JP2814817B2 - 低周波水中超音波送波器 - Google Patents

低周波水中超音波送波器

Info

Publication number
JP2814817B2
JP2814817B2 JP2256092A JP2256092A JP2814817B2 JP 2814817 B2 JP2814817 B2 JP 2814817B2 JP 2256092 A JP2256092 A JP 2256092A JP 2256092 A JP2256092 A JP 2256092A JP 2814817 B2 JP2814817 B2 JP 2814817B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active
transmitter
low
ultrasonic transmitter
disk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2256092A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05219588A (ja
Inventor
山本満
武志 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2256092A priority Critical patent/JP2814817B2/ja
Publication of JPH05219588A publication Critical patent/JPH05219588A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2814817B2 publication Critical patent/JP2814817B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は遠距離ソーナー、海洋資
源探査などに使用される低周波帯でハイパワーの水中超
音波送波器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】水中において低周波の超音波は高周波の
それと比較して伝搬損失が少なく、より遠方まで到達す
ることができるために、ソーナー、海洋資源探査、海流
の調査などの分野で低周波の超音波を利用することは数
々の長所がある。従来から水中において強力超音波を放
射する送波器として動電形送波器と圧電形送波器が知ら
れている。動電形送波器は大きな変位がとりうる反面、
発生力が小さいことにより低周波で小型のトランスジュ
ーサを得ることは極めて困難である。また、圧電形送波
器は、電気機械エネルギー変換材料としてジルコンチタ
ン酸鉛系圧電磁器が用いられている。圧電磁器それ自身
は水に比べて約20倍以上も音響インピーダンスが大き
いために発生力は極めて大きいという利点はあるものの
音響放射において媒質排除に必要な変位をとることがで
きないという欠点がある。低周波になるに従い単位放射
面積当たりの音響放射インピーダンスが極めて小さくな
ることを考慮すると、低周波で効率の良い音響放射を行
うためには、圧電磁器の変位をより一層拡大させて音響
放射を行う必要がある。
【0003】従来、低周波数帯(3kHz以下)におけ
るハイパワー送波器として、例えばジャーナル・オブ・
アコースティカル・ソサイアティー・オブ・アメリカ
(J.Acoust.Soc.Am.、vol.68、
No.4、pp1046−1052(1980.1
0))に記載されているように、図4に示す楕円形シェ
ルを用いた屈曲伸び送波器が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した屈曲伸び
送波器は圧電磁器からなるアクティブ柱状体20が長軸
方向に伸び変位をしたときに、楕円シェル21が図中の
矢印で示すように柱状体20の倍数の変位で収縮する一
種の変位拡大機構を有する送波器である。(楕円シェル
の4分の1部分だけ矢印で示す。)このような屈曲伸び
送波器の共振周波数は、アクティブ柱状体20のスチフ
ネスがシェルのそれに比べて相当大きいために、楕円シ
ェル21自身の共振周波数の2倍かそれ以上の値とな
る。即ち、一定寸法を有する楕円シェル21自身の屈曲
伸びモードに関する共振周波数を相当低下させることな
しには、屈曲伸び送波器の低周波小型化は達成されない
わけであり、屈曲伸び送波器においてシェル自身の共振
周波数の一層の低下が望まれている。しかしながら以下
に述べる理由により、この楕円シェル自身の低周波小型
化は極めて困難である。
【0005】この楕円シェルの動作を説明するために、
楕円シェルの長軸をx軸、短軸をy軸に、奥行方向をz
軸に対応させて、楕円シェルの4分の1部分を図5に示
す。楕円シェルの肉厚の中心とx軸とが交わる点を
(a,0)、またy軸と交わる点を(0,b)とする。
即ち楕円シェルの長径をa、短径をbとする。いま、ア
クティブ柱状体20が伸びてP点を+x方向にξだけ変
位させたとき、楕円シェル自身のもつ変位拡大機構によ
り、Q点において−y方向にξの数倍の変位が現れるわ
けで、シェル全体として媒質を引き込むことになる。こ
れに対して、アクティブ柱状体が収縮したときシェル全
体としては媒質を排除する方向に働くわけである。この
場合、楕円シェルをx軸で切った断面はx軸に平行に、
あたかもローラーをはいたかのように、並進変位するだ
けでz軸廻りの回転変位は零である。したがって、z軸
廻りの回転を許さない分だけ、シェルの動きに関する拘
束が大きくなり、シェルの共振周波数が高くなる。屈曲
伸び送波器は、楕円シェル自身の共振周波数が、以上の
ような理由により低下しにくいために低周波小型化は極
めて困難となっている。
【0006】一方、楕円シェルの形状を変えた場合、b
/aを大きくしていって円に近づけて行くほど確かにシ
ェル共振周波数は低下する。しかしこの場合、b/aを
大きくするほど周波数低下に比べて変位拡大率が大幅に
減少してしまうために形状を変えて小型化をはかるメリ
ットはなくなる。また、シェルの肉厚を小さくした場合
にも、共振周波数が低下することが認められる。しか
し、この場合、シェルの媒質排除能力が低下するばかり
か、耐水圧特性も著しく劣化するという欠点がある。
【0007】本発明はこのような従来のトランスジュー
サの欠点を除去せしめて、低周波帯において小型でハイ
パワー特性に優れた無指向性の送波器を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の送波器は、圧電
磁器を用いたアクティブ体と、このアクティブ体をはめ
込んだディスクとからなる板状振動体2個を前記ディス
ク材料よりヤング率の低い材料リングを介してアクティ
ブ体が互いに外表面側となるようにはり合わせたことを
特徴とする低周波水中超音波送波器である。
【0009】
【作用】本発明の送波器は上記構造とすることにより従
来技術の問題点を改善している。以下図面に従って説明
する。
【0010】図1は本発明の送波器の一例を示したもの
である。図1の送波器の動作原理について詳細に説明す
る。図1において30は圧電磁器を用いたアクティブ円
板体であり、電圧あるいは電流を入力することにより径
ひろがり振動が励振されるものである。このアクティブ
円板体は強力接着剤により、高張力鋼などの機械的強度
の大きな材料からできた金属ディスク31の窪み内部に
接着されている。図1では、このようなアクティブ円板
体がはめ込まれた金属ディスクを2枚用意し、金属より
ヤング率が低く、しかも高強度な材料でできたリング3
2を介して接着剤およびボルト締め35により接合され
ている。さらにその外形廻りを保護板33を介して、ウ
レタン樹脂34等でモールドされている。
【0011】アクティブ円板体がξ1 だけ変位すると、
2枚の金属ディスクの接合部分が支持端となって、アク
ティブ円板体と金属ディスク一体の系はξ2 だけ変位す
る。このとき、ξ2 はξ1 に比べ拡大されていてξ2
ξ1 となる。これが繰り返され、アクティブ円板体と金
属ディスク一体の系は屈曲振動をすることになる。
【0012】本発明の送波器では、アクティブ円板体と
金属ディスクとが一体となって振動する方式をとるの
で、薄型・軽量化が容易に可能である。さらに低周波化
をはかるため2枚の金属ディスクの間に金属よりヤング
率が低く、高強度な材料でできたリング32を挟み込ん
でいることが特徴である。図3(a),(b)にリング
32がある場合と(実線)とない場合(点線)との振動
モードを示す。リング32を挿入することにより、アク
ティブ円板体と金属ディスク一体の系の屈曲振動は、そ
の支持部があたかもpin端支持に近い状態で行われる
ことになり、低周波化がはかれる。さらに図3で示され
ているように振動モードの振幅も大きく、すなわち体積
速度も大きくとれ、大音圧を出すことが可能である。
【0013】本発明の送波器で用いているアクティブ円
板体は引張応力にはやや脆い傾向にあるが、本発明の送
波器では図1に示すようにアクティブ円板体を2枚の金
属ディスクの外表面にはめ込み、さらに有限要素法によ
る応力解析によりアクティブ円板体の直径を送波器全体
の直径60〜75%程度に決定することで、静水圧下で
アクティブ円板体に対し、圧縮応力のみがかかるように
することができる。よって、本発明に基づく低周波水中
超音波送波器は耐水圧性に優れ、深々度(水深500m
程度)での使用が可能である。なお、本発明においてア
クティブ体の外形は望ましくは円または矩形だがこれに
限定されない。またディスクの材料も金属に必ずしも限
定されない。
【0014】
【実施例1】本発明の一実施例を図1を参照に説明す
る。図1においてアクティブ円板体30の直径を104
mmφ、厚さ7mm、金属ディスク31の直径を160
mmφ、厚さを厚いところで14mm、薄いところで7
mm、挿入リング32の内径を150mm、外径160
mm、厚さ2mmと設計した。従って、モールド前の段
階で送波器全体の寸法は160mmφ×32mmとな
る。次にアクティブ円板体30にはジルコンチタン酸鉛
系圧電磁器、金属ディスク31にはステンレス鋼SUS
304、挿入リング32には繊維強化プラスチック(F
RP)を適用し試作した。試作した送波器の空気中での
共振周波数は3544Hzである。アクティブ円板体の
変位に対し、アクティブ円板体と金属ディスク一体の系
の中央部分では約19.5倍の変位が得られている。
【0015】次にこの送波器を水槽にいれてハイパワー
で駆動し、音響放射面から1m離れた点における音圧を
測定したところ、3000Hzにおいて203dBre
1μmPaの音圧が得られた。水中でのQ値も3.4と
かなり低い値が得られた。指向性については、ほとんど
無指向性であった。
【0016】また金属ディスクとして、ステンレス鋼の
代わりにアルミニウム合金を使用する方法もある。この
場合、アルミニウム合金の音響インピーダンスがステン
レス鋼に比べ低いため、水との整合に有利であり、より
一層の低Q化が可能であることは明らかである。
【0017】
【実施例2】次に図2を参照して本発明の実施例を説明
する。図2は図1の円板型のものを矩形型にし、アクテ
ィブ体40として幅方向に分極されたジルコンチタン酸
鉛系圧電磁器を数枚並べたものを適用している。このと
きアクティブ体の振動モードは変換効率の高い縦効果縦
振動となる。図2では、金属部は矩形型の金属シェル4
1となり、この部分に対しステンレス鋼SUS304を
適用する。2枚の金属シェルの間に挿入するヤング率の
低い材料にはFRP42を適用するが、この場合FRP
は2本の板状のものが使われる。
【0018】図2においてアクティブ体40の長さを9
6mm、幅85mm、厚7mm、金属シェル41の長さ
を96mm、幅112mm、厚さを厚いところで14m
m、薄いところで7mm、1本当たりのFRP42の長
さを96mm、幅14mm、厚さ2mmとして試作し
た。試作した送波器の空気中での共振周波数は3598
Hzであり、アクティブ体の変位に対し、アクティブ体
と金属シェル一体の系の中央部分では約11.5倍の変
位が得られた。
【0019】次にこの送波器を水槽にいれてハイパワー
で駆動し、音響放射面から1m離れた点における音圧を
測定したところ、3000Hzにおいて201dBre
1μmPaの音圧が得られた。水中でのQ値は4.5、
指向性についてはほとんど無指向性であった。
【0020】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、小型軽量
で音響放射効率の優れた無指向性のハイパワー送波器を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の送波器の構造例を示す図である。
【図2】本発明の送波器の他の例を示す図である。
【図3】本発明の送波器の振動モードを示す図である。
【図4】従来の屈曲伸び送波器を示す図である。
【図5】従来の屈曲伸び送波器に用いられる楕円シェル
を示す図である。
【符号の説明】
20 アクティブ柱状体 21 楕円シェル 30 アクティブ円板体 31 金属ディスク 32 金属よりヤング率が低い材料リング 33 保護板 34 ウレタン樹脂 35 ボルト 40 アクティブ体 41 金属シェル 42 FRP 43 保護板 44 ウレタン樹脂 45 ボルト

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電磁器を用いたアクティブ体と、この
    アクティブ体をはめ込んだディスクとからなる板状振動
    体2個を前記ディスク材料よりヤング率の低い材料を介
    してアクティブ体が互いに外表面側となるようにはり合
    わせたことを特徴とする低周波水中超音波送波器。
  2. 【請求項2】 請求項1における低周波水中超音波送波
    器において、外形を円型とした板状の圧電磁器をアクテ
    ィブ板としたことを特徴とする低周波水中超音波送波
    器。
  3. 【請求項3】 請求項1における低周波水中超音波送波
    器において、外形を矩形型にした板状の圧電磁器をアク
    ティブ板としたことを特徴とする低周波水中超音波送波
    器。
  4. 【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3にお
    ける低周波水中超音波送波器において、アクティブ体の
    径が送波器全体の径の60〜75%となる寸法にしたこ
    とを特徴とする低周波水中超音波送波器。
JP2256092A 1992-02-07 1992-02-07 低周波水中超音波送波器 Expired - Lifetime JP2814817B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2256092A JP2814817B2 (ja) 1992-02-07 1992-02-07 低周波水中超音波送波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2256092A JP2814817B2 (ja) 1992-02-07 1992-02-07 低周波水中超音波送波器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05219588A JPH05219588A (ja) 1993-08-27
JP2814817B2 true JP2814817B2 (ja) 1998-10-27

Family

ID=12086253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2256092A Expired - Lifetime JP2814817B2 (ja) 1992-02-07 1992-02-07 低周波水中超音波送波器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2814817B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2888191B2 (ja) * 1996-04-02 1999-05-10 日本電気株式会社 電気音響変換器
JP3991827B2 (ja) * 2002-09-10 2007-10-17 日本電気株式会社 屈曲型送波器
JP4946272B2 (ja) 2006-08-30 2012-06-06 日本電気株式会社 電気音響変換器および該電気音響変換器を搭載するソーナー用送信器
JP5050652B2 (ja) * 2007-05-24 2012-10-17 日本電気株式会社 送波器及びその駆動方法
GB2496070B (en) * 2010-08-24 2017-03-01 Murata Manufacturing Co Ultrasonic generator
CN103858442B (zh) * 2011-10-03 2016-11-02 株式会社村田制作所 超声波发生装置
KR101597560B1 (ko) * 2012-02-23 2016-02-25 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 초음파 발생 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05219588A (ja) 1993-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4706230A (en) Underwater low-frequency ultrasonic wave transmitter
CN110681559B (zh) 具有亥姆霍兹谐振腔的mems压电超声换能器
JP2814817B2 (ja) 低周波水中超音波送波器
JP2985509B2 (ja) 低周波水中送波器
JP2888191B2 (ja) 電気音響変換器
JP2910412B2 (ja) 低周波水中超音波送波器
JP4765782B2 (ja) 水中送波器及び水中送波方法
JP2546488B2 (ja) 低周波水中送波器
JP2666730B2 (ja) 低周波水中送波器
JP2768340B2 (ja) 広帯域低周波送波器
JPH07231496A (ja) 低周波水中送波器
JPH0511719B2 (ja)
JPS6143896A (ja) 低周波水中超音波送波器
JP2812309B2 (ja) 板状振動体及び板状振動体を用いた送波器
JPH07105996B2 (ja) 低周波水中送波器
KR100517061B1 (ko) 수중 음향 트랜스듀서
JPS6143897A (ja) 低周波水中超音波送波器
JPH0446518B2 (ja)
JP5219154B2 (ja) 屈曲−径振動合成型送受波器
JPS61133883A (ja) 低周波水中超音波送波器
JPH0759196A (ja) 電気音響変換器
JPH0475720B2 (ja)
JPH0582797B2 (ja)
JPS6214599A (ja) 圧電振動素子の定在波振動の抑制方法
JPS61181299A (ja) 低周波水中超音波送波器

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19980714

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070814

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080814

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080814

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090814

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090814

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100814

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110814

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110814

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120814

Year of fee payment: 14

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120814

Year of fee payment: 14