JPH01101800A - Ultrasonic wave transducer in liquid - Google Patents

Ultrasonic wave transducer in liquid

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JPH01101800A
JPH01101800A JP62258266A JP25826687A JPH01101800A JP H01101800 A JPH01101800 A JP H01101800A JP 62258266 A JP62258266 A JP 62258266A JP 25826687 A JP25826687 A JP 25826687A JP H01101800 A JPH01101800 A JP H01101800A
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JP
Japan
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electrode
substrate
liquid
ultrasonic wave
stripe form
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JP62258266A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Toda
耕司 戸田
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Abstract

PURPOSE:To attain electronic scanning of each parallel stripe form electrode and to decrease the insertion loss to a degree capable of processing a signal by arranging the parallel stripe form electrode on one face of a piezoelectric high polymer film. CONSTITUTION:A piezoelectric substrate 1 is made of a piezoelectric high polymer film and a parallel stripe form electrode 2 whose number of electrode fingers N is 20, electrode finger pitch (p) is 100mum, electrode finger width (a) is 80mum, and electrode cross length (b) is 6mm while being excited at a frequency (f) of 12MHz is formed on one side of the substrate 1, an opposite electrode 3 is formed as shown in dotted lines on other side of the substrate 1 and connected to ground. Moreover, the face of the substrate 1 in contact with water is packed by a packing member made of an acrylic resin whose thickness is 2mm and whose acoustic impedance is close to water. Thus, the ultrasonic wave transducer in liquid is excited by applying a high frequency voltage between the parallel stripe form electrode and the opposed electrode while being arranged in a liquid and a longitudinal ultrasonic wave is radiated into the liquid. Thus, the efficient in-liquid ultrasonic wave transducer is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、液中に超音波を送出する超音波トランスデ
ユーサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an ultrasonic transducer that transmits ultrasonic waves into a liquid.

(従来の技術) 従来の液中超音波トランスデユーサは、セラミック等の
硬質の圧電体上の基板にすだれ状電極を形成するものが
あった。
(Prior Art) Some conventional liquid ultrasonic transducers have interdigital electrodes formed on a substrate made of a hard piezoelectric material such as ceramic.

最近、音響インピーダンス等の特性が水や、生体に近い
圧電性のある高分子フィルムとしてポリ弗化ビニリデン
(PVDF)が注目されており、これを用いて効率のよ
い超音波トランスデユーサを作成することが検討されて
いる。しかしながら、収束性を高めるためにレンズ形状
のバッキング材等の処置が必要であり、また、電子走査
が不可能であった。
Recently, polyvinylidene fluoride (PVDF) has been attracting attention as a piezoelectric polymer film with properties such as acoustic impedance that are similar to those of water and living organisms, and it is possible to create efficient ultrasonic transducers using it. This is being considered. However, in order to improve convergence, measures such as a lens-shaped backing material were required, and electronic scanning was not possible.

(発明が解決しようとする問題点) この発明は、このような点に注目して前記のような従来
の欠点を除去した効率のよい液中超音波トランスデユー
サを提供することを目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention focuses on these points and aims to provide an efficient submerged ultrasonic transducer that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks.

(問題点を解決するための手段) この発明による液中超音波トランスデユーサは、 高分子フィルムの基板と、 前記基板の一面上に形成されたすだれ状電極と、 前記基板の他の面に形成された対向電極とを備えている
ことを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) A submerged ultrasonic transducer according to the present invention includes a polymer film substrate, an interdigital electrode formed on one surface of the substrate, and an interdigital electrode formed on the other surface of the substrate. The invention is characterized in that it is equipped with a counter electrode.

(作用) この発明によれば、液体に配置され、前記すだれ状電極
と対向電極との間に高周波の電圧を印加することにより
液中超音波トランスデユーサを励振し、前記液体中に縦
波の超音波を発射する。
(Operation) According to the present invention, a submerged ultrasonic transducer is excited by applying a high frequency voltage between the interdigital electrode and the counter electrode disposed in the liquid, and longitudinal waves are generated in the liquid. Emits ultrasonic waves.

(実施例) 第1図はこの発明の一実施例による液中超音波トランス
デユーサの構造を示す斜視図である。
(Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a submerged ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.

圧電体の基板1は、圧電高分子フィルム(三菱油化(株
)製のLAZ材)からなる。基板1の一面上には、電極
指数N−20、電極指ピッチp”100 Atrn、電
極指幅a−80μm 、電極子交差長b−6mm、f−
12Ml(zで励振されるすだれ状電極2が形成されて
いる。
The piezoelectric substrate 1 is made of a piezoelectric polymer film (LAZ material manufactured by Mitsubishi Yuka Co., Ltd.). On one surface of the substrate 1, electrode index N-20, electrode finger pitch p"100 Atrn, electrode finger width a-80 μm, electrode cross length b-6 mm, f-
An interdigital electrode 2 excited by 12 Ml (z) is formed.

基板1の他の面上には点線で示すように対向電極3が形
成され、接地されている。
A counter electrode 3 is formed on the other surface of the substrate 1 as shown by a dotted line and is grounded.

基板lは、水に接する面が音響インピーダンスが水に近
い厚さ2mmのアクリル樹脂(ρC1=0.321)か
らなるバッキング材(図示なし)によりバッキングされ
ている。基板1とバッキング材との接着にはアクリル用
接着材の2塩化メチレン(図示なし)が使用されている
。バッキング材の特性はその音響特性に大きな影響を与
える。しかし、この場合のバッキング材は、薄い可撓性
のあるアクリル樹脂からなるために、これに剛性を与え
、かつ基板1上の対向電極3の形成面を保護する必要性
があるので、バッキング材を使用するものである。
The surface of the substrate 1 in contact with water is backed by a backing material (not shown) made of acrylic resin (ρC1=0.321) with a thickness of 2 mm and whose acoustic impedance is close to that of water. Methylene dichloride (not shown), which is an adhesive for acrylic, is used to bond the substrate 1 and the backing material. The properties of the backing material have a significant impact on its acoustic properties. However, since the backing material in this case is made of thin and flexible acrylic resin, it is necessary to give it rigidity and protect the surface on which the counter electrode 3 is formed on the substrate 1. is used.

第2図は第1図に示す超音波トランスデユーサを用いた
超音波の送受信システムである。第2図において、関数
発生器4は周波数f−12MHzの出力信号4aを発生
してこの発明の液中超音波トランスデユーサ5を駆動す
るものである。液中超音波トランスデユーサ5は、水槽
6に充満された液体、即ち水7中にY軸を中心にして回
転可能に配置されている。
FIG. 2 shows an ultrasonic transmission/reception system using the ultrasonic transducer shown in FIG. In FIG. 2, a function generator 4 generates an output signal 4a having a frequency of f-12 MHz to drive a submerged ultrasonic transducer 5 of the present invention. The submerged ultrasonic transducer 5 is disposed in a liquid filled in a water tank 6, that is, water 7, so as to be rotatable about the Y axis.

水7中には、液中超音波トランスデユーサ5と同様の構
造を有する液中超音波トランスデユーサ8が、液中超音
波トランスデユーサ5から放射された縦波の超音波5a
を水7を介して受信するように配置されている。液中超
音波トランスデユーサ8には検出装置9が接続されてお
り、その検出出力8aを出力信号4aを遅延した電気信
号として入力し、これを関数発生器4の出力信号4aに
同期して表示するようにしている。
In the water 7, a submerged ultrasonic transducer 8 having a structure similar to that of the submerged ultrasonic transducer 5 is arranged to transmit longitudinal ultrasonic waves 5a emitted from the submerged ultrasonic transducer 5.
is arranged to receive the water via water 7. A detection device 9 is connected to the submerged ultrasonic transducer 8, and its detection output 8a is inputted as an electrical signal obtained by delaying the output signal 4a, and this is displayed in synchronization with the output signal 4a of the function generator 4. I try to do that.

動作において、液中超音波トランスデユーサ5を関数発
生器4の出力信号4aにより励振させ、これより放射さ
れる超音波5aを液中超音波トランスデユーサ8により
検出して検出出力8aを検出装置9に入力したときは、
次のような関係式が成立する。即ち、すだれ状電極2に
より構成される音源が第1図のような矩形の音源群と等
価であるとすると、X−1面内での指向性R(θ)は次
式により表わすことができる。
In operation, the submerged ultrasonic transducer 5 is excited by the output signal 4a of the function generator 4, the ultrasonic wave 5a emitted from this is detected by the submerged ultrasonic transducer 8, and the detected output 8a is sent to the detection device 9. When you enter
The following relational expression holds true. That is, assuming that the sound source constituted by the interdigital electrodes 2 is equivalent to a rectangular sound source group as shown in Fig. 1, the directivity R(θ) in the X-1 plane can be expressed by the following equation. .

波トランスデユーサ5との間の角度、λ1は水3中にお
ける縦波の波長、kは波数(2π/λw)、p/λ、−
0,8である。
the angle between the wave transducer 5, λ1 is the wavelength of the longitudinal wave in the water 3, k is the wave number (2π/λw), p/λ, -
It is 0.8.

一般に、すだれ状電極で構成される音源が同一開口長を
有する矩形音源と同等の指向性を持つためには、 p/λw〈l           (2)の条件を満
足させる必要がある。(2)式の条件下では電極指の影
響がほとんど現われないためにすだれ状電極で構成され
る音源を線音源と等価的に扱って差し支えないことが解
る。
Generally, in order for a sound source composed of interdigital electrodes to have the same directivity as a rectangular sound source with the same aperture length, it is necessary to satisfy the condition p/λw<l (2). It can be seen that under the condition of equation (2), the influence of the electrode fingers hardly appears, so that the sound source composed of interdigital electrodes can be treated equivalently to a line sound source.

第3図は、すだれ状電極2からなる音源を第2図に示す
関数発生器4の出力信号4a(周波数f−12MHz 
)により励振したときに、X−2面内に形成される超音
波5aの指向性パターンを示す。第3図において、Z軸
からの角度は超音波5aの放射角度、距離は超音波4a
の相対振幅(dB)に対応している。
FIG. 3 shows the output signal 4a (frequency f - 12 MHz) of the function generator 4 shown in FIG.
) shows the directivity pattern of the ultrasonic wave 5a formed in the X-2 plane when excited. In Fig. 3, the angle from the Z axis is the radiation angle of the ultrasonic wave 5a, and the distance is the radiation angle of the ultrasonic wave 4a.
It corresponds to the relative amplitude (dB) of .

第4図はこの発明の液中超音波トランスデユーサ5.8
のインピーダンス特性図である。X軸は周波数(MHz
)を示し、Y軸はインピーダンスを示す。
Figure 4 shows the submerged ultrasonic transducer 5.8 of the present invention.
FIG. The X-axis is the frequency (MHz
), and the Y axis shows impedance.

図示のように、13MHz近傍に共振点が存在する。As shown in the figure, a resonance point exists near 13 MHz.

12MHzでの指向性は第3図に示した通りである。こ
れらのことから明らかなように、液中超音波トランスデ
ユーサ5の振動モードは厚み振動であることが理解でき
る。
The directivity at 12 MHz is as shown in FIG. As is clear from these, it can be understood that the vibration mode of the submerged ultrasonic transducer 5 is thickness vibration.

第5図は液中超音波トランスデユーサ5及び8の挿入損
失の周波数特性を示す。X軸は周波数、Y軸は挿入損失
を示す。中心周波数は約12.5MHz 、中心周波数
での挿入損失は送受信全体で約43dBであり、この発
明の液中超音波トランスデユーサ5及び8が超音波撮像
装置等に応用可能であることが解る。・はバッキングあ
り、Oはバッキングなしのデータを示す。 図示のよう
に、中心周波数は約11MHzになり、挿入損失50d
Bでは約4dB増加しているが、帯域幅は5.4MII
zから7.5MHzへ広がっている。このような挿入損
失の増加は、水とアクリルとの間の境界面に存在する音
響的不整合によるものと考えられる。
FIG. 5 shows the frequency characteristics of insertion loss of the submerged ultrasonic transducers 5 and 8. The X-axis shows frequency, and the Y-axis shows insertion loss. The center frequency is about 12.5 MHz, and the insertion loss at the center frequency is about 43 dB for the entire transmission and reception, which shows that the submerged ultrasonic transducers 5 and 8 of the present invention can be applied to ultrasonic imaging devices and the like. * indicates data with backing, and O indicates data without backing. As shown, the center frequency is approximately 11 MHz, and the insertion loss is 50 d.
B has an increase of about 4 dB, but the bandwidth is 5.4 MII
z to 7.5MHz. This increase in insertion loss is believed to be due to the acoustic mismatch that exists at the interface between water and acrylic.

第6図はこの発明の液中超音波トランスデユーサ5.8
にバッキングを設けたとき、及び設けなかったときのパ
ルスの応答特性図である。第6図において、X軸は0.
1 μs/divの時間軸、Y軸は20IIIV/di
vの電圧を示す。また、aはバッキングなしくパルス幅
42ns) 、bはバッキングあり(パルス幅47ns
)の場合をそれぞれ示す。第6図から明らかなように、
バッキングを設けることによりパルス応答が改善されて
いることが解る。
Figure 6 shows a submerged ultrasonic transducer 5.8 of the present invention.
FIG. 4 is a pulse response characteristic diagram when a backing is provided and when a backing is not provided. In FIG. 6, the X axis is 0.
1 μs/div time axis, Y axis is 20IIIV/di
Indicates the voltage of v. Also, a is without backing and pulse width is 42 ns), b is with backing (pulse width is 47 ns)
) are shown below. As is clear from Figure 6,
It can be seen that the pulse response is improved by providing the backing.

(発明の効果) 以上のように、この発明の液中超音波トランスデユーサ
によれば、圧電性の高分子フィルムの一面上にすだれ状
電極を配列したので、挿入損失が信号処理可能な程度に
低くすることができるとともに、各すだれ状電極を電子
的に走査することが可能であり、すだれ状電極を複数の
群に分割することにより、サーキュレータを用いなくと
も同一開口面積での信号の送受信が可能であり、かつ電
極指のそれぞれに位相又は振幅の異なる信号を印加する
ことにより、ビームの収束及び放射方向の制御、サイド
ロープの抑圧等の良好な応答特性が得られるので、超音
波撮像装置への応用が容易となる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the submerged ultrasonic transducer of the present invention, since the interdigital electrodes are arranged on one surface of the piezoelectric polymer film, the insertion loss is reduced to a level that allows signal processing. In addition, each interdigital electrode can be electronically scanned, and by dividing the interdigital electrodes into multiple groups, it is possible to transmit and receive signals with the same aperture area without using a circulator. By applying signals with different phases or amplitudes to each electrode finger, it is possible to obtain good response characteristics such as beam convergence, control of radiation direction, and suppression of side lobes. This makes it easy to apply.

また、この発明によれば、トランスデユーサをアクリル
樹脂により裏打した構造としたので、この裏打の挿入損
失分が増加するが、トランスデユーサとしての加工性、
操作性、保守性等の実用性は向上する効果がある。
Further, according to the present invention, since the transducer is lined with acrylic resin, the insertion loss of this lining increases, but the processability as a transducer is
This has the effect of improving practicality such as operability and maintainability.

【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明による液中超音波トランスデユーサ構
造を示す斜視図、 第2図は第1図に示す液中超音波トランスデユーサを用
いた超音波の送受信システム、 第3図ないし第6図は第1図に示す液中超音波トランス
デユーサの特性図である。 1・・・基板、   2・・・すだれ状電極、3・・・
対向電極。 Zの発明I)看中娼曹l慶トフンステ1−サの凛シ舞図
1すII2I b 部@JLランステに一すの送☆イ亀システム凄ア2 図
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a perspective view showing the structure of a submerged ultrasonic transducer according to the present invention; Fig. 2 is an ultrasonic transmission/reception system using the submerged ultrasonic transducer shown in Fig. 1; 3 to 6 are characteristic diagrams of the submerged ultrasonic transducer shown in FIG. 1. 1... Substrate, 2... Interdigital electrode, 3...
Counter electrode. Z's Invention I) Kenchu Prostitute Cao l Kei Tofunste 1 - Sa's Rinshi Mai Diagram 1 II 2I b Part @JL Ranste Niisu no Sukuri ☆ Ikame System Awesome A 2 Diagram

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)液中に超音波を送出する超音波トランスデューサ
において、 高分子フィルムの基板と、 前記基板の1面上に形成されたすだれ状電極と、 前記基板の他の面に形成された対向電極と を備えていることを特徴とする液中超音波トランスデュ
ーサ。
(1) An ultrasonic transducer that transmits ultrasonic waves into a liquid, which includes a polymer film substrate, an interdigital electrode formed on one surface of the substrate, and a counter electrode formed on the other surface of the substrate. A submerged ultrasonic transducer comprising:
(2)基板はバッキング材により裏打ちされていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の液中超音波ト
ランスデューサ。
(2) The submerged ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the substrate is lined with a backing material.
(3)バッキング材はアクリル樹脂からなることを特徴
とする特許請求の範囲第2項記載の液中超音波トランス
デューサ。
(3) The submerged ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the backing material is made of acrylic resin.
JP62258266A 1987-10-15 1987-10-15 Ultrasonic wave transducer in liquid Pending JPH01101800A (en)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112337901A (en) * 2013-07-22 2021-02-09 艾克维斯塔股份有限公司 System for clearing precipitation from a window

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