本申請涉及一種柔性壓電換能器及系統，所述柔性壓電換能器包括：柔性基底，其在第一狀態下為圓形，在第二狀態下為凹球面狀，并能夠通過彎曲變形動態的改變曲率半徑；設置在所述柔性基底上的柔性壓電薄膜層，所述柔性壓電薄膜層的上表面設置有至少一個螺旋狀電極條，所述至少一個螺旋狀電極條具有相同的原點，所述柔性壓電薄膜層的下表面設置有全涂覆電極。本申請的柔性壓電換能器及系統提高了設備集成度；借助柔性基底和柔性壓電薄膜層的彎曲變形,使得相控激發聲蝸旋波束后，可以實現動態改變焦斑深度，使發射陣元指向性變寬，在聚焦區域內能量疊加得到增強，聚焦聲學旋渦變的穩定，在傳播方向上能夠維持較長的距離。

技術領域

本申請涉及聲學技術領域，特別涉及一種柔性壓電換能器及系統。

背景技術

近年來擁有螺旋相位錯位的聲渦旋波束引起了廣泛關注，其能量和相位分布使其具有很大的應用潛力。該技術在對聲學檢測、成像或對微小粒子的操控、俘獲,特別是在醫學領域具有非常廣闊的應用前景。角動量的非接觸傳遞使得聲渦旋波束可以用作聲學扳手；聲功率的圓形分布使它們可以用作聲鑷；拓撲維數的多階性表明了信道復用在水聲通信中的巨大潛力。聲渦旋波束具有發展聲鑷或聲學扳手的前景。

發展聲渦旋波束應用的瓶頸在于目前產生聲渦波束的系統整體電路復雜，在小型化和集成化方面存在嚴重的局限性，且成本較高。此外，目前的系統無法動態的改變焦斑深度，從而導致發射陣元指向性狹窄，在聚焦區域內能量疊加較差，聚焦聲學旋渦不穩定，在傳播方向上維持的距離較短。

發明內容

為攻克上述難題，本發明提出了一種柔性壓電換能器及系統，通過在柔性基底上設置柔性壓電薄膜層，在柔性壓電薄膜層的上表面涂覆螺旋狀電極，下表面涂覆全電極，在對上下電極施加正弦信號，從而產生聲渦旋波束。上述技術方案未采用傳統的壓電換能器陣列，縮小了裝置的體積；借助柔性基底和柔性壓電薄膜層的彎曲變形,使得相控激發聲蝸旋波束后，彎曲變形形成的凹球面可以實現動態改變焦斑深度，使發射陣元指向性變寬，在聚焦區域內能量疊加得到增強，聚焦聲學旋渦變的穩定，在傳播方向上能夠維持較長的距離。

本發明的第一方面提供了一種柔性壓電換能器，包括：柔性基底，其在第一狀態下為圓形，在第二狀態下為凹球面狀，并能夠通過彎曲變形動態的改變曲率半徑；設置在所述柔性基底上的柔性壓電薄膜層，所述柔性壓電薄膜層的上表面設置有至少一個螺旋狀電極條，所述至少一個螺旋狀電極條具有相同的原點，所述柔性壓電薄膜層的下表面設置有全涂覆電極。

進一步的，所述螺線狀電極條為等角螺線狀電極條。

進一步的，所述柔性壓電薄膜層為多個柔性壓電薄膜重疊而成，距離所述柔性基底最近的柔性壓電薄膜的下表面設置有全涂覆電極，距離所述柔性基底最遠的柔性壓電薄膜的上表面設置有至少一個螺旋狀電極條，且多個柔性壓電薄膜之間彼此電性串聯連接。

進一步的，所述柔性壓電薄膜層為PVDF壓電薄膜層。

進一步的，每個螺旋狀電極條的涂覆寬度按照下式變化：

d＝(a₂-a₁)e^bθ；

其中，d為螺旋狀電極條的寬度，a₁為螺旋狀電極條的初始內徑，a₂為螺旋狀電極條的初始外徑，b為方位角系數，θ為方位角，其中方位角θ的終止角度為0-12π。

進一步的，每個螺旋狀電極條具有相同的所述初始內徑和所述初始外徑。

進一步的，所述全涂覆電極和所述螺旋狀電極條的材質為銀。

本發明的第二方面提供了一種柔性壓電換能器系統，包括：第一方面提供的柔性壓電換能器；正弦信號源，其用于向柔性壓電換能器的每個所述螺旋狀電極條施加同頻率同相位的正弦信號。