專(zhuān)利名稱(chēng)：雙向機(jī)械電換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及施加并檢測(cè)聲學(xué)或機(jī)械振動(dòng)，以及提供和傳送對(duì)應(yīng)于振動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的電信號(hào)。更特別地，本發(fā)明涉及一種機(jī)械電換能器，用于施加并檢測(cè)振動(dòng)，以及提供和傳送對(duì)應(yīng)于所施加和檢測(cè)的振動(dòng)參數(shù)的電信號(hào)。
機(jī)械能和電能(振動(dòng)、力、加速度)之間的換能器具有許多用途，并存在于許多具體裝置中。通常，例如采用兩個(gè)或三個(gè)獨(dú)立的換能器通過(guò)使懸掛在彈簧系統(tǒng)上的重物相對(duì)于基準(zhǔn)框架移動(dòng)來(lái)檢測(cè)三個(gè)正交方向的加速度。
從GB2.055.01 8和EP118.329可知現(xiàn)有的換能器，具有懸掛在壓電彈性“薄層”或壓電細(xì)絲中心的重物，用于地震和聲學(xué)探測(cè)。
也可以在GB2.166.022發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)，該公開(kāi)文本示出一種揚(yáng)聲器形式的換能器，即從電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)，并且使用一個(gè)懸掛在壓電薄揚(yáng)聲器振膜中心的重物，該振膜可以利用徑向切割線分成多個(gè)薄層狀區(qū)域。由于眾所周知揚(yáng)聲器還可以用作麥克風(fēng)，因此最后所述的公開(kāi)文本要視為論述一種雙向換能器。但是，該公開(kāi)文本的中心意思在于通過(guò)增加中心物體可以降低揚(yáng)聲器的有用頻率范圍。
本發(fā)明目的在于提供一種雙向換能器，優(yōu)于在先已知的方案，能夠產(chǎn)生方向效應(yīng)并且提供改進(jìn)的發(fā)射和檢測(cè)，特別是和生物組織中的回波測(cè)量結(jié)合起來(lái)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種如權(quán)利要求1限定的雙向機(jī)械電換能器。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例體現(xiàn)在所附的從屬權(quán)利要求中。
在下文中，通過(guò)示例性的實(shí)施例并參照附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，其中

圖1示出本發(fā)明的換能器的第一實(shí)施例，其中在懸掛扇區(qū)具有傳送和接收行為；圖2示出具有活性中心物體實(shí)施例；圖3a和3b示出具有中心物體拉緊結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例；圖4a和4b示出第二個(gè)這種實(shí)施例；以及圖5示意地示出具有信號(hào)定相的實(shí)施例。
圖1中顯示本發(fā)明的換能器1的第一實(shí)施例。在環(huán)形框架2內(nèi)，中心物體4懸掛在扁平懸掛結(jié)構(gòu)3內(nèi)，該懸掛結(jié)構(gòu)3的形式為多個(gè)扇區(qū)形式的的彈性片5，在該例中是八個(gè)這種扇區(qū)5。
在圖1所示的實(shí)施例中，框架2還通過(guò)彈性帶7形式的外部彈性懸掛結(jié)構(gòu)懸掛在外部框架6上，但是這種具有外部懸掛結(jié)構(gòu)的外部框架6對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)不是必須的。
信號(hào)導(dǎo)線8引向并引自扇區(qū)5，并且可能引向并引自中心物體4，并且接頭9布置在外部框架6上。在框架2之內(nèi)沒(méi)有進(jìn)一步詳細(xì)地示出導(dǎo)線8，但是引向并引自每個(gè)對(duì)應(yīng)的扇區(qū)5，并且可能引向并引自中心物體4。
每個(gè)扇區(qū)片5的外邊可以連接在環(huán)2的兩部分之間，并且在內(nèi)“點(diǎn)”連接在和中心物體4連續(xù)的兩個(gè)半球形之間。扇區(qū)片5例如由PVDF(聚偏氟乙稀)制成，該材料具有壓電特性，并且能夠?qū)㈦娸斎胄盘?hào)轉(zhuǎn)化為振動(dòng)，該可以傳播到換能器前面(上面)的介質(zhì)，例如生物組織，并且沖擊振動(dòng)波沖擊扇區(qū)(或多個(gè)扇區(qū))，轉(zhuǎn)換為電輸出信號(hào)。每個(gè)扇區(qū)5獨(dú)立地可對(duì)獨(dú)立的導(dǎo)線8尋址。
在該第一實(shí)施例中，中心物體4只是一個(gè)重物，當(dāng)換能器裝配成例如手持式檢查裝置的前部時(shí)，該重物例如和病人的皮膚結(jié)合，從而換能器的中心部分被向后推壓。這導(dǎo)致扇區(qū)5相對(duì)于未裝配位置成一定角度，這樣，獲得聚焦效應(yīng)，例如圖1所示。另外，應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)具有彈性外部懸掛結(jié)構(gòu)7時(shí)，如圖1所示，在這里也發(fā)生向下彎曲。在沒(méi)有該結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，扇區(qū)的偏角將更加傾斜。
利用所示類(lèi)型的換能器，可以利用一個(gè)或多個(gè)扇區(qū)傳送振動(dòng)，并且同時(shí)，另一個(gè)或其他一些扇區(qū)可以接收所反射的振動(dòng)，即回波。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)后處理來(lái)自不同扇區(qū)的接收信號(hào)而可能剔除不希望的信號(hào)，即噪波。也可能將相對(duì)相位的噪波信號(hào)耦合到例如一個(gè)特定扇區(qū)的信號(hào)導(dǎo)線，以便去除該扇區(qū)的接收信號(hào)的噪波部分。將被耦合的噪波信號(hào)可以來(lái)自例如外部懸掛結(jié)構(gòu)7上的壓電元件，該元件也將接收輸入噪波信號(hào)，或者來(lái)自獨(dú)立布置的傳感器。
在圖2所示的實(shí)施例中，中心物體4也是“活性的”，即該中心物體本身包含壓電元件10和11，在該實(shí)施例中，壓電元件10用于傳輸振動(dòng)，壓電元件11用于接收被反射的振動(dòng)。至于其他，換能器和圖1所示構(gòu)造相同。引向中心物體壓電元件的信號(hào)導(dǎo)線沒(méi)有表示在圖2中，但是它們沿扇區(qū)5上的通道連接于中心物體4。
在所示的實(shí)施例中，壓電元件10和11由壓電材料鑲鑄為“半月形”。這里所說(shuō)明的實(shí)施例的使用方式例如是中心物體壓電元件10傳輸高頻振動(dòng)，優(yōu)選地在5-10MHz的范圍內(nèi)(但是不限于該范圍)，以便進(jìn)行回波多普勒探查。元件11拾取被反射的振動(dòng)。
當(dāng)利用中心物體4進(jìn)行回波多普勒探查的同時(shí)，扇區(qū)5或者其中一些可以用于普通的聽(tīng)診，即僅僅從人體監(jiān)聽(tīng)聲學(xué)振動(dòng)。
圖3a和3b示出本發(fā)明的換能器的一個(gè)實(shí)施例，其中可以改變和控制扇區(qū)的傾斜度(相比于如上所述通過(guò)按壓中心物體表面而得到的傾斜度)。這可以通過(guò)將中心物體4設(shè)計(jì)為具有延伸后部14而實(shí)現(xiàn)，其中延伸后部14被套筒15夾持，其方式為套筒可以圍繞后部14上的下部球或膨大部分(未示出)旋轉(zhuǎn)，從而當(dāng)套筒15旋轉(zhuǎn)向下移動(dòng)時(shí)后部(并進(jìn)而中心物體)可以被向下拉動(dòng)。這種旋轉(zhuǎn)向下移動(dòng)由旋轉(zhuǎn)頭2引起，從而由多個(gè)撐條12夾持的內(nèi)螺紋部分16和螺栓17上的螺紋合作引起豎直移動(dòng)。因此，以此方式可以調(diào)整扇區(qū)5的角度和張緊。
如圖3a、3b所示，撐條12連接于環(huán)2，從而張緊將只影響到具有扇區(qū)5的換能器的主體部分。但是，圖4a和4b示出一種變形，其中撐條12連接于外環(huán)6。這意味著外部懸掛結(jié)構(gòu)也將由調(diào)整系統(tǒng)12-17張緊和傾斜。
撐條12的彎曲形狀是合適的，但是不是必須的。
而且，如圖3和4所示的換能器變形與如圖1和2所示的實(shí)施例工作原理相同。
圖5示意地示出一個(gè)實(shí)施例，其中可能提供有對(duì)施加于獨(dú)立的壓電扇區(qū)5的信號(hào)的詳細(xì)控制，以及對(duì)將被傳輸?shù)臋C(jī)械振動(dòng)波的定向控制。它采用天線技術(shù)例如移動(dòng)電話領(lǐng)域中所公知的原理，其中包含多個(gè)天線元件的天線按照相互間很小的延時(shí)或相移被“激發(fā)”，從而在從整個(gè)天線出來(lái)的方向上獲得相長(zhǎng)干涉。(這種原理也應(yīng)用于接收/監(jiān)聽(tīng)，即在相連接的接收器電子裝置上按照“定相序列”開(kāi)有“監(jiān)聽(tīng)窗”，并且部分信號(hào)按照以特定方向有效地進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)的方式加入。)這樣，通過(guò)使控制單元21經(jīng)由多線電纜20和復(fù)式接頭19和9以及導(dǎo)線8向扇區(qū)5，以及向每個(gè)對(duì)應(yīng)的扇區(qū)上的觸點(diǎn)18傳輸相移的(并且可能調(diào)整強(qiáng)度的)信號(hào)，進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)波的定向和定相傳輸，從而對(duì)應(yīng)的扇區(qū)接收被相位控制的信號(hào)。(通過(guò)另外的活性壓電扇區(qū)區(qū)域的徑向分隔以及向其提供獨(dú)立的信號(hào)，也可以獲得進(jìn)一步的詳細(xì)控制。)在其他方面，信號(hào)導(dǎo)線8和觸點(diǎn)18只是示意性示出，例如不是所有的導(dǎo)線8表示為連接于接頭9，但是當(dāng)然這是目的。圖5中，為了簡(jiǎn)化，換能器表示為沒(méi)有外部框架的實(shí)施例，但是這種如其他附圖所示的外部框架6當(dāng)然也可以用在這種“定相”實(shí)施例中。
根據(jù)同樣的定相原理當(dāng)然也可以進(jìn)行接收/監(jiān)聽(tīng)。控制單元21中的計(jì)算機(jī)/計(jì)算單元根據(jù)編程算法處理傳輸和接收中的信號(hào)相位。
權(quán)利要求
1.雙向機(jī)械電換能器，用于發(fā)射和拾取機(jī)械振動(dòng)，所述換能器包括懸掛在至少一個(gè)壓電彈性懸掛結(jié)構(gòu)(3)上的中心物體(4)，該壓電彈性懸掛結(jié)構(gòu)(3)依次安裝在外圍框架(2)上，以及連接于懸掛結(jié)構(gòu)的信號(hào)導(dǎo)線(8)，其特征在于，所述懸掛結(jié)構(gòu)(3)和所述中心物體(4)利用所述懸掛結(jié)構(gòu)(3)的扇區(qū)分區(qū)基本上同時(shí)地傳輸機(jī)械振動(dòng)并接收該振動(dòng)，所述懸掛結(jié)構(gòu)(3)具有用于每個(gè)扇區(qū)(5)的獨(dú)立信號(hào)導(dǎo)線。
2.如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，懸掛結(jié)構(gòu)(3)的至少一個(gè)扇區(qū)(5)用于傳輸，同時(shí)至少另外一個(gè)扇區(qū)(5)基于該傳輸接收回波信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的換能器，其特征在于，它可以以如下方式使用，當(dāng)檢查時(shí)所述中心物體(4)可以被迫壓向組織表面，從而張力施加于所述扇區(qū)(5)上，同時(shí)扇區(qū)傾斜，這樣將更加定向地傳輸和接收信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，中心物體(4)配備有至少一個(gè)壓電元件(10、11)，用于傳輸和可能地接收機(jī)械振動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1或4所述的換能器，其特征在于，具有接收功能的不同扇區(qū)(5)，還可能是中心物體(4)上的接收壓電元件(11)，連接用于電結(jié)合特定的不希望的頻率、噪波消除。
6.如權(quán)利要求1或4所述的換能器，其特征在于，外圍框架(2)進(jìn)一步利用外部彈性懸掛結(jié)構(gòu)(7)懸掛在外部框架(6)上，該外部彈性懸掛結(jié)構(gòu)(7)也配備有壓電元件以提供接收信號(hào)用于通過(guò)和來(lái)自接收扇區(qū)(5)以及可能來(lái)自中心物體(14)上的接收壓電元件(11)的接收信號(hào)結(jié)合來(lái)消除噪波。
7.如權(quán)利要求1或4所述的換能器，其特征在于，具有接收功能的扇區(qū)(5)還用于從特定的外部傳感器接收電信號(hào)，用以消除含有不希望的噪波的特定信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，通過(guò)連接用于定相引向和引自扇區(qū)(5)的信號(hào)的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)定向傳輸和接收。
9.如權(quán)利要求4所述的換能器，其特征在于，中心物體(4)具有獨(dú)立的壓電元件(10)用于傳輸頻率范圍在5-10MHz的超聲信號(hào)，以及獨(dú)立的壓電元件(11)用于接收這些信號(hào)的反射，以進(jìn)行可能與所述懸掛結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)扇區(qū)(5)的聲學(xué)應(yīng)用同步的回波多普勒探查。
10.如權(quán)利要求1所述的換能器，其特征在于，中心物體(4)張緊地連接于布置在所述懸掛結(jié)構(gòu)(3)的后側(cè)的張緊結(jié)構(gòu)(12、13、15、16、17)，從而所述中心物體(4)能夠被拉向后側(cè)以為所述扇區(qū)(5)提供張力和傾斜位置。
11.如權(quán)利要求10所述的換能器，其特征在于，所述張緊結(jié)構(gòu)(12、13、15、16、17)剛性地連接于外圍框架(2)。
12.如權(quán)利要求10所述的換能器，其特征在于，所述張緊結(jié)構(gòu)(12、13、15、16、17)剛性地連接于外部框架(6)，其中外圍框架(2)利用外部彈性懸掛結(jié)構(gòu)(7)懸掛，從而當(dāng)中心物體(4)張緊時(shí)，懸掛結(jié)構(gòu)的扇區(qū)(5)以及外部彈性懸掛結(jié)構(gòu)(7)被提供有張力和傾斜位置。
全文摘要
在一種用于發(fā)射和拾取機(jī)械振動(dòng)的換能器中，中心物體(4)懸掛在外圍框架(2)上的壓電彈性懸掛結(jié)構(gòu)(3)上。該懸掛結(jié)構(gòu)(3)被分隔成扇區(qū)，并且具有用于每個(gè)對(duì)應(yīng)扇區(qū)(5)的獨(dú)立的信號(hào)導(dǎo)線，從而可以由不同的扇區(qū)(5)同時(shí)傳輸和接收振動(dòng)。此外，中心物體(4)可以配備有其自身的壓電元件。
文檔編號(hào)G01H11/08GK1437456SQ01811578
公開(kāi)日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2001年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月23日
發(fā)明者比格爾·奧騰 申請(qǐng)人:梅迪特龍股份有限公司