NL193046C - Stelsel voor het omzetten van geluid. - Google Patents

Description

1 193046

Stelsel voor het omzetten van geluid.

De uitvinding heeft betrekking op een geluidsomzetterstelsel met een elektro-akoestische omzetter, een buigtrillerplaat, die met de elektro-akoestische omzetter gekoppeld is en zodanig uitgevoerd is, dat deze bij 5 de bedrijfsfrequentie van het stelsel tot buigtriliingen geëxciteerd wordt, waarbij zich op de buigtrillerplaat ten minste twee door een knooplijn van elkaar gescheiden, in tegenfase trillende trillingsbuikzones vormen, en met een buigstraalvormer met een voor geluidsgolven ondoordringbare geluidsgolfversperring, die op afstand van de buigtrillerplaat en daarvan akoestisch ontkoppeld voor een trillingsbuikzone ligt.

Een dergelijk geluidsomzetterstelsel is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.849.679. Daarin wordt 10 een geluidsomzetterstelsel beschreven, waarbij de buigtrillerplaat wordt geëxciteerd tot een buigtrilling van de tweede orde, waarbij zich op de buigtrillerplaat slechts één enkele knooplijn tussen twee in tegenfase ten opzichte van elkaar trillende trillingsbuikzones vormt. In dit stelsel Is een geluidsgolfversperring aanwezig, die uitgevoerd is als een ronde plaat die het centrale gebied van de buigtrillerplaat afdekt.

Stelsels voor het omzetten van geluid van deze soort worden in het bijzonder als geluidszender en/of 15 getuidsontvanger voor afstandsmeting volgens het echoloodprincipe toegepast. Hierbij wordt de looptijd van een door een geluidszender uitgestraalde geluidsgolf tot een reflecterend voorwerp en de looptijd van de aan het voorwerp gereflecteerde echogeluidsgolf terug naar een getuidsontvanger gemeten. Bij de bekende geluidssnelheid is de looptijd een maat voor de te meten afstand. De frequentie van de geluidsgolf kan in het hoorbare gebied of in het ultrasone gebied liggen. In de meeste gevallen vindt de afstandsmeting 20 volgens de pulslooptijdwerkwijze plaats, waarin een korte geluidspuls uitgezonden en de aan het object gereflecteerde echoputs ontvangen wordt. In dit geval kan hetzelfde geluidsomzetterstelsel afwisselend als geluidszender en als geluidsontvanger worden toegepast.

Een breder toepassingsgebied van deze afstandsmeting met behulp van geluidsgolven is de vulstand-meting. Hiertoe wordt het geluidsomzetterstelsel over de te meten vulwaar boven de hoogst voorkomende 25 vulstand zodanig aangebracht dat het een geluidsgolf naar onder op de vulwaar uitstraalt en de aan het oppervlak van de vulwaar naar boven gereflecteerde echogeluidsgolf ontvangt. De gemeten looptijd van de geluidsgolf levert dan de afstand van het oppervlak van de vulwaar tot het geluidsomzetterstelsel, en bij bekende inbouwhoogte van het geluidsomzetterstelsel kan hieruit de te meten vulstand berekend worden.

Voor het bereiken van groter reikwijdten bij de afstandsmeting met geluidsgolven zijn voor wat betreft 30 vermogen sterke geluidsomzetterstelsels met goed rendement nodig opdat het ontvangen echosignaal nog een voor de verwerking toereikende intensiteit heeft. Het rendement hangt in hoofdzaak van twee factoren af: 1. van de aanpassing van het geluidsomzetterstelsel van de impedantie van het overdrachtsmedium; 2. van de richtwerking van het geluidsomzetterstelsel bij het zenden en bij het ontvangen van de geluidsgol-35 ven.

De bij de bekende geluidsomzetterstelsels toegepaste buigtrillerplaten dienen voor aanpassing van de impedantie. Bij de vulstandmeting is het overdrachtsmedium voor de geluidsgolven gasvormig, b.v. lucht, en hetzelfde geldt ook voor vele andere gebieden van toepassing. De gebruikelijke elektroakoestische omzettere, zoals piëzo-elektrische omzettere, magnetostrictieve omzettere, enz., hebben gewoonlijk een 40 akoestische impedantie die zeer verschillend is van de akoestische impedantie van lucht of andere gasvormige overdrachtsmedia. Zij dienen derhalve bij de bekende geluidsomzetterstelsels alleen voor het exciteren van de grootvlakkige buigtrillerplaten, die de eigenlijke geluidsstraler resp. geluidsontvanger vormen en die een goede impedantie-aanpassing aan lucht of andere gasvormige overdrachtsmedia opleveren.

45 Ten opzichte van de beoogde richtwerking lijken de grootvlakkige buigtrillerplaten eveneens voordelig, daar zoals bekend de bundeling van een stralingslob des te smaller is des te groter de uitstrekking van het stralingsvlak in verhouding tot de golflengte is. Daar staat echter bij de geluidsomzetterstelsels met een in buigtriliingen van hogere orde verplaatste buigtrillerplaat het probleem tegenover dat de afwisselend in tegenfase trillende trillingsbuikzones ook tegenfasige geluidsgolven uitstralen die onderling tot interferentie 50 komen. Het hierdoor ontstane stralingsdiagram heeft in de loodrecht op de buigtrillerplaat staande as alleen een verhoudingsgewijs geringe stralingsintensiteit, echter concentrisch tot de as gelegen stralingslobben en verdere storende nevenpunten of -lobben.

Ter vermijding van dit ongunstige stralingsdiagram is het uit het tijdschrift: 'The Journal of the Acoustical Society of America", Vol. 51, No. 3 (deel 2), blz. 953 tot 959 bekend om de met de trillingsbuikzones 55 overeenkomstige gebieden van de buigtrillerplaat afwisselend met verschillende dikte uit te voeren. Het dikteverschil is zodanig bemeten dat aan de door de dikkere gebieden uitgestraalde geluidsgolven een fasedraaiing over 180° gegeven wordt. De door alle trillingsbuikzones uitgestraalde geluidsgolven zijn dan 193046 2 gelijkfasig, zodat het stralingsdiagram een opgedrukt stralingsmaximum in de asrichting in de vorm van een scherp gebundelde lob heeft. De fabricage van een dergelijke buigtrillerplaat is echter gecompliceerd en duur. Verder is het met een dergelijke buigtrillerplaat uitgevoerde geluidsomzetterstelsel zeer smalbandig, want de fasedraaiing over 180° treedt vastgelegd door de structuur van de buigtrillerplaat alleen voor een 5 geheel bepaalde frequentie op. Het stelsel is daarom niet voor pulsbedrijf geschikt. Tenslotte is het ook niet mogeiijk om de buigtrillerplaat aan een andere bedrijfsfrequentie aan te passen.

Bij een uit het Europese octrooischrift 0.039.986 bekend geluidsomzetterstelsel zijn de met de afwisselende trillingsbuikzones overeenkomstige gebieden van de buigtrillerplaat eveneens zodanig uitgevoerd dat aan de door elke tweede trillingsbuikzone opgewekte geluidsgolven een fasedraaiing over 180° wordt 10 gegeven, zodat de door alle trillingsbuikzones uitgestraalde geluidsgolven in wezen gelijkfasig zijn. Voor dit doel is op de betreffende gebieden van het uitstraalvlak van de buigtrillerplaat een verliesarm akoestisch uitbreidingsmateriaal van zodanige dikte aangebracht dat de gewenste fasedraaiing verkregen wordt.

Als verliesarm akoestisch uitbreidingsmateriaal voor dit doel worden geslotencellige schuimkunststoffen of ongeschuimde elastomeren voorgesteld. Dit materiaal moet overeenkomstig de vorm van de trillingsbuik-15 zones worden uitgesneden en op de buigtrillerplaat worden gekleefd. Hierdoor ontstaan problemen wanneer het geluidsomzetterstelsel in bedrijf aan mechanische belastingen of chemische inwerkingen blootgesteld is, zoals dat in het bijzonder bij de vulstandmeting het geval is. De opgekleefde kunststofdelen kunnen gemakkelijk beschadigd worden en hebben ten opzichte van vele chemisch agressieve media slechts een geringe bestendigheid. Verder vergroten zij het gevaar dat door stofvormige of poedervormige of kleverige 20 vulwaren aanzetvorming optreedt die de werking nadelig beïnvloedt.

Uit de Japanse octrooipublicatie 58.124.398 is anderzijds een geluidsomzetterstelsel bekend, waarbij voor een met een piëzo-elektrische omzetter verbonden vibratieplaat een dunne plaat met openingen aangebracht is. Aanvullend is een hoornstraler voorzien. Voor de uitvoering, aantal, grootte en vorm van de openingen in de dunne plaat zijn talrijke verschillende voorbeelden aangegeven. Bij dit bekende geluidsom-25 zetterstelsel is de vibratieplaat echter geen buigtrillerplaat; maar veeleer is door een konische vorm van de vibratieplaat gewaarborgd dat deze in zijn geheel stijf als een zuiger trilt. Er zijn daarom op de vibratieplaat geen knooplijnen, waartussen afwisselend in tegenfase trillende trillingsbuikzones liggen, en dientengevolge is een onderlinge toevoeging van de openingen in de dunne plaat bij dergelijke trillingsbuikzones niet mogelijk.

30 Het is het doel van de uitvinding een geluidsomzetterstelsel van de in de aanhef aangegeven soort met groot rendement en goede uitstraalkarakteristiek te verschaffen welke gemakkelijk te fabriceren is, een hoge bedrijfszekerheid heeft, zeer breedbandig is, en op eenvoudige manier aan andere bedrijfsfrequenties kan worden aangepast.

Aan deze doelstelling wordt voldaan door een geluidsomzetterstelsel van de in de aanhef genoemde 35 soort, dat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de buigstraalvormer een centrale opening heeft, die voor de centrale trillingsbuikzone van de buigtrillerplaat ligt, alsmede meerdere ringvormige, voor geluidsgolven ondoordringbare geluidsgolfversperringen, die de centrale opening concentrisch omgeven en op afstand van de buigtrillerplaat en daarvan akoestisch ontkoppeld voor de steeds in tegenfase met de centrale trillingsbuikzone trillende trillingsbuikzones liggen, en meerdere ringvormige geluidsgolven 40 doorlatende gebieden, die tussen de ringvormige geluidsgolfversperringen voor de in gelijke fase met de centrale trillingsbuikzone trillende trillingsbuikzones liggen.

Wanneer het geluidsomzetterstelsel volgens de uitvinding als geluidszender wordt toegepast, worden er alleen gelijkfasige geluidsgolven overgedragen, terwijl de tegenfasige geluidsgolven door de geluidsgolfversperringen onderdrukt worden. Bij de toepassing als geluidsontvanger kan de aankomende geluidsgolf 45 alleen op gelijkfasig trillende trillingsbuikzones van de buigtrillerplaat inwerken. In beide gevallen bestaat dus dezelfde goede impedantie-aanpassing en richtwerking zoals bij de bekende stelsels. Dit wordt echter door een geluidsstraalvormer bereikt, die volledig van de buigtrillerplaat gescheiden is terwijl er aan de buigtrillerplaat zelf geen veranderingen teweeggebracht worden. Het onderdrukken van de ongewenste geluidsgolven vindt door reflectie en/of absorptie aan de geluidsgolfversperringen plaats. Deze werking is in ruime mate 50 onafhankelijk van het materiaal, waaruit de geluidsgolfversperringen bestaan. Het materiaal van de geluidsstraalvormer kan daarom enerzijds met het oog op de toepassingsvoorwaarden van het geluidsomzetterstelsel en anderzijds ten aanzien van een eenvoudige en rationele fabricage gekozen worden. In het bijzonder kan de geluidsstraalvormer zodanig uitgevoerd worden dat hij mechanisch robuust en corrosie-bestendig is. Door geschikte materiaalkeuze kan ook het gevaar van aanzetvorming verminderd worden.

55 Wanneer desondanks aanzetvorming zou plaatsvinden kan het stelsel gemakkelijk gereinigd worden en aanvullend treedt er ook een zelfreinigingseffect als gevolg van de relatief grote trillingsamplituden van de buigtrillerplaat op.

3 193046

Het geluidsomzetterstelsel volgens de uitvinding is zeer breedbandig daar de onderdrukking van de ongewenste geluidsgolven op een voor alle frequenties gelijke sperwerking berust die onafhankelijk is van het aanhouden van bepaalde faseverschuivingen. Het stelsel werkt als akoestisch filter want in samenhang met de geluidsstraalvormer laat het stelsel bij voorkeur die geluidsfrequentie voor de ontvangst toe, die de 5 buigtrillerplaat tot zijn gewenste bedrijfsfrequentie exciteren. Verder kan het stelsel door een eenvoudige uitwisseling van de geluidsstraalvormer gemakkelijk aan verschillende bedrijfsfrequenties worden aangepast.

De uitvinding zal aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening, waarin: 10 figuur 1 een schematisch doorsnedeaanzicht van een geluidsomzetterstelsel volgens de uitvinding toont; figuur 2 een kopaanzicht van het geluidsomzetterstelsel met de geluidsstraalvormer, in figuur 1 van onder gezien, toont; figuur 3 een schematische weergave ter toelichting van de werking van de buigtrillerplaat van het geluidsomzetterstelsel van figuur 1 toont; 15 figuur 4 een schematische weergave ter toelichting van de werking van de geluidsstraalvormer van het geluidsomzetterstelsel van figuur 1 toont; figuur 5 een gewijzigde uitvoeringsvorm van de geluidsgolfversperringen van de geluidsstraalvormer toont; figuur 6 een verdere wijziging van de geluidsgolfversperringen van de geluidsstraalvormer toont; figuren 7 tot 12 verschillende dwarsdoorsnedevormen van de geluidsgolfversperringen van de geluidsstraal-20 vormer tonen; en figuur 13 een gedeeltelijke weergave van een geluidsstraalvormer met aan de geluidsgolfversperringen aangebrachte afdichtingslippen ter vermijding van aanzetvorming toont.

Het in figuur 1 aangegeven geluidsomzetterstelsel 10 heeft een huis 11 met een buisvormig gedeelte 12, 25 dat aan het ene einde door een bodem 13 afgesloten is en aan het tegenovergestelde open einde in een verbreed gedeelte 14 overgaat, dat de vorm van een vlakke schaal met een rand 15 heeft. In een opening van de bodem 13 is een kabeldoorvoering 16 aangebracht. Het gehele huis 11 is rotatiesymetrisch tot zijn as A-A, zodat de rand 15 van het bredere gedeelte 14 cirkelrond is zoals uit figuur 2 blijkt.

In het buisvormige gedeelte 12 is een elektroakoestische omzetter 20 aangebracht, die bij het aangege-30 ven uitvoeringsvoorbeeld een piëzo-elektrische omzetter is. De omzetter bestaat uit twee piëzoschijven 21 en 22, die sandwich-vormig onder tussenvoeging van een middenelektrode 23 tussen twee buitenelektroden 24, 25 aangebracht zijn. Het uit de piëzoschijven 21, 22 en de elektroden 23, 24, 25 bestaande sandwich-blok is tussen een steunmassa 26 en een koppelmassa 27 ingespannen. De beide buitenelektroden 24 en 25 zijn elektrisch met een gemeenschappelijke aansluitgeleider 28 verbonden. De middenelektrode 23 is 35 met een tweede aansluitgeleider 29 verbonden. Hierdoor zijn de beide piëzoschijven 21, 22 elektrisch parallel geschakeld terwijl zij mechanisch in serie liggen.

In het verbrede vlakke gedeelte 14 is een dunne cirkelronde buigtrillerplaat 30 aangebracht, die door een stang 31 met de elektroakoestische omzetter 20 mechanisch verbonden is. De buigtrillerplaat 30 is in het midden tussen de stang 31 en een op de tegenovergestelde zijde aangebrachte huls 32 door een schroef 40 33 ingespannen, die door een middenopening van de plaat 30 gevoerd en in een axiale schroefdraadboring in de stang 31 geschroefd is. De plaat 30 ligt op afstand van de bodem van het verbrede huisgedeelte 14, en zijn middellijn is wat kleiner dan de inwendige middellijn van de rand 15. De rand van de plaat 30 is in een buigzame pakking 34 ingebed, die volgens een ring langs de binnenzijde van de rand 15 loopt. De pakking 34, die bijvoorbeeld uit neopreen-moosrubber bestaat, verhindert het indringen van ongewenste 45 vreemde stoffen in het inwendige van het huis 11 rond de rand van de plaat 30 en dient in wezen voor de geluidsontkoppeling van massa tussen de trillende plaat 30 en het huis 11.

Het inwendige van het buisvormige huisgedeelte 12 kan met een gietmassa 35 gevuld zijn die echter een doorgang voor de stang 31 vrijlaat.

Aan de kopzijde van de rand 15 is op afstand van de buigtrillerplaat 30 een geluidsstraalvormer 40 met 50 drie schroeven 41 bevestigd (figuur 2). De vorm en de functie van de geluidsstraalvormer 40 zullen later nog in detail worden toegelicht.

Het in figuur 1 aangegeven geluidsomzetterstelsel 10 dient ervoor om elektrische trillingen in geluidsgolven om te zetten, die in de richting van de as A-A, dus loodrecht op het vlak van de buigtrillerplaat 30, uitgezonden worden, of geluidsgolven die uit deze richting komen in elektrische trillingen om te zetten. De 55 zend- en ontvangrichting ligt in figuur 1 loodrecht onder het geluidsomzetterstelsel hetgeen met de gebruikelijke inbouwmanier overeenkomt wanneer het geluidsomzetterstelsel als een echolood voor de meting van een vulstand wordt toegepast. In dit toepassingsgeval is het geluidsomzetterstelsel boven de 193046 4 hoogst voorkomende vulstand gemonteerd, en de geluidsgolven lopen door de lucht naar onder tot zij op het oppervlak van de vulwaar invallen en daar gereflecteerd worden. Uit de looptijd van de geluidsgolven volgt de afstand tussen het oppervlak van de vulwaar en het geluidsomzetterstelsel en uit deze afstand kan de vulstand berekend worden. Voor de looptijdmeting worden de geluidsgolven gewoonlijk in de vorm van 5 korte pulsen uitgezonden en wordt de tijdafstand tot aan het invallen van de echopulsen gemeten. In dit geval kan het weergegeven geluidsomzetterstelsel afwisselend als geluidszender en als geluidsontvanger worden toegepast.

Voor andere toepassingsdoeleinden, bijvoorbeeld voor de afstandsmeting, kan het geluidsomzetterstelsel natuurlijk in elke willekeurige andere richting bedreven worden.

10 In alle gevallen zijn voor het verkrijgen van grote reikwijdten met zo goed mogelijk rendement, dus voor de ontvangst van toereikend sterke echosignalen met zo gering mogelijk zendvermogen, twee eisen te vervullen: 1. een goede aanpassing van het geluidsomzetterstelsel aan de akoestische impedantie van het overdrachtsmedium, b.v. lucht; 15 2. een goede richtwerking, d.w.z. een zo scherp mogelijke bundeling van de geluidsgolvenbundel (geluids-straal) in de gewenste overdrachtsrichting, dus in de richting van de as A-A.

Teneinde aan de eerste eis te voldoen wordt de buigtrillerplaat 30 als geluidsstraler toegepast. Zijn werking zal aan de hand van figuur 3 toegelicht worden.

Wanneer aan de elektroden 22, 23, 24 via de aansluitgeleiders 28, 29 een elektrische wisselspanning 20 wordt toegevoerd, dan voeren de piëzoschijven 21,22 diktetrillingen uit die aan de stang 31 overgedragen worden zodat deze in longitudinale trillingen in de richting van de as A-A verplaatst wordt. Deze longitudinale trillingen zijn in figuur 3 door de dubbele pijl F aangeduid. De bedrijfsfrequentie van het stelsel, d.w.z. de frequentie van de elektrische trilling en dus de frequentie van de door de piëzo-elektrische omzetter opgewekte mechanische trilling, is beduidend hoger dan de eigen resonantiefrequentie van de buigtrilling 25 van de buigtrillerplaat 30, zodat de buigtrillerplaat 30 door de stang 31 tot buigtrillingen van hogere orde geëxciteerd wordt. De rand van de buigtrillerplaat 30 is als gevolg van de buigzaamheid van het materiaal van de pakking 34 massageluidgedempt. Op de buigtrillerplaat 30 vormt zich daarom het in figuur 3 in dwarsdoorsnede aangegeven stelsel van staande golven met meerdere in rust zich bevindende knooplijnen K1, K2, ... K7, waartussen zich de trillingsbuikzones B1, B2, ... B6 bevinden. Het met de stang 31 30 verbonden, binnen de knooplijn K1 gelegen centrale gebied van de buigtrillerplaat 30 is eveneens een trillingsbuikzone B0, waarvan de trilling door de stang 31 gedwongen wordt. Daar de buigtrillerplaat 30 cirkelrond is, vormen de knooplijnen K1, K2, ... K7 concentrische cirkels rond het middelpunt van de buigtrillerplaat 30.

In figuur 3 is de trillingstoestand van de buigtrillerplaat 30 bij maximale uitwijking van het centrale gebied 35 B0 in de ene richting door een volle lijn en bij maximale uitbuiging in de andere richting door een gestreepte lijn aangegeven. De trillingsamplituden zijn ten behoeve van de duidelijkheid sterk overdreven getekend. Uit de weergave blijkt dat twee door een knooplijn van elkaar gescheiden trillingsbuikzones telkens in tegenfase ten opzichte van elkaar trillen. Zo trillen de oneven trillingsbuikzones B1, B3, B5 in gelijke fase ten opzichte van elkaar, maar trillen zij in tegenfase ten opzichte van de even trillingsbuikzones B2, B4, B6.

40 De in buigtrillingen van hogere orde verplaatste grootvlakkige buigtrillerplaat 30 levert een goede impedantie-aanpassing aan het overdrachtsmedium lucht of een ander gasvormig overdrachtsmedium. Elke trillingsbuikzone wekt een geluidsgolf op die zich in het aangrenzende overdrachtsmedium uitbreidt. Ten aanzien van de beoogde richtwerking bestaat echter het probleem dat de door aangrenzende trillingsbuik-zones opgewekte geluidsgolven telkens in tegenfase tot elkaar zijn. In figuur 3 zijn deze geluidsgolven door 45 pijlen aangeduid en de fasestanden van de geluidsgolven zijn door de langs de pijlen lopende sinuslijnen aangegeven. Hieruit blijkt dus dat de van de trillingsbuikzones B1, B3, B5 afkomstige geluidsgolven in tegenfase tot de van de trillingsbuikzones B0, B2, B4, B6 afkomstige geluidsgolven zijn. Een dergelijke geluidsgolvenverdeling levert zoals bekend geen opgedrukte richtwerking in de loodrecht op de buigtrillerplaat 30 gelegen asrichting; veeleer heeft het richtdiagram sterke stralingsnevenlobben die concentrisch tot 50 deze asrichting liggen en verdere zwakkere nevenpunten. Als gevolg van deze slechte richtwerking gaat in het bijzonder bij grotere meetafstanden het grootste deel van de uitgezonden geluidsenergie verloren zonder naar het geluidsomzetterstelsel terug te keren.

Hetzelfde geluidsomzetterstelsel kan ook als geluidsontvanger toegepast worden, waarbij een invallende geluidsgolf de buigtrillerplaat 30 in buigtrillingen beweegt, die door de stang 31 aan de piëzo-elektrische | 55 omzetter 20 overgedragen en door deze in een elektrisch signaal met de frequentie van de invallende geluidsgolf omgezet worden. Het geluidsomzetterstelsel heeft bij het ontvangen hetzelfde richtdiagram als bij het zenden.

5 193046

De aan de kopzijde van het geluidsomzetterstelsel aangebrachte geluidsstraalvormer 40 heeft tot doel de richtwerking van het geluidsomzetterstelsel 10 te verbeteren. Het principe van de werking van de geluidsstraalvormer is in figuur 4 aangegeven. Figuur 4 toont op dezelfde manier als figuur 3 de in buigtrillingen van hogere orde verplaatste buigtrillerplaat 30 met de knooplijnen K1, K2, ... K7 en de trillingsbuikzones B0, 5 B1, ... B6. De geluidsstraalvormer 40 heeft geluidsgolfversperringen 42, d.w.z. voor geluidsgolven in wezen ondoorlatende delen die op afstand voor elke tweede trillingsbuikzone aangebracht zijn, en voor geluidsgolven doorlatende gebieden 43 die voor de daartussen gelegen trillingsbuikzones liggen. Bij het in figuur 4 aangegeven voorbeeld liggen de geluidsgolfversperringen 42 voor de oneven trillingsbuikzones B1, B3, B5 en zij verhinderen de doorgang van de van deze trillingsbuikzones afstammende geluidsgolven. Daarente-10 gen liggen voor de even trillingsbuikzones B0, B2, B4, B6 geluidsgolven doorlatende gebieden 43, die in het meest eenvoudige geval, zoals in figuur 4 aangegeven is, door vrije openingen (tussenruimten, doorbrekingen) gevormd kunnen zijn. Door de gebieden 43 kunnen de door de trillingsbuikzones B0, B2, B4, B6 opgewekte geluidsgolven ongehinderd doorgaan. Aan de andere zijde van de geluidsstraalvormer breiden zich daarom uitsluitend gelijkfasige geluidsgolven uit. Deze gelijkfasige geluidsgolven leveren, zoals bekend, 15 een stralingsdiagram met een opgedrukte lob in de richting van de loodrecht op het vlak van de buigtrillerplaat gelegen stralingsas op, terwijl storende nevenpunten in ruime mate onderdrukt zijn. De openingshoek van de lob is des te kleiner des te groter de middellijn van de buigtrillerplaat 30 in verhouding tot de golflengte van de geluidsgolf in het overdrachtsmedium is.

De geluidsgolfversperringen 42 van de geluidsstraalvormer 40 kunnen de doorgang van de geluidsgolven 20 of door reflectie of door absorptie of ook door beide werkingen gelijktijdig verhinderen. Bij reflectie kunnen de gesperde geluidsgolven meervoudig tussen de buigtrillerplaat 30 en de geluidsgolfversperringen 42 heen en weer lopen tot zij tenslotte uitgetrild zijn. Het is van belang dat de geluidsgolfversperringen 42 akoestisch goed van de buigtrillerplaat 30 ontkoppeld zijn opdat zij niet zelf in trillingen geraken en geluidsgolven uitstralen. Deze akoestische ontkoppeling kan hierdoor bereikt worden dat de geluidsgolfversperringen op 25 een toereikende afstand van de buigtrillerplaat 30 aangebracht zijn.

Bij het in figuur 2 aangegeven uitvoeringsvoorbeeld is de geluidsstraalvormer 40 uit een dunne cirkelronde metaalplaat gemaakt, die cirkelboogvormige segmenten 44 heeft die samen met een cirkelrond gat 45 in het midden de geluidsgolven doorlatende gebieden 43 vormen. De tussen de segmenten verder overgebleven ringvormige segmenten 46 van de metaalplaat vormen de geluidsgolfversperringen 42. Zij 30 worden door radiale dwarsstukken 47 samengehouden die langs twee in rechte hoeken tot elkaar gelegen middellijnen tussen de segmenten 44 zijn overgebleven. Op drie plaatsen van de omtrek van de geluidsstraalvormer 40 zijn lassen 48 gevormd, die voor de bevestiging aan het kopvlak van de rand 15 van het huis 11 met behulp van schroeven 41 dienen.

Het werkmateriaal waaruit de geluidsstraalvormer 40 bestaat kan al naar de omstandigheden van de 35 omgeving, waaronder het geluidsomzetterstelsel werkt, gekozen worden. In het bijzonder in het gebied van de vulstandmeting kan de geluidsstraalvormer aan sterke mechanische belastingen of chemisch agressieve media onderworpen zijn. Bij sterke mechanische belastingen kan de geluidsstraalvormer uit staal bestaan, terwijl bij de inwerking van chemisch agressieve media bij voorkeur corrosiebestendige werkmaterialen, zoals beklede metalen of edelstaal, toegepast worden. Natuurlijk kan de geluidsstraalvormer ook uit 40 kunststof vervaardigd zijn.

Bij het aangegeven uitvoeringsvoorbeeld is de breedte van de geluidsgolfversperringen 42 en dientengevolge ook de breedte van de daartussen gelegen geluidsgolven doorlatende gebieden 43 gelijk aan de breedte van de overeenkomstige trillingsbuikzones tussen twee knooplijnen van de buigtrillerplaat 30. Deze conditie is in geen geval dwingend. De geluidsgolfversperringen kunnen ook breder of smaller dan de 45 trillingsbuikzones zijn, waarbij de overlappingsgebieden buiten de middellijn van de buigtrillerplaat variabel kunnen zijn. De geluidsuitstraling wordt hierdoor niet wezenlijk nadelig beïnvloed daar de in de nabijheid van de knooplijnen gelegen gebieden van de buigtrillerplaat ais gevolg van hun geringe uitwijking slechts weinig aan de geluidsintensiteit bijdragen. Om dezelfde reden heeft het met de geluidsstraalvormer uitgevoerde geluidsomzetterstelsel een goede breedbandigheid. Een verandering van de bedrijfsfrequentie heeft een 50 verschuiving van de knooplijnen op de buigtrillerplaat tot gevolg, zodat de trillingsbuikzones ten opzichte van de geluidsgolfversperringen van de geluidsstraalvormer verschuiven. Tot aan een bepaalde maat van deze verschuiving wordt de geluidsuitstraling hierdoor niet wezenlijk benadeeld.

Anderzijds kan het geluidsomzetterstelsel door uitwisseling van de huls 32 zeer gemakkelijk en snel aan een andere bedrijfsfrequentie aangepast worden. Het is dan alleen vereist om de geluidsstraalvormer tegen 55 een andere geluidsstraalvormer uit te wisselen, waarbij de vorm en positie van de geluidsgolfversperringen aan het verloop van de knooplijnen zijn aangepast die zich bij de andere bedrijfsfrequentie instellen.

Wanneer het geluidsomzetterstelsel voor een vulstandmeting wordt toegepast, blijkt tiet aanvullende

Claims (8)

193046 6 voordeel van een grote ongevoeligheid tegen vorming van aanzettingen. In het bijzonder bij de meting van de vulstand van stofvormige, poedervormige of kleverige vulwaar bestaat het probleem dat er aan de geluidsstraler materiaalaanzettingen vormen, die een demping en/of frequentieverschuiving tot gevolg kunnen hebben waardoor de werking van het stelsel gestoord wordt. Bij het beschreven geluidsomzetter-5 stelsel kan de neiging tot vorming van aanzetting door een geschikte keuze van het materiaal van de geluidsstraalvormer verminderd worden. Verder treedt er een zelfreinigingseffect hierdoor op dat de buigtrillerplaat met verhoudingsgewijze grote amplitude trilt. Wanneer er desondanks zich een aanzetting van materiaal vormt kan de geluidsstraalvormer gemakkelijk ten behoeve van een reiniging worden afgenomen. Tenslotte is het ook mogelijk om de gehele geluidsstraalvormer of ten minste de tussenruimten 10 tussen de geluidsgolfversperringen met een voor geluidsgolven doorlatend materiaal af te dekken. De door de geluidsstraalvormer beoogde werking is volledig onafhankelijk van de alleen als voorbeeld aangegeven uitvoering van de overige delen van het geluidsomzetterstelsel. Zo kan in plaats van de piëzo-elektrische omzetter ook elke willekeurige andere elektroakoestische omzetter met de buigtrillerplaat 30 verbonden zijn, bijvoorbeeld een magnetostrictieve, elektromagnetische of elektrodynamische omzetter. 15 Ook de vorm van de buigtrillerplaat is willekeurig, hij kan bijvoorbeeld ook verschillende langs- en dwars-afmetingen hebben opdat verschillende richtdiagrammen in verschillende richtingen van de ruimte verkregen worden. Het is in dit geval alleen noodzakelijk om het verloop van de knooplijnen bij de bedrijfsfrequentie te bepalen en om de geluidsgolfversperringen van de geluidsstraalvormer overeenkomstig dit knooplijnen-verloop te vormen. 20 Ook de geluidsstraalvormer kan in velerlei opzicht gewijzigd worden. In plaats van deze geluidsstraalvormer uit een stuk te vervaardigen, zoals bij het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 2, kunnen de geluidsgolfversperringen ook gescheiden delen zijn die door geschikte dragers in de juiste positie gehouden worden. De positie van de geluidsgolfversperringen van de geluidsgolven doorlatende gebieden kunnen verwisseld zijn zodat in het midden in plaats van de centrale opening 45 een geluidsgolfversperring ligt. Gewoonlijk is 25 het echter voordelig om in het midden een centrale opening aan te brengen, daar hier de grootste verschuiving bestaat zodat dit gebied bijzonder veel aan de uitgestraalde geluidsintensiteit bijdraagt. Verder laat de centrale opening de schroef 33 en de huls 32 vrij. Figuur 5 toont schematisch een gewijzigde uitvoeringsvorm van de geluidsgolfversperringen 42 van het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 2. De wijziging bestaat hierin dat op de naar de buigtrillerplaat 30 toege-30 keerde vlakken van de metaalring 46 een geluidsabsorberend materiaal 51 aangebracht is. Een in figuur 6 aangegeven andere wijziging bestaat hierin dat de gehele geluidsstraalvormer ten behoeve van corrosie-bescherming met een corrosiebestendig materiaal 52, zoals polytetrafluorethyleen, bekleed is dat aanvullend nog de eigenschap kan hebben om geluidsgolven te absorberen. Verder is het niet nodig dat de geluidsgolfversperringen vlak zijn. In de figuren 7 tot 12 zijn verschillende 35 mogelijke dwarsdoorsnedevormen van geluidsgolfversperringen 42 ten aanzien van hun positie tot een gedeelte van de buigtrillerplaat 30 aangegeven. In figuur 7 is de dwarsdoorsnedevorm concaaf, in figuur 8 is zij convex. In de figuren 9 en 10 hebben de geluidsgolfversperringen een rechthoekig U-profiel, dat in figuur 9 naar de buigtrillerplaat 30 en in figuur 10 naar de uitstraalrichting toe open is. In de figuren 11 en 12 is het profiel van de geluidsgolfversperringen 42 dakvorming, waarbij het in figuur 11 naar de buigtrillerplaat 30 en 40 in figuur 12 naar de uitstraalrichting toe open is. Figuur 13 toont een extra maatregel voor het verhinderen van vorming van aanzetting tussen de geluidsgolfversperringen 42 en de buigtrillerplaat 30. Voor dit doel zijn langs de randen van elke geluidsgolfversperring 42 afdichtingslippen 53 aangebracht die tegen de buigtrillerplaat 30 liggen en dus de gehele tussenruimte tussen de buigtrillerplaat 30 en elke geluidsgolfversperring 42 naar buiten afsluiten. De 45 afdichtingslippen bestaan uit een zeer buigzaam elastisch materiaal, zodat elke mechanische koppeling tussen de buigtrillerplaat 30 en de geluidsgolfversperringen 42 vermeden wordt. Daar de buigzame afdichtingslippen 53 langs de knooplijnen aan de buigtrillerplaat 30 liggen, benadelen zij de trillingen daarvan op geen enkele wijze. 50

1. Geluidsomzetterstelsel met een elektro-akoestische omzetter, een buigtrillerplaat, die met de elektroakoestische omzetter gekoppeld is en zodanig uitgevoerd is, dat deze bij de bedrijfsfrequentie van het 55 stelsel tot buigtrillingen geëxciteerd wordt, waarbij zich op de buigtrillerplaat ten minste twee door een knooplijn van elkaar gescheiden, in tegenfase trillende trillingsbuikzones vormen, en met een buigstraal-vormer met een voor geluidsgolven ondoordringbare geluidsgolfversperring, die op afstand van de 193046 buigtrillerplaat en daarvan akoestisch ontkoppeld voor een trillingsbuikzone ligt, met het kenmerk, dat de buigstraalvormer (40) een centrale opening (45) heeft, die voor de centrale trillingsbuikzone (BO) van de buigtrillerplaat (30) ligt, alsmede meerdere ringvormige, voor geluidsgolven ondoordringbare geluidsgolf-versperringen (42), die de centrale opening (45) concentrisch omgeven en op afstand van de buigtrillerplaat 5 (30) en daarvan akoestisch ontkoppeld voor de steeds in tegenfase met de centrale trillingsbuikzone (BO) trillende trillingsbuikzones (bijvoorbeeld B1, B3, B5) liggen, en meerdere ringvormige geluidsgolven doorlatende gebieden (43), die tussen de ringvormige geluidsgolfversperringen (42) voor de in gelijke fase met de centrale trillingsbuikzone (BO) trillende trillingsbuikzones (bijvoorbeeld B2, B4, B6) liggen.

2. Geluidsomzetterstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de geluidsgolfversperringen (42) ten 10 minste op de naar de buigtrillerplaat (30) toegekeerde zijde met een geluidsgolven absorberend materiaal (51, 52) bedekt zijn.

3. Geluidsomzetterstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de geluidsgolfversperringen (42) uit een geluidsgolven absorberend materiaal bestaan.

4. Geluidsomzetterstelsel volgens een der conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de breedte van de 15 geluidsgolfversperringen (42) kleiner is dan de breedte van de bij hen behorende trillingsbuikzones (bijvoorbeeld B1, B3, B5).

5. Geluidsomzetterstelsel volgens een der conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de breedte van de geluidsgolfversperringen (42) groter is dan de breedte van de bij hen behorende trillingsbuikzones (bijvoorbeeld B1, B3, B5).

6. Geluidsomzetterstelsel volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de verschillen tussen de breedtes van de geluidsgolfversperringen (42) en de bij hen behorende trillingsbuikzones (bijvoorbeeld B1, B3, B5) voorbij de middellijn van de buigtrillerplaat (30) variabel zijn.

7. Geluidsomzetterstelsel volgens een der conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat de geluidsgolfversperringen (42) vlak zijn.

8. Geluidsomzetterstelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat langs de randen van de geluidsgolfversperringen (42) afdichtingslippen (53) uit buigzaam elastisch materiaal aangebracht zijn, die tegen de buigtrillerplaat (30) zodanig liggen dat zij de tussenruimte tussen de buigtrillerplaat (30) en elke geluidsgolfversperring (42) naar buiten afsluiten. Hierbij 4 bladen tekening