[发明专利]超声换能器装置和方法

说明书

一种超声换能器可以包括：多个电容式超声换能器元件；以及基座，基座具有最大尺寸，其大小和形状调整为设置在外耳道内，其中多个电容式超声换能器安装在基座上。每个电容式超声换能器元件和超声换能器都被专门构造以实现选择的所需性能特征。超声换能器可以具有大于15度的通过气体介质传播的角波束和沿着超声换能器的主传输轴在12.5mm至25mm距离处测量的大于10dB的通过气体介质的衰减损失。超声换能器对于表征耳鼓后面的流体以诊断中耳炎可能特别有用。

交叉引用

本申请要求于2019年8月28日提交的美国临时申请第62/892,930号的权益，该申请通过引用并入本文。

背景技术

膜的弹性或流体的粘度的测定可能对包括医学诊断、医学成像、制造质量控制、食品表征、工业过程分析等的各种领域感兴趣。在许多应用中，使用尺寸小的空气耦合换能器测量反射的超声信号可能是有益的。然而，小尺寸可能对换能器性能构成重大挑战。

在一个示例中，表征与生物膜相邻的流体可能是有益的。对生物膜的物理访问可能受到限制。此外，耦合凝胶可能不适用于某些生物膜。鉴于上述情况，需要用于小型空气耦合超声装置的改进系统、装置和方法。

本申请可能与共同拥有的美国专利公开2018/0310917和美国专利公开2017/0014053相关，其中每一个都通过引用整体并入。

以下参考文献可能感兴趣：美国专利7,545,075、美国专利8,531,919、美国专利9,925,561、美国专利9,925,561、美国专利7,545,075、美国专利公开2014/0265720、美国专利公开2010/0173437、美国专利公开2014/0265720和美国专利公开2012/0068571，其中每一个都通过引用整体并入。

发明内容

传统的超声换能器可能需要与耦合流体一起使用，以将待表征的材料的阻抗与超声换能器匹配，因为材料和换能器之间的典型介质(例如，空气)可能具有与换能器和/或待测量的材料严重不匹配的声阻抗。因此，某些应用可能需要空气耦合的换能器装置。在一个示例中，可能需要使用空气耦合超声来表征耳朵鼓膜的相对侧上的流体，而不是用超声凝胶填充耳道。类似地，在该示例中，可能同时希望使装置小型化以减少超声与空气的散射和相干性的损失。对于空气耦合换能器装置和系统而言，可能难以获得的足够强度、空间相干性、小发散和/或相位稳定性中的一个或多个可以通过使换能器装置更小而另外受到影响。

本公开提供了超声换能器元件、超声换能器及其使用和制造的系统和方法。

本文公开了一种超声换能器，包括多个电容式超声换能器元件；以及基座，基座具有最大尺寸(dimension)，其大小和形状调整为设置在外耳道内，其中多个电容式超声换能器元件安装在基座上；其中超声换能器具有大于15度的通过气体介质传播的角波束和沿着超声换能器的主传输轴在12.5mm至25mm距离处测量的大于10dB的通过气体介质的衰减损耗。基座的最大尺寸可以小于3mm。多个电容式超声换能器元件可以具有1.0MHz和3.0MHz之间的共振频率。每个电容式超声换能器元件可以具有直径在10和100微米之间的工作表面。超声换能器可以具有小于1.5mm的边缘长度。多个电容式超声换能器元件可以包括至少20个电容式超声换能器元件。多个超声换能器可以具有2.5pF和10.0pF之间的平均电容。超声换能器可以被配置为设置在耳镜的窥器内。多个电容式超声换能器元件中的一个或多个可以在换能器元件中的一个或多个的工作表面中具有多个开口。多个开口可以布置成直径至少10微米的圆形。多个开口可以包括每个电容式超声换能器元件的至少三个释放孔。多个开口的形状可以是圆形。多个开口的形状可以是弯曲的。多个开口可以包括具有至少0.4微米的狭缝宽度和至少2微米的弹簧长度的释放狭缝。多个超声换能器元件可以以六边形最密堆积结构布置在基座上。多个超声换能器元件可以布置在基座上的圆形区域内，圆形区域的直径等于边缘长度。多个超声换能器元件可以布置在基座上的矩形区域内，矩形区域的最长边等于边缘长度。