JPS6126398A - 超音波送受波器 - Google Patents
超音波送受波器Info
- Publication number
- JPS6126398A JPS6126398A JP14694184A JP14694184A JPS6126398A JP S6126398 A JPS6126398 A JP S6126398A JP 14694184 A JP14694184 A JP 14694184A JP 14694184 A JP14694184 A JP 14694184A JP S6126398 A JPS6126398 A JP S6126398A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- annular
- piezoelectric element
- ultrasonic transducer
- diaphragm
- transducer according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
- G10K11/025—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators horns for impedance matching
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、空中での超音波応用計測に必要な超音波送受
波器に関するものである。
波器に関するものである。
（従来例の構成とその問題点）
空気中での超音波の送受波器は、圧電セラミクスの貼合
せ型圧電素子が多く用いられておシ、上記貼合ぜ型圧電
素子の撓み振動の共振点・反共振点で使用するように作
られている。また、空気の４Ｓ 械的インピーダンスは
、圧電セラミクスのそれと比して著しく小さい冬め、貼
合せ型圧電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。
せ型圧電素子が多く用いられておシ、上記貼合ぜ型圧電
素子の撓み振動の共振点・反共振点で使用するように作
られている。また、空気の４Ｓ 械的インピーダンスは
、圧電セラミクスのそれと比して著しく小さい冬め、貼
合せ型圧電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。
従来の超音波送受波器の構造を第１図に示す。
貼合せ型圧電素子１の中心部に結合軸２が貫通固定され
、結合軸２に振動板３が取付けられている。
、結合軸２に振動板３が取付けられている。
そして、貼合せ型圧電素子１の振動の節部が支持台４の
先端に弾性接着剤５で支持されている。々お、６，６′
は端子、７は貼合せ型圧電素子１等を覆うケース、８は
ケース７の上部に形成されだ透孔に取付けられた保護用
メツシー、９．９’は貼合せ型圧電素子１と端子６，６
′を電気的に接続しているリード線である。さらにケー
ス７は、放物面ホーン１０の喉部に挿着・保持されてい
る。
先端に弾性接着剤５で支持されている。々お、６，６′
は端子、７は貼合せ型圧電素子１等を覆うケース、８は
ケース７の上部に形成されだ透孔に取付けられた保護用
メツシー、９．９’は貼合せ型圧電素子１と端子６，６
′を電気的に接続しているリード線である。さらにケー
ス７は、放物面ホーン１０の喉部に挿着・保持されてい
る。
第２図は、上記構造の超音波送受波器の指向特性を示し
７たものである。ただし駆動周波数４０ｋＨｚ、ホーン
１０の直径が４２闘のときの指向特性である。
７たものである。ただし駆動周波数４０ｋＨｚ、ホーン
１０の直径が４２闘のときの指向特性である。
このとき、ピストン振動を行なう円形振動板の場合、音
圧半減角及び第１サイドローブの理論値は、それぞれ１
６４°及び−１７，６ｄＢ（メインローブに比して）で
あシ、この理論値近傍の値を示す超音波送受波器を実現
することは、極めて困難である。
圧半減角及び第１サイドローブの理論値は、それぞれ１
６４°及び−１７，６ｄＢ（メインローブに比して）で
あシ、この理論値近傍の値を示す超音波送受波器を実現
することは、極めて困難である。
測定対象と々る物体に対して分解能を上げようとすると
、さらに尖鋭な指向性が要求される。尖鋭な指向性は、
公知のように音源の大きさを増大させ、使用周波数を高
くすることによシ実現される。しかし、使用周波数を高
くすると音の減衰は著しく増大するとともに、貼合せ型
圧電素子を採用した超音波送受器は感度が低下する。し
たがって使用周波数を高くすることに限界があり、音源
を大きくＪせざるを得ない。
、さらに尖鋭な指向性が要求される。尖鋭な指向性は、
公知のように音源の大きさを増大させ、使用周波数を高
くすることによシ実現される。しかし、使用周波数を高
くすると音の減衰は著しく増大するとともに、貼合せ型
圧電素子を採用した超音波送受器は感度が低下する。し
たがって使用周波数を高くすることに限界があり、音源
を大きくＪせざるを得ない。
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、振動板、貼合せ型圧電素子及び貼合せ
型圧電素子を支持す４る支持台等が著しく太きくなると
いう欠点があった。
性を要求すると、振動板、貼合せ型圧電素子及び貼合せ
型圧電素子を支持す４る支持台等が著しく太きくなると
いう欠点があった。
また、ホーンを付加して指向特性番尖鋭にしようとする
場合、送受波感度を高くするために振動板を大きくする
と、尖鋭な指向特性を容易に実現することができないば
かシでなく、送受波感度を向上させることは困難であっ
た。
場合、送受波感度を高くするために振動板を大きくする
と、尖鋭な指向特性を容易に実現することができないば
かシでなく、送受波感度を向上させることは困難であっ
た。
超音波会よる測距装置、特にカメラの自動焦点に用いる
場合、指向性が鋭くなると、カメラの撮像レンズの光軸
と測距部が隔たるためにバララックスを生じるという欠
点があった。
場合、指向性が鋭くなると、カメラの撮像レンズの光軸
と測距部が隔たるためにバララックスを生じるという欠
点があった。
ま、た、円環状の振動子を用いて、細い超音波ビームを
作シ方位分解能を向上する試みはすでに公知であるが、
振動子を円環状に作製する必要があシ、加工が困難であ
った。さらに、振動子の機械インピーダンスが空気中の
それと比して著しく大きく、その結果、音響エネルギー
に変換される度合は小さいという欠点があった。
作シ方位分解能を向上する試みはすでに公知であるが、
振動子を円環状に作製する必要があシ、加工が困難であ
った。さらに、振動子の機械インピーダンスが空気中の
それと比して著しく大きく、その結果、音響エネルギー
に変換される度合は小さいという欠点があった。
（発明の目的）
本発明は、円環状貼合せ型圧電素子に円環状振動板を結
合して、尖鋭な指向特性かつ高送受波感度特性を有する
超音波送受波器を提供することを目的とする。
合して、尖鋭な指向特性かつ高送受波感度特性を有する
超音波送受波器を提供することを目的とする。
（発明の構成）
本発明は、上記の目的を達成するため、以下の構成を有
することを特徴とする。
することを特徴とする。
本発明の超音波送受器は、撓み振動をする円環状貼合せ
型圧電素子に、円環状振動板を結合させた構成を有し、
前記円環状貼合せ型圧電素子と前記円環状振動板により
決定される共振・反共振周波数近傍の超音波信号を送波
、受波する。
型圧電素子に、円環状振動板を結合させた構成を有し、
前記円環状貼合せ型圧電素子と前記円環状振動板により
決定される共振・反共振周波数近傍の超音波信号を送波
、受波する。
（実施例の説明）
本発明の一実施例について、第３図及び第４図を用いて
説明する。
説明する。
円環状の貼合せ型圧電素子１１の一方の面上に、金属あ
るいは樹脂よりなる円環状振動板１３が、接着されてい
るとともに、円環状貼合せ型圧電素子１１の振動の節部
か支持台１４の先端に弾性接着剤１５をもって支持され
ている。貼合せ型圧電素子１１等を覆う円環状ケース１
７の内側及び外側には、放物面ホーン２０及び２１が設
けられている。１８はケース１７の上部に形成された透
孔に取付けられた保護用メツシー、１９．１９’は貼合
せ型圧電素子１１と端子１６ 、１６’を電気的に接続
しているリード線である。
るいは樹脂よりなる円環状振動板１３が、接着されてい
るとともに、円環状貼合せ型圧電素子１１の振動の節部
か支持台１４の先端に弾性接着剤１５をもって支持され
ている。貼合せ型圧電素子１１等を覆う円環状ケース１
７の内側及び外側には、放物面ホーン２０及び２１が設
けられている。１８はケース１７の上部に形成された透
孔に取付けられた保護用メツシー、１９．１９’は貼合
せ型圧電素子１１と端子１６ 、１６’を電気的に接続
しているリード線である。
円環状貼合せ型圧電素子１１の振動分布を第５図に示す
。ただし、印加電圧ｖＰ、Ｐ−５Ｖのときである。貼合
せ型圧電素子１１の幅は５罷、厚さは０．２ｍｍＸ２で
、２次の共振周波数は５６ ｋＨｚであった。
。ただし、印加電圧ｖＰ、Ｐ−５Ｖのときである。貼合
せ型圧電素子１１の幅は５罷、厚さは０．２ｍｍＸ２で
、２次の共振周波数は５６ ｋＨｚであった。
次に、上記構造による超音波送受波器の指向特性を第６
図に示す。図中、破線は円環状のピストン音源が示す指
向特性であシ、指向係数：Ｒ（θ）は次式で表わされる
。
図に示す。図中、破線は円環状のピストン音源が示す指
向特性であシ、指向係数：Ｒ（θ）は次式で表わされる
。
ここで、Ｊｌは第１種ベッセル関数、ａ、ｂは円環状音
源の外半径、内半径、ｋは波数、θは中心軸との角度で
ある。
源の外半径、内半径、ｋは波数、θは中心軸との角度で
ある。
本実施例の超音波送受波器は、第６図から円環状ピスト
ン音源の指向特性とほぼ同等の特性を示すことがわかる
。したがって、従来のものと比して、超音波放射面積が
等しい場合でも、狭指向性を示す。この場合送波音圧レ
ベルも６ ｄＢ向上した。
ン音源の指向特性とほぼ同等の特性を示すことがわかる
。したがって、従来のものと比して、超音波放射面積が
等しい場合でも、狭指向性を示す。この場合送波音圧レ
ベルも６ ｄＢ向上した。
円環状振動板１′、！！の形状を種々変化して測定した
結果、円環状振動板１３がその中心を通過する法線を含
む面での断面が７字形のとき、良好な指向特性及び感度
特性が得られた。
結果、円環状振動板１３がその中心を通過する法線を含
む面での断面が７字形のとき、良好な指向特性及び感度
特性が得られた。
本発明の他の実施例を第７図に示す。円環状の貼合せ型
圧電素子１１の一方の面上に金属あるいは、樹脂よセな
る円環状振動板１３が取付けられている。円環状振動板
１３の周辺部は、機械的振動を抑制するように円環状に
形成された弾性ゴム等の緩衝材２２を介して、ケース１
７の内面に弾性的に固定されている二円環状ケース１７
の内側及び外側には、放物面ホーン２０及び２１が設け
られている。
圧電素子１１の一方の面上に金属あるいは、樹脂よセな
る円環状振動板１３が取付けられている。円環状振動板
１３の周辺部は、機械的振動を抑制するように円環状に
形成された弾性ゴム等の緩衝材２２を介して、ケース１
７の内面に弾性的に固定されている二円環状ケース１７
の内側及び外側には、放物面ホーン２０及び２１が設け
られている。
本実施例における超音波送受波器の指向特性は、前の実
施例と同等の特性（第６図）を示す。さらに、これら実
施例の超音波送受波器は第８図（ｂ）に示すように急峻
な過渡特性を実現するものである。
施例と同等の特性（第６図）を示す。さらに、これら実
施例の超音波送受波器は第８図（ｂ）に示すように急峻
な過渡特性を実現するものである。
したがって、送・受信された信号は、ピーク値になるま
での時間が短縮されることになシ、測定精度が向上され
る。
での時間が短縮されることになシ、測定精度が向上され
る。
（発明の効果）
以上のように本発明の超音波送受波器は、尖鋭な指向特
性と高送受波感度特性を有するばかシでなく、急峻々過
渡特性を実現することも可能であシ、音波を用いた距離
計等、尖鋭な指向特性が要求される超音波応用計測には
極めて有用なものでめる０
性と高送受波感度特性を有するばかシでなく、急峻々過
渡特性を実現することも可能であシ、音波を用いた距離
計等、尖鋭な指向特性が要求される超音波応用計測には
極めて有用なものでめる０
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、その指向特性を示す図であり、第３図は、本
発明の一実施例の断面図、第４図は、同電気音響変換部
の斜視図、第５図は、円環状貼合せ型圧電素子の振動分
布を示す図、第６図は、その指向特性を示す図であシ、
第７図は、本発明の他の実施例の断面図、第８図は、そ
の過渡特性を示す図である。 １１・・・円環状貼合せ型圧電素子、１３・・・円環状
振動板、１４・・・支持台、１５・・・弾性接着剤、２
０゜２１・・・ホーン、２２・・・緩衝材。 第１図 第２図 □ 第３図 第５図 ｘ （ｍ■ 第６図
第２図は、その指向特性を示す図であり、第３図は、本
発明の一実施例の断面図、第４図は、同電気音響変換部
の斜視図、第５図は、円環状貼合せ型圧電素子の振動分
布を示す図、第６図は、その指向特性を示す図であシ、
第７図は、本発明の他の実施例の断面図、第８図は、そ
の過渡特性を示す図である。 １１・・・円環状貼合せ型圧電素子、１３・・・円環状
振動板、１４・・・支持台、１５・・・弾性接着剤、２
０゜２１・・・ホーン、２２・・・緩衝材。 第１図 第２図 □ 第３図 第５図 ｘ （ｍ■ 第６図
Claims (7)
- （１）少なくとも円環状の貼合せ型圧電素子と、該貼合
せ型圧電素子の一方の面上に取付けた円環状振動板とを
備えたことを特徴とする超音波送受波器。 - （２）円環状貼合せ型圧電素子の高次振動モードを使用
す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。 - （３）円環状貼合せ型圧電素子の振動節部近傍が、弾性
材を介して支持台で支持さ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。 - （４）円環状振動板の内側及び外側にホーンが設けられ
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。 - （５）円環状振動板の、その中心を通過する法線を含む
面での断面がＶ字形であ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）円環状振動板の周辺部が、前記円環状振動板及び
貼合せ型圧電素子を収納したケースの内側面に、緩衝材
を介して弾性的に固定さ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。 - （７）ケースとホーンが一体形成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第（４）項記載の超音波送受波器
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14694184A JPS6126398A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14694184A JPS6126398A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 超音波送受波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6126398A true JPS6126398A (ja) | 1986-02-05 |
Family
ID=15419034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14694184A Pending JPS6126398A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6126398A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115629372A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-01-20 | 武汉中科海讯电子科技有限公司 | 一种甚低频水下固定声源 |
-
1984
- 1984-07-17 JP JP14694184A patent/JPS6126398A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115629372A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-01-20 | 武汉中科海讯电子科技有限公司 | 一种甚低频水下固定声源 |
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