JPH0446517B2 - - Google Patents

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JPH0446517B2
JPH0446517B2 JP25555384A JP25555384A JPH0446517B2 JP H0446517 B2 JPH0446517 B2 JP H0446517B2 JP 25555384 A JP25555384 A JP 25555384A JP 25555384 A JP25555384 A JP 25555384A JP H0446517 B2 JPH0446517 B2 JP H0446517B2
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layer
transducer
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pvdf
array
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JP25555384A
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JPS60139100A (en
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Ritsuketsutsu Donarudo
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Raytheon Co
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Raytheon Co
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Publication date
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Publication of JPH0446517B2 publication Critical patent/JPH0446517B2/ja
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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
    • B06B1/064Methods 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 with multiple active layers
    • 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
    • B06B1/0688Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF
    • B06B1/0692Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF with a continuous electrode on one side and a plurality of electrodes on the other side

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、ハイドロホン・アレイに関し、更に
詳細には多層圧電重合体(PVDF)ハイドロホ
ン・アレイに関する。
TECHNICAL FIELD This invention relates to hydrophone arrays, and more particularly to multilayer piezoelectric polymer (PVDF) hydrophone arrays.

(背景技術) 従来、圧電セラミツク、特にチタンジルコン酸
鉛(PZT)は、ハイドロホン及び放射器の両方
に最もよく使用されてきた材料である圧電セラミ
ツクは、円筒状、リング状、板状又は半球状等の
種々の形状にすることができるので、ハイドロホ
ンの設計において相当の融通性がある。セラミツ
クは種々の形状にすることができるけれども、一
続きに組立られる最大の大きさについて実用上の
制約がある。これは圧電セラミツク材料の硬くそ
してもろい性質のためである。この制限される最
大形状、セラミツクの剛性及びその高い質量密度
(鋼鉄とほぼ等しい)は、いくつかの応用、例え
ば船上で使用される牽引アレイ及び船に取り付け
る大きな開口を有するアレイなどへの適用におい
ては欠点となる。
(Background Art) Traditionally, piezoelectric ceramics, particularly lead titanium zirconate (PZT), are the most commonly used materials for both hydrophones and radiators. There is considerable flexibility in the design of the hydrophone as it can be made into a variety of shapes, such as shapes. Although ceramics can be made into a variety of shapes, there are practical constraints on the maximum size that can be assembled in one piece. This is due to the hard and brittle nature of piezoceramic materials. This limited maximum shape, the stiffness of ceramic and its high mass density (approximately equal to steel) make it useful in some applications, such as towed arrays used on ships and arrays with large openings mounted on ships. is a drawback.

圧電重合体(PVDF)は、最近開発された新し
いトランスデユーサ材料で、これらの制約を克服
し、軽量で可撓性のハイドロホンを発達させた。
本発明に使用されるとき、PVDFは牽引アレイに
適用される長いストリツプに製造することがで
き、あるいは、大きい開口のアレイに使用される
大きな平坦シートにすることができる。重合体の
低密度及び機械的柔軟性は、細い線状牽引アレイ
に使用するときに有利であることが証明されてお
り、この場合、ハイドロホンは長く、細く、柔軟
で軽量でなければならない。長さの長いハイドロ
ホンは「空間的平均化(spatial averaging)」効
果によつて乱流境界層現象に関連する雑音を減少
させることができる。即ち、ハイドロホンの長さ
を雑音の波長に比較して非常に長くする(ハイド
ロホンの長さに比較して波数が多い)ことによつ
て、ハイドロホンに対する雑音の影響は平均化
(相殺)によつて減少する。大きな開口のアレイ
のハイドロホン素子は、また、大きな横方向寸
法、軽量、薄さ、半柔軟性及び波数の多い乱流境
界層雑音に対する弁別能力が必要になる。船搭載
の大開口アレイ・ハイドロホンは、本発明にける
と同様に、中間波数船体振動雑音(船体の振動に
よつて発生される雑音で、波長は乱流境界層雑音
よりも長い)の影響をも排除する必要がある。
Piezoelectric polymers (PVDF) are a recently developed new transducer material that has overcome these limitations and developed lightweight, flexible hydrophones.
When used in the present invention, PVDF can be fabricated into long strips that are applied in towed arrays, or can be made into large flat sheets that are used in large aperture arrays. The low density and mechanical flexibility of polymers has proven advantageous when used in thin linear towed arrays, where the hydrophones must be long, thin, flexible, and lightweight. Longer length hydrophones can reduce noise associated with turbulent boundary layer phenomena through a "spatial averaging" effect. In other words, by making the length of the hydrophone very long compared to the wavelength of the noise (the number of waves is large compared to the length of the hydrophone), the influence of noise on the hydrophone is averaged out (cancelled). decreases by Large aperture array hydrophone elements also require large lateral dimensions, light weight, thinness, semi-flexibility, and ability to discriminate against high wave number turbulent boundary layer noise. Similar to the present invention, large-aperture array hydrophones mounted on ships are susceptible to the effects of intermediate-wavenumber hull vibration noise (noise generated by hull vibrations, with wavelengths longer than turbulent boundary layer noise). It is also necessary to exclude.

軽量で機械的柔軟性があるので、重合体は圧電
セラミツクよりも衝撃に対する耐性がある。また
重合体の機械的柔軟性によつて、材料を不規則な
表面にすることができ、新しい形式のハイドロホ
ンの設計を可能とする。更に、重合体の特性イン
ピーダンスは、水の特性インピーダンスに非常に
整合する。重合体は、また、大きな圧電応力定数
を有する利点がある。
Because of their light weight and mechanical flexibility, polymers are more resistant to impact than piezoceramics. The mechanical flexibility of polymers also allows the material to have irregular surfaces, enabling new types of hydrophone designs. Furthermore, the characteristic impedance of the polymer closely matches that of water. Polymers also have the advantage of having large piezoelectric stress constants.

圧電重合体膜(層)は、現在ポリフツ化ビニリ
デンから作られ、しばしばPVDFと呼ばれる。分
極処理は、重合体を有用な圧電体にするのに行な
わなければならない。この処理は、上昇した温度
で膜を単軸伸長し数回元の長さにすることによつ
て行なわれる。分極の一方法は、膜の両面を金属
化し、高いDC電界を電極に加え、100℃で約1時
間保持する。続いて、電界を加えた状態で室温に
冷やし、その結果永久分極となる。
Piezoelectric polymer membranes (layers) are currently made from polyvinylidene difluoride, often referred to as PVDF. Polarization must be performed to make the polymer a useful piezoelectric material. This treatment is carried out by uniaxially stretching the membrane at elevated temperatures and returning it to its original length several times. One method of polarization is to metallize both sides of the membrane, apply a high DC electric field to the electrodes, and hold at 100° C. for about 1 hour. It is then cooled to room temperature while an electric field is applied, resulting in permanent polarization.

(発明の概要) 本発明は、中央層の両側に対称に配置される複
数の層から成る多層の圧電ポリフツ化ビニリデン
重合体(PVDF)ハイドロホン・アレイから構成
される。中央層によつて与えられる剛性構造が動
作周波数帯における曲げモードを防止する。中央
層の両側にアレイを取り付けることによつて、加
速度消去のための慣性的に平衡した構造となる。
即ち、加速度力により1つの面のアレイに生じる
信号の極性は他方の面のアレイに生じる信号の極
性と逆になつて、消去される。多層アレイの最も
外側の層は、PVDF層から成り、中間層がPVDF
層を中央支持から分離する。連続するPVDF層の
表面上の金属化パターンが、ハイドロホン・アレ
イの形状及びエレメント数を決定する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is comprised of a multilayer piezoelectric polyvinylidene difluoride (PVDF) hydrophone array consisting of multiple layers symmetrically disposed on either side of a central layer. The rigid structure provided by the central layer prevents bending modes in the operating frequency band. Attaching the arrays on both sides of the central layer provides an inertially balanced structure for acceleration cancellation.
That is, the polarity of the signal produced by the acceleration force on the array on one surface becomes opposite to the polarity of the signal produced on the array on the other surface, and is eliminated. The outermost layer of the multilayer array consists of a PVDF layer, and the middle layer is a PVDF layer.
Separate the layers from the central support. The metallization pattern on the surface of the successive PVDF layers determines the shape and number of elements of the hydrophone array.

本発明は、PVDF重合体の独特の特性及び大き
な連続シートに作ることができることを利用す
る。本発明は、効率を改善すると共に構造を簡単
にする。本発明の顕著な特徴は、(1)PVDFの連続
シート上に大きな面積の近接した複数のハイドロ
ホン・エレメントを配置し、雑音低減のための空
間平均化の利点を得ること、(2)アレイの中央の支
持層構造に別個のセンサ層を取り付けて雑音消去
に利用すること、(3)外側PVDFアレイ層間に中間
層を設け、外側信号感知層と支持層との分離を行
うと共に層アセンプリのインピーダンスの制御を
行うこと、(4)最も外側のPVDF層の適当な電気接
続によつて加速度消去のための慣性的平衡構造を
供給すること、そして(5)流体静力学モード動作を
行うことである。
The present invention takes advantage of the unique properties of PVDF polymers and their ability to be made into large continuous sheets. The invention improves efficiency and simplifies construction. The salient features of the present invention are (1) placing multiple large area closely spaced hydrophone elements on a continuous sheet of PVDF to obtain the benefit of spatial averaging for noise reduction; (3) an intermediate layer between the outer PVDF array layers to provide separation between the outer signal sensing layer and the support layer and to improve the structure of the layer assembly; (4) provide an inertial balance structure for acceleration cancellation by appropriate electrical connections of the outermost PVDF layer; and (5) provide hydrostatic mode operation. be.

(実施例の説明) 本発明の好適実施例が第1図に示すアレイ10
の斜視図に示される。アレイ・アセンプリ10は
中心の強化・支持層12を有し、該層12は各端
部に伸び各端部に取り付け支持部11を形成し、
その支持部によつてアセンプリ10は支持構造
(図示せず)に振動吸収マウント(図示せず)に
固定することができる。トランスデユーサに不所
望な振動が伝達しないように、振動吸収材等で船
体に取り付ける方法は従来より知られている。ア
レイ構造10は、夫々支持層12の上下の複合層
14′,14″から成る。電極15′及び層14′,
14″の他の側の類似の対向電極15″(第1図に
は図示せず)は、トランスデユーサ素子(エレメ
ント)16を形成し、該素子16は線17によつ
て周知のビーム形成回路18に接続される。第1
図の層14′の外側表面には電気的に接続される
領域即ち電極15′のみが示されているけれども、
電極15′,15″の類似するパターンが他の複合
層14″の外側及び内側表面上に設けられ、第1
図の斜視図では見えない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention is shown in FIG.
shown in a perspective view. Array assembly 10 has a central reinforcing and support layer 12 extending to each end to form a mounting support 11 at each end;
The support allows the assembly 10 to be secured to a support structure (not shown) and to a vibration absorbing mount (not shown). A method of attaching a transducer to a ship's hull with a vibration absorbing material or the like has been known in the art to prevent undesired vibrations from being transmitted to the transducer. The array structure 10 consists of composite layers 14', 14'' above and below a support layer 12, respectively. Electrodes 15' and layers 14',
A similar counterelectrode 15'' (not shown in FIG. 1) on the other side of 14'' forms a transducer element 16, which is connected by line 17 to the well-known beam forming Connected to circuit 18. 1st
Although only the electrically connected areas or electrodes 15' are shown on the outer surface of layer 14' in the figure,
A similar pattern of electrodes 15', 15'' is provided on the outer and inner surfaces of the other composite layer 14'', with the first
Not visible in the perspective view of the figure.

第1図のアレイ10の変更実施例の線−に
沿つた断面図が第2図に示される。この断面は、
本発明を明瞭に示すため、縦方向にずらしてあ
る。第2図の実施例は、複合層14′を形成する
3つの層21′,22′,26′を示す。複合層1
4″は層14′と同一である。中央支持層12は、
トランスデユーサ・アレイ10の動作周波数帯に
おける曲げモードを防止する剛性構造を提供す
る。層12は、また、ハイドロホン・アレイ10
の取り付け構造を供給し、加速度消去のための慣
性的平衡構造を提供する。支持層12の適当な材
料は、ガラス繊維強化樹脂で、市販のタイプG−
10(デユポン社製)が適切である。ガラス繊維
強化樹脂層12の高ステイフネス及び低密度は、
アレイの曲げ応力に対する耐性を高め、アレイの
軽量化にも寄与している。しかし、このような特
性を有する他のプラスチツクやアルミニウム又は
鉄鋼等の金属を他の実施例に使用することが可能
である。
A cross-sectional view along line - of a modified embodiment of the array 10 of FIG. 1 is shown in FIG. This cross section is
The figures are vertically offset to clearly illustrate the invention. The embodiment of FIG. 2 shows three layers 21', 22', 26' forming composite layer 14'. Composite layer 1
4'' is the same as layer 14'. The central support layer 12 is
Provides a rigid structure that prevents bending modes in the operating frequency band of transducer array 10. Layer 12 also includes hydrophone array 10
and provides an inertial balance structure for acceleration cancellation. A suitable material for the support layer 12 is glass fiber reinforced resin, commercially available type G-
10 (manufactured by DuPont) is suitable. The high stiffness and low density of the glass fiber reinforced resin layer 12 are
This increases the array's resistance to bending stress and contributes to making the array lighter. However, other plastics and metals such as aluminum or steel having such properties may be used in other embodiments.

最も外側の層21′,21″は厚膜PVDF材から
成り、その平面と垂直の方向の応力に対し最大の
感度を示す。層21′,21″は、ハイドロホン・
アレイ10の主要な電磁的能動層を構成する。電
極15′、層21″及び21″の内側表面上の対応
する電極15″(第2図のPVDF層21″の内側表
面に示される)は中間PVDF層21′,21″と共
にアレイ10のトランスデユーサ素子50を形成
する。層21′,21″の対応する領域15″は並
列に接続され、周知のトランスデユーサ・アレイ
における同様にビーム形成回路に接続される。層
21′,21″の最も外側の電極15′は電気導体
152によつて一緒に接続され、次に導体153
によつてグランドに接続され、それによつてシー
ルドを形成し、電気雑音が内側の電極15″によ
つてピツクアツプされるのを防止している。これ
と違つて、第1図に示すように、電極15′を個
別の線17でビーム形成回路18に接続し、そこ
でグランドに接続してもよい。この線17による
接続は、従来のように共通グランド線が使用され
るときに時々生じるクロストークの問題を最小限
にする。アレイ10の電極15″によつて供給さ
れる信号は線151によつてアレイの周辺部に供
給され、それから周知のビーム形成回への接続が
行なわれる。電極15′,15″及び接続導体15
1,152,153は、層21′,21″に使用さ
れる市販の金属化PVDF膜の選択エツチングによ
つて形成される。PVDF層21′,21″は外部表
面に加えられる圧力変化に感動するので、PVDF
は、当業者に既知の態様で、各層21′,21″の
平面と交わる方向に圧電気の最も敏感な軸を有
し、検知すべき音響圧力の通常の印加に対し最大
の感度を示す最大厚さ(0.04インチ(約1mm)が
現在入手可能)を有するように製造される。
The outermost layers 21', 21'' consist of thick-film PVDF material and exhibit maximum sensitivity to stresses in the direction perpendicular to its plane.
It constitutes the main electromagnetically active layer of array 10. Electrodes 15', layers 21'' and corresponding electrodes 15'' on the inner surface of 21'' (shown on the inner surface of PVDF layer 21'' in FIG. 2), along with intermediate PVDF layers 21', 21'', A deducer element 50 is formed. Corresponding regions 15'' of layers 21', 21'' are connected in parallel and connected to a beam forming circuit as in known transducer arrays. Layers 21', 21'' The outermost electrodes 15' of are connected together by electrical conductor 152, and then by conductor 153.
is connected to ground by the inner electrode 15'', thereby forming a shield and preventing electrical noise from being picked up by the inner electrode 15''.In contrast, as shown in FIG. The electrodes 15' may be connected by separate wires 17 to the beamforming circuit 18, where they may be connected to ground.This wire 17 connection eliminates the crosstalk that sometimes occurs when a common ground wire is conventionally used. The signals provided by the electrodes 15'' of the array 10 are fed to the periphery of the array by lines 151, from which connections to well-known beamforming circuits are made. Electrodes 15', 15'' and connecting conductor 15
1,152,153 are formed by selective etching of commercially available metallized PVDF membranes used for layers 21', 21''. Therefore, PVDF
in a manner known to those skilled in the art, having the most sensitive axis of piezoelectricity in the direction intersecting the plane of each layer 21', 21'', the maximum axis exhibiting the greatest sensitivity to the normal application of the acoustic pressure to be sensed. thickness (0.04 inch (approximately 1 mm) currently available).

薄膜PVDF層22′,22″は支持層12の表裏
両面に接着される。各PVDF層22′,22″はそ
の両側に導電膜23を有し、そこに線24によつ
て電気接続が行なわれる。薄膜重合体層22′,
22″は矢印25の方向に引き伸ばされ、厚さ方
向(平面と交わる方向)に分極されて矢印25に
沿つた応力変形に対し最大出力電圧を発生する膜
を提供する。こうして、薄膜22′,22″は、支
持層12のひずみ(応力変形)を感知し、そのひ
ずみに比例した電圧を発生する。層22′,2
2″は、薄く典型的に約1ミル(0.25mm)の厚さ
で、支持層12に接着によつて取り付けられるの
で、これらの層は通常当る音響圧力に対してより
も、層12の機械的振動によつて感動する。双軸
(膜の平面において直交する2つの軸方向に)伸
長された膜も、また利用することができ、層2
1′,21″,22′,22″の単軸伸長膜と置換す
ることができる。線24上の信号はトランスデユ
ーサ素子50が接続される電気回路に与えられ、
PVDF層22′,22″のトランスデユーサ素子1
51の各々によつて検知される不所望な雑音の同
じ振動成分を消去する。PVDF層22′,22″は
薄くそして層の平面において最大の感度を示すよ
うに分極されるので、変化する水圧によつて発生
される圧縮応力によつては顕著な出力電圧を発生
せず、従つて層21′,21″のトランスデユーサ
素子50によつて発生される信号を減少させる作
用はしない。こうして、雑音感知層22′,2
2″の線24上の出力電圧は支持層12の表面応
力ひずみに比例することになる。
Thin film PVDF layers 22', 22'' are adhered to both the front and back sides of the support layer 12. Each PVDF layer 22', 22'' has a conductive film 23 on both sides thereof, to which electrical connections are made by wires 24. It will be done. thin film polymer layer 22',
22'' is stretched in the direction of arrow 25 and polarized in the thickness direction (in the direction perpendicular to the plane) to provide a membrane that produces a maximum output voltage for stress deformations along arrow 25.Thus, membranes 22', 22'' senses the strain (stress deformation) of the support layer 12 and generates a voltage proportional to the strain. layer 22', 2
2" are thin, typically about 1 mil (0.25 mm) thick, and are adhesively attached to the support layer 12 so that these layers are less sensitive to the mechanical stress of layer 12 than to the acoustic pressures normally encountered. Membranes stretched biaxially (in two orthogonal axes in the plane of the membrane) can also be used, with the layer 2
1', 21'', 22', 22'' can be replaced with uniaxially stretched membranes. The signal on line 24 is applied to an electrical circuit to which transducer element 50 is connected;
Transducer element 1 with PVDF layers 22', 22''
51 to cancel the same vibrational component of the undesired noise detected by each of them. Because the PVDF layers 22', 22'' are thin and polarized with maximum sensitivity in the plane of the layer, compressive stresses generated by varying water pressures do not produce a significant output voltage; It therefore does not act to reduce the signal generated by the transducer elements 50 of the layers 21', 21''. Thus, the noise sensing layers 22', 2
The output voltage on the 2'' line 24 will be proportional to the surface stress strain of the support layer 12.

層26′,26″は、にかわ又は他の適当な接着
材によつて外側の層21′,21″にそして内側の
層22′,22″に夫々接合される。層26′,2
6″は2つの目的を有する。これらの層は外側層
21′を内側層22′から電気的に絶縁するが、主
に層21′,21″から成るハイドロホンを中心の
支持層12から分離する目的を有する。その大き
な減衰定数のため、分極された、又は分極されな
いPVDF重合体が層26′,26″に適当な材料と
なる。分極され又は分極されないPVDFのインピ
ーダンスは水のインピーダンスに近く、また減衰
定数が大きいので、トランスデユーサ・アレイ1
0によつて与えられるインピーダンスは水のイン
ピーダンスに近くなる。このインピーダンスの整
合により、散乱現象が減少し、よく限定されたビ
ームが形成される。
Layers 26', 26'' are joined by glue or other suitable adhesive to outer layers 21', 21'' and to inner layers 22', 22'', respectively. Layers 26', 2
6" have two purposes. These layers electrically insulate the outer layer 21' from the inner layer 22', but primarily separate the hydrophone consisting of layers 21', 21" from the central support layer 12. have the purpose of Due to its large attenuation constant, polarized or unpolarized PVDF polymers are suitable materials for layers 26', 26''. The impedance of polarized or unpolarized PVDF is close to that of water, and the attenuation constant is Because it is large, transducer array 1
The impedance given by 0 will be close to the impedance of water. This impedance matching reduces scattering phenomena and forms a well-defined beam.

第3図は、第1図のアレイ10と類似するトラ
ンスデユーサ・アレイ10′の斜視図で、該アレ
イは外側の導電膜30が連続膜で、第1図に示す
ような電極15′を形成するようにパターン化さ
れていない点が異なる。
FIG. 3 is a perspective view of a transducer array 10' similar to array 10 of FIG. 1 in which the outer conductive film 30 is a continuous film and includes electrodes 15' as shown in FIG. The difference is that it is not patterned to form.

トランスデユーサ素子50(第3図には示して
いない)は、外側PVDF層21′,21″の内側表
面上の導電電極15″によつて画定される。第3
図のトランスデユーサ・アレイの音響的効率は第
1図のトランスデユーサ・アレイのものに匹敵す
ると共に、電線31によつて接地される膜30の
簡単な連続被覆によつて同様の電気シールドを与
えている。
Transducer element 50 (not shown in FIG. 3) is defined by conductive electrode 15'' on the inner surface of outer PVDF layer 21', 21''. Third
The acoustic efficiency of the transducer array of FIG. 1 is comparable to that of the transducer array of FIG. is giving.

第4図は第3図のトランスデユーサ・アレイの
線−からの断面図で、複合層14′,14″は
第2図に示す3層よりも多い構成要素を有する。
特に、第2図の単一層26′,26″の代りに外側
PVDF層21′,21″と内側PVDF層22′,2
2″との間に夫々N個の層が設けられる(合計2N
層)。N個の層〔層1,2……(N−1),N〕
は、もし音響的に有効であるときは、にかわ層
(接着媒介層)を含むことが可能で、外側PVDF
層21′,21″と支持層12との間にダンピング
を与えるように選定され、また、多層材を使用す
る周知のインピーダンス整合技術に従つて層2
1′21″と水とのインピーダンス整合を供給する
ように選定される。N個の層は中央支持層12に
対し、層の厚さ及び層の特性に関し対称となるよ
うに配置される。層1〜Nは等方性又は直交異方
性でよく、PVDFダンピング(又は分離)層を含
む。第4図の断面はPVDF層21′,21″の外側
表面上に連続導電膜を示していることに注目すべ
きである。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the transducer array of FIG. 3, with the composite layers 14', 14'' having more components than the three layers shown in FIG.
In particular, instead of the single layer 26', 26'' of FIG.
PVDF layers 21', 21'' and inner PVDF layers 22', 2
2″ and N layers are provided respectively (total 2N layers).
layer). N layers [layers 1, 2...(N-1), N]
The outer PVDF can include a glue layer (adhesion mediating layer) if acoustically effective.
layer 2 is selected to provide damping between layers 21', 21'' and support layer 12, and in accordance with well-known impedance matching techniques using multilayer materials.
1'21'' and water. The N layers are arranged symmetrically with respect to the central support layer 12 with respect to layer thickness and layer properties. 1 to N may be isotropic or orthotropic and include a PVDF damping (or separation) layer. The cross-section in Figure 4 shows a continuous conductive film on the outer surface of the PVDF layer 21', 21''. It should be noted that

前述したように、第1図及び第2図のPVDF層
21′,21″上の金属化パターン15′,15″は
アレイ配置を画定し、対向する夫々一対の金属化
面15′,15″とそれらの中間PVDF材はハイド
ロホン素子16を構成している。同じく金属化さ
れたパターンが第1図及び第2図の実施例の層の
両側に現われている。各ハイドロホン素子の形状
は任意であるけれども、空間平均化による雑音低
減の利益を得るためには実装密度を高くすること
が望ましい。この必要条件を満たすため、正方形
又は長方形のパターンにして素子間の金属化され
ないギヤツプを小さくすることがよいであろう。
ハイドロホン素子の大きさ、数量、及びグループ
分けは、周知の受信アレイ設計規模によつて決定
される。電気接続は導体151によつて各ハイド
ロホン素子の金属化表面に行なわれる。
As previously mentioned, the metallization patterns 15', 15'' on the PVDF layers 21', 21'' of FIGS. 1 and 2 define an array arrangement, with a pair of opposing metallization surfaces 15', 15'', respectively. and their intermediate PVDF material constitute the hydrophone elements 16. Similar metallized patterns appear on both sides of the layers of the embodiment of FIGS. 1 and 2. The shape of each hydrophone element is Although optional, high packing density is desirable to obtain the noise reduction benefits of spatial averaging. To meet this requirement, square or rectangular patterns are used to reduce the unmetallized gaps between elements. It would be good to do so.
The size, quantity, and grouping of hydrophone elements are determined by well-known receive array design dimensions. Electrical connections are made by conductors 151 to the metallized surface of each hydrophone element.

ハイドロホン・アレイ10は、該アレイ10を
取り巻くプラスチツク又はゴム被膜(図示せず)
によつて防水にされ、アレイへの電気接続の防水
が行なわれる。PVDF層21′,21″の両方がア
レイの使用される水環境によつて与えられる音場
に接するので、アレイ10は流体静力学モードで
動作し、その感度は圧電定数ghによつて決定さ
れる。各トランスデユーサ素子151の感度は支
持層12による曲げモードがないので同じにな
る。支持層12は動作周波数帯において曲げ共振
を消去するのに必要な剛性を有するからである。
アレイ10を構成する層は支持層12に対し層の
厚さ及び層の特性に関して対象に配置されること
は注目すべきである。そして、対応する層は等方
性又は直交異方性板で形成することができる。層
21′は層21″と同じ厚さ、同じ特性を有する。
即ち、層N′は層N″と同じ厚さ、同じ特性を有す
る。
Hydrophone array 10 includes a plastic or rubber coating (not shown) surrounding the array 10.
The electrical connections to the array are waterproofed by the Since both PVDF layers 21', 21'' are in contact with the acoustic field provided by the aqueous environment in which the array is used, the array 10 operates in hydrostatic mode, the sensitivity of which is determined by the piezoelectric constant gh. The sensitivity of each transducer element 151 will be the same since there is no bending mode due to the support layer 12, since the support layer 12 has the necessary stiffness to cancel bending resonance in the operating frequency band.
It should be noted that the layers making up the array 10 are arranged symmetrically with respect to the support layer 12 with respect to layer thickness and layer properties. The corresponding layer can then be formed of an isotropic or orthotropic plate. Layer 21' has the same thickness and the same properties as layer 21''.
That is, layer N' has the same thickness and the same characteristics as layer N''.

以上、本発明は実施例に従つて説明したが、本
発明の思想を利用する他の実施例が可能であるこ
とは当業者には明らかである。
Although the present invention has been described above with reference to embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that other embodiments utilizing the idea of the present invention are possible.

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

第1図は、本発明に従つて構成されるトランス
デユーサ・アレイの等角図である。第2図は第1
図の線−からの断面図である。第3図は本発
明の他の実施例の等角図である。第4図は第3図
の線−からの断面図である。 (符号説明)、10:アレイ・アセンブリ、1
2:支持層、14′,14″:複合層、15′,1
5″:電極、21′,21″:PVDF層。
FIG. 1 is an isometric view of a transducer array constructed in accordance with the present invention. Figure 2 is the first
FIG. FIG. 3 is an isometric view of another embodiment of the invention. FIG. 4 is a sectional view taken along the line - in FIG. 3. (Explanation of symbols), 10: Array assembly, 1
2: Support layer, 14', 14'': Composite layer, 15', 1
5″: electrode, 21′, 21″: PVDF layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 平面支持層と、 前記支持層の両面上に接着される第1圧電重合
体層であつて、該第1圧電層の各々は該第1層の
平面と平行な方向に生じるひずみによつて主に発
生される電気信号を発生する、第1圧電重合体層
と、 前記第1層に接着され、各々が高音響減衰定数
を有する第2層と、 前記第2層に接着される第3圧電重合体層であ
つて、該第3層の平面と垂直の方向に加わる圧力
に主に応答して電気信号を供給する第3圧電重合
体層と、 から構成され、前記第1及び第3圧電層は各層の
両面に導電膜を有し各層間のひずみに応答して前
記電気信号を供給する、トランスデユーサ。 2 前記第2層が重合体層である特許請求の範囲
第1項記載のトランスデユーサ。 3 前記第2層がPVDF層である特許請求の範囲
第1項記載のトランスデユーサ。 4 前記平面支持層が曲げに対し耐性を有する剛
性層である特許請求の範囲第1項記載のトランス
デユーサ。 5 前記支持層がガラス繊維強化樹脂層で、動作
周波数帯において安定したハイドロホン応答とな
るように充分な剛性を与える厚さを有する、特許
請求の範囲第1項記載のトランスデユーサ。 6 前記第3層の導電膜が該層の一表面上に電気
的に絶縁された領域を供給するようパターン化さ
れた少なくとも1つの膜を有し、前記領域が前記
第3層のトランスデユーサ素子アレイから成るト
ランスデユーサ素子を画定する、特許請求の範囲
第1項記載のトランスデユーサ。 7 前記第1層が、音響信号圧力に対してよりも
前記支持層におけるひずみに対してより敏感な薄
層である特許請求の範囲第1項記載のトランスデ
ユーサ。 8 前記第3層が主にその平面と垂直の方向に加
わる圧力からの電気信号を供給させる厚い層から
なる特許請求の範囲第1項記載のトランスデユー
サ。
[Scope of Claims] 1. A planar support layer; and a first piezoelectric polymer layer adhered on both sides of the support layer, each of the first piezoelectric layers being oriented in a direction parallel to the plane of the first layer. a first piezoelectric polymer layer that generates an electrical signal that is primarily generated by strain caused by the material; a second layer adhered to said first layer, each having a high acoustic attenuation constant; and said second layer. a third piezoelectric polymer layer adhered to the third piezoelectric polymer layer, the third piezoelectric polymer layer providing an electrical signal primarily in response to pressure applied in a direction perpendicular to the plane of the third layer; The first and third piezoelectric layers have conductive films on both sides of each layer and supply the electrical signal in response to strain between the layers. 2. The transducer of claim 1, wherein the second layer is a polymer layer. 3. The transducer of claim 1, wherein the second layer is a PVDF layer. 4. The transducer of claim 1, wherein the planar support layer is a rigid layer resistant to bending. 5. The transducer of claim 1, wherein said support layer is a glass fiber reinforced resin layer having a thickness that provides sufficient rigidity for stable hydrophone response in the operating frequency band. 6. The conductive film of the third layer has at least one film patterned to provide an electrically isolated region on one surface of the layer, the region being a transducer of the third layer. 2. A transducer as claimed in claim 1, defining transducer elements comprising an array of elements. 7. The transducer of claim 1, wherein the first layer is a thin layer that is more sensitive to strain in the support layer than to acoustic signal pressure. 8. The transducer of claim 1, wherein said third layer is a thick layer that provides electrical signals from pressure applied primarily in a direction perpendicular to its plane.
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