JPS58124399A - Ultrasonic wave transceiver - Google Patents
Ultrasonic wave transceiverInfo
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- JPS58124399A JPS58124399A JP813482A JP813482A JPS58124399A JP S58124399 A JPS58124399 A JP S58124399A JP 813482 A JP813482 A JP 813482A JP 813482 A JP813482 A JP 813482A JP S58124399 A JPS58124399 A JP S58124399A
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- piezoelectric element
- case
- thin plate
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-
- 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
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/28—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using reflection, e.g. parabolic reflectors
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
息
本発明は、貼り合せ型圧電素子を用いた超音波受波器に
かかり、指向特性が尖鋭でパルス特性の良I)Ffな超
音波送受波器を提供しようとするものである。[Detailed Description of the Invention] The present invention aims to provide an ultrasonic transducer using a bonded piezoelectric element, which has sharp directivity characteristics and good pulse characteristics. It is something to do.
空気中で使用される超音波送受波器においてにに、Ef
E電セラミクスの貼り合わせ素子が多く用いられており
、上記貼り合せ素子のたわみ撮動の共振点。In ultrasonic transducers used in air, Ef
Bonded elements made by Eden Ceramics are often used, and this is the resonance point for deflection imaging of the bonded elements.
反1((辰点で使用するように作られでいる。また、空
気の機械的インピーダンスは圧電セラミクスのそれに比
べていちぢるしく小さいため、貼り合わせ素子を振動板
と結合させて機械的インピーダンスの低下を図っている
。(The mechanical impedance of air is significantly smaller than that of piezoelectric ceramics, so the bonded element is combined with the diaphragm to reduce the mechanical impedance. We are trying to reduce the
従来の超音波送受波器の構造を第1図に示す。The structure of a conventional ultrasonic transducer is shown in FIG.
図に示すように、これは、貼9合わせ型圧電素子1の中
心部に結合軸2を貫通固定させ、かつこの結合軸2に振
動板3を取り付けるとともに、貼り合わせ型圧主索r1
の振動の節部を支持台4の先端に弾性接着剤5をもって
固定したものであった。6,6′は端子、了は貼り合わ
せ型圧電素子1などを覆い保護するケース、8はケース
γの上部に形成された透孔に取り付けられた保巡用メツ
シー、9,9′は貼り合わせ型圧電素子1と端子6゜6
′を電気的に接続しているリード線である。As shown in the figure, this involves penetrating and fixing a coupling shaft 2 to the center of a laminated piezoelectric element 1, attaching a diaphragm 3 to this coupling shaft 2, and attaching a diaphragm 3 to the laminated piezoelectric element 1.
The vibration nodes were fixed to the tip of a support base 4 with an elastic adhesive 5. 6 and 6' are terminals, Ryo is a case that covers and protects the bonded piezoelectric element 1, etc., 8 is a protective mesh attached to the through hole formed in the upper part of the case γ, and 9 and 9' are bonded pieces. Type piezoelectric element 1 and terminal 6゜6
This is the lead wire that electrically connects .
送波時には、端子6,6′間に信号電圧を印加しそれに
よって貼り合わせ型圧電素子1を振動させる。振動板3
は貼り合わせ型圧電素子1によって駆動され、空気中へ
超音波を放射する。受波時には、空気中を伝搬して来た
超音波によって振動板3が振動し、貼り合わせ型圧電素
子1に出力電圧が発生して、端子6,6′間から出力が
得られる。During wave transmission, a signal voltage is applied between the terminals 6 and 6', thereby causing the bonded piezoelectric element 1 to vibrate. Vibration plate 3
is driven by the bonded piezoelectric element 1 and emits ultrasonic waves into the air. When receiving waves, the diaphragm 3 vibrates due to the ultrasonic waves propagating in the air, an output voltage is generated in the bonded piezoelectric element 1, and an output is obtained between the terminals 6 and 6'.
第2図は、上記構造の超音波送受波器を複数個のパルス
で駆動したときの送信波形を示すもので、立上がり、立
下がりが遅く、その時間が2ミリ秒以−トにも及ぶもの
であった。Figure 2 shows the transmitted waveform when the ultrasonic transducer with the above structure is driven with multiple pulses, and the rise and fall are slow and the time is longer than 2 milliseconds. Met.
このような従来の超音波送受波器を用いて、短い時間間
隔で測定情報を得る必要がある場合、受波器によって受
信された信号は、立上がりおよび立下がり時間が長いた
めに、立下がる前に次の信号が受信され、正確な測定情
報が得られなかったまた、送受波を単体の素子で行なわ
せる場合、送波させてただちに受信可能な状態にするに
は、かなりの時間を要し、受信可能な状態になる寸での
時間、測定情報が得られなかった。When using such conventional ultrasonic transducers and it is necessary to obtain measurement information in short time intervals, the signal received by the receiver has long rise and fall times, so The next signal was received, and accurate measurement information could not be obtained.Also, when transmitting and receiving waves using a single element, it takes a considerable amount of time to transmit and immediately become ready for reception. , measurement information could not be obtained at the time when it became possible to receive data.
さらに圧電セラミクスを用いた超音波送受波器に尖鋭な
指向特性を要求すると、撮動板や、貼り合わせ型圧電素
子、貼り合わせ型圧電素子を支持するための支持台がい
ちぢるしく大きくなるという欠点があった。たとえ、大
きな振動板を用いたで、音源を大きくする割には指向特
性が尖鋭にならなかった。Furthermore, if ultrasonic transducers using piezoelectric ceramics are required to have sharp directivity characteristics, the imaging plate, laminated piezoelectric element, and support stand for supporting the laminated piezoelectric element will become considerably large. There was a drawback. Even if a large diaphragm was used, the directional characteristics would not become sharp enough to make the sound source larger.
ホーンを用いて指向特性を尖鋭にしようとしても、機械
的Qを低下させてパルス特性を改善するということは容
易なことではなかった。Even if an attempt was made to sharpen the directional characteristics using a horn, it was not easy to lower the mechanical Q and improve the pulse characteristics.
本発明は貼り合わせ型圧電素子の中心に振動板を設け、
機械的振動を抑制するように振動板と貼り合せ型圧電素
子を弾性ゴム等の緩衝材でケースに弾性的に固定すると
ともに、開口部を有する薄板とホーンを例加して、上述
の問題点を解決し、尖鋭な指向特性と艮好なパルス特性
を有する超音波送受波器を実現することができたもので
ある。The present invention provides a diaphragm at the center of a bonded piezoelectric element,
In order to suppress mechanical vibration, the diaphragm and the bonded piezoelectric element are elastically fixed to the case using a cushioning material such as elastic rubber, and a thin plate with an opening and a horn are added to solve the above problems. By solving this problem, we were able to realize an ultrasonic transducer with sharp directional characteristics and excellent pulse characteristics.
以下、本発明の一実施例について、図面を用いて説明す
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第3図はこの実施例の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of this embodiment.
円板型の貼り合わせ型圧電素子11の中心部に配した結
合11i112に、金属あるいは樹脂よりなる円錐状の
振動板13が取り付けられている。振動板13の周辺部
は、機械的振動を抑制するよう弾性ゴム等の緩衝側20
により円筒状のケース17の内側面に弾性的に固定され
ている。さらに、貼り合わせ型圧電素子11も弾性ゴム
等の緩衝材20’によりケース17の底面に弾性的に固
1定されている。振動板13の前方には薄板22が配置
されており、この薄板22は結合軸12を通過する直線
を中ノbとした円状の開口部21、開口部21と同上・
円周−I−に設けられた他の開口部21′を有する。A conical diaphragm 13 made of metal or resin is attached to a coupling 11i112 arranged at the center of the disc-shaped bonded piezoelectric element 11. The periphery of the diaphragm 13 is covered with a buffer side 20 made of elastic rubber or the like to suppress mechanical vibrations.
It is elastically fixed to the inner surface of the cylindrical case 17. Further, the bonded piezoelectric element 11 is also elastically fixed to the bottom surface of the case 17 by a cushioning material 20' such as elastic rubber. A thin plate 22 is arranged in front of the diaphragm 13, and this thin plate 22 has a circular opening 21 with a straight line passing through the coupling shaft 12 as the center hole b, and the same as the opening 21.
It has another opening 21' provided at the circumference -I-.
そして、ケース1アと薄板22が放物面ホーン23の喉
部に嵌入保持されている。19 、19’は貼り合わせ
型圧電素子11の電極と端子16 、16’を電気的に
接続しているリード線である。The case 1a and the thin plate 22 are fitted and held in the throat of the parabolic horn 23. Lead wires 19 and 19' electrically connect the electrodes of the bonded piezoelectric element 11 and the terminals 16 and 16'.
上記薄板22の開口部21.21’については、貼り合
わせ型圧電素子110大きさや厚さ、振動板130大き
さや厚さ、中心角、ならびに緩衝材20.20′の大き
さ等により、指向特性が最良となる形状が変化するが、
その代表的例を第4〜16図に示す。これらの図(Aは
平面図、図(B)は断面図である。Regarding the openings 21 and 21' of the thin plate 22, the directivity depends on the size and thickness of the bonded piezoelectric element 110, the size and thickness of the diaphragm 130, the center angle, the size of the cushioning material 20 and 20', etc. The shape where is the best changes, but
Typical examples are shown in FIGS. 4-16. These figures (A is a plan view, figure (B) is a cross-sectional view).
この実施例の送受波動作は第1図に示した超音波送受波
器のそれと原理的に同じであり、そのバルス特性を第1
7図に示す。この図から明らかなように、パルスの立上
がり・立下がり時間は、0.3ミリ秒以下を示す。The wave transmitting/receiving operation of this embodiment is basically the same as that of the ultrasonic transducer shown in FIG.
It is shown in Figure 7. As is clear from this figure, the pulse rise and fall times are 0.3 milliseconds or less.
第18図(A)は上記実施例の指向特性を示し、同図(
B)は薄板を設置しなかったことり、外は実施例と同一
仕様の比較例の指向特性を示している。FIG. 18(A) shows the directional characteristics of the above embodiment, and FIG.
B) shows the directional characteristics of a comparative example with the same specifications as the example except that no thin plate was installed.
この図から明らかなように、本発明によれは、音圧半減
角が小さくなったばかりでなく、サイドローブがいちぢ
るしく減少し、空間的(たとえば−に下、左右)にほぼ
均一な指向特性が得られるようになった。As is clear from this figure, the present invention not only reduces the sound pressure half angle, but also significantly reduces the side lobes, resulting in almost uniform directivity spatially (for example, downward, left and right). Characteristics are now available.
また、ケース17と薄板22を一体形成すれば、空間的
に一層均一な指向特性が得られるようになり、かつ緒特
性のばらつきが減少するだけでなく、その組立てが容易
になり、量産しやすくなった。In addition, by integrally forming the case 17 and the thin plate 22, it becomes possible to obtain spatially more uniform directivity characteristics, reduce variations in the directivity characteristics, and also facilitate assembly and facilitate mass production. became.
さらに、一体形成したケース17と薄板22とを導電性
材料で構成してアースに接続すると、耐雑音性が向−1
−する。Furthermore, if the integrally formed case 17 and thin plate 22 are made of a conductive material and connected to the ground, the noise resistance can be improved by -1.
- to do.
印、上のように、本発明の超音波送受波器は、中ノし都
に振動板が結合されている貼り合わせ型圧電素子、この
貼り合わせ型圧電素子を収納するケース、振動板の周辺
部とケースの内側面とに接触するよう取り付けられてい
る第1の緩衝材、貼り合わせ型圧電素子をケースの底面
に伸性的に固定する第2の緩衝イ、41撮動板の前方に
設置されている、開[”1部を有する薄板、および、ケ
ースと薄板が取り付けられているホーンを有するもので
あり、第1、第2の緩衝材で貼り合わせ型圧電素子を保
持することによって、ホーンを使用しているにもかかわ
らず、指向特性が尖鋭でパルス特性が良好であるという
特長を有する。これによって、短い時間間隔で正確な測
定情報を得ることができるので、音波を用いた距離側等
、尖鋭な指向特性が要求される超音波応用開側にはきわ
めて有用なものである。As shown above, the ultrasonic transducer of the present invention includes a bonded piezoelectric element in which a diaphragm is bonded to the center part, a case housing the bonded piezoelectric element, and a case surrounding the diaphragm. A first buffer material is attached so as to be in contact with the inner surface of the case, a second buffer material is attached to elastically fix the bonded piezoelectric element to the bottom surface of the case, and a second buffer material is attached in front of the 41 imaging plate. A thin plate having an open part is installed, and a horn to which the case and the thin plate are attached, and by holding the bonded piezoelectric element with first and second cushioning materials. Although it uses a horn, it has the features of sharp directional characteristics and good pulse characteristics.As a result, accurate measurement information can be obtained in a short time interval, so it is possible to use sound waves. It is extremely useful for ultrasonic applications that require sharp directivity characteristics, such as the distance side.
第1図は従来の超音波送受波器の一例を示す断面図、第
2図はそのパルス特性を示す図である。
第3図は本発明の超音波送受波器の一夾施例を示す断面
図、第4〜16図はその薄板の代表的な例を示し、図(
A)は平面図、図(B)は断面図、第17図はそのパル
ス特性を示す図、第18図は薄板の効果を示す図である
。
11・・・・・・貼り合わせ型圧電素子、12・・・・
・・結合軸、13・・・・・・振動板、17・・・・・
・ケース、20.20’・・・・・・緩衝材、21.2
1’・・・・・・開口部、22・・11・薄板、23・
・・・・・ホーン。
代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図
第2図
第3図
/6 z#/2/’ /6’
第4図
/41
第5図
第6図
(B)
fβ)
第 7 図
第8図
第9図
第10図
第11図
第12図
第13図
第17図FIG. 1 is a sectional view showing an example of a conventional ultrasonic transducer, and FIG. 2 is a diagram showing its pulse characteristics. FIG. 3 is a sectional view showing one embodiment of the ultrasonic transducer of the present invention, and FIGS. 4 to 16 show typical examples of thin plates thereof.
A) is a plan view, FIG. 17 is a cross-sectional view, FIG. 17 is a diagram showing the pulse characteristics, and FIG. 18 is a diagram showing the effect of the thin plate. 11... Bonded piezoelectric element, 12...
...Coupling shaft, 13...Diaphragm, 17...
・Case, 20.20'...Cushioning material, 21.2
1'...Opening, 22...11.Thin plate, 23.
·····Horn. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure 2 Figure 3/6 z#/2/'/6' Figure 4/41 Figure 5 Figure 6 (B) fβ) Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Figure 11 Figure 12 Figure 13 Figure 17
Claims (6)
電素子、この貼り合わせ型圧電素子を収納するケース、
前記振動板の周辺部と前記ケースの内側面とに接触する
ように取り付けらJlている第1の緩衝材、前記貼り合
わせ型圧電素子を前記ケースの底面に弾性的に固定する
第2の緩衝利、前記振動板の前方に設置されている、開
1−1部を・有する薄板、および、前記ケースと前記薄
板が取9付けら7土でいるホーンを有することを特徴と
する超音波送受波器。(1) A bonded piezoelectric element with a diaphragm coupled to the center, a case for storing this bonded piezoelectric element,
a first cushioning material attached so as to be in contact with the periphery of the diaphragm and the inner surface of the case; and a second cushioning material elastically fixing the bonded piezoelectric element to the bottom surface of the case. An ultrasonic transmitter/receiver characterized by having a thin plate installed in front of the diaphragm and having an opening 1-1, and a horn in which the case and the thin plate are connected to each other. Wave equipment.
円板型であって、前記貼り合わせ型圧電素子の中心部に
貫通固定されている結合軸に前記振動板の頂部か取り付
けられていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の超音波送受波器。(2) The diaphragm is conical, the bonded piezoelectric element is disc-shaped, and the top of the diaphragm is attached to a coupling shaft that is fixed through the center of the bonded piezoelectric element. An ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that:
特徴とする特許「請求の範囲第1ft4記載の超音波送
受波器。(3) An ultrasonic transducer according to claim 1ft4, characterized in that a plurality of thin plate gaps 11 are provided.
れ有することを特徴とする特許、請求の範囲第2項記載
の超音波送受波器。(4) The ultrasonic transducer as set forth in claim 2 of the patent, characterized in that the thin plate has an opening at its center and its concentric circumference.
持ボf請求の範囲第1項記載の超音波受波器。(5) The four plates and the case are integrally formed!
An ultrasonic receiver according to claim 1.
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
超音波送受波器。(6) The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the thin plate base is made of conductive material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP813482A JPS58124399A (en) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | Ultrasonic wave transceiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP813482A JPS58124399A (en) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | Ultrasonic wave transceiver |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58124399A true JPS58124399A (en) | 1983-07-23 |
Family
ID=11684812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP813482A Pending JPS58124399A (en) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | Ultrasonic wave transceiver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58124399A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4768615A (en) * | 1986-01-27 | 1988-09-06 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co. | Acoustic transducer system |
-
1982
- 1982-01-20 JP JP813482A patent/JPS58124399A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4768615A (en) * | 1986-01-27 | 1988-09-06 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co. | Acoustic transducer system |
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