DE68912129T2 - Wandler für akustisches feld. - Google Patents
Wandler für akustisches feld.Info
- Publication number
- DE68912129T2 DE68912129T2 DE68912129T DE68912129T DE68912129T2 DE 68912129 T2 DE68912129 T2 DE 68912129T2 DE 68912129 T DE68912129 T DE 68912129T DE 68912129 T DE68912129 T DE 68912129T DE 68912129 T2 DE68912129 T2 DE 68912129T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- membrane
- acoustic field
- support structure
- support
- support means
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 52
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 10
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 6
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0688—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S310/00—Electrical generator or motor structure
- Y10S310/80—Piezoelectric polymers, e.g. PVDF
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Description
- Diese Erfindung betrifft akustische Feldwandler.
- Die Wandlung akustischer Felder ist erforderlich in einer Vielzahl von Applikationen, bei denen Niederfrequenzschwingungen auftreten, wie z.B. Geophysik, Engineering, mechanische Konstruktion und Entwicklung, Steuerungen, Einbruchalarmsysteme, Umweltgeräuschmeßsysteme, verschiedene medizintechnische Überwachungssysteme, Auslöser, Aufprallsensoren, Mikrophon- und Hydrophontechnik.
- Ein bekannter vorheriger Patentanspruch, der in den Vereinigten Staaten unter US-A-326275 veröffentlicht wurde, verwendet ein piezoelektrisches Wandlerelement. Dieses biegsame Element besteht aus Keramik und vermittelt einen Ausgang an ein beschleunigungsempfindliches Gerät.
- In US-A-3 363 228 besteht ein Hydrophon aus einer Scheibe, die sich aus zwei miteinander verbundenen Platten aus piezoelektrischem Material zusammensetzt die umfangsmäßig in einer Rohrstruktur einzementiert ist. Die Platten sind gegenseitig polarisiert, was die kombinierte Seriellspannung über den Platten additiv werden läßt wenn sich die Scheibenmitte durchbiegt. Eine auf die Scheibenmitte angesetzte oszillatorische Schwingung erzeugt entsprechende Wechselspannungen zwischen den Leitern, die an auf den Scheiben aufgezogenen Rundelektroden angeschlossen sind. Ein Teil streckt sich zwischen jeder Scheibe und einer zugehörigen Membrane am Strukturende, so daß das Hydrophon eine Spannung im Verhältnis zum zwischen den zwei Membranen herrschenden Differentialdruck erzeugt.
- EP-A-0 119 897 beschreibt einen akustischen Wandler geeignet zur Verwendung in einem Mikrophon oder Beschleunigungsmesser, der eine umfangsmäßig in gestrecktem Zustand in einem Hohlraum gehaltene piezoelektrische Membrane aufweist. Vorkehrungen sind getroffen zur Sammlung piezoelektrischer Signale von der Membrane.
- Der Zweck dieser Erfindung liegt darin, eine neue und verbesserte Form von akustischem Feldwandler zu schaffen. Ein weiteres Ziel liegt in der Schaffung eines akustischen beschleunigungsempfindlichen Feldwandlers. Zusätzlich soll eine neue und verbesserte Methode der akustischen Feldtransduktion realisiert werden.
- Dementsprechend vermittelt diese Erfindung in einem ihrer Aspekte einen akustischen Feldwandler mit einer aus polymerischem piezoelektrischem Material hergestellte und umfangsmäßig durch Trägermittel im gestreckten Zustand mit statischer Dehnung gehaltene elastische Membrane aufnehmenden hohlen Stützstruktur, wobei die besagte Stützstruktur gegen Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet ist und das Innere der einen vollständig mit Gas gefüllten Raum bildenden Struktur einen bedeutenden ungestützten Oberflächenbereich der besagten Membrane enthält, einem durch einen Teil des besagten bedeutenden Oberflächenbereichs getragenen und außer Eingriff mit der besagten Struktur stehenden Massenmittel, wobei das Massenmittel und Trägermittel gegeneinander relativ bewegbar sind und das besagte Trägermittel einen Teil der besagten Struktur bildet, wodurch auf die Struktur einfallende akustische Feldveränderungen mit der Membrane verkuppelt werden, um eine konforme Veränderung der Dehnung in der gesamten Membrane zu bewirken und mit der Membrane verbundenen elektrischen Leitermitteln zum Einsammeln von piezoelektrisch durch die Membrane aufgrund der konformen Veränderung der Dehnung als Maß der besagten akustischen Feldvariationen erzeugten Signalen.
- In einem weiteren Aspekt vermittelt diese Erfindung ebenfalls einen akustischen Feldwandler mit einer aus polymerischem piezoelektrischem Material hergestellte und umfangsmäßig von ersten Trägermitteln im gestreckten Zustand mit statischer Dehnung gehaltene erste elastische Membrane aufnehmenden hohlen Stützstruktur, wobei die besagte Stützstruktur gegen Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet ist und das Innere der Struktur einen ungestützten bedeutenden Oberflächenbereich der besagten Membrane enthaltenden vollständig mit Gas gefüllten Raum bildet, sich vom zweiten Trägermittel in Eingriff mit Teil des besagten bedeutenden Oberflächenbereichs erstreckenden mechanischen Treibermitteln befindet, wobei die besagten ersten und zweiten Trägermittel gegeneinander relativ bewegbar sind und mindestens eines der besagten Trägermittel einen Teil der besagten Struktur bildet, wodurch auf die Struktur einfallende akustische Feldveränderungen mit der Membrane verkuppelt werden, und mit der Membrane verbundenen elektrischen Leitermitteln zum Einsammeln von piezoelektrischen durch die Membrane aufgrund konformer Veränderungen der Dehnung, die ein Maß der besagten akustischen Feldvariationen darstellen, erzeugten Signalen.
- In einem weiteren Aspekt vermittelt diese Erfindung ebenfalls ein Verfahren zum Wandeln von akustischen Feldern mit Bereitstellung einer hohlen Stützstruktur, deren Außenseite zu messenden akustischen Feldveränderungen ausgesetzt ist und deren Inneres einen flüssigkeitsdichten, vollkommen mit Gas ausgefüllten Raum bildet
- Anbringen einer aus piezoelektrischem polymerischem Material hergestellten elastischen Membrane innerhalb des besagten Raumes, wobei die Membrane am Umfang mit ersten mechanischen Mitteln in einem gestreckten Zustand statischer Dehnung gehalten wird und einen bedeutenden ungestützten Oberflächenbereich besitzt, in den zweite mechanische Mittel teilweise eingreifen, wobei die ersten und zweiten mechanischen Mittel gegenseitig relativ bewegbar sind;
- Koppeln der auf die Stützstruktur einfallenden akustischen Feldveränderungen mit der Membrane über eines der besagten mechanischen Mittel, um damit eine konforme Veränderung der Dehnung mit der gesamten Membrane zu bewirken; und
- Einsammeln von piezoelektrisch erzeugten Signalen von der Membrane als Maß der besagten akustischen Feldveränderungen.
- Jede Membrane nimmt die Form einer einzelnen Scheibe des besagten polymerischen Materials oder kann sich aus einem im Verbund befindlichen Stapel solcher Scheiben zusammensetzen. Das piezoelektrische polymerische Material kann z.B. Polyvinyliden-Fluorid (PVDF oder PVdf) sein, das den besonderen Vorteil hat, dem Wandler ein lineares Ansprechen auf oder unter der mechanischen Resonanzfrequenz zu vermitteln (d.h. geradliniges Amplitude und Phasenfrequenzverhältnisse).
- Der hinsichtlich seiner Umgebung, vorzugsweise in Luft, frei bewegliche bedeutende Oberflächenbereich der Membrane kann flach oder angepaßt an irgendeine andere Oberflächenform sei, wie z.B. halbzylindrisch. Das umfangsmäßige Format kann beliebige Formen nehmen, wie z.B. rund, rechteckig oder quadratisch.
- In Fällen, in denen der Wandler aus zwei Membranen besteht, die auf gleiche Weise wirken, können die Leitermittel im Gleichtakt-Unterdrückungsformat verbunden sein,vorausgesetzt beide Membranen haben die gleiche Winkellage hinsichtlich ihrer piezoelektrischen Eigenschaften. Wo der bedeutende Oberflächenbereich der oder beider Membranen von einem Treiber berührt oder durchstochen wird, können die Oberflächenfilmelektroden auf der Membrane, an die die Leitermittel angeschlossen sind, lokal entfernt werden, um Kontaktgeräusch vom eingesammelten Signal zu eliminieren.
- Darstellungen der hier beanspruchten Erfindung werden jetzt an Hand von Beispielen beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin:
- veranschaulicht Bild 1 einen akustischen Feldwandler nach dieser Erfindung, incl. einer ersten Baugruppenform;
- Bild 2 veranschaulicht eine zweite Baugruppenform;
- Bild 3 veranschaulicht eine dritte Baugruppenform;
- Bild 4 veranschaulicht eine weitere Form von akustischem Feldwandler nach dieser Erfindung, incl. einer vierten Baugruppenform;
- Bild 5 veranschaulicht eine weitere Form von akustischem Feldwandler nach dieser Erfindung, incl. einer fünften Baugruppenform;
- Bild 6 veranschaulicht eine weitere Form von akustischem Feldwandler nach dieser Erfindung, incl. zwei Baugruppen der vierten Form;
- Bild 7 veranschaulicht eine Modifikation der vierten Baugruppenform;
- Bild 8 veranschaulicht eine weitere Form von akustischem Feldwandler nach dieser Erfindung, wobei es sich um eine Modifikation des auf Bild 5 gezeigten Wandlers handelt;
- Bild 9 veranschaulicht eine Plananordnung einer weiteren Form von akustischem Feldwandler nach dieser Erfindung in explodierter Darstellung;
- Bild 10 veranschaulicht eine weitere Form von Wandler nach dieser Erfindung;
- Bild 11 veranschaulicht typische Ansprechenkurven von Wandlern nach dieser Erfindung in graphischer Form;
- Bild 12 und 13 veranschaulicht weitere Formen von Wandlern nach dieser Erfindung; und
- Bild 14 veranschaulicht eine weitere Form von Wandler nach dieser Erfindung in explodierter Darstellung.
- Der akustische Feldwandler 10 auf Bild 1 besteht aus einer hohlen Stützstruktur 11, die die Fähigkeit besitzt, mechanisch über einen Schraubdorn 12 mit einer Schwingungsquelle verkoppelt zu werden, die z.B. die Fähigkeit hat, einen zugespitzten Stab zum Einstecken in den Boden aufzunehmen, um eine Funktion des Wandlers 10 als Geophone zu ermöglichen. Stützstruktur 11, die gegen Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet ist, umfaßt eine Baugruppe 12, die einen Trägheitsbezug bildet, der in der auf Bild 1 dargestellten Form aus einem starren rohrförmigen Träger 13 für eine Trägheitsmasse 14, einer oberen Membrane 15A und einer unteren Membrane 15B besteht. Beide Membranen sind hergestellt aus piezoelektrischem polymerischem Material und umfangsmäßig durch Endklemmringe 20 oder Klebverbindung gesichert an den gegenüberliegenden Enden des Trägers 13. Infolge ihrer Absicherung an Träger 13 befinden sich beide Membranen 15A, 15B in statischer Dehnung und sind, mit Ausnahme ihrer Umfangsreiche, frei von Kontakt mit Träger 13 über den bedeutenden Teil ihrer Oberflächenbereiche. Da sich die Membranen 15A 15B im Zustand statischer Dehnung befinden, bleibt das zweidimensionale Hookesche Gesetz beachtet. Die Stütze 11 hat nach innen weisende axiale Eingriffsteile 16A, 16B, die in einen Teil der bedeutenden Oberflächenbereiche der Membranen 15A, 15B so eingreifen, daß das Gewicht der Baugruppe 12 und seine Trägheitsmasse 14 getragen wird. Die Leitermittel 17 sind an den Membranen 15A, 15B zur Lieferung von Signalen angeschlossen, die infolge der Dehnungsvariationen zwischen dem Inneren und Äußeren der Stützstruktur 11 von den Membranen erzeugt wurden, um so ein Maß der Schwingung zu vermitteln, die von der Schwingungsquelle, in diesem Fall der geophysischen Quelle, an Gehäuse 11 gekoppelt ist.
- Schwingungen, die an Stützstruktur 11 gekoppelt sind, verursachen Schwingungen entlang Achse Z-Z mit Bezug auf Baugruppe 12, da die letztere infolge ihrer Trägheitsmasse 14 relativ statisch ist und die Wirkung der Schwingung wird gekoppelt an die Membranen 15A, 15B, die durch die Bildungen 16A, 16B von gasförmigerAtmosphäre umgeben sind und erscheint als Dehnungsvariation in den Membranen 15A, 15B. Die Relativbewegung zwischen Stützstruktur 11 und Baugruppe 12 ist eingeschränkt durch ringförmige Endanschläge 18A, 18B, die zum Eingreifen in die Membran-Endklemmringe gebildet sind. Wenn das Maß der Veränderung der Dehnung in den Membranen 15A, 15B unterhalb der mechanischen Resonanz von Baugruppe 12 liegt, ist das Ansprechen sofort effektiv, dann folgt eine konforme Änderung der Dehnung durch jede Membrane. Seitendehnung in jeder Membrane ist maximiert und der Wandlerausgang steht im Verhältnis zur relativen Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Baugruppe 12 und Stützstruktur 11.
- Wie auf Bild 2 veranschaulicht, bedient sich eine geänderte Form der Baugruppe 22 zweier Endringe 23A, 23B, die von mehreren Streben 24 in räumlich getrenntem Verhältnis zueinander gehalten sind; die Membranen 15A, 15B sind an den Endringen 23A, 23B wie oben abgesichert und in dieser Form stellt das Gewicht der Streben 24 die Trägheitsmasse dar.
- Aus der auf Bild 1 und 2 veranschaulichten Konstruktionsweise läßt sich schließen, daß der Detektor 10 nur auf Bewegungen auf Achse Z-Z (siehe Bild 1) empfindlich ist, wogegen die Konstruktionsweise von Baugruppe 34 auf Bild 3, die effektiv aus drei kreuzenden, gegenseitig orthogonalen, vorzugsweise unabhängigen Zylindern besteht, der Baugruppe 34 die Empfindlichkeit in allen gegenseitig orthogonalen Richtungen X-X, Y- Y, Z-Z vermittelt; jeder dieser Zylinder trägt an seinen gegenüberliegenden Oberflächen piezoelektrische Membranen, die eingreifen in die jeweiligen Bildungen, wie Bildungen 16A, 16B, die an der Stützstruktur abgesichert sind (ohne Darstellung).
- In jedem Fall haben 8augruppen 12, 24, 34 eine mechanische Resonanzfrequenz um oder unter der Wandler 10 auf Schwingungsfrequenzen anspricht. Vorzugsweise sollte die mechanische Resonanzfrequenz im Bereich um 200 Hz liegen, die durch die Massengröße 14 und Abmessungen der Baugruppe ausgewählt wird. Leitermittel 17 bestehen aus zwei Drähten, die über Elektroden mit den Membranen 15A, 15B verbunden sind; die Drähte sind miteinander verbunden im Gleichtakt-Unterdrückungsformat, siehe 19 auf Bild 1, wobei die zwei Membranen 15A, 15B in gleicher Winkellage hinsichtlich ihren piezoelektrischen Eigenschaften aufgezogen sind. Diese Konfiguration ermöglicht das Stornieren störender elektromagnetischer und pyroelektrischer Signale. Das die Membranen 15A, 16A bildende piezoelektrische polymerische Material ist entweder eine einzelne Scheibe PVDF oder ein Scheibenstapel im Verbund, die/der dem Wandler 10 ein geradliniges Amplitude und ein Phasenfrequenzverhältnis unter dem Bereich der mechanischen Resonanzfrequenz vermittelt.
- Besonders die Konstruktionsweise auf Bild 1 erweist sich als robust und leicht im Gewicht, einfach herzustellen, wie z.B. durch Konstruktion aller Bauteile, mit Ausnahme der Membranen 15A, 15B, aus starrem Kunststoff wie z.B. Tufnol (RTM). Besonders bei Trägheitsmasse von 25 g und allen Membranen mit einem Durchmesser von 20 mm, hergestellt aus PVDF- Bögen mit einer Stärke von 40 um, wird dem Wandler 10 eine Resonanzfrequenz von 200 Hz verliehen und weist ein lineares Ansprechen auf Frequenzen bei oder unter diesem Niveau auf. Bei Trägheitsmasse von 10 g und Membranen von 20 mm Durchmesser bei 25 um PVDF-Materialstärke liegt die mechanische Resonanzfrequenz des Wandlers bei ungefähr 300 Hz.
- Beim Wandler 30, der auf Bild 4 veranschaulicht wird, umfaßt die Stützstruktur 31 eine Baugruppe 32 mit rundförmigem Rahmen 33, über den eine Membrane 34 gestreckt und abgesichert ist. Der Rahmen wird an einem Ende von einem zylindrischen Gerüstträger 35 und am gegenüberliegenden Ende von einer Blindscheibe 36 gebildet. Die Blindscheibe 36 berührt eine Feder 37A, die in die obere Endoberfläche des Gehäuses 31 eingreift. Die untere Endoberfläche der Stützte 31 trägt einen Treiber 37, der die Endoberfläche der Membrane 34 berührt. Diese Wandlerform benutzt deshalb nur eine Membrane 34, an die Leitermittel (ohne Darstellung) angeschlossen werden und, wie auf Bild 1, spricht der Wandler an auf Bewegungen auf Achse Z, d.h. der Längsachse der Stützstruktur 31 und Baugruppe 32.
- Bild 5 veranschaulicht eine Plananordnung einer Baugruppe 40 mit zwei Membranen 41A, 41B und einem Treiber für diese Membranen in Form einer Stange 42, die die obere Endwand der Stützte 43 sowohl durchdringt wie verbindet und Membranen 41A, 41B sowohl durchdringt wie klemmt, die in einer festen Verbindung mit der unteren Endwand der Stützstruktur 43 terminiert. Stange 42 kann eine Schraubverbindung mit der Stützstruktur an beiden Enden erzeugen und mit Membranen 41A, 41B über Klemmscheiben und zugehörigen Muttern an der Stange verklemmt werden. Entfernung der zentralen Scheibe der leitenden Elektrodenbeschichtung der Folie, um eine ringförmige Elektrodenscheibe zu bilden, eliminiert das vom Treiber ausgehende Kontaktgeräusch. Die gleiche Wirkung läßt sich am Rahmenrand realisieren.
- Bild 6 veranschaulicht einen Wandler 50, der zwei Baugruppen beinhaltet 32A, 32B, die mit Baugruppe 32 auf Bild 4 identische sind, jedoch in Rückseite-Rückseite-Koaxialkonfiguration angeordnet sind, so daß die zugehörigen Scheiben proximal sind. Die Scheiben werden durch Blattfedern 51 beabstandet, an der Stützstruktur abgesichert und jede Endoberfläche der Stützstruktur trägt einen Membrantreiber 52A, 52B im Anstoßeingriff mit der zugehörigen Membrane.
- Bild 7 veranschaulicht eine modifizierte Form der Baugruppe 32, die eine Membrane 55 zwischen Scheibe 35 und Membrane 34 beinhaltet, die durch Treiber 37 angetrieben wird. Membrane 55 wird nicht angetrieben und somit nicht einer Erzeugung piezoelektrischer Signale infolge von Bewegungen ausgesetzt die an die Baugruppe gekoppelt sind und von einer Bewegungsquelle ausgeht, ist jedoch elektrisch im Gleichtakt-Unterdrückungsformat mit Membrane 34 verbunden, um gemeinsame elektromagnetische und pyroelektrische Signale zu stornieren.
- Die auf Bild 8 veranschaulichte Form ist der auf Bild 5 ähnlich, mit Ausnahme, daß das Gerät auf Bewegungen der horizontalen Achse X-X anspricht und der Träger 58 durch einen Stützring 59 abgesichert ist.
- In der auf Bild 9 veranschaulichten Form setzt sich der Wandler 60 zusammen aus einer über einen halbzylindrischen Rahmen gestreckten und abgesicherten Membrane 61, so daß die Membrane eine halbzylindrische Form erhält. Zwei Treiber 63 sind auf eine Stützendwand 64 aufgezogen und der Rahmen 62 wird von Federn 65 abgestützt, die in eine andere Stützendwand 66 eingreifen. Dieser Wandler spricht an auf Schwingungen der Ebene im rechten Winkel zur flachen Unterseite des halbzylindrischen Rahmens 62.
- In allen o.g. Formen hat der Wandler mindestens eine frei bewegliche Membrane, die sich infolge einer auf einen auf die Stützstruktur aufgezogenen Treiber, der wiederum mit der Bewegungsquelle verkoppelt ist, ausgeübte Bewegung, im luftgefüllten Raum bewegen oder schwingen kann. Die Membrane ist gestreckt und abgesichert auf einem Rahmen, der einen Trägheitsbezug bildet; der Rahmen wird von einer Stützstruktur abgestützt, um eine relative Bewegung in wenigstens einer translatorischen Richtung zuzulassen. Der Treiber kann die Membrane entweder berühren oder durchdringen. In der auf Bild 5 veranschaulichten Form durchdringt der Treiber zwei Membranen; diese Anordnung dient jedoch nur der Veranschaulichung. Der Treiber kann mehrere beabstandete Membranen umfassen, die alle vom Treiber durchdrungen werden. Zum Anschluß im Gleichtakt-Unterdrückungsformat mit der/den getriebenen Membrane(n) kann eine statische Membrane auf die Stützstruktur aufgezogen werden. Zur einfacheren Veranschaulichung haben die Mehrzahl der Membranen einen rundförmigen Umfang, andere Randformationen sind jedoch ebenfalls möglich, und, wie durch die Konstruktionsweise auf Bild 9 veranschaulicht, müssen Membranen nicht unbedingt flach sein.
- Bild 10 veranschaulicht eine weitere Form von akustischem Wandler 80, der aus einer hohlen Stützstruktur 81 besteht, die zur umfangsmäßigen Absicherung an zwei Membranen 82A, 82B angepaßt ist. Ein Trägheitsmassenelement 83 ist auf die Membranen 82A, 82B aufgezogen und dort abgesichert, so daß das Massenelement 83 keinen Kontakt mit der Stützstruktur 81 nimmt. Membranen 82A, 82B werden in einem gestreckten Zustand statischer Dehnung durch ihre umfangsmäßige Absicherung an der Stützstruktur 81 an den Klemmringen 84 gehalten. Die Klemmringe 84 vermitteln eine Übertragung des Trägheitsbezugs, der durch die Bewegung von Element 83 der Stützstruktur 81 über die Membranen 82A, 82B gebildet wird, um Veränderungen in der Dehnung der Membranen 82A, 82B infolge dieser Bewegung zu bewirken, ohne getrennte Treiber der Art erforderlich zu machen, wie sie in Nummer 16 beschrieben werden. Im Interesse der Verständlichkeit werden die Leitermittel nicht dargestellt, diese sind jedoch, wie im Vortext erläutert, mit den Membranen verbunden. Die Bauweise auf Bild 10 ist kompakter und mechanisch einfacher als die vorher beschriebenen, vermittelt dagegen gleiches Ansprechen auf akustische Felder. Ein solch typisches Ansprechen wird auf Bild 11 veranschaulicht und zeigt Ausgangsspannung gegen Frequenz.
- Weitere Wandlerformen erscheinen auf Bildern 12 und 13. In allen diesen Fälle ist die/sind Membrane(n) wie vorher umfangsmäßig festgeklemmt, um eine statische Dehnung zu vermitteln; dagegen wird der Trägheitsbezug durch die Stützstruktur 91 mit starrer Endwand vermittelt, an der der Umfang der Membrane abgesichert ist; mindestens eine biegsame Endwand 92 umfaßt einen Treiber 93. Die andere Endwand kann starr (wie auf Bild 12) oder biegsam (wie auf Bild 13) sein. Auf Bild 14 ist der Wandler 100 gebildet durch Vereinigung der Konstruktionen aus Bild 10 und 13, um einen geräuschaufhebenden Wandler zu schaffen, der besonders für hydrophonische Applikationen geeignet ist. Besonders bei der auf Bild 14 dargestellten Bauweise wirkt das Trägheitsmassenelement 83 als Bewegungssensor und durchstößt beide Membranen, auf die es aufgezogen ist, so daß diese Membranen das Geräuschelement des hydrophonischen Signals infolge von Kabelbewegungen aufnehmen. Die oberen und unteren Membranen 101, 102 sind anfällig auf Druckveränderungen des umgebenden Mittels und verhalten sich wie hydrophonische Elemente. So läßt sich das mit dem Ausgang des zentralen Bewegungssensors durch die druckempfindlichen hydrophonischen Elemente aufgenommene Geräuschsignal stornieren. Wird der Wandler 100 zusätzlich einem zu hohen Druck ausgesetzt, wird einer Beschädigung der Membranen durch gegenseitige Kollision des Massenelements 83 mit den oberen und unteren Treibern vorgebeugt.
Claims (9)
1. Verfahren zum Wandeln von akustischen Feldern mit
Bereitstellung einer hohlen Stützstruktur, deren
Außenseite zu messenden akustischen Feldveränderungen
ausgesetzt ist und deren Inneres einen flüssigkeitsdichten
vollkommen mit Gas ausgefüllten Raum bildet;
Anbringung einer aus piezoelektrischem
Polymerischem Material hergestellten elastischen Membrane
innerhalb des besagten Raumes, wobei die Meinbrane am Umfang
mit ersten mechanischen Mitteln in einem gestreckten
Zustand statischer Dehnung gehalten wird und einen
bedeutenden ungestützten oberflächenbereich besitzt, in
den zweite mechanische Mittel teilweise eingreifen, wobei
die ersten und zweiten mechanischen Mittel gegenseitig
relativ bewegbar sind;
Koppeln der auf die Stütz struktur einfallenden
akustischen Feldveränderungen mit der Membrane über eines
der besagten mechanischen Mittel, um damit eine konforme
Veränderung der Dehnung in der gesamten Membrane zu
bewirken; und
Einsammeln von piezoelektrisch erzeugten Signalen
von der Membrane als Maß der besagten akustischen
Feldveränderungen.
2. Akustischer Feldwandler (80) mit einer eine aus
polymerischem piezoelektrischem Material hergestellte und
umfangsmäßig durch Trägermittel (84) im gestreckten
Zustand mit statischer Dehnung gehaltene elastische
Membrane (82A, 82B) auf nehmenden hohlen Stützstruktur
(81), wobei die besagte Stützstruktur (81) gegen
Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet ist und das
Innere der einen vollständig mit Gas gefüllten Raum
bildenden Struktur einen bedeutenden ungestützten
Oberflächenbereich der besagten Membrane (82A, 82B)
enthält, einem durch einen Teil des besagten bedeutenden
oberflächenbereichs getragenen und außer Eingriff mit der
besagten Struktur (81) stehenden Massenmittel (83), wobei
das Massenmittel (83) und Trägermittel (84) gegeneinander
relativ bewegbar sind und das besagte Trägermittel (84)
einen Teil der besagten Struktur (81) bildet, wodurch auf
die Struktur (81) einfallende akustische
Feldveränderungen mit der Membrane (82A, 82B) verkuppelt
werden, um eine konforme Veränderung der Dehnung in der
gesamten Membrane zu bewirken, und mit der Membrane (82A,
82B) verbundenen elektrischen Leitermitteln zum
Einsammeln von piezoelektrisch durch die Membrane
aufgrund der konformen Veränderung der Dehnung als Maß
der besagten akustischen Feldvariationen erzeugten
Signalen.
3. Akustischer Feldwandler mit einer eine aus
polymerischem piezoelektrischem Material hergestellte und
umf angsmäßig von ersten Trägermitteln (13) im gestreckten
Zustand mit statischer Dehnung gehaltene erste elastische
Membrane (15A, 15B) aufnehmenden hohlen Stützstruktur
(11), wobei die besagte Stutzstruktur (11) gegen
Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet ist und das
Innere der Struktur einen, einen ungestützten bedeutenden
oberflächenbereich der besagten Membrane (15A, 15B)
enthaltenden vollständig mit Gas gefüllten Raum bildet,
sich vom zweiten Trägermittel in Eingriff mit Teil des
besagten bedeutenden Oberflächenbereichs erstreckenden
mechanischen Treibermitteln (16A, 16B), wobei das besagte
erste und zweite Trägermittel (13) gegeneinander relativ
bewegbar sind und mindestens eines der besagten
Trägermittel einen Teil der besagten Struktur (11) bildet,
wodurch auf die Struktur (11) einfallende akustische
Feldveränderungen mit der Membrane (15A, 15B) verkuppelt
werden, und mit der Membrane (15A, 15B) verbundenen
elektrischen Leitermitteln (17) zum Einsammeln von
piezoelektrisch durch die Membrane aufgrund konformer
Veränderungen der Dehnung, die ein Maß der besagten
akustischen Feldvariationen darstellen, erzeugten
Signalen
4. Akustischer Feldwandler nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das besagte erste Trägermittel einen
Teil einer relativ zur Stützstruktur (11) in einer
translatorischen Richtung (Z-Z) beweglich angebrachten
Trägheitsbezugsbaugruppe (13) bildet und daß das besagte
zweite Trägermittel einen Teil der besagten Struktur (11)
bildet, wobei die Baugruppe eine mechanische
Räsonanzfrequenz besitzt, bei der oder unterhalb derer der
Wandler für akustische Feldfrequenzen empfindlich ist,
wobei die Ausgabe des Wandlers proportional zur relativen
Bewegungsgeschwindigkeit zwischen der
Trägheitsbezugsbaugruppe (13) und der Stützstruktur (11) ist.
5. Akustischer Feldwandler nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützstruktur eine starre Wand
(94) besitzt und das besagte erste Tragermittel einen
Teil der besagten starren Wand bildet, und daß die
Stützstruktur (91) einen Biegeteil (92) besitzt und das
besagte zweite Trägermittel einen Teil des besagten
Biegeteils bildet.
6. Akustischer Feldwandler nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die starre Wand (94) der Struktur
(91) eine Umfangswand ist und das Biegeteil eine an einem
Ende der Umfangswand angebrachte Scheibe (92) ist, wobei
das andere Ende der Umfangswand durch eine Verschluß
scheibe (94) verschlossen wird.
7. Akustischer Feldwandler nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die besagte Verschlußscheibe (94)
starr ist.
8. Akustischer Feldwandler nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die besagte Verschlußscheibe (94)
biegsam ist und eine Nase umfaßt, die mit einem Teil des
bedeutenden Oberflächenbereichs einer weiteren Membrane
im Eingriff steht, die parallel zu aber beabstandet von
der ersten Membrane gesichert und umfangsmäßig vom
besagten ersten Trägermittel (91) in statischer Dehnung
gehalten wird.
9. Akustischer Feldwandler nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützstruktur eine Baugruppe
auf nimmt, die ein beweglich relativ zur Stützstruktur in
einer translatorischen Richtung befestigtes
Trägheitsbezugselement (83) bildet, wobei die Baugruppe mindestens
eine aus piezoelektrischem Material hergestellte,
umfangsiaäßig in gestrecktem Zustand mit statischer
Dehnung gehaltene, elastische Membrane (82A, 82B) umf aßt,
die einen bedeutenden oberflächenbereich besitzt, der
außer Kontakt mit der Stützstruktur (81) steht und sich
quer zur besagten translatorischen Richtung parallel zu
den besagten ersten und weiteren Membranen (101, 102)
aber von diesen beabstandet erstreckt, wobei die besagte
Baugruppe axial zwischen besagten ersten und weiteren
Membranen (101, 102) befindlich ist.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB888816979A GB8816979D0 (en) | 1988-07-16 | 1988-07-16 | Motion transducers |
| PCT/GB1989/000820 WO1990000730A1 (en) | 1988-07-16 | 1989-07-17 | Acoustic field transducers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE68912129D1 DE68912129D1 (de) | 1994-02-17 |
| DE68912129T2 true DE68912129T2 (de) | 1994-06-01 |
Family
ID=10640582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE68912129T Expired - Fee Related DE68912129T2 (de) | 1988-07-16 | 1989-07-17 | Wandler für akustisches feld. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5128905A (de) |
| EP (1) | EP0426761B1 (de) |
| JP (1) | JPH04500145A (de) |
| DE (1) | DE68912129T2 (de) |
| GB (1) | GB8816979D0 (de) |
| WO (1) | WO1990000730A1 (de) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5195060A (en) * | 1991-12-10 | 1993-03-16 | Marcorp Inc. | Security system for swimming pools and like bodies of water |
| US5287332A (en) * | 1992-06-24 | 1994-02-15 | Unisys Corporation | Acoustic particle acceleration sensor and array of such sensors |
| US5307325A (en) * | 1992-08-31 | 1994-04-26 | Magnavox Electronic Systems Company | Accelerometer sensor noise reduction method and means |
| US5384753A (en) * | 1993-12-03 | 1995-01-24 | Western Atlas International, Inc. | Self-orienting seismic detector |
| US7212639B1 (en) * | 1999-12-30 | 2007-05-01 | The Charles Stark Draper Laboratory | Electro-larynx |
| DE10156588A1 (de) * | 2001-11-20 | 2003-05-28 | Ksb Ag | Schwingungsmeßgerät |
| DE102008015916B4 (de) * | 2008-03-27 | 2011-02-10 | Multitest Elektronische Systeme Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Testen und Kalibrieren von elektronischen Halbleiterbauelementen, die Schall in elektrische Signale umwandeln |
| PT3117245T (pt) * | 2014-03-14 | 2022-01-07 | Bp Exploration Operating Co Ltd | Sensor sísmico |
| US10378934B2 (en) * | 2015-02-02 | 2019-08-13 | Goodrich Corporation | Sensor systems |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3363228A (en) * | 1965-08-23 | 1968-01-09 | Dynamics Corp Massa Div | Pressure gradient hydrophone |
| US4051395A (en) * | 1975-08-08 | 1977-09-27 | Minnesota Mining And Manufacturing | Weight actuated piezoelectric polymeric transducer |
| AT383220B (de) * | 1977-07-27 | 1987-06-10 | List Hans | Messwertaufnehmer mit einem piezoelektrischen messelement |
| US4188612A (en) * | 1978-05-01 | 1980-02-12 | Teledyne Industries Inc. (Geotech Division) | Piezoelectric seismometer |
| FR2460485A1 (fr) * | 1979-06-29 | 1981-01-23 | Thomson Csf | Capteur d'acceleration piezo-electrique a element transducteur en materiau polymere et systeme de securite pour centrifugeuse comportant un tel capteur |
| GB2055018B (en) * | 1979-07-11 | 1983-11-16 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Vibration detector |
| US4326275A (en) * | 1979-09-27 | 1982-04-20 | Hazeltine Corporation | Directional transducer |
| US4315433A (en) * | 1980-03-19 | 1982-02-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Polymer film accelerometer |
| FR2542553A1 (fr) * | 1983-03-07 | 1984-09-14 | Thomson Csf | Dispositif d'encastrement d'un diaphragme piezo-electrique, son procede de realisation et transducteur electromecanique utilisant un tel dispositif |
| DE3761731D1 (de) * | 1986-11-04 | 1990-03-29 | Siemens Ag | Ultraschall-sensor. |
-
1988
- 1988-07-16 GB GB888816979A patent/GB8816979D0/en active Pending
-
1989
- 1989-07-17 EP EP89909837A patent/EP0426761B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-07-17 DE DE68912129T patent/DE68912129T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-07-17 WO PCT/GB1989/000820 patent/WO1990000730A1/en active IP Right Grant
- 1989-07-17 JP JP1509458A patent/JPH04500145A/ja active Pending
- 1989-07-17 US US07/634,125 patent/US5128905A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8816979D0 (en) | 1988-08-17 |
| JPH04500145A (ja) | 1992-01-09 |
| EP0426761A1 (de) | 1991-05-15 |
| DE68912129D1 (de) | 1994-02-17 |
| US5128905A (en) | 1992-07-07 |
| EP0426761B1 (de) | 1994-01-05 |
| WO1990000730A1 (en) | 1990-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE1902849C3 (de) | Mechanisch-elektrisch bzw. elektrisch-mechanischer Wandler | |
| DE2831938C2 (de) | ||
| DE3731196C2 (de) | ||
| DE69711321T2 (de) | Schwingstabbeschleunigungsmesser und Methode zu seiner Herstellung | |
| DE3878683T2 (de) | Beschleunigungsmesser mit vorrichtung zur unterdrueckung von gleichtakteingangssignalen. | |
| DE69420914T2 (de) | Kraftwandler mit piezoelektrischen Elementen | |
| DE68912129T2 (de) | Wandler für akustisches feld. | |
| DE112007000263B4 (de) | Differentialmikrofon, hergestellt in Mikrofertigung | |
| DE69503297T2 (de) | Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung | |
| DE3930314A1 (de) | Piezoelektrischer sensor zur ueberwachung einer kinetischen bewegungsgroesse | |
| DE102007046031A1 (de) | Ultraschallsensor | |
| DE2132033B2 (de) | Unterwasser-Schallempfänger | |
| DE2742133A1 (de) | Elektroakustischer wandler | |
| DE3025894A1 (de) | Schwingungsdetektor | |
| DE2903489A1 (de) | Kraftgeber | |
| EP0775290B1 (de) | Drehratensensor | |
| DE3142308A1 (de) | "druckwandler mit einem schwingfaehigen element" | |
| DE69212603T2 (de) | Verbesserungen von oder mit bezug auf kreiselgeräte | |
| DE69109745T2 (de) | Lageunabhängiges vertikal empfindliches Seismometer. | |
| DE2158723C3 (de) | Wandler | |
| DE69930652T2 (de) | Monolithischer miniatur-beschleunigungssensor | |
| DE68914354T2 (de) | Hydrophon. | |
| EP3304018A1 (de) | Komponentenaufnehmer und mehrkomponentenaufnehmer unter verwendung eines solchen komponentenaufnehmers sowie anwendung eines solchen mehrkomponentenaufnehmers | |
| EP0973010A2 (de) | Mikromechanischer Drehratensensor mit Koppelstruktur | |
| EP2423654A1 (de) | Micromechanischer Sensor mit Bandpasscharakteristik |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |