JPH072984U - 全方位計測用受波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直交３方向のそれぞれに受波素子を配置して
受波素子とトランスの数の低減及び電子回路の簡素化を
図り、全方位に亘る計測を可能にした実用的な構造の全
方位計測用受波器を提供する。 【構成】 正六面体の支持体６０の中心部を原点とした
直交３方位６方向に、２個の圧電振動子と導電リングか
らなる各々２組の振動子積層１０ａと１０ｂ，１０ｃと
１０ｄ，１０ｅと１０ｆを積層し、支持体６０の各面に
螺合したシャフト４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ
のねじ部に、負荷質量３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，
３ｆを螺合して支持体６０の各面に同心状に固定する。
３個のトランス２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、１個の加算
回路２２とで構成した電子回路１４を、各振動子積層に
接続して筐体１１に内蔵し、入力側に各導電リング２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを、出力側にケーブ
ル１２を接続する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、水中で使用する超音波機器、特に音源方向を全方位に亘って計測す る受波器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の受波器は、図６に示すように、４個の円筒状圧電振動子と、２ 個の導電リングと、シャフト及び２個の負荷質量とからなる４組の受波素子３１ ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを１枚の支持板６で正四角形状に配置し、各面で４ 個の受波素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの負荷質量を嵌合して挿入できる 貫通孔を有する筐体３０ａ，３０ｂで支持板６の両面を覆うとともに、筐体３０ ａ，３０ｂの内部に電子回路３４を組み込んで構成されている。

【０００３】 電子回路３４は、図７に示すように、１次側に中性点をもつ４個のトランス４ １ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄと、２個の加算回路４２ａ，４２ｂ、及び２個の 減算回路４３ａ，４３ｂとで構成されており、各トランス４１ａ，４１ｂ，４１ ｃ，４１ｄの１次側はこれらに対応する各受波素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３ １ｄの２個の導電リングにそれぞれ接続され、全トランスの２次側は一方の加算 回路４２ａに、また、全トランス４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの中性点は他 方の加算回路４２ｂそれぞれ接続されるとともに、互いに対向する受波素子３１ ａ，３１ｃ及び３１ｂ，３１ｄに対応する各トランス４１ａ，４１ｃ及び４１ｂ ，４１ｄの各中性点が各減算回路４３ａ及び４３ｂにそれぞれ接続されている。

【０００４】 この従来の受波器は、次のように動作する。図６及び図７において、受波器に 組み込まれたＸＹ平面状の受波素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの負荷質量 に、音圧Ｐ₀ がＺ軸からの角度ψで入射したとき、表面と裏面の各負荷質量に加 わる音圧に、音波の経路長による位相差が生じる。音波による振動は両面の負荷 質量を経由して振動子に伝達され、振動子は２個の導電リングを正極性に、負荷 質量と支持板６を負極性とする電気信号を発生する。ここで、２個の導電リング の間から見た圧電振動子の極性は逆接続となっており、その出力信号は受波素子 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの表面からの振動と裏面からの振動の差の信号 、すなわち、図６におけるＺ軸方向を最大感度とするダイポール指向性の信号と なってトランス４１ａ，４１ｃ，４１ｂ，４１ｄに送られる。

【０００５】 また、２個の導電リングを短絡し、これと負荷質量と支持板６とが接続された アースとの間から見た圧電振動子の極性は順接続となり、その出力信号は受波素 子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの表面からの振動と裏面からの振動の和の信 号、すなわち、経路差が波長に比べて十分に小さいという条件のもとで無指向性 の信号となる。そこで、図６においてＸ軸方向に配置した受波素子３１ａ，３１ ｃの出力をトランス４１ａ．４１ｃの１次側に接続し、それらの１次側の中性点 から得る各々無指向性の信号を減算回路４３ａに入力して得る差信号から、Ｘ軸 方向のダイポール指向性の信号を得るとともに、Ｙ軸方向に配置した受波素子３ １ｂ，３１ｄによって、上記のＸ軸の場合と同様に、Ｙ軸方向のダイポール指向 性の信号を得る。

【０００６】 また、Ｚ軸方向のダイポール指向性の信号は、各々の受波素子３１ａ，３１ｂ ，３１ｃ，３１ｄに接続された各トランス４１ａ，４１ｃ，４１ｂ，４１ｄの出 力として得られるが、無指向性の信号との位相差精度を高くするために全トラン スの出力を加算回路４２ａで加算して得る。無指向性の信号は、各軸方向のダイ ポール指向性の信号との位相差精度を高くするために全トランス４１ａ，４１ｃ ，４１ｂ，４１ｄの中性点の出力を加算回路４２ｂで加算して得る。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前記従来の全方位計測用受波器は、平面で信号を受けるため、 Ｚ軸方向のダイポール指向性の信号は容易に得られるが、Ｘ軸及びＹ軸方向のダ イポール指向性の信号は電子回路で計算して得なければならず、その受波原理が 複雑になる不具合がある。また、この従来の全方位計測用受波器の受波原理では 、多くの受波素子やトランスが必要となり、その電子回路も複雑化する欠点があ った。

【０００８】 本考案の課題は、直交３方向のそれぞれに受波素子を配置して受波素子とトラ ンスの数の低減及び電子回路の簡素化を図り、全方位に亘る計測を可能にした実 用的な構造の全方位計測用受波器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば、端面に電極をもつ２個の円筒状圧電振動子とこれらの圧電振 動子の間に位置する導電リングとを同心状でかつ極性を反転して積層した６組の 振動子積層と、正六面体の各面の中央にシャフトを設けた支持体と、各シャフト に設けられたねじ部に嵌合するねじ穴を有し上記各振動子積層の端面に圧接して 上記各シャフトと各々の振動子積層とを同心状に固定する６個の負荷質量とから なり、上記支持体の中心部を原点とした直交３方位６方向に上記振動子積層と上 記負荷質量を有する受波器と、各方位における２組の振動子積層の２個の導電リ ングが接続された１次側に中性点をもつ３個のトランスと、全トランスの中性点 が接続される加算回路と、これらの受波器及び加算回路を収納する筐体とから構 成されることを特徴とする全方位計測用受波器が得られる。

【００１０】

【実施例】

次に、本考案の実施例を図面に基いて詳細に説明する。

【００１１】 図１は、本考案の受波器の実施例を示す一部切欠斜視図である。本実施例の受 波器の断面を図２に示し、また、本実施例の６組の振動子積層のうちの２組の振 動子積層の部分断面を図３に示す。

【００１２】 本実施例の振動子積層は、６組の振動子積層の各々２組の振動積層が互いに対 向して対をなすように配置される。例えば、図３に示すように、２個の圧電振動 子１ａ，１ｂと導電リング２ａからなる振動子積層１０ａと、これと同様に２個 の圧電振動子１ｃ，１ｄと導電リング２ｂからなる振動子積層１０ｂとは、正六 面体（立方体）からなる支持体６０の対向面上の対称位置にそれぞれ積層され、 この状態で、シャフト４ａ，４ｂ及び負荷質量３ａ，３ｂにより支持体６０の両 面にそれぞれ固定される。ここで、各シャフト４ａ，４ｂは、支持体６０の各面 の中央にそれぞれ螺合されている。また、各負荷質量３ａ，３ｂは、各シャフト ４ａ，４ｂの延出端部に設けられたねじ部に嵌合するねじ穴を有しており、各振 動子積層１０ａ，１０ｂの端面に圧接して、各シャフト４ａ，４ｂと各々の振動 子積層１０ａ，１０ｂとを同心状に固定している。

【００１３】 本実施例の受波器は、上記のように、各々２組の振動子積層１０ａと１０ｂ， １０ｃと１０ｄ，１０ｅと１０ｆが、支持体６０の中心部を原点とした直交３方 位６方向にそれぞれ配置されることによって構成される。また、各負荷質量３ａ ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆは、図１及び図２に示すように、各々の端面が 筐体１１のそれぞれの外側面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ と同一平面をなすように、各外側面に穿たれた貫通孔にそれぞれ埋まるように嵌 合されている。この筐体１１の外側面は止めねじ１３で固定されており、その表 面には水密被覆体１５による防水処理が施されている。

【００１４】 また、筐体１１の内部には、各振動子積層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ， １０ｅ，１０ｆに接続される電子回路１４が内蔵されている。本実施例の電子回 路１４は、図４に示すように、３個のトランス２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、１個 の加算回路２２とで構成されており、その入力側に各振動子積層１０ａ，１０ｂ ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆの各導電リング２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ ｅ，２ｄが、出力側にケーブル１２（図１）がそれぞれ接続されている。

【００１５】 図５は、本実施例の動作原理を示しており、各組の振動子積層（ここでは１０ ａ，１０ｂ）はリード線５ａ，５ｂによりトランス２１ａ１次側に接続され、各 負荷質量（ここでは３ａ，３ｂ）はリード線５ｃによってアースとなる支持体６ ０に接続されている。

【００１６】 図５において、受波器に組み込まれた振動子積層１０ａ，１０ｂの負荷質量３ ａ，３ｂに加わった音波Ｐ₀ は、縦振動となって圧電振動子１ａ，１ｂ，１ｃ， １ｄに伝達され支持体６０で終端される。圧電振動子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは 分極の極性が交互に反転して積層されており、その正極性側の出力は２個の導電 リング２ａ，２ｂにより引き出され、負極性側の出力はシャフト４ａ，４ｂを介 して接続された２個の負荷質量３ａ，３ｂと支持体６０とで引き出される。

【００１７】 ここで、２個の導電リング２ａ，２ｂの間から見た圧電振動子１ａ，１ｂ，１ ｃ，１ｄの接続は、圧電振動子１ａと１ｂ，１ｃと１ｄとの間で逆接続となり、 その出力は負荷質量３ａ，３ｂで受ける音圧の差信号、すなわち、Ｚ軸方向のダ イポール指向性の信号となってトランス２１ａに接続される。

【００１８】 また、２個の導電リング２ａ，２ｂを短絡し、これと負荷質量３ａ，３ｂと支 持体６０とが接続されたアースとの間から見た圧電振動子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ ｄの接続は全圧電振動子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの順接続となり、その出力は、 負荷質量３ａ，３ｂで受ける音圧の和信号、すなわち、無指向性の信号となって 、差信号と同時に出力が得られるようにトランス２１ａの中性点から引き出され る。この無指向性の信号は、各軸方向のダイポール指向性の信号との位相差精度 を高くするために、図４に示すように、全トランスの中性点の出力を加算回路２ ２で加算して得る。

【００１９】 従って、本実施例によれば、各軸方向に２組の振動子積層からなる受波素子を 配置したので、精度のよい信号が得られ、その方位精度が向上される。

【００２０】

【考案の効果】

上述したように、本考案によれば、受波器の方位精度を向上できるとともに、 圧電振動子の数量の低減、及び電子回路の簡素化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の一部切欠斜視図である。

【図２】本考案の実施例の概略断面図である。

【図３】上記実施例における２組の振動子積層の部分破
断斜視図である。

【図４】本考案の実施例における電子回路の接続状態を
示す回路図である。

【図５】本考案の実施例における２組の振動子積層の動
作原理を示す概略断面図である。

【図６】従来の受波器の部分破断斜視図である。

【図７】従来の受波器における電子回路の接続状態を示
す回路図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 圧電振動子 ２ａ，２ｂ 導電リング ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ 負荷質量 ４ａ，４ｂ シャフト ５ａ，５ｂ リード線 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ
振動子積層 １１ 筐体 １２ ケーブル １３ 止めねじ １４ 電子回路 １５ 水密被覆 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ トランス ２２ 加算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 浜 芳典 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 端面に電極をもつ２個の円筒状圧電振動
   子とこれらの圧電振動子の間に位置する導電リングとを
   同心状でかつ極性を反転して積層した６組の振動子積層
   と、正六面体の各面の中央にシャフトを設けた支持体
   と、各シャフトに設けられたねじ部に嵌合するねじ穴を
   有し上記各振動子積層の端面に圧接して上記各シャフト
   と各々の振動子積層とを同心状に固定する６個の負荷質
   量とからなり、上記支持体の中心部を原点とした直交３
   方位６方向に上記振動子積層と上記負荷質量を有する受
   波器と、各方位における２組の振動子積層の２個の導電
   リングが接続された１次側に中性点をもつ３個のトラン
   スと、全トランスの中性点が接続される加算回路と、こ
   れらの受波器及び加算回路を収納する筐体とから構成さ
   れることを特徴とする全方位計測用受波器。