Research on Biomedical Engineering
/doi/10.4322/rbeb.2011.008
Research on Biomedical Engineering
Original Article

Efeitos de crosstalk causados pela geometria de elementos piezoelétricos na matriz de transdutores ultrassônicos

Crosstalk effects caused by the geometry of piezoelectric elements in matrix ultrasonic transducers

Domínguez, Israel Sánches; Contla, Pedro Acevedo; Hernándes, Eduardo Moreno; Krüger, Marco Antônio von

Resumo

Crosstalk é uma consequência da deficiência no isolamento elétrico ou mecânico entre os elementos; é função da proximidade entre os elementos piezoelétricos do transdutor ou entre as conexões dos mesmos. Pode ser causado por uma série de fatores, tais como: a deficiência da blindagem eletromagnética, o efeito capacitivo entre os elementos ou as conexões elétricas, assim como pela transmissão nos modos de vibração dos elementos adjacentes devido ao seu isolamento mecânico insuficiente. Depende também das dimensões físicas dos elementos e do material de conexão entre eles. A avaliação dos efeitos do crosstalk causados pela geometria dos elementos piezoelétricos na matriz de transdutores de ultrassom é apresentada. Os métodos de medição dos padrões de radiação e impedância vetorial para a identificação do crosstalk são descritos. O procedimento de medição do crosstalk proposto por Sánchez Domínguez e von Krüger (2002) foi aplicado a um arranjo de oito elementos de uma matriz de transdutores para a aplicação de ultrassom Doppler. De fato, dois estudos de caso são apresentados: no primeiro foi usado um elemento piezoelétrico com dimensões de 10,0 × 4,4 × 0,66 mm, e no segundo, em outro arranjo, utilizou-se um elemento piezoelétrico com dimensões de 10,0 × 0,7 × 0,66 mm (cada elemento da matriz é confeccionado em titanato zirconato de chumbo, também chamado PZT). A partir dos resultados podemos deduzir que é possível reduzir o efeito do crosstalk entre as cerâmicas utilizando um material de isolamento com um coeficiente de acoplamento eletromecânico baixo na matriz, ou empregando materiais que promovam bom isolamento mecânico entre as cerâmicas.

Palavras-chave

Crosstalk, Elementos piezoelétricos, Matriz de transdutores ultrassônicos.

Abstract

Crosstalk is a result of the deficiency in the electrical or mechanical isolation between elements. It is a function of the proximity between piezoelectric elements of the transducer or between connections. It can be caused by a series of factors, such as: the deficiency in the electromagnetic shield, the capacitive effect between the elements or the electrical connections, or by the transmission of vibration modes to adjacent elements due to insufficient mechanical isolation. It also depends on the geometry of the elements and the connecting material between elements. The evaluation of the crosstalk effects caused by the geometry of the piezoelectric elements in matrix ultrasonic transducers is presented. Measurement methods of the radiation patterns and vectorial impedance for the identification of crosstalk are described. The procedure of the measurement of crosstalk, done by Sánchez Domínguez and von Krüger (2002), was applied to an eight elements phase onedimension matrix transducer for Doppler ultrasound application. In fact, two cases are presented, in one of them a piezoelectric element of the matrix with initial dimensions of 10.0 × 4.4 × 0.66 mm was used, and in the other case a piezoelectric element with initial dimensions of 10.0 × 0.7 × 0.66 mm was used (element are made of Lead Zirconate Titanate, also called PZT). From the results we deduce that it is possible to reduce the crosstalk effect using insulating material with low electromechanical coupling coefficient between the ceramics of the array or using materials that promote good mechanical insulation between the ceramics.

Keywords

Crosstalk, Piezoelectric elements, Matrix ultrasonic transducers.
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