DE2515503A1

DE2515503A1 - Ultraschallverzoegerungsleitung zum betrieb in einem nichtdispersionsmodus

Info

Publication number: DE2515503A1
Application number: DE19752515503
Authority: DE
Inventors: Toshiki Omori; Takeo Yokohama
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 1974-04-10
Filing date: 1975-04-09
Publication date: 1975-10-16
Also published as: JPS50134350A; GB1486700A; DE2515503C3; DE2515503B2; IT1034982B

Description

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MITSUMI ELECTRIC CO., LTD., Chofu-City, Tokyo, Japan

Ultraschallverzögerungsleitung zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallverzögerungsleitung mit einem Ausbreitungsmedium und einem Wellensende- sowie Wellenempfangswandler. Die Wandler befinden sich an den Stirnflächen des Ausbreitungsmediums und sind nach der Erfindung um einen gewissen Winkel gegenüber einer Ebene geneigt, die senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums verläuft, und derart ausgebildet, daß ihre oberen und unteren Seitenflächen in den Verlängerungen der Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums liegen. Die Ultraschallverzögerungsleitung wird in einem Nichtdispersionsmodus betrieben.

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Eine Ultraschallverzögerungsleitung zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus (auch mit SH-Modus bezeichnet) hat im allgemeinen eine Konstruktion, bei der ein Eingangs- oder Wellensendewandler und ein Ausgangs- oder Wellenempfangswandler an jeweils einer der beiden senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen eines quaderförmigen Ultraschallausbreitungsmediums verlaufenden Stirnflächen angeordnet sind. Das Ausbreitungsmedium hat die Gestalt eines rechteckförmigen Parallelepipeds und besteht aus Glas oder einem anderen geeigneten Werkstoff. Anstelle der beiden Wandler an den beiden Stirnflächen des Ausbreitungsmediums kann auch ein an einer Stirnfläche vorgesehener Wandler angeordnet sein, der sowohl zum Senden als auch zum Empfangen dient. Bei dieser bekannten, im Nichtdispersionsmodus betriebenen Ultraschallverzögerungsleitung ist die Dicke des Ausbreitungsmediums derart gewählt, daß sie beispielsweise kleiner als das Fünffache der Wellenlänge Λ der Ultraschallwelle und der Ultraschallwellen von vom Wandler abgegebenen verschiedenartigen Schwingungsarten ist, daß die Wellenaussendung senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen erfolgt, daß eine sich parallel zu den Hauptbegrenzungsflächen fortpflanzende Ultraschallwelle vom Modus η - O zur Ausbreitung aktiv benutzt wird und daß die Erzeugung und Ausbreitung von Ultraschallwellen von einem Modus, der gleich oder größer als η = 1 ist, erschwert werden.

Unter den bekannten Ultraschallverzögerungsleitungen zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus weist diejenige Konstruktion, bei der an den beiden Stirnflächen eines Ausbreitungsmediums in Gestalt eines rechteckförmigen Parallelepipeds Wandler zum Aussenden und Empfangen von Wellen vorgesehen sind, die folgende Schwierigkeit auf. Zusätzlich zu der gewünschten Ultraschallwelle mit einem Modus von η = O, die sich mit einer Verzögerungszeit X vom

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Sendewandler zum Empfangswandler direkt ausbreitet, treten auch ungewollte Wellen- oder Schwingungskomponenten auf. So ist beispielsweise eine reflektierte Welle (Echowelle) mit einer Verzögerungszeit von 3 T vorhanden. Diese Welle entsteht dadurch, daß die vom Sendewandler erzeugte Welle nach Durchlaufen des Ausbreitungsmediums vom Empfangswandler reflektiert wird, anschließend vom Sendewandler reflektiert wird und dann wieder den Empfangswandler erreicht. Durch wiederholte Reflexionen treten auch reflektierte Wellen mit Verzögerungszeiten von 5 T , 7 ΐ*, ...·· auf. Von diesen reflektierten Wellen haben diejenigen mit Verzögerungszeiten von 5 1" , 7 Γ, .... einen sehr niedrigen Energiepegel, so daß sie im wesentlichen vernachlässigbar sind. Die reflektierte Welle mit einer Verzögerungszeit von 3 Γ ist allerdings verhältnismäßig energiereich, so daß sie als störend empfunden wird, wenn die Ultraschallverzögerungsleitung für eine genaue Arbeitsweise gedacht ist.

In ähnlicher Weise tritt bei den bekannten Ultraschallverzögerungsleitungen mit einer Konstruktion, bei denen an einer Stirnfläche des quaderförmigen Ausbreitungsmediums zum Aussenden und Empfangen der Wellen ein Wandler vorgesehen ist, das Problem auf, daß zusätzlich zu der gewünschten Ultraschallwelle vom Modus η = O, die an der einen Stirnfläche von dem Wandler erzeugt, von der anderen Stirnfläche des Ausbreitungsmediums reflektiert und nach einer Verzögerungszeit T von dem Wandler wieder empfangen wird, ungewollte reflektierte Schwingungs- oder Wellenkomponenten vorhanden sind. Die ungewollten Wellenkomponenten entstehen durch wiederholte Reflexion am Wandler und haben daher Verzögerungszeiten von 2 T , 3 T , ^T,

Bei diesen bekannten Ultraschallverzögerungsleitungen zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus ait

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einer Ultraschallwelle vom Modus η » O ist somit die Unzulänglichkeit verbunden, daß infolge von Echowellenreflexion ungewollte Wellenkomponenten erzeugt werden. Bei der ersten Bauart mit zwei Wandlern wird insbesondere die reflektierte Welle mit der Verzögerungszeit von 3 r als störend empfunden, während bei der Ultraschallverzögerungsleitung mit einem Wandler die reflektierte Welle mit einer Verzögerungszeit von 2 τ die Hauptstörung darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Nichtdispersionsmodu3 betreibbare Ultra schall verzögerungsleitung unter Verwendung einer sich senkrecht durch das Ausbreitungsmedium von einem Sendewandler zu einem Empfangswandler fortpflanzendenUltraschallwelle vom Modus η = O zu schaffen, ohne daß an den Hauptgrenzflächen Reflexionen auftreten und ohne daß reflektierte Echowellen mit Verzögerungszeiten von 3 T , 2 T usw. erzeugt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe verlaufen die Stirnflächen des Ausbreitungsmediums nicht senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen, sondern sind nach der Erfindung gegenüber diesen bekannten senkrecht verlaufenden Flächen um einen bestimmten Winkel geneigt, und an diesen geneigten Stirnflächen sind ein Wandler für die Wellenaussendung und ein Wandler für den Wellenempfang angeordnet. Wenn daher eine parallel zu den Hauptbegrenzungsflächen verlaufende Ultraschallwelle an diesen Wandlern reflektiert wird, entsteht infolge der oben angegebenen Maßnahmen eine reflektierte Ultraschallwelle, die nicht mehr parallel zu den Hauptbegrenzungsflächen ist. Die reflektierte Welle breitet sich daher nicht mehr in einfacher Weise in Richtung auf den Empfangswandler aus. Demzufolge werden Echokomponenten wirksam unterdrückt.

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Es sind zwar bereits Ultraschallverzögerungsleitungen vom Dispersionstyp bekannt, bei denen Wandler gegenüber den senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums verlaufenden Ebenen Neigungen aufweisen, die jedoch zur Wellenausbreitung von Ultraschallwellen Gebrauch machen, deren Modus η ^ 1 ist. Die nach der Erfindung ausgebildete Ultraschallverzögerungsleitung ist hingegen vom Nichtdispersionstyp und benutzt Ultraschallwellen mit einem Modus von η = O. Sie unterscheidet sich daher gegenüber der bekannten Ultraschallverzögerungsleitung vom Dispersionstyp in einem hohen Maß im Hinblick auf die Arbeitsweise.

Wenn man nämlich die Wandler in bezug auf die senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums verlaufenden Ebenen lediglich geneigt anordnet, werden von dem Sendewandler verhältnismäßig energiestarke Ultraschallwellen mit einem Modus von η = 1 oder mehr ausgesendet, die mit den Hauptgrenzflächen des Ausbreitungsmediums nicht parallel sind. Solche Ultraschallwellen mit einem Modus von η » 1 oder mehr stellen in bezug auf die Ultraschall verzögerungsleitung vom Nichtdispersionstyp nach der Erfindung nicht erwünschte überflüssige Wellen dar.

Obwohl beim Erfindungsgegenstand die Wandler in bezug auf eine senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums verlaufende Ebene geneigt sind, sind die Wandler in einer solchen Weise ausgebildet, daß hauptsächlich eine Ultraschallwelle vom Modus η β ο in einer parallel zu den Hauptbegrenzungsflächen verlaufenden Richtung erzeugt wird und daß die Erzeugung von Ultraschallwellen mit einem Modus von η =» 1 und mehr, die für die Wellenausbreitung unnötig sind, unterdrückt wird. Dazu sind die Wandler nach der Erfindung insbesondere derart

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ausgestaltet, daß ihre oberen und unteren Seitenflächen innerhalb von Verlängerungen der Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen liegen.

Eine Ultraschallverzögerungsleitung vom Nichtdispersionsbötrieb zeichnet sich somit nach der Erfindung aus durch ein Ultraschallausbreitungsmedium mit zwei zueinander parallelen Hauptbegrenzungsflächen und mindestens einer um einen besonderen Winkel θ gegenüber einer senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen verlaufenden Ebene geneigten Stirnfläche und durch einen zumindest längs dieser einen Stirnfläche angeordneten Wandler, der mindestens zum Aussenden einer Ultraschallwelle dient und zwei Hauptoberflächen aufweist^ die parallel zu der geneigten Stirnfläche verlaufen, sowie zwei Seitenoberflächen aufweist, die in den Verlängerungsebenen der Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums liegen, und der zum Aussenden einer Ultraschallwelle zur Wellenausbreitung mit einem Modus von η = 0 betrieben wird.

Demgegenüber sind bei bekannten Ultraschallverzögerungsleitungen vom Nichtdispersionstyp die Wandler derart ausgebildet, daß ihre Abmessungen kleiner als die Abmessungen der Stirnflächen des /msbreitungsmediums sind. Aus diesem Grund wird von diesen Wandlern infolge des Anschlußeffekts eine Welle vom Dispersionsmodus erzeugt. Es war daher bisher nicht möglich, eine Ultraschallverzögerungsleitung mit einem guten Nicfetdispersionsbetrieb zu erhalten.

Nach der Erfindung wird durch die oben beschriebene Ausgestaltung der Wandler das Auftreten des Anschluß- oder Abschlußeffekts der Wandler vermieden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen erläuterte Es zeigen:

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Fig. 1A und 1B eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Ultraschallverzögerungsleitung vom Nichtdispersionstyp nach der Erfindung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Energiekennlinien von Ultraschallwellen vom Modus η « O und η » 1 und von dazugehörigen Echowellen mit einer Verzögerungszeit von 3 in Abhängigkeit vom Neigungswinkel θ zwischen den Wandlern und einer senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums verlaufenden Ebene,

Fig. 3A, 3B und 3C schematische Seitenansichten zum Erläutern der Ultraschallwellenerzeugung bei einem bekannten Wandler und einem Wandler nach der Erfindung,

Fig. 4a und 4b eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Ultraschallverzögerungsleitung nach der Erfindung,

Fig. 5A und 5B eine Draufsicht und eine in Richtung des Pfeils B dargestellte Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Ultraschallverzögerungsleitung nach der Erfindung und

Fig. 6a bis 6D perspektivische und schematische Ansichten zum Erläutern der wichtigsten Schritte bei der Herstellung der in den Figuren 5A und 5B dargestellten Ultraschallverzögerungsleitung.

In den Figuren 1A und 1B ist eine nach der Erfindung ausgebildete Ultraschallverzögerungsleitung 10 zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus mit einem Ultraschallausbreitungsmedium 11 sowie einem Sende- und.Empfangswandler 12a und 12b dargestellt. Die Wandler sind

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mit den Stirnflächen 13a und 13b des Ausbreitungsmediums 11 verbunden. Die Stirnflächen 13a und 13b verlaufen parallel zueinander und sind darüberhinaus um einen Winkel θ gegenüber einer angenommenen Ebene A-A geneigt, die senkrecht auf den Hauptbegrenzungsflächen 14a und 14b des Ausbreitungsmediums 11 steht.

Die Wandler 12a und 12b enthalten piezoelektrische Platten 15a und 15b sowie Eingangselektroden 16a und 16b und Ausgangselektroden 16c und I6d auf den einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Wandler 12a und 12b, wie es in den Figuren dargestellt ist. Die inneren Oberflächen der Elektroden 16a und 16c sind mit den Stirnflächen 13a und 13b des Ausbreitungsmediums 11 verbunden.

Die bei der Darstellung nach der Fig. 1A und 1B obere Seitenfläche 17a bzw. 17c des Wandlers 12a bzw. 12b und die untere Seitenfläche 17b bzw. 17d des Wandlers 12a bzw. 12b liegen in Verlängerungen der Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen 14a bzw. 14b des Ausbreitungsmediums 11.

Die piezoelektrischen Platten 15a und 15b sind parallel zu den Hauptoberflächen, die den Elektroden 16a, I6b, 16c und I6d gegenüberliegen, polarisiert. Wenn ein an Anschlüssen 18a und 18b anliegendes elektrisches Signal mit einer Frequenz von beispielsweise 4,4 MHz den Elektroden 16a und 16b aufgedrückt wird, führt die piezoelektrische Platte 15a eine Dickenscherungsschwingung .aus und gibt an das Ausbreitungsmedium 11 eine Ultraschallwelle mit einem Modus von η = O ab. Die sich geradlinig durch das Ausbreitungsmedium 11 fortpflanzende Ultraschallwelle vom Modus η «= O wird von einem Wandler 12b empfangen, der denselben Aufbau wird dar Wandler 12a hat· Mn Anschlüssen 19a und 19b tritt somit ein elektrisches Sigaal auf* das gegenüber dem Signal an d@a Anschlüssen 18a und 1Sb um

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eine gewissen Zeit (beispielsweise 64 /usek) verzögert ist, die die Ultraschallwelle braucht, um das Ausbreitungsmedium 11 zu durchlaufen.

An Hand der Fig. 2 wird die Wirkung beschrieben, die von einem Wandler hervorgerufen wird, der gegenüber einer senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums verlaufenden Ebene einen Neigungswinkel von θ aufweist.

Wenn der Winkel θ von Null an zunimmt, d.h. von einer senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums gerichteten Winkelposition, ändert sich die vom Wandler 12a abgegebene Energie der Ultraschallwelle vom Modus η = O entsprechend der in der Fig. 2 dargestellten Kurve I. Wenn man demgegenüber bei einem bekannten Wandler mit senkrecht zu den Elektrodenoberflächen verlaufenden oberen und unteren Seitenflächen einen Neigungswinkel θ vorsieht, fällt die ausgesendete Energie der resultierenden Ultraschallwelle vom Modus η = O mit wachsendem Winkel θ stark ab, wie es in der Fig. 2 durch die Kurve II gezeigt ist. Da der nach der Erfindung ausgebildete Wandler 12a einen Aufbau zeigt, bei dem die obere und untere Seitenfläche 17a und 17b stets in den Verlängerungsebenen der Hauptbegrenzungsflächen 14a und 14b liegen, nimmt die Energie der abgegebenen Welle bei zunehmendem Winkel θ im Vergleich zum Wert bei 9=0 nur geringfügig ab, wie es aus der Kurve I hervorgeht· Die Gründe für diese nur geringfügige Abnahme werden noch im folgenden dargelegt.

Darüberhinaus bewirkt die erfindungsgemäße Ausbildung der Ultraschallverzögerungsleitung, daß die Energie einer unerwünschten störenden Ultraschallwelle vom Modus η β 1 des Wandlers 12a nur unmaßgeblich zunimmt, wenn man

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den Winkel θ größer macht. Dies ist in der Fig_e 2 durch die Kurve III dargestellt. Im Gegensatz dazu nimmt bei einem bekannten Wandler die Energie einer ungewollten Ultraschallwelle vom Modus η = 1 mit wachsendem Winkel θ stark zu, wie es die Kurve IV der Fig. 2 zeigt.

Für den Fall, daß der Winkel θ gleich oder kleiner als ein Winkel Q₁ ist, bei dem sich die Ultraschallwelle vom Modus η = 1 mit minimalem Energie verlust ausbreitet, d.h. mit maximaler Energie (der Winkel Q^ wird durch Faktoren bestimmt wie die Signalfrequenz_f also die Wellenlänge der Ultraschallwelle, sowie die Stärke des Ausbreitungsmediums und wird als Winkel vom Modus η - 1 bezeichnet), tritt eine sehr geringe Erzeugung von Ultraschallwellen vom Modus η = 2 und von höheren Werten für η auf. Diese Ultraschallwellen kann man daher in fast allen Fällen vernachlässigen« Die Abnahme der Energie der Ultraschallwelle vom Modus η = 0, wie es durch die Kurven I und II dargestellt ist₉ und die Zunahme der Energie der Ultraschallwelle vom Modus η = 1 ₉ wie es durch die Kurven III und IV dargestellt ist, erfolgt näherungsweise komplementär.

■ Die Energie der mit ©iner Versögerangs^it vom 3 ^r echoreflektierten Ultraschallwelle von Modus η ~ © nimmt feel einer Ztisiafasssi des Wi&i;@le © mb_$ wi© es in der Kurv© V gezeigt ist.

Während die in der Kurve I dargestellt© Ultraschallwelle vom Modus η = O zur Ausbreitung notwendig ist, werden die Komponenten der Ultraschallwell© vom Modus η e 1 und der echoreflektierten Ultraschallwelle vom Modus η => 0 zur Ausbreitung nicht benötigt» Di© Summe dieser beiden nicht benötigten Wellen ist in der Kurve VI dargestellte Aus der Kurve VI geht hervor_g daß die genannten unnötigen Komponenten bei einer Zunahme des Winkels θ

abnehmen. _ _ .

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Wenn sich der Winkel θ dem Winkel Q^ vom Modus η = 1 nähert, nimmt die erzeugte Energie der Ultraschallwelle vom Modus η = O geringfügig ab und die Energie der Ultraschallwelle vom Modus η = 1 steigt geringfügig an. Wenn der Winkel θ größer als der Winkel Q^ wird, werden Ultraschallwellen vom Modus η = 2 und von η *> 2 erzeugt. Wenn der Winkel θ sehr groß wird, gestaltet sich die Bildung der Stirnfläche des Ausbreitungsmediums schwierig. Aus diesen und anderen Gründen wird für den Fall, daß der Winkel Q^ beispielsweise 30° beträgt, der Wert des Winkels θ innerhalb eines Bereiches von 5° bis 25° gemäß der Erfindung ausgewählt. Wenn beispielsweise die Dicke des Ausbreitungsmediums 0,6 mm beträgt und die Signalfrequenz 4,4 MHz entspricht, ergibt sich ein Winkel Θ,. von 30°. Für den Winkel θ des Wandlers wird dann gemäß der Erfindung vorzugsweise ein Winkel von etwa 20° ausgewählt.

An Hand der Figuren 3A, 3B und 3C wird die Erzeugung von Ultraschallwellen vom Modus η = 0 und vom Modus η = 1 für einen bekannten Wandler und für einen Wandler der Ultraschallverzögerungsleitung nach der Erfindung beschrieben.

Die Fig. 3A ist eine schematische Seitenansicht und zeigt die Erzeugung einer Ultraschallwelle vom Modus η = für den Fall, daß ein bekannter Wandler 21 an einer geneigten Stirnfläche 13a eines Ausbreitungsmediums 11 vorgesehen ist. Der bekannte Wandler 21 ist von einem solchen Aufbau, daß die oberen und unteren Seitenflächen 22a und 22b senkrecht zu den Elektrodenhauptoberflächen verlaufen. Ein durch die Punkte P, Q und R begrenzter Bereich 23 trägt aus diesem Grund zur Erzeugung einer Ultraschallwelle 24 vom Modus η β 0 nicht bei, sondern erzeugt unnötige Wellen 25, die nicht vom Modus η = 0, sondern von einem anderen Modus sind. Die ungewollte Welle 25 stellt in bezug auf die Er-

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zeugung der Welle Zh vom Modus η = O eine Störungswelle dar und bewirkt» daB die Erzeugung der Welle 24 vom Modus ti = ο unterdrückt wird. Wenn daher ein "bekannter Wandler unter einem Winkel von Q geneigt angeordnet ist, wird die Erzeugung der Welle vom Modus η = O stark herabgesetzt, wie es durch die Kurve II in der Fig. 2 angezeigt ist.

Da darüberhinaus die Hauptflächen" des bekannten Wandlers 21 kleiner als die Stirnfläche 13a des Ausbreitungsmediiams 11 ist, wird noch in unvorteilhafter Weise durch einen Anschluß- oder AbschluSeff ekt eine ungewollte Welle 26 erzeugt»

Ia Cregensatz zu dem bekannten Wandler weist der Wandler 12a gemäß der Erfindung, wie es in der Fig· 3B gezeigt ist, eine solche Gestalt und solche Abmessungen auf, daß die oberen und unteren Seitenflächen 1?a und 1?b innerhalb der Yerlängerungsebenen der Hauptbegrenzungsflächen 14a und 14b des Ausbreitungsmediuams 11 liegen· Der Wandler 12a weist daher keinen Bereich auf, der in bezug auf die Erzeugung einer Welle vom Modus n= O zu einem Störungsbereich werden konnte, wie es bei dem bekannten Wandler der Fall ist» Barüberhinaus wird trotz der Heigung des Wandlers 12 a die Welle 27 vom Modus η « O mit hoher Effizienz erzeugt und ohne gegliche Unterdrückung. Wie es aus der in der Fig. 2 dargestellten Kurve I hervorgeht, wird die Welle vom Modus η = O selbst bei groSen Werten des Winkels 9 mit hoher Energie erzeugt,

Die Erzeugung einer Welle vom Modus η ^ 1 Im Wandler 12a wird an Hand der Fig. 3C betrachtet· Ein durch Hinkte S, T imd U definierter Bereich 29 stellt bezüglich der Erzeugung einer Welle 28 vom Modus η = 1 einen Storungsbereich dar und unterdrückt die Erzeugung dieser Welle. Ein von Bmkten Y, W und X definierter Bereich 30 liegt den

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beiden Elektroden nicht gegenüber und trägt daher zur Erzeugung einer Welle vom Modus η = 1 nichts bei. Infolgedessen nimmt die Erzeugung der Welle vom Modus η = 1 beinahe nicht zu, wenn der Winkel θ größer wird· Dies ist in der Fig. 2 durch die Kurve III dargestellt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Ultraschallverzögerungsleitung vom Nichtdispersionstyp nach der Erfindung entsprechend den Darstellungen nach der Fig. 4A und 4B enthält eine Ultraschallverzögerungsleitung

40 ein Ultraschallausbreitungsmedium 41 und einen Wandler 42, der zum Senden und Empfangen von Ultraschallwellen mit einer Stirnfläche 43 des Ausbreitungsmediums 41 verbunden ist. Die Stirnfläche 43 ist in bezug auf eine zu den Hauptbegrenzungsflächen 44a und 44b des Ausbreitungsmediums 41 senkrecht verlaufende Ebene A-A um einen Winkel θ geneigt, und zwar in ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die andere Stirnfläche 45 des Ausbreitungsmediums 41 steht senkrecht auf den Hauptbegrenzungsflächen 44a und 44b.

Der Wandler 42 enthält eine piezoelektrische Platte 46 sowie Eingangs- und Ausgangselektroden 47a und 47b, die mit den entgegengesetzten Hauptoberflächen der piezoelektrischen Platte 46 verbunden sind. Die obere und untere Seitenfläche 48a und 48b des Wandlers 42 liegen in verlängerten Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen 44a und 44b, Die piezoelektrische Platte 46 ist parallel zu den Hauptoberflächen der Elektroden 47a und 47b polarisiert.

Wenn über Anschlüsse 49a und 49b den Elektroden 47a und 47b der piezoelektrischen Platte 46 ein elektrisches Signal zugeführt wird, führt die Platte eine Dickenscherungsschwingung aus und gibt an das Ausbreitungsmedium

41 ein Ultraschallwelle vom Modus η = O ab. Die auf diese Weise ausgesendete Ultraschallwelle vom Modus η => 0 wird

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an der Stirnfläche 45 reflektiert, wandert wieder durch das Ausbreitungsmedium 41, wird vom Wandler 42 empfangen und erscheint an den Anschlüssen 49a und 49b als ein um eine besondere Zeit * verzögertes Signal.

Der Wandler 42 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in ähnlicher Weise ausgebildet und ausgestaltet wie der Wandler 12a des zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiels. Da die grundsätzliche Wirkungsv/eise der betrachteten Wandler dieselbe ist, kann eine Einzelbeschreibung entfallen.

In den Figuren 5A und 5B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer ültraschallverzögerungsleitoiig 60 vom Nichtdispersionstyp nach der Erfindung dargestellt, und zwar mit einem Ultraschallausbreitungsmedium 61 und einem Sendev/andler 62a sowie einem Empfangswandler 62b. Die beiden Wandler sind mit geneigten Seitenstirnflächen 63a und 63b des Ausbreitungsmediums 61 verbunden. Das Ausbreitungsmedium 61 weist Hauptbegrensungsflachen 64a und 64b sowie Seitenreflexionsflächen 65a bis 65d auf, die dazu dienen, eine Ultraschallwelle vom Modus η = 0, die vom Wandler 62a ausgesendet wird, aufeinanderfolgend zu reflektieren und dem Empfangswandler 62b zuzuleiten. Die geneigten Seitenstimflachen 63a und 63fe sind zwischen den Seitenreflexionsflächen 65b und 65c fczw. Episches den Seiteax»©fles±onsflächen 65c und 65d angeorctae-t mid in bemg auf eine zu den HaupfDsgrenzungsfläehen 64a und 64b senkrecht verlaufende Ebene um den Winkel θ geneigt«,

Die Wandler 62a und 62b sind somit in bezug auf eine Ebene, die senkrecht auf den Haupfbegrenzuxigsflachen 64a und 64 steht, um den Winkel Θ geneigt mid Ihre oberen Seitenflächen 66a und 66c sowie ihre unteren Seitenflächen 66b und 66d liegen in Verlängerungen der Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen 64a und 64b* Die Ultraschallwelle vom

Modus η = O, die vom Wandler 62a ausgesendet -wird, wird von den Seitenreflexionsflächen 65a, 65b, 65c, 65d und 65a aufeinanderfolgend reflektiert und vom Wandler 62b empfangen. Vom Wandler 62a wird eine Ultraschallwelle vom Modus η = 0 mit hoher Energie ausgesendet. Echoreflektierte Wellen vom Modus η = 0, eine Welle vom Modus η = 1 und andere ungewollte Komponenten sind wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel klein.

Auf den Hauptbegrenzungsflächen 64a und 64b des Ausbreitungsmediums 61 1st an Stellen, die nicht im Ausbreitungsweg der Ultraschallwelle vom Wandler 62a zua Wandler 62b liegen, ein Dämpfüngsmaterial 67 vorgesehen, beispielsweise Siliconkautschuk. Das Dämpfungsaiaterial 67 dämpft wirksam die UltraschallweUenkomponenten, die die Neigung haben, sich in Bereichen auszubreiten, die nicht zu dem beabsichtigten Ausbreitungsweg gehören·

Die Seitenkantenfläche 65c kann eine leicht bogenförmige Gestalt haben, wie es aus der DT-OS 23 17 154 bekannt ist. Durch diese Maßnahme wird die Ultraschallwelle vom Sendewandler noch wirksamer auf den Eapfangswandler gerichtet.

An Hand der Figuren 6A bis 6D soll erläutert werden, wie man beispielsweise die in den Figuren 5A und 5B dargestellte Ultraschallverzögerungsleitung herstellen kann.

Wie es aus der Fig. 6A hervorgeht, wird ein prismenförmiger Glasblock mit sechs Seitenflächen 72a bis 72f hergestellt. Die Enden dieses Glasblocks werden längs von Schnittebenen geschnitten, die um den Winkel θ gegenüber einer Ebene geneigt sind, die zu allen sechs Seitenflächen senkrecht verläuft. Der Glasblock 70 weist dann geneigte Stirnflächen 71a und 71b auf. Danach werden, wie es in der

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Fig· OB dargestellt ist, Wandler 73a und 73b mit den Seitenflächen 72c und 72e des Glasblocks 70 verbunden.

Anschließend wird der Block 70, wie es in der Fig. 6C dargestellt ist, längs von Schnittebenen geschnitten, die zu den geneigten Stirnflächen 71a und 71b parallel verlaufen. Die Schnittebenen haben einen bestimmten Abstand voneinander, so daß eine Anzahl von halbfertigen Ultraschallverzögerungsleitungen 74 mit einer besonderen Stärke (beispielsweise von 0,6 mm) entstehen. Die halbfertigen Ultraschallverzögerungsleitungen 74 werden dann entsprechend der Darstellung nach der Fig. 6D zwischen zwei Klemmbacken 75a und 75b in einer solchen Weiss eingeklemmt, daß die einzelnen Verzögerungsleitungen 74 an ihren den Stirnflächen 71a. und 71b entsprechenden Schnittebenen in aufrechter Stellung fest aneinanderliegen. In diesem eingeklemmten Zustand werden die Seitenflächen 72d und 72a mit einer Schleifscheibe 76 abgeschliffen, und zwar derart, daß die abgeschliffenen Flächen senkrecht zu dem den Stirnflächen 71 a und 71b entsprechenden Schnittebenen verlaufen. Infolge der Gleichbehandlung ist es bei dem Schleifvorgang lediglich erforderlich, von der Gesamtanzahl der Ultraschallverzögerungsleitungen 74 eine einzige durchzumessen.

Danach wird das Dämpfungsmaterial 67 auf den den Flächen 71a und 72b entsprechenden Schnittflächen der Verzögerungsleitungen 74 aufgebracht. Dadurch entsteht eine Anzahl der in den Figuren 5A und 5B dargestellten Verzögerungsleitung 60. Wie man leicht erkennen kann, entsprechen die mit den Flächen 71a und 71b übereinstimmenden Schnittebenen den Hauptbegrenzungsflächen 64a und 64b, die Seitenflächen 72c und 72e entsprechen den geneigten Flächen 63a und 63b, die Seitenflächen 72a* 72b_g 72d und 72f entsprechen den Seltenreflexioneflächen 65a_s 65b, 65c imd 65d, und die Wandler 73a und 73b stisaaen mit den Wandlern 62a und 62b überein.

Claims

Patentansprüche

y) Ultraschallverzögerungsleitung zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus mit einem Ultraschallwellenausbreitungsmedium, das zwei zueinander parallele Hauptbegrenzungsflächen und mindestens eine Stirnfläche aufweist, und mit einem Wandler zum Aussenden einer Ultraschallwelle in das Ausbreitungsmedium,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (13a; 43; 63a) des Ausbreitungsmediums (11; 41; 61) um einen besonderen Winkel θ gegenüber einer Ebene geneigt ist, die senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen (14a, 14b; 44a, 44b; 64a, 64b) des Ausbreitungsmediums verläuft, daß der Wandler (12a; 42; 62a) längs der Stirnfläche angeordnet ist und daß der Wandler zwei zu der geneigten Stirnfläche parallel verlaufende Hauptoberflächen und zwei Seitenoberflächen (17a, 17b; 48a, 48b; 66a, 66b) aufweist, die in den verlängerten Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen liegen, und daß der Wandler derart arbeitet, daß er eine Ultraschallwelle zur Ausbreitung mit einem Modus von η = O aussendet.
2. Ultraschallverzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Winkel θ innerhalb eines Winkelbereiches von O< θ<θ₁ ausgewählt ist, wobei Q^ ein Winkel ist, bei dem die Wellenaussendungsenergie einer Ultraschallwelle vom Modus η = 1 ein Maximum ist.

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3. Ultraschallverzögerungsleitung zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus mit einem Ultraschallwellenausbreitungsmedium, "das zwei zueinander parallele Hauptbegrenzungsflachen und zwei Stirnflächen aufweist, und mit an den beiden Stirnflächen vorgesehenen Wandlern zur "Wellenaussendung und zum Wellenempfang,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (13a, 13b) um einen besonderen Winkel θ gegenüber einer Ebene geneigt sind, die senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen (14a, 14b) verläuft, daß der Sendewandler (12a) längs der einen geneigten Stirnfläche (13a) und der Empfangswandler (12b) längs der anderen geneigten Stirnfläche (13b) angeordnet ist, daß Jeder der Wandler zwei zu der zugehörigen geneigten Stirnfläche parallelverlaufende Hauptoberflächen und zwei Seitenoberflächen (17a, 17b, 17c, 17d) aufweist, die in den verlängerten Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums liegen, und daß der Sendewandler derart betreibbar ist, daß er eine Ultraschallwelle zur Ausbreitung mit einem Modus von η = O aussendet, und der Empfangswandler derart betreibbar ist, daß er die sich ausbreitende Ultraschallwelle vom Modus η = O empfingt.
4. Ul traschall verzögerungsleitung zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus mit einem Ultrasehallwellenausbreitungsmedium, das zwei zueinander parallele Hauptbegrenzungsflächen und eine zn den HatiptbegF@nsungsflachen. senkrecht stehende Stirnfläche aufweist, mid mit einem Sende- und Empfangswandler zum Aussenden und Empfangen einer Ultraschallwelle ,

dadurch gekennzeichnet_s daß die andere Stirnfläche (43) des Ausbreitungsmediums, bei der der Wandler (41) angeordnet ist, um einen besonderen Winkel θ gegenüber einer Ebene geneigt ist, die senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen (44a, 44b) des Ausbreitungsmediums verläuft, daB der Wandler zwei zu der

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geneigten Stirnfläche parallelverlaufende Hauptoberflächen und zwei Seitenoberflächen (48a, 48b) aufweist, die in den verlängerten Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums liegen, und daß der Wandler derart betreibbar ist, daß er eine Ultraschallwelle zur Ausbreitung vom Modus η = O aussendet und empfängt.
5. Ultraschallverzögerungsleitung zum Betrieb in einem Nichtdispersionsmodus mit einem Ultraschallwellenausbreitungsmedium, das zwei zueinander parallele Hauptbegrenzungsflächen, zwei Seitenstirnflächen und mehrere Seitenreflexiosf lachen zum Reflektieren einer Ultraschallwelle aufweist, und mit zwei längs den beiden Seitenstirnflächen angeordneten Wandlern zur Ultraschallwellenaussendung bzw. zum Ultraschallwellenempfang, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenstirnflächen (63a, 63b) um einen Winkel θ gegenüber einer Ebene geneigt sind, die senkrecht zu den Hauptbegrenzungsflächen (64a, 64b) verläuft, daß jeder der Wandler (62a, 62b) zwei zu der zugehörigen geneigten Seitenstirnfläche parallele Hauptoberflächen und zwei Seitenoberflächen (66a, 66b, 66c, 66d) aufweist, die in den verlängerten Ebenen der Hauptbegrenzungsflächen des Ausbreitungsmediums liegen, und daß der Sendewandler derart arbeitet, daß er eine Ultraschallwelle zur Ausbreitung mit einem Modus von η = O aussendet, und der Empfangswandler derart arbeitet, daß er die ausgesendete, sich fortpflanzende und von den Seitenreflexionsflächen (65a bis 65d) reflektierte Ultraschallwelle vom Modus η = O empfängt.

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6. Ultraschallverzögerungsleitung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Dämpfungsmaterial (67) auf den Hauptbegrenzungsflächen (64a, 64b) an Stellen angebracht ist, die nicht
in einem vorgegebenen Ausbreitungsweg der sich durch das Ausbreitungsmedium (61) fortpflanzenden Ultraschallwelle liegen.

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