JP2011252896A

JP2011252896A - 超音波探知システム

Info

Publication number: JP2011252896A
Application number: JP2010128901A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Yakida; 康信八木田; Keiichi Sato; 桂一佐藤; Koji Okada; 浩二岡田; Yasuyuki Nogata; 靖行野方; Noriyuki Endo; 紀之遠藤
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: JP5891466B2

Abstract

【課題】従来のクラゲ探知システムでは１フレームの画像を取得するため非常に時間がかかるので、短時間で観測できる超音波探知システムを提供する。
【解決手段】超音波振動子６ａで受信した反射波データをメモリ６ｄから読み出し、制御回路９の複数個の信号を１つの信号とするグループ化機能でグループ化し、グループ化された信号を上限値ゲート機能に入力して強い反射波をカットし、下限値ゲート機能に入力して弱い反射波をカットし、上限値及び下限値がカットされた出力データを第１の判別機能に入力し、出力データが規定値より多いかどうかが判断され、多ければクラゲと判断され警報信号が出力され、出力データが第２の判別機能に入力され、予め決められた時間以上存在するかどうかが判断され、存在する場合はクラゲと判断されて警報信号が出力され、第１、第２の判別機能の両方から警報信号が出力された場合にのみ、警報機に信号が出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、防波堤又は探査用船舶に設置し、水中物体の動きを探知し、自動的に警報を出力できる超音波探知システムに関するものである。

従来、超音波を使って水中を探知する方法としては、魚群探知機に代表されるような様々な水中探知装置があった。その中で、水中を漂うように移動するクラゲによる発電所の取水口の目詰まりによる事故が多発し、大きな問題となっていた。この問題に対処すべく、いち早くクラゲを探知する装置を出願人は提案している。この超音波クラゲ探知システムは、図７に示すように、防波堤１にクラゲ接近警報装置２を設置し、クラゲ接近警報装置２にパーソナルコンピュータ３を装着し、防波堤１に支持部材４を装着し、この支持部材４に回転装置５を装着し、回転装置５に送受信アレー６を装着し、送受信アレー６から水中７に超音波を送受信するようにしている。

又、船舶を使用する場合は、図８に示すように、船舶８にクラゲ接近警報装置２を設置し、クラゲ接近警報装置２にパーソナルコンピュータ３を装着し、船舶８の舷側に支持部材４を装着し、この支持部材４に回転装置５を装着し、回転装置５に送受信アレー６を装着し、送受信アレー６から水中７に超音波を送受信するようにしている。

そして、送受信アレー６は扇形であるが、受信感度とＳＮ比を向上させるために、図９に示すように、扇形に並べられた超音波振動子６ａ１、６ａ２、・・・６ａ９４，６ａ９５，６ａ９６の９６個の素子にそれぞれ送受信回路６ｂ１、６ｂ２、・・・６ｂ９４，６ｂ９５，６ｂ９６が接続され、これらの送受信回路６ｂ１、６ｂ２、・・・６ｂ９４，６ｂ９５，６ｂ９６にメインアンプ６ｃが接続され、さらに、メインアンプ６ｃにＡ／Ｄ変換器６ｄが接続され、Ａ／Ｄ変換器６ｄの出力はそれぞれＣＰＵからなる制御回路９に入力され、制御回路９の出力はパーソナルコンピュータ３に送信され、そして、図１０に示すように、超音波振動子６ａ１からスタートするが、隣接する８素子６ａ１，６ａ２・・・６ａ８で同時に送信・受信し、そして、１素子ずつ右へとずらして行き、最後に６ａ８９，６ａ９０，６ａ９１、６ａ９２，６ａ９３，６ａ９４，６ａ９５、６ａ９６の全部で８９本の走査線を形成し、１フレームを作る。

この１フレームを取得する操作を繰り返すことにより、多数のフレームの画像を取得し、それらの画像からクラゲが接近する画像を得ることができ、パーソナルコンピュータ３の表示画面３ａにクラゲ１１を表示することができ、この表示からクラゲの接近を確認し、警報信号を発生することができる。

しかしながら、このように構成された従来のクラゲ探知システムでは、１フレームの画像を取得するために、９６個の超音波振動子６ａ１、６ａ２、・・・６ａ９４，６ａ９５，６ａ９６の９６個の素子をそれぞれ８個ずつ駆動し、そして、順に１つずつずらして駆動するようにしているので、非常に時間がかかるという欠点があった。

特開２００９−２４４００２号公報

解決しようとする問題点は、従来のクラゲ探知システムでは、１フレームの画像を取得するために、９６個の超音波振動子６ａ１、６ａ２、・・・６ａ９４，６ａ９５，６ａ９６の９６個の素子をそれぞれ８個ずつ駆動し、そして、順に１つずつずらして駆動するようにしているので、非常に時間がかかるという点である。

本発明は、パーソナルコンピュータと、該パーソナルコンピュータに接続回路とするＵＳＢ入出力回路と、該ＵＳＢの入出力回路に接続される制御回路と、該制御回路から発振信号が送付される扇形に配置された多数の超音波振動子と、該多数の超音波振動子にそれぞれ接続された送受信回路と、該送受信回路に接続されたメインアンプと、該メインアンプからのエコー信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器に接続された前記制御回路を介して接続されるパーソナルコンピュータとからなり、前記多数の超音波振動子、送受信回路、Ａ／Ｄ変換器を第１，第２のグループに分け、第１のグループＮ１の予め決められた個数と第２グルーブＮ２の前記個数と同数を同時に駆動し、さらに、順次１つずつずらして駆動して得られたエコー信号を前記パーソナルコンピュータで順次記憶するものであり、又、前記多数の超音波振動子、送受信回路、Ａ／Ｄ変換器を第１，第２のグループに分け、第１のグループＮ１の予め決められた個数と第２グルーブＮ２の前記個数と同数を交互に駆動し、さらに、順次１つずつずらして駆動して得られたエコー信号を前記パーソナルコンピュータで順次記憶するものであり、又、前記メモリに記憶されたエコーデータを複数個ずつパーソナルコンピュータに入力することによってグループ化するグループ化機能と、該グループ化機能でグループ化された出力データ信号を入力することによって予め決められた上限値をカットする上限値ゲート機能と、該上限値ゲート機能から出力された出力データ信号を入力することによって予め決められた下限値をカットする下限値ゲート機能と、該下限値ゲート機能から出力された出力データ信号が予め決められた規定値より多いかどうかが判断する第１の判別機能と、前記下限値ゲート機能から出力された出力データ信号が予め決められた時間以上に存在するかどうかを判断する第２の判別機能と、前記第１の判別機能と前記第２の判別機能から警報信号があったときに警報信号を出力する警報機能とからなり、該警報機能からの警報信号で警報音を発生する警報機を前記パーソナルコンピュータに接続するものである。

本発明の超音波探知システムは、多数の超音波振動子６のＮ個（例えば９６個）を同じ個数で２つのグループに分け、第１のグループＮ１の最初のｍ個（例えば８個）と第２グルーブＮ２の最初のｍ個を交互に１つずつずらして駆動し、又は第１のグループＮ１の最初のｍ個（例えば８個）と第２グルーブＮ２の最初のｍ個を同時に駆動し、そして、順次１つずらして第１のグループＮ１の次のｍ個（例えば８個）と第２グルーブＮ２の次のｍ個を同時に順次駆動することにより１フレームの信号を取得するようにしたので、従来のクラゲ探知システムに対して半分の時間で１フレームを作成することができるので、クラゲの接近をいち早く検出することができ、短時間で観測することができるという利点がある。

図１は本発明の実施例の超音波探知システムのブロック図である。図２は図１の超音波探知システムの動作を説明する説明図である。図３は本発明の他の実施例の超音波探知システムのブロック図である。図４は図３の超音波探知システムの動作を説明する説明図である。図５は本発明の実施例の超音波探知システムの信号処理のブロック図である。図６は図５の超音波探知システムの信号処理の動作を説明するフローチャートである。図７は従来の防波堤に設置した超音波クラゲ探知システムの概略構成図である。図８は従来の船に設置した超音波クラゲ探知システムの概略構成図である。図９は従来の超音波クラゲ探知システムのブロック図である。図１０は従来の超音波クラゲ探知システムの動作を説明する説明図である。

本発明は、防波堤又は船舶に設置されたクラゲ接近警報装置とパーソナルコンピュータと、送受信アレーと、これらの送受信アレーにそれぞれ接続された送受波回路と、送受波回路に接続されたメインアンプと、メインアンプに接続されたメモリとからなり、送受信アレーの多数の超音波振動子のＮ個（例えば９６個）を２つのグループに分け、第１のグループＮ１の最初のｍ個（例えば８個）と第２グルーブＮ２の最初のｍ個を同時に駆動し、順次１つずつずらして駆動することにより、又は交互に駆動し、順次１つずつずらして駆動することにより、取得されたエコー信号はメモリで記憶され、メモリから順次パーソナルコンピュータに入力され、パーソナルコンピュータでｍ個のメモリからのエコー信号をグループ化し、これらのグループ化されたエコー信号を信号処理することにより、クラゲかクラゲでないかを判定して、クラゲの存在を確認する。

図１は、本発明の１実施例の超音波クラゲ探知システムのブロック図で、６ａ１、６ａ２、・・・６ａ９５，６ａ９６は制御回路９から送信信号を受信する超音波振動子、６ｂ１、６ｂ２、・・・６ｂ９５，６ｂ９６は超音波振動子６ａ１、６ａ２、・・・６ａ９５，６ａ９６にそれぞれ接続された送受波回路、６ｃは送受波回路６ｂ１、６ｂ２、・・・６ｂ９５，６ｂ９６に接続されたメインアンプ、６ｄはメインアンプ６ｃに接続されたＡ／Ｄ変換器、９はＡ／Ｄ変換器６ｄに接続された制御回路、３は制御回路９に接続されたパーソナルコンピュータで、これらの構成は上記従来例と同じであるので、説明は省略するが、本発明では、超音波振動子６ａ１、６ａ２、・・・、６ａ５２と超音波振動子６ａ４６，・・・、６ａ９６の２つのグループに分け、図２に示すように、第１回目にグループ１の８個の超音波振動子６ａ１〜６ａ８に接続された送受波回路６ｂ１〜６ｂ８に制御回路９から発振信号を送信し、第２回目にグループ２の８個の超音波振動子６ａ４６〜６ａ５３の送受波回路６ｂ４６〜６ｂ５３に制御回路９から発振信号を送信し、第３回目に１つずらしてグループ１の８個の超音波振動子６ａ２〜６ａ９に接続された送受波回路６ｂ２〜６ｂ９に発振信号を送信し、第４回目に１つずらしてグループ２の８個の超音波振動子６ａ４７〜６ａ５４に接続された送受波回路６ｂ４７〜６ｂ５４に制御回路９から発振信号を送信するというように、グループ１の超音波振動子６ａ１〜６ａ５２とグループ２の超音波振動子６ａ４６〜６ａ９６を８個ずつ交互に発振信号を送信し、さらに、順次１つずつずらして送受信し、送受信された超音波のエコー信号は送受波回路６ｂ１〜６ｂ５２と送受波回路６ｂ４６〜６ｂ９６で受信されてメインアンプ６ｃに送信され、メインアンプ６ｃで増幅されてＡ／Ｄ変換器６ｄでアナログからデジタルエコー信号に変換され、この変換されたデジタルエコー信号は制御回路９からパーソナルコンピュータ３に入力される。

このように、グループ１の超音波振動子６ａ１〜６ａ５２に接続された送受波回路６ｂ１〜６ｂ５２と、グループ２の送受波回路６ａ４６〜６ａ９６に接続された送受信回路６ｂ４６〜６ｂ９６に発振信号を送信することにより、離れた位置の超音波振動子から超音波を送受信することにより、超音波が干渉することがないので、超音波振動子６ａ１〜６ａ５２と超音波振動子６ａ４６〜６ａ９６によって送受信される超音波が速やかに送受信される。

図３は、本発明の他の実施例の超音波クラゲ探知システムのブロック図で、６ａ１、６ａ２、・・・６ａ５１，６ａ５２は第１のグループの超音波振動子、６ｂ１、６ｂ２、・・・６ｂ５１，６ｂ５２は第１のグループの超音波振動子６ａ１、６ａ２、・・・６ａ５１，６ａ５２にそれぞれ接続された送受波回路、６ａ４６、６ａ４７、・・・６ａ９５，６ａ９６は第２のグループの超音波振動子、６ｂ４６、６ｂ４７、・・・６ｂ９５，６ｂ９６は第２のグループの超音波振動子６ａ４６、６ａ４７、・・・６ａ９５，６ａ９６にそれぞれ接続された送受波回路、６ｃ１は送受波回路６ｂ１、６ｂ２、・・・６ｂ５２に接続されたメインアンプ、６ｃ２は６ｂ４６、６ｂ４７、・・・６ｂ９６に接続されたメインアンプ、６ｄ１はメインアンプ６ｃ１に接続されたＡ／Ｄ変換器、６ｄ２はメインアンプ６ｃ２に接続されたＡ／Ｄ変換器、９はＡ／Ｄ変換器６ｄ１、６ｄ２に接続された制御回路、３は制御回路９に接続されたパーソナルコンピュータで、これらの構成は上記実施例と同じであるので、説明は省略するが、本発明では、図４に示すように、第１回目にグループ１の８個の超音波振動子６ａ１〜６ａ８に接続された送受波回路６ｂ１〜６ｂ８に制御回路９から発振信号を送信し、第１回目は同時にグループ２の８個の超音波振動子６ａ４６〜６ａ５３の送受波回路６ｂ４６〜６ｂ５３に制御回路９から発振信号を送信し、第２回目に１つずらしてグループ１の８個の超音波振動子６ａ２〜６ａ９に接続された送受波回路６ｂ２〜６ｂ９に制御回路９から発振信号を送信し、第２回目は同時に１つずらしてグループ２の８個の超音波振動子６ａ４７〜６ａ５４に接続された送受波回路６ｂ４７〜６ｂ５４に制御回路９から発振信号を送信するというように、グループ１の超音波振動子６ａ１〜６ａ５２とグループ２の超音波振動子６ａ４６〜６ａ９６を８個ずつを同時に制御回路９から発振信号を送信し、さらに、順次１つずつずらして送受信し、送受信された超音波のエコー信号は送受波回路６ｂ１〜６ｂ５２と送受波回路６ｂ４６〜６ｂ９６で受信されてメインアンプ６ｃ１、６ｃ２に送信され、メインアンプ６ｃ１、６ｃ２で増幅されてＡ／Ｄ変換器６ｄ１、６ｄ２でアナログからデジタルエコー信号に変換され、この変換されたデジタルエコー信号は制御回路９からパーソナルコンピュータ３に入力される。

このように、グループ１の超音波振動子６ａ１〜６ａ５２に接続された送受波回路６ｂ１〜６ｂ５２と、グループ２の送受波回路６ａ４６〜６ａ９６に接続された送受波回路６ｂ４６〜６ｂ９６に発振信号を送信することにより、離れた位置の超音波振動子から超音波を送受信することにより、超音波が干渉することがないので、超音波振動子６ａ１〜６ａ５２と超音波振動子６ａ４６〜６ａ９６によって送受信される超音波が速やかに送受信される。

このように分割して駆動するように構成された超音波クラゲ探知システムでは、図５に示すように、メモリ６ｅの出力データをパーソナルコンピュータ１０に入力すると、メモリ６ｅの出力データはそれぞれ複数個（例えば８個）ずつにグループ化するように、パーソナルコンピュータ１０のグループ化機能１０ａ１〜１０ａｎ（例えばｎ＝１２）に入力され、これらのグループ化機能１０ａ１〜１０ａｎの出力データは上限値ゲート機能１０ｂ１、１０ｂ２、・・・、１０ｂｎにそれぞれ入力され、さらに、上限値ゲート機能１０ｂ１〜１０ｂｎの出力は下限値ゲート機能１０ｃ１、１０ｃ２、・・・、１０ｃｎにそれぞれ入力され、下限値ゲート機能１０ｃ１、１０ｃ２、・・・、１０ｃｎの出力は第１の判別機能１０ｄ及び第２の判別機能１０ｅにそれぞれ入力され、第１の判別機能１０ｄと第２の判別機能１０ｅの出力は警報機能１０ｅに入力され警報機能１０ｅの出力は警報機１１に出力される。

次に、図５のパーソナルコンピュータ１０の動作を図６のフローチャートにより説明すると、まず、パーソナルコンピュータ１０がスタートすると、メモリ６ｅの出力データはパーソナルコンピュータ１０のグループ化機能１０ａ１、１０ａ２、・・・、１０ａｎにそれぞれ複数個（例えば６個）ずつ入力されて、それぞれが１つの出力データとなるようにグループ化され（ステップ１）、グループ化機能１０ａ１〜１０ａｎから出力された出力データ信号は、それぞれ予め決められた上限値以上の出力データ信号をカットする上限値ゲート機能１０ｂ１、１０ｂ２、・・・、１０ｂｎを通過することにより、魚や他の反射体から反射される強い反射波をカットし（ステップ２）、次に、予め決められた下限値以下の出力データをカットする下限値ゲート機能１０ｃ１、１０ｃ２、・・・、１０ｃｎを通過することにより、ノイズ等の弱い反射波がカットされ（ステップ３）、さらに、上限値ゲート機能１０ｂ１、１０ｂ２、・・・、１０ｂｎで強い反射信号がカットされ、下限値ゲート機能１０ｃ１、１０ｃ２、・・・、１０ｃｎで弱い反射波がカットされた出力データ信号が第１の判別機能１０ｄに入力されと、第１の判別機能１０ｄは、上限値及び下限値がカットされた出力データ信号が予め決められた規定の個数より多いかどうかが判断され、少なければ、少数のクラゲと判断されて、ステップ１に戻り、警報機能１０ｆには入力されず、又、予め決められた規定個数より多ければ、警報信号が警報機能１０ｆに入力され（ステップ４）、又、上限値及び下限値がカットされた出力データ信号が第２の判別機能１０ｅに入力されると、上限値及び下限値がカットされた出力データ信号が予め決められた時間以上に存在するかどうかが判断され、予め決められた時間以上に存在しない場合は、移動速度が早いクラゲ以外の物体として、ステップ１に戻り（ステップ５）、又、予め決められた時間以上に存在する場合は、第２の判別機能１０ｅから警報機能１０ｆに警報信号が入力され（ステップ５）、第１の判別機能１０ｄ及び第２の判別機能１０ｅの両方から警報機能１０ｆに警報信号が入力された場合に限り、警報機能１０ｆから警報信号が出力され（ステップ６）、その信号によって、警報機１１から警報音が発生され、クラゲが大量に発生したことを警報する。

本発明は、このように、超音波振動子６を２つのグループに分けて送受信することにより、計測時間をそれぞれ早くすることができ、さらに、超音波振動子６ａで受信した反射波データをメモリ６ｅから読み出して、制御回路９の複数個（ｍ個）の信号を１つの信号とするグループ化機能１０ａに入力して、グループ化し、グループ化された信号を上限値ゲート機能１０ｂに入力することにより、魚や他の反射体から反射される強い反射波をカットし、次に、下限値ゲート機能１０ｃに入力することにより、ノイズ等の弱い反射波がカットし、上限値及び下限値がカットされた出力データを第１の判別機能１０ｄに入力することにより、上限値及び下限値がカットされた出力データが予め決められた規定値より多いかどうかが判断されて、多ければ、クラゲと判断して、警報機能１０ｆに警報信号を出力し、限値及び下限値がカットされた出力データが第２の判別機能１０ｅに入力されると、予め決められた時間以上に存在するかどうかが判断され、予め決められた時間以上に存在する場合は、移動速度が遅いクラゲとして判断されて、警報機能１０ｆに警報信号を出力し、第１、第２の判別機能１０ｄ、１０ｅの両方に警報信号が入力された場合にのみ、警報機能１０ｆから警報機１１に信号が出され、警報機１１から警報音が発生される。

上記本発明では、超音波振動子６ａｎ（以下ｎ＝９６）、送受信回路６ｂｎ、メインアンプ６ｃｎ、メモリ６ｄｎをそれぞれ２つグループに分けたが、４つに分けてそれぞれ同時に駆動すれば、さらに、計測時間を４倍の速さにすることができる。なお、上記実施例では、クラゲ探知システムとして説明したが、魚群や水の揺動や流れによって水中を移動する砂や小石、水中を浮遊する木片などの他の検知システムとして使用することができる。

６ａ１〜６ａ９６超音波振動子
６ｂ１〜９ｂ９６送受信回路
６ｃ、６ｃ１、６ｃ２メインアンプ
６ｄ、６ｄ１，６ｄ２Ａ／Ｄ変換器
６ｅメモリ
９制御回路
１０パーソナルコンピュータ
１１警報機

Claims

パーソナルコンピュータと、該パーソナルコンピュータに接続回路とするＵＳＢ入出力回路と、該ＵＳＢの入出力回路接続される制御回路と、該制御回路にから発振信号が送付される扇形に配置された多数の超音波振動子と、該多数の超音波振動子にそれぞれ接続された送受信回路と、該送受信回路のそれぞれに接続されたメインアンプと、該メインアンプからのエコー信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器に接続された前記制御回路を介して接続されるパーソナルコンピュータとからなり、前記多数の超音波振動子、送受信回路、Ａ／Ｄ変換器を第１，第２のグループに分け、第１のグループＮ１の予め決められた個数と第２グルーブＮ２の前記個数と同数を交互に駆動し、さらに、順次１つずつずらして駆動して得られたエコー信号を前記パーソナルコンピュータで順次記憶することを特徴とする超音波探知システム。
前記多数の超音波振動子、送受信回路、Ａ／Ｄ変換器を第１，第２のグループに分け、第１のグループＮ１の予め決められた個数と第２グルーブＮ２の前記個数と同数を同時に駆動し、さらに、順次１つずつずらして駆動して得られたエコー信号を前記パーソナルコンピュータで順次記憶することを特徴とする請求項１記載の超音波探知システム。
前記メモリに記憶されたエコーデータを複数個ずつパーソナルコンピュータに入力することによってグループ化するグループ化機能と、該グループ化機能でグループ化された出力データ信号を入力することによって予め決められた上限値をカットする上限値ゲート機能と、該上限値ゲート機能から出力された出力データ信号を入力することによって予め決められた下限値をカットする下限値ゲート機能と、該下限値ゲート機能から出力された出力データ信号が予め決められた規定値より多いかどうかが判断する第１の判別機能と、前記下限値ゲート機能から出力された出力データ信号が予め決められた時間以上に存在するかどうかを判断する第２の判別機能と、前記第１の判別機能と前記第２の判別機能から警報信号があったときに警報信号を出力する警報機能とからなり、該警報機能からの警報信号で警報音を発生する警報機を前記パーソナルコンピュータに接続することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波探知システム。