[发明专利]一种声场性能改善的超声换能器及其改善方法

权利要求书

1.一种声场性能改善的超声换能器，其特征在于，包括：依次连接的背衬层、压电层和匹配层，其中，

沿所述超声换能器的辐射面的水平方向，超声波经过所述背衬层和/或所述压电层和/或所述匹配层产生的振动幅度分布不均匀，呈中心大、边缘小的分布；

所述匹配层和/或所述背衬层的材料为各向异性的导电材料，仅在与所述压电层的辐射面垂直的方向上导电，且所述匹配层和/或所述背衬层的电阻分布不均匀，呈中心小、边缘大的分布；

所述电阻由中心到边缘逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述匹配层的衰减率和/或声阻抗和/或所述背衬层的衰减率和/或声阻抗分布不均匀，呈中心小、边缘大的分布；

所述匹配层的衰减率和/或声阻抗和/或所述背衬层的衰减率和/或声阻抗由中心到边缘逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述匹配层的远离所述压电层的一面设置有棱镜，所述棱镜的厚度分布不均匀，呈中心薄、边缘厚的分布；

所述棱镜的厚度由中心到边缘逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述压电层的极化程度分布不均匀，呈中心强、边缘弱的分布；

所述压电层的极化程度由中心到边缘逐渐减弱。

5.根据权利要求1至4任一项所述的超声换能器，其特征在于，所述压电层包括多个压电子单元，所述压电子单元之间填充有非压电材料。

6.根据权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，所述压电子单元的密度分布不均匀，呈中心密、边缘疏的分布；

所述压电子单元的密度由中心到边缘逐渐变疏。

7.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述匹配层的数量为一层或多层；

所述背衬层的数量为一层或多层。

8.一种超声换能器的声场性能的改善方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11：减小超声换能器辐射面的边缘位置的相对振动幅度，使所述超声换能器辐射面的振动幅度呈中心大、边缘小的分布；

S12：使所述超声换能器在发射和/或接收超声时的声场的旁瓣减小；

所述步骤S11进一步为：使用各向异性的导电材料制作匹配层和/或背衬层，使其仅在于所述超声换能器辐射面垂直的方向上导电，且使其电阻呈中心小、边缘大的分布。

9.根据权利要求8所述的超声换能器的声场性能的改善方法，其特征在于，所述步骤S11进一步为：沿所述超声换能器辐射面的水平方向，减小超声波经过所述超声换能器的匹配层和/或背衬层的边缘位置的相对振动幅度，使所述超声换能器辐射面的振动呈中心大、边缘小的分布。

10.根据权利要求9所述的超声换能器的声场性能的改善方法，其特征在于，所述步骤S11进一步为：沿所述超声换能器辐射面的水平方向，使所述匹配层和/或所述背衬层的衰减率和/或声阻抗呈中心大、边缘小的分布。

11.根据权利要求9所述的超声换能器的声场性能的改善方法，其特征在于，所述步骤S11进一步为：在所述匹配层的远离所述超声换能器的压电层的一侧设置棱镜，所述棱镜的厚度呈中心薄、边缘厚的分布。

12.根据权利要求8至11任一项所述的超声换能器的声场性能的改善方法，其特征在于，所述步骤S11进一步为：沿所述超声换能器辐射面的水平方向，减小超声波经过所述超声换能器的压电层的边缘位置的相对振动幅度，使所述超声换能器辐射面的振动呈中心大、边缘小的分布。

13.根据权利要求12所述的超声换能器的声场性能的改善方法，其特征在于，所述步骤S11进一步为：沿所述超声换能器辐射面的水平方向，使所述压电层的极化程度呈中心强、边缘弱的分布。

14.根据权利要求12所述的超声换能器的声场性能的改善方法，其特征在于，所述步骤S11进一步为：沿所述超声换能器辐射面的水平方向，使所述压电层的密度呈中心密、边缘疏的分布。