JPS61289799A - Electromechanical transducer - Google Patents

Electromechanical transducer

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JPS61289799A
JPS61289799A JP13638386A JP13638386A JPS61289799A JP S61289799 A JPS61289799 A JP S61289799A JP 13638386 A JP13638386 A JP 13638386A JP 13638386 A JP13638386 A JP 13638386A JP S61289799 A JPS61289799 A JP S61289799A
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JP
Japan
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transducer
head
mass
electromechanical
electromechanical transducer
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Application number
JP13638386A
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Japanese (ja)
Inventor
ステファン・シー・トンプソン
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Gould Inc
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Gould Inc
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Publication date
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  • Transducers For 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】 (産業上の利用分野) 本発明は電気機械的トランスデユーサに関し、特に、単
一の方向に主たる機械的運動をし、ヘッドマスとコンプ
ライアント層とが交互に配置され、該コンプライアント
層の一つが活性のトランスデユーサ素子であり得る、マ
ス加重縦形振動子トランスデユーサと、して知られてい
るものに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to electromechanical transducers, and more particularly, to electromechanical transducers with predominant mechanical motion in a single direction and with alternating head masses and compliant layers. , known as a mass-weighted vertical oscillator transducer, in which one of the compliant layers can be an active transducer element.

(従来の技術及びその問題点) 縦形振動子として知られている装置は、簡単で広く用い
られている電気機械的ないしは電気音響的トランスデユ
ーサある。そのような装置は、最も単純な形態において
は:活性材料の薄片からなっていて、電気的に駆動され
て平面的な運動を誘発する。例えば、圧電セラミック(
例えば、ジルコンチタン酸鉛系のもの)で形成された平
らなディスクやリングであって、その平らな面に電極を
有し、該平らな面に垂直な方向に分極されたものは、振
動子として作用する。この種の装置は、通常高出力を得
るためその第一の縦方向の共振周波1111[t’ f
JI 作される。コンパクトで、共振周波数が充分に低
く、よく制御された装置を得るために、活性材料の2つ
の側面に不活性材料片でマスく質量)加重をかけること
が通常行われる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Devices known as vertical transducers are simple and widely used electromechanical or electroacoustic transducers. Such a device, in its simplest form: consists of a thin strip of active material that is electrically driven to induce a planar movement. For example, piezoelectric ceramic (
For example, a flat disk or ring made of lead zirconium titanate (based on lead zirconium titanate), which has electrodes on its flat surface and is polarized in a direction perpendicular to the flat surface, is a vibrator. It acts as. This type of device usually uses its first longitudinal resonance frequency 1111 [t' f
JI will be made. In order to obtain a compact, well-controlled device with a sufficiently low resonant frequency, it is customary to weight the active material on two sides with a piece of inert material.

従来技術の2重にマス荷重(mass 1oad)をか
けた縦形振動子が第1図(a)に示されている。圧電材
料リング1は互いに接合されて複合スタック2を形成し
、電気的に並列に配線されていて、リード線間に電圧が
印加された時にすべてのリングが調和して、装置の縦軸
方向に、膨脹、収縮するようになっている。単一の振動
ヘッド(頭部)マス素子即ちヘッドマス3は前面4を有
し、放射面として作用するとともに、スタックの前端の
荷重として作用する。テイル(尾部)マス5はスタック
の他端に付けられていて、通常ヘッドマス3より質量が
大きく、これにより主にヘッドマス3の方で運動が生ず
るようにしである。ストレス棒即ち予め張力をかけられ
たボルト6およびこれに関連するナツト7が上記各部を
結合し、活性素子のスタック2に圧縮性のバイアスをか
けるために用いられている。
A prior art vertical vibrator with a double mass load (mass 1 load) is shown in FIG. 1(a). The piezoelectric material rings 1 are joined together to form a composite stack 2 and electrically wired in parallel so that when a voltage is applied between the leads, all the rings harmoniously move in the direction of the longitudinal axis of the device. , expand and contract. A single vibrating head mass element or head mass 3 has a front surface 4 and acts as a radiating surface and as a load for the front end of the stack. A tail mass 5 is attached to the other end of the stack and is typically larger in mass than the head mass 3, so that the movement is primarily in the head mass 3. Stress rods or pre-tensioned bolts 6 and associated nuts 7 are used to connect the parts and to compressively bias the stack 2 of active elements.

第1図(a)の装置は、機械的ないしは音響的エネルギ
ーの発信器又は受信器として用いられ、その−次的機械
的共振周波数を中心とする周波数帯域で動作させられる
。その−次的共振周波数において、ヘッドマス3および
テールマス5は相対的に逆の向きに動き、一方活性材料
のスタックはその長さ方向に交互に膨脹、圧縮する。
The device of FIG. 1(a) is used as a transmitter or receiver of mechanical or acoustic energy and is operated in a frequency band centered on its mechanical resonance frequency. At its secondary resonant frequency, the head mass 3 and the tail mass 5 move in relative opposite directions, while the stack of active material alternately expands and compresses along its length.

当業者にはよく知られているように、第1図(a)のト
ランスデユーサの性能は第1図(b)に示す単純化した
電気等価回路の類似の動作で近似することができる。同
回路において、MhおよびM【はヘッドマスおよびテー
ルマスを表わす。
As is well known to those skilled in the art, the performance of the transducer of FIG. 1(a) can be approximated by analogous operation of the simplified electrical equivalent circuit shown in FIG. 1(b). In the same circuit, Mh and M represent head mass and tail mass.

変圧器は圧電材料の電気機械的変換特性を表わす。A transformer represents the electromechanical transformation properties of piezoelectric materials.

この変圧器の巻線比はφは電気機械的変換比である。セ
ラミックからなるスタック2のコンプライアンスはコン
デンサCで表わされ、COはスタックの実際の電気的な
キャパシタンスを表わす。変圧器の右側の電気部材は機
械部材を表わし、左側の部材は実際の電気部材を表わす
。等価回路の右端のブロックはトランスデユーサの放射
面で見た放射インピーダンスZ radを表わす。放射
インピーダンスの等訓電流Uは放射面の動いている面の
速度を表わす。
The turns ratio of this transformer is φ is the electromechanical conversion ratio. The compliance of the ceramic stack 2 is represented by the capacitor C, CO representing the actual electrical capacitance of the stack. The electrical components to the right of the transformer represent the mechanical components, and the components to the left represent the actual electrical components. The rightmost block of the equivalent circuit represents the radiation impedance Z rad seen at the radiation surface of the transducer. The constant current U of the radiation impedance represents the velocity of the moving surface of the radiation surface.

この従来の装置の「伝達電圧応答(TVR)Jは、この
等価回路による近似から計算でき、TVRは電流Uを、
トランスデユーサ回路の入力での駆動電圧Eで割ったも
のに比例する。装置の応答性を決定するに当たり、下記
の式(1)で表現されるように、放射インピーダンスは
無視できる。
The transfer voltage response (TVR) J of this conventional device can be calculated from this equivalent circuit approximation, and TVR is the current U,
It is proportional to the drive voltage E at the input of the transducer circuit. In determining the responsivity of the device, radiation impedance can be ignored, as expressed by equation (1) below.

TVRα□−□・・・(1) 伝達電圧応答性は、上記式(1)の分母が零になるとき
の周波数の近くに、単一のピークを有する。
TVRα□−□ (1) The transmission voltage response has a single peak near the frequency when the denominator of the above equation (1) becomes zero.

これは下記の式(2)で表わされる共振(角)周波数ω
rのときに起こる。
This is the resonance (angular) frequency ω expressed by the following equation (2)
It happens when r.

上記の分析の方法はトランスデユーサ産業界では周知の
ことで、例えばレオンキャンプ(LeonCag+p)
著の「水中音響学(Underwat、er Acou
stics)」[ウィリー・アンド・サン1(1fil
ey& 5OnS)、発行ニューヨーク、1970の第
142−150頁に記載され、またベーリンコート(B
erlincourt)外が「圧電および圧電材料およ
びトランスデユーサにおけるその機能(Pif3ZOe
leCtriCand p;ezoe+ectric 
)laterial and Their Funct
ion in Transducers) Jの表題で
物理音響学(Physical Acoustics)
、第1A巻(vol、 I A) J  [アカデミツ
クプレス(Academic Press) 、ニュー
ヨーク、1964]の第246−253頁に発表してい
る。コンピュータモデルを用いて一層正確な動作解析を
することもできる。
The methods of analysis described above are well known in the transducer industry, such as the LeonCag+p
"Underwater Acoustics" by the author
sticks)” [Willie and Son 1 (1fil)
ey & 5OnS), published New York, 1970, pages 142-150;
erlincourt) outside of ``Piezoelectricity and Piezoelectric Materials and Their Function in Transducers (Pif3ZOe
leCtriCand p;ezoe+etric
) lateral and Their Funct
ion in Transducers) Physical Acoustics under the title J.
, vol. IA J [Academic Press, New York, 1964], pages 246-253. Computer models can also be used for more accurate motion analysis.

その方法は、例えば、ケー・エム・ファーナム(K、H
,Farnhai)により開発されたもので、コネクテ
ィカット州、ニューロントンのニューロントン研究所、
海軍水中システムズセンター、トランスデユーサおよf
f7L/イ部(Transducer and Arr
aysDivision、 Naval tlnder
water Systems Center。
The method is described, for example, by K.M. Farnham (K.H.
, Farnhai), Newton Research Institute, Newton, CT;
Naval Underwater Systems Center, Transducer and f
f7L/I part (Transducer and Arr.
aysDivision, Naval tlnder
Water Systems Center.

Nev London Laboratory)で入手
できる。第1図(a)のトランスデユーサの、上記のト
ランスデユーサプログラムによって得られた典型的な応
答曲線のグラフは、第6図に符号30で示しである。
Nev London Laboratory). A graph of a typical response curve of the transducer of FIG. 1(a) obtained by the transducer program described above is shown at 30 in FIG.

この装置の帯域は、0.85ないし1.21周波数単位
(frequency units)間に及び0,36
周波数単位の幅を有する。
The band of this device ranges between 0.85 and 1.21 frequency units and 0.36
It has a width in frequency units.

第1図の従来のトランスデユーサの大きな欠点は、放射
面の機械的入力インピーダンス(以下、ヘッドインピー
ダンスと呼ぶ)が共、振周波数における動作帯域で極め
て小さいことである。ヘッドインピーダンスが低いと、
トランスデユーサがアレイ構造の一つの素子として用い
られたときに問題となる。実際上の制約として、いかな
る動作周波数においても、高性能アレイの素子のヘッド
インピーダンスが、アレイの音響的相互インピーダンス
よりも、十分に大きいことが必要とされることが多い。
A major drawback of the conventional transducer of FIG. 1 is that the mechanical input impedance of the radiation surface (hereinafter referred to as head impedance) is extremely small in the operating band at the resonant frequency. If the head impedance is low,
A problem arises when the transducer is used as one element in an array structure. Practical constraints often require that the head impedance of the elements of a high performance array be significantly larger than the acoustic mutual impedance of the array at any operating frequency.

このため、応答性のピーク近くの狭い周波数帯域での動
作を禁止することが必要となることが多い。
For this reason, it is often necessary to prohibit operation in a narrow frequency band near the peak of responsiveness.

第1図(a)に示す基本的な装置はまた達成可能な周波
数帯域に関して実際上の制限を有する。
The basic arrangement shown in FIG. 1(a) also has practical limitations as to the achievable frequency band.

動作帯域を広げるには、ヘッド部の質量を減らすととも
に、セラミックのスタックの機械的コンプライアンスを
上げればよい。これは、ヘッド部を薄クシ、セラミック
のスタックを、細りオよび/または長くすることで達成
できる。しかし、このような設計技法は、次のような実
際の設計上の配慮によって制限される。放射面が薄くな
ると、その第1の屈曲共振周波数(flexural 
resonance frequency)が動作帯域
に侵入し、ユニッ1への挙動を著しく変えてしまう。活
性材料が細く且つ長く、マタハソのいずれか一方になる
と、装置は機械的にもろいものとなる。所望の共振周波
数を得るために、活性材料を長くすると、この長さが材
料中の機械的波長のかなりの部分に相当するものとなり
、このとき材料は自己共振的となり、媒体を駆動しなく
なる。
The operating band can be increased by reducing the mass of the head and increasing the mechanical compliance of the ceramic stack. This can be achieved by making the head thinner and the ceramic stack tapered and/or longer. However, such design techniques are limited by practical design considerations such as: As the radiation surface becomes thinner, its first flexural resonance frequency (flexural
resonance frequency) invades the operating band and significantly changes the behavior of unit 1. If the active material is thin and long, either on one side or the other, the device will be mechanically fragile. To obtain the desired resonant frequency, the active material is lengthened such that this length corresponds to a significant fraction of the mechanical wavelength in the material, and the material then becomes self-resonant and no longer drives the medium.

マス荷重された縦形振動子の動作帯域を広げるために、
いくつかの技術が試みられた。一つの技術は、トランス
デユーサの電気端子とトランスデユーサに関連する増幅
回路の間に電気部祠、例えばインダクタ又はキャパシタ
ーを接続し、装置の応答性を同調させることである。し
かし、このような特別な電気的終端法(Termina
tion)を用いると、帯域の広がりは僅かでに得られ
るが、寸法、@量、複雑さが増し、装置全体が複雑化す
るという問題がある。その上1、この方法では、回路の
ノード(節点)に局部的な高電圧が生じるおそれがあり
、高電圧分離および遮蔽の対策を施さなければならない
という問題がある。第6図の曲線31は、電気リード線
にインダクターを直列接続してトランスデユーサを動作
させたときの典型的な応答特性を示す。同調してないト
ランスデユーサと同様、アレイ構造の中で動作している
同調したトランスデユーサには、応答性ピークの各々の
近くの周波数範囲で実際上の問題に出くわす。しかし、
このように設計すれば、ピーク間の帯域が広くなり、ヘ
ッドインピーダンスが小さいことによるアレイの問題か
ら解放される。くぼみを中心とする、2つのピーク間の
3dB帯域は、0.81ないし1.20の相対周波数単
位に広がり、0.39周波数単位の幅を持つ。
In order to widen the operating band of a mass-loaded vertical resonator,
Several techniques have been tried. One technique is to connect an electrical component, such as an inductor or capacitor, between the electrical terminals of the transducer and the amplifier circuit associated with the transducer to tune the response of the device. However, such special electrical termination methods (Termina
tion), the band can be slightly broadened, but the problem is that the size, quantity, and complexity increase, making the entire device more complicated. In addition, 1) this method has the problem that localized high voltages may occur at nodes of the circuit, and high voltage isolation and shielding measures must be taken. Curve 31 in FIG. 6 shows a typical response characteristic when the transducer is operated with an inductor connected in series with the electrical lead. Like untuned transducers, tuned transducers operating in array structures encounter practical problems in the frequency range near each of their responsivity peaks. but,
With this design, the peak-to-peak band is widened, and problems with arrays due to small head impedance are avoided. The 3 dB band between the two peaks, centered on the depression, extends from 0.81 to 1.20 relative frequency units and has a width of 0.39 frequency units.

トランスデユーサの動作帯域を広げる他の周知の方法は
、外的整合層を用いる−ことである。トランスデユーサ
および媒体の音響インピーダンスを整合させるのに、第
1図(a)に破線で示すように外的な整合層8が用いら
れる。外的整合層8を用いた設計によれば、第6図に曲
線32で示すように帯域が著しく広くなる。しかし、こ
の方法にも欠点がある。外的整合l1Ji8を用いると
、応答曲線の形は、整合層材料の密度および音速に、き
わめて敏感な関数となる。したがって特定の用途に対し
て、望ましい材質の材料を得ることができるという保証
がない。その上、場合によっては整合層の必要な厚さが
、望ましくない程大きくなるかも知れないという問題が
ある。さらに、外的整合層8を持つ設計では、ヘッドイ
ンピーダンスが2つの周波数において小さくなり過ぎて
、アレイでの動作に適しなくなる。例えば、曲線32で
示された応答性を持つトランスデユーサは透明合成樹脂
(lucite)の外的整合層を有するものであるが、
相対周波数が0.80および1.78の点で、ヘッドイ
ンピーダンスが下がっている。これらの2つの周波数の
いずれにおいても、アレイ動作が不適切である。従って
、図示の曲線32の応答性の場合、有用な帯域は0.8
5から1.73周波数単位にわたる0.88の周波数単
位の幅である。もし、ヘッドインピーダンスの落ち込み
が許容できるのであれば、3dB帯域は0.78から1
.90周波数単位までの幅、即ち、1.12周波数単位
の帯域に広がる。
Another well-known method of extending the operating band of a transducer is to use an external matching layer. An external matching layer 8 is used to match the acoustic impedance of the transducer and the medium, as shown in dashed lines in FIG. 1(a). A design using external matching layer 8 results in a significantly wider bandwidth, as shown by curve 32 in FIG. However, this method also has drawbacks. With external matching l1Ji8, the shape of the response curve is a very sensitive function of the density of the matching layer material and the speed of sound. Therefore, there is no guarantee that a material of desired quality can be obtained for a particular application. Moreover, there is the problem that in some cases the required thickness of the matching layer may be undesirably large. Furthermore, the design with the external matching layer 8 causes the head impedance to be too small at two frequencies to be suitable for operation in an array. For example, a transducer with the responsivity shown by curve 32 has an external matching layer of transparent synthetic resin (lucite).
The head impedance decreases at relative frequencies of 0.80 and 1.78. At either of these two frequencies, array operation is inadequate. Therefore, for the responsivity of curve 32 shown, the useful band is 0.8
It is 0.88 frequency units wide, ranging from 5 to 1.73 frequency units. If the drop in head impedance is acceptable, the 3dB band is 0.78 to 1
.. It spans a band of up to 90 frequency units, or 1.12 frequency units.

従来のトランスデユーサにおいて、2つの共振周波数を
得るための他の方法は第2図に示されている。この装置
は低周波数振動子10、ヘッドマス11およびヘッドマ
ス11に波節状(noda I l y)に取り付けら
れた高周波数非線形アレイ12から成る。第2図のトラ
ンスデユーサは複雑な配線および取付けを要するきわめ
て複雑な装置であるというだけでなく、また2オクタ一
ブ以上離れた2つの周波数帯において高パワーの伝達を
行う。この装置の低周波数振動子10およびアレイ12
の各々は、あたかも他方が存在しないかの如く動作する
。しかし、第2図のトランスデユーサは、2つの共振周
波数間で、広帯域応答性を示さない。
Another method for obtaining two resonant frequencies in a conventional transducer is shown in FIG. The device consists of a low frequency transducer 10, a head mass 11 and a high frequency nonlinear array 12 attached nodularly to the head mass 11. The transducer of FIG. 2 is not only a very complex device requiring complex wiring and installation, but also transmits high power in two frequency bands more than two octaves apart. Low frequency transducer 10 and array 12 of this device
Each operates as if the other did not exist. However, the transducer of FIG. 2 does not exhibit broadband responsivity between the two resonant frequencies.

これは低周波数ユニットとしての振動子10のヘッドマ
ス11上に高周波数ユニットとしてのアレイ12が波節
状に取付けられた系によってトランスデユーサ内に別個
の共振が生じていることによる。高周波数ユニットの動
作を低周波数ユニットの構造から分離するため、波節状
取付は系の共振周波数は、高周波動作共振よりもずっと
低いものでなければならない。その上、波節状取付は系
の共振周波数は低周波数動作帯域の上になければならな
い。さもなければ、低周波数放射器を放射媒体から分離
してしまうこととなる。トランスデユーサの音響的応答
は、取付は系の共振の周波数範囲で急激な低下を示す。
This is because a separate resonance is generated in the transducer by the system in which the array 12 as a high frequency unit is mounted in a nodal manner on the head mass 11 of the transducer 10 as a low frequency unit. In order to separate the operation of the high frequency unit from the structure of the low frequency unit, the nodal mounting requires that the system's resonant frequency be much lower than the high frequency operating resonance. Moreover, the nodal mounting requires that the resonant frequency of the system be above the low frequency operating band. Otherwise, the low frequency radiator would be separated from the radiating medium. The acoustic response of the transducer exhibits a sharp drop in mounting in the frequency range of system resonance.

この結果、第2図の従来の装置は高周波数共振および低
周波数共振間の全周波数範囲において広帯域トランスデ
ユーサとして用いることができない。これは、波節状取
付けの共振周波数が装置の2つの動作帯の間にあるから
である。かくしてその装置は、真の広帯域トランスデユ
ーサではなく2つの離れた周波数棗域を持つものである
に過ぎない。
As a result, the prior art device of FIG. 2 cannot be used as a broadband transducer in the entire frequency range between the high frequency resonance and the low frequency resonance. This is because the resonant frequency of the nodal mounting lies between the two operating bands of the device. Thus, the device is not a true broadband transducer but only has two separate frequency ranges.

典型的なトランスデユーサの他の特徴、例えば絶縁ワッ
シャー、配線、電気接点等は当業者に良く知られており
、また例えばミラー(Miller)に付与された米国
特許第3,309,654号明1Iに記載されている。
Other features of typical transducers, such as insulating washers, wiring, electrical contacts, etc., are well known to those skilled in the art and are described, for example, in U.S. Pat. No. 3,309,654 to Miller. 1I.

本発明の目的は、従来よりも広い周波数範囲で動作可能
な縦形の電気機械的トランスデユーサを提供することに
ある。
It is an object of the present invention to provide a vertical electromechanical transducer capable of operating over a wider frequency range than previously available.

本発明の一実施例によれば、特別に電気的終端を用いる
ことなく、広い動作周波数帯域を提供することができる
According to one embodiment of the present invention, a wide operating frequency band can be provided without special electrical termination.

本発明の一実施例によれば、単一の広い動作周波数帯域
を持つトランスデユーサを提供することができる。
According to one embodiment of the present invention, a transducer with a single wide operating frequency band can be provided.

本発明の一実施例によれば、放射面において、全動作帯
で高い機械的入力インピーダンスを持ち、従ってアレイ
構造で用い得るトランスデユーサを提供することができ
る。
According to one embodiment of the invention, it is possible to provide a transducer that has a high mechanical input impedance in the radiation plane over the entire operating band and can therefore be used in an array structure.

本発明の一実施例によれば、整合層を必要としないトラ
ンスデユーサを提供することができる。
According to one embodiment of the present invention, a transducer that does not require a matching layer can be provided.

本発明のさらに他の目的は、高い伝達電圧応答性を持つ
トランスデユーサを提供することができる。
Still another object of the present invention is to provide a transducer with high transmission voltage responsiveness.

本発明のさらに他の目的は、効率を著しく低下させるこ
となく、広帯域の周波数応答性を提供することができる
Yet another object of the present invention is to provide broadband frequency response without significantly reducing efficiency.

本発明の一実施例によれば、トランスデユーサ動作帯の
範囲内で比較的平坦な応答性を提供することができる。
One embodiment of the invention can provide a relatively flat response within the transducer operating band.

本発明の一実施例によれば、広い動作帯内のすべての周
波数において、略等しい伝達パワーレベルを有するトラ
ンスデユーサを提供することができる。
According to one embodiment of the present invention, a transducer can be provided that has substantially equal transmitted power levels at all frequencies within a wide operating band.

(発明の概要) 本発明は、上記の目的を達成するため、少くとも3つの
層を含むヘッド部を持つトランスデユーサを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above objects, the present invention provides a transducer having a head that includes at least three layers.

2つのヘッドマスの層はフンプライアント(コンプライ
アンスを有する)部材によって互いに分離されている。
The two head mass layers are separated from each other by a compliant member.

ヘッド部のコンプライアント部材は、活性のトランスデ
ユーサ素子であって7もよい。ヘッド部は活性のトラン
スデユーサ素子に付けられ、該活性のトランスデユーサ
素子はテールマスに付けられている。新しい複合ヘッド
部を含むトランスデユーサは少くとも2つの共振周波数
を有し、これらはヘッド部のコンプライアント部材が除
去されたとしたときのトランスデユーサの共振周波数お
よびヘッド部がトランスデユーサの他の部分から除去さ
れたとしたときのヘッド部の共振周波数に近似とみるこ
とができる。
The compliant member of the head portion may be an active transducer element 7. The head portion is attached to an active transducer element, and the active transducer element is attached to the tail mass. Transducers containing new composite heads have at least two resonant frequencies, one of which is the resonant frequency of the transducer if the compliant member of the head were removed, and the other if the head was other than the transducer. It can be seen as an approximation to the resonant frequency of the head section when it is removed from the section.

これら2つの共振の周波数は、特定の用途に応じて互い
に独立に調整し得る。
The frequencies of these two resonances can be adjusted independently of each other depending on the particular application.

(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、上記従来のトランスデユーサの有する
問題点を解決するため、第1の発明においては、N個(
Nは2以上の整数)のヘッドマスおよび前記ヘッドマス
間に積層状に固定された(N−1)個のコンプライアン
ト手段を前記ヘッド部に固定され電気機械的変換を行な
う電気機械的トランスデユーサ手段と、前記電気機械的
トランスデユーサ手段に固定されたティルマスとを設け
た。そして動作帯域内の少くともN個の共振で共振振動
を生じさせるようにした。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, in order to solve the problems of the conventional transducer described above, in the first invention, N (
(N is an integer of 2 or more) head masses and (N-1) compliant means fixed in a laminated manner between the head masses; electromechanical transducer means fixed to the head part and performing electromechanical conversion; and a till mass fixed to the electromechanical transducer means. Resonant vibrations are caused by at least N resonances within the operating band.

また第2の発明においては、媒体中に放射を行なう縦形
の電気機械的トランスデユーサにおいて、媒体と接触す
るヘッドマスと、前記ヘッドマスに当接する第1の電気
機械的トランスデユーサ素子と、前記第1の電気機械的
トランスデユーサ素子に当接する中間マスと、前記中間
マスに当接する第2の電気機械的トランスデユーサ素子
と、前記第2の電気機械的トランスデユーサ素子と当接
するテールマスとを設けた。そしてテールマスは、主た
る運動を前記ヘッドおよび中間マスに生じさせるのに十
分な質量を有するようにし、トランスデユーサ構造を動
作帯域内に2つの共振を生じさせるようにした。
In a second aspect of the invention, a vertical electromechanical transducer that emits radiation into a medium includes a head mass in contact with the medium, a first electromechanical transducer element in contact with the head mass, and a first electromechanical transducer element in contact with the medium. an intermediate mass that abuts one electromechanical transducer element, a second electromechanical transducer element that abuts the intermediate mass, and a tail mass that abuts the second electromechanical transducer element. has been established. The tail mass was then of sufficient mass to cause the principal motion to the head and intermediate masses, causing the transducer structure to exhibit two resonances within its operating band.

〔実施例〕〔Example〕

本発明は広帯域動作周波数特性を得るため、第1図(a
)のモノリシックなヘッドマス3の代りに、マス素子と
コンプライアント部材が交互に積層された積層すなわち
ラミナー構造を有する機械的共振ヘッド部を用いている
。ヘッド部の最前部は放射媒体と接触しており、最後部
はトランスデユーサの他の部分に接続されている。これ
は従来のモノリシックなヘッドマスの場合と同様である
In order to obtain a wide band operating frequency characteristic, the present invention is shown in FIG. 1 (a).
Instead of the monolithic head mass 3 of ), a mechanically resonant head portion having a laminar structure in which mass elements and compliant members are alternately laminated is used. The frontmost part of the head is in contact with the radiation medium and the rearmost part is connected to other parts of the transducer. This is similar to the case with conventional monolithic head masses.

第3図は3層構造とした本発明のヘッド部20の例を示
したもので、前側のヘッドマス21および後側のヘッド
マス23は曲げ共振を避けるのに十分な材料、例えばア
ルミニウム、鋼、金属マトリックス複合体、あるいはグ
ラファイト・エポキシ複合体から形成されている。前側
および後側のヘッドマス21および23間にコンプライ
アント部材22が挿入されている。コンプライアント部
材22としては例えばプラスチック、例えばデュポン社
により販売されているポリイミドプラスチックであるベ
スベル(VESPEL) 、あるいはアモコ・ケミカル
社により販売されているポリアミド−イミドプラスチッ
クであるトーロン(TORLON )でもよく、また活
性のトランスデユーサ素子でもよく、また所望のコンプ
ライアンスを提供するものであれば他のいかなる物質で
もよい。コンプライアント部材22は後側のヘッドマス
23と同じサイズにして図示しであるが、必要一応じて
大きくしても小さくしてもよい。ヘッドマス部20を互
いに固定するには、通常のエポキシ接着剤を用いてもよ
く、張力結合によってもよい。
FIG. 3 shows an example of the head section 20 of the present invention having a three-layer structure, in which the front head mass 21 and the rear head mass 23 are made of a material sufficient to avoid bending resonance, such as aluminum, steel, metal, etc. It is formed from a matrix composite or a graphite-epoxy composite. A compliant member 22 is inserted between the front and rear head masses 21 and 23. The compliant member 22 may be, for example, a plastic, such as VESPEL, a polyimide plastic sold by DuPont, or TORLON, a polyamide-imide plastic sold by Amoco Chemical; It may be an active transducer element or any other material that provides the desired compliance. Although the compliant member 22 is shown to be the same size as the rear head mass 23, it may be made larger or smaller as needed. The head masses 20 may be secured together using conventional epoxy adhesives or by tension bonding.

第4図(a)は、第3図の3層のヘッド部20を組込ん
だトランスデユーサを示す。トランスデユーサ素子1は
圧電セラミック材料、例えばジルコンチタン酸鉛系のも
のから製造された圧電素子であってもよく、例えばアメ
リカ合衆国、オハイオ州ベッドフォードのベリトロン社
(veritrOnInc、)から入手可能である。テ
ールマス5はタングステン、鋼あるいはアルミニウムで
もよく、主たる運動がヘッド部20で起こるように十分
の質重を有するべきである。トランスデユーサ内の金属
マスの各々は、動作帯の最高の周波数における波長の1
/4よりも十分短くなければならない。
FIG. 4(a) shows a transducer incorporating the three-layer head section 20 of FIG. The transducer element 1 may be a piezoelectric element made from a piezoceramic material, such as one based on lead zirconate titanate, available for example from veritrOn Inc., Bedford, Ohio, USA. The tail mass 5 may be tungsten, steel or aluminum and should have sufficient mass so that the main movement occurs in the head section 20. Each of the metal masses within the transducer has one wavelength at the highest frequency of the operating band.
It must be sufficiently shorter than /4.

ストレス棒6は機械加工の後に人工的にエージング(時
効硬貨処理)されて、ロック1クエル(Rockwel
l) C57−42を得るようにした1/4の硬さのA
STM  S−196による合金番号172と称される
ベリリウム銅でもよい。ナツト7はアルミニウム又は鋼
でもよいが、ディルマス5相接する而が平らであって、
ナツトのロッキングが起こらないようになっていなけれ
ばならない。トランスデユーサの全体の組立はエポキシ
を用い次にストレス棒6に張力をかけて行なうか、ゆる
く組立てストレス棒6で固定することによって行ない得
る。ストレス棒6を用いた圧縮バイアスの調整は当業者
には容易である。
The stress rod 6 is artificially aged (aged coin processing) after machining, and is made into a Rockwel
l) 1/4 hardness A to obtain C57-42
It may also be beryllium copper designated alloy number 172 according to STM S-196. The nut 7 may be made of aluminum or steel, but the dilmas 5 should be flat and in contact with each other,
Natsuto's locking must not occur. The entire assembly of the transducer can be done using epoxy and then tensioning the stress rods 6, or by loosely assembling and securing with the stress rods 6. Adjustment of the compression bias using the stress rod 6 is easy for those skilled in the art.

第4図(a)のトランスデユーサの近似等価電気回路は
第4図(b)に示されている。この等価回路において、
Mhは媒体と接触しているヘッド部20の前側ヘッドマ
ス21である。Mはセラミックのスタック2と接触して
いる後側ヘッドマス23の質量である。Mtはトランス
デユーサのテールマス5を表わす。圧電セラミックのス
タック2の電気機械的変換比はφである。COは圧電セ
ラミック材料の実際の電気的なキャパシタンスを表わし
、Cはセラミックのスタック2のコンプライアンスを表
わし、C1は前側および後側ヘッドマス21および23
を互いに分離するコンプライアント部材22のコンプラ
イアンスを表わす。この1−ランスデューサの伝達電圧
応答性は、下記の式(3)により得られる。
An approximate equivalent electrical circuit for the transducer of FIG. 4(a) is shown in FIG. 4(b). In this equivalent circuit,
Mh is the front head mass 21 of the head section 20 that is in contact with the medium. M is the mass of the rear head mass 23 in contact with the ceramic stack 2. Mt represents the tail mass 5 of the transducer. The electromechanical conversion ratio of the piezoceramic stack 2 is φ. CO represents the actual electrical capacitance of the piezoceramic material, C represents the compliance of the ceramic stack 2, and C1 represents the front and rear head masses 21 and 23.
represents the compliance of the compliant member 22 that separates each other from each other. The transmission voltage response of this 1-transducer is obtained by the following equation (3).

U TVRα−一 式(3)は2重に共振する系の応答を表わすもので、分
母の式を解けばおよその共振周波数を得ることができる
。その方法は、式(1)について式(2)を得るために
なされたものと同様である。
The equation (3) of U TVRa represents the response of a doubly resonant system, and the approximate resonant frequency can be obtained by solving the denominator equation. The method is similar to that done for equation (1) to obtain equation (2).

式(3)は、前側および後側ヘッドマス21および23
の質量およびコンプライアント部材22のコンプライア
ンスの選択により、周波数および2つの共振モード間の
結合の調整が可能であることを表わしている。
Equation (3) is based on the front and rear head masses 21 and 23.
By selecting the mass of the compliant member 22 and the compliance of the compliant member 22, it is possible to tune the frequency and the coupling between the two resonant modes.

この実施例の2つの共振周波数は、ヘッドのコンプライ
アント部材を除去したと仮定したときのトランスデユー
サの共振と、ヘッド部をセラミックのスタックから除去
したと仮定したときの、ヘッド部のみの共振周波数とし
てより簡単に近似できる。しかし、上記はあくまで近似
であって、実際の適用にあたっては完成した構成を得る
ために、少しの実験が必要である。
The two resonant frequencies in this example are the transducer resonance, assuming the compliant member of the head is removed, and the head-only resonance, assuming the head is removed from the ceramic stack. It can be more easily approximated as a frequency. However, the above is only an approximation, and a little experimentation is required to obtain a complete configuration for actual application.

上記のコンピュータプログラムを用いて、この実施例の
伝達電圧応答性を計算した。その結果を第6図に曲線3
3で示す。第6図の曲1133は電気的終端あるいは同
調要素を付加することなく、第4図(a)のトランスデ
ユーサから得られた応答性を示づものである。伝達電圧
応答性はANS I トランスデユーサ標準31.20
−1972によって定義された通りに測定したものであ
る。従来の応答曲線(30,31,32)と本発明の第
4図(a)の実施例の応答曲線33を比べると分かるよ
うに、本実施例では従来技術に比べ、3d3(1/2パ
ワー)周波数帯域がはるかに広くなっている。第1図(
a)の従来のトランスデユーサの曲線30は3dB帯域
幅が略0.36周波数単位であり、電気要素を用いて同
調した従来のトランスデユーサは、曲線31で示すよう
に、帯域幅が0゜39周波数単位である。ただし信号レ
ベルは高い。
The transmitted voltage response of this example was calculated using the computer program described above. The results are shown in Figure 6, curve 3.
Indicated by 3. Song 1133 of FIG. 6 illustrates the response obtained from the transducer of FIG. 4(a) without the addition of electrical termination or tuning elements. Transmitted voltage response is ANS I transducer standard 31.20
-1972. As can be seen by comparing the conventional response curves (30, 31, 32) and the response curve 33 of the embodiment of the present invention shown in FIG. ) has a much wider frequency band. Figure 1 (
Curve 30 of the conventional transducer in a) has a 3 dB bandwidth of approximately 0.36 frequency units, while a conventional transducer tuned using electrical elements has a bandwidth of 0, as shown by curve 31.゜39 frequency units. However, the signal level is high.

外的整合層を用いた従来のトランスデユーサは、曲線3
2で示すように約1.12周波数単位の帯域幅を持つが
信号レベルが低い。これに対し、本実施例では3dB帯
域幅が約1.28周波数単位である。
A conventional transducer with an external matching layer has curve 3
As shown by 2, it has a bandwidth of approximately 1.12 frequency units, but the signal level is low. In contrast, in this embodiment, the 3 dB bandwidth is approximately 1.28 frequency units.

本実施例ではまた信号レベルが比較的高く、応答性曲線
が平坦である。本発明の他の利点は、アレイ構造におけ
る性能がすぐれていることである。
This embodiment also has a relatively high signal level and a flat response curve. Another advantage of the present invention is its superior performance in array structures.

本発明では、1.18周波数単位の帯域幅において高い
ヘッドインピーダンスが得られる。従来の技術において
は、ヘッドインピーダンスの落ち込みのない最も広い帯
域幅は、整合層を持つ装置で得られ、その帯域、幅は約
0.88周波数単位である。本発明によれば、また整合
層の必要性がない。これは整合層の機能をトランスデユ
ーサのヘッド部に持たせているからである。
In the present invention, high head impedance can be obtained in a bandwidth of 1.18 frequency units. In the prior art, the widest bandwidth without drop in head impedance is obtained with a device having a matching layer, the bandwidth being approximately 0.88 frequency units wide. According to the present invention, there is also no need for a matching layer. This is because the head portion of the transducer has the function of a matching layer.

本発明の他の実施例が第5図に示されている。Another embodiment of the invention is shown in FIG.

この実施例では第4図(a)の実施例のプラスチックの
コンプライアント部材22の代りに、第2の活性のスタ
ック25を形成する活性素子24が用いられている。こ
の結果、ティルマス23は、ヘッド部を構成するマスζ
いうよりも中間マスとなっている。これら活性のトラン
スデユーサ素子24はトランスデユーサ素子1と同じ材
料でよい。
In this embodiment, the plastic compliant member 22 of the embodiment of FIG. 4(a) is replaced by an active element 24 forming a second active stack 25. As a result, the till mass 23 is a mass ζ constituting the head portion.
Rather than that, it's more of an intermediate mass. These active transducer elements 24 may be of the same material as the transducer elements 1.

しかし異なるトランスデユーサ材料、例えばバリウムチ
タン酸(barium titanate)又は圧電結
晶、例えば硫酸リチウム(lithium 5ulfa
te)を用いることにより異なる応答特性を得ることも
できる。
However, different transducer materials, such as barium titanate or piezoelectric crystals, such as lithium 5ulfa
Different response characteristics can also be obtained by using te).

ざらに、2つのスタック2及び25の圧電材料の寸法は
、特定の要求に応じるため、別個に調整し得る。図面で
はこれを示すため、素子24および1の厚さを異ならせ
である。この実施例では、テールマス5はヘッドマス2
1および中間マス23の和以上の質量を有すべきである
。ヘッドマス21は中間マス23の質ω以下であって、
前側部分(21および25)が最も高い周波数で共振す
ることが好ましい。しかし、マスバランスを逆にするこ
ともできる。この場合、トランスデユーサの性能ハより
低いものとなる。この実施例の共振周波数および応答性
は第4図(a)の場合と同様にして計算できる。設計上
の近似として低い周波数共振はマス21.25および2
3を単一のマスと考えスタック2のコンプライアンスを
テールマス5とともに考慮することにより近似値を知る
ことができる。高い周波数共振は部材21.23および
25がトランスデユーサの他の部分から分離されたとし
たときのそれらの共振により近似させることができる。
In general, the dimensions of the piezoelectric materials of the two stacks 2 and 25 can be adjusted separately to meet specific requirements. In the drawings, the thicknesses of elements 24 and 1 are made different to illustrate this. In this example, the tail mass 5 is the head mass 2.
1 and the intermediate mass 23. The head mass 21 is equal to or less than the quality ω of the intermediate mass 23,
Preferably, the front part (21 and 25) resonates at the highest frequency. However, it is also possible to reverse the mass balance. In this case, the performance of the transducer will be lower than . The resonant frequency and response of this embodiment can be calculated in the same manner as in the case of FIG. 4(a). As a design approximation, the low frequency resonance is mass 21.25 and 2
An approximate value can be obtained by considering 3 as a single mass and considering the compliance of stack 2 together with tail mass 5. The high frequency resonance can be approximated by the resonance of members 21, 23 and 25 if they were isolated from the rest of the transducer.

実際には、真の低い周波数共振は上記の近似よりいく分
低く、高い周波数共振はいく分高い。
In reality, the true low frequency resonance is somewhat lower than the above approximation, and the high frequency resonance is somewhat higher.

発信器として動作しているとき、2つの活性のスタック
2および25は、用途によっては別個の増幅回路で駆動
される。しかし、より単純な駆動回路を用いることを可
能にする好ましい実施例では、2つの活性のスタック2
および25からの電気リード線は正の印加電圧がスタッ
クの一方を膨脹させ他方を収縮させるように、並列接続
されている。このような構成では、低い周波数共振にお
いて、感度が少し低下しく約0.1dB)、高い周波数
共振において感度が著しく向上する(3dB以上)。こ
れは、広い動作帯域の全周波数において伝達パワーレベ
ルを略等しくする必要がある用途においては、特に好都
合である。これに対し、第4図(a)の装置は、第6図
に曲線33で示すように伝達軸方向音圧レベルが略等し
くなるが、この装置では高い周波数で伝達パワーレベル
が低くなる。これはエネルギーがより小さい角度領域に
放射されるように装置がより強い方向性を持つからであ
る。
When operating as an oscillator, the two active stacks 2 and 25 are driven by separate amplifier circuits depending on the application. However, in a preferred embodiment, which allows a simpler drive circuit to be used, two active stacks 2
The electrical leads from and 25 are connected in parallel so that a positive applied voltage will cause one of the stacks to expand and the other to contract. In such a configuration, the sensitivity is slightly decreased at low frequency resonance (approximately 0.1 dB), and the sensitivity is significantly improved (3 dB or more) at high frequency resonance. This is particularly advantageous in applications where the transmitted power level needs to be approximately equal across all frequencies over a wide operating band. On the other hand, in the device shown in FIG. 4(a), the sound pressure levels in the transmission axis direction are approximately equal, as shown by the curve 33 in FIG. 6, but in this device, the transmitted power level is low at high frequencies. This is because the device is more directional so that the energy is radiated over a smaller angular area.

トランスデユーサが受信器として動作しているときにも
また必要な電気回路を簡単にするため、電気リード線を
並列接続することができる。
The electrical leads can also be connected in parallel when the transducer is operating as a receiver to simplify the electrical circuitry required.

第7図は本発明によるいくつかのトランスデユーサの構
成の、周波数の関数として、定駆動電圧における、伝達
パワーを示したものである。曲線34は第1図(a)の
従来技術の装置のパワ一応答性を示す。曲線35は第4
図(a)に示すように、ヘッド部に不活性のコンプライ
アンス部材を用いた本発明の装置のパワ一応答性を示す
。ただし、第6図の曲11133の伝達電圧応答性を計
算したときと同じ設計パラメータを用いている。この装
置は、パワ一応答性に関しては、帯域幅がいく分広くな
っている。しかし、高い周波数ピークにおける応答性は
きわめて低い。曲線36は第5図に示すヘッド部に不活
性のトランスデユーサ素子を用いたトランスデユーサを
示している。この装置は2つの共振を含む帯域幅の全体
にわたり、定駆動電圧において、比較的平坦なパワ一応
答性を有する。
FIG. 7 shows the transmitted power at constant drive voltage as a function of frequency for several transducer configurations according to the invention. Curve 34 shows the power response of the prior art device of FIG. 1(a). Curve 35 is the fourth
As shown in Figure (a), the power response of the device of the present invention using an inert compliance member in the head section is shown. However, the same design parameters as those used when calculating the transmitted voltage response of song 11133 in FIG. 6 are used. This device has somewhat higher bandwidth in terms of power response. However, the response at high frequency peaks is extremely low. Curve 36 represents a transducer using an inactive transducer element in the head shown in FIG. The device has a relatively flat power response at constant drive voltages over a bandwidth that includes two resonances.

本発明のさらに他の実施例として、ストレス棒6の、前
側ヘッドマス21およびテールマス5への堅い接続に加
えて、ストレス棒6とコンプライアント部材22の後側
のヘッドマス23の間に接続を施したものを考えること
ができる。
In yet another embodiment of the invention, in addition to the rigid connection of the stress rod 6 to the front head mass 21 and the tail mass 5, a connection is provided between the stress rod 6 and the rear head mass 23 of the compliant member 22. I can think about things.

式、(3)を用いてトランスデユーサの素子の質量およ
びコンプライアンスを調整することにより、2つの異な
る動作帯域を持つ単一のトランスデユーサを得ることが
できる。2つの帯域の周波数分離に基本的な制約はない
。しかし、セラミックのスタックの長さが、最も高い共
振周波数における、セラミック材料中の音の波長の1/
4よりも長くなると実際上の限界に達する。
By adjusting the mass and compliance of the transducer elements using equation (3), a single transducer with two different operating bands can be obtained. There are no fundamental constraints on the frequency separation of the two bands. However, the length of the ceramic stack is 1/1/2 of the wavelength of sound in the ceramic material at the highest resonant frequency.
When the length is longer than 4, a practical limit is reached.

マスおよびコンプライアント部材層を複数設けることも
できる。N個のマス層を有するそのような実施例では、
N個の共振周波数があり、応答曲線のピークが互いに十
分に近付けてあれば、きわめて平坦な応答性曲線が得ら
れる。
Multiple layers of masses and compliant members may also be provided. In such an embodiment with N mass layers:
If there are N resonant frequencies and the peaks of the response curves are close enough to each other, a very flat response curve will be obtained.

従来技術である電気的終端および外的整合層の方法は、
本発明と両立的であり、本発明の装置の性能は、電気要
素や整合層との組合せによりさらに改善できる。このこ
とは当業者にmlされよう。
The prior art electrical termination and external matching layer methods are:
Compatible with the present invention, the performance of the device of the present invention can be further improved by combination with electrical elements and matching layers. This will be understood by those skilled in the art.

(発明の効果) 本発明によれば、特別に電気的終端を用いることなく、
広い動作周波数帯域を提供することができ、また単一の
広い動作周波数帯域を持つトランスデユーサを提供する
ことができる。また本発明によれば、高い伝達電圧応答
性を持つトランスデユーザを提供することができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, without using a special electrical termination,
A wide operating frequency band can be provided and a transducer with a single wide operating frequency band can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a transducer having high transmission voltage responsiveness.

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

第1図(a)は従来技術のトランスデユーサの素子およ
び構造を示す図、第1図(b)は第1図(a)のトラン
スデユーサの等価電気回路を示すす図、第2図は2つの
共振周波数を有する従来技術の装置を示す図、第3図は
本発明のトランスデユーサのヘッド部20の主要な素子
を示す図、第4図(a)は第3図のヘッド部20を用い
たトランスデユーサの構造を示す図、第4図(b)は第
4図(a)のトランスデユーサの等価電気回路を示す図
、第5図はコンプライアント部材22が活性の素子24
を有する本発明の他の実施例を示す図、第6図は従来技
術のトランスデユーサと第4図(a)に示す本発明のト
ランスデユーサの応答性を比較して示すグラフ、第7図
は従来技術との比較における本発明の一般的トランスデ
ューサ構成における伝達パワーを示す図である。 1・・・トランスデユーサ素子、2・・・セラミックの
スタック、4・・・ヘッドマス、5・・・テールマス、
6・・・ストレス棒、7・・・ナツト、20・・・ヘッ
ド部、21・・・前側ヘッドマス、22・・・コンプラ
イアント部材、23・・・後側ヘッドマス、24・・・
活性トランスデユーサ素子、25・・・活性スタック。 F/に、 /(0) na z。 FIG、 4(0) 41tIf、−$
FIG. 1(a) is a diagram showing the elements and structure of a conventional transducer, FIG. 1(b) is a diagram showing an equivalent electric circuit of the transducer of FIG. 1(a), and FIG. 3 shows the main elements of the head section 20 of the transducer of the present invention, and FIG. 4(a) shows the head section of FIG. 3. 4(b) is a diagram showing an equivalent electric circuit of the transducer of FIG. 4(a), and FIG. 5 shows a structure in which the compliant member 22 is an active element. 24
FIG. 6 is a graph showing a comparison of the responsiveness of the transducer of the prior art and the transducer of the invention shown in FIG. 4(a). The figure shows the transmitted power in a general transducer configuration of the present invention in comparison with the prior art. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Transducer element, 2... Ceramic stack, 4... Head mass, 5... Tail mass,
6... Stress rod, 7... Nut, 20... Head portion, 21... Front head mass, 22... Compliant member, 23... Rear head mass, 24...
Active transducer element, 25...active stack. F/to, /(0) na z. FIG, 4(0) 41tIf, -$

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、N個(Nは2以上の整数)のヘッドマスおよび前記
ヘッドマス間に積層状に固定された(N−1)個のコン
プライアント手段を有するヘッド部と、 前記ヘッド部に固定され電気機械的変換を行なう電気機
械的トランスデューサ手段と、 前記電気機械的トランスデューサ手段に固定されたテー
ルマスとを備え、 動作帯域内の少くともN個の共振で共振振動を生じさせ
る縦型の電気機械的トランスデューサ。 2、特許請求の範囲第1項記載のトランスデューサにお
いて、前記ヘッド部は3層ヘッド部であることを特徴と
するトランスデューサ。 3、特許請求の範囲第1項記載のトランスデューサにお
いて、前記コンプライアント手段は金属および圧電セラ
ミックよりも十分に大きいコンプライアンスを有するこ
とを特徴とするトランスデューサ。 4、媒体中に放射を行なう縦形電気機械的トランスデュ
ーサにおいて、 媒体と接触するヘッドマスと、 前記ヘッドマスに当接する第1の電気機械的トランスデ
ューサ素子と、 前記第1の電気機械的トランスデューサ素子に当接する
中間マスと、 前記中間マスに当接する第2の電気機械的トランスデュ
ーサ素子と、 前記第2の電気機械的トランスデューサ素子と当接する
テールマスとを備え、 前記テールマスは、主たる運動を前記ヘッドおよび中間
マスに生じさせるのに十分な質量を有し、前記トランス
デューサ構造は動作帯域内に2つの共振を生じさせるこ
とを特徴とするトランスデューサ。 5、特許請求の範囲第4項に記載のトランスデューサに
おいて、前記第1および第2の電気機械的トランスデュ
ーサ素子が電気的に並列に接続されていることを特徴と
するトランスデューサ。 6、特許請求の範囲第5項記載のトランスデューサにお
いて、前記第1および第2の電気機械的トランスデュー
サ素子の一方が膨脹し、他方が収縮するように電気接続
がなされていることを特徴とするトランスデューサ。 7、特許請求の範囲第4項記載のトランスデューサにお
いて、前記第1の電気機械的トランスデューサ素子は第
1のトランスデューサ材料から成り、前記第2の電気機
械的トランスデューサ素子は前記第1のトランスデュー
サ材料とは異なる第2のトランスデューサ材料から成る
ことを特徴とするトランスデューサ。 8、特許請求の範囲第4項記載のトランスデューサにお
いて、前記第1の電気機械的トランスデューサ素子は第
1の厚さを有し、前記第2の電気機械的トランスデュー
サ素子は第1の厚さとは異なる第2の厚さを有すること
を特徴とするトランスデューサ。
[Claims] 1. A head portion having N head masses (N is an integer of 2 or more) and (N-1) compliant means fixed in a stacked manner between the head masses; and the head portion. an electromechanical transducer means fixed to said electromechanical transducer means for effecting electromechanical conversion; and a tail mass fixed to said electromechanical transducer means, said vertical transducer means producing resonant oscillations with at least N resonances within a band of operation. Electromechanical transducer. 2. The transducer according to claim 1, wherein the head section is a three-layer head section. 3. A transducer according to claim 1, wherein the compliant means has a compliance significantly greater than that of metals and piezoelectric ceramics. 4. A vertical electromechanical transducer for radiating into a medium, comprising: a head mass in contact with the medium; a first electromechanical transducer element in contact with the head mass; and an intermediate in contact with the first electromechanical transducer element. a second electromechanical transducer element that abuts the intermediate mass; and a tail mass that abuts the second electromechanical transducer element, the tail mass producing a primary motion in the head and the intermediate mass. 1. A transducer having a mass sufficient to cause the transducer structure to produce two resonances within its operating band. 5. The transducer according to claim 4, wherein the first and second electromechanical transducer elements are electrically connected in parallel. 6. The transducer according to claim 5, wherein the electrical connection is made such that one of the first and second electromechanical transducer elements expands and the other contracts. . 7. The transducer according to claim 4, wherein the first electromechanical transducer element is made of a first transducer material, and the second electromechanical transducer element is made of a first transducer material. A transducer comprising a different second transducer material. 8. The transducer of claim 4, wherein the first electromechanical transducer element has a first thickness and the second electromechanical transducer element differs from the first thickness. A transducer having a second thickness.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59230399A (en) * 1983-06-14 1984-12-24 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Piezoelectric vibrator

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JPS59230399A (en) * 1983-06-14 1984-12-24 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Piezoelectric vibrator

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