[发明专利]超声换能器、背衬结构和相关方法

权利要求书

1.一种超声换能器，包括：

压电材料，所述压电材料具有前表面和背表面，所述压电材料被配置成与样本声学通信；

背衬结构，所述背衬结构位于所述压电材料的背表面处，并被配置成向所述压电材料的前表面反射声能，所述背衬结构是导热和导电的，所述背衬结构包括：

第一双层去匹配背衬，所述第一双层去匹配背衬包括：

第一石墨层；和

由钨制成的层，所述由钨制成的层与所述第一石墨层接触；

第二双层去匹配背衬，所述第二双层去匹配背衬与所述第一双层去匹配背衬接触，所述第二双层去匹配背衬包括：

第二石墨层；和

铜层，所述铜层与所述第二石墨层接触；

散热器，所述散热器与所述背衬结构热接触；和

一个或多个电极，所述一个或多个电极与所述压电材料电通信。

2.根据权利要求1所述超声换能器，其中，所述散热器包括至少一个沟道，所述沟道构造成在所述沟道中接收和循环热传递流体。

3.根据权利要求2所述的超声换能器，其中，所述热传递流体是液体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声换能器，其中，所述散热器与所述背衬结构电绝缘。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声换能器，其中，

所述超声换能器能够在工作频率下工作，所述工作频率与工作波长(λ_o)相关；和

所述第一石墨层、与所述第一石墨层接触的所述由钨制成的层、所述第二石墨层和所述铜层各自具有约为λ_o/4厚或λ_o/4的奇数倍的对应厚度。

6.根据权利要求5所述的超声换能器，其中，所述压电材料被配置成在所述工作频率下半波谐振。

7.根据权利要求5所述的超声换能器，还包括单个去匹配层，所述单个去匹配层位于所述压电材料和所述背衬结构之间，所述单个去匹配层与所述压电材料和所述背衬结构声学通信，所述单个去匹配层具有相对高于所述压电材料的声阻抗的相应的声阻抗，其中，所述压电材料被配置为在所述工作频率下四分之一波谐振。

8.根据权利要求7所述的超声换能器，其中，所述压电材料具有谐振频率，所述谐振频率与谐振波长λ_r相关，所述单个去匹配层相对于所述压电材料的谐振频率具有小于2λ_r/5厚的厚度。

9.根据权利要求8所述的超声换能器，其中，所述单个去匹配层具有在约λ_r/10至约λ_r/20的范围内的厚度。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的超声换能器，其中，所述单个去匹配层由钨制成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的超声换能器，其中，所述压电材料具有声学特性，所述声学特性包括约27.5MR的声阻抗。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的超声换能器，其中，所述第一石墨层具有约5.1MR的声阻抗。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的超声换能器，其中，所述第一石墨层具有的厚度包括在从约1.5mm到约1.6mm的范围内。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的超声换能器，其中，所述由钨制成的层具有约100MR的声阻抗。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的超声换能器，其中，所述由钨制成的层具有的厚度包括在从约2.6mm到约2.7mm的范围内。