JPS5873861A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPS5873861A JPS5873861A JP56173189A JP17318981A JPS5873861A JP S5873861 A JPS5873861 A JP S5873861A JP 56173189 A JP56173189 A JP 56173189A JP 17318981 A JP17318981 A JP 17318981A JP S5873861 A JPS5873861 A JP S5873861A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- ultrasonic probe
- piezoelectric materials
- piezoelectric
- laminated
- 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
Links
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
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2437—Piezoelectric probes
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)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of 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、複数の周波数の超廿ｕを送、受信可能にした
積層型探触子に関する。
積層型探触子に関する。
各々異なる周波数で動作する異種の圧電１素子を積層し
、その積層方向で超音波を送受信する探触子が開発され
ておｅＪ、この型の探触子は時間的および空間的に同一
でかつ異積周波数の超音波全送受信可能である利点ヶ有
する。この型の探触子には、検体側の第１層を有機圧電
材Ｐ Ｖ Ｄ Ｆとし、その後の第２層を無情圧電材Ｐ
ＺＴとし、史ＶＣその後はバッキング材としたものがあ
る。しかし一般に有機圧電材は無情圧電材に比べて電気
−音響変換効率つまり超音波送受信に対する感度が低い
。
、その積層方向で超音波を送受信する探触子が開発され
ておｅＪ、この型の探触子は時間的および空間的に同一
でかつ異積周波数の超音波全送受信可能である利点ヶ有
する。この型の探触子には、検体側の第１層を有機圧電
材Ｐ Ｖ Ｄ Ｆとし、その後の第２層を無情圧電材Ｐ
ＺＴとし、史ＶＣその後はバッキング材としたものがあ
る。しかし一般に有機圧電材は無情圧電材に比べて電気
−音響変換効率つまり超音波送受信に対する感度が低い
。
それ数本発明は感度の尚い無機圧電材同志で複数周波、
積層型超音波探触子を得ようとするものである。即ち本
）れｔｊ１４１ｑ複数の圧電材を慎ノーシ、各々の層よ
り異なる周阪畝のＭｉ廿匝全対家物体に送信及び又は受
信する超音波探触子にｐいて、該圧電材は各々音響イン
ピーダンスが異なる無機圧′亀材料であり、かつ探弓虫
対破物側から順次音響インピーダンスが大又は小になる
ように配列ケ選択されてなること？特徴とするが、次に
図面を参照しながらこれを詳細に説明する。
積層型超音波探触子を得ようとするものである。即ち本
）れｔｊ１４１ｑ複数の圧電材を慎ノーシ、各々の層よ
り異なる周阪畝のＭｉ廿匝全対家物体に送信及び又は受
信する超音波探触子にｐいて、該圧電材は各々音響イン
ピーダンスが異なる無機圧′亀材料であり、かつ探弓虫
対破物側から順次音響インピーダンスが大又は小になる
ように配列ケ選択されてなること？特徴とするが、次に
図面を参照しながらこれを詳細に説明する。
第１図は本発明の実施例を示す。この図で１０゜１２は
無機圧電素子で前者は硫酸リチウム、後者はＰＺＴであ
る。ｔｌ〜ｔ３は圧電素子の電慣端子、１４はバッキン
グ材（金媚粉入すエボキシ）、１６け音響整合層でエポ
キシ樹脂からなる。次表にこれらの諸定数？示す。
無機圧電素子で前者は硫酸リチウム、後者はＰＺＴであ
る。ｔｌ〜ｔ３は圧電素子の電慣端子、１４はバッキン
グ材（金媚粉入すエボキシ）、１６け音響整合層でエポ
キシ樹脂からなる。次表にこれらの諸定数？示す。
この表で２は音響インピーダンスで単位は１０６Ｉ＃／
ｍ” ・ａ （以下、単位ケ、省略する）、ｆｒは共振
周１１「ム冨 波数である。λ／２共振・・周：、：波数は音速ｋ Ｖ
Ｘ厚みＶｉ−ｔとするとＶ／２ｔＴある。圧”ａｉ！
＊子１０子弟０図に示すように噂、気的にイどビーダン
ス変換を施している。表１の諸定数の素子１０．１２に
お、いて電気的インピーダンスは素子１２が約５００で
あるのに対し、素子１０はその２０倍以上の値である。
ｍ” ・ａ （以下、単位ケ、省略する）、ｆｒは共振
周１１「ム冨 波数である。λ／２共振・・周：、：波数は音速ｋ Ｖ
Ｘ厚みＶｉ−ｔとするとＶ／２ｔＴある。圧”ａｉ！
＊子１０子弟０図に示すように噂、気的にイどビーダン
ス変換を施している。表１の諸定数の素子１０．１２に
お、いて電気的インピーダンスは素子１２が約５００で
あるのに対し、素子１０はその２０倍以上の値である。
従って第２図（ｂ）に示すように素子１０に対し巻線比
１：５のトランスＴＩ（全付加し、電気的インビーダン
スケ素子１２と同程度にしている。
１：５のトランスＴＩ（全付加し、電気的インビーダン
スケ素子１２と同程度にしている。
これにより素子１０．１２ともには＼同一の効率および
帯域が得られた。か＼る探触子２０の超音波送受信特性
を第３図に示す。
帯域が得られた。か＼る探触子２０の超音波送受信特性
を第３図に示す。
第３図で横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は利得（ｄＢ）
である。ＡはＰＺＴＥＥＴＩｔ素子１２の、Ｂは硫酸リ
チウム圧電素子１０の梼註ヲ示す。このグラフから明ら
かなように素子１０は３．５ＭＨｚ近傍、索子１２は２
．２ＭＨｚ近傍で動作し、谷々周波畝帯域が分離されて
いるため機数の喫なる周波数の超音阪を同時送、受信ａ
Ｊ岨な、咳！−敏超ｉ波探り・＋ｒ ｆ−が得、：：、
、・・ ：１ られる。 ：： 積層型探ｍ’−＋、では圧電素子の音トビータ゛・スは
異ならせる必要があり、同程雇では谷木子が一体となっ
た振動が主となり、拳−周波数でしか動作できない。こ
の点第１図の索子１０の音響インピーダンスは１１．２
、素子１２は３２．０で明瞭な庚があり、異なる周波数
での同時動作が可能である。音響インピーダンス２が５
０附近のものはＰＺＴの他にＰ ＣＭｌＬｉ Ｎｂ ０
３ ＊ ＢＩＬ Ｔｌ ０ｍ ＊ ＰｂＴ１０Ｂ な
どかあり、また２が１０附近のものＫは硫酸リチウムの
他に水晶があり、探触子をこれらの組合せぞ作ってもよ
い。素子１０．１２の配列順序は検体（探触対象）の音
響インピーダンスに応じて定める。即ち検体が人体の場
合音響インピーダンス２は１．５程度であるから第１図
のように２が小さい硫酸リチウム１０が表面側、２が大
きいＰＺＴにはその長側とするのがよい。順序を迎にす
るとＰ Ｚ Ｔと検体とのｌｎＪに大きな音響インピー
ダンスの差が生じ、こ＼でＪ！Ｉｉ＝波の着しい反射に
よる損失が％生じてしま″）。探傷などのように検体が
２の大なるものであるときは、第１図とは逆に表面側を
２の大なるＰＺＴＸ展−を２の少ない硫酸リチウムとす
る。このようにすればＺ Ｋ ４ Ｌい差がある部分が
発生せず、反射損失の少ない超音波送受信が可能になる
。
である。ＡはＰＺＴＥＥＴＩｔ素子１２の、Ｂは硫酸リ
チウム圧電素子１０の梼註ヲ示す。このグラフから明ら
かなように素子１０は３．５ＭＨｚ近傍、索子１２は２
．２ＭＨｚ近傍で動作し、谷々周波畝帯域が分離されて
いるため機数の喫なる周波数の超音阪を同時送、受信ａ
Ｊ岨な、咳！−敏超ｉ波探り・＋ｒ ｆ−が得、：：、
、・・ ：１ られる。 ：： 積層型探ｍ’−＋、では圧電素子の音トビータ゛・スは
異ならせる必要があり、同程雇では谷木子が一体となっ
た振動が主となり、拳−周波数でしか動作できない。こ
の点第１図の索子１０の音響インピーダンスは１１．２
、素子１２は３２．０で明瞭な庚があり、異なる周波数
での同時動作が可能である。音響インピーダンス２が５
０附近のものはＰＺＴの他にＰ ＣＭｌＬｉ Ｎｂ ０
３ ＊ ＢＩＬ Ｔｌ ０ｍ ＊ ＰｂＴ１０Ｂ な
どかあり、また２が１０附近のものＫは硫酸リチウムの
他に水晶があり、探触子をこれらの組合せぞ作ってもよ
い。素子１０．１２の配列順序は検体（探触対象）の音
響インピーダンスに応じて定める。即ち検体が人体の場
合音響インピーダンス２は１．５程度であるから第１図
のように２が小さい硫酸リチウム１０が表面側、２が大
きいＰＺＴにはその長側とするのがよい。順序を迎にす
るとＰ Ｚ Ｔと検体とのｌｎＪに大きな音響インピー
ダンスの差が生じ、こ＼でＪ！Ｉｉ＝波の着しい反射に
よる損失が％生じてしま″）。探傷などのように検体が
２の大なるものであるときは、第１図とは逆に表面側を
２の大なるＰＺＴＸ展−を２の少ない硫酸リチウムとす
る。このようにすればＺ Ｋ ４ Ｌい差がある部分が
発生せず、反射損失の少ない超音波送受信が可能になる
。
第１図の探触子２０では表面側の圧電素子の２が１１．
２で、検体を人体とすればその１．５に対してかなシ差
がある。音響整合層１６はこれを補うものである。整合
層１６のｚｆｉａｏで、これ釦より人体の１゜５との整
合を向上させ得る。従って反射は余シ生じない。なおＺ
Ｋ大きな差があり境界で反射が生じると、該反射は境界
で繰シ返し発生し、１波の超音波も複数波となって出て
いく。これは分解能を落すので、診断、探傷などにとっ
て好ましくない。また整合層の厚みは一般にλ／４共振
周波数を動作周波数に合せるが、積層型探触子では異周
波超音波が出入するので、どちらの周波数にλ／４共振
周波数會合せるかが問題である。第４図は音響整合層の
適当な厚みを求めて行なった実験結果を示し、縦軸はλ
／４共振周波数で表わした厚み、縦軸は一２０ｄＢ減衰
までの波数を示す。なおまた波数は第４図に示すように
超音波がＰ、で最大振幅となってから一２０ｄＢつまり
１／１０の振幅になる迄の波数ｎであり、これは小なる
程好ましい。
２で、検体を人体とすればその１．５に対してかなシ差
がある。音響整合層１６はこれを補うものである。整合
層１６のｚｆｉａｏで、これ釦より人体の１゜５との整
合を向上させ得る。従って反射は余シ生じない。なおＺ
Ｋ大きな差があり境界で反射が生じると、該反射は境界
で繰シ返し発生し、１波の超音波も複数波となって出て
いく。これは分解能を落すので、診断、探傷などにとっ
て好ましくない。また整合層の厚みは一般にλ／４共振
周波数を動作周波数に合せるが、積層型探触子では異周
波超音波が出入するので、どちらの周波数にλ／４共振
周波数會合せるかが問題である。第４図は音響整合層の
適当な厚みを求めて行なった実験結果を示し、縦軸はλ
／４共振周波数で表わした厚み、縦軸は一２０ｄＢ減衰
までの波数を示す。なおまた波数は第４図に示すように
超音波がＰ、で最大振幅となってから一２０ｄＢつまり
１／１０の振幅になる迄の波数ｎであり、これは小なる
程好ましい。
曲ＩＩＩＣＦ；ｊ ＰＺＴ素子１２を単体で動作させた
ときの、また曲線りは硫酸リチウム素子１０ｆｔ単体で
動作させたときの特性を示し、これらから厚みが範囲Ｅ
１λ／４共振周波数で言えば五５〜２．５ＭＨｚのとき
最良であることが分る。この周波数は素子１０．１２の
動作周波数本例では１５ ＭＨｚ 、 ２．２ＭＨｚの
中間値に相当する。本例では整合層’ｔＩ層としている
が、２層あるいはそれ以上の層数であっても同様の効果
が得られることは容易に類推可能である。
ときの、また曲線りは硫酸リチウム素子１０ｆｔ単体で
動作させたときの特性を示し、これらから厚みが範囲Ｅ
１λ／４共振周波数で言えば五５〜２．５ＭＨｚのとき
最良であることが分る。この周波数は素子１０．１２の
動作周波数本例では１５ ＭＨｚ 、 ２．２ＭＨｚの
中間値に相当する。本例では整合層’ｔＩ層としている
が、２層あるいはそれ以上の層数であっても同様の効果
が得られることは容易に類推可能である。
以上説明したように本発明によれば、無機圧電材のみＫ
よる複数周波数、高感度、積層型超音波探触子を提供で
き、甚だ有効である。
よる複数周波数、高感度、積層型超音波探触子を提供で
き、甚だ有効である。
第１図は本発明に係る超音波探触子の説明図、□、′
第２図はその圧電索子のドライどパの一部の回路図、第
３図および第４図は特性面−図である。 図面で１０．１２は圧畦材、Ｕ８Ｗは超音波、２０は超
音波探触子、１６は音響整合層である。 出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 青 卿 稔手続補正書（自
発） １．事件の表示 昭和５６年特許願第１７３１８９号 ２発明の名称 超音波探触子 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 神奈川県用崎市中原区上小田中１０１７名称
（５２２）富士通株式会 代弐者 山 本 卓 １ ４、代理人 Ｔ”１０１ 明細書第１頁５行〜１９行の特許請求の範囲の欄を次の
様に補正する。 ［（１）複数の圧電材を積層し、各々の層より異なる周
波数の超音波を対象物体に送信及び又は受信する超音波
探触子において、該圧電材は各々音響インピーダンスが
異なる無機圧電材料であり、かつ対象物側から順次音響
インピーダンスが大又は小になるように配列を選択され
てなることを特徴とする超音波探触子。 （２）圧電材が第１の周波数で動作する第１の圧電材と
第２の周波数で動作する第２の圧電材からなり、積層さ
れたこれらの圧電材の対象物体側に設けられる少なくと
も一層の音響整合層のλ／４共振周波数で表わした厚み
は、該第１の周波数と第２の周波数の間の周波数に一致
させてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超音波探触子。」
３図および第４図は特性面−図である。 図面で１０．１２は圧畦材、Ｕ８Ｗは超音波、２０は超
音波探触子、１６は音響整合層である。 出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 青 卿 稔手続補正書（自
発） １．事件の表示 昭和５６年特許願第１７３１８９号 ２発明の名称 超音波探触子 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 神奈川県用崎市中原区上小田中１０１７名称
（５２２）富士通株式会 代弐者 山 本 卓 １ ４、代理人 Ｔ”１０１ 明細書第１頁５行〜１９行の特許請求の範囲の欄を次の
様に補正する。 ［（１）複数の圧電材を積層し、各々の層より異なる周
波数の超音波を対象物体に送信及び又は受信する超音波
探触子において、該圧電材は各々音響インピーダンスが
異なる無機圧電材料であり、かつ対象物側から順次音響
インピーダンスが大又は小になるように配列を選択され
てなることを特徴とする超音波探触子。 （２）圧電材が第１の周波数で動作する第１の圧電材と
第２の周波数で動作する第２の圧電材からなり、積層さ
れたこれらの圧電材の対象物体側に設けられる少なくと
も一層の音響整合層のλ／４共振周波数で表わした厚み
は、該第１の周波数と第２の周波数の間の周波数に一致
させてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超音波探触子。」
Claims (2)
- （１）複数の圧電材？積層し、各々の層より異なる周波
数の超音波を対象物体に送信及び又は受信する超音波探
触子において、該圧電材は各々音響インピーダンスが異
なる無機圧電材料であり、かつ探触・対象物１目１」か
ら順次音響インピーダンスが大又は小になるように配列
全選択されてなることｋｖｊ徴とする超音波探触子。 - （２）圧電材が第１の周波数で動作する＠１の圧電材と
第２の周波数で動作する第２の圧電材からなり、積層さ
れたこれらの圧電材の対象物体側に設けられる少なくと
も一層の音譬歴合層のλ／４共嶽周波式で表わした厚み
は、該第１の周波数と第２の周波数の間の周波数に一致
させてなること？特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56173189A JPS5873861A (ja) | 1981-10-29 | 1981-10-29 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56173189A JPS5873861A (ja) | 1981-10-29 | 1981-10-29 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5873861A true JPS5873861A (ja) | 1983-05-04 |
| JPS6412440B2 JPS6412440B2 (ja) | 1989-02-28 |
Family
ID=15955738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56173189A Granted JPS5873861A (ja) | 1981-10-29 | 1981-10-29 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5873861A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5212671A (en) * | 1989-06-22 | 1993-05-18 | Terumo Kabushiki Kaisha | Ultrasonic probe having backing material layer of uneven thickness |
-
1981
- 1981-10-29 JP JP56173189A patent/JPS5873861A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5212671A (en) * | 1989-06-22 | 1993-05-18 | Terumo Kabushiki Kaisha | Ultrasonic probe having backing material layer of uneven thickness |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6412440B2 (ja) | 1989-02-28 |
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