[发明专利]超声波振动元件和超声波传感器

说明书

本申请涉及一种超声波振动元件及超声波传感器，用于接收外部驱动电压以发出超声波，超声波振动元件包括：压电层层叠组件；压电层层叠组件包括层叠的至少两层压电材料层；压电材料层的极化方向以交替地反转地方式在压电材料层的厚度方向上分层分布；压电层层叠组件还包括层叠于压电材料层表面的导电层；导电层用于使至少两层压电材料层以互相串联或并联的方式接收外部驱动电压。超声波传感器包括超声波振动元件。上述超声波振动元件及超声波传感器，通过设置层叠的，串并联的单层多极向的压电材料层叠组件，在不提高驱动电压且厚度较薄的前提下，增强超声波信号强度。从而使得超声波传感器的信噪比大幅提高。

技术领域

本发明涉及生物特征传感器，特别是涉及超声波振动元件及超声波传感器。

背景技术

生物特征识别是用于识别指纹、掌纹、脸部、声音等生物特征的识别技术。例如，在指纹识别技术中，目前已经发展至第三代指纹传感技术，即超声波传感技术。其利用压电材料的逆压电效应产生超声波，超声波到达指纹后，在指纹的嵴、峪中表现出不同的反射率和透射率。通过分析发射回来的超声波信号即可获取指纹信息。

超声波传感器包括接收端和发射端两个部分，提高发射端发出的超声波的信号能量可提高超声波识别技术的准确性。超声波信号强度与传感器驱动电压和传感器本身的结构特性相关。通常，基于触电危险和耗电的考虑，驱动电压一般被限制在200V左右。

图1a、1b分别为超声波振动元件的结构简图及发射端的输入电压示意图，通过将发射端与接收端分离开(通过基板隔开)，以使发射端(包括压电材料层)两端通过两个电极(导电层)分别连接相位为0°和相位为180°的125-200V驱动电压。其中，相位为180°的驱动电压可由相位为0°的驱动电压反转180°获得。当相位为0°的输入电压为200V时，相位为180°的输入电压为-200V，此时发射端的两电极间的电压差为400V，从而在不提高驱动电压的基础上，实现了输入电压的加倍。但是，将发射端单独分离出来导致了传感器厚度的增加。

图2a、2b分别为一种发射端与接收端共用的超声波传感器的超声波振动元件的结构简图及发射端的输入电压示意图。该传感器在某一时间段工作在发射模式，另一时间段工作在接收模式。虽然将发射端部分与接收端共用可以减少超声波传感器的厚度，但由于发射端与接收端共用，不能采用180°反相的电路连接方式。导致发射端产生的超声波信号强度的较弱。

上述两类传感器存在的问题是，无法实现传感器厚度与超声波信号能量强度之间的均衡。即，提高传感器发射出的超声波信号能量时，导致传感器厚度过厚，导致了材料的损耗且占用较大空间。

发明内容

基于此，有必要针对传感器厚度过厚的问题，提供一种可以提高超声波信号能量且较为轻薄的超声波振动元件及超声波传感器。

一种超声波振动元件，用于接收外部驱动电压以发出超声波，超声波振动元件包括：

压电层层叠组件；

压电层层叠组件包括层叠的至少两层压电材料层；压电材料层的极化方向以交替地反转地方式在压电材料层的厚度方向上分层分布；

压电层层叠组件还包括层叠于压电材料层表面的导电层；导电层用于使至少两层压电材料层以互相串联或并联的方式接收外部驱动电压。

在其中一个实施例中，压电材料层采用的材料为压电陶瓷、有机压电材料、压电复合材料中的一种。

在其中一个实施例中，压电材料层包括第一表面、第二表面，第一表面、第二表面均层叠导电层。

在其中一个实施例中，相邻的至少两层压电材料层构成压电材料层组，压电材料层组包括第一表面、第二表面，第一表面、第二表面均层叠导电层。

在其中一个实施例中，进一步包括基板，压电层层叠组件均位于基板的同一侧。