JPH03194462A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPH03194462A JPH03194462A JP33282089A JP33282089A JPH03194462A JP H03194462 A JPH03194462 A JP H03194462A JP 33282089 A JP33282089 A JP 33282089A JP 33282089 A JP33282089 A JP 33282089A JP H03194462 A JPH03194462 A JP H03194462A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- piezoelectric element
- backing material
- ultrasonic
- ultrasonic probe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、超音波により物体表面や内部の傷の有無等を
検査する超音波検査装置に用いられる超音波探触子に関
する。
検査する超音波検査装置に用いられる超音波探触子に関
する。
超音波探触子は、電圧を印加することにより励振して超
音波を発生する振動子、この振動子の一方側の面に密着
し発生した超音波を集束する音響レンズ、および前記振
動子の他方側の面に密着し発生した超音波を吸収するバ
ッキング材で構成される。音響レンズにより集束された
超音波ビームは、検査対象たる被検体に放射され、被検
体からの反射波は再び音響レンズを通って振動子に達す
る。振動子はこの反射波をそれに応じた電気信号に変換
して出力する。この電気信号は信号処理部により処理さ
れ、これに基づいて被検体の傷の有無等が判断される。
音波を発生する振動子、この振動子の一方側の面に密着
し発生した超音波を集束する音響レンズ、および前記振
動子の他方側の面に密着し発生した超音波を吸収するバ
ッキング材で構成される。音響レンズにより集束された
超音波ビームは、検査対象たる被検体に放射され、被検
体からの反射波は再び音響レンズを通って振動子に達す
る。振動子はこの反射波をそれに応じた電気信号に変換
して出力する。この電気信号は信号処理部により処理さ
れ、これに基づいて被検体の傷の有無等が判断される。
一方、バッキング材は、放射された超音波を吸収し、バ
ッキング材から振動子に戻る反射波を極力抑制し、この
反射の繰返しによる振動子の機械的自由振動を抑えて被
検体からの反射波との干渉を防止し、振動子から出力さ
れる電気信号の分析を正確なものとする機能を有する。
ッキング材から振動子に戻る反射波を極力抑制し、この
反射の繰返しによる振動子の機械的自由振動を抑えて被
検体からの反射波との干渉を防止し、振動子から出力さ
れる電気信号の分析を正確なものとする機能を有する。
上記バッキング材の機能は、バッキング材を振動子の音
響インピーダンスに近い音響インピーダンスをもつよう
に構成することにより達成される。
響インピーダンスに近い音響インピーダンスをもつよう
に構成することにより達成される。
振動子の音響インピーダンスは、振動子として通常の圧
電素子を用いた場合、３０〜３５Ｘ１０６Ｋ ｇ ／
ｍ ｚ−ｓｅ（−と可成り高い値を有する。このため、
バッキング材の材料として重金属を用い、これを圧電素
子に接着する手段が用いられていた。
電素子を用いた場合、３０〜３５Ｘ１０６Ｋ ｇ ／
ｍ ｚ−ｓｅ（−と可成り高い値を有する。このため、
バッキング材の材料として重金属を用い、これを圧電素
子に接着する手段が用いられていた。
ところで、近年、超音波検査装置に高分解能が要求され
、高分解能を得るために、振動子の厚さを薄（して振動
子の共振周波数を高くする手法が採用されるようになっ
た。しかし、このような薄い振動子に重い金属を接着す
るのは極めて困難であり、振動子と金属との間に間隙が
生じ、金属をバッキング材として用いることはできない
という問題が生じていた。
、高分解能を得るために、振動子の厚さを薄（して振動
子の共振周波数を高くする手法が採用されるようになっ
た。しかし、このような薄い振動子に重い金属を接着す
るのは極めて困難であり、振動子と金属との間に間隙が
生じ、金属をバッキング材として用いることはできない
という問題が生じていた。
この問題を解決するため、ハウジングに振動子を入れ、
その上に、例えばタングステン粉末を混入した樹脂を流
し込み、遠心分離器によりタングステン粉末を振動子側
に集中させてバッキング材を構成するという手段が採用
されていた。しかし、このような手段は製造に手間がか
かるばかりでなく、この手段で構成されたバッキング材
の音響インピーダンスは、例えば、２０ｘｌＯ６Ｋｇ／
ｍ”・ｓｅｃ程度であり、振動子の音響インピーダンス
との間に可成りの差があり、振動子の機械的自由振動を
充分に抑制することができないという問題があった。
その上に、例えばタングステン粉末を混入した樹脂を流
し込み、遠心分離器によりタングステン粉末を振動子側
に集中させてバッキング材を構成するという手段が採用
されていた。しかし、このような手段は製造に手間がか
かるばかりでなく、この手段で構成されたバッキング材
の音響インピーダンスは、例えば、２０ｘｌＯ６Ｋｇ／
ｍ”・ｓｅｃ程度であり、振動子の音響インピーダンス
との間に可成りの差があり、振動子の機械的自由振動を
充分に抑制することができないという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
振動子の機械的自由振動を充分に抑制することができ、
ひいては電気信号による距離分解能を向上させることが
できる超音波探触子を提供するにある。
振動子の機械的自由振動を充分に抑制することができ、
ひいては電気信号による距離分解能を向上させることが
できる超音波探触子を提供するにある。
上記の目的を達成するため、本発明は、固有の共振周波
数を有する振動子を励振させて超音波を発生させ、この
超音波の被検体からの反射波を前記振動子で当該反射波
に応じた電気信号に変換する超音波探触子において、前
記振動子の前記被検体とは反対面に、前記振動子の圧電
素子と同一物質より成るバッキング材を密着させたこと
を特徴とする。
数を有する振動子を励振させて超音波を発生させ、この
超音波の被検体からの反射波を前記振動子で当該反射波
に応じた電気信号に変換する超音波探触子において、前
記振動子の前記被検体とは反対面に、前記振動子の圧電
素子と同一物質より成るバッキング材を密着させたこと
を特徴とする。
振動子からバッキング材側へ放射された超音波は、バッ
キング材が振動子と同一物質であるため音響インピーダ
ンスが同一となり、したがって、バッキング材と振動子
との境界での反射はなくなり、振動子の機械的自由振動
が抑制される。
キング材が振動子と同一物質であるため音響インピーダ
ンスが同一となり、したがって、バッキング材と振動子
との境界での反射はなくなり、振動子の機械的自由振動
が抑制される。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第１図（ａ）は本発明の実施例に係る超音波探触子の上
面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示す超音波探触子
の断面図である。各図で、１は圧電素子、１ａは圧電素
子１の上面に設けられた上部電極、１ａ′は上部電極１
ａのリード線、１ｂは圧電素子１の下面に設けられた下
部電極、ｌｂ’は下部電極１ｂのリード線である。圧電
素子１、上部電極１ａおよび下部電極１ｂで振動子が構
成されている。２は下部電極１ｂに密着して設けられた
音響レンズであり、その凹曲面は上部電極１ａとほぼ対
向する位置に形成されている。３はバッキング材を示す
。本実施例において、バッキング材３は圧電素子１と同
一材料で同体に構成されている。即ち、１つの圧電素子
材料より成るブロックにおいて、下面から厚さｔの位置
に上部電極１ａを設けることにより、厚さｔの圧電素子
１と厚さｔ、のバッキング材３とが区別して構成される
。圧電素子１とバッキング材３とは図から明らかなよう
に一部で連結されている。なお、このような圧電素子材
料内に電極を形成する手段は、積層形の圧電素子の製造
において良く知られた手段である。又、バッキング材３
の厚さｔ、は圧電素子の減衰、感度等を考慮して決定さ
れるが、通常、厚さｔ、は厚さｔよりはるかに大である
。
面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示す超音波探触子
の断面図である。各図で、１は圧電素子、１ａは圧電素
子１の上面に設けられた上部電極、１ａ′は上部電極１
ａのリード線、１ｂは圧電素子１の下面に設けられた下
部電極、ｌｂ’は下部電極１ｂのリード線である。圧電
素子１、上部電極１ａおよび下部電極１ｂで振動子が構
成されている。２は下部電極１ｂに密着して設けられた
音響レンズであり、その凹曲面は上部電極１ａとほぼ対
向する位置に形成されている。３はバッキング材を示す
。本実施例において、バッキング材３は圧電素子１と同
一材料で同体に構成されている。即ち、１つの圧電素子
材料より成るブロックにおいて、下面から厚さｔの位置
に上部電極１ａを設けることにより、厚さｔの圧電素子
１と厚さｔ、のバッキング材３とが区別して構成される
。圧電素子１とバッキング材３とは図から明らかなよう
に一部で連結されている。なお、このような圧電素子材
料内に電極を形成する手段は、積層形の圧電素子の製造
において良く知られた手段である。又、バッキング材３
の厚さｔ、は圧電素子の減衰、感度等を考慮して決定さ
れるが、通常、厚さｔ、は厚さｔよりはるかに大である
。
上部電極１ａと下部電極１ｂとの間に電圧を印加すると
、振動子は、周波数定数をＮｔとすると、Ｎｔ／ｌで共
振して超音波を放射する。この超音波は音響レンズ２の
凹曲面で集束され、被検体に放射されることとなる。一
方、振動子からバッキング材３の方へ放射された超音波
は、バッキング材３が圧電素子１と同一材料であるので
音響インピーダンスも等しく、したがって、両者の境界
ではほとんど反射することはなく、結局、振動子の機械
的自由振動は充分に抑制される。
、振動子は、周波数定数をＮｔとすると、Ｎｔ／ｌで共
振して超音波を放射する。この超音波は音響レンズ２の
凹曲面で集束され、被検体に放射されることとなる。一
方、振動子からバッキング材３の方へ放射された超音波
は、バッキング材３が圧電素子１と同一材料であるので
音響インピーダンスも等しく、したがって、両者の境界
ではほとんど反射することはなく、結局、振動子の機械
的自由振動は充分に抑制される。
第２図（ａ）は上記本実施例の超音波探触子を用いて検
査を行なう状態図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）に示す
超音波探触子により得られる波形図である。各図で、５
は本実施例の超音波探触子、６は被検体、７は被検体６
内の欠陥を示す。超音波探触子５と被検体６との間には
、通常、超音波媒体として水が介在せしめられる。８は
信号処理部側に設けられたオシロスコープの表示面を示
す。
査を行なう状態図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）に示す
超音波探触子により得られる波形図である。各図で、５
は本実施例の超音波探触子、６は被検体、７は被検体６
内の欠陥を示す。超音波探触子５と被検体６との間には
、通常、超音波媒体として水が介在せしめられる。８は
信号処理部側に設けられたオシロスコープの表示面を示
す。
表示面８には、超音波探触子５により変換された電気信
号の波形図が表示されている。この波形図は、被検体６
の位置と対応した位置で描かれている。Ｗ、は被検体６
の表面での反射波、Ｗ、は欠陥７での反射波を示す。図
示のように、欠陥７の反射波が明瞭に現われる。
号の波形図が表示されている。この波形図は、被検体６
の位置と対応した位置で描かれている。Ｗ、は被検体６
の表面での反射波、Ｗ、は欠陥７での反射波を示す。図
示のように、欠陥７の反射波が明瞭に現われる。
第３図（ａ）、 （ｂ）は従来の超音波探触子による
検査の状態図および波形図である。各図で、第２図（ａ
）、（ｂ）に示す部分と同一部分には同一符号が付しで
ある。１０は従来の超音波探触子、即ちバッキング材の
音響インピーダンスが低い超音波探触子である。第３図
（ｂ）から明らかなように、表示された波形をみても欠
陥７を示す反射波Ｗｂを他の波形と明確に区別すること
は、熟練者以外の者にとっては容易ではない。
検査の状態図および波形図である。各図で、第２図（ａ
）、（ｂ）に示す部分と同一部分には同一符号が付しで
ある。１０は従来の超音波探触子、即ちバッキング材の
音響インピーダンスが低い超音波探触子である。第３図
（ｂ）から明らかなように、表示された波形をみても欠
陥７を示す反射波Ｗｂを他の波形と明確に区別すること
は、熟練者以外の者にとっては容易ではない。
このように、本実施例では、バッキング材を圧電素子と
同体に構成したので、振動子と同じ音響インピーダンス
とすることができ、振動子の機械的自由振動を充分に抑
制することができ、ひいては超音波探触子の距離分解能
を向上させることができる。
同体に構成したので、振動子と同じ音響インピーダンス
とすることができ、振動子の機械的自由振動を充分に抑
制することができ、ひいては超音波探触子の距離分解能
を向上させることができる。
なお、上記実施例の説明では、圧電素子とバッキング材
を一体に構成した例について説明したが両者別体とし、
バッキング材を上部電極に接着させるようにしてもよい
。
を一体に構成した例について説明したが両者別体とし、
バッキング材を上部電極に接着させるようにしてもよい
。
以上述べたように、本発明では、振動子の圧電素子と同
一物質でバッキング材を構成したので、両者が同一音響
インピーダンスを有することとなり、振動子の機械的自
由振動を充分に抑制することができ、ひいては超音波探
触子の距離分解能を向上させることができる。
一物質でバッキング材を構成したので、両者が同一音響
インピーダンスを有することとなり、振動子の機械的自
由振動を充分に抑制することができ、ひいては超音波探
触子の距離分解能を向上させることができる。
第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例に係る超音波探
触子の上面図および断面図、第２図（ａ）（ｂ）は本実
施例の超音波探触子による検査状態図および波形図、第
３図（ａ）、（ｂ）は従来の超音波探触子による検査状
態図および波形図である。 １・・・・・・・・・圧電素子、１ａ・・・・・・・・
・上部電極、１ｂ・・・・・・・・・下部電極、２・・
・・・・・・・音響レンズ、３・・・・・・・・・バッ
キング材、５・・・・・・・・・超音波探触子、６・・
・・・・・・・被検体、７・・・・・・・・・欠陥。 第１図 （ａ）
触子の上面図および断面図、第２図（ａ）（ｂ）は本実
施例の超音波探触子による検査状態図および波形図、第
３図（ａ）、（ｂ）は従来の超音波探触子による検査状
態図および波形図である。 １・・・・・・・・・圧電素子、１ａ・・・・・・・・
・上部電極、１ｂ・・・・・・・・・下部電極、２・・
・・・・・・・音響レンズ、３・・・・・・・・・バッ
キング材、５・・・・・・・・・超音波探触子、６・・
・・・・・・・被検体、７・・・・・・・・・欠陥。 第１図 （ａ）
Claims (1)
- 固有の共振周波数を有する振動子を励振させて超音波
を発生させ、この超音波の被検体からの反射波を前記振
動子で当該反射波に応じた電気信号に変換する超音波探
触子において、前記振動子の前記被検体とは反対面に、
前記振動子の圧電素子と同一物質より成るバッキング材
を密着させたことを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33282089A JPH03194462A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33282089A JPH03194462A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03194462A true JPH03194462A (ja) | 1991-08-26 |
Family
ID=18259167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33282089A Pending JPH03194462A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03194462A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007134767A (ja) * | 2005-11-08 | 2007-05-31 | Hitachi Medical Corp | 超音波探触子 |
| US7388317B2 (en) | 2003-02-27 | 2008-06-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd | Ultrasonic transmitting/receiving device and method for fabricating the same |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP33282089A patent/JPH03194462A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7388317B2 (en) | 2003-02-27 | 2008-06-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd | Ultrasonic transmitting/receiving device and method for fabricating the same |
| JP2007134767A (ja) * | 2005-11-08 | 2007-05-31 | Hitachi Medical Corp | 超音波探触子 |
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