[发明专利]一种超声换能器、超声探头

说明书

本发明提供一种超声换能器，换能器本体包括压电层，压电层的尺寸使得压电层产生厚度振型；厚度振型对应于换能器本体产生的超声波的厚度振型基波频率以及厚度振型基波的三次谐波频率，以使得换能器本体发射厚度振型基波的三次谐波频率的超声波。本发明还提供一种超声探头。通过设计压电层尺寸，使得压电层产生厚度振型，且换能器本体发射的超声波具有厚度振型对应的波形的厚度振型基波频率、厚度振型基波的三次谐波频率，以延长换能器本体可产生的超声波频率的带宽，进而扩大了换能器本体的可检测对象范围。且仅需对压电层尺寸进行设计，替代现有的采用多种压电材料实现两频超声波的方案，简化制备工艺、降低生产成本，应用范围广。

技术领域

本发明涉及超声换能器领域，尤其涉及一种超声换能器、超声探头。

背景技术

超声探测是工业和医疗等领域的重要检测技术，其超声探头是主要部件，是向被检测体体内发送超声波并接收从相应部位反射的回波信号的装置，通过成像装置根据超声探头接收的信号成像构建并将其显示在成像装置的显示器上。超声探头的重要部件为超声换能器，是医用超声领域决定超声成像及治疗分辨率和成像的核心器件，超声换能器中的压电元件以电脉冲激励产生振荡，以产生超声波。

超声换能器产生的超声波频率越高，成像清晰度越高；超声波频率越低，超声探测深度越深。对于被检测体中，大的物体频率低，小的物体频率高。针对不同检测目标物体时，需要选择适用带宽的超声换能器。现有的超声探测设备中，通过集成多个频率不同的超声探头得到超声探针，来增大超声探测设备探测超声波的带宽范围，各超声探头之间的装配造成制备工艺复杂、超声探针尺寸大、成本高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超声换能器，通过对压电层尺寸的设计，延长换能器本体可产生的超声波频率的带宽。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现。

本发明提供一种超声换能器，包括换能器本体，所述换能器本体包括压电层，所述压电层的尺寸使得所述压电层产生厚度振型；其中，

所述厚度振型对应于所述换能器本体产生的超声波的厚度振型基波频率以及厚度振型基波的三次谐波频率，以使得所述换能器本体发射厚度振型基波的三次谐波频率的超声波。

优选地，所述压电层的尺寸使得所述压电层产生轮廓振型；所述轮廓振型对应于所述换能器本体产生的超声波的轮廓振型基波频率；且轮廓振型基波频率＜厚度振型基波频率；以使得所述换能器本体发射三种频率的超声波。

优选地，所述压电层长宽比使得所述压电层在电脉冲或半周期正弦波或一个周期正弦波或多个周期正弦波激励下沿其长度和宽度方向伸缩振动，以形成所述轮廓振型。

优选地，所述压电层的厚度使得所述压电层在电脉冲或半周期正弦波或一个周期正弦波或多个周期正弦波激励下沿其厚度方向伸缩振动，以形成所述厚度振型。

优选地，所述厚度振型基波的三次谐波频率对应的超声波声场强度不小于所述厚度振型基波频率对应的超声波声场强度的三分之一。

优选地，所述厚度振型还对应于所述换能器本体产生的超声波的第n频率，且n为＞3的整数；所述第n频率为所述厚度振型对应的所述换能器本体产生的超声波的n次谐波频率。

优选地，第n频率对应的超声波声场强度不小于所述厚度振型基波频率对应的超声波声场强度的七分之一。

优选地，所述换能器本体还包括背衬层、至少一匹配层；所述背衬层、所述匹配层沿所述压电层厚度方向分别贴附于所述压电层两侧表面。

优选地，所述压电层的尺寸使得所述换能器本体接收至少两种频率的超声波。

本发明的第二个目的是提供一种超声探头，包括如上所述的一种超声换能器。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：