<Desc/Clms Page number 1>
Piezoelektrischer Wandler
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
Es ist bekannt, dass ein Körper aus keramischem piezoelektrischem Material sich als ein reiner Biegeschwinger verhält, wenn er in einer Richtung senkrecht zu den Hauptflächen vorpolarisiert ist, und dass er auf reine Torsion anspricht, wenn er in der Längsrichtung vorpolarisiert ist. Auch hier gilt, dass für besondere Verwendung, unter anderem für Stereophoniezwecke, der Winkel, unter dem die Platte vorpolairisiert werden muss, damit sie in gleichem Masse auf Biegung und Torsion anspricht, etwa die Hälfte des Winkels sein muss, den die erwähnten Polarisationsrichtungen einschliessen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der beiliegenden Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 stellt die Orientierung der Anisotropieachsen in einem kristallinschen Material dar. In den Fig. 2 und 3 sind Torsionsparallelschwinger und in den Fig. 4 und 5 Biegungsparallel-bzw. Reihenschwinger zur Erläuterung der Arbeitsweise derartig aufgebauter'Wandler dargestellt, wobei auch die durch angreifende Kräfte entstehenden Ladungsverteilungen angedeutet sind. DieFig. 6 bis 12 stellen einen Wandler gemäss der Erfindung aus kristallinem Material in Form eines"sandwich"dar, der aus zwei Platten besteht, von denen jede durch geeignete Wahl des Winkels et sowohl auf Biegung als auch auf Torsion anspricht, so dass sich der Wandler für das 45-45 -System eignet.
In den Fig. 13 und 14 sind Torsionsparallelschwinger aus keramischem Material und in den Fig. 15 und 16 Biegeparallel-bzw.
Reihenschwinger aus keramischem Material, zur Erläuterung der Arbeitsweise derartig aufgebauter Wandler dargestellt, wobei auch die durch angreifende Kräfte entstehenden Ladungsverteilungen angedeutet sind. Fig. 17 stellt einen Wandler gemäss der Erfindung, der aus keramischem Material hergestellt ist, in Form eines"sandwich"dar, das aus zwei Platten besteht, von denen jede nicht nur auf Biegung, sondern auch auf Torsion anspricht, so dass der Wandler für das 45-450-System geeignet ist. Fig. 18 zeigt einen hohlen plattenförmigen Wandler vom 45-450-Typ, der jedoch auch aus kristallinem Material hergestellt sein kann.
Die Erfindung wird zunächst an Hand von Wandlerkörpern erläutert, die aus piezoelektrischen Kristal- len herausgeschnitten sind. In Fig. 1 ist angegeben, wie die Anisotropieachsen, d. h. die elektrische Achse X. die mechanische Achse Y und die optische Achse Z in bezug aufeinander orientiert sind. Werden aus solchen Kristallen zwei Platten von der mit 1 bezeichneten Form herausgeschnitten, deren Hauptflächen sich senkrecht zur X-Achse erstrecken und deren Seitenflächen parallel 7urY-und Z-Achse verlaufen (der Winkel a, unter dem diese Schnitte erfolgen, ist in diesen Fällen 0, u. zw. entweder in bezug auf die Y-Achse oder in bezug auf die Z-Achse). und werden diese Platten zu einem sogenannten"sandwich"zusammengesetzt, so spricht ein solcher Körper nur auf Torsion an.
Es ist gleichgültig, ob die Plat- ten in gleichem Sinne, wobei eine Drehung von entweder 900 oder 1800 um die X-Achse erlaubt ist, oder in entgegengesetztem Sinne, d. h. wobei eine der Platten um die Y-oder Z-Achse gedrehtist, aufeinan- der befestigt werden. In beiden Fällen, welche zur Illustration der Arbeitsweise derartig aufgebauter Wand- ler in Fig. 2 und 3 dargestellt sind, wobei der Blick auf die Stirnfläche des Quaders ddcc gerichtet ist, wird infolge einer im Punkt 3 wirksamen waagrecht gerichteten Kraft H der Wandlerkörper tordiert. Dies führt in den Platten 1 und 2 entgegengesetzt gerichtete Scherspannungen herbei, die auf Grund des piezoelektischen Effektes im Material elektrische Ladungsverschiebungen erzeugen, deren Felder in den beiden Platten entgegengesetzt gerichtet sind, wie schematisch in den Figuren angegeben ist.
Ein derartiges Element wird häufig als Parallelelement bezeichnet, weil die Felder in bezug aufeinander parallel gerichtet sind.
In Fig. 2 wird die durch die Deformation im Element erzeugte Spannung an den Elektroden 4 und 5 abgenommen, wobei die Platten die Elektrode 6 gemeinsam haben. In Fig. 3, in der die Platte 2 in der Weise gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 umgedreht ist, dass sie die Platte 1 nun mit der andernHauptfläche berührt, wird die Spannung an den Elektroden 4 und 7 abgenommen, während die Elektrode 8 gemeinsam ist.
Wenn man zwei Platten aus der Y-Z-Ebene herausschneidet, deren Seiten- bzw. Stirnflächen einen Winkel von 45 mit der Y-oder Z-Achse bilden, wobei somit ex = 450, wie z. B. in Fig. 1 durch q angegeben ist, und diese zu einem sogenannten"sandwich"zusammensetzt, ergibt sich ein Element, das nur auf Biegespannungen anspricht. Je nach der Art, in der die Platten aufeinandergelegt werden, erhält man verschiedene Ergebnisse. Werden sie in gleichem Sinne aufeinandergelegt, so ergibt sich ein Biegeschwin-
EMI3.1
beitsweise derartiger Wandler dient, ist die elektrische Ladungsverschiebung infolge einer durch eine im Punkt 3 angreifende senkrechtgerichtete Kraft V herbeigeführten Biegespannung schematisch angegeben, wobei die obere Platte 9 gestaucht und die untere Platte 10 gedehnt wird.
Wird jetzt die Platte 10 um 180 um die Y-oder Z-Achse gedreht, so ergibt sich ein Biegeschwinger, der gleichzeitig ein Reihenelement ist (Fig. 5). In Fig. 4 wird die infolge der Deformation im Element erzeugte Spannung an den Elek-
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
<Desc/Clms Page number 5>
im Punkt 3 angreifenden waagrechten Kraft H auftreten). Nur wenn die untere Platte um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse gedreht wird, ergibt sich bei gleicher Vorpolarisation ein Torsionsschwinger, der zugleich ein Reihenelement ist. Dieser Fall ist jedoch nicht dargestellt.
Die Spannung wird in Fig. 13 an den Elektroden 57 und 58 abgenommen oder an sie angelegt, wobei die Innenelektrode 54 gemeinsam ist, während in Fig. 14 die Spannung an den Aussenelektroden 57 und 59 abgenommen bzw. an sie angelegt wird, wobei die Innenelektrode 60 gemeinsam ist.
Die Fig. 15 und 16, die eine Ähnlichkeit mit den Fig. 4 und 5 zeigen, stellen einen Wandlerkörper vom Biegetyp dar. Der Körper besteht aus zwei Platten 64 und 65, die in einer zu den Hauptflächen senkrechten Richtung vorpolarisiert sind, was durch P, den Vektor der remanenten Polarisation, angegeben ist.
Die Orientierung der beiden Platten 64 und 65 in Fig. 15 ist derartig, dass sich ein Biegeschwinger ergibt, der gleichzeitig ein Parallelelement ist, : während in Fig. 16 die Orientierung derartig ist, dass der Biege- schwinger ein Reihenelement ist (man vergleiche die schematisch angegebenen Ladungsverschiebungen, die infolge einer im Punkt 3 angreifenden senkrechten Kraft V auftreten) Die Spannung wird in Fig. 15 an den Aussenelektroden 62 und 63 abgenommen bzw. an sie angelegt, wobei die Innenelektrode 61 gemeinsam ist ; in Fig. 16 wird die Spannung an den Aussenelektroden 62 und 66 abgenommen bzw. an sie angelegt, während die Innenelektrode 67 gemeinsam ist.
EMI5.1
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.