JP7779094B2 - Stacked composite transducer and underwater active sonar - Google Patents
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Description
本発明は、積層型コンポジット振動子に関し、特にコンポジット振動子による広帯域化に関する。 The present invention relates to a laminated composite vibrator, and in particular to broadening the bandwidth using a composite vibrator.
これまで、水中アクティブソーナーには、同一放射面に複数種類の帯域の異なる振動子が配列され、水中アクティブソーナーは広帯域に対応されたり、多機能に対応されたりしていた。この水中アクティブソーナーでは、水中を伝搬する複数種類の帯域の異なる音波を用いることにより、水中や水底の物体に関する情報を取得している。しかし、複数種類の帯域の異なる振動子を配列するには、搭載スペースによる制限がある。また、昨今ＵＵＶ（Unmanned Underwater Vehicle）を含む無人機へ、水中アクティブソーナーを搭載するために、当該水中アクティブソーナーの小型化が必須である。そのため、複数の帯域をもつ振動子を配列し、かつこれまで性能を確保しつつ小型化することは難しいという課題があった。 Until now, underwater active sonars have arranged transducers with multiple different bands on the same radiation surface, making them broadband and multifunctional. These underwater active sonars acquire information about objects underwater or on the bottom by using sound waves with multiple different bands that propagate through the water. However, arranging transducers with multiple different bands is limited by the installation space. Furthermore, in order to mount underwater active sonars on unmanned vehicles, including UUVs (Unmanned Underwater Vehicles), it is essential that these underwater active sonars be miniaturized. Therefore, it has been difficult to arrange transducers with multiple bands and miniaturize them while maintaining performance.
特許文献１は、ボルト締めランジュバン型振動子を用いた水中用送受波器に関するもので、ボルト締めランジュバン型振動子のフロントマスの音響放射面に、音響整合層を接合することが提案されている。 Patent Document 1 relates to an underwater transducer using a bolt-clamped Langevin transducer, and proposes bonding an acoustic matching layer to the acoustic radiation surface of the front mass of the bolt-clamped Langevin transducer.
特許文献２は、生体などの被検体に超音波を送受信して、超音波画像を取得する超音波探触子に関するものである。特許文献２では、コンポジット圧電材料とモノリシック圧電材料とを交互に積層して積層型超音波振動子を構成すること、これによって生体などの被検体の高解像度の超音波画像を得ることが提案されている。 Patent Document 2 relates to an ultrasound probe that transmits and receives ultrasound to and from a test subject such as a living organism to obtain ultrasound images. Patent Document 2 proposes constructing a laminated ultrasound transducer by alternately stacking composite piezoelectric material and monolithic piezoelectric material, thereby obtaining high-resolution ultrasound images of a test subject such as a living organism.
使用周波数の広帯域化には、特許文献１に示されるように、音響整合層を用いる等、様々な方法が検討されている。しかしながら、単に音響整合層を用いるだけでは使用周波数帯域の広帯域化は十分とは言えず、さらなる広帯域化が望まれる。また近年、搭載装置の小型化が進み、搭載スペースに制限がある中で、これまでの性能を確保しつつ小型化を実現することが望まれる。 As shown in Patent Document 1, various methods have been considered for broadening the usable frequency band, such as using an acoustic matching layer. However, simply using an acoustic matching layer is not sufficient to broaden the usable frequency band, and further broadening is desired. Furthermore, in recent years, the mounted equipment has become increasingly miniaturized, and with mounting space being limited, it is desirable to achieve miniaturization while maintaining previous performance.
特許文献２では、上述のように、コンポジット圧電材料とモノリシック圧電材料とを交互に積層して積層型超音波振動子を構成することが提案されているが、使用周波数の広帯域化を目指するためのものではなく、また水中アクティブソーナーに用いて好適なコンポジット振動子を記載するものでもない。このため特許文献２の音波探触子によれば、生体などの被検体の画像を得ることはできても、これまでの性能を確保しつつ小型化を実現することは困難である。 As mentioned above, Patent Document 2 proposes constructing a laminated ultrasonic transducer by alternately stacking composite piezoelectric material and monolithic piezoelectric material, but it is not intended to broaden the usable frequency band, nor does it describe a composite transducer suitable for use in underwater active sonar. Therefore, while the ultrasonic probe in Patent Document 2 can obtain images of living subjects and other subjects, it is difficult to achieve miniaturization while maintaining the same performance as before.
本発明の目的は、上記課題に鑑み、限られたスペースへの搭載に好適で、使用周波数帯域の広帯域化を実現することができる、積層型コンポジット振動子を提供することにある。 In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to provide a laminated composite vibrator that is suitable for installation in a limited space and can achieve a wide frequency band.
前記目的を達成するため、本発明に係る積層型コンポジット振動子は、
音響放射面に対して、積層された第１のコンポジット振動子および第２のコンポジット振動子を含み、
上記第２のコンポジット振動子は、上記第１のコンポジット振動子の使用周波数において音響整合層として機能する。
In order to achieve the above object, the laminated composite vibrator according to the present invention comprises:
a first composite transducer and a second composite transducer stacked on an acoustic radiation surface;
The second composite transducer functions as an acoustic matching layer at the operating frequency of the first composite transducer.
本発明に係る水中アクティブソーナーは、上記特徴の積層型コンポジット振動子と、上記音響放射面とを含む。 The underwater active sonar according to the present invention includes a laminated composite transducer having the above characteristics and the above acoustic emitting surface.
本発明の積層型コンポジット振動子によれば、限られたスペースへの搭載に好適で、使用周波数帯域の広帯域化を実現することができる。 The laminated composite vibrator of the present invention is suitable for installation in limited spaces and can achieve a wide frequency band.
本発明の具体的な実施形態について説明する前に、本発明の上位概念の実施形態による積層型コンポジット振動子について、説明する。図１は、本発明の上位概念の実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。 Before describing specific embodiments of the present invention, we will explain a laminated composite vibrator according to a general embodiment of the present invention. Figure 1 is a side view illustrating a laminated composite vibrator according to a general embodiment of the present invention.
図１の積層型コンポジット振動子４００は、音響放射面４０に対して、積層された第１のコンポジット振動子４１および第２のコンポジット振動子４２を含む。そして第２のコンポジット振動子４２は、第１のコンポジット振動子４１の使用周波数において音響整合層として機能するといった特徴を有する。音響整合層は、一般的に、超音波送信装置から気体中へ効率よく超音波を送信するために用いられる部材である。音響整合層は、超音波周波数で振動する圧電振動子の振動を気体中へ効率よく伝達するため、圧電振動子と気体との間に設けられる。例えば、音響整合層は、振動子の音響インピーダンスと音波伝達媒体の音響インピーダンスとの差が大きい場合に、振動子と音波伝達媒体との間に挿入される。音響整合層を挿入することによって、音波の反射を最小限にすることができる。なお、ここで、第１のコンポジット振動子４１および第２のコンポジット振動子４２の仕様では、使用周波数帯域が互いに異なっている。 The laminated composite vibrator 400 of FIG. 1 includes a first composite vibrator 41 and a second composite vibrator 42 stacked on an acoustic radiation surface 40. The second composite vibrator 42 has the characteristic of functioning as an acoustic matching layer at the operating frequency of the first composite vibrator 41. An acoustic matching layer is generally a component used to efficiently transmit ultrasonic waves from an ultrasonic transmission device into a gas. The acoustic matching layer is provided between a piezoelectric vibrator, which vibrates at an ultrasonic frequency, and the gas to efficiently transmit the vibrations of the piezoelectric vibrator into the gas. For example, an acoustic matching layer is inserted between the vibrator and the acoustic wave transmission medium when there is a large difference between the acoustic impedance of the vibrator and the acoustic impedance of the sound wave transmission medium. Inserting an acoustic matching layer can minimize the reflection of sound waves. Note that the specifications of the first composite vibrator 41 and the second composite vibrator 42 differ from each other in the operating frequency bands.
本発明の実施形態では、使用周波数帯域が互いに異なる仕様である第１のコンポジット振動子４１および第２のコンポジット振動子４２を、音響放射面４０に対して積層する。これによって、第２のコンポジット振動子４２を単独で駆動させた際の使用周波数帯域と、第１のコンポジット振動子４１を広帯域で駆動した際の使用周波数帯域との２つの帯域を確保することができる。なお、第１のコンポジット振動子４１を広帯域で駆動した際の使用周波数帯域は、第２のコンポジット振動子４２を第１のコンポジット振動子４１の音響整合層として作動させることによって、得られる。その結果、本発明の実施形態による積層型コンポジット振動子４００では、使用周波数帯域の拡大を可能とし、搭載スペースが限られている中でも、これまでの使用周波数帯域を確保しつつ、小型化することが可能となる。 In an embodiment of the present invention, a first composite vibrator 41 and a second composite vibrator 42, which have specifications for different usable frequency bands, are stacked on the acoustic radiation surface 40. This makes it possible to ensure two frequency bands: one usable frequency band when the second composite vibrator 42 is driven alone, and one usable frequency band when the first composite vibrator 41 is driven over a wide band. The usable frequency band when the first composite vibrator 41 is driven over a wide band is achieved by operating the second composite vibrator 42 as an acoustic matching layer for the first composite vibrator 41. As a result, the stacked composite vibrator 400 according to an embodiment of the present invention enables an expansion of the usable frequency band, making it possible to achieve miniaturization while maintaining the same usable frequency band even in limited mounting space.
また、積層する振動子を調整することで、積層型コンポジット振動子４００の性能を変更することができる。また積層する振動子をコンポジット振動子にしていることで、調整するパラメータ数が少なくなる。このように積層する振動子としてコンポジット振動子を採用することによって、ボルト締めランジュバン型振動子（特許文献１に記載）など他の振動子よりも性能変更が容易となり、設計コストを下げるメリットがある。以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Furthermore, by adjusting the transducers to be stacked, the performance of the stacked composite transducer 400 can be changed. Furthermore, by using composite transducers as the transducers to be stacked, the number of parameters to be adjusted is reduced. By using a composite transducer as the transducer to be stacked in this way, performance can be changed more easily than with other transducers, such as bolt-clamped Langevin transducers (described in Patent Document 1), which has the advantage of reducing design costs. More specific embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
〔第１実施形態〕
次に、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子について、説明する。図２は、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。
First Embodiment
Next, a laminated composite vibrator according to a first embodiment of the present invention will be described. Fig. 2 is a side view for explaining the laminated composite vibrator according to the first embodiment of the present invention.
図２の積層型コンポジット振動子１００は主に、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを含む。コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とは、積層されている。図２のコンポジット振動子１は、その一方の端面がコンポジット振動子２に固着されている。コンポジット振動子２は、コンポジット振動子１の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように選定されている。コンポジット振動子２は、コンポジット振動子１の音響整合層として機能する厚みで形成され、これによってコンポジット振動子１を広帯域特性としている。上述のとおり、音響整合層は、振動子の音響インピーダンスと音波伝達媒体の音響インピーダンスとの差が大きい場合に、振動子と音波伝達媒体との間に挿入される。音響整合層を挿入することによって、音波の反射を最小限にすることができる。 The laminated composite vibrator 100 in Figure 2 mainly includes composite vibrator 1 and composite vibrator 2. Composite vibrator 1 and composite vibrator 2 are laminated. Composite vibrator 1 in Figure 2 has one end face fixed to composite vibrator 2. Composite vibrator 2 is selected to also function as an acoustic matching layer in the operating frequency band of composite vibrator 1. Composite vibrator 2 is formed with a thickness that functions as an acoustic matching layer for composite vibrator 1, thereby giving composite vibrator 1 wideband characteristics. As mentioned above, an acoustic matching layer is inserted between the vibrator and the sound wave transmission medium when there is a large difference in acoustic impedance between the vibrator and the sound wave transmission medium. By inserting an acoustic matching layer, it is possible to minimize the reflection of sound waves.
図３はそれぞれのコンポジット振動子の実施例を簡易的に模擬した３次元解析モデルを用いた有限要素法解析により得られた送波電圧感度を示したものである。図３において、縦軸には送波電圧感度、横軸には周波数が設定されている。また、コンポジット振動子１単独での周波数特性が実線で示され、コンポジット振動子２の周波数特性が破線で示され、コンポジット振動子２を音響整合層とした際のコンポジット振動子１の周波数特性が点線で示されている。図３の実線に示されるように、コンポジット振動子１は帯域１２を有する。また、図３の破線に示されるように、コンポジット振動子２は帯域１４を有する。すなわち、積層型コンポジット振動子１００は、帯域１２を持つコンポジット振動子１と、帯域１４を持ち、かつコンポジット振動子１の音響整合層ともなるコンポジット振動子２を備えている。この明細書において、帯域は送波電圧感度のピークから１０ｄＢダウンの部分と定義する。 Figure 3 shows the transmission voltage sensitivity obtained by finite element analysis using a three-dimensional analysis model that simply simulates each composite transducer embodiment. In Figure 3, the vertical axis represents transmission voltage sensitivity, and the horizontal axis represents frequency. The frequency characteristics of composite transducer 1 alone are shown by a solid line, the frequency characteristics of composite transducer 2 are shown by a dashed line, and the frequency characteristics of composite transducer 1 when composite transducer 2 is used as an acoustic matching layer are shown by a dotted line. As shown by the solid line in Figure 3, composite transducer 1 has a band 12. As shown by the dashed line in Figure 3, composite transducer 2 has a band 14. In other words, laminated composite transducer 100 includes composite transducer 1 with band 12 and composite transducer 2 with band 14 that also serves as the acoustic matching layer for composite transducer 1. In this specification, the band is defined as the area 10 dB down from the peak of the transmission voltage sensitivity.
図２を参照して、コンポジット振動子１は、振動方向の両面に電極３、電極４を備えている。また、コンポジット振動子１は、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極３にフレキシブル基板６、および電極４にフレキシブル基板７を備えている。コンポジット振動子１の振動方向は、図２の矢印１１に示す方向であり、その方向にコンポジット振動子１は分極されている。フレキシブル基板６およびフレキシブル基板７に交流電気信号を入力することにより、コンポジット振動子１で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）を行う。またコンポジット振動子１の一方の端面は、フレキシブル基板７を介しコンポジット振動子２と固着されている。 Referring to Figure 2, composite vibrator 1 has electrodes 3 and 4 on both sides in the vibration direction. Furthermore, composite vibrator 1 has flexible substrate 6 on electrode 3 and flexible substrate 7 on electrode 4 as means for inputting electrical signals to each electrode. The vibration direction of composite vibrator 1 is the direction indicated by arrow 11 in Figure 2, and composite vibrator 1 is polarized in this direction. Electromechanical conversion (conversion of electrical signals into mechanical vibrations) is performed in composite vibrator 1 by inputting AC electrical signals to flexible substrate 6 and flexible substrate 7. Furthermore, one end face of composite vibrator 1 is fixed to composite vibrator 2 via flexible substrate 7.
コンポジット振動子２は、振動方向の両面に電極４、電極５を備えている。また、コンポジット振動子２は、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極４にフレキシブル基板７、および電極５にフレキシブル基板８を備えている。コンポジット振動子２の振動方向は図２の矢印１１に示す方向であり、コンポジット振動子２はその方向に分極されている。フレキシブル基板７およびフレキシブル基板８に交流電気信号を入力することにより、コンポジット振動子２で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）を行う。コンポジット振動子２は、コンポジット振動子１と固着している面の逆側をゴム等で作られた音響放射面９に接着されている。音響放射面９は、本発明の実施形態による積層型コンポジット振動子が搭載される搭載装置の一要素である。音響放射面９は、コンポジット振動子２と接着された面と逆側の面が水中１０の水面に接している。なおここで、水中１０は、情報を取得しようとする対象物体が存在している音波伝達媒体の一例である。 Composite vibrator 2 has electrodes 4 and 5 on both sides in the vibration direction. Furthermore, composite vibrator 2 has flexible substrate 7 on electrode 4 and flexible substrate 8 on electrode 5 as means for inputting electrical signals to each electrode. The vibration direction of composite vibrator 2 is the direction indicated by arrow 11 in Figure 2, and composite vibrator 2 is polarized in that direction. By inputting AC electrical signals to flexible substrate 7 and flexible substrate 8, electromechanical conversion (converting electrical signals into mechanical vibration) is performed in composite vibrator 2. The side of composite vibrator 2 opposite the side bonded to composite vibrator 1 is bonded to acoustic emitting surface 9 made of rubber or the like. Acoustic emitting surface 9 is one element of a mounting device on which a laminated composite vibrator according to an embodiment of the present invention is mounted. The surface of acoustic emitting surface 9 opposite the surface bonded to composite vibrator 2 is in contact with the water surface of water 10. Here, water 10 is an example of an acoustic wave transmission medium containing a target object from which information is to be acquired.
なお本発明の実施形態の積層型コンポジット振動子においては、コンポジット振動子の電極への電気信号の入力のためにフレキシブル基板を用いたが、配線はリード線等でも実施可能である。また本発明の実施形態の積層型コンポジット振動子は、上述した音響放射面９の表面に複数配列されてもよいし、複数アレイ状に配列されてもよい。 In the laminated composite vibrator of the embodiment of the present invention, a flexible substrate is used to input electrical signals to the electrodes of the composite vibrator, but wiring can also be implemented using lead wires, etc. Furthermore, the laminated composite vibrators of the embodiment of the present invention may be arranged in multiple rows on the surface of the acoustic radiation surface 9 described above, or may be arranged in multiple arrays.
（実施形態の動作）
図２、図３および図４を参照し、本実施形態の積層型コンポジット振動子１００の動作について説明する。
(Operation of the embodiment)
The operation of the laminated composite vibrator 100 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2, 3 and 4. FIG.
図３および図４は、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子の周波数特性を説明するためのグラフである。図３および図４は、図２に示した実施形態による積層型コンポジット振動子を簡易的に模擬した３次元解析モデルを用いた有限要素法解析により得られた送波電圧感度の比較結果を示す。これは横軸に周波数、縦軸に送波電圧感度を表している。横軸の目盛りは１０ｋＨｚであり、縦軸の目盛りは１０ｄＢである。 Figures 3 and 4 are graphs illustrating the frequency characteristics of the laminated composite vibrator according to the first embodiment of the present invention. Figures 3 and 4 show the results of a comparison of the transmitted voltage sensitivity obtained by finite element method analysis using a three-dimensional analysis model that simply simulates the laminated composite vibrator according to the embodiment shown in Figure 2. The horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents transmitted voltage sensitivity. The horizontal axis scales at 10 kHz, and the vertical axis scales at 10 dB.
図２の積層型コンポジット振動子１００は、図３の帯域１２を持つコンポジット振動子１と、図３の帯域１４を持ち、かつコンポジット振動子１の音響整合層ともなるコンポジット振動子２を備えている。この明細書において、帯域は送波電圧感度のピークから１０ｄＢダウンの部分と定義する。 The laminated composite vibrator 100 in Figure 2 comprises a composite vibrator 1 having a band 12 in Figure 3 and a composite vibrator 2 having a band 14 in Figure 3 and also serving as an acoustic matching layer for composite vibrator 1. In this specification, the band is defined as the area 10 dB down from the peak of the transmitted voltage sensitivity.
図３の実線は、コンポジット振動子１を単独で動作させたときの周波数特性を示しており、図３の破線は、コンポジット振動子２の周波数特性を示しており、図３の点線は、コンポジット振動子２を音響整合層とした際のコンポジット振動子１の周波数特性を示している。 The solid line in Figure 3 shows the frequency characteristics when composite vibrator 1 is operated alone, the dashed line in Figure 3 shows the frequency characteristics of composite vibrator 2, and the dotted line in Figure 3 shows the frequency characteristics of composite vibrator 1 when composite vibrator 2 is used as an acoustic matching layer.
図４の実線は、コンポジット振動子１を単独で動作させたときの周波数特性を示しており、図４の破線は、コンポジット振動子２の周波数特性を示している。さらに、図４の点線は、コンポジット振動子２を音響整合層とした際のコンポジット振動子１の周波数特性を示しており、図４の一点鎖線は、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを同時駆動したときの周波数特性を示している。 The solid line in Figure 4 shows the frequency characteristics when composite vibrator 1 is operated alone, and the dashed line in Figure 4 shows the frequency characteristics of composite vibrator 2. Furthermore, the dotted line in Figure 4 shows the frequency characteristics of composite vibrator 1 when composite vibrator 2 is used as an acoustic matching layer, and the dashed line in Figure 4 shows the frequency characteristics when composite vibrator 1 and composite vibrator 2 are driven simultaneously.
図２のフレキシブル基板６とフレキシブル基板７との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子１で上記電気機械変換が行われ、コンポジット振動子１は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、コンポジット振動子２および音響放射面９を伝達して水中１０に音響信号として放射される。 When an AC electrical signal is input between flexible substrate 6 and flexible substrate 7 in Figure 2, the above-mentioned electromechanical conversion occurs in composite vibrator 1, causing composite vibrator 1 to expand and contract. The energy from this expansion and contraction is transmitted through composite vibrator 2 and acoustic emitting surface 9 and radiated into water 10 as an acoustic signal.
上記交流電気信号の周波数、および電圧を変化させることで、所要の音響信号を得ることができる。ここでコンポジット振動子２はコンポジット振動子１と水との中間の音響インピーダンスを持ち、コンポジット振動子１の音響整合層として機能する。このとき、図２の積層型コンポジット振動子は、図３のように帯域１３を持っている。これにより、図２の積層型コンポジット振動子は、コンポジット振動子１単独で駆動した際の帯域１２よりも広帯域特性を得ることができる。 The desired acoustic signal can be obtained by changing the frequency and voltage of the AC electrical signal. Here, composite vibrator 2 has an acoustic impedance intermediate between that of composite vibrator 1 and water, and functions as an acoustic matching layer for composite vibrator 1. In this case, the laminated composite vibrator of Figure 2 has a bandwidth 13 as shown in Figure 3. This allows the laminated composite vibrator of Figure 2 to achieve wider bandwidth characteristics than the bandwidth 12 achieved when composite vibrator 1 is driven alone.
図２のフレキシブル基板７と、フレキシブル基板８との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子２において上記電気機械変換が行われ、コンポジット振動子２は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面９を伝達して水中１０に音響信号として放射される。 When an AC electrical signal is input between flexible substrate 7 and flexible substrate 8 in Figure 2, the above-mentioned electromechanical conversion occurs in composite vibrator 2, causing composite vibrator 2 to expand and contract. The energy from this expansion and contraction is transmitted through acoustic emitting surface 9 and radiated into water 10 as an acoustic signal.
上記交流電気信号の周波数、および電圧を変化させることで、所要の音響信号を得ることができる。図３に記載したようにコンポジット振動子２によって帯域１４を得ることができ、帯域１３と合わせて帯域１５となり、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子は更なる広帯域特性を実現する。 By varying the frequency and voltage of the AC electrical signal, the desired acoustic signal can be obtained. As shown in Figure 3, composite vibrator 2 can achieve band 14, which, combined with band 13, becomes band 15, allowing the laminated composite vibrator according to the first embodiment of the present invention to achieve even wider band characteristics.
また、フレキシブル基板６とフレキシブル基板７との間、およびフレキシブル基板７とフレキシブル基板８との間のそれぞれに交流電気信号を入力し、コンポジット振動子１およびコンポジット振動子２を同時に駆動させると、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面９を伝達して水中１０に音響信号として放射される。図４に記載したように帯域１７を得ることができ、帯域１６と合わせ、帯域１８として、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子はさらなる広帯域特性を実現する。 Furthermore, when an AC electrical signal is input between flexible substrate 6 and flexible substrate 7, and between flexible substrate 7 and flexible substrate 8, and composite vibrator 1 and composite vibrator 2 are simultaneously driven, composite vibrator 1 and composite vibrator 2 expand and contract. The energy generated by this expansion and contraction is transmitted through acoustic radiation surface 9 and radiated into water 10 as an acoustic signal. Band 17 can be obtained as shown in Figure 4, and when combined with band 16 to form band 18, the stacked composite vibrator according to the first embodiment of the present invention achieves even wider bandwidth characteristics.
（実施形態の効果）
本実施形態の積層型コンポジット振動子では、音響放射面９に対して、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを積層しており、その際にコンポジット振動子２は、コンポジット振動子１の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように積層している。
(Effects of the embodiment)
In the laminated composite vibrator of this embodiment, the composite vibrator 1 and the composite vibrator 2 are laminated on the acoustic radiation surface 9, and the composite vibrator 2 is laminated so as to also function as an acoustic matching layer in the frequency band used by the composite vibrator 1.
コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを積層したことにより、別々に音響放射面に搭載した場合と比べて、積層型コンポジット振動子の占有面積を小さくすることができる。またコンポジット振動子１とコンポジット振動子２を積層したことにより、コンポジット振動子単体で作動した周波数帯域よりも、コンポジット振動子２を音響整合層として使用した効果により使用周波数を広帯域化することができる。また、コンポジット振動子２の使用周波数帯域も含めると、本実施形態の積層型コンポジット振動子では使用周波数がさらに広帯域となることが理解される。 By stacking composite vibrator 1 and composite vibrator 2, the area occupied by the laminated composite vibrator can be reduced compared to when they are mounted separately on the acoustic radiation surface. Furthermore, by stacking composite vibrator 1 and composite vibrator 2, the usable frequency band can be broadened compared to the frequency band in which the composite vibrator alone operates, due to the effect of using composite vibrator 2 as an acoustic matching layer. Furthermore, when the usable frequency band of composite vibrator 2 is also included, it can be seen that the usable frequency band of the laminated composite vibrator of this embodiment is even broader.
さらにこのような構成の積層型コンポジット振動子において、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを同時に駆動することによって、図４の帯域１７のように帯域が拡大して、帯域１６と合わせて使用周波数を広帯域化することができる。 Furthermore, in a laminated composite vibrator configured in this manner, by simultaneously driving composite vibrator 1 and composite vibrator 2, the band can be expanded to band 17 in Figure 4, which, combined with band 16, can widen the usable frequency band.
コンポジット振動子１とコンポジット振動子２を積層したことにより、コンポジット振動子を積層せずに、コンポジット振動子単体で作動した周波数帯域よりも、コンポジット振動子２を音響整合層として使用した効果により広帯域になる。またコンポジット振動子２の使用周波数帯域も含めると、本実施形態の積層型コンポジット振動子によればさらに広帯域となることがわかる。 By stacking composite vibrators 1 and 2, the frequency band is wider than the frequency band achieved when the composite vibrator is operated alone without stacking the composite vibrators, due to the effect of using composite vibrator 2 as an acoustic matching layer. Furthermore, when the frequency band used by composite vibrator 2 is also included, it can be seen that the stacked composite vibrator of this embodiment achieves an even wider band.
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子について、説明する。上述した第１実施形態では、音響放射面９に対して、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを積層することを骨子とした積層型コンポジット振動子を説明したが、本発明の積層型コンポジット振動子はこれに限られない。
Second Embodiment
Next, a laminated composite vibrator according to a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the laminated composite vibrator is based on the composite vibrator 1 and the composite vibrator 2 being laminated on the acoustic radiation surface 9. However, the laminated composite vibrator of the present invention is not limited to this.
図５は、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。なお第１実施形態と同様な要素については、その詳細な説明を一部省略する。 Figure 5 is a side view illustrating a laminated composite vibrator according to a second embodiment of the present invention. Note that detailed descriptions of elements similar to those in the first embodiment will be omitted.
図５の積層型コンポジット振動子２００は主に、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を含む。コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１は、積層されている。図５のコンポジット振動子１９は、その一方の端面がコンポジット振動子２０に固着されている。 The stacked composite vibrator 200 in Figure 5 mainly includes composite vibrator 19, composite vibrator 20, and composite vibrator 21. Composite vibrator 19, composite vibrator 20, and composite vibrator 21 are stacked. One end face of composite vibrator 19 in Figure 5 is fixed to composite vibrator 20.
コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１は、コンポジット振動子１９の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように選定する。コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１は、コンポジット振動子１９の音響整合層として機能する厚みで形成され、これによってコンポジット振動子１９を広帯域特性としている。音響整合層は、振動子の音響インピーダンスと音波伝達媒体の音響インピーダンスとの差が大きい場合に、振動子と音波伝達媒体との間に挿入される。音響整合層を挿入することによって、音波の反射を最小限にすることができる。 Composite vibrators 20 and 21 are selected so that they also function as acoustic matching layers in the frequency band used by composite vibrator 19. Composite vibrators 20 and 21 are formed with a thickness that allows them to function as acoustic matching layers for composite vibrator 19, thereby giving composite vibrator 19 wideband characteristics. An acoustic matching layer is inserted between the vibrator and the acoustic wave transmission medium when there is a large difference between the acoustic impedance of the vibrator and the acoustic impedance of the sound wave transmission medium. By inserting an acoustic matching layer, it is possible to minimize the reflection of sound waves.
また、コンポジット振動子２１は、コンポジット振動子２０の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように選定されている。コンポジット振動子２１は、コンポジット振動子２０の音響整合層として機能する厚みで形成され、これによってコンポジット振動子２０を広帯域特性としている。 The composite vibrator 21 is also selected to function as an acoustic matching layer in the frequency band used by the composite vibrator 20. The composite vibrator 21 is formed with a thickness that allows it to function as an acoustic matching layer for the composite vibrator 20, thereby giving the composite vibrator 20 wideband characteristics.
図５において、積層型コンポジット振動子２００は３つの使用周波数帯域にそれぞれ対応する、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０、コンポジット振動子２１を備えている。 In Figure 5, the stacked composite vibrator 200 includes composite vibrators 19, 20, and 21, which correspond to three operating frequency bands.
コンポジット振動子１９は、振動方向の両面に電極２２、電極２３を備えている。また、コンポジット振動子１９は、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極２２にフレキシブル基板２６、および電極２３にフレキシブル基板２７を備えている。コンポジット振動子１９の振動方向は、図５の矢印３２に示す方向であり、コンポジット振動子１９はその方向に分極されている。 The composite vibrator 19 has electrodes 22 and 23 on both sides in the vibration direction. Furthermore, the composite vibrator 19 has a flexible substrate 26 on electrode 22 and a flexible substrate 27 on electrode 23 as means for inputting electrical signals to each electrode. The vibration direction of the composite vibrator 19 is the direction indicated by arrow 32 in Figure 5, and the composite vibrator 19 is polarized in that direction.
コンポジット振動子１９の一方の端面はフレキシブル基板２７を介しコンポジット振動子２０に固着されている。コンポジット振動子２０は、コンポジット振動子１９と固着されている一方の端面と逆の端面をコンポジット振動子２１と固着されている。 One end face of composite vibrator 19 is fixed to composite vibrator 20 via flexible substrate 27. The end face of composite vibrator 20 opposite the one end face fixed to composite vibrator 19 is fixed to composite vibrator 21.
フレキシブル基板２６とフレキシブル基板２７との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子１９で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）が行われ、コンポジット振動子１９は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、コンポジット振動子２０、コンポジット振動子２１、および音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。 When an AC electrical signal is input between flexible substrate 26 and flexible substrate 27, electromechanical conversion (converting the electrical signal into mechanical vibration) occurs in composite vibrator 19, causing composite vibrator 19 to expand and contract. The energy from this expansion and contraction is transmitted through composite vibrator 20, composite vibrator 21, and acoustic radiation surface 30, and is radiated into water 31 as an acoustic signal.
コンポジット振動子２０は振動方向の両面に電極２３、電極２４を備えており、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極２３にフレキシブル基板２７、および電極２４にフレキシブル基板２８を備えている。コンポジット振動子２０の振動方向は、図５の矢印３２に示す方向であり、コンポジット振動子２０その方向に分極されている。 Composite vibrator 20 has electrodes 23 and 24 on both sides in the vibration direction, and as means for inputting electrical signals to each electrode, electrode 23 has a flexible substrate 27, and electrode 24 has a flexible substrate 28. The vibration direction of composite vibrator 20 is the direction indicated by arrow 32 in Figure 5, and composite vibrator 20 is polarized in that direction.
フレキシブル基板２７とフレキシブル基板２８との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子２０で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）が行われ、コンポジット振動子２０は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、コンポジット振動子２１および音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。 When an AC electrical signal is input between flexible substrate 27 and flexible substrate 28, electromechanical conversion (converting the electrical signal into mechanical vibration) occurs in composite vibrator 20, causing composite vibrator 20 to expand and contract. The energy from this expansion and contraction is transmitted through composite vibrator 21 and acoustic radiation surface 30 and radiated into water 31 as an acoustic signal.
コンポジット振動子２１は振動方向の両面に電極２４、電極２５を備えており、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極２４にフレキシブル基板２８、電極２５にフレキシブル基板２９を備えている。コンポジット振動子２１の振動方向は、図５の矢印３２に示す方向であり、コンポジット振動子２１はその方向に分極されている。コンポジット振動子２１は、コンポジット振動子２０とフレキシブル基板２８を介して固着されている一方の端面と逆の端面を、フレキシブル基板２９を介して、ゴム等の音響放射面３０に接着されている。 The composite vibrator 21 has electrodes 24 and 25 on both sides in the vibration direction, and as means for inputting electrical signals to each electrode, electrode 24 has a flexible substrate 28 and electrode 25 has a flexible substrate 29. The vibration direction of the composite vibrator 21 is the direction indicated by arrow 32 in Figure 5, and the composite vibrator 21 is polarized in that direction. One end of the composite vibrator 21 is fixed to the composite vibrator 20 via the flexible substrate 28, and the other end is bonded to an acoustic radiation surface 30 made of rubber or the like via the flexible substrate 29.
フレキシブル基板２８とフレキシブル基板２９との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子２１で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）が行われ、コンポジット振動子２１は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。 When an AC electrical signal is input between flexible substrate 28 and flexible substrate 29, electromechanical conversion (converting the electrical signal into mechanical vibration) occurs in composite vibrator 21, causing composite vibrator 21 to expand and contract. The energy from this expansion and contraction is transmitted through acoustic radiation surface 30 and radiated into water 31 as an acoustic signal.
音響放射面３０は、本発明の実施形態による積層型コンポジット振動子が搭載される搭載装置の一要素である。音響放射面３０は、コンポジット振動子２１と接着している面と逆の面を水中３１の水面に接している。なおここで、水中３１は、情報を取得しようとする対象物体が存在している音波伝達媒体の一例である。 The acoustic radiation surface 30 is one element of the mounting device on which the stacked composite transducer according to an embodiment of the present invention is mounted. The surface of the acoustic radiation surface 30 opposite to the surface bonded to the composite transducer 21 is in contact with the water surface of the water 31. Note that the water 31 is an example of a sound wave transmission medium containing a target object from which information is to be acquired.
（実施形態の動作）
図５および図６を参照し、本実施形態のコンポジット振動子の動作について説明する。図６は、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子の周波数特性を説明するためのグラフである。図６は、図５に示した実施形態による積層型コンポジット振動子を簡易的に模擬した３次元解析モデルを用いた有限要素法解析により得られた送波電圧感度の比較結果を示す。図６は、横軸に周波数、縦軸に送波電圧感度を表している。
(Operation of the embodiment)
The operation of the composite vibrator of this embodiment will be described with reference to Figures 5 and 6. Figure 6 is a graph for explaining the frequency characteristics of the laminated composite vibrator according to the second embodiment of the present invention. Figure 6 shows a comparison result of the transmitted wave voltage sensitivity obtained by finite element method analysis using a three-dimensional analysis model that simply simulates the laminated composite vibrator according to the embodiment shown in Figure 5. In Figure 6, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents transmitted wave voltage sensitivity.
図６の実線は、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を音響整合層とした際の、コンポジット振動子１９の周波数特性を示している。図６の一点鎖線は、コンポジット振動子２１を音響整合層とした際の、コンポジット振動子２０の周波数特性を示している。図６の点線は、コンポジット振動子２１を使用した際の周波数特性を示している。 The solid line in Figure 6 shows the frequency characteristics of composite vibrator 19 when composite vibrator 20 and composite vibrator 21 are used as acoustic matching layers. The dashed-dotted line in Figure 6 shows the frequency characteristics of composite vibrator 20 when composite vibrator 21 is used as the acoustic matching layer. The dotted line in Figure 6 shows the frequency characteristics when composite vibrator 21 is used.
図５のフレキシブル基板２６とフレキシブル基板２７との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子１９で上記電気機械変換が行われ、コンポジット振動子１９は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、コンポジット振動子２０、コンポジット振動子２１および音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。 When an AC electrical signal is input between flexible substrate 26 and flexible substrate 27 in Figure 5, the above-mentioned electromechanical conversion occurs in composite vibrator 19, causing composite vibrator 19 to expand and contract. The energy from this expansion and contraction is transmitted through composite vibrator 20, composite vibrator 21, and acoustic emitting surface 30, and is radiated into water 31 as an acoustic signal.
上記交流電気信号の周波数、および電圧を変化させることで、所要の音響信号を得ることができる。ここでコンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１はコンポジット振動子１９と水との中間の音響インピーダンスを持ち、コンポジット振動子１９の音響整合層として機能する。このとき、図５の積層型コンポジット振動子２００は、図６のように帯域３３を持っている。これにより、図５の積層型コンポジット振動子２００は、コンポジット振動子１９単独で駆動した際の帯域よりも広帯域特性を得ることができる。 The required acoustic signal can be obtained by changing the frequency and voltage of the AC electrical signal. Here, composite vibrator 20 and composite vibrator 21 have an acoustic impedance intermediate between that of composite vibrator 19 and water, and function as an acoustic matching layer for composite vibrator 19. In this case, the laminated composite vibrator 200 in Figure 5 has a bandwidth 33 as shown in Figure 6. This allows the laminated composite vibrator 200 in Figure 5 to obtain wider bandwidth characteristics than the bandwidth achieved when composite vibrator 19 is driven alone.
図５のフレキシブル基板２７と、フレキシブル基板２８との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子２０において上記電気機械変換が行われ、コンポジット振動子２０は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。 When an AC electrical signal is input between flexible substrate 27 and flexible substrate 28 in Figure 5, the above-mentioned electromechanical conversion occurs in composite vibrator 20, causing composite vibrator 20 to expand and contract. The energy generated by this expansion and contraction is transmitted through acoustic radiation surface 30 and radiated into water 31 as an acoustic signal.
上記交流電気信号の周波数、および電圧を変化させることで、所要の音響信号を得ることができる。ここでコンポジット振動子２１はコンポジット振動子２０と水との中間の音響インピーダンスを持ち、コンポジット振動子２０の音響整合層として機能する。図６に記載したようにコンポジット振動子２０によって帯域３４を得ることができ、帯域３３と合わせて帯域３５となり、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子は更なる広帯域特性を実現する。 The desired acoustic signal can be obtained by varying the frequency and voltage of the AC electrical signal. Here, composite transducer 21 has an acoustic impedance intermediate between that of composite transducer 20 and water, and functions as an acoustic matching layer for composite transducer 20. As shown in Figure 6, composite transducer 20 can achieve band 34, which, combined with band 33, becomes band 35, and the laminated composite transducer according to the second embodiment of the present invention achieves even wider band characteristics.
また、コンポジット振動子２１は単体で駆動可能であり、駆動すると、伸縮動作によるエネルギーは音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射され、図６に記載したように帯域３６を得ることができ、本帯域を使用可能とする。 Furthermore, the composite vibrator 21 can be driven independently, and when driven, the energy generated by its expansion and contraction motion is transmitted through the acoustic radiation surface 30 and radiated into the water 31 as an acoustic signal, thereby obtaining a frequency band 36 as shown in Figure 6, making this frequency band usable.
また、フレキシブル基板２６とフレキシブル基板２７との間、フレキシブル基板２７とフレキシブル基板２８との間、およびフレキシブル基板２８とフレキシブル基板２９との間のそれぞれに交流電気信号を入力し、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を同時に駆動させると、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０、およびコンポジット振動子２１は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。このように同時駆動した場合、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子はさらなる広帯域特性を実現する。 Furthermore, when an AC electrical signal is input between flexible substrate 26 and flexible substrate 27, between flexible substrate 27 and flexible substrate 28, and between flexible substrate 28 and flexible substrate 29, and composite vibrator 19, composite vibrator 20, and composite vibrator 21 are simultaneously driven, composite vibrator 19, composite vibrator 20, and composite vibrator 21 expand and contract. Energy from this expansion and contraction is transmitted through acoustic radiation surface 30 and radiated into water 31 as an acoustic signal. When driven simultaneously in this manner, the stacked composite vibrator according to the second embodiment of the present invention achieves even wider bandwidth characteristics.
（実施形態の効果）
本実施形態の積層型コンポジット振動子では、音響放射面３０に対して、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を積層している。これによりコンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を別々に音響放射面に搭載した場合と比べて、積層型コンポジット振動子の占有面積を小さくすることができる。またその際に、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１は、コンポジット振動子１９の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように積層している。またその際に、コンポジット振動子２１は、コンポジット振動子２０の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように積層している。
(Effects of the embodiment)
In the laminated composite vibrator of this embodiment, the composite vibrator 19, the composite vibrator 20, and the composite vibrator 21 are laminated on the sound radiating surface 30. This allows the area occupied by the laminated composite vibrator to be smaller than when the composite vibrators 19, the composite vibrators 20, and the composite vibrators 21 are separately mounted on the sound radiating surface. In addition, the composite vibrators 20 and the composite vibrators 21 are laminated so as to also function as an acoustic matching layer in the frequency band used by the composite vibrator 19. In addition, the composite vibrator 21 is laminated so as to also function as an acoustic matching layer in the frequency band used by the composite vibrator 20.
コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を積層したことにより、コンポジット振動子単体で作動した周波数帯域よりも、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を音響整合層として使用した効果、およびコンポジット振動子２１を音響整合層として使用した効果により使用周波数を広帯域化することができる。また、コンポジット振動子２１の使用周波数帯域も含めると、本実施形態の積層型コンポジット振動子では使用周波数がさらに広帯域となることが理解される。 By stacking composite vibrators 19, 20, and 21, the usable frequency band can be broadened compared to the frequency band in which the composite vibrator alone operates, due to the effect of using composite vibrators 20 and 21 as acoustic matching layers, and the effect of using composite vibrator 21 as an acoustic matching layer. Furthermore, when the usable frequency band of composite vibrator 21 is also included, it can be seen that the usable frequency band of the stacked composite vibrator of this embodiment is even broader.
（積層型コンポジット振動子の適用）
上述した実施形態の積層型コンポジット振動子は、図７に示すような水中アクティブソーナー５１に搭載され、水中アクティブソーナー５１は例えば海に浮かぶ船舶５０に搭載される。水中アクティブソーナー５１の上述した積層型コンポジット振動子から水中に音波を放射し、放射した音波が何かにぶつかり反射して戻ってきた音波を受信することにより、水中や水底の物体に関する情報を取得することができる。水中アクティブソーナーそれ自体はよく知られており、上述した実施形態の積層型コンポジット振動子を水中アクティブソーナーに適用することができる。
(Application of laminated composite vibrator)
The laminated composite transducer of the above-described embodiment is mounted in an underwater active sonar 51 as shown in Figure 7, and the underwater active sonar 51 is mounted, for example, on a ship 50 floating on the sea. By emitting sound waves into the water from the above-described laminated composite transducer of the underwater active sonar 51 and receiving the sound waves that hit something, are reflected, and return, information about objects in the water or on the bottom of the water can be obtained. Underwater active sonars themselves are well known, and the laminated composite transducer of the above-described embodiment can be applied to underwater active sonars.
上述した実施形態の積層型コンポジット振動子は、水中アクティブソーナー、パッシブソーナーの他、例えば、超音波プローブや超音波洗浄層とそれに類する洗浄用装置、超音波モーターや超音波手術装置など、コンポジット振動子を駆動元に用いる装置等への利用が考えられる。 The laminated composite transducer of the above-described embodiment can be used in underwater active sonars, passive sonars, and other devices that use a composite transducer as a driving source, such as ultrasonic probes, ultrasonic cleaning devices and similar cleaning devices, ultrasonic motors, and ultrasonic surgical devices.
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、コンポジット振動子の電極への電気信号の入力のためにフレキシブル基板を用いているが、フレキシブル基板には限られない。例えば、コンポジット振動子の電極への電気信号の入力のための構成として、配線はリード線等でも実施可能である。また実施形態の積層型コンポジット振動子において、コンポジット振動子の積層数は第１実施形態のような２、第２実施形態のような３に限られず、さらに積層数を４以上とすることも可能であり、積層数を増やすことによって更なる広帯域特性を実現することも考えられる。特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these. For example, in the above-described embodiment, a flexible substrate is used to input electrical signals to the electrodes of the composite vibrator, but this is not limited to flexible substrates. For example, the wiring for inputting electrical signals to the electrodes of the composite vibrator can also be implemented using lead wires, etc. Furthermore, in the laminated composite vibrator of the embodiments, the number of layers of the composite vibrator is not limited to two as in the first embodiment or three as in the second embodiment, but can also be four or more layers, and it is conceivable that even wider bandwidth characteristics can be achieved by increasing the number of layers. Various modifications are possible within the scope of the invention as set forth in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention.
１、２、１９、２０、２１、４１、４２ コンポジット振動子
３、４、５、２２、２３、２４、２５ 電極
６、７、８、２６、２７、２８、２９ フレキシブル基板
９、３０、４０ 音響放射面
１０、３１ 水中
１００、２００、４００ 積層型コンポジット振動子
1, 2, 19, 20, 21, 41, 42 Composite vibrator 3, 4, 5, 22, 23, 24, 25 Electrode 6, 7, 8, 26, 27, 28, 29 Flexible substrate 9, 30, 40 Acoustic radiation surface 10, 31 Underwater 100, 200, 400 Stacked composite vibrator
Claims (8)
前記第２のコンポジット振動子は、前記第１のコンポジット振動子の使用周波数において、前記第１のコンポジット振動子と音波伝達媒体との間に挿入される音響整合層として機能し、
前記第１のコンポジット振動子を駆動する交流電気信号が入力される一対の第１の電気的端子を、前記第１のコンポジット振動子の両端面に含み、
前記第２のコンポジット振動子を駆動する交流電気信号が入力される一対の第２の電気的端子を、前記第２のコンポジット振動子の両端面に含み、
前記一対の第１の電気的端子および前記一対の第２の電気的端子は、前記第１のコンポジット振動子と前記第２のコンポジット振動子とが、互いに独立した交流電気信号に応じて同時に駆動されるように構成されている、
積層型コンポジット振動子。 a first composite transducer and a second composite transducer stacked on an acoustic radiation surface;
the second composite transducer functions as an acoustic matching layer inserted between the first composite transducer and a sound wave propagation medium at a frequency used by the first composite transducer;
a pair of first electrical terminals to which an AC electrical signal for driving the first composite vibrator is input are included on both end surfaces of the first composite vibrator;
a pair of second electrical terminals to which an AC electrical signal for driving the second composite vibrator is input are included on both end surfaces of the second composite vibrator;
the pair of first electrical terminals and the pair of second electrical terminals are configured so that the first composite vibrator and the second composite vibrator are simultaneously driven in response to AC electrical signals that are independent of each other.
Layered composite vibrator.
請求項１に記載の積層型コンポジット振動子。 the second composite transducer has an acoustic impedance intermediate between that of the acoustic wave transmission medium and that of the first composite transducer;
The laminated composite vibrator according to claim 1 .
請求項１または請求項２に記載の積層型コンポジット振動子。 a thickness of the second composite transducer is set so as to function as an acoustic matching layer at a frequency used by the first composite transducer;
3. The laminated composite vibrator according to claim 1 or 2.
前記第２のコンポジット振動子および前記第３のコンポジット振動子は、前記第１のコンポジット振動子の使用周波数において音響整合層として機能する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型コンポジット振動子。 a third composite transducer stacked together with the first composite transducer and the second composite transducer on the acoustic radiation surface;
the second composite transducer and the third composite transducer function as acoustic matching layers at a frequency used by the first composite transducer;
The laminated composite vibrator according to any one of claims 1 to 3.
請求項４に記載の積層型コンポジット振動子。 the second composite transducer and the third composite transducer have an acoustic impedance intermediate between that of the acoustic wave transmission medium and that of the first composite transducer;
The laminated composite vibrator according to claim 4 .
請求項４または請求項５に記載の積層型コンポジット振動子。 the thicknesses of the second composite vibrator and the third composite vibrator are set so as to function as acoustic matching layers at a frequency used by the first composite vibrator;
6. The laminated composite vibrator according to claim 4 or 5.
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の積層型コンポジット振動子。 the third composite transducer has an acoustic impedance intermediate between that of the acoustic wave transmission medium and that of the second composite transducer;
The laminated composite vibrator according to any one of claims 4 to 6.
水中アクティブソーナー。 A laminated composite vibrator comprising: the laminated composite vibrator according to any one of claims 1 to 7 ; and the acoustic radiation surface.
Underwater active sonar.
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