XV. Piezoelektrische Quarzkörper als Ultraschall-Sender
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D. Verschiedenes.
XY. Piezoelektrische Quarzkörper als Ultraschall-Sender
und -Empfänger.
Im Arbeitsgebiet des Ultraschalles finden neben mechanischen und
magnetostriktiven Schallerzeugern auch Quarzstäbe und Quarzplatten
als Schallsender und Schallempfänger bedeutende Verwendung.
Die Energie eines zu einer Dehnungseigenschwingung angeregten
Quarzkörpers wird, soweit sie nicht durch innere Reibung und durch
die Halterung verbraucht wird, über die im Rhythmus der Eigen¬
frequenz schwingenden Quarzoberflächen als Druckenergie an das um¬
gebende Medium abgegeben. Die Frequenz der sich fortpflanzenden
elastischen Druckwellen ist gleich der Frequenz des Quarzkörpers.
Die Schallabstrahlung und auch umgekehrt — der Schallempfang —
erfolgt durch die Flächen des Quarzkörpers, die auf der Fortpflanzungs¬
richtung der im Quarz erregten elastischen Longitudinalwelle senkrecht
stehen. Wir haben auf S. 83 gesehen, daß sich die stehenden Wellen im
Quarzkörper in einfacher Weise in Richtung der elektrischen Achse
und (angenähert) in Richtung der neutralen Achse anregen lassen. Dem¬
entsprechend wird für plattenförmige, meist kreisförmige Schallerzeuger
durchweg der X90-Schnitt gewählt, d. h. die elektrische Achse des Kri¬
stalles fällt mit der Plattennormalen der Quarzplatte zusammen. Quarzstäbe
werden in Orientierung I aus dem Kristall herausgeschnitten, s. S. 72, 84.
Bei Dimensionierung der Quarzplatten und Quarzstäbe ist besonders
darauf zu achten, daß eine reine Dehnungsschwingung, die nicht durch
elastische Kopplung mit einer naheliegenden anderen verzerrt wird, ent¬
stehen kann. Nur dann ist auch Gewähr dafür gegeben, daß die strahlende
Quarzoberfläche an jeder Stelle die gleiche Amplitude aufzuweisen hat.
Bei den Quarzplatten sind die beiden strahlenden Oberflächen die
KZ-Flächen, bei den Quarzstäben sind es die XZ-Flächen. Wie auf S. 131
gezeigt wurde, strahlen die XZ-Flächen der Orientierung I die Energie
unsymmetrisch ab. Man orientiert daher die Stabachse der Stäbe gemäß
S. 139 unter 71° zur optischen Achse. Untersuchungen von Büchs und
Müller (179) u. a. stellten bei diesen Schnitten die Gleichmäßigkeit der
Amplitude über die gesamte XZ-Fläche fest.
Für die Anordnung der Anregungselektroden und die Halterung des
Quarzkörpers gilt sinngemäß das, was auf S. 151 als beachtenswert ge¬
schildert wurde. Die Anordnung der Elektroden muß so sein, daß die
