[发明专利]一种压电元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电元件，尤其涉及的是一种应用于超声换能器和传感器的压电元件及其制造方法。 

背景技术

超声换能器和传感器通常利用压电效应的工作原理，能够实现超声波信号和电信号的互相转换，被广泛地应用于生物医学图像、诊断和治疗，工业无损检测(探伤)以及水下声纳等方面。 

压电超声换能器和传感器可以采用的形式包括单体或者阵列，结构形式可以采用单层或者多层，多层结构的电路形式可以采用各层互相并联，并联形式如图1所示。传统压电晶体超声换能器和传感器，其超声波输出和响应通常只在基频(即共振频率)和奇次谐波频率或附近分别有共振峰值和谐振峰值，波形图示意图参见图2，从而限制了其超声波波输出和响应频率带宽。 

因此，现有技术还有待于改进和发展。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种压电元件及其制造方法，该压电元件能够拓宽超声波输出和响应的频率带宽。 

本发明的技术方案如下：一种应用于超声换能器和传感器的压电元件，包括多个并联的压电片，该多个压电片按照相反的极化方向固定为一体，其中至少包括第一压电片和第二压电片，所述第一压 电片及第二压电片厚度的设置，使振动波信号从所述第一压电片一端面沿其极化方向传播到另一端面的时间与从所述第二压电片一端面沿其极化方向传递到另一端面的时间不相等，用于拓宽超声波输出和响应的频率带宽。 

所述的压电元件，其中，所述多个压电片按照相反的极化方向固定为一体。 

所述的压电元件，其中，所述第一压电片的材料与所述第二压电片的材料相同，并且所述第一压电片沿其极化方向的厚度与所述第二压电片沿其极化方向的厚度不相等。 

所述的压电元件，其中，所述压电片的为压电陶瓷材料压电片。 

所述的压电元件，其中，所述压电片的为压电单晶材料压电片。 

一种压电元件的制造方法，包括以下步骤：S1、制备多个压电片，该多个压电片中至少包括第一压电片和第二压电片，所述第一压电片中沿其极化方向传递振动波信号的时间与所述第二压电片中沿其极化方向传递所述振动波信号的时间不等，用于拓宽超声波输出和响应的频率带宽；S2、将所述多个压电片并联；所述步骤S2包括： 

S21、在每个压电片与其极化方向垂直的端面上制备粘接面电极、并延伸至压电片的侧面； 

S22、按相反的极化方向将多个压电片粘接固定； 

S23、连接多个压电片上相同极性的电极，形成压电元件的两个电极。 

所述的压电元件的制造方法，其中，当所述第一压电片的材料与所述第二压电片的材料相同时，所述第一压电片沿其极化方向的厚度与所述第二压电片沿其极化方向的厚度不相等。 

所述的压电元件的制造方法，其中，所述步骤S23采用：先在多个压电片相同极性的电极固定导线，然后在所述导线上形成导电膜。 

所述的压电元件，其中，所述步骤S23采用导电粘接剂连接多个压电片上相同极性的电极，形成压电元件的两个电极。 

本发明所提供的压电元件，由于采用了多个并联压电片，多个压电片中至少包括第一压电片和第二压电片，而且，第一压电片和第二压电片分别沿其极化方向传递同一振动波信号的时间是不同的。超声波输出和响应不仅能够在基频和奇次谐波频率或附近分别实现共振峰值和谐振峰值，还能够在偶次谐波频率或附近实现谐振峰值，从而拓宽了超声波输出和响应的频率带宽。另外，采用本发明中的制造方法制造所述的压电元件，制造工艺简单实用，进一步提高了超声换能器和传感器设计和制造的灵活性以及应用范围。 

附图说明

图1是现有技术中压电超声换能器或者传感器采用并联连接的示意图； 

图2是现有技术中压电超声换能器或者传感器超声波输出示意图； 

图3是本发明中压电单元为两层压电片的示意图； 

图4是本发明中压电单元为三层压电片的示意图； 

图5是本发明中压电单元采用并联连接的示意图； 

图6是本发明中压电单元的超声波输出示意图； 

图7是本发明中压电单元的制造方法中，第一压电片和第二压电片为同一种材料时的示意图； 

图8是本发明中压电单元的制造方法中，给压电片制备粘接面电极的示意图； 

图9是本发明中压电单元的制造方法中，粘接多个压电片极的示意图； 

图10是本发明中压电单元的制造方法中，给压电单元本体制备工作面电极的示意图。 

具体实施方式