DE3002663A1 - ULTRASONIC transducer - Google Patents
ULTRASONIC transducerInfo
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallwandler mit einem gekrümmten piezoelektrischen Schwingerkörper, der in Richtung seiner Dicke polarisiert ist und dessen Flachseiten jeweils mit einer elektrisch leitenden Oberflächenschicht versehen sind.The invention relates to an ultrasonic transducer with a curved piezoelectric oscillator body, which is polarized in the direction of its thickness and its flat sides each with an electrically conductive surface layer are provided.
Zur Erhöhung der Intensität oder zur Erhöhung des Auflösungsvermögen sind innerhalb der Ultraschalltechnik bei vielen Anwendungsfällen Schallfelder mit Einschnürung erforderlich. Man benutzt diese Fokussierung des Schallbündels in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, in der Medizin sowie beispielsweise auch beim Reinigen und Schweißen mit Ultraschall. In einer bekannten Vorrichtung zur Untersuchung von Geweben mit Ultraschall ist der Wandler in einem Behälter mit akustischer Übertragungsflüssigkeit angeordnet, der mit einem akustisch transparenten Fenster versehen ist, das zur Ankopplung an den zu untersuchenden Körper dient. Die beiden Flachseiten des piezoelektrischen Schwingerkörpers sind Jeweils mit einer elektrisch leitenden Oberflächenschicht versehen und mit Elektroden verbunden. Zur Fokussierung des Schallbündels kann die dem zu untersuchenden Körper zugewandte Oberfläche des Schwingerkörpers konkav gekrümmt sein (DE-OS 27 10 038).To increase the intensity or to increase the resolution are sound fields with constriction in many applications within ultrasound technology necessary. This focusing of the sound beam is used in non-destructive material testing, in medicine as well as, for example, cleaning and welding with ultrasound. In a known device For examining tissues with ultrasound, the transducer is in a container with acoustic transmission fluid arranged, which is provided with an acoustically transparent window for coupling on the body to be examined. The two flat sides of the piezoelectric oscillator body are each with an electrically conductive surface layer provided and connected to electrodes. To focus the sound bundle, the to be examined can Body facing surface of the oscillating body be concave curved (DE-OS 27 10 038).
Eine Fokussierung bei ebenen piezoelektrischen Schwingerkörpern erhält man ferner durch eine unmittelbar auf den ebenen Schwinger aufgesetzte sphärische Linse. Wird dieser Fokussierungslinse noch eine vorzugsweise aus-A focusing in the case of flat piezoelectric oscillating bodies is also obtained by directing one to the spherical lens attached to the flat transducer. If this focusing lens is also provided with a preferably
Kin 2 Koe / 15.1.1980Kin 2 Koe / January 15, 1980
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VPA 80 P 7 5 O 7 1>ε wechselbare Vorlaufstrecke aus einem als Anpassungskörper geeigneten Material zugeordnet, deren dem Schwingerkörper zugewandte Oberfläche der Fclcussierungslinse angepaßt ist und deren gegenüberliegende Oberfläche der Oberfläche des zu untersuchenden Körpers angepaßt ist? so kann der Wandler auch direkt auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objektes aufgesetzt werden. Zur Ankopplung dient dann bei !feterialuntersuchungen im allgemeinen noch ein Flüssigkeitsfilm, beispielsweise aus öl. Die fokussierende Wirkung dieses Ultraschallwandlers mit flachem Scimingerkörper ist jedoch geringer als die Fokussierung mit einem gekrümmten Schwingerkörper. Ferner erhält man an der Grenzfläche zwischen der Fokussierungslinse und der Vorlaufstrecke zusätzliche Störechos (^Materialprüfung03 19 (1977), Nr. 10, Seiten 441 bis 444).VPA 80 P 7 5 O 7 1> ε assigned to an exchangeable feed path made of a material suitable as an adaptation body, whose surface facing the oscillating body is adapted to the focusing lens and whose opposite surface is adapted to the surface of the body to be examined ? so the transducer can also be placed directly on the surface of the object to be examined. A liquid film, for example made of oil, is then generally used for coupling in fetal examinations. However, the focusing effect of this ultrasonic transducer with a flat sciminger body is less than the focusing effect with a curved oscillator body. In addition, additional false echoes are obtained at the interface between the focusing lens and the advance path (^ Materialprüfung 03 19 (1977), No. 10, pages 441 to 444).
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallwandler der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere soll er bei großem Signal-Rauschabstand für eine Direktprüfung verwendbar sein.The invention is therefore based on the object of improving an ultrasonic transducer of the type mentioned at the beginning, in particular, it should be used with a large signal-to-noise ratio be usable for a direct test.
Diese Aufgabe ^■d.rd erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem gekrümmten Schwingerkörper als Vorlaufstrecke eine Lins© zugeordnet ist„ deren konvexe Oberfläche der Krümmung des Schwingerkörpers angepaßt ist und deren gegenüberliegende Oberfläche an die Oberflächenform eines zu untersuchenden Objekts akustisch ankoppelbar ist. Dabei wird die Höhe der Linse vorzugsweise so '30 gewählt j daß zu erwartende Signalechos aus dem Fokusbereich und Störechos von der Grenzfläche zwischen Lins© und Prüfkörper vom Schvfingerkörper nach unterschiedlichen Laufzeiten aufgenommen werden. Dem gekrümmten Schwingerkörper ist somit eine fest© Vorlaufstreek© zugeordnet. Durch Verminderung der Grenzflächenzahl ergeben sich übersichtlicher© Echoanzeigen und damit bessere Msßergebnisse.This object ^ ■ d.rd achieved according to the invention in that A lens © is assigned to the curved oscillating body as a forward path, "whose convex surface of the Curvature of the oscillator body is adapted and its opposite surface to the surface shape an object to be examined can be coupled acoustically. At this time, the height of the lens is preferably so '30 selected j that expected signal echoes from the focus area and interference echoes from the interface between lenses © and test body from the Schvfinger body according to different Runtimes are included. The curved transducer body is thus a solid © flow stream © assigned. By reducing the number of interfaces, there are clearer echo displays and thus better measurement results.
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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Durch eine auswechselbare Vorlaufstrecke kann der Wandler verschiedenen Oberflächenformen, beispielsweise verschiedenen Krümmungsradien, des zu untersuchenden Werkstücks angepaßt werden. Außerdem kann damit der Abstand des Schwingerkörpers von der Oberfläche des Werkstücks und damit die Lage des Fokuspunktes innerhalb des zu untersuchenden Körpers geändert werden.The converter can different surface shapes, for example different radii of curvature, of the workpiece to be examined be adjusted. In addition, the distance between the oscillator body and the surface of the workpiece can thus be reduced and thus the position of the focal point within the body to be examined can be changed.
In einer besonderen Ausführungsform des Ultraschallwandlers können der eine Kugelkalotte bildende Schwingerkörper und gegebenenfalls auch die Vorlaufstrecke zur Vermeidung akustischer Überkopplung in zwei gleiche Hälften aufgeteilt sein. In dieser Ausführungsform kann eine Hälfte des Schwingerkörpers als Sender und die andere als Empfänger verwendet werden.In a special embodiment of the ultrasonic transducer the oscillating body forming a spherical cap and possibly also the feed path to the Avoid acoustic cross-coupling, be divided into two equal halves. In this embodiment can one half of the transducer body can be used as a transmitter and the other half as a receiver.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform eines Ultraschallwandlers nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which one embodiment an ultrasonic transducer according to the invention is illustrated schematically.
Ein gekrümmter Schwingerkörper 2 aus piezoelektrischem Material ist an seiner Flachseite jeweils mit einer Oberflächenschicht 4 bzw. 6 aus elektrisch leitendem Material versehen, die mit in der Figur nicht dargestellten elektrischen Anschlußleitern verbunden sind. Die konkave Flachseite der Membran 2 ist mit einer Vorlaufstrecke 8 verbunden, deren dem Schwingerkörper 2 zugewandte Oberfläche der Krümmung des Schwingerkörpers und deren gegenüberliegende Oberfläche der Oberfläche eines Werkstücks 10 angepaßt ist, das in der Figur flach dargestellt ist.A curved oscillator body 2 made of piezoelectric material has a surface layer on its flat side 4 and 6 made of electrically conductive material, which are not shown in the figure electrical connection conductors are connected. The concave flat side of the membrane 2 has a feed path 8 connected, whose surface facing the oscillator body 2 of the curvature of the oscillator body and whose opposite surface is adapted to the surface of a workpiece 10, which is flat in the figure is shown.
Die Lage des Fokuspunktes F im zu untersuchenden Werkstück 10 kann durch die Frequenz f und den Durchmesser D sowie den Krümmungsradius R des Schwingerkörpers 2 undThe position of the focal point F in the workpiece to be examined 10 can by the frequency f and the diameter D and the radius of curvature R of the oscillator body 2 and
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durch den Abstand L des Schwingerkörpers 2 von der Oberfläche des Werkstücks 10 sowie durch das Verhältnis der Schallgeschwindigkeit c, des Materials der Vorlaufstrecke 8 zur Schallgeschwindigkeit c^ des Materials des zu untersuchenden Werkstücks 10 verändert v/erden.by the distance L of the oscillating body 2 from the surface of the workpiece 10 and by the ratio of Speed of sound c, of the material of the delay line 8 to the speed of sound c ^ of the material of the workpiece 10 to be examined changed v / ground.
Als Material für die Vorlaufstrecke 8 ist beispielsweise Messing, Keramik oder keramisches Glas (Macor) sowie Polymethylmetacrylat (Plexiglas) geeignet. Die Vorlaufstrecke 8 aus festem Material läßt eine bessere akustische Anpassung an ein metallisches Werkstück 10 zu als eine Flüssigkeit. Auch an ein schallweiches Medium, beispielsweise den menschlichen Körper, läßt sich der Wandler mit einer Vorlaufstrecke 8 aus Polymethylmetacrylat (Plexiglas) ankoppeln.Brass, ceramic or ceramic glass (Macor), for example, are used as the material for the feed line 8 Polymethyl methacrylate (plexiglass) suitable. The lead section 8 made of solid material has a better acoustic Adaptation to a metallic workpiece 10 as a liquid. Even on a sound-soft medium, For example, the human body, the transducer can be connected to a feed line 8 made of polymethyl methacrylate (Plexiglas).
Soll der Ultraschallwandler zur Untersuchung eines Werkstücks 10 mit einer gekrümmten Oberfläche verwendet werden, so icLrd eine Vorlaufstrecke vorgesehen, deren dem zu untersuchenden Körper 10 zugewandte Oberfläche diesen Krümmungsradius hat.Should the ultrasonic transducer be used to examine a workpiece 10 are used with a curved surface, so icLrd provided a delay line whose the surface facing the body 10 to be examined has this radius of curvature.
Di© Yorlaufstrecke 8 des Wandlers kann vorzugsweise auswechselbar sein. In dieser Ausführungsform wird im allgemeinen zwischen der Metallschicht 6 und der Vorlaufstrecke 8 noch eine in der Figur nicht dargestellte Schutzschicht vorgesehen, die auch als Anpassungsschicht ausgeführt sein kann.The initial path 8 of the converter can preferably be interchangeable. In this embodiment, there is generally between the metal layer 6 and the lead-in section 8 a protective layer, not shown in the figure, is also provided, which also acts as an adaptation layer can be executed.
Sollen in einer besonderen Ausführungsform eines Ultraschallwandlers Sender und Empfänger getrennt v/erden, so kann der Schwingerkörper 2 mit der Vorlaufstrecke 8 beispielsweise mit einem Schnitt längs der strichpunktiert angedeuteten Rotationsachs© 12 in zwei Hälften aufgeteilt werden, von denen dann einer als Sender und der andere als Empfänger verwendet werden kann.If, in a special embodiment of an ultrasonic transducer, the transmitter and receiver are to be grounded separately, the transducer body 2 with the feed path 8 can be divided into two halves, for example with a section along the axis of rotation © 12 indicated by dash-dotted lines, of which one is the transmitter and the other can be used as a receiver.
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Im Ausführungsbeispiel ist ein gekrümmter Schwingerkörper 2 angenommen, der eine Kugelkalotte bildet. Der Wandler kann jedoch statt des sphärisch gekrümmten Schwingerkörpers auch einen zylinderförmigen Schwingerkörper enthalten, der einen Teil eines Hohlzylinders darstellt. Dieser Schwingerkörper bildet anstelle eines Fokuspunktes eine Fokuslinie parallel zur Zylinderachse.In the exemplary embodiment, a curved oscillating body 2 is assumed, which forms a spherical cap. Of the However, instead of the spherically curved oscillator body, the transducer can also have a cylindrical oscillator body included, which is part of a hollow cylinder. This oscillating body forms instead of one Focus point a focus line parallel to the cylinder axis.
4 Patentansprüche
1 Figur4 claims
1 figure
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BADBATH
Claims (1)
polarisiert ist und dessen Flachseiten jeweils mit einer elektrisch leitenden Oberflächenschicht versehen sind„
dadurch gekennzeichnet, daß dem gekrümmten Schwingerkörper (2) als Vorlaufstreck© (8)
eine Linse zugeordnet ist, deren konvexe Oberfläche der Krümmung des Schwingerkörpers (2) angepaßt ist und deren gegenüberliegende Oberfläche an die Oberfläche eines zu untersuchenden Werkstücks (10) akustisch ankoppelbar ist, \ Λ * jUltraschallXiandler with a curved piezoelectric oscillating body that extends in the direction of its thickness
is polarized and its flat sides are each provided with an electrically conductive surface layer "
characterized in that the curved oscillating body (2) is used as a leading stretch © (8)
a lens is assigned whose convex surface is adapted to the curvature of the oscillating body (2) and whose opposite surface can be acoustically coupled to the surface of a workpiece (10) to be examined,
gekennzeichnet, daß die Höhe (L) der
Vorlauf strecke (8) so gewählt xiird, daß Signalechos aus d@m Bereich des Fokuspunktes (F ) und Störechos von der Grenzfläche zwischen Vorlaufstrecke (8) und Werkstück (10) vom Scimingerkörper (2) nach unterschiedliehen Laufzeiten aufgenommen werden»2 ο ultrasonic transducer according to claim 1, characterized
characterized in that the height (L) of the
Forward path (8) is chosen so that signal echoes from the area of the focal point (F) and interference echoes from the interface between the forward path (8) and workpiece (10) are picked up by the sciminger body (2) after different transit times »
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingerkörper (2) in zwei Hälften aufgeteilt ist, von denen eine als Sender und die andere als Empfänger verwendbar ist ο3. Ultrasonic transducer according to claim 1 or 2,
characterized in that the oscillator body (2) is divided into two halves, one of which can be used as a transmitter and the other as a receiver ο
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803002663 DE3002663A1 (en) | 1980-01-25 | 1980-01-25 | ULTRASONIC transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3002663A1 true DE3002663A1 (en) | 1981-07-30 |
Family
ID=6092938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803002663 Withdrawn DE3002663A1 (en) | 1980-01-25 | 1980-01-25 | ULTRASONIC transducer |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0033071A1 (en) |
DE (1) | DE3002663A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008028200A1 (en) | 2008-06-12 | 2009-12-17 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Ultrasonic transducer for use during e.g. weld testing, has transducer element with electrodes, where lever arms, force, reinforcing element, strip and layers produce and/or change bend or curvature on carrier plate in region of element |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3932959C1 (en) * | 1989-10-03 | 1991-04-11 | Richard Wolf Gmbh, 7134 Knittlingen, De | |
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Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4205686A (en) * | 1977-09-09 | 1980-06-03 | Picker Corporation | Ultrasonic transducer and examination method |
-
1980
- 1980-01-25 DE DE19803002663 patent/DE3002663A1/en not_active Withdrawn
-
1981
- 1981-01-09 EP EP81100120A patent/EP0033071A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008028200A1 (en) | 2008-06-12 | 2009-12-17 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Ultrasonic transducer for use during e.g. weld testing, has transducer element with electrodes, where lever arms, force, reinforcing element, strip and layers produce and/or change bend or curvature on carrier plate in region of element |
DE102008028200B4 (en) * | 2008-06-12 | 2013-01-31 | Karlsruher Institut für Technologie | Ultrasonic transducer with variable focus adjustment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0033071A1 (en) | 1981-08-05 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |