CH285832A - Transmitting or receiving device for mechanical waves, in particular ultrasonic waves, coupled to a solid body. - Google Patents

Transmitting or receiving device for mechanical waves, in particular ultrasonic waves, coupled to a solid body.

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CH285832A
CH285832A CH285832DA CH285832A CH 285832 A CH285832 A CH 285832A CH 285832D A CH285832D A CH 285832DA CH 285832 A CH285832 A CH 285832A
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CH
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coupling
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German (de)
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Ag Usag Ultraschall
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Ag Usag Ultraschall
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/067Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer

Description

  

  An einen festen Körper angekoppelte Sende- oder Empfangseinrichtung  für mechanische Wellen, insbesondere Ultraschallwellen.    Es bereitet in der Praxis grosse Schwierig  keiten, mechanische Wellen, insbesondere  Ultraschallwellen, in einen festen Körper ein  zuleiten oder von ihm abzunehmen. Eine     re-          produzierbare    Schall- oder     Ultraschallübertra-          gung    gelingt eigentlich nur mit Hilfe einer  Flüssigkeit, die wiederum den Nachteil mit.  sich     bringt,    dass der Körper, in den die Schall  wellen eingestrahlt oder aus dem die Schall  wellen abgeleitet werden sollen, sowie die  Sende- oder Empfangseinrichtung selbst, in  die Flüssigkeit eingetaucht werden müssen.

    Ebenfalls ist bekannt, einen Schallübergang  dadurch zu erzielen, dass die Sende- oder Emp  fangseinrichtung bzw. der Körper stark ein  gefettet und die Einrichtungen an ihn ange  drückt werden. Dieses Vorgehen ergibt. recht       unreproduzierbare    Übertragungswerte infolge  verschieden dicker Fettschichten, Luftein  schlüssen in diesen u. a. m.  



  Die Erfindung gestattet, diese Schwierig  keiten zu beseitigen. Sie betrifft eine an einem  festen Körper angekoppelte Empfangs- oder  Sendeeinrichtung für mechanische     Wellen,     welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie  einen zum Abstrahlen oder     Einstrahlen    der  Wellen dienenden, plattenförmigen Schwing  körper aufweist, der elektrische Wellen in die  mechanischen Wellen umsetzt oder     umgekehrt,     und der durch einen distanzhaltenden Ring  parallel zur     gegenüberliegenden    Fläche des  festen Körpers gehalten wird, wobei die da  durch gebildete Kammer mit einer Koppel-         substanz    gefüllt ist und Mittel vorgesehen  sind,

   um diese Koppelsubstanz nach dem An  legen der Einrichtung an den Körper in die  Kammer einzubringen.  



  Es hat sich als günstig erwiesen, die Dicke  der     Koppelkammer,    also die Dicke der über  tragenden Flüssigkeitsschicht gleich einem  ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlänge  in der     Übertragungsflüssigkeit    zu wählen, da  sich an der Fläche des festen Körpers ein Be  wegungsknoten, am plattenförmigen Schwing  körper hingegen ein Bewegungsbauch ausbil  den wird     -und    auf diese Weise ein optimales  Übertragungsmass erzielt wird.  



  Wird die Koppelsubstanz in die Koppel  kammer eingesaugt, so ist es empfehlenswert,  die Saugluft über eine feine und regulierbare  Düse zu leiten. Liegt nämlich die Koppelkam  mer nicht dicht am Körper an und ist diese       Undiehtigkeit    grösser als die zuvor eingestellte  lichte Weite der genannten Düse, so wird die  Koppelsubstanz in die Koppelkammer nicht  eingesaugt, und es tritt eine automatische  Sperrung der Apparatur ein. Das Mass der  noch zugelassenen     Undichtigkeit    kann an der  regulierbaren. Düse zuvor eingestellt werden.  



  Oft ist es nicht zweckdienlich, mit einer  leichtflüssigen Flüssigkeit zu arbeiten, son  dern es kann sich als vorteilhaft erweisen,  hochviskose Substanzen, z. B.     gelartige    Sub  stanzen, Fette und Substanzen ähnlicher Vis  kosität zu wählen. Diese sind oft sehr lufthal  tig bzw. reichern sich stark mit Luft an, be-      sonders wenn die Sende- und Empfangsein  richtungen häufig an den Körper angesetzt  bzw. wieder von ihm abgezogen werden.

   Die  Einrichtung arbeitet daher vorzugsweise so,  dass mit jedem Anlege- und     Abhebevorgang     der Einrichtung ein gleichzeitiger Strömungs  vorgang der Koppelsubstanz parallel zur Kör  perfläche verbunden ist, derart, dass zum Bei  spiel beim Ansetzen die stark     lufthaltige     Schicht der Koppelsubstanz am plattenförmi  gen Schwingkörper entlang gedrückt oder ge  sogen wird, so dass sie in einen unschädlichen  Raum neben dem Schwingkörper gelangt und  luftfreie Koppelsubstanz zur Übertragung  dient. Beim Abheben der Koppelkammer ver  läuft der Vorgang rückläufig, und die ohne  hin     lifthaltige    Koppelsubstanz gelangt wie  der nach vorn.  



  Wird Quecksilber als Koppelsubstanz ver  wandt., so zeigen die Versuche, dass     Quecksilber          grösse    Ultraschallintensitäten nicht zu über  tragen vermag, weil die Adhäsion am     platten-          förmigen    Schwingkörper nicht ausreicht, die       Zugamplituden    zu übertragen. Diesem Übel  stande wird dadurch abgeholfen, dass der     plat-          tenförmige    Schwingkörper mit einem dünnen       Überzug    eines Lackes, z.

   B. das     Markenpro-          dukt         Cohesan ,    versehen ist, der eine Adhä  sion des Quecksilbers an dieser Platte bewirkt.  



  Ist es in einigen Fällen empfehlenswert,  mit einer leichtflüssigen Koppelsubstanz     zii     arbeiten und trotzdem das Ausfliessen von  Flüssigkeitsmengen nach     Möglichkeit    zu ver  meiden, so kann in der Weise vorgegangen  werden,     da.ss    die Kammer eine Substanz ent  hält, welche die flüssige Koppelsubstanz auf  saugt und in Verbindung mit derselben den  Schall gut. leitet. Als eine solche Substanz  kommen alle gut saugfähigen     Materialien    in  Frage, deren Wellenwiderstand möglichst     ähn-          lieh    demjenigen der umgebenden Koppelsub  stanz sein soll, wie Watte, schwammartige Ge  latine (z. B. das sog.      Spongostan )    u. a. m.  



  In den meisten Fällen ist es ratsam, die  Dicke der Koppelkammer möglichst gering zu  halten, allein schon aus dem Grunde, um auch  bei höheren Frequenzen ein möglichst geringes  ungerades Vielfaches der Viertelwellenlänge    in der     Koppelsubstanz    zu erzielen.

   Da jedoch  der     plattenförmige    Schwingkörper, insbeson  dere der     piezoelelztrische    Quarz, eine     frontsei-          tige    Elektrode und Halterung benötigt, die  nicht beliebig dünn gemacht werden kann,  wird vorgeschlagen, den plattenförmigen  Schwingkörper so zu bauen, dass er einen  schräg abgeschliffenen Rand hat, so dass er in  Art einer Facette in seiner     1-lalterung    einge  setzt werden und dem Körper praktisch belie  big genähert werden kann.  



  Die genannte     Sclimrierigkeit    lässt sich auch       dadurch    beseitigen, dass als plattenförmiger       Sehwingkörper    nicht. der     piezoelektrische     Quarz selbst dient, sondern     da.ss    der Schwing  körper aus einer-     Metallplatte    und einer dar  auf     aufgekitteten    Quarzplatte besteht., wobei  die Dicke der Metallplatte zumindest ange  nähert gleich einem     ganzzahligen    Vielfachen  der halben Wellenlänge der Schwingungen in  dem betreffenden Metall beträgt.

   Ausser dem  oben genannten Vorteil bietet diese Konstruk  tion den     Vorteil    einer guten Wärmeableitung,  einer     robusten    Verbindung des plattenförmi  gen     Sehwingkörpers    mit seiner Halterung und  den Vorteil, dass die verhältnismässig empfind  liche Quarzplatte vor äussern Beschädigungen  bewahrt bleibt.  



  Besteht der plattenförmige Schwingkörper  nur aus dem     piezoelektrischen        Quarz    selbst, so  muss nach Möglichkeit eine Erregung dieser  Quarzplatte in     ungedämpftem    Zustande, das  heisst bei leerer Koppelkammer, vermieden  werden, da in diesem Falle bei entsprechend  hoher Betriebsspannung der Quarz infolge zu  grosser     Amplituden    zerspringen würde. Es  sind daher vorzugsweise in der Einrichtung  Mittel vorgesehen, um erst nach vollzogener  Füllung der Kammer mit Koppelsubstanz die  zum Senden oder Empfangen     notwendigei:     elektrischen     Verbindungen    herzustellen. Diese  Mittel können in beliebiger Weise ausgeführt  sein, z.

   B. in Form eines Schwimmerkontak  tes, in Form einer     Aneroid-Dose,    die beim An  saugen der     Koppelsubstanz    und dem hierdurch  entstehenden Unterdruck einen Kontakt  schliesst, ferner zum Beispiel durch direkte      Kontaktgabe bei Verwendung von Quecksilber  als Koppelsubstanz u. a. m.  



  Die Abbildungen zeigen Ausführungsbei  spiele der Erfindung, und zwar:  Bild 1 eine Sende- oder Empfangseinrich  tung, insbesondere für dünnflüssige Koppel  substanzen, mit     piezoelektrischem    Quarz, der  einen schräg abgeschliffenen Rand aufweist,  Bild 2 eine Sende- oder Empfangseinrich  tung für viskose Koppelsubstanzen (Fette,  Gele usw.),  Bild 2a und     2b    Schnitte hierzu,  Bild 3 eine weitere Sende- oder Empfangs  einrichtung für viskose Koppelsubstanzen.  In Bild 1 erkennen wir den     plattenförmi-          gen    Schwingkörper Q, der in diesem Falle vom  Quarz selbst. gebildet wird, welcher einen  schräg geschliffenen Rand R aufweist.

   Die  frontseitig aufgedampfte     Elektrodenmetalli-          sierung    überdeckt auch den Rand R des Quar  zes und ergibt. auf diese Weise elektrischen  Kontakt mit der     Fassung.    Auf diese Art wird  eine möglichst geringe Dicke der Koppelkam  mer K erzielt, die von der Quarzplatte Q und  dem nicht dargestellten Körper gebildet wird,  an dem die Einrichtung mittels des eingelas  senen Gummidichtungsringes D anliegt. Die       rückwärtige    Stromzuführung     zum        plattenför-          migen    Schwingkörper erfolgt über die Elek  trode E, welche über ein Metallzwischenstück  mit Hilfe des Isolators J an den Quarz ange  drückt wird.

   Die Füllung der Koppelkammer  K mit Koppelsubstanz erfolgt über den Rohr  stutzen     Sil,    während die Luft über     St2    ent  weichen kann. Wird die Koppelsubstanz über  den Rohrstutzen     St2    eingesaugt, statt von un  ten eingedrückt, so empfiehlt es sich, die re  gulierbare Düse     Dü   <I>so</I> einzuregulieren, dass  bei gröberen     Undichtigkeiten    in der Anlage  des Dichtungsringes D die Düse     Dü    den An  saugvorgang derart drosselt., dass kein Flüssig  keitsanstieg in der Koppelkammer K erfolgt  und sich auf diese Weise die Apparatur von  selbst ausser Betrieb setzt.  



  Will man ein Ausfliessen grösserer Mengen  von Koppelflüssigkeit bei eventuell spontan  auftretenden     Undichtigkeiten    vermeiden oder  nur möglichst wenig Koppelflüssigkeit för-         dern,    so kann die Koppelkammer K mit einem  locker ausgefüllten, saugfähigen Material (wie  Watte,     schwammartige    Gelatine, z. B. das sog.        Spongostan ),        dessen    Wellenwiderstand mög  lichst ähnlich dem der benutzten Koppelflüs  sigkeit sein soll, gefüllt sein. In diesem Falle  brauchen nur die Flüssigkeitsmengen geför  dert zu werden bzw. können beim plötzlichen  Abheben der Kammer nur die Flüssigkeits  mengen auslaufen, die die Saugfähigkeit des  genannten Materials überschreiten.  



  . Bild 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der  Sende- oder     Empfangseinrichtung    für Kop  pelsubstanzen höherer Viskosität (Fette,     gel-          artige    Substanzen u. a. in.). Diese<B>'</B> edien wer  den durch die Öffnung Ö in den Raum     R?,    ein  gefüllt. Setzt man die gesamte Einrichtung an  den Körper und drückt auf die Umhüllung H,  so tritt die Koppelsubstanz über das Kolben  rohr     KR    durch das Strömungsrohr<I>Str</I> in den  halbkreisförmigen Kolbenschieber S (siehe  auch Bild     2a    und 2b), von hier aus in den  Raum     R1,    durch die Koppelkammer K am  Quarz Q vorbei in den Raum R2.

   Beim An  druck schiebt sich gleichzeitig der halbkreis  förmige     Schieberkolben        S    nach vorn und för  dert diesen Vorgang, wobei sieh die Feder     Fd     spannt, die hinter einer Gummimembrane     1I     angeordnet ist. Entlastet man bei der Ab  nahme der Einrichtung den Andruck auf die  Hülle     II,    so treibt die Feder     Fd    das Kolben  rohr ER in der Führung F zurück, der Schie  ber     S    tritt nach hinten und pumpt bzw. saugt  die Koppelsubstanz aus dem Raum R2, die  Kammer K durchströmend, in den Raum     R1     zurück.

   Bei allen folgenden Koppelvorgängen  wird stets nur die Koppelsubstanz durch den  Schieber S aus dem Raum     R1,    die Kammer K  durchströmend, in den Raum     R2    gedrückt. Die  beim Ansetzen     lind    Abheben der Einrichtung  in der Kammer K entstehenden Luftein  schlüsse werden auf diese Weise in den un  schädlichen Raum R2 befördert, während die  Schallübertragung durch luftfreie Koppelsub  stanz erfolgt, die sich zuvor im Raum     R1    be  funden hat, während infolge des rückläufigen  Vorganges beim Abheben der Einrichtung  vom Körper wie zuvor die lufthaltige Koppel-      Substanz aus     .R2    wieder in die Kammer     K    ein  geströmt ist und beliebig neue Luft aufnehmen  darf.

   Die im Raum     B3    befindliche Koppelsub  stanz dient bei allen folgenden Vorgängen nur  als Reserve, indem selbsttätig aus diesem  Raum durch langsames     Nachsinken    des Kol  bens     Ko    in der Hülle H so viel Koppelsubstanz  nachgeliefert wird, wie durch ein Anhaften  der Koppelsubstanz am Körper bei jedem  Koppelvorgang verlorengeht. Auch hier, wie  in Bild 1,     wird    der Quarz     Q    durch eine Elek  trode E angedrückt, welche über eine Metall  kugel Kg, über einen Isolator J zentriert ge  halten wird. Das gesamte innere Kernstück  wird über zwei Wände W, die gleichzeitig die  seitliche Raumbegrenzung des Schiebers S bil  den (siehe auch Bild     2a),    gehalten.

   Durch eine  dieser Wände erfolgt über ein Kabel auch die  Stromzuführung zur Kugel<I>Kg</I> (Bild     2a).     



  Bild 3 zeigt eine ähnliche, jedoch verein  fachte Ausführungsform, bei der die Hülse H,  durch die Kolbenmanschette     Ko    abgedichtet,  über den     Aluminiumkörper        AZ    gleitet, durch  dessen Bohrung     R,    die Koppelsubstanz, die  Kammer K durchströmend, in den Raum R2       gelangt    und dort den Kolben     Eb    zurück  schiebt, wobei sich die Feder     Fd    spannt. Das       Kernstiick    A ist wiederum in gleicher Weise  durch die Wandungen W gehaltert, die in die  ser Anordnung den Zweck haben, die Strö  mung am toten Rande zu vermindern und alle  Koppelsubstanz wirklich am Quarz selbst vor  beizuführen.

   Bei Entlastung entspannt sich  die Feder     Fd    gegen den Stift     St2.    Im Innern  der Feder     Fd    befindet sich ein Stift     St1,    der  auf einem Isolator J angeordnet ist. Der Stift  <I>St,</I> ist über ein nicht gezeichnetes Zufüh  rungskabel elektrisch mit der Sende- oder  Empfangsapparatur verbunden. Bei vollzoge  ner Füllung findet ein Kontakt zwischen dem  mit dem Gehäuse verbundenen Kolben     Kb     statt, was     zur    Folge hat, dass die zum Senden  oder Empfangen notwendigen elektrischen  Verbindungen zum Beispiel mittels Relais her  gestellt werden.

   Sollen also nach dem Ultra  schall-Impulsverfahren oder andern Verfah  ren zahlreiche Stellen geprüft oder abgetastet  werden, so braucht lediglich die beschriebene    Vorrichtung an den gewünschten Ort aufge  drückt und wieder abgezogen zu werden, um  an jedem Ort eine schnelle und     reproduzier-          bare    Schallübertragung     zu    erzielen, wobei  gleichzeitig nach Herstellung derselben die zu  gehörigen elektrischen Apparaturen automa  tisch ein-     bzw.    ausgeschaltet werden.  



  Die Einrichtung gemäss Bild 3     ist    zwar bil  liger in der Herstellung, erfordert jedoch ein  recht dichtes Ansetzen der Einrichtung an den  Körper, da die Füllung der Koppelkammer K  und der     Durchströmvorgang    der Koppelsub  stanz unter     Überdruek    erfolgt, im     Gegensatz     zur Einrichtung gemäss Bild ?, bei der prak  tisch kein Überdruck entsteht, da der Kolben  schieber S bei seiner Bewegung nach vorn  zwar über den Raum     R,    drückt, jedoch in glei  cher Weise über den Raum R2 saugt, so dass  ein reiner     Umwälzvorgang    praktisch ohne  Druckanstieg erfolgt.  



  Die beschriebenen Einrichtungen eignen  sich ebenfalls zur Abnahme von Hörschall als  sogenannte      Körperschalltaster ,    wie sie zur  Auffindung von Klopf- und     Störgeräuschen     zur Verminderung von     Motorenlärm    benutzt  werden. Auch hier ist eine sichere und     repro-          duzierbare        akustisehe    Koppelung auch an roh  gegossenen Maschinenteilen     ei-%vünscht.    An die  Stelle des Quarzes bzw. der zentral gelagerten  Anordnung A würde in diesem Falle ein ent  sprechendes Mikrophon treten.



  Transmitting or receiving device for mechanical waves, in particular ultrasonic waves, coupled to a solid body. In practice, it creates great difficulties in introducing mechanical waves, in particular ultrasonic waves, into a solid body or removing them from it. A reproducible sound or ultrasound transmission is actually only possible with the help of a liquid, which in turn has the disadvantage. brings it about that the body into which the sound waves are radiated or from which the sound waves are to be derived, as well as the transmitting or receiving device itself, must be immersed in the liquid.

    It is also known to achieve a sound transition in that the transmitting or receiving device or the body is heavily greased and the devices are pressed against it. This procedure results. quite unreproducible transmission values due to different thicknesses of fat layers, air inclusions in these u. a. m.



  The invention allows these difficulties to be eliminated. It relates to a receiving or transmitting device for mechanical waves coupled to a solid body, which is characterized in that it has a plate-shaped oscillating body which is used to radiate or radiate in the waves and which converts electrical waves into mechanical waves or vice versa, and the is held parallel to the opposite surface of the solid body by a spacing ring, the chamber formed there being filled with a coupling substance and means being provided,

   in order to introduce this coupling substance into the chamber after the device has been placed on the body.



  It has proven to be beneficial to choose the thickness of the coupling chamber, i.e. the thickness of the transferring liquid layer, equal to an odd multiple of the quarter wavelength in the transfer liquid, since there is a movement node on the surface of the solid body, whereas there is a movement abdomen on the plate-shaped oscillating body educate the - and in this way an optimal transfer rate is achieved.



  If the coupling substance is sucked into the coupling chamber, it is advisable to direct the suction air through a fine and adjustable nozzle. If the coupling chamber is not close to the body and this leakage is greater than the previously set inside width of the nozzle mentioned, the coupling substance is not sucked into the coupling chamber and the apparatus is automatically blocked. The degree of leakage that is still permitted can be determined from the adjustable. Adjusted beforehand.



  Often it is not appropriate to work with a liquid liquid, son countries it can prove to be advantageous to use highly viscous substances such. B. gel-like substances, fats and substances of similar viscosity to choose. These often contain a lot of air or are heavily enriched with air, especially when the sending and receiving devices are often attached to the body or removed from it again.

   The device therefore preferably works in such a way that a simultaneous flow process of the coupling substance parallel to the body is connected with each application and removal process of the device, such that, for example, when attaching the highly aerated layer of the coupling substance is pressed or pushed along the plate-shaped oscillating body so that it gets into a harmless space next to the vibrating body and air-free coupling substance is used for transmission. When the coupling chamber is lifted off, the process goes backwards and the coupling substance, which does not contain any moisture, moves forward again.



  If mercury is used as a coupling substance, the tests show that mercury is unable to transmit high ultrasound intensities because the adhesion to the plate-shaped oscillating body is not sufficient to transmit the tensile amplitudes. This inconvenience is remedied in that the plate-shaped oscillating body is covered with a thin coating of varnish, e.g.

   B. the branded product Cohesan is provided, which causes the mercury to adhere to this plate.



  If in some cases it is advisable to work with a slightly liquid coupling substance and nevertheless to avoid the outflow of quantities of liquid as far as possible, the procedure can be that the chamber contains a substance which absorbs the liquid coupling substance and in connection with it the sound is good. directs. As such a substance, all highly absorbent materials come into question, the wave resistance of which should be as similar as possible to that of the surrounding Koppelsub, such as cotton wool, sponge-like gelatin (z. B. the so-called. Spongostan) and. a. m.



  In most cases it is advisable to keep the thickness of the coupling chamber as small as possible, if only for the reason that, even at higher frequencies, the lowest possible odd multiple of the quarter wavelength in the coupling substance is achieved.

   However, since the plate-shaped oscillating body, in particular the piezoelectric quartz, requires a front-side electrode and holder which cannot be made as thin as desired, it is proposed to build the plate-shaped oscillating body so that it has a beveled edge so that it can be used as a facet in its aging process and can be approached to the body in practically any way.



  The aforementioned limpness can also be eliminated by not using as a plate-shaped oscillating body. the piezoelectric quartz itself serves, but da.ss the oscillating body consists of a metal plate and a quartz plate cemented onto it. The thickness of the metal plate is at least approximately equal to an integral multiple of half the wavelength of the vibrations in the metal in question.

   In addition to the above-mentioned advantage, this construction offers the advantage of good heat dissipation, a robust connection of the plattenförmi gene oscillating body with its holder and the advantage that the relatively sensitive quartz plate is protected from external damage.



  If the plate-shaped oscillating body consists only of the piezoelectric quartz itself, excitation of this quartz plate in the undamped state, i.e. when the coupling chamber is empty, must be avoided if possible, since in this case the quartz would burst due to amplitudes that are too high if the operating voltage is correspondingly high. Means are therefore preferably provided in the device in order to establish the electrical connections necessary for sending or receiving only after the chamber has been filled with coupling substance. These means can be implemented in any way, e.g.

   B. in the form of a Schwimmerkontak tes, in the form of an aneroid box, which closes a contact when sucking on the coupling substance and the resulting negative pressure, also, for example, by direct contact when using mercury as a coupling substance u. a. m.



  The figures show exemplary embodiments of the invention, namely: Figure 1 a transmitting or receiving device, in particular for thin coupling substances, with piezoelectric quartz, which has a beveled edge, Figure 2 a transmitting or receiving device for viscous coupling substances (fats , Gels, etc.), Figure 2a and 2b are sections of this, Figure 3 shows another transmitting or receiving device for viscous coupling substances. In Figure 1 we can see the plate-shaped oscillating body Q, which in this case is formed by the quartz itself, which has a beveled edge R.

   The electrode metallization vapor-deposited on the front also covers the edge R of the quartz and results. in this way electrical contact with the socket. In this way, the smallest possible thickness of the Koppelkam mer K is achieved, which is formed by the quartz plate Q and the body, not shown, on which the device by means of the rubber sealing ring D is applied. The rear power supply to the plate-shaped oscillating body is via the electrode E, which is pressed against the quartz via a metal adapter with the aid of the insulator J.

   The coupling chamber K is filled with coupling substance via the pipe socket Sil, while the air can escape via St2. If the coupling substance is sucked in via the pipe socket St2 instead of being pressed in from below, it is advisable to regulate the adjustable nozzle Dü <I> so </I> that, in the event of major leaks in the system of the sealing ring D, the nozzle nozzle on The suction process is throttled in such a way that there is no increase in liquid in the coupling chamber K and in this way the apparatus goes out of operation by itself.



  If you want to avoid the outflow of larger amounts of coupling liquid in the event of spontaneous leaks or if you want to convey only as little coupling liquid as possible, the coupling chamber K can be filled with a loosely filled, absorbent material (such as cotton wool, spongy gelatin, e.g. the so-called spongostan ), the wave resistance of which should be as similar as possible to that of the Koppelflüs used. In this case, only the amounts of liquid need to be promoted or, when the chamber is suddenly lifted, only the amounts of liquid that exceed the absorbency of the said material can run out.



  . Figure 2 shows an embodiment of the transmitting or receiving device for coupling substances of higher viscosity (fats, gel-like substances, etc.). These <B> '</B> are filled through the opening Ö in the room R ?, a. If you put the entire device on the body and press on the envelope H, the coupling substance passes via the piston tube KR through the flow tube <I> Str </I> into the semicircular piston valve S (see also Figures 2a and 2b), from here out into the room R1, through the coupling chamber K past the quartz Q into the room R2.

   At the same time the semicircular slide piston S pushes forward and promotes this process, whereby see the spring Fd tensioned, which is arranged behind a rubber membrane 1I. If you relieve the pressure on the shell II when the device is removed, the spring Fd drives the piston tube ER back in the guide F, the slide over S steps backwards and pumps or sucks the coupling substance out of the space R2 Flowing through chamber K, back into room R1.

   In all subsequent coupling processes, only the coupling substance is pressed by the slide S out of the space R1, flowing through the chamber K, into the space R2. The air inclusions arising when the device is set up and lifted off in the chamber K are conveyed in this way into the un harmful room R2, while the sound is transmitted through air-free coupling substance that was previously in the room R1, while as a result of the retrograde process When the device is lifted from the body, as before, the air-containing coupling substance from .R2 has flown back into the chamber K and is allowed to take in any new air.

   The coupling substance located in space B3 only serves as a reserve for all subsequent processes, in that as much coupling substance is automatically replenished from this space by slowly sinking the piston Ko in the envelope H as is lost due to the coupling substance adhering to the body during each coupling process . Here, too, as in Figure 1, the quartz Q is pressed on by an electrode E, which is held centered by a metal ball Kg and an insulator J. The entire inner core is held by two walls W, which at the same time form the lateral space delimitation of the slide S (see also Figure 2a).

   The power supply to the ball <I> Kg </I> is also carried out through one of these walls via a cable (Fig. 2a).



  Figure 3 shows a similar, but simplified embodiment, in which the sleeve H, sealed by the piston sleeve Ko, slides over the aluminum body AZ, through its bore R, the coupling substance, flowing through the chamber K, reaches the space R2 and there the Piston Eb pushes back, tensioning spring Fd. The core A is in turn held in the same way by the walls W which, in this arrangement, have the purpose of reducing the flow at the dead edge and actually introducing all the coupling substance to the quartz itself.

   When the load is released, the spring Fd relaxes against the pin St2. A pin St1, which is arranged on an insulator J, is located inside the spring Fd. The pin <I> St, </I> is electrically connected to the transmitting or receiving apparatus via a feed cable (not shown). When the filling is completed, there is contact between the piston Kb connected to the housing, with the result that the electrical connections necessary for sending or receiving are made, for example by means of relays.

   If numerous points are to be checked or scanned using the ultrasonic pulse method or other method, the device described only needs to be pressed into the desired location and removed again in order to achieve rapid and reproducible sound transmission at every location , at the same time after the production of the same, the associated electrical equipment are automatically switched on or off.



  The device according to Figure 3 is cheaper to manufacture, but requires a very close attachment of the device to the body, since the filling of the coupling chamber K and the flow process of the coupling substance takes place under excess pressure, in contrast to the device according to Figure? The practically no overpressure arises, since the piston slide S pushes through the space R when it moves forward, but sucks in the same way through the space R2, so that a pure circulation process takes place with practically no pressure increase.



  The described devices are also suitable for picking up audible sound as so-called structure-borne sound sensors, as they are used to detect knocking and interference noises to reduce engine noise. Here, too, a safe and reproducible acoustic coupling is desirable, even on raw, cast machine parts. In this case, an appropriate microphone would take the place of the quartz or the centrally mounted arrangement A.

 

Claims (1)

PATEN TANSPRrCH An einen festen Körper angekoppelte Sende- oder Empfangseinrichtung für mecha nische Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zum Abstrahlen oder Einstrahlen der Wellen dienenden plattenförmigen Schwing körper aufweist, der elektrische Wellen in die mechanischen Wellen umsetzt oder umgekehrt, und der durch einen distanzhaltenden Ring parallel zur gegenüberliegenden Fliehe des festen Körpers gehalten wird, wobei die da durch gebildete Kammer mit. einer Koppelsub stanz gefüllt ist und lIittel vorgesehen sind, um diese Koppelsubstanz nach dem Anlegen der Einrichtung an den Körper in die Kam mer einzubringen. UNTERANSPRÜCHE 1. PATEN TANSPRrCH Sending or receiving device for mechanical waves coupled to a solid body, characterized in that it has a plate-shaped oscillating body which is used to radiate or radiate in the waves, which converts electrical waves into mechanical waves or vice versa, and which is provided by a spacer Ring is held parallel to the opposite fly of the solid body, with the chamber formed by there. a coupling substance is filled and means are provided in order to introduce this coupling substance into the chamber after the device has been placed on the body. SUBCLAIMS 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Abstand zwi schen der Schwingplatte und dem festen Kör per mindestens angenähert ein ungerades Viel faches von einem Viertel der Wellenlänge der Schwingungen in der Koppelsubstanz beträgt. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, da dureli gekennzeichnet, dass sie Mittel aufweist, um die Koppelsubstanz über eine regulierbare Düse in die Kammer einzusaugen. 3. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Kammer mit einer Kolbenvorrichtung verbunden ist, welche gestattet, die Koppelsubstanz in die Kammer derart hineinzudrücken, dass durch die Strö mung der Koppelsubstanz parallel zur Körper fläche alle Luftblasen aus der Kammer heraus geführt werden. 4. Device according to patent claim, characterized in that the distance between the vibrating plate and the solid body is at least approximately an odd multiple of a quarter of the wavelength of the vibrations in the coupling substance. 2. Device according to claim, since dureli characterized in that it has means to suck the coupling substance into the chamber via an adjustable nozzle. 3. Device according to claim, characterized in that the chamber is connected to a piston device which allows the coupling substance to be pressed into the chamber in such a way that all air bubbles are guided out of the chamber through the flow of the coupling substance parallel to the body surface. 4th Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeiehnet, dass Quecksilber als Koppelsubstanz dient, wobei der Schwingkör per mit einem dünnen Überzug eines Lackes überzogen ist, der eine Adhäsion des Queek- silbers an dieser Platte bewirkt. ö. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeiehnet, dass die Kammer eine Substanz enthält, welche die flüssige Koppel substanz aufsaugt und in Verbindung mit der selben die mechanischen Wellen gut leitet. 6. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Schwingkörper einen schräg abgeschliffenen Rand hat. 7. Device according to patent claim, as marked by the fact that mercury serves as a coupling substance, the Schwingkör being covered by a thin coating of lacquer which causes the queek silver to adhere to this plate. ö. Device according to claim, as marked by that the chamber contains a substance which absorbs the liquid coupling substance and in connection with the same conducts the mechanical waves well. 6. Device according to claim, characterized in that the oscillating body has an edge that is ground at an angle. 7th Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Schwingkörper aus einer Metallplatte und einer darauf auf gekitteten Quarzplatte besteht, wobei die Dicke der Metallplatte zumindest angenähert gleich einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge der Schwingengen in dem betref fenden Metall beträgt. B. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss sie Mittel aufweist, um erst nach vollzogener Füllung der Kam mer mit Koppelsubstanz die zum Senden oder Empfangen notwendigen elektrischen Verbin dungen herzustellen. Device according to claim, characterized in that the oscillating body consists of a metal plate and a quartz plate cemented onto it, the thickness of the metal plate being at least approximately equal to an integral multiple of half the wavelength of the oscillating waves in the metal in question. B. Device according to claim, characterized in that it has means to make the electrical connections necessary for sending or receiving only after the chamber has been filled with coupling substance.
CH285832D 1950-06-12 1950-06-12 Transmitting or receiving device for mechanical waves, in particular ultrasonic waves, coupled to a solid body. CH285832A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1044479B (en) * 1953-09-26 1958-11-20 Siemens Ag Arrangement for cooling a piezoelectric oscillator
DE971832C (en) * 1953-01-23 1959-04-02 Herbert Krautkraemer Method for coupling a sound generator or sound receiver to a test specimen
DE1080325B (en) * 1955-07-04 1960-04-21 Babcock & Wilcox Dampfkessel Device for testing long weld seams on containers using ultrasound
US2968302A (en) * 1956-07-20 1961-01-17 Univ Illinois Multibeam focusing irradiator

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