Ультразвуковой 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 преобразователь, включающий демпфер, пьезоэлемент 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 и токопроводы заземляющего и активного электродов через передатчик/приемник присоединены к генератору высокочастотных электрических сигналов, отличающийся тем, что демпфер выбран оптически прозрачным, пьезоэлемент изготовлен в виде тонкопленочного диска из фото-пьезополупроводникового материала, активный электрод выполнен в виде оптически прозрачного токопроводящего диска, к активному электроду прикреплен один токопровод, за согласующими слоями размещен резонансный ультразвуковой отражатель, приемник/передатчик и генератор высокочастотных электрических сигналов - одноканальные.(56) 1.. 5,081,995 , . .61 8/00, . 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 апроксимируется 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 апроксимируется 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 сигнала и многоканального генератора высокочастотных электрических сигналов профили давления ультразвуковой волны, генерируемые известным преобразователем, апроксимируются только двумя типами функций Бесселя и Гаусса, что ограничивает применение известного преобразователя в ультразвуковой диагностике. Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании ультразвукового преобразователя, позволяющего реализовать генерацию более двух типов ультразвуковых волн, уменьшить 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 со 2 39242007.10.30 гласующих 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 генерации более двух типов ультразвуковых волн демпфер выбран оптически прозрачным, пьезоэлемент изготовлен в виде тонкопленочного диска из фото-пьезополупроводникового материала, активный электрод выполнен в виде оптически прозрачного токопроводящего диска. К активному электроду прикреплен один токопровод. За согласующими слоями размещен резонансный ультразвуковой отражатель. Приемник/передатчик и генератор высокочастотных электрических сигналов - одноканальные. На фиг. 1 показан общий вид устройства, на фиг. 2 - профиль интенсивности Бесселева светового пучка нулевого порядка, на фиг. 3 - профиль квазибездифракционной акустической волны нулевого порядка, на фиг. 4 - профиль интенсивности Бесселева светового пучка высшего порядка, на фиг. 5 - профиль квазибездифракционной акустической волны высшего порядка. Устройство состоит из оптически прозрачного демпфера 1, пьезоэлемента 2, активного электрода 3, оптически прозрачного заземляющего электрода 4, токопроводов 5, согласующих слоев 6 и резонансного ультразвукового отражателя 7. Для генерации более двух типов ультразвуковых волн устройство работает следующим образом по токопроводам 5 через одноканальный передатчик/приемник подают электрические сигналы от генератора высокочастотных электрических сигналов, которые в результате обратного пьезоэлектрического эффекта преобразуются пьезоэлементом 2 в ультразвуковую волну, профиль давления которой близок к однородному. Когерентный световой пучок с радиальным распределением интенсивности , со 2 ответствующим функции Бесселя нулевого порядка ( )0 ( свет) (фиг. 2), где- радиальная координата, свет(2/) - поперечная составляющая волнового вектора,длина световой волны,- параметр конусности светового пучка, через оптически прозрачный демпфер 1 направляют на пьезоэлемент 2. Освещенная когерентным световым пучком с радиальным распределением интенсивности, соответствующим функции Бесселя, область пьезоэлемента 2 имеет вид светлых колец, а неосвещенная - темных колец. В освещенной области генерацией свободных носителей фото-пьезополупроводникового материала закорачивают обратный пьезоэффект и генерируют ультразвуковую волну неосвещенными областями пьезоэлемента 2. Получают ультразвуковую волну, профиль давления которой контрастно инвертирован по отношению к профилю интенсивности когерентной световой волны и представляет суперпозицию бесселевой ультразвуковой волны с поперечной компонентой волнового вектора акуст 2 свет и осевой плоской ультразвуковой волны с примерно одинаковыми интенсивностями. Плоскую ультразвуковую волну отражают резонансным акустическим отражателем 7. На выходе устройства получают ультразвуковую волну, амплитудный профиль которой апроксимируется функ 2 цией Бесселя 0 ( акуст) (фиг. 3). Если когерентный световой пучок с радиальным распределением интенсивности ,соответствующим функции Бесселя высших порядков ( )2 ( свет ) , где 1, 2,(фиг. 4), через оптически прозрачный демпфер 1 направляют на пьезоэлемент 2, получают ультразвуковую волну, профиль давления которой контрастно инвертирован по отношению к профилю интенсивности когерентной световой волны и представляет также суперпозицию бесселевой ультразвуковой волны с поперечной компонентой волнового вектора 3 39242007.10.30 акуст 2 свет и осевой плоской ультразвуковой волны с примерно одинаковыми интенсивностями. Плоскую ультразвуковую волну отражают резонансным ультразвуковым отражателем 7. На выходе устройства получают ультразвуковую волну, профиль давления которой апроксимируется функцией Бесселя 2 ( акуст) (фиг. 5). Таким образом, профиль давления ультразвуковой волны определяется профилем интенсивности светового когерентного пучка, которым освещают фото-пьезополупроводник 2. Предлагаемый ультразвуковой преобразователь для генерации более двух типов ультразвуковых волн позволяет упростить управление известным ультразвуковым преобразователем и генерировать любые возможные типы ультразвуковых волн, которые определяются профилем интенсивности светового пучка, падающего на фото-пьезополупроводник. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.