JP2003139855A - 超音波探査装置 - Google Patents
超音波探査装置Info
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- JP2003139855A JP2003139855A JP2001339076A JP2001339076A JP2003139855A JP 2003139855 A JP2003139855 A JP 2003139855A JP 2001339076 A JP2001339076 A JP 2001339076A JP 2001339076 A JP2001339076 A JP 2001339076A JP 2003139855 A JP2003139855 A JP 2003139855A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】複雑・高価なアナログ信号処理部をディジタル
化した簡易・安価で安定な精度を有する超音波探査装置
を提供する。 【解決手段】本発明の超音波探査装置は、超音波信号を
送信する送信部(TX,TD1,TD2 ) と、この送信された超音
波信号の物体による反射波を受信し受信信号を出力する
複数の受信素子から成る受信部(TD1,TD2,AMP1,AMP2)
と、上記複数の受信素子の配置と各受信素子から出力さ
れる受信信号の位相差とから上記物体の方位を検出する
方位検出部(ARG) と、この検出された方位と上記超音波
信号の伝搬所要時間とから上記物体の位置を検出して表
示する方位検出・表示部(ADD,ABS,DSP,DIS) とを備えて
いる。そして、上記方位検出部は、各受信信号をサンプ
リングし、最隣接のサンプリング値の対から複素信号を
作成し、この複素信号に基づき各受信信号の位相差を検
出する手段(SMPL1,SMPL2,CMPX1,CMPX2) を備えている。
化した簡易・安価で安定な精度を有する超音波探査装置
を提供する。 【解決手段】本発明の超音波探査装置は、超音波信号を
送信する送信部(TX,TD1,TD2 ) と、この送信された超音
波信号の物体による反射波を受信し受信信号を出力する
複数の受信素子から成る受信部(TD1,TD2,AMP1,AMP2)
と、上記複数の受信素子の配置と各受信素子から出力さ
れる受信信号の位相差とから上記物体の方位を検出する
方位検出部(ARG) と、この検出された方位と上記超音波
信号の伝搬所要時間とから上記物体の位置を検出して表
示する方位検出・表示部(ADD,ABS,DSP,DIS) とを備えて
いる。そして、上記方位検出部は、各受信信号をサンプ
リングし、最隣接のサンプリング値の対から複素信号を
作成し、この複素信号に基づき各受信信号の位相差を検
出する手段(SMPL1,SMPL2,CMPX1,CMPX2) を備えている。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、魚体などの反射物
体の二次元位置を検知可能な超音波探査装置に関するも
のであり、特に、反射信号の到来方向を検知するための
信号位相差検出部の簡易化を図った超音波探査装置に関
するものである。
体の二次元位置を検知可能な超音波探査装置に関するも
のであり、特に、反射信号の到来方向を検知するための
信号位相差検出部の簡易化を図った超音波探査装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】本出願人の先願（特開平２００１−９９
９３１号公報）には、海中の魚体などの反射物体の二次
元位置を検知できるようにした超音波探査装置が開示さ
れている。この超音波探査装置は、送信された超音波の
反射波を複数の受信素子で受信し、各受信素子の形状と
配置で定まる方位関数と、各受信素子の受信信号の位相
差とから反射波を発生させた物体の方位を検出する方位
検出部を備えている。また、超音波を送信してから反射
波を受信するまでの所要時間と受信した反射波の振幅と
から反射物体までの距離とこの反射物体の大きさとを検
出する距離検出部と、上記各検出部で検出済みの方位と
距離とを組合せて三次元表示する表示部を備えている。
このように、従来の反射物体までの距離と大きさとに加
えて、反射物体の方位を検出することにより、反射物体
の三次元位置が検知される。
９３１号公報）には、海中の魚体などの反射物体の二次
元位置を検知できるようにした超音波探査装置が開示さ
れている。この超音波探査装置は、送信された超音波の
反射波を複数の受信素子で受信し、各受信素子の形状と
配置で定まる方位関数と、各受信素子の受信信号の位相
差とから反射波を発生させた物体の方位を検出する方位
検出部を備えている。また、超音波を送信してから反射
波を受信するまでの所要時間と受信した反射波の振幅と
から反射物体までの距離とこの反射物体の大きさとを検
出する距離検出部と、上記各検出部で検出済みの方位と
距離とを組合せて三次元表示する表示部を備えている。
このように、従来の反射物体までの距離と大きさとに加
えて、反射物体の方位を検出することにより、反射物体
の三次元位置が検知される。
【０００３】上記先行技術の超音波探査装置は、一例と
して図３に示すように構成されている。制御部ＣＮＴの
制御のもとに送信部ＴＸで送信信号が発生される。この
送信信号は、数十kHz 乃至数百kHz の超音波帯域の正弦
波の搬送波が数十サイクルにわたって持続するバースト
状の波形を呈する。この送信送信は、信号を一方向にだ
け伝達する単行回路ＩＳ１，ＩＳ２を通過し、離間して
設置された２個の超音波トランスジューサＴＤ１，ＴＤ
２のそれぞれに供給され、外部の海中などに放射され
る。海中に放射され、海中の魚体などで発生した反射波
は、送受共用の超音波トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２
のそれぞれに受信され、増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２で増
幅され、受信反射信号ａ1 ，ａ2 としてアナログ乗算器
Ｍ１，Ｍ２の一方の入力端子に供給される。
して図３に示すように構成されている。制御部ＣＮＴの
制御のもとに送信部ＴＸで送信信号が発生される。この
送信信号は、数十kHz 乃至数百kHz の超音波帯域の正弦
波の搬送波が数十サイクルにわたって持続するバースト
状の波形を呈する。この送信送信は、信号を一方向にだ
け伝達する単行回路ＩＳ１，ＩＳ２を通過し、離間して
設置された２個の超音波トランスジューサＴＤ１，ＴＤ
２のそれぞれに供給され、外部の海中などに放射され
る。海中に放射され、海中の魚体などで発生した反射波
は、送受共用の超音波トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２
のそれぞれに受信され、増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２で増
幅され、受信反射信号ａ1 ，ａ2 としてアナログ乗算器
Ｍ１，Ｍ２の一方の入力端子に供給される。
【０００４】アナログ乗算器Ｍ１，Ｍ２の他方の入力端
子には送信回路ＴＸから搬送波信号が供給されている。
アナログ乗算器Ｍ１，Ｍ２で発生したビート信号ｂ1 ，
ｂ2は、低域通過濾波回路ＬＰＦ１，ＬＰＦ２で濾波さ
れ、高周波成分が除去されたビート信号ｃ1 ，ｃ2 とな
って位相差検出回路ＡＲＧと、加算回路ＡＤＤとに供給
される。位相差検出回路ＡＲＧでは、ビート信号の複素
共役積ｃ1 ｃ2 * から両者の位相差信号ｇが検出され、
ディジタル・シグナル・プロセッサＤＳＰに供給され
る。これと並行して、濾波済みのビート信号ｃ1 ，ｃ2
は加算回路ＡＤＤでアナログ加算されて合成信号ｈとな
り、絶対値回路ＡＢＳで振幅の絶対値ｓに変換されディ
ジタル・シグナル・プロセッサＤＳＰに供給される。
子には送信回路ＴＸから搬送波信号が供給されている。
アナログ乗算器Ｍ１，Ｍ２で発生したビート信号ｂ1 ，
ｂ2は、低域通過濾波回路ＬＰＦ１，ＬＰＦ２で濾波さ
れ、高周波成分が除去されたビート信号ｃ1 ，ｃ2 とな
って位相差検出回路ＡＲＧと、加算回路ＡＤＤとに供給
される。位相差検出回路ＡＲＧでは、ビート信号の複素
共役積ｃ1 ｃ2 * から両者の位相差信号ｇが検出され、
ディジタル・シグナル・プロセッサＤＳＰに供給され
る。これと並行して、濾波済みのビート信号ｃ1 ，ｃ2
は加算回路ＡＤＤでアナログ加算されて合成信号ｈとな
り、絶対値回路ＡＢＳで振幅の絶対値ｓに変換されディ
ジタル・シグナル・プロセッサＤＳＰに供給される。
【０００５】ディジタル・シグナル・プロセッサＤＳＰ
は、絶対値回路ＡＢＳから供給される絶対値ｓの出現時
点と、位相差検出回路ＡＲＧから供給される位相差ｇと
から三次元の表示データを作成し、表示部ＤＩＳに供給
し、表示させる。この表示は、ｘーｚ断面図、ｙーｚ断
面図、一定深度のｘーｙ断面図などによって表示され
る。
は、絶対値回路ＡＢＳから供給される絶対値ｓの出現時
点と、位相差検出回路ＡＲＧから供給される位相差ｇと
から三次元の表示データを作成し、表示部ＤＩＳに供給
し、表示させる。この表示は、ｘーｚ断面図、ｙーｚ断
面図、一定深度のｘーｙ断面図などによって表示され
る。
【０００６】２個の超音波トランスジューサＴＤ１，Ｔ
Ｄ２は、空間的に離間して設置される。例えば、図４に
示すように、超音波の進行方向を水深方向（ｚ軸方向）
とした場合、このｚ軸と直行するｘ軸方向とｙ軸方向に
矩形状の超音波トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２がそれ
ぞれ２ａ，２ｂだけ離して配置される。トランスジュー
サＴＤ１，ＴＤ２のそれぞれに受信される反射波の位相
差に基づき、反射物体と原点を結ぶ線分がｘ軸やｙ軸と
なす角度θｘ、θｙがｘ，ｙ方向の方位角として検出さ
れる。
Ｄ２は、空間的に離間して設置される。例えば、図４に
示すように、超音波の進行方向を水深方向（ｚ軸方向）
とした場合、このｚ軸と直行するｘ軸方向とｙ軸方向に
矩形状の超音波トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２がそれ
ぞれ２ａ，２ｂだけ離して配置される。トランスジュー
サＴＤ１，ＴＤ２のそれぞれに受信される反射波の位相
差に基づき、反射物体と原点を結ぶ線分がｘ軸やｙ軸と
なす角度θｘ、θｙがｘ，ｙ方向の方位角として検出さ
れる。
【０００７】例えば、図５に示すように、一方のトラン
スジューサＴＤ１の中心からＲ離れた方位角θｘの方向
に反射物体Ｗが存在するものとする。他方のトランスジ
ューサＴＤ２と反射物体Ｗとの距離をＲ＋δＲとすれ
ば、δＲ＝２ａ sinθｘで与えられる。反射物体Ｗで発
生した超音波の伝搬速度をｃとする。一方の超音波トラ
ンスジューサＴＤ１が反射波を受信してから他方の超音
波トランスジューサＴＤ２が反射波を受信するまでの時
間差δｔとすれば、δｔ＝δＲ／ｃ＝２ａ／ｃ sinθｘ
を得る。
スジューサＴＤ１の中心からＲ離れた方位角θｘの方向
に反射物体Ｗが存在するものとする。他方のトランスジ
ューサＴＤ２と反射物体Ｗとの距離をＲ＋δＲとすれ
ば、δＲ＝２ａ sinθｘで与えられる。反射物体Ｗで発
生した超音波の伝搬速度をｃとする。一方の超音波トラ
ンスジューサＴＤ１が反射波を受信してから他方の超音
波トランスジューサＴＤ２が反射波を受信するまでの時
間差δｔとすれば、δｔ＝δＲ／ｃ＝２ａ／ｃ sinθｘ
を得る。
【０００８】この時間差が超音波受信信号の半周期より
も小さくなるように超音波信号の周波数を設定すると、
上記受信時点の時間差をそれぞれの超音波トランスジュ
ーサの受信信号の位相差から検出できる。実際には、受
信反射信号ａ1 ，ａ2 から発生させた濾波済みのビート
信号 c1 , c2 の位相差から時間差が検出され、この時
間差と距離Ｒとから方位角θｘが検出される。
も小さくなるように超音波信号の周波数を設定すると、
上記受信時点の時間差をそれぞれの超音波トランスジュ
ーサの受信信号の位相差から検出できる。実際には、受
信反射信号ａ1 ，ａ2 から発生させた濾波済みのビート
信号 c1 , c2 の位相差から時間差が検出され、この時
間差と距離Ｒとから方位角θｘが検出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記先行技術の超音波
探査装置では、各超音波受信素子による受信信号の位相
差を検出するための位相差検出部がアナログ乗算器など
のアナログ回路で構成されている。このため、調整作業
が煩雑になり製造コストがかさむと共に、精度もばらつ
くという問題がある。
探査装置では、各超音波受信素子による受信信号の位相
差を検出するための位相差検出部がアナログ乗算器など
のアナログ回路で構成されている。このため、調整作業
が煩雑になり製造コストがかさむと共に、精度もばらつ
くという問題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波探査装置
は、超音波信号を送信する送信部と、この送信された超
音波信号の物体による反射波を受信し受信信号を出力す
る複数の受信素子から成る受信部と、前記複数の受信素
子の配置と各受信素子から出力される受信信号の位相差
とから前記物体の方位を検出する方位検出部と、この検
出された方位と前記超音波信号の伝搬所要時間とから前
記物体の位置を検出して表示する位置検出・表示部とを
備えている。そして、前記方位検出部は、前記各受信信
号をサンプリングし、最隣接のサンプリング値の対から
複素信号を作成し、この複素信号に基づき各受信信号の
位相差を検出する手段を備えることにより、アナログ乗
算器などを含むアナログ回路を不要とするように構成さ
れている。
は、超音波信号を送信する送信部と、この送信された超
音波信号の物体による反射波を受信し受信信号を出力す
る複数の受信素子から成る受信部と、前記複数の受信素
子の配置と各受信素子から出力される受信信号の位相差
とから前記物体の方位を検出する方位検出部と、この検
出された方位と前記超音波信号の伝搬所要時間とから前
記物体の位置を検出して表示する位置検出・表示部とを
備えている。そして、前記方位検出部は、前記各受信信
号をサンプリングし、最隣接のサンプリング値の対から
複素信号を作成し、この複素信号に基づき各受信信号の
位相差を検出する手段を備えることにより、アナログ乗
算器などを含むアナログ回路を不要とするように構成さ
れている。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、前記超音波信号は搬送波のバースト信号から成り、
前記最隣接のサンプリングの時間差は前記搬送波の周期
の４分の１の値に設定される。
ば、前記超音波信号は搬送波のバースト信号から成り、
前記最隣接のサンプリングの時間差は前記搬送波の周期
の４分の１の値に設定される。
【００１２】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
前記隣接しないサンプリング時点の時間差は、前記バー
スト信号の持続時間の半分以下の値に設定されている。
前記隣接しないサンプリング時点の時間差は、前記バー
スト信号の持続時間の半分以下の値に設定されている。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の超音波探査装置
の構成を示すブロック図である。この超音波探査装置
は、制御部ＣＮＴ、送信部ＴＸ、単行回路ＩＳ１，ＩＳ
２、超音波トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２、増幅回路
ＡＭＰ１，ＡＭＰ２、サンプリング回路ＳＰＬ１，ＳＰ
Ｌ２，複素合成回路ＣＭＰＸ１，ＣＭＰＸ２、位相差検
出回路ＡＲＧ、加算回路ＡＤＤ、絶対値回路ＡＢＳ、デ
ィジタル・シグナル・プロセッサＤＳＰ、表示装置ＤＩ
Ｓを備えている。
の構成を示すブロック図である。この超音波探査装置
は、制御部ＣＮＴ、送信部ＴＸ、単行回路ＩＳ１，ＩＳ
２、超音波トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２、増幅回路
ＡＭＰ１，ＡＭＰ２、サンプリング回路ＳＰＬ１，ＳＰ
Ｌ２，複素合成回路ＣＭＰＸ１，ＣＭＰＸ２、位相差検
出回路ＡＲＧ、加算回路ＡＤＤ、絶対値回路ＡＢＳ、デ
ィジタル・シグナル・プロセッサＤＳＰ、表示装置ＤＩ
Ｓを備えている。
【００１４】制御部ＣＮＴの制御のもとに送信部ＴＸで
超音波の送信信号が発生される。この送信信号は、前述
した従来装置の場合と同様に、数十kHz 乃至数百kHz の
超音波帯域の正弦波の搬送波が数十サイクルにわたって
持続するバースト状の波形を呈する。この超音波送信送
信は、信号を一方向にだけ伝達する単行回路ＩＳ１，Ｉ
Ｓ２を通過して２個の超音波トランスジューサＴＤ１，
ＴＤ２のそれぞれに供給され、それぞれから同時に外部
の海中などに放射される。海中に放射されて海中の魚体
などで生じた反射波は、送受共用の超音波トランスジュ
ーサＴＤ１，ＴＤ２のそれぞれに受信され、増幅器ＡＭ
Ｐ１，ＡＭＰ２で増幅される。
超音波の送信信号が発生される。この送信信号は、前述
した従来装置の場合と同様に、数十kHz 乃至数百kHz の
超音波帯域の正弦波の搬送波が数十サイクルにわたって
持続するバースト状の波形を呈する。この超音波送信送
信は、信号を一方向にだけ伝達する単行回路ＩＳ１，Ｉ
Ｓ２を通過して２個の超音波トランスジューサＴＤ１，
ＴＤ２のそれぞれに供給され、それぞれから同時に外部
の海中などに放射される。海中に放射されて海中の魚体
などで生じた反射波は、送受共用の超音波トランスジュ
ーサＴＤ１，ＴＤ２のそれぞれに受信され、増幅器ＡＭ
Ｐ１，ＡＭＰ２で増幅される。
【００１５】増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２で増幅された受
信反射波は、サンプリング回路ＳＰＬ１，ＳＰＬ２にお
いて、第１，第２のサンプリング信号ｓｐi ，ｓｐq に
よってサンプリングされ、ディジタル信号に変換され
る。第１のサンプリング回路ＳＰＬ１から出力されるデ
ィジタル受信信号ｐ1 ，ｑ1 は後段の複素信号合成回路
ＣＭＰＸ１においてディジタル複素信号ｒ1 ＝ｐ1 ＋ｊ
ｑ1 に変換され、位相差検出回路ＡＲＧと加算回路ＡＤ
Ｄとに供給される。同様に、第２のサンプリング回路Ｓ
ＰＬ２から出力されるディジタル受信信号ｐ2 ，ｑ2 は
後段の複素信号合成回路ＣＭＰＸ２においてディジタル
複素信号ｒ2 ＝ｐ2 ＋ｊｑ2 に変換され、位相差検出回
路ＡＲＧと加算回路ＡＤＤとに供給される。
信反射波は、サンプリング回路ＳＰＬ１，ＳＰＬ２にお
いて、第１，第２のサンプリング信号ｓｐi ，ｓｐq に
よってサンプリングされ、ディジタル信号に変換され
る。第１のサンプリング回路ＳＰＬ１から出力されるデ
ィジタル受信信号ｐ1 ，ｑ1 は後段の複素信号合成回路
ＣＭＰＸ１においてディジタル複素信号ｒ1 ＝ｐ1 ＋ｊ
ｑ1 に変換され、位相差検出回路ＡＲＧと加算回路ＡＤ
Ｄとに供給される。同様に、第２のサンプリング回路Ｓ
ＰＬ２から出力されるディジタル受信信号ｐ2 ，ｑ2 は
後段の複素信号合成回路ＣＭＰＸ２においてディジタル
複素信号ｒ2 ＝ｐ2 ＋ｊｑ2 に変換され、位相差検出回
路ＡＲＧと加算回路ＡＤＤとに供給される。
【００１６】位相差検出回路ＡＲＧでは、ディジタル複
素信号ｒ1 とｒ2 との複素共役積ｒ 1 ・ｒ2 * から受信
反射信号ａ1 ，ａ2 の位相差ｇが算定され、ディジタル
・シグナル・プロセッサＤＳＰに供給される。ディジタ
ル加算回路ＡＤＤでは、ディジタル複素信号ｒ1 とｒ2
が加算され、この加算値ｈの絶対値ｓが絶対値回路ＡＢ
Ｓで算定され、ディジタル・シグナル・プロセッサＤＳ
Ｐに供給される。ディジタル・シグナル・プロセッサＤ
ＳＰは、絶対値ｓとその出現時点と、位相差ｇとから二
次元の表示データを作成し、表示部ＤＩＳに供給し、表
示させる。
素信号ｒ1 とｒ2 との複素共役積ｒ 1 ・ｒ2 * から受信
反射信号ａ1 ，ａ2 の位相差ｇが算定され、ディジタル
・シグナル・プロセッサＤＳＰに供給される。ディジタ
ル加算回路ＡＤＤでは、ディジタル複素信号ｒ1 とｒ2
が加算され、この加算値ｈの絶対値ｓが絶対値回路ＡＢ
Ｓで算定され、ディジタル・シグナル・プロセッサＤＳ
Ｐに供給される。ディジタル・シグナル・プロセッサＤ
ＳＰは、絶対値ｓとその出現時点と、位相差ｇとから二
次元の表示データを作成し、表示部ＤＩＳに供給し、表
示させる。
【００１７】以下、位相差検出の原理について詳細に説
明する。受信信号ａ1 ，ａ2 の包絡線振幅をA(t)、搬送
波の角周波数をω、位相をそれぞれφ1 ，φ2 とおく
と、 ａ1 ＝A(t) cos (ωｔ＋φ1 ） ａ2 ＝A(t) cos (ωｔ＋φ2 ） となる。
明する。受信信号ａ1 ，ａ2 の包絡線振幅をA(t)、搬送
波の角周波数をω、位相をそれぞれφ1 ，φ2 とおく
と、 ａ1 ＝A(t) cos (ωｔ＋φ1 ） ａ2 ＝A(t) cos (ωｔ＋φ2 ） となる。
【００１８】受信信号ａ1 を、標本化回路ＳＰＬ1 にお
いて、標本化信号ｓｐi と、これよりもτだけ遅延させ
た標本化信号ｓｐq とによって標本化する。時刻ｔに出
現する標本化信号ｓｐi による標本化受信信号ｐ1 (t)
と、時刻ｔ＝ｔ＋τに出現する標本化信号による標本化
受信信号ｑ1 (t) は、 ｐ1 (t) ＝A(t) cos (ωｔ＋φ1 ) ｑ1 (t) ＝ａ1 (t＋τ）) ＝A(ｔ＋τ） cos〔ω(t＋τ）＋φ1 〕 ≒A(t) cos〔ω(t＋τ）＋φ1 〕 となる。ここで、τを、 ωτ＝π／２ とすると、 ｑ1 (t) ≒A(t) cos〔( ωｔ＋φ1 ) ＋π／２〕 ＝−A(t) sin( ωｔ＋φ1 ) となる。
いて、標本化信号ｓｐi と、これよりもτだけ遅延させ
た標本化信号ｓｐq とによって標本化する。時刻ｔに出
現する標本化信号ｓｐi による標本化受信信号ｐ1 (t)
と、時刻ｔ＝ｔ＋τに出現する標本化信号による標本化
受信信号ｑ1 (t) は、 ｐ1 (t) ＝A(t) cos (ωｔ＋φ1 ) ｑ1 (t) ＝ａ1 (t＋τ）) ＝A(ｔ＋τ） cos〔ω(t＋τ）＋φ1 〕 ≒A(t) cos〔ω(t＋τ）＋φ1 〕 となる。ここで、τを、 ωτ＝π／２ とすると、 ｑ1 (t) ≒A(t) cos〔( ωｔ＋φ1 ) ＋π／２〕 ＝−A(t) sin( ωｔ＋φ1 ) となる。
【００１９】複素合成器ＣＭＰＸ１において、ｐ1 (t)
を実部とし、ｑ1 (t) を虚部とする複素数ｒ1 が合成さ
れる。すなわち、この複素数ｒ1 は、 ｒ1 ＝ｐ1 (t) −ｊｑ1 (t) ＝A(t) cos( ωｔ＋φ1 ) ＋j A(t) sin( ωｔ＋φ1 ) ＝A(t) exp〔 j( ωｔ＋φ1 ) 〕 である。ｒ1 は受信信号ａ1 の位相角( ωｔ＋φ1 ) を
偏角とする複素数となっている。
を実部とし、ｑ1 (t) を虚部とする複素数ｒ1 が合成さ
れる。すなわち、この複素数ｒ1 は、 ｒ1 ＝ｐ1 (t) −ｊｑ1 (t) ＝A(t) cos( ωｔ＋φ1 ) ＋j A(t) sin( ωｔ＋φ1 ) ＝A(t) exp〔 j( ωｔ＋φ1 ) 〕 である。ｒ1 は受信信号ａ1 の位相角( ωｔ＋φ1 ) を
偏角とする複素数となっている。
【００２０】同様に、
ｒ2 ＝ｐ2 (t) −ｊｑ2 (t)
＝A(t) cos( ωｔ＋φ2 ) ＋j A(t) sin( ωｔ＋φ2 )
＝A(t) exp〔 j( ωｔ＋φ2 ) 〕
となる。ｒ2 は受信信号ａ2 の位相角( ωｔ＋φ2 ) を
偏角とする複素数となっている。
偏角とする複素数となっている。
【００２１】従って、位相角計算部ＡＲＧにより、この
複素数ｒ1 とｒ2 の複素共役積を計算し、その偏角ｇを
計算すると、ＡＲＧの出力ｇは、基本構成と同様に、 ｇ＝Ａｒｇ〔ｒ1 ・ｒ2 * 〕 ＝φ1 −φ2 ＝Δφ となる。このように、受信信号ａ1 ，ａ2 間の位相差Δ
φが求まると、トランスジューサからみた魚体の方位角
が判明する。
複素数ｒ1 とｒ2 の複素共役積を計算し、その偏角ｇを
計算すると、ＡＲＧの出力ｇは、基本構成と同様に、 ｇ＝Ａｒｇ〔ｒ1 ・ｒ2 * 〕 ＝φ1 −φ2 ＝Δφ となる。このように、受信信号ａ1 ，ａ2 間の位相差Δ
φが求まると、トランスジューサからみた魚体の方位角
が判明する。
【００２２】加算回路ＡＤＤによる加算結果は、
ｈ＝ｒ1 ＋ｒ2
＝A(t)〔 exp j( ωｔ＋φ1 ) ＋ exp j( ωｔ＋φ2 ) 〕
となる。絶対値算定部ＡＢＳで算定されるｈの絶対値を
ｓとすれば、 ｓ＝A(t) ABS（ exp jφ1 ＋ exp jφ2 ） ＝２A(t) cos〔（φ1 ＋φ2 ）/2〕 となる。
ｓとすれば、 ｓ＝A(t) ABS（ exp jφ1 ＋ exp jφ2 ） ＝２A(t) cos〔（φ1 ＋φ2 ）/2〕 となる。
【００２３】ここで、最隣接サンプリング時点間の時間
差τをπ／（２ω）に設定したので τ＝π／（２ω）＝π／（４πｆ）＝Ｔ／４ となる。ここで、ｆは搬送波の周波数、Ｔは搬送波の周
期１／ｆである。すなわち、τは搬送波の周期の１／４
の時間長である。以上のことから、受信信号ａの１／４
周期だけずらした２点でのサンプリング値（観測値）を
それぞれ実部、虚部とする複素数を作成することによ
り、受信信号の位相を保存する複素数を得ることがで
き、本方式を構成することができる。この構成は、基本
構成を用いる従来の信号変換部より簡単になる。
差τをπ／（２ω）に設定したので τ＝π／（２ω）＝π／（４πｆ）＝Ｔ／４ となる。ここで、ｆは搬送波の周波数、Ｔは搬送波の周
期１／ｆである。すなわち、τは搬送波の周期の１／４
の時間長である。以上のことから、受信信号ａの１／４
周期だけずらした２点でのサンプリング値（観測値）を
それぞれ実部、虚部とする複素数を作成することによ
り、受信信号の位相を保存する複素数を得ることがで
き、本方式を構成することができる。この構成は、基本
構成を用いる従来の信号変換部より簡単になる。
【００２４】図２は、受信信号ａ(t) の波形と、サンプ
リング点との関係を説明するための波形図である。最初
のサンプリング点ｔ11とこれに後続する最隣接のサンプ
リング点ｔ12の時間差はτであり、これは搬送波の周期
Ｔの１／４である。３番目のサンプリング点ｔ21とこれ
に後続する最隣接のサンプリング点ｔ22の時間差も同様
にτ＝Ｔ／４である。受信信号ａ(t) の持続時間Ｄは、
送信信号のそれにほぼ等しい。最初のサンプリング点ｔ
11と３番目のサンプリング点ｔ21との間隔は、信号の持
続時間Ｄの半分Ｄ／２以下の値に設定される。このよう
な関係を設定することにより、受信信号の包絡線の形状
の検出が可能になる。この結果、反射波を発生させた物
体の形状の推定が可能になる。
リング点との関係を説明するための波形図である。最初
のサンプリング点ｔ11とこれに後続する最隣接のサンプ
リング点ｔ12の時間差はτであり、これは搬送波の周期
Ｔの１／４である。３番目のサンプリング点ｔ21とこれ
に後続する最隣接のサンプリング点ｔ22の時間差も同様
にτ＝Ｔ／４である。受信信号ａ(t) の持続時間Ｄは、
送信信号のそれにほぼ等しい。最初のサンプリング点ｔ
11と３番目のサンプリング点ｔ21との間隔は、信号の持
続時間Ｄの半分Ｄ／２以下の値に設定される。このよう
な関係を設定することにより、受信信号の包絡線の形状
の検出が可能になる。この結果、反射波を発生させた物
体の形状の推定が可能になる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波探査装置は、方位検出部が各受信信号をサンプリン
グし、最隣接のサンプリング値から複素信号を作成し、
この複素信号に基づき各受信信号の位相差を検出する手
段を備えたディジタル回路で構成されているので、アナ
ログ乗算器などを含むアナログ回路が不要となり、煩雑
な調整の手間が省け、製造費用が安価になると共に、一
定の精度が実現できる。
音波探査装置は、方位検出部が各受信信号をサンプリン
グし、最隣接のサンプリング値から複素信号を作成し、
この複素信号に基づき各受信信号の位相差を検出する手
段を備えたディジタル回路で構成されているので、アナ
ログ乗算器などを含むアナログ回路が不要となり、煩雑
な調整の手間が省け、製造費用が安価になると共に、一
定の精度が実現できる。
【図１】本発明の一実施例の超音波探査装置の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】受信信号の波とサンプリングの時点との関係を
説明するための波形である。
説明するための波形である。
【図３】先行技術の超音波探査装置の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】２個の超音波トランスジューサの配置の一例を
示す図である。
示す図である。
【図５】２個の受信信号の位相差に基づく反射物体の方
位角の検出の原理を説明するための概念図である。
位角の検出の原理を説明するための概念図である。
CNT コントローラ
TX 送信回路
TD1,TD2 超音波トランスジューサ
SPL1,SPL2 サンプリング回路
CPMX1,CMPX2 複素合成回路
ARG 位相差検出回路
ADD 加算回路
ABS 絶対値回路
DPS ディジタル・プロセッサ
DIS 表示装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年２月１８日（２００２．２．１
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】加算回路ＡＤＤによる加算結果は、
ｈ＝ｒ1 ＋ｒ2
＝A(t)〔 exp j( ωｔ＋φ1 ) ＋ exp j( ωｔ＋φ2 ) 〕
となる。絶対値算定部ＡＢＳで算定されるｈの絶対値を
ｓとすれば、 ｓ＝A(t) ABS（ exp jφ1 ＋ exp jφ2 ） ＝２A(t) cos〔（φ1 −φ2 ）/2〕 となる。
ｓとすれば、 ｓ＝A(t) ABS（ exp jφ1 ＋ exp jφ2 ） ＝２A(t) cos〔（φ1 −φ2 ）/2〕 となる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 遠藤 日出樹
神奈川県相模原市下九沢1877−24
(72)発明者 横堀 弘幸
東京都八王子市館町589−１−210
Ｆターム(参考） 2G047 AA12 BA03 EA16 GG29
5J083 AA02 AB20 AC32 AD01 AD04
AD17 BA01 BC02 BE39 DC05
Claims (3)
- 【請求項１】超音波信号を送信する送信部と、この送信
された超音波信号の物体による反射波を受信し受信信号
を出力する複数の受信素子から成る受信部と、前記複数
の受信素子の配置と各受信素子から出力される受信信号
の位相差とから前記物体の方位を検出する方位検出部
と、この検出された方位と前記超音波信号の伝搬所要時
間とから前記物体の位置を検出して表示する位置検出・
表示部とを備えた超音波探査装置において、 前記方位検出部は、前記各受信信号をサンプリングし、
最隣接のサンプリング値の対から複素信号を作成し、こ
の複素信号に基づき各受信信号の位相差を検出する手段
を備えたことを特徴とする超音波探査装置。 - 【請求項２】請求項１において、 前記超音波信号は搬送波のバースト信号から成り、前記
最隣接のサンプリングの時間差は前記搬送波の周期の４
分の１の値に設定されたことを特徴とする超音波探査装
置。 - 【請求項３】請求項１と２のそれぞれにおいて、 前記隣接しないサンプリング時点の時間差は、前記バー
スト信号の持続時間の半分以下の値に設定されたことを
特徴とする超音波探査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339076A JP2003139855A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 超音波探査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339076A JP2003139855A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 超音波探査装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003139855A true JP2003139855A (ja) | 2003-05-14 |
Family
ID=19153481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001339076A Pending JP2003139855A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 超音波探査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003139855A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2858062A1 (fr) * | 2003-07-25 | 2005-01-28 | Toshiba Kk | Appareil de mesure de temps de propagation acoustique |
| JP2010029240A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Furuno Electric Co Ltd | 骨強度診断装置及び骨強度診断方法 |
| WO2012147284A1 (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | 株式会社村田製作所 | 移動物体検出装置 |
-
2001
- 2001-11-05 JP JP2001339076A patent/JP2003139855A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2858062A1 (fr) * | 2003-07-25 | 2005-01-28 | Toshiba Kk | Appareil de mesure de temps de propagation acoustique |
| DE102004035715B4 (de) * | 2003-07-25 | 2014-09-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Schalllaufzeitmessvorrichtung |
| JP2010029240A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Furuno Electric Co Ltd | 骨強度診断装置及び骨強度診断方法 |
| WO2012147284A1 (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | 株式会社村田製作所 | 移動物体検出装置 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061003 |