[實用新型]一種用于超聲掃描顯微鏡多分辨力檢測的換能器裝置

有效

• 申請號: 201520153297.5
• 申請日: 2015-03-18
• 公開（公告）號: CN204912006U
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 陳丹;肖會芳;徐金梧;楊荃;黎敏
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;G01N29/22
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本實用新型涉及超聲掃描顯微鏡檢測領域和超聲波成像領域，具體涉及一種用于超聲掃描顯微鏡多分辨力檢測的換能器裝置。

背景技術

超聲掃描顯微鏡主要采用脈沖回波方式工作，是用于進行物質內部顯微成像研究的重要工具之一，目前被廣泛應用于醫學、電子工業及冶金等行業中。超聲換能器作為發射和接收超聲波的敏感元件，是超聲掃描顯微鏡的核心組成部分。隨著各行各業的不斷發展以及科學技術的不斷進步，對于不同的種類的樣品及檢測要求需要進行不同分辨力的檢測研究。決定超聲顯微鏡檢測分辨力的主要因素是超聲波的波長，直接由換能器的中心頻率決定。對于同一種樣品進行不同分辨力的檢測成像需要調節換能器的中心頻率來改變儀器的檢測分辨力。目前的單晶壓電換能器只能產生特定中心頻率的超聲波，主要需要通過更換不同中心頻率的換能器實現不同分辨力的檢測成像。

然而，實際檢測過程中頻繁更換換能器不僅延長了檢測時間，而且會因為裝配誤差而降低超聲顯微鏡的定位精度，對于獲得相同區域下的多分辨力掃描成像以及準確采集微小缺陷處的回波信號都會產生嚴重影響。

實用新型內容

本實用新型的目的是設計一種用于超聲掃描顯微鏡多分辨力檢測的換能器裝置，在不更換換能器的情況下實現對材料內部相同區域的多分辨力顯微成像檢測，同時提高微小缺陷的定位精度。

該實用新型為了實現上述目的，采用的技術解決方案是：

1)超聲掃描顯微鏡工作采用變頻變焦的五晶片壓電換能器替代傳統的單晶片壓電換能器，通過激勵不同厚度的壓電晶片產生不同中心頻率的超聲波。

2)換能器中的各壓電晶片相對于換能器中心的距離相等，通過旋轉換能器，將將處于工作狀態的壓電晶片移動至待測位置正上，實現同一位置在不同超聲頻率下的信號采集及成像；

3)變頻變焦的五晶片壓電換能器的旋轉控制通過轉換器實現,單次旋轉的角度固定為72°；

整個變頻變焦換能器裝置的結構示意圖如下圖1所示，其中主要包括前匹配層1，壓電晶片2，正、負電極3，背襯及機械支撐層4，金屬外殼5，側壁環氧基樹脂固定層6和SAM電子連接器7和轉換器8。下面結合附圖(參見圖1-圖3)和實施例，對本實用新型的一種用于超聲掃描顯微鏡多分辨力檢測的換能器裝置作進一步說明。

附圖說明

圖1變頻變焦換能器裝置的裝配體示意圖；

圖2變頻變焦換能器的頂視圖；

圖3轉換器的結構示意圖；

具體實施方式：

以下將以中心頻率為100MHz-200MHz，焦距為2mm-8mm的五晶片變頻變焦換能器為例，其中表1給出了變頻變焦換能器的基本幾何參數，不同中心頻率的超聲波其相應的壓電晶片直徑和焦距也不同。

圖1給出了整個變頻變焦換能器裝置的裝配體示意圖，其中將傳統的單晶片壓電換能器改進為具有不同厚度的五晶片壓電換能器。同時，在換能器的腰部偏下(尾部)位置安裝了具有固定旋轉角度的轉換器，二者共同安裝于超聲顯微鏡的掃查機構上。通過旋轉轉換器并激發相應的壓電晶片可以實現特定區域在不同分辨力下的檢測成像。

圖2所示的變頻變焦換能器中五個壓電晶片呈環形分布，不同壓電晶片的幾何中心相對于換能器中心的距離R均相等。沿逆時針方向的晶片尺寸依次減小，相鄰兩晶片相對于換能器中心的張角為72°，嚴格保證換能器旋轉過程中被激發的壓電晶片均位于相同的檢測位置。由于換能器中壓電晶片的直徑各不相同，為了保證整個換能器結構的緊湊性，該距離R設計為6mm，大于r1+r2，換能器的外徑尺寸L為10mm。

圖3給出了轉換器的結構示意圖，其內圈為圓形，半徑為10mm，外圈為正五邊形。轉換器固定于壓電換能器腰部偏下(尾部)位置，轉換器嚴格調節壓電換能器的單次旋轉角度為72°，從而保證不同壓電晶片均能夠準確位于相同的待測位置。在相同的掃描方式下，上述裝置可以以更高的精度保證不同分辨力檢測時成像區域的一致性，對于高頻、超高頻的顯微成像檢測具有重要意義。

當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本技術領域的技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本實用新型的保護范圍。

表1變頻變焦換能器的基本幾何參數