一种超声换能器装置的制作方法

    专利查询2026-09-13  4


    本发明涉及超声换能器,特别是涉及一种超声换能器装置。


    背景技术:

    1、在现代医疗诊断过程中,超声成像已经成为最简单直接的诊断手段,而作为超声成像技术核心部件的压电换能器,将电信号通过压电陶瓷转化为超声信号并且可以反向将超声信号基于压电陶瓷转化为电信号,可以发射并接收超声波,其性能的好坏直接影响到超声成像的质量。超声换能器产生的声波在介质中传播形成声场,而声场的分布特性主要受到换能器的结构设计,材料特性和工作频率等诸多因素影响,其中换能器的结构设计在超声波声场设计中起到决定性作用。

    2、基于声波的相位叠加和相消原理,如果两个声波的相位相差接近(2n+1)π,他们对应与作用的介质中是反相的,振幅会相互消弱,导致声强降低,在极端条件下,声波会被完全抵消。目前,对于单振元换能器来说,在工作中存在声波在轴向衰减过大的问题。


    技术实现思路

    1、基于此,针对现有技术中单振元换能器在水中轴向衰减过大的问题,本发明提供一种超声换能器装置,通过两换能器构建换能器组,使一个换能器输出能够抵消另一个换能器输出的副波信号的声波信号,可以控制输出信号在轴线范围更加稳定,提高在传输过程中轴线范围声波传输的稳定性,降低声波衰减,进而更好的提高超声换能器的使用范围。

    2、为解决以上技术问题,本发明采取的技术方案是:

    3、一种超声换能器装置,包括:

    4、第一换能器,用于输出及接收声波信号;

    5、第二换能器,利用相位相消和相位叠加原理加强所述第一换能器的声波信号。

    6、本发明通过两换能器构建换能器组,可以控制输出信号在轴线范围更加稳定,提高在传输过程中轴线范围声波传输的稳定性,降低声波衰减,进而更好的提高超声换能器的使用范围。

    7、在一个可行的实现方式中,第一换能器为核心压电陶瓷组,包括核心压电陶瓷,第二换能器为辅助压电陶瓷组,包括辅助压电陶瓷,核心压电陶瓷与辅助压电陶瓷以相反的方式接入相同的激励信号。本发明通过给核心压电陶瓷与辅助压电陶瓷以相反的方式接入相同的激励信号,使得核心压电陶瓷与辅助压电陶瓷在信号同时接收时,产生相反方向振动,抵消核心压电陶瓷向外发散的辐射波信号,控制核心压电陶瓷在介质中的辐射场,保证在轴线前端信号更加可控。

    8、在一个可行的实现方式中,核心压电陶瓷与辅助压电陶瓷的辐射面处于同一表面。本发明使核心压电陶瓷与辅助压电陶瓷的辐射面处于同一表面,便于控制二者的辐射场。

    9、在一个可行的实现方式中,核心压电陶瓷为圆柱状振元,辅助压电陶瓷为环状振元。

    10、在一个可行的实现方式中,环状振元套设在圆柱状振元外,环状振元与圆柱状振元同心设置,环状振元与圆柱状振元厚度相同,环状振元的上表面与圆柱状振元的上表面共平面,环状振元的下表面与圆柱状振元的下表面共平面。如此设置不光可以保证环状振元和圆柱状振元的辐射面处于同一平面,且便于超声换能器装置的结构设计,有利于小型化。

    11、在一个可行的实现方式中,核心压电陶瓷的上表面设置有第一电极层,下表面设置有第二电极层,辅助压电陶瓷的上表面设置有第三电极层,下表面设置有第四电极层。

    12、在一个可行的实现方式中,第一电极层在远离核心压电陶瓷的一侧设置有第一背衬层,第三电极层在远离辅助压电陶瓷的一侧设置有第二背衬层。

    13、在一个可行的实现方式中,第二电极层在远离核心压电陶瓷的一侧设置有第一匹配层,第四电极层在远离辅助压电陶瓷的一侧设置有第二匹配层。

    14、在一个可行的实现方式中,核心压电陶瓷与辅助压电陶瓷相连接。

    15、在一个可行的实现方式中,核心压电陶瓷与辅助压电陶瓷通过连接层相连接。

    16、由于以上技术方案的采用,本发明与现有技术相比具有如下优点:

    17、1、本发明通过两换能器构建换能器组,使一个换能器输出能够抵消另一个换能器向外发散的声波信号,可以控制输出信号在轴线范围更加稳定,提高在传输过程中轴线范围声波传输的稳定性,降低声波衰减,进而更好的提高超声换能器的使用范围;

    18、2、本发明超声换能器装置的结构设计,有利于小型化,节约成本。



    技术特征:

    1.一种超声换能器装置,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的超声换能器装置,其特征在于,所述第一换能器为核心压电陶瓷组,包括核心压电陶瓷,所述第二换能器为辅助压电陶瓷组,包括辅助压电陶瓷,所述核心压电陶瓷与所述辅助压电陶瓷以相反的方式接入相同的激励信号。

    3.根据权利要求2所述的超声换能器装置,其特征在于,所述核心压电陶瓷与所述辅助压电陶瓷的辐射面处于同一表面。

    4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声换能器装置,其特征在于,所述核心压电陶瓷为圆柱状振元,所述辅助压电陶瓷为环状振元。

    5.根据权利要求4所述的超声换能器装置,其特征在于,所述环状振元套设在所述圆柱状振元外,所述环状振元与所述圆柱状振元同心设置,所述环状振元与所述圆柱状振元厚度相同,所述环状振元的上表面与所述圆柱状振元的上表面共平面,所述环状振元的下表面与所述圆柱状振元的下表面共平面。

    6.根据权利要求4所述的超声换能器装置,其特征在于,所述核心压电陶瓷的上表面设置有第一电极层,下表面设置有第二电极层,所述辅助压电陶瓷的上表面设置有第三电极层,下表面设置有第四电极层。

    7.根据权利要求6所述的超声换能器装置,其特征在于,所述第一电极层在远离所述核心压电陶瓷的一侧设置有第一背衬层,所述第三电极层在远离所述辅助压电陶瓷的一侧设置有第二背衬层。

    8.根据权利要求6所述的超声换能器装置,其特征在于,所述第二电极层在远离所述核心压电陶瓷的一侧设置有第一匹配层,所述第四电极层在远离所述辅助压电陶瓷的一侧设置有第二匹配层。

    9.根据权利要求4所述的超声换能器装置,其特征在于,所述核心压电陶瓷与所述辅助压电陶瓷相连接。

    10.根据权利要求9所述的超声换能器装置,其特征在于,所述核心压电陶瓷与所述辅助压电陶瓷通过连接层相连接。


    技术总结
    本发明涉及一种超声换能器装置,包括:第一换能器,用于输出及接收声波信号;第二换能器,利用相位相消和相位叠加原理加强所述第一换能器的声波信号。本发明通过两换能器构建换能器组,使一个换能器输出能够抵消另一个换能器向外发散的声波信号,可以控制输出信号在轴线范围更加稳定,提高在传输过程中轴线范围声波传输的稳定性,降低声波衰减,进而更好的提高超声换能器的使用范围。

    技术研发人员:柏春庚
    受保护的技术使用者:江苏省声学产业技术创新中心
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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