[發(fā)明專利]滿足多頻率需求的寬頻帶超聲換能器復(fù)合機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510335917.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN104907241B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張培玉;李妍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南大學(xué)
• 主分類號(hào): B06B1/02
• 分類號(hào): B06B1/02
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙)41104
• 代理人: 劉建芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有能量轉(zhuǎn)換的微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種滿足多頻率需求的寬頻帶超聲換能器復(fù)合機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)包括超聲成像、X-CT斷層成像、放射性同位素掃描成像和核磁共振等。其中，超聲成像技術(shù)具有實(shí)時(shí)性好、無(wú)電離輻射等性能，在診斷應(yīng)用功率范圍內(nèi)對(duì)人體無(wú)損害，可重復(fù)使用且成本低、攜帶方便而得到廣泛應(yīng)用。尤其對(duì)生物軟組織鑒別能力強(qiáng)，在對(duì)軟組織疾患診斷上具有優(yōu)勢(shì)，諸如能顯示剖面圖、獲得血流信息、異常器官、心臟和血流等的實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)成像。而作為超聲成像和超聲治療系統(tǒng)核心部件的超聲傳感器廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷和治療，以及工程應(yīng)用領(lǐng)域中的無(wú)損檢測(cè)等。

目前，壓電式超聲換能器的應(yīng)用占主導(dǎo)地位。相對(duì)于壓電式超聲換能器，電容式微機(jī)械超聲換能器（CMUT）因其易成批生產(chǎn)，成本低，頻域?qū)挕?yīng)用時(shí)無(wú)需匹配層而受到關(guān)注，被認(rèn)為是取代壓電式超聲換能器的產(chǎn)品。當(dāng)今，現(xiàn)有的CMUT單個(gè)的單元結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)只是單個(gè)某一頻率頻帶的特征頻率響應(yīng)。（如果該CMUT單元結(jié)構(gòu)或其陣列結(jié)構(gòu)用于發(fā)射和接收，則兩種操作模式就會(huì)相互干擾。）以往的超聲傳感器局限于單一功能，或用于醫(yī)學(xué)成像，或用于醫(yī)學(xué)治療等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種滿足多頻率需求的寬頻帶超聲換能器復(fù)合機(jī)構(gòu)，能夠提供寬范圍的頻寬和滿足不同頻率的需要，提高超聲成像的清晰度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種滿足多頻率需求的寬頻帶超聲換能器復(fù)合機(jī)構(gòu)，包括由下到上依次設(shè)置的底部的第一電極層、絕緣層、低頻、高頻腔體層、絕緣彈性振動(dòng)膜層和第二電極層，第一電極層采用第一電極片，第一電極片的上表面與絕緣層的下表面連接，低頻、高頻腔體層包括低頻絕緣支撐板和框體結(jié)構(gòu)的高頻絕緣支撐體，低頻絕緣支撐板的下表面連接絕緣層的上表面，低頻絕緣支撐板的上表面連接絕緣彈性振動(dòng)膜層的下表面，低頻絕緣支撐板上設(shè)有一排上下通透的通槽，每個(gè)通槽與絕緣層和絕緣彈性振動(dòng)膜層構(gòu)成一個(gè)低頻真空腔，每個(gè)低頻真空腔內(nèi)設(shè)有一個(gè)高頻絕緣支撐體，高頻絕緣支撐體的上表面與絕緣彈性振動(dòng)膜層下表面貼合，且高頻絕緣支撐體的下表面與絕緣層上表面不接觸，第二電極層包括多個(gè)第二電極片，每個(gè)第二電極片的下表面與絕緣彈性振動(dòng)膜層的上表面連接，且每個(gè)低頻真空腔上方對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)第二電極片；初始狀態(tài)下，當(dāng)?shù)谝浑姌O片和第二電極片之間未加電壓時(shí)，通槽、絕緣彈性振動(dòng)膜和絕緣層構(gòu)成低頻真空腔；當(dāng)?shù)谝浑姌O片和第二電極片間施加的交流電壓不超過(guò)低頻真空腔的塌陷電壓時(shí)，絕緣彈性振動(dòng)膜層做上下往復(fù)振動(dòng)動(dòng)作，且高頻絕緣支撐體下表面與絕緣層上表面不接觸；當(dāng)?shù)谝浑姌O片和第二電極片間施加的交流電壓超過(guò)低頻真空腔的塌陷電壓時(shí)，絕緣彈性振動(dòng)膜層做上下往復(fù)振動(dòng)動(dòng)作，且高頻絕緣支撐體下表面與絕緣層上表面接觸，高頻絕緣支撐體內(nèi)的空間、絕緣層和絕緣彈性振動(dòng)膜形成高頻真空腔。

所述的絕緣彈性振動(dòng)膜層采用一整個(gè)絕緣彈性振動(dòng)膜或者采用多個(gè)小絕緣彈性振動(dòng)片，每個(gè)小絕緣彈性振動(dòng)片對(duì)應(yīng)設(shè)于每個(gè)通槽的上方并密封連接。

所述的通槽的深度大于高頻絕緣支撐體的高度。

本發(fā)明通過(guò)由下到上依次設(shè)置的底部的第一電極層、絕緣層、低頻、高頻腔體層、絕緣彈性振動(dòng)膜層和第二電極層構(gòu)成一個(gè)整體的復(fù)合機(jī)構(gòu)，在復(fù)合機(jī)構(gòu)中又通過(guò)低頻絕緣支撐板上設(shè)有的一排通槽與絕緣層和絕緣彈性振動(dòng)膜層構(gòu)成一個(gè)低頻真空腔，通過(guò)每個(gè)低頻真空腔及上方的第二電極片、下方的第一電極片構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的單元結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的單元結(jié)構(gòu)可以自由控制；通過(guò)控制獨(dú)立的單元結(jié)構(gòu)，使得獨(dú)立的單元結(jié)構(gòu)可以工作在高頻狀態(tài)，也可以工作在低頻狀態(tài)，并且能夠分時(shí)控制，提供寬范圍的頻寬和滿足不同頻率需要，從而應(yīng)用于多頻需求的場(chǎng)合。

本發(fā)明的有益效果有：

1、在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)需要變換高頻或低頻部分起作用，分別應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷或醫(yī)學(xué)治療，而不需要分別應(yīng)用兩套獨(dú)立設(shè)備或系統(tǒng)來(lái)分別滿足診斷和治療。

2、同時(shí)，該復(fù)合機(jī)構(gòu)通過(guò)陣列的排列，組成混合單元，增加復(fù)合機(jī)構(gòu)的頻寬，能有效的提高超聲成像的清晰度。

3、本發(fā)明可應(yīng)用于超聲檢測(cè)，如超聲導(dǎo)航、測(cè)距、定位和工業(yè)超聲無(wú)損檢測(cè)（NDE）。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意剖視圖；

圖2為本發(fā)明的絕緣彈性振動(dòng)膜層采用一整個(gè)絕緣彈性振動(dòng)膜的低頻狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意剖視圖；

圖3為本發(fā)明的絕緣彈性振動(dòng)膜層采用多個(gè)小絕緣彈性振動(dòng)片的低頻狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意剖視圖；