JPH0117320B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0117320B2 JPH0117320B2 JP10477781A JP10477781A JPH0117320B2 JP H0117320 B2 JPH0117320 B2 JP H0117320B2 JP 10477781 A JP10477781 A JP 10477781A JP 10477781 A JP10477781 A JP 10477781A JP H0117320 B2 JPH0117320 B2 JP H0117320B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acoustic
- wavelength
- piezoelectric vibrator
- matching layer
- acoustic matching
- 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.)
- Expired
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 239000010721 machine oil Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、広い広帯域特性が得られる超音波探
触子の改良に関する。
触子の改良に関する。
超音波による音響媒質（物体）の測定技術は、
金属探傷や医療診断等の分野で盛んに利用されて
いる。
金属探傷や医療診断等の分野で盛んに利用されて
いる。
このような超音波測定技術では、超音波探触子
から超音波パルスを発射し、音響媒質からの反射
パルスの受信によるパルスエコー法が広く用いら
れている。
から超音波パルスを発射し、音響媒質からの反射
パルスの受信によるパルスエコー法が広く用いら
れている。
パルスエコー法では、一般に1/4波長音響整合
方式によつて広帯域化を図るものである。
方式によつて広帯域化を図るものである。
即ち、第１図の従来の超音波探触子断面図に示
す様に、ダンパー材１上に設けられる圧電振動子
２と、超音波を放射しようとする音響媒質４との
間に、1/4波長の音響整合層３を介在させるもの
である。音響整合層３は圧電振動子２に取付けら
れ且つその厚みは前述の如く音響整合層中の超音
波の波長の1/4に定められる。
す様に、ダンパー材１上に設けられる圧電振動子
２と、超音波を放射しようとする音響媒質４との
間に、1/4波長の音響整合層３を介在させるもの
である。音響整合層３は圧電振動子２に取付けら
れ且つその厚みは前述の如く音響整合層中の超音
波の波長の1/4に定められる。
しかし、この方法では、圧電振動子２の音響イ
ンピーダンスZ0と音響媒質４の音響インピーダン
スZMの値によつて、1/4波長音響整合層３の音響
インピーダンスZ01の選択範囲が限られてしまい、
このため一層の整合層で得られる帯域幅に制限が
あり広帯域が得られない。
ンピーダンスZ0と音響媒質４の音響インピーダン
スZMの値によつて、1/4波長音響整合層３の音響
インピーダンスZ01の選択範囲が限られてしまい、
このため一層の整合層で得られる帯域幅に制限が
あり広帯域が得られない。
このため、更に広帯域が必要な場合には、音響
整合層を２層、３層等と多層の整合層を必要と
し、製造を難しくするものであつた。
整合層を２層、３層等と多層の整合層を必要と
し、製造を難しくするものであつた。
更に、金属探傷の場合の様に、音響媒質４の音
響インピーダンスZMが、圧電振動子２の音響イ
ンピーダンスZ0よりも大きい場合、即ちZM＞Z0
の場合、1/4波長音響整合理論に従えば、音響整
合層３の音響インピーダンスZ01は次の関係を持
つ。
響インピーダンスZMが、圧電振動子２の音響イ
ンピーダンスZ0よりも大きい場合、即ちZM＞Z0
の場合、1/4波長音響整合理論に従えば、音響整
合層３の音響インピーダンスZ01は次の関係を持
つ。
即ち、圧電振動子２と音響整合層３との間のイ
ンピーダンスの関係は、Z01＞Z0であり、又音響
整合層３と音響媒質４との間のインピーダンスの
関係は、ZM＞Z01とするものである。
ンピーダンスの関係は、Z01＞Z0であり、又音響
整合層３と音響媒質４との間のインピーダンスの
関係は、ZM＞Z01とするものである。
このようなインピーダンス関係にあることか
ら、圧電振動子２側から見た２つの境界面におけ
る反射率γ1，γ2はいずれも負になつてしまう。
ら、圧電振動子２側から見た２つの境界面におけ
る反射率γ1，γ2はいずれも負になつてしまう。
即ち、γ1＝（Z0−Z01）／（Z0＋Z01）
であるが、Z0＜Z01であるので、γ1＜０となる。
又、γ2＝（Z01−Zn）／（Z01＋Zn）
であるがZ01＜Znであるので、γ2＜０となる。
一般に、反射率が正である方が好ましく、反射
率が負であると位相反転等が生じ悪影響をもたら
す。
率が負であると位相反転等が生じ悪影響をもたら
す。
このため、金属探傷等の音響媒質４の音響イン
ピーダンスが圧電振動子２の音響インピーダンス
より大きい場合には、1/4波長整合理論を導入し
ても広帯域化が図れないという問題があつた。
ピーダンスが圧電振動子２の音響インピーダンス
より大きい場合には、1/4波長整合理論を導入し
ても広帯域化が図れないという問題があつた。
本発明の目的は、容易に広帯域化が可能で、し
かも簡単な構成で達成しうる超音波探触子の提供
にある。
かも簡単な構成で達成しうる超音波探触子の提供
にある。
本発明の他の目的は、金属探傷等において広帯
域化を可能とする超音波探触子の提供にある。
域化を可能とする超音波探触子の提供にある。
本発明の別の目的は、広帯域特性の形状を簡単
な構成で種々変化しうる超音波探触子の提供にあ
る。
な構成で種々変化しうる超音波探触子の提供にあ
る。
以下、本発明を図面に従い詳細に説明する。
第２図は本発明の一実施例断面図を示し、第３
図は本発明による送受波利得対周波数特性図であ
る。
図は本発明による送受波利得対周波数特性図であ
る。
図中、１はダンパー、２は圧電セラミツクス、
例えばPZT等、からなる圧電振動子でダンパー
１上に接着等により取付けられる。４は測定され
るべき音響媒質で、６は音響整合層で、本発明で
は1/6波長以下の厚みｄを有する。５は充填層で、
圧電振動子２及び音響整合層６より音響インピー
ダンスが低く構成されており、広帯域特性の変化
のために設けられる。７は水、油、グリセリン等
の音響カツプリング材である。
例えばPZT等、からなる圧電振動子でダンパー
１上に接着等により取付けられる。４は測定され
るべき音響媒質で、６は音響整合層で、本発明で
は1/6波長以下の厚みｄを有する。５は充填層で、
圧電振動子２及び音響整合層６より音響インピー
ダンスが低く構成されており、広帯域特性の変化
のために設けられる。７は水、油、グリセリン等
の音響カツプリング材である。
以下、本発明の作用効果について説明する。
例えば、音響媒質４が水、圧電振動子２が
PZTの場合には各々の音響インピーダンスはほ
ぼ次の如くなる。
PZTの場合には各々の音響インピーダンスはほ
ぼ次の如くなる。
Z0＝33.5×106Kg／m2Ｓ
ZM＝1.5×106Kg／m2Ｓ
この時、1/4波長の音響整合層３を一層とし、
音響インピーダンスZ01が４×106Kg／m2Ｓ乃至５
×106Kg／m2Ｓよりも大となると、探触子にかか
る送信電圧Viと受信時探触子の開放出力電圧V0
との間の送受波利得、即ち20log（V0／Ji）（dB）、
は周波数に対し、第３図の記号ａの如く双峰特性
を呈する。更に音響インピーダンスZ01が大とな
ると、双峰特性の山と谷の差は更に大きくなる。
音響インピーダンスZ01が４×106Kg／m2Ｓ乃至５
×106Kg／m2Ｓよりも大となると、探触子にかか
る送信電圧Viと受信時探触子の開放出力電圧V0
との間の送受波利得、即ち20log（V0／Ji）（dB）、
は周波数に対し、第３図の記号ａの如く双峰特性
を呈する。更に音響インピーダンスZ01が大とな
ると、双峰特性の山と谷の差は更に大きくなる。
この山と谷の比を許容される一定の値に決めれ
ば、帯域が一意的に定まる。
ば、帯域が一意的に定まる。
即ち、従来の1/4波長整合理論では、広帯域化
に限界があることを示している。
に限界があることを示している。
一方、本発明の如く、音響整合層６の厚みｄを
１／４波長よりも小さくしていくと、第３図の記号
ｂ，Ｃの如く山と谷の差が小さくなるとともに、
帯域も広がることがわかつた。
１／４波長よりも小さくしていくと、第３図の記号
ｂ，Ｃの如く山と谷の差が小さくなるとともに、
帯域も広がることがわかつた。
即ち、以下の様な構造の探触子で、音響整合層
６の厚みｄを種々変化せしめて実験を行つた。
６の厚みｄを種々変化せしめて実験を行つた。
圧電振動子２：PZT
（Z0≒33.5×106Kg／m2Ｓ） 音響整合層６：鋼（Z01≒45×106Kg／m2Ｓ） 厚み20μｍ ダンパー１：音響インピーダンスZB ≒10×106Kg／m2Ｓ 尚、充填層５は設けず、音響整合層６はエポキ
シ樹脂で圧電振動子２に接着した。
（Z0≒33.5×106Kg／m2Ｓ） 音響整合層６：鋼（Z01≒45×106Kg／m2Ｓ） 厚み20μｍ ダンパー１：音響インピーダンスZB ≒10×106Kg／m2Ｓ 尚、充填層５は設けず、音響整合層６はエポキ
シ樹脂で圧電振動子２に接着した。
係る構造探触子を音響媒質４としての鋼に対し
約30μｍのマシーン油の音響カツプリング材７を
介し接触させ、超音波を放射した。この時音響整
合層６の厚みｄを1/4波長（従来の構成）、1/
６波長、1/10波長とした時の送受波利得を各々
測定した。
約30μｍのマシーン油の音響カツプリング材７を
介し接触させ、超音波を放射した。この時音響整
合層６の厚みｄを1/4波長（従来の構成）、1/
６波長、1/10波長とした時の送受波利得を各々
測定した。
その結果第３図に示すように、1/4波長の場合
は曲線ａ、1/6波長の場合には曲線ｂ、1/10波長
の場合には曲線ｃが得られた。
は曲線ａ、1/6波長の場合には曲線ｂ、1/10波長
の場合には曲線ｃが得られた。
即ち、1/6波長の場合（曲線ｂ）は1/4波長の場
合（曲線ａ）に比し、山谷の差が半分近く減少
し、且つ帯域は倍となつていることがわかる。
又、1/10波長の場合（曲線ｃ）は山谷の差が殆ん
どなく、しかも帯域も曲線ａの2.5倍と広がつて
いることがわかる。
合（曲線ａ）に比し、山谷の差が半分近く減少
し、且つ帯域は倍となつていることがわかる。
又、1/10波長の場合（曲線ｃ）は山谷の差が殆ん
どなく、しかも帯域も曲線ａの2.5倍と広がつて
いることがわかる。
これは、音響媒質４を水、人体等に変えても同
様の特性を示すことを確認した。
様の特性を示すことを確認した。
このことから、少なくとも音響整合層６の厚み
ｄを1/6波長以下とすると山谷差の少ない広帯域
特性が得られることが理解されよう。
ｄを1/6波長以下とすると山谷差の少ない広帯域
特性が得られることが理解されよう。
更に、前述の実験例の如く、音響媒質４が金属
の如く、圧電振動子２の音響インピーダンスより
大きくても、充分音響整合が保たれることもわか
つた。
の如く、圧電振動子２の音響インピーダンスより
大きくても、充分音響整合が保たれることもわか
つた。
又、第２図の如く圧電振動子２と音響整合層６
との間に充填層５を設ける。充填層５の音響イン
ピーダンスを圧電振動子２と音響整合層６のそれ
よりも小さくする。
との間に充填層５を設ける。充填層５の音響イン
ピーダンスを圧電振動子２と音響整合層６のそれ
よりも小さくする。
この充填層５によつて前述の広帯域特性の形状
を変化せしめることが可能で、要求に合わせて所
望の特性を与えることが可能である。
を変化せしめることが可能で、要求に合わせて所
望の特性を与えることが可能である。
以上説明した様に、本発明によれば、音響整合
層６の厚みを1/6波長以下にすることにより、山
谷の差が少なく且つ帯域の広い特性が容易に得ら
れ、探触子の広帯域化が図れるとともに、係る探
触子を容易に製造出来るという工業上極めて有用
な効果を奏する。
層６の厚みを1/6波長以下にすることにより、山
谷の差が少なく且つ帯域の広い特性が容易に得ら
れ、探触子の広帯域化が図れるとともに、係る探
触子を容易に製造出来るという工業上極めて有用
な効果を奏する。
しかも、低音響インピーダンスの充填層を圧電
振動子と音響整合層間に設けることにより、特性
を種々に変更しうるため探触子の設計が容易とな
る。
振動子と音響整合層間に設けることにより、特性
を種々に変更しうるため探触子の設計が容易とな
る。
第１図は従来の超音波探触子断面図、第２図は
本発明の一実施例断面図、第３図は本発明による
特性説明図である。 図中の記号は以下を示す。１…ダンパー材、２
…圧電振動子、３，６…音響整合層、４…音響媒
質、５…充填層、７…音響カツプリング材。
本発明の一実施例断面図、第３図は本発明による
特性説明図である。 図中の記号は以下を示す。１…ダンパー材、２
…圧電振動子、３，６…音響整合層、４…音響媒
質、５…充填層、７…音響カツプリング材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ダンパー上に設けられる圧電振動子と、該圧
電振動子の音響媒質側に設けられる1/6波長以下
の厚みの音響整合板とを備えることを特徴とする
超音波探触子。 ２ ダンパー上に設けられる圧電振動子と、該圧
電振動子の音響媒質側に設けられる1/6波長以下
の厚みの音響整合板と、該圧電振動子と該整合板
間に設けられる該振動子及び整合板よりも音響イ
ンピーダンスの小さい層とを備えることを特徴と
する超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10477781A JPS586461A (ja) | 1981-07-04 | 1981-07-04 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10477781A JPS586461A (ja) | 1981-07-04 | 1981-07-04 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS586461A JPS586461A (ja) | 1983-01-14 |
| JPH0117320B2 true JPH0117320B2 (ja) | 1989-03-29 |
Family
ID=14389902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10477781A Granted JPS586461A (ja) | 1981-07-04 | 1981-07-04 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS586461A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6030298A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-15 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 超音波送受波器 |
| JPS61194999A (ja) * | 1985-02-23 | 1986-08-29 | Terumo Corp | 超音波探触子 |
| JP4685129B2 (ja) * | 2008-05-12 | 2011-05-18 | Ｊｆｅシビル株式会社 | 非破壊探傷方法とその装置 |
-
1981
- 1981-07-04 JP JP10477781A patent/JPS586461A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS586461A (ja) | 1983-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4992989A (en) | Ultrasound probe for medical imaging system | |
| JP3321172B2 (ja) | 広帯域多周波音響トランスデューサ | |
| US6049159A (en) | Wideband acoustic transducer | |
| JPS6084099A (ja) | 超音波トランスジユ−サ | |
| EP0193048B1 (en) | Ultrasonic transducer | |
| CN110680390A (zh) | 超声换能器及超声换能器的制备方法 | |
| JPH03133300A (ja) | 複合圧電型超音波探触子 | |
| JPH0117320B2 (ja) | ||
| JP3327497B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH0448039B2 (ja) | ||
| JPH0453160B2 (ja) | ||
| JPS61296899A (ja) | 超音波振動子 | |
| JP2554477B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH0211078B2 (ja) | ||
| Toda | High sensitivity and wideband design for impedance matching layer between protection metal and piezoelectric layer of ultrasonic transducers | |
| JP3281719B2 (ja) | 超音波探触子及びその製造方法 | |
| JPS58106457A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPS60113598A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPS6239761A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPS59149131A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH0418520B2 (ja) | ||
| JPS6313640B2 (ja) | ||
| JPH0546217B2 (ja) | ||
| JPS58177640A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPS60113597A (ja) | 超音波探触子 |