DE759295C

DE759295C - Anordnung zur Verzoegerung eines elektrischen Signals

Info

Publication number: DE759295C
Application number: DET54593D
Authority: DE
Inventors: Hans-Jakob Von Dr Phil Baeyer; Hans Dr-Ing Roosenstein
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1940-11-28
Filing date: 1940-11-28
Publication date: 1952-12-15
Also published as: FR881289A

Description

Es ist öfter erwünscht, ein elektrisches Signal um eine bestimmte Zeitdauer zu verzögern. Dieses kann durch Verwendung von Kettenleitern oder Laufzeitspulen geschehen, in denen jedoch das Signal unerwünschte Verzerrungen erleidet, die für manche Zwecke untragbar sind. Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, die durch Verwendung von Ultraschallwellen diese Nachteile in erheblich geringerem Maße besitzt. Bekanntlich haben die Ultraschallwellen die Eigenschaft, sich in vielen Medien mit verhältnismäßig geringer Dispersion fortzupflanzen, so daß selbst nach einer erheblichen Laufzeit das Signal praktisch noch keinerlei Verzerrung aufweist. Bis jetzt wurde dieser Effekt in Verbindung mit Anordnungennach demTeeplerschen Schlierenverfahren bzw. nach dem Debye-Sears-Effekt beispielsweise dazu verwendet, um beim Fernsehen die Speicherung der Modulation während einer gewissen Zeitdauer zu erzielen. Solche Anordnungen gaben dann ihre Ausbeute in Form einer Lichterscheinung wieder.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ergibt jedoch das verzögerte Signal unmittelbar als eine elektrische Spannung zwischen den Ausgangsklemmen und hat daher den Vorteil, daß man sie als Schaltelement in einer elektrischen

Anordnung unmittelbar verwenden kann. Hierzu wird das Signal, das verzögert werden soll, an die Elektroden eines piezoelektrischen oder magnetostriktiv«! Schallgebers gelegt. Die erzeugte Ultraschallwelle trifft nun nach dem Verstreichen der gewünschten Laufzeit auf eine zweite ähnliche Anordnung, die infolge des umgekehrten piezoelektrischen bzw. magnetostriktiven Effekts an den Ausgangs-ίο klemmen das verzögerte Signal in Form einer elektrischen Spannung wiedergibt. Die Brauchbarkeit der beschriebenen Anordnung würde bei' vielen Anwendungen in Frage gestellt sein, wenn mehrfache Reflexionen der Schallwelle mehrfache elektrische Echos an den Ausgangsklemmen verursachen würden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verzögerung eines elektrischen Signals, das hierzu mittels eines piezoelekirischen oder magnetostriktiven S.challgebers in eine Ultraschallwelle umgewandelt wird, welche nach Durchlaufen eines als akustische Verzögerungsstrecke dienenden Laufzeitkörpers beim Auftreffen auf einen ähnlichen Schallempfänger sich in ein elektrisches Signal zurückverwandelt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Ausbildung von Echos durch Reflexionen an den Trennflächen zwischen Ultraschallgeber, Ultraschallempfänger und Laufzeitkörper und hinter dem Ultraschallempfänger die Schallwiderstände des Ultraschallgebers und des Laufzeitkörpers einerseits und des Laufzeitkörpers und Ultraschallempfängers andererseits aneinander angepaßt und daß Dämpfungsmittel vorgesehen sind, durch die die Ultraschallwelle, nachdem sie am Empfänger ein elektrisches Signal erzeugt hat, vernichtet wird.

Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, zur Verbesserung der Energieübertragung von einem Schallgeber auf einen Schallempfänger und damit zur Anpassung zwischen diesen beiden einen oder mehrere Trichter vorzusehen. Bei der der Erfindung zugrundeliegenden Anordnung genügt es aber nicht, daß der Ultraschallgeber an den Laufzeitkörper und dieser wiederum an den Schallempfänger angepaßt ist. \uelrnehr würden dann, wenn man keine weiteren Mittel vorsieht, die in den Schallempfänger eingetretenen Schallwellen am Ende des Empfängers oder' am Ende der gesamten Anordnung reflektiert w-erden und auf diese Weise als störendes Echo ein zweites Mal zum Empfänger gelangen. Diese Wirkung kann nur gemäß der Erfindung dadurch vermieden werden, daß neben der Anpassung der Schallwiderstände des Ultraschallgebers bzw. des Ultraschallempfängers an den zwischen ihnen liegenden Laufzeitkörper gleichzeitig Dämpfungsmittel vor-ι gesehen sind, welche die Schallwellen nach i dem Austritt aus dem Empfänger vernichten, bevor sie ein zweites Mal in ihn gelangen : können.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Die Abb. 1 zeigt eine Anordnung, bestehend aus dem Sendequarz 1, dem die Signalspannung an die Eingangsklemmen A und B zugeführt wird.

2 ist ein fester Körper, der mit 1 durch Kitt verbunden ist. Nach Durchlaufen dieses Körpers trifft die Ultraschallwelle auf die Anpassungsplatte 3, deren Schallaufzeit eine ungerade Anzahl Viertelperioden der Sendefrequenz beträgt und deren Schallwiderstand so gewählt wird, daß eine Anpassung zwischen dem Empfangsquarz 4 und dem Laufzeitkörper 2 herbeigeführt wird. Die Wirkung der Platte 3 ist dieselbe wie die der aus der drahtlosen Technik bekannten Xl4-Anpassungsleitungen. Dabei ist der Schallwiderstand der 2/4-Platte also vorzugsweise gleich dem geometrischen Mittel aus den Schallwiderständen der beiden anzupassenden Medien zu wählen. Auf diese Art können ganz allgemein Reflexionen einer bestimmten Frequenz an der Grenze zwischen zwei schallführenden Medien vermieden werden.

Eine ähnliche Platte 5 ist an der rechten Seite auf 4 aufgekittet; sie dient dazu, die Schallwellen reflexionslos in den Körper 6 übertreten zu lassen. Der Körper 6 besteht aus einem schalldämpfenden Material, oder er ist durch Einbettung in ein solches Material schalldämpfend gemacht, so daß sich in ihm die Welle totläuft. Zwischen dem Eingangsquarz ι und dem Ausgangsquarz 4 ist eine Abschirmplatte 7 vorgesehen, um eine direkte elektrische Übertragung der Signale von den Eingangsklemmen zu den Ausgangsklemmen zu verhindern.

Die Anpassungsplatten 3 und 5 können in Fortfall kommen, wenn die Alaterialien des Schallgebers bzw. des Schallempfängers (piezoelektrischer Quarz, Seignettesalz, magnetostriktives Eisen) mit dem Material des Laufzeitkörpers so abgestimmt werden, daß ein reflexionsloser Übergang der Schallwelle von dem einen Material in das andere gewährleistet ist. So ist beispielsweise bekannt, daß der Reflexionsfaktor von Ultraschall zwischen Quarz und Quecksilber nur 3 °/o beträgt, und es wird daher die Anordnung nach Abb. 2 vorgeschlagen, die außerdem den Vorteil einer betrieblich einstellbaren Laufzeit besitzt. In Abb. 2 ist O₁ der Sendequarz, der in einer isolierenden Fassung F fest gehaltert ist. Der Hohlraum A der Fassung F ist mit Quecksilber ausgefüllt, dem durch Inhomogenitäten, z. B. durch Metallspäne, Glaswolle,

oder auch durch eine Verunreinigung (Amalgam usw.) schalldämpfende Eigenschaften gegeben werden. Durch diese Schalldämpfung wird einerseits verhindert, daß an der linken Begrenzung dieses Quecksilbervolumens sich eine störende Reflexion ausbildet, während andererseits durch sein Vorhandensein eine öfter erwünschte Dämpfung des Quarzes erzielt wird·. Die Fassung F kann saugend im

ίο Isolierrohr R hin und her bewegt werden; der Hohlraum C dieses Rohrs ist mit reinem Quecksilber gefüllt und erfüllt die Funktion des Laufzeitköcpers, durch den die Schallwelle nach einer gewissen Laufzeit den Empfangsquarz Q₂ erreicht. Hinter dem Quarz Q₂ befindet sich wieder ein mit schalldämpfendem, z. B. verunreinigtem Quecksilber gefüllter Hohlraum B₁ in dem sich die Wellen reflexionsfrei totlaufen. Der Hohlraum C ist bei D mit einem Ausgleichsgefäß verbunden, das bei Verschiebung von F den Ausgleich der Quecksilbermenge aufnimmt. Die Spannung am Quarz Q₁ wird zwischen den Elektroden P und E angelegt, während die Abnähme der Ausgangsspannung zwischen Q und E geschieht.

Als letztes Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 3 eine Anordnung zur Erzielung einer festen Laufzeit, in der die Reflexionsfreiheit unter Verwendung von Festkörpern dadurch erzielt ist, daß sowohl für den Schallgeber bzw. Schallempfänger wie auch für den Laufzeitkörper Quarz verwendet wird. Dabei . werden die Quarzkörper 1 und 3 mit starker Schalldämpfung gehaltert, z. B. durch Verkittung mit einer Bleihülle, während der Laufzeitkörper 2 völlig frei ist. Der Schallgeber 4 und der Schallempfänger 5 sind wie in der Abb. ι oberflachenversüberte Quarze, die mit ι und 2 bzw. 2 und 3 verkittet sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Anordnung zur Verzögerung eines elektrischen Signals, das hierzu mittels eines piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schallgebers in eine Ultraschallwelle umgewandelt wird, welche nach Durchlaufen eines als akustische Verzögesa rungsstrecke dienenden Laufzeitkörpers beim Auftreffen auf einen ähnlichen Schallempfänger sich in ein elektrisches Signal zurückverwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Ausbildung von Echos durch Reflexionen an den Trennflächen zwischen Ultraschallgeber, Ultraschallempfänger und Laufzeitkörper und hinter dem Ultraschallempfänger die Schallwiderstände des Ultraschallgebers und des Laufzeitkörpers einerseits und des Laufzeitkörpers und Ultraschallempfängers andererseits aneinander angepaßt und daß Dämpfungsmittel (z. B. 6 in Abb. 1, B in Abb. 2) vorgesehen sind, durch die die Ultraschallwelle, nachdem sie amEmpfänger ein elektrisches Signal erzeugt hat, vernichtet wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufzeitkörper aus einem Material besteht, das praktisch den gleichen Schallwiderstand hat wie das des Ultraschallgebers und das des Ultraschallempfängers.
3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Schallwiderstände der Substanzen des Ultraschallgebers oder des Ultraschallempfängers und des Laufzeitkörpers verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung zwischen Ultraschallgeber oder Ultraschallempfänger und Laufzeitkörper eine (2 η + ι) λ/4 starke Platte (3 in Abb. 1) aus einem Material geeigneten Schallwiderstandes eingeschaltet ist (λ = Arbeitswellenlänge, η = ganze Zahl).
4. Anordnung nach Anspruch 2, bei der der Ultraschallgeber und der Ultraschallempfänger aus Quarz bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Laufzeitkörper aus Quarz besteht.
5. Anordnung nach Anspruch 2, bei der der Ultraschallgeber und der Ultraschallempfänger aus Quarz bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufzeitkörper aus Quecksilber besteht.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

»Handbuch der Physik«, 1927, Bd. VIII,

»Akustik«, S. 659ΓΓ;
britische Patentschriften Nr. 265 181,

279 878;

Hi'edemann, »Grundlagen und Ergebnisse der Ultraschallforschung«, 1939, S. 115fr;

Bergmann, »Der Ultraschall«, 1939, S. 71 und 261 ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5602 12.