JPH0580200B2 - - Google Patents
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- JPH0580200B2 JPH0580200B2 JP26733987A JP26733987A JPH0580200B2 JP H0580200 B2 JPH0580200 B2 JP H0580200B2 JP 26733987 A JP26733987 A JP 26733987A JP 26733987 A JP26733987 A JP 26733987A JP H0580200 B2 JPH0580200 B2 JP H0580200B2
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- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 32
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、水中音波伝搬路をデータ伝送路とし
て利用する電気音響変換器を用いた水中音響デー
タ伝送装置に関するものである。
て利用する電気音響変換器を用いた水中音響デー
タ伝送装置に関するものである。
第８図はこの種のデータ伝送に用いられる代表
的な水中音響データ伝送装置を示す機能ブロツク
図であり、この装置によるデータ伝送方法を以下
に説明する。
的な水中音響データ伝送装置を示す機能ブロツク
図であり、この装置によるデータ伝送方法を以下
に説明する。
第８図において、送信系の電気信号発生器１か
ら発生する電気信号を、変調器３によりセンサ２
が測定した水中のデータに基づいて変調し、その
変調された電気信号を増幅器４で増幅した後、こ
の電気信号を送波器５により音響信号に変換して
水中に音波として放射する。
ら発生する電気信号を、変調器３によりセンサ２
が測定した水中のデータに基づいて変調し、その
変調された電気信号を増幅器４で増幅した後、こ
の電気信号を送波器５により音響信号に変換して
水中に音波として放射する。
上記の如く放射された音波は水中を伝搬して受
信系の受波器６に入射し、受波器６で電気信号に
変換された後、復調器７で復調され、所定のデー
タとして表示記録装置８にて表示記録される。
信系の受波器６に入射し、受波器６で電気信号に
変換された後、復調器７で復調され、所定のデー
タとして表示記録装置８にて表示記録される。
このように水中音波伝搬路をデータの伝送路と
して利用する水中データ伝送方法では、データの
送受信用として電気信号と音響信号とを変換する
電気音響変換器、つまり送波器５及び受波器６が
使用されるが、これらの送波器５及び受波器６の
性能によつて伝送し得るデータの帯域幅に制約を
受ける。その一例として、圧電磁気の共振を利用
した水中超音波送波器及び受波器を使用した場合
の感度積まつり送波器→海洋→受波器間の感度特
性を第９図に示す。
して利用する水中データ伝送方法では、データの
送受信用として電気信号と音響信号とを変換する
電気音響変換器、つまり送波器５及び受波器６が
使用されるが、これらの送波器５及び受波器６の
性能によつて伝送し得るデータの帯域幅に制約を
受ける。その一例として、圧電磁気の共振を利用
した水中超音波送波器及び受波器を使用した場合
の感度積まつり送波器→海洋→受波器間の感度特
性を第９図に示す。
なお、図中のfIは伝送帯域の下限周波数、fUは
伝送帯域の上限周波数である。
伝送帯域の上限周波数である。
この圧電磁器の共振を利用した水中超音波送波
器及び受波器は、この種の水中データ伝送におい
て、一般的に用いられるがその共振の鋭さＱはＱ
＝10〜20程度のものが多く、感度積即ちデータ伝
送特性の帯域幅が中心周波数を500KHzとした場
合、25KHz〜50KHzより狭い範囲内に限られる。
器及び受波器は、この種の水中データ伝送におい
て、一般的に用いられるがその共振の鋭さＱはＱ
＝10〜20程度のものが多く、感度積即ちデータ伝
送特性の帯域幅が中心周波数を500KHzとした場
合、25KHz〜50KHzより狭い範囲内に限られる。
そこで送波器５及び受波器６の圧電磁器の前面
１／４波長の音響整合層を設け送波感度特性及び受
波感度特性の共振特性をＱ＝４程度まで広帯域化
したもので、データ伝送を行ない伝送帯域幅を広
げるようにした装置が考えられる。
１／４波長の音響整合層を設け送波感度特性及び受
波感度特性の共振特性をＱ＝４程度まで広帯域化
したもので、データ伝送を行ない伝送帯域幅を広
げるようにした装置が考えられる。
しかしながら従来のように、送波器５及び受波
器６の圧電磁器の前面に1/4波長の音響整合層を
設け、送波器及び受波器の感度特性を等しく広帯
域化したものをデータ伝送用の送受器として使用
した場合、感度積（データ伝送特性）の帯域幅
は、個々の送受波器の感度特性よりかなり狭くな
るという問題点があつた。例えば送波器５及び受
波器６の共振特性を中心500KHz、Ｑ＝４（帯域幅
125KHz）とした場合、送波感度と受波感度の積
である感度積として帯域幅（−3dB）は約80KHz
になる。
器６の圧電磁器の前面に1/4波長の音響整合層を
設け、送波器及び受波器の感度特性を等しく広帯
域化したものをデータ伝送用の送受器として使用
した場合、感度積（データ伝送特性）の帯域幅
は、個々の送受波器の感度特性よりかなり狭くな
るという問題点があつた。例えば送波器５及び受
波器６の共振特性を中心500KHz、Ｑ＝４（帯域幅
125KHz）とした場合、送波感度と受波感度の積
である感度積として帯域幅（−3dB）は約80KHz
になる。
また、音響整合層を多層化すれば送波感度特性
及び受波感度特性を更に広帯域化することが可能
であるが、構造が複雑になるため特性が不安定に
なり、また耐環境性能が劣化する恐れがあつた。
及び受波感度特性を更に広帯域化することが可能
であるが、構造が複雑になるため特性が不安定に
なり、また耐環境性能が劣化する恐れがあつた。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、送
波器及び受波器の圧電磁器の前面に１層1/4波長
の音響整合層を設けた水中データ伝送用送受波器
において、データ伝送帯域幅が送波器及び受波器
の個々の感度特性帯域幅よりかなり狭くなるとい
う問題点を除去し、データ伝送特性に優れた水中
音響データ伝送装置を提供することにある。
波器及び受波器の圧電磁器の前面に１層1/4波長
の音響整合層を設けた水中データ伝送用送受波器
において、データ伝送帯域幅が送波器及び受波器
の個々の感度特性帯域幅よりかなり狭くなるとい
う問題点を除去し、データ伝送特性に優れた水中
音響データ伝送装置を提供することにある。
上記問題点を解決するため本発明は、水中音波
伝搬路を伝送路として利用する水中音響データ伝
送装置において、送波器及び受波器の圧電磁器前
面の1/4波長の音響整合層の内、一方の音響整合
層の固有音響インピーダンスZ1をZ1＞3√W 2 Cと
し、感度特性に２つの共振を持たせ、他方の音響
整合層の固有音響インピーダンスZ1をZ1≒3√W 2
ZCとすることにより、感度特性即ちデータ伝送特
性の帯域幅を広くしたものである。但し、ここで
ZW：水の音響インピーダンス、ZC：圧電磁器の
音響インピーダンス。
伝搬路を伝送路として利用する水中音響データ伝
送装置において、送波器及び受波器の圧電磁器前
面の1/4波長の音響整合層の内、一方の音響整合
層の固有音響インピーダンスZ1をZ1＞3√W 2 Cと
し、感度特性に２つの共振を持たせ、他方の音響
整合層の固有音響インピーダンスZ1をZ1≒3√W 2
ZCとすることにより、感度特性即ちデータ伝送特
性の帯域幅を広くしたものである。但し、ここで
ZW：水の音響インピーダンス、ZC：圧電磁器の
音響インピーダンス。
水中音響データ伝送装置の送波器及び受波器の
圧電磁器前面の1/4波長の音響整合層を上記の如
く構成することにより、後に詳述するように感度
積（送波器→海洋→受波器の感度特性）の帯域幅
即ちデータ伝送帯域幅を広くとることが可能とな
る。
圧電磁器前面の1/4波長の音響整合層を上記の如
く構成することにより、後に詳述するように感度
積（送波器→海洋→受波器の感度特性）の帯域幅
即ちデータ伝送帯域幅を広くとることが可能とな
る。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
第７図は1/4波長の音響整合層を設けた水中超
音波送波受波器の１例を示す構造図である。第７
図において、水中超音波送波受波器は、円板状の
圧電磁器１１、キルクゴム１２、ケーブル１３、
円板状の1/4波長音響整合層１４及びフランジ１
５を具備し、これら圧電磁器１１、キルクゴム１
２、ケーブル１３、1/4波長音響整合層１４及び
フランジ１５をウレタン等の樹脂材で一体的にモ
ールドした構造である。
音波送波受波器の１例を示す構造図である。第７
図において、水中超音波送波受波器は、円板状の
圧電磁器１１、キルクゴム１２、ケーブル１３、
円板状の1/4波長音響整合層１４及びフランジ１
５を具備し、これら圧電磁器１１、キルクゴム１
２、ケーブル１３、1/4波長音響整合層１４及び
フランジ１５をウレタン等の樹脂材で一体的にモ
ールドした構造である。
1/4波長音響整合層１４は圧電磁器１１と水の
中間の固有インピーダンスを持つ材料で作られて
おり、その固有音響インピーダンスＺを Z0＝3√W 2 C ……(1) としたとき、最も広帯域な感度特性が得られる。
ここでZCは圧電磁器１１の固有音響インピーダン
ス、ZWは水の固有音響インピーダンスである。
更に、ZO 3√W 2 Cとする感度特性は第３図に示す
様に２つの共振特性を示すようになる。
中間の固有インピーダンスを持つ材料で作られて
おり、その固有音響インピーダンスＺを Z0＝3√W 2 C ……(1) としたとき、最も広帯域な感度特性が得られる。
ここでZCは圧電磁器１１の固有音響インピーダン
ス、ZWは水の固有音響インピーダンスである。
更に、ZO 3√W 2 Cとする感度特性は第３図に示す
様に２つの共振特性を示すようになる。
上記(1)式において、ZW＝1.5×106Kg／m2sec，
ZC＝30×106Kg／m2secとする、Z0＝4.1×106Kg／
m2secとなる。この値に近い固有音響インピーダ
ンスを持つ材料には金属粉末を含んだエポキシレ
ジン等がある。
ZC＝30×106Kg／m2secとする、Z0＝4.1×106Kg／
m2secとなる。この値に近い固有音響インピーダ
ンスを持つ材料には金属粉末を含んだエポキシレ
ジン等がある。
送波器の圧電磁器１１の前面に設ける1/4波長
音響整合層１４の固有音響インピーダンスZ1を
4.1Kg／m2sec≒Z0としたものの送波感度特性を第
４図に示す。ここで送波器及び受波器の圧電磁器
１１の単体の共振周波数をどちらも等しくf0と
し、受波器側の1/4波長音響整合層１４の固有音
響インピーダンスZ2を7.0×106Kg／m2esc（≒
1.7Z0）とすると受感度特性は第２図に示すよう
になる。これを受波器Ａとして上記第４図に示す
送波感度特性を持つ送波器と組み合わせると、第
１図の破線に示すような伝送特性となり、その帯
域幅は中心周波数を500KHzとする約190KHzとな
る。
音響整合層１４の固有音響インピーダンスZ1を
4.1Kg／m2sec≒Z0としたものの送波感度特性を第
４図に示す。ここで送波器及び受波器の圧電磁器
１１の単体の共振周波数をどちらも等しくf0と
し、受波器側の1/4波長音響整合層１４の固有音
響インピーダンスZ2を7.0×106Kg／m2esc（≒
1.7Z0）とすると受感度特性は第２図に示すよう
になる。これを受波器Ａとして上記第４図に示す
送波感度特性を持つ送波器と組み合わせると、第
１図の破線に示すような伝送特性となり、その帯
域幅は中心周波数を500KHzとする約190KHzとな
る。
また、受波器側の音響整合層の固有音響インピ
ーダンスZ2を15.0×106Kg／m2sec（≒2.6Z0）とす
ると受波感度特性は第３図に示すようになる。こ
の受波器と第４図の特性を持つ送波器とを組み合
わせると、第１図の実線に示すような伝送特性と
なり、その帯域幅は260KHzとなる。
ーダンスZ2を15.0×106Kg／m2sec（≒2.6Z0）とす
ると受波感度特性は第３図に示すようになる。こ
の受波器と第４図の特性を持つ送波器とを組み合
わせると、第１図の実線に示すような伝送特性と
なり、その帯域幅は260KHzとなる。
第３図に示す感度特性を持つ送波器を用いた場
合、受波器側の整合層の固有音響インピーダンス
Z2と伝送特性帯域幅との間には、第５図に示すよ
うな関係があり、固有音響インピーダンスZ2を大
きくするにつれ伝送帯域幅が広がる。しかし中心
周波数f0における感度積の値は固有音響インピー
ダンスZ2が大きくなるに従い減少する。その関係
を第６図に示す。
合、受波器側の整合層の固有音響インピーダンス
Z2と伝送特性帯域幅との間には、第５図に示すよ
うな関係があり、固有音響インピーダンスZ2を大
きくするにつれ伝送帯域幅が広がる。しかし中心
周波数f0における感度積の値は固有音響インピー
ダンスZ2が大きくなるに従い減少する。その関係
を第６図に示す。
上記第５図に示す固有音響インピーダンスZ2と
伝送特性帯域幅の関係及び第６図に示す固有音響
インピーダンスZ2と中心周波数f0における感度積
の関係から、受波器側の音響整合層の固有音響イ
ンピーダンスをシステムの要求する帯域幅及び感
度積に応じて最適な値に設定できる。即ち本発明
では、受波器側の1/4波長音響整合層の音響イン
ピーダンスを3√W 2 C（ZW：水の音響インピー
ダンス，ZC：圧電磁器の音響インピーダンス）と
略等しいか又はそれ以下とし、送波器側の1/4波
長音響整合層１４の音響インピーダンスを3√W 2
ZCよりも大きくする。
伝送特性帯域幅の関係及び第６図に示す固有音響
インピーダンスZ2と中心周波数f0における感度積
の関係から、受波器側の音響整合層の固有音響イ
ンピーダンスをシステムの要求する帯域幅及び感
度積に応じて最適な値に設定できる。即ち本発明
では、受波器側の1/4波長音響整合層の音響イン
ピーダンスを3√W 2 C（ZW：水の音響インピー
ダンス，ZC：圧電磁器の音響インピーダンス）と
略等しいか又はそれ以下とし、送波器側の1/4波
長音響整合層１４の音響インピーダンスを3√W 2
ZCよりも大きくする。
以上のことは送波器と受波器とを入れ換えても
同様に成り立つ。
同様に成り立つ。
以上説明したように本発明によれば、水中デー
タ伝送装置において、送波器及び受波器の圧電磁
器単体の共振周波数を等しくし、圧電磁器の前面
に設ける1/4波長音響整合層を一方は固有音響イ
ンピーダンスが3√W 2 Cと略等しいか又はそれ以
下の材料から成るものとし、他方は3√W 2 Cより
大きい材料から成るものとしたため、感度積（送
波器→海洋→受波器の感度特性）の帯域幅即ちデ
ータ伝送帯域幅を広くとることが可能となるとい
う優れた効果が得られる。
タ伝送装置において、送波器及び受波器の圧電磁
器単体の共振周波数を等しくし、圧電磁器の前面
に設ける1/4波長音響整合層を一方は固有音響イ
ンピーダンスが3√W 2 Cと略等しいか又はそれ以
下の材料から成るものとし、他方は3√W 2 Cより
大きい材料から成るものとしたため、感度積（送
波器→海洋→受波器の感度特性）の帯域幅即ちデ
ータ伝送帯域幅を広くとることが可能となるとい
う優れた効果が得られる。
第１図は本発明に係る水中音響データ伝送装置
に用いる受波器の伝送特性を示す図、第２図は受
波器Ａの感度特性を示す図、第３図は受波器Ｂの
感度特性を示す図、第４図は送波器の感度特性を
示す図、第５図は受波器側整合層の固有音響イン
ピーダンスと伝送帯域幅の関係を示す図、第６図
は受波器側整合層の固有音響インピーダンスと中
心周波数での感度積との関係を示す図、第７図は
１／４波長の音響整合層を設けた水中超音波送受波
器の１例を示す構造図、第８図はこの種のデータ
伝送に用いられる代表的な水中データ伝送装置を
示す機能ブロツク図、第９図は従来の水中音響デ
ータ伝送装置の感度積（伝送特性）を示す図であ
る。 図中、１……電気信号発生器、２……センサ、
３……変調器、４……増幅器、５……送波器、６
……受波器、７……復調器、８……表示記録装
置、１１……圧電磁器、１２……キルクゴム、１
３……ケーブル、１４……1/4波長音響整合層、
１５……フランジ、１６……ウレタンモールド。
に用いる受波器の伝送特性を示す図、第２図は受
波器Ａの感度特性を示す図、第３図は受波器Ｂの
感度特性を示す図、第４図は送波器の感度特性を
示す図、第５図は受波器側整合層の固有音響イン
ピーダンスと伝送帯域幅の関係を示す図、第６図
は受波器側整合層の固有音響インピーダンスと中
心周波数での感度積との関係を示す図、第７図は
１／４波長の音響整合層を設けた水中超音波送受波
器の１例を示す構造図、第８図はこの種のデータ
伝送に用いられる代表的な水中データ伝送装置を
示す機能ブロツク図、第９図は従来の水中音響デ
ータ伝送装置の感度積（伝送特性）を示す図であ
る。 図中、１……電気信号発生器、２……センサ、
３……変調器、４……増幅器、５……送波器、６
……受波器、７……復調器、８……表示記録装
置、１１……圧電磁器、１２……キルクゴム、１
３……ケーブル、１４……1/4波長音響整合層、
１５……フランジ、１６……ウレタンモールド。
Claims (1)
- １ 水中音波伝搬路を伝送路として利用する水中
音響データ伝送装置において用いられる複数個の
送受波器の圧電磁器の共振周波数を同一とし、送
波用及び受波用いづれか一方の送受波器における
圧電磁器の前面に音響インピーダンスが3√W 2 C
（ZW：水の音響インピーダンス、ZC：圧電磁器の
音響インピーダンス）と略等しいか又はそれ以下
の1/4波長音響整合層を設けると共に他方の送受
波器における圧電磁器の前面に音響インピーダン
スが前記3√W 2 Cよりも大きい1/4波長音響整合
層を設けことを特徴とする水中音響データ伝送装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26733987A JPH01109897A (ja) | 1987-10-22 | 1987-10-22 | 水中音響データ伝送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26733987A JPH01109897A (ja) | 1987-10-22 | 1987-10-22 | 水中音響データ伝送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01109897A JPH01109897A (ja) | 1989-04-26 |
| JPH0580200B2 true JPH0580200B2 (ja) | 1993-11-08 |
Family
ID=17443447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26733987A Granted JPH01109897A (ja) | 1987-10-22 | 1987-10-22 | 水中音響データ伝送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01109897A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5719824A (en) * | 1996-05-07 | 1998-02-17 | Airmar Technology Corp. | Transducer assembly with acoustic damping |
-
1987
- 1987-10-22 JP JP26733987A patent/JPH01109897A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01109897A (ja) | 1989-04-26 |
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