[发明专利]满足多频率需求的宽频带超声换能器复合机构

说明书

技术领域

本发明涉及具有能量转换的微机电系统技术领域，尤其涉及一种满足多频率需求的宽频带超声换能器复合机构。

背景技术

现代医学影像技术包括超声成像、X-CT断层成像、放射性同位素扫描成像和核磁共振等。其中，超声成像技术具有实时性好、无电离辐射等性能，在诊断应用功率范围内对人体无损害，可重复使用且成本低、携带方便而得到广泛应用。尤其对生物软组织鉴别能力强，在对软组织疾患诊断上具有优势，诸如能显示剖面图、获得血流信息、异常器官、心脏和血流等的实时的动态成像。而作为超声成像和超声治疗系统核心部件的超声传感器广泛应用于医学诊断和治疗，以及工程应用领域中的无损检测等。

目前，压电式超声换能器的应用占主导地位。相对于压电式超声换能器，电容式微机械超声换能器（CMUT）因其易成批生产，成本低，频域宽、应用时无需匹配层而受到关注，被认为是取代压电式超声换能器的产品。当今，现有的CMUT单个的单元结构的频率响应只是单个某一频率频带的特征频率响应。（如果该CMUT单元结构或其阵列结构用于发射和接收，则两种操作模式就会相互干扰。）以往的超声传感器局限于单一功能，或用于医学成像，或用于医学治疗等。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足多频率需求的宽频带超声换能器复合机构，能够提供宽范围的频宽和满足不同频率的需要，提高超声成像的清晰度。

本发明采用的技术方案为：

一种满足多频率需求的宽频带超声换能器复合机构，包括由下到上依次设置的底部的第一电极层、绝缘层、低频、高频腔体层、绝缘弹性振动膜层和第二电极层，第一电极层采用第一电极片，第一电极片的上表面与绝缘层的下表面连接，低频、高频腔体层包括低频绝缘支撑板和框体结构的高频绝缘支撑体，低频绝缘支撑板的下表面连接绝缘层的上表面，低频绝缘支撑板的上表面连接绝缘弹性振动膜层的下表面，低频绝缘支撑板上设有一排上下通透的通槽，每个通槽与绝缘层和绝缘弹性振动膜层构成一个低频真空腔，每个低频真空腔内设有一个高频绝缘支撑体，高频绝缘支撑体的上表面与绝缘弹性振动膜层下表面贴合，且高频绝缘支撑体的下表面与绝缘层上表面不接触，第二电极层包括多个第二电极片，每个第二电极片的下表面与绝缘弹性振动膜层的上表面连接，且每个低频真空腔上方对应设置一个第二电极片；初始状态下，当第一电极片和第二电极片之间未加电压时，通槽、绝缘弹性振动膜和绝缘层构成低频真空腔；当第一电极片和第二电极片间施加的交流电压不超过低频真空腔的塌陷电压时，绝缘弹性振动膜层做上下往复振动动作，且高频绝缘支撑体下表面与绝缘层上表面不接触；当第一电极片和第二电极片间施加的交流电压超过低频真空腔的塌陷电压时，绝缘弹性振动膜层做上下往复振动动作，且高频绝缘支撑体下表面与绝缘层上表面接触，高频绝缘支撑体内的空间、绝缘层和绝缘弹性振动膜形成高频真空腔。

所述的绝缘弹性振动膜层采用一整个绝缘弹性振动膜或者采用多个小绝缘弹性振动片，每个小绝缘弹性振动片对应设于每个通槽的上方并密封连接。

所述的通槽的深度大于高频绝缘支撑体的高度。

本发明通过由下到上依次设置的底部的第一电极层、绝缘层、低频、高频腔体层、绝缘弹性振动膜层和第二电极层构成一个整体的复合机构，在复合机构中又通过低频绝缘支撑板上设有的一排通槽与绝缘层和绝缘弹性振动膜层构成一个低频真空腔，通过每个低频真空腔及上方的第二电极片、下方的第一电极片构成一个独立的单元结构，独立的单元结构可以自由控制；通过控制独立的单元结构，使得独立的单元结构可以工作在高频状态，也可以工作在低频状态，并且能够分时控制，提供宽范围的频宽和满足不同频率需要，从而应用于多频需求的场合。

本发明的有益效果有：

1、在医学实践中，根据需要变换高频或低频部分起作用，分别应用于医学诊断或医学治疗，而不需要分别应用两套独立设备或系统来分别满足诊断和治疗。

2、同时，该复合机构通过阵列的排列，组成混合单元，增加复合机构的频宽，能有效的提高超声成像的清晰度。

3、本发明可应用于超声检测，如超声导航、测距、定位和工业超声无损检测（NDE）。

附图说明

图1为本发明的结构示意剖视图；

图2为本发明的绝缘弹性振动膜层采用一整个绝缘弹性振动膜的低频状态下的结构示意剖视图；

图3为本发明的绝缘弹性振动膜层采用多个小绝缘弹性振动片的低频状态下的结构示意剖视图；