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Regelvorrichtung für eine Ultraschall-Sendeeinrichtung
Gegenstand der
Erfindung ist eine Vorrichtung zur Regelung der von einer Ultraschall-Sendeeinrichtung
abgestrahlten Ultraschallintensität auf einen einmal eingestellten konstanten Wert.
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Es sind Regelvorriehtungen bekannt, bei denen die Regelung der Leistung
der Ultraschall-Sendeeinrichtung von einem elektrischen Teil dieser Ultraschall-Sendeeinrichtung
aus vorgenommen wird. Es wird hierzu etwa der den Ultraschallschwinger als frequenzbestimmendes
Element aufweisende Belastungskreis eines Hochfrequenzsenders gleichzeitig als Eingangskreis
für die erste Verstärkerstufe verwandt und hierdurch erreicht, daR der Belastungskreis
stets in Resonanz angeregt wird. Frequenzverstimmungen im Belastungskreis durch
Temperatureinflüsse oder Veränderungen in der akustischen Belastung des Schwingers
gleichen derartige Einrichtungen selbsttätig aus, so daß stets eine optimale Intensität
der Abstrahlung erzielt ist. Es ist jedoch mit diesen Einrichtungen nicht möglich,
die abgestrahlte Intensität auf einen einmal eingestellten Wert konstant zu halten.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung des elektrischen Teiles der
Ultraschall-Sendeeinrichtung zur Konstanthaltung der abgestrahlten Ultraschallintensität
vom Ultraschallteil aus, und zwar wird die abgestrahlte Ultraschallintensität selbst
zur Steuerung genutzt. Zu diesem Zweck läßt man erfindungsgemäß den der abgestrahlten
Ultraschall intensität proportionalen Strahlungsdruck auf bewegliche reflektierende
Flächen - etwa auf eine Ultraschallwaage - einwiUken und verwendet die Auslenkung
dieser Flächen mechanisch zur Änderung der Kapazität eines Kondensators. Die damit
von der abgestrahlten Ultraschallintensität abhängige Kapazität wird wiederum zur
elektrischen
Regelung der abgestrahlten Intensität auf einen konstanten
Wert verwandt.
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In Ausbildung des Erfindungsgedankens ist es zweckmäßig, die abgestrahlte
Ultraschallintensität einer abstrahlenden Seite des Ultraschallschwingers uneingeschränkt
als Quelle für den als Regelmaß verwendeten Strahlungsdruck zu benutzen.
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Statt einer Ultraschallwaage können auch reflektierende Flächen anderer
Art verwandt werden, z. B. Membranen, insbesondere von anaeroidbarometerähnlichem
Bau. Besonders hat sich die Ausnutzung der Drehung eines an an einer starren, reibungsfrei
gelagerten und durch Tors.ionsfedern gehaltenen Achse befestigten - Flügelrädchens
erwiesen. Die schräg gestellten Flügel dieses Rädchens bestehen etwa aus einem sichelförmig
zusammengedrückten Rohr aus Metall (z. B. Neusilber). Dieses Flügelrädchen wird
durch den Strahlungsdruck gegen das rücktreibende Moment der an der Achse befestigten
Torsionsfedern ausgelenkt. Bei einer Torsion wird eine an der Achse befestigte Kondensatorplatte
eines Kondensators gedreht. Die dadurch bewirkte Änderung der Kapazität dieses Kondensators
wird dazu benutzt, um eine Änderung der Frequenz des Generatorkreises einer Hochfrequenzgeneratorstufe
zu bewirken, deren elektromagnetische Schwingungen über Röhrenverstärkerstufen dem
Belastungskreis zugeführt werden. Die Einrichtung ist so zu dimensionieren, daß
bei einer Zunahme der Ultraschallintensität der Abstand der Frequenz des Generatorkreises
von der Resonanzfrequenz des Schwingers größer wird und umgekehrt. Diese Regelung
bewirkt, daß die einmal eingestellte Ultraschallintensität konstant bleibt.
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Mit der bisher beschriebenen Regelung ist es möglich, die abgestrahlte
Intensität der Ultraschall-Sendeeinrichtung auf einem konstanten Wert zu halten.
Diese Intensität ist für einen piezoelektrischen Schwinger elektrisch wesentlich
durch das Produkt aus dem Quadrat der am Schwinger liegenden Spannung und einem
von der Frequenz der Betriebsspannung abhängigen Ausdruck bestimmt. Steigt etwa
die abgegebene Ultraschallintensität infolge einer Überspannung am Schwinger über
den eingestellten Sollwert an, so bewirkt die bisher beschriebene Regeleinrichtung,
daß die Frequenz der Betriebsspannung einen Wert erhält, der um so stärker von der
Resonanzfrequenz des Schwingers abweicht, je größer die Überspannung ist. Dadurch
entsteht ein weiteres Ansteigen der am Schwinger liegenden Spannung, denn der Scheinwiderstand
eines piezoelektrischen Schwingers steigt mit zunehmender Abweichung der Betriebsfrequenz
von der Resonanzfrequenz. Es besteht dann die Gefahr, daß Überspannungen am Schwinger
auftreten, die seine Zerstörung zur Folge haben.
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Deshalb ist eine zweite Kondensatorplafte vorgesehen, die einer weiteren
an der Torsionsachse befestigten und mit ihr bewegten Kondensatorplatte gegenübersteht
und die zusammen einen weiteren Kondensator bilden. Dieser Kondensator wird etwa
in einer Hochfrequenzspannungsteilerschaltung derart in die Spannungszuführungen
zum Schwinger eingebracht, daß er als Regelkondensator für die am Schwinger liegende
Spannung wirkt. Diese Einrichtung ist so dimensioniert, daß eine Zunahme der Spannung
am Schwinger, die eine Intensitätszunahme bewirken würde; eine Verschiebung des
Spannungsteilerverhältnisses zuungunsten der am Schwinger liegenden Spannung zur
Folge hat und umgekehrt. Diese Regelung bewirkt, daß die Spannung am Schwinger innerhalb
gewisser Grenzen konstant bleibt. Beide elektrisch die abgestrahlte Intensität wesentlich
bestimmenden Variablen, Fre quenz und Spannung, werden derart von der Regelvorrichtung
erfaßt. Um dies überwachen zu können, werden die in dem Hochfrequenzsender auftretenden
Schwankungen von Hochfrequenzspannung und/oder Hochfrequenzstrom zweckmäßig auf
einem Kontrolldiagramm registriert.
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In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Anordnung schematisch
dargestellt. In einer etwa aus Kunststoff bestehenden Revolverscheibe a sind verschiedene
Quarze mit verschiedener Eigenfrequenz c, c' gehaltert. Mittels eines Drehknopfes
b kann die Revolverscheibe gedreht werden. Ein Flügelrädchen d, dessen Achse möglichst
reibungslos in den Lagern I ruht, liegt mit einem Sektor im Strahlengang K' des
Quarzes c, während k der genutzte Strahlengang ist. Die von einem Sektor des Flügelrädchens
d reflektierten Strahlen K' werden durch einen Reflektor t (senkrecht zur Zeichenebene)
in ein Absorptionsgefäß reflektiert. Zwei gegensinnig wirkende Spiralfedern e und
e' bestimmen den Ausschlag des Flügelrädchens bei gegebener Schalldruckintensität.
h ist eine als Dielektrikum wirkende Platte etwa aus Kunststoff mit Metallauflagen
m und ', denen Kondensatorplatten i und j gegenüberstehen. Die Kondensatorplatte
i ist fest angeordnet und dient der Frequenzregulierung im Sinne des oben zuerst
beschriebenen Kondensators, während die Kondensatorplatte j im Sinne des oben an
zweiter Stelle beschriebenen Kondensators der Spannungsregulierung dient. Sie kann
zur groben Spannnngsregulierung am Schwinger auch noch von Hand verstellt werden.