JPS60139100A - Transducer - Google Patents

Transducer

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JPS60139100A
JPS60139100A JP25555384A JP25555384A JPS60139100A JP S60139100 A JPS60139100 A JP S60139100A JP 25555384 A JP25555384 A JP 25555384A JP 25555384 A JP25555384 A JP 25555384A JP S60139100 A JPS60139100 A JP S60139100A
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layer
transducer
layers
piezoelectric
array
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    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods 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 multiple elements
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    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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    • B06B1/0688Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF
    • B06B1/0692Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF with a continuous electrode on one side and a plurality of electrodes on the other side

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、ハイドロホン・アレイに関し、更に詳細には
多層圧電重合体(PVDF)ノ・イドロホン会了レイに
関する。
TECHNICAL FIELD This invention relates to hydrophone arrays, and more particularly to multilayer piezoelectric polymer (PVDF) hydrophone arrays.

(背景技術) 従来、圧電セラミック、特にチタンジルコン酸鉛(PZ
T)は、ハイドロホン及び放射器の両方に最もよく使用
されてきた。圧電セラミックはノ・イト°ロホンの設計
において相当の柔軟性を示した。
(Background technology) Conventionally, piezoelectric ceramics, especially lead titanium zirconate (PZ
T) has been most commonly used for both hydrophones and radiators. Piezoelectric ceramics have shown considerable flexibility in the design of the itrophone.

その理由は1円筒状、リング状、板状又は半球状等の種
々の形状にすることができるからである。
The reason is that it can be formed into various shapes such as a cylinder, a ring, a plate, or a hemisphere.

セラミックは種々の形状にすることができるけれども、
−続きに組立られる最大の大きさについて実用上の制約
がある。これは圧電セラミック材料の硬くそしてもろい
性質のためである。この制限される最大形状、セラミッ
クの剛性及びその高い質量密度(鋼鉄とほぼ等しい)は
、いくつかの応用、例えば船上で使用される牽引アレイ
及び船に取り付ける大きな開口を有するアレイなどへの
適用においては欠点となる。
Although ceramics can be made into various shapes,
- There are practical constraints on the maximum size that can be assembled in succession. This is due to the hard and brittle nature of piezoceramic materials. This limited maximum shape, the stiffness of ceramic and its high mass density (approximately equal to steel) make it useful in some applications, such as towed arrays used onboard ships and arrays with large apertures mounted on ships. is a drawback.

圧電重合体(PVDF)は、最近開発された新しいトラ
ンスデユーサ材料で、これらの制約を克服し、軽量で可
撓性のハイドロホンを発達させた。
Piezoelectric polymers (PVDF) are a recently developed new transducer material that has overcome these limitations and developed lightweight, flexible hydrophones.

本発明に使用されるとき、PVDFは牽引アレイに適用
される長いストリップに製造することができ、あるいは
、大きい開口のアレイに使用される大きな平坦シートに
することができる。重合体の低密度及び機械的柔軟性は
、細い線状牽引アレイに使用するときに有利であること
が証明されており、この場合、ハイドロホンは長く、細
く、柔軟で軽量でなければならない。長さの長いハイド
ロホンは空間平均化(5patial 4veragi
ng)の方法によって゛乱流境界層現象に関連する雑音
を減少させる。この方法は、乱流境界層雑音(信号では
ない)弁別を可能とする、信号音速度よりも遅い流れの
雑音を利用している。大きな開口のアレイのノ・イドロ
ホン素子は、また、大きな横方向寸法、軽量、薄さ、半
柔軟性及び波数の多い乱流境界層雑音に対する弁別能力
が必要になる。船搭載の大開口アレイ・ハイドロホンは
、不発明におけると同様に、中間波数船体振動雑音に対
する弁別能力がなければならない。
When used in the present invention, PVDF can be manufactured into long strips that are applied in towed arrays, or can be made into large flat sheets that are used in large aperture arrays. The low density and mechanical flexibility of polymers has proven advantageous when used in thin linear towed arrays, where the hydrophones must be long, thin, flexible, and lightweight. Long hydrophones are spatially averaged (5patial 4veragi)
ng) method to reduce noise associated with turbulent boundary layer phenomena. This method utilizes flow noise slower than the signal sound speed, which allows turbulent boundary layer noise (not the signal) to be discriminated. Large aperture array hydrophone elements also require large lateral dimensions, light weight, thinness, semi-flexibility, and ability to discriminate against high wave number turbulent boundary layer noise. A ship-mounted large aperture array hydrophone, as in the invention, must have the ability to discriminate against medium wavenumber ship vibration noise.

軽量で機械的柔軟性があるので、重合体は圧電セラミッ
クよりも衝撃に対する耐性がある。まr−重合体の機械
的柔軟性によって、材料を不規則な表面忙することがで
き、新しい形式のノ・イドロホンの設計を可能とする。
Because of their light weight and mechanical flexibility, polymers are more resistant to impact than piezoceramics. The mechanical flexibility of polymers allows the material to be shaped into irregular surfaces, allowing the design of new types of hydrophones.

更に5重合体の特性インピーダンスは、水の特性インピ
ーダンスに非常に整合する。重合体は、また、大きな圧
電応力定数を有する利点がある。
Furthermore, the characteristic impedance of the pentapolymer closely matches that of water. Polymers also have the advantage of having large piezoelectric stress constants.

′圧電重合体膜(層)は、現在ポリフッ化ビニリデンか
ら作られ、しばしばPVDFと呼ばれる。
'Piezoelectric polymer membranes (layers) are currently made from polyvinylidene fluoride, often referred to as PVDF.

分極処理は、重合体を有用な圧電体にするのに行なわな
ければならない。この処理は、上昇した温度で膜を単軸
伸長し数回元の長さにすることによって行なわれる。分
極の一方法は、膜の両面を金属化し、高いDC電界を電
極に加え、100℃で約1唖間保持する。続いて、電界
を加えた状態で室温に冷やし、その結果永久分極となる
Polarization must be performed to make the polymer a useful piezoelectric material. This treatment is carried out by uniaxially stretching the membrane at elevated temperatures and returning it to its original length several times. One method of polarization is to metallize both sides of the membrane, apply a high DC electric field to the electrodes, and hold at 100° C. for about 1 h. It is then cooled to room temperature while an electric field is applied, resulting in permanent polarization.

(発明の概要) 本発明は、中央層の両側に対称に配置される複数の層か
ら成る多層の圧電ポリフッ化ビニリデン重合体(PVD
F)ハイドロホン・アレイか14成される。中央層によ
って与えられる剛性構造が動作周波数帯における曲げモ
ードを防止する。中央層にアレイを取り付けることによ
って、加速度消去(acceleration can
cel Iing )のための初期平衡配列が得られる
。多層プレイの最も外側の層は、PVDF層から成り、
中間層がPVDF層を中央支持から分離する。連続する
PVDF層の表面上の金属化パターンが、ハイドロホン
・アレイの形状及びエレメント数を決定する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a multilayer piezoelectric polyvinylidene fluoride polymer (PVD) consisting of a plurality of layers symmetrically arranged on either side of a central layer.
F) 14 hydrophone arrays are constructed. The rigid structure provided by the central layer prevents bending modes in the operating frequency band. Acceleration can be achieved by attaching the array to the central layer.
The initial equilibrium arrangement for cel Iing ) is obtained. The outermost layer of the multilayer play consists of a PVDF layer,
An intermediate layer separates the PVDF layer from the central support. The metallization pattern on the surface of the successive PVDF layers determines the shape and number of elements of the hydrophone array.

本発明は%PVDF重合体の独特の特性及び大きな連続
シートに作ることができることを利用する。本発明は、
効率を改善すると共に構造を簡単にする。本発明の顕著
な特舐は、…PVDFの連続シート上に大きな面積の近
接した複数のハイドロホン・エレメントを配置し、雑音
低減のための空間平均化の利点を得ること、(2)プレ
イの中央の支持層構造に別個のセンサ層を取り付けて雑
音消去に利用すること、(31外側PVDFアレイ層間
に中間層を設け、外側信号感知層と支持層との分離を行
うと共に層アセンブリのインピーダンスの制御を行うこ
と、(4)最も外側のPVDF層の適当な電気接続によ
って加速度消去のための初期平衡配列を供給すること、
そして(5)流体静力学モード動作を行うことである。
The present invention takes advantage of the unique properties of PVDF polymers and their ability to be made into large continuous sheets. The present invention
Improve efficiency and simplify structure. The salient features of the present invention are: (2) placement of large area, closely spaced hydrophone elements on a continuous sheet of PVDF to obtain the advantage of spatial averaging for noise reduction; A separate sensor layer is attached to the central support layer structure for noise cancellation (31) with an intermediate layer between the outer PVDF array layers to provide separation between the outer signal sensing layer and the support layer and to reduce the impedance of the layer assembly. (4) providing an initial equilibrium arrangement for acceleration cancellation by appropriate electrical connections of the outermost PVDF layer;
and (5) to perform hydrostatic mode operation.

(実施例の説明) 本発明の好適実施例が第1図に示すアレイ10の等角図
に示される。アレイ・アセンブリ10は中心の強化・支
持層12を有し、該層12は各端部に伸び各端部に取り
付は支持部11を形成し、その支持部によってアセンブ
リ10は支持構造(図示せず)に振動吸収マウント(図
示せず)に固定することができる。トランスデユーサに
構造上伝達される振動を減少させる取り付は法は周知で
ある。アレイ構造10は、夫々支持層12の上下の複合
層14’、14’から成る。電極15′及び層14’、
14“ の他の側の類似の対同電極15″(第1図には
図示せず)は、トランスデユーサ素子(エレメント)1
6を形成し、該素子16は線17によって周知のビーム
形成回路18に接続される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the invention is illustrated in an isometric view of array 10 shown in FIG. Array assembly 10 has a central reinforcement and support layer 12 extending to each end and attached to each end to form a support 11 by which assembly 10 is provided with a support structure (Fig. (not shown) and can be fixed to a vibration absorbing mount (not shown). Methods of mounting to reduce structurally transmitted vibrations to transducers are well known. The array structure 10 consists of composite layers 14', 14' above and below the support layer 12, respectively. electrode 15' and layer 14';
A similar counterelectrode 15'' (not shown in FIG. 1) on the other side of the transducer element 1
6 and the element 16 is connected by a line 17 to a known beam forming circuit 18.

第1図の層′14′の外側表面には電気的に接続される
領域即ち電極15′のみが示されているけれども、電極
15’、15’の類似するパターンが他の複合層14′
の外側及び内側表面上に設けられ、第1図の等角図では
見えない。
Although only the electrically connected areas or electrodes 15' are shown on the outer surface of layer '14' in FIG. 1, a similar pattern of electrodes 15', 15' can be seen on the other composite layer 14'
and are not visible in the isometric view of FIG.

第1図のアレイ10の変更実施例の線ll−Hに沿った
断面図が第2図に示される。この断面は、本発明を明瞭
に示すため、縦方向にずらしである。
A cross-sectional view along line ll--H of a modified embodiment of the array 10 of FIG. 1 is shown in FIG. This cross section is offset longitudinally to clearly illustrate the invention.

第2図の実施例は、複合層14′を形成する3つの層2
1−・221に♂を示す。複合層14″は層14′と同
一である。中央支持層12は、トランスデユーサ・アレ
イ10の動作周波数帯における曲げモードを防止する剛
性構造を提供する。層12は、また、ハイドロホン・ア
レイ10の取り付は構造を供給し、加速度消去のための
初期平衡配列を提供する。
The embodiment of FIG. 2 includes three layers 2 forming a composite layer 14'.
1-・221 shows a male. Composite layer 14'' is identical to layer 14'. Central support layer 12 provides a rigid structure that prevents bending modes in the operating frequency band of transducer array 10. Layer 12 also The attachment of array 10 provides structure and provides an initial equilibrium arrangement for acceleration cancellation.

支持層12の適当な材料は、ガラス繊維強化樹脂で、市
販のタイプG−10が適切である。ガラス繊維強化II
MJl旨層12の高ステイフネス及び低萱度は、アレイ
の曲げ応力に対する耐性を高め、アレイの軽量化にも寄
与している。しかし、このような特性を有する他のプラ
スチックやアルミニウム又は鉄鋼等の金Jlii′?I
−他の実施例に使用することが可能である。
A suitable material for the support layer 12 is glass fiber reinforced resin, commercially available type G-10 being suitable. Glass fiber reinforced II
The high stiffness and low stiffness of the MJl layer 12 increase the array's resistance to bending stress and contribute to reducing the weight of the array. However, what other plastics, aluminum or steel, etc., that have such properties? I
- Can be used in other embodiments.

最も外側の層21’、21”は厚膜PVDF材から成り
、その平面を交わる方向の応力に対し最大の感度を示す
。層21 ’ 、 21’は、ハイドロホンΦアレイ1
Dの主要な電磁的能動層を構成する。電極151、層2
1″及び21′の内側表面上の対応する電極15’、 
(第2 図(1) P V D F層21’ ノ内側表
面に示すし;b )&’l中IVIPVDFM21 ’
21’ ト共に71z(10のトランスデユーサ素子5
0を形成する。層211゜21′の対応する領域15#
は並列に接続され1周知のトランスデユーサeアレイに
おけると同様にビーム形成回路に接続される。層21 
’ 、 21’の最も外側の電極15′は電気導体15
2によって一緒に塀纒丸れ一岸π這汰1らぺjfつイj
ランk”F壊続され、それによってシールドを形成し、
電気雑音が内側の電極15′によってピックアップされ
るのを防止している。これと違って、第1図に示すよう
に、電極15′を個別の、lli!17でビーム形成回
路18に接続し、そこでグランドに接続してもよい。こ
の線17による接続は、従来のように共通グランド線が
使用されるときに時々生じるクロストークの間粗を最小
限にする。アレイ10の電極15#によって供給される
信号は線151によってアレイの周辺部に供給され、そ
れから周知のビーム形成回路への接続が行なわれる。電
極15 ’ 、15”及び接続導体151,152,1
53は、層21−21#に使用される市販の金属化PV
DF層の選択エツチングによって形成される。PVDF
層21′。
The outermost layers 21', 21'' are made of thick film PVDF material and exhibit the greatest sensitivity to stresses in the transverse plane.
constitutes the main electromagnetically active layer of D. Electrode 151, layer 2
1″ and corresponding electrodes 15′ on the inner surfaces of 21′,
(FIG. 2 (1) Shown on the inner surface of the PVDF layer 21'; b)
21' and 71z (10 transducer elements 5
form 0. Corresponding area 15# of layer 211°21'
are connected in parallel and connected to a beamforming circuit as in one well-known transducer e-array. layer 21
The outermost electrode 15' of ', 21' is an electrical conductor 15'.
2, let's join together on one bank
Rank k”F is fractured, thereby forming a shield,
This prevents electrical noise from being picked up by the inner electrode 15'. Unlike this, as shown in FIG. 17 to the beam forming circuit 18, where it may be connected to ground. This connection by line 17 minimizes the roughness during crosstalk that sometimes occurs when a common ground line is conventionally used. The signals provided by electrodes 15# of array 10 are fed to the periphery of the array by lines 151, from which connections are made to well-known beamforming circuits. Electrodes 15', 15'' and connecting conductors 151, 152, 1
53 is the commercially available metallized PV used for layers 21-21#
It is formed by selective etching of the DF layer. PVDF
Layer 21'.

21#は外部表面に加えられる圧力変化に感動するので
、PVDFは、当業者に既知の態様で、各層21′、2
1#の平面と交わる方向に圧電気の最も敏感な軸を有し
、検知すべき音響圧力の通常の印加に対し最大の感度を
承す最大厚さく0.04インチ(約1 xya )が現
在入手可能)を有するように製造される。
Since the 21# is sensitive to pressure changes applied to the external surface, the PVDF is applied to each layer 21', 2 in a manner known to those skilled in the art.
A maximum thickness of 0.04 inch (approximately 1 xya) is currently available, with the most sensitive axis of the piezoelectricity in the direction intersecting the plane of the available).

薄膜PVDF層22’、2グは支持層12の夫々反対側
に接着される。各PVDF層22 ’ 、 22’はそ
の両側に導電膜23な有し、そこに#!24によって電
気接続が行なわれる。薄膜重合体層221゜22#は矢
印25の方向に引き伸ばされ、厚さ方向(平面と交わる
方向)に分極されて矢印25に沿った応力変形に対し最
大出力電圧を発生する膜を提供する。こうして、薄膜2
2’、22’は、支持層12のひずみ(応力変形)を感
知し、そのひずみに比例した電圧を発生する。層22 
’ 、 22’は、薄(典型的には約1ミル(0,25
mm)の厚さで、支持層12に接着によって増り付けら
れるので、これらの層は通常光る音響圧力に対してより
も、層12の機械的振動により感動する。双軸伸長され
た膜も、また利用することができ5層21 ’ 、 2
1″、22’。
Thin PVDF layers 22', 2g are adhered to respective opposite sides of support layer 12. Each PVDF layer 22', 22' has a conductive film 23 on both sides thereof, and #! Electrical connections are made by 24. Thin film polymer layer 221° 22# is stretched in the direction of arrow 25 and polarized in the thickness direction (transverse to the plane) to provide a membrane that produces a maximum output voltage for stress deformation along arrow 25. In this way, thin film 2
2' and 22' sense the strain (stress deformation) of the support layer 12 and generate a voltage proportional to the strain. layer 22
', 22' is thin (typically about 1 mil (0,25
mm) and are glued to the support layer 12, so that these layers are usually sensitive to mechanical vibrations of the layer 12 rather than to luminous acoustic pressure. Biaxially stretched membranes can also be utilized with 5 layers 21', 2
1″, 22′.

2グの単軸膜と置換することができる。線24上の信号
はトランスデユーサ素子50が接続される電気回路に与
えられ、PVDF層22 ’ 、 22”のトランスデ
ユーサ素子151の各々によって検知される不所望な雑
音の同じ振動成分を消去する。
It can be replaced with 2g uniaxial membrane. The signal on line 24 is applied to the electrical circuit to which the transducer elements 50 are connected to cancel the same vibrational component of unwanted noise sensed by each of the transducer elements 151 of the PVDF layers 22', 22''. do.

PVDF層22’、22’は薄くそして層の平面におい
て最大の感度を示すように分極されるので、変化する水
圧によって発生される圧縮応力によっては顕著な出力電
圧を発生せず、従って層21 ’ 、 21″のトラン
スデユーサ素子50によって発生される信号を減少させ
る作用はしない。こうして、雑音感知層22’、22’
の線24上の出力電圧は支持層12の表面応力ひずみに
比例することになる。
Since the PVDF layers 22', 22' are thin and polarized with maximum sensitivity in the plane of the layers, compressive stresses generated by varying water pressures do not produce a significant output voltage and therefore the layer 21' , 21'' does not act to reduce the signal generated by the transducer elements 50 of the noise sensing layers 22', 22'.
The output voltage on line 24 will be proportional to the surface stress strain of support layer 12.

層26’、26″は、Kかわ又は他の適当な接着材によ
って外側の層21’、21″にそして内側の層22’、
22’に夫々接合される、層26 ’ 26″は2つの
目的を有する。これらの層は外側層21′を内側層22
′から電気的に絶縁するが、主に層21 ’、 21’
から成るハイドロホンを中心の支持層12から分離する
目的な荷する。その大きな減衰定数のため、分極された
、又は分極されないPVDF重合体が膚26’、26”
に適当な材料となる。分極され又は分極されないPVD
Fのインピーダンスは水のインビ・−ダンスに近く、ま
た減衰定門が大きいので、トランスデユーサ・アレイ1
oによって与えられるインピーダンスは水のインピーダ
ンスに近くなる。このインピーダンスの整合により、分
散効果が減少し、よぐ限定されたビームが形成される。
The layers 26', 26'' are attached to the outer layers 21', 21'' and to the inner layers 22', 22' by K glue or other suitable adhesive.
The layers 26' and 26'', respectively joined to the outer layer 21' and the inner layer 22', have two purposes.
', but mainly the layers 21', 21'
The purpose of separating the hydrophone from the central support layer 12 is as follows. Due to its large attenuation constant, polarized or unpolarized PVDF polymers
It is a suitable material for Polarized or non-polarized PVD
The impedance of F is close to that of water, and the attenuation gate is large, so transducer array 1
The impedance given by o will be close to the impedance of water. This impedance matching reduces dispersion effects and forms a narrow beam.

第3図は、W、1図のアレイ1oと類似するトラフ ス
フ’ :x、−サ・アレイ10′の等角図で、該アレイ
は外側の導電膜30が連続膜で、第1図に示すような電
極15′を形成するようにパターン化されていない点が
異なる、 トランスデユーサ素子50(第3図には示してイナイ)
ハ、外側PVDF層21 ’ 、 21’ ノ内側表面
上の導電電極15″によって画定される。第6図のトラ
ンスデユーサのアレイの音響的効率は第1図のトランス
デユーサ・アレイのものに匹敵すると共に、電線31に
よって接地される膜3aの簡単な連続被覆によって同様
の電気シールドを与えている、 第4図は第3図のトランスデユーサ参アレイの線rv−
rvからの断面図で、複合層14’、14”は第2図に
示す6層よりも多い構成要素を有す乙、辱に、第2図の
単一層26’、26”の代りに外側PVDFl@21 
’ 、 21’と内側PVDF層22’、2グとの間に
夫々N個の層が設けられる(合計2N層)。N個の層〔
層1,2・・・・・・(N−1)、N)は、もし音響的
に有効であるときは、にかわ層(接着媒介層)を含むこ
とが可能で、外側PVDF層21′。
FIG. 3 is an isometric view of a trough array 10' similar to array 1o of FIG. Transducer element 50 (not shown in Figure 3), except that it is not patterned to form electrode 15' as shown.
c. defined by conductive electrodes 15'' on the inner surfaces of the outer PVDF layers 21', 21'. The acoustic efficiency of the transducer array of FIG. 6 is that of the transducer array of FIG. FIG. 4 shows the lines rv- of the transducer reference array of FIG.
In the cross-sectional view from the rv, the composite layer 14', 14'' has more components than the six layers shown in FIG. PVDFl@21
N layers are provided between each of the inner PVDF layers 22' and 21' (2N layers in total). N layers [
Layers 1, 2... (N-1), N) can include a glue layer (adhesion mediating layer) if acoustically effective, and the outer PVDF layer 21'.

21′と支持層12との間にダンピングを与えるように
選定され、また、多層材を使用する周知のインピーダン
ス整合技術に従って層21’21’と水とのインピーダ
ンス整合を供給するように選定される。N個の層は中央
支持層12に対し、層の厚さ及び層の特性に関し対称と
なるように配置される。
21' is selected to provide damping between layer 21' and support layer 12, and is selected to provide impedance matching between layer 21' and water in accordance with well-known impedance matching techniques using multilayer materials. . The N layers are arranged symmetrically with respect to the central support layer 12 with respect to layer thickness and layer properties.

層1〜Nは等方性又は直交異方性でよく、PVDFダン
ピング(又は分離)層を含む。第4図の断面はPVDF
層21’、21’の外側表面上に連続導電膜を示してい
ることに注目すべきである。
Layers 1-N may be isotropic or orthotropic and include PVDF damping (or separation) layers. The cross section in Figure 4 is PVDF.
It should be noted that a continuous electrically conductive film is shown on the outer surface of layers 21', 21'.

前述したように、第1図及び第2図のPVDF層21’
、2f’上の金属化パターン15’、15′はアレイ配
食を画定し、対向する夫々一対の金属化面15’、15
°とそれら17)中rMIPVT)1;’hケバ、r 
1.”+rホン素子16を構成している。同じ(金属化
されたパターンが第1図及び第2図の実施例の層の両側
に現われている。各ハイドロホン素子の形状は任意であ
るけれども、空間平均化による雑音低減の利益を得るた
めには実装係数(packing factor)を高
密度にすることが望ましい。この必要条件を満たすため
、正方形又は長方形のパターンにして素子間の金属化さ
れないギャップを小さくすることがよいであろう。ハイ
ドロホン素子の大きさ。
As mentioned above, the PVDF layer 21' of FIGS. 1 and 2
, 2f' define an array distribution and a pair of opposing metallization surfaces 15', 15' respectively.
° and those 17) in rMIPVT) 1;'h keba, r
1. The same metallization pattern appears on both sides of the layers of the embodiments of FIGS. 1 and 2. Although the shape of each hydrophone element is arbitrary, A dense packing factor is desirable to obtain the benefit of noise reduction through spatial averaging. To meet this requirement, square or rectangular patterns are used with unmetallized gaps between elements. It would be better to reduce the size of the hydrophone element.

数量、及びグループ分けは、周知の受信アレイ設計幾重
によって決定される。電気接続は導体151によって各
ハイドロホン素子の金属化表面に行なわれる。
Quantities and groupings are determined by well-known receive array designs. Electrical connections are made by conductors 151 to the metallized surface of each hydrophone element.

ハイドロホン・アレイ10は、該アレイ10を取り巻(
プラスチック又はゴム被膜(図示せず)によって防水に
され、アレイへの電気接続の防水が行なわれる。PVD
F層21 ’ 、 21’の両方がアレイの使用される
水環境によって与えられる音場に接するので、アレイ1
0は流体静力学モードで動作し、その感度は圧電定数g
h によって決定される、各トランスデユーサ素子15
1の感度は支持Ji12による曲げモート°がないので
同じになる。
Hydrophone array 10 surrounds said array 10 (
A plastic or rubber coating (not shown) is made waterproof to provide waterproofing of the electrical connections to the array. PVD
Since both F layers 21', 21' are in contact with the sound field provided by the aqueous environment in which the array is used, the array 1
0 operates in hydrostatic mode and its sensitivity is determined by the piezoelectric constant g
Each transducer element 15 determined by h
The sensitivity of No. 1 is the same since there is no bending motor degree due to the support Ji12.

支持層12は動作周波数帯において曲げ共振を消去する
のに必要な剛性を有するからである。アレイ10を構成
する層は支持層12に対し層の厚さ及び層の特性に関し
て対象に配置されることは注目すべきである。そして、
対応する層は等方性又は直交異方性板で形成することが
できる。層21′は層21′と同じ厚さ、同じ特性を有
する。即ち、層N’は層ガと同じ厚さ、同じ特性を有す
る。
This is because the support layer 12 has the necessary rigidity to eliminate bending resonance in the operating frequency band. It should be noted that the layers making up the array 10 are arranged symmetrically with respect to the support layer 12 with respect to layer thickness and layer properties. and,
The corresponding layers can be formed from isotropic or orthotropic plates. Layer 21' has the same thickness and the same properties as layer 21'. That is, layer N' has the same thickness and characteristics as layer G.

以上、本発明を実施例に従って説明したが5本発明の思
想を利用する他の実施例が可能であることは当業者忙は
明らかである。
Although the present invention has been described above according to embodiments, it is obvious to those skilled in the art that other embodiments utilizing the idea of the present invention are possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は1本発明に従って構成されるトランスデユーサ
・アレイの等角図である。 駆2図は第1図の線II−IIからの断面図である。 第3図は本発明の他の実施例の等角図である。 第4図は第3図の線IV−IVからの断面図である。 (符号説明) 10ニアレイ・アセンブリ 12:支 持 層 14 /、 14’ :複合層 15 ’、 15’ :電 極 21 ’、 21“:PVDF層 M出願人 レイセオン・カンパニー (外5名)
FIG. 1 is an isometric view of a transducer array constructed in accordance with the present invention. Figure 2 is a sectional view taken along line II--II in Figure 1. FIG. 3 is an isometric view of another embodiment of the invention. FIG. 4 is a sectional view taken along line IV--IV in FIG. 3. (Explanation of symbols) 10 Near array assembly 12: Support layer 14/, 14': Composite layer 15', 15': Electrode 21', 21'': PVDF layer M Applicant: Raytheon Company (5 others)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 11) 平面支持層と、 前記支持層の各側面上に接着きれる第1圧電重合体層で
あって、該第1圧電層の各々は該1i1層の平面のひず
みによって主に発生される電気信号を発生する、第1圧
電重合体層と、 前記第1層に接着され、各々が高音響減衰定数を有する
第2層と、 前記第2層に接着される第3圧電重合体層であ、って、
該躯3層の平面と交わる圧力に主に応答して電気信号を
供給する第3圧電重合体層と。 から構成され、前記第1及び第3圧電層は各層の両面に
導電膜を有し各層間のひずみに応答して前記電気信号を
供給する、トランスデユーサ。 (22前記第2層が重合体層である特許請求の範囲第1
項記載のトランスデユーサ。 (3)前記第2層がPVDF層である特許請求の範囲第
1項記載のトランスデユーサ。 (4) 前記平面支持層が曲げに対し耐性を有する剛性
層である特許請求の範囲第1項記載のトランスデユーサ
。 (5)前記支持層がガラス繊維強化m脂層で、その厚さ
が、動作周波数帯においてハイドロホン応答が均一とな
るように充分な剛性を与える、特許請求の範囲第1項記
載のトランスデユーサ。 (6)前記第3層の導電膜が該層の一表面上に電気的に
絶縁された領域を供給するようパターン化された少なく
とも1つの膜を有し、前記領域が前記11.3層のトラ
ンスデユーサ素子アレイから成るトランスデユーサ素子
を特徴する特許請求の範囲第1項記載のトランスデユー
サ。 (7)前記ボ1層力ζ音響信号圧力に対してよりも前記
支持層におけるひずみに対してより敏感な薄層である特
許請求の範囲第1項記載のトランスデユーサ。 (8)前記第6層が主にその平面と交わる方向の圧力か
らの電気信号を供給させる厚い層である特許請求の範囲
第1項記載のトランスデユーサ。
[Scope of Claims] 11) a planar support layer; and a first piezoelectric polymer layer adhered on each side of the support layer, each of the first piezoelectric layers being predominately affected by a planar strain of the 1i1 layer. a first piezoelectric polymer layer that generates an electrical signal generated by a piezoelectric material; a second piezoelectric layer adhered to said first layer, each having a high acoustic attenuation constant; and a third piezoelectric polymer layer adhered to said second layer. It's a polymer layer,
a third piezoelectric polymer layer that provides an electrical signal primarily in response to pressure intersecting the plane of the three body layers; wherein the first and third piezoelectric layers have conductive films on both sides of each layer and supply the electrical signal in response to strain between the layers. (22 Claim 1 in which the second layer is a polymer layer)
Transducer as described in section. (3) The transducer according to claim 1, wherein the second layer is a PVDF layer. (4) The transducer according to claim 1, wherein the planar support layer is a rigid layer that is resistant to bending. (5) The transducer according to claim 1, wherein the support layer is a glass fiber-reinforced resin layer, the thickness of which provides sufficient stiffness so that the hydrophone response is uniform in the operating frequency band. Yusa. (6) the conductive film of the third layer has at least one film patterned to provide an electrically insulated region on one surface of the layer; A transducer according to claim 1, characterized in that the transducer elements comprise an array of transducer elements. 7. The transducer of claim 1, wherein said layer force ζ is a thin layer that is more sensitive to strain in said support layer than to acoustic signal pressure. (8) The transducer of claim 1, wherein the sixth layer is a thick layer that provides electrical signals primarily from pressure in a direction intersecting the plane of the sixth layer.
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