CN218279674U - 一种抗衰减超声换能器及超声探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超声换能器技术领域，具体为一种抗衰减超声换能器及超声探头。一种抗衰减超声换能器，包括背衬体，顶部开设有背衬槽；压电陶瓷体，设置在所述背衬槽中；压电陶瓷匹配层，设置在所述背衬槽中且与所述压电陶瓷体顶部连接；连接体，用于将所述压电陶瓷体、压电陶瓷匹配层与所述背衬槽连接；第一切割间隙，在所述压电陶瓷体及压电陶瓷匹配层切割形成压电陶瓷阵元时形成，所述第一切割间隙位于相邻两压电陶瓷阵元之间；第二切割间隙，在所述背衬体辅助切割形成压电陶瓷阵元时形成。本申请的超声换能器在背衬体的顶部设置了背衬槽，使得超声换能器的生产合格率高，还提高了超声换能器的抗衰减性能，避免在使用过程中超声成像质量降低。

Description

一种抗衰减超声换能器及超声探头

技术领域

本实用新型涉及超声换能器技术领域，具体为一种抗衰减超声换能器及超声探头。

背景技术

超声成像广泛应用于医疗诊断等领域，具有无损、无辐射、便捷以及成本低等优势。超声换能器是能将电激励信号转换成超声信号发出又能将反射回来的超声信号转换成电信号的器件，是超声成像设备的关键部件，超声换能器的性能直接决定了超声成像的质量。

现有的超声换能器的制备方法如下：先在背衬材料上设置柔性电路板，然后在柔性电路板上设置压电陶瓷，接着在压电陶瓷上设置压电陶瓷匹配层，再接着将压电陶瓷及压电陶瓷匹配层进行切割以形成所需数量的压电陶瓷阵元，最后在压电陶瓷匹配层上设置声透镜以完成如图1所示的超声换能器的制备。

但是，该结构的超声换能器存在以下缺陷：在某些应用场景下，需要用到高频超声信号的超声换能器，而高频超声信号的超声换能器需要使用宽度较小的压电陶瓷阵元，当压电陶瓷阵元的宽度较小时，压电陶瓷阵元的整体结构强度较弱。使得一方面在切割、组装等加工过程中，容易导致压电陶瓷阵元损坏，进而导致超声换能器的生产合格率较低；另一方面，超声换能器长期使用过程中受到振动或磕碰时容易损坏压电陶瓷阵元，导致压电陶瓷与压电陶瓷匹配层的粘接强度下降，进而使压电陶瓷阵元的声学性能产生衰减，最终导致超声成像的质量降低。

实用新型内容

本实用新型提出了一种抗衰减超声换能器及超声探头，解决了当压电陶瓷阵元切割宽度较小时压电陶瓷阵元结构强度较弱，进而导致超声换能器生产合格率低，以及在长期使用后超声换能器的声学性能衰减以导致成像质量降低的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抗衰减超声换能器，包括

背衬体，顶部开设有背衬槽；

压电陶瓷体，设置在所述背衬槽中；

压电陶瓷匹配层，设置在所述背衬槽中且与所述压电陶瓷体顶部连接；

连接体，用于将所述压电陶瓷体、压电陶瓷匹配层与所述背衬槽连接；

第一切割间隙，在所述压电陶瓷体及压电陶瓷匹配层切割形成压电陶瓷阵元时形成，所述第一切割间隙位于相邻两压电陶瓷阵元之间；

第二切割间隙，在所述背衬体辅助切割形成压电陶瓷阵元时形成，所述第二切割间隙位于所述背衬体上，且所述第二切割间隙与对应所述第一切割间隙位于同一切割直线上。

作为优选，所述超声换能器还包括

第一填充体，设置在所述第一切割间隙中。

作为优选，所述第一填充体为声透镜胶水。

作为优选，所述超声换能器还包括

第二填充体，设置在所述第二切割间隙中。

作为优选，所述第二填充体为背衬胶水。

作为优选，所述超声换能器还包括声透镜，所述声透镜包括

声透镜主体，与所述背衬体顶部连接；

声透镜连接体，与所述声透镜主体连接，且所述声透镜连接体与所述背衬体的外侧壁连接。

作为优选，所述超声换能器还包括

柔性电路板，埋设在所述背衬体中，且所述柔性电路板的第一端通过引线与所述压电陶瓷体电性连接、第二端通过引线引出至所述背衬体外部。

作为优选，所述压电陶瓷体包括

压电陶瓷主体；

压电陶瓷信号电极面，设于所述压电陶瓷主体面向所述背衬槽槽底的一侧，且所述压电陶瓷信号电极面与所述柔性电路板的第一端通过引线连接；

压电陶瓷地电极面，设于所述压电陶瓷主体与所述压电陶瓷匹配层连接的一侧。

作为优选，所述连接体为环氧树脂。

一种抗衰减超声探头，包括上述抗衰减超声换能器。

有益效果

本实用新型的抗衰减超声换能器在背衬体的顶部设置了背衬槽，压电陶瓷体、压电陶瓷匹配层设置在背衬槽中，且压电陶瓷体、压电陶瓷匹配层与背衬槽通过连接体连接固定，一方面使得在压电陶瓷体、压电陶瓷匹配层切割形成压电陶瓷阵元时，背衬体能够对压电陶瓷阵元起支撑作用，避免压电陶瓷阵元在受到切割进刀和切割出刀的机械振动时变形受损，进而提高了超声换能器的生产合格率；另一方面使得在超声换能器具体使用时，背衬体仍旧能够对压电陶瓷阵元起支撑保护作用，避免因受到振动或磕碰而导致压电陶瓷与压电陶瓷匹配层的粘接强度下降，进而提高了压电陶瓷阵元的抗衰减性能，避免在超声换能器使用过程中其超声成像的质量降低。

附图说明

图1为现有技术中超声换能器的结构示意图；

图2为本实用新型超声换能器的侧面剖视图；

图3为本实用新型背衬体切割前的结构示意图；

图4为本实用新型背衬体、压电陶瓷体、压电陶瓷匹配层切割后的结构示意图；

图5为本实用新型第一切割间隙设置有第一填充体、第二切割间隙设置有第二填充体的结构示意图；

图6为本实用新型压电陶瓷体的侧面剖视图；

图7为本实用新型声透镜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1：如图2至图4所示，一种抗衰减超声换能器，包括背衬体1，压电陶瓷体2，压电陶瓷匹配层3，连接体4，第一切割间隙5和第二切割间隙6。其中，压电陶瓷体2用于发出和接收超声波，压电陶瓷匹配层3用于使压电陶瓷体2与外部物体之间的声阻抗匹配，背衬体1用于吸收压电陶瓷体2向背衬体1方向发出的超声波。

如图3所示，背衬体1顶部开设有背衬槽1-1，压电陶瓷体2设置在所述背衬槽1-1中，压电陶瓷匹配层3设置在所述背衬槽1-1中且与所述压电陶瓷体2顶部粘接，且压电陶瓷匹配层3的顶面与背衬体1的顶部面齐平。

如图2所示，连接体4用于将所述压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3与所述背衬槽1-1连接。当上下叠放粘接设置的压电陶瓷匹配层3和压电陶瓷体2放置到背衬槽1-1中后，需要通过连接体4将所述压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3与所述背衬槽1-1连接固定。连接体4可以是环氧树脂，具体操作为：将常温的环氧树脂浇注到压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3与背衬槽1-1的缝隙中，然后等待环氧树脂固化以将压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3与背衬槽1-1连接固定，其中环氧树脂固定需要在烘箱里进行。

如图4所示，第一切割间隙5在所述压电陶瓷体2及压电陶瓷匹配层3切割形成压电陶瓷阵元时形成，所述第一切割间隙5位于相邻两压电陶瓷阵元之间。当压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3与背衬体1连接固定后，需要对压电陶瓷体2及压电陶瓷匹配层3进行切割以得到所需数量的压电陶瓷阵元。切割完成后，相邻两压电陶瓷阵元之间形成第一切割间隙5。

第二切割间隙6在所述背衬体1辅助切割形成压电陶瓷阵元时形成，所述第二切割间隙6位于所述背衬体1上，且所述第二切割间隙6与对应所述第一切割间隙5位于同一切割直线上。由于压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3是设置在背衬体1的背衬槽1-1中的，使得压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3在切割时，背衬体1也会被同步切割，进而使背衬体1会形成与第一切割间隙5一一对应的第二切割间隙6。

当某些应用场景需要用到较高频率超声信号的超声换能器时，需要将压电陶瓷阵元的宽度切割的较窄，但是压电陶瓷阵元的宽度越窄，压电陶瓷阵元的结构也就越弱。而本实施例的超声换能器在背衬体1的顶部设置了背衬槽1-1，压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3设置在背衬槽1-1中，且压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3与背衬槽1-1通过连接体4连接固定。一方面，使得在压电陶瓷体2、压电陶瓷匹配层3切割形成压电陶瓷阵元时，背衬体1能够对压电陶瓷阵元起支撑作用，避免压电陶瓷阵元在受到切割进刀和切割出刀的机械振动时变形受损，进而提高了超声换能器的生产合格率。另一方面，在超声换能器具体使用时，背衬体1仍旧能够对压电陶瓷阵元起支撑保护作用，避免因受到振动或磕碰而导致压电陶瓷2与压电陶瓷匹配层3的粘接强度下降，进而提高了压电陶瓷阵元的抗衰减性能，避免在超声换能器使用过程中其超声成像的质量降低。

实施例2：与实施例1的不同之处在于，本实施例在第一切割间隙5中设置了第一填充体7，在第二切割间隙6中设置了第二填充体8。第一填充体7可以是声透镜胶水，固化的声透镜胶水能够在压电陶瓷阵元宽度方向上对其进行进一步支撑，使得压电陶瓷阵元的结构更为稳定牢靠。第二填充体8可以是背衬胶水，固化的背衬胶水能够将背衬体1填补完整，使得背衬体1的结构强度更高。

本实施例在第一填充体7和第二填充体8的设置下，使得超声换能器的整体结构更为牢固稳定，进而使超声换能器在后期使用过程中能够承受更大的外力作用（如振动或磕碰），可进一步避免超声换能器的压电陶瓷2与压电陶瓷匹配层3的粘接强度下降，防止压电陶瓷阵元在使用过程中声学性能产生衰减，有效保证了超声换能器的超声成像质量。

进一步的，如图2和图7所示，所述超声换能器还包括声透镜9，声透镜9采用软性硅橡胶材料制成且通过声透镜胶水与背衬体1连接。具体的，声透镜9包括一体成型的声透镜主体9-1和声透镜连接体9-2。声透镜主体9-1设于背衬体1顶部，将压电陶瓷体2及压电陶瓷匹配层3覆盖，用于对压电陶瓷体2发出的超声波进行聚焦。声透镜连接体9-2与声透镜主体9-1的边侧垂直连接，使得声透镜9正好形成容置部分背衬体1的凹形槽，背衬体1位于声透镜9的凹形槽中后，声透镜连接体9-2能够与背衬体1的外侧壁连接。

本实施例对声透镜9进行了改进，增设了声透镜连接体9-2，使得声透镜9与背衬体1的连接面积更大，连接结构更为稳定，进而再次提高了超声换能器的结构稳定性，使其能够长期高效稳定使用。

进一步的，如图2所示，所述超声换能器还包括柔性电路板10，柔性电路板10埋设在所述背衬体1中，且所述柔性电路板10的第一端通过引线与所述压电陶瓷体2电性连接、第二端通过引线引出至所述背衬体1外部。

如图6所示，所述压电陶瓷体2包括压电陶瓷主体2-1，压电陶瓷信号电极面2-2和压电陶瓷地电极面2-3。压电陶瓷信号电极面2-2设于所述压电陶瓷主体2-1面向背衬槽1-1槽底的一侧，且所述压电陶瓷信号电极面2-2与所述柔性电路板10的第一端通过引线连接。压电陶瓷地电极面2-3设于所述压电陶瓷主体2-1与所述压电陶瓷匹配层3连接的一侧。

压电陶瓷体2被切割成多少个压电陶瓷阵元，则柔性电路板10第一端的引线就设有多少个引线端子，引线端子与压电陶瓷阵元上的压电陶瓷信号电极面2-2一一对应连接。

超声换能器在工作时，压电陶瓷体2能够向前和向后发出两个方向的超声波，向前是朝着压电陶瓷匹配层3方向，向后是背着压电陶瓷匹配层3方向，但是向后发出的超声波是不需要的，且该超声波反射后还会对向前发出的超声波造成影响，所以通过设置背衬体1来吸收压电陶瓷体2向背衬体1方向发出的超声波。

现有技术中，柔性电路板10是设置在压电陶瓷体2与背衬体1之间的，柔性电路板10在一定程度上影响了背衬体1对压电陶瓷体2向后发出的超声波的吸收，进而影响了超声换能器超声成像的质量。而本实施例将柔性电路板10埋设在背衬体1中，使得柔性电路板10对背衬体1吸收超声波不会造成影响，进而提高了超声换能器的超声成像质量。

实施例3：一种抗衰减超声探头，采用实施例1或实施例2中的抗衰减超声换能器制成，由于超声换能器在结构上进行了改进，具有压电陶瓷阵元抗衰减性能好，超声成像质量长期稳定可靠的优点，所以本实施例的超声探头也具有压电陶瓷阵元抗衰减性能好，超声成像质量长期稳定可靠的优点。

上面所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种抗衰减超声换能器，其特征在于：包括

背衬体（1），顶部开设有背衬槽（1-1）；

压电陶瓷体（2），设置在所述背衬槽（1-1）中；

压电陶瓷匹配层（3），设置在所述背衬槽（1-1）中且与所述压电陶瓷体（2）顶部连接；

连接体（4），用于将所述压电陶瓷体（2）、压电陶瓷匹配层（3）与所述背衬槽（1-1）连接；

第一切割间隙（5），在所述压电陶瓷体（2）及压电陶瓷匹配层（3）切割形成压电陶瓷阵元时形成，所述第一切割间隙（5）位于相邻两压电陶瓷阵元之间；

第二切割间隙（6），在所述背衬体（1）辅助切割形成压电陶瓷阵元时形成，所述第二切割间隙（6）位于所述背衬体（1）上，且所述第二切割间隙（6）与对应所述第一切割间隙（5）位于同一切割直线上。

2.根据权利要求1所述的一种抗衰减超声换能器，其特征在于：所述超声换能器还包括

第一填充体（7），设置在所述第一切割间隙（5）中。

3.根据权利要求2所述的一种抗衰减超声换能器，其特征在于：所述第一填充体（7）为声透镜胶水。

4.根据权利要求1所述的一种抗衰减超声换能器，其特征在于：所述超声换能器还包括

第二填充体（8），设置在所述第二切割间隙（6）中。

5.根据权利要求4所述的一种抗衰减超声换能器，其特征在于：所述第二填充体（8）为背衬胶水。

6.根据权利要求1所述的一种抗衰减超声换能器，其特征在于：所述超声换能器还包括声透镜（9），所述声透镜（9）包括

声透镜主体（9-1），与所述背衬体（1）顶部连接；

声透镜连接体（9-2），与所述声透镜主体（9-1）连接，且所述声透镜连接体（9-2）与所述背衬体（1）的外侧壁连接。

7.根据权利要求1所述的一种抗衰减超声换能器，其特征在于：所述超声换能器还包括

柔性电路板（10），埋设在所述背衬体（1）中，且所述柔性电路板（10）的第一端通过引线与所述压电陶瓷体（2）电性连接、第二端通过引线引出至所述背衬体（1）外部。

8.根据权利要求7所述的一种抗衰减超声换能器，其特征在于：所述压电陶瓷体（2）包括

压电陶瓷主体（2-1）；

压电陶瓷信号电极面（2-2），设于所述压电陶瓷主体（2-1）面向所述背衬槽（1-1）槽底的一侧，且所述压电陶瓷信号电极面（2-2）与所述柔性电路板（10）的第一端通过引线连接；

压电陶瓷地电极面（2-3），设于所述压电陶瓷主体（2-1）与所述压电陶瓷匹配层（3）连接的一侧。

9.根据权利要求1所述的一种抗衰减超声换能器，其特征在于：所述连接体（4）为环氧树脂。

10.一种抗衰减超声探头，其特征在于：包括权利要求1至9中任意一权利要求所述的抗衰减超声换能器。

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