HUT64672A

HUT64672A - Ultrasound transducer and method for making thereof

Info

Publication number: HUT64672A
Application number: HU9203367A
Authority: HU
Inventors: Barry John Martin
Original assignee: Commw Scient Ind Res Org; Agl Consultancy Pty Ltd
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1994-01-28
Also published as: FI924849L; AU7741391A; WO1991017637A1; CA2081472A1; NO924136D0; IE911425A1; ATE160069T1; CN1039867C; DE69128155T2; CN1056267A; EP0598715A1; FI924849A7; GR3025648T3; NO924136L; NZ237971A; SG46263A1; AU660610B2; KR960012986B1; JPH05507183A; DK0598715T3

Description

A találmány tárgya ultrahang-átalakító, valamint eljárás ultrahang-átalakító előállítására, mely felhasználható ultrahang rezgések adására szolgáló rendszerekhez, ultrahang rezgések vételére szolgáló rendszerekhez, ultrahang rezgések adására és vételére szolgáló rendszerekhez, ultrahang rezgések adására szolgáló eljáráshoz, ultrahang rezgések vételére szolgáló eljáráshoz és ultrahang rezgések adására és vételére szolgáló eljárásokhoz.

Bizonyos esetekben felmerülnek olyan követelmények, hogy minimális teljesítményszükséglettel és levegőben vagy más gázokban kell használni ultrahang-átalakítót a 100-200-as KHz-es tartományban. A kis teljesítményszükséglet nagyszámú, már létező átalakítót kizár - mert vagy olyan kicsi az érzékenységük, hogy nagy gerjesztőfeszültségre van szükségük, vagy pedig nagy eltérítőfeszültséget igényelnek, amit egy kis teljesítményű egyenáramú rendszerben nehéz elérni. így például az (általában víz alatt használt) piezoelektromos ultrahang-átalakító a levegőben vagy más gázokban működtetve tipikusan kis érzékenységűek vagy keskeny sávszélességűek. Ezek a tulajdonságok abból adódnak, hogy a levegő vagy más gázok és a jelátalakító anyagai között nagyon nagy különbség van az akusztikai inpedanciákban (a jelátalakítók anyagai olyanok, melyek nagy erőket tudnak létrehozni, de csak kis elhajlásokkal). Vagy beletörődnek a kis visszhang érzékelésben vagy információ átviteli alkalmazásokban egy egyetlen frekvencia használhatatlan, és a lehető legszéle-3 sebb frekvenciatartomány kívánatos. Kifejlesztettek már néhány kis eltolási feszültségű (30 Volt) elektrosztatikus jelátalakítót, de mindent összevetve ezek drágák, és gyártásuk időigényes.

A találmány célja a fent említett problémák kiküszöbölésére egy piezoelektromos ultrahang-átalakító létrehozása.

A találmány célja továbbá egy piezoelektromos átalakító előállítására szolgáló eljárás kidolgozása.

Felfedeztük, hogy egy megfelelő profillal rendelkező piezoelektromos anyagot a leírásban és az igénypontokban ismertetett módon lehet meghajtani, mely egy tágulásos (dilatációs) mód, melyet másképpen kvázi longitudinális módnak nevezünk. Az alábbiakban megkíséreljük megmagyarázni, mit értünk egy jelátalakító diletációs módú meghajtása alatt. Ha egy görbült profilú piezoelektromos anyagot meghajtunk, az ki fog dudorodni, amikor megnyúlik, és összehúzódik, amikor megrövidül. Ahol nincs meggörbülve, nem jön létre keresztirányú elmozdulás. Tehát ha az anyag kis mértékben meg van görbítve, de nem tartalmaz inflexiós pontot, és így nincs változás a görbület előjelében, teljes hosszúságában ugyanolyan fázisú keresztirányú rezgő mozgásba megy át. Ha viszont a görbület inflexiós pontot foglal magába, a keresztirányú elmozdulás fázisa ennél a pontnál megváltozik. Ha ez az inflexiós ponttal rendelkező görbület mégfelelő sugárzási geometriával is rendelkezik, akkor ebből eredően hatékony piezoelektromos gerjesztési csatolás van a keresztirányú elmozdulásokra, ahol a fázison kívüleső rezgések között egymást erősítő interferencia lép fel, ami nagy kimenő jelet

-4ad, és hogyha ez fellép, akkor a piezoelektromos anyagot dilatációs módban hajtjuk meg. Ilyen módon olyan jelátalakítók tervezhetők, melyeknek nagy hatékony sugárzási területe van, olyan ultrahang frekvenciákra, melyeknek hullámhosszúságai néhány milliméter nagyságrendűek.

A találmány szerint tehát egy olyan piezoelektromos ultrahang-átalakítót hoztunk létre, mely egy olyan profillal rendelkező piezoelektromos anyagot tartalmaz, ahol a jelátalakító képes dilatációs módban ultrahang rezgések adására, és/vagy vételére.

A találmány szerinti ultrahang-átalakító egy előnyös kiviteli változatában tartalmazhat a piezoelektromos anyagnak profilt adó eszközöket, melyek a piezoelektromos anyaggal együttműködően vannak társítva.

A találmány szerinti ultrahang-átalakító piezoelektromos anyaga egy előnyös kiviteli változatban meg van feszítve, és tartalmaz egy a piezoelektromos anyagot megfeszítő eszközt, mely eszköz a piezoelektromos anyaggal együttműködőén van társítva.

A találmány szerinti ultrahang-átalakító piezoelektromos anyaga egy előnyös kiviteli változat szerint bármilyen olyan profillal rendelkezhet, mely azt alkalmassá teszi ultrahang rezgések adására és/vagy vételére dilatációs módban. Tipikusan a profil egy fordított U alak, vagy egy nyereg alak. A fordított U alak azt jelenti, hocrv az anvaq rögzítési pontiaihoz ké setben az anyag rögzítési pontjaihoz képet nincs megfordítva.

-5A találmány egy második kiviteli változata szerint egy olyan piezoelektromos ultrahang-átalakítót alakítottunk ki, mely piezoelektromos anyagot tartalmaz, mely piezoelektromos anyag ofillal van kiképezve, és meg van feszítve, ezáltal az átalakító képes ultrahang rezgések adására, és/vagy vételére dilatációs módban, egy olyan eszközzel együtt, mely a piezoelektromos anyagnak profilt és feszítést ad, mely eszköz a piezoelektromos anyaggal együttműködőén van társítva.

A találmány egy harmadik kiviteli változata szerint olyan piezoelektromos ultrahang-átalakítót hoztunk létre, mely olyan piezoelektromos anyagot tartalmaz, melynek profilja van és meg van feszítve egy anyagot megfeszítő eszközzel együtt, mely eszköz az anyaggal együttműködőén van társítva, ahol az átalakító képes a 10 KHz-200 KHz-es frekvenciatartományban lévő rezgéscsúccsal rendelkező ultrahang rezgések adására és/vagy vételére

A találmányt egy negyedik kiviteli változata szerint olyan piezoelektromos ultrahang-átalakítót hoztunk létre, mely profillal ellátott és megfeszített piezoelektromos anyagot tárta 3, egy az anyagot profillal ellátó és megfeszítő eszközzel együtt, mely eszköz az anyaggal együttműködőén van társítva, ahol az átalakító képes a 10 KHz-200 KHz-es frekvenciatartományban lévő rezgéscsúcsokkal rendelkező ultrahang rezgések adására és/vag^ .

Tipikusan a frekvenciatartomány 12 KHz-160 KHz, 80 KHz<Hz, 95 KHz—105 KHz, 15 KHz-60 KHz vagy 15 KHz-30 KHz. A fi

-6Az első, második, harmadik vagy negyedik kiviteli változat piezoelektromos anyagának feszítést és/vagy profilt adó eszköz lehet szabályozható oly módon, hogy az anyagot úgy lehet megfeszíteni és annak profilját megadni, hogy az több különböző kívánt ultrahang tartományban lévő ultrahang frekvenciák előállítására és/vagy vételére legyen alkalmas.

Az első vagy második kiviteli változat ultrahang-átalakítói bármilyen olyan piezoelektromos anyagot tartalmazhatnak, mely képes kvázi-longitudinális/dilatációs módban ultrahang rezgések adására és/vagy vételére. Az ilyen anyagok a piezoelektromos polimer anyagokat, műanyagokat és gumikat foglalják magukba. Előnyösen a piezoelektromos anyag egy pólusos polivinilidén polimert, PVDF vagy vinilidén fluorid és trifluorid etilén kopolimerjét tartalmazza, mely kialakítható egy lemez, fólia, film vagy más megfelelő piezoelektromos forma alakjában. Ezek az anyagok alkalmasak lehetnek a harmadik vagy negyedik kiviteli változathoz is.

Az első kiviteli változat kívánt alakjának megfelelően a piezoelektromos anyag nyereg formájában van kialakítva, mint az a 9. ábrán látható, ahol a A és C pontok a piezoelektromos anyag rögzítési pontjai, x az anyag profiljának a hosszúsága, a A és C pontok között egy B ponton keresztül dj a A és C pontok közötti távolság, d₃ a nyereg csúcsai közötti távolság, h^ a piezoelektromos anyag magassága a baloldali nyeregcsúcsig a A és C pontokat összekötő egyenestől mérve, h_r a piezoelektromos anyag magassága a jobboldali nyeregcsúcsig a A és C pontokat összekötő egyenestől mérve, h2i a piezoelektromos anyag balol-7 dali nyeregcsúcsának a magassága, és h2r ^a piezoelektromos anyag jobboldali nyeregcsúcsának a magassága, és ahol:

Az egyik speciális kívánt formában az első, második, harmadik és negyedik kiviteli változat piezoelektromos anyaga nyereg formájában van kiképezve, mint az a 9. ábrán fel van vázolva, ahol d2 egy rúd keresztmetszeti átmérője, mely rúd a piezoelektromos anyaggal van társítva oly módon, hogy a piezoelektromos anyagot megfeszíti, A és C pontok a piezoelektromos anyag rögzítési pontjai, x az anyag profiljának a hosszúsága, a A és C pontok között egy B pont mentén, d^ a A és C pontok közötti távolság, dg a nyereg csúcsai közötti távolság, hj a piezo elektromos anyag magassága a baloldali nyeregcsúcsig a A és C pontokat összekötő egyenestől mérve, h_r a piezoelektromos anyag magassága a jobboldali nyeregcsúcsig a A és C pontokat összekötő egyenestől mérve, h2i a piezoelektromos anyag baloldali nyergének a magassága, és h2_r a piezoelektromos anyag jobboldali nyergének a magassága, és ahol:

1.5*dj < x < 2.3*dj; 0.5*di < h_r < 0.9*dx; 0.5*dj < h^ <

0.9*dj; 0.1*di < h£i < 0.2*di; O.l*dj < h2_r < 0.2*di; 0.05*di <

d₂i < 0.2*di; és 0.6*dj < d₃ < 0.8*dj.

Még tipikusabban, d^ = 10 mm; 15 mm < x < 23 mm; 5 mm <

h_r < 9 mm; 5	mm <	hí < 9	mm;	1 mm < h₂i < 2	mm;	1 mm < h_2r <
2 mm; 0,5 mm .	< d₂	< 2	mm;	és 6	mm < d₃ < 8 mm.
Általában	dj. =	10	mm,	x =	2 0 mm; h_r = 7,5	mm;	hl =	7	,5 mm;
h₂i = 1,5 mm;	^h2r	= 1,	5 mm	; ü₂	= 1,0 mm; és d₃	= 6	,9 mm	•

Tipikusan h_r kb. ugyanakkora (0,5 mm-n belül) vagy pontosan ugyanakkora, mint hj és a h_2r pedig kb. ugyanakkora (0,5 mm-n belül) vagy pontosan ugyanakkora, mint a h₂i·

Előnyösen az első, második, harmadik vagy negyedik kiviteli változat piezoelektromos anyaga egy pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz, melynek vastagsága 5 pm és 75 pm között van, tipikusan 9 pm-35 pm vastag, még tipikusabban 20 p-25 pm vastag, és még tipikusabban 25 pm vastag.

Az első, második, harmadik vagy negyedik kiviteli változat piezoelektromos anyaga egy fordított U-alak lehet, mint az a 10 ábrán látható, ahol a A és B pontok a piezoelektromos anyag rögzítési pontjai, x az anyag profiljának hosszúsága, a A és B pontok között egy C ponton keresztül, di pedig a A és B pontok közötti távolság, ahol:

1.5*di < x < 2.3*di·

Tipikusabban, dj = 10 mm; és 15 mm < x < 23 mm.

Általában, dj = 10 mm; és x = 20 mm.

A találmány egy ötödik kiviteli változata szerint egy olyan eljárást hoztunk létre a második kiviteli változat piezoelektromos ultrahang-átalakítójának kialakítására, mely eljárás a következő lépéseket foglalja magában:

* ·

-9Egy piezoelektromos anyagot profillal látunk el és megfeszítjük, ezáltal az anyag képes lesz ultrahang rezgések adására és/vagy vételére dilatációs módban.

A találmány egy hatodik kiviteli változatának megfelelően a negyedik kiviteli változat piezoelektromos ultrahang-átalakítójának kialakítására olyan eljárást dolgoztunk ki, mely eljárás a következő lépésekből áll:

Egy piezoelektromos anyagot profillal látunk el és megfeszítjük, ezáltal az átalakító képes a 15 KHz-130 KHz frekvencia tartományban lévő rezgéscsúccsal rendelkező ultrahangrezgések adására és/vagy vételére.

A találmány hetedik kiviteli változata szerint egy ultrahang rezgések kibocsátására szolgáló rendszert hoztunk létre, mely a következőket tartalmazza: egy az első, második, harmadik vagy negyedik kiviteli változat szerinti piezoelektromos ultrahang átalakítót; és egy ultrahang váltakozó áramot tápforrást, mely az átalakítóval együttműködőén van társítva.

A találmány nyolcadik kiviteli változata szerint ultrahang rezgések vételére szolgáló olyan rendszert hoztunk létre, mely a következőket tartalmazza: egy az első, második, harmadik vagy negyedik kiviteli változat szerinti piezoelektromos ultrahang-átalakítót; és egy ultrahang jeldetektort, mely az átalakítóval együttműködőén van társítva.

A találmány kilencedik kiviteli változatának megfelelően ultrahang rezgések adására és érzékelésére egy olyan rendszert hoztunk létre, mely a következőket tartalmazza: egy az első, második, harmadik vagy negyedik kiviteli változat szerinti

—10 — piezoelektromos ultrahang-átalakítót; egy az átalakítóval együttműködően társított ultrahang váltakozóáramú tápforrást; és egy ultrahang érzékelőt, mely az átalakítóval együttműködőén van társítva.

A találmány tizedik kiviteli változata szerint ultrahang rezgések adására és érzékelésére egy olyan rendszert hoztunk létre, mely következőket tartalmazza: egy az első, második, harmadik vagy negyedik kiviteli változat szerinti első piezoelektromos átalakítót; egy az első, második, harmadik vagy negyedik kiviteli változat szerinti második piezoelektromos ultrahang-átalakítót; egy az első és második átalakítókkal együtműködően társított ultrahang váltakozóáramü tápforrást és egy az első és második átalakítókkal együttműködőén társított ultrahang érzékelőt.

A találmány tizenegyedik kiviteli változatának megfelelően egy eljárást hoztunk létre ultrahang rezgések kisugárzására, mely a következőket tartalmazza: ultrahang váltakozóáramú jeleket adunk a hetedik kiviteli változat rendszerének piezoelektromos átalakítójára.

A találmány tizenkettedik kiviteli változatának megfelelően ultrahang rezgések érzékelésére olyan eljárást hoztunk létre, mely következőket tartalmazza: ultrahang váltakozóáramú rezgéseket érzékelünk a nyolcadik kiviteli változat rendszerével .

A találmány tizenharmadik kiviteli változata szerint egy ultrahang rezgések adására és érzékelésére szolgáló eljárást dolgoztunk ki, mely következőket tartalmazza:

-11ultrahang váltakozóáramú jeleket adunk egy a kilencedik kiviteli változat rendszerének piezoelektromos ulrahang-átalakítójára; és ultrahang váltakozóáramú rezgéseket érzékelünk a kilencedik kiviteli változat rendszerével.

A találmány tizennegyedik kiviteli változatának megfelelően ultrahang rezgések adására és érzékelésére olyan eljárást dolgoztunk ki, amely a következőket tartalmazza:

a tizedik kiviteli változat rendszerének első vagy második piezoelektromos ultrahang-átalakítójára ultrahang váltakozóáramú jeleket adunk; és a második vagy első piezo elektromos ultrahang-átalakítóval előállított ultrahang váltakozó áramú rezgéseket a tizedik kiviteli változat rendszerének második piezoelektromos ultrahang-átalakítójával érzékeljük.

Legelőnyösebb kiviteli változatában a piezoelektromos anyag egy piezoelektromos fólia, mely tipikusan egy polivinilidén fluorid ('‘PVDF) fóliát vagy egy a PVDF kopolimerjét tartalmazó fóliát foglal magába. A fóliának legalább két elektródája van, melyek azon vannak elhelyezve, tipikusan a fólia mindkét oldalán egy-egy elektróda. Az elektródák ugyanolyan anyagból készülhetnek, vagy más anyagból, tipikusan ugyanabból az anyagból készülnek. Elektróda anyagokra példák a következő anyagok: fémek, például Au, Pd, Pt, Ti, Zn, Al, Ag, Cu, Sn, Ga, In, Ni, vezető polimerek, melyekhez adalékanyagokra van szükség, mely adalékanyagok lehetnek például a jód, fluor, alkáli fémek és azok sói, fémkarbonátok és arzén halogenidek, beleért-12 ve a következőket: poliacetilén, poliacetilén kopolimerek, polipirollok, poliakrilonitrilek, poliaromások, polianilinek, politiofének, polikarbazolok, poli(bétadiketon és polidipropargylamin, poliacenaftalin/N-vinil heterociklusos vegyületek Lewis savakkal, poli(heteroaromás-vinilének), poliftalocianidok, 1,9-diszubsztituált fenalénnel reagáltatott polimer, polikarotenoidok, heterociklusos létrapolimerek, váltakozó aromás és a kinonoid szekvenciák, poliizotianaftén és poli(paro-fenilén)-szulfid, valamint doppolist nem igénylő polimerek, így például poli(diéter-kapcsolású bisz-o-nitril), poliacetilén és poli(diacetilén) spacer egységekkel, poli (pernaftalin) , poli(karbon-diszelenid), átmeneti fém-poli(benzodotiolén), poli(tiofén-szulfonátok) , acetilén-végződésű Schiff-bázis.

Általában a piezoelektromos anyag szélessége 1 mm-3500 mm, előnyösen 1 mm-500 mm, tipikusan 3 mm-100 mm, még tipikusabban 4 mm-40 mm, előnyösen 5 mm-20 mm és még előnyösebben 10 mm.

A találmány oltalmi körébe tartoznak még a következő kiviteli változatok:

(i) Egy piezoelektromos ultrahang-átalakító, mely egy profillal rendelkező és megfeszített piezoelektromos anyagot tartalmaz, ahol az átalakító képes ultrahang rezgések adására és/vagy vételére dilatációs módban;

(ii) Egy piezoelektromos ultrahang-átalakító, mely egy piezoelektromos anyagot tartalmaz, a piezoelektromos anyag profillal van ellátva, és meg van feszítve, és ezáltal az áta- lakító képes ultrahang rezgések adására és/vagy vételére dilatációs módban;

(iii) Egy piezoelektromos ultrahang-átalakító, mely piezoelektromos anyagot tartalmaz, melynek profilja van és meg van feszítve, ezáltal az átalakító képes a 10 KHz-200 KHz frekvenciatartományban lévő rezgéscsúccs^l rendelkező ultrahang rezgések adására és/vagy vételére; és (iv) Egy piezoelektromos ultrahang-átalakító, mely egy profillal ellátott és megfeszített piezoelektromos anyagot tartalmaz, ezáltal az átalakító képes a 10 KHz-200 KHz frekvenciatartományban lévő rezgéscsúccsal rendelkező ultrahang rezgések adására és/vagy vételére.

Az alábbiakban a találmány tárgyát, kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajzra való hivatkozással ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábra egy találmány szerinti piezoelektromos ultrahang-átalakító bontott nézeti képe, egy formázótömbbel és egy keresztrúddal együtt;

a 2. ábra egy találmány szerinti piezo elektromos ultrahang-átalakítót használó, ultrahang jelek érzékelésére szolgáló áramkör tömbvázlata;

a 3. ábra egy találmány szerinti piezoelektromos ultrahang-átalakítót használó, ultahang jelek adására szolgáló áramkör tömbvázlata;

a 4. ábra a találmány szerinti piezoelektromos ultrahangátalakító egy változatának bontott nézeti képe;

-14az 5. ábra vázlatosan szemlélteti, tömbvázlat formájában, egy áramkör rajzát, mely ultrahang rezgések érzékelésére és adására szolgál;

a 6(a) és 6(b) ábrák az 1. ábra szerinti 13 formázótömb elöl- és oldalnézetei, ahol a méreteket milliméterben tüntettük fel. A 6(a) ábra egy 14 keresztrudat is szemléltet;

a 7. ábra egy tényleges átalakító fóliaprofil felnagyított optikai vetülete;

a 8. ábra egy találmány szerinti piezoelektromos ultrahang-átalakító bontott nézeti képe egy formázótömbbel és egy keresztrúddal együtt;

a 9. ábra az 1. vagy 8. ábra szerinti piezoelektromos anyag keresztmetszeti rajza;

a 10. ábra egy fordított U-alakú piezoelektromos anyag keresztmetszeti rajza;

a 11(a) ábra a frekvenciafüggvényt ábrázolja a teta szög függvényében, melyek egy piezoelektromos fólia szimmetrikus transzverzális módjára mutatunk be. A kb. 20°-nál lévő meredek emelkedés a mód megvetemedésének felel meg;

a 11(b) ábra a kis teta szögekre és a 20°-nál nagyobb teta szögekre mutatja be az 1 és 3 módokat;

a 11(c) ábra egy nyeregformájú egyirányú piezoelektromos anyagot szemléltet. Az ábrán az 1. diagrammon lévő nyíl az aktív irányt jelzi;

a 11(d) ábra egy fordított U-alakú egyirányú piezoelektromos anyagot szemléltet. Az ábra első diagrammján a nyíl az aktív irányt szemlélteti;

-15a 11(e) ábra a 11(d) ábrán látható piezoelektromos anyag hosszának függvényében tünteti fel a rezonanciafrekvencia görbéjét;

a 12 (1), (2), (3) és (4) ábrák azoknak a piezoelektromos anyagoknak az alakjait szemléltetik, melyeknek a 13-16. ábrákon használtunk;

a 13 (1)-(4) ábrák a teljesítménykimenetet ábrázolják a frekvenciagörbék függvényében egy lx2cm²-es egyirányú, hosszanti PVDF fóliára (a kimenőjelek nincsenek korrigálva 12. ábra (1)-(4) jel alakjaira adott válaszfüggvényekre);

a 14 (1)-(4) ábrák a teljesítménykimenetet ábrázolják a frekvenciagörbék függvényében egy lx2cm²-es egyirányú, keresztirányú PVDF fóliára (a kimenőjelek nincsenek korrigálva 12. ábra (1)-(4) jel alakjaira adott válaszfüggvényekre);

a 15 (1)-(4) ábrák teljesitménykimenetek a frekvenciagörbék függvényében, egy lx2cm²-es kétirányú, PVDF fólia esetében (a kimenőjelek nincsenek korrigálva 12. ábra (1)-(4) jel alakjaira adott válaszfüggvényekre); és a 16 (1)-(3) ábrák teljesitménykimenetek a frekvenciagörbék függvényében, egy lx2cm²-es egyirányú, keresztirányú PVDF fólia esetében (a 12. ábra (1)-(3) jel alakjaira adott mikrofonválaszok esetében a kimenőjelek korrigálva vannak).

Az alábbiakban egy olyan piezoelektromos ultrahang-átalakító szerkezeti felépítését ismertetjük, melyet úgy terveztünk, hogy azt egy 100 KHz körül lehessen működtetni. Ennek az ultrahang-átalakítónak a kimenőjele viszonylag nagy (10 cm-nél 1 PA/V körül van egy cm²-es működőterület esetén) és, összeha-16 sonlítva a legtöbb piezoelektromos ultrahang-átalakítóval, széles a sávszélessége (30 KHz körül van, a 3 dB pontok között) . A vételi érzékenység az ultrahang-átalakítónál alkalmazott erősítő típusától fog függeni, Ugyanúgy, mint a rendszerzaj (vagyis ha egy nagy bemenőimpedanciájú feszültségerősítőt használunk, akkor eltérő karakterisztikákat kapunk, mint egy kis bemenőimpedanciájú transzkonduktancia erősítő esetében) .

Az 1. ábrára hivatkozunk, melyen látható egy vékony 10 VDF fólia, amely felgőzölögtetett 11 és 12 elektródákkal van ellátva, a 10 PVDF fólia 25 lyukakkal ellátott 13 formázótömb felett meg van hajlítva (a 25 lyukak közül csak a baloldali látható), egy beállítható 14 keresztrúd segítségével - tipikusan egy vékony, merev huzallal - mint az az 1. ábrán látható. A 13 formázótömb méreteit a 6(a) és (b) ábrákon mm-ben tüntettük fel. A.10 PVDF fóliában lévő 15 hajlat átmérőjét a 13 formázótömb felett lévő 14 keresztrúd magassága szabályozza. A 15 hajlat átmérője a működési frekvenciát befolyásolja (kb. 3 mm 10 KHz-nél), és ugyancsak befolyásolja a működési frekvenciát a 10 PVDF fólia 16 szélessége is (kb. 1 cm 100 KHz-nél). Mindkét méret befolyásolja tehát a rezgés amplitúdóját (vagyis az adás és az érzékelés érzékenységét) . A 10 PVDF fólia a 13 formázótömbhöz 17 és 18 nyloncsavarok és egy 21 alátét segítségével vannak hozzáerősítve, mely utóbbit a 18 nyloncsavarnál használjuk, és ez a 18 nyloncsavar arra a célra is szolgál, hogy a 10 PVDF fóliát érintkezésbe hozza két 19 és 20 kivezetéssel, melyek a 11 illetve a 12 elektródákkal hoznak létre érintkezést. A 10 PVDF fóliának a 17 és 18 nyloncsavarokhoz közel eső részeit nátriumhidroxiddal lehet kezelni, hogy eltávolítsuk az alumíniumból készült 12 illetve 11 elektródákat. Ez csökkenti a 10 PVDF fólia működő részével párhuzamos kapacitást és javítja a vételi és az adási karakterisztikákat is.

A maximális akusztikai kimenőjel frekvenciája közel van ahhoz a frekvenciához, amelyet a 10 PVDF fólián keresztben állóhullámú rezonanciaként megbecsültünk, jóllehet azonban mindenfajta rezonancia nagy mértékben elkenődik a levegő vagy más gázok hatására, melyek a 10 PVDF fólián hajlítási ellenállást hoznak létre, mely 10 PVDF fóliának kis akusztikai ellenállása van. A rezgésmódusok holografikus vizsgálata azt mutatja, hogy a 10 PVDF fóliára merőleges membránrezgések legnagyobb része kb. a 15 hajlat középpontja és a két 22 és 23 hajlat csúcspontja között kb. középen található. A 7. ábrán egy tényleges átalakító fóliaprofil felnagyított optikai vetülete látható. A hivatkozási számok megegyeznek az 1. ábrán alkalmazott számokkal, ahol ez megfelelő, hogy megkönnyítsük az összehasonlítást. Bármely pontnál az élek nem végeznek semmiféle érzékelhető merőleges elmozdulást. Ugyancsak nem mozdul el a 14 keresztrúd alatt a középvonal. Tehát ahhoz, hogy a 10 PVDF fólia nagy mozgását leállítsuk, azt alá lehet támasztani az éleknél a 22 és 2 3 hajlatok tetőpontjainál, 26 és 27, illetve 28 illetve 29 tartópillérek segítségével, - mint azt az 1. ábrán feltüntettük. Az 1. ábrán látható teljes ultrahang-átalakító ideálisan letakarható egy vezetőanyaggal, kivéve a 22 és 23 hajlatokat, melyek sugárzó felületeket képeznek, hogy csökkentsük az elektromágneses és akusztikus interferenciát. A 14 keresztrúd magasságát csavarral lehet beállítani (a 13 formázótömböt egy testhez képest elmozdítani, mely test a 14 keresztrudat támasztja alá), vagy csavar helyett egyszerűen kézzel is be lehet állítani. Bármelyik módszert használjuk is, az mindössze néhány másodpercet vesz igénybe és az alkatrészek egyszerűségéből adódóan a teljes szerelvény gyártása olcsó lehet.

Az 1. ábrán szemléltetett elrendezéshez hasonló, de más kiviteli változat látható a 8. ábrán. Ez utóbbi elrendezésben egy felgőzölögtett 11a és 12a elektródákkal ellátott, vékony (általában 22 μιη-25 Mm, tipikusan 25 μια vastagságú) 10a PVDF fólia egy mindkét oldalán (csak a baloldalon ábrázolt) 25a fülecsekkel rendelkező 13a formázótömb felett meg van hajlítva, egy állítható 14a keresztrúd segítségével - tipikusan egy vékony, merev huzallal, mely műanyag burkolattal van bevonva mint a 8. ábrán látható. A 13 formázótömb méreteit a 6(a) és (b) ábrákon mm-ben ábrázoltuk. A 10a PVDF fóliában lévő 15 hajlat átmérőjét a 14a keresztrúdnak a 13a formázótömb feletti magasságával szabályozzuk. A 15a hajlat átmérője befolyásolja a működési frekvenciát (kb. 3 mm 100 KHz-en) , mint ahogy befolyásolja ezt a működési frekvenciát a fóliaszélesség is (ami megközelítőleg megfelel a 13a formázótömb 16a fóliaszélességének) (kb. 1 cm 100 KHz-en). Ezek a méretek befolyásolják a rezgést amplitúdóját (azaz az adási és vételi érzékenységeket) . A 10a PVDF fólia a 13 formázótömbhöz 30a pozícionáló lyukak segítségével van hozzászorítva (csak a baloldali 30a pozícionáló lyuk van az ábrán feltüntetve) , 25a fülecsek felett

-19(melyek közül csak a baloldali 25a fülecs van feltüntetve), éspedig oly módon, hogy a 25a fülecsek fölé műanyag 21a és 21aa alátéteket helyezünk, hogy a 10a PVDF fóliát érintkezésbe hozzuk a két 19a és

20a kivezetéssel, melyek érintkezést biztosítanak a

11a illetve

12a elektródákkal. A 10a PVDF fóliát a 25 fülecsek szorítókapcsok körül rögzíteni lehet a helyén helyzetrögzítő segítségével a 21a és 21aa alátétek körül.

Hogy a 10a PVDF fólia nagy mozgását leállítsuk, az élek nél a 22a és 23a hajlatok tetejénél 26a, 27a, illetve 28a és

29a tartópillérek segítségével alá van támasztva, mint az a 8.

ábrán fel van tüntetve. A 13a formázótömb előnyösen szigetelőa nyagból van kialakítva. A 14a keresztrúd magasságát kézzel le het beállítani, ami néhány másodpercet vesz igénybe, és az al katrészek egyszerűségéből adódóan a teljes szerelvény olcsón e lőállítható.

Az 1. ábra 10 PVDF fóliája vagy a 8. ábra 10a PVDF fóliá ja nyereg alakú, mint azt a 9. ábrán feltüntettük, ahol Ő.2 a 14 vagy 14a keresztrúd keresztmetszeti átmérője, mely a piezo elektromos anyaggal együttműködőén van társítva, hogy a piezo elektromos anyagot megfeszítse, A és C pontok a piezoelektromos anyag rögzítési pontjai, x az anyag profiljának a hosszúsága az

A és C pontok között egy B pont mentén a távolság a A és C pontok között, a d3 a távolság a nyereg csúcspontjai között, h^ a piezoelektromos anyag magassága a baloldali nyeregcsúcsnál az

A és C pontokat összekötő egyenestől mérve, h_r a piezo elektromos anyag magassága a jobboldali nyeregcsúcsnál az A és

C pontokat összekötő egyenestől mérve, h2i a piezoelektromos anyag baloldali nyergének a magassága, és h₂r ^a piezoelektromos anyag jobboldali nyergének a magassága, és ahol d_x = 10 mm; x = 20 mm; h_r = 7,5 mm; h^ = 7,5 mm; h₂i = 1,5 mm; h_2r - 1,5 mm; d₂ = 1/0 mm; és dg = 6,9 mm.

Az alábbiakban ismertetjük a piezoelektromos ultrahang anyag szerkezeti felépítésének egy változatát.

A 4. ábrára hivatkozunk, ahol egy 100 PVDF fólia látható felgőzölögtetett 101 és 102 elektródákkal együtt, mely 100 PVDF fólia egy hengeres műanyag 103 formázótömb felett meg van hajlítva egy beállítható 104 rúd segítségével - tipikusan egy vékony, merev huzallal, mint ez a 4. ábrán látható. A 100 PVDF fólia méghajutásának a fokát a 104 rúdnak a 103 formázótömbben lévő 114 alap feletti magasságával lehet szabályozni. A 100 PVDF fóliában lévő méghajlítás foka befolyásolja a működés frekvenciáját, mint ahogy azt befolyásolja a 106 fólia átmérő is. Mindkét méret befolyásolja tehát a rezgés amplitúdóját (azaz az adási és vételi érzékenységeket). A 100 PVDF fólia a 103 formázótömbhöz 107 és 108 nyloncsavarok és 111 alátét segítségével van hozzáerősítve, mely utóbbi a 108 nyloncsavarnál található, mely ezen kívül arra is szolgál, hogy a 100 PVDF fóliát érintkezésbe hozza két 109 és 110 kivezetéssel, melyek a 101 illetve a 102 elektródákkal érintkeztetik azt. A 100 PVDF fóliának a 107 és 108 nyloncsavarokhoz közeleső részeit nátriumhidroxiddal lehet kezelni, hogy eltávolítsuk az alumíniumból készült 102 illetve 101 elektródákat. Ez csökkenti a 10 PVDF fólia működő részével párhuzamos kapacitást és javítja mind a vételi, mind az adási karakterisztikákat.

-21Α 100 PVDF fólia nagy elmozdulásának megakadályozására azt 112 élénél alá lehet támasztani egy 113 peremmel. A 103 formázótömb előnyösen úgy van kialakítva, hogy szigetelést képezzen, és az egész eszköz, kivéve a sugárzó 100 PVDF fóliát, ideálisan alumínium vezetőanyaggal van bevonva, hogy csökkentsük az elektromágneses és akusztikus interferenciát. A 104 rúd magasságát csavarással lehet beállítani (a 103 formázótömböt egy testhez képest elmozdítva, mely test a 104 rudat alátámasztja), vagy pedig egyszerűen kézzel (a 104 rúd és egy a 103 formázótömbben lévő lyuk közötti súrlódást kihasználva, mely lyuk arra szolgál, hogy a 104 rudat a helyén tartsa, míg azt végül beragasztjuk).

A 2. ábrán vázlatosan egy tömbvázlat látható, egy ultrahang rezgések detektálására szolgáló 300 rendszerre. A 300 rendszernek piezoelektromos 301 ultrahang-átalakítója van, mely megegyezik az 1., 8. vagy 4. ábrákon látható ultrahang-átalakítókkal, valamint egy 302 erősítője, mely villamosán van kötve a 301 ultrahang-átalakítóval. A 302 erősítő, szintén villamosán össze van kötve egy 303 szűrővel, mely viszont villamosán egy 304 katódsugár oszcilloszkóphoz van csatlakoztatva.

Használat során a 300 rendszert olyan légköri környezetbe helyezzük, amelyben az ultrahang hullámokat detektálni kívánjuk. Az ultrahang rezgések hatására a levegőben vagy a gázokban a 301 ultrahang-átalakító ultrahang frekvenciával rezeg és ezt a 301 ultrahang-átalakító ultrahang villamos jelekké alakítja át. Az ultrahang villamos jeleket a 302 erősítővel felerősítjük, a 303 szűrővel szűrjük és a 304 • ·

-22katódsugár oszcilloszkópon megjelenítjük.

A 3. ábrán vázlatosan egy tömbvázlat látható, egy ultrahang rezgések sugárzására szolgáló 400 rendszerre vonatkozóan. A 400 rendszernek piezoelektromos 401 ultrahang-átalakítója van, mely megegyezik az 1., 8. vagy 4. ábrán látható ultrahang-átalakítóval, valamint egy 402 négyszög/szinusz-hullám generátora vagy 403 ultrahang-impulzus generátora villamosán össze van kötve a 401 ultrahang-átalakítóval.

A használat során a 401 rendszer olyan légköri környezetben van elhelyezve, amelyben az ultrahang hullámokat kívánjuk kisugározni. Ultrahang jelek, melyeket a 401 ultrahangátalakítóra a 402 négyszög/szinusz-hullám generátorral vagy a 403 ultrahang-impulzus generátorral adunk, a 401 ultrahangátalakító ultrahangon rezegni fog, aminek hatására az ultrahang rezgéseket a környezeti levegőbe vagy más gázokba sugározzuk.

Az 5. ábrán vázlatosan egy tömbvázlat látható egy ultrahang rezgések érzékelésére és sugárzására szolgáló 500 rendszerre. Az 500 rendszernek egy piezoelektromos 501 ultrahang-átalakítója van, mely megegyezik az 1., 8. vagy 4. ábra szerinti ultrahang-átalakítóval, valamint egy 502 erősítője, mely villamosán az 501 ultrahang-átalakítóval egy 505 kapcsolón keresztül van összekötve. Az 502 erősítő szintén villamosán hozzá van kapcsolva egy 503 szűrőhöz, mely viszont villamosán egy 504 katódsugár oszcilloszkóphoz van csatlakoztatva. Az 500 rendszernek 506 ultrahang négyszög/szinusz-hullám generátora vagy 507 ultrahang-impulzus generátora van, mely villamosán össze van kötve egy 501 ultrahang-átalakítóval az 505 kapcsolón keresztül.

Használat során az 500 rendszer olyan légköri környezetben van elhelyezve, amelyben az ultrahang hullámokat érzékelni kívánjuk. Az ultrahang rezgések a levegőben vagy más gázokban az 501 ultrahang-átalakítót működésbe hozzák, és az ultrahang frekvencián fog rezegni, és ezeket a rezgéseket az 501 ultrahang-átalakító ultrahang villamos jelekké alakítja át. A villamos jelek az 502 erősítőre kerülnek az 505 kapcsolón keresztül, mely az 501 ultrahang-átalakítót és az 502 erősítőt összeköti egymással, ha az 500 rendszer érzékelési üzemmódban van. Az ultahang villamos jeleket az 502 erősítőn felerősítjük, az 503 szűrővel szűrjük és az 504 katódsugár oszcilloszkópon megjelenítjük. Adó üzemmódban az ultrahang villamos jelek, melyeket az 501 ultrahang-átalakítóra az 506 ultrahang négyszög/szinusz-hullám generátor vagy az 507 impulzusgenerátor segítségével az 505 kapcsolón keresztül adunk rá, mely 505 kapcsoló az 501 ultrahang-átalakítót és az 506 ultrahang négyszög/szinusz-hullám generátort vagy az 507 ultrahangimpulzus generátort köti össze egymással, ennek hatására az 501 ultrahang-átalakító ultrahang frekvenciával rezegni fog és az ultrahang rezgéseket a környező levegőbe vagy más gázokba sugározzuk ki, és azok az 508 visszaverő felületre tudnak eljutni, ahonnan azok visszaverődnek és az 500 rendszer vételi üzemmódban veszi.

Két 500 rendszert lehet egymástól meghatározott távolságban elhelyezni, melyek az 1., 8. vagy 4. ábráknak megfelelő ultrahang-átalakítókat tartalmazzák, mint ahogy azt a fentiek·· · ···

-24ben ismertettük, s azokkal váltakozva lehet ultrahang jeleket kibocsátani és venni, hogy méréseket végezzünk, például gázáramlási sebesség mérést. Más megoldás az, hogy egy olyan 500 rendszert használunk, melynek két ultrahang-átalakítója van, mindkettő az 1., 8. vagy 4. ábra szerinti kialakítású, ahol ezeket az ultrahang-átalakítókat egymástól bizonyos távolságban helyezzük el, és ezek felváltva sugározzák és veszik az ultrahang jeleket, így méréseket végezhetünk, például gázáramlási sebességmérést.

1. példa

Mint a fentiekben jeleztük, a találmány szerinti piezoelektromos anyagnak inflexiós ponttal rendelkező görbülete van, és úgy gondoljuk, hogy feltéve, hogy a görbületnek szintén megfelelő sugárzási geometriája van, így egy hatékony piezoelektromos csatolást kapunk, mely keresztirányú elmozdulásokkal gerjeszthető, ahol a nem fázisban lévő keresztirányú rezgések konstruktív módon lépnek interferenciába, nagy kimenőjelet kapunk, mikor ez történik, az ultrahang-átalakítót kvázi-longitudinális/dilatációs módban hajtjuk meg, azaz a piezoelektromos anyag felületével párhuzamos felületi mozgásokat állítunk elő. A találmány szerinti ultrahang-átalakító görbületének a szerepe három módon összetett.

1. Ha 20 rezonanciát alkalmazunk, a rezonanciafrekvencia növekvő görbület esetén növekszik, ennek nagysága a fólia mentén a görbület integráljával van összefüggésben (lásd 11 (a) ábrát).

2. Ha a fólia teljes hosszúságát fázisban hajtjuk meg, mint ami rendszerint a helyzet, összetett görbület szolgál arra, hogy a hosszirányú dilatációkkal összekapcsolt keresztirányú elmozdulás választ nem egyenletes módon oszlassuk el a fólia mentén, oly módon, hogy a legnagyobb elmozdulásokat a legnagyobb görbületi pontokkal társítjuk. A fólia görbületében minden egyes inflexiós pontnál az elmozdulás fázisa megfordul (fázis megfordulás akkor is felléphet, ha nincs inflexió, ha a görbület nagy. Ezt szemléltetjük a 11(b) ábrán.

3. A görbült fólia az ultrahang-átalakító sugárzó formája.

A 11(c) ábra szemlélteti ezeknek a tulajdonságoknak a kombinálását egy 25 μιη vastag PVDF piezoelektromos anyagban, mely kb. 10 mm széles és 20-30 mm hosszúságú, melyet háztartási gázoknál gázsebességmérésre használunk. Az erre a célra használható optimális fólia az egyirányú fólia, ahol az aktív irány a csíkon keresztbe van vágva, mivel ez elnyomja az erős dilatációs mód meglétét a hosszanti irányban (jóllehet, kétirányú PVDF fóliát is lehet használni). Ha ilyen lenne, akkor az egy további válaszcsúcsot idézne elő a kívánt csúcs alatt, a kimenő jelben kisfrekvenciás hullámokat eredményezne. A fóliát keresztirányban hajtjuk meg az első szélességi rezonanciának megfelelő frekvencián vagy annál alacsonyabb frekvencián. Ez a rezgés a fólia mentén egy megfelelő periódikus dilatációt hoz létre, Poisson csatolással. A fóliát az ábrán látható alakban görbítettük meg szorítók mentén, mind • ·· ** »

-26a két végénél, és egy tartó huzallal a közepénél keresztben, és így egy kb. 100 mm² nagyságú effektív sugárzott területet kaptunk. A két nagy görbületi kicsúcsosodás nagyobb keresztirányú mozgást végez és azok fázisban vannak. A közöttük lévő benyomódásban a keresztirányú mozgás ellentétes fázisú. A sugárzón keresztben a teljes alak integrálja a kimenőjelet, és így egy erős széles sávú válaszjelet kapunk kb. 100 KHz-en, melynek hullámhosszúsága 3 mm-el egyenlő. A válaszjelet a kb. ugyanilyen frekvenciájú szélességrezonancia megnöveli.

Egy második elrendezést mutatunk be a 11(d) ábrán, mely kisebb frekvenciájú piezoelektromos anyagokhoz alkalmas, 20-50 KHz-en. Ebben az esetben egy egyirányú fóliából egy csíkot vágtunk ki az aktív irány mentén és a fólia mentén az erős dilatációs rezonanciát használtuk a piezoelektromos anyag lapjaként. A fóliát egy egyszerű fordított U alakban szorítottuk le, majd a fordított U alak görbült elülső részét kissé belapítottuk egy visszatartó huzallal. Az optimális kimenőjelet akkor kaptuk, ha a fóliát addig nyomtuk, amíg a sugárzó felület éppen elég rövid volt ahhoz, hogy lapos lett. Ennél a pontnál a teljes sugárzó felület fázisban rezeg. Ha a fóliát pontosan laposra készítjük, középen egy tartomány úgy tűnik, hogy ellentétes fázisú lesz, ami a válaszjelet lerontja. A működési frekvenciát a fólia hosszúságával határoztuk meg, másodszor pedig a végső komplex görbével, és az eredményeket a 11(e) ábrán szemléltetjük. A visszatartó huzal másodlagos hatása az volt, hogy a frekvenciaválaszt szélesebbé tette.

-272« példa

A hangnak az anyagokban való terjedésének az elmélete rendes körülmények között folytonosság-alapu. Azonban a piezoelektromos műanyag filmek vastagsága tipikusan 10-100 mikron, és ennél fogva sokkal kisebb, mint a filmben továbbhaladó hullámhosszúságok, és így a folytonossági elmélet nem alkalmazható. Az akusztikai hullám terjedésének a kezelése vékony filmekben ennél fogva bonyolult és csupán megközelítő jellegű, de lehetővé teszi a kvázi longitudinális vagy dilatációs hullámok azonosítását, melyek elsődlegesen a film felületével s a keresztirányú hullámokkal párhuzamos felületmozgásokat hoznak létre. Ezek a hullámok mint nem rotációs vagy divergenciamentes hullámok léphetnek fel, és megjelenhetnek mint térfogathullámok vagy felülethullámok. (Structure-Borne Sound, Cremer, Heckl & Ungar, Springe-Verlag, Berlin, 1973.)

A következő kísérletek 25 /xm vastag, 10 x 20 mm hosszúságokban vágott PVDF filmben szemléltetik a fólia geometria hatását a dilatációs és keresztirányú hullámok terjedésére és egymásra hatására. Továbbá a terjedési spektrum összehasonlítása egyirányú PVDF filmekre, melyek pólusiránnyal párhuzamosan és arra keresztbe vannak vágva, azonosítják a csúcsokat a spektrumon, mint a longitudinális vagy keresztirányú hullámok következményét.

A 12(a), 12(b), 12(c) és 12(d) ábrákon felvázolt négy elrendezésre végeztünk összehasonlításokat (melyek mindegyike 1 x 2 cm-es fólia), és ezeket (1), (2), (3) illetve (4) fólia elrendezéseknek nevezünk.

-28Α 13-16. ábrákon a PVDF film (1)-(4) elrendezések ábráit mutatjuk be egy 1 cm-es szélességű alapon, melyek a módok között energiaátvitelt létesítenek, és ezek szemléltetik, hogy mennyire kritikus a piezoelektromos anyag alakjával társított optimalizáció.

A 9. ábra terminológiáját használva az x teljes hosszúság részben meghatározza a frekvenciát, és a h2/hosszúság arány meghatározza a frekvenciát és a kimenőjelet.

A h₂i és h_2r értékekben legfeljebb +0,5 mm-es tűrést lehet megengedni, de azután a kimenőjel gyorsan csökken, például + 1,0 mm a jelben egy négyszeres csökkenést idéz elő.

Az elektródatömeg hatása az ultrahang-átalakító kimenőjelére az volt, hogy annak amplitúdója csökkent, vagyis minél nagyobb volt a film molekula tömege/sűrűsége és minél vastagabb volt az elektróda vastagság, annál kisebb volt a rezgés amplitúdója és az átalakító kimenőjele, például ha az elektróda anyaga Al - Ti - Ag - Au volt, akkor kimenőjelben egy dB kiesés volt.

3. példa

Előzetes méréseket végeztünk egy köralakú, 20 mm átmérőjű piezoelektromos anyagon, a 4. ábrán bemutatott típusú anyagon. Összehasonlítva az 1. vagy 8. ábrán bemutatott típusú átalakítókkal azt tapasztaltuk, hogy a kimenőjel kb. 10 dB-lel kisebb volt, de ez nem ad magyarázatot a nem hatásos begyűrődésekre, melyek a műanyag öntésénél létrejött nem megfelelő kialakításnak a következményei.

-29Ipari alkalmazhatóság

A találmány szerinti piezoelektromos ultrahang-átalakító különösen hasznos levegőben vagy más gázokban ultrahang rezgések érzékelésére és/vagy kisugárzására, beleértve a háztartási gázt, kereskedelmi vagy ipari felhasználást, vagy a folyadékokat, beleértve a vizet és a tengervizet is.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. ) Piezoelektromos ultrahang-átalakító, mely profillal rendelkező piezoelektromos anyagot tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az ultrahang-átalakító képes dilatációs módban ultrahang rezgések kisugárzására és/vagy vételére.
2. ) Az 1. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyaggal egy feszítést adó eszköz van együttműködőén társítva.
3. ) Az 1. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag meg van feszítve, és egy feszítő eszközzel van ellátva, mely a piezo elektromos anyaggal együttműködőén van társítva.
4. ) Az 1., 2. vagy 3. igénypont szerinti ultrahang-átala-

kító, azzal jellemezve, hogy a profil egy U-alak. 5.) Az 1., 2. vagy 3. igénypont szerinti ultrahang- -átalakító, a z z a 1 jellemezve, hogy a profil egy nyereg alak.
6. ) Az 1., 2. vagy 3. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén polimert vagy vinilidén fluorid és trifluor etilén kopolimerjét tartalmazza.
7. ) Az 1., 2. vagy 3. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag nyereg alakú és pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz.
8. ) Az 1., 2. vagy 3. igénypont szerinti ultrahangátalakító, azzal jellemezve, hogy az anyag fordított U-alakú és pólusos polivinilidén polimer fóliát tartalmaz.
9. ) A 3. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzál jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag nyereg alakú, a piezoelektromos anyaggal egy feszítő rúd van együttműködőén társítva, melynek keresztmetszeti átmérője d2, a piezo elektromos anyag rögzítési pontjai A és C, az A és C pontok között egy B pont mentén az anyag profiljának a hosszúsága x, d az A és C pontok közötti távolság, d3 a nyeregcsúcsok közötti távolság, ha piezoelektromos anyag magassága a bal oldali nyeregcsúcs és az A és C pontokat összekötő egyenes között mérve, h_r a piezoelektromos anyag magassága a jobb oldali nyeregcsúcs és az A és C pontokat összekötő egyenes között mérve, h2i a piezoelektromos anyag baloldali nyergének a magassága és

-32h_2r ^a piezoelektromos anyag jobboldali nyergének a magassága, és ahol

1.5*di < x < 2.3*dj;

0.5*di < h_r < 0.9*di;

0.5*άι < hj

0.9*άχ;

0.1*di < h₂i <

0.2*dj;

0.1*di < h_2r <

0.2*di;

0.05*di < d₂ < O.2*dj; és

0.6*di < d₃ < 0.8*d^.

10.) A 9.igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy

dl — 10 mm 15 mm < X < 23 mm; 5 mm < h_r < 9 mm; 5 mm < ^hl < 9 mm; 1 mm < ^h21 < 2 mm; 1 mm < ^h2r < 2 mm; 0.5 mm < d₂ < 2 mm; és 6 mm < d₃ < 8 mm.

11.) A 10. igénypont szerinti ultrahang-átalakító.

azzal jellemezve, hogy

di = 10 mm; x = 20 mm; h_r = 7,5 mm; hí = 7,5 mm; ^h21 = 1,5 mm; h_2r = 1,5 mm; d₂ = 1,0 mm; és d₃ = 6,9 mm.
12.) A 9., 10. vagy 11. igénypont szerinti ultrahang átalakító, azzal jellemezve hogy a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz.
13. ) A 9., 10. vagy 11. igénypont szerinti ultrahang- átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz, amelynek vastagsága 9 μιη-30 μη.
14. ) Az 1. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag profillal van ellátva és meg van feszítve, és a piezoelektromos anyaggal profiladó és feszítő eszközök vannak együttműködőén társítva.
15. ) A 14. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy profilja fordított U-alakú.
16. ) A 14. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a profil nyeregalakú.
17. ) A 14. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén polimert vagy polivinilidén fluorid és trifluor etilén pólusos kopolimerjét tartalmazza.
18. ) A 14. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag nyeregalakú és pólusos polivinilidén polimer fóliát tartalmaz.
19. ) A 14. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag fordított U-alakú és pólusos polivinilidén polimer fóliát tartalmaz .
20. ) A 14. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag olyan nyereg formájú, ahol

-351.5*di < X < 2.3*di;

0.5*di < h_r < 0.9*di;

0.5*di < hl· < 0.9*di;

0.1*di < h₂i < 0.2*dj;

0.1*dx < h_2r < 0.2*d₂;

0.05*di < d₂ < 0.2*di; és

0,6*di < d3 < 0.8*άχ.

21.) A 20. igénypont szerinti ultrahang-átalakító,

jellemezve, hogy dj = 10 mm 15 mm < x < 23 mm; 5 mm < h_r < 9 mm; 5 mm < hí < 9 mm; 1 mm < h₂i < 2 mm; 1 mm < h_2r < 2 mm; 0.5 mm < d₂ < 2 mm; 6 mm < d3 < 8 mm.

22.) A 21. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy

^dl ⁼ = 10 mm; x = = 20 mm; h_r = = 7,5 mm; hí = — 7,5 mm, ^h21 = = 1,5 mm; h_2r = d₂ = d₃ = = 1,5 mm; = 1,0 mm; és = 6,9 mm.
23. ) A 20., 21. vagy 22. igénypont szerinti ultrahang- átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz.
24. ) A 20., 21. vagy 22. igénypont szerinti ultrahang- átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz, melynek vastagsága 9 μπι-35 μιη .
25. ) A 20., 21. vagy 22. igénypont szerinti ultrahang- átalakító, azzal jellemezve, hogy ahol a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz, mely 25 μια vastag.
26. ) A 14. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag fordított U-alak, ahol a piezoelektromos anyag rögzítési pontjai A és B, x az A és B pontok közötti, C ponton keresztül az anyag profiljának a hosszúsága, és az A és B pontok közötti távolság, ahol:

l,5*di < x < 2,3*di.
27. ) A 26 igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy di = 10 mm; és

15 mm < x < 23 mm.

28. ) A 27. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal j e 1 1 e m e z v e , hogy di = 10 mm; és x = 20 mm. 29.) A 26., 27 . vagy 28. igénypont szerinti ultrahang- átalakító, azzal jellemezve , hogy a piezoe-

lektromos anyag pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz.
30. ) A 26., 27. vagy 28. igénypont szerinti ultrahangátalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz, amely 9 pm-35 pm vastag.
31. ) A 26., 27. vagy 28. igénypont szerinti ultrahangátalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag pólusos polivinilidén fóliát tartalmaz, amely 25 μη vastag.
32. ) Eljárás piezo elektromos ultrahang-átalakító előállítására, azzal jellemezve, hogy az alábbi lépésekből áll:

egy piezoelektromos anyagot profillal látunk el és megfeszítjük, ezáltal az anyag képes lesz dilatációs módban ultrahang rezgések kisugárzására és/vagy vételére.
33. ) A 32. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az anyagot nyereg formában látjuk el profillal.
34. ) A 32. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az anyagot fordított U-alakban látjuk el profillal.
35. ) A 32., 33. vagy 34. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, vinilidén fóliát alkalmazunk.
36. ) A 9-10., 20-22. vagy szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, anyag szélessége 1 mm-500 mm.
37. ) A 9-10., 20-22. vagy szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, anyag szélessége 5 mm-20 mm.
38. ) A 9-10., 20-22. vagy szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, anyag szélessége 10 mm.

hogy anyagként pólusos poli26-28. igénypontok bármelyike hogy ahol a piezoelektromos

26-28. igénypontok bármelyike hogy ahol a piezoelektromos

26-28. igénypontok bármelyike hogy ahol a piezoelektromos
39.) Piezoelektromos ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy piezoelektromos anyagot tartalmaz, melynek profilja van és meg van feszítve, és feszítő eszközzel van ellátva, mely eszköz anyaggal együttműködve van társítva, és ezáltal az ultrahang-átalakító képes 10 KHz-200 KHz frekvenciatartományban lévő rezgéscsúcsokkal rendelkező ultrahangrezgések adására és/vagy vételére.
40. ) A 39. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a tartomány

80 KHz—120 KHZ.
41. ) A 40. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a tartomány

95 KHz-105 KHz.
42. ) A 39. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a tartomány

15 KHz-60 KHz.
43. ) A 40. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a tartomány

15 KHZ-30 KHZ.
44. ) Piezoelektromos ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy piezoelektromos anyagot tartalmaz, melynek profilja van és meg van feszítve, és feszítő eszközzel van ellátva, mely eszköz anyaggal együttműködve van társítva,és ezáltal az ultrahang-átalakító képes 10 KHz-200 KHz frekvenciatartományban lévő rezgéscsúcsokkal rendelkező ultrahangrezgések adására és/vagy vételére.
45. ) A 39. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a tartomány

80 KHz-120 KHz.
46. ) A 40. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a tartomány

95 KHz-105 KHz.
47. ) A 39. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a tartomány

15 KHz-60 KHz.
48. ) A 40. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a tartomány

15 KHz-30 KHz.

• ·
49.) Az 1. igénypont szerinti ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a piezoelektromos anyag nyereg formában kialakítva, ahol A és C a piezoelektromos anyag rögzítési pontjai, x az A és C pontok között egy B pont mentén az anyag profiljának a hosszúsága, d^ az A és C pontok közötti távolság, Ú3 a nyeregcsúcsok közötti távolság, h^ a piezoelektromos anyag magassága a bal oldali nyeregcsúcs és az A és C pontokat összekötő egyenes között mérve, h_r a piezoelektromos anyag magassága a jobb oldali nyeregcsúcs és az A és C pontokat összekötő egyenes között mérve, Ϊ121 a piezoelektromos anyag baloldali nyergének a magassága és h2_r a piezoelektromos anyag jobboldali nyergének a magassága, és ahol

1.5*di < x < 2.3*άχ;

0.5*d^ < h_r < 0.9*djj

0.5*d^ < h^ < 0.9*di;

0.1*di < h2i < 0.2*άχ;

0.1*άχ < h2_r < 0.2*d]j és

0.6*di < d3 < 0.8*di· .1? ARRA