Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Учреждение образования Гомельский государственный медицинский университет Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Краморева Лариса Ивановна Белый Владимир Николаевич Хило Николай Анатольевич(73) Патентообладатели Учреждение образования Гомельский государственный медицинский университет Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь состоит из демпфера, пьезоэлемента в виде диска с плоскими тыльной и излучающей поверхностями и согласующих слоев, на тыльную поверхность пьезоэлемента нанесен активный электрод, к которому припаяны токопроводы, поверх активного электрода прикреплен демпфер, на излучающую поверхность пьезоэлемента нанесен заземляющий электрод в виде тонкого токопроводящего диска, к которому припаян один токопровод, после заземляющего электрода нанесены согласующие слои, токопроводы заземляющего и активного электродов через передатчик/приемник присоединены к генератору высокочастотных электрических сигналов, отличающийся тем, что пьезоэлемент ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя изготовлен в виде пьезокерамического кольца, заземляющий и активный электроды выполнены в виде тонких токопроводящих колец и за согласующими слоями на фокусном расстоянии помещена собирающая акустическая линза с перестраиваемым задним фокусным расстоянием, приемник/передатчик и генератор высочастотных электрических сигналов одноканальные.(56) 1.. 5,081,995 , . 1. 618/00, 1. 128/662.03 310/369/- (, ). (, )(, ) - . . 471,457 . 29,1990 .21, 1992 // Патенты из Интернета 5081995. (прототип). Полезная модель относится к физике, а именно к акустике и ультразвуковой диагностике, и может быть использована для генерации ультразвуковых волн. Известен пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь, состоящий из демпфера,пьезоэлемента в виде пьезокерамического диска толщиной 0,6 мм, диаметром 50 мм, с плоскими излучающей и тыльной поверхностями и согласующих слоев. На излучающую поверхность пьезоэлемента нанесен заземляющий электрод в виде тонкого токопроводящего диска, на тыльную поверхность пьезоэлемента нанесен активный электрод в виде набора девяти концентрических колец, в центре которых находится дисковый сегмент, диаметром 1,9 мм. Дисковый сегмент и каждое кольцо отделены друг от друга 0,2 мм слоем диэлектрика. К заземляющему электроду припаян один токопровод, к активному электроду припаяно десять токопроводов, которые через многоканальный передатчик/приемник,осуществляющий управление амплитудой и фазой электрического/ультразвукового сигнала, присоединены к многоканальному генератору высокочастотных электрических сигналов. На излучающую поверхность пьезоэлемента после заземляющего электрода нанесены согласующие слои, а на тыльную поверхность поверх активного электрода прикреплен демпфер. По системе токопроводов от многоканального генератора высокочастотных электрических сигналов через многоканальный передатчик/приемник на заземляющий и активный электроды подают синхронизированные электрические сигналы, которые преобразуют пьезоэлементом в ультразвуковую волну в результате обратного пьезоэлектрического эффекта. С помощью демпфера устраняют механические колебания с тыльной стороны пьезоэлемента. Согласуют акустические сопротивления материала ультразвукового преобразователя и озвучиваемого объекта с помощью согласующих слоев. Если на соседние кольцевые элементы активного электрода подают электрические сигналы в противофазе, в результате генерируют квазибездифракционную ультразвуковую волну, профиль давления которой аппроксимируется функцией Бесселя нулевого порядка. Если на соседние кольцевые элементы активного электрода подают электрические сигналы в одинаковой фазе, в результате генерируют ультразвуковую волну, профиль давления которой аппроксимируется функцией Гаусса 1 - прототип. Недостатками прототипа являются сложность управления ультразвуковым преобразователем с помощью системы токопроводов, что вызывает необходимость использования многоканального передатчика/приемника, который осуществляет управление амплитудой и фазой электрического/ультразвукового сигналов и многоканального генератора высокочастотных электрических сигналов невозможность управления глубиной проникновения квазибездифракционной ультразвуковой волны, что не позволяет в ультразвуковых диагностических устройствах исследовать глубинные структуры изучаемого объекта. В ряде случаев, например при обследовании тучных пациентов, применяют известный датчик с частотой 2,5 МГц, у которого максимальная рабочая глубина составляет только 200-250 мм, при удовлетворительной разрешающей способности. Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя, позволяющего обеспечить управление глубиной проникновения квазибездифракционной ультразвуковой волны, умень 2 40242007.12.30 шить число токопроводов и использовать одноканальные передатчик/приемник и генератор высокочастотных электрических сигналов. Задача решается за счет того, что ультразвуковой преобразователь состоит из демпфера, пьезоэлемента в виде диска с плоскими тыльной и излучающей поверхностями и согласующих слоев. На тыльную поверхность пьезоэлемента нанесен активный электрод, к которому припаяны токопроводы. Поверх активного электрода прикреплен демпфер. На излучающую поверхность пьезоэлемента нанесен заземляющий электрод в виде тонкого токопроводящего диска, к которому припаян один токопровод. После заземляющего электрода нанесены согласующие слои. Токопроводы заземляющего и активного электродов через передатчик/приемник присоединены к генератору высокочастотных электрических сигналов. Причем для обеспечения управления глубиной проникновения квазибездифракционных ультразвуковых волн пьезоэлемент ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя изготовлен в виде пьезокерамического кольца, заземляющий и активный электроды выполнены в виде тонких токопроводящих колец и за согласующими слоями на фокусном расстоянии помещена собирающая акустическая линза с перестраиваемым задним фокусным расстоянием. Приемник/передатчик и генератор высочастотных электрических сигналов одноканальные. На фигуре показан общий вид устройства. Устройство состоит из демпфера 1, пьезоэлемента 2, активного электрода 3, заземляющего электрода 4, токопроводов 5, согласующих слоев 6 и собирающей акустической линзы 7. В случае генерации квазибездифракционных ультразвуковых волн и обеспечения управления глубиной проникновения квазибездифракционных ультразвуковых волн устройство работает следующим образом. По токопроводам 5 через одноканальный передатчик/приемник подают электрические сигналы от одноканального генератора высокочастотных электрических сигналов, которые преобразуют пьезоэлементом 2 в кольцевую ультразвуковую волну в результате обратного пьезоэлектрического эффекта. Продольный размер квазибездифракционной ультразвуковой волны определяется диаметром и шириной пьезокерамического кольца, передней фокальной длиной акустической линзы 7. Так,при частоте ультразвуковой волны 2,5 МГц, передней фокальной длине акустической линзы 15 см внешний и внутренний диаметры пьезокерамического кольца должны быть равны соответственно 8 мм и 6 мм. В этом случае продольный размер квазибездифракционной ультразвуковой волныс числом колец 20 составляет 250-350 мм. С помощью демпфера 1 устраняют механические колебания пьезоэлемента 2 с тыльной стороны. Согласуют акустические сопротивления материала пьезоэлемента 2 и собирающей акустической линзы 7 с перестраиваемым задним фокусным расстоянием с помощью согласующих слоев 6 и фокусируют собирающей акустической линзой 7 кольцевое акустическое поле в озвучиваемый объект. В результате внутри озвучиваемого объекта формируют квазибездифракционную акустическую волну в задней фокальной плоскости собирающей акустической линзы 7. Изменением заднего фокусного расстояния 2 собирающей акустической линзы 7 управляют глубиной проникновения квазибездифракционной ультразвуковой волны. Глубина проникновения квазибездифракционной ультразвуковой волны зависит от величины 2 акустической линзы 7 и равна 2. Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь для генерации квазибездифракционных ультразвуковых волн позволяет упростить управление известным ультразвуковым преобразователем и обеспечить управление глубиной проникновения квазибездифракционной ультразвуковой волны. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3