NL8103582A - Ultrasone transducent. - Google Patents

Description

a is. - * X Sch/Se/Kureha/14 Ultrasone transducent

De uitvinding betreft een ultrasone transducent en in het bijzonder een dergelijke transducent die geschikt is voor toepassing met een ultrasone beeldopneem-inrichting of dergelijke.

5 Bij een ultrasone beeldopneeminrichting wordt het oplossend vermogen begrensd door de golflengte van de ultrasone golven en daarom is het noodzakelijk die golflengte kort te maken ter yerkrijging van een hogere resolutie. Wanneer anderzijds de golflengte korter wordt, neemt de 10 verzwakking van de golf toe, waardoor problemen kunnen optreden bij het vormen van een dieptebeeld. Voor het met sukses opnemen van een dieptebeeld is het daarom noodzakelijk gebruik te maken van een ultrasone golf met grotere golflengte. Aldus wordt vaak de resolutie of de golflengte 15 van de ultrasone golf gewijzigd voor toepassing bij het opnemen van een beeld van een oppervlaktegedeelte en een beeld van de diepte. Als bron voor ultrasone golven voor een ultrasone beeldopneeminrichting wordt een transducent toegepast, die gebruik maakt van de dikte trillingen van 20 een piëzo-elektrisch lichaam, bijvoorbeeld een keramisch piëzo-elektrisch lichaam, een hoog-polymeer piëzo-elektrisch lichaam, enz.. In een dergelijk geval is het ter verhoging van het elektro-akoestische overdrachtsrendement van de transducent noodzakelijk, gebruik te maken van een 25 ultrasone golf, waarvan de frequentie in de buurt van de resonantiefrequentie fq ligt, die wordt bepaald door de dikte 1 van het piëzo-elektrisch lichaam en -de geluidssnelheid v in dat lichaam. De relatie tussen de dikte 1, de geluidssnelheid v in het piëzo-elektrisehe lichaam en 30 de resonantiefrequentie f q luidt: fg= v/21.

Wanneer derhalve piëzo-elektrisehe lichamen van dezelfde samenstelling worden toegepast, is de geluidssnelheid in de transducent elementen konstant, zodat de resonantiefrequentie kan worden gevarieerd door wijziging van de

* 'V

-2- dikte X van het piëzo-elektrische lichaam- Het is daarom gebruikelijk, diverse ultrasone transducenten met piëzo-elektrische lichamen van verschillende dikten te vervaardigen, die selektief worden gebruikt, elk in overeenstemming 5 met de gewenste frequentie. Hierdoor is het lastig om van de ene naar de andere frequentie over te schakelen.

De uitvinding stelt zich derhalve ten doel, een ultrasone transducent te verschaffen, waarvan de frequentie kan worden gevarieerd zonder verwisseling van de transit) ducent.

Een ander doel van de uitvinding is het mogelijk maken van eenvoudige variatie van de frequentie van een ultrasone transducent.

Een verder doel. van de uitvinding is het verschaf-15 fen van een ultrasone transducent > die in een breed frequen-tiegebied kan worden toegepast.

Weer een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een ultrasone transducent, waarin de effectieve dikte van een laag van een piëzo-elektrisch lichaam, 20 dat dienst doet voor het genereren van een ultrasone golf van gewenste frequentie,.door eenvoudige bediening van scha-kelmiddelen kan worden gevarieerd.

- Nog weer een verder doel. van de. uitvinding is het verschaffen van een ultrasone transducent. voor toepassing 25 in samenhang met een ultrasone beeldopneêminrichting, waarbij beelden van een :dppervlaktegedeelte tot beelden van 'de diepte kunnen worden verkregen onder overeenkomstige aanpassing van het oplossend vermogen.

Volgens een. aspekt van de uitvinding wordt een 30 ultrasone transducent verschaft, die omvat: een aantal gelamineerde piëzo-elektrische lichaamslagen met elektroden aan de tegenover elkaar gelegen zijvlakken daarvan, draden voor het verbinden van de elektroden van de piëzo-elektrische lichaamslagen met een oscillator, zodanig, dat die 35 lagen alle in dezelfde oscillatie-mode werkzaam zijn, en aan ten minste één van de genoemde draden toegevoegde scha-kelmiddelen, die kunnen worden bediend voor wijziging van -3- de totale dikte van de effectieve piëzo-elektrische lichamen voor het variëren van de frequentie van de resonator.

Verdere kenmerken en bijzonderheden van de uitvinding zullen worden genoemd en toegelicht aan de hand van de 5 bijgevoegde tekening.

Daarin tonen:

Figuur 1 een dwarsdoorsnede door een ultrasone transducent volgens een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding; 10 Figuur 2 een daarmee overeenkomend aanzicht van een ultrasone transducent volgens een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding; en

Figuur 3 een korresponderend aanzicht van een 15 ultrasone transducent volgens een derde uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding.

Fig.1 toont een ultrasone transducent volgens een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, welke transducent twee lagen piëzo-elektrische lichamen la en 1b am-20 vat. Deze piëzo-elektrische lichamen la en 1b bestaan elk uit een piëzo-elektrisch hoog-polymeer, bi jvoorbeeld poly-vinylideen-fluoride en vertoont elektroden 2a, 2b en 2c, 2d aan de tegenover elkaar gelegen zijvlakken daarvan. De elektroden 2b en 2c zijn met elkaar verbonden door middel 25 van een geleidende kleeflaag 3 en aldus zijn de piëzo- elektrische lichamen la,lb ten opzichte van elkaar gelamineerd. Zoals blijkt uit de in fig.1 getoonde pijlen, die de polarisatierichting van de hoog-polymeer piëzo-elektrische lichamen aanduiden, bezitten het bovenste en het onder-30 ste piëzo-elektrische lichaam dezelfde polarisatie, waarbij de polarisatie van de bovenzijde van elk piëzo-elektrisch lichaam positief is. Aan de elektroden 2a,2b en 2c zijn zodanig draden verbonden, dat zij kunnen worden ingeschakeld of uitgeschakeld door bediening van de schakelaars 5a of 35 5b. In het bijzonder is de elektrode 2a rechtstreeks verbon den met een aansluiting van een pulsgenerator of oscillator 4. De elektroden 2b en 2c zijn verbonden met de andere ..^5¾ - .

-4- ... ' aansluiting van de pulsgenerator 4 via de schakelaar 5a en een serieweerstand 6a. De elektrode 2d is eveneens met de andere aansluiting van de pulsgenerator 4 verbonden, en wel via de schakelaar 5b. Voor deze.schakelaars 5a en 5 5b kunnen schakeltransistoren worden toegepast.

Wanneer in een dergelijke opbouw de twee schakelaars 5a en 5b worden gesloten, zullen beide piëzo-elek-trische lichamen la en lb trillen. Indien echter slechts de schakelaar 5a is gesloten, zal slechts het lichaam la 10 trillen, zodat de totale werkelijk effectieve dikte van het piëzo-elektrische lichaam voor trillingen de helft zal zijn van die, waarbij de twee lichamen trillen. Dienovereenkomstig zal de resonantiefrequentie in het laatste geval ten minste ongeveer de helft bedragen van de resonan-15 tiefrequentie in het eerder genoemde geval, waarin de twee piëzo-elektrische lichamen beide trillen.

De oscillatiefrequentie van de oscillator 4 wordt gevarieerd in overeenstemming met de selektieve bediening van de schakelaas 5a en 5b , en wel zodanig, dat hij samenvalt 20 met de bereikte resonantiefrequentie van de ultrasone transducent. Ter. verkrijging van een grotere resolutie worden beide schakelaars 5a en 5b ingeschakeld, waardoor de lichamen la en lb zodanig trillen, dat ultrasone golven met een kortere golflengte worden opgewekt. Ter verkrijging 25' daarentegen van een dieptebeeldwordt uitsluitend de schakelaar 5a ingeschakeld, waardoor slechts ëën lichaam, namelijk het lichaam la, effectief trilt. Daarbij geeft de transducent een golf met grotere golflengte af, waardoor verzwakking in een medium ontstaat, waardoor een dieptebeeld 30 kan worden opgenomen. De aandacht wordt erop gevestigd, dat, indien slechts de schakelaar 5 is ingeschakeld, waardoor uitsluitend het lichaam la effektief trilt, de feitelijke verkregen frequentie lager is dan de berekende frequentie als gevolg van de aanwezigheid van het niet-werkzame of 35 niet-effectieve lichaam lb, dat aan het effectief werkzame lichaam la is gehecht; dit vormt evenwel geen enkel beletsel.

-5-

Fig.2 toont een ultrasone transducent volgens een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, waarbij een derde, extra laag van een hoog polymeer lichaam la is gelamineerd op de structuur van het eerste uitvoeringsvoorbeeld 5 met aan elkaar grenzende piëzo-elektrische lichamen, zij het evenwel met onderling tegengestelde polariteit. De twee tussen gelegen elektroden tussen elk paar aangrenzende piëzo-elektrische lagen zijn aangesloten op dezelfde potentiaal terwijl anders een gemeenschappelijke elektrode 10 kan worden toegepast en elektroden aan weerszijden van elk piëzo-elektrisch lichaam onderling tegengestelde polariteit bezitten, zodat de elektroden om en om dezelfde polariteit hebben. Een elektrode 2a is namelijk rechtstreeks verbonden met een aansluiting van een pulsgenerator: 4, terwijl een 15 andere elektrode 2c via een schakelaar 5a is verbonden met die aansluiting van de pulsgenerator 4. Een verdere elektrode 2b is rechtstreeks verbonden met de andere aansluiting van de pulsgenerator 4, terwijl weer een andere elektrode 2d via een schakelaar 5b is verbonden met de andere aan-,· 20 sluiting van de pulsgenerator 4.

Wanneer in deze constructie de twee schakelaars 5a en 5b beide open zijn, zal uitsluitend het piëzo-elektrische lichaam la werkzaam zijn. Indien de schakelaar 5a is gesloten, zullen beide lichamen la en lb in bedrijf zijn, 25 en indien de twee schakelaars 5a en 5b beide zijn ingeschakeld, zullen alle drie lichamen la,lb en lc in bedrijf verkeren. Aldus kan de resonantiefrequentie van de transducent in drie trappen worden gevarieerd door het selektief bedienen van de twee schakelaars 5a en 5b.

30 Fig.3 toont een ultrasone transducent volgens een derde uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, waarin gebruik is gemaakt van een vierde laag of hoog-polymeer lichaam ld, dat op de structuur volgens fig.2 is gelamineerd. Deze transducent is evenwel zodanig bedraad, dat hij als 35 het ware een mengvorm vormt tussen de transducenten volgens de figuren 1 en 2, in die zin namelijk, dat de piëzo-elektrische lichamen la en lb dezelfde polariteit bezitten en V· *C· - -6- de polariteit van de piëzo -elektrische lichamen lc en 3d daaraan tegengesteld is. De transducent bezit een extra elektrode 2e en , behalve de schakelaars 5a en 5b, twee schakelaars 5c en 5d. Met de schakelaars 5a en 5c zijn 5 weerstanden resp. 6a en 6b , in serie geschakeld.

In deze constructie kan het aantal werkzame elek-tro piëzo-elektrische lichamen in volgorde worden vergroot doorhet in volgorde sluiten van de schakelaars 5a, 5b , 5c en 5d. Zo kan de frequentie van de opgewekte ultrasone 10 golf in vier trappen worden gevarieerd.

Een resonator met de beschreven opbouw biedt een ultrasone transducent voor het variëren van de effectieve dikte van de werkzame lagen door het uitsluitend elektrisch bedienen van de schakelmiddelen 5a t/m 5d, zodat de resonan-15 tiefrequentie naar wens kan worden gevarieerd. Bij toepassing op een ultrasone beeldopneeminrichting, kunnen aldus de beeldopneembewerkingen vanaf een oppervlaktegedeelte tot de diepte worden uitgevoerd met verschillende resolutie.

In een dergelijk geval kan de frequentie stapsgewijze wor- t 20 den gevarieerd door het successievelijk sluiten cq. openen van de schakelaars, waardoor de hoeveelheid informatie kan worden vergroot eh een voldoend grote resolutie kan worden verkregen voor. elke beeldopneembewerking. Bovendien kan bij het uitvoeren van een frequentie zwaai de frequentie 25 over een breed gebied worden gevarieerd, waardoor de effectieve frequentieband is vergroot.

Claims (7)

1. Ultrasone transducent, omvattende ten minste twee gelamineerde piëzo-elektrische lagen (la,lb,lc,en ld) aan de tegenover elkaar gelegen zijvlakken waarvan elektroden (2a,2b,2c en 2d) zijn aangebracht; en 5 draden voor het verbinden van die elektroden * (2a,2b,2c en 2d) van die lagen (la,lb,lc en ld) met een oscillator (4), zodanig, dat de genoemde lagen alle in dezelfde trillingstoestand trillen; gekenmerkt door 10 aan ten minste één van de draden toegevoegde schakelmiddelen (5a,5b,5c en 5d) die bij bediening werkzaam zijn voor het wijzigen van de totale dikte van de effectieve piëzo-elektrische lagen (la,lb,lc en ld) voor het variëren van de resonantiefrequentie van de transducent. 15

2. Transducent volgens conclusie 1, met het ken merk, dat de lagen (la en lb) zodanig zijn gelamineerd, dat zij dezelfde polarisatierichting vertonen.

.· 3. Transducent volgens conclusie 1, met het ken merk, dat aan elkaar grenzende piëzo-elektrische lichamen 20 (la,lb en lc) onderling tegengestelde polarisatierichtingen vertonen, de elektroden. (2a,2b,2c,en 2d) tussen aangrenzende lichamen. (la,lb, en lc). aan dezelfde potentiaal liggen en opeenvolgende elektroden (2a,2b,2c en 2d) tegengestelde polariteit bezitten.

4. Transducent volgens conclusie 1, met het ken merk, dat hij ten minste drie lagen (la,lb,lc en ld) van de piëzo-elektrische lichamen omvat, die een zodanige polarisatierichting bezitten, dat in een eerste kombinatie van twee aangrenzende lagen (la en lb) van de piëzo-elek-30 trische lichamen deze twee piëzo-elektrische lichamen dezelfde polarisatiezin vertonen, terwijl in een tweede kombinatie van twee aangrenzende lagen (lb en lc) van de piëzo-elektrische lichamen deze lichamen onderling tegengestelde polarisatierichtingen vertonen, terwijl de elektro-35 den tussen deze twee lichamen aan dezelfde potentiaal lig- ‘rt' 'U * -8- gen.

5. Transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk , dat twee tussen-elektroden (2b en 2c) tussen aangrenzende piëzo-elektrische lichamen (la en 1b) met elkaar zijn 5 verbonden door geleidende kleefstof (3).

6. Transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tussen-elektroden tussen de aangrenzende pi-ezo-elektrische lagen (la,lb, lc en ld) een gemeenschappelijke elektrode (2a,2b,2c,en 2d) omvatten.

7. Ultrasone inrichting, omvattende een oscilla tor en een daarmee gekoppelde transducent volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de oscillator zodanig met de schakelmiddelen (5a,5b,5c en 5d) is gekoppeld, dat zijn oscillatiefrequentie gelijk is aan de reso-15 nantiefrequentie van de transducent.