坚固、简单且可高效制造的换能器阵列的制作方法

1.本发明属于用于超声应用的换能器阵列领域，例如用于可佩戴的无线超声设备的换能器阵列。本发明还涉及生产所述换能器阵列的坚固、简单且高效的方法，且涉及一种包括所述换能器阵列的产品。


背景技术：

2.超声波是一种振荡声压波，其频率高于人类听觉范围的上限(因此称为超声波)。超声设备可以以从20khz到几千兆赫的频率工作。超声波可以用于许多不同的领域。超声波设备用于探测物体和测量距离。超声成像(超声波检查)用于兽医和人类医学。在产品和结构的无损检测中，超声波用于检测不可见的缺陷。在工业上，超声波用于清洗、混合和加速化学工艺。在较高的功率水平下，超声波可用于医学治疗或改变物质的化学性质。
3.已经有了在尺寸、成本和质量方面改进超声系统的方法，例如换能器设计、传输和接收电路设计和波束形成算法。目前，超声系统的尺寸和功率的很大一部分用于波束形成器，波束形成器负责引导和/或聚焦超声波束。如果放松诸如尺寸和功率的设计限制，则由64至128个传输/接收通道组成的具有波束形成器的标准换能器阵列可以直接实现。随着超声系统变得更加便携，甚至可佩戴，似乎有必要采用比标准车载系统通道更少、功耗更低的新型波束形成器架构。
4.超声的一种应用涉及膀胱监测。许多人，例如老年人、排尿功能障碍或尿床的儿童、分娩后的妇女、患有神经性膀胱的患者、精神错乱的人以及其他人，都难以控制膀胱的功能，且难以按时如厕排尿。这种(部分)失禁非常不方便，且可能导致心理问题和身体问题(例如感染、局部皮肤问题)。这种失禁的解决方案包括应用例如尿布和尿床报警器。然而，这种事后解决方案可以限制失禁的后果，但并不总能为某些患者群体提供最佳解决方案。
5.对于一些超声应用，如膀胱监测，使用专用的手持设备。这些专用设备有各种缺点，尤其是需要在传感器和监测器之间布线，设备的手持使用；因此，其不适合长期监测。一些现有技术的设备可能需要训练有素的专业人员来操作换能器并评估所看到的情况。典型地，这些被用于医疗机构如医院中的间歇检查。利用现有技术，不可能持续跟踪膀胱的填充情况，并在膀胱变满时向用户或他/她的看护者发出警报。这与许多(健康)问题相关，包括但不限于儿童尿失禁(ui)(膀胱活动过少或过多、排尿功能障碍、尿床)；患有神经源性膀胱功能障碍的成年人，患有暂时性或永久性脊柱问题的人，疗养院患者。它还与预防尿潴留(ur)相关(例如手术期间和术后、产后)。
6.超声设备通常是手持式的，且是为间歇使用而制造的。其也很大，或者至少太大而不能佩戴，其不能(半)永久地固定在身体上，不能由患者在正常生活中，坐、站或躺的时候使用，且可能需要电缆用于电力和信号传输，且在使用中不实用。
7.对于使用超声波来确定或监测诸如体内的腔体内的液体体积的某些设备，可能需要相对于设备的方向成一定角度地提供超声波。尤其是骨头，比如膀胱附近的耻骨，可能会阻碍超声；然后，所述设备通常需要放置在耻骨上方，且需要以一定角度传输和接收超声
波。
8.一般来说，对于长期使用的设备，尤其是小型可佩戴设备，例如膀胱监测器，需要使用最少量的能量，因为通常设备上装有电源,且应尽可能少地充电。现有技术超声技术的电子电路致力于获得尽可能多和尽可能详细的信息，通常使用复杂的电子设备和能够成像的软件。然而，这种设备的能量消耗相对较大。如果这样的设备被有线连接到电网，这不是很大的问题，但是考虑到运行时间，对于独立的设备，这可能是一个很大的问题。
9.现有技术的设备，尤其是换能器阵列，生产起来困难且笨重。通常需要通过焊接相应触点来提供到阵列中相应换能器元件的连接。这种焊接通常限于大约0.3mm的宽度，在所述尺寸以下，焊接成本显著增加。以小间距焊接换能器元件意味着相邻换能器元件之间短路的风险，并因此破坏阵列的性能。由于需要使用同轴电缆，这变得更加复杂，因为对于传统的图像形成，换能器元件通常必须由远离换能器阵列的强大电子电路驱动。
10.已经尝试使用例如半导体领域中使用的焊接机或丝焊机。这些机器通常使用压力和/或热量来实现焊接，其结果是恶化或破坏了压电换能器材料的特性。结果，没有发现实际应用。
11.也已经进行了适当对准连接的尝试。然而，所属领域的技术人员通常局限于每个和任何连接的上述焊接，且连接的正确对准即使不是不可能的，至少也是复杂的。当然，对于更大的阵列或更小的间距，这种对准更加麻烦。
12.因此，仍然需要一种可以在超声设备中使用的坚固、简单的换能器阵列，其克服了一个或多个上述缺点，而不损害基本的功能和优点。


技术实现要素：

13.本公开在第一方面涉及一种用于超声的坚固、简单、可高效制造的换能器，其包括至少n个换能器元件的换能器阵列，其中n优选大于8，其中相邻的换能器元件之间具有至少部分第一间隔，其中所述部分间隔可以由限制器提供，例如染料限制器、染料锯或激光切割机。提供包括至少n个导体的柔性电缆，优选为扁平柔性电缆，用于连接到换能器元件。至少两个导体通过自对准电触点电连接到至少两个单独的换能器元件。优选地，所有电连接的触点一次连接，例如使用由焊接机提供的焊接触点，优选地，至少3至1024个换能器元件一次连接，可选地包括至少一个接地触点。导体提供到电源和/或电路的连接，用于提供信号，例如电脉冲，用于驱动相应的换能器元件。电连接可以包括至少一个触点，通常在柔性电缆的相应导体的另一侧。
14.此外，可以为换能器阵列提供外壳，在所述外壳中可以提供换能器阵列，优选地，换能器阵列嵌入在所述外壳中。通常，外壳完全包围换能器阵列，可选地具有用于超声波的开口或窗口，或者允许电缆连接到外部。然而，优选地，不向外部提供电缆，且所述设备是无线的，所有的电子设备都设置在外壳内。由于许多不同因素的巧合，当前配置的设备可以实现其简化的目标，尤其是对于低分辨率的目的。首先，通过选择低分辨率，可以在单片结构中容易地制造较少换能器元件的有限阵列。其次，通过在图像质量上让步，减少电子元件的数量。因此，降低了驱动和处理这种阵列所需的功率，允许将必要的电子器件包含在可佩戴的小型设备的外壳内。因此，简化了布线和连接，因为不再需要屏蔽同轴电缆来将换能器连接到外部处理电子设备。
15.因此，除了换能器阵列和电缆之外，外壳可以包括承载所有必要互连的印刷电路板(pcb)、具有驱动阵列所需处理能力的微处理器、用于临时或永久存储数据和指令的存储器、用于例如通过wifi、蓝牙等与外部接收器通信数据和指令的无线通信模块以及诸如电池的电源，所述电源可以是可更换的或可充电的。所属领域的技术人员将会很好地理解，这些项目中的一些或全部可以适当地分离或集成在一起。
16.电触点是自对准的，这在本上下文中意味着相应触点不是一次一个地单独连接到分立的换能器元件，而是共同连接，随后通过锯切等分离。在目前描述的方法中，可以应用一个公共触点，所述公共触点随后被提供有间隔。这种电触点可以通过焊接、使用导电胶或者非导电胶来实现，在非导电胶的情况下，电触点将是电容耦合触点，或者这些接触技术的变化形式。
17.在第二方面，本公开涉及一种包括简化的换能器阵列的超声设备，包括用于阵列的波束导向的传输控制电子器件，所述阵列包括至少一个高压脉冲源，其中源连接到用于至少一个脉冲源的定时的低压定时电路，和/或简化的接收控制电子器件，以在处理接收的超声时限制能量消耗。接收控制电子设备优选地选自：(i)至少一个且优选地所有超声波接收换能器元件，适于确定与整流放大器连接的超声波能量，且整流放大器与模拟加法器连接，用于将整流放大器的输出相加，(ii)n个换能器元件的《50％，优选地《20％连接或可连接到接收器电子设备，可选地具有在接收中实现波束控制的延迟；以及(iii)其组合，和/或其中换能器元件能够以相移模式、并行模式、频率扫描模式、空间扫描模式、强度模式、脉冲模式、谐波模式、其变化或其组合独立地、顺序地操作。
18.在第三方面，本公开涉及一种包括超声设备或简化换能器阵列的产品，其中所述产品优选地选自可佩戴设备、便携式设备、医疗设备、无损检测设备或其组合，例如用于发出身体组织、身体脉管或体腔(例如膀胱)变化的信号的小型无线超声设备，优选地为独立设备，和/或包括用于将产品保持在一个位置的定位器，优选至少一个用于确定用户身体姿势的传感器，用于将产品接触身体皮肤的接触设备，能量收集器，用于将模拟阵列信号转换成数字化输出信号的adc，其中产品是可佩戴的且基本上是平的，和/或包括运动传感器，例如加速度计、陀螺仪和磁传感器。
19.在第四方面，本发明涉及一种制造坚固、简化的换能器阵列的方法，包括提供在两侧具有导电触点的换能器材料板，在柔性电缆中提供至少n个导体，其中n优选大于8。在板的一侧，通过焊接、胶粘或其它接触方式连接，单个连接条或触点与导体的端部连接，并在板的宽度上。在所述过程中，板的温度优选保持低于220℃，优选低于200℃，例如180℃，优选低于换能器材料可能发生去极化的温度10℃或更多。在提供单个触点之后，通过在触点侧提供至少n-1个、至少部分分隔或凹槽，将换能器材料分成至少n个换能器的阵列。分隔完全延伸通过焊接，从而将单个电触点分成n个独立的自对准电触点，每个触点与柔性电缆的单个导体连接，并将分离和连接的换能器材料放置在外壳中。换能器材料可以固定在外壳内，例如通过胶粘、通过环氧树脂套件、通过粘合、通过施加机械力以及其变化或组合。
20.当用于例如膀胱监测器时，本发明的换能器阵列提供了超声波到身体中的深度穿透，具有不太高的超声波频率(大约2mhz)以限制身体中的衰减。此外，波束控制允许波束指向每个人的膀胱。提供至少 /-45度的角度，以便能够对位于耻骨后面深处的膀胱进行测量。相控阵换能器元件的间距可以很小，例如最大0.4mm(对于2mhz换能器)，这被发现可以
避免旁瓣辐射到其它方向。对于这种应用，相控阵换能器的尺寸通常至少为10mm(对于2mhz换能器)，这被发现限制了超声波束的发散。换能器元件的最小数量通常为20，最大数量通常为32。换能器的面积通常足够大，以生产足够的超声功率，从而能够深入穿透身体。
21.应注意，对于各种应用，减少由换能器阵列获得的信息的细节是可接受的。例如，对于非成像应用就是这种情况。结合上述组件和能量消耗的显著减少，发现识别腔的体积和/或所述腔中的液体量是可实现的。
22.本发明阵列可以包括在20khz-50 mhz，典型地100khz-20 mhz，优选地500khz-15 mhz的频率下工作的n*m换能器元件的阵列，其中至少两个相邻的换能器元件的相互距离大约为0.5波长(0.5λ
±
10％)，优选地为0.5λ
±
5％，更优选地为0.5λ
±
3％，优选地包括至少1*n个换能器，用于阵列的波束导向的传输控制电子器件包括至少一个高压脉冲源，其中源连接到用于至少一个脉冲源的定时的低压定时电路；接收控制电子器件，适于在处理接收的超声时限制能量消耗；以及电源，与阵列电连接或电连接，用于向阵列提供电能。所述阵列可以相对较小，具有比现有技术超声成像中使用的更少的部件，限制了能量消耗和部件数量，且可以包括一行或多行m。由于阵列可以相对较小，所以所述阵列占据的空间也可以相对较小。如果应用于例如膀胱扫描，阵列的行被定向为使得相控阵列以相对于行的纵轴的角度提供波束控制。为了以相位模式寻址换能器，以及为了接收和寻址接收阵列，提供了控制器。控制器可以执行进一步的功能。当处理接收到的超声时，本发明可选地利用能量减少措施来减少能量消耗。
23.本发明产品可以使用简化的相控阵列，以低能量和比现有技术产品更低的复杂性和成本实现任意角度的波束控制。在示例性实施例中，所述产品是小型的、通常可佩戴的无线超声设备，用于发信号通知身体组织、身体脉管或体腔(例如膀胱)的变化，优选地是独立设备。
24.在本公开的上下文中，与本产品结合使用的术语“小型”涉及一个尺寸，表示本产品可以穿很长时间而不会给其使用者带来相关的不适，且当穿在衣服下面时优选(几乎)看不见。术语“无线”表示没有电导体将本产品连接到外部世界；术语“可佩戴的”表示产品的使用者在使用过程中可以自由移动。由于所述产品是小的、可佩戴的和无线的，其可以被佩戴，且同样是便携的和可佩戴的，例如不限制用户的运动。此外，体腔涉及动物或人体中除了血管(例如血管和淋巴管)之外的充满流体(液体/气体)的空间。此外，位置被认为是人体配置的一般术语，而术语姿势涉及(不)有意或习惯性采取的身体位置。典型的姿势有站、坐、蹲、蹲、跪、躺。其它位置，如非典型位置和压力位置也属于所述术语，但被认为不太相关，因为后面这些位置通常不太经常出现。术语“(半)连续地”用于表示监测和发信号可以持续很长时间；在所述时间段期间，在任何给定的时刻，可以发生监控/发信号；然而，通常在所述时间段期间，产品至少部分时间处于空闲模式；它优选地仅在特定和选定的时刻进行主动测量。从“计算”的角度来看，人们注意到，精确的结果往往是有问题的；在这种情况下，所述术语可能指“估计”。
25.本发明设备或产品可以例如用于永久和半永久测量。其也可以以永久或半永久的方式通过超声波接触连接到身体上；此外，接触工具应优选与人类皮肤相容，例如在毒性、刺激性、粘附性、随时间的稳定性等方面。
26.可以在wo 2016/085341 a2中找到这种膀胱监测产品、其用途和操作方法的细节，
其说明书和权利要求书以引用的方式并入本文中。
27.因此，本发明为现有技术的一个或多个问题提供了解决方案。
28.在整个说明书中详细描述了其它优点。
具体实施方式
29.本公开在第一方面涉及根据权利要求书所述的用于超声波束转向的坚固、简单、可高效制造的换能器阵列。
30.在本发明换能器阵列的示例性实施例中，每个单独的换能器元件可以包括选自钛酸盐、块状压电材料、压电复合材料活性压电材料的压电材料，例如锆钛酸铅(pzt)(pb[zr
x
ti
1-x
]o
3 0≤x≤1)、aln、(pbmg
0.33
nb
0.67
)
1-x
(pbtio3)
x
，优选x＝0.28-0.5(pmnt)、mnt钴、陶瓷和晶体材料、微机电系统(mems)，例如cmut和pmut，以及其组合。
[0031]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，换能器元件材料可以具有0.1毫米至2毫米的厚度，例如0.3毫米至1.0毫米。
[0032]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，至少一个换能器元件可以设置有用于电触点的导电材料，优选地是涂覆的导电材料，优选地选择性地在其顶侧和底侧。
[0033]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，阵列中的换能器元件可以由间隔分离，优选地为充气间隔，其中所述间隔具有0.01mm至1mm的宽度，例如0.05mm，且其中相应元件之间的间隔或凹槽优选地延伸元件厚度即换能器材料板厚度的50％至95％。已经发现，对于非成像超声应用，可能不需要单独换能器的完全机械分离。因此，目前提出的通过在板中提供留有完整区域的凹槽来部分分离换能器元件的方法足以用于诸如体积估计或位置/尺寸确定的目的。这是因为部分连接的换能器元件之间的串扰和干扰不足以引起精度问题。
[0034]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，可以提供接地触点，其从换能器材料底侧的触点，优选地在未分离侧，沿着换能器材料的至少一侧，延伸到换能器材料顶侧的触点的至少一部分。
[0035]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，外壳可以包括聚合物，例如聚碳酸酯或丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)或聚丙烯。超声波通过其传输的外壳的厚度优选为0.01毫米至2毫米。
[0036]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，换能器的后侧可以由换能器上的可选层保护，所述可选层提供机械刚度、保护外壳中的换能器和/或用作声学背衬层。
[0037]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，外壳可以包括用于确定匹配层(例如，1/4λ匹配层)厚度的空间保持器。
[0038]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，外壳可以是超声路径的一部分。超声路径可以包括声学层、声学匹配层、声学透镜或声学棱镜中的一个或多个。所述阵列可以被布置成通过第一表面传输超声波，在所述第一表面处换能器元件彼此分离。在一个优选实施例中，所述阵列被设置成通过第二表面传输超声波，所述第二表面通常是接地电极所在的位置。换能器元件在所述第二表面处没有彼此分离，因为凹槽没有完全穿透板。声学背衬层可以用作结构支撑，以稳定的方式保持换能器元件的自由端。
[0039]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，所述阵列可以包括10至1024个换能器元件，优选12至256个换能器元件，更优选14至128个换能器元件，甚至更优选16至64个换能器
元件，例如20至32个换能器元件。特别地，对于必须确定对象的体积或大小的非成像应用，较低数量的换能器元件可能就足够了。
[0040]
在一个示例性实施例中，本相控阵换能器可以在一段长度上包括至少一个系列的m个换能器元件，其中一侧上的每个电极或者所有m个换能器元件电连接到相应的换能器电子器件，且其中另一侧上的(反)电极i)全部连接在一起，或者ii)另一侧上的电极分成两半，其中每个电极长度的一半连接到第一电极连接件，而另一半电极长度连接到第二电极连接件。这可以允许分离激活两个半部，例如在换能器阵列的这两个分离的半部上应用两个不同的声学透镜(例如棱镜或聚焦透镜)。在另一替代方案中，iii)电极长度的一部分连接到相应的电极连接件。垂直于换能器元件的长度方向，电极长度优选被分成2、3、4或5个部分。这允许更多不同的可能性来控制换能器元件，例如透镜。作为第四种可能性，iv)可以实现上述的组合。
[0041]
在换能器阵列的示例性实施例中，换能器元件可以具有40微米至800微米的间距，优选70微米至700微米，更优选100微米至500微米，例如300微米至500微米。
[0042]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，换能器元件可以在20khz到50mhz，优选500khz到10mhz的频率下工作。
[0043]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，至少两个相邻的换能器元件可以处于大约0.5波长(λ
±
10％)的相互距离。
[0044]
在本发明方法和设备的示例性实施例中，已经被锯或以其它方式分离的换能器的侧面可以由换能器上的可选层保护，用于提供机械刚度、保护外壳中的换能器，且可选地用作声学背衬层。
[0045]
在本发明方法的示例性实施例中，焊接或胶合或连接条可以具有0.2mm至2mm的宽度，所述宽度在从第一端面朝向第二端面的方向上测量。其可以应用于柔性电缆末端的导体。
[0046]
在本发明方法的示例性实施例中，换能器材料可以在焊接过程中冷却，例如冷却到比换能器材料可能发生去极化的温度低10℃或更多。附加地或替代地，焊接可以在少于10秒的时间内进行。
[0047]
在本发明方法的另一示例性实施例中，在焊接之后，连接电缆的端部可以弯曲，例如在外壳上弯曲，或者弯曲以生产用于分离过程的空间。
[0048]
在本发明方法的示例性实施例中，可以提供接地触点，所述接地触点从换能器材料的后侧或第二表面处的触点沿着换能器材料的至少一侧延伸到换能器材料的顶侧或第一表面的至少一个导电部分，其中顶侧的至少一个导电部分与柔性电缆的至少一个导体电触点。
[0049]
本公开还涉及本文所述的设备或产品的用途，用于确定或监测诸如膀胱、子宫(羊水)、窦、胸膜腔、心包囊和诸如主动脉的血管的腔中的液体体积，用于检测或监测动脉瘤、感染、肿瘤、脱水、胸腔积液、来自至少一个肾的尿流入速率、脑积水、人或动物腔的大小，用于确定肺中的液体体积、用于训练、用于超声成像、作为流量传感器、用于更长时间的(半)连续监测、用于正常生活期间的监测以及用于医院或(长期)护理环境内部或外部的监测。所属领域的技术人员应认识到，所述设备可以可选地与一个或多个其它设备结合操作，以实现上述功能。
[0050]
在示例性实施例中，本相控阵换能器可以包括每个换能器一个高压脉冲传输源，其中这些源优选地是相同的。
[0051]
在示例性实施例中，本相控阵列换能器可以包括用于向换能器施加电压的电压控制器。
[0052]
在本发明换能器阵列的示例性实施例中，选择连接的或可连接的接收换能器元件，使得在连接的换能器元件之间提供多个未连接的换能器元件。在每对相邻的连接元件之间可以有1至7个，优选2至6个，更优选3至5个非连接元件。在所述值为3的情况下，传输方向性中的最大旁瓣被接收方向性中的最小值所补偿，使得所述选择在某些情况下是最佳的。
[0053]
附图和实施例进一步详细描述了本发明，这些附图和实施例本质上是示例性和解释性的，并不限制本发明的范围。
附图说明
[0054]
图1示出了超声阵列的透视图。
[0055]
图2示出了图1的阵列的端视图。
[0056]
图3示出了在图1的阵列的iii处截取的细节。
[0057]
图4示出了根据第二实施例的阵列的透视图。
[0058]
图5示出了图4的阵列的侧视图。
[0059]
图6示出了安装在外壳中的图4的阵列的平面图。
[0060]
图7示出了沿线vii-vii截取的图6的设备的横截面。
[0061]
图8以类似于图7的横截面示出了包括根据第三实施例的阵列的设备。图式的详细描述
[0062]
图1示出了用于超声应用的换能器阵列10的透视图。换能器阵列10包括由换能器材料形成的板12，其具有相对的第一和第二表面14a、14b，第一和第二侧面16a、16b，以及其间的第一和第二端面18a、18b。第一和第二表面14a、14b分别设有第一和第二电极层20a、20b。
[0063]
包括多个平行导体32a-n的电缆30通过连接条34形式的单个触点电连接到第一电极层20a，所述连接条34在板12的宽度w上横向于电缆30延伸。
[0064]
板12设置有沿着第一表面14a从第一端面18a延伸到第二端面18b的凹槽22，凹槽22延伸穿过第一电极层20a并进入换能器材料，延伸的深度足以将板12分成n个换能器元件24a-n的阵列，每个换能器元件具有单独的第一电极26a-n并共享第二电极层20b作为公共的第二电极。凹槽22以连接条34的形式延伸穿过单个触点，也将一个导体32a与相邻的导体32b分离，由此每个导体32a-n连接到各自单独的第一电极26a-n。
[0065]
所示实施例中的换能器材料是包括锆钛酸铅(pb[zr
0.52
ti
0.48
]o3)的压电材料，尽管也可以应用其它已知的替代材料。板12的长度l为40mm，宽度w为20mm，厚度t为1mm。电极层20a、20b是微米厚的银，尽管仅为了说明的目的，其被表示为相当厚。电缆30是间距为0.5mm的20针柔性电缆，具有0.25mm的铜导体32，铜导体32被剥去以具有2毫米的裸铜，用于连接到第一电极层20a。
[0066]
图1中还示出了接地触点40，其从第二电极层20b穿过第一侧面16a延伸到板的第
126n-1连接，使得每个换能器元件124b
–
124n-1的两个部分能够单独激活。
[0076]
图6示出了嵌入外壳150中的图4和5的阵列110的平面图。电缆130在zif(零插入力)连接件154处连接到印刷电路板(pcb)152。pcb 152支持具有驱动阵列110所需处理能力的微处理器155、用于存储数据和指令的存储器156、用于传送数据和指令的无线通信模块157以及电池158。在图示的实施例中，外壳由聚碳酸酯制成，尽管abs塑料也是合适的。外壳用螺钉160固定在一起。
[0077]
图7示出了沿方向vii-vii穿过图6的外壳150的横截面。可以看出，外壳150由三部分构成，包括基板162、环164和盖166。
[0078]
基板162包括厚度减小的窗口区域168，阵列110的第二表面114b靠着所述窗口区域定位。为了确保良好的耦合，阵列110通过匹配层170与窗口区域168隔开。提供形成外壳150的一部分的间隔物172，以确保匹配层的正确厚度。
[0079]
应理解，换能器可以替代地使用环氧树脂直接安装到外壳中，仅外壳材料用于声学匹配。
[0080]
阵列110的第一表面114a覆盖有声学背衬层174。背衬层174是粘合到阵列110的第一表面的磁性橡胶带材料。钡铁氧体合成橡胶带已被发现最适合于此目的。其不仅形成了良好的声学背衬，而且用于稳定分离的换能器元件的自由端。
[0081]
图8以类似于图7的横截面示出了阵列210的第三实施例，其中与先前实施例相似的元件被提供有类似的加200的参考数字。
[0082]
阵列210安装在外壳250中，类似于前面的实施例，但是在这种情况下，阵列210在长度方向上被延伸穿过板212的整个厚度的次级隔板223分成三个部分210a、210b和210c。次级分离延伸到第一电极层220a。实际上，可以将二次分离切割到刚好达不到所述层，然后可以小心地破坏压电材料的剩余部分。这优选发生在施加橡胶声学背衬层274之后，一旦三个部分210a-c被分离，所述橡胶声学背衬层274用于保持阵列210的完整性。每个部分210a-c具有其各自的接地电极242a-c。然而，在所述实施例中，接地电极242a-c具有各自的接地触点240a-c，其可以通过传统的焊接连接到外壳250内的接地端子(未示出)。
[0083]
次级分隔223允许三个部分210a-c相对于彼此成角度，用于超声波的定向传输。为此，窗口区域268也具有三个区域268a、268b、268c。中央第二窗口区域268b的内表面平行于基板262的下表面。第一窗口区域268a远离第二窗口区域268b成4度角，而第三窗口区域268c在相反方向成4度角。在这种情况下，阵列210的第二表面214b直接耦合到基板262，而没有任何匹配层或间隔物。
[0084]
尽管在所述第三实施例中，阵列210的三个部分210a-c彼此成角度，但是应理解的是，在不使这些部分成角度或者不完全分离的情况下，也可以实现三个这样的部分可以被单独驱动的优点。声棱镜可以在外壳内实现，以达到类似的效果。
[0085]
尽管在详细的解释性上下文中描述了本发明，但是结合所附的例子和附图，特别是下面的实施例，可以更好地理解本发明。
[0086]
1.一种用于超声应用的换能器阵列，包括:
[0087]
由换能器材料形成的板，所述板具有相对的第一和第二表面，其间具有第一和第二侧面以及第一和第二端面，所述第一和第二表面设有相应的第一和第二电极层，
[0088]
电缆，包括多个平行导体，通过单个触点电连接到所述第一电极层，所述单个触点
在所述板的宽度上大致横向于所述电缆延伸，
[0089]
其中所述板设置有沿着所述第一表面从所述第一端面延伸到所述第二端面的凹槽，所述凹槽延伸穿过所述第一电极层并进入所述换能器材料中，延伸的深度足以将所述板分成n个换能器元件的阵列，每个换能器元件具有单独的第一电极并共享公共的第二电极，所述凹槽延伸穿过单个触点，还将每个导体与相邻导体分离，由此每个导体连接到各自单独的第一电极。
[0090]
2.根据实施例1所述的换能器阵列，其中所述换能器材料包括选自钛酸盐、块状压电材料、压电复合材料、活性压电材料的压电材料，例如锆钛酸铅(pzt)(pb[zr
x
ti
1-x
]o
3 0≤x≤1)、aln、((pbmg
0.33
nb
0.67
)
1-x
(pbtio3)
x
，优选x＝0.28-0.5(pmnt)、mnt钴、陶瓷和晶体材料、微机电系统(mems)，例如cmut和pmut，以及其组合。
[0091]
3.根据实施例1或2所述的换能器阵列，其中所述板的厚度为0.1-2mm，优选为0.3-1.0mm。
[0092]
4.根据实施例1至3中任一项所述的换能器阵列，其中所述板具有从10mm2到1000mm2的表面积，优选地在20mm2和600mm2之间，最优选地在60mm2和500mm2之间。
[0093]
5.根据实施例1-4中任一项所述的换能器阵列，其中所述单个触点包括焊料、金属、导电胶或电容耦合触点。
[0094]
6.根据实施例1-5中任一项所述的换能器阵列，其中分隔所述相应换能器元件的所述凹槽具有0.01-1mm的宽度，例如0.05mm。
[0095]
7.根据实施例1-6中任一项所述的换能器阵列，其中分隔所述相应换能器元件的所述凹槽延伸至对应于所述板厚度的50-95％的深度。
[0096]
8.根据实施例1-7中任一项所述的换能器阵列，还包括接地触点，所述接地触点从所述第二电极层穿过所述第一侧面延伸到所述板的所述第一表面，且电连接到邻近所述第一侧面的所述换能器元件的所述单独的第一电极。
[0097]
9.根据实施例1-8中任一项所述的换能器阵列，其中所述单个触点连接到邻近所述第一端面的所述第一电极层，且优选地在所述第二端面的方向上延伸小于5mm，优选地小于2mm但是大于0.2mm。
[0098]
10.根据实施例1-9中任一项所述的换能器阵列，还包括聚合物外壳，优选为abs或聚碳酸酯，且其中在传输超声波的一侧的所述外壳厚度为0.05-5mm或0.05-2mm。
[0099]
11.根据实施例1-10中任一项所述的换能器阵列，其中所述板的所述第一表面设有保护层，所述保护层提供机械刚度和/或用作声学背衬层。
[0100]
12.根据实施例1-11中任一项所述的换能器阵列，其中所述阵列包括10至1024个换能器元件，优选12至256个换能器元件，更优选14至128个换能器元件，16至64个换能器元件或20至32个换能器元件或24至32个换能器元件。
[0101]
13.根据实施例1-12中任一项所述的换能器阵列，还包括相对于所述凹槽从所述第一侧面到所述第二侧面横跨所述第二表面延伸的次级分隔，由此所述第二电极层被分成两半，且优选地，所述第二电极层的一半连接到第一导体，所述第二电极层的另一半连接到另一导体，以允许这两半的单独激活。
[0102]
14.根据实施例13所述的换能器阵列，包括一个或多个次级分隔，所述次级分隔从所述第二表面延伸，穿过所述换能器材料到达足以将每个换能器元件分成m个部分的深度，
具有公共的单独的第一电极和分离的第二电极。
[0103]
15.根据实施例14所述的换能器阵列，其中所述次级分隔延伸穿过所述板超过50％或超过90％或超过95％。
[0104]
16.根据实施例15所述的换能器阵列，其中所述次级分隔完全延伸穿过所述板，但不穿过所述第一电极层，且所述部分相对于彼此成角度，优选地在1度和15度之间。
[0105]
17.根据实施例1-16中任一项所述的换能器阵列，还包括用于提供驱动所述换能器元件的信号的电路，所述电路经由所述电缆与所述换能器元件电连接。
[0106]
18.一种超声设备，包括根据实施例17所述的包括换能器阵列，其中所述电路包括用于作为相控阵列的阵列的波束导向的传输控制电子设备。
[0107]
19.根据实施例18所述的超声设备，包括至少一个高压脉冲源，其连接到低压定时电路，用于对所述至少一个高压脉冲源进行定时。
[0108]
20.根据实施例18或19中任一项所述的超声设备，包括接收控制电子设备，其中所述n个换能器元件中少于50％，优选少于20％连接或可连接到所述接收控制电子设备。