DE3419256A1 - Elektrisch-akustische wandlereinrichtung - Google Patents

Description

DORNER & HUFNAGEL PATENTANWÄLTE

LANDWEHRSTR. ST «OOO MÖNCHEN« TEL. O B9/OO BT «-4

München, den 23. Mai 1984 /J

Anwaltsaktenz.■ 27 - Pat. 354

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Elektrisch-akustische Wandlereinrichtung

Die Erfindung betrifft elektrisch-akustische Wandler und im einzelnen eine zusammengesetzte Wandlereinrichtung für die Sonartechnik, wobei erfindungsgemäß gesonderte, einander nicht beeinflussende Sende- und Empfangswandler vorgesehen sind.

In Längsrichtung schwingende Wandler 10 der in Figur 1 gezeigten Art sind bekanntermaßen als Sendewandler und Empfangswandler in der Sonartechnik weit verbreitet. Der Wandler besteht im wesentlichen aus einem elektromechanisch aktiven Element 11, beispielsweise einem piezoelektrischen Keramikkörper, einem Kopfteil 12 mit bestimmter Masse, einem Rückenteil 13 mit bestimmter Masse, einem Zuganker 14 zum Zusammenspannen der Anordnung, einem System 15 zur Druckbeaufschlagung sowie einem wasserdichten Gehäuse 16, wie aus Figur 1 ohne weiteres hervorgeht. Der Zuganker 14 bewirkt eine Druckvorspannung, welche auf das elektromechanisch aktive Element 11 und das System 15 zur Druckbeaufschlagung wirkt. Das System 15 zur Druckbeaufschlagung dient zur akustischen Entkopplung der Anordnung aus den vorgenannten Bauteilen und des Gehäuses 16. Es existieren viele Abwandlungen des in Figur 1 gezeigten Wandlers, doch haben Wandler dieser allgemeinen Art zwei charakteristische Frequenzen, welche die Empfangscharakteristik nachteilig beeinflussen. Diese zwei Frequenzen sind die Resonanzfrequenzen

— 1 —

für die Halterung des Kopfteiles und des Rückenteiles.

Wegen der Phasenverschiebungen, die durch Resonanzen verursacht werden und wegen der Verschlechterung eines von einer Wandleranordnung erzeugten Schallstrahles als Folge von Phasenverschiebungsunterschieden zwischen den Wandlern ist eine verhältnismäßig flache Empfangscharakteristik über eine große Bandbreite hinweg erwünscht. Eine charakteristische Wandlerempfangscharakteristik von Wandlern bekannter Art besitzt jedoch unkontrollierte Resonanzspitzen 20 und 21 aufgrund der Kopfteilhalterung und der Rückteilhalterung, wie aus Figur 2 zu ersehen ist. Figur 2 zeigt eine Graphik der Empfangsempfindlichkeit, aufgetragen über einer normierten Frequenz η = f/f_r, worin f_r die Lehrlauf-(Konstantstrom-)-Resonanzfrequenz 21 ist. Die Resonanzspitze 22 in der Kennlinie unterhalb der Resonanz beruht auf einer Resonanz der Köpfteilmasse und des Zugankers. In entsprechender Weise beruht das Empfindlichkeitsminimum 23 auf einer Resonanz zwischen einer Feder und einer Masse, nämlich einer Resonanz zwischen dem Federpaket 15 zur Druckbeaufschlagung und der Rückenteilmasse 13.

Um eine gleichförmige oder flache Empfangscharakterikstik zu erhalten, müssen die Resonanzen aufgrund der Kopfteilhalterung und der Rückteilhalterung gleichgemacht werden und die Amplituden der Resonanzen müssen ebenfalls gleich sein. Nachdem es sehr schwierig ist, diesen Ausgleich bei Großserienfertigung herzustellen, sieht man im allgemeinen zur Kompensation eines fehlenden Ausgleiches eine entsprechende Dämpfung vor. Die Dämpfung wird oft durch Gummipuffer 17 erreicht, welche an der Rückenteilmasse 13 befestigt sind und reibend am Gehäuse 16 anliegen. Ein empfindlich abgeglichener Wandler erfordert die Einhaltung strenger Toleranzen sowohl bezüglich der Werkstoffparameter als auch bezüglich der körperlichen Abmessungen des Wandlers. Dies trägt beträchtlich zu den Kosten für die Herstellung derartiger Wandler bei, insbesondere,

wenn es sich um eine Großserienfertigung handelt.

Zusätzlich zu der Gleichförmigkeit der Empfangsempfindlichkeit ist der Eigenstörpegel des Wandlers eine außerordentlich wichtige Kenngröße zur Beschreibung der Eigenschaften. Wandler mit hohem Störpegel innerhalb einer Sonarwandleranordnung können eine Verschlechterung der Wirkungsweise des Sonarsystems herbeiführen und das Vorhandensein der Sonarplattform verraten. In Längsrichtung schwingende Wandler der in Figur gezeigten Art zeigen insbesondere die Neigung zur Erzeugung eines.äußeren Rauschens, wenn sie mit dem Kopfteil einem wechselnden hydrostatischen Druck ausgesetzt.sind. Beispielsweise wird das äußere Rauschen oder der äußere Störpegel dadurch bestimmt, daß die Leerlaufspannung des Wandlers gemessen wird, welche auftritt, wenn man den Druck schwanken läßt. Polierte Berührungsflächen der Kopfteilmasse 12, der Keramikörper 11 und der Rückenteilmasse 13, sehr genaue Toleranzen der bearbeiteten Einzelteile sowie eine sorgfältige Ausrichtung sind erforderlich, um sogenannte ruhige Wandler der in Längsrichtung schwingenden Bauart herzustellen. Auch diese Maßnahmen zur Unterdrückung des Störpege.ls tragen beträchtlich zu den Herstellungskosten von Wandlern der hier betrachteten Art bei.

Es ist auch ein piezoelektrisches Polymer bekannt, welches eine geringe Dichte aufweist und mechanisch flexibel ist. Diese Eigenschaften machen dieses Polymer widerstandsfähiger gegen Stoß, als dies bekannte piezokeramische Körper sind. Außerdem entspricht der Wellenwiderstand des Polymers genauer demjenigen von Wasser. Ein Film aus piezoelektrischem Polymer wird gegenwärtig aus Polyvinylidenfluorid (PVF2) hergestellt. Um das Polymer in nutzbarer Weise piezoelektrisch zu machen, muß ein Pölarisationsverfahren durchgeführt werden. Bei einer solchen Polarisation werden beide Oberflächen des Polymerfilms metallisiert, um Elektroden vorzusehen und es wird eine hohe Gleichspannung an die Elektroden angelegt und während einer Stunde bei einer Temperatur von 100° C

— 3 —

aufrecht erhalten. Eine nachfolgende Abkühlung auf Raumtemperatur bei noch anliegendem elektrischem Feld führt zu einer dauerhaften Polarisation mit dem stärksten piezoelektrischen Effekt in Richtung quer zu den metallisierten Oberflächen des Films.

Das Polymer PVF₂ wurde bisher als Wandlermaterial für Sendung und Empfang von Ultraschallsignalen eingesetzt. Da die Schallleistung, welche ausgesendet werden kann# bei diesem Material begrenzt ist, war bisher die Anwendung auf niedrige Leistungen beschränkt, wie sie etwa in der Ultraschallmedizin zum Einsatz kommen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine elektrisch-akustische Wandlereinrichtung so auszugestalten, daß auch, bei Serienfertigung sich eine verhältnismäßig flache Empfindlichkeitskennlinie über einen großen Bandbreitebereich reproduzierbar erzielen läßt, wobei die Herstellungskosten vergleichsweise gering gehalten werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch die im anliegenden Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind. Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Erfindungsgemäß wird also eine zusammengesetzte Wandlerein-. richtung geschaffen, welche einen an sich bekannten, in Längsrichtung schwingenden Wandler für die Sendefunktion, : nicht jedoch für die Empfangsfunktion verwendet, welche bei der erfindungsgemäßen Wandlereinrichtung durch einen gesonderten Wandler aus piezoelektrischem Polymer verwirklicht wird. Im einzelnen enthält die zusammengesetzte Wandlerein-

richtung der vorliegend angegebenen Art einen in Längsrichtung schwingenden Wandler 10, wie in Figur 1 gezeigt, an dessen abstrahlender Stirnfläche 121 ein piezoelektrisches Polymer 60 als Empfangswandler befestigt ist. Während der Sendephase wird der Empfangswandler kurzgeschlossen und während der Empfangsphase wird der Sendewandler 10 mit einer elektrischen Impedanz abgeschlossen, welche die Empfangsempfindlichkeit optimiert und einen minimalen Eigenstörungspegel des Wandlers ergibt. Die zugehörigen Schalteinrichtungen zum Umschalten zwischen Empfangsbetrieb und Sendebetrieb können innerhalb der Wandlereinrichtung vorgesehen sein.

Ein wichtiges Merkmal einer Wandlereinrichtung der vorliegend beschriebenen Art ist es, daß die zusammengesetzte Wandlereinrichtung im wesentlichen denselben Raum einnimmt, welcher auch für einen Wandler der in Längsrichtung schwingenden Art nach dem Stande der Technik eingenommen wird. Wandlereinrichtungen der hier angegebenen Art können also anstelle der bekannten Wandler in Sonarsystemen im Austausch eingesetzt werden, ohne daß eine Änderung an der Haltekonstruktion für die Wandler vorgenommen werden muß.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer zusammengesetzten Wandlereinrichtung der hier angegebenen Art,

Fig. 2 eine Frequenz-/Empfindlichkeitscharakteristik für einen in Längsrichtung schwingenden Wandler nach dem Stande der Technik,

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines piezoelektrischen Films aus Polyvinylidenfluorid (PVF2) und

Fig. 4 eine perspektivische Schnittdarstellung eines zusammengesetzten Hydrophons mit einem Polyvinyl idenf luoridf i Im.

Die zusammengesetzte Wandlereinrichtung 100 nach Figur 1 verwendet gesonderte Wandlerelemente für die Aussendung und für den Empfang von Schall. Zum Senden wird eine elektrische Spannung von einem Sender 101 erzeugt und über einen Sende-/ Empfangsschalter 102 einem piezoelektrischen Keramikkörper 11 zugeführt. Ein Transformator 111 dient zur Impedanzanpassung des Keramikkörpers 11 an den Sender 101. In der Zeit, während welcher der Sender 101 Leistung an den Keramikkörper 11 liefert, bewirkt der Sende-/Empfangsschalter 103 einen Kurzschluß der Leitungen 631, welche zu dem Wandler 601 aus piezoelektrischem Polymer führen. Wenn die Sendeleistung ausgeschaltet wird, so verbindet der Sende-/Empfangsschalter 103 den Empfänger 104 mit dem aus dem piezoelektrischem Polymer gefertigten Wandler 601 und der Sende-/Empfangsschalter 102 verbindet eine Impedanz 105 mit den Leitungen 632, so daß der piezoelektrische Keramikkörper 11 mit einer entsprechenden Impedanz abgeschlossen wird.

Der Senderteil der zusammengesetzten elektrisch-akustischen Wandlereinrichtung 100 ist also der an sich bekannte in Längsrichtung schwingende elektrisch-mechanische Wandler 10, der bei bekannten Systemen dieser Art sowohl die Funktion des Sendewandlers als auch diejenige des Empfangswandlers erfüllt. Im vorliegenden Falle ist jedoch der Empfangswandler bzw. das Hydrophon eine Dickfilmschicht aus piezoelektrischem Polymer 601, nämlich aus Polyvinylidenfluorid, welches in einem modifizierten hydrostatischen Modus verwendet wird. In dem hydrostatischen Arbeitsmodus wirkt der Schalldruck in gleicher Weise in Richtung aller drei Achsen, so daß keine Notwendigkeit besteht, ein Druckbeaufschlagungssystem und zugehörige Gehäuse zur Entkopplung einer Seite der Aufnahmeeinrichtung von dem Schallenergiefeld vorzusehen. In dem hydrostatischen Betriebsmodus gibt es keine Druckgradienten über das Hydrophon hinweg, so daß praktisch die Möglichkeit besteht, in einem unbegrenzten Bereich von Betriebsdrücken zu arbeiten. Im vorliegenden Falle handelt es sich um eine

modifizierte hydrostatische Betriebsweise, da eine Oberfläche des Polymers in unmittelbarer Berührung mit der abstrahlenden Stirnfläche 121 des Wandlers 10 steht und daher nicht dem Wasserdruck ausgesetzt ist. Da Polyvinylidenfluorid einen dem Wellenwiderstand von Wasser recht genau angepaßten Wellenwiderstand besitzt, gelangt Schall, der von dem Wandler 10 abgestrahlt wird, durch die Polyvinylidenfluoridschicht des PoIymex'hydrophons 601 mit vernachlässigbarer Abdämpfung. Während des Sendebetriebes ist das HydiOphon 601 kurzgeschlossen. Das Polymerhydrophon 601, welches an der abstrahlenden Stirnfläche 121 des Wandlers 10. befestigt ist, beeinflußt die Sendeeigenschaften des Wandlereinrichtung nicht nachteilig. Während des Empfangs ist der Wandler 10 vorzugsweise mit einer Impedanz abgeschlossen, welche den Rauschpegel im Signal des Hydrophons 601 minimal hält öder der Wandler 10 wird kurzgeschlossen, ohne daß ein Verlust des Signal-/Rauschverhältnisses im Empfangssignal auftritt. Die nutzbare Empfangsempfindlichkeit des Hydrophons 601 erstreckt sich darüberhinaus bis in den Bereich von 100 kHz. Messungen der Empfindlichkeit des Polymerhydrophons bei Leerlauf und bei Kurzschluß des Wandlers 10 zeigen, daß der Kurzschlußbetrieb zu einer gleichförmigeren Empfindlichkeitskurve führt, welche im wesentlichen von 10 kHz bis 100 kHz flach verläuft. Eine größere Gleichförmigkeit, insbesonders im Bereich unterhalb von 10 kHz, ist für einen optimalen angepaßten Abschluß des Wandlers 10 zu erwarten.

Einrichtungen zur Geschwindigkeitssteuerung, Einrichtungen zur Geräuschunterdrückung sowie Empfänger zur Peilung sind unter anderen Anwendungsmöglichkeiten Beispiele für Anwendungsgebiete der Wandlereinrichtung.

Eine gemessene Richtcharakteristik eines PVF₂-Hydrophons 601 in Gestalt eines Blattes oder eines Films von 10 χ 10 cm Seitenlänge zeigte einen öffnungswinkel eines 3 dB-Richtstrahls von 4,5°, woraus die hervorragenden Eigenschaften

von Polymerhydrophonen bei hohen Frequenzen bezüglich der Richtcharakteristik ersichtlich sind. Die-Ergebnisse von Versuchen mit Wandlern 10 bei hohen Sendeleistungen zeigen, daß die Einwirkung von Schallenergiefeldern hoher Intensität auf das Polymerhydrophon keine meßbare Wirkung auf dessen Betriebseigenschaften hat. Weiter zeigten Versuche zur Untersuchung des Störverhaltens, daß das Einwirken von hydrostatischen Druckschwankungen keinen nachteiligen Einfluß auf das Polymerhydrophon ausübt.

Bei der Fertigung der zusammengesetzten Wandlereinrichtung 100 gemäß Figur 1 geht man in der Weise vor, daß man zunächst einen quadratischen Ausschnitt von der aufvulkanisierten Gummiabdeckung 34 entfernt, welche vor der Stirnfläche 121 der Kopfteilmasse 12 des Wandlers 10 liegt, um die Aluminiumoberfläche des Kopfteiles 12 freizulegen. In der perspektivischen, teilweise im Schnitt wiedergegebenen Darstellung von Figur 1 ist die Stirnfläche 121 erkennbar. Der quadratische Ausschnitt 123 in der Gummiabdeckung 34 erstreckt sich über einen wesentlichen Teil der rechteckigen Stirnfläche 121 der Kopfteilmasse. Um eine flache, glatte Oberfläche an der Stirnfläche. 121 vorzusehen, wird die Stirnfläche abgedreht oder abgeschliffen und es werden einige tausendstel Millimeter von der Oberfläche abgetragen. Eine Bohrung 124 ist durch die Kopfteilmasse 12 von der Stirnfläche 121 aus bis zu einem Raum 125 ' innerhalb des Gehäuses 16 des Wandlers 10 geführt. Ein rechteckiger Kanal 126 wird am Orte der Bohrung 124 in die Stirnfläche 121 eing.efräst. Die freiliegenden Bereiche der Stirnfläche 121 werden angeschliffen oder gesandstrahlt ebenso wie die entsprechende Oberfläche eines Blattes aus einer glasfaserverstärkten, epoxyimprägnierten, elektrisch isolierenden Matte 32. Ein hierfür geeignetes Material, welches im Handel erhältlich ist, besitzt die Bezeichnung G-10. Die Matte 32 und die Stirnfläche 121 werden mit einem Epoxykleber 50' unter Anwendung von erhöhter Temperatur und Druck zusammengeklebt, um eingeschlossene Luft zu vermeiden und eine starke

Klebeverbindung herzustellen. Das Hydrophon 601 mit dem piezoelektrischen Polymer PVF₂ wird beispielsweise aus zwei PoIyvinylidenfluoridfilmen 60' und 60" zusammengesetzt, welche jeweils eine Abmessung von 10 χ 10 cm bei einer Dicke von 0,58 mm haben, wobei die einander zugekehrten Oberflächen mit Epoxykleber 50" versehen werden, wie in Figur 3 dargestellt ist. Jede der Schichten 60' und 60" hat auf beiden Seiten Metallbeläge 60' bzw. 60'', an welche jeweils Anschlußdrähte 63' bis 63¹¹¹¹ gelegt sind. Der elektrische Anschluß kann durch Schweißen unter Vakuum oder durch Löten bei niedriger Temperatur hergestellt werden. Beispielsweise bestehen die Metallbeläge 62' und 62'' aus Kupfer und die Anschlußdrähte 63" bis 63¹'¹¹ werden aus Kovar-Bandmaterial von 0,08 χ 0,25 mm gebildet. Andere metallische Werkstoffe können sowohl für die Beläge als auch für die ] Anschlußleitungen verwendet werden, solange sichergestellt ist, daß die elektrischen Anschlüsse zwischen Belag und Anschlußleitung bei einer Temperatur hergestellt werden können, welche das piezoelektrische Polymer nicht zerstört. Unter Verwendung geeigneter Befestigungsmittel werden also die piezoelektrischen Polymerschichten 60' und 60'' mit dem Epoxykleber 50'' zusammengeklebt und in Luft zur Aushärtung gebracht, um das in Figur 4 gezeigte Polymerhydrophon 601 zu erzeugen.

Der nächste Schritt bei der Herstellung der zusammengesetzten Wandlereinrichtung ist das Befestigen des piezoelektrischen Polymerhydrophons 601 an der glasfaserverstärkten Matte 32. • Um einen Kurzschluß der Anordnung aus dem piezoelektrischen Polymer an der Stirnfläche 121 des Wandlers 10 oder über die Anschlußdrähte 63 zu vermeiden, wird ein elektroisolierendes Band 63 über die vier Ränder der quadratischen Anordnung des Hydrophons gelegt, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Die j Anschlußdrähte 63' bis 63'¹'¹ werden außerdem mit einem gerin- ^! ges Gewicht aufweisenden Polyolephin-Schrumpfschlauch überzogen. Die freiliegende Oberfläche der Glasfaser-Epoxy-Isoliermatte 32 wird aufgerauht, um glänzende Stellen zu entfernen. Außerdem wird danach etwaiger Staub mit Druckluft entfernt.

_ Q —

Die Oberfläche 602 des aus einem piezoelektrischen Polymer bestehenden Hydrophons 601 wird durch Abwischen mit Methyläthylketon gereinigt, wobei dieses Mittel den Kupferbelag 62 d£s piezoelektrischen Polymerhydrophons nicht angreift.

Die Isoliermatte 32 und die Oberfläche 602 des Hydrophons 601 werden dann mit Epoxykleber 50' ' ' bestrichen und zusammengefügt, wonach eine Aushärtung in freier Umgebung vorgenommen wird, wobei die mit Isolierung versehenen Anschlußdrähte 63' bis 63¹¹¹' in dem ausgefrästen Kanal 126 zusammengelegt und durch die Bohrung 124 gefädelt werden, wie Figur 1 erkennbar macht. Der Kanal 126 bietet also Raum für die aus dem Hydrophon 601 austretenden Anschlußdrähte 63' bis 63¹¹¹¹ und gestattet dadurch ein flaches Aufliegen des Hydrophons auf der Stirnfläche 121 des Wandlers 10.

Die letzten Maßnahmen beim Zusammensetzen der Wandlereinrichtung 100 gemäß Figur 1 sind das Reinigen der nach außen weisenden Oberfläche des Hydrophons 601 mit Methyläthylketon, das Beschichten mit flüssigem Neopren und das Trocknenlassen in Luft. Ein quadratischer Ausschnitt 33 aus Gummi oder Kautschuk im wesentlichen in der Dicke und in der Flächengroße der verbleibenden Vertiefung am Orte des Ausschnittes 123 und die äußere Oberfläche des Hydrophons 601 werden mit 'dem Neopren beschichtet und durch das Aushärten in Luft fest miteinander verbunden. Die resultierende Außenfläche des Teiles 33 und der Abdeckung 34 aus Gummi werden abgeschliffen, so daß sich insgesamt eine flache Außenfläche darbietet.

Die Anschlußdrähte 6 3 erstrecken sich durch den Raum 16 zwisehen dem Wandlergehäuse 17 und dem Kopfteil 12, dem piezo- ;elektrischen Keramikkörper 11 und schließlich vorbei an der • Rückenteilmasse 13 zu dem Kabel 18.. Das Kabel 18 ist vieradrig und enthält auch die beiden Anschlußleiter 632 für den von dem piezoelektrischen Keramikkörper 11.gebildeten Wandler, wobei diese Anschlußleitungen von dem an einem entfern-

- 10 -

ten Ort aufgestellten Sender 101 herbeigeführt sind. Ein Empfangsvorverstärker (nicht dargestellt) kann innerhalb der zusammengesetzten Wandlereinrichtung 100 vorgesehen sein, um das Signal vor Weitergabe an die beiden Adern des Kabels 18 zu verstärken, welche mit einem Empfänger verbunden sind.

Das Polyvinylidenfluoridmaterial 60' bzw. 60'· besitzt eine interne Polarisation, wenn es als piezoelektrisches Element eingesetzt ist. Die Polarisation wird durch die Bezeichnung der Polarität von Spannungen an dem piezoelektrischen Material in Figur 3 angedeutet. Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß eine Parallelschaltung vorgenommen ist, indem der Anschlußdraht 63' mit dem Anschlußdraht 63¹'¹¹ und der Anschlußdraht 63¹¹ mit dem Anschlußdraht 63' " verbunden ist, so daß man schließlich ein Paar von Anschlußleitungen 631 erhält, welche zu dem Empfänger führen. Die Parallelschaltung verdoppelt die Kapazität, welche durch jede der Polyvinylidenfluoridschichten 60 gebildet wird, wodurch man eine bessere Impedanzanpassung an das Kabel verwirklicht. Wird ein Vorverstärker innerhalb der- Wandlereinrichtung 1000 vorgesehen, so ist die Kapazität des Hydrophons 601 von geringerer Bedeutung. Die Dicke der einzelnen Schichten des Hydrophons 601, die Anzahl . der Schichten und ihre elektrische Serien- oder Parallelschaltung sind von Fall zu Fall vom Fachmann entsprechend zu wählen.

Abwandlungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels ergeben sich für den Fachmann unter Berücksichtigung der- vorstehenden Ausführungen. Beispielsweise können die Kupferbeläge auf den beiden Seiten jeder Polymerschicht im Bereich der. Ränder durch Abätzen oder in anderer geeigneter Weise entfernt werden. Hierdurch wird die Gefahr möglicher Kurzschlüsse zwischen der Anordnung der Polymerschichten und den Anschlußdrähten vermieden, so daß die Schichtenanordnung nicht mit einem Band an den Rändern umkleidet werden muß. Die Verwendung stärkerer Kupferdrähte anstelle der verhältnismäßig brüchigen

- 11 -

Kovar-Anschlußdrähte führt gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zu einer widerstandsfähigeren Konstruktion. Zum Befestigen der Anschlußdrähte 63 kann außerdem ein elektrisch leitender Epoxykleber verwendet werden, welcher die Drähte an den Metallbelägen 62 festhält, anstatt hier eine Schweißung
oder Lötung vorzunehmen.

- 12 -

- Leerseite -

Claims (8)

1. Patentansprüche-

   ./Elektrisch-mechanische Wandlereinrichtung mit einem·in Längsrichtung schwingenden Wandler (10), der ein an seiner Stirnfläche (121) im Sendebetrieb akustische Energie abstrahlendes Kopfteil sowie Mittel (11) zur elektrischen Anregung von Schwingungen der Stirnfläche des Kopfteiles aufweist, gekennzeichnet durch ein piezoelektrisches Polymer (60), welches an der Stirnfläche (121) befestigt (50') ist und einen wesentlichen Teil der Stirnfläche bedeckt, sowie durch Mittel (63, 631, 103, 104) zur Ableitung und Bestimmung eines an dem piezoelektrischen Polymer auftretenden elektrischen Potentials,
2. 2. Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Polymer von einem Hydrophon (601) in GlBtalt einer Schicht aus Polyvinylidenfluorid gebildet ist.
3. 3. Wandlereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2_r dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Polymer (60) au zwei Seiten mit jeweils einem Metallisierungsbelag (62', 62'') versehen ist, wobei eine Seite des piezoelektrischen Polymers an der genannten Stirnfläche (121) befestigt ist, daß an den Metallisierungsbelägen (62', 62'') elektrische Anschlußleitungen (63' bis 63¹'¹') befestigt sind und daß Isolierungsmittel (64, 32) zur elektx-ischen Isolierung des piezoelektrischen Polymers vorgesehen sind.
4. 4. Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Polymex" einen Wellenwiderstand hat, welcher im wesentlichen demjenigen von Wasser gleich ist.

   — 1 —
5. 5. Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis.4, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Polymer als Schicht ausgebildet ist, die aus einer Mehrzahl von jeweils mit Metallisierung (62* , 62"') versehenen Filmen (60·/ 60'') zusammengesetzt ist, wobei die Metallisierungsbeläge jeweils mit elektrischen Anschlußleitungen (63* bis 63¹¹¹¹) Verbindung haben.
6. 6. Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Polymer die Gestalt einer Schicht aus mindestens zwei Lagen (60¹, 62'') hat, die jeweils eine Polarisation senkrecht zu ihren Oberflächen aufweisen und daß Metallisierungsschichten (62*, 62'') jeweils auf beiden Seiten der Lagen vorgesehen sind, welche insbesondere zur Vergrößerung der Kapazität des piezoelektrischen Polymers zwecks besserer Impedanzanpassung elektrisch parallelschaltbar sind.
7. 7. Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfteil (12) und das piezoelektrische Polymer (60, 601) von einer wasserdichten Kapselung (33, 34, 17) umgeben sind.
8. 8. Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stirnfläche (121) des Kopfteiles (12) und der ihr zugewandten Seite des piezoelektrischen Polymers (601) eine elektrisch isolierende Zwischenlage (32) vorgesehen ist.

   -2 -