前記弾性波を計測するまでの時間に基づいて、前記液面の位置を算出する制御部とを具備する波高計に用いる前記フロートポインタであって、
前記液体に浮かんだ状態で、前記液面に平行な断面積としての液面平行断面積が、上側と比較して下側で小さい、
フロートポインタ。
【請求項２】
前記液面平行断面積が下側へ向かって単調減少しているフロートポインタ本体を含む、
請求項１に記載のフロートポインタ。
【請求項３】
前記液面平行断面積が、下側へ向かって段階的に減少しているフロートポインタ本体を含む、
請求項１に記載のフロートポインタ。
【請求項４】
前記フロートポインタ本体の上部に接合し、柱状の上蓋部を更に含む、
請求項２又は３に記載のフロートポインタ。
【請求項５】
前記ウェーブガイドが貫通する孔を有し、
前記孔近傍の前記ウェーブガイドと摺動する部分の前記液面に垂直な方向の厚みは、他の部分の前記液面に垂直な方向の最大の厚みよりも小さい、
請求項２乃至４のいずれか一項に記載のフロートポインタ。
【請求項６】
前記孔近傍での前記液面に垂直な方向の厚みが、前記孔の中心方向に向かって単調減少している、
請求項５に記載のフロートポインタ。
【請求項７】
前記孔近傍での前記液面に垂直な方向の厚みが、前記孔の中心方向に向かって段階的に減少している、
請求項５に記載のフロートポインタ。
【請求項８】
前記孔近傍の前記ウェーブガイドと摺動する部分が、前記ウェーブガイド側に対して凸の曲面である、
請求項５に記載のフロートポインタ。
【請求項９】
一端側が液体中へ挿入され、他端側が前記液体から露出した棒状のウェーブガイドと、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のフロートポインタと、
前記ウェーブガイドに電流を流し、前記電流で発生する第２磁場と前記フロートポインタに含まれる磁石の第１磁場との相互作用で発生する弾性波を計測し、前記電流を流してから前記弾性波を計測するまでの時間に基づいて、前記液面の位置を算出する制御部と、を具備する、波高計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液位を測定する波高計に関し、特に、液位の変動に対する追従性の高い波高計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体の液位や波の高さを計測する波高計が知られている。
図１０（ａ）は、従来の波高計の構成を示す図である。波高計１１０は、ウェーブガイド１０１、フロートポインタ１０３、及び、制御部１０４を備える。ここでは、液体を海水とする。
【０００３】
ウェーブガイド１０１は、一端側が海水中へ挿入され、他端側が海水から露出している。棒状であり、他端側を制御部１０４へ接続している。内部に電流を通す導体を有する。
【０００４】
フロートポインタ１０３は、第１磁場１ｍを発生する磁石１０２を含む。そして、ウェーブガイド１０１が貫通する孔１０３−１を有し、その孔１０３−１において、ウェーブガイド１０１に摺動自在に取り付けられている。フロートポインタ１０３は、海面Ｓ（喫水線）の位置が磁石１０２の位置と重なりながら海水に浮かぶように構成される。そして、海面Ｓの変化に合わせてウェーブガイド１０１において上下に摺動する。
【０００５】
図１０（ｂ）は、フロートポインタ１０３の構成を示す図である。フロートポインタ１０３は、円柱状であり、円柱の中心軸と同軸に孔１０３−１が貫通している。孔１０３−１の外側の円柱内の、中心軸を挟んで向い合う２箇所に、磁石１０２が配設されている。
【０００６】
図１０（ａ）を参照して、制御部１０４は、ウェーブガイド１０１に電流ｉを流し、その電流ｉによりウェーブガイド１０１の周囲に円状の第２磁場２ｍを発生させる。次に、第１磁場１ｍと第２磁場２ｍとの相互作用で発生する弾性波Ａを計測する。そして、電流を流してから弾性波を計測するまでの時間ｔに基づいて、基準位置からの液面Ｓの位置を算出する。
【０００７】
図１０で示される波高計１１０の測定原理について説明する。
図１１は、波高計の測定原理を説明する図である。ウェーブガイド１（図１０のウェーブガイド１０１と同じ）に矢印に示すような電流（パルス）ｉを流す。
そうすると、ウェーブガイド１の円周方向に第２磁場２ｍが発生する。ここで、第１磁場１ｍを発生している磁石２（図１０の磁石１０２と同じ）を図のように配置すると、その部分において第１磁場１ｍと第２磁場２ｍとが交差し、磁歪が発生する。この磁歪により、ウェーブガイド１に弾性波Ａが発生し、ウェーブガイド１上を、磁石２の位置からその両側へ伝播していく。
電流（パルス）ｉを出力して弾性波Ａを検出する制御部から、磁石２までの距離をＬ、電流（パルス）ｉ出力から弾性波Ａ到着までの時間をｔとし、弾性波Ａの伝播速度をＶとすれば、
Ｌ＝Ｖ・ｔ　　　（１）
となる。また、機械的弾性波は、ねじり歪の伝播によるものであるから横波であり、ウェーブガイド１の密度をρ、ウェーブガイド１の剛性率をＧとすれば、
Ｖ＝（Ｇ／ρ）０．５　　　（２）
となる。従って、
Ｌ＝ｔ・（Ｇ／ρ）０．５　　　（３）
となる。すなわち、制御部（電流ｉを発生し、弾性波Ａを検出する）から磁石２までの距離を計測することが出来る。磁石２は、液位に対応する位置に存在することから、液位（図１０の海水面Ｓの位置）を知ることが出来る。
【０００８】
ところで、図１０に示すような波高計を用いて、変動する液面、特に、波のある液面を計測する場合、波の山側の頂点付近、及び、谷側の底付近のような液位が反転する部分では、フロートポインタ１０３の慣性により、フロートポインタ１０３の動きに遅れが生じる。図１２にて、それを説明する。
図１２は、実際の液位、及び、計測された液位の時間変化を示すグラフである。縦軸は液位、横軸は時間であり、実線は実際の液位、破線は波高計で計測された液位である。
波の山側の頂点付近では、フロートポインタ１０３は、上向きの慣性により液位の変化に対して位相遅れが生じる。また、波の谷側の底付近では、下向き慣性及び重力加速度により液位の変化に対して位相遅れ及びオーバーシュートが発生する。いずれの場合にも、実際の液位からずれた液位を示すことが判る。この傾向は、波の周波数が高いほど顕著になる。
慣性や重力加速度の影響が少なく、より正確に液位を計測可能な技術が望まれている。高い周波数の波においても、正確に液位を計測可能な技術が望まれている。
【０００９】
図１３は、造波板に取り付けられた波高計の構成を示す図である。波高計１１０は、取付冶具１０９により造波板１０８に取り付けられている。ここで、造波板１０８は、フラップタイプの造波装置用の造波板１０８である。フラップタイプの造波板１０８は、底部を支点Ｐに固定され、そこを支点として、上部を前後に振動させることにより造波する。その際、造波板１０８近傍の位置の波高を波高計１１０で計測して、造波装置の制御装置へフィードバックし、造波の制御に使用する。この場合、制御部１０４から波面までの距離Ｌ２は、造波板１０８の傾きをθとして、上式（３）のＬを用いて、
Ｌ２＝Ｌ・ｃｏｓθ　　　（４）
となる。
【００１０】
フラップタイプの造波装置に用いる場合、図１３に示すように、ウェーブガイド１０１が液面Ｓに対して直交していない。そのため、フロートポインタ３の内面がウェーブガイド１０１と擦れ合い、動きが悪くなる可能性がある。その場合、追従性が悪くなるので検出感度が低下することになる。
また、ウェーブガイド１０１が液面Ｓに対して直交しなくなる現象は、波の液位を計測する場合において、波の周波数が高い場合に起こり得る。
液面とウェーブガイド１０１が直交していない場合でも、フロートポインタ１０３の動きが悪くならず、液面の変化に対する追従性が低下しない技術が求められている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、液体の液位を検出するフロート式の波高計において、慣性や重力加速度の影響が少なく、液面の変化に対する追従性が向上するフロートポインタ及び波高計を提供することである。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、液体の液位を検出するフロート式の波高計において、液面とウェーブガイドが直交していない場合でも、フロートポインタの動きが悪くならず、液面の変化に対する追従性が低下しないフロートポインタ及び波高計を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、液体の液位を検出するフロート式の波高計において、周波数の高い波についても波高を正確に計測することが可能なフロートポインタ及び波高計を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１５】
従って、上記課題を解決するために、本発明のフロートポインタは、ウェーブガイド（１）と、フロートポインタ（３）と、制御部（４）とを具備する波高計（１０）に用いられる。
ここで、ウェーブガイド（１）は、一端側が液体中へ挿入され、他端側がその液体から露出した棒状である。
フロートポインタは、第１磁場（１ｍ）を発生する磁石（２）を含んでいる。
また、ウェーブガイド（１）に摺動自在に取り付けられている。そして、その液体に浮かび、その液体に浮かんだ状態で、液面（Ｓ）に平行な断面積としての液面平行断面積が、上側と比較して下側で小さい。
制御部（４）は、ウェーブガイド（１）に電流（ｉ）を流し、電流（ｉ）で発生する第２磁場（２ｍ）と第１磁場（１ｍ）との相互作用で発生する弾性波（Ａ）を計測する。そして、電流（ｉ）を流してから弾性波（Ａ）を計測するまでの時間（ｔ）に基づいて、液面（Ｓ）の位置を算出する。
【００１６】
また、本発明のフロートポインタは、その液面平行断面積が、下側へ向かって単調減少しているフロートポインタ本体（１２、１５、１８）を含む。
【００１７】
また、本発明のフロートポインタは、その液面平行断面積が、下側へ向かって段階的に減少しているフロートポインタ本体（２１＋２２）を含む。
【００１８】
また、本発明のフロートポインタは、フロートポインタ本体（１２、１５、１８、２１＋２２）の上部に接合し、柱状の上蓋部（１１、１４、１７、２０）を更に含む。
【００１９】
更に、本発明のフロートポインタは、ウェーブガイド（１）が貫通する孔（３−１）を有する。
そして、孔（３−１）近傍のウェーブガイド（１）と摺動する部分（２８、３０）の液面（Ｓ）に垂直な方向の厚みは、他の部分（２７、２９）の液面（Ｓ）に垂直な方向の最大の厚みよりも小さい。
【００２０】
更に、本発明のフロートポインタは、孔（３−１）近傍での液面（Ｓ）に垂直な方向の厚みが、孔（３−１）の中心方向に向かって単調減少している。
【００２１】
更に、本発明のフロートポインタは、孔（３−１）近傍での液面（Ｓ）に垂直な方向の厚みが、孔（３−１）の中心方向に向かって段階的に減少している。
【００２２】
更に、本発明のフロートポインタは、孔（３−１）近傍のウェーブガイド（１）と摺動する部分（２８）が、ウェーブガイド（１）側に対して凸の曲面である。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の波高計は、ウェーブガイド（１）と、フロートポインタ（３）と、制御部（４）とを具備する。
ウェーブガイド（１）は、一端側が液体中へ挿入され、他端側がその液体から露出した棒状である。フロートポインタ（３）は、上記各項のいずれか一項に記載されている。制御部（４）は、ウェーブガイド（１）に電流（ｉ）を流す。次に、電流（ｉ）で発生する第２磁場（２ｍ）とフロートポインタ（３）に含まれる磁石（２）の第１磁場（１ｍ）との相互作用で発生する弾性波（Ａ）を計測する。そして、電流（ｉ）を流してから弾性波（Ａ）を計測するまでの時間（ｔ）に基づいて、液面（Ｓ）の位置を算出する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるフロートポインタ及び波高計の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、波の波高を計測する波高計（フロートポインタを含む）を例に示して説明するが、他の液体の液位を計測可能なフロート式の液面計などにおいても、適用可能である。（なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。）
【００２５】
（実施例１）
本発明であるフロートポインタを適用した波高計の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明であるフロートポインタを適用した波高計の第１の実施の形態における構成を示す図である。波高計１０は、ウェーブガイド１、フロートポインタ３、及び、制御部４を備える。ここでは、液体を海水とし、液面Ｓ＝海面Ｓとする。
【００２６】
ウェーブガイド１は、一端側が海水中へ挿入され、他端側が海水から露出している。棒状であり、他端側を制御部４へ接続している。内部に電流を通す導体を有する。
【００２７】
フロートポインタ３は、第１磁場１ｍを発生する磁石２を含む。磁石２は、海面Ｓに対して垂直な方向について、薄いことが望ましい。測定精度が高くなるからである。そして、ウェーブガイド１が貫通する孔３−１を有し、その孔において、ウェーブガイド１に摺動自在に取り付けられている。フロートポインタ３は、海面Ｓ（喫水線）の位置が磁石２の位置と重なりながら海水に浮かぶように構成される。そして、海面Ｓの変化に対応してウェーブガイド１において上下に摺動する。磁石２の第１磁場１ｍは、ウェーブガイド１へ作用している。フロートポインタ３の形状については後述する。
【００２８】
制御部４は、ウェーブガイド１に電流ｉを流し、その電流ｉによりウェーブガイド１の周囲に円状の第２磁場２ｍを発生させる。次に、第１磁場１ｍと第２磁場２ｍとの相互作用で発生する弾性波Ａを計測する。そして、電流を流してから弾性波を計測するまでの時間ｔに基づいて、基準位置からの海面Ｓの位置を算出する。
【００２９】
フロートポインタ３の形状について、図２〜図５を参照して説明する。
【００３０】
図２は、本発明の波高計用のフロートポインタの構成の一例を示す平面図及び側面図である。
図２（ａ）におけるフロートポインタ３は、フロートポインタ本体１２と、上蓋部１１とを含む。フロートポインタ本体１２は、海面Ｓに平行な断面積としての液面平行断面積について、鉛直方向の上側の方が、同下側よりも大きい。そして、その液面平行断面積が、下側へ向かって単調減少している。すなわち、海中へ向かうほど、液面平行断面積が小さくなる（先細りになる）形状を有する。断面形状における外側の曲線Ｃ１は、外側（海中側）に凸である。これは、海面の上下動の速度が遅い、すなわち波の振動数が小さい場合に用いる。その曲線の形、振動数の範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
上蓋部１１は、フロートポインタ本体１２の上部に接合し、柱状又は盤状である。喫水線（海面Ｓ）の調整に用いる。なお、図２（ｂ）のように、上蓋部１１が無くても良い。その場合、フロートポインタ３が薄く平らになり、横倒しになり難く安定的である。
【００３１】
図３は、本発明の波高計用のフロートポインタの構成の他の一例を示す平面図及び側面図である。
図３（ａ）におけるフロートポインタ３は、フロートポインタ本体１５と、上蓋部１４とを含む。フロートポインタ本体１５は、液面平行断面積について、鉛直方向の上側の方が、同下側よりも大きい。そして、その液面平行断面積が、下側へ向かって単調減少している。すなわち、海中へ向かうほど、液面平行断面積が小さくなる（先細りになる）形状を有する。断面形状における外側の曲線Ｃ２は、直線である。これは、海面の上下動の速度（波の振動数）が図２の場合ほど遅くなく、後述の図４の場合ほど早くない場合に、より効果的である。その曲線の形、振動数の範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
上蓋部１４は、フロートポインタ本体１５の上部に接合し、柱状又は盤状である。喫水線（海面Ｓ）の調整に用いる。なお、図３（ｂ）のように、上蓋部１４が無くても良い。その場合、フロートポインタ３が薄く平らになり、横倒しになり難く安定的である。
【００３２】
図４は、本発明の波高計用のフロートポインタの構成の更に他の一例を示す平面図及び側面図である。
図４（ａ）におけるフロートポインタ３は、フロートポインタ本体１８と、上蓋部１７とを含む。フロートポインタ本体１８は、液面平行断面積について、鉛直方向の上側の方が、同下側よりも大きい。そして、その液面平行断面積が、下側へ向かって単調減少している。すなわち、海中へ向かうほど、液面平行断面積が小さくなる（先細りになる）形状を有する。断面形状における外側の曲線Ｃ３は、内側（フローポインタ本体１８側）に凸である。これは、海面の上下動の速度（波の振動数）が図２や図３の場合よりも速い場合により効果的である。その曲線の形、振動数の範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
上蓋部１７は、フロートポインタ本体１８の上部に接合し、柱状又は盤状である。喫水線（海面Ｓ）の調整に用いる。なお、図４（ｂ）のように、上蓋部１７が無くても良い。その場合、フロートポインタ３が薄く平らになり、横倒しになり難く安定的である。
【００３３】
図５は、本発明の波高計用のフロートポインタの構成の別の一例を示す平面図及び側面図である。
図５（ａ）におけるフロートポインタ３は、フロートポインタ本体Ａ２１と、フロートポインタ本体Ｂ２２と、上蓋部２０とを含む。フロートポインタ本体Ａ２１とフロートポインタ本体Ｂ２２とは、液面平行断面積について、フロートポインタ本体Ａ２１（鉛直方向の上側）の方がフロートポインタ本体Ｂ２２（同下側）の方よりも大きい。そして、その液面平行断面積が、下側へ向かって段階的に減少している。すなわち、海中へ向かうほど、液面平行断面積が小さくなる形状を有する。ここでは、２段階で液面平行断面積が小さくなっているが、更に多くの段階（段数）により、液面平行断面積を小さくしても良い。これは、海面の上下動の速度（波の振動数）が速い場合により効果的である。その段数や形状、振動数の範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
上蓋部２０は、フロートポインタ本体Ａ２１の上部に接合し、柱状又は盤状である。喫水線（海面Ｓ）の調整に用いる。なお、図５（ｂ）のように、上蓋部１７が無くても良い。その場合、フロートポインタ３が薄く平らになり、横倒しになり難く安定的である。
【００３４】
なお、図２〜図５に示す各フロートポインタ３は、平面図に示すように、平面図の方向から見た形状が円形である。すなわち、回転体形状（側面図の図形を中心軸を中心に回転したもの）である。しかし、平面図の方向から見た形状が多角形であっても良い。
【００３５】
図２〜図５のフロートポインタ３において、喫水線の位置の調整は、形状や材料を適宜選択して、実験やシミュレーションにより行う。喫水線は、海面Ｓに対して垂直な方向の磁石２の厚みにおいて、その厚みの中心部を切るように設定する。
【００３６】
なお、図２〜図５において、磁石２は省略している。磁石２は、フロートポインタ３内において、孔３−１を挟んで対称の位置に配設されている（図１０（ｂ）に例示）。ただし、従来用いている他の配置を利用しても良い。その際、海面Ｓ（喫水線）の位置が磁石２の厚みの中心部と重なるようにする。
【００３７】
次に、本発明であるフロートポインタを適用した波高計の第１の実施の形態における動作について、図１及び図２〜図５を参照して説明する。本実施例では、海の波の波高を測定する場合について、その動作を説明する。
【００３８】
（０）初期設定
波高計を、所定の海水面に設置する。その際、予め、波高の基準となるウェーブガイド１上の位置を設定する。ここでは、その位置を、制御部４からウェーブガイド１へ向かって距離Ｌａとし、その時の波高をｈａとする。その値は、制御部４に格納される。
（１）ステップＳ０１
波高計１０を用いて、波高の計測を行う。
制御部４から電流（パルス）ｉがウェーブガイド１へ向かって出力される。そして、海面Ｓ上に浮かぶ磁石２の第１磁場１ｍと、電流（パルス）ｉによる第２磁場２ｍとの相互作用により、弾性波Ａが発生する。
（２）ステップＳ０２
制御部４により、弾性波Ａが観測され、電流（パルス）ｉ出力から弾性波Ａ到着までの時間ｔが計測される。
（３）ステップＳ０３
時間ｔに基づいて、制御部４により、制御部４から磁石２までの距離Ｌが、上記数式（３）に基づいて算出される。
（４）ステップＳ０４
制御部４により、求める波高ｈが、以下の数式（５）に基づいて算出される。
ｈ＝Ｌａ−Ｌ＋ｈａ　　　（５）
【００３９】
この時、使用しているフロートポインタ３は、図２〜図５に示す形状を有している。
波の山側の頂点付近では、フロートポインタ３の喫水線が、上向きの慣性により、磁石２のある位置に比較してフロートポインタ３の下側へずれる。そのとき、フロートポインタ３の液面平行断面積が減少し、フロートポインタ３の浮力が減少する。そのため、下向きの力（重力）が増加することになり、喫水線が磁石２のある位置へ迅速に戻ることが出来る。すなわち、海水面Ｓに対する追従性が向上している。そして、位相遅れを回避することが可能となる。
【００４０】
また、波の谷側の底付近では、フロートポインタ３の喫水線が、下向き慣性及び重力加速度により、磁石２のある位置に比較してフロートポインタ３の上側へずれる。そのとき、フロートポインタ３の液面平行断面積が増加し、フロートポインタ３の浮力が増加する。そのため、上向きの力（浮力）が増加することになり、喫水線が磁石２のある位置へ迅速に戻ることが出来る。すなわち、海水面Ｓに対する追従性が向上している。そして、位相遅れやオーバーシュートを回避することが可能となる。
【００４１】
このように、本発明のフロートポインタ３を適用した波高計を用いることにより、液位変化のある波の波高を正確に計測することが可能となる。
【００４２】
（実施例２）
次に、本発明であるフロートポインタを適用した波高計の第２の実施の形態について説明する。
図６は、本発明であるフロートポインタを適用した波高計の第２の実施の形態における構成を示す図である。波高計１０は、ウェーブガイド１、フロートポインタ３、及び、制御部４を備える。波高計１０は、取付冶具９により、造波装置の造波板８に取り付けられている。ここでは、液体は、造波装置を設置した実験水槽の水とし、液面Ｓ＝水面Ｓとする。
【００４３】
ウェーブガイド１、フロートポインタ３、制御部４は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４４】
造波板８は、フラップタイプの造波装置用の造波板８である。フラップタイプの造波板８は、底部を支点Ｐに固定され、そこを支点として、上部を前後に振動させることにより造波する。その際、造波板８の直前の位置の波高を波高計１０で計測して、他の制御装置へフィードバックし、造波の制御に使用する。この場合、制御部４から波面までの距離Ｌ２は、造波板８の傾きをθとして、既述の数式（４）で算出される。
【００４５】
フロートポインタ３の形状について、図７〜図８を参照して説明する。
【００４６】
図７は、本発明の波高計用のフロートポインタの構成の一例を示す断面図及びウェーブガイド１である。
図７におけるフロートポインタ３は、摺動部２８及びフロート部２７を含む。
摺動部２８は、孔３−１近傍のウェーブガイド１を囲むように設けられ、ウェーブガイド１と摺動する部分である。フロート部２７は、摺動部２８を囲むように設けられ、厚みが一定の円環である。そして、摺動部２８における水面Ｓに垂直な方向の厚みは、フロート部２７の液面Ｓに垂直な方向の厚みよりも小さい。
摺動部２８は、ウェーブガイド１側に対して凸の曲面を形成している。ここでは、ドーナッツ形状の円環の内側と同様である。従って、孔３−１近傍での液面Ｓに垂直な方向の厚みが、孔３−１の中心方向に向かって単調減少している。そして、ウェーブガイド１が水面Ｓに対して傾いても、摺動部２８がウェーブガイド１と接触する部分の面積が非常に小さくなっている。そのため、フロートポインタ３の内面がウェーブガイド１と擦れ合い、動きが悪くなることが無い。その許容される傾きの範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
なお、図７のフロートポインタ３は、その摺動部２８がドーナッツ形状の円環の内側と同様の曲面であったが、孔３−１におけるウェーブガイド１との接触面積が小さくなれば、他の形状の曲面を有していても良い。
【００４７】
図８は、本発明の波高計用のフロートポインタの構成の他の一例を示す断面図及びウェーブガイド１である。
図８におけるフロートポインタ３は、摺動部３０及びフロート部２９を含む。摺動部３０は、孔３−１近傍のウェーブガイド１を囲むように設けられ、ウェーブガイド１と摺動する、水面Ｓに垂直な方向の厚みが一定の円環である。フロート部２９は、摺動部３０を囲むように設けられ、厚みが一定の円環である。そして、摺動部３０における厚みは、フロート部２７の厚みよりも小さい。
孔３−１近傍での液面Ｓに垂直な方向の厚みが、孔３−１の中心方向に向かって段階的に減少している。そして、ウェーブガイド１が水面Ｓに対して傾いても、摺動部３０がウェーブガイド１と接触する部分の面積が非常に小さくなっている。そのため、フロートポインタ３の内面がウェーブガイド１と擦れ合い、動きが悪くなることが無い。その許容される傾きのの範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
なお、図８のフロートポインタ３は、その厚みの変化が２段階で孔３−１へ達しているが、更に多くの段階を経て孔３−１へ達するようにしても良い。
【００４８】
なお、図７〜図８に示す各フロートポインタ３は、平面図の方向から見た形状が円形である。すなわち、回転体形状（側面図の図形を中心軸を中心に回転したもの）である。しかし、平面図の方向から見た形状が多角形であっても良い。
【００４９】
図７〜図８のフロートポインタ３において、喫水線の位置の調整は、形状や材料を適宜選択して、実験やシミュレーションにより行う。喫水線は、海面Ｓに対して垂直な方向の磁石２の厚みにおいて、その厚みの中心部を切るように設定する。
【００５０】
次に、本発明であるフロートポインタを適用した波高計の第２の実施の形態における動作について、図６及び図７〜図８を参照して説明する。本実施例では、海の波の波高を測定する場合について、その動作を説明する。
【００５１】
（０）初期設定
実験水槽内に設けられた造波装置の造波板８の波を形成する側に、波高計１０を設置する。造波装置は複数の造波板８を有する。ここでは、フラップタイプの造波板８を用いた造波装置を用いる。造波装置は、実験水槽内に所望の波を形成するように、各造波板８の動きを制御する。その時、波高計１０で計測・算出された波高をフィードバックし、造波板８の制御に用いる。
造波を行う前に、予め、波高の基準となるウェーブガイド１上の位置を設定する。ここでは、その位置を、制御部４からウェーブガイド１へ向かって距離Ｌａとし、その時の波高をｈａとする。その値は、制御部４に格納される。
（１）ステップＳ０１
造波装置により、各造波板８が操作され、波が形成される。その時、波高計１０を用いて、造波装置の波高の計測を行う。
制御部４から電流（パルス）ｉがウェーブガイド１へ向かって出力される。そして、海面Ｓ上に浮かぶ磁石２の第１磁場１ｍと、電流（パルス）ｉによる第２磁場２ｍとの相互作用により、弾性波Ａが発生する。
（２）ステップＳ０２
制御部４により、弾性波Ａが観測され、電流（パルス）ｉ出力から弾性波Ａ到着までの時間ｔが計測される。
（３）ステップＳ０３
時間ｔに基づいて、制御部４により、制御部４から磁石２までの距離Ｌが、既述の数式（４）に基づいて算出される。ただし、θは造波装置又は、制御部４の角度センサ（図示せず）より取得する。
（４）ステップＳ０４
制御部４により、求める波高ｈが、既述の数式（５）に基づいて算出される。
【００５２】
造波装置の制御は、波高をフィードバックして用いるので、正確な波高を計測することが非常に重要である。本実施例の場合、使用しているフロートポインタ３は、図７〜図８に示す形状を有している。図７の場合、ウェーブガイド１が水面Ｓに対して傾いていても、フロートポインタ３の内側の面とウェーブガイド１との接触部分の面積が小さく、また、円形の曲面なので動き易い。従って、互いに擦れ合い動きが悪くなることが無く、フロートポインタ３の追従性が低下しない。すなわち、正確な波高の測定を行うことが可能となる。
【００５３】
同様に図８の場合、ウェーブガイド１が水面Ｓに対して傾いていても、フロートポインタ３の内側の面とウェーブガイド１との接触部分の面積が小さいので動き易い。従って、この場合にも互いに擦れ合い動きが悪くなることが無く、フロートポインタ３の追従性が低下しない。すなわち、正確な波高の測定を行うことが可能となる。
【００５４】
また、実施例１と実施例２の考え方を応用し、図７及び図８のフロートポインタ３について、図２〜図５の形状を合成して用いることも可能である。すなわち、基本的な形状は、図２〜図５のフロートポインタ３を用い、孔３−１の側については、図７及び図８のような形状とする。その一例を示したのが図９である。
図９は、本発明の波高計用のフロートポインタの構成の更に別の一例を示す断面図である。フロートポインタ３は、上蓋部１７’、フロートポインタ本体１８’、摺動部２８’、磁石２を有し、孔３−１が開口している。この構造では、実施例１と実施例２の２つの効果を有するフロートポインタ３とすることが出来る。
【００５５】
ウェーブガイド１が水面Ｓ（液面Ｓ）に対して垂直にならない現象は、ウェーブガイド１が鉛直に設置されていても、波の周波数が高く、液位の変動が速い場合に起こる。その場合でも、本発明の実施例２の図７や図８のようなフロートポインタ３や、図９のようなフロートポインタ３を用いることにより、正確に水面Ｓ（液面Ｓ）の位置、又は波高を計測すること可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明により、液体の液位を検出するフロート式の波高計において、液面の変化に対する追従性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明であるフロートポインタを適用した波高計の第１の実施の形態における構成を示す図である。
【図２】（ａ）（ｂ）本発明の波高計用のフロートポインタの構成の一例を示す平面図及び側面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）本発明の波高計用のフロートポインタの構成の他の一例を示す平面図及び側面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）本発明の波高計用のフロートポインタの構成の更に他の一例を示す平面図及び側面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）本発明の波高計用のフロートポインタの構成の別の一例を示す平面図及び側面図である。
【図６】本発明であるフロートポインタを適用した波高計の第２の実施の形態における構成を示す図である。
【図７】本発明の波高計用のフロートポインタの構成の一例を示す断面図及びウェーブガイドである。
【図８】本発明の波高計用のフロートポインタの構成の他の一例を示す断面図及びウェーブガイドである。
【図９】本発明の波高計用のフロートポインタの構成の更に別の一例を示す断面図である。
【図１０】（ａ）従来の波高計の構成を示す図である。
（ｂ）フロートポインタの構成を示す図である。
【図１１】波高計の測定原理を説明する図である。
【図１２】実際の液位、及び、計測された液位の時間変化を示すグラフである。
【図１３】造波板に取り付けられた波高計の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　　ウェーブガイド
２　　磁石
３　　フロートポインタ
３−１　　孔
４　　制御部
８　　造波板
９　　取付冶具
１０　　波高計
１１、１４、１７、１７’、２０　　上蓋部
１２、１５、１８、１８’　　フロートポインタ本体
２１　　フロートポインタ本体Ａ
２２　　フロートポインタ本体Ｂ
２７、２９　　フロート部
２８、２８’、３０　　摺動部
１０１　　ウェーブガイド
１０２　　磁石
１０３　　フロートポインタ
１０３−１　　孔
１０４　　制御部
１０８　　造波板
１０９　　取付冶具
１１０　　波高計
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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