[发明专利]一种高带宽的超声换能器及其制备方法

说明书

本发明涉及超声换能器的技术领域，更具体地，涉及一种高带宽的超声换能器及其制备方法，包括匹配层、背衬层、多个阵列排布的压电阵元、以及用于超声声束聚焦的声透镜，所述压电阵元设有第一电极面和呈平面设置的第二电极面，所述第二电极面为发射面、与极化方向垂直，所述第一电极面和第二电极面之间的间距规律变化，所述背衬层、压电阵元、匹配层、声透镜顺序设置，所述第一电极面贴于背衬层设置，所述第二电极面贴于匹配层设置。本发明的压电单元为变厚度结构，在施加激励电压后，压电阵元厚度不同的部分将以不同的频率振动，从而加宽超声换能器的带宽，提高超声换能器的成像质量和检测准确性，可应用于谐波成像。

技术领域

本发明涉及超声换能器的技术领域，更具体地，涉及一种高带宽的超声换能器及其制备方法。

背景技术

谐波成像作为一种超声成像技术，可以获得人体较深部位的高分辨率图像，且可以有效避免基波成分在发射与传播过程中不可避免产生的各种伪像。相较于传统的消化道超声成型方式，超声谐波成像技术可以更加有效地检测胃肠道粘膜下肿瘤、胰腺癌等消化道疾病。然而，谐波成像由于整个系统工作在基波到谐波的一个很宽的频带范围中，要实现谐波成像必须使用宽频带的探头。因此，高带宽的环形超声换能器对消化道内窥镜的超声谐波成像技术的实现非常重要。为了提高超声换能器的带宽，通常在换能器的前表面加阻抗匹配层及在后表面加背衬吸声块，但由于有很大一部分声能穿入后背衬，导致超声换能器的灵敏度降低。

中国专利CN106859700A公开了一种超声环形阵列换能器，包括支撑圆筒、背衬材料层、压电层和匹配材料层，背衬材料层呈环形并且设于支撑圆筒的外侧面上，压电层设于背衬材料层的外侧，所述压电层由沿支撑圆筒周向排列成环形阵列的多个压电阵元组成，相邻两个压电阵元之间具有切缝；匹配材料层呈环形并且包覆在各压电阵元及切缝外侧；各压电阵元的内侧面均与背衬材料层的外侧面粘结，各压电阵元的外侧面均与匹配材料层的内侧面粘结。上述方案虽可降低环形阵列换能器的制作难度，但是其获得的频带范围较窄，限制了其在消化道内窥镜的超声谐波成像领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高带宽的超声换能器及其制备方法，可加宽超声换能器的带宽，可提高超声换能器的成像质量，适用于超声谐波成像。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种高带宽的超声换能器，包括匹配层、背衬层、多个阵列排布的压电阵元、以及用于超声声束聚焦的声透镜，所述压电阵元设有第一电极面和呈平面设置的第二电极面，所述第二电极面为发射面、与极化方向垂直，所述第一电极面和第二电极面之间的间距规律变化，所述背衬层、压电阵元、匹配层、声透镜顺序设置，所述第一电极面贴于背衬层设置，所述第二电极面贴于匹配层设置。

本发明的高带宽的超声换能器，压电阵元为变厚度结构，对压电阵元施加激励电压后，压电阵元厚度不同的部分将以不同的频率振动，压电阵元以较宽的频谱振动，从而加宽超声换能器的带宽，可提高超声换能器的成像质量，可用于超声谐波成像。由于压电阵子厚度的变化，谐振频率处阻抗值变小，利于提高超声换能器的灵敏度。匹配层用于与超声换能器前表面的声阻抗匹配，可提高超声换能器的带宽和灵敏度；背衬层吸收超声换能器向后发射的超声波，提高超声换能器带宽和纵向分辨率。变厚度的压电阵元会导致声束的偏转，从而导致成像时检测到的位置与实际位置不相符，形成检测误差，而声透镜可以改变声束，使超声波聚焦，可有效减小由压电阵元厚度非对称变化导致的检测误差。

进一步地，所述第一电极面为斜面，所述第一电极面和第二电极面之间的间距自压电阵元的一端向压电阵元的另一端逐渐均匀变化。

进一步地，所述第一电极面和第二电极面之间的间距自压电阵元中心向压电阵元两端对称变化。

进一步地，所述第一电极面为弧形凹面，所述第一电极面和第二电极面之间的间距自压电阵元中心向压电阵元两端对称均匀增加。