JPS628155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、広範囲方向に超音波パルスを送受
波して水中探知を行なう水中探知装置において、
特定方向から帰来する反射波を聴音に変換して聴
取する装置に関する。

水中の広範囲を探知する場合、一般には、広範
囲方向に無指向性の超音波パルスを送受して、受
波時は、各方向毎に指向性受波ビームを形成して
各方向から帰来する反射波をそれぞれの指向性受
波ビームで受波する方式が用いられる。

指向性受波ビームを形成する場合、比較的多く
用いられているのが位相合成を行なうことであ
る。すなわち、広範囲方向に多数の振動子を配列
してそのうち複数個の振動子の受波信号を位相合
成して一方向に指向性を有する受波ビームを形成
する。

指向性受波ビームは各方向毎に形成されなけれ
ばならない。各方向の指向性受波ビームを形成す
る場合、上記位相合成回路を各々の方向に対応さ
せて用意して各位相合成回路によつてそれぞれの
方向の指向性受波ビームをあらかじめ用意する方
式と、一つの位相合成回路を共通に用いて、位相
合成を行なう振動子の組合わせを各方向に対応さ
せて切換えていく方式とが用いられている。

位相合成回路を多数用いる方式においては、各
方向毎に独立した指向性受波ビームが形成される
から、特定方向の受波信号を可聴音に変換するこ
とは比較的容易である。可聴音の変換は、一般に
は、近似周波信号とのビートを取ることにより
1KHZ程度の可聴音が生成される。そして、変換
後の可聴音は、その周波数が受波信号の周波数変
化に対応して変化するから、探知物との相対速度
に起因して受波信号がドプラ効果を受けるとき可
聴音の高さが変化する。それによつて探知物が相
対的に遠ざかりつつあるのか近づきつつあるのか
を感覚的に知ることができる。

ところが、上記のように位相合成回路を多数用
いる場合、遅延回路のような移相器を多数用いな
ければならない。移相器は各振動子毎に必要であ
り、かつ、各振動子毎においても移相量の異なる
複数の移相信号を生成しなければならない。その
ため、位相合成装置が極めて複雑で高価になりが
ちである。

それに比して、一つの位相合成回路を共通に用
いて、位相合成を行なう振動子の組合わせを切換
えながら各方向の指向性受波ビームを形成する場
合は、振動子の組合わせを切換える切換回路が必
要ではあるが、移相器の構成を比較的簡単にする
ことができる。この場合、位相合成回路から送出
される指向性受波ビームは各方向の受波信号が時
系列的に送出される。従つて、一方向の受波信号
を抽出した場合、抽出信号は不連続的に送出され
るから、それを可聴音に変換しても探知物の相対
的移動状況に対応した可聴音を聴取することはで
きない。

この発明は、一つの位相合成回路を共通に用い
て振動子の組合わせを切換えることにより指向性
受波ビームの方向を変化させる水中探知装置にお
いて、特定の一方向から帰来する反射波の周波成
分を連続的に検出して可聴音に変換して聴取し得
る装置を提供する。

以下この発明の実施例について説明する。

第１図において、T₁乃至T₃₆は超音波振動子を
示し、第２図に示すように、円周上に一定間隔毎
に配列されている。超音波振動子T₁乃至T₃₆の
各々は送受切換回路１０１乃至１３６を経て送信
器２の送信出力が印加される。従つて、超音波振
動子T₁乃至T₃₆は同時に励振され円周の全方向に
超音波パルスを送波する。

探知物体で反射され各方向から帰来する反射波
はその方向を指向角内に含む超音波振動子によつ
て受波される。超音波振動子T₁乃至T₃₆の各々は
指向角が比較的広い特性を有しており、例えば、
第２図のθ_１方向から反射波が到来するとき、振
動子T₁，T₂，T₃，T₃₅，T₃₆によつて受波され
る。

超音波振動子T₁乃至T₃₆の各受波信号は送受切
換回路１０１乃至１３６の各々から切換回路３及
び選択回路４へ送出される。

切換回路３は超音波振動子T₁乃至T₃₆の各受波
信号のうち位相合成を行なう振動子の受波信号を
切換えて位相合成回路５へ送出する。位相合成回
路５は切換回路３から送出される振動子の受波信
号を位相合成して特定方向に指向性を有する受波
ビームを形成する。例えば、第２図において、θ
_１方向に指向性受波ビームを形成する場合、超音
波送受波器T₁，T₂，T₃，T₃₅，T₃₆の受波信号を
位相合成する。位相合成は円周上に配列されてい
る振動子T₁，T₂，T₃，T₃₅，T₃₆の受波面が等価
的に等位相波面に一致するようにそれぞれの受波
信号を適宜移相させる。

切換回路３は位相合成回路５からθ_１方向の受
波信号が送出された後、他の振動子の受波信号を
切換えて位相合成回路５に導くことにより、他方
向の指向性受波ビームを形成させる。受波信号の
切換は、例えば、θ_１方向に受波ビームを形成す
るときは振動子T₃₅，T₃₆，T₁，T₂，T₃の受波信
号を送出し、θ_２方向に受波ビームを形成すると
きは、振動子T₃₆，T₁，T₂，T₃，T₄の受波信号
を送出する。以後同様にして振動子の組合わせを
換えることにより受波ビームの指向方向を変化さ
せる。

位相合成回路５から送出される各方向の受波信
号は増巾器６で増巾された後表示器７へ送出され
る。表示器７は、例えばブラウン管表示器が用い
られ、受波信号はその輝度端子に導かれる。又、
表示器７は走査回路８によつて画素走査が行なわ
れる。画素走査は切換回路３による受波ビームの
指向方向切換に対応してスパイラル状に行なわれ
る。他方、切換回路３の上記切換動作は切換制御
回路９に基ずいて行なわれる。そして、切換制御
回路９の切換制御と走査回路８の画素走査は、同
期回路１０に基ずいて互いに同期して行なわれ
る。すなわち、切換回路３によつて決定される受
波ビームの指向方向と走査回路８の画素走査によ
る表示画面上の位置とが互いに対応するように行
なわれる。又、切換回路３による受波ビームの方
向切換は、各方向の受波ビームを一巡して切換え
る間にほぼ等距離位置からの反射波が送出される
ごとく行なわれる。

同期回路１０は切換制御回路９と走査回路８を
同期させる一方、送信器２をも制御する。すなわ
ち同期回路１０は、まず、送信器２を駆動して超
音波振動子T₁、乃至T₃₆から超音波パルスを送波
した後、走査回路８に画素走査を開始させ、同時
に、切換制御回路９に切換制御を行なわせる。そ
の結果、表示器７の表示画面上にはその対応方
位、位置に各方向の受波信号が表示される。

上記のようにして各方向から帰来する反射波が
表示される一方、位相合成回路５の出力はサンプ
ルホールド回路１１へも送出される。

サンプルホールド回路１１はサンプリングパル
ス生成回路１２に基ずいて位相合成回路５の出力
信号レベルをサンプリングし、そのサンプリング
電圧を次にサンプリングを行なうまでの間保持す
る。サンプリングパルス生成回路１２は一致回路
１３から出力が送出される毎にサンプリングパル
スを送出する。一致回路１３は切換制御回路９の
出力と方位設定回路１４の出力とを比較して両出
力が一致したとき一致出力を送出する。すなわ
ち、切換制御回路９は切換選択回路３の切換出力
を送出するから、切換制御回路９の出力から受波
ビームの到来方位を知ることができる。他方、方
位設定回路１４は聴取しようとする受波ビームの
方位を指定するもので、指定した方位デーーを切
換制御回路９の方位出力に対応して送出する。一
致回路１３は、切換制御回路９の方位出力が方位
設定回路１４の指定方位に一致したとき、従つ
て、位相合成回路５から方位設定回路１４の指定
方位に対応する受波信号が送出されたとき、一致
出力を送出する。サンプリングパルス生成回路１
２はこの一致出力に基ずいてサンプリングパルス
を送出し、サンプルホールド回路１１が位相合成
回路５の出力信号をサンプリングする。位相合成
回路５は各方位の受波信号を時系列的に送出する
から、サンプルホールド回路１１は上記指定方位
の受波信号をサンプリングした後、次に同方位の
受波信号をサンプリングするまで間、そのサンプ
リング電圧をホールドする。その結果、サンプル
ホールド回路１１からは指定方位の受波信号が連
続的に送出される。

他方、方位設定回路１４の方位データーは選択
回路４へも送出され、超音波振動子T₁乃至T₃₆の
各受波信号のうち指定方位方向の受波信号を選出
する。

指定方向からの反射波は反射物までの距離より
時間的に異なつて受波されるから、指定方位の受
波信号到来時をサンプルホールド回路１１の出力
から知ることにより、指定方位から到来する受波
信号の周波成分を検出することができる。

選択回路４の選択信号は整形回路１６において
整形される。

第３図ａは整形回路１６の整形波を示し、同図
ｂはサンプルホールド回路１１の出力信号を示
す。なお、整形波ａは従来の水中探知装置と同様
に、その周期ｔが探知物の移動速度に応じて変化
する。

整形波ａはスイツチング回路１５へ送出され
て、その高レベル期間毎にスイツチング回路１５
の入出力間を導通する。従つて、スイツチング回
路１５からは、第３図ｃのように、整形波ａの振
巾がサンプルホールド回路１１の出力ｂに従つて
変化するスイツチング波形が送出される。このス
イツチング波形ｃはフイルター回路１７へ送出さ
れ特定周波信号が抽出される。フイルター回路１
７はその通過帯域の中心周波数が超音波パルスの
送信周波数に等しく設定され、受波信号の周波数
偏移が通過帯帯域内に含まれるように設定されて
いる。その結果、フイルター回路１７からは、第
３図ｄのように、振巾がサンプルホールド回路１
１の出力ｂに従つて変化し、周波数が選択回路４
の選出信号に一致した周波信号が送出される。そ
して、この周波信号ｄは方位設定回路１４で指定
した方位の受波信号に一致する。

フイルター回路１７の出力信号ｄは混合回路１
８において発振器１９の発振信号と混合される。
発振器１９の発振周波数は超音波パルスの送信周
波数に比して可聴音だけ異なる周波数が設定され
ている。混合回路１８の出力はフイルター回路２
０へ送出されて、混合出力のうちから可聴音の周
波成分が選出される。フイルター回路２０の選出
信号は増巾器２１において増巾された後、スピー
カー２２から可聴音として報知される。この可聴
音は上記から明きらかなように、音の強さが受波
信号の振巾に応じて変化し、音の強さが受波信号
の周波数変位、従つて、探知物の相対的移動速度
に応じて変化する。従つて、これを聴取すること
により探知物の位置変化を感覚的に知ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示し、第２図はそ
の超音波振動子の配列を説明するための図、第３
図はその動作を説明するための図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 広範囲方向に超音波パルスを送受波して各方
   向の探知物から帰来する反射波を表示器上の対応
   位置にそれぞれ表示すると共に上記広範囲方向の
   うち特定方向から帰来する反射波を聴音に変換す
   る装置において、 上記広範囲方向に配列した多数個の振動子のう
   ち適当個数の振動子の受波信号を互いに位相合成
   して一方向に指向性を有する受波ビームを形成す
   る位相合成回路と、 該位相合成回路が位相合成を行なう振動子の組
   合わせを順次切換えることにより該位相合成回路
   から送出される受波ビームの指向方向を順次変化
   させる切換回路と、 該切換回路によつて決定される上記受波ビーム
   の指向方向に関連づけて上記位相合成回路から送
   出される受波信号を表示する表示器と、 上記位相合成回路の出力信号のうちから該表示
   器に表示される反射波の特定方向の反射波に対応
   する出力信号を抽出する抽出回路と、 該抽出回路の抽出信号を用いて上記多数個の振
   動子のうち上記特定方向の反射波を受波する振動
   子の受波信号の振巾を制御する制御回路と、 該振巾制御回路の出力信号を可聴音に変換する
   変換回路とを具備してなる広範囲水中探知装置に
   おける聴音装置。