CN106975590B - 一种空背衬二维面阵超声换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空背衬二维面阵超声换能器其特征在于，其包括：外壳，其包括底板、顶板、侧板和密封板，压电材料，其安装在所述外壳中，所述压电材料一面设置为阵元电极，另一面设置为公共电极，以及电路板，其安装在所述外壳中，所述电路板的下侧设置有与所述压电材料的阵元电极对应的用于每个阵元的引线的若干焊盘，所述电路板的上侧设置与下侧焊盘对应数量的用于与电缆焊接的若干焊点；其中所述底板为空心腔体结构，空心部分尺寸小于压电材料的尺寸，使得当所述压电材料放置在该腔体上时，所述压电材料的所述阵元电极朝向腔体内部而全部暴露。
Description
技术领域
本发明总体上涉及超声换能器技术领域，尤其涉及一种空背衬二维面阵超声换能器。
背景技术
超声换能器的核心是面阵探头，一个面阵探头通常由一个至上千个单独的压电阵元组成，每个压电阵元的电极引出则是将压电阵元的正负极连接到外部电缆或者接线板，当超声换能器的阵元数目较为庞大时，若采用全接线方式为每个阵元独立接线，使每个阵元都产生独立脉冲信号，目前的接线方法有光刻技术和超声焊接，前者由于机械切割方法的精度无法与光刻技术精度相匹配，造成次品率较高，后者由于面阵探头单个阵元的尺寸较小，阵元焊接引线就显得非常困难且很难保证一致性。
面阵探头一般包括背衬、压电材料、匹配层和声透镜，背衬材料设置于压电材料的背面，其作用在于利用其阻尼作用使得压电材料的谐振过程尽快终止，以提高超声换能器轴向分辨率，但阵列式超声换能器，由于阵元被高度分割，背衬一般用于压电材料的结构依托，而且一般只能采用低阻抗、高衰减的背衬材料，以使绝大部分声能经压电材料前表面辐射，保持高灵敏度，但背衬材料的使用，依然会降低压电材料的灵敏度。
有鉴于此，需要开发一种新的技术来克服这些缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供能够克服至少一种上述现有技术问题的超声换能器。
为了实现上述目的，本发明提供了一种空背衬二维面阵超声换能器，其特征在于，包括：
外壳，其包括底板、顶板、侧板和密封板，
压电材料，其安装在所述外壳中，所述压电材料一面设置为阵元电极，另一面设置为公共电极，以及
电路板，其安装在所述外壳中，所述电路板的下侧设置有与所述压电材料的阵元电极对应的用于每个阵元的引线的若干焊盘，所述电路板的上侧设置与下侧焊盘对应数量的用于与电缆焊接的若干焊点；
其中所述底板为空心腔体结构，空心部分尺寸小于压电材料的尺寸，使得当所述压电材料放置在该腔体上时，所述压电材料的所述阵元电极朝向腔体内部而全部暴露。
在优选的实施方式中，所述外壳由诸如塑料之类的磁兼容材料制成。
在优选的实施方式中，所述底板的空心腔体侧壁与所述压电材料之间可设置间隙，所述间隙可以填充环氧胶固定所述压电材料。
在优选的实施方式中，所述底板的一对侧边设置有用于固定电路板的若干凸起。
在优选的实施方式中，所述侧板的内侧设置有用于放置所述密封板的凹槽。
在优选的实施方式中，所述压电材料的阵元电极由M*N个压电阵元排布而成，其中M和N分别为大于1的整数，在相邻所述阵元之间填充去耦材料，用于对阵元电极起支撑作用，同时减少阵元电极之间的相互干扰。
在优选的实施方式中，所述电路板左右两侧设计有若干孔，用于通过与所述底板的若干凸起相接合以固定电路板。
在优选的实施方式中，所述焊盘为空心焊盘，可以通过该空心焊盘进行导电胶的点胶，使得阵元电极的每个阵元分别与对应的焊盘点连接。
在优选的实施方式中，所述电路板的上侧设计为接插件，使其可与外部电缆通过接插件可拆卸连接。
在优选的实施方式中，所述电路板为柔性电路板，使得电路板下侧焊盘与压电材料贴合，上侧焊点与下侧焊盘垂直，有利于电路板的定位和焊接。
本发明提供的空背衬二维面阵超声换能器，通过设计专用的外壳作为面阵探头的支撑，无需采用背衬，使面阵探头能够保持其高灵敏度，提高了现有的二维面阵探头的使用性能；通过电路板点胶引线的方式，可对二维面阵进行全接线，解决了传统的超声焊接不可靠、耗时长、成本高的问题，更适合多阵元二维面阵超声换能器的批量生产；可以选用磁兼容材料制备外壳，以制成具有磁兼容性能的超声换能器，用于放置在磁共振系统中，与磁共振系统进行配合使用。
附图说明
图1示出了根据本发明的外壳的爆炸图。
图2示出了根据本发明的外壳的底板的示意图。
图3示出了根据本发明的压电材料的安装示意图。
图4示出了根据本发明的电路板的示意图。
图5示出了根据本发明的压电材料和电路板的安装示意图。
图6示出了根据本发明的压电材料、电路板、侧板和密封板的安装示意图。
图7示出了根据本发明的空背衬二维面阵超声换能器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行说明。在下文所描述的本发明的具体实施例中，为了能更好地理解本发明而描述了一些很具体的技术特征，但显而易见的是，对于本领域的技术人员来说，并不是所有的这些技术特征都是实现本发明的必要技术特征。下文所描述的本发明的一些具体实施例只是本发明的一些示例性的具体实施例，其不应被视为对本发明的限制。另外，为了避免使本发明变得难以理解，对于一些公知的技术没有进行描述。
现在参考图1-2，本发明的空背衬二维面阵超声换能器包括外壳1，所述外壳1包括底板11、顶板12、侧板13和密封板14，其中所述底板11为空心腔体结构，空心部分尺寸小于压电材料2的尺寸。所述底板11的空心腔体侧壁与所述压电材料2之间的间隙填充有环氧胶以便固定所述压电材料2。所述底板11的一对侧边设置有用于固定电路板的若干凸起111。所述侧板13的内侧设置有用于放置所述密封板14的凹槽131。
现在参考图3，本发明的空背衬二维面阵超声换能器包括安装在所述外壳1中的压电材料2，所述压电材料2一面设置为阵元电极21，另一面设置为公共电极(未示出)，当所述压电材料2放置在底板11的空心腔体上时，所述压电材料2的所述阵元电极朝向腔体内部而全部暴露。所述压电材料2的阵元电极由M*N个压电阵元排布而成，其中M和N分别为大于1的整数，在图3中示出M＝N＝8，相邻所述阵元之间填充有去耦材料，用于对阵元电极起支撑作用，同时减少阵元电极之间的相互干扰。压电材料2的公共电极一侧依次叠置匹配层和声透镜，其中匹配层可以是单层，也可以是堆叠的多层，声透镜主要用于聚焦。所述压电材料2的匹配层和声透镜可以在其固定在底板之前形成，也可以在面阵探头焊接之前形成。
现在参考图4，本发明的空背衬二维面阵超声换能器包括安装在所述外壳1中的电路板3，所述电路板3左右两侧设计有若干孔31，在图4中示出为左右各两个，用于通过与所述底板11的若干凸起111相接合以固定电路板3。所述电路板3的下侧设置有与所述压电材料2的阵元电极对应的用于每个阵元引线的若干焊盘32，应注意，图4所示的电路板纵向可形成4个焊盘，在实际应用时，不限于本实施例提供的4个焊盘，可以按需求设置，在一个实施方式中，所述焊盘32为空心焊盘，可以通过该空心焊盘进行导电胶的点胶，使得阵元电极的每个阵元分别与对应的焊盘32点连接；所述电路板3的上侧设置与下侧焊盘32对应数量的用于与电缆焊接的若干焊点33；在一个实施方式中，所述电路板3的上侧设计为接插件，使其可与外部电缆通过接插件可拆卸连接。
现在参考图5，所述电路板3安装到底板11上时，电路板3两端的孔31与底板11的凸起111接合，所述电路板3为柔性电路板，易弯折，电路板3下侧焊盘32与压电材料的阵元电极面贴合，上侧焊点33与下侧焊盘32垂直，有利于电路板3的定位和焊接。应注意，图5示出安装有4个电路板，在实际应用时，不限于本实施例提供的4个电路板，可以按需求设置。
现在参考图6，密封板14电路板3依次叠置放置并安装于一对侧板13的凹槽131中，密封板的个数和尺寸应随着电路板的尺寸设置，以对电路板3进行定位紧固，密封板14与压电材料2之间形成空腔，构成本发明的超声换能器的空背衬结构。
最后参考图7，完成剩余侧板13和顶板12的安装即形成本发明的空背衬二维面阵超声换能器。
尽管已经根据优选的实施方案对本发明进行了说明，但是存在落入本发明范围之内的改动、置换以及各种替代等同方案。还应当注意的是，存在多种实现本发明的方法和系统的可选方式。因此，意在将随附的权利要求书解释为包含落在本发明的主旨和范围之内的所有这些改动、置换以及各种替代等同方案。
Claims (6)
1.一种空背衬二维面阵超声换能器，其特征在于，包括：
外壳，其包括底板、顶板、侧板和密封板，
所述侧板的内侧设置有用于放置所述密封板的凹槽，
压电材料，其安装在所述外壳中，所述压电材料一面设置为阵元电极，另一面设置为公共电极，
所述底板的一对侧边设置有用于固定电路板的若干凸起，
电路板，其安装在所述外壳中，所述电路板的下侧设置有与所述压电材料的阵元电极对应的用于每个阵元的引线的若干焊盘，所述电路板的上侧设置与下侧焊盘对应数量的用于与电缆焊接的若干焊点，
所述电路板左右两侧设计有若干孔，用于通过与所述底板的若干凸起相接合以固定电路板，
所述焊盘为空心焊盘，能够通过该空心焊盘进行导电胶的点胶，使得阵元电极的每个阵元分别与对应的焊盘点连接，
所述电路板为柔性电路板，使得电路板下侧焊盘与压电材料贴合，上侧焊点与下侧焊盘垂直，以及
其中所述底板为空心腔体结构，空心部分尺寸小于压电材料的尺寸，使得当所述压电材料放置在该腔体上时，所述压电材料的所述阵元电极朝向腔体内部而全部暴露。
2.如权利要求1所述的空背衬二维面阵超声换能器，所述外壳由磁兼容材料制成。
3.如权利要求2所述的空背衬二维面阵超声换能器，所述磁兼容材料为塑料。
4.如权利要求1、2或3所述的空背衬二维面阵超声换能器，所述底板的空心腔体侧壁与所述压电材料之间能设置间隙，所述间隙能填充环氧胶固定所述压电材料。
5.如权利要求1、2或3所述的空背衬二维面阵超声换能器，所述压电材料的阵元电极由M*N个压电阵元排布而成，其中M和N分别为大于1的整数，在相邻所述阵元之间填充去耦材料，用于对阵元电极起支撑作用，同时减少阵元电极之间的相互干扰。
6.如权利要求1、2或3所述的空背衬二维面阵超声换能器，所述电路板的上侧设计为接插件，使其能与外部电缆通过接插件可拆卸连接。
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