DE943323C

DE943323C - Einrichtung zum Senden oder Empfangen mechanischer Schwingungen

Info

Publication number: DE943323C
Application number: DEG3074D
Authority: DE
Original assignee: JOHANNES GRUETZMACHER DR ING
Current assignee: JOHANNES GRUETZMACHER DR ING
Priority date: 1936-02-07
Filing date: 1936-02-07
Publication date: 1956-05-17

Description

Einrichtung zum Senden oder Empfangen mechanischer Schwingungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Senden oder Empfangen von Schall- und Ultraschallschwingungen mittels eines beispielsweise piezoelektrischen oder magnetostriktiv zu Longitudinalschwingungen erregten Schwingkörpers, bei -welchern die Schwingungsenergie einer der beiden, schallerzeugendenbzw.schallempfänglichenFlächen des Schwingkörpers durch ein nur an dieser Fläche anliegendes, mit einem Medium von kleinem akustischem Widerstand, z. B. mit Luft, gefülltes Gehäuse zurückgehalten wird.
Durch die Angrenzung der einen der beiden Schwingflächen des Schwingkörpers an ein Medium mit kleinem akustischem Widerstand wird bekanntlich eine fast vollkommene Reflexion der Schwingungen an der an das Medium mit kleinem akustischem Widerstand angrenzenden Fläche des Schwingkörpers erreicht, wobei die reflektierten Schwingungen in Phase mit den von der anderen Schwingkörperfläche ausgehenden bzw. auf diese auftreffenden Schwingungen liegen. Hierdurch wird nahezu eine Verdoppelung der Amplitude des Schwingkörpers erzielt.
Bei den bekannten Einrichtungen mit einem den Kristall umgebenden Reflexionsgehäuse bestehen erheb-liehe Schwierigkeiten bei der Befestigung des Schwingkörpers im bzw. am Gehäuse. Bei der Befestigung des Schwingkörpers in dem ihn größtenteils umgebenden Gehäuse sind elektrisch nichtleitende Verbindungsglieder zwischen dem Schwingkörper und dein Gehäuse erforderlich, weil sonst das Gehäuse, das die eine der Elektroden des Schwingkörpers bildet, der anderen Elektrode gu sta,rk genähert werden würde, was eine Erhöhung der Gefahr des Funkenüberschlages zur Folge haben würde. Die Befestigung dieser elektrisch nichtleitenden Zwischenglieder am Sch-wingkörper und an dem Gehäuse muß aber wasserdicht und für den Fall, daß der Schwingl,--örper in 01 angeordnet werden soll, sogar öldicht sein. Dies ist in der Praxis nur sehr schwer zu erreichen.
Erfindungsgemäß besteht das Gehäuse aus einem einseitig rauf dem Kristall angebrachten Deckel, der nicht über die Ebene der Anliegefläche in Richtung auf den Schwingkörper hinatisragt. Die Funkenüberschlagsgefahr wird durch diese Ausbildung des Reflexionsgehätises ganz erheblich herabgesetzt. Praktische Versuche haben ergeben, daß die Gefahr des Funkenüberschlages bei der Einrichtung nach der Erfindung nicht größer ist als bei * einem Schallsender bzw. -empfänge-r mit einem piezoelektrischen Kristallschwinger ohne jedes Gehäuse. Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Gehäuse kann bei piezoelektrischen Schwingern gleichzeitig nuch die eine Elektrode des Schwingers bilden.
Ein weiterer Schutz gegen Funkenüberschlag und gleichzeitig auch ein Schutz gegen Feuchtigkeit kann dadurch erzielt werden, daß der Schwingkörper mit einem isolierenden Lack: überzogen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In dieser ist ein piezoelektrischer Schwingkrista,11 Q in Seitenansicht gezeigt. Am der einen Schwingfläche des Kristalls liegt ein Reflexionsgehäuse D dicht an. Das Reflexionsgehäuse, das gleichzeitig als Elektrode des Kristallschwingers verwendet werden kann, besteht aus einem Deckel, der nicht über die Ebene der Anliegefläche in Richtung uuf den Schwingkörper hinausgeht. Wird die dargestellte Einrichtung in eine zu beschallende Flüssigkeit hineingesetzt, so verhindert die Luftfüllung des Reflexionsgehäuses, daß der Schwinger nach dieser Seite Schwingungsenergie abstrahlt. Der Schwingungsenergiestrom des Schwingers wird daher gemäß den Abstrahlungsbedingungen nach der Seite hin fließen, an der der Schwingkörper mit dem zu beschallenden Medium in Berührung steht. Dieser Energiestrom ist in der Zeichnung durch die Energiestrahlen E gekennzeichnet.
Bei den bekannten Einrichtungen ist die Befestigung des Schwingkörpers an dem Gehäuse deshalb schwierig, weil die Wand des Gehäuses, an der die eine Schwingfläche, der SchwingkÖrper unliegt, selbstverständlich nur sehr dünn sein darf, wenn das in dem Gehäuse vorhandene Medium mit sehr kleinem akustischein Widerstand noch wirken soll. Eine dicke Wandung des Behälters wäre gleichbedeutend damit, daß der Schwingkörper auf irgendeine - feste schwingungsleitende Unterlage aufgelegt wird. Eine folienartig dÜnne Wandung des Behälters kann man aber nicht so plan schleifen, daß sie ohne weiteres um Schwingkörper fest anliegt. Man muß also auch hier Bindemittel zwischen dem Schwingkörper und dem Gehäuse vorsehen,'die sich weder durch die Sichwingenergie zersetzen nochin 01 oder Wasser lösen.
Da,rüber hinaus haftet der bekannten Einrichtung mit dem an der einen Schwingfläche des Kristalls anliegenden Gehäuse der Nachteil an, daß der Schwingkörper an die ihm -.unmittelbar anliegend-Plttte des Reflexionskörpers noch aus folgendem Grunde sehr viel Energie abgibt. Es ist bekannt, .daß die Oberfläche eines Kristalls nicht vollkommen konphas schwingt, sio daß sich auf der Oberfläche Stellen befinden, die. in einem gegebenen Zeitpunkt teils eine größere und teils eine kleinere Amplitude haben. Da diese Stellen durch die anliegende Platte oder Folie überbrückt werden, so erfährt die Platte bzw. Folie eine starke Schwingbeanspruchung und somit eine starke Erwärmung. Die Lebensdauer der bekannten Schwingkörper ist daher ziemlich gering.
Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten bei Schwingeinrichtungen, bei welchen die Schwingenergie eines Schwingkörpers nuf einer seiner beiden Schwingflächen -durch ein an dieser Fläche anliegendes, mit einem Medium von kleinem akustischem Widerstand, z. B. mit Luft, gefülltes Gehäuse zurückgehalten wird, dadurch vermieden, daß das Gehäuse an der dem Schwingkörper zugewandten Seite eine öffnung besitzt. Hierdurch wird erreicht, daß das Gehäuse den Schwingkörper nur teilweise an der einen Schwingfläche berührt. Auch bei dieser Ausbildung des Reflexionsgehäuses kann bei piezoelektrischen Schwingern das Gehäuse gleichzeitig als die eine Elektrode des Schwingers benutzt werden.
Bei Schwingeinrichtunge-ii, bei welchen die Schwingenergie eines Schwingkörpers auf einer seiner beiden Schwingflächen durch ein an dieser Fläche unliegendes, gegebenenfalls den Schwingkörper außerdem umgebendes, mit Luft oder einem anderen Gas gefülltes Gehäuse zurückgehalten wird, kann die Luft bzw. das Gas auch unter einem vom atmosphärischen Druck abweichenden Druck stehen, beispielsweise also unter Vakuum. je ge- ringer der Druck ist, um so besser ist die Wirkung, denn bei absolutem Vakuum würde kein Schallträger und somit keinerlei Absorption vorhanden sein. An diesen Idealzustand kommt aber die Verwendung atmosphärischen Druckes immerhin ziemlich nahe,- denn auch in diesem Fall geht praktisch der ganze Energiestrom in die zti beschallende Flüssigkeit, da das Strahlungsdekrement des Schwingkörpers fast ganz dur#Ii den Einfluß der Flüssigkeit bedingt ist.

Claims

PATE NTAN S PR Ü CHE: i. Einrichtung zum Senden oder Empfangen mechanischer Schwingungen mittels eines beispielsweise piezoelektrischen oder magnetostriktiv zu Longitudinalschwingungen erregten Schwingkörpers, bei welchem die Schwingenergie einer der beiden Schwingflächen des Schwingkörpers durch ein nur un dieser Fläche anliegendes, mit einem Medium von kleinem akustischem Widerstand, z. B. mit Luft, gefülltes Gehäuse zurückgehalten -wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem einseitig auf dem Kristall angebrachten Deckel besteht, der nicht über die Ebene der Anliegefläche in Richtung auf den Schwingkörper hinausragt.
2. Einrichtung zum Senden oder Empfangen mechanischer Schwingungen mittels eines beispielsweise piezoelektrischen oder magneto#-striktiv zu Longitudi=Ischwingungen erregten Schwingkörpers, bei dem die Schwingenergie einer der beiden Schwingflächen des Schwingkörpers durch ein an dieser Fläche anliegendes, mit einem Medium von kleinem akustischem Widerstand, z. B.
Luft, gefülltes Gehäuse zurückgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an der dem Schwingkörper zugewandten Seite eine Öffnung hat. 3 3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sch-,vingkörper mit einem Isolierüberzug versehen ist.
4. Einrichtung zum Senden oder Empfangen mechanischer Schwingungen mittels eines beispielsweise piezoelektrisch oder magnetostriktiv zu Longitudinalschwingungen erregten Schwingkörpers, bei dem die Schwingenergie einer der beiden Schwingflächen des Schwingkörpers durch ein un dieser Fläche anliegendes, gegebenenfalls den Schwingkörper außerdem umgebendes, mit Luft oder einem anderen Gas gefülltes Gehäuse zurückgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas unter einem sehr geringen Druck (praktisch Vakuum) steht. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 395 024: französische Patentschriften Nr. 505 703), 613 799, 745 611; britische Patentschriften Nr. 124 8:25, 145 691, 375 375; niederländische Patentschrift Nr. 30 244-