DE2249091B2 - Ultraschallwandler fuer echolotungen in technik und medizin - Google Patents
Ultraschallwandler fuer echolotungen in technik und medizinInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler für Echolotungen in Technik und Medizin mit ringförmiger
Abstrahlfläche zur Erzeugung eines konvergenten Ultraschallfeldes, dessen Abstrahlfläche zur Ringachse
hin geneigt ist
Ultraschall-Echolotungen gewinnen in Technik und Medizin ständig an Bedeutung, so z. B. in der
Materialprüfung oder in der medizinischen Diagnostik. 2s
Dabei wird von einem Ultraschallwandler ein Ultraschallknpuls
ausgesendet, an einem Objekt reflektiert und von einem anderen oder von demselben Ultraschallwandler
empfangen. Aus der bis zum Empfang des Echos verstreichenden Zeit wird die Distanz zwischen
Sender/Empfänger und dem reflektierenden Objekt bestimmt
Ein Maß für die Genauigkeit der Echolotung ist das longitudinale, d.h. in Richtung der Schallstrahlen
bestehende und das laterale, d.h. das zum ersten j.s
senkrechte Auslösungsvermögen. Bei Verwendung eines einfachen üblichen Ultraschallwandlers läßt sich
eine relativ gute longitudinale Auflösung erzielen, jedoch ist wegen des relativ großen Durchmessers des
Ultraschallstrahls die laterale Auflösung ungenügend. Wird der Durchmesser der Abstrahlfläche des Ultraschallwandlers
kleiner gemacht, so hat der Strahl infolge von Beugungserscheinungen eine große Divergenz.
Eine Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß man den Strahl schwach fokussiert, so daß sein Durchmesser
in der Mitte des zu beobachtenden Objekts minimal wird. Der minimale Durchmesser darf jedoch nicht zu
klein gewählt werden, da sonst die Divergenz des Ultraschallstrahls wiederum zu groß wird. Üblich ist
daher ein Strahldurchmesser von 1 bis 2 cm, wenn mit einer Frequenz von 2 MHz über eine Tiefe von 20 cm
beobachtet werden soll.
Eine wesentlich bessere laterale Auflösung erreicht man, wenn der Ultraschallstrahl mit einem System
großer Öffnung fokussiert wird. Die laterale Auflösung kann dann in der Größenordnung der Wellenlänge
liegen, kann also bei 2 MHz etwa 0,75 mm betragen. Die gute laterale Auflösung wird jedoch nur über eine sehr
geringe Tiefe erreicht, die ebenfalls ungefähr eine Wellenlänge beträgt («1
Zur Fokussierung eines Ultraschallstrahls stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Hat der
Ultraschallwandler eine zur Strahlrichtung flächennormale Abstrahlfläche, so wird der Ultraschall achsparallel
abgestrahlt und kann mit Hilfe eines Hohlspiegels in f>.s
einem Brennpunkt fokussiert werden. Die beste und verlustfreieste Konzentration des Ultraschallstrahls
erreicht man mit sogenannten Konvergenzschwingern.
Von diesen erzeugt der sphärische Schalenschwinger die höchsten Schallstärken. Audi können zur Fokussierung
Schallinsen in Form von Sammellinsen aus Flüssigkeiten oder festen Stoffen verwendet werden
(Matauschek, Einführung in die Ultraschalltechnik, 1962, S. 245 bis 248). Bei einen? Ultraschallwandler, der zur
Zerstörung von Zellgruppen und nicht zu Echolotungen eingesetzt wird, hat dieser eine ringförmige Abstrahlfläche
zur Erzeugung eines konvergenten Ultraschallfeldes, wobei die Abstrahlfläche zur Ringachse hin dadurch
geneigt ist, daß sie als Teil eines Parabols ausgebildet ist,
um die Ultraschallstrahlen in einem Brennpunkt scharf zu fokussieren.
Der Nachteil der bekannten Ultraschallwandler besteht darin, daß eine Verbesserung der lateralen
Auflösung immer mit einer Verringerung der Tiefe, über die sie erreichbar ist, einhergeht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gute
Bündelung des Schallfeldes und damit eine gute laterale Auflösung über eine große Tiefe zu erreichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem eingangs genannten Ultraschallwandler erfindungsgemäß vorgesehen,
daß zur Fokussierung des Ultraschallfeldes in einer Brennlinie die Abstrahlfläche konisch geneigt ist
Der Uliraschallwandler ist ein ringförmiger Wandler mit ringförmiger Abstrahlfläche, die nicht Teil eines
Parabols, also die Rotationsfläche einer gekrümmten Linie ist, sondern die Rotationsfläche einer Geraden.
Dadurch läßt sich das Ultraschallfeld in einer Brennlinie fokussieren. Durch die Fokussierung in einer Brennlinie
läßt sich eine gute laterale Auflösung über die ganze Länge der Brennlinie erzielen. Die Länge der Brennlinie
entspricht also der Tiefe, über die die gute laterale Auflösung erreicht ist Der Ultraschallwandler gemäß
der Erfindung stellt einen Kompromiß dar zwischen lateraler und longitudinal Auflösung, hat aber einen
besonders einfachen Aufbau und ist daher leicht herstellbar. Der Ultraschallwandler ist besonders
einfach aufbaubar, wenn er aus mehreren voneinander getrennten Wandlerelementen zusammengesetzt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer Schnittzeichnung näher erläutert.
Der ringförmige Ultraschallwaiidler hat ein ringförmiges,
im Querschnitt U-förmiges Gehäuse 21, wobei die Symmetrieachse der Querschnittsfläche gegen die
Ringachse geneigt ist und diese in einem bestimmten Abstand, beispielsweise 12 cm, schneidet. Die offene
Seite des U-förmigen Gehäuses ist diesem Schnittpunkt und damit der Ringachse zugewandt. In der ringförmigen
Vertiefung des Gehäuses 21 befindet sich ein ringförmiger Dämpfungsblock 24 aus Epoxyharz/Wolfram.
der durch Korkplatten 22 vom Gehäuse akustisch isoliert ist. Auf der der offenen Seite des Gehäuses
zugewandten Oberfläche des Dämpfungsblocks 24 sind mehrere, im vorliegenden Falle vier, zusammen einen
Ring bildende flache WandlereUemente 23 aus einem piezoelektrischen Material angebracht, die mit einer zur
Anpassung an Wasser dienenden Schicht 25 aus Epoxyharz abgedeckt sind. Die Schicht 25 dient
gleichzeitig dem mechanischen Schutz des aus den Wandlerelementen 23 zusammengesetzten piezoelektrischen
Ultraschallwandlers. Zu jedem der Wandlerelemente führt von der Rückseite durch geeignete
Bohrungen im Gehäuse 21 und im Dämpfungsblock 24 eine elektrische Zuleitung 26.
Die vom piezoelektrischen Ultraschallwandler ausgesendeten
Ultraschallwellen bilden ein ringförmiges Strahlenbündel, das in einer bestimmten Entfernung
vom Ultrasrhallwandler auf der Ringachse in einer
Brennlinie fokussiert ist Die Länge der Brennlinie bestimmt die Tiefe, über die eine gute laterale Auflösung
erreicht wird. Diese und ihr Abstand vom Ultraschallwandler müssen daher so gewählt werden, daß das zu
beobachtende Objekt über die ganze Tiefe ausgeleuchtet wird. Der Abstand der Brennlinie vom Ultraschallwandler
bestimmt sich im wesentlichen durch die Neigung der Abstrahlfläche gegen die Ringachse. Die
Länge der Brennlinie wird vor allem durch die Breite
des ringförmigen piezoelektrischen Ultraschallwandlers festgelegt
Es ist günstig, wenn der Ultraschallwandler, der den Sendewandler enthält, eine große Apertur von beispielsweise
mehr als 6° hat Dabei ist unter Apertur das Verhältnis des mittleren Durchmessers der ringförmigen
Abstrahlfläche zum mittleren Abstand der Brennlinie von der Abstrahlfläche zu verstehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Ultraschallwandler für Echolotungen in Technik und Medizin mit ringförmiger Abstrahlfläche zur
Erzeugung eines konvergenten Ultraschallfeldes, dessen Abstrahlfläche zur Ringachse hin geneigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung des Ultraschallfeldes in einer Biennlinie die
Abstrahlflache konisch geneigt ist
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus mehreren voneinander
getrennten Wandlerelementen (23) zusammengesetzt ist
'5
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH1458871A CH543314A (de) | 1971-10-07 | 1971-10-07 | Ultraschalloptik |
CH1458871 | 1971-10-07 | ||
CH1484871A CH543313A (de) | 1971-10-12 | 1971-10-12 | Verfahren und Einrichtung zur Konzentration von Ultraschall in einem langgestreckten Raumbereich |
CH1484871 | 1971-10-12 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2249091A1 DE2249091A1 (de) | 1973-04-12 |
DE2249091B2 true DE2249091B2 (de) | 1977-05-18 |
DE2249091C3 DE2249091C3 (de) | 1978-01-05 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3003153A1 (de) * | 1980-01-30 | 1981-08-06 | Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach | Ultraschall-multi-sensor |
DE3124919A1 (de) * | 1980-06-30 | 1982-02-25 | Second Foundation, 91311 Chatsworth, Calif. | Wandleranordnung fuer ultraschall-abtastgeraete |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3003153A1 (de) * | 1980-01-30 | 1981-08-06 | Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach | Ultraschall-multi-sensor |
DE3124919A1 (de) * | 1980-06-30 | 1982-02-25 | Second Foundation, 91311 Chatsworth, Calif. | Wandleranordnung fuer ultraschall-abtastgeraete |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2155600A5 (de) | 1973-05-18 |
DK147088B (da) | 1984-04-02 |
DE2249091A1 (de) | 1973-04-12 |
DK147088C (da) | 1984-10-08 |
DD101572A5 (de) | 1973-11-12 |
SE399329B (sv) | 1978-02-06 |
NL7211701A (de) | 1973-04-10 |
CA998465A (en) | 1976-10-12 |
JPS5238889B2 (de) | 1977-10-01 |
JPS4846326A (de) | 1973-07-02 |
NL157430B (nl) | 1978-07-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KONTRON INSTRUMENTS HOLDING N.V., WILLEMSTAD, CURA |
|
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: WUESTHOFF, F., DR.-ING. FRHR. VON PECHMANN, E., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. BEHRENS, D., DR.-ING. GOETZ, R., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. HELLFELD VON, A., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANWAELTE WUERTENBERGER, G., RECHTSANW., 8000 MUENCHEN |