JPS5918919B2

JPS5918919B2 - 平衡出力形音響トランスジユ−サ

Info

Publication number: JPS5918919B2
Application number: JP6740176A
Authority: JP
Inventors: 信夫上杉; 恵一佐々木; 光明古舘
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-06-09
Filing date: 1976-06-09
Publication date: 1984-05-01
Also published as: JPS52150616A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、電気エネルギを音響エネルギないしは音響
エネルギを電気エネルギに変換し得る平衡出力形音響ト
ランスジューサに関する。

たとえば原子炉内の構造物の状態を透視する場合、シン
グルエンドタイプの電気端子を有する音響トランスジュ
ーサが使用される。

このトランスジューサの基本的構成を第１図によって説
明する。

すなわち、上部が開口した有底容器１丙の底面にたとえ
ばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯａ）の結晶板から
なる電気・音響作用を有する変換素子２をたとえば導電
性接着剤などで固定し、その素子２の上面に電極板３を
当接して電極端子４にリード線５を接続する一方、前記
容器１の開口を蓋６で気密に閉塞し、その蓋６の中央部
の孔１２に同軸線（ケーブル）７を挿着し、その同軸線
７の芯線８と前記リード線５とを接続し、同軸線７の外
被金属（シース）９を蓋６と気密に接続した構造になっ
ている。

なお、図中１０は同軸線７の絶縁物、１１は容器１と蓋
６との接続部を示す。

つぎに、このトランスジューサの動作について説明する
。

同軸線７の芯線８と外被金属９との間にパルス電圧を印
加すると、この電圧は容器１および電極板３を介して変
換素子２に印加される。

変換素子２により電気エネルギが音響エネルギに変換さ
れ、容器１の底壁を通過して音波が放射される。

放射された音波はターゲットに衝突し反射され、容器１
の底壁を通過して変換素子２に受信される。

受信された音響エネルギは変換素子２によって電気エネ
ルギに変換され同軸線７を通って電気信号として取り出
される。

このような音響トランスジューサにおいては信号出力端
子のアース側（外被金属５）と容器１を同電位にするこ
とが難かしく、と（に同軸線７が長くなるほど著しく困
難になる。

そのため外被金属５側のアースがノイズ源となることが
多（、いわゆるコモン・モード・ノイズを発生する。

このコモン・モード・ノイズは従来の不平衡出力端子と
するトランスジューサでは何ら軽減されることがないの
でＳ／Ｎが悪い欠点があった。

この発明の目的は上記欠点を除去しコモン・モード・ノ
イズを除去するとともに高温中においても使用できる音
響トランスジューサを提供することにある。

すなわち、この発明はコモン・モード・ノイズを除去す
るために変換素子を容器から絶縁し、かつ絶縁したこと
によって起こり易い、製作の困難化、音波の減衰量増大
化を防止できるようにしたことを特徴とする音響トラン
スジューサである。

以下、第２図を参照しながらこの発明に係るトランスジ
ューサの一実施例を説明する。

なお、第２図中第１図と同一部分は同一符号で示し重複
する部分の説明を省略する。

すなわち、この発明はたとえばステンレス鋼からなる耐
熱性有底容器１の底面に絶縁物２１を密着し、下部電極
板２２を介してＬｉＮｂＯ３の結晶板からなる変換素子
２を密接配置している。

そして、変換素子２の上面に電極板３を貼着して積層構
成とし、電極板３上にリード線５を接続する一方、下部
電極板２２にリード線２３を接続して、両す−ド線５，
２３をそれぞれ二芯ケーブル信号線２４の芯線２５．２
６にそれぞれ接続した構造になっている。

ここで、絶縁物２１としては、変換素子２と同一の素材
、すなわち、この例では分極化されていないＬｉＮｂＯ
３の結晶板が用いられている。

そして、変換素子２からの信号は電極板３および２２か
ら取り出されるが、二芯ケーブル信号線２４は外部から
電圧を供給したりまた信号を取り出すために完全にシー
ルドされている。

しかして、上記構成のこの発明に係る音響トランスジュ
ーサは誘導ノイズが軽減される効果がある。

第３図は音響トランスジューサの等価回路をノイズ源に
注目して示したものである。

ここで、ｚＰは変換素子、ｒは信号線および外被金属の
抵抗、Ｒは負荷抵抗、ＺＥはアースと信号線外被金属と
の間の抵抗、ＥＮはアースラインにのっているノイズ源
を示す。

この図で次式が成立するので、これよりノイズ源ＥＮに
よって出力端子に現れるノイズＥｏはつぎのように求め
られる。

ＥＮ−（２ＺＥ十ＺＰ十ｒ＋Ｒ）ｉ１＋２
ＺＥＩ２””””・・”””■ＥＮ−２ＺＥｉ１＋（
２ｚＥ＋ｒ）１２・・
・・・・・・・・・・・・・■Ｅｏ＝Ｒ１１・・・・・
・・・・・・・・・・■−ｒＥｏ−ＥＮ・・・・・・・・・・・・・
・・■２ＺＥ（ＺＰ＋２ｒ＋Ｒ）＋ｒ（Ｚｐ
＋ｒ＋Ｒ）第１図に示す不平衡端子を有するトランス
ジューサは第３図でｚＥ＝０に相当する。

■式でｚＥ−ＯとするとＥｏ（不平衡）−□・ＥＮＺｐ＋ｒ＋ＲＲ＞ＺＰ、ｒとすれば二ＥＮとなり、ノイズ源の電圧がそのまま信号出力端に現われ
る。

しかし、この発明に係る平衡形トランスジューサではＺＥ＝Ｒ＞Ｚｐ、ｒとすると −ＲＥｏ（平衡）キ□・ＥＮキー−ＥＮ２ＺＥ−Ｒ十ｒ−Ｒ２ＺＥとなる。

たとえばｒ＝１００Ω、ＺＥ−１００にΩとしても
１０−３倍に軽減されることになる。

そして、この場合には、単にノイズ成分を低減できるだ
けではなく、次のような効果も得られる。

すなわち、絶縁物２１として変換素子２と同一の素材を
用いているので、部品を揃えることが簡単で、この結果
、全体の低価格化に寄与できる。

また、同一素材を用いているので境界面での音波の反射
を減すことができ、これによってもＳ／Ｎを向上させる
ことができる。

さらに、絶縁物２１として変換素子２と同一の素材を用
いているので、両者の熱膨張率差によって接着面に割れ
等が発生する虞れがない。

すなわち、電極板２２としては、固着性能を確保するた
めにロー材を用いる必要がある。

この場合、ロー材の両面に接している変換素子２と絶縁
物２１とは熱膨張率が等しいので、熱膨張率の違いによ
っ起こり易いロー材の割れ等の現象が発生する虞れがな
い。

したがって、より信頼性に富んだものを得ることができ
る。

第４図および第５図はこの発明に係るトランスジューサ
の他の実施例を示すもので、図中第２図と同一部分は同
一符号をもって示している。

第４図ではたとえばメッキなどによって変換素子２に金
属で包囲した導電層４１を設け、かつ素子２の上面の１
部導電層を環状に除去してその除去部分に環状絶縁部４
２を設げ中央部４８に一方の電極４３を、周辺部に環状
の他方の電極４４を当接し、各電極４３，４４に端子４
５，４６を介してリード線５，２３に接続した例を示し
ている。

なお図中４７は絶縁筒を示している。

しかして、この例では変換素子２の絶縁部４２を除いた
全周面が導電層で包囲されているので、Ｓ／Ｎがよく、
変換効率が高く音波の減衰が少ない。

また、第５図は変換素子２の上面に形成した電極４３，
４４にそれぞれ同心円状のスプリング５１．５２を設け
、各スプリング５１，５２０上面に芯線２５，２６に接
続された金属板５３゜５４を絶縁板５５を介して配置し
た例を示している。

なお、図中５６はスプリング５１，５２間を絶縁する絶
縁筒である。

しかして、この例では変換素子２およびその電極４３，
４４などはスプリング５１，５２を介して電圧が印加さ
れ、また変換素子２からの信号が送られる。

したがって、変換素子２はスプリング５１．５２によっ
て押圧されているので電気的な接触が良好になるととも
に多少の振動などによっても位置ずれを生じることがな
くＳ／Ｎは良好になり、音波の減衰が少ない。

なお、第２図に示す実施例において、変換素子２にＬｉ
ＮｂＯ３結晶板を、また絶縁物２１に厚さ２゜Ｏｍｍの
ＬｉＮｂＯ３結晶板を用い高温用同軸線１０ｍを接続し
てトランスジューサを製作したところ第１図に示したト
ランスジューサに比較してノイズは約１／３０００に軽
減された。

高度用同軸線の外被、芯線の材質ともにステンレス鋼で
あり、第３図に示すｒはｒ−：３５Ωであった。

また負荷抵抗Ｒはプリアンプ入力抵抗１００にΩであっ
た。

以上説明したようにこの発明に係るトランスジューサは
変換素子２を容器１に直接接触しないように絶縁物を介
在して収納しているためにＳ／Ｎを向上させることがで
きる。

また、絶縁物２を変換素子２と同一の素材で形成してい
るので製作の容易化、音波の減衰率抑制化および信頼性
の向上化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の音響トランスジューサを示す縦断面図、
第２図はこの発明に係る音響トランスジューサの一実施
例を示す縦断面図、第３図は第２図における等価回路を
示す結線図、第４図および第５図はこの発明に係る音響
トランスジューサの各々他の実施例を示す縦断面図であ
る。１・・・・・・容器、２・・・・・・変換素子、３・・
・・・・電極板、４・・・・・・端子、５・・・・・・
リード線、６・・・・・・蓋、７・・・・・・同軸線、
８・・・・・・芯線、９・・・・・・外被金属、１０・
・・・・・絶縁物、１１・・・・・・接続部、２１・・
・・・・絶縁部、２２・・・・・・電極板、２３・・・
・・・リード線、２４・・・・・・二芯ケーブル、２５
、２６・・・・・・芯線、４１・・・・・・導電層、
４２・・・・・・絶縁部、４３，４４・・・・・・電極
、４５゜４６・・・・・・端子、４７・・・・・・絶縁
筒、５Ｌ５２・・・・・・スプリング、５３，５４・・
・・・・金属板、５５・・・・・・絶縁板、５６・・・
・・・絶縁筒。

Claims

【特許請求の範囲】

１耐熱性密閉構造の容器と、この容器の内面の＝部に
絶縁材、第１の電極、音響変換素子および第２の電極を
上記順序に積層固着してなる要素と、この要素の前記第
１および第２の電極間に電圧を印加するための前記容器
とは絶縁された一対のリード線とを具備し、前記絶縁材
が前記音響変換素子と同一の素材で形成されてなること
を特徴とする平衡出力形音響トランスジューサ。