[实用新型]由不等效空间高度的各基元组成的电容式超声传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子元器件领域，具体地，涉及由不等效空间高度的各基元组成的电容式超声传感器。

背景技术

电容式微加工超声传感器是一种有着广泛用途的静电传感器。超声传感器可以在液体，固体和气体等多种介质里工作。超声传感器已经应用在医药诊断和治疗，无损伤材料测试，声纳，通讯，接近传感器，流量测量，实时工艺控制，超声显微镜等领域里。

电容式微加工超声传感器的基本结构是一个固定下电极和活动上电极的平行板电容。活动上电极依附在一个可变形的薄膜上用来传送超声波到临近的介质和从临近的介质中接收（RX）超声波。直流偏置电压可以加在传感器两电极之间用来设置薄膜到一个优化位置以得到最佳的灵敏度和带宽。发射(TX)时，一个交流电压加在传感器上。相应的静电力移动薄膜以传送超声能量到临近的介质。 接收时，介质中的超声波引起传感器薄膜震动从而改变传感器的电容。电容变化能用相应的接收电路探测到。

一个完整的电容式超声传感器或传感器阵元都是由多个基元组成。 电容式微加工超声传感器的基元一般来说都做成完全一样的，所以整个传感器阵元表面的传感效应（transducing efficiency）都是一样的。但在超声成像时，为了得到更好的发射波束，希望传感器或传感器阵元的的传感效应不是每处都一样，而是有一定的分布。这种设计很难用传统的技术在一个传感器阵元上实现。

但是，在超声成像时，为了得到更好的发射波束，希望传感器或传感器阵元的传感效应不是每处都一样，而是有一定的分布。这种设计很难用传统的压电陶瓷技术在一个传感器阵元上实现。因此现有的基于压电陶瓷技术的系统，只好通过使用更复杂的传感器列阵和控制电路和系统，来实现孔径孔障从而优化成像。例如，为了用孔径孔障提高2维超声图像的质量，代替一般的1D列阵探头，人们使用1.5D、1.75D、甚至2D的列阵探头，这极大地增加了探头和系统的复杂性和成本，因此只有较少的高端超声诊断系统上才有此功能。

而如果在1D列阵探头的阵元中实现了设计要求的传感效应分布，那么在几乎不增加任何探头和系统的复杂性和成本的情况下实现了孔径孔障从而优化成像。如果在几乎不增加任何探头和系统的复杂性和成本的情况下实现了孔径孔障从而优化成像，不管是高端系统还是低端系统都能受益，从而可以提高医用超声系统的整体成像质量，对帮助提高医疗诊断水平会有很大的作用。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成像质量差、制作复杂、尺寸不够精确与成本高等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述超声传感器效应没处都一样的问题，提出由不等效空间高度的各基元组成的电容式超声传感器，以实现成像质量高、制作方便、尺寸精确与成本低的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：由不等效空间高度的各基元组成的电容式超声传感器，包括至少两个基元，在每个基元的上、下电极（第一、第二电极）之间具有一个等效传感空间；其中至少有两个基元的等效传感空间不一样。

进一步地，每个基元具有一个均匀的等效传感空间；其中至少有两个基元的等效传感空间的高度不一样，形成超声传感器等效传感效应的不均匀分布。

进一步地，每个基元的上、下电极均为平面电极，在上、下电极之间形成均匀等效传感空间。

以上方案是根据空间的等效几何形状，即上、下电极的表面形状以及在其表面存积的介质绝缘层进行的。传感器的传感效应的好坏主要是被此传感空间决定的。因此通过改变传感器中不同位置的基元中的传感空间的等效宽度来达到在传感器或传感器阵元面积内希望的传感效应分布。相对于用改变传感器薄膜的几何形状或大小来改变各个基元的传感器效应，这种做法能在改变传感基元的传感效应时仍能保持所有基元的频谱的一致性。而且用传感空间来改变传感效应的传感器的微机电制作工艺可以和各处传感效应一样的传感器的制作工艺相仿，从而不增加制作工艺的难度。

本实用新型具有以下有益效果：

⑴超声传感器的不均匀等效传感空间改善了发射波束，大大提高了成像质量；

⑵本实用新型适合微加工工艺要求，在加工上、下电极表面时，不会增加制作工艺的难度；

⑶制作方便，尺寸精确，成本低。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。