JPH08275295A - 音響トランスデューサー - Google Patents
音響トランスデューサーInfo
- Publication number
- JPH08275295A JPH08275295A JP9799895A JP9799895A JPH08275295A JP H08275295 A JPH08275295 A JP H08275295A JP 9799895 A JP9799895 A JP 9799895A JP 9799895 A JP9799895 A JP 9799895A JP H08275295 A JPH08275295 A JP H08275295A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric ceramic
- slit
- acoustic transducer
- sound source
- curve
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 所期の共振周波数でサイドローブが抑制され
た、優れた指向特性が容易に得られる音響トランスデュ
ーサーを提供すること。 【構成】 矩形板や円板等の単純形状の圧電磁器振動子
１に対して、所定の規則性をもってピッチや幅Ｓ、深さ
ｔを変えたスリット２１の加工を行い、シェーディング
を掛けることでサイドローブ抑圧の効果をもたせる。
た、優れた指向特性が容易に得られる音響トランスデュ
ーサーを提供すること。 【構成】 矩形板や円板等の単純形状の圧電磁器振動子
１に対して、所定の規則性をもってピッチや幅Ｓ、深さ
ｔを変えたスリット２１の加工を行い、シェーディング
を掛けることでサイドローブ抑圧の効果をもたせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主として１００ｋＨｚ
前後から数百ｋＨｚ帯域で、水中での送受波を行うこと
を目的とした音響トランスデューサーに関する。
前後から数百ｋＨｚ帯域で、水中での送受波を行うこと
を目的とした音響トランスデューサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の音響トランスデューサー
の一例で、直方体の複数の振動子を等間隔で配列し、合
成樹脂で固着した場合の断面図を示している。図６に示
すように、従来の音響トランスデューサーは、圧電磁器
振動子１の両面に電極が形成され、その両面の電極の各
々にリード線４ａ，４ｂが接続されて、筺体５の中に引
き出され、水中コネクターに連結される構造になってい
る。又、圧電磁器振動子１は、筺体５と一体となってい
る背面から二層のプレート１０，１１を介し、リング１
２，１３によって装着され、Ｏリング９で水密がとら
れ、水中で使用可能なものとなる。
の一例で、直方体の複数の振動子を等間隔で配列し、合
成樹脂で固着した場合の断面図を示している。図６に示
すように、従来の音響トランスデューサーは、圧電磁器
振動子１の両面に電極が形成され、その両面の電極の各
々にリード線４ａ，４ｂが接続されて、筺体５の中に引
き出され、水中コネクターに連結される構造になってい
る。又、圧電磁器振動子１は、筺体５と一体となってい
る背面から二層のプレート１０，１１を介し、リング１
２，１３によって装着され、Ｏリング９で水密がとら
れ、水中で使用可能なものとなる。
【０００３】又、所期の周波数で、所期の指向特性を得
るために、直方体の圧電磁器振動子を、等間隔で複数個
配列し、圧電磁器振動子の両端面に設けられた電極によ
り、長さ方向に分極されたものを、前記電極の一方の面
を音響面として、分極方向が同一方向を向くように、複
数個配列した配列音源として構成されていた。
るために、直方体の圧電磁器振動子を、等間隔で複数個
配列し、圧電磁器振動子の両端面に設けられた電極によ
り、長さ方向に分極されたものを、前記電極の一方の面
を音響面として、分極方向が同一方向を向くように、複
数個配列した配列音源として構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の方式では、必要
とする共振周波数を得るために、長さ方向の振動モード
を用いているために、高周波数帯域になるに従って、振
動子が小さくなる。配列音源を構成する場合には、直方
体の振動子を一個一個位置決めする必要があるため、配
列の個数が増すほど、配列の寸法精度を上げて組み立て
る作業が困難になる傾向があった。
とする共振周波数を得るために、長さ方向の振動モード
を用いているために、高周波数帯域になるに従って、振
動子が小さくなる。配列音源を構成する場合には、直方
体の振動子を一個一個位置決めする必要があるため、配
列の個数が増すほど、配列の寸法精度を上げて組み立て
る作業が困難になる傾向があった。
【０００５】この問題を解決するために、直方体の振動
子において、単純に等間隔にスリットを入れただけの振
動子を用いる方法があるが、元となる板の形状で指向特
性が決まるため、サイドローブを抑制することが難しか
った。サイドローブを抑制するためには、前記振動子の
形状を単なる直方体から台形や菱形に変えることが効果
的である。しかし、振動子は脆弱な圧電磁器材料である
ため、複雑な形状に加工することが非常に困難であり、
充分なサイドローブを抑制する効果は得られていなかっ
た。
子において、単純に等間隔にスリットを入れただけの振
動子を用いる方法があるが、元となる板の形状で指向特
性が決まるため、サイドローブを抑制することが難しか
った。サイドローブを抑制するためには、前記振動子の
形状を単なる直方体から台形や菱形に変えることが効果
的である。しかし、振動子は脆弱な圧電磁器材料である
ため、複雑な形状に加工することが非常に困難であり、
充分なサイドローブを抑制する効果は得られていなかっ
た。
【０００６】本発明は、これらの欠点を除去し、所期の
共振周波数でサイドローブが抑制された、優れた指向特
性が容易に得られる音響トランスデューサーを提供する
ことにある。
共振周波数でサイドローブが抑制された、優れた指向特
性が容易に得られる音響トランスデューサーを提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、厚み方向の両
面に設けられた電極により分極された矩形板の圧電磁器
振動子の電極の一面側よりスリットを入れて音響面とし
ている音響トランスデューサーにおいて、前記圧電磁器
振動子がスリットで分割された単位音響面の音源の一辺
の長さを１とした時に、前記スリットの深さを、その３
倍以上とし、前記スリットのピッチ及び幅を変え、シェ
ーディングを施したことを特徴とする音響トランスデュ
ーサーである。
面に設けられた電極により分極された矩形板の圧電磁器
振動子の電極の一面側よりスリットを入れて音響面とし
ている音響トランスデューサーにおいて、前記圧電磁器
振動子がスリットで分割された単位音響面の音源の一辺
の長さを１とした時に、前記スリットの深さを、その３
倍以上とし、前記スリットのピッチ及び幅を変え、シェ
ーディングを施したことを特徴とする音響トランスデュ
ーサーである。
【０００８】
【作用】シェーディングとは、ある特定の配列音源にお
いて、その指向特性パターンを、ある程度制御する方法
である。具体的には、配列の中心で最大レスポンスを得
るようにし、周辺に向かってレスポンスが小さくなるよ
うに、圧電磁器振動子の配列をシェードする振幅シェー
ディングが、一般的に知られている。
いて、その指向特性パターンを、ある程度制御する方法
である。具体的には、配列の中心で最大レスポンスを得
るようにし、周辺に向かってレスポンスが小さくなるよ
うに、圧電磁器振動子の配列をシェードする振幅シェー
ディングが、一般的に知られている。
【０００９】本発明の音響トランスデューサーのシェー
ディングは、一般的なチュヴィシェフシェーディング、
二項シェーディング等の法則に従う方法や、特定のサイ
ドローブのみを抑制するよう、任意の配列ピッチ、１ユ
ニットの音源寸法をシミュレーション計算により設定
し、等価的にシェーディングを掛ける方法等がある。
ディングは、一般的なチュヴィシェフシェーディング、
二項シェーディング等の法則に従う方法や、特定のサイ
ドローブのみを抑制するよう、任意の配列ピッチ、１ユ
ニットの音源寸法をシミュレーション計算により設定
し、等価的にシェーディングを掛ける方法等がある。
【００１０】本発明の方式でシェーディングを掛ける際
に、共振周波数を決定する厚み振動モードと指向特性を
決定する圧電磁器振動子の大きさにより変化する広がり
方向の振動モードとの結合を取り除く課題がある。
に、共振周波数を決定する厚み振動モードと指向特性を
決定する圧電磁器振動子の大きさにより変化する広がり
方向の振動モードとの結合を取り除く課題がある。
【００１１】本発明においては、配列構成を決める際
に、厚み振動モードと他のモードとが結合を起こさない
ように、スリットの深さと開口部（スリット加工後の個
々の音源寸法）の寸法比を、概ね次のようにする。
に、厚み振動モードと他のモードとが結合を起こさない
ように、スリットの深さと開口部（スリット加工後の個
々の音源寸法）の寸法比を、概ね次のようにする。
【００１２】音源寸法：スリットの深さ＝ａ：Ｎ・ａ
（Ｎ≧３；ここでａは音源寸法の一辺長を示す） このような寸法比に決定することで、振動モードの結合
を抑えることができる。
（Ｎ≧３；ここでａは音源寸法の一辺長を示す） このような寸法比に決定することで、振動モードの結合
を抑えることができる。
【００１３】従って、本発明に使用する圧電磁器振動子
へのスリットの加工を前述の寸法比とすることで、音源
強度、あるいは配列ピッチによりシェーディングを施し
た配列音源として設計すれば、サイドローブが抑圧され
た優れた指向特性を有し、単一共振周波数の音響トラン
スデューサーが得られる。即ち、振動子にスリットを加
工する際に、そのピッチや幅を変化させることにより、
シェーディングを掛け、サイドローブを抑圧した音響ト
ランスデューサーが得られる。
へのスリットの加工を前述の寸法比とすることで、音源
強度、あるいは配列ピッチによりシェーディングを施し
た配列音源として設計すれば、サイドローブが抑圧され
た優れた指向特性を有し、単一共振周波数の音響トラン
スデューサーが得られる。即ち、振動子にスリットを加
工する際に、そのピッチや幅を変化させることにより、
シェーディングを掛け、サイドローブを抑圧した音響ト
ランスデューサーが得られる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００１５】図１は、本発明の第１実施例に係るトラン
スデューサーを示す断面図である。本発明の音響トラン
スデューサーは、図１において、圧電磁器振動子１と、
前記圧電磁器振動子１を収納する筺体５と、水中コネク
ター８付きの筺体５の蓋７と、前記筺体５と一体になっ
ている音響ゴム６と、二層のプレート１０，１１と、リ
ング１２，１３からなる。
スデューサーを示す断面図である。本発明の音響トラン
スデューサーは、図１において、圧電磁器振動子１と、
前記圧電磁器振動子１を収納する筺体５と、水中コネク
ター８付きの筺体５の蓋７と、前記筺体５と一体になっ
ている音響ゴム６と、二層のプレート１０，１１と、リ
ング１２，１３からなる。
【００１６】更に、圧電磁器振動子１は、その両面に電
極２ａ，２ｂが形成され、電極２ａ側は導電性の箔（例
えば、銅箔等のコンダクタ）３により導通がとられ、リ
ード線４ａ，４ｂに、それぞれ接続され、筺体５の中に
引き出されている構造になっている。
極２ａ，２ｂが形成され、電極２ａ側は導電性の箔（例
えば、銅箔等のコンダクタ）３により導通がとられ、リ
ード線４ａ，４ｂに、それぞれ接続され、筺体５の中に
引き出されている構造になっている。
【００１７】このように、リード線４ａ，４ｂが付けら
れた圧電磁器振動子１が音響ゴム６に、背面から二層の
プレート１０，１１を介し、リング１２と１３で蓋７に
よって、接着（又は圧接）され、Ｏリング９で水密が取
られるために、水中で使用可能な音響トランスデューサ
ーとなる。
れた圧電磁器振動子１が音響ゴム６に、背面から二層の
プレート１０，１１を介し、リング１２と１３で蓋７に
よって、接着（又は圧接）され、Ｏリング９で水密が取
られるために、水中で使用可能な音響トランスデューサ
ーとなる。
【００１８】図２は、本発明の第１実施例に係る圧電磁
器振動子の平面図及び断面図である。図２（ａ）に示す
ように、音源１ｂは、一辺の長さ１ａとなるように、ダ
イシング加工されている。更に、図２（ｂ）に示すよう
に、圧電磁器振動子１のスリット２１の深さｔを、前記
音源１ｂの寸法の一辺の長さ１ａの３倍として、又、ス
リット２１の幅Ｓの寸法を変えている。このように、圧
電磁器振動子１の中央部の音源強度を１とし、例えば、
チェヴィシェフのシェーディングに従い、外周方向に向
かって、“１，０.６９，０.３０”という音源強度にな
るよう音源寸法を定めている。このようなシェーディン
グを施す圧電磁器振動子を使用した音響トランスデュー
サーは、図３に示すように、サイドローブの抑圧された
優れた指向特性を得ることができる。
器振動子の平面図及び断面図である。図２（ａ）に示す
ように、音源１ｂは、一辺の長さ１ａとなるように、ダ
イシング加工されている。更に、図２（ｂ）に示すよう
に、圧電磁器振動子１のスリット２１の深さｔを、前記
音源１ｂの寸法の一辺の長さ１ａの３倍として、又、ス
リット２１の幅Ｓの寸法を変えている。このように、圧
電磁器振動子１の中央部の音源強度を１とし、例えば、
チェヴィシェフのシェーディングに従い、外周方向に向
かって、“１，０.６９，０.３０”という音源強度にな
るよう音源寸法を定めている。このようなシェーディン
グを施す圧電磁器振動子を使用した音響トランスデュー
サーは、図３に示すように、サイドローブの抑圧された
優れた指向特性を得ることができる。
【００１９】図３には、チェヴィシェフのシェーディン
グを掛けた場合の第１の実施例の指向特性（点線で示
す）と、従来品として、等隔で音源強度が“１，１，
１”というシェーディングを掛けない指向特性（実線で
示す）を比較のため、併記し、示した。
グを掛けた場合の第１の実施例の指向特性（点線で示
す）と、従来品として、等隔で音源強度が“１，１，
１”というシェーディングを掛けない指向特性（実線で
示す）を比較のため、併記し、示した。
【００２０】図３からわかるように、従来品の指向特性
では、曲線Ａに示すように、第１曲線１５に対して、第
２曲線１６、第３曲線１７が大きく、第１実施例の指向
特性では、曲線Ｂに示すように、第１曲線１８に対し
て、第２曲線１９、第３曲線２０が小さくなっている。
サイドローブは、第２曲線１６，１９及び第３曲線１
７，２０である。このことは、一方向の音が鮮明に発
信、又は受信され、不要な反射音による発信、又は受信
の乱れが小さくなることを示している。即ち、指向特性
が、従来品より格段に本発明の第１の実施例が優れてい
ることを示す。
では、曲線Ａに示すように、第１曲線１５に対して、第
２曲線１６、第３曲線１７が大きく、第１実施例の指向
特性では、曲線Ｂに示すように、第１曲線１８に対し
て、第２曲線１９、第３曲線２０が小さくなっている。
サイドローブは、第２曲線１６，１９及び第３曲線１
７，２０である。このことは、一方向の音が鮮明に発
信、又は受信され、不要な反射音による発信、又は受信
の乱れが小さくなることを示している。即ち、指向特性
が、従来品より格段に本発明の第１の実施例が優れてい
ることを示す。
【００２１】図４（ａ）、図４（ｂ）には、本発明の第
２実施例である音響トランスデューサーに用いられる圧
電磁器振動子１にシェーディングを掛け、配列ピッチだ
けを変えた一例を示している。即ち、前記圧電磁器振動
子１においては、音源１ｂの一辺の長さ１ａが同じであ
るが、スリット２１の深さｔは、一辺の長さ１ａの３倍
になっている。又、スリット２１の幅Ｓ1，Ｓ2，Ｓ
3は、ピッチｈ1，ｈ2，ｈ3が１：１.５：２.０となって
いる。
２実施例である音響トランスデューサーに用いられる圧
電磁器振動子１にシェーディングを掛け、配列ピッチだ
けを変えた一例を示している。即ち、前記圧電磁器振動
子１においては、音源１ｂの一辺の長さ１ａが同じであ
るが、スリット２１の深さｔは、一辺の長さ１ａの３倍
になっている。又、スリット２１の幅Ｓ1，Ｓ2，Ｓ
3は、ピッチｈ1，ｈ2，ｈ3が１：１.５：２.０となって
いる。
【００２２】第２実施例である音響トランスデューサー
の指向特性も図３に示すような曲線が得られ、第１実施
例と比較して同程度、第２曲線と第３曲線が小さくな
る。即ち、サイドローブが抑制されている。
の指向特性も図３に示すような曲線が得られ、第１実施
例と比較して同程度、第２曲線と第３曲線が小さくな
る。即ち、サイドローブが抑制されている。
【００２３】図５（ａ）、図５（ｂ）には、本発明の第
３実施例である音響トランスデューサーに用いられる圧
電磁器振動子１に、単位音響面の面積を変えてシェーデ
ィングを掛け、配列におけるスリット２１の深さを変え
た一例を示している。即ち、前記圧電磁器振動子１にお
いては、単位音響面１ｂの一辺の長さ１ａ〜３ａが中心
部から外周方向に向い、例えば、１ａ：２ａ：３ａ＝
１：０.６９：０.３という音源寸法にすることで、スリ
ット２１の深さを次のように変えることができる。スリ
ット２１の深さｔ1，ｔ2，ｔ3は、ｔ1＞ｔ2＞ｔ3の関係
にあるが、それぞれの深さは、単位音響面の一辺の長さ
１ａ，２ａ，３ａの３倍になっている。このようなシェ
ーディングを施す圧電磁器振動子を使用した音響トラン
スデューサーにおいては、図３に示すようなサイドロー
ブの抑圧された、優れた指向特性を得ることができる。
３実施例である音響トランスデューサーに用いられる圧
電磁器振動子１に、単位音響面の面積を変えてシェーデ
ィングを掛け、配列におけるスリット２１の深さを変え
た一例を示している。即ち、前記圧電磁器振動子１にお
いては、単位音響面１ｂの一辺の長さ１ａ〜３ａが中心
部から外周方向に向い、例えば、１ａ：２ａ：３ａ＝
１：０.６９：０.３という音源寸法にすることで、スリ
ット２１の深さを次のように変えることができる。スリ
ット２１の深さｔ1，ｔ2，ｔ3は、ｔ1＞ｔ2＞ｔ3の関係
にあるが、それぞれの深さは、単位音響面の一辺の長さ
１ａ，２ａ，３ａの３倍になっている。このようなシェ
ーディングを施す圧電磁器振動子を使用した音響トラン
スデューサーにおいては、図３に示すようなサイドロー
ブの抑圧された、優れた指向特性を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明を用いることにより、高周波帯域
で単一共振周波数のサイドローブが抑圧された指向特性
を有する水中用音響トランスデューサーを得ることが可
能になる。
で単一共振周波数のサイドローブが抑圧された指向特性
を有する水中用音響トランスデューサーを得ることが可
能になる。
【図１】本発明の第１実施例に係る音響トランスデュー
サーを示す断面図。
サーを示す断面図。
【図２】本発明の第１実施例に係る圧電磁器振動子の平
面図及び断面図。図２（ａ）は平面図。図２（ｂ）は断
面図。
面図及び断面図。図２（ａ）は平面図。図２（ｂ）は断
面図。
【図３】本発明及び従来の指向特性の一例を示す図。
【図４】本発明の第２実施例に係る圧電磁器振動子の平
面図及び断面図。図４（ａ）は平面図。図４（ｂ）は断
面図。
面図及び断面図。図４（ａ）は平面図。図４（ｂ）は断
面図。
【図５】本発明の第３実施例に係る圧電磁器振動子の平
面図及び断面図。図５（ａ）は平面図。図５（ｂ）は断
面図。
面図及び断面図。図５（ａ）は平面図。図５（ｂ）は断
面図。
【図６】従来の一例の音響トランスデューサーを示す断
面図。
面図。
１ 圧電磁器振動子 １ａ （音源の）一辺の長さ １ｂ 音源 ２ａ，２ｂ 電極 ３ 箔 ４ａ，４ｂ リード線 ５ 筺体 ６ 音響ゴム ７ 蓋 ８ 水中コネクター ９ Ｏリング １０ プレート（絶縁プレート） １１ プレート（バックプレート） １２ リング（押え金具） １３ リング（オニオンスキンペーパー） １５ （従来品の）第１曲線 １６ （従来品の）第２曲線 １７ （従来品の）第３曲線 １８ （第１実施例の）第１曲線 １９ （第１実施例の）第２曲線 ２０ （第１実施例の）第３曲線 ２１ スリット ４１ 複合樹脂材料 ４２ 接着層 Ａ 従来品の曲線 Ｂ 本発明の第１実施例の曲線 Ｓ，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3 （スリットの）幅 ｈ1，ｈ2，ｈ3 ピッチ ｔ （スリットの）深さ
Claims (1)
- 【請求項１】 厚み方向の両面に設けられた電極により
分極された矩形板の圧電磁器振動子の電極の一面側より
スリットを入れて音響面としている音響トランスデュー
サーにおいて、前記圧電磁器振動子がスリットで分割さ
れた単位音響面の音源の一辺の長さの寸法を１とした時
に、前記スリットの深さを、その３倍以上とし、前記ス
リットのピッチ及び幅を変え、シェーディングを施した
ことを特徴とする音響トランスデューサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09799895A JP3459136B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 音響トランスデューサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09799895A JP3459136B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 音響トランスデューサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08275295A true JPH08275295A (ja) | 1996-10-18 |
| JP3459136B2 JP3459136B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=14207338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09799895A Expired - Fee Related JP3459136B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 音響トランスデューサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3459136B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005328507A (ja) * | 2004-04-16 | 2005-11-24 | Toshiba Corp | 超音波プローブ及び超音波診断装置 |
| US6984922B1 (en) | 2002-07-22 | 2006-01-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Composite piezoelectric transducer and method of fabricating the same |
| US7103960B2 (en) | 2000-05-24 | 2006-09-12 | Vermon | Method for providing a backing member for an acoustic transducer array |
| JP2008288453A (ja) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子 |
| CN111403594A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-07-10 | 北京信息科技大学 | 一种用于制作高灵敏度水声换能器的敏感元件及其制备方法 |
-
1995
- 1995-03-29 JP JP09799895A patent/JP3459136B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7103960B2 (en) | 2000-05-24 | 2006-09-12 | Vermon | Method for providing a backing member for an acoustic transducer array |
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| JP2005328507A (ja) * | 2004-04-16 | 2005-11-24 | Toshiba Corp | 超音波プローブ及び超音波診断装置 |
| JP2008288453A (ja) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子 |
| CN111403594A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-07-10 | 北京信息科技大学 | 一种用于制作高灵敏度水声换能器的敏感元件及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3459136B2 (ja) | 2003-10-20 |
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