本发明涉及向水中发送声波并基于其回声检测水中的气泡的状态的水中探测装置及气泡检测方法。
背景技术：
以往，已知船用的回声测深器或多普勒声呐，计测被对象物反射后的超声波，来检测距对象物的距离、船舶的速度等。在这种装置中，如果超声波被气泡遮蔽，则无法适当地计测距对象物的距离、船舶的速度等。为了避免这样的事态，在这种装置中，能够使用检测气泡的产生状态并对测定动作进行控制的构成。
作为用于检测气泡的产生状态的气泡检测装置，例如已知如下气泡检测装置，具备：振子，发送超声波并接收其反射波；信号处理部，对基于来自水中的反射波的接收信号进行信号处理，并计算接收信号的频率分布；以及存储部，存储反映了气泡的状态的基准频率分布。在该气泡检测装置中，针对取得的频率分布，计算与存储部中存储的基准频率分布的差量，在差量处于规定的范围以内的情况下，判定为气泡的大小、密度与基准频率分布的气泡的大小、密度相同。例如，在以下的专利文献1中，记载了与上述同样的构成的气泡检测装置。
在先技术文献
专利文献
[专利文献1]日本特开2015-102416号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
在如上所述的装置中，如果来自气泡的反射波与来自水中存在的气泡以外的物体的反射波混合存在，则难以准确地检测气泡的状态。
鉴于该课题，本发明的目的在于，提供能够更准确地检测气泡的状态的水中探测装置及气泡检测方法。
用于解决课题的手段
本发明的第1方式涉及水中探测装置。本方式所涉及的水中探测装置具备：第1振子，向水中的第1区域发送声波；第2振子，接收所述声波被存在于所述第1区域的气泡反射进而被存在于与所述第1区域不同的第2区域的气泡反射后的声波；以及气泡判定部，基于所述接收的接收信号，判定水中的气泡的状态。
根据本方式所涉及的水中探测装置，第1区域与第2区域不同。因此，在水中不存在气泡的情况下，由第1振子发送的声波的反射波几乎不会被第2振子接收，即使在第1区域中存在气泡以外的物体，来自该物体的反射波也几乎不会向第2振子入射。另一方面，在水中存在气泡的情况下，由第1振子发送的声波碰到气泡并反复进行漫反射，从而向第2区域传播。由此，传播到第2区域的反射波向第2振子入射，并被第2振子接收。在该情况下，即使在第1区域中气泡以外的物体混合存在，来自该物体的反射波也几乎不会直接向第2振子入射。
因此，根据本方式所涉及的水中探测装置，基于从第1振子发送的声波被存在于第1区域的气泡反射后被存在于第2区域的气泡反射而由第2振子接收的接收信号，能够准确地判定水中的气泡的状态。
在本方式所涉及的水中探测装置中，能够构成为：所述第1振子的发送波束的中心轴与所述第2振子的接收波束的中心轴不平行。由此，即使第1振子与第2振子接近，也能够使第1区域与第2区域适当地分离。因此，能够将第1振子和第2振子一起设置在船底等。另外，在将第1振子和第2振子设置于单一的收发波器的情况下，能够将第1振子和第2振子紧凑地收纳于收发波器。
在该情况下，能够构成为：所述第1振子的发送波面与所述第2振子的接收波面从朝向相同方向的状态向相互面对的方向以规定的角度倾斜。
本方式所涉及的水中探测装置能够构成为还具备：速度计算部，计算船速；以及显示部，显示由所述速度计算部计算的所述船速、以及由所述气泡判定部判定的与气泡的状态相关的信息。由此，用户在以视觉把握船速时，能够确认气泡的状态。因此，用户能够把握气泡对船速的影响。
在该情况下，本方式所涉及的水中探测装置能够构成为：在所述显示部上，使所述船速和与所述气泡的状态相关的信息并排显示。由此，用户能够以视觉对照船速和与气泡的状态相关的信息。因此，用户能够顺利地把握气泡对船速的影响。
在该情况下，本方式所涉及的水中探测装置能够构成为：基于由所述气泡判定部判定的水中的气泡的状态，切换是否在所述显示部上进行所述船速的显示。如果水中存在大量气泡，则有时由速度计算部计算的船速不准确。在这样的情况下，例如通过使船速的显示消失，能够抑制显示不准确的船速。
在本方式所涉及的水中探测装置中能够构成为，所述速度计算部在所述气泡判定部判定为水中不存在气泡的情况下，进行所述船速的计算。如果水中存在大量气泡，则有时由速度计算部计算的船速不准确。在这样的情况下，通过不进行船速的计算，能够抑制船速的无用的计算处理。
本方式所涉及的水中探测装置能够构成为具备：频率变换部，对所述第2振子所接收的接收信号进行频率变换来生成频率数据，所述气泡判定部基于所述频率变换部所生成的所述频率数据，判定水中的气泡的状态。由此，与评价接收信号的强度的方法相比，能够排除与成为接收波对象的声波的频率不同的频带的噪声，因此能够高精度地判定水中的气泡的状态。
在该情况下能够构成为：在所述频率数据中产生了规定的阈值以上的振幅的情况下，所述气泡判定部判定为水中存在气泡。在水中不存在气泡的情况下，虽然在频率数据中产生基于噪声的振幅，但不产生规定的阈值以上的振幅。另一方面，在水中存在气泡的情况下，在频率数据中，基于噪声的振幅与基于来自气泡的声波的振幅重叠。因此，在该情况下，在频率数据中产生规定的阈值以上的振幅。因此，通过判定是否产生了规定的阈值以上的振幅，能够判定水中是否存在气泡。
在该情况下能够构成为：在所述频率数据中，在包含从所述第1振子发送的声波的频率在内的规定范围的频带中产生了所述规定的阈值以上的振幅的情况下，所述气泡判定部判定为水中存在气泡。如果被发送的声波被气泡散射，则被散射后的声波的频率包含在被发送的声波的发送频率附近。因此，如果在包含发送频率的规定范围的频带中进行判定，则能够更高精度地判定水中是否存在气泡。
在本方式所涉及的水中探测装置中能够构成为：所述气泡判定部在所述频率数据中，基于规定的阈值以上的振幅的信号量，判定水中存在的气泡的量。由此，能够进一步判定水中存在何种程度的气泡。
本方式所涉及的水中探测装置能够构成为：在所述第1区域和所述第2区域之中，一个区域朝向船头方向，另一个区域朝向船尾方向。
本发明的第2方式涉及气泡检测方法。本方式所涉及的气泡检测方法向水中的发送波区域发送声波，接收被存在于所述发送波区域的气泡反射进而被存在于与所述发送波区域不同的接收波区域的气泡反射后的声波，基于接收的所述声波的接收波状态，判定水中的气泡的状态。
根据本方式所涉及的气泡检测方法，具有与第1方式同样的效果。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够提供能够更准确地检测气泡的状态的水中探测装置及气泡检测方法。
本发明效果和意义通过以下示出的实施方式的说明而更加明确。但是，以下示出的实施方式不过只是实施本发明时的一个例示，本发明完全不限定于以下的实施方式所记载的方式。
附图说明
图1是用于说明实施方式1所涉及的气泡检测装置的构成及动作的示意图。
图2是表示实施方式1所涉及的气泡检测装置的构成的框图。
图3是表示实施方式1所涉及的气泡检测处理的流程图。
图4是表示实施方式2所涉及的船速测定装置的使用状态的示意图。
图5是表示实施方式2所涉及的收发波器的构成的示意图。
图6是表示实施方式2所涉及的船速测定装置的构成的框图。
图7是表示实施方式2所涉及的信号处理电路的构成的框图。
图8是示意性地表示实施方式2所涉及的第1收发波部的发送波定时及接收波定时、以及第2收发波部的发送波定时及接收波定时的定时图。
图9的(a)是表示实施方式2所涉及的在水中没有气泡的情况下得到的基于第1速度信号或者第2速度信号的频率数据的例子的图。图9的(b)是表示实施方式2所涉及的在水中没有气泡的情况下得到的基于第1气泡信号或者第2气泡信号的频率数据的例子的图。
图10的(a)是表示实施方式2所涉及的在水中有气泡的情况下得到的基于第1速度信号或者第2速度信号的频率数据的例子的图。图10的(b)是表示实施方式2所涉及的在水中有气泡的情况下得到的基于第1气泡信号或者第2气泡信号的频率数据的例子的图。
图11是实施方式2的实验所涉及的在未产生气泡的状态下根据第1速度信号得到的频率数据的曲线图。
图12是实施方式2的实验所涉及的在未产生气泡的状态下根据第2气泡信号得到的频率数据的曲线图。
图13是实施方式2的实验所涉及的在产生了少量气泡的状态下根据第1速度信号得到的频率数据的曲线图。
图14是实施方式2的实验所涉及的在产生了少量气泡的状态下根据第2气泡信号得到的频率数据的曲线图。
图15是实施方式2的实验所涉及的在产生了大量气泡的状态下根据第1速度信号得到的频率数据的曲线图。
图16是实施方式2的实验所涉及的在产生了大量气泡的状态下根据第2气泡信号得到的频率数据的曲线图。
图17的(a)是示意性地表示实施方式2所涉及的在计算出当前的船速的情况下的显示装置的显示内容的图。图17的(b)是示意性的表示实施方式2所涉及的在未计算当前的船速的情况下的显示装置的显示内容的图。
图18是表示实施方式2所涉及的船速测定处理的流程图。
图19的(a)、图19的(b)是用于说明实施方式2的变更例所涉及的水中的气泡的状态的判定方法的图。
图20的(a)、图20的(b)是用于说明实施方式2的变更例所涉及的水中的气泡的状态的判定方法的图。
附图标记说明：
1气泡检测装置(水中探测装置)
2船速测定装置(水中探测装置)
11发送波部(第1振子)
11a发送波区域(第1区域)
12接收波部(第2振子)
12a接收波区域(第2区域)
25a气泡判定部
111第1收发波部(第1振子、第2振子)
111a第1区域(第1区域、第2区域)
111b面(发送波面、接收波面)
111c中心轴
112第2收发波部(第1振子、第2振子)
112a第2区域(第1区域、第2区域)
112b面(发送波面、接收波面)
112c中心轴
130显示装置(显示部)
311第1频率变换部(频率变换部)
312第2频率变换部(频率变换部)
330气泡判定部
340速度计算部。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。实施方式1是对气泡检测装置适用了本发明的例子，实施方式2是对船速测定装置适用了本发明的例子。但是，以下的实施方式是本发明的一个实施方式，本发明完全不限定于以下的实施方式。
<实施方式1>
图1是用于说明气泡检测装置1的构成及动作的示意图。图1的第1状态、第2状态及第3状态表示向气泡发送的声波通过漫反射而传播的过程。
气泡检测装置1具备发送波部11和接收波部12。发送波部11和接收波部12例如是振子。发送波部11和接收波部12被定位在水中。发送波部11向水中的发送波区域11a发送声波(例如超声波)。接收波部12从与发送波区域11a不同的水中的接收波区域12a接收声波。气泡检测装置1基于接收波部12的接收波状态，判定水中的气泡的状态。
在水中存在气泡的情况下，如第1状态所示，从发送波部11发送的声波被发送波区域11a内的气泡反射。接下来，如第2状态所示，被发送波区域11a内的气泡反射后的声波在水中传播并到达其他气泡，并被其他气泡反射。通过这样的漫反射，声波在多个气泡间逐次传播。然后，如第3状态所示，被接收波区域12a内的气泡反射后的声波由接收波部12接收。
另一方面，在水中不存在气泡的情况下，从发送波部11发送的声波不会在发送波区域11a内被气泡反射。在该情况下，声波几乎不会在接收波区域12a内被再反射，因此接收波部12几乎不会接收声波。
图2是表示气泡检测装置1的构成的框图。
气泡检测装置1具备收发波器10、控制装置20和显示装置30。收发波器10具备发送波部11和接收波部12。控制装置20具备发送放大器21、接收放大器22、发送信号生成电路23、a/d转换电路24和信号处理电路25。
信号处理电路25具备cpu等运算处理电路和存储器(存储介质)，通过存储器中保持的程序来执行规定的功能。该程序使信号处理电路25执行气泡判定部25a的功能。此外，气泡判定部25a的功能也可以不是通过软件，而是通过硬件的构成实现。
信号处理电路25在规定的定时向发送信号生成电路23发送指示信号。发送信号生成电路23与来自信号处理电路25的指示相应地，生成用于驱动发送波部11的发送信号，并向发送放大器21输出。发送信号例如是规定频率的脉冲信号。发送放大器21对发送信号进行放大并向发送波部11输出。由此，发送波部11向水中的发送波区域11a(参照图1)发送声波。
接收波部12接收来自水中的接收波区域12a(参照图1)的声波，并将接收信号向接收放大器22输出。接收放大器22对接收信号进行放大并向a/d转换电路24输出。a/d转换电路24将接收波信号从模拟转换为数字，并向信号处理电路25输出。
信号处理电路25的气泡判定部25a基于从a/d转换电路24输入的接收信号，检测水中的气泡的状态。例如，气泡判定部25a基于接收信号的强度，判定是否与从发送波部11发送声波相应地由接收波部12接收到声波。气泡判定部25a在由信号处理电路25向发送信号生成电路23输出了指示信号之后设想为声波被接收的期间中，监视接收波信号。然后，气泡判定部25a例如在接收信号的强度超过阈值的情况下，判定为水中存在气泡，在接收信号未超过阈值的情况下，判定为水中不存在气泡。
图3表示气泡检测处理的流程图。
图3所示的气泡检测处理通过气泡检测装置1的电源被接通而自动地开始，或者通过用户针对气泡检测装置1输入开始指示而开始。
如果气泡检测处理开始，则由发送波部11向水中的发送波区域11a发送声波(s1)。之后，在一定期间，即包含设想为在水中的规定水深位置存在气泡的情况下被该气泡反射后的声波到达接收波部12的定时的期间中，由接收波部12进行从水中的接收波区域12a接收声波的动作(s2)。然后，由气泡判定部25a基于接收波部12的接收波状态判定水中的气泡的状态(s3)。具体而言，如上所述，根据接收信号的强度是否超过阈值，判定水中有无气泡。之后，由信号处理电路25将步骤s3的判定结果显示在显示装置30上(s4)。
此外，步骤s3的判定不限定于判定有无气泡。例如，也可以根据超过阈值的接收信号的范围(时间轴上的范围)的宽窄，判定表示在怎样的深度气泡多的气泡的分布。另外，气泡的状态的判定也可以根据接收信号的强度以外的其他参数值进行。例如，信号处理电路25也可以对接收信号施以fft(fastfouriertransformation：快速傅立叶变换)等处理来生成频率数据，基于生成的频率数据，判定水中的气泡的状态。在该情况下，例如也可以根据频率数据的振幅是否超过阈值，判定有无气泡。另外，尤其也可以根据在包含发送信号的频率在内的规定范围的频带中是否产生了超过阈值的振幅，判定有无气泡。在该情况下，也可以根据超过阈值的振幅的大小、范围(频率轴上的范围)，判定表示在怎样的深度气泡多的气泡的分布。
<实施方式1的效果>
根据实施方式1，能够获得以下的效果。
由于发送波部11的发送波区域11a与接收波部12的接收波区域12a不同，因此在水中不存在气泡的情况下，由发送波部11发送的声波的反射波几乎不会由接收波部12接收。在该情况下，即使在发送波区域11a中存在气泡以外的物体，来自该物体的反射波也几乎不会向接收波部12入射。另一方面，在水中存在气泡的情况下，由发送波部11发送的声波碰到气泡并反复进行漫反射，从而向接收波区域12a传播。由此，声波的反射波向接收波部12入射，并由接收波部12接收。在该情况下，即使在发送波区域11a中气泡以外的物体混合存在，来自该物体的反射波也几乎不会直接向接收波部12入射。
因此，气泡判定部25a基于接收波部12的接收波状态(例如接收波部12是否接收到声波)，能够准确地判定水中的气泡的状态。像这样，根据实施方式1的气泡检测装置1，能够准确地检测气泡的状态。
<实施方式2>
在实施方式2中，使用第1收发波部111及第2收发波部112这2个收发波部。通过由第1收发波部111及第2收发波部112交替进行发送波，来测定船速。第1收发波部111及第2收发波部112被用于船速的测定，并且被用于气泡的检测。气泡的检测原理与上述实施方式1同样。即，根据在第1收发波部111及第2收发波部112之中从一方发送了声波时在另一方是否接收到声波，判定水中的气泡的状态(有无气泡等)。因此，在第1收发波部111及第2收发波部112之中，进行发送波一方的收发波部对应于气泡检测装置的发送波部，另一方的收发波部对应于气泡检测装置的接收波部。即，在实施方式2中，气泡检测装置的发送波部和接收波部与船速检测的时序相应地，在第1收发波部111与第2收发波部112之间进行切换。
图4是表示实施方式2所涉及的船速测定装置2的使用状态的示意图。
在图4中，x-y平面是水平面，z轴正方向是铅直下方向。船体40的长度方向朝向x轴方向，船体40的船头40a位于x轴正侧，船体40的船尾40b位于x轴负侧。在图4中，为了方便，仅图示了船速测定装置2的构成之中的收发波器110。
收发波器110例如在船体40的操舵室41的正下附近被设置于船体40的船底。在图4所示的例子中，收发波器110被定位于比船体40的中央稍偏后方的船底。从收发波器110向水中的第1区域111a及第2区域112a发送声波。在此，超声波被向第1区域111a及第2区域112a发送。第1区域111a朝向船头40a方向，第2区域112a朝向船尾40b方向。被发送的超声波被水中的物质反射，被水中的物质反射后的反射波(回声)由收发波器110接收。由船体40的操舵室41等中配置的控制装置120(参照图6)，计算船体40的对水船速(以下简称为“船速”)。
图5是表示收发波器110的构成的示意图。在图5中，示出与图4同样的xyz轴。
收发波器110具备第1收发波部111、第2收发波部112和壳体113。第1收发波部111是向水中的第1区域111a发送声波及接收来自第1区域111a的声波的振子。第2收发波部112也是向水中的与第1区域111a不同的第2区域112a发送声波及接收来自第2区域112a的声波的振子。第1收发波部111被定位于船尾40b侧，朝向船头40a侧发送第1声波。第2收发波部112被定位于船头40a侧，朝向船尾40b侧发送第2声波。
壳体113具有圆筒形的外形形状。在壳体113的z轴正侧，形成了圆形的开口113a。从第1收发波部111发送的第1声波及从第2收发波部112发送的第2声波经由开口113a向水中传播。另外，被水中的浮游生物、微粒、气泡等反射后的第1声波及第2声波经由开口113a由第1收发波部111及第2收发波部112接收。
第1收发波部111向水中的第1区域111a(参照图4)发送第1声波，并且接收来自第1区域111a的包含第1声波的反射波(回声)的声波。第2收发波部112向水中的第2区域112a(参照图4)发送第2声波，并且接收来自第2区域112a的包含第2声波的反射波(回声)的声波。
第1收发波部111的用于发送波及接收波的面111b相对于z轴方向以角度θ1倾斜。由此，第1收发波部111的发送波方向及接收波方向的俯角成为角度θ1。换言之，第1区域111a(参照图4)的中心轴111c相对于船体40的长度方向(x轴方向)以角度θ1倾斜。另外，第2收发波部112的用于发送波及接收波的面112b相对于z轴方向以角度θ2倾斜。由此，第2收发波部112的发送波方向及接收波方向的俯角成为角度θ2。换言之，第2区域112a(参照图4)的中心轴112c相对于船体40的长度方向(x轴方向)以角度θ2倾斜。
第1收发波部111的发送波束及接收波束的中心轴111c与第2收发波部112的发送波束及接收波束的中心轴112c不平行。第1收发波部111的面111b与第2收发波部112的面112b从朝向相同方向的状态向相互面对的方向分别以90°-θ1和90°-θ2倾斜。
在实施方式2中，角度θ1与角度θ2相等。角度θ1、θ2例如被设定为50°～80°程度。
第1收发波部111具有相对于中心轴111c向规定的角度范围扩展的指向性。具体而言，从第1收发波部111发送的声波的扩展角和由第1收发波部111接收的声波的扩展角为1°～6°程度。同样，第2收发波部112具有相对于中心轴112c向规定的角度范围扩展的指向性。具体而言，从第2收发波部112发送的声波的扩展角和由第2收发波部112接收的声波的扩展角为1°～6°程度。
从第1收发波部111发送的第1声波被第1区域111a(参照图4)内的浮游生物、微粒等反射，向第1收发波部111返回并被接收。另外，从第2收发波部112发送的第2声波被第2区域112a(参照图4)内的浮游生物、微粒等反射，向第2收发波部112返回并被接收。此时，与船体40的船速相应地，被接收的声波的频率由于多普勒效应而变化。因此，使用基于从第1收发波部111发送并由第1收发波部111接收的第1声波的信号(以下称为“第1速度信号”)、以及基于从第2收发波部112发送且由第2收发波部112接收的第2声波的信号(以下称为“第2速度信号”)，能够计算船速。
在船速的计算中，使用第1速度信号及第2速度信号双方。由此，即使船体40产生了前后方向的倾斜，也能够准确地计算船速。即，如果由于波浪等的影响，船体40在前后方向上倾斜，则从第1收发波部111及第2收发波部112发送的声波的发送波方向变化，与此相伴，在各声波的反射波中产生的多普勒频移量(发送波时的频率与接收波时的频率的差量)变化。例如，如果与船体40的倾斜相应地，由第1收发波部111接收的反射波的多普勒频移量增加，则由第2收发波部112接收的反射波的多普勒频移量减少。因此，第1速度信号及第2速度信号的频率分别增减与船体40的倾斜相应的频率。因此，通过对根据第1速度信号及第2速度信号的各频率的多普勒频移量分别计算的速度进行平均，能够计算抑制了船体40的倾斜的影响的船速。由此，无论船体40是否倾斜，都能够准确地计算船速。
进而，在水中有气泡的情况下，与图1中说明的情况同样，从一方的收发波部发送的声波通过水中的气泡而进行漫反射，从而由另一方的收发波部接收。
即，从第1收发波部111发送的第1声波被存在于第1区域111a与第2区域112a之间的多个气泡反复反射，通过由这多个气泡进行的漫反射，向第2区域112a传播。这样，传播到第2区域112a的声波被存在于第2区域112a的气泡反射，并被第2收发波部112接收。同样，从第2收发波部112发送的第2声波被存在于第2区域112a与第1区域111a之间的多个气泡反复反射，通过由这多个气泡进行的漫反射，向第1区域111a传播。这样，传播到第1区域111a的声波被存在于第1区域111a的气泡反射，并被第1收发波部111接收。
因此，使用基于从第1收发波部111发送且由第2收发波部112接收的第1声波的信号(以下称为“第2气泡信号”)、以及基于从第2收发波部112发送且由第1收发波部111接收的第2声波的信号(以下称为“第1气泡信号”)，能够判定水中的气泡的状态。
图6是表示船速测定装置2的构成的框图。
船速测定装置2具备收发波器110、控制装置120和显示装置130。控制装置120具备第1切换电路201、第2切换电路202、第1发送放大器211、第2发送放大器212、发送信号生成电路213、第1接收放大器221、第2接收放大器222、第1a/d转换电路231、第2a/d转换电路232和信号处理电路240。控制装置120和显示装置130被设置于船体40的操舵室41(参照图4)。
发送信号生成电路213与来自信号处理电路240的指示相应地，生成用于驱动第1收发波部111的发送信号并向第1发送放大器211输出，生成用于驱动第2收发波部112的发送信号并向第2发送放大器212输出。在实施方式2中，发送信号生成电路213以第1声波及第2声波的频率为f(mhz)的方式生成发送信号。第1发送放大器211对发送信号进行放大并向第1切换电路201输出。第2发送放大器212对发送信号进行放大并向第2切换电路202输出。
第1收发波部111与来自第1切换电路201的发送信号相应地，向水中发送第1声波(超声波脉冲)。第2收发波部112与来自第2切换电路202的发送信号相应地，向水中发送第2声波(超声波脉冲)。第1收发波部111及第2收发波部112接收超声波脉冲被水中的浮游生物、微粒、气泡等反射后的反射波(回声)，并转换为电信号。由此，生成接收信号。第1收发波部111及第2收发波部112分别将与接收的声波相应的接收信号向第1切换电路201及第2切换电路202输出。
第1切换电路201在从第1发送放大器211输出了发送信号的情况下，对发送信号进行中继并向第1收发波部111输出。另外，第1切换电路201在从第1收发波部111输出了接收信号的情况下，对接收信号进行中继并向第1接收放大器221输出。同样，第2切换电路202在从第2发送放大器212输出了发送信号的情况下，对发送信号进行中继并向第2收发波部112输出。另外，第2切换电路202在从第2收发波部112输出了接收信号的情况下，对接收信号进行中继并向第2接收放大器222输出。
第1接收放大器221使从第1切换电路201输出的接收信号放大并向第1a/d转换电路231输出。第2接收放大器222使从第2切换电路202输出的接收信号放大并向第2a/d转换电路232输出。第1a/d转换电路231将从第1接收放大器221输出的模拟的接收信号转换为数字的接收信号，并向信号处理电路240输出。第2a/d转换电路232将从第2接收放大器222输出的模拟的接收信号转换为数字的接收信号，并向信号处理电路240输出。
信号处理电路240基于从第1a/d转换电路231及第2a/d转换电路232输出的接收信号，计算船速，并且判定气泡的状态。然后，信号处理电路240将计算的船速及气泡的状态的判定结果等向显示装置130输出。
显示装置130是液晶显示器等显示器。显示装置130显示从信号处理电路240输出的船速及判定结果等。关于显示装置130的显示内容，随后参照图17的(a)、(b)进行说明。
图7是表示信号处理电路240的构成的框图。
信号处理电路25具备cpu等运算处理电路和存储器(存储介质)，通过存储器中保持的程序来执行规定的功能。在图7中，通过该程序由信号处理电路25执行的功能被作为功能模块示出。此外，这些功能的一部分或者全部也可以不是通过软件，而是通过硬件的构成实现。
信号处理电路240具备定时设定部301、第1频率变换部311、第2频率变换部312、第1多普勒计测部321、第2多普勒计测部322、气泡判定部330和速度计算部340。
定时设定部301向发送信号生成电路213发送使其生成发送信号的指示。此时，定时设定部301以使第1声波的发送波定时与第2声波的发送波定时不同的方式，发送使其生成发送信号的指示。关于发送波定时，随后参照图8进行说明。
第1频率变换部311通过快速傅立叶变换(fft)对从第1a/d转换电路231输入的接收信号进行频率变换。第2频率变换部312通过快速傅立叶变换(fft)对从第2a/d转换电路232输入的接收信号进行频率变换。
在此，在从第1收发波部111输入的接收信号中，有第1收发波部111所接收的第1声波的接收信号(第1速度信号)和第1收发波部111所接收的第2声波的接收信号(第1气泡信号)。第1频率变换部311将对第1速度信号进行频率变换而得到的频率数据向第1多普勒计测部321输出，将对第1气泡信号进行频率变换而得到的频率数据向气泡判定部330输出。
同样，在从第2收发波部112输入的接收信号中，有第2收发波部112所接收的第2声波的接收信号(第2速度信号)和第2收发波部112所接收的第1声波的接收信号(第2气泡信号)。第2频率变换部312将对第2速度信号进行频率变换而得到的频率数据向第2多普勒计测部322输出，将对第2气泡信号进行频率变换而得到的频率数据向气泡判定部330输出。
第1多普勒计测部321在从第1频率变换部311输出的第1速度信号的频率数据中，计测成为峰(最大值)的振幅的频率与第1声波的发送频率f的偏移(多普勒频移量)，将计测出的偏移量向速度计算部340输出。同样，第2多普勒计测部322在从第2频率变换部312输出的第2速度信号的频率数据中，计测成为峰(最大值)的振幅的频率与第2声波的发送频率f的偏移(多普勒频移量)，将计测出的偏移量向速度计算部340输出。
气泡判定部330基于从第1频率变换部311输出的第1气泡信号的频率数据、以及从第2频率变换部312输出的第2气泡信号的频率数据，判定气泡的状态。具体而言，气泡判定部330在第1气泡信号的频率数据中产生了规定的阈值以上的振幅的情况下，判定为在取得对应的第2速度信号时产生了气泡。同样，气泡判定部330在第2气泡信号的频率数据中产生了规定的阈值以上的振幅的情况下，判定为在取得对应的第1速度信号时产生了气泡。气泡判定部330将判定结果向速度计算部340和显示装置130输出。关于气泡的判定方法，随后参照图9的(a)～图10的(b)进行说明。
速度计算部340基于从第1多普勒计测部321输出的频率的偏移量，计算基于第1收发波部111的船速，基于从第2多普勒计测部322输出的频率的偏移量，计算基于第2收发波部112的船速。然后，速度计算部340使用规定的周期量的基于第1收发波部111的船速、以及规定的周期量的基于第2收发波部112的船速，计算当前的船速。速度计算部340将这样计算出的当前的船速向显示装置130输出。
在此，在水中存在气泡的情况下，被浮游生物、微粒等反射后的声波有可能受到气泡的影响。在该情况下，第1速度信号及第2速度信号产生恶化，无法取得适当的船速。因此，在实施方式2中，设置气泡判定部330，不将检测出气泡的定时的第1速度信号及第2速度信号用于计算该定时的船速。
图8是示意性地表示第1收发波部111的发送波定时及接收波定时以及第2收发波部112的发送波定时及接收波定时的定时图。
在图8中，作为从第1收发波部111或者第2收发波部112发送声波起直到接收该声波的反射波为止的时间间隔，示出了周期p1～p4。在周期p1、p3中，第1收发波部111发送第1声波，在周期p2、p4中，第2收发波部112发送第2声波。
如果在时刻t1从第1收发波部111发送了第1声波，则第1声波被水中的浮游生物、微粒反射，在时刻t2附近被第1收发波部111接收。由此，从第1收发波部111输出第1速度信号。此时，如果水中存在气泡，则第1声波通过气泡进行漫反射，在时刻t2附近被第2收发波部112接收。由此，从第2收发波部112输出第2气泡信号。第2气泡信号在判定气泡的状态时被使用，根据基于第2气泡信号的气泡的判定结果，判定基于第1速度信号计算的船速是否适当。这样，周期p1中的发送波及接收波的处理结束。
接下来，如果在时刻t3从第2收发波部112发送了第2声波，则第2声波被水中的浮游生物、微粒反射，在时刻t4附近被第2收发波部112接收。由此，从第2收发波部112输出第2速度信号。此时，如果水中存在气泡，则第2声波通过气泡进行漫反射，在时刻t4附近被第1收发波部111接收。由此，从第1收发波部111输出第1气泡信号。第1气泡信号在判定气泡的状态时被使用，根据基于第1气泡信号的气泡的判定结果，判定基于第2速度信号计算的船速是否适当。这样，周期p2中的发送波及接收波的处理结束。
像这样，由第1收发波部111发送第1声波的周期与由第2收发波部112发送第2声波的周期交替反复。
接下来，参照图9的(a)～图10的(b)，关于速度计算部340对船速的计算以及气泡判定部330对气泡的状态的判定进行说明。
图9的(a)的曲线图是表示在水中没有气泡的情况下得到的基于第1速度信号或者第2速度信号的频率数据的例子的图。
如果水中没有气泡，则在第1声波及第2声波的发送频率f的附近，振幅显著变大，振幅大的部分的频率的宽度窄。因此，能够容易而且适当地确定成为峰(最大值)的振幅的频率。
第1多普勒计测部321在如图9的(a)所示的对第1速度信号进行频率变换而得到的频率数据中，计测振幅的峰从第1声波的发送频率f以何种程度偏移。速度计算部340基于频率的偏移量(多普勒频移量)，计算基于第1收发波部111的船速。同样，第2多普勒计测部322在如图9的(a)所示的对第2速度信号进行频率变换而得到的频率数据中，计测振幅的峰从第2声波的发送频率f以何种程度偏移。速度计算部340基于频率的偏移量(多普勒频移量)，计算基于第2收发波部112的船速。
图9的(b)的曲线图表示在水中没有气泡的情况下得到的基于第1气泡信号或者第2气泡信号的频率数据的例子的图。
气泡判定部330判定在如图9的(b)所示的基于第1气泡信号的频率数据中是否产生了规定的阈值ath以上的振幅。阈值ath被设定为能够区别噪声与基于气泡的振幅。即，阈值ath被设定为：比在不存在气泡的情况下产生的噪声的振幅大，且比在存在规定量的气泡的情况下可能产生的振幅小。阈值ath能够与检测何种程度的量的气泡相应地适当调整。
在图9的(b)的曲线图的情况下，由于未产生阈值ath以上的振幅，因此判定为未产生气泡。因此判定为：在与该情况下的第1气泡信号相同的定时取得的第2速度信号是适当的，基于该第2速度信号的船速是适当的。
同样，气泡判定部330判定在如图9的(b)所示的基于第2气泡信号的频率数据中是否产生了规定的阈值ath以上的振幅。在图9的(b)的曲线图的情况下，由于未产生阈值ath以上的振幅，因此判定为未产生气泡。因此判定为：在与该情况下的第2气泡信号相同的定时取得的第1速度信号是适当的，基于该第1速度信号的船速是适当的。
图10的(a)的曲线图表示在水中有气泡的情况下得到的基于第1速度信号或者第2速度信号的频率数据的例子的图。
如果水中有气泡，则被气泡反射后的声波向发送了声波的收发波部返回，因此在发送频率f的附近，振幅显著变大，振幅变大的频率的宽度变宽。因此，难以确定成为峰(最大值)的振幅的频率，船速的计算精度有可能降低。
图10的(b)的曲线图表示在水中有气泡的情况下得到的基于第1气泡信号或者第2气泡信号的频率数据的例子的图。
在如图10的(b)所示的基于第1气泡信号的频率数据的情况下，由于产生了阈值ath以上的振幅，判定为产生了气泡。因此判定为：在与该情况下的第1气泡信号相同的定时取得的第2速度信号对于计算速度而言大为恶化，基于该第2速度信号的船速是不适当的。
同样，在如图10的(b)所示的基于第2气泡信号的频率数据的情况下，由于产生了阈值ath以上的振幅，判定为产生了气泡。因此判定为：在与该情况下的第2气泡信号相同的定时取得的第1速度信号对于计算速度而言大为恶化，基于该第1速度信号的船速是不适当的。
接下来，参照图11～16，关于发明人所进行的实验进行说明。
发明人针对实际的海水，人工地制造了未产生气泡的状态、产生了少量气泡的状态、以及产生了大量气泡的状态。此时，对水船速在未产生气泡的状态下为0kn，在产生了少量气泡的状态下为大致4kn，在产生了大量气泡的状态下为大致5kn。然后，发明人在各状态下，使得从第1收发波部111以f0(hz)的发送频率发送第1声波，由第1收发波部111和第2收发波部112接收反射波(回声)。然后，发明人基于第1收发波部111的第1速度信号和第2收发波部112的第2气泡信号，分别进行快速傅立叶变换(fft)并取得了频率数据。
图11是在未产生气泡的状态下根据第1速度信号得到的频率数据的曲线图。在图11中，示出了对规定的周期量的基于第1速度信号的频率数据进行平均而得到的频率数据。如上所述，在未产生气泡的状态下船速被设定为0kn。另外，根据图11所示的实验结果，在与第1声波相同的频率f0，振幅在窄的频率宽度中变大。因此，在该情况下，可知能够基于第1速度信号适当地得到船速。
图12是在未产生气泡的状态下根据第2气泡信号得到的频率数据的曲线图。在图12中，示出了对规定的周期量的基于第2气泡信号的频率数据进行平均而得到的频率数据。如图12所示，在基于第2气泡信号的频率数据中虽然有噪声成分，但振幅变大的频带不明确存在。因此，在该情况下，可知能够基于第2气泡信号适当地判定气泡的状态。
图13是在产生了少量气泡的状态下根据第1速度信号得到的频率数据的曲线图。如上所述，在产生了少量气泡的状态下船速被设定为大致4kn。由此，相对于第1声波的发送频率f0的多普勒频移量δfc(hz)通过计算被算出。另外，根据图13所示的实验结果，在从第1声波的发送频率f0偏移了δfa(hz)程度的频率附近，振幅变大。然后，如果比较该情况下的δfc和δfa，可知δfc与δfa是大致相同的值。因此，在该情况下，也可知能够基于第1速度信号适当地得到船速。
图14是在产生了少量气泡的状态下根据第2气泡信号得到的频率数据的曲线图。在图14的情况下，与图12相比，在第1声波的发送频率f0附近，振幅变大。这可以考虑是因为：由于水中存在的少量的气泡，由第1收发波部111发送的第1声波被第2收发波部112接收。在该情况下，如图14所示，通过设定振幅的阈值ath，能够判定气泡的状态。即，由于频率数据整体的振幅比阈值ath小，因此能够判断为在水中实质上不存在对船速的计算结果造成影响的气泡，可知基于第1速度信号的船速是适当的。
图15是在产生了大量气泡的状态下根据第1速度信号得到的频率数据的曲线图。如上所述，在产生了大量气泡的状态下船速被设定为大致5kn。由此，相对于第1声波的发送频率f0的多普勒频移量δfc(hz)通过计算被算出。另外，根据图15所示的实验结果，在从第1声波的发送频率f0偏移了δfa(hz)程度的频率附近，振幅变大。然后，如果比较该情况下的δfc和δfa，可知不能说δfc与δfa是大致相同的值。因此，在该情况下，可知基于第1速度信号无法适当地得到船速。
图16是在产生了大量气泡的状态下根据第2气泡信号得到的频率数据的曲线图。在图16的情况下，与图14相比，在第1声波的发送频率f0附近，振幅进一步变大。在该情况下，也如图16所示，通过设定振幅的阈值ath，能够判定气泡的状态。即，由于频率数据的一部分的振幅为阈值ath以上，因此能够判断为在水中存在对船速的计算结果造成影响的气泡，可知在相同的定时得到的船速是不适当的。
接下来，参照图17的(a)、(b)，关于显示装置130的显示内容进行说明。
在实施方式2中，如上所述，基于第1气泡信号，判定在相同的定时取得的第2速度信号是否适当，基于第2气泡信号，判定在相同的定时取得的第1速度信号是否适当。进而，在实施方式2中，基于在紧前的规定的周期中被判定为适当的第1速度信号及第2速度信号计算平均，并计算当前的船速。此时，只要在气泡判定部330基于紧前的规定的周期中的第1气泡信号及第2气泡信号判定为在水中不存在气泡的情况下，速度计算部340就进行当前的船速的计算。即，在基于紧前的规定的周期中的第1气泡信号及第2气泡信号，判定为在水中存在气泡且当前的船速不适当的情况下，当前的船速不被计算而且不被显示在显示装置130上。
图17的(a)是示意性地表示基于紧前的规定周期的船速计算出当前的船速的情况下的显示装置130的显示内容的图。船速显示区域131是用于显示船速的区域，气泡信息显示区域132是用于显示由气泡判定部330判定的与气泡的状态相关的信息的区域。船速显示区域131和气泡信息显示区域132上下并排。在图17的(a)的情况下，计算了当前的船速，因此在船速显示区域131中显示船速，在气泡信息显示区域132中显示“未产生气泡”这样的消息。
图17的(b)是示意性地表示在未基于紧前的规定周期的船速计算当前的船速的情况下的显示装置130的显示内容的图。在该情况下，在船速显示区域131中，显示表示未计算当前的船速的斜线。在气泡信息显示区域132中，显示“产生了气泡，船速有可能不准确”这样的消息。
此外，船速和有无气泡的显示方法不限于图17的(a)、(b)的显示方法。例如也可以是，在计算出船速的情况下不显示气泡信息，而仅在未计算船速的情况下显示气泡信息。在该情况下，也可以仅是将“气泡”这样的字符显示在船速显示区域131或其附近。
图18是表示船速测定处理的流程图。
图18所示的船速测定处理通过船速测定装置2的电源被接通而自动地开始。或者也可以是，通过由用户对船速测定装置2输入了船速测定的开始指示而开始图18的处理。
如果船速测定处理开始，则信号处理电路240使得由第1收发波部111向水中的第1区域111a发送第1声波(s11)。然后，信号处理电路240使第1收发波部111接收来自第1区域111a的声波(第1声波的反射波)，并且使第2收发波部112接收来自第2区域112a的声波(s12)。由此，从第1收发波部111输出第1速度信号，从第2收发波部112输出第2气泡信号。步骤s11、s12的处理相当于图8所示的基于第1收发波部111的发送波的1个周期。
接下来，信号处理电路240使得由第2收发波部112向水中的第2区域112a发送第2声波(s13)。然后，信号处理电路240使第2收发波部112接收来自第2区域112a的声波(第2声波的反射波)，并且使第1收发波部111接收来自第1区域111a的声波(s14)。由此，从第2收发波部112输出第2速度信号，从第1收发波部111输出第1气泡信号。步骤s13、s14的处理相当于图8所示的基于第2收发波部112的发送波的1个周期。
接下来，信号处理电路240基于在步骤s12中取得的第1速度信号计算船速，基于在步骤s14中取得的第2速度信号计算船速。进而，信号处理电路240基于在步骤s12取得的第2气泡信号，判定气泡的状态，基于在步骤s14中取得的第1气泡信号，判定气泡的状态。信号处理电路240将计算的船速与气泡的判定结果相互建立对应地存储至存储器(s15)。信号处理电路240反复进行步骤s11～s15的处理直到船速计算动作结束(s16)。由此，在各周期中得到的船速和气泡的判定结果顺次被存储至信号处理电路240的存储器。
之后，如上所述，只要在气泡判定部330基于规定的周期中的第1气泡信号及第2气泡信号判定为在水中不存在气泡的情况下，速度计算部340就进行当前的船速的计算。速度计算部340基于在规定的周期中被判定为适当的第1速度信号及第2速度信号计算平均，并计算当前的船速。然后，信号处理电路240在计算出当前的船速的情况下，使计算出的船速和基于气泡的判定结果的气泡信息如图17的(a)所示显示在显示装置130上。另外，信号处理电路240在未计算当前的船速的情况下，将表示未计算船速的斜线如图17的(b)所示显示在船速显示区域131中，将气泡信息如图17的(b)所示显示在气泡信息显示区域132中。
<实施方式2的效果>
根据实施方式2，能够获得以下的效果。
第1收发波部111的第1区域111a与第2收发波部112的第2区域112a不同。因此，在水中不存在气泡的情况下，由第1收发波部111发送的声波的反射波几乎不被第2收发波部112接收，即使在第1区域111a中存在气泡以外的物体，来自该物体的反射波也几乎不向第2收发波部112入射。同样，在水中不存在气泡的情况下，由第2收发波部112发送的声波的反射波几乎不被第1收发波部111接收，即使在第2区域112a中存在气泡以外的物体，来自该物体的反射波也几乎不向第1收发波部111入射。
另一方面，在水中存在气泡的情况下，由第1收发波部111发送的声波碰到气泡并反复进行漫反射，从而向第2区域112a传播。由此，传播到第2区域112a的反射波向第2收发波部112入射，并被第2收发波部112接收。在该情况下，即使在第1区域111a中气泡以外的物体混合存在，来自该物体的反射波也几乎不会直接向第2收发波部112入射。同样，在水中存在气泡的情况下，由第2收发波部112发送的声波碰到气泡并反复进行漫反射，从而向第1区域111a传播。由此，传播到第1区域111a的反射波向第1收发波部111入射，并被第1收发波部111接收。在该情况下，即使在第2区域112a中气泡以外的物体混合存在，来自该物体的反射波也几乎不会直接向第1收发波部111入射。
因此，根据实施方式2，基于从第2收发波部112发送的声波被存在于第2区域112a的气泡反射后被存在于第1区域111a的气泡反射而由第1收发波部111接收的第1接收信号(第1气泡信号)、以及从第1收发波部111发送的声波被存在于第1区域111a的气泡反射后被存在于第2区域112a的气泡反射而由第2收发波部112接收的第2接收信号(第2气泡信号)中的至少一方，能够准确地判定水中的气泡的状态。
另外，能够根据基于第1收发波部111所接收的第1声波的反射波的接收信号(第1速度信号)以及基于第2收发波部112所接收的第2声波的反射波的接收信号(第2速度信号)计算船速。即，在实施方式2中，第1收发波部111及第2收发波部112被用于判定气泡的状态和计算船速双方。因此，在具备第1收发波部111及第2收发波部112的船速测定装置2中，不用另行追加结构就能够检测气泡的状态。
如图5所示，第1收发波部111的发送波束及接收波束的中心轴111c与第2收发波部112的发送波束及接收波束的中心轴112c不平行。由此，即使第1收发波部111与第2收发波部112接近，也能够使第1区域111a与第2区域112a适当地分离。因此，能够将第1收发波部111和第2收发波部112一起设置于船底等。另外，在将第1收发波部111和第2收发波部112设置于单一的收发波器110的情况下，能够将第1收发波部111和第2收发波部112紧凑地收纳于收发波器110。
如图17的(a)、(b)所示，信号处理电路240使显示装置130显示由速度计算部340计算的船速、以及由气泡判定部330判定的与气泡的状态相关的信息。由此，用户在以视觉把握船速时，能够确认气泡的状态。因此，用户能够把握气泡对船速的影响。
另外，信号处理电路240使显示装置130并排显示船速和与气泡的状态相关的信息。由此，用户能够以视觉对照船速和与气泡的状态相关的信息。因此，用户能够顺利地把握气泡对船速的影响。
如图17的(a)、(b)所示，信号处理电路240基于由气泡判定部330判定的水中的气泡的状态，切换是否在显示装置130上显示船速。具体而言，气泡判定部330基于规定的周期量的第1气泡信号及第2气泡信号，判定当前有无气泡。如果判定为当前在水中未产生气泡，则速度计算部340计算平均作为当前的船速。另一方面，如果判定为当前在水中产生了气泡，则速度计算部340不计算当前的船速。然后，如图17的(a)、(b)所示，信号处理电路240在未产生气泡的情况下，在船速显示区域131中显示船速，在产生了气泡的情况下，在船速显示区域131显示斜线。如果水中存在大量气泡，则由速度计算部340计算的船速有可能不准确。在这样的情况下，通过使船速的显示消失，能够抑制显示不准确的船速。
另外，无需为了避免显示不准确的船速而将第1收发波部111及第2收发波部112设置于受气泡影响少的船头40a，因此无需从被设置于操舵室41等的显示装置130等直到被设置于船头40a的第1收发波部111及第2收发波部112为止跨长距离设置布线。因此，能够大幅削减第1收发波部111及第2收发波部112的设置成本。
速度计算部340在气泡判定部330判定为在水中不存在气泡的情况下，进行当前的船速(平均)的计算。如果水中存在大量气泡，则由速度计算部340计算的船速有可能不准确。根据实施方式2的构成，在这样的情况下，能够抑制船速的无用的计算处理。另外，在该情况下，也无需为了避免计算不准确的船速而将第1收发波部111及第2收发波部112设置于船头40a。因此，能够大幅削减第1收发波部111及第2收发波部112的设置成本。
第1频率变换部311及第2频率变换部312分别对第1气泡信号及第2气泡信号进行频率变换。然后，气泡判定部330基于第1气泡信号及第2气泡信号被进行频率变换而得到的频率数据，判定水中的气泡的状态。由此，与评价第1气泡信号及第2气泡信号的强度的方法相比，能够排除与成为接收波对象的声波的频率不同的频带的噪声，因此能够高精度地判定水中的气泡的状态。
如参照图9的(b)及图10的(b)的曲线图说明的那样，气泡判定部330在基于第1气泡信号及第2气泡信号的频率数据中产生了阈值ath以上的振幅的情况下，判定为水中存在气泡。在水中不存在气泡的情况下，在基于第1气泡信号及第2气泡信号的频率数据中，虽然产生了基于噪声的振幅，但不产生阈值ath以上的振幅。另一方面，在水中存在气泡的情况下，在基于第1气泡信号及第2气泡信号的频率数据中，基于噪声的振幅与基于来自气泡的声波的振幅重叠。因此，在该情况下，在频率数据中产生阈值ath以上的振幅。因此，通过判定是否产生了阈值ath以上的振幅，能够判定水中是否存在气泡。
第1收发波部111的第1区域111a朝向船头40a侧，第2收发波部112的第2区域112a朝向船尾40b侧。像这样，如果2个区域之中的一方朝向船头40a侧而另一方朝向船尾40b侧，则能够由各收发波部分别测定在向船头40a方向发送了声波的情况下的发送波与接收波的频率偏移和在向船尾40b方向发送了声波的情况下的发送波与接收波的频率偏移。因此，即使在航行时船体40在前后倾斜，也能够通过对各方向的频率偏移进行平均来适当地计算船速。另外，能够将出于这样的目的而配置的2个收发波部兼用于气泡的检测。因此，能够实现构成的简化，并且适当地检测船速及气泡。
<变更例>
在上述实施方式2中，如参照图9的(b)及图10的(b)的曲线图说明的那样，在频率数据中产生了阈值ath以上的振幅的情况下，判定为水中存在气泡。但是，气泡判定的方法不限于此，例如也可以如图19的(a)的曲线图所示，在频率数据中阈值ath以上的振幅的信号面积(斜线部分)超过规定值的情况下，判定为水中存在气泡。另外，也可以如图19的(b)的曲线图所示，在频率数据中阈值ath以上的振幅的频带f1中的信号面积(斜线部分)超过规定值的情况下，判定为水中存在气泡。
另外，也可以如图20的(a)的曲线图所示，在频率数据中，在包含原声波的发送频率f在内的规定范围的频带fb中产生了阈值ath以上的振幅的情况下，判定为水中存在气泡。如果被发送的声波被气泡散射，则被散射后的声波的频率包含于被发送的声波的发送频率f附近。因此，如果在包含发送频率f的规定范围的频带fb中进行判定，则能够更高精度地判定水中是否存在气泡。
另外，也可以如图20的(b)的曲线图所示，在频率数据的频带fb中阈值ath以上的振幅的信号面积(斜线部分)超过规定值的情况下，判定为水中存在气泡。
另外，在上述实施方式1、2中，基于被气泡散射后的声波的接收信号判定有无气泡，但被判定的气泡的状态不限于有无气泡。例如，也可以基于被气泡散射的声波的接收信号，判定气泡的量。在该情况下，例如，在实施方式2的构成中，在图10的(b)的曲线图所示的频率数据中，基于阈值ath以上的振幅的信号量，在气泡判定部330中判定水中存在的气泡的量。
在此，阈值ath以上的振幅的信号量例如能够作为图19的(b)的曲线图中附加阴影的区域的面积(频带f1中包含的各频率成分的振幅的总量)取得。或者，也可以将图19的(a)的曲线图中附加阴影的区域的面积用作阈值ath以上的振幅的信号量。
像这样，在判定水中存在的气泡的量的情况下，也可以将与气泡的量相关的信息显示在显示装置130上。在该情况下，气泡的量既可以通过与多少相应地连续变化的比例来显示，或者也可以通过2个阈值与气泡的量的判定结果之间的大小关系，以多、中、少这3级来显示。不限于3级，也可以通过其他级数来显示气泡的量。由此，用户能够把握在水中存在何种程度的气泡。
另外，在上述实施方式2中，振幅的阈值ath是固定值，但不限于此，也可以在每次基于气泡信号进行判定时，基于速度信号的信号强度决定阈值ath。例如也可以是，在基于第2气泡信号进行判定的情况下，基于第1速度信号的信号强度，决定在第2气泡信号的判定中使用的阈值ath。同样也可以是，在基于第1气泡信号进行判定的情况下，基于第2速度信号的信号强度，决定在第1气泡信号的判定中使用的阈值ath。
另外，在上述实施方式1中，在气泡判定时，在接收波部12的接收信号的强度大的情况下判定为水中存在气泡，但不限于此，也可以进行与上述实施方式2的船速测定装置2同样的气泡判定。
例如也可以是，在气泡检测装置1中设置频率变换部，接收波部12的接收信号由频率变换部进行频率变换。然后也可以是，气泡判定部25a基于由频率变换部进行频率变换而得到的频率数据，判定水中的气泡的状态。
此时，也可以如参照图9的(b)及图10的(b)的曲线图说明的那样，气泡判定部25a在频率数据中产生了规定的阈值以上的振幅的情况下，判定为水中存在气泡。另外，也可以如参照图20的(a)的曲线图说明的那样，气泡判定部25a在频率数据中在包含发送波部11所发送的声波的发送频率在内的规定范围的频带中产生了规定的阈值以上的振幅的情况下，判定为水中存在气泡。另外，也可以如参照图19的(a)、(b)及图20的(b)的曲线图说明的那样，气泡判定部25a在信号面积超过规定的规定值的情况下，判定为水中存在气泡。另外，气泡判定部25a既可以基于信号面积(信号量)判定在水中存在的气泡的量，也可以基于阈值ath以上的振幅的信号量判定在水中存在的气泡的量。
另外，在上述实施方式2中，第1收发波部111及第2收发波部112构成为进行声波的发送波和接收波双方，但也可以替代第1收发波部111，设置第1发送波部和第1接收波部，替代第2收发波部112，设置第2发送波部和第2接收波部。在该情况下，由第1发送波部发送的第1声波被第1接收波部接收，从第1接收波部输出第1速度信号。同样，由第2发送波部发送的第2声波被第2接收波部接收，从第2接收波部输出第2速度信号。在水中有气泡的情况下，由第1发送波部发送的第1声波通过漫反射被第2接收波部接收，从第2接收波部输出第2气泡信号。同样，由第2发送波部发送的第2声波通过漫反射被第1接收波部接收，从第1接收波部输出第1气泡信号。
另外，第1收发波部111也可以进行对第1区域111a发送声波和从第1区域111a接收声波的仅某一方，第2收发波部112也可以进行对第2区域112a发送声波和从第2区域112a接收声波的仅某一方。在第1收发波部111进行声波的发送波的情况下，第2收发波部112进行声波的接收波，在第2收发波部112进行声波的发送波的情况下，第1收发波部111进行声波的接收波即可。
另外，在上述实施方式2中，如图5所示，第1收发波部111的面111b与第2收发波部112的面112b从朝向相同方向的状态向相互面对的方向倾斜，但不限于此，面111b与面112b也可以从朝向相同方向的状态向与相互面对的方向相反的方向倾斜。
另外，第1区域111a的中心轴111c与第2区域112a的中心轴112c也可以相互平行。即，第1收发波部111的面111b与第2收发波部112的面112b也可以相互平行。在该情况下，以第1收发波部111与第2收发波部112之间空开规定的距离的方式配置第1收发波部111和第2收发波部112，以使第1区域111a与第2区域112a不重叠。
另外，在上述实施方式1中，也可以省略显示装置30。在该情况下，气泡判定部25a对气泡的状态的判定结果被向外部的显示装置发送，在外部的显示装置上显示气泡的状态的判定结果。另外，在上述实施方式2中，也可以省略显示装置130。在该情况下，由速度计算部340计算的船速、以及气泡判定部330对气泡的状态的判定结果被向外部的显示装置发送，在外部的显示装置上显示船速和气泡的状态的判定结果。
另外，在上述实施方式2中，在速度计算部340中，计算了对水船速作为船速，但也可以计算对地船速。对水船速基于来自浮游生物、微粒的反射波计算，但对地船速基于来自海底的反射波计算。在对地船速的情况下，也与对水船速同样，在对第1速度信号及第2速度信号分别进行频率变换而得到的频率数据中，计测相对于原声波的频率偏移，基于计测的频率的偏移量计算对地船速。
像这样在计算对地船速的情况下，也基于与发送用于计算对地船速的声波相应地取得的气泡信号，判定各周期中计算出的对地船速是否适当。然后，基于到当前为止的多个周期中的对地船速，计算当前的对地船速。
此外，在上述实施方式2中，在还计算对地船速的情况下，也可以基于对水船速和对地船速计算潮流的速度。
另外，在上述实施方式2中，水中的气泡的状态的判定基于第1收发波部111所接收的第2声波及第2收发波部112所接收的第1声波双方进行，但也可以基于第1收发波部111所接收的第2声波及第2收发波部112所接收的第1声波中的某一方进行水中的气泡的状态的判定。在该情况下，对第1收发波部111所接收的第2声波的信号(第1气泡信号)及第2收发波部112所接收的第1声波的信号(第2气泡信号)的某一方进行频率变换，基于生成的频率数据判定气泡的状态。
另外，在上述实施方式2中，船速测定装置2也可以还具备：校正部，基于第2气泡信号对第1速度信号进行校正，基于第1气泡信号对第2速度信号进行校正。例如，校正部从对第1速度信号进行频率变换而生成的频率数据中，减去对第2气泡信号进行频率变换而生成的频率数据，计算基于校正后的第1速度信号的频率数据，从对第2速度信号进行频率变换而生成的频率数据中，减去对第1气泡信号进行频率变换而生成的频率数据，计算基于校正后的第2速度信号的频率数据。然后，速度计算部340基于校正后的第1速度信号及第2速度信号计算船速。由此，抑制气泡对用于计算船速的信号(第1速度信号及第2速度信号)的影响，能够期待更准确地计算船速。
此外，在上述实施方式2中，与气泡的状态相应地中止船速的测定，因此船速的测定结果不会受到气泡的影响。因此，无需为了避免气泡的影响而将第1收发波部111及第2收发波部112设置于船头40a。因此，无需在第1收发波部111及第2收发波部112与被设置于操舵室41等的控制装置120之间铺设长的布线线缆，能够大幅削减船速测定装置2的设置成本。
另外，在上述实施方式2中，如图7所示，从第1a/d转换电路231及第2a/d转换电路232直接向信号处理电路240输入接收信号，但也可以在第1a/d转换电路231及第2a/d转换电路232与信号处理电路240之间设置缓冲存储器。在该情况下，频率变换部及多普勒计测部被作为1个系统，从缓冲存储器分时地读出接收信号并由频率变换部及多普勒计测部处理。速度计算部340根据分时地接收的多普勒频移量，计算基于第1速度信号及第2速度信号的船速。另外，气泡判定部330根据分时地接收的频率数据，基于第1气泡信号及第2气泡信号进行气泡的判定。
另外，在上述实施方式2中，示出了本发明所涉及的气泡检测装置被适用于船速测定装置2的情况下的构成，但本发明所涉及的气泡检测装置不限于被适用于船速测定装置2，也能够适当地被适用于用来检测水中的物标的物标探测装置等或水中探测装置等其他装置。例如，在气泡检测装置被适用于物标探测装置的情况下，也可以与水中产生了规定量以上的气泡相应地，使得表示物标的检测结果的画面(探测画面)无效。
本发明的实施方式在权利要求书所记载的范围内能够适宜地进行各种变更。
1.一种水中探测装置，其特征在于，具备：
第1振子，向水中的第1区域发送声波；
第2振子，接收所述声波被存在于所述第1区域的气泡反射进而被存在于与所述第1区域不同的第2区域的气泡反射后的声波；以及
气泡判定部，基于所述接收的接收信号，判定水中的气泡的状态。
2.如权利要求1所述的水中探测装置，其特征在于，
所述第1振子的发送波束的中心轴与所述第2振子的接收波束的中心轴不平行。
3.如权利要求2所述的水中探测装置，其特征在于，
所述第1振子的发送波面与所述第2振子的接收波面从朝向相同方向的状态向相互面对的方向以规定的角度倾斜。
4.如权利要求1至3中任一项所述的水中探测装置，其特征在于，还具备：
速度计算部，计算船速；以及
显示部，显示由所述速度计算部计算的所述船速、以及由所述气泡判定部判定的与气泡的状态相关的信息。
5.如权利要求4所述的水中探测装置，其特征在于，
在所述显示部上，使所述船速和与所述气泡的状态相关的信息并排显示。
6.如权利要求5所述的水中探测装置，其特征在于，
基于由所述气泡判定部判定的水中的气泡的状态，切换是否在所述显示部上进行所述船速的显示。
7.如权利要求4至6中任一项所述的水中探测装置，其特征在于，
所述速度计算部在所述气泡判定部判定为水中不存在气泡的情况下，进行所述船速的计算。
8.如权利要求1至7中任一项所述的水中探测装置，其特征在于，具备：
频率变换部，对所述第2振子所接收的接收信号进行频率变换来生成频率数据，
所述气泡判定部基于所述频率变换部所生成的所述频率数据，判定水中的气泡的状态。
9.如权利要求8所述的水中探测装置，其特征在于，
在所述频率数据中产生了规定的阈值以上的振幅的情况下，所述气泡判定部判定为水中存在气泡。
10.如权利要求9所述的水中探测装置，其特征在于，
在所述频率数据中，在包含从所述第1振子发送的声波的频率在内的规定范围的频带中产生了所述规定的阈值以上的振幅的情况下，所述气泡判定部判定为水中存在气泡。
11.如权利要求8至10中任一项所述的水中探测装置，其特征在于，
所述气泡判定部在所述频率数据中基于规定的阈值以上的振幅的信号量判定水中存在的气泡的量。
12.如权利要求1至11中任一项所述的水中探测装置，其特征在于，
在所述第1区域和所述第2区域之中，一个区域朝向船头方向，另一个区域朝向船尾方向。
13.一种气泡检测方法，其特征在于，
向水中的发送波区域发送声波，
接收被存在于所述发送波区域的气泡反射进而被存在于与所述发送波区域不同的接收波区域的气泡反射后的声波，
基于接收的所述声波的接收波状态，判定水中的气泡的状态。
技术总结