[发明专利]包括发送器层和接收器层的超声换能器模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于发送和检测超声信号的超声换能器模块。

背景技术

超声换能器用在多种用途中，如医学、非破坏性测试等。

在许多这些用途中，需要发送和接收具有某种程度的位置精确度和信噪比的超声信号。还需要一种换能器，这种换能器在制造时简单、具有低材料成本并因此而具有成本效率。

US 4 448 075描述了一种超声扫描设备，这种超声扫描设备采用布置在一种换能器板的一个表面上的多个伸长的平行驱动线电极和布置在这种换能器板的相对表面上的多个平行接地线电极。这些驱动线电极和接地线电极交叉以有效地形成能够发射和接收超声波束的单个换能器元件的矩阵。必须通过在传送状态与接收状态之间切换这些驱动电极，在单独的操作中进行超声波束的发射和接收。

US 5 209 126描述了一种包括可变形介质的力传感器，这种可变形介质具有一种接触表面，可将一种力加到这种表面上，且这种力传感器使用一种超声信号的发射和接收来测量由所加的这种力所导致的这种可变形介质的厚度的变化。这种传感器包括信号发生器和信号接收器，并通常能够同时生成并接收超声信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声换能器模块，这种超声换能器模块紧凑、简单且易于制造，并用少量的接触点提供高分辨率。

通过专利权利要求的特征来实现本发明的这种目的。

根据本发明的超声换能器模块包括至少一个发送器层、至少一个接收器层和作为接地平面的装置，其中，发送器层和接收器层包括多个伸长的电极，这些电极平行布置在每个层中，发送器层和接收器层平行，且接收器层的电极与发送器层中的至少一个的电极成大于零的角度。

发送器层是这种换能器的信号发生层，这种信号发生层生成超声信号。这种发送器层包括多个伸长的发送器电极，这些发送器电极伸过这种换能器的大部分或全部长度。这些电极平行布置在每个层中，即这些电极的纵向方向平行。当词语“平行”用在本发明中时，意思是指这些项目完全或几乎平行。

在最简单的实施例中，这些电极呈矩形。不过，这些电极也可具有其它适当的形状，如随着变化的宽度伸长。这种实施例中的较宽截面/部分可呈如圆形、六角形、正方形或其它任何适当的形状。这些电极的不同几何形状的选择可导致来自发送器层的不同声音分布，且可根据特定用途选择这些电极的形状。通过选择这些变宽截面的适当形状和分离距离，就可在该层中实现这些电极的更紧密的封装和/或在这种换能器的这些有源元件之间出现较小的间隙。

在一个实施例中，将这些电极设计成一个单片，且每个单电极包括用于连接到信号发生装置的电连接装置。在其它实施例中，这些电极可包括多个电极部分，且每个部分具有其自身的电连接装置。

该发送器层还包括一种压电材料。这种材料在暴露给一种在外部施加的交流电压时产生声波。这种压电材料可以是任何适当的种类，如陶瓷材料、晶体、聚合物等。聚合物聚偏二氟乙稀(PVDF)是一种普遍用在换能器中的压电材料。

可通过如用光刻进行压印将这些发送器电极直接设在这种压电材料的表面上。在本发明的优选实施例中，将这些发送器层和/或接收器层中的至少一个的电极设在柔性电路上。然后通过如胶合将这种柔性电路连接到/粘合到这种压电材料。若使用粘合剂层，优选应将这种粘合剂层涂得非常薄(如以0.5至5微米的尺寸)，以将电场降低减到最小。还优选该层应均匀且并不包括任何气隙。

柔性电路的一种示例用Kapton膜制成。柔性电路的优点在于在这种板上容易地制造这些电极并良好地连接到这种板。出于印刷电路板的柔性的原因，制造之后的电极线断裂的风险就大大降低。可将柔性电路的这些电极的连接部分制成在这种板上集成，并可作为标准的连接器提供，这样就简化了组装并使这些连接点不太脆弱。还可将这些连接制成小尺寸。这就意味着在使用一种柔性电路时，可提供比在将这些电极直接压印到这种压电材料上时多的连接，并且允许在相同的区域上有如此大量的电极，即在这种换能器上有更高密度的电极。在这些电极包括多个电极截面的实施例中，可提供带有内连接器的柔性电路，这些内连接器用于将不朝向这种柔性板的边缘的电极截面连接到在这些边缘的连接装置。

一种柔性电路具有在电介质基膜的一个侧面上的蚀刻导体图案(通常是铜)。通常涂覆一种电介质覆层如焊料掩膜或盖层，以保护这些导体并限定元器件布置区域。