JPH01101799A - 液中超音波トランスデューサ - Google Patents
液中超音波トランスデューサInfo
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- JPH01101799A JPH01101799A JP25826487A JP25826487A JPH01101799A JP H01101799 A JPH01101799 A JP H01101799A JP 25826487 A JP25826487 A JP 25826487A JP 25826487 A JP25826487 A JP 25826487A JP H01101799 A JPH01101799 A JP H01101799A
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- Pending
Links
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、液中に超音波を放射する超音波トランスデ
ユーサに関する。
ユーサに関する。
（従来の技術）
従来の液中超音波トランスデユーサは、セラミック単結
晶等の硬質の圧電体基板を用いるものが主力であった。
晶等の硬質の圧電体基板を用いるものが主力であった。
このような液中超音波トランスデユーサは、（ａ）各す
だれ状電極を電子的に走査することが可能であり、（ｂ
）すだれ状電極を複数の群に分割することにより、サー
キュレータを用いなくとも同一開口面積での信号の送受
信が可能であり、（Ｃ）電極指のそれぞれに位相又は振
幅の異なる信号を印加することにより、ビームの収束及
び放射方向の制御、及びサイドローブの抑圧が可能とい
う特徴を有する。
だれ状電極を電子的に走査することが可能であり、（ｂ
）すだれ状電極を複数の群に分割することにより、サー
キュレータを用いなくとも同一開口面積での信号の送受
信が可能であり、（Ｃ）電極指のそれぞれに位相又は振
幅の異なる信号を印加することにより、ビームの収束及
び放射方向の制御、及びサイドローブの抑圧が可能とい
う特徴を有する。
しかし、このような構成ものは、液体、例えば水の音響
インピーダンスと整合させるのに解決すべき問題点を有
していた。
インピーダンスと整合させるのに解決すべき問題点を有
していた。
最近、音響インピーダンスの特性が水に近く、可撓性に
富む圧電性の高分子フィルムとしてポリ弗化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）が液中超音波トランスデユーサ用の材料と
して注目されている。
富む圧電性の高分子フィルムとしてポリ弗化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）が液中超音波トランスデユーサ用の材料と
して注目されている。
（発明が解決しようとする問題点）
この発明は、このような点に注目して前記のような従来
の欠点を除去するためになされたものであり、効率のよ
い液中超音波トランスデユーサを提供することを目的と
する。
の欠点を除去するためになされたものであり、効率のよ
い液中超音波トランスデユーサを提供することを目的と
する。
（問題点を解決するための手段）
この発明による液中超音波トランスデユーサは、
液体と溶融水晶との境界に配置された高分子フィルムの
基板と、 前記基板の１面上に形成されたすだれ状電極と、 前記基板の他の面に形成された対向電極とを備えている
ことを特徴とするものである。
基板と、 前記基板の１面上に形成されたすだれ状電極と、 前記基板の他の面に形成された対向電極とを備えている
ことを特徴とするものである。
（作用）
この発明によれば、前記すだれ状電極と対向電極との間
に高周波の電圧を印加することにより液体中に超音波ト
ランスデユーサを励振し、前記液体中に縦波の超音波を
効率よく発射あるいは受信する。
に高周波の電圧を印加することにより液体中に超音波ト
ランスデユーサを励振し、前記液体中に縦波の超音波を
効率よく発射あるいは受信する。
（実施例）
第１図はこの発明の一実施例による液中超音波トランス
デユーサの構造を示す断面図である。溶融水晶（ＳｉＯ
□）層１の上には、可撓性のｐｖ叶フィルム２が厚さｄ
の層をなして形成されている。更に、ＰＶＤＦフィルム
２を挟む形式で、液体、即ち水２側の面には対向電極（
図示なし）が形成され、また溶融水晶層１側にはすだれ
状電極（図示なし）が形成されている。すだれ状電極は
、図示なしの駆動デバイスから供給される高周波電圧に
より励振されている。
デユーサの構造を示す断面図である。溶融水晶（ＳｉＯ
□）層１の上には、可撓性のｐｖ叶フィルム２が厚さｄ
の層をなして形成されている。更に、ＰＶＤＦフィルム
２を挟む形式で、液体、即ち水２側の面には対向電極（
図示なし）が形成され、また溶融水晶層１側にはすだれ
状電極（図示なし）が形成されている。すだれ状電極は
、図示なしの駆動デバイスから供給される高周波電圧に
より励振されている。
ＰＶＤＦ２の分極軸は厚さＸ３方向（図の上方向）にあ
り、すだれ状電極からの漏洩表面波はＸ１方向（図の右
方向）に伝搬する。圧電方程式と運動方程式を基本式と
して、ＰＶＤＦＺ中における漏洩表面波の変位Ｕ１及び
電位φの一般解は、次のように定義される。
り、すだれ状電極からの漏洩表面波はＸ１方向（図の右
方向）に伝搬する。圧電方程式と運動方程式を基本式と
して、ＰＶＤＦＺ中における漏洩表面波の変位Ｕ１及び
電位φの一般解は、次のように定義される。
ＩＪ＋＝ＡｔｅＸｌ）（ｉｋｂＸ：＋）ｅｘｐ（ｉｋ（
ｘ、−ｖｔ））、 ｉ−１，２，３（１）φ−Ａ４ｅｘ
ｐ（ｉｋｂｘ３）ｅｘｐ（ｉｋ（ｘ、−ｖｔ））、ｉ−
１，２，３（２）ここで、Ａ、 、Ａ４は変位Ｕ、の振
幅、ｂは漏洩表面波の減衰定数、ｋは漏洩表面波の波数
、■は漏洩表面波の表面速度である。溶融水晶１内の変
位Ｕ ｓｒは Ｕ、、＝Ａ、ｅｘｐ（ｉｋｂ３（ｘ３＋ｄ／２））ｅｘ
ｐ（ｉｋ（ｘ、−ｖｔ））、ｊ−ｔ、２．３（３） 変位ポテンシャルφは、 φ−八へｅＸｐ （ｉｋｗｂｗ（Ｘ３＋ｄ／２））ｅｘ
ｐ （ｉｋ（ｘ Ｉ−ｖｔ））、 （４）と表わすこ
とができる。
ｘ、−ｖｔ））、 ｉ−１，２，３（１）φ−Ａ４ｅｘ
ｐ（ｉｋｂｘ３）ｅｘｐ（ｉｋ（ｘ、−ｖｔ））、ｉ−
１，２，３（２）ここで、Ａ、 、Ａ４は変位Ｕ、の振
幅、ｂは漏洩表面波の減衰定数、ｋは漏洩表面波の波数
、■は漏洩表面波の表面速度である。溶融水晶１内の変
位Ｕ ｓｒは Ｕ、、＝Ａ、ｅｘｐ（ｉｋｂ３（ｘ３＋ｄ／２））ｅｘ
ｐ（ｉｋ（ｘ、−ｖｔ））、ｊ−ｔ、２．３（３） 変位ポテンシャルφは、 φ−八へｅＸｐ （ｉｋｗｂｗ（Ｘ３＋ｄ／２））ｅｘ
ｐ （ｉｋ（ｘ Ｉ−ｖｔ））、 （４）と表わすこ
とができる。
また、水中での変位Ｕｗは
Ｕ ｗｗ ＝ ｇｒａｄφ （５）と
定義することができる。
定義することができる。
実際の解析ではファーネル（Ｆａｒｎｅｌｌ）の手法を
拡張してそれぞれの境界面において電気的、機械的境界
条件を満足する速度Ｖを数値代入法により求めている。
拡張してそれぞれの境界面において電気的、機械的境界
条件を満足する速度Ｖを数値代入法により求めている。
速度Ｖには、虚数成分が存在する。
これは、水中に縦波としてエネルギーを放射しながら伝
搬する漏洩表面波を説明するのに重要な意味をもってい
る。
搬する漏洩表面波を説明するのに重要な意味をもってい
る。
すだれ状電極に印加される電気エネルギーが表面波に変
換される割合を示す電気機械結合係数に２は、電気的に
開放状態での速度Ｖ。と短絡状態での速度ｖ３を用いて
次式により求めることができる。
換される割合を示す電気機械結合係数に２は、電気的に
開放状態での速度Ｖ。と短絡状態での速度ｖ３を用いて
次式により求めることができる。
ｋ２＝ ２（ＶＯ−ＶＳ）／ ＶＯ（６）すだれ状電極
により励振された漏洩表面波が水３中の縦波モードに変
換される割合Ｃは、次のように速度Ｖの虚数成分ｖ１と
実数成分ｖ、との割合から算出することができる。
により励振された漏洩表面波が水３中の縦波モードに変
換される割合Ｃは、次のように速度Ｖの虚数成分ｖ１と
実数成分ｖ、との割合から算出することができる。
Ｃ＝１−ｅｘｐ（４πｖ１／ｖ、） （７
）その結果、液中超音波トランスデユーサとしての総合
的な変換効率ηは次式で与えられる。
）その結果、液中超音波トランスデユーサとしての総合
的な変換効率ηは次式で与えられる。
η＝に２・Ｃ（８）
第２図は、溶融水晶１及び水３との間の２つの境界面が
共に電気的に開放状態の場合に、その漏洩表面波の速度
の計算結果を示す特性図であり、横軸が表面波の波数に
とＰｖ叶の厚さｄの積ｋｄを示し、縦軸が速度Ｖの実数
成分ｖ、 （ｋｍ／ｓ）を示している。第３図は横軸が
積ｋｄを示し、縦軸が速度Ｖの虚数成分Ｖｌ （ｋｍ／
ｓ）を示している。第２図及び第３図において、０〜３
の数字は表面波モードの字数を表わしている。第３図か
ら明らかなように、０次モードの虚数成分ｖ１がｋｄ−
２，０の近傍で大きな値を取ることが示されている。
共に電気的に開放状態の場合に、その漏洩表面波の速度
の計算結果を示す特性図であり、横軸が表面波の波数に
とＰｖ叶の厚さｄの積ｋｄを示し、縦軸が速度Ｖの実数
成分ｖ、 （ｋｍ／ｓ）を示している。第３図は横軸が
積ｋｄを示し、縦軸が速度Ｖの虚数成分Ｖｌ （ｋｍ／
ｓ）を示している。第２図及び第３図において、０〜３
の数字は表面波モードの字数を表わしている。第３図か
ら明らかなように、０次モードの虚数成分ｖ１がｋｄ−
２，０の近傍で大きな値を取ることが示されている。
前記実施例はＰＶＤＦと溶融水晶との境界にすだれ状電
極を備えるものであったが、第４図は水との境界に電極
のない形式のものにおいて、数値計算により計算したｋ
ｄ（横軸）と、電気機械結合係数に２（縦軸）との関係
を示している。第４図からは、０次モードが他のモード
と比較して大きな値の電気機械結合係数に２を有するこ
とが解る。
極を備えるものであったが、第４図は水との境界に電極
のない形式のものにおいて、数値計算により計算したｋ
ｄ（横軸）と、電気機械結合係数に２（縦軸）との関係
を示している。第４図からは、０次モードが他のモード
と比較して大きな値の電気機械結合係数に２を有するこ
とが解る。
第５図及び第６図は、液中超音波トランスデユーサの変
換効率η（ｘ １０−”）を水との境界に対向電極が存
在する場合、及び存在しない場合についてｋｄの関数に
より表わしている。第５図及び第６図から０次モードの
ｋｄ−２，０近傍が有効であること、対向電極の有無に
より、変換効率ηには相違がほとんどないことが解る。
換効率η（ｘ １０−”）を水との境界に対向電極が存
在する場合、及び存在しない場合についてｋｄの関数に
より表わしている。第５図及び第６図から０次モードの
ｋｄ−２，０近傍が有効であること、対向電極の有無に
より、変換効率ηには相違がほとんどないことが解る。
（発明の効果）
以上のように、この発明の液中超音波トランスデユーサ
によれば、圧電性の高分子フィルムの一面上にすだれ状
電極を配列したので、超音波撮像デバイスやセンサ用の
トランスデユーサとして利用したときに、０次モードに
おいて高い変換効率が得られる。
によれば、圧電性の高分子フィルムの一面上にすだれ状
電極を配列したので、超音波撮像デバイスやセンサ用の
トランスデユーサとして利用したときに、０次モードに
おいて高い変換効率が得られる。
第１図はこの発明による液中超音波トランスデユーサの
構造を示す断面図、 第２図ないし第６図は第１図に示す液中超音波トランス
デユーサの特性図である。 １・・・溶融水晶、 ２・・・基板。
構造を示す断面図、 第２図ないし第６図は第１図に示す液中超音波トランス
デユーサの特性図である。 １・・・溶融水晶、 ２・・・基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 液中に超音波を送出する超音波トランスデューサにお
いて、 液体と溶融水晶との境界面に配置された高分子フィルム
の基板と、 前記基板の１面上に形成されたすだれ状電極と、 前記基板の他の面に形成された対向電極と を備えていることを特徴とする液中超音波トランスデュ
ーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25826487A JPH01101799A (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 液中超音波トランスデューサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25826487A JPH01101799A (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 液中超音波トランスデューサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01101799A true JPH01101799A (ja) | 1989-04-19 |
Family
ID=17317821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25826487A Pending JPH01101799A (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 液中超音波トランスデューサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01101799A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS566598A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-23 | Tdk Corp | Ultrasonic converting element |
| JPS61214700A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-24 | Koji Toda | 漏洩弾性表面波トランスジユ−サ |
-
1987
- 1987-10-15 JP JP25826487A patent/JPH01101799A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS566598A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-23 | Tdk Corp | Ultrasonic converting element |
| JPS61214700A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-24 | Koji Toda | 漏洩弾性表面波トランスジユ−サ |
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