陣列超聲波傳感器的製作方法

2023-12-05 06:36:51 2

本實用新型涉及超聲波傳感器，特別是涉及一種陣列超聲波傳感器。

背景技術：

傳統的陣列超聲波傳感器是通過將多個獨立的超聲波換能器晶片呈陣列式擺放形成的。然而，由於超聲波探頭本身具有一定體積，相鄰超聲波換能器晶片單元並排在一起時，超聲波換能器晶片單元之間的間距無法縮小至發射單元的半個發射信號波長，如此超聲波換能器晶片單元之間容易產生旁柵現象。為了避免旁柵現象，往往需要通過控制超聲波發射單元的發射角度來實現，但是這樣操作較為麻煩。

技術實現要素：

基於此，有必要克服現有技術的缺陷，提供一種陣列超聲波傳感器，它能使得超聲波換能器晶片單元之間的間距減小，從而能便於避免產生旁柵現象。

其技術方案如下：一種陣列超聲波傳感器，包括：第一壓電振動板，所述第一壓電振動板具有兩個以上第一振動區，所述第一振動區設有第一電極；第一支撐板，所述第一支撐板設有與所述第一振動區相應設置的通孔或盲孔，所述第一支撐板與所述第一壓電振動板相連；基板，所述基板與所述第一支撐板相連，所述基板具有兩個以上控制單元，所述控制單元與所述第一電極一一相應設置，且所述控制單元與所述第一電極電性連接；及蓋板，所述蓋板罩設在所述第一壓電振動板外部，所述蓋板設有兩個以上超聲波放射孔，所述超聲波放射孔與所述第一振動區一一相應設置，所述蓋板內側壁若干個分隔板，所述分隔板位於相鄰所述第一振動區之間。

上述的陣列超聲波傳感器，控制單元與相應的第一電極、第一壓電振動板、第一支撐板的通孔可以形成一個獨立超聲波收發陣元，而控制單元、第一電極、第一支撐板的通孔均兩個以上，且一一相應設置，從而能形成多個獨立超聲波收發陣元，能實現陣列超聲波傳感器一體化。如此，本實施例不會如現有技術的陣列超聲波傳感器排列間距受限於超聲波探頭體積，本實施例陣列超聲波傳感器中相鄰第一振動區之間的間距可以縮小為小於或等於超聲波發射信號的半個波長，從而陣列超聲波傳感器在使用時，超聲波發射陣元通過延時發射超聲波信號便能避免產生旁柵現象，便無需如現有技術中通過調整超聲波發射陣元的發射角度來解決，操作較為方便。

在其中一個實施例中，所述陣列超聲波傳感器還包括設置在所述第一支撐板與所述基板之間的第二壓電振動板；所述第二壓電振動板具有兩個以上第二振動區，所述第二振動區設有第二電極，所述第二電極電性連接至所述控制單元。

在其中一個實施例中，所述陣列超聲波傳感器還包括設置在所述第二壓電振動板與所述基板之間的第二支撐板，所述第二支撐板設有與所述第二振動區相應設置的通孔或盲孔。當然，在其它實施例中，也可以在基板上設置開口朝向第二振動區的盲孔，這樣基板振動過程中，盲孔相當於避讓位用於避讓向外擴張的第二壓電振動板。本實施例中，第一壓電振動板、第二壓電振動板均為壓電陶瓷板。

在其中一個實施例中，所述基板設有兩個以上焊盤電極，所述焊盤電極與所述第一電極一一相應設置，所述焊盤電極通過導電件與所述第一電極、所述第二電極電性連接。本實施例中，導電件可以為導線或由導電Ag/Pt漿料燒結成的導電膜層，並在第一振動板或第二振動板上設置有導線穿過的走線孔或導電膜層穿過的通孔，焊盤電極可以通過導電性粘接劑與導電件電性連接。

在其中一個實施例中，所述第一振動區設置的第一電極為兩個以上，所述第一電極上下間隔分布在所述第一壓電振動板中；所述第二振動區設置的第二電極為兩個以上，所述第二電極上下間隔分布在所述第二壓電振動板中。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例所述的一種陣列超聲波傳感器的結構示意圖；

圖2為圖1中A-A處的其中一個實施例的剖視圖；

圖3為圖1中A-A處的另一個實施例的剖視圖；

圖4為本實用新型實施例所述的一種陣列超聲波傳感器的分解示意圖。

10、第一壓電振動板，11、第一電極，20、第一支撐板，21、通孔，22、通道，30、基板，31、焊盤電極，40、蓋板，41、超聲波放射孔，42、分隔板，50、第二壓電振動板，51、第二電極，60、第二支撐板，61、通孔。

具體實施方式

下面對本實用新型的實施例進行詳細說明：

如圖1、圖2所示，本實用新型實施例所述的一種陣列超聲波傳感器，包括：第一壓電振動板10、第一支撐板20、基板30及蓋板40。

所述第一壓電振動板10具有兩個以上第一振動區。所述第一振動區設有第一電極11。所述第一支撐板20設有與所述第一振動區相應設置的通孔21或盲孔，所述第一支撐板20與所述第一壓電振動板10相連。通過第一電極11對第一壓電振動板10施加電壓時，第一壓電振動板10的第一振動區便發生振動現象，第一支撐板20上所設置的通孔21或盲孔相當於用於避讓向外擴張的第一壓電振動板10的避讓位。

所述蓋板40罩設在所述第一壓電振動板10外部，所述蓋板40設有兩個以上超聲波放射孔41。所述超聲波放射孔41與所述第一振動區一一相應設置。所述蓋板40內側壁設有若干個分隔板42。所述分隔板42位於相鄰所述第一振動區之間。這樣，分隔板42便將第一壓電振動板10上的第一振動區分隔開，第一振動區因振動產生的超聲波信號經過超聲波放射孔41放射出，相鄰第一振動區之間所產生的超聲波信號通過分隔板42隔開後，便不會相互幹擾。

所述基板30與所述第一支撐板20相連，所述基板30具有兩個以上控制單元。所述控制單元與所述第一電極11一一相應設置，且所述控制單元與所述第一電極11電性連接。控制單元控制相應的第一電極11的施加電壓以及施加電壓頻率，即各個第一振動區所產生的超聲波信號由第一振動區相應的控制單元控制，這樣控制單元與相應的第一電極11、第一壓電振動板10、第一支撐板20的通孔21形成一個獨立超聲波收發陣元。如此，多個獨立超聲波收發陣元結合在一起形成一體化，且相鄰第一振動區之間的間距可以縮小至小於超聲波發射信號的半個波長。使得，當對被測物進行檢測時，可以通過超聲波發射陣元延時發射超聲波信號，從而發射陣列柵瓣與接收陣列零點能相互抵消以避免產生的旁柵現象。

上述的陣列超聲波傳感器，控制單元與相應的第一電極11、第一壓電振動板10、第一支撐板20的通孔21可以形成一個獨立超聲波收發陣元，而控制單元、第一電極11、第一支撐板20的通孔21均兩個以上，且一一相應設置，從而能形成多個獨立超聲波收發陣元，能實現陣列超聲波傳感器一體化。如此，本實施例不會如現有技術的陣列超聲波傳感器排列間距受限於超聲波探頭體積，本實施例陣列超聲波傳感器中相鄰第一振動區之間的間距可以縮小為小於或等於超聲波發射信號的半個波長，從而陣列超聲波傳感器在使用時，超聲波發射陣元通過延時發射超聲波信號便能避免產生旁柵現象，便無需如現有技術中通過調整超聲波發射陣元的發射角度來解決，操作較為方便。

請參閱圖3與圖4，在另一個實施例中，所述陣列超聲波傳感器還包括設置在所述第一支撐板20與所述基板30之間的第二壓電振動板50。所述第二壓電振動板50具有兩個以上第二振動區。所述第二振動區設有第二電極51。所述第二電極51電性連接至所述控制單元。本實施例中，所述第二電極51對第一振動區施加的電壓與第一電極11對第二振動區施加的電壓大小相同，但是極性相反。如此，第一振動區與第二振動區便同步相向振動或反向振動，使得振動幅度較大，振動效果更加強烈。

所述陣列超聲波傳感器還包括設置在所述第二壓電振動板50與所述基板30之間的第二支撐板60。所述第二支撐板60設有與所述第二振動區相應設置的通孔61或盲孔。當然，在其它實施例中，也可以在基板30上設置開口朝向第二振動區的盲孔，這樣基板30振動過程中，盲孔相當於用於避讓向外擴張的第二壓電振動板50的避讓位。本實施例中，第一壓電振動板10、第二壓電振動板50均為壓電陶瓷板。

請參閱圖4，所述基板30設有兩個以上焊盤電極31。所述焊盤電極31與所述第一電極11一一相應設置，所述焊盤電極31通過導電件與所述第一電極11、所述第二電極51電性連接。本實施例中，導電件可以為導線或由導電Ag/Pt漿料燒結成的導電膜層，並在第一振動板或第二振動板上設置有導線穿過的走線孔或導電膜層穿過的通孔，焊盤電極31可以通過導電性粘接劑與導電件電性連接。

所述第一振動區設置的第一電極11為兩個以上。所述第一電極11上下間隔分布在所述第一壓電振動板10中。所述第二振動區設置的第二電極51為兩個以上。所述第二電極51上下間隔分布在所述第二壓電振動板50中。本實施例中，同一振動區的第一電極11、第二電極51均為三個。且三個第一電極11上下間隔分布在第一壓電振動板10中，三個第二電極51上下間隔分布在第二壓電振動板50中。如此，第一壓電振動板10或第二壓電振動板50的同一振動區通過多個上下間隔設置的多個電極同步激勵而發生振動，振動效果更好。

所述的陣列超聲波傳感器的製作方法，包括如下步驟：

提供一塊以上第一壓電陶瓷半固化板，第二壓電陶瓷半固化板，一塊以上第三壓電陶瓷半固化板，基板30及蓋板40，在所述第一壓電陶瓷半固化板上印刷兩個以上第一電極11，在所述第二壓電陶瓷半固化板上加工出與所述第一電極11位置相應的兩個以上通孔61，以及在所述第三壓電陶瓷半固化板上印刷與所述通孔61位置相應的兩個以上第二電極51；

將所述第一壓電陶瓷半固化板、所述第二壓電陶瓷半固化板以及第三壓電陶瓷半固化板疊置並壓緊在一起，後共同燒制固化得到超聲波振動機構；

將所述超聲波振動機構、所述基板30與所述蓋板40組裝在一起。

第一壓電陶瓷半固化板經過燒制後相當於第一壓電振動板10，第二壓電陶瓷半固化板經過燒制後相當於第一支撐板20，第三壓電陶瓷半固化板經過燒制後相當於第二壓電振動板50。上述製作方法得到的陣列超聲波傳感器，能實現陣列超聲波傳感器的一體化；另外，能夠實現第一壓電陶瓷半固化板上所印刷的相鄰第一電極11的間距以及第三壓電陶瓷半固化板上所印刷的相鄰第二電極51的間距小於超聲波發射信號的半個波長，即能控制相鄰第一振動區、相鄰第二振動區之間的間距，不會存在如現有技術的陣列超聲波傳感器排列間距受限於超聲波探頭體積的缺陷，從而陣列超聲波傳感器在使用時，超聲波發射陣元通過延時發射超聲波信號便能避免產生旁柵現象，無需如現有技術中通過調整超聲波發射陣元的發射角度來解決，操作較為方便。

其中，所述第二壓電陶瓷半固化板在與所述第一壓電陶瓷半固化板、所述第二壓電陶瓷半固化板共同燒制步驟之前還包括步驟：在所述第二壓電陶瓷半固化板上加工出有與所述通孔21連通的排氣通道22；在所述通孔21中填充有碳晶或易揮發顆粒物。如此，第一壓電陶瓷半固化板、第二壓電陶瓷半固化板以及第三壓電陶瓷半固化板共同燒制過程中，由於碳晶或易揮發顆粒物填充在通孔21中，便能夠保證通孔21的初始形狀。並且隨著燒制時間越來越久、燒制溫度越來越高，壓電陶瓷半固化板逐漸固化成型。通孔21中的碳晶或易揮發顆粒物在溫度高於600度將逐漸轉化為氣體，通過排氣通道22排放至外部環境中，而不對產品產生影響，最終得到的超聲波傳感器的通孔21形狀保持較好，且沒有裂紋，產品合格率較高。

其中，所述第一壓電陶瓷半固化板為兩塊，在其中一塊所述第一壓電陶瓷半固化板上的兩面均印刷有第一電極11，在另一塊所述第一壓電陶瓷半固化板上的其中一面上印刷有第一電極11，將兩塊所述第一壓電陶瓷半固化板疊置並壓緊在一起；所述第三壓電陶瓷半固化板為兩塊，在其中一塊所述第三壓電陶瓷半固化板上的兩面均印刷有第二電極51，在另一塊所述第三壓電陶瓷半固化板上的其中一面上印刷有第二電極51，將兩塊所述第三壓電陶瓷半固化板疊置並壓緊在一起。

本實施例中，將所述第一壓電陶瓷半固化板、所述第二壓電陶瓷半固化板以及第三壓電陶瓷半固化板壓緊在一起的壓強、以及將兩塊所述第一壓電陶瓷半固化板或兩塊所述第三壓電陶瓷半固化板壓緊在一起的壓強均為10Mpa以上。本實施例中，將第一壓電陶瓷半固化板、第二壓電陶瓷半固化板以及第三壓電陶瓷半固化板壓緊在一起的壓強、以及將兩塊第一壓電陶瓷半固化板或兩塊第三壓電陶瓷半固化板壓緊在一起的壓強較好的為20MPa。

本實施例中，所述第一壓電陶瓷半固化板、所述第三壓電陶瓷半固化板的厚度均為40～80μm，將所述第一壓電陶瓷半固化板、所述第二壓電陶瓷半固化板以及第三壓電陶瓷半固化板共同燒制固化的溫度為900～1000℃，以及時間為24～48h。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。