DE1255826B - Verfahren zur Herstellung einer Ultraschall-Verzoegerungsleitung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. GL:

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

H03h

Deutsche Kl.: 21g-34

1255 826
C36200IXd/21g
23.Juni 1965
7. Dezember 1967
12. Juni 1968

Auslegetag:
Ausgabetag:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Ultraschall-Verzögerungsleitung mit einem Wellenleiter aus Stahl, an dessen Stirnflächen piezoelektrische Wandler zur Erzeugung bzw. Aufnahme von Transversalschwingungen angebracht sind.

Die bekannten Ultraschall-Verzögerungsleitungen dieser Art weisen nicht reproduzierbare Eigenschaften auf und rufen beträchtliche Verzerrungen hervor. Diese Erscheinungen beruhen auf einer mangelnden Homogenität der verwendeten Wellenleiter aus Stahl.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Ultraschall-Verzögerungsleitungen der eingangs angegebenen Art, die gut reproduzierbare Eigenschaften 'haben und eine geringere Verzerrung der übertragenen Signale ergeben.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Stirnfläche zunächst durch chemische Ätzung mit einer Säure derart behandelt wird, daß die Kaltverformungszone sichtbar gemacht wird, und daß dann die Transversalschwingungsachsen der Wandler so ausgerichtet werden, daß sie die Kaltverformungszone entlang deren kleinster Querabmessung schneiden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die bei den bekannten Ultraschall-Verzögerungsleitungen auftretenden unerwünschten Erscheinungen auf das Vorhandensein einer durch die Walzbearbeitung entstandenen Kaltverformungszone zurückzuführen sind, in deren Innerem die Dämpfung der Transversalwellen groß und stark frequenzabhängig ist, so daß sie für die Ausbreitung dieser Wellen schlecht geeignet ist; daß ferner die Kaltverformungszone in den meisten Fällen einen abgeflachten Querschnitt hat, der meist in der Richtung einer Diagonale des Wellenleiterquerschnitts liegt, so daß die Auswirkung dieser Kaltverformungszone auf die Wellenausbreitung davon abhängt, wie diese Zone in bezug auf die Transversalschwingungsachsen der Wandler liegt.

Die Erfindung ergibt die Möglichkeit, die Auswirkung der Kaltverformungszone auf die Wellenausbreitung auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Durch Anätzen der Stirnfläche des Wellenleiters kann die Kaltverformungszone sichtbar gemacht werden. Ihre nachteilige Wirkung wird dann dadurch weitgehend beseitigt, daß die Wandler in der günstigsten Lage in bezug auf die Kaltverformungszone angebracht werden. Dadurch wird erreicht, daß die Übertragung der Wellen im wesentlichen durch den die Kaltverformungszone umgebenden Bereich erfolgt, der nor-Verfahren zur Herstellung einer
Ultraschall-Verzögerungsleitung

Patentiert für:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Louis Dubard, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 24. Juni 1964 (979 397)

malerweise ein frequenzunabhängiges Verhalten bei der Übertragung von Transversalwellen zeigt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine piezoelektrische Scheibe zur Erläuterung der bei Ultraschall-Verzögerungsleitungen verwendeten Wandler,

F i g. 2 die Anordnung des Wandlers an der Stirnfläche eines Wellenleiters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ultraschall-Verzögerungsleitung.

F i g. 1 zeigt im Schnitt eine durch Pressen erhaltene piezoelektrische Keramikscheibe 1, auf deren beide Seiten Metallisierungen 11 aufgebracht sind. Diese Scheibe wird dadurch polarisiert, daß ein elektrisches Feld 12 senkrecht zu den Metallisierungen 11 angelegt wird. Die so polarisierte Scheibe wird dann entmetallisiert und in dünne Plättchen geschnitten, deren Längsachse parallel zu der Richtung 12 des Polarisationsfeldes liegt. Ein solches Plättchen eignet sich dann als piezoelektrischer Wandler zur Erzeugung oder Abnahme von Transversalschwingungen an den Stirnflächen eines stabförmigen Wellenleiters aus Stahl.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß die im Handel erhältlichen Stahlstäbe, die als Wellenleiter für Ultra-

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schall-Verzögerungsleitungen verwendet werden können, rings um ihre Längsachse eine Kaltverformungszone aufweisen, in der die Ausbreitung der Transversalwellen gestört ist. Insbesondere ist in dieser Zone die Dämpfung dieser Wellen groß. Dagegen breiten sich die Wellen in dem außerhalb dieser Zone liegenden Teil des Stabes normalerweise frequenzunabhängig aus.

, F i g. 2 zeigt einen Stahlstab 2 in Stirnansicht. Die Herstellung der Ultraschall-Verzögerungsleitung erfolgt dadurch, daß zunächst durch chemische Ätzung der Stirnfläche 21, beispielsweise mit Chlorwasserstoffsäure, der Querschnitt der zuvor erwähnten mittleren Kaltverformungszone 101 sichtbar gemacht wird. Im allgemeinen hat dieser Querschnitt eine längliche Form, wobei die größte Achse auf einer Diagonale des Querschnitts des Stabes liegt.

Dann wird der Wandler 13 an der Stirnseite 21 des Stabes 2 so angebracht, daß seine Transversalschwingungsachse 14 die Kaltverformungszone 101 an einer möglichst schmalen Stelle seihneidet. Dadurch wird eine maximale Kopplung mit dem außerhalb der Kaltverformungszone 101 liegenden Teil des Stabes erreicht.

Da die Kaltverformungszone 101 die Form eines Zylinders hat, dessen Mantellinien parallel zur Längsachse des Stabes 2 liegen, kann der an der anderen Stirnseite des Stabes angebrachte Wandler in der gleichen Weise ausgerichtet werden, ohne daß eine Ätzung dieser anderen Stirnseite notwendig ist.

Das über die Ultraschall-Verzögerungsleitung übertragene verzögerte Signal kann ferner Unregelmäßigkeiten aufweisen, die den inneren Reflexionen zuzuschreiben sind, die an den Stirnflächen des Wellenleiters dort entstehen, wo diese nicht von den Wandlern bedeckt sind. Zur Verminderung dieses Nachteils, der zu einer unzulässigen Verzerrung des verzögerten Signals führt, werden zusätzliche Maßnahmen zur Vermeidung dieser inneren Reflexionen getroffen. .

F i g. 3 zeigt im Längsschnitt das eine Ende des Stabes 2 mit dem auf der Stirnfläche 21 angebrachten Wandler 13. In der Nähe der Stirnfläche 21 ist der Querschnitt des Stabes 2 durch eingesägte Schlitze 24 verengt. Diese Schlitze liegen im wesentlichen vor den nicht von dem Wandler 13 bedeckten Bereichen der Stirnfläche 21, so daß die Reflexion von Ultraschallwellen an diesen Bereichen verhindert wird.

Dagegen erzeugt der von dem Wandler 13 bedeckte Bereich 25 infolge der wirksamen elektromechanischen Kopplung zwischen dem Wandler und dem Stab nur eine vernachlässigbare Reflexion.

. Durch diese Maßnahmen werden die Störeffekte von denjenigen Wellen abgeschwächt und praktisch beseitigt, welche aus der Verzögerungsleitung austreten, nachdem sie dreimal den Stab durchlaufen haben und jeweils am einen Ende und dann am anderen Ende des Stabes reflektiert worden sind, d. h. nach einer Verzögerungszeit 3 τ, wenn r die Verzögerungszeit ist, die von einem' einmaligen Durchlaufen der Ultraschallwellen durch den Stab hervorgerufen wird. .

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Ultraschall-Verzögerungsleitung mit einem Wellenleiter aus Stahl, an dessen Stirnflächen piezoelektrische

ao Wandler zur Erzeugung bzw. Aufnahme von Transversalschwingungen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche zunächst durch chemische Ätzung mit einer Säure derart behandelt wird, daß die Kaltverformungszone sichtbar gemacht wird, und daß dann die Transversalschwingungsachsen der Wandler so ausgerichtet werden, daß sie die Kaltverformungszone entlang deren kleinster Querabmessung schneiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ätzung Chlprwasserstoffsäure verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wellenleiter mit quadratischem Querschnitt verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt des Wellenleiters in der Nähe jedes Wandlers eine Einschnürung angebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung durch einen um den Umfang laufenden Schlitz gebildet wird.

In Betracht gezogene Drückschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 657319;

»radio mentor«, 1964, H. 4, Bd. XXX, S. 270;
»The Journal of the Acoustical Society of America«, Vol. 26, Nr. 3, May 1954, S. 348.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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