JPH03110998A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPH03110998A JPH03110998A JP24793989A JP24793989A JPH03110998A JP H03110998 A JPH03110998 A JP H03110998A JP 24793989 A JP24793989 A JP 24793989A JP 24793989 A JP24793989 A JP 24793989A JP H03110998 A JPH03110998 A JP H03110998A
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- JP
- Japan
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- electrode
- piezoelectric
- sensitivity
- probe
- impedance
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- Granted
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は超音波診断装置や超音波探傷装置において、使
用される超音波を送受する超音波探触子に関する。
用される超音波を送受する超音波探触子に関する。
（従来の技術）
超音波によシ物体内部の構造をイメージングする装置に
は、超音波診断装置や超音波探傷装置などがある。これ
らの装置において超音波を送受する超音波探触子には、
より高感度なものが求められている。超音波探触子の超
音波と電気の変換素子には圧電セラミックなどの圧電体
が用いられておシ、通常この圧電体は、両面に電極のつ
いた板状あるいは短冊状となっている。この様な超音波
探触子の感度はその送波能力と受波感度によって決まる
が、送波能力を上げるには駆動電圧の増大、圧電材料の
改良（結合係数を大きくする）などの方法があり、また
受信感度を上げるには圧電材料の改良などの方法がある
。さらに受波信号の受信回路系への効率的な伝達を図る
ために圧電体の電気的インピーダンスを小さくする方法
として、誘電率の大きな圧電材料を用いる、圧電体を積
層する、あるいはインピーダンス変換器を付加するなど
の方法がある。これらのうち圧電体の結合係数を大きく
する方法は最も理想的であるが、現存する圧電セラミッ
ク材料において結合係数の最も大きな値は０．７程度で
あシ、この値は近年はとんど進歩していない。また圧電
体の電気的インピーダンスを小さくする方法はケーブル
などによる受波信号の電気的損失を少なくするもので、
基本的に探触子の受波感度を上げるものではない。圧電
体を積層する方法は探触子の受波感度自体は小さく超音
波診断装置や超音波探傷装置においてはＳ／Ｎの向上に
よる高画質化のために高感度な超音波探触子が求められ
ている。そのためには送波能力、受波感度の向上が必要
である。感度向上の方法として、駆動電圧の増大、圧電
材料の結合係数の増大などのほか誘電率の大きな圧電材
料を用いたシ圧電体を積層する方法等も考えられている
。
は、超音波診断装置や超音波探傷装置などがある。これ
らの装置において超音波を送受する超音波探触子には、
より高感度なものが求められている。超音波探触子の超
音波と電気の変換素子には圧電セラミックなどの圧電体
が用いられておシ、通常この圧電体は、両面に電極のつ
いた板状あるいは短冊状となっている。この様な超音波
探触子の感度はその送波能力と受波感度によって決まる
が、送波能力を上げるには駆動電圧の増大、圧電材料の
改良（結合係数を大きくする）などの方法があり、また
受信感度を上げるには圧電材料の改良などの方法がある
。さらに受波信号の受信回路系への効率的な伝達を図る
ために圧電体の電気的インピーダンスを小さくする方法
として、誘電率の大きな圧電材料を用いる、圧電体を積
層する、あるいはインピーダンス変換器を付加するなど
の方法がある。これらのうち圧電体の結合係数を大きく
する方法は最も理想的であるが、現存する圧電セラミッ
ク材料において結合係数の最も大きな値は０．７程度で
あシ、この値は近年はとんど進歩していない。また圧電
体の電気的インピーダンスを小さくする方法はケーブル
などによる受波信号の電気的損失を少なくするもので、
基本的に探触子の受波感度を上げるものではない。圧電
体を積層する方法は探触子の受波感度自体は小さく超音
波診断装置や超音波探傷装置においてはＳ／Ｎの向上に
よる高画質化のために高感度な超音波探触子が求められ
ている。そのためには送波能力、受波感度の向上が必要
である。感度向上の方法として、駆動電圧の増大、圧電
材料の結合係数の増大などのほか誘電率の大きな圧電材
料を用いたシ圧電体を積層する方法等も考えられている
。
しかし駆動電圧の増大や圧電材料の結合係数、誘電率の
増大などによる方法には限界があり、大幅な感度向上は
望めない。また圧電体を積層する方法では、送波能力や
受波信号の電気的損失は向上しても、探触子の受波感度
自体は低下してしまうという問題がある。
増大などによる方法には限界があり、大幅な感度向上は
望めない。また圧電体を積層する方法では、送波能力や
受波信号の電気的損失は向上しても、探触子の受波感度
自体は低下してしまうという問題がある。
本発明はこの様な問題を解決し、送波能力を低下させる
ことなく受波感度を向上させた高感度な超音波探触子を
提供することを目的とする。
ことなく受波感度を向上させた高感度な超音波探触子を
提供することを目的とする。
本発明は超音波探触子に用いる通常の板状あるいは短冊
状の圧電体若しくはその電極を厚み方向と垂直な方向に
複数に分割し、分割した各々の圧電体を物理的には並列
のまま、電気的には直列に接続することによ多構成され
る。
状の圧電体若しくはその電極を厚み方向と垂直な方向に
複数に分割し、分割した各々の圧電体を物理的には並列
のまま、電気的には直列に接続することによ多構成され
る。
上記記載の複数に分割した圧電体間の電気的接続を並列
又は直列に切り替えるための切り替えスイッチを供え、
超音波の送波時には圧電体の電気的接続を並列にし通常
の板状あるいは短冊状圧電体と同様の状態にし、受波時
には圧電体間の電気的接続を直列に接続するととＫよ多
構成される。
又は直列に切り替えるための切り替えスイッチを供え、
超音波の送波時には圧電体の電気的接続を並列にし通常
の板状あるいは短冊状圧電体と同様の状態にし、受波時
には圧電体間の電気的接続を直列に接続するととＫよ多
構成される。
また受波時に直列に接続した圧電体のインピーダンスが
圧電体と受信部を接続するケーブルの容量分によるイン
ピーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合成
インピーダンスより大きい場合には、接続された圧電体
とその圧電体によシ検出された信号を受信部に伝達する
ためのケーブルとの間にインピーダンス変換器を付加し
たものである。
圧電体と受信部を接続するケーブルの容量分によるイン
ピーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合成
インピーダンスより大きい場合には、接続された圧電体
とその圧電体によシ検出された信号を受信部に伝達する
ためのケーブルとの間にインピーダンス変換器を付加し
たものである。
（作用）
この発明によれば、板状あるいは短冊状の圧電体若しく
はその電極を複数に分割し、分割した各各の圧電体を物
理的には並列のまま、電気的には直列に接続しているた
め、圧電体の共振周波数を変えることなく受波感度を接
続した圧電体の個数倍だけ向上させることができる。印
加電圧を分割していない圧電体と等しくした場合、送波
能力は小さくなるが、送波能力が等しくなるように印加
電圧を増大させることで全体としての感度も向上させる
ことができる。印加電圧の増大ができないような場合で
も、複数に分割した圧電体間の電気的接続を並列又は直
列に切り替えるための切り替えスイッチを供えることに
より、送波時には複数の圧電体間の電気的接続を並列と
し、送波能力は通常の圧電体と同様に保持することがで
き、受波時には圧電体間の電気的接続を直列にすること
により、前記の場合同様接続した圧電体の個数倍たけ受
波感度を向上させることができる。
はその電極を複数に分割し、分割した各各の圧電体を物
理的には並列のまま、電気的には直列に接続しているた
め、圧電体の共振周波数を変えることなく受波感度を接
続した圧電体の個数倍だけ向上させることができる。印
加電圧を分割していない圧電体と等しくした場合、送波
能力は小さくなるが、送波能力が等しくなるように印加
電圧を増大させることで全体としての感度も向上させる
ことができる。印加電圧の増大ができないような場合で
も、複数に分割した圧電体間の電気的接続を並列又は直
列に切り替えるための切り替えスイッチを供えることに
より、送波時には複数の圧電体間の電気的接続を並列と
し、送波能力は通常の圧電体と同様に保持することがで
き、受波時には圧電体間の電気的接続を直列にすること
により、前記の場合同様接続した圧電体の個数倍たけ受
波感度を向上させることができる。
また受波時に直列に接続した圧電体のインピーダンスが
圧電体と受信部を接続するケーブルの容量分によるイン
ピーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合成
インピーダンスより大きい場合には、圧電体とケーブル
との間にインピーダンス変換器を付加することでインピ
ーダンス変換器し、受波信号の受信回路系への効率的な
伝達を図ることができ、超音波探触子全体としても高感
度なものを得ることができる。
圧電体と受信部を接続するケーブルの容量分によるイン
ピーダンスと受信部の入力インピーダンスとの並列合成
インピーダンスより大きい場合には、圧電体とケーブル
との間にインピーダンス変換器を付加することでインピ
ーダンス変換器し、受波信号の受信回路系への効率的な
伝達を図ることができ、超音波探触子全体としても高感
度なものを得ることができる。
（実施例）
第１図には、本発明の実施例を示す。第３図に示したも
のは従来の超音波探触子であるが、以下第１図と第３図
を対比しながら説明する。第１図においては第３図の圧
電体８の両面の電極１２゜１３を中央で２分割した形と
なっている。さらに音響整合層２側の電極３とバッキン
グ７側の電極６を接続し、バッキング７側の電極４と音
響整合層２側の電極５の間に駆動パルスを印加する。第
１図において２つに分割された圧電体の分極方向（矢印
）は同一になっている。電極４と電極５の間と第３図の
電極１２と電極１３の間に十分駆動能力のあるバルサに
よシ同一のパルスを印加した場合、第１図の分割された
各々の圧電体にかかる電界は第３図の圧電体にかかる電
界の２分の１にな如、第１図の圧電体によシ発生する超
音波の音圧は、第３図の圧電体により発生される超音波
の音圧の２分の１となるが、電極４と電極５の間に印加
するパルスの電圧を増大させることで発生させる超音波
の音圧は第３図の場合と同等にすることができる。また
同一の超音波を第１図及び第３図に示した超音波探触子
を用いて受波する場合、第１図及び第３図の圧電体に生
じる歪みは等しく、従って電極４と電極５０間に生じる
電圧は電極１２と電極１３の間に生じる電圧の２倍とな
る。
のは従来の超音波探触子であるが、以下第１図と第３図
を対比しながら説明する。第１図においては第３図の圧
電体８の両面の電極１２゜１３を中央で２分割した形と
なっている。さらに音響整合層２側の電極３とバッキン
グ７側の電極６を接続し、バッキング７側の電極４と音
響整合層２側の電極５の間に駆動パルスを印加する。第
１図において２つに分割された圧電体の分極方向（矢印
）は同一になっている。電極４と電極５の間と第３図の
電極１２と電極１３の間に十分駆動能力のあるバルサに
よシ同一のパルスを印加した場合、第１図の分割された
各々の圧電体にかかる電界は第３図の圧電体にかかる電
界の２分の１にな如、第１図の圧電体によシ発生する超
音波の音圧は、第３図の圧電体により発生される超音波
の音圧の２分の１となるが、電極４と電極５の間に印加
するパルスの電圧を増大させることで発生させる超音波
の音圧は第３図の場合と同等にすることができる。また
同一の超音波を第１図及び第３図に示した超音波探触子
を用いて受波する場合、第１図及び第３図の圧電体に生
じる歪みは等しく、従って電極４と電極５０間に生じる
電圧は電極１２と電極１３の間に生じる電圧の２倍とな
る。
以上のことより、第１図及び第３図に示した超音波探触
子を送波音圧一定のもとで比較した場合、第１図の構造
のものの電圧感度は、第３図に示す従来の超音波探触子
に比べ２倍となる。
子を送波音圧一定のもとで比較した場合、第１図の構造
のものの電圧感度は、第３図に示す従来の超音波探触子
に比べ２倍となる。
第２図には、本発明の他の第２の実施例を示す。
第２図に示した超音波探触子は第３図に於ける圧電体の
電極のうち一方の面のみを分割したもので分極方向は分
割した部分を境に逆になっている。
電極のうち一方の面のみを分割したもので分極方向は分
割した部分を境に逆になっている。
電極９と電極１０により電圧の印加及び取り出しを行う
が電気的には第１の実施例と等価でありその効果も同等
である。この様な構造にすることにより第１の実施例に
於ける電極３と電極６の接続の必要がなく、またリード
も同一の面から取り出せるので構造も簡易となる。
が電気的には第１の実施例と等価でありその効果も同等
である。この様な構造にすることにより第１の実施例に
於ける電極３と電極６の接続の必要がなく、またリード
も同一の面から取り出せるので構造も簡易となる。
第４図には、本発明の他の実施例を示す。圧電体は第１
図のものと同様に分割しである。電極１７はケーブルの
信号側に接続され電極１４はアース側に接続される。電
極１５はスイッチ１９を介して電極１６又はアースのい
ずれかに接続される。電極１６はスイッチ１８を介して
電極１５又はケーブルの信号側のいずれかに接続される
。送波時にはスイッチ１９はアース側にスイッチ１８は
ケーブルの信号側に接続され、電気的に並列となり、こ
れにより第３図の圧電体と同等となる。
図のものと同様に分割しである。電極１７はケーブルの
信号側に接続され電極１４はアース側に接続される。電
極１５はスイッチ１９を介して電極１６又はアースのい
ずれかに接続される。電極１６はスイッチ１８を介して
電極１５又はケーブルの信号側のいずれかに接続される
。送波時にはスイッチ１９はアース側にスイッチ１８は
ケーブルの信号側に接続され、電気的に並列となり、こ
れにより第３図の圧電体と同等となる。
受波時にはスイッチ１９は電極１６側にスイッチ１８は
電極１５側に接続され、電気的に直列となシ第１図に示
す実施例と同様に受波感度は２倍になる。全体として第
３図に示す従来のプローブと同じ印加電圧で２倍の感度
を得ることができる。
電極１５側に接続され、電気的に直列となシ第１図に示
す実施例と同様に受波感度は２倍になる。全体として第
３図に示す従来のプローブと同じ印加電圧で２倍の感度
を得ることができる。
第５図には、本発明の他の実施例を示す。第５図は第１
図にインピーダンス変換器２０を付加したもので、イン
ピーダンス変換器はコイル、トランス、ＦＥＴを使用し
たものなどその種類は問わない。前項までに記載のよう
に受波時二分割した圧電体を直列に接続した場合、電気
的な容量は減少する。例えば第１図や第２図のように２
分割にした場合電気的な容量は４分の１となる。電気的
な容量の減少はそのままインピーダンスの増大になる。
図にインピーダンス変換器２０を付加したもので、イン
ピーダンス変換器はコイル、トランス、ＦＥＴを使用し
たものなどその種類は問わない。前項までに記載のよう
に受波時二分割した圧電体を直列に接続した場合、電気
的な容量は減少する。例えば第１図や第２図のように２
分割にした場合電気的な容量は４分の１となる。電気的
な容量の減少はそのままインピーダンスの増大になる。
直列に接続した圧電体のインピーダンスが圧電体と受信
部を接続するケーブルの容量分によるインピーダンスと
受信部の入力インピーダンスとの並列合成インピーダン
スよシ大きい場合には、ケーブルによる損失が大きく受
波信号の受信回路系への効率的な伝達を図ることができ
ない。その為探触子の受波感度は上がってもシステムと
しては感度は下がってしまう。そこで本発明では受信系
にインピーダンス変換器を付加し受波信号の受信回路系
への効率的な伝達を図っている。第５図では第１図にイ
ンピーダンス変換器を付加したものを示したが、第２図
や第４図のような場合でも同様のことがいえる。
部を接続するケーブルの容量分によるインピーダンスと
受信部の入力インピーダンスとの並列合成インピーダン
スよシ大きい場合には、ケーブルによる損失が大きく受
波信号の受信回路系への効率的な伝達を図ることができ
ない。その為探触子の受波感度は上がってもシステムと
しては感度は下がってしまう。そこで本発明では受信系
にインピーダンス変換器を付加し受波信号の受信回路系
への効率的な伝達を図っている。第５図では第１図にイ
ンピーダンス変換器を付加したものを示したが、第２図
や第４図のような場合でも同様のことがいえる。
以上の実施例では、２分割の場合についてのみ記述した
が３分割、４分割としていった場合でもその効果は容易
に類推できる。第６図には第２図に示した実施例の分割
数を増やした場合の構造の一例を示す。
が３分割、４分割としていった場合でもその効果は容易
に類推できる。第６図には第２図に示した実施例の分割
数を増やした場合の構造の一例を示す。
以上説明したように、本発明によれば超音波探触子の圧
電体を複数に分割し圧電体の共振周波数を変えることな
く受波感度を接続した圧電体の偶数倍だけ向上させるこ
とができる。
電体を複数に分割し圧電体の共振周波数を変えることな
く受波感度を接続した圧電体の偶数倍だけ向上させるこ
とができる。
第１図、第２図、第４図乃至第６図は、本発明の一実施
例の構成図、第３図は従来の超音波探触子の構成図を示
す。 ｌ・・・送受信装置、２・・・音響整合層、３〜６・・
・電極、７・・・バッキング、８・・・圧電体、９〜１
極、１８・・・スイッチ、１９・・・スイッチ、２ンビ
ーダンス変換器、２１〜２４・・・電極、送信装置、２
６・・・受信装置、２７・・・電極。 ７・・・電 ０・・・イ ２５ ・・・
例の構成図、第３図は従来の超音波探触子の構成図を示
す。 ｌ・・・送受信装置、２・・・音響整合層、３〜６・・
・電極、７・・・バッキング、８・・・圧電体、９〜１
極、１８・・・スイッチ、１９・・・スイッチ、２ンビ
ーダンス変換器、２１〜２４・・・電極、送信装置、２
６・・・受信装置、２７・・・電極。 ７・・・電 ０・・・イ ２５ ・・・
Claims (1)
- （１）超音波を送受する圧電体と、該圧電体の２つの主
面上に各々形成された電極を備えた超音波探触子におい
て、前記電極の少なくとも一方が、複数に分割されてい
ることを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24793989A JP2937359B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24793989A JP2937359B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03110998A true JPH03110998A (ja) | 1991-05-10 |
| JP2937359B2 JP2937359B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=17170802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24793989A Expired - Fee Related JP2937359B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937359B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012152319A (ja) * | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Seiko Epson Corp | 超音波センサーおよび電子機器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5012740B2 (ja) | 2008-09-11 | 2012-08-29 | セントラル硝子株式会社 | 廃水中のフッ素及びリン濃度の減少させる方法 |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP24793989A patent/JP2937359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012152319A (ja) * | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Seiko Epson Corp | 超音波センサーおよび電子機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2937359B2 (ja) | 1999-08-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |