DE1164698B

DE1164698B - Wandlerelement fuer einen Wandler zum Aufzeichnen oder Abtasten einer zwei Signale verschiedener Schwingungsrichtung enthaltenden rillenfoermigen Aufzeichnungsspur

Info

Publication number: DE1164698B
Application number: DEN16658A
Authority: DE
Inventors: Felix Robert Schepman; Nico Wittenberg; Johannes Otto Michael V Langen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1958-03-20
Filing date: 1959-05-02
Publication date: 1964-03-05
Also published as: FR1222046A; BE578379R; NL113247C; US3046360A; GB914558A; CH385505A; NL226065A; US3213207A; CH375921A; NL227532A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 0MTWL· PATENTAMT Internat. Kl.: GlOj

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 42 g-S/02

Nummer: 1 164 698

Aktenzeichen: N 16658 IX a / 42 g

Anmeldetag: 2. Mai 1959

Auslegetag: 5. März 1964

Die Erfindung betrifft ein Wandlerelement für einen Wandler zum Aufzeichnen oder Abtasten einer zwei Signale verschiedener Schwingungsrichtung enthaltenden rillenförmigen Aufzeichnungsspur mit Hilfe eines gemeinsamen Aufzeichen- bzw. Abtastorgans, wobei das Element wenigstens aus zwei ohne Kupplungsstück miteinander verbundenen Teilen aus piezoelektrischem Material besteht, die je für sich im wesentlichen nur für eine der beiden Schwingungsrichtungen empfindlich ist.

Ein derartiges Wandlerelement wurde bereits vorgeschlagen. Es bietet den Vorteil, daß das Trennen in zwei Kanalsignale bzw. ihr Zusammensetzen im Wandlerelement selbst erfolgt, so daß ein Kupplungsstück der Art, wie es in bekannten Wandlern mit zwei getrennten Wandlerelementen verwendet wird, entbehrlich ist. Das Wandlerelement selbst kann dabei aus einem rohrförmigen oder plattenförmigen Körper bestehen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Teile aus piezoelektrischem Material die Form kleiner Balken haben, in denen die Polarisationsrichtung senkrecht zu den mit Elektroden versehenen Hauptflächen steht, und daß die in der Längsrichtung nebeneinanderliegenden Teile mechanisch derart miteinander verbunden sind, daß die Polarisationsrichtungen der für das eine Signal empfindlichen Teile gegenüber den Polarisationsrichtungen der für das andere Signal empfindlichen Teile senkrecht aufeinander stehen.

Es ist bereits ein Wandlerelement bekannt, das aus zwei oderer mehreren Platten besteht, die bezüglich ihrer Kristallachsen verschieden gerichtet sind und bei dem die Platten zur Verwendung als Membran mit vier voneinander getrennten sektorförmigen Belegungen versehen sind, welche wechselweise mit ihren beiden Anschlußleitungen verbunden sind. Bei diesem bekannten Wandlerelement stehen die piezoelektrischen Achsen in den beiden Scheiben senkrecht zueinander, verlaufen aber parallel mit den Hauptflächen, während beim Erfindungsgegenstand die piezoelektrische Achse senkrecht zur Hauptfläche der Balken liegt. Dies ist von einer gewissen Bedeutung, denn das bekannte Wandlerelement ist, obwohl es aus zwei Scheiben besteht, nur für die Verarbeitung eines einzigen Signals geeignet.

Jedes für ein Signal empfindliche Element besitzt notwendigerweise eine neutrale Schicht, die sich in der Mittelebene des Elements befindet und daher bei einer Biegebeanspruchung undeformiert bleibt, wenn nicht die Ladungsverschiebung zunichte gemacht werden soll. Ein Wandlerelement nach der Erfindung besteht aus zwei Teilen, und jedes Teil Wandlerelement für einen Wandler zum
Aufzeichnen oder Abtasten einer zwei Signale
verschiedener Schwingungsrichtung
enthaltenden rillenförmigen Aufzeichnungsspur

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Felix Robert Schepman,

Nico Wittenberg,

Johannes Otto Michael van Langen,

Eindhoven (Niederlande)

Beanspruch¹^ Priorität:

Niederlande vom 5. Mai 1958 (Nr. 227 532)

besitzt eine neutrale Schicht. Für Schwingungen in der Querrichtung sind demnach unterschiedliche Mittelebenen vorhanden. Beide Teile bilden je genau eine Hälfte des gesamten Wandlerelementes, und das Ganze ist für beide in Betracht kommenden Schwingungsrichtungen gleicherweise nachgiebig.

Es wurde auch bereits ein Wandler für Zweikoordinatenschrift vorgeschlagen, bei dem das Wandlerelement aus zwei nach Einfügung einer Elektrode aufeinandergeklebten, auf einer Seite eingespannten Platten aus piezoelektrischem Material besteht, von denen die eine Platte wie ein Biegeschwinger und die andere Platte wie ein Torsioüsschwinger aus einem Kristall geschnitten ist. Demgegenüber sollen gemäß der Erfindung die Hauptflächen des einen Teiles mit den Hauptflächen des anderen Teiles einen Winkel von vorzugsweise 90° einschließen.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung besitzt das Wandlerelement einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt und besteht aus drei im Querschnitt gleichfalls rechteckigen Teilen, derart, daß die Trennflächen zwischen den drei Teilen im Schnitt eine T-Form ergeben, wobei in den beiden beiderseits des einen Schenkels des

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»Τ« liegenden Teilen die Polarisationsrichtung gleichsinnig ist, während die Polarisationsrichtung im dritten Teil auf dieser senkrecht steht.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Wandlerelement einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt auf und besteht aus vier im Querschnitt gleichfalls rechteckigen Teilen, derart, daß die Trennflächen zwischen den vier Teilen im Schnitt eine Kreuzform ergeben, wobei das für das eine Signal empfindliche Paar von Teilen hinsichtlich der Polarisationsrichtung nebeneinander und das andere Paar von Teilen übereinander liegt. Es ist vorteilhaft, im letzteren Falle die Polarisationsrichtung in jedem Paar von Teilen gegensinnig zu wählen. Dadurch, daß die beiden Signalspannungen auf richtige Weise angelegt oder abgenommen werden, ergibt sich ein Wandlerelement von doppelt so hoher Spannungsempfindlichkeit.

Der Abstand zwischen den Hauptflächen wird in jedem Teil vorzugsweise gleich groß gewählt, da in diesem Falle die elektrischen Kapazitäten der Teile gleich sind.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, in der einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Fig. 1 zeigt ein Wandlerelment, bestehend aus drei Teilen von rechteckigem Querschnitt;

Fig. 2 zeigt ein Wandlerelement, bestehend aus vier Teilen von rechteckigem Querschnitt, in denen die Richtung der piezoelektrisch wirksamen Achse gleichsinnig ist, während

Fig. 3 eine Abart des Wandlerelementes nach Fig. 2 darstellt, wobei die Richtung der piezoelektrisch wirksamen Achse in jedem Paar von Teilen gegensinnig ist;

Fig. 4 zeigt einen elektromechanischen Wandler mit Elementen nach der Erfindung, und

Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht des Wandlers nach Fig. 4.

Das Wandlerelement 1 (Fig. 1) besteht aus drei ohne Kupplungsstück miteinander verbundenen Teilen!, 3 und 4, die je für sich im wesentlichen nur für eine der beiden Schwingungsrichtungen empfindlich sind. In der Längsrichtung des Wandlerelementes erstrecken sich Elektroden 5 bis 9 für das Anlegen oder Abnehmen der Signalspannungen. Wie in F i g. 1 dargestellt, wird das eine Signal (das x-Sigaal) an die Elektroden 5, 6 und das andere Signal (das y-Signal) zwischen der Elektrode 8 einerseits und den beiden Elektroden?, 9 andererseits angeschlossen. Nach der Erfindung bestehen die Teile 2, 3, 4 aus piezoelektrischem Material in Form von kleinen Balken, in denen die Richtung der piezoelektrisch wirksamen Achse senkrecht zu den mit Elektroden versehenen Hauptflächen der Balken steht. Die Balken sind in der Längsrichtung nebeneinander liegend zusammengeklebt, wobei die Lage der Hauptflächen derart ist, daß die wirksame Achse des auf das ^-Signal ansprechenden Teiles 2 gegenüber den Achsen der auf das y-Signal ansprechenden Teile 3, 4 um einen Winkel von 90° gedreht ist. Wie weiterhin aus der Figur ersichtlich, hat das Wandlerelement 1 ebenso wie seine drei Teile 2, 3, 4 einen rechteckigen Querschnitt. Die Trennflächen zwischen den drei Teilen weisen im Schnitt eine T-Form auf, wobei in den beiden beiderseits des einen Schenkels des ;>T« liegenden Teilen 3 und 4 die Richtung der piezoelektrisch wirksamen Achse gleichsinnig ist und die Richtung der wirksamen Achse im Teil 2 zu dieser senkrecht steht.

In F i g. 2 hat das Wandlerelement 1 gleichfalls einen rechteckigen Querschnitt. Es besteht jedoch aus vier Teilen 10, 11, 12, 13, gleichfalls je mit rechteckigem Querschnitt. Der Schnitt der Trennflächen zwischen den vier Teilen weist eine Kreuzform auf. Das auf das ;c-Signal ansprechende Paar von Teilen 10, 11 liegt hinsichtlich der piezoelektrisch wirksamen Achse nebeneinander und das auf das >-Signal ansprechende Paar von Teilen 12, 13 übereinander. Die Richtung der piezoelektrisch wirksamen Achse ist in jedem Teilepaar gleichsinnig. Das λ'-Signal ist an die Elektroden 5 und 6 und das v-Signal an die Elektroden 8 und 7, 9 angeschlossen. Die Polarisationsrichtungen entsprechen denen der Fig. 1.

Das in Fig. 3 dargestellte Wandlerelement entspricht dem nach Fig. 2, nur mit dem Unterschied, daß die Richtung der piezoelektrisch wirksamen Achse in jedem Paar von Teilen gegensinnig ist. Die Elektrode 5 ist in zwei Elektroden S, 5' aufgeteilt. Das x-Signal wird an die Elektroden 5 und 5' und das y-Signal an die Elektroden? und 9 angeschlossen. Hierdurch ist die Spannungsempfindlichkeit des Wandlerelementes doppelt so hoch wie bei dem nach Fig. 2.

In sämtlichen Ausführungsformen des balkenförmigen Wandlerelementes ist der Abstand zwischen den Hauptflächen in jedem Teil vorzugsweise gleich groß gewählt. Es sind dann die elektrischen Kapazitäten aller Teile gleich groß.

In Fig. 4 ist ein elektromechanischer Wandler zum Aufzeichnen oder Abtasten einer rillenförmigen Aufzeichnungsspur mit Hilfe eines gemeinsamen Aufzeichen- bzw. Abtastorgans 14 dargestellt. In dieser Spur sind bzw. werden gleichzeitig zwei Signale (x und y) mit verschiedener Schwingungsrichtung aufgezeichnet. Das Wandlerelement 1 ist mit Hilfe einer Klemmvorrichtung 15 und einer Aufhängung 16 im Gehäuse der Vorrichtung gehaltert. Zum Verbinden eines das Abtastorgan tragenden Nadelträgers 18 mit dem Wandlerelement 1 dient der Körper 17.

In Fig. 5 ist eine Vorderansicht des Wandlers nach F i g. 4 dargestellt, in der die Pfeile 19, 20 die beiden Schwingungsrichtungen angeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Wandlerelement für einen Wandler zum Aufzeichnen oder Abtasten einer zwei Signale verschiedener Schwingungsrichtung enthaltenden rillenförmigen Aufzeichnungsspur mit Hilfe eines gemeinsamen Aufzeichen- bzw. Abtastorgans, wobei das Element wenigstens aus zwei ohne Kupplungsstück miteinander verbundenen Teilen aus piezoelektrischem Material besteht, die je für sich im wesentlichen nur für eine der beiden Schwingungsrichtungen empfindlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (2 bis 4, 10 bis 13) aus piezoelektrischem Material die Form kleiner Balken haben, in denen die Polarisationsrichtung senkrecht zu den mit Elektroden versehenen Hauptflächen steht, und daß die in der Längsrichtung nebeneinanderliegenden Teile mechanisch derart miteinander verbunden sind, daß die Polarisationsrichtungen der für das eine Signal empfindlichen Teile gegenüber den Polarisationsrichtungen der für das andere

Signal empfindlichen Teile senkrecht aufeinander stehen.

2. Wandlerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt besitzt und aus drei im Querschnitt gleichfalls rechteckigen Teilen (2, 3, 4) besteht, derart, daß die Trennflächen zwischen den drei Teilen im Schnitt eine T-Form ergeben, wobei in den beiden beiderseits des einen Schenkels des »T« liegenden Teilen die Polarisationsrichtung gleichsinnig ist, während die Polarisationsrichtung im dritten Teil auf dieser senkrecht steht.

3. Wandlerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweist und aus vier im Querschnitt gleichfalls rechteckigen Teilen besteht, derart, daß die Trennflächen zwischen den vier Teilen im Schnitt eine Kreuzform ergeben, wobei das für das eine Signal empfindliche Paar von Teilen hinsichtlich der Polarisationsrichtung nebeneinander und das andere Paar von Teilen übereinander liegt.

4. Wandlerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation&richtung in jedem Paar von Teilen gegensinnig ist.

5. Wandlerelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Hauptflächen in jedem Teil gleich groß ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 590 996.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 067 232.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 537/445 2.64 ® Bundesdruckerei Berlin