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DE1268750B - Ultraschall-Verzoegerungsleiter mit einem festen Verzoegerungsmedium in Form einer flachen Platte - Google Patents

Ultraschall-Verzoegerungsleiter mit einem festen Verzoegerungsmedium in Form einer flachen Platte

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DE1268750B
DE1268750B DEP1268A DE1268750A DE1268750B DE 1268750 B DE1268750 B DE 1268750B DE P1268 A DEP1268 A DE P1268A DE 1268750 A DE1268750 A DE 1268750A DE 1268750 B DE1268750 B DE 1268750B
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DE
Germany
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delay
angle
input
signal
conductor
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Pending
Application number
DEP1268A
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English (en)
Inventor
Paul Alan Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Glass Works
Original Assignee
Corning Glass Works
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Publication date
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
H03h
Deutsche Kl.: 21g-34
Nummer: 1268750
Aktenzeichen: P 12 68 750.2-35
Anmeldetag: 17. März 1964
Auslegetag: 22. Mai 1968
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Verzögerungsleiter mit einem festen Verzögerungsmedium in Form einer flachen Platte mit zueinander parallelen Hauptflächen, mit am Rand angeschliflenen Eingangs-Ausgangs- und Reflexionsflächen, mit auf den Eingangs- und Ausgangsflächen montierten Signalein- und -ausgangswandlern, die als Dickenscherschwinger parallel zu den Hauptflächen schwingen, und mit den Reflexionsflächen zwischen den Reflexionsflächen des Hauptsignals haftenden Schalldämpfern.
Es sind bereits derartige Ultraschall-Verzögerungsleiter bekannt (s. die Zeitschrift »NTZ«, 1958, Heft 5, 235, und die USA.-Patentschrift 3 020496). Dabei dient der Verzögerangsleiter auf dem Gebiet der Radarempfänger beispielsweise dazu, aufgenommene Impulse zum Vergleich mit nachfolgenden Impulsen zu verzögern, um feststellen zu können, ob irgendeine Änderung in der Zeitdauer des Signals eingetreten ist. Ein weiteres Anwendungsgebiet besteht in der Speicherung der Impulse, die Informationsteile, beispielsweise Binärzahlen od. dgl., in Digitalrechnern wiedergeben. Dabei werden die bekannten Verzögerungsleiter mit den Informationsbruchstücken in einer bestimmten gewünschten Ordnung gespeist, wobei die Informationen anschließend durch Zurückführung in den Verzögerungsleiter für jeden bestimmten Zeitraum gespeichert werden, beispielsweise also bis die besondere Information oder die besonderen Informationsteile in einem Zählverfahren angefordert, entfernt, ersetzt oder in anderer Weise verarbeitet werden. Diese Informationsteile geben im allgemeinen Binärzahlen wieder und werden in den Verzögerungsleiter als Gleichstromenergieimpulse eingespeist oder treten als Fehlstellen solcher Impulse auf. Dies steht im Gegensatz zu dem Eingangssignal zu Ultraschall-Verzögerungsleitern, beispielsweise solchen in Vorrichtungen zur Identifizierung beweglicher Ziele, wo die Eingangssignale aus hochkontinuierlichen Hochfrequenz- oder Radiofrequenzimpulsen bestehen.
Ein elektrisches Signal wird einem Ultraschall-Verzögerungsleiter mit Hilfe eines Wandlers zugeführt, der auf der Eingangsfläche des Verzögerungsleiters montiert ist. Bei der Erzeugung des Hauptsignals erzeugt dieser Wandler neben dem Hauptsignal ferner unerwünschte Signale, die im nachfolgenden als Streusignale bezeichnet werden sollen. Die Brauchbarkeit des Verzögerungsleiters wird weitgehend durch die Zahl und die Amplitude solcher Streusignale bestimmt, und man hat daher schon viele Versuche unternommen, um die Brauchbarkeit solcher Verzögerungsleiter durch Beseitigung oder Dämpfung Ultraschall-Verzögerungsleiter mit einem festen
Verzögerungsmedium in Form einer flachen Platte
Anmelder:
Corning Glass Works, Corning, N. Y. (V. St. A.) Vertreter:
Dipl.-Ing. R. H. Bahr
und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte,
4690 Herne, Freiligrathstr. 19
Als Erfinder benannt:
Paul Alan Bauer, Bradford, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. März 1963 (265 752)
solcher Streusignale zu erweitern. Am wichtigsten ist bei der Beseitigung oder Dämpfung dieser Streusignale zu erweitern. Am wichtigsten ist bei der Beseitigung oder Dämpfung der Streusignale die Veras meidung der Amplitude einzelner Streusignale und die Reduktion der Vektorsumme dieser Signale, die im folgenden als Geräuschpegel bezeichnet werden sollen. Der Geräuschpegel läßt sich vermindern, indem man entweder die Zahl der Streusignale herabsetzt oder die Amplitude der größten Streusignale reduziert. Das Hauptsignal soll sich so durch das Verzögerungsmedium fortpflanzen, daß es auf die reflektierenden Flächen unter einem bestimmten Winkel auftrifft, der im nachfolgenden als Auftreffwinkel bezeichnet werden soll, während die Streusignale sich unter einem anderen als diesem Winkel fortpflanzen.
Die erwähnten bekannten Ultraschall-Verzögerungsleiter zeigen den Nachteil, daß der Geräuschpegel groß ist, so daß ihre Verwendung begrenzt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verzögerungsleiter der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß diese Streusignale gelöscht oder zumindest stark gedämpft werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Reflexionsflächen unter einem solchen Winkel bezüglich der Ein- und Ausgangsflächen angeschliffen sind, daß das senkrecht durch die Eingangsfläche eintretende Signal auf die Reflexionsflächen immer unter einem Winkel trifft, der bis zu 2° größer als der »kritische Winkel« des Verzögerungsmediums ist, wobei unter »kritischem
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Winkel« derjenige Auftreffwinkel zu verstehen ist, Indium reiche Legierung, die aus 60 Gewichtsprozent bei dem das Signal vollständig reflektiert wird. Da- und etwa 40 Gewichtsprozent Zinn besteht, durch werden die Streusignale beim Auftreffen auf Bei einem festen Ultraschall-Verzögerungsleiter
die Reflexionsfläche in eine Schwingungsart um- wird nun eine in Dickenscherart schwingende gewandelt, die sich von der Schwingungsart des 5 elastische Welle vollständig von jeder Zwischen- oder Hauptsignals unterscheidet. Es wird somit weit- Reflexionsfläche reflektiert, wenn sie unter einem gehende Unempfindlichkeit gegen Schwingungen an- Winkel auftrifft, der größer als der »kritische Winkel« derer Art erzielt, weil die Streusignale unter Winkeln des Verzögerungsmediums ist. Unter der Bezeichnung auftreffen, die geringer als der kritische Winkel sind »kritischer Winkel« soll im nachfolgenden derjenige und daher in ihrer Schwingungsart umgewandelt io Auftreffwinkel verstanden werden, bei dem das Signal werden. vollständig reflektiert wird. Trifft die Welle unter
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung diesem Winkel auf, dann wird sie wenigstens teilweise ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung in Längs- oder Druckwellen umgewandelt, weiche eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die anschließend gestreut, beseitigt oder gedämpft werden. Zeichnung. In dieser zeigt 15 In den Fig. 3 und 4 ist ein Beispiel für eine
Fig. 1 eine Perspektive des erfindungsgemäßen reflektierende Signalbahn angegeben. Dabei ist in Ultraschall-Verzögerungsleiters, Fig. 3 das Muster eines festen Ultraschall-Verzöge-
Fig. 2 eine schematische Wiedergabe des Strah- rungsleiters von regelmäßig rechteckiger Gestalt verlungsverlaufs bei dem Verzögerungsleiter nach anschaulicht. Das Hauptsignal wird durch die Linie F i g. 1, 20 30 wiedergegeben, die einen Auftreffwinkel« zeigt.
F i g. 3 eine schematische Wiedergabe des Strah- Die von den Winkeln A und B eingeschlossenen lenverlaufs der elastischen Wellen und der ihnen zu- Flächen geben die Streusignale wieder. Bei einem gehörigen Streusignale bei einem bekannten Ver- regelmäßigen rechteckigen festen Verzögerungsleiter zögerungsleiter, sind die Winkelt und B einander im wesentlichen
Fig. 4 das gleiche wie Fig. 3, jedoch beim Erfin- as gleich und gleich der Differenz zwischen dem »kridungsgegenstand und tischen Winkel« des Verzögerungsmediums und dem
Fig. 5 schematische Darstellung des Strahlungs- Signalauftreffwinkel. Bei diesem bekannten Verzögeverlaufs, wobei die Streusignale auf beiden Seiten des rungsleiter beträgt der Auftreffwinkel« in der Hauptsignals erfindungsgemäß gedämpft sind. Regel 45°.
F i g. 1 zeigt einen festen Ultraschall-Verzögerungs- 30 Wenn man, wie aus den F i g. 2 und 4 hervorgeht, leiter mit einem Verzögerungsmedium 10 und einer das Hauptsignal, das durch die Linie 32 wieder-Eingangsfläche 12, einer Ausgangsfläche 14 sowie gegeben ist, mit einem Auftreffwinkel <x vom »kri-Reflexionsflächen 16, 18, 20 und 22. Auf der Ein- tischen Winkel« bis etwa 2° über dem »kritischen gangsfläche 12 ist ein Eingangswandler 24 angeord- Winkel« des Verzögerungsmediums auftreffen läßt, net, während die Ausgangsfläche 14 von einem Aus- 35 dann wird etwa die Hälfte der Streusignale in der gangswandler 26 besetzt ist. Am Umfang der Platte Nähe des Hauptsignals einen Auftreffwinkel untersind Schallschluckvorrichtungen 28 in bestimmten halb des »kritischen Winkels« des Verzögerungs-Stellungen angeordnet, die, wie später noch erläutert mediums haben. Diese Streusignale werden dann aus werden wird, zum Absorbieren bestimmter Streu- elastischen Scherwellen in Längs- und Druckwellen signale dienen. 40 verwandelt, wodurch die Streusignale beseitigt oder
Geeignete Verzögerungsleitermedien sind ge- wenigstens gedämpft werden. Die einzigen, auf einer schmolzene Kieselsäure oder Quarz, Alkali-Blei- Seite des Hauptsignals verbleibenden Streusignale Silikatgläser und andere Materialien. sind im Bereich des Winkels C wiedergegeben. Da
Obwohl die Ausgestaltung des Umfangs des Digi- die durch den Bereich des Winkels C wiedergegebetalultraschall-Verzögerungsleitermediums mit Aus- 45 nen Streusignale im wesentlichen Null sind, sind die nähme der Eingangs-Ausgangs- und Signalreflexions- einzigen bedeutenden verbleibenden Streusignale dieflächen verschieden sein kann, wie später noch jenigen, welche in den Bereich des Winkels D fallen erläutert werden wird, sollte die Platte zweckmäßig und bei denen es sich im wesentlichen nur noch um flach ausgebildet sein. Der Rohling für die Platte die Hälfte der Streusignale bisher bekannter Verzögewird entweder in eine Form gegossen oder von einem 50 rungsleiter handelt, wie beispielsweise in Fig. 3 größeren, nach bekannten Verfahren abgeschnitten, wiedergegeben ist.
woraufhin das Teil in gleichfalls bekannter Weise Durch Änderung der Umfangsgeometrie des Verangelassen wird. Anschließend wird der Rohling zögerungsmediums ist es möglich, dafür Sorge zu geschliffen und poliert. tragen, daß die Streusignale, d. h. die im Bereich des
Die Wandler 24 und 26 können aus einem kristal- 55 Winkels D in F i g. 4 liegenden Signale auf die Rennen, piezoelektrischen Material, beispielsweise kri- flexionsflächen unter Winkeln auftreffen, die kleiner stallinem Quarz, Bariumtitanat, Mischungen von als der kritische Winkel sind, so daß diese verbleiben-Bleizirkonat und Bleititanat, Kalium-Natrium-Niobat den Streusignale aus elastischen Scherwellen in Längsod. dgl. bestehen. Diese Materialien werden auf die oder Druckwellen umgewandelt und infolgedessen Schleifflächen 12 bzw. 14 des Verzögerungsmediums 60 ausgeschieden oder gedämpft werden. Ein solcher dicht aufgebracht oder aufgeschmolzen. Der Verzögerungsleiter ist in F i g. 5 wiedergegeben. Schalldämpfer 28 besteht aus einem beliebigen Ein Beispiel für die Durchführung des Erfindungs-
schalldämpfenden Material, beispielsweise Blei, Zinn prinzips ergibt sich aus der folgenden Beschreibung u. dgl. Es kommt hier nicht so sehr auf die Zusam- im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 4. Ein Vermensetzung an, wenn das Material nur mit dem Ver- 65 zögerungsmedium aus beispielsweise Alkali-Bleizögerungsleiter verbunden werden kann und eine Silikatglas der eingangs erwähnten Art mit einem hohe Signaldämpfung aufweist. Ein besonders »kritischen Winkel« von etwa 39° wird in geeigneter geeignetes, schallschluckendes Material ist eine an Weise zu einer rechteckigen Platte verformt. Die
Signaleingangs- und -ausgangsflächen werden an benachbarten Ecken der Platte ausgebildet und so angeordnet, daß die Signalauftreffwinkel an den Reflektionsflächen 39° 30 Minuten betragen. Die Platte wird dann mit Ceriumoxyd mit einer Teilchengröße von 1Ii bis 1 Mikron auf den größeren Oberflächen, den Reflexionsflächen und den Eingangs-Ausgangsflächen zu einer üblichen Glasplattenpolitur poliert.
Eingangs- und Ausgangswandler aus kristallinem, AC-geschnittenem Quarz werden auf den Eingangs- und Ausgangsflächen für eine Dicken-Scherschwingung parallel zu den Hauptebenen des Verzögerungsmediums hergestellt und montiert.
Dann werden aus der eingangs geschilderten, an Indium reichen Legierung Schalldämpfer hergestellt und auf den reflektierenden Flächen zwischen den Bereichen montiert, in denen das Hauptsignal auftrifft und reflektiert wird, wie sich deutlich aus Fig. 1 ergibt. Die verschiedenen Signale, die nicht in eine andere Schwingungsart umgewandelt werden, wie im vorhergehenden beschrieben wurde, werden durch diese schallschluckenden Beläge absorbiert.
Bei dem Verzögerungsleiter des vorliegenden Beispiels liegen die Streusignale 28 db unter dem Hauptsignalspiegel, was einer Verbesserung von annähernd 19 db gegenüber der bisherigen bekannten Verzögerungsleiterausgestaltung entspricht.
Ein fester Ultraschall-Verzögerungsleiter, der gemäß der Erfindung hergestellt ist, weist ein verbessertes Verhältnis von Hauptsignal zu Geräuschpegel auf.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Ultraschall-Verzögerungsleiter mit einem festen Verzögerungsmedium in Form einer flachen Platte mit zueinander parallelen Hauptplanflächen, mit am Rand angeschliffenen Eingangs-, Ausgangs- und Reflexionsflächen, mit auf den Eingangs- und Ausgangsflächen montierten Signalein- und -ausgangswandlern, die als Dickenscherschwinger parallel zu den Hauptplanflächen schwingen, und mit auf den Reflexionsflächen zwischen den Reflexionsstellen des Hauptsignals haftenden Schalldämpfern, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen (16, 18, 20, 22) unter einem solchen Winkel bezüglich der Ein- und Ausgangsflächen (12, 14) angeschliffen sind, daß das senkrecht durch die Eingangsfläche (12) eintretende Signal auf die Reflexionsflächen (16, 18, 20, 22) immer unter einen Winkel trifft, der bis zu 2° größer als der »kritische Winkel« des Verzögerungsmediums (10) ist, wobei unter »kritischem Winkel« derjenige Auftreffwinkel zu verstehen ist, bei dem das Signal vollständig reflektiert wird.
2. Ultraschall-Verzögerungsleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Verzögerungsmedium aus Quarz oder Alkali-Blei-Silikatglas besteht.
3. Ultraschall-Verzögerungsleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangswandler (24, 26) aus kristallinem Quarz oder Bariumtitanat oder Kalium-Natrium-Niobat oder Mischungen von Bleizirkonaten und Bleititanat bestehen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 672590, 3 020496;
»NTZ«, 1958, Heft 5, S. 235, BUd 28.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 550/363 5. 68 © Bundesdruckerei Berlin
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