JPS5929816B2 - ultrasonic probe - Google Patents

ultrasonic probe

Info

Publication number
JPS5929816B2
JPS5929816B2 JP10137975A JP10137975A JPS5929816B2 JP S5929816 B2 JPS5929816 B2 JP S5929816B2 JP 10137975 A JP10137975 A JP 10137975A JP 10137975 A JP10137975 A JP 10137975A JP S5929816 B2 JPS5929816 B2 JP S5929816B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
piezoelectric plate
acoustic impedance
damper
frequency
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.)
Expired
Application number
JP10137975A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5224575A (en
Inventor
晃 福本
博 福喜多
正己 川淵
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP10137975A priority Critical patent/JPS5929816B2/en
Publication of JPS5224575A publication Critical patent/JPS5224575A/en
Publication of JPS5929816B2 publication Critical patent/JPS5929816B2/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波を利用した非破壊検査装置、超音波診断
装置などの探触子に関し、特に従来からの欠点である損
失の多さおよび帯域巾の狭さを同時に解決することを目
的とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a probe for a non-destructive testing device, an ultrasonic diagnostic device, etc. that uses ultrasonic waves, and in particular, it simultaneously solves the conventional disadvantages of high loss and narrow bandwidth. The purpose is to solve the problem.

第1図に従来の典型的な探触子の構成を示す。FIG. 1 shows the configuration of a typical conventional probe.

図において1は圧電板、2は電極、3は1/4波長板な
どのマッチング板、4は一般にダンパーと呼ばれている
裏面負荷、5はリード線である。圧電板1の例としては
PZTなどの圧電セラミツタ、水晶、LiNbO3など
の圧電結晶があげられる。マッチング層3とダンパー4
の例としてはエポキシなどの樹脂にタングステン粉末を
適量混合させたものが一般的である。つぎに第2図にも
とずいて従来型探触子の使用例を説明する。図において
21は第1図に示した探触子、22は人体などの被検物
体、23は高周波パルス発振源、24は高周波受信器、
25は信号表示器である。高周波パルス発振源23より
発生された高周波パルス26は探触子21によつて超音
波に変換され、超音波パルス2Tとなつて被検体22中
を進行し、被検部28に当つて反射パルス29を生じる
。この反射パルス29は再び探触子21によつて高周波
パルスとなつて、これが高周波受信器24によつて検出
の上適当な信号処理を受けたあと信号表示器25によつ
て表示され、被検体内部の各種情報探索に供用される。
なお探触子21は被検体22との接触をよくするため両
者の間に油などの潤滑性の物質211を介在させる。第
1図、第2図で述べた従来の方式の探触子を使用した非
破壊検査装置の欠点をつぎに述べる。
In the figure, 1 is a piezoelectric plate, 2 is an electrode, 3 is a matching plate such as a quarter wavelength plate, 4 is a back load generally called a damper, and 5 is a lead wire. Examples of the piezoelectric plate 1 include piezoelectric ceramics such as PZT, quartz, and piezoelectric crystals such as LiNbO3. Matching layer 3 and damper 4
A common example is a resin such as epoxy mixed with an appropriate amount of tungsten powder. Next, an example of the use of the conventional probe will be explained based on FIG. In the figure, 21 is the probe shown in FIG. 1, 22 is a test object such as a human body, 23 is a high-frequency pulse oscillation source, 24 is a high-frequency receiver,
25 is a signal indicator. The high-frequency pulse 26 generated by the high-frequency pulse oscillation source 23 is converted into an ultrasonic wave by the probe 21, becomes an ultrasonic pulse 2T, travels through the object 22, hits the object 28, and becomes a reflected pulse. 29. This reflected pulse 29 is again converted into a high frequency pulse by the probe 21, which is detected by the high frequency receiver 24, subjected to appropriate signal processing, and then displayed by the signal display 25. Used for searching for various internal information.
In order to improve contact between the probe 21 and the subject 22, a lubricating substance 211 such as oil is interposed between the probe 21 and the subject 22. The disadvantages of the conventional non-destructive inspection apparatus using the probe described in FIGS. 1 and 2 will be described below.

第1の欠点は従来型探触子の損失の多さである。この損
失の大きい原因は概略二つの原因によるものである。そ
の第1は、第1図において、圧電板1によつて発生した
音波が被検体方向へ向う他ダンパー4方向にかなり向う
点である。すなわち、ダンパー4によつて、発生した音
波のかなりの量が消費されてしまう点である。第二の原
因は圧電板1の電気的マッチング条件が悪い点である。
すなわち高周波信号がうまく圧電板1に吸収されないと
いう点である。第2の欠点は従来型探触子の高周波応答
特性の悪さ、換言すれば探触子21の周波数帯域巾の狭
さである。
The first drawback is the high loss of conventional probes. The reason for this large loss is roughly due to two causes. The first is that, in FIG. 1, the sound waves generated by the piezoelectric plate 1 are directed not only toward the subject but also toward the damper 4. That is, a considerable amount of the generated sound waves is consumed by the damper 4. The second cause is poor electrical matching conditions of the piezoelectric plate 1.
That is, the high frequency signal is not well absorbed by the piezoelectric plate 1. The second drawback is the poor high frequency response characteristics of the conventional probe, in other words, the narrow frequency bandwidth of the probe 21.

この原因は圧電板1の電気的マッチング条件の悪いこと
と、ダンパー4およびマッチング層3の特性の悪さに基
くものである。第1の欠点を除去するためにはダンバ一
層4の音響インピーダンスを低くするかあるいはこれを
とり除けばよいが、こうすることによつて探触子の周波
数特性が悪くなり、第2の欠点がますます増大する。
This is due to poor electrical matching conditions of the piezoelectric plate 1 and poor characteristics of the damper 4 and matching layer 3. In order to eliminate the first drawback, the acoustic impedance of the damper layer 4 can be lowered or removed, but this will worsen the frequency characteristics of the probe, which will lead to the second drawback. Increasingly.

第1の欠点をトランスジユーサゲィン(以下T.G.と
記す)の周波数特性により具体的に説明する。
The first drawback will be specifically explained using the frequency characteristics of the transducer gain (hereinafter referred to as T.G.).

探触子の特性を最もよく表わすものとしてトランスジユ
ーサゲイン(以下T.G.と記す)の周波数特性変化が
使われる。
Changes in frequency characteristics of transducer gain (hereinafter referred to as T.G.) are used as the best representation of the characteristics of the probe.

T.G.は入力として供給される電力がどの程度効率よ
く音波に変換され、被検体中へ供給できるかを示す変換
利得であり、詳細についてはたとえばIEEETran
sacti一0ns0nS0nicsandU1tra
S0nics誌1969年1月号2ページに説明されて
いるのでここではくわしい説明は省略する。第3図にお
いて曲線31は結合係数が0.5、音響インピーダンス
が30.3×105CGSの圧電板1と、音響インピー
ダンスが被検体と圧電板1のそれの幾何平均値になるよ
うにw粉末とエポキシ樹脂を混合調整して作製した1/
4波長マツチング層3およびダンパー4から成る探触子
のT.G.の周波数特性である。
T. G. is a conversion gain that indicates how efficiently the electric power supplied as input can be converted into sound waves and supplied into the subject.
sacti-ns0nS0nicsandU1tra
This is explained on page 2 of the January 1969 issue of S0nics magazine, so detailed explanation will be omitted here. In FIG. 3, a curve 31 shows a piezoelectric plate 1 with a coupling coefficient of 0.5 and an acoustic impedance of 30.3×105 CGS, and a w powder so that the acoustic impedance becomes the geometric mean value of that of the subject and the piezoelectric plate 1. 1/ made by mixing and adjusting epoxy resin
T. of the probe consisting of a four-wavelength matching layer 3 and a damper 4. G. This is the frequency characteristic of

なお探触子と電気系とのマツチングをよくするため並列
にインダクタンスと抵抗を接続している。図中、FOは
圧電板1の反共振周波数、fは探触子に加えられる高周
波パルスの周波数である。この特性図かられかるように
、探触子の利得は少くとも−7DB程度は必ず存在し、
しかも周波数帯域巾を広げると利得はさらに悪化する。
In order to improve the matching between the probe and the electrical system, an inductance and a resistance are connected in parallel. In the figure, FO is the anti-resonance frequency of the piezoelectric plate 1, and f is the frequency of the high-frequency pulse applied to the probe. As can be seen from this characteristic diagram, the gain of the probe always exists at least about -7DB,
Moreover, when the frequency bandwidth is widened, the gain further deteriorates.

すなわち、利得の向上と周波数帯域巾の向上とは同時に
は達成できない。この傾向は前述の例に限らず、他の一
般的な場合についても同様のことが言える。
That is, improvement in gain and improvement in frequency bandwidth cannot be achieved at the same time. This tendency is not limited to the above-mentioned example, but the same can be said for other general cases.

すなわち従来の探触子においてはかなりの入力がダンパ
ー層4に食われ、損失が大きい。以上の他に現実には、
さらにいろいろな問題が発生する。
That is, in the conventional probe, a considerable amount of input is absorbed by the damper layer 4, resulting in a large loss. In addition to the above, in reality,
Many more problems arise.

中でも大きな問題はマツチング層3とダンパー4の材質
である。従来から用いられているダンパー層4、マツチ
ング層3はいずれも合成樹脂にタングステン粉末を混入
させ固化させたものであり、合成樹脂の固化に時間を要
する関係上タングステン粉末の混入が一様にならず、そ
の結果として、でき上り材料の材質に不均一性を生ずる
。これが原因となつて探触子の損失はさらに増大するこ
ととなつていた。第2の欠点である周波数帯域巾である
がこれは上述の第1の欠点とも関連しており、ここでも
適当で均質なマツチング層とダンパーが必要とされる。
Among them, the major problem is the materials of the matching layer 3 and damper 4. The damper layer 4 and mating layer 3 that have been used in the past are both made by mixing tungsten powder into synthetic resin and solidifying it. Because it takes time for the synthetic resin to solidify, it is difficult to mix the tungsten powder uniformly. As a result, non-uniformity occurs in the quality of the finished material. As a result of this, the loss of the probe further increases. A second drawback, frequency bandwidth, which is also related to the first drawback mentioned above, again requires a suitable homogeneous matching layer and damper.

これに加えて圧電体自身の材料定数が問題となる。とく
に重要なのは電気機械結合係数の大きいことと誘電率の
値が適正であることであるが、従来例のPZTやPCM
板などの二、三成分系圧電性セラミツクではとくに誘電
率の適正なものがなかつた。本発明はこれらの欠点を解
消するもので、第4図に示す実施例について詳細に説明
する。
In addition to this, the material constants of the piezoelectric body itself become a problem. What is particularly important is that the electromechanical coupling coefficient be large and the dielectric constant be appropriate.
For two- and three-component piezoelectric ceramics such as plates, there was no one with a particularly appropriate dielectric constant. The present invention eliminates these drawbacks, and the embodiment shown in FIG. 4 will be described in detail.

第4図において、41は圧電板で、誘電率の値が探触子
の電気インピーダンスを回路系のインピーダンスとよく
マツチングされるような圧電性セラミツク材から成る。
In FIG. 4, a piezoelectric plate 41 is made of a piezoelectric ceramic material whose dielectric constant value matches the electrical impedance of the probe well with the impedance of the circuit system.

このような圧電性セラミツクとしては、たとえば特開昭
48−30097号公報に示されるようなPbTiO3
系セラミツクが使われる。圧電板41は、×波長厚み縦
振動による共振構造とし、表面を平行研磨し、その上に
Au,A9,Ni,Alなどの金属電極42がメツキま
たは蒸着により形成される。43はマツチング層で、圧
電板41と負荷45の音響インピーダンスの幾何学平均
値に近い音響インピーダンスの値をもつ材料により作ら
れる。
Examples of such piezoelectric ceramics include PbTiO3 as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 48-30097.
Ceramics are used. The piezoelectric plate 41 has a resonant structure due to x wavelength thickness longitudinal vibration, the surface is parallel polished, and a metal electrode 42 of Au, A9, Ni, Al, etc. is formed thereon by plating or vapor deposition. A matching layer 43 is made of a material having an acoustic impedance value close to the geometric mean value of the acoustic impedances of the piezoelectric plate 41 and the load 45.

この材料としてはAS2S3ガラス板あるいはGes2
ガラス板などがよく、これらのガラス板を圧電板41と
ほぼ同じ表面形状で1/4波長厚に研磨したものが使用
される。AS2S3ガラスの音響インピーダンスは8.
3X105c9s,GeS2の音響インピーダンスは7
.0X105c9sであり、前述したPbTiO3系セ
ラミツクと人体のような負荷の音響インピーダンスの幾
何学平均値にほぼ等しい。前述した圧電板41とマツチ
ング層43とを所定の大きさおよび厚さに整形したのち
両者を硫黄を含むカルコゲンガラスで音響的に接着させ
、リード線44をとりつけると、探触子が構成される。
This material is AS2S3 glass plate or Ges2
A glass plate or the like is preferably used, and a glass plate polished to have a surface shape approximately the same as that of the piezoelectric plate 41 and a thickness of 1/4 wavelength is used. The acoustic impedance of AS2S3 glass is 8.
3X105c9s, the acoustic impedance of GeS2 is 7
.. 0x105c9s, which is approximately equal to the geometric mean value of the acoustic impedance of the aforementioned PbTiO3 ceramic and a load such as the human body. After shaping the aforementioned piezoelectric plate 41 and matching layer 43 to a predetermined size and thickness, they are acoustically adhered with chalcogen glass containing sulfur, and lead wires 44 are attached to form a probe. .

このような構成の本発明による探触子においては、マツ
チング層43は従来例のような粉末と樹脂との混合体で
はなく一様な構造をもつガラス体である。このため、材
質の一様性がよく、材料定数は常に一定の値をとり、こ
れの厚みさえ正確であれば常に理想的なマツチング層が
得られるので、ダンパー層は不要である。ダンパー層が
ないと、圧電板41で発生した音波はすべて負荷、すな
わぢ被検体45の方へ進行するので、従来の探触子のよ
うなダンパー層による損失(第3図曲線31によれば7
dB以上ある)がなくなり、探触子の感度は非常に向上
する。
In the probe according to the present invention having such a structure, the matching layer 43 is not a mixture of powder and resin as in the conventional example, but is a glass body having a uniform structure. Therefore, the uniformity of the material is good, the material constant always takes a constant value, and as long as the thickness is accurate, an ideal matching layer can always be obtained, so a damper layer is not necessary. Without the damper layer, all of the sound waves generated by the piezoelectric plate 41 would proceed toward the load, that is, the object 45. Therefore, the loss due to the damper layer (as shown by curve 31 in Figure 3), as in the conventional probe, would be reduced. Ba7
(more than dB) is eliminated, and the sensitivity of the probe is greatly improved.

第3図の曲線32および33はこのような本発明による
探触子のT.G.の周波数特性である。曲線32はマツ
チング層43としてAS2S3を、曲線33はマツチン
グ層43としてGes2を使用した場合の特性図である
。なお圧電板41のクランプ容量をCOとしたとき1/
2πFOCO=1としている。曲線32,33かられか
るように、マツチング層43としてAS2S3あるいは
Ges2のいずれを用いた場合にも、T.G.の値は0
.7f0から1.2f0の間で平均一1dB程度で従来
の探触子に比較して非常に大きい。
Curves 32 and 33 in FIG. 3 indicate the T.I. of such a probe according to the invention. G. This is the frequency characteristic of A curve 32 is a characteristic diagram when AS2S3 is used as the matching layer 43, and a curve 33 is a characteristic diagram when Ges2 is used as the matching layer 43. Note that when the clamping capacity of the piezoelectric plate 41 is CO, 1/
2πFOCO=1. As can be seen from curves 32 and 33, regardless of whether AS2S3 or Ges2 is used as the matching layer 43, T. G. The value of is 0
.. The average difference between 7f0 and 1.2f0 is about -1 dB, which is extremely large compared to conventional probes.

また帯域巾は3dB巾で0.6f0程度と非常に広い。
以上のように本発明の探触子は用いられるセラミツクの
持つ、電気機械結合係数の高さ、誘電率の値の適当さと
相まつて、従来構造によるダンパーでの損失を無くした
ため、高能率、広帯域、高感度の特性を比較的簡単な構
成でありながら、生み出すことができるようになる。
Moreover, the bandwidth is very wide, 3 dB wide and about 0.6 f0.
As described above, the probe of the present invention has a high electromechanical coupling coefficient and an appropriate dielectric constant value of the ceramic used, and eliminates the loss caused by the damper caused by the conventional structure, resulting in high efficiency and wide band. , it becomes possible to produce high-sensitivity characteristics with a relatively simple configuration.

本発明は、非破壊検査用、人体などに使用される超音波
診断用として極めて有用なものとなる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely useful for non-destructive testing and ultrasonic diagnosis used on the human body.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の探触子の構成を示す断面図、第2図は探
触子の使用例を示すプロツク図、第3図は本発明および
従来の探触子の利得周波数特性を示す図、第4図は本発
明の一実施例における探触子の構成を示す断面図である
。 41・・・・・・圧電板、42・・・・・・電極、43
・・・・・・マツチング層、44・・・・・・リード線
、45・・・・・・負荷(被検体)。
Figure 1 is a sectional view showing the configuration of a conventional probe, Figure 2 is a block diagram showing an example of how the probe is used, and Figure 3 is a diagram showing the gain frequency characteristics of the present invention and the conventional probe. , FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a probe in an embodiment of the present invention. 41... Piezoelectric plate, 42... Electrode, 43
. . . Matching layer, 44 . . . Lead wire, 45 . . . Load (subject).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 圧電板の一面に金属電極を介して前記圧電板と被検
体の音響インピーダンスの幾何平均値に近い音響インピ
ーダンスを有する材料の平板を接着させ、前記圧電板の
他面に金属電極を形成したことを特徴とする超音波探触
子。 2 平板が、硫黄を含むカルコゲンガラスからなること
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] 1. A flat plate of a material having an acoustic impedance close to the geometric mean value of the acoustic impedance of the piezoelectric plate and the subject is adhered to one surface of the piezoelectric plate via a metal electrode, and a flat plate of a material having an acoustic impedance close to the geometric mean value of the acoustic impedance of the piezoelectric plate and the subject is bonded to the other surface of the piezoelectric plate. An ultrasonic probe characterized by forming a metal electrode. 2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the flat plate is made of chalcogen glass containing sulfur.
JP10137975A 1975-08-20 1975-08-20 ultrasonic probe Expired JPS5929816B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10137975A JPS5929816B2 (en) 1975-08-20 1975-08-20 ultrasonic probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10137975A JPS5929816B2 (en) 1975-08-20 1975-08-20 ultrasonic probe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5224575A JPS5224575A (en) 1977-02-24
JPS5929816B2 true JPS5929816B2 (en) 1984-07-23

Family

ID=14299148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10137975A Expired JPS5929816B2 (en) 1975-08-20 1975-08-20 ultrasonic probe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5929816B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5546620A (en) * 1978-09-28 1980-04-01 Toshiba Corp Ultrasonic probe
JPS5686598A (en) * 1979-12-17 1981-07-14 Toshiba Corp Manufacture for ultrasonic wave transducer
CA1136257A (en) * 1980-04-21 1982-11-23 Stanley Panton Broadly tuned directional transducer
JPS586463A (en) * 1981-07-04 1983-01-14 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Ultrasonic probe
JPS58106457A (en) * 1981-12-20 1983-06-24 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Ultrasonic probe
JPS58132865U (en) * 1982-03-02 1983-09-07 株式会社日立メデイコ Ultrasonic inspection device probe
JPS58188992A (en) * 1982-04-27 1983-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic wave transmitter and receiver
JPS59132300U (en) * 1983-02-25 1984-09-05 株式会社日立製作所 ultrasonic probe
JPH0779815B2 (en) * 1989-04-04 1995-08-30 株式会社東芝 Ultrasonic probe

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5224575A (en) 1977-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101524682B (en) High-frequency ultrasonic transducer made of piezoelectric monocrystalline composite material as well as manufacturing method and application thereof
Sun et al. Design and fabrication of PIN-PMN-PT single-crystal high-frequency ultrasound transducers
JPH0239251B2 (en)
JPS61292500A (en) Pad material for ultrasonic transducer
JPS6133516B2 (en)
JPS5929816B2 (en) ultrasonic probe
Guo et al. Design and fabrication of broadband graded ultrasonic transducers with rectangular kerfs
JPS5857707B2 (en) On-patanshiyokushi
JPS60113599A (en) Ultrasonic wave probe
US3756070A (en) Ultrasonic inspection device
Selfridge et al. Fundamental concepts in acoustic transducer array design
Herzog et al. High-performance ultrasonic transducers based on PMN-PT single crystals fabricated in 1-3 Piezo-Composite Technology
Cheung et al. Performance enhancement of a piezoelectric linear array transducer by half-concave geometric design
Chen et al. Multiple acoustical matching layer design of ultrasonic transducer for medical application
US6628047B1 (en) Broadband ultrasonic transducers and related methods of manufacture
JPH0237175B2 (en)
RU2814451C1 (en) Dual-mode electroacoustic transducer
Cui et al. Design and fabrication of cylindrical transducer based on 2–2 piezoelectric composite
Snook et al. Design of a high frequency annular array for medical ultrasound
JPS61181447A (en) Ultrasonic probe
JPH0534880B2 (en)
JPH06121390A (en) Ultrasonic search unit
Ritter et al. Performance of a high dielectric constant piezoelectric ceramic for ultrasound transducers
JPH0453160B2 (en)
JPS58165829A (en) Ultrasonic probe