JPS6251434B2 - - Google Patents

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JPS6251434B2
JPS6251434B2 JP55018556A JP1855680A JPS6251434B2 JP S6251434 B2 JPS6251434 B2 JP S6251434B2 JP 55018556 A JP55018556 A JP 55018556A JP 1855680 A JP1855680 A JP 1855680A JP S6251434 B2 JPS6251434 B2 JP S6251434B2
Authority
JP
Japan
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frequency
transmitter
parametric
wave
signal
Prior art date
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Expired
Application number
JP55018556A
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English (en)
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JPS56115970A (en
Inventor
Hiroshi Kamata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP1855680A priority Critical patent/JPS56115970A/ja
Publication of JPS56115970A publication Critical patent/JPS56115970A/ja
Publication of JPS6251434B2 publication Critical patent/JPS6251434B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパラメトリツクアクテブソーナに関す
る。
2周波の音波を同時に音場媒質に送波したと
き、音場媒質の非線形性によつて音波どうしが相
互作用を起して2周波の和周波、差周波数成分を
発生する。このときの差周波数成分は極めて鋭い
指向性を有する音波となる。この差周波数成分を
積極的に利用するソーナがパラメトリツクアクテ
ブソーナである。
第1図は従来のパラメトリツクアクテブソーナ
のブロツクダイアグラムであり、これを説明する
と、回期回路部1からの同期トリガを受けて発
振・変調回路部2から2周波数成分を有する信号
が発生する。この信号は送信部3によつて増幅さ
れ、送受波器4を介して音波として音場媒質に放
射される。音場媒質の非線形性によつて発生する
差周波成分の音波は媒質内の異物体5によつて反
射し、送受波器4で受波される。受信部6によつ
て増幅、検波あるいは適切な信号処理を受けた信
号は、記録表示部7に異物体5の位置やエコーの
強さ等として表示される。そして送受波器4を移
動させることにより画像表示することができる。
従来のパラメトリツクアクテブソーナにおいて
は、送受波器4としてダイレクトアクテブソーナ
に用いると同一構造の送受波器を用いる。ここで
いうダイレクトアクテブソーナとは、1周波信号
を送波し、その周波数によるエコーを受波する形
式のソーナである。
第2図a,bは上述した従来のパラメトリツク
アクテブソーナに用いられる送受波器4の代表的
な構造例を示しており、これを説明すると、板状
のセラミツク振動子8の両面に設けられた電極に
ケーブル9が接続してあり、該セラミツク振動子
8はキルクゴム10によつてバツキングされ、モ
ールドゴム11によつて防水処理されている。
このような構造とした送受波器4の共振周波数
は厚みで決まり、この共振周波数は前述した第1
図のソーナシステムの送信周波数付近に設定され
る。ところが上記の構造による送受波器4では、
板状のセラミツク振動子8の横効果による共振が
送信周波数よりも低い周波数に存在する。従つて
前述した第1図のソーナシステムにおける送信信
号の電気的なひずみの低周波数成分が送受波器4
から強いレベルで送波され、それによるエコーが
送受波器4によつて受波される。このひずみ成分
は、音場媒質の非線形性によつて発生したもので
はなく、発振・変調回路部2、送信部3及び送受
波器4というハードによつて発生したものである
から、音場媒質の非線形性すなわちパラメトリツ
ク効果によるもののような鋭い指向性を有してお
らず、セラミツク振動子8の開口面積によつて決
まるような広い指向性を示すことになる。しか
し、一般に物体の位置や形状に関する情報を得よ
うとする場合には鋭い指向性の音波が必要であ
る。これはその指向性すなわちビーム幅よりも小
さな物体の位置や形状に関する情報が得られない
からである。従つて従来の方法では、第1図の記
録部7に例示しているような極めて分解能の悪い
画像しか表示されないことになる。そこで、電気
的なひずみ成分によるエコーがパラメトリツク効
果による差周波エコーと同時に受振される従来の
アクテプソナーナでは、パラメトリツクアクテブ
ソーナとしての特徴を生かすためには、電気的に
発生するひずみを十分抑制しておくことが必要と
なる。
パラメトリツク効果によつて発生する音圧レベ
ルと、送信周波数における音圧レベルとの比をパ
ラメトリツクゲインというが、その値は−80dB
〜−40dBという低さである。一方、前述した第
2図の構造による送受波器4の送信周波数におけ
る送波感度と、差周波付近の横効果共振周波数に
よるダイレクト送波における送波感度との比は、
周波数比が10:1のときで概略40dB以下であ
る。従つてパラメトリツクゲイン−80dBのとき
は、0.1%の混変調ひずみ成分でパラメトリツク
効果による低周波音圧と、混変調ひずみ成分のダ
イレクト送波音圧との比は20dB以下となる。こ
れは最終的に受波エコーのSN比を決定する要因
であり、SN比を改良するにはひずみ率をさらに
低減する必要がある。しかし電気的なハードであ
る発振・変調回路部2、送信部3におけるひずみ
率の低減はパラメトリツクアクテブソーナのよう
にハイパワーのシステムでは極めて困難である。
本発明はダイス化セラミツク振動子を用いた送
波器と、反射体を有する円筒形の受波器を用いた
ことを特徴とし、その目的は送波器、受波器の電
気音響変換機能(送波感度,受波感度)における
フイルタ機能を利用してひずみ成分等の不要信号
を抑制し、SN比を改善して高分解能な画像情報
を得ることにある。
以下本発明の一実施例を図面により説明する。
第3図は本発明の一実施例を示すブロツクダイア
グラムであり、同期回路部12からの同期トリガ
を受けて発振・変調回路部13から2周波数成分
を有する信号が発生する。この信号は送信部14
によつて増幅され、送波器15を介して音波とし
て音場媒質に放射される。音場媒質の非線形性に
よつて発生する差周波成分の音波は、媒質内の異
物体16によつて反射し、受波器17によつて受
波される。受信部18によつて増幅、検波あるい
は適切な信号処理を受けた信号は、記録表示部1
9に異物体16の位置やエコーの強さ等として表
示される。そして、送波器15と受波器17を移
動させることにより画像表示することができる。
第4図a,bは上述した本実施例に用いられる
送波器15の構造を示しており、これを説明する
と、ダイス化セラミツク振動子20の両面に設け
られた電極にケーブル21が接続されており、該
ダイス化セラミツク振動子20はキルクゴム22
によつてバツキングされ、モールドゴム23によ
つて防水処理されている。
ここでダイス化セラミツク振動子20とは、厚
さ方向に分極が施され、かつ両面に電極を有する
圧電素子板に、その片面からの板の厚さ以下の間
隔で他面側の一部を残すように網目状の切込みを
入れものである。このダイス化セラミツク振動子
20は、横効果による低周波数共振モードを抑制
することができるという特徴を有しており、従つ
て該ダイス化セラミツク振動子20を組込んだ本
実施例の送波器15の送波感度周波数特性には、
低周波共振によるピークがないことになる。
パラメトリツクアクテブソーナとしての本実施
例における送信周波数は、送波器15の共振周波
数付近に設定される。送信周波数における送波感
度と、差周波数相当のダイレクト送波における送
波感度との比は周波数比が10:1のときで概略
60dB以上である。従つてパラメトリツクゲイン
が−80dBのときで0.1%の混変調ひずみが発振・
変調回路部13、送信部14によつて発生して
も、パラメトリツク効果による差周波音圧と、混
変調ひずみ成分のダイレクト送波音圧との比は
40dB以上となる。これは最終的に受波エコーの
SN比を決定する要因となり、SN比改善度は20dB
となる。このように本実施例においては、ダイス
化セラミツク振動子24を用いた送波器15を利
用しているので、SN比が従来のものに比べて改
善され、SN比の改善により高分解能画像情報が
得られ、しかも探知距離ものびることになる。
第5図a,bは本実施例における送波器17の
構造を示しており、これを説明すると、円筒形セ
ラミツク振動子24は内側と外側の面に電極を有
しており、該電極にケーブル25が接続されてい
る。この円筒形セラミツク振動子24はモールド
ゴム26によつて防水処理されており、また外周
に設けられたテーパ状の反射体27によつて指向
性がつけられている。このような構造による受波
器17は、反射体27の構造で決まるある周波数
から共振周波数では平担な受波感度周波数特性を
有し、それ以上の高周波ではほぼ24dB/octで減
少する。このとき、送波器15からの送信周波数
におけるエコーの受波器17によつて受信される
レベルは、従来の送受兼用の送受波器4を装備し
たときに比較して概略60dB低くなる。従つて送
波器15からの送信周波数におけるエコーによる
受信部18の過負荷は防止され、近距離のパラメ
トリツクエコーが表示できることになる。
第6図は従来例と上述した本発明の一実施例と
の送波感度を比較した図であり、第7図は受波感
度を比較した図である。両図において破線は従来
例を示しており、実線が本発明の一実施例を示し
ている。図中f0は送波器の共振周波数であり、
送信周波数とほぼ同一である。
以上説明したように本実施例では、ダイス化セ
ラミツク振動子を用いた送波器に2周波数成分の
信号を印加して送波し、音場媒質のパラメトリツ
ク効果によつて発生した差周波音波のエコーを、
反射体を有する円筒形受送波器で受波する構成と
しているため、これらの送波器、受波器の感度の
フイルタ機能により不要信号成分を抑制すること
ができ、性能限界を決定する不要信号成分を抑制
できることによりパラメトリツクアクテブソーナ
の特徴である高分解能画像情報を得ることができ
る。
また、SN比が改善されるので、探知距離限界
がのび、近距離パラメトリツクエコーも表示でき
ることになる。
第8図は本発明の他の使用例を示す説明図であ
り、海中において潜水船28と海中基地29との
相互通信を行う場合を示している。潜水船28及
び海中基地29には前述した本発明によるパラメ
トリツクアクテブソーナが装備されており、潜水
船28から送波器15を通じて通信情報を海中基
地29に向けて送波すると、海中基地29に装備
された受波器17によつて受波され、受波された
通信情報は海中基地29内の通信装置によつて処
理される。海中基地29から送波器15を通じて
通信情報を潜水船28に向けて送波すると、潜水
船28に装備された受波器17によつて受波さ
れ、潜水船28内の通信装置によつて処理され
る。
このように本発明によるパラメトリツクソーナ
は、音場媒質中の物体のエコー情報を得るのみで
なく、海中等において潜水船や海中基地相互間の
通信に利用することも可能であり、SN比が良
く、極めて指向性の鋭い送波ができるので、第3
者に通信情報が漏洩することなく相互に通信する
ことができる。
以上説明したように本発明は、ダイス化セラミ
ツク振動子を用いた送波器と、反射体を有する円
筒形受波器とを用いて構成したパラメトリツクア
クテブソーナであるため、SN比が良く、高分解
能性、鋭指向性で、探知距離及び通信距離が長い
という効果があり、精密測深、秘密通信に利用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示すブロツクダイアグラム、
第2図a,bは第1図に用いられている送受波器
の構造を示す図でaは側断面図、bは一部破断正
面図、第3図は本発明の一実施例を示すブロツク
ダイアグラム、第4図a,bは第3図に用いられ
ている送波器の構造を示す図でaは側断面図、b
は一部破断正面図、第5図a,bは第3図に用い
られている受波器の構造を示す図でaは側断面
図、bは正面図、第6図は従来例と本発明の一実
施例との送波感度比較図、第7図は受波感度比較
図、第8図は本発明の他の使用例を示す説明図で
ある。 12…同期回路部、13…発振・変調回路部、
14…送信部、15…送波器、16…異物体、1
7…受波器、18…受信部、19…記録表示部、
20…ダイス化セラミツク振動子、21…ケーブ
ル、22…キルクゴム、23…モールドゴム、2
4…円筒形セラミツク振動子、25…ケーブル、
26…モールドゴム、27…反射体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ダイス化セラミツク振動子にバツキング及び
    防水処理を施して形成した送波器と、円筒形セラ
    ミツク振動子に防水処理を施しかつその外周に反
    射体を取付けて形成した受波器とを備え、前記送
    波器に少なくとも二種の周波数成分をもつ信号を
    印加して送波し、該周波数成分の差周波数に相当
    する音波を前記受波器によつて受波することを特
    徴とするパラメトリツクアクテブソーナ。
JP1855680A 1980-02-19 1980-02-19 Parametric active sonar Granted JPS56115970A (en)

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JP1855680A JPS56115970A (en) 1980-02-19 1980-02-19 Parametric active sonar

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JP1855680A JPS56115970A (en) 1980-02-19 1980-02-19 Parametric active sonar

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KR100781467B1 (ko) * 2006-07-13 2007-12-03 학교법인 포항공과대학교 공기중 파라메트릭 트랜스미팅 어레이를 이용한 초지향성초음파 거리측정을 위한 멤스 기반의 다공진 초음파트랜스듀서

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4075599A (en) * 1976-11-30 1978-02-21 The International Nickel Company, Inc. Undersea geophysical exploration

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