一种自带存储功能的相控阵探头装置的制作方法

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种自带存储功能的相控阵探头装置。

背景技术：

1、随着电子技术和计算机技术的快速发展，超声相控阵技术逐渐应用于工业无损检测，特别是在火电、核工业及航空工业等领域，如火电厂再热器穿顶棚密封焊缝检测，该处密封结构复杂、管排密集，无法采用射线和常规超声检测，使用相控阵超声检测技术，可以检出裂纹缺陷。但目前相控阵体积及重量较大，例如目前某公司生产的行业领先的全集成16通道相控阵超声检测设备的尺寸(高×宽×深)为221×271×120 毫米（8.7×10.6×4.7英寸），重量为（含一块电池）4.54 公斤（10.0 磅），对于技术人员来说，在一些工况较差环境下使用极为不便。

2、超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面。超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射脉冲的不同延迟时间，改变声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。通常使用的是一维线形阵列探头，压电晶片呈直线状排列，聚焦声场为片状，能够得到含缺陷的二维图像，这类二维图像构成并不复杂，目前使用忆阻器的集成电路来识别和处理这类二维图像并不难实现。

3、忆阻器阵列具有非易失记忆特性、高速低功耗、结构简单、多级存储、易高度集成等诸多优势，在新一代高密度非易失性存储器、类脑人工智能、复杂图像处理、高性能逻辑运算、保密通信等方面显示出巨大的应用前景，为发展信息存储与处理融合的新型计算机架构、突破传统冯诺伊曼架构瓶颈提供了可行的路线。此外，忆阻器单元阵列的三明治结构与超声探头晶片的结构类似，其制造流程与传统的互补金属氧化物半导体（cmos）流程兼容，并容易实现集成，与现有成熟的相控阵探头制备工艺吻合。本发明提出了一种新的设计方式，就是将主机中的存储和图像处理能力转移到探头上，尽可能减少相控阵设备主机尺寸及重量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种自带存储功能的相控阵探头装置，该法制得的相控阵探头装置自带存储功能，同时具有一定的图像处理能力，能有效降低主机重量，提升超声相控阵技术的应用范围。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种自带存储功能的相控阵探头装置，包括外壳、设置在外壳上的多导体同轴线缆及封装在外壳内从下到上依次设置的对应匹配层、压电复合材料晶片及忆阻器存算单元串联电路板；所述忆阻器存算单元串联电路板中的忆阻器存算单元呈三明治结构，其包括下部的金属镀层、中部的介电层及上部的金属镀层阵列，上部的金属镀层阵列与多导体同轴线缆相连接。

4、进一步的，所述忆阻器存算单元串联电路板中，下部的金属镀层采用au、pt或cu中的一种，金属镀层的尺寸需覆盖压电复合材料晶片中的所有晶片，以保证金属镀层处电流能传递至每个压电复合材料晶片，金属镀层与压电复合材料晶片的结合方式采用物理气相沉积。

5、进一步的，所述忆阻器存算单元串联电路板中，介电层采用宽禁带金属氧化物材料，介电层与金属镀层的结合方式包括但不限于物理气相沉积、化学气相沉积。

6、进一步的，所述忆阻器存算单元串联电路板中，金属镀层阵列采用au、pt、ag、al或cu中的一种，金属镀层阵列的厚度为50nm~10um，金属导体阵列与介电层的结合方式包括但不限于物理气相沉积，金属导体阵列采用光刻胶刻蚀制备或使用金属掩模板制备。

7、进一步的，所述忆阻器存算单元串联电路板中，金属镀层阵列的阵列类型包括但不限于线阵列、二维矩形阵列及圆形阵列。

8、进一步的，所述金属镀层阵列中，单个阵列的尺寸范围为10um～1mm×10um～1mm。

9、进一步的，金属镀层阵列与多导体同轴线缆中的导线相连接，连接的方式包括但不限于焊接。

10、进一步的，所述外壳的内侧设置有内侧套筒，外壳的内部空间中填充设置有背衬底。

1.一种自带存储功能的相控阵探头装置，其特征在于，包括外壳（1）、设置在外壳（1）上的多导体同轴线缆（7）及封装在外壳（1）内从下到上依次设置的对应匹配层（6）、压电复合材料晶片（5）及忆阻器存算单元串联电路板（4）；所述忆阻器存算单元串联电路板（4）中的忆阻器存算单元呈三明治结构，其包括下部的金属镀层（41）、中部的介电层（42）及上部的金属镀层阵列（43），上部的金属镀层阵列（43）与多导体同轴线缆（7）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种自带存储功能的相控阵探头装置，其特征在于，所述忆阻器存算单元串联电路板（4）中，下部的金属镀层（41）采用au、pt或cu中的一种，金属镀层（41）的尺寸需覆盖压电复合材料晶片（5）中的所有晶片，以保证金属镀层（41）处电流能传递至每个压电复合材料晶片（5），金属镀层（41）与压电复合材料晶片（5）的结合方式采用物理气相沉积。

3.根据权利要求1所述的一种自带存储功能的相控阵探头装置，其特征在于，所述忆阻器存算单元串联电路板（4）中，介电层（22）采用宽禁带金属氧化物材料，介电层（22）与金属镀层（41）的结合方式包括但不限于物理气相沉积、化学气相沉积。

4.根据权利要求1所述的一种自带存储功能的相控阵探头装置，其特征在于，所述忆阻器存算单元串联电路板（4）中，金属镀层阵列（43）采用au、pt、ag、al或cu中的一种，金属镀层阵列（43）的厚度为50nm~10um，金属导体阵列（53）与介电层（52）的结合方式包括但不限于物理气相沉积，金属导体阵列（53）采用光刻胶刻蚀制备或使用金属掩模板制备。

5.根据权利要求1所述的一种自带存储功能的相控阵探头装置，其特征在于，所述忆阻器存算单元串联电路板（4）中，金属镀层阵列（43）的阵列类型包括但不限于线阵列、二维矩形阵列及圆形阵列。

6.根据权利要求1所述的一种自带存储功能的相控阵探头装置，其特征在于，所述金属镀层阵列（43）中，单个阵列的尺寸范围为10um～1mm×10um～1mm。

7.根据权利要求1所述的一种自带存储功能的相控阵探头装置，其特征在于，金属镀层阵列（43）上方的与多导体同轴线缆（7）中的导线相连接，连接的方式包括但不限于焊接。

8.根据权利要求1所述的一种自带存储功能的相控阵探头装置，其特征在于，所述外壳（1）的内侧设置有内侧套筒（3），外壳（1）的内部空间中填充设置有背衬底（2）。