DE2233579A1 - Piezoelektrischer druckwellengeber von kontinuierlicher bauart - Google Patents
Piezoelektrischer druckwellengeber von kontinuierlicher bauartInfo
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Description
Piezoelektrischer Bruckw®!!engerer von.
kontinuierlicher Bauart
Bis «fcEfindung "betrifft einen Bruokwellengelaer großer
Läng® und äemtinuiarliener Bauart s der den
isolien Effekt ausnutst.
Auf dem ffaoligabiet der Geiser großer tiSnge und
Liohotr Bauart ist repräsentativ äle US-PS 2 965 877, welche
η U Hydrophon mit lcapassi-ttiveia Effekt b© sehr β its t? bei ΑΦ®
die Hapaaitat aviönfeen ß&n Belegungen (arffi&tuves) eln®e Eon*·
de<ieat'>rs, die ,lewelläj duroli ©ine G-eberölektroäs T)»w* daß
Müf-.r ße"biläet slnfl, als Sanktion flee auf diesen'Geber öüisge-
^!,e-i Dr«G"i£3S variier^. Diο Kapa^it^tsSnderungren werden in
all i*l(- l!i?i3cii^ S1.g«:ialö Bi.l'fctels" ©lefett'onisrchör an sich
20988^/0971
BAD OBlGINAt
i'o.s'isf:im(!KKONTo München iouo^o ·. hypohänk λιΟνοιγεν, kto.-nr. 324/88.4
Schai-onngen umgeformt. Die. US-PS 3.317.89"* beschreibt
ebenfalls ein Hyörophon kontinuierlicher Bauart, in de·
jedoch die Wlderstands&nderutigen der in den Geber β lage·»
bauten Leiter in elektrische Signale tränefortniert «erden.
Der Druekwellengeber nach der Erfindung, der insbesondere für
Meeeungen der Druck&ndertingen auf Grund von selenischen
Schwingungen im Meer oder eu Lande verwendbar ist» Basiert
auf de» Prinslp der PiesoelektriBltat· Sr besteht in wesentlichen aus einen langen Band aus nachgiebige« Material «it
pletsoelektrischen Eigenschaften,, von den jede Seite eine·
elektrischen Iieiter zugeordnet ist» Dieser Geber ~ von einfache« Aufbau - weist In übrigesi &m Torteil gegenüber den
genannten Sy@t®men auf./ $a§ ^lm^lvi kompllsierte und auf«
wendige ©!©Irlronische Schalttag erforderlich ist 5
die elektfi@e1i®n Signml© ©ßtepi^aheß den Knicktnderungen
an ßeber mni werden direkt fereli Sme 'Fhänonen der Piezoelektrissitftt erhalt©». Die® erasuelicht es, den Geber nach
der Erfindung in Zuoröiraag mi Wlieh®a seismischen GerÄten
BU
Der ©®Ί&®Γ a^ch der Brfindissag waist aueh offensichtliche
Vorteil© gsgeoüber &®n 'b©kaiiat«o pitseelektrlsoh^n Geberanor&n«ag@n
STift wi® ei® sur Salt i® Meer verwendet werden
vtnä ai© ©rna ©in©r Vielsahl tob steifen Gebern mit pieao- .
elelrlrieclissi steifes El®®®ot©Q (Quare, Keramik c.) bestehen
aaä die laiater !"testand voneinander in einer nach»
©E Hllia angeorflßet @inis wo"fe©i diese TielBtthl von
ngeordnet©» ©öherff notwendig ist, um ein gewisse*?
©Me ti seiles Yei%altea 4©i? üEöröaimg su erreichen, und swar
alt eines? pat©a llolitwtrkiiBgecharakterietik.
Dbb aae%gi@big(i "beiffi &e^©r ßaefe des1 Erfindung verwendete
pi®zo©l©ktT?isca© Be,ad ksna mis 'einem Kunststoffmaterial wie
?olyäthylea&e?epht!i&l&t 9 Polyamiö, Poly?i&^lchlorid,
»eo mit pi©SQaiekteisehen Eigenschaften bestehen.
0 9 8 8 4/0971
BADORiGlNAL
Diese Eigenschaften können von JTatur aus gegeben sein oder
sie können durch eine Sonderbehancllung erreicht werden9 "beispielsweise
indem dieses Material in ein starkes elektric
sches feld eingeführt wird«
Beispielsweise Ausführungßformen der Erfindung sollen nun
anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen
Figur 1 schematisch eine erste Ausführungsform dee Gebers
von flacher Gestalt zeigt;
Figur 2 ist ein Schnitt durch den Geber der Figur 1;
Figur 3 sseigt einen Schnitt durch eine »weite AusfÜhrunge«-
form des Gebers« in Forro einer Stapelung von
Elementen gleicher Polarität;
Figur 4 sseigt einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des Gebers, in Form einer Stapelung von
Elementen entgegengesetzter Polarität;
Figur 5 zeigt schematisch eine Variante des Gebers mit
zwei an' ihren Elektroden einander zugeordneten empfindlichen Elementen gleicher Polarität, die
zu beiden Seiten eines isolierenden Bandes befestigt und in Reihe geschaltet sind; *
Figur 6 zeigt eine Variante des Gebers, wonach die empfindlichen Elemente die gleiche Anordnung wie nach
Fig. 5 aufweisen, wobe^ die Elektroden hierbei
parallel geschaltet s^nd;
Figur 7 zeigt schemati.sch einen Schnitt durch eine vierte
Ausftihrungsform des Gebers von zylindrischer Gestalt
mit empfindlichem Element und Leitern in ringförmiger Ausbildung;
Figur B eeigt einen Schnitt durch eine fünfte Ausführuhgsforrn
dee Gebers von zylindrischer Gestalt, wobei eine
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zylindrische Elektrode dem ,empfindlichen Element
zugeordnet und eine andere Elektrode in Spiralform vorgesehen ist;
Figur 9 zeigt schematise!! eine sechste Ausführungsfortn
des Gebers von zylindrischer Gestalt, mit ßwei
Elementen von dem in Fig. 1 dargestellten Typ, die spiralförmig auf gexvi ekelt und - bei entgegengesetzter
Polarität - einander überlagert sind;
Figur 10 zeigt schematiach eine andere Ausfünrungsform
des Gebers nach Fig. 1, der besondere für die Verwendung zu Lande ausgebildet ist;
Figur 11 zeigt schematisch einen Geber der in Fig. 1 gezeigten Art mit einem empfindlichen Sand variabler
Breite;
Figur 12 zeigt scheraatisch einen Geber der in Fig5 1 gezeigten
Art, mit einer besonderen Faltung in Ziehharmonikagestalt
?
Figur 13 zeigt schematised. eUien Geber der in den Fig. 6 und
gezeigten Art, wobei das empfindliche Element in Spiralen variabler Steigung gewickelt ist.
Der in den Figuren ι und 2 dargestellte Geber mit einem
gegen Druckwellen empfindlichen Element 1 besteht aus einem nachgiebigem Band aus Kunststoff, welches, wie vorher erwähnt,
piezoelektrische Eigenschaften besitzt. Flache Elektroden 2 und 3 sind dem empfindlichen Band 1 zu beiden
Seiten hiervon zugeordnet. Sie können gebildet werden durch ein Metallisieren des empfindlichen Bandes, aber auch durch
zwei feine metallische Bänder, wobei ein jedes in Kontakt
mit einer Seite des Bandes steht.
Elektrische Leiter 4 und 5 verbinden die Elektrode/* "
tüit den nicht dargestellten Signulaufaeichnungsgeräten.,
BAD ORIGINAL
2233573
Eine isolierende Mile 6 aus nachgiebigem Material, wie
sie in Fug. 2 dargestellt ist, umgibt die in Fig. 1 gezeigte
Anordnung.
Nach, einer zweiten Ausführungsform des Gebers, wie sie in
Pig. 3 dargestellt ist, kann man vorteilhaft eine Anzahl η
von "empfindlichem Element-Elektroden"-Anordnungen des in
Pig. 1 gezeigten Typs stapeln, indem man sie in Reihe schaltet.
In diesem Pail wird die Empfindlichkeit des Gebers gesteigert.
Mit S ist die Empfindlichkeit oder Sensibilität
einer Anordnung vom in Pig. 1 gezeigten Typ bezeichnet; C ist seine Kapazität. Man erhält bei der Anordnung nach
Pig. 3 einen Geber der Empfindlichkeit nS und der Kapazität ~ .
Andere Ausführungsformen des Gebers sind dazu bestimmt»
die auf den Einfluß der Biegung zurückzuführenden Sachte
He zu beheben. Eine auf das empfindliche Element aufgebrachte Biegekraft erzeugt nämlich im Kunststoffband
Kompressionen oder Dilatationen, welche elektrische Ladungen hervorrufen. Die so erzeugten Signale beeinflussen
störend die seismische Information*
Bei der in Pig. 4 dargestellten Anordnung hat man zwei
Geber-Anordnungen des in d§n Pig. 2 oder 3 dargestellten Typs einander zugeordnet, indem sie zu beiden Seiten eines
Bandes 7 aus nachgiebigem Isoliermaterial angeordnet sind.
PlIr den Fall, wo die zu beiden Seiten des isolierenden
Trägers 7 angeordneten Geber nicht starr mit diesem verbunden sind, erleiden sie im wesentlichen die gleiche Biegung
und liefern Ladungen vom gleichen Vorzeichen, wenn ihre Polarität im gleichen Sinne orientiert ist. Um Störladungen zu
annullieren, ist es also zweckmäßig, diese Polarität umzukehren, wie PIg. 4 erkennen läßt.
-6-20988 4/097 1
BAD ORIGINAL
den fall j wo zwei Geber starr pder steif miteinander
verknüpft sind, erleidet, wenn sie einer Biegung ausgesetzt
werden, eines der empfindlichen Elemente eine Kompression,
während das andere ein© Längung erfährt. Sie liefern in diesem
Augenblick elektrische Störladungen von entgegengesetztem Vorzeichen. Die Polarität der beiden Geher muß also
in diesem Fall die gleiche Orientierung aufweisen, damit die Ladungen zu Null werden. Dieser Pail ist in Mg. 5 dargestellt,
wo die Elektroden in Reihe geschaltet sind; sowie in Fig. 6, wo die Elektroden parallel geschaltet Bind.
Fig. 7 zeigt einen Geber nach der Erfindung von ssylinciriacher
Form. Er umfaßt hauptsächlich ein empfindliches Element 1 aus nachgiebigem Kunststoff mit piezoelektrischen
Eigenschaften, der zwei ebenfalls zylindrischen Elektroden 2 und 3 zugeordnet 1st, welche innerhalb und
außerhalb des empfindlichen Elementes angeordnet sind und beispielsweise aus einer Metallisierung dieses Elementes
bestehen. Ein zentraler Kern 3 aus nachgiebigem isolierenden
Material und von zylindrischer Gestalt dient als Träger für die Anordnung, dia Von einer nachgiebigen isolierenden
Hülle umgeben ist.
Pig. β zeigt e^ne Ausführungsform des Gebers, wonach eine
der Elektroden durch einen zentralen Kern 9 zylindrischer Gestalt aus leitfähigem Material gebildet iat. Das empfindliche
Element 1 wird gebildet durch ein Band aus nachgiebigem piezoelektrischem Kunststoff, welches spiralförmig
um den leitfähigen Kern 9 gewickelt ist. Die.andere dem empfindlichen Band 1 zugeordnete Elektrode 2 ist ebenfalls
spiralförmig angeordnet.
Der "beispielsweise in PIg. 9 dargestellte Geber besteht
hauptsächlich aus einem zylindrischen isolierenden Kern 8,
-7-209884/0971 bad original
um den spiralförmig ein empfindliches piezoelektrisches
Band 1a gewickelt ist, welches seinen beiden Elektroden 2a und 3a (in der Zeichnung nicht dargestellt) zugeordnet ist.
Biese Anordnung wird umgeben von einem isolierenden Element, beispielsweise einem Band 10 aus nachgiebigem isolierenden
Material, welches durch Wickeln den vorhergehenden Elementen des Gebers überlagert 1st. Eine zweite Anordnung mit einem anderen empfindlichen, seinen Elektroden 2b
und 3b (nicht dargestellt) zugeordneten Band "1Ij ist spiralförmig
gewickelt und Überlagert sieh dem isolierenden
Band 10, jedoch in einer Richtung entgegengesetzt zur Wicklung der Anordnung 1a, 2a, 3a, wöbe* die Polarität
der Elektroden 2b und 3b bezüglich derjenigen der Elektroden 2a und 3a umgekehrt ist. Das Ganze ist von einer Schutzhülle 6 aus isolierendem und nachgi ebigeia Material umgeben.
Am Ende des Gebers sind die Elektroden 2a und 2b elektrisch
mittels leitender Ringe 12a und 12b verbunden; die Elektroden 3a und 3b, die in der Figur nicht erscheinen, sind
elektrisch mit einem Meßverstärker (nicht dargestellt) über gleitfähige Ringe 13a und 13b verbunden.
Der nach dieser Ausführungsform gewählte Aufbau des Gebers
hat zum Vorteil, daß eine doppelte Kompensation der Effekte auf Grund von Biegung realisiert wird: einerseits nach dem
Prinzip der Fig. 4 entgegengesetzt zur Polarität der leiter und andererseits auf Grund der Tatsache, daß für eine gegebene
Länge des Gebers bei der Biegebewegung man eine, gleiche Anzahl von Spiralen anteilig, die auf Zug arbeiten,
wie an Spiralen anteilig, die auf Druck arbeitenj hat.
Offensichtlich kann ein Geber, der beispielsweise in Pig. 9
dargestellten Art eine einzige Wicklung oder auch mehrere überlagerte Wicklungen tragen, die entsprechend dem in
Pig. 3 oder 4 dargestellten Prinzip verbunden sind.
20 9 8 8k /097 1
BAD
Augführungsformen des vorher heschriebenen Gebers alnd
besonders für Messungen Im Wasser geeignet.
Der Geber von kontinuierlichem Aufbau nach der Erfindung
kann jedoch für eine Verwendung zu Lande, wie in Pig. 10 dargestellt, angepaßt werden.
In diesem Fall verwendet man einen Geber von flacher Gestalt
(Typ der Fig. 1 oder der der Figuren 3 oder 4), und man ordnet auf einer seiner Flächen kleine Hassen 11 aus
Blei beispielsweise an, die dazu bestimmt sind, die gegenüberliegende Fläche des Gebers in Kontakt mit dem Erdboden
zu halten. Diese kleinen Massen können beispielsweise auf der sie haltenden nachgiebigen Hülle 6 angeordnet sein.
Man kann den Geber nach der Erfindung auch so auslegen,
daß man die Sensibilität oder Empfindlichkeit des Gebers in seinen verschiedenen Zonen als Funktion der Entfernung
dieser Zonen von der Mitte der Vorrichtung ausgleicht, um so die Richtungscharakteristik dieses Gebers zu verbessern.
Für den Fall beispieleweise, wo das empfindliche Elemen·*-
in Form eines Bandes vorhanden ist, läßt man die Breite dieses Bandes, weil es beispielsweise breiter gegen die
Mitte des Gebers als an den Enden, Fig. 11, ist, variieren. Man kann auch eine Faltung des Bandes derart vornehmen,
daß man eine stärkere Konzentration von Falten des empfindlichen Elementes gegen die Mitte des Gebers als an seinen
Enden (Fig. 12) erhält.
Im Falle eines Gebers von zylindrischer Gestalt kann man die Steigung der Wicklung des empfindlichen Bandes varlierenlassen.
Die Wicklungssteigung ist an den Enden des Gebers größer als gegen die Mitte, wo man so eine stärkere Konzentration
von Spiralen des empfindlichen Elementes (Fig.13) erhält.
209884/097 1 BAD ORIGINAL ~9'
Im HinVLiek auf eine knappe Darstellung wurd© die Erfindung
nur anhand von wenigen Ausführungsformen erläutert. £n
rungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung,,
Patentansprüche -
BAD 4/0971
Claims (15)
- -. 10Patente η s ρ r ft c h esDruckwellengebereinrichtung von kontinuierlicher Bauart, gekennseIchnet hauptsächlich durch wenigstens ein piezoelektrisches empfindliches Element aus synthetischen Plaeten bsw. Kunststoff mit 2 Flächen, deren Länge groß bezogen auf ihre Breite ist und die jeweils einer leitfähigen nachgiebigen Elektrode von einer Länge zugeordnet sind, die im wesentlichen gleich der Lange des empfindlichen Elementes ist.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere überlagerte empfindliche Elemente» die elektrisch verbunden sind.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennsselohnet durch wenigstens ein Paar empfindliche Elemente, von denen ;Jedes seinen Elektroden zugeordnet und durch ein isolierendes Element getrennt sind, wobei die Elektroden der "beiden Elemente von umgekehrter Polarität sind.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar empfindliche Elemente, von denen 3®äes seinen Elektroden zugeordnet ist und die steif mit einem nachgiebigen Träger verbunden sind, wobei die Elektroden der beiden Elemente eine Polarität gleicher Richtung aufweisen,
- 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das empfindliche Element die Form eines flachen Bandes aufweist.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus feinen metallischen Bändern in Kontakt mit dem empfindlichen Element bestehen.209884/0971BAD OBIGiNAt
- 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus ftineη Hetailpartlkeln gebildet sind, die direkt auf jede Flüche des empfindlichen Elementes abgeschieden sind.
- 8. Einrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die durch das empfindliche Element und die nachgiebigen jeder seiner Flächen zugeordneten Elektroden gebildete Anordnung von zylindrischer Gestalt ist.
- 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet t daß wenigstens ein empfindliches, seinen Elektroden zugeordnetes Element spiralförmig um einen zentralen Kern großer Länge aus nachgiebigem und elektrisch isolierendem Material gewickelt ist.
- 10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden die Form eines zylindrischen Kerns aufweist; und daß das empfindliche Element und die andere Elektrode spiralförmig um diesen Kern gewickelt sind, wobei die andere Elektrode an die Außenfläche des empfindlichen Elements befestigt ist.
- 11. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar empfindliche Elemente, wobei jedes Element seinen Elektroden zugeordnet ist; und wobei beide Elemente eines Paares spiralförmig in entgegengesetzter Bichtung um einen zentralen isolierenden Kern gewickelt sind.
- 12. Einrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß das empfindliche Band eine geringere Breite an seinen Enden als in seiner Mitte aufweist.
- 13. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das empfindliche Band in Form, von Falten mit einer Faltenkoasentration angeordnet 1st, die In der Mitte des Geyers größei- als an oeinen Enden ist.209 8 8 k /097 1 _12-
- 14. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wicklung des empfindlichen, seinen Elektroden zugeordneten Elementes in der Mitte dee Gebers geringer als an seinen Enden ist.
- 15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch geltennsseiehnet, daß die den G-eber "bildenden Elemente τοη einer Hülle atis einem nachgiebigen und elektrisch isolierenden Material umgeben sind.209884/097 1 BAD 0B1GiNALLeerseife
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