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Vorrichtung zum Senden oder Empfangen von Schallwellen Zum Empfang
von Schallwellen in einem breiten Frequenzbereich werden fast ausschließlich piezoelektrische
Empfänger aus Seignettesalz benutzt. Magnetostriktive Nickelschwinger arbeiten.
mit gutem Wirl:ungsgrad nur in. einem schmalen Frequenzgebiet, nämlich in ihrer
Resonanz, während sie außerhalb der Resonanz zu wenig empfindlich sind. Da aber
magnetostriktive Schwinger gegenüber piezoelektrischen Schwingern den Vorteil großer
mechanischer Widerstandsfähigkeit aufweisen und als Sender mit größerer Leistung
betrieben werden können, ist es in vielen Fällen erwünscht, Magnetostriktionsschwinger
auch für den Gebrauch in einem breiteren Frequenzgebiet einzurichten. Hierzu hat
man schon vorgeschlagen, mehrere auf verschieden nahe benachbarte Frequenzen abgestimmte
magnetostriktive Schwingerbleche zu einem einheitlichen Sendet bzw. Empfa.ngsgeb,ilde
zusammenzufassen.
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Der Erfindung liegt folgender Gedankengang zugrunde: Es ist bekannt,
die Rückseite der Magnetostriktionsschwinger mit einem dicht anliegenden Moosgummipolster
zu versehen, um sie an der Abstrahlung zu verhindern. Dadurch. wird aber die Resonanz
des Schwingers noch verschärft.
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Ferner ist bereits bekannt, die schallabschirmende Abdeckung in solchem
Abstand von der Schwingerrückfläche anzuordnen3 daß die reflektierte Schwingungswelle
konphas mit der unmittelbaren Schwingung des Schwingers ist und. somit
ebenfalls
resonanzverstärkend wirkt. Wie Versuche gezeigt haben, läßt sich bei entsprechender
Einstellung der schallabschirmenden. Abdeckung auch eine wirksame Schwingungsdämpfung
erzielen, so daß man lediglich durch Veränderung des Abstandes zwischen. schallabschirmender
Abdeckung und rückseitiger Strahlfläche des Schwingers nicht nur nach Art der bekannten
Interferometer die Interferenzerscheinnngen beeinflussen, sondern auch. die Breite
der Resonanzkurve in weiten Grenzen verändern kann. Das Wesen der Erfindung besteht
demgemäß darin, daß der Ab stand des Reflektors von der Schwingerrückfläche kontinuierlich
oder diskontinuierlich derart veränderlich ist, daß der Reflektor wahlweise resonanzverstärkend
oder dämpfend wirkt. Der zur Dämpfung oder Resonanzverstärkung erforderliche Abstand
hängt nicht nur von der Wellenlänge, er h.ängt auch von der Art des Reflektors in
der Weise ab, daß ein schallbarter Reflektor andere Abstände für die beabsichtigte
Wirkung verlangt als ein schallweicher Reflektor. Ferner ist auch die Größe und
Form der Schwingerrückfläche im Verhältnis zur Wellenlänge von Einfluß auf die richtige
Einstellung des Reflektorabstandes. Mit zunehmendem Abstand des Reflektors erhält
man ein periodisches Hin-und Herschwanken zwischen dämpfender und resonanzverstärkender
Wirkung, un.d zwar wiederholen sich sowohl die dämpfenden als auch die resonanzverstärkenden
Wirkungen. regelmäßig alle halbe Wellenlänge.
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Für die praktische Anwendung werden im allgemeinen nur die ersten
Stellen stärkster Dämpfung bzw. größter Resonanzverstärkung in Frage kommen. Die
Lage der ersten Dämpfungsstelle läßt sich aus den angeführten Gründen nicht durch
eine allgemein. gültige einfache mathematische Formel festlegen. Der Abstand ist
auf jeden Fall kleiner als die Wellenlänge und läßt sich durch Versuch leicht und
schnell ermitteln.
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In Interferometern hat man die Rückwirkung einer reflektierenden,
in veränderlichem Abstand von der Schwingerstrahlfläche angeordneten Platte auf
den meist piezoelektrischen Sender zu Zwecken der Wellenlängenmessung bereits ausgenutzt.
Während es sich hierbei um Messungen an stehenden Wellen handelt, bezweckt die Erfindung
bei resonanten Magnetostriktionsschwinger, die dazu dienen, fortschreitende Wellen
zu senden oder zu empfangen, die Resonanzschärfe nach Belieben zu erhöhen oder zu
erniedrigren, insbesondere einen Magnetostriktionsschwinger durch Erniedrigung der
Resonanzschärfe zum Senden und Empfangen in einem breiten Frequenzbereich geleignet
zu machen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. I einen Magnetostriktionsschwinger mitReflektor in schaubildlicher
Darstellung, Fig. 2 bis 5 Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der
Erfindung.
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Der dargestellte Magnetostriktionsschwinger ist wie üblich aus Blechlamlell,en
I aufgebaut und mit einer Wicklung 2 versehen. 3 bedeutet die Strahl-bzw. Empfangsfläche
des Schwingers. Gegenüber der Rückseite 4 des Schwingers ist in einem Abstand d
eine schallreflektierende Platte 5 angehracht. Der Abstand d des Reflektors ist
veränderlich.
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Die Kurven der Fig. 2 und 3 zeigen, wie sich die Empfindlichkeit
des Schwingers beim Arbeiten im Wasser in seiner Resonanzfrequenz bei wechselndem
Abstand d ändert. Fig. 2 bezieht sich auf einen schallweichen, Fig. 3 auf einen
schallbarten Reflektor. Es wechseln Stellen groß er Empfindlichkeit D1, D2, D3,
D4 regelmäßig miteinander ab.
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Die Empfindlichlçei.t nimmt bei geringem Abstand, wie Fig. 2 für
schaliweichen Reflektor zeigt (Moosguminipolster), mit größer werdendem Abstand
ab und erreicht an der Stellen ein Minimum. Dann wechseln bei weiterer Abstandsvergräßerung
die Maxima R1, R2, R3 usw. und Minima D1, D2, D3 usw. regelmäßig alle halbe Wellenlänge
miteinander ab, bis sich die Empfangsspannung bei etwa fünf Wellen nahezu auf einen
Mittelwert eingependelt hat, der sich beim Weglassen des Reflektors einstellt. Dieser
Wert beträgt etwa 70% von dem bei anliegendem Reflektor. Die Stellen R R2, R3 .
.. sind zugleich Stellen erhöhter Resonanzschärfe, während die Stellen D1, D2, D3
zugleich Stellen erhöhter Dämpfung sind. In den steilen Teilen der Kurven Fig. 2
zwischen den Resonanz-und Dämpfungsstellen ändern sich die Dämpfungswerte nicht
sehr stark, sondern es treten Frequenzverwerfungen auf.
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Bei Verwendung eines schallharten Reflektors ergeben sich im wesentlichen
die gleichen Wirkungen, nur liegen hierbei, wie Fig. 3 zeigt, die resonanzverstärkenden
Stellen und die Stellen erhöhter Dämpfung bei anderen Abständen, was durch die bezüglich
der Phase verschiedenen Reflexionseigenschaften des schallweichen und schallharten
Reflektors bedingt ist. Man hat es somit in der Hand, durch Veränderung des Reflektorabstandes
d das logarithmische Dekrement des Schwingers zu verändern. Fig. 4 zeigt die Resonanzkurve
eines Schwingers mit schallweichem Reflektor im Abstand d = o gemäß der Stelle Rt
in Fig. 2. Fig. 5 zeigt die Resonanzkurve des gleichen Schwingers für einen Reflektorabstand
d entsprechend der ersten Dämpfungsstelle D1 in Fig. 2.
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Die Erfindung ist nicht auf das da r ge stellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich,
insbesondere ist es möglich, die Resonanzkurve des Schwingers auch noch durch eine
Wellung des Reflektors zu beeinflussen.
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Hierdurch läßt sich die Reflexionswirkung abschwächen, so daß sich
die Schwankungen der Empfangsspannung um den Mittelwert in kleineren Grenzen halten
und die Erhöhung der Resonanzschärfe bzw. Dämpfung an den Stellen R und D geringer
wird. Es lassen sich auch mehrere Schwinger mit einem gemeinsamen Reflektor versehen.
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Um trotz des Abstandes des Reflektors ein rückwärtiges Abstrahlen
oder Empfangen zu vermeiden,
kann zusätzlich eine Abschirmung vorgesehen
werden, die so angebracht ist, daß ein seitlicher Schalleintritt bzw. Schallaustritt
verhindert wird.
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Damit diese Abschirmung die Wirkung des Reflektors nicht stört, muß
sie, insbesondere wenn die Strahlfiäche klein gegen die Wellenlänge ist, in genügendem
Abstand, d h. einem großen Abstand gegen die Wellenlänge, angebracht sein. Ist die
Strahlfläche groß gegen die Wellenlänge, so kann diese Abschirmung näher angebracht
sein, insbesondere sich unmittelbar an die Schwingerrückfläche und dlen Reflektor
anschließen, da in diesem Falle nur die Randgebiete beeinflußt werden.
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Beim Arbleiten des Schwingers in Flüssigkeiten, beispielsweise im
Wasser, treten im Falle großer Schalleistungen Kavitationserschein.un,gen auf. Bei
Kavitation an der Rückseite des Schwingers wird die Wirksamkeit des Reflektors in
Frage gestellt, weil sich im Zwischenraum zwischen Schwinger und Reflektor ein Gaspolster
ausbildet und die Wellen nicht bis. zum Reflektor gelangen. Dies läßt sich vermeiden
durch Verwendung eines der Kavitation nicht unterliegenden Stoffes im Zwischenraum
zwischen Schwingerrückseite und Reflektor, beispielsweise durch einen festen Stoff.