JP2937153B2 - 超音波トランスデューサ及びこれを用いる水中用送受波器 - Google Patents
超音波トランスデューサ及びこれを用いる水中用送受波器Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、アクティブソー
ナ装置等に用いて好適な水中用送受波器及びこれに用い
られる超音波トランスデューサに関する。
ナ装置等に用いて好適な水中用送受波器及びこれに用い
られる超音波トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】水中の標的に向かって自ら超音波のパル
スを発射し、このパルスが標的から反射して帰ってくる
までに要した時間等を測定して標的までの距離や標的の
種類を探るソーナ装置は、アクティブソーナ装置と言わ
れ、このアクティブソーナ装置には、従来、低周波数帯
域の捜索用送受波器と、高周波数帯域の類別用送受波器
との２種類の送受話器が設けられている。
スを発射し、このパルスが標的から反射して帰ってくる
までに要した時間等を測定して標的までの距離や標的の
種類を探るソーナ装置は、アクティブソーナ装置と言わ
れ、このアクティブソーナ装置には、従来、低周波数帯
域の捜索用送受波器と、高周波数帯域の類別用送受波器
との２種類の送受話器が設けられている。
【０００３】このうち、類別用送受波器には、遠方の標
的の捜索を可能とするために、高出力の超音波トランス
デューサが求められる。このような超音波トランスデュ
ーサとしては、アイトリプルイー・トランザクション・
オン・ソニックスアンドウルトラソニックス（IEEE Tra
nsaction on Sonics and Ultrasonics）第１３１巻、第
Ｆ部、第３号、２８５〜２９７頁）の１９９６年１０月
号の２２０頁に記載されているような、共振型で狭帯域
のボルト締めランジュバン型トランスデューサが広く普
及している。
的の捜索を可能とするために、高出力の超音波トランス
デューサが求められる。このような超音波トランスデュ
ーサとしては、アイトリプルイー・トランザクション・
オン・ソニックスアンドウルトラソニックス（IEEE Tra
nsaction on Sonics and Ultrasonics）第１３１巻、第
Ｆ部、第３号、２８５〜２９７頁）の１９９６年１０月
号の２２０頁に記載されているような、共振型で狭帯域
のボルト締めランジュバン型トランスデューサが広く普
及している。
【０００４】一方、類別用送受波器に関しては、近距離
の標的を高精度で検出しなけれなばらないことから、短
パルスのバースト波による送受波が必要となる。短パル
スで送受するためには波形の立ち上がり時間を短くしな
ければならない。それゆえ、類別用送受波器には、従来
から、機械的Ｑ値が低い広帯域特性の超音波トランスデ
ューサが、好適に用いられている。高精度の検出に適し
た広帯域の超音波トランスデューサとしては、２分の１
波長（１／２λ）共振モードの圧電セラミック振動子の
超音波放射端に、圧電セラミック振動子の共振周波数に
対して、４分の１波長（１／４λ）の音響整合層を設け
た超音波トランスデューサが知られている（特開平５−
１８３９９６号公報、アイ・イー・イー・プロシーディ
ングス（IEE Proceedings）１９８４年６月、第１３１
巻、第Ｆ部、第３号、２８５〜２９７頁）。音響整合層
には、負荷媒質である水と圧電セラミック振動子との中
間の固有音響インピーダンスを有する素材を用いること
で、水との音響インピーダンス整合が達成される。具体
的には、このような音響整合層には、通常、エポキシ樹
脂にガラス等の無機微粒子を均一に分散させた複合材料
が用いられ、無機微粒子の配合度を調節することで、所
望の固有音響インピーダンスの値が実現できる。
の標的を高精度で検出しなけれなばらないことから、短
パルスのバースト波による送受波が必要となる。短パル
スで送受するためには波形の立ち上がり時間を短くしな
ければならない。それゆえ、類別用送受波器には、従来
から、機械的Ｑ値が低い広帯域特性の超音波トランスデ
ューサが、好適に用いられている。高精度の検出に適し
た広帯域の超音波トランスデューサとしては、２分の１
波長（１／２λ）共振モードの圧電セラミック振動子の
超音波放射端に、圧電セラミック振動子の共振周波数に
対して、４分の１波長（１／４λ）の音響整合層を設け
た超音波トランスデューサが知られている（特開平５−
１８３９９６号公報、アイ・イー・イー・プロシーディ
ングス（IEE Proceedings）１９８４年６月、第１３１
巻、第Ｆ部、第３号、２８５〜２９７頁）。音響整合層
には、負荷媒質である水と圧電セラミック振動子との中
間の固有音響インピーダンスを有する素材を用いること
で、水との音響インピーダンス整合が達成される。具体
的には、このような音響整合層には、通常、エポキシ樹
脂にガラス等の無機微粒子を均一に分散させた複合材料
が用いられ、無機微粒子の配合度を調節することで、所
望の固有音響インピーダンスの値が実現できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アクテ
ィブソーナ装置に、高出力（高感度）で狭帯域の超音波
トランスデューサを備える遠距離捜索用の送受波器と、
高精度広帯域の超音波トランスデューサを備える近距離
類別用の送受波器との２種類もの送受波器を用いると、
その分、装置が大型となるので、従来では、大きな装置
を取り付ける余裕等ない小型水中航走体にとっては、高
出力（高感度）かつ高精度のアクティブソーナ装置を装
備できない、という問題があった。
ィブソーナ装置に、高出力（高感度）で狭帯域の超音波
トランスデューサを備える遠距離捜索用の送受波器と、
高精度広帯域の超音波トランスデューサを備える近距離
類別用の送受波器との２種類もの送受波器を用いると、
その分、装置が大型となるので、従来では、大きな装置
を取り付ける余裕等ない小型水中航走体にとっては、高
出力（高感度）かつ高精度のアクティブソーナ装置を装
備できない、という問題があった。
【０００６】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、ある周波数帯域では高感度（高出力）特性を持
ち、別の周波数帯域では広帯域特性（高精度）特性を持
つ超音波トランスデューサ及びこれを用いることで小型
軽量化を図ることのできる送受波器を提供することを目
的としている。
もので、ある周波数帯域では高感度（高出力）特性を持
ち、別の周波数帯域では広帯域特性（高精度）特性を持
つ超音波トランスデューサ及びこれを用いることで小型
軽量化を図ることのできる送受波器を提供することを目
的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、１／２波長の共振モードを
有するボルト締めランジュバン型振動子の音響放射面
に、音響整合層が接合されてなる超音波トランスデュー
サに係り、前記音響整合層が、前記ボルト締めランジュ
バン型振動子の音響放射面を形成する材質と超音波伝達
媒質との中間の固有音響インピーダンスを有すると共
に、その長さが、前記ボルト締めランジュバン型振動子
の基本共振周波数の略１／８波長に設定されていること
を特徴としている。
に、請求項１記載の発明は、１／２波長の共振モードを
有するボルト締めランジュバン型振動子の音響放射面
に、音響整合層が接合されてなる超音波トランスデュー
サに係り、前記音響整合層が、前記ボルト締めランジュ
バン型振動子の音響放射面を形成する材質と超音波伝達
媒質との中間の固有音響インピーダンスを有すると共
に、その長さが、前記ボルト締めランジュバン型振動子
の基本共振周波数の略１／８波長に設定されていること
を特徴としている。
【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の超音波振動子を用いる水中用送受話器に係り、上記
ボルト締めランジュバン型振動子の基本共振周波数帯域
と、２倍基本共振周波数との２周波帯域で、標的の捜索
・類別を行う構成とされていることを特徴としている。
載の超音波振動子を用いる水中用送受話器に係り、上記
ボルト締めランジュバン型振動子の基本共振周波数帯域
と、２倍基本共振周波数との２周波帯域で、標的の捜索
・類別を行う構成とされていることを特徴としている。
【０００９】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の水中用送受波器に係り、請求項１記載の超音波トラ
ンスデューサを複数個並列配置してなることを特徴とし
ている。
載の水中用送受波器に係り、請求項１記載の超音波トラ
ンスデューサを複数個並列配置してなることを特徴とし
ている。
【００１０】
【作用】この発明の構成では、１／２波長の共振モード
を有するボルト締めランジュバン型振動子の音響放射面
に、音響整合層が接合され、この音響整合層は、上記ボ
ルト締めランジュバン型振動子の音響放射面を形成する
材質と超音波伝達媒質との中間の固有音響インピーダン
スを有すると共に、その長さが、上記ボルト締めランジ
ュバン型振動子の基本共振周波数の略１／８波長に設定
されている。それゆえ、１／２波長の共振モードの略２
倍の周波数でも共振する。
を有するボルト締めランジュバン型振動子の音響放射面
に、音響整合層が接合され、この音響整合層は、上記ボ
ルト締めランジュバン型振動子の音響放射面を形成する
材質と超音波伝達媒質との中間の固有音響インピーダン
スを有すると共に、その長さが、上記ボルト締めランジ
ュバン型振動子の基本共振周波数の略１／８波長に設定
されている。それゆえ、１／２波長の共振モードの略２
倍の周波数でも共振する。
【００１１】具体的には、上記構成の超音波振動子は、
その全長が、ボルト締めランジュバン型振動子（基本振
動子）よりも１／８波長の音響整合層分だけ長くなるの
で、超音波トランスデューサの基本周波数は、少し低波
長側へずれるが、ボルト締めランジュバン型振動子（基
本振動子）の基本共振周波数の１／４分波長よりも短い
ので、周波数特性は、ボルト締めランジュバン型振動子
（基本振動子）に近い特性となり、ボルト締めランジュ
バン型振動子（基本振動子）の基本共振周波数帯域で
は、帯域幅は比較的狭いが高感度である。これに対し
て、ボルト締めランジュバン型振動子（基本振動子）の
基本共振周波数の２倍の周波数帯域では、整合層の長さ
が１／４波長に相当するので、広帯域かつ比較的高感度
の特性が得られる。したがって、上記構成の超音波トラ
ンスデューサを備える水中用送受波器をアクティブソー
ナ装置に搭載して、ボルト締めランジュバン型振動子の
基本共振周波数帯域で遠方の標的の捜索を行い、ボルト
締めランジュバン型振動子の２倍基本共振周波数帯域で
近距離の標的の捜索・類別を行うようにすれば、捜索用
と類別用の２種類の送受波器を搭載する必要がないの
で、その分、ソーナ装置の小型軽量化を図ることができ
る。それゆえ、大きな装置を取り付ける余裕等ない小型
水中航走体にも、無理なく取付が可能である。なお、上
記構成の超音波トランスデューサを複数個並列配置して
水中用送受波器を構成すれば、音響放射面積・受波面積
が著しく大きくなるので、捜索能力を一段と向上させる
ことができる。
その全長が、ボルト締めランジュバン型振動子（基本振
動子）よりも１／８波長の音響整合層分だけ長くなるの
で、超音波トランスデューサの基本周波数は、少し低波
長側へずれるが、ボルト締めランジュバン型振動子（基
本振動子）の基本共振周波数の１／４分波長よりも短い
ので、周波数特性は、ボルト締めランジュバン型振動子
（基本振動子）に近い特性となり、ボルト締めランジュ
バン型振動子（基本振動子）の基本共振周波数帯域で
は、帯域幅は比較的狭いが高感度である。これに対し
て、ボルト締めランジュバン型振動子（基本振動子）の
基本共振周波数の２倍の周波数帯域では、整合層の長さ
が１／４波長に相当するので、広帯域かつ比較的高感度
の特性が得られる。したがって、上記構成の超音波トラ
ンスデューサを備える水中用送受波器をアクティブソー
ナ装置に搭載して、ボルト締めランジュバン型振動子の
基本共振周波数帯域で遠方の標的の捜索を行い、ボルト
締めランジュバン型振動子の２倍基本共振周波数帯域で
近距離の標的の捜索・類別を行うようにすれば、捜索用
と類別用の２種類の送受波器を搭載する必要がないの
で、その分、ソーナ装置の小型軽量化を図ることができ
る。それゆえ、大きな装置を取り付ける余裕等ない小型
水中航走体にも、無理なく取付が可能である。なお、上
記構成の超音波トランスデューサを複数個並列配置して
水中用送受波器を構成すれば、音響放射面積・受波面積
が著しく大きくなるので、捜索能力を一段と向上させる
ことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。図１は、この発明の一実施例である超
音波トランスデューサの構成を示す断面図及び該超音波
トランスデューサの共振周波数特性図、図２は、同超音
波トランスデューサの集中定数近似等価回路図、図３
は、同超音波トランスデューサの受波電圧感度の周波数
特性図、また、図４は、同超音波トランスデューサの送
波電圧感度の周波数特性図である。
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。図１は、この発明の一実施例である超
音波トランスデューサの構成を示す断面図及び該超音波
トランスデューサの共振周波数特性図、図２は、同超音
波トランスデューサの集中定数近似等価回路図、図３
は、同超音波トランスデューサの受波電圧感度の周波数
特性図、また、図４は、同超音波トランスデューサの送
波電圧感度の周波数特性図である。
【００１３】この例の超音波トランスデューサは、２分
の１波長（１／２λ）の共振モードを有するボルト締め
ランジュバン型に係り、図１に示すように、基本振動子
としてのボルト締めランジュバン型振動子（以下、単に
ランジュバン型振動子ともいう）１の音響放射面に音響
整合層２が接合されて構成されている。上記ランジュバ
ン型振動子１は、４個の圧電セラミック振動子１１ａ，
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、最前列の圧電セラミック振
動子１１ａの先端面に配設された金属材質のフロントマ
ス１２と、最後列の圧電セラミック振動子１１ｄの後端
面に配設された金属材質のリアマス１３と、これらの圧
電セラミック振動子１１ａ〜１１ｄとフロントマス１２
とリアマス１３とをボルト締めして連結するための金属
材質のボルト１４と、電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１
５ｄとから概略構成され、その全長は、その基本共振周
波数の２分の１波長（１／２λ）に設定されている。フ
ロントマス１２は、円柱形状をなしており、その円形の
片面中心軸には、ボルト１４の先端部が螺合されるネジ
穴２１が設けられている。リアマス１３は、フロントマ
ス１２よりも外径の小さい円筒形状をなしており、中心
軸に形成された貫通穴２２にボルト１４が挿通されるよ
うになっている。
の１波長（１／２λ）の共振モードを有するボルト締め
ランジュバン型に係り、図１に示すように、基本振動子
としてのボルト締めランジュバン型振動子（以下、単に
ランジュバン型振動子ともいう）１の音響放射面に音響
整合層２が接合されて構成されている。上記ランジュバ
ン型振動子１は、４個の圧電セラミック振動子１１ａ，
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、最前列の圧電セラミック振
動子１１ａの先端面に配設された金属材質のフロントマ
ス１２と、最後列の圧電セラミック振動子１１ｄの後端
面に配設された金属材質のリアマス１３と、これらの圧
電セラミック振動子１１ａ〜１１ｄとフロントマス１２
とリアマス１３とをボルト締めして連結するための金属
材質のボルト１４と、電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１
５ｄとから概略構成され、その全長は、その基本共振周
波数の２分の１波長（１／２λ）に設定されている。フ
ロントマス１２は、円柱形状をなしており、その円形の
片面中心軸には、ボルト１４の先端部が螺合されるネジ
穴２１が設けられている。リアマス１３は、フロントマ
ス１２よりも外径の小さい円筒形状をなしており、中心
軸に形成された貫通穴２２にボルト１４が挿通されるよ
うになっている。
【００１４】圧電セラミック振動子１１ａ〜１１ｄは、
リアマス１３と同じ外径の円筒形状をなしており、フロ
ントマス１２とリアマス１３との間に、各々極性が反転
するように＋電圧と−電圧とが交互に印加される電極１
５ａ〜１５ｄを介して積層され、リアマス１３からフロ
ントマス１２へ向かって挿入されたボルト１４により締
結固定されている。そして、ボルト１４とフロントマス
１２とリアマス１３とでもって、圧電セラミック振動子
１１ａ〜１１ｄに静的な圧縮応力バイアスを加えること
ができるようになっている。周知のように、圧電セラミ
ックは、張力に対する強度が、圧力に対する強度の数分
の１しかないため、このような静的圧縮応力を印加する
手段を有するランジュバン型振動子１は、遠距離送波時
等、高出力で強勢に励振する必要がある場合に、特に優
れたものであると言える。
リアマス１３と同じ外径の円筒形状をなしており、フロ
ントマス１２とリアマス１３との間に、各々極性が反転
するように＋電圧と−電圧とが交互に印加される電極１
５ａ〜１５ｄを介して積層され、リアマス１３からフロ
ントマス１２へ向かって挿入されたボルト１４により締
結固定されている。そして、ボルト１４とフロントマス
１２とリアマス１３とでもって、圧電セラミック振動子
１１ａ〜１１ｄに静的な圧縮応力バイアスを加えること
ができるようになっている。周知のように、圧電セラミ
ックは、張力に対する強度が、圧力に対する強度の数分
の１しかないため、このような静的圧縮応力を印加する
手段を有するランジュバン型振動子１は、遠距離送波時
等、高出力で強勢に励振する必要がある場合に、特に優
れたものであると言える。
【００１５】また、音響整合層２は、フロントマス１２
と、超音波伝達媒質である水との中間の固有音響インピ
ーダンスを有するエポキシ系樹脂からなり、基本振動し
てのランジュバン型振動子１の基本共振周波数の８分の
１波長（λ／８）の長さを有しており、高強度エポキシ
系接着剤を介してランジュバン型振動子１のフロントマ
ス１２の音響放射面（先端面）に接着されている。
と、超音波伝達媒質である水との中間の固有音響インピ
ーダンスを有するエポキシ系樹脂からなり、基本振動し
てのランジュバン型振動子１の基本共振周波数の８分の
１波長（λ／８）の長さを有しており、高強度エポキシ
系接着剤を介してランジュバン型振動子１のフロントマ
ス１２の音響放射面（先端面）に接着されている。
【００１６】次に、図１乃至図４を参照して、この例の
動作について説明する。上記構成の超音波トランスデュ
ーサでは、ランジュバン型振動子１に音響整合層２を結
合するため、超音波トランスデューサの全長はランジュ
バン型振動子１よりも長くなり、超音波トランスデュー
サの基本共振モードは、図１に曲線イで示すように、音
響整合層２の分、波長が延び、共振周波数が少し低周波
側へずれることとなる。同様に、図１に曲線ロで示す２
次の共振モード、曲線ハで示す３次の共振モードも音響
整合層２の分、波長が延び、共振周波数が低周波側へず
れる。このずれは高次の共振モード程大きくなる。
動作について説明する。上記構成の超音波トランスデュ
ーサでは、ランジュバン型振動子１に音響整合層２を結
合するため、超音波トランスデューサの全長はランジュ
バン型振動子１よりも長くなり、超音波トランスデュー
サの基本共振モードは、図１に曲線イで示すように、音
響整合層２の分、波長が延び、共振周波数が少し低周波
側へずれることとなる。同様に、図１に曲線ロで示す２
次の共振モード、曲線ハで示す３次の共振モードも音響
整合層２の分、波長が延び、共振周波数が低周波側へず
れる。このずれは高次の共振モード程大きくなる。
【００１７】図２に示す集中定数近似等価回路におい
て、キャパシタンスＣｄは制動容量、コイル巻き線比Ａ
は力係数、インダクタンスｍ1はランジュバン型振動子
１の等価質量、キャパシタンスＣ1はランジュバン型振
動子１のコンプライアンス、インダクタンスｍ2は音響
整合層２の質量、キャパシタンスＣ2は音響整合層２の
コンプライアンス、コイル巻き線比Ｓａは音響放射断面
積、負荷Ｚａは水の音響放射インピーダンスと等価であ
り、Ｚａ端の振動速度及び音圧と、Ｃｄ端の電圧との関
係から受波及び送波電圧感度を求めることができる。そ
こで図２に示す集中定数近似等価回路を用いてシミュレ
ーション計算すると、図３に示す受波電圧感度の周波数
特性及び図４に示す送波電圧感度の周波数特性が得られ
る。
て、キャパシタンスＣｄは制動容量、コイル巻き線比Ａ
は力係数、インダクタンスｍ1はランジュバン型振動子
１の等価質量、キャパシタンスＣ1はランジュバン型振
動子１のコンプライアンス、インダクタンスｍ2は音響
整合層２の質量、キャパシタンスＣ2は音響整合層２の
コンプライアンス、コイル巻き線比Ｓａは音響放射断面
積、負荷Ｚａは水の音響放射インピーダンスと等価であ
り、Ｚａ端の振動速度及び音圧と、Ｃｄ端の電圧との関
係から受波及び送波電圧感度を求めることができる。そ
こで図２に示す集中定数近似等価回路を用いてシミュレ
ーション計算すると、図３に示す受波電圧感度の周波数
特性及び図４に示す送波電圧感度の周波数特性が得られ
る。
【００１８】受波電圧感度の周波数特性図（図３）にお
いて、周波数特性曲線ニは、ランジュバン型振動子１に
１／８λの音響整合層２を接合したこの例の超音波トラ
ンスデューサの共振周波数を示し、周波数特性曲線ホ
は、ランジュバン型振動子１のみの共振周波数を示し、
また、周波数特性曲線ヘは、ランジュバン型振動子１に
図示せぬ１／４λの音響整合層を接合した場合（以下、
１／４λ整合層付きトランスデューサという）の共振周
波数を示している。
いて、周波数特性曲線ニは、ランジュバン型振動子１に
１／８λの音響整合層２を接合したこの例の超音波トラ
ンスデューサの共振周波数を示し、周波数特性曲線ホ
は、ランジュバン型振動子１のみの共振周波数を示し、
また、周波数特性曲線ヘは、ランジュバン型振動子１に
図示せぬ１／４λの音響整合層を接合した場合（以下、
１／４λ整合層付きトランスデューサという）の共振周
波数を示している。
【００１９】各周波数特性曲線ニ、ホ、ヘを比較する
と、この例の超音波トランスデューサの基本共振周波数
は約２８ＫＨｚ（曲線ニ）であり、ランジュバン型振動
子１の基本共振周波数の約３１ＫＨｚ（曲線ホ）と、１
／４λ整合層付きトランスデューサの基本共振周波数の
約２４ＫＨｚ（曲線ヘ）との間にあり、１／４λ整合層
付きトランスデューサよりも、ランジュバン型振動子１
の高感度及び狭帯域特性に近い値となっている。
と、この例の超音波トランスデューサの基本共振周波数
は約２８ＫＨｚ（曲線ニ）であり、ランジュバン型振動
子１の基本共振周波数の約３１ＫＨｚ（曲線ホ）と、１
／４λ整合層付きトランスデューサの基本共振周波数の
約２４ＫＨｚ（曲線ヘ）との間にあり、１／４λ整合層
付きトランスデューサよりも、ランジュバン型振動子１
の高感度及び狭帯域特性に近い値となっている。
【００２０】次に、ランジュバン型振動子１の基本周波
数の２倍の約６０ＫＨｚ付近では、整合層の長さが１／
４λに相当するので、ランジュバン型振動子１及び１／
４λ整合層付きトランスデューサに対して、この例の超
音波トランスデューサは約６ｄＢ感度が向上し、かつ広
帯域特性が得られる。
数の２倍の約６０ＫＨｚ付近では、整合層の長さが１／
４λに相当するので、ランジュバン型振動子１及び１／
４λ整合層付きトランスデューサに対して、この例の超
音波トランスデューサは約６ｄＢ感度が向上し、かつ広
帯域特性が得られる。
【００２１】次に、送波電圧感度の周波数特性図（図
４）において、周波数特性曲線トは、この例の超音波ト
ランスデューサの共振周波数を示し、周波数特性曲線チ
はランジュバン型振動子１のみの共振周波数を示し、周
波数特性曲線リは１／４λ整合層付きトランスデューサ
の共振周波数を示している。この例の超音波トランスデ
ューサの基本共振周波数は約２５ＫＨｚ（曲線ト）であ
り、曲線チで示すランジュバン型振動子１の基本共振周
波数の約２８ＫＨｚ（曲線チ）と、１／４λ整合層付き
トランスデューサの基本共振周波数の約２４ＫＨｚ（曲
線リ）との間にあり、１／４λ整合層付きトランスデュ
ーサよりも、ランジュバン型振動子の高出力及び狭帯域
特性に近い値となっている。
４）において、周波数特性曲線トは、この例の超音波ト
ランスデューサの共振周波数を示し、周波数特性曲線チ
はランジュバン型振動子１のみの共振周波数を示し、周
波数特性曲線リは１／４λ整合層付きトランスデューサ
の共振周波数を示している。この例の超音波トランスデ
ューサの基本共振周波数は約２５ＫＨｚ（曲線ト）であ
り、曲線チで示すランジュバン型振動子１の基本共振周
波数の約２８ＫＨｚ（曲線チ）と、１／４λ整合層付き
トランスデューサの基本共振周波数の約２４ＫＨｚ（曲
線リ）との間にあり、１／４λ整合層付きトランスデュ
ーサよりも、ランジュバン型振動子の高出力及び狭帯域
特性に近い値となっている。
【００２２】次に、ランジュバン型振動子１の基本周波
数の２倍の約６０ＫＨｚ付近では、整合層の長さが１／
４λに相当するので、ランジュバン型振動子１及び１／
４λ整合層付きトランスデューサに対して、この例の超
音波トランスデューサは約６ｄＢ感度が向上し、かつ広
帯域特性が得られる。
数の２倍の約６０ＫＨｚ付近では、整合層の長さが１／
４λに相当するので、ランジュバン型振動子１及び１／
４λ整合層付きトランスデューサに対して、この例の超
音波トランスデューサは約６ｄＢ感度が向上し、かつ広
帯域特性が得られる。
【００２３】このように、この例の超音波トランスデュ
ーサの構成によれば、送波及び受波電圧感度の何れの場
合でも、ランジュバン型振動子（基本振動子）１の基本
共振周波数帯域では帯域幅は比較的狭いが高感度特性が
得られ、一方、２倍基本共振周波数付近では広帯域特性
が得られる。
ーサの構成によれば、送波及び受波電圧感度の何れの場
合でも、ランジュバン型振動子（基本振動子）１の基本
共振周波数帯域では帯域幅は比較的狭いが高感度特性が
得られ、一方、２倍基本共振周波数付近では広帯域特性
が得られる。
【００２４】したがって、上記構成の超音波トランスデ
ューサを備える水中用送受波器をアクティブソーナ装置
に搭載して、ランジュバン型振動子１の基本共振周波数
帯域で遠方の標的の捜索を行い、ランジュバン型振動子
１の２倍基本共振周波数帯域で近距離の標的に対して高
精度の捜索・類別を行うようにすれば、捜索用と類別用
の２種類の送受波器を搭載する必要がないので、その
分、ソーナ装置の小型軽量化を図ることができる。それ
ゆえ、大きな装置を取り付ける余裕等ない小型水中航走
体にも、無理なく取付が可能である。
ューサを備える水中用送受波器をアクティブソーナ装置
に搭載して、ランジュバン型振動子１の基本共振周波数
帯域で遠方の標的の捜索を行い、ランジュバン型振動子
１の２倍基本共振周波数帯域で近距離の標的に対して高
精度の捜索・類別を行うようにすれば、捜索用と類別用
の２種類の送受波器を搭載する必要がないので、その
分、ソーナ装置の小型軽量化を図ることができる。それ
ゆえ、大きな装置を取り付ける余裕等ない小型水中航走
体にも、無理なく取付が可能である。
【００２５】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更があってもこの発明に含まれる。例えば、圧電セラミ
ック振動子の個数は、適宜増減できる。
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更があってもこの発明に含まれる。例えば、圧電セラミ
ック振動子の個数は、適宜増減できる。
【００２６】なお、上記構成の超音波トランスデューサ
を複数個並列配置して水中用送受波器を構成すれば、音
響放射面積・受波面積が著しく大きくなるので、捜索能
力を一段と向上させることができる。
を複数個並列配置して水中用送受波器を構成すれば、音
響放射面積・受波面積が著しく大きくなるので、捜索能
力を一段と向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の超音波
トランスデューサによれば、ボルト締めランジュバン型
振動子の基本共振周波数帯域で高出力（高感度）特性が
得られ、、一方２倍基本共振周波数付近では広帯域特性
が得られる。したがって、この発明の構成の超音波トラ
ンスデューサを備える水中用送受波器をアクティブソー
ナ装置に搭載して、ボルト締めランジュバン型振動子の
基本共振周波数帯域で遠方の標的の捜索を行い、ボルト
締めランジュバン型振動子の２倍基本共振周波数帯域で
近距離の標的の捜索・類別を行うようにすれば、捜索用
と類別用の２種類の送受波器を搭載する必要がないの
で、その分、ソーナ装置の小型軽量化を図ることができ
る。それゆえ、大きな装置を取り付ける余裕等ない小型
水中航走体にも、無理なく取付が可能である。
トランスデューサによれば、ボルト締めランジュバン型
振動子の基本共振周波数帯域で高出力（高感度）特性が
得られ、、一方２倍基本共振周波数付近では広帯域特性
が得られる。したがって、この発明の構成の超音波トラ
ンスデューサを備える水中用送受波器をアクティブソー
ナ装置に搭載して、ボルト締めランジュバン型振動子の
基本共振周波数帯域で遠方の標的の捜索を行い、ボルト
締めランジュバン型振動子の２倍基本共振周波数帯域で
近距離の標的の捜索・類別を行うようにすれば、捜索用
と類別用の２種類の送受波器を搭載する必要がないの
で、その分、ソーナ装置の小型軽量化を図ることができ
る。それゆえ、大きな装置を取り付ける余裕等ない小型
水中航走体にも、無理なく取付が可能である。
【図１】この発明の一実施例である超音波トランスデュ
ーサの構成を示す断面図及び該超音波トランスデューサ
の共振周波数特性図である。
ーサの構成を示す断面図及び該超音波トランスデューサ
の共振周波数特性図である。
【図２】同超音波トランスデューサの集中定数近似等価
回路図である。
回路図である。
【図３】同超音波トランスデューサの受波電圧感度の周
波数特性図である。
波数特性図である。
【図４】同超音波トランスデューサの送波電圧感度の周
波数特性図である。
波数特性図である。
１ ボルト締めランジュバン型振動子 ２ 音響整合層 １１ａ〜１１ｄ 圧電セラミック振動子 １２ フロントマス １３ リアマス １４ ボルト １５ａ〜１５ｄ 電極
Claims (3)
- 【請求項１】 １／２波長の共振モードを有するボルト
締めランジュバン型振動子の音響放射面に、音響整合層
が接合されてなる超音波トランスデューサであって、前
記音響整合層は、前記ボルト締めランジュバン型振動子
の音響放射面を形成する材質と超音波伝達媒質との中間
の固有音響インピーダンスを有すると共に、その長さ
が、前記ボルト締めランジュバン型振動子の基本共振周
波数の略１／８波長に設定されていることを特徴とする
請求項１記載の超音波トランスデューサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の超音波振動子を用いる水
中用送受話器であって、前記ボルト締めランジュバン型
振動子の基本共振周波数帯域と、２倍基本共振周波数と
の２周波帯域で、標的の捜索・類別を行う構成とされて
いることを特徴とする水中用送受話器。 - 【請求項３】 請求項１記載の超音波トランスデューサ
を複数個並列配置してなることを特徴とする請求項２記
載の水中用送受波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33708996A JP2937153B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 超音波トランスデューサ及びこれを用いる水中用送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33708996A JP2937153B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 超音波トランスデューサ及びこれを用いる水中用送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10178700A JPH10178700A (ja) | 1998-06-30 |
| JP2937153B2 true JP2937153B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=18305337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33708996A Expired - Fee Related JP2937153B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 超音波トランスデューサ及びこれを用いる水中用送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937153B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4573483B2 (ja) * | 2001-09-20 | 2010-11-04 | 古野電気株式会社 | 超音波振動子 |
| JP4036843B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2008-01-23 | 三洋電機株式会社 | 発信装置、音波センサ及び自走車 |
| US9776693B2 (en) * | 2013-03-15 | 2017-10-03 | Hadal, Inc. | Systems and methods for improving buoyancy in underwater vehicles |
| JP6201489B2 (ja) * | 2013-07-29 | 2017-09-27 | 日本電気株式会社 | 音波変換装置および音波変換方法 |
| WO2016047241A1 (ja) | 2014-09-22 | 2016-03-31 | オリンパス株式会社 | 振動発生ユニット、振動体ユニット及び超音波処置具 |
-
1996
- 1996-12-17 JP JP33708996A patent/JP2937153B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10178700A (ja) | 1998-06-30 |
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