一种新型超声换能器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及超声换能器技术领域，特别涉及一种新型超声换能器，具体是在 压电层与背衬层之间加入一层高声阻抗层的超声换能器。
【背景技术】
[0002] 超声检测系统，是利用超声波在不同组织、材料、界面上的反射进行成像或者分析 的设备。而超声换能器是超声检测系统的核心部件，它可以实现电能与机械振动之间的能 量转换，产生超声波，并且接收不同组织、材料反射的声波，将反射的声波转换成电信号，传 递给超声检测系统，由超声检测系统进行信号处理及成像或者判断分析。
[0003] 通常，超声换能器主要由压电层、匹配层及背衬层组成。其中，压电层是产生并接 收超声波的主动元件，声阻抗通常为35MRayl左右，厚度为半波长左右；匹配层用以过渡及 匹配压电材料与不同媒介之间的阻抗，使得大部分的超声波能量能进入媒介；背衬层起到 阻尼及衰减声波的作用，使得压电材料的谐振过程尽快终止。
[0004] 现在市场上已有的超声换能器的基本结构就是半波长左右厚度的压电层（可以 为压电陶瓷、压电单晶或者压电复合材料），加上单层或者不同阻抗的多层匹配层以及不同 阻抗的背衬层。
[0005] 传统的超声换能器结构存在两个问题：
[0006] 首先，由于传统的超声换能器内部的压电层的厚度为半个波长，且压电层背后的 材料，包括背衬层，阻抗通常不超过IOMRayl。当压电层以半波长振动时，会不可避免地受到 来自背后的声波干扰，引入从背衬层反射回的声波，影响信噪比及带宽，造成带宽较低，信 噪比较差；
[0007] 其次，由于压电层的厚度较厚，为半波长厚度的压电材料，使得压电层的电容降 低，导致整个换能器阻抗提高，超过200欧姆，这与通常50欧姆的超声检测系统接口存在较 大的阻抗失配，不利于和超声检测系统相匹配，使得超声检测系统发射及接收的效率降低， 影响图像质量。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型提供一种新型超声换能器，以解决现有技术中存在的上述缺陷。
[0009] 本实用新型的技术方案如下：
[0010] 一种新型超声换能器，包括匹配层，压电层和背衬层，所述压电层和所述背衬层之 间设有高声阻抗层，所述高声阻抗层是声阻抗大于所述压电层的声阻抗的层，且所述压电 层的厚度基本为四分之一波长。
[0011] 在本实用新型中，高声阻抗层的材料选择声阻抗大于压电层的材料即可，例如合 适的金属、陶瓷或者高分子材料，本实用新型不对高声阻抗层的材料进行具体限定。
[0012] 在本实用新型的【具体实施方式】中，所述高声阻抗层为一层或由多层叠加而成。所 述高声阻抗层的厚度是由换能器设计的声学要求所决定，声波在其中传播的规律，按正常 的波动方程来考虑。高声阻抗层的厚度越厚，声波在其中的吸收和衰减越大；厚度越薄，声 波在其中的吸收和衰减越小，引起的内部反射越大。
[0013] 在本实用新型的【具体实施方式】中，所述压电层为一层或由多层叠加而成。
[0014] 在本实用新型的一些【具体实施方式】中，所述压电层的材料选自压电陶瓷、压电单 晶、压电复合材料或压电聚合物。其中，压电单晶可以是PMN-PT，PIN-PMN-PT或者其他单晶 材料。
[0015] 在本实用新型的【具体实施方式】中，所述匹配层为一层或由多层叠加而成。
[0016] 在本实用新型的【具体实施方式】中，所述超声换能器还包括引出每个阵元用的电路 板。
[0017] 在本实用新型的一些【具体实施方式】中，所述超声换能器用于阵元引出的方式可以 是：电路板设置在高声阻抗层的上表面或下表面，也可以是电路板设置在压电层的上表面 或下表面，也可以是电路板设置在匹配层的上表面或下表面，或者可以是电路板设置在压 电层的侧面，或者可以是电路板设置在背衬层中。
[0018] 在本实用新型的一些【具体实施方式】中，在电路板和背衬材料之间还可以加入用 于控制换能器激发与接收的专用集成电子电路芯片（ASIC，即Application Specific Integrated Circuits)〇
[0019] 在本实用新型的一些【具体实施方式】中，电路板可以使用印制电路板或者柔性电路 板，并且可以使用一层或多层电路板用于阵元引出。此外，电路板也可以用导线、电缆线、铜 箱或者其他导电材料代替，可以通过直接焊接、粘结或者其他连接方式固定在压电材料的 表面，也可以固定在所述超声换能器中其他有金属镀层材料的表面或者导电材料的表面。
[0020] 在本实用新型的一些【具体实施方式】中，所述超声换能器为1D、1. 2?、1. 5D、1. 75D 或2D阵列超声换能器。其中，1D，I. 25D，1. I. 7?和2D是指阵列换能器中阵元的不同 排列方式。ID换能器是指长条形的阵元沿换能器的长度方向呈直线排列，每个阵元的中心 间距小于1. 5个波长。ID换能器能够在长度方向与深度方向构成的平面上进行聚焦和方向 引导，而在宽度方向与深度方向构成的平面上只能固定的聚焦于某一个深度。2D换能器是 指在换能器的宽度方向也进行切割并进行引出，各阵元的中心与长度和宽度方向上相邻的 阵元之间的间距小于1. 5个波长。2D换能器能够在任意方向上进行聚焦。I. 25D，I. 和 1. 7?换能器是ID与2D换能器之间的这种方案，1. 2?换能器在宽度方向上将阵元分割成 4个子阵元，上下两两对称的子阵元通过引线相连，同时进行控制；中间两个子阵元可以分 割开或不分割开。I. 换能器在宽度方向上将阵元分割成6个子阵元，上下各三个子阵元， 上下两两对称的子阵元通过引线相连同时控制；中间两个子阵元可以分割开或不分割开。 I. 7f5D换能器将每个阵元分割成6个子阵元并单独引线并单独控制。
[0021] 在本实用新型的一些【具体实施方式】中，所述超声换能器为单阵元换能器或由多个 阵元按同心环的方式排列的超声换能器。
[0022] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
[0023] 第一，本实用新型通过在压电层与背衬层之间加入高声阻抗层，使得压电层以约 四分之一厚度振动，避免来自压电层背后的声波干扰，提高换能器的带宽，减小脉冲长度， 使得图像质量得到提升；
[0024] 第二，同时，由于压电层的厚度变薄，本实用新型的超声换能器芯部的阻抗可以降 低到100欧姆以下，大大改善了换能器与超声检测系统的匹配。
[0025] 当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【附图说明】
[0026] 图1为本实用新型实施例的超声换能器的芯部结构示意图，其中标号为1的箭头 代表压电层振动时产生的向前，即往匹配层端传播的超声波，标号为2的箭头代表压电层 振动时产生的向后，即往高声阻抗层端传播的极少量的超声波。
【具体实施方式】
[0027] 本实用新型提供一种新型超声换能器，包括匹配层，压电层和背衬层，所述压电层 和所述背衬层之间设有高声阻抗层，所述高声阻抗层为声阻抗大于所述压电层的声阻抗的 层，且所述压电层的厚度约为四分之一波长，或基本为四分之一波长。
[0028] 下方结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的描述。
[0029] 实施例
[0030] 请参见图1，本实施例提供的一种新型超声换能器，其主要结构示意图如图1所 示，在其中一种实施方式中，该超声换能器从上至下，依次为匹配层、压电层、高声阻抗层、 引出每个阵元用的电路板以及背衬层。需要说明的是，每一层材料都有可能是由多层叠加 而成。例如，匹配层可以是一层或由多层叠加而成，压