DE1814955C3 - Ultraschall Übertragungsleitung - Google Patents

Description

3 4

»••,lie senkrecht zu der Fläche fort, auf der die Es war festgestellt worden, daß sich die Oberfla-

u'nndlerelektroden aufgebracht sind. ehenwelLn und Biegewellen dann mn besonuer

\uf»abe der vorliegenden Erfindung ist es. eine staiker kopplung in einen wenigstens teilweise p^

Ultnsehall-Cbertragungsleitune der einuauus cc- /oelektrischen körper einkoppeln Wissen, wenn eii <-

nnnten Art mit hoher elektromechanischen Kopp- .s transversale, d.h. im wesentlichen senkrecht zur

I _no -wischen dem elektrischen Sienal und der nie- larisationsrichtung des Körpers ausgerichtete Ann.

!vfni'schen Welle anzugeben, hei der die Bai-Jniii- yin_ä vorgesehen ist. Bei einer solchen Anregung l. -

!■'„frequenz de- Leitung und oder die F^rtpf'.an- lieben sich, abhängig von der jeweiligen Dicke te

,' ,_s„esehwindiukcit der mechanischen Welle Men- Körpers, voneinander verschiedene W ellennpcn. mu

farbveränderlich ist. und zwar sowohl im Falle in /war bei großer Abmessung der Dicke Ober,''^^

^L-_n'r dispersionsfreien als auch einer dispersionsbe- wellen und bei entsprechend geringer A mKssuii-

hnfteten Xusführunasform. Bieuewelien. Beide Wellenlormen entstehen superpo-

Dj₀M- Aufgabe wird dadurch ee'-t. dal", an den niert bei dazwischenliegenden Abmessungen. Uie zur

li-irnerlT-iehen im Bereich des pie .elektrischen Ma- Erfindung anncüebene Auswahl der Abmessung.,

.,ri-ils enander aecenüherlieuend Elektroden vorne- ^ newährlefstct. daß tue jeweilige entsprechende w <- -

\' I und daß durch eine an diese Elektroden !entype ausschließlich oder doch wenigstens wlsliu

Llc«ie steuerbare Spannung in einem ausnehmen lieh" überwiegend auftritt. Außerdem sind bei dn.su

Bereich im Körper und zwischen den Wandlern (3.4) Auswahl Störungen durch Resonanzscnwingung. λ

•_n -!e'rrisches Feld besteht, das sieh dem mat,rial- des Körpers unterbunden. ₍ Picenci Polarisationsfeld überlagert. ₂₀ Bekanntermaßen sind die Ober'lachenvvrl en cu-

Yori-Mlhaft ist auf der Körperoherseite wenigstens spersionsfrei. I'm eine dispersionshehattete »-c'_;»;V

,;„ W ,Tidier aus ineinandergreifenden sireifenförmi- zu erhalten, kann man in an sich bekannter \\usl

,n B 'e»un»en unterschiedlicher Poiauiat und auf die Finuansjs- und oder Ausgangs«anüler entspa-

L Korperunterseite wenigstens eine fUiehenhafte chenu bilden. Bei einer der Erlindung gemäßen aus-Fi^ktr. de angebracht. Diese tlachenh.ilte Elektrode 25 uestaltuns mit Biegewellen hangt die Grobe der ι

Hem -.Is Gegenelektrode /um Erzeugen des Steuer- spersion von der Dickenabmessung des K»rp<£· ^

En 'elektrischen Feldes im Bereich du Wandler. zosen auf die Wellenlänge der Biegewe Ie. ab. In-

^b Be, einer Anrewn». des Körpers /u D;ekenschvvin- folge der geringen For.pflanzungsgeschvv, .digUit

,„!., sind die ;trelfenförm.een Bcle-unüen unter- von Bieuewellen kann eine dementsprechend aus_rcthied! eher Polarität wcnisiMens eine- W andleis auf 30 bildete Leitung extrem kurz gehalten w-iülii.

,-.,.,,-,V₁- ..coenüberlicBCndc-n Körperolvi ilachen an- Die uroßcn Vorteile der erfmdungsgemaßen L ira-

oco'diet ^An diese Belegungen wird dann nicht nur schall-l'beriragungsleitung liegen in der Meiiui. -

die V.-nMspannune, sondern"auch die Spannung zum keil der Bandmittenfreciuenz und oder der U* «. c

Fr/ei-en des steuerbaren elektrischen Feldes ance- Laufzeit. Diese Ausgestaltung ist aber nicht nu ur Ie ί Bei dieser Ausführun» der Wandler ist jedoch 35 «ine UUraschall-Übertragungsleitung m der '^" ¹^

K₁ /u achten, daß die einzelnen Sireilen de, Be- ren erfindungsgemäßen Ausführung sor- ern . uch

icoün-en d rart gegeneinander versetzt sind, daß we- für solche der bekannten Art vorteilhaft ai.wcndhar.

nit.stensein Anteil transversaler Anregung bleibt. Der erfindungsgemaßen Steueiui

Entsprechend einer besonderen Auseestaltuna der daß in dem vorzugsweise e ekta Frfindun« ist die Dicke des Körpers (Abstand zvvi- 40 die Wellenlänge und oder die 1.

sehen den Flächen) so gewählt, daß sie großer ist als Wellenfortpflanzung meehamsene

die Findringtiefe von Oberflächenwellen mit Fre- sender Matenalgroßen auch abh.> g ,^nd

lenzen im Übertragungsbereich |_„ den Korper und ^"«?^^^ 'S Feld im

Übertragungsbereich in den Körper und Größe J

so groß ist. daß die Frequen/werte wc- Material. Ein steuerbares, ζ B. e"^«n^n

möglicher DickenrcsonanUwingungcn 45 Bereich eines Wandl.-rs w.rk s, dan ^o aus. hblih hlb di (Jbta eien die Abslande de. streilLniuimiLc,

Äer möglicher Dickenrcgg Bereich eines Wandl.r ^ ^

des Körpers erheblich unterhalb dieses (Jbertra- seien die Abslande de. streilLniuimiLc,-,

uLsberSchs liegen. Unter »wesentliche mögliche« der ^o^ä^«^^^

bickenrcsonanzschwingungen sind solche zu ν erste- Durch ein/. B. c ek schcs h clü a

_hen. bei denen die Vielfachen der halben Wellenlän- einem ^¹'^«¹¹-" ^dt' ^^ut^ _d,_m Ausuargswand-_Ecn mit der Dickenabmessung des Körpers überc.n- ₅n se:.u η dem Eingangs^ ndlu u. d ^^nlAu^ ^ _f,_an.

Timmen und die. gesetzt den Fall sie wurden ange- ler vorhegt ist man 1 ann ηι du L a et Ρ^_

reet werden, mit gegenüber den erwünschten Ober- zungsgcscMvH.^gkcU η d ^sem 1 ^^

fiachcnwdlcn vergleichbarer Intensität auftreten ern. Durch·^^J '^ü Sw. Phascnmodu-

^^a^S SÄ des übertragenen Signals

schricbcncn Ausgestaltung der Erfindung so zu ν er- 6o Korpers m r m_; ^g I «^^^¹^, _{wic C}r für

stehen, daß. gesetzt den Fall es treten mechanische hc1, s nd.Mm Fj^c n^ P ^^ ^ _cr.

Wellen und/oder elektrische Signale der Dickcnrc- Oberf '^1L1cn^'^lL" '" ^B^"_{nnuno für} eine zu crrei-

sonanzcn auf. diese in für den Anwendungsfall so (order ,ehe ektns^ I c Spann»m ^ ^

ausreichendem Frequenzabstand vom übertragungs- chende Fekl ^U dadu,^J _nanordnungcn ge-

hcrcich liegen, daß J.rch sie im praktischen Emsatz. 6_S Jg^,^^ _{his m} einer gewissen,

der Leitung keine Störsignalc wirksam werden ^g, ei _r Weh „!ische Unnvandlunu noch nicht stö-

Zur der Erfindung führten die folgenden t-berle- ^^^^^_{k cloktris}ch" leitend ist. Der-

..uiii-on und Erkenntnisse: ^IUIUU

artige Leitfähigkeit piezoelektrischer oder cleklrostriktivcr Körper ist z.B. auch vom Kaltleiter her bekannt.

Weitcrc Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung zu den Figuren eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels und seiner Varianten hervor.

Mit 1 ist der plaücnförmigc piezoelektrische Körper bezeichnet. Vorzugsweise zur Dämpfung von Reflexionen kann der Körper wenigstens in einer Ausgestaltung für Oberflächenwelle;! in einer entsprechenden Masse 2 eingebettet sein. Mit 3 und 4 sind die Wandler bzw. deren Elektrodenanordnungcn bezeichnet. Die beiden Elektroden eines jeden Wandlers sind kammförmig ausgebildet und greifen verzahnt ineinander. 5 und 6 sind elektrische Kontaktanschlüssc der Elektroden der Wandler. Das Teilstück 11 des Körpers 1 zwischen den Wandlern 3 und 4 ist die eigentliche Laufstrecke für die machanischc Welle. Ihre Länge ist ein Maß für die Signalverzögerung vom elektrischen Eingang zum elektrischen Ausgang der Übertragungsstrecke, z.B. von 5 nach 6.

Die Dicke von 1 ist abhängig vom gewünschten Wellcntyp (Oberflächenwelle; Biegewelle) gewählt.

Fig.2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Anordnung von F i g. 1. 12 und 13 sind flächenmäßig ausgedehnte zusätzliche Elektroden zum Anschluß einer steuerbaren elektrischen Spannung zur Veränderung der Laufzeit der Welle. Eine mit 14 bezeichnete, großflächige Elektrode (z.B. wie 12 und 13), die auf der der Elektrodenanordnung3 gegenüberliegenden Fläche des Körpers angeordnet ist, kann zu einer Veränderung der Bandmittenfrequenz herangezogen werden. Hierzu wird eine elektrische Spannung zwischen 14 und der Elektrodenanordnung 3 angelegt. Eine entsprechende Ausführung für den anderen Wandler kann im Bedarfsfälle vorgesehen

ίο sein.

F i g. 7> zeigt einen (vergrößert dargestellten) Ausschnitt wie in F i g. 2 mit einer Elektrodenanordnung eines Wandlers, bei der die galvanisch miteinander verbundenen streifenförmigcn Belegungen 31 der einen Elektrode auf der einen Fläche des vorzugsweise dünnen Körpers 1 und die dazugehörige Gegenelektrode mit den miteinander verbundener streifenförmigcn Belegungen 32 auf der gegenüberliegenden Fläche angeordnet sind. Wie auch au:

ao F i g. 3 zu entnehmen, stehen sich die Streifen de Belegungen 31 und 32 jeweils zueinander versetzt ge genüber. Die Fortpflanzungsrichtung der dazugchöri gen Welle ist mit dem Pfeil 33 angedeutet.

Die Breite des Körpers ist an sich in relativ weitet

»5 Grenzen frei wählbar. Sie bestimmt z.B. die maxi male Größe der von der Strecke übertragbaren Lei stung. Die Länge der einzelnen Elektrodenstreifen is auch milbestimmend für die Größe des Wellenwider stundes der Leitung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Uhraschall-Übertragungsleitung mit einer Foripflanzungsbahn für mechanische Wellen in einem wenigstens teilweise piezoelektrischen Körper, der von zwei einander gegenüberliegenden, längsverlaufcnden Flächen begrenzt ist, mit je einer Elektrodenanordnung, die aus mehreren streifenförmigen. elektrisch leitfähigen Belegungen besteht, die miteinander galvanisch verbunden, im wesentlichen quer zur Fortpflanzungsrichtung der Welle ausgerichtet und jeweils in solchen Abständen voneinander anaeordnet sind, die von der Wellenlänge der im Material zu erzeugenden Welle bestimmt sind, für Eingangsbzw. Ausgangswandler, wobei in dem Körper wenigstens im Bereiin der Wandler eine senkrecht xu den Begrenzungsflächen gerichtete Polarisation \orliegt. dadurch gekennzeichnet, daß an den Körperilachen im Bereich des piezoelektrischen Materials einander gegenüberliegend Elektroden (12. 13. 14, 31. 32) vorgesehen sind und daß durch eine an diese Elektroden (12, 13. 14. 31. 32) gelegte, steuerbare Spannung in einem ausgedehnten Bereich im Körper (1) und /wischen den Wandlern (3,4) ein elektrisches Feld besteht, das sich dem materialeigenen Polarisationsfeld überlagert.

2. Ultraschall-Übeitraguiigsleitu .g nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß auf der Körperoberseite wenigstens ein War. iler (3) aus ineinandergreifenden streifenförmigen Belegungen unterschiedlicher Polarität und auf der Körperunterseite wenigstens eine flächenhafte Elektrode (14) angeordnet ist.

.V lltraschall-Übertragungsleitung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die streifenlörmigen Belegungen (31, 32) unterschiedlicher Polarität wenigstens eines Wandlers aufeinander gegenüberliegenden Körperoberflächen angeordnet sind.

4. Ultrascliall-Übertragungslcitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. daß die Dicke des Körpers (1) (Abstand zwischen den Flächen) so gewählt ist, daß sie größer ist als die Eindringtiefe von Oberflächenwellen mit Frequenzen im Übertragungsbereieh in den Körper und mindestens so groß ist, daß die Frequenzwerte wesentlicher möglicher Dickenresonanzschwingungen des Körpers (1) erheblich unterhalb des Übertragungsbereiches liegen.

5. Ultraschall-Übertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Körpers (1) (Abstand zwischen den Flächen) so gering ist, daß die Frequenz der fundamentalen Dickenresonanz des Körpers (1) erheblich oberhalb der Frequenzen des Übertragungsbereiches liegt.

6. Ultraschall-Ubertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) von der Rückseite her bis zu einer gewissen, die elektromechanische Umwandlung noch nicht störenden Dicke relativ stark elektrisch leitend ist.

Die Erfindung betrifft eine Ultraschal'-Übertragungsleiumg mit einer Fortpflanzungsbahn für mechanische Wellen in einem wenigstens teilweise piezoelektrischen Körper, der von zwei einander gegenüberliegenden längsverlaufenden Flächen begrenzt ist. mit je einer Elektrodenanordnung, die aus mehreren streifeaförmigen. elektrisch leitfähigen Belegungen besteht, die miteinander galvanisch verbrnden. im wesentlichen quer zur Fortpflanzungsrich-

lung der Welle ausgerichtet und jeweils in solchen Abständen voneinander angeordnet sind, die von der Wellenlänge der im Material zu erzeugenden Welle bestin.mt sind, für Eingangs- bzw. Ausgangswandler, vvbci in dem Körper wenigstens im Bereich der Wandler eine senkrecht zu den Begrenzungsflächen gerichtete Polarisation vorliegt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 267 354 ist eine Ultraschall-Übertragungsleitung bekannt, in der als mechanische Wellen" Rayleighsche Oberflächenwellen verlaufen, die an dem einen Ende eines Körpers eingekoppelt und an dem entgegengesetzten anderen Ende ausgekoppelt werden. Ein besonderes Merkmal der Rayleighschen Oberflächenwellen ist, daß ihre Fortpflanzungsgeschwindigkeit frequenzun-

abhängig ist. d. h.. daß die Übertragungsleitung dispersionsfrei wirkt.

Bei der bekannten Anordnung ist der Ausgangswandler in der Weise augebildet, daß galvanisch parallelgeschaltete, in bestimmten Abständen voneinander angeordnete streifenförmige Belegungen einer leiteiförmigen Elektrode auf der einen der längsverlaufenden Fläche des Körpers angeordnet sind. Die dazugehörige Gegenelektrode ist ' if der gegenüberliegenden Fläche des Körpers angeordnet und als ganzflächige Metallisierung ausgebildet. Eine Polarisation des Körpers liegt wenigstens in dem Teilstück zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden vor. und zwar senkrecht gerichtet zu der belegten Oberfläche.

Zur Beeinflussung der Bandbreite der Ultraschall-Ubertragungsleitung werden die Abstände der einzelnen Streifen der entsprechend ausgebildeten Elektrode voneinander bekanntermaßen unterschiedlich groß bemessen. Insbesondere werden die einzelnen Abstände in Richtung der Fortpflanzung der mechanischen Welle stetig zunehmend oder stetig abnehmend groß gemacht.

Es ist auch bekannt, für den Eingangswandler eine Ausführungsform zu wählen, die im wesentlichen dem hier beschriebenen Ausgangswandler entspricht. Vorzugsweise läßt sich bei einer wie beschriebenen Ausführung der Wandler der Ultraschall-Übertragungsleitung auch eine Frequenzdispersion erreichen, indem man dem örtlichen Verlauf der Ab-Standsänderungen der Streifen der Elektroden in dem einen Wandler in z. B. an sich bekannter Weise auf denjenigen des anderen Wandlers abstimmt.

Aus der USA.-Patentschrift 3 343 105 ist eine elektromechanische Verzögerungsleitung bekannt, deren Eingangs- und Ausgangswandler einen von der Polarisation des Materials abhängigen Umwandlungsfaktor besitzen. Zwischen den Wandlern befindet sich eine Verzögerungsstrecke. Die Wandler selbst sind auf den Stirnflächen des als Vcrzögerungsstrecke dienenden Körpers angebracht. Die Wandler-Elektroden sind als ineinandergreifende kammartige Strukturen ausgebildet. Bei dieser bekannten Anordnung pflanzt sich· die mechanische