一种新型超声换能器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种新型超声换能器，包括背衬层、压电层、导热声放大层和匹配层，背衬层与压电层连接，压电层与匹配层连接，背衬层与压电层之间设有导热声放大层，导热声放大层具有高声阻抗及高的导热系数。采用上述技术方案制成了新型超声换能器。通过在压电层与背衬层之间加入的导热声放大层，使压电层以四分之一厚度振动，由于压电层变薄，超声换能器芯部的阻抗值可以降低，改善换能器与超声检测系统的匹配。导热声放大层具有的高声阻抗及高导热系数能够使超声波被放射并重新利用，扩大了功率效率带宽，降低了噪音，并且有效地分散由信号产生过程中产生的热量，以帮助优化能量使用，增强超声换能器的穿透能力和诊断超声系统的诊断能力。的诊断能力。的诊断能力。

【技术实现步骤摘要】
一种新型超声换能器


[0001]本技术涉及换能器领域，特别涉及一种新型超声换能器。

技术介绍

[0002]超声换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的信号转换成机械信号(超声波)在传递出去，且自身损耗的功率很小。通常超声换能器包含压电层，背衬吸声层，阻抗匹配层和声透镜四个部分。
[0003]压电层是核心部分，实现电能与机械能的相互转换，并且两端镀有金属电极，通过导线连出。背衬吸声层能够吸收背向辐射的声能，减少背向辐射信号对系统的干扰，提高发射脉冲的质量。阻抗匹配层主要用来保护压电元件，减少磨损，并进行阻抗匹配，减小反射，使更多的超声能量进入被测介质。
[0004]目前市场上的超声换能器的基本结构就是二分之一波长厚度的压电层(压电单晶，压电陶瓷，压电复合材料)，加上单层或者多层的匹配层以及背衬层。
[0005]传统的超声换能器存在两个问题：
[0006]许多医疗超声换能器采用多背衬层来实现阻抗匹配以及支撑作用，然而，这种结构对换能器的声学操性能带来不利的影响使灵敏度降低，同时制作过程受到很多限制。
[0007]超声换能器利用压电层产生超声能量，通过声匹配层传递给人体，在这一工作过程中会超声热量影响超声换能器的使用性能。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本技术提供一种新型超声换能器。
[0009]本技术中的一种新型超声换能器，包括背衬层、压电层、导热声放大层和匹配层，所述背衬层与压电层连接，所述压电层与匹配层连接，所述背衬层与压电层之间设有导热声放大层，所述导热声放大层具有高声阻抗及高的导热系数。
[0010]上述方案中，所述导热声放大层具有硬度。
[0011]上述方案中，所述导热声放大层的厚度为四分之一波长。
[0012]上述方案中，所述导热声放大层的声阻抗值大于15MRayl，导热系数大于2W/(m*K)。
[0013]上述方案中，所述导热声放大层由多层叠加而成。
[0014]上述方案中，所述压电层由多层叠加而成。
[0015]上述方案中，所述匹配层由多层叠加而成。
[0016]本技术的优点和有益效果在于：本技术提供一种新型超声换能器。通过在压电层与背衬层之间加入的导热声放大层，使压电层以四分之一厚度振动，由于压电层变薄，超声换能器芯部的阻抗值可以降低，改善换能器与超声检测系统的匹配。导热声放大层具有的高声阻抗及高导热系数能够使超声波被放射并重新利用，扩大了功率效率带宽，降低了噪音，并且有效地分散由信号产生过程中产生的热量，以帮助优化能量使用，增强超
声换能器的穿透能力和诊断超声系统的诊断能力。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本技术的结构示意图。
[0019]图中：1、背衬层 2、压电层 3、导热声放大层 4、匹配层
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0021]如图1所示，本技术是一种新型超声换能器，包括背衬层1、压电层2、导热声放大层3和匹配层4，背衬层1与压电层2连接，压电层2与匹配层4连接，背衬层1与压电层2之间设有导热声放大层3，导热声放大层3具有高声阻抗及高的导热系数。
[0022]导热声放大层具有硬度，导热声放大层的厚度为四分之一波长。导热声放大层的声阻抗值大于15MRayl，导热系数大于2W/(m*K)，可以是金属，陶瓷或者其他复合材料。其中复合材料中的填料可以选择具有高导热系数的碳材料(石墨烯，碳纤维，炭黑等)及陶瓷填料(Al2O3，AlN等)以及金属粉末。
[0023]导热声放大层可以是一层或者多层叠加而成，厚度由换能器设计的声学要求决定。导热声放大层的厚度越厚，声波在其中的吸收和衰减越大，厚度越薄，声波在其中的吸收和衰减越小，引起的内部反射越大。
[0024]压电层可以是一层或多层叠加而成；压电层压电材料的选择可以是压电陶瓷，压电单晶，压电复合材料或压电聚合物。匹配层可以是一层或由多层叠加而成，匹配层的厚度由换能器的声学要求决定。背衬层可以是一层或者多层叠加而成，背衬层的阻抗值及厚度由换能器设计的声学要求决定。
[0025]当超声换能器加入导热声放大层后，由于导热声放大层的阻抗值远大于压电层并且导热声放大层具有一定的强度，使得靠近背衬一侧的压电层受到的阻尼作用增大，形成一端自由，一端夹紧的状态，边界条件改变。为了保证频率不变，压电层应以四分之一波长的厚度振动。因此，压电层的电容增加一倍，阻抗值减小，有利于超声换能器与超声检测系统匹配。
[0026]导热声放大层的高阻抗值能够减少压电层背部超声能量的传播，并且能够使超声波反射并重新利用，提高超声换能器的灵敏度，由于导热声放大层抑制了压电层背部超声能量的传播，可以减小背衬层的声衰值，简化背衬层的设计与制作。同时压电层的谐振也能够更快的停止，超声换能器的脉冲响应变短，带宽变宽。
[0027]导热声放大层具有较高的导热系数，能够将超声换能器在工作中产生的热量及时的传递出去，使超声换能器在一个相对较低的温度环境中工作，从而提高超声换能器的穿
透能力及诊断能力。
[0028]综上，本技术在超声换能器的压电层与背衬层之间加入一导热声放大层，使压电层以四分之一波长厚度振动，同时由于导热声放大层的高阻抗及高导热系数，提高了超声换能器的灵敏度及带宽，穿透及诊断能力并且更容易与超声检测系统匹配。
[0029]以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型超声换能器，其特征在于，包括背衬层、压电层、导热声放大层和匹配层，所述背衬层与压电层连接，所述压电层与匹配层连接，所述背衬层与压电层之间设有导热声放大层，所述导热声放大层具有高声阻抗及高的导热系数，所述导热声放大层的声阻抗值大于15MRayl，导热系数大于2W/(m*K)。2.根据权利要求1所述的一种新型超声换能器，其特征在于，所述导热声放大层具有硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小娜，李婧璇，
申请(专利权)人：上海艾因蒂克实业有限公司，
类型：新型
国别省市：