JPS6040922A

JPS6040922A - 超音波検出器

Info

Publication number: JPS6040922A
Application number: JP59122888A
Authority: JP
Inventors: ハンス・アルネ・ウイルヘルム・ペルソン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1984-06-14
Publication date: 1985-03-04
Also published as: SE8303366D0; SE8303366L; US4566334A; SE447693B

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の背景コ本発明は超音波信号を電気信号に変換する超音波検出器
、特に局部的な箇所における瞬間的な超音波の強度を測
定する超音波検出器に関する。

最近、医学的な診断や治療に超音波が多く使用されるよ
うになっており、このため超音波トランスジューサにも
各種の性能が要求されるようになってきた。たとえば、
放射される音響エネルギが患者および施術者に危険な範
囲を超えないように制御する必要がある。このような場
合、この超音波の強度を測定するには、一般にはリキッ
ド・バス内に設けられた高感度な秤を使用する。この秤
は音響エネルギに比例する超音波圧力を測定するもので
ある。（Ｃａｒｂｏｎ　他　１９７８年。

Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｉｎ　Ｍｅｄ．＆Ｂｉ。

１、、Ｖｏｌ３　１）ｔ）３４１〜３５０）　また、こ
のような測定には、音響エネルギの吸収による発熱を利
用するものもある。（Ｔｏｌｌ　池．１９７７年．Ｐｈ
ｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂ　ｉ　ｏ　ｌ．２２。

ｐｌ）、４４４〜４５０）上記の方法では放射される音響エネルギの平均値しか測
定できない。しかし、超音波の相対的な強度の分布や瞬
間的な強度を測定する方法が要求されており、これらの
ひとつとして、音響光学的なものがある。この方法は屈
折効果すなわち光信号と音響信号との干渉を利用するも
のである。

Ｌｌ：（ｅｉｂｏｌｄ　１９７７年　Ａｃｕｓｔｉｃａ
　Ｖｏｌ．３６．ｌ）ｐ．２１４　〜２２０）　シかし
、この方法は特殊な場合しか適応できない。

また、他の有効な方法として、小形のプローブ状の超音
波検出器を使用する方法がある。このようなプローブは
作動物質として１　ｍｍ以下の圧電材料を使用し、この
圧電材料によって音響信号を電気信号に変換する。この
ようなプローブを使用すれば、測定が簡単となり、また
超音波１・ランスジューサからの音響エネルギを瞬間的
に測定でき、また場合によっては音響信号の形状も測定
できる。

（Ｌｅｗ＋Ｉコ　１　９　８　１　年．　Ｌｌ　ｌ　ｔ
ｒａｓｏｎ　ｉＣＳ　Ｓｅｌ）、ｐｌ）、２１３〜２１
６）しかし、現在のところ、このような小形のプローブ
は、その測定用の有効面積が極めて小さいのでその製造
が困難であり、またプローブ内部での振動や反射を確実
に防止できない不具合があった。

音響信号の波形を測定するためにはこのような内部の振
動や反射を確実に防止しなければならない。

さらに、励起信号とこの測定用のプローブとの容量結合
による測定結果の乱れを防止するには、このプローブを
確実に電気的にシールドしなければならない。また、通
常は、この圧電材料はその両面にたとえばニッケルまた
はアルミニウムの電極を被覆したものが使用される。（
米国特許　４。

３１６、１１５）　Ｌかし、このようなものは、上記の
圧電材料の両面に被覆がなされているので、その絶縁、
接続が困難であった。

［発明の概要］本発明は圧電フィルムの片面のみに被覆をなし、上述の
如き不具合を解消した小形プローブ形の超音波検出器で
ある。また、このものは簡単な構造であるが、高感度で
あり、また充分な電気的なシールドがなされ、さらに内
部の振動および反射を確実に防止できる。また、このも
のは測定のための有効面積を極めて小さくでき、かつそ
の製造が容易である。

［発明の実施例］第１図には小形プローブ形の実施例を示す。この実施例
の作動物質は、例えばＰＶＤＦ　（ポリビニル・ジフル
オライド）等の圧電材料で形成された円盤状の圧電フィ
ルム１である。従来、このような圧電フィルムにはその
両面に導電被膜が被覆され、この圧電フィルムに音響信
号が作用した場合に生じる電気信号を取出すように構成
されている。

しかし、この実施例では、この圧電フィルム１の前面に
のみ導電性被膜が被覆されている。この圧電フィルム１
の他方の面は、金属スリーブ４、金属棒５および硬質で
かつ多孔性の電気絶縁性スリーブ６から構成されるこの
検出器の先端面に接着剤層３を介して接着されている。

この金属スリーブ４は金属棒５を囲む導電性ケーシング
を構成し、金属棒５づ゛なわち電極の電気的シールドを
なＪｏまた、上記の多孔質のスリーブ６は上記の金属棒
５を金属スリーブ４の中心に保持し、またこの金属スリ
ーブ４と金属棒５の間の圧電フィルム１を支持する。そ
して、この場合には、上記の圧電フィルム１のうち上記
の金属棒５の端面を覆っている部分がこの検出器の有効
面積Ａに相当する。

この金属棒５は上記の圧電フィルム１の後面に接触して
電極を構成し、また上記の圧電フィルム１の前面に被覆
された導電性被膜２は導電性塗料７を介して金属スリー
ブ４に電気的に接続されている。これら金属スリーブ４
および金属棒５の基端部は、第２図に示す如く同軸ケー
ブル８１こそれぞれ接続されている。したがって、上記
有効面積Ａに入射した音響信号の一部は電気信号に変換
されて同軸ケーブル８の端子から取出される。

なお、上記の圧電フィルム１は必ずしも金属スリーブ４
の端面上に被着されてなくてもよい。この圧電フィルム
１は電極としての金属棒５の端面と絶縁スリーブ６の一
部上に被着されていればよい。すなわち、この圧電フィ
ルム１は金属棒５の端面の周辺まで延在されていればよ
く、これによってこの金属棒５と導電性被膜２の電気的
接触の危険を防止できる。

この本発明のものは以下の如き長所を有する。

すなわち、上記の導電性被ＷＡ２、導電性塗料７および
金属スリーブ４で有効な電気的シールドがなされる。ま
た、この検出器の検出用の有効面積Ａは金属棒５の端面
の面積に対応する。したがって、この有効面積を小さく
することができ、しかもその製造が容易である。また、
この圧電フィルム１の音響インピータンス（茫度×音速
）の値は超音波伝搬媒体（水）の音響インピーダンスの
値と近似している。したがって、音響信号はこの圧電フ
ィルム１の効率的に伝達され、高感度が得られる。

この圧電フィルム１に伝達された音響信号は、その大部
分が上記の金属棒５との境界面で反射される。これはこ
の金属棒５の音響インピーダンスの値が圧電フィルム１
の１１インピーダンスの舶の１０倍近くあるためである
。そして、この入射信号と反射信号とが干渉し、感度に
影響を与える。

この実施例の場合、より音響インピーダンスの高い側（
金属棒側）の面で反射がなされるので、この反射信号と
入射信号との間の位相のずれは生じない。さらに、この
圧電フィルム１の厚さは入射する音響信号の波長λの対
して充分に小さく（＜１／１０λ）に形成されている。

したがって、入射信号と反射信号とはこの圧電フィルム
１内に同時に存在し、これらが共に作用して感度を向上
させる。この圧電フィルム１の背後に置かれた物質での
反射によって、＠度は約２倍向上する。なお、上記の導
電性被膜２および接着剤層３の厚さはこの圧電フィルム
１の厚さに比べて極めて薄いので、これらは音響信号に
影響は与えない。

しかし、上記の音響エネルギの一部は上記の金Ｒ捧５内
部に伝送され、有害な内部反射を生じる。

このような内部反射は°金属棒５の基端部を円錐形に形
成することによって減少させることができる。

あるいは、たとえば音響減衰部材を設けたり、またこの
金属棒を導電性でかつ音響吸収性の材料で形成する等、
音響エネルギを吸収するように構成してもよい。

また、このものは、金属スリー１４や圧電フィルム１の
うち有効面積Ａ以外の部分に入射した音響信号は検出さ
れない。これは、この内部の部材（空気、多孔性のスリ
ーブ）の音響インピーダンスが極めて低く、かつ減衰性
が高いためである。

そして、音響信号の大部分は反射され、また残りの部分
は吸収され、金属棒５あるいは圧電フィルム１−には到
達しない。

この第１図および第２図に示す実施例は多くの実施例の
うちのひとつにすぎない。たとえば、第３図および第４
図に示す如く、導電性のシリンダまたは仮に形成された
１個または複数の孔に、その全面あるいはその一部を覆
って圧電フィルムを取付けてもよい。上記の孔にそれぞ
れ対応して電極が設けられ、上記の圧電フィルムはこれ
らの電極に接触し、これらの電極は互いに絶縁され、同
軸ケーブルまたは他の電線を介してそれぞれ測定装置に
接続されている。また、上記の導電性被膜２は塗布、ス
プレー等の噴射または浸漬によって形成される。さらに
、上記の金属棒すなわち電極は、円形、球形、矩形ある
いはこれらを組合わせた形状とすることができる。また
第５図に示す実施例では、導電性スリーブ４の周縁およ
び環状型ｔｉｌｉ　５の周囲に圧電フィルム１を配置し
、スリーブ４ど直交する面内で３６０°の検出範囲を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は小形プローブ形の第１の実施例一部を拡大して
示す図、第２図は同実施例の全体を示す図、第３図は第
２の実施例を示す図、第４図は複数の電極を有する第３
の実施例を示す図、第５図は３６０°の検出範囲を有す
る第４の実施例を示す図である。１・・・圧電フィルム、２・・・導電性被膜、３・・・
接着剤層、４・・・金属スリーブ　５・・・金属棒（電
極）、６・・・絶縁スリーブ、７・・・導電性塗料。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦ＦＩＧ、ｔ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　超音波信号を電気信号に変換するものにおいて
、電極と、この電極を囲みシールドを形成する導電性のケ
ーシングと、上記のケーシングの先端部を囲んで上記ケ
ーシングに形成された間口と、上記電極の先端面に設け
られこの先端面の周囲まで延在されている圧電フィルム
と、上記圧電フィルムの面のうち上記電極とは反対側の
面にのみ被覆された導電性被膜と、上記ケーシングと導
電性被膜とを電気的に接続する接続手段とを具備したこ
とを特徴とする超音波検出器。
（２）　前記電極とケーシングとの間の開口内にはの間
口内の間隙を埋めるとともに前記電極の先端部を前記ケ
ーシング内に保持する絶縁体が設けられていることを特
徴とする特許第１項記載の超音波検出器。
（３）　前記導電性被膜は前記開口の全面にわたって形
成されて前記ケーシングに電気的に接続され、前記接続
手段を構成していることを特徴とする前記特許請求の範
囲第１項記載の超音波検出器。
（４）　前記電極は棒状のものであることを特徴とする
前記特許請求の範囲第１項記載の超音波検出器。
（５）　前記電極は前記圧電フィルムより音響インピー
ダンスが大きい音響吸収性の材料で形成されていること
を特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の超６波検
出器。
（６）　前記圧電フィルムは前記電極に接着されている
ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の超音
波検出器。
（７）　前記ケーシングには複数の間口が形成されこれ
らの間口にそれぞれ対応して別体のＭ極が設けられてい
ることを特徴とする前記特Ｆｒ請求の範囲第１項記載の
超音波検出器。
（８）　前記ケーシング、導電性被膜および接続手段は
前記電極をその基端部を除いた全体を囲んでいることを
特徴とする特許項記載の超音波検出器。
（９）　前記電極の先端面、前記間隙内に充填された絶
縁体の面および前記開口を囲む前記ケーシングの面は互
いに同一面上にあることを特徴とする前記特許請求の範
囲第１項記載の超音波検出器。（１０》　前記導電性被膜は塗布、噴射または浸漬によ
って形成されたものであることを特徴どする前記特許請
求の範囲第３項記載の超音波検出器。