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; 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。

10-30MHz带中的超声传感器能够传输可能引起非线性声学现象的超声波的超声波传感器，是使用由尼橙钾单晶制成的独立膜产生的。底物由钛酸盐钛酸盐制成，这是3D形换能器。在水下进行高功率运行时观察到的声学非线性现象的观察和控制。通过实验证实了在高频和间接气蚀处产生的空化的模拟结果。超声辐射和光谱仪后使用碘化钾溶液的Ki方法生成空化，并在超声辐照过程中观察声发光。从通过实验的计算结果和声学非线性现象的观察，发现在10-30MHz带中产生的气氮大小的直径小于1微米，并且声压为4 MPa，局部生成的热量约为5000度。此外，在高功率运行期间，观察到了传感器产生的声流。使用示踪剂，激光和电影进行测量，以确定应用流速和声流的效果的范围。发现最大声辐射压在250 kPa左右产生，并且除了交替的电流声压外，还产生了强线性压力。当前，为了实际测量声压，我们开始准备使用比较校准方法和相互校准方法从原型超声传感器发出的声压和声压分布的实验。