[發(fā)明專(zhuān)利]一種在媒介中生成和感測(cè)壓力波的方法、裝置及MUT陣列

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380055935.3
• 申請(qǐng)日: 2013-10-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104756521B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·哈賈蒂
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 富士膠片戴麥提克斯公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04R19/00
• 分類(lèi)號(hào): H04R19/00
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 孫向民;肖冰濱

描述了具有多個(gè)諧振模式能力的微機(jī)械超聲波換能器(MUT)陣列和操作它們的技術(shù)被描述，例如用于在同一設(shè)備內(nèi)獲取高頻和低頻操作。在實(shí)施方式中，不同大小的壓電膜被制造用于調(diào)諧膜上的諧振頻率。在襯底長(zhǎng)度上的不同大小的壓電膜逐漸被轉(zhuǎn)變以緩和在不同模式和頻率中振蕩的膜之間的破壞性交互。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2012年10月26日遞交的并且具有申請(qǐng)?zhí)?1/718,952的名稱(chēng)為“PIEZOELECTRIC TRANSDUCER ARRAYS WITH 1^ST AND 2^ND HARMONIC MODES”的美國(guó)臨時(shí)實(shí)用專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此以用于所有目的。

本申請(qǐng)涉及2012年10月9日遞交的并且具有申請(qǐng)?zhí)?3/648,225的名稱(chēng)為“ULTRAWIDE BANDWIDTH PIEZOELECTRIC TRANSDUCER ARRAYS”的美國(guó)實(shí)用專(zhuān)利申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

一般地，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及超聲波換能器，具體地，關(guān)于微機(jī)械超聲波換能器(MUT)陣列。

背景技術(shù)

典型地超聲波換能器設(shè)備包括膜，該膜能夠響應(yīng)于隨時(shí)間變化的驅(qū)動(dòng)電壓而振動(dòng)以在與換能器元件暴露的外部表面接觸的傳播媒介(如，空氣、水或人體組織)中生成高頻壓力波。該高頻壓力波可以傳播至其它媒介中。相同的膜也可以接收從傳播媒介反射的壓力波并且將所接收的壓力波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。結(jié)合驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)該電信號(hào)可以被處理以獲得關(guān)于傳播媒介內(nèi)密度或彈性系數(shù)變化的信息。

壓電式或電容式換能器設(shè)備已被證明在圖像領(lǐng)域是有用的。然而很多使用壓電膜的超聲波換能器設(shè)備是通過(guò)機(jī)械切割大塊壓電材料或通過(guò)注塑成灌注由壓電陶瓷晶體的載體材料而形成的，這些設(shè)備可以使用各種微機(jī)械加工技術(shù)(如，材料沉積、平版印刷圖案、通過(guò)刻蝕的特征構(gòu)造等)以過(guò)高的維度公差被很方便廉價(jià)地制造。同樣地，利用經(jīng)由波束形成算法驅(qū)動(dòng)的陣列中的單個(gè)，諧振器元件的大陣列可以使用。這種陣列設(shè)備被稱(chēng)為壓電式MUT (pMUT)陣列。電容式換能器也類(lèi)似地微機(jī)械加工為的電容式MUT(cMUT) 陣列。

傳統(tǒng)的MUT陣列的一個(gè)問(wèn)題是帶寬可能被限制，該帶寬是從傳輸媒介施加的實(shí)際聲壓的函數(shù)。因?yàn)橹T如胎兒心臟監(jiān)測(cè)和動(dòng)脈監(jiān)測(cè)的超聲波換能器應(yīng)用跨越寬的頻率范圍(如，較低的頻率提供相對(duì)較深的成像能力以及較高的頻率提供較淺的成像能力)，通過(guò)增強(qiáng)MUT陣列的帶寬以縮短脈寬，軸向分辨率(如，與超聲波光束平行的方向的分辨率)將被有利地改善。

傳統(tǒng)的pMUT陣列的另一個(gè)問(wèn)題是通過(guò)襯底振動(dòng)的機(jī)械耦合及在 pMUT陣列中找到的鄰近元件之間的聲耦合(acoustic coupling)可以引起換能器元件之間的不良串?dāng)_。通過(guò)減小這種pMUT陣列中串?dāng)_的不良形成，在超聲波換能器應(yīng)用中的信噪比將被有利地改善。

發(fā)明內(nèi)容

在一實(shí)施方式中，MUT陣列的換能器元件總體被配置為多種振蕩模式。這些多種模式至少包括第一諧振模式和第二諧振模式，并且還可以包括第三模式、第四模式或更高模式。這種多諧振模式或多諧波模式，MUT陣列被引入至此以簡(jiǎn)單作為“多模式”MUT陣列。在實(shí)施方式中，通過(guò)膜大小(size) 的尺寸化(dimensioning)以及布置不同大小的膜，諧波被制成同相以減輕或避免通道內(nèi)相近膜之間破壞性的相互作用，或者相近通道之間的串?dāng)_。

在實(shí)施方式中，多模式MUT陣列使用與在超聲波換能器的發(fā)射和接收模式中使用的多諧波模式相關(guān)聯(lián)的完整帶寬被操作以獲得超寬帶寬。對(duì)于這種實(shí)施方式，膜被設(shè)計(jì)大小并且由電信號(hào)驅(qū)動(dòng)以感應(yīng)一階振動(dòng)模式，該一階振動(dòng)模式具有與主要與二階振動(dòng)模式相關(guān)聯(lián)的頻帶重疊的頻帶。