長距離集束能力と短パルス放射能力を合わせ持つ新しい高分解能超音波プローブの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555110
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 山田 顕 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80134021)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 僖良 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00005365)
• Keywords: 超音波トランスデューサ / 複合圧電材料 / 広帯域 / ベッセルビーム / 無回折ビーム / 高分解能 / コニカル / 傾斜機能材料

Research Abstract

1.広帯域周波数特性を持つ圧電材料による重み付けコニカル形トランスデューサの製作
トランスデューサの方位分解能と距離分解能の同時向上を目的に、圧電体の占める割合が厚さ方向に変化する傾斜型複合圧電材を設計・製作し、これを用いて励振面積重み付けコニカル形トランスデューサを製作した。この複合圧電材は、テーパー付きブレードを装着したダイシング・ソーを用いて作製したもので、圧電セラミックスの充填率が77%から23%まで変化している。特に今回は、常温で比較的容易に分極処理が可能な圧電セラミクス円板を母体材料に用い、その半径方向に4分割した電極を付け、各電極下の部分を重み関数に応じた分極電界で分極処理を行うことで所望の重み付けを行った。
2.高分解能超音波プローブの特性の総合的評価
製作した直径17.5mm、頂角173^○、中心周波数3.1MHzのトランスデューサの放射音場分布を水中で測定した。その結果、軸上距離20〜100mmの範囲で〜4mm(〜8波長)程度の半値幅をもつビームが得られ、理論予測とほぼ同様の無回折型集束音場特性が形成されることが確かめられた。また、充分に広帯域なスパイク状の電気パルスでトランスデューサを励振し、放射音波を広帯域ハイドロホンで受波して波形観測と周波数スペクトル分析を行った。その結果、従来の一様な複合圧電材を用いた場合に比べて放射音波パルスの切れが大幅に向上し、周波数特性がより広帯域化していることが明らかにされた。

Research Products

• [Publications] 坂村純一: "圧電定数に傾斜を持つ超電波トランスデューサの等価回路解析"日本音響学会講演論文集. 939-940 (1999)
• [Publications] Ken Yamada: "Broadband Transducers Using Effectively Graded Piezoelectric Plates for Generation of Short-Pulse Ultrasound"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 3204-3207 (1999)
• [Publications] 山田 顕: "圧電定数に傾斜を持つ圧電板を用いた超音波トランスデューサの等価回路解析"電子情報通信学会技術研究報告. US99-25. 23-28 (1999)
• [Publications] Ken Yamada: "Equivalent Network Analysis of Piezoelectrically-Graded Broadband Ultrasound Transducers"1999 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. (未定) (1999)
• [Publications] Ken Yamada: "Equivalent Network Representation for Thickness Vibration Modes in Piezoelectric Plates with an Exponentially Graded Parameter"Japanese Journal of Applied Physics. 39. L34-L37 (2000)
• [Publications] Ken Yamada: "Equivalent Network Analysis of Functionally Graded Piezoelectric Transducers"Japanese Journal of Applied Physics. 39(未定). (2000)