DE3304666C2

DE3304666C2 - Ultraschallwandler mit Abstufung

Info

Publication number: DE3304666C2
Application number: DE3304666A
Authority: DE
Inventors: Axel Ferdinand Shingle Springs Calif. Briskin; Lowell Scott Schenectady N.Y. Smith
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1986-03-20
Also published as: GB2114857A; DE3304666A1; GB2114857B; US4460841A; JPS58161492A; GB8304240D0; JPH0124479B2

Abstract

Das Strahlungsmuster abgeschirmter, aus einem Element bestehender piezoelektrischer Wandler und von Reihenwandlern hat reduzierte Seitenlappenhöhen. Die Abstufung zur Verminderung der Intensität des emittierten Ultraschalls an den Kanten des Wandlers im Vergleich zum Zentrum wird realisiert, indem man die elektrisch/akustische Umwandlungswirksamkeit oder die Polarisation des piezoelektrischen Materials variiert, indem man unterschiedliche mechanische Elementlängen verwendet, das piezoelektrische Material selektiv polt, um gepolte und ungepolte Bereiche zu haben und indem man die Elektrodengeometrie variiert. Das Abstufen eines in Phase gesetzten Ultraschall-Reihenwandlers ist in beiden seitlichen Abmessungen beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft einen linearen, phasengesteuerten Ultraschall-Reihenwandler mit A"-und y-Achsenabstufung.

Nach dem »IEEE Standard Dictionary« ist unter »Abstufung« zu verstehen »das Steuern des gerichteten Ansprechmusters eines Wandlers durch Steuern der Phasen und der Amplitude der Wandlerreaktion über die aktive Fläche«.

Eine rechteckige Strahlungsöffnung eines phasengesteuerten Reihenwandlers mit einer gleichförmigen akustischen Emission ergibt ein Beugungsmuster, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Seitenlappen beginnen typischerweise beim-13,3 dB-Niveau (Einweg — nur Übertragung) und tragen zum Grundrauschen bis etwa zum -26,5 dB-Niveau bei. Ein bevorzugtes Strahlungsmuster ist in F i g. 2 gezeigt und stellt eine etwas schlechtere seitliche Auflösung (der Hauptlappen ist breiter) aber eine stark verbesserte Reduktion der Seitenbeugungslappen dar. Das medizinische Argument für die angestrebte Unterdrückung der Seitenlappen ergibt sich aus dem folgenden: Wenn der Diagnostiker einen Teil des Körpers, wie das Herz, untersucht, das starke Echos erzeugt, und er dann einen daneben gelegenen schwachen Reflektor betrachten möchte, dann erhält er ein Integral des schwachen Reflektors und des starken Reflektors und unerwünschte künstliche Bilder.

Die erwünschte Verbesserung bei den Seitenbeugungslappen wurde durch eine elektronische Amplitudentechnik erzielt, indem man die zu den piezoelektrischen Elementen übertragenen und die von diesen Elementen empfangenen elektrischen Signale schwächte. In der .X-Achse längs der Reihe waren die Elemente nahe dem Zentrum ungeschwächt, während die Elemente an den Enden der Reihe eine starke Schwächung erlitten. Spezifische Scbwächungsfunktionen sjid als nach oben verschobene Kosinus-, als Hamming- und als

ίο Trapez-Funktion beschrieben. Die beiden ersten Funktionen sind in dem Buch »Digital Filters« von R.W. Hamming, 2. Auflage, Seiten 102 bis 107 (1983), Prentice — Hall, Ine, Englewood Cliffs, New Jersey beschneben, d'e letztgenannte ist in verschiedenen klinischen Aus-Wertungen des Abbildungssystems nach der US-PS 41 55 260 benutzt worden. Indem man geeignete Schwächungselemente zu den Obertragungs- und Empfangsschaltungen hinzufügt, erhöht man jedoch die Komplexizität der Elektronik und auch die Kosten. Außerdem kann das Strahlprofil in der senkrechten Ebene (der Y-Achse) durch die Elektronik des Systems nicht geändert werden. Folglich ist das Strahlprofil der y-Achse nur durch die Konstruktion der Reihe bestimmt Übliche Reihenkonstruktionen führen zu Y-Achsen-Strahlprofilen, die beträchtliche Seitenlappenhöhen aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschall-Reihenwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem verminderte Seitenlappenhöhen erhalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere lange schmale piezoelektrische keramische Wandlerelemente vorhanden sind, die je auf den gegenüberliegenden Oberflächen Elektroden tragen, wobei die Polarisation der Elemente als Funktion der Position in der XAchsenrichtung längs der Reihe in Abhängigkeit von einer ausgewählten Abstufungsfunktion variiert und die Polarisation in V-Achsenrichtung parallel zur langen Abmessung jedes Elementes derart variiert, daß die Polarisation im Zentrum größer ist und symmetrisch zu jedem Ende hin abnimmt, so daß das Strahlungsmuster des abgestuften Reihenwandlers reduzierte Seitenlappenhöhen aufweist.

Die Abstufung kann bei den erfindungsgemäßen Uitraschall-Reihenwandlern mit verschiedenen Techniken erfolgen, einschließlich der Reduktion der piezoelektrischen Umwandlungswirksamkeit, der Veränderung der mechanischen Länge der Elemente, der selektiven piezoelektrischen Polung und der Änderung der Elektrodengeometrie.

Die Intensität des emittierten Ultraschalls ist im Zentrum des Wandlers höher als an den Kanten und dies führt zu einer Reduktion der Seitenlappenhöhen. Das verbesserte Strahlmuster führt zu einer verbesserten Bildqualität und in einigen Fällen ist keine Veränderung in der Elektronik erforderlich. Es gibt viele mögliche Wandlerkonfigurationen und nachfolgend sind einige beispielhaft genannt, von denen alle mit Ausnahme der beiden letzten lineare phasengesteuerte Reihenwandler sein können.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers weist eine X-Achsenabstufung längs der Reihe aufgrund der geänderten Polarisation der Elemente als Funktion ihrer Lage auf, wobei diese Polarisation an den Enden der Reihe im Vergleich zum Zentrum vermindert ist. Die Variation der Polarisation hängt von der ausgewählten Abstufungs-Funktion ab.

In einer Reihe mit K-Achsenabstufung ändert sich die

Polarisation parallel zur Elementlänge.

Eine weitere Ausführungsform ist eine sowohl hinsichtlich der X- als auch der K-Achse abgestufte lineare Reihe, die unterschiedliche Elementlängen aufweist, wobei die Elemente an den Enden kürzer sind als die im Zentrum.

Eine elliptisch geformte Reihe hat Elemente mit unterschiedlichen elektrischen Impedanzen.

Eine weitere Ausfühnmgsform einer sowohl hinsichtlich der X- als auch der K-Achse abgestuften Reihe weist selektiv gepoltes piezoelektrisches Material auf und dabei gepolte Bereiche im Zentrum der Reihe und ungepolte Bereiche an den Kanten.

Ein Wandler mit einem einzigen kreisförmigen Element ist derart gepolt, daß der Bruchteil des gepolten zum ungepolten Bereich im Zentrum hoch ist und gegen die Kante hin abnimmt

Eine weitere Ausführungsform der y^Achsenabstufung benutzt hierfür die Elektrodengeometrie, wobei eine Elektrode die gesamte Länge des Elementes bedeckt und die andere Elektrode nur einen Bruchteil der Länge.

Die Seitenlappenreduktion und die hohe Empfindlichkeit solcher abgestufter Wandler hat sich für die Ultraschalldiagnostik als wichtiger erwiesen als die optimale Auflösung.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 ein Beugungsmuster einer nicht abgestuften rechteckigen Öffnung nach dem Stande der Technik,

F i g. 2 ein Beugungsmuster einer abgestuften rechteckigen Öffnung,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht einer linearen Wandlerreihe, die durch Variieren der Polarisation längs der X-Achse abgestuft ist,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines der Elemente der F ig. 3,

Fig.5 eine perspektivische Ansicht eines der Elemente der Reihe der F i g. 3, wenn diese sowohl hinsichtlich der Y- als auch der X-Achse abgestuft ist,

Fig.6 die unterschiedlichen Strahlungsmuster, die von einem Gerät mit verminderter Polarisation an beiden Enden (durchgezogene Linien) und mit gleichförmiger Polarisation (gestrichelte Linien) erhalten worden sind,

Fig.7 eine perspektivische Teilansicht einer abgestuften phasengesteuerten Wandlerreihe mit unterschiedlichen Elementlängen,

F i g. 8 eine perspektivische Ansicht eines selektiv gepolten piezoelektrischen Stabes, der zum Schneiden in die Elemente einer abgestuften Reihe vorbereitet ist,

F i g. 9 einen Einzelelement-Wandler der durch selektives Polen in einem Rosettenmuster abgestuft ist,

Fig. 10 einen Einzelelement-Wandler der durch Steuern der Elektrodengeometrie längs der K-Achse abgestuft ist und

F i g. 11 die Strahlprofile abgestufter und nicht abgestufter Wandler mit unterschiedlichen Elektrodengeometrien.

Der aus einer linearen Reihe von Elementen bestehende phasengesteuerte Ultraschallwandler 20 der F i g. 3 ist durch Variieren der Polarisation des piezoelektrischen Materials als Funktion der Position abgestuft. Die erwünschte Reduktion bei den Seitenbeugungslappen, wie sie in I⁷ i g. 2 gezeigt ist, wird auf diese Weise erreicht. Anders als die elektronische Amplituden-Technik des Abstmfens, bei der die rechteckige Öffnung des Wandlers durch Schwächen der zu den Elementen übermittelten elektrischen Signale und der von diesen Elementen empfangenden elektrischen Signale abgestuft wird, ist jedes der Wandlerelemente 21 mit der gleichen zu den Elementen übermittelten Wellenform angeregt und die empfangenen Echos werden nicht weiter elektronisch geschwächt Jedes lange schmale piezolektrische Keramikelement 21 weist auf gegenüberliegenden Oberflächen Signal- und Erd-EIektroden 22 und 23 auf und jedes Element hat eine Dicke, die der halben Wellenlänge bei der Emissionsfrequenz entspricht, da das Element im wesentlichen als Halbwellenresonator arbeitet

Für die medizinische Diagnostik ist die Ultraschall-Emissionsfrequenz üblicherweise 2 bis 5 MHz. Andere Merkmale der Wandlerreihe, wie die an die Viertelwellenimpedanz angepaßten Schichten auf der vorderen Oberfläche, die Abriebsplatte und die Herstellung des Gerätes sind im einzelnen in der US-PS 42 17 684 beschrieben.

Die F i g. 3 und 4 beziehen sich auf >->■*. X-Achsen-Abstufung längs der Reihe und parallel zu ihr-ir Länge (die Z-Achse verläuft in den Körper hinein). Die Pfeile repräsentieren die Polarisation oder den Kopplungskoeffizienten k. Das piezoelektrische Material ist im Zentrum der ?leihe stark und an den Enden schwächer gepolt Die Veränderung in der Polarisation vom Zentrum der Reihe zu den Enden hin hängt von der ausgewählten Abstufungsfunktion, wie der Hamming- oder der nach oben verschobenen Kosinus-Funktion, ab, wobei es noch viele andere solche Funktionen gibt Die Auswahl der jeweiligen Funktion hängt ab von der spezifischen Anforderung .und der Notwendigkeit, eine gute Auflösung aufrecht zu erhalten, wobei man in Betracht zieht, daß eine gleichförmig gewichtete öffnung die beste Auflösung ergibt. In der Richtung der V-Achse parallel zur größten Abmessung des Elementes ist die Polarisation gleichförmig. Alle Elemente 21 der Reihe werden durch den Impulsgeber 24 mit der gleichen abgegebenen Wellenform erregt, doch variiert der Wirkungsgrad der elektrisch/akustischen Umwandlung längs der Reihe und die Intensität der emittierten Strahlung ist im Zentrum größer als an den Enden.

Eine nicht gleichmäßige Umwandlungswirloamkeit kann effektiv in verschiedener Weise ersieh werden.

Die bevorzugte Technik besteht darin, das Material erst durch Anlegen relativ langer Hochspannungsimpulse und dann durch kurze Niederspannungsimpulse zu polen, um die Polarisation des Elementes zu überwachen. Dies erfolgt wiederholt, wobei man das Ergebnis nach jedem Hochspannungffimpuls überwacht Eine zweite Technik besteht darin, ein nicht gleichmäßiges Hochspannungsfeld an den Ketamikstab anzulegen, wobei die höci.sten elektrischen Felder im Zentrum der Reihe und die verminderten elektrischen Felder an den Kanten angelegt werden. Das polende Gerät kann aus einer gekrümmten leitenden Platte mit zusätzlichen Dielektrika an den Kanten oder einer flachen Widerstandsplatte bestehen, an die Hochspannung in der Mitte und Erde jenseits der Kante der Keramik angelegt wird. Eine weitere Technik besteht darin, einen thermischen Gradienten an den piezoelektrischen Stab anzulegen, wobei die Kanten erhitzt und die Mitte gekühlt wird, um in geeigneter Weise ein vollständig und gleichförmig gepoltes Keramikstück zu entpc!en. Eine vierte Technik schließ-Hch besteht im Aufbringen einer zusammenhängenden aber porösen Elektrode auf einem gleichförmig gepolten piezoelektrischen Keramikstab, wobei die Elektrode an den Kanten eine erößere Porosität aufweist. Der

Keramikstab wird anschließend in die Elemente der Reihe zerschnitten.

Bisher ist die Seitenlappen-Reduktion nur in der X-Richtung beschrieben worden. Phasengesteuerte Reihen können auch eine Abstufung für die V-Achse erfordem, um im wesentlichen eine elliptische oder kreisförmige öffnung zu ergeben, die der eines konventionellen B-Scan-Wandlers (Gerät zum Herstellen zweidimensionaler Ultraschall-Schnittbilder) ähneln.

In F i g. 5 ändert sich die Polarisation parallel zur Lange des Elementes 21' und die Polarisation ist größer im Zentrum des Elementes und nimmt symmetrisch zu beiden Enden hin ab. Eine Reihe mit solchen Elementen hat eine Abstufung sowohl auf der X- als auch der V-Achse und die Variation der "Polarisation längs der Reihe kann wie in F i g. 3 gezeigt verlaufen.

Eine Art, das Element 2V zu polen, besteht darin, die Elektroden in Segmente zu schneiden und jedes Segment dadurch zu polen, daß man wiederholt einen Hochspannungsimpuls anlegt und danach die Polarisation überwacht. Später kann man die zerschnittene Elektrode wieder zusammenhängend machen.

Die Ergebnisse eines Versuches, bei dem die akustische öffnung eines Ultraschallwandlers durch Reduzieren der Umwandlungswirksamkeit an den Kanten abgestuft wurde, ist in Fig. 6 gezeigt. Zwei nominell identische Stücke einer piezoelektrischen Keramik wurden zu den gleichen seitlichen Abmessungen (etwa 12,7 χ 15,9 mm) und der gleichen Dicke (etwa 0,7 mm) geschnitten. Beide Stücke hatten Elektroden auf ihren großen Flächen. Ein Stück wurde als Probe für die reduzierte Umwandlungswirksamkeit ausgesucht, während das andere die Vergleichsprobe war. Die Vergleichsprobe war in der Herstellungsfirma polarisiert worden und es ist davon ausgegangen worden, daß sie gleichförmig gepolt war. Die Elektrode auf dem anderen Stück wurde mittels zweier paralleler Schnitte, die gerade tief genug waren, um die Elektroden zu trennen, in drei Stücke gleicher Oberfläche geschnitten. Die an den Enden vorhandenen Elektroden wurden mit dem Anschluß einer Hochspannungsquelle verbunden, und sie wurden depolarisiert. Untersuchungen mit einem piezoelektrischen konstanten Kupplungsmeßgerät bestätigten die Reduktion in der piezoelektrischen Aktivität an den Endsegmenten verglichen mit dem Zentrum.

F i g. 6 zeigt die verschiedenen Strahlungsmuster, die mit diesen beiden Proben erhalten wurden. Die als Vergleichsprobe benutzte nicht abgestufte Probe hatte einen engeren Strahl, der durch die weitere wirksame öffnung verursacht wurde, doch waren die Seitenlappen relativ groß. Die Beugungstheorie sagt für diesen Fall - 26 dB (Zweiweg-Übertragung und Empfang)-Seitenlappen vorher. Die abgestufte Probe mit der reduzierten Polarisation hat einen breiteren Hauptlappen, aber eine beträchtliche Reduktion in den Seitenlappen. Die Amplitude des ersten Seitenlappens ist in etwa die gleiche wie die eines zweiten Seitenlappens der Vergleichsprobe. Die allgemeinen Merkmale der Strahlungsmuster befinden sich in guter Obereinstimmung mit der Beugungstheorie.

Diese Technik ist auf jeden piezoelektrischen Wandler anwendbar. Da die Öffnung linearer und phasengesteuerter Ultraschall-Reihenwandler rechteckig ist, erzeugt diese Technik stärkere Auswirkungen bei solchen Geräten. Änderungen in der Elektronik des Systems sind nicht erforderlich, und die vorhandenen Ultraschallinstrumente können einfach durch Ändern des Wandlers verbessert werden.

Eine andere Art des Abstufens eines linearen Ultraschall-Reihenwandlers besteht darin, unterschiedliche mechanische Elementlängen zu verwenden. In Fi g. 7 ist die Wandlerreihe 25 in etwa elliptisch ausgebildet und die Elemente 26 an den Enden der Reihe haben eine reduzierte Oberfläche und sie sind kürzer als die zentralen Elemente. Diese abgestufte Wandlerreihe wird hergestellt, wie in der US-PS 42 17 684 beschrieben. Ein vollständig und gleichförmig gepolter piezoelektrischer Stab wird auf allen sechs Oberflächen plattiert, Isolationsschlitze 27 werden in die obere Oberfläche geschnitten, um die Signalelektrode 28 von der an Erde gelegten Eliektrode 29 zu trennen, die sich auf dem Rest der jeweiligen Elemente befindet. Das Stück wird anschließend in einzelne Elemente geschnitten. Die inneren Elemente haben die übliche Länge und schmale - Y-Achsenstrahlungsmuster, während die äußeren Elemente kurz sind und weite Strahlungsmuster aufweisen. Nimmt man eine perfekte Phasenquantisierung an, dann erreicht dieses Gerät in etwa eine B-Scan-Öffnung. Es ist Sorge getragen, Amplituden-Abstufungs-Auswirkungen auf die empfangenen Signale aufgrund der Veränderung im Verhältnis Element/Kabel-Kapazität einzuschließen.

Eine dritte Haupttechnik des Abstufens eines phasengesteuerten Ultraschall-Reihenwandlers erfolgt durch selektive« piezoelektrisches Polen. In Fig.8 ist ein ungepolter piezoelektrischer Stab 33 gezeigt, der temporär auf beiden Oberflächen nur oberhalb der ausgewählten elliptischen (oder kreisförmigen) öffnung 34 plattiert und unter dieser Elektrode gleichförmig gepolt ist. Der piezoelektrische Keramikstab 33 ist vollständig plattiert, um Signal- und Erd-Elektroden 35 und 36 nach dem üblichen Herstellungsverfahren zu schaffen, und dann wird dieser Stab 33 in einzelne Elemente 37 geschnitten. Obwohl Elektroden die volle rechteckige öffnung bedecken, findet die eiektrisch/akustisciir Umwandlung nur in dem selektiv gepolten Bereich statt. Alle Elemente haben nun auch in etwa die gleiche Kapazität, um das Problem der Kapazitätsvariation von Element zu Kabel zu erleichtern. Diese Ausführungsform der abgestuften linearen Wandlerreihe hat eine X- und V-Achsenabstufung sowie reduzierte Seitenlappenhöhen, und eine Veränderung der Geometrie des gepolten Bereiches verändert die Abstufungsfunktion.

Der aus einem einzelnen Element bestehende abgestufte kreisförmige Wandler 38 der F i g. 9 ist selektiv gepolt. Obere und untere Oberflächen des ungepolten piezoelektrischen Stabes 39 sind mit rosettenförmigen Elektroden 40 versehen, die ausgerichtet sind unr¹ sich blumenblattförmig vom Zentrum zur Kante hin erstrekken. Das Material unter der rosettenförmigen Elektrode ist durch Anlegen einer Hochspannung gepolt Das Material außerhalb der Elektroden bleibt ungepolt Danach wird der Stab auf beiden Seiten vollständig plattiert. Schaut man auf die konzentrischen Ringe, die im Zentrum beginnen, dann ist der Bruchteil der gepolten Oberfläche im Zentrum groß und nimmt gegen die Kanten hin ab. Die elektrisch/akustische Umwandlung findet nur in dem selektiv gepolten Bereich statt, und die Intensität des emittierten Ultraschalles ist am größten im Zentrum und nimmt gegen die Kanten hin ab.

Eine vierte Technik des Abstufens eines Ultraschallwandlers erfolgt mittels der Elektrodengeometrie. Diese Technik ist nicht geeignet für phasengesteuerte Reihenwandler, aber sie ermöglicht eine V-Achsenabstufung großer, aus einem einzelnen Element bestehender Stabwandler sowie linearer Reihenwandler, in denen die

7 8 ν

Gruppen von Elementen in einer Reihenfolge erregt 'A

werden. Das Grundprinzip der V-Achsenabstufung mit- ;,

tcls der Elektrodengeometrie ist in Fig. 10 gezeigt. Der -'2

piezoelektrische Stab 43 ist gleichförmig polarisiert und |jj

die vordere (in der zeichnerischen Darstellung die urne- 5 JjJi

re) Oberfläche des Elementes weist eine zusammenhän- ^

gende Elektrode 44 auf, die sich über die gesamte Länge des Sti.Vrjs erstreckt. Die hintere Oberfläche (in F i g. 10 die obere Oberfläche) weist eine zusammenhängende Elektrode 45 auf, die sich nur über einen Teil der Länge des Elementes erstreckt. Diese Elektrodengeometrie führt zu nicht gleichmäßigen elektrischen Feldlinien 46 durch die Keramik hindurch.

Es wurden Versuchsdaten ermittelt bei einem Wandler, der eine zusammenhängende Vorderelektrode und eine nicht zusammenhängende rückwärtige Elektrode aufwies, die in fünf Elektroden in etwa gleicher Oberfläche unterteilt war. Durch Kurzschließen einer geeigneten Zahl von Segmenten wurde eine Anzahl verschiedener Elektrodengeometrien untersucht. Die Ergebnisse der Strahlmustermessungen für zwei verschiedene Geometrien sind in F i g. 11 gezeigt. Die durchgezogene Kurve repräsentiert das Strahlprofil, das erhalten wurde, wenn man die im Zentrum liegenden drei Elektroden kurzschloß (die Elektrode erstreckte sich über 60% der rückwärtigen Oberfläche) und die gestrichelte Kurve gibt das Strahlprofil wieder, das erhalten wurde, wenn die gesamte rückwärtige Elektrode kurzgeschlossen wurde. Bei den drei kurzgeschlossenen Elektroden ist die Seitenlappenhöhe verglichen mit den fünf kurzgeschlosunen Elektroden stark vermindert und die Hauptlappenauflösung ist nur wenig verringert. Die Teilelektrode reduziert nicht nur die Größe der effektiven öffnung sondern dient auch zum Abstufen der öffnung.

Die vorbeschriebenen Wandlerkonfigurationen unterscheiden gegenüber Informationen von der äußeren Kante der öffnung und sie führen zu einer stärkeren Seitenlappenreduktion über den abgebildeten Bereich auf Kosten einer etwas schlechteren Auflösung auf weitere Sicht. Klinische Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß in der Ultraschalldiagnostik die Seitenlappenreduktion und die hohe Empfindlichkeit häufig wichtiger sind als die gute Auflösung.

In der deutschen Anmeldung P 33 04 667.0-31 ist eine Wandlerreihe mit in etwa rautenförmigen Wandlerelementen zur V-Achsenabstufung beschrieben. Dies ist eine weitere Art für die Realzeitabbildung unter Verwendung eines phasengesteuerten Reihensystems.

50 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Linearer phasengesteuerter Ultraschall-ReihenwandlermitX-und Y-Achsenabstufung, gekennzeichnet durch mehrere lange schmale piezoelektrische keramische Wandlerelemente, die je auf den gegenüberliegenden Oberflächen Elektroden tragen, wobei die Polarisation der Elemente als Funktion der Position in der ^-Achsenrichtung längs der Reihe in Abhängigkeit von einer ausgewählten Abstufungsfunktion variiert und die Polarisation in y-Achsenrichtung parallel zur langen Abmessung jedes Elementes derart variiert, daß die Polarisation im Zentrum größer ist und symmetrisch zu jedem Ende hin abnimmt, so daß das Strahlungsmuster des abgestuften Reihenwandlers reduzierte Seitenlappenhöhen aufweist.

2. ReiheKv;andler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählte Abstufungsfunktion die nach oben verschobene Kosinus- oder die Hammingfunktion ist

3. Reihenwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung allgemein elliptisch ist und die Elemente unterschiedliche mechanische Längen haben und die Elemente an den Enden der Reihe kürzer sind als die in der Mitte.

4. Reihenwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material selektiv derart gepolt ist, daß es einen gleichmäßig gepolten Bereich im Zentrum der Reihe gibt und ungepoke Bereiche an den Kanten der Reihe, so daß die elektrisch/akustische Umwandlung nur im selektiv gepolten Bereich erfolgt.

5. Reihenwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeicnnet, daß der gleichförmig gepolte Bereich elliptisch ausgebildet ist.