DE1953719C

DE1953719C - Ultrasonic transducer with a piezoelectric element

Info

Publication number: DE1953719C
Application number: DE19691953719
Authority: DE
Inventors: John Frederick; Tauch Carl Dayton; Guaynabo Wood (Porto Rico)
Original assignee: Euphonies Corp., Guaynabo (Porto Rico)
Priority date: 1968-10-30
Filing date: 1969-10-24
Publication date: 1973-08-09

Description

Die Erfindung betrifft dnen Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen Element, dessen Seiten mit dünnen, flachen Elektroden versehen sind und das an seinen Schwingungsknoten im Bereich seiner Ränder stromleitend unterstützt ist, so daß sein Mittelteil frei schwingen kann, mit einem steifen Basisteil mit Stützmitteln, von denen das piezoelektrische Element in einem vorbestimmten, festen Abstand von dem Basisteil frei im Raum unterstützt ist.The invention relates to the ultrasonic transducer with a piezoelectric element, its sides are provided with thin, flat electrodes and that at its vibration nodes in the area of its Edges is electrically supported so that its central part can swing freely, with a stiff Base part with support means, of which the piezoelectric element in a predetermined, fixed Distance from the base part is freely supported in space.

Bei einem bekannten Wandler dieser Art (USA.-Patentschrift 3 109 111) wird das piezoelektrische Element mit Hilfe von metallischen Vorsprüngen unterstützt, die durch Federdruck in Kontakt mit den leitenden Oberflächen des Elements gehalten werden. Die Kontaktvorsprünge greifen dabei in vier an den Rändern des piezoelektrischen Elements vorgesehene Aussparungen ein. Bei diesem bekannten Wandler können, wenn er als Ultraschallgeber bzw. Strahler mit durchgehend hoher Leistung betrieben wird, durch die elastischen metallischen Unterstützungen und Kontaktvorsprünge Störresonanzen, Klirren und unerwünscht« Oberschwingungen erzeugt werden. Die Stellung der Vorsprünge in den Aussparungen kann sich verschieben und die Resonanzfrequenz verändern. Zwischen den scharfen, stark belasteten Kontaktflächen der Vorsprünge und den weichen Silberelektrodcnüberzügen des Elements tritt eine starke Abnutzung auf, so daß nach einiger Zeit die elektrischen Kontakte zeitweise unterbrochen oder ganz geöffnet sind. Weiter können Änderungen im Einspanndmck und in der Einspannstellung infolge von Alterung oder mechanischen Stoßen auftreten. Durch die Unterstützungen und die Kontaktvorsprünge zur Halterung müssen beträchtliche Vorspannkräfte auf das Element aufgebracht werden, um einen zuverlässigen Einspanndruck zu erreichen. Hierdurch wird in dem Element ein Übermaß an Vorspannung bewirkt, das die Betriebseigenschaften und Kennweite des Elements verändert und nachteilig beeinflußt.In a known transducer of this type (US Pat. No. 3,109,111) the piezoelectric Element supported with the help of metallic protrusions that are in contact with by spring pressure the conductive surfaces of the element. The contact protrusions engage in four recesses provided on the edges of the piezoelectric element. With this well-known Transducers can, if operated as an ultrasonic transmitter or emitter, with consistently high power the elastic metallic supports and contact protrusions cause interference resonance, Clinking and undesirable harmonics are generated. The position of the projections in the Recesses can shift and change the resonance frequency. Between the sharp, heavily loaded contact surfaces of the projections and the soft silver electrode coatings of the element severe wear occurs, so that after some time the electrical contacts are temporarily interrupted or are fully open. Changes can also be made in the clamping force and in the clamping position occur as a result of aging or mechanical impact. Through the supports and the Contact projections for the holder must apply considerable prestressing forces to the element to achieve a reliable clamping pressure. This creates an excess in the element at bias causes the operating properties and characteristics of the element to change and adversely affected.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Mangel des bekannten Wandlers zu vermeiden. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das piezoelektrische Element von steifen, auch der Strom-The object of the invention is to avoid this deficiency of the known converter. This will be after the invention achieved in that the piezoelectric element of stiff, including the current

zufuhr dienenden Drähten gehalten ist, die mit den Elektroden des piezoelektrischen Elements verbunden und in den StützmiUeln gelagert sirfd.supply serving wires is held, which are connected to the electrodes of the piezoelectric element and stored in the support bars.

Bei dieser Ausbildung des Wandlers wird das piezoelektrische Element frei im Raum ohne Vorspannung unterstützt. Die Schwingungen werden von den Halterungen nicht beeinflußt, so daß keine Störresonanzen oder unerwünschte Oberschwingungen auftreten können. Kontaktflächen zur Stromübertragung, die durch die Schwingungen beeinflußt werden könnten, sind nicht mehr vorhanden; es besteht vielmehr eine ständige elektrische und mechanische Verbindung der Unterstützungsmittel mit dem piezoelektrischen Element, so daß eine Abnutzung an diesen Teilen nicht auftreten kann. Die Eigenschaften des Wandlers bleiben daher auch über lange Zeiträume konstant. Der mechanische und elektrische Aufbau des Wandlers nach der Erfindung ist sehr einfach, so daß er in großen Stückzahlen mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.With this design of the transducer, the piezoelectric element is free in space without any bias supports. The vibrations are not influenced by the mounts, so that there are no interfering resonances or undesirable harmonics can occur. Contact surfaces for power transmission, which could be influenced by the vibrations are no longer available; it exists rather, a permanent electrical and mechanical connection of the support means with the piezoelectric Element so that wear and tear on these parts cannot occur. The properties of the converter therefore remain constant even over long periods of time. The mechanical and electrical Structure of the converter according to the invention is very simple, so that it can be used in large numbers can be manufactured at low cost.

Das piezoelektrische Element kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einen geschichteten Aufbau aufweisen mit einem Paar nebeneinander angeordneter flacher piezoelektrischer Schichten, wobei zwei der Elektroden mit den Außenseiten der piezoelektrischen Schichten verbunden sind und eine dritte der Elektroden zwischen einander gegenüberliegenden inneren Seiten der piezoelektrischen Schichten angeordnet und mit diesen Seiten verbunden ist. Vorzugsweise besitzt bei einem solchen Aufbau eine der piezoelektrischen Schichten an einer Kante eine Ausnehmung, um einen Randabschnitt der dritten Elektrode frei zu lassen, wobei ein Ende eines der Drähte an dem freiliegenden Randabschnitt der dritten Elektrode befestigt ist. Hierdurch wird eine einfache und zuverlässige Verbindung mit der dritten Elektrode geschaffen. In a particularly advantageous embodiment, the piezoelectric element can be a layered one Have a structure with a pair of flat piezoelectric ones arranged next to one another Layers, with two of the electrodes connected to the outside of the piezoelectric layers and a third of the electrodes between opposing inner sides of the piezoelectric layers are arranged and connected to these sides. Preferably owns With such a structure, one of the piezoelectric layers has a recess at one edge leaving an edge portion of the third electrode exposed, with one end of one of the wires attached to the exposed edge portion of the third electrode is attached. This makes a simple and reliable one Connection to the third electrode created.

Bei dem Ultraschallwandler der eingangs genannten Art ist an der von dem steifen Basisteil abgewandten Seite des piezoelektrischen Elements in festem Abstand von diesem eine schwingfähige Scheibü angebracht. Diese kann auch bei einem I Mt raschall wandler nach der Erfindung vorgesehen werden, wobei vorteilhaft die Stützmittel des piezoelektrischen Elements als Tragbolzen ausgebildet sind, an deren freien Enden ein Ring befestigt ist, der an nach innen gerichteten Armen die schwingfähige Scheibe aufnimmt.In the case of the ultrasonic transducer of the type mentioned at the outset, the one facing away from the rigid base part Side of the piezoelectric element at a fixed distance from this an oscillatable Scheibü attached. This can also be provided in an I Mt raschall converter according to the invention be, wherein the support means of the piezoelectric element is advantageously designed as a support bolt are, at the free ends of a ring is attached, the swingable on inward arms Disc takes up.

Die Basisplatte, die Tragbolzen, der Ring, die Arme und die Scheibe bestehen vorzugsweise aus isolierendem Material und bilden einen Käfig, der das piezoelektrische Element umschließt und mechanisch schützt.The base plate, the support bolts, the ring, the arms and the disc preferably consist of insulating material and form a cage that encloses the piezoelectric element and mechanically protects.

Der Ultraschallwandler umfaßt vorzugsweise auch ein den Käfig umschließendes, elektrisch abschirmendes zylindrisches Gehäuse mit sich gegenüberliegenden offenen Enden, wobei eines der offenen Cnden des Gehäuses mit einem Druckwellen hindurchlassenden Gitter versehen ist, das benachbart dem Ring angeordnet ist, und im Abstand voneinander angeordnete, an der Basisplatte befestigte elektrische Anschlüsse, die an dem anderen offenen Ende des Gehäuses zum Verbinden mit einem äußeren Schaltkreis freiliegend angeordnet sind, wobei das andere Ende der der Stromzufuhr dienenden Drähte mit diesen elektrischen Anschlüssen verbunden ist.The ultrasonic transducer preferably also comprises an electrically shielding one surrounding the cage cylindrical housing with opposing open ends with one of the open ends of the housing is provided with a pressure wave permeable grille, which is adjacent to the Ring is arranged, and spaced apart, attached to the base plate electrical Terminals at the other open end of the housing for connection to an external circuit are arranged exposed, the other end of the power supply wires with is connected to these electrical connections.

Die Drähte können mittels Lötverbindungen mit den Elektroden verbunden sein, wobei Endabschnitte dei Drahte, die Lötverbindungen und die die Lötverbindungen unmittelbar umgebenden Abschnitte der Elektroden mit einer Kunststoffzement- bzw. Kunststoffklebeschicht überzogen sind, so daß die Lötverbindungen verstärkt sind und Schwingungen der Drähte beim Schwingen des piezoelektrischen Elements wirksam verhindert werden.The wires can be connected to the electrodes by means of soldered connections, with end sections the wires, the soldered connections and the sections immediately surrounding the soldered connections of the electrodes are coated with a plastic cement or plastic adhesive layer, so that the Solder connections are reinforced and vibrations of the wires when vibrating the piezoelectric Elements can be effectively prevented.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigtThe invention is illustrated below with reference to schematic drawings of an exemplary embodiment explained in more detail It shows

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines zusammengebauten und von einem Gehäuse umschlossenen erfindungsgemäßen is Ultraschallwandlers,Fig. 1 is a perspective view of an embodiment of an assembled and of a housing enclosed is ultrasonic transducer according to the invention,

Fig. 2 eine Ansicht des Ultraschallwandlers von unten,2 shows a view of the ultrasonic transducer from below,

F i g. 3 in einem vergrößerten Maßstab einen senkrechten Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1,
ao Fig. 4 eine Draufsicht, wobei Teile eines Schutzgitters weggebrochen sind, um den inneren Aufbau zu zeigen;F i g. 3 shows, on an enlarged scale, a vertical section along the line 3-3 in FIG. 1,
Fig. 4 is a plan view with portions of a protective grille broken away to show internal structure;

F i g. 5 und 6 zeigen horizontale Schnitte entlang den Linien 5-5 bzw. 6-6 in Fig. 3;
as F i g. 7 zeigt eine vergrößerte perspektivische Darstellung des piezoelektrischen Elements, die Einzelheiten an der Unterseite desselben zeigt,F i g. 5 and 6 show horizontal sections along lines 5-5 and 6-6, respectively, in Fig. 3;
as F i g. 7 is an enlarged perspective view of the piezoelectric element showing details on the underside of the same;

Fig. 8 eine pespektivische Darstellung einer in der Wandlerbaugruppe verwendeten schwingfähigen Scheibe,Fig. 8 is a perspective view of a in vibratory disc used in the transducer assembly,

F i g. 9 einen Teilschnitt entlang der Linie 9-9 der F i g. 6 in vergrößertem Maßstab undF i g. 9 is a partial section along the line 9-9 of FIG. 6 on an enlarged scale and

Fig. 10 einen Teilschnitt entlang der Linie 10-10 der Fig. 5, ebenfalls in vergrößertem Maßstab.
In den Fi g. 1 bis 6 ist ein von einem zylindrischen Gehäuse 12 umschlossener Ultraschallwandler 10 gezeigt, wobei das Gehäuse 12 eine offene Vorderbzw. Oberseite aufweist, die von einem fest an einem ringförmigen Rand 14 einer öffnung 16 befestigten runden Schutzgitter 15 bedeckt ist. Das Schutzgitter 15 läßt Druckwellen frei in das Gehäuse ein und aus dem Gehäuse austreten, je nachdem, ob der Wandler als ein Druckwellengeber bzw. Wellenerzeuger oder Wellenstrahler oder als ein Druckwellenempfänger bzw. Mikrophon verwendet wird. Das offene hintere bzw. untere Ende des Gehäuses kann nach innen umgebogen sein, um einen Umfangflansch 18 zu bilden, der an einer runden Basis- bzw. Grundplatte 22 eines isolierenden Käfigs 25 angreift, um diesen in dem Gehäuse 12 festzuhalten.FIG. 10 shows a partial section along the line 10-10 of FIG. 5, also on an enlarged scale.
In the Fi g. 1 to 6 an enclosed by a cylindrical housing 12 ultrasonic transducer 10 is shown, the housing 12 having an open Vorderbzw. Has upper side which is covered by a round protective grille 15 firmly attached to an annular edge 14 of an opening 16. The protective grille 15 allows pressure waves to enter and exit the housing freely, depending on whether the transducer is used as a pressure wave transmitter or wave generator or wave radiator or as a pressure wave receiver or microphone. The open rear or lower end of the housing can be bent inwardly to form a peripheral flange 18 which engages a round base plate 22 of an insulating cage 25 in order to retain the latter in the housing 12.

Die Grundplatte 22 ist becherförmig ausgebildet mit einem ringförmigen Flansch 26, der im Reibungseingriff mit der Innenseite des Gehäuses 12 steht. Vier zylindrische Tragbolzen 27 sind, um 90^l gegeneinander versetzt, einstückig mit der Grundplatte 22 ausgebildet. Zylindrische Zapfen 28 mit vermindertem Durchmesser sind an den oberen Enden der Tragbolzen einstückig mit diesen ausgebildet. Ferner umfaßt der Käfig 25 eine schwingfähige Scheibe 29, die von vier jeweils um 90° gegeneinander versetzten und einstückig mit einem äußeren Ring 30 ausgebildeten radialen Armen 31, 32, 33 und 34 getragen wird (F i g. 8). Der Ring 30 ist dicht unter dem Rand 14 der öffnung 16 mit einem Paßsitz in das Gehäuse 12 eingefügt, wobei der Rand des Gitters 15 zwischen dem Ring 30 und dem Rand 14 eingelegt ist.The base plate 22 is cup-shaped with an annular flange 26 which is in frictional engagement with the inside of the housing 12. Four cylindrical support bolts 27, ^{offset from one another by 90 l,} are formed in one piece with the base plate 22. Cylindrical pins 28 of reduced diameter are formed integrally therewith at the upper ends of the support bolts. The cage 25 further comprises an oscillating disc 29 which is supported by four radial arms 31, 32, 33 and 34, each offset by 90 ° from one another and formed in one piece with an outer ring 30 (FIG. 8). The ring 30 is inserted into the housing 12 with a snug fit just below the edge 14 of the opening 16, the edge of the grid 15 being inserted between the ring 30 and the edge 14.

Die radialen Arme 31 und 34 haben innere Ab-The radial arms 31 and 34 have inner ab-

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schritte 35 mit verringerter Breite und Dicke, wobei nachbarten Rändern sowohl des leitenden Überzugs in zwei sich diametral gegenüber liegenden Armen bzw. der Elektrode 60 wie der Platte 54 ist eine 31 und 33 Aussparungen 36 benachbart der Scheibe Ausnehmung gebildet, so daß der Draht, wie am 29 ausgebildet sind. Äußere Abschnitte 38 der Arme besten aus F i g. 9 zu ersehen, mit Lötmitteln 77 und sind dicker als die inneren Abschnitte und haben 5 isolierendem Klebstoff 78 befestigt werden kann. Die eine Dicke gleich der des Ringes 30. In den Unter- äußeren Abschnitte der Drähte erstrecken sich durch seilen der Arme 31 bis 34 sind Sacklöchcr 40 vor- Löcher 80, die einander gegenüberliegend in den gesehen, welche die oberen freien Enden der Zapfen Zapfen 28 ausgebildet sind. Die Drähte üben keinen 28 aufnehmen. Die Zapfen 28 sind mit einem ge- Zug auf das Element 50 aus. Das Element wird von eigneten Klebstoff 42 befestigt, wodurch der Käfig 25 io ihnen nur getragen. Die Drähte sind im Reibungsentsteht und eine zusammenhängende, einheitliche. eingriff in den Löchern 80. Von den Löchern 80 ersteife Rahmenkonstruktion bildet. strecken die Drähte sich nach unten zu Nuten bzw.steps 35 with reduced width and thickness, with adjacent edges of both the conductive coating in two diametrically opposite arms or the electrode 60 as the plate 54 is one 31 and 33 recesses 36 formed adjacent to the disc recess so that the wire, as on 29 are formed. Outer sections 38 of the arms are best seen in FIG. 9, with solders 77 and are thicker than the inner sections and have 5 insulating adhesive 78 that can be attached. the a thickness equal to that of ring 30. In the lower-outer portions of the wires extend through ropes of the arms 31 to 34 are blind holes 40 in front of holes 80, which are opposite one another in the seen which the upper free ends of the pin pin 28 are formed. The wires don't exercise 28 record. The pins 28 are drawn on the element 50 with one pull. The element is from Appropriate adhesive 42 attached, making the cage 25 io only worn them. The wires are created in friction and a cohesive, uniform. engagement in holes 80. Of holes 80 first Frame construction forms. the wires stretch downwards to form grooves or

Innerhalb des Käfigs 25 ist ein rechteckiges piezo- Kerben 82. die in den Tragbolzen 27 ausgebildet elektrisches Element 50 angeordnet. Das Element 50 sind. Die unteren Enden der Drähte 61 bis 63 enden ist eine aus Schichten zusammengesetzte Kon- 15 an in Umfangsrichtung verteilten Anschlußösen 84. struktion, die zwei dünne keramische Platten 52 und die an den oberen bzw. inneren Enden dreier Kon-54 umfaßt, die mit je einer Seite einer dünnen, taktstifte 86 a, 86 />, 86 r an der Grundplatte 22 anelektrisch leitenden Metallschicht oder Metallplatte geordnet sind. Die Kontaktstiftc 86 a. 86 b. 86 r sind 56 verbunden sind. Die äußeren freiliegenden Seiten in der Grundplatte 22 befestigt und erstrecken sich der Platten 52 und 54 sind mit dünnen leitenden 20 von derselben axial nach unten zur Verbindung mit Schichten 58 bzw. 60 aus Silber oder einem anderen einem äußeren elektrischen Schaltkreis. Die Drähte elektrisch leitenden Material überzogen. Die Schich- 61 bis 64 sind mittels Klebstoffs 88 an den Zapfen ten 58 und 60 dienen als Elektroden für die aus 28 befestigt. Weiter sind die Drähte 61 bis 64 durch Schichten zusammengesetzte Konstruktion. Klebstoff 90 an den Tragbolzen 27 befestigt. An denA rectangular piezo notch 82, the electrical element 50 formed in the support bolt 27, is arranged within the cage 25. The element 50 are. The lower ends of the wires 61 to 63 end is a construction composed of layers of connection lugs 84 distributed in the circumferential direction, which comprises two thin ceramic plates 52 and the upper or inner ends of three con-54, each with one side of a thin, clock pins 86 a, 86 />, 86 r on the base plate 22 are arranged on an electrically conductive metal layer or metal plate. The Kontaktstiftc 86 a. 86 b. 86 r are 56 connected. The outer exposed sides are secured in the base plate 22 and extend of the plates 52 and 54 with thin conductive 20 axially downwardly therefrom for connection to layers 58 and 60, respectively, of silver or other external electrical circuitry. The wires covered with electrically conductive material. The layers 61 to 64 are attached to the pegs 58 and 60 by means of adhesive 88 and serve as electrodes for the ones from FIG. Further, the wires 61 to 64 are constructed by laminating them together. Adhesive 90 attached to the support bolts 27. To the

Das Element 50 ist so ausgerichtet, daß sein 25 Anschlußösen 84 sind die Drähte 61, 62 und 64 mitThe element 50 is oriented so that its 25 connection lugs 84 are the wires 61, 62 and 64 with

Mittelpunkt genau auf der Mittelachse des zylin- Hilfe von Lötmittel 92 befestigt,Center point exactly on the central axis of the zylin- attached by means of solder 92,

drischen Käfigs 25 und des Gehäuses 12 liegt. Das Die die Scheibe 29 tragenden Arme 31 und 34Drischen cage 25 and the housing 12 is located. The arms 31 and 34 carrying the disk 29

piezoelektrische Element schwingt normalerweise in sind über in Fig. 6 durch gerade, gestricheltePiezoelectric element oscillates normally in are shown in Fig. 6 by straight, dashed lines

Biegeschwingungen. Es hat einen aktiven Mittel- Linien N angedeuteten SchwingungsknotenbereichenBending vibrations. It has an active center line N indicated vibration nodal areas

bereich A, der in Fig. 6 mittels gestrichelter Bogen- 3° des Elements 50 außerhalb des Bereichs A gelegenarea A in Fig. 6 located by dashed arc 3 ° of the element 50 outside the area A

linien angedeutet ist. Die Scheibe 29, die dicker ist In ähnlicher Weise sind die mit Kltbstoff überlines is indicated. The washer 29, which is thicker, is similar to the one with adhesive over

als die Arme 31 bis 34 und der Ring 30. hat eine zogenen Lötverbindungsstellen und die innerenthan the arms 31 to 34 and the ring 30. has a drawn solder joint and the inner one

innere bzw. untere Fläche 29', die in einem genauen Enden der Drähte in Wellenknotenbereichcn desinner or lower surface 29 ', which in a precise end of the wires in wave node areas of the

Abstand von dem bcnachbaiten zentralen Abschnitt Elements 50 gelegen. Die Arme 31 bis 34 und dieDistance from the adjacent central portion of the element 50. The arms 31 to 34 and the

des Elements 50 so angeordnet ist, daß sie die von 35 Bcfestigungsstellcn der Drähte sind an äußerenof the element 50 is arranged so that they are the 35 Bcfestcn the wires to external

dem schwingenden Element ausgesandten Druck Fnden sich schneidender Mittelachsen des Elementsthe pressure sent to the vibrating element and the intersecting central axes of the element

wellen vergrößert bzw. zu einer maximalen Größe 50 gelegen.waves enlarged or located to a maximum size 50.

bringt, wenn dieses schwingende Element als ein Aus der beschriebenen Anordnung geht hen 01.brings when this vibrating element goes out of the described arrangement hen 01.

Wellenerzeuger bzw. Strahler verwendet wird, und daß das Element 50 frei im Raum im Inneren desWave generator or radiator is used, and that the element 50 freely in the space inside the

daß ein maximaler Antrieb des piezoelektrischen 40 Käfigs 25 aufgehängt ist und durch druckfreie bzwthat a maximum drive of the piezoelectric 40 cage 25 is suspended and by pressure-free or

Elements erreicht wird, wenn es mit Ultrasehall- spannungsfreie, in Schwingungsknotenbcreichcn des Element is achieved when tension-free with Ultrasehall- in the Schwingungsknotenbcreichcn

druckwellen beschallt wird Das Element 50 ist tn Elements gelegene Verbindungsdrähtc getragen wirdThe element 50 is worn in the connecting wire located in the element

einem genauen Abstand von der Grundplatte 22 an- Die Drähte 61 bis 64 haben eine eenüeende SteifThe wires 61 to 64 have a sufficient stiffness

geordnet, der so bemessen ist. daß diese Grundplatte heit. um das Element 50 genau in seiner Lage 711ordered, which is so sized. that this base plate is called. around the element 50 exactly in its position 711

22 als ein wirksamer Reflektor dient, um Druck- 45 halten, und haben genügend Elastiztät. um die22 serve as an effective reflector to hold pressure 45, and have enough elasticity. to the

wellen, die von dem piezoelektrischen Element ab- Schwingungen des Elements so wenig wie mögliehwaves, which from the piezoelectric element vibrations of the element as little as possible

gegeben werden, auf dieses zurückzuwerfen, wo- zu behindern. Die Behinderung bzw. die Dämpfungs-given to throw back on this, to hinder it. The handicap or the attenuation

durch die mechanischen Schwingungen des Elements wirkung ist minimal und vernachlässighar. da dieThe effect of the mechanical vibrations of the element is minimal and negligible. because the

50 verstärkt werden. Verbindungspunkte genau an Schwingungsknoten50 are reinforced. Connection points exactly at nodes of vibration

Vier steife Drähte 61.62,63 und 64 halten das 50 punkten bzw. deren Bereichen des Elements ange Four stiff wires 61, 62, 63 and 64 stop the 50 points or their areas of the element

Element 50 in seiner kritischen Stellung. Innere ordnet sind.Element 50 in its critical position. Interior are arranged. Enden der Drähte 61 und 63 sind in der Mitte ent- Dadurch, daß der isolierende Käfig 25 innerhalbEnds of the wires 61 and 63 are centered by keeping the insulating cage 25 inside

gegengesetzter Ränder 71.73 der oberen Elektrode des Gehäuses 12 vorgesehen ist werden die leitendenOpposite edges 71.73 of the upper electrode of the housing 12 are provided to be the conductive

58 angeordnet und mit Hilfe von Lötmittel 66 be- Drähte 61 bis 64 und die Kontaktstifte 86 a. 86 b. 58 arranged and with the help of solder 66 wires 61 to 64 and the contact pins 86 a. 86 b.

festigt Ein isolierender Klebstoff 68. wie etwa 55 ⁸^ <" wirksam gegen das Metallgehäuse 12 and das consolidates An insulating adhesive 68 such as 55 ⁸ ^ <"effective against the metal housing 12 and the

Epoxy-Harz. ist über die ganze Lötverbindung auf- vordere Gitter 15 isoliert. Hierdurch wird die GefahrEpoxy resin. is insulated over the entire solder connection on the front grid 15. This creates the danger

gebracht und erstreckt sich etwas entlang dem Draht ««es elektrischen Schlages m dem Wechselstromwie deutlich in den Fig. 5 und 10 gezeigt ist. Dies gerät verhindert. Der Ring30, die Arme31 bis 34brought and extends somewhat along the electric shock wire in the alternating current as clearly shown in Figs. This is prevented. The ring30, the arms31 to 34

dient zur Verstärkung der Verbindung, verhindert und die Scheibe 29 dienen ebenfalls als Schutz fürserves to strengthen the connection, prevents and the disc 29 also serve as protection for

ein Abschälen des Lötmaterials 66 und schränkt die 60 das Element 50, indem sie Anschläge für das GitterPeeling off the solder material 66 and restricts the 60 to the element 50 by providing stops for the grid

Schwingung des Drahtes ein. Das innere Ende des 15 bilden, um zu verhindern, daß dieses in dasVibration of the wire. Form the inner end of the 15 to prevent it from falling into the Drahtes62 ist. wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt an Gehäuse 12 gestoßen wird.Drahtes62 is. is abutted against housing 12 as shown in FIGS.

der Mitte des Randes 72 der unteren Elektrode 60 Wenn der Wandler ah eine Baugruppe mit zweithe center of the edge 72 of the lower electrode 60 If the transducer ah is an assembly with two

angebracht und dort durch Lötmaterial in derselben Anschlüssen verwendet werden soll, werden die An-attached and used there by soldering material in the same connections, the connections are

Wcisc. wie in Fig. 10 gezeigt befestigt wobei die 65 Schlüsse nach außen über die Kontaktstifte86a und Wcisc. attached as shown in Fig. 10 with the 65 keys to the outside via the contact pins 86a and

Lötstelle durch Klebstoff 68'verstärkt ist. Das innere 86 b vorgenommen, die in Verbindung mit denSoldering point is reinforced by adhesive 68 '. The inner 86 b made that in conjunction with the

Ende des Drahtes 64 ist in der Mitte des Randes 75 leitenden Überzügen bzw. Elektroden 58 und 60 The end of the wire 64 is in the center of the edge 75 with conductive coatings or electrodes 58 and 60

der mittleren Metallplatte 56 befestigt. In den be- stehen, und an den Kontaktstift 86 r wird keinethe middle metal plate 56 attached. In the exist, and on the contact pin 86 r there will be none

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äußere Verbindung gelegt. Wenn der Wandler in einem Oszillator- oder Filterschaltkreis verwendet werden soll, bei dem elektrische Verbindungen zu den leitenden Überzügen bzw. Elektroden 58 und 60 und der mittleren Platte bzw. Elektrode 56 notwendig sind, werden äußere Verbindungen an alle drei Kontaktslifte 86 a, 86 ft und 86 c gelegt.external connection laid. When the converter is used in an oscillator or filter circuit is to be, in which electrical connections to the conductive coatings or electrodes 58 and 60 and the middle plate or electrode 56 are necessary, external connections are made to all three contact lifts 86 a, 86 ft and 86 c placed.

Bei Betrieb des Wandicrs als Ultraschallgcber werden Wechselspannungen richtiger Polarität und Frequenz den leitenden Überzügen bzw. Elektroden und der mittleren Platte zugeführt, und das Element 50 schwingt in Biegeschwingungen, wobei es sich abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen verbiegt, um Druckwellen auszusenden, die ein scharf ausgeprägtes Maximum bei einer vorbestimmten Ultraschallfrequenz besitzen. Bei Betrieb des Wandlers als Ullraschallcmpfanger bzw. Mikrophon werden dem Element 50 von der Grundplatte 22 Druckwellen mit Ultraschallfrequenz zugeführt. Das Element 50 wird als Folge hiervon sich wechselweise in entgegengesetzte Richtungen biegen, so daß es Wechselspannungen erzeugt, deren Maximum bei der Frequenz der auf das Element einwirkenden Druckwellen liegt.When operating the Wandicr as an ultrasonic transducer AC voltages of correct polarity and frequency are applied to the conductive coatings or electrodes and fed to the middle plate, and the element 50 vibrates in bending vibrations, whereby it alternately bends in opposite directions to send out pressure waves that are sharply defined Have maximum at a predetermined ultrasonic frequency. When operating the converter as Ultrasonic receiver or microphone are the Element 50 is supplied from the base plate 22 with pressure waves at an ultrasonic frequency. The element 50 becomes as a result of this bend alternately in opposite directions, so that there are alternating voltages generated, the maximum of which is at the frequency of the pressure waves acting on the element located.

Der hier beschriebene Wandler ist besonders für Einbruchsaiarmsysteme geeignet. Er ist jedoch allgemein verwendbar und kann in jedem System verwendet werden, das einen Ultraschallwandler mit hohem Q-Wert, d. h. hohem Gütefaktor bei geringer Bandbreite, benötigt.The converter described here is particularly suitable for burglar alarm systems. However, it is general usable and can be used in any system that has an ultrasonic transducer high Q, i.e. H. high quality factor with low bandwidth.

Das piezoelektrische Element kann mit relativ hoher Energie betrieben werden, die nur durch die Temperatur des Curie-Punkies des keramischen Materials oder durch den Schmelzpunkt des Lötmaterials der Verbindungen der Drähte mit den Elektroden begrenzt ist.The piezoelectric element can be operated with relatively high energy, which only through the Temperature of the Curie point of the ceramic material or by the melting point of the solder material the connections of the wires to the electrodes is limited.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 309632/283 1 sheet of drawings 309632/283

Claims

Patent claims:

1. Ultrasonic transducer with a piezoelectric element, the sides of which are provided with thin, flat electrodes and which is electrically supported at its vibration nodes in the region of its edges so that its central part can vibrate freely, with a stiff base part with support means, of which the piezo - xo electrical element is freely supported in space at a predetermined, fixed distance from the base part, characterized in that the piezoelectric element (50) is held by stiff wires (61 to 64) which are also used for the power supply and which are connected to the electrodes ( 58, 60, 56) of the piezoelectric element are connected and mounted in the support means.

2. Ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that the piezoelectric Element (50) has a layered structure with a pair of side by side flat piezoelectric layers (52,54), two of the electrodes (58, 60) with the outer sides of the piezoelectric layers (52,54) are connected and a third of the electrodes (56) between opposing inner sides of the piezoelectric layers (52, 54) is arranged and connected to these sides.

3. Ultrasonic transducer according to claim 2, characterized in that one of the piezoelectric Layers (54) at one edge (75) has a recess (76) to an edge portion to leave the third electrode (56) free, and that one end of one of the wires i, o4) to the Edge portion of the third electrode (56) is attached.

4. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 3, in which on the of the stiff Base part facing away from the side of the piezoelectric element at a fixed distance from this one vibrating disc is attached, characterized in that the support means of the piezoelectric Elements (50) are designed as support bolts (27), at the free ends of which a ring (30) is attached to the inwardly directed arms (31 to 34) the oscillatable disc (29) picks up.

5. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Base plate (22), the support bolts (27), the ring (30), the arms (31 to 34) and the washer (29) consist of insulating material and form a cage (25), the piezoelectric Element (50) encloses and mechanically protects.

6. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 5, characterized in that a cage (25) enclosing, electrically shielding cylindrical housing (12) with opposite open ends, one of the open ends of the housing (12) passing through with a pressure wave Grid (15) is provided, which is arranged adjacent to the ring (30), and on the base plate (22) attached electrical connections (86 a, 86 b, 86 c), which at the other open end of the housing for connection to a outer circuit are arranged exposed, the other end of certain wires (61,62,64) connected to these electrical connections (86 a, 86 b, 86 c) are provided.

7. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 6, characterized in that the wires (61 to 64) are connected to the electrodes (56, 58, 60) by means of soldered connections and that the end sections of the wires (61 to 64), the soldered connections and the portions of the electrodes (56,58,60) immediately surrounding the soldered connections are coated with a plastic cement or plastic adhesive layer, so that the soldered connections are reinforced and vibrations of the wires (61 to 64) are effective when the piezoelectric element (50) vibrates be prevented.