JPS5811851A - Ultrasonic probe - Google Patents
Ultrasonic probeInfo
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- JPS5811851A JPS5811851A JP56110281A JP11028181A JPS5811851A JP S5811851 A JPS5811851 A JP S5811851A JP 56110281 A JP56110281 A JP 56110281A JP 11028181 A JP11028181 A JP 11028181A JP S5811851 A JPS5811851 A JP S5811851A
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- 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
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波探触子に関し、特に高分子圧電材料から
形成された振動子本体を有する超音波探触子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic probe, and more particularly to an ultrasonic probe having a transducer body made of a polymeric piezoelectric material.
超音波を清用して診断、探傷、計測等を行なう各種超音
波機器においては、電気音響変換手段として従来から圧
電セラミックス製振動子本体を有する超音波探触子が用
いられている。このセラミック振動子は感1ずが犬であ
る反面その帯域幅が狭く、また形状比(直方体状に形成
した場合に最小断面における幅/厚さ)を波長に比して
充分小さくなしi聾ないためほぼ5MHz以上の高周波
で使用するフェーズドアレーには適さないという欠点が
あった。すなわち、超音波診断装置等において配列形超
音波探触子による扇形走査を行なうような場合に、第2
′覗極に基づく偽像の発生を防止するためには、(波長
V(振動子配列ピッチ)がビーム走査の覆域に関連して
定まる所定値を超える必要がある53シかしながら、従
来のセラミック振動子を用いたフェーズドアレー用探触
子においては、裏打ち材に接着された板状振動子を切断
して複数個に分割するよう(ニしていたので、振動子お
よび接着剤の切削抵抗が弱いため振動子の幅を充分狭く
することが困難であり、かつカッタの刃厚(二は限界が
あるため切削溝幅すなわち振動子相互間隔を充分に狭く
することが困難であって、その結果、振動子の配列ピッ
チを充分小さくすることが実質的に不可能であったから
である。2. Description of the Related Art Ultrasonic probes having piezoelectric ceramic vibrator bodies have been used as electroacoustic transducing means in various ultrasonic devices that use ultrasonic waves for diagnosis, flaw detection, measurement, and the like. Although this ceramic resonator is sensitive, its bandwidth is narrow, and the shape ratio (width/thickness at the smallest cross section when formed into a rectangular parallelepiped shape) is sufficiently small compared to the wavelength, making it difficult to hear. Therefore, it has the disadvantage that it is not suitable for phased arrays used at high frequencies of approximately 5 MHz or higher. In other words, when performing fan-shaped scanning using an array type ultrasound probe in an ultrasound diagnostic device, etc., the second
'In order to prevent the generation of false images due to viewing poles, the wavelength V (oscillator array pitch) must exceed a predetermined value determined in relation to the coverage area of beam scanning. For phased array probes using ceramic resonators, the plate-shaped resonator glued to the backing material was cut and divided into multiple pieces, so cutting the resonator and adhesive was necessary. Because the resistance is weak, it is difficult to make the width of the vibrator sufficiently narrow, and because there is a limit to the blade thickness of the cutter, it is difficult to make the width of the cutting groove, that is, the distance between the vibrators, narrow enough. As a result, it has been virtually impossible to make the arrangement pitch of the vibrators sufficiently small.
一方、高分子圧電材料から形成された振動子は広帯域特
性を備えているが感度が小さく、かつ厚さが9〜30μ
m程度のものしか製造し得ないので、このままではほぼ
lQMHz以上の高周波領域でしか使用できないという
難点がある。On the other hand, a vibrator made of a polymer piezoelectric material has broadband characteristics, but has low sensitivity and a thickness of 9 to 30 μm.
Since it is possible to manufacture only about m, there is a drawback that as it is, it can only be used in a high frequency range of about 1QMHz or more.
これを実用的な低喝波領域において使用するために、従
来は第1因に例示するように複数(図は3つの場合)の
素子1・・・を厚さ方向、すなわち分極方向(Y)に重
合するとともに相互に接着して振動子本体2を形成する
ようにしていた。この本体2には厚さ方向に相対向して
一対をなすit電極・・・が幅方向、すなわち素子1・
・・の延伸軸方向(X)に所定の配列ピッチおよび間隔
で配設されている。図中4は11面板であり、5は背板
である。そして、分極方向(1)の振動モードを利用す
るように構成されている。なお、振動子2は延伸軸方向
に分割されていてもよい。In order to use this in a practical low-threat region, conventionally, as illustrated in the first factor, a plurality of elements (three in the figure) are connected in the thickness direction, that is, in the polarization direction (Y). The vibrator main body 2 was formed by polymerizing and adhering each other. This main body 2 has a pair of IT electrodes facing each other in the thickness direction, that is, in the width direction, that is, the element 1.
... are arranged at a predetermined array pitch and interval in the direction of the stretching axis (X). In the figure, 4 is an 11-sided plate, and 5 is a back plate. And, it is configured to utilize the vibration mode in the polarization direction (1). Note that the vibrator 2 may be divided in the direction of the stretching axis.
しかしながら、上述のように構成された従来の探触子に
おいては複数の振動1子ノ・・・を積層、接着して振動
子本体2を形成しているので、電気=音響相互変換効率
が悪いばかりでなく、本体2の圧電d定数が小さいので
?は気→音響変換効率モ悪く、かつ本体2の音響インピ
ーダンスが約4 X 106バノf/m”@であるため
人体や水など(音響インピーダンス約1.5 X 10
’Qf/m2s )と、の音響整合性が悪いという難
点がある。However, in the conventional probe configured as described above, the transducer body 2 is formed by laminating and bonding a plurality of single vibrating elements, which results in poor electrical-acoustic mutual conversion efficiency. Not only that, but also because the piezoelectric d constant of main body 2 is small? The air → sound conversion efficiency is poor, and the acoustic impedance of the main body 2 is approximately 4 x 106 f/m, so it cannot be used with the human body, water, etc. (acoustic impedance of approximately 1.5 x 10 f/m).
'Qf/m2s), the problem is that the acoustic matching is poor.
本発明は上記事情のもとじなされたもので、その目的と
するところは、高分子圧電材料から形成された振動子本
体を有しながら電気=音響相互変換効率が高く、人体や
水などの音″#整合性が良好で、かつ高周波のフェーズ
ドアレイとして用い得る超音波探触子を提供することに
ある。The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to have a vibrator main body made of a polymeric piezoelectric material, and to have a high electricity-acoustic mutual conversion efficiency, so that it can absorb the sounds of the human body, water, etc. An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe that has good consistency and can be used as a high-frequency phased array.
以下、本発明を図示の一実施例について説明する。第2
図において振動子1oは本体11と電極12.12を備
えている。振動子本体11は、高分子圧電材料(たとえ
ばPVDF’など)から延伸軸方向(3)の長さ!、分
極方向閑の厚さtの直方体状に形成されている。電極1
2.12は適宜の導電性材料から薄膜状に形成され、本
体1ノの分極方向閑両面にたとえば蒸着あるいは接着等
の手段によって付着されている。このような振動子10
は分極方向1:所定の配列ピッチで配設され、延伸方向
両端には前面板13および背板14がそれぞれ設けられ
ており、相隣る振動子10.10の間には隙間15が形
成されている。前面板13は振動子10・・・(二対す
る保護j−1音響整合層あるいは音響レンズの少なくと
もいずれか1つの機能を果すように構成されている。背
板14は振動子10・・・に対する裏打層、音響吸収層
および音響整合層の少なくともいずれか1つの機能を果
すように構成されている。隙間15には電気絶縁性の材
料(たとえば空気など)が充填されている。そして、各
振動子10・・・ごとにそれぞれの電極12.12間電
位差Elの位相および振幅を適宜に制御することシーよ
り、延伸軸方向(3)の振動モードを利用したフェーズ
ドアレイとして動作をなし得るように構成されている。Hereinafter, the present invention will be described with reference to an illustrated embodiment. Second
In the figure, a vibrator 1o includes a main body 11 and electrodes 12.12. The vibrator main body 11 is made of a polymeric piezoelectric material (for example, PVDF', etc.) and has a length in the stretching axis direction (3)! , is formed in the shape of a rectangular parallelepiped with a thickness t in the polarization direction. Electrode 1
2.12 is formed in the form of a thin film from a suitable conductive material, and is attached to the free surface of the main body 1 in the polarization direction by means such as vapor deposition or adhesion. Such a vibrator 10
are arranged at a predetermined arrangement pitch in the polarization direction 1, and a front plate 13 and a back plate 14 are provided at both ends in the stretching direction, and a gap 15 is formed between adjacent vibrators 10 and 10. ing. The front plate 13 is configured to function as at least one of a protection j-1 acoustic matching layer or an acoustic lens for the vibrators 10... It is configured to function as at least one of a backing layer, an acoustic absorption layer, and an acoustic matching layer.The gap 15 is filled with an electrically insulating material (for example, air). By appropriately controlling the phase and amplitude of the potential difference El between the electrodes 12 and 12 for each child 10..., it is possible to operate as a phased array using the vibration mode in the stretching axis direction (3). It is configured.
上記構成によれば、延伸方向両端
ドを利用するようにしたので、振動子本体11の振動方
向の長さ!は、単に累材を切断するだけで所望の周波数
に適合するものを容易(二形成することができ、これに
より実用上好ましい周波数帯域(1〜29MHz程度)
をカバーすることができる。したがって従来装置C二お
けるように複数の振動子本体を厚さ方向、すなわち振動
方向f″11積層着する必要がないから、電気=音響相
互変換効率が低下するようなことがない。According to the above configuration, since both ends in the stretching direction are used, the length of the vibrator main body 11 in the vibration direction can be reduced! can be easily formed to match the desired frequency by simply cutting the composite material, thereby achieving a practically preferred frequency band (about 1 to 29 MHz).
can be covered. Therefore, unlike in the conventional device C2, there is no need to laminate a plurality of vibrator bodies in the thickness direction, that is, in the vibration direction f''11, so that there is no reduction in the electric-acoustic mutual conversion efficiency.
また、高分子圧電材料においては延伸軸方向(X)i=
おける圧電d定数が分極方向(Ylにおける値の約2倍
と良好であり、かつ延伸軸方向における音響インピーダ
ンスは分極方向における値よりも人体や水等の値に近い
のでこれらに対する音響整合性も改善される。In addition, in the polymer piezoelectric material, the stretching axis direction (X)i=
The piezoelectric d constant in the polarization direction (approximately twice the value in Yl) is good, and the acoustic impedance in the stretching axis direction is closer to the value of the human body, water, etc. than in the polarization direction, so the acoustic matching for these is also improved. be done.
さらに、上述のように延伸軸方向■)の振動モードを利
用するようにしたので振動子本体11の分極方向厚さt
は充分薄くしてもよく、したかって振動子10・・・の
配列ピッチは、従来の高分子王室材料製振動子(二比較
しても充分小さくなし得るばかりでなく、セラミック振
動子を切断して形成したものに比較すれば1/10以下
にすることも容易であり、この場合には10倍以上の高
周波数用フェーズドアレイに利用することができる。Furthermore, since the vibration mode in the stretching axis direction (■) is utilized as described above, the thickness t of the vibrator body 11 in the polarization direction
can be made sufficiently thin, and therefore the array pitch of the vibrators 10... can be made sufficiently small compared to conventional polymeric royal material vibrators (2), and can also be made thin enough by cutting ceramic vibrators. It is easy to reduce the size to 1/10 or less compared to the one formed using the same method, and in this case, it can be used for a phased array for high frequencies of 10 times or more.
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、たとえば第3図に示すように複数(図は3つの場合
)の振動子本体11・・・を分極方向(ト)に端層して
1単位の振動子20を構成するようにしてもよい。この
ような振動子を分極方向に複数単位配設した探触子は比
較的狭い角度範囲で用いる場合に利得を増大させること
ができる。また、第4図に示すように複数(図は18の
場合)の振動子本体11・・・を分極方向に端層して形
成された1単位の振動子21のみを設けるようにしても
よい。このように構成された探触子は、非破壊検査や流
量測定などに用いられる従来の探触子におけると同様に
して広帯域探触子として利用することができる。さらに
、上記いずれの場合であっても相互に隣接する振動子本
体11・・・相互間および撮動子11と電極12間にた
とえばシリコン油等の油性薄膜を介設し、この油性薄膜
の表面張力によって相隣る両者を張り合わせるようにし
てもよい。このように構成すれば、接着剤によって接着
する場合に比し組立作業を大幅に簡易化することができ
、かつ振動子本体11・・・の延伸軸方向■)振動に対
する抑制作用が、接着した場合より遥かに軽度であるか
ら電気→音響変換効率を向上させることができる。Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, as shown in FIG. Alternatively, one unit of the vibrator 20 may be configured. A probe in which a plurality of units of such vibrators are arranged in the polarization direction can increase the gain when used in a relatively narrow angular range. Alternatively, as shown in FIG. 4, only one unit of the vibrator 21 may be provided, which is formed by layering a plurality of vibrator bodies 11 (18 in the figure) end layers in the polarization direction. . The probe configured in this manner can be used as a broadband probe in the same way as conventional probes used for nondestructive testing, flow measurement, and the like. Furthermore, in any of the above cases, an oily thin film such as silicone oil is interposed between the mutually adjacent vibrator bodies 11 and between the sensor 11 and the electrode 12, and the surface of this oily thin film is Adjacent two pieces may be pasted together using tension. With this configuration, the assembly work can be greatly simplified compared to the case of bonding with adhesive, and the suppressing effect against vibration in the extending axis direction of the vibrator body 11... Since the weight is much lighter than in the case of the conventional case, the electric to acoustic conversion efficiency can be improved.
本発明は、上述したように高分子圧電材料から形成され
た振動子本体を有するものにおいて、上記本体の延伸軸
方向の振動モードを利用するべくその分極方向に電極を
配設したことを特徴とするものである。したがって、振
動方向の長さを所望の周波数に適合するよう(二形成し
得るので複数の本体を厚さ方向に接着する必要がなく、
電気ご音響相互変換効率の低下を防止することができる
。また、圧電定数が良好で音響インピーダンスがより人
体や7J(等に近い延伸軸方向の振動モードを利用する
ようにしたので、人体や水等に対する音響整合性を向上
させることができる。さらに、分極方向における振動子
本体の厚さが薄くてよいので高周波数のフェーズドアレ
イに好適である。The present invention has a vibrator body formed of a polymeric piezoelectric material as described above, and is characterized in that electrodes are disposed in the polarization direction of the vibrator body in order to utilize the vibration mode in the direction of the stretching axis of the body. It is something to do. Therefore, since the length in the vibration direction can be adjusted to match the desired frequency, there is no need to glue multiple bodies together in the thickness direction.
It is possible to prevent the deterioration of the electric-acoustic mutual conversion efficiency. In addition, since the piezoelectric constant is good and the acoustic impedance is closer to that of the human body or 7J (etc.), the acoustic matching to the human body, water, etc. can be improved. Since the thickness of the vibrator body in the direction may be thin, it is suitable for high frequency phased arrays.
また、振動子本体と電極とをこれら両者間(二介在する
油性薄膜により張り合せるようにすれば、組立作業を簡
易化し而るとともに、振動抑制作用を軽減して電気→音
響変換効率を向上させることができる。In addition, by attaching the vibrator main body and the electrodes together with an oily thin film between them, the assembly work is simplified, and the vibration suppression effect is reduced to improve the electrical to acoustic conversion efficiency. be able to.
第1図は従来例を示す断面図、第2図は本発明の一実施
例を示す断面図、第3図および第4図は同側(二おける
要部の変形例を示す説明図である。
10.20.21・・・振動子、11・・・振動子本体
、12・・・電極、X・・・延伸軸方向、Y・・・分極
方向。Fig. 1 is a sectional view showing a conventional example, Fig. 2 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and Figs. 10.20.21... Vibrator, 11... Vibrator body, 12... Electrode, X... Extension axis direction, Y... Polarization direction.
Claims (2)
るものにおいて、上記本体の延伸軸方向の振動モードを
利用するべくその分極方向に電極を配設したことを特徴
とする超音波探触子。(1) An ultrasonic probe having a vibrator body made of a polymeric piezoelectric material, characterized in that electrodes are arranged in the polarization direction to utilize the vibration mode in the direction of the stretching axis of the body. Child.
介在する油性薄膜により相互に張り合せてなる特許請求
の範囲第1項記載の超音波探触子。(2) The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the transducer main body and the electrode are bonded to each other with an oily thin film interposed between them.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56110281A JPS5811851A (en) | 1981-07-15 | 1981-07-15 | Ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56110281A JPS5811851A (en) | 1981-07-15 | 1981-07-15 | Ultrasonic probe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5811851A true JPS5811851A (en) | 1983-01-22 |
Family
ID=14531707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56110281A Pending JPS5811851A (en) | 1981-07-15 | 1981-07-15 | Ultrasonic probe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5811851A (en) |
-
1981
- 1981-07-15 JP JP56110281A patent/JPS5811851A/en active Pending
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