DE19647712A1 - Field probe for ultrasonic flaw detection in steel plate or tube - Google Patents
Field probe for ultrasonic flaw detection in steel plate or tubeInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Feld sonde für die Verwendung bei Ultraschalltests zur Erfassung von Fehlstellen, wie Rissen, Sprüngen, Lö chern oder Lunkern, wobei die Tests an einer Stahl platte oder einem Stahlrohr durchgeführt werden.The present invention relates to a field probe for use in ultrasound tests Detection of defects, such as cracks, cracks, holes chuck or blow holes, testing on a steel plate or a steel pipe.
Eine Feldsonde nach dem Stand der Technik wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3A, 3B, 3C und 3D beschrieben. Fig. 3A ist eine Querschnittsan sicht durch eine Feldsonde nach dem Stand der Tech nik. Fig. 3B ist eine Aufsichtsdarstellung zum Zeigen von geteilten Elektroden eines Wandlers der Feldsonde nach dem Stand der Technik. Fig. 3C ist eine Darstel lung zum Erläutern der Strahlmuster, die von der Feldsonde nach dem Stand der Technik gebildet werden. Fig. 3D ist eine Darstellung zum Erläutern des Be triebes des Wandlers der Feldsonde nach dem Stand der Technik. A prior art field probe is described below with reference to Figs. 3A, 3B, 3C and 3D. Fig. 3A is a view Querschnittsan by a field probe according to the prior Technique. Fig. 3B is a plan view for showing divided electrode of a transducer of the array probe according to the prior art. Fig. 3C is a presen- tation for explaining the beam patterns formed by the field probe according to the prior art. Fig. 3D is a diagram for explaining the loading drive the transducer of the array probe according to the prior art.
In den Fig. 3A und 3B bezeichnen das Bezugszeichen 1 ein piezoelektrisches Grundelement (in dem Ausfüh rungsbeispiel wird ein keramisches Grundelement als Beispiel genommen oder verwendet), das als Basis ei nes Wandlers verwendet wird, 2 eine Vollflächenelek trode, die auf einer Seite des keramischen Grundele mentes 1 vorgesehen ist, 3a geteilte Elektroden, die an äußeren oder Randbereichen der anderen Seite des keramischen Grundelementes 1 angeordnet sind, 3b ge teilte Elektroden, die an innenliegenden Teilen der gleichen Seite des keramischen Grundelementes 1 an geordnet sind, 4 ein Rückelement zum Unterdrücken von Schwingungen des Wandlers, 5 eine akustische Anpas sungsschicht zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei Verwendung von Ultraschallwellen und 6 ein Gehäuse.In FIGS. 3A and 3B, reference numeral 1 denotes a piezoelectric base member (in the exporting approximately example a ceramic base member is taken as an example or used), which is used as a base ei nes converter 2 trode a Vollflächenelek that of the ceramic on one side Grundele mentes 1 is provided, 3 a divided electrodes, which are arranged on the outer or edge areas of the other side of the ceramic base element 1 , 3 b ge divided electrodes, which are arranged on inner parts of the same side of the ceramic base element 1 , 4 a back element to suppress vibrations of the transducer, 5 an acoustic adaptation layer to improve the efficiency when using ultrasonic waves and 6 a housing.
Das Gehäuse ist in Form eines Rechteckprismas ausge bildet. Weiterhin weist der horizontale Querschnitt des Rückelements 4, des keramischen Grundelementes 1, der Vollflächenelektrode 2 und der akustischen Anpas sungsschicht 5 eine rechteckige Form auf. Darüber hinaus ist das Gehäuse 6 aus Metall, wie rostfreiem Stahl oder Aluminium, hergestellt. Das Rückelement 4 besteht aus Epoxydharz, das eine kleine Menge von Metallpulvern, wie Wolfram oder Ferrit enthält. Da neben ist die akustische Anpassungsschicht 5 aus Epoxydharz hergestellt. Das Bezugszeichen w1 be zeichnet die Breite jeder der geteilten Elektroden 3a und 3b.The housing is in the form of a rectangular prism. Furthermore, the horizontal cross section of the back element 4 , the ceramic base element 1 , the solid electrode 2 and the acoustic adaptation layer 5 has a rectangular shape. In addition, the housing 6 is made of metal such as stainless steel or aluminum. The back element 4 is made of epoxy resin, which contains a small amount of metal powders such as tungsten or ferrite. In addition, the acoustic matching layer 5 is made of epoxy resin. The reference symbol w1 denotes the width of each of the divided electrodes 3 a and 3 b.
In Fig. 3C bezeichnet das Bezugszeichen 7 ein Strahl muster, das gebildet wird, wenn eine Spannung über die äußere geteilte Elektrode 3a und die Vollflächen elektrode 2 angelegt wird, 8 bezeichnet ein Strahlmu ster, das gebildet wird, wenn eine Spannung über die innenliegende geteilte Elektrode 3b und der Vollflä chenelektrode 2 gelegt wird, y1 ist die Größe einer Verringerung der Echohöhe (nämlich in der Größe einer Ultraschallreflexion), die in einem Mittelbereich (das heißt einem Schnittbereich) zwischen den Strahl mustern 8 bewirkt wird, die jeweils entsprechend den inneren geteilten Elektroden 3a gebildet werden, und y2 ist eine Größe einer Verringerung in der Echohöhe, die in einem Mittelbereich (das heißt einem Schnitt bereich) zwischen den Strahlmustern 7 und 8 bewirkt wird, die jeweils entsprechend den äußeren geteilten Elektroden 3a und den benachbarten innenliegenden geteilten Elektroden 3b gebildet werden.In Fig. 3C, reference numeral 7 denotes a beam pattern that is formed when a voltage over the outer divided electrode 3a and the full-surface electrode 2 is applied, 8 a Strahlmu referred edge, which is formed when a voltage across the internal divided electrode 3 b and the Vollflä chenelektrode 2 is placed, y1 is the size of a reduction in the echo height (namely in the size of an ultrasonic reflection), which is caused in a central region (i.e. an intersection) between the beam patterns 8 , each corresponding the inner divided electrodes 3 a are formed, and y2 is a quantity of a decrease in the echo height, which is caused in a central region (that is, an intersection region) between the beam patterns 7 and 8 , each corresponding to the outer divided electrodes 3 a and the adjacent internal divided electrodes 3 b are formed.
In Fig. 3D wird jeder diagonal schraffierte Bereich A angesteuert, wenn eine Spannung über die innenliegen de geteilte Elektrode 3b und die Vollflächenelektrode 2 angelegt wird. Jeder gepunktete Bereich B wird an gesteuert, wenn eine Spannung über die außenliegenden Elektroden 3a und die Vollflächenelektrode 2 ange steuert wird.In FIG. 3D, each diagonally hatched area A is activated when a voltage is applied across the internal electrode 3 b and the full-surface electrode 2 . Each dotted area B is controlled when a voltage across the external electrodes 3 a and the full-surface electrode 2 is controlled.
Bei dem Wandler der Feldsonde nach dem Stand der Technik sind die geteilten Elektroden 3a und 3b, von denen jede die gleiche Breite W1 in der Richtung, in der diese Elektroden angeordnet sind, aufweist, auf einer der Seiten des keramischen Grundelementes 1 angeordnet, wie oben beschrieben wird. Darüber hinaus ist das Rückelement 4 zum Unterdrücken der freien Schwingung des Wandlers auf einer Fläche jeder der geteilten Elektroden 3a und 3b angeordnet, die ent gegengesetzt zu der schallabstrahlenden Fläche ist. Weiterhin ist die akustische Anpassungsschicht 5 auf der Ultraschallwellen-Abstrahlfläche der Elektrode vorgesehen. Der Wandler ist in dem Gehäuse 6 aufge nommen.In the transducer of the field probe according to the prior art, the divided electrodes 3 a and 3 b, each of which has the same width W1 in the direction in which these electrodes are arranged, are arranged on one of the sides of the ceramic base element 1 , as described above. In addition, the back element 4 for suppressing the free vibration of the transducer is arranged on a surface of each of the divided electrodes 3 a and 3 b, which is opposite to the sound-emitting surface. Furthermore, the acoustic adaptation layer 5 is provided on the ultrasonic wave radiation surface of the electrode. The converter is taken up in the housing 6 .
Wenn eine lineare Ansteueroperation durchgeführt wird, bei der die Abstrahlung und der Empfang von Ultraschallwellen dadurch ausgeführt wird, daß die geteilten Elektroden 3a und 3b veranlaßt werden, in dividuell und unabhängig voneinander unter Durchfüh rung einer Zeitverschiebung zu arbeiten, wird der Bereich A, der als ein Abstrahlungsflächenbereich zu der Zeit des Aufbringens einer Spannung über die in nenliegende geteilte Elektrode 3b und die Vollflä chenelektrode 2 wirkt, in der Weise arbeiten, daß die Breite eines Vollflächenelektrode-Seitenbereichs des Bereichs A größer ist als die Breite W1 der geteilten Elektrode unter dem Einfluß von Teilen des kerami schen Grundelementes 1, die an beiden Randseiten der geteilten Elektrode 3b in der Richtung der Breite W1 und an der Vollflächenelektrode 2 angeordnet sind. Somit werden die Strahlmuster 8 gebildet.When a linear drive operation is performed in which the emission and reception of ultrasonic waves are carried out by causing the divided electrodes 3 a and 3 b to work in a separate and independent manner by performing a time shift, the area A, of as a radiating surface area at the time of applying a voltage across the split in nenliegende electrode 3 b and the Vollflä chenelektrode 2 acts to operate in such a manner that the width of a full-surface electrode-side region is the region a is greater than the width of the divided electrode W1 under the influence of parts of the ceramic base element 1 , which are arranged on both edge sides of the divided electrode 3 b in the direction of the width W1 and on the full-surface electrode 2 . The beam pattern 8 is thus formed.
Wenn dagegen eine Spannung an die außenliegende ge teilte Elektrode 3a und die Vollflächenelektrode 2 angelegt wird, ist die Bedingung des Bereichs B nicht die gleiche wie die des Bereichs A in dem Fall des Vorsehens einer Spannung über die innenliegende ge teilte Elektrode 3b und die Vollflächenelektrode 2, und zwar wegen der Tatsache, daß nicht das keramische Grundelement 1 und die Vollflächenelektrode 2 längs einer der Seitenränder jeder der außenliegenden ge teilten Elektroden 3a vorgesehen sind. Das bedeutet, daß das Strahlmuster 7, das schmaler ist als das Strahlmuster 8, gebildet wird. Als Ergebnis ist die Größe y2 der Verringerung der Echohöhe, die in einem mittleren Bereich (das heißt einem Schnittbereich) zwischen benachbarten Strahlmustern 7 und 8 bewirkt wird, nicht die gleiche wie die Größe y1 der Verrin gerung der Echohöhe, die in einem Mittelbereich (das heißt einem Schnittbereich) zwischen den benachbarten Strahlmustern 8 bewirkt wird.In contrast, when a voltage to the external ge segmented electrode 3a and the full-surface electrode 2 is applied, the condition of the area B is not the same as that of the area A in the case of providing a voltage across the internal ge segmented electrode 3 is b, and the Full-surface electrode 2 , because of the fact that not the ceramic base element 1 and the full-surface electrode 2 are provided along one of the side edges of each of the outer ge divided electrodes 3 a. This means that the beam pattern 7 , which is narrower than the beam pattern 8 , is formed. As a result, the amount y2 of the reduction in the echo height caused in a central area (i.e., an intersection area) between adjacent beam patterns 7 and 8 is not the same as the size y1 the reduction in the echo height that occurs in a central area (that is called an intersection) between the adjacent beam patterns 8 .
Wie oben beschrieben, haben im Falle der Feldsonde nach dem Stand der Technik alle geteilten Elektroden 3a und 3b die gleiche Breite W1. Wenn somit eine Spannung an die geteilte Elektrode 3b, die eine in nenliegende Elektrode der geteilten Elektroden eines Feldes ist, und die Vollflächenelektrode 2 angelegt wird, wird der Bereich A durch Teile des keramischen Grundelementes 1, die längs der beiden Seitenränder der Elektrode 3b angeordnet sind, und die Vollflä chenelektrode 2 beeinflußt. Wenn dagegen eine Span nung an die geteilte Elektrode 3a, die eine außenlie gende Elektrode des Feldes ist, und die Vollflächen elektrode 2 angelegt wird, ist der Abschnitt des Strahlmusters 7, der an der Elektrode 3a vorhanden ist, schmaler als der des Strahlmusters 8, und zwar wegen der Tatsache, daß das keramische Grundelement 1 und die Vollflächenelektrode 2 nicht längs einer der Seitenränder der Elektrode 3a vorhanden sind. Folg lich weist die Feldsonde nach dem Stand der Technik die Probleme auf, daß die Strahlbreite gegen die ge samte Wandlerbreite unzureichend ist, daß die Größe y2 der Verringerung der Echohöhe, die in dem Mittel bereich (das heißt einem Schnittbereich) zwischen benachbarten Strahlmustern 7 und 8 bewirkt wird, grö ßer als die Größe y1 der Verringerung der Echohöhe wird, die in einem Mittelbereich (das heißt einem Schnittbereich) zwischen dem benachbarten Strahlmu stern 8 bewirkt wird, und daß so die Reproduzierbar keit des Detektierens eines Fehlers oder eines Risses verschlechtert wird.As described above, in the case have the field probe according to the prior art, all the split electrodes 3 a and 3 b has the same width W1. Thus, when a voltage to the divided electrode 3b, the one field is an in nenliegende electrode of the divided electrodes, and the full-surface electrode 2 is applied, the area A by parts of the ceramic base element 1, along the two side edges of the electrode 3 is b are arranged, and the Vollflä chenelektrode 2 affects. On the other hand, when a voltage to the divided electrode 3 a, which is an external electrode of the field, and the solid electrode 2 is applied, the portion of the beam pattern 7 that is present on the electrode 3 a is narrower than that of the beam pattern 8 , because of the fact that the ceramic base element 1 and the full-surface electrode 2 are not present along one of the side edges of the electrode 3 a. Consequently, the field probe according to the prior art has the problems that the beam width is inadequate against the entire transducer width, the size y2 of the reduction in the echo height, which is in the central region (that is to say an intersection region) between adjacent beam patterns 7 and 8 is caused to be larger than the amount y1 of the reduction in the echo height which is caused in a central region (that is, an intersection region) between the adjacent beam pattern 8 , and so that the reproducibility of the detection of an error or a crack is impaired .
Die vorliegende Erfindung soll dieses Problem lösen.The present invention is intended to solve this problem.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine höchst zuverlässige Feldsonde zu schaffen, die die Reproduzierbarkeit des Detektierens eines Fehlers oder eines Risses durch Realisieren eines gleichmäßi gen Strahlmusters und weiteres Verbessern des Strahl musters erhöht.It is therefore an object of the present invention to to create highly reliable field probe that the Reproducibility of detecting an error or a crack by realizing an even one beam pattern and further improving the beam pattern increased.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This object is achieved by the kenn drawing features of the main claim in connection solved with the features of the generic term.
Es wird eine Feldsonde vorgeschlagen, die umfaßt: ein piezoelektrisches Grundelement, das in einem Gehäuse aufgenommen ist und als Basis für einen Wandler dient, eine Vollflächenelektrode, die auf einer ge samten ersten Oberfläche des piezoelektrischen Grund elementes ausgebildet ist, erste geteilte Elektroden, die auf einem mittleren Bereich der zweiten Fläche des piezoelektrischen Grundelementes angeordnet sind und eine erste Elektrodenbreite aufweisen, und zweite geteilte Elektroden, die auf einem Randbereich der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Grundelemen tes ausgebildet sind und eine zweite Elektrodenbreite aufweisen, die größer als die erste Elektrodenbreite ist.A field probe is proposed which comprises: a basic piezoelectric element in a housing is included and as the basis for a converter serves a full-surface electrode, which on a ge entire first surface of the piezoelectric base element is formed, first divided electrodes, that on a middle area of the second surface of the piezoelectric basic element are arranged and have a first electrode width, and second split electrodes on an edge area of the second surface of the basic piezoelectric element tes are formed and a second electrode width have greater than the first electrode width is.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen möglich. Die zweiten geteilten Elektroden sind vorteilhafterweise auf beiden Randbereichen der zwei ten Fläche des piezoelektrischen Wandlers jeweils vorgesehen.By the measure specified in the subclaims Men are advantageous further training and improvements possible. The second split electrodes are advantageously on both edge areas of the two th area of the piezoelectric transducer in each case intended.
Weiterhin ist bei der vorliegenden Erfindung der ho rizontale Schnitt jeder der ersten und zweiten ge teilten Elektrode ein Rechteck.Furthermore, in the present invention, the ho horizontal cut of each of the first and second ge shared electrode a rectangle.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der hori zontale Querschnitt jeder der ersten und zweiten ge teilten Elektroden ein Parallelogramm.In another embodiment, the hori zonal cross section of each of the first and second ge electrodes shared a parallelogram.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Feldsonde liegt darin, daß jeder spitze innenliegende Winkel eines Parallelogramms im Bereich von 45 bis 85° liegt.An advantageous development of the invention Field probe lies in the fact that each point is inside Angle of a parallelogram in the range from 45 to 85 °.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing tion and are described in the following section spelling explained in more detail. Show it:
Fig. 1A eine Querschnittsansicht einer Feld sonde nach einem ersten Ausführungs beispiel der Erfindung, Fig. 1A is a cross-sectional view of a field probe according to a first execution example of the invention,
Fig. 1B eine Aufsicht auf geteilte Elektroden der Feldsonde nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1B is a plan view of divided electrodes of the array probe according to the first exporting approximately example of the invention,
Fig. 1C ein Diagramm zur Darstellung von Strahlmustern, die von dem ersten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Er findung gebildet werden, Fig. 1C is a diagram illustrating beam patterns, for example, the guide of the first from of the present invention are formed,
Fig. 2A eine Querschnittsansicht einer Feld sonde nach einem zweiten Ausführungs beispiel der Erfindung, Fig. 2A is a cross-sectional view of a field probe according to a second execution of the invention,
Fig. 2B eine Aufsicht aufgeteilte Elektroden der Feldsonde des zweiten Ausführungs beispiels der vorliegenden Erfindung, Fig. 2B is a plan divided electrodes of the field probe of the second execution of the present invention,
Fig. 2C ein Diagramm zur Darstellung von Strahlmustern, die von dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden, FIG. 2C is a diagram illustrating beam patterns, which are formed by the second embodiment of the present invention,
Fig. 3A eine Querschnittsansicht einer Feld sonde nach dem Stand der Technik, Fig. 3A is a cross-sectional view of a field probe according to the prior art,
Fig. 3B eine Aufsicht aufgeteilte Elektroden der Feldsonde nach dem Stand der Tech nik, Fig. 3B is a plan split electrodes nik of the field probe according to the prior Tech,
Fig. 3C ein Diagramm zur Darstellung der Strahlmuster, die von der Feldsonde nach dem Stand der Technik gebildet werden, und Fig. 3C is a diagram illustrating the beam patterns, which are formed by the field probe according to the prior art, and
Fig. 3D ein Diagramm zur Darstellung der Be triebsbedingung des Wandlers der Feld sonde nach dem Stand der Technik. Fig. 3D is a diagram showing the operating condition of the converter of the field probe according to the prior art.
Eine Feldsonde nach der vorliegenden Erfindung ent sprechend einem ersten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1A, 1B und 1C beschrieben. Fig. 1A ist eine Querschnittsansicht einer Feldsonde, wobei die Schnittebene parallel zu einer Seite eines mittleren Bereichs der Feldsonde genommen ist. Fig. 1B ist eine Aufsicht aufgeteilte Elektroden der Feldsonde. Fig. 1C ist ein Diagramm zur Darstellung von Strahlmustern nach dem ersten Ausführungsbei spiel. In jeder dieser Figuren bezeichnen gleiche Be zugszeichen gleiche oder entsprechende Teile.A field probe according to the present invention, according to a first embodiment, will be described with reference to Figs. 1A, 1B and 1C. Figure 1A is a cross-sectional view of a field probe with the section plane taken parallel to one side of a central region of the field probe. Fig. 1B is a plan view of divided electrodes of the field probe. Fig. 1C is a diagram showing play of beam patterns according to the first Ausführungsbei. In each of these figures, the same reference numerals designate the same or corresponding parts.
In den Fig. 1A und 1B bezeichnen das Bezugszeichen 1 ein keramisches Grundelement, das als Basis eines Wandlers verwendet wird, 2 eine Vollflächenelektrode, die auf einer Seite des keramischen Grundelementes 1 vorgesehen ist, 3a geteilte Elektroden, die auf äuße ren Teilen der anderen Seite des keramischen Grund elementes angeordnet sind, 3b geteilte Elektroden, die auf innenliegenden Teilen der gleichen Seite des keramischen Grundelementes 1 angeordnet sind, 4 ein Rückelement, 5 eine akustische Anpassungsschicht und 6 ein Gehäuse.In FIGS. 1A and 1B, reference numeral 1 2 designates a ceramic base member which is used as the basis of a converter, a full-face electrode which is provided on one side of the ceramic base member 1, 3 a split electrodes on äuße ren parts of the other Side of the ceramic base element are arranged, 3 b divided electrodes, which are arranged on inner parts of the same side of the ceramic base element 1 , 4 a back element, 5 an acoustic adjustment layer and 6 a housing.
Das Gehäuse 6 ist wie ein Rechteckprisma ausgebildet. Weiterhin ist das Rückelement 4, das keramische Grundelement 1, die Vollflächenelektrode 2 und die akustische Anpassungsschicht 5 im horizontalen Schnitt rechteckig ausgebildet. Das Gehäuse 6 ist darüber hinaus aus Metallen, wie rostfreiem Stahl oder Aluminium hergestellt. Weiterhin ist das Rück element 4 aus einem Epoxydharz gebildet, das eine kleine Menge von Metallpulvern, wie Wolfram oder Fer rit enthält. Die akustische Anpassungsschicht 5 be steht aus Epoxydharz. Das Bezugszeichen W1 bezeichnet die Breite jeder geteilten Elektrode 3b und W2 die Breite jeder der geteilten Elektroden 9a.The housing 6 is designed like a rectangular prism. Furthermore, the back element 4 , the ceramic base element 1 , the solid electrode 2 and the acoustic adaptation layer 5 are rectangular in horizontal section. The housing 6 is also made of metals such as stainless steel or aluminum. Furthermore, the back element 4 is formed from an epoxy resin, which contains a small amount of metal powders, such as tungsten or ferrite. The acoustic matching layer 5 is made of epoxy resin. The reference symbol W1 denotes the width of each divided electrode 3 b and W2 the width of each of the divided electrodes 9 a.
In Fig. 1C bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Strahlmuster, das gebildet wird, wenn eine Spannung an die äußere geteilte Elektrode 9a und die Vollflä chenelektrode 2 angelegt wird, und 8 ist ein Strahl muster, das gebildet wird, wenn eine Spannung an die innenliegende geteilte Elektrode 3b und die Vollflä chenelektrode 2 angelegt wird.In Fig. 1C, reference numeral 10 denotes a beam pattern which is formed when a voltage is applied to the outer divided electrode 9a and the Vollflä chenelektrode 2 is applied, and 8 is a beam pattern that is formed when a voltage internal to the divided electrode 3 b and the Vollflä chenelektrode 2 is applied.
Im Fall einer Feldsonde, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist die Breite W2 jeder der äußeren geteilten Elektroden 9a etwas größer als die Breite W1 jeder der innenliegenden geteilten Elektroden 3b. Als Ergebnis ist die Abmessung einer akustischen Ab strahlfläche zum Zeitpunkt des Aufbringens einer Spannung über die geteilte Elektrode 9a und die Voll flächenelektrode 2 ungefähr gleich zu der einer aku stischen Abstrahlfläche zu dem Zeitpunkt des Aufbrin gens einer Spannung über die geteilte Elektrode 3b und die Vollflächenelektrode 2. Somit sind die Kenn linien der Strahlmuster 10, die jeweils an beiden Randbereichen ausgebildet werden, ungefähr die glei chen wie die Strahlmuster 8. Folglich ist die Größe y1 der Verringerung in der Echohöhe, die in dem mitt leren Bereich zwischen benachbarten Strahlmustern 8 und 10 bewirkt wird, ungefähr gleichbleibend.In the case of a field probe, which is constructed as described above, the width W2 of each of the outer divided electrodes 9 a is slightly larger than the width W1 of each of the inner divided electrodes 3 b. As a result, the dimension of an acoustic Ab is beam area at the time of applying a voltage across the divided electrode 9a and the full-surface electrode 2 is approximately equal to that of a AKU stischen radiating at the time of Aufbrin gens a voltage across the split electrode 3 b and the Full surface electrode 2 . Thus, the characteristic lines of the beam pattern 10 , which are each formed on both edge regions, are approximately the same as the beam pattern 8 . As a result, the amount y1 of the decrease in echo height caused in the middle region between adjacent beam patterns 8 and 10 is approximately constant.
Die Strahlmuster (das heißt die Echohöhen, die je weils einander entsprechen) können durch Festlegen der Elektroden in der Weise, daß die Elektrodenbreite W2 das 1,2fache der Elektrodenbreite W1 ist, ver gleichsmäßigt werden, unter der Bedingung, daß die Frequenz der Ultraschallwelle beispielsweise 3 MHz ist.The beam pattern (i.e. the echo heights that each because they correspond to each other) can be determined of the electrodes in such a way that the electrode width W2 is 1.2 times the electrode width W1, ver be evened on condition that the Frequency of the ultrasonic wave, for example 3 MHz is.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C beschrieben. Fig. 2A ist eine Querschnittsansicht einer Feldsonde nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in einer Schnittebene parallel zu einer Seite eines Mittelbereichs der Feldsonde genom men ist. Fig. 2B ist eine Aufsicht aufgeteilte Elek troden der Feldsonde und Fig. 2C ist ein Diagramm zur Darstellung von Strahlmustern, die mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebil det werden.A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS . 2A to 2C. Fig. 2A is a cross-sectional view of a field probe according to the second embodiment of the invention, which is in a sectional plane parallel to one side of a central region of the field probe genome men. FIG. 2B is a top view of divided electrodes of the field probe, and FIG. 2C is a diagram showing beam patterns formed by the second embodiment of the present invention.
In den Fig. 2A und 2B bezeichnen die Bezugszeichen 1 ein keramisches Grundelement (das heißt ein piezo elektrisches Grundelement), das als Basis eines Wand lers verwendet wird, 2 eine Vollflächenelektrode, die auf einer Seite des keramischen Grundelementes 1 vor gesehen ist, 11a parallelogrammförmige geteilte Elek troden, die auf den äußeren Teilen der anderen Seite der keramischen Grundelementes 1 angeordnet sind und eine größere Elektrodenbreite (W2) aufweisen, 11b parallelförmige geteilte Elektroden, die an den in nenliegenden Teilen der gleichen Seite des kerami schen Grundelementes 1 angeordnet sind und eine klei nere Elektrodenbreite (W1) aufweisen, 4 ein Rückele ment, 5 eine akustische Anpassungsschicht und 6 ein Gehäuse.In FIGS. 2A and 2B, the reference numeral 1 denotes a ceramic base member (i.e., a piezoelectric base element) that is used as a base of a wall toddlers, 2 is a full-surface electrode, which is seen on one side of the ceramic base element 1 before, 11a parallelogram-shaped divided electrodes, which are arranged on the outer parts of the other side of the ceramic base element 1 and have a larger electrode width (W2), 11 b parallel-shaped split electrodes which are arranged on the inner parts of the same side of the ceramic base element 1 and have a smaller electrode width (W1), 4 a rear element, 5 an acoustic matching layer and 6 a housing.
Das Gehäuse 6 ist wie ein Rechteckprisma geformt. Darüber hinaus ist der horizontale Querschnitt des Rückelementes 4, des keramischen Grundelementes 1, der Vollflächenelektrode 2 und der akustischen Anpas sungsschicht 5 rechteckförmig. Darüber hinaus ist der horizontale Schnitt jeder der geteilten Elektroden 11a und 11b parallelogrammförmig. Weiterhin ist das Gehäuse 6 aus Metallen, wie rostfreiem Stahl oder Aluminium hergestellt. Zusätzlich besteht das Rück element 4 aus Epoxydharz, das eine kleine Menge Me tallpulver, wie von Wolfram oder Ferriten enthält. The housing 6 is shaped like a rectangular prism. In addition, the horizontal cross section of the back element 4 , the ceramic base element 1 , the solid electrode 2 and the acoustic adaptation layer 5 is rectangular. In addition, the horizontal section of each of the divided electrodes 11 a and 11 b is parallelogram-shaped. Furthermore, the housing 6 is made of metals such as stainless steel or aluminum. In addition, the back element 4 consists of epoxy resin, which contains a small amount of metal powder, such as tungsten or ferrite.
Daneben ist die akustische Anpassungsschicht 5 aus Epoxydharz hergestellt. Das Bezugszeichen W1 bezeich net die Breite jeder der geteilten Elektroden 11b und W2 die Breite jeder der geteilten Elektroden 11a, wobei W2 größer ist als die Breite W1. Darüber hinaus bezeichnet das Bezugszeichen θ einen spitzen inneren Winkel jeder der parallelogrammförmigen geteilten Elektroden.In addition, the acoustic matching layer 5 is made of epoxy resin. Numeral W1 net designated the width of each of the divided electrodes 11 b and the width W2 of each of the split electrodes 11a, wherein W2 is greater than the width W1. In addition, reference character θ denotes an acute inner angle of each of the parallelogram-shaped divided electrodes.
In Fig. 2C bezeichnet das Bezugszeichen 12a ein Strahlmuster, das gebildet wird, wenn eine Spannung an die äußere geteilte Elektrode 11a und die Vollflä chenelektrode 2 angelegt wird, und 12b bezeichnet ein Strahlmuster, das gebildet wird, wenn eine Spannung an die innere geteilte Elektrode 11b und die Vollflä chenelektrode 2 angelegt wird. Darüber hinaus be zeichnet das Bezugszeichen y3 eine Größe einer Ver ringerung der Echohöhe, die in einem mittleren Be reich zwischen benachbarten Strahlmustern bewirkt wird.In Fig. 2C, reference numeral 12 a denotes a beam pattern that is formed when a voltage is applied to the outer divided electrode 11 a and the solid electrode 2 , and 12 b denotes a beam pattern that is formed when a voltage is applied to the inner divided electrode 11 b and the Vollflä chenelektrode 2 is applied. In addition, reference character y3 denotes a quantity of a reduction in the echo height, which is effected in a central region between adjacent beam patterns.
In dem Fall einer Feldsonde, ist, wie oben beschrie ben, jede der geteilten Elektroden 11a und 11b wie ein Parallelogramm geformt. Somit gibt es eine Ten denz der Strahlmuster 12a und 12b, ein Komplement zueinander in mittleren Bereichen zwischen zwei be nachbarten geteilten Elektroden 11a und 11b und zwi schen zwei angrenzenden geteilten Elektroden 11b in der Richtung, in der die geteilten Elektroden 11a und 11b angeordnet sind, herzustellen. Somit kann die Menge y3 der Verringerung der Echohöhe, die in sol chen mittleren Bereichen bewirkt wird, verringert werden. Wenn darüber hinaus der spitze innenliegende Winkel θ jeder der parallelogrammförmigen geteilten Elektroden in dem Bereich von 45° bis 85° liegt, kann selbst eine Fehlstelle oder ein Defekt, deren Breite 1 mm oder dergleichen ist, sicher unter den geteilten Elektroden 11a und 11b passieren. Darüber hinaus ist die Breite W2 jeder der parallelogrammförmigen ge teilten Elektroden 11a, die an beiden Randbereichen der Sonde plaziert sind, größer als die Breite W1 jeder der parallelogrammförmigen geteilten Elektroden 11b, die an den inneren Bereichen der Sonde angeord net sind, so daß die Strahlmuster, die an den Randbe reichen gebildet werden, ungefähr die gleichen sind wie die, die an den mittleren Bereichen gebildet wer den.In the case of a field probe, as described above, each of the divided electrodes 11 a and 11 b is shaped like a parallelogram. Thus, there is a tendency of the beam patterns 12 a and 12 b, a complement to each other in central areas between two adjacent split electrodes 11 a and 11 b and between two adjacent split electrodes 11 b in the direction in which the split electrodes 11 a and 11 b are arranged to produce. Thus, the amount y3 of the reduction in the echo level caused in such middle areas can be reduced. In addition, if the acute inside angle θ of each of the parallelogram-shaped divided electrodes is in the range of 45 ° to 85 °, even a defect or a defect whose width is 1 mm or the like can be surely under the divided electrodes 11 a and 11 b happen. In addition, the width W2 of each of the parallelogram-shaped divided electrodes 11 a, which are placed on both edge regions of the probe, is greater than the width W1 of each of the parallelogram-shaped divided electrodes 11 b, which are net angeord on the inner regions of the probe, so that the beam patterns that are formed at the edge areas are approximately the same as those that are formed at the central areas.
Die Strahlmuster, denen jeweils die Echohöhen ent sprechen, können durch Einstellen der Elektroden in der Weise, daß die Elektrodenbreite W2 das 1,5fache der Elektrodenbreite W1 ist, und weiterhin durch Ein stellen des spitzen inneren Winkels θ jeder der parallelogrammförmigen geteilten Elektroden zwischen 45° und 60° unter der Bedingung, daß die Frequenz der Ultraschallwelle beispielsweise 3 MHz ist.The beam patterns from which the echo levels correspond can speak by adjusting the electrodes in the way that the electrode width W2 is 1.5 times the electrode width is W1, and continues to be on set the acute inner angle θ each of the parallelogram-shaped divided electrodes between 45 ° and 60 ° on condition that the frequency of the Ultrasonic wave is 3 MHz, for example.
Claims (5)
einem piezoelektrischen Grundelement (1), das in einem Gehäuse (6) aufgenommen ist und als Basis für einen Wandler dient,
einer Vollflächenelektrode (2), die auf der ge samten ersten Oberfläche des piezoelektrischen Grundelementes ausgebildet ist,
ersten geteilten Elektroden (3b, 11b), die auf einem mittleren Bereich einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Grundelementes (1) ange ordnet sind und eine erste Elektrodenbreite (W1) aufweisen, und
zweite geteilte Elektroden (9a, 11a), die auf einem Randbereich der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Grundelementes (1) ausgebildet sind und eine zweite Elektrodenbreite (W2) auf weisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Elektrodenbreite (W2) größer als die erste Elektrodenbreite (W1) ist.1. Field probe with
a piezoelectric basic element ( 1 ) which is accommodated in a housing ( 6 ) and serves as the base for a transducer,
a full-surface electrode ( 2 ) which is formed on the entire first surface of the piezoelectric base element,
first divided electrodes ( 3 b, 11 b), which are arranged on a central region of a second surface of the piezoelectric base element ( 1 ) and have a first electrode width (W1), and
second divided electrodes ( 9 a, 11 a) which are formed on an edge region of the second surface of the piezoelectric basic element ( 1 ) and have a second electrode width (W2),
characterized,
that the second electrode width (W2) is larger than the first electrode width (W1).
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Families Citing this family (1)
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