CN212189927U - 一种环形阵列换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环形阵列换能器，其包括外壳，所述外壳内装配有匹配层、压电层、电极连接单元和背衬层；所述电极连接单元包括若干间隔设置的环形电极，所述压电层与所述基板相连接的第一面上间隔设置有若干第一电极，当压电层连接于所述电极连接单元上时，所述压电层上的第一电极与所述若干环形电极形成若干环形阵元。本实用新型通过在电极连接单元包括若干环形电极，并通过环形电极与压电层相配而实现环形阵元，无需在环形阵元间直接进行切缝，简化了环形阵列换能器的加工工艺，此外，由于无需环形阵元之间不存在切缝，避免了切割而成的缝隙上的毛刺对回波信号的干扰。

Description

一种环形阵列换能器

技术领域

本实用新型涉及换能器技术领域，特别涉及一种环形阵列换能器。

背景技术

环形阵列换能器可实现单点聚焦且焦距可调，在医学成像、工业无损检测等很多领域有着较大应用优势。相比于单阵元聚焦换能器，环形阵列换能器声场完全轴对称，有优越的轴向聚焦能力，具有较高的分辨率及灵敏度，而且可以动态精确的调整焦距，使用操作方便；另外，环形阵列可以在振元数大幅度少于线阵和面阵换能器振元数的情况下形成高分辨率的聚焦声场，制作工艺简单，降低由于通道数量过多带来的制作成本，同时简化电路和控制系统。

现有环阵换能器主要包括背衬层，压电层和匹配层，所述压电层含有多个独立阵元，各阵元之间缝隙填有去耦绝缘材料，并且每个阵元单独进行电路控制。其中，所述压电层一般采用两种方法来实现阵元的分离，第一种方法为单独制备各个环状阵元，然后用绝缘胶将各个阵元粘合而成，这种方法适合较大尺寸的阵元，即适合用于制备低频环阵换能器（1MHz以下）；第二种方法为在一片大块压电材料上通过激光切割或化学刻蚀的方式形成阵元之间的缝隙，然后填入去耦绝缘材料，这种方法形成的圆环切缝深度有限，只能用于高频换能器阵元的划分（15MHz以上），无法用于制备低频环阵超声换能器。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种环形阵列换能器及其制备方法，以提高环形阵列换能器适用的频率范围。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种环形阵列换能器，其包括外壳，所述外壳内装配有的匹配层、压电层、背衬层和电极连接单元;所述电极连接单元至少包括若干环形电极，所述若干环形电极间中的任意相邻的两个环形电极之间均设置有间隙，所述压电层的第一面上设置有若干第一电极，所述压电层上的第一电极与所述若干环形电极形成若干环形阵元。

所述环形阵列换能器，其中，所述电极连接单元还包括基板，所述若干环形电极布置于所述基板上。

所述环形阵列换能器，其中，所述若干环形电极同心布置，各环形电极的外径按照距离圆心距离的顺序依次增大，并且任意相邻的两个环形电极相互不接触

所述环形阵列换能器，其中，所述压电层与所述第一面相对的第二面上设置有第二电极，所述第二电极覆盖所述第二面。

所述环形阵列换能器，其中，所述压电层的侧壁上设置有若干第三电极，所述第三电极一端与第一面上的部分第一电极相连接，另一端与第二面上的第二电极相连接。

所述环形阵列换能器，其中，所述各第一电极均未与任一间隙相接触。

所述环形阵列换能器，其中，所述压电层包括压电层本体以及若干绝缘条；所述若干绝缘条均贯穿所述压电层本体并按照预设方式排列，以将所述压电层本体分割为若干互不相接触的压电阵元。

所述环形阵列换能器，其中，所述若干第一电极分别设置于各压电阵元上，并各压电阵元上均设置有一个第一电极。

所述环形阵列换能器，其中，所述绝缘条为环氧树脂条，并且所述若干环氧树脂条按横竖交叉方式排列。

所述环形阵列换能器，其中，所述环形阵元的边缘为锯齿状。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型提供了一种环形阵列换能器，其包括外壳，所述外壳内装配有匹配层、压电层、电极连接单元和背衬层；所述电极连接单元包括若干间隔设置的环形电极，所述压电层与所述基板相连接的第一面上间隔设置有若干第一电极，当压电层连接于所述电极连接单元上时，所述压电层上的第一电极与所述若干环形电极形成若干环形阵元。本实用新型通过在电极连接单元包括若干环形电极，并通过环形电极与压电层相配而实现环形阵元，无需在环形阵元间直接进行切缝，简化了环形阵列换能器的加工工艺，此外，由于无需环形阵元之间不存在切缝，避免了切割而成的缝隙上的毛刺对回波信号的干扰。

附图说明

图1为本实用新型提供的环形阵列换能器的结构示意图。

图2为本实用新型提供的环形阵列换能器未安装外壳的爆炸图。

图3为本实用新型提供的环形阵列换能器中基板的结构示意图。

图4为本实用新型提供的环形阵列换能器中压电层的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种环形阵列换能器，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例提供了一种环形阵列换能器，如图1和2所示，其包括外壳1、压电层3、电极连接单元4、背衬层5和匹配层2；所述匹配层2、压电层3、电极连接单元4和背衬层5依次叠放形成一环阵机构，所述环阵机构封装于所述外壳1内。所述电极连接单元4包括若干间隔设置有的环形电极411，所述若干环形电极中任意相邻两个环形电极411之间具有间隙412，所述间隙412将其对应的两个环形电极411分离，以使得所述环形电极之间互不接触。本是实用新型通过各环形电极411与压电层相配合形成所述环形阵元，所述环形电极的高度可以根据环形阵列换能器使用的频率而确定，也就是说，根据环形阵列换能器使用的频率范围来设置所述环形电极的高度，这样可以使得有环形电极与压电层形成的环阵阵元可以适用于各频率的，从而解决了由于激光切割形成的切缝深度有限，而造成的具有切缝的环阵阵元仅能适采用高频的环形阵列换能器。此外，由于无需环形阵元之间不存在切缝，避免了切割而成的缝隙上的毛刺对回波信号的干扰。

在本实施例中，所述压电层与电极连接单元相贴合的第一面上间隔设置有若干第一电极，所述第一电极用于与所述环形电极411相配合，压电层与任意相邻两个环形电极411之间的间隙相对应的位置未设置电极，以使得各环形电极411之间互不连通。也就是说，当所述压电层3贴合于所述电极连接单元4上时，各环形电极411与位于压电层3与其对应位置的第一电极相接触，通过各环形电极411和与其相接触的第一电极形成若干环形阵元，并且与各缝隙对应的压电层上不设置第一电极，这样各环形阵元之间不同连通，以避免各环形阵元的信号相互干扰。

如图3所示，所述电极连接单元4还包括柔性基板，所述柔性电基板包括配置板41和连接板42，所述连接板42与所述配置板41相连接，并相对于所述配置板41向靠近背衬层5方向延伸，所述连接板42位于所述背衬层5与所述外壳1之间。所述环形电极411为设置于所述配置板41上的环形线路，相邻两个环形线路之间具有间隙412，并通过间隙412将位于其两侧的环形线路隔离，以形成若干相互隔离的环形电极411。此外，各环形电极411均与部分第一电极相接触，各间隙412均未与第一电极相接触，即各环形电极411之间的间隙412与压电层3上第一电极之间的间隔相对应。也就是说，压电层3上与所述间隙412相贴合的位置上均为第一电极之间的间隔，这样间隙412和与其相贴合压电层3上间隙412形成隔离层，所述隔离层隔离有环形电极411和第一电极形成的环形阵元，使得各环形阵元互不接触。

进一步，所述柔性基板上设置有第一地电极413，所述第一地电极413与各环形电极411隔离，所述第一地电极413与环形电极411之间设置有缝隙，缝隙也未与第一电极相接触，通过缝隙与和所述缝隙相配合的第一电极之间的间隔相处接地区域，实现环形阵列换能器的接地。在本实施例中，所述第一地电极413位于柔性基板的远离圆心的一侧，并通过缝隙与位于最外侧的环形电极411相隔离，这样可以简化第一地电极413的接线方式。

进一步，如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，所述各环形电极411均设置有开口414，并各环形电极411的开口414按照其对应的排布位置依次增大。其中，各开口414的一端位于同一直线上，各开口414的另一端呈台阶状设置。各环形电极411通过其形成的台阶面连接信号线，这样可以使得各环形电极411的接线方式简单，并且提高信号线排布结构的紧凑性。

此外，如图3所示，所述各环形电极411同心布置，并且各环形电极411的外径按照距离圆心的距离的顺序依次增大，半径最小的环形电极411位于中心，半径最大的环形电极411位于最外侧。在本实施例中，所述柔性基板上设置有五个环形电极，分别记为第一环形电极、第二环形电极、第三环形电极、第四环形电极以及第五环形电极；所述第一环形电极、第二环形电极、第三环形电极、第四环形电极和第五环形电极依次套设，并且所述第一环形电极位于最内侧，所述第五环形电极位于最外侧。其中，所述第一环形电极的中心为所述同心圆的圆心。

如图4所示，所述压电层3包括压电层本体以及若干绝缘条32，所述若干绝缘条32均贯穿所述压电本体并两端分别与压电层本体的两面齐平，使得压电层3两面均为平面。所述若干绝缘条32按照预设方式排列，以将所述压电层本体分割为若干压电阵元31。在本实施例中，所述压电层本体采用陶瓷或压电单晶制成，所述绝缘条32采用环氧树脂条，所述若干环氧树脂条包括若干第一环氧树脂条和若干第二环氧树脂条；所述若干第一环氧树脂条沿第一方向等距排列于所述压电层本体上，所述若干第二环氧树脂条沿第二方向等距排列于所述压电本体上，这样所述若干第一环氧树脂条和若干第二环氧树脂条将所述压电层本体分割为若干大小相等的压电阵元31。

此外，所述若干第一环氧树脂条和/或若干第二环氧树脂条之间的间距也可以不同，并且所述若干环氧树脂条的排列方式可以根据环形电极411的设计而进行设计，这里就不一一说明。此外，所述第一方向和第二方向可以根据环形阵列换能器的设计需求而设定，优选地，第一方向为水平方向，第二方向为竖直方向。

进一步，所述若干第一电极分别设置于若干压电阵元31上，并且每个压电阵元31上均设置有一个第一电极，这样通过所述位于压电阵元31之间的环氧树脂条将第一电极隔离，使得任意两个第一电极均不接触。此外，所述压电层3与所述匹配层2相贴合的第二面上设置有第二电极，所述第二电极覆盖所述第二面。所述第一面上的若干第一电极中存在部分电极与所述第二电极相连接，这样所述与第二电极相接触的部分第一电极成为第二地电极，所述第二地电极位于所述压电层3上的位置与第一地电极413位于所述柔性基板上的位置相对应，并且第一地电极413和第二地电极相接触以形成环形阵列换能器的地级。在本实施例中，所述压电层3的侧面上设置有若干第三电极，所述第二电极和与其相连接的部分第一电极通过所述若干第三电极相连接。其中，与第二电极相连接的第一电极的数量为5，所述第三电极覆盖3个压电阵元31的侧面。当然，所述第一电极的数量以及第三电极的数据和其覆盖压电层3侧面的面积可以根据设计要求而确定，这里就不一一说明。

进一步，在本实用新型的一个实施例中，所述压电层可以只仅包括压电层本体，所述压电层本体的第一面上设置有与若干环形阵元相对应的若干第一电极，所述压电层本体的第二面上设置有第二电极，第二电极覆盖所述第二面。其中，所述若干第一电极间隔布置于所述压电层本体上，各第一电极呈同心圆布置，并各第一电极与各环形电极一一对应，第一电极与其对应的环形电极的形状以及尺寸均相等。

进一步，所述匹配层2、压电层3、电极连接单元4以及背衬层5的形成可以相同，例如，均为圆形；并且匹配层2、压电层3、电极连接单元4以及背衬层5叠放后各层沿叠放方向齐平。其中，所述匹配层2贴合于所述压电层3的第二面上，其可以有匹配材料制成，例如，环氧树脂等。所述背衬层5贴合于所述电极连接单元4远离所述压电层3的一侧，所述背衬层5可以采用背衬材料制成，例如，环氧树脂与声学衰减填充料的混合物。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种环形阵列换能器，其特征在于，其包括外壳，所述外壳内装配有的匹配层、压电层、背衬层和电极连接单元；所述电极连接单元至少包括若干环形电极，所述若干环形电极间中的任意相邻的两个环形电极之间均设置有间隙,所述压电层的第一面上设置有若干第一电极，所述压电层上的第一电极与所述若干环形电极形成若干环形阵元。

2.根据权利要求1所述环形阵列换能器，其特征在于，所述电极连接单元还包括基板，所述若干环形电极布置于所述基板上。

3.根据权利要求1或2所述环形阵列换能器，其特征在于，所述若干环形电极同心布置，各环形电极的外径按照距离圆心距离的顺序依次增大，并且任意相邻的两个环形电极相互不接触。

4.根据权利要求1所述环形阵列换能器，其特征在于，所述压电层与所述第一面相对的第二面上设置有第二电极，所述第二电极覆盖所述第二面。

5.根据权利要求4所述环形阵列换能器，其特征在于，所述压电层的侧壁上设置有若干第三电极，所述第三电极一端与第一面上的部分第一电极相连接，另一端与第二面上的第二电极相连接。

6.根据权利要求1所述环形阵列换能器，其特征在于，所述第一电极均未与任一间隙相接触。

7.根据权利要求1所述环形阵列换能器，其特征在于，所述压电层包括压电层本体以及若干绝缘条；所述若干绝缘条均贯穿所述压电层本体并按照预设方式排列，以将所述压电层本体分割为若干互不相接触的压电阵元。

8.根据权利要求7所述环形阵列换能器，其特征在于，所述若干第一电极分别设置于各压电阵元上，并各压电阵元上均设置有一个第一电极。

9.根据权利要求7所述环形阵列换能器，其特征在于，所述绝缘条为环氧树脂条，并且所述环氧树脂条按横竖交叉方式排列。

10.根据权利要求1所述环形阵列换能器，其特征在于，所述环形阵元的边缘为锯齿状。

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