一种声学换能器及声学装置

摘要

本发明公开了一种声学换能器及声学装置，涉及声学换能器技术领域，所述声学换能器包括：换能器压电层、换能器介质层和换能器质量块，所述换能器介质层设于所述换能器压电层的中部一侧，所述换能器质量块设于所述换能器介质层背离所述换能器压电层的一侧，所述换能器压电层在其两端位置和所述换能器质量块的两个肩部位置依次设有电连接的四个电极组：第一电极组、第二电极组、第三电极组和第四电极组。本发明基于固支梁的结构特性，在换能器压电层的中部设置换能器质量块，换能器质量块能够增加换能器压电层振动时的应力较大的区域面积，在压电效应下生成的电信号质量更高，即本发明的声学换能器灵敏度更高。

权利要求

1.一种声学换能器，其特征在于，所述声学换能器包括：换能器压电层(1)；

换能器介质层(2)，所述换能器介质层(2)设于所述换能器压电层(1)的中部一侧；

换能器质量块(3)，所述换能器质量块(3)设于所述换能器介质层(2)背离所述换能器压电层(1)的一侧；以及所述换能器压电层(1)在其两端位置和所述换能器质量块(3)的两个肩部位置依次设有电连接的四个电极组：第一电极组、第二电极组、第三电极组和第四电极组；

每个所述电极组均间隔设有上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极和下层电极，且所述第一中间层电极和第二中间层电极位于换能器压电层(1)中间截面的两侧；

所述第一电极组的上层电极与所述第二电极组的上层电极电连接，所述第一电极组的下层电极与所述第二电极组的下层电极电连接；

所述第二电极组的第一中间层电极与所述第三电极组的上层电极电连接，所述第二电极组的第二中间层电极与所述第三电极组的下层电极电连接；

所述第三电极组的第一中间层电极与所述第四电极组的第一中间层电极电连接，所述第三电极组的第二中间层电极与所述第四电极组的第二中间层电极电连接。

2.如权利要求1所述的声学换能器，其特征在于：

四个所述电极组的上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极或下层电极位于同一水平层、且电极厚度相同。

3.如权利要求1所述的声学换能器，其特征在于：

每个所述电极组的上层电极和下层电极的厚度相同，每个所述电极组的第一中间层电极和第二中间层电极的厚度相同且厚度为上层电极或下层电极的一半。

4.如权利要求1所述的声学换能器，其特征在于：

每个所述电极组的上层电极与第一中间层电极之间的间距、第二中间层电极与下层电极之间的间距均大于第一中间层电极与第二中间层电极之间的间距。

5.如权利要求1所述的声学换能器，其特征在于：所述换能器介质层(2)为SiO2、ZrO2或云母制成。

6.如权利要求1所述的声学换能器，其特征在于：所述换能器压电层(1)为AlN或ZnO制成。

7.如权利要求1所述的声学换能器，其特征在于：所述换能器质量块(3)为硅、铝或铜制成。

8.如权利要求1所述的声学换能器，其特征在于：四个所述电极组的电极为钼、铝或铜制成。

9.一种声学装置，其特征在于，包括如权利要求1所述的声学换能器。

说明书

一种声学换能器及声学装置

技术领域

[0001] 本发明涉及声学换能器技术领域，特别涉及一种声学换能器及声学装置。

背景技术

[0002] 声学换能器是一种利用压电效应将声信号转换为电信号的能量转换器件。由于声学换能器具有结构简单、体积小和信噪比高等优点，使得声学换能器在商业化应用领域有着巨大的发展前景。

[0003] 现有传统的声学换能器多采用悬臂梁结构，传统的声学换能器实际使用时，将其换能器压电层的一端固定、另一端悬臂，将换能器压电层中的上层电极和下层电极连接终端、中间电极接地。

[0004] 但是，在距离检测和超声成像等领域，对声学换能器的灵敏度有着更高要求，传统的声学换能器灵敏度较低，低灵敏度会影响并干扰最终结果，无法大规模推广应用。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供一种声学换能器及声学装置，以解决相关技术中声学换能器灵敏度不高的技术问题。

[0006] 第一方面，提供了一种声学换能器，所述声学换能器包括：

[0007] 换能器压电层；

[0008] 换能器介质层，所述换能器介质层设于所述换能器压电层的中部一侧；

[0009] 换能器质量块，所述换能器质量块设于所述换能器介质层背离所述换能器压电层的一侧；以及

[0010] 所述换能器压电层在其两端位置和所述换能器质量块的两个肩部位置依次设有电连接的四个电极组：第一电极组、第二电极组、第三电极组和第四电极组。

[0011] 一些实施例中，每个所述电极组均间隔设有上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极和下层电极，且所述第一中间层电极和第二中间层电极位于换能器压电层中间截面的两侧；

[0012] 所述第一电极组的上层电极与所述第二电极组的上层电极电连接，所述第一电极组的下层电极与所述第二电极组的下层电极电连接；

[0013] 所述第二电极组的第一中间层电极与所述第三电极组的上层电极电连接，所述第二电极组的第二中间层电极与所述第三电极组的下层电极电连接；

[0014] 所述第三电极组的第一中间层电极与所述第四电极组的第一中间层电极电连接，所述第三电极组的第二中间层电极与所述第四电极组的第二中间层电极电连接。

[0015] 一些实施例中，四个所述电极组的上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极或下层电极位于同一水平层、且电极厚度相同。

[0016] 一些实施例中，每个所述电极组的上层电极和下层电极的厚度相同，每个所述电极组的第一中间层电极和第二中间层电极的厚度相同且厚度为上层电极或下层电极的一半。

[0017] 一些实施例中，每个所述电极组的上层电极与第一中间层电极之间的间距、第二中间层电极与下层电极之间的间距均大于第一中间层电极与第二中间层电极之间的间距。

[0018] 一些实施例中，所述换能器介质层为SiO2、ZrO2或云母制成。

[0019] 一些实施例中，所述换能器压电层为AlN或ZnO制成。

[0020] 一些实施例中，所述换能器质量块为硅、铝或铜制成。

[0021] 一些实施例中，四个所述电极组的电极为钼、铝或铜制成。

[0022] 第二方面，提供了一种声学装置，包括前述的声学换能器。

[0023] 本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

[0024] 本发明实施例提供了一种声学换能器及声学装置，所述声学换能器在换能器压电层的中部设有换能器质量块，且在所述换能器质量块的两个肩部位置设置电极组，在声信号转电信号的过程中，由于固支梁的结构特性，在固支梁的中部设置换能器质量块能够增加换能器压电层振动时的应力较大的区域面积，在压电效应下生成的电信号质量更高，本发明实施例中声学换能器具有更高的灵敏度。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1为本发明实施例提供的一种声学换能器的结构示意图；

[0027] 图2为本发明实施例提供的多个声学换能器组合使用的结构示意图；

[0028] 图3为本发明实施例提供的一种声学换能器相对于传统的声学换能器的对比效果图；

[0029] 图中：1、换能器压电层；2、换能器介质层；3、换能器质量块。

具体实施方式

[0030] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0031] 本发明实施例提供了一种声学换能器，其能解决现有声学换能器灵敏度不高的技术问题。

[0032] 参见图1所示，本发明实施例提供了一种声学换能器，所述声学换能器包括：换能器压电层1、换能器介质层2和换能器质量块3。

[0033] 所述换能器介质层2设于所述换能器压电层1的中部一侧，所述换能器质量块3设于所述换能器介质层2背离所述换能器压电层1的一侧。

[0034] 所述换能器压电层1在其两端位置和所述换能器质量块3的两个肩部位置依次设有电连接的四个电极组：第一电极组、第二电极组、第三电极组和第四电极组。

[0035] 具体地，参见图1所示，所述声学换能器在实际使用时，将所述声学换能器的所述换能器压电层1的两端固定，形成固支梁结构，所述第一电极组的部分电极接地，所述第四电极组的部分电极接外部终端，所述声学换能器响应声信号发生振动，所述换能器压电层1不仅在靠近两端固定的区域产生较大的应力，而且在所述换能器质量块3两个肩部位置也出现较大应力变化，增加了大应力的区域面积，继而生成高质量的电信号并发送至终端。需要说明的是，所述声学换能器也可以用于将电信号转化为声信号，效果类似。参见图2所示，多个所述声学换能器可以并列且通过串联的电连接方式使用，进一步提高电信号的质量。

[0036] 本发明实施例中的声学换能器，所述声学换能器在换能器压电层1的中部设有换能器质量块3，且在所述换能器质量块3的两个肩部位置设置电极组，在声信号转电信号的过程中，由于固支梁的结构特性，在换能器压电层1的中部设置换能器质量块2能够增加换能器压电层1振动时的应力较大的区域面积，在压电效应下生成的电信号质量更高，本发明实施例中声学换能器具有更高的灵敏度。

[0037] 作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，每个所述电极组均间隔设有上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极和下层电极，且所述第一中间层电极和第二中间层电极位于所述换能器压电层1中间截面的两侧。

[0038] 所述第一电极组的上层电极与所述第二电极组的上层电极电连接，所述第一电极组的下层电极与所述第二电极组的下层电极电连接。

[0039] 所述第二电极组的第一中间层电极与所述第三电极组的上层电极电连接，所述第二电极组的第二中间层电极与所述第三电极组的下层电极电连接。

[0040] 所述第三电极组的第一中间层电极与所述第四电极组的第一中间层电极电连接，所述第三电极组的第二中间层电极与所述第四电极组的第二中间层电极电连接。

[0041] 具体地，参见图1所示，第一电极组中的上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极和下层电极分别为电极P1、电极P2、电极P3、电极P4，第二电极组中的上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极和下层电极分别为电极P5、电极P6、电极P7、电极P8，第三电极组中的上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极和下层电极分别为电极P1’、电极P2’、电极P3’、电极P4’，第四电极组中的上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极和下层电极分别为电极P5’、电极P6’、电极P7’、电极P8’。电极P1和电极P5相连，电极P4和电极P8相连，电极P6和电极P1’相连，电极P7和电极P4’相连，电极P2’和电极P6’相连，电极P3’和电极P7’相连。实际应用中，电极P2和电极P3接地，电极P5’和电极P8’接外部终端。

[0042] 本发明实施例中的声学换能器将传统单中间层电极优化为双中间层电极，所述第一中间层电极和第二中间层电极位于所述换能器压电层1中间截面的两侧，避开所述换能器压电层1在振动时应力较小的中间截面区域，使得本发明实施例中的声学换能器相对于传统的声学换能器有着更为突出的灵敏度。参见图3所示，本发明实施例中声学换能器相较于传统的声学换能器，灵敏度更高。

[0043] 作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，四个所述电极组的上层电极、第一中间层电极、第二中间层电极或下层电极位于同一水平层、且电极厚度相同。

[0044] 具体地，参见图1所示，电极P1、电极P5、电极P1’、电极P5’在第一水平面且位于所述换能器压电层1的顶端，电极P2、电极P6、电极P2’、P6’在第二水平面且位于第一水平面的下方，电极P3、电极P7、电极P3’、电极P7’在第三水平面且位于第二水平面的下方，电极P4、电极P8、电极P4’、电极P8’在第四水平面且位于所述换能器压电层1的底端，便于产生电信号。

[0045] 作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，每个所述电极组的上层电极和下层电极的厚度相同，每个所述电极组的第一中间层电极和第二中间层电极的厚度相同且厚度为上层电极或下层电极的一半。

[0046] 具体地，参见图1所示，电极P1、电极P4、电极P5、电极P8、电极P1’、电极P4’、电极P5’、电极P8’厚度相同，电极P2、电极P3、电极P6、电极P7、电极P2’、电极P3’、电极P6’、电极P7’厚度相同且为电极P1、电极P4、电极P5、电极P8、电极P1’、电极P4’、电极P5’、电极P8’厚度的一半，便于产生电信号。

[0047] 作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，每个所述电极组的上层电极与第一中间层电极之间的间距、第二中间层电极与下层电极之间的间距均大于第一中间层电极与第二中间层电极之间的间距。

[0048] 具体地，参见图1所示，以第一电极组为例，电极P1与P2之间的间距大于电极P2与P3的间距，电极P3与P4之间的间距大于电极P1与P2的间距，便于产生电信号。

[0049] 作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述换能器介质层2为SiO2、ZrO2或云母制成，价格低，制造方便。

[0050] 作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述换能器压电层1为AlN或ZnO制成，价格低，制造方便。

[0051] 作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述换能器质量块3为硅、铝或铜制成，价格低，制造方便。

[0052] 作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，四个所述电极组的电极为钼、铝或铜制成，价格低，传电性能好。

[0053] 本发明实施例提供了一种声学装置，包括前述的声学换能器。

[0054] 本发明实施例中的声学装置，其所述声学换能器在换能器压电层1的中部设有换能器质量块3，且在所述换能器质量块3的两个肩部位置设置电极组，在声信号转电信号的过程中，由于固支梁的结构特性，在换能器压电层1的中部设置换能器质量块2能够增加换能器压电层1振动时的应力较大的区域面积，在压电效应下生成的电信号质量更高，所述声学换能器具有更高的灵敏度。

[0055] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0056] 需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0057] 以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。