[发明专利]具有双电极的超宽带换能器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2012年5月1日提交的申请号为No.61/641,200的题为“ULTRA WIDE BANDWIDTH TRANSDUCER WITH DUAL ELECTRODE”的美国临时申请以及2013年3月14日提交的申请号为No.13/830,288的题为“ULTRA WIDE BANDWIDTH TRANSDUCER WITH DUAL ELECTRODE”的美国专利申请的权益，该申请的全部内容为所有目的在此结合作为参考。

技术领域

本发明的实施方式一般涉及压电换能器，并且更具体地属于具有双电极的超宽带换能器。

背景技术

超声压电换能器设备通常包括压电膜，该压电膜能够响应于随时间变化的驱动电压振动，以在与暴露的换能器元件的外表面接触的传播介质(例如空气、水或身体组织)中生成高频压力波。该高频压力波能够传播至其他介质中。相同的压电膜也可以从传播介质中接收被反射的压力波，并且将接收到的压力波转换成电信号。可以结合驱动电压信号处理该电信号以得到传播介质中的关于密度变化或弹性系数的信息。

虽然很多使用压电膜的超声换能器设备是通过机械地切割大块压电材料或通过注射铸模加入了压电陶瓷晶振的载体材料被形成的，可以使用各种微机械技术(例如材料沉积、平版印刷图案、通过刻蚀的特征形成等)有利地廉价制造设备得到极高维容差(high dimensional tolerance)。因此，换能器元件的大阵列与通过波束形成算法驱动的阵列中的单独的一者一同使用。这种被阵列化的设备被称为pMUT阵列。

传统pMUT阵列的一个问题是作为由背层实施的阻尼的函数的带宽可能会受限。由于超声换能器应用，例如胎心监控和动脉监控跨越了宽范围的频率(例如，较低的频率提供相对较深的成像能力并且较高的频率提供了较浅的成像能力)，通过增强针对通过背层的给定级别的阻尼的pMUT阵列带宽可以有利地改善轴向(即范围)分辨率。

发明内容

本发明描述了宽带压电微机械超声换能器(pMUT)，pMUT阵列以及具有宽带pMUT阵列的系统。

在实施方式中，一种pMUT包括放置在衬底上的压电膜。维持在参考电势的参考电极被耦合至所述膜。第一和第二驱动/感测电极被耦合至所述膜以驱动和/或感测在所述膜中的第一和第二振动模式。

在另一实施方式中，一种用于在介质中生成和感测压力波的装置包括pMUT，具有放置在衬底上的压电膜。参考电极被耦合至所述膜。第一和第二驱动/感测电极被耦合至所述膜以驱动和/或感测在所述膜中的第一和第二振动模式。第一信号生成器被耦合至第一驱动/感测电极并且被提供以在第一驱动/感测电极上相对于参考电极驱动第一电信号。第二信号生成器被耦合至第二驱动/感测电极并且被提供以在第一驱动/感测电极上相对于参考电极驱动第二电信号。

在另一实施方式中，一种pMUT阵列包括多个放置在衬底的区域之上的电极轨集。每个电极轨集包括参考轨和一对独立的电可寻址的驱动/感测轨。该pMUT阵列还包括多个具有独立元件群的压电换能器元件。每个元件群具有多于一个的被耦合至电极轨集中的一个的换能器元件。每个压电换能器元件还包括压电膜。pMUT阵列还包括被耦合至膜和参考轨的参考电极。第一和第二驱动/感测电极被耦合至膜和驱动/感测电极轨对中的相应的一个。

在另一实施方式中，一种操作具有pMUT的用于在介质中生成并感测压力波的装置的方法包括生成第一电信号。第二电信号也被生成。第一和第二信号中的一个的振幅和相位中的至少一个被相对于另外一个而调制。第一电信号被施加至pMUT的第一驱动/感测电极并且所述第二电信号被施加至pMUT的所述第二驱动/感测电极以控制第一和第二振动模式的相对强度。

附图说明

本发明的实施方式通过示例但并不限制的方式被示出，并且通过结合附图通过以下详细的描述被更全面地理解，其中：

图1A是根据实施方式的具有圆膜的pMUT的平视图；

图1B是根据实施方式的具有换能器元件的pMUT阵列的平视图；

图1C是根据实施方式的具有椭圆膜的pMUT的平视图；

图2A、2B和2C是根据实施方式的应用于图1B的pMUT阵列中的换能器元件的横截面图；

图3A描述了根据实施方式的在操作中，类似于图1A的装置的装置沿着a-a’轴的横截面图；