[發明專利]一種雙頻共焦超聲換能器

有效

• 申請號: 201711134044.3
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN108593783B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 孫安玉;居冰峰;賴蛟嬌;王傳勇;楊筱鈺;孫澤青;杜慧林
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;G01N29/22
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

1.一種雙頻共焦超聲換能器，包括壓電元件、背襯層、前置匹配層、射頻基座、電極引線、殼體以及填充材料，其特征在于：

①壓電元件為壓電高分子聚合物制成的壓電薄膜；

②具有三個獨立的壓電薄膜、三個獨立的背襯層以及三個獨立的射頻基座；三個獨立的背襯層具有凹圓柱面，且凹圓柱面具有相同的圓柱半徑；三個獨立的壓電薄膜緊密貼合在對應背襯層的凹圓柱面上；任意一個壓電薄膜及其對應背襯層與射頻基座組成獨立的超聲發射模塊，能夠產生獨立的超聲聲場，且產生的超聲聲場是線聚焦聲場；

③壓電薄膜上表面覆著正電極，下表面覆著負電極；壓電薄膜的正電極通過電極引線與對應射頻基座的正極相連，壓電薄膜的負電極通過電極引線與對應射頻基座的負極相連；

④殼體內部剩余空間使用填充材料填充；

所述壓電薄膜包括聚偏二氟乙烯PVDF壓電薄膜、PVDF與三氟乙烯的共聚物P(VDF-TrFE)壓電薄膜、PVDF與四氟乙烯的共聚物P(VDF-TeFE)壓電薄膜；

兩個背襯層具有相同的結構，其凹圓柱面的角度小于90度；剩余一個背襯層的結構沿圓柱面的中心線對稱，其凹圓柱面的角度小于90度；三個背襯層凹圓柱面的角度之和小于180度；

三個獨立的背襯層空間上對稱布置，兩個具有相同結構的背襯層對稱布置在剩余一個背襯層的左右兩側，且保證三個凹圓柱面的圓柱軸線在一條直線上；

壓電薄膜的長度與對應背襯層凹圓柱面的長度一致，壓電薄膜的寬度與對應背襯層凹圓柱面的弧長一致。

2.如權利要求1所述的雙頻共焦超聲換能器，其特征在于：前置匹配層材料的聲阻抗與壓電薄膜的聲阻抗接近；前置匹配層的厚度等于超聲主頻率下超聲波波長的四分之一；前置匹配層為高分子復合材料制成的薄膜，所選的高分子復合材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚酯。

3.如權利要求1所述的雙頻共焦超聲換能器，其特征在于：該換能器具有超聲激發聲發射、自發自收、一發一收、雙發一收四種工作模式。

4.如權利要求3所述的雙頻共焦超聲換能器，其特征在于所述的超聲激發聲發射模式實現如下：中間的壓電元件發射頻率為f的超聲波，兩側的壓電元件發射頻率為f+Δf的超聲波，兩種不同頻率的超聲波在聚焦位置激發出頻率為Δf的聲波，使用水聽傳感器或其他聲傳感器裝置采集該聲波；基于該聲波，分析待測樣品的材料特性。

5.如權利要求3所述的雙頻共焦超聲換能器，其特征在于所述的自發自收工作模式實現如下：任何一個壓電元件能夠作為發射器，對壓電元件施加一個脈沖激勵，能夠向外發射一個脈沖超聲波；所發射的脈沖超聲波經待測樣品發射后，由該壓電元件接收；基于反射超聲波，分析待測樣品的材料特性。

6.如權利要求3所述的雙頻共焦超聲換能器，其特征在于所述的一發一收工作模式實現如下：使用左右兩側的壓電元件，一側作為發射器，另一側作為接收器；對發射器施加一個脈沖激勵，向外發射一個脈沖超聲波；所發射的脈沖超聲波經待測樣品發射后，由接收器接收；基于接收器捕獲的反射超聲波，分析待測樣品的材料特性；所述的雙發一收工作模式實現如下：使用左右兩側的壓電元件作為發射器，中間的壓電元件作為接收器。