[發(fā)明專利]一種可調(diào)諧的超聲傳感器陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911308045.4
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111001553B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫成亮;朱偉;吳志鵬;王磊
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

1.一種可調(diào)諧的超聲傳感器陣列，其特征在于，該陣列包括：超聲發(fā)射單元(1)和超聲接收單元(2)，超聲發(fā)射單元(1)和超聲接收單元(2)均由上至下依次排列設(shè)置有壓電疊層(4)和襯底(3)；超聲發(fā)射單元(1)和超聲接收單元(2)于同一片晶體上加工，其壓電疊層(4)厚度一致；超聲發(fā)射單元(1)和超聲接收單元(2)的襯底(3)內(nèi)均設(shè)置有腔體；其中：

超聲發(fā)射單元(1)為具有亥姆霍茲諧振腔(14)的壓電微制造超聲換能器，超聲發(fā)射單元(1)利用壓電疊層(4)激勵亥姆霍茲諧振腔(14)輻射聲波；超聲接收單元(2)為帶質(zhì)量負(fù)載(17)的壓電微制造超聲換能器，其質(zhì)量負(fù)載(17)設(shè)置在超聲接收單元(2)下方的腔體內(nèi)；超聲發(fā)射單元(1)的亥姆霍茲諧振腔(14)的諧振頻率低于其壓電疊層(4)的諧振頻率；超聲接收單元(2)在質(zhì)量負(fù)載(17)的調(diào)諧作用下，諧振頻率低于超聲發(fā)射單元(1)的壓電疊層(4)的諧振頻率，但亥姆霍茲諧振腔(14)的諧振頻率小于或等于超聲接收單元(2)的諧振頻率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧的超聲傳感器陣列，其特征在于，超聲發(fā)射單元(1)內(nèi)的腔體為采用空心硅結(jié)構(gòu)圍成的第一腔體(15)；貫穿超聲發(fā)射單元(1)的壓電疊層(4)的位置設(shè)置有孔口(16)，超聲發(fā)射單元(1)的亥姆霍茲諧振腔(14)由第一腔體(15)和連接第一腔體(15)與外界空氣的孔口(16)組成；超聲發(fā)射單元(1)的壓電疊層(4)推動亥姆霍茲諧振腔(14)內(nèi)空氣的流動，引起亥姆霍茲諧振腔(14)的振動，然后通過孔口(16)發(fā)射聲波。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧的超聲傳感器陣列，其特征在于，超聲接收單元(2)內(nèi)的腔體為采用空心硅結(jié)構(gòu)圍成的第二腔體(18)；質(zhì)量負(fù)載(17)設(shè)置在第二腔體(18)內(nèi)，且質(zhì)量負(fù)載(17)安裝在壓電疊層(4)的底部；利用質(zhì)量負(fù)載(17)來調(diào)節(jié)諧振頻率，從而使超聲接收單元(2)的諧振頻率與超聲發(fā)射單元(1)的諧振頻率的差值小于一定閾值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧的超聲傳感器陣列，其特征在于，超聲發(fā)射單元(1)和超聲接收單元(2)的壓電疊層(4)采用三明治結(jié)構(gòu)或者雙晶片結(jié)構(gòu)；

壓電疊層(4)采用傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)時，從上到下依次為上電極、壓電層(11)、下電極(10)、Si晶片(9)、SiO₂層(8)；

壓電疊層(4)采用雙壓電晶片結(jié)構(gòu)時，從上到下依次為上電極、壓電層(11)、中間電極、壓電層(11)、下電極(10)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧的超聲傳感器陣列，其特征在于，亥姆霍茲諧振腔(14)的孔口(16)的大小、數(shù)量、形狀以及位置由亥姆霍茲諧振腔(14)的共振頻率決定。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可調(diào)諧的超聲傳感器陣列，其特征在于，超聲接收單元(2)的質(zhì)量負(fù)載(17)的材料、大小、數(shù)量、形狀以及位置參數(shù)根據(jù)超聲發(fā)射單元(1)的諧振頻率進(jìn)行配置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧的超聲傳感器陣列，其特征在于，襯底(3)內(nèi)設(shè)置有鍵合層(6)，通過鍵合層(6)將襯底(3)分為上部襯底(5)和下部襯底(7)。