DE1916847A1 - Ultraschallwandler - Google Patents

Ultraschallwandler

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Publication number
DE1916847A1
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DE
Germany
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crystal
carrier
ultrasonic transducer
rear side
electrically conductive
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Pending
Application number
DE19691916847
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English (en)
Inventor
Woollaston Henry John
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
    • H01G7/02—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
    • H01G7/028—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having a heterogeneous dielectric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/0681—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a damping structure
    • B06B1/0685—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a damping structure on the back only of piezoelectric elements

Description

UNITED KHTGDOM ATOMIC EHlHGT AUTHOHITI, 11, Charles II Street,
London , S.W.1, England
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 16045/68 vom 3· April 1968 in Anspruch genommen.
Ultraschallwandler
Die Erfindung bezieht sich auf Ultraschallwandlereinheiten mit einem Kristall und einem Träger, dessen rückwärtige Seite elektrisch leitend ist·
Ultraschallwandler wandeln bekanntlich elektrische Energie in Ultraschall um, und umgekehrt. Im allgemeinen besitzen sie einen piezoelektrischen oder ferroelektrischen Kristall, der so angeordnet und eingerichtet ist, daß ihm elektrische Energie zugeführt werden kann. Der Ausdruck "Kristall" wird gewöhnlich,
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im Zusammenhang mit dem Stand der Technik, entweder auf einen Einkristall, beispielsweise aus Quarz, oder auf ein polykristallines Material, beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat, angewendet.
Bei bekannten Wandlern ist der Kristall an seinen beiden' Seiten mit Silberelektroden versehen und in einem metallischen Gehäuse montiert, welches mit der einen Silberelektrode, gewöhnlich an der Frontseite, in Kontakt steht. Die rückwärtige Elektrode ist gewöhnlich an einen Draht angelötet,und der Kristall wird an einem Träger gehalten, der aus einem mit Schwer-, metallpulver versetzten Kunstharz besteht, beispielsweise aus Wolfram. Dieses Trägermaterial dient zum Dämpfen von Resonanzschwingungen des Kristalls, der den Ultraschall erzeugt, und die Menge des Trägermaterials ist zur Erzielung des geeigneten Dämpfungsgrades kritisch. Es sei bemerkt, daß, obwohl das Kunstharz mit einem Schwermetallpulver versetzt ist, es doch nicht unter den Betriebsbedingungen elektrisch leitend ist.
Da der Wandlerkristall bei der Betriebsfrequenz eine sehr geringe Impedanz aufweisen kann, treten bei seiner Anwendung hohe Ströme auf, um die verlangte Ausgangsleistung zu erzielen. Die Lötverbindung zu den Drähten muß deshalb stabil sein. Während der Herstellung dieser Verbindung werden (ungewollt) lokale Depolarisationen des Kristalls erzeugt, und beim Gebrauch treten lokale Überhitzungen des Trägers auf.
In der anhängigen Anmeldumg^Ulteasehallwandlereinrichtung" der gleichen Anmelderin (britische Anmeldung Nr. 16046/68) ist eine mit einem Kristall arbeitende Ultraschallwandlerein» richtung beschrieben, worin der Kristall an seiner vorderen und rückwärtigen Seite konventionelle Elektroden aufweist und bei der die an der rückwärtigen Seit© angebrachte Elektrode mittels eines elektrisch leitenden Kitts mit dem elektrisch leitenden Trägermaterial verbunden ist.
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Nach der vorliegenden Erfindung liegt ein für die rückwärtige Seite des Kristalls vorgesehener Kontakt unter Federspannung, an der rückwärtigen Seite des Trägers an.
Obwohl es möglich ist, die bekannte, mit nichtleitendem Trägermaterial versehene Wandlereinrichtung dadurch zu benutzen, daß an der rückwärtigen Seite eine leitende Platte o. dgl. angebracht wird, die über einen bekannten Draht mit der rückwärtigen Seite des Kristalls verbunden ist, wird doch vorzugsweise von der in der Patentanmeldung
(britische Patentanmeldung Nr. 16046/68) offenbarten Einrichtung Gebrauch gemacht, bei welcher der ganze Träger elektrisch f leitend ist.
Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird eine Ausführungsform derselben anhand der Zeichnung beschrieben, welche eine Wandlereinheit im Schnitt zeigt.
Wie die Zeichnung zeigt, besitzt ein Wandlerkristall 1 an seiner vorderen und rückwärtigen Seite jeweils Silberelektroden 2 und 3. Die rückwärtige Elektrode 3 ist über eine leitende Kittschicht 4- mit einem elektrisch leitenden Träger 5» der gleichzeitig Verzögerungsmasse ist, elektrisch leitend verbunden. Diese Anordnung entspricht der in der
Anmeldung (britische Anmeldung
Nr. 16046/68) beschriebenen Anordnung.
Die oben beschriebene Untereinheit ist in einem Metallgehäuse 6 eingeschlossen, welches am vorderen Ende eine nach innen gerichtete Lippe 7 aufweist, die an der Prontelektrode 2 anliegt. An der inneren Oberfläche des Gehäuses 6 ist eine Isolierschicht 8 angebracht, um das Gehäuse vom Träger 5 zu isolieren. Das rückwärtige Teil des Trägers 5 ist mit einem Sackloch versehen, in dem ein Metallbolzen 9 eingeschraubt ist.
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Das rückwärtige Teil aes Gehäuses 6 ist mittels einer Metallplatte 10 verschlossen, welche zu diesem Zweck im Gehäuse eingeschraubt ist, und die als Träger für einen Verbindungssockel 11 dient. Der Verbindungssockel 11 ist vorzugsweise wasserdicht ausgeführt, da Ultraschallwändler häufig unter Wasser benutzt werden. Die in der Zeichnung gezeigte besondere Form des Verbindungssockels endigt am inneren Teil in einem festen Stiftkontakt 12, der vom Gehäuse des Sockels isoliert ist* Eine Feder 1$ aus leitendem Material ist zwischen dem Stift 12 und dem Stehbolzen 9 so angeordnet, daß ein leitender Weg zwischen dem Verbindungssockel 11 und der rückwärtigen Elektrode des Kristalls 1 gebildet wird. Um die Verzögerujqgsmasse 5 in ihrer richtigen Lage zu halten, ist ein an der Platte 10 anliegender Abstandsring 14- vorgesehen. Ein aus isolierendem Material bestehender Schnurring 15, z.B. aus Gummi, liegt zwischen dem Abstandsring 14 und der Verzögerungsmasse 5» Wenn die Platte 10 in das Gehäuse 6 eingeschraubt wird, wird die Wandlereinheit offensichtlich in ihrer richtigen Lage gehalten, bei welcher ein geeigneter Kontakt zwischen der Frontelektrode und der Lippe 7 gegeben ist. Gegen das Eindringen von Feuchtigkeit wird eine bekannte wasserabdichtende Gummilosung über die Verbindung zwischen der Lippe und der Frontelektrode gespritzt, so daß eine Schicht 16 entsteht. Das gleiche geschieht bezüglich der Platte 10 und dem Gehäuse 6, so daß eine Gummischicht 17 gebildet wird.
Wie ohne weiteres ersichtlich, kann durch Entfernung des wasserundurchlässigen Kittes die Wandlereinheit abgestreift werden, und es können beschädigte oder fehlerhafte Teile ersetzt werden.
Der Wandlerkristall 1 kann aus einem zusammengesetzten Kristall bestehen, wie in der Anmeldung
(britische Anmeldung Er. 16046/68) beschrieben.
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Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich "vor allem auch auf samtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen ~ oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.
Pat ent anspruche
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Claims (2)

  1. Patentansprüche
    ΛΪ Ultraschallwandlereinheit mit einem Kristall und einem !Träger, dessen rückwärtige Seite elektrisch, leitend ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein für die rückwärtige Seite des Kristalls (1) vorgesehener Kontakt unter Federspannung an der rückwärtigen Seite des Trägers (5) anliegt,
  2. 2. Ultraschallwandlereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5) elektrisch leitend ist und daß der Kristall (1) am Träger (5) mittels eines elektrisch leitenden Kitts (4) befestigt ist, der an einer vom federbelasteten Kontakt (9, 12, 13) entfernten Stelle angeordnet ist·
    3» Ultraschallwandler einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall (1) zusammengesetzt ist, und zwar enthält er ein mit piezo-elektrischem Pulver versetztes Kunstharzmaterial, welches in &i® erforderliche SOrm gegossen und welcher Kristall anschließend polarisiert worden ist»
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DE19691916847 1968-04-03 1969-04-02 Ultraschallwandler Pending DE1916847A1 (de)

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GB1604568 1968-04-03

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