EP1681104A1 - Ultrasonic transducer - Google Patents

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Publication number
EP1681104A1
EP1681104A1 EP05028338A EP05028338A EP1681104A1 EP 1681104 A1 EP1681104 A1 EP 1681104A1 EP 05028338 A EP05028338 A EP 05028338A EP 05028338 A EP05028338 A EP 05028338A EP 1681104 A1 EP1681104 A1 EP 1681104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piezoelectric element
medium
electrode
head according
carrier substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05028338A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stephan Dr. Rother
Ewald Polinski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Landis and Gyr GmbH
Original Assignee
Landis and Gyr GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Landis and Gyr GmbH filed Critical Landis and Gyr GmbH
Publication of EP1681104A1 publication Critical patent/EP1681104A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/067Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators

Definitions

  • the invention relates to an ultrasound head for coupling ultrasonic waves into a medium and / or for receiving ultrasonic waves from a medium having a planar piezoelectric element having a top and bottom, on each of which an electrode structure is applied, each with a connection electrode is connected.
  • Ultrasonic heads of the above type are used in many technical applications, such as for non-destructive testing of components and components of any kind, which can be examined by ultrasound transmission for cracks or foreign object inclusions, or for example for highly accurate and wear-free flow rate determination of pipe-directed flows, or Determination of the level of containers, to name just a few examples.
  • All known ultrasound heads have the common task of coupling lossless high-frequency acoustic signals, preferably ultrasound signals, into a medium to be examined and, for the most part, recording the transit time of ultrasound waves reflected within the medium by means of the pulse-echo sound principle.
  • This requires ultrasonic heads, the acoustic Einschallungsfire is optimized in the medium to be examined with respect to low coupling losses and for reasons of the most accurate travel time determination on an optimized damping behavior and ultimately to protect the ultrasound head have a suitable sealing function against the medium to be examined.
  • FIGS. 2a and 2b Two exemplary embodiments of known ultrasonic heads are shown in FIGS. 2a and 2b.
  • a piezoelectric element 6 In the interior of an otherwise hermetically formed housing 2, a piezoelectric element 6 is provided, whose upper side is connected to an upper electrode structure 5 and whose lower side is connected to a lower electrode structure 7.
  • the piezoelectric element 6 is usually fixed by means of a special adhesive 8 in the interior of the housing 2, the sound-acoustic properties of which is selected depending on the piezoceramic used of the piezoelectric element 6 and the substance to be measured or the medium to be measured.
  • a possibly required sealing against a liquid is automatically ensured in such a design of the ultrasonic head by the hermetically formed housing part 2 and the additional use of required standard seals, such as O-rings, cutting rings or the like (not shown).
  • piezoelectric element 6 takes place as a function of the formation and attachment of electrode structures on the piezoelectric element.
  • piezo elements can be factory-ordered in two different variants: Is a flat trained Piezo element 6 separated from each other at its top and bottom with an electrode structure 5, 7 applied, so it is for electrical contacting of the respective electrode structures connecting electrodes 1, 4 provide, according to the embodiment in Fig. 2a. If, on the other hand, the electrode structure 7 of the lower side of the piezoelectric element 6 is widened over the side edges to the upper side of the piezoelectric element 6, as in the case of FIG.
  • connection electrodes 1, 4 in each case from a single side of the piezoelectric element.
  • the contacting of the electrode structures 5, 7 can be realized by soldering wires or by gluing corresponding electrically conductive materials.
  • 2 damping material 3 is provided in the interior of the housing part, which is selected depending on the desired damping strength and sound properties.
  • Such sound generators represent compact ultrasound heads and are capable of coupling ultrasound waves 9 emerging perpendicularly from the outcoupling surface into a medium to be examined, as well as detecting ultrasonic waves from the respective medium.
  • the medium to be examined is directly adjacent to the outer wall of the housing part 2, preferably on the lower housing wall surface on which the arrow 9 symbolizing the ultrasonic waves is shown.
  • An ultrasonic head of the above type is for example the EP 0 858 844 A2.
  • the known ultrasound head has the disadvantage that not only the electronically controlled piezo element is involved in the formation of the ultrasound waves.
  • the sound-acoustic properties of the ultrasound waves that can be generated in this way are thus determined not only by the choice of material and geometry of the piezoelectric element itself, but by the overall system. In this context, one speaks of a so-called "compound vibration system".
  • the invention has the object of developing an ultrasound head of the aforementioned type such that ultrasonic waves in accordance with the known requirements for reducing coupling losses, an effective attenuation with respect to an excitation signal faithful generation of ultrasonic waves and a sufficient seal against the medium to be examined should be produced with desired sound acoustic properties with the least possible apparatusiven and cost reduced effort.
  • an ultrasound head according to the features of claim 1 is designed such that at least the underside of the piezoelement together with the electrode structure is in operative connection with a coupling medium.
  • the coupling medium has a free surface remote from the piezoelectric element, via which the ultrasonic waves can be coupled directly into the medium or can be detected from the medium.
  • the ultrasound head according to the invention is based on the idea of dispensing with the hitherto customary housing part, in the interior of which the piezo element together with electronic connection structures are contained.
  • the piezoelectric element including electronic connection structures is surrounded by a preferably silicone or silicone-containing material coupling medium at least in that area in contact with the examining medium occurs.
  • a preferred exemplary embodiment of the ultrasound head according to the invention provides for the connection of the piezoelectric element to a carrier substrate, which itself is designed in the manner of a printed circuit board provided with electrical conductor track structures.
  • the upper side of a piezoelectric element provided with an electrode structure is connected to a first region of an electrical conductor structure provided on the carrier substrate with the aid of an electrically conductive adhesion promoter, preferably a self-curing adhesive.
  • the underside of the piezoelectric element facing away from the carrier substrate is likewise provided with an electrode structure which is connected via a connection electrode to a second region of the carrier substrate-side electrical conductor track structure.
  • the piezoelectric element applied to the carrier substrate, together with the conductor structures required for the electrical excitation, is coated with a coupling medium at least on the side facing away from the carrier substrate or completely shed in the case of a flowable coupling medium which has self-solidifying properties.
  • a coupling medium at least on the side facing away from the carrier substrate or completely shed in the case of a flowable coupling medium which has self-solidifying properties.
  • the production of the ultrasonic head is simple and inexpensive, It is also possible to make the outer shape of the coupling medium freely and flexibly, a degree of freedom, especially in The coupling of ultrasonic waves in test media with uneven coupling surfaces is of particular interest.
  • the piezoelectric element together with its electrical connection structures required for the electronic control, is connected to a carrier substrate designed as an electrical printed circuit board, then extremely short line lengths are possible for electrical actuation of the piezoelectric element.
  • a carrier substrate designed as an electrical printed circuit board
  • extra material components to be provided in connection with the carrier substrate are not required, especially since the damping tasks can be taken over by the carrier substrate itself.
  • the ultrasound head shown in cross-sectional representation in FIG. 1 a has a piezoelement 6 of planar design, with an upper side, on which an electrode structure 5, and a lower side, on which an electrode structure 7 is applied. Both electrode structures 5, 7 extend over the entire surface over the respective top and bottom of the piezoelectric element 6. For electrical contacting is on the electrode structure 5 applied to the top of the piezoelectric element 6, a connection electrode 4, accordingly, the electrode structure 7 is provided with a connection electrode 1.
  • the connection electrodes 1, 4 may be formed, for example, in the form of thin connecting wires.
  • an adhesion-promoting layer 8 for example an adhesive layer
  • an adhesive layer for example an adhesive layer
  • Both for sound-acoustic coupling as well as for sealing against the environment are associated with the carrier substrate 10 via the adhesion layer 8 associated piezoelectric element 6 and the associated electrical connection structures hermetically sealed with a coupling medium 11, the sound-acoustic properties taking into account the piezoelectric element 6 and the selected medium.
  • Other components are for sound coupling in a, the coupling medium 11 surrounding medium not mandatory.
  • the connection electrodes 1, 4 protrude laterally beyond the coupling medium 1 and can be connected to corresponding drive electrodes.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1b has as carrier substrate 10 a printed circuit board, preferably made of epoxy resin, and provides copper-coated conductor track structures 13.
  • the adhesion-imparting adhesive layer 8 made of electrically conductive material is selected for electrical contacting of the electrode structure 5, so that the conductor track region 13 makes electrical contact with the electrode structure 5 provided on the upper side of the piezoelectric element 6.
  • the provided on the underside of the piezoelectric element 6 electrode structure 7 is connected directly to a connection electrode 1, which in turn is connected to another conductor track section 13 'of the printed circuit board 10.
  • the coupling medium 11 hermetically surrounds the piezoelectric element 6 with all electrical connection structures, so that the piezoelectric element is completely sealed off from an external medium to be examined.
  • the ultrasound head shown in Fig. 1b provides a particularly compact electrical supply line arrangement, which is due to minimal cable lengths very inconspicuous against external interference voltages.
  • a selected from silicone coupling medium 11 can only forward the sound and contributes not even to the sound generation or impairment.
  • the sonic description of the ultrasound head is thus significantly simplified, since no sound-generating overall structure, as in a compound oscillator is provided, but only the piezoceramic itself is to be considered.
  • the ultrasound head according to the invention thus represents an acoustic structure whose sonic properties can only be described by a single component. In the manufacturing process, therefore, only the exact dimensions of the piezo element must be guaranteed. If the damping properties of the carrier substrate 10 are not sufficient in the desired manner, then it is possible to provide an additional damping element 12 on the rear side of the carrier substrate 10 facing away from the ultrasound head.

Abstract

The device has a flat piezoelement (6) with upper and lower sides on which electrode structures (5,7) are arranged, each connected to a connection electrode (1,4). At least the underside of the piezoelement including the electrode structure interacts with a coupling medium (11) with an exposed surface facing away from the piezoelement and via which ultrasonic waves can be coupled directly into the medium or detected from the medium.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallkopf zum Einkoppeln von Ultraschallwellen in ein Medium und/oder zum Empfang von Ultraschallwellen aus einem Medium, mit einem flächig ausgebildeten Piezoelement, das eine Ober- und Unterseite aufweist, auf der jeweils eine Elektrodenstruktur aufgebracht ist, die jeweils mit einer Anschlusselektrode verbunden ist.The invention relates to an ultrasound head for coupling ultrasonic waves into a medium and / or for receiving ultrasonic waves from a medium having a planar piezoelectric element having a top and bottom, on each of which an electrode structure is applied, each with a connection electrode is connected.

Ultraschallköpfe der vorstehenden Gattung werden in vielen technischen Anwendungsbereichen eingesetzt, so beispielsweise zur zerstörungsfreien Materialprüfung an Bauteilen und Komponenten beliebiger Art, die mittels Ultraschalldurchschallung auf Risse oder Fremdkörpereinschlüsse untersucht werden können, oder beispielsweise zur hochgenauen und verschleißfreien Durchflussmengenbestimmung von durch Rohre gerichtete Strömungen, oder aber zur Bestimmung des Füllstandes von Behältern, um nur einige wenige Anwendungsbeispiele zu nennen.Ultrasonic heads of the above type are used in many technical applications, such as for non-destructive testing of components and components of any kind, which can be examined by ultrasound transmission for cracks or foreign object inclusions, or for example for highly accurate and wear-free flow rate determination of pipe-directed flows, or Determination of the level of containers, to name just a few examples.

Allen bekannten Ultraschallköpfen liegt die gemeinsame Aufgabe zugrunde, möglichst verlustfrei hochfrequente akustische Signale, vorzugsweise Ultraschallsignale, in ein zu untersuchendes Medium einzukoppeln und zumeist im Wege des Puls-Echo-Schallprinzips die Laufzeit von innerhalb des Mediums reflektierten Ultraschallwellen zu erfassen. Dies setzt Ultraschallköpfe voraus, deren akustisches Einschallungsvermögen in das zu untersuchende Medium bezüglich geringer Koppelverluste optimiert ist und die aus Gründen einer möglichst exakten Laufzeitbestimmung über ein optimiertes Dämpfungsverhalten und letztlich zum Schutze des Ultraschallkopfes gegenüber dem zu untersuchenden Medium über eine geeignete Dichtfunktion verfügen.All known ultrasound heads have the common task of coupling lossless high-frequency acoustic signals, preferably ultrasound signals, into a medium to be examined and, for the most part, recording the transit time of ultrasound waves reflected within the medium by means of the pulse-echo sound principle. This requires ultrasonic heads, the acoustic Einschallungsvermögen is optimized in the medium to be examined with respect to low coupling losses and for reasons of the most accurate travel time determination on an optimized damping behavior and ultimately to protect the ultrasound head have a suitable sealing function against the medium to be examined.

Da zur Ultraschallerzeugung sowie auch -detektion in den üblichen Ultraschallköpfen piezoelektrische keramische Werkstoffe zum Einsatz kommen, deren schallakustische Eigenschaften sich typischerweise stark von denen der zu untersuchenden Medien unterscheiden, treten ohne weitere technische Vorkehrungen erhebliche Leistungsverluste bei der Schalleinkopplung bzw. -auskopplung zwischen Ultraschallkopf und Medium aufgrund auftretender Reflexionen an der Grenzfläche zwischen Ultraschallkopf und Medium auf. Um eine möglichst verlustfreie Einkopplung von Ultraschallwellen zwischen dem Ultraschallkopf und dem zu untersuchenden Medium zu gewährleisten, ist eine akustische Impedanzanpassung zwischen Ultraschallkopf und dem zu untersuchenden Medium erforderlich.Since piezoelectric ceramic materials are used for ultrasound generation as well as detection in the conventional ultrasound heads, the acoustic properties of which typically differ greatly from those of the media to be examined, considerable power losses occur in the sound coupling or decoupling between the ultrasound transducer and the medium without further technical precautions due to reflections occurring at the interface between ultrasound head and medium. In order to ensure a loss-free coupling of ultrasonic waves between the ultrasound head and the medium to be examined, an acoustic impedance matching between the ultrasound head and the medium to be examined is required.

Darüber hinaus ist für eine genaue Auswertung der Laufzeiten der in das jeweilige Medium eingekoppelten Ultraschallwellen eine möglichst definierte Ultraschallimpulserzeugung erforderlich. Wird ein Piezoelement durch hochfrequente elektrische Impulse angeregt, beginnt das zumeist plattenförmig ausgebildete Piezoelement Dickenschwingungen auszuführen. Nach Beendigung des anregenden Impulses endet die Schwingung des Piezoelementes nicht abrupt, vielmehr schwingt das Piezoplättchen eine beträchtliche Zeit weiter. Dies führt zu einem Ultraschallsignal, das für eine definierte Bestimmung von Laufzeiten ungeeignet ist. Somit sind Vorkehrungen zu treffen, die ein Nachschwingen des Piezoelementes dämpfen, so dass das erzeugte Ultraschallsignal zeitlich nicht wesentlich von dem anregenden elektrischen Signal abweicht.In addition, as accurate as possible ultrasonic pulse generation is required for accurate evaluation of the maturities of the coupled into the respective medium ultrasonic waves. If a piezoelectric element is excited by high-frequency electrical impulses, the mostly plate-shaped piezoelectric element begins to execute thickness oscillations. After completion of the stimulating pulse, the oscillation of the piezo element does not abruptly ends, rather the piezo plate continues to oscillate for a considerable time. This leads to an ultrasonic signal which is unsuitable for a defined determination of transit times. Thus, precautions must be taken to dampen a ringing of the piezoelectric element, so that the generated ultrasonic signal does not differ significantly in time from the exciting electrical signal.

Insbesondere bei der Ultraschalluntersuchung an flüssigen Medien muss des weiteren gewährleistet sein, dass eine konstruktiv vorgegebene Abdichtung zwischen dem flüssigen Medium und zumindest dem Piezoelement innerhalb des Ultraschallkopfes besteht, nicht zuletzt auch um elektrische Kurzschlüsse im Bereich der elektrischen Zuleitungen zu vermeiden.In particular, in the ultrasonic examination of liquid media must further be ensured that a structurally specified seal between the liquid medium and at least the piezoelectric element within the ultrasound head is, not least to avoid electrical short circuits in the field of electrical leads.

Jeweils zwei Ausführungsbeispiele bekannter Ultraschallköpfe sind in den Fig. 2a und 2b dargestellt. Im Inneren eines ansonsten hermetisch ausgebildeten Gehäuses 2 ist ein Piezoelement 6 vorgesehen, dessen Oberseite mit einer oberen Elektrodenstruktur 5 und dessen Unterseite mit einer unteren Elektrodenstruktur 7 verbunden ist. Zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenstrukturen 5 und 7 dienen jeweils die in den Fig. 2a und 2b dargestellten Anschlusselektroden 1 und 4, die getrennt voneinander rückwärtig aus dem Ultraschallkopf zur weiteren elektrischen Kontaktierung ragen. Das Piezoelement 6 wird üblicherweise mittels eines speziellen Klebstoffes 8 im Inneren des Gehäuses 2 fixiert, dessen schallakustische Eigenschaften in Abhängigkeit der eingesetzten Piezokeramik des Piezoelementes 6 und der zu vermessenden Substanz bzw. des zu vermessenden Mediums gewählt wird. Eine unter Umständen erforderliche Abdichtung gegen eine Flüssigkeit wird bei einer derartigen Auslegung des Ultraschallkopfes automatisch durch das hermetisch ausgebildete Gehäuseteil 2 und die zusätzliche Verwendung erforderlicher Standarddichtungen, wie beispielsweise O-Ringe, Schneidringe oder Ähnliches (nicht weiter dargestellt) gewährleistet.Two exemplary embodiments of known ultrasonic heads are shown in FIGS. 2a and 2b. In the interior of an otherwise hermetically formed housing 2, a piezoelectric element 6 is provided, whose upper side is connected to an upper electrode structure 5 and whose lower side is connected to a lower electrode structure 7. For the electrical contacting of the electrode structures 5 and 7 respectively serve the connecting electrodes 1 and 4 shown in Figs. 2a and 2b, which protrude separately from the rear of the ultrasonic head for further electrical contact. The piezoelectric element 6 is usually fixed by means of a special adhesive 8 in the interior of the housing 2, the sound-acoustic properties of which is selected depending on the piezoceramic used of the piezoelectric element 6 and the substance to be measured or the medium to be measured. A possibly required sealing against a liquid is automatically ensured in such a design of the ultrasonic head by the hermetically formed housing part 2 and the additional use of required standard seals, such as O-rings, cutting rings or the like (not shown).

Die elektrische Kontaktierung des Piezoelementes 6 erfolgt in Abhängigkeit der Ausbildung und Anbringung von Elektrodenstrukturen auf dem Piezoelement. Grundsätzlich können Piezoelemente werkseitig in zwei unterschiedlichen Varianten bezogen werden: Wird ein flächig ausgebildetes Piezoelement 6 getrennt voneinander an seiner Ober- und Unterseite mit einer Elektrodenstruktur 5, 7 beaufschlagt, so gilt es zur elektrischen Kontaktierung der jeweiligen Elektrodenstrukturen Anschlusselektroden 1, 4 vorzusehen, gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2a. Wird hingegen die Elektrodenstruktur 7 der Unterseite des Piezoelementes 6 über die Seitenkanten auf die Oberseite des Piezoelementes 6 erweitert, wie im Fallbeispiel gemäß Fig. 2b, so ist es möglich, die Anschlusselektroden 1, 4 jeweils von einer einzigen Seite des Piezoelementes vorzusehen. In beiden der gezeigten Ausführungsbeispiele kann die Kontaktierung der Elektrodenstrukturen 5, 7 durch Auflöten von Drähten oder durch Aufkleben entsprechend elektrisch leitender Materialien realisiert werden.The electrical contacting of the piezoelectric element 6 takes place as a function of the formation and attachment of electrode structures on the piezoelectric element. Basically, piezo elements can be factory-ordered in two different variants: Is a flat trained Piezo element 6 separated from each other at its top and bottom with an electrode structure 5, 7 applied, so it is for electrical contacting of the respective electrode structures connecting electrodes 1, 4 provide, according to the embodiment in Fig. 2a. If, on the other hand, the electrode structure 7 of the lower side of the piezoelectric element 6 is widened over the side edges to the upper side of the piezoelectric element 6, as in the case of FIG. 2 b, it is possible to provide the connection electrodes 1, 4 in each case from a single side of the piezoelectric element. In both of the embodiments shown, the contacting of the electrode structures 5, 7 can be realized by soldering wires or by gluing corresponding electrically conductive materials.

Um eine Dämpfung des Piezoelementes 6 zu erreichen und somit ein Nachschwingen nach Abklingen der elektrischen Anregung zu verhindern, wird im Innenbereich des Gehäuseteils 2 Dämpfungsmaterial 3 vorgesehen, das je nach gewünschter Dämpfungsstärke und schalltechnischen Eigenschaften gewählt wird. Derartige Schallerzeuger stellen kompakte Ultraschallköpfe dar und vermögen senkrecht aus der Auskoppelfläche austretende Ultraschallwellen 9 in ein zu untersuchendes Medium einzukoppeln sowie auch Ultraschallwellen aus dem jeweiligen Medium zu detektieren. Bezüglich den Darstellungen in den Figuren 2 a und b sei angenommen, dass das zu untersuchende Medium an der Außenwand des Gehäuseteils 2 unmittelbar angrenzt, vorzugsweise an der unteren Gehäusewandfläche an der der die Ultraschallwellen symbolisierende Pfeil 9 dargestellt ist.In order to achieve an attenuation of the piezoelectric element 6 and thus prevent ringing after decay of the electrical stimulation, 2 damping material 3 is provided in the interior of the housing part, which is selected depending on the desired damping strength and sound properties. Such sound generators represent compact ultrasound heads and are capable of coupling ultrasound waves 9 emerging perpendicularly from the outcoupling surface into a medium to be examined, as well as detecting ultrasonic waves from the respective medium. With regard to the representations in FIGS. 2 a and b, it is assumed that the medium to be examined is directly adjacent to the outer wall of the housing part 2, preferably on the lower housing wall surface on which the arrow 9 symbolizing the ultrasonic waves is shown.

Ein Ultraschallkopf der vorstehenden Art ist beispielsweise der
EP 0 858 844 A2 zu entnehmen. Der bekannte Ultraschallkopf weist systembedingt jedoch den Nachteil auf, dass nicht nur das elektronisch angesteuerte Piezoelement an der Ausbildung der Ultraschallwellen beteiligt ist.
An ultrasonic head of the above type is for example the
EP 0 858 844 A2. However, due to the system, the known ultrasound head has the disadvantage that not only the electronically controlled piezo element is involved in the formation of the ultrasound waves.

Aufgrund der direkten körperlichen Kopplung bzw. Verklebung zwischen dem Piezoelement und dem übrigen Gehäuseteil schwingt das gesamte System bestehend aus dem Piezoelement und den Wandbereichen des Gehäuseteils inklusive der dazwischen befindlichen, aus einer Klebeschicht bestehenden Ankoppelschicht entsprechend der an das Piezoelement anliegenden elektrischen Signale mit. Die schallakustischen Eigenschaften der auf diese Weise generierbaren Ultraschallwellen werden somit nicht nur durch Material- und Geometriewahl des Piezoelementes selbst, sondern durch das Gesamtsystem bestimmt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem so genannten "Compound-Schwingungssystem".Due to the direct physical coupling or bonding between the piezoelectric element and the remaining housing part, the entire system including the piezoelectric element and the wall regions of the housing part, including the coupling layer consisting of an adhesive layer, oscillates in accordance with the electrical signals applied to the piezoelectric element. The sound-acoustic properties of the ultrasound waves that can be generated in this way are thus determined not only by the choice of material and geometry of the piezoelectric element itself, but by the overall system. In this context, one speaks of a so-called "compound vibration system".

Bei der Planung und Konstruktion derartiger Ultraschallköpfe sind somit sehr viele Parameter zu berücksichtigen, die die schalltechnischen Eigenschaften der Ultraschallwellen beschreiben. Bereits geringste Abweichungen in der Geometrie jedes einzelnen Bauteils können unter Umständen erhebliche veränderte Schalleigenschaften nach sich ziehen, die den gesamten Ultraschallkopf unbrauchbar machen können. Hinzu kommt, dass derartige kompakte Ultraschallköpfe in der Herstellung kosten- und montageintensiv sind, zumal zahlreiche Komponenten beschafft und passgenau und maßhaltig zusammengefügt werden müssen.In the planning and construction of such ultrasonic heads, therefore, a great many parameters have to be taken into account, which describe the acoustic properties of the ultrasonic waves. Even the slightest deviations in the geometry of each individual component can under certain circumstances entail considerable changes in the sound properties which can make the entire ultrasound head unusable. In addition, such compact ultrasonic heads are costly and installation-intensive to manufacture, especially since numerous components must be procured and accurately and dimensionally assembled together.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallkopf der vorstehend genannten Gattung derart weiterzubilden, dass Ultraschallwellen unter Maßgabe der an sich bekannten Forderungen nach Reduzierung von Koppelverlusten, einer effektiven Dämpfung bezüglich einer Anregungssignal getreuen Generierung von Ultraschallwellen sowie einer ausreichenden Abdichtung gegenüber dem zu untersuchenden Medium, mit wunschgemäßen schallakustischen Eigenschaften mit einem möglichst geringen aparativen sowie Kosten reduzierten Aufwand herstellbar sein sollen.The invention has the object of developing an ultrasound head of the aforementioned type such that ultrasonic waves in accordance with the known requirements for reducing coupling losses, an effective attenuation with respect to an excitation signal faithful generation of ultrasonic waves and a sufficient seal against the medium to be examined should be produced with desired sound acoustic properties with the least possible aparativen and cost reduced effort.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.The solution of the problem underlying the invention is specified in claim 1. The concept of the invention advantageously further features are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Ultraschallkopf nach den Merkmalen des Anspruches 1 derart ausgebildet, dass zumindest die Unterseite des Piezoelementes samt Elektrodenstruktur mit einem Koppelmedium in Wirkverbindung steht. Das Koppelmedium weist dabei eine dem Piezoelement abgewandte freie Oberfläche auf, über die die Ultraschallwellen unmittelbar in das Medium einkoppelbar oder aus dem Medium detektierbar sind.According to the invention, an ultrasound head according to the features of claim 1 is designed such that at least the underside of the piezoelement together with the electrode structure is in operative connection with a coupling medium. In this case, the coupling medium has a free surface remote from the piezoelectric element, via which the ultrasonic waves can be coupled directly into the medium or can be detected from the medium.

Dem lösungsgemäßen Ultraschallkopf liegt die Idee zugrunde, auf das bisher übliche Gehäuseteil, in dessen Inneren das Piezoelement samt elektronischer Anschlussstrukturen enthalten sind, zu verzichten. Um dennoch einen sowohl mechanischen als auch gegenüber äußeren chemischen Einflüssen resistenten Schutz für das Piezoelement samt elektrischer Anschlussstrukturen zu gewährleisten, wird das Piezoelement samt elektronischer Anschlussstrukturen von einem vorzugsweise aus Silikon oder silikonhaltigem Material bestehenden Koppelmedium zumindest in jenem Bereich umgeben, der in Kontakt mit dem zu untersuchenden Medium tritt. Auf diese Weise ist es möglich, durch entsprechende Materialwahl des Koppelmediums einerseits die schallakustische Ankopplung zwischen dem aus keramischem Material bestehenden Piezoelement und dem zu überprüfenden Medium hinsichtlich auftretender Koppelverluste zu optimieren, andererseits mitschwingende Komponenten und damit die schallakustischen Eigenschaften des Ultraschallkopfes mitbestimmende Komponenten zu vermeiden. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die schallakustischen Eigenschaften des Ultraschallkopfes ausschließlich durch die des Piezoelementes bestimmt sind.The ultrasound head according to the invention is based on the idea of dispensing with the hitherto customary housing part, in the interior of which the piezo element together with electronic connection structures are contained. In order nevertheless to ensure protection both mechanically and against external chemical influences for the piezoelectric element including electrical connection structures, the piezoelectric element including electronic connection structures is surrounded by a preferably silicone or silicone-containing material coupling medium at least in that area in contact with the examining medium occurs. In this way it is possible to optimize by appropriate choice of material of the coupling medium on the one hand, the sound-acoustic coupling between the ceramic material consisting of piezoelectric element and the medium to be checked for coupling losses occurring, on the other hand mitschwingende components and thus avoid the sound-acoustic properties of the ultrasonic head mitbestimmende components. In this way it is ensured that the sound-acoustic properties of the ultrasound head are determined exclusively by that of the piezoelectric element.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des lösungsgemäßen Ultraschallkopfes sieht die Verbindung des Piezoelementes auf einem Trägersubstrat vor, das selbst in Art einer mit elektrischen Leiterbahnstrukturen versehenen Leiterplatine ausgebildet ist. In einem derartigen Ausführungsbeispiel ist die mit einer Elektrodenstruktur versehene Oberseite eines Piezoelementes mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Haftvermittlers, vorzugsweise eines selbst härtenden Klebstoffes, mit einem ersten Bereich einer auf dem Trägersubstrat vorgesehenen elektrischen Leiterstruktur verbunden. Die dem Trägersubstrat abgewandte Unterseite des Piezoelementes ist ebenfalls mit einer Elektrodenstruktur versehen, die über eine Anschlusselektrode mit einem zweiten Bereich der trägersubstratseitigen elektrischen Leiterbahnstruktur verbunden ist. Das auf dem Trägersubstrat aufgebrachte Piezoelement samt der für die elektrische Anregung erforderlichen Leiterstrukturen ist zumindest an der dem Trägersubstrat abgewandten Seite mit einem Koppelmedium belegt oder im Falle eines fließfähigen Koppelmediums, das über selbst erstarrende Eigenschaften verfügt, vollständig vergossen. Zur Einkopplung von Ultraschallwellen in ein zu prüfendes Medium gilt es lediglich, das Koppelmedium mit dem innen liegenden Piezoelement mit dem Medium zu kontaktieren, sollte es sich um eine Flüssigkeit handeln, in das Medium einzutauchen.A preferred exemplary embodiment of the ultrasound head according to the invention provides for the connection of the piezoelectric element to a carrier substrate, which itself is designed in the manner of a printed circuit board provided with electrical conductor track structures. In such an exemplary embodiment, the upper side of a piezoelectric element provided with an electrode structure is connected to a first region of an electrical conductor structure provided on the carrier substrate with the aid of an electrically conductive adhesion promoter, preferably a self-curing adhesive. The underside of the piezoelectric element facing away from the carrier substrate is likewise provided with an electrode structure which is connected via a connection electrode to a second region of the carrier substrate-side electrical conductor track structure. The piezoelectric element applied to the carrier substrate, together with the conductor structures required for the electrical excitation, is coated with a coupling medium at least on the side facing away from the carrier substrate or completely shed in the case of a flowable coupling medium which has self-solidifying properties. For the coupling of ultrasonic waves in a medium to be tested, it is only necessary to contact the coupling medium with the internal piezoelectric element with the medium, should it be a liquid to immerse in the medium.

Der lösungsgemäße Ultraschallkopf, der im Weiteren unter Bezugnahme auf zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert wird, weist gegenüber herkömmlichen Ultraschallprüfköpfen folgende Vorteile auf:

  • Durch Vorsehen eines Koppelmediums um das Piezoelement samt der für die elektrische Ansteuerung des Piezoelementes erforderlichen elektrischen Anschlussstrukturen, können eine schalltechnische Anpassung sowie zugleich eine fluiddichte Abdichtung gegenüber eines zu vermessenden Mediums mit nur einer einzigen Koppelschicht realisiert werden. Die schalltechnische Beschreibung des Ultraschallkopfes vereinfacht sich deutlich gegenüber herkömmlichen Ultraschallköpfen, da der lösungsgemäß ausgebildete Ultraschallkopf kein Compound-Schwingungssystem, wie eingangs beschrieben, darstellt, sondern lediglich ein einzelnes Piezoelement vorsieht, das für die Schallerzeugung verantwortlich ist.
The ultrasound head according to the invention, which is explained in more detail below with reference to two embodiments shown in the figures, has the following advantages over conventional ultrasonic probes:
  • By providing a coupling medium to the piezoelectric element, including the required for the electrical control of the piezoelectric element electrical connection structures, a sound engineering adaptation and at the same time a fluid-tight seal against a medium to be measured can be realized with only a single coupling layer. The sonic description of the ultrasound head is simplified significantly compared to conventional ultrasound heads, since the ultrasound transducer designed in accordance with the invention does not constitute a compound vibration system, as described above, but merely provides a single piezoelectric element which is responsible for the generation of sound.

Wird als Koppelmedium ein fließfähiges und über Erstarrungseigenschaften verfügendes Material eingesetzt, wie beispielsweise Silikon oder silikonhaltige Werkstoffe, so ist die Herstellung des Ultraschallkopfes einfach und kostengünstig, Zudem ist es möglich, die äußere Formgebung des Koppelmediums frei und flexibel vorzunehmen, ein Freiheitsgrad, der insbesondere bei der Kopplung von Ultraschallwellen in Prüfmedien mit unebenen Koppelflächen von besonderem Interesse ist.Is used as a coupling medium flowable and solidification properties material, such as silicone or silicone-containing materials, the production of the ultrasonic head is simple and inexpensive, It is also possible to make the outer shape of the coupling medium freely and flexibly, a degree of freedom, especially in The coupling of ultrasonic waves in test media with uneven coupling surfaces is of particular interest.

Wird das Piezoelement samt seiner für die elektronische Ansteuerung erforderlichen elektrischen Anschlussstrukturen mit einem als elektrische Leiterplatine ausgebildeten Trägersubstrat verbunden, so sind extrem kurze Leitungslängen zur elektrischen Ansteuerung des Piezoelementes möglich. Für die Dämpfung des Piezoelementes extra vorzusehende Materialkomponenten in Verbindung mit dem Trägersubstrat sind nicht erforderlich, zumal die Dämpfungsaufgaben vom Trägersubstrat selbst übernommen werden können. Hierzu gilt es, das Material des Trägersubstrats geeignet zu wählen.If the piezoelectric element, together with its electrical connection structures required for the electronic control, is connected to a carrier substrate designed as an electrical printed circuit board, then extremely short line lengths are possible for electrical actuation of the piezoelectric element. For the damping of the piezoelectric element extra material components to be provided in connection with the carrier substrate are not required, especially since the damping tasks can be taken over by the carrier substrate itself. For this purpose, it is necessary to choose the material of the carrier substrate suitable.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

  • Fig. 1a, b schematisierte Querschnittsdarstellung zweier lösungsgemäß ausgebildeter Ultraschallköpfe, sowie
  • Fig. 2a, b schematisierte Querschnittsdarstellung durch zwei an sich bekannte Ultraschallköpfe nach Stand der Technik.
The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:
  • Fig. 1a, b shows a schematic cross-sectional view of two solution-trained ultrasound heads, as well as
  • Fig. 2a, b shows a schematic cross-sectional view through two known per se ultrasound heads according to the prior art.

Der in Fig. 1a in Querschnittsdarstellung gezeigte Ultraschallkopf weist ein flächig ausgebildetes Piezoelement 6 auf, mit einer Oberseite, auf der eine Elektrodenstruktur 5, und einer Unterseite, auf der eine Elektrodenstruktur 7 aufgebracht ist. Beide Elektrodenstrukturen 5, 7 erstrecken sich ganzflächig über die jeweilige Ober- und Unterseite des Piezoelementes 6. Zur elektrischen Kontaktierung befindet sich auf der an der Oberseite des Piezoelementes 6 aufgebrachten Elektrodenstruktur 5 eine Anschlusselektrode 4, entsprechend ist die Elektrodenstruktur 7 mit einer Anschlusselektrode 1 versehen. Die Anschlusselektroden 1, 4 können beispielsweise in Form dünner Anschlussdrähte ausgebildet sein.The ultrasound head shown in cross-sectional representation in FIG. 1 a has a piezoelement 6 of planar design, with an upper side, on which an electrode structure 5, and a lower side, on which an electrode structure 7 is applied. Both electrode structures 5, 7 extend over the entire surface over the respective top and bottom of the piezoelectric element 6. For electrical contacting is on the electrode structure 5 applied to the top of the piezoelectric element 6, a connection electrode 4, accordingly, the electrode structure 7 is provided with a connection electrode 1. The connection electrodes 1, 4 may be formed, for example, in the form of thin connecting wires.

Zur Befestigung des Piezoelementes 6 nebst der vorstehend beschriebenen elektronischen Anschlüsse an ein Trägersubstrat 10, das vorzugsweise in Form einer Platte ausgebildet ist, dient eine Haft vermittelnde Schicht 8, beispielsweise eine Klebstoffschicht. Sowohl zur schallakustischen Ankopplung als auch zur Abdichtung gegenüber der Umgebung sind das mit dem Trägersubstrat 10 über die Haft vermittelnde Schicht 8 verbundene Piezoelement 6 und die damit verbundenen elektrischen Anschlussstrukturen mit einem Koppelmedium 11 hermetisch umgeben, dessen schallakustische Eigenschaften unter Berücksichtigung des Piezoelementes 6 sowie des zu untersuchenden Mediums ausgewählt sind. Weitere Komponenten sind zur Schalleinkopplung in ein, das Koppelmedium 11 umgebende Medium nicht erforderlich. Zur elektrischen Ansteuerung überragen die Anschlusselektroden 1, 4 das Koppelmedium 1 seitlich und können mit entsprechenden Ansteuerelektroden verbunden werden.For attachment of the piezoelectric element 6 together with the above-described electronic connections to a carrier substrate 10, which is preferably in the form of a plate, an adhesion-promoting layer 8, for example an adhesive layer, is used. Both for sound-acoustic coupling as well as for sealing against the environment are associated with the carrier substrate 10 via the adhesion layer 8 associated piezoelectric element 6 and the associated electrical connection structures hermetically sealed with a coupling medium 11, the sound-acoustic properties taking into account the piezoelectric element 6 and the selected medium. Other components are for sound coupling in a, the coupling medium 11 surrounding medium not mandatory. For electrical control, the connection electrodes 1, 4 protrude laterally beyond the coupling medium 1 and can be connected to corresponding drive electrodes.

Das in Fig. 1b dargestellte Ausführungsbeispiel weist als Trägersubstrat 10 eine Leiterplatte, vorzugsweise aus Epoxidharz, auf und sieht kupferbeschichtete Leiterbahnstrukturen 13 vor. In diesem Ausführungsbeispiel ist zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenstruktur 5 die Haft vermittelnde Klebeschicht 8 aus elektrisch leitfähigem Material gewählt, so dass der Leiterbahnbereich 13 die an der Oberseite des Piezoelementes 6 vorgesehene Elektrodenstruktur 5 mit elektrisch kontaktiert. Die an der Unterseite des Piezoelementes 6 vorgesehene Elektrodenstruktur 7 ist direkt mit einer Anschlusselektrode 1 verbunden, die ihrerseits mit einem anderen Leiterbahnabschnitt 13' der Leiterplatte 10 verbunden ist. Auch im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1b umgibt das Koppelmedium 11 das Piezoelement 6 mit sämtlichen elektrischen Anschlussstrukturen hermetisch, so dass das Piezoelement vollständig gegenüber einem äußeren zu untersuchenden Medium abgedichtet ist.The exemplary embodiment illustrated in FIG. 1b has as carrier substrate 10 a printed circuit board, preferably made of epoxy resin, and provides copper-coated conductor track structures 13. In this exemplary embodiment, the adhesion-imparting adhesive layer 8 made of electrically conductive material is selected for electrical contacting of the electrode structure 5, so that the conductor track region 13 makes electrical contact with the electrode structure 5 provided on the upper side of the piezoelectric element 6. The provided on the underside of the piezoelectric element 6 electrode structure 7 is connected directly to a connection electrode 1, which in turn is connected to another conductor track section 13 'of the printed circuit board 10. Also in the case of the embodiment according to FIG. 1b, the coupling medium 11 hermetically surrounds the piezoelectric element 6 with all electrical connection structures, so that the piezoelectric element is completely sealed off from an external medium to be examined.

Der in Fig. 1b dargestellte Ultraschallkopf sieht eine besonders kompakte elektrische Zuleitungsanordnung vor, die aufgrund minimaler Leitungslängen sehr unauffällig gegen äußere Störspannungen ist. Außerdem vermag ein aus Silikon gewähltes Koppelmedium 11 den Schall lediglich weiterzuleiten und trägt selbst nicht zur Schallerzeugung bzw. -beeinträchtigung bei. Die schalltechnische Beschreibung des Ultraschallkopfes ist somit deutlich vereinfacht, da kein Schall erzeugendes Gesamtgebilde, wie bei einem Compound-Schwinger vorgesehen ist, sondern lediglich die Piezokeramik selbst zu betrachten ist.The ultrasound head shown in Fig. 1b provides a particularly compact electrical supply line arrangement, which is due to minimal cable lengths very inconspicuous against external interference voltages. In addition, a selected from silicone coupling medium 11 can only forward the sound and contributes not even to the sound generation or impairment. The sonic description of the ultrasound head is thus significantly simplified, since no sound-generating overall structure, as in a compound oscillator is provided, but only the piezoceramic itself is to be considered.

Der lösungsgemäße Ultraschallkopf stellt somit ein akustisches Gebilde dar, dessen schalltechnischen Eigenschaften lediglich durch ein einziges Bauteil beschrieben werden kann. Im Fertigungsprozess müssen somit lediglich die genauen Maße des Piezoelementes garantiert werden. Sollten die Dämpfungseigenschaften des Trägersubstrates 10 nicht in der gewünschten Weise ausreichen, so ist es möglich, auf der, dem Ultraschallkopf abgewandten Rückseite des Trägersubstrates 10 ein zusätzliches Dämpfungselement 12 vorzusehen.The ultrasound head according to the invention thus represents an acoustic structure whose sonic properties can only be described by a single component. In the manufacturing process, therefore, only the exact dimensions of the piezo element must be guaranteed. If the damping properties of the carrier substrate 10 are not sufficient in the desired manner, then it is possible to provide an additional damping element 12 on the rear side of the carrier substrate 10 facing away from the ultrasound head.

Claims (10)

Ultraschallkopf zum Einkoppeln von Ultraschallwellen in ein Medium und/oder zum Empfang von Ultraschallwellen aus einem Medium, mit einem flächig ausgebildeten Piezoelement, das eine Ober- und Unterseite aufweist, auf der jeweils eine Elektrodenstruktur angebracht ist, die jeweils mit einer Anschlusselektrode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Unterseite des Piezoelements samt Elektrodenstruktur mit einem Koppelmedium in Wirkverbindung steht, wobei das Koppelmedium eine dem Piezoelement abgewandte freie Oberfläche aufweist, über die Ultraschallwellen unmittelbar in das Medium einkoppelbar oder aus dem Medium detektierbar sind.Ultrasonic head for coupling ultrasonic waves in a medium and / or for receiving ultrasonic waves from a medium having a planar piezoelectric element having a top and bottom, on each of which an electrode structure is attached, which is in each case connected to a connection electrode, characterized characterized in that at least the underside of the piezoelectric element including the electrode structure is in operative connection with a coupling medium, wherein the coupling medium has a piezoelement facing away from the free surface via which ultrasonic waves can be coupled directly into the medium or detected from the medium. Ultraschallkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement mit der Oberseite samt der auf dieser aufgebrachten Elektrodenstruktur mittel- oder unmittelbar mit einem Trägersubstrat verbunden ist.Ultrasonic head according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element is connected to the upper side together with the electrode structure applied thereon directly or indirectly to a carrier substrate. Ultraschallkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmedium die Unterseite des Piezoelements samt der auf dieser aufgebrachten Elektrodenstruktur lateral überragt und mittel- oder unmittelbar gegenüber dem Trägersubstrat eine fluiddichte Verbindung eingeht.Ultrasonic head according to claim 2, characterized in that the coupling medium projects laterally beyond the underside of the piezoelectric element together with the electrode structure applied thereto and forms a fluid-tight connection with the medium or directly opposite the carrier substrate. Ultraschallkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselektroden der mit der Ober- und Unterseite des Piezoelementes verbundenen Elektrodenstrukturen das Koppelmedium seitlich überragen.Ultrasonic head according to claim 3, characterized in that the connection electrodes of the electrode structures connected to the upper and lower sides of the piezoelectric element project laterally beyond the coupling medium. Ultraschallkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselektroden jeweils ganzflächig mit den auf der Ober- und Unterseite aufgebrachten Elektrodenstrukturen verbunden sind, und dass zwischen der der Oberseite des Piezoelementes zugeordneten Anschlusselektrode und dem Trägersubstrat eine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist.Ultrasonic head according to claim 3, characterized in that the connection electrodes in each case over the entire surface with those on the top and bottom applied electrode structures are connected, and that between the top of the piezoelectric element associated terminal electrode and the carrier substrate, a bonding agent layer is provided. Ultraschallkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat eine elektrische Leiterstruktur aufweist, und dass die Anschlusselektroden mit Bereichen der elektrischen Leiterstruktur verbunden sind.Ultrasonic head according to claim 2 or 3, characterized in that the carrier substrate has an electrical conductor structure, and that the connection electrodes are connected to regions of the electrical conductor structure. Ultraschallkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Elektrodenstruktur der Oberseite des Piezoelementes und einem Bereich der elektrischen Leiterstruktur am Trägersubstrat eine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist, dass die Haftvermittlerschicht elektrisch leitfähig ist und als Anschlusselektrode für die an der Oberseite des Piezoelementes vorgesehene Elektrodenstruktur dient, und dass die mit der an der Unterseite des Piezoelementes vorgesehenen Elektrodenstruktur verbundene Anschlusselektrode mit einem anderen Bereich der elektrischen Leiterstruktur am Trägersubstrat verbunden ist.Ultrasonic head according to claim 6, characterized in that between the electrode structure of the upper side of the piezoelectric element and a region of the electrical conductor structure on the carrier substrate an adhesion promoter layer is provided, that the adhesion promoter layer is electrically conductive and serves as a connection electrode for the provided at the top of the piezoelectric element electrode structure, and the connection electrode connected to the electrode structure provided on the underside of the piezoelectric element is connected to another region of the electrical conductor structure on the carrier substrate. Ultraschallkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte aus einem schwingungsdämpfenden Material gewählt ist.Ultrasonic head according to one of claims 1 to 7, characterized in that the carrier plate is selected from a vibration damping material. Ultraschallkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Piezoelement abgewandten Oberfläche des Trägersubstrates ein Dämpfungselement vorgesehen ist.Ultrasonic head according to one of claims 1 to 8, characterized in that on a side facing away from the piezoelectric element surface of the carrier substrate, a damping element is provided. Ultraschallkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmedium unter Maßgabe einer akustischen Impedanzanpassung an das jeweilige Medium und hermetischen Abdichtung des Piezoelementes sowie chemischen Resistenz gegenüber dem Medium ausgewählt ist.Ultrasonic head according to one of claims 1 to 9, characterized in that the coupling medium is selected under the provision of an acoustic impedance matching to the respective medium and hermetic sealing of the piezoelectric element and chemical resistance to the medium.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010120752A2 (en) 2009-04-13 2010-10-21 Daniel Measurement And Control, Inc. Transducer having a robust electrical connection to a piezoelectric crystal
CN113161475A (en) * 2021-03-30 2021-07-23 广东奥迪威传感科技股份有限公司 Micro array piezoelectric sensor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3555311A (en) * 1969-01-23 1971-01-12 Marquardt Corp High pressure piezoelectric transducer
FR2462837A1 (en) * 1979-08-02 1981-02-13 Landis & Gyr Ag ULTRASONIC TRANSDUCER
US4556814A (en) * 1984-02-21 1985-12-03 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Piezoelectric ultrasonic transducer with porous plastic housing
DE3710339A1 (en) * 1987-03-28 1988-10-06 Deutsch Pruef Messgeraete Piezopolymer ultrasonic transducer
GB2212919A (en) * 1987-11-25 1989-08-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Probe for an ultrasonic flaw detector welded to a support
US5329682A (en) * 1991-02-07 1994-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Method for the production of ultrasound transformers
US5664456A (en) * 1995-09-28 1997-09-09 Endress+Hauser Gmbh+Co. Ultrasonic transducer

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE219276T1 (en) * 1997-02-12 2002-06-15 Siemens Ag TRANSDUCER

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3555311A (en) * 1969-01-23 1971-01-12 Marquardt Corp High pressure piezoelectric transducer
FR2462837A1 (en) * 1979-08-02 1981-02-13 Landis & Gyr Ag ULTRASONIC TRANSDUCER
US4556814A (en) * 1984-02-21 1985-12-03 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Piezoelectric ultrasonic transducer with porous plastic housing
DE3710339A1 (en) * 1987-03-28 1988-10-06 Deutsch Pruef Messgeraete Piezopolymer ultrasonic transducer
GB2212919A (en) * 1987-11-25 1989-08-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Probe for an ultrasonic flaw detector welded to a support
US5329682A (en) * 1991-02-07 1994-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Method for the production of ultrasound transformers
US5664456A (en) * 1995-09-28 1997-09-09 Endress+Hauser Gmbh+Co. Ultrasonic transducer

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010120752A2 (en) 2009-04-13 2010-10-21 Daniel Measurement And Control, Inc. Transducer having a robust electrical connection to a piezoelectric crystal
EP2419968A2 (en) * 2009-04-13 2012-02-22 Daniel Measurement and Control, Inc. Transducer having a robust electrical connection to a piezoelectric crystal
EP2419968A4 (en) * 2009-04-13 2014-01-15 Daniel Measurement & Control Transducer having a robust electrical connection to a piezoelectric crystal
CN113161475A (en) * 2021-03-30 2021-07-23 广东奥迪威传感科技股份有限公司 Micro array piezoelectric sensor

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