[发明专利]一种超声波探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波探头。

背景技术

超声成像设备已经得到广泛应用，其传统上包含进行超声信号与电信号转换的超声探头、信号处理单元、图像显示单元等。超声探头在获得高分辨率的图像方面具有重要的作用。一般认为超声探头的中心频率越高，超声图像的分辨率越高。目前常用的超声成像设备所使用的压电超声换能器的中心频率大部分在20MHz以下。

为了获得更高超声成像的分辨率，采用频率在20～200MHz范围的高频率压电超声换能器是一个有效的解决途径。但目前所有压电超声换能器中的压电元件都工作于采用厚度场激励的厚度伸缩振动模式，如图1所示。厚度场激励模式的压电元件中，需要在压电元件的两个平面制作上电极，以形成垂直于晶体基板的激励电场，从而激励出厚度伸缩振动声波。但是，随着超声换能器频率的增加，换能器基板的厚度越来越小，而电极的厚度受到加工工艺的限制减小空间有限，因此换能器基板的厚度与电极厚度相差越来越小。此时，电极层对压电超声换能器的谐振特性会产生较大的影响。而且对于高频超声换能器，随着超声换能器中心频率的增加，声波波长越来越小，电极层厚度与声波波长相差也越来越小，此时，处于压电元件与被检测对象之间的电极层会对超声信号造成一定的干扰和衰减。

发明内容

本发明提供一种基于横向场激励的超声波探头，该装置能够消除电极层对超声信号传输的干扰和衰减。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超声波探头，包括：压电元件，以及，形成于所述压电元件同一侧面的第一电极和第二电极，用于在所述压电元件内产生横向电场以激发出厚度伸缩振动模式的声波，所述的第一电极和第二电极产生的横向电场的方向是沿压电元件的特定晶体切向的，

还包括背衬，与所述压电元件排列有第一电极和第二电极的一侧相连接，

还包括：声透镜，以及，分别与所述声透镜和所述压电元件连接的匹配层。

通过研究和实验证实，采用横向场激励结构制作的压电元件，也可以激励出厚度伸缩振动的声波。采用上述技术方案，可以将所有的电极的都一起放在超声探头后端，这样在超声波的发射和接收路径上就不存在电极层，因此能够消除电极层对超声换能器传输信号的干扰和衰减。经过理论分析比较，当厚度场激励超声换能器和横向场激励超声换能器所用压电元件的机电耦合系数、声阻抗相同，且采用相同的机械结构时，横向场激励的超声换能器在理论上具有更高的灵敏度。此外，由于上述技术方案中，仅需要在压电元件同一侧面制作电极，更能节省制作电极的材料和工艺，降低成本。

其中，所述压电元件可以采用任意一种具有压电效应的压电材料。进一步而言，所述压电元件选择采用铌酸锂、钽酸锂、石英、硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、铌镁酸铅-钛酸铅(1-x)Pb(Mg(1/3)Nb(2/3))O3-xPbTiO3(简称PMN-PT)，或者，铌锌酸铅-钛酸铅Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(简称PZN-PT)。

其中，压电元件的形状可以是长方体，也可以是圆柱体。压电元件表面的电极，可以是两个相互平行设置的电极，且电极间距任意。电极还可以是其它任何形状、任何间距，只要能够在压电元件内产生横向电场。

上述技术方案中所称的“同一侧面”，如果该压电元件为立方体，是指不同的电极尽量排列在压电元件的同一侧，该侧并不特指所述压电元件的任何一面；如果该压电元件为圆柱体，是指不同的电极尽量排列在该圆柱体的一特定的母线上或者尽量靠近，而并不是指几何学上所称圆柱体的“侧面”。

进一步而言，所述压电元件采用X切铌酸锂晶体。

进一步采用上述技术措施的时候，经过多次试验证明，两个电极所形成的横向电场方向与X切铌酸锂晶体的X轴成7.5°时性能最好，但不排除其它角度也可以用。

进一步而言，其中，所述第一电极和第二电极可以由任意能够导电的材料制作而成。所述第一电极和第二电极选择采用金、银、铜、铝、铂，或者，钯。

其中，所述第一电极和第二电极可以是任意形状，只要能够在压电元件内产生横向电场，激励出厚度伸缩振动模式的声波。

进一步而言，所述第一电极和第二电极采用金相互平行的形成于所述压电元件同一表面，其厚度为50至300纳米；所述第一电极和第二电极分别通过一层铬附着在压电元件同一表面。

进一步而言，所述第一电极和第二电极之间的间距在0.1毫米以上。

进一步而言，所述的超声波探头，还包括：与所述压电元件连接有第一电极和第二电极一侧相连接的背衬。