A broad-band underwater acoustic transducer that uses thickness vibration mode, derived from a disk type piezoelectric ceramic, has been proposed and designed for DVL (Doppler Velocity Log). Three different types of acoustic transducer were evaluated with respect to the transmitting voltage response, receiving voltage sensitivity and bandwidth of the transducer. The effect of the acoustic impedance matching layer and backing layer is discussed. The results demonstrated that three matching layer with lossy backing layer is the best configuration for underwater transducer. The trial underwater acoustic transducer with three matching layer has a frequency bandwidth of 55%, maximum transmitting voltage response of 200 dB and a maximum receiving voltage sensitivity of -187.3 dB.
Underwater acoustic transducers can be exposed to a underwater explosive shock caused by various types of underwater weapon. So, a robust anti-shock design is required for transducers to endure the underwater explosive shock. To check the anti-shock characteristics of a transducer, underwater explosive shock test is needed. The conditions of underwater explosive shock test are set up referring to various oversea explosive shock test specifications, and the explosive shock pressure values are calculated according to those conditions. Transient analyses art: carried out for two kinds of underwater acoustic transducer model to verify the anti-shock characteristics. The applied model has robust anti-shock characteristics enough to endure the explosive shock up to 2300 psi. In the future, the transducer design should be certified through the fields test, and modified if needed.
The Tonpilz transducer is one of the essential elements in active sonar application. The characteristics of transducer depend on the piezoelectric ceramics and mechanical elements such as head mass, tail mass, pre-stress rod and so on. One of the important characteristics is electric and mechanical stability of transducer for long term high power transmitting operation. This parer presents the results about long term endurance tests of the underwater acoustic transducer.
The Tonpiltz transducer is one of the essential elements in sonar application. The characteristics of transducer depend on the piezoelectric ceramics and mechanical elements such as head mass, tail mass, pre-stress rod and so on. One of the important characteristics is stable electric resistance for high power transmitting operation. This paper presents characteristics variation of the underwater acoustic transducer with material variation of electric decoupler.
Recently, many researches in relation to data transmission with faster speed and greater volume, many researches have been carried out on sonar systems for underwater communication. According to these researches, an acoustic transducer for underwater communication requires wide bandwidth properties. In domestic researches for underwater communication sonar, an operating frequency in the range of $20{\sim}40\;kHz$ is used. In this paper, we propose anon-resonance type acoustic transducer for underwater communication. The TVR (transmitting voltage response) characteristics increased linearly as the frequency increased, and the RVS (receiving voltage sensitivity) characteristics were constant as the frequency increased. Traditional techniques for wide bandwidth transducershave a limit and a transmission loss difference at lower and higher frequency operating ranges. In this paper, the new transducer proposed decreased the transmission loss under some conditions. It was optimized with the FE analysis tool (ATILA) and evaluated using the TVR and the RVS characteristics in the range of $10{\sim}90\;kHz$. The value of TVR was 138 dB at 20 kHz and 148 dB at 40 kHz, and the differences was 12 dB. The value of RVS was $195{\pm}2\;dB$ and nearly constant. From theseresults, it is certain that the developed transducers can be used for an underwater communication network in the 1.3 km range with both a 20 kHz bandwidth and 30 kHz center frequency.
Piezoelectric underwater acoustic transducer is a kind of device for underwater detection working as not only an actuator but also a sensor. The technique that can predict acoustical characteristics of transducer is important for robust design of transducer in harsh underwater environment. This paper represents the dynamic analysis of piezoelectric acoustic transducers based on finite element method through USAP software. Two dimensional model of Tonpilz transducer and three dimensional model of Flextensional transducer are generated for the dynamic analysis and some results obtained by USAP are compared with those by ANSYS.
수중용 전기 음향 변환기용 외부 회로를 구성할 때, 파워 앰프의 내부저항이 매우 작은 경우 정합 회로를 구성하기 보다는 부하측의 역률을 개선하는 것을 선호 한다. 기존 연구의 결과를 살펴보면 광대역에서 최대 파워를 전달하게 하는 정합회로를 구하는 방법을 많이 연구되어 왔으나, 두 개의 공진점을 갖는 수중용 광대역 전기 음향 변화기에 적용할 만한 광대역 역률 개선 튜닝 회로를 구성하는 방법은 논문화된 결과는 드물다. 본 논문에서는 기존의 정합회로 설계에서 사용하는 체비세프 설계법을 기본으로 하여, 좀 더 낫은 결과를 가질 수 있도록 하는 복합 최적화 과정을 바탕으로 역률 개선 회로를 설계하고 이를 실험을 통하여 역율 개선을 확인한다.
Underwater acoustic transducers are widely used for SONAR application, whose important design parameters are shapes. materials, dimensions and supporting structures. Practical design method of transducers consists of manufacturing, experiments and modifications so that it requires much time and expenses. In this study, an analytical method was developed for the Tonpilz type transducers using the commercial finite element analysis code ATILA which can solve the electro-mechanical coupling problems. A finite element model was established including the transducer elements such as ceramic stack, head mass, tail mass, tensile bolt, and molding layers. The proposed model was verified and modified by comparing the in-air and in-water test results of prototypes. The developed analysis method will be effectively used for the sensitivity analysis of design parameters in transducer design process.
Underwater acoustic transducers are widely used for SONAR application, whose important design parameters are shapes, materials, dimensions and supporting structures. Practical design method of transducers consists of manufacturing, experiments and modifications so that It requires much time and expenses. In this study, an analytical method was developed for the Tonpilz type transducers using the commercial finite element analysis code ATILA which can solve the electro-mechanical coupling Problems. A finite element model was established including the transducer elements such as ceramic stack, head mass, tall mass, tensile bolt, and molding layers. The proposed model was verified and modified by comparing the in-air and in-water test results of prototypes. The developed analysis method will be effectively used for the sensitivity analysis of design parameters in transducer design process.
한국전기전자재료학회 2000년도 춘계학술대회 논문집 전자세라믹스 센서 및 박막재료 반도체재료 일렉트렛트 및 응용기술
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pp.168-171
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2000
Underwater acoustic communications have made considerable advances in the past decade. The purpose of this paper is to achieve the underwater communication by ultrasonic sensors and to investigate conditions of good underwater acoustic communicators. As a result of this experiments, the ultrasonic sensors, MA40E7R/S, made by Nicera can be used as ultrasonic transducers for underwater communication using AM(Amplitude Modulation) signal and Transmission Loss is 17.328[dB] at 65[cm]. To make a good underwater communicator, proper diameter of disk PZT transduers is the one of most important factors, because radiation of acoustic wave depends on proper diameter of transduers and the transmission loss strongly depends on the spreading loss.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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