JPH04230199A - 音響トランスデューサ - Google Patents
音響トランスデューサInfo
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- JPH04230199A JPH04230199A JP3113461A JP11346191A JPH04230199A JP H04230199 A JPH04230199 A JP H04230199A JP 3113461 A JP3113461 A JP 3113461A JP 11346191 A JP11346191 A JP 11346191A JP H04230199 A JPH04230199 A JP H04230199A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods 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
- B06B1/0622—Methods 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
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパルスエコーのレンジン
グの応用で使用するための音響トランスデューサに関す
る。
グの応用で使用するための音響トランスデューサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】1982年7月1日に特許された米国特
許第 4,333,028号明細書(Pantonによ
る)は、良い性能を提供し広い範囲の市場で支持を受け
たような応用で使用するためのトランスデューサを開示
した。第 4,333,028号明細書の請求項第25
項記載のPantonの発明は、システムのほぼ作動周
波数でより高い曲げモード共振をする放射プレートと、
プレートよりもはるかに小さい有効面積を有し且つそれ
に結合されているトランスデューサ要素と、プレートよ
りはるかに低い音響インピーダンスを有する低損失音響
伝播材料から形成され且つその放射表面の波腹帯を交番
させるように適用されてプレートの残りの波腹帯から放
射される音によってプレートの前記交番の波腹帯から放
射された音の遠方界(far field )での相当
な消去を回避する結合手段とを具備する広帯域同調指向
性トランスデューサシステムを提供する。その中で本発
明が実行されることができ、隣接する波腹帯と比較され
るような交番の波腹帯からの放射を増加或いは減少させ
ることにいろいろと依存し、および/または遠方界消去
を減少或いは排除するために隣接する波腹帯からの放射
の位相を調整する、種々の異なった方法が記述されてい
る。Pantonのトランスデューサの特別な利点は、
従来の設計のトランスデューサ、例えば1972年7月
4日に特許された米国特許第 3,674,945号明
細書(Hands による)、と比較すると、特に低い
周波数で作動するトランスデューサで、よりはるかに少
ない量のピエゾ電気材料を利用するという点である。こ
れは結局、トランスデューサのコストおよび重量をいか
なる性能をも損なわないで非常に減少させることを可能
にする。しかし、高温および/または化学的に攻撃的な
雰囲気を含むある産業上の環境においては雰囲気にトラ
ンスデューサを結び付けるのに利用される、通常は発泡
合成プラスチック或いはゴムから形成される、低損失音
響結合材料は作動中に受入れ難い迅速な劣化を受け得る
。いくつかの応用では、この後者の問題はかなりのコス
トおよび重量の不利な条件にも拘らずより旧式の設計の
トランスデューサの使用を必要としてきた。
許第 4,333,028号明細書(Pantonによ
る)は、良い性能を提供し広い範囲の市場で支持を受け
たような応用で使用するためのトランスデューサを開示
した。第 4,333,028号明細書の請求項第25
項記載のPantonの発明は、システムのほぼ作動周
波数でより高い曲げモード共振をする放射プレートと、
プレートよりもはるかに小さい有効面積を有し且つそれ
に結合されているトランスデューサ要素と、プレートよ
りはるかに低い音響インピーダンスを有する低損失音響
伝播材料から形成され且つその放射表面の波腹帯を交番
させるように適用されてプレートの残りの波腹帯から放
射される音によってプレートの前記交番の波腹帯から放
射された音の遠方界(far field )での相当
な消去を回避する結合手段とを具備する広帯域同調指向
性トランスデューサシステムを提供する。その中で本発
明が実行されることができ、隣接する波腹帯と比較され
るような交番の波腹帯からの放射を増加或いは減少させ
ることにいろいろと依存し、および/または遠方界消去
を減少或いは排除するために隣接する波腹帯からの放射
の位相を調整する、種々の異なった方法が記述されてい
る。Pantonのトランスデューサの特別な利点は、
従来の設計のトランスデューサ、例えば1972年7月
4日に特許された米国特許第 3,674,945号明
細書(Hands による)、と比較すると、特に低い
周波数で作動するトランスデューサで、よりはるかに少
ない量のピエゾ電気材料を利用するという点である。こ
れは結局、トランスデューサのコストおよび重量をいか
なる性能をも損なわないで非常に減少させることを可能
にする。しかし、高温および/または化学的に攻撃的な
雰囲気を含むある産業上の環境においては雰囲気にトラ
ンスデューサを結び付けるのに利用される、通常は発泡
合成プラスチック或いはゴムから形成される、低損失音
響結合材料は作動中に受入れ難い迅速な劣化を受け得る
。いくつかの応用では、この後者の問題はかなりのコス
トおよび重量の不利な条件にも拘らずより旧式の設計の
トランスデューサの使用を必要としてきた。
【0003】発泡材料からPantonのトランスデュ
ーサの結合手段を形成する際に含まれる問題を解決しよ
うとして、1987年8月12日に公開された英国特許
第2186465A号明細書(Endress & H
auser)は上述のPantonのトランスデューサ
の変形例を開示している。それは、グリッドが放射板の
前側に付けられて同心のリングおよびチャンネルを形成
し、そのリングおよびチャンネルがプレートの交番の波
腹帯の前にあるようなトランスデューサである。チャン
ネルはプレートに付けられる形作られた空気のかたまり
を具備し、そのかたまりはプレートよりはるかに低い音
響インピーダンスを有する低損失音響伝播材料から形成
された結合媒体を提供する。プレートに機械的に結合さ
れていないリングは、残りの交番の波腹帯からの放射を
妨げる。グリッド内のチャンネルはそれらが包含するそ
の空気を形成するので、後者は必要とされる結合手段を
提供する。ここでは傷付き易い発泡材料を使用する必要
がない:主にマスクとして作用するグリッドそのものは
熱および腐食に強い材料から作られ得る。他方で、結合
手段を形成するための周囲雰囲気の一部分の閉じ込めは
プレートと遠方界の間に理想的でない結合を提供し、ト
ランスデューサのリンギングの制御がより困難になる。 それはまた、材料がトランスデューサの性能上に厳しい
影響を伴ってグリッドと放射プレートとの間に閉じ込め
られるようにならないことを確実にするのが困難であり
、一方放射プレートとグリッドとの間の多重反射はトラ
ンスデューサの性能をも低下し得る。
ーサの結合手段を形成する際に含まれる問題を解決しよ
うとして、1987年8月12日に公開された英国特許
第2186465A号明細書(Endress & H
auser)は上述のPantonのトランスデューサ
の変形例を開示している。それは、グリッドが放射板の
前側に付けられて同心のリングおよびチャンネルを形成
し、そのリングおよびチャンネルがプレートの交番の波
腹帯の前にあるようなトランスデューサである。チャン
ネルはプレートに付けられる形作られた空気のかたまり
を具備し、そのかたまりはプレートよりはるかに低い音
響インピーダンスを有する低損失音響伝播材料から形成
された結合媒体を提供する。プレートに機械的に結合さ
れていないリングは、残りの交番の波腹帯からの放射を
妨げる。グリッド内のチャンネルはそれらが包含するそ
の空気を形成するので、後者は必要とされる結合手段を
提供する。ここでは傷付き易い発泡材料を使用する必要
がない:主にマスクとして作用するグリッドそのものは
熱および腐食に強い材料から作られ得る。他方で、結合
手段を形成するための周囲雰囲気の一部分の閉じ込めは
プレートと遠方界の間に理想的でない結合を提供し、ト
ランスデューサのリンギングの制御がより困難になる。 それはまた、材料がトランスデューサの性能上に厳しい
影響を伴ってグリッドと放射プレートとの間に閉じ込め
られるようにならないことを確実にするのが困難であり
、一方放射プレートとグリッドとの間の多重反射はトラ
ンスデューサの性能をも低下し得る。
【0004】円錐台形放射プレートおよび負荷プレート
をその前側表面に付けることによって、軸モードトラン
スデューサの有効面積を増加させせることは公知である
:1980年6月8日に特許された米国特許第 4,1
83,007号明細書(Barid による)はこのよ
うなトランスデューサの適例である。しかし、放射表面
のサイズがこの方法で拡張されることができる範囲には
かなり厳しい限定がある。何故なら放射プレートのへり
は、トランスデューサの性能および極性応答に対する有
害な影響のある曲げモード応答を生成し始めるであろう
からである。
をその前側表面に付けることによって、軸モードトラン
スデューサの有効面積を増加させせることは公知である
:1980年6月8日に特許された米国特許第 4,1
83,007号明細書(Barid による)はこのよ
うなトランスデューサの適例である。しかし、放射表面
のサイズがこの方法で拡張されることができる範囲には
かなり厳しい限定がある。何故なら放射プレートのへり
は、トランスデューサの性能および極性応答に対する有
害な影響のある曲げモード応答を生成し始めるであろう
からである。
【0005】上述されたHands による明細書の他
にも、トランスデューサが一斉に或いはそれに近い状態
で作動されて単一のより大きなトランスデューサの効果
を提供しおよび/またはトランスデューサの極性放射パ
ターンの作動を可能にする多重トランスデューサアレイ
を含むトランスデューサ装置に対してさまざまな提案が
成されてきた。このようなトランスデューサの例は、米
国特許第 2,567,407号(Slaymaker
による)、第 4,122,725号(Thomps
onによる)、第 4,211,948号明細書(Sm
ith et al による)に開示されている。この
ようなアレイに共通の整合層が設けられ得るがトランス
デューサは基本的に独立して作動し、そして大量のピエ
ゾ電気材料が必要とされる。米国特許第2,406,7
67号明細書は図10において、前側プレートと後側プ
レートとの間の液体内に沈んでいる近く隣接したピエゾ
電気トランスデューサのアレイを示している。トランス
デューサの近接配置に伴う液体内のずれの影響は、位相
コヒーレンスおよびプレートのピストン状作動を維持す
ることに依存する。今度も大量のピエゾ電気材料が必要
とされ、要素はトランスデューサの放射プレートとほぼ
同じ面積を一緒に有する。
にも、トランスデューサが一斉に或いはそれに近い状態
で作動されて単一のより大きなトランスデューサの効果
を提供しおよび/またはトランスデューサの極性放射パ
ターンの作動を可能にする多重トランスデューサアレイ
を含むトランスデューサ装置に対してさまざまな提案が
成されてきた。このようなトランスデューサの例は、米
国特許第 2,567,407号(Slaymaker
による)、第 4,122,725号(Thomps
onによる)、第 4,211,948号明細書(Sm
ith et al による)に開示されている。この
ようなアレイに共通の整合層が設けられ得るがトランス
デューサは基本的に独立して作動し、そして大量のピエ
ゾ電気材料が必要とされる。米国特許第2,406,7
67号明細書は図10において、前側プレートと後側プ
レートとの間の液体内に沈んでいる近く隣接したピエゾ
電気トランスデューサのアレイを示している。トランス
デューサの近接配置に伴う液体内のずれの影響は、位相
コヒーレンスおよびプレートのピストン状作動を維持す
ることに依存する。今度も大量のピエゾ電気材料が必要
とされ、要素はトランスデューサの放射プレートとほぼ
同じ面積を一緒に有する。
【0006】トランスデューサの整合層に保護膜を提供
することもまた公知である:すでに述べられたHand
s の明細書に加えて、米国特許第 4,297,60
7号明細書(Lynnworth et al による
)も図5においてすでに論議されたタイプの多重トラン
スデューサアレイを例示しており、そして米国特許第
4,523,122号明細書(Toneによる)も同様
である(図2参照)。
することもまた公知である:すでに述べられたHand
s の明細書に加えて、米国特許第 4,297,60
7号明細書(Lynnworth et al による
)も図5においてすでに論議されたタイプの多重トラン
スデューサアレイを例示しており、そして米国特許第
4,523,122号明細書(Toneによる)も同様
である(図2参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Pa
ntonのトランスデューサのコスト、重量および性能
の利点をかなりの程度まで保持し得るが、同時により頑
丈で高温および化学的に攻撃的な環境で使用するのによ
り適しているトランスデューサを提供することである。
ntonのトランスデューサのコスト、重量および性能
の利点をかなりの程度まで保持し得るが、同時により頑
丈で高温および化学的に攻撃的な環境で使用するのによ
り適しているトランスデューサを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】したがって本発明は、連
続的にほぼ平面の放射前側表面を有するかなり硬質のプ
レートと、放射表面に付けられ、プレートの材料のイン
ピーダンスとその中へプレートが放射する雰囲気のイン
ピーダンスとの間の中間の音響インピーダンスを有する
少なくとも1層の音響伝播材料を具備する結合手段と、
2次元のアレイ内に間隔をおいて配置されプレートの反
対側の表面にきっちりと固着されており、負荷ブロック
とその負荷ブロックとプレートとの間のピエゾ電気要素
とプレートにおよびそれらの間で圧縮状態にある負荷ブ
ロックに音響的に結合されたピエゾ電気要素を保持する
手段とをそれぞれ具備し、プレートの放射表面に垂直な
軸上の他のそれとほぼ同じ共振周波数をそれぞれ有する
少なくとも3つの駆動装置と、ピエゾ電気トランスデュ
ーサとの電気的接続を作り出して互いに同位相でありほ
ぼ共振周波数において前記垂直軸上での励起を可能にす
る手段とを具備しており、そのプレートの硬質性および
その駆動装置の近接関係はプレート内の重要な曲げ振動
の励起を防ぐのに十分である、パルスエコーのレンジン
グシステムのための広帯域同調指向性トランスデューサ
システムを提供する。
続的にほぼ平面の放射前側表面を有するかなり硬質のプ
レートと、放射表面に付けられ、プレートの材料のイン
ピーダンスとその中へプレートが放射する雰囲気のイン
ピーダンスとの間の中間の音響インピーダンスを有する
少なくとも1層の音響伝播材料を具備する結合手段と、
2次元のアレイ内に間隔をおいて配置されプレートの反
対側の表面にきっちりと固着されており、負荷ブロック
とその負荷ブロックとプレートとの間のピエゾ電気要素
とプレートにおよびそれらの間で圧縮状態にある負荷ブ
ロックに音響的に結合されたピエゾ電気要素を保持する
手段とをそれぞれ具備し、プレートの放射表面に垂直な
軸上の他のそれとほぼ同じ共振周波数をそれぞれ有する
少なくとも3つの駆動装置と、ピエゾ電気トランスデュ
ーサとの電気的接続を作り出して互いに同位相でありほ
ぼ共振周波数において前記垂直軸上での励起を可能にす
る手段とを具備しており、そのプレートの硬質性および
その駆動装置の近接関係はプレート内の重要な曲げ振動
の励起を防ぐのに十分である、パルスエコーのレンジン
グシステムのための広帯域同調指向性トランスデューサ
システムを提供する。
【0009】
【実施例】図1を参照すると、トランスデューサシステ
ムは通常はアルミニウムである厚い硬質円形プレート1
を基礎としている。プレートの寸法は、トランスデュー
サの周波数およびビーム幅によって変化するであろう。 例えば、プレートは22kHz で作動するトランスデ
ューサに対しては厚さ2cm、直径20cmであり得る
:今後所与される他の寸法はこれらに基いており、単な
る例にすぎない。プレートはプレートの中心から5cm
隔てられプレートと同心である正方形の角に配置された
4つの点で穴を開けられてねじすじを付けられて、ピエ
ゾ電気要素2およびスチール負荷ブロック3をプレート
に固着するのに使用されるねじ4を受容する。ピエゾ電
気要素およびスチール負荷ブロックはそれぞれねじ4の
柄を通す中央孔を持つ円筒形であり、そしてねじ4によ
ってプレート1に固着された4つの駆動装置を対称に配
置させる。一体化したはんだ付けタブをそのへりに有す
る導電ワッシャ5および5aは要素2とプレート1との
間におよび要素2と負荷ブロック3との間に位置付けら
れているが、一方ロックワッシャ15および絶縁ワッシ
ャ16は各ねじ4の頭部とそれに関連する負荷ブロック
3との間に位置付けられる。ねじの柄の上に収縮し得る
絶縁スリーブ18と絶縁ワッシャ16は一緒になって、
ねじが導電ワッシャ5と5aとの間に短絡回路を作り出
すのを防ぐ。ワッシャ5は一緒にされておよび整合変圧
器17の2次巻線の一方の端子に接続され、そしてワッ
シャ5aは一緒にされておよび整合変圧器17の2次巻
線の他方の端子に接続される。これは、軸モードで同時
に且つ平行に振動させるために、ねじ4によってプレー
ト1に固着された負荷ブロック3および要素2によって
形成された各装置の共振周波数に等しい或いは近接した
周波数で交流電位を変圧器17の1次巻線に印加するこ
とによって、ピエゾ要素2を付勢させることができる。
ムは通常はアルミニウムである厚い硬質円形プレート1
を基礎としている。プレートの寸法は、トランスデュー
サの周波数およびビーム幅によって変化するであろう。 例えば、プレートは22kHz で作動するトランスデ
ューサに対しては厚さ2cm、直径20cmであり得る
:今後所与される他の寸法はこれらに基いており、単な
る例にすぎない。プレートはプレートの中心から5cm
隔てられプレートと同心である正方形の角に配置された
4つの点で穴を開けられてねじすじを付けられて、ピエ
ゾ電気要素2およびスチール負荷ブロック3をプレート
に固着するのに使用されるねじ4を受容する。ピエゾ電
気要素およびスチール負荷ブロックはそれぞれねじ4の
柄を通す中央孔を持つ円筒形であり、そしてねじ4によ
ってプレート1に固着された4つの駆動装置を対称に配
置させる。一体化したはんだ付けタブをそのへりに有す
る導電ワッシャ5および5aは要素2とプレート1との
間におよび要素2と負荷ブロック3との間に位置付けら
れているが、一方ロックワッシャ15および絶縁ワッシ
ャ16は各ねじ4の頭部とそれに関連する負荷ブロック
3との間に位置付けられる。ねじの柄の上に収縮し得る
絶縁スリーブ18と絶縁ワッシャ16は一緒になって、
ねじが導電ワッシャ5と5aとの間に短絡回路を作り出
すのを防ぐ。ワッシャ5は一緒にされておよび整合変圧
器17の2次巻線の一方の端子に接続され、そしてワッ
シャ5aは一緒にされておよび整合変圧器17の2次巻
線の他方の端子に接続される。これは、軸モードで同時
に且つ平行に振動させるために、ねじ4によってプレー
ト1に固着された負荷ブロック3および要素2によって
形成された各装置の共振周波数に等しい或いは近接した
周波数で交流電位を変圧器17の1次巻線に印加するこ
とによって、ピエゾ要素2を付勢させることができる。
【0010】ねじ4は、要素2が装置の最大定格電位で
付勢されるときでさえ、および装置の定格温度範囲の極
限においてでさえ、要素2が圧縮状態を保つように締め
付けられる。これは部品の間の音響結合の瞬間的な損失
或いは変化を通して装置によって生成される振動波形の
歪みを防ぎ、そして要素2の損傷のリスクを減少させる
。
付勢されるときでさえ、および装置の定格温度範囲の極
限においてでさえ、要素2が圧縮状態を保つように締め
付けられる。これは部品の間の音響結合の瞬間的な損失
或いは変化を通して装置によって生成される振動波形の
歪みを防ぎ、そして要素2の損傷のリスクを減少させる
。
【0011】トランスデューサシステムの側部および後
側表面は振動減衰材料、好ましくはコルク、の層7,8
,9,10によって覆われており、そして通常はエポキ
シ樹脂である埋込用樹脂20の中に埋め込まれることに
よって前面開放型ハウジング21の中に位置付けられる
。コルク或いはシリコンゴムの層12,13,14は樹
脂20とハウジングとの間に位置付けられて、さらなる
振動減衰を提供する。結合層6は、発泡性樹脂をハウジ
ングの中に注入してその樹脂をその位置で発泡させ且つ
硬化させることとによるか、或いはシステムが受けそう
な温度に耐えられるように選択された硬質の閉鎖形細胞
状気泡(closed celled foam)の層
を粘着的に付けることによるかによってプレートの前側
に形成される。その層は単一のかさばった材料から形成
されるか、或いは積層化されるか混合される2つまたは
それ以上の物理的に異なった材料から形成されることが
できる。層には一体になるか或いは分離されて形成され
た攻撃的化学薬品に対して抵抗性のある保護薄膜が設け
られ得る:例えば結合層は機械加工され、且つステンレ
ススチールのような不浸透材料の保護層の形状である薄
膜19によって被覆されることができる。保護膜は、爆
発性雰囲気中で使用するためのトランスデューサに対し
て適用される法規を満足させるように特殊化され得る。 それぞれの場合に、その形態は効果的な結合を提供する
ように選択され、通常はトランスデューサシステムの共
振周波数において結合層が任意の保護層と一緒になって
1/4波長整合層と等価になるように手配される。;そ
の効果的な音響インピーダンスはプレート1のインピー
ダンスと周囲雰囲気のインピーダンスとの間の中間であ
るべきであり、それ故にインピーダンス整合は上述され
たHands の明細書の方法に類似した方法で提供さ
れる。
側表面は振動減衰材料、好ましくはコルク、の層7,8
,9,10によって覆われており、そして通常はエポキ
シ樹脂である埋込用樹脂20の中に埋め込まれることに
よって前面開放型ハウジング21の中に位置付けられる
。コルク或いはシリコンゴムの層12,13,14は樹
脂20とハウジングとの間に位置付けられて、さらなる
振動減衰を提供する。結合層6は、発泡性樹脂をハウジ
ングの中に注入してその樹脂をその位置で発泡させ且つ
硬化させることとによるか、或いはシステムが受けそう
な温度に耐えられるように選択された硬質の閉鎖形細胞
状気泡(closed celled foam)の層
を粘着的に付けることによるかによってプレートの前側
に形成される。その層は単一のかさばった材料から形成
されるか、或いは積層化されるか混合される2つまたは
それ以上の物理的に異なった材料から形成されることが
できる。層には一体になるか或いは分離されて形成され
た攻撃的化学薬品に対して抵抗性のある保護薄膜が設け
られ得る:例えば結合層は機械加工され、且つステンレ
ススチールのような不浸透材料の保護層の形状である薄
膜19によって被覆されることができる。保護膜は、爆
発性雰囲気中で使用するためのトランスデューサに対し
て適用される法規を満足させるように特殊化され得る。 それぞれの場合に、その形態は効果的な結合を提供する
ように選択され、通常はトランスデューサシステムの共
振周波数において結合層が任意の保護層と一緒になって
1/4波長整合層と等価になるように手配される。;そ
の効果的な音響インピーダンスはプレート1のインピー
ダンスと周囲雰囲気のインピーダンスとの間の中間であ
るべきであり、それ故にインピーダンス整合は上述され
たHands の明細書の方法に類似した方法で提供さ
れる。
【0012】それらの作動と同時にプレート1の厚さお
よび駆動装置の比較的近接した間隔は、ピストン状動作
を伴いいかなるかなりの曲げモード応答をも伴わないで
面振動を生じ、それは単一の非常に大きな円筒形ピエゾ
電気要素或いは一斉に付勢される要素の大きなアレイに
よって生成されるものに匹敵され得る。比較的重いプレ
ート1および重い負荷ブロック3の設備は軸モードのシ
ステムの共振周波数を、負荷されていないときの比較的
小さなピエゾ電気要素2のものと比較して、Panto
nの明細書での曲げモードで作動する比較的薄いプレー
トを使用することによって得られるものに匹敵できるレ
ベルまでかなり大きく減少させることができる。厚いプ
レート1および負荷ブロック3を一緒に多重駆動装置と
使用することは重量およびピエゾ電気材料の使用の減少
がPantonのトランスデューサ装置によって得られ
るのと同じように素晴らしくはないことを意味している
が、ユニットの質量も利用されるピエゾ電気材料の量も
重要な問題を呈さないのは十分である。
よび駆動装置の比較的近接した間隔は、ピストン状動作
を伴いいかなるかなりの曲げモード応答をも伴わないで
面振動を生じ、それは単一の非常に大きな円筒形ピエゾ
電気要素或いは一斉に付勢される要素の大きなアレイに
よって生成されるものに匹敵され得る。比較的重いプレ
ート1および重い負荷ブロック3の設備は軸モードのシ
ステムの共振周波数を、負荷されていないときの比較的
小さなピエゾ電気要素2のものと比較して、Panto
nの明細書での曲げモードで作動する比較的薄いプレー
トを使用することによって得られるものに匹敵できるレ
ベルまでかなり大きく減少させることができる。厚いプ
レート1および負荷ブロック3を一緒に多重駆動装置と
使用することは重量およびピエゾ電気材料の使用の減少
がPantonのトランスデューサ装置によって得られ
るのと同じように素晴らしくはないことを意味している
が、ユニットの質量も利用されるピエゾ電気材料の量も
重要な問題を呈さないのは十分である。
【0013】負荷ブロック3は廉価で強固で重いスチー
ルであるのが好ましいが必ずそうである必要はない。一
方プレート1は、プレートの質量を過度に増加させるこ
となしに必要とされる曲げ抵抗が得られ得るようにアル
ミニウムであるのが好ましい。もし装置の質量が負荷ブ
ロックと対照してプレートに集中されすぎるならば、こ
れはプレートからの放射の振幅を減少するであろう。非
常に広い温度範囲にわたって作動するトランスデューサ
では、熱膨張の影響を補償するのに使用される材料を選
択することは利点になり得る。
ルであるのが好ましいが必ずそうである必要はない。一
方プレート1は、プレートの質量を過度に増加させるこ
となしに必要とされる曲げ抵抗が得られ得るようにアル
ミニウムであるのが好ましい。もし装置の質量が負荷ブ
ロックと対照してプレートに集中されすぎるならば、こ
れはプレートからの放射の振幅を減少するであろう。非
常に広い温度範囲にわたって作動するトランスデューサ
では、熱膨張の影響を補償するのに使用される材料を選
択することは利点になり得る。
【0014】要素2および負荷ブロック3のサイズによ
って、プレート1の直径および図2に示された以外の駆
動装置の望みの作動周波数および配置が使用されること
ができる。したがって図3では3つの駆動装置のみが使
用されプレートと同心にある正三角形の頂点に配置され
ている。一方図4および図5ではそれぞれ6つおよび7
つの装置が使用されており、そこではプレートの中心に
1つの装置が配置されて残りの装置はその回りに環状に
配置されている。
って、プレート1の直径および図2に示された以外の駆
動装置の望みの作動周波数および配置が使用されること
ができる。したがって図3では3つの駆動装置のみが使
用されプレートと同心にある正三角形の頂点に配置され
ている。一方図4および図5ではそれぞれ6つおよび7
つの装置が使用されており、そこではプレートの中心に
1つの装置が配置されて残りの装置はその回りに環状に
配置されている。
【0015】プレート1の過度の曲げ振動の発生を回避
するためには、一定の寸法の関係を遵守するのが好まし
い。まずピエゾ電気要素2は、プレート1の後側表面の
面積の少なくとも1/5でしかも4/5よりは少ない面
積に係合するようなサイズと数を有するべきである。次
にプレートの後側表面の面積のわずか1/6は下記の式
の結果よりも多く要素2から離れているべきである。
するためには、一定の寸法の関係を遵守するのが好まし
い。まずピエゾ電気要素2は、プレート1の後側表面の
面積の少なくとも1/5でしかも4/5よりは少ない面
積に係合するようなサイズと数を有するべきである。次
にプレートの後側表面の面積のわずか1/6は下記の式
の結果よりも多く要素2から離れているべきである。
【0016】
【数2】
【0017】ここでfは作動周波数であり、hはプレー
ト1の厚さであり、E,qおよびwはそれぞれヤング係
数、ポアソン比およびプレートの材料の比重である。
ト1の厚さであり、E,qおよびwはそれぞれヤング係
数、ポアソン比およびプレートの材料の比重である。
【図1】本発明によるトランスデューサシステムの直径
方向断面図。
方向断面図。
【図2】外側ケーシングを省いてシステム内のある配置
の駆動装置を示した本発明によるトランスデューサシス
テムの概略背面図。
の駆動装置を示した本発明によるトランスデューサシス
テムの概略背面図。
【図3】外側ケーシングを省いてシステム内の別の配置
の駆動装置を示した本発明によるトランスデューサシス
テムの概略背面図。
の駆動装置を示した本発明によるトランスデューサシス
テムの概略背面図。
【図4】外側ケーシングを省いてシステム内のまた別の
配置の駆動装置を示した本発明によるトランスデューサ
システムの概略背面図。
配置の駆動装置を示した本発明によるトランスデューサ
システムの概略背面図。
【図5】外側ケーシングを省いてシステム内のさらに別
の配置の駆動装置を示した本発明によるトランスデュー
サシステムの概略背面図。
の配置の駆動装置を示した本発明によるトランスデュー
サシステムの概略背面図。
1…硬質円形プレート、2…ピエゾ電気要素、3…負荷
ブロック、4…ねじ、5,5a…導電ワッシャ、6…結
合層、16…絶縁ワッシャ、17…変圧器、18…絶縁
スリーブ、19…薄膜、21…ハウジング。
ブロック、4…ねじ、5,5a…導電ワッシャ、6…結
合層、16…絶縁ワッシャ、17…変圧器、18…絶縁
スリーブ、19…薄膜、21…ハウジング。
Claims (11)
- 【請求項1】 連続的にほぼ平面の放射前側表面を有
するほぼ硬質のプレートと、放射表面に適用され、プレ
ートの材料のインピーダンスとその中へプレートが放射
する雰囲気のインピーダンスとの間の中間の音響インピ
ーダンスを有する少なくとも1層の音響伝播材料を具備
する結合手段とを具備するシステムであり、少なくとも
3つの駆動装置が2次元のアレイ内に間隔をおいて配置
されプレートの反対側の表面にきっちりと固着され、そ
れぞれの駆動装置は負荷ブロックとその負荷ブロックと
プレートとの間のピエゾ電気要素とプレートおよび負荷
ブロックに音響的に結合されたピエゾ電気要素を保持す
る手段とを具備し、それぞれの駆動装置はプレートの放
射表面に垂直な軸上に他のものとほぼ同じ共振周波数を
有し、手段は駆動装置のピエゾ電気要素との電気的接続
を作り出して互いに同位相でありほぼ共振周波数におい
て前記垂直軸上で励起を可能にし、そのプレートの硬質
性およびその駆動装置の近接関係がプレート内の重要な
曲げ振動の励起を防ぐのに十分であることを特徴とする
、パルスエコーのレンジングシステムのための広帯域同
調指向性トランスデューサシステム。 - 【請求項2】 硬質プレートは円形であり、駆動装置
は対称的な配置でそこに取り付けられることを特徴とす
る請求項1記載のトランスデューサシステム。 - 【請求項3】 ピエゾ電気要素および負荷ブロックが
中央孔のある円筒形であり、プレートおよび負荷ブロッ
クに音響的に結合されたピエゾ電気要素を保持するため
の手段は、ブロックおよび要素の孔を通り、ピエゾ電気
要素がシステムの作動中に連続的圧縮状態に維持される
のに十分なトルクでプレートのねじ孔に係合されるボル
トであることを特徴とする請求項2記載のトランスデュ
ーサシステム。 - 【請求項4】 ボルトには絶縁ワッシャと絶縁スリー
ブとが設けられて、負荷ブロックとプレートとの間に短
絡回路を作り出すのを防ぐことを特徴とする請求項3記
載のトランスデューサシステム。 - 【請求項5】 ピエゾ電気要素がプレートの後側表面
の面積の少なくとも1/5をしかし4/5より少なく覆
うように駆動装置が互いからおよびプレートのへりから
間隔をとって配置されることを特徴とする請求項1乃至
4記載のトランスデューサシステム。 - 【請求項6】 プレートの後側表面の面積の少なくと
も5/6は以下の式の結果より少ない距離までピエゾ電
気要素2から離れており、 【数1】 ここでfはトランスデューサの作動周波数であり、hは
プレートの厚さであり、E,qおよびwはそれぞれヤン
グ係数、ポアソン比およびプレートの材料の比重である
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の
トランスデューサ装置。 - 【請求項7】 駆動装置がプレートと同心にある正三
角形或いは正方形の頂点のそれらの軸にある総計で3つ
或いは4つあることを特徴とする請求項1乃至6のいず
れか1項記載のトランスデューサシステム。 - 【請求項8】 駆動装置が、1つの装置はプレートの
中心に、残りはそれの回りに同心の環状に位置付けられ
る総計で5つ乃至8つあることを特徴とする請求項1乃
至6のいずれか1項記載のトランスデューサシステム。 - 【請求項9】 前側が開放しておりプレートおよび駆
動装置を取り囲んでいる硬質囲いと、その囲いの開放し
た前側を横断する雰囲気からのシールを具備する放射表
面に取り付けられた音響結合手段とを具備することをさ
らに特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載のト
ランスデューサシステム。 - 【請求項10】 結合手段がトランスデューサが遭遇
することが予期できる雰囲気状態に抵抗できる外部膜を
具備することを特徴とする請求項9記載のトランスデュ
ーサシステム。 - 【請求項11】 ピエゾ電気要素に対する電気的接続
を作り出す手段が囲いの中で閉じ込められた(enca
psulate )変圧器を具備することを特徴とする
請求項9記載のトランスデューサシステム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/524,915 US5038067A (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Acoustic transducer |
US524915 | 1990-05-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04230199A true JPH04230199A (ja) | 1992-08-19 |
Family
ID=24091167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3113461A Pending JPH04230199A (ja) | 1990-05-18 | 1991-05-17 | 音響トランスデューサ |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5038067A (ja) |
EP (1) | EP0457467B1 (ja) |
JP (1) | JPH04230199A (ja) |
AT (1) | ATE119081T1 (ja) |
CA (1) | CA2042623C (ja) |
DE (1) | DE69107675T2 (ja) |
DK (1) | DK0457467T3 (ja) |
ES (1) | ES2069822T3 (ja) |
ZA (1) | ZA913224B (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013509765A (ja) * | 2009-10-29 | 2013-03-14 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 流動媒体内で使用される超音波トランスデューサー |
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RU2568073C2 (ru) * | 2013-12-30 | 2015-11-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Гидроакустический преобразователь |
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CN111822316B (zh) * | 2020-07-09 | 2021-11-19 | 上海思立微电子科技有限公司 | 超声波飞行传感器的封装结构及封装方法、测距电子装置 |
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1990
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-
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- 1991-04-29 ZA ZA913224A patent/ZA913224B/xx unknown
- 1991-05-02 DE DE69107675T patent/DE69107675T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-02 EP EP91304007A patent/EP0457467B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-02 ES ES91304007T patent/ES2069822T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-02 DK DK91304007.7T patent/DK0457467T3/da active
- 1991-05-02 AT AT91304007T patent/ATE119081T1/de not_active IP Right Cessation
- 1991-05-15 CA CA002042623A patent/CA2042623C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-17 JP JP3113461A patent/JPH04230199A/ja active Pending
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