[发明专利]电磁式超声换能器及其阵列

说明书

技术领域

本发明属于超声治疗技术领域，涉及超声治疗用超声换能器，具体涉及一种电磁式超声换能器及其阵列。

背景技术

电磁式超声换能器是一种新型的超声波波源，主要由弹性振动薄片、振动线圈(或导磁振动膜)、静磁线圈(或永磁体)组成。其工作原理是：通电的线圈在磁场中受到罗伦兹力的作用，当线圈中流过的是交变电流时，振动线圈受到的力的大小和方向也会随之变化，如果把振动线圈固定在弹性振动薄片上，振动线圈所受到的罗伦兹力会使弹性振动薄片振动从而发出声波，电磁式喇叭即是利用这一原理制成的。

由于电磁式超声波换能器具有与媒质表面非接触、无需加入声耦合剂、重复性好、检测速度高等优点，因而在无损检测工作中得到广泛的应用。但是超声检测工作中所使用的电磁式超声换能器频率低，聚焦的功能很难实现，无法将该种检测式的电磁超声换能器直接应用到超声治疗中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种能够产生高频声波，可用于超声治疗的电磁式超声换能器及其阵列。该阵列可以任意分组，组成任何形状，并可灵活控制多个超声换能器阵元。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该电磁式超声换能器包括置于支撑体上的弹性板、弹性板上的导磁体、以及可使导磁体振动的磁场体，其中，导磁体的厚度为微米级。

现有技术中弹性线圈或弹性导磁膜的尺寸一般多为厘米级，这种类型的超声换能器频率多处在音频范围。由于弹性线圈或弹性导磁膜的几何尺寸越小，所产生的超声波频率越高，其产生的超声波频率最高可达兆赫兹级，本发明利用微加工技术可以把导磁体做到微米级，从而使弹性线圈或弹性导磁膜产生高频超声波。

当导磁体采用弹性导磁膜时，其厚度优选为1.0～300微米。

优选所述弹性板的厚度也为微米级。当弹性板为矩形时，优选其长度和宽度范围为10～1000微米，其厚度范围为5～500微米；当弹性板为圆形时，优选其直径范围为10～1000微米，其厚度范围为5～500微米。从而使得弹性板及其上的弹性导磁膜构成一整体，由于弹性板的尺寸越小，谐振频率越高，因此当弹性板的尺寸也为微米级，能进一步保证超声换能器的频率达到兆赫以上。

优选的是，支撑体采用软磁体，所述磁场体可包括由软磁体制成的支撑体、绕在该软磁体上的线圈以及与线圈连接的交流电源。

更优选的是，线圈在支撑体上的缠绕方向为使弹性导磁膜中产生的感应电流的方向与软磁体中磁场方向垂直的方向，这时磁场体中产生的罗伦兹力最大，对导磁体的吸力也最大，弹性板在该力的作用下产生最大的振动并发出频率极高的超声波。

进一步优选的是，所述支撑体形状可为凹形，弹性板的两端通过弹性固定材料固定在支撑体端头的两个凸部上，使支撑体中间的凹处形成气穴。凹形的软磁体便于产生与线圈缠绕方向平行的磁场，从而产生最大的罗伦兹力以吸引导磁体；凹形支撑体中间凹处形成的气穴由于阻尼小而超声衰减大，因此是弹性单元(指弹性板与其上的导磁体)产生振动的有利条件，同时也是弹性单元发出超声波的有利条件。

本发明中支撑体也可以采用其他形状，比如C型、E型，但凹形支撑体加工简单，制作成本低，因此为优选。

为了保证弹性单元所产生的超声波强度足够大，优选所述与线圈连接的交流电源的电流频率与气穴的谐振频率相等，该频率大于0.1MHz，最好为0.5MHz以上。由于气穴的谐振频率是由气穴的物理尺寸决定的。因此优选气穴的长度为10～200微米，宽度为10～200微米，厚度为10～50微米。

当导磁体采用弹性线圈时，其线径优选为0.5～100微米，线圈厚度为0.5～200微米。

弹性线圈可采用光刻线圈，通过采用半导体光刻及化学腐蚀技术将弹性线圈制作成微米级的光刻线圈。

支撑体可采用非导磁材料制成，磁场体采用缠绕有线圈的软磁体，线圈与直流电源连接，所述光刻线圈与交流电源连接。

所述软磁体形状可为凹形，支撑体固定于软磁体中间的凹部，线圈缠绕在软磁体端头的两个凸部上。

磁场体也可以采用永磁体，所述光刻线圈与交流电源连接，所述永磁体形状为凹形，支撑体固定于永磁体中间的凹部。

当磁场体采用永磁体时，也可以将支撑体置于永磁体上并与之固定连接，所述光刻线圈与交流电源连接。其中，永磁体也可以采用缠绕有线圈的软磁体代替，线圈与直流电源连接。