DE2233579C2 - Wandler mit wenigstens einem Paar empfindlicher Elemente - Google Patents

Wandler mit wenigstens einem Paar empfindlicher Elemente

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Description

J5
Die Erfindung betrifft einen Wandler mit wenigstens einem Paar empfindlicher Elemente, die je aus einem Band synthetischen plastischen piezoelektrischen Materials bestehen und zwei Flächen großer Länge, bezogen auf ihre Breite, aufweisen und je einer leitenden nachgiebigen mit einem leitfähigen Draht verbundenen Elektrode zugeordnet sind.
Ein solcher Wandler ist in Form einei Hydrophons für seismische Messungen mit im wesentlichen zwei Folien beschrieben, die auf ihren einander gegenüberstehenden Oberflächen metallische Platten tragen, wobei diese metallisierten Folien gegeneinander durch ein Abstandsgitter aus Kunststoff getrennt und über ihren Umfang verklebt sind. Eine piezoelektrische Paste wird in den Zwischenraum zwischen die beiden Platten eingeführt. Nach einer Ausführungsform sind die beiden Folien sowie das Gitter von zylindrischer Gestalt. Eine solche Vorrichtung kann in der Praxis kaum verwirklicht werden, da eine piezoelektrische pastenförmige Substanz verwendet werden soll, wobei eine eine Verformung hervorrufende Beanspruchung ein elektrisches Feld, das in einer weichen Substanz meßbar sein soll, erzeugen soll.
Weiterhin ist bekannt (DE-OS 15 48 504) einen piezoelektrischen Wandler so anzupassen, daß er im inneren eines seismischen Kabels angeordnet werden kann und eine Anordnung aus einem piezoelektrischen Element, das seinen Elektroden zugeordnet ist, aufweisen kann, kombiniert mit einem elektrisch isolierenden F.lement mit einem Impedanzadaplor und/oder einem Verstärker, derart, daß eine zylindrische Hohlanordnung, die auf einen Kern aufgeschoben werden kann.
gebildet wird.
Einrichtungen zur elektrischen Kompensation bzw, zur Unterdrückung elektrischer Spannungen sind nicht vorgesehen.
Weiterhin sind piezoelektrische Druckaufnehmer bekannt (DE-OS 15 48 446), die so ausgebildet sind, daß sie die mechanischen Schwingungen filtern; Einrichtungen sind vorgesehen, um paarweise zugeordneten Wandler unempfindlich gegen Beschleunigungen zu machen. Diese Einrichtungen umfassen die Ausbildung von zwei ringförmigen Druckaufnehmern, derart, daß der hydrostatische Druck auf die Außenfläche des einen und die Innenfläche des anderen wirkt. Hier sind zwar Einrichtungen zur Kompensation von Störspannungen aufgrund Beschleunigungen vorgesehen, jedoch keine Ausbildung von piezoelektrischen Wandlern oder Druckaufnehmern, die der Kompensation von Durchbiegungen dienen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische Störspannungen, die aufgrund von Durchbiegungen (Flexionen) des piezoelektrischen Materials entstehen, zu beseitigen.
Erreicht wird dies erfindungsgemäß bei einem Wandler der eingangs genannten Art überraschend dadurch, daß die empfindlichen Elemente elektrisch zur Kompensation der elektrischen Störspannungen aufgrund von Durchbiegungen untereinander verbunden sind.
Vorteilhaft ist ein isolierendes, die beiden empfindlichen Elemente des Paares trennendes Element, das mit den empfindlichen Elementen des Paares jedoch nicht starr verbunden ist.
Zweckmäßig ist auch ein nachgiebiger Träger, auf dessen sich gegenüberliegenden Rächen die empfindlichen Elemente starr befestigt sind.
Der Wandler nach der Erfindung ist von einfachem Aufbau, keinerlei komplizierte oder aufwendige elektronische Schaltung ist notwendig.
Das nachgiebige beim Wandler nach der Erfindung verwendete piezoelektrische Band kann aus einem Kunststoffmaterial wie Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polyvinylchlorid, Polyacetat... mit piezoelektrischen Eigenschaften bestehen. Diese Eigenschaften können von Natur aus gegeben sein oder sie können durch eine Sonderbehandlung erreicht werden, beispielsweise indem dieses Material in ein starkes elektrisches Feld eingeführt wird.
Durch die Maßnahme nach der Erfindung werden elektrische Störspannungen in hervorragender Weise unterdrückt, die auf Durchbiegungen zurückzuführen sind.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Wandler in Form einer Stapelung von Elementen entgegengesetzter Polarität:
F i g. 2 eine Modifikation des Wandlers mit zwei an ihren Elektroden einander zugeordneten empfindlichen Elementen gleicher Polarität, die zu beiden Seiten eines isolierenden Bandes befestigt und in Reihe geschaltet sind;
Fig.3 eine Variante des Wandlers, wobei die empfindlichen Elemente die gleiche Anordnung wie nach Fig. 2 aufweisen, wobei die Elektroden hierbei parallel geschaltet sind; und
Fig.4 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Wandlers zylindrischer Gestalt mit zwei Elemen-
ten, die spiralförmig aufgewickelt sind und — bei entgegengesetzter Polarität — einander Oberlagert sind.
Eine auf das empfindliche Element aufgebrachte Biegekraft erzeugt im Kunststoffband Kornpressionen oder Dilatationen, welche elektrische Ladungen hervorrufen. Die so erzeugten Signale beeinflussen bekanntlich störend die seismische Information,
Bei dem in F ί g. 1 dargestellten Wandler hat man zwei empfindliche Elemente einander zugeordnet, indem sie zu beiden Seiten eines Bandes 7 aus nachgiebigem Isoliermaterial angeordnet sind. Das empfindliche Element 1 besteht aus einem nachgiebigen Band aus Kunststoff mit piezoelektrischen Eigenschaften. Flache Elektroden 2 und 3 sind dem empfindlichen Band 1 zu beiden Seiten zugeordnet. Sie werden gebildet beispielsweise durch Metallisieren des empfindlichen Bandes, können aber auch aus zwei feinen metallischen Bändern bestehen, wobei ein jedes in Kontakt ;nit einer Seite des Bandes steht Diese Elemente sind zu beiden Seiten eines Bandes 7 aus elastischem Isoliermaterial angeordnet.
Für den Fall, daß die zu beiden Seiten des isolierenden Trägers oder Bandes 7 angeordneten Wandler nicht starr mit diesem verbunden sind, erleiden sie im wesentlichen die gleiche Biegung und liefern Ladungen vom gleichen Vorzeichen, wenn ihre Polarität im gleichen Sinne orientiert ist Um Störladungen zu annulieren, ist diese Polarität umzukehren, wie F i g. 1 erkennen läßt
Für den Fall, daß zwei Geber steif miteinander verknüpft sind, erleidet, wenn sie einer Biegung ausgesetzt werden, eines der empfindlichen Elemente eine Kompression, während das andere eine Längung erfährt. Sie liefern in diesem Augenblick elektrische Störladungen entgegengesetzten Vorzeichens. Die r, Polarität der beiden Wandler muß also in diesem Fall die gleiche Orientierung aufweisen, damit die Ladungen zu Null werden. Dieser Fall ist in Fi g. 2 dargestellt, wo die Elektroden in Reihe geschaltet sind bzw. in Fig.3. wo die Elektroden parallel geschaltet sind.
Der beispielsweise in Fig.4 dargestellte Wandler besteht hauptsächlich aus einem zylindrischen isolierenden Kern 8, um den spiralförmig ein empfindliches piezoelektrisches Element bzw. Band la gewiekelt ist. welches seinen beiden Elektroden 2a und 3a (in der Zeichnung nicht dargestellt) zugeordnet ist Diese Anordnung wird umgeben von einem isolierenden Element, beispielsweise einem Band 10 aus nachgiebigem isolierendem Material, welches durch Wickeln den vorhergehenden Elementen des Wandlers überlagert ist Eine zweite Anordnung mit einem anderen empfindlichen, seinen Elektroden 2Zj und 36 (nicht dargestellt) zugeordneten Band \b ist spiralförmig gewickelt und überlagert sich dem isolierenden Band 10, jedoch in einer Richtung entgegengesetzt zur Wicklung der Anordnung la, 2a, 3a, wobei die Polarität der Elektroden 2b und 3b bezüglich derjenigen der Elektroden la und 3a umgekehrt ist Das Ganze ist von einer Schutzhülle 6 aus isolierendem und nachgiebigem Material umgeben. Am Ende des Wandlers sind die Elektroden 2a und 2k elektrisch mittels leitender Ringe 12a und 12£rverbunden; die Elektroden 3a und 3b, die in der Figur nicht erscheinen, sind elegisch mit einem Meßverstärker (nicht dargestellt) über gleitfähige Ringe 13a und 136 verbunden.
Der nach dieser Ausführungsform gewählte Ai'fbau des Gebers hat zum Vorteil, daß eine doppelte Kompensation der Effekte aufgrund von Biegung realisiert wird; einerseits nach dem Prinzip der F i g. 1 entgegengesetzt zur Polarität der Leiter und andererseits aufgrund der Tatsache, daß für eine gegebene Länge des Wandlers bei der Biegebewegung man eine gleiche Anzahl von Spiralen anteilig, die auf Zug arbeiten, wie an Spiralen anteilig, die auf Druck arbeiten, hat.
Offensichtlich kann ein Wandler der beispielsweise in F i g. 4 dargestellten Art mehrere überlagerte Wicklungen tragen, die entsprechend dem in F i g. 1 dargestellten Prinzip verbunden sind.
Ausführungsformen des vorher beschriebenen Wandlers sind besonders für Messungen im Wasser geeignet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;
1. Wandler mit wenigstens einem Paar empfindlicher Elemente, die je aus einem Band synthetischen plastischen piezoelektrischen Materials bestehen und zwei Flächen großer Länge, bezogen auf ihre Breite, aufweisen und je einer leitenden nachgiebigen mit einem leitfähigen Draht verbundenen Elektrode zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die empfindlichen Elemente |0 elektrisch zur Kompensation der elektrischen Störspannungen aufgrund von Durchbiegungen untereinander verbunden sind.
2. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein isolierendes, die beiden empfindlichen Elemente des Paares trennendes Element (7), das mit den empfindlichen Elementen des Paares jedoch nicht starr verbunden ist
3. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen nachgiebigen Träger, auf dessen sich gegenüberliegenden Flächen die empfindlichen Elemente starr befestigt sind.
4. Wandler nach Anspruch!, gekennzeichnet durch einen mittigen Kern (8) großer Länge aus nachgiebigem Material, der elektrisch isolierend ist, wobei die beiden empfindlichen Elemente (Ia, \b) jedes Paares um den Kern (8) entsprechend zwei zueinander gegenläufigen Spiralen gewickelt sind.
5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wicklung der empfindlichen Elemente in der Mitte ihrer Länge geringer als ι ~> ihren Enden ist
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