(57)【要約】ハイドロフォン及びこのようなハイドロフォンで製作された複合ハイドロフォンを開示する。ハイドロフォンは、少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子、外殻または殻、両端に位置する音響透過密封シート及び導線を備える。端部の音響透過密封シートは、各々のストリップ状エネルギー変換素子を外部環境から隔離させ、水中の音響信号をストリップ状エネルギー変換素子に伝送するように構成される。複合ハイドロフォンについては、設計したハイドロフォンの殻の中に軟性の高抵抗材料外殻に包み込まれた複数のストリップ状エネルギー変換素子を挿入する。複数のエネルギー変換素子の電気的接続は、いろいろな応用場面での需要を満足させるため、並列、直列または一部が並列で一部が直列であってもよく、その軸線は必要な角度をなすことができる。本方案において、ストリップ状エネルギー変換素子は如何なる制約も受けず、半波長モードで自由に振動し、これにより感度を高め、製作されたハイドロフォンの動作周波数帯域を増幅させることができる。【選択図】図13
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子と、
少なくとも一つの前記ストリップ状エネルギー変換素子に外挿する管状構造である外殻と、
前記外殻の一端に外挿する第１の音響透過密封シートと、
前記外殻のもう一端に外挿する第２の音響透過密封シートと、
少なくとも一つの前記ストリップ状エネルギー変換素子の両端を外部負荷に結合する導線とを備え、
前記第１の音響透過密封シート及び前記第２の音響透過密封シートは、いずれも各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子を外部環境から隔離させ、水中の音響信号を各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子に伝送するように構成され、
各前記ストリップ状エネルギー変換素子は、前記ストリップ状エネルギー変換素子の一端が前記第１の音響透過密封シートによって入力される前記音響信号を受信し、及び、前記ストリップ状エネルギー変換素子のもう一端が前記第２の音響透過密封シートによって入力されるる前記音響信号を受信し、前記音響信号を電気信号に転換させて前記外部負荷に出力するように配置される
ことを特徴とするハイドロフォン。
【請求項２】
前記ストリップ状エネルギー変換素子は複数であり、
ストリップ状エネルギー変換素子は、実際の応用状況に応じて、並列または直列に電気的接続する
請求項１に記載のハイドロフォン。
【請求項３】
前記ストリップ状エネルギー変換素子は複数であり、
ストリップ状エネルギー変換素子の軸線は、実際の応用状況に応じて、平行するか、または、一定の角度をなす
請求項１または２に記載のハイドロフォン。
【請求項４】
各前記ストリップ状エネルギー変換素子は、亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛またはその派生成分のリラクサー強誘電体単結晶を含む
請求項１ないし３のいずれかに記載のハイドロフォン。
【請求項５】
各々の前記エネルギー変換素子は、いずれも鉛系リラクサー単結晶素子の横振動モードで動作し、前記鉛系リラクサー単結晶素子は［０１１］結晶方向に分極し、［１００］または［０−１１］結晶方向を感知方向にする
請求項１ないし４のいずれかに記載のハイドロフォン。
【請求項６】
前記外殻は、
各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子に、両端の感知面を除いて外挿する音響抵抗外殻と、
前記音響抵抗外殻に外挿する保護カバーとを備える
請求項１ないし５のいずれかに記載のハイドロフォン。
【請求項７】
前記音響抵抗外殻と前記保護カバーはいずれも管状構造である
請求項６に記載のハイドロフォン。
【請求項８】
殻と、
前記本体を貫通する複数のチャンバと、
前記チャンバ内に設置される複数の、請求項１ないし７のいずれかに記載のハイドロフォン素子とを備え、
各々のチャンバと隣接する前記チャンバとは、夾角をなす
ことを特徴とする複合ハイドロフォン。
【請求項９】
各々の前記チャンバの形状や大きさは、前記ハイドロフォン素子の形状や大きさにマッチする
請求項８に記載の複合ハイドロフォン。 
【請求項１０】
前記殻は柱状構造であり、
各々の前記チャンバは、前記本体の一端と前記本体のもう一端との間に順次設置され、且つ隣接する前記チャンバと夾角をなす
請求項８または９に記載のハイドロフォン。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれかに記載のハイドロフォンに応用されるエネルギー変換方法であって、
前記方法は、
前記第１の音響透過密封シートと前記第２の音響透過密封シートとが、前記ストリップ状エネルギー変換素子を外部環境から隔離させ、水中の音響信号を各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子に伝送するステップと、
各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子が、前記第１の音響透過密封シートと前記第２の音響透過密封シートが入力する前記音響信号を受信し、前記音響信号を電気信号に転換させて外部負荷に出力するステップとを含む
ことを特徴とするエネルギー変換方法。
【請求項１２】
少なくとも一つの鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子であるストリップ状エネルギー変換素子を有しかつ側面と両端を有するセンサを備え、
前記四つの側面は、第１の外殻と前記第１の外殻に外挿する第２の外殻とに包み込まれており、前記第１の外殻は軟性で高抵抗な材料で製造され、前記第２の外殻は多層高抵抗材料で製造され、
前記両端はそれぞれ導線を通じて外部負荷に結合し、前記両端にはそれぞれ第１の音響透過密封構造と第２の音響透過密封構造が設置され、前記第１の音響透過密封構造と前記第２の音響透過密封構造は、前記センサを外部環境から隔離させ、水中の音響信号を前記センサに伝送し、前記センサが受信した音響信号を電気信号に転換させて前記外部負荷に出力するように構成される
ことを特徴とするハイドロフォン。
【請求項１３】
前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子は、［０１１］結晶方向に分極し、［１００］または［０−１１］結晶方向を感知方向にする鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子である
請求項１２に記載のハイドロフォン。
【請求項１４】
前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子の構成部分は、
亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛またはその派生成分を含む
請求項１２または１３に記載のハイドロフォン。
【請求項１５】
前記センサは複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子を備え、
前記ストリップ状エネルギー変換素子は、実際の応用状況に応じて、並列、直列または一部が並列で一部が直列に電気的接続する
請求項１２ないし１４のいずれかに記載のハイドロフォン。
【請求項１６】
鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子であるストリップ状エネルギー変換素子を有し、かつ軟性で高抵抗な材料で製造された第１の外殻及び第２の外殻に包み込まれる四つの側面と両端とを有する、設置方向が異なる少なくとも二つのセンサと、 
軟性で高抵抗な外殻に包み込まれた一つのセンサが内蔵されかつ軸線方向が異なる少なくとも二つの柱状チャンバが開設されているハイドロフォンの殻とを備え、
各々の柱状チャンバは前記殻の横断面を貫通し、該柱状チャンバ内に設置されているセンサの両端が外部環境に接触するようにする
ことを特徴とする複合ハイドロフォン。
【請求項１７】
前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子は、［０１１］結晶方向に分極し、［１００］または［０−１１］結晶方向を感知方向にする鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子である
請求項１６に記載の複合ハイドロフォン。
【請求項１８】
前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子の構成部分は、
亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛またはその派生成分を含む
請求項１６または１７に記載の複合ハイドロフォン。
【請求項１９】
前記殻は柱状構造であり、
各前記柱状チャンバは、支持体の二つの端部の間に既定間隔をおいて順次開設され、且つ隣接する二つの前記柱状チャンバの軸線は夾角を成す
請求項１６ないし１８のいずれかに記載の複合ハイドロフォン。
【請求項２０】
前記ハイドロフォンの殻は、
環状構造と、
内に少なくとも一つの前記柱状チャンバが開設され、かつ等角間隔で前記環状構造の外縁に設置される少なくとも二つの突出部とを有する
請求項１６ないし１８のいずれかに記載の複合ハイドロフォン。
【請求項２１】
各々の前記突出部内には、軸線が互いに平行する少なくとも二つの前記柱状チャンバが開設される
請求項２０に記載の複合ハイドロフォン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、特許文献１を優先権として主張し、その全ての内容は参照として本願で援用する。
本発明はハイドロフォンの技術分野に属し、具体的には、ハイドロフォン、エネルギー変換方法及び複合ハイドロフォンに関わる。
【背景技術】
【０００２】
科学技術が絶えず発展し進歩を遂げるにつれ、ハイドロフォンの応用技術も徐々に発展して成熟期を迎えた。ハイドロフォンは水中の圧力の変化による音響信号を電気信号に変換させることができるため、確実に水中の圧力を取得することができ、既に比較的に広範囲で応用されている。従来の技術において、ハイドロフォンはほとんどが圧電セラミック材料で製造された球形もしくは円筒形構造、または圧電セラミック複合材料で製造された平面もしくは曲面構造である。ハイドロフォンの感度は、ハイドロフォンの製造に使われる圧電材料の圧電係数と正の相関関係を持つ。しかし、従来の圧電セラミック材料の圧電係数は比較的に低く、製造されたハイドロフォンの感度も比較的に低くなり、設計要求を満足させることができない。さらに、圧電セラミック材料の音響抵抗は水媒質よりはるかに高いため、水中のほとんどの音場エネルギーは水とセラミックが接触する界面で反射して水中に戻り、ハイドロフォンの受信感度が低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】中国特許出願２０１６１０７９８５２７２（出願日２０１６年８月３１日、名称「ハイドロフォン、エネルギー変換方法及び複合ハイドロフォン」）
【発明の開示】
【０００４】
これに鑑みて、本発明は、小型または中型の大きさを持つハイドロフォンの受信感度と圧力測定精度を効果的に改善するための、ハイドロフォン、エネルギー変換方法及び複合ハイドロフォンを提供する。
本発明の実施例は以下の形態で実現する。
【０００５】
第１の態様によれば、本発明の実施例は、少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子と、少なくとも一つの前記ストリップ状エネルギー変換素子に外挿する管状構造である外殻と、前記外殻の一端に外挿する第１の音響透過密封シートと、前記外殻のもう一端に外挿する第２の音響透過密封シートと、及び少なくとも一つの前記ストリップ状エネルギー変換素子の両端を外部負荷に接続する導線とを備えるハイドロフォンを提供し、前記第１の音響透過密封シート及び前記第２の音響透過密封シートは、いずれも各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子を外部環境から隔離させ、水中の音響信号を各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子に伝送するように構成され、各前記ストリップ状エネルギー変換素子は、前記ストリップ状エネルギー変換素子の一端が前記第１の音響透過密封シートによって入力される前記音響信号を受信し、及び、前記ストリップ状エネルギー変換素子のもう一端が前記第２の音響透過密封シートによって入力されるる前記音響信号を受信し、前記音響信号を電気信号に転換させて前記外部負荷に出力するように配置される。
【０００６】
さらに、前記ストリップ状エネルギー変換素子は複数であり、各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子の一端は隣接する前記ストリップ状エネルギー変換素子に接続し、各々のストリップ状エネルギー変換素子のもう一端は隣接する前記ストリップ状エネルギー変換素子のもう一端に接続する。
【０００７】
また、前記ストリップ状エネルギー変換素子は複数あり、複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子は幅の方向に並列に並べられ、且つ各々の、二つの隣接するストリップ状エネルギー変換素子は互いに接続する。
【０００８】
また、各前記ストリップ状エネルギー変換素子は、亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛またはその派生成分のリラクサー強誘電体単結晶を含む。
【０００９】
また、各々の前記エネルギー変換素子は、いずれも横振動型鉛系リラクサー単結晶素子であり、横振動型は、［０１１］結晶方向に分極し、［１００］または［０−１１］結晶方向を感知方向にするモードである。
【００１０】
また、前記外殻は、各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子に外挿する音響抵抗外殻と、前記音響抵抗外殻に外挿する保護カバーとを備える。
【００１１】
また、前記音響抵抗外殻と前記保護カバーはいずれも管状構造である。
【００１２】
第２の態様によれば、本発明の実施例は、本体と、前記本体を貫通する複数のチャンバと、及び前記チャンバ内に設置される複数のハイドロフォンとをさらに備える複合ハイドロフォンを提供し、各々の前記チャンバと隣接する前記チャンバとは、夾角をなす。 
【００１３】
さらに、各々の前記チャンバの形状や大きさは、前記ハイドロフォン素子の形状や大きさにマッチする。
【００１４】
また、前記本体は柱状構造であり、各々の前記チャンバは、前記本体の一端と前記本体のもう一端との間に順次設置され、且つ隣接する前記チャンバと夾角をなす。
【００１５】
第３の態様によれば、本発明の実施例は、ハイドロフォンに応用されるエネルギー変換方法をさらに提供し、前記方法は、前記第１の音響透過密封シートと前記第２の音響透過密封シートとが、前記ストリップ状エネルギー変換素子を外部環境から隔離させ、水中の音響信号を各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子に伝送するステップと、各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子が、前記第１の音響透過密封シートと前記第２の音響透過密封シートが入力する前記音響信号を受信し、前記音響信号を電気信号に転換させて外部負荷に出力するステップとを含む。
【００１６】
第４の態様によれば、本発明の実施例は、少なくとも一つの鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子であるストリップ状エネルギー変換素子を有しかつ側面と両端を有するセンサを備えるハイドロフォンを提供し、
【００１７】
前記四つの側面は、第１の外殻と前記第１の外殻に外挿する第２の外殻とに包み込まれており、前記第１の外殻は音響抵抗な材料で製造され、前記第２の外殻はザラザラな柔らかい材料で製造され、
【００１８】
前記両端はそれぞれ導線を通じて外部負荷に結合し、前記両端にはそれぞれ第１の音響透過密封構造と第２の音響透過密封構造が設置され、前記第１の音響透過密封構造と前記第２の音響透過密封構造は、前記センサを外部環境から隔離させ、水中の音響信号を前記センサに伝送し、前記センサが受信した音響信号を電気信号に転換させて前記外部負荷に出力するように構成される。
【００１９】
さらに、前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子は、［０１１］結晶方向に分極し、［１００］または［０−１１］結晶方向を感知方向にする鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子である。
【００２０】
また、前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子の構成部分は、亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛またはその派生成分を含む。
【００２１】
また、前記センサは複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子を備え、複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子は平行して配置され、かつ並列及び/または直列に接続する。
【００２２】
第５の態様によれば、本発明の実施例は、複合ハイドロフォンを提供し、複合ハイドロフォンは、鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子であるストリップ状エネルギー変換素子を有し、かつザラザラな柔らかい材料で製造された第２の外殻に包み込まれる側面と両端とを有する、設置方向が異なる少なくとも二つのセンサと、第２の外殻に包み込まれた一つのセンサが内蔵されかつ軸線方向が異なる少なくとも二つの柱状チャンバが開設されている支持体を備え、各々の柱状チャンバは前記支持体を貫通することで、該柱状チャンバ内に設置されたセンサの両端が外部環境に接触することができる。
【００２３】
さらに、記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子は、［０１１］結晶方向に分極し、［１００］または［０−１１］結晶方向を感知方向にする鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子である。
【００２４】
また、前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子の構成部分は、亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛またはその派生成分を含む。
【００２５】
また、支持体は柱状構造であり、各前記柱状チャンバは、支持体の二つの端部の間に間隔をおいて順次開設され、且つ隣接する二つの前記柱状チャンバの軸線は夾角を成す。
【００２６】
また、前記支持体は、環状構造と、及び少なくとも一つの前記柱状チャンバが開設され、かつ間隔をおいて前記環状構造の外縁に設置される少なくとも二つの突出部とを有する。
【００２７】
また、各々の前記突出部内には、軸線が互いに平行する少なくとも二つの前記柱状チャンバが開設される。
【００２８】
本発明の実施例は以下のような有益な効果を有する。外殻１２０の管状構造を通じて、外殻１２０は少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子１１０を外挿することができる。第１の音響透過密封シート１３０を外殻１２０の一端に挿し、かつ第２の音響透過密封シート１４０を外殻１２０のもう一端に外挿し、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端をいずれも導線１５０を通じて外部負荷に接続することで、水中におけるエネルギー変換素子の密封を実現すると同時にエネルギー変換素子と外部負荷の結合も実現した。
【００２９】
第１の音響透過密封シートと第２の音響透過密封シートは、いずれも各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子を外部環境から隔離させ、水中の音響信号を各々のストリップ状エネルギー変換素子に伝送する。各ストリップ状エネルギー変換素子は、その一端が第１の音響透過密封シートによって入力される音響信号を受信し、及び、もう一端が第２の音響透過密封シートによって入力された音響信号を受信し、音響信号を電気信号に転換させて外部負荷に出力することができる。外部負荷は該電気信号に対応する圧力値を算出することで、水中で測定した圧力を精確に取得することができる。ハイドロフォンのストリップ状エネルギー変換素子は外殻に外挿し、また外殻が管状構造であるため、ストリップ状エネルギー変換素子の両端は、外殻によって密封されてない自由端である。ストリップ状エネルギー変換素子の両端が自由であるため、ストリップ状エネルギー変換素子基本周波数は半波長振動モードであり、受信する周波数帯域を効果的に増幅させることができる。且つ採用した圧電部品は一般的な圧電セラミックより高い横方向圧電係数と、水媒質により近い音響抵抗を持つという特徴を有し、小型または中型の大きさのハイドロフォンの受信感度を効果的に高めることができる。
【００３０】
本発明のその他の特徴及びメリットは、下記明細書にて詳しく述べる。また、その一部は明細書によって明白になり、または本発明実施例を実施することで理解できる。本発明の目的及びその他のメリットは、明細書、特許請求の範囲、及び図面において特別に指摘された構造によって実現し、取得する。
【００３１】
本発明の実施例または従来技術の技術形態を更に詳しく説明するために、以下では、実施例を説明するのに必要な図面について簡単に紹介する。下記の説明における図面は本発明の実施例に過ぎないということは明白であり、当業者は創造的な労働を経ずに、これらの図面に基づいて更にその他の図面を取得することができる。図面表示を通って、本発明の上記ならびにその他の目的、特徴及びメリットがより明瞭になる。全図面において、同じ符号は同じ部分を指す。図面は本発明の主旨を示すものであり、実際のサイズに基づいて必ず等比例拡縮で製作されたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施例が提供するハイドロフォンの第１の実施形態の断面図
【図２】本発明の第１の実施例が提供するハイドロフォンの第２の実施形態の断面図
【図３】本発明の第１の実施例が提供するエネルギー変換方法のフロー図
【図４】本発明の第１の実施例が提供する複合ハイドロフォンの第１の実施形態の構造概略図
【図５】本発明の第１の実施例が提供する複合ハイドロフォンの第２の実施形態の構造概略図
【図６】本発明の第１の実施例が提供する複合ハイドロフォンの第３の実施形態の構造概略図
【図７】本発明の第１の実施例が提供する複合ハイドロフォンの第４の実施形態の構造概略図
【図８】本発明の第１の実施例が提供する複合ハイドロフォンの第５の実施形態の構造概略図
【図９】本発明の第１の実施例が提供する複合ハイドロフォンの第６の実施形態の構造概略図
【図１０】本発明の第２の実施例が提供するハイドロフォンの構造概略図
【図１１】本発明の第２の実施例が提供するもう一つのハイドロフォンの構造概略図
【図１２】本発明の第３の実施例が提供する複合ハイドロフォンの構造概略図
【図１３】本発明の第３の実施例が提供するもう一つの複合ハイドロフォンの構造概略図
【図１４】本発明の第３の実施例が提供する音響透過密封構造の取り付け位置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施例の目的、技術方案及び利点をより明確にするために、以下、本発明の実施例における図面を結合して、本発明の実施例を明確かつ完全に説明し、説明した実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、全部の実施例ではないことは自明である。通常、ここで説明して示した本発明の実施例のアセンブリは、様々な異なる方法で配置及び設計することができる。
したがって、以下の図面が提供した本発明の実施例の詳細な説明は、保護しようとする本発明の範囲を限定しようとするものではなく、本発明の選択実施例を示すに過ぎない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働なしに得られた他のすべての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
留意すべきものは、類似した符号及び文字は、以下の図面で類似なものを示すため、一度ある図面において定義されると、その後の図面からさらに定義したり、解釈する必要はない。
【００３４】
本発明の説明において、留意すべきものは、用語頂」、「底」、「側」、「内」、「外」などが指す方位や位置関係は、図面に基づく方位や位置関係であり、表示される装置または素子が、必ずしも特定の方位を持って特定の方位で構成または操作する必要があることを提示または暗示するものではなく、本発明を制限するものと理解してはならない。また、用語「第１」「第２」は、説明の目的のために使用することに過ぎず、対向的な重要性を提示または暗示するものと理解してはならない。
【００３５】
本発明の説明において、留意すべきものは、別に明確に規定または限定をしない限り、「設置」、「接続」などは、広い意味で理解しなければならず、例えば、固定接続とか着脱可能な連結であってもよく、または一体連結であってもよく、機械的連結とか電気的連結であってもよく、直接接続とか中間媒体を介して間接接続方法であってもよく、二つの素子の内部の間の連通であってもよい。当業者は、具体的な状況に応じて、上述の用語を本発明の具体的な意味で理解してもよい。
【００３６】
第１の実施例：
図１に示すように、本発明の実施例はハイドロフォン１００を提供し、ハイドロフォン１００は、少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子１１０、外殻１２０、第１の音響透過密封シート（ｓｏｕｎｄ−ｐｅｒｍｅａｂｌｅ  ｓｅａｌｉｎｇ  ｓｈｅｅｔ）１３０、第２の音響透過密封シート１４０及び導線１５０を備える。
【００３７】
本実施例において、前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０は鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子であってもよく、前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子は比較的に高い横方向圧電係数（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を有し、従って、前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子を基に製造されたハイドロフォン１００も更に高い感度を持つことができる。
【００３８】
好ましくは、前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子は、［０１１］結晶方向に分極し、且つ［１００］または［０−１１］結晶方向を感知方向にした、即ち、横向きカット型鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子であってもよい。
【００３９】
好ましくは、前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０の構成部分は、亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛（ＰＺＮ―ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛（ＰＭＮ―ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＭＮ―ＰＺＴ）、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛（ＰＩＮ―ＰＭＮ―ＰＴ）またはその派生成分などのリラクサー強誘電体単結晶を含むことができる。亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛（ＰＺＮ―ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛（ＰＭＮ―ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＭＮ―ＰＺＴ）、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛（ＰＩＮ―ＰＭＮ―ＰＴ）などの材料は非常に高い横方向圧電定数を有し、例えば、ＰＺＮ―ＰＴの横方向圧電定数は、d32≒-（3000~4000）pC/Nで、d31≒1100 pC/Nである。そのうえ、このＰＺＮ―ＰＴの音響抵抗は約７ＭＲａｙｌｓで、該音響抵抗は水の音響抵抗に比較的に近い。従って、上記材料は受信感度の高い、横向動作モードのハイドロフォン１００のエネルギー変換素子の製造に最適で、上記材料で製造されたストリップ状エネルギー変換素子１１０はより高い感度を有する。
【００４０】
本実施例において、ストリップ状エネルギー変換素子１１０は一つ、二つまたは複数であってもよい。ハイドロフォン１００が小型ハイドロフォン１００である場合、ストリップ状エネルギー変換素子１１０は一つであってもよく、ハイドロフォン１００が中型ハイドロフォン１００である場合、ストリップ状エネルギー変換素子１１０は複数であってもよい。本実施例においては、実際の使用ニーズに基づいて、実際の需要に合ったエネルギー変換素子をアレンジすることができる。前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０が少なくとも二つである場合、少なくとも二つの前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０は平行に設置してもよい。
【００４１】
もう一つの形態として、ハイドロフォン１００を浅い水域で使用する場合、ストリップ状エネルギー変換素子１００は、［０１１］結晶方向に分極し、且つ［１００］結晶方向を音響信号の感知方向にする動作モードである、横振動型鉛系リラクサー単結晶素子であってもよく、これによりハイドロフォン１００は浅い水域の音響信号測定において高い感度を有することができる。また、ハイドロフォン１００を深海域で使用する場合、ストリップ状エネルギー変換素子１００は、［０１１］結晶方向に分極し、且つ［０ー１１］結晶方向を音響信号の感知方向にする動作モードである、横振動型鉛系リラクサー単結晶片であってもよく、これによりハイドロフォン１００の深海域おいての動作の安定性を確保することができ、さらには音響信号測定において高い感度を有することができる。如何なる状況でも、感知方向はストリップ状エネルギー変換材料の両端面である。
【００４２】
外殻１２０は、音響抵抗外殻１２１及び保護カバー１２２を有し、音響抵抗外殻１２１と保護カバー１２２はいずれも管状構造であってもよい。音響抵抗外殻１２１は、その両端の開口部にストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端が位置するように、ストリップ状エネルギー変換素子１１０に外挿することができる。音響抵抗外殻１２１の内径の形状や大きさは、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の形状や大きさにマッチし、これにより音響抵抗外殻１２１はストリップ状エネルギー変換素子１１０に密接に外挿することができる。好ましくは、音響抵抗外殻１２１は音響抵抗機能のあるゴムで製造されてもよい。音響抵抗外殻１２１と保護カバー１２２とをストリップ状エネルギー変換素子１１０に外挿することにより、外殻１２０は外挿されてない両端以外の全ての側面の音響信号を遮断した。従って、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の、外挿されてない両端だけが音響信号を受信することができる。
【００４３】
一つの実施形態として、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の数が複数である場合、各々のストリップ状エネルギー変換素子１１０の一端は、隣接するストリップ状エネルギー変換素子１１０の一端に接続し、各々のストリップ状エネルギー変換素子１１０のもう一端は、隣接するストリップ状エネルギー変換素子１１０のもう一端に接続しており、これにより、各々のストリップ状エネルギー変換素子１１０は並列に並べられる。音響抵抗外殻１２１は、さらに、複数の並列に並べられたストリップ状エネルギー変換素子１１０に外挿される。また、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の数が複数ある場合、複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０は幅の方向に並列に並べられ、且つ各々の、二つの隣接するストリップ状エネルギー変換素子１１０は互いに接続する。
【００４４】
保護カバー１２２の内径の大きさは音響抵抗外殻１２１の形状や大きさにマッチし、これにより保護カバー１２２をさらに音響抵抗外殻１２１に外挿することができ、音響抵抗外殻１２１とストリップ状エネルギー変換素子１１０とを保護することができ、音響抵抗外殻１２１及びストリップ状エネルギー変換素子１１０が、水に接触することを遮断することができる。保護カバー１２２の両端がいずれも開口しているため、第１の音響透過密封シート１３０で保護カバー１２２の一端を密封し、第２の音響透過密封シート１４０で保護カバー１２２のもう一端を密封する必要があり、これで完全密封構造を形成する。第１の音声透過密封シート１３０の形状や大きさは保護カバー１２２の一端にある開口の形状や大きさにマッチする。したがって、第１の音響透過密封シート１３０の縁と保護カバー１２２の一端にある開口とを固定接続すると、第１の音響密封シート１３０は保護カバー１２２の一端にある開口を密封することができる。第２の音声透過密封シート１４０の形状や大きさは保護カバー１２２のもう一端にある開口の形状や大きさにマッチする。したがって、第２の音響透過密封シート140の縁と保護カバー１２２のもう一端にある開口とを固定接続すると、第２の音響密封シート140は保護カバー１２２のもう一端にある開口を密封することができる。第１の音響透過密封シート１３０で保護カバー１２２の一端を密封し、第２の音響透過密封シート１４０で保護カバー１２２のもう一端を密封すると、ハイドロフォン１００は完全密封構造になり、水を遮断することができる。音響信号は、第１の音響透過密封シート１３０と第２の音響透過密封シート１４０とを透過して伝送することができるため、水中の音響信号は、第１の音響透過密封シート１３０と第２の音響透過密封シート１４０を透過して、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端に入力することができる。ストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端はそれぞれ音響信号を受信することで、該音響信号を対応する電気信号に変換させることができる。
【００４５】
図１及び図２に示すように、本実施例の第１の実施形態において、ストリップ状エネルギー変換素子１１０は一つであってもよく、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端は導線１５０を通じて外部負荷に結合する。本実施例の第２の実施形態において、ストリップ状エネルギー変換素子１１０は複数であってもよく、複数のストリップ状エネルギー変換素子１１０の間は並列及び／または直列で接続してもよく、さらに導線１５０を通じて外部負荷に結合する。ストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端は導線１５０に結合されることで、音響信号に対応する転換後の電気信号を導線１５０を通じて外部負荷に出力することができる。外部負荷は該電気信号に対応する圧力の強さを算出することで、ハイドロフォン１００により測定された水中での圧力の強さを取得することができる。前記実施例において、導線１５０は、それぞれ第１の音響透過密封シート１３０と第２の音響透過密封シート１４０とを突き抜け、ストリップ状エネルギー変換素子１１０に結合される。したがって、第１の音響透過密封シート１３０、第２の音響透過密封シート１４０はいずれも導線１５０の口径とマッチするスルーホールが設けられている。ハイドロフォン１００は、導線１５０がそれぞれ第１の音響透過密封シート１３０のスルーホール、第２の音響透過密封シート１４０のスルーホールを突き抜けてストリップ状エネルギー変換素子１１０に結合された後でも、その口径がマッチしているため、依然として完全密封の状態を維持することができる。
図３に示すように、図３は、本発明の実施例が提供するエネルギー変換方法のフロー図を示す。前記方法は、ステップＳ１００とステップＳ２００とを含む。
【００４６】
ステップＳ１００において、前記第１の音響透過密封シート１３０と前記第２の音響透過密封シート１４０は、いずれも各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０を外部環境から隔離させ、水中の音響信号を各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０に伝送するように構成される。
【００４７】
ステップＳ２００において、各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０は、その一端が前記第１の音響透過密封シート１３０によって入力される前記音響信号を受信し、及び、もう一端が前記第２の音響透過密封シート１４０によって入力される前記音響信号を受信し、前記音響信号を電気信号に転換させて前記外部負荷に出力するように配置される。
【００４８】
当業者には明白なように、説明を簡潔にするため、上記説明における形態の具体的な動作プロセスは、前述した装置における対応するプロセスを参考にすることができ、ここでは繰り返し説明しない。
【００４９】
図４に示すように、本発明の実施例は複合ハイドロフォン２００をさらに提供する。複合ハイドロフォン２００は、本体２１０、チャンバ２２０及びハイドロフォン１００を備える。一つの形態として、複合ハイドロフォン２００の中のチャンバ２２０は複数であってもよく、チャンバ２２０に対応するハイドロフォン１００も複数であってもよい。複数のハイドロフォン１００で測定することで、測定の精度をより高めることができる。各々のチャンバ２２０の形状や大きさは、ハイドロフォン１００の形状や大きさにマッチし、これにより各々のハイドロフォン１００は、いずれもチャンバ２２０の中に設置されることができる。複数のハイドロフォン１００は直列または並列に接続することで、相互結合を実現する。各々のチャンバ２２０は本体２１０を貫通することで、ハイドロフォン１００の両端がいずれも音響信号を受信できるよう確保する。各々のチャンバ２２０は、これに隣接するチャンバ２２０と、全部一定の夾角を有し、これにより、複数のハイドロフォン１００により受信される音響信号を総合的に処理することができ、複合ハイドロフォン２００の全方向性を高め、特に、高い周波数の音響にとっては、ストリップ状エネルギー変換素子の基本共振周波数の半分前後まで達する。
【００５０】
図４に示すように、図４は、実施例が提供する複合ハイドロフォン２００の第１の実施形態を示す。本体２１０は円柱形であってもよい。円柱形チャンバ２２０の数は二つであり、対応するハイドロフォン１００の数も二つである。各々のチャンバ２２０はいずれも本体２１０の頂端部と底端部の間に設置される。二つの円柱形チャンバ２２０の軸方向は直交し、且つそれぞれ本体２１０の頂面と底面に平行する。各々のハイドロフォン１００はそれぞれ対応するチャンバ２２０の中に設置され、ハイドロフォン１００を一つだけ使用する場合に比べて、複合ハイドロフォン２００の全方向性を高めることができる。
【００５１】
図５に示すように、図５は、実施例が提供する複合ハイドロフォン２００の第２の実施形態を示す。本体２１０は円柱形であってもよい。円柱形チャンバ２２０の数は三つであり、対応するハイドロフォン１００の数も三つである。各々のチャンバ２２０はいずれも本体２１０の頂端部と底端部の間に設置され、各チャンバ２２０と、これに隣接するチャンバ２２０とは、軸方向で６０°の夾角を形成し、且つ三つのチャンバ２２０が貫通する方向はそれぞれ本体２１０の頂端部と底端部に平行する。各々のハイドロフォン１００はそれぞれ対応するチャンバ２２０の中に設置され、図４に示される設計に比べて、複合ハイドロフォン２００の全方向性をより高めることができる。
【００５２】
図６に示すように、図６は、実施例が提供する複合ハイドロフォン２００の第３の実施形態を示す。本体２１０は円柱形であってもよい。円柱形チャンバ２２０の数は六つであり、対応するハイドロフォン１００の数も六つである。各々のチャンバ２２０はいずれも本体２１０の頂端部と底端部の間に設置され、各チャンバ２２０と、これに隣接するチャンバ２２０とは、軸方向で直交し、且つ六つのチャンバ２２０はそれぞれ本体２１０の頂端部と底端部に平行する。このような設計において、六つのハイドロフォン１００は並列、直列または一部が並列で一部が直列に電気的に接続することができ、複合ハイドロフォン２００の全方向性、感度及び電気的性能において見事な折衷を図ることができる。
【００５３】
図７に示すように、図７は、本発明の実施例が提供する複合ハイドロフォン２００の第４の実施形態を示す。本体２１０は環状の柱体であってもよく、且つ環状柱体の縁の三つの部分は、頂端部から底端部にかけて全部外に向けて延伸し、三つの突出部を形成する。三つの突出部を繋げると正三角形を形成する。チャンバ２２０の数は三つである。チャンバ２２０は、一つの突出部に一つずつ設置され、図に示す該突出部の幅部分を貫通する。各々のチャンバ２２０はいずれも隣接するチャンバ２２０と６０°の夾角を形成し、且つ三つのチャンバ２２０は全部同一水平面に位置する。各々のハイドロフォン１００はそれぞれ対応するチャンバ２２０の中に設置され、これにより複合ハイドロフォン２００は、同一水平面で互いに６０°の夾角を形成する三つの方向の音響信号を測定することができる。
【００５４】
図８に示すように、図８は、本発明の実施例が提供する複合ハイドロフォン２００の第５の実施形態を示す。図に示すように、本体２１０は環状の柱体であってもよく、且つ環状柱体の縁の四つの部分は、頂端部から底端部にかけて外に向けて延伸し、四つの突出部を形成する。円柱形チャンバ２２０の数は十二であり、チャンバ２２０は、一つの突出部においての頂壁から底壁までの間に三つずつ設置され、該突出部の幅部分を貫通する。各々のチャンバ２２０はいずれも隣接する突出部のチャンバ２２０と９０°の夾角を成すことができる。各々のハイドロフォン１００はそれぞれ対応するチャンバ２２０の中に設置され、これにより、環状の柱体の直径が比較的に大きくても、複合ハイドロフォン２００は良好な全方向性を実現することができる。
【００５５】
図９に示すように、図９は、実施例が提供する複合ハイドロフォン２００の第６の実施形態を示す。本体２１０は円柱形または四角形の柱体であってもよい。チャンバ２２０の数は二つであってもよく、対応するハイドロフォン１００の数も二つである。本実施例において、ハイドロフォン１００は、機器の感度または電気的性能を高める複数のエネルギー変換素子からなる中型ハイドロフォン１００である。各々のチャンバ２２０はいずれも本体２１０の頂端部と底端部の間に設置され、各チャンバ２２０は隣接するチャンバ２２０と長さ方向で直交し、且つそれぞれ本体２１０の頂端部と底端部に平行する。各々のハイドロフォン１００はそれぞれ対応するチャンバ２２０の中に設置され、従って、製作された複合ハイドロフォン２００は高い受信感度、良好な電気学的特性を有するだけでなく、大きさに関係なく良好な全方向性を有する。
【００５６】
第２の実施例：
図１０は、本発明の実施例が提供する、ハイドロフォンのセンサ３００を包み込む構造の概略図を示す。前記ハイドロフォン３００は、少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子３１１を有するセンサ３１０を備える。前記ストリップ状エネルギー変換素子３１１は例えば、鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子のような、比較的に高い横方向圧電係数を有しかつ自由振動モードで動作する圧電単結晶素子であってもよい。このようにして、ハイドロフォン３００の感度をより高めることができる。
【００５７】
さらに、前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子は、［０１１］結晶方向に分極し、かつ［１００］結晶方向を感知方向にする横方向モードの鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子、即ち、横向きカット型鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子であってもよい。このうち、前記鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子の構成部分は、亜鉛ニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸ジルコン酸鉛、インジウムニオブ酸鉛―マグネシウムニオブ酸鉛―チタン酸鉛またはその派生成分を含むことができる。
【００５８】
2019535164.tif 000003
【００５９】
2019535164.tif 000004
【００６０】
従って、本発明の実施例はバッキング材の設計を放棄し、該横向きカット型鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子を、両端が自由な半波長基本周波数モードで動作させることで、該横向きカット型鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子の圧電性能は不利な影響を受けず、製作されたハイドロフォン３００の感度は希望する値に達することができる。
【００６１】
もう一度図１０を参照すると、前記センサ３１０は四つの側面３１２と両端とを有し、前記両端はそれぞれ、相互に対向する第１の端部と第２の端部である。前記第１の端部と第２の端部は、それぞれ導線３１３を通じて外部負荷に結合する。前記四つの側面３１２は、比較的に厚い内部の第１の外殻３３０で包み込まれる。前記第１の外殻３３０は、例えばコルクマットのような、軟性の高抵抗材料で製造されている。これは、機器が高い感度を有するように、横向きカット型鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子の自由な振動を確保するためのものである。
【００６２】
前記第１の外殻の他に、前記ストリップ状エネルギー変換素子の四つの側面３１２はさらに、比較的に薄い第２の外殻３２０で包み込まれることができ、前記第１の外殻３３０はエネルギー変換素子の前記側面３１２と外部の前記第２の外殻３２０の間に位置する。
【００６３】
好ましくは、前記第２の外殻３３０は、テフロン（登録商標）テープ及びその被覆層から製造された多層構造のような軟性の高抵抗材料を採用する。これは、例えば以下で説明する円柱形チャンバで分かるように、ストリップ状エネルギー変換素子３１１と硬質殻の孔表面との間の摩擦で生じる摩擦騒音の解消に役立つ。
【００６４】
軟性高抵抗外殻３３０、３２０の包み込みにより、前記ハイドロフォン素子３１０が備えるストリップ状エネルギー変換素子は自由に振動できるだけでなく、前記ストリップ状エネルギー変換素子３１１と殻の孔表面の間の摩擦によって生じる摩擦騒音の解消にも役立つ。
【００６５】
さらに、ストリップ状エネルギー変換素子３１１は両端が自由で制約されない半波長振動モードであるため、その基本共振周波数は、硬質なバッキング材（即ち、四分の一の波長振動モードで動作）に接着したストリップ状エネルギー変換素子３１１の２倍であり、従って、ストリップ状エネルギー変換素子３１１を基に製作したハイドロフォン３００は、比較的に高い使用可能周波数上限を有し、動作帯域幅も大きい。
【００６６】
説明しなければならないのは、前記第１の外殻３３０と第２の外殻３２０はただ前記側面３１２を包み込み、前記両端は包み込まれておらず、即ち、第１の外殻３３０と第２の外殻３２０だけを設置した場合、前記両端は外部環境に接触する。
【００６７】
前記両端は、それぞれ音響透過密封構造が設置され、このうち、第１の端部には第１の音響透過密封構造３４１が設置され、第２の端部には第２の音響透過密封構造３４２が設置される。前記第１の音響透過密封構造３４１と第２の音声透過密封構造３４２はいずれも防水の音響透過材料で製造される。前記第１の外殻３３０と第２の３２０はいずれも音響抵抗材料で製造されたため、外部音響信号は、前記第１の音響透過密封構造３４１と第２の音響透過密封構造３４２を通じて前記センサ３１０の両端に伝達でき、前記センサ３１０は受信した音響信号を電気信号に変換させ、導線350を通じて外部負荷に伝達する。
【００６８】
図１１に示すように、本実施例において、前記センサ３１０は複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子３１１を備えてもよい。複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子３１１は、実施例で示すように、直列に電気的接続してもよい。
【００６９】
好ましくは、複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子３１１は並列に電気的接続してもよい。実際の応用状況に応じて、ストリップ状エネルギー変換素子の一部分を直列に接続し、それから直列接続した部分を並列に接続してもよい。また、複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子３１１を備えるセンサ３１０も四つの側面３１２と両端とを有することが分かる。複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子３１１を備えるセンサ３１０の四つの側面３１２も前記第１の外殻３３０と第２の外殻３２０により包み込まれ、複合ストリップ状エネルギー変換素子３１０は自由に振動でき、ストリップ状エネルギー変換素子３１１と殻の孔表面の間のすべての摩擦騒音を解消した。
【００７０】
第３の実施例：
本発明の実施例は複合ハイドロフォンをさらに提供し、前記複合ハイドロフォンは支持体及び設置方向が異なる少なくとも二つのセンサを備える。
【００７１】
各々の前記センサは少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子を有する。前記ストリップ状エネルギー変換素子は鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子である。前記センサは四つの側面と両端を有する。前記側面は軟性の高抵抗材料で製造された内部の外殻に包み込まれる。
【００７２】
好ましくは、各々の前記センサは複数の前記ストリップ状エネルギー変換素子を備えてもよい。本実施例において、製作した複合ハイドロフォンの全方向性を高めるため、複数のストリップ状エネルギー変換素子を接続して、二つの四角形センサを構成し、また二つの四角形センサがその末端方向に直交するように構成する。
【００７３】
好ましくは、本実施例において、前記複合ハイドロフォンは二つより多いセンサを備えてもよく、異なる電気設置において、それぞれが複数のエネルギー変換素子備え、それから異なる設置方法でセンサに接続し、機器の感度と電気学的特性の需要を満足させるとともに、複合ハイドロフォンの全方向性を高める。
【００７４】
前記ハイドロフォンの殻はは軸線方向が異なる少なくとも二つの柱状チャンバを備え、各々の柱状チャンバの中には軟性で高抵抗な第１の外殻及び第２の外殻に包み込まれた、一つのセンサが設置される。各々の柱状チャンバは横断面を貫通し、これにより該柱状チャンバ内のセンサの両端は外部環境に接触することができる。このうち、各々の柱状チャンバの形状や大きさは前記軟性で高抵抗な第１の外殻及び第２の外殻に包み込まれたセンサの形状や大きさにマッチする。
本実施例において、ハイドロフォンの殻は様々の構造であってもよい。例えば、殻は柱状構造であってもよい。
【００７５】
図１２に示すように、本発明の実施例が提供する複合ハイドロフォン４００の構造概略図であって、前記複合ハイドロフォン４００は殻４１０及び設置方向が異なる少なくとも二つのセンサ３１０を備える。このうち、前記殻４１０は柱状構造であり、前記柱状構造は円柱体または直方体であってもよく、本実施例はこれを限定しない。前記実施例において、前記殻４１０の中には軸線方向が異なる少なくとも二つの柱状チャンバ４１３が開設される。
【００７６】
好ましくは、前記ハイドロフォンの殻４１０が柱状構造である場合、前記殻４１０は第３の端部４１１及び、第３の端部４１１に対向する第４の端部４１２を有する。前記殻４１０の中の各柱状チャンバ４１３は第３の端部４１１と第４の端部４１２の間に希望する間隔で順次設置されてもよい。即ち、各前記センサ３１０は前記殻４１０の軸方向に沿って希望する間隔で分布する。説明しなければならないのは、前記殻４１０に設置された柱状チャンバ４１３の中のセンサ３１０は、軟性で高抵抗な第１の外殻及び第２の外殻に包み込まれたセンサ３１０である。
【００７７】
好ましくは、隣接する前記柱状チャンバ４１３の軸線の間は夾角を成し、前記夾角は実際の需要に基づいてフレキシブルに設置することができ、例えば、前記夾角は９０°または６０°であってもよい。通常の場合、該夾角は鋭角、鈍角または直角であってもよい。各々の柱状チャンバ４１３の中にセンサ３１０を一つずつ設置するため、隣接する二つの柱状チャンバ４１３の軸方向は夾角を成し、即ち、隣接する二つのセンサ３１０の間は夾角を成す。
【００７８】
一つの実施形態として、前記ハイドロフォンの殻４１０は三つの柱状チャンバ４１３を備え、二つの隣接する柱状チャンバ４１３の軸線は６０°の間隔で離隔して配置される。もう一つの実施形態として、前記複合ハイドロフォン４００は四つの柱状チャンバ４１３を備えることができ、二つの隣接する柱状チャンバ４１３の軸線は９０°の間隔で離隔して配置される。
また例えば、ハイドロフォンの殻は一つの環状構造及び該環状構造の外縁に設置された少なくとも二つの突出部を有することができる。
【００７９】
図１３に示すように、本発明の実施例が提供するもう一つの複合ハイドロフォン５００の構造概略図であって、前記複合ハイドロフォン５００は殻５１０及び設置方向が異なる少なくとも二つのセンサ３１０を備える。このうち、殻５１０は、環状構造５１１と突出部５１２とを有し、柱状構造は円柱体または直方体であってもよく、前記突出部５１２は前記環状構造５１１の外縁に等角間隔に設置されている。各々の前記突出部５１２内には少なくとも一つの前記柱状チャンバ５１３が含まれ、各々の前記柱状チャンバ５１３の中には軟性で高抵抗な第１の及び第２の外殻に包み込まれた、一つのセンサが配置される。
【００８０】
好ましくは、本実施例において、各々の突出部５１２の中の柱状チャンバ５１３の軸線は該突出部５１２の突出方向に垂直してもよい。
【００８１】
好ましくは、各々の前記突出部５１２内には少なくとも二つの前記柱状チャンバ５１３が含まれ、且つ同一突出部５１２内の各柱状チャンバ５１３の軸線は互いに平行する。詳しい設置方法は前述した図４〜９の関連説明を参照する。
【００８２】
好ましくは、ハイドロフォン５１０が図１３に示される構造である場合、図１４に示すように、同一突出部５１２の中に位置する各センサ３１０の第１の音響透過密封構造と第２の音響透過密封構造は該突出部５１２の両側の開放空間を充塞し、新しい音響透過密封ユニット５２０を形成する。前記両側とは環状構造５１１に沿った該突出部５１２の、円弧方向にある両側を指す。
【００８３】
以上をまとめると、本発明はハイドロフォン１００及びエネルギー変換方法、複合ハイドロフォン２００を提供する。外殻１２０の管状構造を通じて、外殻１２０は少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子１１０を外挿することができる。第１の音響透過密封シート１３０を外殻１２０の一端に挿し、かつ第２の音響透過密封シート１４０を外殻１２０のもう一端に外挿し、少なくとも一つのストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端をいずれも導線１５０を通じて外部負荷に結合することで、水中におけるエネルギー変換素子の密封を実現すると同時にエネルギー変換素子と外部負荷の結合も実現した。
【００８４】
第１の音響透過密封シート１３０と第２の音響透過密封シート１４０は、いずれも各々の前記ストリップ状エネルギー変換素子１１０を外部環境から隔離させ、水中の音響信号を各々のストリップ状エネルギー変換素子１１０に伝送する。各ストリップ状エネルギー変換素子１１０は、その一端が第１の音響透過密封シート１３０によって入力される音響信号を受信し、及び、もう一端が第２の音響透過密封シート１４０によって入力された音響信号を受信し、音響信号を電気信号に転換させて外部負荷に出力することができる。外部負荷は該電気信号に対応する圧力値を算出することで、水中で測定した圧力を精確に取得することができる。ハイドロフォン１００のストリップ状エネルギー変換素子１１０は外殻１２０に外挿し、また外殻１２０が管状構造であるため、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端は、外殻１２０によって密封されてない自由端である。ストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端が自由であるため、ストリップ状エネルギー変換素子１１０の両端はいずれも音響信号を受信することができる。ストリップ状エネルギー変換素子は自由な半波長振動モードにあるため、受信する周波数帯域を効果的に増幅させることができる。且つ採用した圧電部品１１０は一般的な圧電セラミックより高い横方向圧電係数と、水媒質により近い音響抵抗を持つという特徴を有し、小型または中型の大きさのハイドロフォン１００の受信感度を効果的に高めることができる。
【００８５】
以上の説明は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。当業者にとって本発明は種々の変更及び変化の余地がある。本発明の思想と原則の枠組みでなされた全ての修正、均等置換、改善等はいずれも本発明の保護範囲内に含まれる
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明が提供するハイドロフォン及びエネルギー変換方法、複合ハイドロフォンは、水中におけるエネルギー変換素子の密封を実現すると同時にエネルギー変換素子と外部負荷の結合も実現した。また、本発明が提供するハイドロフォンは鉛系リラクサー固溶体圧電単結晶素子をエネルギー変換素子にすることで、ハイドロフォンの感度を高めた。エネルギー変換素子の側面は、少なくとも軟性で高抵抗な材料の外殻に包み込まれて、エネルギー変換素子の両端は自由で如何なる機械制約も受けなく、エネルギー変換素子の圧電性能を高め、ハイドロフォンの感度を高めた。複数のハイドロフォンを設置し、複数のハイドロフォンの設置方向を改善することで、複合ハイドロフォンの全方向性を効果的に高めた。
【符号の説明】
【００８７】
１００（３００）−ハイドロフォン
１１０（３１１）−ストリップ状エネルギー変換素子
１２０−外殻
１２１−音響抵抗外殻
１２２−保護カバー
１３０−第１の音響透過密封シート
１４０−第２の音響透過密封シート
１５０（３１３）−導線
２００（４００、５００）−複合ハイドロフォン
２１０−本体
２２０−チャンバ
３１０−センサ
３１２−側面
３２０−第１の外殻
３３０−第２の外殻
３４１−第１の音響透過密封構造
３４２−第２の音響透過密封構造
４１０（５１０）−支持体
４１１−第３の端部
４１２−第２の端部
４１３（５１３）−柱状チャンバ
５１１−突出部
５２０−音響透過密封ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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