JPH1090410A - Geological survey equipment - Google Patents

Geological survey equipment

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Publication number
JPH1090410A
JPH1090410A JP24967496A JP24967496A JPH1090410A JP H1090410 A JPH1090410 A JP H1090410A JP 24967496 A JP24967496 A JP 24967496A JP 24967496 A JP24967496 A JP 24967496A JP H1090410 A JPH1090410 A JP H1090410A
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JP
Japan
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frequency
ultrasonic
scan
azimuth
scanning
Prior art date
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Pending
Application number
JP24967496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuaki Watanabe
光昭 渡邊
Teruhisa Murakami
照久 村上
Shozo Shibuya
正三 渋谷
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Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Furuno Electric Co Ltd filed Critical Furuno Electric Co Ltd
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Publication of JPH1090410A publication Critical patent/JPH1090410A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パラメトリック超音波送波器で側方にスキャ
ンするとメインローブの幅が広くなりサイドローブも発
生する。 【解決手段】 周波数f1とこれよりも低い周波数f2
超音波を同時に送波し、これにより得られる2次周波数
(f1−f2)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する
地層探査機において、任意の方向にビームスキャンすべ
く、送波器(S)の各振動子で送波する超音波の位相を制
御する手段(8)を備え、該手段により、θ方向にビーム
スキャンするとき、周波数f1の超音波のスキャン方位
を(θ+β)とし、周波数f2の超音波のスキャン方位を
(θ−β)とし、前記手段により、−θ方向にビームスキ
ャンするとき、周波数f1の超音波のスキャン方位を(−
θ−β)とし、周波数f2の超音波のスキャン方位を(−
θ+β)とし、メインローブのビーム幅を狭め、かつサ
イドローブの発生レベルを抑制する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] When scanning sideways with a parametric ultrasonic transmitter, the width of a main lobe is increased and side lobes are also generated. A by transmitting ultrasonic waves of frequency f 1 than this lower frequency f 2 at the same time, thereby 2 obtained order frequency
In a stratum exploration device that performs stratum exploration based on the echo of the ultrasonic signal (f 1 −f 2 ), the phase of the ultrasonic wave transmitted by each transducer of the transmitter (S) is to be scanned in an arbitrary direction. comprising means (8) for controlling, by said means, when the beam scanning in the theta direction, the ultrasonic scan azimuth frequency f 1 and (theta + beta), ultrasound scanning azimuth frequency f 2
The (θ-β) and then, said means, when the beam scanning in the -θ direction, the ultrasonic scan azimuth frequency f 1 (-
and theta-beta), an ultrasound scan azimuth frequency f 2 (-
θ + β) to reduce the beam width of the main lobe and suppress the generation level of the side lobe.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パラメトリック超
音波送波器を用いた地層探査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a geological survey device using a parametric ultrasonic transmitter.

【0002】[0002]

【従来の技術】海底下の地質や、埋没した海底ケーブル
の探査を行う地層探査装置においては、海底下に向けて
送波する超音波には10kHz前後の透過性の強い低周
波が用いられる。
2. Description of the Related Art In a geological survey device for exploring the geology under the sea floor or a buried submarine cable, a low-frequency wave having a high permeability of about 10 kHz is used for ultrasonic waves transmitted toward the sea floor.

【0003】ところで、低周波の超音波を放射する超音
波送受波器において、検出分解能を上げるために、ビー
ム(メインビームのこと)に所望の指向角(ビーム幅が狭
い)を得ようとすれば、そのサイズは、超音波周波数に
反比例することから低周波の送受波器は極めて大きいサ
イズとなり実用的でない。
In an ultrasonic transducer that emits low-frequency ultrasonic waves, a beam (main beam) is intended to have a desired directional angle (narrow beam width) in order to increase detection resolution. For example, since the size is inversely proportional to the ultrasonic frequency, the low-frequency transducer becomes extremely large in size and is not practical.

【0004】そこで、低周波用であっても小型に構成で
きるパラメトリック超音波送受波器が供されている。そ
のパラメトリック超音波送受波器の詳細な構成および作
用については本出願人による特公平1−16391号に
開示されているがここで簡単に説明する。
[0004] Therefore, a parametric ultrasonic transducer that can be made compact even for low frequencies is provided. The detailed configuration and operation of the parametric ultrasonic transducer are disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-16391 by the present applicant, but will be briefly described here.

【0005】図1にパラメトリック超音波送波器Sおよ
びこの送波器Sと共に用いられる超音波受波器Rを示し
ている。尚、前記公報に開示のパラメトリック超音波送
受波器は、ビームスキャンを想定していないため超音波
振動素子を同心円上に放射配列した構造であるが、図1
の送波器Sでは、ビームスキャンを行うために超音波振
動子、●を碁盤状に配列している。ここで用いた超音波
振動子は共に高周波用(それ故サイズが小形)の超音波振
動子を示し、は、縦横16列配列され、●は、各の間に
位置し、同様に縦横16列に配列されている。縦方向に
並ぶ16個の各振動子は相互に接続され、には周波数f
1(100kHz)の超音波パワー信号が、●には周波数f2(90k
Hz)の超音波パワー信号がそれぞれ移相器を介して供給
される。これらの送波器Sおよび受波器Rは図2に示す
ように、送受波面を下方に向けて船底に装着される。
FIG. 1 shows a parametric ultrasonic transmitter S and an ultrasonic receiver R used together with the transmitter S. Note that the parametric ultrasonic transducer disclosed in the above publication has a structure in which ultrasonic vibration elements are radially arranged concentrically because beam scanning is not assumed.
In the transmitter S, ultrasonic transducers and ● are arranged in a grid pattern for performing beam scanning. The ultrasonic transducers used here are both ultrasonic transducers for high frequency (hence the size is small), are arranged in 16 rows and columns, ● is located between each, and 16 rows and columns are similarly Are arranged. Each of the sixteen vibrators arranged vertically is connected to each other, and has a frequency f
1 (100kHz) ultrasonic power signal, and ● shows frequency f 2 (90k
Hz) ultrasonic power signals are supplied via phase shifters. As shown in FIG. 2, the transmitter S and the receiver R are mounted on the ship bottom with the transmitting / receiving surface facing downward.

【0006】今、各移相器での遅延を0とした時、各超
音波振動子から100kHzと90kHzの超音波が下
方に向けて同位相で放射される。その放射された2波の
超音波は水中下で合成され、加算成分(100+90)kHz
の超音波と差成分(100−90)kHzの超音波が生じ、差
成分の10kHzの超音波が地層探査に供せられる。そ
の10kHzの超音波の指向特性は、上記超音波振動子
○、●より100kHz、90kHzの超音波を放射し
た時の指向特性に準じるため、高周波用の小さいサイズ
のもので指向特性の優れた低周波用の送波器とすること
ができる。
Now, when the delay in each phase shifter is set to 0, ultrasonic waves of 100 kHz and 90 kHz are radiated downward and in phase from each ultrasonic transducer. The two emitted ultrasonic waves are synthesized underwater, and the added component (100 + 90) kHz
And an ultrasonic wave having a difference component of (100-90) kHz is generated, and the ultrasonic wave having a difference component of 10 kHz is provided for geological exploration. The directional characteristics of the 10 kHz ultrasonic wave are similar to the directional characteristics when radiating the ultrasonic waves of 100 kHz and 90 kHz from the ultrasonic vibrators 、 and ●, and therefore have a small size for high frequency and excellent directional characteristics. It can be a frequency transmitter.

【0007】但し、受波器Rは10kHzの低周波信号
を受波するため、その全長L3は送波器Sの全長L2に比
べ大きくなり、図2に示すようにこの受波器Rによる、
進行方向のビーム幅θpを送波ビームのビーム幅θnと同
じにするには理論上L3=10L2となり実用的でないた
め、実際にはL3はL2の3倍程度の長さにされる。
[0007] However, since receivers R is for reception of the low frequency signal of 10 kHz, the total length L 3 is greater than the length L 2 of the transmitters S, the receivers as illustrated in FIG 2 R by,
In order to make the beam width θp in the traveling direction the same as the beam width θn of the transmission beam, it is theoretically L 3 = 10L 2 , which is not practical. Therefore, L 3 is actually made about three times longer than L 2. You.

【0008】尚、190kHzの加算信号は減衰度が大
きく地層探査には適さないため、受信系に設けたフィル
タにより除去される。元の送波信号の周波数を1次周波
数と呼ぶのに対し、差成分として得られた超音波の周波
数を2次周波数と呼ぶ。
Since the 190 kHz added signal has a large attenuation and is not suitable for underground exploration, it is removed by a filter provided in the receiving system. While the frequency of the original transmitted signal is called the primary frequency, the frequency of the ultrasonic wave obtained as the difference component is called the secondary frequency.

【0009】図3は、の超音波振動子のみを用い、送波
周波数100kHz、音速1500m/sの条件で送波
した時の方位方向のビーム特性を示している。メインロ
ーブのビーム幅θ100は7.08°(−3dB)であった。
FIG. 3 shows the beam characteristics in the azimuth direction when the ultrasonic wave is transmitted only under the conditions of a transmission frequency of 100 kHz and a sound speed of 1500 m / s. The beam width θ 100 of the main lobe was 7.08 ° (−3 dB).

【0010】図4は、●の超音波振動子のみを用い、送
波周波数90kHzで他の条件は図3の場合と同一とし
た時の直下方向のビーム特性を示している。メインロー
ブのビーム幅θ90は8.10°(−3dB)であった。
FIG. 4 shows the beam characteristics in the downward direction when only the ultrasonic transducer indicated by ● is used, the transmission frequency is 90 kHz, and other conditions are the same as those in FIG. The beam width θ 90 of the main lobe was 8.10 ° (-3 dB).

【0011】上記の1次周波数(100kHzおよび9
0kHz)の送波信号を同時に送波した時に得られる2
次周波数(10kHz)の超音波による直下方向のビーム
特性のシミュレーションを図5に示している。この図5
を見てわかるように、メインローブのビーム幅θ10は図
3のものとほぼ同じになっており、パラメトリック超音
波送受波器によれば、小型(100kHz用)の超音波送
波器を用いて、低周波(10kHz)の超音波を所望の指
向特性で送波できる。つまり、図2に示したように、送
波器Sを用いて100kHzの超音波を送波したときの
ビーム幅が図示したようにθm、θnであれば、2次周波
数においてもこれと同じ送波ビームが形成される。
The above primary frequency (100 kHz and 9 kHz)
0 kHz) which is obtained when the transmission signals are transmitted simultaneously.
FIG. 5 shows a simulation of a beam characteristic in a direction directly below by an ultrasonic wave having a next frequency (10 kHz). This figure 5
As you can see, the beam width theta 10 of the main lobe is almost the same as that of FIG. 3, according to the parametric ultrasonic transducer, using an ultrasonic wave transmitter of the small (for 100kHz) Thus, a low frequency (10 kHz) ultrasonic wave can be transmitted with desired directional characteristics. That is, as shown in FIG. 2, if the beam width at the time of transmitting an ultrasonic wave of 100 kHz using the transmitter S is θm and θn as shown in FIG. A wave beam is formed.

【0012】ところで地層探査装置で広範囲を探査しよ
うとすれば、直下方向だけでなく、ビームを左右方向に
振らす(スキャン)必要がある。ビームをスキャンするに
は周知のごとく、隣接する各移相器間で一定量の遅延を
設定する。つまり、図1に示すように、θ方向に指向ビ
ームを形成する時、1番目の送波器A1に対して2番目
の送波器A2の行路差がΔL短いとき、A1に比べ、A2
の送波タイミングを、ΔLに相当する時間差Δt(位相
差Δθ)だけ遅らし、3番目の送波器A3は、A2に比べ
て時間差Δt(A1に比べ2Δt)だけ遅らす。
In order to search a wide area by using a geological survey device, it is necessary to oscillate (scan) a beam not only in a direction directly below but also in a lateral direction. As is well known, a fixed amount of delay is set between adjacent phase shifters to scan a beam. That is, as shown in FIG. 1, when forming a directivity beam in the θ direction, when the second path difference of transmitters A 2 relative to the first wave transmitter A 1 is ΔL shorter than in the A 1 , A 2
The transmission timing, Okurashi by the time difference Δt which corresponds to [Delta] L (phase difference [Delta] [theta]), 3-th wave transmitter A 3 are, (2? T than the A 1) the time difference Δt as compared to A 2 by delay.

【0013】図6、図7は、図3、図4において送波角
を45°にビームスキャンした時のビーム指向特性図を
示している。当然、45°方向にメインローブMが生じ
るが、そのメインローブは図3、図4のメインローブと
比較してビーム幅が広くなっている。その理由は図1に
示したように、直下方向にビームを送波する時の送波器
Sの開口長L1に対し、ビームをスキャンした時の送波
器Sの実質開口長L1'が短くなるためである。又、図6
では−30°の方位にサイドローブSが発生し、図7で
は−34°の方位にサイドローブSが発生し共にメイン
ローブよりもレベルが高くなっている。
FIGS. 6 and 7 show beam directivity characteristics when beam scanning is performed at a transmission angle of 45 ° in FIGS. 3 and 4. FIG. Naturally, the main lobe M is generated in the 45 ° direction, and the main lobe has a wider beam width as compared with the main lobe in FIGS. The reason is that, as shown in FIG. 1, the effective aperture length L 1 ′ of the transmitter S when the beam is scanned is different from the aperture length L 1 of the transmitter S when the beam is transmitted in the downward direction. Is shortened. FIG.
In FIG. 7, a side lobe S is generated in the azimuth of -30.degree., And in FIG. 7, the side lobe S is generated in an azimuth of -34.degree., And both levels are higher than the main lobe.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】図6、図7における1
次周波数(100kHzおよび90kHz)の送波信号を
同時に送波した時に得られる2次周波数(10kHz)の
超音波による方位方向のビーム特性を図8に示してい
る。この図8でわかるように、メインローブMのビーム
幅は図6、図7のものとほぼ同じであり、直下方向の送
波に比べビーム幅がやや広くなっているため検出分解能
が低下する。又、サイドローブSは、図6、図7に比べ
抑制されているものの、かなりの高レベルで発生する。
このサイドローブの発生レベルが高いと弱いレベルの検
出信号がサイドローブの信号に埋もれてしまい、弱いレ
ベルの信号が検出できないためにダイナミックレンジが
低下するだけでなく、像が2重に表示され像がぼやけ
る。従って従来のパラメトリック送波器Sは、直下方向
の探査にしか適さないという課題があった。
Problems to be Solved by the Invention 1 in FIGS.
FIG. 8 shows the beam characteristics in the azimuth direction by the ultrasonic waves of the secondary frequency (10 kHz) obtained when the transmission signals of the secondary frequencies (100 kHz and 90 kHz) are transmitted simultaneously. As can be seen from FIG. 8, the beam width of the main lobe M is almost the same as that of FIGS. 6 and 7, and the detection resolution is reduced because the beam width is slightly wider than that of the transmission directly below. Although the side lobe S is suppressed as compared with FIGS. 6 and 7, it occurs at a considerably high level.
If the generation level of the side lobe is high, the detection signal of the weak level is buried in the signal of the side lobe, and the signal of the low level cannot be detected, so that not only the dynamic range is reduced, but also the image is displayed twice. Blurred. Therefore, the conventional parametric transmitter S has a problem that it is suitable only for exploration in a direction directly below.

【0015】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、ビームをスキャンした場合でもメ
インローブが拡がらず、かつ、サイドローブの発生レベ
ルを抑えることのできる地層探査装置を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a geological exploration apparatus that does not expand a main lobe even when a beam is scanned and that can suppress the generation level of a side lobe. The purpose is to provide.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本第1発明(請求項1)
は、周波数f1とこれよりも低い周波数f2の超音波を同
時に送波し、これにより得られる2次周波数(f1−f2)
の超音波信号のエコーに基づき地層探査する地層探査機
において、任意の方向にビームスキャンすべく、送波器
の各振動子で送波する超音波の位相を制御する手段を備
え、該手段により、θ方向にビームスキャンするとき、
周波数f1の超音波のスキャン方位を(θ+β)とし、周
波数f2の超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記
手段により、−θ方向にビームスキャンするとき、周波
数f1の超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波
数f2の超音波のスキャン方位を(−θ+β)とし、メイ
ンローブのビーム幅を狭めたことを特徴とする。
Means for Solving the Problems The first invention (Claim 1)
Transmits an ultrasonic wave having a frequency f 1 and an ultrasonic wave having a frequency f 2 lower than the frequency f 1 at the same time, and obtains a secondary frequency (f 1 −f 2 ) obtained thereby.
In a geological exploration machine that performs geological exploration based on the echo of the ultrasonic signal, a means for controlling the phase of ultrasonic waves transmitted by each transducer of the transmitter to perform beam scanning in an arbitrary direction, , When beam scanning in the θ direction,
The ultrasound scan azimuth frequency f 1 and (θ + β), the ultrasonic scanning direction of the frequency f 2 and (θ-β), the said means, when the beam scanning in the -θ direction, the frequencies f 1 Ultra The scan azimuth of the sound wave is set to (−θ−β), the scan azimuth of the ultrasonic wave of frequency f 2 is set to (−θ + β), and the beam width of the main lobe is narrowed.

【0017】本第4発明(請求項4)は、第1の超音波振
動子群(A)および第2の超音波振動子群(B)を備えた超
音波送波器(S)と、前記の各超音波振動子群(A,B)で
個別に所望方位に送波ビームを形成すべく、各超音波振
動子群(A),(B)にそれぞれ供給する周波数f1とこれ
よりも低い周波数f2の超音波信号を、前記各方位毎に
サンプリングデータとして記憶している位相ROM
(1),(1')とを備え、第1の超音波振動子群(A)およ
び第2の超音波振動子群(B)により、所望のスキャン指
令角θの方位に周波数f1および周波数f2の超音波を同
時に送波し、これにより得られる2次周波数(f1−f2)
の超音波信号のエコーを超音波受波器(R)で受波して地
層探査する地層探査装置であって、前記所望のスキャン
指令角θに対して、位相ROM(1)では(θ+β)方向の
データを読み出し、位相ROM(1')では(θ−β)方向
のデータを読み出し、スキャン指令角−θに対して、位
相ROM(1)では(−θ−β)方向のデータを読み出し、
位相ROM(1')では(−θ+β)方向のデータを読み出
せるよう、各位相ROM(1),(1')には対応するデー
タを記憶させたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transmitter (S) including a first ultrasonic vibrator group (A) and a second ultrasonic vibrator group (B); A frequency f 1 supplied to each of the ultrasonic transducer groups (A) and (B) so as to individually form a transmission beam in a desired direction in each of the ultrasonic transducer groups (A and B), and Phase ROM that stores an ultrasonic signal having a low frequency f 2 as sampling data for each of the directions.
(1) and (1 ′), the first ultrasonic transducer group (A) and the second ultrasonic transducer group (B) are used to set the frequency f 1 and the azimuth of the desired scan command angle θ to the desired direction. and transmitting ultrasonic waves of a frequency f 2 at the same time, thereby resulting secondary frequency (f 1 -f 2)
A stratum exploration apparatus which receives an echo of the ultrasonic signal of (1) by an ultrasonic wave receiver (R) and performs stratum exploration, and in the phase ROM (1), (θ + β) with respect to the desired scan command angle θ. The phase ROM (1 ') reads data in the (θ-β) direction, and the phase ROM (1) reads data in the (-θ-β) direction for the scan command angle -θ. ,
The phase ROM (1 ′) is characterized in that corresponding data is stored in each of the phase ROMs (1) and (1 ′) so that data in the (−θ + β) direction can be read.

【0018】[0018]

【作用】周波数f1とこれよりも低い周波数f2の超音波
を同時に送波し、これにより得られる2次周波数(f1
2)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する地層探
査機においては、上述したように側方にスキャンする
と、メインローブのビーム幅が直下方向に送波したとき
と比べてビーム幅が広くなり、検出分解能が低下する。
そこで本第1発明では、θ方向にビームスキャンすると
き、周波数f1の超音波のスキャン方位を(θ+β)と
し、周波数f2の超音波のスキャン方位を(θ−β)と
し、前記手段により、−θ方向にビームスキャンすると
き、周波数f1の超音波のスキャン方位を(−θ−β)と
し、周波数f2の超音波のスキャン方位を(−θ+β)と
することにより、このときに得られる2次周波数の超音
波信号ではメインローブのビーム幅が狭められ、これに
より、側方にビームスキャンした場合でも検出分解能が
低下することはない。
[Action] and transmitting ultrasonic waves of frequency f 1 than this lower frequency f 2 at the same time, thereby resulting secondary frequency (f 1 -
f 2 ) In a geological survey device that performs a geological survey based on the echo of the ultrasonic signal, when the beam is scanned laterally as described above, the beam width of the main lobe is wider than when the beam is transmitted directly downward. And the detection resolution decreases.
In the present first invention is therefore, when the beam scanning in the theta direction, the ultrasonic scan azimuth frequency f 1 and (θ + β), and an ultrasonic scan direction of the frequency f 2 and (θ-β), by the means , when the beam scanning in the - [theta] direction, by an ultrasonic scan direction of the frequency f 1 and (- [theta]-beta), the ultrasonic scanning direction of the frequency f 2 and (-θ + β), in this case In the obtained ultrasonic signal of the secondary frequency, the beam width of the main lobe is narrowed, so that the detection resolution does not decrease even when the beam is scanned sideways.

【0019】上記の地層探査装置において、側方にスキ
ャンすると、サイドローブが出現し、像が2重に生じた
りする。ここで、請求項1の場合と同様にスキャン方位
をシフトすることにより、サイドローブの発生レベルが
抑制される。従ってこの構成を請求項2にて請求してい
る。
In the above-described geological exploration apparatus, when scanning is performed laterally, side lobes appear, and a double image is formed. Here, the generation level of the side lobe is suppressed by shifting the scan azimuth similarly to the case of the first aspect. Therefore, this configuration is claimed in claim 2.

【0020】以上でわかるように、請求項1の場合と同
様にスキャン方位をシフトすることにより、メインロー
ブのビーム幅を狭め、かつ、サイドローブの発生レベル
を低減できるため、この構成を請求項3にて請求してい
る。
As can be seen from the above description, the beam width of the main lobe can be reduced and the generation level of the side lobe can be reduced by shifting the scan azimuth as in the case of the first aspect. Charged at 3.

【0021】本発明に係わる地層探査装置としては請求
項4で示され、更に具体的な構成としては以下に示す実
施形態にて詳細に示している。
A geological exploration apparatus according to the present invention is described in claim 4, and a more specific configuration is described in detail in the following embodiments.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図9は、本発明の地層探査装置の
送波部の一形態を示す制御ブロック図である。Sは図1
で示したパラメトリック超音波送波器Sと同じものであ
る。1は、超音波振動子A1〜A16を100kHzで励
振させるための超音波信号のデータを記憶している位相
ROMである。1'は超音波振動子B1〜B16を90kH
zで励振させるための超音波信号のデータを記憶してい
る位相ROMである。これらの位相ROM1、1'に記
憶しているデータを図11、図12を用いて説明する。
FIG. 9 is a control block diagram showing an embodiment of a wave transmitting section of the geological survey device of the present invention. S is for Figure 1
This is the same as the parametric ultrasonic wave transmitter S shown by. 1 is a phase ROM for storing data of the ultrasound signals for exciting the ultrasonic transducer A 1 to A 16 in 100kHz. 1 '90kH ultrasonic transducer B 1 .about.B 16
This is a phase ROM that stores data of an ultrasonic signal to be excited in z. The data stored in these phase ROMs 1 and 1 'will be described with reference to FIGS.

【0023】16個の位相ROM1には、図11に示さ
れるような振幅値a1、a2、a3、…a17、a18の計1
8個のデータを記憶しており、これらのデータを所定の
速度でa1→a2→a3→…→a17→a18→a1→の如く繰
り返して読み出せば、それぞれ100kHzの同位相の
信号が得られ、各超音波振動子A1ないしA16には同位
相の超音波信号が供給されるため、直下方向に100k
Hzの送波ビームが形成される。
The 16 phase ROMs 1 have amplitude values a 1 , a 2 , a 3 ,..., A 17 and a 18 as shown in FIG.
Eight data are stored. If these data are repeatedly read out at a predetermined speed as a 1 → a 2 → a 3 →... A 17 → a 18 → a 1 → A phase signal is obtained, and an ultrasonic signal of the same phase is supplied to each of the ultrasonic transducers A 1 to A 16.
A transmission beam of Hz is formed.

【0024】別グループの位相ROM1'にもそれぞれ
振幅値a1、a2、a3、…a17、a18の計18個のデー
タを記憶しており、これらのデータを前記所定の速度の
9/10倍の速度でa1→a2→a3→…→a17→a18
1→の如く繰り返して読み出せば、それぞれ90kH
zの信号が得られ、各超音波振動子B1ないしB16によ
り直下方向に90kHzの送波ビームが形成される。
A total of 18 data of the amplitude values a 1 , a 2 , a 3 ,... A 17 , a 18 are also stored in the phase ROM 1 ′ of another group, and these data are stored at the predetermined speed. A 1 → a 2 → a 3 → ... → a 17 → a 18 → at 9/10 times speed
If it is read repeatedly as a 1 →, each will be 90kHz
As a result, a signal of z is obtained, and a transmission beam of 90 kHz is formed in a downward direction by each of the ultrasonic transducers B 1 to B 16 .

【0025】従って、直下方向のビーム形成のために、
各位相ROM1,1'はa1〜a18のデータを記憶してい
る。
Therefore, in order to form a beam directly below,
Each phase ROM1,1 'stores a data of a 1 ~a 18.

【0026】一方、図1に示したように、直下方向とθ
の角度をなす方向(以後、スキャン指令角θと呼ぶ)に送
波ビームを形成するとき、超音波振動子A1に対し、超
音波振動子A2では行路差(時間差でΔt)短く、超音波
振動子A3では時間差2Δt短く、超音波振動子A16
は時間差15Δt短くなっている。従って、超音波振動
子A1に対する位相ROM1に図12の左列、最上部に
示したようなデータ(1番目の振幅データa1がレベル0
にある)を保有している時、超音波振動子A2に対する位
相ROM1には、前記データに比べ、前記時間差Δtに
相当する位相差Δθ1だけ遅れたデータを保有してい
る。
On the other hand, as shown in FIG.
When a transmission beam is formed in a direction having an angle of (hereinafter referred to as a scan command angle θ), a path difference (Δt in time difference) is shorter in the ultrasonic vibrator A 2 than in the ultrasonic vibrator A 1. wave oscillator A 3 in short time difference 2? t, it is shorter ultrasonic transducer A 16 at time difference 15Derutati. Therefore, the phase ROM 1 corresponding to the ultrasonic transducer A 1 stores the data (the first amplitude data a 1 is the level 0
), The phase ROM 1 for the ultrasonic transducer A2 holds data delayed by a phase difference Δθ 1 corresponding to the time difference Δt from the data.

【0027】それ故、送波ビームを−45°〜0〜+4
5°のスキャン範囲を1°のピッチでスキャンさせる場
合、各位相ROM1,1'には、91通りの波形データ
を記憶させる必要がある。但し、本装置では、スキャン
指令角θ(−45°〜0〜+45°)の通りにスキャンさ
せるのではなく、超音波振動子AグループとBグループ
とで、それぞれ前記スキャン指令角θから所定角度だけ
オフセットさせた角度としているため、そのオフセット
した角度に対する波形データを記憶している。このオフ
セットについては後で詳しく述べる。
Therefore, the transmission beam is shifted from -45 ° to 0 to +4.
When scanning a 5 ° scan range at a 1 ° pitch, it is necessary to store 91 types of waveform data in each phase ROM 1, 1 ′. However, in the present apparatus, the scanning is not performed according to the scan command angle θ (−45 ° to 0 to + 45 °). Since the angle is offset only by the offset, the waveform data corresponding to the offset angle is stored. This offset will be described in detail later.

【0028】図9に示した2および2'は各位相ROM
1、1'から読み出された超音波信号を電力増幅して各
超音波振動子A,Bに供給する。3は、本装置において
基本となるクロックを発生するクロックパルス発生器で
ある。4は、分周器であり、クロックパルス発生器9よ
り出力されるクロックをL値カウントする毎にパルスを
出力するL進カウンタからなる。このLは、図2に示し
た探査範囲Lrを決めるレンジ設定値として与えられ
る。
2 and 2 'shown in FIG.
The ultrasonic signals read from 1, 1 'are amplified in power and supplied to the ultrasonic transducers A and B. Reference numeral 3 denotes a clock pulse generator that generates a basic clock in the present apparatus. Reference numeral 4 denotes a frequency divider, which is composed of an L-ary counter that outputs a pulse each time the clock output from the clock pulse generator 9 is counted by an L value. This L is given as a range setting value that determines the search range Lr shown in FIG.

【0029】図9に示した5は、距離カウンタであり、
分周器4よりの出力パルスを0〜(M−1)までカウント
するM進カウンタであり、そのカウント値は送波器Sか
らの距離を示す。ここで、クロックパルス発生器3の出
力するパルス周期τ、LおよびMの関係は、例えば水中
の音速を1500m/s、周期τを1/750000s、Mを1000
とすると、レンジ50mのとき、 50・2/1500=L・M/750000 からL=50となる。
Reference numeral 5 shown in FIG. 9 is a distance counter.
This is an M-ary counter that counts output pulses from the frequency divider 4 from 0 to (M−1), and the count value indicates the distance from the transmitter S. Here, the relationship between the pulse periods τ, L and M output from the clock pulse generator 3 is, for example, 1500 m / s for underwater sound speed, 1/750000 s for period τ, and 1000 for M.
Then, when the range is 50 m, L = 50 from 50/2/1500 = LM / 750000.

【0030】図9に示した6は方位カウンタであり、距
離カウンタ5の出力するトリガパルスをスキャン範囲
(−45°〜0°〜+45°)内でカウントして、スキャ
ン指令角θを1°のステップで出力する。8はオフセッ
ト回路であり、方位カウンタ6より出力されるスキャン
指令角θに対して、θ+θ・(β/45)とθ−θ・(β
/45)の値を演算し、それぞれ位相ROM1と1'に読
み出し指令角として供給される。本実施形態ではオフセ
ット角βを1.3°としており、従ってスキャン指令角
θに対して位相ROM1および1'に供給される読み出
し指令角は次表のようになる。
Numeral 6 shown in FIG. 9 denotes an azimuth counter which outputs a trigger pulse output from the distance counter 5 in a scan range.
(−45 ° to 0 ° to + 45 °), and outputs the scan command angle θ in steps of 1 °. Numeral 8 denotes an offset circuit, which is provided with θ + θ · (β / 45) and θ−θ · (β
/ 45) is calculated and supplied as read command angles to the phase ROMs 1 and 1 ', respectively. In the present embodiment, the offset angle β is set to 1.3 °. Therefore, the read command angles supplied to the phase ROMs 1 and 1 ′ with respect to the scan command angle θ are as shown in the following table.

【0031】[0031]

【表1】θ θ+θ・(β/45) θ−θ・(β/45) -45 -46.3 -43.7 -44 -45.3 -42.7 : : : -1 -1.03 -0.97 0 0 0 1 1.03 0.97 : : : 44 45.3 42.7 45 46.3 43.7[Table 1] θ θ + θ · (β / 45) θ−θ · (β / 45) -45 -46.3 -43.7 -44 -45.3 -42.7:::: -1 -1.03 -0.97 00 1 1.03 0.97:: : 44 45.3 42.7 45 46.3 43.7

【0032】従って100kHzの信号を読み出す位相
ROM1においては、−46.3° −45.3° … −1.03
° 0° 1.03° … 45.3° 46.3°の91通り方位
で送波ビームが形成されるようなデータをそれぞれの位
相ROM1に記憶している。又、90kHzの信号を読
み出す位相ROM1'においては、−43.7° −42.7°
… −0.97° 0° 0.97° … 42.7° 43.7°の
91通り方位で送波ビームが形成されるようなデータを
それぞれの位相ROM1'に記憶している。
Accordingly, in the phase ROM 1 for reading out a signal of 100 kHz, -46.3 ° -45.3 °.
° 0 ° 1.03 °... 45.3 ° Data for forming a transmission beam in 91 directions of 46.3 ° is stored in each phase ROM 1. In the phase ROM 1 'for reading a signal of 90 kHz, -43.7 ° -42.7 °
... -0.97 ° 0 ° 0.97 ° ... 42.7 ° Data for forming transmission beams in 91 directions of 43.7 ° is stored in each phase ROM 1 '.

【0033】このように元の指令角θに対して位相RO
M1からは“+"にオフセットしたスキャン角が読み出
され、そのオフセット角はθに比例し、θ=−45°、
45°でオフセット角は最大の+1.3°となる。一
方、位相ROM1'からは“−"にオフセットしたスキャ
ン角が読み出され、そのオフセット角もθに比例し、θ
=−45°、45°でオフセット角は−1.3°とな
る。
In this way, the phase RO with respect to the original command angle θ
From M1, a scan angle offset to “+” is read, and the offset angle is proportional to θ, θ = −45 °,
At 45 °, the offset angle reaches a maximum of + 1.3 °. On the other hand, a scan angle offset to “−” is read from the phase ROM 1 ′, and the offset angle is also proportional to θ.
= −45 °, 45 °, the offset angle is −1.3 °.

【0034】9は、クロックパルス発生器10の出力す
るクロックを0〜17までカウントする18進カウンタ
であり、そのカウント値は切替器11を通じて各位相R
OM1にデータ読み出しアドレスとして供給される。従
ってクロックパルス発生器10は、100kHz(FH)
×18のスピードでクロックを出力する。12は、クロ
ックパルス発生器13の出力するクロックを0〜17ま
でカウントする18進カウンタであり、そのカウント値
も切替器11を通じて各位相ROM1'にデータ読み出
しアドレスとして供給される。従ってクロックパルス発
生器13は、90kHz(FL)×18のスピードでクロ
ックを出力する。これらのカウンタ9,12は、距離カ
ウンタ5より出力されるトリガパルスの先頭でリセット
される。14は、パルス発生器であり、前記トリガパル
スが入力されると、送信パルス幅分だけ前記切替器11
をオンにする。
Numeral 9 denotes an octal counter for counting the clock output from the clock pulse generator 10 from 0 to 17, and the count value is supplied to each phase R through the switch 11.
It is supplied to OM1 as a data read address. Therefore, the clock pulse generator 10 operates at 100 kHz (F H ).
A clock is output at a speed of × 18. Reference numeral 12 denotes an 18-digit counter for counting the clock output from the clock pulse generator 13 from 0 to 17, and the count value is also supplied to each phase ROM 1 'through the switch 11 as a data read address. Therefore, the clock pulse generator 13 outputs a clock at a speed of 90 kHz (F L ) × 18. These counters 9 and 12 are reset at the beginning of the trigger pulse output from the distance counter 5. Reference numeral 14 denotes a pulse generator. When the trigger pulse is input, the switching unit 11 has a transmission pulse width.
Turn on.

【0035】図10は図9の送波部に対する受波部を示
している。Rは図1に示した受波器であり、送波器Sの
近傍でかつその長手方向を測定船の進行方向にして装着
される。21は、受波器Rの受波信号を増幅する増幅器
であり、22は増幅器21の増幅信号をアナログからデ
ジタルに変換するA/D変換器である。23は、A/D
変換器22よりのデジタル信号を記憶する画像メモリで
あり、後記のCRT25の画素数(P×Q)×I(ビット
数)の容量のメモリを有する。24は画像メモリ23よ
り読み出されたデジタル信号をアナログ信号に変換する
D/A変換器であり、CRT25は、D/A変換器24
よりの信号を画像表示する。
FIG. 10 shows a wave receiving unit for the wave transmitting unit of FIG. R is the wave receiver shown in FIG. 1 and is mounted near the wave transmitter S and the longitudinal direction thereof is set to the traveling direction of the measuring ship. Reference numeral 21 denotes an amplifier that amplifies a signal received by the receiver R, and reference numeral 22 denotes an A / D converter that converts the signal amplified by the amplifier 21 from analog to digital. 23 is A / D
This is an image memory for storing digital signals from the converter 22, and has a memory having a capacity of the number of pixels (P × Q) × I (number of bits) of the CRT 25 described later. Reference numeral 24 denotes a D / A converter for converting a digital signal read from the image memory 23 into an analog signal, and the CRT 25 includes a D / A converter 24.
The image of the signal is displayed.

【0036】26は座標変換回路であり、図9の距離カ
ウンタ5および方位カウンタ6より得られる距離rおよ
び方位θをx,yの直交座標データに変換する。27は
クロックパルス発生器であり、前記CRT25での1画
素の表示期間に等しい周期のクロックパルスをXカウン
タ28に出力する。このXカウンタ28は、前記クロッ
クパルスを0〜P−1までカウントするP(CRTの水
平画素数)進カウンタであり、カウント値がP−1から
0へ戻る毎にパルスをYカウンタ29に出力する。この
カウンタ29は、Xカウンタ28の出力するパルスを0
〜Q−1までカウントするQ(CRTの垂直画素数)進カ
ウンタである。
Reference numeral 26 denotes a coordinate conversion circuit which converts the distance r and the azimuth θ obtained from the distance counter 5 and the azimuth counter 6 in FIG. 9 into rectangular coordinate data of x and y. Reference numeral 27 denotes a clock pulse generator which outputs a clock pulse having a cycle equal to the display period of one pixel on the CRT 25 to the X counter 28. The X counter 28 is a P (horizontal pixel count) counter for counting the clock pulse from 0 to P-1, and outputs a pulse to the Y counter 29 every time the count value returns from P-1 to 0. I do. This counter 29 sets the pulse output from the X counter 28 to 0.
This is a Q (vertical pixel number of CRT) base counter that counts up to Q-1.

【0037】30は、クロックパルス発生器27よりの
クロックパルスの“H"、“L"期に呼応して切り替わる
切替器であり、例えばクロックパルスの“H"期には、
座標変換回路26よりの座標値(x,y)を書き込みアド
レスとして前記画像メモリ23に供給し、クロックパル
スの“L"期には、前記Xカウンタ28およびYカウン
タ29よりのそれぞれのカウント値Cx,Cyを読み出し
アドレスとして供給する。又、そのクロックパルスは、
画像メモリ24に対してリード/ライト信号として供給
される。
Reference numeral 30 denotes a switch which switches in response to the "H" and "L" periods of the clock pulse from the clock pulse generator 27. For example, in the "H" period of the clock pulse,
The coordinate value (x, y) from the coordinate conversion circuit 26 is supplied to the image memory 23 as a write address, and during the “L” period of the clock pulse, the respective count values Cx from the X counter 28 and the Y counter 29 are output. , Cy are supplied as read addresses. Also, the clock pulse is
It is supplied to the image memory 24 as a read / write signal.

【0038】以上説明した地層探査装置の動作を以下説
明する。方位カウンタ6よりスキャン指令角θが0°の
とき、オフセット回路8から位相ROM1と1'に供給
される読み出し指令角は共に0°であり、このときに得
られる送波信号のビーム特性は図5に示したものと同じ
になる。
The operation of the above-described geological survey device will be described below. When the scan command angle θ from the azimuth counter 6 is 0 °, the read command angles supplied to the phase ROMs 1 and 1 ′ from the offset circuit 8 are both 0 °, and the beam characteristics of the transmission signal obtained at this time are shown in FIG. The result is the same as that shown in FIG.

【0039】一方、方位カウンタ6よりスキャン指令角
θが例えば45°のとき、オフセット回路8から位相R
OM1と1'に供給される読み出し指令角は表1に示し
たように、46.3°と43.7°となる。従って超音波
送波器A1〜A16からは46.3°の方向に100kHz
の超音波が送波され、このときのビーム特性図を図13
に示している。また超音波送波器B1〜B16からは43.
7°の方向に90kHzの超音波が送波され、このとき
のときのビーム特性図を図14に示している。
On the other hand, when the scan command angle θ from the direction counter 6 is, for example, 45 °, the phase R
As shown in Table 1, the read command angles supplied to OM1 and OM 'are 46.3 ° and 43.7 °. Therefore, from the ultrasonic transmitters A 1 to A 16 , 100 kHz is set in the direction of 46.3 °.
FIG. 13 shows a beam characteristic diagram at this time.
Is shown in Also, from the ultrasonic transmitters B 1 to B 16 , 43.
An ultrasonic wave of 90 kHz is transmitted in the direction of 7 °, and a beam characteristic diagram at this time is shown in FIG.

【0040】このときの2次周波数(10kHz)の送波
信号のビーム特性図を図15に示している。メインロー
ブMは、スキャン指令角度θと同じ45°方向に発生し
ている。オフセットしないで45°方向にスキャンした
ときの2次周波数のビーム特性図であった図8と比較す
ると、メインローブMのビーム幅がやや狭くなり(従っ
て直下方向のときとほぼ同じビーム幅となる)、かつ、
サイドローブSの発生レベルが抑制されていることがわ
かる。
FIG. 15 shows a beam characteristic diagram of the transmission signal of the secondary frequency (10 kHz) at this time. The main lobe M occurs in the same 45 ° direction as the scan command angle θ. Compared to FIG. 8, which is a beam characteristic diagram of the secondary frequency when scanning is performed in the 45 ° direction without offset, the beam width of the main lobe M becomes slightly narrower (therefore, the beam width becomes almost the same as that in the direction directly below). ),And,
It can be seen that the generation level of the side lobe S is suppressed.

【0041】このように、スキャン指令角θに対して、
100kHz(FH)の信号に対しては位相を+側にシフ
トし、逆に90kHz(FL)の信号に対しては位相を−
側にシフトすることで、メインローブのビーム幅の拡が
りが抑えられると共に、サイドローブの発生をも抑制す
ることができる。
Thus, with respect to the scan command angle θ,
The phase is shifted to the + side for a signal of 100 kHz (F H ), and the phase is shifted to − for a signal of 90 kHz (F L ).
By shifting to the side, the spread of the beam width of the main lobe can be suppressed, and the generation of the side lobe can also be suppressed.

【0042】側方にスキャンすれば既述したようにメイ
ンローブのビーム幅が広くなり、サイドローブの発生レ
ベルが高くなり、その程度はスキャン角にほぼ比例す
る。従って、本実施形態のごとく、オフセット回路8に
てオフセットさせる角度を、スキャン指令角θに比例さ
せたため、全方位方向でメインローブのビーム幅を一定
にでき、かつ、サイドローブの発生も一様に抑制でき
る。
As described above, when scanning is performed in the lateral direction, the beam width of the main lobe is widened, and the generation level of the side lobe is increased, and the degree is almost proportional to the scan angle. Therefore, as in the present embodiment, since the angle to be offset by the offset circuit 8 is made proportional to the scan command angle θ, the beam width of the main lobe can be made constant in all azimuth directions, and the generation of side lobes is uniform. Can be suppressed.

【0043】尚、オフセット角βを大きくすることによ
り、メインローブのビーム幅を更に狭くすることができ
るが、ビーム幅が極端に狭くなると所要の送波パワーが
得られず探査できなくなる。そこで、側方にスキャンし
た時のメインローブのビーム幅が、直下方向に送波した
ときのメインローブのビーム幅にほぼ等しくなるよう、
本実施形態ではオフセット角βを1.3°としたが、こ
の値は、超音波送波器Sの機械的構造(振動素子の配列
など)で変化するため、各状況に応じ適宜選択すればよ
い。
The beam width of the main lobe can be further narrowed by increasing the offset angle β. However, if the beam width is extremely narrow, the required transmission power cannot be obtained and the search cannot be performed. Therefore, the beam width of the main lobe when scanning laterally is almost equal to the beam width of the main lobe when transmitting directly below.
In the present embodiment, the offset angle β is set to 1.3 °. However, since this value changes depending on the mechanical structure (array of the vibrating elements, etc.) of the ultrasonic transmitter S, it may be appropriately selected according to each situation. Good.

【0044】図16は本発明の別の実施形態を示してい
る。図9では方位カウンタ6よりスキャン指令角θに対
してオフセット回路8にて位相ROM1と1'とにオフ
セットしたスキャン読み出し角を供給したが、45°の
スキャン指令角θが位相ROM1に供給されたとき、各
位相ROM1から46.3°方向のビームが形成される
ようなデータを記憶するのであれば、図16で示すよう
にオフセット回路8は不要である。
FIG. 16 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 9, the azimuth counter 6 supplies the scan read angle offset to the phase ROM 1 and 1 ′ by the offset circuit 8 with respect to the scan command angle θ, but the scan command angle θ of 45 ° is supplied to the phase ROM 1. At this time, if data for forming a beam in the direction of 46.3 ° from each phase ROM 1 is stored, the offset circuit 8 is unnecessary as shown in FIG.

【0045】尚、オフセットさせる角度を、スキャン角
に応じてリニアに変化させる替わりに、スキャン範囲に
区分し、各区分毎にステップ状に変化するオフセット角
を設定してもよい。又、オフセットさせる角度は固定値
としてもよい。例えば、スキャン指令角θ-45 -44 …
-1 0 1 …44 45に対し、100kHzの信号に
対してはそれぞれ1.3°つづ+にシフトさせ、90k
Hzの信号に対してはそれぞれ1.3°つづ−にシフト
させるようにしてもよい。但し、直下方向およびスキャ
ン角が小さい場合はメインローブの拡がりおよびサイド
ローブの発生は少ないため、例えば、−10°〜0°〜
+10°の範囲ではオフセットせず、−45°〜−10
°と10°〜45°の範囲でオフセットさせてもよい。
Instead of changing the angle to be offset linearly in accordance with the scan angle, the offset may be divided into scan ranges, and an offset angle that changes stepwise for each section may be set. Further, the angle to be offset may be a fixed value. For example, scan command angle θ-45 -44…
-1 0 1 ... 44 45, the 100 kHz signal is shifted by 1.3 ° in each + direction, and 90 k
The signal of Hz may be shifted by 1.3 ° each. However, when the scanning direction is just below and the scan angle is small, the spread of the main lobe and the occurrence of the side lobe are small.
No offset in the range of + 10 °, -45 ° to -10
And may be offset in the range of 10 ° to 45 °.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、周波数
1とこれよりも低い周波数f2の超音波を同時に送波
し、これにより得られる2次周波数(f1−f2)の超音波
信号のエコーに基づき地層探査する地層探査機におい
て、θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1の超
音波のスキャン方位をθからβだけ正にシフトし、周波
数f2の超音波のスキャン方位をθからβだけ負にシフ
トして同時に送波したので、このときに得られる2次周
波数のビーム特性は、メインローブのビーム幅が直下方
向に送波したときと同程度に狭められるので、検出分解
能が低下することはない。又、サイドローブの発生も抑
制されるため、像が不明瞭になるのが防止される。
As described above, according to the present invention, the frequency f 1 than this lower frequency f 2 to transmit ultrasound at the same time, thereby resulting secondary frequency (f 1 -f 2) In a stratum explorer that conducts a stratum search based on echoes of an ultrasonic signal, when beam scanning is performed in the θ direction, the scan azimuth of the ultrasonic wave having the frequency f 1 is shifted from θ to a positive value by β, and the ultrasonic wave having the frequency f 2 is scanned. Since the azimuth was shifted negatively from θ by β and transmitted simultaneously, the beam characteristics of the secondary frequency obtained at this time are narrowed to the same extent as when the beam width of the main lobe is transmitted directly below. However, the detection resolution does not decrease. In addition, since the occurrence of side lobes is suppressed, the image is prevented from being unclear.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 パラメトリック超音波送受波器の平面図およ
び側面図
FIG. 1 is a plan view and a side view of a parametric ultrasonic transducer.

【図2】 図1のパラメトリック超音波送受波器を用い
たときの送受波ビームを示した図
FIG. 2 is a diagram showing a transmitted and received beam when the parametric ultrasonic transducer of FIG. 1 is used.

【図3】 図1のパラメトリック超音波送波器により、
100kHzの超音波を直下方向に送波したときのビー
ム特性図
FIG. 3 shows a diagram of the parametric ultrasonic transmitter shown in FIG.
Beam characteristic diagram when a 100 kHz ultrasonic wave is transmitted directly below

【図4】 図1のパラメトリック超音波送波器により、
90kHzの超音波を直下方向に送波したときのビーム
特性図
FIG. 4 shows a diagram of the parametric ultrasonic transmitter shown in FIG.
Beam characteristic diagram when a 90 kHz ultrasonic wave is transmitted directly below

【図5】 図1のパラメトリック超音波送波器により、
100kHzと90kHzの超音波を直下方向に同時送
波したときに得られる2次周波数におけるビーム特性図
FIG. 5 shows the parametric ultrasonic transmitter of FIG.
Beam characteristic diagram at the secondary frequency obtained when 100 kHz and 90 kHz ultrasonic waves are simultaneously transmitted in the direct downward direction

【図6】 図1のパラメトリック超音波送波器により、
100kHzの超音波を45°方向に送波したときのビ
ーム特性図
FIG. 6 shows a diagram of the parametric ultrasonic transmitter shown in FIG.
Beam characteristic diagram when an ultrasonic wave of 100 kHz is transmitted in the direction of 45 °

【図7】 図1のパラメトリック超音波送波器により、
90kHzの超音波を45°方向に送波したときのビー
ム特性図
FIG. 7 shows an example of the parametric ultrasonic transmitter shown in FIG.
Beam characteristic diagram when a 90 kHz ultrasonic wave is transmitted in the 45 ° direction

【図8】 図1のパラメトリック超音波送波器により、
100kHzと90kHzの超音波を45°方向に同時
送波したときに得られる2次周波数におけるビーム特性
FIG. 8 shows a diagram of the parametric ultrasonic transmitter of FIG.
Beam characteristic diagram at the secondary frequency obtained when simultaneously transmitting 100 kHz and 90 kHz ultrasonic waves in the 45 ° direction

【図9】 本発明の地層探査装置の1実施形態を示した
送波部の制御ブロック図
FIG. 9 is a control block diagram of a wave transmitting section showing an embodiment of a geological survey device of the present invention.

【図10】 本発明の地層探査装置の1実施形態を示し
た受波部の制御ブロック図
FIG. 10 is a control block diagram of a wave receiving unit showing an embodiment of a geological survey device of the present invention.

【図11】 図9の各位相ROMに記憶されたデータを
読み出して得られた信号を示した図
FIG. 11 is a diagram showing a signal obtained by reading data stored in each phase ROM of FIG. 9;

【図12】 図9の各位相ROMに記憶されたデータを
読み出して得られた信号を示した図
FIG. 12 is a diagram showing signals obtained by reading data stored in each phase ROM of FIG. 9;

【図13】 図1のパラメトリック超音波送波器によ
り、100kHzの超音波を46.3°方向に送波した
ときのビーム特性図
13 is a beam characteristic diagram when an ultrasonic wave of 100 kHz is transmitted in the direction of 46.3 ° by the parametric ultrasonic wave transmitter of FIG.

【図14】 図1のパラメトリック超音波送波器によ
り、90kHzの超音波を43.7°方向に送波したと
きのビーム特性図
FIG. 14 is a beam characteristic diagram when a 90 kHz ultrasonic wave is transmitted in the direction of 43.7 ° by the parametric ultrasonic transmitter of FIG. 1;

【図15】 図1のパラメトリック超音波送波器によ
り、100kHzの超音波を46.3°方向に、同90
kHzの超音波を43.7°方向に、それぞれ同時に送
波したときに得られる2次周波数におけるビーム特性図
FIG. 15 is a diagram illustrating a parametric ultrasonic transmitter shown in FIG.
Beam characteristic diagram at the secondary frequency obtained when the ultrasonic waves of kHz are simultaneously transmitted in the directions of 43.7 ° respectively.

【図16】 本発明の地層探査装置の1実施形態を示し
た送波部の制御ブロック図
FIG. 16 is a control block diagram of a transmission unit showing an embodiment of a geological survey device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 位相ROM 2 増幅器 3 クロックパルス発生器 4 分周器 5 距離カウンタ 6 方位カウンタ 8 オフセット回路 9 カウンタ 10 クロックパルス発生器 11 切替器 12 カウンタ 13 クロックパルス発生器 21 増幅器 22 A/D変換器 23 画像メモリ 24 D/A変換器 25 CRT 26 座標変換回路 27 クロックパルス発生器 28 Xカウンタ 29 Yカウンタ 30 切替機 S 超音波送波器 R 受波器 Reference Signs List 1 phase ROM 2 amplifier 3 clock pulse generator 4 frequency divider 5 distance counter 6 azimuth counter 8 offset circuit 9 counter 10 clock pulse generator 11 switch 12 counter 13 clock pulse generator 21 amplifier 22 A / D converter 23 image Memory 24 D / A converter 25 CRT 26 Coordinate conversion circuit 27 Clock pulse generator 28 X counter 29 Y counter 30 Switching device S Ultrasonic wave transmitter R Receiver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04R 17/00 330 G01S 7/52 D ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H04R 17/00 330 G01S 7/52 D

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周波数f1とこれよりも低い周波数f2
超音波を同時に送波し、これにより得られる2次周波数
(f1−f2)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する
地層探査装置において、 任意の方向にビームスキャンすべく、送波器の各振動子
で送波する超音波の位相を制御する手段を備え、該手段
により、θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1
の超音波のスキャン方位を(θ+β)とし、周波数f2
超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記手段によ
り、−θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1
超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波数f2
超音波のスキャン方位を(−θ+β)とし、メインローブ
のビーム幅を狭めたことを特徴とする地層探査装置。
1. An ultrasonic wave having a frequency f 1 and an ultrasonic wave having a frequency f 2 lower than the frequency f 1 are simultaneously transmitted, and a secondary frequency obtained thereby is obtained.
In a stratum exploration apparatus for stratum exploration based on an echo of an ultrasonic signal of (f 1 −f 2 ), a phase of an ultrasonic wave transmitted by each transducer of a transmitter is controlled in order to perform beam scanning in an arbitrary direction. Means for beam scanning in the θ direction by means of the frequency f 1
Scan ultrasound scanning direction and (θ + β), the ultrasonic scanning direction of the frequency f 2 and (θ-β), the said means, when the beam scanning in the -θ direction, the ultrasonic frequency f 1 An underground exploration apparatus characterized in that the azimuth is (-θ-β), the scan azimuth of the ultrasonic wave of frequency f 2 is (−θ + β), and the beam width of the main lobe is narrowed.
【請求項2】 周波数f1とこれよりも低い周波数f2
超音波を同時に送波し、これにより得られる2次周波数
(f1−f2)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する
地層探査装置において、 任意の方向にビームスキャンすべく、送波器の各振動子
で送波する超音波の位相を制御する手段を備え、該手段
により、θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1
の超音波のスキャン方位を(θ+β)とし、周波数f2
超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記手段によ
り、−θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1
超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波数f2
超音波のスキャン方位を(−θ+β)とし、サイドローブ
の発生レベルを抑制したことを特徴とする地層探査装
置。
Wherein frequencies f 1 and which simultaneously transmitting ultrasonic waves lower frequency f 2 than, thereby 2 obtained order frequency
In a stratum exploration apparatus for stratum exploration based on an echo of an ultrasonic signal of (f 1 −f 2 ), a phase of an ultrasonic wave transmitted by each transducer of a transmitter is controlled in order to perform beam scanning in an arbitrary direction. Means for beam scanning in the θ direction by means of the frequency f 1
Scan ultrasound scanning direction and (θ + β), the ultrasonic scanning direction of the frequency f 2 and (θ-β), the said means, when the beam scanning in the -θ direction, the ultrasonic frequency f 1 An underground exploration apparatus characterized in that the azimuth is (-θ-β), the scan azimuth of the ultrasonic wave at the frequency f 2 is (−θ + β), and the generation level of the side lobe is suppressed.
【請求項3】 周波数f1とこれよりも低い周波数f2
超音波を同時に送波し、これにより得られる2次周波数
(f1−f2)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する
地層探査装置において、 任意の方向にビームスキャンすべく、送波器の各振動子
で送波する超音波の位相を制御する手段を備え、該手段
により、θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1
の超音波のスキャン方位を(θ+β)とし、周波数f2
超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記手段によ
り、−θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1
超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波数f2
超音波のスキャン方位を(−θ+β)とし、メインローブ
のビーム幅を狭め、かつサイドローブの発生レベルを抑
制したことを特徴とする地層探査装置。
3. A frequency f 1 and which simultaneously transmitting ultrasonic waves lower frequency f 2 than, thereby 2 obtained order frequency
In a stratum exploration apparatus for stratum exploration based on an echo of an ultrasonic signal of (f 1 −f 2 ), a phase of an ultrasonic wave transmitted by each transducer of a transmitter is controlled in order to perform beam scanning in an arbitrary direction. Means for beam scanning in the θ direction by means of the frequency f 1
Scan ultrasound scanning direction and (θ + β), the ultrasonic scanning direction of the frequency f 2 and (θ-β), the said means, when the beam scanning in the -θ direction, the ultrasonic frequency f 1 An underground survey in which the azimuth is (-θ-β), the scan azimuth of the ultrasonic wave of frequency f 2 is (-θ + β), the beam width of the main lobe is narrowed, and the generation level of the side lobe is suppressed. apparatus.
【請求項4】 第1の超音波振動子群(A)および第2の
超音波振動子群(B)を備えた超音波送波器(S)と、前記
の各超音波振動子群(A,B)で個別に所望方位に送波ビ
ームを形成すべく、各超音波振動子群(A),(B)にそれ
ぞれ供給する周波数f1とこれによりも低い周波数f2
超音波信号を、前記各方位毎にサンプリングデータとし
て記憶している位相ROM(1),(1')とを備え、第1
の超音波振動子群(A)および第2の超音波振動子群(B)
により、所望のスキャン指令角θの方位に周波数f1
よび周波数f2の超音波を同時に送波し、これにより得
られる2次周波数(f1−f2)の超音波信号のエコーを超
音波受波器(R)で受波して地層探査する地層探査装置で
あって、 前記所望のスキャン指令角θに対して、位相ROM(1)
では(θ+β)方向のデータを読み出し、位相ROM
(1')では(θ−β)方向のデータを読み出し、スキャン
指令角−θに対して、位相ROM(1)では(−θ−β)方
向のデータを読み出し、位相ROM(1')では(−θ+
β)方向のデータを読み出せるよう、各位相ROM
(1),(1')には対応するデータを記憶させたことを特
徴とする地層探査装置。
4. An ultrasonic transmitter (S) including a first ultrasonic vibrator group (A) and a second ultrasonic vibrator group (B), and each ultrasonic vibrator group ( a, B) in order to form a transmission beam to individually desired orientation, each group of ultrasound transducers (a), (B) a low frequency f 2 of the ultrasonic signal is also frequency f 1 supplied respectively thereby And phase ROMs (1) and (1 ′) storing sampling data for each direction.
Ultrasonic transducer group (A) and second ultrasonic transducer group (B)
, The ultrasonic waves of the frequency f 1 and the frequency f 2 are simultaneously transmitted in the direction of the desired scan command angle θ, and the echo of the ultrasonic signal of the secondary frequency (f 1 −f 2 ) obtained by this A stratum exploration apparatus for striking a stratum by receiving waves with a receiver (R), wherein a phase ROM (1)
Now read the data in the (θ + β) direction,
In (1 ′), data in the (θ−β) direction is read, and for the scan command angle −θ, data in the (−θ−β) direction is read in the phase ROM (1), and in the phase ROM (1 ′). (−θ +
Be sure to read each phase ROM
(1), (1 ′), a geological survey device characterized by storing corresponding data.
【請求項5】 上記βの値は、スキャン指令角θに比例
する請求項4記載の地層探査装置。
5. The underground exploration apparatus according to claim 4, wherein the value of β is proportional to the scan command angle θ.
【請求項6】 上記βの値は固定値である請求項4記載
の地層探査装置。
6. The geological survey device according to claim 4, wherein the value of β is a fixed value.
【請求項7】 スキャン指令角θが所定角度以下ではス
キャン指令角=スキャン方位とし、スキャン指令角θが
所定角度以上でスキャン方位をβに基づきシフトさせる
請求項4記載の地層探査装置。
7. The geological exploration apparatus according to claim 4, wherein when the scan command angle θ is equal to or smaller than a predetermined angle, the scan command angle is equal to the scan azimuth, and when the scan command angle θ is equal to or larger than the predetermined angle, the scan azimuth is shifted based on β.
【請求項8】 周波数f1とこれよりも低い周波数f2
超音波を同時に送波し、これにより得られる2次周波数
(f1−f2)の超音波信号を得るビームスキャン方法であ
つて、 任意の方向にビームスキャンすべく、送波器の各振動子
で送波する超音波の位相を制御する手段を備え、該手段
により、θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1
の超音波のスキャン方位を(θ+β)とし、周波数f2
超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記手段によ
り、−θ方向にビームスキャンするとき、周波数f1
超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波数f2
超音波のスキャン方位を(−θ+β)とし、メインローブ
のビーム幅を狭めたことを特徴とするビームスキャン方
法。
8. A transmitting ultrasonic waves of frequency f 1 than this lower frequency f 2 at the same time, thereby secondary frequency obtained
A beam scanning method for obtaining an ultrasonic signal of (f 1 −f 2 ), comprising means for controlling a phase of an ultrasonic wave transmitted by each transducer of a transmitter to perform beam scanning in an arbitrary direction. When beam scanning is performed in the θ direction by the means, the frequency f 1
Scan ultrasound scanning direction and (θ + β), the ultrasonic scanning direction of the frequency f 2 and (θ-β), the said means, when the beam scanning in the -θ direction, the ultrasonic frequency f 1 A beam scanning method, wherein the azimuth is (-θ-β), the scan azimuth of the ultrasonic wave of frequency f 2 is (-θ + β), and the beam width of the main lobe is narrowed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023510403A (en) * 2020-01-17 2023-03-13 イクスブルー Indicative parametric echo sounders and methods for characterizing subseafloor portions of underwater environments
CN118091628A (en) * 2024-04-25 2024-05-28 山东省煤田地质局第三勘探队 Radar device and method for detecting coal seam structure graph

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