一种环形超声换能器制造技术

本实用新型专利技术涉及换能器技术领域，公开了一种环形超声换能器，所述换能器包括：依次设置的匹配层、压电层和背衬层，所述压电层包括同心环形电极和金属导电电极，所述同心环形电极设置在与所述匹配层相对的所述压电层的一面上，所述金属导电电极设置在与所述背衬层相对的所述压电层的另一面上。本实用新型专利技术采用声阻抗低的无铅陶瓷作为压电层，通过同心环形电极结构，简化了电极连接方式，避免了回波信号的干扰。干扰。干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种环形超声换能器


[0001]本技术涉及换能器
，特别是涉及一种环形超声换能器。

技术介绍

[0002]目前，超声换能器的应用十分广泛，在交通运输、医疗等多种行业都有所使用，超声换能器中用的较多的是单元式的超声换能器，但其存在着分辨率和帧频率较低的不足，因此可以采用阵列换能器。
[0003]相比单阵元换能器的成像帧频不高，而线性阵列换能器的阵元数量多并且制作工艺复杂的情况，环形阵列换能器的各个阵元呈对称分布，能用较少的阵元数量在中心轴线上产生高分辨率的聚焦声场。但是环形超声换能器中常用的压电陶瓷为锆钛酸铅，这种传统压电陶瓷的主要成分氧化铅是一种容易挥发的有毒物质，会对环境造成污染，严重时危害人体及其他生物的健康。并且，压电层上的阵元分离通常使用切割的方法形成阵元之间的缝隙，这种切割而成的缝隙上的毛刺会对回波信号造成干扰。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本技术提供了一种环形超声换能器，采用声阻抗低的无铅陶瓷作为压电层，通过同心环形电极结构，简化了电极连接方式，避免了回波信号的干扰，并且绿色环保。
[0005]本技术提供了一种环形超声换能器，包括：
[0006]依次设置的匹配层、压电层和背衬层，所述压电层包括同心环形电极和金属导电电极，所述同心环形电极设置在与所述匹配层相对的所述压电层的一面上，所述金属导电电极设置在与所述背衬层相对的所述压电层的另一面上。
[0007]进一步地，所述同心环形电极包括位于中心的圆形电极和以所述圆形电极为同心向外间隔排列的数个环形电极。
[0008]进一步地，所述环形电极均为开口环形，且沿所述圆形电极向外各个所述环形电极的开口交替左右排布。
[0009]进一步地，所述压电层还包括数个由KNNS压电陶瓷组成的陶瓷柱体，各个所述陶瓷柱体之间填充有环氧树脂。
[0010]进一步地，所述压电层与所述背衬层之间还设置有导线，所述导线通过金属银胶连接在所述金属导电电极上。
[0011]进一步地，所述背衬层上设置有通孔，所述导线穿过所述背衬层上的所述通孔延伸到外部。
[0012]本技术提供了一种环形超声换能器，该换能器使用KNNS压电陶瓷作为压电层主体，从而降低了传统压电陶瓷中氧化铅对环境的污染。本技术的环形电极结构，通过在压电层上溅射环形电极形成环形阵元，使用较少的阵元数量在中心轴线上产生高分辨率的聚焦声场，而且无需在环形阵元间直接进行切割，简化了环形阵列换能器的加工工艺，同
时避免了由于切割而成的缝隙上的毛刺对回波信号的干扰。
附图说明
[0013]图1是本技术实施例中环形超声换能器的结构示意图；
[0014]图2是本技术实施例中压电层中环形电极的结构示意图；
[0015]图3是本技术实施例中压电层中KNNS压电陶瓷与环氧树脂的结构示意图；
[0016]图4是本技术实施例中背衬层的结构示意图。
具体实施方式
[0017]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0018]请参阅图1，本技术实施例提出了一种环形超声换能器，包括：依次设置的匹配层1、压电层2和背衬层3，压电层2包括同心环形电极21和金属导电电极22，同心环形电极21设置在与匹配层1相对压电层2的一面上，金属导电电极22设置在与背衬层3相对的压电层2的另一面上。
[0019]本技术的同心环形电极21的具体结构如图2所示，同心环形电极21包括位于中心的圆形电极211和以圆形电极211为同心向外间隔排列的数个环形电极212，多个环形电极212按照其外径与圆形电极211圆心的距离顺序排列在圆形电极的外侧，任意两个电极之间相互不接触。并且多个环形电极212均为开口环形，且沿圆形电极211向外各个所述环形电极212的开口交替左右排布。也就是说，圆形电极211的两侧排列的环形电极212的开口数量是相同的，多个环形电极212的开口另一端以圆形电极211的一端为中心轴线共同向外延伸连接到外部。本实施例中的同心环形电极21是在压电层2表面覆盖掩膜版后通过磁控溅射仪溅射了80nm的金电极形成。
[0020]本技术的环形电极结构，没有使用传统的加工方式如在一片大块压电材料上通过激光切割或化学刻蚀的方式形成阵元之间的缝隙，然后填入去耦绝缘材料等方式，而是通过在压电层上覆盖掩膜版，通过磁控溅射仪在压电层表面溅射金电极形成环形电极，这种方式不仅简化了环形阵列换能器的加工工艺，并且克服了传统方式由于切割的缝隙上留有的毛刺会对回波信号产生干扰的问题。应当理解的是，这只是本实施例中环形电极的优选结构，而非只限制在这一种结构，可以根据实际情况灵活设置同心环形电极的结构和溅射方式。
[0021]如图3所示，压电层2还包括数个由KNNS压电陶瓷组成的陶瓷柱体24，各个陶瓷柱体24之间填充有环氧树脂23。KNNS压电陶瓷这种铌酸钾钠无铅压电复合材料为1
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3型复合压电材料，具有声阻抗低、灵敏度高、柔韧性好等优点，并且不含传统压电陶瓷中的氧化铅成本，具有良好的环境协调性。并且通过环氧树脂23的填充，使多个陶瓷柱体24构成压电阵元，这些压电阵元与同心环形电极构成了各个阵元呈对称分布的高分辨率的聚焦声场。多种方式都可以实现上述结构，在本实施例中使用了金刚石刀将KNNS压电陶瓷片切割成多个
尺寸为80um*80um*100um的陶瓷柱体，陶瓷柱体之间的间隔为50um，并用环氧树脂填充陶瓷柱体之间的空隙。
[0022]如图1所示，压电层2与背衬层3相对的一面还设置有金属导电电极22，其中金属导电电极22在本实施例中同样使用磁控溅射仪在压电层表面溅射一层80um的金电极形成，并且在压电层2与背衬层3之间还设置有导线5，导线5通过金属银胶连接在金属导电电极22上，从而使金属导电电极22和导线5共同组成接地电极。该结构不仅连接关系简单，制作工艺也非常简单。
[0023]由于压电层2的金属导电电极22上还连接有导线5，为了使导线5不影响压电层2与背衬层3的连接关系，如图4所示，在背衬层3的中间还设置了一个通孔4，从而使导线5可以通过通孔4延伸到外部，并且压电层与背衬层之间的空隙可以使用环氧树脂填充。在本实施例中使用了导电材料E
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solder3022作为背衬层，并且使用了绝缘材料环氧树脂作为匹配层。实际上，上述材料只是作为本实施例背衬层和匹配层的优选材料，其他具有良好导电性或绝缘性高、密封性能好的材料均可以应用于本技术中。
[0024]综上，本技术实施例提供的一种环形超声换能器，所述换能器使用KNNS压电陶瓷降低了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环形超声换能器，其特征在于，包括：依次设置的匹配层、压电层和背衬层，所述压电层包括同心环形电极和金属导电电极，所述同心环形电极设置在与所述匹配层相对的所述压电层的一面上，所述金属导电电极设置在与所述背衬层相对的所述压电层的另一面上，其中，所述同心环形电极包括位于中心的圆形电极和以所述圆形电极为同心向外间隔排列的数个环形电极；所述环形电极均为开口环形，且沿所述圆形电极向外各个所述环形电极的开口交替左右排布。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯晴青，安潇翔，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：新型
国别省市：