JP6627563B2 - Acoustic sensor and sound wave detection method - Google Patents

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Description

本発明は音響センサ及び音波検出方法に関するものである。   The present invention relates to an acoustic sensor and a sound wave detection method.

水中の音波を検出する音響センサの一例が特許文献1に示されている。特許文献1の音響センサは、音波の成分を含む音波信号を検出する2つの検出素子を用い、検出方向から伝搬してくる音波に対して感度が高く、検出方向とは逆の方向から伝搬してくる音波に対しては感度が低くなる指向性を持たせたものである。   An example of an acoustic sensor that detects underwater sound waves is disclosed in Patent Document 1. The acoustic sensor disclosed in Patent Document 1 uses two detection elements that detect a sound wave signal including a sound wave component, has high sensitivity to sound waves propagating from the detection direction, and propagates from the opposite direction to the detection direction. It has directivity that lowers the sensitivity to incoming sound waves.

また、検出素子の一例が特許文献2に示されている。特許文献2の検出素子は、光ファイバコイルの中に弾性体を入れた構造により、音波による光ファイバの歪を利用して、光を位相変調するものである。こうした検出素子で検出した信号は、非特許文献1などに示された復調器を用いて復調することができる。   An example of the detection element is disclosed in Patent Document 2. The detection element disclosed in Patent Document 2 has a structure in which an elastic body is placed in an optical fiber coil, and uses optical fiber distortion caused by sound waves to phase-modulate light. A signal detected by such a detection element can be demodulated using a demodulator shown in Non-Patent Document 1 or the like.

図7は、従来技術に係る音響センサの構成を示す模式図である。図7には、上記各文献に示された従来技術によって実現することができる音響センサ100として、光ファイバにより水中の音波を検出する光ファイバ音響センサを示している。音響センサ100は、光源・復調器200が発信する光を音波信号により変調する検出素子F及び検出素子Bを有している。検出素子Fと検出素子Bとは、検出方向に沿って間隔dを隔てて配置されており、検出素子Fは、検出素子Bよりも検出方向側に配置されている。光源・復調器200は、検出素子Fで変調された光を復調して音波信号pを生成し、検出素子Bで変調された光を復調して音波信号pを生成するものである。 FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of an acoustic sensor according to the related art. FIG. 7 shows an optical fiber acoustic sensor that detects underwater sound waves using an optical fiber as an acoustic sensor 100 that can be realized by the conventional techniques described in the above-mentioned documents. The acoustic sensor 100 has a detection element F and a detection element B that modulate light emitted from the light source / demodulator 200 with a sound wave signal. The detection element F and the detection element B are arranged at an interval d along the detection direction, and the detection element F is arranged closer to the detection direction than the detection element B. Source-demodulator 200 generates an acoustic signal p F demodulates the modulated detection element F light, and generates an acoustic signal p B demodulates the modulated detection element B light.

そして、音響センサ100は、光源・復調器200で生成される音波信号p及び音波信号pをもとに、信号加算器610、減算器400、積分・増幅器700、及び出力加算器630を用いて下記式(1)の演算を行い、音波の情報である出力Vを得るものである。 The acoustic sensor 100, based on the acoustic signal p F and sonic signals p B generated by the light source, the demodulator 200, the signal adder 610, subtractor 400, integrator-amplifier 700, and the output adder 630 The following equation (1) is used to obtain an output V that is information on sound waves.

Figure 0006627563
Figure 0006627563

ここで、tは時間であり、cは音速である。
検出方向に対してθの角度から伝搬してくる振幅P、角周波数ωの正弦波を検出する場合、p、p、及びVは、それぞれ、下記の式(2)〜式(4)で表される。
Here, t is time and c is sound speed.
When detecting a sine wave having an amplitude P and an angular frequency ω propagating from an angle θ with respect to the detection direction, p F , p B , and V are expressed by the following equations (2) to (4), respectively. It is represented by

Figure 0006627563
Figure 0006627563

Figure 0006627563
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Figure 0006627563
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ここで、kは波数である。
式(4)における規格化感度Dは、下記式(5)で表される。
Here, k is a wave number.
The normalized sensitivity D in the equation (4) is represented by the following equation (5).

Figure 0006627563
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図8は、波数kと2つの検出素子の間隔dとの積kdに対する規格化感度Dの計算結果を示すグラフである。図8には、θ=0とθ=π(rad)の2通りについて、kdに応じた規格化感度Dの変化の様子を示している。図8からは、kd<1の範囲では、θ=0の場合に感度が高く、θ=π(rad)の場合に感度が低くなることが分かる。   FIG. 8 is a graph showing the calculation result of the normalized sensitivity D with respect to the product kd of the wave number k and the distance d between the two detection elements. FIG. 8 shows how the normalized sensitivity D changes in accordance with kd for θ = 0 and θ = π (rad). From FIG. 8, it can be seen that in the range of kd <1, the sensitivity is high when θ = 0, and the sensitivity is low when θ = π (rad).

特開2007−12024号公報JP 2007-12024 A 特開2012−68087号公報JP 2012-68087 A

JASA Vol. 115, No. 6 “Acoustic Performance of a large-aperture, seabed, fiber-optic hydrophone array”JASA Vol. 115, No. 6 “Acoustic Performance of a large-aperture, seabed, fiber-optic hydrophone array”

しかしながら、従来の音響センサ100では、光源の波長の変動などに起因した雑音が発生する。すなわち、一般に、2つの検出素子に対応する音波信号の雑音成分には相関のない成分が多いため、上記式(1)の2項目の減算において雑音レベルは低下しない。一方、2つの検出素子に対応する音波信号の音波の成分には相関があるため、上記式(1)の2項目の減算において信号レベルは低くなる。また、検出する音波の周波数が低いほど、音波の成分の相関が大きいため、周波数の低い音波を検出する場合は、当該減算での信号レベルがさらに大きく低下する。   However, in the conventional acoustic sensor 100, noise occurs due to a change in the wavelength of the light source. That is, in general, there are many uncorrelated components in the noise components of the sound wave signals corresponding to the two detection elements, so that the noise level does not decrease in the subtraction of the two items in the above equation (1). On the other hand, since the sound wave components of the sound wave signals corresponding to the two detection elements have a correlation, the signal level becomes lower in the subtraction of the two items in the above equation (1). Further, the lower the frequency of the sound wave to be detected, the greater the correlation between the sound wave components. Therefore, when detecting a sound wave with a low frequency, the signal level in the subtraction further decreases.

図9は、波数kと2つの検出素子の間隔dとの積kdに対する積分処理の利得を示すグラフである。kdは周波数と比例するため、図9から、検出する音波の周波数が低いほど利得が大きくなることが分かる。したがって、従来の音響センサ100による処理では、検出する音波の周波数が低いほど、出力の雑音が大きくなり、微弱な音波を示す信号の検出が難しくなる。   FIG. 9 is a graph showing the gain of the integration process with respect to the product kd of the wave number k and the distance d between the two detection elements. Since kd is proportional to the frequency, FIG. 9 shows that the gain increases as the frequency of the detected sound wave decreases. Therefore, in the processing by the conventional acoustic sensor 100, the lower the frequency of the sound wave to be detected, the greater the noise of the output, and the more difficult it is to detect a signal indicating a weak sound wave.

従来の音響センサ100において、間隔dを大きくすると、積分・増幅器700の利得を低くすることができるため、雑音の一部を抑制することができる。しかしながら、間隔dを大きくした場合、kd<1となる周波数範囲の上限が低くなるため、高い周波数の音波を検出する際に、感度の低下及び指向性の乱れが発生する。さらに、圧電材料を用いた検出素子を有する音響センサであっても、増幅器が発生する雑音により、光ファイバ音響センサと同様に、検出したい音波の信号レベルが低下し、感度の低下及び指向性の乱れが発生する。よって、検出する音波の周波数によらず、雑音を低減し、感度の低下及び指向性の乱れの発生を抑制する音響センサ及び音波検出方法が望まれている。   In the conventional acoustic sensor 100, when the interval d is increased, the gain of the integration / amplifier 700 can be reduced, so that a part of noise can be suppressed. However, when the interval d is increased, the upper limit of the frequency range in which kd <1 is reduced, so that when a high-frequency sound wave is detected, a decrease in sensitivity and a disturbance in directivity occur. Furthermore, even in the case of an acoustic sensor having a detecting element using a piezoelectric material, the noise level generated by the amplifier lowers the signal level of the sound wave to be detected, similarly to the optical fiber acoustic sensor. Disturbance occurs. Therefore, there is a demand for an acoustic sensor and a sound wave detection method that reduce noise and suppress generation of sensitivity and disturbance of directivity regardless of the frequency of a sound wave to be detected.

本発明に係る音響センサは、検出方向に沿って間隔をあけて配置され、各々が音波の成分を含む音波信号を検出する3個以上の検出素子と、3個以上の検出素子において検出された複数の音波信号に演算処理を施して音波を検出する演算処理部と、を有し、演算処理部は、隣り合う検出素子に対応する2つの音波信号それぞれに減算処理を施す複数の減算器と、複数の減算器において減算処理が施された各音波信号のそれぞれに、当該音波信号に対応する検出素子の位置に応じた遅延をかける減算側遅延装置と、減算側遅延装置からの出力に加算処理を施す減値加算器と、を有するものである。   The acoustic sensors according to the present invention are arranged at intervals along the detection direction, and are detected by three or more detection elements, each of which detects a sound wave signal containing a sound wave component, and three or more detection elements. An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on a plurality of sound wave signals to detect sound waves, wherein the arithmetic processing unit performs a subtraction process on each of two sound wave signals corresponding to adjacent detection elements; A subtraction-side delay device that delays each of the sound wave signals subjected to the subtraction processing by the plurality of subtracters in accordance with the position of the detection element corresponding to the sound wave signal, and adds the delay time to the output from the subtraction-side delay device. And a subtraction adder for performing processing.

また、本発明に係る音波検出方法は、検出方向に沿って間隔をあけて配置された3個以上の検出素子それぞれによって音波の成分を含む音波信号を検出する音波信号検出ステップと、隣り合う検出素子に対応する2つの音波信号それぞれに減算処理を施す減算ステップと、減算ステップで減算処理が施された各音波信号のそれぞれに、当該音波信号に対応する検出素子の位置に応じた遅延をかけて出力する減算側遅延ステップと、減算側遅延ステップで遅延がかけられ出力される各信号を加算する減値加算ステップと、を有する。   In addition, the sound wave detection method according to the present invention includes a sound wave signal detecting step of detecting a sound wave signal containing a sound wave component by each of three or more detection elements arranged at intervals along the detection direction; A subtraction step of performing a subtraction process on each of the two sound wave signals corresponding to the element, and a delay corresponding to the position of the detection element corresponding to the sound wave signal on each of the sound wave signals subjected to the subtraction processing in the subtraction step And a subtraction step of adding each signal delayed and output in the subtraction side delay step.

本発明は、隣り合う検出素子に対応する2つの音波信号に対し、当該検出素子の位置に応じた遅延をかけると共に減算処理を施した上で加算することから、同じ検出素子より出力される雑音を減衰させることができるため、検出する音波の周波数によらず、雑音を低減し、感度の低下及び指向性の乱れの発生を抑制することができる。   According to the present invention, since two sound wave signals corresponding to adjacent detection elements are delayed and added according to the position of the detection element and then added, the noise output from the same detection element is obtained. Can be attenuated, so that noise can be reduced irrespective of the frequency of the sound wave to be detected, and a decrease in sensitivity and the occurrence of disturbance in directivity can be suppressed.

本発明の第1実施形態に係る音響センサの構成を例示する模式図である。FIG. 2 is a schematic view illustrating the configuration of the acoustic sensor according to the first embodiment of the present invention. 図1の音響センサの動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an operation of the acoustic sensor in FIG. 1. 本発明の第2実施形態に係る音響センサの構成を例示する模式図である。It is a mimetic diagram illustrating the composition of the acoustic sensor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 図3の音響センサの動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an operation of the acoustic sensor in FIG. 3. 本発明の第3実施形態に係る音響センサの構成を例示する模式図である。It is a mimetic diagram illustrating the composition of the acoustic sensor concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係る音響センサの構成を例示する模式図である。It is a mimetic diagram illustrating the composition of the acoustic sensor concerning a 4th embodiment of the present invention. 従来技術に係る音響センサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the acoustic sensor which concerns on a prior art. 波数と2つの検出素子の間隔との積に対する規格化感度の計算結果を示すグラフである。9 is a graph showing a calculation result of normalized sensitivity with respect to a product of a wave number and an interval between two detection elements. 波数と2つの検出素子の間隔との積に対する積分処理の利得を示すグラフである。9 is a graph illustrating a gain of an integration process with respect to a product of a wave number and an interval between two detection elements.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る音響センサの構成を例示する模式図である。本第1実施形態の音響センサは、従来技術の音響センサとは異なり、3個以上の検出素子を有している。また、本第1実施形態の音響センサは、複数の減算器によって、隣り合う検出素子に対応する各音波信号に減算処理を施し、複数の減算器からの出力に、各検出素子の位置に応じた遅延をかけてから加算するように構成されている。図1を参照して、4個の検出素子を有する音響センサ10の構成を説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view illustrating the configuration of the acoustic sensor according to the first embodiment of the present invention. The acoustic sensor according to the first embodiment has three or more detection elements unlike the acoustic sensor according to the related art. Further, the acoustic sensor according to the first embodiment performs a subtraction process on each sound wave signal corresponding to an adjacent detection element by a plurality of subtracters, and outputs the outputs from the plurality of subtractors in accordance with the position of each detection element. The delay is added after the delay. The configuration of an acoustic sensor 10 having four detection elements will be described with reference to FIG.

音響センサ10は、4個の検出素子E〜Eと、光源・復調器20と、演算処理部30と、を有している。各検出素子E〜Eは、それぞれ、円筒状に形成されており、検出方向に対してθの角度から伝搬してくる音波を検出する場合、図8のような指向性を示す。各検出素子E〜Eは、同一直線上に並ぶように配置されている。以降では、各検出素子E〜Eが並ぶ方向を検出方向とする。すなわち、各検出素子E〜Eは、検出方向に沿って予め設定された間隔dをあけて配置されている。以降では、各検出素子E〜Eを総称する場合又はこれらと同等の構成を称する場合、検出素子Eともいう。 The acoustic sensor 10 has four detection elements E 0 to E 3 , a light source / demodulator 20, and an arithmetic processing unit 30. Each of the detection elements E 0 to E 3 is formed in a cylindrical shape, and exhibits directivity as shown in FIG. 8 when detecting a sound wave propagating from an angle θ with respect to the detection direction. Each of the detection elements E 0 to E 3 is arranged so as to be aligned on the same straight line. Hereinafter, the direction in which the detection elements E 0 to E 3 are arranged is referred to as a detection direction. That is, the detection elements E 0 to E 3 are arranged at a predetermined interval d along the detection direction. Hereinafter, when the detection elements E 0 to E 3 are collectively referred to or when a configuration equivalent thereto is referred to, the detection elements E 0 to E 3 are also referred to as detection elements E.

検出素子Eは、光源・復調器20から入力した光を、長さの異なる2つの経路に分岐してミラー(図示せず)で反射させることにより、音波の成分を含む干渉光を音波信号として検出するものである。また、検出素子Eは、検出した音波信号を光源・復調器20へ出力するように構成されている。   The detection element E splits the light input from the light source / demodulator 20 into two paths having different lengths and reflects the light by a mirror (not shown), thereby converting the interference light including the sound wave component into a sound wave signal. It is to detect. The detection element E is configured to output the detected sound wave signal to the light source / demodulator 20.

光源・復調器20は、各検出素子E〜Eに光を発信する光源(図示せず)と、各検出素子E〜Eにおいて検出された各音波信号により変調された各光を個別に復調して、各検出素子E〜Eのそれぞれに対応する各音波信号p〜pを生成する復調器(図示せず)と、を含んでいる。つまり、光源・復調器20は、検出素子Eが検出した音波信号により変調された光を復調して音波信号pを生成し、検出素子Eが検出した音波信号により変調された光を復調して音波信号pを生成するものである。また、光源・復調器20は、検出素子Eが検出した音波信号により変調された光を復調して音波信号pを生成し、検出素子Eが検出した音波信号により変調された光を復調して音波信号pを生成するものである。そして、光源・復調器20は、生成した各音波信号p〜pを演算処理部30へ出力するように構成されている。 Source-demodulator 20 includes a light source (not shown) for transmitting light to the detecting elements E 0 to E 3, each light modulated by the acoustic signal detected at each detector element E 0 to E 3 demodulates individually contains respective sound signal p 0 ~p 3 demodulator that generates a corresponding to each of the detecting elements E 0 to E 3 (not shown). That is, the light source-demodulator 20 generates a sound signal p 0 demodulates the light modulated by the acoustic signal detection element E 0 is detected, the light detecting element E 1 is modulated by the acoustic signal detected and it generates an acoustic signal p 1 and demodulates. The light source-demodulator 20 generates a sound signal p 2 demodulates the light modulated by the acoustic signal detection element E 2 is detected, the light detection element E 3 is modulated by the acoustic signal detected and it generates a sound signal p 3 and demodulated. The light source-demodulator 20 is configured to output a respective ultrasonic signal p 0 ~p 3 generated to the arithmetic processing unit 30.

このように、本第1実施形態では、検出素子Eが検出する信号と、光源・復調器20が生成する信号とは、実質的に同一のものであるため、双方共に音波信号と称する。そして、光源・復調器20が生成する音波信号に符号「p」を付すことにより両者を区別する。後述する第2〜第4実施形態においても同様とする。以降では、各音波信号p〜pを総称する場合又はこれらと同質の信号を称する場合、音波信号pともいう。 As described above, in the first embodiment, since the signal detected by the detection element E and the signal generated by the light source / demodulator 20 are substantially the same, both are referred to as sound wave signals. Then, the sound signal generated by the light source / demodulator 20 is distinguished by adding a symbol “p” to the sound signal. The same applies to the second to fourth embodiments described later. Later, when the called a signal or if these same quality collectively each acoustic signal p 0 ~p 3, also referred to as a sound signal p.

演算処理部30は、各音波信号p〜pに演算処理を施して音波を検出するものである。演算処理部30は、複数の減算器40A〜40Cと、減算側遅延装置51と、信号加算器61と、減値加算器62と、出力加算器63と、積分・増幅器70と、を有している。 The arithmetic processing unit 30 performs arithmetic processing on each of the sound wave signals p 0 to p 3 to detect sound waves. The arithmetic processing unit 30 includes a plurality of subtractors 40A to 40C, a subtraction side delay device 51, a signal adder 61, a subtraction value adder 62, an output adder 63, and an integration / amplifier 70. ing.

各減算器40A〜40Cは、隣り合う検出素子Eに対応する2つの音波信号pそれぞれに減算処理を施すものである。すなわち、各減算器40A〜40Cは、それぞれ、関連づけられた2つの検出素子Eに対応する各音波信号pに減算処理を施すものである。本第1実施形態において、減算器40Aは、検出素子Eに対応する音波信号pから検出素子Eに対応する音波信号pを減算するものである。減算器40Bは、検出素子Eに対応する音波信号pから検出素子Eに対応する音波信号pを減算するものである。減算器40Cは、検出素子Eに対応する音波信号pから検出素子Eに対応する音波信号pを減算するものである。以降では、各減算器40A〜40Cを総称する場合又はこれらと同等の構成について称する場合、減算器40ともいう。 Each of the subtractors 40A to 40C performs a subtraction process on each of two sound wave signals p corresponding to the adjacent detection elements E. That is, each of the subtracters 40A to 40C performs a subtraction process on each sound wave signal p corresponding to the two detection elements E associated therewith. In the first embodiment, the subtractor 40A is to subtract the sound signal p 0 corresponding to the detection element E 0 from the sound wave signal p 1 corresponding to the detection element E 1. Subtractor 40B is for subtracting a sound signal p 1 corresponding to the detection element E 1 from the sound wave signal p 2 corresponding to the detection element E 2. Subtractor 40C is for subtracting a sound signal p 2 corresponding to the detection element E 2 from the sound wave signal p 3 corresponding to the detection element E 3. Hereinafter, when each of the subtractors 40A to 40C is collectively referred to or a configuration equivalent thereto is referred to, it is also referred to as a subtractor 40.

減算側遅延装置51は、複数の減算器40において減算処理が施された各音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかけるものである。ここで、減算側遅延装置51が音波信号pにかける遅延には0を含むものとする。   The subtraction-side delay device 51 delays each of the sound wave signals p subjected to the subtraction processing in the plurality of subtracters 40 according to the position of the detection element E corresponding to the sound wave signal p. Here, it is assumed that the delay applied to the sound wave signal p by the subtraction side delay device 51 includes 0.

より具体的に、減算側遅延装置51は、減算器40Bの後に設けられた減算側遅延器51Bと、減算器40Cの後に設けられた減算側遅延器51Cと、を有している。以降では、減算側遅延器51B及び減算側遅延器51Cを総称する場合又はこれらと同等の構成について称する場合、減算側遅延器51mともいう。   More specifically, the subtraction-side delay device 51 has a subtraction-side delay unit 51B provided after the subtractor 40B and a subtraction-side delay unit 51C provided after the subtractor 40C. Hereinafter, when the subtraction-side delay unit 51B and the subtraction-side delay unit 51C are collectively referred to or a configuration equivalent thereto is referred to, it is also referred to as a subtraction-side delay unit 51m.

減算側遅延器51Bは、減算器40Bにおいて減算処理が施された音波信号p及び音波信号pに、対応する検出素子E及び検出素子Eの位置に応じた遅延をかけるものである。減算側遅延器51Cは、減算器40Cにおいて減算処理が施された音波信号p及び音波信号pに、対応する検出素子E及び検出素子Eの位置に応じた遅延をかけるものである。 Subtractor delay device 51B, the subtraction process is the acoustic signals p 1 and acoustic signal p 2 has been subjected in the subtractor 40B, in which applying a delay corresponding to the position of the corresponding detector elements E 1 and detector element E 2 . Subtractor delay device 51C is a subtracter wave subtraction process in 40C signal having undergone p 2 and sonic signals p 3, it is intended to apply a delay corresponding to the position of the corresponding detector element E 2 and detector element E 3 .

本第1実施形態において、減算側遅延器51Bの遅延時間は、検出素子Eと検出素子Eとの中点から検出素子Eと検出素子Eとの中点まで音波が伝播する時間であるd/cとなっている。また、減算側遅延器51Cの遅延時間は、検出素子Eと検出素子Eとの中点から検出素子Eと検出素子Eとの中点まで音波が伝播する時間である2d/cとなっている。 In the first embodiment, the delay time of the subtractor of the delay device 51B, the time wave from the midpoint of the detector element E 1 and the detection element E 2 to the midpoint of the detector element E 0 and the detection element E 1 is propagated D / c. The delay time of the subtractor of the delay device 51C is sound waves from the midpoint between the detection element E 2 and the detection element E 3 to the midpoint of the detector element E 1 and the detection element E 0 is the time to propagate 2d / c It has become.

ただし、検出素子Eの反射、回折等の影響で伝搬時間が変わる場合は、伝搬時間に応じて各遅延時間を補正する。ここで、音波信号が検出方向から入射した場合、検出素子Eで検出される音波は、直接入射した音波と他の検出素子Eで反射して検出素子Eに戻った音波とが重畳したものである。反射した音波は、直接入射した音波より遅れるため、ある検出素子Eにおいて、他の検出素子Eでの反射後に検出される音波には、直接入射した音波のタイミングから遅れが生じる。検出素子Eに入射する音波には、検出素子Eの周辺での回折により遅れて入射する成分があり、こうした回折も、検出素子Eで検出される音波の遅れの原因となる。特に、特許文献2の検出素子のように、光ファイバコイルの中に弾性体を入れた構造の受波素子では、弾性体での反射が大きいため、音波の遅れの影響が大きくなる。これらの反射、回折等を補正する方法の一例として、音響センサ10に音波を入射し、検出素子Eにおいて検出される音波信号の遅延時間を測定して、当該遅延時間により補正する方法がある。音波を入射する方向により遅延時間が変化するため、検出方向の感度を高くすることを優先する場合は、検出方向から音波を入射して測定した遅延時間により補正し、逆方向から入射する音波の抑制効果を優先する場合は、逆方向から音波を入射して測定した遅延時間により補正する。 However, when the propagation time changes due to the influence of reflection, diffraction, and the like of the detection element E, each delay time is corrected according to the propagation time. Here, if the sound signal is incident from the detection direction, sound waves detected by the detector element E 3 is a sound wave that has returned to the detection element E 3 is reflected directly incident wave and the other detection element E is superimposed Things. Since the reflected sound wave is delayed from the directly incident sound wave, the sound wave detected by the certain detection element E after being reflected by the other detection element E is delayed from the timing of the directly incident sound wave. The sound waves incident on the detector element E 2, there is component incident late by diffraction at the periphery of the detector element E 3, these diffraction also cause a delay of the acoustic waves detected by the detector elements E. In particular, in a wave receiving element having a structure in which an elastic body is placed in an optical fiber coil, as in the detection element of Patent Document 2, the effect of the delay of the sound wave increases because the reflection by the elastic body is large. As an example of a method for correcting such reflection, diffraction, and the like, there is a method in which a sound wave is incident on the acoustic sensor 10, a delay time of a sound wave signal detected by the detection element E is measured, and correction is performed using the delay time. Since the delay time changes depending on the direction in which the sound wave is incident, if priority is given to increasing the sensitivity in the detection direction, the sound wave is incident from the detection direction and corrected by the measured delay time, and the sound wave incident from the opposite direction is corrected. When the suppression effect is prioritized, the correction is made based on the delay time measured by applying a sound wave from the opposite direction.

ところで、演算処理部30では、減算器40Aの後に減算側遅延器51mが設けられていない。つまり、本第1実施形態では、減算器40Aにおいて減算処理が施される音波信号p及び音波信号pに関する検出素子E及び検出素子Eの位置に応じた遅延時間は0となっている。換言すれば、減算側遅延装置51が、減算器40Aにおいて減算処理が施される音波信号p及び音波信号pにかける遅延は0である。 By the way, in the arithmetic processing unit 30, the subtractor 51m is not provided after the subtractor 40A. That is, in the first embodiment, the delay time corresponding to the position of the detector element E 1 and detector element E 0 regarding acoustic signals p 1 and acoustic signal p 0 subtraction process is performed in a subtractor 40A is a 0 I have. In other words, the subtraction side delay device 51, a delay to be applied to acoustic signals p 1 and acoustic signal p 0 subtraction process is performed in a subtractor 40A is zero.

信号加算器61は、光源・復調器20において生成される各音波信号p〜pを加算して、出力加算器63へ出力するものである。減値加算器62は、各減算器40A〜40Cを経由して出力される信号、すなわち減算側遅延装置51からの出力に加算処理を施すものである。より具体的に、減値加算器62は、減算器40Aから出力される信号と、減算側遅延器51Bから出力される信号と、減算側遅延器51Cから出力される信号とを加算して、積分・増幅器70へ出力するものである。 The signal adder 61 adds the sound wave signals p 0 to p 3 generated in the light source / demodulator 20 and outputs the result to the output adder 63. The subtraction value adder 62 performs an addition process on a signal output through each of the subtractors 40A to 40C, that is, an output from the subtraction side delay device 51. More specifically, the subtraction value adder 62 adds the signal output from the subtractor 40A, the signal output from the subtraction side delay unit 51B, and the signal output from the subtraction side delay unit 51C, It is output to the integrating / amplifier 70.

積分・増幅器70は、減値加算器62から出力される信号を、積分処理により増幅させて、出力加算器63へ出力するものである。出力加算器63は、信号加算器61から出力される信号と、積分・増幅器70から出力される信号とを加算して、各検出素子E〜Eにおいて検出された音波信号に基づく音波の情報として出力Vを生成し、外部へ出力するものである。 The integrator / amplifier 70 amplifies the signal output from the subtraction value adder 62 by an integration process and outputs the amplified signal to the output adder 63. Output summer 63, the signal output from the signal adder 61 adds the signal output from the integrator-amplifier 70, the sound waves based on the detected acoustic signals at each detector element E 0 to E 3 An output V is generated as information and output to the outside.

上記構成の説明では、音響センサ10が4個の検出素子E〜Eを有する場合を一例として示したが、これに限らず、音響センサ10は、3個又は5個以上の任意の数の検出素子Eを有していてもよい。例えば、音響センサ10がN個(Nは3以上の整数)の検出素子Eを有する場合、演算処理部30は、N−1個の減算器40と、N−2個の減算側遅延器51mと、を有するように構成される。 In the above description of the configuration, the case where the acoustic sensor 10 has four detection elements E 0 to E 3 has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the acoustic sensor 10 may have any number of three or five or more. May be provided. For example, when the acoustic sensor 10 has N (N is an integer of 3 or more) detection elements E, the arithmetic processing unit 30 includes N-1 subtractors 40 and N-2 subtraction-side delay units 51m. And

すなわち、本第1実施形態の音響センサ10は、N個の検出素子E〜EN−1に対応する音波信号p(i=0,1,・・・,N−1)から、下記式(6)で表される演算を行い、音波の情報である出力Vを得るものである。 That is, the acoustic sensor 10 according to the first embodiment obtains the following from the sound wave signals p i (i = 0, 1,..., N−1) corresponding to the N detection elements E 0 to E N−1. The calculation represented by the equation (6) is performed to obtain an output V that is information of a sound wave.

Figure 0006627563
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検出方向に対してθの角度から伝搬してくる振幅P、角周波数ωの正弦波を検出する場合、p及びVは、それぞれ、下記式(7)及び式(8)で表される。規格化感度Dについては、上記式(5)から、kd<1の範囲では、θ=0の場合に感度が高く、θ=π(rad)の場合に感度が低くなることが分かる。 Amplitude P propagated through the angle θ with respect to the detection direction, when detecting a sine wave of angular frequency omega, p i and V are respectively represented by the following formula (7) and (8). With respect to the normalized sensitivity D, from the above equation (5), it can be seen that in the range of kd <1, the sensitivity is high when θ = 0, and the sensitivity is low when θ = π (rad).

Figure 0006627563
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Figure 0006627563
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式(6)の2項目における「Σ」では、検出素子Eから検出素子EN−1までのそれぞれに対応する音波信号pについて、同じ検出素子Eに対応する音波信号pにd/cの遅延をかけて減算するようになっている。ここで、同じ検出素子Eから出力される雑音は、遅延をかけても相関が大きいため、音響センサ10によれば、減算器40及び減算側遅延器51mでの演算処理によって雑音を低減することができる。つまり、音響センサ10は、式(6)の2項目で表される処理を行うことにより、両端に配置された検出素子E(検出素子E及び検出素子EN−1)以外からの雑音を減衰させることができる。 The "Σ" in the second term of formula (6), the sound signal p i that corresponds to each of the detector elements E 1 to the detecting element E N-1, the sound signal p i that correspond to the same detector element E d / The subtraction is performed with a delay of c. Here, since the noise output from the same detection element E has a large correlation even if it is delayed, according to the acoustic sensor 10, the noise is reduced by the arithmetic processing in the subtractor 40 and the subtraction side delay unit 51m. Can be. That is, the acoustic sensor 10 performs the process represented by the two items of the equation (6) to remove noise from the elements other than the detection elements E (detection elements E 0 and E N−1 ) disposed at both ends. Can be attenuated.

上述したように、従来の音響センサは、間隔dを広げた場合に、高い周波数の音波に対する感度が低下し、指向性の乱れが発生する。この点、音響センサ10は、従来の音響センサにおける2つの検出素子の間隔をdから(N−1)dまで広げた場合に近いレベルまで、積分・増幅器70の利得を低くすることができる。このため、音響センサ10によれば、高い周波数の音波に対する感度の低下及び指向性の乱れを抑制すると共に、雑音を低減することができる。   As described above, in the conventional acoustic sensor, when the interval d is widened, the sensitivity to a high-frequency sound wave is reduced, and the directivity is disturbed. In this regard, the acoustic sensor 10 can reduce the gain of the integrating / amplifier 70 to a level close to the case where the distance between the two detection elements in the conventional acoustic sensor is increased from d to (N-1) d. Therefore, according to the acoustic sensor 10, it is possible to suppress a decrease in sensitivity to a high-frequency sound wave and a disturbance in directivity, and to reduce noise.

ところで、本第1実施形態では、複数の検出素子E及び光源・復調器20を用いて音波信号を検出し生成する場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、音響センサ10は、複数の検出素子E及び光源・復調器20の代わりに、圧電材料などを用いた複数の検出素子を有していてもよい。圧電材料などを用いた検出素子としては、例えば特許文献1に示された検出素子(特許文献1では、受波器又は水中受波器と記載されている)を採用することができる。圧電材料などを用いた検出素子は、水中を伝搬してくる音波の成分を含む音波信号を直接検出することができるため、光源・復調器20を介さずに、音波信号を演算処理部30へ出力することができる。   By the way, in the first embodiment, the case where the sound wave signal is detected and generated using the plurality of detection elements E and the light source / demodulator 20 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the acoustic sensor 10 may have a plurality of detection elements using a piezoelectric material or the like instead of the plurality of detection elements E and the light source / demodulator 20. As the detection element using a piezoelectric material or the like, for example, a detection element disclosed in Patent Document 1 (described as a receiver or an underwater receiver in Patent Document 1) can be employed. Since the detection element using a piezoelectric material or the like can directly detect a sound wave signal including a sound wave component propagating in water, the sound wave signal is transmitted to the arithmetic processing unit 30 without passing through the light source / demodulator 20. Can be output.

図2は、音響センサ10の動作を示すフローチャートである。図2を参照して、音響センサ10による音波検出方法について説明する。   FIG. 2 is a flowchart illustrating the operation of the acoustic sensor 10. With reference to FIG. 2, a sound wave detection method by the acoustic sensor 10 will be described.

まず、光源・復調器20が、各検出素子E〜Eに光を発信する(図2:ステップS101)。そして、各検出素子E〜Eが、水中を伝搬してくる音波の成分を含む音波信号を検出する。すなわち、各検出素子E〜Eは、それぞれ、光源・復調器20から発信される光を音波信号により変調する(図2:ステップS102)。次に、光源・復調器20は、各検出素子E〜Eにおいて検出された各音波信号により変調された光を個別に復調し、各検出素子E〜Eのそれぞれに対応する音波信号p〜pを生成する(図2:ステップS103)。 First, the light source-demodulator 20, transmits light to the detecting elements E 0 to E 3 (Figure 2: step S101). Then, each of the detection elements E 0 to E 3 detects a sound wave signal including a sound wave component propagating in water. That is, each of the detection elements E 0 to E 3 modulates the light transmitted from the light source / demodulator 20 by the sound wave signal (FIG. 2: step S102). Next, the light source / demodulator 20 individually demodulates the light modulated by the sound wave signals detected by the respective detection elements E 0 to E 3 , and outputs the sound waves corresponding to the respective detection elements E 0 to E 3. generating a signal p 0 ~p 3 (Figure 2: step S103).

ここで、ステップS101からステップS103までの3つの工程は、各検出素子E〜Eが、水中を伝搬してくる音波の成分を含む音波信号を検出するステップであり、本発明の「音波信号検出ステップ」に相当する。そして、複数の検出素子E及び光源・復調器20の代わりに、圧電材料などを用いた複数の検出素子を用いる場合、各検出素子は、それぞれ、水中を伝搬してくる音波の成分を含む音波信号を、直接検出して生成し出力することができる。したがって、このような検出素子を採用した音響センサ10の場合は、本発明の「音波信号検出ステップ」を1つの工程によって実現することができる。 Here, the three steps from step S101 to step S103, each detector element E 0 to E 3, a step of detecting an acoustic signal containing a component of the sound waves propagated through the water, "waves of the present invention Signal detection step ". When a plurality of detection elements using a piezoelectric material or the like are used instead of the plurality of detection elements E and the light source / demodulator 20, each of the detection elements includes a sound wave including a sound wave component propagating in water. Signals can be directly detected, generated and output. Therefore, in the case of the acoustic sensor 10 employing such a detecting element, the “sound wave signal detecting step” of the present invention can be realized by one process.

次に、演算処理部30は、各減算器40A〜40Cにより、隣り合う検出素子Eに対応する2つの音波信号pそれぞれに減算処理を施す(図2:ステップS104/減算ステップ)。また、演算処理部30は、減算側遅延装置51により、各減算器40A〜40Cで減算処理が施された各音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかける。すなわち、減算側遅延器51Bが、音波信号p及び音波信号pに遅延をかけ、減算側遅延器51Cが、音波信号p及び音波信号pに遅延をかける(図2:ステップS105/減算側遅延ステップ)。 Next, the arithmetic processing unit 30 performs a subtraction process on each of the two sound wave signals p corresponding to the adjacent detection elements E by each of the subtracters 40A to 40C (FIG. 2: Step S104 / subtraction step). Further, the arithmetic processing unit 30 assigns each of the sound wave signals p subjected to the subtraction processing by the subtractors 40A to 40C by the subtraction side delay device 51 to each of the sound wave signals p in accordance with the position of the detection element E corresponding to the sound wave signal p. Delay. That is, the subtractor of the delay circuit 51B is multiplied by a delay wave signals p 1 and acoustic signal p 2, the subtractor of the delay device 51C is applied to the delay in acoustic signal p 2 and sound signals p 3 (Figure 2: step S105 / Subtraction side delay step).

続いて、信号加算器61により、音波信号pと音波信号pと音波信号pと音波信号pとを加算する(図2:ステップS106/信号加算ステップ)。また、演算処理部30は、減値加算器62により、各減算器40A〜40Cを経由して出力される信号、すなわち減算側遅延装置51で遅延がかけられ出力される各信号を加算する(図2:ステップS107/減値加算ステップ)。 Subsequently, the signal adder 61 adds the sound signals p 0 and acoustic signals p 1 and acoustic signal p 2 and sound signals p 3 (Figure 2: step S106 / signal adding step). Further, the arithmetic processing unit 30 adds the signals output via the subtractors 40A to 40C by the subtraction value adder 62, that is, the signals output after being delayed by the subtraction-side delay device 51 ( (FIG. 2: Step S107 / decrease value addition step).

そして、演算処理部30は、積分・増幅器70により、減値加算器62からの出力を増幅させる(図2:ステップS108/増幅ステップ)。次に、演算処理部30は、出力加算器63により、信号加算器61からの出力と積分・増幅器70からの出力とを加算して、音波の情報である出力Vを生成し、外部に出力する(図2:ステップS109/出力加算ステップ)。   Then, the arithmetic processing unit 30 amplifies the output from the subtraction value adder 62 by the integration / amplifier 70 (FIG. 2: step S108 / amplification step). Next, the arithmetic processing unit 30 uses the output adder 63 to add the output from the signal adder 61 and the output from the integration / amplifier 70 to generate an output V that is information on sound waves, and output it to the outside. (FIG. 2: Step S109 / output addition step).

以上のように、本第1実施形態の音響センサ10は、隣り合う検出素子Eに対応する2つの音波信号pに対し、当該検出素子Eの位置に応じた遅延をかけると共に減算処理を施した上で加算するため、同じ検出素子Eから出力される雑音を減衰させることができる。そして、音響センサ10は、従来の音響センサにおける2つの検出素子の間隔dをN−1倍まで広げた場合のように、積分・増幅器70の利得を低くすることができる。よって、音響センサ10によれば、検出する音波の周波数によらず、雑音を低減し、感度の低下及び指向性の乱れの発生を抑えることができる。また、検出方向(θ=0°)における音響センサ10の感度は、kd<1の範囲で高いため(図8参照)、音響センサ10によれば、検出できる音波の帯域を、従来の音響センサのN−1倍近くまで拡大することができる。   As described above, the acoustic sensor 10 of the first embodiment applies the delay according to the position of the detection element E and the subtraction processing to the two sound wave signals p corresponding to the adjacent detection elements E. Since the above addition is performed, noise output from the same detection element E can be attenuated. The acoustic sensor 10 can lower the gain of the integrating / amplifier 70 as in the case where the distance d between two detection elements in a conventional acoustic sensor is increased to N-1 times. Therefore, according to the acoustic sensor 10, noise can be reduced regardless of the frequency of the sound wave to be detected, and the reduction in sensitivity and the occurrence of disturbance in directivity can be suppressed. Further, the sensitivity of the acoustic sensor 10 in the detection direction (θ = 0 °) is high in the range of kd <1 (see FIG. 8). Can be enlarged to nearly N-1 times of the above.

[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態に係る音響センサの構成を例示する模式図である。本第2実施形態の音響センサは、複数の減算器及び複数の加算器によって、隣り合う検出素子Eに対応する音波信号pに減算処理及び加算処理を施し、各減算器からの出力及び各加算器からの出力に、各検出素子Eの位置に応じた遅延をかけてから加算する、という構成を採っている。図3を参照して、4個の検出素子E〜Eを有する音響センサ10Aの構成を説明する。前述した第1実施形態における音響センサ10と同等の構成部材には同一の符号を用いて説明は省略する。
[Second embodiment]
FIG. 3 is a schematic view illustrating the configuration of the acoustic sensor according to the second embodiment of the present invention. The acoustic sensor according to the second embodiment performs a subtraction process and an addition process on a sound wave signal p corresponding to an adjacent detection element E by using a plurality of subtracters and a plurality of adders, and outputs the outputs from the respective subtracters and the respective additions. In this configuration, the output from the detector is added after a delay corresponding to the position of each detection element E. Referring to FIG. 3, the structure of the acoustic sensor 10A having four detector elements E 0 to E 3. The same components as those of the acoustic sensor 10 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図3に示すように、音響センサ10Aは、複数の検出素子E〜Eと、光源・復調器20と、演算処理部30Aと、を有している。演算処理部30Aは、各音波信号p〜pに演算処理を施し、各検出素子E〜Eにおいて検出された音波信号に含まれる音波を検出するものである。 As shown in FIG. 3, the acoustic sensor 10A includes a plurality of detector elements E 0 to E 3, a light source-demodulator 20 has an arithmetic processing unit 30A, a. Arithmetic processing unit 30A is for performing an operation process on each acoustic signal p 0 ~p 3, to detect the acoustic waves included in the detected sound signal in each detector element E 0 to E 3.

演算処理部30Aは、複数の減算器40A〜40C、減算側遅延器51B、減算側遅延器51C、減値加算器62、出力加算器63、及び積分・増幅器70を有している。また、演算処理部30Aは、前述した第1実施形態の演算処理部30とは異なり、複数の二値加算器61A〜61Cと、加算側遅延器52Bと、加算側遅延器52Cと、加値加算器64と、を有している。   The arithmetic processing unit 30A includes a plurality of subtractors 40A to 40C, a subtraction side delay unit 51B, a subtraction side delay unit 51C, a subtraction value adder 62, an output adder 63, and an integration / amplifier 70. The arithmetic processing unit 30A is different from the arithmetic processing unit 30 of the first embodiment described above in that a plurality of binary adders 61A to 61C, an addition-side delay unit 52B, an addition-side delay unit 52C, And an adder 64.

各二値加算器61A〜61Cは、隣り合う検出素子Eに対応する2つの音波信号pそれぞれに加算処理を施すものである。すなわち、各二値加算器61A〜61Cは、それぞれ、関連づけられた2つの検出素子Eに対応する各音波信号pに加算処理を施すものである。本第2実施形態において、二値加算器61Aは、検出素子Eに対応する音波信号pと検出素子Eに対応する音波信号pとを加算するものである。二値加算器61Bは、検出素子Eに対応する音波信号pと検出素子Eに対応する音波信号pとを加算するものである。二値加算器61Cは、検出素子Eに対応する音波信号pと検出素子Eに対応する音波信号pとを加算するものである。以降では、各二値加算器61A〜61Cを総称する場合又はこれらと同様の構成について称する場合、二値加算器61mともいう。 Each of the binary adders 61A to 61C performs an addition process on each of two sound wave signals p corresponding to the adjacent detection elements E. That is, each of the binary adders 61A to 61C performs an addition process on each sound wave signal p corresponding to the two detection elements E associated therewith. In the second embodiment, the binary adder 61A is for adding the sound signal p 1 corresponding to the detection element E 1 and the ultrasonic signal p 0 corresponding to the detection element E 0. Binary adder 61B is for adding the sound signal p 2 corresponding to the sound signal p 1 and the detection element E 2 corresponding to the detection element E 1. Binary adder 61C is for adding the sound signal p 3 corresponding to the sound signal p 2 and the detection element E 3 corresponding to the detection element E 2. Hereinafter, when each of the binary adders 61A to 61C is generically referred to or when the same configuration is referred to, it is also referred to as a binary adder 61m.

加算側遅延装置52は、複数の二値加算器61mにおいて減算処理が施された各音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかけるものである。ここで、加算側遅延装置52が音波信号pにかける遅延には0を含むものとする。   The addition-side delay device 52 delays each of the sound signals p subjected to the subtraction processing in the plurality of binary adders 61m in accordance with the position of the detection element E corresponding to the sound signal p. . Here, it is assumed that the delay applied to the sound wave signal p by the adding-side delay device 52 includes 0.

より具体的に、加算側遅延装置52は、二値加算器61Bの後に設けられた加算側遅延器52Bと、二値加算器61Cの後に設けられた加算側遅延器52Cと、を有している。以降では、加算側遅延器52B及び加算側遅延器52Cを総称する場合又はこれらと同等の構成について称する場合、加算側遅延器52mともいう。   More specifically, the addition-side delay device 52 includes an addition-side delay device 52B provided after the binary adder 61B and an addition-side delay device 52C provided after the binary adder 61C. I have. Hereinafter, when the addition-side delay unit 52B and the addition-side delay unit 52C are collectively referred to, or when a configuration equivalent to these is referred to, it is also referred to as an addition-side delay unit 52m.

加算側遅延器52Bは、二値加算器61Bにおいて加算処理が施される音波信号p及び音波信号pに、対応する検出素子E及び検出素子Eの位置に応じた遅延をかけるものである。加算側遅延器52Cは、二値加算器61Cにおいて加算処理が施される音波信号p及び音波信号pに、対応する検出素子E及び検出素子Eの位置に応じた遅延をかけるものである。 Adder of the delay circuit 52B is intended to apply addition processing on sound signals p 1 and acoustic signal p 2 are subjected in the binary adder 61B, a delay corresponding to the position of the corresponding detector elements E 1 and detector element E 2 It is. Adder of the delay circuit 52C is the sound signal p 2 and sound signals p 3 addition processing is performed in the binary adder 61C, which applies a delay corresponding to the position of the corresponding detector element E 2 and detector element E 3 It is.

本第2実施形態において、加算側遅延器52Bは、減算側遅延器51Bと同様の構成であり、加算側遅延器52Cは、減算側遅延器51Cと同様の構成である。よって、加算側遅延器52Bの遅延時間は、検出素子Eと検出素子Eとの中点から検出素子Eと検出素子Eとの中点まで音波が伝播する時間であるd/cとなっている。また、加算側遅延器52Cの遅延時間は、検出素子Eと検出素子E4との中点から検出素子Eと検出素子Eとの中点まで音波が伝播する時間である2d/cとなっている。ただし、検出素子Eの反射、回折等の影響で伝搬時間が変わる場合は、伝搬時間に応じて各遅延時間を補正する。 In the second embodiment, the addition-side delay unit 52B has the same configuration as the subtraction-side delay unit 51B, and the addition-side delay unit 52C has the same configuration as the subtraction-side delay unit 51C. Therefore, the delay time of the adder of the delay circuit 52B is sound waves from the midpoint between the detection element E 2 and the detection element E 3 to the midpoint of the detector element E 1 and the detection element E 2 is the time to propagate d / c It has become. The delay time of the adder of the delay device 52C includes a 2d / c is the time wave from the midpoint of the detector element E 3 and the detection element E4 to the midpoint of the detector element E 1 and the detection element E 2 is propagated Has become. However, when the propagation time changes due to the influence of reflection, diffraction, and the like of the detection element E, each delay time is corrected according to the propagation time.

ところで、演算処理部30Aでは、二値加算器61Aの後に加算側遅延器52mが設けられていない。つまり、本第2実施形態では、二値加算器61Aにおいて減算処理が施される音波信号p及び音波信号pに関する検出素子E及び検出素子Eの位置に応じた遅延時間は0となっている。換言すれば、加算側遅延装置52が、二値加算器61Aにおいて減算処理が施される音波信号p及び音波信号pにかける遅延は0である。 Incidentally, in the arithmetic processing unit 30A, the addition-side delay unit 52m is not provided after the binary adder 61A. In other words, in the second embodiment, the delay time corresponding to the position of the detector element E 1 and detector element E 0 regarding acoustic signals p 1 and acoustic signal p 0 subtraction process is performed in the binary adder 61A is 0 and Has become. In other words, the adder of the delay device 52, a delay applied to the acoustic signals p 1 and acoustic signal p 0 subtraction process is performed in the binary adder 61A is 0.

加値加算器64は、各二値加算器61A〜61Cを経由して出力される信号、すなわちすなわち加算側遅延装置52からの出力に加算処理を施すものである。より具体的に、加値加算器64は、二値加算器61Aから出力される信号と、加算側遅延器52Bから出力される信号と、加算側遅延器52Cから出力される信号とを加算して、積分・増幅器70へ出力するものである。   The adder 64 performs an addition process on a signal output via each of the binary adders 61A to 61C, that is, an output from the addition-side delay device 52. More specifically, the adder 64 adds the signal output from the binary adder 61A, the signal output from the addition-side delay unit 52B, and the signal output from the addition-side delay unit 52C. And outputs it to the integration / amplifier 70.

上記構成の説明では、音響センサ10Aが4個の検出素子E〜Eを有する場合を一例として示したが、これに限らず、音響センサ10Aは、3個又は5個以上の任意の数の検出素子Eを有していてもよい。例えば、音響センサ10AがN個(Nは3以上の整数)の検出素子Eを有する場合、演算処理部30Aは、N−1個の減算器40と、N−1個の二値加算器61mと、N−2個の減算側遅延器51mと、N−2個の加算側遅延器52mと、を有するように構成される。 In the description of the above configuration, the case where the acoustic sensor 10A has four detector elements E 0 to E 3 as an example, not limited thereto, an acoustic sensor 10A includes three or any number of 5 or more May be provided. For example, when the acoustic sensor 10A has N (N is an integer of 3 or more) detection elements E, the arithmetic processing unit 30A includes N-1 subtractors 40 and N-1 binary adders 61m. And N-2 subtraction-side delay units 51m and N-2 addition-side delay units 52m.

すなわち、本第2実施形態の音響センサ10Aは、N個の検出素子E〜EN−1に対応する音波信号p(i=0,1,・・・,N−1)をもとに、下記式(9)で表される演算を行い、音波の情報である出力Vを得るものである。 That is, the acoustic sensor 10A of the second embodiment is based on the sound wave signals p i (i = 0, 1,..., N−1) corresponding to the N detection elements E 0 to E N−1. Then, an operation represented by the following equation (9) is performed to obtain an output V that is information on sound waves.

Figure 0006627563
Figure 0006627563

検出方向に対してθの角度から伝搬してくる振幅P、角周波数ωの正弦波を検出する場合、pは上記式(7)で表され、出力Vは下記式(10)で表される。規格化感度Dについては、上記式(5)から、kd<1の範囲では、θ=0の場合に感度が高く、θ=π(rad)の場合に感度が低くなることが分かる。 Amplitude P propagated through the angle θ with respect to the detection direction, when detecting a sine wave of angular frequency omega, p i is represented by the above formula (7), the output V is represented by the following formula (10) You. With respect to the normalized sensitivity D, from the above equation (5), it can be seen that in the range of kd <1, the sensitivity is high when θ = 0, and the sensitivity is low when θ = π (rad).

Figure 0006627563
Figure 0006627563

本第2実施形態の音響センサ10Aは、二値加算器61mの後に加算側遅延器52mを設けているため、より高い周波数の音波に対して、感度の低下を抑えることができる。検出方向とは逆の方向(逆方向)から入射する音波は、相対的に、検出素子Eで早く検出され、検出素子EN−1(図3ではE)で遅く検出される。そして、検出素子EN−1で検出された信号は、減算側遅延器51C及び加算側遅延器52Cでさらに遅延がかけられる。
ここで、下記式(11)は、上記式(9)を変形したものである。
In the acoustic sensor 10A of the second embodiment, since the addition-side delay unit 52m is provided after the binary adder 61m, it is possible to suppress a decrease in sensitivity to a sound wave having a higher frequency. Waves and detecting a direction incident from the opposite direction (reverse direction), relatively, is detected early in the detector element E 0, it is detected late in the detection element E N-1 (in FIG. 3 E 3). The signal detected by the detection element EN -1 is further delayed by the subtractor 51C and the adder 52C.
Here, the following equation (11) is a modification of the above equation (9).

Figure 0006627563
Figure 0006627563

ところで、第1実施形態の音響センサ10では、遅延が大きくなる影響で、逆方向から入射する音波に対する感度の低減効果が、2つの検出素子Eだけで構成された音響センサと比べて小さくなる。
この点、本第2実施形態の音響センサ10Aでは、上記式(11)の{ }内が、上記式(1)において遅延を掛けた形となっており、同じ遅延がかけられた{ }内の項は、2つの検出素子Eだけで構成された音響センサの場合の演算処理と同じとなる。したがって、式(11)のように{ }内の項をΣによって加算しても、逆方向から入射する音波に対する感度の低減効果は変わらない。このため、音響センサ10Aによれば、2つの検出素子Eだけで構成された音響センサの場合と同等の感度低減効果を得ることができる。
By the way, in the acoustic sensor 10 of the first embodiment, due to the effect of increasing the delay, the effect of reducing the sensitivity to the sound wave incident from the opposite direction is smaller than that of the acoustic sensor including only the two detection elements E.
In this regard, in the acoustic sensor 10 </ b> A of the second embodiment, the inside of {} in the above equation (11) is a form in which the delay is applied in the above equation (1), and the inside of the {} with the same delay is applied. Is the same as the arithmetic processing in the case of an acoustic sensor composed of only two detection elements E. Therefore, even if terms in {} are added by Σ as in equation (11), the effect of reducing the sensitivity to sound waves incident from the opposite direction does not change. For this reason, according to the acoustic sensor 10A, it is possible to obtain the same sensitivity reduction effect as in the case of the acoustic sensor including only the two detection elements E.

図4は、音響センサ10Aの動作を示すフローチャートである。図4を参照して、音響センサ10Aによる音波検出方法について説明する。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the acoustic sensor 10A. With reference to FIG. 4, a sound wave detection method by the acoustic sensor 10A will be described.

まず、音響センサ10Aは、ステップS101〜S103の動作を図2の場合と同様に実行する。次に、演算処理部30Aは、各二値加算器61A〜61Cにより、隣り合う検出素子Eに対応する2つの音波信号pそれぞれに加算処理を施す(図4:ステップS201/二値加算ステップ)。また、演算処理部30Aは、各減算器40A〜40Cにより、隣り合う検出素子Eに対応する2つの音波信号pそれぞれに減算処理を施す(図4:ステップS202/減算ステップ)。   First, the acoustic sensor 10A performs the operations of steps S101 to S103 in the same manner as in the case of FIG. Next, the arithmetic processing unit 30A performs an addition process on each of the two sound wave signals p corresponding to the adjacent detection elements E by each of the binary adders 61A to 61C (FIG. 4: Step S201 / binary addition step). . Further, the arithmetic processing unit 30A performs a subtraction process on each of the two sound wave signals p corresponding to the adjacent detection elements E by each of the subtracters 40A to 40C (FIG. 4: Step S202 / subtraction step).

そして、演算処理部30Aは、加算側遅延装置52により、二値加算器61mで加算処理が施された各音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかける(図4:ステップS203/加算側遅延ステップ)。また、演算処理部30Aは、減算側遅延装置51により、減算器40で減算処理が施される音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかける(図4:ステップS204/減算側遅延ステップ)。   Then, the arithmetic processing unit 30A assigns each of the sound wave signals p subjected to the addition processing by the binary adder 61m to the position of the detection element E corresponding to the sound wave signal p by the addition side delay device 52. A delay is applied (FIG. 4: step S203 / addition-side delay step). Further, the arithmetic processing unit 30A delays each of the sound signals p subjected to the subtraction processing by the subtractor 40 by the subtraction side delay device 51 according to the position of the detection element E corresponding to the sound signal p. (FIG. 4: Step S204 / subtraction side delay step).

続いて、演算処理部30Aは、加値加算器64により、各二値加算器61A〜61Cを経由して出力される信号、すなわち加算側遅延装置52で遅延がかけられ出力される各信号を加算する。より具体的に、加値加算器64は、二値加算器61A、加算側遅延器52B、及び加算側遅延器52Cから出力される信号を加算する(図4:ステップS205/加値加算ステップ)。そして、演算処理部30Aは、ステップS107〜S109の動作を図2の場合と同様に実行する。   Subsequently, the arithmetic processing unit 30A converts the signals output via the binary adders 61A to 61C, that is, the signals delayed and output by the addition-side delay device 52, by the adder 64. to add. More specifically, the value adder 64 adds the signals output from the binary adder 61A, the addition-side delay device 52B, and the addition-side delay device 52C (FIG. 4: Step S205 / value addition step). . Then, the arithmetic processing unit 30A executes the operations of steps S107 to S109 in the same manner as in the case of FIG.

以上のように、本第2実施形態の音響センサ10Aは、隣り合う検出素子Eに対応する2つの音波信号pに対し、当該検出素子Eの位置に応じた遅延をかけると共に減算処理を施した上で加算する。このため、音響センサ10Aは、同じ検出素子Eから出力される雑音を減衰させると共に、積分・増幅器70の利得を低くすることができる。すなわち、音響センサ10Aによれば、検出する音波の周波数によらず、雑音を低減し、感度の低下及び指向性の乱れの発生を抑えることができる。   As described above, the acoustic sensor 10A according to the second embodiment applies the delay according to the position of the detection element E and the subtraction processing to the two sound wave signals p corresponding to the adjacent detection elements E. Add above. Therefore, the acoustic sensor 10A can attenuate the noise output from the same detection element E and lower the gain of the integrating / amplifier 70. That is, according to the acoustic sensor 10A, it is possible to reduce noise, regardless of the frequency of the sound wave to be detected, and to suppress a decrease in sensitivity and a disturbance in directivity.

さらに、音響センサ10Aは、逆方向から入射する音波に対する感度が、2つの検出素子Eだけで構成された音響センサと同様に低くなっているため、音波をさらに精度よく検出することができる。他の効果については、前述した第1実施形態と同様である。   Furthermore, since the acoustic sensor 10A has a low sensitivity to a sound wave incident from the opposite direction, similarly to an acoustic sensor including only two detection elements E, the sound wave can be detected with higher accuracy. Other effects are the same as those of the first embodiment.

[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態に係る音響センサの構成を例示する模式図である。本第3実施形態の音響センサは、各検出素子Eの間隔を不均一にし、各遅延器の遅延時間を検出素子Eの配置間隔に応じて変更する構成を採った点で、上述した第1及び第2実施形態と相違する。図5を参照して、各検出素子Eの間隔が不均一である音響センサ10Bの構成を説明する。上述した第1及び第2実施形態の音響センサ10及び10Aと同等の構成部材には同一の符号を用いて説明は省略する。
[Third embodiment]
FIG. 5 is a schematic view illustrating the configuration of the acoustic sensor according to the third embodiment of the present invention. The acoustic sensor according to the third embodiment employs a configuration in which the intervals between the detection elements E are made non-uniform and the delay time of each delay device is changed according to the arrangement interval of the detection elements E. And the second embodiment. The configuration of the acoustic sensor 10B in which the intervals between the detection elements E are non-uniform will be described with reference to FIG. The same components as those of the acoustic sensors 10 and 10A of the above-described first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図5に示すように、音響センサ10Bは、複数の検出素子E〜Eと、光源・復調器20と、演算処理部30Bと、を有している。図5では、検出素子Eと検出素子Eとの間隔がdに設定され、検出素子Eと検出素子Eとの間隔がdに設定され、検出素子Eと検出素子Eとの間隔がdに設定された場合を例示している。間隔dと間隔dと間隔dとの間には、「d<d<d」の関係があるものとする。すなわち、各検出素子Eは、各検出素子Eの間隔が検出方向に向かって大きくなるように配置されている。 As shown in FIG. 5, the acoustic sensor 10B includes a plurality of detector elements E 0 to E 3, a light source-demodulator 20, has a calculation processing unit 30B, a. In Figure 5, the distance between the detector elements E 0 and the detection element E 1 is set to d 0, the distance between the detector element E 1 and the detection element E 2 is set to d 1, detector element E 2 and the detection element E spacing and 3 illustrate a case where set to d 2. It is assumed that there is a relationship of “d 0 <d 1 <d 2 ” between the interval d 0 , the interval d 1, and the interval d 2 . That is, the respective detection elements E are arranged such that the distance between the respective detection elements E increases in the detection direction.

本第3実施形態において、光源・復調器20が内包する復調器は、各検出素子E〜Eにおいて検出された各音波信号により変調された各光を個別に復調し、各検出素子E〜Eのそれぞれに対応する複数の音波信号pB0〜pB3を生成するものである。演算処理部30Bは、各音波信号pB0〜pB3に演算処理を施して音波を検出するものである。以降では、各音波信号pB0〜pB3を総称する場合又はこれらと同質の信号を称する場合、音波信号pともいう。 In the third embodiment, the demodulator included in the light source / demodulator 20 individually demodulates each light modulated by each sound signal detected by each of the detection elements E 0 to E 3 , A plurality of sound signals p B0 to p B3 corresponding to each of 0 to E 3 are generated. The arithmetic processing unit 30B performs arithmetic processing on each of the sound wave signals p B0 to p B3 to detect sound waves. Hereinafter, when the sound wave signals p B0 to p B3 are collectively referred to or when signals of the same quality are referred to, they are also referred to as sound wave signals p.

演算処理部30Bは、複数の減算器40A〜40C、減値加算器62、出力加算器63、加値加算器64、及び積分・増幅器70を有している。また、演算処理部30Bは、複数の二値加算器61A〜61Cと、加減遅延装置53と、を有している。   The arithmetic processing unit 30B includes a plurality of subtracters 40A to 40C, a subtraction value adder 62, an output adder 63, an addition value adder 64, and an integration / amplifier 70. In addition, the arithmetic processing unit 30B includes a plurality of binary adders 61A to 61C and an add / drop delay device 53.

加減遅延装置53は、各音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかけるものである。ここで、加減遅延装置53が音波信号pにかける遅延には0を含むものとする。より具体的に、加減遅延装置53は、減算処理及び加算処理が施される各音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかける複数の加減遅延器53A〜53Dを有している。   The adding / decreasing delay device 53 delays each sound wave signal p in accordance with the position of the detection element E corresponding to the sound wave signal p. Here, it is assumed that the delay applied to the sound wave signal p by the adjusting delay device 53 includes 0. More specifically, the add / drop delay device 53 includes a plurality of add / delay delays that apply a delay according to the position of the detection element E corresponding to the sound wave signal p to each sound wave signal p on which the subtraction process and the addition process are performed. Devices 53A to 53D.

加減遅延器53Aは、検出素子Eに対応する音波信号pB1に遅延をかけて、減算器40B及び二値加算器61Bへ出力するものである。加減遅延器53Bは、検出素子Eに対応する音波信号pB2に遅延をかけて、減算器40B及び二値加算器61Bへ出力するものである。加減遅延器53Cは、検出素子Eに対応する音波信号pB2に遅延をかけて、減算器40C及び二値加算器61Cへ出力するものである。加減遅延器53Dは、検出素子Eに対応する音波信号pB3に遅延をかけて、減算器40C及び二値加算器61Cへ出力するものである。以降では、各加減遅延器53A〜53Dを総称する場合又はこれらと同様の構成を称する場合、加減遅延器53mともいう。 Acceleration delay device 53A multiplies the delayed sound signal p B1 corresponding to the detector element E 1, and outputs it to the subtractor 40B and binary adder 61B. Acceleration delay device 53B multiplies the delayed sound signal p B2 corresponding to the detection element E 2, and outputs it to the subtractor 40B and binary adder 61B. Acceleration delay device 53C is multiplied by a delay in the sound signal p B2 corresponding to the detection element E 2, and outputs to the subtracter 40C and the binary adder 61C. Acceleration delay device 53D multiplies the delayed sound signal p B3 corresponding to the detection element E 3, and outputs to the subtracter 40C and the binary adder 61C. Hereinafter, when the respective adjustable delay devices 53A to 53D are collectively referred to or when the same configuration is referred to, these are also referred to as adjustable delay devices 53m.

本第3実施形態において、加減遅延器53A及び加減遅延器53Bの遅延時間は、検出素子Eと検出素子Eとの中点から検出素子Eと検出素子E1との中点まで音波が伝搬する時間((d+d)/(2c))となっている。加減遅延器53C及び加減遅延器53Dの遅延時間は、検出素子Eと検出素子Eとの中点から検出素子Eと検出素子E1との中点まで音波が伝搬する時間((d+2d+d)/(2c))となっている。ただし、検出素子Eの反射、回折等の影響で伝搬時間が変わる場合は、伝搬時間に応じて各遅延時間を補正する。 In the third embodiment, the delay time of acceleration or delay device 53A and acceleration delay unit 53B is sound waves from the midpoint of the detector element E 1 and the detection element E 2 to the midpoint of the detector element E 1 and the detection element E 0 Is the propagation time ((d 0 + d 1 ) / (2c)). Acceleration delay device 53C and the delay time of the acceleration delay device 53D, the detection element E 2 and the detection element E 3 the midpoint of the detection element E 0 and the detection element E 1 and the time that sound waves to the midpoint propagate to the ((d 0 + 2d 1 + d 2) and has a / (2c)). However, when the propagation time changes due to the influence of reflection, diffraction, and the like of the detection element E, each delay time is corrected according to the propagation time.

ところで、演算処理部30Bでは、減算器40A及び二値加算器61Aの前に加減遅延器53mが設けられていない。つまり、本第3実施形態では、減算器40A及び二値加算器61Aにおいて演算処理が施される音波信号pB1及び音波信号pB0に関する検出素子E及び検出素子Eの位置に応じた遅延時間は0となっている。換言すれば、加減遅延装置53は、音波信号pB1及び音波信号pB0に遅延0をかけて減算器40A及び二値加算器61Aへ出力するようになっている。 By the way, in the arithmetic processing unit 30B, the addition / subtraction delay unit 53m is not provided before the subtractor 40A and the binary adder 61A. In other words, in the third embodiment, according to the position of the subtracter 40A and sonic signals p B1 and sonic signals p B0 relating to the detection elements E 1 and detector element E 0 processing in the binary adder 61A is subjected delay The time is 0. In other words, the addition / subtraction delay device 53 delays the sound wave signal p B1 and the sound wave signal p B0 by zero, and outputs the result to the subtractor 40A and the binary adder 61A.

二値加算器61Aは、音波信号pB0と音波信号pB1とを加算するものである。減算器40Aは、音波信号pB1から音波信号pB0を減算するものである。二値加算器61Bは、加減遅延器53A及び加減遅延器53Bの後に配置されている。二値加算器61Bは、加減遅延器53Aの出力と加減遅延器53Bの出力とを加算するものである。減算器40Bは、加減遅延器53A及び加減遅延器53Bの後に配置されている。加減遅延器53Bの出力から加減遅延器53Aの出力を減算するものである。二値加算器61Cは、加減遅延器53C及び加減遅延器53Dの後に配置されている。二値加算器61Cは、加減遅延器53Cの出力と加減遅延器53Dの出力とを加算するものである。減算器40Cは、加減遅延器53C及び加減遅延器53Dの後に配置されている。加減遅延器53Dの出力から加減遅延器53Cの出力を減算するものである。減値加算器62は、各減算器40A〜40Cから出力される信号を加算するものである。加値加算器64は、各二値加算器61A〜61Cから出力される信号を加算するものである。 Binary adder 61A is for adding the sound signals p B0 and acoustic signal p B1. The subtractor 40A subtracts the sound wave signal pB0 from the sound wave signal pB1 . The binary adder 61B is arranged after the adjustable delay device 53A and the adjustable delay device 53B. The binary adder 61B adds the output of the adjustable delay device 53A and the output of the adjustable delay device 53B. The subtractor 40B is arranged after the addition / subtraction delay unit 53A and the addition / subtraction delay unit 53B. This is to subtract the output of the adjustable delay device 53A from the output of the adjustable delay device 53B. The binary adder 61C is arranged after the adjustable delay device 53C and the adjustable delay device 53D. The binary adder 61C adds the output of the adjustable delay device 53C and the output of the adjustable delay device 53D. The subtractor 40C is arranged after the addition / subtraction delay unit 53C and the addition / subtraction delay unit 53D. This is to subtract the output of the adjustable delay device 53C from the output of the adjustable delay device 53D. The subtraction value adder 62 adds signals output from the respective subtracters 40A to 40C. The adder 64 adds signals output from the binary adders 61A to 61C.

上記構成の説明では、音響センサ10Bが4個の検出素子E〜Eを有する場合を一例として示したが、これに限らず、音響センサ10Bは、3個又は5個以上の任意の数の検出素子Eを有していてもよい。ここで、N個(Nは3以上の整数)の検出素子Eの間隔はN−1(d,d,・・・,dN−2)だけ存在する。音響センサ10Bは、各検出素子Eの間隔が不揃いになっており、この不揃いな間隔によって検出素子Eの位置が決まる。音響センサ10Bでは、加減遅延器53mが、不揃いな各検出素子Eの間隔に応じた位置をもとに、各音波信号pに遅延をかける。ただし、θ=0°において、感度が高くなる範囲は、最も広い検出素子Eの間隔dmax(図3ではd)について、kdmax<1となる範囲である。 In the description of the above configuration, the case where the acoustic sensor 10B has four detector elements E 0 to E 3 as an example, not limited thereto, an acoustic sensor 10B is three or any number of 5 or more May be provided. Here, the interval of the detector elements E of N (N is an integer of 3 or more) of N-1 (d 0, d 1, ···, d N-2) only is present. In the acoustic sensor 10B, the intervals between the detection elements E are irregular, and the positions of the detection elements E are determined by the irregular intervals. In the acoustic sensor 10B, acceleration delay device 53m is, based on the position corresponding to the irregular spacing of each detector element E, applying a delay to the sound signal p i. However, when θ = 0 °, the range in which the sensitivity is high is a range where kd max <1 for the largest distance d max (d 2 in FIG. 3) between the detection elements E.

すなわち、本第3実施形態の音響センサ10Bは、N個の検出素子E〜EN-1に対応する音波信号p(i=0,1,・・・,N−1)をもとに、下記式(12)で表される演算を行い、音波の情報である出力Vを得るものである。ここで、τ(i=0,1,・・・,N−1)は、下記式(13)のように定義される。また、式(12)は、下記式(14)のように変形することができる。 That is, the acoustic sensor 10B of the third embodiment is based on sound wave signals p i (i = 0, 1,..., N−1) corresponding to the N detection elements E 0 to E N−1. Then, an operation represented by the following equation (12) is performed to obtain an output V which is information on sound waves. Here, τ i (i = 0, 1,..., N−1) is defined as in the following equation (13). Equation (12) can be modified as in the following equation (14).

Figure 0006627563
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式(14)の{ }内が、上記式(1)において遅延を掛けた形となっており、同じ遅延がかけられた{ }内の項は、2つの検出素子Eだけで構成された音響センサの場合の演算処理と同じとなる。したがって、式(14)のように{ }内の項をΣによって加算しても、逆方向から入射する音波に対する感度の低減効果が得られる。   The expression in {} of Expression (14) is a form in which the delay is multiplied in Expression (1), and the term in {} to which the same delay is applied is a sound composed of only two detection elements E. This is the same as the calculation processing for the sensor. Therefore, even if the terms in {} are added by Σ as in equation (14), the effect of reducing the sensitivity to sound waves incident from the opposite direction can be obtained.

音響センサ10Bは、各検出素子Eの不均一な間隔に応じた遅延をかける点を除けば、前述した第3実施形態の音響センサ10Aと同様に動作する。すなわち、音響センサ10Bによる音波検出方法は、各検出素子Eにおいて検出された各音波信号を個別に復調し、各検出素子Eのそれぞれに対応する音波信号pを生成する復調ステップと、各音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかける加減遅延ステップと、隣り合う検出素子Eに対応し、かつ加減遅延ステップで遅延がかけられた2つの音波信号pそれぞれに減算処理を施して出力する減値減算ステップと、減値減算ステップでの減算処理後に出力される各信号を加算する減値加算ステップと、を有している。また、音響センサ10Bによる音波検出方法は、隣り合う検出素子Eに対応し、かつ加減遅延ステップで遅延がかけられた2つの音波信号pそれぞれに加算処理を施して出力する二値加算ステップと、二値加算ステップでの加算処理後に出力される各信号を加算する加値加算ステップと、を有している。   The acoustic sensor 10B operates in the same manner as the acoustic sensor 10A of the above-described third embodiment, except that the acoustic sensor 10B applies a delay according to the non-uniform spacing of the detection elements E. That is, the sound wave detection method using the acoustic sensor 10B includes a demodulation step of individually demodulating each sound wave signal detected by each detection element E and generating a sound wave signal p corresponding to each detection element E; p to each of the two sound waves corresponding to the adjacent detection elements E and being delayed by the addition and subtraction delay steps. It has a subtraction step of performing subtraction processing on each signal p and outputting the same, and a subtraction addition step of adding each signal output after the subtraction processing in the subtraction step. Further, the sound wave detection method by the acoustic sensor 10B includes a binary addition step of performing an addition process on each of the two sound wave signals p corresponding to the adjacent detection elements E and delayed in the addition / subtraction delay step, and outputting the result. An addition step of adding signals output after the addition processing in the binary addition step.

音響センサ10Bは、上記のように構成され、動作するため、検出する音波の周波数によらず、雑音を低減し、感度の低下及び指向性の乱れの発生を抑えることができる。
ところで、検出素子Eは、特許文献2の検出素子と同様、光ファイバが円筒状に巻回されて構成された光ファイバコイルと、その内側に光ファイバコイルと空間を隔てて配置された中空弾性体と、を有するように構成することができる。ここで、上述した第1実施形態の音響センサ10において、検出素子Eが有する中空弾性体の弾性率を低くすると、波長が2dと等しくなる周波数において、複数の中空弾性体からの反射波の位相が揃うことにより、各検出素子Eの周辺に音場の乱れが発生し、指向性を乱す原因となる。
この点、本第3実施形態の音響センサ10Bは、検出素子Eの間隔を不均一にしていることから、音場の乱れを抑えることができるため、kdmax<1となる範囲において、前述した第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
Since the acoustic sensor 10B is configured and operates as described above, the acoustic sensor 10B can reduce noise, regardless of the frequency of the sound wave to be detected, and can suppress a decrease in sensitivity and a disturbance in directivity.
Incidentally, similarly to the detection element of Patent Document 2, the detection element E has an optical fiber coil configured by winding an optical fiber in a cylindrical shape, and a hollow elastic coil disposed inside the optical fiber coil with a space between the optical fiber coil and the optical fiber coil. And a body. Here, in the acoustic sensor 10 of the above-described first embodiment, when the elastic modulus of the hollow elastic body of the detection element E is reduced, the phase of the reflected waves from the plurality of hollow elastic bodies at a frequency at which the wavelength is equal to 2d. Are aligned, the sound field is disturbed around each detecting element E, which causes the directivity to be disturbed.
In this regard, in the acoustic sensor 10B of the third embodiment, since the intervals between the detection elements E are made non-uniform, the disturbance of the sound field can be suppressed, and thus the above-described range is satisfied in the range where kd max <1. The same effect as in the second embodiment can be obtained.

検出素子Eに入射する音波は直接入射する音波の他に、他の検出素子Eで反射した音波もある。第1実施形態において、例えば、波長が2dの音波が、θ=180°の方向から入射して直接検出素子Eに入射する音波と、検出素子E、E、Eのそれぞれで反射して検出素子Eに入射する音波の位相は全て等しい。したがって、他の検出素子Eで検出した音波により振幅が大きくなり、逆方向から入射した音波の抑制効果が低下する。これに対し、本第3実施形態では、検出素子E、E、Eのそれぞれで反射して検出素子Eに入射する音の位相が不均一になるため、検出素子Eで検出する音波の振幅誤差が小さくなるため、逆方向から入射した音波の抑制効果が向上する。 The sound waves incident on the detection element E include not only sound waves directly incident on the detection element E but also sound waves reflected by other detection elements E. In the first embodiment, for example, a sound wave having a wavelength of 2d is incident from the direction of θ = 180 ° and is directly reflected on the detection element E 0 and reflected by each of the detection elements E 1 , E 2 , and E 3. all sound waves in phase to to enter the detection element E 0 is equal. Therefore, the amplitude increases due to the sound wave detected by the other detection element E, and the effect of suppressing the sound wave incident from the opposite direction decreases. On the other hand, in the third embodiment, since the phase of the sound reflected on each of the detection elements E 1 , E 2 , and E 3 and incident on the detection element E 0 becomes non-uniform, the sound is detected by the detection element E. Since the amplitude error of the sound wave is reduced, the effect of suppressing the sound wave incident from the opposite direction is improved.

なお、図5では、間隔dと間隔dと間隔dとの間に「d<d<d」の関係がある場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、音響センサ10Bは、間隔dと間隔dと間隔dとの間に、「d<d=d」、「d<d>d」、「d=d<d」、「d=d>d」、「d>d<d」、「d>d=d」、又は「d>d>d」の関係が成り立つように構成してもよい。これは、音響センサ10Bが3個又は5個以上の任意の数の検出素子Eを有する場合も同様である。すなわち、各検出素子Eの間隔は、すべてが異なる間隔であってもよく、一部に同じ間隔が含まれていてもよい。 Although FIG. 5 illustrates a case where “d 0 <d 1 <d 2 ” is present between the interval d 0 , the interval d 1, and the interval d 2 , the relationship is not limited to this. For example, the acoustic sensor 10 </ b> B may include “d 0 <d 1 = d 2 ”, “d 0 <d 1 > d 2 ”, and “d 0 = d” between the intervals d 0 , d 1, and d 2. 1 <d 2 ”,“ d 0 = d 1 > d 2 ”,“ d 0 > d 1 <d 2 ”,“ d 0 > d 1 = d 2 ”, or“ d 0 > d 1 > d 2 ” May be configured so that the following relationship holds. This is the same also when the acoustic sensor 10B has three or five or more arbitrary number of detection elements E. That is, the intervals between the detection elements E may be all different intervals, or the same intervals may be partially included.

ただし、図5のように、間隔dと間隔dと間隔dとの間に「d<d<d」の関係がある場合は、遅れ時間が長い検出素子Eで反射して検出素子Eに入射する音の伝搬距離が長くなる。このため、音波が減衰して、受波素子で検出する音波の振幅誤差が小さくなり、逆方向から入射した音波の抑制効果が向上する。すなわち、隣り合う検出素子Eの間隔が検出方向に向かって大きくなるように、複数の検出素子Eが配置されている場合には、逆方向から入射した音波の抑制効果をより向上させることができる。 However, as shown in FIG. 5, when there is a relationship of “d 0 <d 1 <d 2 ” between the interval d 0 , the interval d 1, and the interval d 2 , the light is reflected by the detection element E 3 having a long delay time. propagation distance of the sound incident on the detector element E 0 and becomes longer. For this reason, the sound wave is attenuated, the amplitude error of the sound wave detected by the wave receiving element is reduced, and the effect of suppressing the sound wave incident from the opposite direction is improved. That is, when the plurality of detection elements E are arranged such that the distance between the adjacent detection elements E increases in the detection direction, it is possible to further improve the effect of suppressing sound waves incident from the opposite direction. .

もっとも、音響センサ10Bは、複数の検出素子Eの間隔を不揃いにせず、第1及び第2実施形態と同様に間隔dで統一するようにしてもよい。そして、例えば、加減遅延装置53が、第1又は第2実施形態の減算側遅延装置51及び加算側遅延装置52と同様の遅延を加えるようにしてもよい。このようにしても、第2実施形態の音響センサ10Aと同様の効果を得ることができる。   However, in the acoustic sensor 10B, the intervals between the plurality of detection elements E may not be irregular, and may be unified with the interval d as in the first and second embodiments. Then, for example, the addition / subtraction delay device 53 may add the same delay as that of the subtraction-side delay device 51 and the addition-side delay device 52 of the first or second embodiment. Even in this case, the same effect as the acoustic sensor 10A of the second embodiment can be obtained.

また、複数の検出素子Eの間隔をdで統一した上で、例えば、音響センサ10Bに、複数の二値加算器61mを設けることなく、加値加算器64の代わりに信号加算器61を設けるようにしてもよい。この場合、加減遅延装置53が、第1実施形態の減算側遅延装置51と同様の遅延を加えるように構成するとよい。すなわち、演算処理部30Bが、各音波信号pのそれぞれに、当該音波信号pに対応する検出素子Eの位置に応じた遅延をかける加減遅延装置53と、隣り合う検出素子Eに対応し、かつ加減遅延装置53において遅延がかけられた2つの音波信号それぞれに減算処理を施す複数の減算器40と、複数の減算器40からの出力に加算処理を施す減値加算器62と、光源・復調器20において生成される各音波信号p〜pを加算する信号加算器61と、を有するようにしてもよい。このようにしても、第1実施形態の音響センサ10と同様の効果を得ることができる。 In addition, after unifying the intervals between the plurality of detection elements E with d, for example, the acoustic sensor 10B is provided with the signal adder 61 instead of the additive adder 64 without providing the plurality of binary adders 61m. You may do so. In this case, the addition / subtraction delay device 53 may be configured to add the same delay as the subtraction-side delay device 51 of the first embodiment. That is, the arithmetic processing unit 30B corresponds to the adjusting / delaying device 53 that applies a delay according to the position of the detecting element E corresponding to the sound wave signal p to each sound wave signal p, and the adjacent detecting element E, and A plurality of subtractors 40 for performing a subtraction process on each of the two sound signals delayed by the addition / delay device 53; a subtraction adder 62 for performing an addition process on outputs from the plurality of subtracters 40; And a signal adder 61 that adds the sound wave signals p 0 to p 3 generated in the device 20. Even in this case, the same effect as the acoustic sensor 10 of the first embodiment can be obtained.

[第4実施形態]
図6は、本発明の第4実施形態に係る音響センサの構成を例示する模式図である。本第4実施形態の音響センサは、検出素子の形状が不揃いである点で、上述した各実施形態の検出素子Eと相違する。ここで、検出素子の形状には、検出素子の形、検出素子を設置する向き、及び検出素子の分割の有無が含まれ、検出素子が分割されている場合は、分割した検出素子の位置及び向きが含まれるものとする。図6を参照して、検出素子の形状が不揃いである音響センサ10Cの構成を説明する。上述した第2実施形態の音響センサ10Aと同等の構成部材には同一の符号を用いて説明は省略する。
[Fourth embodiment]
FIG. 6 is a schematic view illustrating the configuration of the acoustic sensor according to the fourth embodiment of the present invention. The acoustic sensor of the fourth embodiment is different from the detection elements E of the above embodiments in that the shapes of the detection elements are irregular. Here, the shape of the detection element includes the shape of the detection element, the direction in which the detection element is installed, and whether or not the detection element is divided.If the detection element is divided, the position and position of the divided detection element The orientation shall be included. With reference to FIG. 6, the configuration of the acoustic sensor 10C in which the shapes of the detection elements are irregular will be described. The same components as those of the acoustic sensor 10A according to the above-described second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図6に示すように、音響センサ10Cは、複数の検出素子EC0〜EC3と、光源・復調器20と、演算処理部30Aと、を有している。本第4実施形態において、検出素子EC0は、上述した各実施形態における検出素子Eと同様に構成されている。検出素子EC1は、2つに分割された形状であり、すなわち、2つの検出素子により構成されている。各検出素子は、円筒状に形成されており、双方が検出方向側へ向くように設置されている。また、各検出素子は、検出方向に沿った長さが検出素子EC0より短くなっており、検出方向に垂直な面における断面積が検出素子EC0より大きくなっている。検出素子EC2は、2つに分割された形状であり、円筒状に形成された各検出素子は、検出方向に垂直な方向へ向くように設置されている。各検出素子は、検出素子EC1を構成する各検出素子と同程度の大きさとなっている。検出素子EC3は、円筒状に形成されており、検出方向に垂直な方向へ向くように設置されている。検出素子EC3は、検出方向に垂直な鉛直方向の長さが検出素子EC0より長くなっており、鉛直方向に垂直な面における断面積が検出素子EC0より小さくなっている。以降では、各検出素子EC0〜EC3を総称する場合又はこれらと同様の構成を称する場合、検出素子Eともいう。 As illustrated in FIG. 6, the acoustic sensor 10C includes a plurality of detection elements E C0 to E C3 , a light source / demodulator 20, and an arithmetic processing unit 30A. In the fourth embodiment, the detection element ECO is configured similarly to the detection element E in each of the above-described embodiments. The detection element E C1 has a shape divided into two, that is, is configured by two detection elements. Each detection element is formed in a cylindrical shape, and is installed so that both are directed to the detection direction side. Each detection element has a length along the detection direction shorter than the detection element E C0 , and a cross-sectional area on a plane perpendicular to the detection direction is larger than the detection element E C0 . The detection element EC2 has a shape divided into two, and each detection element formed in a cylindrical shape is installed so as to face in a direction perpendicular to the detection direction. Each detector element has a size comparable to the respective detecting elements constituting the detector element E C1. The detection element EC3 is formed in a cylindrical shape, and is installed so as to face in a direction perpendicular to the detection direction. The length of the detection element E C3 in the vertical direction perpendicular to the detection direction is longer than that of the detection element E C0 , and the cross-sectional area in a plane perpendicular to the vertical direction is smaller than that of the detection element E C0 . Hereinafter, when each of the detection elements E C0 to E C3 is collectively referred to or when a configuration similar to these is referred to, it is also referred to as a detection element E C.

本第4実施形態において、光源・復調器20は、各検出素子E〜Eにおいて検出された各音波信号により変調された各光を個別に復調して、複数の音波信号pC0〜pC3を生成するものである。すなわち、光源・復調器20は、検出素子EC0が検出した音波信号により変調された光を復調して音波信号pC0を生成し、検出素子EC1が検出した音波信号により変調された光を復調して音波信号pC1を生成するものである。また、光源・復調器20は、検出素子EC2からが検出した音波信号により変調された光を復調して音波信号pC2を生成し、検出素子EC3が検出した音波信号により変調された光を復調して音波信号pC3を生成するものである。そして、光源・復調器20は、生成した各音波信号pC0〜pC3を演算処理部30へ出力するように構成されている。以降では、各音波信号pC0〜pC3を総称する場合又はこれらと同質の信号を称する場合、音波信号pともいう。 In the fourth embodiment, the light source / demodulator 20 individually demodulates each light modulated by each sound wave signal detected by each of the detection elements E 0 to E 3 to generate a plurality of sound wave signals p C0 to p C0. C3 is generated. That is, the light source-demodulator 20 generates a sound signal p C0 demodulates the light modulated by the acoustic signal detection element E C0 detects the light detecting element E C1 is modulated by the acoustic signal detected The sound wave signal p C1 is generated by demodulation. The light source-demodulator 20 generates a sound signal p C2 demodulates the light modulated by the acoustic signal detected from the detection element E C2, detecting element E C3 is modulated by acoustic signals detected light Is demodulated to generate a sound wave signal pC3 . The light source / demodulator 20 is configured to output the generated sound wave signals p C0 to p C3 to the arithmetic processing unit 30. Hereinafter, when the sound wave signals p C0 to p C3 are collectively referred to or a signal of the same quality is also referred to as a sound wave signal p.

音響センサ10Cの動作、すなわち音響センサ10Cによる音波検出方法は、前述した第2実施形態の音響センサ10Aと同様である。ただし、検出素子Eの反射、回折等による伝搬時間への影響は、第2実施形態における検出素子Eより大きくなる。このため、検出素子Eの反射、回折等の影響で変化した伝搬時間に応じて、減算側遅延器51m
及び加算側遅延器52mの各遅延時間を補正するとよい。
The operation of the acoustic sensor 10C, that is, the method of detecting sound waves by the acoustic sensor 10C is the same as that of the acoustic sensor 10A of the second embodiment described above. However, the reflection of the detection element E C, the influence of the propagation time due to diffraction or the like is larger than the detector element E in the second embodiment. Therefore, reflection of the detection element E C, depending on the propagation time varied effects such as diffraction, the subtractor of the delay unit 51m
It is preferable to correct each delay time of the addition-side delay unit 52m.

音響センサ10Cは、上記のように構成され、動作するため、検出する音波の周波数によらず、雑音を低減し、感度の低下及び指向性の乱れの発生を抑えることができる。すなわち、音響センサ10Cによれば、第2実施形態の音響センサ10Aと同様、検出する音波の周波数が低い場合に雑音の増加を抑えることができ、第3実施形態の音響センサ10Bと同様、音場の乱れを抑えることができる。また、音響センサ10Cは、各検出素子Eの間隔を、各検出素子Eの間隔を不揃いにした第3実施形態の構造より小さくしても、高い周波数の音波を検出する場合の感度の低下及び指向性の乱れを抑えることができる。 Since the acoustic sensor 10 </ b> C is configured and operates as described above, the acoustic sensor 10 </ b> C can reduce noise, regardless of the frequency of the sound wave to be detected, and can suppress the decrease in sensitivity and the occurrence of disturbance in directivity. That is, according to the acoustic sensor 10C, similarly to the acoustic sensor 10A of the second embodiment, an increase in noise can be suppressed when the frequency of the sound wave to be detected is low. The disturbance of the place can be suppressed. In addition, even if the distance between the detection elements E C is smaller than the structure of the third embodiment in which the distance between the detection elements E is irregular, the acoustic sensor 10C has a reduced sensitivity when detecting a high-frequency sound wave. In addition, disturbance of directivity can be suppressed.

ところで、本第4実施形態では、各検出素子Eについては、すべての形状が異なる場合を例示したが、これに限らず、一部の検出素子Eが同一の形状であってもよい。すなわち、音響センサ10Cが有する複数の検出素子Eは、異なる形状の検出素子Eが組み合わされて構成されていてもよい。もっとも、検出素子Eの形状、すなわち、検出素子Eの形、検出素子Eを設置する向き等は、図6に示す例に限るものではない。 Incidentally, in the fourth embodiment, for each detector element E C, although all shapes exemplified the case where different, not limited to this, part of the detection element E C may be the same shape. That is, a plurality of detector elements E C having acoustic sensor 10C may be configured by combining detector elements E C of different shapes. However, the shape of the detector element E C, i.e., the shape of the detector element E C, orientation or the like for installing the detector element E C is not limited to the example shown in FIG.

なお、上述した実施形態は、音響センサ及び音波検出方法における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、第1実施形態では、減算器40の後に減算側遅延器51mを配置し、減値加算器62の後に積分・増幅器70を配置する例を示したが、上記式(6)と等しい関係が成り立つ範囲で音響センサ10の構成を変更し、演算処理の順序を変えるようにしてもよい。   The above-described embodiment is a preferred specific example of the acoustic sensor and the sound wave detection method, and the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the first embodiment, an example in which the subtraction side delay unit 51m is disposed after the subtractor 40 and the integration / amplifier 70 is disposed after the subtraction value adder 62 has been described. The configuration of the acoustic sensor 10 may be changed within the range where the condition is satisfied, and the order of the arithmetic processing may be changed.

また、第3実施形態では、複数の減算器40と減値加算器62とを設ける例を示したが、これに限定されるものではない。音響センサ10Bは、各減算器40及び減値加算器62の代わりに、例えば、隣り合う検出素子Eそれぞれのうちの検出方向側の各検出素子Eに対応し、かつ加減遅延装置53において遅延がかけられた各音波信号pを加算する第1加算器と、隣り合う検出素子Eそれぞれのうちの検出方向とは反対側の各検出素子Eに対応し、かつ加減遅延装置53において遅延がかけられた各音波信号pを加算する第2加算器と、第1加算器の出力から第2加算器の出力を減算する減算器と、を有するようにしてもよい。さらに、音響センサ10Bは、各減算器40及び減値加算器62又は第1〜第2加算器及び減算器といった複数の演算器の代わりに、隣り合う検出素子Eに対応し、かつ加減遅延装置53において遅延がかけられた2つの音波信号pそれぞれに対する加算処理と、当該加算処理の各出力に対する加算処理とを実行する1つの加減演算器を有するようにしてもよい。なお、各減算器40及び減値加算器62と、第1〜第2加算器及び減算器とは、本発明の「加減演算器」に含まれるものとする。   Further, in the third embodiment, the example in which the plurality of subtracters 40 and the subtraction value adders 62 are provided has been described, but the present invention is not limited to this. The acoustic sensor 10B corresponds to, for example, each detection element E in the detection direction of each of the adjacent detection elements E, instead of each of the subtracters 40 and the decrement value adders 62, and the delay in the addition / subtraction delay device 53 A first adder that adds the applied sound wave signals p, and a detection element E that is opposite to the detection direction of each of the adjacent detection elements E and that is delayed by the adjusting / delaying device 53. A second adder for adding the sound wave signals p and a subtractor for subtracting the output of the second adder from the output of the first adder may be provided. Further, the acoustic sensor 10B corresponds to an adjacent detection element E instead of a plurality of arithmetic units such as each of the subtractor 40 and the decremental adder 62 or the first and second adders and the subtractor, and further includes an add / drop delay device. It is also possible to have one adder / subtractor that performs addition processing on each of the two sound wave signals p delayed in 53 and addition processing on each output of the addition processing. Note that each of the subtractors 40 and the decremental adders 62 and the first and second adders and the subtractors are included in the “addition / subtraction unit” of the present invention.

併せて、第3実施形態では、複数の二値加算器61mと加値加算器64とを設ける例を示したが、これに限定されるものではない。音響センサ10Bは、各二値加算器61m及び加値加算器64の代わりに、例えば、隣り合う検出素子Eそれぞれのうちの検出方向側の各検出素子Eに対応し、かつ加減遅延装置53において遅延がかけられた各音波信号pを加算する第1加算器と、隣り合う検出素子Eそれぞれのうちの検出方向とは反対側の各検出素子Eに対応し、かつ加減遅延装置53において遅延がかけられた各音波信号pを加算する第2加算器と、第1加算器の出力と第2加算器の出力とを加算する第3加算器と、を有するようにしてもよい。そして、音響センサ10Bは、各二値加算器61m及び加値加算器64又は第1〜第3加算器といった複数の加算器の代わりに、隣り合う検出素子Eに対応し、かつ加減遅延装置53において遅延がかけられた2つの音波信号pそれぞれに対する加算処理と、当該加算処理の各出力に対する加算処理とを実行する1つの加算演算器を有するようにしてもよい。なお、各二値加算器61m及び加値加算器64と、第1〜第3加算器とは、本発明の「加算演算器」に含まれるものとする。   In addition, in the third embodiment, an example in which the plurality of binary adders 61m and the additive adders 64 are provided has been described, but the present invention is not limited to this. The acoustic sensor 10B corresponds to, for example, each detection element E in the detection direction of each of the adjacent detection elements E, instead of each of the binary adders 61m and the adder 64. A first adder for adding the delayed sound wave signals p, and each of the adjacent detection elements E corresponding to each of the detection elements E on the opposite side to the detection direction, and the delay in the adjusting / delaying device 53 A second adder for adding the applied sound wave signals p and a third adder for adding the output of the first adder and the output of the second adder may be provided. Then, instead of a plurality of adders such as the binary adder 61m and the adder 64 or the first to third adders, the acoustic sensor 10B corresponds to the adjacent detection element E, and has an add / drop delay device 53. May be added to each of the two sound wave signals p delayed, and one addition arithmetic unit that performs addition processing for each output of the addition processing. Note that each of the binary adders 61m and the adder 64, and the first to third adders are included in the "addition arithmetic unit" of the present invention.

また、第2実施形態及び第4実施形態では、減算器40の後に減算側遅延器51mを配置し、二値加算器61mの後に加算側遅延器52mを配置し、減値加算器62の後に積分・増幅器70を配置する例を示したが、上記式(9)と等しい関係が成り立つ範囲で音響センサ10A及び10Cの構成を変更し、演算処理の順序を変えるようにしてもよい。   In the second and fourth embodiments, the subtraction side delay unit 51m is arranged after the subtractor 40, the addition side delay unit 52m is arranged after the binary adder 61m, and the subtraction side adder 62 is arranged after the subtraction unit 62. Although the example in which the integrator / amplifier 70 is arranged has been described, the configuration of the acoustic sensors 10A and 10C may be changed and the order of the arithmetic processing may be changed as long as the relationship equivalent to the above equation (9) is satisfied.

さらに、第3実施形態では、減算器40又は二値加算器61mの前に加減遅延器53mを配置し、減値加算器62の後に積分・増幅器70を配置する例を示したが、上記式(9)と等しい関係が成り立つ範囲で音響センサ10A及び10Cの構成を変更し、演算処理の順序を変えるようにしてもよい。   Further, in the third embodiment, an example is shown in which the addition / subtraction delay unit 53m is arranged before the subtractor 40 or the binary adder 61m, and the integration / amplifier 70 is arranged after the subtraction adder 62. The configuration of the acoustic sensors 10A and 10C may be changed in a range where the same relationship as (9) is established, and the order of the arithmetic processing may be changed.

また、第1実施形態では、減算器40の出力を積分する例を示したが、音響センサ10は、信号加算器61の出力を微分する方法により構成してもよい。かかる構成を採った音響センサ10によっても、上記同様の効果を得ることができる。同様に、上記第2実施形態〜第4実施形態では、減算器40の出力を積分する例を示したが、二値加算器61mの出力を微分する方法を採るようにしてもよい。かかる構成を採った音響センサ10A〜10Cによっても、上記同様の効果を得ることができる。   In the first embodiment, the example in which the output of the subtracter 40 is integrated has been described. However, the acoustic sensor 10 may be configured by a method of differentiating the output of the signal adder 61. With the acoustic sensor 10 having such a configuration, the same effect as described above can be obtained. Similarly, in the second to fourth embodiments, the example in which the output of the subtracter 40 is integrated has been described, but a method of differentiating the output of the binary adder 61m may be adopted. With the acoustic sensors 10A to 10C having such a configuration, the same effect as described above can be obtained.

加えて、第2〜第4実施形態では、光ファイバ音響センサを用いる例を示したが、音響センサ10A〜10Cは、第1実施形態の場合と同様に、圧電材料を用いた検出素子など、他の形式の検出素子を用いて音波信号を直接検出するようにしてもよい。かかる構成を採った音響センサ10A〜10Cによっても、上記同様の効果を得ることができる。   In addition, in the second to fourth embodiments, an example in which the optical fiber acoustic sensor is used has been described. However, the acoustic sensors 10A to 10C have the same structure as the first embodiment, such as a detection element using a piezoelectric material. The sound wave signal may be directly detected using another type of detection element. With the acoustic sensors 10A to 10C having such a configuration, the same effect as described above can be obtained.

さらに、第1実施形態では、全ての検出素子Eに対応する音波信号pを信号加算器61で加算する例を示したが、一部の検出素子Eに対応する音波信号pを加算するように構成してもよい。また、信号加算器61を用いずに、何れか1つの検出素子Eに対応する音波信号pを減値加算器62に入力するように構成してもよい。   Further, in the first embodiment, the example in which the sound wave signals p corresponding to all the detection elements E are added by the signal adder 61 has been described, but the sound wave signals p corresponding to some of the detection elements E are added. You may comprise. Further, the sound wave signal p corresponding to any one of the detection elements E may be input to the subtraction value adder 62 without using the signal adder 61.

また、第1、第2、及び第4実施形態の構成に、各検出素子Eの間隔を不揃いにするという構成を適用してもよく、第1〜第3実施形態の構成に、各検出素子Eの形状を不揃いにするという構成を適用してもよい。   Further, a configuration in which the intervals between the detection elements E are irregular may be applied to the configurations of the first, second, and fourth embodiments, and each of the detection elements E may be added to the configuration of the first to third embodiments. A configuration in which the shape of E is irregular may be applied.

10、10A〜10C、100 音響センサ、20、200 復調器、30、30A、30B 演算処理部、40A、40B、40C、400 減算器、51 減算側遅延装置、51B、51C 減算側遅延器、52 加算側遅延装置、52B、52C 加算側遅延器、53 加減遅延装置、53A〜53D 加減遅延器、61、610 信号加算器、61A〜61C 二値加算器、62 減値加算器、63、630 出力加算器、64 加値加算器、70、700 積分・増幅器、E〜E、EC0〜EC3 検出素子、p〜p、pB0〜pB3、pC0〜pC3、p 音波信号。 10, 10A to 10C, 100 Acoustic sensor, 20, 200 Demodulator, 30, 30A, 30B Operation processing unit, 40A, 40B, 40C, 400 Subtractor, 51 Subtraction-side delay device, 51B, 51C Subtraction-side delay device, 52 Addition-side delay device, 52B, 52C Addition-side delay device, 53 addition / subtraction delay device, 53A-53D addition / subtraction delay device, 61,610 signal adder, 61A-61C binary adder, 62 subtraction value adder, 63,630 output Adder, 64 adder, 70, 700 integrator / amplifier, E 0 to E 3 , E C0 to E C3 detection elements, p 0 to p 3 , p B0 to p B3 , p C0 to p C3 , p i Sound wave signal.

Claims (11)

検出方向に沿って間隔をあけて配置され、各々が音波の成分を含む音波信号を検出する3個以上の検出素子と、
3個以上の前記検出素子において検出された複数の前記音波信号に演算処理を施して音波を検出する演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
隣り合う前記検出素子に対応する2つの前記音波信号それぞれに減算処理を施す複数の減算器と、
前記複数の減算器において減算処理が施された各音波信号のそれぞれに、当該音波信号に対応する前記検出素子の位置に応じた遅延をかける減算側遅延装置と、
前記減算側遅延装置からの出力に加算処理を施す減値加算器と、を有する音響センサ。
Three or more detection elements arranged at intervals along the detection direction, each detecting a sound wave signal including a sound wave component,
An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on the plurality of sound wave signals detected by the three or more detection elements to detect sound waves;
Has,
The arithmetic processing unit,
A plurality of subtracters for performing subtraction processing on each of the two sound wave signals corresponding to the adjacent detection elements;
A subtraction-side delay device that applies a delay corresponding to the position of the detection element corresponding to the sound wave signal to each of the sound wave signals subjected to the subtraction processing in the plurality of subtractors,
A subtraction adder for performing an addition process on an output from the subtraction-side delay device.
前記演算処理部は、
隣り合う前記検出素子に対応する2つの前記音波信号それぞれに加算処理を施す複数の二値加算器と、
前記複数の二値加算器において加算処理が施された前記音波信号のそれぞれに、当該音波信号に対応する前記検出素子の位置に応じた遅延をかける加算側遅延装置と、
前記加算側遅延装置からの出力に加算処理を施す加値加算器と、を有する請求項1に記載の音響センサ。
The arithmetic processing unit,
A plurality of binary adders for performing an addition process on each of the two sound wave signals corresponding to the adjacent detection elements;
Each of the sound wave signals subjected to the addition processing in the plurality of binary adders, an addition-side delay device that delays according to the position of the detection element corresponding to the sound wave signal,
The acoustic sensor according to claim 1, further comprising: an adder that performs an addition process on an output from the adding-side delay device.
検出方向に沿って間隔をあけて配置され、各々が音波の成分を含む音波信号を検出する3個以上の検出素子と、
3個以上の前記検出素子において検出された複数の前記音波信号に演算処理を施して音波を検出する演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
前記複数の音波信号のそれぞれに、当該音波信号に対応する前記検出素子の位置に応じた遅延をかける加減遅延装置と、
隣り合う前記検出素子に対応し、かつ前記加減遅延装置において遅延がかけられた2つの前記音波信号それぞれに対する減算処理と、当該減算処理の各出力に対する加算処理とを実行する加減演算器と、を有する音響センサ。
Three or more detection elements arranged at intervals along the detection direction, each detecting a sound wave signal including a sound wave component,
An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on the plurality of sound wave signals detected by the three or more detection elements to detect sound waves;
Has,
The arithmetic processing unit,
Each of the plurality of sound wave signals, an adjustable delay device that applies a delay according to the position of the detection element corresponding to the sound wave signal,
A subtraction process for each of the two sound wave signals corresponding to the adjacent detection elements and delayed by the addition / delay device, and an addition / subtraction calculator that performs an addition process for each output of the subtraction process, Acoustic sensor having.
隣り合う前記検出素子に対応し、かつ前記加減遅延装置において遅延がかけられた2つの前記音波信号それぞれに対する加算処理と、当該加算処理の各出力に対する加算処理とを実行する加算演算器と、を有する請求項3に記載の音響センサ。   An addition operation unit that performs an addition process on each of the two sound wave signals corresponding to the adjacent detection elements and that has been delayed in the add / drop delay device, and an addition process on each output of the addition process, The acoustic sensor according to claim 3, comprising: 3個以上の前記検出素子は、前記間隔が不揃いとなるように配置されている請求項1〜4の何れか一項に記載の音響センサ。   The acoustic sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein three or more of the detection elements are arranged so that the intervals are irregular. 3個以上の前記検出素子は、前記間隔が前記検出方向に向かって大きくなるように配置されている請求項5に記載の音響センサ。   The acoustic sensor according to claim 5, wherein the three or more detection elements are arranged such that the interval increases in the detection direction. 3個以上の前記検出素子は、異なる形状の前記検出素子が組み合わされて構成されている請求項1〜6の何れか一項に記載の音響センサ。   The acoustic sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the three or more detection elements are configured by combining the detection elements having different shapes. 検出方向に沿って間隔をあけて配置された3個以上の検出素子それぞれによって音波の成分を含む音波信号を検出する音波信号検出ステップと、
隣り合う前記検出素子に対応する2つの前記音波信号それぞれに減算処理を施す減算ステップと、
前記減算ステップで前記減算処理が施された各音波信号のそれぞれに、当該音波信号に対応する前記検出素子の位置に応じた遅延をかけて出力する減算側遅延ステップと、
前記減算側遅延ステップで遅延がかけられ出力される各信号を加算する減値加算ステップと、を有する音波検出方法。
A sound wave signal detecting step of detecting a sound wave signal including a sound wave component by each of three or more detection elements arranged at intervals along the detection direction;
A subtraction step of performing a subtraction process on each of the two sound wave signals corresponding to the adjacent detection elements;
Each of the sound wave signals subjected to the subtraction process in the subtraction step, a subtraction-side delay step of outputting a delay according to the position of the detection element corresponding to the sound wave signal,
A sound value detection method, comprising: a subtraction value addition step of adding signals output after being delayed in the subtraction side delay step.
隣り合う前記検出素子に対応する2つの前記音波信号それぞれに加算処理を施す二値加算ステップと、
前記二値加算ステップで加算処理が施された前記音波信号のそれぞれに、当該音波信号に対応する前記検出素子の位置に応じた遅延をかけて出力する加算側遅延ステップと、
前記加算側遅延ステップで遅延がかけられ出力される各信号を加算する加値加算ステップと、を有する請求項8に記載の音波検出方法。
A binary addition step of performing an addition process on each of the two sound wave signals corresponding to the adjacent detection elements;
Each of the sound wave signals subjected to the addition process in the binary addition step, an addition-side delay step of outputting a delay according to the position of the detection element corresponding to the sound wave signal,
9. The sound wave detection method according to claim 8, further comprising: an addition step of adding each signal output after being delayed in the addition-side delay step.
検出方向に沿って間隔をあけて配置された3個以上の検出素子それぞれによって音波の成分を含む音波信号を検出する音波信号検出ステップと、
3個以上の前記検出素子において検出された複数の音波信号のそれぞれに、当該音波信号に対応する前記検出素子の位置に応じた遅延をかける加減遅延ステップと、
隣り合う前記検出素子に対応し、かつ前記加減遅延ステップで遅延がかけられた2つの前記音波信号それぞれに減算処理を施して出力する減値減算ステップと、
前記減値減算ステップでの減算処理後に出力される各信号を加算する減値加算ステップと、を有する音波検出方法。
A sound wave signal detecting step of detecting a sound wave signal including a sound wave component by each of three or more detection elements arranged at intervals along the detection direction;
Each of a plurality of sound wave signals detected by three or more of the detection elements, an adjustable delay step of applying a delay according to the position of the detection element corresponding to the sound wave signal,
A decrement subtraction step of performing a subtraction process on each of the two sound wave signals corresponding to the adjacent detection elements and delayed in the addition and subtraction delay step, and outputting the subtracted signal;
A sound wave detection method, comprising: a subtraction value adding step of adding signals output after the subtraction processing in the subtraction value subtraction step.
隣り合う前記検出素子に対応し、かつ前記加減遅延ステップで遅延がかけられた2つの前記音波信号それぞれに加算処理を施して出力する二値加算ステップと、
前記二値加算ステップでの加算処理後に出力される各信号を加算する加値加算ステップと、を有する請求項10に記載の音波検出方法。
A binary addition step of performing an addition process on each of the two sound wave signals corresponding to the adjacent detection elements and being delayed in the addition / subtraction delay step, and outputting the result;
11. The sound wave detection method according to claim 10, further comprising: an addition step of adding signals output after the addition processing in the binary addition step.
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