EP0678853B1 - Ultraschallwandler mit asymmetrischer Strahlungscharakteristik - Google Patents
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- G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means
Definitions
- the invention relates to an electroacoustic bending transducer with the features according to the preamble of claim 1.
- the Radiation or reception characteristics of a Ultrasonic transducer is not linearly symmetrical, but asymmetrical.
- a Such field deformation serves, among other things. to the field to the radiotherapy room better.
- This can apply to Monitoring systems, but also for distance warning devices in Motor vehicles.
- the radiation field in the horizontal plane has a large opening angle while it is only a small one in the vertical plane Has opening angle.
- Such, essentially fan-shaped field of a distance warning device reacts less heavily on the ground, not the way of the vehicle hindering bumps, but also increases laterally from the plane of symmetry of the vehicle Obstacles true.
- a A series of proposals aims at the geometric Radiation conditions for the waves to change, for example a funnel-shaped geometry. Such measures are, however only effective if they influence the radiation geometrical areas that are used for shading the Radiation field should be compared to that Wavelength of the radiation are relatively large. The above Measures are for example in DE-OS 32 21 935 and DE-OS 38 12 182.
- EP-OS 048 958 shows a pot converter, in which the radiation geometry of the ultrasonic waves thereby is influenced that a diaphragm is placed in front of the membrane, which part of the membrane is already forward hides emitted waves.
- An ultrasonic transducer is known from US-A-4,437,032, provided with the absorption buffer within the cylinder that act on two circular surfaces of the membrane determine the radiation properties of the transducer.
- the invention is therefore based on a bending transducer according to the EP-A-0 308 899.
- the object of the invention is to develop a new type Specify the form of such a converter, which is relatively simple can be produced and which results in an aging-resistant, asymmetrical shape to be produced with sufficient accuracy the radiation or reception field of an ultrasound transducer leads.
- the invention therefore consists of the radiation surface the membrane is preferably a segment of a circle Take out recess or this recess in the Form membrane.
- the membrane can be attached to one Weight ring (see DE-A-33 01 848) can be coupled.
- the features of the invention are in a further development of The invention is particularly suitable for a bending transducer, however that in the outer lateral surface of the cylindrical side wall a circumferential groove is inserted below the membrane.
- a circumferential groove is inserted below the membrane.
- both limiting to the floor as well as to the top is recommended to provide opposing recesses that each have a circular segment-shaped contour.
- the bending transducer has two symmetrical to each other opposite circular segment-shaped recesses in the Membrane. These can be used, for example, when pouring the pot already be taken into account or in this by cutting Shaping be molded.
- a particularly simple manufacture of the membrane pot results is characterized in that the circular segment-shaped recesses in their depth reach approximately to the circumferential groove. After that can be used in particular for machining relatively wide tolerances are manufactured than that only Recess in their along the central axis of the pot extending depth must extend to the groove.
- the the Recess-limiting end face of the converter pot partially formed by the inner side wall of the groove.
- Aluminum is preferably used as the material for the converter pot used, the converter pot in the casting process, but also can be produced by machining.
- Fig. 3 shows the section through a converter pot 1, which for receiving sealing rings with circumferential grooves 2, 3 and 4 is provided.
- the one acting as a ring-shaped weight Cylinder 5 of the converter 1 is at its bottom with a Membrane 6 closed.
- Fig. 1 shows the view of the transducer 3 seen from the direction R in FIG. 3rd
- two edges 13, 14 are also shown in broken lines, which represent the bottom 15 (see FIG. 3) of the groove 2, up to which the recesses reach 7.8. Further can look at the transducer pot according to FIG. 2 Viewers can still see the groove wall 16 by the Formation of the recesses visible to the viewer becomes. The edge is only shown in broken lines in FIG. 2, since it is not imperative that the recesses 7,8 be as deep are inserted into the cylinder 5. It is also remarkable that by inserting the recesses 7.8 in the 4 to the interior of the converter 1 only a thin wall 20, 21 remains.
- the transducer resonance vibration should be so be that over the membrane a half wave of vibration stands, because then the desired one described above with certainty Radiation form occurs.
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Biegewandler
mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1.
Bei einer Reihe von Anwendungsfällen ist es erwünscht, daß die
Strahlungs- bzw. Empfangscharakteristik eines
Ultraschallwandlers nicht liniensymmetrisch ist, sondern
asymmetrisch. Das bedeutet, daß das abgestrahlte Feld in der
einen Langschnittebene eine andere Ausdehnung hat als in der
anderen senkrecht hierzu stehenden Langschnittebene. Eine
derartige Feldverformung dient u.a. dazu, das Feld an den zu
bestrahlenden Raum besser anzupassen. Dies kann gelten für
Überwachungsanlagen, aber auch für Abstandswarngeräte in
Kraftfahrzeugen. Bei derartigen Einrichtungen ist es
erwünscht, daß zum einen das Strahlungsfeld in der
horizontalen Ebene einen großen Öffnungswinkel hat, während es
in der hierzu senkrechten vertikalen Ebene einen nur kleinen
Öffnungswinkel besitzt. Ein derartiges, im wesentlichen
fächerförmiges Feld eines Abstandswarngerätes reagiert weniger
stark auf am Boden befindliche, den Weg des Fahrzeugs nicht
behindernde Unebenheiten, nimmt dafür aber auch stärker
seitlich von der Symmetrieebene des Fahrzeugs befindliche
Hindernisse wahr.
Es sind daher viele Vorschläge gemacht worden, wie die
gewünschte Verformung eines Feldes erreicht werden kann. Eine
Reihe von Vorschlägen zielt darauf ab, die geometrischen
Abstrahlungsverhältnisse für die Wellen zu ändern, etwa durch
eine trichterförmige Geometrie. Derartige Maßnahmen sind aber
nur wirksam, wenn die die Strahlung beeinflussenden
geometrischen Flächen, die für eine Abschattung des
Strahlungsfeldes sorgen sollen, im Vergleich zu der
Wellenlänge der Strahlung relativ groß sind. Die genannten
Maßnahmen werden beispielsweise in der DE-OS 32 21 935 und der
DE-OS 38 12 182. Die EP-OS 048 958 zeigt einen Topfwandler,
bei dem die Abstrahlgeometrie der Ultraschallwellen dadurch
beeinflußt wird, daß vor die Membran eine Blende gesetzt wird,
die einen Teil der von der Membran bereits nach vorne
abgesandten Wellen ausblendet.
Eine andere Maßnahme geht dahin, Beugungserscheinungen der
Wellen bei der Abstrahlung des Schallwandlers bzw. bei dessen
Empfang, sich zunutze zu machen. So wird beispielsweise in der
DE-A-34 41 684 eine elliptisch ausgestaltete Membran beschrieben,
die mit ihrer langen Achse senkrecht zur Bodenoberfläche
ausgerichtet ist. Dabei wird der Abstrahlungswinkel in
der Horizontalen sehr viel größer ist als in der Senkrechten.
Einen ähnlichen Effekt erhält man gemäß der US-PS 4 437 032
durch gezieltes Einfügen von Dämpfungsmaterial in den
Membrantopf eines Biegewandlers. Auch durch Verformung der
Abstrahlungsfläche der Membran selbst (siehe EP-A-0 308 899)
wurde ein parallel zur Fahrebene des Fahrzeugs fächerförmiges
Ausstrahlungsfeld sowie ein entsprechendes Empfangsfeld
erreicht. Dieses Dokument offenbart einen Ultraschallwandler
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der US-A-4,437,032 ist eine Ultraschallwandler bekannt,
bei dem innerhalb des Zylinders Absorbtionspuffer vorgesehen
sind, die auf zwei kreisförmige Flächen der Membran wirken, um
die Abstrahlungseigenschaften des Wandlers zu bestimmen.
Die Erfindung geht daher aus von einem Biegewandler gemäß der
EP-A-0 308 899. Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige
Form eines derartigen Wandlers anzugeben, die relativ einfach
hergestellt werden kann und die zu einer alterungsbeständigen,
hinreichend genau herzustellenden asymmetrischen Formgebung
des Strahlungs- bzw. Empfangsfeldes eines Ultraschallwandlers
führt.
Die Aufgabe wird durch einen elektroakustischen Biegewandler
gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, von der Abstrahlungsfläche
der Membran eine vorzugsweise kreissegmentförmige
Ausnehmung herauszunehmen bzw. diese Ausnehmung in die
Membran einzuformen. Dabei kann die Membran an einen
Beschwerungsring (siehe DE-A-33 01 848) angekoppelt sein.
Die erfindungsgemäßen Merkmale sind in Weiterbildung der
Erfindung aber besonders geeignet für einen Biegewandler, bei
dem in die äußere Mantelfläche der zylinderförmigen Seitenwand
unterhalb der Membran eine umlaufende Nut eingefügt ist. Dabei
wird gemäß der Erfindung aus dem die Membran des Schwingers
tragenden Boden des Topfes zumindest ein Segment herausgenommen
bzw. eine entsprechende Ausnehmung eingeformt. Dabei
empfiehlt es sich besonders, wenn unterhalb des die Membran
bildenden Bodens des Wandlertopfs eine umlaufende Nut
eingeformt ist, welche beispielsweise eine Gummidichtung zu
einem den Sensor aufnehmenden Gehäuse eingelegt werden kann.
Um das abgestrahlte Feld, insbesondere bei der Verwendung zur
Abstandsmessung bei Abstandswarngeräten in Fahrzeugen sowohl
zum Boden hin als auch nach oben hin zu begrenzen, empfiehlt
sich einander gegenüberliegende Ausnehmungen vorzusehen, die
jeweils eine kreissegmentförmige Kontur besitzen. Danach
besitzt der Biegewandler zwei einander symmetrisch
gegenüberliegende kreissegmentförmige Ausnehmungen in der
Membran. Diese können beispielsweise beim Gießen des Topfes
schon berücksichtigt werden oder in diesen durch spanende
Formgebung eingeformt werden.
Eine besonders einfache Fertigung des Membrantopfes ergibt
sich dadurch, daß die kreissegmentförmigen Ausnehmungen in
ihrer Tiefe etwa bis zu der umlaufenden Nut reichen. Danach
kann insbesondere bei spanabhebender Formung dadurch mit
relativ weiten Toleranzen gefertigt werden, als daß nur die
Ausnehmung in ihrer sich längs der Mittelachse des Topfes
erstreckenden Tiefe bis zu der Nut reichen muß. Die die
Ausnehmung begrenzende Stirnfläche des Wandlertopfes wird
dabei zum Teil durch die innere Seitenwand der Nut gebildet.
Um sicherzustellen, daß der Innenraum des Wandlertopfes
geschlossen bleibt und nicht durch die beiden o.g.
Ausnehmungen eine in die Umgebung führende Öffnung am membranseitigen
Ende erhält, ist die Höhe der kreissegmentförmigen
Ausnehmungen in radialer Richtung kleiner als die Dicke der
Zylinderwand des topfförmigen Biegewandlers. Danach ist die
Erstreckung der Membran zwischen den beiden Ausnehmungen in
radialer Richtung größer als der Innendurchmesser des
Wandlertopfes. Die Ausnehmungen schneiden daher nicht den
Innenraum des Wandlertopfes, der somit geschlossen und dicht
bleibt.
Dabei sollen in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die
parallel zur Längsachse des Wandlertopfes verlaufenden
Seitenwände der Ausnehmungen zueinander selbst parallel sein.
Dadurch wird mit Sicherheit der erwünschte Feldverlauf mit dem
erfindungsgemäßen Wandler erreicht.
Als Material für den Wandlertopf wird vorzugsweise Aluminium
eingesetzt, wobei der Wandlertopf im Gießverfahren, aber auch
durch spanabhebende Formung hergestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung erläutert.
- Fig. 1
- eine Ansicht von hinten durch das offene Ende des Wandlertopfes in den Wandlertopf,
- Fig. 2
- eine Ansicht auf die Abstrahlungsfläche des Wandlertopfs von vorn gesehen,
- Fig. 3
- einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 durch den Wandler und
- Fig. 4
- einen Schnitt längs der Linie B-B durch den Wandler 1 in Fig. 2.
Die Beschreibung geht aus von einem Wandler, wie er
beispielsweise in der Anmeldung DE-A-38 26 799 genannt ist.
Ein anderer sehr ähnlicher Wandler ist in der Anmeldung
DE-A-39 39 387 beschrieben. Um Wiederholungen zu vermeiden,
beschäftigt sich die nachfolgende Beschreibung nur mit der
Ausgestaltung des Wandlertopfes. Gehäuse, Dämpfungsmaterial,
Anschlußtechniken und die Anordnung der zugehörigen
Leiterplatte werden daher an dieser Stelle nicht erläutert und
sind z.B. der DE-A-38 26 799 entnehmbar.
Fig. 3 zeigt den Schnitt durch einen Wandlertopf 1, welcher
zur Aufnahme von Dichtringen mit umlaufenden Nuten 2,3 und 4
versehen ist. Der als ringförmige Beschwerung wirkende
Zylinder 5 des Wandlers 1 ist an seinem Boden mit einer
Membran 6 verschlossen. Fig. 1 zeigt die Sicht der Wandlers
nach Fig. 3 gesehen aus der Richtung R in Fig. 3.
In diesen beiden Ansichten unterscheidet sich der erfindungsgemäße
Wandler nicht von den in den weiter oben genannten
Literaturstellen beschriebenen bekannten Topfwandlern.
Für die Erfindung wichtig ist nun Fig. 2 und Fig. 4. Danach
sind aus den Seitenwänden des Zylinders 5 im Bereich
der Membran 6 zwei Ausnehmungen 7,8 herausgeschnitten, die
eine kreissegmentförmige Kontur besitzen. Die Kontur der
Ausschnitte 7 und 8 ist gut in Fig. 2 zu erkennen. Die
kreissegmentförmigen Ausschnitte 7 und 8 haben zwei zueinander
parallel laufende Begrenzungsflächen 9 und 10, die
im Einbauzustand des Wandlers als Abstandswarner in ein
Fahrzeug parallel zu der Fahrbahnfläche ausgerichtet sind.
Die Stirnflächen 11,12 sind kreissegmentförmig.
In Fig. 2 sind noch gestrichelt zwei Kanten 13,14 dargestellt,
die den Boden 15 (siehe Fig. 3) der Nut 2 darstellen,
bis zu dem hin die Ausnehmungen 7,8 reichen. Ferner
kann der auf den Wandlertopf gemäß Fig. 2 schauende
Betrachter noch die Nutwand 16 erkennen, die durch die
Einformung der Ausnehmungen für den Betrachter sichtbar
wird. Die Kante ist in Fig. 2 nur gestrichelt dargestellt,
da es nicht zwingend ist, daß die Ausnehmungen 7,8 so tief
in den Zylinder 5 eingefügt sind. Bemerkenswert ist auch,
daß durch das Einfügen der Ausnehmungen 7,8 in der
Schnittebene gemäß Fig. 4 zum Innenraum des Wandlers 1 hin
nur eine dünne Wand 20,21 stehen bleibt.
Die Resonnanzschwingung des Wandlers sollte so gelegt
sein, daß über der Membran eine Halbwelle der Schwingung
steht, da dann mit Sicherheit die oben beschriebene, erwünschte
Strahlungsform auftritt.
Claims (8)
- Elektroakustischer Biegewandler (1) in Topfform, mit einem Zylinder (5), der an seinem Boden mit einer Membran (6) aus piezoelektrisch inaktivem Material, die mit einem Blättchen aus piezoelektrischem Material verbunden ist, welches im wesentlichen zentral auf der der Abstrahlungsfläche der Membran gegenüberliegenden Membraninnenfläche angeordnet ist, verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenwänden des Zylinders (5) im Randbereich der Abstrahlungsfläche der Membran (6) zumindest eine, vorzugsweise kreissegmentförmige, Ausnehmung (7, 8) vorgesehen ist.
- Biegewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnt, daß in die äußere Mantelfläche der zylinderförmigen Seitenwand unterhalb der Membran (6) eine umlaufende Nut (2) eingefügt ist.
- Biegewandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei einander gegenüberliegende Ausnehmungen (7, 8) aufweist, die eine kreissegmentförmige Kontur besitzen.
- Biegewandler nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kreissegmentförmigen Ausnehmungen (7, 8) in ihrer Tiefe etwa bis zu der umlaufenden Nut (2) reichen.
- Biegewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der kreissegmentförmigen Ausnehmungen (7,8) in radialer Richtung kleiner als die Dicke der Zylinderwand des topfförmigen Biegewandlers ist.
- Biegewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur Längsachse des Wandlertopfes verlaufenden Seitenwände der Ausnehmungen (7,8) zueinander parallel sind.
- Biegewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandlertopf etwa 14 mm hoch und die ringförmige Zylinderwand etwa 2,8 mm stark ist und die kreissegmentförmigen Ausnehmungen in radialer Richtung die größte Höhe von 2,3 mm haben, wobei der Außendurchmesser des Wandlertopfes 16,5 mm beträgt.
- Biegewandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandlertopf aus Aluminium gefertigt ist.
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