JP2916209B2 - 圧電振動子 - Google Patents
圧電振動子Info
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- JP2916209B2 JP2916209B2 JP2118257A JP11825790A JP2916209B2 JP 2916209 B2 JP2916209 B2 JP 2916209B2 JP 2118257 A JP2118257 A JP 2118257A JP 11825790 A JP11825790 A JP 11825790A JP 2916209 B2 JP2916209 B2 JP 2916209B2
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Description
本発明は、複数種類の送波又は受波ビームのパターン
を選択的に形成することができる圧電振動子に関する。
を選択的に形成することができる圧電振動子に関する。
第10図に一般的な圧電振動子Ｘの構造を示している。
所定幅Ｗの直方体状の圧電素子１の両側面に励振用の電
極2,3が形成されており、この電極2,3間に固有の周波数
（励振周波数）の超音波電気信号を印加することによ
り、圧電素子１は幅Ｗ方向に励振周波数でもって共振
し、放射面Ｒより上方に向けて超音波の送波ビームが放
射される。 このような圧電振動子Ｘを用いて水中探知を行う場
合、放射される超音波の指向角（ビーム幅）と、主ビー
ムに対して付随的に現れる副ビームのレベルとが重要な
パラメータとなる。 水中探知装置において方位分解能を上げるためには、
主ビームに対して副ビームのレベルを極力抑える必要が
ある。副ビームを抑える方法としては、例えば特公昭58
−32558号では、少なくとも一方の電極を、圧電素子の
端部側にて分割し、その分割した電極とこの電極と対向
する他方の面の電極とを電気的に接続することにより、
この部分での圧電素子の振動を拘束し副ビームの発生を
抑制している。
所定幅Ｗの直方体状の圧電素子１の両側面に励振用の電
極2,3が形成されており、この電極2,3間に固有の周波数
（励振周波数）の超音波電気信号を印加することによ
り、圧電素子１は幅Ｗ方向に励振周波数でもって共振
し、放射面Ｒより上方に向けて超音波の送波ビームが放
射される。 このような圧電振動子Ｘを用いて水中探知を行う場
合、放射される超音波の指向角（ビーム幅）と、主ビー
ムに対して付随的に現れる副ビームのレベルとが重要な
パラメータとなる。 水中探知装置において方位分解能を上げるためには、
主ビームに対して副ビームのレベルを極力抑える必要が
ある。副ビームを抑える方法としては、例えば特公昭58
−32558号では、少なくとも一方の電極を、圧電素子の
端部側にて分割し、その分割した電極とこの電極と対向
する他方の面の電極とを電気的に接続することにより、
この部分での圧電素子の振動を拘束し副ビームの発生を
抑制している。
一方、送波ビームのビーム幅は放射面Ｒの大きさに依
存し一定であり、受波ビームにおいても同様のことがい
える。 しかしながら、水中探知においては、検知分解能及び
探索領域に応じて随意にビーム幅を変える必要性があ
り、そのために従来は、圧電振動子をアレイに配列し、
各圧電振動に対して可変のウエイト付け回路により所定
のウエイト付けを行うことによりビーム幅を切り換える
方法がとられていたが、そのためには複数個の圧電振動
子及びウエイト付き回路を必要とし、回路構成が複雑化
した。 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、ビーム幅を容易に変化できる圧電振動子を提
供することを目的とする。
存し一定であり、受波ビームにおいても同様のことがい
える。 しかしながら、水中探知においては、検知分解能及び
探索領域に応じて随意にビーム幅を変える必要性があ
り、そのために従来は、圧電振動子をアレイに配列し、
各圧電振動に対して可変のウエイト付け回路により所定
のウエイト付けを行うことによりビーム幅を切り換える
方法がとられていたが、そのためには複数個の圧電振動
子及びウエイト付き回路を必要とし、回路構成が複雑化
した。 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、ビーム幅を容易に変化できる圧電振動子を提
供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、直方体に形成さ
れる圧電素子の両側面に励振用の電極を密着してなる圧
電振動子において、前記振動子の少なくとも一方を
“ハ”の字形状に分割し、分割により得られる両端の副
電極と該副電極と対向する他方の電極とを相互に電気的
に接続するとともに、前記副電極を、前記電極分割によ
り得られる中央部の主電極（Ｍ）もしくは該主電極
（Ｍ）と対向する他方の電極（Ｍ′）のいずれかに選択
的に接続して、前記主電極（Ｍ）及び電極（Ｍ′）間の
実質的な有効面積を変えることにより、当該圧電振動子
が形成する送受波ビームの幅を変化させることを特徴と
する。
れる圧電素子の両側面に励振用の電極を密着してなる圧
電振動子において、前記振動子の少なくとも一方を
“ハ”の字形状に分割し、分割により得られる両端の副
電極と該副電極と対向する他方の電極とを相互に電気的
に接続するとともに、前記副電極を、前記電極分割によ
り得られる中央部の主電極（Ｍ）もしくは該主電極
（Ｍ）と対向する他方の電極（Ｍ′）のいずれかに選択
的に接続して、前記主電極（Ｍ）及び電極（Ｍ′）間の
実質的な有効面積を変えることにより、当該圧電振動子
が形成する送受波ビームの幅を変化させることを特徴と
する。
主電極（Ｍ）と該主電極（Ｍ）と対向する電極
（Ｍ′）との間に超音波電気信号を印加すれば、両電極
（Ｍ）と（Ｍ′）間に挟まれる圧電素子が振動して超音
波がビーム状に放射される。その際、圧電素子の端部に
位置する副電極及び該副電極と対向する電極相互を電気
的に接続しておけば、これらの副電極に挟まれた部分の
圧電振動子の振動が拘束され、副ビームの発生が抑制さ
れる。又、これれらの副電極を、主電極（Ｍ）もしくは
該主電極（Ｍ）と対向する電極（Ｍ′）のいずれかに選
択的に接続すれば、圧電素子を励振させる、両電極
（Ｍ）と（Ｍ′）間の実質的な有効面積が変化し、その
結果、当該圧電振動子より放射されるビームの幅が変化
する。受波ビームにおいても同様なことがいえる。 又、前記実質的な有効面積を変える手段としては、請
求項（４）に記載したように、一方又は両方の電極を複
数の電極片に絶縁分離し、これらの電極片間の制御を切
り換えることにより行ってもよい。
（Ｍ′）との間に超音波電気信号を印加すれば、両電極
（Ｍ）と（Ｍ′）間に挟まれる圧電素子が振動して超音
波がビーム状に放射される。その際、圧電素子の端部に
位置する副電極及び該副電極と対向する電極相互を電気
的に接続しておけば、これらの副電極に挟まれた部分の
圧電振動子の振動が拘束され、副ビームの発生が抑制さ
れる。又、これれらの副電極を、主電極（Ｍ）もしくは
該主電極（Ｍ）と対向する電極（Ｍ′）のいずれかに選
択的に接続すれば、圧電素子を励振させる、両電極
（Ｍ）と（Ｍ′）間の実質的な有効面積が変化し、その
結果、当該圧電振動子より放射されるビームの幅が変化
する。受波ビームにおいても同様なことがいえる。 又、前記実質的な有効面積を変える手段としては、請
求項（４）に記載したように、一方又は両方の電極を複
数の電極片に絶縁分離し、これらの電極片間の制御を切
り換えることにより行ってもよい。
第１図は、本発明の一実施例を示す圧電振動子Ｘの正
面図であり、第２図にその斜視図を示している。 振動方向の幅がＷの方形状の圧電素子１の一方の側面
に形成される電極２のほぼ中央に“ハ”の字形の溝Ｐを
形成することにより、電極２を、中央の“山”形の主電
極2Mと、両側の二つの副電極2S1，2S2とに電気的に分割
しており、又、圧電素子１の他方の面に形成される電極
３も、同様な溝Ｑを形成することにより、中央の“山”
形の主電極3Mと、両側の二つの副電極3S1，3S2とに電気
的に分割しており、その際、電極２に形成した溝Ｐの勾
配を電極３に形成した溝Ｑの勾配より緩やかにしてい
る。 そして、第３図に示すように、互いに対向する副電極
2S1と3S1、及び副電極2S2と3S2とを、それぞれライン
L1，L2にて相互接続する。主電極2M及び3Mの引き出し端
子をそれぞれa,bとし、前記ラインL1，L2の引き出し端
子をc1，c2とする。 次にこのように構成された圧電振動子Ｘの作用動作に
ついて説明する。 端子c1及びc2を選択的に端子ａもしくは端子ｂに接続
した上で端子a,b間に超音波電気信号を印加すると、圧
電素子１が幅Ｗ方向に振動して放射面Ｒから送波ビーム
が図中上方に向けて放射される。その際、対向する副電
極2S1と3S1及び2S2と3S2が短絡されているので、これら
の副電極2S1と3S1及び2S2と3S2で挟まれた圧電振動子１
は振動が拘束され、副ビームの放射が抑制される。又、
このとき、端子c1，c2を、端子ｂに接続するかもしくは
端子ａに接続するかによって、副電極2S1及び2S2を主電
極3Mと等電位とするか、主電極2Mと等電位にするかによ
って、圧電素子１を励振する主電極2M,3Mの有効面積が
大／小に変化するので、放射面Ｒからの送波ビームの幅
が第４図で示すように狭（実線で示す）／広（破線で示
す）に変化する。 この場合の端子a,b,c1，c2のグループ別の接続関係を
示すと、 となる。 ここで示した電極の形状及びその接続関係は単なる一
例であり、次にこの変形例を述べる。 第５図は、第２図における副電極2S2と3S1の面積を大
きくした例、つまり、表裏の電極パターンが同一の場合
であり、このときの好ましい接続関係は、 である。 第６図は、第２図における副電極3S1及び3S2の面積を
副電極2S1及び2S2と比して大きくした例であり、このと
きの好ましい接続関係は、 である。 第７図は、第２図における一方の電極２に対して二組
みの“ハ”の字の溝P,Q′を設けた例であり、このとき
の好ましい接続関係は、 である。 第８図は、上記の圧電振動子Ｘをアレイ状に複数個配
列した振動子アレイＺを示しており、各圧電振動子Ｘの
ビーム幅を変化させることにより、この振動子アレイＺ
より垂直（Ｖ）方向にのみビーム幅が変化する送波ビー
ムが放射され、又、同じようにビーム幅が変化する受波
ビームが得られる。 第９図は、一つの送受波器を機械的に回動させること
により全周方位に対して超音波を送受波する、いわゆる
PPIソナーに第８図図示の振動子アレイＺを適用したブ
ロック図を示している。図中のスイッチSWは、振動子ア
レイＺの端子ｃ（c1＋c2）を選択的に端子ａもしくは端
子ｂに切り替えて、振動子アレイＺの垂直ビーム幅を変
化させるものである。 スイッチSWを端子ｂ側に切り替えて送受波ビーム幅を
狭くすると、分解能が向上して底付き魚の海底に対する
分離度が向上するが、探索範囲が狭くなり、船の動揺等
に影響を受け易くなる。一方、スイッチSWを端子ａ側に
切り替えて送受波ビーム幅を広くすると、分解能は低下
するが、探索範囲が広くなり、魚群の見逃しも少なく、
又、船の動揺にあまり影響されずエコーも安定する。 このようにそれぞれの測定において一長一短がある
が、スイッチSWの切り替えにより、適した測定法を容易
に選択できる。
面図であり、第２図にその斜視図を示している。 振動方向の幅がＷの方形状の圧電素子１の一方の側面
に形成される電極２のほぼ中央に“ハ”の字形の溝Ｐを
形成することにより、電極２を、中央の“山”形の主電
極2Mと、両側の二つの副電極2S1，2S2とに電気的に分割
しており、又、圧電素子１の他方の面に形成される電極
３も、同様な溝Ｑを形成することにより、中央の“山”
形の主電極3Mと、両側の二つの副電極3S1，3S2とに電気
的に分割しており、その際、電極２に形成した溝Ｐの勾
配を電極３に形成した溝Ｑの勾配より緩やかにしてい
る。 そして、第３図に示すように、互いに対向する副電極
2S1と3S1、及び副電極2S2と3S2とを、それぞれライン
L1，L2にて相互接続する。主電極2M及び3Mの引き出し端
子をそれぞれa,bとし、前記ラインL1，L2の引き出し端
子をc1，c2とする。 次にこのように構成された圧電振動子Ｘの作用動作に
ついて説明する。 端子c1及びc2を選択的に端子ａもしくは端子ｂに接続
した上で端子a,b間に超音波電気信号を印加すると、圧
電素子１が幅Ｗ方向に振動して放射面Ｒから送波ビーム
が図中上方に向けて放射される。その際、対向する副電
極2S1と3S1及び2S2と3S2が短絡されているので、これら
の副電極2S1と3S1及び2S2と3S2で挟まれた圧電振動子１
は振動が拘束され、副ビームの放射が抑制される。又、
このとき、端子c1，c2を、端子ｂに接続するかもしくは
端子ａに接続するかによって、副電極2S1及び2S2を主電
極3Mと等電位とするか、主電極2Mと等電位にするかによ
って、圧電素子１を励振する主電極2M,3Mの有効面積が
大／小に変化するので、放射面Ｒからの送波ビームの幅
が第４図で示すように狭（実線で示す）／広（破線で示
す）に変化する。 この場合の端子a,b,c1，c2のグループ別の接続関係を
示すと、 となる。 ここで示した電極の形状及びその接続関係は単なる一
例であり、次にこの変形例を述べる。 第５図は、第２図における副電極2S2と3S1の面積を大
きくした例、つまり、表裏の電極パターンが同一の場合
であり、このときの好ましい接続関係は、 である。 第６図は、第２図における副電極3S1及び3S2の面積を
副電極2S1及び2S2と比して大きくした例であり、このと
きの好ましい接続関係は、 である。 第７図は、第２図における一方の電極２に対して二組
みの“ハ”の字の溝P,Q′を設けた例であり、このとき
の好ましい接続関係は、 である。 第８図は、上記の圧電振動子Ｘをアレイ状に複数個配
列した振動子アレイＺを示しており、各圧電振動子Ｘの
ビーム幅を変化させることにより、この振動子アレイＺ
より垂直（Ｖ）方向にのみビーム幅が変化する送波ビー
ムが放射され、又、同じようにビーム幅が変化する受波
ビームが得られる。 第９図は、一つの送受波器を機械的に回動させること
により全周方位に対して超音波を送受波する、いわゆる
PPIソナーに第８図図示の振動子アレイＺを適用したブ
ロック図を示している。図中のスイッチSWは、振動子ア
レイＺの端子ｃ（c1＋c2）を選択的に端子ａもしくは端
子ｂに切り替えて、振動子アレイＺの垂直ビーム幅を変
化させるものである。 スイッチSWを端子ｂ側に切り替えて送受波ビーム幅を
狭くすると、分解能が向上して底付き魚の海底に対する
分離度が向上するが、探索範囲が狭くなり、船の動揺等
に影響を受け易くなる。一方、スイッチSWを端子ａ側に
切り替えて送受波ビーム幅を広くすると、分解能は低下
するが、探索範囲が広くなり、魚群の見逃しも少なく、
又、船の動揺にあまり影響されずエコーも安定する。 このようにそれぞれの測定において一長一短がある
が、スイッチSWの切り替えにより、適した測定法を容易
に選択できる。
以上説明したように、本発明は、両電極間の実質的な
有効面積を変えるようにしたので、随意の幅の送受波を
容易に得ることができる。 本発明の圧電振動子をアレイ状に配列することによ
り、一方向のビーム幅のみが変化する送受波ビームが得
られるので、PPIソナーにおける送受波器として好適で
ある。
有効面積を変えるようにしたので、随意の幅の送受波を
容易に得ることができる。 本発明の圧電振動子をアレイ状に配列することによ
り、一方向のビーム幅のみが変化する送受波ビームが得
られるので、PPIソナーにおける送受波器として好適で
ある。
第１図は、本発明の圧電振動子の一実施例を示す正面
図、 第２図は、第１図の圧電振動子の斜視図、 第３図は、第２図図示の圧電振動子における電極の接続
関係を示した斜視図、 第４図は、第１図〜第３図に示した圧電振動子の送受波
ビーム特性を示す図、 第５図〜第７図は、本発明の圧電振動子の別の変形例を
示す斜視図、 第８図は、本発明の圧電振動子を複数個満ち居て構成し
た振動子アレイの斜視図、 第９図は、第８図図示の振動子アレイを送受波器として
用いたPPIソナーのブロック図、 第10図は、圧電振動子の一般的な構成を示す斜視図であ
る。 １……圧電素子、2,3……電極、2M,3M……主電極、2S,3
S……副電極、SW……スイッチ、Ｘ……圧電振動子、Ｚ
……振動子アレイ。
図、 第２図は、第１図の圧電振動子の斜視図、 第３図は、第２図図示の圧電振動子における電極の接続
関係を示した斜視図、 第４図は、第１図〜第３図に示した圧電振動子の送受波
ビーム特性を示す図、 第５図〜第７図は、本発明の圧電振動子の別の変形例を
示す斜視図、 第８図は、本発明の圧電振動子を複数個満ち居て構成し
た振動子アレイの斜視図、 第９図は、第８図図示の振動子アレイを送受波器として
用いたPPIソナーのブロック図、 第10図は、圧電振動子の一般的な構成を示す斜視図であ
る。 １……圧電素子、2,3……電極、2M,3M……主電極、2S,3
S……副電極、SW……スイッチ、Ｘ……圧電振動子、Ｚ
……振動子アレイ。
Claims (6)
- 【請求項１】直方体に形成される圧電素子の両側面に励
振用の電極を密着してなる圧電振動子において、 前記振動子の少なくとも一方を“ハ”の字形状に分割
し、分割により得られる両端の副電極と該副電極と対向
する他方の電極とを相互に電気的に接続するとともに、
前記副電極を、前記電極分割により得られる中央部の主
電極（Ｍ）もしくは該主電極（Ｍ）と対向する他方の電
極（Ｍ′）のいずれかに選択的に接続して、前記主電極
（Ｍ）及び電極（Ｍ′）間の実質的な有効面積を変える
ことにより、当該圧電振動子が形成する送受波ビームの
幅を変化させることを特徴とする圧電振動子。 - 【請求項２】請求項（１）記載の圧電振動子を複数個ほ
ぼ等間隔に並列配置し、これら複数個の圧電振動子にお
ける上記有効面積を変えることにより、直方体の振動子
の長手方向においてそのビーム幅が広い又は狭い送波も
しくは受波ビームを選択的に形成することを特徴とする
振動子アレイ。 - 【請求項３】超音波信号を送受波しながら送受波器を水
平方向に回転させて広範囲の水中状況を探知するPPIソ
ナーにおいて、請求項（２）記載の振動子アレイを送受
波器として用い、 垂直断面において、そのビーム幅が広い又は狭い送受波
ビームを選択的に形成することを特徴とするPPIソナ
ー。 - 【請求項４】直方体に形成される圧電素子の両側面に励
振用の電極を密着してなる圧電振動子において、 前記振動子の一方又は両方の電極を複数の電極片に絶縁
分離し、これらの電極片間の接続を切り換えることによ
り電極の実質的な有効面積を変えて圧電振動子が形成す
る送受波ビームの幅を変化させることを特徴とする圧電
振動子。 - 【請求項５】請求項（４）記載の圧電振動子を複数個ほ
ぼ等間隔に並列配置し、これら複数個の圧電振動子の電
極片間の接続を選択的に切り換えることにより、直方体
の振動子の長手方向においてそのビーム幅が広い又は狭
い送波もしくは受波ビームを選択的に形成することを特
徴とする振動子アレイ。 - 【請求項６】超音波信号を送受波しながら送受波器を水
平方向に回転させて広範囲の水中状況を探知するPPIソ
ナーにおいて、請求項（５）記載の振動子アレイを送受
波器として用い、 垂直断面において、そのビーム幅が広い又は狭い送受波
ビームを選択的に形成することを特徴とするPPIソナ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2118257A JP2916209B2 (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2118257A JP2916209B2 (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 圧電振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0414400A JPH0414400A (ja) | 1992-01-20 |
| JP2916209B2 true JP2916209B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=14732146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2118257A Expired - Fee Related JP2916209B2 (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2916209B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5410486A (en) * | 1992-07-20 | 1995-04-25 | Toyota Jidosha K.K. | Navigation system for guiding vehicle by voice |
| JPH06147909A (ja) * | 1992-11-04 | 1994-05-27 | Honda Motor Co Ltd | 車両走行案内装置 |
| JP2852214B2 (ja) * | 1995-10-25 | 1999-01-27 | 四国日本電気ソフトウェア株式会社 | 目的地の自動紹介装置および自動紹介方法 |
-
1990
- 1990-05-07 JP JP2118257A patent/JP2916209B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0414400A (ja) | 1992-01-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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