JPH03170894A - 水中物体の測長装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、水中にある物体の長さを測定する水中物体の
測長装置に関する。

［従来の技術］ 従来のこの種の測長装置は、水中に音響パルスを送波し
、水中もしくは水上の物体からの反射エコーを受波して
、物体の前部からの反射音と物体の後部からの反射音と
の到達時間や方向から水中物体の長さを測定していた。

第４図は、このような従来の水中物体の測長装置におけ
る測定原理を示している。

第４図において、水底には測長装置１ｏが配置され、測
長装置１０は３６０’の全方位に超音波を送波し、かつ
その反射音を受け、次の式に従って演算することで水中
物体１ｌの長さＬを測定するようにしている。

Ｌ　＝　ｌ　２ｓｉｎφ２−Ｌｌｓｉｎφ１　　・−・
−・・−−−　　（１）ここで、角度φ１と角度φ２は
、測長装置１０における垂線から水中物体１１の前部お
よび後部に至る角度（以下、方位角と言う）である。ま
た、距離Ｌ１は、測長装置１０から水中物体１１の前部
までの距離であり、距離ｔ２は、測長装置１０から水中
物体１１の後部までの距離である。距離ｔ１および距離
ｔ２は、反射音の到達時間から求められる。

第５図に示すように、水中物体ｌ１からの反射音のうち
、物体前部と物体後部からの反射音は、符号１３および
１４で示すように、大きな振幅を示す。従って、超音波
の送信タイミングから反射音ｌ３および反射音１４が到
達するまでの時間を、それぞれｔ１およびｔ２とすると
、距離ｔ１および距離ｔ２は次式によって求められる。

なお、Ｃは水中の音速である。

ｃｔｌ ／，１＝　　　　　　　・・・・・・・・・・　（２）
ｃｔ２ Ｌ２＝　　　　　　　・・・・・・・・・・　（３）２ 一方、方位角φ１およびφ２も反射音１３および反射音
１４から求められるが、３次元的に求める必要があるの
で、測長装置１ｏは第６図に示すように構威されている
。

即ち、従来の測長装置１０は、送波器ｌ５が送信した超
音波の反射音を受波する３系統の受波器工６、受波器１
７、および受波器１８を備えている。受波器１７は、測
長装置１０の配置平面に設定されたＸ−Ｙ座標の原点位
置に配置され、その受波音の電気変換信号が時間検出回
路１９へ与えられるとともに、位相検出回路２０および
位相検出回路２工の一方の入力へ、それぞれ供給される
。

時間検出回路１９は、超音波の送信タイミングから反射
音ｌ３および反射音１４が到達するまでの時間ｔ１およ
びｔ２を求めて、演算回路２２へ供給する。

受波器１６は、Ｘ軸上に配置され、その受波音の電気変
換信号が位相検出回路２０の他の入力に供給される。そ
の結果、位相検出回路２０では、受波器１７と受波器１
６とにおける受波音の位相差を求め、それを方位角φｌ
および方位角φ２のＸ方向の戒分（φＬＸ，φ２Ｘ）ど
して演算回路２２へ与える。

他方の受波器１８は、Ｙ軸上に配置され、その受波音の
電気変換信号が位相検出回路２１の他の入力に供給され
る。その結果、位相検出回路２１では、受波器１７と受
波器１８とにおける受波音の位相差を求め、それを方位
角φ１お〕び方位角φ２のＹ方向の成分（φＩＹ，φ２
Ｙ）として演算回路２２へ与える。

演算回路２２は、（１）式に従って演算して、水中物体
１１の長さＬを求めることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の水中物体の測長装置は、物体の前部から
の反射音と、物体の後部からの反射音との到達時間と方
向から水中物体の長さを測定しているため、物体の前部
からの反射音と物体の後部からの反射音とが同時に受信
されることによって、物体の前部と後部の区別が付かな
い場合や、前部と後部の区別が明確でない形状の物体の
場合には測長できないという問題点がある。

［課題を解決するための手段コ 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、水中
物体の前部および後部を明確に区別して、前部と後部の
区別が明確でない形状の水中物体であっても正確に測長
できるようにすることを目的とし、この目的を達戒する
ために、水中物体の前部および後部からの反射音を受波
する複数の受波器と、受波器の出力信号から受波指向性
を検出する受波指向性合成回路と、反射音の到達時間を
検出する時間検出回路と、受波指向性合成回路の複数の
出力信号の時間差を検出する時間差検出回路と、受波指
向性合成回路の複数の出力信号の信号時間幅を検出する
時間幅検出回路とを設け、受波指向性合成回路が検出し
た受波指向性と、時間検出回路が検出した到達時間と、
時間差検出回路が検出した時間差信号と、時間幅検出回
路が検出した信号時間幅とから水中物体の前部および後
部間の長さを測定するように構威されている。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する． 第ｌ図は、本発明による水中物体の測長装置の測定原理
を示す正面図である。

第ｌ図において、測長装置１は水中にあり、３６０″の
全方位に超音波を送波している。受波指向性１０ｌ１〜
１０１ｎは、２つの受波器２および受波器３の配置軸に
対して垂直方向＆ごは広く、水平方向には狭いものとな
り、水平方向に主極をシフトした指向性となっている。

以降、垂直方向および水平方向とは、受波器２および受
波器３の配置軸に対する方向を表すものとする。

第工図では、水中物体４からの反射音が受波指向性１０
１のうちの受波指向性１０１２〜１０１’−１として受
波されたとする。符号Ｌ２およびＬｎ−，は、測長装置
１から長さ乙の水中物体４の前部および後部までの距離
である。受波指向性１０１２〜１０１”″″１の主軸の
威す角度は、受波指向性の主軸のシフト角が既知であれ
ば計算できる。例えば、各受波指向性の主軸のシフト角
が等しくｙθであれば、次式から計算できる。

θ＝　｛（ｎ−１）　−２｝　ｘａθ　・・・・・・・
・・・（４）ココテ、Ｏは、受波指向性１０１２〜１０
１ｎ−１の主軸の成す角度、２θは、各受波指向性の主
軸のシフト角である。

上記の計算の結果から、水中物体４の前部および後部ま
での距離Ｌ２およびＬ＋ｎ−１と、受波指向性１０１２
〜１０１ｒ１″″１の主軸の威す角度θが求まれば、水
中物体４の長さＬは次式の通り求められる。

Ｌ　＝　｛　Ｌ　２’＋　Ｌ　ｎ−１２−２・Ｌ　２・
Ｌ　，−１”ｃＯｓθ｝１／２・・・・・・・・・・（
５） このように、水中物体４からの反射音が受波指向性１０
１のどの指向性に該当するかを求めることによって水中
物体４の前部および後部を検出し、反射音の到達時間か
ら水中物体４の前部および後部までの距離Ｌ２およびＬ
ｎ−１を求めることができる。これにより、水中物体４
の前部および後部の区別が明確になり、前部と後部の区
別が明確でないために従来は測定できなかった形状の水
中物体４であっても測長が可能となる。また、各受波信
号の時間幅は垂直方向の長さに比例しており、受波信号
の時間幅を計測することにより、垂直方向の長さを求め
ることができる。

第２図は、本発明による水中物体の測長装置の一実施例
を示すブロック図である。

第２図において、受波器２および受波器３は、水中の音
響信号を電気信号に変換するもので、受波器２および受
波器３の出力は、複数の受波指向性合成回路２４′〜２
４″に入力され、各々の受波指向性の主極方向が異なる
ように合成される。スレッシュホールド回路５１〜５ｎ
は、受波指向性合成回路２４１〜２４ｎの出力信号が任
意のレベル以上のレベルであるときにゲート信号を出力
する。

なお、受波指向性合威回路２４１〜２４ｎの構或に付い
ては第７図で説明する。

時間検出回路６１〜６ｎは、このゲート信号の送波時間
からの到達時間を検出する。時間幅検出回路７１〜７ｎ
は、ゲート信号の信号時間幅を検出する。演算回路８は
、水中物体４からの反射音が受信された受波指向性番号
と、送波時間からの到達時間によって、水中物体４の水
平方向の長さＬを演算する。また、演算回路８は、ゲー
ト信号の信号時間幅から水中物体４の垂直方向の長さを
演算する。

これらの信号波形の関係を第３図を用いて説明する。

第３図において、横軸は時間であり、縦軸は信号レベル
を示している。第３図（ａ）は、送波信号である。第３
図（ｂ）および第３図（Ｃ）は、それぞれ受波器２およ
び受波器３の受波信号を示し、第３図（ｄ）２〜第３図
（ｄ）”−’は、受波指向性合成回路２４２〜２４’−
’の出力信号を、また、第３図（ｅ）２〜第３図（ｅ）
”は、スレッシュホールド回路５２〜５ｒ１″′１の出
力信号を、更に、符号Ｔｒは送波時間からの到達時間、
符号Ｔは信号の時間幅を示している。

上述した第１ｒ！ｇＪに示した受波指向性合成回路２４
》〜２４″は、２つの受波器の信号を合成する受波指向
性合成＠路であればよいが、一例としての構成を第７図
で説明する。

第７図において、２つの受波器の信号は、直接および遅
延回Ｗ！ｒ３８を介して加算回路３１および減算回路３
２に供給される。加算回路３１では２つの入力信号は加
算され、加算回路３１では２つの入力信号は減算される
。加算回路３１の出力は検波回ｙＩｒ３３で検波され、
減算回路３２の出力は検波回路３４で検波され、検波回
路３３と検波回路３４の出力の差が減算回路３５で求め
られる。

遅延回路３６の遅延量を零とすると、２つの受波器の信
号の位相差と出力電圧の特性は第８図に示すようになる
。即ち、２つの受波器の信号の位相差がＯ度のときに出
力電圧が最大となり、２つの受波器の償号の位相差が大
きくなるに従って出力電圧が小さくなる特性である。遅
延回路３６の遅延量を零ではなく所定の値に設定すると
、所定の角度のときに出力電圧が最大となるようにでき
る。

［発明の効果］ 以上で説明したように、本発明は、水中物体の前部およ
び後部からの反射音を受波する複数の受波器と、受波器
の出力信号から受波指向性を検出する受波指向性合成回
路と、反射音の到達時間を検出する時間検出回路と、受
波指向性合成回路の複数の出力信号の時間差を検出する
時間差検出回路と、受波指向性合成回路の複数の出力信
号の信号時間幅を検出する時間幅検出回路とを設け、受
波指向性合成回路が検出した受波指向性と、時間検出回
路が検出した到達時間と、時間差検出回路が検出した時
間差信号と、時間幅検出回路が検出した信号時間幅とか
ら水中物体の前部および後部間の長さを測定するように
構威したので、水中物体の前部および後部を明確に区別
でき、前部と後部の区別が明確でない形状の水中物体で
あっても正確な測長が可能となる。また、比較的簡単な
回路構或で実現しているので、簡単にかつ安価に長さを
測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による水中物体の測長装置の動作原理
を説明する正面図、 第２図は、本発明による水中物体の測長装置の一実施例
を示すブロック図、 第３図は、本発明による水中物体の測長装置の動作を説
明する波形囚、 第４図は、従来の水中物体の測長装置の動作原理を説明
する正面図、 第５図は、従来の水中物体の測長装置の動作を説明する
波形図、 第６図は、従来の水中物体の測長装置を示すブロック図
、 第７ｒＭは、第１図に示す受波指向性合成回路２４の構
成を示すブロック図、 第８図は、第７図に示す回路の動作を説明する特性図で
ある。 １　・・・・測長装置 ２　・・・・受波器 受波器 水中物体 スレッシュホールド回路 時間検出回路 時間幅検出回路 演算回路 受波指向性合成回路 受波指向性

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中物体の前部および後部からの反射音を受波す
   る複数の受波器と、該受波器の出力信号から受波指向性
   を検出する受波指向性合成回路と、前記反射音の到達時
   間を検出する時間検出回路と、前記受波指向性合成回路
   の複数の出力信号の時間差を検出する時間差検出回路と
   、前記受波指向性合成回路の複数の出力信号の信号時間
   幅を検出する時間幅検出回路とを有し、前記受波指向性
   合成回路が検出した受波指向性と、前記時間検出回路が
   検出した到達時間と、前記時間差検出回路が検出した時
   間差信号と、前記時間幅検出回路が検出した信号時間幅
   とから前記水中物体の前部および後部間の長さを測定す
   ることを特徴とする水中物体の測長装置。
2. （２）前記受波器の出力信号の信号時間幅を検出する第
   ２の時間幅検出回路を有し、前記水中物体の反射波伝搬
   方向の長さを測定することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の水中物体の測長装置。