DE2420100A1 - Akustische verzoegerungsleitung - Google Patents

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHM DIPU..-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE
8 MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE 6

TEL. (089) 22 25 3O - 29 51 92 2^20100

A 5274 HD/ib ²⁵· ^AP^ril

Firma SANDERS ASSOCIATES, INC., Daniel Webster Highway, South, Nashua, New Hampshire Oj5O6O, USA

Akustische Verzögerungsleitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine akustische Verzögerungsleitung, insbesondere auf eine feste Ultraschallwellen-Verzögerungsleitung.

Ultraschallwellen-Verzögerungsleitungen besitzen im allgemeinen entweder eine nicht dispersive oder eine dispersive Verzögerung von kontinuierlichen Wellensignalen oder von Impulssignalen« Die Ausdrücke dispersiv und nicht dis- " persiv beziehen sich auf die Verzögerung gegenüber der Frequenzcharakteristik einer Verzögerungsleitung. Wenn sich die Verzögerung mit der Frequenz ändert, wird die Leitung dispersiv genannt. Andererseits wird die Leitung, wenn die Verzögerung für alle Frequenzen konstant oder nahezu konstant ist, nicht dispersiv genannt.

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Die Ausbreitung kontinuierlicher Wellen innerhalb fester Platten ist im Kapitel 5 des Buches "Mechanical Waveguides" (von Martin Redwood, Pergamon Press, I960) beschrieben. Diese Beschreibung geht von der Voraussetzung aus, daß in einem gleichförmig dicken Blech unbegrenzter Breite keine Änderung des akustischen Schallausschlags in der Breite der y-Richtung auftritt. Eine dieser Theorie weitgehend entsprechende Anwendung bestand darin, daß ein absorbierender Streifen an den Kanten eines endlich breiten metallischen Streifens (z.B. Aluminium oder Aluminiumalloy) derart angeordnet wurde, daß keine Kantenreflektionen auftraten, welche mit der Wellenausbreitung im zentralen (nicht mit einem absorbierenden Streifen versehenen) Abschnitt desme-r tallischen Streifens interferieren. Eine derartige Verzögerungsleitung ist in der Veröffentlichung "Dispersive Ultrasonic Delay Lines Using the First Longitudinal Mode in a

Strip", IRE Transactions, Volume UE-7, Nr. 2, June I960 beschrieben ·

(T.R. Meeker)/. Ein Nachteil dieser Streifenanordnung besteht darin, daß gemäß der Beugungstheorie eine beträchtliche Strahlstreuung in der Breite oder y-Richtung stattfindet, so daß ein großer Betrag der Schallenergie von dem absorbierenden Streifen absorbiert wird, was eine vergleichsweise grosse Schalldämpfung zur Folge hat.

Akustische Verzögerungsleitungen oder Wellenleiter mit verschiedenen Querschnitten, wie etwa einem Kreis, ei-

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nem Rechteck oder einer Ellipse, welche kein absorbierendes Material entlang der Längsrichtung verwenden, wurden, wie im Kapitel 6 der zuvor erwähnten Veröffentlichung von Redwood ausgeführt ist, untersucht. Es wurden auch dispersive Verzögerungsleitungen aus Leitern hergestellt, wie aus der Veröffentlichung "Wire Type Dispersive Ultrasonic Delay-Lines", IRE Transactions, Volume UE-7, Nr. 2, June, i960 (J.E. May) bekannt ist. Diese Verzögerungsleitungen zeigen keine dem absorbierenden Streifen entsprechende Dämpfung, es traten dabei aber andere Probleme auf. Der sehr kleine Bereich der piezoelektrischen Wandler bei den dispersiven Leitungen vom Leitertyp haben deren Verwendung auf vergleichsweise niedrige Frequenzen beschränkt. Zusätzlich hat die Interferenz unerwünschter Ausbreitungsformen eine glatte Übertragung über ein breites Frequenzband verhindert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung

und
einer neuen ^verbesserten akustischen Verzögerungsleitung.

Weiter soll eine akustische Verzögerungsleitung geschaffen werden, in welcher die Dämpfung aufgrund der Strahlstreuung unbedeutend klein ist.

Es soll auch eine akustische Verzögerungsleitung mit einem hohen Wirkungsgrad geschaffen werden, in welcher unerwünschte Wellenausbreitungsformen unterdrückt werden.

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Die genannte Aufgabe wird unter anderem durch eine akustische Verzögerungsleitung gelöst, welche einen Streifen aus Ultraschallwellen-Übertragungsmaterial mit einem Paar

aufweist

länglicher und konvexer Hauptflachen^~deren Querschnitt eine Breite besitzt, welche um ein Vielfaches größer als deren Dicke ist. Wenn akustische Wellen an diesem Streifen auftreffen, ist die Wellenausbreitung zwischen den Hauptflächen auf einen Bereich begrenzt, der sich vom Zentrum des Streifens um die Strecke A in beiden Querrichtungen erstreckt. A ist kleiner als die Hälfte der Breite und ist eine Punktion der Schallfrequenz und der Phasengeschwindigkeit der Schallwellen. Da die Phasengeschwindigkeitscharakteristiken der unerwünschten Formen von denen der erwünschten Formen abweichen, ist der Parameter A für die unerwünschten oder falschen Ausbreitungsformen wesentlich größer. Durch geeignete Anordnung der Innenkante des absorbierenden Streifens ist es möglich, die unerwünschten Ausbreitungsformen zu unterdrücken.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer akustischen Verzögerungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

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Fig. 3 ein Diagramm des Verhältnisses der Phasengeschwindigkeit zur Quergeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Frequenζ-Kicken Produkt für eine Verzögerungsleitung mit Aluminiumstreifen;

Pig. 4 eine grafische Darstellung mehrerer Ausführungsbeispiele von Profilen, welche für Verzögerungsleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar sind;

Pig. 5 ein Diagramm eines weiteren Profiles, welches für eine Verzögerungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar ist;

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Verzögerungsleitung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Pig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 der Pig. 6:

Fig. · 8 ein Liniehschaubild, welches die Grenzen

der Wellenausbreitung für verschiedene longitudinale Wellenformen darstellt;

Pig. 9 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines

anderen Ausführungsbeispiels einer Verzögerungsleitung gemäß der Erfindung; und

Pig.10 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der Fig. 9·

In den Fig. 1 und 2 ist ein Abschnitt einer Verzögerungsleitung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, Die Länge, Breite und Höhe der Leitung 20 verläuft in der z- bzw. y- bzw. x-Richtung, wie bei 21 und 22 in den Fig. 1 bzw. dargestellt ist. Die Breite W (Fig. 2) ist um ein Vielfaches größer als die maximale Höhe in der x-Richtung. Obwohl die Leitung 20 aus irgendeinem Ultraschallwellenübertragungs-

material bestehen kann, besitzt sie vorzugsweise die Form

einer

eines länglichen dünnen Streifens aus Aluminium oder^Alumi»

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legierung
nium. Die Gesamtlänge des Streifens ist eine Punktion der erforderlichen Verzögerung bei irgendeinem gewünschten Anwendungszweck. Die Leitungsdicke ist über die gesamte Länge des Streifens konisch ausgebildet, um dadurch den Frequenzbereich zu vergrößern, in welchem lineare dispersive Vorgänge stattfinden.

An den Endflächen des Streifens sind herkömmliche piezoelektrische keramische Wandler in Form von rechtwinkligen Stäben angebracht, von denen nur einer bei 24 in Fig. 1 gezeigt ist. Diese Wandler sind· in Richtung der·Dicke gepolt, mit Elektroden versehen und mit der PoTrichtung parallel zur Länge des Streifens an der Leitung angelötet, so daß sie Schwingungen in einer longitudinalen Dicken- Bichtung erzeugen und auf solche Schwingungen ansprechen. Demgemäß wird, wenn einer der Wandler durch eine an den Elektrodenbereichen der Hauptflächen angelegte Wechselspannung erregt worden ist, eine longitudinale Dicken-Schwingung darin hervorgerufen. Diese Schwingung erzeugt ihrerseits eine elastische Wellenbewegung in dem Streifen, welche sich in der Leitung fortpflanzt. Wenn die ausgebreitete Energie den Wandler am entgegengesetzten Ende erreicht, wird darin eine longitudinale Dickenschwingung .erzeugt und von dem Wandler in elektrische Energie umgewandelt. Der Fachmann erkennt, daß die elektrische und physikalische Verbindung an Jedem Ende der Leitung gleich ist und deshalb jeder Wandler als Eingang

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oder Ausgang verwendet werden kann, das heißt die Leitung kann in umkehrbarer Weise verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt der Streifen ein Profil, welches im Zentrum des Streifens die größte Dicke aufweist.

In dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das Profil eine ununterbrochene konvexe Form, dessen größte Dicke bei der Mittellinie 23 des Streifens liegt. Gemäß dem Profil ist die elastische Wellenausbreitung in der z-Richtung auf einen Bereich beschränkt, der sich auf jeder Seite der Mittellinie 25 auf einerstrecke A erstreckt. Wie. am besten in Fig. 2 zu sehen ist, ist der Reflexionswinkel einer elastischen Welle zwischen den Hauptflächen 20a und 20b bei der Mittellinie 23 oder in deren Nähe am ..größten und wird allmählich kleiner, bis er bei der Entfernung A Null ist und umkehrt. Das heißt, durch die Profilgebung der Hauptflächen werden auf jeder Seite der Mittellinie 23 in einem Abstand A Reflektionspunkte hergestellt, so daß die Ausbreitung einer elastischen Welle auf diesen Bereich beschränkt ist.

Wie anschließend genauer gezeigt wird, erweist es sich,

daß die Strecke A für die Wellenausbreitung in der ersten lon-

ist
gitudinalen Form MIl Weiner/als für die Wellenausbreitung in

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den unerwünschten Formen M12, M21 und M22. Die Anordnung der Kanten eines Paares absorbierender Streifen 25 und 26 kann folglich so gewählt werden, daß die Wellenausbreitung in den unerwünschten Formen unterdrückt wird.

In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß die x-, y- und z-Koordinatenachsen derart in bezug auf den Streifen 20 gelegt werden, daß die Mittellinie 23 die x-, z-

Wellen

Ebene ist. Für die Analyse wird eine . verwendende Methode benützt, wobei angenommen wird, daß zwei Wellen, r. und r₂, symmetrisch zur Mittellinie 23 sind (wie in Fig. 1 gezeigt ist). Diese Wellen bewegen sich in drei Dimensionen vorwärts: (a) BWegung in der x-Richtung durch abwechselnde Reflektion zwischen den Hauptflächen 20a und 20b des Streifens in der in Fig. 2 gezeigten Weise; (b) Bewegung von einer Seite des Streifens zur anderen (y-Richtung), wie in den beiden Figuren 1 und 2 gezeigt ist: (c) und die Ausbreitung der aus (a) und (b) resultierenden Welle in der Längsrichtung des Streifens (ζ-Richtung).

Die seitliche oder y-Lage einer jeden Welle zu irgendeinem Zeitpunkt kann als Sinusfunktion der Entfernung in der Längsrichtung des Streifens oder in der z-Richtung folgendermaßen ausgedrückt werden:

y = A sinßz (1)

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= 2 Hf , wobei λ/1 die Wellenlänge der Sinuswelle

λ 1
in der z-Richtung und A die Amplitude der Sinusfunktion und die größte Entfernung der sich ausbreitenden akustischen Welle von der Mittellinie'23 oder χ _T z~Ebene ist.

Die Phasengeschwindigkeit entlang der Sinuskurve der Fig. 1 und parallel zur y - z-Ebene des Streifens ist mit Cq bezeichnet. Die Phasengeschwindigkeit in der Längsrichtung des Streifens (z-Achse) ist mit C bezeichnet. C stellt auch" die Phasengeschwindigkeit der akustischen Wellenausbreitung entlang des Streifens dar.

Wenn sich die Phasenfront 26 der Welle r, entlang der Sinuskurve bewegt, ist die longitudinale Phasengeschwindig*· keit C größer als die tangentiale Phasengeschwindigkeit C _Q entlang der Sinuskurve, wobei folgende Beziehung besteht:

^Cp9 = ^Cp ^{COS θ}

Darin ist O der Winkel zwischen Phasengeschwindigkeitsvektor, , und z-Achse.

Eine notwendige Bedingung für die Einzelausbreitung in einem Wellenleiter irgendeiner Art ist, daß die Phasengeschwindigkeit C über den gesamten Querschnitt des Leiters gleich ist. Es ist deshalb notwendig, daß die Phasengeschwindigkeit entlang einer dritten Welle, r^,, die gleiche ist wie

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C . Da für r, auf der Linie 2-2 θ = O, ist jedoch C _Q gleich C , so daß die Bedingung voll erfüllt. Mit anderen Worten, Cq muß wegen der Konstanten C eine Kosinusfunktion von Q sein, gemäß der Gleichung (2).

Aus dem Vektordiagramm der Fig. 1 mit C _Q und C er-

pw ρ

gibt sich tg 9 = ^ , Die erste Ableitung der Gleichung (1) nach ζ ist β A cos/Jz. Aus Gleichung (l) ergibt sich ζ =\. Demgemäß läßt sich tg 0 folgendermaßen schreiben:

A²·

Nach Gleichung (3) kann cos Q folgendermaßen geschrieben werden:

COS 0 β \/p ο ο

^V (A² - y²)

Durch Einsatz von Gleichung (¹O in Gleichung (2) ergibt sich

C"
für das Verhältnis

pQ

Es wird angenommen, daß die hier beschriebene Ausbreitungsform symmetrisch zur x-z-Ebene und zur y»z-Ebene ist. Dies erfordert, daß die Pha sen-front en 26 und 27, welche sich auf der Mittellinie 23 bei dem Punkt 28 schneiden, die gleiche Phase besitzen, wie Fig. I zeigt. Dies erfordert weiter bei y = - A, daß die Phasenfronten 26 und 27 durch ηλ2 getrennt

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24^0100

sind, wobei η irgendeine positive ganze Zahl und %2.~ -^- mit f als akustischer Frequenz ist.

Der analytische Ausdruck für die Phasenfront (26 oder 27) läßt sich in der folgenden Weise erhalten. Da für irgendeinen Wert von y die Phasenfront orthogonal zur Richtung einer Welle sein muß, muß die Steigung der Phasenfront negativ umgekehrt zur Steigung der Welle sein. Da die Steigung der Welle durch Gleichung (3) gegeben ist, ergibt sich für die Krümmung der Phasenfront

■ dzl = -ρ λ/Α' - r- dy (6)

Integration der beiden Seiten der Gleichung (6):

zl =

(7)

Wird angenommen, daß der Ursprung der Koordinatenachsen 21 mit dem Punkt 28 in Fig. 1 übereinstimmt, so daß die Phasenfronten 26 und 27 symmetrisch zur χ - z-Ebene sind, und wird in'Gleichung (7) y = A gesetzt, so läßt·sich für zl schreiben:

zl = -

wird das Minuszeichen weggelassen und n=l für die erste Form gesetzt, so lautet

2λ2

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Durch Einsetzen von fj = -ττγ in Gleichung (9) ergibt sich für

2 2

(ίο)

Die Phasengeschwindigkeit der ersten und zweiten longitudinalen Schallausbreitungsformen in einem Streifen mit gleichförmiger Dicke h .und mit einer Kreis-frequenz w ergibt sich, wie in der genannten Veröffentlichung von Meeker gezeigt wurde, aus der Lösung der Prequenzgleichung:

PHJl

■n '

2-

Die in Fig. 3 mit MIl und Ml2 bezeichneten Kurven stellen aufgezeichnete Lösungen für die erster und zweite longitudinale (symmetrische) Form MIl und M12 dar. In Fig. 3 sind ebenfalls jene Kurven gezeichnet, welche die erste und zweite asymmetrische Form M21 und M22 darstellen. Diese Formen und die Frequenzgleichungen sind.im Kapitel 5 der zuvor genannten Veröffentlichung von Redwood beschrieben. Die Kurven in Fig. 3 sind für das Poissonverhältnis €) = 0,355 und die

Zoll
Quergeschwindigkeit C, = 0,1215NyW- /see. ausgezeichnet.

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Wenn in Fig. 3 und Gleichung (11) C durch C _Q er-

setzt wird·,, ergibt sich die Abhängigkeit von C _Q von der

pw

Dicke für jede Frequenz. In Fig. 3 kann auch gesehen werden, daß in dem interessierenden Bereich (0,072 - 0,105) des Produktes aus Frequenz und Dicke die Kurven für MIl und M22 durch die gestrichelten hyperbolischen Kurven 31 bzw. 32 dicht angenähert werden können. Diese angenäherten hyperbolischen Kurven für MIl und M22 lassen sich in den Gleichun-

ausdrücken gen (L2) bzw. (13) folgendermaßen ;

^Cp9 „0.1200

C_t fh (12)

^Cp9 0.220

c_t - ,fh (13)

unter Benützung entweder von Gleichung (12) oder (13) und bei der Annahme, daß die Dicke bei y=A den Wert h„ hat, be trägt das Verhältnis von h zu h_ft:

Wenn die Dicke h ihren maximalen Wert von h bei y=0 hat, kann Gleichung (14) folgendermaßen geschrieben werden:

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Die Dicke h bei irgendeinem Wert von y kann mit der zentralen Dicke h_n folgendermaßen in Beziehung gebracht werden:

h _A_ sec Q //(A² -y²j+l

^hn" ^hA- ^hn ^{= sec ö}

OAO max

Beide Werte, A und yd, sind Brüche, derart, daß ^3 A viel kleiner als 1 sind, so daß Ausdrücke mit A und/oder β weggelassen werden können. Der Wurzelausdruck \JM A + 1 läßt sich daher folgendermaßen vereinfachen:

+1 -Zjl +JP²A² + *-£— = 1 + £4— r-17)

Eine weitere Annäherung von Gleichung (17) sieht folgendermaßen aus:

J _x.

Unter Benützung der Gleichungen (17) und (18) läßt sich Gleichung (16) schreiben:

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Nach dem Ausmultiplizieren der beiden Ausdrücke auf der rechten Seite der Gleichung (19) und bei Vernachlässigung der Ausdrücke mit fb und/oder A läßt sich Gleichung (19) folgendermaßen schreiben:

,2 2

^ho

S 1 - ß-^- (20)

Die prozentuale Verminderung,ausgehend von der zentralen Dikke tu. ergibt sich aus Gleichung (20):

2 2
= ·■ 100$ (21)

eine

Die Gleichungen (20) und (21) beschreiben im Grunde\parabolische Funktion, und zwar derart, daß das Profil eine angenähert parabolische Form besitzt und von der Strecke A unabhängig ist. Die prozentuale Verminderung der zentralen Dicke, die durch die Gleichung (21) gegeben ist, ist in Fig. 4 für das Produkt aus Frequenz und Dicke mit einem Wert von 0,085 MHZ Zoll (die Frequenz ist gleich-4 MHz) für die Werte A = 0,125 und 0,250 und 0,375 Zoll und für die entsprechenden Werte von β = 1,769 bzw. 0,442 bzw. 0,1966 wiedergegeben. Die Punkte auf diesen Kurven lassen sich folgendermaßen berechnen. Als erstes wird C aus der Gleichung (12) berechnet, wobei ein gemessener Wert der Quergeschwindigkeit C = 0,1215 Zoll/Mikrosekunden verwendet wird. Als nächstes wird der Wert von/? aus der Gleichung (9) mit dem Wert von A 2, der'gleich jd oder 0,04^4 "ist, bere-chnet. Anschließend wird die. Gleichung (21) verwendet, um

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verschiedene Werte der Größe (1-r—)ΊΟΟ^ für verschiedene

Werte von y zu berechnen. Ist einmal ein Wert von Jo ausgewählt und auf diese Weise ein gewünschtes Profil (das z.B. einem der drei Kurven in Fig. 4 ähnlich ist) bei einer Bandmittenfrequenz festgelegt, so ist es natürlich wünschenswert, die Werte von A an den äußersten Punkten des interessierenden Frequenzbereiches zu finden. Der Wert von A für jede neue Wellenlänge oder Frequenz wird dann direkt aus Gleichung (9) berechnet.

Wie Fig. 3 zeigt, kommen in dem interessierenden Bereich zwei zusätzliche oder falsche Formen M21 und M22 vor. Die erste asymmetrische Form M21 besitzt eine positive Steigung in diesem Bereich und ist daher einer normalen Wellen-Streudämpfung unterworfen, welche in einen flachen oder nicht mit einem festen Umriß versehenen Streifen einer Verzögerungsleitung auftritt. Die oben bei der MIl Form dargelegte Erörterung gilt auch in gleicher Weise für die M22 Form, außer daß die letztere zur zentralen y-z-Ebene asymmetrisch ist. Diese Form wird zusätzlich durch die in Gleichung (13) gegebene inverse Beziehung dicht angenähert.

In Fig. 5 ist ein Profil für β = 0,268 dargestellt, wobei Gleichung (21) benutzt wird. Es wird angenommen, daß dieses Profil für alle Schnitte eines abgeschrägten Streifens eine Verzögerungsleitung verwendet wird, deren äußerste Dicken h_Q = 0,0245 und 0,0196 Zoll sind. Die Werte von A

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sind unter Benützung der Gleichungen (9), (12) und (13) berechnet und auf dem Profil für die Frequenzen 4,3 und 3*7 MHZ für beide Dicken-Werte in beiden Formen MIl und M22 aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß alle die Werte A der falschen Form M22 darstellenden Punkte von der Mittellinie weiter wegliegen als die die Werte A der gewünschten Form¹ MIl darstellenden Punkte. Es ist deshalb möglich durch Anordnung der Innenkante der absorbierenden Streifen 25 und 26 (Fig. 1 und 2) die äußersten Abschnitte der unerwünschten falschen Form zu bedecken -(während die äußersten Abschnitte der erwünschten Form nicht bedeckt werden), um die unerwünschte Schallwellenausbreitung in der M22' Form wahlweise zu absorbieren. Im ·.

angeführten Beispiel sollte die Kante des absorbierenden Strei-

ZoIl fens 25 oder 26 in einer Entfernung von ungefähr ,0,36-/ vom Mittelpunkt des Streifens in beiden Abschnitten der Verzögerungsleitung angeordnet werden.

Wenn verschiedene Dicken verwendet werden, um einen lineareren Verzögerungsbereich bei einer breiteren Frequenzbandbreite zu erhalten, ist es möglich die seitliche Lage des absorbierenden Streifens für verschiedene Dicken des Streifens zu ändern, um die gewünschten Signale von den unerwünschten ' Signalenvfirksamer zu tr«rmen. Das heißt, di· Kante des absorbierenden Streifens braucht bei verschiedenen Dicken nicht die gleiche Entfernung von der Mittellinie des Streifens besitzen.

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Die vorangehende Analyse ist richtungsgebender Natur und wird nicht als genaue Behandlung einer dreidimensionalen Wellenbewegung dargelegt. Experimentelle Ergebnisse haben jedoch die in den grafischen Darstellungen angegebenen Ergebnisse gut belegt. Es ergaben sich Verbesserungen in der Dämpfung kontinuierlicher Wellen bei einer mittleren Frequenz von 4 MHz, wobei eine dispersive Verzögerungsleitung mit einem 2 Mikrosekunden Aluminiumstreifen 10 Dezibel besitzt, verglichen mit einem nicht mit einem Umriß versehenen Streifen einer Verzögerungsleitung ähnlichen Aufbaus.

Dem Streifen der Verzögerungsleitung wird dadurch eine bestimmte Form gegeben, dass von den Kanten des Streifens aus geätzt wird, irvdem ein locker aufgespulter Streifen der Verzögerungsleitung in einen leeren Behälter gelegt und der Behälter mit einer kleinen linearen Geschwindigkeit bis zur Mittellinie des Streifens mit dem Ätzmittel gefüllt wird. Die Spule wird gedreht und der Vorgang wird für die andere Kante wiederholt. Bei der Anwendung dieser Technik betrug die bei einem Ausführungsbeispiel erzeugte Querabsehrägung 0,0003 Zoll bei einer Entfernung von 0-375 Zoll zum Mittelpunkt des Streifens .

Es hat sich weiter herausgestellt, daß eine brauchbare Profilform dadurch hergestellt werden kann, daß ein 1,75 Zoll breiter und 0,05 Zoll dicker Aluminiumstreifen von ei-

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nem Duowalzwerk gewalzt wird, welches die Dicke des Streifens um 4-0 bis 50 % vermindert und welches einen Walzendurchmesser von 4ZqII und eine axiale Walzenlänge von6 ;Zoll besitzt. Die auf diese Weise hergestellte Form kann dann gemessen und in einer grafischen Darstellung, ähnlich wie in Fig. 5, wiedergegeben werden. Die Werte von β und A lassen sich anschließend für den interessierenden Frequenzbereich berechnen.

In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung braucht die Profilform leinen kontinuierlichen Verlauf besitzen, sondern kann diskontinuierlich sein. So hat der in Fig. 6 gezeigte Streifenabschnitt der Verzögerungsleitung ein in der Querrichtung abgestuftes Profil, derart, daß der zentrale Abschnitt eine Breite ve» WO und eine Dicke hl besitzt und die beiden Kantenabschnitte eine Dicke h2 haben, welche kleiner als hl ist. Die beiden Kantenabschnitte sind ebenfalls mit einem absorbierenden Streifen 45 und 46 bedeckt.

Wenn eine mit einer Phasengesehwindigkeit C , im Streifen entlanglaufende Schallwelle die Stufe unter einem.Einfallswinkel al berührt, kann sie entweder unter einem Brechungswinkel a2 und mit einer Phasengeschwindigkeit C ~ im Kantenbereich weiterlaufen oder unter dem Winkel al in dem zentralen Bereich total reflektiert werden. Das Berechnungsgesetz von Snellius ergibt in diesem Fall:

sin a_ C
2 pa

Die Phasengeschwindigkeiten C ^ und C _a2 stehen gemäß Pig. mit der Frequenz und den Dicken hl und h2 in Beziehung. Den Winkel al, jenseits welchem Totalreflektion eintritt, erhält man, indem Sinus a2 = 1 besetzt wird. Wenn die in Pig. 2 gezeigteßlnversenjbezieh-ungen angenommen werden, läßt sich auch das Dickenverhältnis mit der Größe al folgendermaßen darstellen:

h2_ ₍₂₃₎

hl

pa2

In Fig. 8 ist die prozentuale Dickenverminderung (1-sin al)· 100 % auf einem Linienschaubild für zwei Frequenzen (3*6 und 4,4 MHz) für beide Formen MIl und M22 mit hl = 0,Q215 Zoll ausgetragen. Auf diese Weise kann durch Steuerung des Dickenverhältnisses h2/hl (beispielsweise bei einer Verminderung von 0,45 %>) die Schallwellenausbreitung in der gewünschten Form MIl innerhalb des zentralen Abschnitts des Streifens gehalten werden, während bei der falschen Form M22 zugelassen wird, daß sich dieftellen zu den Kantenabschnitten ausbreiten und von dem Streifen absorbiert werden.

In den Fig. 9 und 10 ist ein Abschnitt eines anderen Streifens 51 einer Verzögerungsleitung dargestellt, dessen

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Profilform ebenfalls diskontinuierlich ist. Bei dieser Profilform sind die Kanten des Streifens linear verlaufend einander zugeneigt, wobei in der Mitte des Streifens ein ebener Abschnitt Wl besteht. In diesem Profilformtyp ist auch der Fall enthalten, wo die Breite des ebenen Abschnitts Wl Null ist. Es ist ersichtlich, daß andere Profilformen, deren Krümraungen von den in den Fig. 1, 2, 6, 7* 9* IG gezeigten AusfUhrungsbeispielen etwas abweichen, verwendet werden können, solange die Dicke in der Mitte größer ist als die Dicke an den Kanten des Streifens.

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Claims (8)

1. 24201

   PATENT AN SPRÜCHE

   Akustische Verzögerungsleitung, gekennzeichnet durch einen Streifen aus Ultraschallwellen übertragenden Material mit jäwei langgestreckten und im wesentlichen konvexen Hauptoberflächen (20a, 20b), welche ein Querschnittsprofil besitzen, deren Breite (W) um ein Vielfaches größer als. deren Dicke (h) ist, und durch eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schallwellen in dem genannten Streifen, deren Ausbreitung zwischen den Hauptflächen (20a,20b) auf einen Bereich beschränkt ist, welcher sich von der Mitte (23) des Streifens in beiden Querrichtungen über die Länge (A) erstreckt, welche kleiner als die halbe Breite (W) des Streifens ist.
2. 2. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von Schallwellen einen Wandler (24), der in der Längsrichtung des Streifens gepolt und mit einem Ende befestigt ist, und eine Vorrichtung zum Anlegen elektrischer. Signale am Wandler (24) umfaßt.
3. 3. Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Absorptionsstreifen (25,26), welche um die Nebenflächen

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   des Streifens aus Ultrasehallwellen.übertragenden Material gewickelt sind und sich über eine Entfernung, welche kleiner als jj - A ist, entlang den Hauptflächen (2(fe,20b) zur Mitte des Streifens aus Ultraschallwellen übertragenden Material erstrecken.
4. 4. Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ((\.) eine Punktion sowohl der Wellenlänge als auch der Phasengeschwindigkeit der Schallwelle ist, derart, daß dessen Wert im ganzen infrage kommenden Frequenzband

   ist .für die longitudinale Form (MIl) kleiner als für die Form (M22), und daß die Kanten der Absorptionsstreifen (25» 26) derart angeordnet sind, daß sie die sich in der (M22)-Form ausbreitenden Schallwellen absorbieren und die Schallwellenausbreitung in der (Mll)-Form zulassen.
5. 5. Verzögerungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilform des Streifens aus Ultraschallwellen übertragenden Material im wesentlichen einen kontinuierlichen Verlauf besitzt.
6. 6. Verzögerungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilform des Streifens aus Ultraschallwellen übertragenden Material einen Mittelabschnitt (WO) mit gleichförmiger Dicke (hl) und ein Paar Kantenabschnitte mit einer Dicke (h2) besitzt und daß die Kanten der Absorptionsstreifen (25,26) entlang den Kantenabschnitten angeordnet sind.

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7. 7. Verzögerungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilform des Streifens aus Ultraschallwellen übertragenden Material einen gleichmäßig dicken Mittelabschnitt mit der Breite (Wl), welche kleiner als die Gesamtbreite (W) ist, und ein Paar abgeschrägter Kantenabschnitte besitzt..
8. 8. Verzögezingsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilform des Streifens aus Ultraschallwellen übertragenden Material ein Paar abgeschrägter Abschnitte besitzt, welche in der Mitte des Streifens ihre größte Dikke haben.

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