一种超声换能装置的制造方法
【专利摘要】本发明属于超声成像设备领域，并公开了一种超声换能装置，包括底座、下压电陶瓷片、垫块、不锈钢弹片支架、悬臂、探针和上压电陶瓷片，底座的上表面设置有凹槽，在所述底座的所述凹槽处安装所述下压电陶瓷片，下压电陶瓷片承接所述垫块；不锈钢弹片支架通过所述垫块和所述底座承接；不锈钢弹片支架与所述垫块配合夹住所述悬臂的一端，悬臂的另一端固定安装所述探针；不锈钢弹片支架靠近所述垫块的一端的上表面安装两个所述上压电陶瓷片，每个所述上压电陶瓷片均通过翻边电极安装在所述不锈钢弹片支架上。本发明使得超声换能器和悬臂分立式集成，方便了对探针的更换，而且能产生高频复合超声波。
【专利说明】
一种超声换能装置
技术领域
[0001]本发明属于超声成像设备领域，更具体地，涉及一种超声换能装置。
【背景技术】
[0002]超声换能器是实现声信号和电信号转换的器件。原子力显微镜是通过原子间相互作用成像，但其只可以进行表面的成像无法探测内部。超声成像可以对样品内部进行成像，但其也存在问题，在以往的实验中由于探针悬臂的尺寸非常小，实现探针与悬臂的结合是十分困难的，虽然可以使用薄膜直接生长等工艺直接实现，但考虑到在实际实验中探针是易耗品，需要经常更换，因此这种将压电材料直接镀在微小的悬臂上，或者将压电材料镀在固定悬臂的微小底座上的方法成本极高;如果将压电材料镀在固定探针的微小底座上再将其固定在外部固定装置上会影响振动，进一步影响超声的产生，最终影响信号的加载。
[0003]另外还需要外部电路驱动压电材料，将压电材料直接镀在上面后需要引电极与外部驱动电路相连接，探针结构微小对于后面的引电极工作造成了很大的影响，使其十分困难。
[0004]此外，现有的技术中通常是在悬臂下加压电材料，电驱动悬臂上微小的压电片振动产生超声，其频率较低。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超声换能装置，其采用多块压电陶瓷片共同驱动产生高频复合超声加在悬臂针尖上，与悬臂上针尖发出的超声波相互干涉，达到了对样品内部成像，从而能减少产品的成本。
[0006]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种超声换能装置，其特征在于，包括底座、下压电陶瓷片、垫块、不锈钢弹片支架、固定片、悬臂、探针和上压电陶瓷片，其中，
[0007]所述底座的上表面设置有凹槽，并且在所述底座的所述凹槽处安装所述下压电陶瓷片，所述下压电陶瓷片承接所述垫块；
[0008]所述不锈钢弹片支架的一端通过所述垫块承接并且其另一端固定安装在所述底座上，而且所述不锈钢弹片支架其中一端的高度大于另外一端的高度，从而使所述不锈钢弹片支架弯曲并产生弹力压在所述垫块和所述底座上；
[0009]所述不锈钢弹片支架靠近所述垫块的一端与所述垫块配合夹住所述固定片的一端，所述固定片的另一端固定安装所述悬臂的一端，所述悬臂的另一端固定安装所述探针；
[0010]所述不锈钢弹片支架靠近所述垫块的一端的上表面安装两个所述上压电陶瓷片，每个所述上压电陶瓷片均通过翻边电极安装在所述不锈钢弹片支架上，所述翻边电极用于连接外部驱动电路，所述翻边电极为经翻边处理形成的类U形结构，所述上压电陶瓷片从所述翻边电极的开口端插入所述翻边电极内，从而使所述翻边电极夹住所述上压电陶瓷片，所述翻边电极通过导电银浆或导电胶水粘贴在所述不锈钢弹片支架的上表面。
[0011]优选地，所述不锈钢弹片支架包括上支架和下支架，所述上支架和下支架的结构相同并且两者在所述底座上的投影重叠，所述上支架放置在所述下支架上，所述下支架的一端通过螺钉安装在所述底座上，两个所述上压电陶瓷片安装在所述上支架的上表面。
[0012]优选地，所述上压电陶瓷片的压电张量为d33。
[0013]优选地，所述上压电陶瓷片为圆形并且其直径为其厚度的10倍以上。
[0014]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0015]I)本发明集成了超声换能器与悬臂，而以往的技术中通常是将超声换能器以镀膜的形式长在悬臂下部，但考虑到探针是耗材，尺寸较小，需要经常更换且集成难度大，本发明使得超声换能器和悬臂分立式集成，方便了对探针的更换。
[0016]2)本发明的上压电陶瓷片和下压电陶瓷片配合能产生高频复合超声波。
[0017]3)对比于现有的原子力显微镜通过悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力只能呈材料表面原子级的像，本发明利用声波对物体的穿透力，实现了对材料内部成像的功能。
[0018]4)本发明将上压电陶瓷片和下压电陶瓷片分别安装在不锈钢弹片支架上及底座上，这样既不影响信号加载，也不影响探针本身的电学特性和机械特性，并且可以重复使用，有利于产品的产业化与实际应用。
【附图说明】
[0019]图1是本发明其中一个视角下的结构示意图；
[0020]图2是本发明的分解图；
[0021 ]图3是本发明另一个视角下的结构示意图；
[0022]图4本发明中上支架的结构示意图；
[0023]图5是本发明中悬臂上安装探针的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]参照图1?图5，一种超声换能装置，包括底座1、下压电陶瓷片6、垫块11、不锈钢弹片支架10、固定片8、悬臂2、探针9和上压电陶瓷片7，其中，
[0026]所述底座I的上表面设置有凹槽，并且在所述底座I的所述凹槽处安装所述下压电陶瓷片6，所述下压电陶瓷片6承接所述垫块11;
[0027]所述不锈钢弹片支架10的一端通过所述垫块11承接并且其另一端固定安装在所述底座I上，而且所述不锈钢弹片支架10其中一端的高度大于另外一端的高度，从而使所述不锈钢弹片支架10弯曲并产生弹力压在所述垫块11和所述底座I上；
[0028]所述不锈钢弹片支架10靠近所述垫块11的一端与所述垫块11配合夹住所述固定片8的一端，所述固定片8的另一端固定安装所述悬臂2的一端，所述悬臂2的另一端固定安装所述探针9;
[0029]所述不锈钢弹片支架10靠近所述垫块11的一端的上表面安装两个所述上压电陶瓷片7，每个所述上压电陶瓷片7均通过翻边电极安装在所述不锈钢弹片支架10上，所述翻边电极用于连接外部驱动电路，所述翻边电极为经翻边处理形成的类U形结构，所述上压电陶瓷片7从所述翻边电极的开口端插入所述翻边电极内，从而使所述翻边电极夹住所述上压电陶瓷片7，所述翻边电极通过导电银浆或导电胶水粘贴在所述不锈钢弹片支架10的上表面。由于支撑悬臂2的支架选用不锈钢弹片支架10，所述不锈钢弹片支架10可以导电，因此选择导电银浆或导电胶粘贴翻边电极，这样就可以将不锈钢弹片支架10作为底电极。另夕卜，本发明选择不锈钢弹片支架10，这样就可以采用翻边电极来连接上压电陶瓷片，极大地方便了现有操作。
[0030]进一步，所述不锈钢弹片支架10包括上支架4和下支架5，所述上支架4和下支架5的结构相同并且两者在所述底座I上的投影重叠，所述上支架4放置在所述下支架5上，所述下支架5的一端通过螺钉3安装在所述底座I上，两个所述上压电陶瓷片7安装在所述上支架4的上表面。采用上支架4和下支架5，可以方便更换上支架4上的上压电陶瓷片7，因为本发明是将上压电陶瓷片7粘在上支架4上，再将上支架4固定在下支架5上，方便对上压电陶瓷片7的直接更换。
[0031]进一步，所述上压电陶瓷片7的压电张量为d33，此时上压电陶瓷片7的振动模式最强。
[0032]进一步，所述上压电陶瓷片7为圆形，这样振动效果比较好并且不考虑其他方向上的影响，使其只工作在厚度方向上圆形压电陶瓷片其直径为其厚度的10倍以上。
[0033]以往的成像系统采用电驱动，但频率较低，本发明采用在悬臂2下面加一片下压电陶瓷片6和在上支架4上再加两片上压电陶瓷片7来提高频率获得高频复合超声。使用时，加载到压电陶瓷上的外部驱动电压相同，产生的超声频率相同，所以叠加就是就简单的声的叠加，声强增加。
[0034]本发明的两片上压电陶瓷片7通过外部电路驱动振动并能产生高频复合超声通过介质传播将声信号加在悬臂2的探针9上，悬臂2上的探针9发出超声波，通过对反射信号的处理就达到了对样品内部成像的目的，此发明减少了产品的成本，增加频率，提高了产品的实用性。
[0035]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超声换能装置，其特征在于，包括底座(I)、下压电陶瓷片(6)、垫块(11)、不锈钢弹片支架(10)、固定片(8)、悬臂(2)、探针(9)和上压电陶瓷片(7)，其中， 所述底座(I)的上表面设置有凹槽，并且在所述底座(I)的所述凹槽处安装所述下压电陶瓷片(6); 所述下压电陶瓷片(6)承接所述垫块(11); 所述不锈钢弹片支架(10)的一端通过所述垫块(11)承接并且其另一端固定安装在所述底座(I)上，而且所述不锈钢弹片支架(10)其中一端的高度大于另外一端的高度，从而使所述不锈钢弹片支架(10)弯曲并产生弹力压在所述垫块(11)和所述底座(I)上； 所述不锈钢弹片支架(10)靠近所述垫块(11)的一端与所述垫块(11)配合夹住所述固定片(8)的一端，所述固定片(8)的另一端固定安装所述悬臂(2)的一端，所述悬臂(2)的另一端固定安装所述探针(9); 所述不锈钢弹片支架(10)靠近所述垫块(11)的一端的上表面安装两个所述上压电陶瓷片(7)，每个所述上压电陶瓷片(7)均通过翻边电极安装在所述不锈钢弹片支架(10)上，所述翻边电极用于连接外部驱动电路，所述翻边电极为经翻边处理形成的类U形结构，所述上压电陶瓷片(7)从所述翻边电极的开口端插入所述翻边电极内，从而使所述翻边电极夹住所述上压电陶瓷片(7)，所述翻边电极通过导电银浆或导电胶水粘贴在所述不锈钢弹片支架(10)的上表面。2.根据权利要求1所述的一种超声换能装置，其特征在于，所述不锈钢弹片支架(10)包括上支架(4)和下支架(5)，所述上支架(4)和下支架(5)的结构相同并且两者在所述底座(I)上的投影重叠，所述上支架(4)放置在所述下支架(5)上，所述下支架(5)的一端通过螺钉(3)安装在所述底座(I)上，两个所述上压电陶瓷片(7)安装在所述上支架(4)的上表面。3.根据权利要求1所述的一种超声换能装置，其特征在于，所述上压电陶瓷片(7)的压电张量为d33。4.根据权利要求3所述的一种超声换能装置，其特征在于，所述上压电陶瓷片(7)为圆形并且其直径为其厚度的10倍以上。
【文档编号】G01N29/24GK106018566SQ201610520604
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】朱本鹏, 吴越, 杨晓非, 陈实, 欧阳君, 张悦
【申请人】华中科技大学