[發(fā)明專利]一種聲阻抗連續(xù)變化的超聲換能器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810038902.9
• 申請日: 2008-06-13
• 公開（公告）號: CN101605288A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁建人
• 申請（專利權(quán)）人: 上海愛培克電子科技有限公司
• 主分類號: H04R17/00
• 分類號: H04R17/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 王敏杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲換能器，特別是涉及一種聲阻抗連續(xù)變化的超聲換 能器。

背景技術(shù)

超聲換能器是一種把電信號轉(zhuǎn)換成聲信號，將其發(fā)送到工作介質(zhì)中去， 然后又將經(jīng)過工作介質(zhì)傳播、散射或反射回來的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號的無源、 被動的雙向器件。超聲換能器的性能，是決定相應(yīng)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵器件。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)超聲換能器包括壓電材料層1、匹配層2、背襯3 和聲透鏡4，為了使超聲換能器有較高的機一電效率，超聲換能器通常采用 兩層或多層的匹配層，使得高聲學(xué)阻抗的壓電材料層1與低聲學(xué)阻抗的工作 介質(zhì)有較好的耦合。圖1所示的超聲換能器的匹配層為兩層，這是目前極為 普遍采用的。

即使采用多層匹配層，高聲學(xué)阻抗的壓電材料層1與低聲學(xué)阻抗的工作 介質(zhì)之間也會存在聲阻抗失配。假定壓電材料的聲阻抗是Z_c，工作介質(zhì)的聲 阻抗是Z_m，第i層匹配層的聲阻抗Z_i可表示為：

Zi=(Zi-1gZi+1)1γ,i=1,2,......,N---(1)]]>

當(dāng)i＝1時Z_i-1＝Z₀Z_c

當(dāng)i＝N時Z_i+1＝Z_N+1Z_m

其中，N是匹配層的總層數(shù)，γ是大于2的有理數(shù)字，取決于不同的理論實 驗研究的結(jié)果。以兩層匹配層的超聲換能器為例，壓電陶瓷片的聲阻抗是32 MRayl，第一匹配層(與壓電材料層1相鄰)的聲阻抗和第二匹配層的聲阻抗 按公式(1)做計算，分別為9.03MRayl和2.55MRayl(假定工作介質(zhì)的聲阻 抗為1.5MRayl，計算的γ取為2)。由此可知，兩層匹配層的超聲換能器， 高聲學(xué)阻抗的壓電材料層與低聲學(xué)阻抗的工作介質(zhì)之間存在聲阻抗失配。

在第二層匹配層與聲透鏡4之間，也會存在聲阻抗失配的問題，如聲透 鏡4常用RTV硅橡膠材料制成，RTV的聲阻抗約為1.3MRayl，將存在有Z₂＝ 2.55MRayl和Z_L＝1.3MRayl的聲阻抗失配。由此造成的聲能反射系數(shù)為：

R=(Z2-ZLZ2+ZL)2=10.5%]]>

相應(yīng)的聲壓反射系數(shù)為32.5％；相應(yīng)的聲強透聲系數(shù)為T＝1-R＝89％。也就是 說，對于常用兩層匹配層的超聲換能器，將會有10.5％的聲能量不能發(fā)送到 工作介質(zhì)中。