JPH05223923A - 埋設物検出方法及びその装置 - Google Patents
埋設物検出方法及びその装置Info
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- JPH05223923A JPH05223923A JP4030890A JP3089092A JPH05223923A JP H05223923 A JPH05223923 A JP H05223923A JP 4030890 A JP4030890 A JP 4030890A JP 3089092 A JP3089092 A JP 3089092A JP H05223923 A JPH05223923 A JP H05223923A
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- scanning
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Abstract
(57)【要約】
【目的】小型で軽量な検出装置により、非磁性体検出及
び海底内埋設物体の検出を可能とした方法及び装置を提
供する。 【構成】パラメトリックアレーよりなる音響センサ2の
送波器3に異なる2つの周波数の信号を印加し、音波の
伝播する媒質中において前記周波数の差の周波数を有す
る音響ビームを形成し、前記音響ビームのビーム方向を
変化させて走査を行いながら、前記音響ビームの埋設物
Sからの反射音を検出して埋設物を検出する。
び海底内埋設物体の検出を可能とした方法及び装置を提
供する。 【構成】パラメトリックアレーよりなる音響センサ2の
送波器3に異なる2つの周波数の信号を印加し、音波の
伝播する媒質中において前記周波数の差の周波数を有す
る音響ビームを形成し、前記音響ビームのビーム方向を
変化させて走査を行いながら、前記音響ビームの埋設物
Sからの反射音を検出して埋設物を検出する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、海底下あるいは、地中
等に埋設されている物体を検出する方法及び装置に関す
る。
等に埋設されている物体を検出する方法及び装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、海底面上にある物体や海底下ある
いは、地中等の土質中に埋設されている物体を検出する
方法として、磁気センサや音響センサを用いたものが知
られている。図30,図31により、それぞれ磁気セン
サを用いた従来の技術および、音響センサを用いた従来
の技術を説明する。 (1)磁気センサを用いた検出方法 磁気センサには、ホール素子,磁気抵抗素子,磁気ダイ
オード等があり、いずれも磁界の変化を電圧、抵抗や電
流値の変化として検出するものである。図30におい
て、船71は磁気センサ72を吊下して曳航する。磁気
センサ72は、海底面上又は海底下に磁性体の物体
S1 ,S2 があると、地球磁場の磁気の乱れを感知し、
物体の存在を検出する。 (2)音響を用いた検出方法 音響センサ73は上記の磁気センサ72と同様に、船7
1により吊下された状態で曳航される。音響センサ73
は、音波を発生する送波器と音波を受波する受波器から
構成されている。音響センサによる物体の検出を以下に
説明する。音響センサの送波器から出た音は、物体ある
いは海底面に到達すると反射し、その反射音は再び送波
器に向かって進行し受波器により検出される。音響セン
サと検出物体との距離をl、水中における音速をc、音
響センサの送波器から発射音が発せられてから反射音が
受波器により検出されるまでの時間をtとすると、音響
センサと検出物体との距離lは、次式により表される。
いは、地中等の土質中に埋設されている物体を検出する
方法として、磁気センサや音響センサを用いたものが知
られている。図30,図31により、それぞれ磁気セン
サを用いた従来の技術および、音響センサを用いた従来
の技術を説明する。 (1)磁気センサを用いた検出方法 磁気センサには、ホール素子,磁気抵抗素子,磁気ダイ
オード等があり、いずれも磁界の変化を電圧、抵抗や電
流値の変化として検出するものである。図30におい
て、船71は磁気センサ72を吊下して曳航する。磁気
センサ72は、海底面上又は海底下に磁性体の物体
S1 ,S2 があると、地球磁場の磁気の乱れを感知し、
物体の存在を検出する。 (2)音響を用いた検出方法 音響センサ73は上記の磁気センサ72と同様に、船7
1により吊下された状態で曳航される。音響センサ73
は、音波を発生する送波器と音波を受波する受波器から
構成されている。音響センサによる物体の検出を以下に
説明する。音響センサの送波器から出た音は、物体ある
いは海底面に到達すると反射し、その反射音は再び送波
器に向かって進行し受波器により検出される。音響セン
サと検出物体との距離をl、水中における音速をc、音
響センサの送波器から発射音が発せられてから反射音が
受波器により検出されるまでの時間をtとすると、音響
センサと検出物体との距離lは、次式により表される。
【0003】l=c・t/2 従って、音響センサの送波器から発射音が発せられてか
ら反射音が受波器により検出されるまでの時間tを測定
することにより、音響センサと検出物体との距離lを知
ることができる。図31において、船71より音響セン
サ73を吊下して曳航していき、海底面に物体S3があ
ると、海底から反射されてくる反射音と、物体S3から
反射される反射音の時間差から物体の存在を検出する。
ら反射音が受波器により検出されるまでの時間tを測定
することにより、音響センサと検出物体との距離lを知
ることができる。図31において、船71より音響セン
サ73を吊下して曳航していき、海底面に物体S3があ
ると、海底から反射されてくる反射音と、物体S3から
反射される反射音の時間差から物体の存在を検出する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の埋設物検出方法においては、以下のような問題点を
有している。磁気センサを用いた埋設物検出方法におい
ては、検出可能な物体は磁気センサが感知できるような
磁性体の物体に限られ、被磁性体のプラスチック製の物
体を検出することができないという問題点がある。
来の埋設物検出方法においては、以下のような問題点を
有している。磁気センサを用いた埋設物検出方法におい
ては、検出可能な物体は磁気センサが感知できるような
磁性体の物体に限られ、被磁性体のプラスチック製の物
体を検出することができないという問題点がある。
【0005】また、音響センサを用いた埋設物検出方法
においては、下記のような音響周波数に関する問題点が
ある。媒質中を伝搬する音は、その周波数が高い程減衰
が大きくなり、また、伝搬媒質の境界において反射現象
が行われるので、例えば、音響周波数をf=100kH
zと仮定すると、海底内への音波の透過はほとんど不可
能となり、埋設物体を検出することはできない。
においては、下記のような音響周波数に関する問題点が
ある。媒質中を伝搬する音は、その周波数が高い程減衰
が大きくなり、また、伝搬媒質の境界において反射現象
が行われるので、例えば、音響周波数をf=100kH
zと仮定すると、海底内への音波の透過はほとんど不可
能となり、埋設物体を検出することはできない。
【0006】従って、媒体中の音の伝搬の減衰を抑え、
異なる媒質への音の伝搬を可能にするには、音響周波数
として低周波数のものが有利である。しかし、音響周波
数はセンサ自体の大きさにより制限される。つまり、音
響周波数とセンサの大きさとの間には、音響周波数を下
げるとセンサの大きさは大きくなるという関係にあり、
センサの小型化という点から音響周波数を下げることが
困難であった。
異なる媒質への音の伝搬を可能にするには、音響周波数
として低周波数のものが有利である。しかし、音響周波
数はセンサ自体の大きさにより制限される。つまり、音
響周波数とセンサの大きさとの間には、音響周波数を下
げるとセンサの大きさは大きくなるという関係にあり、
センサの小型化という点から音響周波数を下げることが
困難であった。
【0007】本発明は、前記従来の海底埋設物検出方法
の問題点を解決して、被磁性体の物体の検出ができない
という問題点や、海底下の埋設物体が検出できない問題
点を除去し、小型で軽量な検出装置による埋設物の検出
を可能とした埋設物検出方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。
の問題点を解決して、被磁性体の物体の検出ができない
という問題点や、海底下の埋設物体が検出できない問題
点を除去し、小型で軽量な検出装置による埋設物の検出
を可能とした埋設物検出方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明はパラメトリックアレーよりなる音響センサ
の送波器に異なる2つの周波数の信号を印加し、音波の
伝播する媒質中において前記周波数の差の周波数を有す
る音響ビームを形成し、前記音響ビームのビーム方向を
変化させて走査を行いながら、前記音響ビームの埋設物
からの反射音を検出して埋設物を検出するものである。
に、本発明はパラメトリックアレーよりなる音響センサ
の送波器に異なる2つの周波数の信号を印加し、音波の
伝播する媒質中において前記周波数の差の周波数を有す
る音響ビームを形成し、前記音響ビームのビーム方向を
変化させて走査を行いながら、前記音響ビームの埋設物
からの反射音を検出して埋設物を検出するものである。
【0009】
【作用】本発明によれば、前記のようにパラメトリック
アレーより印加した周波数の差の周波数を有する音響ビ
ームを形成したので、指向性が鋭くかつ減衰の少ない音
響ビームが形成でき、小型で軽量な検出装置により埋設
物の検出を行うことができる。
アレーより印加した周波数の差の周波数を有する音響ビ
ームを形成したので、指向性が鋭くかつ減衰の少ない音
響ビームが形成でき、小型で軽量な検出装置により埋設
物の検出を行うことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。二つの異なった周波数f1 とf
2 を同時に同方向に放射した場合、水中を伝搬している
間にそれらは非線形な相互作用により、和の周波数(f
1 +f2 )と差の周波数(f1 −f2 )を形成する。和
の周波数(f1 +f2 )はもとのf1 とf2 のいずれよ
りも大きい伝搬中の吸収損失を受ける。一方、差の周波
数(f1−f2 )は次の極めて優れた特長がある。
ながら詳細に説明する。二つの異なった周波数f1 とf
2 を同時に同方向に放射した場合、水中を伝搬している
間にそれらは非線形な相互作用により、和の周波数(f
1 +f2 )と差の周波数(f1 −f2 )を形成する。和
の周波数(f1 +f2 )はもとのf1 とf2 のいずれよ
りも大きい伝搬中の吸収損失を受ける。一方、差の周波
数(f1−f2 )は次の極めて優れた特長がある。
【0011】(1)差の周波数では主ビームの放射だけ
であり、サイドロープ(副極)による放射はない。 (2)同一寸法の送波器で差の周波数を直接発生させる
よりも狭いビーム幅を有し鋭い指向性がある。 (3)指向性は送波器の寸法に関係しないので、送波器
を小型、軽量にすることができる。
であり、サイドロープ(副極)による放射はない。 (2)同一寸法の送波器で差の周波数を直接発生させる
よりも狭いビーム幅を有し鋭い指向性がある。 (3)指向性は送波器の寸法に関係しないので、送波器
を小型、軽量にすることができる。
【0012】(4)差音は広帯域な周波数特性を持つ。 f1 ,f2 またはその双方においてわずかな比例的変化
により、(f1 −f2)で大きな比例的変化を起こすこ
とができる。例えば、f2 を100kHzに固定し、f
1 を99kHzから90kHzに変化させると、差音は
1〜10kHzの周波数を得ることができる。これは高
いQの送波器により範囲を容易に調節でき、かつ高い効
率で99kHzから90kHzの範囲で共振させること
ができる。
により、(f1 −f2)で大きな比例的変化を起こすこ
とができる。例えば、f2 を100kHzに固定し、f
1 を99kHzから90kHzに変化させると、差音は
1〜10kHzの周波数を得ることができる。これは高
いQの送波器により範囲を容易に調節でき、かつ高い効
率で99kHzから90kHzの範囲で共振させること
ができる。
【0013】(5)ビーム幅は広い周波数帯域にわたり
ほぼ一定である。 (6)送波器のキャビテーションは問題にならない。基
本となる周波数f1 ,f2 を非常に高くとれるので、実
際の出力ではキャビテーションが生じないからである。 図2により上記で説明した差の周波数を利用したパラメ
トリック送波器について説明する。
ほぼ一定である。 (6)送波器のキャビテーションは問題にならない。基
本となる周波数f1 ,f2 を非常に高くとれるので、実
際の出力ではキャビテーションが生じないからである。 図2により上記で説明した差の周波数を利用したパラメ
トリック送波器について説明する。
【0014】基本周波数f1 ,f2 は、電力増幅器を介
して送波器3に印加される。これらの周波数は共に送波
器3から放射されて水中を伝搬し、差の周波数(f1 −
f2)を生成するように相互に作用しあう。図2におい
てペンシェルビーム7は、(f1 −f2 )の周波数であ
り、鋭い指向性を示している。最初の2周波を基準とし
て発生する全ての高調波成分は媒質中で急激に吸収さ
れ、遠距離では(f1 −f2 )のみ残る。
して送波器3に印加される。これらの周波数は共に送波
器3から放射されて水中を伝搬し、差の周波数(f1 −
f2)を生成するように相互に作用しあう。図2におい
てペンシェルビーム7は、(f1 −f2 )の周波数であ
り、鋭い指向性を示している。最初の2周波を基準とし
て発生する全ての高調波成分は媒質中で急激に吸収さ
れ、遠距離では(f1 −f2 )のみ残る。
【0015】図1に本発明の実施例を示す。音響センサ
2は送波器3と受波器4から構成された一体構造であ
り、船1より吊下して曳航する。音響センサ2の吊下の
深度は、水中での音波伝搬損失を少なくするため海底に
近づける。音響センサ2からは、前記のパラメトリック
送波器3より(f1 −f2 )に相当する差の周波数が水
中に放射される。放射された音波は一部は海底面により
反射されるが、他の音波は海底中を進行して海底中の物
体Sにより反射される。海底面及び物体Sにより反射さ
れた音波は、再び音響センサ2の受波器4により検出さ
れる。
2は送波器3と受波器4から構成された一体構造であ
り、船1より吊下して曳航する。音響センサ2の吊下の
深度は、水中での音波伝搬損失を少なくするため海底に
近づける。音響センサ2からは、前記のパラメトリック
送波器3より(f1 −f2 )に相当する差の周波数が水
中に放射される。放射された音波は一部は海底面により
反射されるが、他の音波は海底中を進行して海底中の物
体Sにより反射される。海底面及び物体Sにより反射さ
れた音波は、再び音響センサ2の受波器4により検出さ
れる。
【0016】図3はパラメトリック送波器を有した音響
センサ2の構造の一例である。音響センサ2はパラメト
リック送波器3と受波器4とからなり、パラメトリック
送波器3は周波数f1 用送波素子5と周波数f2 用送波
素子6とを千鳥格子状に配列して構成される。周波数f
1 用送波素子5には電力増幅器から周波数f1の高周波
が印加され、周波数f2 用送波素子6には電力増幅器か
ら周波数f2 の高周波が印加される。水中に放射された
音波は相互作用により|f1 −f2 |の差の周波数で数
度の指向性をもったペンシェルビーム7を形成する。ま
た、受波器4として|f1 −f2 |の差の周波数に対応
した低周波数無指向性のものを設ける。
センサ2の構造の一例である。音響センサ2はパラメト
リック送波器3と受波器4とからなり、パラメトリック
送波器3は周波数f1 用送波素子5と周波数f2 用送波
素子6とを千鳥格子状に配列して構成される。周波数f
1 用送波素子5には電力増幅器から周波数f1の高周波
が印加され、周波数f2 用送波素子6には電力増幅器か
ら周波数f2 の高周波が印加される。水中に放射された
音波は相互作用により|f1 −f2 |の差の周波数で数
度の指向性をもったペンシェルビーム7を形成する。ま
た、受波器4として|f1 −f2 |の差の周波数に対応
した低周波数無指向性のものを設ける。
【0017】パラメトリック送波器3の送波素子5,6
は、縦方向にa,b,…mのm行、横方向に1,2,…
MのM列に配置される。それぞれの送波素子をa−1,
b−2,…m−Mにより表示すると、周波数f1 用送波
素子5はa−1,c−1,…b−2,d−2,…の位置
に配置され、周波数f2 用送波素子6はb−1,d−
1,…a−2,c−2,…の位置に配置される。図にお
いては、周波数f1 用送波素子5にはハッチングが施さ
れている。パラメトリック送波器3の構造は上記の構造
に限定されるものではない。
は、縦方向にa,b,…mのm行、横方向に1,2,…
MのM列に配置される。それぞれの送波素子をa−1,
b−2,…m−Mにより表示すると、周波数f1 用送波
素子5はa−1,c−1,…b−2,d−2,…の位置
に配置され、周波数f2 用送波素子6はb−1,d−
1,…a−2,c−2,…の位置に配置される。図にお
いては、周波数f1 用送波素子5にはハッチングが施さ
れている。パラメトリック送波器3の構造は上記の構造
に限定されるものではない。
【0018】送波素子5,6からは、f1 ,f2 ,f1
+f2 ,|f1 −f2 |の4種類の音波が出力される。
f1 ,f2 ,f1 +f2 は周波数が高いため伝搬損失が
大きく、直ちに減衰する。|f1 −f2 |は低い周波数
のため伝搬損失は少なく、なおかつ指向性の鋭いペンシ
ェルビームの波形が送出される。図4において、上記音
響センサ2を用いた走査について説明する。
+f2 ,|f1 −f2 |の4種類の音波が出力される。
f1 ,f2 ,f1 +f2 は周波数が高いため伝搬損失が
大きく、直ちに減衰する。|f1 −f2 |は低い周波数
のため伝搬損失は少なく、なおかつ指向性の鋭いペンシ
ェルビームの波形が送出される。図4において、上記音
響センサ2を用いた走査について説明する。
【0019】音響センサ2はX方向及びY方向に走査さ
れて2次元上を探索することになる。X方向とY方向の
走査は例えば、先ずX方向について走査し次にY方向に
走査して行う。X方向の走査は、音響センサ2のビーム
7をX方向に振らせることにより行われ、X方向の検出
地点X1 ,X2 ,…XN に向けてビーム7を動かすこと
により行われる。ビーム7が検出地点XN まで動かされ
ると、ビーム7は最初の走査方向に戻されるとともに、
音響センサ2はY方向に移動される。音響センサ2がY
方向に移動すると、次のX方向の走査が前回のX方向の
走査と同様にして行われる。
れて2次元上を探索することになる。X方向とY方向の
走査は例えば、先ずX方向について走査し次にY方向に
走査して行う。X方向の走査は、音響センサ2のビーム
7をX方向に振らせることにより行われ、X方向の検出
地点X1 ,X2 ,…XN に向けてビーム7を動かすこと
により行われる。ビーム7が検出地点XN まで動かされ
ると、ビーム7は最初の走査方向に戻されるとともに、
音響センサ2はY方向に移動される。音響センサ2がY
方向に移動すると、次のX方向の走査が前回のX方向の
走査と同様にして行われる。
【0020】次に上記X方向の走査について、電気的に
走査させるものと機械的に走査させるものを図5〜図1
0により説明する。図5は本発明の第1の実施例である
音響センサを電気的に走査する概念図であり、図6はそ
のブロック図、図7はそのタイムチャート、図8はタイ
ムチャートを表にしたものである。また、図9は本発明
の第2の実施例である音響センサを機械的に走査する概
念図であり、図10はそのブロック図である。
走査させるものと機械的に走査させるものを図5〜図1
0により説明する。図5は本発明の第1の実施例である
音響センサを電気的に走査する概念図であり、図6はそ
のブロック図、図7はそのタイムチャート、図8はタイ
ムチャートを表にしたものである。また、図9は本発明
の第2の実施例である音響センサを機械的に走査する概
念図であり、図10はそのブロック図である。
【0021】まず、本発明の第1の実施例について説明
する。図6のブロック図は、送波器5,6に駆動信号を
送信するための部分と、受波器4からの検出信号を受信
するための部分とからなっている。なお、図6におい
て、周波数制御回路21は送信パルス発生回路11の一
方の周波数を可変にするための制御回路であり、後述す
る実施例において説明する。従って、第1の実施例にお
いては省略する。
する。図6のブロック図は、送波器5,6に駆動信号を
送信するための部分と、受波器4からの検出信号を受信
するための部分とからなっている。なお、図6におい
て、周波数制御回路21は送信パルス発生回路11の一
方の周波数を可変にするための制御回路であり、後述す
る実施例において説明する。従って、第1の実施例にお
いては省略する。
【0022】まず、送波器5,6に駆動信号を送信する
ための部分について説明する。制御回路8より送信タイ
ミングパルスを出力すると、送信トリガ発生器9は送信
トリガパルスを出力する。送信トリガパルスはM個の遅
延回路10に送られる。遅延回路10では、それぞれ送
信トリガパルスに対して、τ1 ,τ2 ,τ3 ,τ4 …τ
M の遅延時間を与えて遅延信号を送信パルス発生回路1
1に送る。一つの遅延回路は、二つの送信パルス発生回
路11に接続され、それぞれに遅延信号を送信する。τ
1 の遅延時間をもった送信トリガは、一方の送信パルス
発生回路11においてτ1 の遅延時間の後、送信パルス
発生回路11で決定される送信パルス幅の周波数f1 の
正弦波を発振する。また、他方の送信パルス発生回路1
1において、τ1 の遅延時間の後送信パルス発生回路1
1で決定される送信パルス幅の周波数f2 の正弦波を発
振する。
ための部分について説明する。制御回路8より送信タイ
ミングパルスを出力すると、送信トリガ発生器9は送信
トリガパルスを出力する。送信トリガパルスはM個の遅
延回路10に送られる。遅延回路10では、それぞれ送
信トリガパルスに対して、τ1 ,τ2 ,τ3 ,τ4 …τ
M の遅延時間を与えて遅延信号を送信パルス発生回路1
1に送る。一つの遅延回路は、二つの送信パルス発生回
路11に接続され、それぞれに遅延信号を送信する。τ
1 の遅延時間をもった送信トリガは、一方の送信パルス
発生回路11においてτ1 の遅延時間の後、送信パルス
発生回路11で決定される送信パルス幅の周波数f1 の
正弦波を発振する。また、他方の送信パルス発生回路1
1において、τ1 の遅延時間の後送信パルス発生回路1
1で決定される送信パルス幅の周波数f2 の正弦波を発
振する。
【0023】同様に、τ2 〜τ5 の遅延時間をもって、
f1 ,f2 のパルス変調した正弦波を発振させる。パル
ス変調波は電力増幅器12で送信波をつくり、送波素子
5,6に印加される。τ1 の遅延時間のパルス変調波
は、図3に示す送波素子5,6の内の第1列に印加され
る。遅延時間のパルス変調波の内、周波数f1 のパルス
変調波は、第1列中のa−1,c−1で表示される送波
素子5に印加され、周波数f2 のパルス変調波は第1列
中のb−1,d−1で表示される送波素子6に印加され
る。同様に、τ2 の遅延をもった周波数f1 のパルス変
調波は、第2列のb−2,d−2で表示される送波素子
5に、周波数f2 のパルス変調波は、第2列のa−2,
c−2で表示される送波素子6にそれぞれ印加される。
また、τ3の遅延をもった周波数f1 のパルス変調波
は、第3列のa−3,c−3で表示される送波素子5
に、周波数f2 のパルス変調波は、第3列のb−3,d
−3で表示される送波素子6にそれぞれ印加される。
f1 ,f2 のパルス変調した正弦波を発振させる。パル
ス変調波は電力増幅器12で送信波をつくり、送波素子
5,6に印加される。τ1 の遅延時間のパルス変調波
は、図3に示す送波素子5,6の内の第1列に印加され
る。遅延時間のパルス変調波の内、周波数f1 のパルス
変調波は、第1列中のa−1,c−1で表示される送波
素子5に印加され、周波数f2 のパルス変調波は第1列
中のb−1,d−1で表示される送波素子6に印加され
る。同様に、τ2 の遅延をもった周波数f1 のパルス変
調波は、第2列のb−2,d−2で表示される送波素子
5に、周波数f2 のパルス変調波は、第2列のa−2,
c−2で表示される送波素子6にそれぞれ印加される。
また、τ3の遅延をもった周波数f1 のパルス変調波
は、第3列のa−3,c−3で表示される送波素子5
に、周波数f2 のパルス変調波は、第3列のb−3,d
−3で表示される送波素子6にそれぞれ印加される。
【0024】τ1 ,τ2 ,τ3 ,τ4 …τM の遅延時間
により、最初の第1列の送波素子5,6から最終端の第
M列の送波素子5,6へのパルス変調波の印加が終了す
ると、再び制御回路8より送信タイミングパルスが出力
され、前記と同様な動作が行われる。前記の第1列から
第M列の送波素子5,6へのパルス変調波の印加は、図
7及び8のT1 の期間の間で行われ、このときのビーム
の方向は図示のようになる。なお、τ1 〜τM =0のと
き、真下に向けて送波されることになる。
により、最初の第1列の送波素子5,6から最終端の第
M列の送波素子5,6へのパルス変調波の印加が終了す
ると、再び制御回路8より送信タイミングパルスが出力
され、前記と同様な動作が行われる。前記の第1列から
第M列の送波素子5,6へのパルス変調波の印加は、図
7及び8のT1 の期間の間で行われ、このときのビーム
の方向は図示のようになる。なお、τ1 〜τM =0のと
き、真下に向けて送波されることになる。
【0025】次のT2 の期間は、τ1 ,τ2 ,τ3 ,τ
4 ,…τM の遅延時間を前回と異ならせることにより行
われる。この遅延時間τの変化により、走査ビームの方
向を変更させることができる。この遅延時間τの変化に
よる走査ビームの方向変更を図7のタイムチャートによ
り更に詳細に説明する。
4 ,…τM の遅延時間を前回と異ならせることにより行
われる。この遅延時間τの変化により、走査ビームの方
向を変更させることができる。この遅延時間τの変化に
よる走査ビームの方向変更を図7のタイムチャートによ
り更に詳細に説明する。
【0026】T1 の期間の時の遅延時間τ1 を形成する
遅延回路10の遅延時間τ1 ,τ2,τ3 ,τ4 ,…τ
M を、それぞれτ11,τ21,τ31,τ41,…τM1と表示
すると、次のT2 の期間の遅延時間τ12,τ22,τ32,
τ42,…τM2は、前記τ11,τ21,τ31,τ41,…τM1
と異なる遅延時間となる。送波器5,6から発せられる
送波は、前記遅延時間による送信パルスにより駆動され
る。この送信パルスの遅延時間により、図のT2 の期間
ではT1 の期間の方向から一定角度ずれた方向のビーム
を形成する。図5において説明すると、T1 の期間にお
いてはX1 の地点に向けてビームが発射され、次のT2
の期間においてはX1 の隣のX2 の地点に向けてビーム
が発射される。
遅延回路10の遅延時間τ1 ,τ2,τ3 ,τ4 ,…τ
M を、それぞれτ11,τ21,τ31,τ41,…τM1と表示
すると、次のT2 の期間の遅延時間τ12,τ22,τ32,
τ42,…τM2は、前記τ11,τ21,τ31,τ41,…τM1
と異なる遅延時間となる。送波器5,6から発せられる
送波は、前記遅延時間による送信パルスにより駆動され
る。この送信パルスの遅延時間により、図のT2 の期間
ではT1 の期間の方向から一定角度ずれた方向のビーム
を形成する。図5において説明すると、T1 の期間にお
いてはX1 の地点に向けてビームが発射され、次のT2
の期間においてはX1 の隣のX2 の地点に向けてビーム
が発射される。
【0027】同様に遅延時間を異ならせてTN の期間ま
でビームの走査が繰り返される。期間TN においては、
ビームはXN の地点に向けて放射される。期間TN が終
了すると、前記で説明したように音響センサ2はY方向
に移動し、再び前記期間T1に対応する遅延時間により
X1 の方向に向けてビームを放射する。期間T1 から期
間TN の走査を前記と同様に繰り返して、Y2 の位置に
おけるX方向の走査が行われる。
でビームの走査が繰り返される。期間TN においては、
ビームはXN の地点に向けて放射される。期間TN が終
了すると、前記で説明したように音響センサ2はY方向
に移動し、再び前記期間T1に対応する遅延時間により
X1 の方向に向けてビームを放射する。期間T1 から期
間TN の走査を前記と同様に繰り返して、Y2 の位置に
おけるX方向の走査が行われる。
【0028】図7のタイムチャートは図8の表に書き直
すことができる。図8は電気的に走査する場合の、図7
のタイムチャートでT1 ,T2 ,…TNの期間における
ビームの方向と周波数差Δfと送信パルスの送波器1,
2,3,…Mの遅延時間τを表示したものである。つま
り、期間T1 においては、ビームはX1 の方向を向き、
送波器により生じる周波数差はΔf1 であり、送信パル
スの送波器1,2,3,…Mにおけるの遅延時間はそれ
ぞれτ11,τ21,τ31,…τM1である。次に、期間T2
においては、ビームはX2 の方向を向き、送波器により
生じる周波数差はΔf1 であり、送信パルスの送波器
1,2,3,…Mにおけるの遅延時間はそれぞれτ12,
τ22,τ32,…τM2である。期間TN の終了により、1
回のX方向の走査が完了する。この後、Y方向に移動し
た後再び同様な走査動作が行われる。
すことができる。図8は電気的に走査する場合の、図7
のタイムチャートでT1 ,T2 ,…TNの期間における
ビームの方向と周波数差Δfと送信パルスの送波器1,
2,3,…Mの遅延時間τを表示したものである。つま
り、期間T1 においては、ビームはX1 の方向を向き、
送波器により生じる周波数差はΔf1 であり、送信パル
スの送波器1,2,3,…Mにおけるの遅延時間はそれ
ぞれτ11,τ21,τ31,…τM1である。次に、期間T2
においては、ビームはX2 の方向を向き、送波器により
生じる周波数差はΔf1 であり、送信パルスの送波器
1,2,3,…Mにおけるの遅延時間はそれぞれτ12,
τ22,τ32,…τM2である。期間TN の終了により、1
回のX方向の走査が完了する。この後、Y方向に移動し
た後再び同様な走査動作が行われる。
【0029】このように、送波素子の列ごとに遅延時間
を変化させて送波される方向を変化させてペンシェルビ
ームを横方向(X軸)に、例えば、10°ごとに120
°走査することができる。Y軸方向には、送波素子の行
ごとに遅延時間を変化させて走査するか、また広範囲に
は曳航により走査することができる。次に、受波器4か
らの検出信号を受信するための部分について説明する。
を変化させて送波される方向を変化させてペンシェルビ
ームを横方向(X軸)に、例えば、10°ごとに120
°走査することができる。Y軸方向には、送波素子の行
ごとに遅延時間を変化させて走査するか、また広範囲に
は曳航により走査することができる。次に、受波器4か
らの検出信号を受信するための部分について説明する。
【0030】鋭い指向性をもった低い周波数の音波は、
海底面からさらに海底中に伝搬する。海底上又は海底中
に物体があると、音波は該物体により反射され、反射波
は無指向性の受波器4で受波される。受波器4で受波さ
れた受波信号は、前置増幅器13で増幅され、|f1 −
f2 |の信号だけを通すフィルタ14を通し、ホールド
回路15とA−D変換回路16を通して、アナログデー
タをデジタルデータに変換する。次に、マルチプレクサ
17によりビームごとにデータを時系列的にメモリ回路
18にメモリし、データ処理回路19にて使用目的に沿
ったデータ処理を行い出力する。
海底面からさらに海底中に伝搬する。海底上又は海底中
に物体があると、音波は該物体により反射され、反射波
は無指向性の受波器4で受波される。受波器4で受波さ
れた受波信号は、前置増幅器13で増幅され、|f1 −
f2 |の信号だけを通すフィルタ14を通し、ホールド
回路15とA−D変換回路16を通して、アナログデー
タをデジタルデータに変換する。次に、マルチプレクサ
17によりビームごとにデータを時系列的にメモリ回路
18にメモリし、データ処理回路19にて使用目的に沿
ったデータ処理を行い出力する。
【0031】このようにして、曳航方向にある幅をもっ
た海底及び海底中に埋設された物体の検出を行う。次
に、本発明の第2の実施例を、図9の概略図及び図10
のブロック図により説明する。本発明の第2の実施例
は、音響センサを機械的に走査させるものである。
た海底及び海底中に埋設された物体の検出を行う。次
に、本発明の第2の実施例を、図9の概略図及び図10
のブロック図により説明する。本発明の第2の実施例
は、音響センサを機械的に走査させるものである。
【0032】音響センサ2は、図9のように角度θ1 ,
θ2 ,…θN の位置に回動して機械的走査を行う。角度
θ1 においてビームは検出地点X1 を向き、角度θN に
おいてビームは検出地点XN を向いている。図10のブ
ロック図は、送波器5,6に駆動信号を送信するための
部分と、受波器4からの検出信号を受信するための部分
とからなる点において、電気的走査の図6のブロック図
と同様である。送波器5,6に駆動信号を送信するため
の部分は、制御回路8、送信トリガ発生器9、送信パル
ス発生回路11、電力増幅器12、及び送波器5,6か
らなる。
θ2 ,…θN の位置に回動して機械的走査を行う。角度
θ1 においてビームは検出地点X1 を向き、角度θN に
おいてビームは検出地点XN を向いている。図10のブ
ロック図は、送波器5,6に駆動信号を送信するための
部分と、受波器4からの検出信号を受信するための部分
とからなる点において、電気的走査の図6のブロック図
と同様である。送波器5,6に駆動信号を送信するため
の部分は、制御回路8、送信トリガ発生器9、送信パル
ス発生回路11、電力増幅器12、及び送波器5,6か
らなる。
【0033】まず、制御回路8が送信タイミングパルス
を出力すると、送信トリガ発生回路9は送信トリガパル
スを出力する。送信パルス発生回路11は、電気的走査
の例と異なり周波数f1 と周波数f2 を発生する2つの
送信パルス発生回路から構成され、2つの電力増幅器1
2,12´に接続される。送信パルス発生回路11で
は、送信パルス幅を決定し、そのパルス幅中だけ周波数
f1 の正弦波を発振する。また、同時に送信パルス発生
回路11´では周波数f2 の正弦波を発振する。
を出力すると、送信トリガ発生回路9は送信トリガパル
スを出力する。送信パルス発生回路11は、電気的走査
の例と異なり周波数f1 と周波数f2 を発生する2つの
送信パルス発生回路から構成され、2つの電力増幅器1
2,12´に接続される。送信パルス発生回路11で
は、送信パルス幅を決定し、そのパルス幅中だけ周波数
f1 の正弦波を発振する。また、同時に送信パルス発生
回路11´では周波数f2 の正弦波を発振する。
【0034】電力増幅器12は、送波器5の周波数f1
用送波素子a−1,c−1,…,b−2,d−2,…に
周波数f1 を送信し、電力増幅器12´は送波器6の周
波数f2 用送波素子b−1,d−1,…,a−2,c−
2,…に周波数f2 を送信して各送波素子を駆動する。
この送波素子の駆動では、ペンシェルビームの放射方向
は固定しており、ペンシェルビームの放射方向を変更す
るには、図9,図10に示すように音響センサ2を機械
回転装置20で送信タイミングに同期して回転させ、ビ
ームを走査させる必要がある。受波器4からの検出信号
を受信するための部分については、前記の電気的走査と
同様の構成であり、ビームの角度ごとにデータはメモリ
回路18にメモリされる。
用送波素子a−1,c−1,…,b−2,d−2,…に
周波数f1 を送信し、電力増幅器12´は送波器6の周
波数f2 用送波素子b−1,d−1,…,a−2,c−
2,…に周波数f2 を送信して各送波素子を駆動する。
この送波素子の駆動では、ペンシェルビームの放射方向
は固定しており、ペンシェルビームの放射方向を変更す
るには、図9,図10に示すように音響センサ2を機械
回転装置20で送信タイミングに同期して回転させ、ビ
ームを走査させる必要がある。受波器4からの検出信号
を受信するための部分については、前記の電気的走査と
同様の構成であり、ビームの角度ごとにデータはメモリ
回路18にメモリされる。
【0035】上記の電気的走査及び機械的走査によるX
方向の走査とともに、Y方向に音響センサ2を移動させ
ることにより、面上の走査を行うことができる。電気的
走査及び機械的走査によるの出力波形の一例を図11,
12に示す。図11は、ビーム走査方向のX軸方向と曳
航方向のY軸方向とからなる面の像を示している。この
像には、海底面の形状とともに海底面上に存在する物体
と海底中に埋設している物体が表示されている。また、
図12は、ビーム走査方向のX軸方向と海底の深さ方向
のZ軸方向の像を示している。この像には、海底面の形
状とともに海底中に存在する物体の海底面からの埋設深
さが表される。
方向の走査とともに、Y方向に音響センサ2を移動させ
ることにより、面上の走査を行うことができる。電気的
走査及び機械的走査によるの出力波形の一例を図11,
12に示す。図11は、ビーム走査方向のX軸方向と曳
航方向のY軸方向とからなる面の像を示している。この
像には、海底面の形状とともに海底面上に存在する物体
と海底中に埋設している物体が表示されている。また、
図12は、ビーム走査方向のX軸方向と海底の深さ方向
のZ軸方向の像を示している。この像には、海底面の形
状とともに海底中に存在する物体の海底面からの埋設深
さが表される。
【0036】上記で説明した例においては、送波器に入
力する2つの高周波信号f1 とf2の周波数は共に固定
したものであり、その周波数差も固定したものである。
次に、上記の2つの高周波信号f1 とf2 の周波数の
内、一方の周波数は固定し、他方の周波数を可変として
その周波数差を変化させる例について説明する。この周
波数差を変化させる例を図13及び図14により説明す
る。
力する2つの高周波信号f1 とf2の周波数は共に固定
したものであり、その周波数差も固定したものである。
次に、上記の2つの高周波信号f1 とf2 の周波数の
内、一方の周波数は固定し、他方の周波数を可変として
その周波数差を変化させる例について説明する。この周
波数差を変化させる例を図13及び図14により説明す
る。
【0037】図13は音響センサ2と検出地点との関係
を示している。音響センサ2からは検出地点X1 ,
X2 ,…XM に向けて差の周波数の音波が放射されなが
ら順次走査される。各走査において、音響センサ2から
発せられる差の周波数は例えばΔf1 からΔfL まで変
化する。例えば、f1 を100kHzに固定し、f2 を
99〜90kHzとし、Δfを1〜10kHzにする。
各検出地点においては、Δf1 からΔfM まで変化する
周波数の音波が到達して反射され、再び音響センサ2に
向けて伝搬する。
を示している。音響センサ2からは検出地点X1 ,
X2 ,…XM に向けて差の周波数の音波が放射されなが
ら順次走査される。各走査において、音響センサ2から
発せられる差の周波数は例えばΔf1 からΔfL まで変
化する。例えば、f1 を100kHzに固定し、f2 を
99〜90kHzとし、Δfを1〜10kHzにする。
各検出地点においては、Δf1 からΔfM まで変化する
周波数の音波が到達して反射され、再び音響センサ2に
向けて伝搬する。
【0038】従って、各検出地点では複数個の周波数に
より検出が行われる。この複数個の周波数による検出に
より、物体の検出精度が向上する。この検出精度の向上
は次の理由による。つまり、音波の反射率は物体の形状
や物理的特性により異なり、海底の中の物体の形状や表
面仕上げの粗さ加減によって物体からの反射しやすい周
波数が違なるため、このように差の周波数を1〜10k
Hz変化させて複数個の異なる周波数により検出を行っ
た方が、検出の確率が高くなるからである。
より検出が行われる。この複数個の周波数による検出に
より、物体の検出精度が向上する。この検出精度の向上
は次の理由による。つまり、音波の反射率は物体の形状
や物理的特性により異なり、海底の中の物体の形状や表
面仕上げの粗さ加減によって物体からの反射しやすい周
波数が違なるため、このように差の周波数を1〜10k
Hz変化させて複数個の異なる周波数により検出を行っ
た方が、検出の確率が高くなるからである。
【0039】図13の複数個の異なる周波数による検出
の検出信号は、各周波数の反射波の積分処理等の信号処
理を行い、形状をより正確に検出して高品質の像を得る
ことができる。図14により、各周波数の反射波の積分
処理等の信号処理の1例を説明する。図14の横軸は検
出地点のX1 ,X2 ,…XN を表し、縦軸は信号強度を
表す。検出地点のX1 における差の周波数Δf1 からΔ
fL による検出信号をそれぞれΔF1 ,ΔF2 ,…ΔF
L とし、それらの信号値を加算するとΣΔFが得られ
る。このΣΔFの値により物体の検出を行う。
の検出信号は、各周波数の反射波の積分処理等の信号処
理を行い、形状をより正確に検出して高品質の像を得る
ことができる。図14により、各周波数の反射波の積分
処理等の信号処理の1例を説明する。図14の横軸は検
出地点のX1 ,X2 ,…XN を表し、縦軸は信号強度を
表す。検出地点のX1 における差の周波数Δf1 からΔ
fL による検出信号をそれぞれΔF1 ,ΔF2 ,…ΔF
L とし、それらの信号値を加算するとΣΔFが得られ
る。このΣΔFの値により物体の検出を行う。
【0040】上記の差の周波数を変化させる場合のブロ
ック図を図6により説明する。図6は本発明の第1の実
施例において説明したブロック図であり、第1の実施例
においては使用しなかった周波数制御回路21を用いて
音響センサを電気的に走査する。周波数制御回路21
は、制御回路8と周波数f2 の送信パルス発生回路11
との間に接続される。周波数制御回路21と接続される
送信パルス発生回路11は、上記の周波数f2 を発生す
るものに限らず周波数f1 であってもよい。この場合に
は、固定の周波数はf2 で可変の周波数はf1 となる。
ック図を図6により説明する。図6は本発明の第1の実
施例において説明したブロック図であり、第1の実施例
においては使用しなかった周波数制御回路21を用いて
音響センサを電気的に走査する。周波数制御回路21
は、制御回路8と周波数f2 の送信パルス発生回路11
との間に接続される。周波数制御回路21と接続される
送信パルス発生回路11は、上記の周波数f2 を発生す
るものに限らず周波数f1 であってもよい。この場合に
は、固定の周波数はf2 で可変の周波数はf1 となる。
【0041】次に、図15及び図16により、差の周波
数を変化させる場合における本発明の第3の実施例につ
いて説明する。本発明の第3の実施例においては、送波
器により放射される差の周波数を各走査毎に変化させる
ものである。図15の(a)で示される走査1におい
て、ビーム方向X1 からビーム方向XN への走査の間は
周波数差ΔfをΔf1 とし、図15の(b)で示される
走査2において、ビーム方向X1 からビーム方向XN へ
の走査の間は周波数差ΔfをΔf2 、図15の(c)で
示される走査Lにおいて、ビーム方向X1 からビーム方
向XN への走査の間は周波数差ΔfをΔfL とするもの
である。つまり、走査1から走査Lまでは同一のX軸上
を走査している。これにより、同一のX軸上においてΔ
f1 からΔfL の異なる周波数差Δfによる検出を行う
ことができる。なお、このときのX軸方向の走査のため
の送信パルスの遅延時間は図8と同様である。
数を変化させる場合における本発明の第3の実施例につ
いて説明する。本発明の第3の実施例においては、送波
器により放射される差の周波数を各走査毎に変化させる
ものである。図15の(a)で示される走査1におい
て、ビーム方向X1 からビーム方向XN への走査の間は
周波数差ΔfをΔf1 とし、図15の(b)で示される
走査2において、ビーム方向X1 からビーム方向XN へ
の走査の間は周波数差ΔfをΔf2 、図15の(c)で
示される走査Lにおいて、ビーム方向X1 からビーム方
向XN への走査の間は周波数差ΔfをΔfL とするもの
である。つまり、走査1から走査Lまでは同一のX軸上
を走査している。これにより、同一のX軸上においてΔ
f1 からΔfL の異なる周波数差Δfによる検出を行う
ことができる。なお、このときのX軸方向の走査のため
の送信パルスの遅延時間は図8と同様である。
【0042】これにより、ビーム方向Xに放射される音
波の周波数はΔf1 からΔfL まで変化させることがで
きる。走査Lの走査が完了すると、音響センサ2はY軸
方向に移動し、新しいX軸上で再び走査1から走査を開
始する。次に、図17及び図18により、差の周波数を
変化させる場合における本発明の第4の実施例について
説明する。
波の周波数はΔf1 からΔfL まで変化させることがで
きる。走査Lの走査が完了すると、音響センサ2はY軸
方向に移動し、新しいX軸上で再び走査1から走査を開
始する。次に、図17及び図18により、差の周波数を
変化させる場合における本発明の第4の実施例について
説明する。
【0043】本発明の第4の実施例においては、同一X
軸上でのX方向の走査は1回のみとし、該走査時の各ビ
ーム方向毎に音響センサ2の送波器により放射される差
の周波数を変化させるものである。図17の(a)で示
されるステップ1は、送信パルスの遅延時間を同一とし
てビーム方向をX1 に固定し、そのビーム方向において
各期間毎に放射される差の周波数をΔf1 からΔfL に
変化させるものである。周波数差をΔf1 からΔf L に
変化させる場合には、このステップは期間1から期間L
により完結される。このステップ1によりビーム方向X
1 において、周波数差Δf1 からΔfL の周波数により
検出を行うことができる。このステップ1が完了する
と、図17の(b)で示されるステップ2に移行する。
軸上でのX方向の走査は1回のみとし、該走査時の各ビ
ーム方向毎に音響センサ2の送波器により放射される差
の周波数を変化させるものである。図17の(a)で示
されるステップ1は、送信パルスの遅延時間を同一とし
てビーム方向をX1 に固定し、そのビーム方向において
各期間毎に放射される差の周波数をΔf1 からΔfL に
変化させるものである。周波数差をΔf1 からΔf L に
変化させる場合には、このステップは期間1から期間L
により完結される。このステップ1によりビーム方向X
1 において、周波数差Δf1 からΔfL の周波数により
検出を行うことができる。このステップ1が完了する
と、図17の(b)で示されるステップ2に移行する。
【0044】ステップ2では、送信パルスの遅延時間を
図18のように変更してビーム方向をX2 に固定し、そ
のビーム方向において前記のステップ1と同様にし、各
期間毎に放射される差の周波数をΔf1 からΔfL に変
化させる。このステップ2によりビーム方向X2 におい
て、周波数差Δf1 からΔfL の周波数により検出を行
うことができる。同様の動作を繰り返してステップNま
で行う。ステップNでは、ビーム方向XN における、周
波数差Δf1 からΔfL の周波数による検出が行なわれ
る。ステップNの終了により、同一X軸上の検出が完了
する。この後、音響センサ2をY軸方向に移動して、再
びステップ1からステップNまでの動作を行って、次の
X軸上の検出を行う。
図18のように変更してビーム方向をX2 に固定し、そ
のビーム方向において前記のステップ1と同様にし、各
期間毎に放射される差の周波数をΔf1 からΔfL に変
化させる。このステップ2によりビーム方向X2 におい
て、周波数差Δf1 からΔfL の周波数により検出を行
うことができる。同様の動作を繰り返してステップNま
で行う。ステップNでは、ビーム方向XN における、周
波数差Δf1 からΔfL の周波数による検出が行なわれ
る。ステップNの終了により、同一X軸上の検出が完了
する。この後、音響センサ2をY軸方向に移動して、再
びステップ1からステップNまでの動作を行って、次の
X軸上の検出を行う。
【0045】次に、図19及び図20により、差の周波
数を変化させる場合における本発明の第5の実施例につ
いて説明する。本発明の第5の実施例においては、ビー
ムの方向と差の周波数を逐次変化させるものである。図
19の(a)において音響センサ2からは検出地点X1
の方向に周波数差をΔf1 の音波が放射され、次の図1
9の(b)においては検出地点X2 の方向に周波数差を
Δf2 の音波が放射される。ここで、検出地点及びビー
ムの方向の数をN個とし周波数差の種類の数をL個と
し、それぞれを循環的に変化させると、NとLの大きさ
の関係により図20のように3つの場合に分けられる。
数を変化させる場合における本発明の第5の実施例につ
いて説明する。本発明の第5の実施例においては、ビー
ムの方向と差の周波数を逐次変化させるものである。図
19の(a)において音響センサ2からは検出地点X1
の方向に周波数差をΔf1 の音波が放射され、次の図1
9の(b)においては検出地点X2 の方向に周波数差を
Δf2 の音波が放射される。ここで、検出地点及びビー
ムの方向の数をN個とし周波数差の種類の数をL個と
し、それぞれを循環的に変化させると、NとLの大きさ
の関係により図20のように3つの場合に分けられる。
【0046】L>Nの場合では、検出地点及びビームの
方向の数よりも周波数差の種類の数の方が多いので、同
一X軸上の最終端の検出地点XN では全ての周波数差の
種類が放射されず、同一X軸上の最初の検出地点X1 か
ら残りの周波数差の種類が放射される。この場合のY軸
方向への移動は、同一X軸上の走査が1回完了した後に
行うよう設定することもでき、また、同一X軸上の走査
が複数回完了した後にも行うよう設定することもでき
る。同一X軸上の走査が複数回完了した後にY軸方向へ
の移動を行うよう選定したほうが、検出の確率が高くな
るのは明らかである。
方向の数よりも周波数差の種類の数の方が多いので、同
一X軸上の最終端の検出地点XN では全ての周波数差の
種類が放射されず、同一X軸上の最初の検出地点X1 か
ら残りの周波数差の種類が放射される。この場合のY軸
方向への移動は、同一X軸上の走査が1回完了した後に
行うよう設定することもでき、また、同一X軸上の走査
が複数回完了した後にも行うよう設定することもでき
る。同一X軸上の走査が複数回完了した後にY軸方向へ
の移動を行うよう選定したほうが、検出の確率が高くな
るのは明らかである。
【0047】L=Nの場合では、検出地点及びビームの
方向の数と周波数差の種類の数が一致している。この場
合には、検出地点とその検出地点に向けて放射される差
の周波数の関係が固定される。これは、検出地点の反射
特性あるいは、検出物の反射特性が既知である場合に適
用することができる。L<Nの場合では、周波数差の種
類の数よりも検出地点及びビームの方向の数の方が多い
ので、同一X軸上の最終端の検出地点XN となる前の検
出地点XQ に全ての周波数差の種類が放射され、同一X
軸上の途中の検出地点XQ+1 から残りの周波数差の種類
が放射される。この場合は、L>Nの場合と同様に走査
毎に検出地点における放射周波数が変更することができ
る。
方向の数と周波数差の種類の数が一致している。この場
合には、検出地点とその検出地点に向けて放射される差
の周波数の関係が固定される。これは、検出地点の反射
特性あるいは、検出物の反射特性が既知である場合に適
用することができる。L<Nの場合では、周波数差の種
類の数よりも検出地点及びビームの方向の数の方が多い
ので、同一X軸上の最終端の検出地点XN となる前の検
出地点XQ に全ての周波数差の種類が放射され、同一X
軸上の途中の検出地点XQ+1 から残りの周波数差の種類
が放射される。この場合は、L>Nの場合と同様に走査
毎に検出地点における放射周波数が変更することができ
る。
【0048】次に、図9,図21,図22により、機械
的に走査を行う実施例を説明する。音響センサは、図示
されない駆動系によりθL の角度を回動することにより
X軸方向の走査が行われる。角度θ1 の位置では、送波
器のビームの方向は検出地点X1 を向き、角度θ2 の位
置では、送波器のビームの方向は検出地点X2 を向いて
いる。図22(a)は、送波素子がm行、M列に格子状
に配列された送波器の例であり、上記の回動を列方向を
軸として行う場合には、図22(b)に示すように列単
位に放射周波数を制御する。
的に走査を行う実施例を説明する。音響センサは、図示
されない駆動系によりθL の角度を回動することにより
X軸方向の走査が行われる。角度θ1 の位置では、送波
器のビームの方向は検出地点X1 を向き、角度θ2 の位
置では、送波器のビームの方向は検出地点X2 を向いて
いる。図22(a)は、送波素子がm行、M列に格子状
に配列された送波器の例であり、上記の回動を列方向を
軸として行う場合には、図22(b)に示すように列単
位に放射周波数を制御する。
【0049】図21により本発明の差の周波数を変化さ
せる場合における第6の実施例について説明する。第6
の実施例は、角度θ1 から角度θN の一走査の間は、同
一の差の周波数を発射し、次の一走査の間は前記と異な
る差の周波数を発射するものである。この実施例では、
期間T1 において送波器の角度はθ1 に設定され、ビー
ムの方向はX1 の方向に向けられ、期間T2 において送
波器の角度はθ2 に設定されてビームの方向はX2 の方
向に向けられる。一走査は期間TN において送波器の角
度をθN に設定し、ビームの方向をXL の方向に向けて
完了する。この走査期間の間同一の差の周波数Δf1 が
発射される。次の走査期間では、異なる差の周波数Δf
2 が発射される。差の周波数Δfを変えながら同様の走
査を繰り返して検出が行われる。
せる場合における第6の実施例について説明する。第6
の実施例は、角度θ1 から角度θN の一走査の間は、同
一の差の周波数を発射し、次の一走査の間は前記と異な
る差の周波数を発射するものである。この実施例では、
期間T1 において送波器の角度はθ1 に設定され、ビー
ムの方向はX1 の方向に向けられ、期間T2 において送
波器の角度はθ2 に設定されてビームの方向はX2 の方
向に向けられる。一走査は期間TN において送波器の角
度をθN に設定し、ビームの方向をXL の方向に向けて
完了する。この走査期間の間同一の差の周波数Δf1 が
発射される。次の走査期間では、異なる差の周波数Δf
2 が発射される。差の周波数Δfを変えながら同様の走
査を繰り返して検出が行われる。
【0050】図23〜27により本発明の差の周波数を
変化させる場合に使用する音響センサの他の実施例を説
明する。図23〜27は音響センサの形状が円形の実施
例である。次に、図23〜25に形状が円形の音響セン
サの実施例を説明する。図23の本発明の第7の実施例
の音響センサ40は、同心円上に分割された領域に固定
周波数送波素子及び可変周波数送波素子が配置されたも
のである。音響センサ40の検出領域41は円形であ
り、該検出領域41の走査は、扇状に送波素子を駆動し
て扇状の検出領域43を回転させるか、あるいは環状に
送波素子を駆動して環状の検出領域45の環の径を変化
させて行われる。
変化させる場合に使用する音響センサの他の実施例を説
明する。図23〜27は音響センサの形状が円形の実施
例である。次に、図23〜25に形状が円形の音響セン
サの実施例を説明する。図23の本発明の第7の実施例
の音響センサ40は、同心円上に分割された領域に固定
周波数送波素子及び可変周波数送波素子が配置されたも
のである。音響センサ40の検出領域41は円形であ
り、該検出領域41の走査は、扇状に送波素子を駆動し
て扇状の検出領域43を回転させるか、あるいは環状に
送波素子を駆動して環状の検出領域45の環の径を変化
させて行われる。
【0051】また、図24の本発明の第8の実施例は、
棒状の音響センサ42を回転させるものであり、棒状の
検出領域47が回転しながら走査を行う。図25の本発
明の第9の実施例は、円錐状の音響センサ44であり内
側面に送波素子が配列される。図26,27で説明する
本発明の第10の実施例は、海底51に形成された孔5
3の側面方向の検出を行うためのものである。音響セン
サ50はケーブル55に牽引されて孔53内に挿入され
上下される。図27(a),(b),(c)に示される
音響センサ52,54,56は音響センサ50の1実施
例である。音響センサ52は円筒状の側面部に送波器
5,6が配列されるものであり、音響センサ54は円筒
状の側面部に音響センサ31 ,32 ,…3N が配列され
るものである。また、音響センサ56は、同じく円筒状
の側面部に1つの音響センサ3を該側面部に沿って移動
可能としたものである。
棒状の音響センサ42を回転させるものであり、棒状の
検出領域47が回転しながら走査を行う。図25の本発
明の第9の実施例は、円錐状の音響センサ44であり内
側面に送波素子が配列される。図26,27で説明する
本発明の第10の実施例は、海底51に形成された孔5
3の側面方向の検出を行うためのものである。音響セン
サ50はケーブル55に牽引されて孔53内に挿入され
上下される。図27(a),(b),(c)に示される
音響センサ52,54,56は音響センサ50の1実施
例である。音響センサ52は円筒状の側面部に送波器
5,6が配列されるものであり、音響センサ54は円筒
状の側面部に音響センサ31 ,32 ,…3N が配列され
るものである。また、音響センサ56は、同じく円筒状
の側面部に1つの音響センサ3を該側面部に沿って移動
可能としたものである。
【0052】次に、本発明の受波器の実施例について図
28,29を用いて説明する。図28は差の周波数を用
いたパラメトリックアレーの受波器の概念図であり、低
周波の反射波fs を受波器4により検出する。受波器4
は、該受波器と対向して送波器3´が設置され受波器に
向けて高周波fp が放射されている。受波器4におい
て、反射波fs と、高周波fp が入力されると、f
s と、fp +fs と、fp −fs が検出され、信号増幅
の容易な高周波信号fp +fs とfp −fs を信号処理
することにより、反射波fs を検出することができる。
28,29を用いて説明する。図28は差の周波数を用
いたパラメトリックアレーの受波器の概念図であり、低
周波の反射波fs を受波器4により検出する。受波器4
は、該受波器と対向して送波器3´が設置され受波器に
向けて高周波fp が放射されている。受波器4におい
て、反射波fs と、高周波fp が入力されると、f
s と、fp +fs と、fp −fs が検出され、信号増幅
の容易な高周波信号fp +fs とfp −fs を信号処理
することにより、反射波fs を検出することができる。
【0053】図29は受波器の実施例を示したものであ
り、受波器4を送波器3で挟む位置に配置し、検出物体
からの周波数Δfの反射波を検出する。なお、本発明は
前記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に
基づいて種々変形することが可能であり、それらを本発
明の範囲から排除するものではない。
り、受波器4を送波器3で挟む位置に配置し、検出物体
からの周波数Δfの反射波を検出する。なお、本発明は
前記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に
基づいて種々変形することが可能であり、それらを本発
明の範囲から排除するものではない。
【0054】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば次の効果を奏することができる。 (1)高い周波数用の小さい送波素子2種類を使用して
伝搬損失の少ない低い周波数で、かつ、指向性のシャー
プなペンシェルビームを発生することができ、これによ
り、海底の中の小さい埋設物体まで高分解能に検出でき
る。
れば次の効果を奏することができる。 (1)高い周波数用の小さい送波素子2種類を使用して
伝搬損失の少ない低い周波数で、かつ、指向性のシャー
プなペンシェルビームを発生することができ、これによ
り、海底の中の小さい埋設物体まで高分解能に検出でき
る。
【0055】(2)遅延回路による電気的な走査又は音
響センサの機械的な走査によって、指向性がシャープな
ペンシェルビームを移動させて広範囲な海底や海底の中
の埋設物体を検出できる。 (3)差の周波数を変化させることによって複雑な形状
や種々の表面の粗さの物体も高品質に検出できる。
響センサの機械的な走査によって、指向性がシャープな
ペンシェルビームを移動させて広範囲な海底や海底の中
の埋設物体を検出できる。 (3)差の周波数を変化させることによって複雑な形状
や種々の表面の粗さの物体も高品質に検出できる。
【0056】(4)また、この方法は地上へも応用する
ことができ、地中埋設物の検出にも使用可能である。
ことができ、地中埋設物の検出にも使用可能である。
【図1】本発明の実施例を示す概念図である。
【図2】本発明のパラメトリック送波器の概念図であ
る。
る。
【図3】本発明のパラメトリック送波器を有した音響セ
ンサ2の構造である。
ンサ2の構造である。
【図4】本発明の音響センサ2の走査方向を示した斜視
図である。
図である。
【図5】本発明の音響センサを電気的に走査する第1の
実施例の概念図である。
実施例の概念図である。
【図6】本発明の第1の実施例の走査のブロック図であ
る。
る。
【図7】本発明の第1の実施例の走査のタイムチャート
である。
である。
【図8】本発明の第1の実施例の走査のタイムチャート
である。
である。
【図9】本発明の音響センサを機械的に走査する第2の
実施例の概念図である。
実施例の概念図である。
【図10】本発明の第2の実施例の走査のブロック図で
ある。
ある。
【図11】本発明の出力波形の例である。
【図12】本発明の出力波形の例である。
【図13】本発明の音響センサ2と検出地点との位置関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図14】本発明の反射波の積分処理の信号関係を示す
図である。
図である。
【図15】本発明の第3の実施例の走査の概念図であ
る。
る。
【図16】本発明の第3の実施例の走査のタイムチャー
トである。
トである。
【図17】本発明の第4の実施例の走査の概念図であ
る。
る。
【図18】本発明の第4の実施例の走査のタイムチャー
トである。
トである。
【図19】本発明の第5の実施例の走査の概念図であ
る。
る。
【図20】本発明の第5の実施例の走査のタイムチャー
トである。
トである。
【図21】本発明の第6の実施例の走査のタイムチャー
トである。
トである。
【図22】本発明の送波素子がM行、m列に格子状に配
列された送波器の正面図である。
列された送波器の正面図である。
【図23】本発明の第7の実施例の円形形状の音響セン
サの概念図である。
サの概念図である。
【図24】本発明の第8の実施例の円形形状の音響セン
サの概念図である。
サの概念図である。
【図25】本発明の第9の実施例の円形形状の音響セン
サの概念図である。
サの概念図である。
【図26】本発明の海底の孔の側面の検出を行なう第1
0の実施例である。
0の実施例である。
【図27】本発明の第10の実施例の音響センサの概念
図である。
図である。
【図28】本発明の受波器の概念図である。
【図29】本発明の受波器の概念図である。
【図30】従来の磁気センサを用いた検出方法の概念図
である。
である。
【図31】従来の音響センサを用いた検出方法の概念図
である。
である。
1 船 2 音響センサ 3 送波器 4 受波器 5 周波数f1 用送波素子 6 周波数f2 用送波素子 7 ペンシェルビーム 8 制御回路 9 送信トリガ発生器 10 遅延回路 11,11´ 送信パルス発生回路 12,12´ 電力増幅器 13 前置増幅器 14 フィルタ 15 ホールド回路 16 A−D変換回路 17 マルチプレクサ 18 メモリ回路 19 データ処理回路 20 機械回転装置 21 周波数制御回路 31 ,32 ,…3N ,40,42,44,50,52,
54,56 音響センサ 41,43,45,47 検出領域 51 海底 53 孔 55 ケーブル 71 船 72 磁気センサ 73 音響センサ S1 ,S2 磁性体の物体 S3 物体 S 物体 Δf 周波数差 τ 遅延時間 X1 ,X2 ,…XN X方向の探索点 l 音響センサと検出物体との距離 c 水中における音速 t 音響センサの送波器から発射音が発せられてから
反射音が受波器により検出されるまでの時間
54,56 音響センサ 41,43,45,47 検出領域 51 海底 53 孔 55 ケーブル 71 船 72 磁気センサ 73 音響センサ S1 ,S2 磁性体の物体 S3 物体 S 物体 Δf 周波数差 τ 遅延時間 X1 ,X2 ,…XN X方向の探索点 l 音響センサと検出物体との距離 c 水中における音速 t 音響センサの送波器から発射音が発せられてから
反射音が受波器により検出されるまでの時間
Claims (7)
- 【請求項1】 音響を用いた埋設物検出方法において、
(a)パラメトリックアレーよりなる音響センサの送波
器に異なる2つの周波数の信号を印加し、(b)音波の
伝播する媒質中において前記周波数の差の周波数を有す
る音響ビームを形成し、(c)前記音響ビームのビーム
方向を変化させて走査し、(d)前記音響ビームの埋設
物からの反射音を検出して埋設物を検出することを特徴
とする埋設物検出方法。 - 【請求項2】 前記異なる周波数のうち一方は固定され
た周波数であり、他方は可変の周波数であることを特徴
とする請求項1記載の埋設物検出方法。 - 【請求項3】 前記音響ビームの走査はパラメトリック
アレーへの周波数信号の位相を異ならせることにより行
うことを特徴とする請求項1記載の埋設物検出方法。 - 【請求項4】 前記音響ビームの走査は送波器の方向を
機械的に変化させることにより行うことを特徴とする請
求項1記載の埋設物検出方法。 - 【請求項5】 音響を用いた埋設物検出装置において、
(a)パラメトリックアレーよりなる送波器を有した音
響センサと、(b)前記パラメトリックアレーに2つの
異なる周波数の信号を印加する手段と、(c)前記パラ
メトリックアレーにより形成される音響ビームの走査を
行う手段と、(d)前記音響ビームの埋設物からの反射
音を検出する受波器とからなることを特徴とする埋設物
検出装置。 - 【請求項6】 前記音響ビームの走査を行う手段は前記
パラメトリックアレーへの周波数信号の位相を異ならせ
る遅延回路を有することを特徴とする請求項5記載の埋
設物検出装置。 - 【請求項7】 前記周波数印加手段は印加周波数を可変
とする手段を有し、該周波数可変手段によりパラメトリ
ックアレーにより形成される音響ビームの周波数を可変
とすることを特徴とする請求項5記載の埋設物検出装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4030890A JPH05223923A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 埋設物検出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4030890A JPH05223923A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 埋設物検出方法及びその装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05223923A true JPH05223923A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=12316324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4030890A Pending JPH05223923A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 埋設物検出方法及びその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05223923A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0792262A (ja) * | 1993-09-22 | 1995-04-07 | Japan Radio Co Ltd | 地中埋設物探知装置 |
GB2385127A (en) * | 2002-02-11 | 2003-08-13 | Roke Manor Research | An underwater vehicle for detecting buried objects |
KR100752796B1 (ko) * | 1999-12-21 | 2007-08-29 | 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 송신된 이벤트와 사용자 응답 사이의 시간 결정 방법 및시스템 |
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JP2008076294A (ja) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Ihi Corp | 水底下探査方法及び装置 |
CN100397432C (zh) * | 2005-08-02 | 2008-06-25 | 中国海洋大学 | 深海水下长期锚系自动观测装置 |
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JP2021080755A (ja) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 株式会社竹中土木 | 地盤改良体及び埋設物の測定装置、地盤改良体の造成装置及び地盤改良体の造成方法 |
JP2021117075A (ja) * | 2020-01-24 | 2021-08-10 | 東芝プラントシステム株式会社 | 埋設物探査装置、および探査対象物の解析方法 |
-
1992
- 1992-02-18 JP JP4030890A patent/JPH05223923A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021117075A (ja) * | 2020-01-24 | 2021-08-10 | 東芝プラントシステム株式会社 | 埋設物探査装置、および探査対象物の解析方法 |
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