JPS6199499A - 水中用圧電受波シ−ト - Google Patents

水中用圧電受波シ−ト

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JPS6199499A
JPS6199499A JP59221050A JP22105084A JPS6199499A JP S6199499 A JPS6199499 A JP S6199499A JP 59221050 A JP59221050 A JP 59221050A JP 22105084 A JP22105084 A JP 22105084A JP S6199499 A JPS6199499 A JP S6199499A
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piezoelectric
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piezoelectric sheet
sheets
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Hisao Sakano
坂野 久夫
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NGK Spark Plug Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/005Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/20Arrangements of receiving elements, e.g. geophone pattern
    • G01V1/201Constructional details of seismic cables, e.g. streamers
    • G01V1/208Constructional details of seismic cables, e.g. streamers having a continuous structure

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、海底地震探査や魚群探知用のハイドロフォン
、または超音波洗浄装置の洗浄液内における?’F f
1!11定子等に好適に利用される水中用圧電受波シー
トに関する。
〈従来技術〉 ポリ弗化ビニリデン、ポリ弗化ビニール、ポリ塩化ヒニ
リデン、ポリ1!シ化ヒニール、ナイロン′):の圧電
性有機物もしくは合成ゴムや合成樹脂の有機物中にチタ
ン酸ジルコニア酸鉛、チタン酸鉛等の強誘電セラミック
粒子を混合してなる圧電性有機セラミック複合物は、一
般の焼結負圧電磁器材料に比し、その音響インピーダン
スが水の音響インピーダンスに近似する特性を有し、こ
のため、これを圧゛屯トランデューサとして用いると水
中を伝播する音響波を効率良く受波し、感度を高め得る
利点を生じる。
そこで:fr、4図に示すように、前記圧電材料よりな
る圧電シー)aの上下面に電極シー)b、cを設け、電
極シー)b、c間に所定の直流電圧を印加して圧電シー
)aを厚み方向に分極し、これを水中に浸漬して、前記
電極シートb及び導電被覆C間から出力信号を取出して
前記水中を伝播する音響波を受信するようにした水中用
圧電受波シートがある。
く光15Iが解決しようとする問題点〉ところで、It
ij記構成による圧電シートは、柔軟であるため、音響
波以外の圧力1例えば吹き流し蒔の引・歪応力や木の流
動、彼女等による曲げ応力が作用するが、これら機械的
応力は圧電シートaの面方向(分極軸に垂直な方向)に
歪みを与え電荷又は電圧を生じ、これがノイズ信号とな
って音響波に重畳的に加わり、S/N比を低下させると
いう欠点があった。
本発明は、音響波以外の影響を阻止して前記従来構成の
欠点を除去し得る水中用圧電受波シートの提供を目的と
するものである。
く問題点を解決するための手段〉 本発明は、圧電性有機セラミック複合物からなる第一圧
電シートと第二圧電シートを積層し、前記いずれかの圧
電シートを、他方の圧電シートに比してハイドロ7オン
定数の大きな圧電材料とするとともに、面方向に作用す
る応力により発生するIv、荷又は電圧がほぼ相等しく
なるよう構成し、かつ前記第一圧電シートと第二圧電シ
ートから生じる電荷又は電圧の差異を取出す接続手段を
備えてなるものである。
く作用〉 上記本発明におけるノイズキャンセル原理は以下の通り
である。
いま、一方の圧電シートのハイドロフォン定数をld 
h及び圧電定数をそれぞれ’d 33 、 ’d :l
Iとすると、これらの間には ’d h = ’d 33 + 2 ’d :11の関
係がある。
また、他方の圧電シートについてもそれぞれ定数を”d
 h 、 ”d 33 、 ’d 3+とすると、これ
らの間には ’d  h = 2d :13 + 2 ’d 31の
関係がある。
ところで 圧電定数’d 33 、 ”d 1:lは厚
み方向(分極方向)の圧力に応答する電気変換率を示し
、音響波信号はこの定数に基づく電荷である。また圧゛
iミニ数1d :II 、 ”d :lIは面方向(分
極軸に垂直な方向)の圧力に応答する電気変換率を示し
ノイズ信号はこの定数に基づ〈電荷である。
従ってこれらの関係より ld  h −’d  h 場 O・・・■’d  3
1 −’d  :lI  =  O−+@とすることに
よって、’d 3:l 、 ’d 33の差が取出され
、ノイズ信号が除去されて音響波による信号のみか取出
されるのである。
そこで本発明では、一方の圧電シートの材料にハイドロ
7オン定数1d hの大きい圧電性有機セラミンク複合
物、例えばチタン酸鉛(P bT i 03)にゴム、
樹脂等の有機物を混合したものを選択使用する。ちなみ
にPbTi0zとシリコンゴムを7:10の比で混合し
た材料は1dh=35×−+2 10 (C/N)である。
また他方の圧電シートの材料にハイドロフォン定h2d
hの小さい圧電複合材料、例えばジルコンM ・f タ
フ M 鉛(P b (Z r IIT i ) 01
 ) ニゴム、vA脂等の有機物を混合したものを選択
使用する。ちなみにPb (ZrQTi)03とシリコ
ンゴムを7・lOの比で混合した材料は2d h = 
8 Xl 0 (C:/N)である。
このよう番こ一方の圧電シートを他方の圧電シートに比
しハイドロフォン定数の大きい圧電材料とすることで上
記関係式■を満足することができる。一方、これらの圧
電材料は圧電定数’d 31 、’d31を異にし、ハ
イドロフォン定数1d hの大きい材料はど’d ’I
+が小さく、例えば上記特定の割合で配合したP bT
 i Oz材料の場合’d 31 = −5X I Q
(C/N)、同じ<Pb (Ti−Zr)O:l材料の
場合’dz+=−25X I O(C/N)と異なる。
そこで、本発明において上記関係式fりを満足させるた
めに、Pb (Ti−Zr)O:l材料に対し、圧電定
t12d 3+カP bT i O:I材ネ゛lの1d
:n値に相等しくするとか、分極電圧を下げて2d31
の低下を図ることが必要となる。
尚、Pb (Ti−Zr)03材料のd :lI (7
)低下は同時に2d hも小さくなるため、P bT 
i 03材料のId hとの差が益々大きくなって感度
を最良にならしめる効果もある。
また上記は圧電シートに発生する電荷Qに基づくノイズ
キャンセル原理を説明したが1発生電圧VによってもV
=Q/Cなる関係式から静電容量Cを考慮するだけで、
電荷Qが異なっても勿論、同様に説明することができる
本発明は、かかるノイズキャンセル原理に基き、圧電シ
ートが引っ張り又は屈撓により面方向の応力を受けた場
合に、該応力に基づいて第二圧電シートおよび第一圧電
シートに発生する電荷(又は電圧)は夫々等しく、電気
的減算により消滅する。このため、音響波が水中に発生
すると、前記接続手段から2つの圧電シートのハイドロ
フォン定数の差に基づく電荷(又は電圧)のみの取出し
か可能となる。
〈実施例〉 第1.2図について、1.2は圧電ゴム等からなる矩形
状の第−及び第二圧電シートであって例えばその上面側
が負、下面側が正となるように同一方向に分極されてい
る。前記圧電シート1.2は電極シート3を介して積層
され、その上部の第一圧電シート1の上面には電極シー
ト4が、下部の第二圧電シート2の下面には同じく電極
シート5が夫々設けられている。前記構成からなる圧電
受波シートは、別記電極シート3と電極シート4.5と
を絶縁するために、絶縁被覆6で覆う等の手段を必要と
する。
前記第一圧電シートlと、第二圧電シート2のうちのい
ずれか、例えば第一圧電シート1を前記したようにハイ
ドロフォン定数の大きい、例えばチタン酸鉛(PbTi
O:+)系材料により形成し、第二圧電シート2を通常
のPb(Tj壷Zr)03系材料により形成する。
而て形成された矩形状の圧電受波シートは、第一圧電シ
ートlの負電極となる電極シート4と、第二圧電シート
2の正電極となる電極シート5と奢リート線10により
電気的に接続して、その端部を出力端子Aとし、さらに
第一圧電シートlの正電極面と、第二圧電シート2の負
電極面とに介装した電極シート3をリード線1)により
接続して、その端部を出力端子Bとし、前記出力端子A
、B間より出力信号を取出すようにしている。
尚前記出力端子Aはアース側となっている。
前記実施例の作用を説明すると、前記圧電受波シートに
彼女等により面方向の応力を生じると、111」記圧電
シー)1.2に夫々電荷(又は電圧)を生しる。ところ
で、第一圧電シートl、第二圧電ンート2のd ’+1
はほぼ等しくしであるから、前記面方向の応力によって
両圧電シート1,2に発生する電荷量(又は電圧)は、
はとんど同じであり、前記したように第一圧電シート1
の負電極と、第二圧電シート2の正電極とはリード線l
により電気的に短絡し、また第一圧電シート1の正電極
と、第二圧電シート2の負電極とは電極シート3を介し
て短絡しているので消極し合い、結局出力端子A、B間
には前記彼女等の外的応力によっては電位差(又は電圧
差)が生じない、一方、N W波による影響はシート全
面がら圧電シートl、2に作用するが、第一圧電シート
1はハイドロフォン定数の大きな材料によって形成され
ているから、第二圧電シート2よりも音響波に対する感
度が高い、このためその液中にM F波が発生すると、
前記感度差に対応する出力が出力端子A、B間に発生す
る。
従って、前記したように彼女等の外的応力による電位の
発生は消去されるから端子A、B間には音響波に対応す
る電気信号のみが抽出されるようになる。このため、前
記湾曲による影響を受けないで、ンf臂波のみを受信す
ることができる。
前記構成からなる圧電受波シートは水中の適宜箇所に点
在させ、夫々の位置での音17P波を検出することによ
り、水中での音響波のバラ付を検出することができる。
第3図は、第一圧電シートl、第二圧電シート2の分極
方向を逆とした実施例を示す、この場合には第二圧電シ
ート2の上面と接触する電極シート7aと、第一圧電シ
ー)1の下面と接触する′・[極シー)7bとを絶縁シ
ート8により絶縁し、第−圧゛上シート1の負電極とな
る電極シー)7aを第二圧電シート2の正電極となる電
極シート5と接続し、第一圧電シート1の正電極となる
電極シート4を第二圧電シート2の負電極となる1[極
シート7bと大々電気的に接続する。またこれ以外の゛
心気的接続を防止するために、例えば前記圧゛1シ受波
ソート全周に絶縁被m6を施す。
その他の作用効果は前記実施例と同じであり省略する。
尚、前記各実施例に示す接続手段に換えて、一方の圧゛
■[シートから発生した電荷を反転し、他方の圧電シー
トから発生した電荷と結合し、その差を取出すようにし
てもよい。
前記JL屯受波ンートの形状は、用途に応じて種/、・
l、!!’択でき、円板状簿の形状が考えられる。
〈発明の効果〉 本発明は前記の説明によって明らかにしたように、圧゛
心受波シートが外圧により湾曲した場合lこ、前記第一
圧電シートlおよび第二圧電シート2に発生する電荷を
打消し合うようにし、ハイドロフォン定数の大きな材料
によって形成された圧゛・Cシートに生ずる前記音響波
に対応する電荷のみを出力端子から取出し得るようにし
たから、前記彼女等の外的応力による影響を可及的に除
去して抽出でき、圧電シートの出力のS/N比を著しく
向りできる等の優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の第一実施例の斜視図、第2図は同縦断
側面図であり、第3図は第二実施例の縦断側面図、第4
図は従来装置の斜視図である。 1・・・第一圧電シート 2・・・第二圧電シート 3〜5,7a、7b・・・電極シート A、B・・・出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  圧電性有機セラミック複合物からなる第一圧電シート
    と第二圧電シートを積層し、前記いずれかの圧電シート
    を、他方の圧電シートに比してハイドロフォン定数の大
    きな圧電材料とするとともに、面方向に作用する応力に
    より発生する電荷又は電圧がほぼ相等しくなるよう構成
    し、かつ前記第一圧電シートと第二圧電シートから生じ
    る電荷又は電圧の差異を取出す接続手段を備えたことを
    特徴とする水中用圧電受波シート
JP59221050A 1984-09-12 1984-10-19 水中用圧電受波シ−ト Granted JPS6199499A (ja)

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DE8585420164T DE3574554D1 (de) 1984-09-12 1985-09-11 Piezoelektrische unterwasseranordnung.

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