(57)【要約】      （修正有）【課題】本開示は、物標を高い精度で検出するために、超音波振動子の照射パワーを最大限に設定しつつも、超音波振動子の設置状況や使用状況によらず、超音波振動子に高電圧が印加されないようにすることを目的とする。【解決手段】本開示は、超音波振動子１から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置２１から超音波振動子１へ送信される送信信号を生成する送信信号生成部２１１と、送信信号について、自装置２１から超音波振動子１への進行波と、超音波振動子１から自装置２１への反射波と、の合成波のパワーを測定する合成波パワー測定部２１２と、超音波振動子１の起動時において送信信号のパワーの漸増を実行するにあたり、合成波のパワーから導いた反射波のパワーが所定の値より高くなったときに、送信信号のパワーの漸増を停止する送信信号パワー漸増部２１３と、を備える超音波送信制御装置２１である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子から物標への超音波送信を制御する超音波送信制御装置であって、
前記超音波振動子から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置から前記超音波振動子へ送信される送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記送信信号について、自装置から前記超音波振動子への進行波と、前記超音波振動子から自装置への反射波と、の合成波のパワーを測定する合成波パワー測定部と、
前記超音波振動子の起動時において前記送信信号のパワーの漸増を実行するにあたり、前記合成波のパワーから導いた前記反射波のパワーが所定の値より高くなったときに、前記送信信号のパワーの漸増を停止するための、前記送信信号生成部へ出力される制御信号を生成する送信信号パワー漸増部と、
を備えることを特徴とする超音波送信制御装置。
【請求項２】
前記送信信号パワー漸増部は、前記合成波のパワーから導いた前記反射波のパワーが所定以上の高周波成分を含まないように、前記送信信号のパルスの立ち上がりの速度を調整するための前記制御信号を生成する
ことを特徴とする、請求項１に記載の超音波送信制御装置。
【請求項３】
前記送信信号パワー漸増部は、前記送信信号のパルスの立ち上がりの速度に等しくなるように、前記送信信号のパルスの立ち下がりの速度を調整するための前記制御信号を生成する
ことを特徴とする、請求項２に記載の超音波送信制御装置。
【請求項４】
前記送信信号パワー漸増部は、前記超音波振動子に固有の最大定格に基づいて、前記送信信号のパワーを高くなり過ぎないように漸増するための前記制御信号を生成する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の超音波送信制御装置。
【請求項５】
超音波振動子から物標への超音波送信を制御する超音波送信制御プログラムであって、
前記超音波振動子から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置から前記超音波振動子へ送信される送信信号を生成する送信信号生成ステップと、
前記送信信号について、自装置から前記超音波振動子への進行波と、前記超音波振動子から自装置への反射波と、の合成波のパワーを測定する合成波パワー測定ステップと、
前記超音波振動子の起動時において前記送信信号のパワーの漸増を実行するにあたり、前記合成波のパワーから導いた前記反射波のパワーが所定の値より高くなったときに、前記送信信号のパワーの漸増を停止するための、前記送信信号生成ステップへ出力される制御信号を生成する送信信号パワー漸増ステップと、
をコンピュータに実行させるための超音波送信制御プログラム。
【請求項６】
超音波振動子から物標への超音波送信を制御する超音波送信制御方法であって、
前記超音波振動子から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置から前記超音波振動子へ送信される送信信号を生成する送信信号生成ステップと、
前記送信信号について、自装置から前記超音波振動子への進行波と、前記超音波振動子から自装置への反射波と、の合成波のパワーを測定する合成波パワー測定ステップと、
前記超音波振動子の起動時において前記送信信号のパワーの漸増を実行するにあたり、前記合成波のパワーから導いた前記反射波のパワーが所定の値より高くなったときに、前記送信信号のパワーの漸増を停止するための、前記送信信号生成ステップへ出力される制御信号を生成する送信信号パワー漸増ステップと、
を備えることを特徴とする超音波送信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、物標を高い精度で検出する超音波計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波計測技術を用いて、物標を高い精度で検出することができる（例えば、特許文献１を参照。）。例えば、プランクトン等からの反射信号のドップラーシフトに基づいて、船舶の対水速度や潮流の速度を検出することができる。そして、魚群や海底からの反射信号の伝搬遅延時間に基づいて、魚群や深度を探知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６６６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波振動子に高電圧が印加されたときには、セラミック等の振動素子が破損することがあり、振動素子の電極が剥離することがある。そこで、物標を高い精度で検出するために、超音波振動子の照射パワーを最大限に設定しつつも、超音波振動子の最大定格に基づいて、超音波振動子に高電圧が印加されないようにすることが考えられる。
【０００５】
しかし、超音波振動子の最大定格は、超音波振動子毎にばらつきを含むことがあるため、超音波振動子に高電圧が印加されないようにすることが難しい。そして、超音波振動子とその制御装置を接続するケーブルの長さや、超音波振動子に対する印加電圧における使用周波数は、超音波振動子の設置状況や使用状況に応じてばらつきを含むことがあるため、印加電圧の進行波と印加電圧の反射波が強め合って合成されて超音波振動子に印加されることがあり、超音波振動子に高電圧が印加されないようにすることが難しい。
【０００６】
例えば、船舶の船底に配置される超音波振動子については、セラミック等の振動素子が破損したり、振動素子の電極が剥離すると、超音波振動子を交換するための、ダイバーによる潜水作業やドライドックへの上架等、大規模でかつ高コストな作業が必要となる。
【０００７】
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、物標を高い精度で検出するために、超音波振動子の照射パワーを最大限に設定しつつも、超音波振動子の設置状況や使用状況によらず、超音波振動子に高電圧が印加されないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、超音波振動子の起動時において、超音波振動子から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置から超音波振動子へ送信される送信信号について、自装置から超音波振動子への進行波に対する、超音波振動子から自装置への反射波のパワーを測定することとした。すると、反射波のパワーが低いときには、送信信号のパワーが超音波のパワーに有効に変換されていることから、送信信号のパワーをより高く設定してもよいことが分かる。一方で、反射波のパワーが高いときには、送信信号のパワーが超音波のパワーに有効に変換されていないことから、送信信号のパワーをより高く設定すべきでないことが分かる。
【０００９】
具体的には、本開示は、超音波振動子から物標への超音波送信を制御する超音波送信制御装置であって、前記超音波振動子から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置から前記超音波振動子へ送信される送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号について、自装置から前記超音波振動子への進行波と、前記超音波振動子から自装置への反射波と、の合成波のパワーを測定する合成波パワー測定部と、前記超音波振動子の起動時において前記送信信号のパワーの漸増を実行するにあたり、前記合成波のパワーから導いた前記反射波のパワーが所定の値より高くなったときに、前記送信信号のパワーの漸増を停止するための、前記送信信号生成部へ出力される制御信号を生成する送信信号パワー漸増部と、を備えることを特徴とする超音波送信制御装置である。
【００１０】
また、本開示は、超音波振動子から物標への超音波送信を制御する超音波送信制御プログラムであって、前記超音波振動子から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置から前記超音波振動子へ送信される送信信号を生成する送信信号生成ステップと、前記送信信号について、自装置から前記超音波振動子への進行波と、前記超音波振動子から自装置への反射波と、の合成波のパワーを測定する合成波パワー測定ステップと、前記超音波振動子の起動時において前記送信信号のパワーの漸増を実行するにあたり、前記合成波のパワーから導いた前記反射波のパワーが所定の値より高くなったときに、前記送信信号のパワーの漸増を停止するための、前記送信信号生成ステップへ出力される制御信号を生成する送信信号パワー漸増ステップと、をコンピュータに実行させるための超音波送信制御プログラムである。
【００１１】
また、本開示は、超音波振動子から物標への超音波送信を制御する超音波送信制御方法であって、前記超音波振動子から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置から前記超音波振動子へ送信される送信信号を生成する送信信号生成ステップと、前記送信信号について、自装置から前記超音波振動子への進行波と、前記超音波振動子から自装置への反射波と、の合成波のパワーを測定する合成波パワー測定ステップと、前記超音波振動子の起動時において前記送信信号のパワーの漸増を実行するにあたり、前記合成波のパワーから導いた前記反射波のパワーが所定の値より高くなったときに、前記送信信号のパワーの漸増を停止するための、前記送信信号生成ステップへ出力される制御信号を生成する送信信号パワー漸増ステップと、を備えることを特徴とする超音波送信制御方法である。
【００１２】
この構成によれば、超音波振動子の設置状況や使用状況によらず、超音波振動子に高電圧が印加されることが確実に回避され、超音波振動子の破損が確実に防止される。
【００１３】
また、本開示は、前記送信信号パワー漸増部は、前記合成波のパワーから導いた前記反射波のパワーが所定以上の高周波成分を含まないように、前記送信信号のパルスの立ち上がりの速度を調整するための前記制御信号を生成することを特徴とする超音波送信制御装置である。
【００１４】
この構成によれば、超音波振動子の設置状況や使用状況によらず、超音波振動子に高電圧が印加されることが確実に回避され、超音波振動子の発熱が確実に防止される。
【００１５】
また、本開示は、前記送信信号パワー漸増部は、前記送信信号のパルスの立ち上がりの速度に等しくなるように、前記送信信号のパルスの立ち下がりの速度を調整するための前記制御信号を生成することを特徴とする超音波送信制御装置である。
【００１６】
この構成によれば、超音波振動子の設置状況や使用状況によらず、超音波振動子の残留自己共振が確実に抑圧され、超音波振動子の送受切替が確実に速くなる。
【００１７】
また、本開示は、前記送信信号パワー漸増部は、前記超音波振動子に固有の最大定格に基づいて、前記送信信号のパワーを高くなり過ぎないように漸増するための前記制御信号を生成することを特徴とする超音波送信制御装置である。
【００１８】
この構成によれば、超音波振動子の設置状況や使用状況によらず、超音波振動子に高電圧が印加されることがより確実に回避され、超音波振動子の破損がより確実に防止される。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本開示によれば、物標を高い精度で検出するために、超音波振動子の照射パワーを最大限に設定しつつも、超音波振動子の設置状況や使用状況によらず、超音波振動子に高電圧が印加されないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の超音波計測システムの構成を示す図である。
【図２】本開示の超音波送信制御処理の流れを示す図である。
【図３】本開示の超音波送信制御処理の概念を示す図である。
【図４】本開示の超音波送信制御処理の内容を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００２２】
本開示の超音波計測システムの構成を図１に示す。本開示の超音波計測システムは、超音波振動子１、超音波計測装置２及び物標表示装置３から構成される。超音波計測装置２は、超音波送信制御装置２１及び物標検出装置２２から構成される。超音波送信制御装置２１は、送信信号生成部２１１、合成波パワー測定部２１２及び送信信号パワー漸増部２１３から構成される。
【００２３】
超音波振動子１は、照射信号を送信し、反射信号を受信し、例えば、船舶Ｓの船首の船底に配置される。超音波計測装置２が備える物標検出装置２２は、反射信号に基づいて、物標を検出し、例えば、船舶Ｓの船首の甲板下に配置される。物標表示装置３は、物標の位置や速度を表示し、例えば、船舶Ｓの操舵室に配置される。
【００２４】
例えば、プランクトンＰ等からの反射信号のドップラーシフトに基づいて、船舶Ｓの対水速度や潮流の速度を検出することができる。そして、魚群Ｆや海底Ｕからの反射信号の伝搬遅延時間に基づいて、魚群Ｆや深度を探知することができる。
【００２５】
超音波計測装置２が備える超音波送信制御装置２１は、超音波振動子１から物標への超音波送信を制御する。送信信号生成部２１１は、超音波振動子１から物標へ照射される超音波を生成するための、自装置２１から超音波振動子１へ送信される送信信号を生成する。送信信号パワー漸増部２１３は、超音波振動子１の起動時において、送信信号のパワーの漸増を実行するための、送信信号生成部２１１へ出力される制御信号を生成する。
【００２６】
合成波パワー測定部２１２は、送信信号について、自装置２１から超音波振動子１への進行波と、超音波振動子１から自装置２１への反射波と、の合成波のパワーを測定する。送信信号パワー漸増部２１３は、合成波のパワーから進行波のパワーを差し引いて導いた反射波のパワーが所定の値より高くなったときに、送信信号のパワーの漸増を停止するための、送信信号生成部２１１へ出力される制御信号を生成する。
【００２７】
送信信号パワー漸増部２１３は、合成波のパワーから進行波のパワーを差し引いて導いた反射波のパワーが所定以上の高周波成分を含まないように、送信信号のパルスの立ち上がりの速度を調整するための制御信号を生成する。また、送信信号のパルスの立ち上がりの速度に等しくなるように、送信信号のパルスの立ち下がりの速度を調整するための制御信号を生成する。また、超音波振動子１に固有の最大定格に基づいて、送信信号のパワーを高くなり過ぎないように漸増するための制御信号を生成する。
【００２８】
本開示の超音波送信制御処理の流れ、概念及び内容を、図２から図４までに示す。本開示の超音波送信制御処理は、超音波送信制御装置２１にインストールされたプログラムにより、又は、超音波送信制御装置２１に搭載されたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等により、実現することができる。
【００２９】
送信信号パワー漸増部２１３は、超音波振動子１の起動時に、送信信号のパワーを所定の低い値に設定し（ステップＳ１）、送信信号の立ち上がり／立ち下がりの速度を所定の値に設定する（ステップＳ２）。具体的には、図４の左側に示したように、キャリア波形に対するマスク波形のパワーを最低限に設定し、キャリア波形に対するマスク波形の立ち上がり／立ち下がりの速度を高めに等しく設定する。
【００３０】
送信信号生成部２１１は、今回設定された送信信号を送信する（ステップＳ３）。具体的には、図４の左側に示したように、キャリア波形に対するマスク波形とキャリア波形を合成して送信信号を生成する。合成波パワー測定部２１２は、進行波と反射波の合成波のパワーを測定し、合成波のパワーから進行波のパワーを差し引いて反射波のパワーを導く（ステップＳ４）。
【００３１】
今回の送信信号のパワーが最低限に設定されており、反射波のパワーが所定の値より高くないため（ステップＳ５においてＮＯ）、送信信号パワー漸増部２１３は、最大定格を満たしたうえで、次回の送信信号のパワーを、今回より高い値に設定する（ステップＳ６）。
【００３２】
つまり、今回の送信信号のパワーが低く、振動素子に高電圧が印加されず、今回の送信信号のパワーが超音波のパワーに有効に変換されるため、反射波のパワーが低い。
【００３３】
今回の送信信号の立ち上がりの速度が高めに設定されており、反射波のパワーが所定以上の高周波を含むため（ステップＳ８においてＹＥＳ）、送信信号パワー漸増部２１３は、次回の送信信号の立ち上がりの速度を、今回より低い値に設定し、次回の送信信号の立ち下がりの速度を、次回の送信信号の立ち上がりの速度に等しく設定する（ステップＳ９）。
【００３４】
つまり、今回の送信信号の立ち上がりの速度が高く、振動素子に高周波が印加され、今回の送信信号の高周波成分が超音波のパワーに有効に変換されないため、反射波のパワーが高周波を含み、振動素子の発熱も生じる。なお、今回の送信信号の立ち下がりの速度が高く、振動素子の残留自己共振が生じ、超音波振動子１の送受切替が遅くなる。
【００３５】
送信信号パワー漸増部２１３は、送信信号のパワー及び立ち上がり／立ち下がり速度の調整を続行するために（ステップＳ１１においてＮＯ）、ステップＳ３〜Ｓ１０を繰り返す。
【００３６】
反射波のパワーが所定の値より高くなったときには（ステップＳ５においてＹＥＳ）、送信信号パワー漸増部２１３は、最大定格を満たしたうえで、次回以降の送信信号のパワーを、今回より低い前回と同じ値に設定する（ステップＳ７）。
【００３７】
つまり、今回の送信信号のパワーが高く、振動素子に高電圧が印加され、今回の送信信号のパワーが超音波のパワーに有効に変換されないため、反射波のパワーが高い。または、今回の送信信号のパワーが低くても、ケーブル２３の長さやキャリア波形の周波数によっては、進行波と反射波の合成波のパワーが高く、振動素子に高電圧が印加され、今回の送信信号のパワーが超音波のパワーに有効に変換されないため、反射波のパワーが高い。
【００３８】
反射波のパワーが所定以上の高周波を含まなくなったときには（ステップＳ８においてＮＯ）、送信信号パワー漸増部２１３は、次回以降の送信信号の立ち上がりの速度を、条件を満たす今回と同じ値に設定し、次回以降の送信信号の立ち下がりの速度を、次回以降の送信信号の立ち上がりの速度に等しく設定する（ステップＳ１０）。
【００３９】
つまり、今回の送信信号の立ち上がりの速度が低く、振動素子に高周波が印加されず、今回の送信信号の全周波成分が超音波のパワーに有効に変換されるため、反射波のパワーが高周波を含まず、振動素子の発熱も生じない。なお、今回の送信信号の立ち下がりの速度が低く、振動素子の残留自己共振が生じず、超音波振動子１の送受切替が速くなる。
【００４０】
このように、送信信号パワー漸増部２１３は、超音波振動子１の定常時に、送信信号のパワーを最大限に設定し（ステップＳ７）、送信信号の立ち上がり／立ち下がりの速度を低めに等しく設定する（ステップＳ１０）。具体的には、図４の右側に示したように、キャリア波形に対するマスク波形のパワーを最大限に設定し、キャリア波形に対するマスク波形の立ち上がり／立ち下がりの速度を低めに等しく設定する。
【００４１】
送信信号生成部２１１は、最適設定された送信信号を送信する（ステップＳ３）。具体的には、図４の右側に示したように、キャリア波形に対するマスク波形とキャリア波形を合成して送信信号を生成する。送信信号パワー漸増部２１３は、送信信号のパワー及び立ち上がり／立ち下がり速度を最適化したときに（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、処理を終了する。なお、送信信号パワー漸増部２１３は、送信信号のパワー及び立ち上がり／立ち下がり速度を最適化した後でも、ステップＳ３〜Ｓ１０を繰り返してもよい。また、送信信号パワー漸増部２１３は、超音波計測が終了されるときも、処理を終了することになる（ステップＳ１１においてＹＥＳ）。
【００４２】
このように、本開示では、超音波振動子１の最大定格が、超音波振動子１毎にばらつきを含むことがあっても、超音波振動子１に高電圧や高周波が印加されないようにすることができる。そして、本開示では、超音波振動子１と超音波送信制御装置２１を接続するケーブル２３の長さや、超音波振動子１に対する送信信号における使用周波数が、超音波振動子１の設置状況や使用状況に応じてばらつきを含むことがあるため、送信信号の進行波と送信信号の反射波が強め合って合成されて超音波振動子１に印加されることがあっても、超音波振動子１に高電圧や高周波が印加されないようにすることができる。
【００４３】
よって、本開示では、超音波振動子１に高電圧や高周波が印加されないため、セラミック等の振動素子が破損することがなく、振動素子の電極が剥離することがない。例えば、船舶Ｓの船底に配置される超音波振動子１については、セラミック等の振動素子が破損せず、振動素子の電極が剥離せず、超音波振動子１を交換するための、ダイバーによる潜水作業やドライドックへの上架等、大規模でかつ高コストな作業が不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本開示の超音波送信制御装置、超音波送信制御プログラム及び超音波送信制御方法は、超音波振動子の設置状況や使用状況がばらつきを含む場合であれば、船舶の船底や車両の側面に配置される超音波振動子に対して有利に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１：超音波振動子
２：超音波計測装置
３：物標表示装置
２１：超音波送信制御装置
２２：物標検出装置
２３：ケーブル
２１１：送信信号生成部
２１２：合成波パワー測定部
２１３：送信信号パワー漸増部
Ｓ：船舶
Ｐ：プランクトン
Ｆ：魚群
Ｕ：海底
【図１】
2018009907.tif 000003
【図２】
2018009907.tif 000004
【図３】
2018009907.tif 000005
【図４】
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