DE1236258B - Ultraschallschwinger mit einem Kopplungsstueck - Google Patents

Description

DEUTSCHES äIW" PATENTAMT Deutsche Kl.: 42 s -1/06

auslegeschrift

Nummer: 1236 258

Aktenzeichen: P 36761IX a/42 s

^ 236 258 Anmeldetag: 11.Mai 1965

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallschwinger mit einem Kopplungsstück für einen zwei gegenüberliegende Flächen aufweisenden piezoelektrischen Kristallgenerator, der in Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen in einer Achse senkrecht zu den beiden Flächen mit einem Kontaktkörper gekuppelt ist, der eine zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen geneigt liegende Fläche aufweist.

Die Übertragung und Messung von Ultraschallschwingungen hat sich in den verschiedensten An-Wendungsgebieten als immer wichtiger erwiesen, insbesondere für die eine Zerstörung nicht bedingende Materialuntersuchung und für Messungen unter Anwendung von Ultraschallverzögerungsleitungen. Bei der eine Zerstörung nicht bedingenden Materialuntersuchung können Ultraschallmessungen Informationen eines Materials hinsichtlich verschiedener Materialeigenschaften liefern, da die Übertragung von Ultraschallwellen von verschiedenen charakteristischen Eigenschaften des Materials abhängt. Von diesen charakteristischen Eigenschaften sind zu nennen: die Temperatur des Materials, die Korngröße, das Elastizitätsmodul, die Kontinuität des Materials selber, d. h. das Auftreten von Hohlstellen oder Sprüngen. Dementsprechend liefert die Messung der Übertragungsverhältnisse von Ultraschallwellen durch ein zu untersuchendes Material einen Hinweis auf diese charakteristischen Materialeigenschaften. Je nach der zu untersuchenden Eigenschaft kann entweder die Aussendung von Longitudinalwellen oder Scherungswellen oder beider von Interesse sein.

Es war bisher bei der Ausnutzung von Scherungswellen üblich, entweder an der Oberfläche des zu untersuchenden Materials eine Umwandlung der Schwingungsformen, nämlich die Umwandlung erzeugter Longitudinalschwingungen in Scherungswellen vorzunehmen oder Scherungswellen in dem Schwinger zu erzeugen und den Kristall bzw. den sonstigen die Scherungswellen erzeugenden Schwinger mit dem zu untersuchenden Material zu verkitten. Das Verkitten des Schwingers mit dem zu untersuchenden Material ist unzweckmäßig, wenn es sich um Material handelt, das sich in der Bearbeitung befindet, und wenn mit verhältnismäßig hoher Wiederholungsfrequenz an einer Bearbeitungsstraße die auf Scherungswellen beruhenden Untersuchungen durchgeführt werden sollen.

Im Gegensatz zu diesem bekannten Stand der Technik sieht die Erfindung vor, daß in dem Kopplungsstück des Ultraschallschwingers selbst die zur Ausnutzung gelangenden Scherungswellen erzeugt werden, so daß die Erzeugung der Scherungswellen Ultraschallschwinger mit einem Kopplungsstück Anmelder:

Parametrics, Inc., Waltham, Mass. (V. St. A.) Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt, München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Lawrence C. Lynnworth, Waltham, Mass.; Edmund H. Carnevale, Beverly, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 14. Mai 1964 (367 320) - -

von dem jeweils zur Anwendung gelangenden zu untersuchenden Objekt unabhängig ist.

Ein Ultraschallschwinger mit einem Kopplungsstück für einen zwei gegenüberliegende wirksame Flächen aufweisenden piezoelektrischen Kristallgenerator, der in Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen in einer Achse senkrecht zu den beiden genannten Flächen mit einem Kontaktkörper gekuppelt ist, der zwei Fortsätze und eine zu der Fortpflanzungsrichtung der Wellen geneigt liegende, reflektierende Fläche aufweist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß der Neigungswinkel der reflektierenden Fläche zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen und zu den Längsachsen der beiden Fortsätze so bemessen ist, daß sich nach Reflexion Scherungswellen in Richtung der Längsachse eines ersten Fortsatzes und Longitudinalwellen in Längsrichtung eines zweiten Fortsatzes fortpflanzen und daß der erste Fortsatz eine Kontaktfläche in einer Ebene senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Scherungswellen aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Ultraschallschwinger, der einen einzigen Kristall zur Erzeugung von Scherungsschwingungen, Longitudinalschwingungen, Rayleighschwingungen und Plattenwellen verwendet,

F i g. 1A eine Darstellung entsprechend der Linie A-A der Fig. 1.

709 518/129

Claims (1)

1. I 236 258

   In F i g. 1 und 1A ist ein Ultraschallschwinger dargestellt, der einen einzigen erregenden KristalllOl aufweist, um in dem gegabelten Kontaktelement 105 vier verschiedene Schwingungsformen zu erzeugen. Der Kristall 101 kann ein Seherungsschwinger- oder ein LongitudinalschwingerkristalI sein und ist mit dem Kontaktkörper 105 verkittet. Ein kleines zylindrisches Gehäuse 107 ist auf dem Kontaktkörper 105 angeordnet und hat koaxial eine Anschlußklemme 109, die eine elektrische Verbindung mit dem piezoelektrischen Kristall 101 gestattet.

   Der Schwinger verwendet im Prinzip die Umwandlung von Schwingungsformen zur Erzeugung von Scherungswellen und Longitudinalwellen innerhalb des Schwingers unter Anwendung eines einzigen Kristalles. Drei verschiedene Kontaktflächen sind an dem Kontaktkörper 105 vorgesehen. Die eine Kontaktfläche 102 liegt unter einem Winkel in bezug auf die Fortpflanzungsrichtung der Wellen, die der Kristall 101 erzeugt. Wenn der Kristall 101 erregt wird, werden Ultraschallwellen in den Kontaktkörper 105 übertragen, und die Wellen fallen schräg auf die schräge Fläche 102. Es werden dabei grundsätzlich zwei Wellenarien reflektiert. Die Longitudinalwelle wandert den Kontaktkörper 105 entlang und trifft die ebene Endfläche 103 senkrecht. Die Fläche 103 bildet die Kontaktfläche für longitudinale Wellen. Scherungswellen werden von der Fläche 102 nach verschiedenen Richtungen reflektiert und zu der ringförmigen Kontaktfläche 104 geleitet. Die ringförmige Kontaktfläche 104 gestattet, einen hohen Kontaktdruck für die wirksame Übertragung von Scherungswellen anzuwenden und gestattet ferner, den zur Ausnutzung der Scherungswellen vorgesehenen Kontaktteil in reproduzierbarer Weise auf den zu untersuchenden Körper zu übertragen. Wenn die schräge Fläche 102 an einen ausgedehnten Körper angelegt wird, bei dem die Geschwindigkeit der Oberflächenwelle (Rayleigh-

   welle) größer ist als die der einfallenden Welle, dann werden Rayleighwellen in dem Körper erzeugt. Wenn andererseits die Fläche 102 gegen die Oberfläche einer dünnen Platte gelegt wird, deren Stärke in der Größen-5 Ordnung der Wellenlänge wird, dann werden unter gewissen Bedingungen und bei gewisser Plattenstärke und Frequenz und Auffallwinkel Plattenschwingungen erzeugt. Auf diese Weise hat der in F i g. 1 dargestellte Schwinger drei unabhängige Flächen zum ίο Ankoppeln von Rayleighwellen, Plattenwellen, Longitudinalwellen oder Scherungswellen an ein zu untersuchendes Material.

   Patentanspruch:

   Ultraschallschwinger mit einem Kopplungsstück für einen zwei gegenüberliegende wirksame Flächen aufweisenden piezoelektrischen Kristallgenerator, der in Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen in einer Achse senkrecht zu den beiden genannten Flächen mit einem Kontaktkörper gekuppelt ist, der zwei Fortsätze und eine zu der Fortpflanzungsrichtung der Wellen geneigt liegende, reflektierende Fläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der reflektierenden Fläche (102) zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen und zu den Längsachsen der beiden Fortsätze so bemessen ist, daß sich nach Reflexion Scherungswellen in Richtung der Längsachse eines ersten Fortsatzes (104) und Longitudinalwellen in Längsrichtung eines zweiten Fortsatzes (103) fortpflanzen und daß der erste Fortsatz (104) eine Kontaktfläche in einer Ebene senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Scherungswellen aufweist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   J. Matauschek, Einführung in die Ultraschalltechnik, Berlin 1961, S. 371.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   709 518/129 2.67 © Bundesdruckerei Berlin