JP2001166056A - リング状セラミックを使用した水中超音波用送受波装置 - Google Patents

リング状セラミックを使用した水中超音波用送受波装置

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JP2001166056A
JP2001166056A JP37631599A JP37631599A JP2001166056A JP 2001166056 A JP2001166056 A JP 2001166056A JP 37631599 A JP37631599 A JP 37631599A JP 37631599 A JP37631599 A JP 37631599A JP 2001166056 A JP2001166056 A JP 2001166056A
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ultrasonic
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Kiyasu Ishida
樹靖 石田
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】従来から海水中あるいは水中で深度の測定あ
るいは魚群の探知をするための超音波探知機には種々の
ものがあり最近では小形のボートに搭載して探知するも
のまで出現したしかし此れらの機器は探知機の本体は半
導体の出現によりかなり小型にすることができたが送受
波装置に関しては未だに余り小型化されていないのが現
状であるそこで今後は此の送受波装置をいかに小型化れ
ばよいかが課題の中心である。 【解決の手段】現在実用されている送受波装置は平板型
のセラミック振動子を使用しているものが殆どであるこ
の型の振動子は平面部分から超音波が発射されるためそ
の外径を余り小さくすることができない此れに対して円
筒型のセラミック振動子は円筒表面全体から超音波が発
射されるためその外径はかなり小さくすることができる
更に機械変換効率も大きいため従来の製品に対してかな
り小型化した送受波装置を提供できるようになつたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は海水中あるいは水
中で使用する超音波測深機あるいは魚群探知機等に使用
される送受波装置に関するものでより詳しくは圧電素子
と呼ばれるセラミック振動子を用いた送受波装置に関す
るものである。 【0002】 【従来の技術】周知の如く従来の此の種の送受波装置は
振動子の構造が簡単でしかも出力が充分に得られる 【図4】の(8)に示すような円盤状のセラミック振動
子を使用するものが殆どで此の傾向は近年のように本体
が半導体の使用により小型化した後においても変りはな
い従って本体が小さくなつた割りには送受波装置の大き
さは大きく此のことは現在の小型魚群探知機等の送受波
装置についても同様でその大半はその大きさを余り小さ
くできない此のことは振動子の出し得る出力とは無関係
にその大きさが決定され小形の魚群探知機においては性
能や重量あるいはコストの面で不都合を招ねいている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】上にも示す通り従来の
送受波装置は円盤状のセラミック振動子を使用したもの
が殆どでその理由は超音波を鉛直々下方向に発射するた
めには円盤状のセラミック振動子は其の侭の形状が使用
できまた魚群を探知するためには或る程度の指向性のシ
ャープさを必要とするがその指向性のシャープさはセラ
ミック振動子の直径を或る程度大きくとればその直径に
応じてシャープな指向性が得られるのでこれにより解決
していた。しかし此のことは魚群探知機の出力や大きさ
に無関係に送受波装置の大きさが決定することに継がり
特に小型の魚群探知機等においては送受波装置の大きさ
を余り小さくできないと共に価格を低く下げることがで
きない等の致命的欠陥に継つていた。 【0004】 【課題を解決するための手段】そこで出願者は此の目的
を達成するための考え方として従来の平盤型のセラミッ
ク振動子の使用を止めそれより外径が小さくてしかもそ
の割には出力が大きくとれるリング状のセラミック振動
子の使用を考えた其の理由はリング状のセラミック振動
子は形状は小さいが電気機械変換係数も高く外径の割に
軸方向の長さを適当にとれば表面積も大きくとれる従っ
て超音波の発射方向を半径方向すなわち水平方向から鉛
直々下方向に変更する手段さえ考えればその目的は達成
され合理的である。そこでリング状のセラミック振動子
の超音波の発射方向を水平方向から鉛直方向に変更する
ための手段として新たに振動子の外周に発射方向を変更
するための逆ロート状の反射体壁を設けることを考えた
此れにより超音波の発射方向は放射状の水平方向から鉛
直々下方向に変換されその目的を達した。そして此のこ
とは逆ロート状の反射体壁の下方に開口する開口部分の
面積を適当にとれば超音波を発射する指向性を希望の値
に選択することも可能であり一挙両得の効果も獲得する
ことができたものである。 【0005】 【発明の実施の形態】振動子について=従来のセラミッ
ク振動子は主に円盤型振動子を使用するものが殆どであ
つたが本発明においてはシリンドリカルな円筒型セラミ
ック振動子を使用することを考えたその理由は上にも説
明した通り軸方向の長さをある程度大きくとれば超音波
は周面全体から発射されるので発射面積の割に直径が小
さくてすみ出力も大きく取れるただ難点は発射される超
音波が半径方向すなわち水平方向に発射されるためその
ままの使用では役に立たないそこで出願者はその超音波
の発射方向を水平方向から鉛直方向に方向変換すべく新
たに反射体壁るものを考えたものである。反射体壁につ
いて=反射体壁なるものゝ形状はその側面の形状が逆ロ
ート状をした板体からなる壁体なのでその側面が円錐形
状であることを利用して 【実施例】にみるごとく超音波を水平方向から鉛直々下
方向に方向変換させるものである。円錐形の側面形状を
した反射体壁の材質は金属あるいはガラスや磁器などの
硬質の板状ものが望ましいが若干の減衰を無視すねばプ
ラスチック等であつても良いしかも表面は必ずしも滑ら
かとは限らず若干の凹凸や小穴があつても良いその理由
は超音波は或る程度の波長を持つた音波であるため此れ
等の表面の凹凸や小孔は無視できるからである従って 【実施例】に見るごとく折り畳み可能な鎧状のものやネ
ット状の応用例が種々考えられる。 【0006】 【実施例】 【実施例1】 【図1】は本発明の 【請求項1】の内容を示すものでその中心部にはリング
状のセラミック振動子(1)を中心軸が垂直になるよう
に配置する此れにより超音波はその振動子の外周面から
水平方向に放射状に発射されるそして内周面の超音波は
不必要のため発泡スチロールあるいは発泡ウレタン等か
らなる消音材(2)で封填する 更にセラミック振動子
(1)や消音材(2)や支持部材(5)等の全体はモー
ルド樹脂(3)等の充填剤で固め他の部材に固定できる
構造とするそしてその外周には新たに金属板あるいはプ
ラスチック等の板体からなる逆ロート状の反射体壁
(4)を設けたものである。超音波の発射方向が水平方
向から鉛直々下方向に方向変換されるその原理は光の反
射と同様で反射体壁(4)に突入した超音波は反射体壁
(4)の側面に対して或る角度をもつて突入しそこに立
てた法線に対して同じ角度をもつて反射するためであ
る。此れにより本送受波装置は超音波の送波時も受波時
も若干の減衰を無視すれば変わらない特性をもつて送受
できるようになつた。以上が本発明の基本的構造の特徴
であるが更に本送受波装置は周囲から海水等が自由に送
受波装置の中空部(c)に流入できることを考慮して反
射体壁(4)の上部に水流を自由に通過させるための若
干の空隙部(a)を設けることとしたものである。また
反射体壁(4)は水平方向に発射された超音波を鉛直方
向に方向を変換るものであるため斜面の傾斜度はほぼ4
5°にするのを常態とするがしかしこの形状は必ずしも
45°に限定するものでなく例えばその指向性を考慮し
て適当な角度や任意の放物面で構成しても良い此処で重
要なことはその最大口径(b)の部分を幾らに設定する
かにより超音波の指向性の角度を自由に決定きることに
ある此のことは本発明の最大の特徴で後に説明する実施
例2や実施例3にも共通することである。 【0007】 【図2】は本発明の 【請求項2】の内容を示すもので図の中心部には 【図1】の場合と同様にリング状のセラミック振動子
(1)を中心軸が垂直になるように設けその外周面から
は超音波が水平方向に発射され内周面から発射される超
音波は不必要なため発泡スチロールあるいは発泡ウレタ
ン等の消音材(2)を封填して防止するまたセラミック
振動子(1)の外周部には超音波を水平方向から鉛直方
向に方向変換するための逆ロート状の板体からなる反射
体壁(4)を設ける従って此処までの構造は上の 【請求項1】の内容と同様である。上の内容と異なると
ころは反射体壁(4)の内側からセラミック振動子
(1)さらには支持部材(5)にかけての全体をウレタ
ン樹脂等のモールド剤(7)によりモールドすることで
ある。此の部分全体をモールドする理由はこの装置全体
を機械的に堅牢にすると同時に 【実施例1】でも説明した通りこの部分が中空(c)で
あると潮流が激しい場合には外部からの海水の流入によ
り此の部分の水流が乱されあるいは気泡が発生したりし
て超音波の発射を大きく妨げる弊害が生ずるためである
又このモールドによる超音波の減衰量は数デシベルに過
ぎず無視できることが実験により確かめられている。従
ってこの発明の特徴は全体をモールドすることにより機
械的に堅牢にしたと同時に一体化により取扱いにも便利
にしたことも加味される。 【0008】 【図3】は 【図1】の第1実施例に示す逆ロート状の反射体壁
(4)の他の実施例を示すもので図中(A)は逆ロート
状の反射体壁(4)の表面に多数の小孔(d)を設けた
もので小孔の直径は2.5mm以下を常態とするが超音
波の波長や減衰率の許容度によつては大巾の変更も可能
である又反射体壁(4)全体の面積に対する小孔面積の
割合も25%以下程度を常態とするが減衰率の許容度に
よつてはそれより大きい値をとることもできる。図中
(B)は(A)とは異なり逆ロート状の反射体壁(4)
全体を網目の小さいネット(e)をもつて構成したもの
で此の場合いの網目はできるだけ小さいものが好ましい
のは当然で例えば0.8mm角程度の空間部分をもつ網
目のものを2重に重ねて使用した場合の減衰率は6db
程度であつた従ってこの数値を目安に特別に別のネット
を製作することも可能である。又(C)は(A)(B)
とは異なり逆ロート状の反射体壁(4)の形状を直線的
なロート状とは異なり放物面をもつて構成したもので此
の場合の特徴は超音波を適当に集中させて使用したい場
合に大いに役立つ更にそれぞれの片の形状は鎧状の板片
(f)をもつて構成したがそれぞれの板片間の接続は柔
軟性のあるバネ材または線材をもつて接続したもので此
の構造の特徴は折り畳みを自由としたことにある。次に
(D)は反射体壁(4)の形状は(C)と同様に放物面
としたがその構造全体は鱗状の鱗片(g)をもって構成
したもので此の場合の特徴はコストは若干高くなるが超
音波の減衰率が非常に小さくて済む優れた性質をもつも
のである 又この場合の鱗片(g)の形状は図に示すも
のに限定するものではなく亀甲などの形状も考えられ
る。以上実施例3に示す内容は実施例1に示す逆ロート
状の反射板壁(4)の他の実施例を示すものであるが
(A)(B)(C)(D)のそれぞれの形状や構造は単
独に独立して設定されるものでなくそれぞれの個々の要
素を分解したり組合せしたりして使用できるものであ
る。 【図5】は従来から使用されている超音波送受波装置の
代表例を示すもので図中(8)は円盤状のセラミック振
動子(9)は振動板(10)は背面に設けた吸音材(1
1)は内部全体に充填されたモールド剤(12)は外枠
をかねる支持部材(13)は電線ケーブルである。 【0009】 【発明の効果】上にも示した通り本発明は主に小形魚探
あるいは小形測深機用に開発した送受波装置でその効果
は従来では見られない小形軽量の送受波装置でありなが
らその出力は大きくその指向性も従来と変わらないかむ
しろ鋭くすることもできる優れた性質をもつた超音波用
送受波装置を提供できるものである。また此のように優
れた性能が得られた第一の理由はリング状のセラミック
振動子を新たな振動子に使用したことであり更に超音波
を水平方向から鉛直直下方向に方向変換するためにさま
ざまな反射体壁を製作したことにある。また此の装置の
原理は従来の大型の水中探査機にも充分適用できる。 【0010】
【図面の簡単な説明】 【図1】は本発明の第一実施例を示すもので 【請求項1】の具体的内容を示すものである。 【図2】は本発明の第二実施例を示すもので 【請求項2】の具体的内容を示すものである。 【図3】は本発明の第一実施例に使用する具体的な逆ロ
ート状の反射板壁の内容を示すものである。 【図4】は従来の代表的送受波装置のようすを参考のた
め示したものである。 【符号の説明】 (1)リング状セラミック振動子 (2)消 音 材 (3)モールド樹脂 (4)反射板壁 (5)支持部材 (6)電線ケーブ
ル (7)モールド剤 (8)平盤状セラ
ミック振動子 (9)振動板 (10)吸音材 (11)モールド剤
(12)支持部材 (a)空隙部 (b)最大口径 (c)中空部
(d)小孔 (e)ネット (f)板片 (g)鱗片

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】海水中あるいは水中で使用するセラミック
    振動子を使用した超音波用送受波装置においてリング状
    のセラミック振動子を使用しその外周部には超音波の反
    射を目的とする逆ロート状の板体からなる反射体壁を設
    け半径方向に発射された超音波を鉛直々下方向に方向変
    換させて使用することを特徴とする水中超音波用送受波
    装置。 【請求項2】海水中あるいは水中で使用するセラミック
    振動子を使用した超音波用送受波装置においてリング状
    のセラミック振動子を使用しその外周部には超音波の反
    射を目的とする逆ロート状の板体からなる反射体壁を設
    けその内側とセラミック振動子全体との間をウレタン樹
    脂のようなモールド樹脂剤で埋め尽くし半径方向に発射
    された超音波を鉛直々下方向に方向変換させて使用する
    ようにしたことを特徴とする水中超音波用送受波装置。 【請求項3】 【請求項1】で示す水中超音波用送受装置において反射
    体壁の側面から水や塩水等の流入を良くするために逆ロ
    ート状の反射体壁の側面を多数の小片等で構成しかつ間
    隙などを設けて塩水や水の流入を容易にしたことを特徴
    とする水中超音波用反射体壁の構造。
JP37631599A 1999-12-03 1999-12-03 リング状セラミックを使用した水中超音波用送受波装置 Pending JP2001166056A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105044728A (zh) * 2015-08-03 2015-11-11 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所 一种用于中小型渔船的渔探仪探头
USD959303S1 (en) 2019-10-04 2022-08-02 Honda Electronics Co., Ltd. Ultrasonic transducer for a fish finder
US11841427B2 (en) 2019-11-28 2023-12-12 Honda Electronics Co., Ltd. Ultrasonic-wave transmitter/receiver
JP7422377B1 (ja) 2023-07-12 2024-01-26 本多電子株式会社 超音波送受波器

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