[發明專利]包括發送器層和接收器層的超聲換能器模塊

無效

• 申請號: 200680051643.2
• 申請日: 2006-11-15
• 公開（公告）號: CN101360566A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: T·梅蘭德索;F·梅蘭德索;T·巴爾斯塔德
• 申請（專利權）人: 多爾菲掃描公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張亞寧;張志醒

技術領域

本發明涉及一種用于發送和檢測超聲信號的超聲換能器模塊。

背景技術

超聲換能器用在多種用途中，如醫學、非破壞性測試等。

在許多這些用途中，需要發送和接收具有某種程度的位置精確度和信噪比的超聲信號。還需要一種換能器，這種換能器在制造時簡單、具有低材料成本并因此而具有成本效率。

US?4?448?075描述了一種超聲掃描設備，這種超聲掃描設備采用布置在一種換能器板的一個表面上的多個伸長的平行驅動線電極和布置在這種換能器板的相對表面上的多個平行接地線電極。這些驅動線電極和接地線電極交叉以有效地形成能夠發射和接收超聲波束的單個換能器元件的矩陣。必須通過在傳送狀態與接收狀態之間切換這些驅動電極，在單獨的操作中進行超聲波束的發射和接收。

US?5?209?126描述了一種包括可變形介質的力傳感器，這種可變形介質具有一種接觸表面，可將一種力加到這種表面上，且這種力傳感器使用一種超聲信號的發射和接收來測量由所加的這種力所導致的這種可變形介質的厚度的變化。這種傳感器包括信號發生器和信號接收器，并通常能夠同時生成并接收超聲信號。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超聲換能器模塊，這種超聲換能器模塊緊湊、簡單且易于制造，并用少量的接觸點提供高分辨率。

通過專利權利要求的特征來實現本發明的這種目的。

根據本發明的超聲換能器模塊包括至少一個發送器層、至少一個接收器層和作為接地平面的裝置，其中，發送器層和接收器層包括多個伸長的電極，這些電極平行布置在每個層中，發送器層和接收器層平行，且接收器層的電極與發送器層中的至少一個的電極成大于零的角度。

發送器層是這種換能器的信號發生層，這種信號發生層生成超聲信號。這種發送器層包括多個伸長的發送器電極，這些發送器電極伸過這種換能器的大部分或全部長度。這些電極平行布置在每個層中，即這些電極的縱向方向平行。當詞語“平行”用在本發明中時，意思是指這些項目完全或幾乎平行。

在最簡單的實施例中，這些電極呈矩形。不過，這些電極也可具有其它適當的形狀，如隨著變化的寬度伸長。這種實施例中的較寬截面/部分可呈如圓形、六角形、正方形或其它任何適當的形狀。這些電極的不同幾何形狀的選擇可導致來自發送器層的不同聲音分布，且可根據特定用途選擇這些電極的形狀。通過選擇這些變寬截面的適當形狀和分離距離，就可在該層中實現這些電極的更緊密的封裝和/或在這種換能器的這些有源元件之間出現較小的間隙。

在一個實施例中，將這些電極設計成一個單片，且每個單電極包括用于連接到信號發生裝置的電連接裝置。在其它實施例中，這些電極可包括多個電極部分，且每個部分具有其自身的電連接裝置。

該發送器層還包括一種壓電材料。這種材料在暴露給一種在外部施加的交流電壓時產生聲波。這種壓電材料可以是任何適當的種類，如陶瓷材料、晶體、聚合物等。聚合物聚偏二氟乙稀(PVDF)是一種普遍用在換能器中的壓電材料。

可通過如用光刻進行壓印將這些發送器電極直接設在這種壓電材料的表面上。在本發明的優選實施例中，將這些發送器層和/或接收器層中的至少一個的電極設在柔性電路上。然后通過如膠合將這種柔性電路連接到/粘合到這種壓電材料。若使用粘合劑層，優選應將這種粘合劑層涂得非常薄(如以0.5至5微米的尺寸)，以將電場降低減到最小。還優選該層應均勻且并不包括任何氣隙。

柔性電路的一種示例用Kapton膜制成。柔性電路的優點在于在這種板上容易地制造這些電極并良好地連接到這種板。出于印刷電路板的柔性的原因，制造之后的電極線斷裂的風險就大大降低。可將柔性電路的這些電極的連接部分制成在這種板上集成，并可作為標準的連接器提供，這樣就簡化了組裝并使這些連接點不太脆弱。還可將這些連接制成小尺寸。這就意味著在使用一種柔性電路時，可提供比在將這些電極直接壓印到這種壓電材料上時多的連接，并且允許在相同的區域上有如此大量的電極，即在這種換能器上有更高密度的電極。在這些電極包括多個電極截面的實施例中，可提供帶有內連接器的柔性電路，這些內連接器用于將不朝向這種柔性板的邊緣的電極截面連接到在這些邊緣的連接裝置。

一種柔性電路具有在電介質基膜的一個側面上的蝕刻導體圖案(通常是銅)。通常涂覆一種電介質覆層如焊料掩膜或蓋層，以保護這些導體并限定元器件布置區域。