JPH0854458A - クラフト用アレイプレート - Google Patents
クラフト用アレイプレートInfo
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- JPH0854458A JPH0854458A JP7179511A JP17951195A JPH0854458A JP H0854458 A JPH0854458 A JP H0854458A JP 7179511 A JP7179511 A JP 7179511A JP 17951195 A JP17951195 A JP 17951195A JP H0854458 A JPH0854458 A JP H0854458A
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- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
- G10K11/006—Transducer mounting in underwater equipment, e.g. sonobuoys
- G10K11/008—Arrays of transducers
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S367/00—Communications, electrical: acoustic wave systems and devices
- Y10S367/901—Noise or unwanted signal reduction in nonseismic receiving system
Abstract
(57)【要約】
【目的】 水中ソナー装置の自生ノイズを効果的に低減
させるための水中船舶用アレイプレートを提供する。 【構成】 水中船舶又はクラフト（12）は、選択された
動作周波数範囲をもつソナー素子（14）を列状に取り付
けたアレイプレート（10）を有する。アレイプレート
は、ソナー動作周波数範囲において、選択された固有振
動数をもつように設計された少なくとも一つの材料層
（16,18 ）を有する。このように固有振動数をもたせた
結果として、選択された波長を有する定常波が材料層に
沿って生じるようになる。ソナー素子は、隣り合うソナ
ー素子が定常波の平均波長の半分の距離を隔てて位置す
るように材料層（16,18 ）上に取り付けられる。
させるための水中船舶用アレイプレートを提供する。 【構成】 水中船舶又はクラフト（12）は、選択された
動作周波数範囲をもつソナー素子（14）を列状に取り付
けたアレイプレート（10）を有する。アレイプレート
は、ソナー動作周波数範囲において、選択された固有振
動数をもつように設計された少なくとも一つの材料層
（16,18 ）を有する。このように固有振動数をもたせた
結果として、選択された波長を有する定常波が材料層に
沿って生じるようになる。ソナー素子は、隣り合うソナ
ー素子が定常波の平均波長の半分の距離を隔てて位置す
るように材料層（16,18 ）上に取り付けられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ソナー装置の自生ノイ
ズの減少に関する。特に、本発明は、水中音響装置にお
けるソナーの動作上の振動から自生ノイズを低減させる
装置に関する。
ズの減少に関する。特に、本発明は、水中音響装置にお
けるソナーの動作上の振動から自生ノイズを低減させる
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ソナー
アレイについて用いる「自生ノイズ」という用語は、ソ
ナーアレイ構造体またはソナーアレイを取り付けるプラ
ットホームの振動により、アレイの出力信号中のノイズ
を意味するものとする。ソナーアレイは、多数のソナー
素子で構成されている。各ソナー素子は防振マウントに
よってアレイ取付けプレートに接続されている。防振マ
ウントは代表的には、幾分可撓性のある材料から成る筒
体から製作されたバネ状の部材である。
アレイについて用いる「自生ノイズ」という用語は、ソ
ナーアレイ構造体またはソナーアレイを取り付けるプラ
ットホームの振動により、アレイの出力信号中のノイズ
を意味するものとする。ソナーアレイは、多数のソナー
素子で構成されている。各ソナー素子は防振マウントに
よってアレイ取付けプレートに接続されている。防振マ
ウントは代表的には、幾分可撓性のある材料から成る筒
体から製作されたバネ状の部材である。
【０００３】自生ノイズが低いことが望ましい。という
のは、自生ノイズが低ければ、ソナーが低レベルの到来
信号を検知できるからである。これにより、特定の標的
の捕捉範囲が増大する。電気的な全ての自生ノイズ源が
無くなるか、或いは最小になっているものとすれば、次
に考慮すべきは、機械的な自生ノイズ源である。
のは、自生ノイズが低ければ、ソナーが低レベルの到来
信号を検知できるからである。これにより、特定の標的
の捕捉範囲が増大する。電気的な全ての自生ノイズ源が
無くなるか、或いは最小になっているものとすれば、次
に考慮すべきは、機械的な自生ノイズ源である。
【０００４】水中のビークル（vehicles）又はクラフト
（crafts）に関していうと、一般に音響アレイがクラフ
トの前部、即ちノーズ（船首部）に取り付けられてい
る。クラフトが水中を移動すると、水の流れがノーズの
周りに生じ、この水流はクラフトのシェル又は船体に沿
って位置する或る箇所で層流から乱流に変わる。この変
化に起因する振動がノイズ源となり、それにより乱流か
らのエネルギがノーズ構造体を介してアレイに伝搬さ
れ、２つの経路でアレイ要素が励振される。第１の経路
は、ノーズ先端を通って流体中に至る経路であって、圧
力応答を経てアレイ要素に入る。第２の経路は、アレイ
取付けプレート及びアレイ要素の防振マウントを通る経
路である。
（crafts）に関していうと、一般に音響アレイがクラフ
トの前部、即ちノーズ（船首部）に取り付けられてい
る。クラフトが水中を移動すると、水の流れがノーズの
周りに生じ、この水流はクラフトのシェル又は船体に沿
って位置する或る箇所で層流から乱流に変わる。この変
化に起因する振動がノイズ源となり、それにより乱流か
らのエネルギがノーズ構造体を介してアレイに伝搬さ
れ、２つの経路でアレイ要素が励振される。第１の経路
は、ノーズ先端を通って流体中に至る経路であって、圧
力応答を経てアレイ要素に入る。第２の経路は、アレイ
取付けプレート及びアレイ要素の防振マウントを通る経
路である。
【０００５】実験によれば、振動エネルギが辿る主要径
路（即ち、水中又はアレイ取付け手段を通る径路）は、
形成されるソナービームのタイプで決まることが分かっ
ている。単一要素または数個の要素から形成されるビー
ムについては、通常は一般に水を介する経路が主であ
る。多くの要素から形成されたビームについては、アレ
イ取付けプレート及びアレイ要素防振マウントを通る経
路が主である。しかしながら、アレイ要素の取付け手段
を伝搬する振動を減少させると、二段三層の防振マウン
トと同様、流路を介する振動伝搬度の減少により、単一
要素ビームと多要素ビームの両方について著しい振動伝
搬度の減少が更に得られることになる。
路（即ち、水中又はアレイ取付け手段を通る径路）は、
形成されるソナービームのタイプで決まることが分かっ
ている。単一要素または数個の要素から形成されるビー
ムについては、通常は一般に水を介する経路が主であ
る。多くの要素から形成されたビームについては、アレ
イ取付けプレート及びアレイ要素防振マウントを通る経
路が主である。しかしながら、アレイ要素の取付け手段
を伝搬する振動を減少させると、二段三層の防振マウン
トと同様、流路を介する振動伝搬度の減少により、単一
要素ビームと多要素ビームの両方について著しい振動伝
搬度の減少が更に得られることになる。
【０００６】自生ノイズを低減させるための幾つかの方
法が当該技術分野で提案された。一方法は、乱流の開始
箇所をノーズから実質的に下流の箇所に位置させるよう
にノーズシェルの輪郭又は外形を設計することである。
これにより、振動源がシェルに沿って更に後ろに移り、
アレイから一段と離れる。
法が当該技術分野で提案された。一方法は、乱流の開始
箇所をノーズから実質的に下流の箇所に位置させるよう
にノーズシェルの輪郭又は外形を設計することである。
これにより、振動源がシェルに沿って更に後ろに移り、
アレイから一段と離れる。
【０００７】もう一つの方法は、シェルのインピーダン
ス不整合の度合を大きくしてシェルの下方伝搬度を減少
させることにある。ノーズシェルの周りに設けられたソ
ナーアレイの窓は、シェル内部に直接施される減衰材料
と同様に、シェル内における振動を幾分減衰させること
ができる。また、複合構造から成るシェルについても試
験した。アレイ要素マウントを介して伝搬される振動を
減少させるアレイ要素取付け技術は、ソナーの自生ノイ
ズを減少させる標準的な手法である。アレイプレート組
立体を、拘束された層防振を可能にする隔壁粘弾性層で
製造する場合がある。次に、アレイ要素をこの隔壁に取
り付ける。
ス不整合の度合を大きくしてシェルの下方伝搬度を減少
させることにある。ノーズシェルの周りに設けられたソ
ナーアレイの窓は、シェル内部に直接施される減衰材料
と同様に、シェル内における振動を幾分減衰させること
ができる。また、複合構造から成るシェルについても試
験した。アレイ要素マウントを介して伝搬される振動を
減少させるアレイ要素取付け技術は、ソナーの自生ノイ
ズを減少させる標準的な手法である。アレイプレート組
立体を、拘束された層防振を可能にする隔壁粘弾性層で
製造する場合がある。次に、アレイ要素をこの隔壁に取
り付ける。
【０００８】当業界では、トーピード形（魚雷形）ノー
ズシェルの周りの音の回析を減少させるために自生ノイ
ズ減少（「ＳＮＯＲＥ」と称される）ロッドの使用を試
みた。当業界は、水中ソナー装置における自生ノイズに
関する問題を解決しようとしたが、かかる試みは全くう
まくいったわけではなかった。したがって、水中ソナー
装置の自生ノイズを効果的に減少させる装置が依然とし
て要望されている。
ズシェルの周りの音の回析を減少させるために自生ノイ
ズ減少（「ＳＮＯＲＥ」と称される）ロッドの使用を試
みた。当業界は、水中ソナー装置における自生ノイズに
関する問題を解決しようとしたが、かかる試みは全くう
まくいったわけではなかった。したがって、水中ソナー
装置の自生ノイズを効果的に減少させる装置が依然とし
て要望されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ソナー
アレイシステムの自生ノイズを減少させる、位相速度
（wave speed）に整合させた水中ビークル用アレイプレ
ートを提供する。水中クラフトは、アレイの状態に配列
された複数のソナー素子を備えたソナー装置を有する。
ソナー素子は、取付けプレートに取り付けられる。ソナ
ー素子（これらは圧電デバイスである）は、音響エネル
ギを検出してこれを電気的な出力電圧に変換する。クラ
フトのソナー装置は選択された周波数帯域幅で動作する
が、これは、移動中のビークルにより生じる望ましくな
い振動ノイズの影響を受ける場合がある。この望ましく
ない振動エネルギは流路及びノーズ構造体を介してソナ
ー素子に伝わる。この望ましくない振動エネルギは、ソ
ナーの標的検出能力を低下させる電気信号のバックグラ
ウンドノイズ（暗騒音）のレベルを上昇させる。
アレイシステムの自生ノイズを減少させる、位相速度
（wave speed）に整合させた水中ビークル用アレイプレ
ートを提供する。水中クラフトは、アレイの状態に配列
された複数のソナー素子を備えたソナー装置を有する。
ソナー素子は、取付けプレートに取り付けられる。ソナ
ー素子（これらは圧電デバイスである）は、音響エネル
ギを検出してこれを電気的な出力電圧に変換する。クラ
フトのソナー装置は選択された周波数帯域幅で動作する
が、これは、移動中のビークルにより生じる望ましくな
い振動ノイズの影響を受ける場合がある。この望ましく
ない振動エネルギは流路及びノーズ構造体を介してソナ
ー素子に伝わる。この望ましくない振動エネルギは、ソ
ナーの標的検出能力を低下させる電気信号のバックグラ
ウンドノイズ（暗騒音）のレベルを上昇させる。
【００１０】整合をとったアレイプレートは、ソナーア
レイの動作周波数範囲内の選択された固有振動数をもつ
構造体を形成する少なくとも一つの材料層を有する。ア
レイプレートの固有振動数はそれぞれの波形を有し、従
って、それぞれの波長を有している。ソナー素子は、隣
り合うソナー素子がＬ／２の間隔を隔てるよう整合アレ
イプレートに取り付けられる。Ｌは、ソナーアレイの動
作周波数範囲内で整合アレイプレートに存在する特定の
固有振動数と関連した平均波長である。それにより、ア
レイプレートはソナー素子の振動応答を介してアレイに
入るエネルギから（この構造的な仕組みを経て）自生ノ
イズを減少させる。
レイの動作周波数範囲内の選択された固有振動数をもつ
構造体を形成する少なくとも一つの材料層を有する。ア
レイプレートの固有振動数はそれぞれの波形を有し、従
って、それぞれの波長を有している。ソナー素子は、隣
り合うソナー素子がＬ／２の間隔を隔てるよう整合アレ
イプレートに取り付けられる。Ｌは、ソナーアレイの動
作周波数範囲内で整合アレイプレートに存在する特定の
固有振動数と関連した平均波長である。それにより、ア
レイプレートはソナー素子の振動応答を介してアレイに
入るエネルギから（この構造的な仕組みを経て）自生ノ
イズを減少させる。
【００１１】本発明の要旨は、選択された動作周波数範
囲をもつソナー素子のアレイを有するクラフト用アレイ
プレートにおいて、クラフトに連結された少なくとも一
つの材料層と、選択された波長を有する定常波が少なく
とも一つの材料層に沿って生じるようにソナー動作周波
数範囲にわたり、選択された固有振動数を少なくとも一
つの材料層に与える手段とを有し、ソナー素子は、隣り
合うソナー素子が定常波の平均波長の半分の距離を隔て
て位置するよう少なくとも一つの材料層上に設けられて
いることを特徴とするアレイプレートにある。
囲をもつソナー素子のアレイを有するクラフト用アレイ
プレートにおいて、クラフトに連結された少なくとも一
つの材料層と、選択された波長を有する定常波が少なく
とも一つの材料層に沿って生じるようにソナー動作周波
数範囲にわたり、選択された固有振動数を少なくとも一
つの材料層に与える手段とを有し、ソナー素子は、隣り
合うソナー素子が定常波の平均波長の半分の距離を隔て
て位置するよう少なくとも一つの材料層上に設けられて
いることを特徴とするアレイプレートにある。
【００１２】本発明の他の特徴及び利点は、図面に示す
本発明の好ましい実施例の説明から明らかになろう。
本発明の好ましい実施例の説明から明らかになろう。
【００１３】次に、本発明の好ましい実施例を添付の図
面を参照して例示的に説明する。
面を参照して例示的に説明する。
【００１４】
【実施例】位相速度整合アレイ取付けプレート（wave s
peed matched array mounting plate)１０が、水中クラ
フト（想像線１２で示されている）に用いられるものと
して図１に示されている。水中クラフト１２は、そのノ
ーズシェル内にアレイの形態に配列された複数のソナー
素子１４を備えたソナー装置を有する。ソナー素子１４
は、ノーズシェルに固定されたアレイ取付けプレート１
０に取り付けられている。アレイプレート１０は、励振
作用を受けると選択された特性を示すよう構成されてい
る。
peed matched array mounting plate)１０が、水中クラ
フト（想像線１２で示されている）に用いられるものと
して図１に示されている。水中クラフト１２は、そのノ
ーズシェル内にアレイの形態に配列された複数のソナー
素子１４を備えたソナー装置を有する。ソナー素子１４
は、ノーズシェルに固定されたアレイ取付けプレート１
０に取り付けられている。アレイプレート１０は、励振
作用を受けると選択された特性を示すよう構成されてい
る。
【００１５】この位相速度整合アレイプレート１０は好
ましくは、強固な剛性材料から成る２つの部分又は層
（以下、「剛性層」という場合がある）１６で構成さ
れ、これら層１６の間には防振材料の層（以下、「防振
層」という場合がある）１８が挟んである。好ましいア
レイプレート１０は、剛性層１６として、円盤形の直径
１２．０４インチ（３０．５８cm）、厚さ０．７１イン
チ（１．８０cm）のステンレス鋼を利用している。しか
しながら、十分な剛性があり、且つ適当な厚さ、好まし
くは０．７０５〜０．７１５インチ（１．７９〜１．８
２cm）の厚さを有するアルミニウム、炭素鋼、チタンそ
の他の材料を剛性層１６として用いても良い。防振材料
層１８の材質は好ましくは、ブチルゴム又は米国オハイ
オ州デイトン所在のデイトン・リサーチ設立大学により
製造されたＵＤＲＩ−２という粘弾性ポリマーである。
円形の粘弾性防振層１８は又、好ましくは直径が１２．
０４インチ（３０．５８cm）、厚さは０．００３〜０．
０１０インチ（０．００７６〜０．０２５４cm）、より
好ましくは０．００５インチ（０．０１３cm）である。
実験室測定によれば、動作周波数では、システム減衰率
（system damping loss factor）は約０．２であった。
変換器であるソナー素子１４は従来手法で整合アレイプ
レート１０に取り付けられており、かかる従来手法を説
明すると、孔又はボア２０が、ソナー素子１４を取り付
けるべき各箇所にアレイプレート１０を貫通して設けら
れている。ソナー素子用ボア２０の寸法、数及び相互の
間隔は、アレイプレート１０の振動特性の決定要因とな
る。好ましくは、アレイプレート１０を貫通して５２個
のソナー素子用ボア２０が設けられ、各ボア２０の直径
は１．０８インチ（２．７４cm）、相互の間隔は１．４
０インチ（３．５５cm）である。使用するソナー素子
（及びソナー素子用ボア）の個数は好ましくは５２個で
あるが、ソナー用途に適していれば任意の数を利用でき
る。
ましくは、強固な剛性材料から成る２つの部分又は層
（以下、「剛性層」という場合がある）１６で構成さ
れ、これら層１６の間には防振材料の層（以下、「防振
層」という場合がある）１８が挟んである。好ましいア
レイプレート１０は、剛性層１６として、円盤形の直径
１２．０４インチ（３０．５８cm）、厚さ０．７１イン
チ（１．８０cm）のステンレス鋼を利用している。しか
しながら、十分な剛性があり、且つ適当な厚さ、好まし
くは０．７０５〜０．７１５インチ（１．７９〜１．８
２cm）の厚さを有するアルミニウム、炭素鋼、チタンそ
の他の材料を剛性層１６として用いても良い。防振材料
層１８の材質は好ましくは、ブチルゴム又は米国オハイ
オ州デイトン所在のデイトン・リサーチ設立大学により
製造されたＵＤＲＩ−２という粘弾性ポリマーである。
円形の粘弾性防振層１８は又、好ましくは直径が１２．
０４インチ（３０．５８cm）、厚さは０．００３〜０．
０１０インチ（０．００７６〜０．０２５４cm）、より
好ましくは０．００５インチ（０．０１３cm）である。
実験室測定によれば、動作周波数では、システム減衰率
（system damping loss factor）は約０．２であった。
変換器であるソナー素子１４は従来手法で整合アレイプ
レート１０に取り付けられており、かかる従来手法を説
明すると、孔又はボア２０が、ソナー素子１４を取り付
けるべき各箇所にアレイプレート１０を貫通して設けら
れている。ソナー素子用ボア２０の寸法、数及び相互の
間隔は、アレイプレート１０の振動特性の決定要因とな
る。好ましくは、アレイプレート１０を貫通して５２個
のソナー素子用ボア２０が設けられ、各ボア２０の直径
は１．０８インチ（２．７４cm）、相互の間隔は１．４
０インチ（３．５５cm）である。使用するソナー素子
（及びソナー素子用ボア）の個数は好ましくは５２個で
あるが、ソナー用途に適していれば任意の数を利用でき
る。
【００１６】動作荷重に基づく構造上の要件を満足さす
るために、位相速度整合アレイプレート１０を鋼製のス
トロングバック２２に取り付けるのが好ましい。ストロ
ングバック２２は、強固な剛性材料、例えばステンレス
鋼で作られている。好ましいストロングバック２２は厚
さが１．１０インチ（２．７９cm）、直径が１４インチ
（３５．５６cm）である。位相速度整合アレイプレート
１０からストロングバック２２の振動を切り離すため
に、可撓性材料のチューブ２４がアレイプレート１０と
ストロングバック２２との間に設けられている。シンタ
クチックフォームが可撓性チューブ２４の好ましい材料
である。というのは、このシンタクチックフォームは水
中クラフトのソナー用途に関する全ての構造及び振動上
の要件を満たしているからである。
るために、位相速度整合アレイプレート１０を鋼製のス
トロングバック２２に取り付けるのが好ましい。ストロ
ングバック２２は、強固な剛性材料、例えばステンレス
鋼で作られている。好ましいストロングバック２２は厚
さが１．１０インチ（２．７９cm）、直径が１４インチ
（３５．５６cm）である。位相速度整合アレイプレート
１０からストロングバック２２の振動を切り離すため
に、可撓性材料のチューブ２４がアレイプレート１０と
ストロングバック２２との間に設けられている。シンタ
クチックフォームが可撓性チューブ２４の好ましい材料
である。というのは、このシンタクチックフォームは水
中クラフトのソナー用途に関する全ての構造及び振動上
の要件を満たしているからである。
【００１７】水中クラフト１２は、選択された周波数範
囲全体にわたりそのソナーを用いる。乱流境界層及び機
械的ノイズによりアレイプレート１０の励振が引き起こ
される。定常波がアレイプレート１０に沿って生じ、ア
レイプレートでは多数の定常波（互いに異なる振動モー
ド形及び波長Ｌをもつ）が種々のソナー動作周波数で発
生する。
囲全体にわたりそのソナーを用いる。乱流境界層及び機
械的ノイズによりアレイプレート１０の励振が引き起こ
される。定常波がアレイプレート１０に沿って生じ、ア
レイプレートでは多数の定常波（互いに異なる振動モー
ド形及び波長Ｌをもつ）が種々のソナー動作周波数で発
生する。
【００１８】アレイプレート１０の設計を変えることに
より、種々の周波数で生じる定常波の数及び定常波の振
動モード形を選択するのが良い。互いに異なる振動モー
ド形を得るよう変化させることができるアレイプレート
１０の設計上の特性として、アレイプレート１０の全体
的な厚さ及び直径だけでなく、剛性層１６及び防振層に
用いられる材料の厚さ、直径及び種類が挙げられる。ソ
ナー素子用ボア２０の数、大きさ及び間隔も又、アレイ
プレート１０の振動モード形に影響を及ぼすであろう。
機械的ノイズ及び音響ノイズはノイズ源であり、それに
より、乱流境界層及び機械からのエネルギがソナーアレ
イの構造本体中に伝わり、アレイのソナー素子を励振さ
せる。動作周波数帯域幅については、アレイプレート１
０中の振動エネルギの有効位相速度が水中の音の速度と
ほぼ等しくなるよう設計されていた。
より、種々の周波数で生じる定常波の数及び定常波の振
動モード形を選択するのが良い。互いに異なる振動モー
ド形を得るよう変化させることができるアレイプレート
１０の設計上の特性として、アレイプレート１０の全体
的な厚さ及び直径だけでなく、剛性層１６及び防振層に
用いられる材料の厚さ、直径及び種類が挙げられる。ソ
ナー素子用ボア２０の数、大きさ及び間隔も又、アレイ
プレート１０の振動モード形に影響を及ぼすであろう。
機械的ノイズ及び音響ノイズはノイズ源であり、それに
より、乱流境界層及び機械からのエネルギがソナーアレ
イの構造本体中に伝わり、アレイのソナー素子を励振さ
せる。動作周波数帯域幅については、アレイプレート１
０中の振動エネルギの有効位相速度が水中の音の速度と
ほぼ等しくなるよう設計されていた。
【００１９】現時点で好ましいアレイ取付けプレート１
０は、アレイプレートのエネルギ搬送モードの有効位相
速度及びアレイソナー素子１４の間隔がアレイソナー素
子１４が好ましい間隔を有する結果を生じさせるよう製
作される。好ましいソナー素子の間隔は、動作周波数帯
域幅についてアレイプレート１０に生じる定常波（振動
モード形）に関して平均波長の約半分（Ｌ／２）であ
る。
０は、アレイプレートのエネルギ搬送モードの有効位相
速度及びアレイソナー素子１４の間隔がアレイソナー素
子１４が好ましい間隔を有する結果を生じさせるよう製
作される。好ましいソナー素子の間隔は、動作周波数帯
域幅についてアレイプレート１０に生じる定常波（振動
モード形）に関して平均波長の約半分（Ｌ／２）であ
る。
【００２０】ソナー素子１４の間隔をＬ／２にすると、
図２及び図３を参照して以下に説明するノイズ低減効果
が得られる。整合状態のアレイプレート１０は、信号処
理の固有な性質を利用することによりアレイソナー素子
１４の出力を加え合わせることによって形成されるビー
ムの和を最小限に抑える。図２は、アレイプレート１０
の振動により励振されている状態のソナーアレイにおけ
る一連のソナー素子１４を示している。ベクトル（図に
矢印で示されている）は、各ソナー素子１４からの電気
信号の位相を表示している。励振の波長と比べて密に間
隔を隔てている一連のソナー素子１４については、電気
信号は位相が一致している（ベクトルの向きは同一であ
る）。個々の電圧出力を加えることによって大きな総ア
レイ電圧出力が生じる。というのは、ベクトルは全て同
一の方向に向き、電圧は作図的に増すからである。
図２及び図３を参照して以下に説明するノイズ低減効果
が得られる。整合状態のアレイプレート１０は、信号処
理の固有な性質を利用することによりアレイソナー素子
１４の出力を加え合わせることによって形成されるビー
ムの和を最小限に抑える。図２は、アレイプレート１０
の振動により励振されている状態のソナーアレイにおけ
る一連のソナー素子１４を示している。ベクトル（図に
矢印で示されている）は、各ソナー素子１４からの電気
信号の位相を表示している。励振の波長と比べて密に間
隔を隔てている一連のソナー素子１４については、電気
信号は位相が一致している（ベクトルの向きは同一であ
る）。個々の電圧出力を加えることによって大きな総ア
レイ電圧出力が生じる。というのは、ベクトルは全て同
一の方向に向き、電圧は作図的に増すからである。
【００２１】図３を参照すると、図２に示すように同一
の一連のソナー素子１４が、その相互間隔がこの場合に
おいて励振による定常波の平均波長の半分に等しい状態
で示されている。この場合、隣り合うソナー素子１４の
電気信号は、位相が異なっている（ベクトルは互いに反
対方向に向いている）。個々の電圧出力を加えることに
よって総アレイ電圧出力が減少する。というのは、個々
の電圧を作図的に互いに加え合わせると互いに打ち消し
合うからである。ソナー素子１４が１８０°位相ずれし
ているほど、電圧は合計すると０になるであろう。
の一連のソナー素子１４が、その相互間隔がこの場合に
おいて励振による定常波の平均波長の半分に等しい状態
で示されている。この場合、隣り合うソナー素子１４の
電気信号は、位相が異なっている（ベクトルは互いに反
対方向に向いている）。個々の電圧出力を加えることに
よって総アレイ電圧出力が減少する。というのは、個々
の電圧を作図的に互いに加え合わせると互いに打ち消し
合うからである。ソナー素子１４が１８０°位相ずれし
ているほど、電圧は合計すると０になるであろう。
【００２２】アレイソナー素子１４からの電圧出力をコ
ヒーレントに加え合わせるので、これら電圧出力は整合
状態のアレイプレート設計では位相が異なった状態で互
いに合計される。電圧出力の異相合計（ビームの和）に
より、乱流境界層によるノイズ及び機械的ノイズからの
影響が小さくなり、その結果、不規則ノイズ（randomno
ise）の総レベルが大幅に減少する。これは、たとえソ
ナー素子１４に到達する振動エネルギが減少しなくても
生じ、他の手法でも同様である。
ヒーレントに加え合わせるので、これら電圧出力は整合
状態のアレイプレート設計では位相が異なった状態で互
いに合計される。電圧出力の異相合計（ビームの和）に
より、乱流境界層によるノイズ及び機械的ノイズからの
影響が小さくなり、その結果、不規則ノイズ（randomno
ise）の総レベルが大幅に減少する。これは、たとえソ
ナー素子１４に到達する振動エネルギが減少しなくても
生じ、他の手法でも同様である。
【００２３】鋼製ストロングバック２２は、静水圧荷重
の下で最高撓み規格を満たすほど十分な剛性があるよう
設計される。鋼製ストロングバック２２の好ましい剛性
率は２．３×１０6 ボンド／インチ（４．１１×１０5
kg／cm）である。さらに、アレイ取付けプレート１０
は、ソナー動作周波数の高周波共振を２０〜３０ｄＢだ
け減少させるよう防振されている。
の下で最高撓み規格を満たすほど十分な剛性があるよう
設計される。鋼製ストロングバック２２の好ましい剛性
率は２．３×１０6 ボンド／インチ（４．１１×１０5
kg／cm）である。さらに、アレイ取付けプレート１０
は、ソナー動作周波数の高周波共振を２０〜３０ｄＢだ
け減少させるよう防振されている。
【００２４】図４（Ａ）は、非かじ取り状態のビーム
（unsteered beams)について、アレイプレート１０中の
エネルギ搬送モードの位相速度に対する水中位相速度の
比ＣW／ＣP の関数として、ピーク出力電圧ＶPkに対し
て規準化された予想出力電圧Ｖを示している。関心のあ
るソナー動作周波数範囲内の音の波長の半分を相互間隔
とするソナー素子１４を備えたソナーアレイについてア
レイ共振をプロットしている。非かじ取り状態のビーム
については、広範囲の位相速度比（０．５＜ＣW／ＣP
＜１．２）では、出力電圧が最小になっている。しかし
ながら、図４（Ｂ）に示すように、かじ取り状態のビー
ム（steered beams)については、最小出力電圧は狭い範
囲（１．０＜ＣW ／ＣP ＜１．２）で生じている。した
がって、全てのビームに関し、エネルギ搬送モードの位
相速度は、約１，３５０ｍ／秒（Ｃ W ／ＣP ＝１．１）
であるべきか、或いは、水中の音の位相速度に非常に近
い値であるべきである。エネルギ搬送モードの位相速度
は、上述のようにアレイプレート１０の設計特性（厚
さ、直径、材質、防振層１８、ソナー素子用ボア２０の
数、サイズ及び間隔）を変えることにより、水中の音の
位相速度とほぼ等しくなるよう設定される。これら設計
特性の最適化の際、コンピュータによるシミュレーショ
ンを行った。このシミュレーションについて、整合状態
のアレイプレートの有限要素モデルを作成した。材料の
性質及び平面幾何学的状態を一定にして、最適厚さが決
定されるまで、位相速度整合アレイプレートの厚さを変
えてみた。最適厚さのアレイプレートは、関心のある周
波数範囲において水中の位相速度に等しい位相速度を有
する。
（unsteered beams)について、アレイプレート１０中の
エネルギ搬送モードの位相速度に対する水中位相速度の
比ＣW／ＣP の関数として、ピーク出力電圧ＶPkに対し
て規準化された予想出力電圧Ｖを示している。関心のあ
るソナー動作周波数範囲内の音の波長の半分を相互間隔
とするソナー素子１４を備えたソナーアレイについてア
レイ共振をプロットしている。非かじ取り状態のビーム
については、広範囲の位相速度比（０．５＜ＣW／ＣP
＜１．２）では、出力電圧が最小になっている。しかし
ながら、図４（Ｂ）に示すように、かじ取り状態のビー
ム（steered beams)については、最小出力電圧は狭い範
囲（１．０＜ＣW ／ＣP ＜１．２）で生じている。した
がって、全てのビームに関し、エネルギ搬送モードの位
相速度は、約１，３５０ｍ／秒（Ｃ W ／ＣP ＝１．１）
であるべきか、或いは、水中の音の位相速度に非常に近
い値であるべきである。エネルギ搬送モードの位相速度
は、上述のようにアレイプレート１０の設計特性（厚
さ、直径、材質、防振層１８、ソナー素子用ボア２０の
数、サイズ及び間隔）を変えることにより、水中の音の
位相速度とほぼ等しくなるよう設定される。これら設計
特性の最適化の際、コンピュータによるシミュレーショ
ンを行った。このシミュレーションについて、整合状態
のアレイプレートの有限要素モデルを作成した。材料の
性質及び平面幾何学的状態を一定にして、最適厚さが決
定されるまで、位相速度整合アレイプレートの厚さを変
えてみた。最適厚さのアレイプレートは、関心のある周
波数範囲において水中の位相速度に等しい位相速度を有
する。
【００２５】アレイの電圧応答（図４のプロットの側に
沿うｙ軸）は、アレイプレート中の音の速度に依存す
る。図４（Ａ）のプロットのはるかに左では、エネルギ
搬送波は非常に早く且つ非常に長い波長で進行してお
り、同相状態で加えられ、大きな電圧出力が生じてい
る。エネルギ搬送波は進行が遅くなるにつれ、互いに打
ち消し合って、出力電圧が非かじ取り状態のビームにつ
いての最小に達する領域が生じる。この領域では、アレ
イプレートの位相速度は、水中を進行している波の速度
に整合される。
沿うｙ軸）は、アレイプレート中の音の速度に依存す
る。図４（Ａ）のプロットのはるかに左では、エネルギ
搬送波は非常に早く且つ非常に長い波長で進行してお
り、同相状態で加えられ、大きな電圧出力が生じてい
る。エネルギ搬送波は進行が遅くなるにつれ、互いに打
ち消し合って、出力電圧が非かじ取り状態のビームにつ
いての最小に達する領域が生じる。この領域では、アレ
イプレートの位相速度は、水中を進行している波の速度
に整合される。
【００２６】エネルギ波（これは正弦波の和と考えるこ
とができる）が、多数のソナー素子１４を取り付けてい
る整合アレイプレート１０を通って進行する。取付けプ
レートは、ソナー素子１４が互い違いに特定の波のピー
ク及び谷上に位置するように取付けプレート１０内に振
動モード形を生じさせるよう設計されている。ソナー素
子１４を交互にエネルギ波のピークと谷に配置すること
により、各ソナー素子１４のところで生じる振動誘起ノ
イズは互いに打ち消し合う傾向がある。
とができる）が、多数のソナー素子１４を取り付けてい
る整合アレイプレート１０を通って進行する。取付けプ
レートは、ソナー素子１４が互い違いに特定の波のピー
ク及び谷上に位置するように取付けプレート１０内に振
動モード形を生じさせるよう設計されている。ソナー素
子１４を交互にエネルギ波のピークと谷に配置すること
により、各ソナー素子１４のところで生じる振動誘起ノ
イズは互いに打ち消し合う傾向がある。
【００２７】かくして、好ましい整合アレイプレート１
０は、そのエネルギ搬送振動モードの波長が、ソナー素
子がソナー帯域の周波数範囲内で波長の半分の間隔を置
いて位置するものであるよう設計されている。整合アレ
イプレート１０は、ソナー動作周波数帯域の中心周波数
において水中の音の位相速度の波長の半分であるアレイ
内ソナー素子の相互間隔を利用する。かくして、アレイ
プレート１０は、アレイプレートのエネルギ搬送モード
の位相速度を水中の音の位相速度と整合させるよう設計
されている。
０は、そのエネルギ搬送振動モードの波長が、ソナー素
子がソナー帯域の周波数範囲内で波長の半分の間隔を置
いて位置するものであるよう設計されている。整合アレ
イプレート１０は、ソナー動作周波数帯域の中心周波数
において水中の音の位相速度の波長の半分であるアレイ
内ソナー素子の相互間隔を利用する。かくして、アレイ
プレート１０は、アレイプレートのエネルギ搬送モード
の位相速度を水中の音の位相速度と整合させるよう設計
されている。
【００２８】好ましいアレイプレート１０の説明上、特
定の材料及び寸法形状を使ったが、これらとは異なる材
料、寸法形状、層の数等を用いても、アレイプレート１
０に種々の振動モード形（定常波パターン）が生じるこ
とになることは明らかであろう。アレイプレート１０に
沿っていずれのモードが生じても、ソナー素子１４はそ
のモードの平均波長の１／２の距離を隔てて位置するこ
とになろう。
定の材料及び寸法形状を使ったが、これらとは異なる材
料、寸法形状、層の数等を用いても、アレイプレート１
０に種々の振動モード形（定常波パターン）が生じるこ
とになることは明らかであろう。アレイプレート１０に
沿っていずれのモードが生じても、ソナー素子１４はそ
のモードの平均波長の１／２の距離を隔てて位置するこ
とになろう。
【００２９】さらに、多層から成るアレイプレート１０
が好ましいが、それに代えてアレイプレートを、選択さ
れた剛性／コンプライアンス及び寸法形状を有する１、
２又は任意の数の層で構成しても良い。
が好ましいが、それに代えてアレイプレートを、選択さ
れた剛性／コンプライアンス及び寸法形状を有する１、
２又は任意の数の層で構成しても良い。
【００３０】或る特定の現時点で好ましい実施例を図説
したが、本発明はこれに限定されず、請求項に記載され
た技術的範囲内で他の実施例を想到できることは明確に
理解されよう。
したが、本発明はこれに限定されず、請求項に記載され
た技術的範囲内で他の実施例を想到できることは明確に
理解されよう。
【００３１】
【図１】好ましい位相速度整合アレイプレートシステム
の斜視図である。
の斜視図である。
【図２】相互の間隔が望ましくない振動信号の波長より
も非常に短いソナー素子の出力の位相が一致するように
なった一連のソナー素子の略図である。
も非常に短いソナー素子の出力の位相が一致するように
なった一連のソナー素子の略図である。
【図３】図２に類似したグラフ図であって、ソナー素子
の間隔が望ましくない振動の波長の半分に等しくてソナ
ー素子の出力信号の位相が異なるようになっている状態
を示す図である。
の間隔が望ましくない振動の波長の半分に等しくてソナ
ー素子の出力信号の位相が異なるようになっている状態
を示す図である。
【図４】（Ａ）は、非かじ取り状態のビームについて、
アレイプレートのエネルギ搬送モードの位相速度に対す
る水中位相速度の比の関数として、ピーク出力電圧に対
して規準化された予想出力電圧Ｖを示すグラフ図、
（Ｂ）は、かじ取り状態のビームについて、（Ａ）に類
似したグラフ図である。
アレイプレートのエネルギ搬送モードの位相速度に対す
る水中位相速度の比の関数として、ピーク出力電圧に対
して規準化された予想出力電圧Ｖを示すグラフ図、
（Ｂ）は、かじ取り状態のビームについて、（Ａ）に類
似したグラフ図である。
１０ アレイプレート １２ 水中クラフト １４ ソナー １６ 剛性層 １８ 防振層 ２０ ソナー素子用ボア ２２ ストロングバック ２４ 可撓性チューブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール ニューマン ターナー アメリカ合衆国 オハイオ州 44077 ペ インズビル クリストファー・カウンティ 7285 (72)発明者 ダニエル コサレオ アメリカ合衆国 オハイオ州 44124− 1463 リンドハースト クロイデン・ロー ド 1378 (72)発明者 ジョン アンソニー ザルドニス アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 15632 エキスポート フレドリックスバ ーグ・カウンティ 4007
Claims (7)
- 【請求項１】 選択された動作周波数範囲をもつソナー
素子のアレイを有するクラフト用アレイプレートにおい
て、クラフトに連結された少なくとも一つの材料層と、
選択された波長を有する定常波が少なくとも一つの材料
層に沿って生じるようにソナー動作周波数範囲にわた
り、選択された固有振動数を少なくとも一つの材料層に
与える手段とを有し、ソナー素子は、隣り合うソナー素
子が定常波の平均波長の半分の距離を隔てて位置するよ
う少なくとも一つの材料層上に設けられていることを特
徴とするアレイプレート。 - 【請求項２】 選択された固有振動数を少なくとも一つ
の材料層に与える手段は、選択された寸法、選択された
質量、及び選択された剛性を少なくとも一つの材料層の
各々に与えることを含むことを特徴とする請求項１記載
のアレイプレート。 - 【請求項３】 少なくとも一つの材料層は、粘弾性材料
から成る層を含み、該粘弾性材料層は、粘弾性材料と比
べて剛性の材料から成る２つの層の間に設けられている
ことを特徴とする請求項２記載のアレイプレート。 - 【請求項４】 剛性材料層は、炭素鋼、ステンレス鋼、
アルミニウム及びチタンのうち少なくとも一つで作られ
ていることを特徴とする請求項３記載のアレイプレー
ト。 - 【請求項５】 剛性材料層の厚さは、０．７０５〜０．
７１５インチ（１．７９〜１．８２cm）であることを特
徴とする請求項４記載のアレイプレート。 - 【請求項６】 粘弾性材料層は、ブチルゴムで作られて
いることを特徴とする請求項３記載のアレイプレート。 - 【請求項７】 粘弾性材料層の厚さは、０．００３〜
０．０１０インチ（０．００７６〜０．０２５４cm）で
あることを特徴とする請求項３記載のアレイプレート。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/264,128 US5426619A (en) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Matched array plate |
| US08/264128 | 1994-06-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0854458A true JPH0854458A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=23004708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7179511A Withdrawn JPH0854458A (ja) | 1994-06-21 | 1995-06-21 | クラフト用アレイプレート |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5426619A (ja) |
| EP (1) | EP0689186A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0854458A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022534735A (ja) * | 2019-05-30 | 2022-08-03 | レイセオン カンパニー | センサを電子機器アセンブリに覆い隠した嵌合状態で結合するためのばねピンコネクタ |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2732118B1 (fr) * | 1995-03-23 | 1997-04-30 | Imra Europe Sa | Capteur a ultrasons et procedes de detection utilisant un tel capteur |
| US5696738A (en) * | 1996-05-10 | 1997-12-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Underwater sensing device for ocean floor contact |
| JPH11187492A (ja) * | 1997-10-06 | 1999-07-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合超音波変換器 |
| US6050361A (en) * | 1998-09-17 | 2000-04-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Cavitation-resistant sonar array |
| US6285628B1 (en) | 1999-09-13 | 2001-09-04 | L3 Communications Corporation | Swept transit beam bathymetric sonar |
| US7539083B2 (en) * | 2007-06-25 | 2009-05-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Remote voice detection system |
| US7623409B2 (en) | 2007-06-26 | 2009-11-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Array plate apparatus having tunable isolation characteristics |
| US20120218864A1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-08-30 | Olexandr Ivanov | Multichannel transducer array for a bathymetry sonar device |
| CN104034802B (zh) * | 2014-06-03 | 2016-04-27 | 艾因蒂克检测科技（上海）有限公司 | 一种提升面阵探头分辨率的检测方法 |
| US10132924B2 (en) | 2016-04-29 | 2018-11-20 | R2Sonic, Llc | Multimission and multispectral sonar |
| US10067228B1 (en) * | 2017-09-11 | 2018-09-04 | R2Sonic, Llc | Hyperspectral sonar |
| CN114383715B (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-29 | 青岛国数信息科技有限公司 | 一种微柱压电声流传感器装置及水下航行器 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3492634A (en) * | 1967-12-26 | 1970-01-27 | Dynamics Corp America | Conformal array of underwater transducers |
| US5007030A (en) * | 1970-02-05 | 1991-04-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Transducer assembly for deep submergence |
| US5243566A (en) * | 1974-04-16 | 1993-09-07 | Westinghouse Electric Corp. | Low noise transducer system |
| US4140992A (en) * | 1977-08-17 | 1979-02-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Baffled blanket acoustic array |
| US4192246A (en) * | 1978-02-03 | 1980-03-11 | Westinghouse Electric Corp. | Laminar flow quiet torpedo nose |
| US4380808A (en) * | 1981-02-06 | 1983-04-19 | Canadian Patents & Development Limited | Thinned array transducer for sonar |
| US4463454A (en) * | 1981-05-05 | 1984-07-31 | Rockwell International Corporation | Sonar vibration isolation transducer mount |
| FR2603761B1 (fr) * | 1982-06-22 | 1989-01-13 | France Etat Armement | Antenne de sonar constituant la tete rapportee d'un engin sous-marin et procede de fabrication |
| US4982385A (en) * | 1989-11-17 | 1991-01-01 | Westinghouse Electric Corp. | Acoustic decoupler for a sonar array |
-
1994
- 1994-06-21 US US08/264,128 patent/US5426619A/en not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-06-21 JP JP7179511A patent/JPH0854458A/ja not_active Withdrawn
- 1995-06-21 EP EP95304343A patent/EP0689186A3/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022534735A (ja) * | 2019-05-30 | 2022-08-03 | レイセオン カンパニー | センサを電子機器アセンブリに覆い隠した嵌合状態で結合するためのばねピンコネクタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0689186A2 (en) | 1995-12-27 |
| US5426619A (en) | 1995-06-20 |
| EP0689186A3 (en) | 1998-02-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020903 |