JPH0918986A - 共振器付き水中音源装置 - Google Patents

共振器付き水中音源装置

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JPH0918986A
JPH0918986A JP16575795A JP16575795A JPH0918986A JP H0918986 A JPH0918986 A JP H0918986A JP 16575795 A JP16575795 A JP 16575795A JP 16575795 A JP16575795 A JP 16575795A JP H0918986 A JPH0918986 A JP H0918986A
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JP
Japan
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diaphragm
resonator
vibration
frequency
underwater sound
Prior art date
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Pending
Application number
JP16575795A
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English (en)
Inventor
Fumio Sato
文男 佐藤
Torao Tazo
寅夫 田雑
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Details Of Audible-Bandwidth Transducers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広帯域で送波共振周波数が選択でき、しかも
利得が大きい共振器付き水中音源装置を提供する。 【構成】 水中に片面を臨ませた振動板1と、この振動
板1の反対面に向かって往復振動する加振部材3と、こ
れら加振部材3と振動板1との間に介在され弾性的に振
動を伝達する共振器5とを備え、上記加振部材3が上記
振動板1及び共振器5からなる系の固有振動数で往復振
動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水中に音を放射する水
中音源装置に係り、特に、広帯域で送波周波数が選択で
き、しかも利得が大きい共振器付き水中音源装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】海洋、河川、池などの水中を探査するた
めに音波が用いられることがある。光や電磁波が水中で
は遠くまで届かないのとは逆に、音波は空中よりも水中
でよく伝搬し、遠隔からの探査に向いている。音波のな
かでも可聴帯域からそれ以下の低周波が近年着目されて
いるが、長距離に到達させるべく低周波を高音圧で発生
させる音源が必要となる。
【0003】この目的で開発された水中音源装置は、水
中に片面を臨ませた剛体板と、この剛体板の反対面側を
囲み剛体板の水中方向への往復運動を許容するエンクロ
ージャと、剛体板を水中方向へ往復運動させるアクチュ
エータとからなる。エンクロージャには水圧に対抗する
ための圧縮気体が封入されている。アクチュエータは、
剛体板を水中方向に押すための第一の油圧室と、これを
逆に戻すための第二の油圧室と、これら第一・第二の油
圧室間で動作油を相互に給排するサーボ弁とを設けたも
のであり、動作油の給排によって剛体板を往復運動させ
ることができる。剛体板の往復運動は低周波の振動と見
なすことができ、これより水中に音波が放射されるの
で、以下、剛体板を振動板又は放射板という。このエン
クロージャを水中に置いて振動板の往復運動により水中
に音波を送波する。
【0004】また、振動板が往復運動するのではなく変
形振動する水中音源装置もある。即ち、振動板の外縁が
エンクロージャに固定され、振動板の中央が変形して音
波を発生する。これは、振動板の共振を利用したもので
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、振動板の共
振を利用したものは、その原理から利得が大きく、小さ
い入力パワーで高音圧を得ることができる。その反面、
特定の周波数のみでは高利得であるが、他の周波数では
低利得となるため送波周波数の帯域幅が狭く、任意の送
波周波数を得るには共振周波数の異なる振動板に取り替
える必要がある。一方、振動板の往復運動を利用したも
のは、周波数によらず利得がほぼフラットにでき、送波
周波数の帯域幅が広い。
【0006】探査に用いる目的からは、大きな音圧レベ
ル(音の放射レベル)があることが望ましいので、振動
板の共振を利用したものが有利に思われる。しかし、こ
の種の高音圧で送出された低周波の音波は水中をよく伝
搬する。音波を用いた探査が普及すると、計測ターゲッ
トにより有利な送波周波数を設定する必要がある。この
ようなとき、送波共振周波数が自由に選べないのは不便
である。
【0007】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、広帯域で送波共振周波数が選択でき、しかも利得が
大きい共振器付き水中音源装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、水中に片面を臨ませた振動板と、この振動
板の反対面に向かって往復振動する加振部材と、これら
加振部材と振動板との間に介在され弾性的に振動を伝達
する共振器とを備え、上記加振部材が上記振動板及び共
振器からなる系の固有振動数で往復振動するものであ
る。
【0009】上記共振器は、上記加振部材の前端に形成
された油圧シリンダと、この油圧シリンダ内に嵌入され
上記振動板に連結されたピストンと、上記油圧シリンダ
に連通されガスが封入されたアキュームレータとからな
ってもよい。
【0010】上記アキュームレータの封入ガス圧により
上記固有振動数を調整してもよい。
【0011】
【作用】上記構成により、加振部材の振動は共振器を介
し振動板に弾性的に伝達される。このとき、加振部材の
振動が振動板及び共振器からなる系の固有振動数以下だ
と全体が一緒に動き、周波数によらず利得がほぼフラッ
トとなる。加振部材の振動が固有振動数に一致すると、
共振が起きるため振動板の振幅が加振部材の振動より大
きくなり、利得が生じる。
【0012】加振部材の前端に形成された油圧シリンダ
が振動板に連結されたピストンに対し変位すると、この
変位に比例して油圧シリンダからアキュームレータに油
が排出される。この排出体積に比例してアキュームレー
タのガス圧が上昇し、ピストンを動かす反力が生じる。
この比例関係の比例定数はバネ定数である。バネ定数と
系の等価質量とから系の固有振動数が決まる。
【0013】バネ定数は、アキュームレータの封入ガス
圧、ガス容積、ピストンの断面積から決まる。従って、
封入ガス圧により固有振動数を容易に調整できる。
【0014】
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。
【0015】図1に示されるように、本発明の共振器付
き水中音源装置は、水中に片面を臨ませた剛体からなる
振動板(放射板)1と、この振動板1の反対面側を囲み
振動板の水中方向への往復運動を許容するエンクロージ
ャ2と、振動板1の反対面に向かって加振部材3を往復
振動させるアクチュエータ4と、これら加振部材3と振
動板1との間に介在され弾性的に振動を伝達する共振器
5とから構成されている。
【0016】振動板1は、エンクロージャ2の筒状開口
部6に嵌め込まれて筒状開口部6を塞いでいる。振動板
1の外周部が筒状開口部6の内周に対し自由或いはヒン
ジ支持になっていることにより、振動板1は水中方向へ
の往復運動が許容されている。この振動板1のエンクロ
ージャ2内側にはピストン7が連結されている。ピスト
ン7は、振動板1の中央より延出された振動板ロッド8
と、この振動板ロッド8に拡径して設けた受圧部9とか
らなる。
【0017】アクチュエータ4は、振動板1に向かって
往復振動される加振部材3と、この加振部材3を加振す
る油圧駆動部10とからなる。油圧駆動部10は、エン
クロージャ2に振動板1とは反対側に取り付けられてい
る。油圧駆動部10は、加振部材3を水中方向に押すた
めの第一の油圧室11と、これを逆に戻すための第二の
油圧室12と、これら第一・第二の油圧室間で動作油を
相互に給排するサーボ弁(図示せず)とを設けたもので
あり、動作油の給排によって加振部材3を往復振動させ
ることができる。加振部材3は、上記油圧室間を区画し
て往復駆動される駆動部13と、加振部材ロッド14と
からなる。この加振部材ロッド14の前端には油圧シリ
ンダ15が形成されている。
【0018】共振器5は、加振部材ロッド14の前端に
形成された油圧シリンダ15と、この油圧シリンダ15
内に嵌入され振動板1に連結されたピストン7と、油圧
シリンダ15に連通されガスが封入されたアキュームレ
ータ16とからなる。アキュームレータ16は、油圧シ
リンダ15の前後、即ち受圧部9よりも振動板1側と加
振部材3側とにそれぞれ設けられている。アキュームレ
ータ16は、油圧シリンダ15に連通する連通管17
と、所定の容積を有するガス容器18と、連通管17を
介して油圧シリンダ15へ出入りする油を収容して拡縮
する可撓膜19とからなる。ガス容器18には所定圧の
ガスが封入されており、この封入ガス圧は可撓膜19を
介して油圧と釣り合っている。なお、ガス容器18には
図示しない封入ガス圧調整器が接続されており、任意の
封入ガス圧を設定できるようになっている。
【0019】エンクロージャ2には、振動板1を水圧に
対抗して支持するための圧縮気体が封入されている。
【0020】次に実施例の作用を述べる。
【0021】振動板1及び共振器5からなる系の振動、
特に共振における関係式について説明する。
【0022】振動板1による排出媒質の密度をρ、振動
板1の半径をaとすれば、振動板排出媒質の等価質量は
8ρa3 /3である。振動板1及びピストン7の質量を
Mv、加振部材3の質量をMaとし、周波数をf、封入
ガス体積変化の最大値をVma x とするとき、負荷FL
は、 FL=(8ρa3 /3+Mv+Ma)2πfVmax (1) 油圧シリンダ15の動作断面積、即ち受圧部9の面積を
Av、アキュームレータ16の封入ガス圧Pgは、 Pg>FL/Av、Pg=FL/Av+ΔP (2) 共振時、ピストン7に対する油圧シリンダ15の変位を
Δdとすると、油圧シリンダ15からアキュームレータ
16へ排出される油の排出体積dQは、 dQ=Av・Δd (3) ガス容器18の容積(封入ガス体積)をVgとすると、
封入ガス圧変化ΔPgは、 Pg・Vg=(Pg+ΔPg)・(Vg−dQ) Pg・Vg=Pg・Vg−Pg・dQ+ΔPg・Vg−
ΔPg・dQから、微小項を省略して ΔPg=Pg・dQ/Vg (4) 共振器5のバネ定数kは、ピストン7に対する油圧シリ
ンダ15の変位Δdにより封入ガス圧がΔPg変化する
ので、 ΔF=Av・ΔPg=k・Δdから、 k=Av2 ・Pg/Vg この系の固有振動数fは、系の等価質量MをM=8ρa
3 /3+Mvとすれば、
【0023】
【数1】
【0024】となる。
【0025】次に動作を説明する。
【0026】アクチュエータ4の油圧駆動部10で動作
油を給排することによって加振部材3を往復振動させ
る。加振部材3の振動は共振器5を介し振動板1に弾性
的に伝達される。即ち、共振器5はバネの如く作用す
る。このとき、振動数が振動板1及び共振器5からなる
系の固有振動数f以下であると、加振部材3及び振動板
1全体が一緒に動く。この場合、振動板1の振幅の大き
さは、従来同様、アクチュエータの振幅の大きさと同じ
であり、周波数によらず利得がほぼフラットとなる。し
かし、振動数が固有振動数fに一致すると共振が起き、
振動板1の振幅が加振部材3の振動より大きくなり、利
得が生じる。従って、本発明の共振器付き水中音源装置
は、固有振動数fに等しい送波周波数とすることにより
大きな音圧レベルを得ることができる。
【0027】なお、式(5)から判るように、固有振動
数fは、封入ガス圧Pg、受圧部9の面積Av、封入ガ
ス体積Vg、等価質量Mのいずれによっても変更できる
が、封入ガス圧Pgを調整することにより、部材の取換
えをしないで固有振動数fが調整できる。
【0028】また、これまでの説明から、共振器5をバ
ネで構成してもよいことが判る。即ち、加振部材3と振
動板1との間にバネを介在させても、弾性的に振動を伝
達することができ、共振が可能である。しかし、固有振
動数が望むとおりに設定できない難点がある。その点、
実施例の共振器5は容易に固有振動数fが調整できる。
【0029】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0030】(1)広帯域で送波周波数が自由に選択で
きる。
【0031】(2)利得が大きいので、小さい入力パワ
ーで高音圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す共振器付き水中音源装
置の断面図である。
【符号の説明】
1 振動板 2 エンクロージャ 3 加振部材 4 アクチュエータ 5 共振器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水中に片面を臨ませた振動板と、この振
    動板の反対面に向かって往復振動する加振部材と、これ
    ら加振部材と振動板との間に介在され弾性的に振動を伝
    達する共振器とを備え、上記加振部材が上記振動板及び
    共振器からなる系の固有振動数で往復振動することを特
    徴とする共振器付き水中音源装置。
  2. 【請求項2】 上記共振器は、上記加振部材の前端に形
    成された油圧シリンダと、この油圧シリンダ内に嵌入さ
    れ上記振動板に連結されたピストンと、上記油圧シリン
    ダに連通されガスが封入されたアキュームレータとから
    なることを特徴とする請求項1記載の共振器付き水中音
    源装置。
  3. 【請求項3】 上記アキュームレータの封入ガス圧によ
    り上記固有振動数を調整することを特徴とする請求項2
    記載の共振器付き水中音源装置。
JP16575795A 1995-06-30 1995-06-30 共振器付き水中音源装置 Pending JPH0918986A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014527174A (ja) * 2011-08-24 2014-10-09 チェルミンスキー,ステファン 水底地震探査の為の海中振動音源

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014527174A (ja) * 2011-08-24 2014-10-09 チェルミンスキー,ステファン 水底地震探査の為の海中振動音源

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