[發明專利]超聲換能器和用于制造超聲換能器的方法

有效

• 申請號: 201611051017.5
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106824732B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 索倫·尼爾森;亨里克·克里斯坦森·呂克;托本·安拜·克里斯坦森
• 申請（專利權）人: 丹佛斯有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 郭雪茹

本發明涉及一種超聲換能器(1)，包括壓電元件(4)、聲窗(9)、殼體(2)和聲耦合層(5)。聲耦合層(5)布置在聲窗(9)和壓電元件(4)的第一表面(8)之間。為了確保聲耦合層(5)的恒定厚度，壓電元件(4)在壓電元件(4)的與聲學層(5)相對的第二表面(11)處固定到殼體(2)。此外，殼體(2)鄰接聲窗(9)，以在壓電元件(4)的靜止位置處確保第一表面(8)和聲窗(9)之間的聲耦合層(5)的恒定厚度。

技術領域

本發明涉及一種超聲換能器，包括壓電元件、聲窗、殼體和聲耦合層，其中聲耦合層被布置在聲窗和壓電元件的第一表面之間。

背景技術

超聲換能器用于產生或接收超聲信號。為此，超聲換能器包括用于從介質傳輸超聲信號以及將超聲信號聲傳輸到介質的聲窗。聲窗通常由金屬或塑料構成，這取決于應該被測量的介質。金屬聲窗可以優選用于研磨介質。

在許多情況下，超聲換能器包括為壓電元件形式的有源振動元件，以將電信號轉變為超聲信號，反之亦然。為了確保超聲信號從聲窗有效地傳輸到壓電元件，通常在壓電元件和聲窗之間布置聲耦合層。然而，重要的是控制聲耦合層的厚度，以確保超聲換能器的高聲學效率、低噪音和高壽命。然而，控制聲耦合層的厚度難以根據用于聲耦合層的材料，特別是在使用流體或容易塑性變形的材料的情況下。

發明內容

因此，本發明的任務是提供一種上述類型的超聲換能器和一種用于制造所述超聲換能器的方法，其中聲耦合層的厚度可以被更準確地控制。

根據本發明，上述任務被解決，這是由于壓電元件在壓電元件的與聲耦合層相反的第二表面處固定到殼體，并且其中殼體鄰接聲窗，以在壓電元件的靜止位置處確保在第一表面與聲窗之間的聲耦合層的恒定厚度。

通過該技術方案，壓電元件可以僅在壓電元件的與聲耦合層相反的第二表面處被固定到殼體。因此，確保了壓電元件仍然可以在超聲換能器的操作期間變形。此外，固定壓電元件的殼體鄰接聲窗，以在壓電元件的靜止位置處確保在壓電元件的第一表面與聲窗之間的聲耦合層的恒定厚度。這樣，確保了壓電元件例如在裝配器件由于其自身重量不會使聲耦合層移位。具體地，后者在聲耦合層是流體或者聲耦合層由需要在超聲換能器的制造期間固化的粘合劑制成的情況下成為問題。在聲耦合層的固化期間，壓電元件的重量可能另外導致聲耦合層變薄到低于預期厚度。由于殼體現在鄰接聲窗，因此可以確保為在壓電元件的第一表面和聲窗之間的聲耦合層留有足夠的空間且壓電元件不會使聲耦合層移位。

在一個優選實施例中，殼體和/或聲窗包括距離控制部。優選地，距離控制部的厚度為壓電元件的厚度和聲耦合層的預期厚度的總和。距離控制部的厚度由第二表面至殼體與聲窗的鄰接區域的垂直距離給出。

在一個另外優選實施例中，距離控制部包括至少一個腿部。優選地，距離控制部包括兩個、三個或四個腿部。可選地，距離控制部可以包括環形緣部。腿部或緣部之間可以布置孔口，壓電元件以及聲耦合層可以布置在所述孔口中。聲窗可以鄰接在腿部或緣部以及聲耦合層上。如果距離控制部包括緣部，則聲窗可以是連接到緣部的平坦盤。

在另一個優選實施例中，距離控制部包括連接到第二表面的至少一個肩部。至少一個肩部可以布置在腿部或有角緣部中。肩部允許例如在第二表面的徑向外端部處將壓電元件的第二表面連接到殼體。同時，距離控制部可以延伸超出壓電元件的徑向外端部，使得距離控制部延伸超出壓電元件的厚度和聲耦合層的厚度。這樣就確保了殼體將鄰接聲窗，以使得在裝配期間保持壓電元件的第一表面和聲窗之間的正確距離并因此聲耦合層可以在裝配期間保持其預期厚度。

在一個另外的優選實施例中，聲耦合層包括粘合劑和/或糊劑和/或油。根據本發明的超聲換能器具有的優點是：即使流體或液體材料被用于聲耦合層也可以控制聲耦合層的厚度，否則所述厚度在裝配期間或者在聲換能器的操作期間由于壓電元件的影響而變得更薄。