[发明专利]用于超声波换能器的多层声阻抗变换器

权利要求书

1.一种超声波换能器，包括：

一个压电元件，所述压电元件具有一个特性声阻抗；

一个前声阻抗变换器，所述前声阻抗变换器与所述压电元件连接，所述前声阻抗变换器包括：

一个前聚合物层，所述前聚合物层与所述压电元件连接，厚度为t_p1；以及

一个前金属层，所述前金属层用于在所述前聚合物层和一具有特性声阻抗的传播介质之间传送声能，所述金属层与所述前聚合物层连接，厚度为t_m1；

其中，所述传播介质的特性声阻抗少于所述压电元件的特性声阻抗；以及

其中，所述前声阻抗变换器具有一位于所述压电元件和所述传播介质特性声阻抗之间的有效特性声阻抗Z_C。

2.如权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，在所述前金属层和所述前聚合物层的密度、所述有效特性声阻抗Z_C、所述超声波换能器的一预设中心谐振频率以及所述前聚合物层中的声速的基础上，所述厚度t_m1和t_p1被选定。

3.如权利要求2所述的超声波换能器，其特征在于，所述前聚合物层的厚度t_p1少于所述预设中心谐振频率的四分之一波长。

4.如权利要求2所述的超声波换能器，其特征在于，所述厚度t_m1和t_p1根据以下等式确定：

t_m1＝Z_C/(ρ_m2πf_o)；以及

t_p1＝V_p²ρ_p/(2πf_oZ_C)；

其中，Z_C为所述前声阻抗变换器的所述有效特性声阻抗，ρ_m为所述前金属层的密度，f_o为预设的中心谐振频率，V_p为所述前聚合物层中的声速，ρ_p为所述前聚合物层的密度。

5.如权利要求4所述的超声波换能器，其特征在于，所述厚度t_p1至少为由权利要求4中确定的值的十分之一，并少于所述预设中心谐振频率的四分之一波长匹配层厚度。

6.如权利要求2所述的超声波换能器，其特征在于，所述超声波换能器进一步包括一连接到所述压电元件的背衬吸收体，所述背衬吸收体具有一特性声阻抗。

7.如权利要求6所述的超声波换能器，其特征在于，所述超声波换能器进一步包括一后声阻抗变换器，所述后声阻抗变换器位于所述背衬吸收体和所述压电元件之间，其中，所述后声阻抗变换器包括：

一个后聚合物层，所述后聚合物层厚度为t_p2，并包括第一表面和第二表面，所述后聚合物层的所述第一表面直接连接到一金属层上，该金属层作为信号线路用于向所述压电元件输送电流；

一个后金属屏蔽层，所述屏蔽层厚度为t_m2，并包括第一表面和第二表面，所述后金属屏蔽层的所述第一表面连接在所述后聚合物层的所述第二表面上，所述后金属屏蔽层的所述第二表面连接在所述背衬吸收体上；

其中，所述后聚合物层的所述特性声阻抗少于所述压电元件的所述特性声阻抗，以及

所述后声阻抗变换器具有一有效特性声阻抗，该有效特性声阻抗位于所述压电元件和所述后聚合物层的所述特性声阻抗之间。

8.如权利要求7所述的超声波换能器，其特征在于，所述前声阻抗变换器具有一谐振频率，所述后声阻抗变换器具有一谐振频率；

其中，所述前声阻抗变换器的所述谐振频率比所述超声波换能器的预设中心谐振频率高；以及

其中，所述后声阻抗变换器的所述谐振频率比所述超声波换能器的预设中心谐振频率低。

9.如权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述超声波换能器进一步包括四分之一匹配层，以用于与所述传播介质接触，所述四分之一匹配层连接在所述前金属层上。

10.如权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述超声波换能器进一步包括一用于与所述传播介质接触的高特性声阻抗层，以及一连接在所述前金属层的低特性声阻抗层。