JPH0537999A - Wide band ultrasonic probe - Google Patents

Wide band ultrasonic probe

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Publication number
JPH0537999A
JPH0537999A JP18674591A JP18674591A JPH0537999A JP H0537999 A JPH0537999 A JP H0537999A JP 18674591 A JP18674591 A JP 18674591A JP 18674591 A JP18674591 A JP 18674591A JP H0537999 A JPH0537999 A JP H0537999A
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JP
Japan
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blocks
acoustic impedance
water
oscillator
ultrasonic probe
Prior art date
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Pending
Application number
JP18674591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Takeuchi
真一 竹内
Kinuko Kato
衣子 加藤
Ryohei Mogi
良平 茂木
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.)
Tokimec Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokimec Inc filed Critical Tokimec Inc
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Publication of JPH0537999A publication Critical patent/JPH0537999A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain sufficiently high distance resolving power in water even when center frequency to be used is low by forming Langevin oscillator structure forming resonance blocks constituted of plastic on both the sides of a pair of piezo-electric oscillators. CONSTITUTION:The Langevin structure is constituted of symmetrically forming the resonance blocks 10a, 10b consisting of plastic on both the sides of a pair of piezo-electric oscillators 1a, 1b. The acoustic impedance ZB of the blocks 10a, 10b is determined so that the value of a specific band f/f0 becomes >=0.2 in the prescribed using center frequency f0 found out from a transmission function T(f) in a transmitting/receiving system using water as a propagation medium. For instance, the blocks 10a, 10b are constituted of plastic using an epoxy compound material in which the acoustic impedance ZB is 4.2X10<6>(kg/m<2>/sec). Thereby even when the frequency f0 is low, sufficiently high distance resolving power can be obtained in water.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水を伝搬媒体として使
用されるランジュバン振動子構造を用いた広帯域超音波
探触子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a broadband ultrasonic probe using a Langevin transducer structure in which water is used as a propagation medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、水浸型の超音波フローブに使用さ
れる超音波探触子としては、例えば図9のものが使用さ
れている。図9の超音波探触子において、1は例えばP
ZTを用いた圧電振動子であり、背板2に固着され、反
対側には伝搬媒体となる水の音響インピーダンスに段階
的に近づける2つのインピーダンス変換ブロック3,4
を設けている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an ultrasonic probe used in a water immersion type ultrasonic probe, for example, that shown in FIG. 9 is used. In the ultrasonic probe of FIG. 9, 1 is, for example, P
A piezoelectric vibrator using ZT, which is fixed to the back plate 2 and, on the opposite side, two impedance conversion blocks 3 and 4 for gradually approaching the acoustic impedance of water serving as a propagation medium.
Is provided.

【0003】ここで圧電振動子1の厚さlはl=λ/2
に設定され、またインピーダンス変換ブロック3,4の
厚さはそれぞれλ/4に設定されている。しかし、この
ような従来の超音波探触子にあっては、使用周波数fo
が高ければ問題ないが、水中での伝搬距離を長くするた
めに使用周波数foを低くした場合、例えばfo=30
kHzと低くした場合には、圧電振動子1の厚さlは、
圧電振動子の音速Vが4000[m/s]とすると、 l=λ/2≒V/(2fo)=67mm となってしまい、このような厚い圧電振動子の製造は不
可能であり、また厚すぎて電圧を印加した際の分極が困
難となり、低い周波数で使用することができない。
Here, the thickness l of the piezoelectric vibrator 1 is l = λ / 2
And the thickness of each of the impedance conversion blocks 3 and 4 is set to λ / 4. However, in such a conventional ultrasonic probe, the operating frequency fo
Is high, there is no problem, but when the used frequency fo is lowered to increase the propagation distance in water, for example, fo = 30
When the frequency is lowered to kHz, the thickness l of the piezoelectric vibrator 1 is
When the sound velocity V of the piezoelectric vibrator is 4000 [m / s], l = λ / 2≈V / (2fo) = 67 mm, which makes it impossible to manufacture such a thick piezoelectric vibrator. Since it is too thick, it becomes difficult to polarize when a voltage is applied, and it cannot be used at a low frequency.

【0004】この問題を解決するため図10に示すラン
ジュバン振動子が実用化されている。図10のランジュ
バン振動子において、1a,1bは所定の厚さをもった
一対の圧電振動子であり、圧電振動子1a,1bの両側
にジュラルミン(音響インピーダンス17×106 [k
g/m2 /sec])で作られた共振ブロック5a,5
bを一体に設けた対称構造であり、振動子の全長はλ/
2に設定されている。
In order to solve this problem, the Langevin oscillator shown in FIG. 10 has been put into practical use. In the Langevin oscillator of FIG. 10, 1a and 1b are a pair of piezoelectric oscillators having a predetermined thickness, and duralumin (acoustic impedance 17 × 10 6 [k
g / m 2 / sec]), the resonance blocks 5a, 5
It has a symmetrical structure with b integrated, and the total length of the vibrator is λ /
It is set to 2.

【0005】尚、共振ブロック5a,5bにはアルミニ
ウムを使用してもよい。このようなランジュバン振動子
によれば、圧電振動子を厚くすることなく使用周波数f
oを例えばfo=30kHzというように下げることが
でき、超音波の水中伝搬距離を長くすることができる。
Aluminum may be used for the resonance blocks 5a and 5b. According to such a Langevin oscillator, the operating frequency f is increased without increasing the thickness of the piezoelectric oscillator.
It is possible to lower o such as fo = 30 kHz, and it is possible to lengthen the underwater propagation distance of ultrasonic waves.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のランジュバン振動子にあっては、使用中心周
波数に対する伝達関数の尖鋭度を示すQが非常に大きい
ために、水中を伝搬する超音波振動の周波数帯域幅が狭
帯域となり、その結果、超音波振動の受信パルス幅が長
くなって距離分解能が悪いという問題があった。
However, in such a conventional Langevin oscillator, since the Q indicating the sharpness of the transfer function with respect to the used center frequency is very large, ultrasonic vibration propagating in water is generated. However, there is a problem in that the received pulse width of ultrasonic vibration becomes long and the range resolution is poor.

【0007】図11は従来のランジュバン振動子を用い
て水中に超音波を発射して受信した時の受信電圧の時間
変化を示したもので、27kHzの正弦波1周期分を含
んだトーン・バースト波状の電気パルスを印加した場
合、感度として示す受信電圧はτ時間後に−20dBラ
インを下回り、この−20dBラインを下回るまでの時
間τがパルス幅τとして定義される。
FIG. 11 shows a time change of a reception voltage when an ultrasonic wave is emitted into water by using a conventional Langevin oscillator and is received. A tone burst including one cycle of a 27 kHz sine wave is shown. When a wavy electric pulse is applied, the reception voltage shown as the sensitivity falls below the -20 dB line after τ time, and the time τ until it falls below the -20 dB line is defined as the pulse width τ.

【0008】従来のランジュバン振動子の場合、パルス
幅τは例えば τ=337[μsec] と広がっており、このため水中における距離分解能d
res は、 dres =0.25[m] と低い。
In the case of the conventional Langevin oscillator, the pulse width τ is widened, for example, τ = 337 [μsec]. Therefore, the distance resolution d in water is d.
res is as low as d res = 0.25 [m].

【0009】図12は従来のランジュバン振動子の周波
数に対する伝達関数の関係を示したもので、使用中心周
波数fo=26.6kHzとした場合、図示の周波数に
対する伝達関数の関係が得られる。この特性からピーク
振幅の−6dBラインで決まる周波数f1,f2は、 f1=25.4kHz F2=27.8kHz となり、従って、帯域幅Δfは、 Δf=2.4kHz となる。そこで比帯域(Δf/fo)を求めると、 Δf/fo=0.09 となり、さらに、尖鋭度Qは、 Q=fo/Δf=11.1 と非常に高い値を示す狭帯域特性となり、パルス幅が広
がって距離分解能が低くなる。
FIG. 12 shows the relationship of the transfer function with respect to the frequency of the conventional Langevin oscillator. When the use center frequency fo = 26.6 kHz, the relationship of the transfer function with respect to the illustrated frequency is obtained. From this characteristic, the frequencies f1 and f2 determined by the −6 dB line of the peak amplitude are f1 = 25.4 kHz and F2 = 27.8 kHz, and therefore the bandwidth Δf is Δf = 2.4 kHz. Then, when the ratio band (Δf / fo) is obtained, Δf / fo = 0.09, and the sharpness Q becomes a narrow band characteristic showing a very high value of Q = fo / Δf = 11.1, Wider width and lower range resolution.

【0010】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、ランジュバン振動子としての構造を
もつ超音波探触子を対象とし、使用中心周波数foが低
くとも水中で十分に高いの距離分解能が得られるように
した広帯域超音波探触子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and is intended for an ultrasonic probe having a structure as a Langevin oscillator, and is sufficient in water even if the center frequency fo is low. It is an object of the present invention to provide a wideband ultrasonic probe capable of obtaining high range resolution.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。尚、実施例図面中の符号
を併せて示す。まず本発明は、図1に示すように一対の
圧電振動子1a,1bの両側に共振ブロック10a,1
0bを対称に設けたランジュバン構造の広帯域超音波探
触子を対象とする。
To achieve this object, the present invention is constructed as follows. The reference numerals in the drawings of the embodiments are also shown. First, according to the present invention, as shown in FIG.
It is intended for a broadband ultrasonic probe having a Langevin structure in which 0b is symmetrically provided.

【0012】このような広帯域超音波探触子として本発
明にあっては、ランジュバン振動子の水を伝搬媒体とし
た送受信系の伝達関数T(f)から求めた所定の使用中
心周波数foでの比帯域Δf/foの値が0.2以上と
なるように、共振ブロック10a,10bの音響インピ
ーダンスZB を定めたことを特徴とするここで比帯域Δ
f/foの値を0.2以上とする広帯域特性をもたらす
共振ブロック10a,10bは、例えば音響インピーダ
ンスZBが4.2×106 [kg/m2 /sec]とな
るエポキシ・コンパウンド材料を用いたプラスチックで
構成すればよい。
In the present invention as such a wide band ultrasonic probe, at a predetermined use center frequency fo obtained from the transfer function T (f) of the transmission / reception system using water of the Langevin oscillator as a propagation medium. The acoustic impedance Z B of the resonance blocks 10a and 10b is set so that the value of the ratio band Δf / fo becomes 0.2 or more.
The resonance blocks 10a and 10b that provide wide-band characteristics with a value of f / fo of 0.2 or more are made of an epoxy compound material having an acoustic impedance Z B of 4.2 × 10 6 [kg / m 2 / sec], for example. It may be made of the used plastic.

【0013】更に、図13に示すように一対の圧電振動
子1a,lbを単一の圧電振動子1aのみとしてもよ
い。
Further, as shown in FIG. 13, the pair of piezoelectric vibrators 1a and 1b may be a single piezoelectric vibrator 1a only.

【0014】[0014]

【作用】このような構成を備えた本発明の広帯域超音波
探触子によれば、ランジュバン振動子の電気音響的な等
価回路を4端子回路で特定することによって例えば水を
伝搬媒体としたランジュバン振動子の送受信系の伝達関
数T(f)を求め、この伝達関数T(f)から比帯域
(Δf/fo)が算出できる。そこで共振ブロックの音
響インピーダンスZB と比帯域の関係をプロットし、尖
鋭度Qを十分に小さくできる比帯域(Δf/fo)の最
小値0.2に対応する共振ブロックの音響インピーダン
スZB の最大値が求まり、この最大値以下の音響インピ
ーダンスZBとなる材料を使用して共振ブロックを構成
すればよい。
According to the broadband ultrasonic probe of the present invention having such a configuration, the electroacoustic equivalent circuit of the Langevin oscillator is specified by the four-terminal circuit so that, for example, Langevin using water as a propagation medium. The transfer function T (f) of the transmission / reception system of the oscillator is obtained, and the ratio band (Δf / fo) can be calculated from this transfer function T (f). Therefore, the relationship between the acoustic impedance Z B of the resonance block and the specific band is plotted, and the maximum of the acoustic impedance Z B of the resonant block corresponding to the minimum value 0.2 of the specific band (Δf / fo) at which the sharpness Q can be sufficiently reduced. The value can be obtained, and the resonance block may be configured using a material having an acoustic impedance Z B that is equal to or less than the maximum value.

【0015】この比帯域を0.2以上とする共振ブロッ
クの音響インピーダンスZM の最大値は例えば使用中心
周波数fo=31.7kHzの場合、9×106 [kg
/m 2 /sec]であり、これ以下の値とすればよい。
この条件を満足する材料として例えば音響インピーダン
スZM が4.2×10 6 [kg/m2 /sec]となる
エポキシ・コンパウンド材料を使用して共振ブロックを
作ることで、水中における距離分解能を3倍近くも高め
ることができる。
A resonance block whose ratio band is 0.2 or more.
Acoustic impedance ZM The maximum value of
9 × 10 when the frequency fo = 31.7 kHz6 [Kg
/ M 2 / Sec] and may be set to a value less than this.
As a material satisfying this condition, for example, an acoustic impedance
Space ZM Is 4.2 × 10 6 [Kg / m2 / Sec]
Resonant block using epoxy compound material
By making it, the distance resolution in water can be increased almost three times.
You can

【0016】[0016]

【実施例】図1は本発明の広帯域超音波探触子の一実施
例を示した実施例構成図である。図1において、1a及
び1bは圧電振動子であり、例えばPZTが用いられ、
PZTの音響インピーダンスZo は、略、 Zo =40×106 [kg/m2 /sec] である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram of an embodiment showing an embodiment of a wide band ultrasonic probe of the present invention. In FIG. 1, 1a and 1b are piezoelectric vibrators, for example, PZT is used,
The acoustic impedance Zo of PZT is approximately Zo = 40 × 10 6 [kg / m 2 / sec].

【0017】一対の圧電振動子1a,1bは一体に接着
固定され、各圧電振動子1a,1bの外側に共振ブロッ
ク10a,10bを対称に固着している。即ち、本発明
の広帯域超音波探触子は図10に示した従来のランジュ
バン振動子と同じ振動子構造を備える。従来のランジュ
バン振動子と異なる点は、本発明の広帯域超音波探触子
にあっては共振ブロック10a,10bとして、例えば
水を伝搬媒体としたときの伝達関数T(f)の周波数特
性が比帯域(Δf/fo)で0.2以上となる広帯域特
性を得るように音響インピーダンスZM が設定されてい
る。この比帯域(Δf/fo)を0.2以上とする音響
インピーダンスZM を実現する材料としては、例えばエ
ポキシ・コンパウンド材料で作られたプラスチック製の
共振ブロック10a,10bとすればよい。
The pair of piezoelectric vibrators 1a and 1b are integrally bonded and fixed, and the resonance blocks 10a and 10b are symmetrically fixed to the outside of each piezoelectric vibrator 1a and 1b. That is, the broadband ultrasonic probe of the present invention has the same oscillator structure as the conventional Langevin oscillator shown in FIG. The difference from the conventional Langevin oscillator is that in the broadband ultrasonic probe of the present invention, the frequency characteristics of the transfer function T (f) when the water is used as the propagation blocks of the resonance blocks 10a and 10b are different from each other. The acoustic impedance Z M is set so as to obtain a wide band characteristic of 0.2 or more in the band (Δf / fo). As a material for realizing the acoustic impedance Z M in which the ratio band (Δf / fo) is 0.2 or more, for example, plastic resonance blocks 10a and 10b made of an epoxy compound material may be used.

【0018】図1の実施例において、使用中心周波数f
oをfo=31.7kHzとした場合、広帯域超音波探
触子の全長lは図示のように l=λ/2 となる。また、このときの圧電振動子1a,1bの厚さ
l1と直径D1は l1=2mm,D1=24mm となり、また共振ブロック10a,10bのそれぞれの
長さl2と直径D2は l2=17mm,D2=20mm となる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the use center frequency f
When o is fo = 31.7 kHz, the total length l of the wideband ultrasonic probe is l = λ / 2 as shown in the figure. Further, the thickness l1 and the diameter D1 of the piezoelectric vibrators 1a and 1b at this time are l1 = 2 mm and D1 = 24 mm, respectively, and the length l2 and the diameter D2 of the resonance blocks 10a and 10b are l2 = 17 mm and D2 = It will be 20 mm.

【0019】次に、図1の実施例に示したように、本発
明のランジュバン振動子構造を有する広帯域超音波探触
子の共振ブロック10a,10bに比帯域(Δf/f
o)が0.2以上となるような音響インピーダンスZM
となる材料を使用して広帯域特性とする原理を詳細に説
明する。まず本願発明者らはランジュバン振動子を用い
た超音波探触子の等価回路として図2に示す等価回路を
考えた。
Next, as shown in the embodiment of FIG. 1, in the resonance blocks 10a and 10b of the wideband ultrasonic probe having the Langevin oscillator structure of the present invention, a specific band (Δf / f) is applied.
acoustic impedance Z M such that o) is 0.2 or more
The principle of wide band characteristics using the material will be described in detail. First, the inventors of the present application considered the equivalent circuit shown in FIG. 2 as an equivalent circuit of an ultrasonic probe using a Langevin oscillator.

【0020】まず本願発明者らはランジュバン振動子を
用いた超音波探触子を図2に示すようにFパラメータ
(A,B,C,D)を用いた単純な4端子の等価回路に
まとめた。次にランジュバン振動子を用いた送受信系に
おける比帯域及び受信波形のパルス幅τを評価するため
に図3に示すような構成を考える。図3において、13
は送信回路であり、使用中心周波数foの送信電圧Vs
を発生する定電圧電源14と内部インピーダンスZsを
用いて表現でき、ランジュバン振動子を用いた送信振動
子16を駆動している。送信振動子16は伝搬媒体とし
ての水17の中に入れられており、送信振動子16に対
向した水17の中に受信振動子18が配置されている。
受信振動子18もランジュバン振動子が使用され、受信
振動子18には受信インピーダンスZlを備えた受信回
路19が接続され、受信インピーダンスZlの両端に受
信電圧Vlを得るようにしている。
First, the present inventors put together an ultrasonic probe using a Langevin oscillator into a simple 4-terminal equivalent circuit using F parameters (A, B, C, D) as shown in FIG. It was Next, a configuration as shown in FIG. 3 will be considered in order to evaluate the ratio band and the pulse width τ of the received waveform in the transmission / reception system using the Langevin oscillator. In FIG. 3, 13
Is a transmission circuit, and the transmission voltage Vs of the used center frequency fo
Can be expressed by using the constant voltage power supply 14 that generates the voltage and the internal impedance Zs, and drives the transmission oscillator 16 using the Langevin oscillator. The transmission oscillator 16 is placed in water 17 as a propagation medium, and the reception oscillator 18 is disposed in the water 17 facing the transmission oscillator 16.
A Langevin oscillator is also used as the reception oscillator 18, a reception circuit 19 having a reception impedance Zl is connected to the reception oscillator 18, and a reception voltage Vl is obtained at both ends of the reception impedance Zl.

【0021】図3に示す水を伝搬媒体としたランジュバ
ン振動子の送受信系に図2に示したFパラメータで表わ
された等価回路を適用すると、図4に示す送受信系の等
価回路を得ることができる。この図4の送受信系の等価
回路について、伝達関数T(f)を送信振動子16及び
受信振動子18に用いたランジュバン振動子の等価回路
のFパラメータ(A,B,C,D)を用いて表わすと次
式のようになる。 T(f)=Vl/Vs =(2ZM Zl)/[AZM +B+Zs(CZM +D)] ・[AZM +B+Zl(CZM +D)] このようにしてランジュバン振動子を用いた送受信系の
伝達関数T(f)が得られれば、使用周波数foにおけ
る図2の等価回路のFパラメータ(A,B,C,D)の
値を得ることで比帯域(Δf/fo)を算出することが
できる。この比帯域(Δf/fo)の算出は前記(1)
式において使用周波数foのときの伝達関数T(f)を
求め、この値をピーク値として−6dB下がった伝達関
数T(f)の値を与える使用中心周波数foの前後の周
波数f1,f2を求め、 Δf/fo=(f2−f1)/fo として算出する。
When the equivalent circuit represented by the F parameter shown in FIG. 2 is applied to the transmission / reception system of the Langevin oscillator using water as the propagation medium shown in FIG. 3, the equivalent circuit of the transmission / reception system shown in FIG. 4 is obtained. You can Regarding the equivalent circuit of the transmission / reception system of FIG. 4, F parameters (A, B, C, D) of the equivalent circuit of the Langevin oscillator using the transfer function T (f) for the transmission oscillator 16 and the reception oscillator 18 are used. It is expressed as T (f) = Vl / Vs = (2Z M Zl) / [AZ M + B + Zs (CZ M + D)] · [AZ M + B + Zl (CZ M + D)] transmission of the transmitting and receiving system using a Langevin transducer in this manner When the function T (f) is obtained, the ratio band (Δf / fo) can be calculated by obtaining the values of the F parameters (A, B, C, D) of the equivalent circuit of FIG. 2 at the used frequency fo. . The calculation of this ratio band (Δf / fo) is performed in the above (1).
In the formula, the transfer function T (f) at the use frequency fo is obtained, and the frequencies f1 and f2 before and after the use center frequency fo which gives the value of the transfer function T (f) lowered by −6 dB with this value as the peak value are obtained. , Δf / fo = (f2-f1) / fo.

【0022】次に前記(1)式の伝達関数T(f)から
算出できる比帯域(Δf/fo)の値を使用中心周波数
fo=31.7kHzの場合についてプロットすると図
5に示す特性が得られる。図5において、共振ブロック
10a,10bの音響インピーダンスZB が低くなるに
つれて比帯域の値は増加する関係にある。
Next, plotting the value of the ratio band (Δf / fo) which can be calculated from the transfer function T (f) of the equation (1) in the case of the used center frequency fo = 31.7 kHz, the characteristic shown in FIG. 5 is obtained. To be In FIG. 5, as the acoustic impedance Z B of the resonance blocks 10a and 10b decreases, the ratio band value increases.

【0023】ここで比帯域(Δf/fo)は水中を伝搬
する超音波振動の周波数特性を示しており、比帯域(Δ
f/fo)の値が大きくなるほど広帯域特性となる。超
音波振動の伝搬特性が広帯域特性となれば、パルス幅τ
が短くなって水中での距離分解能も向上することができ
るため、本発明にあっては、例えば比帯域(Δf/f
o)が Δf/fo=0.2 を最小値とし、0.2以上の比帯域をもたらすように共
振ブロック10a,10bの音響インピーダンスZB
定める。
Here, the specific band (Δf / fo) represents the frequency characteristic of ultrasonic vibration propagating in water, and the specific band (Δf / fo)
The wider the value of f / fo), the wider the band characteristic. If the propagation characteristics of ultrasonic vibration are wideband characteristics, the pulse width τ
Since the distance can be shortened and the distance resolution in water can be improved, in the present invention, for example, the ratio band (Δf / f
o) has a minimum value of Δf / fo = 0.2, and the acoustic impedance Z B of the resonance blocks 10a and 10b is determined so as to provide a ratio band of 0.2 or more.

【0024】圧電振動子の音響インピーダンスを40×
106 [kg/m2 /s]とした場合、比帯域(Δf/
fo)=0.2を与える共振ブロック10a,10bの
音響インピーダンスZB は ZB =10×106 [kg/m2 /sec] となる。従って、この値以下の音響インピーダンスZB
をもつ材料を使用して共振ブロック10a,10bを構
成すればよい。
The acoustic impedance of the piezoelectric vibrator is 40 ×
In the case of 10 6 [kg / m 2 / s], the specific band (Δf /
The acoustic impedance Z B of the resonance blocks 10a and 10b that gives fo) = 0.2 is Z B = 10 × 10 6 [kg / m 2 / sec]. Therefore, acoustic impedance Z B below this value
The resonance blocks 10a and 10b may be formed using a material having

【0025】具体的には図1の実施例に示したようにエ
ポキシ・コンパウンド材料を使用することができ、エポ
キシ・コンパウンド材料の音響インピーダンスZB を ZB =4.2×106 [kg/m2 /sec] となるように調整すると、図5に示す本発明の振動子の
範囲20の中に含まれ、この場合、比帯域(Δf/f
o)は0.48と高く、十分な広帯域特性を得ることが
できる。
Specifically, as shown in the embodiment of FIG. 1, an epoxy compound material can be used, and the acoustic impedance Z B of the epoxy compound material is Z B = 4.2 × 10 6 [kg / m 2 / sec], it is included in the range 20 of the vibrator of the present invention shown in FIG. 5, and in this case, the relative bandwidth (Δf / f
o) is as high as 0.48, and a sufficient wide band characteristic can be obtained.

【0026】因みに、図10に示した従来のランジュバ
ン振動子におけるジュラルミンやアルミニウムを使った
共振ブロック5a,5bの音響インピーダンスは16×
10 -6[kg/m2 /sec]以上となり、この図5に
示す従来のランジュバン振動子の範囲30における比帯
域(Δf/fo)は0.1より僅かに大きい程度であ
り、超音波振動の伝搬特性が狭帯域特性となり、パルス
幅τが長くなって距離分解能が極めて低いことになる。
Incidentally, the conventional Langeva shown in FIG.
Using duralumin or aluminum in the oscillator
The acoustic impedance of the resonance blocks 5a and 5b is 16 ×
10 -6[Kg / m2 / Sec] or more, and as shown in FIG.
Specific band in the range 30 of the conventional Langevin oscillator shown
The range (Δf / fo) is slightly larger than 0.1.
Therefore, the propagation characteristics of ultrasonic vibration become narrow band characteristics,
The width τ becomes long and the range resolution becomes extremely low.

【0027】勿論、比帯域(Δf/fo)が0.2未満
であっても従来のランジュバン振動子の範囲30より大
きければそれなりの改善効果は期待できるが、それほど
顕著ではなく、実用上からは比帯域(Δf/fo)を
0.2以上とする音響インピーダンスZB となる材料で
共振ブロック10a,10bを作ることが効果的である
といえる。
Of course, even if the specific band (Δf / fo) is less than 0.2, if it is larger than the range 30 of the conventional Langevin oscillator, a certain improvement effect can be expected, but it is not so remarkable, and from a practical point of view. It can be said that it is effective to form the resonance blocks 10a and 10b with a material having an acoustic impedance Z B that makes the relative band (Δf / fo) 0.2 or more.

【0028】図6は図1の実施例における共振ブロック
10a,10bに音響インピーダンスZB =4.2×1
-6[kg/m2 /sec]のエポキシ・コンパウンド
材料を使って成形したときの使用周波数fo=31.7
kHzにおける水中を伝搬した超音波振動の受信波形を
示す。図6において、エポキシ・コンパウンド材料で作
られた共振ブロック10a,10bを備えた本発明の広
帯域超音波探触子による超音波の受信波形は、受信波形
が−20dBラインを超えて再び戻るまでの時間τ、即
ちパルス幅τが τ=117[μsec] となり、使用中心周波数foは若干異なるが、図11に
示した従来のランジュバン振動子の場合に比べパルス幅
τは約3分の1に縮まっている。また、この場合の水中
における距離分解能dres は dres =0.088[m] となり、図12の従来例に比べ3倍近く距離分解能を向
上することができた。
FIG. 6 shows an acoustic impedance Z B = 4.2 × 1 in the resonance blocks 10a and 10b in the embodiment of FIG.
0 -6 used frequency fo = 31.7 when molded using the epoxy compound material [kg / m 2 / sec]
The reception waveform of the ultrasonic vibration propagated in water at kHz is shown. In FIG. 6, the received waveform of the ultrasonic wave by the wide band ultrasonic probe of the present invention provided with the resonance blocks 10a and 10b made of the epoxy compound material is until the received waveform exceeds the −20 dB line and returns again. The time τ, that is, the pulse width τ becomes τ = 117 [μsec], and the use center frequency fo is slightly different, but the pulse width τ is reduced to about 1/3 as compared with the case of the conventional Langevin oscillator shown in FIG. ing. Further, the distance resolution d res in water in this case is d res = 0.088 [m], and the distance resolution could be improved almost three times as compared with the conventional example of FIG.

【0029】図7はエポキシ・コンパウンド材料で共振
ブロック10a,10bを構成した図1の実施例で使用
中心周波数fo=31.7kHzとしたときの水中を伝
搬する際の周波数fに対する伝達関数を示す。図7にお
いて、中心周波数fo=31.7kHzに対する両側の
−6dBラインの周波数f1,f2は f1=24.1kHz f2=39.3kHz となり、従ってΔfは Δf=f2−f1=15.2kHz となる。この帯域幅Δfは図12の従来例に比べ5倍以
上に拡がっている。
FIG. 7 shows the transfer function with respect to the frequency f when propagating in water when the use center frequency fo = 31.7 kHz in the embodiment of FIG. 1 in which the resonance blocks 10a and 10b are made of an epoxy compound material. . In FIG. 7, the frequencies f1 and f2 of the −6 dB lines on both sides with respect to the center frequency fo = 31.7 kHz are f1 = 24.1 kHz f2 = 39.3 kHz, and therefore Δf is Δf = f2-f1 = 15.2 kHz. This bandwidth Δf is more than 5 times wider than that of the conventional example shown in FIG.

【0030】具体的に比帯域(Δf/fo)を求めてみ
ると Δf/fo=0.48 となり、従って尖鋭度Qは Q=2.09 となり、本発明の広帯域超音波探触子において十分な広
帯域特性が得られ、その結果として水中における距離分
解能を大幅に向上できたことが確認されている。
When the specific band (Δf / fo) is specifically obtained, Δf / fo = 0.48, and therefore the sharpness Q becomes Q = 2.09, which is sufficient for the wideband ultrasonic probe of the present invention. It has been confirmed that a wide band characteristic was obtained, and as a result, the range resolution in water was significantly improved.

【0031】図9は本発明の他の実施例を示した実施例
構成図であり、図1の実施例にあっては一対の圧電振動
子1a,1bを設けていたものを単一の圧電振動子1a
のみとし、この圧電振動子1aの両側に対称に共振ブロ
ック10a,10bを固着している。図9の実施例にあ
っても共振ブロック10a,10bは使用周波数foに
おける比帯域(Δf/fo)が0.2以上となる音響イ
ンピーダンスZB の材料、例えばエポキシ・コンパウン
ド材料で構成する。
FIG. 9 is a block diagram of an embodiment showing another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrator having a pair of piezoelectric vibrators 1a and 1b is replaced by a single piezoelectric element. Transducer 1a
The resonance blocks 10a and 10b are fixed symmetrically on both sides of the piezoelectric vibrator 1a. Even in the embodiment of FIG. 9, the resonance blocks 10a and 10b are made of a material having an acoustic impedance Z B such that the relative bandwidth (Δf / fo) at the use frequency fo is 0.2 or more, for example, an epoxy compound material.

【0032】また、上記の実施例は共振ブロック10
a,10bを構成する材料としてエポキシ・コンパウン
ド材料を例にとるものであったが、前記(1)式で与え
られるT(f)から求めた比帯域(Δf/fo)が0.
2以上となる音響インピーダンスZB をもつ材料であれ
ば適宜の材料で共振ブロック10a,10bを構成する
ことができる。勿論、比帯域0.2が最小値であり、よ
り大きな比帯域をもたらす音響インピーダンスZB の材
料で共振ブロック10a,10bを構成することが望ま
しい。
In addition, the above-mentioned embodiment uses the resonance block 10.
Although an epoxy compound material has been taken as an example of the material constituting a and 10b, the specific bandwidth (Δf / fo) obtained from T (f) given by the above equation (1) is 0.
The resonance blocks 10a and 10b can be made of an appropriate material as long as the material has an acoustic impedance Z B of 2 or more. Of course, it is desirable that the resonance blocks 10a and 10b are made of a material having an acoustic impedance Z B that gives a larger ratio band, since the ratio band 0.2 is the minimum value.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、ランジュバン振動子構造の共振ブロックに比帯域が
0.2以上となる音響インピーダンスをもつ材料を使用
して構成することで、水中等を伝搬する超音波の使用中
心周波数に対する帯域特性を広帯域特性として超音波振
動のパルス幅を狭め、大幅に水中における超音波の距離
分解能を向上することができる。
As described above, according to the present invention, the resonance block of the Langevin oscillator structure is made of a material having an acoustic impedance with a specific band of 0.2 or more, so that it can be used underwater or the like. It is possible to narrow the pulse width of ultrasonic vibration by making the band characteristic of the ultrasonic wave propagating through the center frequency of the ultrasonic wave to be a wide band characteristic, thereby significantly improving the distance resolution of the ultrasonic wave in water.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】Fパラメータで表わしたランジュバン振動子の
等価回路図
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a Langevin oscillator expressed by F parameter.

【図3】ランジュバン振動子を用いた送受信系の伝達関
数を得るための説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram for obtaining a transfer function of a transmission / reception system using a Langevin oscillator.

【図4】図3の送受信系を図2のFパラメータの等価回
路を使用して表わした等価回路図
4 is an equivalent circuit diagram showing the transmission / reception system of FIG. 3 using the equivalent circuit of the F parameter of FIG.

【図5】本発明の探触子に使用する共振ブロックの音響
インピーダンスを決めるために使用する音響インピーダ
ンスに対する比帯域の関係を示した特性図
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the acoustic impedance used to determine the acoustic impedance of the resonance block used in the probe of the present invention and the ratio band.

【図6】本発明の探触子で得られるパルス幅を示した受
信波形図
FIG. 6 is a received waveform diagram showing the pulse width obtained by the probe of the present invention.

【図7】本発明の探触子で得られる広帯域特性を示した
周波数特性図
FIG. 7 is a frequency characteristic diagram showing wideband characteristics obtained with the probe of the present invention.

【図8】本発明の他の実施例を示した実施例構成図FIG. 8 is a configuration diagram of an embodiment showing another embodiment of the present invention.

【図9】従来の水浸型超音波探触子の説明図FIG. 9 is an explanatory view of a conventional water immersion type ultrasonic probe.

【図10】従来のランジュバン振動子の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional Langevin oscillator.

【図11】従来のランジュバン振動子で得られるパルス
幅を示した受信波形図
FIG. 11 is a received waveform diagram showing the pulse width obtained by the conventional Langevin oscillator.

【図12】従来のランジュバン振動子で得られる狭帯域
特性を示した周波数特性図
FIG. 12 is a frequency characteristic diagram showing a narrow band characteristic obtained by a conventional Langevin oscillator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b:圧電振動子 10a,10b:共振ブロック 13:送信回路 14:定電圧源 16:送信振動子 17:水 18:受信振動子 19:受信回路 1a, 1b: Piezoelectric vibrator 10a, 10b: Resonance block 13: Transmission circuit 14: constant voltage source 16: Transmitter 17: Water 18: Receiver oscillator 19: Receiver circuit

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成3年11月28日[Submission date] November 28, 1991

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0013】更に、図に示すように一対の圧電振動子
1a,1bを単一の圧電振動子1aのみとしてもよい。
Further, as shown in FIG. 8 , the pair of piezoelectric vibrators 1a and 1b may be a single piezoelectric vibrator 1a only.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一対の圧電振動子の両側に共振ブロックを
対称に設けたランジュバン振動子構造を備えた広帯域超
音波探触子に於いて、 前記共振ブロックをプラスチックで構成したことを特徴
とする広帯域超音波探触子。
1. A broadband ultrasonic probe having a Langevin oscillator structure in which resonant blocks are symmetrically provided on both sides of a pair of piezoelectric oscillators, wherein the resonant block is made of plastic. Broadband ultrasonic probe.
【請求項2】請求項1記載の広帯域超音波探触子に於い
て、 前記一対の圧電振動子を単一の圧電振動子としたことを
特徴とする広帯域超音波探触子。
2. The wideband ultrasonic probe according to claim 1, wherein the pair of piezoelectric vibrators are a single piezoelectric vibrator.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011049601A3 (en) * 2009-10-21 2011-07-21 Micropoint Bioscience Inc. Piezoelectric coagulation sensors
WO2014084184A1 (en) 2012-11-29 2014-06-05 株式会社ダイセル Elastic body for actuator, and piezoelectric actuator

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