EP2622878A1 - Mikrophon unter verwendung eines magnetoelastischen effekts - Google Patents

Mikrophon unter verwendung eines magnetoelastischen effekts

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Publication number
EP2622878A1
EP2622878A1 EP11770077.3A EP11770077A EP2622878A1 EP 2622878 A1 EP2622878 A1 EP 2622878A1 EP 11770077 A EP11770077 A EP 11770077A EP 2622878 A1 EP2622878 A1 EP 2622878A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
coil
ferromagnetic material
transducer
vibration body
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11770077.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carl Udo Maier
Jochen Ostermaier
Kay Uwe Seemann
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2622878A1 publication Critical patent/EP2622878A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R15/00—Magnetostrictive transducers

Definitions

  • the present invention relates to a microphone according to the preamble of the main claim and to a method according to the preamble of the independent claim.
  • Microphone is a sound transducer that converts airborne sound as sound pressure oscillations into corresponding changes in an electrical quantity as a microphone signal.
  • sensors examples play, on the basis of piezoelectric elements, inductive Senso ⁇ reindeer, capacitive sensors for use.
  • Such generated microphones should be able to be used in particular with low-frequency sound or pressure changes.
  • ambient noise should be so low that such microphones, especially as a stethoscope can be used.
  • the object is achieved by a device according to the main claim and a method according to the independent claim.
  • a device namely a microphone for the conversion of sound waves is provided in an electrical variable.
  • the microphone is characterized as ⁇ by that, at least one acoustically coupled to the sound waves oscillatory ferromagnetic material, in particular ⁇ sondere as a membrane is provided and that at least one with the material inductively coupled magneto ⁇ elastic transformer for transforming in permeability of the Material is provided in the electrical variable.
  • a method corresponding to the device is claimed.
  • Basis is a ferromagnetic material that is generated schwingfä ⁇ hig.
  • the ferromagnetic material is provided acoustically coupled in such a way that it is excited to oscillate by the sound waves to be converted.
  • the ferromagnetic material undergoes by the vibrations train ⁇ forces. Due to the mechanical deformations, the permeability changes in the ferromagnetic material. If a transducer or sensor is placed over the ferromagnetic material according to the magnetoelastic principle, it can detect the permeability changes.
  • At least one inductively coupled to the ferromagnetic material coil may be provided for the conversion of Permeabili ⁇ tuschs selectedung the ferromagnetic material into an electrical variable.
  • a sensor in a microphone according to the invention uses the so-called magnetoelasticity, as a property of ferromagnetic materials, such as iron, nickel and most steels. Such a substance undergoes a compressive or tensile forces, changed ⁇ be changed its permeability to magnetic fields, the so-called. Permeability. The reason lies in the fact that each ferromagnetic body has a preferred direction for the Magnetisie ⁇ tion, the so-called magnetic anisotropy, which is closely related to the permeability.
  • This pre ⁇ preferred direction is determined by the orientation of the magnetic smallest units, the elementary magnets or white-rule areas.
  • the shape of the material changes and thus influences the position of the elementary magnets and thus also the permeability.
  • the opposite effect is called magnetostriction.
  • At least one inductively coupled to the ferromagnetic material coil changes their inductance in Permeabili ⁇ tuschs SENSES of the ferromagnetic material.
  • Such changes in inductance cause changes in impedance that affect electrical RICAL SIZES, such as AC or Wech ⁇ sellid are affected according to the detected sound.
  • That the ferromagnetic material is inductively coupled to the coil means that the coil generates an alternating magnetic field, whose field lines penetrate into the ferromagnetic ⁇ specific material and return to the coil whose inductance changes according to the Permeabilticianstechnike ⁇ requirements.
  • Such inductance changes cause changes in impedance and, for example, voltage changes corresponding to the sound waves.
  • the magnetoelastic effect makes it possible to build microphones that can also be used for low-frequency sound or pressure changes. If this Mirkophon beispielswei ⁇ se used as a stethoscope, ambient noise disturbing little, since only the mobility and thus the permeability ⁇ change of the membrane are detected.
  • the ferromagnetic material can be produced as a strip which can be fastened on a membrane.
  • the strip of ferromagnetic material may be glued to the membrane.
  • a ferromagnetic material may be produced as a membrane that vibrates when excited by sound. A membrane experiences by the acoustic vibrations tensile forces which countries the permeability in the ferromagnetic material ⁇ changed.
  • the magnetoelastic transducer may be positioned at a distance from the membrane. Positioning the magneto-elastic sensor ei ⁇ nem small distance above the membrane, boosts a physical distance dependence of magnetoelasti ⁇ rule the effect signals. According to a further advantageous embodiment of the magneto-elastic transducer or magneto-elastic sensor can min ⁇ least comprise a coil.
  • the at least one coil may be provided by at least one receiving coil, the penetrating magneti ⁇ shock in a field of a transmitting coil generated and the ferromagnetic material can be interwoven.
  • a microphone used may use two coils to detect permeability changes.
  • a transmitting coil can generate a magnetic alternating field. The field lines of this alternating field can penetrate into the ferromagnetic material and return again via a yoke segment.
  • On the yoke segment there may be a receiving coil whose inductance may change as the permeability of the ferromagnetic material changes. These inductance changes can cause the converted electrical quantities by impedance changes.
  • a plurality of yoke segments with receiving coils arranged thereon can be used, the inductance of which changes according to the permeability changes and can be detected by means of impedance measurements.
  • the ferromagnetic material can be produced as a strip-shaped membrane, which can be fixed at one end and acoustically coupled at one end to an additional vibration body at one point.
  • the strip-shaped membrane may be acoustically coupled to the additional vibration body by means of a needle.
  • the magnetoelastic transducer can be generated as at least one coil wrapping the strip ⁇ shaped membrane.
  • the ferromagnetic material may be magnetically biased by another coil surrounding the strip-shaped membrane.
  • the additional vibration body may be another membrane.
  • the additional vibration body to be a body whose structure-borne sound is to be detected, wherein the acoustic coupling can be generated by means of direct placement of the needle on the body.
  • a multiplicity of the microphones according to the invention can be placed flat on a vibrating body.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN device
  • Figure 2 shows a second embodiment of a erfindungsge MAESSEN device
  • Figure 3 shows a third embodiment of a erfindungsge MAESSEN device
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of a erfindungsge MAESSEN device
  • Figure 5 shows a fifth embodiment of a erfindungsge MAESSEN device
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • the device is a microphone for converting sound waves into an electrical quantity, in special exchange size.
  • a ferromagnetic material 1 is generated as a diaphragm 5 which vibrates when excited by the sound to be converted. It can also be a strip of ferroelectric material 1 attached to the membrane 5, in particular glued be.
  • the membrane 5 experiences tensile forces by means of the vibrations. Due to the mechanical deformation changes in the ferromagnetic material 1 Permeabili ⁇ ity. If a sensor is positioned on the membrane 5 according to the magnetoelastic principle, it can detect the permeability changes. Hereinafter, such a sensor is referred to as a magnetoelastic transducer 2.
  • a transducer 2 acting according to the magnetoelastic principle can in particular be at least one coil 3 inductively coupled to the material 1 for the purpose of converting permeability changes of the material 1 into electrical size.
  • the left side of Figure 1 shows a cross section of the first embodiment of the microphone and the right side of the figure 1 shows a plan view of the microphone ⁇ .
  • the magnetoelastic transducer 2 is positioned directly on the membrane 5 and can berüh ⁇ ren.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a device OF INVENTION ⁇ to the invention.
  • a coil 3 is positioned at a distance d from a membrane 5.
  • the ferromagnetic material 1 is provided as the diaphragm 5.
  • a magnetoelastic transducer 2 can for example be particularly advantageous po sitioned ⁇ with a certain distance from the membrane. 5 In this way, a physical From ⁇ standing dependence of the magnetoelastic effect in the converter 2 can be used. The signals generated in this are amplified compared to a distance of zero.
  • FIG. 2 shows a magnetoelastic transducer 2 with a spacing above a membrane 5.
  • a magnetoelastic transducer 2 can be embodied in particular as a coil 3.
  • the reference symbol d denotes the distance between the diaphragm 5 and the converter 2.
  • FIG 3 shows a third embodiment of a device OF INVENTION ⁇ to the invention.
  • a ferromagnetic material 1 is generated as a strip-shaped membrane 5, which is fixed at one end and is acoustically coupled at one end to a point on egg ⁇ nem additional vibration body 7.
  • the coil 3 is part of a sensor according to the magnetoelastic principle.
  • the strip-shaped membrane 5 is acoustically coupled to the additional vibration body 7 by means of a needle 9.
  • the strip-shaped Memb ⁇ ran 5 comprehensive coil 11 is generated, which biases the ferromagnetic material 1 magnetically.
  • the lower end of the strip-shaped membrane 5 is firmly clamped. The other top end will be at one point at the additional
  • Vibration body 7 coupled, which is a further membrane according to FIG. If this additional membrane vibrates, the
  • the additional vibration body 7 is produced as a membrane.
  • Figure 3 shows a magnetoelasti ⁇ rule converter 2 with a winding or coil 3, wherein a sound transmission from the vibrating body 7, which may be another membrane to the converter 2 via a needle 9 is executed.
  • the left side of Figure 3 shows a cross section of the embodiment and the right side ei ⁇ ne top view. In principle, other geometric shapes of the membrane 5 are also possible.
  • the distribution of ferromagnetic material 1 in the membrane 5 can be optimized with respect to the conversion of sound into electricity.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of an OF INVENTION ⁇ to the invention microphone.
  • the microphone according to Figure 4 corresponds to a microphone according to Figure 3 with the difference that the vibration body 7 is not another membrane.
  • the vibration body 7 is a body whose structure-borne noise should be summarized.
  • a microphone according to the invention can also be used for structure-borne sound measurements on rigid solids. In this case, one sets the free end of the strip-shaped membrane 5 via a needle 9 directly on the body 7 to be detected. In this way a ⁇ acoustically coupling diagram is generated by direct attaching the needle 9 on the body.
  • Figure 4 shows a magnetoelastic transducer 2 with a strip of ferromagnetic material 1 and a coil 3, wherein a sound transmission takes place directly from the vibrating body 7 by means of a needle 9 to the transducer 2.
  • Figure 4 shows a cross section of the principalsbei ⁇ game.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of microphones according to the invention.
  • a multiplicity of the microphones according to the invention are positioned on a body 7 in a planar manner.
  • a sensor ⁇ head is provided for a spatially resolved measurement.
  • Reference ⁇ character 7 indicates the vibration body to be detected.
  • Reference numeral 2 denotes a plurality of magnetoelasti ⁇ rule transducers, each by means of a needle 9 measured with spatial ⁇ dissolves. If, in accordance with FIG. 5, many microphones of this type are arranged in a planar manner, modes on the bodies 7 to be measured can also be detected in a locally resolved manner.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • sound waves are converted into an electrical alternating quantity.
  • Electrical quantities may be, for example, an alternating current or an alternating voltage.
  • a step S2 involves providing at least one magnetoelastic sensor inductively coupled to the material for converting permeability changes of the material into the electrical alternating variable.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrophon und ein Verfahren zur Erfassung von Schall. Ein derartiges Mikrophon soll insbesondere bei niederfrequentem Schall oder Druckänderungen verwendbar sein. Des Weiteren sollen Umgebungsgeräusche keine Störungen verursachen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein an die Schallwellen akustisch gekoppeltes schwingfähiges ferromagnetisches Material (1) bereitgestellt ist, wobei mindestens eine mit dem Material (1) induktiv gekoppelte Spule (3) zur Wandlung von Permeabilitätsänderungen des Materials (1) in eine elektrische Wechselgröße erzeugt ist.

Description

Beschreibung
Mikrophon unter Verwendung eines magnetoelastischen Effekts Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrophon gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Mikrophon ist ein Schallwandler, der Luftschall als Schall- wechseldruckschwingungen in entsprechende Änderungen einer elektrischen Größe als Mikrophonsignal umwandelt.
Herkömmlicherweise werden zur Erfassung von Schall verschie¬ dene Wandlerprinzipien benutzt. Es kommen Sensoren, bei- spielsweise auf der Grundlage von Piezos, induktiven Senso¬ ren, kapazitiven Sensoren zur Verwendung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Mikrophon und ein Verfahren zur Wandlung von Schall in eine elektrische Größe bereitzustellen. Derartig erzeugte Mikrophone sollen insbesondere bei niederfrequentem Schall oder Druckänderungen verwendet werden können. Ebenso sollen Umgebungsgeräusche derart gering sein, dass derartige Mikrophone, insbesondere als Stethoskop verwendbar sein können.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung, und zwar ein Mikrophon zur Wandlung von Schallwellen in eine elektrische Wechselgröße bereitgestellt. Das Mikrophon zeichnet sich da¬ durch aus, dass mindestens ein an die Schallwellen akustisch gekoppeltes schwingfähiges ferromagnetisches Material, insbe¬ sondere als eine Membran, bereitgestellt wird und dass min- destens eine mit dem Material induktiv gekoppelter magneto¬ elastischer Wandler zur Wandlung von Permeabilitätsänderungen des Materials in die elektrische Wechselgröße vorgesehen ist. Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein der Vorrichtung entsprechendes Verfahren beansprucht.
Grundlage ist ein ferromagnetisches Material, das schwingfä¬ hig erzeugt ist. Ebenso ist das ferromagnetische Material derart akustisch gekoppelt bereitgestellt, dass es durch die zu wandelnden Schallwellen zu Schwingungen angeregt wird. Das ferromagnetische Material erfährt durch die Schwingungen Zug¬ kräfte. Aufgrund der mechanischen Verformungen ändert sich in dem ferromagnetischen Material die Permeabilität. Wird ein Wandler oder Sensor nach dem magnetoelastischen Prinzip über dem ferromagnetischen Material platziert, kann dieser die Permeabilitätsänderungen feststellen.
Als Sensor kann mindestens eine mit dem ferromagnetischen Material induktiv gekoppelte Spule zur Wandlung von Permeabili¬ tätsänderung des ferromagnetischen Materials in eine elektrische Größe vorgesehen sein. Ein Sensor in einem erfindungsgemäßen Mikrophon nutzt dabei die sogenannte Magnetoelastizität, als eine Eigenschaft von ferromagnetischen Materialien, wie es beispielsweise Eisen, Nickel und die meisten Stähle sind. Erfährt ein solcher Stoff Druck- oder Zugkräfte, verän¬ dert sich dessen Durchlässigkeit für magnetische Felder, die sog. Permeabilität. Die Ursache liegt darin, dass jeder fer- romagnetische Körper eine Vorzugsrichtung für die Magnetisie¬ rung aufweist, die sogenannte Magnetische Anisotropie, die im engen Zusammenhang mit der Permeabilität steht. Diese Vor¬ zugsrichtung wird bestimmt durch die Ausrichtung der kleinsten magnetischen Einheiten, den Elementarmagneten oder weiß- schen Bezirken. Durch mechanische Zug- oder Druckkräfte verändert sich die Form des Materials und beeinflusst damit die Lage der Elementarmagnete und damit auch die Permeabilität. Der gegenteilige Effekt heißt Magnetostriktion.
Mindestens eine mit dem ferromagnetischen Material induktiv gekoppelte Spule ändert deren Induktivität bei Permeabili¬ tätsänderungen des ferromagnetischen Materials. Derartige Induktivitätsänderungen bewirken Impedanzänderungen, die elekt- rische Größen, wie es beispielsweise Wechselstrom oder Wech¬ selspannung sind, entsprechend dem erfassten Schall beeinflussen. Dass das ferromagnetische Material induktiv mit der Spule gekoppelt ist, heißt, dass die Spule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, dessen Feldlinien in das ferromagneti¬ sche Material eindringen und zur Spule wieder zurückkehren, deren Induktivität sich entsprechend der Permeabilitätsände¬ rungen ändert. Derartige Induktivitätsänderungen bewirken Impedanzänderungen und beispielsweise Spannungsänderungen entsprechend den Schallwellen.
Der magnetoelastische Effekt erlaubt es, Mikrophone zu bauen, die ebenso bei niederfrequentem Schall oder Druckänderungen eingesetzt werden können. Wird dieses Mirkophon beispielswei¬ se als Stethoskop benutzt, stören Umgebungsgeräusche wenig, da lediglich die Beweglichkeit und damit die Permeabilitäts¬ änderung der Membran erfasst werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das ferromagne- tische Material als ein Streifen erzeugt sein, der auf einer Membran befestigt sein kann. Es kann der Streifen aus fero- magnetischem Material auf der Membran beispielsweise geklebt sein. Ein ferromagnetisches Material kann als Membran erzeugt sein, die bei Anregung durch Schall zum Schwingen kommt. Eine Membran erfährt durch die akustischen Schwingungen Zugkräfte, die die Permeabilität im ferromagnetischen Material verän¬ dern .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der magnetoelastische Wandler mit einem Abstand zu der Membran positioniert sein. Wird der magnetoelastische Sensor mit ei¬ nem geringen Abstand über der Membran positioniert, verstärkt eine physikalische Abstandsabhängigkeit des magnetoelasti¬ schen Effekts die Signale. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der magnetoelastische Wandler oder magnetoelastische Sensor min¬ destens eine Spule aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die mindestens eine Spule mittels mindestens einer Empfangsspule bereitgestellt sein, die von einem einer Sendespule erzeugten und das ferromagnetische Material durchdringenden magneti¬ schen Wechselfeld durchwirkt werden kann. Ein verwendetes Mikrophon kann zur Erfassung von Permeabilitätsänderungen zwei Spulen nutzen. Eine Sendespule kann ein magnetisches Wechselfeld erzeugen. Die Feldlinien dieses Wechselfeldes können in das ferromagnetische Material eindringen und über ein Jochsegment wieder zurückkehren. Auf dem Jochsegment kann sich eine Empfangsspule befinden, deren Induktivität sich bei Änderung der Permeabilität des ferromagnetischen Materials ändern kann. Diese Induktivitätsänderungen können durch Impedanzänderungen die gewandelten elektrischen Größen bewirken. Alternativ kann eine Mehrzahl von Jochsegmenten mit darauf angeordneten Empfangsspulen verwendet werden, deren Induktivität sich entsprechend der Permeabilitätsänderungen ändert und mittels Impedanzmessungen erfasst werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das ferromagnetische Material als eine streifenförmige Membran erzeugt sein, die an einem Ende fixiert und an einem anderen Ende an einem Punkt an einen zusätzlichen Schwingungskörper akustisch gekoppelt sein kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die streifenförmige Membran an den zusätzlichen Schwingungskörper mittels einer Nadel akustisch gekoppelt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der magnetoelastische Wandler als mindestens eine die streifen¬ förmige Membran umwickelnde Spule erzeugt sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das ferromagnetische Material mitteis einer weiteren die strei- fenförmige Membran umfassenden Spule magnetisch vorgespannt sein .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der zu sätzliche Schwingungskörper eine weitere Membran sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der zu sätzliche Schwingungskörper ein Körper sein, dessen Körperschall erfasst werden soll, wobei die akustische Kopplung mittels direkten Aufsetzens der Nadel auf den Körper erzeugt sein kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Vielzahl der erfindungsgemäßen Mikrophone auf einem Schwingungskörper flächig angeordnet aufgesetzt sein.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispie len in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen :
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Vorrichtung;
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Vorrichtung;
Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Vorrichtung;
Figur 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Vorrichtung;
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung ist ein Mikrophon zur Wandlung von Schallwellen in eine elektrische Größe, ins besondere Wechselgröße. Ein ferromagnetisches Material 1 ist als eine Membran 5 erzeugt, die bei Anregung durch den zu wandelnden Schall schwingt. Es kann ebenso ein Streifen aus ferroelektrischem Material 1 auf der Membran 5 befestigt, insbesondere geklebt, sein. Die Membran 5 erfährt mittels der Schwingungen Zugkräfte. Durch die mechanische Verformung ändert sich in dem ferromagnetischen Material 1 die Permeabili¬ tät. Wird ein Sensor nach dem magnetoelastischen Prinzip auf der Membran 5 positioniert, kann dieser die Permeabilitätsänderungen erfassen. Nachfolgend wird ein derartiger Sensor als magnetoelastischer Wandler 2 bezeichnet. Ein nach dem magnetoelastischen Prinzip wirkender Wandler 2 kann insbesondere mindestens eine mit dem Material 1 induktiv gekoppelte Spule 3 zur Wandlung von Permeabilitätsänderungen des Materials 1 in die elektrische Größe sein. Die linke Seite der Figur 1 zeigt einen Querschnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Mikrophons und die rechte Seite der Figur 1 zeigt eine Drauf¬ sicht auf das Mikrophon. Der magnetoelastische Wandler 2 ist direkt auf der Membran 5 positioniert und kann diese berüh¬ ren .
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß Figur 2 ist eine Spule 3 mit einem Abstand d zu einer Membran 5 positioniert. Das ferro- magnetische Material 1 ist als die Membran 5 bereitgestellt. Ein magnetoelastischer Wandler 2 kann beispielsweise besonders vorteilhaft mit bestimmtem Abstand zu der Membran 5 po¬ sitioniert sein. Auf diese Weise kann eine physikalische Ab¬ standsabhängigkeit des magnetoelastischen Effekts im Wandler 2 genutzt werden. Die in diesem erzeugten Signale sind im Vergleich zu einem Abstand von null verstärkt. Figur 2 zeigt einen magnetoelastischen Wandler 2 mit einem Abstand über einer Membran 5. Ein magnetoelastischer Wandler 2 kann insbesondere als eine Spule 3 ausgeführt sein. Das Bezugszeichen d kennzeichnet den Abstand zwischen Membran 5 und Wandler 2.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Ein ferromagnetisches Material 1 ist als eine streifenförmige Membran 5 erzeugt, der an einem Ende fixiert und an einem anderen Ende an einem Punkt an ei¬ nem zusätzlichen Schwingungskörper 7 akustisch gekoppelt ist. Eine Spule 3 umwickelt als magnetoelastischer Wandler 2 die streifenförmige Membran 5. Die Spule 3 ist Bestandteil eines Sensors nach dem magnetoelastischen Prinzip. Die streifenförmige Membran 5 ist an den zusätzlichen Schwingungskörper 7 mittels einer Nadel 9 akustisch gekoppelt. Auf der rechten Seite der Figur 3 ist eine weitere, die streifenförmige Memb¬ ran 5 umfassende Spule 11 erzeugt, die das ferromagnetische Material 1 magnetisch vorspannt. Gemäß Figur 3 ist das untere Ende der streifenförmigen Membran 5 fest eingespannt. Das andere obere Ende wird an einem Punkt an den zusätzlichen
Schwingungskörper 7 gekoppelt, der gemäß Figur 3 eine weitere Membran ist. Schwingt diese weitere Membran, werden die
Schwingungen auf die streifenförmige Membran 5 übertragen. Es werden mechanische Spannungen im Streifen erzeugt. Die Perme¬ abilität des Materials verändert sich. Diese Veränderung kann über die Spule 3 durch eine Impedanzmessung detektiert werden. Zur Unterstützung der Messung kann das ferromagnetische Material 1 durch die weitere Spule 11 magnetisch vorgespannt werden. Gemäß Figur 3 ist der zusätzliche Schwingungskörper 7 als eine Membran erzeugt. Figur 3 zeigt einen magnetoelasti¬ schen Wandler 2 mit einer Wicklung beziehungsweise Spule 3, wobei eine Schallübertragung von dem Schwingungskörper 7, der eine weitere Membran sein kann, zum Wandler 2 über eine Nadel 9 ausgeführt wird. Die linke Seite der Figur 3 zeigt einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels und die rechte Seite ei¬ ne Draufsicht. Grundsätzlich sind andere geometrische Formen der Membran 5 ebenso möglich. Zusätzlich kann die Verteilung von ferromagnetischem Material 1 in der Membran 5 hinsichtlich der Wandlung von Schall in Strom optimiert sein.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Mikrophons. Das Mikrophon gemäß Figur 4 entspricht einem Mikrophon gemäß Figur 3 mit dem Unterschied, dass der Schwingungskörper 7 keine weitere Membran ist. Der Schwingungskörper 7 ist ein Körper, dessen Körperschall er- fasst werden soll. Gemäß Figur 4 kann ein erfindungsgemäßes Mikrophon ebenso für Körperschallmessungen an starren Festkörpern verwendet werden. Dabei setzt man das freie Ende der streifenförmigen Membran 5 über eine Nadel 9 direkt auf den zu erfassenden Körper 7 auf. Auf diese Weise wird eine akus¬ tische Kopplung mittels direkten Aufsetzens der Nadel 9 auf den Körper 7 erzeugt. Figur 4 zeigt einen magnetoelastischen Wandler 2 mit einem Streifen ferromagnetischen Materials 1 und einer Spule 3, wobei eine Schallübertragung direkt vom schwingenden Körper 7 mittels einer Nadel 9 zum Wandler 2 erfolgt. Figur 4 zeigt einen Querschnitt des Ausführungsbei¬ spiels .
Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel von erfindungs- gemäßen Mikrophonen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl der erfindungsgemäßen Mikrophone auf einem Körper 7 flächig positioniert. Auf diese Weise wird ein Sensor¬ kopf zu einer ortsaufgelösten Messung bereitgestellt. Bezugs¬ zeichen 7 kennzeichnet den zu erfassenden Schwingungskörper. Bezugszeichen 2 kennzeichnet eine Mehrzahl von magnetoelasti¬ schen Wandlern, die jeweils mittels einer Nadel 9 ortsaufge¬ löst messen. Werden gemäß Figur 5 viele Mikrophone dieser Bauart flächig angeordnet, können ebenso Moden auf den zu messenden Körpern 7 örtlich aufgelöst erfasst werden.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß dem Verfahren werden Schallwellen in eine elektrische Wechselgröße gewandelt. Elektrische Größen können beispielsweise ein Wechselstrom oder eine Wechselspannung sein. Mit einem ersten Schritt Sl erfolgt ein Bereitstellen von mindestens einem an die Schallwellen akustisch gekoppelten schwingungsfähigen ferromagnetischen Material. Mit einem Schritt S2 erfolgt ein Bereitstellen mindestens eines mit dem Material induktiv gekoppelten magnetoelastischen Sensors zur Wandlung von Permeabilitätsänderungen des Materials in die elektrische Wechselgröße.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrophon zur Wandlung von Schallwellen in eine elektrische Wechselgröße mit mindestens einer schwingfähigen Membran (5) ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (5) mindestens ein ferromagnetisches Material (1) aufweist und mit mindestens einem magnetoelastischen Wandler (2) zur Wandlung von mittels der Schallwellen bewirkten Per- meabilitätsänderungen des Materials (1) in die elektrische Wechselgröße induktiv gekoppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das ferromagnetische Material (1) als ein Streifen erzeugt und auf der Membran (5) befestigt ist .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wandler (2) mit einem Abstand zu der Membran (5) positioniert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wandler (2) mindestens eine Spule (3) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Spule (3) mittels mindestens einer Emp- fangsspule bereitgestellt ist, die von einem von einer Sende¬ spule erzeugten und das ferromagnetische Material (1) durch¬ dringenden magnetischen Wechselfeld durchwirkt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das ferromagnetische Material (1) als eine streifenförmige Membran (5) erzeugt ist, die an einem Ende fixiert und an ei- nem anderen Ende an einem Punkt an einen zusätzlichen Schwingungskörper (7) akustisch gekoppelt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (5) an den zusätzlichen Schwingungskörper (7) mittels direkten Aufsetzens einer Nadel (9) auf den Schwingungskörper (7) akustisch gekoppelt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wandler (2) als mindestens eine die Membran (5) umwickelnde Spule (3) bereitgestellt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das ferromagnetische Material (1) mittels einer weiteren die Membran (5) umfassende Spule (11) magnetisch vorgespannt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zusätzliche Schwingungskörper (7) eine weitere Membran ist .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vielzahl der Vorrichtungen mittels direkten Aufsetzens einer Vielzahl von Nadeln (9) auf den Schwingungskörper (7) flächig angeordnet erzeugt ist.
12. Verfahren zur Wandlung von Schallwellen in eine elektrische Wechselgröße mittels mindestens einer schwingfähigen Membran ( 5 ) ,
gekennzeichnet durch
Bereitstellen der Membran (5) mit mindestens einem ferromag- netischen Material (1); und
Bereitstellen mindestens eines magnetoelastischen Wandlers (2) zur Wandlung von mittels der Schallwellen bewirkten Per- meabilitätsänderungen des Materials (1) in die elektrische Wechselgröße, wobei die Membran (5) mit dem Wandler (2) induktiv gekoppelt ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das ferromagnetische Material (1) als ein Streifen erzeugt und auf der Membran (5) befestigt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wandler (2) mit einem Abstand zu der Membran (5) positioniert ist.
15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wandler (2) mindestens eine Spule (3) aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Spule (3) mittels mindestens einer Emp¬ fangsspule bereitgestellt ist, die von einem von einer Sende¬ spule erzeugten und das ferromagnetische Material (1) durch¬ dringenden magnetischen Wechselfeld durchwirkt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das ferromagnetische Material (1) als eine streifenförmige Membran (5) erzeugt ist, die an einem Ende fixiert und an ei- nem anderen Ende an einem Punkt an einen zusätzlichen Schwingungskörper (7) akustisch gekoppelt ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (5) an den zusätzlichen Schwingungskörper (7) mittels direkten Aufsetzens einer Nadel (9) auf den Schwingungskörper (7) akustisch gekoppelt ist.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wandler (2) als mindestens eine die Membran (5) umwickelnde Spule (3) bereitgestellt ist.
20. Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
das ferromagnetische Material (1) mittels einer weiteren die Membran (5) umfassende Spule (11) magnetisch vorgespannt ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zusätzliche Schwingungskörper (7) eine weitere Membran ist .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vielzahl der Vorrichtungen mittels direkten Aufsetzens einer Vielzahl von Nadeln (9) auf den Schwingungskörper (7) flächig angeordnet erzeugt ist.
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