JPS58177640A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPS58177640A JPS58177640A JP57061220A JP6122082A JPS58177640A JP S58177640 A JPS58177640 A JP S58177640A JP 57061220 A JP57061220 A JP 57061220A JP 6122082 A JP6122082 A JP 6122082A JP S58177640 A JPS58177640 A JP S58177640A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic probe
- thickness
- matching layer
- acoustic matching
- loss
- 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.)
- Granted
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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Ｏ
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〇超音波探触子の
送受波感度と距離分解能を高める方法として、超音波送
受波用圧電セラミッ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
層は青畳放射体（一般には圧電セラミック厚み縦振動子
）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ック振動子の電気反共振周波
数（機械共振周波数と等価）のｙ４＃Ｌ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 ｌ！度、またその付近での損失変動が
２ｄＢ＠度あり十分満足すべきものではない０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＠明の目的は２１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。
のエコーを受波する機能を備えている〇超音波探触子の
送受波感度と距離分解能を高める方法として、超音波送
受波用圧電セラミッ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
層は青畳放射体（一般には圧電セラミック厚み縦振動子
）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ック振動子の電気反共振周波
数（機械共振周波数と等価）のｙ４＃Ｌ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 ｌ！度、またその付近での損失変動が
２ｄＢ＠度あり十分満足すべきものではない０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＠明の目的は２１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Ｗ整合層の厚みをｔｘとし、この
第１音智整合層上に形成された第２１・響整合層の厚み
をｔ３とし、また飢ｌ音譬整合層の材料中の縦波の音速
をＶ’１％第１％響整合層材狛中の縦波の音速をＶｍ）
この超音波探触子に用いる圧ｔＳの後縁共振周波数をｆ
・としたとき、ｔｌ−１及び第２音響整合層の厚みを４
ｆ・ ４ｆ・ の範囲にしたことを符徴としている。
上に形成された第１音Ｗ整合層の厚みをｔｘとし、この
第１音智整合層上に形成された第２１・響整合層の厚み
をｔ３とし、また飢ｌ音譬整合層の材料中の縦波の音速
をＶ’１％第１％響整合層材狛中の縦波の音速をＶｍ）
この超音波探触子に用いる圧ｔＳの後縁共振周波数をｆ
・としたとき、ｔｌ−１及び第２音響整合層の厚みを４
ｆ・ ４ｆ・ の範囲にしたことを符徴としている。
次に本発明の原塩について説明する。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ィルタを構成している。従って低損
失、かつ損失変動の小さい超音波探触子を得るにはバン
ドパスフィルタの挿入損失を小さく、かつ通過域特性を
平ｍ化すればよいことになる０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ｚ０．が実数と
なり、かつ中心周波数付近で２・寥が負荷（ζζでは主
に人体）と一致する様に整合層を設計すればよい。
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ィルタを構成している。従って低損
失、かつ損失変動の小さい超音波探触子を得るにはバン
ドパスフィルタの挿入損失を小さく、かつ通過域特性を
平ｍ化すればよいことになる０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ｚ０．が実数と
なり、かつ中心周波数付近で２・寥が負荷（ζζ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って本発明の有効性番Ｃ
ついて検証する〇 音響インピーダンス密度が３６．４ Ｘ １０＠Ｋｌ／
ｒｌ・８の圧電セラミック振動子にインピーダンス密度
が８．５ｘｌＯ’ｉＣｐ／−・８ 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 Ｘ
１０・Ｋｇ／ｄ−８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ｚ＠２を音
４１！Ｉ合層の厚みを変化させて計算した。通過域１ζ
＄けφｚ＠雪の周波数特性を９１図及び第２図に示す。
ついて検証する〇 音響インピーダンス密度が３６．４ Ｘ １０＠Ｋｌ／
ｒｌ・８の圧電セラミック振動子にインピーダンス密度
が８．５ｘｌＯ’ｉＣｐ／−・８ 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 Ｘ
１０・Ｋｇ／ｄ−８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ｚ＠２を音
４１！Ｉ合層の厚みを変化させて計算した。通過域１ζ
＄けφｚ＠雪の周波数特性を９１図及び第２図に示す。
ここで周波数はセラミッ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２・冨が実数直
、点線は虚数値をとる事を示しているＯｗｋ１図は各整
合層の厚みがセラミック振動子の反共振周波数の一波最
の場合、また第２崗は厚みが、２ｔｔｉ長の１．１７６
倍の場合について示している。
規格化されている◎また、図中の実線は２・冨が実数直
、点線は虚数値をとる事を示しているＯｗｋ１図は各整
合層の厚みがセラミック振動子の反共振周波数の一波最
の場合、また第２崗は厚みが、２ｔｔｉ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２０雪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ィルタの通過域内で
大きな損失変動を生じることを意味している〇一方後者
のＺ＠ｘは中心周波数付近で連続的Ｉζ実数値をとり、
かつかなり広いＪＩｌｔｉｊＬ数にわたって水のインピ
ーダンスに近い値を示すことかわかる０従って通過域内
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。
数となる◎このことはバンドパスフィルタの通過域内で
大きな損失変動を生じることを意味している〇一方後者
のＺ＠ｘは中心周波数付近で連続的Ｉζ実数値をとり、
かつかなり広いＪＩｌｔｉｊＬ数にわたって水のインピ
ーダンスに近い値を示すことかわかる０従って通過域内
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。
次に実施例に従って本発明の詳細な説明する。
実施例
直径２０ ｗｍ 、厚さ１ｍ１ｌ＋の円板状圧電セラミ
ッ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１０ ｓ ４１皺の金属電極膜が形成し、厚さ
方向に分極した。この圧電セラミック振動子の音響イン
ピーダンス密度は３６．４ Ｘ １０’Ｋｆ／ｎ？・８
である。
ッ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１０ ｓ ４１皺の金属電極膜が形成し、厚さ
方向に分極した。この圧電セラミック振動子の音響イン
ピーダンス密度は３６．４ Ｘ １０’Ｋｆ／ｎ？・８
である。
仁の振動子の片面全面に音響インピーダンス密度がｓ、
ｓ ｘ ｔｏ’ Ｋｇ／ｒｌ・８の樹脂層を第１整合
層きして形成し、更にその上（音響インピーダンス密度
が２．４ ＸＩＱ’ Ｋ４／ｄ・８の樹脂層を第２整合
層として形成した０この探触子を用いて水中に音波を放
射し、水深２０ｆｆｉ［あるアルミ反射板からの反射ｔ
ＩＬをｌｉ普して往復の挿入損失を＃１足した。第３図
に各整酋階のＪ％Ｌさをセラミック振動子の電気反共振
周波数の一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、本発明による告贅合層の厚
さを電気反共振周波数の吊波長の１．１７６倍ｌこ設定
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ｌ５ｌＩＩで示
した。
ｓ ｘ ｔｏ’ Ｋｇ／ｒｌ・８の樹脂層を第１整合
層きして形成し、更にその上（音響インピーダンス密度
が２．４ ＸＩＱ’ Ｋ４／ｄ・８の樹脂層を第２整合
層として形成した０この探触子を用いて水中に音波を放
射し、水深２０ｆｆｉ［あるアルミ反射板からの反射ｔ
ＩＬをｌｉ普して往復の挿入損失を＃１足した。第３図
に各整酋階のＪ％Ｌさをセラミック振動子の電気反共振
周波数の一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、本発明による告贅合層の厚
さを電気反共振周波数の吊波長の１．１７６倍ｌこ設定
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ｌ５ｌＩＩで示
した。
［３１ｍ！ｌから明らかな様に本発明構造の超音波探触
子は６ｄＢ帯域中がｒｓＴｏｓ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０これに対して従来構造の探触子は６ｄＢ帯域巾が７
８チ、中心周波数における挿入損失か３ｄＢそして通過
域内での損失変動が２ｄＢである０１ｇ３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１ｄ
Ｂ以下という非常に平坦な特性を有している◇なお、第
３ｗＡには示していないが青畳整合層の厚さを電気反共
振周波数に対応する波長の一涙長に対して１２０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Ｗｔ８れた。
子は６ｄＢ帯域中がｒｓＴｏｓ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０これに対して従来構造の探触子は６ｄＢ帯域巾が７
８チ、中心周波数における挿入損失か３ｄＢそして通過
域内での損失変動が２ｄＢである０１ｇ３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１ｄ
Ｂ以下という非常に平坦な特性を有している◇なお、第
３ｗＡには示していないが青畳整合層の厚さを電気反共
振周波数に対応する波長の一涙長に対して１２０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Ｗｔ８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
。
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ｊ１１第２音
響整合層の厚みｔｘ −ｊｍ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。
響整合層の厚みｔｘ −ｊｍ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４Ｉ整合層の厚みは実ｍｆ１ｊｃ用いた圧電
体第１ｉｆｔ！２音４１Ｆ整合層の材料の音響インピー
ダンス″＊＊の値がある範囲で変動しても有効であるこ
とが確Ｍされた。
体第１ｉｆｔ！２音４１Ｆ整合層の材料の音響インピー
ダンス″＊＊の値がある範囲で変動しても有効であるこ
とが確Ｍされた。
菖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０ ａｌｔ２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。 藻３１は従来構造と本発明の起蓄波探触子の損失特性図
。 １０６ ０．６ １．ＯＬ４ 規格化周波数 硯格化周波数
特性図０ ａｌｔ２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。 藻３１は従来構造と本発明の起蓄波探触子の損失特性図
。 １０６ ０．６ １．ＯＬ４ 規格化周波数 硯格化周波数
Claims (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 ＊＊＊合層の厚みをｔ
ｌとし、このＭ１音譬贅會層上にル威された第２音畳整
合層の厚みをｔｓとし、また第１音響整合層の材料中の
縦波の音速をＶｌ、第２音書整合層材料中の縦波の音速
をマ１、この超音波探触子に用いる圧電体の機械共振周
波数をｆ・としたとき、第１及び第２音響整合層の厚み
を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 true JPS58177640A (ja) | 1983-10-18 |
| JPH0362414B2 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) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139054A (ja) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | 振動伝達率低減装置 |
-
1982
- 1982-04-13 JP JP57061220A patent/JPS58177640A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139054A (ja) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | 振動伝達率低減装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0362414B2 (ja) | 1991-09-25 |
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