JP3597444B2 - 音場及び音響出力の測定方法及び測定装置 - Google Patents
音場及び音響出力の測定方法及び測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3597444B2 JP3597444B2 JP2000096431A JP2000096431A JP3597444B2 JP 3597444 B2 JP3597444 B2 JP 3597444B2 JP 2000096431 A JP2000096431 A JP 2000096431A JP 2000096431 A JP2000096431 A JP 2000096431A JP 3597444 B2 JP3597444 B2 JP 3597444B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sound field
- sound
- measuring
- hydrophone
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
音場及び音響出力の測定方法及び測定装置に関するものである。特に、本発明は、音源から発せられた音波により水中に形成された音場及び音響出力を迅速かつ精細に測定することの可能な、水中の音場及び音響出力の測定方法及び測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、水中の音場及び音響出力を測定する方法としては、図4に示すような測定系を使用して、測定対象である水中に配置されたハイドロホン11をポジショナ14などの位置移動手段により移動させ、このハイドロホン11の走査を三次元的に繰返し行なうことにより、水中に分布する音場を解析するとともに水中の各位置における音響出力を測定する方法が採用されていた。
また、近年、水中での音場の分布を簡易に測定する方法として、図5に示すように、レーザー光を測定対象である水に照射し、音場により偏光したレーザー光を解析して音場の屈折率を計測することにより音場分布を把握するシュリーレン法が試みられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハイドロホンを使用して水中の音場及び音響出力を測定する方法は、音場分布の全体像および音響出力の最強位置を検出するのに非常に時間がかかるという点で問題がある。特に、測定対象となる水中の領域が極めて広い一方で、音場が特定の位置に偏在するような場合には、この問題が顕著となる。また、ハイドロホンを水中で移動させることにより水中の音場が乱れるため、ハイドロホンの水中での移動回数が多くなるのは望ましくない。さらに、ハイドロホンを水中で繰返し移動させると、ハイドロホン及びその移動手段が受ける機械的負担も大きくなり、測定装置が故障する原因ともなりうる。
また、シュリーレン法により音場分布を測定する方法は、水中に存在する音場を乱すことなく瞬時に音場の解析を行なうことができると考えられるが、音響強度の測定値の精度がハイドロホンよりも悪いという点で問題がある。
本発明はこれらの問題を解決するためになされたもので、水中の音場及び音響出力を短時間で精度良く測定することの可能な音場及び音響出力の測定方法及び測定装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の水中の音場及び音響出力の測定方法は、音場が分布する水にレーザー光を照射する工程と、水中の音場により偏光したレーザー光を受光する工程と、受光したレーザー光から音場の分布を解析する工程と、得られた音場分布上の任意の位置にハイドロホンを移動させる工程と、移動させた位置における音響出力をハイドロホンにより測定する工程とを有するという構成を有している。
この構成により、水中の音場及び音響出力を短時間で精度良く測定することができる。
また、本発明の水中の音場及び音響出力を測定するための装置は、ハイドロホンと、該ハイドロホンの位置を移動させる位置移動手段と、前記ハイドロホンから出力される電気信号を測定する電気信号測定手段と、レーザー光の発光部及び受光部からなるシュリーレン測定手段と、該シュリーレン測定手段からの出力を受けて前記位置移動手段を制御する制御手段とを有するという構成を有する。
この構成により、水中の音場及び音響出力を短時間で精度良く測定することができるとともに、故障が発生しにくいことになる。
【0005】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の水中の音場及び音響出力の測定方法について、工程ごとに説明する。
本発明の方法は、まず、音場が分布する水にレーザー光を照射する工程を有する。
測定対象である音場が分布する水は、例えば、無色透明な脱気水を満たした水槽に、音源として圧電体を入れ、この圧電体に交流電圧を印加することにより、モデル的に得ることができる。レーザー光の照射は、レーザー光をピンホール、レンズ等を用いて必要な大きさの平行光束にまで拡大し、水中に形成された音場を横から走査するよう水中に照射することにより行なうことができる。
本発明の方法は、次いで、水中の音場により回折したレーザー光を受光する工程を有する。
平行光束として照射されたレーザー光は、水中の音場(音波が放射されている透明な媒質)を通過すると、媒質内に音圧の強弱によって形成された粗密波によって回折する。この回折光を、レーザー光を受光する受光部で受光する。受光したレーザー光は、受光部で集光し、ナイフエッジで不要な主光束をカットした後に、高感度カメラで撮影することができる。
本発明の方法は、さらに、受光したレーザー光から音場の分布を解析する工程を有する。
音場の分布の解析は、上記のように、不要な主光束をカットした受光したレーザー光を高感度カメラで撮影し、その結果から、回析した平行光の回折の強弱を測定して、形成された音場の強弱を音場の分布として観察することにより、行なうことができる。
【0006】
本発明の方法は、上記一連の工程により得られた音場分布上の任意の位置にハイドロホンを移動させる工程を有する。
シュリーレン測定する水槽内のXYZ座標を、予め制御部に認識させておくことにより、各座標の音場分布を認識することが可能となる。また、この座標に従って、ポジショナによってハイドロホンを移動させることにより、音場分布上の任意の位置にハイドロホンを移動させることができる。
本発明の方法は、その上で、移動させた位置における音響出力をハイドロホンにより測定する工程を有する。
ハイドロホンは、一般に、水中で1〜20MHzの帯域の音波(音圧)を受信して、電気信号に変換する特性を有している。この電圧−音圧の相関係数(周波数応答係数)は、ハイドロホン毎に校正され、求められている。したがって、ハイドロホンで水中の音圧を電圧信号として受信し、それをオシロスコープで測定することにより、水中の音圧を測定することができる。
【0007】
また、本発明の方法において、音場が分布する水にレーザー光を照射し、水中の音場により偏光したレーザー光を受光して、受光したレーザー光から音場の分布を解析することにより、音源の発している音場(音束)のポジショナの移動軸に対する傾きが何度あるかを把握し、得られた音場分布上の任意の位置にハイドロホンを移動させるに先立って、ポジショナの移動軸に対して音場が平行または垂直になるように音源の傾きを調整してもよい。
さらに、本発明の方法において、音場が分布する水にレーザー光を照射し、水中の音場により偏光したレーザー光を受光して、受光したレーザー光から音場の分布を解析することにより音場の強弱の分布を求め、得られた音場分布上の音場の音響出力最大の位置にハイドロホンを移動させ、移動させた位置における音響出力をハイドロホンにより測定した上で、測定された音響出力測定値と上記音場の強弱の分布から、音場の各位置での音響出力値を計算し、音束の断面の音響出力値を面積積分することによって、音場のTotal Power(総エネルギー)を計算することができる。この時、ハイドロホンで測定する位置を、音響出力最大の位置に加えてさらに数点設けることとして、音場のTotal Powerについての計算の精度を上げてもよい。
【0008】
次に、本発明の水中の音場及び音響出力の測定装置について、図面を用いて説明する。
図1に、本発明の実施の形態の測定装置の構成を示す。
図1に示すように、本発明の実施の形態の測定装置は、脱気した水を満たした水槽9中の水中に音を発する音源1による水中の音場及び音響出力を測定するための装置であって、音響出力を電気信号に変換するハイドロホン2と、ハイドロホン支持台4を動かしてハイドロホン2の位置を移動させる位置移動手段であるポジショナ5と、ハイドロホン2から出力される電気信号を測定する電気信号測定手段であるDSO(Digital Storage Oscilloscope)3と、音場による偏光を測定するためのレーザー光を発する発光部6及び音場により偏光したレーザー光を受ける受光部7からなるシュリーレン測定手段と、該シュリーレン測定手段からの出力を受けてポジショナ5を制御する制御手段である制御装置8とを有している。
【0009】
図2に、本発明の実施の態様におけるハイドロホン2として使用可能なハイドロホンの構成を示す。
ハイドロホンは、その形状により、ハイドロホン10のようなニードル(針)型ハイドロホンと、ハイドロホン15のようなメンブレン(膜)型ハイドロホンとに大別される。
ニードル型ハイドロホン10は、その先端のセンサ部に保護膜14で覆われた圧電材11が配置され、音圧を電気信号に変換して金線12を通じて出力する。圧電材11の材料としては、主として高分子材料(圧電性を有するPVDFなど)またはセラミックス(PZT圧電材など)が使用される。ニードル型ハイドロホン10の径は、通常0.4〜1mm程度である。
メンブレン型ハイドロホン15は、厚さ数十μmの高分子材料(PVDFなど)の膜16の中央部分の電極部17が音圧を電気信号として検出し、信号線19が受信信号を伝達しする。その際、信号線19周辺の接地膜18が、ノイズの混入を防ぐ。電極部17の径は、通常0.4〜0.8mm程度である。
【0010】
ハイドロホンの位置を移動させる位置移動手段であるポジショナ5は、制御装置8による制御を受け、XYZ3方向の各移動軸についてハイドロホン支持台4を精密に位置移動させるステッピングモータ等とすることができる。
電気信号測定手段であるDSOとしては、通常のデジタルストレージオシロスコープを使用すればよく、特に制限はない。
【0011】
図3に、本発明の実施の態様におけるシュリーレン測定装置として使用可能な装置の構成を示す。
シュリーレン装置発光部6は、レーザー光源20から出力されたレーザー光をピンホール21で拡大し、平行光束作成器22により平行光にすることにより、被検体23をシュリーレン測定することを可能にするものである。レーザー光源20の光源としては、一般に、ヘリウムネオンレーザー(λ=633nm)、アルゴンレーザー(λ=488nm)等が用いられる。平行光束作成器22は、通常、凸レンズ、凹レンズと反射鏡等の組み合わせによって構成される。
シュリ一レン装置受光部7は、被検体23を透過した平行光を、平行光束集光器24によって集光し、測定に不要な主光束をナイフエッジ25によってカットして、被検体によって生じた同折光・散乱光を高感度カメラ26によって捕らえるものである。
【0012】
制御装置8は、ポジショナの位置制御を行うための位置情報入力装置と、モータ制御信号出力装置並びにシュリーレン測定装置発光部及び受光部の発光・受光タイミングを制御するためのタイミング制御装置と、受光部で測定した回折光データを受信するためのデータ入力装置と、ハイドロホンで受信した電圧波形を測定するためのDSO制御信号出力装置とDSOで受信した波形データ入力装置とを有するものである。
【0013】
本発明の測定装置は、また、位置移動手段の移動軸に対する音場の傾きを計算するソフトウェアと、音源の傾きを調整することが可能な音源固定治具を備えるものとすることができる。
本発明の測定装置は、さらに、音場のTotal Power(総エネルギー)を計算する積分計算用ソフトウェアを備えるものとすることができる。
【0014】
上記本発明の実施の形態の測定装置を使用して水中の音場及び音響出力を測定する場合、まず、制御装置8によりシュリーレン測定装置の発光部6を制御して、レーザー光を発光させる。音源1が発している音波の音場を発光部6により走査させ、音場により偏光したレーザー光をシュリーレン測定装置の受光部7によって受光する。受光したレーザー光の偏光を制御装置8によって解析し、音源1が発している音場を測定する。制御装置8によってポジショナ5を制御して、ハイドロホン支持台4を動かし、測定された音場の音響出力最大の位置までハイドロホン2を移動させる。そこで、ハイドロホン2により受けた音響出力を電気信号に変換し、DSO3に対し電気信号を出力させる。DSO3で電気信号を測定して制御装置8に測定結果を送り、制御装置8により測定結果を解析する。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、音場が分布する水にレーザー光を照射する工程、水中の音場により偏光したレーザー光を受光する工程、受光したレーザー光から音場の分布を解析する工程、得られた音場分布上の任意の位置にハイドロホンを移動させる工程、及び、移動させた位置における音響出力をハイドロホンにより測定する工程を有することにより、水中の音場及び音響出力を短時間で精度良く測定することができるというすぐれた効果を有する水中の音場及び音響出力の測定方法を提供することができるものである。
また、本発明は、ハイドロホン、該ハイドロホンの位置を移動させる位置移動手段、前記ハイドロホンから出力される電気信号を測定する電気信号測定手段、レーザー光の発光部及び受光部からなるシュリーレン測定手段、及び該シュリーレン測定手段からの出力を受けて前記位置移動手段を制御する制御手段を有することにより、水中の音場及び音響出力を短時間で精度良く測定することができるとともに、故障が発生しにくいというすぐれた効果を有する水中の音場及び音響出力を測定するための装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による音響出力測定装置のブロック構成図
【図2】本発明の実施の形態で使用するハイドロホンの構成図
【図3】本発明の実施の形態で使用するシュリーレン測定装置の構成図
【図4】従来技術におけるハイドロホンによる音場測定法の構成図
【図5】従来技術におけるシュリーレン測定による音場測定法の構成図
【符号の説明】
1 音源
2 ハイドロホン
3 DSO
4 ハイドロホン支持台
5 ポジショナ
6 シュリーレン測定装置発光部
7 シュリーレン測定装置受光部
8 制御装置
9 水槽
Claims (2)
- 水中の音場及び音響出力の測定方法であって、
音場が分布する水にレーザー光を照射する工程と、
水中の音場により偏光したレーザー光を受光する工程と、
受光したレーザー光から音場の分布を解析する工程と、
得られた音場分布上の任意の位置にハイドロホンを移動させる工程と、
移動させた位置における音響出力をハイドロホンにより測定する工程と、
を有する、前記測定方法。 - 水中の音場及び音響出力を測定するための装置であって、
ハイドロホンと、
該ハイドロホンの位置を移動させる位置移動手段と、
前記ハイドロホンから出力される電気信号を測定する電気信号測定手段と、
レーザー光の発光部及び受光部からなるシュリーレン測定手段と、
該シュリーレン測定手段からの出力を受けて前記位置移動手段を制御する制御手段と、
を有する、前記測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000096431A JP3597444B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 音場及び音響出力の測定方法及び測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000096431A JP3597444B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 音場及び音響出力の測定方法及び測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001281047A JP2001281047A (ja) | 2001-10-10 |
JP3597444B2 true JP3597444B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=18611202
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000096431A Expired - Fee Related JP3597444B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 音場及び音響出力の測定方法及び測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3597444B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101055475B1 (ko) * | 2008-11-19 | 2011-08-08 | 삼성메디슨 주식회사 | 초음파 프로브의 음향 특성을 측정하는 시스템 및 방법 |
RU2458340C2 (ru) * | 2010-09-27 | 2012-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики (ГОУ ПВО МТУСИ) | Способ измерения мгновенных и средних значений абсолютной и относительной мощности акустических сигналов и устройство для его осуществления |
CN106768264B (zh) * | 2017-01-18 | 2019-10-18 | 南京师范大学 | 基于焦域轴向最大振速的聚焦超声功率测量系统及方法 |
CN108344497A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-07-31 | 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 | 水下声基阵互辐射阻抗的光学测试方法 |
-
2000
- 2000-03-31 JP JP2000096431A patent/JP3597444B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001281047A (ja) | 2001-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5615675A (en) | Method and system for 3-D acoustic microscopy using short pulse excitation and 3-D acoustic microscope for use therein | |
EP1444496B1 (en) | Method and apparatus for generating specific frequency response for ultrasound testing | |
CN104586357B (zh) | 被检体信息获取装置 | |
JPH11108845A (ja) | 検査対象物の組成画像をリアルタイムで提供する方法 | |
CN108606777B (zh) | 基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统 | |
CN107356320B (zh) | 一种脉冲超声声场检测装置与方法 | |
CN110186546A (zh) | 基于粉红噪声的水听器灵敏度自由场宽带校准方法 | |
CN101267766A (zh) | 一种用于控制和监控激光能量的装置、系统和方法 | |
EP0395475A1 (fr) | Procédé et dispositif acoustique de localisation de défauts du matériau constituant une pièce et émetteur acoustique utilisable dans ce dispositif | |
KR101055475B1 (ko) | 초음파 프로브의 음향 특성을 측정하는 시스템 및 방법 | |
CN106236145B (zh) | 一种基于全反射的超声探测和光声成像装置及其方法 | |
JP2011058937A (ja) | 構造物内部状態計測システム及び構造物内部状態計測方法 | |
US4694699A (en) | Acoustic microscopy | |
JP3597444B2 (ja) | 音場及び音響出力の測定方法及び測定装置 | |
EP0488300A2 (en) | Acoustic microscope system | |
Lyu et al. | A simplified integration of multi-channel ultrasonic guided wave system for phased array detection and total focusing imaging | |
CN109781241B (zh) | 一种基于光声效应测量超声场分布的装置及方法 | |
JP4654335B2 (ja) | 超音波画像検査方法、超音波画像検査装置 | |
CA2335338A1 (en) | Method and apparatus for ultrasonic laser testing | |
CN114680829A (zh) | 一种基于超声传感器的光声成像方法及装置 | |
JP2763823B2 (ja) | 角層の厚さ測定方法及びその測定装置 | |
JP2587732B2 (ja) | レーザー光の位置検出方法 | |
WO2021137733A1 (en) | Method and device for ultrasonic study of solid materials | |
Zhou et al. | Ultrasonic imaging of seismic physical models using fiber Bragg grating Fabry-Perot probe | |
Ahmad et al. | Development of low-cost real-time photoacoustic microscopy using diode laser and condenser microphone |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040513 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040531 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040906 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040908 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100917 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110917 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |