用于超声探头的压电块体和超声阵列探头及其制备方法技术

本发明专利技术适用于医疗器械技术领域，提供了一种用于超声探头的压电块体，包括阵列排布的多个压电阵元，压电阵元设有上表面和下表面，上表面和下表面均设有电极，上表面相对下表面倾斜使压电阵元的厚度均匀渐变，多个压电阵元按照相同的厚度变化趋势并列排布，使多个压电阵元的上表面形成斜面，使多个压电阵元的下表面形成底面。本发明专利技术的压电块体由多个厚度均匀渐变的压电阵元形成，使压电块体的厚度均匀渐变，压电阵元的厚度影响机电耦合系数，进而影响谐振频率及带宽，由于压电阵元的厚度逐渐变薄，因此引起谐振频率的渐变，使得带宽增大。且谐振频率处阻抗值会变小，更接近50欧姆的电学匹配电阻，有利于灵敏度的提高，提升了成像质量。

【技术实现步骤摘要】
用于超声探头的压电块体和超声阵列探头及其制备方法
本专利技术属于医疗器械
，特别涉及一种用于超声探头的压电块体和超声阵列探头及其制备方法。
技术介绍
压电阵元是压电超声探头的核心部件，其性能指标对超声探头的成像效果的影响是至关重要的。随着科学技术的发展，对阵列式超声探头的性能提出了更高的要求，特别是灵敏度和带宽的要求。目前，用于制备阵列式超声探头的压电阵元以长条状较为常见，这种阵列式探头尺寸较小，以相控阵为例，单个压电阵元的宽度小于半波长，阵元的电容比较小，使得阵列式超声探头灵敏度不高。另外，传统阵列探头的带宽依然不高，成像质量有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于超声探头的压电阵元，旨在解决传统阵列超声探头灵敏度低、带宽不高的技术问题。本专利技术是这样实现的，一种用于超声探头的压电块体，包括阵列排布的多个压电阵元，所述压电阵元设有上表面和下表面，所述上表面和下表面均设有电极，所述上表面相对下表面倾斜使所述压电阵元的厚度均匀渐变，多个所述压电阵元按照相同的厚度变化趋势并列排布，使多个压电阵元的上表面形成斜面，使多个所述压电阵元的下表面形成底面。进一步地，相邻的所述压电阵元通过去耦聚合物材料连接。进一步地，所述压电阵元的最小厚度为最大厚度的1/10～9/10。进一步地，所述压电阵元的最大厚度大于或等于所述压电阵元的宽度的2倍。进一步地，所述多个压电阵元等间距排布，所述压电阵元的间距小于或等于所述压电阵元的宽度的1/4。本专利技术的另一目的在于提供一种超声阵列探头，包括背衬层、匹配层以及设置于所述背衬层和匹配层之间的压电块体，所述压电块体采用上述的压电块体。进一步地，所述压电块体的数量为一个。进一步地，所述压电块体的数量为两个，两个所述压电块体的厚度最小端对接，两个所述压电块体的上表面的电极导通，两个所述压电块体的下表面的电极导通。本专利技术的另一目的在于提供一种压电块体的制造方法，包括下述步骤：取压电块料，并将所述压电块料沿厚度方向极化；将所述压电块料的上表面进行打磨，使其相对块料的下表面倾斜，使所述压电块料的厚度均匀变化；在所述上表面和下表面设置电极；沿所述的压电块料的厚度变化方向开槽，获得多个压电阵元；采用流动性的绝缘聚合物材料将槽填充，获得压电块体。本专利技术的另一目的在于提供一种超声阵列探头的制造方法，包括下述步骤：取压电块料，并将所述压电块料沿厚度方向极化；将所述压电块料的上表面进行打磨，使其相对块料的下表面倾斜，使所述压电块料的厚度均匀变化；在所述上表面和下表面设置电极；沿所述的压电块料的厚度变化方向开槽，获得多个压电阵元；采用流动性的绝缘聚合物材料将槽填充，获得压电块体；在所述压电块体的下表面贴背衬层，在所述压电块体的上表面贴匹配层，形成超声阵列探头，一个所述超声阵列探头包括一个或两个所述压电块体，两个所述压电块体的最薄端对接，在两个所述压电块体中，相对的两个压电阵元的上表面的电极连接，相对的两个压电阵元的下表面的电极连接，形成一个新的压电阵元；将同轴线缆的芯线和地线分别接每个压电阵元的上表面的电极和下表面的电极，用于超声信号的发射与接收。本专利技术实施例提供的压电块体由多个厚度均匀渐变的压电阵元形成，使整个压电块体的厚度均匀渐变，压电阵元的厚度影响着机电耦合系数，进而影响着谐振频率及带宽，由于压电阵元的厚度自一端向另一端逐渐变薄，进而厚度不同处谐振频率不同，因此厚度的渐变引起谐振频率的渐变，使得带宽增大。另一方面，相比于传统厚度不变的探头，其厚度逐渐变薄，谐振频率处阻抗值会变小，更接近50欧姆的电学匹配电阻，有利于灵敏度的提高。高灵敏度及较大带宽有效地提升了成像质量。附图说明图1是本专利技术实施例提供的压电块体的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的超声阵列探头的一种结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的超声阵列探头的另一种结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的压电阵元的谐振效果图；图5是传统的压电阵元的谐振效果图；图6是本专利技术实施例提供的压电块体的制造方法流程图；图7是本专利技术实施例提供的超声阵列探头的制造方法流程图。图中标记的含义为：1-压电块体，2-背衬层，3-匹配层，11-压电阵元，111-上表面，112-下表面，114-聚合物，fa-反谐振频率，fr-谐振频率。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。为了说明本专利技术所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。请查阅图1，本专利技术实施例提供一种用于超声探头的压电块体1，该压电块体1包括阵列排布的多个条状的压电阵元11，压电阵元11设有上表面111和下表面112，当然在上表面111和下表面112之间的部分还设有侧面113，整个压电阵元11的俯视结构是一矩形，压电阵元11的上表面111和下表面112均设有电极，用于连接超声设备的电路，该上表面111相对下表面112倾斜使压电阵元11的厚度均匀渐变，也即上表面111和下表面112是不平行的，垂直于压电阵元11的厚度变化方向的侧视形状是左右边平行、上下边非平行且左右边和下边垂直的形状，多个具有斜坡的压电阵元11按照相同的厚度变化趋势并列排布，使多个压电阵元11的上表面111形成压电阵元11斜面，使多个压电阵元11的下表面112形成压电块体1底面。本专利技术实施例提供的压电块体1由多个厚度均匀渐变的压电阵元11形成，使整个压电块体1的厚度均匀渐变，压电阵元11的厚度影响着谐振频率，进而影响着机电耦合系数及带宽，由于压电阵元11的厚度自一端向另一端逐渐变薄，进而厚度不同处谐振频率不同，因此厚度的渐变引起谐振频率的渐变，使得机电耦合系数增大。另一方面，相比于传统厚度不变的探头，其厚度逐渐变薄，谐振频率处阻抗值会变小，更接近50欧姆的电学匹配电阻，有利于灵敏度的提高。高灵敏度及较大带宽有效地提升了成像质量。参考图4和图5，图4中示出了本专利技术实施例的压电阵元11的实验数据，图5中示出了传统厚度不变的压电阵元的实验数据，图4、5中分别示出了阻抗频谱和相角频谱，其中，阻抗频谱最低点为谐振频率，以fr标注，阻抗频谱最高点为反谐振频率，以fa标注。图4所示的反谐振频率fa明显大于图5所示的反谐振频率fa，而图4所示的谐振频率fr与图5所示的谐振频率fr相差较小，图4所示的谐振频率与反谐振频率之差fa-fr较大，图5所示的谐振频率与反谐振频率之差fa-fr较小。机电耦合系数k的平方为因此，图4所示的机电耦合系数较大，图5所示的机电耦合系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超声探头的压电块体，其特征在于，包括阵列排布的多个压电阵元，所述压电阵元设有上表面和下表面，所述上表面和下表面均设有电极，所述上表面相对下表面倾斜使所述压电阵元的厚度均匀渐变，多个所述压电阵元按照相同的厚度变化趋势并列排布，使多个压电阵元的上表面形成斜面，使多个所述压电阵元的下表面形成底面。

【技术特征摘要】
1.一种用于超声探头的压电块体，其特征在于，包括阵列排布的多个压电阵元，所述压电阵元设有上表面和下表面，所述上表面和下表面均设有电极，所述上表面相对下表面倾斜使所述压电阵元的厚度均匀渐变，多个所述压电阵元按照相同的厚度变化趋势并列排布，使多个压电阵元的上表面形成斜面，使多个所述压电阵元的下表面形成底面。2.如权利要求1所述的压电块体，其特征在于，相邻的所述压电阵元通过去耦聚合物材料连接。3.如权利要求1所述的压电块体，其特征在于，所述压电阵元的最小厚度为最大厚度的1/10～9/10。4.如权利要求3所述的压电块体，其特征在于，所述压电阵元的最大厚度大于或等于所述压电阵元的宽度的2倍。5.如权利要求1所述的压电块体，其特征在于，所述多个压电阵元等间距排布，所述压电阵元的间距小于或等于所述压电阵元的宽度的1/4。6.一种超声阵列探头，其特征在于，包括背衬层、匹配层以及设置于所述背衬层和匹配层之间的压电块体，所述压电块体采用权利要求1～5任一项所述的压电块体。7.如权利要求6所述的超声阵列探头，其特征在于，所述压电块体的数量为一个。8.如权利要求6所述的超声阵列探头，其特征在于，所述压电块体的数量为两个，两个所述压电块体的厚度最小端对接，两个所述压电块体的上表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕，黄智文，林国豪，戴吉岩，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44