陣列解析式超聲波聚焦換能器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明所設(shè)計(jì)的陣列解析式超聲波聚焦換能器，包括信號(hào)激勵(lì)/接收源，換能器外殼，商用接觸式超聲波探頭，石英聚焦鏡頭，陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)，其中陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)在具體結(jié)構(gòu)上還包括陣列圖案式感測(cè)底電極，PVDF壓電薄膜以及頂端保護(hù)電極組成。
【發(fā)明內(nèi)容】
包括其結(jié)構(gòu)原理、制作及使用方法等，該換能器的設(shè)計(jì)目的在于通過(guò)布設(shè)空間上多個(gè)角度下的壓電感測(cè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)在多角度下對(duì)空間聲場(chǎng)的感測(cè)，以了解聲場(chǎng)在空間上的分布特性，從而反演出反射試件表面或內(nèi)部的形貌信息。
【專利說(shuō)明】陣列解析式超聲波聚焦換能器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的陣列解析式超聲波聚焦換能器主要應(yīng)用于超聲顯微自動(dòng)化測(cè)試 系統(tǒng)的信號(hào)激勵(lì)與接收端，通過(guò)布設(shè)在換能器聚焦曲面端的多個(gè)壓電感測(cè)元件實(shí)現(xiàn)從多角 度感測(cè)換能器所產(chǎn)生的聚焦聲場(chǎng)在空間上的聲壓分布，該發(fā)明屬于超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 超聲波聚焦換能器是超聲顯微測(cè)試系統(tǒng)的核心器件，主要用于激勵(lì)和接收超聲信 號(hào)以獲取待測(cè)試件表面或內(nèi)部的超聲傳播特性。該類換能器在工業(yè)超聲波掃描系統(tǒng)、超聲 波影像檢測(cè)系統(tǒng)以及超聲波顯微鏡等設(shè)備中有十分重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。近年來(lái)， 超聲波聚焦換能器更是被廣泛地應(yīng)用于集成封裝電路檢測(cè)、先進(jìn)材料的性能測(cè)試、醫(yī)學(xué)工 程與生物組織的影像觀測(cè)等。
[0003] 超聲波聚焦換能器的種類很多，依照其聚焦形式，可以分為點(diǎn)聚焦與線聚焦式；依 照壓電材料所在的位置，可以分為有鏡頭式與無(wú)鏡頭式等等。傳統(tǒng)的超聲波聚焦換能器是 由壓電材料配合超聲波鏡頭構(gòu)成的只有單一感測(cè)面的超聲波換能器，如圖1所示。其中， 超聲波的聚焦聲場(chǎng)由一個(gè)一端帶有球形曲面的超聲波鏡頭實(shí)現(xiàn)，其制作材料一般具有高聲 速、低衰減等特性，如石英、氧化鋁晶體等；信號(hào)激勵(lì)/接收源所送出的高電壓脈沖信號(hào)激 發(fā)壓電層產(chǎn)生聲波，經(jīng)由超聲波鏡頭的聚焦曲面折射后在耦合液中形成聚焦的入射聲場(chǎng)； 入射聲波在材料表面會(huì)有一部分折射進(jìn)入試樣中，還有一部分會(huì)發(fā)生反射，而再此經(jīng)由超 聲波鏡頭的曲面接收后回到壓電層，并產(chǎn)生反射信號(hào)。如果試片表面或內(nèi)部有缺陷，例如氣 孔、裂縫或雜質(zhì)等，則入射波會(huì)在缺陷處發(fā)生散射，部分散射聲波也會(huì)由超聲波鏡頭回到壓 電層，產(chǎn)生一個(gè)背向散射信號(hào)。常用的超聲波掃描與成像都是利用背向散射信號(hào)，得到待測(cè) 試件內(nèi)部的信息。
[0004] 另外，也有一種無(wú)鏡頭式的超聲波聚焦換能器，如圖2所示，它采用柔性壓電材料 (例如PVDF)直接在聚焦曲面上成型，信號(hào)激勵(lì)/接收源直接激勵(lì)這一層曲面的壓電薄膜， 形成聚焦形式的入射聲場(chǎng)。這種無(wú)鏡頭式的聚焦超聲波換能器，其最大優(yōu)點(diǎn)是沒有固體/ 液體曲面上的透射、反射與折射現(xiàn)象，因此信號(hào)的傳播更為直接，有利于數(shù)據(jù)處理時(shí)對(duì)聲波 的分析。另外，PVDF的聲學(xué)阻抗與水十分接近，因此有良好的聲學(xué)阻抗匹配。加上這種無(wú) 鏡頭式超聲波換能器的制作過(guò)程簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，且制作成本低廉，在工業(yè)領(lǐng)域有十分廣 闊的應(yīng)用前景。
[0005] 上述兩種類型的超聲波聚焦換能器都有一共同的點(diǎn)，即他們都是由單一的感測(cè)區(qū) 構(gòu)成的，因此換能器的輸出信號(hào)是所有回到感測(cè)壓電層的反射聲波與背向散射聲波的迭 力口，即需要積分所有回到感測(cè)壓電層上的聲波能量，才能得到一個(gè)單一的輸出電壓信號(hào)。因 為積分與迭加的作用會(huì)損毀回波信號(hào)的相位與空間位置信息，因此所得到的單一信號(hào)無(wú)法 反應(yīng)或重建出完整的背向散射聲場(chǎng)分布情況，但是如上文所述，背向散射聲場(chǎng)包含有試片 表面和內(nèi)部的缺陷或雜質(zhì)等重要信息，例如位置、大小、材質(zhì)等等；因此，傳統(tǒng)的超聲波聚焦 換能器對(duì)該類問題的檢測(cè)只能依賴接收信號(hào)的強(qiáng)弱大小，而欠缺對(duì)背向散射聲場(chǎng)更精密的 解讀與分析。
[0006] 因此亟待一種具有空間陣列分布感測(cè)元件的超聲波聚焦換能器去從多個(gè)角度感 測(cè)其正對(duì)聲場(chǎng)的壓力分布情況，并通過(guò)各個(gè)感測(cè)點(diǎn)獲取的信號(hào)特征的融合來(lái)進(jìn)一步獲得背 向散射聲場(chǎng)的空間分布信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的在于通過(guò)布設(shè)空間上多個(gè)角度下的壓電感測(cè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)在多角度下對(duì)空 間聲場(chǎng)的感測(cè)，以了解聲場(chǎng)在空間上的分布特性，從而反演出反射試件表面或內(nèi)部的形貌 信息。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明專利采用了如下方案：
[0009] 1.陣列解析式超聲波聚焦換能器，其特征在于：其包括信號(hào)激勵(lì)/接收源（1)，換 能器外殼（2)，商用接觸式超聲波探頭（3)，石英聚焦鏡頭（4)，陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5) 組成，所述的信號(hào)激勵(lì)/接收源（1 )、商用接觸式超聲波探頭（3)、石英聚焦鏡頭（4)及陣列 式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)順序布置；其特征在于：所述的陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)的具體結(jié) 構(gòu)包括從內(nèi)至外依次布置的陣列圖案式感測(cè)底電極（6)，PVDF壓電薄膜（7)以及頂端保護(hù) 電極（8)。
[0010] 2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的陣列解析式超聲波聚焦換能器，其特征在于：所述信 號(hào)激勵(lì)/接收源（1)以發(fā)出高壓寬頻脈沖信號(hào)以激勵(lì)商用接觸式超聲波探頭（3)，所述商用 接觸式超聲波探頭（3)通過(guò)耦合劑粘附在石英聚焦鏡頭（4)的頂端進(jìn)行平面接觸，商用接 觸式超聲波探頭（3)被激勵(lì)產(chǎn)生的聲波振蕩信號(hào)會(huì)通過(guò)石英介質(zhì)傳播至陣列式聲波空間感 測(cè)區(qū)（5)并形成聚焦聲波進(jìn)入液態(tài)耦合介質(zhì)，并在待測(cè)試件界面形成折射和反射，該信號(hào)再 次回到陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)被空間分布的陣列式感測(cè)元件接收，完成一次測(cè)試。所 述的特定頻率為l-2KHz。
[0011] 3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的陣列解析式超聲波聚焦換能器，其特征在于：所述的 陣列式圖案感測(cè)電極（6)由11個(gè)感測(cè)元件構(gòu)成，并沿陣列式圖案感測(cè)電極（6)的直徑方向 一字形排布，用以檢測(cè)不同角度下的聲場(chǎng)分布；每個(gè)感測(cè)元件由點(diǎn)狀感測(cè)電極、電極引線和 電極焊接座三部分組成。所述的陣列式圖案感測(cè)電極（6)的感測(cè)元件數(shù)量和尺寸可調(diào)整。
[0012] 4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的陣列解析式超聲波聚焦換能器，其特征在于：陣列解 析式超聲波聚焦換能器的制造方法：
[0013] 1)曝光顯影，定義陣列電極圖案：在清洗干凈的石英聚焦鏡頭（4)的聚焦曲面端 利用旋轉(zhuǎn)涂布技術(shù)旋涂一層光阻，然后利用設(shè)計(jì)有底電極圖案的遮光片覆蓋光阻，并一同 放置在紫外線平行曝光燈下進(jìn)行曝光顯影；待見光部分的光阻分解后，利用顯影液洗掉分 解部分的光阻，此時(shí)，分解部分即為設(shè)計(jì)好的底電極圖案；
[0014] 2)蒸鍍金屬層，完成圖案電極制作：在步驟1完成的石英聚焦鏡頭（4)曲面端利用 電子束蒸鍍技術(shù)，蒸鍍20-40nm厚度金屬鉻作為附著層，然后再在其上蒸鍍40-60nm厚度的 純金；此時(shí)，整個(gè)曲面端完全覆蓋金屬電極，但光阻分解部分的金屬直接附著在鏡頭上，其 他金屬則附著在未分解的光阻上；由于光阻可溶解于有機(jī)溶劑，將鏡頭利用有機(jī)溶劑清洗 后，附著在光阻上面的金屬自然脫落，留下預(yù)制的圖案電極，由此完成陣列圖案式感測(cè)底電 極（6)的制作；
[0015] 3)PVDF壓電薄膜的制作：采用旋涂溶膠結(jié)晶法，在石英聚焦鏡頭（4)的聚焦曲面 端通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)高溫旋涂PVDF溶膠，使其結(jié)晶后均勻吸附在聚焦曲面上，由此完成PVDF 壓電薄膜（7)的制作。然后再次蒸鍍頂端保護(hù)電極（8)，使PVDF壓電薄膜（7)上下兩面均 附著電極；通過(guò)引線將上下電極引出并連接高壓穩(wěn)壓源進(jìn)行步進(jìn)式穩(wěn)壓極化，使得PVDF壓 電薄膜具有壓電特性。
[0016] 4)陣列解析式超聲波換能器的組裝：將極化好的鏡頭放入換能器外殼（2)中，并 在其頂部平面端利用耦合劑粘貼商用接觸式超聲波探頭（3)連接各信號(hào)接收端口，即完成 整個(gè)換能器的制作。
[0017] 利用上述設(shè)計(jì)思路和制作方法，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明所設(shè)計(jì)的陣列解析式超聲波聚焦換 能器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作。該換能器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，靈敏性高等特點(diǎn)，適合材 料表面及內(nèi)部形貌的測(cè)量。
[0018] 本發(fā)明可以獲得如下有益效果：
[0019] 該發(fā)明所設(shè)計(jì)的陣列解析式超聲波換能器，通過(guò)超聲聚焦換能器的制作工藝，在 聚焦曲面端制作空間分布的陣列式的超聲信號(hào)接收單元，實(shí)現(xiàn)了多角度下對(duì)超聲波聚焦換 能器反射聲場(chǎng)的感測(cè)，以了解不同反射界面對(duì)聲場(chǎng)分布的影響，通過(guò)信號(hào)反演可以推斷待 測(cè)物體表面或內(nèi)部的形貌特征。該技術(shù)可以有效提高傳統(tǒng)超聲聚焦換能器對(duì)聲場(chǎng)能量的在 單一曲面上的積分效應(yīng)，因此在材料特性檢測(cè)和形貌成像中有十分廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1有鏡頭式超聲波聚焦換能器
[0021] (1)信號(hào)激勵(lì)/接收源 （2)換能器外殼
[0022] (3)商用接觸式超聲波探頭（4)石英聚焦鏡頭
[0023] (5)壓電薄膜
[0024] 圖2無(wú)鏡頭式超聲波聚焦換能器
[0025] (1)信號(hào)激勵(lì)/接收源（2)衰減背襯
[0026] (3)底電極 （4) PVDF壓電薄膜
[0027] (5)頂電極
[0028] 圖3陣列解析式超聲波聚焦換能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
[0029] (1)信號(hào)激勵(lì)/接收源 （2)換能器外殼
[0030] (3)商用接觸式超聲波探頭（4)石英聚焦鏡頭
[0031] (5)陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（6)陣列圖案式感測(cè)底電極
[0032] (7) PVDF壓電薄膜 （8)頂端保護(hù)電極
[0033] 圖4陣列式圖案感測(cè)電極圖案
[0034] ( 1)電極焊接座
[0035] (2)點(diǎn)狀感測(cè)電極
[0036] (3)電極引線
[0037] 圖5陣列解析式超聲聚焦換能器的制作流程
[0038] 圖6傳統(tǒng)式超聲聚焦換能器接收信號(hào)
[0039] 圖7陣列解析式超聲聚焦換能器單一感測(cè)元件接收信號(hào)

【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的陣列解析式超聲波聚焦換能器主要應(yīng)用于超聲聚焦聲場(chǎng)分布的 空間感測(cè)，下面就對(duì)其具體實(shí)施細(xì)則做進(jìn)一步說(shuō)明。以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性 的，不能以此來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0041] 結(jié)合圖3對(duì)本發(fā)明的具體使用方法的實(shí)施例做如下說(shuō)明：
[0042] 陣列解析式超聲波聚焦換能器，包括信號(hào)激勵(lì)/接收源（1 )，換能器外殼（2)，商用 接觸式超聲波探頭（3)，石英聚焦鏡頭（4)，陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)組成，其中陣列式聲 波空間感測(cè)區(qū)（5)在具體結(jié)構(gòu)上還包括陣列圖案式感測(cè)底電極（6)，PVDF壓電薄膜（7)以及 頂端保護(hù)電極（8)組成。
[0043] 所述信號(hào)激勵(lì)/接收源（1)采用脈沖激勵(lì)/接收儀來(lái)完成，它可以一定頻率發(fā)出 高壓脈沖信號(hào)以激勵(lì)商用接觸式超聲波探頭（3)，所述商用接觸式超聲波探頭（3)通過(guò)耦 合劑粘附在石英聚焦鏡頭（4)的頂端(平面接觸)，其被激勵(lì)產(chǎn)生的聲波振蕩信號(hào)會(huì)通過(guò)石 英介質(zhì)傳播至陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)并形成聚焦聲波進(jìn)入液態(tài)耦合介質(zhì)(一般為水)， 并在待測(cè)試件界面形成折射和反射，該信號(hào)再次回到陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)被空間分 布的陣列式感測(cè)元件接收，這些接收信號(hào)再次被送入脈沖激勵(lì)/接收儀，并被其信號(hào)放大 后即可完成信號(hào)的儲(chǔ)存，以便完成后續(xù)的融合和處理分析，如此完成一次測(cè)試。這種方法對(duì) 試件表面出現(xiàn)的斷裂和階躍等不平整現(xiàn)象所造成的聲場(chǎng)分布變化有比較敏感的感測(cè)能力， 因此可以有效應(yīng)用于試件的表面形貌檢測(cè)。
[0044] 以下將傳統(tǒng)式超聲聚焦換能器和陣列解析式超聲聚焦換能器的功能特點(diǎn)進(jìn)行對(duì) t匕。如附圖6所示，為傳統(tǒng)式超聲聚焦換能器接收的時(shí)域信號(hào)，該信號(hào)為單一周期的脈沖回 波信號(hào)，即回波聲場(chǎng)能量在整個(gè)聚焦曲面的積分能量，因此只含有能量的大小信息，不含有 能量的角度信息；如附圖7所示，為陣列解析式超聲聚焦換能器的3號(hào)感測(cè)元件的接收信 號(hào)，其正對(duì)與垂直方向9°夾角下的聲場(chǎng)，因此該信號(hào)反應(yīng)的是該角度下的聲場(chǎng)能量大小； 其他各個(gè)感測(cè)元件接收信號(hào)與此相似，均為其正對(duì)角度下的聲場(chǎng)能量大小，這里不做贅述。 由附圖7可知，該時(shí)域信號(hào)與傳統(tǒng)式超聲聚焦換能器的波形相近，因其反應(yīng)的是正對(duì)角度 下的聲場(chǎng)信號(hào)，所以能量從大小上會(huì)比傳統(tǒng)式超聲聚焦換能器小很多，但其包含著感測(cè)元 件所在位置的角度信息，因此陣列解析式超聲聚焦換能器對(duì)聲場(chǎng)的感測(cè)不僅含有聲場(chǎng)分布 的角度信息，同時(shí)反映該角度下的聲場(chǎng)能量大小，從而通過(guò)各個(gè)感測(cè)元件的信息融合，反映 該反射聲場(chǎng)的空間能量分布，以此更好地了解聲場(chǎng)情況。
[0045] 結(jié)合附圖5,通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)陣列解析式超聲波聚焦換能器的制作過(guò)程作進(jìn)一 步的說(shuō)明。
[0046] 根據(jù)換能器工作原理和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，由石英鏡頭曲面端開始整個(gè)超聲波聚焦換能器 的制作。主要包括陣列式感測(cè)元件定義、電極蒸鍍、P(VDF-TrFE)溶膠結(jié)晶旋涂以及極化等 步驟。具體設(shè)計(jì)流程如圖5所示?，F(xiàn)就其具體制作流程做如下說(shuō)明：
[0047] 1.為了能夠在石英鏡頭上定義預(yù)制圖案電極，需要通過(guò)紫外線曝光顯影技術(shù)來(lái)間 接實(shí)現(xiàn)底電極的定義。制作時(shí)，需要首先在鏡頭的聚焦曲面端旋轉(zhuǎn)涂布光阻。本設(shè)計(jì)中，采 用型號(hào)為AZP4620的正光阻，意在使其在紫外線燈光照作用下發(fā)生化學(xué)鍵斷裂而分解。利 用旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)旋涂好光阻后，在石英鏡頭上加蓋具有遮光圖案的影像膠片，然后整體放在 紫外線平行曝光燈下照射一定時(shí)間，使未遮光的圖案影像完全分解，然后利用顯影技術(shù)，將 曝光后的鏡頭在顯影液中浸泡一定時(shí)間，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)電極影像成型。
[0048] 2.將完成曝光的石英鏡頭放入電子束蒸鍍機(jī)中蒸鍍金屬電極，順次蒸鍍鉻（Cr) 和金（Au) -定厚度。此時(shí)，石英鏡頭的聚焦曲面端完全被蒸鍍金屬所覆蓋，而未定義電極 部分的金屬鍍層底部還粘附有未分解的光阻，因此將蒸鍍后的石英鏡頭的聚焦端浸泡在丙 酮中，并放入超聲波清洗機(jī)中清洗一段時(shí)間，附著在光阻上的蒸鍍金屬會(huì)隨著光阻的溶解 而自然脫落，只留下曝光膠片上所定義的電極圖案。
[0049] 3.定義好底電極的石英鏡頭需要在其底電極表面均勻涂布一層P(VDF-TrFE) 壓電材料，本設(shè)計(jì)采用旋涂溶膠結(jié)晶法，即在鏡頭聚焦曲面端通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)高溫旋涂 P(VDF-TrFE)溶膠，使其結(jié)晶后均勻吸附在聚焦曲面上。這種方法得到的薄膜本身不具有 壓電特性，需要對(duì)其進(jìn)行高壓極化一定時(shí)間后才能獲得其壓電特性。在本設(shè)計(jì)中，為了保證 薄膜有固定的的極化區(qū)域，即感測(cè)點(diǎn)處極化，電極引線和焊接點(diǎn)處不極化，需要在薄膜上先 蒸鍍極化電極，該電極只覆蓋感測(cè)點(diǎn)。然后在焊接點(diǎn)處焊接各感測(cè)點(diǎn)引線，并連接接頭與極 化接頭至高壓極化臺(tái)上，以步進(jìn)升壓的方式逐漸提高極化電壓直至425V。如未發(fā)生擊穿現(xiàn) 象，則保持該極化電位12小時(shí)，使薄膜電極覆蓋部分完全極化。
[0050] 4.將薄膜極化好后，利用商用接觸式探頭在石英鏡頭平面端激勵(lì)超聲信號(hào)，在感 測(cè)電極處接收信號(hào)，測(cè)試各感測(cè)元件的信號(hào)接收效果。如極化成功，則在焊接點(diǎn)處全面覆蓋 AB膠以防止焊接點(diǎn)的脫落，并防止各個(gè)焊接點(diǎn)之間的相互誤連而導(dǎo)通。待AB膠完全凝固 后，再次放入電子束蒸鍍機(jī)中在薄膜表面全部蒸鍍金屬電極，以防止薄膜直接裸露在空氣 中。最后裝入金屬屏蔽外殼，在鏡頭頂端安裝商用接觸式探頭，即完成整個(gè)換能器的制作。
【權(quán)利要求】
1. 陣列解析式超聲波聚焦換能器，其特征在于：其包括信號(hào)激勵(lì)/接收源（1 )，換能器 外殼（2)，商用接觸式超聲波探頭（3)，石英聚焦鏡頭（4)，陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)組成， 所述的信號(hào)激勵(lì)/接收源（1)、商用接觸式超聲波探頭（3)、石英聚焦鏡頭（4)及陣列式聲 波空間感測(cè)區(qū)（5)順序布置；其特征在于：所述的陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)的具體結(jié)構(gòu)包 括從內(nèi)至外依次布置的陣列圖案式感測(cè)底電極（6)，PVDF壓電薄膜（7)以及頂端保護(hù)電極 (8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的陣列解析式超聲波聚焦換能器，其特征在于：所述信號(hào)激 勵(lì)/接收源（1)以發(fā)出高壓寬頻脈沖信號(hào)以激勵(lì)商用接觸式超聲波探頭（3)，所述商用接觸 式超聲波探頭（3)通過(guò)耦合劑粘附在石英聚焦鏡頭（4)的頂端進(jìn)行平面接觸，商用接觸式 超聲波探頭（3)被激勵(lì)產(chǎn)生的聲波振蕩信號(hào)會(huì)通過(guò)石英介質(zhì)傳播至陣列式聲波空間感測(cè)區(qū) (5) 并形成聚焦聲波進(jìn)入液態(tài)耦合介質(zhì)，并在待測(cè)試件界面形成折射和反射，該信號(hào)再次回 到陣列式聲波空間感測(cè)區(qū)（5)被空間分布的陣列式感測(cè)元件接收，完成一次測(cè)試。所述的 特定頻率為l-2KHz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的陣列解析式超聲波聚焦換能器，其特征在于：所述的陣列 式圖案感測(cè)電極（6)由11個(gè)感測(cè)元件構(gòu)成，并沿陣列式圖案感測(cè)電極（6)的直徑方向一字 形排布，用以檢測(cè)不同角度下的聲場(chǎng)分布；每個(gè)感測(cè)元件由點(diǎn)狀感測(cè)電極、電極引線和電極 焊接座三部分組成。所述的陣列式圖案感測(cè)電極（6)的感測(cè)元件數(shù)量和尺寸可調(diào)整。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的陣列解析式超聲波聚焦換能器，其特征在于：陣列解析式 超聲波聚焦換能器的制造方法： 1) 曝光顯影，定義陣列電極圖案：在清洗干凈的石英聚焦鏡頭（4)的聚焦曲面端利用 旋轉(zhuǎn)涂布技術(shù)旋涂一層光阻，然后利用設(shè)計(jì)有底電極圖案的遮光片覆蓋光阻，并一同放置 在紫外線平行曝光燈下進(jìn)行曝光顯影；待見光部分的光阻分解后，利用顯影液洗掉分解部 分的光阻，此時(shí)，分解部分即為設(shè)計(jì)好的底電極圖案； 2) 蒸鍍金屬層，完成圖案電極制作：在步驟1完成的石英聚焦鏡頭（4)曲面端利用電 子束蒸鍍技術(shù)，蒸鍍20-40nm厚度金屬鉻作為附著層，然后再在其上蒸鍍40-60nm厚度的純 金；此時(shí)，整個(gè)曲面端完全覆蓋金屬電極，但光阻分解部分的金屬直接附著在鏡頭上，其他 金屬則附著在未分解的光阻上；由于光阻可溶解于有機(jī)溶劑，將鏡頭利用有機(jī)溶劑清洗后， 附著在光阻上面的金屬自然脫落，留下預(yù)制的圖案電極，由此完成陣列圖案式感測(cè)底電極 (6) 的制作； 3. PVDF壓電薄膜的制作：采用旋涂溶膠結(jié)晶法，在石英聚焦鏡頭（4)的聚焦曲面端通 過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)高溫旋涂PVDF溶膠，使其結(jié)晶后均勻吸附在聚焦曲面上，由此完成PVDF壓電 薄膜（7)的制作。然后再次蒸鍍頂端保護(hù)電極（8)，使PVDF壓電薄膜（7)上下兩面均附著 電極；通過(guò)引線將上下電極引出并連接高壓穩(wěn)壓源進(jìn)行步進(jìn)式穩(wěn)壓極化，使得PVDF壓電薄 膜具有壓電特性。 4) 陣列解析式超聲波換能器的組裝：將極化好的鏡頭放入換能器外殼（2)中，并在其 頂部平面端利用耦合劑粘貼商用接觸式超聲波探頭（3)連接各信號(hào)接收端口，即完成整個(gè) 換能器的制作。
【文檔編號(hào)】G01N29/06GK104122333SQ201410146821
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月12日
【發(fā)明者】何存富, 劉興奇, 李永春, 宋國(guó)榮, 秦登千, 郭奇澤, 吳斌 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)