JPH06324143A - 超音波送受波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デュアルビーム方式の超音波反射強度測定装
置に使用する超音波送受波器の指向性利得と注入パワー
の向上を図ることを目的とする。 【構成】 振動子の素子を中心に対して対称になるよう
に同心円状に配列し、振動子の中心から外線に向かって
配列した素子群の電極の極性と重み付けを変化させて、
理想的な指向性パターンを有する広ビームを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デュアルビーム方式の
超音波送受波器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波により単体魚の反射強度を測定し
て魚体長等を推定する超音波反射強度測定装置は良く知
られているが、いわゆるシングルビーム方式では図５に
示すように、指向性主軸Ｚに魚１３が位置する場合と、
この指向性主軸Ｚから角度θずれた所に位置する場合と
では、魚からの反射音圧レベルに差ができ、正確な反射
強度を測定できない。したがって、この種の反射強度測
定装置はいわゆるデュアルビーム方式を採用している。

【０００３】図６は、デュアルビーム方式を説明するた
めの図で、この方式は広指向角で送受波を行うと共に、
狭指向角でも反射信号を受波し、魚１３が指向性主軸Ｚ
から外れていると、両指向角で受波される反射エコーレ
ベルに、広指向角の指向性感度差に見合うレベル差が生
じることを利用し、このレベル差から反射エコーの到来
角度θを測定して、広指向角の送受波における指向性感
度差の補正を行っている。

【０００４】従来、このようなデュアルビーム方式に用
いられる超音波送受波器は、同一の振動素子を配列した
振動素子群からなり、広指向角のビーム（以下、広ビー
ムと略記する）を送受波するときは、その中心付近の一
部の振動素子のみで行い、狭指向角の反射ビーム（以
下、狭ビームと略記する）を受波するときは、振動素子
群全体で受波を行うようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のこ
の種のデュアルビーム方式の超音波送受波器は、広ビー
ムを送受波する場合には中心付近の一部の振動素子のみ
で行っており、且つ、その指向性パターンは送受波器の
寸法により一義的に決定されるため、高性能な送受波器
が得られないという問題点があった。すなわち、高性能
な装置とするためには、広ビームを送受波する時には、
広い範囲に強度の強い等感度な広ビームを送受波し、且
つ、この範囲を越えると急激に減衰するような指向性パ
ターンを有することが理想的であるが、従来の装置では
指向性パターンが送受波器の寸法により決定されるた
め、特に小型化している現在の送受波器では充分な指向
性利得，注入パワーが得られない。

【０００６】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、小型化した送受波器でも比較的理想
的な指向性パターンを有する広ビームを送受波できる超
音波送受波器を得ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる超音波送
受波器は、複数の振動素子を、中心を含む複数段の同心
円リングを形成するように系列的に配設し、中心と各同
心円リングを形成する振動素子の系列それぞれを、その
電極極性および重み付けを変化させることにより全ての
振動素子を利用して広指向角の超音波ビームを送受波
し、また、それぞれ電極極性と重み付けを変化させない
で全ての振動素子を利用して狭指向角の超音波ビームを
受波する構成とした。

【０００８】

【作用】本発明の超音波送受波器は極性および重み付け
を例えばベッセル関数を利用して印加電圧を変化させ、
広指向角の超音波ビームを送受波することにより、振動
子の全振動素子によってメインローブの中心付近で等感
度指向特性を有する思想的な指向性パターンのビームを
得ることが可能となる。

【０００９】

【実施例】始めに本発明の動作原理について説明する。
超音波送受波器へ送信時に印加する電圧分布と、この電
圧を印加したときに送波される超音波の指向性パターン
とは、フーリエ変換対であることは周知の事実であり、
また、受信時においても同様となる。（Ｗ．Ｌ．Ｓｔｕ
ｚ−ｍａｎ ＆ Ｇ．Ａ．Ｔｈｉｅｌｅ によるＡｎｔ
ｅｎｎａ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ参
照）。従って本発明では印加する電圧の電圧分布を制御
することで、フーリエ変換対で指向性パターンの制御を
行うこととする。

【００１０】上述のように、この種のデュアルビーム方
式の超音波送受波器では、理想的な広ビームの指向性パ
ターンは、広い範囲に、強度の強い等感度なビームを送
受波し、且つ、この範囲を越えると急激に減衰するよう
なパターンが理想的であり、このため本発明では例えば
図１に示すように、ベッセル関数（Ｂｅｓｓｅｌｆｕｎ
ｃｔｉｏｎ：円柱関数）を利用する。すなわち、図１
（Ａ）のように、各振動素子群に印加する電圧の極性お
よびレベルを、２Ｊ_I （γ）／γに対応させると（Ｊ_I
（ ）はベッセル関数）、図１（Ｂ）に示すように、そ
のメインローブの中心付近では等感度特性を有し、その
範囲を越えると零に近い、比較的理想的な指向性パター
ンが得られる。

【００１１】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。図２は、本発明の振動子における振動素子の配列
例を示す図であり、１，２，３，４，５，６はそれぞれ
配線接続系列が異なる振動素子群の系列を示す。すなわ
ち、ダイス状の各振動素子は、全て共通の極性と重み付
けを持つが、その配線接続系列は中心の振動素子群１を
含む複数段の同心円リング（符号２〜６）を形成するよ
うに配線接続が系列的になされており、すなわち、符号
１〜６の同一符号はそれぞれ同じ系列の振動素子群であ
ることを意味する。

【００１２】図３は、図２に示す振動子の配列へ電圧を
印加する回路構成の一実施例であり、符号１〜６はそれ
ぞれ図１に示す振動素子系列を意味し、７は広ビーム用
トランス、８は狭ビーム用トランスである。

【００１３】次に実施例の動作について説明する。図２
に示す同符号の振動子群はそれぞれ同一に結線されてお
り、図３に示すように、符号１〜３の素子群と符号４〜
６の素子群とは極性が逆に接続されている。また、図３
に示すように、広ビーム用トランス７は各タップの出力
電圧が異なるように（Ｖ１〜Ｖ６）二次側巻線比が設定
されており、この出力電圧の相違を、例えば図１（Ａ）
の印加電圧と一致させることにより、送受波される広ビ
ームの指向性パターンは、図１（Ｂ）に示す比較的理想
的な指向性パターンとすることができる。

【００１４】一方、受信された狭ビームは、狭ビーム用
トランス８から出力されるが、こちらは符号１〜６の素
子群の巻線比が同一で同じ極性で接続されており、各素
子群間の信号の極性が同相となり、各素子群間の重み付
けもないので、送受波器の寸法により定まる指向特性の
受信信号が得られることになる。この状態を図４に示
す。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波送
受波器は全振動子を用いて広ビームを比較的理想的な指
向性パターンで送受波し、狭ビームを受波できるので、
小型の装置でも指向性利得と注入パワーを大幅に向上さ
せることができ、深い深度における単体魚の反射強度の
測定が正確に行える等、高性能な装置が得られるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作原理を説明するための図である。

【図２】本発明の実施例における振動素子の配列例を示
す図である。

【図３】本発明の回路構成の一実施例を示すブロック図
である。

【図４】本発明の送受波器の指向性パターンを示す図で
ある。

【図５】シングルビーム方式の送受波器を説明するため
の図である。

【図６】従来の装置の欠点を説明するための図である。

【符号の説明】

１〜６ 同じ系列の振動素子群 ７ 広ビーム用トランス ８ 狭ビーム用トランス １１ 送受波器 １３ 魚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射信号の到来角度によるレベル補正を
   行うため、広指向角で超音波ビームを送受波すると共に
   狭指向角でも反射信号を受波する超音波送受波器におい
   て、 複数の振動素子を、中心を含む複数段の同心円リングを
   形成するように系列的に配設する手段、 中心と各同心円リングを形成する振動素子の系列それぞ
   れを、その極性および重み付けを変化させて広指向角で
   超音波ビームを送受波する手段、 中心と各同心円リングを形成する振動素子の系列それぞ
   れを、その極性と重み付けを変化させないで狭指向角で
   超音波ビームを受波する手段、 を備えたことを特徴とする超音波送受波器。
2. 【請求項２】 上記広指向角の超音波ビームを送受波す
   る場合の極性および重み付けの変化は、ベッセル関数
   （Ｂｅｓｓｅｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ：円柱関数）を用い
   た電圧分布の電圧を上記系列的に配設した振動素子に部
   分的に印加して行うことを特徴とする請求項第１項記載
   の超音波送受波器。