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Verfahren zur Beobachtung, Messung oder Anzeige eines durch Schwingungen
mittels eines piezoelektrischen Materials hervorgerufenen Spannungszustandes Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beobachtung, Anzeige
oder Messung eines durch Schwingungen mittels eines piezoelektrischen Materials
hervorgerufenen Spannungszustandes. Die Erfindung findet Anwendung bei einem akustisch-optischen
Umwandlungsgerät, das einen an einen piezoelektrischen Stoff gebundenen, elektrisch
anzuregenden Leuchtstoff enthält, und mit dem direkt und unmittelbar akustische
Klangfiguren, Spannungszustände oder Schwingungen sichtbar gemacht werden können.
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Die Erscheinung der Elektrolumineszenz, von der die Erfindung teilweise
abhängig ist, ist ein Vorgang, bei dem bestimmte Halbleiter, die als Leuchtstoffe
bekannt sind, bei Zimmertemperatur unter der Primärwirkung eines elektrischen Feldes
oder Potentials Strahlungsenergie abgeben. Derartige Leuchtstoffe sind z. B. Galliumphosphid
und mit Kupfer aktiviertes Zinksulfid. Wenn auch die von derartigen Leuchtstoffen
ausgesandte Strahlungsenergie hier aus Gründen der Deutlichkeit als »Licht« bezeichnet
wird, so soll doch unter dem Begriff »Licht« in dieserBeschreibung alle Strahlung
verstanden sein, die von elektrisch anzuregenden Leuchtstoffen ausgestrahlt wird
und sowohl sichtbare als auch unsichtbare Strahlung umfaßt.
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Als piezoelektrischer Stoff kann ein solcher bezeichnet werden, bei
dem eine Expansion in der einen Achsenrichtung und eine Kontraktion in der anderen
Achsenrichtung auftritt, wenn er unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes steht,
und bei dem sich auch die umgekehrte Erscheinung einstellt, daß nämlich entgegengesetzte
Ladungen an entgegengesetzten Oberflächen des Stoffes auftreten, wenn ein akustischer
Spannungszustand in dem Stoff vorhanden ist.
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In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff »akustischer Spannungszustand«
eine mechanische Beanspruchung, die von Schwingungen eines Stoffes herrührt, wobei
es gleichgültig ist, ob diese Schwingungen durch mechanische, elektrische oder sonstige
äußere Kräfte verursacht werden. Derartige piezoelektrische Stoffe können als einzelne
Kristalle, z. B. als Quarz, Rochellesalz oder Ammoniummorthophosphat (ADP), vorliegen
oder polykristalline Materialien sein, z. B. ferroelektrische Keramikstoffe, die
polarisiert worden sind. Derartige Ferroelektrica sind z. B.
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Bleizirkonat, Bariumtitanat und Bleimetaniobat.
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Solche piezoelektrischen Stoffe können zum Bau elektromechanischer
Filter oder Umwandlungsgeräte mit Hilfe eines piezoelektrischen Wandlers benutzt
werden, der ein piezoelektrischer Resonanzkörper ist, an dem Eingangs- und Ausgangselektroden
angebracht sind. Bei richtigem physikalischem Aufbau des
Wandlers können beträchtliche
Übersetzungsverhältnisse bei Anregungsfrequenzen erreicht werden, die der Resonanzfrequenz
des Körpers entsprechen. Das Gerät weist infolge seiner Frequenzabhängigkeit auch
Filtereigenschaften auf. Bei der Konstruktion solcher Filter gibt man einem piezoelektrischen
Stoff eine besondere, ausgesuchte, geometrische Form; in diesem werden akustische
Klangfiguren erzeugt. Diese akustischen Klangfiguren stellen gewöhnlich Lösungen
der allgemeinen Gleichungen der Elastizitätstheorie dar, in denen die Grenzbedingungen
durch die geometrische Form und andere Eigenschaften des Stoffes bestimmt sind.
Die Konstanten der Gleichung sind dann von der Art und I(ristallstruktur des speziellen
benutzten Materials abhängig.
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Bei Anwendung eines Filters ist es gewöhnlich wünschenswert, die
Frequenz oder den Frequenzbereich zu bestimmen, bei dem Resonanz für eine bestimmte
geometrische Form eines vorgegebenen Stoffes auftritt. Umgekehrt will man wissen,
wie sich die Ausbreitung der Wellen bei einer bestimmten Anregungsfrequenz mit der
geometrischen Form des Filters ändert. Bei Resonanz einer rechtwinkligen Platte
zeigen sich z. B. stehende Zug- und Druckwellen längs beider Plattenseiten. Diese
zusammengesetzte Schwingungsform ist sogar für relativ einfache geometrische Verhältnisse
schwer zu analysieren. Es
würde deshalb wünschenswert sein, eine
einfache Vorrichtung zu besitzen, mit der sich die geometrische Verteilung der Flächen
maximaler Spannung direkt beobachten läßt.
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Fernerhin ist die Aufgabenstellung nicht allein auf den Aufbau elektromechanischer
Filter beschränkt.
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Ähnliche Probleme finden sich auf dem gesamten Gebiet der Schwingungs-
und Festigkeitslehre.
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Es sind mehrere Verfahrensgruppen für die akustisch- bzw. mechanisch-optische
Bildwandlung bekannt; z. B. wird bei einem Verfahren ein Schwinger aus piezoelektrischem
Material (Quarz, Bariumtitanat) in einen akustischen Spannungszustand versetzt,
wobei an seiner Oberfläche gleichzeitig infolge des piezeoelektrischen Effektes
ein elektrisches Spannungsfeld auftritt. Zur Sichtbarmachung des Spannungszustandes
im Schwinger werden bei diesem Verfahren sogenannte Wärmefarbstoffe benutzt, die
durch die vom Schwinger abgestrahlte und in Wärmeenergie umgewandelte Schwingungsenergie
angeregt werden und bei Überschreiten eines Temperaturschweliwertes oder auch innerhalb
eines Temperaturbereiches ihre Farbe verändern und so den Spannungszustand anzeigen.
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Bei diesem Verfahren müssen normalerweise erhebliche Schwingungsenergien
geliefert werden, wenn eine merkliche Wärmezufuhr zum Wärmefarbstoff stattfinden
soll. Außerdem ist die zuzuführende Wärmeenergie von der Ausgangstemperatur des
Farbstoffes abhängig, wodurch eine quantitative Messung des durch Schwingungen erzeugten
Spannungszustandes recht schwierig gestaltet wird. Außerdem bringt der Umweg über
die Wärmeenergie etliche Unsauberkeiten und Fehler mit sich, die nur mit Schwierigkeit
zu berücksichtigen bzw. auszuschalten sind.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, das infolge des piezoelektrischen
Effektes auftretende elektrische Spannungsfeld unmittelbar optisch auszunutzen.
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Bei einem Verfahren zur Beobachtung, Anzeige oder Messung eines durch
Schwingungen mittels piezoelektrischen Materials hervorgerufenen Spannungszustandes
werden gemäß der Erfindung durch die an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials
entstehenden, örtlich unterschiedlichen elektrischen Spannungen elektrolumineszente
Leuchtstoffe zum Aufleuchten gebracht, wobei die Stärke der vom Leuchtstoff ausgesandten
Strahlung ein Maß für die örtliche Spannung im piezoelektrischen Material ist; diese
Strahlung wird gegebenenfalls verstärkt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrisch anzuregender
Leuchtstoff mit einem Teil eines piezoelektrischen Stoffes verbunden. Die verbundenen
Körper sind von einer gemeinsamen Elektrode eingefaßt, von der der Abschnitt lichtdurchlässig
ist, der mit dem elektrisch anzuregenden Leuchtstoff in Berührung steht.
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Elektrische Spannungsfelder, die an der Grenzfläche zwischen beiden
Stoffen infolge der piezoelektrischen Umwandlung mechanischer Energie in akustische
Spannungszustände erzeugt werden, regen sofort den elektrisch anregbaren Leuchtstoff
zum Leuchten an und ergeben ein sichtbares Bild, das eine Funktion des Spannungszustandes
in dem piezoelektrischen Stoff ist.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht in vergrößertem Maßstab einer
Ausführungsform der Er findung, die insbesondere bei der Konstruktion elektromechanischer
Filter verwendbar ist;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, von der Teile weggelassen sind, und die sich im allgemeinen in Verbindung
mit der Schwingungsanalyse verwenden läßt; Fig. 3 ist eine teilweise weggelassene
perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die einen Lichtverstärker
enthält.
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An der piezoelektrischen Platte 10 in Fig. 1 sind zwei Anregungselektroden
11 und 12 befestigt, die in üblicher Weise aus einem Silberanstrich, einer Silberpaste
oder einem beliebigen elektrischen Leiter bestehen können und dabei weniger als
die halbe Oberfläche der Platte 10 bedecken. Leitungen 13 und 14 sind an den Elektroden
11 und 12 festgemacht und mit einer elektrischen Stromquelle 15 verbunden, die am
besten eine Wechselstromquelle mit veränderlicher Frequenz und Spannung sein kann.
Das an das eine Ende der Platte 10 durch die Quelle 15 angelegte elektrische Feld
versetzt die ganze Platte infolge des zuvor beschriebenen piezoelektrischen Effektes
in mechanische Schwingungen. Es sei hervorgehoben, daß die Quelle 15 und die Elektroden
11 und 12 gebräuchliche Hilfsmittel sind, mit denen die Platte 10 zum Schwingen
gebracht wird, und daß dazu sonstige mechanische, akustische, elektrische oder elektromechanische
Vorrichtungen ebenfalls verwendet werden könnten.
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Eine Schicht 16 mit einem elektrisch anzuregenden Leuchtstoff ist
auf mindestens einer halben Seitenfläche der Platte 10 aufgebracht. Eine lichtdurchlässige
Elektrode 18 befindet sich auf der elektrisch anzuregenden Schicht 16, die am besten
eine dünne Schicht Galliumphosphid ist und bei Anregung mit kleinen elektrischen
Spannungen von etwa 5 bis 10 V Strahlung aussenden kann. Diese Schicht kann z. B.
im Vakuum auf der piezoelektrischen Schicht 10 aufgedampft werden. Andererseits
kann die elektrisch anzuregende Schicht 16 auch aus einem dünnen Film eines transparenten
Kunststoffdielektrikums, z. B. aus Nitrozellulose, bestehen, in dem eine Menge mikrokristalliner
Teilchen eines beliebigen bekannten elektrisch anzuregenden Leuchtstoffes, z. B.
Galliumphosphid oder mit etwa 0,3 Gewichtsprozenten Kupfer aktiviertes Zinksulfid,
eingebettet ist. Die Schicht 16 kann außerdem ein zusammenhängender, homogener Leuchtstoff
sein, der durch ein Verfahren mit einer Reaktion im Dampfzustand erhalten ist, oder
mehrere günstig orientierte Einzelkristalle eines Leuchtstoffes enthalten.
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Die Elektrode 18, die sich auf der elektrisch anzuregenden Schicht
16 befindet, ist vorzugsweise durchsichtig und kann ein glasartiger Stoff sein,
auf den Schichten aus Zinkchlorid aufgesprüht oder andersartig aufgebracht werden.
Derartige Stoffe bezeichnet man als »leitendes Glas«. Vorzugsweise ist die Elektrode
18 eine leitende Schicht aus Titandioxyd, das zuvor leitend gemacht wurde. Eine
Elektrode 17, die auf der entgegengesetzten Fläche der Platte 10 aufgebracht ist,
kann lichtundurchlässig sein. In diesem Fall kann sie am besten eine dünne, aufgedampfte
oder aufgesprühte Schicht aus einem leitenden Metall, z. B. Silber oder Aluminium,
sein oder irgendeine andere, für eine Elektrode übliche Form besitzen.
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Die Elektroden 17 und 18 sollten sich jedoch über die gleiche Fläche
auf beiden Seiten der Platte 10 erstrecken. Sie sind miteinander z. B. über einen
Leiter 19 verbunden oder kurzgeschlossen, so daß sie in
Wirklichkeit
eine einzige zusammenhängende Elektrode bilden.
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Den Betrieb des Geräts der Fig. 1 kann man folgendermaßen erklären.
Das durch die Quelle 15 zwischen den Elektroden 11 und 12 hervorgerufene elektrische
Feld versetzt die Platte 10 in mechanische Schwingungen, da die elektrische Energie
in mechanische auf Grund des piezeoelektrischen Effekts umgewandelt wird. Diese
Schwingungen werden auf die ganze Platte übertragen und bewirken einen Spannungszustand
entsprechend den zuvor beschriebenen Gleichungen der Elastizitätstheorie. Der Spannungszustand
bringt eine Trennung der elektrischen Ladungen zwischen den großen Seitenflächen
der Platte 10 in Polarisationsrichtung, die durch den Pfeil P angegeben ist, infolge
der Umwandlung mechanischer Energie in elektrische auf Grund des piezoelektrischen
Effekts mit sich. Das Ausmaß der Ladungstrennung an den verschiedenen Stellen oder
örtlichen Flächenbezirken ist überall im piezoelektrischen Material je nach der
Größe des Spannungszustandes örtlich unterschiedlich und ergibt infolgedessen ein
sich entsprechend änderndes elektrisches Spannungsfeld, das an der Grenzfläche zwischen
der piezoelektrischen Platte 10 und der elektrisch anzuregenden Leuchtstoffschicht
16 entsteht. Da der spezifische Widerstand der Fläche des elektrisch anzuregenden
Leuchtstoffes und des piezoelektrischen Materials sehr groß sind, kann sich die
Ladungsdichte mit dem Ort ändern und ihren örtlichen Wert ziemlich lange beibehalten,
ohne daß ein Ladungsausgleich auf der Gesamtfläche erfolgt.
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Die elektrische Ladungsverteilung an der Grenzschicht zwischen der
Platte 10 und dem elektrisch anzuregenden Leuchtstoff 16 erzeugt ein elektrisches
Feld senkrecht zum Leuchtstoff und regt auf diese Weise direkt den Leuchtstoff an,
wodurch ein sichtbares Bild entsprechend den akustischen Klangfiguren bzw. Spannungen
in der Platte 10 zustande kommt.
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Da die Helligkeit des von einem elektrisch anzuregenden Leuchtstoff
ausgesandten Lichts eine Funktion der an ihn angelegten elektrischen Spannung ist,
hängt sie von der örtlichen Ladungsdichte am jeweiligen Punkt ab und stellt sichtbar
die Größe des Spannungszustandes an allen Punkten dar. Für eine direkt ablesbare
und wirklich quantitative Messung der Größe der mechanischen Spannung muß man einen
proportionalen Helligkeitswert gegen eine Kenngröße des elektrisch anzuregenden
Leuchtstoffes verwenden, die mit der angelegten elektrischen Spannung zusammenhängt.
Andererseits kann ein passendes Anzeigegerät, z. B. ein Lichtmesser, geeicht werden,
wodurch die im voraus gemessenen Kenngrößen des elektrisch anzuregenden Leuchtstoffs
berücksichtigt werden, so daß an dem Meßinstrument die an der piezoelektrischen
Schicht 10 auftretende elektrische Spannung direkt ablesbar ist. In vielen Fällen
ist man jedoch ----- - interessiert, die geometrische Verteilung der Punkte maximaler,
mechanischer Spannung bei Resonanz der Platte 10 zu beobachten oder zu messen.
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Bei Resonanz verlaufen stehende Zug- und Druckwellen gleichzeitig
in Langs- und Querrichtung über die Platte 10. Es ist leicht möglich, die Punkte
maximaler Spannung bei einer derartigen Wellenausbreitung als Punkte maximaler Helligkeit
der vom elektrisch anzuregenden Leuchtstoff 16 ausgesandten Strahlung einfach visuell
zu beobachten oder durch irgendein auf Strahlung ansprechendes Gerät, z. B.
durch
eine Kamera, aufzunehmen. Wenn die Frequenz der Stromquelle 15 verändert wird, kann
man feststellen, welche Klangfiguren sich für die betreffenden Frequenzen ergeben
und bei welchen Frequenzen Resonanz für die besonderen Abmessungen der Platte 10
auftritt. Zusammengesetzte mechanische Schwingungen, die sogar für relativ einfache,
geometrische Formen schwierig zu analysieren sind, können auf diese Weise leicht
geprüft werden.
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Es sei hervorgehoben, daß ein beliebiger Spannungszustand sichtbar
gemacht werden kann, gleichgültig, ob er von stehenden Wellen oder von fortschreitenden
akustischen Wellen herrührt. Wenn die Platte 10 zwangsweise mechanisch an einer
Stelle festgehalten oder z. B. durch einen elektromechanischen Wandler, mit dem
sie mechanisch gekoppelt ist, und nicht von der Quelle 15 über die Elektroden 11
und 12 angetrieben wird, ist es möglich, eine zeitliche, sich ändernde, visuelle
Anzeige zu erhalten, wobei die Klangfiguren durch den elektromechanischen Wandler
verändert werden. Im allgemeinen braucht man die Klangfigur nur auf einer Hälfte
der Platte 10 zu beobachten, wenn eine symmetrische Platte benutzt wird, da sich
infolge der Symmetrie ein gleiches Bild auf beiden Hälften ergibt. Wie man versteht,
läßt sich die Form des akustisch-optischen Umwandlungsgeräts ändern, und das Gerät
kann auch anderweitig als zum Bau elektromechanischer Filter Verwendung finden.
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In Fig. 2 ist beispielsweise ein ähnliches Gerät zu sehen, das als
Schwingungsmesser oder Meßgerät für mechanische Beanspruchungen dienen kann. Die
dünne, piezoelektrische Platte 10 ist hier als Scheibe dargestellt, die in Richtung
des Pfeils P senkrecht zu ihren großen Seitenflächen polarisiert ist. Auf der Platte
10 ist die elektrisch anzuregende Leuchtstoffschicht 16 aufgetragen, die aus demselben
Stoff wie die Schicht 16 der Fig. 1 sein kann. Auf der Schicht 16 befindet sich
die durchsichtige Elektrode 18, während die gegenüberliegende Seitenfläche der Schicht
10 mit der Elektrode 17 ausgestattet ist. Die Elektroden 17 und 18 sind durch einen
Leiter 21 miteinander verbunden, der von den Schichten 10 und 16 durch einen Isolationskörper
20 getrennt ist. Natürlich könnte der Leiter 21 auch einfach ein isolierter Draht
ähnlich wie der Leiter 19 sein.
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Die Elektrode 17, die das Umwandlungsgerät trägt, ist an einem beliebigen
Körper 22 festgekittet oder andersartig festgemacht, an dem man die in Längsrichtung
parallel zu der Ebene des Kittmittels auftretenden mechanischen Schwingungen zu
messen wünscht. Durch das Kittmittel werden die Schwingungen zwangläufig auf das
piezoelektrische Material übertragen. Der Körper 22 könnte z. B. eine Stahlschiene
sein, die durch irgendeine Belastung beansprucht wird. Die meisten dieser Umwandlungsgeräte
können eine bestimmte Form und Größe haben, die an den Umriß eines speziellen Körpers
angepaßt sein kann und an der Oberfläche eines solchen schwingenden Körpers befestigt
werden. Die Polarisationsrichtung des piezoelektrischen Stoffes sollte jedoch senkrecht
zur Oberfläche des schwingenden Körpers sein, damit ein elektrisches Feld senkrecht
zum elektrisch anzuregenden Leuchtstoff wirken kann. Das piezoelektrische Material
10 wird infolge der Schwingungen der Oberfläche des Körpers 22, an dem das Umwandlungsgerät
befestigt ist, ins Schwingen gebracht. Wie beim Betrieb des zuvor beschriebenen
Geräts der
Fig. 1 ermöglicht die Stärke der vom elektrisch anzuregenden
Leuchtstoff 16 ausgesandten Strahlung eine Angabe der im piezoelektrischen Material
10 und an einer beliebigen ausgewählten Stelle des Körpers 22 herrschenden mechanischen
Spannung. Ein besonderer Vorteil des Geräts gemäß der Erfindung gegenüber bekannten
Geräten zur Messung dynamischer Beanspruchungen ist die Einfachheit und Genauig
keit, mit der hochfrequente Schwingungen angezeigt werden.
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Wenn die mechanischen Schwingungen relativ schwach sind, so daß es
schwierig ist, sie in die von der elektrisch anzuregenden Leuchtstoffschicht emittierende
Strahlung umzuwandeln, kann das Umwandlungsgerät der Fig. 2 auf die in Fig. 3 anschaulich
dargestellte Weise durch einen Lichtverstärker ergänzt werden. In Fig. 3 sind wieder
die gleichen Bezugsnummern wie bisher benutzt. Das akustisch-optische Umwandlungsgerät
ist hier in Rechteckform dargestellt und am schwingenden Körper 22 festgekittet
oder andersartig befestigt. Die elektrisch anzuregende Leuchtstoffschicht 16 ist
vorzugsweise aus Galliumphosphid oder einem anderen Leuchtmittel hergestellt, das
Maxima im oder nahe beim Gebiet der roten Wellenlängen in seinem Emissionsspektrum
aufweist. Auf der durchsichtigen Elektrode 18 befindet sich eine Schicht 23 eines
Photoleiters. Die lichtleitende Schicht 23 kann aus einem beliebigen Stoff sein,
dessen elektrischer Widerstand oder Impedanz sich in Abhängigkeit von der auf ihn
von der elektrisch anzuregenden Leuchtstoffschicht 16 her einfallenden Strahlung
verändert. Solche Stoffe sind z. B. die Sulfide, Selenide und Telluride des Zinks,
Kadmiums oder BIeis. Vorzugsweise sollte jedoch die Schicht 23 aus Kadmiumselenid
bestehen, dessen lichtleitendes Ansprechvermögen ebenfalls Maxima im oder nahe beim
roten Spektralgebiet aufweist, und das daher am empfindlichsten gegenüber der von
der Galliumphosphidschicht 16 abgegebenen Strahlung ist.
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Die lichtleitende Schicht 23 kann auf die Elektrode 18 aufgesprüht,
aufgespritzt, aufgedampft oder durch ein anderes Verfahren aufgebracht werden. Die
Verwendung des Leuchtstoffs Galliumphosphid in Verbindung mit dem Photoleiter Kadmiumselenid
ist jedoch nur ein Beispiel, wie sich ein Maximum des Emissionsspektrums eines Leuchtstoffes
mit einem Maximum des spektralen Ansprechvermögens eines Lichtleiters annähernd
deckt. Andere spezielle Stoffe, zwischen denen eine ähnliche Beziehung besteht,
könnten natürlich ebenfalls verwendet werden.
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Falls man es wünscht, könnte der Photoleiter23 auf einer durchsichtigen
Elektrode (nicht gezeigt) niedergeschlagen sein, die gegenüber der Elektrode 18
durch einen durchsichtigen Isolator getrennt ist. Es sei hinzugefügt, daß die Elektrode
18 gemeinsam mit dem akustisch-optischen Umwandlungsgerät und dem Lichtverstärker
vorhanden sein kann, aber nicht unbedingt zu sein braucht.
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Auf der lichtleitenden Schicht 23 befindet sich eine zweite Schicht
24 aus einem elektrisch anzuregenden Leuchtstoff. Die Schicht 24 kann aus einem
beliebigen, elektrisch anzuregenden Leuchtstoff bestehen, der auch für die Schicht
16 vorgesehen ist. Vorzugsweise sollte jedoch der für die Schicht 24 verwendete
Leuchtstoff mit 0,3 Gewichtsprozent Kupfer aktiviertes Zinksulfid oder ein solcher
sein, dessen Emissionsspektrum Maxima bei grünen Wellenlängen oder in deren Nähe
aufweist. Die fehlende Deckung zwi-
schen dem Spektrum der elektrisch anzuregenden
Leuchtstoffschicht 24 und des spektralen Ansprechvermögens der lichtleitenden Schicht
23 soll die Möglichkeit einer Rückkopplung durch das Licht von der Schicht 24 zur
Schicht 23 weitgehend unterbinden, die sonst in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
der Schaltung so stark sein könnte, daß die Linearität der Anzeige des ganzen Geräts
gegenüber den Schwingungen des Körpers 22 gestört wird. Auf der Schicht 24 befindet
sich eine andere Schicht 25, die eine zweite durchsichtige Elektrode ähnlich der
Elektrode 18 darstellt.
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Die Elektrode 18 ist über einen Leiter 28 mit der Erde und einer
elektrischen Stromquelle 26 verbunden, deren anderer Pol über einen Leiter 27 mit
der Elektrode 25 in Verbindung steht. Die Stromquelle 26 stellt ein elektrisches
Feld an der elektrisch anzuregenden Leuchtstoffschicht 24 und an der lichtleitenden
Schicht 23 her, die mit der Stromquelle 26 in Reihe geschaltet sind und daher als
Spannungsteiler arbeiten. Wenn die elektrisch anregbare Leuchtstoffschicht 16 durch
das elektrische Feld angeregt wird, was von den mechanischen Längsschwingungen des
Körpers 22 herrührt, die auf das piezoelektrische Material 10 übertragen werden,
fällt die von der Schicht 16 emittierende Strahlung auf die lichtleitende Schicht
23, deren Widerstand sich von Punkt zu Punkt entsprechend der Intensität der örtlich
einfallenden Strahlung ändert. Wenn der Widerstand der lichtleitenden Schicht 23
mit zunehmender Intensität der von der Schicht 16 emittierten Strahlung abnimmt,
erscheint an der elektrisch angeregten Leuchtstoffschicht 24 eine größere, von der
Quelle 26 herrührende elektrische Spannung. Die von der elektrisch angeregten Schicht
24 emittierte Strahlung wird infolgedessen stärker. Solange die Energie, die diese
verstärkte Strahlung bewirkt, von einer unabhängigen Stromquelle 26 geliefert und
nur durch die von der elektrisch angeregten Leuchtstoffschicht 16 kommende Strahlung
gesteuert wird, kann bei passender Wahl der Dicke und elektrischen Kenngrößen der
Schichten 23 und 24 und der Stärke der Quelle 26 die Intensität der von der elektrisch
angeregten Leuchtstoffschicht 24 emittierten Strahlung ein Vielfaches der von der
elektrisch angeregten Leuchtstoffschicht 16 emittierten Strahlung betragen. Fernerhin
kann infolge des relativ großen, spezifischen, elektrischen Widerstandes an der
Grenzschicht von lichtleitender Schicht 23 und elektrisch angeregter Leuchtstoffschicht
24 das von der Schicht 24 abgegebene Bild dem von der Schicht 16 abgegebenen entsprechen,
das seinerseits den Spannungszustand im Körper 22 wiedergibt.
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Wie man versteht, soll die Zusammenstellung von akustisch-optischem
Umwandlungsgerät und Lichtverstärker, wie in Fig. 3 gezeigt ist, zur Anzeige schwacher,
mechanischer Schwingungen oder von akustischen Klangfiguren dienen, die nicht gut
mit dem Umwandlungsgerät der Fig. 2 sichtbar gemacht werden können. Je nach Wunsch
können weitere Lichtverstärkerstufen hinzugefügt werden. Fernerhin können Größe
und Form des Geräts den Erfordernissen des besonderen Anwendungsgebiets angepaßt
werden.