JPS6143896A - Low frequency underwater ultrasonic transmitter - Google Patents

Low frequency underwater ultrasonic transmitter

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Publication number
JPS6143896A
JPS6143896A JP16527584A JP16527584A JPS6143896A JP S6143896 A JPS6143896 A JP S6143896A JP 16527584 A JP16527584 A JP 16527584A JP 16527584 A JP16527584 A JP 16527584A JP S6143896 A JPS6143896 A JP S6143896A
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JP
Japan
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columnar body
displacement
lever
transmitter
active
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP16527584A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Inoue
武志 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS6143896A publication Critical patent/JPS6143896A/en
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/121Flextensional transducers

Abstract

PURPOSE:To offer a small-sized two-way or nondirectional echo sounder transmitter excellent in high power characteristic in a low frequency band by providing two-stage displacement enlarging mechanism to said transmitter. CONSTITUTION:An active columnar body 31 is excited for the vertical vibration. A non-active columnar body 41 made of high tensile steel is so designed that it can have a large rigidity with respect to the vertical displacement and can be flexible with respect to a flexible displacement. When the columnar body 31 is displaced by xsi1, a lever 34 rotates inside to develop an enlarged displacement xsi2 at ends P and P'. At this time, the columnar body 41 having a thick base part 31' transmits efficiently the vertical displacement of the columnar body 31 to the lever 34. Even when the lever 34 rotates with respect to the 1st stage displacement enlarging mechanism, structually the flexible moment is canceled out, and the flexible moment arising in the columnar body 31 goes to approximately zero. In terms of the 2nd stage displacement enlarging mechanism, when the displacement by xsi2 occurs at the points P and P', the displacement several times larger than the xsi2 is given as shown by the double arrows owing to the form effect of a convex shell.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の産業上の利用分野) 本発明は遠距離ソーナー、海洋資源探査などに使用され
る双方向あるいは無指向性の低周波ノ・イパワー送波器
に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field of the Invention) The present invention relates to a bidirectional or omnidirectional low frequency power transmitter used for long-range sonar, marine resource exploration, etc. .

(従来技術) 水中において低周波の超音波は高周波に比べて伝搬損失
が少なく、遠方まで到達することができるため、ソーナ
ー、海洋資源探査、海流の調査等の分野で低周波の超音
波を利用することは数々の長所がある。従来から水中に
おいて強力超音波を放射する送波器として動電形トラン
スジューサと圧電(電歪形トランスジュー讐が知られて
いる。
(Prior technology) Low-frequency ultrasonic waves have less propagation loss underwater than high-frequency waves and can reach long distances, so low-frequency ultrasonic waves are used in fields such as sonar, ocean resource exploration, and ocean current research. There are many advantages to doing so. Conventionally, electrodynamic transducers and piezoelectric (electrostrictive) transducers have been known as transmitters that emit powerful ultrasonic waves underwater.

動電型トランスジューサは、大きな変位がとりうる反面
、発生力が小さいことにより、低周波で小型のトランス
ジューサを得ることは極めて困難である。
Although electrodynamic transducers are capable of large displacements, they generate small forces, making it extremely difficult to obtain small transducers with low frequencies.

これに対し圧電形トランスジューサには電気音響変換材
料としてジルコンチタン酸鉛系圧電磁器が用いられてお
り、圧電磁器は水に比べて約20倍以上も音響インピー
ダンスが大きいために1発生力は極めて大きいが媒質排
除(音響放射)K必要な変位が小さいという欠点がある
。送波器から放射される超音波の音圧は音響放射面の体
積速度(音響放射断面積X音響放射面の速度で定義され
る)が大争いほど大きい。即ち、放射断面積を一定とす
ると送波器の音響放射面の速度が大きいほど、出力音圧
は大きいわけである。寸た、音響放射面の変位の時間微
分が音響放射面の速度であることから、一定の振動速度
であれば低周波になるほど変位が大きく女るわけである
から低周波で大きな音圧を得ようとするとそれだけ大振
幅で変位する音響放射面が必要となってくる。さらに、
低周波になるに従い単位放射面積当りの音響放射インピ
ーダンスが極めて小さくなることを考慮すると、低周波
で効率の良い音響放射を行うためKは、圧電磁器の変位
を大幅に拡大させて音響放射を行う必要がある。以下、
従来の圧電トランスジューサについて説明する。
On the other hand, piezoelectric transducers use zirconium lead titanate-based piezoelectric ceramics as the electroacoustic conversion material, and piezoelectric ceramics have an acoustic impedance that is approximately 20 times larger than that of water, so the power generated per unit is extremely large. However, the medium exclusion (acoustic radiation) K has the disadvantage that the required displacement is small. The sound pressure of the ultrasonic wave emitted from the transmitter is so large that the volume velocity of the acoustic radiation surface (defined as the acoustic radiation cross-sectional area x the velocity of the acoustic radiation surface) is large. That is, assuming that the radiation cross-sectional area is constant, the higher the velocity of the acoustic radiation surface of the transmitter, the higher the output sound pressure. In fact, since the time derivative of the displacement of the acoustic radiation surface is the velocity of the acoustic radiation surface, if the vibration velocity is constant, the displacement increases as the frequency decreases, so a large sound pressure can be obtained at low frequencies. If we try to do this, we will need an acoustic radiation surface that can be displaced with a correspondingly large amplitude. moreover,
Considering that the acoustic radiation impedance per unit radiation area becomes extremely small as the frequency decreases, in order to achieve efficient acoustic radiation at low frequencies, K performs acoustic radiation by greatly expanding the displacement of the piezoelectric ceramic. There is a need. below,
A conventional piezoelectric transducer will be explained.

水中において強力超音波を送波するトランスジューサと
してボルト締めランジュバントランスジューサは3kl
lz〜数10kfTzの周波数帯において積極的に用い
られていることは周知の通りである。
The bolt-on Langevin transducer is a 3kl transducer that transmits powerful ultrasonic waves underwater.
It is well known that it is actively used in the frequency band from lz to several tens of kfTz.

しかしながら、このトランスジューサ1に3kHz以下
の低周波で効率良く動作させようとする場合、変位拡大
機構を持た力いために重量、寸法があまりKも大きく々
りすぎ実用に供しなくなる。
However, if this transducer 1 is to be operated efficiently at a low frequency of 3 kHz or less, the displacement magnification mechanism is required and the weight and dimensions are too large to be of practical use.

そこで低周波で小型化のはかれるトランスジューサとし
て、例えばR,8,Woollett、”Trend 
andProbrem in 5onar T’ran
sducer Design、” IEF;ETran
s、 on Ultrasonics Enginee
ring、 pp、116−124 (1963,11
)K記載されているように、第1図に示す円板の屈曲振
動を利用した屈曲形トランスジューサ、あるいtry 
G、 Brigham and B、Grass。
Therefore, as a transducer that can be miniaturized at low frequency, for example, R, 8, Woollett, "Trend"
andProblem in 5onar T'ran
sducer Design,” IEF;ETran
s, on Ultrasonics Engineering
ring, pp. 116-124 (1963, 11
) K As described, the bending type transducer using the bending vibration of the disk shown in Fig. 1, or the try
G, Brigham and B, Grass.

“Present  5tatus  in  Fle
xlensional  Tran@ducerTec
hno Iogy″、 J、Acoust、 8oc、
 Am、 Vol、 68 。
“Present 5 status in Flesh
xlensional Tran@ducerTec
hno Iogy'', J, Acoust, 8oc,
Am, Vol. 68.

No、4. pp、1046−1052 (1980,
10)に記載されているように第2図に示す楕円形をし
たシェルを用いた屈曲伸びトランスジューサが知られて
いる。
No, 4. pp. 1046-1052 (1980,
As described in 10), a bending-extension transducer using an oval shell shown in FIG. 2 is known.

(従来技術の問題点) 第1図に示した円形平板を用いた屈曲トランスジューサ
は、周知のようVC2個の円形バイモルフ振動子を送波
器に用いたものである。第1図において10けジルコン
チタン酸鉛系圧電磁器板、11はニッケル、ステンレス
スチールなどの金属板であり、10.11でバイモルフ
振動子を構成し、これら2個のバイモルフ振動子はとも
に音響媒質(水)を押し出すかあるいは引き込むような
屈曲振動を行ない、バイモルフ振動子の両面から超音波
が放射される。またl2Viキヤビテイ、13はハウジ
ングケースである。しかし表から10の圧電磁器板とし
て大面積の圧電磁器板を得ることができないことから、
多数のセグメント磁器板をモザイク式に金属板11VC
接着することKよってバイモルフ振動子が得られている
のが現状である。
(Problems with the Prior Art) The bending transducer using a circular flat plate shown in FIG. 1 uses two VC circular bimorph vibrators as a transmitter, as is well known. In Fig. 1, 10 is a zirconium titanate-based piezoelectric ceramic plate, 11 is a metal plate such as nickel or stainless steel, and 10.11 constitutes a bimorph resonator, and these two bimorph resonators are both acoustic media. It performs bending vibrations that push out or pull in (water), and ultrasonic waves are emitted from both sides of the bimorph oscillator. Further, 13 is a housing case. However, since it is not possible to obtain a piezoelectric ceramic plate with a large area as shown in Table 10,
Metal plate 11VC in mosaic style with many segmented porcelain plates
At present, bimorph resonators are obtained by bonding.

このため送波器としての媒質排除能力が十分で彦く、ハ
イパワー送波VCFi適していない。たとえ大面積の圧
電磁器板が得られたとしてもバイモルフ振動子は構造上
、撓みコンプライアンスがかなシ大きく、良好な媒質排
除能力は期待されるべくもない。
Therefore, the medium rejection ability as a transmitter is insufficient, making it unsuitable for high power transmission VCFi. Even if a piezoelectric ceramic plate with a large area could be obtained, the bimorph resonator has a large bending compliance due to its structure, and good medium expulsion ability cannot be expected.

第2図に示した楕円シェルを用いた屈曲伸びトランスジ
ューサは圧電磁器柱状体20が長軸方向に伸び変位した
ときに1シエル21が図中の二重矢印で示すように柱状
体20の数倍の変位で一様に収縮する一種の変位拡大機
構を有するトランスジューサである。(4分の1部分だ
け矢印で示す。)このような屈曲伸びトランスジューサ
に関して圧電磁器柱状体20の変位が数倍に拡大されて
シェル外表面から超音波が送波され、またバイモルフ円
板に比べて楕円シェルは大きな剛性が得られることから
、第1図に示したトランスジューサに比べてハイパワー
送波に優れたトランスジューサであるとされている。し
かし力から、第2図に示した屈曲伸びトランスジューサ
の性能は楕円シェルの形状に強く依存する。長径bK比
べて短径aが小さい、換言すれば離心率の大きな扁平な
楕円シェルはど、理論的には音響整合性も良く音響放射
効率も良くなるわけである。ところが以下に示す理由に
より、この楕円シェルは任意の形状をとることはできが
い。まず第1K形状が扁平になるはど応力が曲率の大き
な部分近辺に集中すること。
In the bending-elongation transducer using an elliptical shell shown in FIG. 2, when the piezoelectric ceramic columnar body 20 is elongated and displaced in the longitudinal direction, one shell 21 is several times larger than the columnar body 20, as shown by the double arrow in the figure. This is a transducer that has a kind of displacement amplification mechanism that contracts uniformly with a displacement of . (Only a quarter portion is indicated by an arrow.) Regarding such a bending-extension transducer, the displacement of the piezoelectric ceramic columnar body 20 is expanded several times, and ultrasonic waves are transmitted from the outer surface of the shell, and compared to a bimorph disk, the displacement of the piezoelectric ceramic columnar body 20 is expanded several times. Since the elliptical shell has great rigidity, it is said to be a transducer that is superior to the transducer shown in FIG. 1 in transmitting high-power waves. However, due to the force, the performance of the flex-extension transducer shown in FIG. 2 is strongly dependent on the shape of the elliptical shell. A flat elliptical shell in which the minor axis a is smaller than the major axis bK, in other words, the eccentricity is large, theoretically provides better acoustic matching and better acoustic radiation efficiency. However, for the reasons explained below, this elliptical shell cannot take any arbitrary shape. First, when the first K shape becomes flat, stress is concentrated near the portion with large curvature.

M2に圧電磁器柱状体や電子機器の収納スペースをとら
なければならないことKよる。このようなことから実用
上、楕円シェルの長径に対する短径の比a / bを0
.3以下にすることは不可能である。
This is due to the fact that M2 must have a storage space for the piezoelectric ceramic columns and electronic equipment. For this reason, in practice, the ratio a/b of the short axis to the long axis of the elliptical shell is set to 0.
.. It is impossible to reduce the number to 3 or less.

従って圧電磁器柱状体20の変位に対して楕円シェルの
最大に変位する部分は短軸の部分であり、a / b 
> 0.3においてこの部分はせいぜい5〜7倍の拡大
された変位が発生するKすぎ々い。
Therefore, the part of the elliptical shell that is displaced the most with respect to the displacement of the piezoelectric ceramic columnar body 20 is the short axis part, and a / b
> 0.3, this part is so K that at most a 5-7 times magnified displacement occurs.

(発明の目的) 本発明は、このような従来のトランスジューサの欠点を
除去せしめて、低周波帯において小型でハイパワー特性
KNれた双方向性ないしは無指向性の送波器を提供する
こと忙ある。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional transducer and provide a bidirectional or omnidirectional transmitter that is compact and has high power characteristics in the low frequency band. be.

(発明の構成) 本発明は縦振動を励振することができ、その両端におい
てそれぞれ2つのヒンジ部と接続するアクティブ柱状体
と、ヒンジ部及びペース部からなり前記アクティブ柱状
体ヲハさんで並列に配置される2つの非アクティブ柱状
体と、一方の非アクティブ柱状体及びアクティブ柱状体
の両端部とヒンジ部を介して接続する第1のレバー部と
、同様に他方の非アクティブ柱状体及びアクティブ柱状
体の両端部とヒンジ部を介して接続する第2のレバー部
と、該第1及び第2のレバー部の端部にそれぞれ形成さ
れるフンペックス型シェル又hコンケープ型シェルとか
らなる構造を備えたことを特徴とする低周波水中超音波
送波器である。
(Structure of the Invention) The present invention is capable of exciting longitudinal vibration, and consists of an active columnar body connected to two hinge parts at each end thereof, a hinge part, and a pace part, which are arranged in parallel across the active columnar bodies. two inactive columnar bodies, a first lever part connected to both ends of one inactive columnar body and the active columnar body via a hinge part, and similarly the other inactive columnar body and active columnar body. A second lever part connected to both ends of the lever part via a hinge part, and a Humpex-type shell or an h-concape-type shell formed at the ends of the first and second lever parts, respectively. This is a low frequency underwater ultrasonic transmitter characterized by the following.

(構成の詳細な説明) 本発明の送波器は上記2段変位拡大機構を有する構成と
することにより従来技術の諸問題を解決している。以下
図面に従って翳1明する。
(Detailed description of the structure) The transmitter of the present invention solves the problems of the prior art by having the above-mentioned two-stage displacement amplifying mechanism. The details are explained below according to the drawings.

第3図はコンベックス型シェルを用いた本発明の送波器
の一例を示したものである。第3図の送波器の動作原理
について詳細説明する。第3図において31は圧電磁器
あるいは磁歪材料から構成されるアクティブ柱状体であ
り、電圧あるいは電流を入力することKより縦振動が励
振されるものである。アクティブ柱状体31に並列忙配
置されておりヒンジ部33.33’及びペース部31′
からなり高張力鋼などの機械的強度の大きな材料からで
きている非アクティブ柱状体は、縦変位に対しては相当
大きな剛性を有し撓み変位に対しては柔軟であるように
設計される。第3図の二重矢印で示すようにアクティブ
柱状体がξ、だけ変位すると、レバー34は内側に角度
θだけ回転し、レバー端P、P’において拡大された変
位ξ2が発生する。この場合、レバーには十分大きな剛
性を有する材料(たとえば高張カステンレス鋼)を用い
ることにより、レバーは/’Jとんど剛体回転に近い動
きを示し、ヒンジ32,33(あるいFi32’、33
’)間の距離を!1、ヒンジ33とP(あるいFi33
’とp’)との距離を!、とすると、幾可学的に拡大さ
れた変位ξ、け l! 1ξzl=  lξ+ l       (1)となる
。例えば4”34  とするとアクティブ柱状体の変位
ξ1に対し3倍の拡大された変位がP。
FIG. 3 shows an example of the transmitter of the present invention using a convex shell. The operating principle of the transmitter shown in FIG. 3 will be explained in detail. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes an active columnar body made of piezoelectric ceramic or magnetostrictive material, whose longitudinal vibration is excited by inputting a voltage or current. A hinge portion 33, 33' and a pace portion 31' are arranged in parallel to the active columnar body 31.
The inactive column, which is made of a high mechanical strength material such as high-strength steel, is designed to have considerable stiffness against longitudinal displacement and flexibility against deflection displacement. When the active column is displaced by ξ, as indicated by the double arrow in FIG. 3, the lever 34 rotates inward by an angle θ, and an enlarged displacement ξ2 occurs at the lever ends P, P'. In this case, by using a material with sufficient rigidity for the lever (for example, high tensile stainless steel), the lever exhibits a movement close to the rotation of a rigid body, and the hinges 32, 33 (or Fi 32', 33
') the distance between! 1. Hinge 33 and P (or Fi33
' and p') distance! , then the geometrically expanded displacement ξ, kel! 1ξzl=lξ+l (1). For example, if it is 4"34, then the displacement P is three times the displacement ξ1 of the active columnar body.

P′点において発生するわけである。このときてこの支
点の働きをする非アクティブ柱状体は、アクティブ柱状
体31で励振された縦振動を効率良くレバー34に伝達
させるために、縦振動に関する剛性を前述のように相当
大きくする必要がある。
This occurs at point P'. At this time, in order to efficiently transmit the longitudinal vibration excited by the active columnar body 31 to the lever 34, the inactive columnar body that functions as the fulcrum needs to have considerably high rigidity with respect to longitudinal vibration as described above. be.

ペース部分31′がかなり太くなっているのはまさにこ
のためである。″また、レバー34がてこの支点Q 、
 Q’廻りに角度θだけ回転すると、レバーに当接する
ヒンジ32,32’、33.33’部分も角度θだけ撓
み変形をおこし、非アクティブ柱状体に撓みモーメント
が発生する。この撓みモーメントの大きさはとンジ32
.32’、 33.33’の撓みコンプライアンスが小
さいほど大きい。即ち、ヒンジ32.32’、33.3
3’ の撓みコンプライアンスが小さいほどレバー34
0回転を阻害することになり、ヒンジ32,32’、3
3.33’ として縦コンプライアンスは小さく、撓み
コンプライアンスは大きいヒンジ(例えば平板状ヒンジ
)が好適である。また本発明の第1段変位拡大機構に関
してレバーう4が角度θだけ回転しても、構造上撓みモ
ーメントが相殺されてアクティブ柱状体31内に生ずる
撓みモーメントa?’!とんど零となる著るしく優れた
特徴を有する。即ち、アクティブ柱状体には曲げ変形が
極めて生じにくいため、堅牢な第1設置位拡大機構を実
現することができるわけである。
This is precisely why the pace portion 31' is so thick. ``Also, the lever 34 is the lever Q,
When rotated around Q' by an angle θ, the hinges 32, 32', 33, and 33' that contact the lever are also deflected by an angle θ, and a bending moment is generated in the inactive columnar body. The magnitude of this deflection moment is 32
.. 32', 33. The smaller the deflection compliance of 33', the greater. i.e. hinges 32.32', 33.3
The smaller the deflection compliance of lever 34
This will inhibit zero rotation, and the hinges 32, 32', 3
3.33', a hinge with a small vertical compliance and a large bending compliance (for example, a plate-shaped hinge) is suitable. Furthermore, even if the lever 4 rotates by an angle θ in the first stage displacement magnifying mechanism of the present invention, the bending moment is canceled out due to the structure and a bending moment a? '! It has a remarkable feature of being almost zero. That is, since bending deformation is extremely unlikely to occur in the active columnar body, it is possible to realize a robust first installation position enlarging mechanism.

第2設置位拡大機構に関して、p 、 p’点において
ξ、たけ変位するとコンベックスシェルの形状効果によ
り、ξ、のさらに数倍の拡大された変位が図の二重矢印
に示されたように与えられるわけである。このように本
発明の送波器は2段階の変位拡大機構を有するため、音
響放射面(シェルの外表面)において極めて大きな変位
が与えられ、小型で音響放射能力の優れたものと言える
Regarding the second installation position expansion mechanism, when the point p and p' is displaced by ξ, due to the shape effect of the convex shell, an expanded displacement of several times ξ is given as shown by the double arrow in the figure. That's why. As described above, since the transmitter of the present invention has a two-stage displacement amplification mechanism, an extremely large displacement is given to the acoustic radiation surface (outer surface of the shell), and it can be said to be compact and have excellent acoustic radiation ability.

次に本発明の送波器に使用されるアクティブ柱状体の一
例として圧電磁器リングを用いたものを第4図に示す。
Next, FIG. 4 shows an example of an active columnar body used in the transmitter of the present invention using a piezoelectric ceramic ring.

第4図において41は圧電磁器リングであり、隣接する
圧電磁器リングは互いに分極方向が逆向きになるように
配置され電気的には並列に配置される42Fiボルト、
43Viナツトで圧電磁器リング41に静的な圧縮応力
を加える働きをする。その理由は圧電磁器は圧力に対す
る機械的強度が大きい反面、張力に対して脆弱であるた
め、励振時に圧電磁器リング41に張力を生じさせ碌い
ために使用されるものである。この結果、圧電磁器固有
の張力限界の数倍の駆動が可能とkるこのような構造の
アクティブ柱状体は、すべての圧電磁器リング41内で
分極と電界のベクトルの方向は、一様に同相あるいは逆
相となることにより、全体が一様に伸び縮みを行うこと
ができるわけである。尚、本発明の送波器において、ア
クティブ柱状体として圧電磁器の替りにレアアース元素
を成分とする高性能磁歪材料を用いることも勿論可能で
あることは言うまでもない。
In FIG. 4, 41 is a piezoelectric ceramic ring, and adjacent piezoelectric ceramic rings are arranged so that their polarization directions are opposite to each other and are electrically arranged in parallel.
The 43Vi nut serves to apply static compressive stress to the piezoelectric ceramic ring 41. The reason for this is that although piezoelectric ceramics have high mechanical strength against pressure, they are vulnerable to tension, so they are used to generate tension in the piezoelectric ceramic ring 41 during excitation to improve performance. As a result, it is possible to drive at several times the tension limit inherent to piezoelectric ceramics.The active columnar body with such a structure has the polarization and electric field vector directions uniformly in phase within all piezoelectric ceramic rings 41. Alternatively, by being in reverse phase, the whole can expand and contract uniformly. In the transmitter of the present invention, it is of course possible to use a high-performance magnetostrictive material containing a rare earth element instead of the piezoelectric ceramic as the active columnar body.

以上コンベックスシェルを用いた本発明に基ず〈送波器
について説明してきたが、第5図に示す工うにコンケー
プ形のシェル35′を用いた送波器は、二重矢印で示す
ようにコンベックスシェルとは音響放射のさいの位相が
πだけ異るだけで全く同様の動作を行うことは明白であ
る。第5図において31はアクティブ柱状体、31′は
ベース部、32.32’、33.33’ はヒンジ部、
34けレバー部、35′はコンケープ型シェルである。
The transmitter based on the present invention using a convex shell has been described above, but the transmitter using a concave shell 35' shown in FIG. It is clear that the shell operates in exactly the same way as the shell, except that the phase of acoustic radiation differs by π. In Fig. 5, 31 is an active columnar body, 31' is a base part, 32.32', 33.33' are hinge parts,
The 34 lever part and 35' are concave type shells.

以上述べたように1本発明に基ずく水中低周波送波器の
もう一つの優れた特徴として、アクティブ柱状体の変位
に対して音響放射端においてn倍(n >> 1 )の
変位拡大を行うことができるわけであるから、音響放射
端の質量はアクティブ柱状体側に換算すると02倍とな
り、小型軽量で低周波の送波器を得ることができる。本
発明の送波器は低周波化、小型軽量化、高効率化を同時
に、しかも容易に行うことができる送波器であると言え
る。
As mentioned above, another excellent feature of the underwater low-frequency transmitter based on the present invention is that the displacement of the active columnar body is increased by n times (n >> 1) at the acoustic radiation end. Therefore, the mass of the acoustic radiation end is 0.2 times that of the active columnar body side, and a small, lightweight, low-frequency transmitter can be obtained. It can be said that the transmitter of the present invention is a transmitter that can achieve low frequency, size and weight reduction, and high efficiency at the same time and easily.

(実施例) 本発明の一実施例としてコンベックス型シェルを用いた
水中超音波送波器について第6図を参照圧して説明する
。第3図に示したコンベックス型シェルを用いたトラン
スジューサを肉厚10aIIのFRP製ハウジングケー
ス61に収納し、トランスジューサとノ・ウジングケー
スとの音響的結合を防止し、またレバーの回転運動を妨
げないようにする目的でコルク及び合成ゴムを主成分と
した音響的デカップリング材62がレバーの側面に配さ
れている。音響放射を行うコンベックスシェルは曲率半
径が外径よシも大きなものが用いられ、平面形状は5 
Qcm×40cIL1厚さ1.5〜2.0C1fiとし
た。
(Example) As an example of the present invention, an underwater ultrasonic wave transmitter using a convex shell will be described with reference to FIG. The transducer using the convex type shell shown in Fig. 3 is housed in an FRP housing case 61 with a wall thickness of 10aII to prevent acoustic coupling between the transducer and the nosing case, and to prevent rotational movement of the lever. For this purpose, an acoustic decoupling material 62 mainly made of cork and synthetic rubber is placed on the side of the lever. The convex shell used for acoustic radiation has a radius of curvature larger than the outer diameter, and its planar shape is 5.
Qcm×40cIL1 thickness 1.5 to 2.0C1fi.

なお平面形状はこれに限られない。レバー、ヒンジ及び
コンベックスシェルはすべて高張力が採用された。試作
した送波器の空中での共振周波数は810 Hz、質量
Fi47〜である。アクティブ柱状体の変位忙対しコン
ベックスシェルの中央部分では約12倍の変位が得られ
ている。ここではアクティブ柱状体として先に示した圧
電磁器リングを用いたものを使用した。
Note that the planar shape is not limited to this. The lever, hinge and convex shell are all made of high tensile strength. The resonant frequency of the prototype transmitter in the air is 810 Hz, and the mass Fi is 47~. The displacement of the active columnar body is about 12 times greater in the central part of the convex shell. Here, the piezoelectric ceramic ring described above was used as the active columnar body.

次忙このトランスジューサを水槽に入れてノ・イパワー
で駆動し、音響放射面から1m離れた点における音圧を
測定したところ、180dBrelμPaの音圧が容易
に得られた。また指向性は、低周波では無指向性に近い
が高周波になるに従い双方向性に近い指向性を示す。
When this transducer was placed in a water tank and driven with no power and the sound pressure was measured at a point 1 m away from the sound emitting surface, a sound pressure of 180 dBrelμPa was easily obtained. In addition, the directivity is close to omnidirectional at low frequencies, but becomes close to bidirectional as the frequency increases.

(発明の効果) 以上詳述した如く、本発明に従えば小型軽量でかつ音響
放射効率の優れた双方向性がいしは無指向性のハイパワ
ー送波器を得ることができる。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, it is possible to obtain a bidirectional insulator and omnidirectional high-power transmitter that is small and lightweight and has excellent acoustic radiation efficiency.

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

第1図は従来の屈曲トランスジューサを示す図、第2図
は従来の屈曲伸びトランスジューサを示す図、第3図は
コンベククス形シェルを用いた本発明の送波器を示す図
、第4図はアクティブ柱状体の一例を示す図、第5図は
コンケープ形シェルを用いた本発明Kjる送波器の例を
示す図、第6図は本発明の送波器の一実施例を示す図。 図においてlOは圧電磁器板、11は金属板、12はキ
ャビティ、13はハウジングケース、20は圧電磁器柱
状体、21は楕円シェル、31はアクティブ柱状体、3
1′ハ非アクティブ柱状体のベース部分、32.32’
、33.33’はヒンジ、34はレバー、35#′iフ
ンペツクス形シエル、35’Hコンケープ形シエル、4
1tj圧電磁器リング、42はボルト、43はナツト、
81はハウジングケース、82は音響デカップリング材
。 オ  1  図 オ 2 図 第3図 第4図 41 41 41 41 41 4+ 71ス 第5図 手続補正書(自発) 特許庁長官殿       rg>bρ年ρp>>E3
2、発明の名称  低周波水中超音波送波器3、 補正
をする者 事件との関係   出願人 東京都港区芝五丁目33番】号 (423)日本電気株式会社 代表者 関 本 忠 弘 4、代理人 東京都港区芝五丁目37番8号住友三田ビル電話東京0
3−456−3111(大代表)(連絡先 日本電気株
式会社 特許部)5 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 /ノ明細書第2頁I3h目に[圧電(電歪形トランスジ
ューサ」とあるのを「圧電(電歪)形トランスジューサ
」と補正する。 2ン明細書第11頁19行目に「配置される42にボル
ト、」とあるのを[配置きれる。42にボルト、」と補
正する。 の明細書m14頁6行目に「尚張力が採用」とあるのを
[高張力鋼が採用」、と補止する。 ヂノ明細誉第′1・4頁8行目にf 810HzJ  
とあるのを[510HzJと補正する。 !++
FIG. 1 shows a conventional bending transducer, FIG. 2 shows a conventional bending-extension transducer, FIG. 3 shows a transmitter of the present invention using a convex shell, and FIG. 4 shows an active FIG. 5 is a view showing an example of a columnar body, FIG. 5 is a view showing an example of a transmitter according to the present invention using a concave shell, and FIG. 6 is a view showing an embodiment of the transmitter according to the present invention. In the figure, IO is a piezoelectric ceramic plate, 11 is a metal plate, 12 is a cavity, 13 is a housing case, 20 is a piezoelectric ceramic columnar body, 21 is an elliptical shell, 31 is an active columnar body, 3
1'C base portion of inactive columnar body, 32.32'
, 33.33' is a hinge, 34 is a lever, 35#'i funpex type shell, 35'H concave type shell, 4
1tj piezoelectric ceramic ring, 42 is a bolt, 43 is a nut,
81 is a housing case, and 82 is an acoustic decoupling material. O 1 Figure O 2 Figure 3 Figure 4 41 41 41 41 41 4+ 71su Figure 5 procedural amendment (voluntary) Commissioner of the Japan Patent Office rg>bρyearρp>>E3
2. Title of the invention: Low-frequency underwater ultrasonic wave transmitter 3. Relationship with the amended case: Applicant No. 5-33 Shiba, Minato-ku, Tokyo (423) NEC Corporation Representative: Tadahiro Sekimoto 4 , Agent Sumitomo Sanda Building, 37-8 Shiba 5-chome, Minato-ku, Tokyo Telephone: Tokyo 0
3-456-3111 (main representative) (contact information: Patent Department, NEC Corporation) 5 Detailed explanation of the invention in the specification subject to amendment column 6, content of amendment / section 2nd page I3h of the specification (The phrase "electrostrictive transducer" is corrected to "piezoelectric (electrostrictive) transducer." .42 with bolts.'' In the 6th line of page 14 of the specification, the statement ``Tension is used'' is corrected to ``High-tensile steel is used.'' Jino Specification Honor No. 1. f 810HzJ on page 4, line 8
Correct it to [510HzJ. ! ++

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 縦振動を励振することができ、その両端においてそれぞ
れ2つのヒンジ部と接続するアクティブ柱状体と、ヒン
ジ部及びベース部からなり前記アクティブ柱状体をはさ
んで並列に配置される2つの非アクティブ柱状体と、一
方の非アクティブ柱状体及びアクティブ柱状体の両端部
とヒンジ部を介して接続する第1のレバー部と、同様に
他方の非アクティブ柱状体及びアクティブ柱状体の両端
部とヒンジ部を介して接続する第2のレバー部と、該第
1及び第2のレバー部の端部にそれぞれ形成されるコン
ベックス型シェル又はコンケープ型シェルとからなる構
造を備えたことを特徴とする低周波水中超音波送波器。
An active columnar body capable of exciting longitudinal vibrations and connected to two hinge parts at each end thereof, and two inactive columnar bodies each consisting of a hinge part and a base part and arranged in parallel across the active columnar body. A first lever part that connects the body to both ends of one inactive columnar body and an active columnar body via a hinge part, and similarly connects both ends of the other inactive columnar body and active columnar body to the hinge part. A low-frequency underwater device characterized by having a structure consisting of a second lever part connected through the interface, and a convex-type shell or a concave-type shell formed at the ends of the first and second lever parts, respectively. Ultrasonic transmitter.
JP16527584A 1984-08-07 1984-08-07 Low frequency underwater ultrasonic transmitter Expired - Lifetime JPS6143896A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0496600A (en) * 1990-08-14 1992-03-27 Oki Electric Ind Co Ltd Underwater transmitter made of rare-earth alloy
JP2008060777A (en) * 2006-08-30 2008-03-13 Nec Corp Electroacoustic transducer and sonar transmitter mounted therewith

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