同相位密排阵列式超声波发射单元制造技术

本实用新型专利技术属于超声波发射技术领域，具体为一种能发射高强度高指向性超声波的同相位密排阵列式超声波发射单元。本实用新型专利技术由同相位密排超声波换能器阵列和印刷线路板组成。根据需要，设计不同物理性能和几何尺寸的超声波换能器，换能器以密排方式组阵分别插到与密排阵列相配套的印刷线路板上。经过功率放大的超声波信号输入到同相位密排阵列式超声波发射单元，使其发出高强度高指向性的超声波。本实用新型专利技术不但可用于声波定向传播，而且还可以用于超声波悬浮、测距、遥控、成像、乳化、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等领域。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于超声波发射
，具体涉及一种同相位密排阵列式超声波发射单元。
技术介绍
一般用于超声波发射的开放式换能器，考虑到使用环境和对发射体保护的需要，在发射体外部都有由金属或非金属材料制成的外壳，外壳的后端与发射体密封固定，前端设有保护网，为了区分发射体信号输入的正负极，在发射体支架与电极连接处以圆形凸台代表正电极。但是当用多个（几只到几万只）组阵发射时，由于外壳的存在以及支撑振动体和外壳的圆形基座的直径较大，使得组阵单元的体积增大，单位面积的超声波发射强度降低，方向性减弱。另外组阵换能器正负极的不统一，也会使组阵后各个换能器发射的超声波相位不同，导致所发射的超声波相互抵消，达不到组阵后的预期效果。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足之处，本技术的目的在于提供一种同相位密排阵列式超声波发射单元，使组阵单元的体积减少，单位面积的超声波发射强度提高，方向性增强。本技术提供的同相位密排阵列式超声波发射单元，由同相位密排超声波换能器阵列1和印刷线路板2组成。参见图1所示，其中：根据超声波发射频率、强度和指向性的需要，设计不同物理性能和几何尺寸的超声波换能器，然后把同相位的换能器以密排方式组成超声波换能器阵列1，各换能器分别插到与密排阵列相配套的印刷线路板上；印刷线路板反面的焊盘把换能器焊接在印刷线路板上，印刷线路把密排阵列超声波换能器以并联方式，或把组成密排阵列超声波换能器分成几组，每组换能器并联后，各组之间再以串联方式联接起来；通过导线把经过功率放大的超声波信号输入到同相位密排阵列式超声波发射单元，使其发出高强度高指向性的超声波。本技术中，所述的同相位密排超声波换能器阵列1由单个无壳超声波换能器以密排方式组成，同相位是指组成密排阵列式超声波发射单元的所有换能器的相位相同，换能器数量可为7个以上，多至数万个（如10万个），组成阵列的平面形状可以是六边形、正方形、矩形、椭圆形、三角形等，或上述几种形状的组合。本技术中，用于组成密排阵列的单个无壳超声波换能器由喇叭形谐振片3、镀锌金属圆板4、圆形压电陶瓷片5、联接导线6、圆柱形插针7和圆形基座8组成。参见图2所示。本技术中，喇叭形谐振片3用固化胶粘接在镀锌金属圆板4的一侧，镀锌金属圆板4的另一侧与压电陶瓷片5的负极粘结在一起，喇叭形谐振片3、镀锌金属圆板4、压电陶瓷片5结合后组成超声波换能器的振动体，振动体的正负极和圆形压电陶瓷片5的正负极相同，其正负极通过联接导线6分别和两个圆柱形插针7联接，并在圆形基座8下面的两根圆柱形插针7附近标出对应的正负极。根据压电陶瓷片5的谐振频率、几何尺寸，以及喇叭形谐振片3、镀锌金属圆板4的几何尺寸，确定超声波换能器的发射频率。例如，当喇叭形谐振片3口径为6mm到10mm，镀锌金属圆板4直径为8mm到12mm，喇叭形谐振片3的口径小于镀锌金属圆板4直径，压电陶瓷片5的直径小于镀锌金属圆板4的直径的情况下，喇叭形谐振片3、镀锌金属圆板4和压电陶瓷片5的不同组合，可以形成15KHz到60KHz之间不同发射频率的超声波换能器。本技术中，用于组成同一密排阵列的所有超声波换能器，频率相同，相位相同，正负极一致。本技术中，用于安装密排阵列超声波换能器的印刷线路板2的大小根据密排阵列超声波换能器的数量确定，相应的厚度是1到3毫米的一种。形状可以是六边形、正方形、矩形、椭圆形、三角形等，或上述几种形状的组合。所述的印刷线路板2，用于安装同相位密排超声波换能器阵列1；其正面标有圆形丝印图形10，用于换能器正负极插入，圆形丝印图形10的直径和换能器圆形基座8的直径相同；每个圆形丝印图形10中设有2个通孔9，供超声波换能器的2根圆柱形插针7（即对应的正负极）插入；印刷线路板2周边设有通孔11，用于同相位密排阵列式超声波发射单元的固定；印刷线路板2的反面设置印刷线路14，印刷线路14把组成密排阵列超声波换能器的正负极以并联方式联接起来，或把组成密排阵列超声波换能器分成几组，每组换能器并联后，各组之间再以串联方式联接起来；反面标有正号的圆形丝印图形12，与正面的圆形丝印图形10位置相对应，用于从印刷线路板2的反面确定每个换能器的位置和正负极；换能器的圆柱形插针7和印刷线路14焊接；反面还设有密排阵列式超声波发射单元的输入端，通过导线把经过功率放大的超声波信号输入到密排阵列式超声波发射单元，使其发出高强度高指向性的超声波。本技术中，为了适应室外使用环境的需要，延长同相位密排阵列式超声波发射单元的使用寿命，对同相位密排阵列式超声波发射单元整体进行喷涂或镀膜处理，其膜应为厚度10到30微米的防水绝缘膜。本技术能为声波定向传播发射高强度高指向性的超声波外，还可为超声波悬浮、测距、遥控、成像、乳化、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等发射高强度高指向性的超声波。附图说明图1为本技术的结构图示。图2为本技术中用于组成同相位密排阵列式超声波发射单元的单个换能器结构图示。图3为本技术中印刷线路板的正面图示。图4为本技术中印刷线路板的反面图示。图中标号：1为同相位密排超声波换能器阵列，2为印刷线路板，3为喇叭形谐振片，4为镀锌金属圆板，5为圆形压电陶瓷片，6为联接导线，7为圆柱形插针，8为圆形基座，9为换能器电极插入通孔，10为印刷线路板正面标有正号的圆形丝印图形，11为固定同相位密排阵列式超声波发射单元的通孔，12为印刷线路板反面标有正号的圆形丝印图形，13为焊接换能器电极的焊盘，14为联接换能器正负极的印刷线路，15为同相位密排阵列式超声波发射单元输入信号的导线焊盘。具体实施方式根据不同的使用领域和用途以及安装环境和空间位置情况，确定同相位密排阵列式超声波发射单元的发射频率、超声波强度和指向性，然后确定同相位密排阵列式超声波发射单元换能器的数量，对于选入同一发射单元的所有换能器，必须保证其相位一致。再由换能器的数量和安装要求确定同相位密排阵列式超声波发射单元的形状和大小。根据所选换能器的几何尺寸和数量，设计印刷线路板，印刷线路板不但能固定换能器，而且能通过印刷线路把所有的换能器以并联方式联接起来，或把组成密排阵列超声波换能器分成几组，每组换能器并联后，各组之间再以串联方式联接起来。并设计输入信号联接点，以保证输入信号传递到每个换能器。然后把所有的换能器以密排阵列形式安插在印刷线路板上，再把所有换能器的正负极和印刷线路的正负极通过焊盘焊接。最后对同相位密排阵列式超声波发射单元整体进行喷涂或镀膜处理。固定同相位密排阵列式超声波发射单元，输入经过功率放大器放大的确定频率的超声波信号，同相位密排阵列式超声波发射单元工作，发出高强度高指向性的超声波。该超声波可用于声波定向传播，或用于超声波悬浮、测距、遥控、成像、乳化、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等领域。具体来说，本技术提供的同相位密排阵列式超声波发射单元，由同相位密排超声波换能器阵列1和印刷线路板2组成，参见图1。其中，同相位密排超声波换能器阵列1由单个无壳超声波换能器（参见图2）以密排方式组成，同相位是指组成密排阵列式超声波发射单元的所有换能器的相位相同，换能器数量可为7个以上，多至数万个（如7-10万个），组成阵列的平面形状可以是六边形、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同相位密排阵列式超声波发射单元，其特征在于由同相位密排超声波换能器阵列和印刷线路板组成；其中：根据超声波发射频率、强度和指向性的需要，设计不同物理性能和几何尺寸的超声波换能器，然后由同相位的换能器以密排方式组成超声波换能器阵列，各换能器分别插到与密排阵列相配套的印刷线路板上；印刷线路板反面的焊盘把换能器焊接在印刷线路板上，印刷线路把密排阵列超声波换能器以并联方式，或把组成密排阵列超声波换能器分成几组，每组换能器并联后，各组之间再以串联方式联接起来；通过导线把经过功率放大的超声波信号输入到同相位密排阵列式超声波发射单元，使其发出高强度高指向性的超声波。

【技术特征摘要】
1.一种同相位密排阵列式超声波发射单元，其特征在于由同相位密排超声波换能器阵列和印刷线路板组成；其中：根据超声波发射频率、强度和指向性的需要，设计不同物理性能和几何尺寸的超声波换能器，然后由同相位的换能器以密排方式组成超声波换能器阵列，各换能器分别插到与密排阵列相配套的印刷线路板上；印刷线路板反面的焊盘把换能器焊接在印刷线路板上，印刷线路把密排阵列超声波换能器以并联方式，或把组成密排阵列超声波换能器分成几组，每组换能器并联后，各组之间再以串联方式联接起来；通过导线把经过功率放大的超声波信号输入到同相位密排阵列式超声波发射单元，使其发出高强度高指向性的超声波。2.根据权利要求1所述的同相位密排阵列式超声波发射单元，其特征在于，所述的同相位密排超声波换能器阵列由单个无壳超声波换能器以密排方式组成，同相位是指组成密排阵列式超声波发射单元的所有换能器的相位相同，换能器数量为7个以上，组成阵列的平面形状是六边形、正方形、矩形、椭圆形或三角形，或上述几种形状的组合。3.根据权利要求1或2所述的同相位密排阵列式超声波发射单元，其特征在于，用于组成密排阵列的单个无壳超声波换能器由喇叭形谐振片、镀锌金属圆板、圆形压电陶瓷片、联接导线、圆柱形插针和圆形基座组成；其中：喇叭形谐振片用固化胶粘接在镀锌金属圆板的一侧，镀锌金属圆板的另一侧与压电陶瓷片的负极粘结在一起，喇叭形谐振片、镀锌金属圆板、压电陶瓷片结合后组成超声波换能器的振动体，振动体的正负极和圆形压电陶瓷片的正负极相同，其正负极通过联接导线分别和两个圆柱形插针联接，并在圆形基座下面的两根圆柱形插针附近标出对应的正负极。4.根据权利要求3所述的同相位密排阵列式超声波发射单元，其特征在于，根据压电陶瓷片的谐振频率、几何尺寸，以及喇叭形谐振片、镀锌金属圆板的几何尺寸，确定超声波换能器的发射频率；当喇叭形谐振片口径为6mm到...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建敏，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：上海;31