[发明专利]柔性超声面阵的制作方法、柔性超声面阵及超声成像方法

权利要求书

1.一种柔性超声面阵的制作方法，其特征在于，包括：

在第一柔性电极基底的第一表面制作上电极，在第二柔性电极基底的第一表面制作下电极；其中，所述上电极包括位于a行b列的a*b个第一超声阵元接触点，所述下电极包括对应的a*b个第二超声阵元接触点；

利用导电粘结剂将a*b个超声阵元分别与所述上电极的所述第一超声阵元接触点及所述下电极的所述第二超声阵元接触点粘接；

填充所述超声阵元之间的缝隙，并加热固化；

分别在所述第一柔性电极基底的第二表面以及所述第二柔性电极基底的第二表面制作石墨烯压阻阵列；其中，所述石墨烯压阻阵列包括多个石墨烯压阻元件；

所述石墨烯压阻元件包括高电阻部分和低电阻部分；其中，所述高电阻部分包括预设数量的第一电阻，所述预设数量的第一电阻平行排列，所述第一电阻对于长度方向的形变敏感；所述低电阻部分包括两个第二电阻，所述两个第二电阻分别连接在所述预设数量的第一电阻的两端，用于为所述预设数量的第一电阻提供与外电路的电连接，所述第二电阻对于任何方向的形变均不敏感。

2.根据权利要求1所述的柔性超声面阵的制作方法，其特征在于，所述石墨烯压阻阵列包括c*d个所述石墨烯压阻元件，各个所述石墨烯压阻元件均匀分布于c行d列，且相邻所述石墨烯压阻元件的敏感方向相互垂直。

3.根据权利要求1所述的柔性超声面阵的制作方法，其特征在于，所述分别在所述第一柔性电极基底的第二表面以及所述第二柔性电极基底的第二表面制作石墨烯压阻阵列，具体包括：

利用激光直写法分别在所述第一柔性电极基底的第二表面以及所述第二柔性电极基底的第二表面制作石墨烯压阻阵列。

4.根据权利要求1所述的柔性超声面阵的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：利用导电粘结剂将金属片和压电陶瓷片粘结形成所述超声阵元；

所述利用导电粘结剂将a*b个超声阵元分别与所述上电极的所述第一超声阵元接触点及所述下电极的所述第二超声阵元接触点粘接，具体包括：利用所述导电粘结剂将a*b个所述超声阵元的所述金属片与所述下电极的所述第二超声阵元接触点粘接，并将所述压电陶瓷片与所述上电极的所述第一超声阵元接触点粘结。

5.根据权利要求1所述的柔性超声面阵的制作方法，其特征在于，所述上电极包括对应于每个所述第一超声阵元接触点的第一外电路接触点，所述下电极包括与各个所述第二超声阵元接触点共地连接的第二外电路接触点；所述石墨烯压阻元件包括位于所述石墨烯压阻元件端部的两组第三外电路接触点；

在所述分别在所述第一柔性电极基底的第二表面以及所述第二柔性电极基底的第二表面制作石墨烯压阻阵列之后，所述方法还包括：

将所述第一外电路接触点、所述第二外电路接触点及所述第三外电路接触点分别引线连向对应的外电路接口；其中，所述第一外电路接触点及所述第二外电路接触点对应的所述外电路接口用于连接超声信号发射、接收及控制电路；所述第三外电路接触点对应的所述外电路接口用于连接多通道万用表，所述多通道万用表连接记录超声成像数据的计算机。

6.根据权利要求1所述的柔性超声面阵的制作方法，其特征在于，所述导电粘结剂的材料包括银浆；所述方法还包括：

将聚二甲基硅氧烷母液和硬化剂按照预设质量比混合，搅拌、去除气泡后加热固化，形成所述第一柔性电极基底及所述第二柔性电极基底。

7.一种柔性超声面阵，其特征在于，所述柔性超声面阵采用权利要求1至6任一所述的柔性超声面阵的制作方法制作而成。

8.一种基于权利要求7所述的柔性超声面阵的超声成像方法，其特征在于，包括：

测量石墨烯压阻元件的电阻或电导变化，并根据预先获得的校准曲线得到所述石墨烯压阻元件对应位置的形变情况；

根据所述石墨烯压阻元件对应位置的所述形变情况及超声阵元的初始位置信息获取超声阵元的新位置信息；

根据所述超声阵元的新位置信息进行超声成像。

9.根据权利要求8所述的柔性超声面阵的超声成像方法，其特征在于，当柔性超声阵列形变时的弯曲曲率小于预设阈值时，所述超声阵元的新位置信息表示为：

其中，x'_ij、y'_ij以及z'_ij分别表示在柔性超声面阵发生形变后第i行第j列的所述超声阵元沿x、y、z方向的坐标值；x、y表示相互垂直的石墨烯压阻元件的敏感方向，z表示垂直于x、y平面的方向；x_ij、y_ij表示所述柔性超声面阵发生形变前第i行j列的所述超声阵元沿x、y方向的坐标值；m、n表示在(0,0)、(x_ij,0)、(0,y_ij)、(x_ij,y_ij)构成的矩形区域内石墨烯压阻阵列中石墨烯压阻元件的行数和列数；表示石墨烯压阻元件分别沿x、y方向的拉伸/压缩比例，由石墨烯压阻元件的应变计算得到，计算式为：

其中，u表示石墨烯压阻元件位于第一柔性电极基底上，d表示石墨烯压阻元件位于第二柔性电极基底上，表示位于第一柔性电极基底上的第m行n列的石墨烯压阻元件沿x方向产生的应变，表示位于第一柔性电极基底上的第m行n列的石墨烯压阻元件沿y方向产生的应变，表示位于第二柔性电极基底上的第m行n列的石墨烯压阻元件沿x方向产生的应变，表示位于第二柔性电极基底上的第m行n列的石墨烯压阻元件沿y方向产生的应变；上述应变的计算方式如下：

其中，T为柔性超声阵列的厚度，为一定值；表示在石墨烯压阻阵列中第m行n列的石墨烯压阻元件沿x方向产生的弯曲曲率，表示在石墨烯压阻阵列中第m行n列的石墨烯压阻元件沿y方向产生的弯曲曲率；分别表示第m行n列的石墨烯压阻元件基于x方向形变得到的所述校准曲线的电导值、斜率及截距；分别表示第m行n列的石墨烯压阻元件基于y方向形变得到的所述校准曲线的电导值、斜率及截距；

的估算表达式为：

其中，x_mn表示第m行n列石墨烯压阻元件的几何中心点沿x方向的坐标值，y_mn表示第m行n列石墨烯压阻元件的几何中心点沿y方向的坐标值，y_m,n+1表示第m行(n+1)列石墨烯压阻元件的几何中心点沿y方向的坐标值，y_m,n-1表示第m行(n-1)列石墨烯压阻元件的几何中心点沿y方向的坐标值，x_m+1,n表示第(m+1)行n列石墨烯压阻元件的几何中心点沿x方向的坐标值，x_m-1,n表示第(m-1)行n列石墨烯压阻元件的几何中心点沿x方向的坐标值；

当(m+1)、(m-1)、(n+1)、(n-1)中任一个值不存在导致以上公式无法成立时，利用以下公式中的一种对上述无法成立的公式进行替换，使公式成立：

的估算表达式为：

其中，表示第m行(n+1)列的石墨烯压阻元件沿x方向产生的弯曲曲率，表示第m行(n-1)列的石墨烯压阻元件沿x方向产生的弯曲曲率；

同样地，当(m+1)、(m-1)、(n+1)、(n-1)中任一个值不存在导致以上公式无法成立时，利用以下公式中的一种对上述无法成立的公式进行替换，使公式成立：