Ультразвуковое преобразовательное устройство и способ передачи и приема ультразвуковых волн

Использование: для передачи и приема ультразвуковых волн. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковое преобразовательное устройство содержит множество преобразовательных элементов для передачи и приема ультразвуковых волн, каждый из которых имеет подложку и гибкую мембрану, расположенную на некотором расстоянии от подложки. Предусмотрен блок управления переменным напряжением для управления переменным напряжением, поданным на каждый из преобразовательных элементов, а также блок управления постоянным напряжением для управления постоянным напряжением смещения, поданным на преобразовательные элементы, для того чтобы привести гибкие мембраны в режиме схлопывания в контакт с подложкой. Блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью временного отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов во время работы ультразвукового преобразовательного устройства для ограничения режима схлопывания. Технический результат: обеспечение возможности реализации ультразвукового преобразовательного устройства, имеющего высокую чувствительность и повышенный срок службы. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к ультразвуковому преобразовательному устройству и к способу передачи и приема ультразвуковых волн ультразвуковым преобразовательным устройством. В частности, настоящее изобретение относится к устройству ультразвуковой визуализации, содержащему емкостные микрообработанные ультразвуковые преобразовательные элементы для испускания и приема ультразвуковых волн для получения ультразвуковых изображений.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Емкостной микрообработанный ультразвуковой преобразователь (ЕМУП) представляет собой хорошо известную технологию для использования в приложениях ультразвуковой визуализации и обеспечивает возможность низкой по стоимости замены ультразвуковых преобразователей на основе пьезоэлектрической технологии.

Ячейки ЕМУП содержат полость под гибкой мембраной. Для обнаружения ультразвуковых волн может быть обнаружена вибрация гибкой мембраны, которая перемещается или вибрирует в соответствии с приемом ультразвуковых волн, путем измерения изменения емкости между электродами этой гибкой мембраны и подложкой ячейки ЕМУП. И наоборот, электрический сигнал, приложенный к электродам ячейки ЕМУП, заставляет мембрану вибрировать и, таким образом, испускать ультразвуковые волны.

Для повышения чувствительности ячейки ЕМУП был разработан "режим схлопывания", причем используется постоянное напряжение смещения для приведения мембраны в контакт с подложкой ЕМУП, в результате чего чувствительность ячеек может быть удвоена. Работающий в режиме схлопывания ЕМУП, содержащий фасонную контурную подложку, известен, например, из US 2011/0040189 A1.

Однако ячейки ЕМУП, работающие в режиме схлопывания, подвержены накоплению электрического заряда и диэлектрическому пробою, в результате чего срок службы ячеек ЕМУП значительно снижен. Были разработаны улучшенные конструкции ЕМУП, которые могут работать в режиме схлопывания с высокой чувствительностью, имеющие более длительный "диэлектрический срок службы", однако, следует быть уверенным в том, что диэлектрические компоненты ячеек ЕМУП не заряжаются или не пробиваются в течение срока службы этих ультразвуковых преобразователей.

Из US 2007/0140515 A1 известно устройство-преобразователь статического разряда, в котором емкостные мембранные преобразовательные элементы подвергаются воздействию света для того, чтобы снизить статический заряд внутри преобразовательных элементов.

Из патентной US 2005/0119575 A1 известна изготовленная микротехнологическими способами решетка емкостных преобразователей для трехмерной визуализации, имеющая относительно большой размер по высоте и управление смещением пассивной апертуры в пространстве и во времени.

Из патентной заявки US 2012/0194107 A1 известно устройство управления для емкостного электромеханического преобразователя, содержащее ячейки, каждая из которых включает в себя обращенные друг к другу через зазор первый и второй электроды, блок привода/обнаружения и блок приложения внешнего напряжения, при этом блок привода/обнаружения заставляет второй электрод вибрировать и передавать упругие волны благодаря генерации электростатической притягивающей силы между этими электродами, обусловленной переменным током, или обнаруживать емкостной заряд между электродами, при этом заряд вызван вибрацией второго электрода при приеме упругих волн.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поэтому задача настоящего изобретения состоят в предоставлении ультразвукового преобразовательного устройства, имеющего высокую чувствительность и повышенный срок службы. Дополнительной задачей настоящего изобретения является предоставление устройства ультразвуковой визуализации, имеющего высокую чувствительность и повышенный срок службы. Наконец, задачей настоящего изобретения является предоставление способа передачи и приема ультразвуковых волн с помощью ультразвукового преобразовательного устройства, имеющего высокую чувствительность и повышенный срок службы.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предоставлено ультразвуковое преобразовательное устройство, содержащее

- множество преобразовательных элементов для передачи и приема ультразвуковых волн, каждый из которых имеет подложку и гибкую мембрану, расположенную на некотором расстоянии от подложки,

- блок управления переменным напряжением для управления переменным напряжением, поданным на каждый из преобразовательных элементов,

- блок управления постоянным напряжением для управления постоянным напряжением смещения, поданным на преобразовательные элементы, для того чтобы привести гибкие мембраны в режиме схлопывания в контакт с подложкой,

причем блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью временного отключения постоянного напряжения смещения от упомянутых преобразовательных элементов во время работы ультразвукового преобразовательного устройства для ограничения режима схлопывания.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предоставлен блок ультразвуковой визуализации, содержащий ультразвуковое преобразовательное устройство для испускания и приема ультразвуковых волн в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с еще одним объектом настоящего изобретения предоставлен способ передачи и приема ультразвуковых волн ультразвуковым преобразовательным устройством, включающий в себя этапы:

- подачи переменного напряжения на множество преобразовательных элементов, каждый из которых имеет подложку и гибкую мембрану, расположенную на некотором расстоянии от подложки;

- подачи постоянного напряжения смещения на упомянутое множество преобразовательных элементов, для того чтобы привести гибкие мембраны в режиме схлопывания в контакт с подложкой, и

- временного отключения постоянного напряжения смещения во время работы ультразвукового преобразовательного устройства, чтобы ограничить режим схлопывания.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявляемый способ имеет подобные и (или) идентичные предпочтительные варианты осуществления в виде заявленного устройства и в том виде, как это определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на идее сокращения времени, в течение которого ячейки преобразователя находятся в режиме схлопывания, и в течение которого гибкая мембрана находится в контакте с подложкой. Поскольку, диэлектрический пробой ячеек преобразователя происходит тогда, когда через диэлектрический слой формируется электропроводящий путь в то время, как гибкая мембрана состоит в контакте с подложкой, то срок службы может быть увеличен, если время, в течение которого гибкая мембрана находится в контакте с подложкой, будет сокращено или ограничено. В соответствии с настоящим изобретением постоянное напряжение смещения, которое инициирует режим схлопывания и приводит гибкую мембрану в контакт с подложкой, отключается от ячеек преобразователя, для того чтобы сократить время режима схлопывания во время работы ультразвукового преобразовательного устройства. Следовательно, ультразвуковые преобразовательные элементы смогут работать в режиме схлопывания с высокой чувствительностью, а срок службы преобразовательных элементов увеличится, поскольку время, в течение которого преобразовательные элементы работают в режиме схлопывания, сократится.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью ограничения режима схлопывания до заранее заданного периода времени. В частности, блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов после заранее заданного периода времени и повторного подключения постоянного напряжение смещения к преобразовательным элементам в случае необходимости. Посредством ограничения по времени режима схлопывания может быть ограничено время, в течение которого гибкая мембрана находится в непрерывном контакте с подложкой, так что срок службы преобразовательных элементов может быть увеличен.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью ограничения режима схлопывания на основе температуры преобразовательных элементов. В частности, блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов, когда достигнута заранее заданная температура преобразовательных элементов. Принимая во внимание, температура преобразовательных элементов, которая является дополнительным параметром, может быть ограничена.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов между передачей и приемом ультразвуковых волн преобразовательными элементами. Это является простой возможностью прерывать режим схлопывания в течение мертвого времени преобразовательных элементов между режимом передачи и режимом приема.

В предпочтительном варианте осуществления ультразвуковое преобразовательное устройство дополнительно содержит преобразователь, включающий в себя преобразовательные элементы и основной блок, содержащий источник постоянного напряжения. Это представляет собой простую возможность обеспечения гибкого использования ультразвукового преобразовательного устройства.

Дополнительно, является предпочтительным, если блок управления постоянным напряжением встроен в соединитель, соединяющий основной блок и преобразователь. Это предоставляет возможность уменьшения технических усилий, поскольку при этом постоянное напряжение смещения может быть легко выключено путем отключения преобразователя от источника постоянного напряжения в основном блоке.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением встроен в основной блок. Это является простой возможностью для интегрирования источника постоянного напряжения смещения и блока управления постоянным напряжением, который может быть легко управляемым блоком центрального процессора в основном блоке.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления основной блок и преобразователь являются раздельными и электрически соединены между собой посредством соединительного провода. Это является простой возможностью обеспечить электрическое соединение между основным блоком и преобразователем для возбуждения преобразовательных элементов.

В предпочтительном варианте осуществления преобразовательные элементы упорядочены в решетку преобразовательных элементов, а эта решетка управляется блоком управления для ультразвуковой визуализации. Это является предпочтительной возможностью обеспечить ультразвуковую визуализацию с низкими техническими усилиями.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов в режиме визуализации между передачей и приемом ультразвуковых волн. Это является простой возможностью прерывания режима схлопывания в течение мертвого времени во время сканирования изображения для увеличения срока службы преобразовательных элементов.

Это дополнительно предпочтительно, если блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения преобразовательных элементов в режиме визуализации после приема ультразвуковых волн и до передачи ультразвуковых волн. Это является эффективной возможностью увеличить срок службы, поскольку мертвое время между приемом и передачей во время сканирования изображения может быть сравнительно длительным мертвым временем преобразовательных элементов.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения постоянного напряжения от преобразовательных элементов в то время, как блок управления сохраняет данные изображения, полученные от преобразовательной решетки. Это является дополнительной возможностью уменьшить длительность режима схлопывания и увеличить срок службы преобразовательных элементов, поскольку мертвое время преобразовательных элементов во время сохранения данных изображения может быть эффективно использовано.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения преобразовательных элементов в то время, как блок управления принимает данные для управления преобразовательной решеткой. В частности, блок управления принимает или загружает такие данные управления, как цифровые данные для формирования луча, данные для контроля или установочные данные для ультразвуковых преобразовательных элементов, во время чего блок управления постоянным напряжением отключает эти преобразовательные элементы от постоянного напряжения смещения. Это еще одна возможность эффективно ограничить режим схлопывания с низкими техническими усилиями, поскольку может быть использовано мертвое время загрузки данных управления.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения преобразовательных элементов после заранее заданного периода времени в отсутствие сигнала управления. Это является возможность выключения режима схлопывания, когда преобразователь не используется. Следовательно, если после заранее заданного периода времени от устройства ввода не было получено никакого сигнала управления, преобразовательные элементы могут быть включены в режим ожидания.

В предпочтительном варианте осуществления ультразвуковое преобразовательное устройство содержит блок измерения контакта для обнаружения контакта преобразователя с объектом, при этом блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения преобразовательных элементов в то время, пока преобразователь отсоединен от объекта. Это является возможностью ограничить режим схлопывания временем, в течение которого преобразователь используется для того, чтобы посылать к объекту ультразвуковые волны и (или) принимать ультразвуковые волны от объекта, подлежащего измерению.

Как упоминалось выше, настоящее изобретение может эффективно увеличить срок службы преобразовательных элементов, поскольку время режима схлопывания может быть эффективно уменьшено посредством отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов, при этом чувствительность преобразовательного устройства из-за использования режима схлопывания является высокой. Поскольку мертвое время преобразовательного устройства используется для отключения режима схлопывания, в частности, во время выполнения сканирований для визуализации, то срок службы может быть увеличен без уменьшения функциональности преобразовательного устройства. Кроме того, срок службы может быть увеличен, поскольку при этом продуманы параметры, наиболее значительно влияющие на износ элементов, такие как продолжительность режима схлопывания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения будут разъяснены и станут очевидными при обращении к нижеописанным вариантам осуществления. На следующих далее чертежах:

фиг.1 показывает схематичную иллюстрацию варианта осуществления ультразвукового устройства;

фиг.2а показывает блок-схему, которая схематично иллюстрирует обработку сигналов и данных в ультразвуковом преобразовательном устройстве;

фиг.2b показывает пример схематичного детального вида матрицы преобразователя и формирователя луча;

фиг.3а, b показывают схематичный вид поперечного сечения ячейки емкостного микрообработанного преобразователя в режиме схлопывания и не в режиме схлопывания;

фиг.4 показывает схематичную иллюстрацию преобразовательного устройства;

фиг.5 показывает вариант осуществления ультразвукового преобразовательного устройства.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 иллюстрирует принцип построения ультразвукового преобразовательного устройства, в частности, ультразвуковой системы визуализации. Эта фигура используется для пояснения уровня техники и принципа работы ультразвуковых систем. Следует понимать, что заявленное ультразвуковое преобразовательное устройство, а также заявленное устройство ультразвуковой визуализации не ограничены системами такого рода.

Ультразвуковое преобразовательное устройство по фиг.1 обозначено в целом ссылочной позицией 10. Это ультразвуковое преобразовательное устройство 10 используется для сканирования площади или объема тела 12 пациента. Следует понимать, что ультразвуковое преобразовательное устройство 10 также может быть использовано для сканирования других площадей или объемов, например, частей тела животных или других живых существ.

Для сканирования тела 12 пациента может быть использован ультразвуковой преобразователь 14. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, этот ультразвуковой преобразователь 14 подсоединен к основному ультразвуковому блоку 16 как консольному устройству. Основной блок 16 на фиг.1 показан в виде мобильной консоли. Однако основной блок 16 также может быть выполнен в виде стационарного устройства. Основной блок 16 подсоединен к ультразвуковому преобразователю 14 через интерфейс 18, сформированный в виде провода. Кроме того, предполагается, что основной блок 16 может быть подсоединен к ультразвуковому преобразователю беспроводным образом, например, с использованием технологии передачи со сверхширокой полосой пропускания. Основной блок 16 может дополнительно содержать устройство 20 ввода. Это устройство 20 ввода может иметь кнопки, клавиатуру и (или) сенсорный экран для обеспечения пользователю ультразвукового преобразовательного устройства 10 механизма ввода данных. Дополнительно или альтернативно, в устройстве 20 ввода могут присутствовать другие механизмы, для того чтобы обеспечить пользователя возможностью управления ультразвуковой системой 10 визуализации.

Основной блок 16 дополнительно содержит дисплей 22, чтобы отображать пользователю данные, сгенерированные ультразвуковым преобразовательным устройством 10. Посредством этого пользователю ультразвукового преобразовательного устройства 10 на дисплее 22 основного блока 16 может быть виден объем внутри тела пациента, который сканируется ультразвуковым преобразователем 14.

Фиг.2а показывает блок-схему, иллюстрирующую типичную работу двухмерного или трехмерного ультразвукового блока 10 визуализации. Ультразвуковой преобразователь 14 испускает ультразвуковые волны, которые генерируют отклик 25 от объема 26 тела пациента назад к преобразователю. Принятые сигналы от объема 26 преобразуются преобразователем 14 в электрические сигналы. Эти электрические сигналы подаются на процессор 28 обработки изображения. Процессор 28 обработки изображения генерирует данные изображения по обнаруженным акустическим данным, полученным от ультразвукового преобразователя 14. Этот процессор 28 обработки изображения преобразует данные изображения в отображаемые данные, подлежащие отображению на дисплее 22. Процессор 28 обработки изображения может подготовить двухмерные "топографические" срезы объема 26, подлежащие отображению, или же может преобразовать или перевести данные изображения в трехмерное изображение, которое отображается на дисплее 22.

Фиг.2b представляет собой схематичный детальный вид ультразвукового преобразователя 14. Этот ультразвуковой преобразователь 14 содержит ультразвуковую преобразовательную решетку 30, которая сформирована из множества акустических элементов, которые в данном случае обозначены как преобразовательные элементы 32. В соответствии с настоящим изобретением эти преобразовательные элементы 32 образованы в виде ячеек емкостного микрообработанного ультразвукового преобразователя (ЕМУП), которые упорядочены в матрицу, образуя преобразовательную решетку 30. Эта преобразовательная решетка 30 подсоединена к формирователям 34 микролуча, предназначенным для формирования луча, а формирователи 34 микролуча подсоединены к формирователям 36 главного луча, который приводит в действие формирователи 34 микролуча. Преобразовательные элементы 32 передают ультразвуковые сигналы 24 и принимают сгенерированные отклики 25. Преобразовательная решетка 30 может содержать тысячи преобразовательных элементов 32, образующих множество подрешеток.

Фиг.3а и 3b показывают виды поперечного сечения емкостного микрообработанного преобразовательного элемента 32. Этот преобразовательный элемент 32 содержит подложку 40, содержащую первый (нижний) электрод 42, покрытый диэлектрическим слоем 44. Преобразовательный элемент 32 дополнительно содержит гибкую мембрану 46, содержащую второй (верхний) электрод 48, а также диэлектрический слой 49 для изоляции электрода 48. На некотором расстоянии от диэлектрического слоя 44 расположена гибкая мембрана 46, так что между подложкой 40 и мембраной 46 образована полость 50. Диэлектрический слой, предпочтительно, представляет собой окисный слой, а более предпочтительно, сформированный на кремниевой подложке 40 слой окиси кремния.

Для передачи ультразвуковых волн 24 на электроды 42, 48 подается электрический сигнал, для того чтобы заставить мембрану двигаться или вибрировать. Для приема ультразвуковых волн мембрана 46 посредством ультразвуковых волн 25 принуждается к движению или вибрации, так что при этом может быть обнаружено изменение емкости между электродами 42, 48 и сформирован соответствующий электрический сигнал.

На фиг.3b показан вид в поперечном сечении преобразовательного элемента 32 в схлопнутом состоянии. В режиме схлопывания к электродам 42, 48 приложено постоянное напряжение смещения, так что при этом мембрана приведена в контакт с поверхностью диэлектрического слоя 44 подложки 40. В этом режиме схлопывания чувствительность преобразовательного элемента 32 значительно увеличена. Поскольку электрод 48 находится в контакте с диэлектрическим слоем 44, ток утечки через диэлектрический слой 44 может привести к пробою диэлектрического слоя 44, если через диэлектрический слой 44 будет образован проводящий путь. Причинами такого диэлектрического пробоя является обусловленное сильным электрическим полем внутреннее разрушение в процессе работы устройства, вызывающее инжекцию электронов или вызванные обработкой внешние разрушения вследствие дефектов в диэлектрическом слое 44.

Время до пробоя диэлектрического слоя 44 и диэлектрического слоя 49 может быть использовано для оценки общего срока службы преобразовательной решетки 30 при наличии постоянного напряжения смещения. Срок службы диэлектрика обратно пропорционален постоянному напряжению смещения и общему времени приложения этого смещения.

Следовательно, срок службы преобразовательной решетки 30 может быть увеличен сокращением времени нахождения ее под смещением посредством активного отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов 32, когда это возможно в течение тех "мертвых периодов времени" преобразовательной решетки 30, которые описаны далее.

Фиг.4 показывает схематическую блок-схему преобразовательного устройства 10. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями, при этом далее будут подробно пояснены только ее отличия.

Основной блок 16 содержит устройство 52 возбуждения для возбуждения преобразовательных элементов 32 преобразовательной решетки 30 в ультразвуковом преобразователе 14. Это устройство возбуждения содержит источник 54 переменного напряжения и блок управления переменного напряжения для управления величиной подаваемого на преобразовательные элементы 32 переменного напряжении для испускания ультразвуковых волн 24. Устройство возбуждения дополнительно содержит источник 58 постоянного напряжения и блок 60 управления постоянным напряжением для подачи постоянного напряжения VDC на преобразовательные элементы 32, для того чтобы привести мембрану 46 в контакт с подложкой 40, чтобы преобразовательные элементы 32 работали в режиме схлопывания.

Основной блок 16 также содержит процессор 28 обработки изображения, подключенный к преобразовательной решетке 30 для формирования данных изображения из обнаруженных акустических сигналов и предоставления этих данных изображения на дисплее 22. Основной блок 16 дополнительно содержит подсоединенный к устройству 52 возбуждения блок 62 центрального процессора, процессор 28 обработки изображения, устройство 20 ввода и устройство 22 отображения. Блок 62 центрального процессора предназначен для управления устройством 52 возбуждения и процессором 28 обработки изображения.

Блок 60 управления постоянным напряжением отключает постоянное напряжение, подаваемое источником 58 постоянного напряжения, или отключает источник 58 постоянного напряжения от преобразовательных элементов 32, для того чтобы ограничить или прервать режим схлопывания преобразовательных элементов 32. Блок 60 управления постоянным напряжением отключает источник 58 постоянного напряжения от преобразовательных элементов 32 в моменты "мертвого времени" преобразовательных элементов 32, то есть, между передачей ультразвуковых волн 24 и приемом ультразвуковых волн 25. Это постоянное напряжение может быть отключено тогда, когда блок 62 центрального процессора сохраняет в памяти 64 данные изображения или во время загрузки данных управления, например, от устройства 20 ввода, таких как цифровые данные для формирования луча, данные для контроля или установочные данные, которые используются устройством 52 возбуждения для возбуждения преобразовательной решетки 30.

В другом варианте осуществления продолжительность режима схлопывания измеряется и ограничивается заранее заданным периодом времени, так что длительность контакта гибкой мембраны 46 и подложки ограничена. В дополнительном варианте осуществления измеряется или оценивается температура преобразовательных элементов 32, и режим схлопывания отключается или прерывается тогда, когда температура преобразовательных элементов 32 достигает заранее заданной температуры. В еще одном варианте осуществления измеряется или оценивается температура объема 26 тела 12 пациента, и режим схлопывания отключается или прерывается, когда температура объема 26 достигает заранее заданной температуры.

В еще одном варианте исполнения контактный датчик (не показан) воспринимает, находится ли преобразователь 14 в контакте с телом 12 пациента или с объемом 26, подлежащим измерению, и блок 60 управления постоянным напряжением отключает источник 58 постоянного напряжения от преобразовательных элементов 32, если преобразователь 14 не находится в контакте с телом 12 пациента или с объемом 26, подлежащим измерению. Этот контактный датчик может быть датчиком давления, или же он может измерять контакт ультразвуковым способом.

В дополнительном варианте осуществления блок управления постоянным напряжением отключает источник постоянного напряжения от преобразовательных элементов 32, когда устройство 20 ввода в течение заранее заданного периода времени не получает входных сигналов. Другими словами, ультразвуковой преобразователь 10 переключается в режим ожидания или в режим приостановки, во время которого состояние схлопывания по истечении заранее заданного времени отключается без каких-либо сигналов управления.

В еще одном варианте осуществления преобразователь 14 содержит множество преобразовательных блоков или преобразовательных решеток 30. В этом случае блок 60 управления постоянным напряжением отключает источник постоянного напряжения от преобразовательных элементов 32, когда соответствующий преобразовательный блок или преобразовательная решетка 30 не используется или исключена из выбора, для того чтобы ограничить режим схлопывания.

Фиг.5 показан схематичный чертеж варианта осуществления преобразовательного устройства 10. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями, при этом далее будут подробно пояснены только его отличия. В этом варианте осуществления блок 60 управления постоянным напряжением расположен в виде соединительного элемента между основным блоком 16 и интерфейсом 18 или соединительным проводом 18, так что блок 60 управления постоянным напряжением образует соединительный элемент между источником 58 постоянного напряжения и соединительным проводом 18, подсоединяющим ультразвуковой преобразователь 14 к основному блоку 16. Следовательно, блок 60 управления постоянным напряжением может легко отключить постоянное напряжение VDC, для того чтобы прервать режим схлопывания. В этом варианте осуществления блок 60 управления постоянным напряжением может быть легко обеспечен как модифицированное оборудование или как дополнительный комплект, подсоединенный между соединительным проводом 18 и основным блоком 16, например, посредством соответствующих штепсельных разъемов.

В то время как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, но не как ограничивающие; настоящее изобретение не сводится к раскрытым вариантам исполнения. При практической реализации заявленного изобретения специалистами в области техники могут быть придуманы и внесены и другие изменения в раскрытые варианты исполнения, исходя из изучения чертежей, описания и приложенных пунктов формулы изобретения.

В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а признак единственного числа не исключает множества. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких перечисленных в пунктах формулы изобретения элементов. Тот простой факт, что некоторые меры указываются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что для получения преимущества не может быть использована комбинация этих мер.

Любые ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие объем изобретения.

1. Ультразвуковое преобразовательное устройство (10), содержащее:

- множество преобразовательных элементов (32) для передачи и приема ультразвуковых волн (24, 25), каждый из которых имеет подложку (40) и гибкую мембрану (46), расположенную на некотором расстоянии от подложки,

- блок (56) управления переменным напряжением для управления переменным напряжением, поданным на каждый из преобразовательных элементов,

- блок (60) управления постоянным напряжением для управления постоянным напряжением смещения, поданным на преобразовательные элементы, для того чтобы привести гибкие мембраны в режиме схлопывания в контакт с подложкой,

причем блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью временного отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов после заранее заданного периода времени в отсутствие сигнала управления для ограничения режима схлопывания.

2. Ультразвуковое преобразовательное устройство по п.1, дополнительно содержащее преобразователь (14), включающий в себя упомянутые преобразовательные элементы и основной блок (16), содержащий источник (58) постоянного напряжения.

3. Ультразвуковое преобразовательное устройство по п.2, причем блок управления постоянным напряжением встроен в соединитель, соединяющий основной блок и преобразователь.

4. Ультразвуковое преобразовательное устройство по п.2, причем блок управления постоянным напряжением встроен в основной блок.

5. Ультразвуковое преобразовательное устройство по п.1, причем преобразовательные элементы упорядочены в решетку (30) преобразовательных элементов, и причем эта решетка управляется блоком (60) управления для ультразвуковой визуализации.

6. Ультразвуковое преобразовательное устройство по п.5, причем блок управления постоянным напряжением выполнен с

возможностью отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов в режиме визуализации между передачей и приемом ультразвуковых волн.

7. Ультразвуковое преобразовательное устройство по п.5, причем блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов в то время, как блок управления сохраняет данные изображения, принятые от преобразовательной решетки.

8. Ультразвуковое преобразовательное устройство по п.5, причем блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью отключения преобразовательных элементов в то время, как блок управления принимает данные для управления преобразовательной решеткой.

9. Устройство ультразвуковой визуализации, содержащее ультразвуковое преобразовательное устройство (10), заявленное по любому из пп. с 1 по 8.

10. Способ передачи и приема ультразвуковых волн (24, 25) ультразвуковым преобразовательным устройством (10), включающий в себя этапы:

- подачи переменного напряжения на множество преобразовательных элементов (32), каждый из которых имеет подложку (40) и гибкую мембрану (46), расположенную на некотором расстоянии от подложки;

- подачи постоянного напряжения смещения на упомянутое множество преобразовательных элементов, для того чтобы привести гибкие мембраны в режиме схлопывания в контакт с подложкой, и

- временного отключения постоянного напряжения смещения после заранее заданного времени в отсутствие сигнала управления, для того чтобы ограничить длительность времени режима схлопывания.



 

Похожие патенты:

Использование: для создания полупроводниковой пластины. Сущность изобретения заключается в том, что в пластине, подразделенной и разделимой на множество кристаллов, каждый кристалл содержит массив ячеек емкостного микрообработанного преобразователя, каждая ячейка содержит подложку, содержащую первый электрод, мембрану, содержащую второй электрод, и полость между подложкой и мембраной, каждая ячейка по меньшей мере части кристаллов содержит компенсационную пластину на мембране, причем каждая компенсационная пластина имеет конфигурацию для оказания влияния на прогиб (h) мембраны.

Использование: для изготовления емкостного преобразователя. Сущность изобретения заключается в том, что способ содержит этапы, на которых осаждают первый электродный слой на подложку, осаждают первую диэлектрическую пленку на первый электродный слой, осаждают жертвенный слой на первую диэлектрическую пленку, причем жертвенный слой выполнен с возможностью удаления для формирования полости преобразователя, осаждают вторую диэлектрическую пленку на жертвенный слой и осаждают второй электродный слой на вторую диэлектрическую пленку, формируют рисунок в, по меньшей мере, одном(й) из осажденных слоев и пленок, причем этапы осаждения осуществляются посредством атомно-слоевого осаждения в одной единственной последовательности обработки и формирование рисунка осуществляется по нисходящей технологии.

Изобретение относится к акустике, в частности к ультразвуковому преобразователю. Преобразователь содержит головку ультразвукового преобразователя, электрический кабель для соединения головки преобразователя с источником электропитания базовой станции и для передачи электропитания от источника питания к головке преобразователя, соединительный элемент для соединения электрического проводника с источником питания и для приема входного напряжения от источника питания и конденсатор, электрически соединяемый с электрическим проводником посредством управляемого ключа для сохранения электрического заряда, при этом конденсатор имеет емкость, большую или равную 100 мкФ.

Использование: для изготовления емкостного преобразователя, полученного микрообработкой, в частности CMUT. Сущность изобретения заключается в том, что способ содержит этапы, на которых осаждают первый электродный слой на подложку, осаждают первую диэлектрическую пленку на первый электродный слой, осаждают жертвенный слой на первую диэлектрическую пленку, причем жертвенный слой выполнен с возможностью удаления для формирования полости преобразователя, осаждают вторую диэлектрическую пленку на жертвенный слой и осаждают второй электродный слой на вторую диэлектрическую пленку, причем первая диэлектрическая пленка и/или вторая диэлектрическая пленка содержит первый слой, содержащий оксид, второй слой, содержащий материал с высокой k, и третий слой, содержащий оксид, причем этапы осаждения осуществляются посредством атомно-слоевого осаждения.

Использование: для создания ячейки емкостного ультразвукового преобразователя. Сущность изобретения заключатся в том, что предварительно прижатая ячейка емкостного преобразователя, получаемого путем микрообработки, содержит: подложку, содержащую первый электрод, мембрану, содержащую второй электрод, внешнюю область, в которой мембрана закреплена на подложке, внутреннюю область, расположенную внутри внешней области или окруженную ей, причем мембрана прижата к подложке в первой прижатой области кольцевой формы, расположенной во внутренней области; и причем ячейка имеет первую область преобразования, находящуюся внутри первой прижатой области кольцевой формы или окруженную ей, и вторую область преобразования, находящуюся снаружи первой прижатой области кольцевой формы или окружающую ее.

Использование: для передачи и/или приема ультразвуковых волн посредством ультразвукового преобразователя. Сущность изобретения заключается в том, что устройство ультразвукового преобразователя содержит, по меньшей мере, одну ячейку (30) cMUT для передачи и/или приема ультразвуковых волн, причем ячейка (30) cMUT содержит мембрану (30a) ячейки и полость (30b) под мембраной ячейки.

Изобретение относится к средствам возбуждения механических колебаний с помощью электрических средств. Устройство (40; 60) возбуждения ультразвукового преобразователя (12), имеющего один или больше элементов преобразователя, содержащее: выходной вывод (42; 68) для обеспечения переменного напряжения (VI4; V22) возбуждения к нагрузке (12), множество элементов (46, 48, 50, 52; 72, 74) подачи напряжения для обеспечения промежуточных уровней (VI6) напряжения, множество управляемых средств (S0-S7) соединения, каждое из которых связано с одним из элементов (46, 48, 50, 52; 72, 74) подачи напряжения для соединения элементов (46, 48, 50, 52; 72, 74) подачи напряжения с выходным выводом (42; 68) и для подачи одного из промежуточных уровней (V16) напряжения или суммы множества промежуточных уровней (V16) напряжения в виде переменного напряжения (V14; V22) возбуждения на выходной вывод; и второй выходной вывод (76), причем напряжение возбуждения (V22) предусмотрено между первым и вторым выходными выводами (68; 76).

Изобретение относится к предварительно сжатой ячейке (10) емкостного микрообработанного преобразователя, содержащей подложку (12) и мембрану (14), покрывающую суммарную площадь (Atotal) мембраны, причем между мембраной (14) и подложкой (12) образована полость (20), причем мембрана содержит отверстие (15) и краевой участок (14a), окружающий отверстие (15).

Настоящее изобретение относится к ячейке (10) емкостного микрообработанного преобразователя предварительно прижатого типа, содержащей подложку (12) и мембрану (14), покрывающую полную мембранную область (Аполн), при этом между мембраной (14) и подложкой (12) образована полость (20), мембрана (14) содержит отверстие (15) и краевую часть (14а), окружающую отверстие (15), причем краевая часть (14а) мембраны (14) прижата к подложке (12).

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для температурной компенсации в устройстве CMUT. Устройства CMUT используют во многих применениях, например, ультразвукового формирования изображения и измерения давления.

Использование: для передачи и приема ультразвуковых волн. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковое преобразовательное устройство содержит множество преобразовательных элементов для передачи и приема ультразвуковых волн, каждый из которых имеет подложку и гибкую мембрану, расположенную на некотором расстоянии от подложки. Предусмотрен блок управления переменным напряжением для управления переменным напряжением, поданным на каждый из преобразовательных элементов, а также блок управления постоянным напряжением для управления постоянным напряжением смещения, поданным на преобразовательные элементы, для того чтобы привести гибкие мембраны в режиме схлопывания в контакт с подложкой. Блок управления постоянным напряжением выполнен с возможностью временного отключения постоянного напряжения смещения от преобразовательных элементов во время работы ультразвукового преобразовательного устройства для ограничения режима схлопывания. Технический результат: обеспечение возможности реализации ультразвукового преобразовательного устройства, имеющего высокую чувствительность и повышенный срок службы. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх