JPS5831153B2 - 水中受波器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水中（海中）雑音の測定、水中音響計測用標
準受波器、水中目的物探知装置用受波器等に用いる水中
受波器に関するものである。

従来、この種の水中受波器において、受波感度を向上さ
せる方法として、円筒型受波器を、第１図ａに示すよう
に圧電磁器円筒１の外側に「−」電極２を設ける一方、
内側に「＋」電極３設けるようにしたものと、第１図す
に示すように圧電磁器円筒１の外側に「＋」電極４を設
ける一方、内側に「−」電極５を設けるようにしたもの
を直列に接合して構成する方法のものがある。

このように構成した円筒型圧電振動子は、外側電極２ま
たは４と内側電極３または５の各々の両電極間に圧電磁
器近傍の音圧が加わり、それによって圧電磁器にひずみ
かかかり、それに比例した電気出力か得られるものであ
る。

この種の受波器の受波感度は磁器の内径と外径の比が一
定であれば外径に比例するか、感度を上げるために無制
限に大きくすることができない。

それは使用周波数の制限および圧電磁気焼成技術からの
寸法的な面から限界があるからである。

また、受波感度は圧電磁器のｇ定数に比例するか、ｇ定
数は圧電磁器の材料組成によって決まるもので、新材料
の発見以外、元素の周期律表から設計する少し位の組成
変更では飛躍的向上は望めない。

また、受波器の静電遮蔽に関して述べると、この種の受
波器で特に水中雑音の測定および送受波器の校正を行な
う際には、わずかながら水中に電場を伴なう場合が多く
、微弱な信号の援受には振動子の外周に金網などによっ
て遮蔽を施こしていた。

しかし、この遮蔽網は受波器容器の内側（容器は一般に
ゴムブーツ）またはゴム等によるモールド注形物の中に
埋め込むために音響透過性の面で製造技術上の安定性に
問題かあった。

本発明の目的は、上記した従来技術の改良にあり、水中
受波器の構成を考慮して性能改善をはかり、高感度、低
雑音水中受波器を提供するもＱつである。

特に微弱な音響信号を取扱う場合は、上述の受波感度を
上げることと雑音を下げることが至上目的であったが、
使用条件等（使用水深による耐水圧強度、圧電素子の焼
成技術等）の関係から制約されることかしはしはあった
。

本発明によれは、外形並びに機械的強度を従来のままと
して、受波感度を２倍にし、且つ外部電極により包容さ
れる形状をもつもθつで、その遮蔽効果は大きい。

以下、第２図〜第５図に従って本発明を詳述する。

まず、本発明Ｑつ基本的原理について第２図に従って説
明する。

圧電素子について従来の分極を施した場合は、第１図ａ
で円周上に引張応力が生じた場合は分極方向、また、圧
縮応力が作用した場合は分極と逆向きの電圧を生じた。

従って第１図ａとｂとでは同一位相のひずみに対し出力
電極の位相は１８０度異ムクた端子電圧を生ずる。

そこで、本発明においては、第２図に示す如く、一つの
圧電磁器円筒１′について外側電極１２を「中点」（ア
ースＥまたはＯｖ）、内側電極の一方１３を「＋」、他
方１４を「−」にして分極を施すことにより、圧電素子
が波長に対し十分小さい場合（一般には使用周波数範囲
で波長より十分小であり、圧電素子の円周方向共振周波
数の１オクターブ下の周波数までは圧電円筒内はほぼ均
一なひずみと考えられる。

）は、外側電極１２と内側電極１３の間に生ずる電圧と
、外側電極１２と内側電極１４の間に生ずる電圧とでは
、円筒が引張ひずみを受ければ極性がそれぞれ分極方向
の電圧を発生し、結局、電極１３．１４間では差動的に
動作して２倍の出力電圧が得られる。

このとき音圧は一定であるから、この受波器の受波感度
は２倍すなわち６ｄＢ高くなる。

一方、遮蔽効果については、従来単純に構成されていた
外側電極をアースする方法（第１図ａでマイナス電極２
をアースする方法、不平衡回路）に比し、この発明によ
る方法は、本来雑音に対し有利である平衡回路において
外側電極１２を中点アースすることが可能であり大きな
改善となる。

また、従来平衡回路で使用する場合は、外側電極のさら
に外側の位置にシールド網を設けて、これをアースして
遮蔽効果を施すようなものであったが、圧電素子の外側
電極が中点アースできることから、このシールド網が不
要となり、音響的障害物を取除くことができた。

次に本発明による水中受波器の一実施例を第３図〜第５
図に従って説明する。

先ず、第３図において、この発明にかかる圧電素子の分
極にってい述べる。

第３図に示すように、「十」電極１３に「十」電源２１
を、「−」電極１４に「−」電源２２を図示するように
印加し、圧電磁器円筒１′を分極する。

かくして得られた圧電磁器円筒振動子を用いて水中受波
器を構成した一実施例について第４図により述べる。

図示の如く、分極された圧電磁器円筒１′の上下端面に
金属材料等による上蓋３１、下蓋３２、を接着し、圧電
磁器円筒１′の外側電極１２を上、下蓋３１．３２に電
気的に接続し、かつケーブルのシールド編組３６に接続
してアースする。

一方、「十」電極１３、「−」電極１４は「＋」端子４
０、ｒ−ｊ端子４１を経由して「十」ケーブル芯線３４
、ｒ−Ｊケーブル芯線３５に接続されて、平衡型回路と
して信号出力を得る。

そしてゴムブーツ３３とケーブルシース３９とを接合し
、ゴムブーツ３３の内側（受波器内部）にヒマシ油４２
を充填する。

圧電磁器振動子円筒の内側は空気室とするか、少なくと
も電極１３．１４の面は空気またはスポンジ等を貼り、
圧電磁器円筒１′の内面から圧力がかからないようにす
る。

第５図に、この圧電磁器円筒型振動子を用いて、これに
演算増幅器５０を用いた前置増幅器を接続した電気回路
の一例を示す。

入力回路は演算増幅器５０を差動増幅器として用い、増
幅された信号出力は出力端子５１とアース端子５２より
取出す。

圧電素子の外部電極１２は中点となり、アース端子５２
に電気的に接続し、遮蔽効果をもたらす、なお、５３，
５４はｒ＋Ｊ ｒ−Ｊ電源端子を示しＲ１へＲ４は
抵抗器を示す。

最近の電子回路技術からして、この前置増幅器は極めて
小型に構成されるために、圧電磁器円筒１′の内側かま
たは圧電磁器円筒１′の近傍に設置して、前置増幅器内
蔵の受波器を提供することも極めて容易に実現すること
ができる。

上述の実施例からも明らかなように本発明によれば、１
つの圧電磁器円筒Ｏ）外側に電極を設ける一方、内側に
プラス、マイナス２つの電極を形成し、その外側電極を
中点に、２つめ内側電極をそれぞれｒ＋Ｊ 、ｒ−Ｊに
して分極処理し、圧電磁器近傍の音圧を検出し、それに
比例した電気出力を得るようにしたものである。

それによると、従来、分極方向の異なる２つのタイプの
円筒型圧電振動子を組合せて構成していたものが１つの
圧電振動子で達成でき、しかも円筒型圧電振動子の外形
並びに機械的強度を従来のままとして受波感度を倍（約
６ｄＢ向上）にすることかできる。

また、従来は圧電振動子を遮蔽するためには、回路の平
衡、不平衡にかかわらず、雑音に関する安定性からシー
ルド網を用いて振動子外側を包容するように構成してい
たか、本発明によれば、外側電極が従来シールド網が果
たしていた役割を兼ねることになり、その構成が極めて
容易となり、従来音響障害のおそれもあったそのシール
ド網を除去することができる等と静電遮蔽効果も向上す
る等の効果、利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは円筒型圧電振動子の横断面図、第２図は
本発明の一実施例を示す円筒型圧電振動子の横断面図、
第３図は本発明にかかわる円筒型圧電振動子の横断面図
を示して、その電極構成からこの圧電振動子に分極を施
すための電気的接続関係を説明するための図、第４図は
圧電振動子を用いて受波器を構成したことを示すための
一実施例についての受波器部分断面図、第５図は前置増
幅器を内蔵した受波器の一実施例を示す電気的接続図を
示すものである。 １′・・・・・・圧電磁器円筒、１２・・・・・・外側
電極、１３゜１４・・・・・・内側電極、２１，２２・
・・・・・電源、３１゜３２・・・・・・蓋、３３・・
・・・・ブーツ、３４，３５・・・・・・ケーブル芯線
、３６・・・・・・ケーブルシールド細組、３７．３８
・・・・・・アース線、３９・・・・・・ケーブルシー
ス、４０，４１・・・・・・端子、４２・・・・・・ヒ
マシ油、５０・・・・・・演算増幅器、５１・・・・・
・出力端子、５２・・・・・・アースＥ端子、５３，５
４・・・・・・電源端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧電磁器円筒の内側にプラス電極とマイナス電極を
   形成すると共に、外側にアース端子なる電極を形成し、
   該プラス電極にプラス電源を、マイナス電極にマイナス
   電源をかけると共に、外側電極に中位点なる分極電圧を
   かけて分極するように構成したことを特徴とする水中受
   波器。