船速仪和船速测量方法
【专利摘要】一种测量船舶(10)相对于水的速度的船速仪，其具有：波发射部(1)，该波发射部(1)向海底(20)发射声波；波接收部(2)，该波接收部(2)检测多个反射波，该反射波是从波发射部(1)发射的声波的反射，该反射波是由位于不同的水深的多个反射物(30)反射的；以及运算处理部(4)，该运算处理部(4)基于声波与反射波之间的频率差算出船舶(10)相对于水的速度，运算处理部(4)通过基于声波与多个反射波的每一个之间的频率差获得不同的多个水深处的每个水深处的流速，从而获得沿水深方向上的流速的变化率，且算出该变化率等于或小于预定的阈值的水深处的流速作为船舶(10)相对于水的速度。
【专利说明】船速仪和船速测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量船舶相对于水的速度的计量仪器和方法。
【背景技术】
[0002] 关于测量船舶相对于水的速度（相对于水的船速）的船速仪的形式，有电磁式、音 响式、旋转翼式以及压力式等。在这些船速仪之中，电磁式船速仪利用电磁感应定律来测量 相对于水的船速。具体地说，电磁式船速仪具有设置在船体的传感器，该传感器具备进行励 磁而形成磁场的线圈和检测电动势的一对电极。当伴随着船体的移动，线圈周围的磁场相 对于导体（例如，海水）移动时，所感应的电动势会被电极检测到。此时，如果磁场恒定，所 感应的电动势与磁场（船体）的移动速度成比例。因而，能基于电动势的大小求出相对于 水的船速。
[0003] 另一方面，音响式船速仪（有时也称为"多普勒测速仪"。）利用多普勒效应来测 量相对于水的船速。具体地说，音响式船速仪具有设在船体的波发射器和波接收器。波发 射器和波接收器可以是一体化的，也可以是独立的。不管怎样，波发射器向水底发射声波， 波接收器检测被水底、水中的浮游物（浮游生物、垃圾等）反射的声波。以下，将反射从波 发射器发射的声波的水底、水中的浮游物等统称为"反射物"。
[0004] 从船体（波发射器）发射的声波被反射物反射而返回到船体（波接收器）时，如 果船体与反射物之间存在相对速度，从波发射器发射的声波的频率与由波接收器检测的声 波的频率之间就会产生与相对速度相应的频率差fd。因而，能通过求出频率差fd并对其进 行运算处理而求出相对于水的船速。具体地说，从船体（波发射器）发射的、被反射物反射 的声波的频率fm和被反射物反射而返回到船体（波接收器）的声波的频率fr可分别由下 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 :从船体发射的声波的频率
[0010] fm :在反射物处观测到的声波的频率
[0011] fr :在船体处再次观测到的声波的频率
[0012] C:海水中的音速
[0013] V :相对于水的船速（=流速）
[0014] Θ :声波发射角
[0015] 因此，能使用相对于水的船速V如下表示频率差fd。
[0016]
【权利要求】
1. 一种船速仪，该船速仪用于测量船舶相对于水的速度，其通过求出漂浮着船舶的流 体中的不同的多个深度处的流速，从而求出流体的深度方向上的流速的变化率，算出该变 化率变为等于或小于预定的阈值的深度处的流速，作为船舶相对于水的速度。
2. 根据权利要求1所述的船速仪，其中，该船速仪包括： 波发射部，该波发射部向水底发射声波； 波接收部，该波接收部检测多个反射波，该反射波是从所述波发射部发射的所述声波 的反射波，是由位于不同的水深的多个反射物反射的反射波；以及 运算处理部，该运算处理部基于所述声波与所述反射波的频率差，算出船舶相对于水 的速度， 所述运算处理部通过基于所述声波与所述多个反射波的每一个反射波的频率差算出 不同的多个水深处的流速，从而求出水深方向上的流速的变化率，算出该变化率变为等于 或小于预定的阈值的水深处的流速，作为船舶相对于水的速度。
3. 根据权利要求2所述的船速仪，其中，所述运算处理部在求出水深方向上的流速的 变化率时，将从所述波发射部发射声波起到发射下一个声波为止的期间分割为多个采样期 间，按每个所述采样期间，求出在该采样期间内由所述波接收部检测的多个反射波的平均 频率，基于从所述波发射部发射的所述声波与每个所述采样期间的所述平均频率的频率差 求出不同的多个水深处的流速。
4. 根据权利要求1所述的船速仪，其中，该船速仪包括： 测量杆，该测量杆在所述流体中沿该流体的深度方向伸缩； 传感器，该传感器设置在所述测量杆上，且包括进行励磁而形成磁场的线圈和检测伴 随着所述磁场的移动而感应出的电动势的电极； 运算处理部，该运算处理部基于由所述传感器检测的所述电动势的大小算出船舶相对 于水的速度， 所述运算处理部基于由所述传感器检测的所述电动势的大小和检测到该电动势时的 所述测量杆的长度求出不同的多个深度处的流速，由此，求出流体的深度方向上的流速的 变化率，算出该变化率变为等于或小于预定的阈值的深度处的流速，作为船舶相对于水的 速度。
5. -种船速测量方法，该船速测量方法为测量船舶相对于水的速度的方法，其中，通过 求出漂浮着船舶的流体中的不同的多个深度处的流速，从而求出深度方向上的流速的变化 率，算出该变化率变为等于或小于预定的阈值的深度处的流速，作为船舶相对于水的速度。
6. 根据权利要求5所述的船速测量方法，其中，该方法包括： 向水底发射声波的第一工序； 检测向水底发射的、由位于不同的水深的多个反射物反射的多个反射波的第二工序； 基于所述声波与所述反射波的频率差算出船舶相对于水的速度的第三工序， 在所述第三工序中，通过基于所述声波与所述多个反射波的每一个的频率差算出不同 的多个水深处的流速，从而求出水深方向上的流速的变化率，算出该变化率变为等于或小 于预定的阈值的水深处的流速，作为船舶相对于水的速度。
7. 根据权利要求6所述的船速测量方法，其中，在所述第三工序中，在求出水深方向上 的流速的变化率时，将从发射所述声波起到发射下一个声波为止的期间分割为多个采样期 间，按每个所述采样期间，求出在该采样期间内检测的多个反射波的平均频率，基于所述声 波与每个所述采样期间的所述平均频率的频率差求出不同的多个水深处的流速。
8.根据权利要求5所述的船速测量方法，其中，该方法包括： 使设有具备进行励磁而形成磁场的线圈和检测伴随着所述磁场的移动而感应出的电 动势的电极的传感器的测量杆在流体中沿该流体的深度方向进行伸缩的第一工序；以及 基于由所述传感器检测的所述电动势的大小算出船舶相对于水的速度的第二工序， 在所述第二工序中，基于由所述传感器检测的所述电动势的大小和检测到该电动势时 的所述测量杆的长度求出不同的多个深度处的流速，由此，求出流体的深度方向上的流速 的变化率，算出该变化率变为等于或小于预定的阈值的深度处的流速，作为船舶相对于水 的速度。
【文档编号】G01P5/00GK104126126SQ201380009690
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年2月4日 优先权日:2012年2月16日
【发明者】安藤英幸, 堀正寿, 角田领 申请人:日本邮船株式会社