TWM585905U - 超音波傳感器 - Google Patents
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Abstract
一種超音波傳感器,包含一壓電體、一第一聲阻匹配層,其具有延伸出之側壁與該壓電體的側表面相接,其中該第一聲阻匹配層的厚度小於該超音波傳感器在工作頻率下所發出的超音波在該第一聲阻匹配層中的波長的1/4,且該第一聲阻匹配層的該側壁的高度大於該壓電體的該側表面的高度的1/20、以及一第二聲阻匹配層與該第一聲阻匹配層相接。
Description
本創作大體上為一種超音波傳感器,更具體言之,其係關於一種包含雙層聲阻匹配層的超音波傳感器。
超音波傳感器(ultrasonic transducer)可用於短距離的物件偵測,其藉由發出的超音波碰撞到物體之後反射回來的時間差,可以計算出超音波傳感器與待偵測物體之間的距離。對於超音波偵測而言,待偵測物體的類型與性質並不會受到太多的限制,包括各種表面顏色、透明度、硬度的固體、液體、或粉體等,其都可以用超音波傳感器來進行偵測。故此,現今超音波傳感器已廣泛應用在倒車雷達(parking sensor)、位高偵測(level sensor)、薄片層數偵測(multiple sheet detection)及流量偵測(flow meter)等範疇。
超音波傳感器的主要組成元件為壓電陶瓷片(piezoceramics),例如以鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate, PZT)材料製作的陶瓷片,其雙面會塗佈導電層。在運作中施加高頻交流電訊號會讓壓電陶瓷產生高頻率振動,該高頻率震動是一種聲波,如果此聲波的頻率落在超音波範圍,即為超音波振動。然而,為了讓所產生的超音波能從壓電陶瓷傳遞到空氣中,壓電陶瓷的聲阻(acoustic impedance)必須與空氣的聲阻匹配才行。
聲阻(Z)=材料密度(ρ)*超音波聲速(C),壓電陶瓷的聲阻約為 30-35 MRayl(10
6公斤/平方公尺∙秒),空氣的聲阻約為 430 Rayl(公斤/平方公尺∙秒),壓電陶瓷的聲阻與空氣的聲阻,有非常大的差距,導致壓電陶瓷所產生的超音波能量無法傳遞到空氣中,故此,聲阻匹配層(matching layer)就成了超音波傳感器中必要的部件,其會設置在壓電陶瓷與空氣之間,使得兩者的聲阻得以匹配,從而可有效地將超音波傳遞到空氣中。用於空氣傳感器(air transducer)的匹配層的聲阻,其最理想值為: √(35M*430) Rayl, 約為0.12MRayl,但是自然界中很難找到聲阻低於 1 MRayl而且又耐用的材料,一般業界常用的匹配層材料為高分子樹脂與空心玻璃球混合成的複合材料,來達到較低的聲阻特性,同時也具有較佳的耐候性及可靠度。
為了讓閱者對本創作之面向有基本的了解,以下段落提出了本創作的簡要說明。此概要並非是本新型內容詳盡的綜覽,並未意欲要表明本新型的所有關鍵或必要元件或是要限定本新型之範疇,其訴求僅在於對後續所將探討的本新型細節描述先以簡化的形式提出其中的某些概念。
本新型的目的即在於提出一種新穎的超音波傳感器,其特點在於聲阻匹配層具有從外緣延伸出的側壁來增強元件之間的連接效果,避免壓電體與聲阻匹配層之間因為高頻振動的緣故而發生剝離或破損。
本新型的面向之一在於提出一種超音波傳感器,其包含一壓電體,具有隔著該壓電體相對的第一表面與第二表面以及連接該第一表面與該第二表面的側表面、一第一聲阻匹配層,具有基體與從該基體的外緣延伸出的側壁,該基體具有隔著該基體相對的第三表面及第四表面,該第三表面與該壓電體的該第二表面相接,該第一聲阻匹配層的該側壁的內表面與該壓電體的該側表面相接,其中該第一聲阻匹配層的該基體的厚度小於該超音波傳感器在工作頻率所發出的超音波在該第一聲阻匹配層中的波長的1/4,且該第一聲阻匹配層的該側壁的高度大於該壓電體的該側表面的高度的1/20、以及一第二聲阻匹配層,具有隔著該第二聲阻匹配層相對的第五表面及第六表面,且該第五表面與該第一聲阻匹配層的該第四表面相接。
本新型的另一面向在於提出一種超音波傳感器,其具有桶狀承載體容納壓電體與聲阻匹配層。
本新型的又一面向在於提出一種超音波傳感器,其具有管狀承載體容納壓電體與聲阻匹配層。
本新型的又一面向在於提出一種超音波傳感器,其具有減震體包覆壓電體來提供減震功效。
本新型的又一面向在於提出一種超音波傳感器,其第二聲阻匹配層具有突出的外緣來與第一聲阻匹配層的側壁相接。
本新型的又一面向在於提出一種超音波傳感器,其第一聲阻匹配層具有固體顆粒、有機纖維、無機纖維、或是網狀薄片來控制該第一聲阻匹配層厚度。
本新型的這類目的與其他目的,在閱者讀過下文中以多種圖形與繪圖來描述的較佳實施例細節說明後,必然可變得更為明瞭顯見。
在下文的本新型細節描述中,元件符號會標示在隨附的圖示中成為其中的一部份,並且以可實行該實施例之特例描述方式來表示。這類的實施例會說明足夠的細節俾使該領域之一般技藝人士得以具以實施。為了圖例清楚之故,圖示中可能有部分元件的尺寸會加以誇大。閱者須瞭解到本新型中亦可利用其他的實施例或是在不悖離所述實施例的前提下,作出結構性、邏輯性、及電性上的改變。因此,下文之細節描述不可被視為是一種限定,反之,其中所包含的實施例將由隨附的申請專利範圍來加以界定。
首先請參照第1圖,其繪示出根據本新型實施例中一超音波傳感器100的一實施態樣的截面示意圖。在此實施例中,超音波傳感器100包含一壓電體102,其具有隔著壓電體102相對的第一表面102a與第二表面102b以及連接第一表面102a與第二表面102b的側表面102c。壓電體102可包含實心方形、多邊形或圓形的壓電材料,或是環狀壓電材料,或是多層陶瓷製程的壓電材料,或是具有溝槽的壓電材料。該些壓電材料可包含鋯鈦酸鉛(Pb(ZrTi)O
3)、鈦酸鉛(PbTiO
3)等含鉛的壓電材料,或鈦酸鋇(BaTiO
3)、鈮酸鉀鈉((NaK)NbO
3)等不含鉛的壓電材料,其聲阻約為30-35 MRayl,遠大於空氣的聲阻430 Rayl,故需要設置聲阻匹配層來使兩者的聲阻匹配。壓電體102的導電層上可連接導線108,可將外部的高頻交流電訊號電連接至壓電體102,使其產生高頻率振動,藉以發出超音波。一第一聲阻匹配層104,其具有基體104a與從該基體104a的外緣延伸出的側壁104b,基體104a還具有隔著該基體相對的第三表面104c及第四表面104d,其中第三表面104c貼合在壓電體102的第二表面102b上並與之直接接觸。在本新型實施例中,第一聲阻匹配層104的厚度需小於壓電體102在工作頻率下所發出的超音波在第一聲阻匹配層104中時的波長的1/4,如此能達到最佳的超音波傳遞效果。
須注意的是,在本新型實施例中,第一聲阻匹配層104的側壁104b的內表面會與壓電體102的側表面102c相接,如此能增強第一聲阻匹配層104與壓電體102之間的連接效果,避免壓電體102與第一聲阻匹配層104之間,因為高頻振動的緣故而導致剝離或破損。第一聲阻匹配層104的該側壁104b的高度大於壓電體102的該側表面102c的高度的1/20,以提供足夠的連接效果。第一聲阻匹配層104包含由有機高分子材料以及實心粉體或是空心粉體構成的複合材料,該有機高分子材料包括環氧樹脂(Epoxy)、乙烯基酯樹脂(vinyl ester resin)、丙烯酸樹脂(acrylic resin)、聚氨脂(polyurethane)、或是紫外線硬化膠(UV膠)等。空心或實心粉體可為空心玻璃球顆粒或是實心玻璃球顆粒,其係作為填充物均勻散佈在該有機高分子材料中,以調整第一聲阻匹配層104的整體密度。空心玻璃球顆粒的密度介於0.1g/cm³~0.6g/cm³(公克/立方公分)之間。由於聲阻與材料的密度成正比,第一聲阻匹配層104的密度越低,所能得出的聲阻也越低,故越能達成聲阻匹配的功效。在有機高分子材料中加入不同體積比的玻璃球顆粒,經過混合、脫泡及固化等處理,即可調製成不同密度的第一聲阻匹配層104。
復參照第1圖,一第二聲阻匹配層106,其具有隔著該第二聲阻匹配層相對的第五表面106a及第六表面106b,且該第五表面106a與第一聲阻匹配層104的第四表面104d相接。第二聲阻匹配層106會藉由第一聲阻匹配層104緊密地黏固在壓電體102上,形成雙層(dual-layered)聲阻匹配層結構。雙層聲阻匹配層的優點在於可以顯著增加超音波傳感器的頻寬。本新型實施例中,第二聲阻匹配層106包含有機高分子材料或是由有機高分子材料與空心粉體或實心粉體混合而成的複合材料,該有機高分子材料包括環氧樹脂(Epoxy)、乙烯基酯樹脂(vinyl ester resin)、紫外線硬化膠(UV膠)、聚氨脂(polyurethane)、丙烯酸樹脂(acrylic resin)、或是氰酸酯樹脂(cyanate ester resin)。空心或實心粉體可為空心玻璃球顆粒或是實心玻璃球顆粒,其係作為填充物均勻散佈在該有機高分子材料中,以調整第二聲阻匹配層106的整體密度。中空玻璃球顆粒的密度介於0.1g/cm³~0.6g/cm³(公克/立方公分)之間。由於聲阻與材料的密度成正比,第二聲阻匹配層106的密度越低,所能得出的聲阻也越低,故越能達成聲阻匹配的功效。在有機高分子材料中加入不同體積比的玻璃球顆粒,經過混合、脫泡及固化等處理,即可調製成不同密度的第二聲阻匹配層106。
接下來請參照第2圖。本創作的超音波傳感器100可以設置在一桶狀承載體110內部。桶狀承載體110具有一桶底110a與桶身110b,且其具有隔著該桶底110a相對的第七表面110c及第八表面110d,其中壓電體102、第一聲阻匹配層104以及第二聲阻匹配層106設置於桶狀承載體110的桶內,且第二聲阻匹配層106的第六表面106b係貼合在桶狀承載體110的桶底110a的第七表面110c上並與之直接接觸。這樣的設計使得超音波傳感器更適合用在外界環境較為嚴苛的場合,其可有效保護聲阻匹配層不受損傷。桶狀承載體110的材料可包含選自下列群組或其組合的金屬材質:鋁、鈦、銅、不鏽鋼,或是下列群組或其組合的的非金屬材質:玻璃、壓克力、鐵氟龍(PTFE)、聚二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸丁酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、或是聚醚醚酮(PEEK)等。
接下來請參照第3圖。除了上述的部件外,本創作的超音波傳感器100還可包含減震結構。如第3圖所示,一減震體112設置於桶狀承載體110的桶內,減震體112會設置於桶狀承載體110與壓電體102之間的空間並包覆壓電體102,如此在壓電體102運作時的高頻振動下,減震體112能有效地減震,降低超音波傳感器的餘震(ringing),使其快速復歸到靜止狀態,讓運作更為方便。減震體112可同時具有固定導線108的效果。
接下來請參照第4圖,其為根據本新型實施例中一超音波傳感器的另一實施態樣的截面示意圖。在第2-3圖的實施例中,壓電體與聲阻匹配層係設置在桶狀外形的承載體上,而在本實施例中,壓電體與聲阻匹配層則係設置在一管狀承載體上。如圖所示,超音波傳感器100包含一管狀承載體114,其具有隔著該管狀承載體相對的內表面114a與外表面114b以及相對的第一開口114c與第二開口114d,以及一減震體112包覆壓電體102,其中管狀承載體114的內表面114a圍繞減震體112並與減震體112相接,使壓電體102與聲阻匹配層104/106固定在管狀承載體114上,且第二聲阻匹配層106的第六表面106b從管狀承載體114的第一開口114c露出。管狀承載體114的材料包含選自下列群組或其組合的金屬材質:鋁、鈦、銅、不鏽鋼,或是下列群組或其組合的非金屬材質:玻璃、壓克力、鐵氟龍(PTFE)、聚二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸丁酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、或是聚醚醚酮(PEEK)等。此實施例的超音波傳感器的其他細部特徵與第3圖所示的超音波傳感器相同,於此不再多加贅述。
接下來請參照第5圖,其為根據本新型實施例中一超音波傳感器的另一實施態樣的截面示意圖。第5圖實施例中的超音波傳感器100與第4圖實施例中的超音波傳感器相似,其差別在於第5圖中的超音波傳感器100的第二聲阻匹配層106係設置在管狀承載體114外部,且第二聲阻匹配層106的第五表面106a的外緣會與管狀承載體114位於第一開口114c端的管體相接。這樣的設計可使第二聲阻匹配層106與管狀承載體114組合成類似桶狀承載體的結構。之後可在管內設置減震材料來形成減震體112。較之第4圖的管狀承載體實施例,此實施例的優點在於製作較為方便,且其外型較容易客製化。
接下來請參照第6圖。在本新型實施例中,第一聲阻匹配層104中可以進一步設置具有開口之網狀薄片(mesh sheet)116,其功用在於可以精準控制第一聲阻匹配層104的厚度,以獲得良好的聲阻匹配效果。在實際製作中,網狀薄片116會先放置在預定形成第一聲阻匹配層104的表面上,如壓電體102的第二表面102b上。然後,將第一聲阻匹配層104的材料均勻塗覆在網狀薄片116與壓電體102的第二表面102b上,如此該材料與網狀薄片116共同構成第一聲阻匹配層104。網狀薄片的材質包括選自下列群組或其組合的金屬材質:銅、鐵、鎳、不鏽鋼、鋁、或鈦,或是下列群組的非金屬材質:鐵氟龍(PTFE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、有機纖維、無機纖維、尼龍(Nylon)、碳纖維(carbon fiber)、或玻璃纖維(glass fiber)等。
有了網狀薄片的存在,在後續製作中當第二聲阻匹配層106壓合到第一聲阻匹配層104的材料上時,第一聲阻匹配層148的材料可作為黏著劑之用將第二聲阻匹配層106緊密地黏固在壓電體102上,而其內部的網狀薄片116可起到支撐的效果,使得壓合後的第一聲阻匹配層104的厚度會等於網狀薄片116的厚度,達到控制聲阻匹配層厚度之功效。此外,由於第一聲阻匹配層104的熱膨脹係數可能遠大於所黏附的壓電體102的熱膨脹係數,此時第一聲阻匹配層104中的網狀薄片116還可起到吸收匹配層所產生之應力的效果,避免裝置的可靠度因為應力而失效。
接下來請參照第7圖。除了使用網狀薄片116以外,在其他實施例中,也可使用固體顆粒118,如實心或空心玻璃球等,來控制第一聲阻匹配層104的厚度。此實施例的超音波傳感器的其他細部特徵與第6圖所示的超音波傳感器相同,於此不再多加贅述。
接下來請參照第8圖,其為根據本新型實施例中一超音波傳感器的另一實施態樣的截面示意圖。在本實施例中,第二聲阻匹配層106還可具有從第二聲阻匹配層的外緣延伸出的側壁106c,第二聲阻匹配層106的側壁106c會圍繞在第一聲阻匹配層104的側壁104b外圍並與之相接,其可增強第二聲阻匹配層106與第一聲阻匹配層104之間的連接效果,避免第二聲阻匹配層106與第一聲阻匹配層104之間,因為高頻振動的緣故而導致剝離或破損。
根據上述各所例示之實施例所製作出的本新型超音波傳感器,其從聲阻匹配層外緣延伸出的側壁可增強元件之間的連接效果,避免壓電體與聲阻匹配層之間,因為高頻振動的緣故而導致剝離或破損。再者,雙層的聲阻匹配層結構設計可顯著增加超音波傳感器的頻寬。綜上所述,是為一兼具新穎性與實用性的新型創作。
以上所述僅為本新型之較佳實施例,凡依本新型申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本新型之涵蓋範圍。
100‧‧‧超音波傳感器
102‧‧‧壓電體
102a‧‧‧第一表面
102b‧‧‧第二表面
102c‧‧‧側表面
104‧‧‧第一聲阻匹配層
104a‧‧‧基體
104b‧‧‧側壁
104c‧‧‧第三表面
104d‧‧‧第四表面
106‧‧‧第二聲阻匹配層
106a‧‧‧第五表面
106b‧‧‧第六表面
106c‧‧‧側壁
108‧‧‧導線
110‧‧‧桶狀承載體
110a‧‧‧桶底
110b‧‧‧桶身
110c‧‧‧第七表面
110d‧‧‧第八表面
112‧‧‧減震體
114‧‧‧管狀承載體
114a‧‧‧內表面
114b‧‧‧外表面
114c‧‧‧第一開口
114d‧‧‧第二開口
116‧‧‧網狀薄片
118‧‧‧固體顆粒
102‧‧‧壓電體
102a‧‧‧第一表面
102b‧‧‧第二表面
102c‧‧‧側表面
104‧‧‧第一聲阻匹配層
104a‧‧‧基體
104b‧‧‧側壁
104c‧‧‧第三表面
104d‧‧‧第四表面
106‧‧‧第二聲阻匹配層
106a‧‧‧第五表面
106b‧‧‧第六表面
106c‧‧‧側壁
108‧‧‧導線
110‧‧‧桶狀承載體
110a‧‧‧桶底
110b‧‧‧桶身
110c‧‧‧第七表面
110d‧‧‧第八表面
112‧‧‧減震體
114‧‧‧管狀承載體
114a‧‧‧內表面
114b‧‧‧外表面
114c‧‧‧第一開口
114d‧‧‧第二開口
116‧‧‧網狀薄片
118‧‧‧固體顆粒
本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分,俾使閱者對本新型實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本創作的一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中:
第1圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的一實施態樣的截面示意圖;
第2圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的另一實施態樣的截面示意圖;
第3圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;
第4圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;
第5圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;
第6圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;
第7圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;以及
第8圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖。
須注意本說明書中的所有圖示皆為圖例性質,為了清楚與方便圖示說明之故,圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現,一般而言,圖中相同的參考符號會用來標示修改後或不同實施例中對應或類似的元件特徵。
第1圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的一實施態樣的截面示意圖;
第2圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的另一實施態樣的截面示意圖;
第3圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;
第4圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;
第5圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;
第6圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;
第7圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖;以及
第8圖為根據本新型實施例中一超音波傳感器的又一實施態樣的截面示意圖。
須注意本說明書中的所有圖示皆為圖例性質,為了清楚與方便圖示說明之故,圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現,一般而言,圖中相同的參考符號會用來標示修改後或不同實施例中對應或類似的元件特徵。
Claims (12)
- 一種超音波傳感器,包含:
一壓電體,具有隔著該壓電體相對的第一表面與第二表面以及連接該第一表面與該第二表面的側表面;
一第一聲阻匹配層,包含基體與從該基體的外緣延伸出的側壁,該基體具有隔著該基體相對的第三表面及第四表面,該第三表面與該壓電體的該第二表面相接,該第一聲阻匹配層的該側壁的內表面與該壓電體的該側表面相接,其中該第一聲阻匹配層的該基體的厚度小於該超音波傳感器在工作頻率下所發出的超音波在該第一聲阻匹配層中的波長的1/4,且該第一聲阻匹配層的該側壁的高度大於該壓電體的該側表面的高度的1/20;以及
一第二聲阻匹配層,具有隔著該第二聲阻匹配層相對的第五表面及第六表面,且該第五表面與該第一聲阻匹配層的該第四表面相接。 - 如專利申請範圍第1項所述之超音波傳感器,更包含一桶狀承載體,具有 一桶底與桶身,且該桶狀承載體具有隔著該桶底相對的第七表面及第八表面,其中該壓電體、該第一聲阻匹配層以及該第二聲阻匹配層設置於該桶狀承載體的桶內,且該桶狀承載體的該桶底的該第七表面與該第二聲阻匹配層的該第六表面相接。
- 如申請專利範圍第2項所述之超音波傳感器,更包含一減震體設置於該桶狀承載體的桶內並包覆該壓電體、該第一聲阻匹配層以及該第二聲阻匹配層。
- 如專利申請範圍第1項所述之超音波傳感器,更包含一管狀承載體,具有隔著該管狀承載體相對的內表面與外表面以及相對的第一開口與第二開口,以及一減震體包覆該壓電體,其中該管狀承載體的該內表面圍繞該減震體並與該減震體相接,且該第二聲阻匹配層的該第六表面從該管狀承載體的該第一開口露出。
- 如專利申請範圍第4項所述之超音波傳感器,其中該第二聲阻匹配層的該第五表面的外緣與該管狀承載體位於該第一開口端的管體相接。
- 如專利申請範圍第1項所述之超音波傳感器,其中該第二聲阻匹配層具有從該第二聲阻匹配層的外緣延伸出的側壁,該第二聲阻匹配層的側壁與該第一聲阻匹配層的側壁相接。
- 如專利申請範圍第1項所述之超音波傳感器,其中該第一聲阻匹配層包含由有機高分子材料以及實心粉體或是空心粉體構成的複合材料,該有機高分子材料包括環氧樹脂(Epoxy)、乙烯基酯樹脂(vinyl ester resin)、丙烯酸樹脂(acrylic resin)、聚氨脂(polyurethane)、或是紫外線硬化膠(UV膠)等。
- 如申請專利範圍第7項所述之超音波傳感器,其中該第一聲阻匹配層更包含固體顆粒、有機纖維、無機纖維、或是網狀薄片,以控制該第一聲阻匹配層的該基體的厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波傳感器,其中該第二聲阻匹配層包含有機高分子材料或是由有機高分子材料與空心粉體或實心粉體混合而成的複合材料,該有機高分子材料包括環氧樹脂(Epoxy)、乙烯基酯樹脂(vinyl ester resin)、紫外線硬化膠(UV膠)、聚氨脂(polyurethane)、丙烯酸樹脂(acrylic resin)、或是氰酸酯樹脂(cyanate ester resin)。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波傳感器,其中該壓電體包含實心方形、多邊形或是圓形的壓電材料,或是環狀壓電材料,或是多層陶瓷壓電材料,或是具有溝槽的壓電材料。
- 如專利申請範圍第2項所述之超音波傳感器,其中該桶狀承載體的材料包含選自下列群組或其組合的金屬材質:鋁、鈦、銅、不鏽鋼,或是下列群組或其組合的的非金屬材質:玻璃、壓克力、鐵氟龍(PTFE)、聚二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸丁酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、或是聚醚醚酮(PEEK)。
- 如專利申請範圍第4項所述之超音波傳感器,其中該管狀承載體的材料包含選自下列群組或其組合的金屬材質:鋁、鈦、銅、不鏽鋼,或是下列群組或其組合的非金屬材質:玻璃、壓克力、鐵氟龍(PTFE)、聚二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸丁酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、或是聚醚醚酮(PEEK)。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11981070B2 (en) * | 2021-06-16 | 2024-05-14 | Baker Hughes Holdings Llc | 3D printed ultrasonic probe |
US20230221284A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-07-13 | Pure Technologies Ltd. | Apparatus, Systems and Methods for Pipeline Condition Assessment |
CN116218150B (zh) * | 2023-03-31 | 2024-06-14 | 武汉联影医疗科技有限公司 | 一种匹配材料及其应用和制备方法 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE59100463D1 (de) * | 1991-02-07 | 1993-11-11 | Siemens Ag | Verfahren zur Herstellung von Ultraschallwandlern. |
JP3633926B2 (ja) * | 2002-01-28 | 2005-03-30 | 松下電器産業株式会社 | 超音波送受信器および超音波流量計 |
CN1249405C (zh) * | 2002-01-28 | 2006-04-05 | 松下电器产业株式会社 | 声匹配层、超声波发射接收器及超声波流量计 |
JP5031450B2 (ja) * | 2007-06-12 | 2012-09-19 | 富士フイルム株式会社 | 複合圧電材料、超音波探触子、超音波内視鏡、及び、超音波診断装置 |
KR101145152B1 (ko) * | 2009-10-29 | 2012-05-15 | 삼성메디슨 주식회사 | 초음파 진단장치용 프로브 및 그 제조방법 |
CN101750110A (zh) * | 2009-12-29 | 2010-06-23 | 广州市番禺奥迪威电子有限公司 | 高频超声波传感器 |
JP5905192B2 (ja) * | 2010-07-30 | 2016-04-20 | コニカミノルタ株式会社 | 超音波探触子の製造方法 |
KR20130023602A (ko) * | 2011-08-29 | 2013-03-08 | 삼성전기주식회사 | 초음파센서 |
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CN202888247U (zh) * | 2012-07-18 | 2013-04-17 | 成都汇通西电电子有限公司 | 压电陶瓷传感器及其外壳 |
EP2783758A1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-01 | Samsung Medison Co., Ltd. | Ultrasonic Probe and Manufacturing Method Thereof |
CN106622924B (zh) * | 2016-12-29 | 2019-03-01 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种压电复合材料的制作方法 |
JP6907667B2 (ja) * | 2017-04-10 | 2021-07-21 | コニカミノルタ株式会社 | 超音波探触子 |
CN208879007U (zh) * | 2018-06-29 | 2019-05-21 | 咏业科技股份有限公司 | 声阻匹配层 |
TWM583052U (zh) * | 2019-05-30 | 2019-09-01 | 詠業科技股份有限公司 | 超音波傳感器 |
JP7395946B2 (ja) * | 2019-10-17 | 2023-12-12 | コニカミノルタ株式会社 | 超音波プローブ、超音波診断装置およびバッキング材の製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI772167B (zh) * | 2021-09-01 | 2022-07-21 | 詠業科技股份有限公司 | 超音波傳感器 |
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