[发明专利]一种可调谐的超声传感器阵列

权利要求书

1.一种可调谐的超声传感器阵列，其特征在于，该阵列包括：超声发射单元(1)和超声接收单元(2)，超声发射单元(1)和超声接收单元(2)均由上至下依次排列设置有压电叠层(4)和衬底(3)；超声发射单元(1)和超声接收单元(2)于同一片晶体上加工，其压电叠层(4)厚度一致；超声发射单元(1)和超声接收单元(2)的衬底(3)内均设置有腔体；其中：

超声发射单元(1)为具有亥姆霍兹谐振腔(14)的压电微制造超声换能器，超声发射单元(1)利用压电叠层(4)激励亥姆霍兹谐振腔(14)辐射声波；超声接收单元(2)为带质量负载(17)的压电微制造超声换能器，其质量负载(17)设置在超声接收单元(2)下方的腔体内；超声发射单元(1)的亥姆霍兹谐振腔(14)的谐振频率低于其压电叠层(4)的谐振频率；超声接收单元(2)在质量负载(17)的调谐作用下，谐振频率低于超声发射单元(1)的压电叠层(4)的谐振频率，但亥姆霍兹谐振腔(14)的谐振频率小于或等于超声接收单元(2)的谐振频率。

2.根据权利要求1所述的可调谐的超声传感器阵列，其特征在于，超声发射单元(1)内的腔体为采用空心硅结构围成的第一腔体(15)；贯穿超声发射单元(1)的压电叠层(4)的位置设置有孔口(16)，超声发射单元(1)的亥姆霍兹谐振腔(14)由第一腔体(15)和连接第一腔体(15)与外界空气的孔口(16)组成；超声发射单元(1)的压电叠层(4)推动亥姆霍兹谐振腔(14)内空气的流动，引起亥姆霍兹谐振腔(14)的振动，然后通过孔口(16)发射声波。

3.根据权利要求1所述的可调谐的超声传感器阵列，其特征在于，超声接收单元(2)内的腔体为采用空心硅结构围成的第二腔体(18)；质量负载(17)设置在第二腔体(18)内，且质量负载(17)安装在压电叠层(4)的底部；利用质量负载(17)来调节谐振频率，从而使超声接收单元(2)的谐振频率与超声发射单元(1)的谐振频率的差值小于一定阈值。

4.根据权利要求1所述的可调谐的超声传感器阵列，其特征在于，超声发射单元(1)和超声接收单元(2)的压电叠层(4)采用三明治结构或者双晶片结构；

压电叠层(4)采用传统三明治结构时，从上到下依次为上电极、压电层(11)、下电极(10)、Si晶片(9)、SiO₂层(8)；

压电叠层(4)采用双压电晶片结构时，从上到下依次为上电极、压电层(11)、中间电极、压电层(11)、下电极(10)。

5.根据权利要求2所述的可调谐的超声传感器阵列，其特征在于，亥姆霍兹谐振腔(14)的孔口(16)的大小、数量、形状以及位置由亥姆霍兹谐振腔(14)的共振频率决定。

6.根据权利要求3所述的可调谐的超声传感器阵列，其特征在于，超声接收单元(2)的质量负载(17)的材料、大小、数量、形状以及位置参数根据超声发射单元(1)的谐振频率进行配置。

7.根据权利要求1所述的可调谐的超声传感器阵列，其特征在于，衬底(3)内设置有键合层(6)，通过键合层(6)将衬底(3)分为上部衬底(5)和下部衬底(7)。