DE3309218A1

DE3309218A1 - Lineares ultraschall-array

Info

Publication number: DE3309218A1
Application number: DE19833309218
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. 8520 Erlangen Lerch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1983-03-15
Publication date: 1984-09-20

Description

Lineares Ultraschall-Array
Die Erfindung bezieht sich auf ein lineares Ultraschall-Array, das in Reihe nebeneinander angeordnete Ultraschallwandler enthält.
In der medizinischen Ultraschalldiagnostik und der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung werden Ultraschallbreitbandwandler eingesetzt. Insbesondere die medizinische Anwendung, wo mit möglichst geringen Verlusten eine Kopplung zwischen Gewebe und Schallwandler vorgenommen werden muß, erfordert eine Verbesserung der elektromechanischen und akustischen Eigenschaften dieser Wandlersysteme.
Es ist ein Ultraschallwandler bekannt, der einen Tragkörper aus einem Material mit verhältnismäßig hoher akustischer Impedanz und einen Stapel dünner elektrisch parallelgeschalteter piezoelektrischer Kunststoffolien hat, dessen Dicke bei einer vorbestimmten Resonanzfrequenz eine viertel Wellenlänge beträgt. Die Verwendung von Folienstapeln ist üblich bei den Empfangsultraschallwandlern. Als Sendewandler sind diese piezoelektrischen Kunststoffolien entgegengesetzt polarisiert elektrisch parallel und mechanisch in Reihe geschaltet.
Als piezoelektrischer Kunststoff ist Polyvinyliden-Fluorid PVDF vorgesehen (R.G.Swartz, J.D.Plummer, "On the Generation of High-Frequency Acoustic Energy with Polyvinylidene-Fluoride", IEEE Trans. on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-27, No. 6, 1980, Seiten 295 bis 3C3).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein lineares Ultraschall-Array mit einem effektiven breitbandigen Sender und einem sehr empfindlichen Empfänger anzugeben und dabei den Aufbau des linearen Ultraschall-Arrays einfach zu gestalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Dadurch, daß jeweils abwechselnd Sende- und Empfangsultraschallwandler nebeneinander angeordnet sind, die jeweils einen A/4-dicken Stapel aus dünnen piezoelektrischen Kunststofffolien enthalten, erhält man ein sehr empfindliches und einfach aufgebautes lineares Ultraschall-Array.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Ultraschall-Arrays sind die Sendeultraschallwandler und die Empfangsultraschallwandler jeweils quer zu ihrer Längsrichtung nebeneinander angeordnet und bilden jeweils ein lineares Ultraschall-Array. Außerdem sind die beiden Ultraschall-Arrays mit jeweils einem ihrer Schmalseiten derart einander zugewandt, daß ihre Flachseiten in einem vorbestimmten Winkel zueinander geneigt sind (Axicon-Prinzip).
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
Figur 1 zeigt ein lineares Ultraschall-Array gemäß der Erfindung und in Figur 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
In der Ausführungsform nach Figur 1 enthält ein lineares Array mehrere Sende- und Empfangsultraschallwandler 2 bzw. 4, die abwechselnd nebeneinander an- geordnet sind, d.h., daß zwischen n aktiven Sendeultraschallwandlern 2 n-1 aktive Empfangsultraschallwandler 4 angeordnet sind. Die Sende- und Empfangsultraschallwandler 2 bzw. 4 enthalten jeweils einen 2/4dicken Stapel aus dünnen piezoelektrischen Kunststoffolien 6 und einen Tragkörper 8, der jeweils als hartes Backing für den >/4-dicken Stapel vorgesehen ist. Sämtliche Schichten können vorzugsweise großflächig in Hybridtechnik miteinander verbunden sein.
Die dünnen piezoelektrischen Kunststoffolien 6 sind beim Sendeultraschallwandler 2 elektrisch parallel und beim Empfangsultraschallwandler 4 elektrisch in Serie geschaltet. Außerdem sind die piezoelektrischen Kunststoffolien 6 beim Sendeultraschallwandler 2 entgegengesetzt und beim Empfangsultraschallwandler 4 jeweils in derselben Richtung polarisiert. Bei einer Resonanzfrequenz von etwa 10 MHz beträgt jeweils die Dicke des )/4dicken Stapels beispielsweise 55 pm und bei einer Resonanzfrequenz von etwa 2 MHz beispielsweise 275 pm. Bis zu einer Frequenz von beispielsweise 4 NHz kann jeweils der Stapel zweckmäßig aus beispielsweise 25 pm dicken Kunststoffolien 6 bestehen, während für höhere Frequenzen der Stapel aus beispielsweise 9 pm dicken Kunststoffolien 6 aufgebaut sein kann. Als Material für die piezoelektrischen Kunststoffolien 6 des Sende- und Empfangsultraschallwandlers 2 bzw. 4 kann man beispielsweise Polyvinyliden-Fluorid verwenden.
Durch diese Gestaltung der Sende- und Empfangsultraschallwandler 2 bzw. 4 erhält man ein empfindliches, breitbandiges und einfach aufgebautes Ultraschall-Array, das üblicherweise nach dem Halbschrittverfahren gesteuert wird und somit ein Fortschreiten des Fokus in Rastermaßschrittweiten bewirkt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform nach Figur 2 besteht das lineare Ultraschall-Array aus Sendeultraschallwandler 2 und Empfangsultraschallwandlern 4, die jeweils quer zu ihrer Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils ein lineares Array 10 bilden.
Diese beiden linearen Arrays 10 sind mit jeweils einer ihrer Schmalseiten derart einander zugewandt, daß ihre Flachseiten in einem vorbestimmten Winkel zueinander geneigt sind (Axicon-Prinzip). Die Sende- und Empfangsultraschallwandler 2 bzw. 4 enthalten ebenfalls, wie die in Figur 1, jeweils einen 7/4dicken Stapel aus dünnen piezoelektrischen Kunststoffolien 6 und einen Tragkörper 8, der jeweils als hartes Backing für den /4-dicken Stapel vorgesehen ist.
Durch diese Gestaltung der Sende- und Empfangsultraschallwandler 2 bzw. 4 zu jeweils einem linearen Array 10 erhält man ein sehr einfach aufgebautes lineares Ultraschall-Array.
5 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche Lineares Ultraschall-Array, das in Reihe nebeneinander angeordnete Ultraschallwandler enthält, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils abwechselnd Sende- und Empfangsultraschallwandler (2 bzw. 4), die jeweils einen >/4-dicken Stapel aus dünnen piezoelektrischen Kunststoffolien (6) enthalten, nebeneinander angeordnet sind, und daß die Sendeultraschallwandler (2) beim Senden elektrisch parallel und die Empfangsultraschallwandler (4) beim Empfang ele.ktrisch in Serie schaltbar sind.
2. Lineares Ultraschall-Array, das in Reihe nebeneinander angeordnete Ultraschallwandler enthält, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Sendeultraschallwandler (2) und Empfangsultraschallwandler (4) jeweils quer zu ihrer Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils ein lineares Array (10) bilden und daß die beiden Arrays (10) mit jeweils einer ihrer Schmalseiten derart einander zugewandt sind, daß ihre Flachseiten in einem vorbestimmten Winkel zueinander geneigt sind (Axicon-Prinzip).
3. Lineares Ultraschall-Array nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stapel jeweils auf einem harten Backing angeordnet sind.
4. Lineares Ultraschall-Array nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die piezoelektrischen Kunststoffolien der Sende- und Empfangsultraschallwandler (2 bzw. 4) aus Polyvinyliden-Fluorid PVDF bestehen.
5. Lineares Ultraschall-Array nach Anspruch 1, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen n aktiven Sendeultraschallwandlern (2) n-1 aktive Empfangsultraschallwandler (4) angeordnet sind.