一種超聲換能裝置的制造方法
【專利摘要】本發明屬于超聲成像設備領域，并公開了一種超聲換能裝置，包括底座、下壓電陶瓷片、墊塊、不銹鋼彈片支架、懸臂、探針和上壓電陶瓷片，底座的上表面設置有凹槽，在所述底座的所述凹槽處安裝所述下壓電陶瓷片，下壓電陶瓷片承接所述墊塊；不銹鋼彈片支架通過所述墊塊和所述底座承接；不銹鋼彈片支架與所述墊塊配合夾住所述懸臂的一端，懸臂的另一端固定安裝所述探針；不銹鋼彈片支架靠近所述墊塊的一端的上表面安裝兩個所述上壓電陶瓷片，每個所述上壓電陶瓷片均通過翻邊電極安裝在所述不銹鋼彈片支架上。本發明使得超聲換能器和懸臂分立式集成，方便了對探針的更換，而且能產生高頻復合超聲波。
【專利說明】
一種超聲換能裝置
技術領域
[0001]本發明屬于超聲成像設備領域，更具體地，涉及一種超聲換能裝置。
【背景技術】
[0002]超聲換能器是實現聲信號和電信號轉換的器件。原子力顯微鏡是通過原子間相互作用成像，但其只可以進行表面的成像無法探測內部。超聲成像可以對樣品內部進行成像，但其也存在問題，在以往的實驗中由于探針懸臂的尺寸非常小，實現探針與懸臂的結合是十分困難的，雖然可以使用薄膜直接生長等工藝直接實現，但考慮到在實際實驗中探針是易耗品，需要經常更換，因此這種將壓電材料直接鍍在微小的懸臂上，或者將壓電材料鍍在固定懸臂的微小底座上的方法成本極高;如果將壓電材料鍍在固定探針的微小底座上再將其固定在外部固定裝置上會影響振動，進一步影響超聲的產生，最終影響信號的加載。
[0003]另外還需要外部電路驅動壓電材料，將壓電材料直接鍍在上面后需要引電極與外部驅動電路相連接，探針結構微小對于后面的引電極工作造成了很大的影響，使其十分困難。
[0004]此外，現有的技術中通常是在懸臂下加壓電材料，電驅動懸臂上微小的壓電片振動產生超聲，其頻率較低。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種超聲換能裝置，其采用多塊壓電陶瓷片共同驅動產生高頻復合超聲加在懸臂針尖上，與懸臂上針尖發出的超聲波相互干涉，達到了對樣品內部成像，從而能減少產品的成本。
[0006]為實現上述目的，按照本發明，提供了一種超聲換能裝置，其特征在于，包括底座、下壓電陶瓷片、墊塊、不銹鋼彈片支架、固定片、懸臂、探針和上壓電陶瓷片，其中，
[0007]所述底座的上表面設置有凹槽，并且在所述底座的所述凹槽處安裝所述下壓電陶瓷片，所述下壓電陶瓷片承接所述墊塊；
[0008]所述不銹鋼彈片支架的一端通過所述墊塊承接并且其另一端固定安裝在所述底座上，而且所述不銹鋼彈片支架其中一端的高度大于另外一端的高度，從而使所述不銹鋼彈片支架彎曲并產生彈力壓在所述墊塊和所述底座上；
[0009]所述不銹鋼彈片支架靠近所述墊塊的一端與所述墊塊配合夾住所述固定片的一端，所述固定片的另一端固定安裝所述懸臂的一端，所述懸臂的另一端固定安裝所述探針；
[0010]所述不銹鋼彈片支架靠近所述墊塊的一端的上表面安裝兩個所述上壓電陶瓷片，每個所述上壓電陶瓷片均通過翻邊電極安裝在所述不銹鋼彈片支架上，所述翻邊電極用于連接外部驅動電路，所述翻邊電極為經翻邊處理形成的類U形結構，所述上壓電陶瓷片從所述翻邊電極的開口端插入所述翻邊電極內，從而使所述翻邊電極夾住所述上壓電陶瓷片，所述翻邊電極通過導電銀漿或導電膠水粘貼在所述不銹鋼彈片支架的上表面。
[0011]優選地，所述不銹鋼彈片支架包括上支架和下支架，所述上支架和下支架的結構相同并且兩者在所述底座上的投影重疊，所述上支架放置在所述下支架上，所述下支架的一端通過螺釘安裝在所述底座上，兩個所述上壓電陶瓷片安裝在所述上支架的上表面。
[0012]優選地，所述上壓電陶瓷片的壓電張量為d33。
[0013]優選地，所述上壓電陶瓷片為圓形并且其直徑為其厚度的10倍以上。
[0014]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果:
[0015]I)本發明集成了超聲換能器與懸臂，而以往的技術中通常是將超聲換能器以鍍膜的形式長在懸臂下部，但考慮到探針是耗材，尺寸較小，需要經常更換且集成難度大，本發明使得超聲換能器和懸臂分立式集成，方便了對探針的更換。
[0016]2)本發明的上壓電陶瓷片和下壓電陶瓷片配合能產生高頻復合超聲波。
[0017]3)對比于現有的原子力顯微鏡通過懸臂感受和放大懸臂上尖細探針與受測樣品原子之間的作用力只能呈材料表面原子級的像，本發明利用聲波對物體的穿透力，實現了對材料內部成像的功能。
[0018]4)本發明將上壓電陶瓷片和下壓電陶瓷片分別安裝在不銹鋼彈片支架上及底座上，這樣既不影響信號加載，也不影響探針本身的電學特性和機械特性，并且可以重復使用，有利于產品的產業化與實際應用。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明其中一個視角下的結構示意圖；
[0020]圖2是本發明的分解圖；
[0021 ]圖3是本發明另一個視角下的結構示意圖；
[0022]圖4本發明中上支架的結構示意圖；
[0023]圖5是本發明中懸臂上安裝探針的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0025]參照圖1?圖5，一種超聲換能裝置，包括底座1、下壓電陶瓷片6、墊塊11、不銹鋼彈片支架10、固定片8、懸臂2、探針9和上壓電陶瓷片7，其中，
[0026]所述底座I的上表面設置有凹槽，并且在所述底座I的所述凹槽處安裝所述下壓電陶瓷片6，所述下壓電陶瓷片6承接所述墊塊11;
[0027]所述不銹鋼彈片支架10的一端通過所述墊塊11承接并且其另一端固定安裝在所述底座I上，而且所述不銹鋼彈片支架10其中一端的高度大于另外一端的高度，從而使所述不銹鋼彈片支架10彎曲并產生彈力壓在所述墊塊11和所述底座I上；
[0028]所述不銹鋼彈片支架10靠近所述墊塊11的一端與所述墊塊11配合夾住所述固定片8的一端，所述固定片8的另一端固定安裝所述懸臂2的一端，所述懸臂2的另一端固定安裝所述探針9;
[0029]所述不銹鋼彈片支架10靠近所述墊塊11的一端的上表面安裝兩個所述上壓電陶瓷片7，每個所述上壓電陶瓷片7均通過翻邊電極安裝在所述不銹鋼彈片支架10上，所述翻邊電極用于連接外部驅動電路，所述翻邊電極為經翻邊處理形成的類U形結構，所述上壓電陶瓷片7從所述翻邊電極的開口端插入所述翻邊電極內，從而使所述翻邊電極夾住所述上壓電陶瓷片7，所述翻邊電極通過導電銀漿或導電膠水粘貼在所述不銹鋼彈片支架10的上表面。由于支撐懸臂2的支架選用不銹鋼彈片支架10，所述不銹鋼彈片支架10可以導電，因此選擇導電銀漿或導電膠粘貼翻邊電極，這樣就可以將不銹鋼彈片支架10作為底電極。另夕卜，本發明選擇不銹鋼彈片支架10，這樣就可以采用翻邊電極來連接上壓電陶瓷片，極大地方便了現有操作。
[0030]進一步，所述不銹鋼彈片支架10包括上支架4和下支架5，所述上支架4和下支架5的結構相同并且兩者在所述底座I上的投影重疊，所述上支架4放置在所述下支架5上，所述下支架5的一端通過螺釘3安裝在所述底座I上，兩個所述上壓電陶瓷片7安裝在所述上支架4的上表面。采用上支架4和下支架5，可以方便更換上支架4上的上壓電陶瓷片7，因為本發明是將上壓電陶瓷片7粘在上支架4上，再將上支架4固定在下支架5上，方便對上壓電陶瓷片7的直接更換。
[0031]進一步，所述上壓電陶瓷片7的壓電張量為d33，此時上壓電陶瓷片7的振動模式最強。
[0032]進一步，所述上壓電陶瓷片7為圓形，這樣振動效果比較好并且不考慮其他方向上的影響，使其只工作在厚度方向上圓形壓電陶瓷片其直徑為其厚度的10倍以上。
[0033]以往的成像系統采用電驅動，但頻率較低，本發明采用在懸臂2下面加一片下壓電陶瓷片6和在上支架4上再加兩片上壓電陶瓷片7來提高頻率獲得高頻復合超聲。使用時，加載到壓電陶瓷上的外部驅動電壓相同，產生的超聲頻率相同，所以疊加就是就簡單的聲的疊加，聲強增加。
[0034]本發明的兩片上壓電陶瓷片7通過外部電路驅動振動并能產生高頻復合超聲通過介質傳播將聲信號加在懸臂2的探針9上，懸臂2上的探針9發出超聲波，通過對反射信號的處理就達到了對樣品內部成像的目的，此發明減少了產品的成本，增加頻率，提高了產品的實用性。
[0035]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種超聲換能裝置，其特征在于，包括底座(I)、下壓電陶瓷片(6)、墊塊(11)、不銹鋼彈片支架(10)、固定片(8)、懸臂(2)、探針(9)和上壓電陶瓷片(7)，其中， 所述底座(I)的上表面設置有凹槽，并且在所述底座(I)的所述凹槽處安裝所述下壓電陶瓷片(6); 所述下壓電陶瓷片(6)承接所述墊塊(11); 所述不銹鋼彈片支架(10)的一端通過所述墊塊(11)承接并且其另一端固定安裝在所述底座(I)上，而且所述不銹鋼彈片支架(10)其中一端的高度大于另外一端的高度，從而使所述不銹鋼彈片支架(10)彎曲并產生彈力壓在所述墊塊(11)和所述底座(I)上； 所述不銹鋼彈片支架(10)靠近所述墊塊(11)的一端與所述墊塊(11)配合夾住所述固定片(8)的一端，所述固定片(8)的另一端固定安裝所述懸臂(2)的一端，所述懸臂(2)的另一端固定安裝所述探針(9); 所述不銹鋼彈片支架(10)靠近所述墊塊(11)的一端的上表面安裝兩個所述上壓電陶瓷片(7)，每個所述上壓電陶瓷片(7)均通過翻邊電極安裝在所述不銹鋼彈片支架(10)上，所述翻邊電極用于連接外部驅動電路，所述翻邊電極為經翻邊處理形成的類U形結構，所述上壓電陶瓷片(7)從所述翻邊電極的開口端插入所述翻邊電極內，從而使所述翻邊電極夾住所述上壓電陶瓷片(7)，所述翻邊電極通過導電銀漿或導電膠水粘貼在所述不銹鋼彈片支架(10)的上表面。2.根據權利要求1所述的一種超聲換能裝置，其特征在于，所述不銹鋼彈片支架(10)包括上支架(4)和下支架(5)，所述上支架(4)和下支架(5)的結構相同并且兩者在所述底座(I)上的投影重疊，所述上支架(4)放置在所述下支架(5)上，所述下支架(5)的一端通過螺釘(3)安裝在所述底座(I)上，兩個所述上壓電陶瓷片(7)安裝在所述上支架(4)的上表面。3.根據權利要求1所述的一種超聲換能裝置，其特征在于，所述上壓電陶瓷片(7)的壓電張量為d33。4.根據權利要求3所述的一種超聲換能裝置，其特征在于，所述上壓電陶瓷片(7)為圓形并且其直徑為其厚度的10倍以上。
【文檔編號】G01N29/24GK106018566SQ201610520604
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】朱本鵬, 吳越, 楊曉非, 陳實, 歐陽君, 張悅
【申請人】華中科技大學