JPH0526151B2 - - Google Patents

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JPH0526151B2
JPH0526151B2 JP2106005A JP10600590A JPH0526151B2 JP H0526151 B2 JPH0526151 B2 JP H0526151B2 JP 2106005 A JP2106005 A JP 2106005A JP 10600590 A JP10600590 A JP 10600590A JP H0526151 B2 JPH0526151 B2 JP H0526151B2
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JP
Japan
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memory
circuit
signal
frequency
pulse train
Prior art date
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Application number
JP2106005A
Other languages
English (en)
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JPH0315787A (ja
Inventor
Hideji Morimatsu
Yasuhiko Endo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Furuno Electric Co Ltd filed Critical Furuno Electric Co Ltd
Priority to JP10600590A priority Critical patent/JPH0315787A/ja
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えば超音波探知信号を送受信し
て広範囲方向を探知する水中探知装置に適用され
る、広範囲方向に超音波探知信号を送信する送信
装置および該送信装置に好適な複数信号生成装置
に関する。
従来は、円または円弧上に配列された複数の超
音波振動子を同時に励振して広範囲方向に超音波
探知信号を発射していた。この従来方法では、超
音波振動子から送出された超音波探知信号が広範
囲に拡散するので、各方向における音圧は小さく
ならざるを得ず、S/N比を改善することには限
界があつた。
本発明の一つの目的は、高出力の送信器を用い
ることなく広範囲方向の各方向において所定レベ
ル以上の音圧を得ることができるように超音波探
知信号を送信する送信装置を提供することであ
る。
この発明の他の目的は、簡単な構成により各超
音波振動子に供給される信号を生成することがで
きる複数信号生成装置を提供することである。
以下、本発明の実施例について説明する。
第1図は本発明の超音波探知信号を送波する場
合に、該送信される方向を任意に変化させるため
の説明図である。同図において、超音波振動子Zi
の配列間隔をd、超音波振動子Ziから送波される
超音波探知信号の波長をλとすると、 Ui(t)=Visin(ωct+Ai) (1) また、 Ai=2π/λ(i−1)dsinθ (2) 従つて、(1)式と(2)式とから、θ方向に指向性を
有する送波ビームを送信するための各振動子に供
給される信号Ui(t)は、 Ui(t)=Visin{ωct+2π/λ(i−1)dsinθ (3) (3)式から明らかなように、信号Ui(t)において
位相項のθを変化させることにより超音波探知信
号の指向特性の方向θを変化させることができ
る。
今、超音波探知信号の指向方向θをTs時間に
θsまで変化させるものとすると、 θ=θs/Tst (4) 但し、0≦t≦Ts で表わされる。従つて、(4)式を(3)式に代入する
と、 Ui(t)=Visin{ωct+2π/λ(i−1) dsin(θs/Tst)}=Visin2π{fc+(i−1) ABsinBt/Bt}t (5) と与えられる。但し、 ωc=2πfc、A=d/λ、B=θs/Ts、 を表す。(5)式において、 Fci=fc+(i−1)ABsinBt/Bt (6) は信号Ui(t)の周波数項を示し、指向方向θをTs
時間に0からθsまで変化させるとき、信号Ui(t)
の周波数Fciが(6)式に従つて変化する。逆に言え
ば、信号Ui(t)の周波数Fciを(6)式に従つて変化さ
せると第1図において出力として与えられる送波
信号の指向方向を任意に変化させることができ
る。
すなわち、超音波振動子Ziに供給する信号Ui
(t)の周波数Fciを(6)式に従つて変化させることは、
位相を変化させることと等価であり、これによつ
て、送波信号の指向方向を任意に変化させること
ができるものである。
(6)式において t=0 のとき sinBt/Bt=1 であるから Fci=fc また、(5)式において t=0 のとき Ui(t)=0 従つてt=0、すなわち、指向方向θが θ=0 のとき、超音波振動子Z1〜Znに導かれる各信号
はそれぞれの周波数がfcで位相が同相であること
を示す。そして、指向方向がθまで変化すると
き、それぞれの信号の周波数が(6)式にしたがつて
変化する。
第2図は、この発明の実施例を示し、上記によ
うに周波数ならびに位相が規制される一つの信号
を生成する信号発生器の一例を示す。
第2図において、クロツクパルス源1から送出
されるクロツクパルスは分周回路2で周波数が所
定の分周率(本例では1/2分周)で分周された後、
カウンタ3へ送出される。カウンタ3は、このク
ロツクパルスを計数してその計数値を読出専用メ
モリ4へ送出する。
読出専用メモリ4は、少なくともカウンタ3の
計数容量に対応した記憶番地を有し、各記憶番地
には、その周波数が超音波振動子の共振周波数に
一致する所望の周波信号の各位相毎の振幅データ
が書き込まれている。第2図の実施例において
は、各位相毎の振幅データが1ビツトのデータと
して記憶され、カウンター3によつて指定される
各記憶番地の記憶データが低レベルあるいは高レ
ベルいずれかの1ビツト出力で送出される。読出
専用メモリ4のこの記憶出力はラツチ回路5でラ
ツチされた後、出力信号として送出される。ラツ
チ回路5はラツチパルス生成回路6から送出され
るラツチパルス列を用いて読出専用メモリ4の記
憶データをラツチして、該記憶データに応じた電
圧(電流)出力を送出する。そして、このラツチ
回路5の出力が対応する一つの超音波振動子に加
えられるようになつている。
第3図aは、クロツクパルス源1のパルス列を
示し、また、同図bにおけるパルス列bは分周回
路2の出力を示す。ラツチパルス生成回路6は論
理回路で構成され、パルス列aと分周パルスbを
用いて同図cに示すラツチパルスを生成する。ラ
ツチ回路5は、ラツチパルスcの立上り時に読出
専用メモリ4の読出し出力をラツチする。他方、
カウター3は分周パルスbの立上り時に計数値が
変化し、それに従つて読出されるが、読出し専用
メモリ4は記憶番地の指定後、微小時間△tだけ
遅れて記憶データが送出される。第3図dは、記
憶データの読出し出力を示し、分周パルスbの立
上りから△tだけ時間遅れが生じている。ラツチ
回路5はこの読出し出力をラツチパルスcの立上
り時にラツチして送出する。したがつて、ラツチ
回路5は、第3図eのように、指定される記憶番
地の記憶データが高レベルのときは出力が高レベ
ルに維持され、指定される記憶番地の記憶データ
が低レベルのときはラツチ出力も低レベルに変化
する矩形波を送出する。
この矩形波eのくり返し周期並びに位相は、上
記から明らかなように、読出専用メモリ4の各記
憶番地のデータを適宜書き込むことにより任意に
設定できる。たとえば、カウンター3の計数値が
時刻t=0からt=Tsまで変化するとき、位相
が(5)式に一致し、かつ、くり返し周波数が(6)式に
一致して変化する矩形波列を得ることができる。
第4図は、上記に基づいて所定間隔で直線状に
配列された7個の振動子Z1〜Z7を用いて超音波探
知信号の指向方向を、第5図に示すように、−Ts
時から+Ts時までの間に−θsから+θsまで変化
させる場合の具体的な構成を示すブロツク図であ
る。
同図において、超音波振動子Z1〜Z7の配列間隔
をdと、各超音波振動子Z1〜Z7にそれぞれ加える
信号を、 U1(t)=V・sin(2πfct+φ1) U2(t)=V・sin(2πfct+φ2) U3(t)=V・sin(2πfct+φ3) U4(t)=V・sin(2πfct+φ4) U5(t)=V・sin(2πfct+φ5) U6(t)=V・sin(2πfct+φ6) U7(t)=V・sin(2πfct+φ7) (7) で表すものとする。すると、前述のごとく、各信
号U1(t)〜U7(t)のそれぞれ位相φ1〜φ7を制御する
ことにより、超音波探知信号の指向方向を−θsか
ら+θsまで変化させることができる。したがつ
て、(7)式は U1(t)=V・sin(2πfct+6πd/λsinθs/Tst) U2(t)=V・sin(2πfct+4πd/λsinθs/Tst) U3(t)=V・sin(2πfct+2πd/λsinθs/Tst) U4(t)=V・sin(2πfct) U5(t)=V・sin(2πfct+2πd/λsinθs/Tst) U6(t)=V・sin(2πfct−4πd/λsinθs/Tst) U7(t)=V・sin(2πfct−6πd/λsinθs/Tst) (8) (8)式において、 d/λ=A θs/Ts=B とおくと、(8)式は次のように変形される。
U1(t)=V・sin2π(fc+3ABsinBt/Bt)t U2(t)=V・sin2π(fc+2ABsinBt/Bt)t U3(t)=V・sin2π(fc+ABsinBt/Bt)t U4(t)=V・sin2πfc・t U5(t)=V・sin2π(fc−ABsinBt/Bt)t U6(t)=V・sin2π(fc−2ABsinBt/Bt)t U7(t)=V・sin2π(fc−3ABsinBt/Bt)t (9) したがつて、信号発生器から各超音波振動子Z1
〜Z7に導かれる信号は、時刻t=0、すなわち、
送波される超音波探知信号の指向方向が振動子配
列面に対して正面方向に一致するとき各々の信号
の位相が一致し、 −Ts≦t≦Ts において、信号の各々の周波数Fc1乃至Fc7が、 Fc1=fc+3ABsinBt/Bt Fc2=fc+2ABsinBt/Bt Fc3=fc+ABsinBt/Bt Fc4=fc Fc5=fc−ABsinBt/Bt Fc6=fc−2ABsinBt/Bt Fc7=fc−3ABsinBt/Bt (10) になるようにすればよい。たとえば、 fc=50×103Hz d=λ/2、θs=π/4、Ts=1mses とすると、 A=d/λ=1/2 B=θs/Ts=π/4×103 であるから、時刻t=−Tsのとき 〔Fc1〕50×103+1060〔Hz〕 t=−Ts また、時刻t=0のとき、 sinBt/Bt=1 であるから 〔Fc1〕50×103+1178〔Hz〕 t=0 また、時刻t=Ts 〔Fc1〕50×103+1060〔Hz〕 t=Ts したがつて、2msecの間で指向方向を−45度か
ら+45度まで変化させるとき、各超音波振動子Z1
〜Z7に導かれる信号は、その周波数Fc1が基準周
波数fcに対して1060Hzだけ高い高い周波数から
1178Hzだけ高い周波数まで変化し、その後1060Hz
だけ高い周波数まで復帰するごとく変化する。こ
の周波数変化は第6図の曲線R1のごとく表され
る。また、他の曲線R2〜R7は他の信号の周波数
Fc2〜Fc7の変化を表す。
第4図において、読出し専用メモリ4′は、上
記信号の各周波数Fc1〜Fc7にくり返し周波数が
一致する矩形波列を送出する。読出し専用メモリ
4′は、第2図に示した読出し専用メモリ4が7
組内蔵されて構成されており、出力端O1〜O7
カウンター3によつて指定される記憶番地の記憶
データがそれぞれ独立して読出される。
カウンター3は第4図と同様に1/2分周器2の
出力パルスを計数し、その計数値によつて読出し
専用メモリ4′の記憶番地が指定される。したが
つて、分周回路2からカウンター3へ送出される
パルス列は、読出し専用メモリ4′の記憶データ
の読出しによつて生成される矩形波列の周期に比
して十分小さく設定されている。例えば、信号と
して用いる矩形波列の繰り返し周波数を50KHzと
すると、その周期は20μsecであるから、カウンタ
ー3の計数パルスは0.5μsec程度に周期を設定す
ると、矩形波列の周期を1波長の1/40の精度で記
憶することができる。また、0.5μsecのクロツク
で2msec計数するとき、カウンター3の計数値は
4000まで変化するから、読出専用メモリ4′は
各々のデータ出力O1〜O7に対して4000の記憶番
地を有するものが用いられる。
読出専用メモリ4′の記憶データの読出しによ
つて出力端O1〜O7の各々から送出される矩形波
列は増幅器P1〜P7を介して超音波振動子Z1〜Z7
に加えられる。したがつて、カウンター3の計数
値が一通り変化したとき、各超音波振動子Z1〜Z7
からは−θsからθsまで指向方向が変化する超音波
探知信号が送出される。そして、カウンター3
は、上記のように2msecという極めて短時間に計
数動作を行うから、上記超音波探知信号の方向変
化もこの短時間内に行われる。したがつて、超音
波振動子Z1〜Z7からは、広範囲方向に超音波探知
信号が送波されることになる。
なお、読出専用メモリ4′の各出力端O1〜O7
ら送出される記憶データは、それぞれのラツチ回
路51〜57によつてラツチされた後、各超音波振
動子Z1〜Z7へ送出される。
なお、超音波振動子Z1〜Z7は、送受波に兼用し
てもよい。
以上説明したように、本発明は、記憶回路の記
憶データを読出すことにより周波数あるいは位相
が所望のくり返し周期で変化させることにより、
自動的に順次異なる方向に超音波探知信号を送信
することができる。したがつて、高出力の送信器
を使用しなくても所定レベル以上の音圧をもつ超
音波探知信号を広範囲方向に送波することができ
る。しかも、比較的簡単な構成で実現が可能であ
り、たとえば、記憶回路4′は高密度の集積回路
が市販されているから、回路構成を従来装置に比
べて非常に小型化、軽量化することができ、さら
に価格的にも十分安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は超音波探知信号をビーム状に異なる方
向に送信するための説明図、第2図は本発明の実
施例に係る周波数ならびに位相が規制される一つ
の信号を生成する信号発生器の一例を示すブロツ
ク図、第3図はその動作の説明に供するタイミン
グチヤート、第4図は本発明の実施例の送信装置
の全体構成を示すブロツク図、第5図はおよび第
6図は動作説明図である。 Z1〜Z7……超音波振動子、4,4′……記憶回
路、3……計数回路(カウンタ)、5,51〜57
……ラツチ回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定の間隔で直線状に配置された複数の超音
    波振動子と、これらの超音波振動子の数に対応し
    て周波数が特定時間に特定量だけ互いに変化する
    複数種類の信号を発生する信号発生器とを含み、 前記信号発生器は、 周波数が変化する信号の各位相毎の振幅データ
    が該各位相に対応する記憶番地にあらかじめ書き
    込まれた記憶回路と、 上記所望の周波信号の周期に比して十分小さい
    周期のクロツクパルス列を発生するクロツクパル
    ス列発生回路と、 該クロツクパルス列を計数し、該計数値が対応
    する上記記憶回路の記憶番地を上記特定時間に一
    巡して指定する計数回路と、 該計数回路による前記記憶回路の記憶番地の指
    定毎に読み出される記憶データに応じた電圧(電
    流)出力を次の記憶データが読み出されるまでの
    間、前記超音波振動子に対して送出するラツチ回
    路と、 を具備してなる送信装置。 2 所定の間隔で直線状に配置された複数の超音
    波振動子に、複数の励振信号をそれぞれ供給する
    複数信号生成装置において、 複数の周波信号の各周波信号毎に周波信号の各
    位相毎の“0”または“1”で表される振幅デー
    タが該各位相に対応する記憶番地にあらかじめ書
    き込まれた記憶器と、 上記所望の周波信号の周期に比して十分小さい
    周期のクロツクパルス列を発生するクロツクパル
    ス列発生回路と、 上記クロツクパルス列を分周する分周器と、 上記クロツクパルスと上記分周器の出力パルス
    とに基づいてラツチパルスを生成するラツチパル
    ス生成回路と、 上記分周器の出力パルス列を計数し、該計数値
    が対応する上記記憶回路の前記複数と同数の記憶
    番地を特定時間内に順次指定する計数回路と、 上記特定時間に渡り上記ラツチパルスに応答
    し、該計数回路による前記記憶器の前記複数の記
    憶番地指定毎に読み出される記憶データに応じた
    電圧(電流)出力を次の記憶データが読み出され
    るまでの間ラツチし送出することにより複数の矩
    形波列を送出するラツチ回路とで構成される複数
    信号生成装置。
JP10600590A 1990-04-20 1990-04-20 送信装置および複数信号生成装置 Granted JPH0315787A (ja)

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