JPS6045376B2 - 超音波送受波器 - Google Patents
超音波送受波器Info
- Publication number
- JPS6045376B2 JPS6045376B2 JP51110995A JP11099576A JPS6045376B2 JP S6045376 B2 JPS6045376 B2 JP S6045376B2 JP 51110995 A JP51110995 A JP 51110995A JP 11099576 A JP11099576 A JP 11099576A JP S6045376 B2 JPS6045376 B2 JP S6045376B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transducers
- elements
- transducer
- stage
- ultrasonic transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Landscapes
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は魚群探知器機やソナー等に使用される超音波送
受波器に関し、特に振動子の配列の改良に関する。
受波器に関し、特に振動子の配列の改良に関する。
一般にスキヤニングソナー等で水中の物体を探知すると
きの原理は、平面上で考えると第１図に示すようになる
。
きの原理は、平面上で考えると第１図に示すようになる
。
すなわち、はじめに超音波振動子から音波を３６００全
方向に送信し（第１図ａ）、受信時には円周上にならべ
た振動子のうち隣りあう何個かの振動子の組合せにより
シャープなシングルビームを形成しこれらの振動子の組
を順次高速て切換えることにより（第１図ｂ）全方向を
走査し、反射信号から水中の物体まての距離と方向を求
める方法がとられている。従つて、発射時には全方向に
音波を発射し、受信時には方位精度の向上のためサイド
ローブのないシャープなビームを形成することが必要と
なる。
方向に送信し（第１図ａ）、受信時には円周上にならべ
た振動子のうち隣りあう何個かの振動子の組合せにより
シャープなシングルビームを形成しこれらの振動子の組
を順次高速て切換えることにより（第１図ｂ）全方向を
走査し、反射信号から水中の物体まての距離と方向を求
める方法がとられている。従つて、発射時には全方向に
音波を発射し、受信時には方位精度の向上のためサイド
ローブのないシャープなビームを形成することが必要と
なる。
従来、この種の送受波器は第２図ａ、ｂに概略図を示す
ように、ある平面上あるいは円筒上に多数の素子を整然
と配置し、送信時にはそれらの一部あるいは全部の素子
に送信超音波信号を供給し、受信時にはそれらの素子の
いくつかの組合せで得られる受渡信号を整相合成して受
渡信号を作るが、その際に、所望のビーム幅、サイドロ
ーブが得られるように各素子から得られる信号に゛’重
み付け’’等を行なうことが多かつた。
ように、ある平面上あるいは円筒上に多数の素子を整然
と配置し、送信時にはそれらの一部あるいは全部の素子
に送信超音波信号を供給し、受信時にはそれらの素子の
いくつかの組合せで得られる受渡信号を整相合成して受
渡信号を作るが、その際に、所望のビーム幅、サイドロ
ーブが得られるように各素子から得られる信号に゛’重
み付け’’等を行なうことが多かつた。
ここで音波の指向性について述べると、第３図は直線上
に振動子を２個配列したときの指向特性を示す図で、振
動子の中心距離がλ／２（λは波長）のとき指向性はサ
イドローブ抑圧の点で最も良いことが明らかである。な
お、所望のビーム幅を得るため振動子を複数個配列した
場合、振動子の最適間隔はいろいろの値をとり得る。従
つて、ここでは一例、λとして振動子の配列について素
子間隔か一の場合についてのべる。
に振動子を２個配列したときの指向特性を示す図で、振
動子の中心距離がλ／２（λは波長）のとき指向性はサ
イドローブ抑圧の点で最も良いことが明らかである。な
お、所望のビーム幅を得るため振動子を複数個配列した
場合、振動子の最適間隔はいろいろの値をとり得る。従
つて、ここでは一例、λとして振動子の配列について素
子間隔か一の場合についてのべる。
上述のように振動子の配置について、使用周波数のλに
比べ素子間隔（中心間距離）をλ／２にとることがサイ
ドローブ抑圧の点で好ましいが、一般には超音波振動子
の素子寸法がλ／２よりも大きいため、素子間隔をλ／
２等に縮めることができず、各素子に与えるある適当な
重み付けによつて得られるサイドローブ比をもつて妥協
するか、あるいは輻射面寸法がλ／２のような特殊振動
子を作るしかなかつた。
比べ素子間隔（中心間距離）をλ／２にとることがサイ
ドローブ抑圧の点で好ましいが、一般には超音波振動子
の素子寸法がλ／２よりも大きいため、素子間隔をλ／
２等に縮めることができず、各素子に与えるある適当な
重み付けによつて得られるサイドローブ比をもつて妥協
するか、あるいは輻射面寸法がλ／２のような特殊振動
子を作るしかなかつた。
しかし、前者の場合は通常のソナー等の設計目標である
主ビームに対するサイドローブの減衰量を２０ｄＢ以上
にとることがかなり困難であり、後者の場合はλ／２の
素子を作つても非常に高価なものとなる欠点があつた。
さらに、これらの素子を円筒状に配置する場合には、円
周上に配置しなければならない素子数は要求するビーム
幅から決まり、サイドローブの点のみならず船舶への装
備の点を考えれば、１段あたり必要な素子数を各段にな
らべ、かつ円筒の半径をできるだけ小さくすることが望
ましい。
主ビームに対するサイドローブの減衰量を２０ｄＢ以上
にとることがかなり困難であり、後者の場合はλ／２の
素子を作つても非常に高価なものとなる欠点があつた。
さらに、これらの素子を円筒状に配置する場合には、円
周上に配置しなければならない素子数は要求するビーム
幅から決まり、サイドローブの点のみならず船舶への装
備の点を考えれば、１段あたり必要な素子数を各段にな
らべ、かつ円筒の半径をできるだけ小さくすることが望
ましい。
しかし、この場合第２図ｃにｂの横断面拡大図を示すよ
うに、一般のフェライト振動子やランジュバンタイプの
振動子のような高さ（長さ）が大きな素子の場合はもち
ろんのこと、リング振動子のように比較的高さの低いも
のの場合でも、小さな半径の円筒上に配置しようとする
と、素子同士がぶつ冫かるため（第２図ｃの斜線部）、
円筒の半径を大きくせざるを得ない等の欠点があつた。
本発明はこれらの欠点を除去するため、各素子を千鳥足
状に配置し、その間隙を電気回路により補間するように
したもので、以下図面により詳細２に説明する。
うに、一般のフェライト振動子やランジュバンタイプの
振動子のような高さ（長さ）が大きな素子の場合はもち
ろんのこと、リング振動子のように比較的高さの低いも
のの場合でも、小さな半径の円筒上に配置しようとする
と、素子同士がぶつ冫かるため（第２図ｃの斜線部）、
円筒の半径を大きくせざるを得ない等の欠点があつた。
本発明はこれらの欠点を除去するため、各素子を千鳥足
状に配置し、その間隙を電気回路により補間するように
したもので、以下図面により詳細２に説明する。
第４図は本発明の振動子の円筒状配列の一実施例を示す
図であり、図中白丸、黒丸は共に同一種類の超音波振動
子であり、輻射面寸法はλ／２以上とする。
図であり、図中白丸、黒丸は共に同一種類の超音波振動
子であり、輻射面寸法はλ／２以上とする。
このような円筒配列の場合はスキヤニ３ングソナーに用
いられることが多いので、ここで送信は水平３６００に
無指向性で全方向送信する場合について考え、受信はシ
ャープなシングルビームを形成するものとして説明する
。図は円筒の円周上に３６素子並べることが必要だと仮
定した場合３であり、まず１８素子ずつ一段目に並べ次
の段には前の素子の間隙をうめるように交互に（即ち千
鳥足状に）８段ならべたものである。結果として音響的
には円周上に３６素子、縦方向に８段ならべた場合と等
価になり、その場合の素子間隔はλ／２４．にできる。
まず寸法の面から考察すると、第５図の拡大図ａに示し
た縦方向、ｂに示した円周方向の図から明らかなように
、輻射面寸法がλ／２以上の素子を共にλ／２の間隔に
ならべることは可老てあり、この結果円筒の半径も従来
方式に比し？しく、小さくすることができる。次に音波
の指″Ｊ性について考察する。１）送信の指向性 （イ）垂直方向は第４図白丸印素子と黒丸印素子が同数
（４個ずつ）縦にならんでいるので、λ／２間隔に８素
子直線にならんだ指向性と同一と考えてよい。
いられることが多いので、ここで送信は水平３６００に
無指向性で全方向送信する場合について考え、受信はシ
ャープなシングルビームを形成するものとして説明する
。図は円筒の円周上に３６素子並べることが必要だと仮
定した場合３であり、まず１８素子ずつ一段目に並べ次
の段には前の素子の間隙をうめるように交互に（即ち千
鳥足状に）８段ならべたものである。結果として音響的
には円周上に３６素子、縦方向に８段ならべた場合と等
価になり、その場合の素子間隔はλ／２４．にできる。
まず寸法の面から考察すると、第５図の拡大図ａに示し
た縦方向、ｂに示した円周方向の図から明らかなように
、輻射面寸法がλ／２以上の素子を共にλ／２の間隔に
ならべることは可老てあり、この結果円筒の半径も従来
方式に比し？しく、小さくすることができる。次に音波
の指″Ｊ性について考察する。１）送信の指向性 （イ）垂直方向は第４図白丸印素子と黒丸印素子が同数
（４個ずつ）縦にならんでいるので、λ／２間隔に８素
子直線にならんだ指向性と同一と考えてよい。
（ロ）水平方向は第４図から明らかなように各段ごとの
指向性は無指向性で送信されるので、各段ごとに円周上
に３螺子ならべた場合と変わりない。
指向性は無指向性で送信されるので、各段ごとに円周上
に３螺子ならべた場合と変わりない。
以上のように送信の指向性は、円筒の全周にλ／２ごと
に素子をならべた場合と音響的には等価である。
に素子をならべた場合と音響的には等価である。
１）受信の指向性
受信の指向性は前述のように、方位を定めるためシャー
プなビームを形成する必要がある。
プなビームを形成する必要がある。
（イ）垂直方向は第６図ａに示すように図中の基準軸上
て考えると黒丸印素子間隙（図中●印にあたる素子位置
）を補間するため基準軸に対して対称な白丸印素子２個
による受信信号に１１２の重み付けを行なつて加算して
やれば垂直方向についてＢｅａｍ−Ｓｔｅｅｒｉｎｇの
ために与えられる遅延量（位相量θ）は白丸、黒丸印同
士はそれぞれ同じであるから、λ／２間隔に８素子を直
線に配列した指向性と等価となる。（ロ）水平方向の指
向性は第６図ｂから明らかなように、円周上にならんだ
各素子に与えられる水平方向位相補償量０がそれぞれ異
なるが、図のように今考えている軸に対して左右両どな
りの素子での受信信号をも軸上のものを１とした時１１
２の重みをもたせて軸上の素子による受信信号に加算す
ることにより縦方向系列素子間を補間てきるのて、この
補間のための加算器１の出力を通常の場合の単体の指向
性と考えて計算を行なえばよい。
て考えると黒丸印素子間隙（図中●印にあたる素子位置
）を補間するため基準軸に対して対称な白丸印素子２個
による受信信号に１１２の重み付けを行なつて加算して
やれば垂直方向についてＢｅａｍ−Ｓｔｅｅｒｉｎｇの
ために与えられる遅延量（位相量θ）は白丸、黒丸印同
士はそれぞれ同じであるから、λ／２間隔に８素子を直
線に配列した指向性と等価となる。（ロ）水平方向の指
向性は第６図ｂから明らかなように、円周上にならんだ
各素子に与えられる水平方向位相補償量０がそれぞれ異
なるが、図のように今考えている軸に対して左右両どな
りの素子での受信信号をも軸上のものを１とした時１１
２の重みをもたせて軸上の素子による受信信号に加算す
ることにより縦方向系列素子間を補間てきるのて、この
補間のための加算器１の出力を通常の場合の単体の指向
性と考えて計算を行なえばよい。
もし、ビーム幅の点で所望のものより広い場合は、積ア
レイ方式または和差方式の考えをとり入れて必要なビー
ム幅を形成させればよい。また、サイドローブの点で改
良したい時には、加算器１の出力信号に重み付けをすれ
はよい。
レイ方式または和差方式の考えをとり入れて必要なビー
ム幅を形成させればよい。また、サイドローブの点で改
良したい時には、加算器１の出力信号に重み付けをすれ
はよい。
なお、垂直、水平方向の補間のそれぞれについて個別に
述べたが、垂直あるいは水平方向のいずれか一方を補間
すればこれを他の方向の場合について使用できる。
述べたが、垂直あるいは水平方向のいずれか一方を補間
すればこれを他の方向の場合について使用できる。
従つて実際は垂直方向について補間すればこれを水平方
向の補間信号として使用できるのでいずれか一方向の補
間のみをすればよい。
向の補間信号として使用できるのでいずれか一方向の補
間のみをすればよい。
以上は千鳥足配置を円筒配列に応用した場合について説
明してきたが、これは配置した素子数はもちろんのこと
、配列も円筒配列に限ることなく、平面配列の場合にも
全く同一の考えで適応できることはいうまでもない。
明してきたが、これは配置した素子数はもちろんのこと
、配列も円筒配列に限ることなく、平面配列の場合にも
全く同一の考えで適応できることはいうまでもない。
また、説明においては全方向送信、シングルビーム受信
についてのみ述べたが、これに限定することなく送受信
とも指向性をもたせたシングルビーム、あるいは複数個
のビームを作ることも容易である。第６図における加算
器１も演算増幅器等の加算器に限らず、他の手段例えば
トランス等を用いて合成してもよいことはいうまでもな
い。以上説明したように、素子を千鳥足状に配置し受信
時には電気回路により補間を行なえば、素子輻射面寸法
よりも小さな間隔て配置できるためサイドローブ抑圧の
点で優れる。さらに、円筒上に配置した場合には、その
半径をも著しく小さくでき、使用する素子数も半分てす
み経済的てあり、かつ音響的に大きな素子を寸法よりも
小さな間隔でならべた場合と等価な特性を得ることがで
きる。
についてのみ述べたが、これに限定することなく送受信
とも指向性をもたせたシングルビーム、あるいは複数個
のビームを作ることも容易である。第６図における加算
器１も演算増幅器等の加算器に限らず、他の手段例えば
トランス等を用いて合成してもよいことはいうまでもな
い。以上説明したように、素子を千鳥足状に配置し受信
時には電気回路により補間を行なえば、素子輻射面寸法
よりも小さな間隔て配置できるためサイドローブ抑圧の
点で優れる。さらに、円筒上に配置した場合には、その
半径をも著しく小さくでき、使用する素子数も半分てす
み経済的てあり、かつ音響的に大きな素子を寸法よりも
小さな間隔でならべた場合と等価な特性を得ることがで
きる。
第１図はソナーのスキャニングを示す図、第２図は従来
の振動子の配列を示す図、第３図は振動子の指向性を示
す図、第４図は本発明の振動子の配列を示す図、第５図
は第４図の一部拡大図、第６図は受信時の補間の状態を
示す図である。 １・・・・・・加算器。
の振動子の配列を示す図、第３図は振動子の指向性を示
す図、第４図は本発明の振動子の配列を示す図、第５図
は第４図の一部拡大図、第６図は受信時の補間の状態を
示す図である。 １・・・・・・加算器。
Claims (1)
- １ ある段に一列横方向に並べた複数個の振動子に対し
、次段には、前段に相当する該ある段のそれぞれの振動
子の中間の位置に振動子を配列し、以下同様に上記配列
を複数段くり返して振動子群を平面状又は円筒状に形成
し、送信時には該振動子群から音波を全方向に送信し、
受信時には各段のすくなくとも縦方向の相互に隣り合う
振動子の中間で振動子が存在しない位置における受信信
号と実質上等価な信号になるように、横方向の相互に隣
り合う振動子の各受信信号の重みを１／２にして合成す
る手段を具備させ、前記すくなくとも縦方向の中間の振
動子に相当する受信信号を補間することを特徴とする超
音波送受波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51110995A JPS6045376B2 (ja) | 1976-09-16 | 1976-09-16 | 超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51110995A JPS6045376B2 (ja) | 1976-09-16 | 1976-09-16 | 超音波送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5336266A JPS5336266A (en) | 1978-04-04 |
| JPS6045376B2 true JPS6045376B2 (ja) | 1985-10-09 |
Family
ID=14549721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51110995A Expired JPS6045376B2 (ja) | 1976-09-16 | 1976-09-16 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6045376B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS589716B2 (ja) * | 1976-03-19 | 1983-02-22 | 日立プラント建設株式会社 | 廃水の電解処理方法 |
| JPS5773673A (en) * | 1980-10-27 | 1982-05-08 | Mitsubishi Electric Corp | Array ultrasonic probe |
| JPS57113596U (ja) * | 1980-12-30 | 1982-07-14 | ||
| JP4605594B2 (ja) * | 2005-01-26 | 2011-01-05 | 古野電気株式会社 | 超音波送受波器および水中探知装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS562473Y2 (ja) * | 1974-11-22 | 1981-01-20 |
-
1976
- 1976-09-16 JP JP51110995A patent/JPS6045376B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5336266A (en) | 1978-04-04 |
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