[發明專利]具有內部冷卻腔的聲穿透裝置

有效

• 申請號: 200980109490.6
• 申請日: 2009-03-17
• 公開（公告）號: CN101978418A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: Y·馬丁;M·佩諾特
• 申請（專利權）人: 超聲成像公司
• 主分類號: G10K11/00
• 分類號: G10K11/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發明涉及具有多個基本超聲波傳感器的聲穿透裝置的基本領域，每個基本超聲波傳感器具有至少一個電聲部件，所述多個傳感器分布在底盤上，使得電聲部件分布在聲穿透裝置的所謂“前”表面上，所述聲穿透裝置的前表面旨在放置成面向要聲穿透的介質。

背景技術

電聲部件通常由壓電材料、壓電復合材料或者半導體材料制成，例如微加工電容式超聲波傳感器(CMUT)，該電聲部件允許通過受限的電聲效率來產生高功率超聲波。

通常而言，對于包括在100kHz與10MHz之間的頻率，這些材料的電聲效率在40％到80％之間。同樣，未轉換為超聲波的能量的大部分作為熱量在傳感器中被驅散。

在數秒的時段內電聲部件的連續操作期間，過大的加熱可能會損壞電聲部件或者甚至可能毀壞電聲部件，且該加熱甚至可損壞組成電聲部件或鄰近于電聲部件的機械部分。

因此，該加熱效應目前限制在數秒的長時段內產生非常高的聲強度的可能性。通常認為的是，在幾分之一秒量級的時段內沒有過量加熱的情況下，在傳感器的表面處難以產生大于5W/cm2的功率。

存在驅散所產生的熱量的解決方案，以便降低傳感器的溫度。已知的解決方案包括使得冷卻流體(通常為水)在聲穿透裝置的“前”面部上循環。在該情形中，通過該流體，可用介質實現超聲波耦合，超聲波會聚于介質中。

然而，熱交換表面仍局限于聲穿透裝置的“前”表面并且在必須使用十分高的聲強度的情形中不允許將熱量充分移除。

發明內容

因此，本發明的主要目的在于通過構想出聲穿透裝置(insonification?device)來克服這種缺點，該聲穿透裝置包括多個基本超聲波傳感器，每個傳感器包括至少一個電聲元件，多個傳感器分布在底盤上，使得電聲元件分布在裝置的所謂前表面上，所述前表面在至少兩個方向上延伸并且旨在放置成面向要聲穿透的介質，聲穿透裝置使得每個傳感器包括在所謂的前端部處由導熱材料制成的縱向主體，電聲元件放置在所謂的前端部處，底盤包括放置在前表面后面的密封式冷卻腔，所述冷卻腔由傳感器主體正好穿越并且旨在由冷卻劑流體流所經過。

該新式結構的聲穿透裝置允許通過使用熱量驅散來將顯著量的熱量朝向傳感器的后部傳遞，其中傳感器主體經過冷卻腔。當然，由傳感器的有源部分產生的熱量通過由基本傳感器主體形成的材料朝向后部帶走，該有源部分是位于前表面上的聲元件。

通過本發明，可能在傳感器主體與冷卻劑流體之間獲得熱交換表面。因此，比在使用來自于前部的常規冷卻系統時大得多的表面上得到熱交換。此外，由于冷卻劑流體放置成直接接觸熱源(傳感器)，因而優化傳感器所產生的熱量朝向冷卻劑流體的傳遞。

因而，采用該新式冷卻系統，可能的是限制基本傳感器的加熱以及在傳感器的表面處達到高得多的聲強度。采用本發明，因而可能得到約20W/cm²的功率。

在本發明的意義上，術語“底盤”是指能夠支承傳感器并且能夠形成冷卻腔的殼體的機械結構，所述冷卻腔由傳感器主體正好穿越。

根據本發明的優選實施例，傳感器主體定輪廓成便于流體的循環。

通過這種特性，充其量避免的是，傳感器主體形成對流體在冷卻腔內循環的阻礙。

根據本發明的具體特征，傳感器主體在至少一個方向上具有頸部，該方向垂直于流動方向，以便降低液力阻抗。

這種頸部允許在每對傳感器之間的流量，其具有降低的液力阻抗。該頸部可包括收縮傳感器主體在垂直于流體流動方向的方向上的寬度或者包括傳感器主體的均勻減少的直徑。

由傳感器的構造引起的應力可能需要頸部由傳感器的后部部分制成，即在與熱源一定距離處。然而，在形成傳感器主體的材料是良好的熱導體的情況下，包括將頸部朝向傳感器的后端部放置的該特征不受影響。

根據本發明的有利特征，傳感器主體具有表面幾何形狀，其中流體的交換表面可大于與對應于沿著傳感器的均勻且恒定截面的表面幾何形狀相對應的交換表面。

可包括對冷卻劑流體的流動方向上傳感器主體加條紋的特征不僅有助于增加交換表面和朝向冷卻劑流體的熱傳遞而且可通過引導冷卻劑流體在傳感器主體的側面上的循環而有助于促進冷卻劑流體的循環。

根據本發明的有利特征，由于底盤在聲穿透裝置的后部處包括與基本傳感器一樣多的細孔，傳感器可移除地附連通過冷卻腔。

通過該特征，可有利于保持聲穿透裝置。當然，在聲穿透裝置包含以高強度操作的大量基本傳感器時，這些傳感器潛在地經受單個故障，于是必須將其更換。該特征允許容易且快速的更換，這可由不必要對其熟練的工人來實施。這避免了將裝置整體存放用于修理或者使用具有降級特性的裝置。