DE2109013C3 - Elektroakustischer Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektroakustische Wandleranordnung mit Reflektoren und mit einem zylindrischen Schwinger zur Ausnutzung der akustischen Schwingleistung der Außenseite und der Innenseite des Schwingers in einer bevorzugten Richtung.

Elektroakustische Wandler, welche elektrische Signale und akustische Signale ineinander umwandeln können, werden unter anderem für Ultraschall-Prüfgeräte und für Strömungsmeßgeräte verwendet. Bekannte elektroakustische Wandler umfassen einen zylindrischen elektroakustischer! Schwinger und eine akustische Reflektorplatte.

Ein derartiger elektroakustischer Schwinger kann mittes elektrischer Signale zu Extraktions-Kontraktions-Schwingungen angeregt werden und sendet dabei akustische Schwingungen aus. Umgekehrt kann ein derartiger Schwinger durch akustische oder mechanische Schwingungen angeregt werden und sendet dabei ein elektrisches Signal aus. Herkömmliche Wandler dieser Art wurden lediglich mit einem einzigen akustischen Reflektor ausgerüstet, welcher entweder innerhalb oder außerhalb des zylindrischen Schwingers angeordnet wurde. Bei den bekannten Wandlern mit Reflektor hat die von der Innenfläche des zylindrischen Schwingers ausgesandte akustische Schwingung eine entgegengesetze Phase zur akustischen Schwingung, welche von der äußeren Peripheriefläche des zylindrischen Schwingers ausgesandt wird. Demgemäß wurde bisher nur eine der beiden akustischen Schwingungen in eine relativ zum zylindrischen Schwinger axiale Richtung reflektiert, während die jeweils entgegengesetzte akustische Schwingung mittels einer akustischen Abschirmplatte abgeschirmt wurde. Somit wird die gesamte akustische Schwingleitung nicht voll genutzt und die Leistung des Gerätes ist z» gering. Darüber hinaus war bei derartigen Geräten die Variierbarkeit der Richtwirkung durch Veränderung des Reflektorwinkels gering.

Aus der DT-OS 1487 569 ist eine elektroakustische Wandleranordnung mit einem zylindrischen Schwinger und einem doppelt reflektierenden Innenreflektor bekannt, bei dem sowohl die Schwingleistung der Innenseite als auch die Schwingleistung der

xo Außenseite des Schwingers ausgenutzt wird. Diese Wandleranordnung ist jedoch als Rundstrahler ausgebildet Er zeigt keine Richtwirkung.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektroakustische Wandleranordnung der genannten Art mit guter axialer Richtwirkung zu schaffen, bei der sowohl die der Innenseite als auch die der Außenseite des zylindrischen Schwingers zugeordneten Schwingungen ausgenutzt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

ao löst, daß der Innenseite und der Außenseite des Schwingers Reflektoren zugeordnet sind, die die akustischen Schwingungen im wesentlichen in eine etwa axial zum Schwinger verlaufende Hauptstrahlrichtung reflektieren und daß die Reflexionswinkel der Reflek-

*5 toren so verschieden gewählt sind, daß die Phasen

der der Außenfläche und der der Innenfläche des Schwingers zugeordneten akustischen Schwingungen

be^;m empfänger weitgehend koinzidieren.

Die Reflektoren können konische Gestalt haben.

Die Winkel der Reflektoren sind derart aufeinander und auf die akustische Wellenlänge und auf die Abmessungen des Schwingers abgestimmt, daß die Phasen der der Außenfläche und der der Innenfläche des Schwingers zugeordneten akustischen Wellen koinzidieren und eine bestimmte Richtungsverteilung erzielt wird. Hierdurch wird die Leistung erheblich gesteigert und die Richtwirkung kann in weitem Umfang variiert werden. Man kann einen Teil des Reflektors mit einer akustischen Abschirmplatte abdecken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1A eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers in Draufsicht,

F i g. 1B den Wandler gemäß F i g. 1 A im Längsschnitt,

F i g. 2 A eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers in Draufsicht,

F i g. 2 B einen Längsschnitt entlang der Linie B-B in F i g. 2 A und

F i g. 2 C einen Längsschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 2A.

F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem zylindrischen elektroakustischen Wandlerelement oder Schwinger 1, welcher aus keramischem Bariumtitanat oder Blei-Zirkon-Titanat od. dgl. bestehen kann. Im Inneren dieses zylindrischen Schwingers ist ein Reflektor 5 vorgesehen, welcher einen Reflexionswinkel ^₁ aufweist. Außerhalb des zylindrischen Schwingers 1 ist ein weiterer Reflektor 7 vorgesehen, welcher einen Reflexionswinkel φ₂ aufweist. Die Reflektoren bestehen aus Metall (Kupfer, Aluminium) oder Kunststoff oder einem vergleichbaren Material mit einer akustischen Impedanz. Die Richtung der abgestrahlten akustischen Schwingung ist mit P bezeichnet. Der innere akustische Reflektor S hat eine konische Ge-

stalL Der äußere Reflektor? hat eine konisch-zylindrische Gestalt mit einem abgeflachten Bereich an der oberen Kante. Auch dieser äußere Reflektor kann eine abgewandelte Gestalt haben. Die Reflektornachen können an Stelle der geradlinigen Kontur eine gekrümmte Kontur haben.

Der zylindrische Schwinger 1 j,arät durch Anregung mit einem elektrischen Signal in Schwingungen, wobei eine akustische Schwingung von der Innenfläche des Schwingers und von der Außenfläche des Schwingers abgestrahlt wird. Die Phasen dieser beiden akustischen Schwingungen sind einander entgegengesetzt. Es wurde nun gefunden, daß man die Phasen der beiden akustischen Schwingungen, welche von dem akustischen Schwinger emittiert werden, weitgehend oder fast vollständig in axialer Richtung des zylindrischen Schwingers zur Koinzidenz miteinander bringen kanu. Dies gelingt erfindungsgemäß d'irch eine Abstimmung des Reflexionswinkels φ_ι des inneren Reflektors und des Reflexions'vinkels φ, des äußeren Reflektors aufeinander und auf die Wellenlänge der akustischen Schwingungen. Auf diese Weise wird eine bestimmte Differenz zwischen dem Strahlungsweg der vom inneren Reflektor reflektierten akustischen Strahlung und dem Strahlungsweg der von dem äußeren Reflektor reflektierten akustischen Strahlung bewirkt. Auf diese Weise werden die Leistungsfähigkeit und die Variabilität der Richtwirkung des Wandlers gesteigert.

Im folgenden seien die Abmessungen zweier Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wandleranordnung angegeben.

(I) Der elektroakustische Schwinger soll eine zylindrische Gestalt haben mit einem Außendurchmesser von 25 mm und einem Innendurchmesser von 21 mm und mit einer Höhe von 10 mm. Dieser wrd mit einem elektrischen Signal von 40 kHz beaufschlagt. Der Reflexionswinkel IjD₁ des Innenreflektors 5 beträgt 35° und der Reflexionswinkel φ₂ des Außenreflektors 7 beträgt 50°. Dabei wird ein Halbwertswinkel von 40° erzielt Ein Halbwertswinkel von 10° wird erzielt, wenn der gleiche Schwinger 1 verwendet wird und wenn der Winkel φ₁ des Innenreflektors 5 45° und der Winkel <p_o des Außenreflektors 7 40° beträgt.
(II) Ein Halbwertswinkel von 10° wird erreicht,

:o wenn ein Schwinger 1 mit einem Außeadurch-

messer von 38 mm und mit einem Innendurchmesser von 34 mm und mit einer Höhe von 10 mm verwendet wird und mit einem elektrischen Signal mit 40 kHz beaufschlagt wird.

In diesem Fall hat der Innenreflektor S einen Reflexionswinkel φ₁ von 45°, während der Außenreflektor 7 einen Reflexionswinkel φ, von 40° hat. Ferner wird ein Halbwertswinkel von 26° erreicht, wenn der gleiche Schwinger 1

ao verwendet wird und ein Winkel φ_χ des Innenreflektors 5 von 45° und ein Reflexionswinkel <p_s des Außenreflektors 7 von 50° gewählt wird.

In F i g. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers dargestellt. Dabei ist der äußere Reflektor 7 nicht von kreisförmiger Gestalt. Er ist vielmehr am oberen und unteren Bereich abgeflacht. Ferner sind am oberen und unteren Bereich Abschirmplatten 8 vorgesehen. Durch eine teilweise Abschirmung des Wandlers mit der akustischen Abschirmplatte 8 kann die Ausdehnung und die Gestalt des akustischen Strahlungsfeldes variiert werden. Dieses kann z.B. flach sein.

Die erfindungsgemäße Wandleranordnung kann zur Aufnahme eines akustischen Schwingungssignals dienen. Sie eignet sich zur Erzeugung und zum Empfang von Ultraschall und von hörbaren Schallwellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektroakustische Wandleranordnung mit Reflektoren und mit einem zylindrischen Schwinger zur Ausnutzung der akustischen Schwingleistung der Außenseite und der Innenseite des Schwingers in einer bevorzugten Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenseite und der Außenseite des Schwingers (1) Reflektoren zugeordnet sind, die die akustischen Schwingungen im wesentlichen in eine etwa axial zum Schwinger (1) verlaufende Hauptstrahlrichtung reflektieren und daß die Reflexionswinkel (VJ₁, φ«) der ReSektoren (5, 7) so verschieden gewählt sind, daß die Phasen der der Außenfläche und der der Innenfläche des Schwingers (1) zugeordneten akustischen Schwingungen beim Empfänger weitgehend koinzidieren.

2. Elektroakustische Wandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (5,7) konische Gestalt haben.

3. Elektroakustische Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Richtwirkung des Wandlers eine Abschinnplatte (8) vorgesehen ist, welche einen Teil des Wandlers bedeckt.