DE925627C - Elektromechanischer oder elektroakustischer Wandler mit verbessertem Temperaturgang - Google Patents

Description

• Elektromechanischer oder elektroakustischer Wandler mit verbessertem Temperaturgang Die bekannten piezoelektrischen Substanzen nach Art des Ammoniumphosphats oder Seignettesalzes, die sowohl für Frequenzstabilisatoren wie auch für elektroakustische Sender oder Empfänger oder für andere Zwecke verwendbar sind, haben den Nachteil, daß ihre diesbezüglichen Eigenschaften sehr stark von der Temperatur abhängig sind. Die Eigenfrequenz eines piezoelektrischen Schwingers aus Seignettesalz, dessen a-Achse z. B. senkrecht zur Wellenebene und parallel zu den Elektroden verläuft und der beispielsweise nach dem Tonpilzprinzip aufgebaut, ändert sich um ungefähr q. °/a bei einer Temperaturveränderung um ro°. Dies beruht darauf, daß der Elastizitätsmodul des Seignettesalzes entsprechend temperaturabhängig ist. Man muß aber im allgemeinen verlangen, daß Sender und Empfänger usw. innerhalb eines größeren Temperaturgebietes, z. B. o bis 30° C, weitgehend frequenzkonstant sind. Ganz besonders störend wird die Temperaturabhängigkeit, wenn man einen Seignettesalzkristallschwinger, wie er bisher hauptsächlich als Wasserschallempfänger benutzt worden ist, als Sender verwenden will. Bei dieser Verwendungsart treten nämlich infolge Erwärmung durch Dauerbelastung sehr erhebliche Temperaturerhöhungen auf, die eine Inkonstanz der Abstimmung hervorrufen.
• Gemäß der Erfindung wird der Nachteil der Temperaturabhängigkeit bei Schwingern der genannten Art dadurch teilweise oder sogar ganz behoben, daß mit der Elastizität eine bei der elektroakustischen- Energieumwandlung inaktive, an: der: Schwingung durch mechanischeübertragung 'jedoch teilnehmende Elastizität von geringem Temperaturkoeffizienten gekoppelt ist.
• Der Gedanke ist so zu verstehen, daB . beispielsweise einem Seignettesalzkriställ, der die Elastizität- eines elektroakustischen Wandlers darstellt, eine Elastizität parallel geschaltet ist, die selbst -temperaturunabhängig ist. Ist die parallel geschaltete Elastizität zehnmal so groß wie diejenige des Seignettesalzkristalles, so sinkt dieTemperaturabhängigkeit des ganzen Gebildes auf den zehnten Teil; an Stelle einer Frequenzverschiebung vors etwa 4% auf io° Temperaturänderung tritt dann nur noch eineFrequenzänderung von etwa 4%o auf. Dabei sind die Verhältnisse so zu wählen, d: h. ist insbesondere die parallel geschaltete Elastizität so zu bemessen, daß die Abstimmung des gesamten Schwingungssystems erhalten bleibt; es wird also entweder der parallel geschalteten Elastizität entsprechend auch eine ahdere Bemessung der .Masseeintreten müssen, oder es werden entsprechend die-Kristallabmessungen von vornherein . so - gewählt werden müssen, daß die gewünschte Eigenfrequenz herauskommt.
• In den Zeichnungen wird die Wirkungsweise der elektrömechanischen Wandler nach der Erfindung erläutert.
• Fig. i zeigt zunächst den ungefähren Verlauf der Temperaturabhängigkeit der Frequenz f bzw. des Elastizitätsmoduls E von Seignettesalz in Abhängigkeit von der Temperatur 15.
• Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines nach dem Tonpilzprinzip arbeitenden elektroakustischen Wandlers, der aus zwei Massen M1 und M2 besteht, die durch eine Elastizität E miteinander verbunden sind. Zur Unterdrückung des Temperaturganges von E- ist gemäß der Erfindung eine elektromechanisch inaktive Elastizität E' parallel geschaltet.
• Fig. 3 zeigt eine- Anordnung, bei der zwei inaktive Elastizitäten Ei und E2 über die Massen M1 und M2 in Reihe mit der aktiven Elastizität E geschaltet sind.
• In den Fig. 4 und 5 sind zwei Ausführungsformen dargestellt, die den beiden schematischen Darstellungen der Fig. 2 und 3 entsprechen.
• Fig.-4 zeigt einen S_ eigne ttesalzkristall i, an dessen beiden Enden zwei Mässen 2 und 3 angeordnet sind, die zusammen einen Tonpilz ergeben. Der ganze Tonpilz ist in ein_ Metall-; beispielsweise Messinggehäuse 4, eingespnnt, das als longitudinale- Elastizität -wirkt und der parallelen ElastizitätE' aus Edg.2 entspricht. Das Gehäuse 4 besteht also aus einem dünnen Metall-, beispielsweise Messingrohr, das `öben und unten um die Massen :2 und 3 herumgreift bzw. durch eine Schraubenmutter 8 an diesen befestigt ist. Die Abstimmung des Rowes ¢ ist derart bemessen, @daß das Schwin,-gungsgebilde als Ganzes. in der Grundwelle schwingt. Die Massen 2 nd 3 müssen mit dem Kristall i unter verhältnismäßig hohem Druck- in das Gehäuse 4 eingespannt sein, damit sie an diesem stets fest anliegen und das -Gehäuse infolgedessen an den Schwingungen jederzeit teilnimmt. Sowohl die Elastizität i sowie die Elastizität 4 befinden sich demnach im Ruhezustand unter einer erheblichen mechanischen Vorspannung. Diese muß also so groß sein; - daß sowohl die Schwingungsamplituden des Kristalls i als auch dessen Temperaturänderungen den Kontakt der Massen 2 und 3 mit dem Gehäuse 4 nicht ändern.
• Eine andere Ausführungsform zeigt Fig. 5. Hier ist (das Schwingungs:gehilde i, 2, 3 über zwei ringförmige Elastizitäten 5 und 6 im Gehäuse 7 aufgehängt. Das Gehäuse 7 ist jetzt eine unelastische Masse, die an der Schwingung nicht teilnimmt, während 5 und 6 Elastizitäten sind, die mit den Mässen 2 und 3 unter Umständen aus einem Stück hergestellt sein können. Die transversale Elastizität der Ringe 5 und 6 ist jetzt entsprechend bemessen, daß das gesamte Schwingungsgebilde möglichst in der Grundwelle schwingt und daß die Elastizität der Ringe 5 und 6 zusammen so groß ist, daß die Temperaturabhängigkeit des wirksamen Elastizitätsmoduls der Anordnung auf ein erträgliches Maß herabgesetzt wird. Die Elastizitäten 5 und 6 entsprechen hier den Elastizitäten El und E2 aus Fig. 3.
• Das elektroakustische Schwingungsgebilde nach der Erfindung läßt sich als Empfänger und als Sender benutzen, und zwar sowohl als Doppelmembmantyp, beidem beiidie Seiten des Schwingers zum Senden oder Empfangen von Schall dienen, oder als Einmembrantyp, bei dem nur die eine Seite zur Energieumsetzung verwendet wird.
• Ein nach den geschilderten Grundsätzen aufgebauter Schwinger läßt sich auch als Sender verwenden, ohne daß sich unter dem Einfluß der aufgewandten Energie infolge Erwärmung seine Abstimmung in-störendem Maße ändert. Er eignet sich vorzugsweise als Sender für solche Wasserschallanlagen, bei denen impulsartige Signale ausgesandt werden, wie dies z. B. bei Wasserschalltelefonieanlagen oder bei akustischen Echolotanlagen der Fall ist.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektroakustisches Schwingungsgebilde mit einem Wandler, der aus einer Substanz besteht, die durch elektrische Schwingungen mechanisch anregbar und/oder durch mechanische Schwingungen elektrisch anregbar und dessen Elastizität 'stark temperaturabhängig ist, dadurch gekennzeichnet; daß zum Zweck der Herabsetzung der Temperaturabhängigkeit mit dieser Elastizität eine beider elektroakustischen Energieumwandlung nicht unmittelbar beteiligte Elastizität mit geringerem Temperaturkoeffizienten mechanisch derart gekoppelt ist, daß sie an der Schwingung teilnimmt.
2. 2. Schwingungsgebilde nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet; daß der beider elektroakustischen Energieumwandlung aktiven Elastizität eine bei der elektroakustischen Energieumwandlung inaktive Elastizität parallel geschaltet ist.
3. 3. Schwingungsgebilde nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Massen eine oder je eine bei der elektroakustischen Energieumwandlung inaktive Elastizität vorgeschaltet ist. q..
4. Schwingungsgebilde nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsgebilde in ein vorzugsweise zylindrisches Gehäuse unter mechanischer Vorspannung eingespannt ist, dessen Mantelrohr die bei der elektroakustischen Energieumwandlung inaktive Elastizität darstellt und so abgestimmt ist, daß das ganze Schwingungsgebilde auf die Grundwelle des elektroakustischen Schwingers abgestimmt ist.
5. 5. Schwingungsgebilde nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Massen eines als Tonpilz aufgebauten Schwingungsgebildes in je einer bei der elektroakusti-,schen Energieumwandlung inaktiven Membran gelagert sind, die so abgestimmt sind, daß das ganze Schwingungsgebilde auf die Grundwelle des elektroakustischen Schwingers abgestimmt ist.
6. 6. Schwingungsgebilde nach Anspruch i bis 3 oder folgenden, gekennzeichnet durch eine kombinierte Anwendung von Serien- und Parallelschaltung von Zusatzelastizitäten.
7. 7. Schwingungsgebilde nach Anspruch i oder folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung von Schwingern nach Art des Seignettesalzes.