EP2480913A1 - Elektroakustischer wandler - Google Patents

Elektroakustischer wandler

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Publication number
EP2480913A1
EP2480913A1 EP09743838A EP09743838A EP2480913A1 EP 2480913 A1 EP2480913 A1 EP 2480913A1 EP 09743838 A EP09743838 A EP 09743838A EP 09743838 A EP09743838 A EP 09743838A EP 2480913 A1 EP2480913 A1 EP 2480913A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
electroacoustic transducer
composite
transducer according
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09743838A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Busch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlas Elektronik GmbH
Original Assignee
Atlas Elektronik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Elektronik GmbH filed Critical Atlas Elektronik GmbH
Publication of EP2480913A1 publication Critical patent/EP2480913A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/20—Arrangements of receiving elements, e.g. geophone pattern
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element

Definitions

  • the invention relates to an electroacoustic transducer according to the preamble of claim 1.
  • Streamer (DE 10 2004 038 034 A1), has a flexible, sound transparent and oil - or gel-filled tube and in the tube in the longitudinal direction spaced from each other, arranged on electroacoustic transmitting transducer, which are supported on the tube wall.
  • Each transmit transducer has an annular body, which is composed of a plurality of piezoceramic ring segments and outside carries a ring segments fixing GFRP wrapping. Each ring segment is covered on its radially oriented side surface with an electrode.
  • axially aligned electrode terminals are led out in the circumferential direction of the ring body alternately on one and the other end face of the annular body and connected there.
  • the ring body "breathes" in the radial direction, ie it expands and contracts, .patii the size of the "breathing”, ie the expansion and shrinkage of the ring body, by the size of the AC voltage and the frequency of "breathing" through the frequency of the AC voltage is determined.
  • the expansion and contraction of the toroid becomes transferred directly to the tube wall and coupled as sound pressure in the water.
  • the invention has for its object to provide an electroacoustic transducer in ring form for underwater use with a sufficiently high acoustic performance, which is characterized by small dimensions and low weight.
  • the electroacoustic transducer according to the invention has the advantage that, with the very thin composite modules, each of which consists only of an epoxide-bonded layer of extremely cross-section small piezoceramic fibers with thin electrodes lying on both sides, a small-dimension converter operating in the low-frequency range participates a maximum diameter of eg 80 mm and an axial thickness of e.g. 30 mm, which offers optimum properties for use in underwater towed antennas.
  • the acoustic power of the transducer is adjustable by the number of radially abutting, circular composite modules. Due to the small dimensions of the transducer with respect to the wavelength of the sound waves emitted by it, the transducer has an omnidirectional radiation behavior.
  • the transducer is light in weight, which makes it much easier to trim towed antennas equipped with such transducers.
  • electrically insulating material such as polyimide film
  • the electrodes of each composite module with a DC voltage are so occupied that at the adjacent electrodes on a film alternately a high and a low DC potential and on the piezoceramic fibers each other directly opposite electrodes on the two films in each case the same DC potential is, and an alternating voltage can be applied to the electrodes.
  • the composite modules can on the one hand operated with a higher DC voltage and on the other hand, a larger piezoelectric effect and thus a larger stroke of the ring body in the radial direction, based on the switched AC voltage can be achieved.
  • the larger DC voltage and the AC voltage to be applied which must always be smaller than the applied DC voltage, chosen larger and thus the acoustic power of the converter can be increased.
  • the composite modules are laminated on each other or glued to each other, wherein they advantageously result in a self-rigid ring body with low weight.
  • the annular body is seated on an elastic support, which is preferably made of reinforced with glass or carbon fibers plastic material, and preferably designed as a tube.
  • an elastic support which is preferably made of reinforced with glass or carbon fibers plastic material, and preferably designed as a tube.
  • the converter can be realized with a smaller number of composite modules arranged on one another, with which an inherent rigidity of the annular body can not be achieved.
  • the already inherently rigid ring body can be placed on such a support to increase the compressive strength of the transducer for underwater use at greater depths.
  • the transducer described has advantageous properties for use in underwater towed antennas.
  • the converter is inserted into a hose, which is advantageously widened in diameter, of the underwater towed antenna, so that the annular body lies with its circumference against the hose wall. After returning the diameter extension then the tube wall is frictionally on the ring body and fixes this safely in the predetermined position.
  • the diameter extension is preferably realized by overpressure generated in the hose.
  • the hollow ring body or the hollow carrier makes it possible to lay the underwing cables trailing the hose pulling cables and connecting cables for the converter centrally in the hose.
  • 1 is a front view of an electroacoustic transducer in perspective view
  • 2 is a plan view of an electroacoustic transducer according to a second embodiment
  • Fig. 3 in part a partially cut hose a
  • FIG. 4 is a fragmentary enlarged view of two superimposed composite modules in the electrical converter of FIG. 1 or 2, in exploded view,
  • FIG. 5 is a fragmentary perspective view of a composite layer with embedded in an electrically insulating material, cross-section small piezoceramic fibers in the composite modules of FIG. 4,
  • Fig. 6 is a same view as in Fig. 4 with modified composite modules.
  • electro-acoustic transducer 10 is preferably operated as a transmitting transducer in an underwater towed antenna, as illustrated in Fig. 3 fragmentary.
  • the transducer 10 has an annular body 11 with entrapped, piezoelectric material and this contacting electrodes and is based on its integration into the underwater towed antenna with the circumference of its annular body frictionally against the hose wall 121 of a hose 12 from.
  • To realize an elongate towed antenna several such transducers 10 are arranged in the tube 12 at an axial distance one behind the other.
  • the pull cable 13, which may also be a flexible pipe receiving the connection lines, is attached by means of spacers 14 the hose wall 121 supported.
  • the tube 12 is closed at the end and filled with an oil 15 or a gel.
  • the annular body 11 of the electroacoustic transducer 10 is composed of a plurality of superimposed in the radial direction of the annular body 11, annular flat composite modules 16, wherein the superimposed composite modules 16 are laminated or glued to each other, so that after a certain number of superimposed composite - Module 16 results in an inherent rigidity of the electro-acoustic transducer 10.
  • the innermost, annular composite module 16 is laminated or glued onto an elastic carrier 17 and the other composite modules 16 are applied thereto by lamination or gluing. This has the advantage that with a smaller number of composite modules 16, a pressure-stable transducer 10 for underwater use can be realized.
  • FIG. 1 In the embodiment of FIG.
  • the elastic support 17 is designed as a hollow ring 18 made of plastic with preferably embedded glass or carbon fibers, so that in the use of the transducer 10 in the sketched in Fig. 3 underwater antenna still pulling cable 13 and connecting cables centrally the series of the transducers 10 can be passed.
  • Each of the annular superimposed in the radial direction, annular, extending over approximately 360 °, flat composite modules 16 has axially spaced apart, extending in the circumferential direction of the annular body 11 piezoceramic fibers 19 and spaced from each other extending electrodes 20, 21 which the piezoceramic fibers 19 contact on the radially remote from each other long side.
  • Fig. 4 the development of two superimposed in the ring body 11 composite modules 16 is fragmentary and outlined in exploded view.
  • Each composite module 16 has a width b corresponding to the width of the ring body 11 and an axial length of approximately n * d, where d is the mean diameter of the ring body 11.
  • the electrodes 20, 21 are part of an electrode structure 22, 23, wherein in each case an electrode structure 22 on a flexible film 24 or 25 of electrically insulating material, for. B. on a polyimide film, applied, for example, printed.
  • the elongated finger-like electrodes 20, 21 are alternately juxtaposed and spaced apart from each other in the longitudinal direction of the film 24, 25, respectively, the electrodes 20 being at their one end across a longitudinal direction of the film 24, 25, respectively extending conductor track 26 and the electrodes 21 are connected at their one end by a likewise extending in the longitudinal direction of the film 24 or 25 extending conductor track 27, so that on each film 24 and 25, two comb-like structural parts 31, 32 are present, which one inside the other to grab.
  • the electrode structures 22, 23 are arranged on the mutually facing film surfaces of the films 24, 25.
  • the electrode structure 22 with its electrodes 20, 21 and its interconnects 26, 27 is shown in dashed lines in FIG. 4.
  • Between the two electrode structures 22, 23 extend in the longitudinal direction of the films 24, 25 extending piezoceramic fibers 19, which are aligned parallel to each other.
  • the elongated piezoceramic fibers 19 have, for example, a square or rectangular cross-section and the spaces 29 between the piezoceramic fibers 19 are provided with an electrically insulating material, for. B. with a polymer or epoxy, filled (which is not shown in Fig.
  • the two films 24, 25 are mirror-inverted with mutually facing electrode structures 22, 23 placed on the piezoceramic fibers 19, wherein only the electrodes 20, 21 of the electrode structures 22, 23 (and not the conductor tracks 26, 27) the piezoceramic fibers 19 on their opposite longitudinal sides to contact.
  • the two films 24, 25 are firmly connected to each other, so that the piezoceramic fibers 19 are encapsulated with the overlying electrode structures 22, 23 and thus protected against external influences.
  • the composite modules 16 of the type described are known and For example, in EP 1 983 584 A2 and described there as "Piezoelectric Macro-Fiber Composite Actuator".
  • a DC voltage is applied to each electrode structure 22, 23, wherein each of the structural part 31 is at a higher DC potential and the structural part 32 at a lower DC potential.
  • the electrodes 20, 21 adjacent to one another on a film 24 and 25 are alternately acted upon by a high and a low DC potential and the electrodes 20 and 21, respectively directly opposite the piezoceramic fibers 19, on the two films 24, 25 with the same DC potential.
  • the DC voltage is an AC voltage superimposed so that the former is not exceeded.
  • the expansion and contraction of the annular body 11 transmits directly to the tube wall 121 of the tube 12 and is coupled as sound pressure in the water.
  • FIG. 6 The perspective view in perspective and fragmentary shown in Fig. 6 composite modules 16, which lie directly above one another in the annular body 1 1, are constructed largely the same, so that the same components are provided with the same reference numerals. They differ from those described for Fig. 4 composite modules 16 characterized in that in the two electrode structures 22, 23 on the films 24, 25, the interconnects 26, 27 of the two structural parts 31, 32 connected to each other and to a terminal 33 (am upper film 24) and a terminal 34 (on the lower film 25) are laid. To the two terminals 33, 34, a DC voltage is superimposed with alternating voltage.
  • the electrodes 20, 21 of the electrode structure 22 arranged on the one film 24 are subjected to a high DC voltage and the electrodes 20, 21 arranged on the other film 25 are applied to a low DC voltage potential or vice versa and to all the electrodes. 20, 21 an alternating voltage is superimposed.
  • the annular body 11 will thereby perform a "breathing" in the radial direction, which are coupled as pressure waves in the surrounding medium.
  • the amplitude of the "breathing" is significantly lower than in the ring body 11, which is realized with composite modules 16 as shown in FIG.
  • the required DC voltage for the operation of the converter 10 is significantly lower.

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Abstract

Es wird ein elektroakustischer Wandler (10) angegeben, der einen piezokeramisches Material und diese kontaktierende Elektrode enthaltenden Ringkörper (11) aufweist. Zu Erzielung kleiner Abmessungen und eines geringen Gewichts des Wandlers (10) bei ausreichend hoher akustischer Leistung ist der Ringkörper (11) aus mehreren, in Radialrichtung des Ringkörpers (11) aneinanderliegenden, ringförmigen, flachen Composite-Modulen (16) zusammengesetzt. Jedes Composite-Modul (16) weist in Umfangsrichtung des Ringkörpers (11) verlaufende, axial voneinander beabstandete Piezokeramikfasern und quer dazu verlaufende, voneinander beabstandete Elektroden auf, die die Piezokeramikfasern auf deren radial voneinander abgekehrten Längsseiten kontaktieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte, flexible, einhol- und ausbringbare sowie als Wickel lagerbare, elektroakustische Sendeantenne für den Unterwassereinsatz, insbesondere als von einem Wasserfahrzeug nachgezogene Schleppantenne, einem sog. Strea- mer (DE 10 2004 038 034 A1), weist einen flexiblen, schalltransparenten und öl- oder gelgefüllten Schlauch und im Schlauch in dessen Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnete, elektroakustische Sendewandler auf, die sich an der Schlauchwand abstützen. Jeder Sendewandler weist einen Ringkörper auf, der aus einer Mehrzahl von piezokeramischen Ringsegmenten zusammengesetzt ist und außen eine die Ringsegmente fixierende GFK-Umwicklung trägt. Jedes Ringsegment ist an seiner radial ausgerichteten Seitenfläche mit einer Elektrode belegt. Zu den Elektroden führende, axiale ausgerichtete Elektrodenanschlüsse sind in Umfangsrichtung des Ringkörpers abwechselnd auf der einen und anderen Stirnseite des Ringkörpers herausgeführt und dort miteinander verbunden. Bei Aufschalten einer elektrischen Wechselspannung auf die beiden stirnseitigen Ringverbindungen der Elektrodenanschlüsse erfolgt ein Ausdehnen und Zusammenziehen der einzelnen Ringsegmente in Umfangsrichtung des Ringkörpers. Dadurch "atmet" der Ringkörper in Radialrichtung, d.h. er dehnt sich aus und zieht sich zusammen, .wobei die Größe der "Atmung", also der Aufweitung und der Schrumpfung des Ringkörpers, durch die Größe der Wechselspannung und die Frequenz der "Atmung" durch die Frequenz der Wechselspannung bestimmt ist. Die Expansion und Kontraktion des Ringkörpers wird direkt auf die Schlauchwand übertragen und als Schalldruck in das Wasser eingekoppelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektroakustischen Wandler in Ringform für den Unterwassereinsatz mit einer ausreichend hohen akustischen Leistung zu schaffen, der sich durch geringe Abmessungen und ein geringes Gewicht auszeichnet.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße, elektroakustische Wandler hat den Vorteil, dass sich mit den sehr dünnen Composite-Modulen, von denen jeder nur aus einer epoxidge- bundenen Schicht von äußert querschnittskleinen Piezokeramikfasern mit beidseitig aufliegenden, dünnen Elektroden besteht, ein im tieffrequenten Bereich arbeitender, abmessungskleiner Wandler mit einem maximalen Durchmesser von z.B. 80 mm und einer axialen Dicke von z.B. 30 mm realisieren lässt, der optimale Eigenschaften für den Einsatz in Unterwasser-Schleppantennen bietet. Die akustische Leistung des Wandlers ist durch die Anzahl der radial aneinanderliegenden, kreisringförmigen Composite-Module einstellbar. Durch die geringen Abmessungen des Wandlers gegenüber der Wellenlänge der von ihm abgestrahlten Schallwellen besitzt der Wandler ein omnidirektionales Abstrahlverhalten. Der Wandler hat nur ein geringes Gewicht, wodurch mit solchen Wandlern ausgestattete Schleppantennen sehr viel einfacher getrimmt werden können.
Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen, elektroakustischen Wandlers mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind jeweils die auf einer der Längsseiten der Piezokeramikfasern angeordneten Elektroden auf einem flexiblen Film aus elektrisch isolierendem Material, z.B. polyimiden Film, angeordnet und die beiden Filme fest miteinander verbunden. Durch diese, eine Einkapselung der Piezokeramikfasern und der Elektroden in ein elektrisch isolie- rendes Material bewirkende Verbindung der Filme ist das Composite-Modul gegen schädliche Umgebungseinflüsse, insbesondere gegen Wasser oder Öl im Unterwassereinsatz, zuverlässig geschützt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden eines jeden Composite-Moduls mit einer Gleichspannung so belegt, dass an den auf einem Film nebeneinanderliegenden Elektroden abwechselnd ein hohes und ein niedriges Gleichspannungspotential und an den an den Piezokeramikfasern einander unmittelbar gegenüberliegenden Elektroden auf den beiden Filmen ein jeweils gleiches Gleichspannungspotential liegt, und ist auf die Elektroden eine Wechselspannung aufschaltbar. Bei dieser Beschaltung des Composite-Moduls, die bei allen übereinanderliegende Composite-Modulen des Ringkörpers identisch ist, können die Composite-Module einerseits mit einer höheren Gleichspannung betrieben und kann andererseits ein größerer piezoelektrischer Effekt und damit ein größerer Hub des Ringkörpers in Radialrichtung, bezogen auf die aufgeschaltete Wechselspannung, erzielt werden. Infolge der größeren Gleichspannung kann auch die anzulegende Wechselspannung, die stets kleiner sein muss als die anliegende Gleichspannung, größer gewählt und damit die akustische Leistung des Wandlers vergrößert werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, die Elektroden eines jeden Composite-Moduls mit der Gleichspannung so zu belegen, dass an den auf dem einen Film angeordneten Elektroden ein hohes und auf den auf dem anderen Film angeordneten Elektroden ein niedriges Gleichspannungspotential liegt, wobei auf die Elektroden wiederum eine Wechselspannung aufschaltbar ist. Bei dieser Beschaltung der Composite-Module, ist es möglich, diese mit einer deutlich kleineren Gleichspannung zu betreiben. Dies wird jedoch mit einem kleineren piezoelektrischen Effekt und damit einer geringeren akustischen Leistung des Wandlers erkauft. Ein solcher Wandler kann aber dort vorteilhaft zum Einsatz kommen, wo eine kleinere Gleichspannungsversorgung gefordert wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Composite- Module aufeinander laminiert oder aufeinander geklebt, wobei sie vorteilhaft einen eigensteifen Ringkörper mit geringem Gewicht ergeben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sitzt der Ringkörper auf einem elastischen Träger, der vorzugsweise aus mit Glas- oder Kohlenstofffasern verstärktem Kunststoffmaterial hergestellt, und vorzugsweise als Rohr ausgeführt ist. Dadurch kann der Wandler mit einer geringeren Anzahl von aufeinander angeordneten Composite-Modulen realisiert werden, mit der eine Ei- gensteifigkeit des Ringkörpers nicht erzielt werden kann. Auch der bereits eigensteife Ringkörper kann auf einem solchen Träger aufgesetzt sein, um die Druckfestigkeit des Wandlers für den Unterwassereinsatz in größeren Tiefen zu vergrößern.
Der beschriebene Wandler besitzt vorteilhafte Eigenschaften für den Einsatz in Unterwasser-Schleppantennen. Hierzu wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Wandler so in einen vorteilhaft im Durchmesser aufgeweiteten Schlauch der Unterwasser-Schleppantenne eingesetzt, dass der Ringkörper mit seinem Umfang an der Schlauchwand anliegt. Nach Rückführung der Durchmessererweiterung setzt sich dann die Schlauchwand kraftschlüssig auf den Ringkörper auf und fixiert diesen sicher in der vorgegeben Position. Die Durchmessererweiterung wird vorzugsweise durch im Schlauch erzeugten Überdruck realisiert. Der hohle Ringkörper bzw. der hohle Träger ermöglicht es, die bei Unterwasser-Schleppantennen den Schlauch durchziehenden Zugseile und Anschlussleitungen für die Wandler zentral im Schlauch zu verlegen.
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Frontansicht eines elektroakustischen Wandlers in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 eine Draufsicht eines elektroakustischen Wandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ausschnittweise einen teilweise aufgeschnittenen Schlauch einer
Unterwasser-Schleppantenne mit eingesetzten Wandlern gemäß Fig. 1 ,
Fig. 4 ausschnittweise eine vergrößerte Abwicklung zweier übereinanderliegender Composite-Module im elektrischen Wandler gemäß Fig. 1 oder 2, in Explosionsdarstellung,
Fig. 5 ausschnittweise eine perspektivische Darstellung einer Composite- Schicht mit in einem elektrisch isolierenden Material eingelagerten, querschnittskleinen Piezokeramikfasern in den Composite-Module gemäß Fig. 4,
Fig. 6 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 4 mit modifizierten Composite- Modulen.
Der in Fig. 1 in perspektivischer Frontansicht dargestellte, elektroakustische Wandler 10 wird vorzugsweise als Sendewandler in einer Unterwasser- Schleppantenne betrieben, wie sie in Fig. 3 ausschnittweise illustriert ist. Der Wandler 10 weist einen Ringkörper 11 mit darin eingeschlossenem, piezoelektrischem Material und dieses kontaktierende Elektroden auf und stützt sich bei seiner Einbindung in die Unterwasser-Schleppantenne mit dem Umfang seines Ringkörpers kraftschlüssig an der Schlauchwand 121 eines Schlauchs 12 ab. Zur Realisierung einer langgestreckten Schleppantenne sind mehrere solche Wandler 10 im Schlauch 12 im Axialabstand hintereinander angeordnet. Ein üblicherweise den Schlauch 12 durchziehendes Zugseil 13 sowie hier nicht dargestellte Anschlussleitungen für die Wandler 10 sind zentral durch das hohle Innere des Schlauchs 12 hindurchgeführt. Das Zugseil 13, das auch ein flexibles, die Anschlussleitungen aufnehmendes Rohr sein kann, ist mittels Abstandshalter 14 an der Schlauchwand 121 abgestützt. Der Schlauch 12 ist endseitig geschlossen und mit einem Öl 15 oder einem Gel gefüllt.
Der Ringkörper 11 des elektroakustischen Wandlers 10 ist aus mehreren, in Radialrichtung des Ringkörpers 11 aufeinanderliegenden, ringförmigen, flachen Composite-Modulen 16 zusammengesetzt, wobei die übereinanderliegenden Composite-Module 16 aufeinander auflaminiert oder aufgeklebt sind, so dass sich nach einer bestimmten Anzahl von übereinanderliegenden Composite- Module 16 eine Eigensteifigkeit des elektroakustischen Wandlers 10 ergibt. Alternativ wird - wie dies in Fig. 2 skizziert ist - das innerste, ringförmige Composi- te-Modul 16 auf einen elastischen Träger 17 auflaminiert oder aufgeklebt und auf diesen die weiteren Composite-Module 16 durch Laminieren oder Kleben aufgebracht. Dies hat den Vorteil, dass mit einer geringeren Anzahl von Composite- Modulen 16 ein druckstabiler Wandler 10 für den Unterwassereinsatz realisiert werden kann. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der elastische Träger 17 als Hohlring 18 aus Kunststoff mit vorzugsweise eingelagerten Glas- oder Kohlenstofffasern ausgeführt, so dass bei dem Einsatz des Wandlers 10 in der in Fig. 3 skizzierten Unterwasserantenne nach wie vor Zugseil 13 und Anschlussleitungen zentral durch die Hintereinanderreihung der Wandler 10 hindurchgeführt werden können. Ein solchermaßen aufgebauter, elektroakustischer Wandler hat beispielsweise einen maximalen Außendurchmesser von d = 80 mm und eine axiale Breite b = 30 mm, besitzt ein extrem geringes Gewicht und arbeitet im tieffre- quenten Bereich.
Jedes der im Ringkörper 11 in Radialrichtung aufeinanderliegenden, ringförmigen, sich über ca. 360° erstreckenden, flachen Composite-Module 16 weist axial voneinander beabstandete, in Umfangsrichtung des Ringkörpers 11 verlaufende Piezokeramikfasern 19 und quer dazu voneinander beabstandet verlaufende Elektroden 20, 21 auf, die die Piezokeramikfasern 19 auf deren radial voneinander abgekehrten Längsseite kontaktieren. In Fig. 4 ist die Abwicklung von zwei im Ringkörper 11 übereinanderliegenden Composite-Modulen 16 ausschnittweise und in Explosionsdarstellung skizziert. Jedes Composite-Modul 16 hat eine Breite b, die der Breite des Ringkörpers 11 entspricht und eine axiale Länge von ungefähr n *d , wobei d der mittlere Durchmesser des Ringkörpers 11 ist. Bei jedem Composite-Modul 16 sind die Elektroden 20, 21 Teil einer Elektrodenstruktur 22, 23, wobei jeweils eine Elektrodenstruktur 22 auf einen flexiblen Film 24 bzw. 25 aus elektrisch isolierendem Material, z. B. auf einem polyimiden Film, aufgebracht, z.B. aufgedruckt, ist. In jeder Elektrodenstruktur 22, 23 sind die langgestreckten, fingerartigen Elektroden 20, 21 in Längsrichtung des Films 24 bzw. 25 abwechselnd nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnet, wobei die Elektroden 20 an ihrem dem einen Ende über eine in Längsrichtung des Films 24 bzw. 25 sich erstreckende Leiterbahn 26 und die Elektroden 21 an ihrem einen Ende durch eine ebenfalls in Längsrichtung des Films 24 bzw. 25 sich erstreckende Leiterbahn 27 miteinander verbunden sind, so dass auf jedem Film 24 bzw. 25 zwei kammartige Strukturteile 31 , 32 vorhanden sind, die ineinander greifen. Die Elektrodenstrukturen 22, 23 sind auf den einander zugekehrte Filmflächen der Filme 24, 25 angeordnet. Zu Visualisierung der auf der unteren Filmfläche des in Fig. 4 oberen Films 24 eines jeden Composite-Moduls 16 aufgebrachten Elektrodenstruktur 22 ist in Fig. 4 die Elektrodenstruktur 22 mit ihren Elektroden 20, 21 und ihren Leiterbahnen 26, 27 strichliniert eingezeichnet. Zwischen den beiden Elektrodenstrukturen 22, 23 erstrecken sich die in Längsrichtung der Filme 24, 25 verlaufenden Piezokeramikfasern 19, die zueinander parallel ausgerichtet sind. Die langgestreckten Piezokeramikfasern 19 weisen z.B. einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf und die Zwischenräume 29 zwischen den Piezokeramikfasern 19 sind mit einem elektrisch isolierenden Material, z. B. mit einem Polymer oder Epoxid, ausgefüllt (was in Fig. 4 der Übersichtlichkeithalber nicht dargestellt ist), so dass sich eine Composite- oder Verbundschicht 28 ergibt, wie sie in Fig. 5 ausschnittweise und perspektivisch dargestellt ist. Die beiden Filme 24, 25 sind spiegelbildlich mit einander zugekehrten Elektrodenstrukturen 22, 23 auf die Piezokeramikfasern 19 aufgelegt, wobei ausschließlich die Elektroden 20, 21 der Elektrodenstrukturen 22, 23 (und nicht die Leiterbahnen 26, 27) die Piezokeramikfasern 19 auf deren voneinander abgekehrten Längsseiten kontaktieren. Die beiden Filme 24, 25 sind fest miteinander verbunden, so dass die Piezokeramikfasern 19 mit den aufliegenden Elektrodenstrukturen 22, 23 eingekapselt und somit gegen äußere Einflüsse geschützt sind. Die Composite-Module 16 der beschriebenen Art sind bekannt und z.B. in der EP 1 983 584 A2 beschrieben und dort als "Piezoelectric Macro-Fiber Composite Actuator" bezeichnet.
Wie in Fig. 4 eingezeichnet ist, ist an jede Elektrodenstruktur 22, 23 eine Gleichspannung gelegt, wobei jeweils der Strukturteil 31 an einem höheren Gleichspannungspotential und der Strukturteil 32 an einem niedrigeren Gleichspannungspotential liegt. Damit sind die auf einem Film 24 bzw. 25 nebeneinanderliegenden Elektroden 20, 21 abwechselnd mit einem hohen und einem niedrigen Gleichspannungspotential und die an den Piezokeramikfasern 19 einander unmittelbar gegenüberliegenden Elektroden 20 bzw. 21 auf den beiden Filmen 24, 25 mit einem gleichen Gleichspannungspotential beaufschlagt. Der Gleichspannung ist eine Wechselspannung so überlagert, dass erstere nicht unterschritten wird. Infolge der anliegenden Wechselspannung führen die Piezokeramikfasern 19 in allen Composite-Modulen 16 gleichsinnige Längsdehnungen und Längskontraktionen aus, wodurch der Ringkörper 1 1 sich aufweitet und wieder zusammenzieht. Bei Einsatz in einer Unterwasserantenne gemäß Fig. 3 überträgt sich die Expansion und Kontraktion des Ringkörpers 11 direkt auf die Schlauchwand 121 des Schlauchs 12 und wird als Schalldruck in das Wasser eingekoppelt.
Die in Fig. 6 in Abwicklung perspektivisch und ausschnittweise dargestellten Composite-Modulen 16, die im Ringkörper 1 1 unmittelbar übereinanderliegen, sind weitgehend gleich aufgebaut, so dass gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Sie unterscheiden sich von denen zu Fig. 4 beschriebenen Composite-Modulen 16 dadurch, dass in den beiden Elektrodenstrukturen 22, 23 auf den Filmen 24, 25 die Leiterbahnen 26, 27 der beiden Strukturteile 31 , 32 miteinander verbunden und auf einen Anschluss 33 (am oberen Film 24) und einen Anschluss 34 (am unteren Film 25) gelegt sind. An die beiden Anschlüsse 33, 34 wird eine Gleichspannung mit überlagerter Wechselspannung gelegt. Dies hat zur Folge, dass die auf dem einen Film 24 angeordneten Elektroden 20, 21 der Elektrodenstruktur 22 mit einem hohen und die auf dem anderen Film 25 angeordneten Elektroden 20, 21 mit einem niedrigen Gleichspannungspotential oder umgekehrt beaufschlagt sind und allen Elektro- den 20, 21 eine Wechselspannung überlagert ist. Auch hier wird dadurch der Ringkörper 11 eine "Atmung" in radialer Richtung ausführen, die als Druckwellen in das umgebende Medium eingekoppelt werden. Die Amplitude der "Atmung" ist aber deutlich geringer als bei dem Ringkörper 11 , der mit Composite-Modulen 16 gemäß Fig. 4 realisiert ist. Die erforderliche Gleichspannung zum Betrieb des Wandlers 10 ist aber deutlich geringer.
Alle in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen genannten Merkmale sind erfindungsgemäß sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist daher nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Kombinationen von Einzelmerkmalen als offenbart zu betrachten.

Claims

Ansprüche
Elektroakustischer Wandler mit einem piezokeramisches Material und dieses kontaktierende Elektroden (20, 21) enthaltenden Ringkörper (11), dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringkörper (11) aus mehreren, in Radialrichtung des Ringkörpers (11) aufeinanderliegenden, ringförmigen, flachen Composite-Modulen (19) zusammengesetzt ist und jedes Composite-Ivlodul (16) axial voneinander beabstandet in Umfangsrichtung des Ringkörpers (11) verlaufende Piezo- keramikfasern (19) und quer dazu voneinander beabstandet verlaufende Elektroden (20, 21) aufweist, die die Piezokeramikfasern (19) auf deren radial voneinander abgekehrten Längsseiten kontaktieren.
Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeweils die auf einer der Längsseiten der Piezokeramikfasern (19) liegenden Elektroden (20, 21) auf einem flexiblen Film (18 bzw. 19) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet und die beiden Filme (24, 25), die Piezokeramikfasern (19) einschließend, miteinander verbunden sind.
Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroden (20, 21) eines jeden Composite-Moduls (16) mit einer Gleichspannung so belegt sind, dass an den auf einem Film (24 bzw. 25) nebeneinanderliegenden Elektroden (20, 21) abwechselnd ein hohes und ein niedriges Gleichspannungspotential und an den an den Piezokeramikfasern (19) einander unmittelbar gegenüberliegenden Elektroden (20 bzw. 21) auf den Filmen (24, 25) ein jeweils gleiches Gleichspannungspotential liegt, und dass auf die Elektroden (20, 21) eine Wechselspannung auf- schaltbar ist.
Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroden (20, 21) eines jeden Composite-Moduls (16) mit einer Gleichspannung so belegt sind, dass an den auf dem einen Film (24) angeordneten Elektroden (20, 21) ein hohes und auf den auf dem anderen Film (25) angeordneten Elektroden (20, 21) ein niedriges Gleichspannungspotential liegt, und dass auf die Elektroden eine Wechselspannung aufschaltbar ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ringförmigen Composite-Module (16) aufeinander auflaminiert oder aufgeklebt sind.
Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der aus den Composite-Modulen (16) zusammengesetzte Ringkörper (11) eigensteif ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der aus den Composite-Modulen (16) zusammengesetzte Ringkörper (11) auf einem ringförmigen, elastischen Träger (17) sitzt.
Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Träger (17) aus Kunststoff material, vorzugsweise mit eingelagerten Glas- oder Kohlenstofffasern, besteht.
Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elastische Träger (17) ein Hohlring (18) ist.
Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch seine Anordnung in einem öl- oder gelgefüllten Schlauch (12) einer Unterwasser-Schleppantenne, in dem der Ringkörper (11) sich mit seiner Umfangsfläche kraftschlüssig an der Schlauchwand (121 ) abstützt.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2516976B (en) * 2013-08-09 2016-10-12 Atlas Elektronik Uk Ltd System for producing sound waves
WO2016063126A1 (en) * 2014-10-23 2016-04-28 Cgg Services Sa Methods and systems for improved active land streamers

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3444424A1 (de) * 1984-12-06 1991-11-07 Krupp Gmbh Wandleranordnung fuer unterwasserantennen
WO1999048621A2 (en) * 1998-03-26 1999-09-30 Exogen, Inc. Arrays made from flexible transducer elements
ID29481A (id) * 1998-10-29 2001-08-30 Schlumberger Holdings Metode pembuatan suatu pita gelombang laut
US6310427B1 (en) * 2000-05-03 2001-10-30 Bae Systems Aerospace Inc. Connecting apparatus for electro-acoustic devices
DE102004038034A1 (de) * 2004-08-05 2006-02-23 Atlas Elektronik Gmbh Elektroakustische Sendeantenne

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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See references of WO2011035747A1 *

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