船速儀和船速測量方法
2023-05-25 04:10:31 1
船速儀和船速測量方法
【專利摘要】一種測量船舶(10)相對於水的速度的船速儀，其具有：波發射部(1)，該波發射部(1)向海底(20)發射聲波；波接收部(2)，該波接收部(2)檢測多個反射波，該反射波是從波發射部(1)發射的聲波的反射，該反射波是由位於不同的水深的多個反射物(30)反射的；以及運算處理部(4)，該運算處理部(4)基於聲波與反射波之間的頻率差算出船舶(10)相對於水的速度，運算處理部(4)通過基於聲波與多個反射波的每一個之間的頻率差獲得不同的多個水深處的每個水深處的流速，從而獲得沿水深方向上的流速的變化率，且算出該變化率等於或小於預定的閾值的水深處的流速作為船舶(10)相對於水的速度。
【專利說明】船速儀和船速測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及測量船舶相對於水的速度的計量儀器和方法。
【背景技術】
[0002] 關於測量船舶相對於水的速度（相對於水的船速）的船速儀的形式，有電磁式、音 響式、旋轉翼式以及壓力式等。在這些船速儀之中，電磁式船速儀利用電磁感應定律來測量 相對於水的船速。具體地說，電磁式船速儀具有設置在船體的傳感器，該傳感器具備進行勵 磁而形成磁場的線圈和檢測電動勢的一對電極。當伴隨著船體的移動，線圈周圍的磁場相 對於導體（例如，海水）移動時，所感應的電動勢會被電極檢測到。此時，如果磁場恆定，所 感應的電動勢與磁場（船體）的移動速度成比例。因而，能基於電動勢的大小求出相對於 水的船速。
[0003] 另一方面，音響式船速儀（有時也稱為"都卜勒測速儀"。）利用都卜勒效應來測 量相對於水的船速。具體地說，音響式船速儀具有設在船體的波發射器和波接收器。波發 射器和波接收器可以是一體化的，也可以是獨立的。不管怎樣，波發射器向水底發射聲波， 波接收器檢測被水底、水中的浮遊物（浮遊生物、垃圾等）反射的聲波。以下，將反射從波 發射器發射的聲波的水底、水中的浮遊物等統稱為"反射物"。
[0004] 從船體（波發射器）發射的聲波被反射物反射而返回到船體（波接收器）時，如 果船體與反射物之間存在相對速度，從波發射器發射的聲波的頻率與由波接收器檢測的聲 波的頻率之間就會產生與相對速度相應的頻率差fd。因而，能通過求出頻率差fd並對其進 行運算處理而求出相對於水的船速。具體地說，從船體（波發射器）發射的、被反射物反射 的聲波的頻率fm和被反射物反射而返回到船體（波接收器）的聲波的頻率fr可分別由下 式表不。
[0005] fm = ft*C/ (C_V*cos Θ )
[0006] fr = fm* (C+V*cos θ )/C
[0007] = ft*(C+V*cos Θ)/ (C_V*cos Θ)
[0008] 在此，
[0009] ft :從船體發射的聲波的頻率
[0010] fm :在反射物處觀測到的聲波的頻率
[0011] fr :在船體處再次觀測到的聲波的頻率
[0012] C:海水中的音速
[0013] V :相對於水的船速（=流速）
[0014] Θ :聲波發射角
[0015] 因此，能使用相對於水的船速V如下表示頻率差fd。
[0016]
【權利要求】
1. 一種船速儀，該船速儀用於測量船舶相對於水的速度，其通過求出漂浮著船舶的流 體中的不同的多個深度處的流速，從而求出流體的深度方向上的流速的變化率，算出該變 化率變為等於或小於預定的閾值的深度處的流速，作為船舶相對於水的速度。
2. 根據權利要求1所述的船速儀，其中，該船速儀包括： 波發射部，該波發射部向水底發射聲波； 波接收部，該波接收部檢測多個反射波，該反射波是從所述波發射部發射的所述聲波 的反射波，是由位於不同的水深的多個反射物反射的反射波；以及 運算處理部，該運算處理部基於所述聲波與所述反射波的頻率差，算出船舶相對於水 的速度， 所述運算處理部通過基於所述聲波與所述多個反射波的每一個反射波的頻率差算出 不同的多個水深處的流速，從而求出水深方向上的流速的變化率，算出該變化率變為等於 或小於預定的閾值的水深處的流速，作為船舶相對於水的速度。
3. 根據權利要求2所述的船速儀，其中，所述運算處理部在求出水深方向上的流速的 變化率時，將從所述波發射部發射聲波起到發射下一個聲波為止的期間分割為多個採樣期 間，按每個所述採樣期間，求出在該採樣期間內由所述波接收部檢測的多個反射波的平均 頻率，基於從所述波發射部發射的所述聲波與每個所述採樣期間的所述平均頻率的頻率差 求出不同的多個水深處的流速。
4. 根據權利要求1所述的船速儀，其中，該船速儀包括： 測量杆，該測量杆在所述流體中沿該流體的深度方向伸縮； 傳感器，該傳感器設置在所述測量杆上，且包括進行勵磁而形成磁場的線圈和檢測伴 隨著所述磁場的移動而感應出的電動勢的電極； 運算處理部，該運算處理部基於由所述傳感器檢測的所述電動勢的大小算出船舶相對 於水的速度， 所述運算處理部基於由所述傳感器檢測的所述電動勢的大小和檢測到該電動勢時的 所述測量杆的長度求出不同的多個深度處的流速，由此，求出流體的深度方向上的流速的 變化率，算出該變化率變為等於或小於預定的閾值的深度處的流速，作為船舶相對於水的 速度。
5. -種船速測量方法，該船速測量方法為測量船舶相對於水的速度的方法，其中，通過 求出漂浮著船舶的流體中的不同的多個深度處的流速，從而求出深度方向上的流速的變化 率，算出該變化率變為等於或小於預定的閾值的深度處的流速，作為船舶相對於水的速度。
6. 根據權利要求5所述的船速測量方法，其中，該方法包括： 向水底發射聲波的第一工序； 檢測向水底發射的、由位於不同的水深的多個反射物反射的多個反射波的第二工序； 基於所述聲波與所述反射波的頻率差算出船舶相對於水的速度的第三工序， 在所述第三工序中，通過基於所述聲波與所述多個反射波的每一個的頻率差算出不同 的多個水深處的流速，從而求出水深方向上的流速的變化率，算出該變化率變為等於或小 於預定的閾值的水深處的流速，作為船舶相對於水的速度。
7. 根據權利要求6所述的船速測量方法，其中，在所述第三工序中，在求出水深方向上 的流速的變化率時，將從發射所述聲波起到發射下一個聲波為止的期間分割為多個採樣期 間，按每個所述採樣期間，求出在該採樣期間內檢測的多個反射波的平均頻率，基於所述聲 波與每個所述採樣期間的所述平均頻率的頻率差求出不同的多個水深處的流速。
8.根據權利要求5所述的船速測量方法，其中，該方法包括： 使設有具備進行勵磁而形成磁場的線圈和檢測伴隨著所述磁場的移動而感應出的電 動勢的電極的傳感器的測量杆在流體中沿該流體的深度方向進行伸縮的第一工序；以及 基於由所述傳感器檢測的所述電動勢的大小算出船舶相對於水的速度的第二工序， 在所述第二工序中，基於由所述傳感器檢測的所述電動勢的大小和檢測到該電動勢時 的所述測量杆的長度求出不同的多個深度處的流速，由此，求出流體的深度方向上的流速 的變化率，算出該變化率變為等於或小於預定的閾值的深度處的流速，作為船舶相對於水 的速度。
【文檔編號】G01P5/00GK104126126SQ201380009690
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年2月4日 優先權日:2012年2月16日
【發明者】安藤英幸, 堀正壽, 角田領 申請人:日本郵船株式會社