日本TORAY东丽超声波换能器：技术原理、产品系列与应用领域

在精密检测与医疗诊断领域，一颗小小的核心元件正发挥着不可替代的作用。

在超声检测与成像领域，日本TORAY东丽超声波换能器凭借其独特的技术优势和性能，已成为医疗诊断和工业无损检测的关键部件。作为高频超声波技术的，TORAY换能器通过创新的材料科学与精巧的结构设计，在医疗影像、半导体检测等多个领域实现了高精度探测。

01 企业背景与技术定位

日本TORAY（东丽）株式会社是的综合性化学制造企业，在材料领域拥有雄厚的技术积累。其超声波换能器产品线体现了公司材料科学与应用技术的结合。

TORAY超声波换能器主要面向需要高精度和高可靠性的专业应用领域，包括医疗超声诊断设备、超声显微镜和工业无损检测系统。

这些设备对超声波的发射和接收性能有着极为苛刻的要求，而TORAY凭借其独特的技术，在这一细分市场建立了独特的产品优势。

02 核心技术：P(VDF-TrFE)高分子压电薄膜

TORAY超声波换能器最核心的技术突破在于使用了专有的P(VDF-TrFE)高分子压电材料作为传感器的核心元件。

这种创新材料是一种偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物，与传统压电陶瓷相比具有多项独特优势：

无需声学透镜的设计

传统的超声波换能器通常需要声学透镜来聚焦超声波，而TORAY的P(VDF-TrFE)膜可以直接发射和接收超声波，消除了声学透镜中混响引起的噪声干扰。

这一特性使得被测物体与换能器之间的距离可以大幅拉近，从而获得更为清晰、准确的波形数据，大大提高了检测精度。

优异的声阻抗匹配

P(VDF-TrFE)膜的声阻抗接近水的声阻抗，这意味着在液体介质（如水体或人体组织）中传输超声波时，能够实现几乎无损耗的能量传输。

这一特性使TORAY换能器特别适用于医疗诊断和水中检测应用，能够提供高质量的信号保真度。

宽广的频率响应范围

基于P(VDF-TrFE)膜的优异特性，TORAY换能器支持广泛的频率范围。根据应用需求，TORAY可以提供从15MHz到150MHz甚至更高频率的换能器产品。

这种宽广的频率兼容性使得技术人员可以根据不同的检测深度和分辨率要求，选择合适的换能器型号。

03 产品系列与关键参数

TORAY东丽超声波换能器提供了多种型号，以满足不同应用场景的需求。这些型号按照频率、口径和焦距等关键参数进行系统划分。

标准产品系列

TORAY换能器的型号命名规则直观反映了其主要参数，以“PT频率-口径-焦距"的形式表示。下表列出了部分典型型号及其规格：

从表中可以看出，TORAY换能器的频率范围覆盖从20MHz到100MHz，口径从1.2mm到8mm，焦距则从1.5mm到无限远，提供了极大的选择灵活性。

定制化能力

除了标准产品系列，TORAY还提供一定程度的定制化服务。客户可以根据实际应用需求，在以下参数范围内定制特殊规格的换能器：

• 频率：可以在15MHz-125MHz之间以5MHz为增量进行调整

• 传感器直径：可在1.2-8mm之间定制生产

• 焦距：可在1.5-∞mm之间调整

• 连接器：可以选择UHF连接器或microdot连接器

这种定制化能力使得TORAY换能器能够适应各种特殊的应用环境和技术要求。

04 主要应用领域

TORAY东丽超声波换能器凭借其高精度和可靠性，在多个要求苛刻的领域得到了广泛应用。

医疗诊断与超声显微镜

在医疗领域，TORAY换能器主要用于医疗超声诊断设备中的超声显微镜应用和超声波发射接收传感器应用。

超声显微镜（SAM）是一种能够以微米级分辨率对材料内部结构进行成像的先进技术，在生物组织研究和医疗诊断中发挥着重要作用。

工业无损检测

在工业领域，TORAY换能器被广泛用于半导体和工业应用中的非接触式无损检测传感器。

它们能够检测材料内部的微小缺陷、评估焊接质量、测量涂层厚度，而不会对被测物体造成任何损伤，在航空航天、汽车制造等高质量要求的行业中尤为重要。

超声成像系统（SAT）

TORAY换能器还常用于超声成像系统（SAT） 中，用于检测电子元件、复合材料和其他精密部件的内部结构。

这些系统能够生成材料内部的高分辨率图像，帮助工程师发现潜在的缺陷和问题。

水听器应用

除了发射和接收两用型换能器，TORAY还生产专门用于水下声场测量的水听器，如HY05N针式水听器和H9C大口径水听器。

这些水听器可以高分辨率测量宽频率范围内的超声波，适用于水下探测、声场分析等特殊应用环境。

05 技术特点与优势总结

综合来看，TORAY东丽超声波换能器具有以下几项突出的技术特点和优势：

• 高灵敏度和宽频带响应：得益于P(VDF-TrFE)材料的优异特性，TORAY换能器在宽频率范围内都能保持高灵敏度，确保检测结果的准确性

• 灵活的定制选项：客户可以根据具体应用需求，选择不同的频率、口径、焦距和连接器类型，获得适合自身需求的解决方案

• 优异的信噪比：无需声学透镜的设计消除了混响噪声，使得检测波形更加清晰，易于解读和分析

• 紧凑型设计：部分型号采用超紧凑设计，如针式水听器有效直径仅0.5mm，适用于空间受限的应用场景

06 使用注意事项

为了确保TORAY超声波换能器的最佳性能和长久使用寿命，用户需要注意以下几点：

• 避免机械损伤：换能器表面柔软，容易划伤，因此切勿直接触摸或刮擦振动器表面

• 使用环境限制：在空气中使用时无法正常接收信号，需在水下使用；且产品没有采取防止海水腐蚀的措施，仅限于淡水环境中使用

• 特殊应用限制：虽然性能，但TORAY换能器不适用于核电站、航空航天、交通运输等与人类生命安全高度相关的设备或装置，除非经过特殊认证

• 高频衰减特性：需要注意的是，即使换能器是按特定频率设计的，焦距越长，高频成分衰减得越多。因此在实际应用中需根据检测深度合理选择频率

随着医疗诊断和工业检测技术的不断发展，对超声波换能器的性能要求也将日益提高。TORAY东丽凭借其独特的P(VDF-TrFE)高分子压电薄膜技术，在高频率、高精度超声波应用领域占据了有利位置。

未来，随着材料科学的进一步突破和应用领域的拓展，TORAY超声波换能器有望在更广泛的频率范围和更多样化的应用场景中发挥重要作用。