WO2012076463A2 - Elektroakustische wandleranordnung und verfahren zum betreiben einer elektroakustischen wandleranordnung - Google Patents

Elektroakustische wandleranordnung und verfahren zum betreiben einer elektroakustischen wandleranordnung Download PDF

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    • H04R2499/10—General applications
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Definitions

  • the invention relates to an electroacoustic transducer assembly and a method of operating such an electroacoustic transducer assembly.
  • Electro-acoustic converters in particular ultrasonic transducers, are known in the automotive sector, for example, as parking aids, in which the transducers couple air directly in and operate at frequencies of approximately 50 kHz with a range of a few meters. Electroacoustic transducers can also be used in air mass sensors or hydrocarbon sensors. The operating range of the frequencies here is preferably above the frequencies which occur during operation of the automobile, in particular in the engine compartment, for example by a turbocharger.
  • an electroacoustic transducer arrangement comprises a flatly extended electroacoustic transducer.
  • the flat-type electroacoustic transducer has a major surface that is convex in a first state and that is concave in a second state.
  • the electroacoustic transducer assembly further includes a flexible skirt extending axially away from the main surface of the electroacoustic transducer. A region of the border facing away from the electroacoustic transducer is when the electroacoustic transducer is in the first
  • the electroacoustic transducer assembly comprises the oscillatory electroacoustic transducer and in addition the flexible skirt, which also vibrates during operation.
  • the possible in operation sound pressure of the electro-acoustic transducer assembly is thereby high and the coupling to the medium outside the transducer is very good, because within the border is the same medium as outside the transducer, resulting in a
  • the shape of the border is predetermined as a function of a given operating range with respect to the frequencies of the electroacoustic transducer.
  • the electroacoustic transducer arrangement operates in particular in a working range of more than 200 KHz, for example 300 KHz, according to the shape of the border is selected so that the border in the frequencies of the given operating range of the transducer assembly is capable of vibration.
  • the material of the border in particular a plastic, from ⁇ pending selected from the predetermined working range of the frequencies of the electro-acoustic transducer.
  • the electroacoustic transducer may be a sheath of the
  • the electroacoustic transducer assembly includes a plurality of vibrating bodies concentrically disposed with respect to the longitudinal axis on the main surface of the electroacoustic transducer.
  • the oscillating bodies behave like the outline.
  • Oscillating the sound pressure of the electro-acoustic transducer assembly is further increased, especially at high frequencies of about 300 KHz.
  • the region of the border facing away from the electroacoustic transducer is inclined inwards when the electroacoustic transducer is in the first state, relative to the position which the region of the border comprises. when the electroacoustic transducer is in the second state.
  • the electroacoustic transducer assembly is excited so that the cavity enclosed by the rim and the electroacoustic transducer becomes minimal in the first state and becomes maximum in the second state. Thereby, a high sound pressure can be generated and attenuation due to different impedances can be reduced or avoided.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a elektroakus ⁇ tables transducer assembly according to one embodiment
  • FIG. 1 is a schematic representation of a elektroakus ⁇ tables transducer assembly according to another disclosed embodiment
  • Figure is a schematic representation of a elektroakus ⁇ tables transducer assembly of Figure 1 in a first state
  • Figure 4 is a schematic representation of the electro-acoustic
  • FIG. 1 shows an electroacoustic transducer arrangement 100.
  • the transducer arrangement comprises a flatly extended electroacoustic transducer 101.
  • the electroacoustic transducer 101 has its main propagation direction in the sectional view in the X direction of FIG. In the main propagation direction substantially equal to the X-axis, the transducer 101 has a main surface 103.
  • the transducer 101 is three-dimensionally extended. In particular, the transducer 101 is round and accordingly has a cylindrical shape.
  • the transducer 101 is configured to convert electrical voltage into acoustic waves during operation.
  • Such transducers can for example be designed as ultrasonic transducers ⁇ and set off in ultrasonic measurement systems where delay measurements are used to determine measurements.
  • Examples of sound transducers are piezoelectric transducers, be the properties be agreed materials, such. As quartz, piezoceramics, etc. use to deliver proportional signals in mechanical deformation or vice versa to deform mechanically with a suitable applied electric field. In operation, the acoustic waves propagate, in particular starting from the main surface 103.
  • the transducer 101 is adapted to emit acoustic waves in the ultra sonic range ⁇ , particularly frequencies above 50 KHz, preferably frequencies in the range of about 200 KHz, particularly frequencies in excess of 300 KHz.
  • a border 102 is arranged on a side surface 111 of the electroacoustic transducer 101, which extends transversely to the main surface 103 in the Y direction of the figure.
  • the skirt extends around the entire circumference of the transducer 101.
  • the skirt 102 extends axially in the Y direction away from the transducer 101.
  • the skirt 102 is in contact with the transducer 101 at one end and has an end 110 facing away from the transducer. At the opposite end 110, a region 104 facing away from the electroacoustic transducer 101 connects.
  • An inner side 109 of the border 102 which faces the longitudinal axis 105 of the arrangement 100, extends transversely to the main surface 103.
  • the border has a hollow cylindrical shape.
  • the inner side 109 extends obliquely to the surface 103, so that the opposite ends 110 are spaced further from the longitudinal axis 105 than a region of the border 102, which is in contact with the transducer 101.
  • the border has the shape of a hollow truncated cone.
  • the transducer assembly in cross ⁇ cut a U-shape.
  • the arrangement has a V-shape in cross-section.
  • the skirt 102 includes with the transducer 101 a cavity 107 extending in the Y direction of the figure from the major surface 103 to a plane of the end 110.
  • the border 102 has a plastic material, so that the border 102 can flex flexibly. In particular, the border is elastic.
  • the border is arranged to oscillate in the frequency range in which the transducer 101 emits acoustic waves.
  • the boundary 102 is turned ⁇ directed to oscillate a frequency range in which the transducer vibrates one hundred and first
  • the material and the longitudinal and transverse extent of the border 102 is selected as a function of a working range of the frequencies of the electroacoustic transducer, so that the border oscillates accordingly during operation. In particular, this can be determined by experiments in which the frequency range is predetermined as a function of a known field of application of the arrangement.
  • the electroacoustic transducer 101 is surrounded in embodiments by a sheath 106 comprising a plastic material.
  • the plastic material of the sheath 106 is equal to the plastic material of the border 102.
  • the border 102 and the sheath 106 are produced by means of a transfer-gold method.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the arrangement 100.
  • the exemplary embodiment of FIG. 2 has an oscillating body 108 which is arranged on the main surface 103 of the converter 101.
  • the oscillating body 108 like the border 102, has a hollow cylindrical shape.
  • the oscillating body 108 and the border 102 are arranged concentrically to the longitudinal axis 105.
  • the arrangement 100 comprises a plurality of
  • FIG. 3 shows a perspective view of the transducer arrangement 100 according to FIG. 1 in operation in a first state of the transducer 101.
  • the main face 103 of the transducer 101 is convex in the first state shown.
  • the surface 103 is inclined centrally in the Y direction upwards.
  • the region 104 of the border 102 facing away from the transducer 101 is inclined inwards in the first state of the transducer 101.
  • the inner side 109 of the border 102 is inclined inwards.
  • the area 104 is inclined in the direction of the longitudinal axis 105.
  • the region 104 is maximally inwardly inclined when the major surface 103 has its strongest concave curvature. Thereby, the cavity 107, which is enclosed by the border 102 and the transducer 101, minimal.
  • the region 104 is inclined inwardly relative to its rest position.
  • the region 104 is inwardly inclined relative to a position of the region 104 during a second state of the transducer 101 (FIG. 4).
  • FIG. 4 shows the converter 101 in the second state during operation.
  • the main surface 103 is concavely curved. In particular, the surface 103 tilts down in the center in the Y direction.
  • the region 104 of the border 102 is inclined outwards.
  • the inner side 109 of the border 102 is inclined outwards.
  • the inner side 109 tilts in the region 104 away from the longitudinal axis 105 of the assembly.
  • the region 104 is inclined outwardly in the second state of the transducer 101 with respect to its rest position.
  • the area 104 is in the second state of the converter 101 with respect to its
  • the region 104 is maximally outwardly inclined when the major surface 103 has its maximum concave curvature.
  • the cavity 107 occupies its maximum volume in the second state.
  • the transducer 101 and the skirt 102 oscillate between the first state of FIG. 3 and the second state of FIG. 4.
  • the working medium is expelled due to the volume reduction of the cavity 107.
  • the impedance jump at the open end of the border 1 and accordingly couple the waves from the cavity particularly well into the environment.
  • the electroacoustic transducer assembly is used for example as an air mass sensor or as a hydrocarbon sensor in motor vehicles.

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Abstract

Eine elektroakustische Wandleranordnung umfasst einen flächig ausgedehnten elektroakustischen Wandler (101), der eine Hauptfläche (103) aufweist, die in einem ersten Zustand konvex ist und die ein einem zweiten Zustand konkav ist. Die elektroakustische Wandleranordnung umfasst eine flexible Umrandung (102), die sich von der Hauptfläche (103) des elektroakustischen Wandlers (101) axial weg erstreckt, wobei, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem ersten Zustand befindet, ein vom elektroakustischen Wandler (101) abgewandter Bereich (104) der Umrandung (102) nach innen geneigt ist relativ zu einer Position des Bereichs (104) der Umrandung (102), die die Umrandung (102) aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem zweiten Zustand befindet.

Description

Beschreibung
Elektroakustische Wandleranordnung und Verfahren zum Betreiben einer elektroakustischen Wandleranordnung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektroakustische Wandleranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektroakustischen Wandleranordnung.
Hintergrund der Erfindung
Elektroakustische Wandler, insbesondere Ultraschallwandler, sind im Automobilbereich beispielsweise von Einparkhilfen bekannt, bei denen die Wandler direkt Luft einkoppeln und die bei Frequenzen von zirka 50 KHz bei einer Reichweite von einigen Metern arbeiten. Elektroakustische Wandler können auch in Luftmassensensoren oder Kohlenwasserstoffsensoren eingesetzt werden. Der Arbeitsbereich der Frequenzen liegt hier vorzugsweise über den Frequenzen, die während des Betriebs des Automobils insbesondere im Motorraum, beispielsweise durch einen Turbolader, auftreten.
Bei elektroakustischen Wandlern, die in diesem Bereich arbeiten, ist es wichtig, einen hohen Schalldruck aufzubauen und ein gutes Einkoppeln des Ultraschalls in das zu untersuchende Medium zu ermöglichen. Insbesondere beim Einkoppeln in Luft ist dies aufgrund des hohen Impedanzunterschieds herkömmlich aufwändig.
Es ist wünschenswert, eine elektroakustische Wandleranordnung anzugeben, die zuverlässig arbeitet und günstig herstellbar ist. Weiterhin ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektroakustischen Wandleranordnung anzugeben. In einer Aus führungs form der Erfindung umfasst eine elektroakustische Wandleranordnung einen flächig ausgedehnten elektroakustischen Wandler. Der flächig ausgedehnte elektroakustische Wandler weist eine Hauptfläche auf, die in einem ersten Zustand konvex ist und die in einem zweiten Zustand konkav ist. Die elektroakustische Wandleranordnung umfasst weiterhin eine flexible Umrandung, die sich von der Hauptfläche des elektroakustischen Wandlers axial weg erstreckt. Ein von dem elektroakustischen Wandler abgewandter Bereich der Umrandung ist, wenn sich der elektroakustische Wandler in dem ersten
Zustand befindet, nach innen geneigt, relativ zu einer Position des Bereichs der Umrandung, die die Umrandung aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler in dem zweiten Zustand befindet. Die elektroakustische Wandleranordnung weist den schwingfähigen elektroakustischen Wandler auf und zusätzlich die flexible Umrandung, die im Betrieb ebenfalls schwingt. Der im Betrieb mögliche Schalldruck der elektroakustischen Wandleranordnung ist dadurch hoch und die Einkopplung an das Medium außerhalb des Wandlers ist sehr gut, da innerhalb der Umrandung das gleiche Medium wie außerhalb des Wandlers ist, woraus sich ein
Impedanzsprung von 1 ergibt.
In Aus führungs formen wird die Form der Umrandung abhängig von einem vorgegebenen Arbeitsbereich bezüglich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers vorgegeben. Die elektroakustische Wandleranordnung arbeitet insbesondere in einem Arbeitsbereich von über 200 KHz, beispielsweise 300 KHz, entsprechend wird die Form der Umrandung gewählt, so dass die Umrandung in den Frequenzen des vorgegebenen Arbeitsbereichs der Wandleranordnung schwingfähig ist. Weiterhin wird in Aus führungs formen das Material der Umrandung, insbesondere ein Kunststoff, ab¬ hängig von dem vorgegebenen Arbeitsbereich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers gewählt. In Ausführungsbeispielen kann der elektroakustische Wandler eine Ummantelung aus dem
Kunststoffmaterial der Umrandung aufweisen, die beispielsweise durch ein Transfermolden aufgebracht ist. In weiteren Aus führungs formen weist die elektroakustische Wandleranordnung eine Mehrzahl von Schwingkörpern auf, die konzentrisch in Bezug auf die Längsachse an der Hauptfläche des elektroakustischen Wandlers angeordnet sind. Die Schwingkörper verhalten sich in Betrieb wie die Umrandung. Durch die
Schwingkörper wird der Schalldruck der elektroakustischen Wandleranordnung insbesondere bei hohen Frequenzen von über 300 KHz weiter erhöht. In einer Aus führungs form eines Verfahrens zum Betreiben einer solchen elektroakustischen Wandleranordnung wird der von dem elektroakustischen Wandler abgewandte Bereich der Umrandung nach innen geneigt, wenn sich der elektroakustische Wandler in dem ersten Zustand befindet, relativ zu der Position, die der Bereich der Umrandung aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler in dem zweiten Zustand befindet.
Die elektroakustische Wandleranordnung wird so angeregt, dass der Hohlraum, der von der Umrandung und dem elektroakustischen Wandler eingeschlossen wird, in dem ersten Zustand minimal wird und in dem zweiten Zustand maximal wird. Dadurch kann ein hoher Schalldruck erzeugt werden und eine Dämpfung auf Grund von verschiedenen Impedanzen kann verringert oder vermieden werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht an¬ zusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie beispielsweise Bereiche oder Schichten, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. Es zeigen:
Figur eine schematische Darstellung einer elektroakus¬ tischen Wandleranordnung gemäß einer Ausführungsform,
Figur eine schematische Darstellung einer elektroakus¬ tischen Wandleranordnung gemäß einer weiteren Aus führungs form,
Figur eine schematische Darstellung einer elektroakus¬ tischen Wandleranordnung der Figur 1 in einem ersten Zustand, Figur 4 eine schematische Darstellung der elektroakustischen
Wandleranordnung der Figur 1 in einem zweiten Zustand .
Detaillierte Beschreibung von Aus führungs formen
Figur 1 zeigt eine elektroakustische Wandleranordnung 100. Die Wandleranordnung umfasst einen flächig ausgedehnten elektroakustischen Wandler 101. Der elektroakustische Wandler 101 weist seine Hauptausbreitungsrichtung in der Schnittansicht in die X-Richtung der Figur 1 auf. In der Hauptausbreitungsrichtung im Wesentlichen gleich gerichtet der X-Achse weist der Wandler 101 eine Hauptfläche 103 auf. Der Wandler 101 ist dreidimensional ausgedehnt. Insbesondere ist der Wandler 101 rund und weist entsprechend eine Zylinderform auf. Der Wandler 101 ist ein- gerichtet, im Betrieb elektrische Spannung in akustische Wellen umzuwandeln .
Solche Schallwandler können beispielsweise als Ultraschall¬ wandler ausgebildet sein und in Ultraschallmesssystemen ein- gesetzt werden, bei denen LaufZeitmessungen zur Bestimmung von Messgrößen genutzt werden. Beispiele für Schallwandler sind piezoelektrische Schallwandler, die die Eigenschaften be stimmter Materialien, wie z. B. Quarze, Piezokeramiken, etc. nutzen, um bei mechanischer Verformung proportionale Signale abzugeben oder umgekehrt sich bei geeignetem angelegtem elektrischem Feld mechanisch zu verformen. Im Betrieb breiten sich die akustischen Wellen insbesondere ausgehend von der Hauptfläche 103 aus.
Der Wandler 101 ist eingerichtet, akustische Wellen im Ultra¬ schallbereich auszusenden, insbesondere Frequenzen von über 50 KHz, vorzugsweise Frequenzen im Bereich von über 200 KHz, insbesondere Frequenzen von über 300 KHz.
An einer Seitenfläche 111 des elektroakustischen Wandlers 101, die quer zur Hauptfläche 103 in Y-Richtung der Figur verläuft, ist eine Umrandung 102 angeordnet. Die Umrandung verläuft um den gesamten Umfang des Wandlers 101. Die Umrandung 102 erstreckt sich axial in Y-Richtung weg von dem Wandler 101. Die Umrandung 102 ist an einem Ende in Kontakt mit dem Wandler 101 und weist ein dem Wandler abgewandtes Ende 110 auf. An das abgewandte Ende 110 schließt sich ein vom elektroakustischen Wandler 101 abgewandter Bereich 104 an.
Eine zu einer Längsachse 105 der Anordnung 100 zugewandte Innenseite 109 der Umrandung 102 verläuft quer zur Hauptfläche 103. Insbesondere weist die Umrandung eine Hohlzylinderform auf. In weiteren Ausführungsformen verläuft die Innenseite 109 schräg zu der Fläche 103, so dass die abgewandten Enden 110 weiter von der Längsachse 105 beabstandet sind als ein Bereich der Umrandung 102, der mit dem Wandler 101 in Kontakt ist. Insbesondere weist die Umrandung die Form eines hohlen Kegelstumpfs auf.
Beispielsweise weist also die Wandleranordnung 100 im Quer¬ schnitt eine U-Form auf. In weiteren Ausführungsformen weist die Anordnung im Querschnitt eine V-Form auf. Die Umrandung 102 schließt mit dem Wandler 101 einen Hohlraum 107 ein, der sich in Y-Richtung der Figur von der Hauptfläche 103 bis zu einer Ebene des Endes 110 erstreckt. Die Umrandung 102 weist ein Kunststoffmaterial auf, so dass die Umrandung 102 flexibel schwingen kann. Insbesondere ist die Umrandung elastisch. Die Umrandung ist eingerichtet, in dem Frequenzbereich zu schwingen, in dem der Wandler 101 akustische Wellen aussendet. Insbesondere ist die Umrandung 102 einge¬ richtet, einen Frequenzbereich zu schwingen, in dem der Wandler 101 schwingt. Das Material und die Längs- und Querausdehnung der Umrandung 102 wird abhängig von einem Arbeitsbereich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers gewählt, so dass die Umrandung im Betrieb entsprechend schwingt. Insbesondere ist dies über Versuche ermittelbar, in denen der Frequenzbereich abhängig von einem bekannten Einsatzbereich der Anordnung vorgegeben ist. Der elektroakustische Wandler 101 ist in Aus führungs formen von einer Ummantelung 106 umgeben, die ein Kunststoffmaterial umfasst. Vorzugsweise ist das Kunststoffmaterial der Ummantelung 106 gleich dem Kunststoffmaterial der Umrandung 102. Insbesondere werden die Umrandung 102 und die Ummantelung 106 mittels eines Transfermoldverfahrens hergestellt.
Figur 2 zeigt eine weitere Aus führungs form der Anordnung 100. Zusätzlich zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist das Ausführungsbeispiel der Figur 2 einen Schwingkörper 108 auf, der an der Hauptfläche 103 des Wandlers 101 angeordnet ist.
Der Schwingkörper 108 weist wie die Umrandung 102 eine Hohlzylinderform auf. Der Schwingkörper 108 und die Umrandung 102 sind konzentrisch zur Längsachse 105 angeordnet. In weiteren Aus führungs formen weist die Anordnung 100 eine Mehrzahl von
Schwingkörpern 108 auf, die konzentrisch zur Längsachse 105 auf der Hauptfläche 103 angeordnet sind. Die Schwingkörper 108 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Umrandung 102 und verhalten sich im Betrieb wie die Umrandung 102. Die Dimen- sionierung der Schwingkörper 108, beispielsweise die Längs- und Querausdehnung ist abhängig von dem Arbeitsbereich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers 101. Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wandleranordnung 100 gemäß der Figur 1 im Betrieb in einem ersten Zustand des Wandlers 101. Die Hauptfläche 103 des Wandlers 101 ist in dem gezeigten ersten Zustand konvex. Die Fläche 103 ist in Y-Richtung mittig nach oben geneigt.
Der von dem Wandler 101 abgewandte Bereich 104 der Umrandung 102 ist in dem ersten Zustand des Wandlers 101 nach innen geneigt. Insbesondere ist die Innenseite 109 der Umrandung 102 nach innen geneigt. Der Bereich 104 ist in Richtung der Längsachse 105 geneigt. Insbesondere ist der Bereich 104 maximal nach innen geneigt, wenn die Hauptfläche 103 ihre stärkste konkave Krümmung aufweist. Dadurch wird der Hohlraum 107, der von der Umrandung 102 und dem Wandler 101 eingeschlossen wird, minimal. Der Bereich 104 ist relativ zu seiner Ruheposition nach innen geneigt.
Insbesondere ist der Bereich 104 im Vergleich zu einer Position des Bereichs 104 während eines zweiten Zustands des Wandlers 101 (Figur 4) nach innen geneigt. Figur 4 zeigt den Wandler 101 in dem zweiten Zustand während des Betriebs. Die Hauptfläche 103 ist konkav gekrümmt. Insbesondere neigt sich die Fläche 103 mittig in Y-Richtung nach unten.
In dem zweiten Zustand des Wandlers 101 ist der Bereich 104 der Umrandung 102 nach außen geneigt. Insbesondere ist die Innenseite 109 der Umrandung 102 nach außen geneigt. Die Innenseite 109 neigt sich in dem Bereich 104 weg von der Längsachse 105 der Anordnung . Der Bereich 104 ist in dem zweiten Zustand des Wandlers 101 im Bezug auf seine Ruheposition nach außen geneigt. Der Bereich 104 ist im zweiten Zustand des Wandlers 101 in Bezug auf seine
Position im ersten Zustand des Wandlers 101 nach außen geneigt. Insbesondere ist der Bereich 104 maximal nach außen geneigt, wenn die Hauptfläche 103 ihre maximale konkave Krümmung aufweist. Dadurch nimmt der Hohlraum 107 in dem zweiten Zustand sein maximales Volumen ein. Im Betrieb schwingen der Wandler 101 und die Umrandung 102 zwischen dem ersten Zustand der Figur 3 und dem zweiten Zustand der Figur 4. Folglich wird vom Übergang des minimalen Volumens des Hohlraums 107 der Figur 3 zum maximalen Volumen des Hohlraums 107 der Figur 4 das Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, durch die Volumenvergrößerung in den Hohlraum eingesaugt.
Im nächsten Schritt, also im Ubergang vom Zustand der Figur 4 zum Zustand der Figur 3, wird das Arbeitsmedium auf Grund der Volumenverkleinerung des Hohlraums 107 ausgestoßen. Dadurch entsteht am offenen Ende der Umrandung gegenüber dem Wandler 101 eine große Amplitude der akustischen Wellen. Nachdem im Hohlraum 107 das gleiche Medium angeordnet ist wie außerhalb des Wandlers, beispielsweise jeweils Luft, ist der Impedanzsprung am offenen Ende der Umrandung 1 und entsprechend koppeln die Wellen aus dem Hohlraum besonders gut in die Umgebung ein.
So kann ein hoher Schalldruck in die Umgebung eingekoppelt werden. Zudem wird die Reichweite, insbesondere bei hohen Frequenzen, im Bezug auf herkömmliche Anordnungen, erhöht. Weiterhin lässt sich eine Dämpfung der Schallwellen, insbesondere bei im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen überwinden und die Anordnung ist über einen vergleichsweise langen Betriebszeitraum verlässlich. Die Schallkeule der aus der Öffnung der Umrandung austretenden Schallwellen kann vergleichsweise schmal ausgelegt werden. Dadurch, dass am Ausgang der Umrandung 102 kein oder nur ein geringer Impedanzunterschied zwischen dem Hohlraum 107 und der Umgebung vorliegt, kann auf eine aufwändige Impedanzanpassung verzichtet werden, wodurch die Herstellung der Anordnung vergleichsweise günstig ist. Die elektroakustische Wandleranordnung wird beispielsweise als Luftmassensensor oder als Kohlenwasserstoffsensor in Kraftfahrzeugen eingesetzt.

Claims

Elektroakustische Wandleranordnung, umfassend:
- einen flächig ausgedehnten elektroakustischen Wandler
(101) , der eine Hauptfläche (103) aufweist, die in einem ersten Zustand konvex ist und die ein einem zweiten Zustand konkav ist;
- eine flexible Umrandung (102), die sich von der
Hauptfläche (103) des elektroakustischen Wandlers (101) axial weg erstreckt, wobei, wenn sich der elektroa¬ kustische Wandler (101) in dem ersten Zustand befindet, ein vom elektroakustischen Wandler (101) abgewandter Bereich (104) der Umrandung (102) nach innen geneigt ist relativ zu einer Position des Bereichs (104) der Umrandung
(102) , die der Bereich (104) aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem zweiten Zustand befindet .
Elektroakustische Wandleranordnung nach Anspruch 1, bei der sich eine Innenseite (109) der flexiblen Umrandung (102) schräg zur Hauptfläche (103) erstreckt.
Elektroakustische Wandleranordnung nach Anspruch 1, bei der sich eine Innenseite (109) der flexiblen Umrandung (102) quer zur Hauptfläche (103) erstreckt.
Elektroakustische Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Form der Umrandung (102) abhängig von einem vorgegebenen Arbeitsbereich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers (101) ist.
Elektroakustische Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Umrandung (102) mit dem elektroakustischen Wandler (101) einen Hohlraum (107) einschließt .
6. Elektroakustische Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Umrandung (102) ein Kunst- stoffmaterial umfasst.
7. Elektroakustische Wandleranordnung nach Anspruch 6, beider der elektroakustische Wandler (101) eine Ummantelung (106) aus dem Kunststoffmaterial umfasst.
8. Elektroakustische Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Mehrzahl von Schwingkörper (108), die konzentrisch in Bezug auf die Längsachse (105) an der Hauptfläche (103) angeordnet sind.
9. Verfahren zum Betreiben einer elektroakustischen
Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem ersten Zustand befindet, der abgewandte Bereich (104) der Um¬ randung (102) nach innen geneigt wird relativ zu der Position, die der Bereich (104) der Umrandung (102) aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem zweiten Zustand befindet.
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US3357641A (en) * 1965-08-05 1967-12-12 Stanford Research Inst Aerosol generator
JP3606417B2 (ja) * 1996-12-30 2005-01-05 東京瓦斯株式会社 配管内の流体を利用する音響通信用の円筒状音響送受波器の支持機構
JP3528491B2 (ja) * 1997-01-27 2004-05-17 松下電工株式会社 超音波送受波器
EP1742505B1 (de) * 2004-04-26 2014-06-25 Panasonic Corporation Ultraschallsensor
ATE509708T1 (de) * 2008-01-09 2011-06-15 Fraunhofer Ges Forschung Ultraschallwandler zur erzeugung asymmetrischer schallfelder

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