DE1237618B - Magnetostriktive Ultraschallwellen-verzoegerungsleitung mit laengs derselben verteilten Koppelspulen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/16

Nummer: 1 237 618

Aktenzeichen: K 50176 VIII a/21 al

Anmeldetag: 9. Juli 1963

Auslegetag: 30. März 1967

Die Erfindung betrifft eine magnetostriktive Ultraschallwellenverzögerungsleitung mit längs derselben verteilten Koppelspulen.

Es sind magnetostriktive Ultraschaliwellenverzögerungsleitungen in Form von Speichervorrichtungen bekannt. Dieselben bestehen aus magnetostriktivem Stoff,, der als elektroakustischer Energiewandler sowie als Verzögerungsmedium dient. Es erweist sich als sehr schwierig, einen Stoff zu schaffen, der einerseits gute magnetostriktive Wandlereigenschaften und *° andererseits gute Verzögerungseigenschaften für die Ultraschallwellen aufweist. Das als magnetostriktiver Stoff weitgehend benutzte Reinnickel bewirkt eine sehr starke Dämpfung der Ultraschallwellen innerhalb des in Frage kommenden Frequenzbereiches; außerdem weist die Verzögerungszeit dieses Stoffes einen großen Temperaturkoeffizienten auf.

Den Vorteilen eines einfachen Aufbaues und niedriger Herstellungskosten sowie einer leichten Herstellbarkeit und einer einfachen Justierung stehen als Nachteile unzureichende Verzögerungseigenschaften gegenüber.

Zur Behebung dieser Nachteile ist bereits eine Duplex-Verzögerungsleitung ■ bekanntgeworden, die aus einem Wandlerteil und einem Verzögerungsteil besteht, wobei die verschiedenen Teile aus verschiedenen Stoffen aufgebaut sind. Der Wandlerteil enthält einen Stoff mit guten magnetostriktiven Eigenschaften, der Verzögerungsteil einen Stoff mit guten Ultraschallverzögerungswerten. Die beiden Teile müssen aneinander angekoppelt werden. Diese Kopplung bereitet hinsichtlich der Ubertragungsgrößen Schwierigkeiten, insbesondere da der Wandlerteil eine geringe Querschnittsfläche aufweist. Deshalb bietet die akustische Anpassung der Teile Schwierigkeiten. Die Koppelstellen liegen außerdem in der Nähe der Erreger- und Empfangsspulen, so daß sich eine Fehlanpassung um so störender bemerkbar macht.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung der Ultraschallübertragungseigenschaften, insbesondere Verminderung der Dämpfung, und der Wandlereigenschaften. Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Ultraschallwellenverzögerungsleitung mit einheitlichem Aufbau, die die Forderungen der Wandlung und der Verzögerung erfüllt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jeweils im Bereich einer Koppelspule auf einen Teil der Oberfläche der aus einem Werkstoff mit guten Ultraschallübertragungseigenschaften bestehenden Ultraschalleitung eine Plattierungsschicht aus einem magnetostriktiven Werkstoff als Wandlermedium aufgebracht ist.

Magnetostriktive Ultraschallwellenverzögerungsleitung mit längs derselben
verteilten Koppelspulen

Anmelder:

Kabushiki Kaisha Toko Radio Coil Kenkyusho,

Tokio-To

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:

Tsutomu Yasuda, Nagano-Shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 10. Juli 1962 (28 313)

Dadurch, daß die eigentliche Ultraschälleitung aus einem.Stoff mit guten Ultraschallübertragungseigenschaften besteht, ergeben sich gute Ausbreitungsverhältnisse. Der Wandler ist infolge der speziellen Ausbildung jeweils eng mit der Ultraschalleitung verkoppelt, so daß keine Anpassungsschwierigkeiten auftreten.

Die Art der Erfindung, ihre Einzelheiten und die Form der Durchführung sowie weitere Ziele und Vorteile werden an Hand der Beschreibung und der Zeichnungen verdeutlicht, in denen gleichartige Teile durch gleiche Bezugsziffern und -buchstaben bezeichnet sind, und zwar zeigt

A b b. 1 eine Gesamtanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

A b b. 2 in vergrößertem Maßstab eine Ansicht des magnetostriktiven elektroakustischen Wandlers der Vorrichtung nach A b b. 1 und

A b b. 3 bis 5 in vergrößertem Maßstab Teilansichten, von denen jede ein Beispiel der Ultraschallwellenverzögerungsleitung der Vorrichtung nach Abb. 1 darstellt.

Abb. 1 zeigt eine Anordnung der gesamten Vorrichtung mit Übertragungs- und Empfangsspulen 4, 5 und 6 jeweils in bestimmten Stellen nahe oder zwischen den beiden Halterungen 2 und 3 einer Verzögerungsleitung 1, die aus einem dünnen Stoffstreifen mit ausgezeichneter Verzögerung und ausreichenden Übertragungskennwerten innerhalb des

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benutzten Frequenzbereiches besteht. In diesem Fall braucht der Stoff für die Verzögerungsleitung 1 keine magnetostriktiven Eigenschaften aufzuweisen. Jedoch auf die Oberflächen derjenigen Teile der Verzögerungsleitung, wo diese die Spulen 4, 5 und 6 durchdringt, werden vorher Plattierungsschichten 7,8 und 9 aus einem Stoff mit großem magnetostriktivem Effekt, wie Reinnickel, in bestimmter Überzugsdicke aufgebracht.

Erforderlichenfalls können Magnete 10,11 und 12 in der Nähe der Spulen vorgesehen werden, um ein Gleichstromvormagnetisierungsfeld den Plattierungsschichten aufzuprägen.

A b b. 2 zeigt Einzelheiten eines derartigen Magnetostriktionswandlers, worin die Spule 4 solenoidartig ausgebildet innerhalb eines Halters 13 aus geeignetem, nichtmagnetischem Isoliermaterial gelagert und so angeordnet ist, daß ihre Lage in Richtung des Doppelpfeiles A durch eine Schraubspindel 14 und eine Führungsstange 15 verstellt werden kann. Die Ultraschallwellenverzögerungsleitung durchsetzt die Spule 4. Auf der Oberfläche desjenigen Bereiches der Verzögerungsleitung, der die Spule 4 durchdringt, wird zuvor eine Plattierungsschicht 7 aus magnetostriktivem Stoff, wie Reinnickel, in bestimmter Dicke aufgebracht. Die Spule 4 ist mit Anschlußleitungen 16 und 17 versehen. Der oben erläuterte Aufbau läßt sich im wesentlichen auch bei den übrigen Empfangsspulen 5 und 6 anwenden.

Es wird nun die Arbeitsweise erläutert. Zunächst wird ein auf die Erregerspule 4 gegebenes elektrisches Signal in dieser Spule eine Änderung des Magnetfeldes in axialer Richtung und damit eine magnetostriktive Verformung in axialer Richtung innerhalb der Plattierungsschicht 7 bewirken. Eine solche in der Plattierungsschicht bewirkte Verformung wird direkt in ein Ultraschall-Longitudinalwellensignal in der Verzögerungsleitung 1 umgewandelt, wobei das Signal nach einer vorbestimmten Zeit die Stelle erreicht, an der die Empfangsspule 5 oder 6 eingebaut ist. Da an dieser Stelle, wie im Fall der Erregerstelle, eine Reinnickelauflage vorgesehen ist, wird eine dem obigen Fall gerade entgegengesetzte elektromotorische Kraft in der Empfangsspule induziert. An beiden Halterungen 2 und 3 der Verzögerungsleitung 1 sind Dämpfer zur Absorption des auf die Rückseite der Erreger- und Empfangsspule gerichteten Ultraschallwellensignals vorgesehen, um das Auftreten von störenden Reflexionssignalen zu verhindern.

Die Anzahl der sowie der Abstand zwischen den Erreger- und Empfangsspulen läßt sich je nach Erfordernis bestimmen, und die Plattierungsschichten werden auf der Verzögerungsleitung in der Nähe der Spulen vorgesehen. '■■'.'

Der oben geschilderte Vorgang der Umsetzung der von der Erregerspule zur Empfangsspule übertragenen Signalenergie verläuft reflexionsfrei, und insbesondere erfolgt die Übertragung des Überschallwellensignals zwischen der Plattierungsschicht und dem Grundmaterial der Verzögerungsleitung infolge der sehr engen Verbindung zwischen denselben sehr verzerrungsfrei. Ferner kann jedes störende Reflexionssignal, das an der Randkante entstehen könnte, durch Ändern der Dicke der Plattierungsschicht beseitigt werden.

ίο A b b. 3 zeigt die Ausbildung einer Plattierungsschicht 7 oder 8, 9 im Fall der Verwendung eines Streifens von sehr geringem Querschnitt als Leitung; A b b. 4 zeigt einen Fall, bei dem die Leitung 1 aus einem engen Rohr besteht, und

A b b. 5 einen Fall, bei dem die Leitung halbrohrförmig ausgebildet ist.

In jedem Fall wird die Plattierungsschicht so ausgebildet, daß ihre Dicke in der Nähe des Randbereiches 18 langsam und stetig abnimmt.

Wie im vorstehenden erläutert, ist es gemäß der Erfindung nicht unbedingt erforderlich, für die Ultraschallwellenverzögerungsleitung selbst magnetostriktiven Stoff zu verwenden, so daß irgendein Stoff mit besseren Verzögerungseigenschaften bei Ultraschallwellensignalen verwendet werden kann, d. h. ein Stoff mit insofern überlegenen Eigenschaften, als die dämpfende Wirkung für Ultraschallwellen und die Änderung der Schallgeschwindigkeit infolge Temperaturschwankungen gering ist. Ferner ist es nicht erforderlieh, Koppelverbindungen einzubauen, die schädliche Störsingale in der Verzögerungsleitung erzeugen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Magnetostriktive Ultraschallwellenverzögerungsleitung mit längs derselben verteilten Koppelspulen, dadurchgekennzeichnet, daß jeweils im Bereich einer Koppelspule (4, 5, 6), auf einem Teil der Oberfläche der aus einem Werkstoff mit guten Ultraschallübertragungseigenschäften bestehenden Ultraschalleitung (1) eine Plattierungsschicht (7, 8, 9) aus einem magnetostriktiven Werkstoff als Wandlermedium aufgebracht ist.

2. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verstelleinrichtung (14) für jede Koppelspule (4) zur Verstellung derselben in Achsrichtung der Plattierungsschicht (7).

3. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Randbereich (18) der Plattierungsschicht (7, 8 bzw. 9) eine stetig abnehmende Dicke aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 923 396;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1 009 236,
1 145 228.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 547/361 3. 67 © Bundesdruckerei Berlin