[發明專利]一種用于光聲成像的電控調焦超聲探測器及其電控調焦方法

在審

• 申請號: 201611140429.6
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106580255A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 楊思華;馬海鋼;邢達
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 李斌

1.一種用于光聲成像的電控調焦超聲探測器，包括金屬外殼，其特征在于，還包括：

環形超聲換能器，其具有生成/接收超聲波的發射/接收表面，

以及電控調焦聲透鏡，所述電控調焦聲透鏡包括疏水介電層、極性導電液體(A)、非極性絕緣液體(B)、第一及第二電極；所述金屬外殼設有出線孔，所述的環形超聲換能器與電控調焦聲透鏡同軸設置于金屬外殼內部；

所述疏水介電層設置在所述的金屬外殼內部的下端，

所述極性導電液體(A)和非極性絕緣液體(B)相互隔離，在彎月面上接觸，并且具有不同的折射率，

所述第一電極，其由所述的金屬外殼充當，通過疏水介電層與極性導電液體(A)和非極性絕緣液體(B)分離；

第二電極，其對極性導電液體(A)起電潤濕效應作用；

所述疏水介電層具有對非極性絕緣液體(B)的可電潤濕性，該可電濕潤性在將電壓施加于第一電極和第二電極之間的情況下變化，從而使彎月面的形狀依賴于所述電壓而變化，

其中當沒有電壓被施加于第一和第二電極之間，對非極性絕緣液體(B)的疏水介電層的可電潤濕性在彎月面與介電層相交的兩側上基本上相等。

2.根據權利要求1所述用于光聲成像的電控調焦超聲探測器，其特征在于，所述環形超聲換能器包括環形壓電元件、環形背襯、匹配層及環形吸聲板，所述的環形壓電元件、環形背襯、匹配層及環形吸聲板同軸配置。

3.根據權利要求1或2所述用于光聲成像的電控調焦超聲探測器，其特征在于，所述的環形壓電元件是圓環結構,主頻為20～50MHz，帶寬為85％～115％，靈敏度為-35～-60dB；

所述的環形吸聲板的材質為玻璃纖維材料，厚度為1～5mm，內徑為3mm的圓環結構，表面光滑平整；

所述的匹配層為環氧樹脂防水膠，采用噴涂方式涂在PVDF壓電薄膜的發射/接收超聲波的表面，匹配層厚度為1～3μm。

4.根據權利要求1所述用于光聲成像的電控調焦超聲探測器，其特征在于，所述的極性導電液體(A)與非極性絕緣液體(B)均為無色透明液體，透光率不小于95％，且二者的密度相等。

5.根據權利要求1所述用于光聲成像的電控調焦超聲探測器，其特征在于，所述疏水介電層包括凸型光學鏡片、類椎體光學鏡片及疏水介電層圓管，所述凸型光學鏡片、類椎體光學鏡片及疏水介電層圓管依次粘合于一體；所述類椎體光學鏡片上部設置有凹弧型槽。

6.根據權利要求5所述用于光聲成像的電控調焦超聲探測器，其特征在于，所述的環形超聲換能器同軸設置于凸型光學鏡片上部；所述的第二電極由金屬環充當，金屬環同軸設置于凸型光學鏡片下部；電控調焦聲透鏡的電源線由所述的第一和第二電極組成，從金屬外殼的出線孔引出。

7.根據權利要求5所述用于光聲成像的電控調焦超聲探測器，其特征在于，所述的凸型光學鏡片、類椎體光學鏡片及疏水介電層圓管采用聚苯乙烯材料，其透光率不小于95％、透聲率不小于92％。

8.根據權利要求5所述用于光聲成像的電控調焦超聲探測器，其特征在于，所述的非極性絕緣液體(B)位于類椎體光學鏡片的上部，所述極性導電液體(A)位于非極性絕緣液體(B)上部，二者注滿整個聲透鏡的內腔，最終注滿的內腔內無氣泡。

9.根據權利要求1-8中任一項所述用于光聲成像的電控調焦超聲探測器的電控調焦方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)在疏水介電層內裝上所述的第二電極金屬環；分別將極性導電液體(A)與非極性絕緣液體(B)注入整個疏水介電層的內腔，注滿的內腔內無氣泡，最后對整個疏水介電層密封，其中極性導電液體(A)與非極性絕緣液體(B)不可混合的，在彎月面上接觸，并且具有不同的折射率；

(2)疏水介電層，其被安裝在所述的金屬外殼的內下部，然后將環形超聲換能器設置于疏水介電層上部，金屬外殼作為第一電極，金屬環作為第二電極，分別從所述的金屬外殼出線孔引出；

(3)根據實際需求，控制所述的外加調控電壓以改變彎月面的形狀，最終改變超聲探測器的聲焦長、焦斑直徑、焦深，其中所述彎月面具有100和140度之間的與疏水介電層的接觸角。

10.根據權利要求9所述的電控調焦方法，其特征在于，隨著外加調制電壓的增大，電濕潤效應加強，彎月面的形變增大，導致彎月面的曲率半徑減小，即聲透鏡對超聲的聚焦能力更強，聚焦超聲場焦距減小，焦點聲壓增大，焦點聲能量增強，聲束變細，聲斑能量更加聚集。