DE959559C

DE959559C - Device for converting mechanical vibrations into electrical ones and vice versa

Info

Publication number: DE959559C
Application number: DEP21523A
Authority: DE
Inventors: Paul Beerwald
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-11-12
Filing date: 1948-11-12
Publication date: 1957-03-07

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 7. MÄRZ 1957ISSUED MARCH 7, 1957

p 21523 Villa/21a² Dp 21523 Villa / 21a ² D

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Die Erfindung bezieht sich, auf ein Gerät zur Umformung mechanischer Schwingungen in elektrische und. umgekehrt, insbesondere als Körperschallmikraphon, mit mindestens einem in an sich bekannter Weise aus einer piezoelektrisch wirksamen und einer piezoelektrisch unwirksamen Platte bestehendem Biegeelement, und zeichnet sich da,-durch aus, daß die piezoelektrisch unwirksame, aber elektrisch leitende Platte als Membran mit daraufThe invention relates to a device for converting mechanical vibrations into electrical ones and. vice versa, especially as a structure-borne sound microphone, with at least one piezoelectrically effective in a manner known per se and a piezoelectrically ineffective plate existing bending element, and is characterized by it from that the piezoelectrically ineffective, but electrically conductive plate as a membrane with it

ίο einseitig radial ausgerichteten, außerhalb des Mittelpunktes liegendem piezoelektrischen Element oder Elementen, vorzugsweise keilförmig zum Mittelpunkt der Membran abnehmend, ausgebildet und daß bei einer zusätzlichen, als Schallumsetzungsocgan vorgesehenen Membran zwischen dieser und der Membran für die piezoelektrischen Elemente eine Schicht aus elastischem Material, wie Moosgummi, vorgesehen, ist.ίο one-sided radially aligned, outside of the Piezoelectric element or elements lying at the center, preferably wedge-shaped to Center of the membrane decreasing, formed and that with an additional one, as a sound conversion organ provided membrane between this and the membrane for the piezoelectric elements a layer of elastic material, such as foam rubber, is provided.

Es sind bereits aus entsprechend orientierten Platten piezoelektrischer Kristalle hergestellte Membrankonstruktiooen bekanntgeworden, wobei die Kristalle beim Schwingen der Membran einer Verbiegung unterworfen werden und dadurch eine elektrische Spannung abgeben. Eine solche Membran ist etwa dem Prinzip nach so aufgebaut, daß sie aus einer Reihe radial angeordneter Biegeelemente besteht. Nicht nur die luftdichte Ausführung der Membran mit gegeneinander verschobenen Platten zur Versetzung der Kittstellen, sondern die ganze Anordnung ist mit bedeutenden technischen Schwierigkeiten verbunden und erfordert einen großen Arbeitsaufwand. Außerdem sind derartige Membrankonstruktionen äußerst empfindlich, und auch eine nur leichte Erschütterung kann schon eine Zerstörung der verhältnismäßig dünnen Kristallplatten herbeiführen.Piezoelectric crystals have already been produced from appropriately oriented plates Membrankonstruktiooen become known, with the crystals when vibrating the membrane a Are subjected to bending and thereby emit an electrical voltage. Such a membrane is constructed roughly according to the principle that it consists of a number of radially arranged bending elements consists. Not just the airtight design of the membrane with the plates shifted against each other for relocating the putty, but the whole arrangement is significant with technical Associated with difficulties and requires a great deal of work. In addition, there are such Membrane constructions are extremely sensitive, and even a slight shock can be Cause destruction of the relatively thin crystal plates.

Es sind auch bereits piezoelektrische Biegeelemente bekanntgeworden, die aus einer Platte aus amorphem Material und einer einseitig unmittelbar mit dieser verbundenen piezoelektrischen Kristallplatte bestehein. Hierbai handelt es sich jedoch nicht um eine membranartig leitende Platte aus amorphem Material, sondern ihr lag grundsätzlich nur die Aufgabe zugrunde, die bisher üblichen, aus zwei Kristallplatten bestehenden Biegeelemente in ihrer ίο mechanischen Festigkeit zu erhöhen. Gleichzeitig wurde eine Vereinfachung der Herstellung des Biegeelementes angestrebt. Die nach diesen Gesichtspunkten verwendete und piezoelektrisch unwirksame Platte mußte sich natürlich den Formen der piezoelektrisch wirksamen. Platte anpassen.There are also already known piezoelectric bending elements, which consist of a plate amorphous material and a one-sided directly connected to this piezoelectric crystal plate exist. However, this is not a membrane-like conductive plate made of amorphous Material, but basically it was only based on the task, the previously usual one, consisting of two Crystal plates increase existing bending elements in their ίο mechanical strength. Simultaneously A simplification of the production of the bending element was sought. Those according to these points of view The plate used and piezoelectrically ineffective, of course, had to conform to the shapes the piezoelectrically effective. Adjust plate.

Zur Vermeidung der bei den bisherigen Ausführungsformen noch in, Erscheinung getretenen Nachteile wurde gemäß der Erfindung ein Biegeelement geschaffen, welches sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß eine piezoelektrisch unwirksame, aber elektrisch leitende, membranförmige.Platte mit zumindest einem, außerhalb des Mittelpunktes liegenden, sich vorzugsweise keilförmig nach diesem verjüngenden, radial ausgerichteten, piezoelektrischen Element versehen ist. Bei einer zusätzlichen, als Schallumsetzungsorgan dienenden Membran ist zwischen dieser und der Membran, für die piezoelektrischen Elemente eine Schicht aus elastischem Material, wie Moosgummi, vorgesehen. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung kann man auf beiden Seiten des piezoelektrischen Elementes, beim Verformen des Biegeelementes, einen. Spannungsunterschied feststallen, was darauf beruht, daß an der Oberseite der piezoelektrischen Platte eine Zugbelastung auftritt, welcher ein© Druckbelastung an der Unterseite der amorphen, Platte entspricht, während an der Unterseite der piezoelektrischen Platte keine oder eine nur geringe Druckbelastung auftritt. Wesentlich ist hierbei, daß sich der Elastizitätsmodul der amorphen Platte etwa im Bereich, desjenigen der piezoelektrischen Platte bewegt. Hierdurch wird ermöglicht, daß sich die Unterseite der piezoelektrischen· Platte, die mit der Oberseite der amorphen Platte in Berührung steht, etwa wie die neutrale Zone der bisher bekanntgewordenen Biegeelemente verhält.To avoid the disadvantages that have appeared in the previous embodiments a bending element was created according to the invention, which is characterized in particular by that a piezoelectrically ineffective, but electrically conductive, membrane-shaped.Plate with at least one lying outside the center point, preferably tapering in a wedge shape after this, radially aligned, piezoelectric element is provided. With an additional than The membrane used for the sound conversion is between this and the membrane, for the piezoelectric elements a layer of elastic Material such as foam rubber is provided. In this embodiment of the invention can one on both sides of the piezoelectric element when deforming the bending element. Voltage difference established, which is based on the fact that at the top of the piezoelectric Plate a tensile load occurs, which is a © compressive load on the underside of the amorphous, Plate corresponds, while on the underside of the piezoelectric plate no or only a small amount Pressure load occurs. It is essential here that the modulus of elasticity of the amorphous plate moved roughly in the area of that of the piezoelectric plate. This makes it possible that the bottom of the piezoelectric plate, which is in contact with the top of the amorphous plate is about how the neutral zone of the previously known bending elements behaves.

Da sich die elektrischen Ladungen bei einem Biegeelement aufheben* wenn die Biegungen sowohl in der einen Achse wie in einer dazu senkrechten Achse stattfinden, wurde gemäß der Erfindung der Flächenquerschnitt der Kristallplatte nach dem Zwischenraum der amorphen. Platte zu verringert und ihre radiale Länge gegenüber der Unterlage zweckmäßig derart verkürzt, daß die Ouerkräfte nicht mehr zu einer Beeinträchtigung der abgegebenen Spannung führen.Since the electrical charges are in a Cancel bending element * if the bends are in one axis as well as in a perpendicular one Take place axis, was according to the invention the surface cross-section of the crystal plate after Space between the amorphous. Plate too reduced and its radial length compared to the base expediently shortened in such a way that the Ouerkraft no longer adversely affect the output Lead tension.

Durch einfache Maßnahmen, wie beispielsweiseBy simple measures such as

radiale Schlitzungen, eine entsprechende unterseitig durch eine Gummilage od. dgl. abzudichtenden Platte als Membran, wird jede Beeinträchtigung maßgebender Größe ebenfalls ausschaltbar.radial slots, a corresponding one on the underside by a rubber layer or the like. Plate to be sealed as a membrane, any impairment decisive variable can also be switched off.

In einer besonderen Ausführungsform des Gegenstandes, der Erfindung ist vorgesehen, die mit den piezoelektrischen Platten verbundene membranförmige Platte aus amorphem Material mit einem Übertragungselement, beispielsweise mit einem Taststift, zu versehen, der seinerseits mit einer weiteren, vorzugsweise mechanische Schwingungen aufnehmenden Platte aus piezoelektrisch unwirksamem Material verbunden ist. Zwischen, dieser z. B. schallaufnehmenden Platte und der Membran wird eine- Schicht aus elastischem Material, wie Moosgummi od. dgl., eingeschaltet, wodurch nicht nur die Möglichkeit der Anwendung des Gerätes vervielfacht, sondern auch ein wirksamer Schutz gegen starke Stöße, rauhe Behandlung, Schwingungen mit übergroßen Amplituden u. dgl. gewährleistet wird. Das mit dem erfindungsgemäßen Biegeelement versehene Gerät eignet sich also- besonders als Herzschallmikrophon und in Verbindung mit entsprechenden Schreibgeräten als Geber für die Aufnahme von Herzdiagrammen u. dgl. Ein weiteres Anwendungsgebiet findet es als Schallübertragungsgerät für beispielsweise Musikinstrumente geringer Lautstärke, für die. Übertragung aus vom Auditorium getrennt liegenden Aufführungsräumen u. dgl.In a particular embodiment of the object, the invention is provided with the Piezoelectric plates connected membrane-shaped plate made of amorphous material with a To provide transmission element, for example with a stylus, which in turn has a further, preferably mechanical vibrations absorbing plate made of piezoelectrically ineffective Material is connected. Between, this z. B. sound-absorbing plate and the membrane a layer of elastic material, such as foam rubber od. Like., turned on, which not only the possibility of using the device multiplied, but also effective protection against strong shocks, rough handling, vibrations with oversized amplitudes and the like is guaranteed. The device provided with the bending element according to the invention is therefore particularly suitable as a heart sound microphone and in connection with appropriate writing implements as a transducer for the recording of heart diagrams and the like. It is used as a sound transmission device for example for musical instruments at low volume, for the. Transmission from performance rooms and the like that are separate from the auditorium.

Der Gegenstand der Erfindung soll durch zwei Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigtThe object of the invention is to be explained in more detail by means of two exemplary embodiments on the basis of the drawing are explained, namely shows

Fig. ι eine Membran mit als Biegeelement ausgebildeten Kristallplatten undFig. Ι a membrane designed as a bending element Crystal plates and

Fig. 2 eine Membran mit als Längsschwinger ausgebildeten Kristallplatten.2 shows a membrane with crystal plates designed as a longitudinal oscillator.

Im einzelnen sind auf der piezoelektrisch unwirksamen, aber elektrisch leitenden, membranförmig ausgebildeten Platte 1 beispielsweise zwei gegenüberliegende, piezoelektrisch wirksame Platten 2 und 3 unmittelbar befestigt, und zwar radial ausgerichtet, außerhalb¹ des Mittelpunktes der Membran ι und haben vorzugsweise eine keilförmige, sich zum Mittelpunkt der Membran verjüngende Form.In detail, on the piezoelectrically ineffective, but electrically conductive, diaphragm-shaped plate 1, for example, two opposing, piezoelectrically effective plates 2 and 3 are directly attached, namely radially aligned, outside ^{1 of} the center of the diaphragm and preferably have a wedge-shaped, centered the diaphragm tapered shape.

Durch Schallschwingungen wird die Membran beispielsweise in P feil richtung 4 auf Biegung beansprucht, die auf die Kristallplatten 2 und 3 über- i°5 tragen wird, wodfurch die Schwingungsamplituden in entsprechende Spannungsstöße umgewandelt werden.The membrane becomes through sound vibrations For example, in the direction of arrow 4, the bending stresses on the crystal plates 2 and 3 over- i ° 5 is carried, whereby the oscillation amplitudes are converted into corresponding voltage surges will.

Es ist selbstverständlich, daß die Anordnung auch umgekehrt, d. h. zur Umwandlung von elek- no irischen in Schallschwingungen verwendet werden kann.It goes without saying that the arrangement can also be reversed; H. for converting electronic no Irish can be used in sonic vibrations.

Gemäß Fig. 2 sind beispielsweise auf der aus amorphem, leitendem Material bestehenden. Membran ι zwei gegenüberliegende, als Längsschwinger ausgebildete piezoelektrische Platten 5 unmittelbar befestigt. Außerdem ist im mittleren Bereich der Membran 1 ein Übertragungsstift 6 angeordnet, der an seinem oberen Ende mit einer zur Aufnahme von mechanischen Schwingungen dienenden Aluminiumplatte 7 gekuppelt ist. Zwischen der Platte 7 und der Membran 1 ist eine Zwischenschicht 8 aus Moosgummi od. dgl. vorgesehen, die das Gerät gegen Stöße oder rauhe "Behandlung völlig unempfindlich, macht. Das Ganze wird in einem Gehäuse 9 aus beispielsweise Kunstharz aufgenommen, das anAccording to FIG. 2, for example, are made of amorphous, conductive material. membrane ι two opposite, designed as a longitudinal oscillator piezoelectric plates 5 directly attached. In addition, a transmission pin 6 is arranged in the central region of the membrane 1, the at its upper end with an aluminum plate serving to absorb mechanical vibrations 7 is coupled. An intermediate layer 8 is made between the plate 7 and the membrane 1 Foam rubber or the like. Provided that the device is completely insensitive to impacts or rough treatment, power. The whole is received in a housing 9 made of synthetic resin, for example, which is attached to

der Seite, an der die Platte 7 vorgesehen ist, offen ist. Es handelt sich hier um die Seite, mit der es bei beispielsweiser Verwendung als Herzschallmikrophon auf den Körper des Patienten aufgelegt und an der Haut mittels eines Klebestreifens od. dgl. gehalten wird.the side on which the plate 7 is provided, open is. This is the side with which it is used, for example, as a heart sound microphone placed on the patient's body and on the skin by means of an adhesive strip. is held.

Claims

Patent claims:

i. Device for converting mechanical vibrations into electrical ones and vice versa, in particular as a structure-borne sound microphone, with at least one in a manner known per se consisting of a piezoelectrically active and a piezoelectrically inactive plate Bending element, characterized in that the piezoelectrically ineffective, but electrically Conductive plate as a membrane with one side radially aligned on it, outside the Piezoelectric element or elements lying at the center, preferably wedge-shaped decreasing towards the center of the membrane.

2. Device for converting mechanical vibrations according to claim i, characterized in that that in the case of an additional membrane, which is seen as a sound conversion organ, between this membrane and the membrane for the piezoelectric Elements a layer of elastic material, such as foam rubber, is provided.

Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2-105010, 2222056, 283 285, 2,391,924, 2,416,887;

French patent specification No. 907 492.

1 sheet of drawings

1 609832 2.57