NO161200B - Sylindrisk vibrasjons-transduser. - Google Patents

Abstract

Det er tilveiebrakt en sylindrisk vibrasjons-transduser av bøye-type med sylindrisk form med et indre og et yt-re lag (12,14) som er stivt sammenbundet. Minst ett av lagene er et piezoelektrisk, keramisk materiale som er polarisert i tykkelsesretning. Det piezoelektriske materiale har elektroder (18, 20) bundet til indre og yt-re flate enten for sending fra eller sending av signaler til det piezoelektriske materiale. Transduseren vibrerer bare i radial retning om sylinderaksen for å danne vibrasjoner av symmetrisk art som resultat av den stive binding og forskjeller i lengdeutvidelsene eller sammentrekningene.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører elektromekaniske transdusere og mer presist en sylindrisk vibrasjons-transduser av bøye-typen ("bender type").

Transduseren ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved de trekk som er angitt i den karakteriserende del av det ved-lagte patentkrav 1.

Ved bruk av en slik sylinder som oppfinnelsen gir anvis-

ning på, skjer stort sett ingen vibrasjon i lengderetning, langs sylinderaksen, og symmetriske vibrasjoner mottas eller sendes radialt med henblikk på sylinderaksen. Denne utformningstype muliggjør større følsomhet. Den mekaniske resonansfrekvens kan også være lavere enn ved konvensjo-nelle sylindriske piezoelektriske anordninger med lign-

ende lengde og diameter. Bruken av de to sylindriske komponenter muliggjør at samme mekaniske resonansfre-

kvens av bøye-utførelsen spesifiseres for forskjellige sy-linderstørrelser.

Ved et alternativt utførelseseksempel, hvor det benyttes en anordning av tønnestavtype, kan driften av en transduser endres eller styres ved den elektriske forbindelsesmåte til eller eksitering av de piezoelektriske elementer i transduseren.

Også ved å tilføye endehetter vil vibrasjons-knutepunktet endres slik at resonansfrekvensen avtar.

Elektromagnetiske transdusere som arbeider etter piezoelektriske prinsipper er blitt brukt i mange former i mange år. Bimorfiske transdusere består av to separate plater eller lag av piezoelektrisk materiale. De to lag er fysisk anordnet og elektrisk eksitert på en slik måte at ett lag ekspanderer, mens det andre lag trekker seg sammen. Resultatet er at det produseres motsatt virkende spenninger i materialet, som fø-rer til at den sammensatte struktur bøyes. Samme virkning kan oppnås i mindre grad hvis ett enkelt lag av piezoelektrisk materiale blir bundet til en plate eller et lag som ikke er piezoelektrisk. Sammensatte transdusere av denne type kalles gjerne planplate-bøyetransdusere. Noen av de vanligere former av bøyetransdusere omfatter: (1) lange rektangulære plater som bøyes i lengden; (2) kvadratiske plater hvor sentret beveger seg i forhold til de fire hjørnene; og (3) sirkulære plater hvor sentret beveger seg i forhold til omkretskanten. Alle disse former har plane strukturer.

Ifølge US-PS 4 220 887 (Kompanek) tilveiebringes en transduser med generelt sylindriske lag, men den langsgående sliss hindrer symmetriske vibrasjoner. Videre begrenser båndene 20 radial vibrasjon av transduseren, hvilket er den primære operasjonsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse. Transduseren ifølge ovennevnte US-PS er utformet for å begrense omkrets-bevegelser, hvilket er i strid med hensikten med foreliggende oppfinnelse.

US-PS 3 215 078 (Stec) angir at et fluid pumpes mellom piezoelektriske krystaller 11 og 13. Det foreligger ingen stiv binding mellom første og andre lag av en hul sylinder, som angitt i foreliggende oppfinnelse. Sistnevnte patentskrift angir ikke symmetriske vibrasjoner (radialt), slik som foreliggende oppfinnelse og hver krystall ifølge dette patentskrift er i stand til å ekspandere og trekke seg sammen uav-hengig, endog over hele lengden. Ifølge foreliggende oppfinnelse motvirkes endringer i lengden mellom lagene, fordi de er stivt sammenbundet. Dette resulterer i de vibrasjons-knutepunkter som er omtalt her.

Intet av de patenter som søkeren har funnet og av hvilke de mest relevante er nevnt ovenfor, angir ideen av en sylindrisk dobbeltvegget transduser med stivt sammenbundne lag som arbeider på bøyemåte. Ingen av de publikasjoner man har funnet viser symmetriske vibrasjoner om sylinderaksen.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en sylindrisk vibrasjons-transduser av bøyetype.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes også en piezoelektrisk elektromekanisk transduser som er dannet av en to-lags sylinder hvor minst ett av lagene er dannet av et piezoelektrisk materiale som er polarisert i tykkelsesretning og har elektroder bundet til det piezoelektriske materiales innside og utside for mottagelse eller sending av elektriske signaler.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes videre en sylindrisk vibras jons-transduser av bøyetype med en sylindrisk form hvor et indre og et ytre lag er stivt sammenbundet. Minst ett av lagene er et piezoelektrisk, keramisk materiale som er polarisert i tykkelsesretning. Det piezoelektriske materiale har elektroder bundet til innsiden og utsiden enten for sending fra eller sending av signaler til det piezoelektriske materiale. Transduseren vibrerer bare i radial retning om den sylindriske akse for å danne vibrasjoner av symmetrisk type som et resultat av stiv binding og forskjell i utvidelser eller sammentrekninger i lengderetning.

Ved et annet alternativt utførelseseksempel kan den ytre sylinder være av metall eller et annet ikke-piezoelektrisk materiale. Den ytre sylinder hindrer det indre, piezoelektriske materiale i å vibrere langs sin lengdeakse, fordi stiv binding mellom de to sylindre omdanner de langsrettede be-vegelsene til bøyebevegelser. Indre og ytre sylinder opphe-ver vibrasjoner langs lengdeaksen.

Fordelen ved denne konstruksjonsmetode fremfor andre konst-ruksjonsmetoder for akustiske transdusere av sylindrisk ty-pe er at bøyeoperasjonsmåten gir en transduser med større følsomhet og lavere resonansfrekvens i en anordning med forholdsvis liten fysisk størrelse.

Når anordningen brukes som kilde-transduser, blir et elektrisk signal med passende størrelse og frekvens koplet til elektrodene til det aktive, piezoelektriske, keramiske lag

(eller to piezoelektriske lag, hvis det brukes to slike lag)

på en slik måte at de to lag blir eksitert, slik at den sammensatte sylinder bringes til å ekspandere og trekkes sammen radialt. Når den brukes som mottaker, vil det akustiske

signal som registreres påtrykke sylinderens utside en trykk-bølge eller en annen form for vibrasjonseksitering, som med-fører at sylinderen utvider seg og trekker seg sammen mekanisk som respons på den påtrykte eksitering. Sylinderens utvidelse og sammentrekning produserer et tilsvarende elektrisk signal, som er tilgjengelig ved elektrodene til det eller de piezoelektriske, keramiske lag. Stive endehetter kan anbringes på endene av sylinderen for å begrense bevegelsen i sylinderendene og dermed øke bevegelsen i sentrum av sylinderen .

Ved et annet alternativt utførelseseksempel kan det ene eller begge lag av piezoelektrisk, keramisk materiale bli delt i segmenter på en måte som ligner tønnestaver, hvor hvert segment har sine egne elektroder.

Ved bruk av en delt utformning kan det bygges en flerdelt, sylindrisk vibrasjons-transduser av bøyetype for dannelse av en lang sylindrisk transduser. Dermed overvinnes vanske-lighetene man hittil har hatt når det gjelder å konstruere og polarisere lange, tynne, piezoelektriske elementer som har dimensjoner på mer enn 2 5,24 cm i lengden. Hver aktive del av en lang, sylindrisk struktur kan dannes av segmenter anordnet rundt den sylindriske akse. Disse deler kan anordnes i ordnede rekker eller forskutt for eliminering av ak-siale vibrasjonsmåter. En sylindrisk bøyer med valgfri lengde kan konstrueres i seksjoner uten at det er nødvendig å bruke aktive keramiske segmentelementer i full lengde.

Ved et annet alternativt utførelseseksempel kan en serie separate, sylindriske bøye-transdusere anordnet langs den felles akse på en slik måte at ukomprimerbare væsker pumpes .

I tegningene viser

fig. 1 en gjengivelse i perspektiv av en sylindrisk vibrasjons-transduser av bøye-type,

fig. 2 et snitt etter linjen 2-2 i fig. 1, som illustrerer vibrasjonen av sylinderveggene med stiplede streker,

fig. 3 et snitt i større målestokk av en del av den sylindriske vegg som er vist i fig. 2,

fig. 4 et tverrsnitt av en vibras jons-transduser av sylind.-*-risk bøyetype med stiplede streker som representerer vibrasjonen av sylinderveggene,

fig. 5 et illustrerende blokk-skjerna av et system hvor den sylindriske vibrasjons-transduser av bøye-type brukes både som kilde og mottaker,

fig. 6 en utspilt gjengivelse i perspektiv av et alternativt utførelseseksempel av en sylindrisk vibrasjons-transduser av bøye-type, hvor det er brukt en anordning av tønnestavtype for det piezoelektriske materiale, og hvor transduseren er vist ved mottakeroperasjon,

fig. 7 et tverrsnitt av fig. 6 etter linjen 7-7,

fig. 8 en gjengivelse delvis i snitt og i større målestokk av fig. 7 etter linjen 8-8,

fig. 9 et snitt av fig. 6 i likhet med snittet som er vist i fig. 7, som dog illustrerer elektriske forbindelser for projektor-operasjon.

I fig. 1 ses en sylindrisk vibrasjons-transduser av bøye-type som generelt er betegnet med 10. Sylinderen 10 består

av to lag 12 og 14, hvor indre lag 12 er bundet til ytre lag 14 for dannelse av en enhetlig sylinder 10. I det utførelses-eksempel som er vist i fig. 1 er begge lag 12 og 14 fremstilt av et piezoelektrisk, keramisk materiale og er motsatt polarisert i tykkelsesretning, som antydet med pilene A hhv B.

Et tverrsnitt av fig. 1 er vist i fig. 2. Konstruksjonen av den sylindriske vibrasjons-transduser 10 av bøye-type som er vist i fig. 1 i perspektiv og i snitt i fig. 2, vil lettere bli forstått på bakgrunn av det snitt i større målestokk av en del av sylinderveggen som er vist i fig. 3. Det indre, piezoelektriske, keramiske lag 12 er stivt bundet til det ytre piezoelektriske, keramiske lag 14 ved hjelp av et hensiktsmessig bindemiddel 16. Bindemidlet 16 kan være et epoksyklebemiddel eller et annet hensiktsmessig middel. En epoksy med sølvfyll foreslås for sikring av god elektrisk forbindelse mellom naboflåtene av lagene 12 og 14. Elektroder 18 og 20 er elektrisk avleiret på innerflaten og ytterflaten av sylinderveggene av den sylindriske transduser 10, som illustrert i fig. 3. Elektrodene 18 og 20 er dannet av et hensiktsmessig, ledende materiale for enten å sende eller motta elektriske signaler til eller fra de piezoelektriske, keramiske lag 12 cg 14. Verken bindemidlet 16 eller elektrodene 18 og 20 har signifikant tykkelse som kan forstyrre den sylindriske transdusers 10 vibrasjoner. Fordi tykkelsen av bindemiddellaget 16 og elektrodene 18 og 2 0 er så liten, er de ikke illustrert i fig. 1 og 2, og tykkelsen er overdrevet av illustrasjonshensyn.

Det vises nå til fig. 2 i kombinasjon med fig. 3. Hvis et elektrisk signal med passende størrelse og frekvens blir påtrykt elektrodene 18 og 20, vil de sylindriske vegger vibrere ved sammentrekninger og utvidelser rundt knutepunktene 22 og 24. Sammentrekningene og utvidelsene er illustrert med stiplede linjer 26. Beliggenheten av knutepunktene 22 og 24 er ca. en fjerdedel av avstanden fra de respektive ender 28 og 30 av den sylindriske transduser 10. I praksis kan beliggenheten av knutepunktene 22 og 24 en prosent eller to mindre enn en fjerdedel av avstanden fra de respektive ender 28 hhv. 30.

Den sylindriske vibrasjons-transduser 10 av bøye-type som nettopp er beskrevet i forbindelse med fig. 1-3, er en akustisk transduser, som kan brukes enten som generator eller detektor av akustiske bølger i et fluid. De to lagene 12 og 14 er konstruert slik at lag 12 er anbrakt i stor tilpasset nærhet av lag 14 og har samme eller noe kortere lengde. Lengden, veggtykkelsen og diameteren til den sylindriske transduser 10 påvirker driftsfrekvensområdet og transduserens 10 følsomhet.

Polariseringen av den keramiske sylinder kan enten være motsatt rettet, som illustrert i fig. 1 og 2 eller i samme retning. Hvis polariseringen er motsatt rettet, opprettes en elektrisk forbindelse med indre elektrode 18 til lag 12 og ytre elektrode 20 til lag 14. (Se fig. 3.) Hvis polariseringen er i samme retning, opprettes en elektrisk forbindelse med elektroden 18 og elektroden 20 og den andre elektriske forbindelsen opprettes til en (ikke vist) elektrode i bindemidlet 16. I første tilfelle med motsattrettet polarisering, kan forbindelsen til den sylindriske transduser 10 representeres av en elektrisk serieforbindelse. I det andre tilfelle med polarisering i samme retning, kan de elektriske forbindelser representeres ved en parallell elektrisk forbindelse.

I et alternativt utførelseseksempel kan enten lag 12 eller lag 14 erstattes av et inaktivt materiale, som metall, upo-larisert keramiske materiale eller glass. Ved et foretrukket utførelseseksempel er det ytre lag 14 erstattet av en metall-sylinder som kan gi skjerming mot tilfeldige ytre elektriske felter og samtidig sørge for en robust mekanisk enhet. Dette er spesielt tilfelle hvis det er anordnet endehetter 32 og 34 på hver sin ende 28 og 30 av den sylindriske vibrasjons transduser 10 av bøyetype, som vist i fig. 4. Bemerk spesielt at lag 14, som tidligere omtalt i forbindelse med fig. 1-3 er erstattet av lag 36 av et metallisk materiale.

I fig. 4 ses også utvidelsene og sammentrekningene av de sylindriske vegger i form av stiplede streker 38, hvis det er festet endehetter 32 og 34 til den sylindriske vibrasjons-transduser av bøyetype. Det skal bemerkes at de stiplede streker 38 (og de stiplede streker 26 i fig. 2) er overdri-velser av de sylindriske veggenes bevegelser av hensyn til en bedre illustrasjon.

Anbringelse av endehettene 32 og 34 på hver sin ende 28 hhv 30 på den sylindriske vibrasjons-transduser 10 av bøye-type beveger vibrasjonsknutepunktene 22 og 24, som vist i fig. 2 umiddelbart inntil endehettene 32 og 34, hvor de nye knutepunktene representeres av henvisningstallene 40 hhv 42. Som det vil fremgå av en sammenligning av fig. 2 og 4, økes størrelsen av utvidelse og sammentrekning i radial retning med henblikk på den sylindriske transdusers 10 akse ved bruk av endehetter 32 og 34. I de to utførelseseksempler som er vist i fig. 1-3 hhv i fig. 4 er det i det vesentlige ikke noen langsgående vibrasjoner langs den sylindriske transdusers 10 akse. Bøyingen som forårsakes av de piezoelektriske krefter i de respektive lag 12 og 14 (eller lag 12 og 36 i fig. 4) tenderer til å fremkalle overveiende symmetriske, radiale utvidelser og sammentrekninger av sylinderen. Fordi det første og andre lag er stivt sammenbundet, blir endringer i lengden i ett lag motvirket av endringer i lengden i det andre lag. Dette fremkaller en større vibrasjon mellom knutepunktene.

Ved å forandre det piezoelektriske, keramiske lag 13 til et metallisk lag 36, som vist i fig. 4, reduserer man den sylindriske transduserens resonansfrekvens, på grunn av me-tallets svakere stivhet. Dette gjelder forutsatt at lagene 14 og 36 er av samme tykkelse. I et typisk utførelseseksem-pel som søkeren har brukt, hadde lag 36 en tykkelse på ca. 1,625 mm og lag 12 en tykkelse på ca. 1,27 mm. Tykkelsen av bindemidlet 16 og tykkelsen av elektrodene 18 og 20 er ubetydelig. I et utførelseseksempel som søkeren har brukt, var diameteren av den sylindriske vibrasjons-transduser av bøyetype ca. 50,8 mm og lengden ca. 101,6 mm. Ved bruk av disse dimensjoner var resonansfrekvensen 18 kilohertz.

Ved en typisk anordning som vist i fig. 1 vil bruken av to piezoelektriske sylindre med samme tykkelse (som lag 12 og 14) føre til høyere resonansfrekvens enn bruk av den piezoelektriske sylinder og en metallisk sylinder med samme tykkelse (som lag 12 og 36), som illustrert i fig. 4. Tilføyel-

se av endehetter 32 og 34 senker resonansfrekvensen.

For å oppnå et elektrisk godt skjermet, sylindrisk vibrasjons-transduser 10 av bøyetype, bør endehettene 32 og 34, som vist i fig. 4, være i elektrisk kontakt med det metalliske lag 36. Dessuten bør det piezoelektriske , keramiske lag 12 være noe kortere, slik at elektrisk kontakt ikke opprettes med endehettene 32 og 34. Videre bør bindemidlet 16, som vil ligge mellom lagene 12 og 36 i fig. 4, består av et ikke-ledende materiale. Bindemidlet 16 kan og-så forløpe mellom endene av lag 12 og endehettene 32 og 34 for å sikre elektrisk isolasjon. Elektrodene 18 og 20 ville være elektrisk avleiret på begge sider av lag 12, men verken elektroden 18 eller 20 ville være i elektrisk kontakt med noe av metallet i lag 36 eller endehettene 32 og 34.

Det må selvsagt tilveiebringes en hensiktsmessig forbindelse ved en av endehettene 32 eller 34 for elektrisk tilkop-ling til elektrodene 18 og 20.

I fig. 5 er det illustrert et typisk blokk-skjerna av et akustisk målesystem hvor en skjermen sylindrisk vibrasjons-transduser av bøye-type, som vist i fig. 4, er brukt. En portkoplet sinusbølge-generator 44 med variabel frekvens av-gir et signal til effektforsterker 46. Effektforsterkeren 44 vil ha en typisk ut-impedans på ca. 1 kiloohm. I effektforsterkeren 46 blir sinusbølgen fra den portkoblede sinusbøl-gegenerator 44 med variabel effekt forsterket og matet til en skjermet kilde (eller projektor) transduser 48. Skjermingen som angitt med stiplede streker 50, er i realiteten tilveiebrakt av metalliske endehetter 32 og 34 og det metalliske lag 36 som tidligere omtalt i forbindelse med fig. 4. Sylinderveggenes vibrasjon (som nevnt ovenfor i forbindelse med fig. 4) forårsaker at vibrerende bølger sendes gjennom et akustisk medium 54. Et typisk slikt akustisk medium vil være vann.

De vibrerende bølger 52 blir mottatt av en skjermet mottaker-transduser 56 hvor skjermingen er gjengitt med stiplede streker 58. Også her kan skjermingen 58 tilveiebringes med endehetter 32 og 34 av metallisk type og et lag 36 som tidligere omtalt i forbindelse med fig. 4 . Innenfor skjermingen 58 er det også en forforsterker 60, som har en typisk inn-impedans på ca. 10 megaohm. Forforsterkeren 60 forsterker disse signaler før de sendes gjennom en hensiktsmessig forbindelse i en av endehettene 32 eller 34 til en hensiktsmessig viseranordning 62 .

En typisk anordning, hvor søkeren har brukt det utførelses-eksempel som er illustrert i fig. 4 og 5, var for måling av vibrasjoner i formasjoner under jorden ved forstyrrelser i et borehull, f.eks. når det bores en oljebrønn. Ved passende portkopling kan de reflekterte bølger måles og gi en antyd-ning om den underjordiske formasjonens egenskaper. Et annet typisk utførelseseksempel hvor det benyttes et system som vist i fig. 5, er undervannsregistrering eller sending av akustiske signaler som kan forekomme i havet eller andre vann.

I et annet utførelseseksempel av den sylindriske vibrasjons-transduser av bøye-type som vist i fig. 4 er det indre områ-de av den sylindriske vibrasjons-transduser fylt med et ikke komprimerbart fluid 64. Når et eksiteringssignal blir påtrykt, vil de radiale sammentrekninger og vibrasjoner som illustrert ved stiplede streker 38, forårsake at det ikke kompri-merbare fluid 64 delvis utstøtes fra eller trekker seg inn i sylinderen for å danne en utstrålt akustisk bølge. På grunn av at fluidet ikke er komprimerbart, vil midtpartiene av endehettene 32 og 34 bøyes inn og ut som respons på sammentrekninger og utvidelser av sylinderveggene. (Bøyningen av endehettene 32 og 34 er ikke illustrert i fig. 4.) Ved bruk av denne spesielle utformning vil en vibrasjon som ble mottatt langs sylinderaksen, føre til at endehettene 32 og 34 vibrerer i midten. Denne vibrasjon ville i sin tur bli over-ført til sylinderveggene som følge av fluidets 64 ikke komp-rimerbare egenart. Dermed kan en akustisk vibrasjon mottas enten radialt eller langs sylinderaksen. Mens sylinderveggene ikke trekker seg sammen eller utvider seg i lengderetning, vil akustiske vibrasjoner mottas enten gjennom endehettene 32 og 34 eller sylinderveggene hvor vibrasjonene er gjengitt med stiplede streker 38.

Ved at elektriske signaler sendes til transduseren, kan det også dannes vibrasjoner i et akustisk medium som stråler ut både radialt ved hjelp av vibrasjonene 38 som vist i fig. 4 og langs aksen av en sylindrisk transduser 10 ved vibrasjon av endehettene 32 og 34 (ikke vist i fig. 4).

Under henvisning til fig. 6, 7 og 8 i kombinasjon, skal en modifisert versjon av den keramiske, sylindriske vibrasjons-transduser 10 av bøyetype beskrives. Det ytre lag av metallisk materiale 36 og endehettene 32 og 34 forblir som tidligere omtalt i forbindelse med fig. 4. Bemerk at endehet-ten 32 har en hensiktsmessig skjermet åpning 66, gjennom hvilken det er opprettet elektriske forbindelser fra kabelen 38. Men det indre lag 12 av keramisk materiale, som omtalt i forbindelse med fig- 1-4, er nå erstattet med piezoelektriske strimler 70, som er anordnet som tønnestaver.

I fig. 8, sett i kombinasjon med fig. 6 og 7, er det vist et tverrsnittsbilde i større målestokk av tønnestavene og den sylindriske vegg. Den piezoelektriske, keramiske strimmel 70 er polarisert i den retning som er angitt med pilen i fig. 8. Elektroder 72 og 74 er anordnet på hver sin side av den piezoelektriske keramiske strimmel 70. Den piezoelektriske keramiske strimmel 70 sammen med elektrodene 72 og 74 er bundet til det metalliske lag 36 av et ikke ledende bindemiddel 76. Tykkelsen av elektrodene 72 og 74 og bindemidlet 76 er overdrevet av hensyn til illustrasjonen.

Fig. 6 og 7 illustrerer i kombinasjon forbindelsesmåten av elektrodene 72 og 74 og respektive piezoelektriske strimmel 70. Forforsterkeren 60 (omtalt i forbindelse med fig. 5) er koplet til to av elektrodene 72 og 74 med ledninger 78. Forbindelsen mellom de separate elektroder 72 eller 74 for de separate piezoelektriske keramiske strimler 70 er bildemessig illustrert i fig. 6 og 7, slik at hver piezoelektriske strimmel 70 og deres respektive elektroder 72 og 74 er

A

forbundet i en seriekopling ved hjelp av ledninger 84. Forforsterkeren 60 er koplet til kabelen 38 med ledninger 80.

Den form som er vist i fig. 6 og 7 er ideell som en transduser som mottar akustiske signaler. Ved serieforbindelsen er en høy elektrisk inn-impedanse opprettet sammen med en høyere spenningsfølsomhet for de mottatte signaler, som vibrerende bølger 52, som illustrert i fig. 5. Den høyere spen-ningsf ølsomhet er mer ønskelig for en mottaker-transduser.

I fig. 9 er samme type av en sylindrisk vibrasjons-transduser av tønnestav- dg bøyetype illustrert som tidligere omtalt i forbindelse med fig- 6-8, bortsett fra at forbindelsen av de piezoelektriske strimler nå er endret til et parallelt arrangement ved hjelp av ledninger 86 og 88, og forforsterkeren er fjernet. Bemerk at den parallelle anordning igjen er forbundet med en utvendig kabel via ledninger 82. Den utførelsesform som er vist i fig. 9 ville være en skjermet projektor-transduser, som bildemessig angitt med hen-

i

visningstallet 48, hvor skjermingen er angitt med henvisnings-tall 50 i fig.5. Forbindelsen som er vist i fig. 9, og som er et parallelt arrangement, er mer ønskelig for en kilde-transduser, fordi den har lav elektrisk impedans.

Ved anvendelse av mange elektrisk-mekaniske transdusere, er det ønskelig å tilpasse den mekaniske impedans av transduseren til den mekaniske impedans av det akustiske medium hvor det akustiske signal blir sendt. Det er også ønskelig å tilpasse den elektriske impedans av transduserne til impedansen til deres respektive eksiterings- og mottakerkretser. Ved bruk av den utformning som er beskrevet ovenfor, og især tønnestav-anordningen som er vist i fig. 6-9, kan både den mekaniske og elektriske impedans av en sylindrisk transduser av bøye-typen utformes for tilpasning til et mangfold av akustiske medier, samtidig som en gitt mekanisk resonansfrekvens blir spesifisert. Det er mulig å bruke enhver kombinasjon av parallelle og serie-koplinger for tilpasning til de elektriske kretsenes elektriske impedans. Det kan benyttes forskjellige fremgangsmåter for mekanisk impedans-tilpasning, som bruk av tykkere, lengre eller forskjellig materiale i den sylindriske vibrasjonstransduser av bøye-ty-pe. Når den mekaniske impedans av kilde-transduseren er tilpasset mediets, oppnås maksimal effekt og energioverfø-ring .

Et annet utførelseseksempel av tønnestav-anordningen som

er omtalt i forbindelse med fig. 6-9 omfatter bruk av en mye lengre ytre sylinder. De piezoelektriske, keramiske strimler kan enten være jevnt anordnet som vist i fig. 6 hvor flere rekker forløper over hele lengden av den leng-

re ytre sylinder, eller de kan være forskutt rundt den lengre sylinder hvor piezoelektriske keramiske strimler forløper butt-i-butt og ende-mot-ende, inntil den indre del av sylinderen er helt dekket av tønnestavanordningen.

I enda et alternativt utførelseseksempel av foreliggende oppfinnelse kan det anordnes en rekke sylindre (uten endehetter 32 og 34) i en kaskadeanordning, dvs en anordning av separate innretninger som er koplet i serie, slik at de multipliserer effekten av hver enkelt innretning, eller en enkelt sylinder med tønnestavanordning i kaskadeanordning i lengderetning. Ved bruk av restriktive åpninger i en en-de av en slik anordning, kan det startes en vibrasjon i den ene enden av kaskadeanordningen og ved korrekt tidsstyring av etterfølgende vibrasjoner langs den langstrakte, sylindriske vibrasjonstransduser av bøyetype dannes en fluidbølge-bevegelse og fluider kan pumpes langs den langstrakte sylinder. Dette er særlig nyttig ved pumping av biologiske fluider, som blod, når det foretrekkes ikke å utsette det biologiske fluid for skovler eller stempler for oppnåelse av pumpeeffekten. Ved korrekt tidsstyring beveges bølgese-kevensen som dannes i en ende av kaskadeanordningen ned langs hele lengden av den langstrakte sylinder, og etterfølgende bølger forplanter seg likeledes i en pumpeeffekt.

Claims (15)

1. Elektromekanisk transduser, karakterisert ved at den omfatter en hul sylinder med vegger som er utformet av et første og et andre lag, hvor minst ett av nevnte første og andre lag er av et piezoelektrisk materiale som er polarisert i tykkelsesdimensjon for at det piezoelektriske materiale skal utvide seg og trekke seg sammen i lengderetning når et elektrisk signal blir påtrykt; metallelektroder som er bundet til innsiden og utsiden av det piezoelektriske materiale, hvor nevnte første lag er stivt bundet til det andre lag med et bindemiddel; ledninger som er koplet til metallelektrodene for å motta eller sende de elektriske signaler, når metallelektrodene mottar de elektriske signaler, vil det piezoelektriske materiale utvide seg og trekke seg sammen i lengderetning for å danne symmetriske vibrasjoner av den hule sylinder bare i radial retning med henblikk på den hule sylinders lengdeakse, og når akustiske signaler mottas, vil disse akustiske signaler symmetrisk vibrere den hule sylinder i radial retning for å forårsake at det piezoelektriske materiale utvider seg og trekker seg sammen i lengderetning, slik at det piezoelektriske materiale genererer de nevnte elektriske signaler som sendes av metallelektrodene; hvor første og andre lag er dimensjonert for å avgi omtrent maksimale elektriske signaler eller akustiske signaler og hvor det dannes knutepunkter og anti-knutepunkter av de symmetriske vibrasjoner; og hvor de symmetriske vibrasjoner forårsakes av den stive binding mellom første lag og andre lag og forskjeller i lengdeutstrekningene eller sammentrekninger av dem.
2. 2.Elektromekanisk transduser som angitt i krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter endehetter som er bundet til hver ende av den hule sylinder, hvor endehettene beveger vibrasjonsknutepunkter mot hver endehette.
3. 3. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst en av nevnte første og andre lag er et metallisk materiale, og dette metalliske materiale befinner seg utenfor det piezoelektriske materiale, hvor bindingen mellom første og andre lag opprettes av et elektrisk ikke ledende bindemiddel for å hindre at strøm flyter mellom lagene.
4. 4. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 2, karakterisert ved at transduseren er fylt med et forholdsvis ukomprimerbart fluid, slik at akustiske signaler som mottas på hettene fører til at endehettene vibrerer langs nevnte akse, hvilket i sin tur forårsaker at sylinderveggene vibrerer symmetrisk i radial retning i forhold til nevnte akse eller omvendt.
5. 5. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 4, karakterisert ved at den mekaniske impedans er justerbar ved regulering av tykkelsen eller lengden for å tilpasses en akustisk strålingsimpedans hos et forplantningsmedium for maksimalisering av energikoplings-effekten og operasjonsbåndbredden.
6. 6. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 1, karakterisert ved at en rekke transduser-elementer befinner seg i butt-i-butt-forhold langs en midt-akse med et fluid innenfor, hvor rekken av transdusere er i en kaskadeanordning og tidsstyrt for dannelse av bølgebeve-gelse i dem for å pumpe fluidet igjennom med en rytmisk, bølgelignende bevegelse ved sammentrekninger og utvidelser av rekken av transdusere.
7. 7. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det piezoelektriske materiale er oppdelt i en tønnestavanordning hvor hver del er bundet til et ytre lag av nevnte første og andre lag av den hule sylinder, hvor hver del har separate metallelektroder bundet til innsiden og utsiden av det piezoelektriske materiale.
8. 8. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 7, karakterisert ved at hvert segment av piezoelektrisk materiale er koplet i parallell med forbindelsesorganene for maksimal effekt som kilde-transduser.
9. 9. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 7, karakterisert ved at hvert segment av piezoelektrisk materiale er koplet i serie med nevnte for-bindelsesorganer for maksimal effekt som en mottaker.
10. 10. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 7, karakterisert ved at forbindelsesorganene kan koples på en valgfri måte av flere måter for tilpasning av den elektriske impedans til den elektriske impedans av kilde- eller mottaker-kretser.
11. 11. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 1 eller 2 , karakterisert ved at første og andre lag med hensyn til tykkelse, lengde, diameter og materiale kan være utformet for tilpasning av dets mekaniske impedans til den mekaniske impedans av et akustisk medium.
12. 12. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 7, karakterisert ved at det ytre av nevnte første og andre lag er et elektrisk ledende metall og at endehettene er elektrisk forbundet med det ytre lag for å skjerme innsiden av den hule sylinder.
13. 13. Elektromekanisk transduser som angitt i krav 7, karakterisert ved at det ytre av nevnte første og andre lag av den hule sylinder er lengre enn de enkelte segmenter for å forløpe i det vesentlige langs he-le lengden av den hule sylinder.
14. 14. Elektromekanisk transduser, karakterisert ved at den omfatter en hul sylinder med vegger som er dannet av et første og et andre lag, hvor første og andre lag er av piezoelektrisk materiale som er polarisert i tykkelsesdimensjonen for at det piezoelektriske materiale skal utvide seg eller trekke seg sammen i lengderetning når elektriske signaler blir påtrykt;

    metallelektroder som er bundet til inner- og ytterflatene av det piezoelektriske materiale, hvor første lag er stivt bundet til det andre lag med et bindemiddel;

    ledninger som er koplet til metallelektrodene for å motta eller sende de elektriske signaler, når metallelektrodene mottar de elektriske signaler vil det piezoelektriske materiale symmetrisk vibrere den hule sylinder bare i radial retning med henblikk på en lengdeakse av den hule sylinder og når akustiske signaler mottas, vil de akustiske signaler symmetrisk vibrere den hule sylinder i radial retning, slik at det piezoelektriske materiale genererer nevnte elektriske signaler som sendes av metallelektrodene;

    hvor metallelektrodene befinner seg på indre flate av den hule sylinder og ytre flate av den hule sylinder og hvor polariseringen av første og andre lag er i motsatte radiale retninger med elektriske forbindelser til metallelektrodene som danner en elektrisk serie-anordning som er egnet til drift som mottagende transduser;

    hvor de symmetriske vibrasjoner forårsakes av den stive binding mellom første lag og andre lag og forskjeller i lengdeutvidelsene eller -sammentrekningene av lagene.
15. 15. Elektromekanisk transduser, karakterisert ved at den omfatter en hul sylinder med vegger som er dannet av et første og et andre lag, hvor første og andre lag er av et piezoelektrisk materiale som er polarisert i tykkelsesdimensjonen for at det piezoelektriske materiale skal utvide seg eller trekke seg sammen i lengderetning når elektriske signaler blir påtrykt; metallelektroder som er bundet til indre og ytre flate av det piezoelektriske materiale, hvor første lag er stivt bundet, til det andre lag med et bindemiddel;

    ledninger som er forbundet med metallelektrodene for å motta eller sende de elektriske signaler, slik at når metallelektrodene mottar de elektriske signaler vil nevnte piezoelekt- riske materiale vibrere den hule sylinder symmetrisk bare i radial retning med henblikk på en lengdeakse av den hule sylinder, og når akustiske signaler blir mottatt vil disse akustiske signaler vibrere den hule sylinder symmetrisk i radial retning, slik at det piezoelektriske materiale genererer de elektriske signaler som sendes av metallelektrodene ; hvor metallelektrodene befinner seg på innerflaten av den hule sylinder og på ytterflaten av den hule sylinder og hvor polariseringen av første og andre lag mellom de nevnte lag går i motsatt radial retning, hvor en elektrisk forbindelse til metallelektroden ligger mellom de nevnte lag og en annen elektrisk forbindelse til metallelektrodene på innsiden og utsiden av nevnte lag er opprettet for å danne en parallell elektrisk anordning for drift som kilde-transduser; hvor de symmetriske vibrasjoner forårsakes av den stive binding mellom første og andre lag og forskjeller i lengdeutvidelsene eller sammentrekningene av disse lag.