CN115532571B - 2+2压电陶瓷超声传感器阵列、制备及寻址激励方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列、制备及寻址激励方法，可用于超声无损检测领域。超声传感器阵列包括压电陶瓷敏感单元、电极焊盘、上下表面电极、底层电路板、吸声背衬、匹配层以及封装外壳。阵列中阵元采用共线连接方法，按行和列分别将地线和信号线连接在一起，配合每行和每列的可控电子开关，可分别实现激励电路对阵列中任意单阵元和任意多阵元的选通和激励，达到不同的孔径效应。本发明中的超声传感器阵列采用双激励电路，激励阵元采用寻址选通模式，为压电陶瓷超声传感器阵列提供了一种激励机制，减少了阵元引线数量和激励电路规模，灵活的激励机制使超声传感器阵列的孔径调整更加方便。

Description

2+2压电陶瓷超声传感器阵列、制备及寻址激励方法

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，涉及一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列、制备及寻址激励方法。

背景技术

作为声电转换中的关键元件，超声传感器的器件结构一直被众多学者关注。超声传感器发展经历了单阵元到多阵元的历程，而超声传感器阵列是超声传感器发展的必然趋势，因为阵元数目越大，获取的信息越丰富。目前，在医学领域基于电容微阵元的大规模超声传感器已有研究报道，但电容微阵元结构并不适合工业材料的检测。基于MEMS技术的超声传感器阵列的研究大都集中在基于PZT压电薄膜的PMUT，相较于散装块状的压电陶瓷超声传感器，PMUT阵列虽然拥有更小的体积，但加工涉及到刻蚀、键合、沉积、溅射等一系列工艺，流程复杂，阵元发射声功率较小，不能适用于声衰减和检测范围大的场合。

超声传感器阵列结构由行列分布的超声传感器阵元组成，每个超声传感器通常有两根信号引线，一根为信号线，用于向超声传感器施加激励信号，同时用于超声传感器接收回波信号；另一根为地线，用于形成电流回路。在超声传感器阵列结构中，阵元数量多，导致信号连接线多，结构复杂。同时，后端信号通道数的增加，后端处理信号的模块数量也相应地增加，导致整个检测系统变得复杂。作为一种解决布线复杂性的手段，基于行列寻址的连接方案被提出，此方案有效地减少了连线的数量，但也存在不足，在对超声传感器进行激励时，由于每一列(或行)的所有超声传感器共用一个通道信号线，随之带来的问题是，在发射超声波时，只能整列(或整行)进行激励，不能实现超声传感器的寻址激励(贾艳平.用于三维超声成像的拆分式行列寻址面阵设计[D].湖北:华中科技大学，2014.)。

发明内容

针对现有超声传感器阵列结构单一和激励模式固化的现状，结合超声传感器阵列发展的需求，本发明提供了一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列、制备及寻址激励方法，其目的在于能通过控制电子开关的通断状态以选通阵元进而对其进行激励，由此解决现有方法中存在的在发射超声波时，只能单阵元或整体进行激励的技术现状。本发明从结构设计和激励方法上保证了激励模式的灵活性，同时减少了电路规模，提高了电路的利用率，也节约了系统的成本。

为了实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列，包括4个压电陶瓷敏感单元、电极焊盘、上下表面电极、底层电路板、吸声背衬、匹配层以及封装外壳；所述压电陶瓷敏感单元采用矩形结构，镀银并极化后铺设上下表面电极即形成阵元；所述电极焊盘根据阵元结构形状及几何参数设计，用于阵元上下表面电信号的连接以及与外围电路进行电气连接；所述上下表面电极为压电陶瓷敏感单元上下表面的电信号连接引线，其中，上表面电极采用部分覆盖压电陶瓷敏感单元上表面的导电铜箔，并用导电胶连接压电陶瓷敏感单元的上表面，下表面电极采用全覆盖粘贴方式，用导电胶连接压电陶瓷敏感单元的下表面；所述底层电路板为传感器阵列的连接件，用于形成传感器阵列；与电极焊盘和下表面电极组装在一起，将所有压电陶瓷敏感单元用导电胶粘贴到电路板上；所述吸声背衬采用环氧树脂加钨粉材料，灌注在电路板的背面，用于减小声波在电路板上产生的声干扰；所述匹配层用于实现阵元发射声波与被测试件的声阻抗匹配，并保护阵元表面；所述封装外壳用于封装压电陶瓷敏感单元、电极焊盘、上下表面电极、底层电路板、吸声背衬及匹配层构成超声传感器阵列；封装外壳由底座和封盖两部分构成，底座中间预留底层电路板对应的厚度与长宽空隙，保障后续底层电路板嵌入其中，在底座对应底层电路板电极焊盘的位置处开槽，方便导线引出，四周开孔用于与封盖进行装配组装；在封盖对应底层电路板压电陶瓷敏感单元的位置处开槽保证超声波能有效传播，所述封装外壳的底座与封盖由3D印制成。

进一步地，上述4个压电陶瓷敏感单元以两行两列形式排列，第一行两个压电陶瓷敏感单元下表面通过下表面电极互连并与电子开关一的源极相连，电子开关一的栅极连接行控制信号一，电子开关一的漏极与地线相连；第二行两个压电陶瓷敏感单元下表面通过下表面电极互连并与电子开关二的源极相连，电子开关二的栅极连接行控制信号二，电子开关二的漏极与地线相连；第一列两个压电陶瓷敏感单元上表面通过上表面电极互连并与电子开关三的源极相连，电子开关三的栅极连接列控制信号一，电子开关三的漏极与尖脉冲信号一相连；第二列两个压电陶瓷敏感单元上表面通过上表面电极互连并与电子开关四的源极相连，电子开关四的栅极连接列控制信号二，电子开关四的漏极与尖脉冲信号二相连。

进一步地，上述超声传感器阵列的寻址激励结构包括：

S1.压电陶瓷超声传感器阵列中位于上表面的电极通过桥接结构连通阵元的正电极，与压电陶瓷敏感单元的正极电极处在同一列或同一行，并引入到底层电路板对应的电极焊盘位置处；

S2.压电陶瓷超声传感器阵列中位于下表面的电极连通阵元的地极，与压电陶瓷敏感单元的地极处在同一列或同一行，并连接到底层电路板对应的电极焊盘位置处；

S3.底层电路板为印刷电路板，电极焊盘以及下表面电极均放置在底层电路板上，电极焊盘比压电陶瓷敏感单元尺寸略大，方便焊接导线与外围电路连接；

S4.压电陶瓷超声传感器阵列中每一列或每一行的所有阵元上表面连接在一起通过电子开关连接到信号线，作为激励信号正极；阵列中每一行或每一列的所有阵元连接在一起共用一根连线，并通过电子开关接地，形成地线。

本发明还提供了一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列的制备方法，包括以下步骤：

S1.将导电铜箔电极与压电陶瓷敏感单元上表面粘接，并将电极焊盘以及下表面电极均粘贴于底层电路板上，上表面电极通过桥接方式引入到底层电路板上对应的电极焊盘位置处，底层电路板嵌入所述封装外壳中，并灌注吸声材料和匹配层；

S2.压电陶瓷敏感单元之间以固定间隙排列，间隙大小由阵元几何参数和工作频率确定，以防止阵元间声干扰；

S3.将背衬灌注到封装壳底部，并将超声传感器部件置于壳中，压实并固化后，在上表面涂匹配层，完成传感器组装。

本发明还提供了一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列寻址激励方法，所述寻址激励方法包括以下内容：

S1.超声传感器阵列布置在电路板上，并通过电路板的布线保证阵列中行和列共线，并将输出引线布设在电路板一侧，阵列中各阵元依次编号为(1，1)、(1，2)、(2，1)和(2，2)，其中第1个数字表示行编号，第2个数字表示列编号；

S2.控制电子开关的控制信号为频率和占空比均可调的周期方波信号，当控制信号为高电平时对应的行或列阵元被选通，可以分别设置电平控制逻辑，以实现任意单阵元或任意多阵元的选通；

S3.当阵元被选通后，采用脉冲产生电路产生激励脉冲激发超声传感器产生超声波，实现寻址模式下的阵元激励。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的2+2压电超声传感器阵列结构，相对于现有技术制备超声传感器阵列来说简化了工艺流程，通过一系列的设计和封装外壳的使用，便于超声传感器阵列的后续连线与封装，增强其稳定性；

(2)超声传感器阵列中阵元为压电陶瓷片，便于加工和采购；

(3)本发明中采用单激励电路激励双阵元的模式，减少了激励电路规模；

(4)不同于现有的在对超声传感器阵列进行激励时，只能采用单阵元或整体激励的方式，本发明提供的寻址激励方法，能够实现超声传感器单元的寻址激励。并且超声激励信号可控，可根据实际检测的需求进行相应的调整。

附图说明

图1为2+2压电陶瓷传感器阵列结构示意图。

图2为2+2压电陶瓷传感器阵列的三维示意图。

图3(a)为封装外壳底座结构的三维示意图；图3(b)为封装外壳封盖结构的三维示意图；

图4(a)为2+2压电陶瓷传感器阵列结构的整体拆解示意图；图4(b)为2+2压电陶瓷传感器阵列结构的整体封装示意图。

图5为本发明的控制信号图；

图6为本发明的脉冲激励信号图；

图7(a)为本发明测试原理示意图；图7(b)为阵列中单阵元激励模式下的实测超声回波信号。

其中1-1表示上表面电极；1-2表示压电陶瓷敏感单元；1-3表示下表面电极；2-1表示底层电路板；2-2表示下表面电极；2-3表示压电陶瓷敏感单元；2-4表示上表面电极；2-5表示电极焊盘；4-1表示封装外壳底座；4-2表示吸声背衬材料；4-3表示2+2压电陶瓷传感器阵列；4-4表示封装外壳封盖；4-5表示匹配层；7-1表示组装好的2+2压电陶瓷传感器阵列；7-2表示被测试件。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步描述。需要说明的是，本发明还可以通过其他等效实施方式加以应用，以下实施例中所提供的实施方式和附图说明仅以示例方式说明本发明的基本技术构想，实施例中的相关元件的型号、数目、形状、尺寸，材料等参数在具体实施环境中可进行改变。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中采用2+2结构主要是考虑其构成了阵列中一个最小功能单元，该最小功能单元电气性能独立，激励可靠性好，由最小功能单元拓展后即可构成其它规模阵列。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所提供的2+2压电陶瓷传感器阵列结构及寻址激励方法进行介绍。如图1所示，本发明的2+2压电陶瓷传感器阵列包括4个压电陶瓷敏感单元、电极焊盘、上下表面电极、底层电路板、吸声背衬、匹配层以及封装外壳；所述压电陶瓷敏感单元采用矩形结构，镀银并极化后铺设上下表面电极即形成阵元；所述电极焊盘根据阵元结构形状及几何参数设计，用于阵元上下表面电信号的连接以及与外围电路进行电气连接；所述上下表面电极为压电陶瓷敏感单元上下表面的电信号连接引线，其中，上表面电极采用部分覆盖压电陶瓷敏感单元上表面的导电铜箔，并用导电胶连接压电陶瓷敏感单元的上表面，下表面电极采用全覆盖粘贴方式，用导电胶连接压电陶瓷敏感单元的下表面；所述底层电路板为传感器阵列的连接件，用于形成传感器阵列；与电极焊盘和下表面电极组装在一起，将所有压电陶瓷敏感单元用导电胶粘贴到电路板上；所述吸声背衬采用环氧树脂加钨粉材料，灌注在电路板的背面，用于减小声波在电路板上产生的声干扰；所述匹配层用于实现阵元发射声波与被测试件的声阻抗匹配，并保护阵元表面；作为本发明的优选实施例，本发明的匹配层采用环氧树脂加氧化铝粉末材料。所述封装外壳用于封装压电陶瓷敏感单元、电极焊盘、上下表面电极、底层电路板、吸声背衬及匹配层构成超声传感器阵列；封装外壳由底座和封盖两部分构成，底座中间预留底层电路板对应的厚度与长宽空隙，保障后续底层电路板嵌入其中，在底座对应底层电路板电极焊盘的位置处开槽，方便导线引出，四周开孔用于与封盖进行装配组装；在封盖对应底层电路板压电陶瓷敏感单元的位置处开槽保证超声波能有效传播，所述封装外壳的底座与封盖由3D印制成。

作为本发明的优选实施例，四个压电陶瓷敏感单元以两行两列形式排列，第一行两个压电陶瓷敏感单元下表面通过下表面电极互连并与NMOS管电子开关一的源极相连，电子开关一的栅极连接行控制信号一，电子开关一的漏极与地线相连；第二行两个压电陶瓷敏感单元下表面通过下表面电极互连并与NMOS管电子开关二的源极相连，电子开关二的栅极连接行控制信号二，电子开关二的漏极与地线相连；第一列两个压电陶瓷敏感单元上表面通过上表面电极互连并与NMOS管电子开关三的源极相连，电子开关三的栅极连接列控制信号一，电子开关三的漏极与尖脉冲信号一相连；第二列两个压电陶瓷敏感单元上表面通过上表面电极互连并与NMOS管电子开关四的源极相连，电子开关四的栅极连接列控制信号二，电子开关四的漏极与尖脉冲信号二相连。为便于说明，对四个压电陶瓷敏感单元进行坐标标注，第一行第一列压电陶瓷敏感单元坐标为(1，1)；第一行第二列压电陶瓷敏感单元坐标为(1，2)；第二行第一列压电陶瓷敏感单元坐标为(2，1)；第二行第二列压电陶瓷敏感单元坐标为(2，2)。例如当行控制信号一与列控制信号一同时为高电平时，栅极为高电平，电子开关一与电子开关三同时导通，此时坐标为(1，1)的压电陶瓷敏感单元被选通激励。其余压电陶瓷敏感单元选通激励方式类似。2+2压电陶瓷超声传感器阵列对应的寻址激励控制信号状态表如表1所示。

表1寻址激励控制信号状态表

注：表格中行、列控制信号的1表示为高电平状态，0表示为低电平状态。

本发明的超声传感器阵列的寻址激励结构有以下特点：

S1.压电陶瓷超声传感器阵列中位于上表面的电极通过桥接结构连通阵元的正电极，与压电陶瓷敏感单元的正极电极处在同一列或同一行，并引入到底层电路板对应的电极焊盘位置处；

S2.压电陶瓷超声传感器阵列中位于下表面的电极连通阵元的地极，与压电陶瓷敏感单元的地极处在同一列或同一行，并连接到底层电路板对应的电极焊盘位置处；

S3.底层电路板为印刷电路板，电极焊盘以及下表面电极均放置在底层电路板上，电极焊盘比压电陶瓷敏感单元尺寸略大，方便焊接导线与外围电路连接；

S4.压电陶瓷超声传感器阵列中每一列或每一行的所有阵元上表面连接在一起通过电子开关连接到信号线，作为激励信号正极；阵列中每一行或每一列的所有阵元连接在一起共用一根连线，并通过电子开关接地，形成地线。

本发明还提供了一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列寻址激励方法，所述寻址激励方法包括以下内容：

S1.超声传感器阵列布置在电路板上，并通过电路板的布线保证阵列中行和列共线，并将输出引线布设在电路板一侧，阵列中各阵元依次编号为(1，1)、(1，2)、(2，1)和(2，2)，其中第1个数字表示行编号，第2个数字表示列编号；

S2.控制电子开关的控制信号为频率和占空比均可调的周期方波信号，当控制信号为高电平时对应的行或列阵元被选通，可以分别设置电平控制逻辑，以实现任意单阵元或任意多阵元的选通；

S3.当阵元被选通后，采用脉冲产生电路产生激励脉冲激发超声传感器产生超声波，实现寻址模式下的阵元激励。

本发明还提供了一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列结构的制备方法，包括以下步骤：

S1.将导电铜箔电极与压电陶瓷敏感单元上表面粘接，并将电极焊盘以及下表面电极均粘贴于底层电路板上，上表面电极通过桥接方式引入到底层电路板上对应的电极焊盘位置处，底层电路板嵌入所述封装外壳中，并灌注吸声材料和匹配层；

S2.压电陶瓷敏感单元之间以固定间隙排列，间隙大小由阵元几何参数和工作频率确定，以防止阵元间声干扰；

S3.将背衬灌注到封装壳底部，并将超声传感器部件置于壳中，压实并固化后，在上表面涂匹配层，完成传感器组装。

下面结合图2至图4详细描述本发明的制备方法：

如图2所示，选取矩形的压电陶瓷敏感单元，其中，所述压电陶瓷敏感单元的长宽均为5mm，厚度为2mm，对应中心频率为1MHz，优选的，所述的压电陶瓷敏感单元采用PZT-5H制成。所述底层电路板尺寸大小为3×3cm，厚度1.6mm，所述压电陶瓷敏感单元、电极焊盘以及下表面电极均放置于底层电路板上，将压电陶瓷敏感单元用导电胶粘贴到电路板上，形成传感器阵列；下表面电极尺寸与所选的压电陶瓷超声传感器尺寸大小一致为5×5mm，相邻两个下表面电极之间中心距为2.4mm。所述压电陶瓷超声传感器阵列中位于下表面的电极与对应的电极焊盘连为一体，并与压电陶瓷敏感单元的下表面处在同一行；所述压电陶瓷超声传感器阵列中位于上表面的电极通过桥接结构连通压电陶瓷敏感单元的上表面，与压电陶瓷敏感单元的上表面处在同一列，并引入到底层电路板对应的电极焊盘位置处。为方便焊接导线以便其与外围电路连接，电极焊盘尺寸设计略大一点，为6×6mm。优选的，所述的上表面电极材料为导电铜箔，为保证良好的声透射特性，上表面电极采用圆形形状通过导电胶粘贴部分覆盖在压电陶瓷敏感单元上表面，直径大小与压电陶瓷敏感单元边长大小比为0.6。

为增强所述2+2压电陶瓷超声传感器阵列稳定性，设计封装外壳，如图3所示。图3(a)中的底座长宽尺寸为4×4cm，在中部区域设计与底层电路板尺寸相一致的方槽，长宽为3×3cm，槽深3.1mm，比底层电路板厚度稍深，用于后续吸声背衬的填充。底座对应底层电路板电极焊盘的位置处开槽，槽宽2mm，深2mm，方便导线引出，四周开M2螺孔用于与封盖进行装配组装。图3(b)中的封盖长宽尺寸为4×4cm，同理，在中部区域设计一长宽3×3cm，深2mm的方槽，用于压电陶瓷敏感单元的放置。在与底座相对应的用于导线引出的开槽位置处设计同等尺寸大小的槽。在封盖对应底层电路板压电陶瓷敏感单元的位置处开槽保证超声波能有效传播，四个方槽长宽大小与压电陶瓷敏感单元的尺寸大小一致，为5×5mm，槽深1mm用于后续匹配层的铺设。在与底座四周开孔的位置处同样开M2螺孔用于与底座进行装配组装。优选的，所述封装外壳的底座与封盖由LEDO 6060光敏树脂材料3D打印制成。

图4展示了本发明实施例中的2+2压电陶瓷超声传感器阵列结构的整体三维示意图。其中图4(a)为整体的拆解示意图，首先将吸声背衬灌注到封装壳底部，并将超声传感器部件置于壳中，压实并固化后，在压电陶瓷敏感单元上表面涂匹配层，底座与封盖闭合，完成传感器组装。如图4(b)所示，展示了本发明实施例中的2+2压电陶瓷传感器阵列结构的整体封装示意图，封盖与底座能够将整个2+2压电陶瓷传感器阵列保护起来。

参照图1至图4流程，本发明提供了2+2压电陶瓷超声传感器阵列结构的制备流程。其工艺流程简单，不仅制备了可寻址的2+2压电陶瓷超声传感器阵列，而且设计制备了与之配套的封装外壳用于保护所述的2+2压电陶瓷超声传感器阵列，并通过实际测试验证了这是一种行之有效的设计方案。

以激励第一行第一列(1，1)阵元为例。如图5所示，同时给予NMOS管电子开关一和电子开关三栅极一个周期为100Hz(10ms)，幅值为5V，占空比为50％的方波控制信号，用于控制电子开关的通断状态，高电平时电子开关导通，低电平时断开。同时，如图6所示，在电子开关三的漏极处给予一幅值为-58V，脉宽为1us的脉冲信号。其中，控制信号的频率及占空比，脉冲信号的幅值和脉宽均可进行调节。这样，当电子开关一和电子开关三导通时，激励电路产生的激励信号就能够激励被选中的(1，1)阵元，产生用于检测的超声波。

图7为本发明实施例的实施效果图。其中图7(a)为本发明实施例的检测示意图；将所述组装好的2+2压电陶瓷传感器阵列放置在被测试件(铝块)上，铝块尺寸长×宽×高为3.5×3.5×5cm，接触面是长×宽为3.5×3.5cm端面，测试接收到的第一次底面回波信号。根据超声波在铝中的传播速度v＝6300m/s以及被测铝块的高度h＝5cm，可以计算出接收到第一次底面回波信号时刻如图7(b)所示得到的实测超声信号图中，在相应位置处能够观察到第一次底面回波。

实施例中的说明仅是针对本发明可行性实施方式的具体展示，并非用以限制本发明的保护范围。凡是未脱离本发明技艺精神的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种2+2压电陶瓷超声传感器阵列，其特征在于，包括4个压电陶瓷敏感单元、电极焊盘、上下表面电极、底层电路板、吸声背衬、匹配层以及封装外壳；所述压电陶瓷敏感单元采用矩形结构，镀银并极化后铺设上下表面电极即形成阵元；所述电极焊盘根据阵元结构形状及几何参数设计，用于阵元上下表面电信号的连接以及与外围电路进行电气连接；所述上下表面电极为压电陶瓷敏感单元上下表面的电信号连接引线，其中，上表面电极采用部分覆盖压电陶瓷敏感单元上表面的导电铜箔，并用导电胶连接压电陶瓷敏感单元的上表面，下表面电极采用全覆盖粘贴方式，用导电胶连接压电陶瓷敏感单元的下表面；所述底层电路板为传感器阵列的连接件，用于形成传感器阵列；与电极焊盘和下表面电极组装在一起，将所有压电陶瓷敏感单元用导电胶粘贴到电路板上；所述吸声背衬采用环氧树脂加钨粉，灌注在电路板的背面，用于减小声波在电路板上产生的声干扰；所述匹配层用于实现阵元发射声波与被测试件的声阻抗匹配，并保护阵元表面；所述封装外壳用于封装压电陶瓷敏感单元、电极焊盘、上下表面电极、底层电路板、吸声背衬及匹配层构成超声传感器阵列；封装外壳由底座和封盖两部分构成，底座中间预留底层电路板对应的厚度与长宽空隙，保障后续底层电路板嵌入其中，在底座对应底层电路板电极焊盘的位置处开槽，方便导线引出，四周开孔用于与封盖进行装配组装；在封盖对应底层电路板压电陶瓷敏感单元的位置处开槽保证超声波能有效传播，所述封装外壳的底座与封盖由3D印制成；

所述4个压电陶瓷敏感单元以两行两列形式排列，第一行两个压电陶瓷敏感单元下表面通过下表面电极互连并与电子开关一的源极相连，电子开关一的栅极连接行控制信号一，电子开关一的漏极与地线相连；第二行两个压电陶瓷敏感单元下表面通过下表面电极互连并与电子开关二的源极相连，电子开关二的栅极连接行控制信号二，电子开关二的漏极与地线相连；第一列两个压电陶瓷敏感单元上表面通过上表面电极互连并与电子开关三的源极相连，电子开关三的栅极连接列控制信号一，电子开关三的漏极与尖脉冲信号一相连；第二列两个压电陶瓷敏感单元上表面通过上表面电极互连并与电子开关四的源极相连，电子开关四的栅极连接列控制信号二，电子开关四的漏极与尖脉冲信号二相连。

2.如权利要求1所述的2+2压电陶瓷超声传感器阵列，其特征在于，所述超声传感器阵列的寻址激励结构包括：

S1.压电陶瓷超声传感器阵列中位于上表面的电极通过桥接结构连通阵元的正电极，与压电陶瓷敏感单元的正极电极处在同一列或同一行，并引入到底层电路板对应的电极焊盘位置处；

S2.压电陶瓷超声传感器阵列中位于下表面的电极连通阵元的地极，与压电陶瓷敏感单元的地极处在同一列或同一行，并连接到底层电路板对应的电极焊盘位置处；

S3.底层电路板为印刷电路板，电极焊盘以及下表面电极均放置在底层电路板上，电极焊盘比压电陶瓷敏感单元尺寸略大，方便焊接导线与外围电路连接；

S4.压电陶瓷超声传感器阵列中每一列或每一行的所有阵元上表面连接在一起通过电子开关连接到信号线，作为激励信号正极；阵列中每一行或每一列的所有阵元连接在一起共用一根连线，并通过电子开关接地，形成地线。

3.一种如权利要求1所述的2+2压电陶瓷超声传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将导电铜箔电极与压电陶瓷敏感单元上表面粘接，并将电极焊盘以及下表面电极均粘贴于底层电路板上，上表面电极通过桥接方式引入到底层电路板上对应的电极焊盘位置处，底层电路板嵌入所述封装外壳中，并灌注吸声材料和匹配层；

S2.压电陶瓷敏感单元之间以固定间隙排列，间隙大小由阵元几何参数和工作频率确定，以防止阵元间声干扰；

S3.将背衬灌注到封装壳底部，并将超声传感器部件置于壳中，压实并固化后，在上表面涂匹配层，完成传感器组装。

4.一种如权利要求1所述的2+2压电陶瓷超声传感器阵列寻址激励方法，其特征在于，所述寻址激励方法包括以下内容：

S1.超声传感器阵列布置在电路板上，并通过电路板的布线保证阵列中行和列共线，并将输出引线布设在电路板一侧，阵列中各阵元依次编号为(1，1)、(1，2)、(2，1)和(2，2)，其中第1个数字表示行编号，第2个数字表示列编号；

S2.控制电子开关的控制信号为频率和占空比均可调的周期方波信号，当控制信号为高电平时对应的行或列阵元被选通，可以分别设置电平控制逻辑，以实现任意单阵元或任意多阵元的选通；

S3.当阵元被选通后，采用脉冲产生电路产生激励脉冲激发超声传感器产生超声波，实现寻址模式下的阵元激励。