DE1487569C - Druckfester Ultraschallsender für große Meerestiefen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen druckfesten Ultra- frequenzen, die von einem oder mehreren Konusschallsender, der insbesondere zur Anwendung in der Lautsprechern erzeugt werden, in einem geschlos-Tiefsee geeignet ist. Die bekannten Ultraschallsender senen Raum oder auch im Freien, für diesen Zweck enthalten ein oder mehrere Damit hat aber die hier gestellte Aufgabe überSchwinger, um die Schallenergie auf das Wasser zu 5 haupt nichts zu tun. Bei einem Ultraschallsender für übertragen. Die Schwinger erzeugen an ihren Flächen große Meerestiefen sind nicht nur die Abmessungen entgegengesetzt gleiche Reaktionen. Die beste Kopp- um mehrere Größenordnungen kleiner als bei einem lung des Schwingers mit dem umgebenden Medium Zimmerlautsprecher, sondern es stehen auch ganz ist theoretisch dann gegeben, wenn die Vorderfläche andere Konstruktionserfordernisse im Mittelpunkt, des Schwingers unmittelbar mit dem Wasser gekop- io Hierzu gehören vor allem die Druckfestigkeit sowie, pelt ist, während die Hinterfiäche oder weitere aktive einfacher und robuster mechanischer Aufbau. Daß Flächen des Schwingers unmittelbar an Luft oder der Wirkungsgrad eine noch weit größere Rolle spielt noch besser an ein Vakuum anstoßen. Diese theo- .... als bei Zimmerlautsprechern, ist selbstverständlich, retische Forderung ist aber in der Praxis nur schwer Dagegen werden Ultraschallsender im allgemeinen zu verwirklichen. 15 mit einer festen Frequenz betrieben, so daß das Fre-

Bei den üblichen Unterwasser-Sendern ist der quenzverhalten in einem größeren Frequenzbereich Schwinger mit einem nachgiebigen Material hinter- nicht berücksichtigt werden muß. legt, das die Luftpolsterung möglichst gut nach- Der erfindungsgemäße druckfeste Ultraschallsender ahmen soll, so daß ein Maximum von Schallenergie für große Meerestiefen enthält ähnlich wie die eran der Vorderseite abgestrahlt wird und der Rest 20 wähnte bekannte Lautsprecheranordnung für Luftder Energie in dem nachgiebigen Material absorbiert schall einen oder mehrere die Schallenergie von der wird. Als nachgiebiges Material wird z. B. eine Vorder- und Rückseite abstrahlende Schwinger und Mischung von Kork und Gummi, Schaumstoff oder einen Reflektor, der die von der Rückseite eines · Seidenpapier in mehreren Lagen verwendet. Der Schwingers abgestrahlte Schallenergie durch Mehr-Schwinger befindet sich in einem Gehäuse, dessen 25 fach-Reflexion an aufeinanderfolgenden schrägen Deckel die gleichen Übertragungseigenschaften wie Reflexionsflächen, von denen die eine der Rückseite Seewasser hat. Um die Drücke in verschiedenen des Schwingers gegenüberliegt und die andere Re-Wassertiefen auszugleichen und zu verteilen, kann flexionsfläche über diese Rückseite hinausragt, um das Gehäuse mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, welche insgesamt 180° umlenkt.

die gleichen Übertragungseigenschaften wie Seewasser 30 Er ist weiter erfindungsgemäß dadurch gekennhat, so daß im Endeffekt die Vorderseite des Schwin- zeichnet, daß Vorder- und Rückseite des plattengers über die Flüssigkeit und den Deckel unmittel- förmigen Schwingers senkrecht zur Ausbreitungsbar mit dem Seewasser gekoppelt ist, während die richtung der Schallenergie verlaufen, daß die erste Rückseite mit der Nachbildung eines Luftpolsters Reflexionsfläche einen Winkel von 45° mit der Rückgekoppelt ist, die gleichzeitig die Halterung für den 35 seite des Schwingers bildet und unmittelbar an dieser Schwinger bildet. beginnt, daß die andere Reflexionsfläche einen Winkel

Derartige Ultraschallsender lassen sich bis zu von 90° mit der ersten Reflexionsfläche bildet, daß mehreren hundert Metern Tiefe mit gutem Erfolg der Schwinger auf dem· Rand der ersten Reflexionsanwenden. In sehr großen Tiefen, z. B. über 3000 m, fläche befestigt ist und daß Schwinger und Reflektor wo der Wasserdruck die Größenordnung von 40 von einem Medium umgeben sind, das die Schall-300 kg/cm² erreicht, wird aber die nachgiebige Ab- ausbreitungseigenschaften des Wassers für den Bestützung des Schwingers durch den auf denselben- ' triebsdruck und die Betriebstemperatur hat. einwirkenden Wasserdruck auf einen Bruchteil ihrer Die Erfindung erschöpft sich also nicht in der Ausursprünglichen Ausdehnung zusammengedrückt. Der wahl eines unter zahlreichen bekannten Luftschall-Raum zwischen der Rückseite des Schwingers und 45 sendern und dessen Einsatz in großen Meerestiefen, dem zusammengedrückten Material wird mit Wasser obwohl bereits der Ersatz des bisher stets für Unteroder Flüssigkeit ausgefüllt. Dadurch ist ein zufrieden- wasser-Sender verwendeten Luftkissens durch eine stellender Betrieb des Senders nicht mehr möglich. äußere Umlenkung der von der Rückseite des . Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Schaf- Schwingers ausgehenden Schallenergie bisher nicht "fung eines · Ultraschallsenders, der nicht nur in 50 bekannt war, sondern die Konstruktion des Ultraflachem Wasser, sondern auch in der Tiefsee ein- schallsenders ist speziell an den Betrieb in großen wandfrei arbeitet und die Verwendung eines nach- Meerestiefen mit seinen extrem hohen Drücken angiebigen. Materials als Unterläge für.den Schwinger gepaßt. So schreibt die.USA.-Patentschrift 1 791173, überflüssig macht. die eine Lautsp'recheranordnung der oben geschil-

Unter den zahlreichen Lautsprecheranordnungen 55 derten Art betrifft, zwingend die Verwendung eines für Luftschall sind auch solche bekannt, die leinen inneren und eines äußeren Hornstrahler vor; erfin- oder mehrere die Schallenergie von der Vorder-, und dungsgemäß sitzt dagegen der plattenförmige Schwin-Rückseite abstrahlende Schwinger und einen Reflek- ger unmittelbar auf dem Rand der ersten Reflexionstor aufweisen, der die von der Rückseite eines fläche. Dadurch wird die zur Lösung der Aufgabe Schwingers abgestrahlte Schallenergie durch Mehr- 60 besonders vorteilhafte Kürze, Kompaktheit und fach-Reflexion an aufeinanderfolgenden schrägen Robustheit des Aufbaues gewährleistet. Die recht Reflexionsflächen, von denen die eine der Rückseite schwache Konstruktion nach der Vorveröffentlichung des Schwingers gegenüberliegt und die andere Re- mag für den Lautsprecherbetrieb vollkommen ausflexionsfläche über diese Rückseite hinausragt, um reichen und ist wahrscheinlich auch für die Wiederinsgesamt 180° umlenkt. Der Zweck dieser und 65 gäbe eines breiten Frequenzbandes vorteilhafter; bei vieler anderer Lautsprecheranordnungen in den ver- Ultraschallsendern für große Meerestiefen spielen schiedensten Ausbildungen besteht in. der möglichst aber ganz andere Gesichtspunkte die Hauptrolle, gleichmäßigen Verteilung hoher und niedriger Ton- Hierzu gehört auch das Merkmal, daß die Vorder-

und Rückseite des Schwingers senkrecht zur Aus- trifft auf die reflektierenden Flächen 13' und 14' und

breitungsrichtung der Schallenergie verlaufen; denn wird von diesen zu den Flächen 16' und 15' reflek-

außer dem Auftreffwinkel der abgestrahlten Energie tiert. Die reflektierte Welle ist mit R' bezeichnet,

spielt unter extrem hohen Drücken die Veränderung Nach nochmaliger Reflexion an den Flächen 16' und

der Strahlungseigenschaften des Schwingers eine aus- 5 15' läuft die Welle R" in gleicher Richtung wie die

schlaggebende Rolle. an der Vorderseite abgestrahlte Welle. Die reflek-

Durch die beschriebene Ausbildung des Ultra- tierenden Flächen sind so angeordnet, daß die nach

schallsenders wird in akustischer Hinsicht erreicht, hinten abgestrahlte Welle von der Rückseite 23 bis

daß die von der Vorderseite des Schwingers abge- zur Ebene der Vorderseite 22 einen Gesamtweg von

strahlte Welle und die von der Rückseite desselben ίο λ/2 zurücklegt, wobei λ die Schallwellenlänge in dem

abgestrahlte reflektierte Welle sich zu einer lücken- betreffenden Medium ist.' Sie erscheint somit in der

losen, in. Ausbr'eiWngsrichtung fortschreitenden Ebene des Schwingers gleichphasig'mit der an der

Wellenfront zusammenfügen. So erhält man eine Vorderseite abgestrahlten^Welle, da sie nach einer

breitere, scheinbare Schwingerfläche, die für Anwen- Strecke von λ/2 eine Phasendrehung um 180° er-

dungen unter Wasser wegen der damit verbundenen 15 fahren hat. Zu diesem Zweck schneiden sich die

besseren Richtwirkung meist sehr erwünscht ist. reflektierenden Flächen 16' und 13' bzw. 14' und 15'

Durch die Befestigung des Schwingers am Rand der unter rechten Winkeln, wobei der Abstand vom

ersten Reflexionsfläche bleibt der Ausbreitungsraum Schnittpunkt zu einer Ebene in der Mitte zwischen

der reflektierten Welle völlig frei von irgendwelchen den Flächen 22 und 23 λ/4 beträgt. Der Schwinger

störenden Einbauten. a° ist relativ zu den reflektierenden Flächen so ange-

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden ordnet, daß das nach hinten abgestrahlte Signal nur

nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. auf die zweite und dritte reflektierende Fläche 13'

Hierin ist und 1.4' gerichtet ist. Im Grundriß ragen also die

Fig. 1 eine teilweise geschnittene isometrische Seitenkanten des Schwingers 20 nicht über die

Darstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschall- 25 Schnittlinien der einander benachbarten reflektieren-

senders, den Flächen hinaus.

Fig. 2 ein Schnitt des Senders in Fig. 1, Bei der praktischen Ausführung ist der vorsprin-

Fig. 3 eine teilweise geschnittene isometrische gende Mittelteil 12 als Träger ausgebildet, woran

Darstellung einer anderen Ausführungsform der Er- auch der Schwinger befestigt ist. Dies zeigt F i g. 2

findung, 30 im einzelnen. Der Mittelteil 12 ist oben abgeflacht

Fig. 4 eine teilweise geschnittene isometrische und bildet eine Fläche 17, auf der der Schwinger auf·:

Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Er- ruht und z. B. mittels Schrauben 18 befestigt ist. Die

findung, Fläche 17 hat eine Breite X; der entsprechende Teil

Fig. 5 eine schematische Darstellung der refiek- des Schwingers bleibt inaktiv. Die Gesamtbreite Y

tierenden Flächen des Senders in Fig. 4, 35 des Schwingers umfaßt somit einen inaktiven Teil X

F i g. 6 bis 12 Schnitte verschiedener Reflektoren und zwei aktive Teile. Die Linie 19 stellt die Phasen-

und Schwingeranordnungen, front des nach hinten abgestrahlten Signals dar, nach-

Fig. 13 und 14 weitere Ausführungsformen der dem es insgesamt eine halbe Wellenlänge zurück-

Erfindung. . gelegt hat. Diese λ/2-Front 19 liegt, wie man sieht,

Fig. 1 zeigt einen druckfesten Ultraschallsender 49 in gleicher Ebene wie die Oberseite des Schwingers

mit einem Gehäuse 10, dessen Querschnitt im we- 20. Um dies zu erreichen, muß der horizontale Ab-

sentlichen W-förmig ist und zwei schräge Seiten- stand der Schnittlinie der beiden reflektierenden

wände 15 und 16 sowie einen vorspringenden Mittel- Flächen von der Mittelachse des Mittelteils
teil 12 mit Seitenwänden 13 und 14 hat. Die Seiten- \1iiA A- ^l X

wand 16 bildet eine reflektierende Fläche 16', (nicht 45

sichtbar), die sich längs des Senders erstreckt; ebenso" betragen.- Die Breite des Schwingers 20 senkrecht zur

bilden die Seitenwände 13 und 14 und 15 reflek- Mittelachse darf somit nicht mehr als λ/2 + X be-

tierende Flächen 13', 14' (nicht sichtbar) und 15'. tragen. In Fig. 2 sind die Rückseitenwelle und die

Auf dem Scheitel des Mittelteils 12 ist ein Schwin- Phasenfront 19 nur für die rechte Hälfte des Wandger 20 befestigt. Die Hauptrichtung des,. Schwingers 50 lers gezeichnet. Auf der anderen Seite sind die Ver-20 erstreckt sich in der durch die Schnittgerade der hältnisse dieselben.

Flächen 13' und 14' gegebenen Richtung. Der '..' Der Wändler ist in bekannter Weise mit einer pas-

Schwinger 20 strahlt bei Erregung in bekannter Weise senden Flüssigkeit gefüllt und mit einem -Deckel 25

eine Schallwelle von seiner Vorderseite 22 und eine versehen, dessen Werkstoff möglichst gleiche Uber-

zweite Schallwelle von seiner Rückseite 23 ab. Der 55 tragungseigenschaften wie das Medium, worin der

Schwinger 20 wird im vorliegenden Falle als Biege- Wandler arbeiten soll, hat. Für Seewasser besteht der

schwinger betrieben, d. h., die Vorderseite 22 und Deckel 25 vorzugsweise aus einem Spezialgummi mit

die Rückseite 23 bewegen sich stets in gleicher Rieh- der Bezeichnung Rho-C, und das Gehäuse ist mit

tung. Die von der Vorderseite abgestrahlte Schall- Rizinusöl gefüllt. Für sehr große Meerestiefen, z.B.

welle hat eine bestimmte Wellenlänge, die durch die $0 3000 m oder mehr, kann eine andere Flüssigkeit ver-

Betriebsfrequenz und das umgebende Medium be- wendet werden, die den Ausbreitungseigenschaften

stimmt ist. Diese erste Schallwelle ist schematisch von Seewasser bei dem Betriebsdruck und der Be-

durch die Pfeile. .F bezeichnet. Die von der Rückseite triebstemperatur besser entspricht. Hierfür sind

23 abgestrahlte Schallwelle hat die gleiche Wellen- Flüssigkeiten auf der Basis von Silikon geeignet,
länge, ist aber um 180° gegen die Vorderseitenwellen- «5 Aus der Elastizitätstheorie ist bekannt, daß ein

lange verschoben. Sie ist durch die Pfeile R be- kritischer Winkel Θ (gemessen von der Normale zu

zeichnet. . .einer Oberfläche) existiert, oberhalb dessen eine die

Die von der Rückseite 23 abgestrahlte Schallwelle betreffende Oberfläche treffende Welle total reflek-

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tiert wird. Der kritische Winkel Θ hängt von den Mittelebene durch den Schwinger, wobei zueinander Eigenschaften der beiden aneinandergrenzenden symmetrische Teile mit gestrichelten Bezugszeichen Medien hinsichtlich der Schallgeschwindigkeit in versehen sind. Das Gerät nach Fi g. 4 enthält einen ihnen ab. Das eine Medium ist hier die Flüssigkeit, Schwinger 50 mit oberer Stirnfläche 52, unterer Stirnmit welcher der Wandler gefüllt ist, während das S fläche 53, innerer zylindrischer Fläche 54 und äußerer andere Medium dasjenige des Gehäuses ist. Besteht zylindrischer Fläche 55. Der Schwinger 50 arbeitet das reflektierende Gehäuse beispielsweise aus Edel- bei entsprechender Erregung als atmender Schwinger, stahl, so hat der kritische Winkel Θ eine Größen- d. h., die zylindrischen Innen- und Außenflächen 54 Ordnung von 19°. Erfindungsgemäß ist die Anord- und 55 bewegen sich stets in gleicher Radialrichtung, nung so getroffen, daß die reflektierenden Flächen io Zwei reflektierende- Flächen 58 und 61 befinden unter einem Winkel getroffen werden, der größer als sich an konischen Teilen 59 und-62. Zum leichteren der kritische Winkel ist. ,·./ -..·.'·" Verständnis sind die reflektierenden Flächen und die . Der Schwinger 20 ist als Kristall dargestellt. Es Schwinger in F i g. 5 nochmals im Achsenschnitt darkönnen aber die verschiedenen bekannten Arten gestellt. Die Kegel 59 und 62 haben die gleiche Mittelvon Ultraschallschwingern verwendet werden, z. B. 15 achse und sind · mit ihren Scheiteln einander zupiezoelektrische, piezo keramische, magnetostriktive gekehrt. Der radiale Abstand von der Schnittebene Schwinger usw. Sie können entweder aus einem Stück der beiden Kegel zu einer Stelle in der Mitte zwischen oder aus mehreren aneinanderstoßenden Teilen be- den Schwingerflächen 54 und 55 beträgt A/4. Die stehen. Es können mehrere Anordnungen gemäß Kegel haben je einen öffnungswinkel von 90°, so Fig. 1 nebeneinander angebracht sein. 20 daß ihre Flächen um 90° gegeneinander geneigt sind. - Für gewisse Anwendungen ist es erwünscht, wenn Die Länge des Schwingers beträgt A/4. Durch diese der öffnungswinkel der Strahlungskeule in einer zum Anordnung ergibt sich eine Rundstrahlcharakte-Meeresboden senkrechten Ebene möglichst groß, ristik in einer Ebene senkrecht zur Wandelachse, vor-z. B, nahezu 90° ist, während in einer zum Meeres- zugsweise in der Horizontalebene. Durch den zweiten, boden parallelen Ebene der öffnungswinkel weniger 25 symmetrischen Teil in Achsenrichtung wird die Chaals 1° betragen soll. Mit der Anordnung nach Fig. 1 rakteristik in einer durch die Wandlerachse gehenden läßt sich diese Forderung leicht erfüllen, wenn der Ebene, also einer Vertikalebene, beeinflußt. Der öff-Schwinger20 nur genügend lang, nämlich mehrere nungswinkel. der Richtcharakteristik in der Vertikal-Wellenlängen lang gemacht wird. . ebene nimmt ab, wenn die gesamte effektiv strah-

Bei anderen Anwendungen soll eine rotations- 30 lende Fläche des Wandlers zunimmt,

symmetrische. Strahlungskeule erzielt werden. Hierfür '· Die Reflexionskegel59, 62, 62' und 59' können

ist die Anordnung nach Fig. 3 geeignet. Der dort aus einzelnen Stücken bestehen und mittels einer

gezeigte Wandler besitzt ein Gehäuse 30 mit ebenfalls axialen Stange 64 zusammengehalten werden. Die

W-förmigem Querschnitt, das einen vorspringenden untere Stirnseite 53 des Ringschwingers 50 stößt

Mittelteil 32 und Seitenteile 34 und 35 hat. Das Ge- 35 gegen einen Sitz 66 in der Nähe der Basis des Kegels

häuse ist hier aber im Gegensatz zu F i g. 1 nicht pris,- 59. Der Schwinger reicht nicht höher als bis zur

matisch, sonder zylindrisch, d. h. die dargestellten Schnittebene der beiden Reflexionskegel. Ein Ring

Seitenlinien des Mittelteils 32 gehören zu einem Kegel 69 liegt auf der oberen Stirnfläche 52, und der

37, während die Linien 34 und 35 in einem reflekr Schwinger wird mittels eines Halteringes 71 fest-

tierenden kegelstumpfförmigen Teil 39 liegen, der 40 "gehalten, der an Stäben 72 sitzt, die an einem End-

den Kegel 37 in der kreisförmigen Linie 41 schneidet. teil 74 befestigt sind. Letzterer kann aus einem Stück

Ein scheibenförmiger Schwinger 44 ist auf der ' mit dem Kegel 59 bestehen oder auch nicht.

Oberseite des vorspringenden Teils 32 befestigt. Seine " Der dargestellte Wandler strahlt auf seinem ganzen

Vorderseite 45 strahlt bei Erregung eine Welle F ab, Umfang gleichphasige Wellen ab und liefert dem-

während die Rückseite 46 gleichzeitig eine Welle R 45 gemäß eine Rundstrahlcharakteristik in der Hori-

nach hinten abstrahlt, die 180° phasenverschoben zontalebene sowie eine kardioidförmige Charakte-

gegen die Vorderseitenwelle ist. Der kreisförmige ristik in der Vertikalebene. Bei zunehmender axialer

Schwinger 44 vollführt also schirmartige Biegeschwin- Länge hinsichtlich der Wellenlänge des λ wird die

gungen. Das Gerät ist wieder mit einer" passenden Breite der Kardioide vergrößert.

Flüssigkeit gefüllt und mit einem Decicel 48 abger 5° Als Abänderung können Teile der oberen Hälfte,

schlossen, der in gleicher Weise wie bei Fig. 1"und 2 die mit gestrichelten Bezugszeichen versehen sind,

ausgebildet ist. .. andere Abmessungen haben und mit einer anderen

; Die Betriebsweise der Anordnung nach Fig. 3 ist Frequenz betrieben werden als die Teile der unteren

grundsätzlich dieselbe wie diejenige der Anordnung Hälfte, so daß sich ein Doppelfrequenzwandler oder

nach Fig. 1, da das nach hinten abgestrahlte Schalt- "55 auch ein Mehrfachfrequenzwandler in einem gemein-

signal zweimal reflektiert wird und schließlich in der samen Gehäuse ergibt. Die einzelnen Abschnitte sind

Ebene des Schwingers mit gleicher Phase wie die hierbei voneinander unabhängig. Zur Verwirklichung

nach vorn abgestrahlte Welle auftritt. Der Durch- des Breitbandwandlers können mehrere Schwinger

messer des Schwingers 44 soll nicht größer als der- SO, 50' usw. und die zugehörigen Reflektoren mit

jenige des Schnittkreises 41 sein, um die zweite reflek- 60 passenden Größen koaxial zusammengesetzt und mit

tierende Fläche 39 nicht zu verdecken. Der „Quer- verschiedenen Frequenzen betrieben werden, die das

schnitt in Fig. 2 gilt auch für Fig. 3. Die inaktive gewünschte Frequenzband überdecken.

Strecke X ist hier nicht eine Breite, sondern ein. Um das Ganze zusammenzuhalten, sind Zugstäbe

Durchmesser. Der Gesamtdurchmesser Y des Schwin- 76 vorgesehen, die durch die Halteringe 71 und 71'

gers 44 ist auch hier nicht größer als A/2 + X . 65 gehen und an den Endteilen 74 und 74' befestigt sind.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsforrn der Ein zylindrischer Deckel 78 ist an den Endteilen beErfindung, die einen Rundstrahler betrifft. Die· Anr festigt und umgibt die Wandlerelemente. Der Deckel Ordnung ist etwa symmetrisch um eine horizontale kann wieder aus Rho-C-Gummi bestehen. Der innere

?u^OrchT_S ίο ^n^dIerr-,^kani1 "? ™Γ ^F1ÜSsi§^keit _A ^Fi§- ^{12 ze}igt eine Abänderung der Fig. 11, bei ScSiihEn βϊ ⁸u T' ,^{aS mit einer derdieeiste} reflektierende Fläche unter einem Winkel

schraubkappe 81 verschlossen werden kann. von weniger als 45° gegen die Vertikale angeordnet

t™ «.«J;· ^Wafⁿ $f. H^eiden gegeneinander geneig- ist. Die zweite reflektierende Fläche ist derart ge- «?Γ IuI "I"^dei ..^{Flachen eben}· ^{In F}' g· ³ waren 5 krümmt, daß die ;./2-Phasenfront von der Vorderseite sie als konische Flachen ausgebildet, von denen die des Schwingers zu einer Stelle verläuft, die niedrieer eine die andere ringförmig umgibt. In Fig. 4 sind als in Fig. 11 liegt

ve^e™^bm^der ^'^"^βη ^axj.^al gegeneinander Zahlreiche der in Fig. 6 bis 12 illustrierten Mög-

'tffi? ^Oeg,^eben<r^{nfalIs konne}n die reflektierenden lichkeiten können zu einer Einheit kombiniert wer-JÄ™ weiter abgeändert werden, um eine landen. Ein solches'Gerät ist in Fig. 13 im Schnitt °e- Ifnftln ^CS^araktens _A ^tlk>^kleine Korrekturen von Neben- zeichnet. Die reflektierenden Flächen sind wie°in r K^a ?"i^{e}ne An}P^assung an verschiedene körper- F i g. 4 konisch ausgebildet, und. die ganz rechts be-•licne Ausführungen zu gestatten. Einige Beispiele findliche reflektierende Fläche stellt einen gewölbten niertur sind in Fig. 6 bis 12 schematisch gezeigt. Rotationskörper dar. Der Schwinger ganz links und

• i^g; . ^{bls 12 smd} jeweils ein Schwinger und 15 die zugehörigen reflektierenden Flächen entsprechen zwei reflektierende Flächen im Schnitt dargestellt. der Fig. 9; der mittlere Schwinger und die zuge- ±sei aem Schwinger ist stets angenommen, daß seine hörigen reflektierenden Flächen entsprechen der vorder- und Rückseite in gleicher Richtung F i g. 6, und der rechte Schwinger mit den zugehöriscnwmgen. _Im übrigen kann es sich um einen gen Flächen entspricht der Fig. 12. plattenförmigen, scheibenförmigen oder ringförmigen 20 Es wurde ein Wandler gemäß F i g. 4 für eine Freschwmger handeln. Die reflektierenden Rächen quenz von 6,72 kHz gebaut. Bei dieser Frequenz benaben jeweils die entsprechende Gestalt. trug die Wellenlänge in der Füllflüssigkeit 22 cm

* UnH" α ^Zu^{gt n}°^chmals schematisch die in Fig. 1, (λ/2 = 11 cm, λ/4 = 5,5 cm). Der Schwinger 50 war ■ βγμ! ·· ^sehenden Verhältnisse. Die von der als keramischer Körper aus Bleizink-Titanat aus-KucKseite des Schwingers ausgehende Welle wird 25 gebildet und hatte einen mittleren Durchmesser von zweimal reflektiert und kommt nach einem Gesamt- 12,5 cm mit einer Wanddicke von etwa 7 mm· er weg von λ/2 in einer Ebene oder Fläche an, die in wurde als Art runder Ringschwinger betrieben Der g eicner Hohe wie der Schwinger liegt und mit Abstand zwischen den Stirnflächen 53 und 52 betrug /.'z-rnasenrront bezeichnet ist. Die Breite des Schwin- 5,5 cm, also eine viertel Wellenlänge. Die Gesamtgers ist λ/4, und der Abstand von der Mittelebene 30 länge des Wandlers von der unteren Stirnfläche des des Schwmgers zur Schnittlinie der beiden reflektie- Schwingers 50 bis zur oberen Stirnfläche 53' des l?*™™"*^en ,tarägt ebenfalls λ/4. Die reflek- Schwingers 50' betrug eine volle Wellenlänge λ,- also tierte Welle ist also gleichphasig mit der direkt ab- 22 cm.

^8eTn^rai?!ⁿ7^W^^e· λ , Die in Fig. 8 und 9 gezeigten voreilenden und

a RA- ^g;^ »I^{die Anordnu}ng ebenfalls so getroffen, 35 nacheilenden A/2-Phasenfronten können statt durch dais die Z/2-Phasenfront in gleicher Höhe mit der konstruktive Mittel auch durch Änderung der Frevorderseite des Schwingers liegt, jedoch ist die Breite quenz erzeugt werden. Beispielsweise hatte der obige des Schwmgers kleiner als λ/4. Da der Abstand von Wandler bei 6,72 kHz eine halbe Wellenlänge von der Mittelebene des Schwingers zur Schnittlinie der 11 cm. Wenn der gleiche Wandler mit einer Frequenz reflektierten Flachen λ/4 betragen soll, ist der 40 von 10 kHz betrieben wird, liegt seine Wellenlänge λ/2 schwinger lrf einem geringen Abstand χ oberhalb der in der Größenordnung von'7,5 cm. Die Λ/2-Phasenersten reflektierenden Fläche angeordnet, front liegt in diesem Falle hinter der Vorderseite des

In Jbig. 8 ist der Schwinger mit der Breite λ/4 der- Schwingers. Bei Betrieb mit einer Frequenz kleiner art oberhalb der ersten reflektierenden Fläche an- als 6,72 kHz läßt sich umgekehrt eine Phasengeordnet, daß der Abstand von seiner Mittelebene 45 voreilung erzielen.

bis zur Schnittlinie der reflektierenden Flächen größer Fig. 14 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel der

als; a/4, aber kleiner als λ/2 ist. Die A/2-Phasenfront Erfindung. Ein Schwinger 95 ist in Seitenansicht darbermdet sich infolgedessen etwas hinter der Vorder- gestellt. Es kann sich um einen Ringschwinger hanseite des Schwingers, d. h., es tritt eine Phasennach- dein, oder wenn die Seitenteile 96 und 97 des Schwineilung ein. so gers unterstützt sind, kann der Schwinger rechteckig

in t ig. 9 ist die Breite des Schwingers kleiner als oder rund sein, wie es in Fig. 1 und 3 gezeigt ist. λ/4, und dasselbe gilt für den Abstand seiner Mittel- Hinter der Rückseite 102 des Schwingers befindet ebene von der Schnittlinie der reflektierenden Flächen, sich der Reflektor mit den reflektierenden Flächen wodurch sich eine vor der Vorderseite des Schwin- 105 und 106, die einen Winkel miteinander bilden, gers liegende ;./2-Phasenfront ergibt. 55 Der Abstand von der Rückseite 102 zur Schnittlinie

Die Wirkungen von Fig. 8 und 9 können gemäß der Flächen 105 und 106 ist λ/4. Die von der Rück-Fig. 10 kombiniert werden, indem die zweite reflek- seite 102 ,abgestrahlte Schallwelle trifft also den Retierende Fläche stufenförmig ausgebildet ist. So er- flektor auf der ersten Fläche 105, wird zur zweiten geben sich nach Wunsch voreilende und nacheilende Fläche 106 reflektiert und kehrt von dort zur Rück-//2-Phasenfronten. 60 seite 102 zurück. Ebenso trifft das von der anderen

In Fig. 11 ist der Schwinger gleich breit oder Hälfte des Schwingers ausgehende, nach hinten abschrnaler als λ/4 und befindet sich in einem Abstand χ gestrahlte Schallsignal zuerst die zweite Fläche 106, oberhalb der ersten reflektierenden Fläche. Die zweite wird von dort zur ersten Fläche 105 und dann zur reflektierende Fläche ist derart gekrümmt, daß die Rückseite 102 reflektiert. Die beiden reflektierenden A/2-Phasenfrortt sich stetig an die Vorderseite der, 65 Flächen 105 und 106 bilden einen Winkel von 90° Schwingers anschließt und sich allmählich nach miteinander, und da der Abstand von der Rückseite unten krümmt, um schließlich die zweite reflek- 102 des Schwingers zur Schnittlinie λ/4 beträgt, legt tierende Fläche zu treffen. die nach hinten abgestrahlte Schallwelle R insgesamt

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einen Weg von /72 zurück und ist dann gleichphasig mit dem ursprünglichen Schallsignal. Der Auftreffwinkel der Schallwelle auf den Reflektor ist stets größer als der kritische Winkel Θ, so daß Totalreflexion stattfindet.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Druckfester Ultraschallsender für große Meerestiefen mit einem oder mehreren die Schall-.

':'■> energie von der Vorder- und Rückseite abstrah- !enden Schwingern und einem Reflektor, der die von der Rückseite eines Schwingers abgestrahlte Schallenergie durch Mehrfachreflexion an aufeinanderfolgenden schrägen Reflexionsflächen, von denen die eine . der Rückseite des Schwingers gegenüberliegt und die andere Reflexionsfläche über diese Rückseite hinausragt, um insgesamt 180° umlenkt, dadurch gekennzeichnet, daß Vorder- und Rückseite des plattenförmigen Schwingers (20) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Schallenergie verlaufen, daß die erste Reflexionsfläche (13) einen Winkel von 45° mit der Rückseite des Schwingers bildet und unmittelbar an dieser beginnt, daß die andere Reflexionsfläche (14) einen Winkel von 90° mit der ersten Reflexionsfläche bildet, daß der Schwinger auf dem Rand der ersten Reflexionsfläche (13) befestigt ist und daß Schwinger und Reflektor von einem Medium umgeben sind, das die Schallausbreitungseigenschaften des Wassers für den Betriebsdruck und die Betriebstemperatur hat.

2. Ultraschallsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (20, 44) eine planparallele Platte ist.

3. Ultraschallsender nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei nebeneinanderliegende Reflektoren, deren innere Reflektionsflächen (13,14) längs der Mittellinie des Schwingers (20) zusammenstoßen, wobei der Schwinger an dieser Stelle des Reflektors befestigt ist.

4. Ultraschallsender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen konische Gestalt haben und zu zwei entgegengesetzt ineinandergestellten Kegeln (37, 39) mit gemeinsamer Achse und gegenüberliegenden Basisflächen gehören und daß der Schwinger^ (44) auf dem Scheitel des inneren Kegels (37) befestigt ist.

5. Ultraschallsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (50) zylindrisch ausgebildet ist.

6. Ultraschallsender nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen (58, 61) an zwei entgegengesetzt gerichteten Kegeln (59, 62) ausgebildet sind, deren gemeinsame Achse mit der Achse des zylindrischen Schwingers (50) zusammenfällt und deren Basisflächen einander gegenüberliegen.

7. Ultraschallsender nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei spiegelbildlich längs derselben Achse angeordnete Einheiten aus je einem zylindrischen Schwinger und zwei Reflexionskegeln.

8. Ultraschallsender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus mehreren nebeneinanderliegenden Schwingern mit zugeordneten Reflektoren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einem Ende des Senders die äußerste Reflexionsfläche konvex weg von der Ausbreitungsrichtung gekrümmt ist (Fig. 13).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen