超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片，包括一塊圓形的壓電陶瓷片（1），在壓電陶瓷片的兩面制作有電極（2、3），壓電陶瓷片的兩個(gè)表面的邊緣皆有一個(gè)倒角（4）。倒角的截面可以為1/4圓弧形、1/4橢圓弧形或一條斜線。壓電陶瓷片的其中一個(gè)表面上的電極可以分成兩個(gè)電極（11、12），壓電陶瓷片的側(cè)面上有一個(gè)連接電極（13），此連接電極（13）將上述同一表面上的兩個(gè)電極中的一個(gè)（11）與壓電陶瓷片另一表面上的電極相連通。上述壓電陶瓷片的兩個(gè)表面的邊緣上的倒角使其諧振阻抗特性曲線的厚度諧振峰及反諧振峰周邊無(wú)明顯雜峰，其發(fā)送與接收超聲信號(hào)性能明顯優(yōu)于原有結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷換能片。
【專(zhuān)利說(shuō)明】超聲波換能器用壓電陶瓷換能片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種壓電陶瓷換能片的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，具體說(shuō)是一種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波換能片是利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)原理制成的發(fā)送或接收超聲信號(hào)的器件。當(dāng)作為超聲信號(hào)發(fā)送換能器使用時(shí)，主要是利用換能片的逆壓電效應(yīng)及諧振特性，通過(guò)外加與壓電陶瓷換能片相同諧振頻率的高頻電場(chǎng)的激勵(lì),從而產(chǎn)生一個(gè)高頻的機(jī)械振動(dòng)波；作為超聲信號(hào)接收傳感器使用時(shí)，是利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)及諧振特性，當(dāng)壓電陶瓷換能片接收到與其諧振頻率相同頻率的振動(dòng)波時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相同頻率的周期電壓并通過(guò)其表面電極將該電壓輸出，通過(guò)相應(yīng)的接收電路將此高頻電壓轉(zhuǎn)換成所需的電壓信號(hào)。換能片的諧振阻抗特性曲線與換能器的超聲信號(hào)發(fā)送和超聲信號(hào)的接收密性能切相關(guān)。一般的壓電陶瓷超聲換能片的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，包括一塊圓形的壓電陶瓷片1，在壓電陶瓷片的兩面制作有電極2、3，這種壓電陶瓷超聲換能片的厚度振動(dòng)諧振阻抗特性曲線由于同時(shí)存在各種不同振動(dòng)模式諧振峰的相互干擾而形成較多的雜峰，從而影響厚度振動(dòng)主峰的諧振阻抗與反諧振阻抗值，使得換能片的諧振阻抗值變大、反諧振阻抗值變小，就會(huì)減弱換能片的超聲信號(hào)發(fā)送和接收效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提出一種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的結(jié)構(gòu)，其諧振阻抗特性曲線的厚度振動(dòng)諧振峰及反諧振峰周邊無(wú)明顯雜峰，使這種換能片的發(fā)送與接收超聲信號(hào)性能明顯優(yōu)于一般的壓電換能片。
[0004]這種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片包括一塊圓形的壓電陶瓷片，在壓電陶瓷片的兩面制作有電極，壓電陶瓷片的兩個(gè)表面的邊緣皆有一個(gè)倒角。
[0005]上述壓電陶瓷片的兩個(gè)表面的邊緣上的倒角使其諧振阻抗特性曲線的厚度振動(dòng)諧振峰及反諧振峰周邊無(wú)明顯雜峰，其發(fā)送與接收超聲信號(hào)性能明顯優(yōu)于原有結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷換能片。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1為已有的壓電陶瓷超聲換能片的正視圖；
[0007]圖2為已有的壓電陶瓷超聲換能片的側(cè)向剖視圖；
[0008]圖3為本實(shí)用新型的超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的第一種結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖4為本實(shí)用新型的超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的第二種結(jié)構(gòu)圖；
[0010]圖5為本實(shí)用新型的超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的第三種結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖6為壓電陶瓷片的一個(gè)表面上的電極結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖7為壓電陶瓷片側(cè)面上有連接電極的結(jié)構(gòu)圖；[0013]圖8為壓電陶瓷片的表面上的電極的另一種結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖9為超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的一種應(yīng)用原理圖；
[0015]圖10為實(shí)施例1制得的樣品的諧振阻抗特性曲線圖；
[0016]圖11為實(shí)施例1的對(duì)照樣品的諧振阻抗特性曲線圖；
[0017]圖12為實(shí)施例2制得的樣品的諧振阻抗特性曲線圖；
[0018]圖13為實(shí)施例2的對(duì)照樣品的諧振阻抗特性曲線圖；
[0019]圖14為實(shí)施例3制得的樣品的諧振阻抗特性曲線圖；
[0020]圖15為實(shí)施例3的對(duì)照樣品的諧振阻抗特性曲線圖；
[0021]圖16為實(shí)施例4制得的樣品的諧振阻抗特性曲線圖；
[0022]圖17為實(shí)施例4的對(duì)照樣品的諧振阻抗特性曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖3所示，這種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片包括一塊圓形的壓電陶瓷片1，在壓電陶瓷片的兩個(gè)面上制作有電極2、3，壓電陶瓷片的兩個(gè)表面的邊緣皆有一個(gè)倒角4。
[0024]壓電陶瓷片的兩個(gè)表面中的一個(gè)表面上的電極可以分成兩個(gè)電極，例如，做成圖6或圖8所示的兩個(gè)電極11、12 ;并且，如圖7所示，壓電陶瓷片的側(cè)面(環(huán)形側(cè)面)上有一個(gè)連接電極13，此連接電極13將上述同一表面上的兩個(gè)電極中的一個(gè)11與壓電陶瓷片另一表面上的電極相連通。這樣，即可將壓電陶瓷換能片的正極和負(fù)極引出至陶瓷片的同一表面，便于引出線的焊接和超聲波換能器的封裝。
[0025]如圖3所示，這種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片中，壓電陶瓷片的表面的邊緣的倒角的截面可以為1/4圓弧形，此圓弧的半徑為r，其數(shù)值范圍可以是0.1mm≤r≤1/2壓電陶瓷片厚度h。
[0026]如圖4所示，這種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片中，壓電陶瓷片的表面的邊緣的倒角的截面也可以為1/4橢圓弧形，橢圓弧的短軸與壓電陶瓷片的厚度方向平行，橢圓弧的長(zhǎng)軸與壓電陶瓷片的表面平行，橢圓弧形的半短軸的長(zhǎng)度為a，橢圓弧形的半長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度為b，其數(shù)值范圍可以是0.1mm≤a≤1/2壓電陶瓷片厚度h，0.1mm ^ b ^ 1/2壓電陶瓷片半徑K。
[0027]如圖5所示，這種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片中，壓電陶瓷片的表面的邊緣的倒角的截面還可以為斜線，切去部分為一個(gè)直角三角形，此直角三角形的與壓電陶瓷片的厚度方向平行的直角邊為e，此直角三角形的與壓電陶瓷片的表面平行的直角邊為f，其數(shù)值范圍可以是0.1mm≤e≤1/2壓電陶瓷片厚度h，0.1mm≤f≤1/2壓電陶瓷片半徑R。壓電陶瓷片的厚度h和半徑R的數(shù)值范圍一般為0.5mm ^ h ^ 4mm,6mm ^ R ^ 30mm。
[0028]這種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的倒角可通過(guò)下述方法之一制成:1、在壓電陶瓷片制品成型加工時(shí)通過(guò)模具直接制得；2、通過(guò)打磨機(jī)打磨制成；3、用球磨機(jī)滾磨而形成一定的倒角；4、其他制作方式。
[0029]這種壓電陶瓷換能片使用時(shí)要封裝成超聲換能器后使用，封裝方式包括將壓電陶瓷換能片通過(guò)專(zhuān)用膠水或雙面膠直接粘貼于換能器外殼內(nèi)底面(外殼材料可以為樹(shù)脂或金屬的任意一種)、將壓電陶瓷換能片通過(guò)匹配層粘貼于換能器外殼內(nèi)底面、其他封裝方式。一種典型的換能器封裝方式如圖9所示，圖中5外殼、6匹配層、7壓電陶瓷換能片、8吸聲層、9灌封膠、10引線。
[0030]實(shí)施例1
[0031]結(jié)構(gòu)如圖3所示的壓電陶瓷換能片:
[0032]壓電陶瓷材料:PZT-5，
[0033]陶瓷片直徑D為IOmm,厚度h為2.lmm, r為0.3mm,
[0034]厚度振動(dòng)諧振頻率fr為1.0OMHz，
[0035]諧振阻抗Zr為20 Ω，反諧振阻抗Za為16K Ω，
[0036]其諧振阻抗特性曲線如圖10所示；
[0037]相對(duì)照的材料、直徑和厚度相同但無(wú)倒角的換能片:
[0038]厚度振動(dòng)諧振頻率fr為1.0OMHz，
[0039]諧振阻抗Zr為70 Ω，反諧振阻抗Za為IOK Ω ,
[0040]其諧振阻抗特性曲線如圖11所示。
[0041]實(shí)施例2
[0042]結(jié)構(gòu)如圖3所示的壓電陶瓷換能片:
[0043]壓電陶瓷材料:PZT-5，
[0044]陶瓷片直徑D為14mm,厚度h為2.lmm, r為0.3mm,
[0045]厚度振動(dòng)諧振頻率fr為IMHz，
[0046]諧振阻抗Zr為10 Ω，反諧振阻抗Za為5.2K Ω，
[0047]其諧振阻抗特性曲線如圖12所示；
[0048]相對(duì)照的材料、直徑和厚度相同但無(wú)倒角的換能片:
[0049]厚度振動(dòng)諧振頻率fr為IMHz，
[0050]諧振阻抗Zr為40 Ω，反諧振阻抗Za為3.0K Ω ,
[0051]其諧振阻抗特性曲線如圖13所示。
[0052]實(shí)施例3
[0053]結(jié)構(gòu)如圖4所示的壓電陶瓷換能片:
[0054]壓電陶瓷材料:PZT-5，
[0055]陶瓷片直徑D為16mm,厚度h為1.4mm, a為0.5mm, b為1.0mm,
[0056]厚度振動(dòng)諧振頻率fr為1.5MHz,
[0057]諧振阻抗Zr為3 Ω，反諧振阻抗Za為4.8K Ω ,
[0058]其諧振阻抗特性曲線如圖14所示；
[0059]相對(duì)照的材料、直徑和厚度相同但無(wú)倒角的換能片:
[0060]厚度振動(dòng)諧振頻率fr為1.5MHz,
[0061 ]諧振阻抗Zr為10 Ω，反諧振阻抗Za為2.5K Ω，
[0062]其諧振阻抗特性曲線如圖15所示。
[0063]實(shí)施例4
[0064]結(jié)構(gòu)如圖5所示的壓電陶瓷換能片:
[0065]壓電陶瓷材料:PZT-5，
[0066]陶瓷片直徑D為25mm,厚度h為3.2mm, e為0.5mm, f為1.0mm,
[0067]厚度振動(dòng)諧振頻率fr為0.7MHz，[0068]諧振阻抗Zr為15 Ω，反諧振阻抗Za為6.5K Ω，
[0069]其諧振阻抗特性曲線如圖16所示；
[0070]相對(duì)照的材料、直徑和厚度相同但無(wú)倒角的換能片:
[0071 ] 厚度振動(dòng)諧振頻率fr為0.7MHz，
[0072]諧振阻抗Zr為40 Ω，反諧振阻抗Za為2.8K Ω，
[0073]其諧振阻抗特性曲線如圖17所示。
[0074]由上述實(shí)施例可知，本實(shí)用新型所提供的這種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片的厚度振動(dòng)諧振特性得到顯著改善，換能片的電性能參數(shù)明顯優(yōu)于原有結(jié)構(gòu)的換能片產(chǎn)品的相應(yīng)參數(shù)。經(jīng)實(shí)踐證明，采用本實(shí)用新型所提供的壓電陶瓷換能片組裝所得超聲波換能器，其發(fā)送與接收超聲信號(hào)的性能較采用原有結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷換能片組裝所得超聲波換能器提高了 30%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波換能器用壓電陶瓷換能片，包括一塊圓形的壓電陶瓷片(1)，在壓電陶瓷片的兩個(gè)表面上有電極(2、3)，其特征是壓電陶瓷片的兩個(gè)表面的邊緣皆有一個(gè)倒角(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波換能器用壓電陶瓷換能片，其特征是壓電陶瓷片的兩個(gè)表面中的一個(gè)表面上的電極分成兩個(gè)電極(11、12)，壓電陶瓷片的側(cè)面上有一個(gè)連接電極(13)，此連接電極(13)將上述同一表面上的兩個(gè)電極中的一個(gè)(11)與壓電陶瓷片另一表面上的電極相連通。
3.如權(quán)利要求1或2所述的超聲波換能器用壓電陶瓷換能片，其特征是壓電陶瓷片的表面的邊緣的倒角的截面為1/4圓弧形，此圓弧的半徑為r，0.1mm≤r≤1/2壓電陶瓷片厚度h。
4.如權(quán)利要求1或2所述的超聲波換能器用壓電陶瓷換能片，其特征是壓電陶瓷片的表面的邊緣的倒角的截面為1/4橢圓弧形，橢圓弧的短軸與壓電陶瓷片的厚度方向平行，橢圓弧的長(zhǎng)軸與壓電陶瓷片的表面平行，橢圓弧形的半短軸的長(zhǎng)度為a，橢圓弧形的半長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度為b，0.1mm≤a ≤1/2壓電陶瓷片厚度h，0.1mm ≤ b ≤ 1/2壓電陶瓷片半徑R。
5.如權(quán)利要求1或2所述的超聲波換能器用壓電陶瓷換能片，其特征是壓電陶瓷片的表面的邊緣的倒角的截面為斜線，切去部分為一個(gè)直角三角形，此直角三角形的與壓電陶瓷片的厚度方向平行的直角邊為e，此直角三角形的與壓電陶瓷片的表面平行的直角邊為f, 0.1MM≤e ≤1/2壓電陶瓷片厚度h，0.1mm ≤ f ≤1/2壓電陶瓷片半徑R。
【文檔編號(hào)】H01L41/187GK203648820SQ201320442580
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】王振華, 王寧, 許根良, 黃國(guó)華, 金訓(xùn), 范躍芳, 凌峰, 陶鋒燁 申請(qǐng)人:浙江嘉康電子股份有限公司