NL8801825A - Ultrasone transducent omvattende tenminste een rij ultrasone elementen. - Google Patents

Description

Ultrasone transducent omvattende tenminste één rij ultrasone elementen

De uitvinding heeft betrekking op een ultrasone transducent omvattende tenminste één rij ultrasone elementen, elk omvattende een piezo-elektrisch materiaal dat aan tegenover gelegen oppervlakken voorzien is van elektroden.

Dergelijke ultrasone transducenten, meestal een ultrasoon array genoemd, zijn algemeen bekend en worden in het bijzonder bij medisch diagnostisch onderzoek toegepast. Het is tevens bekend, dat, in het bijzonder bij dergelijk onderzoek, voor een optimale axiale resolutie de door de transducent uitgezonden ultrasone zendpuls bij voorkeur zo kort mogelijk dient te zijn, hetgeen betekent dat de bandbreedte van de transducent bij voorkeur zo groot mogelijk dient te zijn.

De uitvinding beoogt met behulp van eenvoudige middelen een oplossing te verschaffen waarmee de bandbreedte van ultrasone array's met ten minste 5 a 10% vergroot kan worden, hetgeen reeds voldoende is voor een relevante verbetering.

De uitvinding voorziet daartoe in een ultrasone transducent van voornoemde soort waarbij van elk van de ultrasone elementen karakteristieke eigenschappen van tenminste het piëzo-elektrische materiaal in tenminste één richting variëren.

Bij voorkeur wordt de variatie van de karakteristieke eigenschappen verkregen door de hoogte van het piezo-elektrisch materiaal bij elk van de elementen in transversale richting vanaf de ene zijrand van de transducent naar de andere zijrand daarvan geleidelijk te doen afnemen.

De uitvinding berust op het inzicht dat de verhouding ^ bepalend is voor de karakteristieke eigenschappen van een uit een piëzoelektrisch keramisch materiaal bestaand ultrasoon element, waarbij d = de hoogte van het materiaal en v = de geluidssnelheid in het materiaal. Deze karakteristieke eigenschap kan worden weergegeven door de vergelijking:

(1) waarbij φ * de karakteristieke fase en Λ = de golflengte van de opgewekte ultrasone trilling.

Zoals uit vergelijking (1) blijkt, kan de karakteristieke fase φ van het piëzoelektrische materiaal worden beïnvloed door variatie van de grootheden v en/of d. De snelheid v wordt bepaald door het specifieke piëzoelektrische materiaal dat wordt toegepast, zodat in principe een variatie van φ kan worden verkregen door stukjes uit verschillende soorten piëzoelektrisch materiaal tegen elkaar te bevestigen. Dit is echter een omslachtige en kostbare oplossing. Het is aanzienlijk eenvoudiger de hoogte d te variëren.

Gebleken is, dat een verloop van de dikte in transversale richting van 100% aan één zijde van het array naar 70 a 80% aan de andere zijde van het array reeds de beoogde vergroting van de bandbreedte van 5 a 10% oplevert.

Verdere vergroting van de bandbreedte kan nog worden verkregen door de dikte van één of meer impedantie-aanpassingslagen, die, zoals bekend, worden toegepast om een optimale impedantie-aanpassing te krijgen aan het medium waarin de ultrasone golven worden uitgezonden, ook in dezelfde mate als de hoogte van het piëzoelektrische materiaal te doen verlopen.

De dikte van deze aanpassingslagen is namelijk o.a. afhankelijk van de hoogte van het piëzoelektrische materiaal, zodat voor een optimaal resultaat bij voorkeur ook de dikte van deze aanpassingslagen dient te variëren.

De uitvinding zal in het hiernavolgende nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoor-beeld onder verwijzing naar de tekening, hierin toont: fig. 1 in perspektief een uit een aantal ultrasone elementen opgebouwd ultrasone array transducent; en fig. 2 een zijaanzicht van één van de elementen van het array volgens fig. 1.

Fig. 1 toont een ultrasoon array omvattende een aantal ultrasone elementen, elk omvattende een piezo-elektrisch materiaal 10, met aan de bovenzijde een elektrode 11, op welke elektrode een of meer impedantie-aanpassingslagen kunnen zijn aangebracht, van welke lagen er in de figuur een tweetal met de verwijzingscijfers 12 en 12' is aangegeven. Aan de onderzijde van het ultrasone element bevindt zich een tweede elektrode 13 en een drager 14, dikwijls de backing laag genoemd.

Het toepassen van een dergelijke backing laag is algemeen bekend.

Fig. 2 toont een zijaanzicht van een enkel ultrasoon element van de array transducent volgens fig. 1. Zoals deze figuur duidelijk toont verloopt de hoogte in de Z-richting (zie fig. 1) van het piezo-elektrisch materiaal 10 in de transversale Y-richting van het element geleidelijk vanaf de ene langszijde van het array naar de andere langszijde. Wanneer de hoogte aan de ene langszijde op 1 wordt gesteld is de hoogte aan de andere langszijde b.v. in de orde grootte van 0,75. De uiteindelijke keuze hangt echter af van de gewenste bandbreedte en gevoeligheid. De hoogte van de aanpassingslagen 12 en 12' verloopt evenredig met die van het piëzoelektrische materiaal. Voor het verkrijgen van een relevante bandbreedtevergroting van de ultrasone transducent is het niet noodzakelijk dat de hoogte van de lagen 12 en 12' varieert. Ook zonder variatie van de hoogte van deze lagen, of bij variatie van de hoogte van slechts één of twee van deze lagen wordt reeds een bandbreedtevergroting verkregen.

Tenslotte wordt opgemerkt, dat in principe ook een bandbreedtevergroting kan worden verkregen door de hoogte van het piezo-elektrisch materiaal van elk van de ultrasone elementen in de laterale X-richting van het array te variëren. Dit leidt echter tot een constructief zeer gecompliceerd array.

Claims (3)

1. Ultrasone transducent omvattende tenminste één rij ultrasone elementen, elk omvattende een piezo-elektrisch materiaal dat aan tegenover gelegen oppervlakken voorzien is van elektroden, met het kenmerk, dat van elk van de ultrasone elementen karakteristieke eigenschappen van tenminste het piëzo-elektrische materiaal in tenminste één richting variëren.

2. Ultrasone transducent volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoogte van het piezo-elektrisch materiaal van elk van de elementen in transversale richting van de rij vanaf de ene zijrand van de transducent naar de andere zijrand toe afneemt.

3. Ultrasone transducent volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat aan de bovenzijde van elk van de elementen tenminste een aanpassingslaag is aangebracht, en dat de dikte van de tenminste ene aanpassingslaag evenredig met en in dezelfde richting als de hoogte van het piezo-elektrisch materiaal afneemt.