(57)【要約】【課題】水中での通信装置の改良に関する。【解決手段】高周波電流を伝搬する水中での通信装置の送信機において、外部に２本または２面の送信用対向電極を離間した位置に配置し、前記送信用対向電極に端子電圧としてオフセット電圧０Ｖとした高周波交流電圧を加えて搬送波としてなり、受信機において、外部に２本または２面の受信用対向電極を離間位置に配置し、前記受信用対向電極の端子間の電圧を増幅し、復調してなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中での通信装置において、
送信機が、外部に２本または２面の送信用対向電極を離間位置に配置し、前記送信用対向電極に端子電圧としてオフセット電圧０Ｖとした高周波交流電圧を加えて搬送波としてなり、
受信機が、外部に２本または２面の受信用対向電極を離間位置に配置し、前記搬送波を受信し、増幅、復調してなることを特徴とする液体中での通信装置。
【請求項２】
送信用対向電極および受信用対向電極の素材が、チタンその他の耐水性のある導電材であることを特徴とする請求項１に記載の液体中での通信装置。
【請求項３】
送信用対向電極と受信用対向電極の配置が、直線状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体中での通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で電極を用いて高周波電流を伝搬した水中通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中通信方法としては、以下の構成が知られている。
（１）超音波通信(近距離用）
キャリヤー周波数：４０ＫＨｚ、超音波発信子方式
（２）極超長波通信(潜水艦等)
キャリヤー周波数：４００ＫＨＺ程度、水中アンテナを使用する構成が知られている。
（３）レーザー光(可視光)
レーザー発振機・半導体レーザー・可視光ＬＥＤと集光レンズを使用する構成が知られている。
【０００３】
前記（１）の方法は、キャリヤー周波数が４０ＫＨｚを最大としているため、データー量は可聴帯域の音声「最大１ＫＨｚ」程度である。
そのため、画像電送やデーター通信には不向きである。
前記（２）の方法は（１）の方法よりデーター量は増えるが、波長が長い分、装置が大規模化することになる。
また、リアルタイムの画像データー通信には、帯域に６ＭＨｚ以上が必要であり、そのキャリヤー周波数は６０ＭＨｚ以上が必要となる。
前記（３）の方法はデーターの変調方法次第では相応の通信速度が見込めるが、水質に濁りがあったり、障害物が存在する場合には通信が不可となり、直線性に対して光軸ビームの補足が難点になる。
また、特開２０１０−２１８７４号の通信装置、通信方法、および通信システムでは、水中に配置される電極と；水を通信媒体として前記電極により送受信される信号を変調または復調する電力線通信モデムとからなる構成が開示されているが、結合電磁波の発生源と受信側で指向性を持ったアンテナ結合について記載がなく、モデム信号の電磁波の伝達経路が明確でなく、実用的な通信方法や装置とはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする問題点は、水や海水、その他の液体中で一対の電極を用いて搬送波を生成し、高周波電流を伝搬する水中での通信装置であり、装置の小型化が可能で、音声や画像などの大きなデーター量を伝送することができる構成に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を達成するために、請求項１の発明では、
請求項１の発明では、
水中での通信装置において、
送信機が、外部に２本または２面の送信用対向電極を離間位置に配置し、前記送信用対向電極に端子電圧としてオフセット電圧０Ｖとした高周波交流電圧を加えて搬送波としてなり、
受信機が、外部に２本または２面の受信用対向電極を離間位置に配置し、前記受信用対向電極の端子間の電圧を受信し、増幅し、復調してなることを特徴とする。
請求項２の発明では、
前記送信用対向電極および受信用対向電極の素材が、チタンその他の耐水性のある導電材であることを特徴とする。
請求項３の発明では、
送信用対向電極と受信用対向電極の配置が、直線状に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
送信用に一対の送信用の対向電極を用いて搬送波を生成して、情報を水中を通って伝搬し、受信機の対向電極で受信して、簡単な構成で水中でのデータ通信を実現した。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】水中通信の検証実験の模式図である。
【図２】（ａ）は送信機のブロック図、（ｂ）は一対の送信用の対向端子の端子Ａ−Ｂ間の出力波形を示す図である。
【図３】水中通信を示す模式図である。
【図４】送受信機の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】
以下に、この発明の水中通信装置の好適実施例について図面を参照しながら説明する。
水中に、通信装置となる送信機１と受信機１０とを離間して設置する。
送信機１には、その外部で２本または２面の送信用の対向電極２、３を送信用端子（アンテナ）として、離間位置に配置して水中に露出している。
【００１０】
即ち、本実施例では、一例を挙げると、送信機１は、絶縁筺体Ｃに通信（発信）回路を内蔵しており、絶縁筺体Ｃの外側で対向する左右一対の側面の外部に、前記通信回路に接続されるそれぞれ一対の電線２ａ、２ｂ（例えば４５ｍｍ長のチタン電線）を並列に並べ（例えば１２ｍｍ間隔とし）て一方の電極２が形成され、同様の構成で一対の電線３ａ、３ｂとで他方の電極３が形成されている（図４参照）。
【００１１】
図示例では、絶縁筐体Ｃの左右の側面Ｃ１、Ｃ２間は１００ｍｍ離間しているとして、対向する電極２，３同士を１００ｍｍで結んだ直線の延長線の方向に、前記電極２，３から生じる電波の指向性Ｌを有している。
【００１２】
ここで、水中における水は、水に限らず、海水などの溶液であってもよいが、少なくともアンテナとして機能する電極２，３、１２，１３周辺は真水に近い方が電波の減衰が少ない。
【００１３】
前記筐体Ｃ内には、発信回路として図２（ａ）に示すように、充電池などの電源部４に、固有のスイッチ周波数を発振する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、パルス発振器６とが接続されている。
【００１４】
更に、ゲートドライバー回路７が接続されており、該ゲートドライバー回路７は、一対のｎチャンネルのＭＯＳＦＥＴ８、８に接続されており、該のＭＯＳＦＥＴ８、８のスイッチング制御が行われる。
【００１５】
これにより、前記各対向電極２、３には、端子電圧Ａ、Ｂ間に、図２（ｂ）に示すように、オフセット電圧を０Ｖとした高周波交流電圧が加えて搬送波を出力させている。
搬送波は、矩形波の方が好ましいが、この発明ではその他の波形でもよく特に限定されない。
【００１６】
従って、図示しない通信データー用の信号波を前記搬送波に乗せて変調して水中に出力する。
ここで、前述のように搬送波は、対向する電極２，３を結ぶ線Ｌに沿って指向性を有しているので、後述の受信装置の対向する電極１２，１３を結ぶ線と揃うように設定することが好ましい。
【００１７】
次に、受信機１０は、２本または２面の受信用の対向電極１２、１３を離間位置に配置して設けている。
ここで受信機１０の対向電極１２，１３は、前記送信機の対向電極２，３に対応するもので、図１では、対向電極１２，１３だけが水中に水没した検証用の図を示したが、受信機全体が水没した構成でもよい。
【００１８】
この受信機１０に内蔵される通信（受信）回路は、アンテナとなる対向電極１２，１３で受信した前記搬送波を増幅、復調して通信データー用の信号波を取り出す公知の構成からなっている。
【００１９】
この発明で、送信用、受信用の対向電極２，３，１２、１３の素材は、電極として使用可能な素材であればよく、例えば、白金、銅、グラファイトなどのカーボン素材、タングステンなどや耐水性や海での耐久性のある公知の導電素材でよいが、耐腐食性の観点からチタン棒またはチタン板を使用することが好ましい。
【００２０】
また、前述のように、対向電極２，３で発信される信号は、直進する指向性を有しているので、送信用の対向電極２、３と、受信側の対向電極１２、１３の配置は、全て直線状に並べることで、最大の伝搬効率がある（図１参照）。
【００２１】
一方、対向電極２，３と１２、１３との配置は、片側でも電極の配置が直角に近づくと、等距離でもゲインは落ちてくる。
このように、水中での信号の伝搬は、空中の電波伝搬と同様な指向性が有ることが確認できた。
【００２２】
次に、送信用の対向電極２，３に加える交流周波数は、実験上２．６ＭＨｚとしたが、ＬＣＲメーター（インピーダンスアナライザー）にて測定した値より、対向電極と水（水溶液）より帰したキャパシター値は、周波数が上昇すると低下するので、より高周波にすることが有利になる。
【００２３】
なお、図３に兼用して図示するように、送信機１と受信機１０とは別体のものでもよく、または、同一構造の送受信機４０を用いて水中双方向通信を行うものでもよい。
図４は図１の送信機１や送受信機４０のアンテナとなる対向電極の配置を示す斜視図である。
【００２４】
［検証実験］
本発明の原理を検証するために、実験室の水槽１５内で電極信号の伝達実験を行った。
［送信機１］
１００×８５×６３（単位はｍｍ）のアクリル防水ＢＯＸをケースとした。
内部発信器・電池・昇圧回路・ハーフブリッジの電力スイッチ回路を内蔵。
８５×６３（ｍｍ）の側壁面に直径２ｍｍφ、長さＬ＝４５ｍｍの長さのチタン線を並列に並べて１つの対向電極とし、筐体Ｃの左右の側壁面にそれぞれ設けて対向電極２，３とし、筐体Ｃの外部で離間して露出するように固定している。
【００２５】
前記送信機１を水槽１５に沈めて、セットする。
ピーク間の信号の電位差は、２０ＶＰ−Ｐとした。
【００２６】
［受信器］
前記送信機１より１０５０ｍｍ離間した距離に、一対の２ｍｍφのチタン棒を受信用の対向電極１２、１３として水面より２００ｍｍの深さに沈める。
前記対向電極１２、１３の各端子の両極を、図１に示したように整合器２１、バンドパスフィルター２２、高周波アンプ２３に接続し、増幅された信号を交流電圧計２４とオシロスコープ２５で交流電圧と波形とを測定した（図１参照）。
【００２７】
［測定結果］
送信出力電圧：２０ＶＰ−Ｐ
受信端子電圧：送信端より距離１０００ｍｍに電極を配置
送信周波数            受信端子電圧
２．４６９ＭＨｚ      １１ｍＶ
１．２  ＭＨｚ          ９．５ｍＶ
０．６０６ＭＨｚ        ６．２ｍＶ
距離：５００ｍｍに電極を配置
１．２  ＭＨｚ        ２５ｍＶ
０．６０６ＭＨｚ      ２３ｍＶ
送信側電極方向を直角にする。／距離５００ｍｍ
１．２  ＭＨｚ        ３ｍＶ
０．６０６  ＭＨｚ    ３ｍＶ
【００２８】
水中電極間の電気特性（ＬＣＲメーターにて測定）
水温２８°Ｃ
水道水中に２ｍｍφで１００ｍｍの長さのチタン棒を並行に離間距離７０ｍｍで対向させる。
Ｃ（Ｆ）                Ｒ（Ω）            Ｚ（Ω）
１００Ｈｚ、２９．３４μＦ    ７１９Ω            ７１７Ω
１ＫＨｚ、  ２３．７μＦ      ７０８Ω            ７０８Ω
１０ＫＨｚ、  ８．７μＦ      ７０６Ω            ７０６Ω
１００ＫＨｚ、１４７ｎＦ      ７０６Ω            ７０６Ω
【００２９】
上記水溶液にＮａＣｌを３％濃度で溶解し測定
Ｃ（Ｆ）                  Ｒ（Ω）            Ｚ（Ω）
１００Ｈｚ、３０．６４μＦ    １０４Ω            ７１０Ω
１ＫＨｚ、  ２２．２μＦ        ４１Ω              ４０．５４Ω
１０ＫＨｚ、１７．３μＦ        ３８．５Ω          ３８．４５Ω
１００ＫＨｚ、−６．９ｎＦ      ３９．４５Ω        ３９．３２Ω
【００３０】
これにより、送信用の対向電極２，３と、受信側の対向電極１２，１３の配置は、全て直線状とすることで、最大の伝搬効率があることが確認された。
一方、前記対向電極２，３と１２，１３の配置は、片側でも電極の配置が直角に近ずくと、等距離でもゲインは落ちてくる。
送信用の対向電極２，３に加える交流周波数は、対向電極と水（水溶液）より帰したキャパシター値は、周波数が上昇すると低下することが確認された。
【００３１】
上記検証は、実験室内での数値であるが、水や水溶液に対して、相対電極間距離や配置を発信周波数に共振させるように実験により最適に設定することで、通信距離を飛躍的に伸ばすことができる。
また、前記検証はキャリヤーだけであるが、キャリヤーの変調方式や受信機側の復調構造は適宜、最適の公知構造を選択することが好ましい。
【符号の説明】
【００３２】
１    送信機
２、３    送信側の対向電極
４    電源部
５    昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ
６    パルス発振器
７    ゲートドライブ回路
８    ｎチャンネルのＭＯＳＦＥＴ
９    ダイオード
１０    受信機
１２、１３  受信側の対向電極
１５    水槽
２１    整合器
２２    バンドパスフィルター
２３    高周波アンプ
２４    交流電圧計
２５    オシロスコープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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