JPH03113999A - Acoustic converter - Google Patents

Acoustic converter

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JPH03113999A
JPH03113999A JP14426390A JP14426390A JPH03113999A JP H03113999 A JPH03113999 A JP H03113999A JP 14426390 A JP14426390 A JP 14426390A JP 14426390 A JP14426390 A JP 14426390A JP H03113999 A JPH03113999 A JP H03113999A
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JP
Japan
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blocks
piezoelectric
columns
piezoelectric material
aperture
Prior art date
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Pending
Application number
JP14426390A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Gordon Hayward
ゴードン ヘイワード
James Murray Victor
ヴィクター ジェイムズ マーリー
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UDI GROUP Ltd
Original Assignee
UDI GROUP Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0629Square array

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE: To obtain a prescribed apodization characteristic from a single excitation source for constituting individual connections only with two electrodes by making a control function different over an aperture to change the control function. CONSTITUTION: A transducer consists of 9 blocks 1, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, and 5B. These blocks are individually produced and are arranged together a shown. Each block includes several ceramic piezoelectric columns shown in 5. These columns are buried in an epoxy resin. Individual blocks are integrated into one body with an adhesive, and both sides are coated with a metallic paint to form electrode 6 and 7 thereafter. Through columns are distributed approximately uniformly over the surface of each block, intervals of columns are longer in outer blocks. Therefore, the amplitude of radiated energy is largest in the center block 1 and is smallest in outermost blocks 4A and 4B.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、音響変換器に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an acoustic transducer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

オボキシ樹脂に埋め込まれた列をなすセラミック柱を用
いて音響変換器をつくることが以前より提案されている
。エポキシ樹脂の効果として波音に基づく負荷に対する
音響整合を向上し、帯域幅を拡大させることがあげられ
る。また、柱状の変換器を用いることによって変換効率
が向上する。
It has previously been proposed to create acoustic transducers using rows of ceramic columns embedded in oxy resin. The effects of epoxy resin include improving acoustic matching for loads based on wave sound and widening the bandwidth. Furthermore, the conversion efficiency is improved by using a columnar converter.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

この発明は、音響変換器の指向性におけるビーム形の制
御(特にサイドロープの除去)のための技術を研究の結
果なされたものである。このような制御は通常、列をな
す個々の変換器にアポディスニージョン機能を適用する
ことによって達成される。これを実施するには複雑で高
価な駆動回路を要し、列内の各要素について個別の接続
も必要となる。本発明者らは、この問題が前節で述べた
技術を用いて克服できることを認識するものである。
This invention was made as a result of research into techniques for beam shape control (particularly side rope removal) in the directivity of acoustic transducers. Such control is typically achieved by applying an apodisney function to each individual transducer in the row. Implementing this requires complex and expensive drive circuitry, as well as separate connections for each element in the column. The inventors recognize that this problem can be overcome using the techniques described in the previous section.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の音響変換器は、アパーチャを横断して配列され
る圧電および非圧電材料からなる一層と、核層の両側に
設けられて核層に入力信号を供給しあるいは核層から出
力信号を受けるための電極手段とで構成される変換器で
あって、圧電と非圧電の配列の方法を、一定の人力信号
によって引起される振幅(あるいは一定の振れによって
引起される出力信号の振幅)がta)圧電材料の比率お
よび/または配置および/または種類および/または(
bl非圧電材料の比率および/または配置および/また
は種類によって特定される制御機能に従うものとなるよ
うにした変換器において、前記機能がアパーチャにわた
って異なっていることを特徴とする。
The acoustic transducer of the present invention includes a layer of piezoelectric and non-piezoelectric materials arranged across the aperture and on either side of the nuclear layer to provide input signals to or receive output signals from the nuclear layer. a transducer comprising electrode means for a piezoelectric and a non-piezoelectric arrangement, the amplitude caused by a constant human signal (or the amplitude of the output signal caused by a constant deflection) is ta ) the proportion and/or arrangement and/or type of piezoelectric material and/or (
bl A transducer which is subject to a control function specified by the proportion and/or arrangement and/or type of non-piezoelectric material, characterized in that said function is different across the aperture.

前述の制御機能をこのように変化させることによって、
所定のアポディスニージョン特性を単一の励起源から得
ることができ、個々の接続を二個の電極だけを用いて構
成することが可能である。
By changing the aforementioned control function in this way,
It is possible to obtain predetermined apodispense properties from a single excitation source and to construct individual connections using only two electrodes.

この制御機能は、例えば、 (1)アパーチャの圧電特性を示す面積の比率、(2)
アパーチャの異なる部分に用いられる圧電または非圧電
質の種類、または、 (3)圧電または非圧電の部分の形状、を変える等のい
つくかの異なった方法によって変化させることができる
This control function includes, for example: (1) the ratio of the area exhibiting the piezoelectric properties of the aperture; (2)
This can be varied in a number of different ways, such as by changing the type of piezoelectric or non-piezoelectric material used in different parts of the aperture, or (3) the shape of the piezoelectric or non-piezoelectric parts.

可能な構造の一つとして、非圧電材料の母体によって隔
てられた個別の圧電材料の列によって構成するものがあ
る。別の可能性には非圧電質を充てんする穴を備えて形
成された単一の圧電スラブを利用することが含まれる。
One possible structure consists of rows of individual piezoelectric materials separated by a matrix of non-piezoelectric material. Another possibility includes utilizing a single piezoelectric slab formed with holes filled with non-piezoelectric material.

他の可能性として、非圧電質で充てんされたはちの巣状
またはスポンジ状の圧電質またはその逆を利用するもの
があげられる。別の可能性として、例えばセラミック圧
電材料を粉体とし適当な非圧電充てん材と混合するなど
して、圧電と非圧電とを混合することがあげられる。
Another possibility is to use a honeycomb or spongy piezoelectric material filled with a non-piezoelectric material or vice versa. Another possibility is to mix piezoelectric and non-piezoelectric, for example by mixing the ceramic piezoelectric material in powder form with a suitable non-piezoelectric filler.

前述の「機能」を変化させる別の可能な方法としては、
アパーチャにわたって圧電または非圧電部分の形状を変
イヒさせるものがある。
Another possible way to change the aforementioned "features" is to
Some change the shape of the piezoelectric or non-piezoelectric portion across the aperture.

構造を簡単にするために、いくつかのブロックによって
列を構成し、各ブロックについて機能が均一であるよう
にすると好都合である。
To simplify the construction, it is advantageous to organize the arrays by several blocks, with uniform functionality for each block.

本発明を実施した一例を、添付の図面を参照しつつ以下
において具体的に説明する。
An example of implementing the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.

〔実施例〕〔Example〕

図示される変換器は、9個のブロック1.2人、2B、
3A、3B、4A、4B、5Aおよび5Bによって構成
される。各ブロックは個別につくられこれらブロックは
図示するように一緒に配置される。
The illustrated transducer consists of nine blocks 1.2 people, 2B,
It is composed of 3A, 3B, 4A, 4B, 5A and 5B. Each block is made individually and the blocks are placed together as shown.

各ブロックは、例えば5において示すようないくつかの
セラミック圧電柱を含んでいる。これらは、特に鉛−ジ
ルコン酸塩−チタン酸塩型のセラミックのような一般に
用いられる材料によってつくられている。これらの柱は
既成のスライスおよび充てん技術を用いて堅いエポキシ
樹脂の中に埋め込まれる。個別のブロックは接着剤によ
って一体にされ、その後に電極6および7を形成するた
めにその両側をメタリックペイントによってコーティン
グする。
Each block includes several ceramic piezoelectric columns, such as those shown at 5, for example. These are made from commonly used materials, especially ceramics of the lead-zirconate-titanate type. These pillars are embedded in rigid epoxy resin using off-the-shelf slice and fill techniques. The individual blocks are held together by adhesive and then coated on both sides with metallic paint to form electrodes 6 and 7.

第1図から、柱が各ブロックの面にわたってほぼ均等に
配分されているが、その間隔が外寄りのブロックにおい
てより大きいことがわかる。このため、第2図において
示される放射エネルギーの振幅は、中央ブロック1から
が最も大きく、外側ブロック4Aおよび4Bからが最小
となる。この変化は、図示した構成においては単に一次
元のものであるが、別の構造においては、二次元での同
様な変化を得ることができるのは勿論のことである。
It can be seen from Figure 1 that the columns are distributed approximately evenly across the face of each block, but that the spacing is greater in the outer blocks. Therefore, the amplitude of the radiant energy shown in FIG. 2 is greatest from the central block 1 and least from the outer blocks 4A and 4B. Although this change is only one-dimensional in the configuration shown, it is of course possible to obtain a similar change in two dimensions in other structures.

送信器としての動作において、回路8からの電気信号は
電極6および7を介して柱5に供給され、第3図の矢印
によって示される方向に所望の音響信号が送出される。
In operation as a transmitter, electrical signals from the circuit 8 are applied to the column 5 via electrodes 6 and 7 to transmit the desired acoustic signal in the direction indicated by the arrows in FIG.

電極7は堅い基質の上に設けられており、反対方向への
大きな放射を防いでいる。受信器としての動作において
は、音響エネルギーによって柱5は電極6から7にかけ
て電位差を生じ、これは8によって探知される。両方の
動作モードにおいて、音響アパーチャの幅の両わきにか
けて漸減する部分量(第1図の数値)は、主ローブを際
立たせサイドローブを低減させる変換器の利得パターン
を示している。勿論他の状況においては、類似の技術を
用いて、例えば2つの主ローブや全方向放射および受信
などの他の特性を有する一定のパターンを得ることがで
きる。
The electrode 7 is mounted on a rigid substrate, preventing significant radiation in the opposite direction. In operation as a receiver, the acoustic energy causes the column 5 to create a potential difference across the electrodes 6 to 7, which is detected by 8. In both modes of operation, the decreasing fractional volume (numbers in FIG. 1) across the width of the acoustic aperture indicates a transducer gain pattern that accentuates the main lobe and reduces the side lobes. Of course, in other situations similar techniques can be used to obtain a pattern with other characteristics, such as two main lobes or omnidirectional radiation and reception.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明に従った構造の変換器の平面図、 第2図は、第1図の変換器の異なる部分から送られる音
響エネルギーの大きさをグラフによって示す図、 第3図は、第1図の線I[[−IIIに沿った断面図で
ある。 1.2A、2B、3A、3B 4A、4B、5A、5B・・・・・・ブロック、5・・
・・・・セラミック柱、 6.7・・・・・・電極、    8・・・・・・送受
信器。 手 続 補 正 書 (方式) 1、事件の表示 平成2年特許願第144263号 2、発明の名称 響 変 換 器 3、補正をする者 事件との関係 出 願 人 名 称 ニーデイ−アイ グループ リミテッド 4、代 理 人
1 is a plan view of a transducer constructed according to the invention; FIG. 2 is a graphical representation of the magnitude of the acoustic energy transmitted from different parts of the transducer of FIG. 1; FIG. , is a cross-sectional view along line I[[-III of FIG. 1.2A, 2B, 3A, 3B 4A, 4B, 5A, 5B...Block, 5...
... Ceramic pillar, 6.7 ... Electrode, 8 ... Transmitter/receiver. Procedural amendment (method) 1. Indication of the case 1990 Patent Application No. 144263 2. Name of the invention Sound transducer 3. Person making the amendment Name of applicant related to the case NID-I Group Limited 4. Agent

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.変換器のアパーチャを横断して配置する圧電および
非圧電材料からなる一層と、該層の両側に設けられて該
層に入力信号を供給し或いは該層から出力信号を受ける
ための電極手段とで構成される音響変換器であって、圧
電と非圧電の配列の方法を、一定の入力信号によって引
起される振幅(あるいは一定の振れによって引起される
出力信号の振幅)が(a)圧電材料の比率および/また
は配置および種類および/または(b)非圧電材料の比
率および/または配置および/または種類によって特定
される制御機能に従うものであるようにした変換器にお
いて、前記機能がアパーチャにわたって異なっているこ
とを特徴とする音響変換器。
1. a layer of piezoelectric and non-piezoelectric material disposed across the aperture of the transducer, and electrode means disposed on either side of the layer for providing an input signal to the layer or receiving an output signal from the layer; An acoustic transducer constructed of piezoelectric and non-piezoelectric arrays in which the amplitude induced by a constant input signal (or the amplitude of an output signal induced by a constant deflection) is (a) of a piezoelectric material; (b) a control function specified by the proportion and/or arrangement and/or type of non-piezoelectric material, said function being different across the aperture; An acoustic transducer characterized by:
2.複数の要素のいくつかのブロックによって構成され
、前記機能が各個別のブロックにわたって均一であるが
隣接するブロック間において異なることを特徴とする請
求項1記載の音響変換器。
2. 2. Acoustic transducer according to claim 1, constituted by several blocks of a plurality of elements, characterized in that said functionality is uniform across each individual block but differs between adjacent blocks.
3.エポキシ樹脂に埋め込まれたセラミック圧電材料の
柱によって構成されることを特徴とする請求項1または
2に記載の音響変換器。
3. 3. Acoustic transducer according to claim 1, characterized in that it is constituted by a pillar of ceramic piezoelectric material embedded in epoxy resin.
4.変換器のアパーチャにわたって圧電材料と接触する
2個の電極と、該電極に接続される単一の励起源または
受信器とを特徴とする請求項1〜3に記載の変換器。
4. 4. Transducer according to claims 1 to 3, characterized by two electrodes in contact with the piezoelectric material across the transducer aperture and a single excitation source or receiver connected to the electrodes.
JP14426390A 1989-06-02 1990-06-01 Acoustic converter Pending JPH03113999A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8912782.3 1989-06-02
GB898912782A GB8912782D0 (en) 1989-06-02 1989-06-02 An acoustic transducer

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JPH03113999A true JPH03113999A (en) 1991-05-15

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EP (1) EP0401027A3 (en)
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CA (1) CA2017382A1 (en)
GB (2) GB8912782D0 (en)

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