JPH01263578A - 水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ - Google Patents
水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイInfo
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- JPH01263578A JPH01263578A JP9041488A JP9041488A JPH01263578A JP H01263578 A JPH01263578 A JP H01263578A JP 9041488 A JP9041488 A JP 9041488A JP 9041488 A JP9041488 A JP 9041488A JP H01263578 A JPH01263578 A JP H01263578A
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Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は水中音響信号の入射角測定用音響センサアレ
イ、特に水の音響インピーダンスとほぼ等しい特性を有
する高分子圧電材ボイデットポリ弗化ビニリデンを素材
とする単層もしくは積層された構造の音響センサ素子を
、入射する水中音響信号の波長のｌ／２に所定視野角の
１／２の余割を乗じた値を越えない間隔に配列したアレ
イ構成とした水中音響信号の入射角測定用音響センサア
レイに関するものである。
イ、特に水の音響インピーダンスとほぼ等しい特性を有
する高分子圧電材ボイデットポリ弗化ビニリデンを素材
とする単層もしくは積層された構造の音響センサ素子を
、入射する水中音響信号の波長のｌ／２に所定視野角の
１／２の余割を乗じた値を越えない間隔に配列したアレ
イ構成とした水中音響信号の入射角測定用音響センサア
レイに関するものである。
［従来の技術］
１対の音響センサ素子からなる音響センサアレイを検出
器として、該音響センサアレイ素子の出力信号間の位相
差を測定することにより、該音響センサアレイ上の基準
軸に対する水中音響信号の入射角を測定する水中音響信
号入射角測定装置は、ソナーあるいは水中音響測位装置
において広く用いられている。一般に知られているよう
に入射音響信号が、狭帯域信号である場合、前記信号入
射角の測定においてグレイティングローブによる曖昧さ
を避けるためには、可視領域０１〜１８０ ”の範囲の
場合、前記アレイ素子の配列間隔を該狭帯域信号の波長
の１／２以下にしなければならないという制約かあ、る
。
器として、該音響センサアレイ素子の出力信号間の位相
差を測定することにより、該音響センサアレイ上の基準
軸に対する水中音響信号の入射角を測定する水中音響信
号入射角測定装置は、ソナーあるいは水中音響測位装置
において広く用いられている。一般に知られているよう
に入射音響信号が、狭帯域信号である場合、前記信号入
射角の測定においてグレイティングローブによる曖昧さ
を避けるためには、可視領域０１〜１８０ ”の範囲の
場合、前記アレイ素子の配列間隔を該狭帯域信号の波長
の１／２以下にしなければならないという制約かあ、る
。
従来水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ素子
の材料としては一般に圧電セラミックスが用いられてい
る。この圧電セラミックスは水中での反射率が約０．９
で、はぼ剛体に近い特性を示す。このためアレイ素子の
間隔を使用波長の１／２以下にすると、各素子は他素子
からの反射信号の影響を受け、各素子への入射信号に位
相のずれを生じるという欠点があった。この反射の影響
を避けるには、例えば円筒形の素子の場合、円管の半径
をａ５入射信号の波数をｋとすると、半径ａを波数ｋに
対して、ｋ ａ ＜ ０．２の関係となるようにすれば
よい。しかし周波数５０ＫＨｚ以上の高周波の入射信号
に対しては、半径ａを１ ｍ＋ｓ以下にする必要があり
、現在前記形状の圧電セラミックスでは、受信感度が十
分高く、且つ電気的インピーダンスを十分小さくするこ
とは困難である。
の材料としては一般に圧電セラミックスが用いられてい
る。この圧電セラミックスは水中での反射率が約０．９
で、はぼ剛体に近い特性を示す。このためアレイ素子の
間隔を使用波長の１／２以下にすると、各素子は他素子
からの反射信号の影響を受け、各素子への入射信号に位
相のずれを生じるという欠点があった。この反射の影響
を避けるには、例えば円筒形の素子の場合、円管の半径
をａ５入射信号の波数をｋとすると、半径ａを波数ｋに
対して、ｋ ａ ＜ ０．２の関係となるようにすれば
よい。しかし周波数５０ＫＨｚ以上の高周波の入射信号
に対しては、半径ａを１ ｍ＋ｓ以下にする必要があり
、現在前記形状の圧電セラミックスでは、受信感度が十
分高く、且つ電気的インピーダンスを十分小さくするこ
とは困難である。
［発明が解決しようとする課題］
上記のような従来の水中音響信号の入射角測定用音響セ
ンサアレイでは、音響センサ素子の素材として圧電セラ
ミックスを用いているため、高周波の入射信号に対して
は他の音響センサ素子からの反射信号に起因する入射信
号の位相のずれにより、信号入射角の測定に誤差を生じ
ていた。
ンサアレイでは、音響センサ素子の素材として圧電セラ
ミックスを用いているため、高周波の入射信号に対して
は他の音響センサ素子からの反射信号に起因する入射信
号の位相のずれにより、信号入射角の測定に誤差を生じ
ていた。
この発明は、前記水中音響センサアレイの他の音響セン
サ素子からの反射に起因する入射信号の位相ずれを除去
し、信号入射角の測定誤差の小さな水中音響信号の入射
角測定用音響センサアレイを得ることを目的とする。
サ素子からの反射に起因する入射信号の位相ずれを除去
し、信号入射角の測定誤差の小さな水中音響信号の入射
角測定用音響センサアレイを得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］
この発明に係る水中音響信号の入射角測定用音響センサ
アレイは、総ての発明において、水の音響インピーダン
スとほぼ等しい特性を有する高分予圧電材ボイデット王
り弗化ビニリデンを素材とする音響センサ素子を備えた
ものである。
アレイは、総ての発明において、水の音響インピーダン
スとほぼ等しい特性を有する高分予圧電材ボイデット王
り弗化ビニリデンを素材とする音響センサ素子を備えた
ものである。
またこの発明の総ての音響センサアレイは、各音響セン
サ素子を入射する水中音響信号の波長の１／２に所定視
野角のｌ／２の余割を乗じた値を越えない間隔に配列し
たアレイ構成とした音響センサアレイを備えたものであ
る。
サ素子を入射する水中音響信号の波長の１／２に所定視
野角のｌ／２の余割を乗じた値を越えない間隔に配列し
たアレイ構成とした音響センサアレイを備えたものであ
る。
この発明に係る第１の構造の水中音響信号の入射角測定
用音響センサ素子は、ボイデットポリ弗化ビニリデンの
分極方向の両側に電極を形成し、該電極間の電圧を出力
信号とする構造の音響センサ素子を備えたものである。
用音響センサ素子は、ボイデットポリ弗化ビニリデンの
分極方向の両側に電極を形成し、該電極間の電圧を出力
信号とする構造の音響センサ素子を備えたものである。
この発明に係る第２の構造の水中音響信号の入射角測定
用音響センサ素子は、複数のボイデットポリ弗化ビニリ
デンを同一分極方向に直列に積層し、該積層されたボイ
デットポリ弗化ビニリデンの両側に電極を形成し、該電
極間の電圧を出力信号とする構造の音響センサ素子を備
えたものである。
用音響センサ素子は、複数のボイデットポリ弗化ビニリ
デンを同一分極方向に直列に積層し、該積層されたボイ
デットポリ弗化ビニリデンの両側に電極を形成し、該電
極間の電圧を出力信号とする構造の音響センサ素子を備
えたものである。
この発明に係る第３の構造の水中音響信号の入射角測定
用音響センサ素子は、１対のボイデットポリ弗化ビニリ
デンの分極した同一極性の面を対向させ、該対向面間に
電極を挿入して積層し、この積層されたボイデットポリ
弗化ビニリデンの非対向面に形成された電極相互間を導
電手段により接続し、前記対向面間の電極と非対向面の
電極との間の電圧を出力信号とする構造の音響センサ素
子を備えたものである。
用音響センサ素子は、１対のボイデットポリ弗化ビニリ
デンの分極した同一極性の面を対向させ、該対向面間に
電極を挿入して積層し、この積層されたボイデットポリ
弗化ビニリデンの非対向面に形成された電極相互間を導
電手段により接続し、前記対向面間の電極と非対向面の
電極との間の電圧を出力信号とする構造の音響センサ素
子を備えたものである。
この発明に係る第４の構造の水中音響信号の入射角測定
用音響センサ素子は、前記第２の構造の音響センサ素子
である積層されたボイデットポリ弗化ビニリデン材を１
対とし、前記第３の構造により構成された音響サンサ素
子を備えたものである。
用音響センサ素子は、前記第２の構造の音響センサ素子
である積層されたボイデットポリ弗化ビニリデン材を１
対とし、前記第３の構造により構成された音響サンサ素
子を備えたものである。
［作用］
この発明において音響センサ素子の素材とした高分子圧
電材ボイデットポリ弗化ビニリデンは、水の音響インピ
ーダンスとほぼ等しい特性を有するので、入射する水中
音響信号の音響センサ素子からの反射を減少するように
作用する。その結果入射角測定時に生ずる入射信号の位
相ずれが軽減され、入射角測定精度が向上する。
電材ボイデットポリ弗化ビニリデンは、水の音響インピ
ーダンスとほぼ等しい特性を有するので、入射する水中
音響信号の音響センサ素子からの反射を減少するように
作用する。その結果入射角測定時に生ずる入射信号の位
相ずれが軽減され、入射角測定精度が向上する。
この発明においては音響センサ素子を、入射する水中音
響信号の波長の１／２に所定視野角の１／２０余割を乗
じた値を越えない間隔に配列したアレイ構成としたので
、所定視野角においてグレイティングローブを十分に抑
制するように作用する。
響信号の波長の１／２に所定視野角の１／２０余割を乗
じた値を越えない間隔に配列したアレイ構成としたので
、所定視野角においてグレイティングローブを十分に抑
制するように作用する。
この発明の第２の構造の音響センサ素子は、その分極方
向に直列に積層された厚さに比例して受渡感度が向上す
るように作用する。
向に直列に積層された厚さに比例して受渡感度が向上す
るように作用する。
この発明の第３の構造の音響センサ素子は、対向面間の
電極を正側とし、非対向面の電極を負側とすることによ
り、静電シールドの効果があり、対ノイズ性に優れた受
波信号が得られる。さらに音響センサ素子の静電容量を
増加させ、内部抵抗を減少させるように作用する。
電極を正側とし、非対向面の電極を負側とすることによ
り、静電シールドの効果があり、対ノイズ性に優れた受
波信号が得られる。さらに音響センサ素子の静電容量を
増加させ、内部抵抗を減少させるように作用する。
この発明の第４の構造の音響センサ素子は、第２及び第
３の構造の特徴を有し、相互の欠点を補うように作用す
る。即ち受波感度を向上させ、且つ静電容量の減少と内
部抵抗の増加を防止するように作用する。
３の構造の特徴を有し、相互の欠点を補うように作用す
る。即ち受波感度を向上させ、且つ静電容量の減少と内
部抵抗の増加を防止するように作用する。
［実施例］
第１図は本発明の第１の実施例を示す音響センサアレイ
の構造図であり、図において１１．１１ 、１１３は厚
さ０．８ｍｍ、幅５關、高さ１８ｎ＋ｍの長方形の高分
子圧電材ボイデッドボリ弗化ビニリデン（ｖｏｌｄｅｄ
ｐｏｌｙｖｌｎｙｌｌｄｅｎｃｅ ｆ’１ｕｏｒｌｄ
ｅ 、以下ボイデッドＰＶＤＦという）の両面に電極を
形成した音響センサ素子、１２．１２２．１２３は音響
センサ素子１１．１１２．１１３のそれぞれの電極に接
続される■ ケーブルであり、該ケーブルを介して図示しない信号処
理部に出力信号が送出される。１３は音響センサ素子１
１１．１１２、ｌ１３及び該素子の電極近傍部のケーブ
ル１２．１２２．１２３の一部を内部に封■ 人するウレタンゴムであり、各音響センサ素子及びケー
ブルを防水モールドしている。
の構造図であり、図において１１．１１ 、１１３は厚
さ０．８ｍｍ、幅５關、高さ１８ｎ＋ｍの長方形の高分
子圧電材ボイデッドボリ弗化ビニリデン（ｖｏｌｄｅｄ
ｐｏｌｙｖｌｎｙｌｌｄｅｎｃｅ ｆ’１ｕｏｒｌｄ
ｅ 、以下ボイデッドＰＶＤＦという）の両面に電極を
形成した音響センサ素子、１２．１２２．１２３は音響
センサ素子１１．１１２．１１３のそれぞれの電極に接
続される■ ケーブルであり、該ケーブルを介して図示しない信号処
理部に出力信号が送出される。１３は音響センサ素子１
１１．１１２、ｌ１３及び該素子の電極近傍部のケーブ
ル１２．１２２．１２３の一部を内部に封■ 人するウレタンゴムであり、各音響センサ素子及びケー
ブルを防水モールドしている。
第１図の構造及び動作について説明する。音響センサ°
素子１１、ｌ１２、ｌ１３は、該音響センサ素子１１
と１１２及びｌ１１とｌ１３の間隔（正確には中６軸
間の距離）をそれぞれ狭帯域の入射音響信号の波長の１
／２に等しく、また音響センサ素子１１、と１１ と
を結ぶ基準軸と、同素子１１ と１１３とを結ぶ基準
軸とが直交するように配列されている。
素子１１、ｌ１２、ｌ１３は、該音響センサ素子１１
と１１２及びｌ１１とｌ１３の間隔（正確には中６軸
間の距離）をそれぞれ狭帯域の入射音響信号の波長の１
／２に等しく、また音響センサ素子１１、と１１ と
を結ぶ基準軸と、同素子１１ と１１３とを結ぶ基準
軸とが直交するように配列されている。
また音響センサ素子１１ 、１１．．１１３及び該素
子の電極近傍部のケーブルの一部は、水の音響インピー
ダンスとほぼ等しい特性を有するウレタンゴム２３によ
り防水モールドされている。また音響素子１１ 〜１１
３に用いられる高分子電圧材ボイデットＰＶＤＦは文献
「ア・ロウシー・ハイドロホン」（“Ａ ｐ ｃ ｈ
ｙｄｒｏｐｈｏｎｅ ” Ｍｏｆ’ｆ’ｅｔｔ ａｎ
ｄ Ｐｏｗｅｒｓ。
子の電極近傍部のケーブルの一部は、水の音響インピー
ダンスとほぼ等しい特性を有するウレタンゴム２３によ
り防水モールドされている。また音響素子１１ 〜１１
３に用いられる高分子電圧材ボイデットＰＶＤＦは文献
「ア・ロウシー・ハイドロホン」（“Ａ ｐ ｃ ｈ
ｙｄｒｏｐｈｏｎｅ ” Ｍｏｆ’ｆ’ｅｔｔ ａｎ
ｄ Ｐｏｗｅｒｓ。
Ｊ、 Ａｃｏｕｓｔ、 Ｓｏｃ、 ＡＬ８０（２） 、
Ａｕｇｕｓｔ １９８６ ）に記載されているように
、密度：ρ−１，５ＸＩＯ” ｋｇ１ｍ３、音速ｃ ’
＝ １ｏｏｏａ＋／ｓｅｅであり、音響インピーダンス
ρＣ−１，５×１０ｋｇ／１１２・ＳｅＣと水の音響イ
ンピーダンスとほぼ等しい特性を示している。
Ａｕｇｕｓｔ １９８６ ）に記載されているように
、密度：ρ−１，５ＸＩＯ” ｋｇ１ｍ３、音速ｃ ’
＝ １ｏｏｏａ＋／ｓｅｅであり、音響インピーダンス
ρＣ−１，５×１０ｋｇ／１１２・ＳｅＣと水の音響イ
ンピーダンスとほぼ等しい特性を示している。
第３図は音響センサ素子の１００ＫＨ２における水平指
向特性図であり、同図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、は第１
図で示される構造図による音響センサアレーを試作し、
水中にて周波数１００ＫＨｚで測定した、音響センサ素
子１１ ．１１ 、１１３のそれぞれの水平指向特性
図である。また同図（ｄ）は各音響センサ素子１１ 〜
ｌ１３の水平面における配置図を示す。第３図の（ａ）
、（ｂ） 、（ｅ）に示されるそれぞれの指向特性は
ほぼ類似であり、水平面では全方位にほぼ均一な無指向
特性を示している。従って各音響センサ素子が入射信号
を受波した場合の位相のずれが大幅に低減されている。
向特性図であり、同図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、は第１
図で示される構造図による音響センサアレーを試作し、
水中にて周波数１００ＫＨｚで測定した、音響センサ素
子１１ ．１１ 、１１３のそれぞれの水平指向特性
図である。また同図（ｄ）は各音響センサ素子１１ 〜
ｌ１３の水平面における配置図を示す。第３図の（ａ）
、（ｂ） 、（ｅ）に示されるそれぞれの指向特性は
ほぼ類似であり、水平面では全方位にほぼ均一な無指向
特性を示している。従って各音響センサ素子が入射信号
を受波した場合の位相のずれが大幅に低減されている。
また第３図（ｄ）は音響センサ素子１１ と１１２及
びｌｉｔと１１３の中心軸間の距離がそれぞれ入射音響
信号の波長の１／２に配列され、また音響センサ素子１
１ とｌ１２を結ぶ基準軸と同素子１１ と１１３
を結ぶ基準軸が直交していることを示している。
びｌｉｔと１１３の中心軸間の距離がそれぞれ入射音響
信号の波長の１／２に配列され、また音響センサ素子１
１ とｌ１２を結ぶ基準軸と同素子１１ と１１３
を結ぶ基準軸が直交していることを示している。
第２図は本発明の第２の実施例を示す音響センサアレイ
の構造図であり、図において２１，２１２、■ ２１３、は厚さ０．８ｍｍ、外径６ＩＩＩＩＩφ、長さ
１８ｍ＋ｓの円筒形の高分子圧電材ボイデットＰＶＤＦ
の内側及び外側に電極を形成した音響センサ素子である
。１２□、１２゜、１２３及び１３は第１図で説明した
機材と全く同一のものである。
の構造図であり、図において２１，２１２、■ ２１３、は厚さ０．８ｍｍ、外径６ＩＩＩＩＩφ、長さ
１８ｍ＋ｓの円筒形の高分子圧電材ボイデットＰＶＤＦ
の内側及び外側に電極を形成した音響センサ素子である
。１２□、１２゜、１２３及び１３は第１図で説明した
機材と全く同一のものである。
第２図の構造及び動作について説明する。音響センサ素
子２１ と２１゜及び２１１と２１３の間隔（正■ 確には円筒形の中心軸間の距離）はそれぞれ入射音響信
号の波長の１／２に配列され、また音響センサ素子２１
と２１２とを結ぶ基準軸と、同素子２１ｔと２１３
とを結ぶ基準軸とが直交するように配列されている。こ
の第２図の構造における各音響センサ素子の水平指向特
性は第１図と同様にほぼ無指向特性となる。
子２１ と２１゜及び２１１と２１３の間隔（正■ 確には円筒形の中心軸間の距離）はそれぞれ入射音響信
号の波長の１／２に配列され、また音響センサ素子２１
と２１２とを結ぶ基準軸と、同素子２１ｔと２１３
とを結ぶ基準軸とが直交するように配列されている。こ
の第２図の構造における各音響センサ素子の水平指向特
性は第１図と同様にほぼ無指向特性となる。
第１図及び第２図においてはそれぞれ３個の音響センサ
素子を平面的に直交する（Ｘ軸とＹ軸の）方向に配列し
である。例えば第１図の音響センサ１１ と１１３を
Ｘ軸方向とすると、ｌ１１と１１２はＹ■ 軸方向に配列される。また第２図の音響センサ２１
と２１３をＸ軸方向とすると２１ｔと２１２はＹ軸方向
に配列されている。そして各音響センサ素子の最長の寸
法方向はＺ軸方向に一致するように三次元的に配置され
ている。いまＸ軸とＹ軸とを含む平面を水平面として、
この水平面における音響信号の到来方位を次のように考
える。まずＸ軸もしくはＹ軸方向の一対の音響センサ配
列方向へ基準軸を設定する。前記一対の音響センサの間
隔の中心位置より前記基準軸に直交する直交軸を前記水
平面内に設定する。前記水平面上の基準軸と入射する音
響信号とのなす角度φを音響信号の音響センサアレイに
対する水平面入射角という。また前記直交軸に対して左
右それぞれの方向へ一定角度θ（例えばθ−４５’ ）
の範囲内の音響信号を可視範囲とする場合、この両角度
の和２θを視野角という。また音響センサ素子が無指向
性の場合この視野角は前記基準軸に対して前後の２方向
に設定が可能となる。
素子を平面的に直交する（Ｘ軸とＹ軸の）方向に配列し
である。例えば第１図の音響センサ１１ と１１３を
Ｘ軸方向とすると、ｌ１１と１１２はＹ■ 軸方向に配列される。また第２図の音響センサ２１
と２１３をＸ軸方向とすると２１ｔと２１２はＹ軸方向
に配列されている。そして各音響センサ素子の最長の寸
法方向はＺ軸方向に一致するように三次元的に配置され
ている。いまＸ軸とＹ軸とを含む平面を水平面として、
この水平面における音響信号の到来方位を次のように考
える。まずＸ軸もしくはＹ軸方向の一対の音響センサ配
列方向へ基準軸を設定する。前記一対の音響センサの間
隔の中心位置より前記基準軸に直交する直交軸を前記水
平面内に設定する。前記水平面上の基準軸と入射する音
響信号とのなす角度φを音響信号の音響センサアレイに
対する水平面入射角という。また前記直交軸に対して左
右それぞれの方向へ一定角度θ（例えばθ−４５’ ）
の範囲内の音響信号を可視範囲とする場合、この両角度
の和２θを視野角という。また音響センサ素子が無指向
性の場合この視野角は前記基準軸に対して前後の２方向
に設定が可能となる。
第４図は本発明の音響センサアレイと視野角及び入射角
を示す図である。図において２１１．２１２．２１３は
音響センサ素子であり、各素子の間隔がｄに配列されて
いる。また音響センサ素子２ｔ、及び２１゜に対する前
方及び後方の視野角２θをそれぞれ９０″とし、入射角
をφとして図示している。この例の場合音響セサン素子
２１ 及び２１２の配列力向と直交した配列の音響セ
ンサ素子２１．及び２１３による前方及び後方の視野角
もそれぞれ９０″となる。即ち音響センサ素子２１
及び２１□を１対としま たアレイか、もしくは音響センサ素子２１□及び２１３
を１対としたアレイのいずれかを選択して使用すること
により全方位から入射される音響信号の入射角を測定す
ることができる。前記２対のアレイのうちいずれを使用
するかは音響信号の入射方位に対応して選択される。
を示す図である。図において２１１．２１２．２１３は
音響センサ素子であり、各素子の間隔がｄに配列されて
いる。また音響センサ素子２ｔ、及び２１゜に対する前
方及び後方の視野角２θをそれぞれ９０″とし、入射角
をφとして図示している。この例の場合音響セサン素子
２１ 及び２１２の配列力向と直交した配列の音響セ
ンサ素子２１．及び２１３による前方及び後方の視野角
もそれぞれ９０″となる。即ち音響センサ素子２１
及び２１□を１対としま たアレイか、もしくは音響センサ素子２１□及び２１３
を１対としたアレイのいずれかを選択して使用すること
により全方位から入射される音響信号の入射角を測定す
ることができる。前記２対のアレイのうちいずれを使用
するかは音響信号の入射方位に対応して選択される。
次に本発明の音響センサ素子の配列間隔について説明す
る。音響信号の入射角測定においては設定した視野角に
おいてグレイティングローブの発生を避けるように配列
しなければならない。そこで本発明においては入力音響
信号の波長をλ、設定された視野角を２θとすると、音
響センサ素子の間隔（中心軸間の距Ｍ）ｄは（１）式の
ように設定した。
る。音響信号の入射角測定においては設定した視野角に
おいてグレイティングローブの発生を避けるように配列
しなければならない。そこで本発明においては入力音響
信号の波長をλ、設定された視野角を２θとすると、音
響センサ素子の間隔（中心軸間の距Ｍ）ｄは（１）式の
ように設定した。
λ
ｄ≦ｃｏｓｅｃθ・−（但しθ＞ ０ ） ・（１）（
１）式において余割（ｃｏｓｅｃθ）が視野角を考慮し
た係数となっている。例えばθ−４５＠とするとｃｏｓ
ｅｃ ４５” ＝ １”Ｚとなる。
１）式において余割（ｃｏｓｅｃθ）が視野角を考慮し
た係数となっている。例えばθ−４５＠とするとｃｏｓ
ｅｃ ４５” ＝ １”Ｚとなる。
（１）式は音響セサン素子の間隔ｄは、所定視野角２θ
において、入射する音響信号の波長の１／２に所定視野
角のｌ／２の余割（ｃｏｓｅｃθ）を乗じた値を越えな
い間隔に配列されることを示している。
において、入射する音響信号の波長の１／２に所定視野
角のｌ／２の余割（ｃｏｓｅｃθ）を乗じた値を越えな
い間隔に配列されることを示している。
第５図は本発明の第３の実施例を示す音響センサアレイ
の配置図であり、図において２１□〜２１５は音響セン
サ素子である。第５図においてはＸ軸方向には音響セン
サ素子２１ｔ 、２１２．２１４によるアレイ構成とし
、Ｙ軸方向には音響センサ素子２１ 、２１３．２１
５によるアレイ構成としている。
の配置図であり、図において２１□〜２１５は音響セン
サ素子である。第５図においてはＸ軸方向には音響セン
サ素子２１ｔ 、２１２．２１４によるアレイ構成とし
、Ｙ軸方向には音響センサ素子２１ 、２１３．２１
５によるアレイ構成としている。
■
また音響センサ素子２１□と２１２及び２１１と２１ｇ
の間隔をｄ１２１□と２１４及び２１３と２１５の間隔
をｄ２とし、ｄｌくｄ２に設定する。このようなアレイ
構造の特徴は、例えば音源が変って音響信号の波長が変
化したり、もしくは音響信号が広帯域信号の場合に、入
射信号に適した素子間隔のアレイを選択することができ
るからである。即□ちＸ軸方向では音響センサ素子２１
と２１□とを１対とするか、２１２と２１４とを１
対とするか、２１１と２１４とを１対とするかの選択が
可能となる。また前記選択された１対の音響センサ素子
からの出力信号のみを利用するほかζ２対の音響センサ
素子からの出力信号を利用してそれぞれ別個に計測され
た入射角の平均値を算出する等種々の信号処理を適用す
ることができる。従って音響センサアレイの素子数は各
軸方向につき２個以上の任意の数に設定することができ
る。
の間隔をｄ１２１□と２１４及び２１３と２１５の間隔
をｄ２とし、ｄｌくｄ２に設定する。このようなアレイ
構造の特徴は、例えば音源が変って音響信号の波長が変
化したり、もしくは音響信号が広帯域信号の場合に、入
射信号に適した素子間隔のアレイを選択することができ
るからである。即□ちＸ軸方向では音響センサ素子２１
と２１□とを１対とするか、２１２と２１４とを１
対とするか、２１１と２１４とを１対とするかの選択が
可能となる。また前記選択された１対の音響センサ素子
からの出力信号のみを利用するほかζ２対の音響センサ
素子からの出力信号を利用してそれぞれ別個に計測され
た入射角の平均値を算出する等種々の信号処理を適用す
ることができる。従って音響センサアレイの素子数は各
軸方向につき２個以上の任意の数に設定することができ
る。
また第５図はＸ軸とＹ軸の２次元アレイの構造を示した
が、さらにＺ軸方向のアレイを追加して３次元アレイの
構造とすることも可能である。
が、さらにＺ軸方向のアレイを追加して３次元アレイの
構造とすることも可能である。
第６図は本発明の第４の実施例を示す音響センサアレイ
素子の構造図であり、同図（ａ）は平面板構造、同図（
ｂ）は円筒形構造の場合を示している。
素子の構造図であり、同図（ａ）は平面板構造、同図（
ｂ）は円筒形構造の場合を示している。
図において３０は高分子圧電材ボイデットＰＶＤＰ、
３１は電極、３２．３２゜は出力端子である。
３１は電極、３２．３２゜は出力端子である。
■
第６図は１対の分極した高分子圧電材ボイデットＰｖＤ
Ｆを同一分極方向に直列に（一方の正極側と他方の負極
側が対向するように）積層し、その積層したボイデット
ＰＶＤＦの両側に電極を形成し、両電極間の電圧を出力
信号とする構造である。この同一分極方向に直列に積層
すると、受波感度が増大するという利点が得られる。こ
れは一般に受波感度が圧電材の厚さに比例するため、積
層して厚さが増加することに起因する。また積層数は２
層に限定されるものではなく、さらに増加してもよい。
Ｆを同一分極方向に直列に（一方の正極側と他方の負極
側が対向するように）積層し、その積層したボイデット
ＰＶＤＦの両側に電極を形成し、両電極間の電圧を出力
信号とする構造である。この同一分極方向に直列に積層
すると、受波感度が増大するという利点が得られる。こ
れは一般に受波感度が圧電材の厚さに比例するため、積
層して厚さが増加することに起因する。また積層数は２
層に限定されるものではなく、さらに増加してもよい。
しかし直列積層の場合は、音響センサの静電容量は厚さ
に反比例するため、静電容量が小さくなる。また内部抵
抗が大となり、音響センサ素子に接続される前置増幅器
との整合がやや困難となる等の不利な点も存在する。し
かし積層数を増加することにより、受波感度が増大する
という利点は大きく、また他の構造との組み合せにより
前記不利な点を除去することもできる。
に反比例するため、静電容量が小さくなる。また内部抵
抗が大となり、音響センサ素子に接続される前置増幅器
との整合がやや困難となる等の不利な点も存在する。し
かし積層数を増加することにより、受波感度が増大する
という利点は大きく、また他の構造との組み合せにより
前記不利な点を除去することもできる。
第７図は本発明の第５の実施例を示す音響センサアレイ
素子の構造図であり、同図（ａ）は平面板構造、同図（
ｂ）は円筒形構造の場合を示している。
素子の構造図であり、同図（ａ）は平面板構造、同図（
ｂ）は円筒形構造の場合を示している。
図にお°いて、３０〜３２２は第６図の機材と全く同一
のものである。
のものである。
第７図は１対の分極した高分子圧電材ボイデントＰｖＤ
Ｆの正極側の面を対向させ、その対向面間に電極を挿入
して積層し、この積層されたボイデットＰｖＤＦの両側
に電極を形成し、この両側の電極を導電手段で接続し、
内側の電極と外側の電極の間の電圧を出力信号とする構
造である。この第７図の構造の場合の特徴は、音響セン
サ素子の静電容量が第６図の場合の２倍となり、また分
極した負極側の面を外側としているため静電シールドの
効果があり、対ノイズ性に優れた受波信号が得られるこ
とである。しかじ受波感度は積層しない場合と同一感度
である。従って第７図の構造の音響センサは第６図の構
造の不利な点を補う特性を有している。
Ｆの正極側の面を対向させ、その対向面間に電極を挿入
して積層し、この積層されたボイデットＰｖＤＦの両側
に電極を形成し、この両側の電極を導電手段で接続し、
内側の電極と外側の電極の間の電圧を出力信号とする構
造である。この第７図の構造の場合の特徴は、音響セン
サ素子の静電容量が第６図の場合の２倍となり、また分
極した負極側の面を外側としているため静電シールドの
効果があり、対ノイズ性に優れた受波信号が得られるこ
とである。しかじ受波感度は積層しない場合と同一感度
である。従って第７図の構造の音響センサは第６図の構
造の不利な点を補う特性を有している。
第８図は本発明の第６の実施例を示す音響センサアレイ
素子の構造図であり、同図（ａ）は平面板構造、同図（
ｂ）は円管形構造の場合を示している。
素子の構造図であり、同図（ａ）は平面板構造、同図（
ｂ）は円管形構造の場合を示している。
図において３０〜３２２は第６図の機材と全く同一のも
のである。
のである。
第８図は第６図と第７図とを組合せた構造である。即ち
２個の分極した高分子圧電材ボイデットＰＶＤＰを同一
分極方向に直列に積層した積層圧電材を１対とし、該１
対の積層圧電材の分極した正極側の而を対向させ、その
対向面間に電極を挿入して積層し、この積層圧電材の両
側に電極を形成し、この両側の電極を導電手段で接続し
、内側の電極と外側の電極の間の電圧を出力信号とする
構造である。この第８図の場合の特徴は第６図及び第７
図の両方の特徴ををし、且つそれぞれの欠点を相互に補
う特性を有することである。即ち積層しない単層の音響
センサ素子に比較し、分極方向に直列に積層したことに
よる受波感度の増大と、同一極性の面を対向させ並列的
に積層したことによる静電容量の増加及び内部抵抗の減
少とが、いずれも音響センサ素子の特性を向上させる効
果があり、第８図の構造により優れた特性の音響センサ
素子を実現することができる。
２個の分極した高分子圧電材ボイデットＰＶＤＰを同一
分極方向に直列に積層した積層圧電材を１対とし、該１
対の積層圧電材の分極した正極側の而を対向させ、その
対向面間に電極を挿入して積層し、この積層圧電材の両
側に電極を形成し、この両側の電極を導電手段で接続し
、内側の電極と外側の電極の間の電圧を出力信号とする
構造である。この第８図の場合の特徴は第６図及び第７
図の両方の特徴ををし、且つそれぞれの欠点を相互に補
う特性を有することである。即ち積層しない単層の音響
センサ素子に比較し、分極方向に直列に積層したことに
よる受波感度の増大と、同一極性の面を対向させ並列的
に積層したことによる静電容量の増加及び内部抵抗の減
少とが、いずれも音響センサ素子の特性を向上させる効
果があり、第８図の構造により優れた特性の音響センサ
素子を実現することができる。
［発明の効果コ
以上のようにこの発明によれば、音響センサ素子の素材
に高分子圧電材ボイデットＰＶＤＦを使用したので、水
中での各音響センサ素子による音響信号の反射が低減し
、複数の音響センサ素子をアレイ状に配列しても他の素
子への影響が少ない。従って水中音響信号の測定可能周
波数の上限を従来の３０Ｋ）！ｚから１ｏＯＫＨｚ程度
以上とすることが可能となった。
に高分子圧電材ボイデットＰＶＤＦを使用したので、水
中での各音響センサ素子による音響信号の反射が低減し
、複数の音響センサ素子をアレイ状に配列しても他の素
子への影響が少ない。従って水中音響信号の測定可能周
波数の上限を従来の３０Ｋ）！ｚから１ｏＯＫＨｚ程度
以上とすることが可能となった。
またこの発明においては音響センサ素子を、入射する水
中音響信号の波長の１／２に所定視野角の１／２の余割
を乗じた値を越えない間隔で配列したアレイ構成とした
ので、所定視野角におけるグレイティングローブを抑制
し、入射角計測の精度を向上させる効果がある。
中音響信号の波長の１／２に所定視野角の１／２の余割
を乗じた値を越えない間隔で配列したアレイ構成とした
ので、所定視野角におけるグレイティングローブを抑制
し、入射角計測の精度を向上させる効果がある。
またこの発明の第２の構造の音響センサ素子は、その分
極方向に直列に積層された厚さに比例して受波感度が向
上する効果がある。
極方向に直列に積層された厚さに比例して受波感度が向
上する効果がある。
またこの発明の第３の構造の音響センサ素子は、分極し
た同一極性の面を対向させ並列的に積層したことにより
、静電容量の増加及び内部抵抗の減少の効果がある。
た同一極性の面を対向させ並列的に積層したことにより
、静電容量の増加及び内部抵抗の減少の効果がある。
またさらにこの発明の第４の構造の音響センサ素子は、
第２及び第３の構造を組合せた構造としたことにより、
第２及び第３の構造の両方の特徴を併せて有する効果が
ある。
第２及び第３の構造を組合せた構造としたことにより、
第２及び第３の構造の両方の特徴を併せて有する効果が
ある。
第１図は本発明の第１の実施例を示す音響センサアレイ
の構造図、第２図は本発明の第２の実施例を示す音響セ
ンサアレイの構造図、第３図は音響センサ素子の１００
ＫＨｚにおける水平指向特性図、第４図は本発明の音響
センサアレイと視野角及び入射角を示す図、第５図は本
発明の第３の実施例を示す音響センサアレイの配置図、
第６図は本発明の第４の実施例を示す音響センサアレイ
素子の構造図、第７図は本発明の第５の実施例を示す音
響センサアレイ素子の構造図、第８図は本発明の第６の
実施例を示す音響センサアレイ素子の構造図である。 図において１１−１１３．２１１〜２１５は音響センす
素子、１２ 〜１２３はケーブル、１３はウレタンゴム
、３０はボイデットＰＶＤＰ、 ３１は電極、３２１，
３２２は出力端子である。 ・、ミ、／ 廂μ ご ２１＋〜２１５’？’ｆ ｉ！ン７ｔ−Ｅト第５図 手続補正書（自発） １．事件の表示 特願昭６３−０９０４１４号 ２、発明の名称 水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ３、補正
をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号名
称 （０２９）沖電気工業株式会社代表者 小杉
信光 ４、代理人 住 所 東京都港区芝浦４丁目１０番３号５、補
正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６、補正の内容 （１）明細書第５頁第１３行〜第１４行の「間隔を使用
波長のｌ／２以下にすると、」を「間隔を狭くすると、
」と補正する。 （２）明細書第１１頁第６行〜第７行の「ウレタンゴム
２３」を「ウレタンゴム１３Ｊと補正する。 （３）明細書第１１頁第１８行の「音響センサアレー」
を「音響センサアレイ」と補正する。 以 上
の構造図、第２図は本発明の第２の実施例を示す音響セ
ンサアレイの構造図、第３図は音響センサ素子の１００
ＫＨｚにおける水平指向特性図、第４図は本発明の音響
センサアレイと視野角及び入射角を示す図、第５図は本
発明の第３の実施例を示す音響センサアレイの配置図、
第６図は本発明の第４の実施例を示す音響センサアレイ
素子の構造図、第７図は本発明の第５の実施例を示す音
響センサアレイ素子の構造図、第８図は本発明の第６の
実施例を示す音響センサアレイ素子の構造図である。 図において１１−１１３．２１１〜２１５は音響センす
素子、１２ 〜１２３はケーブル、１３はウレタンゴム
、３０はボイデットＰＶＤＰ、 ３１は電極、３２１，
３２２は出力端子である。 ・、ミ、／ 廂μ ご ２１＋〜２１５’？’ｆ ｉ！ン７ｔ−Ｅト第５図 手続補正書（自発） １．事件の表示 特願昭６３−０９０４１４号 ２、発明の名称 水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ３、補正
をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号名
称 （０２９）沖電気工業株式会社代表者 小杉
信光 ４、代理人 住 所 東京都港区芝浦４丁目１０番３号５、補
正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６、補正の内容 （１）明細書第５頁第１３行〜第１４行の「間隔を使用
波長のｌ／２以下にすると、」を「間隔を狭くすると、
」と補正する。 （２）明細書第１１頁第６行〜第７行の「ウレタンゴム
２３」を「ウレタンゴム１３Ｊと補正する。 （３）明細書第１１頁第１８行の「音響センサアレー」
を「音響センサアレイ」と補正する。 以 上
Claims (4)
- （１）所定位置に配列された複数の音響センサ素子の出
力信号間の位相差から水中音響信号の入射角を測定する
ための音響センサアレイにおいて、前記音響センサ素子
は高分子圧電材ボイデットポリ弗化ビニリデン（ｖｏｉ
ｄｅｄ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄ
ｅ）の分極方向の両側に電極を形成し、該電極間の電圧
を出力信号とする構造とし、 前記構造の音響センサ素子を、入射する水中音響信号の
波長の１／２に所定視野角の１／２の余割を乗じた値を
越えない間隔に配列したアレイ構成としたことを特徴と
する水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ。 - （２）所定位置に配列された複数の音響センサ素子の出
力信号間の位相差から水中音響信号の入射角を測定する
ための音響センサアレイにおいて、前記音響センサ素子
は複数の高分子圧電材ボイデットポリ弗化ビニリデン（
ｖｏｉｄｅｄ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉ−ｄｅｎｅ ｆｌ
ｕｏｒｉｄｅ）を同一分極方向に直列に積層し、該積層
されたボイデットポリ弗化ビニリデンの両側に電極を形
成し、該電極間の電圧を出力信号とする構造とし、 前記構造の音響センサ素子を、入射する水中音響信号の
波長の１／２に所定視野角の１／２の余割を乗じた値を
越えない間隔に配列したアレイ構成としたことを特徴と
する水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ。 - （３）所定位置に配列された複数の音響センサ素子の出
力信号間の位相差から水中音響信号の入射角を測定する
ための音響センサアレイにおいて、前記音響センサ素子
は１対の高分子圧電材ボイデットポリ弗化ビニリデン（
ｖｏｉｄｅｄ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉ−ｄｅｎｅ ｆｌ
ｕｏｒｉｄｅ）の分極した同一極性の面を対向させ、該
対向面間に電極を挿入して積層し、該積層されたボイデ
ットポリ弗化ビニリデンの非対向面に形成された電極相
互間を導電手段により接続し、前記対向面間の電極と非
対向面の電極との間の電圧を出力信号とする構造とし、 前記構造の音響センサ素子を、入射する水中音響信号の
波長の１／２に所定視野角の１／２の余割を乗じた値を
越えない間隔に配列したアレイ構成としたことを特徴と
する水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ。 - （４）所定位置に配列された複数の音響センサ素子の出
力信号間の位相差から水中音響信号の入射角を測定する
ための音響センサアレイにおいて、前記音響センサ素子
は複数の高分子圧電材ボイデットポリ弗化ビニリデン（
ｖｏｉｄｅｄ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉ−ｄｅｎｅ ｆｌ
ｕｏｒｉｄｅ）を同一分極方向に直列に積層した積層圧
電材を１対とし、該１対の積層圧電材の分極した同一極
性の面を対向させ、該対向面間に電極を挿入して積層し
、該積層圧電材の非対向面に形成された電極相互間を導
電手段により接続し、前記対向面間の電極と非対向面の
電極との間の電圧を出力信号とする構造とし、 前記構造の音響センサ素子を、入射する水中音響信号の
波長の１／２に所定視野角の１／２の余割を乗じた値を
越えない間隔に配列したアレイ構成としたことを特徴と
する水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9041488A JPH01263578A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9041488A JPH01263578A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01263578A true JPH01263578A (ja) | 1989-10-20 |
Family
ID=13997934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9041488A Pending JPH01263578A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 水中音響信号の入射角測定用音響センサアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01263578A (ja) |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20020069691A (ko) * | 2001-02-27 | 2002-09-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 위상 제어 앰프 구동용 다채널 콘트롤러 |
| JP2006194700A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Hiroshima Industrial Promotion Organization | 音源方向推定システム、音源方向推定方法及び音源方向推定プログラム |
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| JPS5787700A (en) * | 1980-11-20 | 1982-06-01 | Nec Corp | Transmitter and receiver |
| JPS61218970A (ja) * | 1985-03-25 | 1986-09-29 | Matsushita Electric Works Ltd | 超音波方位センサ |
| JPS61218969A (ja) * | 1985-03-25 | 1986-09-29 | Matsushita Electric Works Ltd | 超音波方位センサ |
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| JPS62165500A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-07-22 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニ− | 電気機械変換器と使用法 |
-
1988
- 1988-04-14 JP JP9041488A patent/JPH01263578A/ja active Pending
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