[發明專利]多胞元換能器

有效

• 申請號: 202110063493.3
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN112893067B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 亞歷桑德羅·斯圖爾特·薩沃亞;喬休·卡利阿諾;亞歷山大·梅拉穆德;埃里奇·S·塔馬姆
• 申請（專利權）人: 微創醫學科技有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 北京三環同創知識產權代理有限公司 11349
• 代理人: 邵毓琴

本發明涉及一種具有電聲胞元的平面陣列的換能器裝置，每個電聲胞元包括壓電雙層單元。該換能器裝置在寬的帶寬上實現了高傳輸靈敏度。根據具體應用，該換能器裝置可以被設計為具有寬的或聚集的方向性圖案，或者可以是多頻的，因此具有廣泛的應用范圍。例如，該換能器裝置可以與植入的無源超聲可激勵諧振傳感器一起使用，以例如與傳感器的諧振頻率的基于多普勒的分析一起來激勵傳感器和/或詢問傳感器，和/或用來定位所植入的傳感器。本發明還涉及一種制造該裝置的方法。

本專利申請是申請號為201580037008.8(國際申請號為PCT/IB2015/001724)、申請人為“微創醫學科技有限公司”、發明名稱為“多胞元換能器”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種新穎的電聲換能器特別是一種多胞元(cell)換能器、包括這種多胞元換能器的超聲發送器以及制造這種電聲換能器的方法。

背景技術

電聲換能器將電能轉換成聲學范圍內(例如，聲波或超聲波范圍內)的頻率的機械振蕩，并且/或者可以接收這種聲波并將機械能轉換為電能。這種轉換可以通過例如壓電裝置來實現。壓電裝置可以具有分層結構，包括一個或兩個壓電層和能夠振動的撓曲層，撓曲層通常是金屬，但也可以是非金屬材料。

聲學發送器的效率是裝置的輻射和機械換能效率的函數，并且具有一個換能器的單個元件發送器的總效率即使在機械換能率高時也可能很低。將多個換能器組合在陣列中可以克服單個元件發送器的一些缺陷，包括將可用聲功率集中到波束中，從而產生增加的源水平。Decarpigny,J.N.等人的“The design of low-frequency underwater acousticprojectors:Present status and future trends”，IEEE J.Oceanic Eng.第16卷第1期第107至122頁，1991年1月；Wilson,O.B.,“Introduction to Theory and Design of SonarTransducers”，159頁，Peninsula Publishing,Los Altos,CA,1988。陣列還可以改善信噪比和靈敏度。對于給定的聲學信號，當多個單元串聯連接時，陣列可以產生更高的電壓，而當多個單元并聯連接時，陣列可以產生更高的電流。Abbott,W.L.,Performance testingof sonar transducers,Sound and Vibration,第19卷第12期第8頁，1985年。然而，密集陣列的各個元件之間的相互作用可能導致每個換能器元件上取決于其在陣列中的位置的不同聲學負載，這可能導致陣列中每個元件的體積速度的變化。Sherman,C.H.,“Analysisof acoustic interactions in transducer arrays”，IEEE Trans.Sonics andUltrasonics,SU-13,第1期第9至15頁，1966年。這會導致每個陣列元件的體積強度的顯著變化。因此，盡管換能器陣列可以提供功率和信噪比的改進，但是陣列的元件之間的相互作用實際上能夠降低學輸出功率；在極端情況下，陣列的各個元件可以具有負的輻射阻抗因而實際上吸收聲功率。當換能器元件與輻射場的波長相比較小并且當它們具有高效率時，這種相互作用可能特別成問題。

電聲換能器可以用在揚聲器、麥克風和超聲波收發器中。在醫療設備領域中，這樣的換能器可以與可植入諧振傳感器如無源諧振超聲可激發傳感器結合使用，如例如在Girmonsky的美國專利No.7,134,341、Kaplan的美國專利No.5,619,997和Kaplan的美國專利No.5,989,190中描述的。在這樣的系統中，電聲換能器是生成超聲波作為所植入的傳感器的輸入的外部單元，并且可以從所植入的傳感器接收表示關于由傳感器檢測的被測變量的信息的超聲信號，從而將這些信號轉換為電信號以便處理成用戶可讀格式。