超高精度音場制御が可能な超音波トランスデューサの開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650401
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 小山 清人 山形大学, 工学部, 教授 (60007218)
• 研究分担者: 田村 安孝 山形大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40171904) ; 増渕 雄一 山形大学, 工学部, 助手 (40291281) ; 滝本 淳一 山形大学, 工学部, 助教授 (50261714) ; 村田 頼信 和歌山大学, システム工学部, 助手 (50283958)
• キーワード: ΔΣ変調 / 1ビット信号 / アレイトランスデューサ / ビームフォーミング / 低サイドローブ化

研究概要

本研究では、高精度のAD/DA変換技術であるΔΣ変調を2次元に拡張し、1ビット信号群のみでアレイトランスデューサを駆動する事を提案した。シミュレーション及び実際に高分子アレイトランスデューサを作製し実測を行い、本駆動方式の評価を行った。
シミュレーションにより、本方式による収束音場の発生及び、ビームスキャニングを試みた。この結果、提案した駆動方式でビームフォーミング可能なことを確認した。また、アレイトランスデューサを実装する上で設計の指針とした。
1、従来の駆動方法では困難であったビームフォーミングに関しての検討を行った。(1)送信超音波のレベル制御、(2)アポダイゼーションによる低サイドローブ化、(3)送信波の帯域制限において新規性のある良好な結果を得た。以上の結果より、本研究において提案した駆動方式によるアレイトランスデューサの高性能化を実証した。実用化には、素子ピッチを0.15mm程度、変換効率の高い圧電材料を用いることで十分可能であると考えられる。
2、高分子圧電材料P(VDF-TrFE)を用いて、32素子、素子ピッチ0.5mm、1素子寸法10×0.3mmのリニアアレイトランスデューサを作製し、設備備品費より購入したディジタルビットパターンジェネレイター(TIME98)を実験システムに組み込んだ。実験は水中で行い、ハイドロフォンで受信し、ディジタルオシロスコープで波形の観測を行った。このハイドロフォンをXYステージを用いて、1mmずつシフトさせ、各点における受信波形のpp値を取り指向特性を評価した。実験はシュミレーション同様、収束波の発生、及びその収束ビームのスキャニングを行った。使用した圧電材料の低変換効率のため出力パワーが弱かったが、波形、指向性共に良好な結果を得ることが出来た。

研究成果

• [文献書誌] Yasutaka.Tamura,Noriaki Wada,Singo Fuwa and Sigenori Yoshizawa: "Three-Dimensional Imaging System Using Ultrasonic Encoded Wavefront-High Speed Computaion and Array Geometry"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.38. 3399-3042 (1999)
• [文献書誌] 吉澤重則,和田憲明,田村安孝: "波面符号送信を用いる3次元超音波撮像 振幅重み付けを取り入れた合成開口"超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム予稿集. 20・1. 173-174 (1999)
• [文献書誌] 高橋知伸,田村安孝,滝本淳一,増淵雄一,小山清人: "レーザーポーリングによる圧電膜P(VDF-TrFE)の評価"超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム予稿集. 20・1. 249-250 (1999)
• [文献書誌] 不和貞治,笹原敦志,田村安孝: "多次元ΔΣ変調を用いた音場制御"計測自動制御学会学術講演会予稿集. 38・2. 159-160 (1999)
• [文献書誌] 神田貞治,塩谷克明,柳谷義邦,足立和成,田村安孝: "波形情報を用いた構造物探査用超音波CTの画質改善"計測自動制御学会学術講演会予稿集. 38・2. 167-168 (1999)