[实用新型]一种新型超声换能器

说明书

技术领域

本实用新型涉及超声换能器技术领域，特别涉及一种新型超声换能器，具体是在压电层与背衬层之间加入一层高声阻抗层的超声换能器。

背景技术

超声检测系统，是利用超声波在不同组织、材料、界面上的反射进行成像或者分析的设备。而超声换能器是超声检测系统的核心部件，它可以实现电能与机械振动之间的能量转换，产生超声波，并且接收不同组织、材料反射的声波，将反射的声波转换成电信号，传递给超声检测系统，由超声检测系统进行信号处理及成像或者判断分析。

通常，超声换能器主要由压电层、匹配层及背衬层组成。其中，压电层是产生并接收超声波的主动元件，声阻抗通常为35MRayl左右，厚度为半波长左右；匹配层用以过渡及匹配压电材料与不同媒介之间的阻抗，使得大部分的超声波能量能进入媒介；背衬层起到阻尼及衰减声波的作用，使得压电材料的谐振过程尽快终止。

现在市场上已有的超声换能器的基本结构就是半波长左右厚度的压电层(可以为压电陶瓷、压电单晶或者压电复合材料)，加上单层或者不同阻抗的多层匹配层以及不同阻抗的背衬层。

传统的超声换能器结构存在两个问题：

首先，由于传统的超声换能器内部的压电层的厚度为半个波长，且压电层背后的材料，包括背衬层，阻抗通常不超过10MRayl。当压电层以半波长振动时，会不可避免地受到来自背后的声波干扰，引入从背衬层反射回的声波，影响信噪比及带宽，造成带宽较低，信噪比较差；

其次，由于压电层的厚度较厚，为半波长厚度的压电材料，使得压电层的电容降低，导致整个换能器阻抗提高，超过200欧姆，这与通常50欧姆的超声检测系统接口存在较大的阻抗失配，不利于和超声检测系统相匹配，使得超声检测系统发射及接收的效率降低，影响图像质量。

实用新型内容

本实用新型提供一种新型超声换能器，以解决现有技术中存在的上述缺陷。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型超声换能器，包括匹配层，压电层和背衬层，所述压电层和所述背衬层之间设有高声阻抗层，所述高声阻抗层是声阻抗大于所述压电层的声阻抗的层，且所述压电层的厚度基本为四分之一波长。

在本实用新型中，高声阻抗层的材料选择声阻抗大于压电层的材料即可，例如合适的金属、陶瓷或者高分子材料，本实用新型不对高声阻抗层的材料进行具体限定。

在本实用新型的具体实施方式中，所述高声阻抗层为一层或由多层叠加而成。所述高声阻抗层的厚度是由换能器设计的声学要求所决定，声波在其中传播的规律，按正常的波动方程来考虑。高声阻抗层的厚度越厚，声波在其中的吸收和衰减越大；厚度越薄，声波在其中的吸收和衰减越小，引起的内部反射越大。

在本实用新型的具体实施方式中，所述压电层为一层或由多层叠加而成。

在本实用新型的一些具体实施方式中，所述压电层的材料选自压电陶瓷、压电单晶、压电复合材料或压电聚合物。其中，压电单晶可以是PMN-PT，PIN-PMN-PT或者其他单晶材料。

在本实用新型的具体实施方式中，所述匹配层为一层或由多层叠加而成。

在本实用新型的具体实施方式中，所述超声换能器还包括引出每个阵元用的电路板。

在本实用新型的一些具体实施方式中，所述超声换能器用于阵元引出的方式可以是：电路板设置在高声阻抗层的上表面或下表面，也可以是电路板设置在压电层的上表面或下表面，也可以是电路板设置在匹配层的上表面或下表面，或者可以是电路板设置在压电层的侧面，或者可以是电路板设置在背衬层中。

在本实用新型的一些具体实施方式中，在电路板和背衬材料之间还可以加入用于控制换能器激发与接收的专用集成电子电路芯片(ASIC，即ApplicationSpecificIntegratedCircuits)。

在本实用新型的一些具体实施方式中，电路板可以使用印制电路板或者柔性电路板，并且可以使用一层或多层电路板用于阵元引出。此外，电路板也可以用导线、电缆线、铜箔或者其他导电材料代替，可以通过直接焊接、粘结或者其他连接方式固定在压电材料的表面，也可以固定在所述超声换能器中其他有金属镀层材料的表面或者导电材料的表面。