專利名稱：雙向機械電換能器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及施加并檢測聲學或機械振動，以及提供和傳送對應于振動狀態(tài)參數(shù)的電信號。更特別地，本發(fā)明涉及一種機械電換能器，用于施加并檢測振動，以及提供和傳送對應于所施加和檢測的振動參數(shù)的電信號。
機械能和電能(振動、力、加速度)之間的換能器具有許多用途，并存在于許多具體裝置中。通常，例如采用兩個或三個獨立的換能器通過使懸掛在彈簧系統(tǒng)上的重物相對于基準框架移動來檢測三個正交方向的加速度。
從GB2.055.01 8和EP118.329可知現(xiàn)有的換能器，具有懸掛在壓電彈性“薄層”或壓電細絲中心的重物，用于地震和聲學探測。
也可以在GB2.166.022發(fā)現(xiàn)相關技術，該公開文本示出一種揚聲器形式的換能器，即從電信號轉換為聲信號，并且使用一個懸掛在壓電薄揚聲器振膜中心的重物，該振膜可以利用徑向切割線分成多個薄層狀區(qū)域。由于眾所周知揚聲器還可以用作麥克風，因此最后所述的公開文本要視為論述一種雙向換能器。但是，該公開文本的中心意思在于通過增加中心物體可以降低揚聲器的有用頻率范圍。
本發(fā)明目的在于提供一種雙向換能器，優(yōu)于在先已知的方案，能夠產生方向效應并且提供改進的發(fā)射和檢測，特別是和生物組織中的回波測量結合起來。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種如權利要求1限定的雙向機械電換能器。本發(fā)明的優(yōu)選實施例體現(xiàn)在所附的從屬權利要求中。
在下文中，通過示例性的實施例并參照附圖進一步說明本發(fā)明，其中

圖1示出本發(fā)明的換能器的第一實施例，其中在懸掛扇區(qū)具有傳送和接收行為；圖2示出具有活性中心物體實施例；圖3a和3b示出具有中心物體拉緊結構的第一實施例；圖4a和4b示出第二個這種實施例；以及圖5示意地示出具有信號定相的實施例。
圖1中顯示本發(fā)明的換能器1的第一實施例。在環(huán)形框架2內，中心物體4懸掛在扁平懸掛結構3內，該懸掛結構3的形式為多個扇區(qū)形式的的彈性片5，在該例中是八個這種扇區(qū)5。
在圖1所示的實施例中，框架2還通過彈性帶7形式的外部彈性懸掛結構懸掛在外部框架6上，但是這種具有外部懸掛結構的外部框架6對于本發(fā)明來說不是必須的。
信號導線8引向并引自扇區(qū)5，并且可能引向并引自中心物體4，并且接頭9布置在外部框架6上。在框架2之內沒有進一步詳細地示出導線8，但是引向并引自每個對應的扇區(qū)5，并且可能引向并引自中心物體4。
每個扇區(qū)片5的外邊可以連接在環(huán)2的兩部分之間，并且在內“點”連接在和中心物體4連續(xù)的兩個半球形之間。扇區(qū)片5例如由PVDF(聚偏氟乙稀)制成，該材料具有壓電特性，并且能夠將電輸入信號轉化為振動，該可以傳播到換能器前面(上面)的介質，例如生物組織，并且沖擊振動波沖擊扇區(qū)(或多個扇區(qū))，轉換為電輸出信號。每個扇區(qū)5獨立地可對獨立的導線8尋址。
在該第一實施例中，中心物體4只是一個重物，當換能器裝配成例如手持式檢查裝置的前部時，該重物例如和病人的皮膚結合，從而換能器的中心部分被向后推壓。這導致扇區(qū)5相對于未裝配位置成一定角度，這樣，獲得聚焦效應，例如圖1所示。另外，應當注意，當具有彈性外部懸掛結構7時，如圖1所示，在這里也發(fā)生向下彎曲。在沒有該結構的實施例中，扇區(qū)的偏角將更加傾斜。
利用所示類型的換能器，可以利用一個或多個扇區(qū)傳送振動，并且同時，另一個或其他一些扇區(qū)可以接收所反射的振動，即回波。
另一個優(yōu)點是，通過后處理來自不同扇區(qū)的接收信號而可能剔除不希望的信號，即噪波。也可能將相對相位的噪波信號耦合到例如一個特定扇區(qū)的信號導線，以便去除該扇區(qū)的接收信號的噪波部分。將被耦合的噪波信號可以來自例如外部懸掛結構7上的壓電元件，該元件也將接收輸入噪波信號，或者來自獨立布置的傳感器。
在圖2所示的實施例中，中心物體4也是“活性的”，即該中心物體本身包含壓電元件10和11，在該實施例中，壓電元件10用于傳輸振動，壓電元件11用于接收被反射的振動。至于其他，換能器和圖1所示構造相同。引向中心物體壓電元件的信號導線沒有表示在圖2中，但是它們沿扇區(qū)5上的通道連接于中心物體4。
在所示的實施例中，壓電元件10和11由壓電材料鑲鑄為“半月形”。這里所說明的實施例的使用方式例如是中心物體壓電元件10傳輸高頻振動，優(yōu)選地在5-10MHz的范圍內(但是不限于該范圍)，以便進行回波多普勒探查。元件11拾取被反射的振動。
當利用中心物體4進行回波多普勒探查的同時，扇區(qū)5或者其中一些可以用于普通的聽診，即僅僅從人體監(jiān)聽聲學振動。
圖3a和3b示出本發(fā)明的換能器的一個實施例，其中可以改變和控制扇區(qū)的傾斜度(相比于如上所述通過按壓中心物體表面而得到的傾斜度)。這可以通過將中心物體4設計為具有延伸后部14而實現(xiàn)，其中延伸后部14被套筒15夾持，其方式為套筒可以圍繞后部14上的下部球或膨大部分(未示出)旋轉，從而當套筒15旋轉向下移動時后部(并進而中心物體)可以被向下拉動。這種旋轉向下移動由旋轉頭2引起，從而由多個撐條12夾持的內螺紋部分16和螺栓17上的螺紋合作引起豎直移動。因此，以此方式可以調整扇區(qū)5的角度和張緊。
如圖3a、3b所示，撐條12連接于環(huán)2，從而張緊將只影響到具有扇區(qū)5的換能器的主體部分。但是，圖4a和4b示出一種變形，其中撐條12連接于外環(huán)6。這意味著外部懸掛結構也將由調整系統(tǒng)12-17張緊和傾斜。
撐條12的彎曲形狀是合適的，但是不是必須的。
而且，如圖3和4所示的換能器變形與如圖1和2所示的實施例工作原理相同。
圖5示意地示出一個實施例，其中可能提供有對施加于獨立的壓電扇區(qū)5的信號的詳細控制，以及對將被傳輸?shù)臋C械振動波的定向控制。它采用天線技術例如移動電話領域中所公知的原理，其中包含多個天線元件的天線按照相互間很小的延時或相移被“激發(fā)”，從而在從整個天線出來的方向上獲得相長干涉。(這種原理也應用于接收/監(jiān)聽，即在相連接的接收器電子裝置上按照“定相序列”開有“監(jiān)聽窗”，并且部分信號按照以特定方向有效地進行監(jiān)聽的方式加入。)這樣，通過使控制單元21經由多線電纜20和復式接頭19和9以及導線8向扇區(qū)5，以及向每個對應的扇區(qū)上的觸點18傳輸相移的(并且可能調整強度的)信號，進行機械振動波的定向和定相傳輸，從而對應的扇區(qū)接收被相位控制的信號。(通過另外的活性壓電扇區(qū)區(qū)域的徑向分隔以及向其提供獨立的信號，也可以獲得進一步的詳細控制。)在其他方面，信號導線8和觸點18只是示意性示出，例如不是所有的導線8表示為連接于接頭9，但是當然這是目的。圖5中，為了簡化，換能器表示為沒有外部框架的實施例，但是這種如其他附圖所示的外部框架6當然也可以用在這種“定相”實施例中。
根據(jù)同樣的定相原理當然也可以進行接收/監(jiān)聽。控制單元21中的計算機/計算單元根據(jù)編程算法處理傳輸和接收中的信號相位。
權利要求
1.雙向機械電換能器，用于發(fā)射和拾取機械振動，所述換能器包括懸掛在至少一個壓電彈性懸掛結構(3)上的中心物體(4)，該壓電彈性懸掛結構(3)依次安裝在外圍框架(2)上，以及連接于懸掛結構的信號導線(8)，其特征在于，所述懸掛結構(3)和所述中心物體(4)利用所述懸掛結構(3)的扇區(qū)分區(qū)基本上同時地傳輸機械振動并接收該振動，所述懸掛結構(3)具有用于每個扇區(qū)(5)的獨立信號導線。
2.如權利要求1所述的換能器，其特征在于，懸掛結構(3)的至少一個扇區(qū)(5)用于傳輸，同時至少另外一個扇區(qū)(5)基于該傳輸接收回波信號。
3.如權利要求2所述的換能器，其特征在于，它可以以如下方式使用，當檢查時所述中心物體(4)可以被迫壓向組織表面，從而張力施加于所述扇區(qū)(5)上，同時扇區(qū)傾斜，這樣將更加定向地傳輸和接收信號。
4.如權利要求1所述的換能器，其特征在于，中心物體(4)配備有至少一個壓電元件(10、11)，用于傳輸和可能地接收機械振動。
5.如權利要求1或4所述的換能器，其特征在于，具有接收功能的不同扇區(qū)(5)，還可能是中心物體(4)上的接收壓電元件(11)，連接用于電結合特定的不希望的頻率、噪波消除。
6.如權利要求1或4所述的換能器，其特征在于，外圍框架(2)進一步利用外部彈性懸掛結構(7)懸掛在外部框架(6)上，該外部彈性懸掛結構(7)也配備有壓電元件以提供接收信號用于通過和來自接收扇區(qū)(5)以及可能來自中心物體(14)上的接收壓電元件(11)的接收信號結合來消除噪波。
7.如權利要求1或4所述的換能器，其特征在于，具有接收功能的扇區(qū)(5)還用于從特定的外部傳感器接收電信號，用以消除含有不希望的噪波的特定信號。
8.如權利要求1所述的換能器，其特征在于，通過連接用于定相引向和引自扇區(qū)(5)的信號的裝置來實現(xiàn)定向傳輸和接收。
9.如權利要求4所述的換能器，其特征在于，中心物體(4)具有獨立的壓電元件(10)用于傳輸頻率范圍在5-10MHz的超聲信號，以及獨立的壓電元件(11)用于接收這些信號的反射，以進行可能與所述懸掛結構的至少一個扇區(qū)(5)的聲學應用同步的回波多普勒探查。
10.如權利要求1所述的換能器，其特征在于，中心物體(4)張緊地連接于布置在所述懸掛結構(3)的后側的張緊結構(12、13、15、16、17)，從而所述中心物體(4)能夠被拉向后側以為所述扇區(qū)(5)提供張力和傾斜位置。
11.如權利要求10所述的換能器，其特征在于，所述張緊結構(12、13、15、16、17)剛性地連接于外圍框架(2)。
12.如權利要求10所述的換能器，其特征在于，所述張緊結構(12、13、15、16、17)剛性地連接于外部框架(6)，其中外圍框架(2)利用外部彈性懸掛結構(7)懸掛，從而當中心物體(4)張緊時，懸掛結構的扇區(qū)(5)以及外部彈性懸掛結構(7)被提供有張力和傾斜位置。
全文摘要
在一種用于發(fā)射和拾取機械振動的換能器中，中心物體(4)懸掛在外圍框架(2)上的壓電彈性懸掛結構(3)上。該懸掛結構(3)被分隔成扇區(qū)，并且具有用于每個對應扇區(qū)(5)的獨立的信號導線，從而可以由不同的扇區(qū)(5)同時傳輸和接收振動。此外，中心物體(4)可以配備有其自身的壓電元件。
文檔編號G01H11/08GK1437456SQ01811578
公開日2003年8月20日 申請日期2001年2月21日 優(yōu)先權日2000年6月23日
發(fā)明者比格爾·奧騰 申請人:梅迪特龍股份有限公司