JPS5821880B2 - 水中用送受波器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気エネルギーと音響エネルギーの変換を行
なう水中用送受波器の指向性の副極大を抑制する構造に
関するものである。

送受波器では目的方向（主極方向）のみに感度をもつこ
とが外部ノイズの低減すなわち信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比
の向上に望ましいことである。

したがって、その副極大を小さい値に抑え得ることが送
受波器の主要な性能である。

副極大は、一般に、送受波器の主極方向感度に対する感
度比のｄＢ表示で表わされ、送受波器の放射面の形状、
振動子の配列、その振動子の位相および各放射面部分の
送波（または受波。

送受波器の指向性は送受波同一であるので以下送波の場
合について記す。

）エネルギー比により決まる。例えば単一な円板の副極
大は約−１７，５ｄＢであり、単一な矩形波の副極大は
約−１３，８ｄＢである。

従来から知られている副極大抑制方式としては、次ぎの
ようなものがある。

単一な放射面の場合は円板、矩形板に代えて六角形等多
角形または階段形のものがあった。

放射面として２個以上の複数個の振動子を使用する場合
は、同一形状の振動子を一定間隔をおいて直線上に配置
し、それぞれの振動子の送波エネルギーを中心付近の振
動子に対して小さくコントロールする方式と、形状の相
違する振動子を直線上に配置し、中心付近の振動子と比
べて放射面の小なるものを端辺に配列する方式とがある
。

この複数振動子を直線上に配置する方式は、原理的には
中心付近より端辺において送液エネルギー密度を小さく
したものでありこのように配分したエネルギーの放射が
副極大の抑制効果をもたらし、数学的な考察からも植種
検討されている。

副極大を抑制する方式として多く採用されているものは
同一形状の振動子を多数個使用し、これら振動子を一定
間隔で直線上に配置し、各振動子からの送波エネルギー
を抑制する方式である。

この方式が多用されるのは、送受波器に要求される放射
面積は一般にかなり大きく、これを１個の振動子で実現
すると極端に大きなものとなり製造原価が高くなるので
、多数振動子を用いて必要な放射面積を得た方が価格上
有利だからである。

さらに振動子の形状の異なるものを多種製造するのは同
じく製造上コスト高になるためである。

この方式において各振動子の送波エネルギーを制御する
ことをシェーディングといい、ある基準振動子の送波エ
ネルギーに対する他の振動子の送波エネルギー比をシェ
ーディング比という。

シェーディング比の算出方法は設計手法として確立した
ものである。

シェーディングをかけることは磁歪形の振動子では比較
的容易である。

磁歪型振動子では、励磁電流一定のとき送波エネルギー
は励磁用コイルの巻数の２乗に比例する。

よってこの巻数を調整することにより容易にシエデイン
グをかげることができ、副極大を抑制した送受波器を実
現できるのでありこのような構造の送受波器が量も多く
製造されているのである。

しかし、シェーディングをかげに（い振動子を使用する
場合には難点がある。

例えば電歪材（ジルコン酸チタン酸鉛系等）を振動子と
して使用するときはシェーディングをかけるためにトラ
ンス、コンデンサ等により印加電圧を調整せざるを得な
いために送受波器が複雑で重くなり容積も大きくなる欠
点がある。

そこで本発明の目的は、特別な部品の付加を要せずして
シェーディング効果を有す送受波器を提供するにある。

本発明によれば、複数の同一形状の振動子を配列してな
る送受波器において、この複数の振動子６各が送受波エ
ネルギーの大きさについて２つ以上に区分されることと
、前記振動子の配列の間隔が２通り以上であることとを
特徴とする送受波器を得ることができる。

本発明によればさらに、上記水中用送受波器において、
当該複数の振動子が互いに直並列接続されていることを
特徴とする水中用送受波器を得ることができる。

この発明による送受波器では、複数の振動子の配列間隔
を中央部で小さく端辺部で大きくすること、及びこの複
数の振動子は送波するエネルギーの大きさについて二種
類以上に区分されていることの二つの構成上の特徴の融
合によってシェーディング効果を持たせている。

振動子の配列間隔を端部に近づくほど広（することによ
り、振動子を配列した空間のエネルギー分布を中央で密
に端部で粗にしている。

しかし、端部近傍での間隔な犬きくすると送受波器が大
形化し、好ましくないことが多い。

そこで振動子から送波するエネルギーについても端辺の
振動子と中央部のものとを異ならしめている。

すなわち端部近傍の振動子からは中央部のものより少な
いエネルギーを放射させ、配列間隔を異ならしめたこと
と相乗してシェーディング効果を一層効率よく発揮させ
る。

６各の振動子から送波されるエネルギーを異ならしめる
には、複数の振動子を直並列接続することにより極めて
簡単な構成で実現できる。

このような構成による送受波器は装置の小型軽量化、高
信頼性化および製造原価の低廉化をもたらす。

特に振動子の配列間隔を変えたことにより、振動子は同
じ形状のもの一種類で足りるので、少しづつ放射面積の
異なるものを等間隔に配列した従来の送受波器に比べ格
段に低価格となる。

また振動子の配列間隔を異ならしめることと併せて送波
エネルギーについても２段階以上を設けているので、送
受波器の大形化を避けることができる。

振動子からの送波エネルギーを２段階またはそれ以上と
するには振動子を直並列接続とするだけでよいので、そ
のための特別の部品を要せず、このことも装置の高信頼
性化、小形軽量化、低廉化に著しく貢献する。

この直並列接続により送波エネルギーを異ならしめる手
段は、電歪振動子の送受波器に適用するとき、従来のも
のに比して特にその特性が顕著である。

振動子への印加電圧調整のため従来トランス、コンデン
サ等を要していたのに対し、本発明の方式ではこのよう
な特別な部品を全く要しないからである。

さらに本発明による方式では、送波エネルギーの制御の
みによりシェーディングをかける従来の方式に比べ、各
振動子に印加される電力が均一化されているため、より
高電力の印加が可能となる利点がある。

以下図面を参照して本発明を詳述する。

図１は複数個の振動子を直線上等間隔に配列した従来の
送受波器についての説明図である。

本図ａは複数の振動子からそれぞれ異なるエネルギーを
放射する電気的シェーディング型の送受波器の例である
。

円形放射面を有する６個の振動子１〜６に対して中央の
ものに多く端部近傍のものに少ないエネルギーを配分す
る。

こめ場合のシェーディング比を同図Ｃに示す。

ここでＩｌ 、Ｉ２ 、Ｉ３は各振動子のシェーディン
グ比、ｄは振動子の間隔である。

このように振動子ごとに異なるエネルギーを配分するこ
とは、磁比型振動子では振動子ごとに励磁用コイルの巻
数を変えるだけで実現できる。

しかし電歪型振動子の場合にはトランス、コンデンサ等
の部品を用いて印加電圧を調整せざるを得ない。

図Ａ、、Ａ２およびＡ３は印加電圧を示し、Ａ、〉Ａ２
〉Ａ３ である。

したがって装置が複雑、大型で重いものとなる欠点があ
る。

図１ｂは、上述の図１ａのものと同様直線上に複数の振
動子を等間隔に配置した送受波器であるが、各振動子へ
のエネルギーの配分を電気的に行なうのではなく、各振
動子の放射面積を異ならしめてシェーディング効果を持
たせたものである。

各振動子の放射面積は、中央のものを広く端のものを狭
くする。

図の８１．Ｓ２およびＳ３は放射面積を示しＳ、〉Ｓ２
〉Ｓ３である。

このようにして同図Ｃに示すようなシェーディング比分
布を得る。

この方式では、上述の図１３に示す方式のようにシェー
ディングをかげるために特別な部品を要しないが、放射
面積の異なる多種の振動子を使用するので製造原価が高
くなる欠点がある。

図２に本発明による送受波器の一実施例を示し、同図ａ
にその振動子の配列を示す。

この送受波器は、正方形放射間を有する８個の振動子１
，２・・・８を直線上に異なる間隔ｄ１． ｄ２． ｄ
３． ｄ、で配置１ルたものである。

ここでｅ＝ｏ、３７λ、ｄ、＝０．４０λ、ｄ２＝０．
４２λ、ｄ３＝０．４５λ、ｄ４＝０．５６λ（λは水
中での音波の波長）であり、中央から端に向かう程大き
な間隔をとっている。

振動子は電歪型である。

したがって、放射エネルギーは印加電圧に比例する。

これら振動子１〜８の接続を同図すに示す。

両端の振動子１と８を直列に接続し、他の６個は並列接
続である。

両端の振動子１と８を直列接続して振動子の送波エネル
ギーをコントロールしている。

この振動子１と８には印加電圧が牛骨になり送波エネル
ギーが１／４になっている。

間隔ｄ４ をより太き（とらなければならないところを
小さな間隔でもって同じシェーディング効果をもたらし
装置の小形化を図っているのである。

あるいは、より多く振動子を用意して配列の間隔をきめ
細かに行なわなければならないところをより少数の振動
子で同様の効果をもたらし構造の単純化を図っているも
のである。

振動子が電歪形の場合について記述したが磁歪振動子を
用いその励磁巻線を各振動子とも同一にしても同様のシ
ェーディング効果を有する送受波器を実現できる。

尚、磁歪振動子の場合には送波エネルギーのコントロー
ルのために直並列接続でなく両端の振動子１と８の励磁
巻線の巻数を減少することにより同様の効果を得ること
もできる。

図３には、図２に示した本発明による送受波器の指向性
パターンの実測値（実線）と計算値（破線）を示す。

最大副極は実測値−２１ｄＢ、計算値−２２ｄＢである
。

振動子数８個の一配列、シェーディングなしの場合の副
極大は振動子の放射面が波長に比べて小さいときは（こ
の実測の場合約１／３で十分率さい）約−１３，８ｄＢ
である。

したがって本発明による送受波器は、副極大抑圧の効果
において甚だ優れている。

本実施例における振動子の配列は直線（１次元）上の配
列であった。

しかし、この配列は直線に限らず、平面（２次元）や円
筒面などの３次元で行なった場合にも副極大を抑圧した
送受波器を実現することができる。

振動子の送受波エネルギを異ならしめる手段として、上
記実施例では、振動子を直並列接続して行なった。

しかし、これに限らず従来行なわれているように、励磁
巻線数を変えることあるいはトランス、コンデンサの部
分を追加して行なうも可能であり、この場合にも本発明
では振動子の配列間隔の調整によっであるシェーディン
グ効果を持たせであるので、送受波エネルギーを異なら
しめる振動子の数は従来のものに比し相当少数でもって
同じシェーディング効果を持たせることができる。

従って、送受波器の小形軽量化、高信頼性化および価格
の低廉化を図り得る。

【図面の簡単な説明】

図１ａは電気的にシェーディングをかける従来の送受波
器の振動子配置図、同図すは放射面積の相違によりシェ
ーディングをかける従来の送受波器の振動子配置図、同
図Ｃはａおよびｂに示した送受波器のシェーディング比
を示す図である。 図２ａは本発明による送受波器の振動子配置図、同図ａ
はその振動子接続図である。 図３は、図２に示す送受波器の指向性パターン図である
。 各図において参照番号１，２・・・８は振動子を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の同一形状の振動子を配置１ルてなる送受波器
   において、該複数の振動子に供給する送受液エネルギー
   の大きさを２種以上にしたことと、前記配列の間隔を２
   種以上にしたこととを特徴とする水中用送受波器。 ２ 前記複数の振動子が互いに直並列接続されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１項記載の水中用送受波
   器。