本发明专利技术涉及一种微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器及制备方法，包含柔性基底和多个传感器单元，每个传感器单元包括PZT压电陶瓷敏感阵元、顶部电极、柔性底部电极、匹配层、背衬层和传感器单元封装外壳；PZT压电陶瓷敏感阵元上铺设有顶部电极，顶部电极上方设置有匹配层，匹配层用于声阻抗的匹配；柔性底部电极下方设置有背衬层；背衬层用于吸收PZT压电陶瓷敏感阵元背向的声能，减少声场的干扰；传感器单元封装外壳用于将组成传感器的各部件封装在一起，构成一个独立的传感器单元。本发明专利技术中的超声传感器整体结构柔性，可与人体皮肤表面良好贴合，特制封装外壳使各传感器单元位置可调。可调。可调。
【技术实现步骤摘要】
微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器及制备方法
[0001]本专利技术涉及超声传感器领域，尤其涉及一种微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器及制备方法，主要用于人体骨骼的超声波透射检测与评价领域。
技术介绍
[0002]超声波检测是医学检测当中一种重要的检测手段，因超声检测具有无损、无电离辐射等特点，因此被广泛应用于医学检测领域。在医学超声检测中，传统结构的超声传感器逐渐无法满足日益复杂的检测需求。近年来，随着穿戴式电子设备、超声阵列传感器、微机械加工技术的快速发展，使得医用超声传感器向着微型化、阵列化、柔性化的方向发展，在适应人体皮肤柔软特性的同时，大大缩小了传感器体积、提升了超声阵列传感器的集成度，可以应对更加复杂的检测场景，获取更加丰富的人体信息，微机械加工技术的发展也使得传感器电极形式更加多样化，柔性可拉伸电极，可植入式电极日益增多。
[0003]目前，应用于人体骨骼透射检测的超声传感器仍基本采用收发分离式的双探头，由于采用传统的传感器形式，所以在实际人体检测当中仍存在诸多缺陷，如传感器数量少导致获取信息量匮乏、检测仪器体积庞大、传感器的检测部位单一且难以进行位置微调、刚性结构与人体表面的贴合效果差从而易受空气影响造成测量误差增大、刚性结构不可拉伸限制了检测区域范围。
技术实现思路
[0004]为了现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器及制备方法。超声阵列传感器采用局部刚性，整体结构柔性的设计思路，与人体皮肤表面具有良好的贴合效果；在实现对人体骨骼透射检测的基础上，改进了传统检测仪器使用单传感器或双传感器在人体检测当中的检测范围局限性；本专利技术的超声阵列传感器采用PZT
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5H压电陶瓷作为传感器的敏感单元，并封装于特制的封装外壳当中，可以实现传感器单元的位置调节，可适用于更加复杂的检测场景，可从多角度对被测目标进行检测，其阵列形式可以获取更加丰富的被测目标信息。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器，包括柔性基底和多个传感器单元，每个传感器单元包括PZT压电陶瓷敏感阵元、顶部电极、底部电极、匹配层、背衬层和传感器单元封装外壳；
[0006]所述传感器单元地线通过底部电极连接在一起，形成共性地线；所述传感器单元之间通过蛇形电极结构进行电气连接，可提供周向拉伸冗余度，蛇形电极结构可从传感器单元封装外壳的底部电极引出槽引出，从而连接各个传感器单元；
[0007]所述PZT压电陶瓷敏感阵元采用PZT
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5H材料，上下表面镀有银质表层电极，用于超声波的产生和接收，为超声阵列传感器的敏感单元；所述PZT压电陶瓷敏感阵元上表面铺设有方形镂空形式的顶部电极，顶部电极采用导电铜箔，用于传感器单元信号线的引出，顶部电极上方设置有匹配层，所述匹配层用于声阻抗的匹配；
[0008]所述柔性基底用于安置传感器单元，并可根据被测对象形状变化而变化，以增强传感器与皮肤的贴合程度；
[0009]所述柔性底部电极采用导电铜箔，用于传感器单元地线的引出；柔性底部电极下方设置有背衬层；所述背衬层用于吸收PZT压电陶瓷敏感阵元背向的声能，减少声场的干扰；
[0010]所述传感器单元封装外壳设置有柔性基底的插槽、底部电极引出槽、顶部电极引出槽，用于将组成传感器的各部件封装在一起，构成一个独立的传感器单元。
[0011]进一步地，上述传感器单元结构和性能参数相同，均可工作于收发模式，每个传感器单元均可作为发射超声波的发射单元，或接收透射超声波的接收单元。
[0012]进一步地，上述传感器单元信号线均为独立的信号线，以保证发射和接收的独立性。
[0013]进一步地，上述传感器单元安装于柔性基底插槽上，柔性基底中心采用矩形镂空设计，可增强透入人体声场强度，镂空矩形的长边可与传感器单元封装外壳进行键合，可嵌入柔性基底，实现传感器单元的位置可调。
[0014]进一步地，上述底部电极各方形电极单元与蛇形电极结构之间采用梯形电极过渡结构，从而增强柔性底部电极的拉伸能力，有效防止电极断裂；
[0015]进一步地，上述PZT压电陶瓷敏感阵元与柔性底部电极的方形电极单元之间采用导电银浆进行粘合固定；
[0016]进一步地，上述顶部电极与PZT压电陶瓷敏感阵元之间采用导电银胶进行粘合固定；
[0017]本专利技术还提供一种微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器制备方法，包含如下步骤：
[0018]S1：对传感器单元封装外壳进行3D建模并应用3D打印技术进行加工制作；
[0019]S2：固定传感器单元封装外壳在工作台平面上，将调配好的背衬混合材料均匀浇筑在传感器单元封装外壳中；
[0020]S3：将柔性底部电极铺设在背衬材料上，并将蛇形电极结构从封装外壳侧面设置的“底部电极引出槽”引出；
[0021]S4：在柔性底部电极的方形电极单元上均匀施加向下应力，使底部电极与背衬材料粘接在一起，排出其间空气，并保持电极表面平整；
[0022]S5：等待背衬材料固化后，在柔性底部电极的方形电极单元上方均匀旋涂导电银浆，并将PZT压电陶瓷敏感阵元平稳放置在导电银浆上，在PZT压电陶瓷敏感阵元上均匀施加一向下应力，等待导电银浆固化，使PZT压电陶瓷敏感阵元下表面与柔性底部电极的方形电极单元粘接在一起；
[0023]S6：在PZT压电陶瓷敏感阵元上表面均匀旋涂导电银浆，铺设顶部电极，在顶部电极上施加一均匀向下的应力，使PZT压电陶瓷敏感阵元上表面与顶部电极粘接在一起，排出其间空气并保持顶部电极平整；
[0024]S7：等待导电银浆固化后，将调配好的匹配层混合材料均匀浇注在顶部电极上，匹配层可根据实际情况设置单层或多层，等待匹配层固化后，去除多余的匹配层材料并保证匹配层表面平整度。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术提供的局部刚性，整体结构柔性的超声阵列传感器，相对于目前应用于人体骨骼透射检测的传统传感器形式来说，提升了传感器整体结构的灵活性，与人体皮肤表面具有良好的贴合效果，有效减少了空气对实际检测的干扰。
[0027](2)本专利技术提供的特制传感器单元封装外壳，可与柔性基底进行键合，并实现传感器单元的位置调节，可从多方位，多角度对被测对象进行检测；传感器单元封装外壳的电极引出槽可引出电极并连接多个传感器单元构成阵列结构。
[0028](3)本专利技术提供的底部电极结构可提升传感器单元间的拉伸能力，从而覆盖更大的检测表面，扩大检测范围。
[0029](4)本专利技术提供的匹配层可有效实现压电陶瓷敏感阵元与被测人体部位之间的声阻抗匹配，背衬层可以有效吸收压电陶瓷背向的声能，减少声场的干扰。
附图说明
[0030]图1为本专利技术微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器整体结构示意图；
[0031]图2为本专利技术超声阵列传感器部件结构示意图；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器，其特征在于，包括柔性基底和多个传感器单元，每个传感器单元包括PZT压电陶瓷敏感阵元、顶部电极、柔性底部电极、匹配层、背衬层和传感器单元封装外壳；所述传感器单元地线通过柔性底部电极连接在一起，形成共性地线；所述传感器单元之间通过蛇形电极结构进行电气连接，可提供周向拉伸冗余度，蛇形电极结构可从传感器单元封装外壳的底部电极引出槽引出，从而连接各个传感器单元；所述PZT压电陶瓷敏感阵元采用PZT
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5H材料，上下表面镀有银质表层电极，用于超声波的产生和接收，为超声阵列传感器的敏感单元；所述PZT压电陶瓷敏感阵元上表面铺设有方形镂空形式的顶部电极，顶部电极采用导电铜箔，用于传感器单元信号线的引出，顶部电极上方设置有匹配层，所述匹配层用于声阻抗的匹配；所述柔性基底用于安置传感器单元，并可根据被测对象形状变化而变化，以增强传感器与皮肤的贴合程度；所述柔性底部电极采用导电铜箔，用于传感器单元地线的引出；柔性底部电极下方设置有背衬层；所述背衬层用于吸收PZT压电陶瓷敏感阵元背向的声能，减少声场的干扰；所述传感器单元封装外壳设置有柔性基底的插槽、底部电极引出槽、顶部电极引出槽，用于将组成传感器的各部件封装在一起，构成一个独立的传感器单元。2.如权利要求1所述的微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器，其特征在于，所述传感器单元结构和性能参数相同，均可工作于收发模式，每个传感器单元均可作为发射超声波的发射单元，或接收透射超声波的接收单元。3.如权利要求1所述的微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器，其特征在于，所述传感器单元信号线均为独立的信号线，以保证发射和接收的独立性。4.如权利要求1所述的微型人体骨骼透射式PZT超声阵列传感器，其特征在于，所述传感器单元安装于柔性基底插槽上，柔性基底中心采用矩形镂空设计，可增强透入人体声场强度，镂空矩形的长边可与传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋寿鹏，钮臣浩，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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