(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受を行う複数の送受波器と、
前記複数の送受波器のそれぞれを駆動する複数の周波数の送信信号を生成する送信信号生成部と、
送信信号生成部からの送信信号を、前記複数の送受波器の内の選択装備される一つの送受波器へ供給し、該送受波器よりの受信信号を取り出す広帯域のトラップ回路と、
広帯域のトラップ回路よりの受信信号を増幅するプリアンプと、
プリアンプよりの前記複数の周波数の受信信号を所定の周波数に変換するミキサー手段と、
そのミキサー手段からの出力から所定周波数の信号を選出するフィルタとを具備し、
広帯域のトラップ回路において、直列に接続される第１のダイオード、第１のコイルおよび第２のダイオードからなる第１直列回路と、直列に接続される第３のダイオード、第２のコイルおよび第４のダイオードとを含む第２直列回路とが、並列に接続され、この並列に接続された第１直列回路と第２直列回路に直流電源から電流が供給され、
第１のコイルの両端に前記複数の送受信器及び前記送信信号生成部が接続され、第１のコイルに流れる電流に送受波器よりの受信信号が重畳され、
第２のコイルの両端に得られる受信信号は、直流阻止用コンデンサＣ、Ｃを通じて前記プリアンプに供給され、
前記直流阻止用コンデンサＣ、Ｃは、運用周波数の帯域で、前記コイルＬ１、Ｌ２と共振しない値を選定することを特徴とする水中探知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自船直下の水中断面を探査する魚群探知機などの水中探知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、１チャンネルの送受信系からなる従来の魚群探知機５１の概略ブロック図を示している。トラップ回路１は、送信部２よりの５０ＫＨｚの送信バースト信号Ｓを送受波器３ａへ供給するとともに、その送受波器３よりの受信信号をプリアンプ４に供給する。
【０００３】
５０ＫＨｚ成分の受信信号は次にミキサー５において、３００ＫＨｚのローカル信号と混合され、これにより得られる周波数変換信号から差周波数２５０ＫＨｚの受信信号のみがフィルタ６より選出され、メインアンプ７で増幅されてからＡ／Ｄ変換器８にてアナログからデジタルに変換される。そのデジタルの受信信号は、表示回路９内において、表示に適したビデオ信号に変換され、ビデオＲＡＭに記憶される。そのビデオＲＡＭに記憶されたビデオ信号はアナログ信号に戻されてからモニター１０に供給され、進行方向における水中の垂直断面図が表示される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここでトラップ回路１は、ＬおよびＣからなる共振回路をなし単一の共振周波数を持つ。そのため送受波器３ａの運用周波数が５０ＫＨｚの場合は前記共振周波数も５０ＫＨｚとなるように選定される。従って一つのトラップ回路には、その共振周波数に合致する一つの送受波器３ａしか接続できず、運用周波数の異なる、例えば２００ＫＨｚの送受波器３ａに交換したような場合には、魚群探知機本体を取替えなくてはならない。
【０００５】
又、同一の個所に対して、異なる２つの周波数で探査して、それによる両探査結果を比較すれば、魚群Ｘの魚種判定や海底識別が容易になるという利点がある。そこで従来は２周波の探査を行うために図２に示すように、送受信系を２チャンネルとし、各チャンネルにそれぞれ送受波器３ａ、３ｂを備え、１台のモニター９の表示画面を左右に分割し、両探査結果を並べて表示している。
【０００６】
しかしながら、１台の魚群探知機に２チャンネルの送受信系を備えると、装置が大型化して価格も高価となった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、広範囲の運用周波数に対応でき、即ち、魚群探知機本体を取替えることなく、異なる周波数信号で駆動される複数の送受波器の中から必要とされる周波数の送受波器を選択使用することができ、かつ、１チャンネル構成で２周波の送受信をも可能にした魚群探知機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は、超音波の送受を行う送受波器と、超音波信号を生成する送信部と、送信部よりの送信信号を送受波器へ供給し、送受波器よりの受信信号を取り出すトラップ回路と、トラップ回路よりの受信信号を増幅するプリアンプと、プリアンプよりの受信信号を所定の周波数に変換するミキサーと、そのミキサーからの出力から所定周波数の信号を選出するフィルタと、フィルタからの受信信号を増幅するメインアンプと、メインアンプよりの受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器よりの信号をモニターにて表示するための表示回路とを備える魚群探知機において、
前記トラップ回路をコイルまたは抵抗並びにダイオードで構成し、共振回路を持たない。
【０００９】
トラップ回路は共振回路を持たないことで周波数に依存せず、広帯域特性を持つ。そのため送信部の単一の周波数に限定されることはなく、送受波器の運用周波数に応じて送信部の周波数を設定できるし、送信部の送信周波数を自由に変更できるのであれば、随意の運用周波数の送受波器を使用することができる。
【００１０】
請求項２に係わる発明は、請求項１と同様な広帯域のトラップ回路を用い、さらに、そのトラップ回路に、ローパスフィルタを介して第１の送受波器とハイパスフィルタを介して第２の送受波器とを並列接続するとともに、前記送信部での送信周波数を、前記第１の送受波器および第２の送受波器の運用周波数Ｆ１,Ｆ２へ交互に切りかえるようにし、かつ、前記両運用周波数Ｆ１,Ｆ２に対して一定の変換周波数が得られるように、ミキサーへ供給する局部発振信号の周波数を所定の周波数へ交互に切りかえることを特徴とする。
【００１１】
トラップ回路が広帯域であるがために、運用周波数の異なる２つの第１および第２の送受波器を接続することもでき、その場合には、各送受波器に対応するローパスフィルタおよびハイパスフィルタを接続するとともに、送信部で２周波Ｆ１,Ｆ２を交互に出力でき、かつ、前記両運用周波数Ｆ１,Ｆ２に対して一定の変換周波数が得られるように、ミキサーへ供給する局部発振信号の周波数を所定の周波数へ交互に切りかえる。
【００１２】
請求項３に記したように、上記第１の送受波器は運用周波数Ｆ１では低インピーダンスであるが運用周波数Ｆ２では高インピーダンスとなる特性を有し、他方、上記第２の送受波器は、運用周波数Ｆ２では低インピーダンスであるが運用周波数Ｆ１では高インピーダンスとなる特性を持たせれば、上記ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを省略できるので２つの送受波器を並列接続できる。
【００１３】
又、請求項４に記したように、２つの共振特性を持ち、２つの運用周波数Ｆ１,Ｆ２で使用できる一つの送受波器を上記トラップ回路に接続して用いることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の第１実施形態を示した魚群探知機５２の制御ブロック図であり、図１と共通する要素に対しては共通の符号を付している。ここで採用したトラップ回路１１は、２本のラインＬ上に接続点Ｐ、Ｎがあり、接続点Ｐには、ダイオードＤ１、Ｄ２のアノードが接続され、接続点Ｎには、ダイオードＤ３、Ｄ４のカソードが接続される。
【００１５】
ダイオードＤ１のカソード端及びダイオードＤ３のアノード端の間にはコイルＬ１が接続されるとともに両端部には、送信部２および送受波器３ａが接続される。又、ダイオードＤ２のカソード端及びダイオードＤ４のアノード端の間にはコイルＬ２および逆並列をなす２つのダイオードＤ５、Ｄ６が接続される。
【００１６】
前記ダイオードＤ２のカソード端及びダイオードＤ４のアノード端はそれぞれコンデンサＣを介して次段のプリアンプ１４の入力部に接続される。
【００１７】
接続点Ｐ、Ｎにはそれぞれ抵抗を通じて＋５Ｖ、−５Ｖが供給されるため、
ダイオードＤ１→コイルＬ１→ダイオードＤ３
ダイオードＤ２→コイルＬ２→ダイオードＤ４
のそれぞれのルートで１０ｍＡ程度の電流が流れる。ここで、送受波器３ａからの受信信号がコイルＬ１に印加されると、このコイルＬ１に流れていた電流に受信信号が重畳(変調)される。この結果、接続点Ｐ、Ｎ間には、受信信号の成分を含む電圧が生じ、その電圧がダイオードＤ２、Ｄ４を通じて取り出され、そしてコンデンサＣで直流成分がカットされてからプリアンプ１４に供給される。ダイオードＤ５およびＤ６は、送信時の過大信号をクリップするための保護用のものである。
【００１８】
ここでコンデンサＣは単なる直流阻止用のものであり、コイルＬとは少なくとも運用周波数の帯域(数十ＫＨｚ〜数百ＫＨｚ)で共振しない容量を選定する。かかる回路構成のトラップ回路１１は共振回路を持たないため広帯域特性を有し、そのため送受波器３ａの運用周波数は５０ＫＨｚに限定されることはなく、幅広い運用が可能となる。
【００１９】
ただし、図１の従来の魚群探知機５１におけるトラップ回路１に、ここのトラップ回路１１を交換しただけでは以下のような不具合が新たに生じることもある。
【００２０】
即ち、図４は、送受波器の取り付け個所で測定されたノイズ分布を示している。低周波域のノイズは、走航雑音や海状雑音によるノイズであり、周波数の２乗に反比例して急増することがわかっている。このようなノイズは受信信号に混ざって受信され、ここでトラップ回路１１が広帯域であるがために、それらのノイズ成分もそのまま次段のプリアンプ１４へ供給されてしまう。
【００２１】
ここでリアンプ１４のゲインが図１にあるようなプリアンプ４と同じように高ゲインであるとリニアリティがよくないことにより、高入力となる低周波ノイズが飽和してしまい、第３次高調波および第５次高調波が発生する。それらの高調波の周波数が受信周波数の５０ＫＨｚであると、受信信号にノイズが混ざってしまうために所望の探査結果が得られなくなる。
【００２２】
尚、図１の従来の魚群探知機においては、トラップ回路１は５０ＫＨｚの信号しか通さないため、ここで述べたような不具合は生じない。
【００２３】
そこで本発明では、プリアンプ１４に１０ｄｂ程度の低ゲインのものを用い、アンプのリニアリティ特性を改善することで相互変調の発生を抑えている。プリアンプ１４でのゲイン低下分はメインアンプ１７で稼ぐようにしている。又、ここで用いたフィルタ６には、通過帯域幅が１ＫＨｚ〜５ＫＨｚの狭帯域のものを使用する。
【００２４】
この実施形態では、送受波器の３ａの運用周波数が５０ＫＨｚであったために送信部２の送信周波数を５０ＫＨｚとしたが、送信周波数が随意に変更可能ならば、随意の運用周波数の送受波器を選択的に使用することができる。即ち、図５に示すように、１５ＫＨｚ、５０ＫＨｚおよび２００ＫＨｚの発振回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃを備え、それらの発振回路からいずれか一つをスイッチ２４で選択して送信部２３に供給すれば、選択した周波数に対応する送受波器を選択的に使用することができる。
【００２５】
この場合、いずれの送信周波数を用いた場合でもミキサー５よりの変換周波数が一定の２５０ＫＨｚとなるように、選択した発振回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃに対応して２６５ＫＨｚ、３００ＫＨｚおよび４５０ＫＨｚの局部発振回路２８ａ、２８ｂ、２８ｃのいずれかをスイッチ２７で選択する。これらのスイッチ２４および２７は制御部３０により駆動される。
【００２６】
尚、この図面では、発振回路２５および局部発振回路２８を複数個記載しているが、実際の一つの回路で随意の周波数を発振できるようになっており、回路構成が複雑になる訳ではない。又、上記図３では送受波器３およびトラップ回路１１については２線式の回路(平衡回路)で記したのに対し、図５(以下の図面も同じ)では図面の簡略化のために単線図で表したが、送受波器２に係わる結線は図３の場合と全く同じである。
【００２７】
図６は、本発明の第２実施形態を示した魚群探知機５３の制御ブロック図であり、図３と共通の要素には共通の符号を付している。運用周波数が例えば１５ＫＨｚおよび５０ＫＨｚの２つの送受波器３ｂ、３ａをそれぞれローパスフィルタ２１およびハイパスフィルタ２２を介して広帯域のトラップ回路１１に並列的に接続している。これらのローパスフィルタ２１およびハイパスフィルタ２２は図７に示すように典型的なＬＣ回路によるものである。
【００２８】
送信部２３に対してはスイッチ２４を介して発振回路２５および発振回路２６よりの５０ＫＨｚおよび１５ＫＨｚの信号が交互に供給されることにより、送信信号Ｓには１５ＫＨｚのものと５０ＫＨｚのものが含まれるが、それらはローパスフィルタ２１およびハイパスフィルタ２２で振り分けられ、１５ＫＨｚの送受波器２には１５ＫＨｚの送信信号が供給され、５０ＫＨｚの送受波器２には５０ＫＨｚの送信信号が供給され、両送受波器２から交互に送信される。
【００２９】
又、ミキサー５に対してはスイッチ２７を介して局部発振回路２９および局部発振回路２９よりの３００ＫＨｚおよび２６５ＫＨｚの信号が交互に供給される。５０ＫＨｚの送信に伴う受信信号を処理するタイミングでは、ミキサー５に３００ＫＨｚの局部発振信号を供給し、１５ＫＨｚの送信に伴う受信信号を処理するタイミングでは、ミキサー５に２６５ＫＨｚの局部発振信号を供給できるように、スイッチ２４および２７が制御部３０によって制御される。これにより、ミキサー５からの差周波数信号は常に２５０ＫＨｚとなる。
【００３０】
この回路構成では、トラップ回路１１が広帯域のため、１５ＫＨｚおよび５０ＫＨｚの異なる受信信号をプリアンプ１４に供給でき、１チャンネル構成で２周波の送受信が可能となる。従って図２に示したように１台のモニター９に、異なる周波数による探査結果を並べて表示することができる。尚、このような表示をするには、モニターの水平スキャン時において、０〜５０％のスキャン区間で一方の探査信号を取り込み、残りの５１〜１００％のスキャン区間で他方の探査信号を取り込む。
【００３１】
図８は、本発明の第３実施形態を示した魚群探知機５４の制御ブロック図であり、図６と共通の要素には共通の符号を付している。ここでは図６に示したようなローパスフィルタ２１およびハイパスフィルタ２２を省略して１５ＫＨｚの送受波器３ｃと５０ＫＨｚの送受波器３ｄとを互いに並列接続して広帯域トラップ回路１１につないでいる。
【００３２】
ここで、送受波器３ｃは、１５ＫＨｚの運用周波数では低インピーダンスであるが５０ＫＨｚに対しては高インピーダンスとなる特性を有し、他方、送受波器３ｄは、５０ＫＨｚの運用周波数では低インピーダンスであるが１５ＫＨｚに対しては高インピーダンスとなる特性を有している。
【００３３】
従って、図６の場合と同様に、１５ＫＨｚと５０ＫＨｚの信号を交互に含む送信信号が広帯域トラップ回路１１を通じて送受波器３ｃおよび３ｄへ供給されたとき、１５ＫＨｚの送信信号は、この送信周波数で低インピーダンスとなっている送受波器３ｃに主に入力され、５０ＫＨｚの送信信号は、この送信周波数で低インピーダンスとなっている送受波器３ｄに主に入力されるので図６の魚群探知機５３と同様に２周波の送受信が行える。
【００３４】
図９は、本発明の第４実施形態を示した魚群探知機５５の制御ブロック図であり、ここでは単に一つの送受波器３ｅを用いている。この送受波器３ｅは、１５ＫＨｚおよび５０ＫＨｚの２つの共振周波数を持っている。１５ＫＨｚと５０ＫＨｚの信号を交互に含む送信信号が広帯域トラップ回路１１を通じてこの送受波器３ｅへ供給されたとき、１５ＫＨｚの送信信号が供給されたときは、１５ＫＨｚの周波数で共振して超音波を発振し、５０ＫＨｚの送信信号が供給されたときは、５０ＫＨｚで共振して超音波を発振する。
【００３５】
尚、図６の魚群探知機５３において、１５ＫＨｚと５０ＫＨｚの中間周波数で運用する送受波器とその中間周波数をパスさせるミッドパスフィルタを設け、更に発振回路および局部発振回路にそれに対応するものを備えれば、１チャンネルで３周波の送受信が可能となる。
【００３６】
又、図８の魚群探知機５４および図９の魚群探知機５５においてもそれぞれの要求に合致すれば同様に複数周波の送受信が可能となる。尚、以上の各実施形態で用いた１５ＫＨｚや５０ＫＨｚの運用周波数は例示的に示したものであり、これらの周波数に限定されることはない。更に、本発明は、魚群探知機の例を用いて説明したが、本発明の特徴的機構は、ＰＰＩソナーやスキャニングソナーに対しても適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、トラップ回路に広帯域なものとし、又、必要に応じ、高調波ノイズの発生をなくすベく、プリアンプをリニアリティの優れた低ゲインとしたため、種々の運用周波数を持つ送受波器を接続することができ、また、異なる運用周波数の送受波器を用い、１チャンネルの送受信系で複数周波の送受信も可能となり、高機能な魚群探知機を安価かつ小型で提供出きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の魚群探知機の制御ブロック図
【図２】  ２チャンネル構成の要部を示した図
【図３】  本発明の第１実施形態を示した制御ブロック図
【図４】  海中下で測定されるノイズの分布を示したグラフ
【図５】  前記第１実施形態の変形例を示した制御ブロック図
【図６】  本発明の第２実施形態を示した制御ブロック図
【図７】  図６におけるローパスフィルタおよびハイパスフィルタの回路図
【図８】  本発明の第３実施形態を示した制御ブロック図
【図９】  本発明の第４実施形態を示した制御ブロック図
【符号の説明】
２  送信部
３  送受波器
５  ミキサー
６  フィルタ
８  Ａ/Ｄ変換器
１１  広帯域トラップ回路
１４  プリアンプ
１７  メインアンプ
２１  ローパスフィルタ
２２  ハイパスフィルタ
２３  送信部
２４,２７  スイッチ
２５  発振回路
２８  局部発振回路
３０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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