DE3309234A1

DE3309234A1 - Ultraschallwandler

Info

Publication number: DE3309234A1
Application number: DE19833309234
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. 8520 Erlangen Lerch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1983-03-15
Publication date: 1984-09-20

Description

Ultraschallwandler
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallwandler mit einem Tragkörper, einer Sendeschicht und einer Empfangsschicht, die aus einer piezoelektrischen Kunststoffolie besteht.
In der medizinischen Ultraschalldiagnostik und der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung werden Ultraschallbreitbandwandler eingesetzt. Insbesondere die medizinische Anwendung, wo mit möglichst geringen Verlusten eine Kopplung zwischen Gewebe und Schallwandler vorgenommen werden muß, erfordert eine Verbesserung der elektromechanischen und akustischen Eigenschaften dieser Wandlersysteme.
Es ist ein Ultraschallwandler bekannt, der eine Sendeschicht aus einem Material mit verhältnismäßig hoher dielekrischer Konstante und hoher Schallimpedanz und einer Empfangsschicht aus einem Material mit verhältnismäßig niedriger dielektrischer Konstante und niedriger Schallimpedanz, die in Hybridtechnik flächig aufeinanderliegend verbunden sind. Die Sendeschicht besteht beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat PZT oder Bleimetaniobat Pb(N03). Die Empfangsschicht besteht demgegenüber aus einer piezoelektrischen Kunststoffolie mit einer akustischen Impedanz von etwa 3x106 Pas/m, beispielsweise Polyvinyliden-Fluorid PVDF oder Polykarbonat oder Polyvinylchlorid PVC (deutsche Patentschrift 29 14 031).
Es ist ferner ein Ultraschallwandler bekannt, der einen Tragkörper aus einem Material mit verhältnismal3ig hoher akustischer Impedanz und einen >/4-dicken Stapel dünner elektrisch parallelgeschalteter piezoelektrischer Kunststoffolien hat. Diese piezoelektrischen Kunststofffolien sind entgegengesetzt polarisiert und mechanisch in Reihe geschaltet. Als piezoelektrischer Kunststoff ist Polyvinyliden-Fluorid PVDF vorgesehen (R.C.Swartz, J.D.Plummer,"On the Generation of High-frequency Acoustic Energy with Polyvinylidene-Fluoride", IEEE Trans. on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-27, No. 6, 1980, Seiten 295 bis 303).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallwandler anzugeben, dessen Sende- und Empfangs schicht aus einem piezoelektrischen Polymer bestehen. Außerdem soll die Sende- und Empfangsschicht getrennt optimiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Dadurch, daß die Sendeschicht aus einem Stapel dünner piezoelektrischer Kunststoffolien und die Empfangsschicht aus einer piezoelektrischen Kunststoffolie besteht, erhält man einen leistungsstarken und empfindlichen Ultraschallwandler.
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschallwandlers nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
In der dargestellten Ausführungsform enthält ein Ultraschallwandler einen Tragkörper 2, eine Empfangsschicht 4 und eine Sendeschicht 6. Die Sendeschicht 6 besteht aus einem Stapel dünner piezoelektrischer Kunststofffolien 8, die elektrisch parallelgeschaltet und entgegengesetzt polarisiert sind. Die Empfangsschicht 4 ist auf dem Tragkörper 2 angeordnet und die Sendeschicht 6 ist auf der Empfangsschicht 4 vorgesehen. Der Tragkörper 2 dient zugleich als hartes Backing für die Empfangsschicht 4. Unter Umständen kann es nützlich sein, daß die Sendeschicht 6 auf dem Tragkörper 2 angeordnet ist und die Empfangsschicht 4 auf der Sendeschicht 6 vorgesehen ist. Sämtliche Schichten können vorzugsweise großflächig in Hybridtechnik miteinander verbunden sein. Die Cesamtdicke der Empfangsschicht 4 und der Sendeschicht 6 beträgt bei einer vorbestimmten Resonanzfrequenz eine viertel Wellenlänge. Bei einer Resonanzfrequenz von etwa 2 MHz beträgt die Gesamtdicke der Empfangsschicht 4 und der Sendeschicht 6 beispielsweise 275 pm und bei einer Resonanzfrequenz von etwa 10 MHz beträgt die Gesamtdicke 55 pm. Die Dicke der Sendeschicht beträgt ein Vielfaches, beispielsweise 2 bis 15fache, der Dicke der Empfangsschicht 4. Die Empfangsschicht 4 ist bis zu einer Frequenz von etwa 4 MHz beispielsweise 25 pm dick, während bei höheren Frequenzen die Empfangsschicht 4, beispielsweise 50 Mm dick ist. Bis zu einer Frequenz von beispielsweise 4 MHz kann der Stapel der Sendeschicht 6 aus beispielsweise 25 um dicken piezoelektrischen Kunststoffolien 8, während für höhere Frequenzen der Stapel aus beispielsweise 9 Mm dicken piezoelektrischen Kunststofffolien 8 aufgebaut sein kann. Als Material für die piezoelektrischen Kunststoffolien 8 und der Empfangsschicht 4 kann man beispielsweise Polyvinylchlorid PVC, insbesondere Polyvinyliden-Fluorid PVDF verwenden.
Durch diese Gestaltung erhält man einen leistungsstarken und empfindlichen Ultraschallwandler, dessen Empfangsschicht 4 und dessen Sendeschicht 6 getrennt den Einsatzbereich des Ultraschallwandlers angepaßt werden.
5 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansprüche i IJltraschallwandler mit einem Tragkörper (2), einer Sendeschicht (6) und einer Empfangsschicht (4), die aus einer piezoelektrischen Kunststoffolie besteht, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Empfangsschicht (4) auf dem Tragkörper (2) angeordnet ist und daß die Sendeschicht (6) aus einem Stapel dünner piezoelektrischer Kunststoffolien (8) besteht und auf der Empfangsschicht (4) angeordnet ist und daß die Gesamtdicke der Empfangsschicht (4) und der Sendeschicht (6) bei einer vorbestimmten Resonanzfrequenz eine viertel Wellenlänge beträgt.
2-. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der Sendeschicht (6) ein Vielfaches der Dicke der Empfangsschicht (4) beträgt.
3. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Tragkörper (2) als hartes Backing in bezug auf die Empfangsschicht (4) vorgesehen ist.
4. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Empfangsschicht (4) ebenfalls aus einer piezoelektrischen Kunststoffolie besteht.
5. Ultraschallwandler nach Anspruch 1 und 4, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die piezoelektrische Kunststoffolie der Empfangsschicht (4) und der Sendeschicht (6) jeweils aus Polyvinyliden-Fluorid PVDF bestehen.