DE3423009A1 - Verfahren und elektroakustischer wandler zum aussenden oder empfangen von schallwellen in mehreren durchlassbaendern - Google Patents
Verfahren und elektroakustischer wandler zum aussenden oder empfangen von schallwellen in mehreren durchlassbaendernInfo
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- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
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Description
PRINZ, LEISER, BUNKE 8,"RARTNER
Patentanwälte European Patent Attorneys O / O O Π Π Q
München _ η Stuttqart . -, /,^
22. Juni 1984
ETAT FRANCAIS represents par Ie
Delegue General pour l'Armement
14, rue Saint-Dominique
75997 Paris Armees /Frankreich
Delegue General pour l'Armement
14, rue Saint-Dominique
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Unser Zeichen: E 1246
Verfahren und elektroakustischer Wandler zum Aussenden oder Empfangen von Schallwellen in
mehreren Durchlaßbändern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen elektroakustischen Wandler zum Aussenden oder Empfangen von
Schallwellen, insbesondere in mehreren Frequenzbereichen und vom "Tonpilz"-Typ für mehrere Durchlaßbänder. Ferner
betrifft die Erfindung den Aufbau derartiger Wandler.
Allgemein befaßt sich die Erfindung mit dem Gebiet von Sonargeräten und -anlagen.
In der französischen Patentanmeldung Nr. 82/08.321 ist ein
Verfahren zur Herstellung von "Tonpilz"-Wandlern beschrieben, durch das Hochleistungs-Sonarsender erhalten werden
können, die in zwei niederfrequenten Bereichen senden können, welche durch einen Abstand von mehr als einer Oktave
getrennt sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verbesserungen an den für eine Mehrzahl von Frequenzen ausgelegten Wandlern,
die in der obengenannten Anmeldung beschrieben sind.
Die in der genannten Patentanmeldung beschriebenen Wandler sind so ausgelegt, daß sie in einem ersten niedrigen
Frequenzbereich fb aussenden, welcher der ersten longitudinalen Schwingungsform entspricht, d.h. einer Schwingungsform, die einer stehenden Welle mit nur einem Knoten ent-
spricht, der im Bereich der Mitte des Stapels aus piezoelektrischen Keramikelementen liegt, während am Trichter
ein Schwingungsbauch vorhanden ist, dessen Schwingungsamplitude maximal ist, und ein weiterer Schwingungsbauch
im Bereich der Gegenmasse liegt. Wenn ein solcher Wandler verwendet wird, um auf höheren Frequenzen zu senden, tritt
eine Deformierung des Systems stehender Wellen auf, und die Schwingungsbäuche nähern sich einander, wobei einer
oder mehrere Schwingungsbäuche im Stapel aus piezoelektrischen Keramikelementen zu liegen kommen. Dabei wird die
Schwingungsamplitude am Trichter geringer.
Die Keramikelemente, welche zwischen zwei Schwingungsbäuchen liegen, werden mit entgegengesetzter Phasenlage zu
den Keramikelementen deformiert, welche symmetrisch auf beiden Seiten der beiden Schwingungsbäuche liegen, und ihre
Wirkungen sind einander entgegengesetzt, so daß der Wirkungsgrad des Wandlers abnimmt, wenn er bei höheren Frequenzen
eingesetzt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Mehrfachfrequenz-Wandler vom Tonpilz-Typ, dergestalt,
daß sie über ein breites Band niedriger Frequenzen verwendet werden können, dessen Breite größer als eine Oktave
ist, und zwar unter Wahrung eines guten Wirkungsgrades.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aussenden oder Empfangen
von Schallwellen in mehreren Durchlaßbändern, welche
innerhalb eines sehr ausgedehnten Frequenzbereiches liegen, macht von einem elektroakustischen Wandler vom Tonpilz-Typ
Gebrauch, der einen Stapel aus piezoelektrischen Scheiben aufweist, welche zwischen einem Trichter und einer Gegenmasse
angeordnet sind, wobei zwischen den piezoelektrischen Scheiben Elektroden eingefügt sind, welche auf einem gemeinsamen
Leiter parallelgeschaltet sind, über den die Wechselspannung zur Erregung zugeführt bzw. das Ausgangssignal
entnommen wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei welchem ein Teil der Elektroden
mit dem gemeinsamen Leiter über Phasen-Wichtungskreise verbunden sind und der Wandler mit einer Logikeinheit ausgestattet
wird, welcher diese Wichtungskreise schaltet und auf Gruppen verteilt, deren Zusammensetzung und Verteilung
je nach den Durchlaßbändern innerhalb des genannten Frequenzbereiches variiert.
Ein erfindungsgemäßer elektroakustischer Wandler weist
eine erste Untergruppe von Elektroden auf, die mit Masse verbunden sind, sowie eine zweite Untergruppe von Elektroden,
die zwischen die erste Gruppe von Elektroden eingefügt sind und parallel mit einem gemeinsamen Leiter verbunden
sind, über den die Erreger-Wechselspannung zugeführt bzw. das Ausgangssignal abgegriffen wird.
Der erfindungsgemäße elektroakustische Wandler ist dadurch
gekennzeichnet, daß bestimmte Elektroden der zweiten Untergruppe mit dem gemeinsamen Leiter über eine Phasen-Wichtungsschaltung
verbunden sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Elektroden
der zweiten Untergruppe bis auf eine mit einem gemeinsamen Leiter über eine Phasen-Wichtungsschaltung und/oder
Amplituden-Wichtungsschaltung verbunden, und alle Wichtungsschaltungen bzw. -kreise sind mit einer logischen
-■«4-
Schalteinheit verbunden, die es gestattet, alle Wichtungskreise oder einen Teil derselben außer Betrieb zu nehmen
und die Anzahl sowie die Verteilung der Wichtungsschaltungen zu variieren, die in Betrieb sind, je nach dem Frequenzband,
in welchem gesendet oder empfangen werden soll, wodurch es ermöglicht wird, mittels desselben Wandlers
mehrere Durchlaßbänder zu erhalten, die in einem sehr weiten Frequenzbereich verteilt 'sind.
Durch die Erfindung werden neuartige Wandler vom Tonpilz-Typ geschaffen, die dazu bestimmt sind, Leistungs-Sonaranlagen
für große Reichweite auszustatten, insbesondere Sonarsender, die zur Meereserforschung und Erfassung von
Hindernissen oder Unterwassergeraten bestimmt sind.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Wandler mit Phasen-Wichtungskreisen und einer logischen Schalteinheit
ausgestattet, die so programmiert ist, daß sie die Wichtungskreise in mehrere Gruppen einteilt, deren Zusammensetzung
und Verteilung je nach dem zu verwendenden Frequenzband variieren, wodurch es ermöglicht wird, denselben
Leistungswandler in mehreren Frequenzbändern zu betreiben, z.B. in Frequenzbändern, die auf 3,2 KHz, 7,5 KHz, 12,5 KHz
und 16,5 KHz zentriert sind, also Frequenzbändern, die sich über mehr als zwei Oktaven des Tonfrequenzbereichs erstrecken,
wobei in jedem Frequenzband beim Senden ein sehr großer Ansprechkoeffizient Sv von mehr als 140 Dezibel erhalten
wird.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Wandler können
Sonarantennen aufgebaut werden, insbesondere Hochleistungs-Sonarsender, durch die eine Erfassung aus großer Entfernung
über das niedrigste Frequenzband ermöglicht wird, und falls die Anlage in der Nähe einer Küste oder in geringerer
Meerestiefe betrieben wird, kann auf einer höheren Frequenz gesendet werden, bei der die Empfindlichkeit gegen Störreflexionen
geringer ist. Es kann auch auf eine höhere
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Frequenz geschaltet werden, wenn ein Ziel erfaßt wurde, um eine bessere Richtwirkung zu erhalten und um aus großer
Entfernung weniger leicht ausgemacht werden zu können.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 bis 6
Diagramme, welche die Änderungen des Ansprechkoeffizienten
Sv in Abhängigkeit von der Frequenz für Sendebetrieb zeigen.
Der in Fig. 1 im Axialschnitt gezeigte piezoelektrische Wandler vom Tonpilz-Typ besitzt die Achse χ x1 und ist aus
einem Stapel 1 von piezoelektrischen Scheiben zusammengesetzt, welcher zwischen einem Trichter 2, der die Schallwellen
abstrahlt oder empfängt, und einer Gegenmansse 3 angeordnet. Der Stapel 1 bildet das elektroakustische Wandlerelement.
Er enthält piezoelektrische Scheiben 4, z.B. aus piezoelektrischer Keramik, sowie Elektroden 5, die
zwischen die Scheiben eingefügt sind.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden in zwei Gruppen unterteilt.
Eine erste Gruppe ist die der ungeradzahligen Elektroden 5a, die mit Masse 6 verbunden sind. Die geradzahligen Elektroden
5b sind gewöhnlich parallelgeschaltet und mit einem Leiter 7 verbunden, an den im Sendebetrieb eine Wechselspannung
angelegt wird und der im Empfangsbetrieb als Hydrophon eine Wechselspannung erzeugt.
-Κι Eine der piezoelektrischen Achsen der Scheiben 4 liegt
parallel zur Achse χ x1 , da aber zwei benachbarte Scheiben
eine gemeinsame Elektrode einrahmen, sind die aneinander angrenzenden Scheiben einander entgegengesetzt orientiert.
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Der Wandler ist z.B. ein Hochleistungs-Sendewandler, mit
dem eine Sonarantenne ausgestattet ist, welche niederfrequente Schallwellen, z.B. im Frequenzbereich zwischen
2 und 20 KHz, im Wasser abstrahlen soll, wobei diese
Schallwellen sich über eine große Entfernung ausbreiten sollen, um Hindernisse oder Unterwasserfahrzeuge bzw.
Unterseeboote aufzuspüren.
Dieser Wandler wird nach der Methode endlicher Elemente berechnet, und zwar derart, daß seine erste Eigenfrequenz
fb in der logitudinalen Schwingungsform eine sehr niedrige
Frequenz in der Größenordnung von 2 bis 3 KHz ist, während eine seiner Eigenfrequenzen höherer Ordnung fh für longitudinale
Schwingungsform einer der Biegeschwingungs-Eigenfrequenzen des Trichters entspricht und etwa das Dreifache
der erstgenannten Frequenz beträgt, so daß der Wandler mit hohem Pegel und guten Wirkungsgrad in zwei Frequenzbändern
senden kann, von denen das eine auf die niedrige Frequenz fb und das andere auf eine um etwa den Faktor 3 höhere
Frequenz zentriert ist.
Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Wandlers ist in der französischen Patentanmeldung 82/08.321 beschrieben.
Das zu lösende Problem besteht darin, einen hohen Sendepegel eines derartigen Wandlers zu erhalten, wenn von einer
niedrigen Frequenz auf eine höhere Frequenz übergegangen wird, und einen Wirkungsgrad zu erzielen, der in einem
weiten Frequenzband in der Größenordnung von mehreren Oktaven im wesentlichen konstant ist, so daß es ermöglicht
wird, die Sende- oder Empfangsfrequenz beliebig zu variieren, ohne die Leistungsfähigkeit des Sonars zu beeinträchtigen.
-ν
Fig. 1 zeigt eine allgemeine Ausführungsform, bei welcher
jede geradzahlige Elektrode 5b, mit Ausnahme von einer Elektrode, an den gemeinsamen Leiter 7 über eine Schaltungsanordnung
8 angeschlossen ist, bei der es sich um eine Phasenschieberschaltung handelt, welche gegebenenfalls
an eine Amplituden-Wichtungsschaltung angekoppelt sein kann.
Bei einer besonderen Ausführungsform sind die Schaltungsanordnungen
8 180°-Phasenschieber bekannter Art, z.B. induktive
oder kapazitive Phasenschieber, über die bestimmte Elektroden mit zu den anderen Elektroden entgegengesetzter
Phasenlage betrieben werden. Wenn η die Gesamtanzahl von geradzahligen Elektroden ist, so ist die Anzahl m von
Wichtungsschaltungen gleich n- 1.
Bei einer vereinfachten Ausführungsform sind die geradzahligen Elektroden 5b in zwei Gruppen eingeteilt, von denen
die erste Gruppe mit Wichtungsschaltungen 8 versehen ist, während die zweite Gruppe nicht mit ihnen versehen ist.
Bei einer Ausführungsform, deren Stapel 26 Scheiben und
folglich 13 geradzahlige Elektroden umfaßt, ist nur eine Hälfte der geradzahligen Elektroden, die eine Gruppe von
nebeneinanderliegenden Elektroden bildet, an einem 180°- Phasenschieber angeschlossen. Z.B. enthalten die geradzahligen
Elektroden 1 bis 7 keinerlei Phasenschieber, während die geradzahligen Elektroden 8 bis 13 einen 180"-Phasenschieber
aufweisen, wobei ferner ein Schalter oder eine sonstige Steuerschaltung angeordnet ist, die es ermöglichen,
einen Phasenschieber wirksam oder unwirksam zu machen.
Die Figuren 3 und 4 sind aufgezeichnete Diagramme, in denen auf der Abszisse die Sendefrequenz in einem Bereich
von 0 bis 20 KHz aufgetragen ist, während auf der Ordinate jeweils der Koeffizient Sv in Dezibel aufgetragen ist, d.h.
dem zwanzigfachen Logarithmus des Verhältnisses zwischen
dem Schalldruck in einer Entfernung von 1 m, angegeben in Mikropascal, und der in Volt angegebenen Erregerspannung.
Der Koeffizient Sv wird als Ansprechkoeffizient oder Empfindlichkeit des Wandlers für Sendebetrieb bezeichnet.
Fig. 3 zeigt die Änderung des Koeffizienten Sv in Abhängigkeit
von der Frequenz für den Fall, daß die Schaltungsanordnungen 8 unwirksam sind und alle Elektroden gleich-
phasig erregt werden. Es ist ersichtlich, daß der Wandler für eine Grundfrequenz in der Größenordnung von 3,2 KHz,
d.h. der Grundfrequenz, welche der ersten longitudinalen Schwingungsform entspricht, mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.
Es ist aber auch ersichtlich, daß der Koeffizient Sv in den Frequenzbereichen um 8 KHz und 20 KHz relativ klein
ist.
Fig. 4 zeigt die Änderung des Koeffizienten Sv in Abhängigkeit
von der Frequenz für den Fall, daß die Phasenschieber, die den sechs geradzahligen Elektroden 8 bis
zugeordnet sind, d.h. denjenigen, die dem Trichter am nächsten liegen, wirksam sind. Aus Fig. 4 ist ersichtlich,
daß der Koeffizient Sv zwei Maxima aufweist, von denen das eine auf 7,5 KHz und das andere auf 16,5 KHz zentriert ist,
wo sehr hohe Pegel in der Größenordnung von 150 Dezibel erreicht werden.
Es ist also ersichtlich, daß ein derartiger Wandler mit sehr gutem Wirkungsgrad in drei verschiedenen Frequenzbändern
betrieben werden kann, nämlich auf einem ersten Frequenzband um 3,2 KHz, wenn keine Phasenschieber verwendet
werden, und zwei weiteren Frequenzbändern, von denen das erste auf 7,5 KHz und das zweite auf 16,5 KHz
zentriert ist, wenn Phasenschieber eingesetzt werden, wobei ersichtlich ist, daß diese Frequenzbänder um mehr als
zwei Oktaven auseinanderliegen.
-sf-
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die geradzahligen
Elektroden in zwei Gruppen unterteilt, die symmetrisch zur Mitte des Stapels sind. Bei anderen Ausführungsformen
ist eine andersartige Unterteilung vorgesehen, insbesondere in zwei oder mehr Gruppen.
Fig. 1 zeigt eine allgemeine Ausführungsform mit einer Logikeinheit 9, die mit allen Wichtungs-Schaltungsanordnungen
8 verbunden ist und ihre Unterteilung in mehrere Gruppen gestattet, nämlich in Gruppen, die wirksam sind,
und solche, welche die Erregungsspannung oder Ausgangsspannung ohne Phasenverschiebung durchlassen.
Die Logikeinheit 9 enthält Schaltkreise, die in Abhängigkeit von der zu sendenden bzw. zu erfassenden Frequenz
gesteuert werden und die Wichtungs-Schaltungsanordnungen 8
auswählen, welche in Betrieb genommen werden müssen, wobei die Einteilung je nach Frequenz unterschiedlich vorgenommen
wird.
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Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform, durch die es ermöglicht wird, eine gewichtete Erregung mittels Gruppeneinteilungen
der Elektroden zu erhalten, die für drei Resonanzfrequenzen unterschiedlich sind, welche den drei
ersten logitudinalen Schwingungsformen entsprechen. Die
der Fig. 1 entsprechenden Elemente sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und haben dieselben Funktionen.
Die geradzahligen Elektroden 5b sind in vier Gruppen von benachbarten Elektroden unterteilt.
Die erste Gruppe, ausgehend von der Gegenmasse, umfaßt die geradzahligen Elektroden Nr. 2, 4 und 6, die parallelgeschaltet
und direkt mit dem gemeinsamen Leiter 7 verbunden sind.
-ys-
Die zweite Gruppe von Elektroden umfaßt die vier geradzahligen Elektroden mit den Nummern 8, 10, 12 und 14, die
parallelgeschaltet und mit einer ersten Wichtungsschaltung 8. verbunden sind.
Die dritte Gruppe umfaßt die drei geradzahligen Elektroden Nr. 16, 18 und 20, die parallelgeschaltet und mit
einer zweiten Wichtungsschaltung 8« verbunden sind.
Die vierte Elektrodengruppe umfaßt die geradzahligen Elektroden Nr. 22, 24 und 26, die parallelgeschaltet und mit
einer dritten Wichtungsschaltung 8, verbunden sind.
Die Wichtungs-Schaltungsanordnungen 8.. , 82 und 83 sind
z.B. 180"-Phasenschieber oder Schaltungsanordnungen, die
sowohl eine Phasenverschiebung als auch eine Amplitudenänderung der Anregungsspannung bzw. Ausgangsspannung bewirken.
Jede Wichtungs-Schaltungsanordnung ist mit dem gemeinsamen Leiter 7 sowie mit einer logischen Steuereinheit
9 verbunden, die einen Frequenzmesser enthält und so programmiert ist, daß sie die Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme
der Wichtungs-Schaltungsanordnungen in der nachfolgend beschriebenen Weise steuert.
Wenn auf einer ersten Resonanzfrequenz gesendet oder empfangen werden soll, bei der es sich um die niedrige Frequenz
fb handelt, werden die drei Wichtungs-Schaltungsanordnungen 8.. , 8-, 8-, unwirksam gemacht, so daß alle Elektroden
gleichphasig erregt werden.
Wenn auf der zweiten Resonanzfrequenz f1 gesendet oder empfangen werden soll, wird die erste Wichtungs-Schaltungsanordnung
S1 in Betrieb genommen, während die zweite
und die dritte Wichtungs-Schaltungsanordnung 82/ 83 unwirksam
sind. Die geradzahligen Elektroden sind dann in zwei Gruppen unterteilt, die symmetrisch zum Mittelpunkt
liegen, nämlich eine erste Gruppe auf der Seite der Gegenmasse, für welche die Erregungsspannung bzw. Ausgangsspan-
--Kl-
. nung unverändert ist, und eine zweite Gruppe auf der Seite
des Trichters, für welche die Erregungs- bzw. Ausgangsspannung phasenverschoben ist. Diese Gruppeneinteilung entspricht
der zuvor beschriebenen, für die das Ergebnis in Fig. 4 dargestellt ist.
Wenn auf der dritten Resonanzfrequenz f2 gesendet oder empfangen werden soll, so werden die erste und die zweite
Wichtungs-Schaltungsanordnung 8.. und 8~ in Betrieb genom-
in men, während die dritte Wichtungs-Schaltungsanordnung 8-.
unwirksam bleibt. Die geradzahligen Elektroden sind dann in zwei Gruppen folgendermaßen unterteilt: eine erste
Gruppe enthält die drei geradzahligen Elektroden, die der Gegenmasse benachbart sind, und die drei geradzahligen
.,. Elektroden, die dem Trichter benachbart sind und für wel-
ehe die Erregungs- bzw. Ausgangsspannung unverändert ist.
Die zweite Elektrodengruppe umfaßt alle diejenigen Elektroden, die zwischen den vorgenannten Elektroden liegen,
also im mittleren Teil des Stapels, wobei diese Elektroden eine phasenverschobene Spannung empfangen bzw. abgeben.
Fig. 5 zeigt den Koeffizienten Sv für die beschriebene Ausführungsform. Es ist ersichtlich, daß dieser Koeffizient
eine sehr ausgeprägte Resonanzspitze bei einer Frequenz von 12,5 KHz aufweist, die zwischen den beiden Resonanzspitzen
in Fig. 4 liegt.
Durch die in Fig. 2 gezeigte Anordnung kann der Wandler also in vier verschiedenen Frequenzbändern betrieben wern
den, nämlich in einem ersten, niedrigen Frequenzband, das auf die Frequenz 3,2 KHz zentriert ist (Diagramm der
Fig. 3), wobei alle geradzahligen Elektroden parallel erregt werden, zwei Frequenzbändern, die auf den Frequenzen
7,5 KHz und 16,5 KHz zentriert sind (Diagramm der Fig. 4), QC- wobei die geradzahligen Elektroden in zwei zur Mitte des
Stapels symmetrische Gruppen unterteilt sind, und ein um 12,5 KHz zentriertes Frequenzband (Diagramm der Fig. 5),
-w-
wobei die Elektroden in zwei Endbereichs-Untergruppen unterteilt sind.
Für die vier Frequenzbänder wird im Sendebetrieb ein Ansprechkoeffizient
Sv von mehr als 140 Dezibel erreicht, was als hoher Wert anzusehen ist. Dieses Beispiel verdeutlicht
die Möglichkeiten, die durch das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet werden.
Die Einteilung der verschiedenen Elektroden in verschiedene Gruppen kann auch anders als bei den beschriebenen
Ausführungsbeispielen vorgenommen werden, und ein erfindungsgemäßer Wandler kann mit einer Logikeinheit 9 ausgestattet
werden, die es" ermöglicht, die Elektroden in unterschiedlichste Gruppen einzuteilen.
Die beiden oben beschriebenen, vereinfachten Gruppeneinteilungen der Elektroden werden aber bevorzugt.
Fig. 6 zeigt die Änderung des Koeffizienten Sv in Abhängigkeit von der Frequenz bei demselben Wandler, wenn die
geradzahligen Elektroden folgendermaßen gruppiert werden: eine erste Gruppe enthält die Elektroden Nr. 2, 20, 22,
24 und 26, und eine zweite Gruppe enthält die Elektroden 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 und 18, wobei die beiden Gruppen
mit entgegengesetzter Phasenlage erregt werden. Die Fig. zeigt, daß in diesem Falle ein Koeffizient Sv erhalten
wird, der in zwei Frequenzbändern, nämlich um 7,5 KHz und um 12 KHz, größer als 140 Dezibel ist.
In den Figuren 3 und 6 sind die Durchlaßbänder schaffiert dargestellt, die einer 3 dB-Dämpfung gegenüber dem Maximum
entsprechen.
Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß es möglich ist, einen elektroakustischen Wandler in mehreren Frequenzbereichen
zu betreiben, die sich von 3,2 KHz bis 17 KHz
1 erstrecken, d.h. über einen sehr weiten Frequenzbereich, der mehrere Oktaven umfaßt.
Claims (7)
1. Verfahren zum Senden oder Empfangen von Schallwellen
in mehreren Durchlaßbändern, die in einem weiten Frequenzbereich liegen, mittels eines elektroakustischen Wandlers
vom Tonpilz-Typ, der einen Stapel (1) aus piezoelektrischen Scheiben (4) enthält, welche zwischen einem Trichter (2)
und einer Gegenmasse (3) angeordnet sind, und mit Elektroden (5a, 5b), welche zwischen die Scheiben (4) eingefügt
und parallelgeschaltet sowie mit einem gemeinsamen Leiter (7) verbunden sind, über den die Anregungs- bzw. Ausgangswechselspannung
geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Elektroden (5b) mit dem gemeinsamen Leiter (7)
über Phasen-Wichtungsschaltungen (8) verbunden ist und dem Wandler eine Logikeinheit zugeordnet wird, welche die Phasen-Wichtungsschaltungen
(8) schaltet und auf Gruppen verteilt, deren Zusammensetzung und Verteilung je nach den
Durchlaßbändern innerhalb des genannten Frequenzbereiches variieren.
2. Elektroakustischer Wandler vom Tonpilz-Typ, mit einem Stapel (1) aus piezoelektrischen Keramikelementen (4),
die zwischen einem Trichter (2) und einer Gegenmasse (3) angeordnet sind, sowie Elektroden (5a, 5b), die zwischen
die genannten Keramikelemente (4) eingefügt sind und in zwei ineinandergreifende Untergruppen unterteilt sind,
wobei eine erste Untergruppe der Elektroden (5a) an Masse liegt und eine zweite Untergruppe von Elektroden (5b) parallel
mit einem gemeinsamen Leiter (7) verbunden sind, über den eine Anregungs- bzw. Ausgangswechselspannung geführt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Elektroden der zweiten Untergruppe (5b) über eine Phasen-Wichtungsschaltung
(8) mit dem gemeinsamen Leiter (7) verbunden sind.
3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet/ daß die Elektroden der zweiten Untergruppe (5b) in zwei gleiche Gruppenteile unterteilt sind: ein
erster Gruppenteil, dessen Elektroden parallel direkt mit dem gemeinsamen Leiter (7) verbunden sind, und ein zweiter
Gruppenteil, dessen Elektroden mit dem gemeinsamen Leiter (7) über eine Wichtungsschaltung (8) verbunden sind, insbesondere
über eine 180°-Phasenschieberschaltung.
4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der zweiten Untergruppe in zwei Gruppenteile
unterteilt sind, die symmetrisch in bezug auf den Mittelpunkt des Stapels liegen.
5. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der zweiten Untergruppe in zwei gleiche
Gruppenteile unterteilt sind: ein erster Gruppenteil, der in der Mitte des Stapels liegt, und ein zweiter Gruppenteil,
der aus zwei Sätzen von Elektroden besteht, die an den beiden Enden des Stapels liegen.
6. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (5b) der zweiten Untergruppe bis auf eine
derselben mit dem gemeinsamen Leiter (7) über eine Phasen-Wichtungsschaltung (8) verbunden ist und alle Phasen-Wichtungsschaltungen
mit einer logischen Schalteinheit (9) verbunden sind, die derart ausgebildet ist, daß sie alle
Phasen-Wichtungsschaltungen oder einen Teil derselben unwirksam machen kann und die Anzahl sowie die Verteilung
der wirksamen Phasen-Wichtungsschaltungen in Abhängigkeit von dem Frequenzband variieren kann, in welchem gesendet
oder empfangen werden soll, so daß derselbe Wandler mehrere Durchlaßbänder überdeckt, die in einem sehr weiten Tonfrequenzbereich
verteilt liegen.
7. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der zweiten Untergruppe (5b) in vier im
wesentlichen gleiche Gruppen von benachbarten Elektroden unterteilt sind, daß die Elektroden der ersten Gruppe direkt
parallel mit dem gemeinsamen Leiter (7) verbunden sind, daß die Elektroden jeder der anderen Gruppen parallelgeschaltet
und in jeder Gruppe jeweils mit einer von drei 180°-Phasenschieberschaltungen (8.., 8_, 8^) verbunden
sind, die ihrerseits parallel mit dem gemeinsamen Leiter (7) verbunden sind, und daß die Phasenschieber-Schaltungen
mit einer logischen Schalteinheit (9) verbunden sind, welche alle Phasenschieberschaltungen unwirksam
macht, wenn der Wandler in einem ersten Frequenzband betrieben wird, das insbesondere auf 3,2 KHz zentriert ist,
bzw. die zweite und die dritte Phasenschieberschaltung (8«, 8,.) wirksam macht, wenn der Wandler in zwei weitere
Frequenzbändern betrieben wird, von denen das erste insbesondere auf 7,5 KHz und das zweite insbesondere auf
17,5 KHz zentriert ist, bzw. die erste und die zweite Phasenschieberschaltung (S1, 8?) wirksam macht, wenn der
Wandler auf einem weiteren Frequenzband betrieben wird, das insbesondere auf 12,5 KHz zentriert ist.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8310365A FR2570916B1 (fr) | 1983-06-23 | 1983-06-23 | Procede et transducteur electro-acoustique pour emettre ou recevoir des ondes acoustiques dans plusieurs bandes passantes |
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ID=9290078
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR (1) | FR2570916B1 (de) |
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