CN113161475A - 一种微小的阵列压电传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微小的阵列压电传感器，包括：多个阵元，所述阵元阵列排布；所述阵元设有陶瓷层，所述陶瓷层上下表面设有上金属电极层和下金属电极层，所述上金属电极层上侧设有耦合层，所述下金属电极层下侧设有背衬层；所述上金属电极层连接第一引出线，所述第一引出线穿过所述背衬层引出外侧；所述下金属电极层连接第二引出线，所述第二引出线穿过所述背衬层引出外侧；多个所述阵元之间设有填充介质。本发明的微小的阵列压电传感器的阵元表面平整度好，同时第一引出线、第二引出线均从背衬层穿出，便于装配。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其指一种微小的阵列压电传感器。
背景技术
目前的消费类电子市场对超声波传感器的应用越来越广泛，如水流量测试、血压测试以及超声成像系统的运用等。为了满足产品运用的需要，要求产品的超声波方向性好、灵敏度高等特性。同时，为了满足产品的这些特性，一般要求产品制作为阵列方式，且要求产品小型化，便于装配，然而市面上的产品还是很难实现小型化、便于装配同时产品的特性也能够达到要求。
发明内容
本发明提供一种小型化阵列排布、装配方便，且超声波方向性好、灵敏度高的微小的阵列压电传感器。
本发明采用的技术方案为：一种微小的阵列压电传感器，包括：多个阵元，所述阵元阵列排布；所述阵元设有陶瓷层，所述陶瓷层上下表面设有上金属电极层和下金属电极层，所述上金属电极层上侧设有耦合层，所述下金属电极层下侧设有背衬层；所述上金属电极层连接第一引出线，所述第一引出线穿过所述背衬层引出外侧；所述下金属电极层连接第二引出线，所述第二引出线穿过所述背衬层引出外侧；多个所述阵元之间设有填充介质。
进一步地，所述填充介质经过去耦合处理。
进一步地，所述耦合层上侧设有介质层，所述耦合层满足测试介质与所述阵元的声阻抗匹配原则，所述陶瓷层的阻抗为Z1，所述耦合层的阻抗为Z3，所述介质层的阻抗为Z2，满足以下关系：
进一步地，所述耦合层的厚度为测试声波波长的1/4或3/4。
进一步地，所述背衬层采用具有吸收声衰减的材料制成。
进一步地，多个所述上金属电极层采用共用电极，所述共用电极通过所述第一引出线将电性引出至所述背衬层外侧。
进一步地，所述共用电极采用穿孔的方式进行引线至所述下金属电极层的一侧，将所述第一引出线引出所述背衬层外侧。
进一步地，所述共用电极采用翻边包覆的方式进行引线至所述下金属电极层的一侧，将所述第一引出线引出所述背衬层外侧。
进一步地，多个所述阵元之间最小距离为测试发声波长的1/2。
进一步地，所述上金属电极层在X轴方向被分隔成4等分，并将引线引至所述下金属电极层的一侧；所述下金属电极层在Y轴方向被分隔成4等分，引出线驱动时，分别施加所述阵元X轴、Y轴相交的电极面进行驱动。
相较于现有技术，本发明的微小的阵列压电传感器的阵元表面平整度好，同时第一引出线、第二引出线均从背衬层穿出，便于装配。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，
图1：本发明的一种微小的阵列压电传感器的结构示意图；
图2：本发明的一种微小的阵列压电传感器的采用穿孔的方式进行引线的结构示意图；
图3：本发明的一种微小的阵列压电传感器的采用翻边包覆的方式进行引线的结构示意图；
图4：本发明的一种微小的阵列压电传感器的一种引出线方式结构示意图；
图5：本发明的一种微小的阵列压电传感器的另一种引出线方式结构示意图。
各部件名称及其标号
阵元 1
陶瓷层 11
上金属电极层 12
第一引出线 121
下金属电极层 13
第二引出线 131
耦合层 14
背衬层 15
填充介质 16
穿孔 17
翻边 18
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1至图4所示，本发明的一种微小的阵列压电传感器，包括：多个阵元1，所述阵元1阵列排布。所述阵元1设有陶瓷层11，所述陶瓷层11上下表面设有上金属电极层12和下金属电极层13，所述上金属电极层12上侧设有耦合层14，所述下金属电极层13下侧设有背衬层15。所述上金属电极层12连接第一引出线121，所述第一引出线121穿过所述背衬层15引出外侧。所述下金属电极层13连接第二引出线131，所述第二引出线131穿过所述背衬层15引出外侧。多个所述阵元1之间设有填充介质16，所述填充介质16经过去耦合处理。
如图1至图4所示，本发明的一种微小的阵列压电传感器的产品结构表面平整度高，且第一引出线121和第二引出线131从背衬层15穿出，便于安装。采用该结构实现阵列排布以及平整化排布，通过填充介质16将各个所述阵元1间隔开，并进行去耦合作用，抑制旁边的阵元振动。所述阵元1表面设有需要根据测试介质设置不同的耦合层14，吸收振动，弱化阵元1横向位移的振动。各个所述阵元1的上金属电极层12和下金属电极层13可以通过各种形式进行连接，并且背面具有声衰减的特性灌封材料制成的背衬层15，同时起到密封以及降低声衰减的作用。
如图1至图4所示，所述耦合层14具有吸收震动，这样可以弱化阵元1横向位移的振动，让阵元1集中于测试方向(厚向)震动，使得振动能量集中，并且减弱阵元1之间干扰。所述耦合层14上侧设有介质层，所述耦合层14满足测试介质与所述阵元1的声阻抗匹配原则，所述陶瓷层11的阻抗为Z1，所述耦合层14的阻抗为Z3，所述介质层的阻抗为Z2，一些实施例中，满足以下关系：
一些实施例中，所述耦合层14的厚度为测试声波波长的1/4或3/4。
如图1至图4所示，所述背衬层15采用具有吸收声衰减的材料制成，并且控制发射灵敏度的特性，且可调整材料密度等方式进行调整发射性能等参数。影响发射灵敏度的因素是声衰减和声阻抗，声衰减的影响因素有材料密度和弹性模量，影响声阻抗的因素比较多，像物理特性，如厚度等。材料密度越大，声衰减越大，灵敏度越高，例如在介质上表面衰减105db，加了负载后，介质上表面的衰减为95db，灵敏度变高。背衬层15相当于负载，声衰减越大，灵敏度变高；背衬层15密度(或者弹性模量)越大，灵敏度越高。
如图1至图4所示，金属电极层的目的是为了能够使阵元1表面导电，制作方式可选择PVD或者CVD等制作方式，但不局限于该两种制作方式，并且电极图形可以根据引出线或者驱动方式进行设计。一些实施例中，多个所述上金属电极层12采用共用电极，所述共用电极通过所述第一引出线121将电性引出至所述背衬层15外侧，便于组装。如图3所示，所述共用电极采用穿孔17的方式进行引出线至所述下金属电极层13的一侧，将所述第一引出线121引出所述背衬层15外侧，该种穿孔17的方式是在所述阵元1上开设穿孔17，供第一引出线121从所述穿孔17中穿出，使所述上金属电极层12的电极引出至所述下金属电极层13的电极的一侧，便于装配。如图4所示，一些实施例中，所述共用电极采用翻边18包覆的方式进行引出线至所述下金属电极层13的一侧，将所述第一引出线121引出所述背衬层15外侧，该种翻边18包覆的方式是将上金属电极层12翻边18包覆阵元1的侧边，使得上金属电极层12翻至与所述下金属电极层13位于同一侧，便于引出线以及装配。
如图1至图4所示，多个所述阵元1之间最小距离为测试发声波长的1/2，可实现超声阵列聚焦。
如图4所示，一些实施例中，采用4×4阵列单元，每个阵元1表面均使用上金属电极层12进行镀膜。镀膜金属材质不局限于Au，Ag，Pt，Ni，Cu等电极，其中与耦合层14黏贴那一面电极采用共用电极，并且采用穿孔17或者翻边18包覆的工艺进行印线至另一面上，方便安装使用。阵元1与阵元1之间最小距离为测试发声波长的一半，可实现超声阵列聚焦，其加工方式可以采用机械切割或者激光刻蚀或者化学刻蚀方式，不局限于一种或者两种配合进行制作。该阵元1图形，不局限于方形或者圆形等图案，可根据具体实际应用情况进行设计。本实施例中，采取的引出线方式为焊线引接至驱动或者PCB线路板上，也可以使用SMT或者ACF等方式进行引出线至FPC或者PCB线路板上，阵元1可根据实际运用超声频率进行尺寸设计。在引出线一方，采用背衬层15声衰减设计，可以将引出线好的FPC或者线材一起进行包封处理，且有保护的作用。
如图5所示，一些实施例中，所述上金属电极层12在X轴方向被分隔成4等分，并通过穿孔17或者翻边18包覆的方式将引出线引至所述下金属电极层13的一侧；所述下金属电极层13在Y轴方向被分隔成4等分，引出线驱动时，分别施加所述阵元1X轴、Y轴相交的电极面进行驱动。
综上，本发明的一种微小的阵列压电传感器具有以下的有益效果：
1、产品结构表面平整度高，且第一引出线121和第二引出线131从背衬层15穿出，便于安装。
2、背面具有声衰减的特性灌封材料制成的背衬层15，同时起到密封以及降低声衰减的作用。
3、所述耦合层14具有吸收震动，这样可以弱化阵元1横向位移的振动，让阵元1集中于测试方向(厚向)震动，使得振动能量集中，并且减弱阵元1之间干扰。
4、多个所述上金属电极层12采用共用电极，所述共用电极通过所述第一引出线121将电性引出至所述背衬层15外侧，便于组装。
5、多个所述阵元1之间最小距离为测试发声波长的1/2，可实现超声阵列聚焦。
只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微小的阵列压电传感器，其特征在于，包括：
多个阵元，所述阵元阵列排布；
所述阵元设有陶瓷层，所述陶瓷层上下表面设有上金属电极层和下金属电极层，所述上金属电极层上侧设有耦合层，所述下金属电极层下侧设有背衬层；
所述上金属电极层连接第一引出线，所述第一引出线穿过所述背衬层引出外侧；
所述下金属电极层连接第二引出线，所述第二引出线穿过所述背衬层引出外侧；
多个所述阵元之间设有填充介质。
2.如权利要求1所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：所述填充介质经过去耦合处理。
3.如权利要求1所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：所述耦合层上侧设有介质层，所述耦合层满足测试介质与所述阵元的声阻抗匹配原则，所述陶瓷层的阻抗为Z1，所述耦合层的阻抗为Z3，所述介质层的阻抗为Z2，满足以下关系：
4.如权利要求3所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：所述耦合层的厚度为测试声波波长的1/4或3/4。
5.如权利要求1所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：所述背衬层采用具有吸收声衰减的材料制成。
6.如权利要求1所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：多个所述上金属电极层采用共用电极，所述共用电极通过所述第一引出线将电性引出至所述背衬层外侧。
7.如权利要求6所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：所述共用电极采用穿孔的方式进行引线至所述下金属电极层的一侧，将所述第一引出线引出所述背衬层外侧。
8.如权利要求6所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：所述共用电极采用翻边包覆的方式进行引线至所述下金属电极层的一侧，将所述第一引出线引出所述背衬层外侧。
9.如权利要求1所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：多个所述阵元之间最小距离为测试发声波长的1/2。
10.如权利要求1所述的一种微小的阵列压电传感器，其特征在于：所述上金属电极层在X轴方向被分隔成4等分，并将引线引至所述下金属电极层的一侧；所述下金属电极层在Y轴方向被分隔成4等分，引出线驱动时，分别施加所述阵元X轴、Y轴相交的电极面进行驱动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210723 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |