DE102012111957A1 - Device for material testing dental diagnostic unit with ultrasonic transducer element from piezo element for generation of ultrasound, has clearance for gas pad formed between rear side of transducer element and inner face of housing - Google Patents

Device for material testing dental diagnostic unit with ultrasonic transducer element from piezo element for generation of ultrasound, has clearance for gas pad formed between rear side of transducer element and inner face of housing Download PDF

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Abstract

The device has a clearance (9) for a gas pad (10) formed between rear side (7) of an ultrasonic transducer element (5) and associated inner face (8) of housing (1). The gas pad is a rigid or flexible foam element with low acoustic impedance. The frequency range of the ultrasonic transducer element is about 2 MHz -100 MHz. A flexible platinum foil (12) for fluid separates the clearance from a housing chamber (13). The gas pad is an expanded polystyrene element (10b).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Materialprüfung mit mindestens einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Ultraschallwandlerelement aus einem Piezoelement zur Erzeugung des Ultraschalls.The invention relates to a device for material testing with at least one arranged within a housing ultrasonic transducer element of a piezoelectric element for generating the ultrasound.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung als zahnmedizinisches Diagnosegerät, wobei das grundlegende Problem der Strahlenbelastung bei der zahnärztlichen Röntgendiagnostik vermieden ist. Es wird hierzu auf die DE 10 2010 040 832 B4 verwiesen, die ein zahnmedizinisches Diagnosegerät mit einem Prüfkopf zur Einbringung in den Mundraum eines Patienten beschreibt, wobei im Prüfkopf eine Ultraschalleinheit und eine optische Einheit mit mindestens einer optischen Linse angeordnet sind und die Ulraschalleinheit mit Gruppenstrahlern versehen ist.The invention finds particular application as a dental diagnostic device, wherein the basic problem of radiation exposure in dental X-ray diagnostics is avoided. It is on the DE 10 2010 040 832 B4 referenced, which describes a dental diagnostic device with a probe for introduction into the oral cavity of a patient, wherein in the probe an ultrasonic unit and an optical unit are arranged with at least one optical lens and the Ulraschalleinheit is provided with phased array.

Weitere bekannte Anordnungen bzw. Vorrichtungen von Ultraschallwandlerelementen benötigen mindestens eine schallabsorbierende Schicht auf der dem Probekörper, z.B. einem Zahn, abgewandten Seite, d. h. auf der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes. Die schallabsorbierende Schicht benötigt erstens eine gewisse Dicke, die konstruktiv vorgesehen sein muss, und zweitens absorbiert diese Schicht das Schallsignal nicht vollständig, so dass ein Restsignal auf das Ultraschallwandlerelement zurückkehrt und dort die Detektion von Nutzsignalen durch Überlagerung stört. Other known arrangements or devices of ultrasonic transducer elements require at least one sound-absorbing layer on the specimen, e.g. a tooth, opposite side, d. H. on the back of the ultrasonic transducer element. Firstly, the sound-absorbing layer needs a certain thickness, which must be structurally provided, and secondly, this layer does not completely absorb the sound signal, so that a residual signal returns to the ultrasound transducer element where it disturbs the detection of useful signals by superposition.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zur Materialprüfung mittels Ultraschall zu schaffen, bei der diese Nachteile vermieden sind.The invention is therefore an object of the invention to provide a device of the generic type for material testing by means of ultrasound, in which these disadvantages are avoided.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass zwischen der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes und der dieser zugeordneten Innenseite des Gehäuses ein Freiraum für ein Gaspolster ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird durch die Verwendung eines Gaspolsters auf der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes erreicht, dass die Vorrichtung eine geringere Dicke als bekannte Ultraschallwandlerelemente aufweist und die Nutzsignale nicht durch parasitäre Signale von der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes gestört werden.To achieve this object, the invention provides that between the rear side of the ultrasonic transducer element and the associated inner side of the housing, a free space for a gas cushion is formed. According to the invention is achieved by the use of a gas cushion on the back of the ultrasonic transducer element that the device has a smaller thickness than known ultrasonic transducer elements and the useful signals are not disturbed by parasitic signals from the back of the ultrasonic transducer element.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht im Verzicht auf eine Schallabsorption an der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes. Durch die Nutzung der Reflexion an der Grenzfläche des Ultraschallwandlerelementes und des Gaspolsters verbleibt mehr Energie in der Vorrichtung.A particular advantage of the invention is the absence of sound absorption at the back of the ultrasonic transducer element. By using the reflection at the interface of the ultrasonic transducer element and the gas cushion, more energy remains in the device.

Aufgrund der Erfindung können dünnere Ultraschallwandlerelemente aufgebaut werden, die eine Verwendung in engen Räumen, z. B. der Mundhöhle, ermöglichen. Ferner wird das Empfangssignal nicht durch parasitäre Signale beeinträchtigt, die von der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes ausgehen.Due to the invention thinner ultrasonic transducer elements can be constructed, which can be used in confined spaces, eg. As the oral cavity, allow. Furthermore, the received signal is not affected by parasitic signals emanating from the back of the ultrasonic transducer element.

Das Gaspolster kann in einer Ausbildung der Erfindung eine Gasschicht sein, wobei „Gas“ einzelne Gase oder Gasmischungen umfasst. Vorzugsweise ist die Gasschicht eine Luftschicht. The gas cushion may in one embodiment of the invention be a gas layer, where "gas" comprises individual gases or gas mixtures. Preferably, the gas layer is an air layer.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gaspolster zwischen der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes und der dieser zugeordneten Innenseite des Gehäuses ein offenzelliges Hart- oder Weichschaumelement mit sehr niedriger akustischer Impedanz ist [Wertebereich: 400 Ns/m3–10e6 Ns/m3, bevorzugt: 400 Ns/m3–1.5e6 Ns/m3, besonders bevorzugt: 400 Ns/m3–1 Ns/m3]. Das offenzellige Hart- oder Weichschaumelement ist porös und weist in seinem Innenraum Gas- bzw. Lufteinschlüsse auf. Diese Ausbildung der Erfindung wird eingesetzt, wenn das Ultraschallwandlerelement nicht selbsttragend ist, so dass alternativ der Hartschaum mit sehr niedriger akustischer Impedanz verwendet wird. In a further embodiment of the invention, it is provided that the gas cushion between the rear side of the ultrasonic transducer element and the inner side of the housing associated therewith is an open-cell hard or soft foam element with very low acoustic impedance [value range: 400 Ns / m 3 -10e 6 Ns / m 3 , preferably: 400 Ns / m 3 -1.5e 6 Ns / m 3 , particularly preferred: 400 Ns / m 3 -1 Ns / m 3 ]. The open-cell hard or soft foam element is porous and has gas or air pockets in its interior. This embodiment of the invention is used when the ultrasonic transducer element is not self-supporting, so that alternatively the hard foam with a very low acoustic impedance is used.

Das Gehäuse des Ultraschallwandlerelementes ist in einer Ausführungsform im Querschnitt U-förmig. Die jeweiligen Piezoelemente werden von zwei Elektroden umkontaktiert.The housing of the ultrasonic transducer element is in one embodiment in cross-section U-shaped. The respective piezo elements are contacted by two electrodes.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich dadurch, dass der Frequenzbereich des Ultraschallwandlerelementes zwischen 500 kHz und 1 GHz, insbesondere zwischen 2 MHz und 100 MHz liegt, dass auf der Vorderseite des Ultraschallwandlerelementes innerhalb des Gehäuses eine parallel zur Innenseite des Gehäuses aufgespannte flexible Platinenfolie, auf welcher sich das Ultraschallwandlerelement/Piezoelement befindet, angeordnet ist und dass die flexible Platinenfolie den Freiraum für das Gaspolster (die Gas-/Luftschicht bzw. das Hartschaumelement) von einem Gehäuseraum für ein Fluid, inbesondere für ein Koppelgel, trennt. Ferner dient die Platinenfolie als Anpassschicht für die Übertragung des Ultraschalls vom Piezoelement auf das Koppelmedium bzw. den Prüfkörper.Further advantageous embodiments of the invention result from the fact that the frequency range of the ultrasonic transducer element between 500 kHz and 1 GHz, in particular between 2 MHz and 100 MHz is that on the front of the ultrasonic transducer element within the housing a parallel to the inside of the housing clamped flexible blank foil on which is the ultrasonic transducer element / piezoelectric element is located, and that the flexible board foil the space for the gas cushion (the gas / air layer or the rigid foam element) from a housing space for a fluid, in particular for a coupling gel separates. Furthermore, the sinker foil serves as a matching layer for the transmission of the ultrasound from the piezoelement to the coupling medium or the test body.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Materialprüfung mit mindestens einem Ultraschallwandlerelement näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments of a device for material testing with at least one ultrasonic transducer element shown in the drawings.

Es zeigt:It shows:

1 einen prinzipiellen Querschnitt durch die erste Ausführungsform, 1 a schematic cross section through the first embodiment,

2 ein vergrößertes Detail aus 1 zur Darstellung der Kontaktierung des Ultraschallwandlers und 2 an enlarged detail 1 to illustrate the contacting of the ultrasonic transducer and

3 einen prinzipiellen Querschnitt durch die zweite Ausführungsform als zahnmedizinisches Diagnosegerät an einem Zahn. 3 a schematic cross section through the second embodiment as a dental diagnostic device on a tooth.

Die in 1 im prinzipiellen Querschnitt gezeigte erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Materialprüfung umfasst innerhalb eines im Querschnitt U-förmigen, aus Polyethylen bestehenden Gehäuses 1 aus Rückwand 2 und zwei Seitenwänden 3, 4 mindestens ein Ultraschallwandlerelement 5 in Form eines Piezoelementes 6 zur Erzeugung des Ultraschalls. Zwischen der Rückseite 7 des Ultraschallwandlerelementes 5 und der dieser zugeordneten Innenseite 8 der Rückwand 2 des Gehäuses 1 ist ein Freiraum 9 für eine Gas-/Luftschicht 10a ausgebildet. Alternativ kann im Freiraum 9 ein Hartschaumelement 10b mit sehr niedriger akustischer Impedanz angeordnet sein. Das Ultraschallwandlerelement 5 bzw. das Piezoelement 6 trägt auf seiner Rückseite 7 zwei in 2 gezeigte Elektroden 17, 18 zur Verbindung mit einer nicht gezeigten Sendesignalerzeugung und Sende-Empfangselektronik zur Steuerung des Piezoelementes 6 und zur Messung der Sende- und Empfangssignale.In the 1 shown in the basic cross section of the first embodiment of a device for material testing comprises within a U-shaped in cross section, made of polyethylene housing 1 from the back wall 2 and two side walls 3 . 4 at least one ultrasonic transducer element 5 in the form of a piezoelectric element 6 for generating the ultrasound. Between the back 7 of the ultrasonic transducer element 5 and the associated inner side 8th the back wall 2 of the housing 1 is a free space 9 for a gas / air layer 10a educated. Alternatively, in the open space 9 a hard foam element 10b be arranged with very low acoustic impedance. The ultrasonic transducer element 5 or the piezo element 6 carries on his back 7 two in 2 shown electrodes 17 . 18 for connection to a transmission signal generation, not shown, and transceiver electronics for controlling the piezoelectric element 6 and for measuring the transmission and reception signals.

Das Piezoelement 6 ist zur Ansteuerung umkontaktiert.The piezo element 6 is contacted for control.

Das Ultraschallwandlerelement 5 bzw. das Piezoelement 6 ist auf einer auf der Vorderseite 11 des Ultraschallwandlerelementes 5 bzw. des Piezoelementes 6 innerhalb des Gehäuses 1 von einer Seitenwand 3 zur anderen Seitenwand 4 parallel zur Innenseite 8 der Rückwand 2 des Gehäuses 1 aufgespannten flexiben Platinenfolie 12 als Anpassschicht angeordnet. Dabei trennt die flexible Platinenfolie 12 den Freiraum 9 für die Gas-/Luftschicht 10a bzw. für das Hartschaumelement 10b von einem Gehäuseraum 13 für ein Fluid 14, insbesondere für ein Koppelgel.The ultrasonic transducer element 5 or the piezo element 6 is on one on the front 11 of the ultrasonic transducer element 5 or the piezo element 6 inside the case 1 from a side wall 3 to the other side wall 4 parallel to the inside 8th the back wall 2 of the housing 1 clamped flexiben board foil 12 arranged as a matching layer. This separates the flexible board foil 12 the free space 9 for the gas / air layer 10a or for the hard foam element 10b from a housing room 13 for a fluid 14 , in particular for a coupling gel.

Die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform zeigt ein zahnmedizinisches Diagnosegerät 15 an einem Zahn 16. Das Diagnosegerät 15 stimmt im wesentlichen mit der ersten Ausführungsform gemäß 1 und 2 überein, wobei im Gehäuseraum 13 unter der flexiblen Platinenfolie 12 ein spezielles, zahnmedizinisches Koppelgel als Fluid 14 enthalten ist. In the 3 illustrated second embodiment shows a dental diagnostic device 15 on a tooth 16 , The diagnostic device 15 is substantially consistent with the first embodiment 1 and 2 match, being in the housing room 13 under the flexible board foil 12 a special, dental coupling gel as a fluid 14 is included.

Erfindungsgemäß wird durch die Verwendung eines Gaspolsters auf der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes erreicht, dass die Vorrichtung eine geringere Dicke als bekannte Ultraschallwandlerelemente aufweist und die Nutzsignale nicht durch parasitäre Signale von der Rückseite des Ultraschallwandlerelementes gestört werden.According to the invention is achieved by the use of a gas cushion on the back of the ultrasonic transducer element that the device has a smaller thickness than known ultrasonic transducer elements and the useful signals are not disturbed by parasitic signals from the back of the ultrasonic transducer element.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Gehäuse casing
22
Rückwand rear wall
3, 43, 4
Seitenwand Side wall
55
Ultraschallwandlerelement Ultrasonic transducer element
66
Piezoelement piezo element
77
Rückseite von 5 Back of 5
88th
Innenseite von 2 Inside of 2
99
Freiraum free space
10 10
Gaspolstergas cushion
10a10a
Hartschaumelement Rigid foam element
10b10b
Gas-, vorzugsweise Luftschicht Gas, preferably air layer
1111
Vorderseite von 5 Front of 5
1212
Platinenfolie platinum foil
1313
Gehäuseraum housing space
1414
Fluid (Koppelgel) Fluid (coupling gel)
1515
zahnmedizinisches Diagnosegerät dental diagnostic device
1616
Zahn tooth
17, 1817, 18
Elektrode electrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010040832 B4 [0002] DE 102010040832 B4 [0002]

Claims (6)

Vorrichtung zur Materialprüfung mit mindestens einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Ultraschallwandlerelement aus einem Piezoelement zur Erzeugung des Ultraschalls, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückseite (7) des Ultraschallwandlerelementes (5) und der dieser zugeordneten Innenseite (8) des Gehäuses (1) ein Freiraum (9) für ein Gaspolster (10) ausgebildet ist.Device for material testing with at least one ultrasound transducer element arranged inside a housing made of a piezoelectric element for generating the ultrasound, characterized in that between the rear side ( 7 ) of the ultrasonic transducer element ( 5 ) and the associated inner side ( 8th ) of the housing ( 1 ) a free space ( 9 ) for a gas cushion ( 10 ) is trained. Vorrichtung zur Materialprüfung mit mindestens einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Ultraschallwandlerelement aus einem Piezoelement zur Erzeugung des Ultraschalls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaspolster (10) ein Hart- oder Weichschaumelement (10a) mit sehr niedriger akustischer Impedanz ist.Device for material testing with at least one ultrasound transducer element arranged inside a housing made of a piezoelectric element for generating the ultrasound according to claim 1, characterized in that the gas cushion ( 10 ) a hard or soft foam element ( 10a ) with very low acoustic impedance. Vorrichtung zur Materialprüfung mit mindestens einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Ultraschallwandlerelement aus einem Piezoelement zur Erzeugung des Ultraschalls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaspolster (10) eine Gas-, vorzugsweise Luftschicht (10b) ist.Device for material testing with at least one ultrasound transducer element arranged inside a housing made of a piezoelement for generating the ultrasound according to claim 1, characterized in that the gas cushion ( 10 ) a gas, preferably air layer ( 10b ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich des Ultraschallwandlerelementes (5) zwischen 500 kHz und 1GHz insbesondere zwischen 2 MHz und 100 MHz liegt.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the frequency range of the ultrasonic transducer element ( 5 ) is between 500 kHz and 1 GHz, in particular between 2 MHz and 100 MHz. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vorderseite (11) des Ultraschallwandlerelementes (5) innerhalb des Gehäuses (1) eine parallel zur Innenseite (8) des Gehäuses (1) aufgespannte flexible Platinenfolie (12), auf welcher sich das Ultraschallwandlerelement (5)/das Piezoelement (6) befindet, angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that on the front ( 11 ) of the ultrasonic transducer element ( 5 ) within the housing ( 1 ) one parallel to the inside ( 8th ) of the housing ( 1 ) stretched flexible board foil ( 12 ), on which the ultrasonic transducer element ( 5 ) / the piezo element ( 6 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Platinenfolie (12) den Freiraum (9) für das Gaspolster (10) von einem Gehäuseraum (13) für ein Fluid (14), inbesondere für ein Koppelgel, trennt.Apparatus according to claim 5, characterized in that the flexible board foil ( 12 ) the free space ( 9 ) for the gas cushion ( 10 ) from a housing space ( 13 ) for a fluid ( 14 ), in particular for a coupling gel, separates.
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