JPH0362414B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0362414B2 JPH0362414B2 JP57061220A JP6122082A JPH0362414B2 JP H0362414 B2 JPH0362414 B2 JP H0362414B2 JP 57061220 A JP57061220 A JP 57061220A JP 6122082 A JP6122082 A JP 6122082A JP H0362414 B2 JPH0362414 B2 JP H0362414B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- matching layer
- acoustic matching
- ultrasonic probe
- thickness
- acoustic
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 10
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- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
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- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
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Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波探触子の構造に関するものであ
る。
る。
超音波探触子は超音波パルスを人体に送波し、
人体からのエコーを受波する機能を備えている。
超音波探触子の送受波感度と距離分解能を高める
方法として、超音波送受波用圧電セラミツク材料
の音響放射面に２重の音響整合層を貼り合せる構
造が提案されている。そして整合層は音響放射体
（一般には圧電セラミツク厚み縦振動子）と人体
との中間の音響インピーダンス密度を持ち、各層
の厚みが各々圧電セラミツク振動子の電気反共振
周波数（機械共振周波数と等価）の1/4波長のと
き、良好な特性を示すと考えられている。しかし
この様な条件の整合層を設けた超音波探触子では
中心周波数における挿入損失は3dB程度、またそ
の付近での損失変動が2dB程度あり十分満足すべ
きものではない。このため挿入損失及び損失変動
のより小さな超音波探触子が強く望まれている。
本発明の目的は２重整合層を有する超音波探触子
の中心周波数付近における損失及び損失変動を低
減し、高感度、高分解能を有する超音波探触子を
提供することにある。
人体からのエコーを受波する機能を備えている。
超音波探触子の送受波感度と距離分解能を高める
方法として、超音波送受波用圧電セラミツク材料
の音響放射面に２重の音響整合層を貼り合せる構
造が提案されている。そして整合層は音響放射体
（一般には圧電セラミツク厚み縦振動子）と人体
との中間の音響インピーダンス密度を持ち、各層
の厚みが各々圧電セラミツク振動子の電気反共振
周波数（機械共振周波数と等価）の1/4波長のと
き、良好な特性を示すと考えられている。しかし
この様な条件の整合層を設けた超音波探触子では
中心周波数における挿入損失は3dB程度、またそ
の付近での損失変動が2dB程度あり十分満足すべ
きものではない。このため挿入損失及び損失変動
のより小さな超音波探触子が強く望まれている。
本発明の目的は２重整合層を有する超音波探触子
の中心周波数付近における損失及び損失変動を低
減し、高感度、高分解能を有する超音波探触子を
提供することにある。
本発明による２重整合層を有する超音波探触子
は圧電体上に形成された第１音響整合層の厚みを
t1とし、この第１音響整合層上に形成された第２
音響整合層の厚みをt2とし、また第１音響整合層
の材料中の縦波の音速をv1、第２音響整合層材料
中の縦波の音速をv2、この超音波探触子に用いる
圧電体の機械共振周波数をf0としたとき、第１及
び第２音響整合層の厚みを v1／4f0×1.15t1v1／4f0×1.20 v2／4f0×1.15t2v2／4f0×1.20 の範囲にしたことを特徴としている。
は圧電体上に形成された第１音響整合層の厚みを
t1とし、この第１音響整合層上に形成された第２
音響整合層の厚みをt2とし、また第１音響整合層
の材料中の縦波の音速をv1、第２音響整合層材料
中の縦波の音速をv2、この超音波探触子に用いる
圧電体の機械共振周波数をf0としたとき、第１及
び第２音響整合層の厚みを v1／4f0×1.15t1v1／4f0×1.20 v2／4f0×1.15t2v2／4f0×1.20 の範囲にしたことを特徴としている。
次に本発明の原理について説明する。一般的に
２重の整合層を有する超音波探触子では１次、２
次及び３次の共振周波数が接近して存在すること
が知られており、３重モードバンドパスフイルタ
を構成している。従つて低損失、かつ損失変動の
小さい超音波探触子を得るにはバンドパスフイル
タの挿入損失を小さく、かつ通過域特性を平坦に
すればよいことになる。この目的に対しては負荷
側から見た通過域の影像インピーダンスZ02が実
数となり、かつ中心周波数付近でZ02が負荷（こ
こでは主に人体）と一致する様に整合層を設計す
ればよい。
２重の整合層を有する超音波探触子では１次、２
次及び３次の共振周波数が接近して存在すること
が知られており、３重モードバンドパスフイルタ
を構成している。従つて低損失、かつ損失変動の
小さい超音波探触子を得るにはバンドパスフイル
タの挿入損失を小さく、かつ通過域特性を平坦に
すればよいことになる。この目的に対しては負荷
側から見た通過域の影像インピーダンスZ02が実
数となり、かつ中心周波数付近でZ02が負荷（こ
こでは主に人体）と一致する様に整合層を設計す
ればよい。
次にこの原理に基き計算を行なつて本発明の有
効性について検証する。
効性について検証する。
音響インピーダンス密度が36.4×106Kg／m2・
Ｓの圧電セラミツク振動子にインピーダンス密度
が8.5×106Kg／m2・Ｓの第１音響整合層を形成し
その上に音響インピーダンス密度が2.4×106Kg／
m2・Ｓの第２音響整合層を形成した超音波探触子
の負荷側からみた影像インピーダンスZ02を音響
整合層の厚みを変化させて計算した。通過域にお
けるZ02の周波数特性を第１図及び第２図に示す。
ここで周波数はセラミツク振動子の電気反共振周
波数で規格化されている。また、図中の実線は
Z02が実数値、点線は虚数値をとる事を示してい
る。第１図は各整合層の厚みがセラミツク振動子
の反共振周波数の1/4波長の場合、また第２図は
厚みが、1/4波長の1.176倍の場合について示して
いる。
Ｓの圧電セラミツク振動子にインピーダンス密度
が8.5×106Kg／m2・Ｓの第１音響整合層を形成し
その上に音響インピーダンス密度が2.4×106Kg／
m2・Ｓの第２音響整合層を形成した超音波探触子
の負荷側からみた影像インピーダンスZ02を音響
整合層の厚みを変化させて計算した。通過域にお
けるZ02の周波数特性を第１図及び第２図に示す。
ここで周波数はセラミツク振動子の電気反共振周
波数で規格化されている。また、図中の実線は
Z02が実数値、点線は虚数値をとる事を示してい
る。第１図は各整合層の厚みがセラミツク振動子
の反共振周波数の1/4波長の場合、また第２図は
厚みが、1/4波長の1.176倍の場合について示して
いる。
図から明らかな様に前者のZ02は中心周波数付
近で虚数となる。このことはバンドパスフイルタ
の通過域内で大きな損失変動を生じることを意味
している。一方後者のZ02は中心周波数付近で連
続的に実数値をとり、かつかなり広い周波数にわ
たつて水のインピーダンスに近い値を示すことが
わかる。従つて通過域内での損失変動が滑らかで
かつ人体との整合のよい探触子が実現出来ること
を示唆している。
近で虚数となる。このことはバンドパスフイルタ
の通過域内で大きな損失変動を生じることを意味
している。一方後者のZ02は中心周波数付近で連
続的に実数値をとり、かつかなり広い周波数にわ
たつて水のインピーダンスに近い値を示すことが
わかる。従つて通過域内での損失変動が滑らかで
かつ人体との整合のよい探触子が実現出来ること
を示唆している。
次に実施例に従つて本発明の詳細を説明する。
実施例
直径20mm、厚さ１mmの円板状圧電セラミツク振
動子を作製した。この振動子の上、下の対向する
面に厚さ10μ程度の金属電極膜が形成し、厚さ方
向に分極した。この圧電セラミツク振動子の音響
インピーダンス密度は36.4×106Kg／m2・Ｓであ
る。この振動子の片面全面に音響インピーダンス
密度が8.5×106Kg／m2・Ｓの樹脂層を第１整合層
として形成し、更にその上に音響インピーダンス
密度が2.4×106Kg／m2・Ｓの樹脂層を第２整合層
として形成した。この探触子を用いて水中に音波
を放射し、水深20cmにあるアルミ反射板からの反
射波を受信して往復の挿入損失を測定した。第３
図に各整合層の厚さをセラミツク振動子の電気反
共振周波数の1/4波長に設定した従来の超音波探
触子に対する挿入損失特性を点線で示し、本発明
による各整合層の厚さを電気反共振周波数の1/4
波長の1.176倍に設定した超音波探触子に対する
挿入損失特性を実線で示し、同様に1.15倍に設定
した場合を一点鎖線で示した。
動子を作製した。この振動子の上、下の対向する
面に厚さ10μ程度の金属電極膜が形成し、厚さ方
向に分極した。この圧電セラミツク振動子の音響
インピーダンス密度は36.4×106Kg／m2・Ｓであ
る。この振動子の片面全面に音響インピーダンス
密度が8.5×106Kg／m2・Ｓの樹脂層を第１整合層
として形成し、更にその上に音響インピーダンス
密度が2.4×106Kg／m2・Ｓの樹脂層を第２整合層
として形成した。この探触子を用いて水中に音波
を放射し、水深20cmにあるアルミ反射板からの反
射波を受信して往復の挿入損失を測定した。第３
図に各整合層の厚さをセラミツク振動子の電気反
共振周波数の1/4波長に設定した従来の超音波探
触子に対する挿入損失特性を点線で示し、本発明
による各整合層の厚さを電気反共振周波数の1/4
波長の1.176倍に設定した超音波探触子に対する
挿入損失特性を実線で示し、同様に1.15倍に設定
した場合を一点鎖線で示した。
第３図から明らかな様に本発明構造の超音波探
触子は6dB帯域巾が78％、中心周波数における挿
入損失2dBで通過帯域での損失変動が1dB以下で
ある。これに対して従来構造の探触子は6dB帯域
巾が78％、中心周波数における挿入損失が3dBそ
して通過域内での損失変動が2dBである。
触子は6dB帯域巾が78％、中心周波数における挿
入損失2dBで通過帯域での損失変動が1dB以下で
ある。これに対して従来構造の探触子は6dB帯域
巾が78％、中心周波数における挿入損失が3dBそ
して通過域内での損失変動が2dBである。
第３図に示した本発明の超音波探触子はその通
過帯域での損失変動が1dB以下という非常に平坦
な特性を有している。なお、第３図には示してい
ないが音響整合層の厚さを電気反共振周波数に対
応する波長の1/4波長に対して1.20倍としたとき
も同図中の一点鎖線で示した1.15倍とした場合と
ほぼ同等の損失変動の値が確認された。
過帯域での損失変動が1dB以下という非常に平坦
な特性を有している。なお、第３図には示してい
ないが音響整合層の厚さを電気反共振周波数に対
応する波長の1/4波長に対して1.20倍としたとき
も同図中の一点鎖線で示した1.15倍とした場合と
ほぼ同等の損失変動の値が確認された。
これらの小さな損失変動は従来の構造の超音波
探触子では決して実現できない特性であり、本発
明の超音波探触子は実用上大きな利点を有してい
るということができる。
探触子では決して実現できない特性であり、本発
明の超音波探触子は実用上大きな利点を有してい
るということができる。
このような小さな損失変動を実現するには第１
第２音響整合層の厚みt1、t2を前述の範囲に限定
することが必要である。厚みがこの範囲からはず
れると挿入損失や損失変動が大きくなり実用上好
ましくない。
第２音響整合層の厚みt1、t2を前述の範囲に限定
することが必要である。厚みがこの範囲からはず
れると挿入損失や損失変動が大きくなり実用上好
ましくない。
またこの音響整合層の厚みは実施例に用いた圧
電体第１第２音響整合層の材料の音響インピーダ
ンス密度の値がある範囲で変動しても有効である
ことが確認された。
電体第１第２音響整合層の材料の音響インピーダ
ンス密度の値がある範囲で変動しても有効である
ことが確認された。
第１図は従来構造の超音波探触子の影像インピ
ーダンス特性図。第２図は本発明の超音波探触子
の影像インピーダンス特性図。第３図は従来構造
と本発明の超音波探触子の損失特性図。
ーダンス特性図。第２図は本発明の超音波探触子
の影像インピーダンス特性図。第３図は従来構造
と本発明の超音波探触子の損失特性図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 圧電体に２層の音響整合層を設けた超音波探
触子において、圧電体上に形成された第１音響整
合層の厚みをt1とし、この第１音響整合層上に形
成された第２音響整合層の厚みをt2とし、また第
１音響整合層の材料中の縦波の音速をv1、第２音
響整合層材料中の縦波の音速をv2、この超音波探
触子に用いる圧電体の機械共振周波数をf0とした
とき、第１及び第２音響整合層の厚みを v1／4f0×1.15t1v1／4f0×1.20 v2／4f0×1.15t2v2／4f0×1.20 の範囲にしたことを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57061220A JPS58177640A (ja) | 1982-04-13 | 1982-04-13 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57061220A JPS58177640A (ja) | 1982-04-13 | 1982-04-13 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58177640A JPS58177640A (ja) | 1983-10-18 |
| JPH0362414B2 true JPH0362414B2 (ja) | 1991-09-25 |
Family
ID=13164895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57061220A Granted JPS58177640A (ja) | 1982-04-13 | 1982-04-13 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58177640A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4844095B2 (ja) * | 2005-11-17 | 2011-12-21 | 日産自動車株式会社 | 振動伝達率低減装置 |
-
1982
- 1982-04-13 JP JP57061220A patent/JPS58177640A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58177640A (ja) | 1983-10-18 |
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