KR920001475B1

KR920001475B1 - 음파 송수신 변환기 및 그 방법

Info

Publication number: KR920001475B1
Application number: KR1019830005685A
Authority: KR
Inventors: 씨. 콩든 존.
Original assignee: 마그나복스 거번먼트 앤드 인더스트리얼 일렉트로닉스 캄파니; 킹 케이. 컬프
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1983-12-01
Publication date: 1992-02-14
Also published as: ES8503157A1; JPH0417519B2; CA1223331A; ES532190A0; AU2173683A; EP0110480A3; EP0110480A2; AU560851B2; US4706229A; EP0110480B1; DE3382351D1; KR840009142A; NZ206428A; JPS59139789A; ES527654A0; BR8306569A; ES8407282A1; US4546459A

Abstract

내용 없음.

Description

음파 송수신 변환기 및 그 방법

제1도는 위상 조정식 변환기 어레이의 실시예에 대한 투시도.

제2도는 위상 조정식 변환기 어레이의 실시예에 대한 측면도.

제3도는 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 평면도.

제4도는 위상 조정식 변환기 어레이를 제3도의 라인 4-4을 따라 절단한 부분적 확대 단면도.

제5도는 위상 조정식 변환기 어레이를 제4도의 라인 5-5를 따라 절단한 부분적 확대 단면도.

제5a도는 싸인, 코싸인파 및 무지향성파를 얻는 제5도 및 제23도의 변환기 소자의 도선에 대한 연결선도.

제5b도는 제5도의 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 단면도와 유사한 단순화된 단련도.

제5c도는 제23도의 변환기 소자에 대한 단순화된 단면도.

제6도는 제2도의 위상 조정식 변환기 어레이의 라인 6-6을 따라 절단한 단순화된 부분적 단면도.

제6a도는 투음 막이 환상 포트를 덮고 있는 제6도의 위상 조정식 변환기 어레이의 단면도와 유사한 단면도.

제7도는 X축 및 Y축을 포함하는 평면에서 제공될 수 있는 일반적인 싸인 및 로싸인 지향성 필드 패턴 및 일반적인 무지향성 필드 패턴에 대한 도시도.

제8도는 Z축을 포함하는 평면에서 제공될 수 있는 일반적인 지향성 필드에 패턴에 대한 도시도.

제9도는 제6도의 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 단면도와 유사한 것으로 위상 시프트 제어 도파관 배플(baffle)에 대한 단순화된 부분적 단면도.

제10도는 사분할 전자음향 변환기 소자의 배플과 조합된 실린더형 전자음향 변환기 소자에 대한 확대된 투시도.

제11도는 제10도의 실린더형 전자 음향 변환기 소자와 전자음향 변환기 소자의 배플에 대한 평면도.

제12도는 제11도에 도시된 전자음향 변환기 소자의 배플을 라인 12-12을 따라 절단한 부분적 확대 단면도.

제13도는 위상 조정식 변환기 어레이의 또다른 일례에 대한 투시도.

제14도는 제13도의 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 측면도.

제14a도는 제13도 및 제14도에 도시된 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 평면도.

제15도는 제14도의 위상 조정식 변환기 어레이를 라인 15-15를 따라 절단한 부분적 확대 단면도.

제16도는 제15도의 위상 조정식 변환기 어레이를 라인 16-16을 따라 절단한 전자음향 변환기 소자에 대한 부분적 확대 단면도.

제17도는 음파탐지기 무선부표에 사용하기 적합한 것으로서 펼쳐지기 전의 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 투시도.

제18도는 펼쳐진후의 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 투시도.

제19도는 제18도의 펼쳐진 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 단순화된 부분적 수직 단면도.

제20도는 제17도 내지 제19도에 도시된 전자음향 변환기 소자에 대한 부분적 확대 단면도.

제20a도는 제17도 내지 제20도의 펼쳐진 상태의 전자 음향 변환기 소자 및 관에 대한 부분적 확대 단면도.

제21도는 원형 실린더형 전자음향 변환기 소자에 대한 투시도.

제22도는 교대 포트 및 변환기 소자를 구비한 위상 조정식 변환기 어레이에 대한 단순화된 수직 단면도.

제23도는 다른 일례의 위상시프트 제어수단을 구비하는 변환기 어레이에 대한 단순화된 부분적 수직 단면도.

제23a도는 어레이관에 장착된 제23도의 두 이상 제어 수단을 구비하는 변환기 어레이에 대한 단순화된 수직 단면도 .

제24도는 제23도의 구멍난 단일 플레이트에 대한 투시도.

제25도는 제24도의 구멍난 단일 플레이트에 대한 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,172,280 : 변환기 12,142,176 : 관

15,17 : 전송 매체 92,94,114 : 배플

158 : 칼라 284,286 : 접속전극

본 발명은 전자음향 변환기에 관한 것으로써. 보다 특별하게는 음향 신호를 송수신하는 개선된 실린더형 위상 조정식 변환기에 관한 것이다.

소정의 방사 및 응답 패턴을 제공하는 전형적으로 축 방향으로 배열된 다수의 개별적인 실린더형 전자음향 변환기 소자를 포함하는 음향 변환기 어레이는 잘 알려져 있으며 능동 및 수동 수증음파 탐지 시스템 및 무선 부표 시스템에서 널리 사용된다. 수직 평면이나 혹은 변환기 어레이의 세로축을 포함하는, 평면으로 방향 탐지 목적의 음향방사 및 응답 패턴을 제공하는 동작을 하는 변환기 어레이는 상기와 같은 시스템에서 효과적으로 이용되는데 그 이유는 이 변화기 어레이들이 수직 평면에서 상기 변환기 어레이의 브로드사이드(broadside), 즉 어레이 축에 사실상 수직인 방향으로 강한 음향 방사 에너지 및/또는 향상된 수신 감도를 제공함과 아울러 검출되는 신호 대 잡음과의 비를 향상시켜주기 때문이다. 브로드 사이드 수직 지향성은 또한 변환기 어레이가 작동되는 물의 상단면과 바닥면으로부터 송수신되는 음향반사에 의해 야기되는 바람직하지 못한 영향을 감소시킬 수 있다.

브로드 사이드 음향 빔 형성 기준은 본 기술분야에 알 공지되어 있는 바, 이는 소정거리로 간격지어 있으면서 상대적인 진폭 및 위상에서 동작하여 요망되는 지향성을 제공하는 소정수의 개별적인 능동 변환기 소자를 필요로 한다. 종래의 인-라인형 혹은 스택형 다중소자 어레이에서, 개별 변환기 소자의 상대적인 진폭 및 위상은 소자에 대한 소정의 물리적 간격을 유지시키는 동안 전기회로 수단에 의해 얻어진다. 압전 변환기 소자를 이용하는 상기와 같은 종래의 어레이에서 여러가지 소자의 전극을 조정함으로써 소자의 진폭 제어 혹은 진폭 셰이딩 (shadeing)이 이루어진다.

수직 및 수평 지향성을 지니는 전자 음향 변환기 소자어레이를 사용하는 수중 검출 시스템은 여러가지가 있다. 이와 같은 종래의 변환기 어레이는 수평 지향성 패턴 및 무지향성 (omnidirectional)패턴과 더불어 수직 지향성을 제공하며, 다수의 개별 수직 적층 실린더형 압전 전자 음향 변환기 소자를 포함한다. 각각의 소자는 본질적으로 능동 압전 전자 음향 변환기 소자이다. 이들 개별 소자들중 일부는 분극되어 지향성 수평 패턴을 제공하며, 나머지 소자들은 분극되어 무지향성 수평 패턴을 제공한다. 종래 기술에 있어서, 각각의 개별적인 지향성 및 무지향성 변환기 소자들에 대한 적절한 전기적 위상 조정 및 물리적 이격화를 통해서 브로드 사이드 수직 지향성이 제공된다.

이와 같은 종래 변환기 어레이의 지향성 패턴의 대칭성은 압전 물질의 동질성 및 물리적 치수 뿐만 아니라 상기 어레이에 사용되는 개별 변환기 각각에 관계되는 제조 공정이 매우 균일해야함을 필요로 한다. 이와 같은 개별 압전 소자의 매칭은 변환기 어레이로부터의 전기 출력 신호를 이용하여 목표 정보를 계산하는 검출 시스템에 사용되는 경우에 있어 브로드 사이드 수직 지향성 패턴 및 무지향성의 싸인-코싸인과 같은 수평 지향성 패턴을 제공하는 다중 소자 어레이에서 특히 중요시된다. 추가로, 동일 형태의 다수의 개별 변환기 어레이들간의 균일성이 필요로 될때 이와 같은 제어 및 매칭 문제는 더욱 중요시된다. 이와 같은 종래의 다중 소자의 적층 어레이와 단일 변환기 어레이의 제조에 필요한 대량의 압전 물질과의 고유의 매칭 문제로 말미암아 상기 어레이의 제조 비용이 매우 높아지게 된다. 이와 같은 종래의 다중 소자 어레이가 소모성의 값비싼 음파 탐지기 무선 부표 사용될 때 상기 어레이의 가격은 상기 음과 탐지기 무선부표의 총 가격을 매우 크게 가중시킨다. 또한 상기 어레이는 많은 수의 압전 소자를 필요로 함으로 해서 그 중량이 무겁게 된다.

본 발명의 제 1목적은 제조 비용면에서 종래의 다중 소자 변환기 어레이에 비해 비교적 저렴한 브로드사이드 수직 지향성을 갖는 위상 조정식 전자 음향 변환기 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2목적은 상기 어레이에서 능동 소자로서 작용을 하는 음향 결합 포트와 능동 전자 음향 변화기 소자의 결합체를 상기 제 1목적의 어레이에 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3목적은 속이 빈 실린더 혹은 관형 몸체 및 다수의 음향 결합 포트와 그리고 상기 포트와 함께 동작하는 단일 전자 음향 변화기 소자를 구비하여 브로드사이드 수직 지향성 패턴을 제공하는 위상 조정식 변환기 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 4목적은 수중 음향 신호를 수신하는 수중 청음기로서의 이용 및 수중 음향 신호를 송신하는 투사기로서의 이용이 특히 적합한 브로드사이드 수직 지향성을 지닌 개선된 위상 조정식 전자 음향 변환기 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 5목적은 중량이 가볍고 접음 및 펼침이 용이하며 음파탐지기 무선부표에 사용이 적합한 위상 조정식 변환기 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 6목적은 동작시 수압의 영향을 받지 않는 위상 조정식 수중 변환기 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 7목적은 단일의 능동 변환기 소자를 이용하며, 수직 평면에서는 강화된 브로드사이드 지향성 응답 패턴을 지니고 그리고 수평 평면에서는 무지향성 및/혹은 지향성 응답 패턴을 지니는 위상 조정식 변환기 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 8목적은 적어도 하나의 관통된 판을 구비하여 음향파를 위상 시프트 제어하는 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 9목적은 전자 음향 변환기 소자 및 음향 결합 포트가 길이방향으로(교대로) 위치된 연장된 관을 구비하는 위상 조정식 전자 음향 변환기 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에서, 위상 조정식 전자 음향 변환기 어레이는 각 단부에 벽이 있는 연장된 관에 지지된 단일의 전자 음향 변환기 소자를 구비한다. 이 소자는 관 외부 전송 매체와 직접 음향 통신하는 제 1진동면과 관의 내부 전송 매체와 직접적으로 응향 통신하는 제 2진동면을 구비한다. 상기 관은 내부 전송 매체와 외부 전송 매체 사이에 음향 결합을 제공하기 위해 다수의 환상 포트를 구비한다. 이 포트는 변환기 소자와 관의 단부벽으로부터 길이방향으로 간격져 있다. 음향 전달 경로는 각각의 포트와 변환기 소자의 제 2진동면 사이를 통신하도록 관의 내부에 제공된다. 포트의 물리적 간격, 포트의 개구면적, 내부 전송경로의 유효 음향 파형 및 관의 단부벽의 음향 임피던스는 변환기 소자의 제 2진동면과 각 포트에 바로 인접한 외부 전송 매체사이에 소정의 음향파 위상 시프트 및 진폭 감쇠나 혹은 음향 전송 특성을 제공하도록 구성된다.

동작시 각각의 포트는 브로드사이드 수직 지향성을 제공하는 종래의 다중 소자 어레이의 개별 능동 변환기 소자와 유사하게 작용한다. 음향파의 전송시, 변환기 소자의 제 2진동면에 의해 발생되고 각각의 포트에서 나타나 이로부터 방사되는 내부파는 외부 전송 매체를 통해서 변환기 소자의 제 1면(외부면)으로부터 방사되는 파와 결합되어, 횡렬 방향으로 최종의 음향파를 최대한 방사시키고 축과 동일한 방향으로 음향파를 최소한 방사시키도록 외부 송신 매체에서 변환기 소자의 제 1표면이나 외부 표면으로부터 방사된 파와 결합한다. 원격 공간 음향원으로부터 방사된 음향파를 수신할 경우 상기 결합이 역전되어, 수직축의 양측에 배치된 음향원으로부터 도달하는 음향파에 대해서는 최대이고 변환기 어레이의 축을 따라 배치된 음향원으로부터 도달하는 음향파에 대해서는 최소인 출력신호가 변환기 소자로부터 제공된다. 이 변환기 소자는 또한 음향파의 송수신 즉, 원격 공간 음향원으로부터 방사되는 음향파의 수신을 위해 길이방향의 축에 대해 수직한 평면에 소정의 플레이너형 사인 및/혹은 코싸인 무지향성 방사 및 응답 패턴을 제공하도록 구성되어, 수평 평면에서 소정의 지향성 패턴에 대한 도달방향의 함수에 따라 변하는 출력 신호가 변화기소자로부터 공급될 수 있다.

수중에서 동작하는 본 발명의 한 실시예에 있어서, 단부가 폐쇄되어 있고, 그리고 관의 특보를 통하며 관의 길이 방향을 따라 간격진 다수 쌍의 환상 개구 혹은 포트를 구비하는 속이 빈 연장된 실린더형 관이 제공된다. 개구는 관이 가라앉을때 관의 내부 범람에 대비하여 수중 음향 전달 매체를 제공하며, 관의 내부전달 매체와 관 외부의 전달 매체 사이에 음향 결합 포트도 제공한다. 관은 진동벽의 내면과 외면에 전극을 구비하고 방사 모드로 진동하도록 극성화된 실린더형 압전 변환기 소자를 수납하도록 이용된다. 소자의 내벽과 외벽은 내부 전달 매체 및 외부 전달매체와 각각 음향 통신한다. 이 포트는 변환기 소자 및 관의 단부로부터 소정의 길이만큼 간격져서 관의 브로드사이드 방향으로 외부 전송 매체에 있어서의 방사된 음향 에너지를 강화시킨다.

본 발명의 다른 실시예에서, 실린더정의 연장관은 수직으로 수중에 매달리도록 사용되며, 실린더형 압전 변환기 소자는 수평면에 싸인 및 코싸인형 무지향성 패턴을 제공하도록 변환기 소자의 표면에 다수의 간격진 전극을 부착시켰다. 분리 배플은 내부 용적을 네 부분으로 세분하기 위해 실린더형 변환기 소자의 내부에 제공되는데, 각각의 분할 부분은 관내의 전달 매체와 음향 통신하고 싸인 및 코싸인형 지향성을 갖는 서로 다른 사분할 부분과 연관된다. 배플로 분할함으로써 변환기 소자를 내부 전달 매체에 음향 결합시키는 것이 개선되고 변환기 어레이의 수평 지향성을 개선하게 된다.

본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 실린더형 변환기 소자를 저장되거나 포장된 위치에서 실린더형 관과 연관된 동작위치로 전개하는 수단이 제공된다.

본 발명의 실시예에 있어서, 변환기 소자와 관의 단부에서 최단거리에 있는 포트사이의 내부 음향 전달 선로의 길이는 테가 달린 굴뚝형 배플의 관내에 동축을 배치시킴으로써 증가된다. 이로 인하여 변환기와 관련된 포트의 배치에 영향을 미치지 않고서 음향선로의 길이를 조정할 수 있게 되고 내부 전송 선로의 위상이 시프트될 수 있게 된다. 나머지 포트와 조합된 내부 전송 선로에 유사한 배플이 사용될 수도 있다.

또다른 실시예에 있어서, 테가 있는 굴뚝형 배플은 구멍을 통과하는 음향 파장이하의 직경을 갖는 다수의 소형 개구를 갖춘 얇고 편편한 원형 배플 플레이트로 대체된다. 배플 플레이트는 플레이트의 외부 주변 가장자리에서 실린더형 연장관의 내면에 부착되고 주어진 인접 포트쌍간의 내부 음향파 전송 선로에서 분리된다. 배플 플레이트는 저역통과 음향파 필터를 제공하도록 작동하며 변환기의 동작 주파수 범위에서 선택된 주파수에서 인접 포트사이의 위상 시프트를 감소시킨다.

본 발명은 다수의 개별 능동 변환기를 사용하는 종래 어레이에 대해 상기 기술된 바와 같이 즉, 변환기 소자를 소정 간격 분리시키고 각각 소정의 위상 및 진폭으로 이와같은 소자를 작동시키는 것과 같이 횡열 수직 지향성 패턴을 제공하기 위한 동일한 기준을 사용한다. 이와 같은 종래의 어레이에서 이와 같은 변환기 소자에 대한 상대적 위상 및 진폭은 전기회로수단에 의해 제어되는 반면, 본 발명에 있어서 단일 변환기 소자 및 포트는 빔을 형성하거나 수직 지향성 패턴을 제공하기 위해 이들의 동작과 관련하여 종래의 어레이로 구성된 능동 변환기 소자와 실제로 동일하며, 음향 수단에 의해 위상 및 진폭이 제어된다. 본 발명에 있어서, 변환기와 각각의 포트사이의 음향 전송 선로의 길이는 각 선로의 위상 시프트를 제어하도록 조정될 수 있다. 선로의 실제 길이는 배플이나 다른 수단에 의해 조정될 수 있으며, 내부 전달 매체는 전송 선로의 속도를 변경시키도록 선택될 수 있으며 따라서 변환기와 주어진 포트간의 위상 시프트를 변경시키도록 선택될 수 있다. 내부 및 외부 매체가 서로 다른 유체일때 전송 매체와 내부 매체를 계속 분리시키기 위해 포트가 투음막으로 덮힌다. 변환기 소자의 위치와 관련된 관의 수직 길이를 따라 요구된 포트의 위치를 유지하는 동안 내부 전송 선로의 위상 시프트 특성을 변화시킴으로써 포트 위상이 조정될 수 있다. 주어진 포트에서의 위상 시프트 및 진폭은 관 단부 벽의 적절한 길이방향의 위치에 배치된 구멍난 배플 플레이트를 위상 시프트 제어함으로써 그리고 단부벽의 흡수 및 반사 특성과 따라서 관내의 정재파를 제어하는 단부벽의 음향 표면 임피던스를 선택함으로써 조정될 수 있다.

이와 같은 포트의 개구면적은 포트에서의 진폭을 효과적으로 제어하는 내부 전달매체의 외부전달 매체간의 유효음향 결합을 제어하도록 크기가 조정될 수 있다. 일반적으로, 포트의 인접한 외부 표면에 도달하여 방사되는 변환기 소자로부터의 내부음향파는 외부 표면에서의 변환기 소자로부터의 내부 음향파는 외부 표면에서의 변환기 소자로부터 방사된 음향파와 위상이 동일하다. 이와 같은 방사된 파의 진폭은 종래의 기술에 있어서와 같이 어레이의 축 방향으로 방사하고 응답하는 것을 감소시키도록 즉, 수직 평면에서 주 빔의 횡열 돌출부를 배출시키도록 요구된 포트 세이딩을 제공시키도록 조정된다.

본 발명의 변환기 어레이가 전자 음향 변환기 소자와 음향 결합 포트의 결합을 구비하는 횡열 방사도를 갖춘 위상 조정식 변환기 어레이도 제공한다. 한 실시 예에서 능동 소자 및 수동 포트는 관의 길이를 따라서 능동 소자로 작용하는 포트로 교체된다.

본 발명에 대한 다음의 상세한 설명 및 첨부도면에 있어서. 동일 부호는 동일 부분 및 동일 기능을 나타낸다.

본 발명은 주로 수중 음향 신호나 혹은 음성과를 송수신하는 것으로 설명되고 있지만은 본 기술분야에 전문지식을 가진자이면 다른 용도에서도 사용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 일반적으로 본 발명은 제7도에 도시된 바와 같이 길이방향 축에 대해 수직인 평면에 지향성 음향 필드 패턴을 무지향성 음향 필드 방식을 제공하고 제8도에 도시된 바와 같이 길이방향축을 포함하는 평면이나 길이방향 축과 평행한 평면에 강화된 지향성 필드 방식을 제공하기 위해 길이방향축 및 다수의 환상 음향포트를 구비하는 연장된 실린더형 관과, 단일 전자 음향 변환기 소자를 구비하는 변환기 제7도 및 8도의 필드 패턴은 어레이 관의 길이방향축의 크기가 수직일때(이는 변환기 어레이가 수중 신호를 송신 및/흑은 수신하기 위한 무선부표 수중 청음기로 사용될때 전형적인 동작 크기가 될 수 있음), 각자 수평 및 수직 플레이너 필드 패턴과 일치한다. 주지사항으로, 이와 같은 필드 형태는 본 발명의 변환기 어레이가 서로 상호성을 지니므로. 변환기 어레이의 송신 지향 특성 및 수신 지향 특성을 모두 나타낸다. 또한 여기서 사용하는 수중 청음기라는 말은 음향 신호 송수신용 변환기를 의미하며 따라서 투사기 및 수중 청음기에 적용된다.

제1도, 제2도 및 제3도는 본 발명에 따른 위상조정식 변환기 어레이 (10)를 각각 토시도, 측면도 및 평면도로 보인 것이다. 변환기 어레이(10)는 금속이나 단단한 플라스틱과 같은 적절한 물질로 만들어진 연장된 실린더형 관(12)을 구비하며, 이것의 길이 및 직경은 변환기 어레이 (10)의 설계시 요망 음향 주파수 범위 및 요망 빔 패턴에 따라 달라진다. 관(12)의 재질은 투음성이 낮고, 음향 진동에 대한 감도가 높으며 음향 흡수도가 낮다. 관의 재질로는 알루미늄이 사용되었다. 관(12)은 상 하단부에 각각 단부(14a), (14b)를 구비하며, 관(12)의 길이를 따라 소정 길이만큼 떨어져 위치하는 관(12)의 벽에 형성된 다수의 환상 포트 (16a), (16b), (16c), (16d)를 구비한다. 환상 포트(16a) 내지 (16d)는 관(12)내부의 내부 전송매체(15)와 관(12)외부의 외주 전송매체(17)사이에 음향 결합 포트를 각각 제공한다. 환상포트(16a) 내지 (16d)는 포트 (16a) 내지 (16d)의 위나 아래의 관(12)부분과 접촉하는 길이방향 리브(rib) (13)에 의해 분리되는 네개의 동일한 호상 개구로 각각 형성되어, 관(12)의 길이방향의 구조상의 완벽성을 제공한다. 리브(18)는 원주방향으로 가능한한 얇게 만들어지며 관(12)의 구조상의 강도를 유지시킨다. 또한 리브(18)는 파형 패턴이 대칭되게 하기 위해 각각의 포트의 원주 근방에서 동일하게 간격져 있다. 원주 방향으로 리브(18)의 폭은 관(12)의 구조상의 완벽성과 그리고 관(12)의 역 공진을 해체시키는 수단을 충분하게 제공할 수 있어야 한다. 그러나, 리브(18)의 폭은 전송 매체에서 음향파의 파장 길이에 비해 작도록 하여, 리브(18)가 포트 개구를 통한 음향파의 전송을 제한하지 않도록 함과 아울러 변환기 어레이(10)가 음향파를 수신하여 X-Y평면에 싸인 및 코싸인 지향성 패턴을 형성할 때 입력파와 간섭을 이루지 않도록 해야만 된다. 예컨대, 리브폭 대 파장길이의 비는 1 : 15가 적합하다. 또한, 리브폭대 관의 1/4과의 비는 1:6이 적합한 것으로 밝혀졌다.

이와 같은 비들은 음향 성능 및 관(12)의 구조상의 강도를 양호하게 해준다. 관(12)은 상축 연장부(12a)와 하측 연장부(12b)를 구비한다. 속이 빈 실린더형 혹은 링형 전자음향 변환기 소자(20)는 연장부(12a)와 (12b)사이에 지지된다.

제4도 및 제5도에 있어서, 전자 음향변환기소자(20)는 비록 전자음향 변환기 물질의 다른 진동 모드나 형태가 이용될 수가 있지만은 방사모드에서 진동하도록 극성화된 압전 물질과 같은 전자음향물질로 이루어진 속이빈 실린더 혹은 링 (22)을 구비한다. 전형적인 압전물질은 납 지르콘산 티탄염이다. 전자음향 변환기 소자(20)는 탄성 중합물질이나 중합물질과 같은 적절한 캡슐물질(24)로 봉입되는데, 상기 중합물질들은 상기 소자(20)부근에 몰딩될 수 있다. 또한, 실린더 형의 장착 링 브래킷(26)이 상기 캡슐 물질로 봉입되어 변환기 소자(20)의 각 모서리와 동심으로 배치되고 이 모서리로부터 길이방향으로 간격지는 바, 상기 브래킷은 또한 리벳(28)이나 혹은 예컨데 나시 나 에폭시 접착제와 같은 수단에 의해 연장부(12a) 및 (12b)에 고정된다. 캡슐물질(24)은 변환기소자(20)에 기계적 지지부를 제공하고, 변환기 소자(20)와 전송매체(15), (17)사이에 양호한 음향 결합을 제공하도록 음향을 통과시키며, 변환기 소자(20)와 관의 연장부 사이에 음향 진동(이 진동은 변환기의 성능을 떨어뜨린다. )이 직접 전달되는 것을 최소한도로 감소되게 한다. 장착링 브래킷 (26)사이의 세로방향의 공간은 변환기 소자(20)로부터 음향파를 수신 및 이곳을 송신하는 윈도우 영역 혹은 포트(27)를 제공한다. 본 발명은 주로 수중에서 사용하기 위한 것이므로, 수중에서 변환기 소자 (20) 및 전극에 대한 보호가 중요시되는 바, 이와 같은 보호는 캡슐물질(24)에 의해 이루어진다. 캡슐물질 (24)은 상기 특성을 제공하도록 서로 다른 물질층이나 서로 다른 물질의 조합으로 구성된다.

제5도에서, 간략성을 위해 물질(24)이 생략되었으며, 압전링 (22)은 외부 진동면(30) 및 내부 진동면(32)을 구비한다. 링 (22)은 종래의 방식으로 외부 진동면(30)에 각각 부착되는 외부 전극(42), (44), (46), (48)과 종래의 방식으로 내부 진동면(32)에 각각 부착되는 내부 전극(50), (52), (54), (56)을 구비하는 시분할부 (34), (36), (38), (40)로 구성된다. 따라서, 전극쌍(42), (50)은 사분할부(34)에 있고, 전극쌍(44), (52)은 사분할분(36)에 있으며, 전극쌍(46), (54)은 사분할부(38)에 있고, 전극쌍(48), (56)은 사분할부(40)에 있다. 각각의 전극은 각각의 사분할부를 모두 덮으며, 호상의 양 측부상에 있는 인접전극으로부터 이격되어 다른 어떤 전극과의 전기적 교류를 방지하게 된다. 전극은 증기 증착과 같은 본 기술분야에 공지된 방식으로 각각의 진동면(30), (32)에 인가되며, 은과 같은 전도성 물질로 구성된다. 전기도선(58), (60), (62), (64), (66), (68), (70), (72)은 전극(42), (50), (44), (52), (46), (54), (48), (56)에 각각 전기적으로 결합된다. 상기 전극 (42)-(56)은 캡슐물질(24)로 봉입된다. 상기 도선(58)-(72)은 각각의 전극과 외부 회로 사이에 연결부를 제공한다.

본 기술분야에 전문지식을 가진자이면 잘 알 수 있는 바와 같이, 변환기(10)의 수신 모드에 있어서, 수신된 음향 신호의 지향성 판단에 이용되는 플레이너 응답 패턴은 제5a도 내지 제5c도에 설명되는 바와 같이 연결시킴으로써 제공될 수 있다. 서로 마주하는 사분할부(34)와 (36)의 전극쌍으로부터 나오는 각각의 출력 신호간의 신호차는 변환기 소자(20)의 직경을 가로지르는 압력 경사도를 측정할 수 있게 하며, X축 방향으로의 음향 파두면에 대해 최대이고 Y축 방향으로의 음향 파두면에 대해 최소가 되어 제7도의 점선(76)으로 도시된 바와 같은 싸인 지향성 필드 패턴을 제공한다. 마찬가지로, 서로 마주하는 사분할부(38)와 (40)의 전극쌍으로부터 나오는 출력 신호간의 차는 제7도의 라인(78)으로 도시된 코싸인 지향성 필드 패턴을 제공하는데 이 코싸인 지향성 필드는 Y축을 따라 수신된 파두면에 대해 최대이고 X축을 따라 수신된 파두면에 대해 최소이다. “싸인” 및 “코싸인”패턴이라는 말은 구해지는 실질적인 패턴이 정확한 싸인 및 코싸인 패턴으로부터는 변환할 수 있기 때문에 일반적으로 싸인과 비슷한 패턴 및 코싸인과 비슷한 패턴이라 언급된다. 총 네개의 사분할부(34), (36), (38), (40)로부터의 총 네개의 전극장의 출력신호를 부가하거나 평균시킴으로써 제7도의 라인(80)으로 도시된 바와 같은 무지향성 필드 패턴이 제공된다. 카아디오이드 (cardioid)패턴과 같은 그러한 다른 패턴들을 본 기술분야에 공지된 방식으로 얻어질 수 있다. 변환기 어레이(10)의 송신 모드에 있어서, 적절히 위상 조정된 전기 신호는 변환기 소자(20)의 해당 사분할 전극쌍에 인가되어 요구되는 무지향성 혹은 지향성 음향과 패턴을 발생시킬 수 있다. 여러가지의 전극이 함께 연결되거나 결합되어 단일의 연속 외부 전극을 형성할 수 있으며, 마찬가지 방식으로 내부 전극이 공통으로 연결되거나 단일 연속 내부 전극을 형성할 수 있다.

본 위상 조정식 변화기는 음향파 신호 송수신시 수평 지향성 패턴을 제공할 수 있지만은 변환기 어레이가 전형적인 음파 탐지기 무선부표에 사용될 경우에는 일반적으로 지향성 전달 특성이 필요하지 않다. 예를들어, 음향신호 수신만을 하도록 동작하는 수동형 음향 탐지기 무선부표에서, 변환기 어레이는 수신 모드에서 정상적으로 동작하여 지향성 및/혹은 무지향성 수신 패턴을 제공한다. 음향 신호를 송수신하는 동작을 하는 능동형 음향 탐지기 무선부표에서, 변환기 어레이는 송신 모드에서 요구되는 무지향성 패턴을 제공함과 아울러 수신 모드에서 요구되는 지향성 및/혹은 무지향성 수평 패턴을 제공하는 동작을 한다.

제5a도는 제5b도에 도시된 변환기 소자(20), 전극 및 도선의 입력신호 및 출력신호와, 제5c도에 도시된 변환기 소자(280), 전극 및 도선의 입력신호 및 출력신호를 전기적으로 결합시키는 회로를 개략적으로 보인 것이다. 제5a도는 싸인 및 코싸인형 무지향성 수신 패턴을 제공함과 아울러 무지향성 패턴을 전송하는 송수신 계전기 (57)를 갖춘 연결 선도이다. 상기 싸인 및 코싸인 패턴은 증폭기를 역전시키고 적당한 계전기 (57)의 연결부를 변경시키며 제5a도 회로에서 전송신호를 단자(75a), (75b), (79a), (79b)에 인가시킴으로써 전송될 수 있다. 제5a도의 결합 회로는 개별 변환기 소자의 사분할 출력을 조합하고 평균하여 동시에 코싸인, 싸인형의 무지향성 패턴신호를 제공한다.

제5b도에서 전극 도선(60), (64), (68), (72)은 상기된 바와 같이 각각의 전극에 전기적으로 연결되며, 송수신 계전기(57)에 따라 연결된다. 전극도선(58), (62), (66), (70)은 공통버스(59d)에 전력 증폭기(59)의 단자(59a와, 각각의 증폭기(61), (63), (65), (67), (69), (71), (73), (75)의 공통 입력 단자에 연결된다. 제5c도에서 전극도선(58') 내지 (72')에 제23도의 접선 방향으로 극성화된 변환기소자(28)와 관련하여 나중에 기술될 각각의 전극(284), (286)에 각각 연결된다. 변환기소자(280)와 함께 사용하기 위해 도선(60'), (64'), (68'), (72')은 도선(60), (64), (68), (72) 대신에 계전기(57)에 각각 연결되며, 도선(58), (62_M), (55), (70) 도선(58), (62), (66), (70) 대신에 공통버스(59d)에 전기적으로 연결된다.

전력증폭기 (59)의 단자(59b)는 계전기 (57)에서 전송버스(55a)에 전기적으로 연결된다. 계전기 (57)의 단일폴 더블드로우(double throw)스위치(55b) 내지 (55e)는 도선(64), (60), (72), (68)에 각각 전기적으로 연결되는 폴을 구비하며, 수신 단자 R 및 송신 단자 T를 구비한다. 계전기 스위치(55b) 내지 (55e)의 블레이드(blade)는 집단을 이루어 기계적으로 전자서 코일(55)에 결합되어 이것에 의해 작동된다. 스위치의 블레이드는 전자석 코일(55)이 불활성화된 상태로 도시되어 있다. 전자석 코일(55)을 활성화시키면 각각의 스위치 블레이드는 각각의 수신 단자 R에서 송신단자 T로 전기적으로 스위칭하다. 계전기 (57) 대신에 솔리드 스테이트 스위칭 장치의 같은 다른 수단이 사용될 수 있다.

증폭기 (61), (63), (67), (71), (75)는 기본적으로 제로 위상 시프트 증폭기이며, 증폭기 (65), (73)는 기본적으로 180°위상 시프트 증폭기 혹은 반전기이다. 각각의 증폭기는 신호 증폭 및 신호레벨 보상을 위해 1보다 크거나 작은 이득을 갖는 바, 이는 본 기술 분야에 공지되어 있다. 모든 증폭기의 이득은 모든 변환기 사분할부의 감도가 동일할 경우 서로 같은 것이 좋다. 그러나 이러한 각각의 증폭기의 이득은 서로 다른 변환기의 사분할부에 대한 강도에 실재하는 차이를 보상하기 위해 조정되거나 변화될 수도 있다. 스위치(55b)의 수신단자 R는 증폭기(61), (63)의 +단자에 전기적으로 연결되고, 스위치(55c)의 수신단자 R는 증폭기 (65), (67)의 +단자에 전기적으로 연결되며, 스위치 (55d)의 수신단자 R는 증폭기 (69), (71)의 +단자에 전기적으로 연결되며, 스위치 (55e)의 수신단자 R는 증폭기 (73), (75)의 +단자에 전기적으로 연결된다.

각각의 스위치 (55b) 내지 (55e)와 송신단자 T는 버스(55a)에 전기적으로 연결된다. 각각의 증폭기 (61) 내지 (75)의 -입력단자는 공통버스(59d)에 전기적으로 연결되고. 증폭기 (61)의 +출력단자 및 반전증폭기 (65)의 -출력단자는 코싸인 출력단자(75a)에 전기적으로 연결되며, 증폭기 (61)의 -출력단자 빛 반전증폭기 (65)의 +출력단자는 코싸인 출력단자(75b)에 전기적으로 연결되며, 증폭기 (69)의 +출력단자 및 반전 증폭기 (73)의 -출력단자는 코싸인 출력단자(79a)에 전기적으로 연결되며, 증폭기 (69)의 -출력단자 및 증폭기 (73)의 +출력단자는 단자(79b)에 전기적으로 연결되며, 각각의 증폭기 (63), (67), (71), (75)의 +출력 단자는 무지향성 출력단자(83a)에 전기적으로 연결되며, 각각의 증폭기 (63), (67), (71), (75)의 -출력단자는 무지향성 출력단자(83b)에 전기적으로 연결된다. 저항(77)은 싸인 출력단자(75a), (75b)양단에 전기적으로 연결되며, 저항(81)은 싸인 출력단자(79a), (79b)양단에 전기적으로 연결되며, 저항(85)은 전방향성 출력단자(83a), (83b) 양단에 전기적으로 연결된다. 저항(77), (81), (85)은 각각의 증폭기에 저항성 출력 부하를 제공한다.

각각의 전극도선(58) 내지 (72)와 조합된 각각의 전자음향 변환기의 사분할부로부터의 전기적 출력신호는 제5a도에 도시된 결합회로에 입력 신호로서 공급된다. 도시된 바와 같이 계전기 (57)가 수신 위치에 있다고 하면, 도선(58) 내지 (72)각각에서 발생된 수중 청음기 출력 신호들은 상기된 바와 같이 이들에 해당하는 증폭기의 입력 단자들에 공급된다. 증폭기(63), (67), (71), (75)의 출력단자는 병렬 결합되어 결합기의 무지향성 신호 출력단자(83a), (83b)에 연결된다. 이와 같이 증폭기 출력단자를 병렬 연결시킴으로써, 단자(83a), (83b)에 모든 변환기 소자(20)로부터 나오는 출력신호들의 평균치가 제공되어 무지향성 출력신호가 단자(83a), (83b)에 공급된다. 만일 무지향성 신호 출력이 필요로 되지 않는다면, 증폭기(63), (67), (71), (75)는 생략될 수 있다.

제5b도 및 제5c도에서 Y축을 따라 배치되는 바와 같이 변환기 소자(20)의 서로 마주하는 사분할부에 위치하는 전극 도선(72), (68)과 관계하는 변환기 소자(20)의 사분할부의 출력신호는 각각 증폭기 (69), (73)에 입력 신호로서 공급된다.

마찬가지 방식으로, 전극도선(64), (60)과 관계하는 변환기 소자(20)의 사분할부의 출력은 각각 증폭기 (61), (65)에 입력신호로서 공급된다. 따라서, 증폭기 (69), (73)의 출력은 병렬 결합되어 결합기의 싸인 지향성 출력단자(79a), (79b)에 연결된다. 따라서 증폭기(69), (73)는 도선(72), (68)과 관계하는 변환기 소자 (20)로부터 나오는 사분할부 출력신호의 합성이나 차를 제공하여, 단자(79a), (79b)에 싸인 지향성 출력신호가 공급되도록 한다. 증폭기 (61), (65)는 마찬가지 방법으로 X축을 따라 배치되는 전극(64), (60)과 관계하는 변환기 소자(20)의 서로 마주보는 사분할부로 부터의 출력신호를 이용하여 단자(75a), (75b)에 코싸인 지향성 출력을 제공하는 동작을 한다.

무지향성 신호를 송신할 필요가 있을 경우, 계전기 (57)는 계전기 (57)의 계전 스위치 블레이드를 T단자에 이동시키는 동작을 한다. 한 신호가 증폭기(59)의 입력단자 59c에 제공될 때, 이 신호는 증폭되어 단자(59a), (59b)에 공급됨과 아울러 계전 스위치 (55b) 내지 (55e)를 통해 도선(58) 내지 (72)에 공급된다. 도선 (58) 내지 (72)에 공급된 상기 신호는 관련 변환기 소자(20)의 사분할부를 구동시켜 전송매체에 음향신호를 전달한다. 싸인 및 코싸인 음향파를 전달할 필요가 있는 경우, 증폭기(61), (65), (69), (73)의 증폭방향이 역전되고, 입력신호는 코싸인 단자(75a), (75b) 및 싸인 단자(79a), (79b)에 인가될 때 변환기 소자(20)의 사분할부 구동시켜 전송매체에 음향신호가 전송되도록 하기에 충분히 큰 이득 및 전력 레벨을 갖도록 증폭된다. 싸인 및 코싸인 전송 패턴을 제공하기 위해서, 제5a도의 회로는 송수신 모드 기간동안 각 증폭기의 입출력 단자나 도선의 스위칭을 적절히 제공하도록 변형되어야 한다.

제5도에서, 축 X및 Y로부터 각각 45° 시프트린 축 X' 및 Y'을 얻기 위해 전극도선(58) 내지 (72)의 접속시키는 방법으로써, 여러 가지 다른 방법중 제1의

부분에서는 전극 도선(62), (64)을 전극 도선(58), (60)과 병렬로 접속시키고, 제 2의

부분에서는 전극 도선(70), (72)을 전극도선(58), (60)을 병렬로 접속시키며 마찬가지로, 전극(62), (64)은 제3의

부분에 대해 적극도선(70), (72)과 가각 병렬로 연결되고, 전극도선 (66), (68)은 제 4의

부분에 대해 적극도선(58), (60)과 각각 병렬로 연결되며, 제3의

부분 및 제 4의

부분은 직렬로 연결되거나 혹은 제5도의Y'축을 따라 싸인 응답을 제공하도록 결합된다. 제 1의

부분 및 제2의

부분의 결합과 제3의

부분 및 제4의

부분의 결합을 제공하기 위한 상기 접속은 우선 코싸인 패턴을 제공하고 그다음 싸인 패턴을 제공하도록 시연속 방식으로 만들어진다.

제1도 내지 제8도와 관계하여 변환기 어레이 (10)의 동작을 설명하기로 한다. 변환기 어레이 (10)는 상호적인 바, 즉, 변환기 어레이(10)는 전기입력 신호로부터 전송 매체로 음향파를 송신하거나 혹은 전송 매체에서 음향파를 수신하여 전기 출력신호로 변환시킨다. 이제, 변환기 어레이 (10)의 수신 모드에 관하여 설명하기로 하겠는데, 이것의 송신 모드에서의 동작은 수신 모드에서의 동작과 상호관게를 갖거나 혹은 역관계를 가지며 필드 패턴은 변화기 어레이(10)의 송신 및 수신 성능을 나타낸다.

변환기 어레이 (10)는 전형적으로 수중 청음기로 이용될때 수주에 있게 되는 전송매체에 지탱되며, 이것의 세로축 Z는 수직이 된다. 음향파 ω의 진행 방향이 수평면에서 X축과 β각도로 변환기 어레이 (10)와 충돌할때, 음향파의 진행방향은 또한 소자(20)의 외부 표면과 충돌함과 아울러 포트(16a) 내지 (16d)로 들어가며, 환상포트(16a) 내지 (16d)에 들어가는 파 ω은 위상 시프트되어 소자(20)의 내부 표면과 충돌하므로써 파 ω이 소자(20)의 외부 표면상에 미치는 진동효과를 강화시켜준다. 따라서, 변환기 어레이(10)에 의해 비교적 높은 신호 대 잡음비를 갖는 전기 출력신호가 제공된다. 로브(84)가 수직면에서 비교적 좁고 그리고 측면 로브(90)가 압축되어, 주 로브 방향이외의 방향으로 부터의 응답이 리젝트되기 때문에 신호 대 잡음비가 증대된다.

송신 모두에서, 상기 과정은 역전되고, 전기 신호가 소자(20)에 전송되어 표면(30), (32)이 진동하고 각각의 결합된 송신 매체에서 음향파가 발생된다. 소정 경로 방향으로 외부 표면(30)으로부터 나오는 파를 강화시켜주는 위상 및 진폭을 갖는 내부 표면(43)으로부터 나오는 파가 관(12)의 내부로 진행되어 포트(16a) 내지 (16d)에 나타난다.

요망되는 무지향성 패턴을 제공하는 종래 변환기의 개별소자에 대한 요망되는 상대적 위상, 진폭 및 간격은 종래의 기술에 잘 공지되어 있으며 예를들면, 죤 윌리와 프레이에 의해 1962년 재판된 것으로 킨 슬러와 프레이에 의해 다루어진 ″음향학 기초″와, 맥그로힐에 의해 1968년 출판된 것으로 모르스와 인가드에 의한 ″음향학 이론″과, 맥그로힐에 의해 1975년 출판된 것으로 우리크에 의한 ″수중 음성원리″에 기술되어 있다. 이러한 종래의 이론은 본 발명의 단일 변환기 소자에 적용된다. 따라서, 종래의 다중 소자형 전자음향 변환기 어레이에 대한 장점은 단일 전자 음향변환기 소자 및 다수의 포트나 교대소자 및 포트를 구비하는 본 발명의 변화기 어레이에서 획득된다.

일반적으로, 포트(16a), (16d)에서 음향파의 입자 속도는 포트의 개구영역, 즉 주어진 관의 환상개구의 길이의 규격에 따라 역으로 변한다. 개구에서 파의 입자속도는 종래의 다중소자 변화기 어레이의 진동 세라믹 소자의 표면속도와 유사하다. 포트(16a) 내지 (16d)에서 내부파의 위상은 음향파의 주파수와, 내부 전송 매체의 특성과, 각각의 포트와 표면(32)사이의 음향선로의 유효길이에 따라 변한다. 주파수. 대역이 전송되는 곳에서 대역의 중심 주파수는 음향파의 주파수로서 편리하게 사용되며, 포트와 표면과의 거리는 각각이 세로방향의 중앙점 사이에서 쉽게 측정된다.

표면(32)은 표면(30)에서 180°위상이탈하여 진동한다. 따라서, 표면(30,32)으로부터 나오는 강화된 동일 위상 파형이 포트(16a) 내지 (16d)를 통과하도록 하는 것이 요망되는 경우, 포트(16b), (16c)각각은 유효 음향 경로길이가 표면(32)으로 부터 나오는 파장길이의

이 되어야만 하고, 포트(16a), (16d) 각각은 유효 음향 경로길이가 포트(16b), (16c)로 부터 나오는 파장길이와 같아야만 한다. 관(12)에 형성된 각각의 추가 포트는 상기 미세변화에 대한 동일한 예의 경우에서 처럼 이 포트에서 파를 동상으로 하기 위해 다음의 가장 밀접한 포트에서 표면(32)까지 실제로 1파장의 유효 음향 진행 경로를 갖는다. 실제로 서로 동상인 파를 갖는 포트의 수를 증가시킴으로써 수직 평면에서 제8도에 보인 로브(84)의 빔폭이 감소된다. 관(12)의 소정 길이내에서 포트의 수를 증가시킴으로써, 수직 범위폭, 진폭 및 위상 쉐이딩이 감소되며 포트에서의 음향 신호가 측면 로브를 제어 및 축소시킨다.

포트(16a) 내지 (16d)는 소자(20)로부터 길이방향으로 간격져 대칭을 이룬다. 이와같은 대칭적인 간격으로 해서 제8도에 보인 바와같이 Z축에 수직인 방향으로 로브(84)가 형성된다. 로브(84)는 포트(16a) 내지 (16d)를 관(12) 세로축을 따라 소자(20) 근방에서 비대칭되게 함으로서 Z축으로부터 수직 혹은 브로드사이드 방향으로 요망 각도로 상향 혹은 하향으로 경사질 수 있다. 종래 기술의 다중 소자 어레이에 있어서와 같이 본 발명에 있어서 빔은 각각의 포트(16a) 내지 (16d)에 점진적인 위상 지연을 가함으로써 기울어지는데 소정 포트의 위상 지연은 포트와 변환기 소자(20)의 내부표면(32)사이의 음향 내부파 위상 시프트가 된다.

관(12)에서 내부파의 진행 경로길이를 기술할때 이용된 바와같이 ″유효″라는 표현은 관(12)내에 있는 소자(20)의 표면(32)과 포트사이에서 파의 실제 진행 경로를 말하는데, 이길이는 포트와 표면(32)사이에서 실제 물리적 간격과는 다를 수 있다.

포트(16a) 내지 (16d)에서 파의 위상 및 진폭에 영향을 미치는 인자들로써, 파가 진행하는 전송 매체와, 포트와 표면(32)사이의 관(12)에서 파 진행의 실제길이와, 포트 개구의 크기와 그리고 단부벽과 같은 반사 표면의 음향 임피던스 등이 있다.

일반적으로, 포트 개구의 크기가 작을수록 이포트에서의 음향파 입자속도가 높아진다. 소정의 대칭적인 브로드사이드 패턴을 제공하기 위한 본 발명의 한 실시 예에서, 포트(16b), (16c)의 개구 크기가 서로 동일하며 포트(16a), (16d)의 개구크기가 서로 동일하다. 포트(16a), (166)의 개구크기는 포트(16b), (16c)의 개구 크기보다 크며, 포트(16b), (16c)의 개구크기는 소자(20)의 표면(30)의 영역보다 작다. 표면(30)의 총 영역 음향적으로 외부 전송 매체에 노출된다.

일반적으로 본 발명의 변화기에 있어서, 변환기 소자(20)의 외부 표면과 포트(16a) 내지 (16d)의 표면으로부터 방사되는 음향파는 거의 동일 위상이며, 인접 포트사이와 소자(20)와 인접 포트사이의 간격은 요망되는 지향성 패턴과 스퓨리어스 응답 감쇠를 제공하기 위한 변수를 갖는 정상 음향 동작 주파수 파장길이의 약

이 된다. 예컨대, 제9도에 도시된 바와같은 본 발명의 실시예에서 관(12)은 직경이 4.625인치이고 벽의 두께가 0.062인치인 알루미늄 물질로 구성된다. 변환기 소자(20)의 세로길이는 대략 2.0인치이며, 이것의 외부표면은 관(12)의 내부 표면과 거의 같다. 소자(20)의 벽두께는 약 3/16인치이다. 포트(16b), (16c)는 소자(20)의 주변에서 동일한 면적으로 서로 대칭되게 배치되며, 마찬가지로 포트(16a), (16d)는 소자(20)의 주위에서 동일한 면적으로 서로 대칭되게 배치된다. 포트(16b), (16c) 각각의 세로길이는 0.75인치이며, 포트(16a), (16d) 각각의 세로길이는 1.5인치이다. 소자(20)의 세로길이의 중심과 포트(16b), (16c) 각각의 세로길이 중심사이의 세로길이 간격은 약 4.525인치이며, 포트(16a), (16b)의 길이의 중심대 중심 간격과 그리고 포트(16c), (16d)의 길이의 중심대 중심 간격은 약 4.205인치이다. 위상 시프트 제어 중첩파 배플 (92), (94)이 제9도에 도시된 바와같이 포트(16a), (16d)사이에 내부파의 제로 위상 시프트를 제공함과 아울러 포트(16c), (16d)사이에 제로 위상 시프트를 제공하도록 사용된다. 포트(16c), (16d) 가운데 하나와 각각의 단부(104), (106)사이의 세로간격은 약 1.67인치이다. 단부(104), (106)는 약 0.625인치의 두께로 된 알루미늄 물질로 구성된다. 상기와 같은 규격을 갖춘 변환기 어레이의 정상동작 주파수는 약 9kHz이다.

각각의 단부(104), (106)로부터 단부 포트(16a), (16d)의 세로 간격은 단부에 의해 제공되는 음향 임피던스에 의해 영향을 받으며, 관내의 최종 정제파에 의해 영향을 받는다. 또다른 실시예에서, 거품형의 음향물질은 관의 단부에 요망 종단 임피던스를 제공하도록 단부판의 내부 표면에 결합된다.

수직 평면에서 음향빔의 폭은 포트(16a) 내지 (16d)의 수와 간격에 의해 제어되며 포트의수가 많을수록 빔의 수직방향이 더 좁아진다. 속도나 진폭 미세변화비 및 위상 미세변화비에 의해 측면 로브의 억압이 제어되는데, 여기서 능동 소자(20)의 입자 속도 대 각 포트의 입자속도는 종래의 다중 소자 어레이에서 각각의 능동소자의 상대적 속도에 대한 기술에 공개된 바와같다. 포트(16a) 내지 (16d)에서 입자속도는 포트의 개구 영영과 개구간의 음향 전송 선로에 의해 제어되며, 소자(20)는 음향에너지를 관(12)의 내부에 발생시킨다.

소자(20)는 네개의 사분할부에 전극을 갖는 단일 압전링 (22)을 구비하는 것으로 도시되지만, 상기 소자 (20)는 소정의 결과를 얻기위해 각각 한개의 전극쌍이나 임의 수의 섹터를 구비하는 네개의 분리된 압전 사분할 섹터를 포함 할 수도 있다.

관(12)은 두단부 가운데 하나나 혹은 두단부 모두 개방단부일 수도 있다. 단부 음향과 임피던스가 관의 파 임피던스에 매치되면 반사된 정재파는 최소값이 될 것이다. 이와같은 구조의 배플(92), (94)은 상기 포트에서 요망되는 위상 시프트를 제공하는데 에도 유용할 것이다.

제6a도에 있어서, 관(12)은 제1도 내지 제4도의 실시예에 있어서 각각의 포트(16a), (16b), (16c), (16d)와 일치하고 그리고 유사한 구조 및 기능을 갖는 환상 포트(17a), (17b), (17c), (17d)를 구비한다. 음향전송막(19a), (19b), (19c), (19d)은 내부 전달 매체(15)가 통과하는 것을 방지하기 위해 포트 단부(17a), (17b), (17c), (17d)의 가장자리에서 관(12)에 봉입되며 관(12)의 내부에 전달매체(15)를 봉한다. 내부 전달매체(15)는 주어진 주파수에서의 파장 및 위상 시프트에 영향을 미치는 음향과 속도 특성에 따라 선택되는데, 음향파 속도 특성은 주어진 주파수에서 파장 및 위상 시프트에 영향을 미친다. 내부 전달매체(15)는 실리콘 기름이거나 요구된 음향 특성을 갖춘 다른 물질로 될 수 있다. 파장은 파의 속도에 따라 변하며, 주어진 포트(17a) 내지 (17d) 간격에 대해 상대적인 파의 속도를 변경시키면 이에 대응하여 포트에서 내부파의 위상 시프트가 변하게 된다.

포트에서의 내부파의 위상 시프트는 유효 파장이 변함으로써 바뀔 수 있다. 중첩된 음향 내부 선로를 제공함으로써, 관(12)의 길이를 변경시키지 않고서 선로길이가 증가된다. 또한, 중첩된 음향 선로를 이용함으로써 변환기 소자(20)의 각각의 포트(16a) 내지 (16d)와 표면(30)간의 세로 간격은 종래 기술의 다중 소자 어레이의 능동 소자들간의 상대간격과 비교하여 요망 수직 지향성 패턴을 제공함과 아울러 제8도에 보인 바와같이 측면 로브(90)를 감소시키도록 정해질 수 인다. 측면 로브를 감소시키면, 브로드사이드의 주 로브 (84)의 음향 장도가 증대되고 수면이나 바다 밑면으로부터의 파 반사에 의해 야기되는 스퓨리어스 신호 응답이 최소화된다.

소자(20)의 표면(32)과 선택된 포트간의 중첩된 내부음향선로를 구하는 한 방식은 관(12)내부의 중첩된 음향파 안내 배플을 사용하는 것이다. 제 9도에서 관(12)은 상측 배플(92) 및 하측 배플(94)을 구비한다. 배플(92)은 포트(16a), (16b)사이에 배치되며, 배플(94)는 포트(16c), (16d) 사이에 배치된다. 배플(96), (98)은 유사한 구조로 구성되며, 연장부(12a), (12b)의 내벽에 각각 부착되는 블로킹 림 (rim) (96), (98)을 구비한다. 실린더형 관모양의 굴뚝(100), (102)은 내부 단부에서 림 (96), (98)에 각각 부착되며 관(12)과 동축이다.

굴뚝(100)은 포트(16a)와 떨어져서 길이방향으로 연장되며 단부 종단벽(104)방향으로 향한다. 굴뚝(102)은 포트(16d)와 떨어져 연장되며 단부 종단벽(106) 방향으로 향한다. 따라서 소자(20)의 표면(32)과 포트 (16a), (16d) 사이나 혹은 포트쌍(16a), (16b)과 포트쌍(16c), (16d) 사이의 직접적인 음향 통신은 배플(92), (94)에 의해 각각 블로킹 된다. 그러나 이들간의 음향파 통신은 결과적으로 생기는 중첩된 음향선로(89a), (89b)에 의해 제공된다. 또한, 단부벽 (104), (106)으로부터의 음향파는 포트(16a), (16d)에서 요망 위상을 얻도록 반사된다. 따라서 유효파 선로의 길이는 포트간의 실제 간격을 증가시키지 않고서도 증가되며, 포트 (16a), (16d)에서의 파의 위상은 관의 연장부(12a), (12b)에 단부(104), (106)를 일치하게 배치시키고 중첩된 선로(89a), (89b)의 실제길이를 일치시킴으로써 조정된다. 중첩된 선로의 길이는 굴뚝(100), (102)의 세로 규격에 대한 함수이다. 배플(92), (94)는 요구된 만큼 단부와 측면 로브를 억압하고 수직 지향성을 얻기 위하여 전체관(12)의 길이를 짧게 하고 포트(16a) 내지 (16d)사이의 간격을 좁히도록 이용된다. 배플(92), (94)은 도시된 포트사이에 사용되는데 제한되지 않으며 요구된 포트사이에 사용되어 포트사이와, 임의의 포트와 변환기 소자(20)의 표면(32)사이에 적절한 음향파의 위상 시프트를 제공한다.

배플(92), (94)은 특정 포트에서 특수한 위상 조건을 얻는데 있어 비대칭적인 간격이 이용되기도 하지만 소자(20)로 부터 대칭적으로 길이방향으로 간격진다. 배플(92), (94)은 음향을 전달하지 않으며 공기 함유 물질로 구성된 중간 압력방출(112) 주위에 제12도의 층(108), (110)과 같은 두개의 단단한 층의 삽입층으로 구성된다. 배플(92), (94)에 있어서, 층(108), (110)은 청동으로된 쐐기층으로 될 수 있으며, 층(112)은 거품 플라스틱으로 될 수 있다. 또한 굴뚝(100), (102)은 접거나 펼칠 수 있도록 된 주름통으로 될 수 있다.

위상과 진폭은 단부벽 (104), (106)의 반사 표면에 대한 음향의 표면 임피던스를 조정함으로써 조정된다. 제9도에 있어서, 단부벽(104), (105)은 표면(32)과 포트(16a), (16d)사이에서 음향파 진행의 반사 표면으로 작용한다. 단부벽(104), (106)의 음향 특성은 파 반사량과 파흡수 및 감쇠량을 결정하는 실린더형 관(12)에 전달되는 음향 임피던스에 의해 단부벽 (104), (106)을 통한 파 전송과 내부 정재파에 영향을 미친다. 단부벽 (104), (106)의 물질은 요망 임피던스를 구할 수 있도록 선택된다. 또한, 단부벽(104), (106)은 표면(32)으로 부터 길이로 대칭적으로 배치된 것으로 도시되지만 요망 음향 패턴을 위해 비대칭적으로 배치된다. 관(12)이 단부벽(104), (106)을 구비하는 것으로 도시되어 있지만 개방 단부를 구비하는 관(12)이 또한 본 발명에 활용될 수 있다.

본 발명은 또한 변환기 소자(20)와 내부 전달 매체사이의 결합을 개선하기 위해 배플 구성을 제공한다. 제10도 및 제11도에 있어서, 공동(cavity) 배플(114)의 변환기 소자(20)의 내벽으로 구성되는 공동이나 중앙 공간에 장착된다. 공동 배플(114)은 중심축(116)과, 링 (22)의 내벽 (32)으로 연장되지만 링 (22)의 내벽 (32)과의 직접적인 접촉은 하지않는 방사형 연장 구획부(118), (120), (122), (124)을 구비한다. 연장 구획부의 각 단부는 폴리우레탄과 같은 탄성물질을 사용하는 내벽에 부착된다. 구획부의 단부는 링과 연장구획부 사이의 음향 진동을 송신하는 것을 방지하도록 링으로부터 음향적으로 절연되는 것이 바람직하다. 공동 배플(114)을 변환기 소자(20)의 내벽에 부착시키는데 있어 또다른 물질, 방법 및 구조가 사용될 수 있다. 구획부(118)는 전극(52), (54)사이에 있고, 구획부(120)는 전극(54), (50)사이에 있으며, 구획부(122)는 전극 (50), (56)사이에 있으며 구획부(124)는 전극(56), (52)있다. 일반적으로, 싸인 및 코싸인형 수평 필드 패턴이 요망되는 곳에서 구획부의 수는 제10도에 도시된 바와 같은 전극장의 수와 동일하다. 마찬가지로, 공동 배플은 제23도에 도시된 소자(280)와 같은 구성으로 사용될 수 있다.

제7도에 도시된 바와같은 수평 지향성 패턴을 제공하는 변환기 소자(20)의 경우에 있어서, 서로 반대되는 구획부 X축 및 Y축을 따라 배치되거나 혹은 X축 Y축의 중간의 직경선에 배치된다. 제7도의 코싸인 패턴(76)과 같은 단일 싸인 혹은 코싸인 패턴을 제공하는 변환기 소자를 구비하는 변환기 어레이에서 단일 구획부는 Y축을 따라 서로 반대로 연장되어 사용될 수 있다. 마찬가지로, 싸인 패턴의 응답(78)에 있어서, 구획부는 X축을 따라 배치된다. 일반적으로 배플의 구획부는 지향성 패턴(들)의 이론상 최소 주응답점과 교차하는 축을 따라 위치하도록 배치된다. 구획부는 소자(20)의 길이나 혹은 축의 경계 부분에서 한 구획진 부분과 또다른 구획진 부분사이의 횡단 음향 통신을 방지하기 위해 소자(20)의 길이방향으로 동일 공간에 걸쳐 있다. 배플(114)의 단부는 관(12)의 길이방향으로 방해받지 않고서 파가 진행하도록 개방된다.

배플(114)은 링의 공동이나 중앙 개구의 음향 신호압이 수신 모드에서 링의 활성화에 이용될때 소자(20)의 세라믹 링 (22)에서 유효 압력을 증가시킨다. 배플(114)은 또한 소자(20)의 링 (22)내에서 공동의 공진 주파수도 증가시킨다. 배플(114)은 수평면에 싸인 및 코싸인 음향파 지향성을 개선한다. 배플(114)의 구획부는 음향을 소량 전송하고 제12도에 도시되고 기술된 바와같이 구성되며, 층(108), (110)은 알루미늄으로 구성되며 층(112)은 공기 함유 망사로 구성된다.

음향 선로 길이에 대한 보다 정확한 결정은 본 기술에 공지된 여러가지 경계조건을 갖춘 관에서 음향파에 대한 상기 인용자료에서 언급된 평형 상태를 포함한다. 이와같은 경계조건은 소자(20)의 내벽 (32)에 대한 속도와, 소자(20) 공동 규격과, 소자(20) 공동의 접촉부에서의 관(12)의 음향 임피던스와, 차례로 포트의 방사 임피던스 및 포트외로 관의 음향 임피던스의 함수가 되는 길이방향의 각 포트 위치에서 관(12)의 음향 임피던스를 포함한다. 일반적으로 소자(20)의 임피던스를 관의 연장부에 매칭시킴으로써 음향파 에너지가 좀더 효율적으로 전송된다. 경계 조건은 소자(20)가 관(12)에 장착되는 방식에 따라 변한다. 또한, 관(12)과 소자(20)사이의 역진동 전송으로 인하여 파패턴의 지향성이 떨어지게 된다. 관(12)을 소자(20)에 장착시키려면 서로간의 진동을 방지해야 하고 기계 진동의 교차 결합을 막아야 한다.

제13도 내지 제16도에 있어서, 연장관(142)은 상측 연장부(114)와 하측 연장부(146)를 구비한다. 환상포트(148), (150)는 연장부(114)에 형성되고, 환상포트(152), (154)는 연장부(146)에 형성된다. 호상의 간격진 길이방향 리브(156)는 관을 지지하도록 포트(148) 내지 (154)에 배치된다. 연장부(144), (146)는 연장부(12a), (12b)와 각각 동일하고, 포트(148), (150), (152), (154)는 포트(16a), (16b), (16c), (16d)와 각각 동일하며, 리브(156)는 리브(18)와 동일하다. 동일한 부재는 구조나 기능에 있어서 서로 유사하다.

속이빈 실린더형 칼라(coller) (158)는 환형 포트(160)를 구비하며, 호상의 간격진 길이방향 리브(161)가 그 내부에 형성되어 있다. 상기의 변환기 소자(20)는 칼라(158)의 내부에 형성된 포켓내에 배치되며, 칼라 (158)의 하측단부에 삽입된 보유링 (162)으로 고정된다. 상측 및 하측 링 가스킷(159a), (159b)은 고무와 같은 적당한 물질로 구성되어 칼라(158) 및 보유 링 (162)로부터 소자(20)를 음향 절연시킨다. 칼라(158) 및 환상 링(162)은 금속이나 플라스틱과 같은 적당한 물질로 구성된다. 변환기 소자(20)는 보호 덮개나 캡슐 (도시안됨)에 의해 작동 환경으로부터 보호된다. 칼라(158)는 각각 상측 및 하측 단부로부터 연장되는 상측 환상 플랜지 (164)와 하측 환상 플랜지(166)를 구비한다. 관의 연장부(144)는 플랜지(164)의 내측에 고정 위치되고, 연장부(146)는 플랜지 (166)의 내부에 고정 위치된다. 접착성 기계 나사나 리베트와 같은 죔 수단을 통해 보유링(162)이 칼라(158)에 부착되고 칼라(158)가 관(142)의 상측 연장부 및 하측 연장부에 부착된다.

제13도 내지 제16도의 실시예는 제1도 내지 제6도의 실시예와 유사한 방법으로 작동한다. 배플(92), (94), (114)은 제13도 내지 제16도의 실시예에 있어서의 목적과 장점을 얻도록 이용될 수도 있다. 단부벽 (104), (106)은 상기된 바와같이 내부파에 대한 소정의 파진폭 및 위상 시프트를 조정하기 위한 방식으로 연장부 (144), (146)에 배치된다.

제17도 내지 제20a도는 변환기 어레이의 관을 펼치지 않는 상태 및 펼친 상태를 보인 것이다. 변환기 어레이 (172)는 제1도 내지 제6도의 실시예에 있어서의 변환기 어레이 (10)와 동일하다. 변환기 어레이의 관 (176)은 펼쳐진 상태로 전자 캐니스터 (170)에 끼워 넣어진다.

연장된 실린더형 캐니스터(170)는 변환기 어레이(172)가 각각 송신 모드에 있는지 혹은 수신 모드에 있는지에 따라 케이블(194)을 경유하여 전기 신호를 소자(20)에 송신하고 소자(20)로부터 전기 신호를 수신하도록 소자(20)내의 도선(58) 내지 (72) (제17도 내지 제20a도에는 도시안됨)에 연결되는 전자 패키지를 수용한다. 신호 케이블(174)은 전자 캐니스터 (170)의 상측 단부로부터 연장되어 무선 주파 송신기나 송수신기 및 조합된 안테나를 포함하는 표면 부유 전자 캐니스터로 부터 전기 신호를 수신 및 이곳으로 송신한다. 케이블(174)은 펼쳐진 변환기 어레이(172)을 수중에 지탱시키는 지탱 케이블을 구비할 수 있다.

전자 캐니스터 (170)는 캐니스터의 상측 단부 및 하측 단부로부터 간격진 것으로 캐니스터 (170)로 부터 외부로 연장되는 환상 안내 플랜지(184), (188)를 구비한다. 환상 플랜지(188)는 펼쳐지기전 상태와 펼친 상태 사이의 과도기간 동안 관(176)의 내벽을 따라 미끄러질 수 있다. 관(176)은 상측단부에 내부 환상 플랜지 (178)를 구비하며, 펼쳐지기전 상태와 펼쳐진 상태사이의 과도 기간동안 캐니스터 (170)의 외벽을 따라 미끄러질 수 있다. 플랜지 (178)와 플랜지 (184), (188)의 상호 작용은 관(176)내에서 캐니스터 (170)의 상대적 길이방향 진행을 제한한다. 펼쳐지기전 상태에서 플랜지 (184)는 플랜지 (178)서로 마주하는 식으로 위치하며 캐니스터 (170)가 관(176)내로 더 이동하는 것을 제한함과 아울러 변환기 (20), 신호 케이블(194) 및 변환기 소자(20)의 지탱 케이블(196)을 저장하기 위해 관(176)의 밑면과 캐니스터 (170)의 밑면사이에 공간을 제공한다.

펼쳐진 상태에서 플랜지 (188)는 플랜지 (178)와 서로 마주하는 식으로 관(176)으로부터 캐니스터 (170)가 후퇴하는 것을 제한한다. 실린더형 관(176)은 실린더형 관의 하측단부에 단부 종단벽(180)을 구비한다. 음향팔 임피던스 디스크(182)른 벽 (18)의 내측에 부착되고 벽 (180)의 내면과 동일한 영역을 갖는다. 캐니스터 (170)의 하측단부(190)는 단부의 하측 표면에 음향 임피던스 디스크(192)를 구비한다. 펼쳐진 상태에서 단부(180), (182)의 결합 임피던스와 단부(190) 및 디스크(192)의 결합 임피던스는 제9도의 단부(106), (104)와 유사한 기능을 한다. 디스크(182), (192)는 변환기(172)의 관(176)의 종단 임피던스를 제공한다.

전극 도선(58) 내지 (72)은 가요성 케이블(194)에서 캐니스터(170)와 연결된다. 소자(20)는 다수의 가요성 코드(196)에 의해 캐니스터(170)의 단부벽(190)으로부터 매달려지며, 가요성 코드의 하측 단부는 캡슐 물질(24)에 몰딩되거나 소자(20)에 부착된다. 코드(196)의 상측단부는 적당한 수단에 의해 벽(190)에 고정된다. 케이블(194)과 코드(196)는 펼쳐지기전 상태에서 접혀진다. 코드(196)는 펼쳐진 상태에서 전체의 길이로 연장되며, 관(176)에 형성된 소자(20)의 반대편 환상 포트(198)에 놓일 정도의 길이로 구성된다. 각각 포트(16a), (16b), (16c), (16d)와 일치하며 길이 방향으로 간격진 환상 포트(200), (204), (206)는 관(176)내에 형성되며, 각각의 포트는 관내에 형성된 리브(18)와 일치하는 지지 리브(208)를 구비한다. 서로 일치하는 포트는 구조 및 기능에 있어서 서로 유사하다. 본 발명의 변환기 어레이는 본문에 나타난 바와같이 전자 캐니스터에 부착하거나 지탱할 필요가 없으나 필요하다면 적당한 형태의 표면이나 부표면 부재에 매달수도 있다.

제20도 및 제20a도에 있어서, 환상 단부 실드(210), (212)는 공기 함유 물질과 같은 압력 방출 물질로 구성되며 링 (22)의 상측단부 및 하측단부의 위와 아래에 배치되고 링(22)의 단부로부터 관(176)으로 향하는 음향 방출을 감소시키는 작용을 한다.

평평한 지지링 (214), (216)은 실드(210), (212)의 위와 아래에 각각 일치하며 보유링 (218), (220)은 볼트 (222)에 의해 각각 지지링 (214), (216)에 고정된다. 보유링 (218), (220)의 외부 주변 길이는 물질(24)의 외벽을 넘어서 음향 절연링(224), (226) 주위에 각각 방사형으로 연장된다. 링 (224), (226)은 에폭시와 같은 것으로 접착시킴으로써 링(218), (220)에 각각 부착되며, 코프렌물질, 고무 혹은 다른 탄성 물질로 구성되고, 음향 봉입부와 같이 작용하여 소자(20)의 외부 표면과 관(176)의 내부사이에 음향 누출 선로를 방지한다. 링 (224), (226)은 보유링 (218), (220)에서 환상홈(도시안됨)에 꼭맞는 적당한 0링을 포함할 수도 있다.

제17도 및 제20도 실시예의 동작에 있어서, 변환기 어레이 (172)는 플랜지 (178), (188)가 위치할 때까지 관(176)을 캐니스터 (170) 아래로 미그러뜨림으로써 제17도의 펼쳐지기 전의 상태로부터 펼쳐진다. 소자(20)는 코드(19d)가 팽팽해질때까지 관(176)내로 미끄러지는데, 이때 상기 소자(20)가 포트(198)와 서로 마주하게 된다. 전자음향 변환기와 동작은 상기 실시예에 기술된 바와같다. 배플(92), (94)은 관(176)내에서 소자(20)의 위와 아래에 배치되고 그리고 펼치고 접힐 수 있는 굴뚝(100), (102)으로 이루어져, 펼쳐지기전 상태에서 캐니스터 (170) 및 변환기 (172)의 프로필은 최소한의 길이방향 규격을 가지며, 펼쳐진 상태에서, 굴뚝(100),(102)은 전체의 길이 규격으로 연장될 수 있게 된다.

펼침은 본 기술분야에 공지된 바와같이 수동으로 혹은 자동으로 이루어진다. 배플(92), (94)은 코드(196)와 유사한 가요성 코드에 의해 지탱되며 관(176)에서 요망되는 파 진행길이를 얻기 위해 포트(200) 내지 (206)와 적당한 관계로 배플(92), (94)을 위치시키는 길이로 구성된다. 제25도 내지 제27도와 관련하여 앞으로 기술될 플레이트(304), (306), (308)와 같은 배플 플레이트를 굴뚝 배플(92), (94)대신에 사용되기도 하며, 마찬가지로 포트사이에 요망되는 내부파 진행길이 및 그러므로써 적절한 내부 위상 시프트가 제공되도록, 포트(200) 내지 (206)와 적당한 위치관계로 플레이트를 위치 설정하기에 적당한 길이의 로드(196)와 유사한 가요성 로드로 지탱될 수 있다.

제21도에는 또다른 전자 음향 변환기 소자(280)가 도시된다. 소자(250)는 본 발명의 실시 예에서 기술된 소자(20) 대신에 사용되기도 한다. 소자(280)는 링(22)에 대해 상기된 바와같은 전자음향 물질이나 압전 물질로 구성된 호상 세그먼트(282)로 구성된 실린더형 링이다. 각각의 세그먼트(282)는 접선 방향으로 극성화되어 접선 방향으로의 팽창 및 수렴이 전기적 신호로 상호 변환되도록 하나의 원주 가장자리 (282a)가 정의극이 되고 반대의 원주 가장자리(282b)가 부의 극이된다. 세그먼트(282)는 원주상에 간격진 서로 반대되는 수직 가장자리(282a), (282b)에서 각각 얇은 전도성 전극(284), (286)에 결합되어 부착된다. 각각의 전극 (284)은 두개의 인접 세그먼트(282)의 정극 가장자리(282a)에 연결되며 각각의 전극(286)은 두개의 인접 세그먼트(282)의 부극 가장자리(282b)에 연결된다. 제21도에 도시된 변환기 소자(280)가 변환기 소자(20)와 상호 바뀔 수 있고 상기 소자(20)와 같이 동일한 형태의 싸인 및 코싸인형및 무지향성 패턴을 제공할 수 있다할지라고 제21도에 도시된 구조는 높은 음향 전력 레벨로 동작하도록 만들어질 수 있으며 이러한 경우 변환기가 음향신호를 송수신하도록 사용되어야 할때 좋다. 이 실시예는 음파 탐지기 무선부표가 떨어져 있는 물체로 부터 반사되어 수신된 음향 에너지에 대한 상대적 방향을 결정하도록 변환기 어레이의 수평 지향성 특성을 이용하는 수신 모드로 스위치된 후 음향신호가 무지향성 패턴으로 송신되고 방사되는 능동형 음파 탐지 무선부표 시스템의 변환기 어레이를 이용한다.

무지향성, 사인, 코싸인 혹은 다른 요망 패턴을 구하기 위해 전극(284), (286)이 접속될 수 있다. 전극 (284)을 제 1공통 도선에 접속하고 전극(286)을 제 2공통 도선에 접속하면 무지향성 패턴이 제공된다. 상기된 바와같이 서로 마주하는 사분할부의 전극으로 부터의 도선들을 접속하면 싸인 및 코싸인 패턴이 발생된다. 소자(280)는 소자(20)를 장착시키는 방식으로 상기 실시예에서의 관에 장착되며, 내부표면(288)은 관에서 내부 매체와 서로 통하고 소자(280)의 외부표면(290)은 외부 전달매체와 서로 통한다.

제22도에 있어서, 위상 조정식 변환기 어레이 (300)가 세로 섹션으로 도시되어 있으며, 관(12)이 세개의 섹션(12c), (12d), (12e)를 구비하고 두 전극 소자(20a), (20b)가 내부에 장착되는 점을 제외하고는 제1도 내지 제4도에 도시된 변환기 어레이(10)와 유사하다. 소자(20a)는 포트(16b)에서 섹션(12c)과 섹션(12d) 사이에 장착되고, 소자(20b)는 포트(16c)에서 섹션(12d)과 섹션(12e)사이에 장착된다. 각각의 소자(20a), (20b)는 제10도에 도시된 바와같은 상기 실시예와 동일한 실린더형 구조로 구성되며 소자(20)의 구성과 유사한 방법으로 그리고 변환기 어레이(10)의 관 섹션(12a)와 (12b)사이에 장착시키는 방법으로 각각의 관 섹션 사이에 장착된다. 포트(27)는 포트(16a) 내지 (16d)가 포트(16a) 내지 (16d)에 대해 기술된 바와같이 구성되고 배치된 리브(18)를 구비하는 변환기 어레이 (10)에서 각각의 관 섹션에 형성되는 방식으로 섹션(12d)에 형성된다. 제1도의 변환기 어레이(10)와 제22도의 변환기 어레이 (300)에서, 포트(16a) 내지 (16d)는 서로 유사하다. 변환기 어레이(300)에서 포트(16a), (27), (16d)는 능동 변환기 소자로서 효과적으로 작용하고, 포트(16a)와 포트(16b)의 소자(20a)사이의 세로축방향의 간격은 변환기 어레이 (300)의 동작 주파수 대역에서 정상파장의 약

이 된다.

마찬가지로, 포트(16d)는 소자(20b)아래에 길이방향으로

파장 간격지며, 포트(27)는 소자(20a),(20b) 사이에 길이방향으로 간격지는데 각각의 소자로부터

파장 가량 간격진다. 본 실시 예에서 내부 위상 시프트 제어 수단은 포트가 이미 파패턴을 성형하고 강화할 수 있는 간격으로 있으므로 포트(16a), (27), (16d)를 강화시킬 필요가 없다. 또한, 소자(20a), (20b)는 서로 1파장 간격으로 있으며 따라서 포트(27)에서 상호 강화된다. 추가 포트 및 소자는 포트 및 소자 교체 관계에서

파장의 세로 간격으로 부가될 수도 있다.

제23도 및 제25도에는 또다른 내부 위상 시프트 제어부재 (302)가 도시되며 제1도 내지 제 3도에 도시된 변환기 어레이 (10)와 관련하며 기술된다. 변환기 어레이 (10)의 관 섹션에 장착되고 제23도의 부분적 섹션에 도시된 위상 시프트 제어부재 (302)는 포트(16a)와 포트(16b) 사이에 위치하는 구멍난 원형 플레이트(304), (306), (308)를 구비하는데 이 판은 길이로 간격져 있다. 플레이트(304), (306)은 구조상 서로 유사하고, 관형 실린더(310)에 길이방향으로 고정적으로 간격져 있는데 관형 실린더의 외부표면은 단면(12a)의 내벽에 접착된다. 플레이트(304), (306), (308)은 변환기 (10)가 설계된 주파수 대역에서 정상 주파수에 대해 약

파장만큼 다음의 인접 플레이트로부터 길이방향으로 각각 간격진다. 플레이트(304), (306), (308)은 에폭시 접착제로 접착되거나 플레이트의 주변에서 실린더 (310)의 내벽에 단단히 부착된다. 또다른 방법으로 플레이트(304), (306), (308)은 각각의 플레이트의 주변 단부에서 에폭시 접착제로 관의 단면(12a)의 내벽 표면에 부착된다. 플레이트(304), (306), (308)은 플레이트의 진동을 최소화시키도록 장착시켜야 한다. 플레이트 (304), (306), (308)을 적소에 부착시키는 다른 방법이 이용될 수도 있다. 위상 시프트 제어부재(302)와 유사한 위상 시프트 제어부재가 제23a도에 도시된 바와 같은 관의 단면(12b)의 포트(16c), (16d) 사이에 유사한 방식으로 장착된다. 위상 시프트 제어 수단(302)에 대한 한 실시예에 있어서, 배플 플레이트(304), (306), (308)는 개구의 크기가 0.062인치이고 개폐비가 9kHz의 정상동작 주파수에서 약 40%인 구멍난 알루미늄으로 형성된다.

제23a도에는 제1도 내지 제5도에 도시된 변환기 어레이와 유사한 변환기 어레이 (10)가 포트(16a), (16b) 사이에 장착된 위상 시프트 제어부재(302)와 포트(16c), (16d) 사이에 장착된 위상 시프트 제어부재 (302a)를 구비하는 한 실시예가 도시된다. 부재(302a)는 실린더 (310a)에 장착된 플레이트(304a), (306a), (308a)를 구비하며, 구조 및 동작에 있어서 부재(302), 플레이트(304), (306), (308) 및 실린더 (310)와 각각 유사하다.

제24도 및 제25도에는 플레이트(304)에 대해 기술한다. 플레이트의 세로간격은 개구(312)의 직경, 플레이트의 수, 각각의 플레이트(304), (306), (308)의 개구의 수 및 각 플레이트상의 전체 개구면적에 따라 변하지만 플레이트의 세로 간격은 상기 정상 주파수의

파장 이상은 아니다.

위상 시프트 제어부재(302)는 이 부재의 길이 단부사이의 음향파에 대한 정상 위상 시프트나 감소된 위상 시프트를 유지하도록 하는 기능을 한다. 위상 시프트 제어부재(302)에는 플레이트(304), (306), (308)보다 많거나 작은 수만큼의 플레이트가 사용될 수도 있다.

위상 시프트 제어부재 (302)는 변환기 플레이트(12)의 포트(16a), (16b)간의 위상을 제어한다. 특히, 이상 제어부재(306)는 파가 관(12)의 축을 따라 전파될때 음향파에 소량이나 최소의 위상 시프트를 발생시킨다. 따라서 위상은 음향 전송 라인으로 고려될 수 있는 관(12)의 길이를 따라 위상 시프트 제어부재(302)에 의해 국부적으로 제어된다. 국부 위상 시프트 제어용 위상 시프트 제어부재 없이도 음향파는 이용된 관의 특성에 의해 제어되며 위상 시프트는 관의 짧은 길이를 따라 발생한다. 위상은 인접 포트로부터 방사되는 파에 필요한 상대적 위상을 만족시키도록 관의 길이를 따라 위상 시프트 제어부재(302)에 의해 제어된다. 상대적 위상은 요구된 수직 지향성 패턴을 얻기 위한 요구조건에 의해 결정된다.

위상 시프트 제어부재(302)에 있어서, 간격진 플레이트(304), (306), (308)는 각각 개구(312)를 구비하며 차단 주파수를 갖는 저역통과 음향 필터를 형성하도록 사용된다. 변환기관(12)에서 내부 파의 주파수가 저역 통과 필터의 차단 주파수 이하일때 위상 시프트 제어부재 (302)를 통과하는 음향파에 대한 소량이거나 혹은 최소의 위상 시프트가 일어나며 이 파는 소량이거나 최소량만큼만 감쇠된다. 0°의 위상 시프트는 360°의 위상 시프트와 동일하다. 추가 전송 선로 길이와 같은 수단으로 360° 위상 시프트시키려면 위상 시프트 제어부재 (302)가 음향파의 위상을 완전히 360° 시프트시키지 않는 한도까지 파에 추가적으로 위상 시프트가 부가된다.

위상 시프트 제어부재(302)의 각각의 플레이트(304), (306), (308)는 변환기 관(12)의 축에 대해 횡으로 장착된다. 각각의 플레이트(304), (306), (308)의 개구(312)는 등가 회로 구조에서 서로 병렬을 이루는 음향 매체가 된다. 인접한 플레이트(305), (308) 사이에 있는 컴플라이언트 쳄버 (305), (307)는 음향 컴플라이언스나 음향 강성도를 각각 형성한다.

각각의 플레이트(304), (306), (308)에서 개구(312)에 의해 생기는 전체 음향 매체는 관(12)의 축을 따라 진행하는 음파와 직렬로 작용한다. 인접 판사이의 컴플라이언트 챔버 (305), (307)는 음향 접지에 컴플라이언트 리액턴스를 각각 형성한다. 파의 전파 방향으로 최종의 플레이트는 관(12)의 나머지 길이에 대한 음향 임피던스에 의해 종단된다. 등가 음향 회로는 저역 통과 필터 구조에 대한 차단 주파수를 한정하는 회로 소자와 같은 음량 및 응락실을 구비하는 가산 회로이다.

필터는 차단 주파수가 변환기 (10)의 동작 음향파 주파수보다. 상당히 높도록 구성된다. 차단 주파수 이하의 저역 통과 필터 특성으로 인하여 그리고 음량 및 컴플라이언스에 있어서의 음향 에너지가 일괄된 회로소자와 같이 작용하므로 위상 시프트 제어부재(302)를 가로질러 소량의 위상 이동이 발생된다. 따라서 음향파의 에너지는 소량의 위상 시프트된 상태로 구조를 따라 통과된다.

인접 플레이트(304), (306), (308) 사이가 간격지고 따라서 컴플라이언트 쳄버 (305), (307)의 규격이 관(12)에서 내부 전달매체(15)에서의 음성에 대한 정상 동작 주파수의 파장이하가 되도록 구성되는데 이 규격은 일반적으로

파장 가량이며 각각의 컴플라이트 쳄버 (305), (307)은 일괄된 소자로 취급될 수 있다. 또한 구멍뚫린 금속 플레이트(304), (306), (308)에서 개구(312)는 요구된 차단 주파수를 제공하기 위해 정확한 음량을 구비하도록 설계되는데 이 음량은 음향 저항을 감지할 수 없을 정도로 그렇게 작은 것은 아니다. 다시 말하면, 개구(312)의 음량 저항은 플레이트(304), (306), (308)의 임피던스의 저항성분중에서 가장 커야한다.

요구된 플레이트(304), (306), (308)의 수는 내부 음향파에 대해 최소량 이상되는 것이 바람직한 관(12)의 길이에 따라 다르다. 예를들어, 위상 시프트 제어되어야 하는 관에 있어서 더긴 단면은 컴플라이언트 체임버 (305), (307)에 대한 일괄된 소자의 표준을 보존하기 위해 제 8파장 표준을 만족시키도록 추가 플레이트 (304), (306), (308)을 필요로 한다. 플레이트의 수효가 바뀔때 각각의 플레이트에 있어서 개구(312)의 크기는 변환기(10)의 동작 주파수와 동일한 차단 주파수를 유지시키도록 바뀐다.

저역 통과 필터는 다른 매개변수를 갖는 음향 전송 라인용 관(12)을 따라 특정 위치에서 내부파의 위상을 제어하는 관(12) (음향 전송라인)에 대해 유익한 구조이다.

위상 시프트 제어부재 (302)는 인접 포트(16a) 내지 (16d)의 내부 혼신을 피하기 위해 관(12)의 단면사이를 동일하게 절연시킨다. 위상 시프트 제어부재(302)는 위상 시프트 제어부재의 구조를 접음으로써 쉽게 접혀지고 이와 반대의 방식으로 쉽게 펼쳐진 필터에 의한 이론은 디.반 노스트랜드 캄파니 인코포레이티드의 재판된 ″전자 기계적 변환기 및 파 필터″에 와런 피.매슨에 의해 기술된다.

변환기 어레이 (10)의 성능에 영향을 미치는 인자는 포트(16a) 내지 (16d)의 수, 간격 및 대칭성과 내부 매체(15) 및 외부매체의 각각의 음향특성과 원주방향의 로브(18)의 폭과 관(12)의 종단부와, 배플(92), (94)의 수, 위치 및 규격과, 이상 제어부재(302)에서 플레이트의 수, 간격, 개구크기 및 개구 면적을 포함한다.

본 발명의 기술과 함께 이용될 수 있는 변형중에는 각각의 포트의 개구에서 로브의 위치 및 방향과, 포트 (16a) 내지 (16d)의 수 및 배치관계와 소자(20)의 수 및 배치관계와, 위상 시프트 제어용 배플(92), (94), (302)의 형태 및 배치관계와, 각각의 관이나 소자벽에 소자(20) 및 배플(92), (94), (114), (302)을 장착시키는 방법과, 전극을 링(22)에 장착시키는 수, 구조, 위치 및 방법과, 관(12), 단부(14a), (14b) 및 배플 (92), (94), (114), (302)의 물질과, 내부매체(15)의 특성과, 수평면에 요구된 형태를 얻기위해 소자(20)로 향하거나 혹은 소자(20)로부터의 전기신호 처리방법에 있어서 바뀔 수 있다. 본 발명은 압전물질로 완전히 구성된 링(22)을 제조하는 대신에 요구된 형태 및 응답을 구하는 이와같은 실린더의 내부 표면이나 외부 표면 위의 영역에서 압전 변환기 물질의 단부에 부착된 금속이나, 플라스틱이나 혹은 다른 값싼 지지물질로 구성된 실린더를 사용한다. 이와같은 방식으로 비교적 값싼 변환기(20)가 제공된다.

Claims

외부 액체 전송 매체(17)에서 음향파를 송수신하는 실린더 형의 위상 조정식 변환기에 있어서, 전기 음향 변환기 소자에 각각 결합된 전송 매체를 통해 인가되는 음향파를 방사하고 이 음향파에 응답할 수 있는 제1 및 제 2진동 표면(30,32)을 구비하는 제 1전자 음향 변환기 소자(20)와; 길이 방향측(Z)과 제1 및 제 2의 축단부(14a, 14b)와 실린더형 벽과 상기 벽에 다수의 제1 및 제 2환상 음향 포트쌍(16a, 16b)을 갖는 연장된 실린더형 관(12a)을 구비하고, 여기서 상기 연장된 실린더형 관은 상기 제 2의 진동 표면(32)과 상기 환상 포트 쌍사이에 음향 전송 선로를 제공하기 위해 내부 음향 통로를 제공하는 내부 음향 전달 매체로 채워지도록 되어 있고 상기 포트는 외부 액체 전송 매체(17)와 상기 내부 전송 매체(15)사이에 음향 접속을 제공하며; 상기 각각의 포트쌍으로부터 간격진 상기 세로 축을 따라 한 위치에 상기 실린더형 관과 관련된 상기 변환기 소자를 지지함과 아울러 상기 변환기 소자의 제 1진동 표면을 외부 액체 전송 매체와 음향 결합시키기 위한 제 1수단을 구비하여, 상기 전송 선로는 변환기 동작 주파수 대역내에서 상기 선로의 유효 음향 길이가 상기 포트쌍(16a,16b)으로부터 상기 세로축의 브로드사이드 방향으로 음향 방사와 상기 진동변환기 소자(20)의 제 1표면(30)으로부터의 음향 방사와의 결합을 강화시켜 이에 의해 외부 전송 매체 (17)에서 음향파의 최대 방사 혹은 음향파의 최대 응답이 상기 축의 브로드사이드 방향으로 발생하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제1항에 있어서, 제 2전자 음향 변환기 소자(20b)를 포함하고, 여기서 제 1전자 음향 변환기 소자 (20a)와 제 2전자 음향 변환기 소자(20b)는 제1 및 제 2진동면을 각각 구비함과 아울러 상기 관(12)에 지지되어, 상기 제 1진동면(30)이 상기 외부 전송 매체(17)에 음향 결합되고 상기 제 2진동면(32)이 상기 내부 전송 매체(15)에 결합되며 ; 상기 제 2포트가 상기 제 1포트와 상기 제 3포트사이에 실재하도록 상기 관에 있는 제 3환상 포트와 , 상기 제 1포트와 상기 제 2포트사이의 축 위치에서 상기 관과 관련된 상기 제 1소자를 축 방향으로 위치 설정하여 지지하는 상기 제 1수단(24)과 ; 상기 제 2포트와 상기 제 3포트(제22도) 사이에 상기 관과 관련된 상기 제 2소자(20b)를 축 방향으로 위치 설정하여 지지하는 제 2수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제1항에 있어서, 상기 변환기 소자는 상기 축에 대해 수직인 평면에서 음향파에 대한 음향파 방사 및 응답 패턴을 제어하고, 상기 포트는 상기 축의 평면에서 음향 패턴 및 응답 패턴을 제어하는데 기여함을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제2항에 있어서, 상기 각각의 변환기 소자(20)는 상기 축(Z)에 대해 수직인 평면에서 상기 음향파에 대한 음향파 방사 및 응답 패턴을 제어하고, 상기 포트(16a,16b)는 상기 축의 평면에서 음향 패턴 및 응답 패턴을 제어하는데 기여함을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제3항에 있어서, 상기 변환기 소자는 싸인 및 코싸인형 브로드사이드 패턴을 발생시키기 위한 것이며, 상기 포트(16a,16b)는 상기 축에 대해 평행인 상기 브로드사이드 패턴의 규격을 결정하는데 있어 제어 인자를 제공하기 위한 것임을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제5항에 있어서, 상기 각각의 변환기 소자는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 압전 링(22)을 구비하고 ; 상기 제 1진동면은 상기 링의 외부 표면을 구비하며 상기 제 2진동면은 상기 링의 내부 표면을 구비하고, 상기 링은 네개의 주변 사분할부를 구비하며, 상기 링은 네개의 사분할부 각각에 전극쌍(44,52)을 구비하며, 각각의 전극쌍 가운데 한 전극(44)은 상기 링의 외부 표면에 전도할 수 있게 부착되고 각각의 전극쌍 가운데 다른 전극(52)은 상기 링의 내부 표면에 전도할 수 있게 부착되는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제1항에 있어서, 상기 각각의 포트는 소정 주파수(제22도)의 약 1/2 파장 가량되는 상기 내부 통로에서 진행이 이루어지도록 상기 변환기 소자의 제 2진동면으로부터 간격지는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제3항에 있어서, 제 2환상 포트쌍(16b,16c)을 포함하여 상기 제 2포트쌍의 상기 제 1포트(16b)는 상기 제 1포트쌍의 상기 제 1포트(16a)로부터 제 1축방향(Z)으로 간격지고, 상기 제 2포트쌍의 제 2포트 (16c)는 상기 제 1포트쌍의 상기 제 2포트(16d)로부터 상기 제 1축 방향에 반대되는 제 2축방향(-Z)으로 간격진 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제8항에 있어서, 상기 포트는 상기 변환기 소자로부터 대칭적으로 간격지는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제8항에 있어서, 상기 제 1포트쌍에 있어서의 상기 각 포트는 상기 제 1포트 개구를 구비하고 상기 제 2포트쌍에 있어서의 상기 각 포트는 상기 제 2포트 개구를 구비하며, 상기 제 1포트의 개구는 상기 제 2 포트의 개구보다 면적이 좁으며, 상기 제 1포트의 개구는 상기 제 1진동면보다 면적이 좁은 것을 특징으로 하는 음과 송수신 변환기.
제8항에 있어서, 상기 제 1포트쌍과 상기 제 2포트쌍은 상기 관상에서 상기 변환기 소자로부터 대칭적으로 간격지는 것을 특징으로 하는 음과 송수신 변환기.
제1항에 있어서, 상기 변환기 소자는 내부 표면 및 외부 표면을 갖춘 전자 음향 변환기 링을 구비하고 상기 내부 표면은 링 공동(114)을 구획하며, 상기 제 1진동면은 상기 링 내부 표면을 구비하며, 공동 배플 수단(118,120)은 상기 변환기 소자의 상기 링 내벽에 대한 파의 압력 경사도를 개선하기 위해 상기 링 공동에 위치하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제1항에 있어서, 상기 음향파의 빔 패턴 및 음향파에 대한 응답을 변경시키기 위해 상기 내부 통로에서 상기 음향파 포트의 위상을 시프트시키는 위상 시프트 수단(92,94)을 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제13항에 있어서, 상기 내부 매체에서 선로 길이를 소정의 크기로 증가시켜 음향파의 위상이 상기 포트에서 일치하게 시프트되도록 상기 제 2표면과 상기 포트사이의 선로에 있어서 음향파를 중첩시키기 위해 상기 내부 통로에 삽입되는 중첩된 배플 수단(92,94)을 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제14항에 있어서, 상기 관의 제1 및 제 2축 단부는 닫혀있고 상기 위상 시프트 수단은 상기 내부 통로의 상기 하나이상의 닫혀있는 단부상에 반사 표면(104, 106)을 구비하며, 상기 배플 수단은 상기 내부 통로내에서의 음향파가 상기 반사 표면으로부터 반사되게 하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제2항에 있어서, 상기 각각의 포트는 변환기의 동작 주파수 대역에서 소정 주파수의 약
파장되는 상기 내부 통로에서 진행이 이루어지도록 가까운 상기 변환기 소자의 진동 표면으로부터 간격지는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제11항에 있어서, 상기 제 1포트쌍에서의 상기 포트는 상기 제 1포트쌍에서의 상기 각 포트와 소정의 파 주파수의 약 1/2 파장이 되는 상기 제 2표면사이의 상기 제 2선로를 따라 음향 진행길이를 제공하도록 상기 변환기 소자의 제 2표면으로부터 축으로 간격지며, 상기 제 2포트쌍에서의 상기 각 포트는 상기 제 2포트장의 상기 각 포트와 상기 소정의 파 주파수의 약 1.5파장이 되는 상기 표면사이의 상기 제 2선로를 따라 음향 진행 길이를 제공하도록 상기 변환기 소자의 제 2표면으로부터 축으로 간격지는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제5항에 있어서, 상기 관은 다수의 관 부분을 구비하는데 하나의 관 부분(126)은 인접 포트사이에 있고, 상기 변환기 소자(20)는 상기 관에 고정되어 지지되는 압전 물질로 구성된 실린더형 링을 구비하며, 상기 링의 외부 표면(30)은 제 1변환기 소자의 제 1진동면을 구비하고 상기 링의 내부 표면(32)은 상기 변환기 소자의 제 2진동면을 구비하며, 다수의 길이방향 리브(18)는 상기 각 포트의 양 측면위의 관 부분에 고정되어 지지되도록 상기 제1 및 제 2포트쌍의 각 포트 근방에서 동일한 호상형으로 중분하여 간격지는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제18항에 있어서, 상기 관(12)은 제1 및 제 2섹션(12a,12b)을 구비하는데 상기 제 1섹션은 상기 링의 제 1세로 단부와 동축이고 제 1세로 단부에 인접해 있으며 상기 제 2섹션은 상기 링의 제 2세로 단부와 동축이고 제 2세로 단부에 인접해 있으며, 제 1실린더형 브래킷 (26)은 상기 제 1섹션과 상기 링의 상기 제 1단부에 부착되고 제 2실린더형 브래킷은 상기 제 2섹션과 상기 링의 상기 제 2단부에 부착되는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제1항에 있어서, 변환기 소자의 환경으로부터 보호하기 위해 상기 각 변환기 소자를 캡슐로 싸는 캡슐화 수단(24)을 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환 기.
제18항에 있어서, 상기 관(12)은 제1 및 제 2축 단부를 각각 구비하는 제1 및 제 2동축 세로 섹션(12a, 12b)과, 제 1축 단부가 상기 제 1관 단면의 축단부에 부착되고 제 2축 단부가 상기 제 2관 단면의 축단부에 부착되는, 살기 관과 동축인 실린더형 칼라(158)와, 상기 칼라에서 상기 링을 고정적으로 지지하는 수단(162)을 구비하며, 상기 칼라(158)는 상기 링의 외부 표면과 전송 매체사이에 완전한 음향 결합을 제공하도록 상기 링의 외부 표면과 동일하게 연장되는 환상 포트(160)를 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제1항에 있어서, 상기 변환기 소자는 펼쳐지기전 상태와 펼켜진 상태를 가지며, 상기 내부 통로는 연장되며, 지지 수단(196)은 상기 내부 통로에서 세로로 이동하도록 상기 관에 상기 변환기 소자를 지지시키며 이에 의해 상기 변환기 소자(20)는 펼쳐지기전 상태에서 상기 관(172)의 제 2단부(180)에 인접하여 저장될 수 있고 펼쳐진 상태에서 상기 지지 수단(196)에 의해 길이 방향으로 중간 위치로 이동될 수 있으며 지지 수단에 의해 상기 내부 통로의 중간에 지지될 수 있는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제22항에 있어서, 연장된 캐니스터 (170)는 상기 관(172)의 제 1단부(178)로 신축성있게 미끄러지고 상기 관의 제 1단부로부터 신축성있게 미끄러지도륵 장착되는 연장된 캐니스터 (170)를 포함하며, 상기 캐니스터는 펼쳐지기전 상태에서 상기 제 2단부(180) 방향으로 상기 내부 통로에 미끄러질 수 있고 펼쳐진 상태에서 상기 제 2단부로부터 상기 제 1단부로 위로 미끄러져 나올 수 있으며, 상기 지지 수단(196)은 가요성이며 상기 캐니스터 (170)에 연결되어 이에 의해 상기 캐니스터가 상기 통로로부터 이동될때 상기 지지 수단은 팽팽해지고 상기 변환기 소자(20)는 상기 통로의 상기 중간 위치로 이동되어 지지되는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제12항에 있어서, 상기 링은 상기 내부 표면(32)에 부착된 다수의 호상형으로 간격진 전극(52,54,56,50)을 구비하고, 상기 공동 배플 수단은 상기 전극들중 적어도 한 전극을 다른 전극으로부터 현의 방향으로 구획하여 절연시키고 상기 전극과 상기 내부 선로의 포트 사이에 거의 음향적으로 방해받지 않는 세로 선로를 제공하기 위해 상기 링의 내부 표면과 관련하여 배치된 구획 수단(114)을 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제25항에 있어서, 상기 구획 수단(118,120,122,124)은 상기 각각의 전극을 다른 전극으로부터 현의 방향으로 구획하여 절연시키기 위한 것임 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제24항에 있어서, 구획 수단 각각은 음향파 송신을 감소시키기 위해 중간 압력 방사층(112)으로 분리되는 두개의 단단한 외부층(108,110)을 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제24항에 있어서, 음파 송수신 변환기에는 네개의 전극(50,52,54,56)이 있는데 각각의 전극은 상기 내부 표면(32)의 사분할부 가운데 하나를 덮으며, 상기 구획(118,120,122,124)은 X형 횡단면을 구비하고 상기 측에 평행한 네개의 세로 가장자리를 구비하며, 구획의 가장자리는 상기 전극 사이에 호상형 공간과 인접하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제14항에 있어서, 상기 중첩된 파의 배플 수단(92,94)은 내부 및 외부 주변을 갖는 횡 음향파 블로킹 림 (96,98)을 구비하고 상기 제 2진동면(32)과 상기 포트중 한포트(16a) 사이의 상기 내부 통로의 내벽에 속하는 림의 외부 주변에 부착되는 파 안내부를 구비하며, 도관은 상기 도관의 제 1단부(104)에서 상기 내부 주변에 부착되고 상기 한 포트외에서 상기 관을 향하여 연장되는 제1 및 제 2개방 단부를 구비하고 이에 의해 상기 제 2표면(32)과 상기 포트중 한 포트(16a)사이의 음향파 진행이 상기 도관의 제 2단부 위에 중첩되는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제28항에 있어서, 상기 위상 시프트 수단은 상기 관의 제1 및 제 2단부(104, 106)중 적어도 하나상에 반사 표면을 구비하고, 상기 배플 수단은 상기 내부 통로에서 음향과가 상기 반사 표면으로부터 반사되게 하며, 상기 반사 표면은 반사 표면에서 반사된 음향파의 진폭 및 위상을 조정하기 위해 음향 임피던스 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제13항에 있어서, 상기 위상 시프트 수단은 적어도 하나의 음향파 필터 수단을 구비하고, 상기 필터 수단은 상기 축에 대해 횡으로 상기 내부 통로에서 상기 관의 내면에 고정된 제 1의 구멍난 플레이트(304)을 구비하며, 상기 구멍(312)은 변환기의 동작 대역폭에서 정상 주파수를 갖는 음파로 음량을 전송할 수 있을 정도로 작고 상기 파에 비교적 작은 음향 저항을 전달할 정도로 충분히 커서 구멍의 음량 저항 성분이 저항 성분가운데 특히 크게 되고 이에 의해 상기 플레이트가 비교적 소량 위상 시프트하는 음향 저역 통과 필터로 작용하게 되는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제30항에 있어서, 상기 플레이트가 상기 변환기 소자와 상기 포트중 하나사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제30항에 있어서, 상기 필터 수단(302)은 상기 축에 대해 횡으로 상기 내부 통로에 있는 상기 관의 내면에 고정되는 구멍난 제 2플레이트(306)를 구비하며, 상기 제 2판은 음향 컴플라이언스를 제공하는 상기 플레이트 사이에 음향 컴플라이언트 쳄버를 형성하도록 변환기의 동작 주파수 대역에서 정상 주파수를 갖는 음향파와 일치하는 소정 분량의 파장만큼 상기 제 1플레이트(304)로부터 축 방향으로 격리시키고 이에 의해 상기 음향 매체 및 쳄버에서의 음향 에너지와 집중 회로 소자처럼 작용하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제32항에 있어서, 상기 축에 대해 횡으로 상기 내부 통로에서 상기 관 내부에 고정되는 구멍난 제 3플레이트(308)를 포함하여, 상기 제 3판은 상기 소정 분량의 파장만큼 상기 제 2플레이트(306)로부터 간격지게 하고 이에 의해 상기 제 2판이 상기 제 1플레이트(304)와 상기 제 3플레이트(307) 사이에 실재하고 상기 소정 분량만큼 간격지며, 제 2의 음향 컴플라이언트 쳄버는 상기 제 2플레이트와 제 3플레이트사이에 형성되어 상기 제 1체임버와 같은 방법으로 작용하는 것을 특징으로 하는 음향 송수신 변환기.
제32항에 있어서, 상기 소정 분량은 상기 파장의
과 같거나 이보다 짧은 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제8항에 있어서, 상기 내부 통로에서 음향파의 위상을 제어하기 위한 위상 시프트 수단(302)을 포함하며, 상기 위상 시프트 수단은 상기 제 1포트쌍과 상기 제 2포트쌍에서 제 1포트(16a, 16b) 사이에 있는 제 1음향 필터 섹션을 구비하며, 상기 제 1필터 섹션은 상기 관에서 상기 축에 대해 수직으로 장착된 제1, 제2 및 제 3의 축 방향으로 간격진 구멍난 플레이트(304,306,308)를 구비하고 상기 필터 섹션에서 연속 플레이트사이의 축방향 간격은 상기 변환기의 동작 주파수 대역에서 정상 주파수의 파장에 대해 소정만큼의 분량과 같으며, 상기 제 2필터 섹션(302a)은 상기 제 1섹션과 일치하고 상기 제 2필터 섹션은 상기 제1 및 제 2포트쌍에서 상기 제 2포트(16c,16d) 사이에 축 방향으로 배치되며, 상기 각 플레이트의 상기 구멍 (312)을 상기 변환기의 동작 대역폭에서 정상 주파수를 갖는 음향파로 소정 음량을 전달할 수 있을 정도로 충분히 작고 비교적 소량의 음향 저항을 상기 파에 전달할 수 있을만큼 충분히 커서 구멍의 음량 저한 성분은 저항 성분 가운데 특히 크게 되고 이에 의해 상기 플레이트는 비교적 소량 위상 시프트되는 저역 통과 필터로 작용하게 되며, 상기 각각의 제1 및 제 2단면에서 인접한 플레이트는 음향 컴플라이어니스를 제공하는 상기 인접 플레이트 사이에 음향 컴플라이언트 쳄버를 형성하기 위해 변환기의 동작 주파수 대역폭에서 정상 주파수를 구비하는 음향파와 일치하는 파장에 대해 소정 분량만큼 축으로 간격지며 이에 의해 음향 매체 및 쳄버에서의 음향 에너지가 집중 회로 소자로 작용하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제35항에 있어서, 상기 제 1필터 섹션은 상기 제 1포트사이의 상기 음향과의 위상 시프트를 제어하고 상기 제 2필터 섹션은 상기 제 2포트사이의 상기 음향파의 위상 시프트를 제어하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제30항에 있어서, 상기 각각의 구멍난 플레이트는 상기 플레이트의 주변 길이에 의해 결정되는 면적의 약 40%가 되는 전체 구멍 면적을 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제1항에 있어서, 적어도 하나이상의 추가 전자 음향 변환기 소자(20b)를 포함하여, 상기 추가의 소자(20b) 각각은 제1 및 제 2진동면을 구비하고, 상기 제 1표면이 상기 외부 전달 매체에 음향 결합되고 상기 제 2표면이 상기 내부 통로에 음향 결합되도록 상기 관과 관련된 상기 각각의 추가 소자를 지지하기 위한 제 2수단(24)과, 상기 내벽에 형성된 상기 제1 및 제 2포트를 포함하는 다수의 환상 음향 포트를 구비하며, 축의 순서대로 상기 관으로부터 간격져 임의의 포트가 축의 순서대로 임의 소자와 교대하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제38항에 있어서, 상기 축이나 소자 및 포트의 각각의 축 단부에 하나의 포트(16a,16b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제38항에 있어서, 상기 소자와 포트 사이에서 상기 축의 간격은 상기 변환기의 동작 주파수 대역폭에서 정상 주파수를 갖는 음향의 파장의 약 1/2 가량되는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
제2항에 있어서, 상기 링 (22)은 제1 및 제 2개방 단부와, 단부와 단부가 접하는 축을 가지며, 상기 공동 배플 수단(118, 120, 122, 124)은 서로로부터 상기 축에 대해 횡평면에서 현의 방향으로 상기 링의 내벽 세그먼트를 격리시키기 위해 음향을 전달하지 않는 구획부를 구비하며, 상기 구획부는 상기 구획부의 길이 방향으로 음향파가 진행될 수 있도록 하기 위해 세로 단부가 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.
외부 전송 매체(17)에서 송수신된 음향파에 대한 변환기에 있어서, 음향 신호와 전기 신호 사이에서 변환을 행하는 전자 음향 변환기 수단(20)과 , 제1 및 제 2진동면(30,32)을 갖는 상기 변환기 수단과, 제1 및 제 2단부와, 단부와 단부가 접하는 축과 그리고 음향 내부 통로를 구비하는 관 수단(12)을 구비하여 상기 제 1표면(30)이 외부 전송 매체와 음향 결합되고 상기 제 2표면이 상기 내부 통로와 음향 결합되며 상기 변환기 수단을 지지하기 위한 상기 관 수단과, 상기 내부 통로와 상기 외부 전송 매체(17)사이에 음향파를 전도시키기 위해 상기 관 수단에 형성되는 포트 수단(16a,16b)을 구비하며, 상기 포트 수단은 한쌍의 포트 (16a,16b)로 이루어전 제 1포트(16a)가 상기 변환 수단(20)으로부터 제 1축방향(Z)으로 소정 거리만큼 간격지고 제 2포트(16b)가 상기 제 1방향과 다른 제 2축방향으로 소정 거리만큼 간격지며, 변환기의 동작 주파수 대역내에서 상기 포트쌍으로부터 상기 세로축에 대해 브로드사이드 방향으로의 음향 방사와 상기 변환기 소자의 제 1진동면으로부터의 음향 방사의 강화 결합이 제공되어 이에 의해 외부 액체 전송 매체(17)에 있어서 음향파의 최대 방사나 음향파에 대한 최대 응답이 상기 축에 대해 브로드사이드 방향으로 일어나게 되도록 상기 소정 거리가 정해지는 것을 특징으로 하는 음파 송수신 변환기.