JPH0879898A - 水中送受波器用感度試験器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動揺下の変動する波形振幅の人手による読み
取り作業が解消できると共に、計測時間の短縮と計測精
度の向上が図れる。 【構成】 未知感度の送受波器９ａを試験する場合、未
知感度の送受波器９ａと既知感度の基準送波器１０ａと
を組み合わせ、所定距離（器間距離）ｄ隔てて水中に吊
下すると、基準送波器１０ａからの送信信号は、送受波
器９ａに受波されてデジタル記憶型波形表示器５に出力
される。デジタル記憶型波形表示器５では、器間距離ｄ
が変動して波形振幅に変動が生じても、任意の時点での
信号波形を瞬時記録して静止画面として表示し、基準送
波器１０ａへの印加電圧、基準送波器１０ａと送受波器
９ａとの間の信号波の到達時間と直接波の振幅とを計測
してパーソナルコンピュータ６に出力する。パーソナル
コンピュータ６では、デジタル記憶型波形表示器５で計
測されたデータを予めプログラムされた計算式に代入し
て送受波器９ａの未知感度を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、既知感度の水中用送波
器又は水中用受波器を基準器として、これら基準器と未
知感度の水中用送波器又は水中用受波器とを組み合わせ
て水中に吊下し、パルス法によって水中音伝達時間と直
接波の受波振幅を計測して未知感度の水中用送波器又は
水中用受波器の感度測定を行う水中送受波器用感度試験
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水中用送波器（以下、送波器という）又
は水中用受波器（以下、受波器という）の感度等の性能
把握を行う場合には、標準校正された既知感度の送波器
又は受波器と未知感度の送波器又は受波器とを組み合わ
せ、水流に変動の無い水槽施設等において計測を行うの
が一般的であった。

【０００３】そして、基準器を得るための計測及び基準
器を用いた未知感度の送受波器の計測には、図４に示す
計測装置が従来より用いられ、送波器と受波器とを組み
合わせて所要距離ｄを隔てて配置し、パルス法により計
測を行っていた。

【０００４】ここで、図４に示す計測装置は、発信器２
１、周波数カウンター２２、矩形波変調器２３、電力増
幅器２４、可変抵抗減衰器２５、切替器２６、前置増幅
器２７、電圧増幅器２８、帯域フィルタ２９、オシロス
コープ３０を備えて構成され、電力増幅器２４と切替器
２６との間には、送波器３１及び受波器３２が所要距離
ｄ隔てて可変抵抗減衰器２５と並列に接続されるように
なっている。この計測装置では、周波数カウンター２２
のカウントにより発信器２１から所定周波数の正弦波を
発信させ、この発信信号を矩形波変調器２３によりパル
ス化して電力増幅器２４で電力増幅した後、切替器２６
によって選択された送波器３１側又は可変抵抗減衰器２
５側の何れかに送っている。

【０００５】そして、基準器を得るためには、３組の未
知感度の送受波器ａ，ｂ，ｃを用意し、例えば１組目に
は送受波器ａと送受波器ｂといったように、異なる送受
波器ａと送受波器ｂとを組み合わせて図４に示す測定装
置により送受波器ａ，ｂ間の感度積測定を行う。さらに
説明すると、まず、１組目に送受波器ａと送受波器ｂと
を組み合わせ、切替器２６を送受波器ｂ側にした状態で
送受波器ａからの送受波器ｂが受波した信号をオシロス
コープ３０上に波形表示させた後、可変抵抗減衰器２５
側に切り替えてオシロスコープ３０上の波形の振幅が同
じく成るように可変抵抗減衰器２５を調節し、同じくな
ったときの可変抵抗減衰器２５の数値、即ち、感度積を
読み取る。以下、２組目に送受波器ｂと送受波器ｃとを
組み合わせ、３組目に送受波器ｃと送受波器ａとを組み
合わせて計３回の測定を行う。そして、３回の感度積測
定結果と、さらに、個々の送受波器ａ，ｂ，ｃにおける
周波数に対するインピーダンスを測定したときの関係式
とに基づいてすべての送受波器ａ，ｂ，ｃの未知感度を
算出する。

【０００６】なお、上述した計測装置は、標準用の送波
器及び受波器の感度校正を行う目的の水中音響標準装置
として水槽施設に固定設置されており、測定対象となる
音響信号以外の電気的妨害雑音が例えば切替器２６から
リークしないように低減、若しくは、除去させた高精度
の計測機器として維持管理されている。

【０００７】次に、計測船の船体に固定装備された音響
探査装置における未知感度の送受波器の性能把握を行う
場合には、上述した相互校正により得られた基準送波器
３１又は基準受波器３２を計測船の甲板から竿等の先に
くくりつけ、舷側から突き出して海中に吊下し、基準器
を得たときの計測と同様に、切替器２６の切替え動作に
伴う可変抵抗減衰器２５の操作により計測を行う。

【０００８】そして、吊り下げ位置を音響探査装置と基
準器との間の器間距離ｄとし、上述した計測装置による
計測結果に基づいて以下に示す計算式から送波器及び受
波器の未知感度を算出していた。

【０００９】例えば音響探査装置における受波器として
の未知感度を算出する場合には、送波印加電圧と受波電
圧及び距離を計れば求められる。その場合の関係は
（１）式となり、受波感度は（１）式を書き変えて
（２）式によって求められる。

【００１０】 Ｓ₀ ＋Ｓ_E −２０ｌｏｇｄ＋Ｍ₀ ＋Ａ_G ＝Ｍ_E ……（１） Ｍ₀ ＝Ｍ_E −（Ｓ₀ ＋Ｓ_E −２０ｌｏｇｄ＋Ａ_G ）……（２） ただし、 Ｍ₀ ：音響探査装置の受波感度（ｄＢ） 〔ｄＢ ｒｅ １Ｖ／μＰａ〕

【００１１】

【数１】

【００１２】Ｖ_P ：オシロスコープの振幅（Ｖ） Ｓ₀ ：基準送波器の送波感度（ｄＢ） 〔ｄＢ ｒｅ １μＰａ／Ｖ，１ｍにおいて〕

【００１３】

【数２】

【００１４】Ｖ_S ：オシロスコープの振幅（Ｖ） ｄ：器間距離（ｍ）〔＝ｃ×ｔ〕 ｃ：水中の音速（＝１５００ｍ／ｓｅｃ〕 ｔ：音波の伝達時間（ｓｅｃ） Ａ_G ：受波系の電圧増幅度（ｄＢ）

【００１５】また、音響探査装置における送波器として
の未知感度を算出する場合には、（１）式を書き換えて
下記の（３）式によって求められる。 Ｓ₀ ＝Ｍ_E −（Ｓ_E −２０ｌｏｇｄ＋Ｍ₀ ＋Ａ_G ）……（３）

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の計測装置では、船体等に装備の送受波器と吊下
した基準器との間の器間距離ｄが水流や計測船の動揺等
で変動するのに伴ってオシロスコープ上の波形振幅も変
動する。例えば動揺によって基準器が音響探査装置から
離れて器間距離ｄが大きくなれば振幅は小さくなり、基
準器が音響探査装置に近づいて器間距離ｄが小さくなれ
ば振幅は大きくなる。このため、器間距離ｄの変動下で
の振幅に合うように可変抵抗減衰器２５を調節しても、
なかなか合わせることができない。しかも、器間距離ｄ
は水流や計測船の動揺等によって刻々変わるため、正確
なデータが得られ難い。

【００１７】したがって、送受波器の未知感度を得るた
めには、上述した計測及び計算を繰り返し行い、何回か
の複数の計測データの平均値を求めることになるが、前
述した図４に示す高精度な計測装置を使用しても、計測
に長時間を要する割には、質の良くないデータになる場
合が多いという問題があった。

【００１８】そこで、本発明は上記の問題点を解決すべ
く、動揺下の変動する波形振幅の人手による読み取り作
業が解消できると共に、計測時間の短縮と計測精度の向
上が図れる水中送受波器用感度試験器を提供することを
目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による水中送受波器用感度試験器は、既知感
度の基準送波器と未知感度の受波器との組み合わせ又は
未知感度の送波器と既知感度の基準受波器との組み合わ
せによる送波器と受波器とを所定距離隔てた水中に吊下
して前記未知感度の送波器及び受波器を試験する水中送
受波器用感度試験器において、前記未知感度の送波器又
は前記基準送波器から送出される送信信号と、前記未知
感度の受波器又は前記基準受波器が受波した受信信号と
を静止画面として表示すると共に、該静止画面の波形に
基づいて前記基準送波器と前記未知感度の受波器との間
又は前記未知感度の送波器と前記基準受波器との間の信
号波の到達時間と直接波の振幅とを計測する表示計測手
段と、該表示計測手段が計測した信号波の到達時間と直
接波の振幅とのデータに基づいて前記送波器及び受波器
の未知感度を演算する演算手段とを具備したことを特徴
としている。

【００２０】

【作用】未知感度の受波器を試験する場合には、この未
知感度の受波器と既知感度の基準送波器とを組み合わ
せ、送波器と受波器とを所定距離隔てて水中に吊下す
る。この状態で、基準送波器より送信信号が送出される
と、この送信信号は、未知感度の受波器により受波され
て表示計測手段に出力される。表示計測手段では、送波
器と受波器との間の距離（器間距離）が変動して波形振
幅に変動が生じても、そのときの信号波形を瞬時記録す
る。そして、任意の時点で記録させた信号波形を静止画
面として表示し、基準送波器と未知感度の受波器との間
の信号波の到達時間と直接波の振幅とを計測して演算手
段に出力する。演算手段では、表示計測手段で計測され
たデータに基づいて受波器の未知感度を計算する。な
お、未知感度の送波器を試験する場合には、この未知感
度の送波器と既知感度の基準受波器とを組み合わせて同
様の計測及び感度計算が行われる。

【００２１】

【実施例】以下本発明に係わる水中送受波器用感度試験
器の一実施例を図面によって説明する。

【００２２】図１は本発明による水中送受波器用感度試
験器の一実施例を示す測定系統図、図２は同試験器のセ
ットアップ状態を示す図、図３は同試験器におけるデジ
タル記憶型波形表示器に表示される送信信号及び受信信
号の波形図である。

【００２３】本実施例による試験器は、シンセサイザ
（発信器）１、電力増幅器２、前置増幅器３、高域フィ
ルタ４、デジタル記憶型波形表示器（表示計測手段）
５、パーソナルコンピュータ（演算手段）６、プリンタ
（外部出力手段）７を備えて構成されている。この試験
器は、計測船８に装備された音響探査装置９の送受波器
９ａの未知感度を試験するために使用され、送受波器９
ａの感度測定時には、図２に示すように、試験器を構成
する各機器を現場に持込んで積み上げることにより、測
定系のセットアップが行えるようになっている。

【００２４】シンセサイザ１は、計測する所定周波数毎
に矩形波の発信信号をパルス化して電力増幅器２に出力
している。また、同時にデジタル記憶型波形表示器５に
対して波形を定めるための同期信号を出力している。

【００２５】電力増幅器２は、音響探査装置９の送受波
器９ａの受波器としての未知感度を測定する場合には、
その出力端子に基準送波器１０ａが接続され、音響探査
装置９の送受波器９ａの送波器としての未知感度を測定
する場合には、その出力端子に音響探査装置９の送受波
器９ａが接続される。この電力増幅器２では、シンセサ
イザ１からの発信信号（パルス波）に対して所要の電力
増幅を行い、この電力増幅された送信信号を計測船８の
舷側から吊下された基準送波器１０ａ又は音響探査装置
９の送受波器９ａに送出すると共に、その端子電圧は、
デジタル記憶型波形表示器５により計測される。

【００２６】前置増幅器３は、基準送波器１０ａより所
定距離（この距離を器間距離ｄと称し、１ｍを基準とし
ている）隔てて配置された音響探査装置９の送受波器９
ａが受波した受信信号又は基準受波器１０ｂが受波した
受信信号の振幅を増幅して高域フィルタ４に送出してい
る。

【００２７】高域フィルタ４は、前置増幅器３でインピ
ーダンス変換及び振幅増幅された雑音を含む受信信号
（パルス波）のうち、計測に支障を及ぼす主たる低周波
雑音成分を遮断して目的とする周波数の信号を通過させ
てデジタル記憶型波形表示器５に送出している。

【００２８】デジタル記憶型波形表示器５は、計測機能
として、電力増幅器２からの送信信号に基づいて基準送
波器１０ａ又は音響探査装置９の送受波器９ａへの印加
電圧Ｖ_S を自動的に計測している。また、シンセサイザ
１より送信信号が送信されてから音響探査装置９の送受
波器９ａ又は基準受波器１０ｂが直接波を受波するまで
の伝達時間ｄ／ｃと振幅Ｖ_P とを自動的に計測してお
り、計測された各データをパーソナルコンピュータ６に
送出している。さらに、表示機能として、シンセサイザ
１からの同期信号により同期をとりながら、例えば図３
に示すように、任意の時点での送信信号及び受信信号の
音響波形（信号波形）を瞬時記録して表示し、記録され
た波形が静止画面で観察できる構成となっている。ま
た、横軸の時間及び縦軸の振幅は、画面上でのカーソル
の移動により任意に指定して数値表示や拡大表示が行え
るようになっている。

【００２９】パーソナルコンピュータ６には、測定周波
数に対してあらかじめ計測された受波系の前置増幅器３
及び高域フィルタ４等の増幅度のデータがプログラム入
力されており、デジタル記憶型波形表示器５からのデー
タに基づいて前述した（２）式又は（３）式より未知感
度の音響探査装置９の送受波器９ａとして送波感度又は
受波感度をプログラム計算している。また、デジタル記
憶型波形表示器５からのデータをフロッピーディスク等
の外部記憶手段に入れ込み、プログラム計算された送受
波器９ａの送波感度、受波感度の結果を含む指向特性や
入力電圧に対する感度の直線性特性等の種々の解析結果
をプリンタ７より印字出力している。

【００３０】次に、上述した構成の試験器を用いて未知
感度の試験を行う場合には、以下に説明する比較校正法
により音響探査装置９の送受波器９ａの送波器又は受波
器としての未知感度を測定する。

【００３１】測定を行うにあたっては、まず、相互校正
により得られた基準送波器１０ａを計測船８の甲板から
竿等の先にくくりつけ、舷側から突き出して音響探査装
置９の送受波器９ａから器間距離ｄ（例えば５ｍで、パ
ーソナルコンピュータ６による感度計算時に１ｍに換算
される）隔てた海中に吊下する。この状態で試験器に電
源を投入すると、シンセサイザ１は、所要周波数のパル
ス信号を電力増幅器２に送出すると共に、デジタル記憶
型波形表示器５に対して同期信号を送出する。電力増幅
器２では、シセンササイザ１からのパルス信号に所要の
電力増幅を施して計測船８の舷側から吊下する基準送波
器１０ａに送出する。

【００３２】これに対し、基準送波器１０ａによる所要
レベルの送波音は、器間距離ｄを隔てて配設された音響
探査装置９の送受波器９ａによって受波される。この受
波信号は、前置増幅器３に送出されてインピーダンス変
換及び電圧増幅された後、高域フィルタ４を経てデジタ
ル記憶型波形表示器５に送出される。

【００３３】デジタル記憶型波形表示器５では、基準送
波器１０ａへの印加電圧Ｖ_S を計測すると共に、直接波
の伝達時間ｄ／ｃと振幅Ｖ_P とを計測してこれらのデー
タをパーソナルコンピュータ６に送出する。パーソナル
コンピュータ６では、デジタル記憶型波形表示器５から
のデータをフロッピーディスクに入れ込むと共に、音響
探査装置９の送受波器９ａの受波器としての未知感度を
（２）式に基づいてプログラム計算し、必要に応じて計
算結果等のプリント出力を行う。

【００３４】次に、音響探査装置９の送受波器９ａの送
波器としての未知感度を測定する場合には、基準送波器
１０ａに代えて基準受波器１０ｂを計測船８の甲板から
竿等の先にくくりつけ、舷側から突き出して音響探査装
置９の送受波器９ａから器間距離ｄ隔てた海中に吊下す
る。また、音響探査装置９の送受波器９ａを電力増幅器
２に接続すると共に、基準受波器１０ｂを前置増幅器３
に接続して結線を変える。この状態で試験器に電源を投
入してシンセサイザ１より送信信号を出力させ、上記し
た動作と同様に試験を行う。なお、パーソナルコンピュ
ータ６では、（３）式の送波感度の計算式に基づいて送
受波器９ａの未知感度のプログラム計算が行われる。

【００３５】したがって、上述した実施例では、器間距
離ｄの変動による音響波形を瞬時記録し、任意の時点で
記録された音響波形が静止画面として表示できるデジタ
ル記憶型波形表示器５を採用しているので、表示された
音響波形から音波の到達時間と直接波の振幅とを容易に
且つ正確に計測でき、この計測結果をパーソナルコンピ
ュータ６に送出してプログラム計算することにより、音
響探査装置９の送受波器９ａの送波感度、受波感度の未
知感度を短時間で自動的に求めることができる。このた
め、音響探査装置の送受波器９ａと基準送波器１０ａ
（又は基準受波器１０ｂ）との間の器間距離ｄの変動に
伴う従来のような切替器を用いた可変抵抗減衰器の手動
操作による煩雑なオシロスコープの波形振幅の読み取り
作業を繰り返し行う必要もなく、測定機器の構成を簡素
化でき、従来では海上模様が穏やかの場合においても容
易に測定できなかったことが荒天時においても測定が可
能となった。

【００３６】その上、従来では繰り返し測定を行って波
形振幅の平均値を求めるため、計測には長時間を要し測
定誤差も大きかったのに対し、本実施例によれば、器間
距離ｄと波形振幅とを正確に求めることができるので、
基準器を得る場合の水槽試験と同様な質の良いデータが
得られる。

【００３７】また、図２に示すように、単一で構成され
る各機器を現場に持込み、単純に積み上げるだけで、簡
易型の試験器を容易にセットアップして構成することが
できる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の水中送受波器用
感度試験器によれば、従来のような切替器を用いた可変
抵抗減衰器の手動操作による煩雑な変動振幅の読み取り
作業を行う必要もなく、測定機器の構成を簡易化でき、
より良好な計測精度で送受波器の未知感度を試験するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水中送受波器用感度試験器の一実
施例を示す測定系統図

【図２】同水中送受波器用感度試験器のセットアップ状
態を示す図

【図３】同水中送受波器用感度試験器におけるデジタル
記憶型波形表示器に表示される送信信号及び受信信号の
波形図

【図４】水槽施設における従来の感度測定系統図

【符号の説明】

１…シンセサイザ（発信器）、５…デジタル記憶型波形
表示器（表示計測手段）、６…パーソナルコンピュータ
（演算手段）、９…音響探査装置、９ａ…送受波器、１
０ａ…基準送波器、１０ｂ…基準受波器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既知感度の基準送波器と未知感度の受波
   器との組み合わせ又は未知感度の送波器と既知感度の基
   準受波器との組み合わせによる送波器と受波器とを所定
   距離隔てた水中に吊下して前記未知感度の送波器及び受
   波器を試験する水中送受波器用感度試験器において、 前記未知感度の送波器又は前記基準送波器から送出され
   る送信信号と、前記未知感度の受波器又は前記基準受波
   器が受波した受信信号とを静止画面として表示すると共
   に、該静止画面の波形に基づいて前記基準送波器と前記
   未知感度の受波器との間又は前記未知感度の送波器と前
   記基準受波器との間の信号波の到達時間と直接波の振幅
   とを計測する表示計測手段と、 該表示計測手段が計測した信号波の到達時間と直接波の
   振幅とのデータに基づいて前記送波器及び受波器の未知
   感度を演算する演算手段とを具備したことを特徴とする
   水中送受波器用感度試験器。