EP2001604A2 - Elektroakustischer wandler - Google Patents

Elektroakustischer wandler

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EP2001604A2
EP2001604A2 EP07711877A EP07711877A EP2001604A2 EP 2001604 A2 EP2001604 A2 EP 2001604A2 EP 07711877 A EP07711877 A EP 07711877A EP 07711877 A EP07711877 A EP 07711877A EP 2001604 A2 EP2001604 A2 EP 2001604A2
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EP
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electrode
ceramic
transducer according
electrodes
ceramic body
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EP07711877A
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English (en)
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Nils Theuerkauf
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Atlas Elektronik GmbH
Original Assignee
Atlas Elektronik GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • 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
    • B06B1/0622—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 on one surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • 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
    • B06B1/0622—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 on one surface
    • B06B1/0625—Annular array

Definitions

  • the invention relates to an electroacoustic transducer, in particular for underwater use, according to the preamble of claim 1.
  • a known electroacoustic or ultrasonic transducer (DE 100 52 636 A1) comprises a composite or composite body having a plurality of piezoelectric or electrostrictive ceramic ceramic elements extending between the top and bottom of the body, which are housed in a plastic, e.g. a polymer embedded.
  • the upper and lower sides of the composite body are each covered with an electrode which contacts the end faces of the ceramic elements.
  • the ceramic elements have a columnar shape and are arranged like a matrix in rows and columns.
  • the secondary levels in the directional characteristic of the base can be determined by so-called.
  • a well known way of Composition of the transducers into a base is to make the composite bodies of all transducers of a base in one piece and to occupy the common composite body with individual electrodes, which are designed as spaced-apart strips, covering each one on top and Bottom of the common transducer body congruently arranged strip pair a group of Keramikeiementen within the common composite body.
  • the invention has for its object to reduce the secondary level in the converter Richtcharakeristics in a converter of the type mentioned.
  • the electroacoustic transducer according to the invention has the advantage that an effective suppression of secondary levels is achieved by structuring the at least one electrode. Compared to a conventional transducer design are only minor additional costs for
  • Electrode structuring is required, but not significantly considering the significant gain in the sub-level rejection of about 6-8dB.
  • the converter according to the invention can be used everywhere where low-cost and low-cost converters are required.
  • a preferred field of application is therefore found in all underwater vehicles, which are designed as non-reusable disposable vehicles, such as the realization of a near-field sonar at a mine destruction drone.
  • Further advantageous fields of application of the converter according to the invention are Doppler logs for measuring the
  • Vessel speed, small volume sonar antennas e.g. for side vision sonars on unmanned underwater drones for reconnaissance and soil profile surveying and ultrasound transducers.
  • the structuring of the electrode is realized in such a way that the electrode is divided by a plurality of circumferential gaps, preferably annular gaps, into concentric electrode sections.
  • the subdivision is carried out in such a way that the electrode sections extending concentrically around the central electrode section have a radial gap width which decreases with increasing distance of the individual electrode sections from the central electrode section. All electrode sections are electrically connected to each other.
  • Such structuring can be produced with minimal additional effort, for example by simply etching the circumferential gap from the electrode surface.
  • a circular electrode with annular gaps has not only a production-related, but also an acoustic advantage, since the side-level suppression achieved by the structuring is symmetrical in all directions, so that an equal reception and / or transmission characteristic of the transducer is given for all spatial directions.
  • 1 is a plan view of an electroacoustic transducer
  • FIG. 2 shows a detail of a section of the electroacoustic transducer according to Line II - II in Fig. 1, shown greatly enlarged,
  • FIG. 3 is a similar view as in Fig. 2 of the electro-acoustic transducer according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of a directional characteristic of the electroacoustic transducer in FIG. 1, FIG.
  • FIG. 5 is a similar view as in Fig. 1 with a modification
  • Fig. 6 is a schematic perspective view of a composite ceramic.
  • electroacoustic transducer has a ceramic body 10, which consists of a so-called.
  • Composite ceramic and a pair of electrodes whose planar electrodes 11, 12 on facing away from one another end faces 101st , 102 of the ceramic body 10 are arranged.
  • the in Fig. 6 schematically in perspective view as so-called.
  • 1-3 Composite sketched ceramic has in a known manner a plurality of ceramic rods 13 of piezoelectric or electrostrictive ceramic, which are embedded in a polymer 14.
  • the ceramic rods 13 extend between the two end faces 101 and 102 of the ceramic body 10 (FIG. 2) and are arranged spaced apart in a matrix-like manner in rows and columns (FIG. 6).
  • the exposed in the end faces 101 and 102 of the ceramic body 10 end faces of the ceramic rods 13 are contacted by the electrodes 11, 12, as can be seen in Fig. 2.
  • a modified 1-3 composite ceramic has much thinner ceramic filaments instead of ceramic rods.
  • the two planar electrodes 11, 12 of the electrode pair are each formed by a circular disk.
  • the two discs have the same outer diameter and are arranged on the mutually remote end faces 101 and 102 of the ceramic body 10 so that they are congruent.
  • the electrode 12 on the end face 102 of the ceramic body 10 is a circular solid disk
  • the electrode 11 is patterned on the end face 101 of the ceramic body 10. The structuring is done in such a way that the occupation density of the ceramic body 10 decreases radially from the inside to the outside.
  • Occupancy density is the ratio of the acoustically active body area to the acoustically inactive body area within a normal circle with a defined small radius, the acoustically active body area being that area in which the ceramic material is contacted with the electrode material.
  • the normal circle on the body surface is displaced from the body center to the body stop, and the ratio is formed in each case.
  • One possibility of such structuring of the electrode 11 is shown in FIG.
  • the electrode 11 is made by a plurality of concentric annular gaps 15, which can be achieved for example by etching the electrode 11.
  • the concentric annular gaps 15 are designed with a radial width which increases with increasing radial distance of the annular gaps 15 from the disk center.
  • the electrode 11 is divided into separate electrode sections H 1 to Hi 1 , which are, however, electrically connected to each other and thus are at the same electrical potential.
  • the electrical connection is made by means of a radial web 16 of electrically conductive material which extends over all electrode sections Hi to Hn, starting from the central, circular electrode section 11 ⁇ to the outer, annular annular electrode section Hn farthest from the circular electrode section II ⁇ and contacted with each electrode portion Hi to Hn.
  • the radial distance of the center lines of the concentric annular gaps 15 from each other is constant and also the radial distance between the center lines of the annular electrode sections H 2 to Hn from each other.
  • the radial width of the annular electrode sections H 2 to Hn decreases from the inner annular electrode section H 2 concentrically enclosing the central circular electrode section Hi up to the outer, annular electrode section Hn.
  • the decrease in the radial width is accompanied by a decrease in the coverage density.
  • the annular gap width can be kept constant and the radial distance of the annular gaps from each other to the outside are increasingly reduced. This also leads to the desired decrease in the radial width of the annular electrode sections II2 to Hn from the inside to the outside.
  • Fig. 4 the directional characteristic of the electroacoustic transducer is shown in section.
  • the sectional plane of the directional characteristic runs perpendicular to the plane of the sheet through the section line II-II. It can be seen from FIG. 4 that the structuring of the electrode 11 forces the secondary levels in the directional characteristic below -24 dB.
  • the electroacoustic transducer seen in plan view in FIG. 5 differs from the electroacoustic transducer depicted in FIG. 1 only in that the radial web 16 is used to electrically connect the electrode sections Hi to Hn into a plurality of web sections, here into three web sections 161. 162 and 163, is divided.
  • the web sections 161 to 163 are offset from one another by equal circumferential angles, the first web section 161 comprising the electrode sections Hi to H 4 , the second web section 162 the electrode sections H 5 to H 7 and the third web section 163 the electrode sections Hs to Hn connects electrically with each other. All web sections 161 to 163 are at the same electrical potential.
  • the radial web 16 is used to electrically connect the electrode sections Hi to Hn into a plurality of web sections, here into three web sections 161. 162 and 163, is divided.
  • the web sections 161 to 163 are offset from one another by equal circumferential angles, the first web section 161 comprising the electrode sections Hi to H
  • the circumferential angle by which the web sections 161 to 163 are shifted from one another amounts to 120 °.
  • it can be chosen arbitrarily as well as the number of web sections. With the staggered web sections can possibly be largely avoided by the only one web caused disturbances in the directional characteristic.
  • the electrode sections 11 ⁇ to Hn can also be connected to one another by a wiring.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Bei einem elektroakustischen Wandler, insbesondere für Unterwassereinsatz, mit einem Keramikkörper (10) und einem Elektrodenpaar, dessen flächige Elektroden (11, 12) auf voneinander abgekehrten Stirnseiten (101, 102) des Keramikkörpers (10) angeordnet sind, wird zwecks effektiver Unterdrückung der Nebenpegel in der Richtcharakteristik für alle Raumrichtungen mindestens eine Elektrode (11) so strukturiert, dass die Belegungsdichte des Keramikkörpers (10) vom Körperzentrum zum Körperrand abnimmt (Figure1).

Description

ELEKTROAKUSTISCHER WANDLER
Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler, insbesondere für Unterwassereinsatz, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Em bekannter elektroakustischer oder Ultraschall-Wandler (DE 100 52 636 Al) weist einen Verbund- oder Composite-Korper mit einer Vielzahl von zwischen der Ober- und Unterseite des Korpers sich erstreckenden Keramikelementen aus piezoelektrischer oder elektrostriktiver Keramik auf, die in einem Kunststoff, z.B. einem Polymer, eingebettet sind. Die Ober- und Unterseite des Verbundkorpers ist jeweils mit einer Elektrode überzogen, die die Stirnflachen der Keramikelemente kontaktiert. Die Keramikelemente haben Saulenform und sind matrixartig in Reihen und Spalten angeordnet. Durch Vorsehen einer leichten Unordnung lasst sich die Bandbreite des Wandlers erhohen. Ein solcher Wandler hat eine Richtcharakteristik, die relativ hohe, unerwünschte Nebenpegel aufweist.
Werden mehrere solcher Wandler zu einer ebenen Basis, einem sog. Aray zusammengesetzt, so lassen sich die Nebenpegel in der Richtcharakteristik der Basis durch sog.
Amplitudenstaffeiung der den einzelnen Wandlern zugefuhrten oder von den einzelnen Wandlern abgenommenen Signale auf ein gewünschtes Maß reduzieren. Eine bekannte Möglichkeit der Zusammensetzung der Wandler zu einer Basis (DE 100 52 636 Ai; besteht darin, die Verbundkörper aller Wandler einer Basis einstückig auszuführen und den gemeinsamen Verbundkörper mit einzelnen Elektroden zu belegen, die als voneinander beabstandete Streifen ausgeführt sind. Dabei überdeckt jeweils ein auf Ober- und Unterseite des gemeinsamen Wandlerkörpers deckungsgleich angeordnetes Streifenpaar eine Gruppe von Keramikeiementen innerhalb des gemeinsamen Verbundkörpers .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wandler der eingangs genannten Art die Nebenpegel in der Wandler- Richtcharakeristik zu reduzieren.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße, elektroakustische Wandler hat den Vorteil, dass durch die Strukturierung der mindestens einen Elektrode eine effektive Unterdrückung von Nebenpegeln erreicht wird. Gegenüber einem herkömmlichen Wandleraufbau sind nur geringfügige Mehrkosten für die
Elektrodenstrukturierung erforderlich, die jedoch angesichts des deutlichen Gewinns in der Nebenpegelunterdrückung von ca. 6 - 8dB nicht nennenswert zu Buche schlagen.
Der erfindungsgemäße Wandler ist aufgrund seiner geringen Gestehungskosten überall dort einsetzbar, wo baukleine und preisgünstige Wandler gefordert sind. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet findet sich daher bei allen Unterwasserfahrzeugen, die als nicht wiederverwendbare Einwegfahrzeuge konzipiert sind, so z.B. zur Realisierung eines Nahbereichssonars an einer Minenvernichtungsdrohne. Weitere vorteilhafte Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Wandlers sind Dopplerlogs zur Messung der
Schiffsgeschwindigkeit, kleinvolumige Sonarantennen, z.B. für Seitensichtsonare an unbemannten Unterwasserdrohnen zur Aufklärung und Bodenprofilvermessung und Ultraschallmessfühler .
Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Strukturierung der Elektrode in der Weise realisiert, dass die Elektrode durch eine Mehrzahl von umlaufenden Spalten, vorzugsweise Ringspalten, in konzentrische Elektrodenabschnitte unterteilt ist. Die Unterteilung ist dabei so vorgenommen, dass die um den zentralen Elektrodenabschnitt konzentrisch verlaufenden Elektrodenabschnitte eine radiale Spaltbreite besitzen, die mit wachsendem Abstand der einzelnen Elektrodenabschnitte vom zentralen Elektrodenabschnitt abnimmt. Alle Elektrodenabschnitte sind elektrisch leitend miteinander verbunden.
Eine solche Strukturierung ist mit minimalem Mehraufwand, z.B. durch einfaches Ätzen der umlaufenden Spalte aus der Elektrodenfläche, herstellbar. Eine kreisförmige Elektrode mit Ringspalten hat dabei nicht nur einen fertigungstechnischen, sondern auch einen akustischen Vorteil, da die durch die Strukturierung erzielte Nebenpegelunterdrückung symmetrisch in allen Richtungen ist, so dass für alle Raumrichtungen eine gleiche Empfangs- und/oder Sendecharakteristik des Wandlers gegeben ist. Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfϋhrungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht eines elektroakustischen Wandlers,
Fig. 2 ausschnittweise einen Schnitt des elektroakustischen Wandlers gemäß Line II - II in Fig. 1, stark vergrößert dargestellt,
Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 des elektroakustischen Wandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 einen Längsschnitt einer Richtcharakteristik des elektroakustischen Wandlers in Fig. 1,
Fig. 5 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 mit einer Modifikation,
Fig. 6 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Composite-Keramik.
Der in Fig. 1 in Draufsicht und in Fig. 2 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte, elektroakustische Wandler weist einen Keramikkörper 10, der aus einer sog. Composite-Keramik besteht, und ein Elektrodenpaar auf, dessen flächige Elektroden 11, 12 auf voneinander abgekehrten Stirnseiten 101, 102 des Keramikkörpers 10 angeordnet sind. Die in Fig. 6 schematisch in perspektivischer Ansicht als sog. 1-3 Composite skizzierte Keramik weist in bekannter Weise eine Vielzahl von Keramikstabchen 13 aus piezoelektrischer oder elektrostriktiver Keramik auf, die in einem Polymer 14 eingebettet sind. Die Keramikstabchen 13 erstrecken sich zwischen den beiden Stirnseiten 101 und 102 des Keramikkorpers 10 (Fig. 2) und sind voneinander beabstandet matrixartig in Reihen und Spalten angeordnet (Fig. 6) . Die in den Stirnseiten 101 und 102 des Keramikkorpers 10 frei liegenden Stirnflachen der Keramikstabchen 13 sind von den Elektroden 11, 12 kontaktiert, wie dies in Fig. 2 zu sehen ist. Eine modifizierte 1-3 Composite-Keramik weist anstelle der Keramikstabchen sehr viel dünnere Keramikfaden auf.
Die beiden flächigen Elektroden 11, 12 des Elektrodenpaars sind jeweils von einer kreisförmigen Scheibe gebildet. Die beiden Scheiben weisen den gleichen Außendurchmesser auf und sind auf den voneinander abgekehrten Stirnseiten 101 und 102 des Keramikkorpers 10 so angeordnet, dass sie deckungsgleich sind. Wahrend die Elektrode 12 auf der Stirnseite 102 des Keramikkorpers 10 eine kreisrunde Vollscheibe ist, ist die Elektrode 11 auf der Stirnseite 101 des Keramikkorpers 10 strukturiert. Die Strukturierung ist in einer solchen Weise vorgenommen, dass die Belegungsdichte des Keramikkorpers 10 radial von innen nach außen abnimmt. Unter Belegungsdichte wird das Verhältnis der akustisch aktiven Korperflache zu der akustisch inaktiven Korperflache innerhalb eines Normalkreises mit definiertem kleinen Radius verstanden, wobei die akustisch aktive Korperflache derjenige Bereich ist, in dem das Keramikmaterial mit dem Elektrodenmatenal kontaktiert ist. Zur Beurteilung der Belegungsdichte wird der Normalkreis auf der Korperflache vom Korperzentrurn aus zum Korperrand verschoben und jeweils das Verhältnis gebildet. Eine Möglichkeit einer solchen Strukturierung der Elektrode 11 ist in Fig. 1 dargestellt. Hier ist die Elektrode 11 durch eine Mehrzahl von konzentrischen Ringspalten 15 vorgenommen, was beispielsweise durch Ätzen der Elektrode 11 erreicht werden kann. Zur Realisierung der nach außen abnehmenden Belegungsdichte sind die konzentrischen Ringspalte 15 mit einer radialen Breite ausgeführt, die mit wachsendem Radialabstand der Ringspalte 15 vom Scheibenzentrum zunimmt. Infolge dieser Ringspalte 15 ist die Elektrode 11 in voneinander getrennte Elektrodenabschnitte H1 bis Hi1 unterteilt, die jedoch elektrisch miteinander verbunden sind und somit auf dem gleichen elektrischen Potential liegen. Die elektrische Verbindung wird mittels eines radialen Stegs 16 aus elektrisch leitendem Material hergestellt, der sich über alle Elektrodenabschnitt Hi bis Hn, ausgehend von dem zentralen, kreisförmigen Elektrodenabschnitt llχ bis zu dem vom kreisförmigen Elektrodenabschnitt llχ am weitesten entfernten, äußeren, ringförmigen Elektrodenabschnitt Hn, erstreckt und mit jedem Elektrodenabschnitt Hi bis Hn kontaktiert ist. Der radiale Abstand der Mittellinien der konzentrischen Ringspalte 15 voneinander ist konstant und ebenso auch der radiale Abstand der Mittellinien der ringförmigen Elektrodenabschnitte H2 bis Hn voneinander. Infolge der nach außen hin anwachsenden Breite der Ringspalte 15 nimmt die radiale Breite der ringförmigen Elektrodenabschnitt H2 bis Hn von dem inneren, den zentralen, kreisförmigen Elektrodenabschnitt Hi konzentrisch umschließenden, ringförmigen Elektrodenabschnitt H2 bis hin zum äußeren, ringförmigen Elektrodenabschnitt Hn ab. Mit der Abnahme der radialen Breite geht die Abnahme der Belegungsdichte einher. Alternativ kann auch die Ringspaltbreite konstant gehalten werden und der Radialabstand der Ringspalte voneinander nach außen zunehmend reduziert werden. Auch dies führt zu der gewünschten Abnahme der radialen Breite der ringförmigen Elektrodenabschnitte II2 bis Hn von innen nach außen.
In Fig. 4 ist die Richtcharakteristik des elektroakustischen Wandlers im Schnitt dargestellt. Die Schnittebene der Richtcharakteristik verläuft senkrecht zur Blattebene durch die Schnittlinie II - II. Aus Fig. 4 ist zu erkennen, dass durch die Strukturierung der Elektrode 11 die Nebenpegel in der Richtcharakteristik unter -24dB gedrückt sind.
Während bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel des elektroakustischen Wandlers gemäß Fig. 1 und 2 lediglich die Elektrode 11 in der beschriebenen Weise strukturiert ist, ist in dem in Fig. 3 ausschnittweise im Schnitt skizzierten Ausführungsbeispiel des elektroakustischen Wandlers auch die andere Elektrode 12 des Elektrodenpaars in der gleichen Weise strukturiert. Dadurch ist eine hohe Entkopplung der aktiven und nicht aktiven Bereiche im Keramikkörper 10 gewährleistet.
Der in Fig. 5 in Draufsicht zu sehende, elektroakustische Wandler unterscheidet sich von dem in Fig. 1 abgebildeten, elektroakustischen Wandler nur dadurch, dass der radiale Steg 16 zur elektrischen Verbindung der Elektrodenabschnitte Hi bis Hn in mehrere Stegabschnitte, hier in drei Stegabschnitt 161, 162 und 163, unterteilt ist. Die Stegabschnitte 161 bis 163 sind um gleiche Umfangswinkel gegeneinander verschoben angeordnet, wobei der erste Stegabschnitt 161 die Elektrodenabschnitte Hi bis H4, der zweite Stegabschnitt 162 die Elektrodenabschnitte H5 bis H7 und der dritte Stegabschnitt 163 die Elektrodenabschnitte Hs bis Hn elektrisch miteinander verbindet. Alle Stegabschnitte 161 bis 163 liegen auf gleichem elektrischen Potential. Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 5 betragt der Umfangswinkel, um den die Stegabschnitte 161 bis 163 gegeneinander verschoben sind, 120°. Er kann jedoch ebenso wie die Anzahl der Stegabschnitte beliebig gewählt werden. Mit den versetzten Stegabschnitten können evtl. durch den nur einen Steg hervorgerufene Störungen in der Richtcharakteristik weitgehend vermieden werden. Anstelle des Stegs 16 (Fig. 1) oder der Stegabschnitte 161 bis 163 (Fig. 5) können die Elektrodenabschnitte llχ bis Hn auch durch eine Verdrahtung miteinander verbunden werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektroakustischer Wandler, insbesondere für Unterwassereinsatz, mit einem Körper (10) aus piezoelektrischer oder elektrostriktiver Keramik und einem Elektrodenpaar, dessen flächige Elektroden (11, 12) auf voneinander abgekehrten Stirnseiten (101, 102) des Keramikkörpers (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (11) so struktuiert ist, dass die Belegungsdichte des Keramikkörpers (10) vom Körperzentrum zum Körperrand abnimmt .
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung so vorgenommen ist, dass die Elektrode (11) durch eine Mehrzahl von umlaufenden Spalten (15) in konzentrische Elektrodenabschnitte (Hi bis Hu) mit einer Breite unterteilt ist, die mit wachsendem Abstand der Elektrodenabschnitte (Hi bis Hn) vom zentralen Elektrodenabschnitt (Hi) abnimmt und dass die durch die Spalte (15) getrennten Elektrodenabschnitte (Hi bis Hn) elektrisch miteinander verbunden sind.
3. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Mittellinien der konzentrischen Spalte (15) voneinander konstant ist und die Spalte (15) eine zum Elektrodenrand hin anwachsender Breite aufweisen.
4. Wandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenabschnitten (Hi bis Hn) durch einen vorzugsweise radial verlaufenden Steg (16) aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist, der alle Elektrodenabschnitte (Hi bis Hn) kontaktiert.
5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (16) in mehrere Stegabschnitte (161, 162, 163) aufgeteilt ist und die Stegabschnitte (161, 162, 163) um beliebige Umfangswinkel gegeneinander verschoben angeordnet sind.
6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Elektrode (12) des Elektrodenpaars mit gleichen Abmessungen ausgeführt und auf der anderen Stirnseite (102) des Keramikkörpers (10) mit der einen Elektrode (H) deckungsgleich angeordnet ist.
7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden (11,12) des Elektrodenpaars identisch ausgebildet sind und deckungsgleich zueinander auf den beiden Stirnseiten (101, 102) des Keramikkörpers (10) angeordnet sind.
8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (H, 12) kreisrund ausgeführt sind und die umlaufenden Spalte Ringspalte (15) darstellen.
9. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikkörper (10) aus einer Composite-Keramik besteht.
10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Composite-Keramik eine 1-3 Composite ist, die eine Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten, in einem Polymer voneinander beabstandet eingebetteten Keramikstäbchen (13) oder Keramikfäden aufweist, deren Stirnflächen auf den voneinander abgekehrten Stirnseiten des Keramikkörpers (10) mittels der Elektroden (11, 12) kontaktierbar sind.
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EP2001604A2 true EP2001604A2 (de) 2008-12-17
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US (1) US7800284B2 (de)
EP (1) EP2001604B1 (de)
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