[实用新型]压电单晶复合材料高频超声换能器

说明书

技术领域

本实用新型属于压电超声换能器领域，具体涉及一种压电单晶复合材料高频超声换能器。

背景技术

近年来随着科学技术的发展，在许多的场合下对高频、高灵敏度、大带宽的超声换能器提出了需求。在医学诊断领域，例如眼科、口腔、血管内、皮肤等对用于成像和测量的高频超声换能器提出了高灵敏度、高带宽的要求。在超声检测领域，工业、军事等的快速发展对用于点焊检测、复合材料薄板、复合材料涂层的检测也希望高频换能器能够做到更高的灵敏度、更大的带宽。在精密测厚领域，特别是高衰减材料的精密测厚，大带宽和高灵敏度不可或缺。从声学特性进行分析，换能器的灵敏度和带宽是一对矛盾体，在压电材料确定、匹配模式和材料确定的情况下，要提高带宽就必须牺牲灵敏度。也就是说压电材料的性能是关键。当然，换能器声学设计的好坏也会有很大的影响。

目前，用来制作高频换能器的压电材料有许多种，例如聚偏氟乙烯(PVDF)、钛酸铅(PT)、锆钛酸铅(PZT)、偏铌酸铅等等，中国专利CN2841166Y公布了一种用改性偏铌酸铅制作的高频测厚换能器，中国专利CN2097407U也公布了一种用铌酸锂制作的高频换能器。国外也有许多类似的专利和科研论文发表。

近年，高压电性能的单晶材料逐步走向实用，我国中科院上海硅酸盐研究所在铌镁酸铅-钛酸铅压电单晶(PMNT)复合材料领域也有了很大的突破，其申请的中国专利CN1920122A公布了一种用于医用超声换能器的PMNT材料，该材料能够提高超声换能器的分辨率、灵敏度和带宽。

中国专利CN2841166Y和中国专利CN2097407U所公布的两种材料都是Kt机电转换效率小于50％的，远远小于压电单晶的68％，而中国专利CN1920122A公布的PMNT压电单晶的介电常数达到4000，这在高频应用中又非常的不利。

压电复合材料通过改变压电材料的振动模式，可以提高压电材料的机电转换效率，减小串扰，改变压电材料的介电常数使得更容易匹配等极为突出的作用，近年正在变成一种热点。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题和缺点，本实用的目的是提供一种大带宽和高灵敏度的压电单晶复合材料高频超声换能器。

本实用新型的目的通过以下的技术方案来实现：

一种压电单晶复合材料高频超声换能器，包括压电单晶复合材料晶片，阻尼背材，第一匹配层，第二匹配层，同轴电极引线，同轴连接器和金属外壳；

所述压电单晶复合材料晶片由压电单晶和填充聚合物组成；所述第二匹配层、第一匹配层、压电单晶复合材料晶片、阻尼背材依次粘接在一起，形成声学叠层，从所述压电单晶复合材料晶片的正负极引出同轴电极引线到所述同轴连接器，所述同轴连接器固定在金属外壳上。

为更好的实现本实用新型：

所述压电单晶优选为铌镁酸铅-钛酸铅或者铌锌酸铅-钛酸铅。

所述压电单晶复合材料晶片的连通方式优选为1-3型或者2-2型，更优选1-3型。1-3型压电单晶复合材料的被填充聚合物材料包围若干个柱形压电单晶体组成的，该材料中压电单晶在一维连通，填充聚合物材料则是三维连通。

所述第二匹配层可以制作成声透镜的形状，如凹面或者凸面。

所述的压电单晶复合材料晶片的厚度优选在16微米至200微米范围内。

所述压电单晶复合材料晶片厚度在16微米至200微米；

所述压电单晶复合材料的素子纵横比达到2∶1以上，同时素子间距小于换能器主频信号在材料中声波波长的1/2，介电常数不大于1000；

所述第一匹配层、第二匹配层的厚度为其中λ为换能器主频信号在该匹配层中的横波波长。