DK172322B1 - Ultralydstransducer - Google Patents

Description

DK 172322 B1 i

Opfindelsen vedrører en ultralydstransducer til udstråling i flydende medier omfattende et med en tæt membran afsluttet hus, som er indspændt i en ydre indfatning og med en piezoelektrisk skive som svingende element understøttet 5 centreret i huset og elektrisk tilsluttet ved hjælp af elektroder på hver side.

Der kendes talrige konstruktioner af denne type, som i sin grundform blev udviklet til lokalisering af genstande un-10 der vandet ved afslutningen af 1. Verdenskrig. DK-B-151 676 beskriver en sådan transducer med moderne komponenter til anvendelse til i bl.a. varmeanlæg til måling af strømningshastigheden i rør. Det drejer sig om en piezoelektrisk keramisk skive, som er belagt med 15 elektroder på for- og bagside, og som kun er understøttet nær kanten. På forsiden er den forsynet med en beskyttende film. Denne konstruktion har udmærkede egenskaber som ultralydssender, dersom det er sikret, at det statiske tryk på ydersiden ikke er for stort, og at der altid 20 hersker et overtryk på denne side. Imidlertid er der ikke beskrevet en konstruktion, som er alsidig anvendbar, f.eks. hvor trykforskellen mellem for- og bagside bliver negativ, eller hvor der opstår store positive trykforskelle. De vil i den beskrevne konstruktion enten 25 medføre en udsugning af det piezoelektriske element eller en knusning, begge med fuldstændig ødelæggelse af transduceren til følge. Endvidere er den elektriske afskærmning af transducerenheden ikke tilstrækkelig til, at den kan benyttes som modtager. Dette har vist sig at 30 være en stor ulempe i de konstruktioner, hvor transducerens hus ikke potentialemæssigt ligger på apparatjord.

DK 172322 B1 2

Det er opfindelsens formål at frembringe en ultralydstransducer af den indledningsvis anførte art, som tillader en alsidig anvendelse, både som sender og modtager, ved ethvert i praksis forekommende statisk tryk og med effek-5 tiv afskærmning mod indstråling af elektrisk støj.

Dette opnås ved en opbygning ifølge opfindelsen, som er særegen ved, at centreringsmidlerne udgør en del af en elektrisk afskærmning, som er ført mellem understøtningen 10 og det piezoelektriske element.

Det piezoelektriske element understøttes effektivt ved at danne tæt kontakt til et understøtningslegeme på en stor del af fladen ifølge krav 2.

15

Ved at lade den forreste elektrode fortsætte på kanten af skiven muliggøres det, at skærmens/centreringsmidlets fingre samtidig kan danne kontakt.

20 Afskærmningen bliver komplet, idet den kun brydes af et hul, hvorigennem den indre leder kan føres, og hullets omgivelser kan forbindes med skærmen på det benyttede ko-aksialkabel.

25 Ved at afskærmningen udgøres af en optrævlet ende af skærmen på det forbindende koaksialkabel, hvor hver leder er ført i det væsentlige langs en radius langs den piezoelektriske skives bagside, opnås en meget billig og enkel konstruktion.

30

En fordelagtig centrering uden anvendelse af et ekstra centreringselement inden i den understøttende skål opnås ved at lade koaksialkablets lederes ender gå rundt om kanten på skiven.

DK 172322 B1 3

Ved at lederne indlejres i et klæbelag mellem understøtningen og den piezoelektriske skive opnås det, at de fik-seres, og ved at klæbelaget er tilstrækkeligt tykt opnås 5 sikring mod lokale spændinger i den piezoelektriske skive, hvor to ledere krydser hinanden.

Ved en fordelagtig udførelsesform er lederne ført isoleret og beskyttet mellem en isolerende kegle og en kegleformet 10 fordybning i understøtningen.

Ved en yderligere fordelagtig udførelsesform klemmer en fjeder, hvis ene ende støtter mod den isolerende kegles inderside, centerlederen i koaksialkablet fast mod den 15 piezoelektriske skives bagelektrode.

Ved en yderligere fordelagtig udførelsesforra er trækaflastningen simplificeret til at bestå af en knude, som drejningssikret er anbragt i en brønd i understøtningsle-20 gernet.

Konstruktionen er uhyre produktionsvenlig, idet alle samlinger sker aksialt, idet der benyttes et forud fremstillet klæbelag mellem alle flader. Dette virker tillige 25 elektrisk isolerende. Der benyttes ikke en omløber, men en fjederring i et spor i indfatningen nær tilslutningssiden af transduceren definerer den aksiale position og en O-ring ved den modsatte ende af huset sørger for et anlægstryk.

30

Opfindelsen skal beskrives nærmere i forbindelse med tegningen, hvor DK 172322 B1 4 fig. 1 viser et længdesnit igennem en ultralydstrans-ducer i en ydre indfatning og fig. 2 viser en anden udførelsesform for ultralyds-5 transduceren ifølge opfindelsen.

En ydre indfatning 1, som f.eks. kan være en væg i et rør eller i en beholder eller en del af en strømningshastighedsmåler, har en brøndformet fordybning 2, og to O-ringe 10 3 og 4 sørger for tætning mod transducerens hus 5. Huset afsluttes med en membran 6, hvorimod O-ringen 4 klemmer.

Det piezoelektriske element 7 er belagt med metal, dels på forsiden som den forreste elektrode 8, dels på bagsiden som den bageste elektrode 9, idet der er en ikke-belagt 15 bred ring 10 som adskillelse mellem de to elektroder.

Udenom den piezoelektriske skive er anbragt en krans af fingre 11, som er ud i et med en afskærmningsplade 12, som inderst har en dåseformet forhøjning 13. Skiven 7 og afskærmningen er understøttet af en skålformet understøtning 20 14, som har en skørtformet side 15, som omgiver kransen af fingre 11 og centrerer konstruktionen i huset 5. Den bageste elektrode 9 er forbundet med centerlederen 16 i et koaksialkabel 17, hvis skærm 18 er forbundet med afskærmningen 13. Koaksialkablet 17 er ført igennem en tætning 19 25 i huset 5.

Alle flader er forsynet med forud fremstillet klæbelag T, således at samlingen kan foregå ved at en ring af klæber påføres understøtningen 14, som derefter fæstnes i huset 30 5. En ring af klæber påføres undersiden af afskærmningen 12, som derefter fæstnes i understøtningen 14, centreret af fingrene 11 og skørtet 15. En ring af klæber påføres bagsiden af den piezoelektriske skive 7, som derefter fæstnes i afskærmningen 11, 12, centreret af fingrene 11 DK 172322 B1 5 mod kanten af skiven. En rondel af klæber påføres den pie-zoelektriske skive 7 og går ud over kanten på huset 5, hvorefter membranen 6 fæstnes. O-ringene 3 og 4 anbringes i deres respektive spor, og huset anbringes på sin plads i 5 indfatningen 1. En låsering 20 anbringes i et spor i indfatningen 1 ved bagsiden af huset 5. Der er ikke beskrevet, hvorledes forbindelsen af koaksialkablet 17 foretages, idet det er velkendt for fagmanden. En vis form for trækaflastning kan opnås ved krympning af forbindelsen af 10 koaksialkablets skærm 18 til skærmen 13.

På fig. 2 ses, hvorledes ultralydstransducerens praktiske konstruktion yderligere kan forenkles under bevarelse af de fulde fordele ved opfindelsen. Der er benyttet de samme 15 henvisningsbetegnelser som på fig. 1 for uændrede elementer. Understøtningen 14 er her fortsat bagud til dannelse af en kegleformet skål 14a. Afskærmningen 11, 12, 13 er her helt erstattet af en optrævling og udspredning af den flettede skærm 18 på koaksialkablet 17, som klemmes fast 20 mellem klæbelaget T og den piezoelektriske skive og danner elektrisk kontakt til forsidens metalbelægning 8. Derved undgås en særlig fremstilling af en skærm med dåseformet udbygning samt flige til kontakt. Centerlederen 16 i koaksialkablet 17 klemmes med en fjeder 20 fast mod bagside-25 elektroden 9. Den anden ende af fjederen hviler mod indersiden af en kegle 21 af PTFE, som er anbragt omkring centerlederens isolation og sørger for, at skærmens ledere 18 ikke kommer i berøring med fjederen 20 eller elektroden 9. Trådene kommer dermed til at forløbe sikkert i mellemrum-30 met mellem understøtningens kegleformede skål 14a og ydersiden af PTFE keglen 21. I praksis er det ikke nødvendigt at benytte alle skærmens tråde, når det blot sikres, at der langs periferien af den piezoelektriske skive 7 højst er 3 mm mellem nabotråde. Klæbelaget mellem den piezoelek- DK 172322 B1 6 triske skive 7 og understøtningen 14 er tykkere end de øvrige lag, så det kan tillade krydsning af to tråde, uden at der opstår skadelige lokale spændinger i den piezoelek-triske skive ved trykpåvirkning.

5 I nærværende udførelsesform udgøres trækaflastningen af en knude 22 på koaksialkablet. Med henblik på at undgå, at der sker rotation af koaksialkablets ende, er knuden nedlagt i en cylindrisk brønd 14b ud i ét med understøtningen 10 14. Frembringerkurven for cylinderen er i det væsentlige oval eller ottetalsformet, idet denne form griber en knude effektivt. Knuden 22 holdes nede i brønden af en isolerende bøsning 23, som er anbragt indefra i et hul i huset 2.

Især med henblik på tætning kan knuden være omgivet af en 15 elastisk, eventuelt klæbende masse.

Claims (12)

1. Ultralydstransducer til udstråling i flydende me-5 dier omfattende et med en tæt membran afsluttet hus (2), som er indspændt i en ydre indfatning (1) og med en piezo-elektrisk skive (7) som svingende element understøttet centreret i huset og elektrisk tilsluttet ved hjælp af elektroder (8, 9) på hver side, kendetegnet 10 ved, at centreringsmidlerne udgør en del af en elektrisk afskærmning (13), som er ført mellem understøtningen (14) og det piezoelektriske element.

2. Ultralydstransducer ifølge krav 1, kende- 15 tegnet ved, at den fortrinsvis som tykkelsessvinger svingende piezoelektriske skive (7) på sin bagside er understøttet på størstedelen af sin flade udenom den bageste elektrode (9).

3. Ultralydstransducer ifølge krav 1, kende tegnet ved, at den elektriske afskærmning omfatter randmidler (11), som danner kontakt med den piezoelektriske skives forreste elektrode (8) .

4. Ultralydstransducer ifølge krav 1, kende tegnet ved, at den elektriske afskærmning har et hul, hvis rand er forbundet med skærmen (18) på et forbin-delseskoaksialkabel (17).

5. Ultralydstransducer ifølge krav 1, kende tegnet ved, at afskærmningen udgøres af en optrævlet ende af skærmen (18) på det forbindende koaksialkabel (17), hvor et antal ledere er ført i det væsentlige langs en radius langs den piezoelektriske skives (7) bagside. DK 172322 B1 8

6. Ultralydstransducer ifølge krav 5, kendetegnet ved, at lederne indlejres i et klæbelag mellem understøtningen (14) og den piezoelektriske skive (7). 5

7. Ultralydstransducer ifølge krav 3 og 5, kendetegnet ved, at lederne efter det skiveparallelle forløb er ført udenom kanten af skiven (7) indeni understøtningens side (15) til dannelse af centreringsmidler 10 for skiven.

8. Ultralydstransducer ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at lederne i deres forløb mellem kablet og fastgørelsen i klæbelaget føres i det væsentlige 15 kegleformet mellem en fordybning i understøtningen og en isolerende kegle (21).

9. Ultralydstransducer ifølge krav 8, kendetegnet ved, at centerlederen (16) i koaksialkablet 20 danner kontakt ved klemning mod elektroden (9) ved fjedertryk mellem indersiden af den isolerende kegle (21) og centerlederen (16).

10. Ultralydstransducer ifølge ethvert af de foregåen- 25 de krav, kendetegnet ved, at trækaflastningen for koaksialkablet udgøres af en knude (22) på samme, nedlagt i en cylindrisk brønd (14b), som slutter tæt om knuden langs dens overflade.

11. Ultralydstransducer ifølge krav 10, kende tegnet ved, at knuden (22) er omgivet af en elastisk, eventuelt klæbende, masse ved sin nedlæggelse i brønden (14b). DK 172322 B1 9

12. Ultralydstransducer ifølge krav 11, kendetegnet ved, at indspændingen i den ydre indfatning (1) er sikret ved en låsering (20) i kombination med en 5 O-ring (4).