JPH01101800A

JPH01101800A - 液中超音波トランスデューサ

Info

Publication number: JPH01101800A
Application number: JP62258266A
Authority: JP
Inventors: Koji Toda; 耕司戸田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-04-19

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】（産業上の利用分野）この発明は、液中に超音波を送出する超音波トランスデ
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、セラミック等の
硬質の圧電体上の基板にすだれ状電極を形成するものが
あった。

最近、音響インピーダンス等の特性が水や、生体に近い
圧電性のある高分子フィルムとしてポリ弗化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）が注目されており、これを用いて効率のよ
い超音波トランスデユーサを作成することが検討されて
いる。しかしながら、収束性を高めるためにレンズ形状
のバッキング材等の処置が必要であり、また、電子走査
が不可能であった。

（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
の欠点を除去した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、高分子フィルムの基板と、前記基板の一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、液体に配置され、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
液中超音波トランスデユーサを励振し、前記液体中に縦
波の超音波を発射する。

（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斜視図である。

圧電体の基板１は、圧電高分子フィルム（三菱油化（株
）製のＬＡＺ材）からなる。基板１の一面上には、電極
指数Ｎ−２０、電極指ピッチｐ”１００　Ａｔｒｎ、電
極指幅ａ−８０μｍ　、電極子交差長ｂ−６ｍｍ、ｆ−
１２Ｍｌ（ｚで励振されるすだれ状電極２が形成されて
いる。

基板１の他の面上には点線で示すように対向電極３が形
成され、接地されている。

基板ｌは、水に接する面が音響インピーダンスが水に近
い厚さ２ｍｍのアクリル樹脂（ρＣ１＝０．３２１）か
らなるバッキング材（図示なし）によりバッキングされ
ている。基板１とバッキング材との接着にはアクリル用
接着材の２塩化メチレン（図示なし）が使用されている
。バッキング材の特性はその音響特性に大きな影響を与
える。しかし、この場合のバッキング材は、薄い可撓性
のあるアクリル樹脂からなるために、これに剛性を与え
、かつ基板１上の対向電極３の形成面を保護する必要性
があるので、バッキング材を使用するものである。

第２図は第１図に示す超音波トランスデユーサを用いた
超音波の送受信システムである。第２図において、関数
発生器４は周波数ｆ−１２ＭＨｚの出力信号４ａを発生
してこの発明の液中超音波トランスデユーサ５を駆動す
るものである。液中超音波トランスデユーサ５は、水槽
６に充満された液体、即ち水７中にＹ軸を中心にして回
転可能に配置されている。

水７中には、液中超音波トランスデユーサ５と同様の構
造を有する液中超音波トランスデユーサ８が、液中超音
波トランスデユーサ５から放射された縦波の超音波５ａ
を水７を介して受信するように配置されている。液中超
音波トランスデユーサ８には検出装置９が接続されてお
り、その検出出力８ａを出力信号４ａを遅延した電気信
号として入力し、これを関数発生器４の出力信号４ａに
同期して表示するようにしている。

動作において、液中超音波トランスデユーサ５を関数発
生器４の出力信号４ａにより励振させ、これより放射さ
れる超音波５ａを液中超音波トランスデユーサ８により
検出して検出出力８ａを検出装置９に入力したときは、
次のような関係式が成立する。即ち、すだれ状電極２に
より構成される音源が第１図のような矩形の音源群と等
価であるとすると、Ｘ−１面内での指向性Ｒ（θ）は次
式により表わすことができる。

波トランスデユーサ５との間の角度、λ１は水３中にお
ける縦波の波長、ｋは波数（２π／λｗ）、ｐ／λ、−
０，８である。

一般に、すだれ状電極で構成される音源が同一開口長を
有する矩形音源と同等の指向性を持つためには、ｐ／λｗ〈ｌ　　　　　　　　　　　（２）の条件を満
足させる必要がある。（２）式の条件下では電極指の影
響がほとんど現われないためにすだれ状電極で構成され
る音源を線音源と等価的に扱って差し支えないことが解
る。

第３図は、すだれ状電極２からなる音源を第２図に示す
関数発生器４の出力信号４ａ（周波数ｆ−１２ＭＨｚ　
）により励振したときに、Ｘ−２面内に形成される超音
波５ａの指向性パターンを示す。第３図において、Ｚ軸
からの角度は超音波５ａの放射角度、距離は超音波４ａ
の相対振幅（ｄＢ）に対応している。

第４図はこの発明の液中超音波トランスデユーサ５．８
のインピーダンス特性図である。Ｘ軸は周波数（ＭＨｚ
）を示し、Ｙ軸はインピーダンスを示す。

図示のように、１３ＭＨｚ近傍に共振点が存在する。

１２ＭＨｚでの指向性は第３図に示した通りである。こ
れらのことから明らかなように、液中超音波トランスデ
ユーサ５の振動モードは厚み振動であることが理解でき
る。

第５図は液中超音波トランスデユーサ５及び８の挿入損
失の周波数特性を示す。Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は挿入損失
を示す。中心周波数は約１２．５ＭＨｚ　、中心周波数
での挿入損失は送受信全体で約４３ｄＢであり、この発
明の液中超音波トランスデユーサ５及び８が超音波撮像
装置等に応用可能であることが解る。・はバッキングあ
り、Ｏはバッキングなしのデータを示す。　図示のよう
に、中心周波数は約１１ＭＨｚになり、挿入損失５０ｄ
Ｂでは約４ｄＢ増加しているが、帯域幅は５．４ＭＩＩ
ｚから７．５ＭＨｚへ広がっている。このような挿入損
失の増加は、水とアクリルとの間の境界面に存在する音
響的不整合によるものと考えられる。

第６図はこの発明の液中超音波トランスデユーサ５．８
にバッキングを設けたとき、及び設けなかったときのパ
ルスの応答特性図である。第６図において、Ｘ軸は０．
１　μｓ／ｄｉｖの時間軸、Ｙ軸は２０ＩＩＩＶ／ｄｉ
ｖの電圧を示す。また、ａはバッキングなしくパルス幅
４２ｎｓ）　、ｂはバッキングあり（パルス幅４７ｎｓ
）の場合をそれぞれ示す。第６図から明らかなように、
バッキングを設けることによりパルス応答が改善されて
いることが解る。

（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、挿入損失が信号処理可能な程度に
低くすることができるとともに、各すだれ状電極を電子
的に走査することが可能であり、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、かつ電
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、サイド
ロープの抑圧等の良好な応答特性が得られるので、超音
波撮像装置への応用が容易となる。

また、この発明によれば、トランスデユーサをアクリル
樹脂により裏打した構造としたので、この裏打の挿入損
失分が増加するが、トランスデユーサとしての加工性、
操作性、保守性等の実用性は向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】第１図はこの発明による液中超音波トランスデユーサ構
造を示す斜視図、第２図は第１図に示す液中超音波トランスデユーサを用
いた超音波の送受信システム、第３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・・・基板、　　　２・・・すだれ状電極、３・・・
対向電極。Ｚの発明Ｉ）看中娼曹ｌ慶トフンステ１−サの凛シ舞図
１すＩＩ２Ｉｂ部＠ＪＬランステに一すの送☆イ亀システム凄ア２　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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、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。
（２）基板はバッキング材により裏打ちされていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液中超音波ト
ランスデューサ。
（３）バッキング材はアクリル樹脂からなることを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載の液中超音波トランス
デューサ。