EP0655156A1 - Ultraschallwandler. - Google Patents

Ultraschallwandler.

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EP0655156A1
EP0655156A1 EP93917707A EP93917707A EP0655156A1 EP 0655156 A1 EP0655156 A1 EP 0655156A1 EP 93917707 A EP93917707 A EP 93917707A EP 93917707 A EP93917707 A EP 93917707A EP 0655156 A1 EP0655156 A1 EP 0655156A1
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EP
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ultrasonic transducer
incision
transducer according
adaptation
depth
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Rudolf Thurn
Klaus Busch
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic transducer with a piezoelectric transducer element, which is provided with a rotationally symmetrical, disc-shaped ⁇ / 4 adaptation body.
  • An ultrasonic transducer of the type mentioned above is known from DE-PS 39 11 047.
  • the vibrations are influenced by small changes in the diameter of the main surface of the adaptation body, based on the diameter of the piezoceramic transducer element, in order to improve its efficiency and its radiation characteristic with small dimensions of the ultrasound transducer.
  • the print can also be seen that even small changes in the shape of the peripheral wall of the adapter body can significantly change the vibrations.
  • a straight line is specified as the configuration of the side line of the circumferential surface, which diverges or converges, so that the diameter of the main surface of the adapter body deviates slightly from the main surface of the piezoceramic transducer element.
  • Slightly positive or slightly negative curved side lines are also considered to be advantageous depending on the thickness of the adaptation body and the diameter of the transducer element in order to achieve a relatively centered high sound pressure.
  • the resulting amplitude distribution has a relative minimum in the central area of the radiation area. The amplitude increases in the radial direction, has its maximum at approximately half the radius and falls steeply towards the edge. This form of vibration results in losses in the attainable sound pressure and associated sound cone shapes have significant side ⁇ to cull that can lead functions in practice to disturbances and Friedfunk ⁇ .
  • the invention has for its object to provide an Ultra ⁇ sound transducers of the above type, in which with a small design due to an improved waveform with the least possible loss of a high sound pressure he ⁇ ranges and in which the side lobe suppression better than - 30 dB.
  • the A / 4 adaptation body has an incision on its peripheral surface and / or on its rear surface facing the transducer element. A particularly good radiation behavior is achieved if the incision has a depth of up to a quarter of the disk diameter of the adapter body .
  • Such ultrasonic transducers are forlot ⁇ len use with good acoustic properties and the Be ⁇ floating in the air surrounding medium particularly suitable.
  • the peripheral surface has a circular cylindrical contour outside the incision.
  • it is shaped in a simple to produce slices ⁇ circular cylindrical undsk ⁇ rper the notch later in the order circumferential surface z. B. milled in.
  • the order circumferential surface a notch at least of such Tie fe in that this at un ⁇ equally large circular surfaces at the top and underside of the ⁇ / O matching element which in this hineinproj ied gedach ⁇ te, of smaller circumferential surface intersecting cylinder surface.
  • the piezoelectric transducer element has a main face of the diameter D in the direction Kleinabstrah- development of the ultrasonic vibrations and has the this to ⁇ facing underside circular surface of the / 4 matching element has a diameter between 0, 9 D and 1, 2, D, is in the Variation of this parameter in connection with the shape and depth of the incision enables a particularly effective vibration shape.
  • the effect of the incision with regard to the acoustic properties is particularly good if the depth of the incision is 0.05-0.15 from the disk diameter of the adaptation body. If the entire ultrasound transducer is provided with a foam covering without the side of the adaptation layer facing the sonicating medium, this also prevents contamination in the area of the incision with the depressions and corners.
  • the front surface of the ultrasound transducer remains flat, which has the advantage of good cleanability when the transducer is dirty and its optically better appearance.
  • the foam covering is made of polyurethane, the elastic damping of the ultrasonic transducer which is primarily aimed at with this foam covering is extremely good.
  • an embodiment in which the incision on the rear surface of the adapter body is designed as a cylindrical recess is particularly favorable with regard to the radiation characteristic and is simple to manufacture.
  • An equally effective and simple alternative is when the incision on the rear surface of the adapter body is in the form of concentric, annular grooves with a depth of up to a maximum of half the thickness of the adapter body.
  • FIG. 1 shows an ultrasonic transducer according to the invention in section
  • FIG. 2 shows the shape of the acoustic lobe of the ultrasonic transducer according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows the shape of the vibration on the radiation surface of the ultrasonic transducer according to FIG. 1
  • FI G 4 is an ultrasonic transducer with a rectangular incision on the circumferential surface
  • FIG. 5 is an ultrasonic transducer with a trapezoidal incision on the peripheral surface
  • FI G 6 is an ultrasonic transducer with a triangular incision
  • FI G 7 is an ultrasonic transducer with a cylindrical recess on the rear surface of the adapter body
  • FI G 8 is an ultrasonic transducer with annular grooves on the rear surface of the adapter body.
  • the piezoceramic 1 shows an ultrasonic transducer according to the invention with a disk-shaped piezoceramic 1, which is glued over its main surface 7 to a rotationally symmetrical, disk-shaped t / 4 adaptation body 2 over its circular surface 8 on its underside.
  • the circular-cylindrical t ⁇ / 4 adaptation body 2 has a rectangular groove 4 on its peripheral surface 3 a depth 5 from
  • the diameter d of the adaptation body 2 s consisting of syntactic foam corresponds to that of the piezoceramic 1.
  • the adaptation body 2 has the following material data: density 580 kg / m 3 , elastic modulus 2150 N / mm * and a transverse contraction of 0.285.
  • the ultrasonic transducer according to FIG. 1 results in the sound lobe shape according to FIG. 2, which can be described as practically free of side lobes, since only side lobes with a vibration amplitude reduced by more than -30 dB compared to the main lobe occur.
  • the incision 4 in the ⁇ / 4 adaptation body 2 is groove-shaped as well as in FIG. 1, but here the underside circular surface 8 of the adaptation body 2 projects beyond the main surface 7 of the piezoceramic 1, which means that Influence on the optimal shape and position of the groove 4 with respect to the vibration shape.
  • the incision 4 in the circumferential surface 3 of the circular cylindrical / 4-adaptation body 2 is trapezoidal.
  • the lateral surface of the adaptation body 2, into which the incision 4 is incorporated, can also have a conical side line. This shows e.g. 6, where the incision 4 is triangular and the emitting surface has a larger diameter than the surface of the adapter body glued to the piezoceramic 1.
  • the incisions 4 can have a polygonal design or can also be designed as round recess shapes. They can be incorporated in the circumferential surfaces 3 of circular-cylindrical or conical disks as adaptation bodies 2, their diameters on the bonding surface with the piezoceramic of diameter D is preferably between 0.9 x D and 1.2 x D.
  • the exact geometry of the profiling which results in the optimal waveform according to FIG. 3, depends on the mechanical material data and external dimensions of the piezoelectric transducer element 1 and the adapter body 2, which also predetermines the order of magnitude of the desired operating frequency. It must be readjusted and optimized for every combination of material data and external dimensions as well as for the desired deflection shape.
  • a narrow sound beam without side lobes is advantageous.
  • an amplitude distribution in the form of a Gaussian bell curve can be generated on the radiation surface with a maximum deflection in the center of the radiation surface and a continuously decreasing amplitude towards the edge.
  • the Gauss curve is the form of deflection that leads to sound beams that are completely free of side lobes.
  • the converters with optimized lateral incisions as shown in FI G 2, have extremely weak side lobes.
  • a side lobe suppression of -30 to -40 dB can be achieved.
  • Gaussian curves with different slope can be created, which simultaneously changes the - 3 dB width of the main sound lobe.
  • a steep drop corresponds to a wider club, a flatter curve, however, a very narrow club.
  • the opening angles that can be set are between about 8 * and 25 ".
  • the Gaussian, in-phase vibration distribution also increases the transmission factor, i.e. the ratio between the chip of the received echo signal to the associated transmission voltage at a certain distance, by up to a factor of 5 compared to an identical transducer without this lateral profiling.
  • the ultrasonic sensor is embedded in elastic damping material, preferably polyurethane, which at the same time prevents contamination of the lateral contour with its recesses and corners in the area of the incisions.
  • ultrasonic transducers with almost ideal, i.e.. Side-beam-free radiation characteristics can be easily produced in a small design. This is achieved using conventional components for ultrasonic transducers by profiling the circumferential surface of the adapter body by means of an incision suitable in shape and depth.

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Abstract

Für industrielle Anwendung besteht der Bedarf an Ultraschallwandlern in kleiner Bauform mit zugleich nebenkeulenarmer Abstrahlcharakteristik. Diese Forderung wird erfüllt durch einen Ultraschallwandler in konventioneller Bauweise mit einem piezoelektrischen Wandlerelement (1), das über seine Hauptfläche (7) mit einem scheibenförmigen μ/4-Anpassungskörper (2) verklebt ist, wobei erfindungsgemäß die Umfangsfläche (3) des μ/4-Anpassungskörpers mit einem Einschnitt (4) geeigneter Tiefe (5) profiliert ist.

Description

Ultraschallwandler
Die Er findung be trifft einen Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen Wandlerelement, das mit einem rotations¬ symmetrischen, scheibe nförmigen λ /4-Anpassungskδrper ver¬ sehen ist.
Ein Ultraschallwandler der obengenannten Art ist aus der DE-PS 39 11 047 bekannt. Bei diesem werden durch kleine Än¬ derungen im Durchmesser de r Hauptfläche des Anpassungskör¬ pers , bezogen auf den Durchmesser des piezokeramischen Wand- lerelementes , die Schwingungen beeinflußt , um bei kleiner Dimensionierung des Ultraschallwandlers seinen Wirkungsgrad und seine Abstrahlcharakteristik zu verbessern. Ebenfalls ist der Druckschri ft zu entnehmen, daß auch kleine Formände¬ rungen der Umfangswand des Anpassungskörpers die Schwingun- gen erheblich ändern können. Als Konfiguration der Seitenli¬ nie der U fangsfläche wird eine Gerade angegeben , die diver¬ giert oder konvergiert, so daß der Durchmesser der Haupt flä¬ che des Anpassungskörpers geringfügig von der Haupt fläche des piezokeramischen Wandlerelementes abweicht. Auch leicht positiv oder leicht negativ gekrümmte Seitenlinien werden abhängig von der Dicke des Anpassungskörpers zum Durchmesser des Wandlerelementes als vorteilhaft angesehen, um einen re¬ lativ zentrierten hohen Schalldruck zu er reichen. Allerdings weist bei einem solchen Ultraschallwandler die sich ergeben- de Amplitudenverteilung ein relatives Minimum im zentralen Bereich der Abstrahlfläche auf . In radialer Richtung steigt die Amplitude an , hat ih r Maximum bei etwa dem halben Radius und fäl lt zum Rand hin steil ab . Durch diese Schwingungsform ergeben sich Einbußen beim erreichbaren Schalldruck und die damit verbundenen Schallkeulenformen weisen deutliche Neben¬ keulen auf , die im Praxiseinsatz zu Störungen und Fehlfunk¬ tionen führen können.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , einen Ultra¬ schallwandler der obengenannten Art zu schaffen , bei dem bei kleiner Bauform aufgrund einer verbesserten Schwingungsform mit möglichst geringen Einbußen ein hoher Schalldruck er¬ reicht wird und bei dem die Nebenkeulenunterdrückung besser als - 30 dB ist. Zur Lösung dieser Aufgabe weist der A /4- Anpassungskörper an seiner Umfangsfläche und/oder an seiner dem Wandlerelement zugewandten , rückseitigen Fläche einen Einschnitt auf . Ein be sonders gutes Abstrahlverhalten wird erreicht, wenn der Einschnitt eine Tiefe bis maximal ein Viertel vom Scheibendurchmesser des Anpassungskörpers auf¬ weist. Derartige Ultraschallwandler sind für den industriel¬ len Einsatz mit guten akustischen Eigenschaften und dem Be¬ trieb im Umgebungsmedium Luft besonders geeignet. Bei einer einfach zu fertigenden Ausführungsform weist die Umfangsflä- ehe außerhalb des Einschnitts eine kreiszylindrische Kontur auf . Hierbei wird in einem einfach herzustellenden scheiben¬ förmigen, kreiszylindrischen Anpassungskδrper der Einschnitt nachträglich in die Um fangsfläche z. B . eingefräst . Um eine möglichst günstige , d . h. mit wenigen Verlusten behaftete Schwingungsform zu erreichen, weist die Um fangsfläche einen Einschnitt mindestens solcher Tie fe auf , daß dieser bei un¬ gleich großen Kreisflächen an Ober- und Unterseite des λ /A-Anpassungskörpers die in diesen hineinproj iziert gedach¬ te, von der kleineren Kreisfläche ausgehende Zylindermantel- fläche schneidet. Weist das piezoelektrische Wandlerelement eine Hauptfläche vom Durchmesser D in Richtung Hauptabstrah- lung der Ultraschallschwingungen auf und hat die dieser zu¬ gewandte unterseitige Kreisfläche des /4-Anpassungskörpers einen Durchmesser zwischen 0 , 9 D und 1, 2 D, wird bei der Variation dieses Parameters in Verbindung mit der Form und Tiefe des Einschnitts eine besonders wirksame Schwingungs¬ form ermöglicht. Die Wirkung des Einschnitts im Hinblick auf die akustischen Eigenschaften ist be sonders gut, wenn die Tiefe des Einschnitts 0 , 05 - 0 , 15 vom Scheibendurchmesser des Anpassungskδrpers beträgt. Ist der gesamte Ultraschall¬ wandler ohne die dem beschallenden Medium zugewandte Seite der Anpaßschicht mit einer Schaumumhül lung versehen, so wird hiermit auch eine Verschmutzung im Bereich des Einschnitts mit den Vertiefungen und Ecken vermieden . Zugleich bleibt hierbei die Frontfläche des Ultraschallwandlers unverändert plan, was den Vorteil der guten Reinigungsfähigkeit bei Ver¬ schmutzung des Wandlers sowie sein optisch besseres Aussehen mit sich bringt. Besteht die Schaumumhüllung aus Polyurethan, so ist die mit dieser Schaumumhüllung vor allem angestrebte elastische Dämpfung des Ultraschallwandlers außerordentlich gut . Bei Verwendung des Ultraschallwandlers im Umgebungsme¬ dium Luft wird das Impedanz-Anpassungsproblem, daß zwischen dem zu Schwingungen angeregten piezokeramischen Wandlerele- ment und der Luft besteht , vorteilhaft gelöst, wenn der /4-Anpassungskörper aus syntaktischem Schaum besteht.
Besonders günstig hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik und einfach in der Herstellung ist eine Ausführungsform , bei der der Einschnitt an der rückseitigen Fläche des Anpassungs¬ körpers als zylinderförmige Aussparung ausgeführt ist. Eine ebenso wirkungsvolle und einfache Alternative besteht, wenn der Einschnitt an der rückseitigen Fläche des Anpassungskör¬ pers in Form von konzentrischen, ringförmigen Rillen mit einer Tiefe bis maximal der Hälfte der Dicke des Anpassungs¬ körpers besteht.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im fol¬ genden näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 einen erfindungsgemaßen Ultraschallwandler im Schnitt , FIG 2 die Schallkeulenform vom Ultraschallwandler nach FIG 1 , FIG 3 die Schwingungsform auf der Abstrahloberfläche vom Ultraschallwandler nach FIG 1 ,
FI G 4 einen Ultraschallwandler mit rechteckfδrmige Ein¬ schnitt an der Um fangsfläche , FIG 5 einen Ultraschallwandler mit trapez förmigem Einschnitt an der Umfangsfläche, FI G 6 einen Ultraschallwandler mit dreieckfδrmigem Einschnitt. FI G 7 einen Ultraschallwandler mit zylinderförmiger Ausspa¬ rung an der rückseitigen Fläche des Anpassungskδrpers , FI G 8 einen Ultraschallwandler mit ringförmigen Rillen an der rückseitigen Fläche des Anpassungskδrpers.
FIG 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler mit einer scheibenförmigen Piezokera ik 1, die über ihre Haupt¬ fläche 7 mit einem rotationssymmetrischen, scheibenförmigen t /4-Anpassungskörper 2 über dessen unterseitige Kreisfläche 8 verklebt ist . Die Piezokeramik 1 hat einen Durchmesser D = 32.4 mm und eine Scheibendicke h. = 6 mm . Sie besitzt folgende Werkstof fdaten: Dichte 7600 kg/m3 , Elastizitätsmodul 65000 N/mm2 und eine Querkontraktion von 0 , 29. De r kreiszy¬ lindrische tλ /4-Anpassungskδrper 2 weist an seiner Umfangs- fläche 3 eine rechteckförmige Nut 4 mit einer Tie fe 5 vom
Betrag 3 t„ n = 3.8 mm und einer Höhe von h„ n = 4.5 mm als Ein- schnitt auf , wobei die Nut 4 von der oberseitigen Kreisfläche , d . h . von der Abstrahlfläche des Anpassungskδrpers 2 einen
Abstand a„ n = 2.4 mm hat und die Scheibendicke h s„ = 8.8 mm beträgt. Der Durchmesser d des aus syntaktischem Schaum be¬ stehenden Anpassungskörpers 2 s timmt mit dem der Piezokeramik 1 überein. Der Anpassungskörper 2 weist folgende Werkstoffda¬ ten auf : Dichte 580 kg/m3 , Elastizitätsmodul 2150 N/mm* und eine Querkontraktion von 0.285. Für den Ultraschallwandler nach FIG 1 ergibt sich die Schall¬ keulenform gemäß FIG 2 , die als praktisch nebenkeulenfrei be¬ zeichnet werden kann , da nur Nebenkeulen mit um mehr als - 30 dB gegenüber der Hauptkeule reduzierter Schwingungsam- plitude auftreten. Dieses außerordentlich günstige Verhalten ist der Profilierung der Zylindermantelfläche zu verdanken , die eine Schwingungsmode mit nahezu idealer Schwingungsampli¬ tudenverteilung auf der Abstrahlfläche des λ/4-Anpassungs- körpers 2 gemäß FIG 3 zur Folge hat. Hierin ist auf der Or- dinate die Amplitude und auf der Abzisse die Längserstrek- kung der Abstrahlfläche , d . h. ihr Durchmesser 4 aufgetragen.
Die FIG 4 , 5 , 6 zeigen weitere Ausführungsformen der erfin¬ dungsgemäßen Wandlerform . Beim Ultraschallwandler nach FIG 4 ist der Einschnitt 4 in dem ^ /4-Anpassungskδrper 2 zwar ebenso wie in FIG 1 nutförmig , jedoch steht hier die unter¬ seitige Kreisfläche 8 des Anpassungskörpers 2 über die Haupt¬ fläche 7 der Piezokeramik 1 hinaus , was einen Einfluß auf die hinsichtlich der Schwingungsform optimale Form und Lage der Nut 4 hat. Bei der in FI G 5 dargestellten Ausführungsform des Ultraschallwandlers ist der Einschnitt 4 in der Umfangs¬ fläche 3 des kreiszylindrischen /4-Anpassungskörpers 2 t ra¬ pezförmig . Auch kann die Mantelfläche des Anpassungskδrpers 2 , in die der Einschnitt 4 eingearbeitet ist , eine konisch verlaufende Seitenlinie haben . Dies zeigt z .B . FIG 6, wo der Einschnitt 4 dreieckf δrmig gestaltet ist und die Abstrahlflä¬ che gegenüber der mit der Piezokeramik 1 verklebten Oberflä¬ che des Anpassungskδrpers einen größeren Durchmesser aufweist .
Die Einschnitte 4 können mehreckig gestaltet oder auch als runde Vertiefungsformen ausgeführt sein. Sie können in Um- fangsflächen 3 von kreiszylindrischen oder konischen Scheiben als Anpassungskörper 2 eingearbeitet sein, deren Durchmesser an der Verklebungsflache mit der Piezokeramik vom Durchmesser D vorzugsweise zwischen 0 , 9 x D und 1, 2 x D beträgt.
Die exakte Geometrie der Profilierung , die die optimale Schwingungsform nach FIG 3 ergibt , hängt von den mechanischen Werkstoffdaten und Außenabmessungen des piezoelektrischen Wandlerelements 1 und des Anpassungskörpers 2 ab , wodurch auch die Größenordnung der gewünschten Betriebs frequenz vor¬ bestimmt wird . Sie muß für jede Kombination von Werkstoffda- ten und Außenabmessungen sowie für die gewünschte Auslen¬ kungsform neu abgestimmt und optimiert werden.
In der Mehrzahl der Anwendungsfälle ist eine schmale Schall¬ keule ohne Nebenkeulen vorteilhaft . Mit den erfindungsgemäs- sen seitlichen Einschnitten kann auf der Abstrahlfläche eine Amplitudenverteilung von der Form einer Gaußschen Glockenkur¬ ve erzeugt werden mit maximaler Auslenkung im Zentrum der Ab¬ strahlfläche und zum Rand hin stetig abf allender Amplitude. Die Gauß-Kurve ist nach der Theorie die Auslenkungsform , die zu völ lig nebenkeulenfreien Schallkeulen führt. In der Praxis weisen die Wandler mit optimierten seitlichen Einschnitten , wie in FI G 2 dargestellt, extrem schwach ausgeprägte Neben¬ keulen auf . Je nach Ausführungsform läßt sich eine Nebenkeu¬ lenunterdrückung von - 30 bis - 40 dB erreichen.
Mit der Form des Einschnitts in der Mantelfläche können Gauß- Kurven mit unterschiedler Flankensteilheit erzeugt werden , wodurch gl eichzeitig die - 3 dB-Breite der Hauptschallkeule verändert wird . Dabei entspricht einem steilen Abfall eine breitere Keule , einem flacheren Kurvenverlauf dagegen eine sehr schmale Keule. Die damit einstellbaren Öffnungswinkel liegen zwischen etwa 8* und 25" . Durch die gaußför ige, gleichphasige Schwingungsverteilung erhöht sich zugleich das Übertragungsmaß, d .h . das Verhältnis zwischen der Span- nung des empfangenen Echosignals zu der zugehörigen Sende¬ spannung bei einem bestimmten Abstand , um bis zu Faktor 5 gegenüber einem gleichen Wandler ohne diese seitliche Profi¬ lierung.
Mit der Form der seitlichen Profilierung können aber auch andere als gaußförmige Amplituden- und Phasenverteilungen auf der Abstrahlfläche erzeugt werden. Die Schallkeule und das Übertragungsmaß können in weiten Grenzen variiert werden, um einen für den j eweiligen Anwendungsfall "maßgeschneider¬ ten" Ultraschallsensor zu schaffen. Der der Erfindung zugrun¬ de liegende Gedanke besteht darin , durch Konturierung an der Seitenfläche mit Einschnitten 4 vorteilhafte Verbesserungen auf der schallabstrahlenden Frontfläche zu erreichen. Die Frontfläche, d .h. die Schallabstrahlfläche selbst bleibt da¬ bei unverändert plan und läßt sich zur Erzielung einer guten Optik bei Verschmutzung leicht reinigen. Der Ultraschallsen¬ sor wird bis auf die Abstrahlfläche in elasti sches Dämpfungs¬ material, vorzugsweise Polyurethan, eingebettet, was zugleich die Verschmutzung der seitlichen Kontur mit ihren Vertiefun¬ gen und Ecken im Bereich der Einschnitte verhindert.
Mit der vorliegenden Erfindung sind Ultraschallwandler mit nahezu idealer, d .h . nebenkeulenfreier Abstrahlcharakteristik auf einfache Weise in kleiner Bauform herstellbar. Dies wird unter Benutzung von konventionellen Bauelementen für Ultra¬ schallwandler erreicht, indem die Umfangsfläche des Anpas¬ sungskörpers durch einen in Form und Tiefe geeigneten Ein¬ schnitt profiliert wird .
Nicht nur durch Konturierungen an der Umfangsfläche 3 des Anpassungskörpers 2, sondern auch durch Einschnitte 9, 10, 11 an seiner der Piezokeramik zugewandten, rückseitigen Fläche 8 gemäß FIG 7 und 8 kann das Abstrahlverhalten des Ultraschall- wandlers verbessert werden. In FIG 7 ist an der rückseitigen Fläche 8 eine zylinderfδrmige Aussparung 9 vorgesehen. Bei dem in FIG 8 dargestellten Ultraschallwandler bestehen die Einschnitte auf der rückseitigen Fläche 8 des Anpassungskör- pers 2 in Form von konzentrischen, ringförmigen Rillen 10, 11. Ein besonders günstiges Abstrahlverhalten läßt sich bei Kombination von seitlichen und rückseitigen Profilierungen des Anpassungskörpers erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen scheiben¬ förmigen Wandlerelement (1), das mit einem rotationssym e- trischen, scheibenförmigen A /4-Anpassungskδrper (2) versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der A /4-Anpassungskδrper (2) an seiner Umfangsfläche (3) und/oder an seiner dem Wandlerelement (1) zugewandten, rück¬ seitigen Fläche (8) einen Einschnitt (4, 9, 10, 11) aufweist, daß der Einschnitt (4) an der Umfangsafläche (3) eine Tiefe (5) bis maximal ein Viertel vom Scheibendurchmesser (6) des Anpassungskörpers (2) aufweist.
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umfangsfläche (3) außerhalb des Einschnitts (4) der Mantelfläche eines Kreis¬ zylinders entspricht.
3. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umfangsfläche (3) einen Einschnitt (4) mindestens solcher Tiefe (5) aufweist, daß dieser bei ungleich großen Kreisflächen an Ober- und Unterseite des λ /4-Anpassungskörpers (2) die in diesen hineinprojeziert gedachte, von der kleineren Kreisfläche ausgehende Zylindermantelfläche schneidet.
4. Ultraschallwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das piezoelektrische Wandlerelement (1) einen Durchmesser D auf- weist und daß die dem Wandlerelement (1) zugewandte unter¬ seitige Kreisfläche (8) des /. /4-Anpassungskörpers (2) einen Durchmesser zwischen 0,8 x D und 1,2 x D hat.
5. Ultraschallwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tie¬ fe des Einschnitts (4) 0.05 - 0.15 vom Scheibendurchmesser (6) des Anpassungskδrpers (2) beträgt.
6. Ultraschallwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der ge¬ samte Ultraschallwandler ohne die dem zu beschallenden Medium zugewandte Seite des Anpassungskörpers (2) mit einer Schau - Umhüllung versehen ist.
7. Ultraschallwandler nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaumumhüllung im wesentliche aus Polyurethan besteht.
8. Ultraschallwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der λ /4-Anpassungskörper (2) aus syntaktischem Schaum besteht.
9. Ultraschallwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Einschnitt an der rückseitigen Fläche (8) des Anpassungskör¬ pers (2) als zylinderförmige Aussparung (9) mit einer Tiefe bis maximal der Hälfte der Dicke des Anpassungskörpers (2) ausgeführt ist.
10. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Einschnitt (4) an der rückseitigen Fläche (8) des Anpas- sungskδrpers (2) in Form von konzentrischen, ringförmigen Rillen (10, 11), mit einer Tiefe bis maximal der Hälfte der Dicke des Anpassungskörpers (2) besteht.
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