特許 7514402 振動減衰音響アレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-02

(45)【発行日】2024-07-10

(54)【発明の名称】振動減衰音響アレイ

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/521 20060101AFI20240703BHJP

   G01S 7/52 20060101ALI20240703BHJP

   H04R 1/44 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

G01S7/521 B

G01S7/52 V

H04R1/44 330L

H04R1/44 330D

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2023541539

(86)(22)【出願日】2021-12-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-22

(86)【国際出願番号】 US2021061573

(87)【国際公開番号】W WO2022154893

(87)【国際公開日】2022-07-21

【審査請求日】2023-07-07

(31)【優先権主張番号】17/146,795

(32)【優先日】2021-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503455363

【氏名又は名称】レイセオン カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ミシュリア，ジョゼフ，エム．

(72)【発明者】

【氏名】アイテム，エリック，エフ．

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３８１８５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５３３９２９１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平０９－１７７８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３３１７７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９６３３６５９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ １／７２－ １／８２

Ｇ０１Ｓ ３／８０－ ３／８６

Ｇ０１Ｓ ５／１８－ ５／３０

Ｇ０１Ｓ ７／５２－ ７／６４

Ｇ０１Ｓ １５／００－１５／９６

Ｈ０４Ｒ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
アパーチャを有するベース構造と、
音響アレイを設けるために前記ベース構造によって支持されるセンサと、
前記ベース構造の前記アパーチャ内の振動減衰材料の部分であって、前記振動減衰材料は前記ベース構造と接触しない、前記振動減衰材料の部分と、
前記振動減衰材料の部分を乗り物に固定するための取り付けメカニズムであって、前記取り付けメカニズムは前記ベース構造内の前記アパーチャを通る、前記取り付けメカニズムと、
前記ベース構造、前記センサ、及び前記振動減衰材料の部分を封入するモールド材料であって、前記モールド材料は、前記ベース構造内の前記アパーチャと位置合わせされた穴を含み、前記モールド材料及び前記減衰材料の部分は、前記音響アレイを前記乗り物に固定して、振動減衰をもたらす、前記モールド材料と、
を含む、前記装置。

【請求項2】

前記取り付けメカニズムはボルトを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記振動減衰材料の部分は、前記モールド材料内の前記アパーチャにわたる距離よりも長い突出部を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記突出部は隆起部を含む、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記振動減衰材料の部分にわたる長さは、前記モールド材料内の前記穴にわたる長さよりも長い、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記振動減衰材料の部分にわたる前記長さは、直径を含む、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記音響アレイはコンフォーマルである、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記ベース構造は、前記モールド材料のみを通して前記振動減衰材料の部分に結合される、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記振動減衰材料の部分間の前記モールド材料の体積は、所与の周波数範囲内の信号を減衰させるように選択される、請求項１に記載の装置。

【請求項10】

前記ベース構造は硬質プラスチック材料を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項11】

前記モールド材料はウレタンを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

方法であって、
アパーチャを有するベース構造を用いることと、
音響アレイを設けるために前記ベース構造にセンサを取り付けることと、
前記ベース構造の前記アパーチャ内に振動減衰材料の部分を形成することであって、前記振動減衰材料は前記ベース構造と接触しない、前記形成することと、
前記振動減衰材料の部分を乗り物に固定するための取り付けメカニズムを用いることであって、前記取り付けメカニズムは前記ベース構造内の前記アパーチャを通る、前記用いることと、
前記ベース構造、前記センサ、及び前記振動減衰材料の部分をモールド材料によって封入することであって、前記モールド材料は、前記ベース構造内の前記アパーチャと位置合わせされた穴を含み、前記モールド材料及び前記減衰材料の部分は、前記音響アレイを前記乗り物に固定して、振動減衰をもたらす、前記封入することと、
を含む、前記方法。

【請求項13】

前記振動減衰材料の部分は、前記モールド材料内の前記アパーチャにわたる距離よりも長い突出部を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記突出部は隆起部を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記音響アレイはコンフォーマルである、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記ベース構造は、前記モールド材料のみを通して前記振動減衰材料の部分に結合される、請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

装置であって、
アパーチャを有するベース構造と、
音響アレイを設けるために前記ベース構造によって支持されるセンサと、
前記ベース構造の前記アパーチャ内に配置された振動を減衰させるための手段であって、前記振動を減衰させるための手段は前記ベース構造と接触しない、前記振動を減衰させるための手段と、
前記振動を減衰させるための手段を乗り物に固定するための取り付け手段であって、前記取り付け手段は前記ベース構造内の前記アパーチャを通る、前記取り付け手段と、
前記ベース構造、前記センサ、及び前記振動を減衰させるための手段を封入するための手段であって、前記封入するための手段は、前記ベース構造内の前記アパーチャと位置合わせされた穴を含み、前記封入するための手段及び前記振動を減衰させるための手段は、前記音響アレイを前記乗り物に固定する、前記封入するための手段と、
を含む、前記装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

当該技術分野で知られているように、水中音響アレイを水上船舶または水中車両によって牽引することができる。音響アレイの感度は、騒音、振動などによって低下する可能性がある。従来のソナーシステムには、振動干渉を減らすために、複雑で高価なスペースを消費する分離システムが含まれている場合がある。ＵＵＶまたは他の水中車両上に装着される既知の低周波音響アレイは、それが装着されるＵＵＶまたは乗り物から振動干渉を被る場合がある。

【発明の概要】

【0002】

本開示の実施形態によって、水中または空気などの他の媒体中を移動し得る無人水中車両（ＵＵＶ）または他の乗り物上に装着され得る音響アレイに対する方法及び装置が提供される。実施形態では、アレイは乗り物の外形に適合する。本アレイは、騒音及び音響アレイとの関連する干渉を下げるために、従来の音響アレイと比べて振動を減らすように構成されている。本アレイは、流れが誘発する振動が低減され得るように、流れの存在下で流体力学的断面を示すように構成されている。

【0003】

実施形態では、音響アレイは、振動減衰用に構成されたオーバーモールド化合物を含む。アレイの形状は、異なる形状、直径、速度、深さなどのＵＵＶまたは水中車両に適合させることができる。アレイの振動減衰機能は、特定の用途に関連する種々の周波数を分離するように調整することができる。

【0004】

実施形態では、音響アレイは、いわゆるストロングバック（ＵＬＴＥＭ２３００、ＰＥＥＫまたは類似のものに準拠したエンジニアリングプラスチック）などの実質的に硬い材料を含むことができるベース構造を含む。そのベース構造にセンサを装着して、ベース構造及びセンサがウレタンまたは同様の接着剤などのオーバーモールド材料内にカプセル化されるようにすることができる。実施形態例では、車両取り付け点／パックをモールド材料に固定して、モールド材料のみを通してベース構造／センサに結合することができる。センサ及び関連するベース構造を装着ポイントから分離することで、振動減衰がもたらされる。装着ポイント／パック間のモールド材料の体積及びパック形状を調整して、種々の大きさの減衰またはターゲット固有の周波数を得ることができる。モールド材料は、センサ及び関連するエレクトロニクスを封入して、それらを環境の影響から隔離することに役立ち、同時に取り付けパックに対する振動低減カプラとして機能する。

【0005】

本開示の実施形態は、車両に直接装着することができ、通常は牽引アレイでのみ使用される低周波数側で動作することができる振動減衰ソナーアレイが提供される。アレイは、中性浮力となるように構成してもよいため、ＵＵＶ用途または他の低電力または軽量の用途にとても適している。

【0006】

一態様では、装置は、アパーチャを有するベース構造と、音響アレイを設けるためにベース構造によって支持されるセンサと、ベース構造のアパーチャ内の振動減衰材料の部分であって、振動減衰材料はベース構造に接触しない、振動減衰材料の部分と、振動減衰材料の部分を車両に固定するための取り付けメカニズムであって、取り付けメカニズムはベース構造内のアパーチャを通る、取り付けメカニズムと、ベース構造、センサ、及び振動減衰材料の部分を封入するモールド材料であって、モールド材料は、ベース構造内のアパーチャと位置合わせされる穴を含み、モールド材料及び減衰材料の部分は音響アレイを乗り物に固定する、モールド材料と、を含む。

【0007】

装置は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。取り付けメカニズムはボルトを含む、振動減衰材料の部分は、モールド材料内のアパーチャにわたる距離よりも長い突出部を含む、突出部は隆起部を含む、センサのうちの隣接するものを接続するワイヤを保持するためにベース構造によって支持されるブロック、振動減衰材料の部分にわたる長さがモールド材料内の穴にわたる長さよりも長い、振動減衰材料の部分にわたる長さは直径を含む、センサは直線的に配列される、音響アレイはコンフォーマルである、ベース構造はモールド材料を通してのみ振動減衰材料の部分に結合される、振動減衰材料の部分間のモールド材料の体積は所与の周波数範囲内の信号を減衰させるように選択され得る、ベース構造は硬質プラスチック材料を含む、及び／またはモールド材料はウレタンを含む。

【0008】

別の態様では、方法は、アパーチャを有するベース構造を用いることと、音響アレイを設けるためにベース構造にセンサを取り付けることと、ベース構造のアパーチャ内に振動減衰材料の部分を形成することであって、振動減衰材料はベース構造に接触しない、形成することと、振動減衰材料の部分を乗り物に固定するための取り付けメカニズムを用いることであって、取り付けメカニズムはベース構造内のアパーチャを通る、用いることと、ベース構造、センサ、及び振動減衰材料の部分をモールド材料によって封入することであって、モールド材料は、ベース構造内のアパーチャと位置合わせされる穴を含み、モールド材料及び減衰材料の部分は、音響アレイを乗り物に固定する、封入することと、を含む。

【0009】

方法は、以下の特徴のうちの１つ以上をさらに含むことができる。取り付けメカニズムはボルトを含む、振動減衰材料の部分は、モールド材料内のアパーチャにわたる距離よりも長い突出部を含む、突出部は隆起部を含む、センサのうちの隣接するものを接続するワイヤを保持するためにベース構造によって支持されるブロック、振動減衰材料の部分にわたる長さがモールド材料内の穴にわたる長さよりも長い、振動減衰材料の部分にわたる長さは直径を含む、センサは直線的に配列される、音響アレイはコンフォーマルである、ベース構造はモールド材料を通してのみ振動減衰材料の部分に結合される、振動減衰材料の部分間のモールド材料の体積は所与の周波数範囲内の信号を減衰させるように選択され得る、ベース構造は硬質プラスチック材料を含む、及び／またはモールド材料はウレタンを含む。

【0010】

本開示の前述の特徴ならびに本開示自体は、図面の以下の説明から、より十分に理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】水中車両の表面に固定された本開示の実施形態例による音響アレイの等角図である。

【図2A】本開示の実施形態例による音響アレイの部分の部分的に透明な等角図である。

【図2B】本開示の実施形態例による音響アレイの一部の断面図である。

【図2B】本開示の実施形態例による音響アレイの長さの一部の断面図である。

【図2C】本開示の実施形態例による音響アレイの一部の断面図である。

【図3】本開示の実施形態例による音響アレイの断面の部分的に透明な等角図である。

【図3A】本開示のさらなる実施形態例による音響アレイの断面の部分的に透明な等角図である。

【図4A】本開示の実施形態例による音響アレイのベース構造の側面図である。

【図4B】本開示の実施形態例による図４Ａのベース構造の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に、例示的な無人水中車両（ＵＵＶ）１０２の外面に固定された音響アレイ例１００を示す。実施形態では、アレイ１００は、所与の周波数帯域内の信号を検出する一連のセンサ１０４を含む。ＵＵＶ１０２は、固定または移動可能に構成してもよい。実施形態では、ＵＵＶ１０２は水中を移動して、移動可能な受動検出システムを提供してもよい。複数のＵＵＶ１０２が、調整されたパターンで移動して、所望のカバレージエリアを提供してもよい。

【0013】

センサ１０４を直線配列で示しているが、センサは、特定の用途のニーズを満たすために任意の好適なパターンで配置できることが理解される。

【0014】

図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃは、例示的な本開示の実施形態による、車両２０２に固定されながら振動減衰するように構成された音響アレイ例２００のさらなる詳細を示す。一連のセンサ２０４は、硬いベース構造２０６によって支持されている。実施形態では、ベース構造２０６は、以下により十分に説明するように、車両２０２へのアレイの固定を容易にするために形成されたアパーチャを有する。ベース構造２０６は連続層であってもよいし、一緒に固定できる部分を含んでもよい。

【0015】

センサ２０４はオーバーモールド化合物内で懸垂してもよい。音響アレイに好適なハイドロホンセンサ２０４は当該技術分野において良く知られている。隣接するセンサ２０４を、対象アレイに対する浮力をもたらす発泡材料から形成し得る構文ブロック２１４によって支持され得るワイヤ２１２を介して結合することができる。

【0016】

図２Ｃに最も示されるように、穴または空洞２１５を、アレイを乗り物に取り付けるためにたとえばボルト２１８を挿入することができる封入材モールド材料２１０内に形成することができる。減衰材料２２０を、ボルト２１８のヘッドと車両の表面との間に配置することができる。実施形態では、アレイの取り付け点は、封入材２１０によって取り付けられ、モールド材料封入材２１０を通してのみベース構造２０６及びセンサ２０４に結合される。

【0017】

例示的な実施形態ではボルトを示しているが、アレイを車両に固定する任意の好適な取り付けメカニズムを使用できることが理解される。

【0018】

図３に、アレイ２００を車両の表面に固定する取り付け構成例のさらなる詳細を示す。実施形態例では、ベース構造２０６は、車両の表面へのアレイの取り付けを可能にするアパーチャ２１６を含む。アレイ及び取り付けメカニズムの全体的な構成は、振動を減衰させ、センサが受信する信号内のノイズを減少させることによってセンサ２０４の性能を向上させる。たとえば、取り付けメカニズムは、車両から音響アレイ２００に伝達されるノイズを減少させる。

【0019】

実施形態では、減衰材料２２０は、ボルト２１８のヘッドと車両の表面との間のワッシャとして機能する。例示した実施形態では、減衰材料２２０は、その円周の周りに隆起部２２２を含む。隆起部２２２の直径は、封入材２１０内の穴２１５の直径よりも大きい。図から分かるように、封入材２１０は音響アレイ２００を乗り物に効果的に固定する。ボルト２１８及び減衰材料２２０によって形成される取り付けメカニズム（装着パックと言うことができる）は、センサ２０４を支持するベース構造２０６には接触しない。

【0020】

実施形態例では隆起部２２２を示しているが、任意の好適な形状を有する広範囲の構造が、封入材２１０がセンサ２０４及びベース構造２０６を車両に固定できるように機能することができることが理解される。全般的に、一部の封入材料２１０は、減衰材料２２０の少なくとも一部の下にあるべきである。

【0021】

図３Ａに、封入材料内にボルト隙間を形成するための方法を示す。実施形態では、スリーブ２２６を封入材料２１０内に埋め込むことができる。スリーブ２２６によって封入材内に空洞２１５が画定される。随意に、スリーブ２２６は、ボルト２１８のヘッドの下で減衰材料２２０の最上部に当接するアンダーハング部分２２８を含むことができる。

【0022】

所望の周波数特性を実現するために、種々のコンポーネントの材料及び形状を選択できることが理解される。たとえば、封入材２１０内の穴２１５のサイズは、所望の周波数応答に基づいて変更することができる。また、装着パックの間の封入材２１０の体積、パック形状などは、異なる大きさの減衰及び／または目標の特定周波数が得られるように選択することができる。

【0023】

ボルト２０９を介して互いに結合されたセクション２０７ａ、ｂ、ｃを有するベース構造例２０６の、図４Ａは平面図、図４Ｂはより詳細な平面図である。アパーチャ２１６のサイズは、ボルト２１８（図３Ｃ）が通過でき、所望の体積の封入材２１０に対する空間が得られるように設けられている。ベース構造２０６のたとえば、幅、厚さ、及び長さは、特定の用途のニーズを満たすように変更することができる。実施形態では、ベース構造２０６は、センサ２０４及びブロック２１４を頑強に支持するために実質的に硬い。

【0024】

実施形態では、オーバーモールド封入材料２１０には、振動減衰特性を有するウレタンまたは同様の接着剤が含まれる。ベース構造２０６に対する１つの好適な材料には、ＵＬＴＥＭ２３００に準拠したエンジニアリングプラスチックであるいわゆるストロングバックなどが含まれる。特定の用途の浮力及び剛性の要件に応じて、異なる基材を用いてもよい。

【0025】

本開示の実施形態によって、種々のサイズを有するＵＵＶまたは他の乗り物上に装着するための音響アレイが提供される。他の実施形態では、音響アレイを乗り物によって牽引することができる。実施形態では、アレイは、車両騒音及び音響アレイとの関連する干渉を低減するために、コンフォーマルであり、振動を減衰させる。振動減衰特性は、特定の装着用途に関連する異なる周波数を分離するために、変更することができる。

【0026】

典型的な本開示の実施形態について説明してきたが、それらのコンセプトを組み込んだ他の実施形態も使用し得ることが当業者には明らかになるであろう。本明細書に含まれる実施形態は、開示した実施形態に限定してはならず、むしろ添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲のみによって限定されるべきである。本明細書で引用したすべての出版物及び参考文献は、その全体において参照により本明細書に明示的に組み込まれている。

【0027】

本明細書で説明した異なる実施形態の要素を組み合わせて、具体的には前述していない他の実施形態を形成し得る。また、単一の実施形態の文脈で説明されている種々の要素は、別個にまたは任意の好適な部分集合で提供され得る。本明細書では具体的に記載していない他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図3A】

【図4A】

【図4B】