DE202020102821U1

DE202020102821U1 - Ultraschallwandler

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Publication number: DE202020102821U1
Application number: DE202020102821.9U
Authority: DE
Original assignee: Unictron Technologies Corp
Current assignee: Unictron Technologies Corp
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2020-06-08
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: TWM583052U; US20200376520A1; JP3224928U; US11534796B2; CN210533396U

Abstract

Ultraschallwandler (100), aufweisend:
einen Träger (102) mit einer ersten Oberfläche (102a) und einer zweiten Oberfläche (102b), die der ersten Oberfläche (102a) an dem Träger (102) gegenüber liegt;
ein piezokeramisches Element (104), das auf der ersten Oberfläche (102a) des Trägers (102) befestigt ist;
eine erste Akustik-Anpassschicht (108) mit einer dritten Oberfläche (108a) und einer vierten Oberfläche (108b), die der dritten Oberfläche (108a) an der ersten Akustik-Anpassschicht (108) gegenüber liegt, wobei die dritte Oberfläche (108a) auf der zweiten Oberfläche (102b) des Trägers (102) befestigt ist, und die erste Akustik-Anpassschicht (108) ein Gitter (120) mit Öffnungen (120a) aufweist, und eine Dicke der ersten Akustik-Anpassschicht (108) kleiner ist als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers (100) durch das piezokeramische Element (104) in die erste Akustik-Anpassschicht (108) emittiert wird, und eine Gesamtfläche der Öffnungen (120a) des Gitters (120) größer ist als 30% einer Fläche der dritten Oberfläche (108a) der ersten Akustik-Anpassschicht (108); und
eine zweite Akustik-Anpassschicht (110), die auf der vierten Oberfläche (108b) der ersten Akustik-Anpassschicht (108) angeordnet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Ultraschallwandler und genauer auf einen Ultraschallwandler mit zwei Akustik-Anpassschichten, wobei eine der Akustik-Anpassschichten ein Gitter aufweist.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Ultraschallwandler kann bei einer Nahbereichsobjekterfassung verwendet werden. Durch eine Berechnung der Zeitdifferenz zwischen ausgesendeten Wellen und von Objekten reflektierten Wellen kann der Abstand zwischen dem Ultraschallwandler und dem erfassten Objekt erhalten werden. Auf dem Gebiet der Ultraschallerfassung sind die Arten und Eigenschaften von zu erfassenden Objekten nicht unbedingt eingeschränkt. Festkörper, Flüssigkeiten oder Teilchen mit verschiedenen Oberflächenfarben, Transparenzen und Härten können alle durch Verwenden des Ultraschallwandlers erfasst werden. Deshalb wird der Ultraschallwandler heutzutage weit verbreitet auf den Gebieten von Parksensoren, Pegelsensoren, Mehrschichterfassung und Durchflussmessern verwendet.
Die Hauptkomponente eines Ultraschallwandlers ist ein piezokeramisches Element, zum Beispiel das aus Blei-Zirkonat-Titanat- (PZT-) Material bestehende keramische Element mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen, die mit leitfähigen Schichten beschichtet sind, um im Betrieb ein Hochfrequenzwechselstromsignal anzulegen, sodass das piezokeramische Element eine Hochfrequenzschwingung generiert. Diese Hochfrequenzschwingung ist eine Art von Wellenenergie. Sie kann in Form einer Ultraschallwelle, d.h. einer Ultraschallschwingung oder -oszillation, auftreten, wenn ihre Wellenlänge in den Ultraschallbereich fällt. Um jedoch die erzeugten Ultraschallwellen von den Piezokeramiken in die Luft zu übertragen, sollten die akustischen Impedanzen der Piezokeramiken und der Luft angepasst werden.
Die Formel zum Berechnen der akustischen Impedanz (Z) ist Z=p c (p=Materialdichte, c=Ultraschallgeschwindigkeit). Die akustische Impedanz von Piezokeramik ist etwa 30-35 MRayl (10⁶ kg/M²·S), während die akustische Impedanz von Luft etwa 430 Rayl (kg/m²·S) ist. Da es einen großen Abstand zwischen den akustischen Impedanzen von Piezokeramik und Luft gibt, kann die von der Piezokeramik erzeugte Ultraschallenergie nicht an die Luft übertragen werden. Deshalb wird die Akustik-Anpassschicht eine maßgebliche Komponente in Ultraschallwandlern. Die Akustik-Anpassschicht ist ausgelegt, zwischen der Piezokeramik und der Luft angeordnet zu sein, um die akustischen Impedanzen derselben anzupassen, sodass die Ultraschallwelle effektiv an die Luft übertragen werden kann. Der ideale Wert einer akustischen Impedanz für die Akustik-Anpassschicht, die in einem Luftschallwandler verwendet wird, ist √(35M·430) Rayl, d.h. etwa 0,12 MRayl. Es ist jedoch schwierig, ein haltbares Material mit einer akustischen Impedanz von weniger als 1 MRayl in der Natur zu finden. Deshalb ist ein allgemein verwendetes Material der Akustik-Anpassschicht in der Ultraschallwandlerindustrie ein Verbundmaterial mit gemischtem Polymerharz und hohlen Glasteilchen, um eine geringere akustische Impedanz zu erzielen und gleichzeitig eine bessere Witterungsbeständigkeit und Verlässlichkeit bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung ist in den nachfolgenden Absätzen bereitgestellt, um Lesern zu helfen, ein besseres Verständnis des Sachgebiets der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Die Zusammenfassung ist so dargestellt, dass sie nicht erschöpfend und/oder ausschließend für die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ist, und beabsichtigt nicht, alle grundlegenden oder essentiellen Elemente aufzuzählen oder den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Mit dem Zweck, nur bestimmte Konzepte bereitzustellen, die darin dargelegt sind, die durch Ausführungsformen in einer vereinfachten Form zu beschreiben sind, werden detaillierte Merkmale und Vorteile der Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung aus den Zeichnungen und aus den Ansprüchen offenbar.
Um einen Ultraschallwandler mit größerer Bandbreite zu erhalten, stellt die vorliegende Erfindung hiermit einen neuartigen Ultraschallwandler mit einer strukturellen Auslegung von zwei Akustik-Anpassschichten und einem Gitter zur Verfügung, um nicht nur die Bandbreite von Ultraschallwandlern zu erhöhen, sondern auch die durch eine Beanspruchung erzeugten Zuverlässigkeitsprobleme zu verhindern.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, einen Ultraschallwandler zur Verfügung zu stellen, der aufweist: einen Träger mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche an dem Träger gegenüber liegt, ein piezokeramisches Element, das auf der ersten Oberfläche des Trägers befestigt ist, eine erste Akustik-Anpassschicht mit einer dritten Oberfläche und einer vierten Oberfläche, die der dritten Oberfläche an der ersten Akustik-Anpassschicht gegenüber liegt, wobei die dritte Oberfläche auf der zweiten Oberfläche des Trägers befestigt ist, und die erste Akustik-Anpassschicht ein Gitter mit Öffnungen aufweist, und eine Dicke der ersten Akustik-Anpassschicht kleiner ist als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers durch das piezokeramische Element in die erste Akustik-Anpassschicht emittiert wird, und eine Gesamtfläche der Öffnungen des Gitters größer ist als 30% einer Fläche der dritten Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht, und eine zweite Akustik-Anpassschicht, die auf der vierten Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht angeordnet ist.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, einen Ultraschallwandler zur Verfügung zu stellen, der aufweist: einen Träger mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche an dem Träger gegenüber liegt, ein piezokeramisches Element, eine erste Akustik-Anpassschicht mit einer dritten Oberfläche und einer vierten Oberfläche, die der dritten Oberfläche an der ersten Akustik-Anpassschicht gegenüber liegt, wobei die dritte Oberfläche auf einer Oberfläche des piezokeramischen Elements befestigt ist, und die erste Akustik-Anpassschicht ein Gitter mit Öffnungen aufweist, und eine Dicke des Gitters kleiner ist als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers durch das piezokeramische Element in die erste Akustik-Anpassschicht emittiert wird, und eine Gesamtfläche der Öffnungen des Gitters größer ist als 30% einer Fläche der dritten Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht, und eine zweite Akustik-Anpassschicht mit einer fünften Oberfläche und einer sechsten Oberfläche, die der fünften Oberfläche an der zweiten Akustik-Anpassschicht gegenüber liegt, wobei die fünfte Oberfläche auf der vierten Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht befestigt ist, und die sechste Oberfläche auf der ersten Oberfläche des Trägers befestigt ist.
Noch ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, einen Ultraschallwandler zur Verfügung zu stellen, der aufweist: ein piezokeramisches Element, eine erste Akustik-Anpassschicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche an der ersten Akustik-Anpassschicht gegenüber liegt, wobei die erste Oberfläche auf einer Oberfläche des piezokeramischen Elements befestigt ist, und die erste Akustik-Anpassschicht ein Gitter mit Öffnungen aufweist, und eine Dicke des Gitters kleiner ist als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers durch das piezokeramische Element in die erste Akustik-Anpassschicht emittiert wird, und eine Gesamtfläche der Öffnungen des Gitters größer ist als 30% einer Fläche der ersten Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht, eine zweite Akustik-Anpassschicht mit einer dritten Oberfläche und einer vierten Oberfläche, die der dritten Oberfläche an der zweiten Akustik-Anpassschicht gegenüber liegt, wobei die dritte Oberfläche auf der zweiten Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht befestigt ist, ein Dämpfungselement, das das piezokeramische Element und/oder die erste Akustik-Anpassschicht und/oder die zweite Akustik-Anpassschicht einkapselt, und einen Träger mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, die einander gegenüber liegen, und einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung, die einander an dem Träger gegenüber liegen, wobei die innere Oberfläche des Trägers an dem Dämpfungselement befestigt ist und dieses umgibt, und die vierte Oberfläche der zweiten Akustik-Anpassschicht an der ersten Öffnung des Trägers exponiert ist.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden zweifelsfrei für diejenigen mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet nach einem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, welche in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen dargestellt ist, offenbar.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen bereitzustellen, und sind Bestandteil und bilden einen Teil dieser Spezifikation. Die Zeichnungen stellen einige der Ausführungsformen dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, ihre Prinzipien zu erklären. In den Zeichnungen:

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 ist eine schematische Ansicht eines Gitters des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine schematische Ansicht eines Gitters des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
11 ist eine schematische Ansicht verschiedener Öffnungen des Gitters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Es sollte beachtet werden, dass alle Figuren schematisch sind. Relative Dimensionen und Proportionen von Teilen der Zeichnungen sind der Klarheit und Einfachheit halber in den Zeichnungen in einer Größe überhöht oder reduziert. Die gleichen Bezugszeichen werden allgemein verwendet, um auf korrespondierende oder ähnliche Merkmale in modifizierten oder unterschiedlichen Ausführungsformen zu verweisen.
Detaillierte Beschreibung
In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, welche einen Teil hiervon bilden, und sie wird mit Hilfe von Darstellungen und spezifischen Ausführungsformen, in welchen die Erfindung ausgeführt werden kann, gezeigt. Diese Ausführungsformen werden ausreichenden detailliert beschrieben, um denjenigen mit Kenntnissen auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen. Dimensionen und Proportionen bestimmter Teile der Zeichnungen können der Klarheit und Einfachheit halber in den Zeichnungen in einer Größe überhöht oder reduziert gezeigt sein. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, und strukturelle, logische und elektrische Veränderungen können vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert.
Zuerst sei auf 1 verwiesen, welche eine Querschnittsansicht ist, die eine Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In dieser Ausführungsform weist der Ultraschallwandler 100 einen tonnenförmigen Träger 102 mit einer ersten Oberfläche 102a und einer zweiten Oberfläche 102b, die einander an dem Träger 102 gegenüber liegen, auf. Ein piezokeramisches Element 104 ist auf der ersten Oberfläche 102a des Trägers 102 befestigt und berührt diese direkt. Die leitfähige Schicht auf dem piezokeramischen Element 104 kann mit leitfähigen Drähten 106 (oder durch den Träger 102 mit direktem Kontakt) verbunden sein, um ein externes Hochfrequenzwechselstromsignal elektrisch an das piezokeramische Element 104 anzuschließen und eine Hochfrequenzschwingung zu erzeugen, um Ultraschallwellen zu emittieren. Das piezokeramische Element kann ein festes piezokeramisches Material in einer Form eines Quadrats, eines Polygons oder eines Kreises, oder ein mehrlagiges piezokeramisches Material, oder ein piezokeramisches Material mit Vertiefungen aufweisen. Diese piezokeramischen Materialien können ein verbleites piezokeramisches Material, wie Pb(ZrTi)O₃, PbTiO₃, oder ein bleifreies piezokeramisches Material, wie BaTiO₃, (NaK)NbO₃, mit einer akustischen Impedanz von etwa 30-35 MRayl, die viel höher ist als die akustische Impedanz von Luft (etwa 430 Rayl) aufweisen, sodass eine Akustik-Anpassschicht benötigt wird, um die akustischen Impedanzen dieser zwei Medien anzupassen.
Es sei weiterhin auf 1 verwiesen. Eine erste Akustik-Anpassschicht 108 ist mit einer dritten Oberfläche 108a und einer vierten Oberfläche 108b, die einander an der ersten Akustik-Anpassschicht 108 gegenüber liegen, versehen, wobei die dritte Oberfläche 108a auf der zweiten Oberfläche 102b des Trägers befestigt ist und diese direkt berührt. Eine zweite Akustik-Anpassschicht 110 ist auf der vierten Oberfläche 108b der ersten Akustik-Anpassschicht 108 angeordnet. Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste Akustik-Anpassschicht 108 ein internes Gitter-Flächenelement mit Öffnungen aufweist, um die Dicke der ersten Akustik-Anpassschicht 108 präzise zu kontrollieren und eine exzellente akustische Anpassung zu erhalten. Detaillierte Merkmale des Gitter-Flächenelements werden in folgenden Ausführungen und Zeichnungen beschrieben.
In einer tatsächlichen Implementierung wird das Gitter-Flächenelement auf einer vorbestimmten Oberfläche angebracht, welche mit der ersten Akustik-Anpassschicht 108 auszubilden ist, wie die zweite Oberfläche 102b des Trägers 102. Das Material der ersten Akustik-Anpassschicht 108 wird dann gleichmäßig auf der zweiten Oberfläche 102b des Trägers 102 aufgebracht, sodass sich das Material und das Gitter-Flächenelement verbinden, um die erste Akustik-Anpassschicht 108 zu bilden. Das Material des Gitter-Flächenelements wird aus metallischen Materialien der folgenden Gruppe oder einer Kombination davon ausgewählt: Kupfer, Eisen, Nickel, Edelstahl, Aluminium oder Titan, oder wird aus nicht-metallischen Materialien der folgenden Gruppe ausgewählt: Polytetrafluorethylen (PTEE), Polyethylenterephthalat (PET), Nylon, Karbonfaser oder Glasfaser. Das Material der ersten Akustik-Anpassschicht 108 kann aus organischen Polymermaterialien oder Verbundmaterialien, die aus organischen Polymermaterialien gemischt mit hohlen oder massiven Teilchen bestehen, bestehen. Zum Beispiel umfasst das Material von organischen Polymermaterialien Epoxid, Vinylester-Harz, UV-Harz, Polyurethan oder Acryl-Harz. Die hohlen oder massiven Teilchen können hohle Glasteilchen oder massive Glasteilchen sein, die als ein Füllmaterial gleichmäßig in den organischen Polymermaterialien zu verteilen sind, um eine Gesamtdichte der ersten Akustik-Anpassschicht 108 einzustellen. Die Dichte der hohlen Glasteilchen liegt zwischen 0,1 g/cm³ und 0,6 g/cm³. Da die akustische Impedanz proportional zu der Dichte eines Materials ist, wird eine geringere akustische Impedanz erhalten, je geringer die Dichte der ersten Akustik-Anpassschicht 108 ist, sodass eine bessere akustische Anpassung erzielt werden kann. Die erste Akustik-Anpassschicht 108 kann durch ein Hinzufügen der Glasteilchen mit einem unterschiedlichen Prozentsatz pro Volumen in die organischen Polymermaterialien, und Mischen, Entgasen und einer Nachbehandlung, wie z.B. Aushärten, mit unterschiedlichen Dichten moduliert werden.
Aufgrund des Vorhandenseins des Gitter-Flächenelements kann das Material der ersten Akustik-Anpassschicht 108, wenn in einem späteren Prozess die zweite Akustik-Anpassschicht 110 auf das Material der ersten Akustik-Anpassschicht 108 gepresst wird, als ein Haftmittel fungieren, um die zweite Akustik-Anpassschicht 110 eng auf den Träger 102 zu binden, wobei das Gitter-Flächenelement eine mechanische Unterstützung bietet, um die Dicke der gepressten ersten Akustik-Anpassschicht 108 gleich der Dicke des Gitter-Flächenelements zu machen und eine präzise Kontrolle über die Dicke der Akustik-Anpassschicht zu erzielen. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sollte die Dicke der ersten Akustik-Anpassschicht 108 kleiner sein als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers 100 durch das piezokeramische Element 104 in die erste Akustik-Anpassschicht 108 emittiert wird, um eine optimale Ultraschallübertragung zu erzielen. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Akustik-Anpassschicht 108 viel größer sein kann als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers 102, auf welchem sie befestigt ist, kann das Gitter-Flächenelement innerhalb der ersten Akustik-Anpassschicht 108 zusätzlich auch die Beanspruchung lindern, die durch die Anpassschichten erzeugt werden, um das Versagen einer Vorrichtungszuverlässigkeit zu verhindern.
Es sei erneut auf 1 verwiesen. Wie vorstehend erklärt, ist die zweite Akustik-Anpassschicht 110 durch die erste Akustik-Anpassschicht 108 fest auf den Träger 102 gebunden, um eine zweilagige Akustik-Anpassstruktur zu bilden. Der Vorteil einer zweilagigen Akustik-Anpassstruktur ist eine signifikant vergrößerte Bandbreite für den Ultraschallwandler. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Material der zweiten Akustik-Anpassschicht 110 aus organischen Polymermaterialien oder einem Verbundmaterial, das aus organischen Polymermaterialien gemischt mit hohlen oder massiven Teilchen besteht, bestehen. Das Material von organischen Polymermaterialien umfasst Epoxid, Phenol-Harz, Vinylester-Harz, Polyurethan, Acryl-Harz oder Zyanat-Ester-Harz. Die hohlen oder massiven Teilchen können hohle Glasteilchen oder massive Glasteilchen sein, die als ein Füllmaterial gleichmäßig in den organischen Polymermaterialien zu verteilen sind, um eine Gesamtdichte der zweiten Akustik-Anpassschicht 110 einzustellen. Die Dichte der hohlen Glasteilchen liegt zwischen 0,1 g/cm³ und 0,6 g/cm³. Da die akustische Impedanz proportional zu der Dichte eines Materials ist, wird eine geringere akustische Impedanz erhalten, je geringer die Dichte der zweiten Akustik-Anpassschicht 110 ist, sodass eine bessere akustische Anpassung erzielt werden kann. Die zweite Akustik-Anpassschicht 110 kann durch ein Hinzufügen der Glasteilchen mit einem unterschiedlichen Prozentsatz pro Volumen in die organischen Polymermaterialien, und Mischen, Entgasen und einer Nachbehandlung, wie z.B. Aushärten, mit unterschiedlichen Dichten moduliert werden.
Als Nächstes sei auf 2 verwiesen. Zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten kann der Ultraschallwandler 100 der vorliegenden Erfindung weiter eine Dämpfungsstruktur aufweisen. Wie in 2 gezeigt, ist ein erstes Dämpfungselement 112 in dem tonnenförmigen Träger 102 angeordnet. Das Dämpfungselement 112 ist in dem Raum zwischen dem tonnenförmigen Träger 102 und dem piezokeramischen Element 104 angeordnet und kapselt das piezokeramische Element 104 ein, sodass das erste Dämpfungselement 112 effektiv dämpfen kann, um das Überschwingen des Ultraschallwandlers bei einer Hochfrequenzschwingung bei dem Betrieb des piezokeramischen Elements 104 zu verringern. Zusätzlich kann weiter ein zweites Dämpfungselement 114 angeordnet sein, sodass es das erste Dämpfungselement 112 und den tonnenförmigen Träger 102 einkapselt und einen verbesserten Dämpfungseffekt bereitstellt. Wie in der Figur gezeigt, kann das zweite Dämpfungselement 114 den gesamten tonnenförmigen Träger 102, einschließlich seiner Seitenwand und einem Flansch, einkapseln. Die Übertragungsoberfläche der zweiten Akustik-Anpassschicht 110 ist von dem zweiten Dämpfungselement 114 exponiert bzw. wird von diesem nicht bedeckt. Das zweite Dämpfungselement 114 kann auch die leitfähigen Drähte 106 fixieren. In der Ausführungsform sind die Dämpfungskoeffizienten des ersten Dämpfungselements 108 und des zweiten Dämpfungselements 110 verschieden, sodass diese zwei Dämpfungselemente mit unterschiedlichen Arten und Konfigurationen das piezokeramische Element 104 bei einer Hochfrequenzschwingung weiter effektiv dämpfen und es in einen statischen Zustand bzw. Ruhezustand zurücksetzen können. Diese Funktion vereinfacht den Betrieb des Ultraschallwandlers.
Als Nächstes sei auf 4 verwiesen, welche eine Querschnittsansicht ist, die eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In der Ausführungsform von 1-3 sind das piezokeramische Element und die Akustik-Anpassschichten auf dem tonnenförmigen Träger angeordnet. In der Ausführungsform der 4 sind das piezokeramische Element und die Akustik-Anpassschichten jedoch auf einer Oberfläche eines Scheibenträgers angeordnet. Wie in der Figur gezeigt, weist der Ultraschallwandler 200 einen Scheibenträger 202 mit einer ersten Oberfläche 202a und einer zweiten Oberfläche 202b, die einander an dem Scheibenträger 202 gegenüber liegen, auf. Ein piezokeramisches Element 204 ist auf der ersten Oberfläche 202a des Scheibenträgers 202 befestigt und berührt diese direkt. Eine erste Akustik-Anpassschicht 208 ist mit einer dritten Oberfläche 208a und einer vierten Oberfläche 208b, die einander an der ersten Akustik-Anpassschicht 208 gegenüber liegen, versehen, wobei die dritte Oberfläche 208a auf der zweiten Oberfläche 202b des Scheibenträgers 202 befestigt ist und diese direkt berührt. Eine zweite Akustik-Anpassschicht 210 ist auf der vierten Oberfläche 208b der ersten Akustik-Anpassschicht 208 angeordnet. Andere detaillierte Merkmale des Ultraschallwandlers 200 sind identisch mit dem in 1 gezeigten Ultraschallwandler 100. Diese Merkmale werden hier nicht wiederholt.
Als Nächstes sei auf 5 verwiesen. Zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten kann der Ultraschallwandler 200 der vorliegenden Erfindung weiter Dämpfungsstrukturen aufweisen. Wie in 5 gezeigt, kapselt ein Dämpfungselement 212 das gesamte piezokeramische Element 204 und den Scheibenträger 202 ein. Die Übertragungsoberfläche der zweiten Akustik-Anpassschicht 210 ist von dem Dämpfungselement 212 exponiert bzw. wird von diesem nicht bedeckt. Das Dämpfungselement 212 kann effektiv dämpfen, um das Überschwingen des Ultraschallwandlers zu verringern. Das Dämpfungselement 212 kann auch die leitfähigen Drähte 206 fixieren.
Die vorstehend genannten Ausführungsformen, wie in 1-5 gezeigt, sind grundlegende Formen des Ultraschallwandlers der vorliegenden Erfindung, wobei das piezokeramische Element und die Akustik-Anpassschichten jeweils innerhalb und außerhalb des tonnenförmigen Trägers 102 angeordnet sind, oder jeweils beiderseits des Scheibenträgers 202 angeordnet sind. Nun sei auf 6 verwiesen, welche eine Querschnittsansicht ist, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Grundstruktur des Ultraschallwandlers in dieser Ausführung ist im Wesentlichen die gleiche wie die in 1 gezeigte, wobei der einzige Unterschied darin liegt, dass sowohl das piezokeramische Element als auch die Akustik-Anpassschichten in dem tonnenförmigen Träger angeordnet sind.
Wie in 6 gezeigt, weist der Ultraschallwandler 300 einen tonnenförmigen Träger 302 mit einer ersten Oberfläche 302a und einer zweiten Oberfläche 302b, die einander an dem Träger gegenüber liegen, und ein piezokeramisches Element 304 auf. Eine erste Akustik-Anpassschicht 308 ist mit einer dritten Oberfläche 308a und einer vierten Oberfläche 308b, die einander an der ersten Akustik-Anpassschicht gegenüber liegen, versehen, wobei die dritte Oberfläche 308a auf einer Oberfläche des piezokeramischen Elements 304 befestigt ist und diese direkt berührt. Die leitfähigen Schichten auf der vorderen Oberfläche und der rückseitigen Oberfläche des piezokeramischen Elements 304 können mit leitfähigen Drähten 306 verbunden sein, um ein externes Hochfrequenzwechselstromsignal elektrisch an das piezokeramische Element 304 anzuschließen und eine Hochfrequenzschwingung zu erzeugen, um Ultraschallwellen zu emittieren.
Es sei weiterhin auf 6 verwiesen. Eine zweite Akustik-Anpassschicht 310 ist mit einer fünften Oberfläche 310a und einer sechsten Oberfläche 310b, die einander an der zweiten Akustik-Anpassschicht gegenüber liegen, versehen, wobei die fünfte Oberfläche 310a auf der vierten Oberfläche 308b der ersten Akustik-Anpassschicht 308 befestigt ist und diese direkt berührt, und die sechste Oberfläche 310b auf der ersten Oberfläche 302a des tonnenförmigen Trägers 302 befestigt ist. Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste Akustik-Anpassschicht 304 auch mit einem inneren Gitter-Flächenelement versehen ist, um die Dicke der ersten Akustik-Anpassschicht 304 präzise zu kontrollieren und eine ausgezeichnete akustische Anpassung zu erhalten. Detaillierte Merkmale des Gitter-Flächenelements werden in folgenden Ausführungen und Zeichnungen beschrieben. Der Ultraschallwandler ist ebenfalls mit Dämpfungsstrukturen versehen. Wie in der Figur gezeigt, ist ein Dämpfungselement 312 in dem tonnenförmigen Träger 302 angeordnet. Das Dämpfungselement 312 ist in dem Raum zwischen dem tonnenförmigen Träger 302 und dem piezokeramischen Element 304 angeordnet und kapselt das piezokeramische Element 304 ein, sodass das Dämpfungselement 312 effektiv dämpfen kann, um das Überschwingen des Ultraschallwandlers bei einer Hochfrequenzschwingung bei dem Betrieb des piezokeramischen Elements 304 zu verringern. Das Dämpfungselement 312 kann auch die leitfähigen Drähte 306 fixieren.
Anders als in der Ausführungsform von 1 sind die Akustik-Anpassschichten 308, 310 in der vorstehenden Ausführungsform zusammen mit dem piezokeramischen Element 304 in dem tonnenförmigen Träger 302 angeordnet. Diese Auslegung ist im Vergleich zu der Auslegung von 1 geeigneter für den Wandler, der in einer externen rauen Umgebung zu verwenden ist, um die Akustik-Anpassschichten effektiv vor einer Beschädigung zu schützen.
Als Nächstes sei auf 7 verwiesen, welche eine Querschnittsansicht ist, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In den vorstehend genannten Ausführungsformen kann der tonnenförmige Träger 302 durch eine Kombinationsweise hergestellt werden. Wie in der Figur gezeigt, kann zuerst eine Kombinationsstruktur aus dem piezokeramischen Element 304, der ersten Akustik-Anpassschicht 308 und der zweiten Akustik-Anpassschicht 310 auf einem Scheibenträger 316 befestigt werden, und ein zylindrisches oder ein Rahmengehäuse 318 wird dann angebracht, das den Scheibenträger 316 umgibt, sodass der Scheibenträger 316 und das Gehäuse 318 den tonnenförmigen Träger 302 bilden können. Danach kann ein Dämpfungsmaterial in den tonnenförmigen Träger 302 eingefüllt werden, um ein Dämpfungselement 312 zu formen und die Fertigung des Ultraschallwandlers 300 zu vervollständigen. Im Vergleich zu dem einteiligen tonnenförmigen Träger 302 aus 6 ist der Vorteil dieser Ausführungsform eine Vereinfachung der Fertigung, und die Form eines Produkts kann einfach angepasst werden.
Zuletzt sei auf 8 verwiesen, welche eine Querschnittsansicht ist, die noch eine andere Form des Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Ausführungsformen von 8 und 7 sind im Wesentlichen die gleichen, wobei der einzige Unterschied darin liegt, dass der Träger 302 in 8 nur ein zylindrisches oder Rahmengehäuse 318 ist. Da der Scheibenabschnitt 316 von dem Träger entfernt ist, wird die gesamte Kombinationsstruktur aus dem piezokeramischen Element 304, der ersten Akustik-Anpassschicht 308 und der zweiten Akustik-Anpassschicht 310 durch das Dämpfungselement 312 auf dem Gehäuse 318 fixiert. Wie in der Figur gezeigt, ist das Gehäuse 318 mit einer inneren Oberfläche 318a und einer gegenüberliegenden äußeren Oberfläche 318b und einer ersten Öffnung 318c und einer gegenüberliegenden zweiten Öffnung 318d versehen, wobei die innere Oberfläche 318a das Dämpfungselement 312 umgibt und auf diesem befestigt ist. Zusätzlich ist die vierte Oberfläche 310b der zweiten Akustik-Anpassschicht 310 an der ersten Öffnung 318c des Gehäuses 318 exponiert, da der Scheibenabschnitt entfernt ist.
Nun sei auf 9-11 verwiesen, welche detaillierte Merkmale des Gitter-Flächenelements innerhalb der ersten Akustik-Anpassschicht darstellen. In 9 ist das Gitter-Flächenelement 120 eine Geflechtnetzstruktur, wobei Fäden in einem Zickzackmuster angeordnet sind, um das Gitter-Flächenelement 120 mit mehreren Öffnungen 120a auszubilden. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gesamtfläche dieser Öffnungen 120a größer als 30% einer Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht, sodass das Gitter die Übertragung von Ultraschallwellen nicht hemmt. Wie vorstehend ausgeführt, kann das Material dieser Fäden aus metallischen Materialien der folgenden Gruppe oder einer Kombination davon ausgewählt werden: Kupfer, Eisen, Nickel, Edelstahl, Aluminium oder Titan, oder kann aus nicht-metallischen Materialien der folgenden Gruppe ausgewählt werden: Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylenterephthalat (PET), Nylon, Karbonfaser oder Glasfaser.
Anders als die in 9 gezeigte Geflechtnetzstruktur ist das Gitter-Flächenelement 120 in 10 eine erweiterte Netz- bzw. Gitterstruktur mit rautenförmigen Öffnungen 120a. Gleichermaßen ist die Gesamtfläche dieser Öffnungen 120a größer als 30% einer Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht, sodass das Gitter die Übertragung von Ultraschallwellen nicht hemmt.
Nun sei auf 11 verwiesen. Zusätzlich zu der vorstehend genannten Geflechtnetzstruktur und der erweiterten Netz- bzw. Gitterstruktur, kann das Gitter-Flächenelement 120 in der ersten Akustik-Anpassschicht alternativ andersartig sein. Wie in 11 gezeigt, kann die Form des Gitter-Flächenelements 120 ringartig, mehr-ringartig, spiralförmig oder linear sein. In der vorliegenden Erfindung ist der wichtigste Punkt, dass das Gitter-Flächenelement 120 eine vorbestimmte Dicke haben sollte, und die Gesamtfläche seiner Öffnungen größer als 30% einer Oberfläche der Akustik-Anpassschicht sein sollte.
Gemäß dem Ultraschallwandler, der durch die vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen ausgeführt wird, ist das Gitter-Flächenelement in der Akustik-Anpassschicht vorgesehen, um die Dicke der Akustik-Anpassschicht präzise zu kontrollieren und eine ausgezeichnete akustische Anpassung zu erhalten. Zusätzlich ist das Gitter-Flächenelement vorteilhaft, um die Beanspruchung zu lindern, die durch die Anpassschicht erzeugt wird, wodurch die Witterungsbeständigkeit und Verlässlichkeit von Vorrichtungen verbessert wird. Weiter kann die Auslegung einer zweilagigen Akustik-Anpassstruktur die Bandbreite des Ultraschallwandlers signifikant erhöhen. Folglich ist es eine Erfindung sowohl mit einer Neuheit als auch einer Anwendbarkeit.
Diejenigen mit Kenntnissen auf dem Gebiet werden leicht erkennen, dass zahlreiche Modifikationen und Veränderungen der Vorrichtung und des Verfahrens vorgenommen werden können, während die Lehren der Erfindung beibehalten werden. Entsprechend sollte die vorstehende Offenbarung als nur durch den Umfang der angehängten Ansprüche beschränkt angesehen werden.
Zusammengefasst weist ein Ultraschallwandler 100 einen Träger 102 mit einer ersten Oberfläche 102a und einer zweiten Oberfläche 102b, welche einander gegenüber liegen, ein piezokeramisches Element 104, das auf der ersten Oberfläche 102a des Trägers 102 befestigt ist, eine erste Akustik-Anpassschicht 108 mit einer dritten Oberfläche 108a und einer vierten Oberfläche 108b, die einander gegenüber liegen, wobei die dritte Oberfläche 108a auf der zweiten Oberfläche 102b des Trägers 102 befestigt ist, wobei die erste Akustik-Anpassschicht 108 ein Gitter mit Öffnungen aufweist und die Dicke der ersten Akustik-Anpassschicht 108 kleiner ist als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz durch das piezokeramische Element 104 in die erste Akustik-Anpassschicht 108 emittiert wird, und eine Gesamtfläche der Öffnungen des Gitters größer ist als 30% einer Fläche der dritten Oberfläche 108a der ersten Akustik-Anpassschicht 108, und eine zweite Akustik-Anpassschicht 110, die auf der vierten Oberfläche 108b der ersten Akustik-Anpassschicht 108 angeordnet ist, auf.
Bezugszeichenliste

100: Ultraschallwandler
102: tonnenförmiger Träger
102a: erste Oberfläche
102b: zweite Oberfläche
104: piezokeramisches Element
106: leitfähiger Draht
108: erste Akustik-Anpassschicht
108a: dritte Oberfläche
108b: vierte Oberfläche
110: zweite Akustik-Anpassschicht
112: erstes Dämpfungselement
114: zweites Dämpfungselement
120: Gitter-Flächenelement
120a: Öffnung
200: Ultraschallwandler
202: Scheibenträger
202a: erste Oberfläche
202b: zweite Oberfläche
204: piezokeramisches Element
206: leitfähiger Draht
208: erste Akustik-Anpassschicht
208a: dritte Oberfläche
208b: vierte Oberfläche
210: zweite Akustik-Anpassschicht
212: Dämpfungselement
300: Ultraschallwandler
302: tonnenförmiger Träger
302a: erste Oberfläche
302b: zweite Oberfläche
304: piezokeramisches Element
306: leitfähiger Draht
308: erste Akustik-Anpassschicht
308a: dritte Oberfläche
308b: vierte Oberfläche
310: zweite Akustik-Anpassschicht
310a: fünfte Oberfläche
310b: sechste Oberfläche
312: Dämpfungselement
316: Scheibenträger
318: Gehäuse
318a: innere Oberfläche
318b: äußere Oberfläche
318c: erste Öffnung
318d: zweite Öffnung

Claims

Ultraschallwandler (100), aufweisend: einen Träger (102) mit einer ersten Oberfläche (102a) und einer zweiten Oberfläche (102b), die der ersten Oberfläche (102a) an dem Träger (102) gegenüber liegt; ein piezokeramisches Element (104), das auf der ersten Oberfläche (102a) des Trägers (102) befestigt ist; eine erste Akustik-Anpassschicht (108) mit einer dritten Oberfläche (108a) und einer vierten Oberfläche (108b), die der dritten Oberfläche (108a) an der ersten Akustik-Anpassschicht (108) gegenüber liegt, wobei die dritte Oberfläche (108a) auf der zweiten Oberfläche (102b) des Trägers (102) befestigt ist, und die erste Akustik-Anpassschicht (108) ein Gitter (120) mit Öffnungen (120a) aufweist, und eine Dicke der ersten Akustik-Anpassschicht (108) kleiner ist als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers (100) durch das piezokeramische Element (104) in die erste Akustik-Anpassschicht (108) emittiert wird, und eine Gesamtfläche der Öffnungen (120a) des Gitters (120) größer ist als 30% einer Fläche der dritten Oberfläche (108a) der ersten Akustik-Anpassschicht (108); und eine zweite Akustik-Anpassschicht (110), die auf der vierten Oberfläche (108b) der ersten Akustik-Anpassschicht (108) angeordnet ist.
Ultraschallwandler (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Träger (102) ein tonnenförmiger Träger (102) ist, in dem das piezokeramische Element (104) angeordnet ist, und die erste Akustik-Anpassschicht (108) und die zweite Akustik-Anpassschicht (110) außerhalb des tonnenförmigen Trägers (102) angeordnet sind.
Ultraschallwandler (100) gemäß Anspruch 2, weiter aufweisend ein erstes Dämpfungselement (112), das in dem tonnenförmigen Träger (102) angeordnet ist und das piezokeramische Element (104) einkapselt, und ein zweites Dämpfungselement (114), das das erste Dämpfungselement (112) und den tonnenförmigen Träger (102) einkapselt.
Ultraschallwandler (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Träger (202) ein Scheibenträger ist.
Ultraschallwandler (200) gemäß Anspruch 4, weiter aufweisend ein erstes Dämpfungselement (212), das das piezokeramische Element (204) und den Scheibenträger (202) einkapselt.
Ultraschallwandler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Form des Gitters (120) netzartig, ringartig, mehr-ringartig, spiralförmig oder linear ist.
Ultraschallwandler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Material des Gitters (120) aus metallischen Materialien der folgenden Gruppe oder einer Kombination davon ausgewählt wird: Kupfer, Eisen, Nickel, Edelstahl, Aluminium oder Titan, oder aus nicht-metallischen Materialien der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylenterephthalat (PET), Nylon, Karbonfaser oder Glasfaser.
Ultraschallwandler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Akustik-Anpassschicht (108) das Gitter (120) und organische Polymermaterialien aufweist oder ein Verbundmaterial, das aus dem Gitter (120) und den organischen Polymermaterialien gemischt mit hohlen oder massiven Teilchen besteht, aufweist, und ein Material der organischen Polymermaterialien Epoxid, Vinylester-Harz, UV-Harz, Polyurethan oder Acryl-Harz aufweist.
Ultraschallwandler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite Akustik-Anpassschicht (110) organische Polymermaterialien aufweist oder ein Verbundmaterial, das aus den organischen Polymermaterialien gemischt mit hohlen oder massiven Teilchen besteht, aufweist, und ein Material der organischen Polymermaterialien Epoxid, Phenol-Harz, Vinylester-Harz, Polyurethan, Acryl-Harz oder Zyanat-Ester-Harz aufweist.
Ultraschallwandler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezokeramische Element (104) ein festes piezokeramisches Material in einer Form eines Quadrats, eines Polygons oder eines Kreises, oder ein mehrlagiges keramisches piezokeramisches Material oder ein piezokeramisches Material mit Vertiefungen aufweist.
Ultraschallwandler (300), aufweisend: einen Träger (302) mit einer ersten Oberfläche (302a) und einer zweiten Oberfläche (302b), die der ersten Oberfläche (302a) an dem Träger (302) gegenüber liegt; ein piezokeramisches Element (304); eine erste Akustik-Anpassschicht (308) mit einer dritten Oberfläche (308a) und einer vierten Oberfläche (308b), die der dritten Oberfläche (308a) an der ersten Akustik-Anpassschicht (308) gegenüber liegt, wobei die dritte Oberfläche (308a) auf einer Oberfläche des piezokeramischen Elements (304) befestigt ist, und die erste Akustik-Anpassschicht (308) ein Gitter (120) mit Öffnungen (120a) aufweist, und eine Dicke des Gitters (120) kleiner ist als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers (300) durch das piezokeramische Element (304) in die erste Akustik-Anpassschicht (308) emittiert wird, und eine Gesamtfläche der Öffnungen des Gitters größer ist als 30% einer Fläche der dritten Oberfläche (308a) der ersten Akustik-Anpassschicht (308); und eine zweite Akustik-Anpassschicht (310) mit einer fünften Oberfläche (310a) und einer sechsten Oberfläche (310b), die der fünften Oberfläche (310a) an der zweiten Akustik-Anpassschicht (310) gegenüber liegt, wobei die fünfte Oberfläche (310a) auf der vierten Oberfläche (308b) der ersten Akustik-Anpassschicht (308) befestigt ist, und die sechste Oberfläche (310b) auf der ersten Oberfläche (302a) des Trägers (302) befestigt ist.
Ultraschallwandler (300) gemäß Anspruch 11, wobei der Träger (302) ein tonnenförmiger Träger (302) ist, wobei das piezokeramische Element (304), die erste Akustik-Anpassschicht (308) und die zweite Akustik-Anpassschicht (310) darin angeordnet sind.
Ultraschallwandler (300) gemäß Anspruch 12, weiter aufweisend ein erstes Dämpfungselement (312), das in dem tonnenförmigen Träger (302) angeordnet ist und das piezokeramische Element (304) und/oder die erste Akustik-Anpassschicht (308) und/oder die zweite Akustik-Anpassschicht (310) einkapselt.
Ultraschallwandler (300) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Träger ein Scheibenträger ist.
Ultraschallwandler (300) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei eine Form des Gitters netzartig, ringartig, mehr-ringartig, spiralförmig oder linear ist.
Ultraschallwandler (300) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei ein Material des Gitters (120) aus metallischen Materialien der folgenden Gruppe oder einer Kombination davon ausgewählt wird: Kupfer, Eisen, Nickel, Edelstahl, Aluminium oder Titan, oder aus nicht-metallischen Materialien der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylenterephthalat (PET), Nylon, Karbonfaser oder Glasfaser.
Ultraschallwandler (300) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die erste Akustik-Anpassschicht (308) das Gitter (120) und organische Polymermaterialien aufweist oder ein Verbundmaterial, das aus dem Gitter (120) und den organischen Polymermaterialien gemischt mit hohlen oder massiven Teilchen besteht, aufweist, und ein Material der organischen Polymermaterialien Epoxid, Phenol-Harz, Vinylester-Harz, UV-Harz, Polyurethan oder Zyanat-Ester-Harz aufweist.
Ultraschallwandler (300) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die zweite Akustik-Anpassschicht (310) organische Polymermaterialien aufweist oder ein Verbundmaterial, das aus den organischen Polymermaterialien gemischt mit hohlen oder massiven Teilchen besteht, aufweist, und ein Material der organischen Polymermaterialien Epoxid, Vinylester-Harz, UV-Harz, Polyurethan, Acryl-Harz oder Zyanat-Ester-Harz aufweist.
Ultraschallwandler (300) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei das piezokeramische Element (304) ein festes piezokeramisches Material in einer Form eines Quadrats, eines Polygons oder eines Kreises, oder ein mehrlagiges keramisches piezokeramisches Material oder ein piezokeramisches Material mit Vertiefungen aufweist.
Ultraschallwandler (300), aufweisend: ein piezokeramisches Element (304); eine erste Akustik-Anpassschicht (308) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche an der ersten Akustik-Anpassschicht (308) gegenüber liegt, wobei die erste Oberfläche auf einer Oberfläche des piezokeramischen Elements (304) befestigt ist, und die erste Akustik-Anpassschicht (308) ein Gitter mit Öffnungen aufweist, und eine Dicke des Gitters kleiner ist als 1/4 einer Wellenlänge einer Ultraschallwelle, die bei einer Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers (300) durch das piezokeramische Element (304) in die erste Akustik-Anpassschicht (308) emittiert wird, und eine Gesamtfläche der Öffnungen des Gitters größer ist als 30% einer Fläche der ersten Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht (308); eine zweite Akustik-Anpassschicht (310) mit einer dritten Oberfläche und einer vierten Oberfläche, die der dritten Oberfläche an der zweiten Akustik-Anpassschicht (310) gegenüber liegt, wobei die dritte Oberfläche auf der zweiten Oberfläche der ersten Akustik-Anpassschicht (308) befestigt ist; ein Dämpfungselement (312), das das piezokeramische Element und/oder die erste Akustik-Anpassschicht (308) und/oder die zweite Akustik-Anpassschicht (310) einkapselt; und einen Träger (318) mit einer inneren Oberfläche (318a) und einer äußeren Oberfläche (318b), die einander gegenüber liegen, und einer ersten Öffnung (318c) und einer zweiten Öffnung (318d), die einander an dem Träger (318) gegenüber liegen, wobei die innere Oberfläche (318a) des Trägers (318) das Dämpfungselement (312) umgibt und daran befestigt ist, und die vierte Oberfläche der zweiten Akustik-Anpassschicht (310) an der ersten Öffnung (318c) des Trägers (318) exponiert ist.