专利名称：一种用于超声检测的高频宽带换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种换能器设计及制备技术领域，主要用于超声检测，也可用于水声、医用超声、工业超声检测等方面的高频宽带换能器。
背景技术：
高频换能器一般是指工作频率在20千赫兹以上的换能器，因此通常又称为超声换能器。其较高的工作频率决定了超声换能器分辨力高、作用距离近的特点。超声换能器在民用领域的应用非常广泛，按用途不同可分为检测超声、功率超声、超声测量、超声治疗等。检测超声又可分为医学超声检测和工业超声检测，前者包括大家熟悉的B超诊断仪，后者包括工业上广泛使用的无损探伤仪。功率超声主要是利用超声的物理、化学等效应来对载体进行相应的处理，主要包括超声清洗、超声焊接、超声加工、超声处理等。超声测量主要包括料位测量、流速测量、温度测量、声学特性测量等。超声治疗则包括超声理疗、超声体外碎石、超声治癌等。高频换能器在军事领域的应用也非常广泛，包括靠岸声纳、成像声纳、浅海测深声纳、反蛙人声纳、港口警戒声纳、尾流自导声纳等，这些声纳的特点都是分辨力比较高。随着信号处理技术及DSP硬件的发展，信号处理机的运算能力越来越强，所能处理的频段越来越宽，因此对换能器提出了更高的的带宽要求。另外，由于高频换能器通常用来探测近距离目标，要求工作盲区小，因此一般还要求高频换能器具有很好的瞬态效应。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种用于超声检测的高频宽带换能器。本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括去耦材料层、外壳、电缆，换能器结构上包含三层即上层为前辐射匹配层，中间层为多层复合结构压电元器件与高分子材料组成的复合材料层，下层为后背衬匹配层；在该复合材料层与后背衬匹配层的外侧包裹有一层去耦材料层，去耦材料层的上端覆有一层前辐射匹配层，该前辐射匹配层灌注于多层复合结构压电元器件上端面上，在该去耦材料层与前辐射匹配层的外侧裹有一外壳；所述的后背衬匹配层灌注于多层复合结构压电元器件下端面上，并在后背衬匹配层的下端焊接一电缆，该电缆固定于所述的外壳底端中心上。作为优选，所述的多层复合结构压电元器件为换能器的有源部分，是通过将实心压电陶瓷材料元件采用双面不切透条形切割后形成，外形为圆形、方形或者多边形平面元件。作为优选，所述的多层复合结构压电元器件结构上包含三层两端面是呈条形排列的压电材料条，中间层是压电材料的颗粒柱，两端面的压电材料条电极通过导线焊接后作为整体元件的电极。本实用新型的有益效果为所提供的高频宽带换能器外形为圆形、方形或者多边
3行平面元件，换能器有源元件的电极引线通过高温焊接实现，可靠性高，能承受长时间高电压工作；相比实心压电元器件，本实用新型所得换能器性能带宽较宽，相比其它压电复合材料，本实用新型的制备工艺过程更简便，具有明显的优势。
图1是本实用新型的高频宽带换能器结构示意图；图2是本实用新型的多层复合结构压电元器件俯视结构示意图；图3是本实用新型的多层复合结构压电元器件仰视结构示意图；附图中的标号分别为1、去耦材料层，2、外壳，3、电缆，4、前辐射匹配层，5、复合材料层，6、多层复合结构压电元器件，7、后背衬匹配层，61、颗粒柱，62、压电材料条。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍如附图1所示，本实用新型包括去耦材料层1、外壳2、电缆3，换能器结构上包含三层即上层为前辐射匹配层4，中间层为多层复合结构压电元器件6与高分子材料组成的复合材料层5，下层为后背衬匹配层7 ；在该复合材料层5与后背衬匹配层7的外侧包裹有一层去耦材料层1，去耦材料层1的上端覆有一层前辐射匹配层4，该前辐射匹配层4灌注于多层复合结构压电元器件6上端面上，在该去耦材料层1与前辐射匹配层4的外侧裹有一外壳2 ；所述的后背衬匹配层7灌注于多层复合结构压电元器件6下端面上，并在后背衬匹配层7的下端焊接一电缆3，该电缆3固定于所述的外壳2底端中心上。所述的多层复合结构压电元器件6为换能器的有源部分，是通过将实心压电陶瓷材料元件采用双面不切透条形切割后形成，外形为圆形、方形或者多边形平面元件。所述的多层复合结构压电元器件6结构上包含三层两端面是呈条形排列的压电材料条62，中间层是压电材料的颗粒柱61，两端面的压电材料条电极通过导线焊接后作为整体元件的电极。本实用新型的技术特点为通过将实心压电陶瓷材料元器件进行两面不切透条形切割后形成的多层复合结构压电元器件6为换能器的有源部分，元器件呈条形状的压电材料，中间层是压电材料的颗粒柱61，两面的剩余电极层仍作为整体元件的电极，再通过前辐射匹配层4和后背衬匹配层7灌注组合而成。经过匹配层灌注以后，中间多层复合结构压电元器件6与高分子材料组成的复合材料层5。本实用新型的具体制作步骤叙述如下(该实例中的数据和结果不作为限制本实用新型专利一般性的约束)1、元件采用02OmmX 2. 7mm的圆形实心平面压电陶瓷材料元件进行正反两次交错切割，制备成多层复合结构压电元器件6，如图2、3所示；2、电极引线，在多层复合结构压电元器件6上表面和下表面采用导线焊接；3、后背衬匹配层7灌注，采用环氧钨粉混合物(体积比1 10)灌注，厚度5mm，常温固化；4、前辐射匹配层4灌注，采用环氧材料，并进行抽真空处理，80°C高温固化，再将辐射端面打磨光滑；[0022]5、焊接电缆3，换能器结构示意图如图1所示。换能器测得的谐振频率为590kHz，_6dB发送响应带宽为450kHz，比采用相同尺寸的实心压电元件制成的换能器带宽大一倍。除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
权利要求1.一种用于超声检测的高频宽带换能器，包括去耦材料层(1)、外壳(2)、电缆(3)，其特征在于换能器结构上包含三层即上层为前辐射匹配层(4)，中间层为多层复合结构压电元器件(6)与高分子材料组成的复合材料层(5)，下层为后背衬匹配层(7)；在该复合材料层(5)与后背衬匹配层(7)的外侧包裹有一层去耦材料层(1)，去耦材料层(1)的上端覆有一层前辐射匹配层(4)，该前辐射匹配层(4)灌注于多层复合结构压电元器件(6)上端面上，在该去耦材料层(1)与前辐射匹配层(4)的外侧裹有一外壳(2)；所述的后背衬匹配层 (7)灌注于多层复合结构压电元器件(6)下端面上，并在后背衬匹配层(7)的下端焊接一电缆(3)，该电缆(3)固定于所述的外壳(2)底端中心上。
2.根据权利要求1所述的用于超声检测的高频宽带换能器，其特征在于所述的多层复合结构压电元器件(6)为换能器的有源部分，是通过将实心压电陶瓷材料元件采用双面不切透条形切割后形成，外形为圆形、方形或者多边形平面元件。
3.根据权利要求2所述的用于超声检测的高频宽带换能器，其特征在于所述的多层复合结构压电元器件(6)结构上包含三层两端面是呈条形排列的压电材料条(62)，中间层是压电材料的颗粒柱(61)，两端面的压电材料条电极通过导线焊接后作为整体元件的电极。
专利摘要本实用新型涉及一种用于超声检测的高频宽带换能器，包括去耦材料层、外壳、电缆，换能器结构上包含三层即上层为前辐射匹配层，中间层为多层复合结构压电元器件与高分子材料组成的复合材料层，下层为后背衬匹配层；本实用新型的有益效果为所提供的高频宽带换能器外形为圆形、方形或者多边行平面元件，换能器有源元件的电极引线通过高温焊接实现，可靠性高，能承受长时间高电压工作；相比实心压电元器件，本实用新型所得换能器性能带宽较宽，相比其它压电复合材料，本实用新型的制备工艺过程更简便，具有明显的优势。
文档编号B06B1/06GK202316266SQ201120456318
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者张军, 徐平, 朱学文, 李建成, 费腾 申请人:中国船舶重工集团公司第七一五研究所