DE2417962A1

DE2417962A1 - Piezoelectric mechanical oscillations to voltage transducer - uses bent piezoelectric foil connected to device generating electric field

Info

Publication number: DE2417962A1
Application number: DE19742417962
Authority: DE
Inventors: Manfred Von Dipl Ph Schickfuss
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1974-04-11
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1975-10-23

Abstract

The first device either generates the electric field, or is excited by an electric field; and it is coupled to a second device which is excited by the mechanical movement of the foil or generates such movement; the foil is held in the bent state by the medium transmitting the mechanical oscillations. The medium may be a gas or a liquid or even an elastic solid and the piezoelectric foil carries electrodes on both sides, and is in the form of a balloon. The neck of the balloon is sealed with an insulating plug through which passes an electric lead connected to the electrode on the inside surface of the balloon. Alternatively the foil may be stretched across a ring frame.

Description

Verfahren zur Umwandlung von Schwankungen eines Körpers in Schwankungen einer elektrischen Spannung und umgekehrt Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Schwankungen eines Körpers in Schwankungen einer elektrischen Spannung und umgekehrt. Process for converting fluctuations in a body into fluctuations an electrical voltage and vice versa. The invention relates to a method for Conversion of fluctuations in a body into fluctuations in electrical voltage and vice versa.

Zur Durchführung solcher Verfahren sind insbesondere flächenhàtte Schallwandler bekannt geworden, etwa elektrostatische Wandler und elektromechanische Wandler, die mit einer Membran gekoppelt sind.In particular, surface heatsinks are used to carry out such processes Sound transducers have become known, such as electrostatic transducers and electromechanical ones Transducers coupled to a diaphragm.

N Bei diesen bekannten Wandlern kann die schallwandelnde Fläche nicht beliebig geformt werden, insbesondere z.B. nicht als Kugel. Darüber hinà4s benötigt ein elektrostatischer Wandler zwei räumlich getrennt Elektroden., an die eine hohe elektrische Vorspannung angelegt serden muE3; dies hat einen erheblichen konstruktiven Aufwand zur Folge. Eine an elnen Wandler gekoppelte Membran hat den weiteren Nachteil, daS, ihre Pläche verhältnistnäßig klein sein muß. Eine zu großflächige Membran kann nämlich den Bewegungen des Schallwandlers nicht mehr exakt folgen. Auch für Systeme dieser Art gilt, daß sie konstruktiv aufwendig sind. N With these known transducers, the sound-converting surface cannot can be shaped in any way, especially e.g. not as a sphere. In addition, it is required an electrostatic transducer two spatially separated electrodes. to which a high electrical Bias voltage applied to earth muE3; this has a significant result in constructive effort. A membrane coupled to a transducer has the Another disadvantage is that their area must be relatively small. Too large a area The membrane can no longer precisely follow the movements of the sound transducer. It is also true for systems of this type that they are structurally complex.

Aufgabe der Erfindung ist es allgemein ein Verfahren einganges genannter Art anzugeben, das mit einfachen konstruktiven Mitteln ausführbar ist und insbesondere gestattet, beliebig großflächige' Membranen zu verwenden.The object of the invention is generally a method mentioned at the beginning Specify type that can be carried out with simple constructive means and in particular Permits the use of membranes with any large area.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß eine in gekrümmtem Zustand gehaltene, einen transversalen piezoelektrischen Effekt aufweisende Folie an eine erste Einrichtung gekoppelt wird, die ein die Fläche der Folie durchsetzendes elektrisches Feld erzeugt bzw. von einem solchen Feld erregt wird und an eine zweite Einrichtung gekoppelt wird, die von körperlichen Schwankungen der Folie erregt wird bzw. solche Schwankungen erzeugt.To solve this problem, the method is characterized in that that a held in a curved state, a transverse piezoelectric Effect having film is coupled to a first device that has a surface the film penetrating electric field generated or excited by such a field and is coupled to a second device that is affected by physical fluctuations the film is excited or such fluctuations are generated.

Durch die Erfindung wird der transversale piezoelektrische Effekt in entsprechend ausgebildeten Folien ausgenutzt.The invention makes the transverse piezoelectric effect exploited in appropriately designed foils.

Es ist ohne Schwierigkeit möglich, den erforderlichen gerümmten Zustand einer solchen Folie zu erzeugen. Hierzu wird vorzugsweise die Folie von einem gasförmigen, flüssigen oder nachgiebig festen, die körperlichen Schwankungen übertragenden Medium in dem gekrümmten Zustand gehalten. (Als nachgiebig festes Medium kommt z.B. ein Schaumstoff in Betracht). Das elektrische Feld, das die Folie durchsetzt, vorzugsweise orthogonal, bewirkt aufgrund des transversalen piezoelektrischen Effekts je nach seiner Richtung eine Kontraktion oder Dilatation der Folie. Die Kontraktionen und Dilatationen der Folie setzen sich in eine entsprechende Bewegung der Folie orthogonal zu ihrer Oberfläche um. In Umkehrung dieses Prinzips erzeugen Druckschwankungen im Medium elektrische Signale. Druckänderungen des Mediums auf die Folie haben Langenänderungen in der Folie zur Folge, die in Bewegungen senkrecht zur Folie umgewandelt werden, ohne daß aucn bei großen Flächen Flatterbewegungen auftreten können (der Druck liefert z.B. die Kraft, die die Folie nach außen bewegt).It is possible to obtain the required curved condition without difficulty to produce such a film. For this purpose, the film is preferably made of a gaseous, liquid or resilient solid medium that transmits physical fluctuations held in the curved state. (For example, a resilient solid medium is used Foam into consideration). The electric field penetrating the film, preferably orthogonal, caused due to the transverse piezoelectric effect depending on its direction a contraction or dilation of the foil. The contractions and Dilation of the foil results in a corresponding movement of the foil orthogonally to their surface. In reverse of this principle generate pressure fluctuations electrical signals in the medium. Changes in pressure of the medium on the film have changes in length result in the slide, which are converted into movements perpendicular to the slide, without the possibility of fluttering movements even with large areas (the print delivers e.g. the force that moves the film outwards).

Zum Nachweis und zur Erzeugung des elektrischen Feldes kann die Folie beidseitig mit Elektroden belegt sein, die an einen Sender oder einen Empfänger anzuschließen sind.The film can be used to detect and generate the electrical field be covered on both sides with electrodes that are connected to a transmitter or a receiver are to be connected.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn die Folie die Form eines Ballons aufweist. I§an erhält auf diese Weise einen Schallsender oder Schallempfänger mit fast idealer kugelsymmetrischer Charakteristik.A particularly advantageous embodiment results when the Foil has the shape of a balloon. In this way, I§an receives a sound transmitter or sound receivers with almost ideal spherically symmetrical characteristics.

Als Folienmaterial hat sich besonders piezoelektrisches Polyvinylidenfluorid (PVF2) erwiesen.Piezoelectric polyvinylidene fluoride has proven particularly useful as the film material (PVF2) proved.

Die Erfindung läßt sich zurVerwirklichung von Schallwandlern beliebiger Art verwenden, wie für Lautsprecher, Mikrofone, u.dgl. Insbesondere schafft sie die Möglichkeit, Formen von Iautsprechern und Mikrofonen mit gewünschter Richtcharakteristik zu verwirklichen.The invention can be used to implement sound transducers of any desired type Kind of like for speakers, microphones, etc. In particular, it creates the possibility of shapes of speakers and microphones with the desired directional characteristic to realize.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.The invention is illustrated below using exemplary embodiments on the accompanying drawings.

Fig.1 zeigt schematisch eine ringsum eingespannte etwa kreisförmige Folie im Ruhezustand; Fig.2 deutet die Folie nach Fig. 1 im Schwingungszustand an; Fig.3 zeigt eine ballonförmig ausgebildete Folie, Die Folie 1 nach den Fig. 1 und 2 ist ringsum in einer Halterung 2 eingespannt. In Richtung der Pfeile 3 wirkt auf die Folie 1 ein stationärer Druck.1 shows schematically an approximately circular clamped all around Slide at rest; FIG. 2 indicates the film according to FIG. 1 in the state of oscillation; 3 shows a balloon-shaped film, the film 1 according to FIGS. 1 and 2 is clamped all around in a holder 2. Acts in the direction of arrows 3 on the film 1 is a stationary pressure.

Aus Fig. 1 sind die beiden Elektroden 4 und 5 ersichtlich, mit denen beide Seiten der Folie 1 belegt sind. Diese beiden Elektroden 4 und 5 sind an eine Wechselspannungsquelle gV angeschlossen.From Fig. 1, the two electrodes 4 and 5 can be seen with which both sides of the slide 1 are occupied. These two electrodes 4 and 5 are connected to one AC voltage source gV connected.

Je nach dem Vorzeichen der angelegten Spannung dilatiert oder kontrahiert sich die Folie und nimmt daher wechselnd die Lagen 6 und 7 ein, die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt sind. In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 werden Spannngsschwankungen in Druckschwankungen umgewandelt.Depending on the sign of the applied voltage, it dilates or contracts the film and therefore alternately takes the layers 6 and 7, which are shown in phantom in FIG are shown. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, voltage fluctuations converted into pressure fluctuations.

Umgekehrt lassen sich aber auch Druckschwankungen in Spannungsschwankungen umwandeln. In diesem Fall wird die Spannungsquelle durch einen Empfänger ersetzt und dem stationären Druck ein schwankender Druck überlagert.Conversely, however, pressure fluctuations can also be converted into voltage fluctuations convert. In this case the voltage source is replaced by a receiver and a fluctuating pressure superimposed on the steady-state pressure.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Folie io ballonförmig. Beidseitig sind auf der Folie wiederum Elektroden angebracht, die an eine Wechselspannungsquelle V angeschlossen sind. Der eine Zuleitungsdraht 11 zu der Wechselspannungsquelle -V ist durch einen Stopfen 12 hindurchgeführt, der eine Einfüllöffnung 13 des Ballons verschließt. Innerhalb des Ballons befindet sich gegenüber der Umgebung ein Überdruck.In the embodiment according to FIG. 3, the film is balloon-shaped. On both sides of the film, electrodes are in turn attached, which are connected to an alternating voltage source V are connected. One lead wire 11 to the AC voltage source -V is passed through a stopper 12 which has a filling opening 13 of the balloon locks. Within the balloon there is an overpressure in relation to the environment.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 arbeitet als Schallwandler mit kugelförmiger Charakteristik. Wird die Wechselspannungsquelle -V durch einen Empfänger ersetzt, arbeitet das Ausführungsbeispiel als Schallempfänger mit kugelförmiger Charakteristik.The embodiment according to FIG. 3 works as a sound transducer spherical characteristic. The AC voltage source -V is supplied by a receiver replaced, the embodiment works as a sound receiver with spherical Characteristic.

- Patentansprüche:- Patent claims:

Claims

Pate.J-ianæprüche 1. Method of converting fluctuations of a Body in swallows of an electrical voltage and vice versa, characterized in that a held in a curved state, a transverse piezoelectric Effect having film is coupled to a first device that has a surface the film penetrating electrical field generated or excited by such a field and is coupled to a second device that is affected by physical fluctuations the film is excited or such fluctuations are generated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the film from a gaseous or liquid or resilient solid, the physical fluctuations transmitting medium is held in the curved state.

3. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that the film (1, lo) on both sides with electrodes (4,5) is occupied.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2 or device according to claim 3, characterized in that the film (io) the Has the shape of a balloon.

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