JP2021085830A

JP2021085830A - 水中方向指示システム

Info

Publication number: JP2021085830A
Application number: JP2019216756A
Authority: JP
Inventors: 程塚　洋一; Yoichi Hodozuka; 洋一程塚
Original assignee: Hodozuka Yoichi
Current assignee: Hodozuka Yoichi
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-03

Abstract

【課題】ダイビング中、海水の透視度が悪い場合など、数メートル離れただけでペアのダイバーを視認できなくなることがある。その際、ベルなどを鳴らして注意喚起を行うことは可能であるが、水中では空気中と音の伝わる速度が異なり、人間の耳では音の発生方向を認識しすることができず、ペアのダイバーの方向を判断することができない。【解決手段】ペアの一方のダイバーが持っている発信機の発する音波を、もう一方のダイバーが持つ受信機で受信し、受信機が発信機の方向を指示することにより、ダイバー同士のはぐれを解消し、安全にダイビングや水中作業を行うことができる。発信機が発信する音波は、受信機の複数のマイクの間隔の２倍を超える水中での波長を持った音波を使用する。【選択図】図１

Description

本発明はダイビングなど水中の環境で、音波を使って音の発信源の方向を示すことにより、ダイバー同士のはぐれを防止するシステムに関する。

ダイビング中、危険な事象が発生した場合に互いに助け合うために、二人のダイバーがペアで行動することが推奨されている。しかし海水の透視度が悪い場合など、数メートル離れただけでペアのダイバーを視認できなくなることがある。その際、ベルなどを鳴らして注意喚起を行うことは可能であるが、水中では空気中と音の伝わる速度が異なり、人間の耳では音の発生方向を認識しすることができず、ペアのダイバーの方向を判断することができない。

水中で対象物の方向を検知するには、超音波パルスを発する発信機からのパルス信号を複数の超音波マイクで受信し、到達時間差から発信機の方向を算出する方法（特許文献１）や、単指向性マイクで超音波パルス発信機の方向を検出する方法（特許文献２）がある。また、複数の超音波発信機を水中に固定して置き、それぞれの発信機からの超音波パルス到達の時間差から、自分の位置を判断するという手段（特許文献３）が既知である。

特開平１０−１５３４５０号公報特開平１０−２５３７４４号公報特開２００３−１７２６２９号公報

超音波を利用し、その超音波パルスの到達時間差から方向を算出する方法が既知であるが、水中では音波の周波数が高くなると音波の減衰が大きくなり、装置の小型化、省電力化に課題があった。さらに、パルスの到達時間差で方向を算出する事はパルスを受信したタイミングでしか行えず、連続して方向を検出することができなかった。

本発明はペアの一方のダイバーが持っている発信機の発する音波を、もう一方のダイバーが持つ受信機で受信し、受信機が発信機の方向を指示することにより、ダイバー同士のはぐれを解消し、安全にダイビングや水中作業を行うことを要旨としたものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、発信機を特定するための固有の周波数の音波を発する発信機と、その音波を複数のマイクで受信し、発信機の方向を算出、通知する機能を持った受信機からなるシステムである。発信機が発信する音波は、受信機上のそれぞれのマイクの間隔の２倍を超える水中での波長を持った音波を使用する。このような音波を使用することで、発信機からの連続した音波を複数のマイクで受信した際に、それぞれのマイクが受信した音波の位相が180度以上ずれることがなく、どちらのマイクが発信機に近いかを容易に判断することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、は請求項１のシステムに加え、受信機に地磁気検出機能を有し、検出した発信機の方向を方位に変換、受信機の向きが変わっても、常に最後に受信した音波の発信機の方向を示す機能を持つ受信機からなるシステムである。

本発明により、透視度が悪い水中でダイバーが互いに視認できない距離に離れてしまった場合でも、音波により方向が特定でき、受信機を持つダイバーが発信機を持つダイバーに向かって移動することができ、はぐれを防止し、安全にダイビングを行うことができる。

また、請求項２のシステムであれば、受信機の向きが変化しても、定期的に音波を発する送信機の方位を常に指し示すことができる。また音波が届かなくなるほど離れてしまった場合でも、最後に受信した送信機を持つダイバーの方位を示すことにより、より広範囲ではぐれを防止することができる。

図1は水中方向指示システムの全体図である。図２は受信機のマイクと方向指示方法を示している。図３は受信機上の三つのマイクで受信した音波の波形を示している。図４は発信機の概略構成を示している。図5は受信機の概略構成を示している。

発信機、受信機は共に水中で使用するため、防水機能を有し、電池で駆動される。受信機にマイクが２つある場合は、どちらのマイクが発信機に近いかを判断することができる。受信機にマイクが３つある場合はそのマイクが配置された平面状のどちらの方向に発信機があるかを判断することができる。受信機にマイクが４つある場合には上下方向も含めてどちらの方向に発信機があるかを判断することができる。

以下、本発明の受信機にマイクが３つある場合の実施例について図面に基づき説明する。

図1には本発明の全体構成が示されている。本発明は専ら水中で使用されるシステムである。発信機１１を持ったダイバー１０と、受信機１３を持ったダイバー１２が２名でペアを組み、ダイビングを行う。発信機１１は定期的に発信機を特定する周期の音波を発する。受信機１３はその音波を受信し、発信機１１を持つダイバー１０の方向を表示する。

図２は受信機のマイク２１，２２，２３の配置と発信機１１の方向を示す表示部５５の関係を例示している。本実施例では受信機のマイク２１，２２，２３は受信機上に一辺が１０ｃｍの正三角形の頂点となる場所に配置されている。表示部５５はこれらのマイクから受信した音波を基に、発信機１１の方向を表示している。

図３は発信機１１からの音波を受信機１３の３つのマイク、マイク２１，マイク２２，マイク２３で受信した音波のそれぞれの波形を示している。

使用する音波はマイクの間隔である１０ｃｍの二倍を超える波長の音波である。波長が２０ｃｍの周波数の音波とは、水中の音速を１５００ｍ／ｓとした場合、７．５ＫＨｚであるから、それ未満の周波数の音波を使用することができる。本実施例では発信機１１を識別するパターンを５ＫＨｚの正弦波とした場合の受信波形を例示している。

周波数を変えることにより、同じシステムを近接した環境でも別々に使用することもできる。また、本実施例では発信機の消費電力を抑えるため、５ＫＨｚの正弦波を１０秒周期で３秒間発する仕様としている。連続して発信する仕様とすれば、連続して方向を算出することができる。

マイクの配置により、同じ音波を受信しても、発信機に近いマイクと発信機から遠いマイクではそのマイク間を音波が進む時間分、発信機から遠いマイクの方が遅れて音波を受信する。音波の波長をマイク間隔の２倍を超える長さとすることで、連続した音波を受信した際に、位相が180度以上ずれることがなく、どちらのマイクが発信機に近いかを容易に判断することができる。三つのマイクからの音波の位相を測定することにより、発信機の方向を算出することができる。

図４は発信機１１の構造を示している。操作部４１は電源の入り切りと、音波の周波数の指定、音波を出す周期、発音期間を指定する。連続して音波を出さずに周期的に音波を出すことにより省電力化を図ることができる。特定周波数発生部４２は操作部４１で指定された周波数と周期、発音期間の信号を発信し、その信号を増幅部４３で増幅、スピーカー部４４で音波として水中に発信する。

図５は受信機１３の構造を示している。操作部５１は電源の入り切りと、使用する周波数を指定する。一辺が１０ｃｍの正三角形の頂点に配置したマイク２１，マイク２２，マイク２３は発信機１１より発信された音波を受信する。周波数選択部５２は操作部５１で指定された周波数を選択し、増幅部５３で選択された信号を増幅する。演算部５４は増幅部５３によって増幅された三つマイクからの音波信号の位相差からマイクに対する発信機の方向を算出する。その方向を表示部５５が表示する。

請求項１の発明では、音波が鳴っている期間しか方向が判別できない。また、移動などによって受信機の向きが変わってしまうと、マイクの位置も変化し、音波が止まっている間や、音波が届かなくなった場合に発信機の方向を指示できなくなる。

そこで、請求項２に示した地磁気センサーを設けることにより、その課題を解決する。演算部５４は、地磁気センサー５６から受信機１３の向いている方向を基に発信機の方位を算出する。また演算部は常に磁気センサー５６からの情報を基に受信機が向いている方位を算出、発信器の方位を受信機の向きが変わっても常に正しい方向を計算し、表示部はその方向を表示する。音波が途絶え、受信機の方向が変化しても、最後に受信した発信機の方向を指示し続けることができる。

発信機１台に対し、受信機を複数台準備し、複数のダイバーが１つの発信機を搭載した目標物を捜索する目的にも適用できる。発信機を船の錨に接続すれば、船の下へ安全に戻ってくることができる。

１０探索されるダイバー
１１発信機
１２探索するダイバー
１３受信機
２１マイク
２２マイク
２３マイク
４１発信機操作部
４２特定周波数発生部
４３発信機増幅部
４４スピーカー
５１受信機操作部
５２周波数選択部
５３受信機増幅部
５４演算部
５５表示部
５６地磁気センサー

Claims

対象物に取り付けられる発信機と、その発信機からの音波を受信して発信機の方向を算出し通知する手段を持つ受信機を有する水中用のシステムであって、前記発信機は前記受信機の複数のマイクのそれぞれの間隔より水中における波長が２倍を超える音波を定期的にまたは連続して発信する手段を有し、前記受信機はその音波を位置をずらして配置した複数のマイクを通じて受信し、それぞれの受信波形の位相のずれから方向を算出し、算出した方向を知らせる手段を有する事を特徴とする水中用システム。
前記受信機が地磁気検出機能を有し、算出した方向をその地磁気検出機能によって方位に変換して記憶し、知らせる手段を有する事を特徴とする請求項１の水中用システム。