专利名称：凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及将电能转换为超声振动能的超声换能器，特别是具有单点聚焦， 且焦距可调，焦区小、温升高的凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器。
背景技术：
超声换能器是将交变的电信号转换为超声振动信号或是将声场的超声波信号转换为电信号的器件。目前，由于超声振动和超声波传播技术被广泛用于工农业、国防、医学等各个领域中，使不同结构和用途的超声换能器及超声聚焦方法也不断被研制和产生。其中，聚焦超声换能器技术是高强度聚焦超声关键技术之一，现在，聚焦超声换能器主要有声透镜聚焦超声换能器、凹球面自聚焦超声换能器、平面阵列超声换能器。它们的原理、构成、优点及尚存在问题简介于下如
图1所示，声透镜12聚焦超声换能器13 由超声波通过透镜材料形成聚焦，其中，声透镜虽然加工容易，但难以找到耐高温、阻抗匹配、衰减小等性能兼顾的透镜材料，因为在高强度超声聚焦时，声透镜因本身吸收声能而产生高温致使声透镜变形，因此，超声透镜的聚焦效果不仅与穿透的媒质有关，还与透镜材料有关，另外，超声波穿透媒质界面时反射及声透镜衰减还会造成声能量损失，因此，其电声效率较低且焦距不可调节。如图2所示，为凹球面自聚焦超声换能器13，其利用凹球面聚焦换能器直接聚焦， 聚焦效果好，焦区11能量高，但是，其只能实现单焦点聚焦，且焦距不可调节，应用中只能通过调整其前面设置的水囊厚度来调节其焦点的位置，因此，操作复杂，且精确度较低。如图3所示，为平面阵列聚焦超声换能器，其是将许多个超声换能器阵元均勻分布于一个圆形的平板上，即超声源是由单元阵列换能器13拼成，聚焦是通过控制阵元激励信号的相位，使声波阵面曲率和中心位置发生变化，从而实现声束聚焦和扫描，实现多焦点及任意位置聚焦，因为其需要将多个阵元镶嵌在一个狭小的区域中，制作工艺较为复杂，而且聚焦时要对每一个阵元的相位进行控制，所以，相控电路复杂，操作时调整时间较长，另外，其形成的焦点处温升较低，而穿透的媒质界面处温升较高，故聚焦效果不好。
发明内容本发明为解决现有各种聚焦超声换能器聚焦存在的焦点处温升较低，聚焦效果不好，焦距不可调节或调节操作复杂，电声效率低，制作工艺和相控电路复杂等诸多问题而提出并公开一种凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器，其技术方案包括有凹球面自聚焦超声换能器，特征是上述凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器由凹球面自聚焦超声换能器在轴向分割成8个相同曲率的圆环后用绝缘胶粘合形成。上述凹球面自聚焦超声换能器的开口直径(1号圆环外径)为100mm，曲率半径为 80mm，各圆环间距为Imm时，8个相同曲率的圆环的外径、内径尺寸及外经开口角度、内经开口角度为
权利要求1.一种凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器，包括有凹球面自聚焦超声换能器，其特征是上述凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器由凹球面自聚焦超声换能器在轴向分割成8个相同曲率的圆环后用绝缘胶粘合形成。
2.根据权利要求1所述的凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器，其特征是上述凹球面自聚焦超声换能器的开口直径即1号圆环外径为100mm，曲率半径为80mm，8个相同曲率的圆环的外径、内径尺寸及外经开口角度、内经开口角度为圆环编号夕卜径(mm)内径(mm)外经开口角度内经开口角度110095. 2877.36°73.14°293. 6688. 4871. 70°67. 18°386. 8080. 9665. 74°60.82°479. 2272. 5459. 38°53.34°570. 7662. 9250. 52°44.34°661. 0851. 5044. 90°37.58°749. 6236. 7836.14°26.60°834. 828. 7225. 16°6. 26°
3.根据权利要求2所述的凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器，其特征是上述8个相同曲率的圆环的间距范围为1-3毫米。
4.根据权利要求1所述的凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器，其特征是上述8个相同曲率的圆环的凹球面面积相等。
5.根据权利要求2所述的凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器，其特征是上述8个相同曲率圆环的谐振频率范围为0. 8-1. 0ΜΗΖ。
6.根据权利要求2所述的凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器，其特征是其聚焦设定焦距与聚焦超声换能器的开口直径即1号圆环外径的比取小于0. 65的值。
专利摘要本实用新型涉及超声换能器，特别是具有单点聚焦，焦距可调，焦域为规则椭球体，焦区温升高的一种凹球面八圆环相控阵高强度聚焦超声换能器。解决现有声透镜聚焦超声换能器的电声效率低且焦距不可调；平面阵列超声换能器制作及相控电路复杂；凹球面自聚焦超声换能器只能实现单焦点聚焦，且焦距不可调节，只能通过调整其前面设置水囊的厚度或换能器的位置来调节其焦点的位置，操作复杂、费时，且精确度较低的问题。本新型的超声换能器是由凹球面自聚焦超声换能器在轴向分割成8个相同曲率的圆环后用绝缘胶粘合构成。其用于工农业、医学等各领域中，焦距可调以扩大加热范围，焦区温升高，聚焦效果好，换能器的结构及相控电路简单，相位控制容易。
文档编号A61N7/02GK201969218SQ20102068247
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者孙武军, 菅喜岐 申请人:天津医科大学