CN209526883U - 超声波转换器 - Google Patents
超声波转换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN209526883U CN209526883U CN201822149439.7U CN201822149439U CN209526883U CN 209526883 U CN209526883 U CN 209526883U CN 201822149439 U CN201822149439 U CN 201822149439U CN 209526883 U CN209526883 U CN 209526883U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- electrode
- diaphragm
- ultrasonic wave
- receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 14
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本实用新型提供提高了发送声压、接收灵敏度的超声波转换器。在超声波转换器中，在隔膜粘合有多个压电元件，多个压电元件分别具有的一对电极中的一方的电极彼此短路，多个压电元件中的至少一个压电元件所粘合的部位在发送超声波时，或者在接收超声波时，当隔膜变形时，在隔膜的表面变形分布中，承受压缩变形，多个压电元件中的剩余压电元件中的至少一个压电元件所粘合的部位在发送超声波时，或者在接收超声波时，当隔膜变形时，在隔膜的表面变形分布中，承受拉伸变形，与承受压缩变形的部位接合的压电元件从一方的电极朝向另一方的电极的极化、和与承受拉伸变形的部位接合的压电元件从一方的电极朝向另一方的电极的极化相互反向。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声波转换器，该超声波转换器具有压电元件，该压电元件粘合于由弹性体构成的隔膜，在发送超声波时，产生使隔膜振动的驱动力，或者在接收超声波时，产生电信号。
背景技术
以往，针对收发超声波，一直利用超声波转换器。作为超声波转换器的一个例子，有底筒状壳体的底面为隔膜状，在该底面粘合有1个压电元件。在这种超声波转换器中，例如，在收发超声波时，隔膜和压电元件振动变形，该压电元件的一对电极中的一方的电极与传感器电路的接地电位连接，另一方的电极作为信号线使用，从而输入输出信号。另外，对于超声波转换器，还存在构成为具备多个压电元件的情况(例如专利文献1和2)。
在专利文献1中公开有超声波收发器。在该超声波收发器中，接合有压电元件，通过在成为超声波的收发面的隔膜设置环状槽，设置2个以上共振点，在上述环状槽的内外，接合不同的压电元件，将与上述共振点的隔膜的变形一致的驱动信号，外加于上述各压电元件，由此能够通过1个转换器以多个频率驱动。
在专利文献2中公开有超声波发送器。在该超声波发送器中，在平面上二维地配置多个压电元件，在各压电元件间控制驱动时的相位来驱动，由此控制超声波的指向性。
专利文献1：日本特开2009-55458号公报
专利文献2：日本特开2006-17629号公报
一种超声波转换器，在上述有底筒状壳体的底面粘合有1个压电元件，其中，仅在隔膜表面变形的部位的一部分粘合有压电元件，因此在发送时，通过压电元件仅使隔膜的一部分变形，因此与外加电压相比，使隔膜变形的力较弱，在接收时，与隔膜的变形分布相比，压电元件较小，因此压电元件的输出信号变小，发送声压、接收灵敏度变低。专利文献1记载的技术是使超声波转换器的共振模式具有多个的方法，在发送时，对2个压电元件外加驱动信号，但针对发送声压、接收灵敏度的改善，没有公开。在专利文献2记载的技术中，为了控制发送方向、接收方向，针对二维配置的压电元件，外加个别或分组地各个或各组地错开相位得到的信号，或者进行错开了相位的接收，并不涉及发送声压的提高、接收灵敏度的提高。
因此，需要提高了发送声压、接收灵敏度的超声波转换器。
实用新型内容
本实用新型的超声波转换器的特征结构在于，具有压电元件，上述压电元件粘合于由弹性体构成的隔膜，在发送超声波时，产生使上述隔膜振动的驱动力，或者在接收上述超声波时，产生电信号，其中，在上述隔膜粘合有多个上述压电元件，上述多个压电元件各自具有的一对电极中的一方的电极彼此短路，上述多个压电元件中的至少一个压电元件所粘合的部位在发送上述超声波时，或者在接收上述超声波时，当上述隔膜变形时，在上述隔膜在某个时刻的表面变形分布中，承受压缩变形，上述多个压电元件中的剩余压电元件中的至少一个压电元件所粘合的部位在发送上述超声波时，或者在接收上述超声波时，当上述隔膜变形时，在上述隔膜在上述某个时刻的表面变形分布中，承受拉伸变形，与承受上述压缩变形的部位接合的上述压电元件的从上述一方的电极朝向另一方的电极的极化、和与承受上述拉伸变形的部位接合的上述压电元件的从上述一方的电极朝向上述另一方的电极的极化相互反向。
例如，作为上述结构的一个例子，能够构成为，将超声波转换器由有底筒状壳体的底面在收发超声波时变形的隔膜构成，将由第一电极、第二电极和压电体构成的第一压电元件(多个压电元件之一的一个例子)、和由第三电极、第四电极和压电体构成的第二压电元件(多个压电元件中的剩余压电元件之一的一个例子)粘合于在收发超声波转换器的超声波时上述有底筒状壳体的底面中的相互被外加相位反向的变形的部位，并且使从第一电极朝向第二电极方向的极化、和从第三电极朝向第四电极方向的极化相互反向，第二电极和第四电极连接于电路的基准电位，第一电极和第三电极彼此短路，被外加相同的驱动信号，或者与接收电路连接。通过成为这种结构，能够在驱动时，针对隔膜的变形，对在压缩方向变形的部位和在拉伸方向变形的部位双方施加驱动力，由此能够提高发送声压。另外，在接收超声波时，能够期待信号等级的增大。因此，能够实现提高了发送声压、接收灵敏度的超声波转换器。
另外，优选在上述超声波转换器中，上述多个压电元件中的至少2个压电元件形成在同一压电体上。
在如上述那样通过由第一电极、第二电极和压电体构成的第一压电元件(多个压电元件之一的一个例子)、和由第三电极、第四电极和压电体构成的第二压电元件(多个压电元件中的剩余压电元件之一的一个例子)构成有多个压电元件时，通过在压电体的一方的面分别形成第一压电元件的第二电极和第二压电元件的第四电极，在压电体的另一方的面分别形成第一压电元件的第一电极和第二压电元件的第三电极，能够将第一压电元件和第二压电元件一体化，使它们与隔膜的接合工序简便。另外，能够抑制第一压电元件和第二压电元件的相互的位置关系的偏移，并且能够抑制超声波转换器的特性的偏差。此外，第二电极和第四电极也可以在压电体的一方的面遍及整面形成以使成为整面电极。
附图说明
图1(I)是表示超声波转换器的有底筒状壳体的一个例子，图1(II)是表示图1(I)中的壳体2的A-A线剖视图，图1(III)是表示图1(I)中的B-B线剖视图，图1(IV)和图1(V)分别示出当图1(II)和图1(III)中的壳体2的底面处在已变形为凹状的状态下此时该底面在某个时刻的表面变形分布。
图2(I)表示超声波转换器1的俯视图，图2(II)是图2(I)的A-A线剖视图。
图3是表示超声波转换器用的传感器电路的一个例子的图。
图4是表示在传感器工作时交流电流源的输出电流和压电元件的电极间电压的一个例子的图。
图5(I)是表示第二实施方式的超声波转换器1的俯视图，图5(II)是图5(I)的A-A线剖视图。
附图标记说明：
1…超声波转换器；3…隔膜；10…压电元件。
具体实施方式
1.第一实施方式
本实用新型的超声波转换器构成为能够提高发送声压、接收灵敏度。以下，说明本实施方式的超声波转换器1。
在本实施方式中，超声波转换器1(参照图2)构成为具有图1(I)所示那样的有底筒状壳体(以下称为“壳体”)2。在壳体2的底部构成有由弹性体构成的隔膜3。在超声波转换器1发送超声波时和接收超声波时，隔膜3变形。
图1(II)表示壳体2的A-A线剖视图，图1(III)也表示剖视图，是B-B线剖视图。另外，在这些图中，以双点划线示出在收发超声波时隔膜3振动的状态，即，壳体2的底面以突出的方式已变形的状态。此外，为了容易理解，该双点划线夸张地表示变形量(实际上是几十μm程度的变形量)。并且，在图1(IV)和图1(V)中还分别示出当图1(II)和图1(III)中的壳体2的底面处在已变形为凹状的状态下此时该底面在某个时刻的表面变形分布。
图2(I)表示超声波转换器1的俯视图，图2(II)是图2(I)的A-A线剖视图。如图2(I)所示，超声波转换器1具有压电元件10，该压电元件10粘合于隔膜3，在发送超声波时，产生使隔膜3振动的驱动力，或者在接收超声波时，产生电信号。
在隔膜3粘合有多个压电元件10。在本实施方式中，多个压电元件10由3个压电元件10构成，分别是第一压电元件11、第二压电元件21和第三压电元件31，对它们进行说明。第一压电元件11由第一电极12、第二电极13和第一压电体14构成。第二压电元件21由第三电极22、第四电极23和第二压电体24构成。第三压电元件31由第五电极32、第六电极33和第三压电体34构成。
多个压电元件10各自具有的一对电极中的一方的电极彼此短路。所谓多个压电元件10各自具有的一对电极，是指第一压电元件11具有的第一电极12和第二电极13、第二压电元件21具有的第三电极22和第四电极23、以及第三压电元件31具有的第五电极32和第六电极33。在本实施方式中，虽未图示，但第一压电元件11具有的第二电极13、第二压电元件21具有的第四电极23和第三压电元件31具有的第六电极33彼此短路，并且与共用电位连接。
多个压电元件10中的至少一个压电元件所粘合的部位在发送超声波时，或者在接收超声波时，当隔膜3变形时，在隔膜3在某个时刻的表面变形分布中，承受压缩变形，多个压电元件10中的剩余压电元件中的至少一个压电元件所粘合的部位在发送超声波时，或者在接收超声波时，当隔膜3变形时，在隔膜3在上述某个时刻的表面变形分布中，承受拉伸变形。如图1(IV)和图1((V)所示，在收发超声波时，当隔膜3以壳体2的底面突出的方式变形时，第一压电元件11所粘合的部位在隔膜3在某个时刻的表面变形分布中，承受压缩变形，第二压电元件21和第三压电元件31所粘合的部位在隔膜3在某个时刻的表面变形分布中，承受拉伸变形。
另一方面，虽未图示，但在收发超声波时，当隔膜3变形为壳体2的底面被向壳体2内拉伸时，第一压电元件11所粘合的部位在隔膜3在某个时刻的表面变形分布中，承受拉伸变形，第二压电元件21和第三压电元件31所粘合的部位在隔膜3在某个时刻的表面变形分布中，承受压缩变形。因此，第一压电元件11与第二压电元件21和第三压电元件31所粘合的壳体2的底面的表面在隔膜3变形时，在隔膜3在某个时刻的表面变形分布中，变形的极性相反。
此外，若壳体2的底面为筒状的轴向一侧的面，则压电元件10粘合于壳体2的底面中的朝向轴向另一侧的面。另外，在图1和图2中，省略表示压电元件10彼此的电极与超声波转换器1的外部之间的布线、调整超声波转换器1的余音的吸音材料、防止水分等浸入的密封材料。
超声波转换器1构成为，与承受压缩变形的部位接合的压电元件10从一方的电极朝向另一方的电极的极化、和与承受拉伸变形的部位接合的压电元件10从一方的电极朝向另一方的电极的极化相互反向。在图2的例子中，所谓与承受压缩变形的部位接合的压电元件10的一方的电极，是指第一压电元件11具有的第二电极13，所谓与承受压缩变形的部位接合的压电元件10的另一方的电极，是指第一电极12。另一方面，所谓与承受拉伸变形的部位接合的压电元件10的一方的电极，是指第二压电元件21具有的第四电极23和第三压电元件31具有的第六电极33，所谓与承受拉伸变形的部位接合的压电元件10的另一方的电极，是指第二压电元件21具有的第三电极22和第三压电元件31具有的第五电极32。
因此，超声波转换器1构成为，从第一压电元件11具有的第二电极13朝向第一电极12的极化、和从第二压电元件21具有的第四电极23与第三压电元件31具有的第六电极33分别朝向第二压电元件21具有的第三电极22与第三压电元件31具有的第五电极32彼此的极化相互反向。
换言之，在第二电极13、第四电极23和第六电极33与相对于它们的另一方的电极间被极化，极化的极性构成为，从第二电极13朝向第一电极12的极化、和从第四电极23朝向第三电极22的极化与从第六电极33朝向第五电极32的极化相互反向。若对第二电极13、第四电极23和第六电极33外加相同极性的电压，且对第一电极12、第三电极22和第五电极32外加相同极性的电压，则隔膜3基于第一压电体14的变形、和隔膜3基于第二压电体24和第三压电体34的变形成为相对于隔膜3的表面在垂直方向为相同方向的变形，能够以低电压获得隔膜3的较大位移。另外，针对隔膜3在接收超声波时的变形，相对于第二电极13、第四电极23和第六电极33的在第一电极12、第三电极22和第五电极32所感应的电压极性相同，能够提高接收信号等级。
图3是表示本实施方式的超声波转换器1用的传感器电路的一个例子的图，图4表示在传感器工作时交流电流源的输出电流和压电元件的电极间电压的一个例子。如图3所示，传感器电路以第一压电元件11、第二压电元件21和第三压电元件31相互并联连接的方式与驱动电路和检测电路连接，如图4所示，仅在驱动时，交流电流源输出所设定的频率和振幅的交流电流，除此以外，停止输出，成为绝缘状态。此外，在图3中，虽然成为基于交流电流源的电流驱动，但也可以为基于仅在驱动时与交流电压源连接的结构的电压驱动。
在将超声波转换器1专用于超声波发送时，也可以省略检测电路，在将超声波转换器1专用于超声波接收时，也可以替换图3中的交流电流源和变压器而作为电感器。
2.第二实施方式
接下来，说明超声波转换器1的第二实施方式。在第一实施方式中，第一压电元件11的第一压电体14、第二压电元件21的第二压电体24和第三压电元件31的第三压电体34分别由独立的分体构成，并对此进行了说明，但在本实施方式中，在以下方面与第一实施方式不同，即，替换第一压电元件11的第一压电体14、第二压电元件21的第二压电体24和第三压电元件31的第三压电体34，由1个压电体90构成。由于其他方面相同，所以省略说明。
图5(I)是表示第二实施方式的超声波转换器1的俯视图，图5(II)是图5(I)的A-A线剖视图。在本实施方式中，多个压电元件10中的至少2个压电元件10形成在同一压电体90上。具体而言，第一压电元件11、第二压电元件21和第三压电元件31形成在同一压电体上。第二电极13、第四电极23和第六电极33作为共用电极被一体化。通过这样在1个压电体上形成多个压电元件10，压电元件10的操作简便，能够抑制压电元件10间的位置关系的偏差。
3.其他实施方式
在上述第一实施方式和第二实施方式中，以第二压电元件21和第三压电元件31由独立的分体构成的方式示出，但第二压电元件21和第三压电元件31也可以一体构成。此时，第二压电元件21和第三压电元件31可以构成为环状。
本实用新型可用于超声波转换器，该超声波转换器具有压电元件，该压电元件粘合于由弹性体构成的隔膜，在发送超声波时，产生使隔膜振动的驱动力，或者在接收超声波时，产生电信号。
Claims (2)
1.一种超声波转换器，其特征在于，具有压电元件，
所述压电元件粘合于由弹性体构成的隔膜，在发送超声波时，产生使所述隔膜振动的驱动力，或者在接收所述超声波时，产生电信号，
其中，
在所述隔膜粘合有多个所述压电元件，
所述多个压电元件各自具有的一对电极中的一方的电极彼此短路，
所述多个压电元件中的至少一个压电元件所粘合的部位在发送所述超声波时，或者在接收所述超声波时，当所述隔膜变形时，在所述隔膜在某个时刻的表面变形分布中，承受压缩变形，
所述多个压电元件中的剩余压电元件中的至少一个压电元件所粘合的部位在发送所述超声波时，或者在接收所述超声波时，当所述隔膜变形时，在所述隔膜在所述某个时刻的表面变形分布中，承受拉伸变形，
与承受所述压缩变形的部位接合的所述压电元件从所述一方的电极朝向另一方的电极的极化、和与承受所述拉伸变形的部位接合的所述压电元件从所述一方的电极朝向所述另一方的电极的极化相互反向。
2.根据权利要求1所述的超声波转换器，其中，
所述多个压电元件中的至少2个压电元件形成在同一压电体上。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017-247831 | 2017-12-25 | ||
| JP2017247831A JP2019114953A (ja) | 2017-12-25 | 2017-12-25 | 超音波トランスデューサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209526883U true CN209526883U (zh) | 2019-10-22 |
Family
ID=67222868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201822149439.7U Expired - Fee Related CN209526883U (zh) | 2017-12-25 | 2018-12-20 | 超声波转换器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019114953A (zh) |
| CN (1) | CN209526883U (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2555835B (en) * | 2016-11-11 | 2018-11-28 | Novosound Ltd | Ultrasound transducer |
| JP2022147522A (ja) * | 2021-03-23 | 2022-10-06 | 株式会社Soken | 超音波センサ |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4074003B2 (ja) * | 1998-06-26 | 2008-04-09 | リコーエレメックス株式会社 | 異方性空中超音波センサ |
| JP2001238885A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-09-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 超音波探触子 |
| JP2002112379A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-12 | Murata Mfg Co Ltd | 超音波センサ及びこれを用いた電子機器並びに車両用バックソナー |
| JP2003008091A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-01-10 | Oki Data Corp | ダイアフラム型圧電アクチュエータ及びインクジェットヘッド |
| CN100521819C (zh) * | 2004-10-15 | 2009-07-29 | 清华大学 | 硅基铁电微声学传感器畴极化区域控制和电极连接的方法 |
| JP6667080B2 (ja) * | 2015-05-25 | 2020-03-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 超音波デバイスとこれを用いた超音波センサ |
-
2017
- 2017-12-25 JP JP2017247831A patent/JP2019114953A/ja active Pending
-
2018
- 2018-12-20 CN CN201822149439.7U patent/CN209526883U/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019114953A (ja) | 2019-07-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210236090A1 (en) | Imaging devices having piezoelectric transducers | |
| US7982362B2 (en) | Ultrasound transducer manufactured by using micromachining process, its device, endoscopic ultrasound diagnosis system thereof, and method for controlling the same | |
| US8758253B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus using the same | |
| CN106198724B (zh) | 一种多稳态超声检测传感器 | |
| US8687466B2 (en) | Cell, element of ultrasonic transducer, ultrasonic transducer including the same, and method of manufacturing cell of ultrasonic transducer | |
| US9953625B2 (en) | Electrostatic capacitance transducer, probe, and subject information acquiring device | |
| CN209526883U (zh) | 超声波转换器 | |
| US8727994B2 (en) | Cell and channel of ultrasonic transducer, and ultrasonic transducer including the same | |
| WO2018155276A1 (ja) | 超音波センサ | |
| CN114007765B (zh) | 双层超声波换能器 | |
| CN104281772A (zh) | 换能器和对象信息获取装置 | |
| CN104013420B (zh) | 超声波探测器器件、头单元、探测器及超声波图像装置 | |
| CN108886659A (zh) | 超声波换能器、超声波阵列、超声波模块、超声波探测器以及超声波装置 | |
| CN210131776U (zh) | 超声换能器 | |
| JP2019169920A (ja) | 超音波プローブ及び超音波診断装置 | |
| CN116764922A (zh) | 一种平面式双压电材料驱动的微机械超声换能器 | |
| CN104013421B (zh) | 超声波换能器器件、头单元、探测器及超声波图像装置 | |
| JP6933082B2 (ja) | 超音波トランスデューサーおよび超音波診断装置 | |
| JP7024549B2 (ja) | 超音波センサー、及び超音波装置 | |
| JP2019114955A (ja) | 超音波トランスデューサ | |
| CN106449964A (zh) | 压电元件、探测器、超声波测量装置及极化处理方法 | |
| CN107847980B (zh) | 具有偏离声方向的路程相加的电声转换器 | |
| US20200246829A1 (en) | Ultrasound transducer device and method for controlling the same | |
| JP5855142B2 (ja) | 静電容量型トランスデューサの制御装置、及び静電容量型トランスデューサの制御方法 | |
| CN117563929A (zh) | 具有振膜的器件、电子设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191022 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |