CN203508355U - 相控阵换能器 - Google Patents
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Abstract
一种相控阵换能器，包括依次层叠的吸声材料层、压电元件层、匹配层、声头镜，在声头镜外面具有外壳，所述压电元件层是压电单晶材料制成，所述匹配层是由三层复合而成；在吸声材料层与压电元件层之间设有衬底层。本实用新型以压电单晶材料取代了常用的压电陶瓷材料作为压电元件层，极大程度地提高相控阵换能器的灵敏度和带宽；匹配层是有三层复合而成，可以改善声阻抗的匹配；压电单晶的阻抗要高于压电陶瓷，固与传统吸声材料阻抗失配更严重，在压电单晶与吸声材料之间加入一层氧化铝衬底层，能实现压电单晶材料与吸声材料层之间的声阻抗区配，起到了提高带宽的作用。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及超声波技术领域，尤其涉及一种敏感度更高的相控阵换能器。
【背景技术】
随着超声波探测、检测技术的发展，对检测结果的准确性和仪器的敏感度要求不断提高，希望得到质量更加优质的图像画面。压电陶瓷是相控阵换能器中最主要的电子元器件，经过多年的发展，制备工艺已经非常成熟，从其压电和机电耦合性能而言，已经难以从结构和制备工艺上进行改进而得到大幅的性能提升。
长期以来，在超声换能器中应用较多的压电材料一直是锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷。压电陶瓷存在着不可克服的自身缺陷：压电陶瓷是多晶体，使用频率受到限制；由于陶瓷抗拉强度低，本身性脆，经过一定时间的使用之后，老化程度相当高；伴随着陶瓷老化过程，其参数随时间的增加和环境温度改变时变化显著，甚至影响正常使用。
现有相控阵换能器的不足主要表现在灵敏度与带宽不高，相对灵敏度一般只达到-40dB左右，-6dB相对带宽只达到60％左右，这样的参数远远还不能满足医疗诊断对B超图像质量日益提高的需求。
而新型材料的出现是打破目前相控阵换能器瓶颈局面的契机，以PMN-PT(铌镁酸铅-钛酸铅)或PZN-PT(铌锌酸铅-钛酸铅)单晶材料为代表的新型驰豫铁电单晶的压电系数d33、机电耦合系数k33分别高达2000*10-12C/N和90％以上，其应变量达到1.7％。这些性能指标都远远高于目前B超换能器普遍使用的PZT压电陶瓷材料。压电单晶的介电损耗比较小，机电耦合系数大，频带宽等优异性能，使其在医用超声成像，尤其是新的谐波成像或多频成像技术中有着非常诱人的应用前景。目前，大尺寸高质量的PMN-PT和PZN-PT单晶已成功制备，制备技术也日渐成熟，其晶片尺寸及性能的一致性表明其完全可以满足多种医用超声换能器的应用需要。所以将压电单晶利用到医用超声相控阵探头中，有望解决目前相控阵灵敏度低，工作频带窄等问题。
【发明内容】
本实用新型针对以上问题提出了一种采用单晶材料替代常用的压电陶瓷材料的相控阵换能器，通过对相控阵换能器中的背衬和匹配层的改进，可以实现相控阵换能器灵敏度与带宽大幅度提高，从而大幅提高相控阵B超图像质量。
本实用新型所述相控阵换能器，包括依次层叠的吸声材料层、压电元件层、匹配层、声头镜，在声头镜外面具有外壳，其特征在于，所述压电元件层是压电单晶材料制成，所述匹配层是由三层复合而成；在吸声材料层与压电元件层之间设有衬底层。
所述衬底层是氧化铝衬底层。
所述匹配层包括第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层，所述第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层通过胶水粘接在一起构成匹配层。
所述吸声材料层是环氧树脂材料。
本实用新型以压电单晶材料取代了常用的压电陶瓷材料作为压电元件层，极大程度地提高相控阵换能器的灵敏度和带宽；匹配层是有三层复合而成，可以改善声阻抗的匹配；压电单晶的阻抗要高于压电陶瓷，固与传统吸声材料阻抗失配更严重，在压电单晶与吸声材料之间加入一层氧化铝衬底层，能实现压电单晶材料与吸声材料层之间的声阻抗匹配，起到了提高带宽的作用。
【附图说明】
图1是本实用新型压电元件结构示意图。
其中：10、吸声材料层；20、压电元件层；30、匹配层；40、声头镜；50、衬底层。
【具体实施方式】
下面将结合附图及实施例对本实用新型相控阵换能器的结构进行详细说明。
请参考附图1，该图中示出了一种相控阵换能器，包括依次层叠的吸声材料层10、压电元件层20、匹配层30、声头镜40，在声头镜40外面具有外壳，其特征在于，所述压电元件层20是压电单晶材料制成，所述匹配层30是由三层复合而成；在吸声材料层10与压电元件 层20之间设有衬底层50。
所述衬底层50是氧化铝衬底层。
所述匹配层30包括第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层，所述第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层通过胶水粘接在一起构成匹配层。
所述吸声材料层10是环氧树脂材料构成。
利用压电单晶材料替代传统压电陶瓷材料制备相控阵换能器，以极大的提高相控阵换能器的灵敏度和带宽。为实现压电单晶材料与人体的匹配，在压电单晶与声头镜40之间粘贴3层结构的匹配层，既实现阻抗的匹配，又提高了换能器的灵敏度及带宽。为进一步提高换能器带宽，在压电单晶材料制成压电元件层20与吸声材料层10之间插入一层氧化铝衬底层50，实现了压电单晶材料与吸声材料的声学匹配，并提高了带宽。
本实用新型以压电单晶材料取代了常用的压电陶瓷材料作为压电元件层，极大程度地提高相控阵换能器的灵敏度和带宽；匹配层是有三层复合而成，可以改善声阻抗的匹配；压电单晶的阻抗要高于压电陶瓷，固与传统吸声材料阻抗失配更严重，在压电单晶与吸声材料之间加入一层氧化铝衬底层，能实现压电单晶材料与吸声材料层之间的声阻抗匹配，起到了提高带宽的作用。
以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种相控阵换能器，包括依次层叠的吸声材料层、压电元件层、匹配层、声头镜，在声头镜外面具有外壳，其特征在于，所述压电元件层是压电单晶材料制成，所述匹配层是由三层复合而成；在吸声材料层与压电元件层之间设有衬底层。
2.根据权利要求1所述相控阵换能器，其特征在于，所述衬底层是氧化铝衬底层。
3.根据权利要求1所述相控阵换能器，其特征在于，所述匹配层包括第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层，所述第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层通过胶水粘接在一起构成匹配层。
4.根据权利要求1所述相控阵换能器，其特征在于，所述吸声材料层是环氧树脂材料。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201320296526.XU CN203508355U (zh) | 2013-05-23 | 2013-05-23 | 相控阵换能器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203508355U true CN203508355U (zh) | 2014-04-02 |
Family
ID=50367337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201320296526.XU Expired - Lifetime CN203508355U (zh) | 2013-05-23 | 2013-05-23 | 相控阵换能器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111687025A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-22 | 飞依诺科技(苏州)有限公司 | 双背衬超声换能器及制备方法 |
| CN112168201A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-05 | 飞依诺科技(苏州)有限公司 | 匹配层的制备方法、匹配层、超声波探头 |
| CN114145713A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-08 | 深圳先进技术研究院 | 一种双频内窥导管及成像装置 |
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2013
- 2013-05-23 CN CN201320296526.XU patent/CN203508355U/zh not_active Expired - Lifetime
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