JPS6215478A - 水中探知装置における超音波信号の送信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、広範囲方向に超音波パルスを送受波して水
中の広範囲方向を探知する水中探知装置に関し、出願人
が特願昭８０−１１９３２５号で提供した水中探知装置
の改良に関する。

（従来の技術） 特願昭ＢＯ−１１９３２５号において、水中の広範囲方
向に超音波パルスを送信する超音波送受波器は、第２図
に示すように、超音波パルスを送信する広範囲角０を０
１、ｏ２．　　ｏ３．　　θ４に分割して、ｏ１ノ範囲
角には周波数ｆ１の超音波パルスを送信し、又、ｏ２．
０３．０４の各々の範囲角方向にはｆ２、ｆ３．１４の
周波数の超音波パルスをそれぞれ送信する。

超音波送受波器は共通の超音波振動子が周波数ｆｌ、ｆ
２、ｆ３、ｆ４の各周波数によって励振される。

この場合、０１．０２．０３．０４の各方向に送波され
る超音波パルスは同一レベルであることが望ましい。

ところが、共通の超音波振動子を異なる周波数で励振し
た場合、各励振周波数４げに超音波パルスのインピーダ
ンスが異なるから、同一レベルの励振パルスで励振して
も、超音波信号の送信出力は同じにはならない。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、上記装置において、共通の超音波振動子を
異なる周波数で励振する場合に、同一出力の超音波信号
を送信させることに関する。

超音波１辰動子のインピーダンス変化による出力変化を
補償する方法として、例えば、第３図のような構成が従
来から用いられている。第３図において、電力増＋ｌＪ
器ｌの出力信号が変成器２から超音波振動子４へ導かれ
るとき、切換スイッチ３によって変成器２の変成比が切
換えられるようになｙれている。切換スイッチ３は、超
音波振動子４のインピーダンスが変化したとき、変成器
２の変成比を超音波振動子４のインピータンスに最も整
合する変成比に切換えるごとく切換え動作を行なう。

第３図において、切換えスイッチ３は電力増１１」ン：
（１の出力を切換えるから、大゛屯流あるいは大電圧の
信号を切換えることになる。大゛１ｕ流あるいは大電圧
の信号を切換える場合、比ｊ咬的大きなスパイク゛？［
圧あるいは切換え雑音がｖＪ換え時に発生するから、切
換動作を高速あるいは頻繁に行なうことはできない。と
ころが、特願昭ｓｏ　−１１９３２５＋Ｊの装置におい
ては、各々の範囲角方向に送信される　　・超音波信号
の周波数切換えは高速で行われるから、−１；記憶３図
のような構成の切換え装ｊ１γ１を用いることはできな
い。

（問題点を解決するための手段、作用）問題点を解決す
るための手段として、周波数の異なる励振パルスを微少
時間毎に生成して超音波振動子に導く励振信号の生成器
と、出力インピーダンスの異なる複数組の励振回路を用
意して、励振信号の周波数切換えに連動して励振パルス
を導く励振回路の９Ｊ換えを行なう。この切換えによっ
て励振回路の出力インピーダンスと超音波振動子のイン
ピーダンスとを励振周波数に応じて整合させる。

（実施例） 第１図において、５は超音波送受波器を示し、この実施
例においては８個の超章波振動子５０１乃至５０８で超
音波送受波器か構成されている。

超音波振動子５０１乃至５０８は切換器８０１乃至６０
８を経て電力増巾器７０１乃至７０８あるいは８０１乃
至８０８から励振信号が導かれる。

電力増ｒｌ器７０１乃至７０８並びに８０１乃至８０８
はラッチ回路８０１乃至９０Ｂの出力信号をパルス変調
して出力する。ラッチ回路８０１乃至９０８は読出し専
用メモ１月０から読出される記憶データをそれぞれがラ
ッチすることにより８相の周波信号を生成する。この周
波信号の生成装置は、出願人が特願昭５７−１３７７４
５号で提供した多相周波信号の生成器、置が用いられる
。すなわち、カウンター１１によって読出し専用メモ１
月０の記憶データが読出され、読出された記憶データが
ラッチ回路９０１乃至８０８にラッチされることにより
多相周波信号が生成される。第１図の実施例においては
、読出し専用メモリｌＯは８ビツトの出力で記ｔ（ｌデ
ータを出力し、この記憶データがラッチ回路９０１乃至
９０８にラッチされるから、８相の周波信号が出力され
る。なお、この周波信号は実際には矩形波列が出力され
る。

カウンター１１はＯＲ回路１２から出力されるパルス列
を計数し、その計数イイ１によって」１記の多相周波信
号が生成される。従って、多相周波信号の周波数はパル
スのくり返し周波数によって決定される゛。

ＯＲ回路１２はゲート回路１３０１乃至１３０４のいず
れかを経て分周回路１４から導かれるパルス列をカウン
ター＋１へ出力する。分周回路１４はクロック・パルス
源１５から出力されるクロックパルス列を分周して、そ
の分周過程からくり返し周波数がｆｌｌ、ｆｌ２、ｆｆ
　　の異なる４種類のパルス列を出力する。

なお、ラッチ回路９０１乃至９０８は、特願昭５７−１
３７７４５号と同様にして、ラッチパルス生成回路２４
から出力されるラッチパルスによってラッチ動作を行な
う。

ゲート回路１３０１乃至１３０４はデコーダ１６によっ
て開閉制御が行われる。デコーダ１Ｇはカウンター７の
計数値が変化するとき、ゲーＩ−回路１３０１乃至１３
０４を順に導通させる。従って、ゲート回路１３０１乃
至１３０４が一順して導通したとき、周波数ｆ、ｆ　　
、ｆ１３　ｆ１４のパルス列がカウンター１１へ導かれ
る。

従って、読出し専用メモリー０はくり返し周波数が異な
る４種類のパルス列によって記憶データが読出される結
果、８相の周波信けの周波数が４種類に変化する。

上記において、カウンター１７は、ゲート回路１８を経
て導かれるクロックパルス３；ｉ１９のパルス列を計数
する。カウンター１７は４准カウンターで構成され、入
力端Ｐ１かもキーイングパルスが印加される４σに計数
値がリセットされる。又、入力☆１“１ｊＰののキーイ
ングパルスはゲート回路１８へも導かれ、キーイングパ
ルスが印加されるｉσにゲー）・回路１８が導通ずる。

ゲート回路１８は、導通後、カウンター１７の桁」−げ
パルスによって遮断される。従って、カウンター１７は
、キーイングパルスか印加される４σに４進計数を行な
い、計数値変化に従ってデコーダ１６がゲート回路１３
０１乃至１３０４を順次導通させて、カウンター１１へ
導くパルス列の周波数を順次変化させる結果、ラッチ回
路９０１乃至９０８から出力Ｓれる周波信号の周波数が
４種類に変化させられる。

カウンター１７の計数イ１１１はデコーダ１６へ導かれ
ると同時に、数値設定器２０へも導かれる。数値設定器
２０はカウンター１７の計数値に対応して読出し専用メ
モリ　２０３の記憶番地の第１領域、第２領域、第３領
域、第４領域を順に切換えて指定する。そして、ｉ１領
域が指定きれている間、カウンター１１によって読出し
専用メモリーＯの記憶データが読出されて生成される周
波信号が超音波振動子５０１乃至５０８に導かれるとき
、ｆ５７図の０１力向に周波数ｆの超音波パルスが送信
される。すなわち、第１領域の記ｔ（７データが読出さ
れて超ン″１波振動子５０１７’Ｊ至５０８の励振信号
が生成されるときは、超音波振動子５０１乃至５０８か
ら送信される超音波信号の合成指向特性が０１方向にな
るように、生成される励振信号の位相関係が設定されて
いる。励振信号の位相関係は、上記から明らかなように
、読出し専用メモリ１０の記憶データを適宜設定するこ
とにより、任意の位相関係に設定することができる。次
に、第２領域に切換えられると、超音波信号の送信方向
が、ＦＳＺ図に示す０２の範囲角力向になるように周波
信号の位相関係が設定される。このとき１周波信号は、
カウンター１１に導かれる周波数がデコーダ１６によっ
て切換えられるから１周波数がｆ２に切換えられる。同
様にして、ｆ５３領域、第４領域に切換えられると、超
音波信号の送信方向が、第２図に示す０３．０４のそれ
ぞれの方向になるように、励振信号の位相関係が各ｇ１
城４σに設定されている。又、０３．０４の方向に超ｆ
ｆ波が送信されるときは、周波数がｆ３、ｆ４にそれぞ
れ切換えられる。この周波数切換えは、カウンター１７
の数値変化に対応して、数値設定［２０による読出し専
用メモリｌＯの読出し領域の切換えと、デコーダＩＢに
よる読出しパルスの周波数切換えとが連動して行われる
。

１読出し専用メモリ１０の第１領域から第４領域までの
読出し領域の！、ｌＪ換えは、カウンター１７によって
極めて短時間内に行われる。

第４図ａは端子Ｐ１に印加されるキーイングパルスを示
し、キーイングパルスａによってカウンター１？かりセ
ットされると同時に、ゲート１８が導通してカウンター
１７へ・クロックパルスがイ共給される。

カウンター１７はクロックパルスを４進計数で計数して
Ｈｊ　−ｔニー　Ｉｆ　パルスを送出し、その桁」二げ
パルスによってゲート１８を遮断する。ｆ５４図Ｃはカ
ウンター１７の桁上げパルスを示し、第４図Ｃはキーイ
ングパルスａが印加されてから桁上げパルスＣが送出さ
れるまでの間のゲート１８の導通期間Ｔ、を示す。

この導通期間Ｔ、はキーイングパルスａの周期Ｔ。に比
して充分１υかくなるように設定されている。

ゲート１８を通過してカウンター１７へ導かれるパルス
列は制御パルス生成回路２５へも送出される。

制御パルス生成回路２５はゲート１８からパルス波が送
出される４σに制御パルスを生成する。ゲーｉ・１８は
カウンター１７が４進計数を行なう間導通するから、制
御パルス生成回路２５は第４図ｄのように４個の制御パ
ルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を生成する。この制御パル
スＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はゲート２１０１乃至２１ｏ
４を経てウェイト伺は回路２３０１乃至２３ｏ４へ導か
れる。

ゲー）　２１０＋乃至２１０４はデコーダ２２によって
制御され、デコーダ２２が制ｆＪ’ＵパルスＰ１、Ｐ２
、Ｐ３、Ｐ４の出現に回期してゲー１−２１０１．２１
０２，２１０３．２１０４を順に導通させることにより
、制御パルスＰＰ１１２ゝ Ｐ３、Ｐ４をウェイト伺は回路２３０＋、２３０２，２
３０３．２３０４の各々へ振分けて導く、デコーダ２２
はカウンタニ１７（７）ｉｌ数値に基づイテ、ゲート２
１０＋乃至２１０４ノウちカウンター１７の計数値に対
応するゲートを導通させる。

ウェイト伺は回路２３０１乃至２３ｏ４は、例えば、電
圧分割回路で構成され、それぞれに導かれる制御パルス
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の振巾を制御する。この振ｒＩ
Ｊ制御は、後述のように、超音波送受波器５から送信さ
れる周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４の超音波パルスの出
力が等しくなるように行われる。

ウェイト伺は回路２３０１乃至２３０４の出力のうちウ
ェイト伺は回路２３０１と２３０２の出力は電力増巾器
７０１乃至７０８へ導かれ、ウェイト付け回路２３０３
と２３０４の出力は電力増ｒｌ器８０１乃至８０８へ導
かれる。

電力増巾器７０１乃至７０８及び８０１乃至８０８の各
々は、ウェイト付け回路２３０１乃至２３０４から出力
される制御パルスによって、ラッチ回路９０１乃至９０
８から出力される周波信号をパルス変調する。

ｉ５図は電力増巾器の一例を示す。入力端Ｐにはラッチ
回路９０１乃至８０８から出力される周波信号が導かれ
、入力端Ｐ５にはウェイト伺は回路２３０１乃至２３０
４から出力される制御パルスＰ１乃至Ｐ４が導かれる。

入力端Ｐ、はトランジスタＱ。のベースに導かれ、入力
端Ｐ、は負荷抵抗Ｒ，−を経てコレクタに導かれる。そ
して、トランジスタＱ。は飽和１（１１増巾器として使
用され、入力端Ｐの入力信号に対するコレクタの出力信
号の振Ｉ１１が入力端Ｐｓの制ｉ１’［ｌ電圧によって
決定Ｓれる。従って、入力端Ｐ５にウェイト伺は回路２
３０１乃至２３０４によって波高値が制υ１された制御
コＵパルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を導くことにより、
トランジスタＱ。のコレクタからは、う・ンチ回路９０
１乃奎９０８から出力される周波信号が制ｑＪＩ＋パル
スＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４によって振ＩＩ変調されて出
力される。振＋ｌ変調された周波信号は第１変成器Ｌ１
、電力増［１］川ｉ・ランジスタＱ１、Ｑ２を紅て第２
変成Ａ：Ｘｌ−２から超音波振動子Ｔに導かれる。この
とき、第２変成器Ｌ２の出力インピーダンスは、電力増
＋ＩＪ器７０１乃至７０８と８０１乃至８０８とで異な
るように設定されている。すなわち、電力増＋ｌ器７０
１乃至７０８にはウェイト伺は回路２３０１．２３０２
から制御コしくルスＰ１、Ｐ２が導かれ、このとき、ラ
ッチ回路８０１乃〒８０８からは周波数ｆ１、ｆ２の周
波信−３−が出力されるから、１［を力増ＩＩ器７０１
乃至７０８はこの周波信号ｆ１、ｆ２を電力増１１ｊシ
て超１″嘗皮振動子５０１乃至５０８へ出力する。従っ
て、電力増１１」器７０１乃至７０８においては。

第２変成器Ｌ２の出力インピーダンスが周波Ｉｆ、、ｆ
２の周波数イ；？域に対してほぼ整合するような出力イ
ンピーダンスに設定される。同様にして、電力増＋ｌ器
８０１乃至８０８においては、周波数ｆ３、ｆ４の周波
信−ｊに対して第２変成器Ｌ２の出力インピーダンスが
ほぼ整合するように設定されている。なお、出力インピ
ーダンスは第２変成器における巻数比を適宜設定するこ
とにより任意のインピーダンスに１没定することができ
る。

超７゛１゛波振動子５０１乃至５０８から送信之れだ超
−１″７７波信、水中の探知物体によって反則された後
、超音波振動器５０１乃至５０８に受波され、切換回路
６０１乃至６０８を経て受信器へ導かれる。受信器１ま
４．１ｆ願閉ｆ３０−１１９３２５号と同様に、各超音
波振動子５０１乃至５０８の受信信号を位相合成する移
相器、加算器、位相合成したビーム信じ−を表示する表
示器等で構成されるがこれについては省略する。

（発明の効果） 以に説明のように、この発明は、水中探知を行なう広範
囲角力向を複数の範囲角に分割して、各範囲角ｉσに異
なる周波数の、ｌｌｉ？°ｆ波パルスを」（通の超音波
振動子を利Ｊｆｌ　して送信する場合に、励振周波数に
応じた出力インピーダンスの電、力増山器によって超音
波振動子を励振するようになされている。さらに、各励
４１Ａ周波数は各周波数毎に振１＋伯が最適仙になるよ
うに設定されている。従って、超１゛７波振動子５０１
乃至５０８から各方向に送信される超ｉ“１゛波信の出
力を同一出力にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示し、第２図はその超音波
振動子の送信動作を説明するための図、第３図は従来装
置を説明するための図、第４図は実施例の動作を説明す
るだめの波形図、第５図１」実施例における゛市力増＋
１器の基体例を説明するだめの図を示す。 ５０１乃至５０８・・・・・・超ｉ′７波振動イ、６０
１乃至６０８・・・・・・切換回路、　７０１乃至７０
８・・・・・・電力増巾器、　８０１乃至８０８・・・
・・パ屯力増１＋器、９０１乃至９０８・・・・・・ラ
ッチ回路、１０・・・・・・読出し専用メモリ、１１・
・・・・・カウンター、１２・・・・・・ＯＲ回路、１
３０１乃至１３０４・・・・・・ゲーＩ・、１４・・・
・・・分周回路、１５・・・・・・クロックパルス源、
１６・・・・・・デ゛コータ、１７・・・・・・カウン
タ、１８・・・・・・ゲート、１９・・・・・・クロッ
クパルス０；（，２０・・・・・・数値設定回路、２１
０１乃奎２１０４・・・・・・ゲート、２２・・・・・
・デコーダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 共通の超音波振動子を異なる周波数の励振パルスで微少
   時間間隔で励振して複数周波の超音波パルスを水中に送
   信する水中探知装置において、異なる周波数の励振信号
   を生成する励振信号生成回路と、 該励振信号の各周波信号をパルス変調するパルス波を微
   少時間間隔で出力するパルス波の生成回路と、 該パルス波の各々の波高値を各パルス波毎に別個に制御
   するウェイト付け回路と、 該ウェイト付けされたパルス波のうち特定のパルス波に
   よって上記励振信号を振巾変調し、該振巾変調した励振
   信号を電力増巾する第１の電力増巾器と、 上記ウェイト付けされたパルス波のうち上記特定のパル
   ス波以外のパルス波によって上記励振信号を振巾変調し
   、該振巾変調した励振信号を電力増巾する第２の電力増
   巾器とを具備し、 上記第１及び第２の電力増巾器の増巾出力を用いて上記
   超音波振動子を励振することを特徴とする水中探知装置
   における超音波信号の送信装置。