超声换能器及超声装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声换能器以及超声装置，其中，超声换能器包括压电层，所述压电层的尺寸使得所述压电层产生至少两种振型；其中，所述振型与所述超声换能器所产生的超声波的频率一一对应。本发明专利技术提供的超声换能器，通过对压电层尺寸的设计使得同一压电层在外加激励的情况下，能够激发压电层同时产生多种振型；同时，压电层的振型不同，将外加激励的电信号转换成超声波信号的频率也就不同。因此，通过压电层的尺寸设计，能够在不增加或减小原有超声换能器体积的情况下，使得超声换能器能够产生多种频率的超声波，进而提高超声换能器的使用范围。

Ultrasound Transducer and Ultrasound Device

The invention discloses an ultrasonic transducer and an ultrasonic device, in which the ultrasonic transducer comprises a piezoelectric layer whose size causes the piezoelectric layer to produce at least two modes of vibration, in which the mode of vibration corresponds to the frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic transducer. By designing the size of the piezoelectric layer, the ultrasonic transducer provided by the invention enables the same piezoelectric layer to excite the piezoelectric layer to generate multiple vibration modes simultaneously under the condition of external excitation, and at the same time, the frequency of converting the electrical signal of the external excitation into the ultrasonic signal is different because of the different vibration modes of the piezoelectric layer. Therefore, the size design of piezoelectric layer can make the ultrasonic transducer produce multi-frequency ultrasound without increasing or reducing the volume of the original ultrasonic transducer, and then improve the application range of the ultrasonic transducer.

【技术实现步骤摘要】
超声换能器及超声装置
本专利技术涉及超声换能器
，具体涉及超声换能器及超声装置。
技术介绍
超声探针是通过超声探头产生入射超声波(发射波)和接收发射超声波(回波)的，它是超声成像的重要部件。而超声探头的任务就是将电信号变换为超声波信号或相反地将超声波信号变换为电信号。探头可以发射和接收超声，进行电、声信号转换，能够将由主机送来的电信号转变为高频振荡的超声信号，又能将从组织脏器发射回来的超声信号转变为电信号而显示于主机的显示器上。超声探头的重要组成部分为超声换能器，其中，超声换能器在外加激励时，超声换能器内的压电层能产生弹性形变，从而产生超声波；相反情况下，当超声声波通过压电层时，又能引起它产生弹性形变，继而引起电压的变化，最后通过信号处理装置对相应电信号变化的处理来完成被探测物的图像探查。其中，超声探头产生的超声波的频率越高，成像的清晰度越高；超声波的频率越低，超声的探测深度越深。因此，现有技术中通过在超声探针中集成多个超声探头，每个超声探头产生超声波的频率不同，就能够同时满足成像精度与探测深度的需求。具体地，每个超声探头中超声换能器产生一种频率的超声波，例如，图1a)至图1c)所示，在同一超声探针中集成了两个超声探头，分别产生高频与低频的超声波。将两种频率的超声探头左右放置(图1a))，前后放置(图1b))，或背靠背放置(图1c))，实现类似的功能。然而，通过该技术方案实现的超声探针的体积大，在血管内对探针尺寸要求极高的情况下，使用范围减小，并不能满足。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种超声换能器及超声装置，以解决多个超声换能器的排列所导致的整体体积过大的问题。根据第一方面，本专利技术实施例提供了一种超声换能器，包括压电层，所述压电层的尺寸使得所述压电层产生至少两种振型；其中，所述振型与所述超声换能器所产生的超声波的频率一一对应。本专利技术提供的超声换能器，通过对压电层尺寸的设计使得同一压电层在外加激励的情况下，能够激发压电层同时产生多种振型；同时，压电层的振型不同，将外加激励的电信号转换成超声波信号的频率也就不同。因此，通过压电层的尺寸设计，能够在不增加或减小原有超声换能器体积的情况下，使得超声换能器能够产生多种频率的超声波，进而提高超声换能器的使用范围。结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述超声换能器产生两种频率，分别为第一频率和第二频率，其中，所述第一频率不小于所述第二频率。本专利技术中的超声换能器，在外界激励的作用下，同一压电层能够产生两种频率的超声波，这两种频率可以同时工作，也可以按照需求分开工作。具体地，第二频率较低，有助于超声穿透介质，增加扫描深度，用于指导及调整方向；第一频率较高，对近区域介质分辨率高，可用于判断狭小通道、周壁、区域是否完整、是否病变，可弥补第一频率超声波由于近场盲区不能准确探测的缺点。本专利技术提供的超声换能器，能够实现在单个超声换能器中结合低频超声和高频超声各自的优势，具有较大的应用空间。结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述压电层的厚度使得所述压电层沿厚度方向产生伸缩振动，并对应于所述第一频率。本专利技术中的超声换能器在外界激励的作用下，压电层厚度尺寸使得该压电层沿厚度方向产生伸缩振动，压电层的极化方向与厚度方向平行，电极面与厚度方向垂直；即，压电层中振子的振动方向和压电层所产生的超声波的传播方向均与厚度方向平行，且振子在厚度方向上的谐振频率与超声波的频率对应。本专利技术中压电层的厚度使得压电层产生的超声波为第一频率的横波，该第一频率的超声波可以在固体中传播。结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，采用如下公式表示所述厚度以及所述第一频率之间的关系：fc＝f1×D；其中，fc为所述沿厚度方向产生伸缩振动的频率常数；f1为所述第一频率；D为所述厚度。本专利技术中，压电层的厚度与压电层所产生的超声波的频率(第一频率)成反比，即第一频率越高对应的压电层的厚度越厚。因此，通过在制作工艺允许的范围内，将压电层的厚度做的越薄，对应的第一频率越高，能够提高超声换能器的成像精度；即，本专利技术中提供的超声换能器，压电层厚度尺寸越小，对应的超声波的频率越高，成像精度越高。结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述第一频率为5MHz至60MHZ；所述厚度为0.03mm至0.4mm。结合第一方面第一实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述压电层的长度与宽度的比值使得所述压电层沿所述长度和宽度方向同时产生伸缩振动，并对应于所述第二频率。本专利技术提供的超声换能器，压电层的长度与宽度比值使得压电层中的压电振子在外界激励作用下，产生沿长度和宽度方向的伸缩振动，极化方向与厚度方向平行，电极面与厚度方向垂直。具体地，压电层中振子的振动方向与厚度方向垂直，所产生的超声波的传播方向与厚度方向平行或垂直，且振子的谐振频率与超声波的频率对应。本专利技术中压电层的长度与宽度的比值使得压电层产生的超声波为第二频率的纵波，该第二频率的超声波可以在固体、液体和气体中传播。结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述长度与宽度的比值与所述第二频率成反比。本专利技术中，压电层的长度与宽度的比值与压电层所产生的超声波的频率(第二频率)成反比，即第二频率越低对应的压电层的长度与宽度的比值越高。因此，通过在制作工艺允许的范围内，将压电层做成细长条状，使得该超声换能器可以对狭长的血管之类人体组织进行成像，且对应的第二频率越低，超声波穿透的深度越深。结合第一方面第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述第二频率为0.1MHz至5MHz；所述长度为0.5mm至5mm；所述宽度为0.2mm至5mm；所述超声换能器还包括：沿所述压电层的厚度方向，层叠设置在所述压电层两侧的背衬层和第一匹配层。本专利技术提供的超声换能器，通过在压电层厚度方向设置第一匹配层，用于压电层中晶体辐射的超声波进入人体，实现对人体组织的检查；即，第一匹配层用于实现换能器在厚度方向发射的超声与人体之间声阻抗的匹配，使得压电层沿厚度方向发射的超声波能够顺利进入人体。结合第一方面第七实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述超声换能器还包括绕设在所述压电层外周表面上的第二匹配层。本专利技术提供的超声换能器，通过在压电层外周表面上绕设第二匹配层，使得压电层沿长度以及宽度方向发射的超声波能够顺利进入人体。根据第二方面，本专利技术提供了一种超声探针，包括本专利技术第一方面以及第一方面任意一项实施方式所述的超声换能器。本专利技术提供的超声探针，通过对压电层尺寸的设计使得同一压电层在外加激励的情况下，能够激发压电层同时产生多种振型；同时，压电层的振型不同，将外加激励的电信号转换成超声波信号的频率也就不同。因此，通过压电层的尺寸设计，能够在不增加或减小超声探针尺寸的前提下，产生多种频率的超声波，其中，频率越高，成像精度越高；频率越低，穿透深度越，从而使得本专利技术提供的超声探针具有较广的应用范围。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了现有技术中超声换能器的结构示意图；图2示出了本专利技术实施例中超声换能器的一个具体示意的结构示意图；图3示出了本专利技术实施例中超声换能器的导纳曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声换能器，包括压电层，其特征在于，所述压电层的尺寸使得所述压电层产生至少两种振型；其中，所述振型与所述超声换能器所产生的超声波的频率一一对应。

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器，包括压电层，其特征在于，所述压电层的尺寸使得所述压电层产生至少两种振型；其中，所述振型与所述超声换能器所产生的超声波的频率一一对应。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述超声换能器产生两种频率，分别为第一频率和第二频率，其中，所述第一频率不小于所述第二频率。3.根据权利要求2所述的超声换能器，其特征在于，所述压电层的厚度使得所述压电层沿厚度方向产生伸缩振动，并对应于所述第一频率。4.根据权利要求3所述的超声换能器，其特征在于，采用如下公式表示所述厚度以及所述第一频率之间的关系：fc＝f1×D；其中，fc为所述沿厚度方向产生伸缩振动的频率常数；f1为所述第一频率；D为所述厚度。5.根据权利要求4所述的超声换能器，其特征在于，所述第一频率为5MHz至60MHz...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵维维，崔崤峣，李培洋，李章剑，徐杰，江挺益，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32