声-振换能器制造技术

在各种实施例中，根据本发明专利技术的声‑振换能器装置被优化用于感测和转换在患者体内出现的声现象，并且以0.001Hz至10kHz的频率在皮肤表面显现它们自身。有效耦合至皮肤的策略包括正确地不匹配机械阻抗，使用阻抗匹配的凝胶或液体，设计形状的(例如圆顶的)拾音器，材料选择和/或允许内部部分和外周膜片部分之间的相对运动的外周板簧装置。可以选择性地选择板簧的弹簧刚度或弹簧柔度，以优化传感器的频率响应。

Acoustic vibration transducer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声-振换能器相关申请本申请要求2017年3月28日提交的美国专利申请序列号15/471,812的权益和优先权。
本专利技术总体上涉及机电声-振设备，尤其涉及利用与生物组织的外表面耦合的电动换能器的系统，例如用于无创地记录、存储、分析和回放由活体生物产生的体内声音。
技术介绍
听诊器是RenéLaennec于1816年在法国专利技术的，用于听诊，即听取体内产生的声音，主要是为了评估器官和血管(包括心脏、肺、主动脉和肠道)的状况。在怀孕期间，还可以通过专用听诊器听诊来监测胎儿的心音。血管中的血流也可以听诊。无辅助地用耳朵进行的听诊称为直接听诊，而使用听诊器时称为间接听诊。电子听诊器是Laennec概念的更新版本，其中，皮肤接触隔膜形成了声学腔，在该腔中，空气中的声音被转换为电信号。这些信号被放大、滤波或以其他方式处理，并通过例如扬声器或耳机播放。大量的身体声音信息处于0.001Hz到100Hz的频带中，并且由于可听性阈值急剧上升到100Hz以下，因此，如果听不清，电信号的放大会使其可听变得困难。很少有电流系统，甚至是电子听诊器系统，设计用于在此范围内进行准确有效的放大。
技术实现思路
在各种实施例中，根据本专利技术的声-振换能器装置被优化用于感测和转换在患者体内出现的声现象，并且以0.001Hz至10kHz的频率在皮肤表面显现它们自身。有效耦合至皮肤的策略包括正确地不匹配机械阻抗，使用阻抗匹配的凝胶或液体，有形状的(例如圆顶的)拾音器，材料选择和/或允许内部部分和外周膜片部分之间的相对运动的外周板簧装置。可以选择性地选择板簧的弹簧刚度或弹簧柔度，以优化传感器的频率响应。因此，在第一方面，本专利技术涉及一种传感器设备。在各种实施例中，所述传感器设备包括具有外周部分和内部部分的膜片，内部可动部分通过多个板簧附接到外部部分，限制了内部部分和外周部分之间的相对运动；线圈，设置在膜片的至少一侧上；以及至少一个磁体，其相对于线圈可操作地设置，以通过可动部分和外周部分之间的相对运动使电流流过线圈。在一些实施例中，内部部分是固定的，外周部分是相对于其可动的；在其他实施例中，外部部分是固定的，内周部分相对于其是可动的。例如，在特定实施例中，膜片的外部固定部分具有一定形状，并且内部可动部分限定在穿过膜片的多个狭缝内并且成串联布置。所述串联限定了与外部固定部分同心并具有外部固定部分的形状的闭合序列，并且每对狭缝是平行的并且具有重叠部分和不重叠部分，所述重叠部分限定与其中一个板簧相对应的插入条。在某些情况下，狭缝填充有触变性材料。在一些实施例中，所述线圈和至少一个磁体是圆形的，而在其他实施例中，一个或二者具有不同的形状。在一些实施例中，磁体为设置在膜片的相对侧的一对磁体组件，每个组件包括至少两个同心磁体。每个磁铁具有角度为45°±5°的等腰梯形横截面。在各种实施例中，线圈占据膜片面积的50％至75％。所述传感器设备可以包括从所述膜片延伸以与生物组织表面接触的拾音结构。所述膜片可以具有模态贡献，所述模态贡献具有零平均体积速度，以隔离所述膜片对于在垂直于所述膜片的方向上产生的电压的活塞响应。在一些实施例中，所述膜片为复合夹心面板，包括芯和在所述芯的每一侧上的整体式面板。例如，面板可以是覆铜箔的柔性印刷电路聚合物膜。可以蚀刻所述铜以确保所述膜片的最短平面尺寸的10％或更小的各向同性的机械阻抗。在一些实施例中，面板由石墨烯复合结构制成，并且可以蚀刻石墨烯以确保所述膜片的最短平面尺寸的10％或更小的各向同性的机械阻抗。在一些实施例中，膜片在非通电状态下被不对称地偏置。偏置可以例如在0.1mm至3mm的范围内。拾音结构可以是圆顶形的，并且可以具有或可以不具有表面特征。如果具有，则表面可以是有突起的、浅凹的和/或波纹的。拾音结构可具有相对于目标表面不匹配的机械阻抗。另一方面，本专利技术涉及一种声换能器。在各种实施例中，声换能器包括膜片，所述膜片包括外周部分和中央圆顶拾音部分；保持构件，其围绕膜片并构造成保持膜片，且在将声能施加到圆顶拾音部分时允许至少一部分运动；换能器，其用于将其至少一部分的运动转换成电信号。外周部分可以是平坦的，或者在一些实施例中，可以是圆顶的延伸部分或外周边缘。在各种实施例中，所述换能器包括至少一个附接到所述膜片的线圈和至少一个与所述膜片分离但是磁耦合到所述线圈的磁体。在其他实施例中，所述膜片是电容性的。所述拾音部分可具有相对于目标表面不匹配的机械阻抗。在某些实施例中，传感器耦合到Pinard喇叭——一种锥形胎儿镜，可放大胎儿心跳或新生儿心跳的声音，并被描述为一种“耳喇叭”(因此，较长的圆锥(长达30”)，信号会变得不清楚，但会更好地拾取微弱的心音)。具有双耳式胎儿镜的实施例允许用户通过两只耳朵听到心跳，或者可以被记录下来以立体声再现。在一个实施例中，换能器连接至锥形装置，所述锥形装置的较大直径端配置为放置在胸壁上。如本文所使用的，术语“约”、“大约”和“基本上”是指±10％，在一些实施例中为±5％。说明书中提及的“一个示例”、“示例”、“一个实施例”或“一实施例”表示与描述该实例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实例中。因此，本说明书中在各个地方出现的短语“在一个示例中”、“在示例中”、“一个实施例”或“实施例”不一定都指代相同的示例。此外，特定特征、结构、程序、步骤或特性可以以任何合适的方式组合在本技术的一个或多个示例中。本文提供的标题仅是为了方便，并不旨在限制或解释所要求保护的技术的范围或含义。附图说明通过以下结合附图对本专利技术的详细描述，将更容易理解前述内容，其中：图1A示出了根据本专利技术的实施例的声-振传感器的分解图。图1B和1C分别为图1A所示的传感器的透视图和截面正视图。图2A为图1A-1C所示的膜片的内部的俯视图。图2B为图1A-1C所示的膜片的内部的仰视图。图2C为示出图1A-1C所示的膜片的板簧的操作的透视图。图3A和3B分别示出了根据本专利技术的一个实施例的顶部磁体组件的仰视图和俯视图。图3C更详细地示出了顶部磁体组件的一部分。图3D为根据本专利技术的一个实施例的顶部和底部磁体组件的截面透视图。图4A为图1的传感器的另一截面正视图，示出了由顶部磁体组件和底部磁体组件产生的磁场线。图4B为图1的传感器的另一截面正视图，其具有矩形而不是梯形磁体。图4C描绘了根据本专利技术的一个实施例的模拟，其显示了切向气隙通量密度作为半径的函数。图4D描绘了磁通密度作为距膜片中心的高度的函数。图5A-5F是替代膜片形状的俯视图。图6A和图6B分别是包括铁磁流体的传感器实施例的截面正视图和分解图。图6C是图6A和图6B的传感器的另一截面正视图，示出了由磁体产生的磁场线。具体实施方式在图1A中以100示出了根据本专利技术的声-振传感器。传感器100包括具有集成拾音器104(例如，圆顶)的膜片102，相对于膜片102可操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器设备，包括：/n膜片，其具有外周部分和内部部分，所述内部部分通过多个板簧连接到外部部分，所述板簧限制可动部分和外周部分之间的相对运动；/n线圈，其设置在膜片的至少一侧上；和/n至少一个磁体，其相对于线圈可操作地设置，以通过可动部分和外周部分之间的相对运动使电流流过线圈。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170328 US 15/471,8121.一种传感器设备，包括：
膜片，其具有外周部分和内部部分，所述内部部分通过多个板簧连接到外部部分，所述板簧限制可动部分和外周部分之间的相对运动；
线圈，其设置在膜片的至少一侧上；和
至少一个磁体，其相对于线圈可操作地设置，以通过可动部分和外周部分之间的相对运动使电流流过线圈。


2.根据权利要求1所述的传感器设备，其中，所述内部部分是固定的，所述外周部分相对于所述内部部分是可动的。


3.根据权利要求1所述的传感器设备，其中，所述外部部分是固定的，所述内部部分相对于所述外部部分是可动的。


4.根据权利要求3所述的传感器设备，其中，所述膜片的外部固定部分具有一形状，且内部可动部分限定在穿过膜片的多个狭缝内并且以串联方式布置，其中(i)该串联限定了与外部固定部分同心并具有外部固定部分的形状的闭合序列，以及(ii)每对狭缝是平行的，且具有重叠部分和非重叠部分，所述重叠部分限定了与板簧之一相对应的插入条。


5.根据权利要求4所述的传感器设备，其中所述狭缝填充有触变性材料。


6.根据权利要求1所述的传感器设备，其中，所述线圈和所述至少一个磁体是圆形的。


7.根据权利要求1所述的传感器设备，其中，所述至少一个磁体是设置在所述膜片的相对侧上的一对磁体组件，所述组件中的每个包括至少两个同心磁体。


8.根据权利要求7所述的传感器设备，其中，每个磁体都具有角度为45o±5o的等腰梯形横截面。


9.根据权利要求1所述的传感器设备，其中，所述线圈占据所述膜片面积的50％至75％。


10.根据权利要求1所述的传感器设备，还包括从所述膜片延伸以与生物组织表面接触的拾音结构。


11.根据权利要求10所述的传感器设备，其中，所述膜片具有模态贡献，所述模态贡献具有零平均体积速度，以隔离所述膜片对于在垂直于所述膜片的方向上产生的电压的活塞响应。
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【专利技术属性】
技术研发人员：G·博伊德，
申请(专利权)人：科尔里奇设计事务所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US