DE2949930A1 - Elektro-akustischer wandler fuer akustische abbildungseinrichtungen - Google Patents
Elektro-akustischer wandler fuer akustische abbildungseinrichtungenInfo
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Description
Int. Az.: Case 1338 10. Dezemffer 19?9"
Hewlett-Packard Company
ELEKTRO-AKUSTISCHER WANDLER FÜR AKUSTISCHE ABBILDUNGSEINRICHTUNGEN
Ein typischer elektro-akustischer Wandler für eine akustische Abbildungseinrichtung
besteht aus einem ebenen Feld aus piezoelektrischen Elementen, die jeweils eine akustische Welle in eine
zu der Ebene im wesentlichen senkrechten Richtung aussenden und Impulse aufnehmen, die von einem Ziel in einem Patientenkörper
reflektiert werden. Zur Erzeugung akustischer Signale können die Elemente in verschiedenen Schwingungsarten betrieben werden. Die
bevorzugte Schwingungsart zur Erzeugung der gewünschten akustischen Welle wird im folgenden als Dickenschwingung bezeichnet. Durch
selektive Phasenverschiebung in den einzelnen Wandlerelementen läßt sich der Strahl in einer vorgegebenen Entfernung fokussieren
und zur azimutalen Abtastung verwenden.
Die zweiseitig wirksamen Elemente erzeugen zwei Grundwellen in
gegenüberliegend entgegengesetzten Richtungen. Im allgemeinen muß für eine gute Tiefenauflösung eine der Wellen absorbiert
werden, und deren Energie muß mittels eines akustischen Absorbers
abgeführt werden. Umgekehrt läßt sich der Wirkungsgrad der ausge sandten Welle dadurch maximieren, daß ihre Richtung gesteuert
wird und Nebenemissionen unterdrückt oder ausgelöscht werden,
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Hewlett-Packard Company - 3 - OQ/ QQIR
Int. Az.: Case 1338
die durch unerwünschte Schwingungsarten in den Elementen entstehen.
Eine bisher noch nicht gut verstandene Schwingungsart läßt sich
durch die Analogie eines der Elemente zu einem harmonischen Masse/Feder-Schwinger beschreiben. Diese Schwingungsart wird im
folgenden als Masse/Feder-Schwingung bezeichnet. In Figuren 1a und b wird die Masse/Feder-Schwingungsart der gewünschten
Dickenschwingung gegenübergestellt. In der Modell Vorstellung
ist die Unterlage analog zur Feder bzw. dem Energiespeicher, während das auf der Unterlage befestigte piezo-elektrische Element
die Masse ist. Bei dieser Modellvorstellung ist angenommen, daß die gesamte kinetische Energie in der Masse enthalten ist,
während die potentielle Energie in der Feder gespeichert ist, d.h. es wird die Bewegung der Unterlage vernachlässigt. Bei
dieser Modell Vorstellung wird weiterhin angenommen, daß es sich
um die Bewegung starrer Körper handelt, d.h. daß innerhalb des schwingenden Körpers keine Wellen auftreten, was üblicherweise
bei hochfrequenten akustischen Vorrichtungen der Fall ist, sowie daß das Element hoch und schmal ist, so daß die dargestellten
relativen Frequenzen erhalten werden.
Die Unterlage stellt ein relativ festes, unbewegliches Fundament
für das Element dar, wenn man sie mit der vernachlässigbaren Last auf der Oberseite des Elementes vergleicht. Daher bewirkt
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Hewlett-Packard Company - 4 - 2 9 it 99 3 Q
Int. Az.: Case 1338
eine an das piezo-elektrische Element angelegte Spannung eine
Bewegung der oberen Fläche des Elementes, während die untere Fläche relativ ortsfest bleibt. Bei der Anordnung nach Figur 1a
gibt es also eine Gesamtverschiebung des Elementes und eine Erregung der Masse/Feder-Schwingung.
Eine andere unerwünschte Schwingungsart der Elemente des Wandlers ist die Dehnungsschwingung, die in Figur 1a ebenfalls dargestellt ist und in Figur 1b in Vergleich zu den anderen
Schwingungsarten aufgetragen ist. Die Dehnung bezieht sich auf die Partikel bewegung, die in erster Linie quer zum Element stattfindet. Das relative Frequenzverhalten der verschiedenen Schwingungsarten ist ebenfalls in Figur 1a dargestellt.
Eine piezo-elektrische Platte, aus der die Elemente eines elektroakustisehen Wandlerfeldes für Abbildungszwecke hergestellt werden,
dehnt sich aus, wenn eine Spannung mit einer bestimmten Polarität angelegt wird, und zieht sich zusammen, wenn die Spannung umgepolt wird. In beiden Fällen bewegt sich der Massenschwerpunkt in
Bezug auf die Oberfläche der Unterlage, und die Masse/Feder-Schwingungsart wird angeregt.
Der Erfindung gemäß Anspruch 1 liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkung der Masse/Feder-Schwingungsart möglichst vollständig zu
beseitigen.
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Hewlett-Packard Company ~5~ 2949930
Int. Az.: Case 1338
Gemäß einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung sind zwei piezo-elektrische Platten so miteinander verkittet, daß ihre Polungen zueinander so gerichtet sind,
daß bei Anlegen passend polarisierter Spannungen sich eine Platte ausdehnt, während sich die andere zusammenzieht. Wenn
die Ausdehnung der einen Platte ungefähr so groß wie die Kontraktion der anderen ist, wird eine Bewegung des Massenschwerpunktes
und damit die Masse/Feder-Schwingungsart unterdrückt.
Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Figur 1a einen Querschnitt eines elektro-akustischen Wandlers für Abbildungszwecke in drei Darstellungen für die
drei verschiedenen Schwingungsarten sowie das relative Frequenzverhalten jeder dieser drei Schwingungsarten;
Figur 1b ein Schwingungsartendiagramm der Schwingungsarten gemäß Figur 1a;
Figur 2a einen Schnitt durch ein Element eines elektro-akustischen
Wandlers für Abbildungszwecke, bei dem die Masse/Feder-
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Hewlett-Packard Company - 6 - OO/QOQft
Int. Az.: Case 1338
Figur 2b eine andere Ausführungsform des Elementes gemäß Figur 2a;
Figur 3 eine weitere Ausführungsform des Elementes gemäß
Figur 2a;
Figur 4 einen Querschnitt durch einen elektro-akustisehen Wandler für Abbildungszwecke mit Elementen gemäß Figur 2a;
Figur 5a eine graphische Darstellung der Eingangsimpedanz über
der Frequenz bei den verschiedenen Schwingungsarten, wie
sie bei einem typischen Wandler gemäß dem Stand der Technik auftreten; und
Figur 5b eine graphische Darstellung der Eingangsimpedanz über der Frequenz bei einem Element gemäß Figur 2a.
In Figur 2a ist ein piezo-elektrisches Element eines elektroakustischen Wandlerfeldes dargestellt, welches eine Hauptplatte
12 aufweist, die an einer Kompensationsplatte 14 befestigt ist. Beide Platten bestehen aus piezo-elektrischem Material, z.B.
Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) oder Quarz und sind entsprechend den mit 15 und 17 bezeichneten Pfeilen gepolt. Wenn es als
Strahler für akustische Wellen benutzt wird, ist das Element
auf einer Unterlage 10 befestigt.
Die Platten 12 und 14 sind elektrisch parallel geschaltet. Die
Kapazität beträgt daher das Doppelte einer einzelnen Platte. Eine solch hohe Kapazität ist vorteilhaft, wenn der Wandler
über ein langes Kabel mit hoher Kapazität angesteuert wird.
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Hewlett-Packard Company - 7 - *»ft/fteOft
Int. Az.: Case 1338
Eine elektrisch andere Anordnung, bei der ebenfalls die Masse/ Feder-Schwingungsart ausgelöscht wird, ist in Figur 2b dargestellt.
Wie wieder durch Pfeile 15 und 17 angedeutet ist, sind die Platten hier entgegengesetzt gepolt und elektrisch in Reihe
geschaltet. Die Kapazität beträgt etwa die Hälfte der einer Einzelplatte bzw. ein Viertel der Kapazität der Ausführungsform
gemäß Figur 2a.
Bei beiden Ausführungsformen ist die Frequenz der Masse/Feder-Schwingungsart
um den Faktor 1/"V~2~ kleiner als die einer
einzelnen Platte, entsprechend der vergrößerten Masse durch die Hinzufügung der Kompensationsplatte 14. Die Anregung der
unerwünschten Masse/Feder-Schwingungsart wird daher ausgelöscht oder zumindest stark vermindert, und außerdem ist die entsprechende
Frequenz niedriger, falls überhaupt eine Emission aufgrund dieser Schwingungsart bemerkbar ist. Daher läßt sich
ein größerer Abstand zwischen der gewünschten Dickenschwingung und der unerwünschten Masse/Feder-Schwingung erreichen.
Durch Hinzufügung der Kompensationsplatte 14 wird infolge der
größeren Masse ebenfalls die Bandbreite der gewünschten Dickenschwingung verringert. Um diesen Effekt zu minimieren, kann
die Kompensationsplatte 14 dünner gemacht werden. Wird ein
anderes piezo-elektrisches Material mit einer größeren Längenänderung
pro Einheit der ansteuernden Spannung benutzt, wie
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- 8 Hewlett-Packard Company
Int. Az.: Case 1338
in Figur 3 dargestellt ist, wird bei gleicher Ansteuerspannung eine mit der vorbeschriebenen Anordnung vergleichbare Längenänderung der dünneren Kompensationsplatte 14 erreicht, was
zu einer ähnlich verringerten oder sogar zu Null gemachten Bewegung des Massenschwerpunktes des Elementes führt. Selbstverständlich läßt sich auch die elektrische Anordnung gemäß
Figur 2 auf das Ausführungsbeispiel in Figur 3 anwenden, wenn die Polung einer der Platten umgekehrt wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2a bewirkt das Anlegen der Spannung eine Kontraktion der Platte 14 und eine Bewegung
des Massenschwerpunktes in der neutralen Ebene 13 in Richtung auf die Unterlage 10 um Δχ.., und bewirkt die Ausdehnung der
Platte 12 und eine Bewegung von deren Massenschwerpunkt in der neutralen Ebene 11 in Richtung von der Unterlage 10 weg, und
zwar um Δχ._. Soll die resultierende Bewegung des Massenschwerpunktes des Systems Null sein, so muß gelten
ρ,,,,Δχ,.- + P14Ax14 = 0 (1)
Dabei sind P12 die Dichte der Platte 12 und P14 die Dichte der
Platte 14. Die Verformung S in jeder Platte läßt sich aus
drücken als .,
S10 = IZ IZ;
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Hewlett-Packard Company ~ 9 ? O /, Q Q QΓ\
Int. Az.: Case 1338
S1, =Δχ14 (3)
H
14
wobei H12 und H14 die Dickenabmessungen der Platten 12 bzw.
sind.
Für das elektrische Feld gilt
E12 = -V (4)
E12 = -V (4)
E14 = +y_ (5)
Aus der Bedingung für die Aufhebung der Bewegung des Massenschwerpunktes
ergibt sich
KV S14 (6)
P12
Aus den konstitutiven Beziehungen zwischen mechanischer Spannung T,
Dehnung S, elektrischem Feld E und elektrischer Verformung D (Tensoren weggelassen) ergibt sich
T - cES - eE (7)
und
D = eS + e SE (8)
Dabei sind c die effektive elastische Steifheit, e die effektive piezo-elektrische Konstante und ε die Dielektrizitätskonstante.
Zur elektrischen Auslöschung der Schwingungsart sollte wegen der
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Int. Az.: Case 1338
Dehnung S keine Ladung fließen. Somit gilt
| und | damit | e12Sl2 - | 14 |
| »14 , | 12 | ||
| H12 ) | |||
| h e14S14 | |||
| /P12 e | |||
| ypi4e | |||
Bei entsprechender Auswahl des piezo-elektrisehen Materials
kann also eine dünnere Kompensationsplatte verwendet werden. Wird z.B. für die Hauptplatte 12 das Material PZT-5H benutzt
und für die Kompensationsplatte 14
Blei-Metaniobat (PBN) so ergeben sich folgende Plattencharakteristiken
Blei-Metaniobat (PBN) so ergeben sich folgende Plattencharakteristiken
P10 = 7.4 kgm/m3
' PZT-5H = 23.3 C/m2
P
I4
I4
= 3.61 C/m2
1Δ = 6.0 kgm/m3
1^ > PBN
Die Plattendicken für einen 2,5-MHz-Wandler betragen:
H.ρ = 0,65 mm
H14 = 0,29 mm
Es ist klar, daß eine gleichzeitige Auslöschung der Masse/Feder-Schwingungsart
und der Abstrahlung von akustischer Energie über die Dickenschwingung des Wandlers möglich ist. Immer wenn sich
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Int. Az.: Case 1338
die Vorderfläche des Wandlerfeldes bewegt, werden akustische Wellen ausgesandt. Bei der Masse/Feder-Schwingungsart bewegt
sich das gesamte Element als ein starrer Körper, und die Frontfläche folgt einfach dieser Bewegung. Bei der Dickenschwingung
wandern akustische Wellen im Wandler und nicht alle Teilchen des Elementes bewegen sich zu jedem Zeitpunkt
in die gleiche Richtung. Dieser Unterschied zwischen den mechanischen Gegebenheiten bei den Schwingungsarten erlaubt
eine Auslöschung der Masse/Fehler-Schwingung unter Beibehaltung der Dickenschwingung.
Die Verbindung von piezo-elektrischen Elementen zur Auslöschung
der Masse/Feder-Schwingungsart gemäß der vorliegenden Erfindung führt auch zu einer Verringerung der Impulsspannung, die zur
Anregung des Wandlers für eine bestimmte akustische Ausgangsleistung erforderlich ist. Da die Bandbreite des Wandlers sich
von etwa 73% bei einer Einzel plattenanordnung auf ungefähr 52% bei einer erfindungsgemäßen Doppel plattenanordnung reduziert
erhöht sich die Impulsdauer für die Dickenschwingung. Der Impuls setzt sich zusammen aus einem Anteil aus der Dickenschwingung
und aus einem Anteil aus der Masse/Feder-Schwingung. Die Impulsdauer wird mehr von den Nebenschwingungsarten beherrscht
als von der grundlegenden Frequenzbegrenzung der Dickenschwingungsart in solchen Wandlern. Daher erreicht man durch eine
wesentliche Reduzierung der Nebenschwingungsarten eine sehr kleine Änderung der Gesamtimpulsbreite.
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Int. Az.: Case 1338
Die vom parallelgeschalteten Wandler mit Masse/Feder-Schwingungsauslöschung
gelieferte Quellenkapazität beträgt ungefähr das Zweifache derjenigen von Wandler nach dem Stand der Technik.
Elektro-akustische Wandler der vorgeschriebenen Art sind typischerweise an bis zu zwei Meter lange Koaxialkabel angeschlossen,deren
Gesamtkapazität groß im Vergleich zur Wandlerkapazität ist, so daß sich die Wirkung eines Spannungsteilers ergibt. Durch Erhöhung
der Quellenkapazität geht weniger Signal spannung aufgrund dieser Spannungsteilerwirkung verloren.
Ein typisches elektro-akustisches Wandlerfeld gibt akustische Impulse in eine vorgegebene Richtung ab und empfängt Echos aus
Richtungen bis zu * 45° bezüglich der Normalen des Wandlerfeldes. Um diese Funktionen zu erreichen, sollte der Wandler eine große
Apertur haben, damit eine gute Winkelauflösung und eine ausreichende Anzahl von Elementen zur Abtastung der Apertur erreicht
wird. Dementsprechend enthält die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Figur 4 allgemein mit
bezeichnet ist, eine Unterlage 10, über etwa 2,5 cm verteilt 84 Elemente, von denen ein typisches mit 33 bezeichnet ist, sowie
eine Folie 35. Diese Ausführungsform arbeitet bei einer Mittel frequenz von ungefähr 2,5 MHz. Bei dieser Konfiguration
liegt die Impulsdauer in der Größenordnung 1 bis 3 ms, was
eine-Auflösung von 0,8 mm bis 2,3 mm entspricht.
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Vorzugsweise sollte jedes der relativ hohen, schmalen und dicht gepackten Elemente dieser Konfiguration betriebsmäßig unabhängig
sein, d.h. wenig oder keine Wirkung auf benachbarte Elemente haben.
Die Unterlage 10 ist metallisiert, so daß eine Masseverbindung erhalten wird. Zwei Schichten aus PZT sind aufeinanderfolgend mit
Epoxydharz auf der Unterlage 10 befestigt, derart, daß eine metallische Zwischenelektrode (im Beispiel der Figur 4 mit 31
bezeichnet) für eine elektrische Verbindung jedes Elementes 33 verfügbar wird.
Die benötigte Anzahl von Elementen 33 wird durch Zersägen des PZT-Materials mittels einer dünnen Diamantsäge hergestellt. In
einer solchen Ausführungsform sind die Elemente ungefähr 250 \im
breit, während die Abstände oder Spalte zwischen ihnen ungefähr 70 pm breit sind. Die Spalte trennen die Elemente voneinander
und geben ihnen elektrische und akustische Unabhängigkeit (zumindest
in erster Ordnung). Die Gesamthöhe der Elemente beträgt ungefähr 900 \im oder etwa das 3,6-fache ihrer Breite. Die
Elemente sind um weniger als eine halbe akustische Wellenlänge beabstandet. Daher kann die akustische Kopplung hoch sein. Wie
jedoch weiter unten diskutiert wird, ist diese Kopplung bei einem kompensierten Element verringert.
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Zur Vervollständigung des Wandlers ist auf die Oberseite der
Elemente eine dünne Metallfolie 35 aufgeklebt. Die Folie sorgt für eine Masseverbindung der Oberseiten der Elemente
und bildet eine solide Basis für eine (nicht dargestellte) aufzuklebende akustische Linse. Die Linse dient dazu, den
Patienten elektrisch vom Wandler zu isolieren und funktioniert so, daß eine gewisse feste Fokussierung in der Ebene senkrecht
zu der der Sektorenabtastung bewirkt wird.
Bei einem parallelen Anschluß des Feldes gemäß Figur 3 zeigt eine Messung der Eingangsimpedanz Z = R + jX als Funktion der
Frequenz, daß der untere Frequenzbereich wesentlich geändert und reduziert ist, wie sich aus einem Vergleich der Figuren 5a
und 5b ergibt. Die gewünschte Dickenschwingungsart ist in ihrer Bandbreite verringert, wird jedoch stärker angeregt. Der
eingestellte Abstrahlungswiderstand bei dieser Betriebsart ist von ungefähr 1000 Ω im unkompensierten Fall auf etwa 500 Ω
im Fall der vorliegenden Erfindung reduziert.
Ein angeregtes Element, das nicht bezüglich der Masse/Feder-Schwingungsart kompensiert ist, kann auf einem Feld solcher
Elemente eine Oberflächenwelle erzeugen. Eine solche längs
des Feldes wandernde Oberflächenwelle führt zur Abstrahlung akustischer Wellen von dem Feld in schiefen Winkeln. Eine
solche Abstrahlung ist bei akustischen Abbildungssystemen in
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Int. Az.: Case 1338
höchstem Maße unerwünscht, da sie zu Interferenzen mit den empfangenen akustischen Signalen führt, die von Zielen reflektiert
werden, auf die gezielt wurde.
Da durch Anregung eines Elementes des Feldes eine akustische Welle erzeugt wird und in den Patienten abgestrahlt wird,
breitet sich ein akustischer Impuls und ein gedämpfter sinusförmiger Oberflächenwellenzug längs der Feldstruktur aus. Die
letztere sich ausbreitende Welle wird von einem entfernten Element empfangen und in ein elektrisches Signal zurückgewandelt,
wobei das entfernte Element entsprechend in der Masse/Feder-Schwingungsart in Resonanz gerät. Da sich diese Welle längs
des Feldes ausbreitet, regt sie wiederum jedes Element an, was zu einer Welle führt, die in den Patienten abgestrahlt wird.
Diese Welle wird entsprechend den Phasenanpassungsbedingungen unter einem großen Winkel abgestrahlt. Dementsprechend wird vom
Feld ein Impuls mit großer Amplitude und langer Dauer abgestrahlt und zwar mit einer Verzögerung proportional zur Ausbreitungsverzögerung
über den Ausbreitungsweg.
Ein Wandlerelement, das entsprechend der vorliegenden Erfindung
so geschaltet ist,daß die Masse/Feder-Schwingungsart ausgelöscht
wird, sendet einen kurzen Oberflächenwellenimpuls und eine
schnelle abklingende Sinusschwingung aus. Die Zeit, die die
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Sinusschwingung benötigt, um auf den Pegel des thermischen
Rauschens abzuklingen, wird im folgenden als Abklingzeit bezeichnet. Wenn sowohl Sende- als auch Empfängerelemente bezüglich
der Masse/Feder-Schwingungsart kompensiert sind, wie es in einem voll kompensierten Wandler der Fall ist, ist
das empfangene Signal viel kleiner, und die Abklingzeit ist viel kürzer als bei unkompensierten Elementen. Da die Abklingzeit
kürzer ist, können nun Ziele nahe beim Wandler erfaßt werden, da die Elemente eher für den Empfang von reflektierten
Signalen bereit sind. Zusätzlich ist die Anregung von Oberflächenwellen mit niedriger Frequenz reduziert, was wiederum
niederfrequente Fehlsignale verringert, die unter großen Winkeln zur Wandlernormalen ausgesandt werden.
Der bezüglich der Masse/Feder-Schwingungsart kompensierte Wandler ersetzt im wesentlichen die Aluminiumoxyd-Isolierschicht des
bekannten Standardwandlers durch eine Schicht aus PZT-5H oder einem anderen piezo-elektrischen Material. Da PZT weicher ist,
ist seine Verarbeitung, einschließlich schneiden und polieren,
wesentlich einfacher. Die Fabrikation des Wandlers ist daher billiger.
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Claims (3)
- PATENTANSPRÜCHE\.j Elektroakustischer Wandler,insbesondere für Abbildungszwecke, mit einer Unterlage und einer Vielzahl von piezo-elektrisehen Elementen, die auf einer Oberfläche der Unterlage befestigt sind und akustische Wellen aussenden und empfangen, dadurch g e kennzeichnet, daß jedes Element (33) eine Einrichtung (14) zur Unterdrückung von akustischen Nebenwellen aufweist, die durch die Masse/Feder-Schwingungsart erzeugt werden.
- 2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14) zur Unterdrückung akustischer Nebenwellen eine zweite Schicht aus piezo-elektrischem Material und eine zweite Schicht aus elektrisch leitendem Material (35) aufweist.
- 3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (33) eine erste Schicht (12) aus piezoelektrischem Material aufweist, die auf der Unterlage (10) befestigt ist, eine erste Schicht (31) aus elektrisch leitfähigem Material aufweist, die auf die erste piezo-elektrische Schicht aufgebracht ist, wobei die zweite Schicht (14) aus piezoelektrischem Material auf der ersten Schicht aus elektrisch leitfähigem Material befestigt ist und die zweite Schicht (35) aus elektrisch leitfähigem Material auf die zweite piezoelektrische Schicht aufgebracht ist.030039/0600ORIGINAL INSPECTED
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|---|---|---|---|---|
| US4347593A (en) * | 1979-12-07 | 1982-08-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Piezoceramic tubular element with zero end displacement |
| US4382201A (en) * | 1981-04-27 | 1983-05-03 | General Electric Company | Ultrasonic transducer and process to obtain high acoustic attenuation in the backing |
| US4414482A (en) * | 1981-05-20 | 1983-11-08 | Siemens Gammasonics, Inc. | Non-resonant ultrasonic transducer array for a phased array imaging system using1/4 λ piezo elements |
| US4479069A (en) * | 1981-11-12 | 1984-10-23 | Hewlett-Packard Company | Lead attachment for an acoustic transducer |
| US4446395A (en) * | 1981-12-30 | 1984-05-01 | Technicare Corporation | Short ring down, ultrasonic transducer suitable for medical applications |
| EP0128049B1 (de) * | 1983-06-07 | 1990-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultraschallsende mit einem absorbierenden Träger |
| US4633119A (en) * | 1984-07-02 | 1986-12-30 | Gould Inc. | Broadband multi-resonant longitudinal vibrator transducer |
| US4565940A (en) * | 1984-08-14 | 1986-01-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus using a piezoelectric film for active control of vibrations |
| JPS6412711A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-17 | Murata Manufacturing Co | Chip type resonator |
| FR2634089B1 (fr) * | 1988-07-08 | 1990-10-05 | Labo Electronique Physique | Transducteur ultrasonore a sensibilite amelioree |
| US5060653A (en) * | 1989-05-16 | 1991-10-29 | Hewlett-Packard Company | Ultrasonic sensor with starved dilatational modes |
| JP3015481B2 (ja) * | 1990-03-28 | 2000-03-06 | 株式会社東芝 | 超音波プローブ・システム |
| US5267221A (en) * | 1992-02-13 | 1993-11-30 | Hewlett-Packard Company | Backing for acoustic transducer array |
| US5410205A (en) * | 1993-02-11 | 1995-04-25 | Hewlett-Packard Company | Ultrasonic transducer having two or more resonance frequencies |
| US5381067A (en) * | 1993-03-10 | 1995-01-10 | Hewlett-Packard Company | Electrical impedance normalization for an ultrasonic transducer array |
| US5625149A (en) * | 1994-07-27 | 1997-04-29 | Hewlett-Packard Company | Ultrasonic transductor |
| US5598051A (en) * | 1994-11-21 | 1997-01-28 | General Electric Company | Bilayer ultrasonic transducer having reduced total electrical impedance |
| US5686777A (en) * | 1995-09-21 | 1997-11-11 | New Jersey Institute Of Technology | High accuracy piezoelectric positioning device |
| US5957851A (en) * | 1996-06-10 | 1999-09-28 | Acuson Corporation | Extended bandwidth ultrasonic transducer |
| US6416478B1 (en) | 1998-05-05 | 2002-07-09 | Acuson Corporation | Extended bandwidth ultrasonic transducer and method |
| US6437484B1 (en) * | 1998-12-24 | 2002-08-20 | Kyocera Corporation | Piezoelectric resonator |
| US6409667B1 (en) | 2000-02-23 | 2002-06-25 | Acuson Corporation | Medical diagnostic ultrasound transducer system and method for harmonic imaging |
| GB2425179A (en) * | 2005-04-14 | 2006-10-18 | Warwickshire Mfg Group | Assessing the quality of rivets by evaluating the complex valued electrical impedance of a piezoelectric ultrasonic transducer |
| US8467169B2 (en) | 2007-03-22 | 2013-06-18 | Research In Motion Rf, Inc. | Capacitors adapted for acoustic resonance cancellation |
| US7936553B2 (en) * | 2007-03-22 | 2011-05-03 | Paratek Microwave, Inc. | Capacitors adapted for acoustic resonance cancellation |
| US7869187B2 (en) * | 2007-09-04 | 2011-01-11 | Paratek Microwave, Inc. | Acoustic bandgap structures adapted to suppress parasitic resonances in tunable ferroelectric capacitors and method of operation and fabrication therefore |
| US8194387B2 (en) | 2009-03-20 | 2012-06-05 | Paratek Microwave, Inc. | Electrostrictive resonance suppression for tunable capacitors |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3365590A (en) * | 1968-01-23 | Hewlett Packard Co | Piezoelectric transducer | |
| DE879929C (de) * | 1951-05-16 | 1953-06-18 | Siemens Ag | Piezoelektrischer Schwinger |
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| US3058015A (en) * | 1960-05-03 | 1962-10-09 | Nesh Florence | Dissipation of high frequency vibratory energy |
| US3714475A (en) * | 1966-07-15 | 1973-01-30 | H Eng Corp | Resonator having counter rotating rigid parts |
| US3543058A (en) * | 1969-11-10 | 1970-11-24 | Westinghouse Electric Corp | Piezoelectric transducer |
| US4122725A (en) * | 1976-06-16 | 1978-10-31 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Length mode piezoelectric ultrasonic transducer for inspection of solid objects |
| JPS5353393A (en) * | 1976-10-25 | 1978-05-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic probe |
| US4158787A (en) * | 1978-05-08 | 1979-06-19 | Hughes Aircraft Company | Electromechanical transducer-coupled mechanical structure with negative capacitance compensation circuit |
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