[发明专利]一种压电微机械超声换能器及其制备方法

权利要求书

1.一种压电微机械超声换能器，其特征在于，所述换能器包括：衬底层、下电极层、压电薄膜层和上电极层；

所述下电极层设置在所述衬底层的上部、所述压电薄膜层设置在所述下电极层的上部，所述上电极层设置在所述压电薄膜层的上部；被测构件放置在所述上电极层的上部；

所述上电极层包括第一上电极和第二上电极，所述第一上电极和所述第二上电极呈环状交叉设置，形成一对叉齿电极，所述第一上电极上和所述下电极层之间施加有第一交流电信号，所述第二上电极和所述下电极层之间施加有第二交流电信号，通过调节所述第一交流电信号和所述第二交流电信号的相位差，调节压电薄膜层的振动状态，进而调节被测构件中声波的方向特征和振动模式；

具体的，当φ＝0°时，第一上电极和第二上电极上施加同幅同频同相的交流电信号，压电薄膜层上各质点的振动方向同时朝着+Z方向或者-Z方向振动，进而会带动被测构件的质点产生以Z方向为主的伸缩振动，被测构件体内各点的振动方向以及振动传播方向均以Z方向为主，因而该加电模式下，转换为一种纵波为主的声波发射出去，声波的传输方向主要沿着Z方向；

当φ＝180°时，第一上电极和第二上电极上施加同幅同频相反相位的交流电信号，压电薄膜层上各质点的振动方向受电场方向的控制，第一上电极501与第二上电极502电场覆盖的压电薄膜层质点尽管均沿着Z轴振动，但是振动方向刚好相反，相邻电极叉齿对应的质点产生剪切振动，进而会带动被测构件的质点产生以Z方向为主的剪切振动，但是振动传播方向以X/Y方向为主，因而该加电模式下，转换为一种横波为主的声波发射出去，声波的传输方向以X/Y方向为主；

θ取除了0°和180°之外的其它值时，声波的方向特性和振动模式介于两种极端情况之间；

所述上电极层的上部还设置有声耦合层，所述被测构件放置在所述声耦合层的上部。

2.根据权利要求1所述的一种压电微机械超声换能器，其特征在于，换能器还包括机械支撑层，所述机械支撑层设置在所述衬底层和所述下电极层之间。

3.根据权利要求1所述的一种压电微机械超声换能器，其特征在于，所述衬底层为带有空腔的圆柱体。

4.根据权利要求3所述的一种压电微机械超声换能器，其特征在于，所述叉齿电极的形状为圆形。

5.根据权利要求1所述的一种压电微机械超声换能器，其特征在于，所述衬底层为带有空腔的长方体。

6.根据权利要求5所述的一种压电微机械超声换能器，其特征在于，所述叉齿电极的形状为方形。

7.根据权利要求1所述的一种压电微机械超声换能器，其特征在于，所述压电薄膜层的内部电畴的自发极化方向与所述压电薄膜层的上表面垂直。