EP0166180A1 - Hydrophone - Google Patents

Hydrophone Download PDF

Info

Publication number
EP0166180A1
EP0166180A1 EP85106107A EP85106107A EP0166180A1 EP 0166180 A1 EP0166180 A1 EP 0166180A1 EP 85106107 A EP85106107 A EP 85106107A EP 85106107 A EP85106107 A EP 85106107A EP 0166180 A1 EP0166180 A1 EP 0166180A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
receiving elements
hydrophone according
base body
carrier
hydrophone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP85106107A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0166180B1 (en
Inventor
Bernd Dr. Granz
Bertram Sachs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0166180A1 publication Critical patent/EP0166180A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0166180B1 publication Critical patent/EP0166180B1/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S310/00—Electrical generator or motor structure
    • Y10S310/80—Piezoelectric polymers, e.g. PVDF

Definitions

  • the invention relates to a hydrophone with a flat piezoelectric base body, which contains a linear arrangement of receiving elements with piezoelectrically active areas, to each of which a pattern of metallic electrodes and electrical connecting conductors is assigned on both flat sides.
  • the electrically active area of the base body is polarized in the direction of the thickness of the film and has only a very small extent in the plane of the flat sides of the base body.
  • Such miniature hydrophones are known to measure ultrasonic fields in a sound-carrying medium.
  • a membrane made of polyvinylidene fluoride PVDF or copolymers of vinylidene fluoride with tetrafluoroethylene or also with trifluoroethylene with a thickness of, for example, about 25 ⁇ m can be provided as the base body, which can be stretched as a membrane between two metal rings.
  • the piezoelectrically active area At its center is the piezoelectrically active area, which is provided with electrodes and forms a receiving element.
  • the film can also be stretched at the end of a coaxial cable and its piezoelectrically active region with an extent of approximately 1 mm can be arranged approximately on the tip of a needle.
  • the receiving elements have a diameter of approximately 2 mm and their capacitance is approximately 8 pF.
  • a preamplifier is connected to a cable about 30 cm long. With this arrangement, a sensitivity of approximately 3.2 is obtained. 10 -6 V / Pa (J. Accoust. Soc. Am., Vol. 61, Suppl. No. 1, Spring 1977, pages S 17 and S 18).
  • the invention is now based on the knowledge that the expansion of the receiving elements cannot be limited arbitrarily because metallic electrodes adhere poorly to the polymer film.
  • the sensitivity can only be increased if an electronic amplifier element, preferably a field effect transistor, is assigned to each receiving element, which must be arranged in the immediate vicinity of the receiving element.
  • a connection of an amplifier located relatively far away loads the receiving element by the line capacitance C L and leads to a reduced voltage U in accordance with a capacitance C E of the receiving element and a receiver voltage U E
  • a coaxial cable for example, has a line capacitance of approximately 1 pF / cm, so that, for example, a 30 cm line receives a reduction of the receiver voltage to C E / 30 pF.
  • the impedance at the output of the amplifier has already changed and you can then route a line to other parts of the amplifier. If a larger number of receiving elements are arranged close to one another, then the associated amplifiers must also be arranged in approximately the same grid dimension.
  • the invention is therefore based on the object of improving this known miniature hydrophone, in particular a hydrophone is to be specified with which even unknown ultrasonic fields of greater extent can be measured in a short time and in a simple manner. Furthermore, the usability and sensitivity should be increased.
  • a known ultrasonic transducer arrangement with several transducer elements for absorbing ultrasonic vibrations from a sound-carrying medium contains a film made of polyvinylidene fluoride PVDF as the base body.
  • This base body is provided on one of its flat sides in predetermined piezoelectrically active regions, which each form one of the transducer elements, with an electrode made of electrically conductive material.
  • the film is polarized in the direction of its thickness only in these regions and its electrodes are arranged on one flat side on a base body.
  • This monolithic embodiment of an ultrasonic transducer arrangement forms a broadband receiving array with high sensitivity (DE-OS 31 49 732).
  • the assigned electrical connection conductors must not significantly exceed this thickness. They can be produced in a relatively simple manner in the same operation with the electrodes, for example in a photolithographic process.
  • the surface areas of the top surface and the side surface adjacent to the edge can be provided with a groove which is directed perpendicular to the edge. Within these grooves, at least part of the surface is provided with a metallization, with the aid of which the line connection between the electrodes and the mentioned electrical elements is established, for example, by a solder contact (DE-OS 32 46 661).
  • the invention makes use of these known design features of an ultrasonic transducer arrangement and consists in the characterizing features of claim 1.
  • the extension of the receiving elements in the plane of the flat sides of the base body is generally less than 1 mm and their distance is limited to not much more than one tenths of a millimeter. Since the extension of the assigned amplifiers, preferably hybrid amplifiers, does not significantly exceed these dimensions, this also results in a grid dimension of the linear arrangement of less than 1 mm.
  • This hydrophone has a sensitivity of at least 10 -5 V / Pa. To measure an ultrasonic field, there is only one displacement in one direction required for the linear arrangement of the receiving elements.
  • the distance between the first and last receiving element from the beginning and the end of the carrier body is only about half the distance between the receiving elements.
  • a larger number of modules can thus be arranged in succession in the linear direction of expansion of the receiving elements to form a common structural unit with the same grid dimension, with which ultrasonic fields of greater extent can also be measured in a short time.
  • a receiving element 10 is formed from the piezoelectrically active region 3 indicated by dashed lines in the figure Base body 2, to which an electrode 4 is assigned on its upper flat side and an electrode 5 on its lower flat side, which is fastened on a carrier body 16.
  • the electrode 5 is capacitively coupled to the piezoelectrically active region 3 of the base body 2 by means of an electrically non-conductive adhesive layer 6 with a high dielectric constant.
  • the lower electrode 5 is provided with an electrical connecting conductor 11.
  • a connecting conductor 12 can be seen in the figure from the receiving element adjacent in a linear arrangement of the receiving elements 10.
  • the top surface 15 of the carrier 16 is laterally delimited by two inclined side surfaces 17 and 18, which each form an edge 22 or 23 with the top surface 15.
  • edges 22 and 23 are each provided in the area of the connecting conductors 11 and 12 with a groove 24 and 25, respectively, which are directed perpendicular to the edge 22 and 23 and the inner surfaces of which are each at least partially covered with a metallization not shown in the figure are provided.
  • the metallization in the groove 24 serves, for example, as an electrical connection, preferably for soldering, of a connecting conductor 26 for an amplifier 32 assigned to the receiving element 10 and arranged on a substrate 33.
  • An associated connecting conductor 27 and an amplifier 36 which is arranged in the same way on a substrate 37, can be seen in the figure from the adjacent receiving element (not shown in the figure).
  • the base body 2 of the receiving element 10 consists of a film of a polymer, preferably polyvinylidene fluoride PVDF, or also a copolymer of vinylidene fluoride with tetrafluoroethylene or with trifluoroethylene, with a thickness of, for example, about 25 ⁇ m, which is in the direction of its piezoelectrically active region 3 is polarized in thickness.
  • the associated electrodes 4 and 5 consist of metal, the thickness of which preferably does not exceed a few ⁇ m and in particular can be significantly less than 1 pm.
  • Chromium / silver or also chromium / gold is preferably suitable, in which the chromium layer with a thickness of, for example, approximately 20 nm serves as an adhesion promoter, on which a silver layer of approximately 0.2 ⁇ m is then deposited.
  • the electrode 5 can expediently be applied, in particular vapor-deposited or sputtered, to the carrier body 16 in a common working step with its associated connecting conductor 11.
  • the electrode 5 is indirectly attached to the base body 2 with the aid of the adhesive layer 6, which consists of an electrically insulating material with a high dielectric constant and can preferably be an adhesive or kit layer.
  • the carrier 16, the so-called backing can preferably consist of a material with high acoustic impedance.
  • Ceramic preferably aluminum oxide Al 2 0 39 , whose sound impedance is approximately 40 ⁇ 10 6 kg / m 2 s, is suitable for this embodiment as so-called hard backing. Furthermore, glass or quartz with a sound impedance of 14 x 1 0 6 k g / m 2 s is also suitable. A soft backing can also be provided as the carrier 16, which absorbs the ultrasound itself and can be made of rubber, for example. A received ultrasound signal is then capacitively coupled in a frequency range of approximately 1 to at least 10 MHz in the transducer element 10 from the lower flat side of the active region 3 to the electrode 5 and fed to the associated amplifier 32 via the connecting conductors 11 and 26.
  • Hybrid amplifiers which are preferably mounted on a substrate 33, preferably one, are suitable as amplifiers 32 Thin film substrate are arranged. These hybrid amplifiers have a heterogeneous structure.
  • the resistors can preferably be constructed using thin-film technology, while the associated transistors are glued on as transistor chips and their electrically conductive connections are bonded.
  • the receiving element 10 is coupled via an ultrasound coupling medium 38 to a cover film 39, which can consist, for example, of a polymer and can serve as an end wall on the front side of a chamber in which the structural unit shown is arranged.
  • an electrode 4 common to all receiving elements 10 is provided on the upper flat side of the common base body 2 for a plurality of receiving elements 10, which are indicated by dashed lines in the figure.
  • the base body 2 with the adhesive layer 6 is shown for clarity at a certain distance from the lower electrodes 5, which are arranged one behind the other in the linear direction of expansion of a module not shown in the figure, for example 16 receiving elements 10.
  • a grid dimension of the receiving elements 10 of 0.8 mm is obtained, so that the entire length L of the module is approximately 12 mm. This results in a capacitance CE of the receiving elements 10 of approximately 1.6 pF at a frequency of 2 MHz, for example.
  • the receiving elements 10 can be fed arranged amplifier 32 and 36 alternately on one of the side surfaces 17 and 18 of the carrier 16 respectively.
  • the length of the electrical line connection between the electrode 5 and the associated amplifier 32, which is formed from the connecting conductors 11 and 26, which are connected to one another by means of the metallization within the groove 22, is very short and can be, for example, only about 1 mm and is also the same for all receiving elements 10.
  • the sensitivity of the system of receiving element 10 and amplifier 32 bw. 36 is therefore homogeneous and very high.
  • the low internal capacitance of the hybrid amplifiers of, for example, ewa 2 pF and a high input impedance of, for example, approximately 100 kS1, as well as approximately 20 times the amplification and a small channel width of approximately 1.6 mm, as well as a high bandwidth of approximately 15 MHz and low noise of approximately 8 nV / ⁇ Hz a sensitivity of about 10 -5 V / Pa is obtained with a hydrophone with 16 receiving transducers 10 and a 25 ⁇ m thick base body 2.
  • the amplifiers 32 are provided with the aid of metallized areas 42 on the surface of the substrate 33 with electrical signal lines 43 which can lead to further components of the amplifiers 32.
  • a module with a multiplicity of receiving elements 10 is arranged in a chamber 40, which is closed on its end face by the cover film 39, which is coupled via the ultrasound coupling medium 38 to the receiving element 10, which is arranged on the carrier 16 is.
  • This carrier 16 consists of a hard backing, at the end facing away from the receiving element 10 an absorber 46 is provided, which for example consists of Can consist of epoxy resin, which is provided with additives, which can for example consist of aluminum oxide powder.
  • the end of the carrier 16 is pointed so that the proportion of an ultrasonic wave that has penetrated into the carrier 16 is reflected by the interface between the absorber 46 and the carrier 16.
  • the walls of chamber 40 are generally made of metal.
  • the cover sheet 39 is made of a high strength material that is impermeable to water. For example, it can consist of polyethylene or polyurethane and polyimide with a thickness of about 25 ⁇ m.
  • the cover film 39 is provided with a metal pad 41, which is used for shielding.
  • the chamber 40 can contain components belonging to these amplifiers 32 and 36, for example resistors and capacitors, for each row of the amplifiers 32 and 36. which are indicated in the figure as a common component for the sake of simplicity and denoted by 52 and 56 respectively.
  • These components 52 and 56 are each arranged with a multiplexer 44 and 45 common to all amplifiers 32 and 36, the output signals of which can be discharged with a common signal line 48, on a circuit board (not shown).
  • the signal line 48 can preferably be designed as a multiple cable, which contains both the power supply for all components of the hydrophone and the addressing.
  • the ultrasound coupling medium 38 merely has the task of preventing an air layer between the receiving element 10 and the cover film 39.
  • a layer of a water-containing gel or of silicone grease, for example, is suitable as the ultrasound coupling medium 38, the thickness of which generally does not substantially exceed a few ⁇ m and can be, for example, 5 ⁇ m.
  • the base body 2 of the receiving elements 10 is provided as a cover film for the chamber 40.
  • the adhesive layer 6 also forms an electrical coupling medium for the electrode 5, which is attached to the carrier 16.
  • the metallic cover 4 also serves as a ground electrode for the receiving elements 10.

Abstract

Das Miniatur-Hydrophon enthält eine piezoelektrische Folie als Grundkörper (2) mit einer linearen Anordnung einer Vielzahl von Empfangselementen (10). Erfindungsgemäß sind die Elektroden (5) einer der Flachseiten auf einer Deckfläche (15) des Trägers (16) angeordnet und mittels einer Haftschicht (6) kapazitiv an den Grundkörper (2) angekoppelt. Den Empfangselementen (10) ist jeweils ein Verstärker (32) zugeordnet, die mit gleichlangen Zuleitungen (11, 26 bzw. 12, 27) an einer Seitenfläche eines Trägers (16) befestigt sind. Die elektrische Leitungsverbindung zwischen Empfangselement (10) und zugeordnetem Verstärker (32) erfolgt in einer Nut (24). Mehrere solcher Module können eine Baueinheit in Reihenanordnung mit dem gleichen Rastermaß der Empfangselemente (10) bilden. Da alle Zuleitungen (11, 26; 12, 27) zu den Verstärkern (32, 36) sehr kurz und gleich lang sind, ist die Empfindlichkeit des Systems aus Empfangselement (10) und Verstärker (32 bzw. 36) homogen und sehr hoch.The miniature hydrophone contains a piezoelectric film as the base body (2) with a linear arrangement of a plurality of receiving elements (10). According to the invention, the electrodes (5) of one of the flat sides are arranged on a top surface (15) of the carrier (16) and capacitively coupled to the base body (2) by means of an adhesive layer (6). An amplifier (32) is assigned to each of the receiving elements (10), which are fastened to a side surface of a carrier (16) with feed lines (11, 26 or 12, 27) of equal length. The electrical line connection between the receiving element (10) and the associated amplifier (32) takes place in a groove (24). Several such modules can form a structural unit in a row arrangement with the same pitch of the receiving elements (10). Since all feed lines (11, 26; 12, 27) to the amplifiers (32, 36) are very short and of the same length, the sensitivity of the system comprising the receiving element (10) and amplifier (32 or 36) is homogeneous and very high.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrophon mit einem flachen piezoelektrischen Grundkörper, der eine lineare Anordnung von Empfangselementen mit piezoelektrisch aktiven Bereichen enthält, denen an beiden Flachseiten jeweils ein Muster von metallischen Elektroden und elektrischen Anschlußleitern zugeordnet ist. Der elektrisch aktive Bereich des Grundkörpers ist in Richtung der Dicke der Folie polarisiert und hat in der Ebene der Flachseiten des Grundkörpers nur eine sehr geringe Ausdehnung.The invention relates to a hydrophone with a flat piezoelectric base body, which contains a linear arrangement of receiving elements with piezoelectrically active areas, to each of which a pattern of metallic electrodes and electrical connecting conductors is assigned on both flat sides. The electrically active area of the base body is polarized in the direction of the thickness of the film and has only a very small extent in the plane of the flat sides of the base body.

Solche Miniatur-Hydrophone dienen bekanntlich zum Vermessen von Ultraschallfeldern in einem schalltragenden Medium. Als Grundkörper kann eine Membrane aus Polyvinylidenfluorid PVDF oder Copolymeren von Vinylidenfluorid mit Tetrafluorethylen oder auch mit Trifluorethylen mit einer Dicke von beispielsweise etwa 25 um vorgesehen sein, die als Membrane zwischen zwei Ringen aus Metall aufgespannt sein kann. In ihrem Mittelpunkt befindet sich der piezoelektrisch aktive Bereich, der mit Elektroden versehen ist und ein Empfangselement bildet. Die Folie kann ferner am Ende eines Koaxialkabels aufgespannt und ihr piezoelektrisch aktiver Bereich mit einer Ausdehnung von etwa 1 mm etwa auf der Spitze einer Nadel angeordnet sein. Mit dieser Nadelausführung erhält man eine Empfindlichkeit von etwa 6,3 x 10-8 V/Pa (Ultrasonics, Sept. 1981, 213 bis 216). Die Abtastung von Ultraschallfeldern größerer Ausdehnung mit einer derartigen Sonde, die nur ein einziges Empfangselement enthält, erfordert jedoch einen verhältnismäßig großen zeitlichen Aufwand.Such miniature hydrophones are known to measure ultrasonic fields in a sound-carrying medium. A membrane made of polyvinylidene fluoride PVDF or copolymers of vinylidene fluoride with tetrafluoroethylene or also with trifluoroethylene with a thickness of, for example, about 25 μm can be provided as the base body, which can be stretched as a membrane between two metal rings. At its center is the piezoelectrically active area, which is provided with electrodes and forms a receiving element. The film can also be stretched at the end of a coaxial cable and its piezoelectrically active region with an extent of approximately 1 mm can be arranged approximately on the tip of a needle. With this needle design, a sensitivity of approximately 6.3 x 10 -8 V / Pa is obtained (Ultrasonics, Sept. 1981, 213 to 216). However, the scanning of ultrasonic fields of a larger extent with such a probe, which contains only a single receiving element, requires a ver relatively large expenditure of time.

Man hat eine als Grundkörper vorgesehene Folie aus Polyvinylidenfluorid PVDF auch schon mit einer linearen Anordnung einer größeren Anzahl von piezoelektrisch aktiven Bereichen versehen, denen ein Muster von Elektroden und Zuleitungen zugeordnet ist, die im allgemeinen aus Metall bestehen. Diese Muster sind an beiden Flachseiten der Folie durch Aufdampfen befestigt. Die Empfangselemente haben einen Durchmesser von etwa 2 mm und ihre Kapazität beträgt etwa 8 pF. Ein Vorverstärker ist an ein Kabel mit etwa 30 cm Länge angeschlossen. Mit dieser Anordnung erhält man eine Empfindlichkeit von etwa 3,2 . 10-6 V/Pa (J. Accoust. Soc. Am., Vol. 61, Suppl. No. l, Spring 1977, Seiten S 17 und S 18).A film made of polyvinylidene fluoride PVDF, which is provided as the base body, has also already been provided with a linear arrangement of a larger number of piezoelectrically active regions, to which a pattern of electrodes and supply lines is assigned, which generally consist of metal. These patterns are attached to both flat sides of the film by vapor deposition. The receiving elements have a diameter of approximately 2 mm and their capacitance is approximately 8 pF. A preamplifier is connected to a cable about 30 cm long. With this arrangement, a sensitivity of approximately 3.2 is obtained. 10 -6 V / Pa (J. Accoust. Soc. Am., Vol. 61, Suppl. No. 1, Spring 1977, pages S 17 and S 18).

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß die Ausdehnung der Empfangselemente nicht beliebig begrenzt werden kann, weil metallische Elektroden an der Polymer-Folie schlecht haften. Außerdem kann die Empfindlichkeit nur erhöht werden, wenn jedem Empfangselement ein elektronisches Verstärkerelement, vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, zugeordnet ist, das in unmittelbarer Nähe des Empfangselements angeordnet sein muß. Ein Anschluß eines verhältnismäßig weit entfernt liegenden Verstärkers belastet durch die Leitungskapazität CL das Empfangselement und führt mit einer Kapazität CE des Empfangselementes und einer Empfängerspannung UE zu einer verminderten Spannung U gemäß

Figure imgb0001
The invention is now based on the knowledge that the expansion of the receiving elements cannot be limited arbitrarily because metallic electrodes adhere poorly to the polymer film. In addition, the sensitivity can only be increased if an electronic amplifier element, preferably a field effect transistor, is assigned to each receiving element, which must be arranged in the immediate vicinity of the receiving element. A connection of an amplifier located relatively far away loads the receiving element by the line capacitance C L and leads to a reduced voltage U in accordance with a capacitance C E of the receiving element and a receiver voltage U E
Figure imgb0001

Ein Koaxialkabel hat beispielsweise eine Leitungskapazität von etwa 1 pF/cm, so daß man beispielsweise bei einer 30 cm Leitung eine Reduktion der Empfängerspannung auf CE/30 pF erhält. Dagegen ist am Ausgang des Verstärkers die Impedanz bereits gewandelt und man kann dann eine Leitung zu weiteren Teilen des Verstärkers führen. Ist eine größere Anzahl von Empfangselementen dicht nebeneinander angeordnet, so muß man auch die zugehörigen Verstärker im annähernd gleichen Rastermaß anordnen.A coaxial cable, for example, has a line capacitance of approximately 1 pF / cm, so that, for example, a 30 cm line receives a reduction of the receiver voltage to C E / 30 pF. On the other hand, the impedance at the output of the amplifier has already changed and you can then route a line to other parts of the amplifier. If a larger number of receiving elements are arranged close to one another, then the associated amplifiers must also be arranged in approximately the same grid dimension.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Miniatur-Hydrophon zu verbessern, insbesondere soll ein Hydrophon angegeben werden, mit dem auch unbekannte Ultraschallfelder größerer Ausdehnung in kurzer Zeit und in einfacher Weise gemessen werden können. Ferner soll die Brauchbarkeit und die Empfindlichkeit erhöht werden.The invention is therefore based on the object of improving this known miniature hydrophone, in particular a hydrophone is to be specified with which even unknown ultrasonic fields of greater extent can be measured in a short time and in a simple manner. Furthermore, the usability and sensitivity should be increased.

Eine bekannte Ultraschallwandleranordnung mit mehreren Wandlerelementen zur Aufnahme von Ultraschallschwingungen aus einem schalltragenden Medium enthält als Grundkörper eine Folie aus Polyvinylidenfluorid PVDF. Dieser Grundkörper ist an einer seiner Flachseiten in vorbestimmten piezoelektrisch wirksamen Bereichen, die jeweils eines der Wandlerelemente bilden, jeweils mit einer Elektrode aus elektrisch leitendem Material versehen. Die Folie ist nur in diesen Bereichen in Richtung ihrer Dicke polarisiert und mit ihren Elektroden der einen Flachseite auf einem Grundkörper angeordnet. Diese monolithische Ausführungsform einer Ultraschallwandleranordnung bildet ein breitbandiges Empfangsarray mit hoher Empfindlichkeit (DE-OS 31 49 732).A known ultrasonic transducer arrangement with several transducer elements for absorbing ultrasonic vibrations from a sound-carrying medium contains a film made of polyvinylidene fluoride PVDF as the base body. This base body is provided on one of its flat sides in predetermined piezoelectrically active regions, which each form one of the transducer elements, with an electrode made of electrically conductive material. The film is polarized in the direction of its thickness only in these regions and its electrodes are arranged on one flat side on a base body. This monolithic embodiment of an ultrasonic transducer arrangement forms a broadband receiving array with high sensitivity (DE-OS 31 49 732).

Die Dicke der Elektroden, die vorzugsweise auf einer Deckfläche des Trägerskörpers befestigt, beispielsweise aufgedampft, werden, wird im allgemeinen wenige um nicht wesentlich überschreiten und vorzugsweise wesentlich weniger als 1 um betragen. Somit dürfen auch die zugeordneten elektrischen Verbindungsleiter diese Dicke nicht wesentlich überschreiten. Sie können auf verhältnismäßig einfache Weise im gleichen Arbeitsgang mit den Elektroden, beispielsweise in einem photolithographischen Prozeß, hergestellt werden. Es ist jedoch schwierig, diese Verbindungsleiter um eine Kante des Trägerkörpers herumzuführen, wenn diese Leiter mit elektrischen Elementen verbunden werden sollen, die an einem Oberflächenteil des Trägers angeordnet sind, der mit der Deckfläche eine Kante bildet. Man kann in diesem Falle die der Kante benachbarten Oberflächenbereiche der Deckfläche und der Seitenfläche mit einer Nut versehen, die senkrecht zur Kante gerichtet ist. Innerhalb dieser Nuten wird wenigstens ein Teil der Oberfläche mit einer Metallisierung versehen, mit deren Hilfe die Leitungsverbindung zwischen den Elektroden und den erwähnten elektrischen Elementen beispielsweise durch einen Lötkontakt hergestellt wird (DE-OS 32 46 661).The thickness of the electrodes, which are preferably attached, for example vapor-deposited, on a top surface of the carrier body, generally becomes a few μm not significantly exceed and preferably be significantly less than 1 µm. Thus, the assigned electrical connection conductors must not significantly exceed this thickness. They can be produced in a relatively simple manner in the same operation with the electrodes, for example in a photolithographic process. However, it is difficult to route these connecting conductors around an edge of the carrier body if these conductors are to be connected to electrical elements which are arranged on a surface part of the carrier which forms an edge with the top surface. In this case, the surface areas of the top surface and the side surface adjacent to the edge can be provided with a groove which is directed perpendicular to the edge. Within these grooves, at least part of the surface is provided with a metallization, with the aid of which the line connection between the electrodes and the mentioned electrical elements is established, for example, by a solder contact (DE-OS 32 46 661).

Die Erfindung macht Gebrauch von diesen bekannten Gestaltungsmerkmalen einer Ultraschallwandleranordnung und sie besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Die Ausdehnung der Empfangselemente in der Ebene der Flachseiten des Grundkörpers beträgt im allgemeinen weniger als 1 mm und ihr Abstand ist begrenzt auf nicht wesentlich mehr als ein zehntel Millimeter. Da auch die Ausdehnung der zugeordneten Verstärker, vorzugsweise Hybridverstärker, diese Maße nicht wesentlich überschreitet, ergibt sich daraus auch ein Rastermaß der linearen Anordnung von weniger als 1 mm. Dieses Hydrophon hat eine Empfindlichkeit von mindestens 10-5 V/Pa. Zum Vermessen eines Ultraschallfeldes ist nur noch eine Verschiebung in einer Richtung quer zur linearen Anordnung der Empfangselemente erforderlich. In einer besonderen Ausführungsform des Hydrophons beträgt der Abstand des ersten und letzten Empfangselements vom Anfang bzw. dem Ende des Trägerkörpers nur jeweils etwa die Hälfte des Abstands der Empfangselemente untereinander. Man kann somit eine größere Anzahl von Modulen in der linearen Ausdehnungsrichtung der Empfangselemente zu einer gemeinsamen Baueinheit mit dem gleichen Rastermaß hintereinander anordnen, mit der auch Ultraschallfelder größerer Ausdehnung in kurzer Zeit vermessen werden können.The invention makes use of these known design features of an ultrasonic transducer arrangement and consists in the characterizing features of claim 1. The extension of the receiving elements in the plane of the flat sides of the base body is generally less than 1 mm and their distance is limited to not much more than one tenths of a millimeter. Since the extension of the assigned amplifiers, preferably hybrid amplifiers, does not significantly exceed these dimensions, this also results in a grid dimension of the linear arrangement of less than 1 mm. This hydrophone has a sensitivity of at least 10 -5 V / Pa. To measure an ultrasonic field, there is only one displacement in one direction required for the linear arrangement of the receiving elements. In a special embodiment of the hydrophone, the distance between the first and last receiving element from the beginning and the end of the carrier body is only about half the distance between the receiving elements. A larger number of modules can thus be arranged in succession in the linear direction of expansion of the receiving elements to form a common structural unit with the same grid dimension, with which ultrasonic fields of greater extent can also be measured in a short time.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Hydrophons ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the hydrophone result from the subclaims.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der verschiedene Ausführungsformen eines Hydrophons nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which various embodiments of a hydrophone according to the invention are illustrated schematically.

  • In Figur 1 ist ein Teil einer Seitenansicht des Hydrophons dargestellt.FIG. 1 shows part of a side view of the hydrophone.
  • Figur 2 zeigt einen Teil des Hydrophons in perspektivischer Darstellung.Figure 2 shows a part of the hydrophone in perspective.
  • In Figur 3 ist die Anordnung eines Hydrophons mit den zugeordneten elektrischen Elementen in einer gemeinsamen Kammer in einem Schnitt veranschaulicht.In Figure 3, the arrangement of a hydrophone with the associated electrical elements in a common chamber is illustrated in a section.
  • Figur 4 zeigt eine besondere Ausführungsformen der Empfangselemente und ihre Ankopplung an die Abdeckfolie der Kammer.Figure 4 shows a special embodiment of the receiving elements and their coupling to the cover film of the chamber.

In der Ausführungsform nach Figur 1 wird ein Empfangselement 10 gebildet aus dem in der Figur gestrichelt angedeuteten piezoelektrisch aktiven Bereich 3 eines Grundkörpers 2, dem an seiner oberen Flachseite eine Elektrode 4 und an seiner unteren Flachseite eine Elektrode 5 zugeordnet ist, die auf einem Trägerkörper 16 befestigt ist. Die Elektrode 5 ist mittels einer elektrisch nicht leitenden Haftschicht 6 mit einer hohen Dielektrizitätskonstante an den piezoelektrisch aktiven Bereich 3 des Grundkörpers 2 kapazitiv angekoppelt. Die untere Elektrode 5 ist mit einem elektrischen Anschlußleiter 11 versehen. Von dem in einer linearen Anordnung der Empfangselemente 10 benachbarten Empfangselement ist in der Figur ein Anschlußleiter 12 sichtbar. Die Deckfläche 15 des Trägers 16 wird seitlich begrenzt von zwei schrägen Seitenflächen 17 bzw. 18, die mit der Deckfläche 15 jeweils eine Kante 22 bzw. 23 bilden. Diese Kanten 22 und 23 sind im Bereich der Anschlußleiter 11 bzw. 12 jeweils mit einer Nut 24 bzw. 25 versehen, die senkrecht zu der Kante 22 bzw. 23 gerichtet sind und deren innere Oberflächen jeweils mindestens teilweise mit einer in der Figur nicht dargestellten Metallisierung versehen sind. Die Metallisierung in der Nut 24 dient beispielsweise als elektrische Verbindung, vorzugsweise zum Verlöten, eines Anschlußleiters 26 für einen dem Empfangselement 10 zugeordneten Verstärker 32, der auf einem Substrat 33 angeordnet ist. Von dem in der Figur nicht dargestellten benachbarten Empfangselement ist ein zugeordneter Verbindungsleiter 27 und ein Verstärker 36, der in gleicher Weise auf einem Substrat 37 angeordnet ist, in der Figur sichtbar.In the embodiment according to FIG. 1, a receiving element 10 is formed from the piezoelectrically active region 3 indicated by dashed lines in the figure Base body 2, to which an electrode 4 is assigned on its upper flat side and an electrode 5 on its lower flat side, which is fastened on a carrier body 16. The electrode 5 is capacitively coupled to the piezoelectrically active region 3 of the base body 2 by means of an electrically non-conductive adhesive layer 6 with a high dielectric constant. The lower electrode 5 is provided with an electrical connecting conductor 11. A connecting conductor 12 can be seen in the figure from the receiving element adjacent in a linear arrangement of the receiving elements 10. The top surface 15 of the carrier 16 is laterally delimited by two inclined side surfaces 17 and 18, which each form an edge 22 or 23 with the top surface 15. These edges 22 and 23 are each provided in the area of the connecting conductors 11 and 12 with a groove 24 and 25, respectively, which are directed perpendicular to the edge 22 and 23 and the inner surfaces of which are each at least partially covered with a metallization not shown in the figure are provided. The metallization in the groove 24 serves, for example, as an electrical connection, preferably for soldering, of a connecting conductor 26 for an amplifier 32 assigned to the receiving element 10 and arranged on a substrate 33. An associated connecting conductor 27 and an amplifier 36, which is arranged in the same way on a substrate 37, can be seen in the figure from the adjacent receiving element (not shown in the figure).

Der Grundkörper 2 des Empfangselements 10 besteht aus einer Folie eines Polymers, vorzugsweise Polyvinylidenfluorid PVDF, oder auch einem Copolymer von Vinylidenfluorid mit Tetrafluorethylen oder mit Trifluorethylen, mit einer Dicke von beispielsweise etwa 25 pm, die in ihrem piezoelektrisch aktiven Bereich 3 in Richtung ihrer Dicke polarisiert ist. Die zugeordneten Elektroden 4 und 5 bestehen aus Metall, dessen Dicke vorzugsweise wenige um nicht überschreitet und insbesondere wesentlich geringer als 1 pm sein kann. Vorzugsweise geeignet ist Chrom/Silber oder auch Chrom/Gold, bei dem die Chromschicht mit einer Dicke von beispielsweise etwa 20 nm als Haftvermittler dient, auf dem dann eine Silberschicht von etwa 0,2 um abgeschieden wird. Die Elektrode 5 kann zweckmäßig in einem gemeinsamen Arbeitsgang mit ihrem zugeordneten Anschlußleiter 11 auf den Trägerkörper 16 aufgebracht, insbesondere aufgedampft oder aufgesputtert, sein. Die Elektrode 5 ist mit Hilfe der Haftschicht 6, die aus einem elektrisch isolierenden Material mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht und vorzugsweise eine Kleber- oder Kittschicht sein kann, mittelbar am Grundkörper 2 befestigt. Der Träger 16, das sogenannte Backing, kann vorzugsweise aus einem Material mit hoher akustischer Impedanz bestehen. Zu dieser Ausführungsform als sogenanntes Hard-Backing ist beispielsweise Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid Al2039 geeignet, dessen Schallimpedanz etwa 40 x 106 kg/m2s beträgt. Ferner ist auch Glas oder Quarz mit einer Schallimpedanz von 14 x 10 6 kg/m2s geeignet. Als Träger 16 kann auch ein weiches Backing vorgesehen sein, das den Ultraschall selbst absorbiert und beispielsweise aus Gummi bestehen kann. Ein empfangenes Ultraschallsignal wird dann in einem Frequenzbereich von etwa 1 bis wenigstens 10 MHz im Wandlerelement 10 von der unteren Flachseite des aktiven Bereichs 3 zur Elektrode 5 kapazitiv übergekoppelt und über die Anschlußleiter 11 und 26 dem zugeordneten Verstärker 32 zugeführt.The base body 2 of the receiving element 10 consists of a film of a polymer, preferably polyvinylidene fluoride PVDF, or also a copolymer of vinylidene fluoride with tetrafluoroethylene or with trifluoroethylene, with a thickness of, for example, about 25 μm, which is in the direction of its piezoelectrically active region 3 is polarized in thickness. The associated electrodes 4 and 5 consist of metal, the thickness of which preferably does not exceed a few μm and in particular can be significantly less than 1 pm. Chromium / silver or also chromium / gold is preferably suitable, in which the chromium layer with a thickness of, for example, approximately 20 nm serves as an adhesion promoter, on which a silver layer of approximately 0.2 μm is then deposited. The electrode 5 can expediently be applied, in particular vapor-deposited or sputtered, to the carrier body 16 in a common working step with its associated connecting conductor 11. The electrode 5 is indirectly attached to the base body 2 with the aid of the adhesive layer 6, which consists of an electrically insulating material with a high dielectric constant and can preferably be an adhesive or kit layer. The carrier 16, the so-called backing, can preferably consist of a material with high acoustic impedance. Ceramic, preferably aluminum oxide Al 2 0 39 , whose sound impedance is approximately 40 × 10 6 kg / m 2 s, is suitable for this embodiment as so-called hard backing. Furthermore, glass or quartz with a sound impedance of 14 x 1 0 6 k g / m 2 s is also suitable. A soft backing can also be provided as the carrier 16, which absorbs the ultrasound itself and can be made of rubber, for example. A received ultrasound signal is then capacitively coupled in a frequency range of approximately 1 to at least 10 MHz in the transducer element 10 from the lower flat side of the active region 3 to the electrode 5 and fed to the associated amplifier 32 via the connecting conductors 11 and 26.

Als Verstärker 32 sind vorzugsweise Hybridverstärker geeignet, die auf einem Substrat 33, vorzugsweise einem Dünnfilmsubstrat, angeordnet sind. Diese Hybridverstärker haben einen heterogenen Aufbau. Die Widerstände können vorzugsweise in Dünnfilmtechnik aufgebaut sein, während die zugehörigen Transistoren als Transistorchips aufgeklebt und ihre elektrisch leitenden Verbindungen gebondet werden.Hybrid amplifiers which are preferably mounted on a substrate 33, preferably one, are suitable as amplifiers 32 Thin film substrate are arranged. These hybrid amplifiers have a heterogeneous structure. The resistors can preferably be constructed using thin-film technology, while the associated transistors are glued on as transistor chips and their electrically conductive connections are bonded.

Das Empfangselement 10 ist über ein Ultraschallkoppelmedium 38 an eine Abdeckfolie 39 angekoppelt, die beispielsweise aus einem Polymer bestehen kann und als Abschlußwand der Frontseite einer Kammer dienen kann, in der die dargestellte Baueinheit angeordnet ist.The receiving element 10 is coupled via an ultrasound coupling medium 38 to a cover film 39, which can consist, for example, of a polymer and can serve as an end wall on the front side of a chamber in which the structural unit shown is arranged.

Entsprechend der perspektivischen Darstellung nach Figur 2 ist für eine Vielzahl von Empfangselementen 10, die in der Figur gestrichelt angedeutet sind, an der oberen Flachseite des gemeinsamen Grundkörpers 2 eine für alle Empfangselemente 10 gemeinsame Elektrode 4 vorgesehen. Der Grundkörper 2 mit der Haftschicht 6 ist zur Verdeutlichung in einem gewissen Abstand von den unteren Elektroden 5 dargestellt, die in der linearen Ausdehnungsrichtung eines in der Figur nicht näher bezeichneten Moduls mit beispielsweise 16 Empfangselementen 10 hintereinander angeordnet sind. Beispielsweise erhält man mit einer Länge 1 = 0,8 mm und einer Breite b = 0,7 mm sowie einem Abstand a = 0,1 mm der Elektroden 5 ein Rastermaß der Empfangselemente 10 von 0,8 mm, so daß die gesamte Länge L des Moduls etwa 12 mm beträgt. Damit erhält man bei einer Frequenz von beispielsweise 2 MHz eine Kapazität CE der Empfangselemente 10 von etwa 1,6 pF.According to the perspective illustration according to FIG. 2, an electrode 4 common to all receiving elements 10 is provided on the upper flat side of the common base body 2 for a plurality of receiving elements 10, which are indicated by dashed lines in the figure. The base body 2 with the adhesive layer 6 is shown for clarity at a certain distance from the lower electrodes 5, which are arranged one behind the other in the linear direction of expansion of a module not shown in the figure, for example 16 receiving elements 10. For example, with a length 1 = 0.8 mm and a width b = 0.7 mm and a distance a = 0.1 mm of the electrodes 5, a grid dimension of the receiving elements 10 of 0.8 mm is obtained, so that the entire length L of the module is approximately 12 mm. This results in a capacitance CE of the receiving elements 10 of approximately 1.6 pF at a frequency of 2 MHz, for example.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Hydrophons können die den Empfangselementen 10 zugeordneten Verstärker 32 bzw. 36 jeweils abwechselnd auf einer der Seitenflächen 17 bzw. 18 des Trägers 16 angeordnet sein. Die Länge der elektrischen Leitungsverbindung zwischen der Elektrode 5 und dem zugeordneten Verstärker 32, die aus den Anschlußleitern 11 und 26 gebildet wird, die mit Hilfe der Metallisierung innerhalb der Nut 22 miteinander verbunden sind, ist sehr kurz und kann beispielsweise nur etwa 1 mm betragen und ist außerdem für alle Empfangselemente 10 gleich. Die Empfindlichkeit des Systems aus Empfangselement 10 und Verstärker 32 bw. 36 ist somit homogen und sehr hoch. Mit der geringen Eigenkapazität der Hybridverstärker von beispielsweise ewa 2 pF und einer hohen Eingangsimpedanz von beispielsweise etwa 100 kS1 sowie einer etwa 20fachen Verstärkung und einer geringen Kanalbreite von etwa 1,6 mm sowie einer hohen Bandbreite von etwa 15 MHz und geringem Rauschen von etwa 8 nV/√Hz erhält man bei einem Hydrophon mit 16 Empfangswandlern 10 und einem 25 um dicken Grundkörper 2 eine Empfindlichkeit von etwa 10-5 V/Pa.In a particularly advantageous embodiment of the hydrophone, the receiving elements 10 can be fed arranged amplifier 32 and 36 alternately on one of the side surfaces 17 and 18 of the carrier 16 respectively. The length of the electrical line connection between the electrode 5 and the associated amplifier 32, which is formed from the connecting conductors 11 and 26, which are connected to one another by means of the metallization within the groove 22, is very short and can be, for example, only about 1 mm and is also the same for all receiving elements 10. The sensitivity of the system of receiving element 10 and amplifier 32 bw. 36 is therefore homogeneous and very high. With the low internal capacitance of the hybrid amplifiers of, for example, ewa 2 pF and a high input impedance of, for example, approximately 100 kS1, as well as approximately 20 times the amplification and a small channel width of approximately 1.6 mm, as well as a high bandwidth of approximately 15 MHz and low noise of approximately 8 nV / √Hz a sensitivity of about 10 -5 V / Pa is obtained with a hydrophone with 16 receiving transducers 10 and a 25 µm thick base body 2.

Die Verstärker 32 sind mit Hilfe metallisierter Bereiche 42 an der Oberfläche des Substrats 33 mit elektrischen Signalleitungen 43 versehen, die zu weiteren Bauelementen der Verstärker 32 führen können.The amplifiers 32 are provided with the aid of metallized areas 42 on the surface of the substrate 33 with electrical signal lines 43 which can lead to further components of the amplifiers 32.

In der Ausführungsform nach Figur 3 ist ein Modul mit einer Vielzahl von Empfangselementen 10 in einer Kammer 40 angeordnet, die an ihrer Stirnseite durch die Abdeckfolie 39 abgeschlossen ist, die über das Ultraschallkoppelmedium 38 an das Empfangselement 10 angekoppelt ist, das auf dem Träger 16 angeordnet ist. Dieser Träger 16 besteht aus einem harten Backing, an dessen dem Empfangselement 10 abgewandten Ende ein Absorber 46 vorgesehen ist, der beispielsweise aus Epoxidharz bestehen kann, das mit Zuschlägen versehen ist, die beispielsweise aus Aluminiumoxidpulver bestehen können. Das Ende des Trägers 16 ist spitz ausgebildet, damit der von der Grenzfläche zwischen Absorber 46 und Träger 16 reflektierte Anteil einer in den Träger 16 eingedrungenen Ultraschallwelle vermindert wird. Die Wände der Kammer 40 bestehen im allgemeinen aus Metall. Die Abdeckfolie 39 besteht aus einem Material mit hoher Festigkeit, das wasserundurchlässig ist. Sie kann beispielsweise aus Polyethylen oder Polyurethan sowie Polyimid mit einer Dicke von etwa 25 um bestehen.In the embodiment according to FIG. 3, a module with a multiplicity of receiving elements 10 is arranged in a chamber 40, which is closed on its end face by the cover film 39, which is coupled via the ultrasound coupling medium 38 to the receiving element 10, which is arranged on the carrier 16 is. This carrier 16 consists of a hard backing, at the end facing away from the receiving element 10 an absorber 46 is provided, which for example consists of Can consist of epoxy resin, which is provided with additives, which can for example consist of aluminum oxide powder. The end of the carrier 16 is pointed so that the proportion of an ultrasonic wave that has penetrated into the carrier 16 is reflected by the interface between the absorber 46 and the carrier 16. The walls of chamber 40 are generally made of metal. The cover sheet 39 is made of a high strength material that is impermeable to water. For example, it can consist of polyethylene or polyurethane and polyimide with a thickness of about 25 µm.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Hydrophons ist die Abdeckfolie 39 mit einer Metallauflage 41 versehen, die zur Abschirmung dient. Außer den Empfangselementen 10 sowie deren zugeordneten Verstärkern 32 und 36, deren elektrische Verbindungsleiter zur Vereinfachung nicht dargestellt sind, kann die Kammer 40 für jede Reihe der Verstärker 32 und 36 noch zu diesen Verstärkern 32 und 36 gehörende Bauelemente, beispielsweise Widerstände und Kondensatoren, enthalten, die in der Figur zur Vereinfachung als gemeinsames Bauteil angedeutet und mit 52 bzw. 56 bezeichnet sind. Diese Bauteile 52 und 56 sind jeweils mit einem für alle Verstärker 32 bzw. 36 gemeinsamen Multiplexer 44 bzw. 45, deren Ausgangssignale mit einer gemeinsamen Signalleitung 48 abgeführt werden können, auf einer nicht näher bezeichneten Leiterplatte angeordnet. Die Signalleitung 48 kann vorzugsweise als Mehrfachkabel ausgeführt sein, das sowohl die Stromversorgung für alle Bauteile des Hydrophons als auch die Adressierung enthält.In a particularly advantageous embodiment of the hydrophone, the cover film 39 is provided with a metal pad 41, which is used for shielding. In addition to the receiving elements 10 and their associated amplifiers 32 and 36, the electrical connection conductors of which are not shown for the sake of simplicity, the chamber 40 can contain components belonging to these amplifiers 32 and 36, for example resistors and capacitors, for each row of the amplifiers 32 and 36. which are indicated in the figure as a common component for the sake of simplicity and denoted by 52 and 56 respectively. These components 52 and 56 are each arranged with a multiplexer 44 and 45 common to all amplifiers 32 and 36, the output signals of which can be discharged with a common signal line 48, on a circuit board (not shown). The signal line 48 can preferably be designed as a multiple cable, which contains both the power supply for all components of the hydrophone and the addressing.

Das Ultraschallkoppelmedium 38 hat lediglich die Aufgabe, eine Luftschicht zwischen dem Empfangselement 10 und der Abdeckfolie 39 zu verhindern. Als Ultraschall- koppelmedium 38 ist beispielsweise eine Schicht aus einem wasserhaltigen Gel oder aus Silikonfett geeignet, deren Dicke im allgemeinen wenige pm nicht wesentlich überschreitet und beispielsweise 5 µm betragen kann.The ultrasound coupling medium 38 merely has the task of preventing an air layer between the receiving element 10 and the cover film 39. A layer of a water-containing gel or of silicone grease, for example, is suitable as the ultrasound coupling medium 38, the thickness of which generally does not substantially exceed a few μm and can be, for example, 5 μm.

In der Ausführungsform eines Hydrophons nach Figur 4 ist der Grundkörper 2 der Empfangselemente 10 als Abdeckfolie für die Kammer 40 vorgesehen. Die Haftschicht 6 bildet zugleich ein elektrisches Koppelmedium für die Elektrode 5, die auf dem Träger 16 befestigt ist. In dieser Ausführungsform dient die metallische Abdeckung 4 zugleich als Masseelektrode für die Empfangselemente 10.In the embodiment of a hydrophone according to FIG. 4, the base body 2 of the receiving elements 10 is provided as a cover film for the chamber 40. The adhesive layer 6 also forms an electrical coupling medium for the electrode 5, which is attached to the carrier 16. In this embodiment, the metallic cover 4 also serves as a ground electrode for the receiving elements 10.

Claims (14)

1. Hydrophon mit einem flachen piezoelektrischen Grundkörper (2), der eine lineare Anordnung von Empfangselementen (10) mit piezoelektrisch aktiven Bereichen (3) enthält, denen an beiden Flachseiten jeweils ein Muster von metallischen Elektroden (4, 5) und elektrischen Anschlußleitern (14, 15) zugeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Gestaltungsmerkmale: Die Elektroden (5) einer der Flachseiten des Grundkörpers (2) sind auf einer flachen Deckfläche (15) eines mechanischen Trägers (16) angeordnet und mittels einer gemeinsamen elektrisch nicht leitenden, als elektrisches Koppelmedium dienenden Haftschicht (6) kapazitiv an die zugeordneten aktiven Bereiche (3) des Grundkörpers (2) angekoppelt, und den Empfangselementen (10) ist jeweils ein Verstärker (32, 36) zugeordnet, diese Verstärker (32,36) sind mit wenigstens annähernd gleichlangen Zuleitungen (11, 26 bzw. 12, 27) an wenigstens einer der Seitenflächen (17 bzw. 18) des Trägers (16) befestigt und die der Kante (22 bzw. 23) benachbarten Oberflächenbereiche der Deckfläche (15) und der Seitenflächen (17 bzw. 18) des Trägers (16) sind im Bereich der Anschlußleiter (11 bzw. 12)) jeweils mit einer senkrecht zur Kante (22, 23) verlaufenden Nut (24 bzw. 25) versehen und mindestens ein Teil der Oberfläche innerhalb der Nut (24, 25) ist mit einer Metallisierung versehen, die sowohl mit der Elektrode 5 des zugeordneten Empfangselements (10) als auch mit dem zugeordneten Verstärker (32 bzw. 36) verbunden ist.1. hydrophone with a flat piezoelectric base body (2), which contains a linear arrangement of receiving elements (10) with piezoelectrically active areas (3), each of which has a pattern of metallic electrodes (4, 5) and electrical connecting conductors (14 , 15), characterized by the following design features: The electrodes (5) of one of the flat sides of the base body (2) are arranged on a flat cover surface (15) of a mechanical support (16) and by means of a common electrically non-conductive, as an electrical coupling medium serving adhesive layer (6) capacitively coupled to the assigned active areas (3) of the base body (2), and each of the receiving elements (10) is assigned an amplifier (32, 36), these amplifiers (32, 36) are of at least approximately the same length Feed lines (11, 26 or 12, 27) are attached to at least one of the side surfaces (17 or 18) of the carrier (16) and adjoin the edge (22 or 23) Beard surface areas of the top surface (15) and the side surfaces (17 and 18) of the carrier (16) are each in the area of the connecting conductors (11 and 12)) with a groove (24 or 25) and at least part of the surface within the groove (24, 25) is provided with a metallization which is connected both to the electrode 5 of the associated receiving element (10) and to the associated amplifier (32 or 36). 2. Hydrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Module mit dem gleichen Rastermaß der Empfangselemente (10) vorgesehen sind, deren Anfang und Ende der Empfangselemente (10) so gestaltet sind, daß bei einer Reihenanordnung dieser Module das Rastermaß erhalten bleibt.2. A hydrophone according to claim 1, characterized in that a plurality of modules with the same pitch of the receiving elements (10) are provided, the beginning and end of the receiving elements (10) are designed so that the pitch is retained in a row arrangement of these modules. 3. Hydrophon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hybridverstärker (32) vorgesehen sind.3. Hydrophone according to claim 1 or 2, characterized in that hybrid amplifiers (32) are provided. 4. Hydrophon nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Dualgate-MOS FETs als aktive Elemente der Hybridverstärker (32, 36) vorgesehen sind.4. Hydrophone according to claim 3, characterized in that dual gate MOS FETs are provided as active elements of the hybrid amplifier (32, 36). 5. Hydrophon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dulgate-MOS FETs mit ihren Ableitwiderständen auf einem gemeinsamen Substrat (33 bzw. 37) angeordnet sind, das an einer Seitenfläche (17 bzw. 18) des Trägers (16) befestigt ist.5. Hydrophone according to claim 4, characterized in that the Dulgate MOS FETs are arranged with their bleeder resistors on a common substrate (33 or 37) which is attached to a side surface (17 or 18) of the carrier (16). 6. Hydrophon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dünnfilmsubstrat vorgesehen ist.6. A hydrophone according to claim 5, characterized in that a thin film substrate is provided. 7. Hydrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein hartes Backing mit wesentlich höherer Schallimpedanz als die Schallimpedanz des schalltragenden Mediums als Träger (16) vorgesehen ist, auf dessen dem Grundkörper (2) abgewandten Oberfläche ein Absorber (42) angeordnet ist.7. A hydrophone according to one of claims 1 to 6, characterized in that a hard backing with a substantially higher sound impedance than the sound impedance of the sound-carrying medium is provided as a carrier (16), on the surface of which faces away from the base body (2) an absorber (42) is arranged. 8. Hydrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiches Backing mit wenigstens annähernd der gleichen Schallimpedanz wie das schalltragende Medium als Träger (16) vorgesehen ist.8. Hydrophone according to one of claims 1 to 7, characterized in that a soft backing with at least approximately the same sound impedance as the sound-carrying medium is provided as a carrier (16). 9. Hydrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Anordnung in einer Kammer (40), die auch eine Stromversorgung sowie mindestens einen Multiplexer (44, 46) enthält.9. Hydrophone according to one of claims 1 to 8, characterized by the arrangement in a chamber (40) which also contains a power supply and at least one multiplexer (44, 46). 10. Hydrophon nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontseite der Kammer (40) durch eine Abdeckfolie (39) abgeschlossen ist, deren Dicke wesentlich geringer ist als die Wellenlänge des zu messenden Ultraschallfeldes.10. A hydrophone according to claim 9, characterized in that the front of the chamber (40) is closed by a cover film (39), the thickness of which is substantially less than the wavelength of the ultrasonic field to be measured. 11. Hydrophon nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abdeckfolie (39) und den Empfangselementen (10) ein Ultraschall-Koppelmedium (38) vorgesehen ist.11. A hydrophone according to claim 10, characterized in that an ultrasonic coupling medium (38) is provided between the cover film (39) and the receiving elements (10). 12. Hydrophon nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckfolie (39) auf ihrer von den Empfangselementen (10) abgewandten Flachseite mit einer Schutzschicht (41) aus elektrisch leitendem Material versehen ist.12. A hydrophone according to claim 10 or 11, characterized in that the cover film (39) is provided on its flat side facing away from the receiving elements (10) with a protective layer (41) made of electrically conductive material. 13. Hydrophon nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) der Empfangselemente (10) als Abdeckfolie vorgesehen ist.13. A hydrophone according to claim 10, characterized in that the base body (2) of the receiving elements (10) is provided as a cover film. 14. Hydrophon nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) auf der vom Träger (16) abgewandten Flachseite mit einer Metallschicht versehen ist, die eine Elektrode (4) bildet und als gemeinsame Masseelektrode für die Empfangselemente (10) vorgesehen ist.14. A hydrophone according to claim 13, characterized in that the base body (2) on the flat side facing away from the carrier (16) is provided with a metal layer which forms an electrode (4) and is provided as a common ground electrode for the receiving elements (10) .
EP85106107A 1984-05-30 1985-05-17 Hydrophone Expired EP0166180B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3420273 1984-05-30
DE3420273 1984-05-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0166180A1 true EP0166180A1 (en) 1986-01-02
EP0166180B1 EP0166180B1 (en) 1989-02-01

Family

ID=6237290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP85106107A Expired EP0166180B1 (en) 1984-05-30 1985-05-17 Hydrophone

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4755708A (en)
EP (1) EP0166180B1 (en)
JP (1) JPS60261293A (en)
DE (1) DE3568093D1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107876919A (en) * 2017-11-09 2018-04-06 北京海纳川汽车部件股份有限公司 The manufacture method and piston of piston
CN113405645A (en) * 2021-06-08 2021-09-17 哈尔滨工程大学 Hydrostatic pressure resistant optical fiber hydrophone based on piston

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2635247B1 (en) * 1988-08-05 1990-10-19 Thomson Csf PIEZOELECTRIC TRANSDUCER FOR GENERATING VOLUME WAVES
FR2664119B1 (en) * 1990-06-29 1993-06-11 Inst Francais Du Petrole INTEGRATED SYSTEM FOR RECEIVING LONG LENGTH ACOUSTIC WAVES.
GB9126082D0 (en) * 1991-12-06 1992-02-05 Nat Res Dev Acoustic non-destructive testing
US5744898A (en) * 1992-05-14 1998-04-28 Duke University Ultrasound transducer array with transmitter/receiver integrated circuitry
US5311095A (en) * 1992-05-14 1994-05-10 Duke University Ultrasonic transducer array
US5329496A (en) * 1992-10-16 1994-07-12 Duke University Two-dimensional array ultrasonic transducers
WO1996003777A1 (en) * 1994-07-22 1996-02-08 Loral Infrared & Imaging Systems, Inc. Ultrasound imaging array
GB9502999D0 (en) * 1995-02-16 1995-04-05 Precision Acoustics Ltd Ultrasound detector
US5855049A (en) * 1996-10-28 1999-01-05 Microsound Systems, Inc. Method of producing an ultrasound transducer
US10330810B2 (en) 2014-11-17 2019-06-25 Halliburton Energy Services, Inc. Hydrophone having no internal leads
JP2022551418A (en) * 2019-09-23 2022-12-09 フジフィルム ソノサイト インコーポレイテッド MEMBRANE-TYPE HYDROPHONE FOR HIGH FREQUENCY ULTRASOUND AND METHOD FOR MANUFACTURING HYDROPHONE

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1530783A (en) * 1976-01-30 1978-11-01 Emi Ltd Ultra-sonic pickup device
GB2052918A (en) * 1979-06-22 1981-01-28 Consiglio Nazionale Ricerche Piezoelectric transducers
FR2485857A1 (en) * 1980-06-25 1981-12-31 Commissariat Energie Atomique MULTI-ELEMENTS ULTRASONIC PROBE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
DE3149732A1 (en) * 1981-12-15 1983-07-21 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Ultrasonic transducer arrangement

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5825450B2 (en) * 1978-11-15 1983-05-27 三菱油化株式会社 Biological transducer
EP0019267B1 (en) * 1979-05-16 1984-08-22 Toray Industries, Inc. Piezoelectric vibration transducer
US4517665A (en) * 1980-11-24 1985-05-14 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services Acoustically transparent hydrophone probe
FR2531298B1 (en) * 1982-07-30 1986-06-27 Thomson Csf HALF-WAVE TYPE TRANSDUCER WITH PIEZOELECTRIC POLYMER ELEMENT
DE3246661A1 (en) * 1982-12-16 1984-06-20 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Method for producing electrical connecting leads leading around an outer edge
US4555953A (en) * 1984-04-16 1985-12-03 Paolo Dario Composite, multifunctional tactile sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1530783A (en) * 1976-01-30 1978-11-01 Emi Ltd Ultra-sonic pickup device
GB2052918A (en) * 1979-06-22 1981-01-28 Consiglio Nazionale Ricerche Piezoelectric transducers
FR2485857A1 (en) * 1980-06-25 1981-12-31 Commissariat Energie Atomique MULTI-ELEMENTS ULTRASONIC PROBE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
DE3149732A1 (en) * 1981-12-15 1983-07-21 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Ultrasonic transducer arrangement

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENTS ABSTRACTS OF JAPAN, Band 5, Nr. 113 (E-66)(785), 22. Juli 1981; & JP - A - 56 51 194 (MATSUSHITA DENKI SANGYO K.K.) 08.05.1981 *
PATENTS ABSTRACTS OF JAPAN, Band 6, Nr. 32 (E-96)(910), 26. Februar 1982; & JP - A - 56 152 400 (MATSUSHITA DENKI SANGYO K.K.) 25.11.1981 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107876919A (en) * 2017-11-09 2018-04-06 北京海纳川汽车部件股份有限公司 The manufacture method and piston of piston
CN113405645A (en) * 2021-06-08 2021-09-17 哈尔滨工程大学 Hydrostatic pressure resistant optical fiber hydrophone based on piston
CN113405645B (en) * 2021-06-08 2022-09-27 哈尔滨工程大学 Hydrostatic pressure resistant optical fiber hydrophone based on piston

Also Published As

Publication number Publication date
EP0166180B1 (en) 1989-02-01
US4755708A (en) 1988-07-05
DE3568093D1 (en) 1989-03-09
JPS60261293A (en) 1985-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4010294C2 (en)
EP0025092B1 (en) Ultrasonic transducer assembly and process for its production
DE60215512T2 (en) Micro-machined ultrasonic transducer assembly
EP0166180B1 (en) Hydrophone
DE112007002645T5 (en) ultrasound probe
EP1744837B1 (en) Ultrasound transducer and method for producing the same
DE3611669A1 (en) ULTRASONIC CONVERTER
DE3733776A1 (en) ULTRASONIC PROBE
EP0017216A2 (en) Ultrasonic transducer
DE3224026C2 (en)
EP0118837B1 (en) Ultrasonic transducer
DE3149732C2 (en)
DE4325028A1 (en) Ultrasonic transducer device with a one- or two-dimensional array of transducer elements
DE112008001849B4 (en) An ultrasonic transducer, an ultrasonic diagnostic apparatus using the same, and an ultrasonic defect inspection apparatus using the same
DE3124562A1 (en) MULTI-ELEMENTAL ULTRASONIC PROBE AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION
DE10047942B4 (en) Sensor array, method for producing a sensor array and use of a sensor array
EP1145772B1 (en) Ultrasound transducer and method for manufacturing an ultrasound transducer
DE102008032519A1 (en) Ultrasonic sensor and method for its production
EP0472085B1 (en) Ultrasound transducer
DE3019410A1 (en) Ultrasound transducer for medical diagnostics or material testing - has numerous transducing elements and contacting simplified by using metal coated plastics foil for contacting
EP0160821B1 (en) Apparatus for reading a two-dimensional charge image using an array
DE3419256C2 (en) Electroacoustic transducer device
EP4107543A1 (en) Waterborne sound transducer
EP0086531B1 (en) Apparatus for ultrasonic investigation
DE2838288A1 (en) Piezoelectric oscillator with printed circuit - has piezoelectric plate glued to board section and so coupled with circuit, that it carries out flexural oscillations

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): DE NL

17P Request for examination filed

Effective date: 19860128

17Q First examination report despatched

Effective date: 19870720

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE NL

REF Corresponds to:

Ref document number: 3568093

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19890309

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 19890531

Year of fee payment: 5

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 19890726

Year of fee payment: 5

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Effective date: 19901201

NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Effective date: 19910201