ＵＥＰ可視化方法及び装置
【課題】船舶模型から発生するＵＥＰを可視化することができるＵＥＰ可視化方法及び装置を提供する。
【解決手段】水槽１３にＢＴＢ液等のｐＨ指示薬１２が満たされていて、船舶模型１１をｐＨ指示薬１２に浮かべてある。船舶模型１１は、実物の船舶と同材質で作られている。水中電界（ＵＥＰ）の流れ２０で示すように、船舶模型１１のアノード(陽極)２１からカソード(陰極)２２に向かって水中電界が流れている。その結果、アノード(陽極)２１付近では、反応が進んだ指示薬(酸性)３０が検出され、カソード(陰極)２２付近では、反応が進んだ指示薬(アルカリ性)３１が検出される。以上の結果より、水中電界（ＵＥＰ）が可視化される。
【解決手段】水槽１３にＢＴＢ液等のｐＨ指示薬１２が満たされていて、船舶模型１１をｐＨ指示薬１２に浮かべてある。船舶模型１１は、実物の船舶と同材質で作られている。水中電界（ＵＥＰ）の流れ２０で示すように、船舶模型１１のアノード(陽極)２１からカソード(陰極)２２に向かって水中電界が流れている。その結果、アノード(陽極)２１付近では、反応が進んだ指示薬(酸性)３０が検出され、カソード(陰極)２２付近では、反応が進んだ指示薬(アルカリ性)３１が検出される。以上の結果より、水中電界（ＵＥＰ）が可視化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶模型から発生するＵＥＰ(Underwater Electric Potential)を可視化するＵＥＰ可視化方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解溶液中にイオン化傾向の異なる２つの金属が存在すると、当該２つの金属間に電位差が生じ、水中電界が発生する。これを船舶について見ると、船体(例えば鋼)とプロペラ(例えば銅)とが海水中(すなわち電解溶液中)に存在するため、船体とプロペラとの間に電位差が生じ、水中電界が発生する。この電位差又は水中電界を一般にＵＥＰという。
【０００３】
イオン化傾向の大きい船体の金属は陽イオンとなって海水中に溶け出すため、船体の金属は腐食する。この腐食を防止するための対策として、流電陽極方式又は外部電源方式といったカソード(陰極)防食が従来から知られている。流電陽極方式は、船体の金属(例えば鋼)よりも卑となる金属(イオン化傾向の大きな金属、例えば亜鉛)を犠牲陽極として船体に装着することにより、船体の腐食を防止する方式である。外部電源方式は、船底に取り付けた不溶性陽極(例えば白金陽極)から強制的に電流を流し、船体電位を一定に保つことにより、船体の腐食を防止する方式である。いずれの方式でも、海水中に腐食電流又は防食電流が流れ、ＵＥＰが発生する。
【０００４】
下記特許文献１は、ＵＥＰの低減を目的とし、「複数の犠牲陽極のうちの少なくとも１つの犠牲陽極に対して少なくとも１つの陰極を近接して配置してなる」ＵＥＰの低減法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７６４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
船舶から発生するＵＥＰを低減するにあたっては、船舶付近にＵＥＰがどのように発生しているかを把握することが重要である。しかし、目に見えないＵＥＰを把握するのは困難である。ＵＥＰセンサによる計測は、局所的なＵＥＰを知るには適するが、船舶付近のＵＥＰを全体的に把握するには不向きである。そこで、本発明者は、船舶模型を用いて、その付近のＵＥＰを全体的に把握することを目指して研究を重ねた。
【０００７】
本発明はこうした背景の下でなされたものであり、その目的は、船舶模型から発生するＵＥＰを可視化することができるＵＥＰ可視化方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、ＵＥＰ可視化方法である。この方法は、ｐＨ指示薬を含む液体に船舶模型を浮かべる又は潜らせることで、前記船舶模型周辺のＵＥＰを可視化することを特徴としている。
【０００９】
第１の態様の方法において、前記ｐＨ指示薬がＢＴＢ液であるとよい。
【００１０】
本発明の第２の態様は、ＵＥＰ可視化装置である。この装置は、
ｐＨ指示薬を含む液体に浮かべた又は潜らせた船舶模型及びその周辺の画像を撮影するカメラと、
前記カメラの撮影画像における前記ｐＨ指示薬を含む液体の色の変化から、前記船舶模型周辺のＵＥＰを推定計算するデータ処理部と、
前記データ処理部での推定計算結果を基に前記船舶模型周辺のＵＥＰを表示する表示部とを備える。
【００１１】
第２の態様の装置において、前記ｐＨ指示薬がＢＴＢ液であるとよい。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ｐＨ指示薬を含む液体に船舶模型を浮かべる又は潜らせるという新たな技術的思想により、船舶模型から発生するＵＥＰを可視化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るＵＥＰ可視化方法の模式的説明図。
【図２】本発明の実施形態に係るＵＥＰ可視化装置の構成例を示す模式図。
【図３】ＢＴＢ液の色とｐＨとの関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１６】
まず、本実施の形態の前提となる関係式について説明する。下記式１は、中性溶液に存在するイオンを示す。下記式２は、アノード(陽極)２１の金属の一例である亜鉛が溶けだす反応を示す。下記式３は、アノード(陽極)２１付近での反応を示す。下記式４は、カソード(陰極)２２の反応を示す。
（中性溶液） Ｈ2Ｏ → Ｈ+＋ＯＨ- …式１
（アノード） Ｚｎ → Ｚｎ2+＋２ｅ- …式２
（アノード付近） Ｚｎ2+＋２ＯＨ- → Ｚｎ(ＯＨ)2 …式３
（カソード） （１／２）Ｏ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ- → ２ＯＨ- …式４
【００１７】
溶液に含まれる水は、式１のように電離していることが知られている。溶液中に金属が存在すると式２のような化学反応が起きるため、アノード(陽極)２１が溶けだし金属イオンとなる。そして、その金属イオンが中性溶液中の水酸化物イオンと結びつき、アノード(陽極)２１付近では、式３のような化学反応が起きる。その結果、アノード(陽極)２１付近での水酸化イオンが減少し、水素イオン濃度が高くなるために、アノード(陽極)２１付近の溶液は酸性となる。
【００１８】
一方、カソード(陰極)２２は、金属内で電子を受け取り、式４のような化学反応が起きる。その結果、水酸化物イオンが発生し、付近の溶液の水酸化物イオン濃度が高くなるために、カソード(陰極)２２付近の溶液はアルカリ性となる。すなわち、水素イオン濃度が高いと酸性溶液となり、水酸化物イオン濃度が高いとアルカリ性溶液となる。ｐＨ指示薬は溶液中のｐＨにより色が変化するものであり、一例としてＢＴＢ液を挙げると、図３に示すように、中性で緑５、酸性で黄６、アルカリ性で青７と色が変化する。なお、ｐＨ指示薬としては、ＢＴＢ液のような、酸性及びアルカリ性の双方（ｐＨ７の前後）を変色域に含むものが好ましい。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るＵＥＰ可視化方法の模式的説明図である。本実施形態では、透明な水槽１３にＢＴＢ液等のｐＨ指示薬１２が満たされていて、船舶模型１１をｐＨ指示薬１２に浮かべてある。なお、船舶模型１１は、実物の船舶と同材質で作られている。また、船舶模型１１は、ｐＨ指示薬１２に潜らせてあってもよい（潜水艦の場合）。また、図中に示すアノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２は、複数点在するうちの一つであり、実際には船舶模型１１のいろいろな位置にアノード(陽極)及びカソード(陰極)が存在する。図１に水中電界（ＵＥＰ）の流れ２０で示すように、船舶模型１１のアノード(陽極)２１からカソード(陰極)２２に向かって水中電界が流れている。
【００２０】
その結果、アノード(陽極)２１付近では、反応が進んだ指示薬(酸性)３０が検出され、カソード(陰極)２２付近では、反応が進んだ指示薬(アルカリ性)３１が検出される。以上の結果より、水中電界（ＵＥＰ）が可視化される。ｐＨが７（中性）から離れる方向の変化が速いほど、その位置のＵＥＰは大きいといえる。また、ｐＨの極大点又は極小点は、アノード(陽極)又はカソード(陰極)の位置と推定することができる。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態に係るＵＥＰ可視化装置の構成例を示す模式図である。船舶模型１１から水中電界が水中電界の流れ２０のように発生しているものとする。結果、水中電界の発生要因であるアノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２付近で、ｐＨ指示薬１２の色が変化し始める。そして、水槽内に設置されたカメラ４１（動画撮影が可能なカメラで、例えば高速度カメラ）によりリアルタイムで得られた色彩データが信号線４２を介してデータ処理部４０に転送される。データ処理部４０では、アノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２付近のＵＥＰが撮影画像におけるｐＨ指示薬の経時的な色の変化から数値化される（推定計算される）。そしてＵＥＰは表示画面４３のように表示される。その結果、ＵＥＰが３次元的に可視化可能になり船舶模型１１の異種金属により点在するアノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２を検出することが出来る。
【００２２】
さらに、その色彩データにより得られた水中電界（ＵＥＰ）データから電流源を検出（推定計算）し、アノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２から発生している電流値を求め、電気映像法等の手法を用いて水中電界を外挿し、水中電界分布を表示する。
【００２３】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００２４】
１１ 船舶模型
１２ ｐＨ指示薬
１３ 水槽
２０ 水中電界（ＵＥＰ）の流れ
２１ アノード(陽極)
２２ カソード(陰極)
３０ 反応が進んだ指示薬(酸性)
３１ 反応が進んだ指示薬(アルカリ性)
４０ データ処理部
４２ 信号線
４３ 表示画面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶模型から発生するＵＥＰ(Underwater Electric Potential)を可視化するＵＥＰ可視化方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解溶液中にイオン化傾向の異なる２つの金属が存在すると、当該２つの金属間に電位差が生じ、水中電界が発生する。これを船舶について見ると、船体(例えば鋼)とプロペラ(例えば銅)とが海水中(すなわち電解溶液中)に存在するため、船体とプロペラとの間に電位差が生じ、水中電界が発生する。この電位差又は水中電界を一般にＵＥＰという。
【０００３】
イオン化傾向の大きい船体の金属は陽イオンとなって海水中に溶け出すため、船体の金属は腐食する。この腐食を防止するための対策として、流電陽極方式又は外部電源方式といったカソード(陰極)防食が従来から知られている。流電陽極方式は、船体の金属(例えば鋼)よりも卑となる金属(イオン化傾向の大きな金属、例えば亜鉛)を犠牲陽極として船体に装着することにより、船体の腐食を防止する方式である。外部電源方式は、船底に取り付けた不溶性陽極(例えば白金陽極)から強制的に電流を流し、船体電位を一定に保つことにより、船体の腐食を防止する方式である。いずれの方式でも、海水中に腐食電流又は防食電流が流れ、ＵＥＰが発生する。
【０００４】
下記特許文献１は、ＵＥＰの低減を目的とし、「複数の犠牲陽極のうちの少なくとも１つの犠牲陽極に対して少なくとも１つの陰極を近接して配置してなる」ＵＥＰの低減法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７６４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
船舶から発生するＵＥＰを低減するにあたっては、船舶付近にＵＥＰがどのように発生しているかを把握することが重要である。しかし、目に見えないＵＥＰを把握するのは困難である。ＵＥＰセンサによる計測は、局所的なＵＥＰを知るには適するが、船舶付近のＵＥＰを全体的に把握するには不向きである。そこで、本発明者は、船舶模型を用いて、その付近のＵＥＰを全体的に把握することを目指して研究を重ねた。
【０００７】
本発明はこうした背景の下でなされたものであり、その目的は、船舶模型から発生するＵＥＰを可視化することができるＵＥＰ可視化方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、ＵＥＰ可視化方法である。この方法は、ｐＨ指示薬を含む液体に船舶模型を浮かべる又は潜らせることで、前記船舶模型周辺のＵＥＰを可視化することを特徴としている。
【０００９】
第１の態様の方法において、前記ｐＨ指示薬がＢＴＢ液であるとよい。
【００１０】
本発明の第２の態様は、ＵＥＰ可視化装置である。この装置は、
ｐＨ指示薬を含む液体に浮かべた又は潜らせた船舶模型及びその周辺の画像を撮影するカメラと、
前記カメラの撮影画像における前記ｐＨ指示薬を含む液体の色の変化から、前記船舶模型周辺のＵＥＰを推定計算するデータ処理部と、
前記データ処理部での推定計算結果を基に前記船舶模型周辺のＵＥＰを表示する表示部とを備える。
【００１１】
第２の態様の装置において、前記ｐＨ指示薬がＢＴＢ液であるとよい。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ｐＨ指示薬を含む液体に船舶模型を浮かべる又は潜らせるという新たな技術的思想により、船舶模型から発生するＵＥＰを可視化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るＵＥＰ可視化方法の模式的説明図。
【図２】本発明の実施形態に係るＵＥＰ可視化装置の構成例を示す模式図。
【図３】ＢＴＢ液の色とｐＨとの関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１６】
まず、本実施の形態の前提となる関係式について説明する。下記式１は、中性溶液に存在するイオンを示す。下記式２は、アノード(陽極)２１の金属の一例である亜鉛が溶けだす反応を示す。下記式３は、アノード(陽極)２１付近での反応を示す。下記式４は、カソード(陰極)２２の反応を示す。
（中性溶液） Ｈ2Ｏ → Ｈ+＋ＯＨ- …式１
（アノード） Ｚｎ → Ｚｎ2+＋２ｅ- …式２
（アノード付近） Ｚｎ2+＋２ＯＨ- → Ｚｎ(ＯＨ)2 …式３
（カソード） （１／２）Ｏ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ- → ２ＯＨ- …式４
【００１７】
溶液に含まれる水は、式１のように電離していることが知られている。溶液中に金属が存在すると式２のような化学反応が起きるため、アノード(陽極)２１が溶けだし金属イオンとなる。そして、その金属イオンが中性溶液中の水酸化物イオンと結びつき、アノード(陽極)２１付近では、式３のような化学反応が起きる。その結果、アノード(陽極)２１付近での水酸化イオンが減少し、水素イオン濃度が高くなるために、アノード(陽極)２１付近の溶液は酸性となる。
【００１８】
一方、カソード(陰極)２２は、金属内で電子を受け取り、式４のような化学反応が起きる。その結果、水酸化物イオンが発生し、付近の溶液の水酸化物イオン濃度が高くなるために、カソード(陰極)２２付近の溶液はアルカリ性となる。すなわち、水素イオン濃度が高いと酸性溶液となり、水酸化物イオン濃度が高いとアルカリ性溶液となる。ｐＨ指示薬は溶液中のｐＨにより色が変化するものであり、一例としてＢＴＢ液を挙げると、図３に示すように、中性で緑５、酸性で黄６、アルカリ性で青７と色が変化する。なお、ｐＨ指示薬としては、ＢＴＢ液のような、酸性及びアルカリ性の双方（ｐＨ７の前後）を変色域に含むものが好ましい。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るＵＥＰ可視化方法の模式的説明図である。本実施形態では、透明な水槽１３にＢＴＢ液等のｐＨ指示薬１２が満たされていて、船舶模型１１をｐＨ指示薬１２に浮かべてある。なお、船舶模型１１は、実物の船舶と同材質で作られている。また、船舶模型１１は、ｐＨ指示薬１２に潜らせてあってもよい（潜水艦の場合）。また、図中に示すアノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２は、複数点在するうちの一つであり、実際には船舶模型１１のいろいろな位置にアノード(陽極)及びカソード(陰極)が存在する。図１に水中電界（ＵＥＰ）の流れ２０で示すように、船舶模型１１のアノード(陽極)２１からカソード(陰極)２２に向かって水中電界が流れている。
【００２０】
その結果、アノード(陽極)２１付近では、反応が進んだ指示薬(酸性)３０が検出され、カソード(陰極)２２付近では、反応が進んだ指示薬(アルカリ性)３１が検出される。以上の結果より、水中電界（ＵＥＰ）が可視化される。ｐＨが７（中性）から離れる方向の変化が速いほど、その位置のＵＥＰは大きいといえる。また、ｐＨの極大点又は極小点は、アノード(陽極)又はカソード(陰極)の位置と推定することができる。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態に係るＵＥＰ可視化装置の構成例を示す模式図である。船舶模型１１から水中電界が水中電界の流れ２０のように発生しているものとする。結果、水中電界の発生要因であるアノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２付近で、ｐＨ指示薬１２の色が変化し始める。そして、水槽内に設置されたカメラ４１（動画撮影が可能なカメラで、例えば高速度カメラ）によりリアルタイムで得られた色彩データが信号線４２を介してデータ処理部４０に転送される。データ処理部４０では、アノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２付近のＵＥＰが撮影画像におけるｐＨ指示薬の経時的な色の変化から数値化される（推定計算される）。そしてＵＥＰは表示画面４３のように表示される。その結果、ＵＥＰが３次元的に可視化可能になり船舶模型１１の異種金属により点在するアノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２を検出することが出来る。
【００２２】
さらに、その色彩データにより得られた水中電界（ＵＥＰ）データから電流源を検出（推定計算）し、アノード(陽極)２１及びカソード(陰極)２２から発生している電流値を求め、電気映像法等の手法を用いて水中電界を外挿し、水中電界分布を表示する。
【００２３】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００２４】
１１ 船舶模型
１２ ｐＨ指示薬
１３ 水槽
２０ 水中電界（ＵＥＰ）の流れ
２１ アノード(陽極)
２２ カソード(陰極)
３０ 反応が進んだ指示薬(酸性)
３１ 反応が進んだ指示薬(アルカリ性)
４０ データ処理部
４２ 信号線
４３ 表示画面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨ指示薬を含む液体に船舶模型を浮かべる又は潜らせることで、前記船舶模型周辺のＵＥＰを可視化することを特徴とする、ＵＥＰ可視化方法。
【請求項２】
前記ｐＨ指示薬がＢＴＢ液である請求項１記載のＵＥＰ可視化方法。
【請求項３】
ｐＨ指示薬を含む液体に浮かべた又は潜らせた船舶模型及びその周辺の画像を撮影するカメラと、
前記カメラの撮影画像における前記ｐＨ指示薬を含む液体の色の変化から、前記船舶模型周辺のＵＥＰを推定計算するデータ処理部と、
前記データ処理部での推定計算結果を基に前記船舶模型周辺のＵＥＰを表示する表示部とを備える、ＵＥＰ可視化装置。
【請求項４】
前記ｐＨ指示薬がＢＴＢ液である請求項３記載のＵＥＰ可視化装置。
【請求項１】
ｐＨ指示薬を含む液体に船舶模型を浮かべる又は潜らせることで、前記船舶模型周辺のＵＥＰを可視化することを特徴とする、ＵＥＰ可視化方法。
【請求項２】
前記ｐＨ指示薬がＢＴＢ液である請求項１記載のＵＥＰ可視化方法。
【請求項３】
ｐＨ指示薬を含む液体に浮かべた又は潜らせた船舶模型及びその周辺の画像を撮影するカメラと、
前記カメラの撮影画像における前記ｐＨ指示薬を含む液体の色の変化から、前記船舶模型周辺のＵＥＰを推定計算するデータ処理部と、
前記データ処理部での推定計算結果を基に前記船舶模型周辺のＵＥＰを表示する表示部とを備える、ＵＥＰ可視化装置。
【請求項４】
前記ｐＨ指示薬がＢＴＢ液である請求項３記載のＵＥＰ可視化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−４６０６０（Ｐ２０１２−４６０６０Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８９５４１（Ｐ２０１０−１８９５４１）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
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