DE1207242B

DE1207242B - Elektroakustischer Wandler, insbesondere fuer die Echolottechnik

Info

Publication number: DE1207242B
Application number: DEA37257A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Reinhard Leisterer; Dipl-Ing Siegfried Mross
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1961-04-22
Filing date: 1961-04-22
Publication date: 1965-12-16

Description

Elektroakustischer Wandler, insbesondere für die Echolottechnik Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler, insbesondere für die Echolottechnik zum gerichteten Aussenden von Wasserschall, bestehend aus einem rohrförmigen Wandlerelement, insbesondere aus keramischem Material, und einem trichterförmigen, zum Wandlerelement konzentrischen Reflektor, durch den die radiale in eine axiale Strahlung umgelenkt wird.
Bei Verwendung magnetostriktiver Wandler ist es bekannt, den kegelförmigen, von dem Reflektor umschlossenen und das Wandlerelement enthaltenden Raum frei zu fluten. Ferner ist .es bekannt, den kegelförmigen Raum des Trichters nach außen durch eine Kappe abzudecken und mit Rizinusöl zu füllen, das sich für die Schallübertragung ähnlich verhält wie Wasser.
Bei Schallwandlern anderer Art ist es bekannt, diese gegen das Außenwasser durch eine starke Gummimembran abzuschirmen und den Wandler mit einem Schall-Leitkörper zu verbinden, der in die Gummimembran eingebettet ist, um trotz der schlechten Schall-Leitereigenschaften der Gummimembran eine ausreichende Schallübertragung vom Wandler in das Außenwasser zu erzielen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektroakustischen Wandler der eingangs gekennzeichneten Art zu schaffen, der bei einfacher Bauweise in hohem Grade gegen mechanische Beanspruchungen durch Seeschlag, Berührung mit Fremdkörpern und gegen Eindringen von Wasser geschützt ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß auf besonders einfache und wirksame Weise dadurch gelöst worden, daß das Wandlerelement in einem massiven konischen Körper aus dem an sich bekannten Kautschukvulkanisat mit etwa derselben Dichte und Schallgeschwindigkeit wie Wasser eingebettet ist. Dadurch wird sowohl eine gute übertragung durch gerichtete Reflexion des Schalles an der Außenfläche des massiven konischen Körpers als auch eine in hohem Grade stoßsichere Lagerung gewährleistet. Dabei besteht auch der Vorteil, daß durch die elastische Dehnbarkeit des Reflektors verhältnismäßig große Abmessungsschwankungen, wie sie insbesondere bei keramischen Wandlerelementen, bedingt durch ihr Herstellungsverfahren, auftreten, leicht kompensiert werden können.
Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die Abbildung zeigt einen Längsschnitt durch einen Trichterschwinger. Das ferroelektrische rohrförmige Wandlerelement 1 ist über einen Ölfilm oder einen geeigneten Kleber an einen Körper 2 aus massivem Kautschukvulkanisat mit derselben Dichte und Schallgeschwindigkeit wie Wasser (Rho-Ce-Gummi) angekoppelt und befindet sich in einer zylindrischen Ausnehmung des Konus.
Der Körper 2 ist mit Hilfe eines anvulkanisierten Druckringes 3 und von Schrauben 4 an einem Gehäuse 5 wasserdicht befestigt. Das Gehäuse ist auf seiner Rückseite mit einem Boden 6 aus Gieß-Harz abgeschlossen, in dem gleichzeitig das Anschlußkabel7 wasserdicht eingegossen ist. Die Mitte des Körpers 2 wird durch einen Stempel 8 gegen Eindrücken durch äußeren Druck abgestützt. Die zylindrische Innenelektrode 9 und Außenelektrode 10 des Wandlerelementes 1 sind über Litzen 11 und 12 mit den zugehörigen Adern des Kabels 7 verbunden.
Wird das Wandlerelement durch Anlegen einer Wechselspannung geeigneter Frequenz in seiner Radialresonanz erregt, so treffen die radial abgestrahlten Schallwellen auf die konische Wandung 2a des Körpers 2 und werden, da diese Wandung an den Luftraum 14 zwischen Teil 2 und 5 grenzt, total in axialer Richtung reflektiert. Grenzt die obere ebene Fläche 2b des Körpers 2 an Wasser, so tritt der Schall ohne Verluste und weitere Reflexionen aus dem Gummi in dieses Medium über, wenn die Wellenwiderstände beider Stoffe genügend übereinstimmen.
Bekanntlich schwingt ein Rohr 1 in seiner entsprechenden Resonanz mit sinusförmig über die Länge verteilter radialer Amplitude (vgl. Archiv der elektrischen übertragung 12, 1958, S. 515 bis 526 und S. 557 bis 561), so daß die Rohrenden nicht wesentlich zur Abstrahlung der Radialschwingung beitragen. Deswegen ist es statthaft, daß das untere Rohrende aus dem Körper 2 herausragt und sich das obere Rohrende schon im zylindrischen Teil desselben befindet. Dagegen schwingen die Rohrenden besonders stark in der mit der Radialschwingung gekoppelten Längsschwingung. Demzufolge wird eine Abstrahlung am oberen Ende des Rohres durch ein Schaumstoffpolster 13 verhindert.
Die Intensitätsverteilung auf der ebenen Abstrahlfläche des Körpers ist radialsymmetrisch so, daß in der Mitte die geringste Schallintensität herrscht, daß diese dann ansteigt und nach außen wieder abnimmt. Dadurch ergibt sich eine gewisse Staffelung und durch diese eine bestimmte Richtcharakteristik. Es ist experimentell nachgewiesen worden, daß die Richtcharakteristik bei den gezeichneten Verhältnissen ein gewisses Optimum hat.
Durch die Lagerung im Körper ist das keramische Wandlerelement sowohl gegen Stöße als auch gegen Feuchtigkeit geschützt. Durch die Dehnbahrkeit des Kautschukvulkanisats ist gewährleistet, daß Durchmessertoleranzen von einigen Prozent, wie sie in der keramischen Fertigung vorkommen, tragbar sind.
Zur genauen Abstimmung auf die Resonanzfrequenz kann die Länge des Rohres durch Abschleifen verändert werden, da bei einem Verhältnis Länge: Durchmesser um n/2 Länge und Durchmesser von gleich starkem Einfluß auf die Resonanzfrequenz sind. Auch größere Längen-Toleranzen sind bei der vorliegenden Konstruktion tragbar.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektroakustischer Wandler, insbesondere für die Echolottechnik zum gerichteten Aussenden von Wasserschall, bestehend aus einem rohrförmigen Wandlerelement, insbesondere aus keramischem Material, und einem trichterförmigen, zum Wandlerelement konzentrischen Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement (1) in einem massiven konischen Körper (2) aus dem an -sich bekanpten Kautschukvulkanisat mit' etwa derselben Dichte und Schallgeschwindigkeit wie@..Wasser eingebettet ist.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn-.zeichnet, daß die .konische Mantelfläche des Kautschukkörpers (Z) .von einem Luftraum (14) umschlossen ist und der trichterförmige Reflektor durch die Grenzfläche (2a): Außenwand des Körpers (2)/Luftraum (14) gebildet ist.
3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Mantelfläche des Kautschukkörpers (2) unmittelbar von einem Metallgehäuse (5) umschlossen ist und der trichterförmige Reflektor durch. die Grenzfläche: Außenwand des Körpers (2)/Metallgehäuse (5) gebildet ist.
4. Wandler nach Anspruch 1 und 2 bzw. 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des rohrförmigen Wandlers (1) aus dem Kautschukkörper (2) herausragt und daß der Kautschukkörper (2) in Höhe des anderen Rohrendes außen zylindrisch ist.
5. Wandler nach Anspruch 1, 2 bzw. 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des rohrförmigen Wandlers sich zum Durchmesser wie etwa n zu 2 verhält, derart, daß das Rohr bei Erregung in seiner Resonanzfrequenz radial wie longitudinal gleich stark schwingt.
6. Wandler nach Anspruch 1 und 2 bzw. 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz durch Abschleifen der Länge korrigierbar ist.
7. Wandler nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte des Kautschukkörpers (2) durch einen im Innern des Wandlerelementes (1) liegenden Stempel (8) abgestützt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 220 370; USA. Patentschriften Nr. 2 438 926, 2 922140.