KR830001121B1 - Directional transducer - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 본 발명에 따른 방향성 변환기의 축방향 종단도.1 is an axial longitudinal view of a directional converter according to the invention.
제2도는 제1도의 변환기의 단면도.2 is a cross-sectional view of the converter of FIG.
본 발명은 방향성 변환기에 관한 것이며 특히 제1, 제2휨원판변환기부재들이 원통형하우징의 각각의 축방향끝들에 장치되며, 변환기부재들은 변환기에 축방향으로 입사되는 음향신호들로부터 초래되는 전기신호들을 보강시키도록 또한 원통형하우징의 축에 대해 수직방향으로 입사되는 음향신호들로부터 초래되는 전기신호들을 억압시키도록 함께 전기연결되는, 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to a directional transducer, in particular wherein first and second bending disc transducer members are mounted at respective axial ends of the cylindrical housing, the transducer members being an electrical signal resulting from acoustic signals axially incident on the transducer. And a transducer electrically connected together to reinforce the electrical signals resulting from acoustic signals incident in a direction perpendicular to the axis of the cylindrical housing.
종래 기술에 따라, 이러한 형태의 변환기는 각각의 끝이 하우징에 직접 장치된 휨원판 변환기부재를 갖는다. 휨원판의 중앙은 하우징내에 보유되어 있는 관성체에 기계적으로 결속되어, 축방향으로 입사되는 음향파가 충돌될 때, 하우징이 관성체에 대해 진동해 원판변환기들의 휨을 초래시키게 하여 전기출력신호를 발생시킨다.According to the prior art, this type of transducer has a bending disc transducer member with each end mounted directly on the housing. The center of the bending disc is mechanically bound to an inertial body retained in the housing, and when the acoustic wave incident in the axial direction collides, the housing vibrates against the inertial body causing bending of the disc transducers, thereby generating an electrical output signal. Let's do it.
본 발명의 목적은 구조상 더욱 강건하고 충격 저항이 크며, 쉽게 조립될 수 있고, 바람직하게 변환기의 조립뒤에 예정된 양으로 프리스트레싱(prestressing)되는 형태의 방향성 변환기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a directional transducer of the type which is more robust in structure, has a higher impact resistance, can be easily assembled, and is preferably prestressed in a predetermined amount after assembly of the transducer.
발명에 따라, 둘레를 갖는 판형부재를 각각 포함하는 제1, 제2휨변환부재들은 축에 대해 대체로 수직인 축방향으로 마주보는 관성체 끝들에 둘레가 고정된다. 결합볼트와 같은 힘전달장치가 관성체의 축을 따라 관성체-휨변환기조립체를 에워싸는 하우징과 평면형부재들의 각각의 중앙부들을 연결시킨다. 전기신호탐지장치에 변환기부재들을 연결시키기 위한 장치가 제공된다. 양호한 실시예에서, 하우징은 플라스틱으로 제조되며 원통형 내부공간을 갖도록 원통형으로 형성된다.According to the invention, the first and second deflection converting members each comprising a circumferential plate-shaped member are fixed at circumferentially opposite inertia ends generally perpendicular to the axis. A force transmission device, such as a coupling bolt, connects the central portion of each of the planar members with the housing that surrounds the inertial-bending transducer assembly along the axis of the inertial body. A device for connecting transducer elements to an electrical signal detection device is provided. In a preferred embodiment, the housing is made of plastic and is cylindrically shaped to have a cylindrical inner space.
관성체에는 각각의 축방향끝에 원형공동부가 제공되는데 상기 원형공동부는 외부테두리가 관성체의 축 방향끝들에 고정된 원판변환기부재들에 의해 폐쇄된다. 원판변환기 부재들은 금속스프링재료와 압전물질의 얇은 이중판 조립체이다. 공동부내의 각각의 휨원판들의 축방향 내면들은 합전물질로 형성된 원판을 포함한다. 휨원판 변환기부재들의 축방향외면들은 힘전달로드들에 의해 원통형하우징의 인접축방향끝들에 연결된다. 전도부재가 일련으로 마주보는 변환기부재들을 서로 연결시키고 전기신호 탐지장치에 부재들을 연결시키게 하도록 제공된다.The inertial body is provided with a circular cavity at each axial end, which is closed by disc transducer members whose outer edges are fixed to the axial ends of the inertial body. Disc transducer members are thin double plate assemblies of metal spring materials and piezoelectric materials. The axial inner surfaces of each of the flexure discs in the cavity include a disc formed of a joining material. The axial outer surfaces of the bending disc transducer members are connected to adjacent axial ends of the cylindrical housing by force transfer rods. A conductive member is provided to connect the transducer members facing each other in series and to connect the members to the electrical signal detection device.
고점성유체가 하우징내에 제공될 것이며, 휨원판의 진동을 완화시키기 위한 장치가 또한 제공될 것이며, 그럼으로서 변환기의 광대역감응을 개선시킨다.A high viscosity fluid will be provided in the housing, and a device for mitigating vibration of the bending disc will also be provided, thereby improving the broadband response of the transducer.
양호한 실시예에서, 힘전달로드들이 외부축방향으로 휨원판을 스트레싱시키도록 배치되며, 그럼으로써 외부전기연결의 제공은 물론이고 압전부재에 압축력을 가하도록 배치된다.In a preferred embodiment, the force transfer rods are arranged to stretch the bending disc in the outer axial direction, thereby providing a compressive force to the piezoelectric member as well as providing an external electrical connection.
변환기는 이러한 형태의 종래 변환기보다 구조상용이한 중요이점을 갖는다. 종래 기술에서는, 관성체에 휨원판부재들의 중앙을 연결시키는 것이 필요했으며 그뒤에 휨원판의 둘레에서 밀폐되었던 하우징내에 관성체를 조립시키는 것이 필요했었다. 이에 반해 본 발명에서는, 조립은 관성체에 결속된 모든 부재들의 선조립 및 하우징내에서의 후조립과 최종상태로 중앙로드들에 의해 하우징에 휨원판들을 결속시킴으로써 쉽게 된다. 이들 로드들에 대한 정적인장의 조정은 조립후에 실행된다.The transducer has a major advantage which is structurally more convenient than this type of conventional transducer. In the prior art, it was necessary to connect the centers of the bending disc members to the inertia and then to assemble the inertia in a housing that was sealed around the bending disc. In contrast, in the present invention, the assembly is facilitated by pre-assembly of all members bound to the inertia and post-assembly in the housing and by binding the bending discs to the housing by the central rods in the final state. Static field adjustments to these rods are performed after assembly.
이러한 형태의 조립은 기계적인 편리함을 제공할 뿐만 아니라, 변환기부재들이 관성체에 조립될 때 도선들이 변환기부재에 쉽게미리 조립될 수 있으며, 그뒤에 내부조립체가 외부플라스틱하우징내에 조립될 때 하우징을 통해 인출될 수 있기 때문에 전기적 관점에서 볼 때 더욱 편리하다.This type of assembly provides not only mechanical convenience, but also the conductors can be easily preassembled to the transducer element when the transducer elements are assembled to the inertia, and then through the housing when the inner assembly is assembled into the outer plastic housing. Because it can be withdrawn, it is more convenient from an electrical point of view.
제1도,제2도에는 본 발명에 따른 방향변환기 10이 도시되어 있다. 변환기 10은 렉산(EXAN) 또는 맥크롤론(MACROLON)이란 상품명을 갖는 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 플라스틱물질로 제조되는 외부하우징 12를 포함한다. 플라스틱하우징 12내에는, 하우징 12내의 내부공동부의 크기보다 약간 작은 관성체 14가 제공된다. 하우징 12와 관성체 14는 원통형을 가지며 대칭축 15를 갖는다. 관성체 14는 전형적으로 하우징 12에 비해 비교적 높은 질량을 갖는 물질로 제조되며 바람직하게, 규화텅그스텐, 납, 또는 황동으로 제조된다. 관성체14는 하우징내의 중앙에 위치되어 하우징 12에 결속되어 있다. 관성체1.4의 각각의 축방향끝들에는 원통형플라스틱링 16,18들이 제공된다. 각각의 링들은 바람직하게 1/4mm의 두께를 갖는 황동으로 제조되는 휨원판 20,22에 의해 싸여져, 전체조립체 16,18,20,22는 관성체 14에 부착된다.1 and 2 show a direction changer 10 according to the invention. The converter 10 comprises an
휨원판 20,22들은 각각의 링 16,18에 장치되어, 둘레가 관성체 14에 의해 지지된다. 또한 원판들의 각각의 중앙들은 하우징 12에 결속된다. 따라서, 본 형태의 변환기의 통상적인 배치와는 대조로, 휨원판 변환기 부재들의 둘레는 하우징이 아닌 관성체에 결속되며 중앙은 관성체가 아닌 하우징에 결속된다. 이러한 특수 배치는 설명될 더욱 편리한 조립을 가능하게 하며, 또한 변환기부재들의 프리스트레싱을 가능케한다.Bending
각각의 휨원판 20,22들에는 축방향내면에 장치된 원판변환기부재 24,26이 제공된다. 변환기부제24,26들은 압전세라믹으로 제조되며 축방향내외표면들에는 전도체 피복이 제공된다.Each
그러므로, 이들 원판들은 변환기로서 작용하며 휨원판 20,22들의 진동에 의해 야기된 기계응력들을 전기신호로 변환시킨다.Therefore, these discs act as transducers and convert the mechanical stresses caused by the vibrations of the
세라믹 원판 24,26들은 전도에폭시(epoxy)를 사용하여 황동휨원판 20,22에 장치된다. 원판 24,26들은 황동휨원판과 대체로 동일한 두께를 가지나, 휨원판 20,22에 의해 링 16,18들을 폐쇄시킴으로써 형성된 공동부 28,30내에 끼이도록 약간 작은 직경을 갖는다. 비록 공동부 28,30은 공기만을 포함하나, 관성체 14와 하우징 12사이의 공간 32에는 예로 3000센티스톡크(centistoke)의 점성도를 갖는 고점성유체가 채움구멍 54를 통해 채워지며, 그뒤에 플러그 52에 의해 채움구멍 54가 밀봉된다.
고점성유체는 하우징 12에 대한 관성체 14의 진동을 완화시키는 경향을 갖다다. 각각의 휨원판 20,22들과 하우징 12의 인접내면들 사이의 공간은 변환기의 진동의 완화를 조정시키도록 조정될 수 있다. 유체의 높은 점성도는 이러한 완화기능을 조장시킨다. 유니트(unit)가 완전히 채워지거나, 또는 잔존공간의 기포 33에 의해차지되도록 부분적으로 채워질 수도 있을 것이다.Highly viscous fluids tend to mitigate the vibration of
기포의 크기를 조정시킴으로써, 완화도는 제조허용오차 때문에 틈새크기가 변경될 때라도 동일한 완화도를 유지시키도록 조절될 수 있을 것이다. 그러한 통상의 변환기설계는 이러한 진동완화가 광대역의 변환기 작동을 조정시키며 휨원판구조의 바람직하지 못한 진동공진을 억압시킨다.By adjusting the size of the bubble, the relaxation can be adjusted to maintain the same relaxation even when the gap size changes due to manufacturing tolerances. Such a conventional transducer design allows this vibration dampening to coordinate wideband transducer operation and suppress undesirable vibration resonances of the flexural disc structure.
발명에 따라, 휨원판 20,22들은 스터드(stud) 34,36들을 결속시킴으로써 변환기축 15를 따라 하우징 12에 결속된다.According to the invention, the
스터드 34,36들은 예로 용접 또는 땜질에 의해 휨원판 20,22에 견고하게 결속되며 조정가능한 결속을 제공하도록 넛트 38,40에 나선결합된다. 따라서, 스터드 34,36을 조정시킴으로써 원판 20,22의 외부쪽으로의 굽힘 프리스트레싱이 세라믹원판 24,26에 초기압응력을 초래시키게 하도록 제공될 수 있다.
세라믹원판 24,26들의 압축프리스트레싱은 변환기특성곡선의 0표시를 조정시키도록 요구된다. 또한 세라믹이 심한 충격을 받게 되지 않도록 압축방향으로 세라믹을 프리스트레싱시키는 것이 바람직하다. 세라믹변환기부재 24,26들은 변환기에 축방향으로 발생되는 음향교란이 두 변환기부재 24,26로부터 보강전압의 발생을 초래시키게 하기 위해 마주보는 관계를 갖도록 전기적으로 연결된다.Compression prestressing of
예시된 실시예에 있어서, 도선 42,44들은 각각 원판 26,24의 내면에 연결되며 관성체 14를 통해 서로 연결되는 반면에, 원판 24,26의 외면은 스터드 34,36들을 통해 단자 46,48에 연결된다.In the illustrated embodiment, the
넛트 38,40들과 스터드 34,36들은 적합한 밀폐재 50에 의해 밀폐된다.
바람직하게 세라믹원판 24,26들은 납 지르코네이트 티타네이트(zirconatee tianate)와 같은 압전물질로 제조된다.Preferably, the
G1512로 지정된 적합한 물질이 굴톤(Gulton)산업체로부터 얻어진다.Suitable materials designated G1512 are obtained from Gulton Industries.
제1도,제2도에 도시된 바와 같은 실제 변환기는 전체직경이 1/2cm를 약간 넘으려 길이는 2 1/2cm와거의 동일하다.The actual transducer as shown in FIGS. 1 and 2 is almost equal to 2 1/2 cm in length with the total diameter slightly over 1/2 cm.
휨황동원판 20,22와 세라믹원판 24,26들은 도시된 관계로 하우징 12내에 수용될 수 있도록 택해진 직경을 가지며 약 0.25mm의 두께를 갖는다. 하우징 12는 전형적으로 플라스틱을 주조시킴으로써 제조되며 적합한 에폭시를 사용하여 조립시에 함께 결합되는 여러부품들로 제조될 수도 있을 것이다. 변환기에 가역정리가 적용되기 때문에 효과적으로 언급된 "수중청음기"가 수신모드(mode)에서와 마찬가지로 동일한 방향특성을 갖는 음향파들의 전달기로서 사용될 것이다.The
전달기로서 작동될 때, 세라믹원판 24,26들의 압축 프리스트레싱은 구동신호를 언스트레스된 원판보다 더 높게 허락한다. 발명의 범위내에서 여러 수정이 가해질 수도 있을 것이다.When acting as a transmitter, compression prestressing of the
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