WO2009086805A1 - Ultraschallwandler zur erzeugung asymmetrischer schallfelder - Google Patents

Ultraschallwandler zur erzeugung asymmetrischer schallfelder Download PDF

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Daniel Schmitt
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer for generating asymmetric sound fields, in particular for applications in gaseous media, comprising a housing having an elongate membrane and a plate-shaped transducer element of an electrostrictive material, through which the membrane can be excited to oscillate in the ultrasonic range.
  • Ultrasonic transducers which generate asymmetrical sound fields are used, inter alia, in the field of spatial surveillance, for example as parking sensors in motor vehicles.
  • Ultrasonic transducers for use in gaseous media, in particular in air, generally generate sound in the range between 20 and 400 kHz.
  • conventional ultrasound transducers have a circular diaphragm which, by means of a transducer element made of an electrostrictive material, is attached thereto
  • Ultrasonic transducers with a circular diaphragm or aperture generally generate symmetrical sound fields. However, for many applications, particularly where the ultrasonic transducers are located near a ceiling, floor or wall, asymmetric sound fields are desired which have a greater extent along the axis perpendicular to the main propagation direction than along the perpendicular axis. This relates, for example, to ultrasound transducers which are used in parking aid systems of motor vehicles and are intended to have a broader sound radiation in the horizontal with respect to the vertical.
  • An asymmetrical sound radiation can be achieved by a correspondingly asymmetrical design of the membrane of the ultrasonic transducer.
  • Under the membrane here is the thinned region of the transducer to understand, which is excited by the transducer element to ultrasonic vibrations.
  • the shape of the membrane thus also corresponds to the shape of the aperture of the ultrasonic transducer.
  • a membrane may be a separate component which is held in a housing or also formed by a thin portion of an otherwise solid component.
  • an ultrasonic transducer for generating an asymmetric sound field which comprises a housing with an elongated membrane and a arranged on one side of a main surface of the membrane plate-shaped transducer element of an electro has strict material through which the membrane is excitable to vibrations in the ultrasonic range.
  • the membrane formed integrally with the housing in this case has an elongated shape which is obtained by corresponding cutouts or holes in the material block forming the housing.
  • the plate-shaped transducer element is glued centrally on the inner surface of the membrane.
  • DE 19512417 C2 describes a piezoelectric ultrasonic transducer for transit time measurements, which can also be used for space monitoring.
  • the ultrasonic transducer has a plurality of mutually equally spaced, piezoelectric lamellae, which is connected at their respective narrow sides with a continuous one-piece cover plate. Due to the elongated cover plate a correspondingly asymmetric sound radiation is achieved.
  • the construction of this converter is complex.
  • the object of the present invention is to provide a simply constructed ultrasonic transducer for generating asymmetric sound fields, which can be used in gaseous media and allows a large ratio of the opening angle of the sound radiation.
  • the proposed ultrasonic transducer has, in a known manner, a housing with an elongated membrane and a plate-shaped transducer element made of an electrostrictive material, arranged on one side of a main surface of the membrane, through which the membrane oscillates in the
  • Ultrasonic range is excitable.
  • electrodes are attached to the transducer element in a known manner, via which the transducer element can be excited to oscillate or can be detected via the electrical voltage changes on the transducer element which are caused by the reception of ultrasonic waves.
  • the transducer element here preferably consists of a piezoelectric material, for example a piezoelectric ceramic.
  • the proposed ultrasonic transducer is characterized in that a gap is formed between the diaphragm and the transducer element and the diaphragm is mechanically coupled to the transducer element only via its edge.
  • the mechanical coupling can in this case be realized via a stepped intermediate element between the transducer element and the membrane.
  • the proposed ultrasonic transducer has only on one side of the transducer element a membrane in order to achieve the desired sound radiation. Due to the elongated shape of the membrane this forms an elongated aperture for the sound radiation of the
  • Ultrasonic transducer so that the ultrasonic transducer generates a correspondingly asymmetric sound field.
  • the membrane is driven by the plate-shaped transducer element, which transmits the vibration only at the edge and is not fully connected to the membrane, as is the case in the prior art in this field.
  • This embodiment also achieves a lever effect which amplifies the deflection of the membrane and thus enables increased oscillation amplitudes and an increased range of the ultrasonic radiation.
  • By coupling the membrane only over its edge with the transducer element can be with appropriate asymmetry of the membrane, i. a corresponding unequal ratio of length to the width of the membrane, readily generate vibration modes that allow a ratio of the opening angle of the sound radiation of 1: 3 or above.
  • the membrane has a rectangular basic shape.
  • the corners of this rectangular basic shape can also be rounded due to the production.
  • Such an ultrasonic transducer can be produced inexpensively and allows a larger ratio of the opening angles of the sound radiation in two mutually perpendicular planes than is possible with the previously known ultrasonic transducers for the present applications.
  • the transducer element is not operated in the thickness mode, but in a lateral vibration mode, for example.
  • the 3-1 mode It is only essential for the design of the membrane that a geometric axis is substantially longer than the other axis, whereby the elongated shape and thus the asymmetrical sound radiation is achieved.
  • the membrane is mechanically coupled to the transducer element over a region of the housing.
  • the transducer element is preferably inserted into a peripheral recess in a wall region of the housing.
  • the recess is arranged, for example, on the rear side opposite the membrane of the housing, that a gap between the membrane and the transducer element is present.
  • the membrane may in this case be formed integrally with the housing in a known manner.
  • an ultrasonic transducer With such an ultrasonic transducer, a three-dimensional space can be illuminated with ultrasound to detect obstacles or objects.
  • the ultrasonic transducer allows a range of several meters and can be due to the asymmetric sound field in the vicinity of reflective surfaces, such as walls, floor or ceiling, use.
  • the ultrasonic transducer consists of only a few components and can be inexpensively produce.
  • Such an ultrasound transducer can be used, for example, for distance detection, access control or navigation assistance, for example in conjunction with a parking assistance system, although this is of course not an exhaustive list.
  • Fig. 1 shows an example of the structure of
  • Fig. 2 is a schematic representation of
  • Fig. 3 is a plan view of the proposed ultrasonic transducer according to an embodiment in a schematic representation.
  • the ultrasonic transducer shown schematically in section in FIG. 1 has a housing 1 in which a membrane 2 is formed by appropriate shaping.
  • the housing 1 also has a Auf strictlyung for receiving a piezoceramic plate as a plate-shaped transducer element 3.
  • the transducer element 3 can in this case be glued into this recess shown in the figure.
  • Housing and membrane are integrally formed of the same material, in the present example of aluminum.
  • the plate-shaped transducer element 3 can be formed, for example, from PZT 5H, a piezoceramic.
  • the electrodes mounted on both sides of the plate-shaped transducer element 3 are not shown in the figures. The person skilled in the art is familiar with the arrangement of such electrodes on piezoelectric transducer elements.
  • the ultrasonic transducer shown in Figure 1 for example, a graded total thickness of about 2mm, a recognizable in the figure width of about 10mm and a length of about 35mm exhibit.
  • Transducer element 3 and the membrane 2 formed air gap is about 1.5 mm.
  • the width of the membrane is about 8mm.
  • the plate-shaped transducer element 3 is not connected directly to the membrane 2. Rather, the mechanical coupling of this transducer element 3 takes place with the membrane 2 only via the housing 1 with the edge of the membrane 2. This construction allows others
  • Vibration modes as in full-surface bonding of the transducer element with the membrane so that by suitable elongated geometry of the membrane with a simple Effort significantly more asymmetrical sound fields (ie, with a larger ratio of the opening angle) can be generated, as with the construction according to the prior art described above.
  • Figure 2 shows schematically the vibration transmission between the transducer element 3 and the membrane 2.
  • a leverage is achieved by the coupling via the housing 1 and the edge of the membrane 2, which advantageously leads to a vibration amplification.
  • the membrane 2 carries out larger oscillation amplitudes than the exciting transducer element 3.
  • FIG. 3 shows a plan view of such an ultrasonic transducer in a schematic representation.
  • the almost rectangular shape of the membrane 2 and the underlying transducer element 3 are indicated by dashed lines.
  • the length of the membrane 2 can be scaled almost arbitrarily in order to generate correspondingly different asymmetries of the sound fields.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler zur Erzeugung asymmetrischer Schallfelder, der ein Gehäuse (1) mit einer länglich ausgebildeten Membran (2) und einem auf einer Seite einer Hauptfläche der Membran (2) angeordneten plattenförmigen Wandlerelement (3) aus einem elektrostriktiven Material aufweist, durch das die Membran (2) zu Schwingungen im Ultraschallbereich anregbar ist. Zwischen der Membran (2) und dem Wandlerelement (3) ist ein Spalt ausgebildet, wobei die Membran (2) nur über ihren Rand mechanisch mit dem Wandlerelement (3) gekoppelt ist. Mit einem derartig ausgestalteten Ultraschallwandler lassen sich asymmetrische Schallfelder erzeugen, die ein Öffnungsverhältnis von 1:3 oder darüber aufweisen.

Description

Ultraschallwandler zur Erzeugung asymmetrischer
Schallfelder
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler zur Erzeugung asymmetrischer Schallfelder, insbesondere für Anwendungen in gasförmigen Medien, der ein Gehäuse mit einer länglich ausgebildeten Membran und einem plattenförmigen Wandlerelement aus einem elektrostriktiven Material aufweist, durch das die Membran zu Schwingungen im Ultraschallbereich anregbar ist.
Ultraschallwandler, die asymmetrische Schallfelder erzeugen, sind unter anderem im Bereich der räumlichen Überwachung im Einsatz, bspw. als Parksensoren bei Kraftfahrzeugen .
Stand der Technik Ultraschallwandler für den Einsatz in gasförmigen Medien, insbesondere in Luft, erzeugen in der Regel Schall im Bereich zwischen 20 und 400 kHz. Herkömmliche Ultraschallwandler weisen hierzu eine kreisrunde Membran auf, die durch ein daran angebrachtes Wandler- element aus einem elektrostriktiven Material zu
Schwingungen im Ultraschallbereich angeregt werden kann. In gleicher Weise können auf die Membran auftreffende Ultraschallwellen, die die Membran in Schwingungen versetzen, durch das Wandlerelement in elektrische Signale gewandelt werden. Ultraschallwandler mit kreisförmiger Membran bzw. Apertur erzeugen in der Regel symmetrische Schallfelder. Für viele Anwendungen, insbesondere bei einer Anordnung der Ultraschallwandler nahe einer Decke, eines Bodens oder einer Wand, sind jedoch asymmetrische Schallfelder erwünscht, die in der Ebene senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung entlang einer Achse eine größere Ausdehnung als entlang der dazu senkrechten Achse aufweisen. Dies betrifft bspw. Ultraschallwandler, die in Parkhilfesystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden und eine breitere Schallabstrahlung in der Horizontalen gegenüber der Vertikalen aufweisen sollen.
Eine asymmetrische Schallabstrahlung lässt sich durch eine entsprechend asymmetrische Ausgestaltung der Membran des Ultraschallwandlers erzielen. Unter der Membran ist hierbei der abgedünnte Bereich des Wandlers zu verstehen, der durch das Wandlerelement zu Ultraschallschwingungen angeregt wird. Die Form der Membran entspricht damit auch der Form der Apertur des Ultraschallwandlers. Eine Membran kann ein gesondertes Bauteil darstellen, das in einem Gehäuse gehalten wird oder auch durch einen dünnen Bereich eines ansonsten massiveren Bauteils gebildet sein.
So ist bspw. aus der DE 10 2006 050 037 Al ein Ultraschallwandler zur Erzeugung eines asymmetrischen Schallfeldes bekannt, der ein Gehäuse mit einer länglich ausgebildeten Membran und einem auf einer Seite einer Hauptfläche der Membran angeordneten plattenförmigen Wandlerelement aus einem elektro- striktiven Material aufweist, durch das die Membran zu Schwingungen im Ultraschallbereich anregbar ist. Die integral mit dem Gehäuse gebildete Membran weist hierbei eine längliche Form auf, die durch entsprechende Ausfräsungen oder Bohrungen in dem das Gehäuse bildenden Materialblock erhalten wird. Das plattenförmige Wandlerelement ist zentral auf die innere Fläche der Membran aufgeklebt. Mit einem derartigen Ultraschallwandler lassen sich jedoch bisher nur asymmetrische Schallfelder erzeugen, bei denen das Verhältnis der Öffnungswinkel der Schallabstrahlung in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen maximal ca. 1:2 beträgt.
Die DE 19512417 C2 beschreibt einen piezoelektrischen Ultraschallwandler für Laufzeitmessungen, der auch zur Raumüberwachung eingesetzt werden kann. Der Ultraschallwandler weist mehrere, voneinander gleich beabstandete, piezoelektrische Lamellen auf , die an ihren jeweiligen Schmalseiten mit einer durchgängigen einstückigen Deckplatte verbunden ist. Durch die länglich ausgebildete Deckplatte wird eine entsprechend asymmetrische Schallabstrahlung erreicht. Die Konstruktion dieses Wandlers ist jedoch -aufwändig.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen einfach aufgebauten Ultraschallwandler zur Erzeugung asymmetrischer Schallfelder anzugeben, der sich in gasförmigen Medien einsetzen lässt und ein großes Verhältnis der Öffnungswinkel der Schallabstrahlung ermöglicht. Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Ultraschallwandler gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ultraschallwandlers sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Der vorgeschlagene Ultraschallwandler weist in bekannter Weise ein Gehäuse mit einer länglich ausgebildeten Membran und einem auf einer Seite einer Hauptfläche der Membran angeordneten plattenförmigen Wandlerelement aus einem elektrostriktiven Material auf, durch das die Membran zu Schwingungen im
Ultraschallbereich anregbar ist. An dem Wandlerelement sind hierzu in bekannter Weise Elektroden angebracht, über die das Wandlerelement zu Schwingungen anregbar ist oder über die elektrische Spannungsänderungen am Wandlerelement, die durch den Empfang von Ultraschallwellen verursacht werden, detektiert werden können. Das Wandlerelement besteht hierbei vorzugsweise aus einem piezoelektrischen Material, bspw. einer piezoelektrischen Keramik.
Der vorgeschlagene Ultraschallwandler zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Membran und dem Wandlerelement ein Spalt ausgebildet und die Membran nur über ihren Rand mechanisch mit dem Wandlerelement gekoppelt ist. Die mechanische Kopplung kann hierbei über ein auch abgestuftes Zwischenelement zwischen dem Wandlerelement und der Membran realisiert sein. Der vorgeschlagenen Ultraschallwandler weist nur auf einer Seite des Wandlerelementes eine Membran auf, um die gewünschte Schallabstrahlung zu erreichen. Durch die längliche Form der Membran bildet diese eine längliche Apertur für die Schallabstrahlung des
Ultraschallwandlers, so dass der Ultraschallwandler ein entsprechend asymmetrisches Schallfeld erzeugt. Die Membran wird durch das plattenförmige Wandlerelement angetrieben, das die Schwingung nur am Rand überträgt und nicht vollflächig mit der Membran verbunden ist, wie dies bei dem bisherigen Stand der Technik auf diesem Gebiet der Fall ist. Durch diese Ausgestaltung wird auch eine Hebelwirkung erzielt, die die Auslenkung der Membran verstärkt und somit erhöhte Schwingungs- amplituden und eine erhöhte Reichweite der Ultraschallabstrahlung ermöglicht. Durch die Kopplung der Membran nur über ihren Rand mit dem Wandlerelement lassen sich bei entsprechender Asymmetrie der Membran, d.h. einem entsprechend ungleichen Verhältnis von Länge zur Breite der Membran, ohne Weiteres Schwingungsmoden erzeugen, die ein Verhältnis der Öffnungswinkel der Schallabstrahlung von 1:3 oder darüber ermöglichen.
Besonders vorteilhaft weist die Membran eine rechteckige Grundform auf. Die Ecken dieser rechteckigen Grundform können dabei selbstverständlich auch herstellungsbedingt abgerundet sein. Ein derartiger Ultraschallwandler lässt sich kostengünstig herstellen und ermöglicht ein größeres Verhältnis der Öffnungs- winkel der Schallabstrahlung in zwei zueinander senkrechten Ebenen als dies mit den bisher bekannten Ultraschallwandlern für die vorliegenden Anwendungen möglich ist. Vorzugsweise wird dabei das Wandlerelement nicht in der Dickenmode betrieben, sondern in einer lateralen Schwingungsmode, bspw. der 3-1 Mode. Wesentlich für die Ausgestaltung der Membran ist lediglich, dass eine geometrische Achse wesentlich länger als die andere Achse ist, wodurch die längliche Form und damit die asymmetrische Schallabstrahlung erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Membran über einen Bereich des Gehäuses mechanisch mit dem Wandlerelement gekoppelt. Das Wandlerelement ist hierzu vorzugsweise in eine umlaufende Ausnehmung in einem Wandbereich des Gehäuses eingesetzt. Die Ausnehmung ist so angeordnet, bspw. an der der Membran gegenüber liegenden Rückseite des Gehäuses, dass ein Spalt zwischen der Membran und dem Wandlerelement vorhanden ist. Die Membran kann hierbei in bekannter Weise einstückig mit dem Gehäuse gebildet sein. Durch die mechanische Kopplung über einen Teil des Gehäuses mit dem Rand der Membran wird auch eine Hebelwirkung erzielt, durch die die Auslenkung der Membran gegenüber der Schwingung des Wandlerelementes verstärkt wird.
Mit einem derartigen Ultraschallwandler lässt sich ein dreidimensionaler Raum mit Ultraschall ausleuchten, um Hindernisse oder Objekte zu erkennen. Der Ultraschallwandler ermöglicht eine Reichweite von mehreren Metern und lässt sich insbesondere aufgrund des asymmetrischen Schallfeldes auch in der Nähe von reflektierenden Flächen, wie Wänden, Boden oder Decke, einsetzen. Der Ultraschallwandler besteht aus nur wenigen Bauteilen und lässt sich kostengünstig herstellen. Ein derartiger Ultraschallwandler lässt sich bspw. für die Abstandserkennung, die Zugangskontrolle oder die Navigationsunterstützung, bspw. in Verbindung mit einem Parkassistenzsystem, einsetzen, wobei dies selbstverständlich keine abschließende Aufzählung ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Der vorgeschlagene Ultraschallwandler wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert, Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Beispiel für den Aufbau des
Ultraschallwandlers im Schnitt in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der
Schwingungsübertragung zwischen Membran und Wandlerelement bei dem Ultraschallwandler der Fig. 1; und
Fig. 3 eine Draufsicht auf den vorgeschlagenen Ultraschallwandler gemäß einem Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Der in Figur 1 schematisch in Schnitt dargestellte Ultraschallwandler weist ein Gehäuse 1 auf, in dem durch entsprechende Ausformung eine Membran 2 ausgebildet ist. Das Gehäuse 1 weist weiterhin eine Aufnehmung zur Aufnahme einer piezokeramischen Platte als plattenförmiges Wandlerelement 3 auf. Das Wandlerelement 3 kann hierbei in diese in der Figur dargestellte Ausnehmung eingeklebt sein. Gehäuse und Membran sind einstückig aus dem gleichen Material gebildet, im vorliegenden Beispiel aus Aluminium. Das plattenförmige Wandlerelement 3 kann bspw. aus PZT 5H, einer Piezokeramik, gebildet sein. Die beidseitig des plattenförmigen Wandlerelements 3 angebrachten Elektroden sind in den Figuren nicht dargestellt. Dem Fachmann ist die Anordnung derartiger Elektroden an piezoelektrischen Wandlerelementen geläufig.
Für den Einsatz zur Raumüberwachung, bspw. als Parksensor an Kraftfahrzeugen, kann der in der Figur 1 dargestellte Ultraschallwandler bspw. eine auch abgestufte Gesamtdicke von ca. 2mm, eine in der Figur zu erkennende Breite von ca. 10mm sowie eine Länge von ca. 35mm aufweisen. Der durch diese Konstruktion des Ultraschallwandlers zwischen dem plattenförmigen
Wandlerelement 3 und der Membran 2 gebildete Luftspalt beträgt ca. 1,5mm. Die Breite der Membran beträgt ca. 8mm.
Wie aus der Figur 1 deutlich zu erkennen ist, ist das plattenförmige Wandlerelement 3 nicht direkt mit der Membran 2 verbunden. Vielmehr erfolgt die mechanische Kopplung dieses Wandlerelementes 3 mit der Membran 2 lediglich über das Gehäuse 1 mit dem Rand der Membran 2. Diese Konstruktion ermöglicht andere
Schwingungsmoden als bei vollflächiger Verklebung des Wandlerelementes mit der Membran, so dass durch geeignete längliche Geometrie der Membran mit einfachem Aufwand deutlich asymmetrischere Schallfelder (d. h. mit größerem Verhältnis der Öffnungswinkel) erzeugt werden können, als mit der Konstruktion gemäß dem eingangs beschriebenen Stand der Technik.
Figur 2 zeigt schematisch die Schwingungsübertragung zwischen dem Wandlerelement 3 und der Membran 2. Wie aus den beiden Teilabbildungen dieser Figur ersichtlich ist, wird durch die Kopplung über das Gehäuse 1 und den Rand der Membran 2 eine Hebelwirkung erreicht, die vorteilhaft zu einer Schwingungsverstärkung führt. Die Membran 2 führt dabei größere Schwingungsamplituden aus als das anregende Wandlerelement 3.
Figur 3 zeigt schließlich eine Draufsicht auf einen derartigen Ultraschallwandler in schematischer Darstellung. In dieser Draufsicht sind die nahezu rechteckige Form der Membran 2 sowie das darunter liegende Wandlerelement 3 durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Länge der Membran 2 lässt sich dabei nahezu beliebig skalieren, um entsprechend unterschiedliche Asymmetrien der Schallfelder zu erzeugen.
Bezugs zeichenliste
Gehäuse Membran Wandlerelement

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschallwandler zur Erzeugung asymmetrischer Schallfelder, insbesondere für Anwendungen in gasförmigen Medien, der ein Gehäuse (1) mit einer länglich ausgebildeten Membran (2) und einem auf einer Seite einer Hauptfläche der Membran (2) angeordneten plattenförmigen Wandlerelement (3) aus einem elektrostriktiven Material aufweist, durch das die Membran (2) zu Schwingungen im Ultraschallbereich anregbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Membran (2) und dem Wandlerelement (3) ein Spalt ausgebildet und die Membran (2) nur über ihren Rand mechanisch mit dem Wandlerelement (3) gekoppelt ist.
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) eine rechteckige Form hat, die auch abgerundete Ecken aufweisen kann.
3. Ultraschallwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) über einen Bereich des Gehäuses (1) mechanisch mit dem Wandlerelement (3) gekoppelt ist.
4. Ultraschallwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement (3) in eine umlaufende Ausnehmung in einem Wandbereich des Gehäuses (1) ganz oder teilweise eingesetzt ist.
5. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung zwischen dem Wandlerelement (3) und der Membran (2) so ausgeführt ist, dass Schwingungen des Wandlerelementes (3) über eine Hebelwirkung zu demgegenüber in der Amplitude erhöhten Schwingungen der Membran (2) führen.
6. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, das s das Wandlerelement ( 3 ) aus einem piezoelektrischen Material besteht .
7 . Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement (3) in einer 3-1
Schwingungsmode anregbar ist, vorzugsweise eine Resonanz in Richtung der größten Länge des plattenförmigen Wandlerelementes ausnutzend.
8. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mit der Membran (2) einstückig und abgestuft ausgebildet ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013117437A1 (de) * 2012-02-09 2013-08-15 Robert Bosch Gmbh Schallwandler
EP2949404A3 (de) * 2014-05-29 2015-12-30 Gill Instruments Limited Elektroakustikwandler
DE112011104192B4 (de) * 2010-12-07 2020-01-02 Continental Automotive Gmbh Elektroakustische Wandleranordnung und Betriebsverfahren dafür

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4330747C1 (de) * 1993-09-10 1995-02-16 Siemens Ag Ultraschallwandler und Verfahren zu dessen Herstellung
US6328696B1 (en) * 2000-06-15 2001-12-11 Atl Ultrasound, Inc. Bias charge regulator for capacitive micromachined ultrasonic transducers
EP1282337A2 (de) * 2001-07-30 2003-02-05 Victor Company Of Japan, Ltd. Elektroakustischer Wandler
DE102006050037A1 (de) * 2006-10-24 2008-04-30 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4330747C1 (de) * 1993-09-10 1995-02-16 Siemens Ag Ultraschallwandler und Verfahren zu dessen Herstellung
US6328696B1 (en) * 2000-06-15 2001-12-11 Atl Ultrasound, Inc. Bias charge regulator for capacitive micromachined ultrasonic transducers
EP1282337A2 (de) * 2001-07-30 2003-02-05 Victor Company Of Japan, Ltd. Elektroakustischer Wandler
DE102006050037A1 (de) * 2006-10-24 2008-04-30 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112011104192B4 (de) * 2010-12-07 2020-01-02 Continental Automotive Gmbh Elektroakustische Wandleranordnung und Betriebsverfahren dafür
WO2013117437A1 (de) * 2012-02-09 2013-08-15 Robert Bosch Gmbh Schallwandler
EP2949404A3 (de) * 2014-05-29 2015-12-30 Gill Instruments Limited Elektroakustikwandler
US9807513B2 (en) 2014-05-29 2017-10-31 Gill Instruments Limited Electroacoustic transducer

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