DE3824693A1 - Zweidimensionale piezoelektrische wandleranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Wandleran­ ordnung mit großen Feldanordnungen piezoelektrischer Elemente, die so angeordnet sind, daß sie die Wirkungen von Verzerrungskräften aufheben oder kompensieren.

Piezoelektrische Elemente, hauptsächlich Kristalle und Keramik, werden bei einer Vielfalt von Geräten einschließ­ lich Kristallmikrofonen, Ultraschallgeräten, Beschleuni­ gungsmessern und Oszillatoren angewandt. Eine der üblichsten Anwendungen piezoelektrischer Elemente findet sich in Unterwasser-Sonargeräten, in welchen ein piezoelektrischer Sonarwandler durch elektrische Signale angeregt wird, um Sonarsignale zu emittieren, welche von dem Wandler aus­ strahlen. Die Sonarsignale werden von Unterwasserobjekten reflektiert, und die reflektierten Signale werden durch den Wandler ermittelt, welcher elektrische Signale erzeugt, die Information über die Unterwasserobjekte tragen.

Wandler, die typisch in Unterwasser-Sonargeräten verwendet werden, bestehen entweder aus einem einzelnen Kristall- oder Keramikelement oder aus einer Feldanordnung von Elementen.

Es ist erkannt worden, daß für LangstreckenSonaranwen­ dungen die Verwendung sehr großer aneinanderliegender Feldanordnungen mit hoher Packungsdichte bedeutende Leistungsvorteile gegenüber dikreten Elementefeldern auf­ weist. Sonaranordnungen werden nachteilig beeinflußt durch Rauschen, welches erzeugt wird durch turbulente Grenzschicht­ effekte und/oder Beschleunigung der Sensoren der Anordnung, welche von der Bewegung des Fahrzeugs durch das Wasser herrühren. Anordnungen, welche diese nachteiligen Wirkun­ gen der Bewegung des Feldes durch die Medien minimieren würden, würden die Gesamtleistung des Sonarsystems be­ deutend verbessern. Gegenwärtig vorgeschlagene Systeme, welche planare Feldanordnungen verwenden, leiden aber typisch an einer Empfindlichkeit für das oben erwähnte, durch Turbulenz und Beschleunigung erzeugte Rauschen oder erfordern komplexe und damit teure Aufbauten, um das Rauschen zu überwinden oder dagegen unempfindlich zu sein.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer zweidimen­ sionalen piezoelektrischen Wandleranordnung, welche relativ unempfindlich ist für die Bewegung der Anordnung und für das durch die Turbulenz verursachte Rauschen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer solchen Anordnung, welche einfach im Aufbau und leicht herzustellen ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines piezoelektrischen Wandlers, welcher im wesentlichen unemp­ findlich für hohe Drucke ist.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer allgemein planaren Feldanordnung, bestehend aus piezoelektrischen Elementen, welche in Feldern äußerst hoher Dichte zusammengesetzt werden können, um den Vorteil der überlegenen Sonarleistung wahrzunehmen, der von einer vollständigeren Geräuschintegration über die Fläche des Feldes herrührt.

Die genannten und weitere Ziele der Erfindung werden in einer erläuternden Ausführungsform einer piezoelektrischen Wandleranordnung verwirklicht, welche eine zweidimensio­ nale Feldanordnung piezoelektrischer Elemente umfaßt, die in einem elastomeren Gehäuse festgehalten werden und ein allgemein flaches Profil aufweisen. Jedes Element weist gegenüberliegende Oberflächenbereiche auf und ist in einer zu den gegenüberliegenden Oberflächenbereichen allgemein senkrechten Richtung polarisiert. Wenigstens einige der Elemente in der Feldanordnung sind so angeordnet, daß ihre Polarisationsachsen quer zu der Ebene des Feldes und vor­ teilhafterweise verschieden von den Polarisationsachsen anderer Elemente orientiert sind. Flexible Leiter oder leitende Uberzüge sind so vorgesehen, daß sie sich durch das Gehäuse in Kontakt mit den Elementen erstrecken, um außen erzeugte elektrische Signale zu den Elementen zu leiten und die Elemente zu spannen, und um elektrische Signale, die von den piezoelektrischen Elementen erzeugt werden, wenn die Elemente gespannt werden, zu einer Signal­ verarbeitungseinrichtung oder einem anderen Nutzungsgerät zu leiten.

Eine Vielzahl von Materialien könnte für das Gehäuse ver­ wendet werden einschließlich Polyurethan, Polyäthylen, Neoprengummi, usw. ohne das Erfordernis einer mechanischen Isolierung der einzelnen piezoelektrischen Elemente.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer pla­ naren piezoelektrischen Wandleranordnung, die gemäß den Prinzipien der Erfindung gefertigt ist;

Fig. 2 eine fragmentarische Seitenschnittansicht der piezoelektrischen Wandleranordnung von Fig. 1; und

Fig. 3 eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Ansicht einer aus zwei Feldern bestehenden piezo­ elektrischen Wandleranordnung, die ebenfalls gemäß den Prinzipien der Erfindung gefertigt ist.

Fig. 1 zeigt eine erläuternde Ausführungsform einer zwei­ dimensionalen planaren piezoelektrischen Wandleranordnung, welche ein zweiteiliges Gehäuse 2 mit einer Grundplatte 4 und einer Abdeckung 8 umfaßt. Beide Teile bestehen aus einem flexiblen nachgiebigen Material wie beispielsweise Polyurethan, Polyäthylen, Neoprengummi, usw. Wenn die Abdeckung 8 auf die Grundplatte 4 aufgesetzt und daran befestigt wird, zeigt das Gehäuse ein allgemein flaches Profil, wie am besten in Fig. 2 erkennbar. Die Abdeckung kann an der Grundplatte 4 befestigt werden durch ein geeig­ netes Haftmittel wie beispielsweise Polyurethan. Das Ge­ häuse ist allgemein quadratisch ausgebildet, kann aber auch anders geformt sein, beispielsweise rechteckig, kreis­ förmig, dreieckig, usw. Ferner könnte das Gehäuse ein ein­ zelner einteiliger Aufbau sein, welcher während der Ferti­ gung um die piezoelektrischen Elemente (die nachfolgend beschrieben werden) herum geformt oder gegossen wird und keine getrennte Grundplatte und Abdeckung umfaßt.

In der Grundplatte 4 des Gehäuses ist eine Mehrzahl allge­ mein rechteckiger Abteile 12 ausgebildet. Diese Abteile sind so ausgebildet, daß sie dicht gepackt und in der in Fig. 1 gezeigten Art geschachtelt sind, um für einen genauen Abstand und genaue Ausrichtung von piezoelektri­ schen Elementen zu sorgen. Benachbarte Abteile sind durch Wände 16 getrennt, die einteilig in der Grundplatte 4 aus­ gebildet sind. Alternativ kann ein einzelner großer Hohl­ raum oder ein Abteil in der Grundplatte 4 ausgebildet sein, und dann können die piezoelektrischen Elemente (die nach­ folgend besprochen werden) in dem Hohlraum voneinander getrennt und durch ein Haftmittel an Ort und Stelle gehal­ ten angeordnet werden.

Ferner ist eine Mehrzahl piezoelektrischer Elemente 20 mit niedrigen Kreuzkopplungswerten vorgesehen, wobei jedes piezoelektrische Element in einem unterschiedlichen Abteil angeordnet ist und durch ein Haftmittel an Ort und Stelle gehalten wird. Die piezoelektrischen Elemente 20 sind so ausgebildet, daß sie eng in jedes Abteil passen, und zeigen also bei der Ausführungsform eine allgemein rechteckige Gestalt, die der Form der Abteile entspricht. Die Elemente 20 weisen eine Dicke auf, welche größer ist als die Tiefe der Abteile, wobei die Dicke etwa so groß oder kleiner als die Länge und Breite der Elemente ist.

Die Elemente können in verschiedenen Richtungen relativ zu den Polarisationsachsen orientiert sein, um auf diese Weise die nachteiligen Wirkungen der Sonarsystemleistung zu minimieren, welche durch Turbulenz und Beschleunigungs­ kräfte auf die Feldanordnung verursacht werden, wenn diese auf einem Schiff oder Fahrzeug installiert ist. Insbeson­ dere können die Elemente so orientiert sein, daß Signale, die als Ergebnis von Beschleunigung, Turbulenz, inneren Verzerrungen, usw. erzeugt werden, dazu neigen, sich aufzu­ heben, um auf diese Weise die Ermittlung kleiner Signale zu gestatten, welche von entfernten Schallquellen oder Schallquellen geringer Intensität erzeugt werden. Diese Orientierungen werden später besprochen.

Dünne leitende Filme 24 sind auf die oberen und unteren Oberflächen jedes piezoelektrischen Elements 20 (vorteil­ haft bei der Herstellung der Elemente) aufgebracht, um das Polarisieren (poling) der Elemente bei der Herstellung zu ermöglichen, wobei die Filme als Elektroden zum Anlegen elektrischer Signale an die Elemente (oder zum Aufnehmen elektrischer Signale von den Elementen) dienen. Solche Filme können irgendein geeignetes leitendes Material sein wie beispielsweise Silber, eine Silberlegierung, usw.

Die piezoelektrischen Elemente 20 werden so gewählt, daß sie eine niedrige Kreuzkopplung besitzen, um dadurch das Ansprechen in unerwünschten Kreuzkopplungs-Betriebsarten zu vermindern und die Anwendung der Elemente über ein breites Frequenzband ohne bedeutende Empfindlichkeitsver­ schlechterung zu ermöglichen. Geeignete piezoelektrische Materialien zur Erzielung dieser Kennwerte umfassen unter anderem Blei-Metaniobat, Polyvinyliden-Difluorid, Blei­ titanat. Die Verwendung dieser Materialien kann erfolgen ohne die Notwendigkeit der Einkapselung oder Isolierung der einzelnen Elemente in getrennten Gehäusen, um dadurch eine sehr enge Anordnung der Elemente zu ermöglichen und die Wirkungen der Mittelwertbildung über die Fläche der Feldanordnung zu steigern.

Leitmaterialstreifen 28 sind in Kontakt mit jedem leitenden Film 24 auf den oberen Oberflächen der piezoelektrischen Elemente 20 angebracht, wobei sich die Leitmaterialstreifen 28 durch das Gehäuse hindurch zu einem Bus 30 erstrecken, welcher mit einem Sende-/Empfangsschalter 32 gekoppelt ist. Leitmaterialstreifen 34 (siehe Fig. 2) sind in Kontakt mit leitenden Filmen angebracht, die auf den unteren Ober­ flächen jedes piezoelektrischen Elements 20 angeordnet sind, und verlaufen durch das Gehäuse hindurch ebenfalls zu dem Bus 30. Die Leitmaterialstreifen 28 und 34 können vorteilhafterweise Streifen aus Silber, Kupfer, usw. sein, die durch Punktschweißen, Löten oder ein leitfähiges Haft­ mittel mit den leitenden Filmen in Kontakt gehalten werden. Alternativ können die Leitmaterialstreifen Streifen aus einem flexiblen Elastomer sein, welches leitende Teilchen (z.B. Silber) oder Flocken enthält. Diese letztere Anord­ nung würde für die erwünschte Flexibilität sorgen, falls benötigt.

Eine Alternative zu dem zweiteiligen Gehäuse 2 von Fig. 1 wäre ein einteiliges Gehäuse, welches zum Beispiel hergestellt wird, indem zunächst die piezoelektrischen Elemente, die Verbindungsdrähte usw. in der gewünschten Anordnung (unter Verwendung geeigneter Aufspannvorrich­ tungen) gehalten werden und dann die gesamte Feldanordnung in dem Gehäusematerial eingekapselt wird.

Die Schaltung zur Erzeugung elektrischer Signale zum Spannen der piezoelektrischen Elemente 20 und zum Ermitteln des Auftretens von Spannung in den Elementen umfaßt zu­ sätzlich zu dem Sende/Empfangsschalter 32 einen Sender 36 und eine Empfangs- und Signalverarbeitungseinrichtung 38, die beide mit dem Schalter 32 verbunden sind, ferner eine Steuerschaltung 40, die mit dem Sender 36 verbunden ist, und eine Anzeigeeinrichtung 42, die mit der Steuerschaltung 40 und der Empfangs- und Signalverarbeitungseinrichtung 38 verbunden ist. Die Steuerschaltung 40, welche zur Erläu­ terung ein Microprozessor sein könnte, signalisiert dem Sender 36, elektrische Signale über den Sende-/Empfangs­ schalter 32 an die piezoelektrischen Elemente 20 anzu­ legen, um die Elemente zu spannen. Die piezoelektrischen Elemente 20 werden so veranlaßt, zum Beispiel Sonar­ signale für Unterwasserübertragung zu erzeugen. Reflek­ tierte Sonarsignale, die durch die piezoelektrischen Ele­ mente 20 aufgenommen werden, spannen die Elemente und ver­ anlassen sie zur Erzeugung elektrischer Signale, welche über den Sende-/Empfangsschalter 32 an die Empfangs- und Signalverarbeitungseinrichtung 38 angelegt werden. Die Empfangs- und Signalverarbeitungseinrichtung 38 verarbeitet diese Signale und signalisiert dann der Anzeigeeinrichtung, die Information anzuzeigen, welche zum Beispiel den Ort und die Gestalt von Unterwasserobjekten wiedergibt, von welchen die Sonarsignale reflektiert werden. Die beschriebene Schaltung ist herkömmlich, nur zum Zweck der Erläuterung gezeigt und ist nicht Bestandteil der Erfindung.

Wie oben angedeutet, ist es wichtig, daß das "Eigenrauschen" der Sonarfeldanordnung so niedrig wie möglich ist. Eine der Hauptquellen für Eigenrauschen in Unterwasser-Sonarfeld­ anordnungen ist das Strömungsrauschen des Wassermediums, welches über die Fläche der Wandleranordnung strömt (ge­ wöhnlich bezeichnet als turbulentes Grenzschichtrauschen oder TBL-Rauschen). Diese Rauschquelle kann bedeutend ver­ mindert werden durch Bildung großer Feldanordnungen von aneinanderliegenden Elementen, welche das TBL-Rauschen über die gesamte Länge und/oder Breite der Feldanordnung inte­ grieren.

Die Verminderung des Eigenrauschens steht in Beziehung zu der Größe der Feldanordnung sowie zu der Anzahl und dem Abstand der Elemente in der Feldanordnung. Wenn man es mit Sonarfeldanordnungen zu tun hat, die bei niedrigen Fre­ quenzen arbeiten, sollte die Größe des Feldes von etwa 3 m (10 Fuß) bis zu einigen tausend Fuß betragen. Deshalb verbietet es sich aus Kostengründen, das Packen einzeln isolierter Elemente in einer Konfiguration hoher Dichte zu erwägen. In der Vergangenheit sind große Feldanordnun­ gen erzeugt worden durch Anordnung von Elementen in weitem Abstand, und dies führte zu niedrigeren Kosten, aber ver­ schlechterte auch die Leistung ernstlich. Die Erfindung überwindet dieses Problem, indem sie eine dichte Packung einer großen Anzahl von Elementen auf einfache kosten­ günstige Art zuläßt.

Eine zweite Hauptquelle des Eigenrauschens der Feldan­ ordnung ist das Rauschen, welches bei Beschleunigung des Schiffes und damit der Feldanordnung verursacht wird. Die Frequenz dieser Beschleunigungskräfte ist häufig sehr nahe den Zielfrequenzen, welche zu ermitteln sind. Das durch Beschleunigungskräfte verursachte Rauschen ist groß im Vergleich zu den Signalen, welche von entfernten Zielen zu ermitteln sind, häufig hundertmal oder tausendmal größer als die Zielsignale. Bei der Erfindung können die einzelnen Elemente dicht gepackt und physikalisch so orientiert werden, daß durch Beschleunigung erzeugte Signale an benachbarten Elementen im wesentlichen vermin­ dert oder aufgehoben werden können. Außerdem können auf Grund der großen Anzahl von Elementen viele Beschleuni­ gungsachsen adressiert werden anstatt nur der einen Achse oder der zwei Achsen, die normal bei herkömmlichen Wandler­ anordnungen adressiert werden.

Um die erwünschte große Feldanordnung piezoelektrischer Elemente zu erhalten, könnten viele der in Fig. 1 gezeig­ ten Anordnungen zusammen angeordnet werden, um eine große, allgemein planare Feldanordnung von Elementen zu bilden. Bei solch einer Anordnung würden sämtliche piezoelektri­ schen Elemente, obwohl in verschiedenen Gehäusen, durch die gleiche Schaltung erregt und überwacht werden. Die Anzahl von Elementen in jeder Anordnung (in der Anordnung von Fig. 1 finden sich 16 Elemente) wäre vorteilhaft vier oder mehr.

Die piezoelektrischen Elemente hätten vorteilhafterweise Breiten und Längen von etwa 1/8 Zoll bis zu einigen Zoll und Dicken von etwa 1/100 Zoll bis zu einem Zoll, und sie hätten einen Abstand voneinander von etwa 1/16 Zoll oder mehr (oder alternativ etwa eine halbe Wellenlänge des Eigenrauschens, dem man begegnen würde). Diese Abmessungen erleichtern die Herstellung und die piezoelektrische Polarisierung (poling). Je kleiner das piezoelektrische Element, umso größer wäre natürlich die Rauschverminderung der Wandlerfeldanordnung.

Die Verwendung eines flexiblen Gehäuses 2 zum Halten der piezoelektrischen Elemente dient zum Isolieren und Schützen der piezoelektrischen Elemente 20 gegen Stoß, hydrostatische Drucke, Wasser und andere Fluids, in welchen es verwendet würde, sowie andere äußere Wirkungen. Die Wandleranordnung kann mit ihrem allgemein flachen Profil ohne weiteres ange­ fügt werden an ebene Montageflächen und an Flächen einer Gestalt, die nicht planar ist und sich mit der Zeit ändern kann.

Fig. 2 zeigt bruchstückhaft eine Seitenschnittansicht der Wandleranordnung von Fig. 1, umfassend die Grundplatte 4 und die Abdeckung 8 des Gehäuses, die piezoelektrischen Elemente 20, einen Leitmaterialstreifen 28, der an die leitenden Filme oder Elektroden 24 auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Elemente angefügt ist, und einen Leitmaterialstreifen 34, der an die leitenden Filme oder Elektroden an der unteren Oberfläche der Elemente angefügt ist. Durch die Anordnung der Elektroden 24, welche allge­ mein parallel zur Ebene der Feldanordnung sind, wie gezeigt, werden sämtliche Elemente 20 in einer zu der Ebene der Feldanordnung senkrechten Richtung polarisiert. Es hat sich aber herausgestellt, daß eine Orientierung der polarisa­ tionsachsen von einigen der Elemente in Abweichung von der Orientierung der Polarisationsachsen anderer Elemente dazu beiträgt, die anderenfalls schädlichen Wirkungen des Eigenrauschens an der Feldanordnung von Elementen aufzu­ heben und zu vermindern. Zum Beispiel könnte jedes Element so angeordnet sein, daß seine Polarisationsachse in rechten Winkeln zu den Polarisationsachsen der nächst benachbarten Elemente orientiert ist. Eine solche Positionierung ist für die Feldanordnung piezoelektrischer Elemente in Fig. 3 gezeigt, die nachfolgend besprochen wird.

In Fig. 3 ist eine zweidimensionale aus zwei Feldern bestehende piezoelektrische Wandleranordnung gezeigt. Ein Feld piezoelektrischer Elemente 50 ist (durch ein geeignetes Haftmittel wie zum Beispiel Polyurethan) auf einer Seite einer zentralen, nichtleitenden Montageplatte 54 angebracht, und das andere Feld von Elementen 58 (von denen nur ein Element in Fig. 3 gezeigt ist) ist auf der anderen Seite der Montageplatte allgemein parallel zu dem einen Feld angebracht. Dünne leitende Filme oder Elektroden 62 sind auf gegenüberliegenden Oberflächen jedes piezoelektrischen Elements angebracht, um auf diese Weise die Polarisations­ achse (oder Polungsachse) jedes Elements zu definieren. Bei der Konfiguration in Fig. 3 ist die Polarisationsachse jedes Elements verschieden von den Polarisationsachsen der vertikal und horizontal nächst benachbarten Elemente. Die Polarisationsachsen jedes Paares von Elementen, die einander gegenüber auf jeder Seite der Montageplatte 54 angeordnet sind, sind jedoch in der gleichen Richtung orientiert. Zum Beispiel sind die Polarisationsachsen der Elemente 50 a und 58 a senkrecht zu der Montageplatte 54, die Pola­ risationsachsen der nächsten horizontal benachbarten Elemente sind vertikal orientiert, die Polarisationsachsen des Paares von Elementen, welches vertikal unterhalb des Elementepaares 50 a und 58 a gelegen ist, sind horizontal orientiert, usw. Natürlich verbinden leitende Drähte oder Streifen 66 die Elektroden 62 mit einer angemessenen Polungsschaltung, die durch Stromquellen 70 wiedergegeben ist.

Die zwei Felder von Elementen 50 und 58 und die Montage­ platte 54 sind eingekapselt in ein Elastomermaterial 74 wie beispielsweise Polyurethan, Polyäthylen, Neoprengummi usw. Haltefüße 78 und 82 erstrecken sich von der Mon­ tageplatte 54 durch das Elastomermaterial 74, um das An­ bringen der Haltefüße an einem geeigneten Traggerüst an einem Schiff oder Fahrzeug zu ermöglichen.

Zusätzlich zu den Vorteilen der Geräuschaufhebung und Integration durch die Orientierung der Polarisationsachsen benachbarter piezoelektrischer Elemente unter rechtem Winkel zueinander werden Geräuschverminderungsgewinne ferner erzielt durch Anbringen der Elemente auf gegenüber­ liegenden Seiten einer Montageplatte wie in Fig. 3. Zum Beispiel würden Beschleunigungskräfte, die auf die Anord­ nung von Fig. 3 in einer zu den Ebenen der Felder 50 und 58 senkrechten Richtung wirken, dazu neigen, eines der Felder gegen die Montageplatte 54 zu drücken und das andere Feld unter Spannung zu setzen. Da entsprechende Elektroden der piezoelektrischen Elemente der zwei Felder elektrisch miteinander verbunden sind, würden die Wirkungen der Druckkräfte und Spannungskräfte dazu tendieren, sich aufzuheben.

Es versteht sich, daß die beschriebenen Anordnungen nur zur Erläuterung der Anwendung der Prinzipien der Erfindung dienen. Zahlreiche Abwandlungen und alternative Anordnungen können von einem Fachmann ersonnen werden, ohne von dem Gedanken und Rahmen der Erfindung abzuweichen.

Claims (17)

1. Piezoelektrische Wandleranordnung, gekennzeichnet durch eine zweidimensionale dichtgepackte allgemein planare Feldanordnung piezoelektrischer Elemente (20), die je eine Achse aufweisen, welche sehr empfindlich für Verzerrungskräfte einschließlich Beschleunigung ist, sowie zwei andere zu der einen Achse und zueinander senkrechte Achsen, welche weniger empfindlich für Verzerrungskräfte sind, wobei wenigstens einige Elemente (20) so angeordnet sind, daß ihre empfindlichsten Achsen in einer Richtung orientiert sind, die von der Richtung verschieden ist, in welcher die empfindlichsten Achsen der übrigen Elemente (20) orientiert sind, ein Gehäuse (2) zum Halten der Feldan­ ordnung von Elementen (20) in fester Lagebeziehung, sowie Leitereinrichtungen (28, 34) zum Leiten elektrischer Signale zu den Elementen (20), um diese entlang Polarisations­ achsen zu spannen und sie zum Erzeugen von Signalen zu veranlassen, und zum Wegleiten elektrischer Signale von den Elementen (20), wenn diese durch empfangene Sonarsig­ nale entlang den Polarisationsachsen gespannt werden.

2. Wandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Polarisationsachsen der Elemente (20) so gewählt sind, daß sie mit den empfindlichsten Achsen zusammenfallen, und daß wenigstens einige der Elemente (20) so orientiert sind, daß ihre Polarisationsachsen allgemein einen rechten Winkel zur Ebene der Feldanordnung bilden.

3. Wandleranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein erster Satz der Elemente (20) so orientiert ist, daß ihre Polarisationsachsen allgemein einen rechten Winkel zur Ebene der Feldanordnung bilden, daß ein zweiter Satz der Elemente (20) so orientiert ist, daß ihre Polari­ sationsachsen allgemein in der Ebene der Anordnung liegen, und daß ein dritter Satz der Elemente (20) so orientiert ist, daß ihre Polarisationsachsen rechte Winkel zu den Polarisationsachsen des ersten und des zweiten Satzes von Elementen bilden.

4. Wandleranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elemente (20) jedes Satzes zwischen die Elemente (20) jedes anderen Satzes gestreut sind.

5. Wandleranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß jedes Element (20) so positioniert ist, daß seine Polarisationsachse orientiert ist in einer Richtung, die verschieden ist von der Orientierungsrichtung der Polari­ sationsachsen der nächst benachbarten Elemente (20) in der Feldanordnung.

6. Wandleranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elemente (20) sich im Abstand von 1,6 mm (1/16 Zoll) oder weniger voneinander befinden.

7. Wandleranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß sie ein Elastomermaterial umfassen, welches in dem Gehäuse (2) gehalten wird, um die Elemente (20) zu umgeben und mechanisch voneinander zu isolieren.

8. Wandleranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Elastomermaterial Polyurethan ist.

9. Wandleranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Elastomermaterial Polyäthylen ist.

10. piezoelektrische Wandleranordnung, gekennzeichnet durch eine zentrale nichtleitende Montageplatte (54), erste und zweite allgemein parallele zweidimensionale dicht gepackte Feldanordnungen piezoelektrischer Elemente (50, 58) mit niedrigen Kreuzkopplungswerten, wobei die erste Feldanordnung auf einer Seite der Montageplatte (54) und die zweite Feldanordnung auf der anderen Seite der Montage­ platte (54) angeordnet ist, und wobei jedes Element (50, 58) der Feldanordnungen gegenüberliegende Oberflächenbereiche aufweist und in einer zu den Oberflächenbereichen des Elements allgemein senkrechten Richtung polarisiert ist, und wobei wenigstens einige der Elemente (50, 58) so ange­ ordnet sind, daß ihre Polarisationsachsen quer zu der Motageplatte (54) orientiert sind, ein Gehäuse (74), in welchem die Montageplatte (54) und die Feldanordnungen angeordnet sind, eine Mehrzahl von Elektroden (62), welche auf den gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der piezo­ elektrischen Elemente (50, 58) angeordnet sind, sowie Leiteinrichtungen (66), die mit den Elektroden (62) ge­ koppelt sind, um elektrische Signale zu den Elementen (50, 58) zu leiten und damit die Elemente entlang Polarisa­ tionsachsen zu spannen und sie zum Erzeugen von Sonar­ signalen zu veranlassen, und um elektrische Signale von den Elementen (50, 58) wegzuleiten, wenn diese durch empfangene Sonarsignale gespannt werden.

11. Wandleranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (74) aus einem Elastomermaterial besteht, das dafür vorgesehen ist, die Elemente (50, 58) mechanisch voneinander zu isolieren.

12. Wandleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elemente (50, 58) jeder Feldanordnung einen Abstand von etwa 1,6 mm (1/16 Zoll) oder weniger voneinander aufweisen.

13. Wandleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Anordnung einen ersten Satz von Elemen­ ten (50 a, 58 a) umfaßt, die so orientiert sind, daß ihre Polarisationsachsen allgemein senkrecht zu der Montage­ platte (54) stehen, einen zweiten Satz von Elementen umfaßt, die so orientiert sind, daß ihre Polarisations­ achsen allgemein parallel zu der Montageplatte (54) und in rechtem Winkel zu den Polarisationsachsen des ersten Satzes stehen, so wie einen dritten Satz von Elementen umfaßt, die so orientiert sind, daß ihre Polarisations­ achsen allgemein senkrecht zu den Polarisationsachsen der Elemente des ersten und des zweiten Satzes stehen.

14. Wandleranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elemente jedes Satzes einer Feldanord­ nung unter die Elemente der anderen Sätze gemischt sind.

15. Wandleranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Element jeder Feldanordnung so posi­ tioniert ist, daß seine Polarisationsachse in einer Richtung orientiert ist, die von der Orientierungsrichtung der Polarisationsachsen der nächst benachbarten Elemente in jeder Feldanordnung verschieden ist.

16. Wandleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Element der ersten Feldanordnung auf der Montageplatte (54) gegenüber einem entsprechenden Element der zweiten Feldanordnung gelegen ist, und daß die Polarisationsachsen der gegenüber positionierten Elemente allgemein parallel zueinander sind.

17. Piezoelektrische Wandleranordnung, gekennzeichnet durch eine zweidimensionale dicht gepackte, allgemein planare Feldanordnung piezoelektrischer Elemente (20) mit niedrigen Kreuzkopplungswerten, die jeweils gegenüber­ liegende Oberflächenbereiche umfassen, wobei wenigstens einige der Elemente (20) so positioniert sind, daß ihre gegenüberliegenden Oberflächenbereiche allgemein parallel zur Ebene der Feldanordnung sind, ein Gehäuse (2) zum Halten der Elemente (20) an ihrem Ort relativ zueinander, eine Mehrzahl von Elektroden (24), die auf den gegenüber­ liegenden Oberflächenbereichen der Elemente (20) angeord­ net sind, sowie Leiteinrichtungen (28), die mit den Elek­ troden (24) verbunden sind, um elektrische Signale zu den Elementen (20) zu leiten und damit die Elemente zu spannen und zum Erzeugen von Sonarsignalen zu veranlassen, und um elektrische Signale von den Elementen (20) wegzuleiten, wenn die Elemente durch empfangene Signale gespannt werden.