JP2575314Y2 - 全方位計測用受波器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は水中で使用する超音波機
器に関し、特に音源方向を全方位に渡って計測する受波
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の受波器は、図５に示すよ
うに、無指向性の受波素子３１ａ〜３１ｆを２個１組と
して直交３方向に配列し、図６に示すように全受波素子
３１ａ〜３１ｆの出力と加算回路３２で和信号を作り、
同時に各組の受波素子の出力と減算回路３３ａ〜３３ｃ
で差信号を作っている。和信号は、図７に示すように、
全方位等方性の無指向性の信号Ｖ0 となり、差信号は組
の受波素子を通る直線方向、すなわちＸ、Ｙ、Ｚの３軸
方向に極大となり、各々において各軸と直交する平面で
零となるダイポール指向性の信号ＶD(X)、ＶD(Y)、ＶD
(Z)となる。

【０００３】これらの信号に方位情報が含まれていて、
別の信号演算処理装置により音波の入射角、すなわち音
源の方位を知ることができる。すなわち、図７（ａ）に
示すようにＸＹ平面における音波Ｐ0 の入射角をθとす
ると、各軸のダイポール指向性の信号ＶD(Y)とＶD(X)の
比を逆正接関数の演算処理をして方位角θを求める。一
方、象限は無指向性の信号の位相を基準にしてＶD(Y)の
位相とＶD(X)の位相の進相（＋）、遅相（−）の組み合
わせによって判定する。

【０００４】ＹＺ平面についても、図７（ｂ）に示すよ
うに同様の処理で、この平面での方位角ψを求めること
ができ、結果として３次元空間で方位を特定するための
方位角であるθとψを求めることができる。なお、θと
ψはそれぞれ以下の数式１、数式２で表される。

【０００５】

【数１】

【０００６】

【数２】

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
受波器は６個の受波素子を３次元の３軸方向に沿って配
置する構造であるため、水中における使用の態様、例え
ばケーブルで吊下したり、また船底に取り付けたりする
ことを考慮した場合、実用的な構造にするのが困難であ
る。更に、受波素子の反射波が計測する音波と干渉して
方位精度を低下させるという欠点があった。

【０００８】本考案はこれらの欠点を除去するために、
一方向のダイポール指向性の信号を両端面で受波する受
波素子から得て、残り二方向のダイポール指向性の信号
を平面配置した複数の受波素子から得ることにより、全
体としての受波器を平面的構造とすることによって実用
的な構造の全方位計測用受波器を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本考案によれば、端面に
電極をもつ第１乃至第４の円筒状の圧電振動子が極性を
交互に反転して積層配置されてなる第１乃至第４の受波
素子と、これらの各受波素子を構成する前記第１および
第２の圧電振動子間に介在され、前記各受波素子毎に設
けられた第１の導電リングと、前記各受波素子を構成す
る前記第３および第４の圧電振動子間に介在され、前記
各受波素子毎に設けられた第２の導電リングと、前記各
受波素子を構成する前記第２および第３の圧電振動子間
に介在され、前記第１乃至第４の受波素子をほぼ正四角
形状に配置された状態に支持する支持板と、前記各受波
素子を構成する積層された前記第１乃至第４の圧電振動
子の内部を貫通するシャフトと、これらのシャフトの両
端においてこれらのシャフトと連結し、前記積層された
第１乃至第４の圧電振動子を締め付ける前記各受波素子
毎に設けられた付加質量と、前記支持板に支持された第
１乃至第４の受波素子の付加質量が嵌合する貫通孔を有
し，前記支持板の両側に設けられた筐体と、この筐体内
に配置され、それぞれ前記各受波素子の第１および第２
の導電リングに接続された１次側巻線および２次側巻線
を有する第１乃至第４のトランスと、該第１乃至第４の
トランスの出力を演算処理する演算回路とから成ること
を特徴とする全方位計測用受波器が得られる。

【００１０】本考案によればまた、前記演算回路が、前
記第１乃至第４のトランスの２次側が一括接続される第
１の加算回路と、前記第１乃至第４のトランスの１次側
巻線の中性点が一括接続される第２の加算回路と、前記
支持板上にほぼ正四角形状に配置された第１乃至第４の
受波素子のうち、対角線上に配置された第１および第３
の受波素子にそれぞれ接続された第１および第３のトラ
ンスの前記１次側巻線の中性点が接続される第１の減算
回路と、前記支持板上にほぼ正四角形状に配置された第
１乃至第４の受波素子のうち、他の対角線上に配置され
た第２および第４の受波素子にそれぞれ接続された第２
および第４のトランスの前記１次側巻線の中性点が接続
される第２の減算回路とから成ることを特徴とする全方
位計測用受波器が提供される。

【００１１】

【実施例】次に本考案を実施例により説明する。図１は
本考案の実施例に係る受波器を一部切欠いて示した斜視
図であり、図２はこの受波器用にいられる受波素子を一
部切欠いて示した斜視図である。受波素子は第１乃至第
４の圧電振動子１ａ〜１ｄと第１および第２の導電リン
グ２ａ、２ｂが支持板６の両面に対称に積層され、その
両端の付加質量３ａ、３ｂとシャフト４で積層体が締め
付けられている。このような構造の４つの受波素子１０
ａ〜１０ｄが、図１に示すように、支持板６に正四方形
状に配置され、その両面は筐体１１ａ、１１ｂで覆われ
ている。筐体１１ａ、１１ｂにはそれぞれ正四方形状に
配置された４個の貫通孔が設けられ、それぞれに第１乃
至第４の受波素子１０ａ〜１０ｄの付加質量３ａ、３ｂ
が埋まるように嵌合している。筐体１１ａ、１１ｂは止
めネジ１３ａ〜１３ｄで結合され、その表面は水密被覆
１５で被覆されている。

【００１２】筐体１１ａ、１１ｂの中には電子回路１４
が内蔵されている。電子回路１４は、図４に示すよう
に、第１乃至第４のトランス２１ａ〜２１ｄと第１、第
２の加算回路２２ａ、２２ｂ及び第１、第２の減算回路
２３ａ、２３ｂとから構成され、入力側に受波素子１０
ａ〜１０ｄが、出力側にケーブル１２（図１）がそれぞ
れ接続されている。

【００１３】図３は受波素子の動作原理を示す図であ
り、受波素子１０の第１、第２の導電リング２ａ、２ｂ
に接続されたリード線５ａ、５ｂがトランス２１の１次
側に接続され、付加質量３ａ、３ｂはリード線５ｃによ
ってアースになる支持板６に接続されている。

【００１４】受波器に組み込まれた受波素子に音波Ｐ0
がＺ軸からの角度ψで入射したとき、付加質量３ａは音
波が直接加わり、付加質量３ｂは筐体を回り込む経路長
ｘを経た音波が加わる。これらの二つの受音点において
水中音波の波長に対する経路長の比率分の位相差を生じ
る。この位相差は入射角ψが０度と１８０度で正負の符
号が反転した最大値となり、ψが９０度で零となるcos
ψの関数が掛かった形になる。

【００１５】付加質量３ａ、３ｂに加わった音波は縦振
動となって圧電振動子１０ａ〜１０ｄに伝達され、支持
板６で終端される。圧電振動子は分極の極性が交互に反
転して積層されており、２個の導電リングは圧電振動子
の正極性を引き出し負極性はシャフトで接続された２個
の付加質量３ａ、３ｂと支持板６とで引き出される。２
個の導電リングの間からみた圧電振動子の接続は支持板
で分けた２個２組のうち、２組間の逆接続となり、その
出力は付加質量３ａで受ける音圧Ｐ1 と付加質量３ｂで
受ける音圧Ｐ2 との差信号、すなわちＺ軸方向のダイポ
ール指向性の信号となってトランス２１に送られる。ま
た２個の導電リングを短絡し、これと付加質量と支持板
とが接続されたアースとの間からみた圧電振動子の接続
は全圧電振動子の順接続となり、その出力は付加質量３
ａで受ける音圧Ｐ1 と付加質量３ｂで受ける音圧Ｐ2 と
の和信号、すなわち無指向性の信号となり、差信号と同
時に出力が得られるようにトランス２１の中性点から引
き出される。

【００１６】このような受波素子がＸＹ平面上で正四角
形状に４個配置され、Ｘ軸方向に配置した受波素子１０
ａと１０ｃの出力が各トランス２１ａと２１ｃの１次側
に接続され、その１次側の中性点から得る夫々の無指向
性の信号と減算回路２３ａでＸ軸方向のダイポール指向
性の信号を得、Ｙ軸方向に配置した受波素子１０ｂと１
０ｄの出力が各トランス２１ｂと２１ｄの１次側に接続
され、その１次側の中性点から得る夫々の無指向性の信
号と減算回路２３ｂでＹ軸方向のダイポール指向性の信
号を得る。またＺ軸方向のダイポール指向性の信号は個
々の受波素子に接続されたトランス２１ａ〜２１ｄの出
力として得られるが無指向性の信号との位相差精度を高
くするために全トランスの出力を加算回路２２ａで加算
して得る。

【００１７】無指向性の信号は各軸方向のダイポール指
向性の信号との位相差精度を高くするために全トランス
の中性点の出力を加算回路２２ｂで加算して得る。

【００１８】かくして得られた３軸直交ダイポール指向
性や無指向性の信号は、受波素子が円板状の筐体内に埋
め込まれるために受波素子間の反射が少なく、良好な精
度を与える方位信号となる。

【００１９】

【考案の効果】以上述べたごとく本考案によれば、軸方
向にダイポール指向性の信号と無指向性の信号を中性点
を持つトランスで同時に得ることができる受波素子を、
平面上で正四角形に配置した受波素子間で直交ダイポー
ルを作り、全体として３軸直交ダイポール指向性の信号
を出力する受波器とすることによって単純で簡明な外観
形状と良好な方位精度を有する全方位計測用受波器の提
供が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による受波器を示す部分破断斜視図であ
る。

【図２】本考案の受波器に組み込む受波素子の部分破断
斜視図である。

【図３】（ａ）は受波素子の動作原理を示す図で、
（ｂ）は出力信号の指向性を示す図である。

【図４】本考案による受波器の接続図である。

【図５】従来の受波器の概念図である。

【図６】従来の受波器の接続図である。

【図７】３軸直交ダイポール指向性と無指向性のパター
ン図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ 圧電振動子 ２ａ、２ｂ 導電リング ３ａ、３ｂ 付加質量 ４ シャフト ５ａ〜５ｃ リード線 ６ 支持板 １０、１０ａ〜１０ｄ 受波素子 １１ａ、１１ｂ 筐体 １２ ケーブル １３ａ〜１３ｄ 止めネジ １４ 電子回路 １５ 水密被覆 ２１、２１ａ〜２１ｄ トランス ２２ａ、２２ｂ 第１、第２の加算回路 ２３ａ、２３ｂ 第１、第２の減算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−303299（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−118785（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174677（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−113386（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−163776（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−20798（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/521

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 端面に電極をもつ第１乃至第４の円筒状
   の圧電振動子が極性を交互に反転して積層配置されてな
   る第１乃至第４の受波素子と、 これらの各受波素子を構成する前記第１および第２の圧
   電振動子間に介在され、前記各受波素子毎に設けられた
   第１の導電リングと、 前記各受波素子を構成する前記第３および第４の圧電振
   動子間に介在され、前記各受波素子毎に設けられた第２
   の導電リングと、 前記各受波素子を構成する前記第２および第３の圧電振
   動子間に介在され、前記第１乃至第４の受波素子をほぼ
   正四角形状に配置された状態に支持する支持板と、 前記各受波素子を構成する積層された前記第１乃至第４
   の圧電振動子の内部を貫通するシャフトと、 これらのシャフトの両端においてこれらのシャフトと連
   結し、前記積層された第１乃至第４の圧電振動子を締め
   付ける前記各受波素子毎に設けられた付加質量と、 前記支持板に支持された第１乃至第４の受波素子の付加
   質量が嵌合する貫通孔を有し，前記支持板の両側に設け
   られた筐体と、 この筐体内に配置され、それぞれ前記各受波素子の第１
   および第２の導電リングに接続された１次側巻線および
   ２次側巻線を有する第１乃至第４のトランスと、 該第１乃至第４のトランスの出力を演算処理する演算回
   路とから成ることを特徴とする全方位計測用受波器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の全方位計測用受波器にお
   いて、前記演算回路は、 前記第１乃至第４のトランスの２次側が一括接続される
   第１の加算回路と、 前記第１乃至第４のトランスの１次側巻線の中性点が一
   括接続される第２の加算回路と、 前記支持板上にほぼ正四角形状に配置された前記第１乃
   至第４の受波素子のうち、対角線上に配置された第１お
   よび第３の受波素子にそれぞれ接続された第１および第
   ３のトランスの前記１次側巻線の中性点が接続される第
   １の減算回路と、 前記支持板上にほぼ正四角形状に配置された第１乃至第
   ４の受波素子のうち、他の対角線上に配置された第２お
   よび第４の受波素子にそれぞれ接続された第２および第
   ４のトランスの前記１次側巻線の中性点が接続される第
   ２の減算回路とから成ることを特徴とする全方位計測用
   受波器。