CH543313A

CH543313A - Verfahren und Einrichtung zur Konzentration von Ultraschall in einem langgestreckten Raumbereich

Info

Publication number: CH543313A
Application number: CH1484871A
Authority: CH
Inventors: Benedikt Burckhardt Christoph; Andre Grandchamp Pierre; Hoffmann Heinz
Original assignee: Hoffmann La Roche
Priority date: 1971-10-12
Filing date: 1971-10-12
Publication date: 1973-10-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Konzentration von Ultraschall in einem langestreckten Raumbereich.

Ultraschallverfahren gewinnen in Technik und Medizin ständig an Bedeutung, so z. B. in der Materialprüfung oder in der medizinischen Diagnostik. Ein bekanntes Verfahren ist das Echolotverfahren, bei dem von einem Schallkopf ein Ultraschallimpuls ausgesendet und der an einem Hindernis reflektierte Impuls von einem anderen oder von demselben Schallkopf empfangen wird. Aus der Zeit, die verstreicht, bis das Echo empfangen wird, kann die Distanz zwischen Sender/ Empfänger und dem reflektierenden Objekt bestimmt werden.

Die Genauigkeit eines Echolotverfahrens wird wesentlich von dem erzielbaren longitudinalen, d. h. in der Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen bestehenden, und dem lateralen, d. h. dem zur Ausbreitungsrichtung senkrechten Auflösungsvermögen bestimmt. Die Voraussetzung für ein gutes laterales Auflösungsvermögen ist ein kleiner Durchmesser des Schallstrahlenbündels im Bereich des zu beobachtenden Objekts. Die beste bisher bekannte Methode besteht darin, einen Ultraschallstrahl mit einem System grosser Öffnung zu fokussieren. Die laterale Auflösung kann dann in der Grössenordnung einer Wellenlänge liegen, also bei 2 MHz etwa. 0,75 mm betragen. Diese gute laterale Auflösung wird jedoch nur über eine sehr geringe Tiefe, d. h. ebenfalls ungefähr 1 Wellenlänge erreicht.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und eine gute Bündelung des Schallfeldes über eine grosse Tiefe zu erreichen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass ein im wesentlichen konvergentes Ultraschallfeld mit ringförmigem Querschnitt erzeugt wird. Ein solches Schallfeld wird vorzugsweise mit einem ringförmigen Sendewandler erzeugt, wobei der Empfangswandler zweckmässigerweise ebenfalls ringförmig ist und gegebenenfalls der Sendewandler auch zum Empfang eingesetzt wird.

Es ist günstig, wenn die Ultraschallwandlereinrichtung, die den Sendewandler enthält, eine grosse Apertur von beispielsweise mehr als 60 hat. Dabei ist unter Apertur das Verhältnis des mittleren Ringdurchmessers zum mittleren Abstand des Raumbereichs vom Ring zu verstehen, in dem der Ultraschall konzentriert wird.

Im folgenden ist anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen ringförmigen Ultraschallwandler mit konischer Abstrahlungsfläche im Schnitt. Dieser Wandler besitzt ein ringförmiges Gehäuse mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, wobei die Symmetrieachse der Querschnittsfläche gegen die Ringachse geneigt ist und diese in einem bestimmten Abstand, beispielsweise 12 cm, schneidet. Die offene Seite des U-förmigen Querschnitts ist diesem Schnittpunkt und damit der Ringachse zugewandt. In der ringförmigen Vertiefung des Gehäuses befindet sich ein ringförmiger Dämpfungsblock 4 aus Epoxyharz/Wolfram, der durch Korkplatten 2 akustisch vom Gehäuse isoliert ist.

Auf der der offenen Seite des Gehäuses zugewandten Oberfläche des Dämpfungsblocks 4 sind mehrere, im vorliegenden Falle 4, zusammen einen Ring bildende flache Segmente 3 aus einem piezoelektrischen Material angebracht, die mit einer zur Anpassung an Wasser dienenden Schicht 5 aus Epoxyharz abgedeckt sind. Die Schicht 5 dient gleichzeitig zum mechanischen Schutz des aus den Segmenten 3 gebildeten piezoelektrischen Schwingers. Zu jedem der Segmente führt von der Rückseite durch geeignete Bohrungen im Gehäuse 1 und im Dämpfungsblock 4 eine elektrische Zuleitung 6.

Die vom piezoelektrischen Schwinger ausgesendeten Ultraschallwellen bilden ein ringförmiges Bündel, das in einer bestimmten Entfernung vom Ultraschallwandler in einem langgestreckten Raumbereich, durch den die Ringachse hindurch geht konzentriert wird. Die Länge des Raumbereichs bestimmt die Tiefe, über die eine gute laterale Auflösung erreicht wird. Die Länge des Raumbereichs und sein Abstand vom Ultraschallwandler muss daher so gewählt werden, dass das zu beobachtende Objekt über die ganze Tiefe ausgeleuchtet wird. Der Abstand des Raumbereichs vom Ultraschallwandler bestimmt sich im wesentlichen durch die Neigung des piezoelektrischen Schwingers 3 gegen die Ringachse. Die Länge des Raumbereichs wird vor allem durch die Breite des ringförmigen piezoelektrischen Schwingers bestimmt.

PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Konzentration von Ultraschall in einem langgestreckten Raumbereich, dadurch gekennzeichnet, dass ein im wesentlichen konvergentes Ultraschallfeld mit ringförmigem Querschnitt erzeugt wird.

Claims

UNTERANSPRUCH

1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallfeld mittels eines ringförmigen Sendewandlers erzeugt wird.

PATENTANSPRUCH II Ultraschallwandlereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des Ultraschallfeldes ein ringförmiger Sendewandler vorgesehen ist.

UNTERANSPRÜCHE 2. Ultraschallwandlereinrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Apertur des Wandlers grösser als 6 ist.

3. Ultraschallwandlereinrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlungsfläche des Wandlers gegen die Ringachse geneigt ist.

4. Ultraschallwandlereinrichtung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Wandler aus mehreren Wandlerelementen zusammengesetzt ist.