JPS62235585A - 可変送受波装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、音波の送波、受波を行なう可変送受波装置
に関する。

〔従来の技術〕

一般に、水中や空中において音波を送波し、あるいは外
来の音波を受波する送受波装置は、圧電素子などの電気
−音響変換素子を備えており、この変換素子の形状２寸
法および送受波する音波の周波数により、当該送受波装
置の指向性が一意的に定ま９、逆に送受波装置を使用す
る環境条件。

対象とする音波の周波数に応じた指向性を有する形状１
寸法の変換素子が選定されることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この種の従来の送受波装置では、変換素子の
形状１寸法が固定であるため、指向性を適宜変更するこ
とができず、応用性に欠け、種々の指向性を必要とする
場合には、形状１寸法等の異なる変換素子からなる送受
波装置を多数準備しなければならないという問題点があ
る。

そこで、この発明では、送波時および受波時に使用する
複数個の送受波素子を、送波選択手段および受波選択手
段により選択し、送波時および受波時の指向性を適宜変
更できるようにすることを技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
近接して配列され音波の送波、受波を行なう複数個の平
面状送受波素子と、前記各送受波素子を駆動する駆動信
号を発生する駆動信号発生手段と、前記各送受波素子の
うち音波を送波させる送受波素子に選択的に前記駆動信
号を入力する送波選択手段と、音波を受波して前記各送
受波素子からそれぞれ出力される受波信号のうち前記受
波信号を選択的に取り出す受波選択手段とを備えたこと
を特徴とする可変送受波装置である。

〔作　用〕

したがって、この発明によると、音波の送、受波を行な
う複数個の送受波素子が近接して配列され、送波時に、
送波選択手段により各送受波素子のうち音波を送波させ
る送受波素子が選択され、選択された送受波素子に駆動
信号発生手段からののうち取り出すべき受波信号が選択
され、両選択手段により送波、受波時の送受波素子の形
状１寸法が等価的に可変され、送波時、受波時の指向性
が適宜変更される。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その実施例を示した図面とともに
詳細に説明する。

まず、実施例の説明に先立ち、この発明の動作原理につ
いて説明する。

いま、第４図に示すように、ＸＹｚ座標系の原点Ｏに中
心が一致してＹＺ平面上に配設された半径ａの円板状の
音源Ｓを考え、原点０から距離ｒだけ離れ、Ｘ軸より角
度θに位置する点Ｔに及ぼす音源Ｓによる音圧Ｐは、媒
体の密度をｐｏ　、音速をＣ１音源強度をＱｐとすると
、 と表わされる。ただし、差は波数で、Ａ＝２π／人とな
り、λは音源Ｓの音波の波長、Ｊｌは１次のベッセル関
数である。

さらに前記０式より、音源Ｓの指向性関数Ｄ（のを求め
ると、 となり、角度θを変化させたときの指向性関数Ｄ（＋９
）の値の変化を図示すると、たとえば第５図のようにな
り、ここではＤ（のの各値を相対放射強＆ｄＢ）として
プロットしてあり、この場合、音源Ｓを送′波器（ある
いは受波器）として使用するときの主ビームは、θ＝０
°を中心とした最も大きなパターン部分に相当すること
になり、このパターン部分を定める主ビーム範囲は、θ
が０から増加し、はじめてＤ（の＝Ｏとなる点、すなわ
ち＆ａｓｉｎθ＝　＆８８２となる点までであり、従っ
てθがＯから、の式より得られる最大値θＭまでの範囲
となる。なお、円板状の音源（８）の中心軸であるＸ軸
に対する主ビームパターンの対称性は保持されているも
のとする。

そして、前記０式から、半径ａを一定とした場合、音波
の波長λを変えることにより最大値θＭを変えることが
でき、前記第５図における主ビームのパターンを変える
ことが可能となり、逆に波長λを一定とした場合、半径
ａを変えることにより最大値θＭを変えることができ、
主ビームのパターンを変えることが可能となり、指向性
を適宜可変できることになる。

つぎに、前記した原理にもとづき構成された１実施例を
示す第１図および第２図について説明する。

第１図は複数個の平面状の送受波素子の構成を示し、円
形のゴム状圧電材からなる第１送受波素子（１ａ）の外
側に、順次に径大の円環形のゴム状圧電材からなる第２
ないし第６送受波素子（ｉｂ）、（ｌｅ）。

（ｌｄ）、（１０）、（ｌｒ）が同心円状に配列されて
おり、これらの各素子（ｌａ）〜（Ｉｆ）が第２図に示
す制御回路により制御される。

そして、制御回路を示す第２図において、（２）は各送
受波素子（１ａ）〜（１ｆ）を駆動する駆動信号を発生
する駆動信号発生手段（図示せず）の出力端子、（３）
は入力端子が端子（２）に接続された送波選択手段であ
り、６個の出力端子（３ａ）〜（８ｆ）を有し、図示さ
れていない操作スイッチ等の操作により選択された出力
端子から、前記発生手段よりの駆動信号を出力する。

（４ａ）〜（４ｒ）は送波端子（りがそれぞれ選択手段
（３）の各出力端子（３ａ）〜（３「）に接続された６
個の第１の切換スイッチ、（５ａ）〜（５ｆ）は入力端
子がそれぞれ各第１の切換スイッチ（４ａ）〜（４ｆ）
の切換片（Ｓ）に接続され選択手段（３）から出力され
る前記駆動信号のレベルを調整する第１〜第６レベル調
整手段、（６ａ）〜（６ｆ）は入力端子がそれぞれ各レ
ベル調整手段（５ａ）〜（５ｆ）の出力端子に接続され
各レベル調整手段（５ａ）〜（５ｆ）を介した前記駆動
信号の位相を調整する第１〜第６位相調整手段、（７ａ
）〜（７ｆ）は６個の第２の切換スイッチであり、切換
片（９）がそれぞれ各位相調整手段（６ａ）〜（６ｆ）
の出力端子に接続されている。

（８ａ）〜（８ｆ）は入力端子がそれぞれ各第２の切換
スイッチ（７ａ）〜（７ｆ）の送波端子（１）に接続さ
れた第１〜第６パワーアンプ、（９ａ）〜（９ｆ）は６
個の第３の切換スイッチであり、送波端子（１）がそれ
ぞれ各パワーアンプ（８ａ）〜（８ｆ）の出力端子に接
伴され、切換片（Ｓ）がそれぞれ各送受波素子（１ａ）
〜（Ｉｆ）に接続されている。

（１０ａ）〜（１（１ｒ）は入力端子がそれぞれ各第３
の切換スイッチ（９ａ）〜（９ｆ）の受波端子（ｒ）に
接続され、出力端子がそれぞれ各第１の切換スイッチ（
４ａ）〜（４ｆ）の受波端子（ｒ）に接続された第１〜
第６プリアンプ、αηは６個の入力端子（ｌｌａ）〜（
Ｉｆｆ）を有する受波選択手段であり、各入力端子（ｌ
ｌａ）〜（ｌｌｆ）がそれぞれ各第２の切換スイッチ（
７ａ）〜（７ｆ）の受波端子（ｒ）に接続され、出力端
子が図示されていない受波信号処理手段の入力端子（２
）に接続され、操作スイッチ等の操作により選択された
入力端子への受波信号を取り出して前記処理手段に出力
するようになっている。

そして送波時には、各切換スイッチ（４ａ）〜（４ｆ）
　。

（７ａ）　〜Ｃ７Ｆ”）　、　（９ａ）　〜（９ｆ）の
切換片（９）が送波端子（１）に切り換えられ、前記し
た操作スイッチ等の操作により、前記駆動信号を出力す
べき送波選択手段（３）の出力端子が選択され、たとえ
ば出力端子（３８）　、　（３ｂ）が選択されたとする
と、出力端子（８ａ）　、　（３ｂ）からそれぞれ出力
された駆動信号のレベルが第１．第２レベル調整手段（
５ａ）、（５ｂ）により調整されたのち、両レベル調整
手段（５ａ）、（５ｂ）からの駆動信号の位相が第１．
第２位相調整手段（６ａ）、（６ｂ）により調整され、
さらに第１．第２　／＜　７−７７プ（８ａ）、（８ｂ
）により、レベルおよび位相の調整された駆動信号が増
幅されて第１．第２送受波素子（ｌａ）、（Ｉｂ）に供
給され、第１．第２送受波素子（ｌａ）、（ｌｂ）が駆
動されて音波が送波され、このときの指向性は第１．第
２送受波素子（ｌＢ）、（ｌｂ）の合成指向性となる。

したがって、駆動信号を出力すべき送波選択手段（３）
の出力端子を適宜選択し、音波を送波させる送受波素子
に選択的に駆動信号を入力することにより、等測的に送
波時の送受波素子の寸法が可変され、必要に応じた合成
指向性が得られることになる。

一方受波時には、各切換スイッチ（４ａ）〜（４ｆ）　
。

（７ａ）　〜Ｃ７ｆ）　、　（９Ｂ）　〜（９ｆ）の切
換片（Ｓ）が受波端子（ｒ）に切り換えられ、各送受波
素子（１ａ）〜（Ｉｆ）により外来の音波が受波されて
それぞれ受波信号が出力され、各受波信号がそれぞれ各
プリアンプ（１０１１）〜（１０ｆ）により増幅された
のち、それぞれ各レベル調整手段（５ａ）〜（５ｒ）に
よりレベル調整され、さらにレベル調整された前記各受
波信号がそれぞれ各位相調整手段（６ａ）〜（６ｆ）に
より位相調整されて受波選択手段αηの各入力端子（ｌ
ｌａ）〜（ｌｌｆ）に入力される。

このとき、前記した操作スイッチ等の操作により、増幅
され、レベル、位相調整された前記各受波信号のうち取
り出すべき受波信号の入力される受、波選択手段αυの
入力端子が選択され、たとえば入力端子（Ｉｌｆｌ）　
、　（ｌｌｂ）が選択されたとすると、第１．゛第２プ
リアンプ（ｔｏｎ）、（１０ｂ）により増幅され、第１
゜第２レベル調整手段（５Ｂ）、（５ｂ）および第１．
第２位相調整手段（６ａ）、（６ｂ）によりレベルおよ
び位相調整された第１．第２送受波素子（ｌａ）、（ｌ
ｂ）からの受波信号が、受波選択手段αηにより取り出
され、前記受波信号処理手段に出力される。

したがって、各送受波素子（ｌａ）〜（１ｆ）からの受
波信号のうち取り出すべき受波信号の入力される受波選
択手段Ｑηの入力端子を適宜選択し、前記受波信号処理
手段に出力することにより、等測的に受波時の送受波素
子の寸法が可変され、必要に応じた合成指向性が得られ
ることになる。

ところで、前記０式から、音波の波長大によっても指向
性が変化するため、従来の固定指向性の送受波装置の場
合、送波あるいは受波する音波の波長の変化により、送
波時あるいは受波時の指向性が変化するのに対し、この
実施例の場合、両選択手段（３）、αυの出力端子、入
力端子の選択により、音波の波長が変化しても常に一定
の指向性を得ることが可能となる。

なお、第３図に示すように、正方形の複数個の平面状送
受波素子α葎をさらに大きな正方形状に近接して配列し
たものを用いても、あるいはその他の形状の送受波素子
を前記と異なる形状に配列しても、この発明を同様に実
施することができる。

また、各送受波素子は圧電材からなるものに限らないの
は勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の可変送受波装置によると、複
数個の送受波素子を近接して配列し、音波を送波させる
送受波素子に選択的に駆動信号を入力する送波選択手段
、および各送受波素子からの受波信号を選択的に取り出
す受波選択手段を設けたため、送波時、受波時の送受波
素子の形状。

寸法を等測的に可変でき、送波時、受波時の指向性を適
宜変更することができ、必要に応じた指向性を得ること
ができ、応用性の拡大を図ることが可能となり、その効
果は非常に大きい。

また、送波、受波する音波の波長が変化しても、常に一
定の指向性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の可変送受波装置の実施例を示し、第
１１に′および第２図はそれぞれｌ実施例の一部の平面
図および回路ブロック図、第３図は他の実施例の一部の
平面図、第４図および第５図はそれぞれこの発明の原理
説明図である。 （ＩＢ）〜（１ｆ）・・・第１〜第６送受波素子、（３
）・・・送波選択手段、αυ・・・受波選択手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）近接して配列され音波の送波、受波を行なう複数
   個の平面状送受波素子と、前記各送受波素子を駆動する
   駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記各送受波
   素子のうち音波を送波させる送受波素子に選択的に前記
   駆動信号を入力する送波選択手段と、音波を受波して前
   記各送受波素子からそれぞれ出力される受波信号のうち
   前記受波信号を選択的に取り出す受波選択手段とを備え
   たことを特徴とする可変送受波装置。