JPH02246500A - 超音波センサ - Google Patents
超音波センサInfo
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- JPH02246500A JPH02246500A JP2028116A JP2811690A JPH02246500A JP H02246500 A JPH02246500 A JP H02246500A JP 2028116 A JP2028116 A JP 2028116A JP 2811690 A JP2811690 A JP 2811690A JP H02246500 A JPH02246500 A JP H02246500A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0688—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/005—Testing or calibrating of detectors covered by the subgroups of G01H3/00
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/35—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using mechanical steering of transducers or their beams
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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、保持装置内に浮動的に固定されたボリマー箔
を備え、このポリマー箔は少な（とも−部の領域が圧電
動作し電極に結合されている超音波センサに関する。
を備え、このポリマー箔は少な（とも−部の領域が圧電
動作し電極に結合されている超音波センサに関する。
音波伝播媒体、例えば水が充満している超音波領域の特
性を測定する際には、いわゆるダイヤフラム形水中聴音
器または小形水中聴音器が使用される。超音波領域の音
圧振幅の３次元分布は、測定槽内のそれぞれ異なった個
所における音圧がこの種の水中聴音器によって測定され
ることにより検出される。この水中聴音器は被測定音波
領域への影響が出来る限り僅かでなければならない。
性を測定する際には、いわゆるダイヤフラム形水中聴音
器または小形水中聴音器が使用される。超音波領域の音
圧振幅の３次元分布は、測定槽内のそれぞれ異なった個
所における音圧がこの種の水中聴音器によって測定され
ることにより検出される。この水中聴音器は被測定音波
領域への影響が出来る限り僅かでなければならない。
刊行物「ウルトラソニック（Ｕｌｔｒａｓｏｎｌｃｓ）
Ｊ（１９８０年５月発行、第１２３頁〜第１２６頁）
には例えばダイヤフラム形水中聴音器が掲載されており
、このダイヤフラム形水中聴音器においては、２５μｍ
の厚さを持つポリフッ化ビニリデンＰＶＤＦ製箔が支持
体として使用される２つの金属リングの間に張設される
。それによって、約１１００ｎの内径を存するダイヤフ
ラムが形成される。ダイヤフラムの表面には微小中心領
域に互いに対向する円板状電極（直径約４ａｍ）が設け
られる。これらの電極間ではダイヤフラムの極性化され
た圧電動作領域が形成される０円板状電極からは金属フ
ィルムとしてダイヤフラムの表面上に設けられた接続導
体がダイヤフラムの周辺部へ案内され、そこで導電性接
着剤によって同軸ケーブルに電気的に接続される。
Ｊ（１９８０年５月発行、第１２３頁〜第１２６頁）
には例えばダイヤフラム形水中聴音器が掲載されており
、このダイヤフラム形水中聴音器においては、２５μｍ
の厚さを持つポリフッ化ビニリデンＰＶＤＦ製箔が支持
体として使用される２つの金属リングの間に張設される
。それによって、約１１００ｎの内径を存するダイヤフ
ラムが形成される。ダイヤフラムの表面には微小中心領
域に互いに対向する円板状電極（直径約４ａｍ）が設け
られる。これらの電極間ではダイヤフラムの極性化され
た圧電動作領域が形成される０円板状電極からは金属フ
ィルムとしてダイヤフラムの表面上に設けられた接続導
体がダイヤフラムの周辺部へ案内され、そこで導電性接
着剤によって同軸ケーブルに電気的に接続される。
しかしながらこの公知の水中聴音器においては、超音波
衝撃波の測定を行う際に、特に頻繁に使用される際に問
題が発生する。立上がり時間が１４以下でありかつ圧力
振幅が１０”Ｐａの範囲にある非常に急峻なパルスエツ
ジを有するこの種の衝撃波はＰＶＤＦ膜上に設けられた
金属電極を時間の経過と共にキャビチーシラン効果に基
づいて機械的に破壊してしまうおそれがある。このよう
な衝撃波は収束された超音波衝撃波が結石、例えば患者
の腎臓内の腎臓結石を破砕するために使用される結石破
砕装置の例えば焦点領域に現れる。この種の結石破砕装
置の開発ならびにルーチン監視を行う際には、焦点領域
における衝撃波の特性を測定することが必要である。
衝撃波の測定を行う際に、特に頻繁に使用される際に問
題が発生する。立上がり時間が１４以下でありかつ圧力
振幅が１０”Ｐａの範囲にある非常に急峻なパルスエツ
ジを有するこの種の衝撃波はＰＶＤＦ膜上に設けられた
金属電極を時間の経過と共にキャビチーシラン効果に基
づいて機械的に破壊してしまうおそれがある。このよう
な衝撃波は収束された超音波衝撃波が結石、例えば患者
の腎臓内の腎臓結石を破砕するために使用される結石破
砕装置の例えば焦点領域に現れる。この種の結石破砕装
置の開発ならびにルーチン監視を行う際には、焦点領域
における衝撃波の特性を測定することが必要である。
このような衝撃波の測定に特に適する超音波センサはヨ
ーロッパ特許出願公開第０２２７９８５号公報により公
知である。この公知の超音波センサにおいては、周縁部
が支持体に固定されたポリマー箔はその一部領域が圧電
動作し、そしてこの圧電動作領域とは空間的に分離して
配置されている電極に電気的に結合されている。ポリマ
ー箔の圧電動作領域に超音波によって惹起された表面電
荷振動はポリマー箔を取囲む音波伝播媒体を介してポリ
マー箔の圧電動作領域に付属するポリマー箔表面領域の
外に配置された電極に電気的に結合される。ポリマー箔
の圧電動作中心領域は従って収束された超音波衝撃波の
焦点領域に配置することが出来る。というのは、ポリマ
ー箔の中心領域には機械的に不安定な導電性膜が存在し
ないからである。
ーロッパ特許出願公開第０２２７９８５号公報により公
知である。この公知の超音波センサにおいては、周縁部
が支持体に固定されたポリマー箔はその一部領域が圧電
動作し、そしてこの圧電動作領域とは空間的に分離して
配置されている電極に電気的に結合されている。ポリマ
ー箔の圧電動作領域に超音波によって惹起された表面電
荷振動はポリマー箔を取囲む音波伝播媒体を介してポリ
マー箔の圧電動作領域に付属するポリマー箔表面領域の
外に配置された電極に電気的に結合される。ポリマー箔
の圧電動作中心領域は従って収束された超音波衝撃波の
焦点領域に配置することが出来る。というのは、ポリマ
ー箔の中心領域には機械的に不安定な導電性膜が存在し
ないからである。
圧電セラミック材料に比べて比較的小さい誘電率を有す
る圧電ポリマーを使用することによって、大きな信号損
失を生じることなく純粋な容量結合が可能になる。従っ
て、電極はポリマー箔の圧電動作領域から空間的に分離
されて、箔自体の上または箔の外、例えば箔支持体上に
配置することが出来る。
る圧電ポリマーを使用することによって、大きな信号損
失を生じることなく純粋な容量結合が可能になる。従っ
て、電極はポリマー箔の圧電動作領域から空間的に分離
されて、箔自体の上または箔の外、例えば箔支持体上に
配置することが出来る。
治療のために患者が入れられた水槽内に配置される結石
破砕装置においては、超音波センサを用いて焦点のコン
トロールを問題なく行うことが出来る。この超音波セン
サは焦点コントロールだけのために既設の水槽内で使用
される。しかしながら、新形の結石破砕装置は任意に移
動可能な衝撃波送信器を有しており、この衝撃波送信器
は大抵ゴム膜によって閉鎖されて水を充填された袋状部
を患者身体に結合させるものである（ヨーロッパ特許出
願公開第０１３３６６５号公報）、患者を収容しなけれ
ばならずかつ焦点コントロールのために超音波センサを
取付けることのできる水槽は従って存在していない。
破砕装置においては、超音波センサを用いて焦点のコン
トロールを問題なく行うことが出来る。この超音波セン
サは焦点コントロールだけのために既設の水槽内で使用
される。しかしながら、新形の結石破砕装置は任意に移
動可能な衝撃波送信器を有しており、この衝撃波送信器
は大抵ゴム膜によって閉鎖されて水を充填された袋状部
を患者身体に結合させるものである（ヨーロッパ特許出
願公開第０１３３６６５号公報）、患者を収容しなけれ
ばならずかつ焦点コントロールのために超音波センサを
取付けることのできる水槽は従って存在していない。
しかしながら、この種の結石破砕装置の焦点領域でルー
チン測定を実際に行うためには、大掛かりな準備を必要
とせずかつ僅かな費用にて行うことが出来ることが望ま
しい、このことは公知の超音波センサを用いたのでは可
能ではない、公知の超音波センサを用いて測定を行うた
めには、大抵の場合衝撃波送信器は取外されて、離隔し
た測定場所で特にこのために用意された測定槽内でコン
トロールされなければならない。
チン測定を実際に行うためには、大掛かりな準備を必要
とせずかつ僅かな費用にて行うことが出来ることが望ま
しい、このことは公知の超音波センサを用いたのでは可
能ではない、公知の超音波センサを用いて測定を行うた
めには、大抵の場合衝撃波送信器は取外されて、離隔し
た測定場所で特にこのために用意された測定槽内でコン
トロールされなければならない。
そこで本発明は、結石破砕装置の焦点領域でのルーチン
測定に特に適する超音波センサを提供することを課題と
する。
測定に特に適する超音波センサを提供することを課題と
する。
このような課題を解決するために、本発明は、ポリマー
箔は、少なくともポリマー箔の羊坦面に対向して位置す
る領域が凸形アーチ状で半球天井形の表面を有するハウ
ジング内に配置されることを特徴とする。
箔は、少なくともポリマー箔の羊坦面に対向して位置す
る領域が凸形アーチ状で半球天井形の表面を有するハウ
ジング内に配置されることを特徴とする。
焦点をコントロールするために、超音波センサは結石破
砕装置内のゴム膜によって閉鎖された区間内に設置され
る。ハウジングを凸形アーチ杖で半球天井形の形状に形
成することによって、ゴム膜とハウジングとの間には誤
測定の原因となる空気充満空所が形成されないというこ
とが保証される。
砕装置内のゴム膜によって閉鎖された区間内に設置され
る。ハウジングを凸形アーチ杖で半球天井形の形状に形
成することによって、ゴム膜とハウジングとの間には誤
測定の原因となる空気充満空所が形成されないというこ
とが保証される。
本発明の特に有利な実施態様によれば、信号電極が圧電
動作領域とは空間的に分離して配置された超音波センサ
が提供される。ポリマー箔の表面上には圧電動作領域に
薄膜電極が設置されないので、超音波センサの寿命およ
びこの超音波センサを用いて行われる測定の再現性が改
善される。
動作領域とは空間的に分離して配置された超音波センサ
が提供される。ポリマー箔の表面上には圧電動作領域に
薄膜電極が設置されないので、超音波センサの寿命およ
びこの超音波センサを用いて行われる測定の再現性が改
善される。
本発明の別の優れた実施態様によれば、曲率中心点が少
なくともほぼ圧電動作領域と一致する球面状表面が設け
られる。これにより、超音波センサは２つの角座標で任
意に調整可能となり、その角度は圧電動作領域の大きさ
だけに依存する。
なくともほぼ圧電動作領域と一致する球面状表面が設け
られる。これにより、超音波センサは２つの角座標で任
意に調整可能となり、その角度は圧電動作領域の大きさ
だけに依存する。
ハウジング表面での擾乱的反射を十分に回避するために
、ハウジングは凸形アーチ状で半球天井形の表面の領域
が特にプラスチックから構成される。
、ハウジングは凸形アーチ状で半球天井形の表面の領域
が特にプラスチックから構成される。
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。
。
第１図によれば、ポリマー箔２が保持装置ｔ！１２内に
浮動的に取付けられている。保持装置１２は中空円筒体
の形状をしており、その端面が基板３４上に配置されて
いる。保持装置１２内ではポリマー箔２はその平坦面が
中空円筒体の中心軸線１３に対して垂直に張設されてい
る。基板３４はこの基板３４に対向して位置する領域が
凸形アーチ状で半球天井形の表面３２を存するハウジン
グ３０の一部分を構成している。有利な実施例において
は、表面３２は球面状に形成され、中空円筒体状保持装
置！１２の中心軸線１３はこの表面３２とその頂点Ｓに
て交差する。凸形アーチ状ハウジング部分は基板３４に
結合された同様に中空円筒体状の枠体３６上に設置され
、出来る限り僅少な音響インピーダンスを有するプラス
チック、特にポリメチルペンタン（ＰＭＰ）またはポリ
スチロール（ＰＳ）から構成されるのが好ましい、枠体
３６および保持装置１２は有利な実施例においては同様
にプラスチックから構成される。
浮動的に取付けられている。保持装置１２は中空円筒体
の形状をしており、その端面が基板３４上に配置されて
いる。保持装置１２内ではポリマー箔２はその平坦面が
中空円筒体の中心軸線１３に対して垂直に張設されてい
る。基板３４はこの基板３４に対向して位置する領域が
凸形アーチ状で半球天井形の表面３２を存するハウジン
グ３０の一部分を構成している。有利な実施例において
は、表面３２は球面状に形成され、中空円筒体状保持装
置！１２の中心軸線１３はこの表面３２とその頂点Ｓに
て交差する。凸形アーチ状ハウジング部分は基板３４に
結合された同様に中空円筒体状の枠体３６上に設置され
、出来る限り僅少な音響インピーダンスを有するプラス
チック、特にポリメチルペンタン（ＰＭＰ）またはポリ
スチロール（ＰＳ）から構成されるのが好ましい、枠体
３６および保持装置１２は有利な実施例においては同様
にプラスチックから構成される。
ポリマー箔２は１０μｍ〜１００μｍの厚さであり、約
１０〜２０鵬の任意の直径を有する。ポリマー箔２は直
径的１〜２ｍｍの中心領域が圧電動作する０円筒体拭保
持装置１２は例えば０． ５ｍｍの壁厚を有し、基板３
４とは反対側の端面に電極４が設けられている。この電
８ｉ＋４は信号電極として使用され、保持装置１２を蓋
状に閉鎖している。
１０〜２０鵬の任意の直径を有する。ポリマー箔２は直
径的１〜２ｍｍの中心領域が圧電動作する０円筒体拭保
持装置１２は例えば０． ５ｍｍの壁厚を有し、基板３
４とは反対側の端面に電極４が設けられている。この電
８ｉ＋４は信号電極として使用され、保持装置１２を蓋
状に閉鎖している。
従って、電極４はポリマー箔２に対して平行に配置され
ている。電極４とポリマー箔２との間隔は約３鵬である
。電極４としては例えば、例えば２０ｐｍの厚さの薄膜
金属箔、特に特殊鋼から成る金属格子が設けられる。
ている。電極４とポリマー箔２との間隔は約３鵬である
。電極４としては例えば、例えば２０ｐｍの厚さの薄膜
金属箔、特に特殊鋼から成る金属格子が設けられる。
ハウジング３０の全内室には、高誘電率を有する音波伝
播液体３８、例えば１０μＳ／ｅ１１以下の導電率を有
する高純水、またはシリコーンオイル特にグリセリンが
充填される。電極４と金属基板３４とはポリマー箔２の
圧電動作領域２１に発生した電荷信号を容量的に取出す
ための２つの電極を形成している。なお、電荷信号は電
圧信号としてリード線１６で取出すことが出来る。
播液体３８、例えば１０μＳ／ｅ１１以下の導電率を有
する高純水、またはシリコーンオイル特にグリセリンが
充填される。電極４と金属基板３４とはポリマー箔２の
圧電動作領域２１に発生した電荷信号を容量的に取出す
ための２つの電極を形成している。なお、電荷信号は電
圧信号としてリード線１６で取出すことが出来る。
第２図に示された特に有利な実施例では、円筒状保持装
置１２内にはポリマー箔２と基板３４との間に配置され
た信号電極６が設けられている。
置１２内にはポリマー箔２と基板３４との間に配置され
た信号電極６が設けられている。
円筒状保持装置１２の端面に配設された電極４はこの実
施例においては対向電極として設けられている。基板３
４は金属またはプラスチックから構成されている。電極
はポリマー箔２に対して特に対称的に配置されている。
施例においては対向電極として設けられている。基板３
４は金属またはプラスチックから構成されている。電極
はポリマー箔２に対して特に対称的に配置されている。
これにより、信号は入力端子がそれぞれ一方の電極４ま
たは６に接続されている差動増幅器４０によって読取る
ことが出来る０両電極に均等に生起する電気的擾乱はこ
れによって抑制される。
たは６に接続されている差動増幅器４０によって読取る
ことが出来る０両電極に均等に生起する電気的擾乱はこ
れによって抑制される。
電荷信号を容量的に読取るためには第３図によれば同様
に電極８も適する。この電極８は保持装置１２の任意の
全横断面に亘って延在しておらず、そしてポリマー箔２
の全領域を覆っていない、電極は図示された実施例では
保持装置１２内に貼付けられた棒状支持体９上に配置さ
れている。棒状支持体９を１８０°ずらして配置するこ
とにより、この実施例においては特に寄生的容量が軽減
される。
に電極８も適する。この電極８は保持装置１２の任意の
全横断面に亘って延在しておらず、そしてポリマー箔２
の全領域を覆っていない、電極は図示された実施例では
保持装置１２内に貼付けられた棒状支持体９上に配置さ
れている。棒状支持体９を１８０°ずらして配置するこ
とにより、この実施例においては特に寄生的容量が軽減
される。
中心軸線１３に対して垂直に配置された電極４．６の代
わりに、他の実施例によれば同様に、円筒状保持装置１
２の内壁に配設された環状電極を設けることも出来る。
わりに、他の実施例によれば同様に、円筒状保持装置１
２の内壁に配設された環状電極を設けることも出来る。
このような実施例によれば、音響ビーム内に擾乱的界面
が形成されないという利点が奏される。
が形成されないという利点が奏される。
第１図は本発明による超音波センサの有利な実施例を示
す概略断面図、第２図および第３図は特に有利な電極装
置を備えた超音波センサを示す断面図である。 ２・・・ポリマー箔 ４．８ ・・・電極 ６・・・信号電極 ９・・・支持体 １２・・・保持装置 １３・・・中心軸線 １６・・・リード線 ２１・・・中心領域 ３０・・・ハウジング ３２・・・表面 ３４・・・基板 ３６・・・枠体 ３８・・・音波伝播媒体 ４０・・・差動増幅器 ＩＧ １ Ｉ６２ ＩＧ ３
す概略断面図、第２図および第３図は特に有利な電極装
置を備えた超音波センサを示す断面図である。 ２・・・ポリマー箔 ４．８ ・・・電極 ６・・・信号電極 ９・・・支持体 １２・・・保持装置 １３・・・中心軸線 １６・・・リード線 ２１・・・中心領域 ３０・・・ハウジング ３２・・・表面 ３４・・・基板 ３６・・・枠体 ３８・・・音波伝播媒体 ４０・・・差動増幅器 ＩＧ １ Ｉ６２ ＩＧ ３
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １） 保持装置（１２）内に浮動的に取付けられたポリ
マー箔（２）を備え、このポリマー箔（２）は少なくと
も一部の領域（２１）が圧電動作し電極（４、３４）に
結合されている超音波センサにおいて、前記ポリマー箔
（２）は、少なくともその平坦面に対向して位置する領
域が凸形アーチ状で半球天井形の表面（３２）を有する
ハウジング（３０）内に配置されることを特徴とする超
音波センサ。 ２） 前記電極（４、３４）は前記圧電領域とは空間的
に分離して配置されることを特徴とする請求項１記載の
超音波センサ。 ３） 曲率中心点が少なくともほぼ圧電動作領域（２１
）と一致する球面状表面（３２）が設けられることを特
徴とする請求項１または２記載の超音波センサ。 ４） 前記ハウジング（３０）は少なくとも凸形アーチ
状で半球天井形の表面（３２）の領域がプラスチックか
ら構成されることを特徴とする請求項１ないし３の１つ
に記載の超音波センサ。 ５） 保持装置（１２）は前記ハウジング（３０）の内
部に配置された中空円筒体を形成し、その中心軸線（１
３）は凸形アーチ状表面の頂点（Ｓ）を通過し、前記ポ
リマー箔（２）の平坦面と垂直に交差することを特徴と
する請求項１ないし４の１つに記載の超音波センサ。 ６） 前記電極（４、６）は前記ポリマー箔（２）に対
して対称的に配置されることを特徴とする請求項１ない
し５の１つに記載の超音波センサ。 ７） 前記電極（４、６）はそれぞれ差動増幅器（４０
）の一方の入力端子に接続されることを特徴とする請求
項６記載の超音波センサ。
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Family Applications (1)
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| EP (1) | EP0381796B1 (ja) |
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