JPS5920234B2 - 超音波送受波器 - Google Patents

超音波送受波器

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JPS5920234B2
JPS5920234B2 JP12312279A JP12312279A JPS5920234B2 JP S5920234 B2 JPS5920234 B2 JP S5920234B2 JP 12312279 A JP12312279 A JP 12312279A JP 12312279 A JP12312279 A JP 12312279A JP S5920234 B2 JPS5920234 B2 JP S5920234B2
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JP
Japan
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ultrasonic transducer
transducer
ultrasonic
metal plate
rubber
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JP12312279A
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JPS5647196A (en
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弘志 鎌田
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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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
    • G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods 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 a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods 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 a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/0674—Methods 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 a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a low impedance backing, e.g. air

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高耐水圧性の超音波送受波器に関する。
第１図は従来の厚み振動形式の超音波送受波器の一例を
示しており、１は超音波振動子、２はキルクゴム、３は
ケーブル、４は防水モールド材の如く構成されている。
キルクゴム２は超音波振動子１の後面に設けられており
、従って超音波が矢印Ａで示したように送受波器の前方
から入射した場合は、超音波振動子１が振動してそれに
応じた電圧出力がケーブル３０線間に発生するが、矢印
Ｂで示したように超音波が送受波器の後方から入射した
場合には、キルクゴム２により遮音されて音波が超音波
振動子１に伝わりにくく、よって振動も小さいので電圧
出力も小さい。
このように前方からの入射音（以下前方入射音という）
に対して受波感度が高く、後方からの入射音（以下後方
入射音という）に対して受波感度が低いのは、キルクゴ
ム２の固有音響インピーダンスが例えば水等の音響媒質
に対して十分に低いために実現されるものである。
前方入射音に対する受波感度と後方入射音に対する受波
感度との比を前後比と称するが、第１図の構成による送
受波器では２０ ｄＢ以上の前後比が容易に実現できる
。
上述したようにキルクゴム２は固有音響インピーダンス
が低いものであるが、これはヤング率（体積弾性率）が
小さいことと同じであり、固有音響インピーダンスはヤ
ング率の平方根に比例する。
従ってヤング率の小さい材料であるキルクゴム２を用い
ている従来の送受波器は、静水圧によってキルクゴム２
が圧縮され、深々度の海洋ではキルクゴム２の遮音性が
失なわれる。
つまり、キルクゴム２が圧縮された場合、後方入射音に
対しても受波感度が高（なるために前後比に劣化がおき
てＯｄＢ以下となり、後方入射音に対する受波感度の方
が高くなることもしばしばである。
また、キルクゴム２が圧縮され、変形することによって
他の構成要素に大きなひずみが加わり、結果として防水
モールド材に亀裂が発生し、防水性が失われることがあ
り、第１図に示した従来の送受波器の耐水圧性は水深１
００〜２００ｍ程度であった。
尚、上述の説明は受波器としての動作とその欠点を述べ
たものであるが、送受波器の可逆性の原理からして送波
器としての動作時にも同じような欠点が成立つことは無
論である。
本発明の目的はこれ等の欠点を解決することにあり、超
音波振動子の後面にゴム材から成る中間媒質を介在させ
て金属板を設けた構造のバッキング層を１層または複数
層設け、かつ前記ゴム材と金属板の厚みを各々の内部音
波の波長の１／９〜１４７３６に限定したことを特徴と
するものである。
本発明の一実施例を第２図、第３図及び第４図により説
明する。
第２図において１は超音波振動子、３はケーブル、４は
防水モールド材、５はゴム材、６は金属板であって、該
金属板６はゴム材５を介在させて超音波振動子１の後面
に設けられており、かつゴム材５と金属板６はその厚み
が各科の内部音波の波長の１／９〜１４７３６に限定さ
れている。
このように構成した超音波送受波器の動作を定性的に説
明するならば第３図に示す如くとなる。
第３図は動作説明図であり、矢印Ａの如（音波が送受波
器の前方から入射した場合は、超音波振動子１が振動し
て受波電圧出力がケーブル３の線間に発生する。
これは第１図に示した従来例と同じ機能である。
しかし、矢印Ｂの如く後方から音波が入射した場合には
、防水モールド材４と金属板６との境界Ｃにおいて反射
した音波Ｂ１ と、境界Ｃを透過し金属板６とゴム材
５との境界すで反射した音波Ｂ２ とは金属板６が１／
４波長の厚みのときに同相となって強い反射波として合
成される。
一方、ゴム材５が１／４波長の厚みのとき境界ｃ、ｂを
透過しゴム材５と超音波振動子１との境界ａで反射して
境界すで再反射した音波Ｂ３と、境界ｃ、ｂを透過して
境界ａに到った音波Ｂ４とは境界ａにおいて逆相となり
、互いに打消しあう。
従って後方入射音による超音波振動子１の振動は小さく
、振動が小さいので受波感度も低いことになる。
以上の説明は定性的なものであり、また実際には境界ａ
、ｂ、ｃで透過、反射を多重的に行うものであるから現
象としてはもうすこし複雑である。
本発明者が伝送線路モデルで解析したところによれば、
前後比ＦＢＲは後方入射音による開放伝送係数と等しい
。
ただし、であることが必要である。
ここでＺ。：超音波振動子１の固有音響インピーダンス
、Ｒｗ：音場媒質の固有音響インピーダンス、ＺＢ：境
界ａから後方を見たときの固有音響インピーダンス、ｋ
ｏ：超音波振動子１の波数、ｌｏ：超音波振動子１の厚
み。
前述の条件は、本発明の実施例においてはほとんどの周
波数で満足される。
第２図に示した実施例においては、基準となる周波数に
おいて１／４波長を有するゴム材５と、１／４波長を有
する金属板６とより成る２層構造のバッキングを行って
いる。
金属板６としてステンレスを用いたときの開放伝送係数
つまり前後比ＦＢＲは、 前後比ＦＢＲを周波数の関数で表わすと第４図の如くと
なる。
第４図においてＦＢＲが２０ ｄＢ以上となるのは、 の範囲であり、これは１／９波長から１４／３６波長に
相当する。
以上説明したように本実施例においては、超音波振動子
の後面にゴム材から成る中間媒質を介在させて金属板を
設けており、該ゴム材と金属板の厚みを各々の内部音波
の波長１／９〜１４／３６とすることによって受波感度
の前後比を２０ ｄＢ以上とすることができ、従来の超
音波送受波器の浅深度での前後比と同等の性能が実現で
きるものである。
また、従来の超音波送受波器のようにキルクゴムといっ
たヤング率の小さい材料でバッキングしておらず、音場
媒質である水とほぼ同一のヤング率を有するゴム材と、
ヤング率の極めて大きい金属板とで２層構造のバッキン
グを行っているため、静水圧により圧縮を受けて遮音性
を失うことがなく、熱論防水モールド材に亀裂が生じて
防水性を失うようなこともない。
本実施例では水深１５００ｍにおいて異常ないことを確
認しである。
上述した実施例は振動子として厚み振動を行う１個の振
動子を用いた場合について説明したが、縦振動する振動
子でもよく、また第５図に示すように超音波振動子７を
多数個配列した超音波振動子プレイの場合についても同
様の効果が生じ、更に１個もしくは複数個の振動子の音
響放射面から溝を途中まで入れた構造すなわちダイシン
グタイプの振動子を用いた場合についても同様の効果が
生じるものである。
また、上述の各実施例では、ゴム材と金属板とから成る
バッキング層を１層設ける場合について説明したが複数
層のバッキング層を設けたならば、前後比は更に大きく
なり効果が大である。
尚、ここでは受波器としての動作と効果を説明したが、
送受波器の可逆性の原理からして送波器としての動作時
にも上記と同様の効果が生じるのは熱論である。
以上説明したように本発明は、振動子のバッキング層と
して各々が１／９〜１４／３６波長を有するゴム材と金
属板とを用いているので感度の前後比を２０ ｄＢ以上
とすることができ、しかも１、５００７７１の水深にお
いても前後比が劣化せず、防水モールド材に亀裂が生じ
ることもないので深深度用の超音波送受波器として信頼
性が高いものである。
またＭＨｚ 帯のような高周波超音波では振動子が薄く
なるが本発明を利用すればバッキング層によって補強さ
れるので強度的には極めて強いものになるという利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来例の構造を示す断面図、第２図は本発明の
一実施例の構造を示す断面図、第３図は第２図の動作説
明図、第４図は前後比ＦＢＲを周波数の関数として表わ
した図、第５図は他の実施例の構造を示す断面図である
。 １・・・・・・超音波振動子、２・・・・・・キルクゴ
ム、計・・・・・ケーブル、４・・・・・・防水モール
ド材、５・・・・・・ゴム材、６・・・・・・金属板、
７・・・・・・超音波振動子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 厚み振動または縦振動をする超音波振動子もしくは
    超音波振動子アレイもしくはダイシングタイプの振動子
    の後面にゴム材から成る中間媒質を介在させ金属板を設
    けた構造のバッキング層を設け、前記ゴム材と金属板の
    厚みを各々の内部音波の波長の１．／９〜１４／３６と
    したことを特徴とする超音波送受波器。 ２ 超音波振動子の後面にバッキング層を１層設けたこ
    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。 ３ 超音波振動子の後面にバッキング層を複数層設けた
    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。
JP12312279A 1979-09-07 1979-09-27 超音波送受波器 Expired JPS5920234B2 (ja)

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AU61780/80A AU539636B2 (en) 1979-09-07 1980-08-27 Ultrasonic transducer
FR8018569A FR2469852A1 (fr) 1979-09-27 1980-08-27 Transducteur ultra-sonique utilisable comme sonar
GB8028490A GB2063007A (en) 1979-09-27 1980-09-03 Ultrasonic transducer

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