Development of high intensity and high frequency ultrasonic transducers with 3 dimensional shapes piezoelectric films for application devices.

开发用于应用设备的具有 3 维形状压电薄膜的高强度和高频超声换能器。

• 批准号: 22K04002
• 负责人: 石河 睦生
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Toin University of Yokohama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04002/
• 关键词: 非線形音響; 高周波; 超音波; 圧電膜; 非鉛; 強力超音波; 圧電薄膜; キャビテーション

非線形音響現象が引き起こせるほどの強力超音波を送信できる10MHz～30MHz帯の超音波トランスデューサをニオブ酸カリウム単結晶の自立膜を利用して試作した。基板には凹面加工されたチタン酸ストロンチウムを用いることにより３D形状のトランスデューサとした。実際に水中にて高出力動作させた際に観察される音響非線形現象について観察と制御を行った。高周波で発生するキャビテーションのシミュレーション結果と、実験により間接的にキャビテーションの発生を確認した。キャビテーション発生は超音波照射後のヨウ化カリウム水溶液と分光器を用いたKI法、超音波照射中のソノルミネッセンスの観察である。計算結果と実験による音響非線形現象の観察結果から、10MHz～30MHz帯で発生しているキャビテーションのサイズは直径1ミクロン以下であり、音圧は4MPa,局所的には5000度程度の局所的な熱が発生していることが分かった。また、高出力動作時において、トランスデューサから発生する音響流が観察された。測定はトレーサーとレーザー光及び動画を用いて測定し流速と音響流の作用が及ぼされる範囲を求めたところ、音響放射圧は最大で250kPa程度発生していることが分かり、直線的な強い圧力が交流的な音圧の他に発生していることが分かった。現在は、音圧の実測を行うために、比較校正法と相互校正法を用い、試作した超音波トランスデューサから放射される音圧および音圧分布の測定に関する実験の準備を始めている。

Non-linear acoustic phenomena are caused by intense ultrasonic transmission in the 10MHz~30MHz band. The surface of the substrate is processed into a 3D shape. When high power action occurs in the water, sound nonlinear phenomena are detected and controlled. High frequency transmission and reception The development of the solution after ultrasonic irradiation is investigated by KI method and spectroscope. The calculation results show that the acoustic nonlinear phenomenon occurs in the frequency range of 10MHz~30MHz, and the acoustic pressure is 4MPa. The local temperature is 5000 degrees. The sound flow generated during high and low power operation is detected. Measurement of flow velocity and acoustic flow function, measurement of acoustic emission voltage, measurement of acoustic emission voltage, measurement of acoustic emission, measurement of acoustic emission voltage, measurement of acoustic emission voltage, measurement of Now, the sound pressure measurement, comparison correction method and mutual correction method are used, and the preparation for the measurement of sound pressure and sound pressure distribution is started.