DE2657606C2 - Mechanical filter that has rod-shaped resonators and transducers - Google Patents
Mechanical filter that has rod-shaped resonators and transducersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein mechanisches Filter, das stabförmige Resonatoren und Wandler aufweist, die Biegeschwingungen mit zwei Schwingungsknoten ausführen und die jeweils für sich In mindestens einem Schwingungsknoten gelagert sind.The invention relates to a mechanical filter comprising rod-shaped resonators and transducers which Execute bending vibrations with two vibration nodes and each for itself in at least one Vibration nodes are stored.
Ein solches mechanisches Filter wird beispielsweise In der DE-AS 15 41975 beschrieben. In der DE-AS 15 41 975 wird erwähnt, daß wegen des geringen Querschnitts des die Resonatoren und Wandler der Reihe nach verbindenden Koppelelementes unerwünschte Nebenschwingungen praktisch nicht übertragen werden.Such a mechanical filter is, for example Described in DE-AS 15 41975. In the DE-AS 15 41 975 is mentioned that because of the small cross-section of the resonators and transducers of the series after connecting the coupling element, unwanted secondary vibrations are practically not transmitted.
Außerdem wird dort die Forderung aufgestellt, daß die senkrecht und parallel zur Resonator-Abflachung
auftretenden Biegeschwingungen sich hinsichtlich ihrer Frequenzlage um wenigstens ein Prozent unterscheiden
sollen. Dies würde z. B. bei einer unteren Grenzfrequenz des Filters von etwa 48 kHz bedeuten, daß die
Nebenwellen der Resonatoren um etwa 500Hz unterhalb der unteren Grenzfrequenz des Durchlaßbereiches
auftreten.
Es hat sich jedoch in der Praxis deutlich gezeigt, daß diet« Bedingungen nicht in allen Fällen ausreichen, um
unerwünschte Dämpfungseinbrüche in den Filter-Sperrbereichen zu verhindern.In addition, the requirement is made there that the bending vibrations occurring perpendicular and parallel to the resonator flattening should differ with regard to their frequency position by at least one percent. This would e.g. B. at a lower cutoff frequency of the filter of about 48 kHz mean that the secondary waves of the resonators occur at about 500Hz below the lower cutoff frequency of the pass band.
However, it has been shown clearly in practice that the conditions are not sufficient in all cases to prevent undesired attenuation drops in the filter blocking areas.
Die Hauptursache der Störschwingungen ist in den Wandlern zu suchen. Die Frequenz ihrer Nebenschwingungen Hegt, bedingt durch eine starke Abflachung, z. B. etwa 4 kHz oberhalb des Durchiaßbereiches.The main cause of the parasitic vibrations is to be found in the transducers. The frequency of their secondary vibrations Due to a strong flattening, z. B. about 4 kHz above the Durchiaßbereiches.
Eine weitere Ursache von starken Nebenwelleneinbrüchen In den Filter-Sperrbereichen sind die Nebenschwingungen der beiden den Wandlern unmittelbar benachbarten Resonatoren.Another cause of strong side wave collapses In the filter blocking areas, the secondary vibrations of the two transducers are direct neighboring resonators.
Es ist bekannt, daß die Haltestifte der Wandler uid
Resonatoren als angekoppelte Resonatoren wirken und deren Resonanzfrequenz beeinflussen.
In dem Aufsatz »Die Resonanzfrequenzmessung von mechanischen Filterresanatoren mit neuartigen elektromechanischen
Meßwandlern« von Chr. Geben In Hochfrequenztechnik und Elektroakustik 76 (1967), S. 142
bis 147, wird der theoretische Verlauf der Resonatorverstimmung
für einen Kompressionsresonator und Biegekoppler angegeben. In diesem Aufsatz wird eine Anordnung
für Meßzwecke behandelt, In der ein Blegekoppler auf einer Seite fest an einem Wandlerresonator befestigt
ist und auf der anderen Seite lose an dem zu messenden Resonator angedrückt Ist und diesen mittels einer
Schubkraft zu Koinpressionsschwlngunyen anregt.It is known that the retaining pins of the transducers and resonators act as coupled resonators and influence their resonance frequency.
In the article "The resonance frequency measurement of mechanical filter resonators with novel electromechanical transducers" by Chr. Give In Hochfrequenztechnik und Elektroakustik 76 (1967), pp. 142 to 147, the theoretical course of the resonator detuning for a compression resonator and bending coupler is given. This article deals with an arrangement for measuring purposes, in which a bracket coupler is firmly attached to a transducer resonator on one side and loosely pressed against the resonator to be measured on the other side and stimulates this to coinpressions oscillations by means of a thrust force.
Durch die DE-PS 8 80 324 ist es bereits bekannt, bei stabförmlgen Resonatoren aus piezoelektrischem Werkstoff, die einen rechteckförmlgen Querschnitt aufweisen und die für Blegegeschwlngungen mit zwei Knotenpunkten bemessen sind, Störschwingungen durch die Anbringung von entsprechend abgestimmten kleinen Resonanzkörpern an Knoten der Nutzschwingung und am Schwingungsbauch der Störschwingung zu unterdrücken. Die durch die DE-PS 8 80 324 vermittelte Lehre Ist für die Beseitigung von zu Nutzschwingungen orthogonalen Störschwingungen nicht vorgesehen.From DE-PS 8 80 324 it is already known in Rod-shaped resonators made of piezoelectric material, which have a rectangular cross-section and which are dimensioned for laying vibrations with two nodes, disturbing vibrations by the Attachment of appropriately matched small resonance bodies at the nodes of the useful vibration and to suppress at the antinode of the disturbance oscillation. The mediated by DE-PS 8 80 324 Teaching is for the elimination of useful vibrations orthogonal spurious oscillations are not provided.
Aufgabe der Erfindung Ist es, bei mechanischen Filtern der eingangs genannten Art anzugeben, wie Dämpfungseinbrüche In den Sperrbereichen dieser Filter auf ein zulässiges Maß beschränkt werden können, ohne das Durchlaßverhalten des Filters zu beeinflussen.The object of the invention is, with mechanical Specify filters of the type mentioned at the beginning, such as attenuation drops in the blocked areas of these filters can be limited to a permissible level without affecting the transmission behavior of the filter.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die ImThis object is achieved according to the invention by the Im
kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angeführten Merkmale gelöst.characterizing part of claim 1 cited Features solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden In den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the invention are described in the subclaims.
Nachstehend wird die Erfindung näher erläutert. Es
zeigt die
Fig. 1 die Ausführung eines mehrkrelslgen mechanisehen
Filters bekannter Bauart,The invention is explained in more detail below. It shows the
1 shows the design of a multi-circle mechanical filter of known design,
Flg. 2a einen Wandler, der nur In einem Schwingungsknoten gelagert und bei dem Im Bereich der Knotenachse des anderen Schwingungsknotens einFlg. 2a a transducer that is only in one vibration node stored and in the area of the node axis of the other vibration node
zusätzlicher mechanischer Resonator angebracht ist,additional mechanical resonator is attached,
Fig.2b an einem Wandler die Richtung der Nutzschwingung Fn und der Störschwingung J0, 2b shows the direction of the useful oscillation F n and the disturbance oscillation J 0 on a transducer,
F i g. 3 einen Wandler, der in beiden Schwingungsknoten gelagert und an dessen einem Haltedraht ein zusätzlicher mechanischer Resonator angebracht ist,F i g. 3 a transducer, which is mounted in both vibration nodes and a holding wire on one of them additional mechanical resonator is attached,
Fig.4 Dämpfungsverläufe oberhalb des Durchlaßbereiches im Nebenwellenbereich der Wandler,Fig. 4 Attenuation curves above the pass band in the auxiliary wave range of the converter,
F i g. 5 die Abhängigkeit der Resonanzfrequenzen der Nutzschwingung Jn bzw. der hierzu orthogonalen Nebenschwingung J0 eines Wandlers oder Resonators von der Länge des zusätzlichen Resonators, in diesem FaIi der Länge eines angebrachten Drahtstückes,F i g. 5 the dependence of the resonance frequencies of the useful oscillation J n or the orthogonal secondary oscillation J 0 of a transducer or resonator on the length of the additional resonator, in this case the length of an attached piece of wire,
Fig. 6 Dämpfungsverläufe unterhalb des Durchlaßbereiches im Nebenwellenbereich der Resonatoren. .Fig. 6 attenuation curves below the pass band in the spurious range of the resonators. .
Das mechanische Filter nach Flg. 1 besteht aus den Resonatoren 1 und den zugleich als Wandler wirksamen Endresonöoren 2, die auf der Grundplatte 3 mittels der Haltedrähte 4 in einem Lötsumpf 5 befestigt sind. Die Endresonatoren 2 werden im folgenden als »Wandler« bezeichnet. Die Biegeschwingungen der Wandler und Resonatoren werden mittels des Koppeldrahtes 6, der hier in der Mitte der Wandler und Resonatoren befestigt ist, übertragen. Die Anregung der mechanischen Schwingungen und die Rückumwandlung in elektrische Schwingungen erfolgt mit Hilfe eines piezokeramischen Plättchens 7, das auf die Abflachung des ersten und letzten Resonators aufgebracht ist. Bei der Nutzschwingung Jn, die parallel zur Längsachse des Filters verläuft, werden die Haltedrähte 4 in der Hauptsache zu Torsionsschwingungen angeregt, bei der zur Nutzschwingung /v orthogonalen Nebenschwingung J0 jedoch zu Biege- und Längsschwingungen, die auf die Grundplatte 3 abgekoppelt und über diese ium Filterausgang übertragen werden. Dadurch entstehen die in Fig.4 und 6 gezeigten Dämpfungseinbrüche in den Sperrbereichen des Filters.The mechanical filter according to Flg. 1 consists of the resonators 1 and the end resonators 2, which at the same time act as transducers and which are fastened to the base plate 3 by means of the retaining wires 4 in a solder sump 5. The end resonators 2 are referred to below as "converters". The flexural vibrations of the transducers and resonators are transmitted by means of the coupling wire 6, which is fastened here in the middle of the transducers and resonators. The excitation of the mechanical vibrations and the conversion back into electrical vibrations takes place with the help of a piezoceramic plate 7, which is applied to the flattened area of the first and last resonator. In the Nutzschwingung J, n is parallel to the longitudinal axis of the filter, the support wires are excited mainly to torsional 4, wherein the Nutzschwingung / v orthogonal spurious J 0 but to flexural and longitudinal vibrations, the uncoupled to the base plate 3, and these are transmitted to the filter output. This results in the attenuation notches shown in FIGS. 4 and 6 in the blocking areas of the filter.
Die Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Frequenz der. Nutzschwingung Jn, sowie der hierzu orthogonalen Nebenschwin^ung/o von der Länge eines Drahtstückes 8, das in der aus Fig. 2 a ersichtlichen Welse längs der einen Knotenachse des Wandlers 2 angebracht ist. Die Frequenz /1 ergibt sich, wenn entweder beide Haltedrähte In den Lötsumpf 5 eingelötet sind oder nur einer der beiden und der andere völiig fehlt. Mit zunehmender Länge des Drahtstückes 8 nlmnu die Frequenz J0 zunächst ab, springt dann plötzlich zu höheren Frequenzen, um danach wieder abzunehmen.Fig. 5 shows the dependence of the frequency of. Useful oscillation J n , as well as the secondary oscillation orthogonal to this, of the length of a piece of wire 8, which is attached along one node axis of the transducer 2 in the catfish shown in FIG. 2a. The frequency / 1 results when either both retaining wires are soldered into the solder sump 5 or only one of the two and the other is completely missing. As the length of the piece of wire 8 nlmnu increases, the frequency J 0 initially drops, then suddenly jumps to higher frequencies and then decreases again.
Unter der Voraussetzung, daß das aus Flg. 2 a ersichtliche Drahtstück 3 nur Blegegeschwingungen ausführt, wobei die Schubkraft am freien Ende gleich Null ist, eriiält man für Nullstellen der Verstimmung die BedingungProvided that the from Flg. 2 a visible piece of wire 3 only bending vibrations executes, whereby the thrust at the free end is equal to zero, one obtains for zeroing the detuning the condition
ν die Schallgeschwindigkeit im Drahtstück
D der Durchmesser des Drahtstückes.ν is the speed of sound in the piece of wire
D is the diameter of the piece of wire.
Die Kurve A der F i g. 4 erhält man normalerweise, wenn alle Haltedrähte beider Wandler fest eingelötet sind und die Wandler in der Frequenz ihrer orthogonalen Nebenschwingung nahezu übereinstimmen. Wählt man für das Drahtstück 8 eines Wandlers die Länge /2, so verschiebt sich seine Störfrequenz nach/2, d. h. nach unten und man erhält einen Dämpfungsverlauf nach Kurve B der Fig. 4. Für eine Länge /3 ergibt sich sine weitere Verschiebung nach unten, und man erhält einen Dämpfungsverlauf nach Kurve C der Fig. 4. Bei der Kurve D der Fig. 4 wurde eine Länge lA gewählt, wobei sich eine starke Verschiebung zu höheren Frequenzen ergibt. Noch stärker ist die Beeinflussung des Dampfungsverlaufes, wenn man beide Wandler zur Verstimmung der Störfrequenz verwendet und beim einen eine Länge /j, beim anderen eine Länge U einstellt. Dadurch wird die eine Wandlerstörfrequenz nach unten, die anderen nach ober verschoben und man erhält den Kurvenverlauf E. Curve A of FIG. 4 is normally obtained when all holding wires of both transducers are firmly soldered in and the transducers almost match in terms of the frequency of their orthogonal secondary oscillation. If the length / 2 is selected for the piece of wire 8 of a transducer, its interference frequency shifts to / 2 , ie downward and a damping curve according to curve B of FIG. 4 is obtained. For a length / 3 , there is a further downward shift , and one obtains a course of attenuation according to curve C of FIG. 4. In curve D of FIG. 4, a length l A was selected, resulting in a strong shift towards higher frequencies. The influence of the damping curve is even more pronounced if both converters are used to detune the interference frequency and a length / j is set for one and a length U for the other. As a result, one of the converter interference frequencies is shifted downwards, the others upwards, and curve E.
In Fig.6 ist die Beeinflussung der Nebenwelligkeit der Resonatoren nach dem erfindungsgemäßen P-Inzip dargestellt. Die Kurve F \n F i g. 6 stellt den Frequenzgang elnuü Filters bekannter Bauart im unteren Sperrbereich dar, während die Kurve G die Aufspaltung des einen Minimums in mehrere kleinere mit Hilfe des erfindungsgemäßen Anbringens von Drahtstücken 8 zeigt. Die Wirkungswelse ist die gleiche wie vorher bei den Wandlern dargestellt. Die starken Einbrüche rühren lediglich von den beiden, den Wandlern direkt benachbarten Resonatoren her.In FIG. 6, the influencing of the secondary ripple of the resonators according to the P-incip according to the invention is shown. The curve F \ n F i g. 6 shows the frequency response of a known type of filter in the lower stop band, while curve G shows the splitting of one minimum into several smaller ones with the aid of the attachment of pieces of wire 8 according to the invention. The way it works is the same as that shown above for the converters. The strong dips only come from the two resonators directly adjacent to the transducers.
Eine ähnliche Beeinflussung erhält man durch Anbringen eines Drahtstückchens 9 an einem der beiden Test eingelöteten Haltedrähte 4 nach Fig. 3.A similar influence is obtained by attaching a piece of wire 9 to one of the holding wires 4 soldered into the two test according to FIG. 3.
Anstelle des Kürzens eines Drahtstückes 8 bzw. 9 am fertigen Filter kann man es auch schon vor dem Zusammenbau der Filterstruktur auf eine solche konstante Länge kürzen, daß mit Sicherheit die Därrnfungsforderungen eingehalten werden. Das Dämpfungsverhalten Im Durchlaßbereich des Filters ändert sich dabei in keinem der beschriebenen Fälle.Instead of shortening a piece of wire 8 or 9 on the finished filter, you can do it before the Shorten the assembly of the filter structure to such a constant length that the Preservation requirements are met. The attenuation behavior in the pass band of the filter does not change in any of the cases described.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
k- I=(An-I)-k- I = (An-I) -
5555
und für Polstellenand for poles
k- I=(In- I)
Diirin bedeuten weiter
k= Vs nf k- I = (In- I)
Diirin mean further
k = Vs nf
-mitn= 1,2, 3 ,,,-withn = 1,2,3 ,,,
ν D ν D
I die Länge da Drahtstückes
f die Freauenz I the length of that piece of wire
f the frenzy
6060
6565
Claims (5)
mit der Maßgabe,the use of at least one additional resonator (8 or 9) that suppresses parasitic vibrations and which, through its attachment, taking into account the position of the nodes of the useful resonator oscillation (f N ) and / or the useful transducer oscillation Ολ,) has no effect on the resonator - Usable vibrations or on the converter useful vibrations
with the proviso,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762657606 DE2657606C2 (en) | 1976-12-18 | 1976-12-18 | Mechanical filter that has rod-shaped resonators and transducers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762657606 DE2657606C2 (en) | 1976-12-18 | 1976-12-18 | Mechanical filter that has rod-shaped resonators and transducers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2657606A1 DE2657606A1 (en) | 1978-06-22 |
DE2657606C2 true DE2657606C2 (en) | 1985-01-24 |
Family
ID=5995956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762657606 Expired DE2657606C2 (en) | 1976-12-18 | 1976-12-18 | Mechanical filter that has rod-shaped resonators and transducers |
Country Status (1)
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DE (1) | DE2657606C2 (en) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL154076B (en) * | 1966-12-28 | 1977-07-15 | Philips Nv | PROCEDURES FOR THE MANUFACTURE OF AN ULTRASONIC DELAY LINE AND ULTRASONIC DELAY LINES MADE IN ACCORDANCE WITH THESE PROCEDURES. |
DE880324C (en) * | 1943-08-31 | 1953-06-22 | Quarzkeramik G M B H | Adjustable damping for piezoelectric oscillating crystals |
-
1976
- 1976-12-18 DE DE19762657606 patent/DE2657606C2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2657606A1 (en) | 1978-06-22 |
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